JP3863839B2 - マイクロカプセル型ロボット及び内視鏡システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロカプセル型ロボット及び内視鏡システムに関し、詳しくは、人体に経口投入して臓器を検査するためのマイクロカプセル型ロボットにおいて、臓器の特定検査部位でマイクロカプセル型ロボットの移動を停止させ又は遅くするための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、人体の臓器の病変を開腹等の手術をせずに診断又は治療する場合に内視鏡が使用される。これまで、内視鏡による大腸の診断は、患者からの歓迎を受けることができなかった。それは、大腸が非常に深い角度で屈曲しているため、内視鏡を使用して大腸を診断するときに患者が受ける苦痛及び不快感が大きいうえ、病変発見率が医師の経験及び熟練度に左右されていたからである。
【０００３】
このような大腸内視鏡診断に関する問題点を改善するため、仮想内視鏡や遺伝子検査法等が提案されているが、これらは、間接的な方法であり、医師が患部を直接見て治療し又は生検等を行うことができない。
【０００４】
近年、患者が飲み込み得るカプセル状の内視鏡が開発され、この内視鏡から臓器の映像情報を人体の外部に送信させて、医療的診断の範囲を広げる方法が研究されている。
【０００５】
このようなマイクロカプセル内視鏡によれば、内蔵されたカメラ装置により得られた映像情報を、無線送信モジュールを利用して人体の外部に送信することで、伝統的な内視鏡によっては診断が難しかった小腸等にまで診断領域を拡張することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のマイクロカプセル内視鏡は、映像情報送信装置が搭載されているものの、その移動を停止させるための機能が備わっておらず、マイクロカプセル内視鏡の移動が臓器の自然な連動運動のみに依存するため、医師が特定の部位を詳細に観察しようとしても、その際に得られる映像が少ないという不都合な点があった。
【０００７】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、臓器の特定検査部位でマイクロカプセル型ロボットの移動を停止させ又は遅くして、上記のような不都合を解消することができるマイクロカプセル型ロボット及びこれを含んで構成される内視鏡システムを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、本発明に係るマイクロカプセル型ロボットは、マイクロカプセル型ロボットの本体に設けられ、人体の外部から送信される停止制御信号により臓器の特定検査部位でマイクロカプセル型ロボットの移動を停止させ又は遅くするための停止手段を含んで構成されることを特徴とする。
また、本発明に係るマイクロカプセル型ロボットは、ロボット本体及び停止手段を含むとともに、ロボット本体に内蔵された臓器撮影用のカメラ装置と、ロボット本体に内蔵され、カメラ装置の撮影対象に光を照射する照明装置と、ロボット本体に内蔵され、カメラ装置により得られた映像情報を人体の外部に送信するとともに、人体の外部から送信される停止制御信号を受信するための送受信装置と、ロボット本体に内蔵され、カメラ装置、照明装置、送受信装置及び停止手段の作動を制御する制御装置と、ロボット本体に内蔵され、カメラ装置、照明装置、送受信装置、停止手段及び制御装置に電力を供給する電源装置とを含んで構成され、停止手段は、送受信装置が受信した停止制御信号に基づいて制御装置によりその作動が制御されて、臓器の特定検査部位でマイクロカプセル型ロボットの移動を停止させ又は遅くする。
本発明に係る内視鏡システムは、マイクロカプセル型ロボットと、マイクロカプセル型ロボットの送受信装置から送信された映像情報を処理するとともに、マイクロカプセル型ロボットに停止制御信号を送信する外部制御装置とを含んで構成される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
本発明の第１の実施形態に係るマイクロカプセル型ロボット１は、図１及び２に示すように、マイクロカプセル型ロボットの本体（以下「本体」という。）１０と、人体の臓器の内部を撮影するためのカメラ装置１１と、カメラ装置１１が臓器の内部を撮影することができるように、その撮影対象に光を照射する照明装置１２と、カメラ装置１１により得られた映像情報を人体の外部に無線で送信するとともに、人体の外部から無線で送信される停止制御信号を受信するための送受信装置１６と、送受信装置１６が受信した停止制御信号に基づいて作動して、体内におけるマイクロカプセル型ロボット１の移動を停止させ又は遅くする（以下、移動が遅くなる場合を含んで「停止させる」という。）ように構成された停止手段１５と、カメラ装置１１、照明装置１２、送受信装置１６及び停止手段１５の動作を制御する制御装置１３と、カメラ装置１１、照明装置１２、送受信装置１６、停止手段１５及び制御装置１３に電力を供給する電源装置１４とを含んで構成される。カメラ装置１１、照明装置１２、送受信装置１６、制御装置１３及び電源装置１４は、本体１０に内蔵されている。
【００１０】
本体１０は、半球状の前面部１０ａ及び後面部１０ｂと、これらの間に形成された円筒状の中間部１０ｃとを有し、被検者が飲み込み易いように直径が約１３ｍｍ程度のカプセル状に形成されている。また、材料に生体適合性を有するものが使用されている。
【００１１】
カメラ装置１１は、外側レンズ１１ａと、この外側レンズ１１ａと一体に駆動可能に構成されたカメラ素子（ＣＣＤ素子又はＣＭＯＳ素子）とを含んで構成される。そして、本体１０の前面部１０ａに内蔵され、臓器の特定検査部位を撮影するとともに、これを拡大したり、撮影方向を転換したりすることができるように構成されている。
【００１２】
照明装置１２は、カメラ装置１１が暗い臓器の内部を撮影することができるように、光源として白色発光ダイオードを含んで構成され、前面部１０ａにカメラ装置１１とともに内蔵されている。白色発光ダイオードの設置個数は、必要に応じて調節することができ、光の照射方向も調整することができる。
【００１３】
停止手段１５は、図１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、停止制御信号に基づいて本体１０から掛止部材１５ａが突出するように構成されており、突出する掛止部材１５ａが臓器の内壁に掛かることで、マイクロカプセル型ロボット１の移動を停止させるようにしている。
【００１４】
即ち、本体１０の中間部１０ｃには、中間部１０ｃを本体１０の長さ方向に長く切り欠いて形成された複数の溝部１５ｂが放射状に配置されており、停止手段１５は、これらの溝部１５ｂと、対応する溝部１５ｂに基端が固定された板状の掛止部材１５ａとから構成される。そして、マイクロカプセル型ロボット１の移動時は、掛止部材１５ａが溝部１５ｂに収まって移動が円滑となる一方、マイクロカプセル型ロボット１の停止時は、停止制御信号に基づいて掛止部材１５ａが本体１０から突出する。
【００１５】
ここで、掛止部材１５ａは、イオンポリマーメタル複合体（ＩＰＭＣ）等の機能性ポリマー（ＥＡＰ）を素材とし、イオン交換の原理を利用したアクチュエータを構成している。
また、本体１０には、体内投入時における人体の拒否反応を防止するため、生体適合性材料が使用されるが、ウレタン等のポリマーを使用して掛止部材１５ａを本体１０と一体に形成し、構造を簡単にすることもできる。
【００１６】
外部制御システム１７は、人体の外部に設置され、マイクロカプセル型ロボット１から送信された臓器の映像情報を処理するとともに、マイクロカプセル型ロボット１に制御命令を送信するように構成されている。マイクロカプセル型ロボット１と外部制御システム１７とは、無線による双方向の送受信が可能であり、外部制御システム１７には、マイクロカプセル型ロボット１を制御するための命令発生装置が内蔵されている。無線送受信のための周波数には、周辺機器に影響を与えることなく、かつ人体に無害な周波数が選択される。
【００１７】
次に、本実施形態に係るマイクロカプセル型ロボット１の動作について説明する。
内視鏡検査に際し、マイクロカプセル型ロボット１は、人体の内部に経口投入され、臓器の連動運動により少しずつ体内を臓器に沿って移動していく。
【００１８】
図５は、体内に投入されたマイクロカプセル型ロボット１と、外部制御システム１７との間における映像情報及び制御命令（ここでは、停止制御信号）の送受信の概念図である。図示のように、マイクロカプセル型ロボット１の停止手段１５は、移動時において掛止部材１５ａが溝部１５ｂに収まって、本体１０の中間部１０ｃの外表面と平行に配列される。
【００１９】
そして、カメラ装置１１により撮影された臓器の映像情報が送受信装置１６により外部制御システム１７に無線で送信され、使用者は、その映像を見てマイクロカプセル型ロボット１が特定検査部位に到着したことを確認し、外部制御システム１７からマイクロカプセル型ロボット１の送受信装置１６に停止制御信号を無線で送信する。次いで、停止制御信号を受信した送受信装置１６は、制御装置１３にこの信号を伝達し、制御装置１３は、掛止部材１５ａが構成するアクチュエータに電圧を印加する。
【００２０】
アクチュエータに電圧が印加されると、本体１０の中間部１０ｃから掛止部材１５ａが一斉に放射状に広がり、マイクロカプセル型ロボット１の臓器内面に対する移動が阻害されることで、臓器の特定検査部位でこの移動が停止される。その間、本体１０に内蔵されたカメラ装置１１によりその検査部位を詳細に撮影することができる。停止手段１５に機能性ポリマーを素材とする掛止部材１５ａで構成したアクチュエータを採用したことで、停止動作時の消費電力を低減し、断続的にマイクロカプセル型ロボット１を停止させることができる。
【００３１】
図３は、本発明の第２の実施形態に係るマイクロカプセル型ロボット６の全体図であり、図４は、このマイクロカプセル型ロボット６の構成図である。マイクロカプセル型ロボット６は、図３に示すように、本体６０から放射状に突出する複数の吸入管６２と、これらの吸入管６２の先端に取り付けられた吸着部としての吸盤６３とを含んで構成され、吸盤６３を臓器の内壁に吸着させて、マイクロカプセル型ロボット６の移動を停止（前述同様に、移動が遅くなる場合を含む。）させるように構成されている。
【００３２】
即ち、本体６０に内蔵された気体吸入装置６１と、この気体吸入装置６１に一端が接続され、他端が本体６０を貫通して本体６０から放射状に突出する複数の吸入管６２と、これらの吸入管６２の先端に取り付けられた吸盤６３とを含んでマイクロカプセル型ロボット６の停止手段が構成される。そして、吸盤６３を臓器の内壁に吸着させて、マイクロカプセル型ロボット６の移動を停止させることができる。
【００３３】
ここで、マイクロカプセル型ロボット６の移動を停止させる際に、吸入管６２のうち１つを臓器の内壁に吸着させる一方、他の吸入管６２の気体吸入装置６１との接続が遮断されるように構成する。気体吸入装置６１には、マイクロポンプ等が使用される。
【００３４】
次に、本実施形態に係るマイクロカプセル型ロボット６の動作について説明する。
内視鏡検査に際し、マイクロカプセル型ロボット６は、人体の内部に経口投入され、臓器の連動運動により少しずつ体内を臓器に沿って移動していく。このとき、気体吸入装置６１は停止している。
【００３５】
本体６０に内蔵されたカメラ装置１１により撮影された臓器の映像情報は、送受信装置１６により外部制御システム１７に無線で送信される。使用者は、その映像を見てマイクロカプセル型ロボット６が臓器の特定検査部位に到着したことを確認し、外部制御システム１７から送受信装置１６に停止制御信号を無線で送信する。
停止制御信号を受信した送受信装置１６は、制御装置１３にこの信号を伝達する。制御装置１３は、気体吸入装置としてのマイクロポンプ６１を作動させ、大気圧以下の低圧を発生させる。そして、発生した低圧が吸入管６２を介して吸盤６３に伝わって吸盤６３に吸着力が形成され、吸盤６３が臓器の内壁に吸着して、マイクロカプセル型ロボット６の移動が停止される。
【００３６】
ここで、複数の吸盤６３のうちいずれかのみを臓器に吸着させるときは、制御装置１３により他の吸盤６３が取り付けられている吸入管６２のマイクロポンプ６１との接続を遮断することで、圧力損失を防止してマイクロカプセル型ロボット６を効果的に停止させることができる。また、他の吸入管６２を本体６０に対して内外に移動自由とすることで、臓器に損傷を与えることなくマイクロカプセル型ロボット６を停止させることができる。
【００３７】
また、本実施形態に係る停止手段６５よれば、マイクロカプセル型ロボット６の大きさが臓器の直径に比べて過度に小さい場合にも、臓器の内壁に吸盤６３を吸着させるようにしたことで、マイクロカプセル型ロボット６の移動を確実に停止させることができる。
【００３８】
そして、マイクロカプセル型ロボット６を停止させている間に送受信装置１６から送信された多くの映像情報を処理して、臓器を詳細に観察し、病変に対する判断を行うことができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、人体の外部から送信される停止制御信号により、臓器の特定検査部位でマイクロカプセル型ロボットの移動を停止させ又は遅くすることができるので、臓器の連動運動に抗してマイクロカプセル型ロボットを重要な検査部位に留め、その検査部位を時間をかけて細密に観察することができる。このため、病変発見率等のマイクロカプセル型ロボットによる診断精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るマイクロカプセル型ロボットの斜視図
【図２】同上マイクロカプセル型ロボットの構成を示すブロック図
【図３】本発明の第２の実施形態に係るマイクロカプセル型ロボットの斜視図
【図４】同上マイクロカプセル型ロボットの構成を示すブロック図
【図５】体内投入時のマイクロカプセル型ロボットと外部制御システムとの間の映像情報及び制御命令の送受信の概念図
【符号の説明】
１，２，６…マイクロカプセル型ロボット、１０，２０，６０…ロボット本体としての本体、１０ａ，２０ａ，６０ａ…前面部分、１０ｂ，２０ｂ，６０ｂ…後面部分、１０ｃ，２０ｃ，６０ｃ…中間部分、１１…カメラ装置、１１ａ…外側レンズ、１２…照明装置、１３…制御装置、１４…電源装置、１５，２５，６５…停止手段、１５ａ…掛止部材、１５ｂ…溝部、１６…送受信装置、１７…外部制御システム、２５ａ…膨張部材、２１…気体供給装置、２１ａ…液化ガス貯蔵タンク、２１ｂ…気体制御器、６１…気体吸入装置、６２…吸入管、６３…吸盤。

Claims (10)

1. 人体に経口投入して臓器を検査するためのマイクロカプセル型ロボットであって、
   カプセル状のロボット本体と、
   ロボット本体に設けられ、人体の外部から送信する停止制御信号により作動させて、臓器の特定検査部位でマイクロカプセル型ロボットの移動を停止させ又は遅くするための停止手段と、を含んで構成され、
   停止手段は、ロボット本体に収まる第１の位置と、ロボット本体から突出する第２の位置との間で変位する掛止部材を含んで構成され、停止制御信号によりこの掛止部材を第２の位置に変位させて、マイクロカプセル型ロボットの移動を停止させ又は遅くするものであり、
   ロボット本体は、前面部及び後面部が半球状に形成されるとともに、中間部が円筒状に形成され、この中間部分において、ロボット本体の長さ方向に長く形成された複数の溝部が放射状に設けられ、
   掛止部材は、板状に形成されるとともに、これらの各溝部の一端で基端がロボット本体に対して位置的に固定され、
   マイクロカプセル型ロボットの移動時は、掛止部材が前記第１の位置にあってロボット本体の溝部に収まる一方、マイクロカプセル型ロボットの停止時は、掛止部材が停止制御信号により前記第２の位置に変位してロボット本体から突出するマイクロカプセル型ロボット。
2. 掛止部材は、イオンポリマーメタル複合体を素材とするアクチュエータを構成することを特徴とする請求項１に記載のマイクロカプセル型ロボット。
3. 掛止部材は、ロボット本体と一体に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロカプセル型ロボット。
4. 人体に経口投入して臓器を検査するためのマイクロカプセル型ロボットであって、
   カプセル状のロボット本体と、
   ロボット本体に設けられ、人体の外部から送信する停止制御信号により作動させて、臓器の特定検査部位でマイクロカプセル型ロボットの移動を停止させ又は遅くするための停止手段と、を含んで構成され、
   停止手段は、ロボット本体の外周に配設された吸着部を含んで構成され、停止制御信号に基づいてこの吸着部を臓器の内壁に吸着させて、マイクロカプセル型ロボットの移動を停止させ又は遅くするものであって、ロボット本体に内蔵された気体吸入装置と、一端がこの気体吸入装置に接続され、他端がロボット本体を貫通して本体外に突出する複数の吸入管と、これらの吸入管のそれぞれに取り付けられた前記吸着部としての吸盤とを含んで構成され、マイクロカプセル型ロボットの停止時は、気体吸入装置により空気を吸入して、吸盤を吸着させ、
   前記吸入管は、ロボット本体に対して放射状に配設され、マイクロカプセル型ロボットの停止時において、前記吸盤のうちいずれかを吸着させる一方、他の吸盤が取り付けられた吸入管は、気体吸入装置との接続が遮断されるマイクロカプセル型ロボット。
5. 気体吸入装置は、マイクロポンプであることを特徴とする請求項４に記載のマイクロカプセル型ロボット。
6. ロボット本体は、生体適合性高分子材料で構成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のマイクロカプセル型ロボット。
7. ロボット本体に内蔵された臓器撮影用のカメラ装置を更に備える請求項１〜６のいずれかに記載のマイクロカプセル型ロボット。
8. カメラ装置は、ロボット本体の前面部及び後面部のそれぞれに内蔵されていることを特徴とする請求項７に記載のマイクロカプセル型ロボット。
9. ロボット本体に内蔵され、カメラ装置の撮影対象に光を照射する照明装置と、
   ロボット本体に内蔵され、カメラ装置により得られた映像情報を人体の外部に送信するとともに、人体の外部から送信される停止制御信号を受信するための送受信装置と、
   ロボット本体に内蔵され、カメラ装置、照明装置、送受信装置及び停止手段の作動を制御する制御装置と、
   ロボット本体に内蔵され、カメラ装置、照明装置、送受信装置、停止手段及び制御装置に電力を供給する電源装置と、を含んで構成され、
   停止手段は、送受信装置が受信した停止制御信号に基づいて制御装置によりその作動が制御されて、臓器の特定検査部位でマイクロカプセル型ロボットの移動を停止させ又は遅くする請求項７又は８に記載のマイクロカプセル型ロボット。
10. 請求項９に記載のマイクロカプセル型ロボットと、
    マイクロカプセル型ロボットの送受信装置から送信された映像情報を処理するとともに、マイクロカプセル型ロボットに前記停止制御信号を送信する外部制御装置と、を含んで構成される内視鏡システム。

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