JP3887644B2 - 嚥下可能カプセルを用いた胃腸管の撮像システムおよび方法 - Google Patents

Description

本発明は一般に画像収集プロセスの起動方法に関する。より具体的には、本発明の方法は体腔内の映像化を意図した画像収集プロセスに適用することができる。

発明の背景
電荷結合素子および相補形ＭＯＳ型画像センサなどのシングルチップ撮像デバイスは、小型の電源および比較的小さなエネルギーを用いて動作できる。このような撮像デバイスは、スタートラッキングアプリケーション（ｓｔａｒ ｔｒａｃｋｉｎｇ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ）および胃腸管内部の映像化等の様々な用途で実装されている。

例えば、本願と同一の譲受人に譲渡された米国特許第５，６０４，５３１号は、胃腸管の全長を映像化する嚥下可能なカプセルを開示している。この嚥下可能なカプセルはカメラシステムと、目的の領域をカメラシステム上に映像化する光学システムと、カメラシステムのビデオ出力を伝送するトランスミッタとを備えている。

ある例では、この撮像デバイスは、例えば滅菌性などの理由のために作動させようとするしかるべき時にはオペレータが接近しにくく、赤外線または無線などの遠隔制御によって起動させなければならない。

撮像デバイスの電池以外ではあるが電池を起動する方法はＰＥＤ Ｉｎｃ社の嚥下可能な体温測定ピル（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｐｉｌｌ）に例示されている。ＰＥＤ Ｉｎｃ社は身体の中心部（ｃｏｒｅ）の体温を追跡（ｔｒａｃｋｉｎｇ）する嚥下可能な体温測定ピルを公表している。この体温測定ピルは酸化銀電池によって駆動される。この電池は蓄電中はピルのパッケージに接着テープで留められた小型の磁石によって無作動状態に保たれ、この磁石を外すことによって起動される。

発明の概要
本発明は画像収集プロセスを起動する方法に関し、画像収集プロセスに不可欠な構成要素の電源を外部磁石による抑止状態から解放するステップを含んでいる。このプロセスの起動にはプロセスに関係する構成要素を直接的に操作することを必要とせず、かつ遠隔制御を行うオペレータなどの第三者を必要としないために、この方法により画像収集プロセスの容易なかつ滅菌状態での起動が可能となる。

画像収集プロセスとは画像が取得されるプロセスをいい、画像収集プロセスに不可欠な構成要素とは、画像を取得するのに動作が必要となる、電源で駆動されるそれらの構成要素をいう。画像収集プロセスに不可欠な構成要素は、低エネルギーの撮像デバイス、すなわちＣＣＤカメラまたは相補形ＭＯＳ型画像センサ、撮影対象に光を当てる光源等の撮像デバイスであってよい。

画像収集プロセスに不可欠な構成要素の「電源（ｐｏｗｅｒ ｓｏｕｒｃｅ）」という用語には、その構成要素を動作させるのに電源を利用するモータまたはエンジンを含む。

本発明において「外部磁石」とは、画像収集プロセスに不可欠な構成要素または複数の構成要素と関連して配置された磁石を意味し、この磁石によって不可欠な構成要素または不可欠な複数の構成要素の電源を抑止状態にする（ｉｎｈｉｂｉｔ）ことができる。

本発明の一実施形態では、この画像収集プロセスは体腔内部を映像化するようになっている。不可欠な構成要素は針、ステント、内視鏡、または嚥下可能なカプセル等の体腔内に挿入される医療器具の一部であるか、またはその医療器具に取り付けられうる。その外部磁石はこの医療器具のパッケージの一部であるか、またはそれに取り付けられており、一旦その器具のパッケージが取り外されると外れる。

本発明はさらに撮像システムを収納するのに適したパッケージに関し、このパッケージは磁石を備えている。この撮像システムは画像収集プロセスに不可欠な構成要素を備え、この構成要素は本発明に従って動作可能である。

本発明はさらに体腔を映像化する方法に関し、ａ）バランスカップ（ｂａｌａｎｃｉｎｇ ｃｕｐ）に挿入された撮像システムを提供するステップであって、この撮像システムが、ビデオ出力を有するカメラシステムと、目的の領域をカメラシステム上に映像化する光学システムと、カメラシステムのビデオ出力を伝送するトランスミッタとを備えているステップと、ｂ）撮像システム内で画像収集プロセスを起動するステップと、ｃ）バランスカップから撮像システムを解放するステップと、ｄ）体腔内に撮像システムを挿入するステップとから構成されている。

この撮像システムは目的の領域に光を当てる光源、伝送されたビデオ出力を受信する受信システム等の他の構成要素を備えていてもよい。

本発明は添付図面と共に以下の詳細な説明からより完全に理解され、かつ評価されよう。

本発明の方法は、画像収集プロセスに不可欠ななんらかの構成要素の電源を外部磁石からの抑止状態から解放するステップを含んでいる。

不可欠な構成要素とは、画像を取得するのに動作が必要となる、電源で駆動される構成要素である。画像を取得するのに不可欠な構成要素とは、例えば、撮像デバイスまたは、（撮像デバイスの必要条件および感度に左右される）光源である。この撮像デバイスは、ＣＣＤカメラまたは相補形ＭＯＳ画像センサ等の本発明の方法において使用するのに適したなんらかの画像センサあってよい。撮像デバイス用のエネルギーは通常、電磁石または永久磁石のいずれかを備える低エネルギーのモータを介して供給される。

この外部磁石は磁界を中性化（ｎｅｕｔｒａｌｉｚｅ）するように、不可欠な構成要素であるモータの磁石に比してより強力であるか、または不可欠な構成要素であるモータの磁石と一直線上に並んでいるかのいずれかである。したがって、画像収集プロセスに不可欠な構成要素が非作動状態であることにより、不可欠な構成要素である電源またはモータと外部磁石との近接状態は、画像収集プロセスを起動させないように働く。

この外部磁石は、直接オペレータによって、または機械的手段あるいは他の手段によって、不可欠な構成要素の操作が不可欠な構成要素である電源またはモータから外部磁石を引き離すのに適しているようにするために、不可欠な構成要素である電源またはモータから離れていてよい。

本発明の一実施形態では、撮像デバイスは血管、胃腸管等の体腔内部を映像化するのに適した医療器具に取り付けられているかその一部である。この医療器具は、ステント、針、内視鏡、または嚥下可能なカプセル、あるいは体腔内への挿入に適したなんらかの他の器具であってよい。

ここで図１を参照すると、撮像デバイスを備える先行技術の嚥下可能なカプセルの略図が示されている。このような嚥下可能なカプセルは米国特許第５，６０４，５３１号に記載されている。米国特許第５，６０４，５３１号は本発明の同一の譲受人に譲渡されており、本明細書に参照として組み入れられている。

嚥下可能なカプセル１０は典型的にはビューイングユニット（ｖｉｅｗｉｎｇ ｕｎｉｔ）１１およびカプセルの電気的要素を収納するユニット１２を備えている。このビューイングユニット１１は光源１８、消化器官の内部に当てる光を通すビューイングウィンド（ｖｉｅｗｉｎｇ ｗｉｎｄｏｗ）１４、画像を検出する電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラ等の撮像デバイス１６の画像収集構成要素、撮像デバイス１６の画像収集構成要素上に画像を集める（ｆｏｃｕｓ）光学システム（図示せず）、および撮像デバイスのビデオ信号を伝送する手段を有する撮像システムを含んでいる。この撮像システムは、撮像デバイスと通信を行いかつ伝送されたビデオ信号を受信する受信システムを備えていてもよい。

ユニット１２は典型的にはＣＣＤデバイスの出力からビデオ信号を生成するためのエレクトロニクスおよびバッテリなどの電源を備えており、この電源によりカプセルの電気的要素全体に電力が供給される。

ここで図２および図３を参照すると、本発明の一実施形態のパッケージ２２の中に入っている嚥下可能なカプセル２０の略図および側面図が示されている。カプセル２０は図１に記載したカプセルに類似している。このカプセル２０のビューイングユニットは白色のバランスカップ２６に挿入され、続いて、滅菌状態でカプセル２０を取り扱えるようにホルダ２８に取り付けられている。カプセル２０、ホルダ２８およびバランスカップ２６は磁石２４を含むパッケージ２２に入っている。またこのパッケージ２２は、基部２３（図３）および透明で滅菌状態のプラスチック製の上部カバー２１（図３）を含んでいる。磁石２４は、磁石２４が撮像デバイスの電源を抑止状態にするように、またはカプセルの電気的要素全体に給電する電池を抑止状態にするように、封入されたカプセル２０と一直線上に設けられている。

この磁石２４は磁石に対してカプセルの特定の方向性が必要とならないように、（図２に示すように）環状または曲線状であってよい。

カプセル２０内の撮像システムは、カプセル２０がパッケージ２２に入っている状態のときには磁石２４と近接しているために作動しない。この撮像デバイスおよび／または他の電源で駆動するカプセル２０の構成要素は、一旦カプセルが磁石２４から離れたら、すなわち、パッケージ２２からカプセル２０を取り外すことによって起動する。カプセル２０は、基部２３またはカバー２１のいずれかを矢印２５で示した方向に剥がし、ホルダ２８、バランスカップ２６、およびそれらに挿入されているカプセル２０を引き抜くことによってパッケージ２２から取り外すことができる。

パッケージ２２はカプセル２０を保存するのに適した材料から製造されてよい。例えば、パッケージ２２は、カバー２１は固いが柔軟性のあるプラスチック製であり、かつ基部２３がユーザが力を加えると破ることができる材料の箔（ｆｏｉｌ）である、ブリスタ（ｂｌｉｓｔｅｒ）タイプのパッケージであってよい。カプセル２０はパッケージ２２の上から力を加えると、基部２３が破れて、パッケージ２２の基部２３の方向にカバー２１を通ってパッケージ２２から放出され、ホルダ２８、バランスカップ２６、およびそれらの間に挿入されているカプセル２０が放出される。

一旦カプセル２０がパッケージ２２から放出されると、磁石２４から離れ、カプセル２０内の撮像デバイスおよび／または画像収集プロセスに不可欠な他の構成要素が起動され、撮像システムは画像の取得を開始する。カプセル２０のビューイングユニットは白色のバランスカップ２６に挿入されているため、最初に撮影されかつ伝送される画像は白色であり、これによりホワイトバランスの自動化が可能になっている。このカプセル２０は患者が飲み込むことができるように、バランスカップ２６から外す（ｓｎａｐ ｏｕｔ）ことができる。

別の実施形態では、バランスカップはその内壁上にマークが付けられており、この壁は一旦画像収集プロセスが始まると映像化される。この画像収集プロセスは、バランスカップから解放される前に所定の最初の期間動作が行われ、その間にマークの識別が行われる。このマークの識別が肯定的（ｐｏｓｉｔｉｖｅ）の場合に限り、画像収集プロセスは次に進むことが可能となる。

このマークは会社のロゴまたは他の記章、あるいは文字列であってよい。このマークは特に、撮像システムのすべての部品が適合している（ｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ）こと、例えば、カプセルおよびその撮像デバイスがその受信システムおよびソフトウェアと適合していることを確実にするために使用されてよい。

この点については図４にブロック図で示している。

画像収集プロセスに不可欠な構成要素の電源の抑止状態がはずされ（３２）、画像収集プロセスが開始される（３４）。前述したように、収集される最初の画像はバランスカップ内壁およびバランスカップ内壁上のなんらかのマークである。撮像デバイスから受信されたこの最初のデータは、撮像デバイスと通信を行う受信システムによって感知され、マークの識別プロセス（３６）が開始される。例えば、以下の要因により、マークを正確に識別するために調整が必要となることもある。
ａ）光の状態は、環境光、ならびにカプセルの電子部品（光源、センサ等）の違いが原因で異なるカプセル毎に変化する可能性がある。
ｂ）カプセルとバランスカップとが必ずしも一直線上になっていないために、マークの画像が撮影毎に異なる回転角で現れることになる。
ｃ）実画像からの距離が正確でなく、結果として画像の中の撮影対象の大きさが変わる。
ｄ）マークの画像を基準画像と比較する必要があり、かつ類似性を確認しなければならない。

マークの正確な識別を確実に行うために種々のアルゴリズムが実行されてよい。例えば、上記の要因を克服するために、以下のアルゴリズムが実行される。

ＡＧＣ（自動利得制御＝Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）に類似するアルゴリズムを用いて光補正（３６ａ）が実行される。このアルゴリズムは入力画像のいくつかの統計的パラメータを測定する（この画像は８×８ブロックに分割され、その平均強度が算出される。これに基づいて、アレー平均強度（ａｒｒａｙ ａｖｅｒａｇｅ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）ならびにブロックの最大および最小の強度が算出される）。次に、この統計的パラメータを基準値に合わせるために、この画像の輝度およびコントラストが変化される。

回転角を補正するために（３６ｂ）、直交座標（Ｃａｒｔｅｓｉｃ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ）から極座標（ｐｏｌａｒｉｃ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ）（Ｘ―Ｙ平面からＲ―θ平面に）に変換される。ここで、Ｒ＝ＳＱＲＴ（Ｘ^*Ｘ＋Ｙ^*Ｙ）およびθ＝ＡＴＡＮ（Ｘ／Ｙ）である。

画像をＲ―θ平面に変換した後、ＬＯＧ関数を画像に適用することによって倍率が補正される（３６ｃ）。この関数が、実際には係数で乗算したものである倍率をバイアス／シフト差に変換する。

このマークの識別は画像識別プロセス（３６ｄ）によって行われ、このプロセスでは基準画像と入力された画像との相互相関関数が算出され、かつこの相互相関関数の最大値が求められる。この最大値は閾値と比較される。最大値が閾値よりも大きい場合、その画像は類似したものであるという識別結果となる。

画像が類似しているという識別結果になった場合（識別が肯定的である場合）、画像収集プロセスは次に進むことが可能となる（３５）。画像が類似していないという識別結果になった場合（識別が否定的である場合）、この画像収集プロセスは終了される（３７）。

したがって、最初は、所定の時間または所定の数のフレームを収集するために、このシステムは動作するが、画像収集プロセスは、マークの識別が肯定的の場合に限り、この最初の動作よりも先に進むことが可能となる。この動作形態を使用することにより、すべての構成要素が本物（ｏｒｉｇｉｎａｌ）の構成要素である場合にのみシステムが動作することを確実にすることができる。例えば、製造元が異なる嚥下可能なカプセル（バランスカップにマークの入っていない）と共にオリジナルの受信システムを使用した場合、マークの識別は肯定的とはならないので、最初の動作から先には進まない。

このカプセルを飲み込む前に、画像収集プロセスが終了した場合には、患者に警告が与えられる。

許可されていない構成要素が使用される場合にシステムは作動しないという事実および患者には警告が与えられるという事実によって、おおいに患者には安全性がもたらされる。

コンピュータまたは類似するデータプロセッサ、マイクロプロセッサ、埋込み型プロセッサ、マイクロコンピュータ、マイクロコントローラ等の演算手段を用いて実行可能なソフトウェアまたはソフトウェア手段によってアルゴリズムおよび計算が実行されることを理解されたい。

このカプセルは診断用に使用してよく、治療過程に用いることができる。このカプセルは、胃腸管の周囲から物質を収集するかまたは胃腸管の周囲に物質を放出する知られているシステムを含むこともでき、これによって胃腸管に沿って所要の位置で、標本を収集することができるか、または薬剤を放出することができる。この画像収集プロセスによって、胃腸管に沿って所要地点の正確な識別およびカプセルの正確な位置付け（ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ）が可能となることを理解されたい。

本発明の方法およびパッケージングは、使用の直前に画像収集プロセスを安全に起動することができるため、画像収集プロセスにおいて構成要素の安全で経済的かつ容易な使用を可能にしている。

本発明は本明細書において具体的に示しかつ記載してきたものに限定されるものではないことは、当業者には十分理解されよう。むしろ、本発明の範囲は頭記の特許請求の範囲により定められている。

撮像デバイスを備える先行技術の嚥下可能なカプセルの略図である。 本発明の一実施形態によるパッケージに入っている撮像デバイスの略図である。 図２に示した撮像デバイスおよびパッケージの側面図である。 本発明の一実施形態による本発明の方法のブロック図である。

Claims (12)

1. 胃腸管を撮像するシステムにおいて、
   撮像デバイス備えた嚥下可能カプセルと、
   保持カップとを備え、
   前記カプセルが前記保持カップ内で起動され、前記保持カップ内で撮影された画像に基づいてシステムの動作確認を行うようになっていることを特徴とするシステム。
2. 前記撮像デバイスがＣＣＤを備えていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
3. 前記撮像デバイスがＣＭＯＳを備えていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
4. 前記嚥下可能カプセルが光源を備えていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
5. 前記嚥下可能カプセルが、前記撮像デバイスの出力を伝送するトランスミッタを備えていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
6. 伝送されたビデオ出力を受信する受信システムをさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
7. 嚥下可能カプセルの動作を調整する方法であって、
   前記動作を調整するために画像を撮像するための撮像デバイスを有する嚥下可能カプセルを保持カップ内に配置し、
   前記撮像デバイスを起動し、
   前記保持カップ内で前記撮像デバイスにより撮像された最初の入力画像を記録し、
   前記入力画像のパラメータを測定し、
   前記パラメータに基づいて前記画像の輝度およびコントラストのうち少なくとも１つを変更するステップを有することを特徴とする方法。
8. 前記カプセル内の照明源を起動するステップを備えることを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 前記画像の輝度およびコントラストのうちの少なくとも１つを変更して統計的パラメータを基準値に合わせるステップを備えることを特徴とする請求項７に記載の方法。
10. 前記入力画像が白色であることを特徴とする請求項７に記載の方法。
11. 光補正を実行するステップを備えることを特徴とする請求項７に記載の方法。
12. 前記入力画像の平均強度を決定するステップを備えていることを特徴とする請求項７に記載の方法。

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