JP3954382B2 - 温度感知方法 - Google Patents

Description

【０００１】
（発明の分野）
本発明は、身体の内部のような環境の温度を測定するための方法およびシステムに関するものである。
【０００２】
（発明の背景）
多くの環境において、物体の内側の温度を測定することは重要である。このような環境は、産業上の処理の際に、あるいは物理的探査あるいは身体の内側体部の医療診断および治療のような診査・分析処理の際に生じる。
【０００３】
通常温度測定および絶対温度測定は温度を測定するための既知の方法である。
【０００４】
通常温度測定は、抵抗値あるいは機械的膨張率のような物質の諸性質の温度係数に基づくものである。
【０００５】
絶対温度測定は、センサ抵抗の熱エネルギーを直接測定する方法である。この方法は、抵抗の内部にあるイオン化した分子のブラウン運動によって生じる内在的な熱雑音という既知の物理現象に基づくものである。
【０００６】
熱電流に関して考察できる熱雑音により、熱力学的目盛りで温度の直接的測定がもたらされ、従って、ボルツマン定数で温度が定められる。熱雑音の現象はたとえば次のような書物の中に由来する。１９９８年にＳＰＩＥ Ｐｒｅｓｓが刊行したＨｏｌｓｔ Ｇ．Ｃ．著の「ＣＣＤ配列のカメラおよびディスプレイ（ＣＣＤ ａｒｒａｙｓ ｃａｍｅｒａｓ ａｎｄ ｄｉｓｐｌａｙｓ）」第２版。熱電流を定義するために用いられた式は
＜ｉ_ｎ ^２＞＝ｋＴＣ
である。ここで、ｋはボルツマン定数であり、Ｔはセンサの温度、そして、Ｃはそのセンサのキャパシタンスである。このように、熱電流によって作られた信号の大きさは、そのセンサの温度の平方根に正比例している。実験によれば、その信号は温度が７℃（摂氏温度）増加すると２倍になることが示されたが、これは、０．１℃よりも優れた分解能が達成されていることを意味する。
【０００７】
イメージセンサでは、作動中の光検出器装置の中で作られた熱電流は、光放射線が検出器にまったく当たらないならば、「暗電流」と称される。ＣＣＤカメラでは、暗電流は本質的には、熱雑音によってＣＣＤ画素の中に累積する電荷である。暗電流の効果は、それぞれの画素の中における電子カウントへの付加量を作り出すことである。
【０００８】
ｖｏｎ Ｔｈｕｎａに付与された米国特許第３，９３７，０８６号、Ｓｅｐｐａらに付与された米国特許第５，３５４，１３０号、およびＳｈｅｐａｒｄらに付与された米国特許第５，０９８，１９７号の明細書にはすべて、物体物質の絶対温度をその物体物質の熱雑音を受けて解析することによって求めるための装置についての記載がある。
【０００９】
Ｂｏｗｅｎに付与された米国特許第４，２４６，７８４号の明細書には、身体の内部の温度を、測定された身体の可聴的熱雑音スペクトルを利用して、非侵襲的に測定する方法についての記載がある。
【００１０】
これらの温度測定法はどれも、物体物質の熱雑音を測定するためにイメージセンサを利用していない。
【００１１】
（発明の概要）
本発明によれば、身体の内側のような環境の温度を、その環境におけるイメージセンサの温度を算定し、イメージセンサの算定温度からその環境の温度を推定することによって、感知するための方法およびシステムが提供される。イメージセンサの温度は、生成した暗電流騒音を測定することにより算定される。
【００１２】
本発明の方法および装置には、物体の温度を推定するために、熱雑音を容易に検出することのできるイメージセンサを利用する、という利点がある。本発明によれば、さらにまた、目に見えるデータを得るためと、そのデータをその環境の温度と比較するためとに、単一のセンサが利用される。従って、環境についてのさまざまな相異なる情報を、単一の感知装置を利用することで得ることができる。
【００１３】
従って、本発明によれば、画像感知用モジュールを有しているイメージセンサを環境の中へ導き入れるステップと、そのイメージセンサの暗電流雑音を感知するステップと、そのイメージセンサの温度を算定するステップと、この環境の温度を算定するステップと、算定されたその環境温度を任意に表示するステップとを備えてなる、環境の温度を感知する方法が提供される。
【００１４】
本発明における「環境」という用語は、壁体の内部で密閉された空間に関するものであって、その空間および／または壁体の温度を測定するのが望まれるような空間をいう。
【００１５】
イメージセンサの温度は、すぐそばの周囲温度を表示するものであり、別の区域の温度をも算定することのできる、熱分布、イメージセンサからの距離などのような、既知の要素に依存している。
【００１６】
本発明に利用されるイメージセンサは、デジタルカメラであってもよく、ビディオコン、ＣＣＤカメラあるいはＣＭＯＳカメラなどのビデオカメラであってもよい。
【００１７】
本発明によれば、環境の温度を感知するためのシステムがさらに提供される。このシステムには、画像感知用モジュールを有しているイメージセンサが備わっている。イメージセンサは、画像感知用モジュールを有しているイメージセンサの暗電流を検出するための、およびイメージセンサの温度を算定するための積分ユニットに連結されている。この積分ユニットによって環境の温度をさらに算定することができ、あるいは、積分ユニットからのデータに基づいて、環境の温度を、積分ユニットに連結されている別のユニットによって算定することができる。
【００１８】
積分ユニットには、イメージセンサから受けた信号を増幅するための増幅機能が備わっていてもよい。
【００１９】
イメージセンサと積分ユニットとの間の連結は、センサが照明されない時間の間だけ連結することのできるスイッチにより任意に、照明状態に応じて任意に制御することができる。
【００２０】
本発明は、図面とともになされる次の詳細な説明から、いっそう充分に理解され、認識される。
【００２１】
（発明の詳細な説明）
環境を監視するためにイメージセンサを利用する分析・診査方法によれば、温度が局部的に変化すると不規則な事象として表示できるので、環境の温度に関連する情報を獲得することで利益が得られる。
【００２２】
たとえば、本出願の共同譲受人に譲渡された米国特許第５，６０４，５３１号の明細書には、飲み込み可能であって消化管をすべて通過することができ、自律型ビデオ内視鏡として作動することができるカプセルが記載されている。米国特許第５，６０４，５３１号の明細書の内容は、引用によってこの明細書に組み入れられる。このような飲み込み可能なカプセルには、ａ）カメラ系、ｂ）このカメラ系に目的区域の画像を形成する光学系、およびｃ）このカメラ系のビデオ出力を送信する送信機が含まれている。このような飲み込み可能なカプセルによって得られた、目に見えるデータによって、とりわけ、胃腸管の中における病理の部位を表示することができる。また、胃腸管の中における温度の局部的変化によって、病理の表示をすることもできる。従って、目に見える手段によって得られた情報は、胃腸管の中の局部温度に関連している情報によって補完され、集中される。
【００２３】
本発明の方法によれば、可視的監視および温度感知を同時に行うことが可能になる。
【００２４】
この方法は、図１に示されたブロック線図によって、概略的に記載されている。前記の飲み込み可能なカプセルのようなイメージセンサが、胃腸管のような環境の中へ挿入される（１０）。
【００２５】
イメージセンサ自体に接続された諸要素によって、あるいは外部の光源によって、断続的に照明が行われる。照明が行われると（１２）、目に見えるデータだけが得られて（１４）、表示される（１６）。目に見えるデータが得られてこれが表示される方法は、たとえば前記の米国特許第５，６０４，５３１号明細書に記載されている。
【００２６】
以下でいっそう詳しく考察するように、暗電流雑音に関連しているデータを得るためには照明を遮ることが避けられないものの、断続的な暗時間１１では、積分ユニット１００が駆動されて、イメージセンサから暗電流データ１３が得られる。
【００２７】
積分ユニット１００は、必要であれば、得られたデータを増幅し（１５）、熱雑音について導かれた既知のいくつかの方程式を用いてイメージセンサの温度を算定する（１７）できるプロセッサである。これらの方程式が複雑な現象の近似であることと、施される実際の算定を推定するために較正を行うべきであることとが理解されるであろう。
【００２８】
次に、積分ユニット１００によるか、あるいはこの積分ユニット１００に連結されている別のユニットによるかのいずれかで、環境温度が算定される（１９）。環境温度の算定は、イメージセンサと環境との間に熱平衡が存在していることに基づいている。これらの算定には、イメージセンサからのエネルギー散逸が考慮に入れられる。環境の内部における局部温度あるいは平均温度は、特定の諸要件に依存して算定することができる。次に算定された温度を表示してもよい（１８）。
【００２９】
このようなさまざまな算定は、コンピュータ、あるいはそれと同様なデータプロセッサ、マイクロプロセッサ、埋込プロセッサ、マイクロコンピュータ、マイクロコントローラなどのような演算手段に実行させることのできるソフトウェア、あるいはソフトウェア手段によって行われることが理解されるだろう。
【００３０】
積分ユニット１００には、必ずしもすべてが物理的に接続されている必要のない、互いに別々のプロセッサが備わっていてもよい。イメージセンサの温度算定（１７）や環境温度算定（１９）のような、積分ユニット１００によって行われるいくつかの機能は、その環境の外に置かれており、質問応答機あるいは無線機などとの通信により積分ユニットからデータが供給されるプロセッサの中で、実行できる。実際、オペレーターが、環境の温度に注意しなければならない場合、算定された温度を少なくとも表示する（１８）機能はその環境の外で実行されなければならない。
【００３１】
積分ユニット１００は、それによって得られたデータをさらに処理し、かつ使用するために、他のユニットと連結することができる。たとえば、前記の米国特許第５，６０４，５３１号明細書に記載されているような、飲み込み可能なカプセルには、消化管の環境から試料を集めるための試料チャンバが備わっていてもよい。試料を集める方法は、所定温度が支配的である消化管に沿った部位からだけ試料が集められるように、積分ユニット１００によって制御することができる。
【００３２】
さて、図２を参照することにする。この図は、本発明に係るシステムの概略図である。このシステムには、画像感知用モジュールを有しているイメージセンサ２０が備わっている。このイメージセンサ２０には、積分ユニット２２に連結される画素列が（図３に示されているように）含まれている。この連結は、暗時間の間だけその連結が可能になるように、照明インジケータ２６によって制御される温度感知スイッチ２４で可能になる。
【００３３】
イメージセンサ２０と積分ユニット２２との連結が行われると、イメージセンサ２０からの暗電流データが積分ユニット２２へ送られる。
【００３４】
以下で考察するように、画素の数が多いと得られるデータはいっそう正確なものになるが、イメージセンサ画素列の単一画素から得られた暗電流データに基づいてイメージセンサ２０の温度を算定することは可能である。それゆえ、画素列におけるイメージセンサ２０の画素の一部を、常に露光されていない状態に維持し、照明を遮らなくとも、露光されていない画素から暗電流データを得ることは、可能である。
【００３５】
このように、暗電流データは、画素列の画素の一部を覆うか、あるいは、画素列の画素の一部を画像領域の外側、たとえば画素列の周縁へ持っていくかのいずれかにより、絶え間ない照明が行われる際にも得ることができる。
【００３６】
積分ユニット２２は、暗電流信号を増幅することができるとともにその暗電流信号からイメージセンサの温度を算定することができるプロセッサである。積分ユニット２２はさらに、イメージセンサの温度から環境温度を算定することができるとともに、算定された環境温度２１を表示することができる。積分ユニット２２は、前記の試料チャンバのような、異なる温度感知用ユニット２８を、所定温度に対応して制御することができる。
【００３７】
さて、図３を参照することにする。この図は、本発明に係るイメージセンサの機能的なブロック配置の概略図である。イメージセンサには、単一のチップ４０が備わっており、チップ４０には、画像感知用モジュール４２と、制御回路区域４４とがある。画像感知用モジュール４２には、画像を取り込むための画素列４８が含まれている。制御回路区域４４には、タイミングおよび論理の回路部品４７とＡ／Ｄ回路部品４６とが含まれている。
【００３８】
信号は、画素列４８のすべての画素から受け取ることができる。暗電流は、照明されていない画素から、あるいは暗時間にある画素から得られ、一方、照明された画素から得られた電流信号は画素の暗電流と明電流との合計である。すべての画素からの信号の累積はデータに変換され、データは、復号作業を行うためと、可視的表現および／またはこのデータから得られた温度を表示するためとに送信機を介して積分ユニットへ連結される。
【００３９】
本発明のシステムは、本発明に係るシステムを備えている医療装置の概略図である図４によって例示され、さらに説明される。
【００４０】
図４に図示された医療装置は、前記の米国特許第５，６０４，５３１号明細書に記載されたような飲み込み可能なカプセルである。装置全体を３０で表してある。飲み込み可能なカプセル３０には、ＣＭＯＳカメラ３２が備わっており、これは積分ユニット３４に連結されている。飲み込み可能なカプセル３０にはさらに、照明インジケータ３３に連結された照明要素３６が備わっている。胃腸管壁３１は照明要素３６によって照明される。照明要素３６によって断続的にパルスが発生し、カメラ３２によって胃腸管壁３１の連続画像が取り込まれ、オペレーターが胃腸管壁を観察することが可能になる。カメラ３２と積分ユニット３４との連結は、照明の不足を感知する照明インジケータ３３によって温度感知スイッチ（図示略）がオン位置へ駆動されたときに、照明パルス相互間で可能になる。
【００４１】
これに代えて、オペレーターが照明インジケータ３３を駆動して、照明要素３６を消し、これと同時にその温度感知スイッチをオン位置へ切り換えるようにしてもよい。
【００４２】
カメラ３２と積分ユニット３４との間にいったん連結が行われると、カメラ３２から生じた暗電流信号は、前記のように、積分ユニット３４によって受け取られて処理される。算定された胃腸温度は、胃腸管の外にあるディスプレイユニットに表示される。
【００４３】
飲み込み可能なカプセル３０にはさらに、胃腸管環境から試料を集めるための試料チャンバ３５が備わっている。集められた試料は、胃腸管壁からの細胞であってもよく、胃腸管環境からの液体試料であってもよい。試料を集めるための機構は、当業界で知られた適切な機構であればどのようなものでもよいが、温度の算定された胃腸管環境に従って駆動されるように、積分ユニット３４によって制御される。これに代えて、この機構を、表示された温度に基づいてオペレーターによって制御することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る方法の１つの実施態様を表しているブロック線図である。
【図２】 本発明に係るシステムの１つの実施態様についての概略図である。
【図３】 本発明に係るイメージセンサの機能的なブロック配置の概略図である。
【図４】 本発明に係るシステムを備えている医療装置の概略図である。

Claims (32)

1. 環境の温度を感知するための画像感知用モジュールを有するイメージセンサと前記イメージセンサに接続された積分ユニットを有するシステムを制御する方法であって、前記積分ユニットが、
   イメージセンサが照明されていない少なくとも１つの暗時間の間に環境の中に導き入れられたイメージセンサの画像感知用モジュールの暗電流雑音を感知するステップ、
   感知した暗電流雑音からイメージセンサの温度を算定するステップ、および
   算定したイメージセンサの温度から環境の温度を算定するステップ
   を行う、方法。
2. 算定した環境の温度を表示するステップをさらに備えている請求項１に記載の方法。
3. イメージセンサの温度を算定するステップに先立って、感知した暗電流雑音を増幅するステップをさらに備えている請求項１に記載の方法。
4. イメージセンサの暗電流雑音を感知するステップが、イメージセンサに連結している積分ユニットによって実行される請求項１に記載の方法。
5. 感知した暗電流雑音が、イメージセンサに連結している積分ユニットによって増幅される請求項３に記載の方法。
6. イメージセンサの温度を算定するステップと、環境の温度を算定するステップとが、イメージセンサに連結している積分ユニットによって実行される請求項１に記載の方法。
7. イメージセンサの暗電流雑音を感知するステップに続くいくつかのステップのいずれか１つが、積分ユニットに連結している別のユニットによって実行される請求項４に記載の方法。
8. 積分ユニットが、環境の外側に配置されている請求項４に記載の方法。
9. 別のユニットが、環境の外側に配置されている請求項７に記載の方法。
10. イメージセンサが、断続的な照明時間と暗時間とにさらされる請求項１に記載の方法。
11. イメージセンサの暗電流雑音を感知するステップが、１回以上の暗時間の間に実行される請求項１０に記載の方法。
12. イメージセンサが、デジタルカメラあるいはビデオカメラである請求項１に記載の方法。
13. 前記環境が、体腔である請求項１に記載の方法。
14. 環境の温度を感知するためのシステムであって、積分ユニットに連結しているイメージセンサを備え、前記システムは、
    前記イメージセンサを環境の中へ導き入れる手段を有し、
    前記積分ユニットが、イメージセンサが照明されていない少なくとも１つの暗時間の間にイメージセンサから暗電流雑音を受ける手段と、イメージセンサの温度を算定する手段、および環境の温度を算定する手段を備えてなる、環境の温度を感知するためのシステム。
15. 積分ユニットが、イメージセンサの温度の算定と、環境の温度の算定とに先立って、受信した暗電流雑音を増幅する手段を備えている請求項１４に記載のシステム。
16. イメージセンサの温度を算定する手段と環境の温度を算定する手段いずれか、あるいは双方が、積分ユニットに連結している別のユニットによって構成される請求項１４に記載のシステム。
17. 受信した暗電流雑音を増幅する手段と、イメージセンサの温度を算定する手段、および環境の温度を算定する手段の１つ以上が、積分ユニットに連結している別のユニットによって構成される請求項１５に記載のシステム。
18. 積分ユニットが更に、算定された環境の温度を表示する手段を備えている請求項１４に記載のシステム。
19. 算定された環境の温度を表示する手段が、積分ユニットに連結している別のユニットによって構成される請求項１８に記載のシステム。
20. 積分ユニットが、環境の外側に配置されている請求項１４に記載のシステム。
21. 前記別のユニットが、環境の外側に配置されている請求項１６、１７または１９に記載のシステム。
22. イメージセンサが、断続的な照明時間と暗時間とにさらされる請求項１４に記載のシステム。
23. 照明の指示を受け入れるための照明インジケータに連結しているスイッチをさらに備え、前記スイッチが、イメージセンサと積分ユニットとの間の連結を１回以上の暗時間の間にだけ可能にする請求項２２に記載のシステム。
24. イメージセンサを断続的な照明時間と暗時間とにさらすための照明要素を制御するスイッチをさらに備え、前記スイッチが、イメージセンサと積分ユニットとの間の連結を１回以上の暗時間の間にだけ可能にする請求項１４に記載のシステム。
25. スイッチが、外部のオペレーターによって制御される請求項２３または２４に記載のシステム。
26. 積分ユニットが、機能ユニットに連結しており、所定温度に従って前記機能ユニットを操作する請求項１４に記載のシステム。
27. イメージセンサが、デジタルカメラあるいはビデオカメラである請求項１４に記載のシステム。
28. 環境が、体腔である請求項１４に記載のシステム。
29. 請求項１４に記載のシステムを備えている医療装置。
30. 装置が、飲み込み可能な自律型内視鏡である請求項２９に記載の医療装置。
31. 請求項２６に記載のシステムを備えている医療装置。
32. 機能ユニットが、環境から試料の採集を可能にするユニットである請求項３１に記載の医療装置。

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