JP4020861B2 - カプセル型医療装置及びカプセル型医療装置システム - Google Patents
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Description
また、この種のカプセル型医療装置は、その大きさに制約があるため、小さいバッテリを搭載し、適切な電流で電気刺激を与えて、少ない電力消費で効率良く移動できるようにすることが望まれている。
このカプセル型医療装置では、接触検出手段が、電極が生体組織に接触していることを電気的に検出し、制御部が所定の接触状態にある電極を選択する。そして、制御部により選択された電極に対して、電気発生手段が電流を供給し、生体組織に電気刺激を付加する。したがって、生体組織に接触している電極にのみ通電を行い、確実に生体組織に電気刺激を付加することができる。
このカプセル型医療装置では、所定の電圧波形を作成し、これに基づいた電流を発生させる。この際に、実際に流れる電流値に応じて制限回路でゲイン調整を行い、適切な電流値に調整する。このため、適切な電流を生体組織に流すことができる。
このカプセル型医療装置では、抵抗器により、電流値を制限し、過電流の発生を防止するので、電源となる波形発生器などの機器や、生体組織を保護することができる。
このカプセル型医療装置では、電圧波形からエッジ部分がなくなるので、高周波成分が発生しなくなり、安定した電気刺激を生体組織に与えることができる。
このカプセル型医療装置では、高周波成分が発生した場合でも、そのパワーが小さくなるので、安定した電気刺激を生体組織に与えることができる。
このカプセル型医療装置では、力覚検出手段によって、電極と生体組織との接触圧を電気的に検出して、電気刺激を付加する電極を選択する。
このカプセル型医療装置では、電極間のインピーダンスを測定することで、生体組織に対して所定の接触面積を有する電極を選択し、この電極を用いて生体組織に電気刺激を付加する。生体組織に電気刺激を付加できる電極を確実に選択することが可能になる。
このカプセル型医療装置では、筐体の外周上に電極がそれぞれ等間隔に配置されるので、電極が生体組織に接触する可能性が高くなり、生体組織に電気刺激を付加しやすくなる。また、これにより、カプセル型医療装置を効率良く移動させることができる。
このカプセル型医療装置では、筐体の長手方向に沿って電極が多段に配置されているので、電極が生体組織に接触する可能性が高くなり、生体組織に電気刺激を付加しやすくなる。また、これにより、カプセル型医療装置を効率良く移動させることができる。
このカプセル型医療装置では、筐体の長手方向と略直交する方向に膨出させた突出部に傾斜面を設けることで、生体組織と筐体とを接触しやすくしている。さらに、この傾斜面に一方の電極及び他方の電極を配置したので、一方の電極及び他方の電極と生体組織とが接触しやくなり、カプセル型医療装置を移動させやすい。
このカプセル型医療装置では、一端側に向かって傾斜する傾斜面に配置した電極に通電すると、他端を先頭にしてカプセル型医療装置を推進させるように生体組織を収縮運動させることができる。また、他端側に向かって傾斜する傾斜面に配置した電極に通電すると、一端を先頭にしてカプセル型医療装置を推進させるように生体組織を収縮運動させることができる。
このカプセル型医療装置では、自己が前進又は後退したことを、加速度又は速度の変化により確認し、必要に応じて電気刺激を付加するなどして、カプセル型医療装置を所望の位置に効率良く移動させることができる。
このカプセル型医療装置システムでは、接触検出手段が、電極が生体組織に接触していることを電気的に検出し、制御部が所定の接触状態にある電極を選択する。そして、制御部により選択された電極に対して、電気発生手段が電流を供給し、生体組織に電気刺激を付加する。したがって、電極から確実に生体組織に電気刺激を付加することができる。また、カプセル型医療装置で取得した生体情報を、体外装置において蓄積することができる。
このカプセル型医療装置システムでは、カプセル型医療装置が前進又は後退したことを、所定の時間間隔をおいて撮影された生体内の画像の変化から体外装置が判定する。体外装置は、画像の変化に基づいてカプセル型医療装置の移動が必要と判断した場合に、体外通信手段を用いてカプセル型医療装置に指令信号を出力する。これを受け取ったカプセル型医療装置は、所定の電極を用いて生体組織に電気刺激を付加する。このようにすることで、カプセル型医療装置を所望の位置に効率良く移動させることができる。
図1には、第1の実施の形態におけるカプセル型装置システムの構成を示してある。図1に示すように、カプセル型医療装置システム1は、体外に配される体外装置2と、体内(生体内)に投入可能なカプセル型医療装置3とを備えている。
体外装置2は、本体ケース4内に、カプセル型医療装置3との間で情報を送受信する無線送受信部(体外側通信手段)5と、入力装置6と、表示装置7と、これら各構成品(手段)を制御する体外制御部8と、これら各構成品に電力を供給するバッテリ9と、その他の操作用のスイッチ10とを備えている。
入力装置6は、データ入力及び操作を受け付けるキーボード、マウス、ジョイスティック、タッチパネル、スイッチ等である。
表示装置7は、現在のカプセル型医療装置3の情報を表示したり、カプセル型医療装置3から受信した生体情報を表示したりする。また、入力操作を支援するGUI(グラフィカル・ユーザ・インターフェース)も表示される。
体外制御部8は、CPU(中央演算装置)13と、生体情報やデータを記憶するメモリ(記憶手段)14と、体外装置の制御を行うプログラムを格納するプログラム格納用メモリ15と、通信インターフェース(バス)とを含んで構成されている。
取得手段23は、カプセル21の一端側に設けられた透明カバー(不図示)内に設けられたCCD(Charge Coupled Device)34と、LED(Light Emitting Diode)35とから構成される。CCD34は、体内の各部を撮影して撮像画像を得るために用いられる。LED35は、CCD34の視野範囲を照明する。なお、CCD34の代わりに、pHセンサなど、生体をモニタするセンサを設けても良い。また、取得手段23に代わりに、生体組織の採取を行う生体採取部や、生体組織の治療を行う生体治療部を備えても良い。さらに、取得手段23、生体採取部、生体治療部の少なくとも2つを同時に搭載しても良い。
発振器36は、数Hzから数十Hzの周波数の交流信号を発生する。また、制御回路29からの情報により、DC出力、方形波、正弦波、のこぎり波など、任意の波形パターンを発生させることができる。さらに、方形波の場合には、振幅がHIghの状態と、Lowの状態の時間の比(デューティ比)を変更することができる。のこぎり波においては、電圧が上昇する時間と減少する時間の比を調整することができる。なお、発振器36における波形パターンの選択、及び出力の有無は、制御回路29によりコントロールされている。
ゲイン調整回路37は、発振器36の出力を増幅する。増幅率は、制御回路29によってコントロールされる。また、ゲイン調整回路37は、電流センサ40の出力もモニタしており、設定値より大きな電流が流れた場合には、ゲインを下げて電流値を制限する制限回路としても機能する。
抵抗器39は、生体に流れる電流を制御し、過電流を防止するもので、一端がドライバ38の出力に接続され、他端が電流センサ40を介してプラス電極部25に接続されている。
電流センサ40は、抵抗器39からプラス電極部25に供給される電流値、つまり生体に付加する電流値を測定する。この電流センサ40の出力は、制御回路29とゲイン調整回路37とに接続されている。
歪ゲージ用アンプ50は、生体組織に対する電極42a〜42f,44a〜44fの接触圧をモニタするもので、ブリッジ回路49a〜49fに所定の電圧を印加する電圧源52と、ブリッジ回路49a〜49fの電圧を測定する電圧計53と、電圧計53に接続された電圧‐力量変換器54とを有している。電圧‐力量変換機54は、電圧計53で検出した電圧を力量(圧力)に換算する。そして、電圧‐力量変換機54の出力は、制御回路29に接続されている。
以下、各ブリッジ回路49b〜49fも、ブリッジ回路49aと同様の構成を有している。
図4に示すように、カプセル21は、図中左側に位置する一端である先端部55が、半球に近い曲面を有する円筒形状を有している。この先端部55には、透明部分を有し、その内部に前記取得手段23などが配置されている。また、図中右側に位置する他端である後部56は、先端部55よりも直線的に外径が減少し、その最後端は丸みを帯びている。なお、以下において、先端部55が、カプセル型医療装置3の進行方向前側として説明するが、体腔内ではカプセル型医療装置3の前後が逆転することもある。
さらに、電気回路基板59の一端には、フレキシブル基板60が取付けられている。フレキシブル基板60は、電気回路基板59上の各回路からの信号を、制御回路29との間でやり取りするために用いられる。また、電気回路基板59上の各回路への電源の供給や、電流センサ40とプラス電極部25とを電気的に接続する役割も担う。
接触部61は、長方体の一部を、カプセル21の傾斜に近似した曲面形状にしてあり、この曲面の部分をカプセル21の外側に露出させている。具体的には、中心軸Cに沿った底面と、底面の先端部55(図4参照)側からカプセル21の半径方向の外側に延びる平面とを有し、平面の先端(半径方向の外側)の辺から、底面の先端(中心軸Cに沿った後側)の辺に向かって曲面を形成してある。
なお、1つのブリッジ回路49a〜49fを形成する4本の歪ゲージを、隣り合う1組みのプラス電極42とマイナス電極44とに振り分けて取り付けているのは、このように隣り合う1組のプラス電極42とマイナス電極44とは、ほぼ一体の挙動を示し、生体組織に対しても同様な接触状態になるからである。
まず、被験者を絶縁し、体外装置2をベルト等で体部に装着させる。次に、被験者にカプセル型医療装置3を経口投入する。カプセル型医療装置3は、体外装置2からの指令により、又は制御回路29に設けられたタイマ回路や動作プログラムの指令により、LED35を発光させると共に、CCD34を作動させ、体内の画像を撮影する。撮影により取得される画像データは、デジタル化され、必要に応じて圧縮された状態でメモリ28に一時的に記憶される。そして、メモリ28に記憶された画像データは、無線送受信部22を介して体外装置2に送信される。
カプセル型医療装置3の移動量が小さいと判定し、かつカプセル型医療装置3の移動が必要な場合には、カプセル型医療装置3を推進させる。具体的には、体外装置2が、無線送受信部5から電気刺激を促す指令を送信し、これを受信したカプセル型医療装置3が、プラス電極42a〜42fから、生体組織を介してマイナス電極44a〜44fに電流を流し、生体組織に電気刺激を与え、管腔組織を収縮させる。
すなわち、図3に示すように、力覚センサ27は、歪ゲージ用切替回路51が備える切替回路51a,51b,51c,51dの接点を、同期を取りながら順番に切り替えて、歪ゲージ45a〜45f,46a〜46f,47a〜47f,48a〜48fで構成されたブリッジ回路49a〜49fの抵抗値の変化を電圧として取得し、電圧‐力量変換器54で接触圧に変換する。
このようにして検出された接触圧は、制御回路29に入力される。そして、制御回路29では、力覚センサ27で検出した接触圧が、予め設定されている所定値を超えるか否かを判定する。
一方、力覚センサ27で検出した接触圧が、所定値以上であれば、そのブリッジ回路49a〜49fが取り付けられている電極42a〜42f,44a〜44fは、生体組織と十分に接触しており、その電極42a〜42f,44a〜44fから電流を生体組織に通電できると判定する。
そして、プラス側とマイナス側とでそれぞれ1つ以上の電極42,44が有効に接触していると判定した場合に、制御回路29は、プラス電極部25のスイッチング素子41を切り替えて、所定の接触圧が得られているプラス電極42a〜42fを電流発生手段24に接続する。また、マイナス電極部26のスイッチング素子43を切り替えて、所定の接触圧が得られているマイナス電極44a〜44fをカプセル型医療装置2内の他の回路のグランドに接続する。なお、図2では、プラス電極42fからマイナス電極44cに電流が流れるようにスイッチング素子41,43をセットした状態が示してある。
このように、発振器36の電圧波形に応じた電流信号が、生体組織に付加されると、管腔組織が収縮する。この収縮動作は、電極42,44が配置されているカプセル21の後部56(図4参照)の斜面を押し出すように作用するので、カプセル型医療装置3が、先端部55を前側にして、推進させられる。カプセル型医療装置3を連続して前進させる際には、同じプラス電極42及びマイナス電極44に電流を流し続けるか、力覚センサ27で接触圧を検出し、最適な電極42,44の組み合わせに順次選択し、電流を流しても良い。
最初に、発振器36が、台形波を生成し、この台形波をゲイン調整回路37が予め設定されているゲインで増幅して、例えば、図7に示すような、最大電圧がV1の電圧波形f1を出力する。この電圧波形f1は、ドライバ38において、電流値に変換され、変換により得られた電流は、抵抗器39、電流センサ40を介して、プラス電極部25から生体組織に流され、マイナス電流部26から帰還される。
このとき、制御回路29は、所定の電流値IL以上の電流が生体組織に付加されないように、電流センサ40の値を監視している。そして、電流値がIL以下であれば、電圧波形f1に従って電流を流し続ける。一方、電流値ILを越えた場合には、発振器36を停止するか、ゲイン調整回路37のゲインを低下させるか、又はその両方を行い、その周期における電気刺激の付加を中止する。このため、このような場合の出力電圧の波形は、実線に示す電圧波形f2のようになる。
つまり、制御回路29は、ゲイン調整回路37から出力される電圧波形を、電圧V2よりも低い電圧V3になるようにゲインを設定する。そして、このゲインで、電流が電流値IL以下になれば、そのままのゲインで電流を供給する。このようにしてゲインを制御することにより、電流を制限し、適切な電気刺激を生体に与えることができるので、カプセル型医療装置3は、安定した推進力を得ることができる。
また、電流値の制御を、応答性良く行うために、電流センサ40の値をコンパレータ(不図示)等で制限値を判断し、直接に出力を中心するように構成しても良い。
また、電流値をフィードバックすることによりゲインを調整するので、電流値を所定値以下に制限できる。したがって、安定した電気刺激を生体組織に与えることができる。また、バッテリ30を長寿命化できる。
このような電圧波形f4を用いると、方形波からエッジ部分をなくすことにより、高周波成分が発生しなくなるため、意図しない高周波電流を、生体組織に付加することがなくなる。したがって、安定した電気刺激を付加することができる。
このような電圧波形を用いることにより、高周波成分が発生したとしても、そのパワーを低くすることができるので、意図しない高周波電流が、意図しない強度で、生体組織に付加されることを防止できる。したがって、安定した電気刺激を生体に付加することができる。
この実施の形態におけるカプセル型医療装置は、細長のカプセルが進退方向に沿って細長形状を有し、その長手方向に沿って複数の電極を多段に配置したことを特徴とする。
また、各突出部87,88,89から1組ずつ電極42,44を選択し、最大で、3組のプラス電極42とマイナス電極44との間に生体組織を介して電流を流すようにしても良い。
この実施の形態は、カプセル型医療装置を前後進できるように電極を配置したことを特徴とする。
電極42,44は、先端がカプセル91から生体組織に向かって突出している。スロープ状部分97aに配置されている電極42,44は、進行方向(先端部95側)に向かって突出している。スロープ状部分97bに配置されている電極42,44は、進行方向と反対(後部96)側に向かって突出している。
先端部95が進行方向に向いている場合に、カプセル型医療装置90を前進させるときには、スロープ状部分97bの電極42,44と、後部96の電極42,44とから生体組織との接触圧を検出する。そして、接触圧に基づいて制御回路29で選択されたプラス電極42とマイナス電極44に対して、電流が供給され、生体組織に電気刺激を付加する。一方、カプセル型医療装置90を後退させるときには、スロープ状部分97aの電極42,44のうち、接触圧に基づいて選択されるプラス電極42とマイナス電極44とに、生体組織を介して電流を流す。
また、先端部95が進行方向と逆方向、つまり後部96が進行方向に向いている場合には、前進時にスロープ状部分97bの電極42,44及び後部96の電極42,44から選択した電極を用い、後退時にスロープ状部分97aの電極42,44から選択した電極を用いる。
例えば、力覚センサ27で電極42,44を選択する代わりに、プラス電極部25の入力側と、マイナス電極部26の出力側との間に設けた電圧計を用いて電極42,44を選択するようにしても良い。具体的には、電極42,44を切り替えながら、電流発生手段24から微弱な電流を生体組織に付加し、選択したプラス電極42と、選択したマイナス電極44との間の電圧を測定して、制御回路29が電極間のインピーダンスを演算し、インピーダンスが所定値以下となるような電極42,44を選択し、電気刺激を与えても良い。ここで、インピーダンスを測定する際に、一定の電圧を印加し、そのときに電極42,44間に流れる電流値を測定するようにしても、同様の効果が得られる。
さらに、体外装置2にも、加速度センサを設け、カプセル型医療装置3,80,90と体外装置2とに設けた2つの加速度センサの出力値に差がなくなったときに、カプセル型医療装置3,80,90が管腔に対して動きがなくなったと判定しても良い。これにより、被験者が動いた場合でも、その動作をキャンセルしてカプセル型医療装置3,80,90の管腔に対する動きを推定できる。なお、加速度センサの出力に基づく移動の有無の判定は、カプセル型医療装置3,80,29の制御回路29で行っても良いし、体外装置の体外制御部8で行っても良い。
2 体外装置
3 カプセル型医療装置
5 無線送受信部(体外側通信手段)
8 体外制御部
14 メモリ(記憶手段)
21 カプセル(筐体)
22 無線送受信部(体内側通信手段)
23 取得手段
24 電流発生手段(電気刺激手段)
25 プラス電極部(電気刺激手段)
26 マイナス電極部(電気刺激手段)
27 力覚センサ(接触検出手段、力覚検出手段)
29 制御回路(制御部)
36 発振器(波形発生器)
37 ゲイン調整回路(制限回路)
38 ドライバ(変換回路)
39 抵抗器
40 電流センサ
41 スイッチング素子(電極選択手段、第一切替手段)
42 プラス電極(一方の電極)
43 スイッチング素子(電極選択手段、第二切替手段)
44 マイナス電極(他方の電極)
45a〜45f,46a〜46f,47a〜47f,48a〜48f 歪ゲージ(接触検出手段、力覚検出手段)
Claims (16)
- 生体内に投入可能なカプセル状の筐体と、
生体組織に電流を付加する複数の電極と、
前記複数の電極に接続された電流発生手段と、
前記生体組織に接触している電極を検出する接触検出手段と、
前記電流発生手段、前記接触検出手段の少なくとも一方を制御する制御部と、
を有するカプセル型医療装置。 - 前記複数の電極から電流を付加する電極を選択する電極選択手段を有し、
前記制御部が前記接触検出手段の出力に基づき前記電極選択手段を制御することを特徴とすることを特徴とする請求項1に記載のカプセル型医療装置。 - 前記電流発生手段は、
所定の電圧波形を発生する波形発生器と、
前記波形発生器で発生した電圧波形のゲインを調整するゲイン調整回路と、
電圧波形を電流に変換する変換回路と、
前記電極に流す電流を制御する制限回路と、
前記電流を検出する電流センサと、を有し、
前記制御部が、前記電流センサの出力に応じて、前記ゲイン調整回路のゲインを調整することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のカプセル型医療装置。 - 前記電流発生手段は、前記変換回路と、前記電極の間に抵抗器を有することを特徴とする請求項3に記載のカプセル型医療装置。
- 前記波形発生器は、略方形状で、連続した曲線からなる電流波形を発生させることを特徴とする請求項3に記載のカプセル型医療装置。
- 前記波形発生器が、階段状の三角波の電圧波形を発生することを特徴とする請求項3に記載のカプセル型医療装置。
- 前記接触検出手段が、力覚検出手段であることを特徴とする請求項1に記載のカプセル型医療装置。
- 前記接触手段は、前記電極間のインピーダンスを測定することを特徴とする請求項1に記載のカプセル型医療装置。
- 前記筐体の長手方向に沿った軸線に略直交する断面の外周上に前記電極を等間隔に配置したことを特徴とする請求項2に記載のカプセル型医療装置。
- 前記筐体の長手方向の一端から他端に至るまでの間に、前記筐体の外面に沿って前記電極を多段に配置したことを特徴とする請求項1に記載のカプセル型医療装置。
- 前記筐体の長手方向の沿った軸線に対して傾斜する傾斜部を含んで構成される突出部を設け、前記傾斜部に前記電極を配置したことを特徴とする請求項1に記載のカプセル型医療装置。
- 前記筐体の長手方向に沿った軸線に対して一端側に向かって傾斜する前記傾斜部と、前記筐体の長手方向に沿った軸線に対して他端側に向かって傾斜する前記傾斜部とを有し、
前記両方の傾斜部に前記電極を配置したことを特徴とする請求項1に記載のカプセル型医療装置。 - 前記筐体の移動を検出する加速度センサ又は速度センサの少なくとも一方を備える請求項1に記載のカプセル型医療装置。
- 生体内に投入可能なカプセル型医療装置と、生体外に配される体外装置とを備え、
前記カプセル型医療装置が、
カプセル状の筐体と、
生体情報を取得する取得手段と、
前記体外装置との間で情報を送受信する体内側通信手段と、
生体組織に電流を付加する電極と、
前記電極に接続された電流発生手段と、
前記生体組織に接触している前記電極を検出する接触検出手段と、
前記電流発生手段、前記接触検出手段の少なくとも一方を制御する制御部と、
を備え、
前記体外装置が、前記カプセル型医療装置との間で情報を送受信する体外側通信手段と、前記生体情報を蓄積する記憶手段と、これら各手段を制御する体外制御部とを備えることを特徴とするカプセル型医療装置システム。 - 前記取得手段は、前記生体情報として生体内の画像を取得する手段であり、前記体外制御部は、前記カプセル型医療装置から送信される複数の前記画像の変化から前記カプセル型医療装置の体腔内での移動量を推定し、前記カプセル型医療装置に前記電気発生手段の稼動を指令する信号を出力することを特徴とする請求項14に記載のカプセル型医療装置システム。
- 前記カプセル型医療装置と前記体外装置は、加速度センサ及び/又は速度センサをそれぞれ備え、前記カプセル型医療装置に設けられた前記加速度センサ及び/又は前記速度センサの出力と、前記体外装置に設けられた前記加速度センサ及び/又は前記速度センサの出力の差を検出し、この差を基に前記体外制御部及び/又は前記制御部が前記カプセル型医療装置に前記電流発生手段の稼動を指令することを特徴とする請求項14に記載のカプセル型医療装置システム。
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