JP4329394B2 - 小型撮影装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として人間の消化器官などの体腔内の撮影をその内部から行うための小型撮影装置に関する。本発明に係る小型撮影装置は体腔内の撮影以外にも、例えば各種装置の配管の内部や装置内部などの小さな構造物の内部の検査用などにも利用することができる。
【0002】
【従来の技術】
従来より、主として胃や十二指腸などの消化器官の検査を行うために被検者の口腔から食道内へと挿入される内視鏡が利用されている。こうした内視鏡は病変の有無やその程度を医師が直接的に観察することができることから、潰瘍などの疾病の診断や治療効果の確認などに非常に有用である。しかしながら、こうした内視鏡はかなり小型化が進んでいるとは言え、未だ装置としてはかなり大掛かりであって検査時の被検者の苦痛は大きい。そのため、より簡便で被検者の苦痛を緩和した内視鏡が強く要望されている。こうした要望に対し、いわゆるカプセル式内視鏡と呼ばれる小型の撮影装置が開発されている。
【0003】
例えば特許文献1に記載のカプセル式内視鏡は、CCDなどの撮像素子、LEDなどの照明素子、撮像素子で取得した信号を処理して画像信号を生成する画像処理回路、画像信号を記憶するメモリ、メモリに一時的に保存された画像信号を体腔外に送信するアンテナを含む送信回路、及び、これら各回路を駆動するバッテリ、などの構成要素が透光性を有するカプセル内に収容されたものである。また、非特許文献1に記載のカプセル式内視鏡では、画像処理回路などの消費電力の大きな回路部を体腔外に設けるとともに、カプセル内部の回路で消費する電力を体腔外から電磁的に供給するようにすることで、カプセル内にバッテリを備えない構成を実現している。
【0004】
いずれにしても、被検者がこうしたカプセル式内視鏡を飲み込むと、そのカプセルが食道、胃、十二指腸、小腸、大腸と通過してゆく際に内部に組み込まれた撮像素子が各臓器内面の様子を撮影し、撮影された画像は送信回路より体外に無線送信される。この送信信号は体外に設置された受信装置により受信され、撮影画像がリアルタイムでモニタ画面上に表示されるようになっている。
【0005】
【特許文献1】
特開2003−70728号公報
【非特許文献1】
株式会社アールエフ NORIKAプロジェクトチーム プロジェクト21著、“カプセル型内視鏡「NORIKA」システム”、[Online]、日本放射線技術学会雑誌 2002年8月 第58巻 第8号、[平成15年4月10日検索]、インターネット、〈URL: http://www.nv-med.com/jsrt/contents/5808/pdf/5808985-990.pdf〉
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来のカプセル式内視鏡では、1個のカプセル内に一連の撮影機能を達成するための様々な部品を収容する必要がある。そのため、カプセルのサイズは或る程度大きくならざえるをえず、特に高齢者や子供等の被検者にとっては飲み込むのが困難である場合があったり、或いは装置検査などに使用する場合には導入口に対しカプセルのサイズが大きすぎて使用できないといった問題が発生したりする。また、こうしたカプセルのサイズの制限のために、組み込める部品数や大きさが限定されてしまい、機能を向上させたり或いは様々な拡張性を持たせたりすることが困難である。
【0007】
本発明はかかる点に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、カプセルのサイズを従来よりも小型化しつつ、必要に応じて各種の機能を搭載することができる小型撮影装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために成された本発明は、被検者の体腔内又は被検物の内部を撮影する小型撮影装置において、
被撮影部位の画像を取り込む撮像手段と、前記被撮影部位を照明する照明手段と、前記撮像手段により取得された画像情報を記憶する又は外部に向けて送信する画像情報処理手段とを少なくとも含む複数の機能手段が2個以上のカプセルに分割されて内蔵され、
それらカプセルには、各カプセルを分離可能に結合するとともに、当該装置が被検者又被検物の内部から排出される際に結合を解除するために被検者の体腔内又は被検物の内部において時間経過に伴い溶解する物質からなる結合手段を備え、
これら複数のカプセルがそれぞれ分離した状態で1個ずつ前記被検者又は被検物の内部へ導入された後に、前記結合手段により前記カプセルを結合させて撮影を実行し、当該装置が被検者又被検物の内部から排出される際に、前記結合手段の溶解によって自発的にその結合を解除して各カプセルを解放することを特徴としている。
【0009】
【発明の実施の形態、及び効果】
この発明に係る小型撮影装置では、例えば被検者の体腔内の撮影を行うために必要な機能手段が複数のカプセルに分割して内蔵されている。被検者はこれらカプセルが1個ずつ分離した状態で摂取する。被検者の体腔内に入った複数のカプセルは例えば胃などの被撮影部位に達した後に、各カプセルに設けられた結合手段の作用によって所定順序で結合する。そうした結合状態において初めて撮影が可能となる。すなわち、撮像手段は照明手段により照明されている被撮影部位の画像を取り込む。こうして取得された画像情報は画像情報処理手段により記憶され、このカプセルが体外に排出された後に回収されて画像情報が取り出されるか、或いは、体腔内から逐次又は適宜に外部へと送信されて体外に設置された受信装置により受信されて画像情報が取り出される。
【0010】
このように本発明に係る小型撮影装置では、複数のカプセルに機能手段を分割しているので各カプセルのサイズを従来のこの種の装置に比べて小さくすることができる。そして、カプセルが1個ずつに分離した状態で例えば被検者の体腔内、或いは撮影対象の装置や配管などの内部に導入すればよいので、その導入部の開口が小さい場合でも無理なく導入が可能である。特に被検者の体腔内に導入する際に、子供や高齢者など、食道が狭かったり飲み込む力が弱かったりする傾向にある被検者にもあまり大きな苦痛を与えずに済む。また、前記結合手段は当該装置が被検者又被検物の内部から排出される際に溶解によって自発的に結合を解除して各カプセルを解放する。そのため、本装置を導入する際のみならず排出する際にも各カプセル1個毎に分離されるので、例えば被検者の体内からの排出のような場合に無理なく排出することができる。それによって、被検者の体内に本装置が長く残ることを防止できるとともに、排出時の被検者の苦痛を軽減することができる。
【0011】
さらにまた、本発明に係る小型撮影装置では、複数のカプセルを結合させることによって各カプセルに収容されている機能手段を接続し、撮影に必要な各種動作を実行させている。したがって、必要に応じて又は目的に応じて、適宜、内蔵された機能手段の異なるカプセルを組み合わせることによって、様々な態様の撮影が可能である。それにより、機能の拡張も容易である。
【0012】
本発明に係る小型撮影装置の一実施形態は、前記機能手段として、そのカプセル又は結合した後のカプセル結合体の姿勢を制御する姿勢制御手段を含む構成とすることができる。この構成によれば、複数のカプセルが結合された後に、目的とする被撮影部位に撮像手段が向くようにカプセル結合体の姿勢を制御することができる。したがって、目的とする撮影部位を確実に撮影することができる。また、例えば或る広い面積の部位を重複することなく複数に分割して撮影するようなこともできる。
【0013】
また、この場合、前記姿勢制御手段を内蔵するカプセルはその内部に前記結合手段による結合の際に利用されるカプセルの構成情報を有し、該姿勢制御手段によりそのカプセルが能動的に移動してカプセルの結合動作を実行する構成とすることができる。この構成によれば、カプセルが例えば被検者の体腔内の胃などに達した後に速やかに、各カプセルを結合させて撮影を開始することができる。
【0014】
また、前記複数のカプセルのそれぞれが、その内部に前記結合手段による結合の際に利用されるカプセルの構成情報を有し、該構成情報に従ってカプセルの結合がなされる構成としてもよい。この構成によれば、例えば被検者の体腔内で複数の小型撮影装置を組み立てるべく、同じ種類のカプセルが被検者の胃内部に複数個、導入されたときでも、各カプセルが有する構成情報を利用して迅速に目的とするカプセル同士が結合し、撮影機能を発揮することができる。
【0015】
また、他の実施形態は、前記機能手段として、前記撮像手段を内蔵するカプセルの外面を洗浄する洗浄手段を含む構成とすることができる。この構成によれば、被検者の胃内部に取り込まれたカプセルが胃内部に残留している内容物や胃液などで汚れて明瞭な画像を撮影することが困難になった場合でも、撮影に先立って上記洗浄手段がカプセルの外面に付着した汚れを除去するため、明瞭な画像を取得することができる。
【0016】
また、他の一実施形態では、前記機能手段として、被検者の体腔内又は被検物の内部の一部を切り取る又は削り取って検体として格納する検体採取手段を含む構成とすることができる。この構成によれば、後に被検者の体腔内又は被検物の内部から排出された、検体採取手段を内蔵するカプセルを回収することにより、例えば病変が生じている被検者の組織の一部を採取することが可能である。それによって、疾病の確実な診断や不具合状況のより確実な検証が行え、被検者の病気の診断や被検物の故障・不具合の解析を一層効率よく且つ正確に行うことができる。
【0017】
また、他の一実施形態では、前記機能手段として、内部に薬剤類を格納しておき、被検者の体腔内又は被検物の内部に該薬剤類を塗布又は吹き付ける処置手段を含む構成とすることができる。この構成によれば、被検者の体腔内又は被検物の内部を撮影した結果に基づいて必要があると認められる場合に、その被検者の体腔内又は被検物の内部に薬剤類を塗布したり吹き付けたりする処置が行える。そのため、撮影と同時に治療や修理も行うことができ、しかも、そうした薬剤類が所望の部位に塗布又は吹き付けられか否かをリアルタイムで確認することができるので、確実で速やかな治療や修理が行える。
【0018】
更にまた、他の一実施形態として、前記撮像手段を内蔵するカプセルを複数結合することにより、撮影面積を拡大する構成としてもよい。この構成によれば、1個の撮像手段の撮像範囲が比較的狭い場合でも、一度に広い面積を撮影することが可能となる。
【0020】
【実施例】
以下、本発明に係る小型撮影装置の一実施例であるカプセル式内視鏡について、図1〜図4を参照しつつ説明する。この実施例のカプセル式内視鏡1では、被検者の体腔内の撮影機能が、第1乃至第3なる3個の略同形状で同サイズのカプセルユニット1A、1B、1Cに分割されている。
【0021】
図1は本実施例のカプセル式内視鏡1の各カプセルユニット1A、1B、1Cの内部構成の概略図、図2はこのカプセル式内視鏡1の動作時の連結状態を示す概略図、図3はこのカプセル式内視鏡1の連結のための構造例、図4はこのカプセル式内視鏡1を含む内視鏡システムの全体構成図を示す。各カプセルユニット1A、1B、1Cはいずれも、両端が略半球状で中央部が円筒状である、透明な合成樹脂製のカプセル状の外装体2を有し、その外装体2の内部に後述するような電気回路等が収納されている。
【0022】
第1カプセルユニット1Aは、外装体2の内部に、撮像レンズ11とCCDイメージセンサ又はC−MOS型イメージセンサである撮像素子12とから成る撮像部10と、撮像部10により撮影された画像信号を所定形式で変調して外部へ無線伝送するための、送信アンテナ14を含む送信部13と、撮像素子12を駆動する制御信号を初めとする各種の制御信号を生成する制御部15と、各回路の駆動電力を供給するバッテリである電源部16と、後述するように外部からこのカプセルユニット1Aの位置を検知するための位置認識用タグ18と、を備える。制御部15はCPUを中心に構成されるマイクロコンピュータであって、予め制御プログラムが書き込まれるメモリ15aを内部に有している。また、外装体2の外側には他のカプセルユニット1B、1Cと連結するための結合部17を備える。
【0023】
第2カプセルユニット1Bは、外装体2の内部に、上記撮像部10により撮像される被撮像部位を照明するための白色光LED21及びこのLED21を駆動するためのLED駆動部22を含む照明部20と、該照明部20に駆動電力を供給するバッテリである電源部23と、後述するように外部からこの第2カプセルユニット1Bの位置を検知するための位置認識用タグ25と、を備える。また、外装体2の外側には上記第1カプセルユニット1Aと連結するための結合部24を備える。
【0024】
第3カプセルユニット1Cは、外装体2の内部に、本カプセルユニット1C単体及びに後述する3個のカプセルユニット1A、1B、1Cの連結体の能動的な移動、方向転換、姿勢の保持などを行うための姿勢制御部30と、連結動作の際に他のカプセルユニット1A、1Bに内蔵された位置認識用タグ18、25を非接触で読み取ることによってそれぞれの位置を認識するための通信部31と、各回路に駆動電力を供給するバッテリである電源部32と、を備える。また、外装体2の外側には上記第1カプセルユニット1Aと連結するための結合部33を備える。
【0025】
上記結合部17、24、33の具体的な形態としては、機械的な嵌合によって結合するものや、磁気などの吸引力を利用して吸着結合するものなどが考えられる。こうした結合部17、24、33では、誤った相手との結合を防止することが必要になる。例えば嵌合による結合の場合、図3に示すように、嵌合するための凹凸形状を適宜変えることによって、正当でないカプセルユニット同士は結合しない(又は結合にしくい)ようにするとよい。
【0026】
上記姿勢制御部30の具体的な形態としては、フィン状の機械的な作動体をモータなどの電気駆動源によって動作させて推進力や浮力などを得るものや、胃などの臓器内部の水や体液を吸引して吐出するポンプを備え、その吐出水の吐き出し時の反力によって推進力や浮力などを得るものなどが考え得る。また、例えば上記非特許文献1に記載されているようにカプセル内には能動的な駆動源は持たず、例えば体外に配置された磁力発生源などによる磁力を受けて、それに応じて体腔内で受動的に移動、回転等、作動するものであってもよい。
【0027】
次に、本実施例のカプセル式内視鏡1を用いて被検者の体腔内を撮影する際の使用方法について説明する。
【0028】
被検者50は上記のような3個のカプセルユニット1A、1B、1Cが結合されていない状態で1個ずつ飲み込む。撮影機能を3個のカプセルに分割したことによって、1個のカプセルのサイズは被検者50が無理なく飲み込めるようなサイズに収めることができる。飲み込まれた各カプセルユニットは1個ずつ被検者50の食道51を通り、胃52に到達する。通常、被検者50がカプセルユニットを飲み込んでから胃52に到達するまでの所要時間は長くても1秒程度のごく短い時間である。
【0029】
3個のカプセルユニット1A、1B、1Cが被検者50の胃52に達した後、第3カプセルユニット1Cの通信部31はすぐに作動し、第1、第2カプセルユニット1A、1Bの位置を把握する。そして、第3カプセルユニット1Cは、それに内蔵された姿勢制御部30により第1、第2カプセルユニット1A、1Bに接近するように胃52の内部で泳動し、結合部17、24、33により結合する。すなわち、胃52の内部では図2及び図4に示すような3個のカプセルユニット1A、1B、1Cが所定順序で結合してカプセル式内視鏡1を構成する。
【0030】
制御部15は上記のような結合が完了したことを検知すると、メモリ15aに書き込まれているタイムシーケンスに従って撮影動作を開始する。すなわち、LED駆動部22によりLED21が点灯され、撮影対象である部位に対して照明光が照射される。そして、撮像レンズ11により取り込んだ撮影対象部位からの光信号を撮像素子12で受けて電気信号に変換し、その画像信号を送信部13により処理して送信アンテナ14から外部へと送信する。こうした撮影の際に、姿勢制御部30はこのカプセル式内視鏡1の姿勢を所定状態に維持する。
【0031】
上記タイムシーケンスの設定に応じて、例えば所定時間間隔毎に1枚ずつ撮影が行われる。したがって、例えば姿勢制御部30によりこのカプセル式内視鏡1が所定軸を中心に旋回しながら順次撮影を行うようにすれば、胃の内壁の周囲を順番に撮像することができる。送信アンテナ14から送出された信号は、被検者50の体外のごく至近に設置された画像再生装置40の受信アンテナ42で受信され、受信部41により復調された後に画像処理部43へと入力される。画像処理部43は受信信号を画像処理し、モニタ44の画面上に表示させる。これにより、医師や検査担当者はモニタ44の画面上で、被検者50の体腔内の各部位の撮影画像をほぼリアルタイムで確認することができる。
【0032】
カプセル式内視鏡1は時間の経過に伴って、被検者50の胃52からさらに十二指腸、小腸、大腸、直腸と消化器官を順番に移動してゆくから、こうした各消化器官内部の撮影を行うことも可能である。但し、胃よりも下流側でのカプセル式内視鏡1の移動には時間を要し、これに伴う撮影画像をリアルタイムで確認することは実質的には不可能である。そこで、こうした場合には、撮影した画像を記憶部に格納しておき、後で医師や検査担当者がその記憶部から信号を取り出して画像を再生する構成とすることが好ましい。
【0033】
その場合、記憶部を設ける方法として、カプセル式内視鏡1自体の内部に設ける方法と、体外に設ける方法とが考え得る。カプセル式内視鏡1の内部に記憶部を設ける場合には、上記の送信部13の代わりに記憶部を設ければよいが、このカプセル式内視鏡1が被検者の体外に排泄された後にそれを回収する必要が生じる。これに対し、記憶部を体外に設ける場合、被検者が無理なく携帯可能である小型(例えばカード程度の大きさ)の、受信機能を備えた記憶装置を利用すればよい。
【0034】
最終的にはこのカプセル式内視鏡1は排泄物と一緒に被検者の体外へと出ることになるが、各カプセルユニット1A、1B、1Cのサイズによっては排泄の際に困難が生じる可能性がある。そこで、必要な撮影が終了した後に、各カプセルユニット1A、1B、1Cが再び分離する構成としている。結合した状態にあるカプセル式内視鏡1を再び分離させるために、結合部17、24、33自体を体腔内に摂取された後に適宜の時間が経過すると溶解するような物質から形成しておき、その溶解によって自発的に結合が解除されて各カプセルユニット1A、1B、1Cが分離するような構成としている。
【0035】
上記実施例のカプセル式内視鏡は、撮影に必要な基本的なカプセルユニットを組み合わせて構成されていたが、上記記載以外の各種の機能を有するカプセルユニットを追加した構成とすることができる。例えば、第1カプセルユニット1Aを同時に複数使用することによって、同時に撮影可能な面積を2倍、3倍と広げることが可能である。
【0036】
また、例えば次のような機能のカプセルユニットを加えることができる。すなわち、特に胃などの消化器官の撮影の場合、胃液などの体液が付着することで撮像部10の撮像レンズ11外側の受光窓が汚れてしまい、撮影画像の明瞭度が大きく低下するおそれがある。そこで、撮像部10の受光窓や照明部20の外側の照明光通過窓などを洗浄する機能を持つカプセルユニットが有用である。図5(a)はこの第4カプセルユニット1Dの内部構成を示す概略図、図5(b)は上記のようなカプセル式内視鏡との組み合わせで動作する際の概念図である。
【0037】
この第4カプセルユニット1Dは、ノズル62を介してカプセル外から水を吸飲する吸引部60と、吸引された水を保持する貯水バッグ63と、貯水バッグ63に貯留された水をノズル62から吐き出す吐出部61と、電源部64と、結合部65とを備える。ノズル62のような突起物は特に被検者が飲み込む際に障害物となるおそれがあるため、摂取時には簡単に溶解するカバーで覆うようにしてもよい。
【0038】
上記第4カプセルユニット1Dが飲み込まれて被検者の胃に達した直後、その被検者がカプセルユニットと同時に飲んだ飲料水が胃液と混ざって濁るよりも前に、吸引部60が作動してノズル62を介して胃内の上記飲料水を吸引して貯水バッグ63に溜める。そして、図5(b)のように他のカプセルユニット1A、1B、1Cと結合して撮影を行う前に、吐出部61は貯水バッグ63に保持した水をノズル62から吐き出して撮像レンズ11前面の窓やLED21前面の窓に水を吹きかける。それによって、こうした部分に付着している胃液や胃内の残存内容物などを洗浄し、その後に撮影を実行する。
【0039】
もちろん、上記例示したもの以外にも、各種の機能を有するカプセルユニットを適宜追加できることは明らかである。さらに、上記実施例はいずれも本発明の一例であって、本発明の趣旨の範囲で適宜変形や修正を行えることは明らかである。
【0040】
例えば上記実施例のカプセル式内視鏡では、3個のカプセルユニットが胃に到達した後に姿勢制御部30を有する第3カプセルユニット1Cが能動的に移動して他のカプセルユニット1A、1Bとの結合を行うようにしていたが、胃の蠕動運動を利用して3個のカプセルユニット1A、1B、1Cが互いに接触した際に結合するようにしてもよい。また、制御部15に予め格納したタイムシーケンスに従って動作するのではなく、外部からの制御に従って撮影のタイミングなどを制御できるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例であるカプセル式内視鏡の各カプセルユニットの内部構成の概略図。
【図2】 本実施例のカプセル式内視鏡の動作時の連結状態を示す概略図。
【図3】 本実施例のカプセル式内視鏡の連結のための構造例を示す図。
【図4】 本実施例のカプセル式内視鏡を含む内視鏡システムの全体構成図。
【図5】 他の機能を有するカプセルユニットの内部構成の概略図(a)及びその動作状態を示す概念図(b)。
【符号の説明】
1…カプセル式内視鏡
1A、1B、1C、1D…カプセルユニット
2…外装体
10…撮像部
11…撮像レンズ
12…撮像素子
13…送信部
14…送信アンテナ
15…制御部
15a…メモリ
16、23、32、64…電源部
17、24、33、65…結合部
18、25…位置認識用タグ
20…照明部
21…白色光LED
22…LED駆動部
30…姿勢制御部
31…通信部
40…画像再生装置
41…受信部
42…受信アンテナ
43…画像処理部
44…モニタ
60…吸引部
61…吐出部
62…ノズル
63…貯水バッグ
Claims (8)
- 被検者の体腔内又は被検物の内部を撮影する小型撮影装置において、
被撮影部位の画像を取り込む撮像手段と、前記被撮影部位を照明する照明手段と、前記撮像手段により取得された画像情報を記憶する又は外部に向けて送信する画像情報処理手段とを少なくとも含む複数の機能手段が2個以上のカプセルに分割されて内蔵され、
それらカプセルには、各カプセルを分離可能に結合するとともに、当該装置が被検者又被検物の内部から排出される際に結合を解除するために被検者の体腔内又は被検物の内部において時間経過に伴い溶解する物質からなる結合手段を備え、
これら複数のカプセルがそれぞれ分離した状態で1個ずつ前記被検者又は被検物の内部へ導入された後に、前記結合手段により前記カプセルを結合させて撮影を実行し、当該装置が被検者又被検物の内部から排出される際に、前記結合手段の溶解によって自発的にその結合を解除して各カプセルを解放することを特徴とする小型撮影装置。 - 前記機能手段として、そのカプセル又は結合した後のカプセル結合体の姿勢を制御する姿勢制御手段を含むことを特徴とする請求項1に記載の小型撮影装置。
- 前記姿勢制御手段を内蔵するカプセルはその内部に前記結合手段による結合の際に利用されるカプセルの構成情報を有し、該姿勢制御手段によりそのカプセルが能動的に移動してカプセルの結合動作を実行することを特徴とする請求項2に記載の小型撮影装置。
- 前記複数のカプセルのそれぞれが、その内部に前記結合手段による結合の際に利用されるカプセルの構成情報を有し、該構成情報に従ってカプセルの結合がなされることを特徴とする請求項1に記載の小型撮影装置。
- 前記機能手段として、前記撮像手段を内蔵するカプセルの外面を洗浄する洗浄手段を含むことを特徴とする請求項1に記載の小型撮影装置。
- 前記撮像手段を内蔵するカプセルを複数結合することにより、撮影面積を拡大することを特徴とする請求項1に記載の小型撮影装置。
- 前記機能手段として、被検者の体腔内又は被検物の内部の一部を切り取る又は削り取って検体として格納する検体採取手段を含むことを特徴とする請求項1に記載の小型撮影装置。
- 前記機能手段として、内部に薬剤類を格納しておき、被検者の体腔内又は被検物の内部に該薬剤類を塗布又は吹き付ける処置手段を含むことを特徴とする請求項1に記載の小型撮影装置。
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