JP4891668B2 - カプセル型内視鏡 - Google Patents

Description

この発明は、体腔内での検査や処置などを含む被検体内における各種の医療行為を行うカプセル型内視鏡に関するものである。

近年、内視鏡の分野においては、飲込み型のカプセル型内視鏡が登場している。このカプセル型内視鏡には、撮像機能と無線通信機能とが設けられている。カプセル型内視鏡は、観察（検査）のために患者の口から飲込まれた後、人体から自然排出されるまでの間、体腔内、例えば胃、小腸などの臓器の内部をその蠕動運動に従って移動し、順次撮像する機能を有する。

体腔内を移動する間、カプセル型内視鏡によって体内で撮像された画像データは、順次無線通信により外部に送信され、外部の受信機内に設けられたメモリに蓄積される。患者がこの無線通信機能とメモリ機能とを備えた受信機を携帯することにより、患者は、カプセル型内視鏡を飲み込んだ後、排出されるまでの期間であっても、自由に行動できる。この後、医者もしくは看護士においては、メモリに蓄積された画像データに基づいて臓器の画像をディスプレイに表示させて診断を行うことができる。

特開２００２−２０４７８１号公報 特開２００５−１４３６７０号公報

しかしながら、上述した従来のカプセル型内視鏡では、カプセル型内視鏡自体を小型化する必要があることから電源として小型の電池を使用しているため、電力容量に限界があり、瞬時に大きな電力を供給することができないという問題点があった。このため、撮像時に行うＬＥＤによる発光量にも限界があり、鮮明な画像を得ることができない場合があった。

一方、電力限界を克服するために、電池の容量や数を増大すると、カプセル型内視鏡自体の体積が増大し、カプセル型内視鏡自体が大型化してしまい、あるいは限られたカプセル型内視鏡筐体内において、撮像手段などの各種機能実行部の占める容積が小さくなり、十分な機能実現が困難になるという問題点があった。

この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、少ない電源容量で、小型化を維持しつつ瞬時に大きな電力を得ることができるカプセル型内視鏡を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明にかかるカプセル型内視鏡は、所定の機能を実行する複数の機能実行部と各機能実行部に電力を供給する電力源とを有したカプセル型内視鏡であって、前記電力源に接続され該電力源から供給される余剰電力を一時的に蓄積する電力蓄積手段と、前記機能実行部のうち間欠的に動作し一時的に他の機能実行部に比して大きな電力消費を行う機能実行部である大電力機能実行部に対して該一時的な期間に前記電力蓄積手段が蓄積した電力を供給する放電スイッチと、を備え、前記大電力機能実行部は、前記電力源から直接供給される電力と前記電力蓄積手段から供給される電力とを合わせて消費することを特徴とする。

また、この発明にかかるカプセル型内視鏡は、上記の発明において、前記大電力機能実行部は、間欠的に動作させる駆動スイッチを備え、前記放電スイッチは、前記駆動スイッチのオンオフに同期してオンオフすることを特徴とする。

また、この発明にかかるカプセル型内視鏡は、上記の発明において、前記電力源と前記電力蓄積手段との間に設けられ、前記電力源から前記電力蓄積手段への電力供給をスイッチングする充電スイッチを備えたことを特徴とする。

また、この発明にかかるカプセル型内視鏡は、上記の発明において、前記大電力機能実行部は、撮像時に撮像対象を照明する照明部であることを特徴とする。

また、この発明にかかるカプセル型内視鏡は、上記の発明において、前記照明部は、複数のＬＥＤを有し、該複数のＬＥＤは、前記電力源から直接供給される電力で発光するＬＥＤと前記電力蓄積手段から供給される電力で発光ＬＥＤとからなることを特徴とする。

また、この発明にかかるカプセル型内視鏡は、上記の発明において、前記電力蓄積手段は、キャパシタであることを特徴とする。

この発明にかかるカプセル型内視鏡では、電力蓄積手段が、電力源に接続され該電力源から供給される余剰電力を一時的に蓄積し、放電スイッチが、機能実行部のうち間欠的に動作し一時的に他の機能実行部に比して大きな電力消費を行う機能実行部である大電力機能実行部に対して該一時的な期間に前記電力蓄積手段が蓄積した電力を供給するようにし、前記大電力機能実行部は、前記電力源から直接供給される電力と前記電力蓄積手段から供給される電力とを合わせて消費するようにしているので、少ない電源容量で、小型化を維持しつつ瞬時に大きな電力を得ることができるという効果を奏する。

以下、この発明を実施するための最良の形態であるカプセル型内視鏡について説明する。

（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１にかかるカプセル型内視鏡を含む無線型被検体内情報取得システムの全体構成を示す模式図である。図１において、無線型被検体内情報取得システムは、無線受信機能を有する受信装置２と、被検体１内に導入され、体腔内画像を撮像して受信装置２に対して画像信号などのデータ送信を行うカプセル型内視鏡３とを備える。また、無線型被検体内情報取得システムは、受信装置２が受信した画像信号に基づいて体腔内画像を表示する表示装置４と、受信装置２と表示装置４との間でデータの受け渡しを行うための携帯型記録媒体５とを備える。

受信装置２は、被検体１の対外表面に貼付される複数の受信用アンテナＡ１〜Ａｎを有したアンテナユニット２ａと、複数の受信用アンテナＡ１〜Ａｎを介して受信される無線信号の処理などを行う受信本体ユニット２ｂとを備え、これらユニットはコネクタなどを介して着脱可能に接続される。なお、受信用アンテナＡ１〜Ａｎのそれぞれは、たとえば被検体１が着用可能なジャケットに備え付けられ、被検体１は、このジャケットを着用することによって受信用アンテナＡ１〜Ａｎを装着するようにしてもよい。また、この場合、受信用アンテナＡ１〜Ａｎは、ジャケットに対して着脱可能なものであってもよい。さらに、受信用アンテナＡ１〜Ａｎはそれぞれ、それら先端部のアンテナ本体部が、被検体１の身体に貼り付けることができるアンテナパッドに収容されるものであってもよい。

表示装置４は、カプセル型内視鏡３によって撮像された体腔内画像などを表示するためのものであり、携帯型記録媒体５によって得られるデータに基づいて画像表示を行うワークステーションなどのような構成を有する。具体的には、表示装置４は、ＣＲＴディスプレイ、液晶ディスプレイなどによって直接画像を表示する構成としても良いし、プリンタなどのように、他の媒体に画像を出力する構成としても良い。

携帯型記録媒体５は、受信本体ユニット２ｂおよび表示装置４に対して着脱可能であって、両者に対して挿着された時に情報の出力または記録が可能な構造を有する。この実施の形態１では、携帯型記録媒体５は、カプセル型内視鏡３が被検体１の体腔内を移動している間は、受信本体ユニット２ｂに挿着されてカプセル型内視鏡３から送信されるデータを記録する。そして、カプセル型内視鏡３が被検体１から排出された後、つまり、被検体１の内部の撮像が終了した後には、受信本体ユニット２ｂから取り出されて表示装置４に挿着され、この表示装置４によって、携帯型記録媒体５に記録されたデータが読み出される構成を有する。たとえば、受信本体ユニット２ｂと表示装置４とのデータの受け渡しを、コンパクトフラッシュ（登録商標）メモリなどから構成される携帯型記録媒体５によって行うことで、受信本体ユニット２ｂと表示装置４との間が有線で直接接続された場合よりも、被検体１が体腔内の撮影中に自由に動作することが可能となる。なお、ここでは、受信本体ユニット２ｂと表示装置４との間のデータの受け渡しに携帯型記録媒体５を使用したが、必ずしもこれに限らず、たとえば受信本体ユニット２ｂに内蔵型の他の記録装置、たとえばハードディスクを用い、表示装置４との間のデータの受け渡しのために、双方を有線または無線接続するように構成してもよい。

図２は、カプセル型内視鏡３の内部構成を示す断面図であり、図３は、カプセル型内視鏡３の構成を示すブロック図である。また、図４は、カプセル型内視鏡３の電力使用状態を示すタイムチャートである。カプセル型内視鏡３は、被検体１の体腔内部を照明する複数のＬＥＤ１１とこのＬＥＤ１１を駆動するＬＥＤドライバ１２とを有した照明部１０、体腔内の画像を撮像するＣＣＤ３２およびＣＣＤ３２に被写体像を結像する結像レンズ３３を有した撮像部３０、撮像部３０で撮像された画像データを無線送信する無線部４０、各種の信号処理および各部の制御を行う信号処理・制御部５０、および各部に対して電力を供給する電池２１を有した電力源２０とを有し、カプセル型筐体１６に包含される。

ＣＣＤ３２は、撮像基板６１上に設けられ、ＬＥＤ１１からの照明光によって照明された範囲を撮像し、結像レンズ３３は、このＣＣＤ１２に被写体像を結像する。また、ＬＥＤ１１は、照明基板６２上に搭載され、結像レンズ３３の光軸を中心にその上下左右の近傍６箇所に配置されている。さらに、撮像基板６１の背面側には、信号処理・制御部５０が搭載されている。

電力源２０は、たとえば胴部筐体の内径にほぼ一致する直径の２つのボタン型の電池２１によって構成されている。この電池２１は、たとえば酸化銀電池、充電式電池、発電式電池などを用い得る。電池２１は、電源回路基板６３および無線基板６５によって挟まれ、電池２１のプラス側に設けられた電源回路基板６３には、電源回路２２および電池２１の余剰電力を一時的に蓄積する電力蓄積部２３が搭載される。

無線基板６５，６４には、ＲＦ送信部などの無線電力増幅部などが設けられ、無線基板６４の外側には、アンテナ４１が設けられ、無線部４０を形成している。なお、照明基板６２、撮像基板６１、電源回路基板６３、無線基板６５、無線基板６４は、適宜フレキシブル基板６８によって電気的に接続され、順次折り畳まれてカプセル型筐体１６内に配置される。

カプセル型筐体１６は、照明部１０および撮像部３０を覆う透明な半球ドーム状の先端カバー筐体と、この先端カバー筐体と係合し、水密状態に保たれた円筒形状の胴部筐体とを有し、胴部筐体は、可視光が不透過な有色材質によって形成され、被検体１の口から飲み込み可能な大きさに形成されている。なお、無線部４０側は、胴部筐体に接続され、半球ドーム状をなし、内部にアンテナ４１が覆われるようになっている。

ここで、この実施の形態１では、図３に示した電力蓄積部２３を設けたことを特徴としている。このカプセル型内視鏡３は、図４に示すように、ＬＥＤ発光（期間ｔ１）後、ＣＣＤ３２によって撮像し、この撮像した画像を信号処理し、さらにこの信号処理したデータを無線送信する（期間ｔ３）処理を、一定時間を空けて繰り返す処理を行う。この繰り返し周期は、たとえば５００ｍｓである。

ＬＥＤ１１による発光量は、図４に示すように電力供給限界Ｐthを超えた電力量を必要とするが、照明部１０による動作以外動作時（期間ｔ３）では、電力供給限界Ｐth以下の電力量で足りる。この電力供給限界Ｐthを越えるＬＥＤ発光では、電力源２０から供給される電力に、電力蓄積部２３によって蓄積された電力を加えた総電力によって動作させている。

電力蓄積部２３は、たとえばキャパシタなどによって実現され、電池２１あるいは電源回路２２から供給される電力供給限界Ｐth内の余剰電力を照明部１０に対応する定電圧で常時蓄積する。この電力蓄積は、電力供給限界Ｐth内で行われることになる。その後、ＬＥＤ発光時に、信号処理・制御部５０からの指示によって放電スイッチ２４および駆動スイッチ２５がオフ状態からオン状態に移行すると、電力蓄積部２３に一時蓄積された電力、すなわち電荷は放電され、照明部１０に供給される。この際、電源回路２２からも電力供給限界Ｐth分の電力が照明部１０に供給される。したがって、ＬＥＤ発光時には、電力供給限界Ｐth分の電力に、電力蓄積部２３から供給される電力を加算した電力が使用可能となる。このＬＥＤ発光後には、電源回路２２による電力供給限界Ｐth内での電力供給量で動作が可能となるとともに、余剰電力は、電力蓄積部２３に蓄積される。なお、駆動スイッチ２５は、ＬＥＤドライバ１２を駆動し、ＬＥＤドライバ１２は、各ＬＥＤ１１に対する通電駆動を行う。駆動スイッチ２５および放電スイッチ２４は、ＬＥＤ発光時（期間ｔ１）のみオン状態となり、その他の時点ではオフ状態となる。

なお、図５に示すように、電力蓄積部２３への電力蓄積を制御する充電スイッチ２６をさらに設けるようにしてもよい。この充電スイッチ２６のスイッチ制御は、信号処理・制御部５０によって制御され、充電スイッチ２６がオンのときは、電力蓄積部２３による充電が行われ、充電スイッチ２６がオフのときは、電力蓄積部２３による充電は行われない。たとえば、図６に示すようにＬＥＤ発光終了の時点ｔｔ１から画像データの送信終了の時点ｔｔ２までの間に充電を行う場合、時点ｔｔ１〜時点ｔｔ２間、充電スイッチ２６はオン状態となる。換言すれば、ＬＥＤ発光時には、充電を行わないようにしているので、ＬＥＤ発光時に、電源回路２２から電力供給限界Ｐthの電力を供給することができるため、電源回路２２から供給される電力と電力蓄積部２３から供給される電力との総電力を最大にすることができる。

この実施の形態１では、電力蓄積部２３が電力源２０の電力供給限界Ｐth内の余剰電力を蓄積しておき、ＬＥＤ発光動作などの電力供給限界Ｐthを越える動作時に、蓄積した余剰電力を、電力供給限界Ｐthの電力に加算するようにし、電力供給限界Ｐthを越えた電力をもちいる動作を可能にしているので、電力源の電力容量を小さくすることができる。具体的には、電池２１の電力容量あるいは数を減少させることができるので、カプセル型内視鏡３内における機能実行部の占める容積を増大させることができ、あるいはカプセル型の小型化を推進することができる。

（実施の形態２）
つぎに、この発明の実施の形態２について説明する。上述した実施の形態１では、電源回路２２から供給される電力と電力蓄積部２３から供給される電力との総電力を、各ＬＥＤ１１に均等に配分するようにしていたが、この実施の形態２では、電源回路２２から供給される電力によって発光するＬＥＤ１１と電力蓄積部２３から供給される電力によって発光するＬＥＤ１１とに分割して電力配分するようにしている。

すなわち、この実施の形態２では、図７に示すように、電源回路２２から供給される電力と、電力蓄積部２３から供給される電力との比に応じて、複数のＬＥＤ１１を、ＬＥＤ群１１ａ，１１ｂに電気的に分離し、これに対応するＬＥＤドライバ１２を、ＬＥＤドライバ１２ａ，１２ｂにそれぞれ電気的に分離した構成としている。すなわち、電源回路２２からの電源供給は、ＬＥＤドライバ１２ａおよびＬＥＤ群１１ａに対して行われ、電力蓄積部２３に蓄積された電力供給は、放電スイッチ２４を介して、ＬＥＤドライバ１２ｂおよびＬＥＤ群１１ｂに対して行われる。

図８は、具体的なＬＥＤ１１の配置と各ＬＥＤ１１に対する電力分割の一例を示す図であり、カプセル型内視鏡３を、ＬＥＤ１１が設けられる先端側から矢視した図である。図８では、６個のＬＥＤが設けられ、電源回路２２から供給される電力によって発光するＬＥＤ１１ａと、電力蓄積部２３から供給される電力によって発光するＬＥＤ１１ｂとが交互に、円環状に配置されている。このような配置によって、ＬＥＤ１１ａによる発光量とＬＥＤ１１ｂによる発光量との違いが生じた場合であっても、空間的に平均化した発光を行うことができる。なお、ＬＥＤ１１ａとＬＥＤ１１ｂとをそれぞれ局所化して配置してもよい。すなわち、電源回路２２から供給される電力と電力蓄積部２３から供給される電力との比に応じて、ＬＥＤ１１ａとＬＥＤ１１ｂとの個数比を決定し、各ＬＥＤ１１ａの電力元とＬＥＤ１１ｂとの電力元とが異なるように電気的接続を行えばよい。

なお、上述した実施の形態１，２では、常に複数のＬＥＤ１１が発光することを前提として説明したが、これに限らず、発光量の要求にしたがって、発光すべきＬＥＤ１１の数を異ならせるようにしてもよい。たとえば、図８に示したＬＥＤ配置に適用すると、通常発光時では、ＬＥＤ１１ａを発光させ、大きな発光量が必要な場合に、ＬＥＤ１１ａとともにＬＥＤ１２ａを同時に発光させるようにする。この場合、放電スイッチ２４もオン状態となる。このような柔軟な電力制御によって、トータルの電力使用量を抑えることができる。

この発明の実施の形態１にかかるカプセル型内視鏡を含む被検体内医療システムの概要構成を示す図である。 図１に示したカプセル型内視鏡の構成を示す断面図である。 図１に示したカプセル型内視鏡の構成を示すブロック図である。 図１に示したカプセル型内視鏡の電力使用状態を示すタイムチャートである。 この発明の実施の形態１の変形例にかかるカプセル型内視鏡の構成を示すブロック図である。 図５に示したカプセル型内視鏡の電力使用状態を示すタイムチャートである。 この発明の実施の形態２であるカプセル型内視鏡の構成を示すブロック図である。 図７に示したカプセル型内視鏡のＬＥＤ配置を、ＬＥＤが配置された先端側から矢視した矢視図である。

符号の説明

１ 被検体
２ 受信装置
２ａ アンテナユニット
２ｂ 受信本体ユニット
３ カプセル型内視鏡
４ 表示装置
５ 携帯型記録媒体
１０ 照明部
１１，１１ａ，１１ｂ ＬＥＤ（ＬＥＤ群）
１２，１２ａ，１２ｂ ＬＥＤドライバ
１６ カプセル型筐体
２０ 電力源
２１ 電池
２２ 電源回路
２３ 電力蓄積部
２４ 放電スイッチ
２５ 駆動スイッチ
２６ 充電スイッチ
３０ 撮像部
３２ ＣＣＤ
３３ 結像レンズ
４０ 無線部
４１ アンテナ
５０ 信号処理・制御部
６１ 撮像基板
６２ 照明基板
６３ 電源回路基板
６４，６５ 無線基板
６８ フレキシブル基板

Claims (4)

1. 所定の機能を実行する複数の機能実行部と各機能実行部に電力を供給する電力源とを有したカプセル型内視鏡であって、
   前記電力源に接続され該電力源から供給される余剰電力を一時的に蓄積する電力蓄積手段と、
   撮像時に撮像対象を間欠的に照明し、一時的に他の機能実行部に比して大きな電力消費を行う照明部と、
   前記照明部に対して前記他の機能実行部に比して大きさ電力消費を行う期間に前記電力蓄積手段が蓄積した電力を供給する放電スイッチと、
   を備え、
   前記照明部は、前記電力源から直接供給される電力で発光するＬＥＤと前記電力蓄積手段から供給される電力で発光するＬＥＤとからなる複数のＬＥＤを有し、前記電力源から直接供給される電力と前記電力蓄積手段から供給される電力とを合わせて消費することを特徴とするカプセル型内視鏡。
2. 前記照明部は、間欠的に動作させる駆動スイッチを備え、
   前記放電スイッチは、前記駆動スイッチのオンオフに同期してオンオフすることを特徴とする請求項１に記載のカプセル型内視鏡。
3. 前記電力源と前記電力蓄積手段との間に設けられ、前記電力源から前記電力蓄積手段への電力供給をスイッチングする充電スイッチを備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のカプセル型内視鏡。
4. 前記電力蓄積手段は、キャパシタであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のカプセル型内視鏡。

Images