JP5086618B2

JP5086618B2 - カプセル型内視鏡

Info

Publication number: JP5086618B2
Application number: JP2006319145A
Authority: JP
Inventors: 和昭田村; 哲夫薬袋; 仁大原
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2006-11-27
Filing date: 2006-11-27
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2026-11-27
Also published as: EP2086383A1; US20080125623A1; EP2086383A4; US8221314B2; JP2008132050A; KR101317043B1; KR20090085634A; WO2008065839A1

Description

本発明は、被検体内に導入され、該被検体内を移動しながら、被検体を信号伝達媒体として被検体内情報を体外受信装置へ送信するカプセル型内視鏡に関するものである。

現在、内視鏡の分野において、飲み込み型のカプセル型内視鏡が実用化されている。このカプセル型内視鏡は、撮像機能と無線通信機能とを有しているものである。カプセル型内視鏡は、観察（検査）のために被検体の口から飲込まれた後、自然排出されるまでの間、体腔内、例えば胃や小腸等の臓器の内部をその蠕動運動に従って移動しながら順次撮像を行い、被検体内の情報を取得する。

体腔内を移動する間、カプセル型内視鏡によって体内で取得された被検体内情報（画像データ）は、順次無線通信により外部に送信され、外部に設けられたメモリに蓄積される。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、被検体は、カプセル型内視鏡を飲み込んだ後、排出されるまでの間に渡って、自由に行動できる。

更に、カプセル型内視鏡における無線通信方式の一つとして、被検体を信号伝達媒体として利用し、画像データを外部に送信する人体通信方式が提案されている。例えば、特許文献１においては、カプセル型内視鏡の外周面に２つの信号電極を設け、画像データに応じた電位差を２極間に発生させ、被検体内に電流を流す。そして、被検体外に配置された体外受信装置の受信電極間に流れる電流量を検出することで、人体を信号伝達媒体として利用し、画像データを伝送することが可能となる。
特表２００６−５１３６７０号公報

ここで、特許文献１におけるカプセル型内視鏡は、送信用電極が外表面に配置される構成となっており、被検体内に投入されたカプセル型内視鏡の送信用電極は、被検体内を移動するのに伴って接触状態の変化が発生する。これにより、カプセル型内視鏡の送信信号の送信に用いる送信用電極間のインピーダンスも被検体内において変化が生じる。そのため、電極間インピーダンスの変化に対して送信用電極と被検体との間にはインピーダンス不整合が生じ、カプセル型内視鏡の送信信号電力の損失を発生させるおそれがある。

これに対し、特許文献１においては、送信用電極間のインピーダンスの変化に対する制御方法について特に述べられておらず、送信信号電力の損失が受信信号レベルの低下を招きやすい。このため、受信信号がノイズの影響を受け易くなり、カプセル型内視鏡システムとして通信の安定性を欠きやすい。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、送信電力損失量を低減し、安定的に通信可能なカプセル型内視鏡を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の第１の態様のカプセル型内視鏡は、被検体内に導入されて被検体内情報を取得し、該取得した被検体内情報を前記被検体を介して外部へ送信するカプセル型内視鏡において、前記カプセル型内視鏡の外周面上に配置される複数の電極と、前記複数の電極の中から送信電力損失の少ない２つの電極を、前記被検体内情報を送信するための送信用電極として選択する電極選択手段と、前記電極選択手段により選択された２つの送信用電極を用いて、前記被検体内情報を前記被検体の外部へ送信する送信手段と、を具備し、前記電極選択手段は、前記複数の電極の中の２つの電極間のインピーダンスを測定するインピーダンス測定手段と、前記インピーダンスが所定の範囲内にあることを判定する判定手段と、前記複数の各電極間の特性インピーダンスを可変とするインピーダンス可変素子と、前記インピーダンス可変素子の特性を調節して前記送信用電極と被検体との間でのインピーダンス整合を行うインピーダンス整合手段とを有し、前記判定手段によって前記インピーダンスが所定の範囲内にあると判定された場合に前記２つの電極を送信用電極として選択することを特徴とする。

本発明によれば、送信電力損失量を低減し、安定的に通信可能なカプセル型内視鏡を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るカプセル型内視鏡を用いたカプセル型内視鏡システムの全体構成を示す模式図である。図１に示すカプセル型内視鏡システムは、カプセル型内視鏡２と、受信装置３と、表示装置４と、携帯型記録媒体５とを備えている。

カプセル型内視鏡２は、被検体１の内部に導入され、被検体１の内部を移動しながら繰り返し撮像を行って被検体内情報（例えば、被検体１の内部の画像データ）を取得し、この取得した被検体内情報を含む所定信号を受信装置３に送信する。

受信装置３は、カプセル型内視鏡２からの送信信号を受信し、受信した信号から画像を導出する。図１に示すように受信装置３は、受信用電極６ａ〜６ｎと、処理装置７とから構成されている。受信用電極６ａ〜６ｎは被検体１の外表面に配置され、カプセル型内視鏡２からの送信信号を受信するための電極である。処理装置７は、受信用電極６ａ〜６ｎにおける受信信号から被検体１の内部の画像を導出する。

表示装置４は、カプセル型内視鏡２によって得られた被検体１の内部の画像等を表示する。この表示装置４は、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等として構成される。より具体的には、表示装置４は、携帯型記録媒体５に記録されたデータから映像信号を再生してＣＲＴディスプレイ、液晶ディスプレイ等に表示する機能を有する。

携帯型記録媒体５は、処理装置７及び表示装置４に対して着脱可能であって、両者に対する装着時に情報の出力及び記録が可能な構造を有する。具体的には、携帯型記録媒体５は、カプセル型内視鏡２が被検体１の体腔内を移動している間は処理装置７に装着されてカプセル型内視鏡２の被検体内情報を記録する。そして、カプセル型内視鏡２が被検体１から排出された後に、処理装置７から取り出されて表示装置４に装着され、携帯型記録媒体５に記録されている被検体内情報が表示装置４によって読み出される。携帯型記録媒体５によって処理装置７と表示装置４との間でのデータの受け渡しを行うことで、処理装置７と表示装置４との間が有線接続された場合とは異なり、カプセル型内視鏡２が被検体１の内部を移動中であっても、被検体１が自由に行動することが可能である。

図２は、カプセル型内視鏡２の内部の詳細な構成を示すブロック図である。即ち、カプセル型内視鏡２は、バッテリー８と、電源回路９と、ＬＥＤ１０と、ＬＥＤ駆動回路１１と、撮像素子（ＣＣＤ）１２と、撮像素子駆動回路１３と、信号生成回路１４と、整合回路１５と、電極選択回路１６と、インピーダンス測定回路１７と、システムコントロール回路１８と、送信用電極Ａ１〜Ａｎとから構成されている。

バッテリー８は、カプセル型内視鏡２の内部で電力を使用するための電源である。電源回路９は、バッテリー８からカプセル型内視鏡２の内部の各構成要素に供給するための電力を生成し、この電力をカプセル型内視鏡２の各構成要素に供給する。カプセル型内視鏡２の各構成要素は電源回路９から供給される電力を駆動エネルギーとして動作する。

ＬＥＤ１０は、被検体１の内部の撮像を行う際に被検体１の内部の撮像領域を照明するための光源である。ＬＥＤ駆動回路１１は、ＬＥＤ１０を駆動するための駆動回路である。撮像素子１２は、ＬＥＤ１０によって照明された撮像領域からの反射光像を撮像して画像信号を取得するＣＣＤ方式の撮像素子である。撮像素子駆動回路１３は、撮像素子１２を駆動する駆動回路である。撮像素子１２において取得された画像信号は、システムコントロール回路１８においてデジタル化され、これによって被検体１の体内の画像データが生成される。

ここで、光源及び撮像素子として、ＬＥＤ及びＣＣＤ方式の撮像素子を用いることは必須ではない。例えば撮像素子としてＣＭＯＳ方式の撮像素子を用いるようにしても良い。

また、カプセル型内視鏡２は、システムコントロール回路１８において得られた画像データを所定の送信信号に変換し、受信装置３に向け被検体１を介して、安定的に信号を送信する送信手段としての機能を有する。

送信手段を構成する信号生成回路１４は、システムコントロール回路１８において取得された被検体１の画像データに対して変調等の処理を行い、受信装置３へ画像データを送信するための送信信号を生成する。

整合回路１５は、送信用電極Ａ１〜Ａｎと被検体１との間でのインピーダンス整合を行うために、信号生成回路１４により生成された送信信号の特性インピーダンスを変更する。具体的には、整合回路１５は、コンデンサ成分、インダクタ成分、抵抗成分のインピーダンスを可変する構成を備え、その回路内部において送信信号の特性インピーダンスを可変する。このためには、例えば、整合回路１５として、送信用電極Ａ１〜Ａｎとの間に直列または並列にインピーダンス可変素子を挿入する構成を採用すれば良い。このような整合回路１５により、送信信号の特性インピーダンス、送信信号の電力、送信信号の位相、送信信号の周波数等の特性を変更することができる。

更に、整合回路１５は、被検体内に流れる電流の最大値を規定する電流保護抵抗素子を備える。

電極選択回路１６は、整合回路１５により整合された送信信号を送信用電極Ａ１〜Ａｎのうちで選択した２つの電極に供給する。具体的には、システムコントロール回路１８からの電圧制御信号により、２つの送信用電極を選択して、選択した送信用電極に送信信号を供給する。この電極選択回路１６の動作については後で詳しく説明する。

送信用電極Ａ１〜Ａｎは、整合回路１５から出力される送信信号を被検体１の内部に送信するための電極である。送信用電極Ａ１〜Ａｎは導電性を有し、且つ耐食性に優れ人体に無害な金属で構成され、カプセル型内視鏡２の外周面に配置される。なお、ｎは必要に応じて設定される電極の個数を示しており、２以上の整数である。

インピーダンス測定回路１７は、任意の２つの送信用電極間のインピーダンスを測定し、測定したインピーダンスをシステムコントロール回路１８に出力する。

システムコントロール回路１８は、ＬＥＤ駆動回路１１、撮像素子駆動回路１３、信号生成回路１４、整合回路１５、電極選択回路１６、及び電源回路９の動作を制御すると共に、撮像素子１２で得られる画像信号から被検体１の画像データを生成する。

図３は、カプセル型内視鏡２の送信用電極と被検体１との間の送信信号電力損失を低減するための送信信号用電極の選択方法に関するフィードバック制御について示すフローチャートである。

送信信号を送信するに先立って、システムコントロール回路１８は、送信信号を送信するための送信用電極を決定する（ステップＳ１０１）。即ち、システムコントロール回路１８は、電極選択回路１６に対して電圧制御信号を送信し、これを受けて電極選択回路１６が送信用電極Ａ１〜Ａｎの中から、２つの電極を選択する。初回は任意の２つの送信用電極を選択することができる。

送信用電極が決定された後、システムコントロール回路１８は、選択した２つの送信用電極に対して送信信号を送信するための処理を行う（ステップＳ１０２）。即ち、撮像素子１２で得られた画像データを信号生成回路１４に送って信号生成回路１４において変調等の処理を行って送信用電極を生成し、整合回路１５でインピーダンス整合を行った後、ステップＳ１０１で選択された２つの送信用電極に、信号生成回路１４において生成された送信信号を供給する。

次に、インピーダンス測定回路１７は、送信信号の送信に用いられた２つの送信用電極間のインピーダンスを測定する（ステップＳ１０３）。即ち、インピーダンス測定回路１７は、ステップＳ１０２において、２つの送信用電極に送信信号が供給されている時に、送信信号を利用して、２つの電極間のインピーダンスを測定し、測定したインピーダンスをシステムコントロール回路１８に出力する。

インピーダンス測定回路１７からのインピーダンスを受けて、システムコントロール回路１８は、受信したインピーダンスが送信信号の送信が効率良く行える規定の範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ１０４）。例えば、外周面に複数の電極が配置されたカプセル型内視鏡２は、選択されている２つの電極が共に人体に接触していない場合に電極間のインピーダンスがハイインピーダンスとなって送信電力損失が大きくなる。また、２つの電極が共に人体に接触している場合の電極間のインピーダンスは接触していない場合よりもローインピーダンスとなって送信電力損失が小さくなる。ただし、インピーダンスが低すぎると通信の効率が悪くなる。したがって、インピーダンスを電極選択の判断基準として利用することにより、カプセル型内視鏡が被検体内を移動して送信用電極の接触状態が変化しても、送信信号損失が少なく且つ効率良く通信が行える２つの電極の組み合わせを判別することが可能である。

ステップＳ１０４の判定において、電極間のインピーダンスが規定の範囲内でなければ、ステップＳ１０１に戻り、システムコントロール回路１８は、別の組み合わせを選択するように電圧制御信号を出力する。その後、ステップＳ１０２以後の処理が再開される。一方、ステップＳ１０４の判定において、電極間のインピーダンスが規定の範囲内であれば、システムコントロー.ル回路１８及び電極選択回路１６は、未選択電極の設定を実施する（ステップＳ１０５）。この未選択電極の設定としては、例えば電極選択回路１６にて選択された２つの送信用電極以外の未選択電極の電位をプルダウン（所定の低電位に引き下げる）又はプルアップ（所定の高電位に引き上げる）することが好ましい。このような設定は、システムコントロール回路１８から電極選択回路１６に制御信号を出力することにより行えば良い。未選択電極の電位を固定電位とすることにより、未選択電極が、現在選択されている２つの送信用電極から送信される送信信号に影響を与える可能性を低減することができる。

図４（ａ）〜図４（ｄ）は、カプセル型内視鏡２の外周面上に配置される送信用電極Ａ１〜Ａｎの例を示す図である。

図４（ａ）のカプセル型内視鏡２２ａは、リング状の送信用電極Ａ１〜Ａｎを、カプセル型内視鏡の長軸方向に対して垂直に且つ電極間隔が等間隔となるように配置している。また、図４（ｂ）のカプセル型内視鏡２２ｂは、矩形状の送信用電極Ａ１〜Ａｎを、カプセル型内視鏡の長軸方向に対して水平に且つ電極間隔が等間隔となるように配置している。また、図４（ｃ）のカプセル型内視鏡２２ｃは、正方形状の送信用電極Ａ１〜Ａｎをカプセル型内視鏡の外周面上に格子状に配置している。更に、図４（ｄ）のカプセル型内視鏡２２ｄは、送信用電極Ａ１〜Ａｎが、カプセル型内視鏡の長軸方向に対して垂直方向に配置されるリング状の送信用電極と、カプセル型内視鏡の長軸方向に対して水平方向に配置される矩形状の送信用電極と、カプセル型内視鏡のドーム形状部に配置される送信用電極とから構成されている。

図４（ａ）〜図４（ｄ）で示した構成により、カプセル型内視鏡２の送信用電極Ａ１〜Ａｎが、被検体に対して接触する可能性が向上する。これにより、送信用電極の電極間のインピーダンス変動を電極選択回路１６の機能と併せて抑えることが可能である。

なお、送信用電極の形状やサイズは、図４（ａ）〜図４（ｄ）で示したものに限らず、カプセル型内視鏡２の外周面に任意の形状及び任意のサイズで配置することができる。

図５は、インピーダンス測定回路１７の具体的な構成の一例を示す図である。上述したように、カプセル型内視鏡２から被検体外の受信装置３に向けて送信される送信信号は、インピーダンス測定回路１７を通過し、電極選択回路１６において選択された２つの送信用電極に供給される。ここで、システムコントロール回路１８からの電圧制御信号を受けた場合に、電極選択回路１６は、電圧制御信号の値に応じた２つの送信用電極の間にインピーダンス測定回路１７からの送信信号に応じた電圧が発生するように送信用電極Ａ１〜Ａｎの接続切り替えを行う。具体的には、図５に示すように、２つの送信用電極のうちの一方をインピーダンス測定回路１７に接続し、他方をグラウンドに接続する。

また、図５に示すように、インピーダンス測定回路１７は、ブランチラインカプラ回路１９と、ドライバ回路２０と、Ａ／Ｄ回路２１とから構成されている。

ブランチラインカプラ回路１９は、整合回路１５から入力される送信信号を電極選択回路１６において選択された２つの送信用電極に分配すると共に、電極選択回路１６により選択された２つの送信用電極と被検体内とのインピーダンス不整合により発生する反射信号をシステムコントロール回路１８に分配する。

ドライバ回路２０は、ブランチラインカプラ回路１９で分配された反射信号を増幅してＡ／Ｄ回路２１に出力する。Ａ／Ｄ回路２１は、ドライバ回路２０からアナログ信号として出力される反射信号をシステムコントロール回路１８において処理可能なようにデジタル信号に変換する。

図５に示すような構成を備えることにより、２つの送信用電極間のインピーダンスの絶対値に対応した信号強度の検出が可能である。また、システムコントロール回路１８において、２つの送信用電極間のインピーダンスが整合条件の閾値に合致しているか否かを判定することにより、電極選択回路１６の動作を制御することが可能である。

ここで、インピーダンス測定回路１７においてブランチラインカプラ回路１９の代わりに、例えばサーキュレータ回路や方向性結合回路を用いて良い。また、ブランチラインカプラ回路１９も集中定数素子による構成だけでなく、マイクロストリップライン等の分布定数素子を用いて構成しても良い。更には、またインピーダンス測定方法として、ブランチラインカプラを用いた方法ではなく、Ｉ−Ｖコンバータによる自動平衡ブリッジを用いた方法でも良い。

以上説明したように、本実施形態によれば、被検体内に導入されて移動するカプセル型内視鏡２の送信用電極Ａ１〜Ａｎと被検体１との間で接触状態が変化し、この結果、出力インピーダンスが変化しても、カプセル型内視鏡２の外周面に複数配置された送信用電極の中から最適な電極を選択して、被検体１に対する安定的な送信信号の供給が可能である。

即ち、カプセル型内視鏡２の外周面上に配置された送信用電極と被検体１との接触状況が変化した場合に、インピーダンス不整合による送信電力損失が低減されるようなインピーダンス条件（即ち、インピーダンスが規定の範囲内）を満たす他の２つの電極に切り替えて送信を行うようにすることで、送信電力損失が少ない状態を維持し、被検体１に対して継続的に安定した送信信号を供給することが可能となる。

以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。

さらに、上記した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、上述したような課題を解決でき、上述したような効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。

本発明の一実施形態に係るカプセル型内視鏡を用いたカプセル型内視鏡システムの全体構成を示す模式図である。カプセル型内視鏡の内部の詳細な構成を示すブロック図である。カプセル型内視鏡の送信用電極と被検体との間の送信信号電力損失を低減するための送信信号用電極の選択方法に関するフィードバック制御について示すフローチャートである。カプセル型内視鏡の外周面上に配置される送信用電極Ａ１〜Ａｎの例を示す図である。インピーダンス測定回路の具体的な構成の一例を示す図である。

符号の説明

２…カプセル型内視鏡、３…受信装置、４…表示装置、５…携帯型記録媒体、６ａ〜６ｎ…受信用電極、７…処理装置、８…バッテリー、９…電源回路、１０…ＬＥＤ、１１…ＬＥＤ駆動回路、１２…撮像素子（ＣＣＤ）、１３…撮像素子駆動回路、１４…信号生成回路、１５…整合回路、１６…電極選択回路、１７…インピーダンス測定回路、１８…システムコントロール回路、Ａ１〜Ａｎ…送信用電極

Claims

被検体内に導入されて被検体内情報を取得し、該取得した被検体内情報を前記被検体を介して外部へ送信するカプセル型内視鏡において、
前記カプセル型内視鏡の外周面上に配置される複数の電極と、
前記複数の電極の中から送信電力損失の少ない２つの電極を、前記被検体内情報を送信するための送信用電極として選択する電極選択手段と、
前記電極選択手段により選択された２つの送信用電極を用いて、前記被検体内情報を前記被検体の外部へ送信する送信手段と、
を具備し、
前記電極選択手段は、
前記複数の電極の中の２つの電極間のインピーダンスを測定するインピーダンス測定手段と、
前記インピーダンスが所定の範囲内にあることを判定する判定手段と、
前記複数の各電極間の特性インピーダンスを可変とするインピーダンス可変素子と、
前記インピーダンス可変素子の特性を調節して前記送信用電極と被検体との間でのインピーダンス整合を行うインピーダンス整合手段とを有し、
前記判定手段によって前記インピーダンスが所定の範囲内にあると判定された場合に前記２つの電極を送信用電極として選択することを特徴とするカプセル型内視鏡。
前記電極選択手段は、前記複数の電極の中から選択された２つの電極以外の未選択電極の電位を所定の低電位に引き下げる又は所定の高電位に引き上げることをさらに行うことを特徴とする請求項１に記載のカプセル型内視鏡。