JP5415744B2 - カプセル型医療装置 - Google Patents

Description

本発明は、被検者の体内に導入されるカプセル型内視鏡に関し、特に、被検者の体外からの無線給電を受けて所定の処理を行うカプセル型医療装置に関する。

近年、内視鏡の分野では、撮像機能と無線機能とが装備された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は、観察（検査）のために被検体である被検者に飲み込まれた後、被検者から自然排出されるまでの間、胃、小腸などの臓器の内部をその蠕動運動に伴って移動し、撮像機能を用いて臓器の内部を順次撮像する構成である。

また、これら臓器内を移動する間にカプセル型内視鏡によって被検者内で撮像された画像データは、順次無線通信などの無線機能により、被検体の外部に設けられた外部装置に送信され、メモリに蓄積される。被検者がこの無線機能とメモリ機能を備えた外部装置を携帯することにより、被検者は、カプセル型内視鏡を飲み込んだ後、排出されるまでの観察期間、不自由を被ることなく行動が可能になる。カプセル型内視鏡による観察後は、医者によって、外部装置のメモリに蓄積された画像データにもとづいて、臓器の画像をディスプレイなどの表示手段に表示させて診断を行うことができる。

この種のカプセル型内視鏡に電力を供給するシステムとしては、例えば特許４０８０６６２号公報に示すものがある。このシステムでは、ラジオカプセル（カプセル型内視鏡に相当）が被検者内に留置されるため、被検者外部からカプセル型内視鏡内部に電力を送信することにより、そのカプセル型内視鏡内部に電力を供給する。このシステムでは、外部装置に電力送信用アンテナを、カプセル型内視鏡内部に電力受信アンテナをそれぞれ設け、外部装置から送信用アンテナおよび受信用アンテナを介してカプセル型内視鏡内に電力を供給して、被検者内に長時間留置されたカプセル型内視鏡の観察動作を可能にしていた。

また、特許４０８９７７８号公報には、受電コイルと送電コイルとの結合度を検知して結合度の強い方向の送電コイルを駆動する方法が用いた無線給電装置が開示されている。

しかし、従来のカプセル型医療装置では、受電コイルと受電された電力を消費する処理回路との整合性が悪く、本来、受電できる最大電力よりも小さい電力しか受電できない、すなわち、受電効率が低いことがあった。
特許４０８０６６２号公報 特許４０８９７７８号公報

本発明は効率的に受電するカプセル型医療機器を提供することを目的とする。

上記目的を達成すべく、本発明のカプセル型医療装置は、被検者の体内で所定の処理を
行うカプセル型医療装置であって、前記被検者の体外から無線で電力を受電する受電コイ
ルと前記所定の処理を行う処理回路と、前記受電コイルに接続された調整用リアクタンス
素子と、共振用コンデンサと、を有し、前記受電コイルと前記調整用リアクタンス素子とが直列に接続され、前記受電コイルと前記調整用リアクタンス素子とを有する回路と、前記共振用コンデンサとが並列に接続されている。

本発明は効率的に受電するカプセル型医療機器を提供するものである。

＜第１の実施の形態＞
以下、図面を参照して本発明の第１の実施の形態のカプセル型医療装置であるカプセル型内視鏡２０について説明する。
図１は本実施の形態のカプセル型内視鏡を含む無線給電システムの概要を示す概要図であり、図２は本実施の形態のカプセル型内視鏡を含む無線給電システムの構成図であり、図３は本実施の形態のカプセル型内視鏡の構造の概要を説明するための断面模式図である。

図１に示すように、本実施の形態の無線給電システム１のカプセル型内視鏡２０は、被検者５０の内部に導入された状態で、被検者５０の外部に配設された無線給電装置１０から電磁誘導により電力を受電する。すなわち、無線給電装置１０では、送電回路１２から送電コイル１１に交流電流が印加され、送電コイル１１は交流磁界を発生する。

そして、図２に示すようにカプセル型内視鏡２０は、無線給電装置１０から電力を受電する受電回路２２と、受電した電力を用いて所定の処理を行う処理回路２５とを有する。受電回路２２は、受電コイル２１と調整用リアクタンス素子２３とが直列に処理回路２５と接続された回路２１Ａと、回路２１Ａと並列に処理回路２５と接続されている共振用コンデンサ２４とを有する。

受電コイル２１は、導電線を巻回した所定のターン数のソレノイド型コイルであり、細長いカプセル型筐体３１（図３参照）の胴部内に、コイルの軸がカプセルの長手方向となるように配設されている。ここで、コイルの軸とは、コイルの磁路の中心線を意味する。なお、受電コイル２１はカプセル型筐体３１の一部に巻回されていてもよいし、内部に軟磁性コアを有していてもよいし、あるいはカプセル型筐体３１の外側に巻回されていてもよい。

共振用コンデンサ２４は、受電回路２２の共振周波数と無線給電装置１０の共振周波数とを略一致、すなわちマッチングするためのコンデンサである。

一方、処理回路２５は、受電制御回路２６と、送受信制御回路２７と、撮像素子であるＣＣＤ２９と、信号処理回路３０と、照明部３２を有している。

すなわち、図３に示すように、本実施の形態のカプセル型医療機器は、被検者５０の体内に導入可能な細長いカプセル型筐体３１内に内蔵されている受電回路２２と処理回路２５とを有するカプセル型内視鏡２０である。カプセル型内視鏡２０は、被検者の口腔から体内に飲み込み可能な大きさのものであり、略半球状で透明性あるいは透光性を有する先端カバー３１Ａと、可視光が不透過な有色材質からなる一端部が略半球状筒形状の胴部カバー３１Ｂとを弾性的に嵌合させることで、内部を液密に封止するカプセル型筐体３１を形成している。

カプセル型内視鏡２０は、カプセル型筐体３１内にあって、体腔内撮像部位を先端カバー３１Ａを介して照明するための照明光を出射するＬＥＤなどの照明部３２と、照明光による反射光を受光して体腔内撮像部位を撮像するＣＣＤ２９と、ＣＣＤ２９に被写体の像を結像させる結像レンズ３３とを備え、先端カバー３１Ａ側である前端部方向の撮影が可能とされている。信号処理回路３０は撮像した画像を処理し、送受信制御回路２７は撮像した画像を体外に無線で送信する機能を有している。

そして、カプセル型内視鏡２０では、例えば電力供給用信号である交流磁界に重畳された各種制御信号を送受信制御回路２７が処理し、その制御信号にもとづいて、照明部３２によるＬＥＤ点灯処理、ＣＣＤ２９による撮像処理、信号処理回路３０による画像処理、または送受信制御回路２７による撮像画像送信処理等の複数の処理を制御している。

ここで、カプセル型内視鏡２０の処理回路２５が行う負荷はカプセル型内視鏡２０の種類、言い換えれば、行う処理により異なる。例えば、高解像度のカラー撮影を行うＣＣＤを有するカプセル型内視鏡は、低解像度の白黒撮影しか行わないカプセル型内視鏡に比べて、処理回路の負荷は小さい。また同じ仕様のカプセル型内視鏡であっても製造時のばらつき等により、個々の製品の処理回路２５の負荷は異なる。このため、受電回路２２のインピーダンスと処理回路２５のインピーダンスとが、ずれてしまうことがある。

すでに説明したように、負荷である処理回路２５のインピーダンスと、受電回路２２のインピーダンスと処理回路２５のインピーダンスとが略一致、すなわちマッチングしていないと、本来、受電できる最大電力よりも小さい電力しか受電できない。

ここで、図４および図５は負荷のインピーダンスと受電電力の関係を説明するための図である。図４に示すように、受電回路２２のインピーダンスがＺ１である場合には、負荷のインピーダンスと受電電力との関係はＦ１に示す受電電力特性となり、負荷である処理回路２５のインピーダンスがＺ１のときに受電電力は最大のＰ２となる。そして、負荷のインピーダンスがＺ２またはＺ３のように、Ｚ１からずれた場合には、受電電力はＰ１と減少する。

しかし、本実施の形態のカプセル型内視鏡２０では、受電回路２２に調整用リアクタンス素子２３を有するため、受電回路２２と処理回路２５とのインピーダンスマッチングを行うことができる。すなわち、図５に示すように、負荷が大きくインピーダンスがＺ２と小さい場合には、容量性の調整用リアクタンス素子を用いることで、受電回路２２のインピーダンスをＺ２に調整することができ、受電電力特性はＦ２のようになる。同様に、負荷が小さくインピーダンスがＺ３と大きい場合には、誘導性の調整用リアクタンス素子を用いることで、受電回路２２のインピーダンスをＺ３に調整することができ、受電電力特性はＦ３のようになる。

なお、受電回路２２のインピーダンスは受電コイル２１の寸法、巻線の巻数、または磁心の有無や特性等によって調整することも可能である。しかし、極めて小さい空間内に電子部品を収納しなければならないというカプセル型内視鏡２０という特殊な用途においては、受電コイル２１の容積などの制約があり、これらを調整することは現実的ではない。

また、容量性の調整用リアクタンス素子を用いる場合には、共振用コンデンサ２４の値は接続する容量性の調整用リアクタンス素子に合わせて調整する。

本実施の形態のカプセル型内視鏡２０においては、製造時に調整用リアクタンス素子２３のリアクタンスの調整を行う。図６および図７は本実施の形態のカプセル内視鏡の調整用リアクタンス素子のリアクタンスの調整方法を説明するための説明図である。

図６に示すように、時間の経過、すなわち、処理回路２５の各処理の駆動に対して負荷のインピーダンスがＺ２で一定のカプセル型内視鏡２０の場合には、調整用リアクタンス素子２３により受電回路２２のインピーダンスをＺ１からＺ２に調整する。

これに対して、図７に示すように、時間の経過、すなわち、処理回路２５の各処理の駆動に対して負荷のインピーダンスが変化するカプセル型内視鏡２０の場合には、（Ａ）インピーダンスが最も大きい状態Ｚ１３に合わせる、（Ｂ）インピーダンスの平均Ｚ１２に合わせる、（Ｃ）最も動作状態が長い時のインピーダンスＺ１１に合わせる、（Ｄ）インピーダンスが最も小さい状態Ｚ１０に合わせる、等の方法により受電回路２２のインピーダンスを調整用リアクタンス素子２３により調整する。

なお、カプセル型内視鏡２０においては、調整用リアクタンス素子２３および共振用コンデンサ２４を固定もしくは半固定の素子で構成し値を調整する。

以上の説明のように、カプセル型内視鏡２０は、調整用リアクタンス素子２３を調整または選択することにより、処理回路２５のインピーダンスと受電回路２２のインピーダンスとをマッチングするため、効率的に受電することができる。

＜第１の実施の形態の変形例＞
以下、図面を参照して本発明の第１の実施の形態の変形例のカプセル型内視鏡２０Ａについて説明する。
図８は本変形例のカプセル型内視鏡を含む無線給電システムの構成図である。なお、第１の実施の形態の変形例のカプセル型内視鏡２０Ａは、第１の実施の形態のカプセル型内視鏡２０と類似しているため同じ構成要素には同じ符号を付し、説明は省略する。

図８に示すように、本実施の形態の無線給電システム１Ａのカプセル型内視鏡２０Ａは、受電コイル２１と調整用リアクタンス素子２３とが並列に接続され、受電コイル２１と調整用リアクタンス素子２３とを有する回路２１Ａと、共振用コンデンサ２４とが直列に接続されている
本変形例のカプセル型内視鏡２０Ａは、調整用リアクタンス素子２３のリアクタンスを調整することにより、処理回路２５Ａのインピーダンスと受電回路２２Ａのインピーダンスとをマッチングするため、効率的に受電することができる。

＜第２の実施の形態＞
以下、図面を参照して本発明の第２の実施の形態のカプセル型医療装置であるカプセル型内視鏡２０Ｂについて説明する。
図９は本実施の形態のカプセル型内視鏡を含む無線給電システムの構成図であり、図１０は本実施の形態のカプセル型内視鏡の調整用リアクタンス部の構造を説明するための模式図である。なお、第２の実施の形態のカプセル型内視鏡２０Ｂは、第１の実施の形態のカプセル型内視鏡２０と類似しているため同じ構成要素には同じ符号を付し、説明は省略する。

図９に示すように、本実施の形態のカプセル型内視鏡２０Ｂは、調整用リアクタンス部２３Ｂと、リアクタンス調整回路２８とを更に有している。リアクタンス調整回路２８は送受信制御回路２７が受信した制御信号にもとづいて調整用リアクタンス部２３Ｂのリアクタンスを調整する。

カプセル型内視鏡２０Ｂの処理回路２５Ｂが行う複数の処理は、それぞれ負荷が異なる。例えば、照明部３２によるＬＥＤ点灯処理は負荷が大きくインピーダンスは小さくなるため、点灯時と非点灯時とでは処理回路２５Ｂのインピーダンスが変化する。このため受電回路２２Ｂのインピーダンスと処理回路２５Ｂのインピーダンスとが、ずれてしまう。処理回路２５Ｂが行う複数の処理、例えば、照明部３２によるＬＥＤ点灯処理、ＣＣＤ２９による撮像処理、信号処理回路３０による画像処理、または送受信制御回路２７による撮像画像送信処理等の複数の処理等は、電力供給用信号に重畳された各種制御信号を送受信制御回路２７が処理し、その制御信号にもとづいて行われる。

そして、カプセル型内視鏡２０Ｂでは、送受信制御回路２７が受信した制御信号にもとづいて行われる、それぞれの処理に応じて、リアクタンス調整回路２８は調整用リアクタンス部２３Ｂのリアクタンスを調整する。

図１０に示すように、調整用リアクタンス部２３ＢはＮ個の異なるリアクタンスのリアクタンス素子３５Ａ〜３５Ｎを有する調整用リアクタンス素子群３５と、受電コイル２１と接続するリアクタンス素子を切り替えるＮ個のスイッチ３６Ａ〜３６Ｎを有するスイッチ部３６と、を有している。なお、調整用リアクタンス部２３Ｂは、少なくとも２個のリアクタンス素子を有していればよく、または、複数の異なるリアクタンスのリアクタンス素子に相当する機能を有する可変量リアクタンス素子を有していても良い。

そして、処理回路２５Ｂが行う各処理にマッチングするリアクタンス素子３５Ａ〜３５Ｎは予め決定されている。このため、調整用リアクタンス部２３Ｂは処理回路２５Ｂが行う各処理のインピーダンスとマッチングするように受電回路２２Ｂのリアクタンスを調整することができる。

例えば、図１１に示すように、調整用リアクタンス部２３Ｂは処理Ａのときは正の大きなリアクタンス素子３５Ａを選択し、処理Ｂのときは正のリアクタンス素子３５Ｂを選択し、処理Ｃのときは負のリアクタンス素子３５Ｃを選択し、処理Ｄのときは負の大きなリアクタンス素子３５Ｄを選択する。

本実施の形態のカプセル型内視鏡２０Ｂは、リアクタンス調整回路２８が、調整用リアクタンス部２３Ｂのリアクタンスを調整することにより、処理回路２５Ｂの処理に応じてインピーダンスと受電回路２２Ｂのインピーダンスとをマッチングするため、効率的に受電することができる。

特に、リアクタンス調整回路２８は送受信制御回路２７が受信した処理の情報にもとづいてリアクタンスを調整するため構成が簡単で、かつ、追従の遅れが発生しにくい。すなわち、送受信制御回路２７が受信した処理の制御信号により実際に各処理が行われるまでの時間は有限であり、その間にリアクタンス調整回路２８はスイッチ部３６を切り替えるため、処理回路２５Ｂのインピーダンス変化速度に追従することができる。

なお、調整用リアクタンス部２３Ｂは複数のリアクタンス素子を同時に接続することにより、合成リアクタンス値により種々のリアクタンスに対応することもできる。

＜第３の実施の形態＞
以下、図面を参照して本発明の第３の実施の形態のカプセル型医療装置であるカプセル型内視鏡２０Ｃについて説明する。
図１２は本実施の形態のカプセル型内視鏡を含む無線給電システムの構成図である。なお、第３の実施の形態のカプセル型内視鏡２０Ｃは、第２の実施の形態のカプセル型内視鏡２０Ｂと類似しているため同じ構成要素には同じ符号を付し、説明は省略する。

図１２に示すように、本実施の形態の無線給電システム１Ｃのカプセル型内視鏡２０Ｃは、負荷検出回路３７を更に有している。負荷検出回路３７は処理回路２５Ｃの負荷、言い換えればインピーダンスをリアルタイムで測定する。そして、リアクタンス調整回路２８Ｃは負荷検出回路３７の情報にもとづいて受電回路２２Ｃのリアクタンスを調整する。なお、負荷検出回路３７は所定の間隔でインピーダンスを検出してもよいし、リアクタンス調整回路２８Ｃも所定の間隔でリアクタンスを調整してもよい。

本実施の形態のカプセル型内視鏡２０Ｃは、リアクタンス調整回路２８Ｃが、調整用リアクタンス部２３Ｃのリアクタンスを調整することにより、処理回路２５Ｃの処理に応じてインピーダンスと受電回路２２Ｃのインピーダンスとをマッチングするため、効率的に受電することができる。

特に、本実施の形態のリアクタンス調整回路２８Ｃは負荷検出回路３７が検出した処理回路２５Ｃにインピーダンスにもとづいてリアクタンスを調整するため精度が高い。

なお、上記説明は、カプセル型内視鏡を例に説明したが、本発明の無線給電システムは、カプセル型内視鏡への無線給電に限られるものではなく、消化液採取用カプセル型医療機器、嚥下型のｐＨセンサ、またはドラッグデリバリーシステムのような各種カプセル型医療機器に適用可能である。

本発明は、上述した実施の形態または変形例に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。

第１の実施の形態のカプセル型内視鏡を含む無線給電システムの概要を示す概要図である。 第１の実施の形態のカプセル型内視鏡を含む無線給電システムの構成図である。 第１の実施の形態のカプセル型内視鏡の構造の概要を説明するための断面模式図である。 負荷のインピーダンスと受電電力の関係を説明するための図である。 負荷のインピーダンスと受電電力の関係を説明するための図である。 第１の実施の形態のカプセル内視鏡の調整用リアクタンス素子のリアクタンスの調整方法を説明するための説明図である。 第１の実施の形態のカプセル内視鏡の調整用リアクタンス素子のリアクタンスの調整方法を説明するための説明図である。 第１の実施の形態の変形例のカプセル型内視鏡を含む無線給電システムの構成図である。 第２の実施の形態のカプセル型内視鏡を含む無線給電システムの構成図である。 第２の実施の形態のカプセル型内視鏡の調整用リアクタンス部の構造を説明するための模式図である。 第２の実施の形態のカプセル型内視鏡の調整用リアクタンス部の動作を説明するための模式図である。 第３の実施の形態のカプセル型内視鏡を含む無線給電システムの構成図である。

符号の説明

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ…無線給電システム
１０…無線給電装置
１１…送電コイル
１２…送電回路
２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ…カプセル型内視鏡
２１…受電コイル
２１Ａ、２１Ｂ…回路
２２、２２Ａ、２２Ｂ…受電回路
２３…調整用リアクタンス素子
２３Ｂ、２３Ｃ…調整用リアクタンス部
２４…共振用コンデンサ
２５…処理回路
２６…受電制御回路
２７…送受信制御回路
２８、２８Ｂ…リアクタンス調整回路
３０…信号処理回路
３１…カプセル型筐体
３１Ａ…先端カバー
３１Ｂ…胴部カバー
３２…照明部
３３…結像レンズ
３５Ａ、３５Ｂ、３５Ｃ、３５Ｄ…リアクタンス素子
３６…スイッチ部
３７…負荷検出回路
５０…被検者

Claims (9)

1. 被検者の体内で所定の処理を行うカプセル型医療装置であって、
   前記被検者の体外から無線で電力を受電する受電コイルと
   前記所定の処理を行う処理回路と、
   前記受電コイルに接続された調整用リアクタンス素子と、
   共振用コンデンサと、を有し、
   前記受電コイルと前記調整用リアクタンス素子とが直列に接続され、
   前記受電コイルと前記調整用リアクタンス素子とを有する回路と、前記共振用コンデンサとが並列に接続されていることを特徴とするカプセル型医療装置。
2. 被検者の体内で所定の処理を行うカプセル型医療装置であって、
   前記被検者の体外から無線で電力を受電する受電コイルと
   前記所定の処理を行う処理回路と、
   前記受電コイルに接続された調整用リアクタンス素子と、
   共振用コンデンサを有し、
   前記受電コイルと前記調整用リアクタンス素子とが並列に接続され、
   前記受電コイルと前記調整用リアクタンス素子とを有する回路と、前記共振用コンデンサとが直列に接続されていることを特徴とするカプセル型医療装置。
3. 前記受電コイルと前記調整用リアクタンス素子と前記共振用コンデンサとを有する受電回路のインピーダンスが、接続する前記処理回路のインピーダンスとマッチングするように前記調整用リアクタンス素子のリアクタンスが調整可能であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のカプセル型医療装置。
4. 体内を観察する撮像素子を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のカプセル型医療装置。
5. 被検者の体外から無線で電力を受電する受電コイルと、
   前記被検者の体内で複数の所定の処理を行う処理回路と、
   前記受電コイル、共振コイル、および、前記受電コイルと接続された、複数の異なるリアクタンスのリアクタンス素子と、前記受電コイルと接続する前記リアクタンス素子を切り替えるスイッチ部とを有する調整用リアクタンス部を有する受電回路と、
   前記スイッチ部を切り替え、前記調整用リアクタンス部のリアクタンスを調整することにより、前記処理回路の前記インピーダンスと前記受電回路のインピーダンスとをマッチングするリアクタンス調整回路と、を有することを特徴とするカプセル型医療装置。
6. 被検者の体外から無線で電力を受電する受電コイルと、
   前記被検者の体内で複数の所定の処理を行う処理回路と、
   前記受電コイル、共振コイル、および、前記受電コイルと接続された、容量性リアクタンス素子および誘導性リアクタンス素子を有する調整用リアクタンス部を有する受電回路と、
   前記調整用リアクタンス部のリアクタンスを調整することにより、前記処理回路の前記インピーダンスと前記受電回路のインピーダンスとをマッチングするリアクタンス調整回路と、を有することを特徴とするカプセル型医療装置。
7. 前記リアクタンス調整回路が、前記処理回路の処理に応じて、前記調整用リアクタンス部のリアクタンスを調整することを特徴とする請求項５または請求項６に記載のカプセル型医療装置。
8. 前記処理回路のインピーダンスを検出する負荷検出部を更に有し、
   前記リアクタンス調整回路が、前記負荷検出部の情報に応じて、前記調整用リアクタンス部のリアクタンスを調整することを特徴とする請求項５または請求項６に記載のカプセル型医療装置。
9. 前記処理回路が、撮像素子を有することを特徴とする請求項５から請求項８のいずれか１項に記載のカプセル型医療装置。

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