JPH0649038B2 - 医療用カプセル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、生体内で体液等の物質を吸入、採取し、また
は生体内で薬液等の放出を行う医療用カプセルに関する
ものである。

（従来の方法） 動物の体内、特に消化管内には各種の微生物が棲息して
おり、これらは食物の消化、病源微生物の感染防御等宿
主の生存に役立っているが、一方では癌や尿毒症、肝障
害等の原因物質を産生するものもある。しかし、これら
微生物学の調査、研究は立ち遅れた状態にあり、その研
究推進のためには、特に動物の消化管内の正確な位置
で、しかもその周辺の環境を維持した状態で試料（体
液）を採取したり、あるいは投薬を行うことのできる用
具や方法が求められている。

こうした中で、経口的に投与できる程度の大きさの医療
用カプセルが開発され、消化管内の適切な位置で試料の
採取、あるいは投薬を行い、後刻肛門より排出されたカ
プセルを回収するという方法が考案された。

このような医療用カプセルとしては、例えば、特開昭52
-128675号公報等のように、カプセルに内蔵されたバネ
を糸で固定しておき、体内の試料採取または投薬を行う
所定の位置で体外からの信号をうけ、内蔵された電池で
フィラメントを加熱させ、糸を焼き切ってバネを作動さ
せるものや、特開昭52-94682号公報のように、指令電波
によってストッパーを電気的に動かすもの、特開昭52-1
31678号公報のように、特定のpHで消化する膜を利用す
るもの等がある。

また近年、従来の金属にはなかった形状記憶効果を有す
ることで注目をあびている形状記憶合金が様々な分野で
応用されており、医療用カプセルにおいても例えば、特
開昭58-136332号公報等のように体温による加熱で作動
させるもの、あるいは、特開昭56-116445号公報、特開
昭58-19231号公報、特開昭58-121938号公報等のように
カプセルに内蔵された受信コイルとコンデンサよりなる
受信同調回路に、体外から同調（共振）周波数の電波を
送ってスイッチング部を起動させ、内蔵された電池から
ヒーター部または形状記憶合金コイルに直接電流を流し
て発熱させ加熱を行うもの等の形で応用されている。ま
たさらには、特開昭58-130031号公報や特開昭58-135808
号公報のように、高周波（変動磁場）によって発生する
渦電流によるジュール熱で加熱する方法も提案されてい
る。

しかし、カプセルの中に電池を組み込む方法は、液洩れ
や爆発等の危険を伴うため、生体内での使用を考えると
望ましいものではなく、また、大きさも大きくなりがち
であった。一方、特定のpHによって溶解する膜や、体温
によって作動する形状記憶合金を用いる方法は、必ずし
も適切な場所で作動させることができないという欠点を
有していた。

また、高周波による誘電加熱によって金属を加熱させる
方法は公知のものであり、すでに高周波焼き入れ等に広
く利用されている。しかし、経口投与可能な大きさのカ
プセル内に挿入できる程度の大きさの形状記憶合金に体
外から高周波を照射して加熱するには、形状記憶合金製
コイルが極めて小さく、また、生体内の水分によって高
周波が減衰して深部まで届き難いため、膨大な容量の高
周波発振器が必要であり、医療用カプセルとして使用す
るためには被検者の安全性や装置のコスト等の面で問題
があった。

（発明の目的） 本発明は、医療用カプセルのこのような問題点に鑑み、
形状記憶合金を利用したカプセルの高周波による加熱効
率の向上を目的として研究を進めた結果、共振回路の原
理を応用した加熱方法により、カプセル内の形状記憶合
金製コイルをすみやかに加熱し作動させ得ることを見出
し、さらに検討を重ねて、電池等の動力源や電子回路を
持たない医療用カプセルを完成するに至ったものであ
る。

（発明の構成） 即ち本発明は、生体内で物質を吸入または放出するため
の開口部を有する外筒容器、該外筒容器内に移動可能に
配設されたピストン、外筒容器内にあって一端をピスト
ンに接続され他端を外筒容器の底部に固定された形状記
憶合金製コイル、および該形状記憶合金製コイルと共振
回路を構成するコンデンサより成ることを特徴とする医
療用カプセルである。

本発明に用いられるカプセルの外筒容器は、物質の吸
入、採取、または放出を行うための開口部を有してお
り、また、該開口部には、逆流防止のための弁を有して
いるのが望ましい。即ち、吸入、採取を目的とする場合
には、外部からの流入に関しては、圧力損失が少なくス
ムーズに物質が流入でき、採取終了後には、採取された
物質とカプセルの外部環境との接触、流通を完全に遮断
できるような一方弁を有していれば、採取した物質を損
失することがなく、また生体内における環境と同じ状態
で体液を採取することができる。これは、特に嫌気性菌
等の研究には重要な機能である。本発明のカプセルは、
経口投与が可能な大きさで、ピストンが気密性を保ちな
がらスムーズに動く必要があり、寸法精度が良く製作で
き、かつ胃液等の酸に充分耐えうる材質でなくてはなら
ないが、そのような材質であれば特に限定されるもので
はない。

カプセルの中で動くピストンに関しては、カプセルの外
筒容器の内面と完全に密着し、かつ摩擦抵抗が少なくス
ムーズに動くことのできる材質であることが要求され
る。従って、成形性が良く、ある程度の弾性を持ち、表
面がなめらかであるシリコン樹脂、フッ素樹脂、フッ素
ゴム、ニトリルゴム、クロロプレンゴム、ABS樹脂等を
用いるのが好ましい。

このピストンを動かすために、形状記憶合金製のワイヤ
ーをコイル状に加工したものの一端をピストンに接続
し、他端を外筒容器の底部に固定する。この形状記憶合
金製コイルは、生体内での使用を考慮してAs点（オース
テナイト変態開始温度）は37℃以上であることが必要で
あり、発熱があった場合も考えるとAs点は40℃以上が望
ましい。また、Af点（オーステナイト変態終了温度）
は、加熱開始後できるだけすみやかに形状回復させるの
が望ましいため、As点に近い方が良い。こうすることに
よって、カプセルが生体内の所定の位置に到達した時、
すみやかにコイルを形状回復させ、物質を吸入、採取ま
たは放出させることができる。形状記憶合金製コイル
は、先ず加工硬化した状態の形状記憶合金製ワイヤーを
コイルが縮んだ状態に成形する。これを熱処理した後、
室温（マルテンサイト状態）で引き伸ばしてカプセル内
に組み込めば体液等の試料採取カプセルに、また逆にコ
イルが延びた状態で熱処理を行い、これを室温で縮めた
状態でカプセル内に組み込めば、薬剤投与等カプセル内
に内蔵する物質の放出に利用できる。

本発明では、生体の外側から高周波を照射してこの形状
記憶合金製コイルをすみやかに加熱させるために、第１
図に示すように、形状記憶合金製コイル(1)をインダク
タンスに見立て、これにコンデンサ(2)を接続して、最
も簡単なLC共振回路を構成させた。この回路に特定の周
波数の高周波を照射すれば、回路内に単なる高周波誘導
による渦電流に比べて数10〜数100倍の共振電流を発生
させることができる。この電流によって、形状記憶合金
製コイル(1)を発熱させ、加熱して形状回復を起こさせ
る仕組みである。従って、カプセル内には一切の電源や
電子装置を内蔵していないため、非常に小型で且つ安全
な医療用カプセルを得ることができる。

この形状記憶合金製コイル(1)と共振回路を構成するコ
ンデンサ(2)は、特に限定されるものではないが、カプ
セル内に設置できるものとしては、小型のセラミックま
たはタンタルのディップコンデンサや、チップタイプの
コンデンサが望ましい。また、これらを接続する導線
は、形状記憶合金製コイル(1)の動きに追従できるよう
十分にフレキシブルである事が必要で、0.5mmφ程度の
エナメル線、1mmφ以下のビニル被覆線、50μｍ程度の
厚さの銅箔を巾1mm程度に切った銅箔リボン等が良い。

カプセルを構成する部品としては最後に、形状記憶合金
製コイルを固定し、ピストンの動きに応じて排気または
吸引のできる弁を備えたカプセル底部をはめ込むことに
よって、本発明の医療用カプセルは完成する。このカプ
セル底部にある弁は、例えば、採取用カプセルの場合に
は、ピストンが採取のために動くにつれて形状記憶合金
製コイルの入っている側の部屋が陽圧となる事を防ぐた
めの弁で、ピストンの動きに応じてカプセル内の空気を
排出する排気弁である。

本発明の医療用カプセルに照射する高周波の周波数
は、形状記憶合金製コイル(1)のインダクタンスＬとコ
ンデンサ(2)のキャバシタンスＣとで決定され、(1)式に
よって求めることができる。

この高周波の周波数は、結合の強さ、あるいはコンデン
サの寸法、共振回路のＱ値等の点からは高い周波数ほど
好ましいが、生体内での減衰や生体自体を加熱させない
という点では、低い周波数の方が良い。これらの諸点を
考慮すると、0.1〜6MHzの範囲にとるのが好ましく、よ
り好ましくは0.5〜4MHzとするのが良い。従って、形状
記憶合金製コイル(1)が有するインダクタンスＬの値に
応じて(1)式で求めた共振周波数が上記のような範囲
となるキャバシタンスＣを有するコンデンサ(2)を選ん
で使用すれば良い。

本発明に用いる高周波加熱装置については特に制約はな
いが、形状記憶合金製コイル(1)の形状によってインダ
クタンスＬが微妙に異なり、またコンデンサ(2)のキャ
バシタンスＣにも個々にバラつきがあるため、共振周波
数Ｆは(1)式で理論どおりには決まらず、回路のＱ値が
高い場合にはわずかな周波数のずれでも効率が低下する
ため、周波数を調節するための可変コンデンサとディッ
プメーター等の共振周波数を確認する機能を有すること
が望ましい。

また、形状記憶合金製コイルの形状回復に追従して、周
波数を自動的に調節するような機能を有するものであれ
ばさらに望ましい。即ち、高周波加熱装置の可変コンデ
ンサをモータードライブ化し、形状記憶合金コイルの伸
縮によるインダクタンス変化に相当する共振周波数の変
更を自動的に行うものである。本方法によれば、周波数
のずれがある場合でも、数回の走査（周波数の連続的な
変更）を行うことで必ず共振周波数で加熱する事ができ
る。さらに、共振周波数を測定しながらその周波数に追
従するようにドライブさせてやれば、本方法の目的は完
全に遂行される。具体的な１例としては、カプセル内の
共振回路の共振周波数と一致した周波数となった時に電
力が吸収され、発振強度が低下することを検知し、その
情報をもとに可変コンデンサをフィードバック制御する
方法があげられる。

（効果） 本発明により、従来、電源や電子回路等を内蔵しなけれ
ばならなかった医療用カプセルにおいて、駆動バネとイ
ンダクタンスを兼ねた系上記憶合金製コイルと小型のコ
ンデンサを内蔵するだけで、外部からの高周波エネルギ
ーで作動させ、使用することのできる全く新しいタイプ
の医療用カプセルを得ることができた。本発明の医療用
カプセルは、電池の液洩れや爆発の危険がなく、しかも
小型、安価で、腸内細菌の研究のみならず様々な診断、
治療にも応用が可能であり、また将来的には外科的手術
によらず、しかも内視鏡的治療に比べて患者の苦痛を伴
わない新しい治療法への発展も期待されるなど、医療上
極めて有用なものである。

（実施例） 本発明の医療用カプセルを腸内細菌の採取用として応用
した例について、第２図に従い具体的に説明する。

カプセルの外筒容器(3)は、外径8mm、内径6mm、長さ25m
mのポリカーボネイト製円筒状で、開口部を有する先端
にシリコンゴム製円錐台形状のリーフ弁(4)を付設して
いる。このリーフ弁(4)は、採取時、すなわち吸引時に
はカプセル内へ入り込む物質（細菌を含む腸内液）によ
って押し開かれるが、逆に内圧が高くなりカプセル内の
物質が流出しようとする場合には、ピッタリ閉じ合わさ
りこれを防止する。

ピストン(5)はフッ素樹脂製で、リーフ弁側はこのリー
フ弁(4)が納まるスペース分だけ凹状になっており、反
対側は形状記憶合金製コイル(6)の末端を通して固定す
る小孔を有するためわずかに凸状となっている。またそ
の側面（外筒容器(4)の内面）に接する外周面は摩擦抵
抗を少なくするために、中央部の直径を外筒容器(4)の
内径よりも小さくしてある。カプセル外筒容器(4)の内
面とピストン表面のクリアランス寸法は5/1000〜10/100
0mmとし、接触面にはシリコングリースを塗布した。

形状記憶合金製コイル(6)は、As点40℃、Af点45℃のNiT
i系合金製のワイヤーを、4mmφ、７ターンに最大限縮ん
だ状態で成形し、熱処理を施した。

一方、カプセルの底部(7)は、形状記憶合金製コイル(6)
を固定する小孔、コンデンサ(9)を設置する台座および
排気弁(8)を有する、中央部が凸状になった円盤形状の
ものであり、キャバシタンス3.3×10⁴PFのセラミックチ
ップコンデンサ(9)にフレキシブルな導線(10)をハンダ
付けした後、このカプセル底部(7)にある台座にコンデ
ンサ(9)を接着剤で固定した。次に、形状記憶合金製コ
イル(6)をピストン(5)およびカプセル底部(7)に接続
し、コンデンサ(9)と接続する導線(10)を形状記憶合金
製コイル(6)の末端に導電性接着剤により接続した。最
後に、導線(10)と形状記憶合金製コイル(6)との短絡を
防ぐためにエナメルを塗布し、乾燥後、形状記憶合金製
コイル(6)をピストン(5)がカプセルの外筒容器(3)の先
端に位置する長さまで引き伸ばし、これをカプセルの外
筒容器(3)に挿入し、カプセルの底部(7)をはめ込んでセ
ットした。

これを動物に経口投与してＸ線透視下で観察し、カプセ
ルが結腸部分に達した時、外部より2.8〜3.2MHzの可変
周波数の高周波を照射して約15cm離れた医療用カプセル
を作動させ、その後、肛門より排出されたカプセルを回
収し、消化管内液を採取することができた。この時の高
周波発振機の直流入力は約3KWであった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における共振回路図、第２図は本発明の
一実施例となる医療用カプセルの構成図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 屋ケ田 和彦 東京都千代田区内幸町１丁目２番２号 住 友ベークライト株式会社内 (72)発明者 野口 康夫 東京都千代田区内幸町１丁目２番２号 住 友ベークライト株式会社内 (72)発明者 柴田 勝 東京都千代田区内幸町１丁目２番２号 住 友ベークライト株式会社内 (56)参考文献 特開 昭58−135808（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−130031（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】生体内で物質を吸入または放出するための
   開口部を有する外筒容器、該外筒容器内に移動可能に配
   設されたピストン、外筒容器内にあって一端をピストン
   に接続され他端を外筒容器の底部に固定された形状記憶
   合金製コイル、および該形状記憶合金製コイルと共振回
   路を構成するコンデンサより成ることを特徴とする医療
   用カプセル。
2. 【請求項２】形状記憶合金製コイルとコンデンサとで構
   成された共振回路の共振周波数が、0.1〜6MHzの範囲で
   あることを特徴とする、特許請求の範囲第１項記載の医
   療用カプセル。