WO2014017259A1

WO2014017259A1 - 生体情報取得システム

Info

Publication number: WO2014017259A1
Application number: PCT/JP2013/068104
Authority: WO
Inventors: 新二安永
Original assignee: オリンパス株式会社
Priority date: 2012-07-27
Filing date: 2013-07-02
Publication date: 2014-01-30
Also published as: CN104321006A; EP2878251A1; JP2014023774A; EP2878251A4; US20150141754A1

Abstract

　被検体の内部の生体情報を取得できるように構成された生体情報取得装置と、生体情報取得装置の各部の駆動に要する電力を無線で供給できるように構成された給電装置と、を有する生体情報取得システムであって、生体情報取得装置は、給電装置から供給される電力を受電可能な受電部と、生体情報取得装置の本体部から延出して設けられ、受電部の少なくとも一部を内部に格納可能な可撓性部材により形成された延出部と、を有する。

Description

生体情報取得システム

　本発明は、生体情報取得システムに関し、特に、無線給電を行う生体情報取得システムに関するものである。

　医療分野における内視鏡は、生体内の観察等の用途において従来用いられている。また、前述した内視鏡の種類の１つとして、被検者が嚥下することにより体腔内に配置され、蠕動運動に伴って体腔内を移動しつつ被写体の画像を取得し、当該取得した被写体の画像を無線信号として外部へ送信可能なカプセル内視鏡が近年提案されている。

　例えば、日本国特開２００６－２８０８２９号公報には、前述のようなカプセル内視鏡を有して構成されたシステムが開示されている。具体的には、日本国特開２００６－２８０８２９号公報には、カプセル内視鏡及び体外ユニットを有する内視鏡システムにおいて、電磁誘導現象を利用して当該体外ユニットから当該カプセル内視鏡への無線給電を行うための構成が開示されている。

　しかし、日本国特開２００６－２８０８２９号公報に開示された構成によれば、体外ユニットに設けられた電力送電アンテナと、カプセル内視鏡に設けられた電力受電アンテナと、の間の位置関係が電力の伝送効率に対して比較的大きな影響を及ぼしてしまう、という課題が生じている。その結果、日本国特開２００６－２８０８２９号公報に開示された構成によれば、例えば、電力送電アンテナ及び電力受電アンテナの双方の向き次第では、体外ユニットからカプセル内視鏡へ供給される電力の伝送効率が所定の伝送効率に到達せず、当該カプセル内視鏡による画像の取得に係る動作に十分な電力が供給されないような状況が発生してしまう。

　本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであり、無線給電における電力の伝送効率の低下を極力防止することが可能な生体情報取得システムを提供することを目的としている。

　本発明の一態様の生体情報取得システムは、被検体の内部の生体情報を取得できるように構成された生体情報取得装置と、前記生体情報取得装置の各部の駆動に要する電力を無線で供給できるように構成された給電装置と、を有する生体情報取得システムであって、前記生体情報取得装置は、前記給電装置から供給される電力を受電可能な受電部と、前記生体情報取得装置の本体部から延出して設けられ、前記受電部の少なくとも一部を内部に格納可能な可撓性部材により形成された延出部と、を有する。

実施例に係る生体情報取得システムの要部の構成を示す図。実施例に係るカプセル内視鏡の使用前における外観形状の一例を示す図。実施例に係るカプセル内視鏡の使用時における外観形状の一例を示す図。実施例に係る生体情報取得システムにおいて行われる制御の一例を示すフローチャート。実施例の変形例に係るカプセル内視鏡の使用時における外観形状の一例を示す図。

　以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明を行う。

　図１から図５は、本発明の実施例に係るものである。図１は、実施例に係る生体情報取得システムの要部の構成を示す図である。

　生体情報取得システム１は、図１に示すように、被検者の体腔内に配置可能な寸法及び形状等を備えたカプセル内視鏡１０と、カプセル内視鏡１０の外部に配置され、カプセル内視鏡１０の各部の駆動に要する電力を無線で供給できるように構成された給電装置２０と、を有して構成されている。

　カプセル内視鏡１０は、生体情報取得装置としての機能を具備して構成されている。具体的には、カプセル内視鏡１０は、図１に示すように、被検者の体腔内の被写体を照明するための照明光を発するＬＥＤ等の発光素子を備えた照明部１１と、照明部１１により照明された被写体を撮像して画像データを取得する撮像部１２と、撮像部１２により取得された画像データを無線信号に変調して外部へ送信する無線送信部１３と、を含む主機能部１４を有している。

　また、カプセル内視鏡１０は、図１に示すように、給電装置２０から発せられた交流磁界に応じた交流電力を受電できるように構成された受電回路１５と、受電回路１５において受電された交流電力を直流電力に変換して出力する整流回路１６と、整流回路１６を経て入力される直流電力に含まれる直流電圧の電圧レベルを、主機能部１４の動作に適した電圧レベルに変換して出力するＤＣ／ＤＣコンバータ１７と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７を経て入力される直流電力を用いて主機能部１４の各部を駆動させる駆動回路１８と、を有している。

　受電回路１５は、図１に示すように、受電用コイルＬ１及び受電用コンデンサＣ１を有して構成されている。

　具体的には、図１の受電回路１５によれば、受電用コイルＬ１の一方の端部が整流回路１６に接続されているとともに、受電用コイルＬ１の他方の端部が受電用コンデンサＣ１の一方の端部に接続されている。また、図１の受電回路１５によれば、受電用コンデンサＣ１の他方の端部が整流回路１６に接続されている。

　すなわち、本実施例の受電回路１５は、受電用コイルＬ１のインダクタンス及び受電用コンデンサＣ１のキャパシタンスにより規定される直列共振周波数において共振する直列共振回路として構成されている。

　一方、本実施例のカプセル内視鏡１０は、例えば、図２及び図３に示すような外観形状を有して形成されている。図２は、実施例に係る生体情報取得システムに含まれるカプセル内視鏡の使用前における外観形状の一態様を示す図である。図３は、実施例に係る生体情報取得システムに含まれるカプセル内視鏡の使用時における外観形状の一態様を示す図である。

　具体的には、カプセル内視鏡１０は、図２及び図３に示すように、カプセル形状を有する筐体として構成された本体部３１と、本体部３１の端部３１Ｃから延出した延出部３２と、を有して構成されている。

　本体部３１の端部３１Ａは、ドーム形状の透明部材により形成されており、照明部１１から発せられた照明光、及び、撮像部１２の対物レンズ１２Ａに入射される戻り光をそれぞれ透過させることができるように構成されている。本体部３１の円筒部３１Ｂは、筒状の遮光部材により形成されている。本体部３１の端部３１Ｃは、ドーム形状の遮光部材により形成されている。

　延出部３２は、樹脂等の可撓性部材により形成されている。また、延出部３２は、例えば、樹脂等の可撓性部材の内部に、受電回路１５の受電用コイルＬ１の少なくとも一部となるらせん状の銅線を埋め込んだ構成となっている。そして、このような延出部３２及び受電用コイルＬ１の構成によれば、受電用コイルＬ１の少なくとも一部がカプセル内視鏡１０の本体部３１の外部に配置されていることから、カプセル内視鏡１０の本体部３１を小型化することができる。

　さらに、延出部３２は、図２に示すように、カプセル内視鏡１０が実際に使用される前（被検者の体腔内に配置される前）においては、所定の形状に折り畳まれ、かつ、被覆部３３により覆われた状態で設けられている。

　被覆部３３は、例えば糖衣等のような、カプセル内視鏡１０が実際に使用される際（被検者の体腔内に配置された際）に容易に溶解する水溶性物質により形成されている。また、被覆部３３は、例えばドーム形状等のような、カプセル内視鏡１０の嚥下に支障が生じ難い形状により形成されている。

　そして、以上のような延出部３２及び被覆部３３の構成によれば、カプセル内視鏡１０が実際に使用される前には、例えば図２に示すように、被覆部３３が存在することに起因し、所定の形状に折り畳まれた状態で延出部３２が固定されている。また、以上のような延出部３２及び被覆部３３の構成によれば、カプセル内視鏡１０が実際に使用される際に被覆部３３が溶解する（消失する）ことに起因し、例えば図３に示すように、カプセル内視鏡１０の動きに応じて延出部３２が変形する（湾曲する）。

　一方、給電装置２０は、図１に示すように、発振器２１と、発振器２１から出力される信号に基づいて電力信号を生成する電力生成回路２２と、電力生成回路２２により生成された電力信号に応じた交流磁界を発生する送電回路２３と、種々の制御を行う制御部２４と、を有している。

　送電回路２３は、図１に示すように、送電用コイルＬ２及び送電用コンデンサＣ２を有して構成されている。

　具体的には、図１の送電回路２３によれば、送電用コイルＬ２の一方の端部が電力生成回路２２に接続されているとともに、送電用コイルＬ２の他方の端部が送電用コンデンサＣ２の一方の端部に接続されている。また、図１の送電回路２３によれば、送電用コンデンサＣ２の他方の端部が電力生成回路２２に接続されている。さらに、図１の送電回路２３によれば、送電用コンデンサＣ２のキャパシタンスを制御部２４の制御に応じて変更できるように構成されている。

　すなわち、本実施例の送電回路２３は、送電用コイルＬ２のインダクタンス及び送電用コンデンサＣ２のキャパシタンスにより規定される直列共振周波数において共振する直列共振回路として構成されている。また、本実施例の送電回路２３によれば、制御部２４の制御に応じて送電用コンデンサＣ２のキャパシタンスが変更されるに伴い、直列共振周波数が変化するように構成されている。

　制御部２４は、送電用コンデンサＣ２のキャパシタンスを変更するための制御を行うことができるように構成されている。また、制御部２４は、送電回路２３から電力生成回路２２へ反射された電力信号の大きさを示す反射レベルを計測できるように構成されている。また、制御部２４は、送電回路２３から電力生成回路２２へ反射された電力信号における電流及び電圧の（電流波形及び電圧波形に基づく）位相差を計測できるように構成されている。さらに、制御部２４は、発振器２１における発振周波数を変更するための制御を行うことができるように構成されている。なお、制御部２４の制御の詳細については、後程説明する。

　続いて、本実施例に係る生体情報取得システム１の動作等について説明する。

　まず、給電装置２０の電源が投入され、延出部３２が被覆部３３に覆われて固定された状態（図２参照）のカプセル内視鏡１０が図示しない容器から取り出され、さらに、当該取り出されたカプセル内視鏡１０が被験者の体腔内に配置される。

　その後、被験者の体腔内に存在する体液の付着に伴って被覆部３３が溶解することにより、カプセル内視鏡１０の動きに応じて延出部３２が変形（湾曲）可能な状態（図３参照）になる。

　そして、カプセル内視鏡１０の動きに応じて延出部３２が変形（湾曲）可能な状態においては、受電用コイルＬ１及び送電用コイルＬ２の双方の向きに起因して生じる電力の伝送効率の低下を極力防ぐことができる。

　一方、延出部３２の変形に伴って受電用コイルＬ１のインダクタンスが変動することに起因し、受電回路１５の直列共振周波数もまた変動し得る。そのため、本実施例においては、無線給電における電力の伝送効率を高効率に維持するために、例えば、受電回路１５の直列共振周波数の変動に追随して送電回路２３の直列共振周波数を変化させるような制御が制御部２４において行われる。このような制御の具体例について、図４を参照しつつ以下に説明する。図４は、実施例に係る生体情報取得システムにおいて行われる制御の一例を示すフローチャートである。

　まず、制御部２４は、給電装置２０の電源が投入されると、図示しないメモリ等に格納されたデータに基づいて初期設定を行う（図４のステップＳ１）。

　具体的には、制御部２４は、例えば、発振器２１に対する制御を行うことにより、図示しないメモリから読み込んだ初期設定の周波数と発振器２１の発振周波数とを一致させるとともに、送電用コンデンサＣ２に対する制御を行うことにより、前記初期設定の周波数と送電回路２３の直列共振周波数とが一致するように（送電用コンデンサＣ２の）キャパシタンスを変化させる。

　制御部２４は、図４のステップＳ１または図４のステップＳ６（後述）を実施した後、送電回路２３から電力生成回路２２へ反射された電力信号の反射レベルＲＰを計測し（図４のステップＳ２）、当該計測した反射レベルＲＰが所定の閾値ＴＨＲを超えているか否かに係る判定を行う（図４のステップＳ３）。

　そして、制御部２４は、図４のステップＳ２により計測された反射レベルＲＰが所定の閾値ＴＨＲ以下であるとの判定結果を得た場合には、このような判定結果を得た際の設定を維持するための制御を発振器２１及び送電用コンデンサＣ２に対して行いつつ、反射レベルＲＰの計測を再度実施する（図４のステップＳ２）。すなわち、制御部２４は、図４のステップＳ２により計測された反射レベルＲＰが所定の閾値ＴＨＲ以下である場合には、送電回路２３の直列共振周波数と受電回路１５の直列共振周波数とが一致または略一致していると推定する。

　また、制御部２４は、図４のステップＳ２により計測された反射レベルＲＰが所定の閾値ＴＨＲを超えているとの判定結果を得た場合には、送電用コンデンサＣ２に対する制御を行うことにより、送電回路２３の直列共振周波数を、図４のステップＳ２により計測された反射レベルＲＰが所定の閾値ＴＨＲ以下となるような新たな直列共振周波数に再設定する（図４のステップＳ４）。すなわち、制御部２４は、図４のステップＳ２により計測された反射レベルＲＰが所定の閾値ＴＨＲを超えている場合には、送電回路２３の直列共振周波数と受電回路１５の直列共振周波数とが比較的離れていると推定する。

　制御部２４は、図４のステップＳ４により送電回路２３の直列共振周波数を再設定した後、送電回路２３から電力生成回路２２へ反射された電力信号における電流及び電圧の位相差を計測する（図４のステップＳ５）。

　そして、制御部２４は、発振器２１に対する制御を行うことにより、発振器２１の発振周波数を、図４のステップＳ５により計測された位相差が９０°になるような新たな発振周波数に再設定した（図４のステップＳ６）後、反射レベルＲＰの計測を再度実施する（図４のステップＳ２）。

　従って、図４に示したような制御が繰り返し実施されることにより、例えば、延出部３２の変形に伴う受電回路１５の直列共振周波数の変動が生じたとしても、当該直列共振周波数の変動に起因して生じる伝送効率の低下を補償するような交流磁界を給電装置２０から発生させることができるため、無線給電における電力の伝送効率を高効率に維持することができる。

　以上に述べたように、本実施例によれば、無線給電における電力の伝送効率の低下を極力防止することができるとともに、当該伝送効率を高効率に維持することができる。

　なお、本実施例においては、被覆部３３が溶解した後に、カプセル内視鏡１０の動きに応じて延出部３２が変形するように構成されたものに限らず、例えば、延出部３２に予めくせをつけておくことにより、カプセル内視鏡１０の動きに係らず、延出部３２が常に所定の非直線形状（例えばＬ字形状）をとるように構成されていてもよい。そして、このような構成によれば、受電用コイルＬ１及び送電用コイルＬ２の双方の向きに起因して生じる電力の伝送効率の低下をより確実に防ぐことができる。

　また、本実施例は、図２及び図３に示したような外観形状を具備する直視型のカプセル内視鏡１０に対してのみ適用されるものに限らず、例えば、図５に示すような外観形状を具備する側視型のカプセル内視鏡１００に対しても略同様に適用することができる。図５は、実施例の変形例に係るカプセル内視鏡の使用時における外観形状の一例を示す図である。

　カプセル内視鏡１００は、図５に示すように、カプセル形状を有する本体部１３１と、本体部１３１の端部１３１Ａから延出した延出部１３２Ａと、本体部１３１の端部１３１Ｃから延出した延出部１３２Ｃと、を有して構成されている。

　本体部１３１の端部１３１Ａは、ドーム形状の遮光部材により形成されている。本体部１３１の円筒部１３１Ｂは、筒状の透明部材により形成されており、照明部１１から発せられた照明光、及び、撮像部１２の対物レンズ１２Ａに入射される戻り光をそれぞれ透過させることができるように構成されている。本体部１３１の端部１３１Ｃは、ドーム形状の遮光部材により形成されている。

　延出部１３２Ａ及び１３２Ｃは、樹脂等の可撓性部材によりそれぞれ形成されている。また、延出部１３２Ａ及び１３２Ｃは、例えば細長い筒状のような、受電回路１５の受電用コイルＬ１の少なくとも一部を内部空間に格納可能な形状をそれぞれ具備して形成されている。なお、延出部１３２Ａ及び１３２Ｃは、図示しないが、カプセル内視鏡１０が実際に使用される前（被検者の体腔内に配置される前）においては、所定の形状に折り畳まれ、かつ、前述の被覆部３３を形成する水溶性物質と同種の物質によりそれぞれ覆われた状態で設けられている。

　そして、以上に述べたような外観形状を具備するカプセル内視鏡１００においても、カプセル内視鏡１０と略同様の作用効果を発揮することができる。

　一方、本実施例は、電磁誘導現象を利用した無線給電、及び、磁界共鳴現象を利用した無線給電の双方について略同様に適用することができる。

　本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更や応用が可能であることは勿論である。

　本出願は、２０１２年７月２７日に日本国に出願された特願２０１２－１６７２４３号を優先権主張の基礎として出願するものであり、上記の開示内容は、本願明細書、請求の範囲、図面に引用されたものとする。

Claims

　被検体の内部の生体情報を取得できるように構成された生体情報取得装置と、前記生体情報取得装置の各部の駆動に要する電力を無線で供給できるように構成された給電装置と、を有する生体情報取得システムであって、
　前記生体情報取得装置は、
　前記給電装置から供給される電力を受電可能な受電部と、
　前記生体情報取得装置の本体部から延出して設けられ、前記受電部の少なくとも一部を内部に格納可能な可撓性部材により形成された延出部と、を有する
　ことを特徴とする生体情報取得システム。
　前記受電部は、受電用コイル及び受電用コンデンサにより規定される共振周波数において共振するように構成されており、
　前記受電用コイルの少なくとも一部が前記延出部の内部に格納されている
　ことを特徴とする請求項１に記載の生体情報取得システム。
　前記給電装置は、
　前記生体情報取得装置の各部の駆動に要する電力に応じた交流磁界を発生するように構成された交流磁界発生部と、
　前記延出部の変形に伴う前記受電部の共振周波数の変動に起因して生じる伝送効率の低下を補償するような交流磁界を前記交流磁界発生部から発生させるための制御を行う制御部と、を有する
　ことを特徴とする請求項２に記載の生体情報取得システム。
　前記交流磁界発生部は、送電用コイル及び送電用コンデンサにより規定される共振周波数において共振することにより、前記生体情報取得装置の各部の駆動に要する電力に応じた交流磁界を発生できるように構成された送電部を有し、
　前記制御部は、前記受電部の共振周波数の変動に追随して前記送電部の共振周波数を変化させる制御を行う
　ことを特徴とする請求項３に記載の生体情報取得システム。
　前記生体情報取得装置が前記被検体の体腔内に配置される前において、前記延出部は、水溶性物質を用いて形成された被覆部により覆われた状態で設けられている
　ことを特徴とする請求項１に記載の生体情報取得システム。
　前記延出部は、前記被覆部が溶解した後に、前記生体情報取得装置の動きに応じて変形するように構成されている
　ことを特徴とする請求項５に記載の生体情報取得システム。
　前記延出部は、前記被覆部が溶解した後に、前記生体情報取得装置の動きに係らず、所定の非直線形状をとるように構成されている
　ことを特徴とする請求項５に記載の生体情報取得システム。