JP2007082664A - カプセル内視鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】電池の小型化が可能なカプセル内視鏡を提供する。
【解決手段】カプセル内視鏡１０は、カプセル容器１１の内部に、レンズ１２及びＣＣＤイメージセンサ１３を備えた撮像部１４と、照明光源である複数の発光ダイオード１５と、撮像部１４及び照明光源１５を制御する制御回路１６と、画像信号を電波として送信するためのアンテナ１７を有する送受信回路１８と、各部に電力を供給する電源である電池１９とが設けられている。制御回路１６は、アンテナ１７を介して体外発信器２２からの撮影開始信号を受信した時に撮像を開始させる。撮影を要する部位が消化器系の後半部であっても、体外発信器２２からの撮影開始信号を受信するまでは撮影を行わず、電池を節約することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、飲み込むことのできる小型のカプセルに収納され、生体の消化器官の画像を体内から撮影するためのカプセル内視鏡に関する。

従来の生体内視鏡システムでは、ＣＣＤカメラが先端に設けられた管状の内視鏡本体を口から挿入し、消化器官を体内から撮影した画像を使用してその病状の判断等が行われている。従来の内視鏡システムは、管状の物体を体内に挿入するという被検者の肉体的負担が大きい点や、小腸等の消化器系の深部を観察することが難しい点が指摘されている。そこで、近年では、人が飲みことのできる大きさのカプセル形のカメラを使用して、体内の画像を取得するカプセル内視鏡システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

カプセル内視鏡には、カプセル型の容器に小型のイメージセンサと、発光ダイオード等の光源と、画像信号を電波として送信するためのアンテナと、電源となる電池が収納されている。カプセル内視鏡は、食物を摂取したときと同様に、口から食道、胃へ到達し、消化器系の消化運動によって時間をかけて消化器官内を移動した後に排せつされる。カプセル内視鏡は、その間に例えば毎秒３０フレームで体内を撮影し、外部の受信器に画像信号を電波として送信する。被検者は、画像信号を受信するための複数の受信器を体に取り付けるだけでよく、肉体的な負担は小さい。また、消化器系の隅々を撮影することができるため、疾病の早期発見を期待することができる。
特表２００４−５３５８７８号公報

しかしながら、カプセル内視鏡が体内に滞留する時間は長く、その間に継続して撮影を行うためには必要な電池の容量が大きくなり、カプセルカメラの小型化が困難になるという問題がある。また、消化器系の後半部の撮影のみが必要で、消化器系の前半部の撮影が不要な場合には、電池が無駄に消耗されるという問題が生じる。

本発明は、上記問題点を考慮してなされたもので、電池を効率よく使用することで小型化が可能であり、撮影の必要な部位の画像を正確に得ることのできるカプセル内視鏡を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のカプセル内視鏡は、照明光を発する光源部と、光学像を画像信号に変換する撮像部と、得られた画像信号を外部の受信装置に無線送信する画像送信部と、これらの電源となる電源部とがカプセルに収納されたカプセル内視鏡において、前記撮像部による単位時間あたりの撮影回数が少ない省電力モードと、単位時間あたりの撮影回数が多い通常撮影モードとが予め設定され、前記省電力モードと前記通常撮影モードとを所定の契機で切替える撮影制御手段を備えていることを特徴とする。

前記撮影制御手段は、初期状態で前記省電力モードが設定され、前記所定の契機によって前記省電力モードを前記通常撮影モードに切替えることを特徴とする。

前記省電力モードでは、撮影が行われないことを特徴とする。

外部の発信装置が発信するモード切替え信号を受信するための受信部を備え、前記撮影制御手段は、前記モード切替え信号の受信時に前記省電力モードと前記通常撮影モードを切替えることを特徴とする。

外部から受ける圧力を検知する圧力検知部と、時間をカウントするタイマーとを備え、前記撮影制御手段は、前記タイマーのカウント時間が一定時間に到達し、前記圧力検知部が検知する圧力が変化した時に前記省電力モードと前記通常撮影モードを切替えることを特徴とする。

所定の撮影部位を特定するために撮影画像を解析する画像解析部を備え、前記撮影制御手段は、前記省電力モードにおいて前記所定の撮影部位の画像が得られた時に前記省電力モードと前記通常撮影モードを切替えることを特徴とする。

本発明によれば、撮影回数の多い通常撮影モードと、撮影回数が少なく電池を節約できる省電力モードを所定の契機で切替えることができるから、余分な撮影が行われず、電池を小型化できるからカプセル内視鏡を小型化することができる。また、消化運動の速度の個人差等により、電池が途中で切れ必要な画像が得られなくなることを防止し、カプセル内視鏡を飲み直す必要をなくすこともできる。

また、初期状態で省電力モードが設定され、体内で通常撮影モードに切替えるようにすることで、電力の小さい小型の電池を使用して消化器系の後半、例えば小腸の末端や大腸を撮影することが可能となる。

また、省電力モードでは、一切の撮影を行わないようにすることで、電池のさらなる小型化が可能となる。また、カプセル内視鏡が発する電波の出力を高くすることが可能となり、例えば画像信号の電波を受信する受信器の数を少なくでき、体に受信器を長時間取り付けなければならない被検者が感じる検査の煩わしさを軽減することができる。

省電力モードと通常撮影モードを切替えるモード切替え信号を外部の発信装置から発するから、余分な撮影を行うことが防止できる。例えば、モード切替え信号の電波範囲を小さくしておけば撮影を開始する部位を大腸としたとき、右下腹部に発信装置を取り付けておくことにより、カプセル内視鏡が小腸から大腸に移動したときに撮影を開始できる。

カプセル内視鏡に、外部からの圧力を検知する圧力検知部とタイマーとを設けることにより、特定の消化器に移動するまでの時間をタイマーによってカウントし、カウントの終了後に、消化管の太さによってカプセル内視鏡に加わる圧力の変化を検知することができる。例えば、カプセル内視鏡が小腸に移動するまでの時間をタイマーによってカウントし、圧力が大きい小腸から、圧力が小さい大腸へ移動したことを圧力の変化によって検知することで、小腸から大腸へ移動した時に撮影を開始でき、大腸の全域のみを正確に撮影することが可能となる。

また、撮影周期の長い省電力モードで取得された画像を解析し、詳細な撮影画像の必要な部位が特定された時に、省電力モードから通常撮影モードに切替えて撮影画像数を増やすから、最小限の電力で必要な画像を得ることができる。

図１において、カプセル内視鏡１０は、両端面が半球状であり、中央部が円筒状であるカプセル容器１１を備えている。カプセル容器１１の内部には、レンズ１２及びＣＣＤイメージセンサ１３を備えた撮像部１４と、照明光源である複数の発光ダイオード１５と、撮像部１４及び発光ダイオード１５を制御する制御回路１６と、アンテナ１７を有する送受信回路１８と、各部に電力を供給する電源である電池１９とが設けられている。

カプセル容器１１は、撮像部１４と対面する領域が透明である。レンズ１２は、カプセル容器１１の外部から入射した光を結像させて撮影像を形成する。ＣＣＤイメージセンサ１３はレンズ１２により形成された光学的な撮影像を画素ごとに光電変換し、電気的な画像信号を生成する。発光ダイオード１５は、撮像装置１２を中心とする円形に複数個が配列されており、撮像部１４の前方を照明する。

制御回路１６は、カプセル内視鏡１０の各部の電気的な動作を制御する。また、各部の電力の要否を判断し、必要な時だけに電池１９から電力を供給させる電源管理を行う。制御回路１６は、ＣＣＤイメージセンサ１３を駆動するのに必要なクロック信号の生成と、電源のオン・オフの管理とを行う。また、制御回路１６は、発光ダイオード１５の電源のオン・オフを管理することで発光ダイオードの発光間隔を決定し、ＣＣＤイメージセンサ１３が画像信号を生成するタイミングに合わせて発光ダイオード１５を発光させる。

送受信回路１８は電波発生回路を備えており、制御回路１６から入力された画像信号はアンテナ１７から電波信号として発信される。発信された電波信号は、生体の外部に設けられた体外受信器２０によって受信される。体外受信器２０は受信した画像信号を画像記録装置２１に送り、画像記録装置２１は送られた画像信号を画像データとして蓄積する。また、送受信回路１８は、体外発信器２２から撮影開始信号を受信し、受信した撮影開始信号を制御回路１６に送る。

図２において、体外受信器２０は、カプセル内視鏡１０が体内を移動するときに、画像の電波信号の受信圏外となる領域が発生しないように人体の腹部外面や背部外面の複数の位置に取り付けられる。体外発信器２２は、カプセル内視鏡１０が大腸に到達したときに、アンテナ１７が撮影開始信号を受信できるように人体の右下腹部近傍に取り付けられている。体外発信器２２が発する撮影開始信号の電波範囲は例えば５〜１０ｃｍであり、カプセル内視鏡１０が大腸の入り口付近に移動するまでは撮影開始信号が受信されることはない。

次に、カプセル内視鏡１０の作用について説明する。図３において、カプセル内視鏡１０は、大腸検査を行う被検者が使用する。カプセル内視鏡１０は、制御回路１６がＣＣＤイメージセンサ１３と発光ダイオード１５への給電を遮断しており、撮影動作や照明光の発光は行われない省電力モードに設定されている。カプセル内視鏡１０は、飲み込まれた時に食道から胃へと到達し、時間を費やして十二指腸、小腸を通過する。そして、カプセル内視鏡１０が大腸の入り口付近に到達した時、体外発信器２２が発する撮影開始信号の電波圏内に入り、アンテナ１７によって撮影開始信号が受信される。

送受信回路１８は、受信した撮影開始信号を制御回路１６へ送る。制御回路１６は、撮影開始信号を検知すると、ＣＣＤイメージセンサ１３と発光ダイオード１５に電力を供給し、撮影を開始させ、省電力モードから通常撮影モードに移行する。発光ダイオード１５は一定間隔で点滅し、ＣＣＤイメージセンサ１３の撮像タイミングに合わせて発光ダイオード１５が照明光を発する。発光ダイオード１５が発した照明光は、消化器内部を照明し、消化器内部を反射した光が撮像部１４のレンズ１２に入射する。レンズ１２は、ＣＣＤイメージセンサ１３の撮像面に消化器内部の撮影像を形成する。ＣＣＤイメージセンサ１３は撮影像を光電変換して電気的な画像信号を生成する。

制御回路１６には、ＣＣＤイメージセンサ１３からの画像信号が入力される。制御回路１６は画像信号の増幅処理、デジタル変換等の基本的な信号処理を行い、信号処理を行った画像信号を送受信回路１８に送る。送受信回路１８は、画像信号を電波信号としてアンテナ１７から発信する。発信された画像信号は、体外受信器２０によって受信される。体外受信器２０は画像記録装置２１に画像信号を送り、画像記録装置２１は画像信号を画像データとして蓄積する。

カプセル内視鏡１０が体内を移動する間、一定のフレームレートで体内の画像が撮影される。画像信号はカプセル内視鏡１０の位置から近い体外受信器２０によって受信される。カプセル内視鏡１０は、大腸に到達してから撮影を開始しているから、体外に排せつされるまでの間に電池１９の電力が尽きることはなく、必要な撮影画像を得ることができる。画像記録装置２１には必要な撮影画像が蓄積され、その撮影画像を観察して病状の診断等が行われる。

次に第２の実施形態について説明する。なお、上述した第１実施形態と構成が同一のものについては符号を等しくして詳細な説明を省略する。図４において、カプセル内視鏡３０は、カプセル容器１１の内部に、撮像部１４と、発光ダイオード１５と、制御回路３１と、画像解析回路３２と、送信回路３３と、電池１９とが設けられている。制御回路３１は、カプセル内視鏡３０の電気的な動作を制御する。制御回路３１には、毎秒２フレームの低いフレームレートで撮影を行う省電力モードと、毎秒３０フレームの高いフレームレートで撮影を行う通常撮影モードの二通りの動作モードが予め設定されており、二通りの動作モードを切替えていずれか一方の動作モードを実行する。

画像解析回路３２は、制御回路３１を介してＣＣＤイメージセンサ１３から画像信号が入力されると、撮影部位を特定するための画像解析を行う。特定される撮影部位は例えば大腸であり、撮影画像の特徴から大腸の画像であるか否かが判別される。送信回路３３は、制御回路３１を介してＣＣＤイメージセンサ１３からの画像信号が送られ、アンテナ１７から画像信号を電波として発信する。

次にカプセル内視鏡３０の作用について説明する。図５において、大腸検査を行う被検者が飲み込むカプセル内視鏡３０は、制御回路３１が省電力モードを実行しており、ＣＣＤイメージセンサ１３は毎秒２フレームで画像信号を出力し、発光ダイオード１５は毎秒２回発光する。この時、送信回路３３は作動しておらず、カプセル内視鏡３０から画像信号の電波は発信されない。ＣＣＤイメージセンサ１３は毎秒２フレームで撮影を行い、その画像信号が画像解析回路３２に送られる。画像解析回路３２は、撮影画像が大腸の画像であるか否かを判定し、その判定結果を制御回路１６に入力する。

制御回路３１は、画像解析回路３２が撮影画像を大腸の画像であると判断するまで省電力モードを実行する。カプセル内視鏡３０が大腸に到達した時、画像解析回路３２では撮影画像が大腸の画像であると判定される。画像解析回路３２は、大腸に到達したことを示す判定信号を制御回路３１に送る。制御回路３１は、省電力モードの実行を停止し、通常撮影モードを実行する。制御回路３１は、ＣＣＤイメージセンサ１３のフレームレートを省電力モードの毎秒２フレームから通常撮影モードの毎秒３０フレームに引き上げ、発光ダイオード１５の発光周期を短くして毎秒３０回発光させる。また、制御回路３１は、画像解析回路３２を停止して画像解析処理を終了し、送信回路３３を作動させて画像信号の電波送信を開始する。

カプセル内視鏡３０が体外に排せつされるまでの間、送信回路３３からは毎秒３０フレームの画像信号が発信される。体外受信器２０は受信した画像信号を画像記録装置２１に送り、画像記録装置２１には画像データが順次蓄積される。画像記録装置２１に蓄積された画像データは大腸全域を撮影した画像であり、この画像を用いて病状の判断等が行われる。

次に第３の実施形態について説明する。図６において、カプセル内視鏡４０は、カプセル容器４１の内部に、撮像部１４と、発光ダイオード１５と、制御回路４２と、タイマー回路４３と、圧電センサ４４と、送信回路３３と、電池１９とが設けられている。カプセル容器４１は、外部からの圧力を受けた時に、その圧力の大きさに応じて弾性変形する。圧電センサ４４は、カプセル容器４１の弾性変形の大きさに応じた電圧を発生する。圧電センサ４４で発生した電圧は制御回路４２で測定され、カプセル容器４１が受けた圧力の大きさとして検出される。

制御回路４２は、電池１９の消耗を抑える省電力モードと、毎秒３０フレームで体内を撮影し、得られた画像信号を外部に送信する通常撮影モードとがプログラムにより予め設定されている。制御回路４２は、省電力モードと通常撮影モードのいずれか一方を実行する。省電力モードでは、ＣＣＤイメージセンサ１３、発光ダイオード１５、送信回路３３への電力供給が断たれ、一切の撮影動作と画像送信が行われない。

タイマー回路４３は、カプセル内視鏡４０が使用される際に作動し、一定時間のカウントを行う。タイマー回路４３がカウントする時間の長さは、カプセル内視鏡４０が小腸に到達し、小腸に必ず滞在していると考えられる時間に設定される。すなわち、タイマー回路４３がカウントを終了したとき、カプセル内視鏡３０は必ず小腸に位置することになる。制御回路４２は、タイマー回路４３がカウントを終了した時にカプセル容器４１が受ける圧力を記憶し、その後の圧力の変化を監視する。制御回路４２は、タイマー回路４３のカウントが終了した後、カプセル容器４１の受ける圧力が一定の大きさまで減少すると、省電力モードを終了して通常撮影モードを実行する。

次にカプセル内視鏡４０の作用について説明する。図７において、カプセル内視鏡４０は、大腸検査を行う被検者が使用する。制御回路４２は、ＣＣＤイメージセンサ１３、発光ダイオード１５、送信回路３３が電池１９から遮断された省電力モードに設定されている。カプセル内視鏡４０を飲み込むと、制御回路４２はタイマー回路４３を作動し、時間のカウントを開始する。制御回路４２は省電力モードを実行し、タイマー回路４３のカウントが終了するまで待機する。

タイマー回路４３が一定時間のカウントを終了したとき、カプセル容器４１が外部から受ける圧力の大きさが検知される。制御回路４２は、圧電センサ４４が発生する電圧の大きさを監視する。小腸ではカプセル容器４１が受ける圧力は大きく、大腸ではカプセル容器４１が受ける圧力は小さい。制御回路４２は、カプセル内視鏡４０が大腸に到達した時、カプセル容器４１が受ける圧力が小さくなったことを検知して、省電力モードから通常撮影モードに切替え、通常撮影モードを実行する。

ＣＣＤイメージセンサ１３は毎秒３０フレームで画像信号を生成し、これに対応して発光ダイオード１５は毎秒３０回発光する。制御回路４２は、入力される画像信号を送信回路３３に送る。送信回路３３は、画像信号を電波信号として発信する。体外受信器２０は、受信した画像信号を画像記録装置２１に送り、画像記録装置２１には画像データが順次蓄積される。画像記録装置２１に蓄積された画像データは、大腸全域を撮影した画像であり、この画像を用いて病状の判断等が行われる。

なお、本発明は上記実施形態に限られず、適宜の変更が可能である。例えば、上述したいずれの実施形態においても、省電力モードから通常撮影モードへの切替えが１回だけであるが、２つの動作モードを複数回切替えるようにしてもよい。

第１実施形態のカプセル内視鏡の概略構成図である。 体外受信器と体外送信器を示す説明図である。 第１実施形態のカプセル内視鏡の動作手順を示すフローチャートである。 第２実施形態のカプセル内視鏡の概略構成図である。 第２実施形態のカプセル内視鏡の動作手順を示すフローチャートである。 第３実施形態のカプセル内視鏡の概略構成図である。 第３実施形態のカプセル内視鏡の動作手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１０，３０，４０ カプセル内視鏡
１１，４１ カプセル容器
１３ ＣＣＤイメージセンサ
１４ 撮像部
１５ 発光ダイオード
１６，３１，４２ 制御回路
１７ アンテナ
１８ 送受信回路
１９ 電池
２０ 体外受信器
２１ 画像記録装置
２２ 体外発信器
３２ 画像解析回路
３３ 送信回路
４３ タイマー回路
４４ 圧電センサ

Claims (6)

1. 照明光を発する光源部と、光学像を画像信号に変換する撮像部と、得られた画像信号を外部の受信装置に無線送信する画像送信部と、これらの電源となる電源部とがカプセルに収納されたカプセル内視鏡において、
   前記撮像部による単位時間あたりの撮影回数が少ない省電力モードと、単位時間あたりの撮影回数が多い通常撮影モードとが予め設定され、前記省電力モードと前記通常撮影モードとを所定の契機で切替える撮影制御手段を備えていることを特徴とするカプセル内視鏡。
2. 前記撮影制御手段は、初期状態で前記省電力モードが設定され、前記所定の契機によって前記省電力モードを前記通常撮影モードに切替えることを特徴とする請求項１記載のカプセル内視鏡。
3. 前記省電力モードでは、撮影が行われないことを特徴とする請求項１又は２に記載のカプセル内視鏡。
4. 外部の発信装置が発信するモード切替え信号を受信するための受信部を備え、
   前記撮影制御手段は、前記モード切替え信号の受信時に前記省電力モードと前記通常撮影モードとを切替えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のカプセル内視鏡。
5. 外部から受ける圧力を検知する圧力検知部と、時間をカウントするタイマーとを備え、
   前記撮影制御手段は、前記タイマーのカウント時間が一定時間に到達し、前記圧力検知部が検知する圧力が変化した時に前記省電力モードと前記通常撮影モードとを切替えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のカプセル内視鏡。
6. 所定の撮影部位を特定するために撮影画像を解析する画像解析部を備え、
   前記撮影制御手段は、前記省電力モードにおいて前記所定の撮影部位の画像が得られた時に前記省電力モードと前記通常撮影モードとを切替えることを特徴とする請求項１又は２記載のカプセル内視鏡。
   

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