WO2013031308A1 - カプセル型医療装置 - Google Patents

Abstract

カプセル型内視鏡１０は、円筒形の本体部１２と２つの半球状の端部カバー部１３Ａ、１３Ｂとからなる、中心軸Ｏに対して回転対称形状のカプセル型の筐体１１の内部に、撮像基板部と、送信基板部と、受信基板部と、がそれぞれの主面が前記中心軸と直交するように収容されており、それぞれの主面が中心軸Ｏと直交している、送信コイル配線からなる送信コイル４０と、受信コイル配線からなる受信コイル５０と、の少なくともいずれかのコイル配線が、筐体１１の端部カバー部１３Ａ、１３Ｂ側に配設されている。

Description

カプセル型医療装置

　本発明の実施形態は、体内に導入されるカプセル型医療装置に関し、特に外部信号を受信する受信コイルと、体内で取得した情報を情報信号として外部に送信する送信コイルと、を有するカプセル型医療装置に関する。

　近年、撮像機能と無線送信機能とを具備する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、被検者に飲み込まれた後、自然排出されるまでの間、胃、小腸などの消化管の内部を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撮像する。

　消化管内を移動する間にカプセル型内視鏡によって撮像された画像は無線送信機能により画像信号として、被検体の外部に設けられた外部装置に送信され、そのメモリに記憶される。被検者は、無線受信機能とメモリ機能とを具備する外部装置を携帯することにより、カプセル型内視鏡を飲み込んだ後、自由に行動できる。カプセル型内視鏡による観察後は、外部装置のメモリに記憶された画像をディスプレイなどに表示させて診断等が行われる。

　日本国特開２００６－２８０９４０号公報には、無線送信のための送信コイルからなるアンテナを配線板に埋め込んだカプセル型内視鏡が開示されている。なお前記アンテナは、カプセル型の筐体の中央部にも配設されている。

　一方、日本国特開２００５－１３０９４３号公報には、無線送信のための送信コイルだけでなく、外部からの交流磁界信号を受信する受信コイルを有するカプセル型内視鏡が開示されている。送信コイルと受信コイルとを有するカプセル型内視鏡は、送信コイルと受信コイルとが相互に干渉すると、送受信効率が劣化したりするおそれがあった。

　本発明の実施形態は、送受信効率の良いカプセル型医療装置を提供することを目的とする。

　本発明の一態様のカプセル型医療装置は、円筒形の本体部と２つの半球状の端部カバー部とからなる、中心軸に対して回転対称形状のカプセル型の筐体の内部に、体内情報を取得する情報取得部が配設された情報取得基板部と、前記体内情報を情報信号として無線送信する送信部が配設された送信基板部と、入力される外部信号を処理する受信部が配設された受信基板部と、がそれぞれの主面が前記中心軸と直交するように収容されており、それぞれの主面が前記中心軸と直交している、前記情報信号を送信する送信コイル配線からなる送信コイルと、前記外部信号を受信する受信コイル配線からなる受信コイルと、の少なくともいずれかのコイル配線が、前記筐体の前記端部カバー側に配設されている。

第１実施形態のカプセル型内視鏡の断面図である。 第１実施形態のカプセル型内視鏡の回路基板を説明するための斜視図である。 第１実施形態のカプセル型内視鏡の照明基板部を説明するためのおもて面を示す図である。 第１実施形態のカプセル型内視鏡の照明基板部を説明するための裏面を示す図である。 第１実施形態のカプセル型内視鏡の照明基板部を説明するための図３Ａおよび図３ＢのＩＩＩＣ―ＩＩＩＣ線に沿った断面図である。 第１実施形態の変形例１のカプセル型内視鏡の照明基板部を説明するためのおもて面を示す図である。 第１実施形態の変形例１のカプセル型内視鏡の照明基板部を説明するための裏面を示す図である。 第１実施形態の変形例１のカプセル型内視鏡の照明基板部を説明するための図４Ａおよび図４ＢのＶＩＣ―ＶＩＣ線に沿った断面図である。 第１実施形態の変形例２のカプセル型内視鏡の照明基板部を説明するためのおもて面を示す図である。 第１実施形態の変形例２のカプセル型内視鏡の照明基板部を説明するための裏面を示す図である。 第１実施形態の変形例２のカプセル型内視鏡の照明基板部を説明するための図５Ａおよび図５ＢのＶＣ―ＶＣ線に沿った断面図である。 第１実施形態の変形例３のカプセル型内視鏡の照明基板部の断面図である。 第１実施形態の変形例４のカプセル型内視鏡の照明基板部の断面図である。 第２実施形態のカプセル型内視鏡の断面図である。

＜第１実施形態＞
　図１および図２に示すように、本実施形態のカプセル型医療装置であるカプセル型内視鏡（以下「内視鏡」という）１０は、カプセル型の筐体１１の内部に複数の略円形の基板部を有する回路基板２０が折り曲げられた状態で収容され、密封されている。

　内視鏡１０は、被検者に飲み込まれた後、体内の画像を所定の時間間隔で撮影する被検体内導入装置である。そして無線により体内で取得した画像データを外部に送信するだけでなく、外部からの信号を受信し、それに基づいた制御が可能である。

　筐体１１は、円筒形の本体部１２と、本体部１２の両端部の略半球状の端部カバー部１３Ａ、１３Ｂとからなる。端部カバー部１３Ａは透明材料からなる。本体部１２および端部カバー部１３Ｂは不透明材料からなるが、一体成形されていてもよい。細長い筐体１１は長手方向の中心軸Ｏを回転対称軸とする回転対称形状である。そして、中心軸Ｏの方向の本体部１２の長さＬは１０～３０ｍｍであり、中心軸Ｏの直交方向の直径Ｄは、５～１５ｍｍである。

　回路基板２０は、それぞれが略円形の照明基板部２１と、撮像基板部２２と、送信基板部２３と、受信基板部２４とが、それぞれ略矩形の接続部２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃで連結されているフレキシブル配線板である。平板状の回路基板２０は、各基板部の配置を決めるスペーサ部材（不図示）とともに、接続部２７が１８０度折り曲げられ、それぞれの主面が前記中心軸と直交するように筐体１１の内部に収容されている。

　なお、図示しない電池および磁石も筐体１１の内部に収容されている。電池は電力供給源である。磁石は内視鏡１０の撮像方向を外部磁界により制御するために配置されている。磁石は外部から直流磁界が印加されると、磁化方向が外部からの磁力線と平行になるように筐体１１の姿勢を変化させる。

　照明基板部２１のおもて面２１Ｕには、略円形の開口２１Ｈの周囲に複数の発光素子、例えば４個のＬＥＤ（２１Ａ）が、それぞれ銅等の金属からなるＬＥＤ搭載ランド２１ＡＢの上に実装されている。以下、回路基板２０のおもて面とはＬＥＤ（２１Ａ）が配設されている面をいう。

　後に詳述するが、照明基板部２１の裏面２１Ｄには送信コイル４０が配設されており、受信基板部２４のおもて面２４Ｕには受信コイル５０が配設されている。

　情報取得基板部である撮像基板部２２には、撮像部である撮像チップ２２Ａが開口２１Ｈに撮像面を向けた状態で配設され、撮像チップ２２Ａの撮像面にはレンズユニット２２Ｂが配置されている。撮像チップ２２Ａは、体内情報である内視鏡画像を取得する情報取得部である。送信基板部２３には、撮像チップ２２Ａが取得した画像データを画像信号（情報信号）として、送信コイル４０を介して無線送信する送信部２３Ａが配設されている。受信基板部２４には受信コイル５０を介して外部信号を受信し処理する受信部２４Ａが配設されている。例えば外部信号は交流磁界信号であり、内視鏡１０は受信した外部信号を整流したパルス信号により分周回路を駆動し、撮像チップ２２Ａ、ＬＥＤ（２１Ａ）および送信部２３Ａ等の内部回路への電力供給をＯＮ／ＯＦＦ制御する。接続部２７Ａ～２７Ｃには各基板部を電気的に接続する複数の配線（不図示）が形成されている。

　図３Ａ　～図３Ｃに示すように、照明基板部２１の裏面２１Ｄに配設された送信コイル４０は、渦巻き型の送信コイル配線４１からなる、主面が中心軸Ｏと直交しているスパイラル平面コイルである。受信基板部２４のおもて面２４Ｕに配設された受信コイル５０も、送信コイル４０と同様の、渦巻き型の受信コイル配線（不図示）からなる、主面が中心軸Ｏと直交しているスパイラル平面コイルである。なお、平面コイルの主面とは、コイル配線が形成されている基体の主面を意味する。

　銅等の導電材料からなる送信コイル配線４１および受信コイル配線は、電子部品実装用の接続ランド、例えば、ＬＥＤ搭載ランド２１ＡＢの作製時に同時に作製される。すなわち、送信コイル配線４１等はフォトリソグラフィーを利用した通常の形成方法（アディテイブ法、サブトラクティブ法等）を用いて作製される。なお、コイル配線は被覆導線を平面上に巻回して作製してもよい。送受信する周波数が異なる送信コイル４０と受信コイル５０とは、製法、大きさおよび巻数等が異なっていてもよい。

　内視鏡１０では、送信コイル４０および受信コイル５０が、筐体１１の端部カバー１３Ａ、１３Ｂ側に配設されている。すなわち、図１に示すように、送信コイル４０は本体部１２の一方の端部からΔＬ１の位置に配設されており、受信コイル５０は本体部１２の他方の端部からΔＬ２の位置に配設されている。ここで、ΔＬ１およびΔＬ２は、Ｌの２０％以下、好ましくは１０％以下である。

　電池、磁石、および回路基板２０に実装された電子部品等は、電磁気遮蔽物であり、無線信号の送受信に悪影響を及ぼす。しかし、ΔＬ１およびΔＬ２が前記範囲以下の本体部１２の端部側に配設された送信コイル４０および受信コイル５０は実装部品等の影響を受けにくい。さらに、送信コイル４０と受信コイル５０との距離Ｌ１は、（Ｌ―ΔＬ１―ΔＬ２）＝（０．８０×Ｌ）以上であり、好ましくは、（０．９０×Ｌ）以上である。

　なお、送信コイル４０または受信コイル５０は、端部カバー部１３Ａ、１３Ｂの内部に配設されていてもよい。すなわち、筐体１１の端部カバー１３Ａ、１３Ｂ側とは、本体部１２の端部側に加えて、端部カバー部１３Ａ、１３Ｂの本体部側も含む。送信コイル４０または受信コイル５０が、端部カバー部１３Ａ、１３Ｂの内部に配設されている場合には、Ｌ＜Ｌ１であり、距離Ｌ１は、ΔＬ１、ΔＬ２の符号をマイナスと見なすことができる。

　内視鏡１０は、長さＬが短いカプセル型内視鏡であっても、送信コイル４０と受信コイル５０との相互干渉の影響を最小限とすることができる。

　このため、内視鏡１０は送受信の効率がよい。

　なお、画像信号の周波数と外部信号の周波数とは異なる。そして高調波および低調波による影響も考慮すると、画像信号の周波数と外部信号の周波数とは、互いに、整数倍または整数分の１の周波数でないことが特に好ましい。

　また、内視鏡１０では、最大の効果を得るために、送信コイル４０と受信コイル５０とは、本体部１２の両端部に配設されているが、いずれかのコイル配線が、端部の照明基板部２１に配設されていれば、所定の効果を得ることができる。この場合には、送信コイル４０と受信コイル５０との距離Ｌ１は、（０．５０×Ｌ）以上であることが好ましい。

　また、受信コイル５０で交流磁界を受電し、整流することにより、内視鏡１０の電力としてもよい。受電電力を駆動電力として用いる内視鏡は電池を内蔵する必要はなく、電池容量による駆動時間の制限が無いため長時間の体内観察が可能である。また２次電池を内蔵している内視鏡でも電池容量が減少した場合に外部磁界信号を受電することにより充電することも可能である。

　なお、照明基板部２１に実装されたＬＥＤ（２１Ａ）は発熱する素子である。照明基板部２１に作製された送信コイル配線４１は、導電性の高い銅等の金属材料からなるため、送受信機能だけでなく、放熱機能も有している。内視鏡１０は、ＬＥＤ（２１Ａ）が発熱しても送信コイル配線４１を介して放熱が促進されるため動作が安定している。

＜第１実施形態の変形例＞
　次に、第１実施形態の変形例について説明する。変形例の内視鏡は第１実施形態の内視鏡１０と類似しているので、同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。

　図４Ａ～図４Ｃに示すように、変形例１の内視鏡では、照明基板部２１Ａのおもて面２１Ｕに配設された４個のＬＥＤ（２１Ａ）の外周領域に、送信コイル４０のコイル配線４２が配設されている。

　また、図５Ａ～図５Ｃに示すように、変形例２の内視鏡では、送信コイル４０は、照明基板部２１Ｂの裏面２１Ｄに配設された送信コイル配線４１と、おもて面２１Ｕに配設され送信たコイル配線４２とからなる。送信コイル配線４１と送信コイル配線４２とは基板貫通配線により接続されている。なお図５Ａ～図５Ｃに示した送信コイル配線４１送信とコイル配線４２とは略同様の形状であるが、送信コイル配線４１は、より内周部まで巻回されていてもよい。基板部の両面にコイル配線を有する送信コイルは巻回数（ターン数）が多いため、送受信効率が高い。

　なお、複数の平面コイルからなる送信コイル４０の配設位置は、複数のコイル配線の位置の中央、例えば、照明基板部２１Ｂの厚さ方向の中央と見なす。

　また、図６に示すように、変形例３の内視鏡の送信コイル４０は、照明基板部２１Ｃの裏面２１Ｄに配設された送信コイル配線４１を被覆する絶縁層４５を有する。絶縁性の樹脂溶液または絶縁性シートを用いて作製される絶縁層４５は、送信コイル配線４１の信頼性向上に寄与する。

　また、図７に示すように、変形例４の内視鏡では、照明基板部２１Ｅは、照明基板部２１Ｐの裏面２１Ｄに、中央に開口２１Ｈと同じ大きさの略円形の開口のある送信コイル配線４１が配設されたコイル基板部４６が、例えば接着剤を介して接合され一体化している。

　コイル基板部４６は、回路基板２０とは別に作製できるため、作製が容易である。またコイル基板部４６の両面にコイル配線を作製してもよいし、片面または両面にコイル配線を有する照明基板部２１Ｐにさらにターン数を増加するために、片面または両面にコイル配線を有するコイル基板部４６を接合してもよい。

　なお、照明基板部２１Ｐの裏面２１Ｄの送信コイル配線４１は、おもて面２１Ｕに配設されたＬＥＤ搭載ランド２１ＡＢの直下には配設されないことが好ましい。金属からなるＬＥＤ搭載ランド２１ＡＢは裏面２１Ｄの送信コイル配線４１と干渉するおそれがあるからである。しかし、特に小径のカプセル型内視鏡においては上記の限りではない。

　なお、以上の変形例は送信コイル４０について説明したが、同様の構成は、受信コイル５０においても用いることができる。例えば、受信基板部２４の裏面に受信コイル配線を形成してもよいし、両面に受信コイル配線を形成してもよいし、裏面に受信コイル基板を接合してもよい。

　また、複数の基板部が一体の基板部であってもよい。例えば、送信基板部２３と、受信基板部２４とが一体の送受信基板部であってもよい。

＜第２実施形態＞
　以下、第２実施形態の内視鏡１０Ａについて説明する。内視鏡１０Ａは第１実施形態の内視鏡１０と類似しているので、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、内視鏡１０Ａは、互いに逆方向の視野を撮影する２個の撮像チップ２２Ａ、２５Ａを有する、いわゆる２眼タイプである。

　図８に示すように、内視鏡１０Ａの回路基板２０Ａは、順に、第１の照明基板部２１と、第１の撮像基板部２２と、送信基板部２３と、受信基板部２４と、第２の撮像基板部２５と、第２の照明基板部２６と、が、それぞれの接続部を介して一列に配置されて構成されている。

　第１の照明基板部２１と第２の照明基板部２６とは略同じ構成であり、第１の撮像基板部２２と第２の撮像基板部２５とも略同じ構成である。

　２眼タイプの内視鏡１０Ａの２つの撮像チップ２２Ａ、２５Ａは、撮像方向が、筐体１１の中心軸Ｏに沿って逆方向になるように配設されている。

　内視鏡１０Ａでは本体部１２の端部に配置される第１の照明基板部２１に送信コイル４０が配設されており、もう１方の端部に配置される第２の照明基板部２６に受信コイル５０が配設されている。

　本実施形態の内視鏡１０Ａは、内視鏡１０と同じ効果を有し、さらに２眼タイプである。

　なお、内視鏡１０Ａにおいても、説明した内視鏡１０の変形例の構成を用いることができる。また第１の照明基板部２１と第２の照明基板部２６とを異なる構成としてもよい。

　また、上記説明は、カプセル型内視鏡を例に説明したが、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であっても同様の効果を有する。

　本発明は、上述した実施形態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、種々の変更および改変等ができる。

　本出願は、２０１１年８月３１日に日本国に出願された特願２０１１－１８９７０４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 (7)

1. 　円筒形の本体部と２つの半球状の端部カバー部とからなる、中心軸に対して回転対称形状のカプセル型の筐体の内部に、
   　体内情報を取得する情報取得部が配設された情報取得基板部と、
   　前記体内情報を情報信号として無線送信する送信部が配設された送信基板部と、
   　入力される外部信号を処理する受信部が配設された受信基板部と、がそれぞれの主面が前記中心軸と直交するように収容されており、
   　それぞれの主面が前記中心軸と直交している、前記情報信号を送信する送信コイル配線からなる送信コイルと、前記外部信号を受信する受信コイル配線からなる受信コイルと、の少なくともいずれかのコイル配線が、前記筐体の前記端部カバー側に配設されていることを特徴とするカプセル型医療装置。
2. 　前記情報取得基板部が、前記体内情報として画像データを取得する撮像チップを有し、
   　前記撮像チップの撮像視野を照明する複数の発光素子が配設された照明基板部が前記筐体の前記端部カバー側に配置されており、
   　前記いずれかのコイル配線が、前記照明基板部に配設されていることを特徴とする請求項１に記載のカプセル型医療装置。
3. 　それぞれが逆の方向を撮像する撮像チップを有する２つの前記情報取得基板部と、
   　それぞれが逆の方向を照明する２つの前記照明基板部と、を具備し、
   　前記２つの照明基板部が前記筐体の前記端部カバー側にそれぞれ配置されており、
   　一方の前記照明基板部に前記送信コイル配線が配設されており、他方の前記照明基板部に前記受信コイル配線が配設されていることを特徴とする請求項２に記載のカプセル型医療装置。
4. 　前記照明基板部の、おもて面に前記複数の発光素子が配設され、裏面に前記コイル配線が配設されていることを特徴とする請求項２に記載のカプセル型医療装置。
5. 　前記照明基板部のおもて面に配設された前記複数の発光素子の外周領域に、前記コイル配線が配設されていることを特徴とする請求項２に記載のカプセル型医療装置。
6. 　前記コイル配線を被覆する絶縁層を有することを特徴とする請求項２に記載のカプセル型医療装置。
7. 　おもて面に前記複数の発光素子が配設された前記照明基板部が、裏面に接合された、前記コイル配線が配設されたコイル基板部と一体化していることを特徴とする請求項２に記載のカプセル型医療装置。

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