(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
体腔内に挿入してこの体腔内の情報を収集する超音波診断医用カプセル装置において、
放充電可能な電源手段及びエネルギー信号受信手段を備えた超音波診断医用カプセルと、
上記超音波診断医用カプセルとは別体に設けられて上記エネルギー信号受信手段にエネルギーを送信するエネルギー送信手段と、
を有し、
上記エネルギー信号受信手段とエネルギー送信手段とは非接触状態でエネルギーを伝達することを特徴とする超音波診断医用カプセル装置。
【請求項２】
上記エネルギー信号受信手段は第一のアンテナであり、上記エネルギー送信手段は第二の電磁アンテナユニットであって、エネルギーを電磁波で伝達することを特徴とする請求項１に記載の超音波診断医用カプセル装置。
【請求項３】
上記エネルギー信号受信手段は第一の超音波トランスデューサーであり、上記エネルギー送信手段は第二の超音波トランスデューサーユニットであって、エネルギーを超音波で伝達することを特徴とする請求項１に記載の超音波診断医用カプセル装置。
【請求項４】
上記第二の電磁アンテナユニットは、少なくとも１つ以上のアンテナ素子で構成されていることを特徴とする請求項２に記載の超音波診断医用カプセル装置。
【請求項５】
上記第二の超音波トランスデューサーユニットは、少なくとも１つ以上の超音波素子で構成されていることを特徴とする請求項３に記載の超音波診断医用カプセル装置。
【請求項６】
上記第二の電磁アンテナユニットは、被検体の周囲に配置されることを特徴とする請求項２または４に記載の超音波診断医用カプセル装置。
【請求項７】
上記第二の超音波トランスデューサーユニットは、被検体の周囲に配置されることを特徴とする請求項３または５に記載の超音波診断医用カプセル装置。
【請求項８】
収集した体腔内の情報を体外に送信する無線手段を有することを特徴とする請求項１ないし請求項７の何れかに記載の超音波診断医用カプセル装置。
【請求項９】
上記超音波診断医用カプセルは、診断用超音波ビームを発生する超音波振動子と、上記超音波振動素子を駆動して超音波ビームを送受信させる超音波駆動手段と、上記超音波ビームを走査する走査手段と、上記超音波振動子で受波した被検体からの超音波反射信号を電気信号に変換して体外へ導出する伝送手段と、を具備することを特徴とする請求項１ないし請求項７の何れかに記載の超音波診断医用カプセル装置。
【請求項１０】
上記電源手段の容量を監視する電力監視手段と、上記電力監視手段の出力に応じて上記第一の超音波トランスデューサーと上記電源手段との接続を制御する接続切換手段とを設けたことを特徴とする請求項３、請求項５、請求項７、請求項８、請求項９の何れかに記載の超音波診断医用カプセル装置。
【請求項１１】
上記電源手段の容量を監視する電力監視手段と、上記電力監視手段の出力に応じて上記第一のアンテナと上記電源手段との接続を制御する接続切換手段とを設けたことを特徴とする請求項２、請求項４、請求項６、請求項８、請求項９の何れかに記載の超音波診断医用カプセル装置。
【請求項１２】
診断用超音波ビームを発生する超音波振動子と、前記超音波振動子を駆動して超音波ビームを送受波させる超音波駆動手段と、前記超音波ビームを走査する走査手段と、前記超音波振動子で受波した被検体からの超音波反射信号を電気信号に変換して体外へ導出する伝送手段と、前記超音波駆動手段と前記走査手段と前記伝送手段とに電力を供給する電源手段と、を具備する超音波診断医用カプセルにおいて、
前記電源手段は充電が可能な電池からなり、前記電池にエネルギーを供給するための外部から伝送されるエネルギー信号を非接触状態で受信するエネルギー信号受信手段を具備し、前記エネルギー信号受信手段は、超音波断層像の観察を行うための構成を兼ねていることを特徴とする超音波診断医用カプセル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、体腔内に挿入して体腔内の情報を収集することのできる超音波診断医用カプセル装置及び超音波診断医用カプセルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、医療用に構成したカプセルを生体腔内に挿入し、生体腔内の病変部の情報を収集したり、薬液を投与したりする医療方法が知られている。近年では、観測用超音波信号を生体組織へ送受波し、この生体組織からのエコー信号より診断用の超音波断層画像を得る超音波診断装置において、超音波プローブの代わりに超音波カプセルを用いて、プローブでは診断が困難な部位においても超音波診断を可能としたものが提案されている。
【０００３】
このような超音波診断医用カプセルとしては、実開平３−９７０５号公報とか特開平２−２２４６５０号公報において開示されているものがある。実開平３−９７０５号公報の医療用ラジオカプセルでは、超音波トランスデューサの駆動回路、検出したエコー信号の処理回路、エコー信号を体外に送信するテレメトリィ回路のための電源は、カプセル内部に設けた電池により電力供給するようになっている。超音波カプセルには、内視鏡やプローブでは到達困難な小腸、大腸等の下部消化管の検査、診断が期待されることから、その動作時間は消化管を通過する時間である数時間以上が求められる。
【０００４】
しかしながら、電池に蓄えられる電力容量はそのサイズに依存するため、要求される動作時間を満足させようとすると、電池のサイズはかなり大きくなってしまい、結果的にカプセルのサイズが大きくなることから被検者が飲み込むのが困難となる問題点があった。
【０００５】
特開平２−２２４６５０号公報の超音波診断医用カプセルでは、前記問題点を解決するため、外部トリガまたは内部トリガによりカプセルの電源をオンオフ可能な電源制御手段を設け、カプセルに搭載された電源の消費量を抑えることにより、小型電源を搭載可能としている。
【０００６】
この構成では、電源のサイズをある程度小型化しつつ動作時間を伸ばすことができるが、電源をオンオフするタイミングを誤ると、病変部や関心組織を見逃してしまう虞があるため、やはり継続的な動作が必要であった。
このように、従来の構造では、長時間電力供給可能にするには、電池が大型化してしまったり、電源のオンオフ制御を行う場合に動作タイミングをはかるのが難しいなど、小型化しつつ長時間にわたって適切なタイミングで回路が動作可能なように電力供給できる電源手段をカプセルに内蔵するのは困難であった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、長時間電力供給可能にするには電池が大型化してしまったり、電源のオンオフ制御を行う場合に動作タイミングをはかるのが難しいなど、小型化しつつ長時間にわたって適切なタイミングで回路が動作可能なように電力供給できる電源手段をカプセルに内蔵するのは困難であった。
本発明は、これらの事情に鑑みてなされたもので、カプセルのサイズを大型化することなく、またカプセル内部の電源の制御を行わずに、長時間にわたって継続して動作させることの可能な超音波診断医用カプセル装置及び超音波診断医用カプセルを提供することを目的としている。
【０００８】
本発明は、これらの事情に鑑みてなされたもので、カプセルのサイズを大型化することなく、またカプセル内部の電源の制御を行わずに、長時間にわたって継続して動作させることの可能な超音波診断医用カプセルを提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明による超音波診断医用カプセルは、診断用超音波ビームを発生する超音波振動子と、前記超音波振動子を駆動して超音波ビームを送受波させる超音波駆動手段と、前記超音波ビームを走査する走査手段と、前記超音波振動子で受波した被検体からの超音波反射信号を電気信号に変換して体外へ導出する伝送手段と、前記超音波駆動手段と前記走査手段と前記伝送手段とに電力を供給する電源手段と、を具備するものにおいて、
前記電源手段は充電が可能な電池からなり、前記電池にエネルギーを供給するための体外から伝送されるエネルギー信号を受信するエネルギー信号受信手段を具備し、前記エネルギー信号受信手段は、超音波断層像の観察を行うための構成を兼ねているものであり、
上記構成により、カプセルのサイズを大型化することなく、体外から伝送されるエネルギー信号を受信して、前記電池の充電、あるいは前記超音波駆動手段などの動作が可能で、超音波断層像の観察を行うために長時間にわたって動作可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１ないし図６は本発明の第１の実施形態に係り、図１は超音波カプセルの構成を示す断面図、図２は超音波断層像受信表示装置の構成を示すブロック図、図３は超音波カプセル内部の回路構成を示すブロック図、図４は超音波断層像受信表示装置の受信回路の構成を示すブロック図、図５はカプセル内の蓄電池の充電を行うためのエネルギー伝送用体外超音波発生装置の構成を示す説明図、図６は超音波走査手段の変形例を示す構成説明図である。
【００１１】
本実施形態は、図１に示す超音波カプセル１と、図２に示す超音波断層像受信表示装置２とを有して構成される超音波診断装置の例を示したものである。
【００１２】
超音波カプセル１の内部には、その一側方寄りに隔壁３によって密室が形成されていて、その密室内に流動パラフィン４が充填されている。この流動パラフィン４内には、超音波モータ５に後端を結合された超音波振動子６が配設されている。超音波振動子６は、カプセル内の長手方向の中心軸上に配設されていて、回転することにより超音波ビームをカプセルの中心軸に垂直な放射方向（ラジアル方向）に出射するように構成されている。超音波モータ５の後端部側には、光学式または磁気式のエンコーダ７と、その外周にロータリートランス８とがそれぞれ収納配設されている。
【００１３】
また、超音波カプセル１内の他側方寄りの内部には、ニッケルカドミウム電池や大容量キャパシタ等からなる小型の蓄電池９が収納配設されており、この蓄電池９とエンコーダ７との間には、テレメトリィ回路基板１０，振動子走査回路基板１１，電源制御回路基板１２が並列に配設されている。
【００１４】
電源制御回路基板１２は、蓄電池９と接続されると同時に蓄電池９から給電され、テレメトリィ回路基板１０及び振動子走査回路基板１１は、電源制御回路基板１２から出力される電源信号により給電されるようになっている。
【００１５】
また、超音波振動子６とテレメトリィ回路基板１０との間、及び超音波振動子６・超音波モータ５・エンコーダ７と振動子走査回路基板１１との間の信号の授受は、ロータリートランス８を介して行われるようになっている。
【００１６】
超音波カプセル１の中央部の外周面には、コイル状の送信アンテナ１３が巻装されていて、テレメトリィ回路基板１０からの信号が電波として体外へ送られるように構成されている。
【００１７】
また、超音波カプセル１における超音波振動子６が設けられている部分の外周囲は、水が封入されているバルーン１４に覆われている。
【００１８】
図２に示すように、超音波断層像受信表示装置２には、生体内の超音波カプセル１からの送信信号を受信する受信アンテナ１５が設けられていて、これにより受信した送信信号を受信回路１６を介して増幅器１７に入力するよう構成されている。
【００１９】
増幅器１７により増幅された信号出力は、Ａ／Ｄ変換器１８によりアナログ／デジタル変換され、更にデジタル信号に変換されたＡ／Ｄ変換器１８の出力はＤＳＣ（デジタルスキャンコンバータ）１９に入力されるようになっている。また、超音波カプセル１内の超音波振動子６の回転による走査角データは、増幅器１７から同期制御器２０に入力されるようになっている。
【００２０】
同期制御器２０の出力は、ＤＳＣ１９に入力されて座標変換を受けた後、ＤＳＣ１９の出力がＣＲＴ２１に入力されて超音波断層像としてモニタに表示されるよう構成されている。
【００２１】
超音波カプセル１内部の回路構成ブロックを図３に示す。超音波振動子６は、ロータリートランス８を介してテレメトリィ回路２２と振動子走査部２３と電源制御部２４とに接続されている。
【００２２】
テレメトリィ回路２２は、超音波振動子６で検出したエコー信号の増幅を行う対数増幅回路２５、対数増幅回路２５で増幅されたエコー信号の検波を行う包絡線検波回路２６、包絡線検波回路２６の出力信号により搬送波のＦＭ（周波数変調）を行うＦＭ回路２７、ＦＭ回路２７により変調された搬送波の電力増幅をして送信を行う送信回路２８を有して構成される。搬送波の送信を行う送信アンテナ１３は、テレメトリィ回路２２内の送信回路２８に接続されている。
【００２３】
振動子走査部２３は、超音波振動子６を駆動するパルサー３０と、超音波モータ５を駆動するモータ駆動回路３１とからなり、パルサー３０にはエンコーダ７とロータリートランス８を介して超音波振動子６が、モータ制御回路３１にはエンコーダ７とロータリートランス８を介して超音波モータ５がそれぞれ接続されている。
【００２４】
電源制御部２４は、この電源制御部２４とテレメトリィ回路２２のどちらかを超音波振動子６と接続させるためのラッチタイプのリレーで構成されるスイッチ３２と、電源容量の監視を行う電源監視回路３３と、蓄電池９とを有して構成される。電源監視回路３３の出力は、図示しないがテレメトリィ回路２２、振動子走査部２３、電源制御部２４内のスイッチ３２に接続されている。
【００２５】
超音波断層像受信表示装置２内部の受信回路１６の回路構成ブロックを図４に示す。
【００２６】
超音波カプセル１から発信される信号を受信する受信アンテナ１５は、搬送波のみを増幅する高周波増幅回路３４に接続され、高周波増幅回路３４はＡＧＣ（オートゲインコントロール）回路３５に接続される。ＡＧＣ回路３５は、位相比較回路３６、ループフィルタ３７、ＶＣＯ（電圧制御発振器）３８で構成されるＰＬＬ（フェイズロックトループ）３９に接続され、このＰＬＬ３９の出力が増幅器１７に入力されるようになっている。
【００２７】
図５は超音波カプセル１内の蓄電池９の充電を行うための、エネルギー伝送用体外超音波発生装置４０の概略構成を示したものである。体外超音波発生装置４０は、内部に配置した患者の体全周に対して超音波を照射できるように、内部に複数の超音波振動子４１が周回状に備えられている超音波発生部４２と、この超音波振動子４１を駆動する超音波振動子駆動回路４３とを有して構成されている。
【００２８】
次に、上記のように構成された超音波診断医用カプセルの作用について説明する。
【００２９】
振動子走査部２３のパルサー３０により発生され送出されたパルスは、ロータリートランス８を介して超音波振動子６を駆動する。すると、超音波振動子６はラジアル方向に超音波ビームを出射する。出射された超音波ビームは、流動パラフィン４とバルーン１４内の水を経て、被検体内の組織の所定位置に浸透して反射される。このとき、バルーン１４により、小腸等の観察対象臓器を拡張して、層構造等が観察しやすいようにしている。
【００３０】
生体組織で反射された超音波エコー信号は、再び超音波振動子６に受波され、電気信号に変換されてロータリートランス８を介してテレメトリィ回路２２に入力される。テレメトリィ回路２２では、受波された超音波エコー信号はその微弱部分を強調して増幅するための対数増幅回路２５で増幅され、包絡線検波回路２６により検波された後、ＦＭ回路２７に入力される。
【００３１】
この超音波ビームを送受波する際、超音波振動子６は、超音波モータ５の駆動により、超音波カプセル１の長手方向に対しラジアル方向に回動して被検体を走査する。この回動走査においては、例えば１回転に５１２本の超音波ビームの送受波を行う。これはエンコーダ７に１回転５１２パルス出力もしくはその整数倍のものを用い、このパルスを受けてパルサー３０が超音波振動子６を駆動することで達成される。
【００３２】
またこのとき、エンコーダ７により超音波振動子６の回動に伴う回転角を検知する。得られた超音波ビームの受波信号及び超音波振動子６の回転角データは、ＦＭ回路２７に入力されて周波数多重変調を受け、送信回路２８及び送信アンテナ１３により体外に設けた超音波断層像受信表示装置２へ送信される。
【００３３】
送信アンテナ１３により送信された信号は、超音波断層像受信表示装置２の受信アンテナ１５により受信され、受信回路１６に入力される。受信回路１６では、高周波増幅回路３４により搬送波のみが増幅され、ＡＧＣ回路３５で信号レベルが一定に保たれ、ＰＬＬ３９に入力される。
【００３４】
ＰＬＬ３９の位相比較回路３６は、入力信号とＶＣＯ３８から出力される基準信号との位相差を検出し、位相差を０にするような制御信号をＶＣＯ３８に与えるためのパルスを出力する。このパルスはループフィルタ３７により高周波成分が除去された低周波域信号に変換され、ＶＣＯ３８から出力される基準信号の位相が入力信号の位相と一致するように出力信号の周波数を変化させる制御信号としてＶＣＯ３８に入力される。
【００３５】
すなわち、ＶＣＯ３８の出力信号はＰＬＬ３９の入力信号の周波数変化に追随している。見方を変えれば、このループフィルタ３７の出力は、ＶＣＯ３８の出力信号を周波数変調している変調信号であり、搬送波を周波数変調している変調信号である。よって、このＰＬＬ３９は復調回路として機能しており、ループフィルタ３７の出力は搬送波を周波数変調している超音波受波信号となる。
【００３６】
このようにして得られた超音波受波信号は、増幅器１７で増幅された後、Ａ／Ｄ変換器１８でデジタル化され、ＤＳＣ１９に入力される。超音波振動子６の回転角データは、増幅器１７にて一定の値に整形された後、同期制御器２０に入力される。そして、同期制御器２０により同期がとられた状態で、回転角データに従ってＤＳＣ１９内で超音波受波信号が３６０゜のラジアルスキャニングのデータに座標変換された後、ＣＲＴ２１により３６０゜のラジアルスキャニングによる超音波断層像として表示される。
【００３７】
このように、被検部位へ超音波ビームを送受波する際に、本実施形態では、電源監視回路３３によって蓄電池９の発生電圧をモニタする。ここで、蓄電池９の容量が十分であり、体内の観察が可能な場合は、超音波カプセル１内の電源監視回路３３はスイッチ３２のリレーを駆動する信号を発生する。このリレーはラッチタイプであり、リレーが駆動された状態ではテレメトリィ回路２２と超音波振動子６とを接続し、駆動されない状態では電源監視回路３３と超音波振動子６とを接続する。すなわち、蓄電池９の容量が十分である状態では、超音波振動子６とテレメトリィ回路２２とが接続され、検出した超音波エコー信号が体外へ送信される。
【００３８】
一方、蓄電池９の出力電圧がしきい値を下回った場合は、電源監視回路３３は電源容量不足と判断し、テレメトリィ回路２２と振動子走査部２３への電源供給を停止すると同時に、スイッチ３２のリレーの駆動信号の出力も止める。よって、蓄電池９の容量が不足している状態では、超音波振動子６からは超音波ビームが発生されず、超音波モータ５は回転せず、超音波カプセル１からは電波が発信されない。また、スイッチ３２のリレーが駆動されていないため、超音波振動子６は電源監視回路３３と接続されている。
【００３９】
電源監視回路３３は低電圧動作が可能なように設計されており、蓄電池９の容量が不足している状態でも唯一動作している。体外では、超音波断層像受信表示装置２に何も表示されないことと、超音波カプセル１の動作時間から充電が必要と判断し、図５の体外超音波発生装置４０を動作させ、蓄電池９の充電を行う。
【００４０】
体外超音波発生装置４０に備えられている超音波振動子４１は、その発振周波数が超音波カプセル１内の超音波振動子６の共振周波数に合わせられている。充電を行う際には、このエネルギー伝送用の超音波振動子４１を超音波振動子駆動回路４３によって時分割で連続的に駆動する。超音波振動子４１が周回状に設けられた超音波発生部４２の内側には患者の体が位置されており、患者の体内にある超音波カプセル１に向かってエネルギー伝送用の超音波信号が出射される。そして、超音波振動子６で受波された超音波信号は電気信号に変換され、スイッチ３２、電源監視回路３３を経て蓄電池９に送られ、蓄電池９を充電する。
【００４１】
ここで、電源監視回路３３は充電電流を検出し、蓄電池９が十分に充電されたと判断できる電流値まで達したら、テレメトリィ回路２２と振動子走査部２３への電源供給を再開し、リレー駆動信号を出力して超音波振動子６とテレメトリィ回路２２を接続する。これにより、超音波カプセル１によって体内の超音波断層像が再度観察可能となる。
【００４２】
なお、超音波エコー送受波用の超音波振動子６には、異なった共振周波数を有する２枚の振動子を貼り合わせたものを用いても良い。この場合、対象組織に合わせて振動子の周波数が選択できることにより、断層像の分解能をコントロール可能である。
【００４３】
また、超音波振動子６の回動走査を行うための超音波モータ５の代わりに、超小型の電磁モータを用いても良い。また、回動する超音波振動子６に信号を伝達するためのロータリートランス８の代わりにスリップリングを用いても良い。
【００４４】
また、超音波走査手段としてモータによる回動走査ではなく、図６に示す変形例のように、超音波カプセル１の表面に複数の超音波振動子からなるアレイ型振動子４４を設け、マルチプレクサ等の電子スイッチにより順次個々の振動子を駆動する電子走査を用いても良い。
【００４５】
以上説明した本実施形態のように、超音波カプセルの電源として蓄電池を用い、超音波カプセルに備えられている超音波エコー送受波用の振動子を用いて、体外より照射されたパワー伝送用超音波信号を受波し、この受波信号を用いて蓄電池を充電することにより、充電用の素子を新たにカプセルに搭載することなく、蓄電池の充電を行うことが可能となり、超音波カプセルのサイズを大型化させることなく長時間にわたる動作を実現できる。
【００４６】
図７及び図８は本発明の第２の実施形態に係り、図７は超音波カプセル内部の回路構成を示すブロック図、図８はカプセル内の蓄電池の充電を行うためのエネルギー伝送用電磁波発生装置の構成を示す説明図である。
【００４７】
第２の実施形態は、第１の実施形態における蓄電池の充電を行う手段の構成を変更し、超音波信号の代わりに電磁波を用いた構成例である。
【００４８】
本実施形態の超音波カプセルに設けられる超音波振動子６は、ロータリートランス８を介してテレメトリィ回路２２と振動子走査部２３とに接続されている。テレメトリィ回路２２の出力端は電源制御部２４ａを介して送信アンテナ１３に接続されている。
【００４９】
電源制御部２４ａは、この電源制御部２４ａとテレメトリィ回路２２のどちらかを送信アンテナ１３と接続させるためのラッチタイプのリレーで構成されるスイッチ３２と、電源容量の監視を行う電源監視回路３３と、蓄電池９とを有して構成される。電源監視回路３３の出力は、図示しないがテレメトリィ回路２２、振動子走査部２３、電源制御部２４ａ内のスイッチ３２に接続されている。
【００５０】
図８は超音波カプセル内の蓄電池９の充電を行うための、エネルギー伝送用電磁波発生装置４５の概略構成を示したものである。電磁波発生装置４５は、内部に配置した患者の体全周に対して電磁波を照射できるように、内部にループコイルで構成された放射アンテナ４６が備えられている電磁波発生部４７と、この放射アンテナ４６を駆動し電磁波を発信させる電磁波発信回路４８とを有して構成されている。
【００５１】
その他の部分の構成は第１の実施形態と同様であり、説明を省略する。
【００５２】
第２の実施形態においても、被検部位へ超音波ビームを送受波する際に電源監視回路３３によって蓄電池９の発生電圧をモニタする。テレメトリィ回路２２内の送信回路２８と電源監視回路３３と送信アンテナ１３とに接続されているスイッチ３２内のリレーは、駆動された状態では送信回路２８と送信アンテナ１３とを接続し、駆動されない状態では電源監視回路３３と送信アンテナ１３とを接続する。
【００５３】
すなわち、蓄電池９の容量が超音波カプセル１を動作させるに十分である場合は、電源監視回路３３はリレーを駆動する信号を出力し、その結果送信回路２８は送信アンテナ１３に接続され、検出した超音波エコー信号が体外へ送信される。
【００５４】
一方、電源監視回路３３で検出している蓄電池９の出力電圧がしきい値を下回った場合は、電源監視回路３３は電源容量不足と判断し、テレメトリィ回路２２と振動子走査部２３への電源供給を停止すると同時に、スイッチ３２のリレーの駆動信号の出力も止める。よって、蓄電池９の容量が不足している状態では、超音波振動子６からは超音波ビームが発生されず、超音波モータ５は回転せず、超音波カプセル１からは電波が発信されない。また、スイッチ３２のリレーが駆動されていないため、送信アンテナ１３は電源監視回路３３と接続されている。
【００５５】
電源監視回路３３は低電圧動作が可能なように設計されており、蓄電池９の容量が不足している状態でも唯一動作している。体外では、超音波断層像受信表示装置２に何も表示されないことと、超音波カプセル１の動作時間から充電が必要と判断し、図８の電磁波発生装置４５を動作させ、蓄電池９の充電を行う。
【００５６】
電磁波発生装置４５に設けられている放射アンテナ４６の共振周波数は、超音波カプセル１に設けられている送信アンテナ１３の共振周波数に合致させてある。充電を行う際には、このエネルギー伝送用の放射アンテナ４６より超音波カプセル１に向けて電磁波発信回路４８からの電磁波を伝送する。環状の放射アンテナ４６が設けられている電磁波発生部４７の内側には患者の体が位置されており、患者の体内にある超音波カプセル１に向かってエネルギー伝送用の電磁波が出射される。そして、送信アンテナ１３で受信された電磁波はスイッチ３２、電源監視回路３３を経て蓄電池９に送られ、蓄電池９を充電する。
【００５７】
ここで、電源監視回路３３は充電電流を検出し、蓄電池９が十分に充電されたと判断できる電流値まで達したら、テレメトリィ回路２２と振動子走査部２３への電源供給を再開し、リレー駆動信号を出力して送信アンテナ１３とテレメトリィ回路２２を接続する。これにより、超音波カプセル１によって体内の超音波断層像が再度観察可能となる。
【００５８】
その他の作用については第１の実施形態と同様である。
【００５９】
本実施形態では、超音波カプセルの電源として蓄電池を用い、超音波カプセルに備えられている超音波エコー信号送信用の送信アンテナを用いて、体外より照射されたパワー伝送用電磁波を受信し、この受信信号を用いて蓄電池を充電することにより、第１の実施形態と同様に、充電用の素子を新たにカプセルに搭載することなく、蓄電池の充電を行うことが可能となり、超音波カプセルのサイズを大型化させることなく長時間にわたる動作を実現できる。また、パワー伝送用の信号が電磁波であるため、体内の骨や空気の影響による伝送損失がなく、より短時間で充電が行うことができる。
【００６０】
図９ないし図１１は本発明の第３の実施形態に係り、図９は超音波カプセルの構成を示す断面図、図１０は超音波カプセル内部の回路構成を示すブロック図、図１１は超音波カプセルへのパワーの伝送及びカプセル内の蓄電池の充電を行うためのパワー伝送装置の構成を示す説明図である。
【００６１】
第３の実施形態は、第２の実施形態において超音波カプセルの構成を変更したもので、診断用超音波走査のための超音波振動子駆動手段に電磁モータを用いて外部よりパワーを供給するようにした構成例である。
【００６２】
本実施形態の超音波カプセル１ａ内部に設けられる超音波振動子６の後端には、電磁モータのローター部４９が接続されている。この電磁モータのローター部４９の後端部側には、光学式または磁気式のエンコーダ７と、その外周にロータリートランス８とがそれぞれ収納配設されている。
【００６３】
また、超音波カプセル１ａ内の他側方寄りの内部には、小型の蓄電池９が収納配設されており、この蓄電池９とエンコーダ７との間には、テレメトリィ回路基板１０，振動子走査回路基板１１，電源制御回路基板１２が並列に配設されている。
【００６４】
電源制御回路基板１２は、蓄電池９と接続されると同時に蓄電池９から給電され、テレメトリィ回路基板１０及び振動子走査回路基板１１は、電源制御回路基板１２から出力される電源信号により給電されるようになっている。また、超音波振動子６とテレメトリィ回路基板１０との間、及び超音波振動子６・エンコーダ７と振動子走査回路基板１１との間の信号の授受は、ロータリートランス８を介して行われるようになっている。
【００６５】
超音波カプセル１ａ内部の回路構成ブロックを図１０に示す。超音波振動子６は、ロータリートランス８を介してテレメトリィ回路２２と振動子走査部２３ａとに接続されている。テレメトリィ回路２２の出力端は電源制御部２４ａを介して送信アンテナ１３に接続されている。
【００６６】
テレメトリィ回路２２は、超音波振動子６で検出したエコー信号の増幅を行う対数増幅回路２５、対数増幅回路２５で増幅されたエコー信号の検波を行う包絡線検波回路２６、包絡線検波回路２６の出力信号により搬送波のＦＭ（周波数変調）を行うＦＭ回路２７、ＦＭ回路２７により変調された搬送波の電力増幅をして送信を行う送信回路２８を有して構成される。
【００６７】
振動子走査部２３ａは、超音波振動子６を駆動するパルサー３０からなり、パルサー３０にはエンコーダ７とロータリートランス８を介して超音波振動子６が接続されている。また、電源制御部２４ａは、この電源制御部２４ａとテレメトリィ回路２２のどちらかを送信アンテナ１３と接続させるためのラッチタイプのリレーで構成されるスイッチ３２と、電源容量の監視を行う電源監視回路３３と、蓄電池９とを有して構成される。電源監視回路３３の出力は、図示しないがテレメトリィ回路２２、振動子走査部２３ａ、電源制御部２４ａ内のスイッチ３２に接続されている。
【００６８】
図１１は超音波カプセルへのパワーの伝送及びカプセル内の蓄電池の充電を行うためのパワー伝送装置５０の概略構成を示したものである。パワー伝送装置５０は、内部に配置した患者の体全周に対して電磁波を照射できるように、内部にループコイルで構成された放射アンテナ５１とローター部４９を回転させる交番磁界を発生させるための複数のステーターコイル５２とが備えられている電磁波発生部５３と、放射アンテナ５１とステーターコイル５２とを駆動し電磁波を発信させる電磁波発信回路５４とを有して構成されている。
【００６９】
その他の部分の構成は第２の実施形態と同様であり、説明を省略する。
【００７０】
第３の実施形態では、超音波カプセル１ａより観察用の超音波信号を送受波する際に、外部のパワー伝送装置５０に設けられているステーターコイル５２には、超音波カプセル１ａ内部のローター部４９に交番磁界を与えるため電流が流される。この交番磁界によって、ローター部４９は回転し、ローター部４９に接続されている超音波振動子６も回動する。このように超音波カプセル１ａに内蔵されている蓄電池９の電力を消費せず、体外から伝送されるエネルギーを使って超音波振動子６を回動させ、超音波ビームの走査を行う。
【００７１】
蓄電池９に蓄えられた電力は、テレメトリィ回路２２、パルサー３０、電源監視回路３３に給電される。蓄電池９の容量が十分である場合は、電源監視回路３３はスイッチ３２のリレーを駆動する信号を出力し、その結果送信回路２８と送信アンテナ１３とが接続され、検出した超音波エコー信号が体外へ送信される。
【００７２】
一方、電源監視回路３３で検出している蓄電池９の出力電圧がしきい値を下回った場合は、電源監視回路３３は電源容量不足と判断し、テレメトリィ回路２２と振動子走査部２３ａへの電源供給を停止すると同時に、スイッチ３２のリレーの駆動信号の出力も止める。よって、蓄電池９の容量が不足している状態では、超音波振動子６からは超音波ビームが発生されず、超音波カプセル１ａからは電波が発信されないため、超音波断層像受信表示装置２には超音波断層像が表示されない。また、スイッチ３２のリレーが駆動されていないため、送信アンテナ１３は電源監視回路３３と接続されている。
【００７３】
電源監視回路３３は低電圧動作が可能なように設計されており、蓄電池９の容量が不足している状態でも唯一動作している。体外では、超音波断層像受信表示装置２に何も表示されないことと、超音波カプセル１ａの動作時間から充電が必要と判断し、図１１のパワー伝送装置５０を動作させ、蓄電池９の充電を行う。
【００７４】
パワー伝送装置５０に設けられている放射アンテナ５１の共振周波数は、超音波カプセル１ａに設けられている送信アンテナ１３の共振周波数に合致させてある。充電を行う際には、このエネルギー伝送用の放射アンテナ５１より超音波カプセル１ａに向けて電磁波発信回路５４からの電磁波を伝送する。環状の放射アンテナ５１が設けられている電磁波発生部５３の内側には患者の体が位置されており、患者の体内にある超音波カプセル１ａに向かってエネルギー伝送用の電磁波が出射される。そして、送信アンテナ１３で受信された電磁波はスイッチ３２、電源監視回路３３を経て蓄電池９に送られ、蓄電池９を充電する。
【００７５】
ここで、電源監視回路３３は充電電流を検出し、蓄電池９が十分に充電されたと判断できる電流値まで達したら、テレメトリィ回路２２と振動子走査部２３ａへの電源供給を再開し、リレー駆動信号を出力して送信アンテナ１３とテレメトリィ回路２２を接続する。これにより、超音波カプセル１ａによって体内の超音波断層像が再度観察可能となる。
【００７６】
その他の作用については第１及び第２の実施形態と同様である。
【００７７】
本実施形態では、超音波カプセル内の超音波振動子を回動走査させるためのエネルギーとして、体外から放射された交番磁界を用い、カプセルに内蔵された蓄電池の電力はテレメトリィ回路と振動子走査部で消費するというように、超音波カプセルの動作を蓄電池の電力と体外からの伝送電力の双方により行わせることにより、蓄電池の容量、サイズをそのままに保ち、超音波カプセルのサイズを大型化させることなく動作時間を長くすることが可能となる。
【００７８】
以上の第１ないし第３の実施形態のように、従来より備えられている超音波カプセルの構成要素を用いて、体外より伝送されたエネルギー信号を受信し、この受信信号を用いてカプセル内部の蓄電池を充電したり、超音波振動子回転駆動用のモータ等を動作させることにより、充電用の素子や電源の制御手段を新たにカプセルに搭載することなく、蓄電池の充電や診断用超音波ビームの走査を行うことが可能となり、カプセルのサイズを小さく保ちつつ長時間にわたって継続した動作を実現できる。
【００７９】
図１２ないし図１４は本発明の第４の実施形態に係り、図１２は超音波カプセルの構成を示す断面図、図１３は超音波カプセル内部の回路構成を示すブロック図、図１４は超音波断層像受信表示装置の構成を示すブロック図である。
【００８０】
第４の実施形態は、超音波カプセルで検出した超音波エコー信号の体外への伝送をデジタル信号で行うようにした構成例である。
【００８１】
特開平２−２２４６５０号公報の超音波診断医用カプセルでは、超音波カプセル内で検出したアナログのエコー信号を用いて搬送波の変調を行い、超音波断層像表示装置側でＡ／Ｄ変換を行って信号処理しているが、変調回路や復調回路で発生するノイズの影響により、断層画像の分解能を決定する微弱なエコー信号が伝送できず、断層画像の分解能が劣化してしまうおそれがあった。
【００８２】
そこで本実施形態では、断層画像の分解能を決定する微弱なレベルのエコー信号についても伝送系のノイズに埋もれさせることなく体外へ伝送することができ、高分解能の断層画像を得ることが可能な構成例を示す。
【００８３】
本実施形態の超音波カプセル１ｂの他側方寄りの内部には、小型の電池５５が収納配設されており、この電池５５とエンコーダ７との間には、テレメトリィ回路基板１０，振動子走査回路基板１１が並列に配設されている。テレメトリィ回路基板１０と振動子走査回路基板１１は、電池５５によって給電されるようになっている。その他の超音波カプセルの構成は第１の実施形態と同様である。
【００８４】
超音波カプセル１ｂ内部の回路構成ブロックを図１３に示す。超音波振動子６は、ロータリートランス８を介してテレメトリィ回路２２ａと振動子走査部２３とに接続されている。
【００８５】
テレメトリィ回路２２ａは、超音波振動子６で検出したエコー信号のデジタル化を行う高速のＡ／Ｄ変換回路５６、Ａ／Ｄ変換回路５６から出力されるデジタル信号とエンコーダ７の出力信号を時分割多重してデジタル周波数変調（ＦＳＫ）を行うＦＳＫ回路５７、ＦＳＫ回路５７によりデジタル変調された搬送波の電力増幅をして送信を行う送信回路２８を有して構成される。搬送波の送信を行う送信アンテナ１３は、テレメトリィ回路２２ａ内の送信回路２８に接続されている。
【００８６】
振動子走査部２３は、超音波振動子６を駆動するパルサー３０と、超音波モータ５を駆動するモータ駆動回路３１とからなり、パルサー３０にはエンコーダ７とロータリートランス８を介して超音波振動子６が、モータ制御回路３１にはエンコーダ７とロータリートランス８を介して超音波モータ５がそれぞれ接続されている。
【００８７】
これらのテレメトリィ回路２２ａと振動子走査部２３は、電池５５から給電されて動作する。
【００８８】
本実施形態における超音波断層像受信表示装置２ａの回路構成ブロックを図１４に示す。超音波断層像受信表示装置２ａには、生体内の超音波カプセル１ｂからの送信信号を受信する受信アンテナ１５が設けられていて、これにより受信した送信信号は受信回路１６を介してＤ／Ａ変換部５８に入力されるようになっている。受信回路１６の構成は、第１の実施形態と同様に、搬送波のみを増幅する高周波増幅回路３４、ＡＧＣ（オートゲインコントロール）回路３５、ＰＬＬ（フェイズロックトループ）３９よりなっている。
【００８９】
Ｄ／Ａ変換部５８は、受信回路１６の出力信号をデジタル信号に変換するＤ／Ａ変換回路５９、Ｄ／Ａ変換回路５９でデジタル化された信号の増幅を行う対数増幅回路６０、対数増幅回路６０で増幅された信号の検波を行う包絡線検波回路６１を有して構成されている。
【００９０】
Ｄ／Ａ変換部５８の出力信号は、増幅器１７で増幅された後に、Ａ／Ｄ変換器１８によりアナログ／デジタル変換され、更にデジタル信号に変換されたＡ／Ｄ変換器１８の出力はＤＳＣ（デジタルスキャンコンバータ）１９に入力されるようになっている。また、超音波カプセル１ｂ内の超音波振動子６の回転による走査角データは、増幅器１７から同期制御器２０に入力されるようになっている。同期制御器２０の出力は、ＤＳＣ１９に入力されて座標変換を受けた後、ＤＳＣ１９の出力がＣＲＴ２１に入力されて超音波断層像としてモニタに表示されるよう構成されている。
【００９１】
次に、第４の実施形態における超音波診断医用カプセルの作用について説明する。
【００９２】
超音波振動子６で検出された超音波エコー信号は、テレメトリィ回路２２ａのＡ／Ｄ変換回路５６でまずデジタル化され、ＦＳＫ回路５７に入力される。ＦＳＫ回路５７には、エンコーダ７の出力信号である超音波振動子６の回転角データも入力される。この２つの信号はＦＳＫ回路５７において時分割多重されて搬送波が周波数変調される。
【００９３】
ＦＳＫ回路５７では、デジタル化された信号のＬ（ロー）／Ｈ（ハイ）の二値レベルに応じて、搬送波の周波数をシフトさせる。この変調動作を周波数シフトキーイング（ＦＳＫ）と呼ぶ。ＦＳＫ回路５７の出力は、送信回路２８に入力されて電力増幅を受けた後、送信アンテナ１３により体外に設けた超音波断層像受信表示装置２ａへ送信される。
【００９４】
送信アンテナ１３により送信された信号は、超音波断層像受信表示装置２ａの受信アンテナ１５により受信され、受信回路１６に入力されて復調を受ける。受信回路１６では、高周波増幅回路３４により搬送波のみが増幅され、ＡＧＣ回路３５で信号レベルが一定に保たれ、その信号がＰＬＬ３９に入力される。ＰＬＬ３９は、搬送波を変調している信号を復調して出力する。
【００９５】
受信回路１６の出力信号は、Ｄ／Ａ変換部５８に入力され、Ｄ／Ａ変換回路５９によりアナログの超音波エコー信号に変換され、対数増幅回路６０により信号の微弱部分を強調して増幅され、包絡線検波回路６１により検波されて出力される。
【００９６】
Ｄ／Ａ変換部５８の出力信号は、増幅器１７で増幅された後、Ａ／Ｄ変換器１８でデジタル化され、ＤＳＣ１９に入力される。超音波振動子６の回転角データは、増幅器１７にて一定の値に整形された後、同期制御器２０に入力される。そして、同期制御器２０により同期がとられた状態で、回転角データに従ってＤＳＣ１９内で超音波受波信号が３６０゜のラジアルスキャニングのデータに座標変換された後、ＣＲＴ２１により３６０゜のラジアルスキャニングによる超音波断層像として表示される。
【００９７】
なお、デジタル化された超音波エコー信号を変調する手段は、ＦＳＫ回路５７の代わりに、デジタル信号のＬ（ロー）／Ｈ（ハイ）の二値レベルに応じて搬送波の位相をシフトさせるＰＳＫ（位相シフトキーイング）を行うＰＳＫ回路を用いても良い。
【００９８】
本実施形態では、検出した超音波エコー信号を超音波カプセル内でデジタル信号に変換し、体外に伝送するようになっているため、アナログ信号処理の段階で発生するノイズにより、断層像の分解能を決定する微弱レベルの信号が埋もれてしまうことがなく、より高分解能の超音波断層画像を得ることができる。
【００９９】
ここで、超音波カプセルの体内における位置を検出する手段の構成例を以下に示す。
【０１００】
本構成例では、超音波カプセル１の位置を検出するために、図１５に示すような超音波カプセル１の内部に直交３軸方向に配置された水晶音叉７０ａ，７０ｂ，７０ｃからなる位置センサ７１を設けるようにする。
【０１０１】
超音波カプセル１内に設けられた水晶音叉７０ａ，７０ｂ，７０ｃは、体外に配置された図示しない位置検出装置から照射される共鳴周波数の超音波に共鳴する。この音叉の共鳴信号のレベルは、水晶音叉と照射超音波との照射角度に依存する。
【０１０２】
従って、本構成例では、超音波の照射方向を水晶音叉で検知して超音波カプセルの位置を検出するために、直交３軸方向に設けられた水晶音叉７０ａ，７０ｂ，７０ｃには、それぞれ共鳴周波数の異なっているものを用い、体外に設けた位置検出装置により特定の方向からこれら３つの共鳴周波数の超音波を照射する。そして、各音叉における共鳴信号を検出し、それぞれの共鳴信号の検出信号レベルの比から位置検出装置に対する超音波カプセル１の向きを、また共鳴信号の検出信号の大きさにより超音波カプセル１の生体内の３次元位置を検出することが可能である。
【０１０３】
なお、水晶音叉に照射する超音波信号は、それぞれ３つの共鳴周波数の帯域を含む信号を用いても良いし、また３つの共鳴周波数を時分割で照射するものでも良い。
【０１０４】
また、超音波カプセルの少なくとも一部に、生体外より確認検出可能な発光手段を設け、体外にその発光を検出する手段を配して、この発光検出手段により超音波カプセルからの発光を検出することにより、体内における超音波カプセルの位置を知ることも可能である。発光手段の一例としては、発光ルミノールと過酸化水素を混合して得られる青緑色のルミノール発光が用いられる。また発光検出手段の一例としては、光電子増倍管等の高感度撮像素子が用いられる。
【０１０５】
［付記］
（１）  診断用超音波ビームを発生する超音波振動子と、前記超音波振動子を駆動して超音波ビームを送受波させる超音波駆動手段と、前記超音波ビームを走査する走査手段と、前記超音波振動子で受波した被検体からの超音波反射信号を電気信号に変換して体外へ導出する伝送手段と、前記超音波駆動手段と前記走査手段と前記伝送手段とに電力を供給する電源手段と、を具備する超音波診断医用カプセルにおいて、
前記電源手段は充電が可能な電池からなり、前記電池にエネルギーを供給するための体外から伝送されるエネルギー信号を受信するエネルギー信号受信手段を具備し、前記エネルギー信号受信手段は、超音波断層像の観察を行うための構成を兼ねていることを特徴とする超音波診断医用カプセル。
【０１０６】
（２）  前記エネルギー信号受信手段は、超音波断層像の観察を行うための構成としての前記超音波振動子あるいは前記伝送手段の少なくとも一部を用いて構成されることを特徴とする付記１に記載の超音波診断医用カプセル。
【０１０７】
（３）  前記エネルギー信号受信手段は、前記超音波振動子からなることを特徴とする付記１に記載の超音波診断医用カプセル。
【０１０８】
（４）  さらに、前記電源手段の容量を監視し、この電源手段の容量に応じて前記超音波振動子と前記電源手段との接続を制御する接続切換手段を設けたことを特徴とする付記３に記載の超音波診断医用カプセル。
【０１０９】
（５）  前記エネルギー信号受信手段は、前記伝送手段に設けられている送信アンテナからなることを特徴とする付記１に記載の超音波診断医用カプセル。
【０１１０】
（６）  さらに、前記電源手段の容量を監視し、この電源手段の容量に応じて前記送信アンテナと前記電源手段との接続を制御する接続切換手段を設けたことを特徴とする付記５に記載の超音波診断医用カプセル。
【０１１１】
（７）  診断用超音波ビームを発生する超音波振動子と、前記超音波振動子を駆動して超音波ビームを送受波させる超音波駆動手段と、前記超音波ビームを走査する走査手段と、前記超音波振動子で受波した被検体からの超音波反射信号を電気信号に変換して体外へ導出する伝送手段と、を具備する超音波診断医用カプセルにおいて、
前記伝送手段内に、前記超音波振動子で受波した超音波信号をデジタル信号に変換する変換手段を具備したことを特徴とする超音波診断医用カプセル。
【０１１２】
（８）  前記変換手段は、アナログ／デジタル変換回路からなることを特徴とする付記７に記載の超音波診断医用カプセル。
【０１１３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、超音波診断医用カプセルを小型で長時間電力供給可能にできる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る超音波カプセルの構成を示す断面図
【図２】第１の実施形態に係る超音波断層像受信表示装置の構成を示すブロック図
【図３】第１の実施形態に係る超音波カプセル内部の回路構成を示すブロック図
【図４】超音波断層像受信表示装置の受信回路の構成を示すブロック図
【図５】第１の実施形態においてカプセル内の蓄電池の充電を行うためのエネルギー伝送用体外超音波発生装置の構成を示す説明図
【図６】超音波走査手段の変形例を示す構成説明図
【図７】本発明の第２の実施形態に係る超音波カプセル内部の回路構成を示すブロック図
【図８】第２の実施形態においてカプセル内の蓄電池の充電を行うためのエネルギー伝送用電磁波発生装置の構成を示す説明図
【図９】本発明の第３の実施形態に係る超音波カプセルの構成を示す断面図
【図１０】第３の実施形態に係る超音波カプセル内部の回路構成を示すブロック図
【図１１】第３の実施形態において超音波カプセルへのパワーの伝送及びカプセル内の蓄電池の充電を行うためのパワー伝送装置の構成を示す説明図
【図１２】本発明の第４の実施形態に係る超音波カプセルの構成を示す断面図
【図１３】第４の実施形態に係る超音波カプセル内部の回路構成を示すブロック図
【図１４】第４の実施形態に係る超音波断層像受信表示装置の構成を示すブロック図
【図１５】超音波カプセルの体内における位置を検出する位置検出手段の構成例を示す説明図
【符号の説明】
１…超音波カプセル
２…超音波断層像受信表示装置
５…超音波モータ
６…超音波振動子
７…エンコーダ
８…ロータリートランス
９…蓄電池
１３…送信アンテナ
１５…受信アンテナ
１６…受信回路
１９…ＤＳＣ
２１…ＣＲＴ
２２…テレメトリィ回路
２３…振動子走査部
２４…電源制御部
２７…ＦＭ回路
２８…送信回路
３２…スイッチ
３３…電源監視回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
0003583526.tif 000013
【図１３】
0003583526.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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