(57)【要約】【課題】  改良されたカプセル内視鏡を用いた消化管の画像の取得を行う。【解決手段】  カプセルカメラ装置であって、飲み込まれるのに適したハウジングと、ハウジング内の光源と、光源によって照射される部位の第１のデジタル画像及び第２のデジタル画像をキャプチャするためのハウジング内のカメラと、第１のデジタル画像と第２のデジタル画像との差に基づき動きを検出する動き検出器と、動きの測定量に基づき、更に処理するための第２のデジタル画像を指定する動き評価器とを含むことを特徴とするカプセルカメラ装置を提供する。更なる処理は、アーカイバル記憶装置への第２のデジタル画像の書き込みまたはワイヤレスリンクによる第２のデジタル画像の外部への送信を含むことがある。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カプセルカメラ装置であって、
飲み込まれるのに適したハウジングと、
前記ハウジング内の光源と、
前記光源によって照射される部位の第１のデジタル画像及び第２のデジタル画像をキャプチャするための前記ハウジング内のカメラと、
前記第１のデジタル画像と前記第２のデジタル画像との差に基づき動きを検出する動き検出器と、
前記動きの測定量に基づき、更に処理するための第２のデジタル画像を指定する動き評価器とを含むことを特徴とするカプセルカメラ装置。
【請求項２】
前記動き評価器が、削除する第２のデジタル画像を指定することを特徴とする請求項１のカプセルカメラ装置。
【請求項３】
アーカイバル記憶装置を更に含み、
前記動き評価器が、前記アーカイバル記憶装置に記憶する第２のデジタル画像を指定することを特徴とする請求項１のカプセルカメラ装置。
【請求項４】
前記アーカイバル記憶装置が半導体メモリデバイスを含むことを特徴とする請求項３のカプセルカメラ装置。
【請求項５】
前記半導体メモリデバイスがフラッシュメモリデバイスを含むことを特徴とする請求項４のカプセルカメラ装置。
【請求項６】
前記アーカイバル記憶装置にアクセスするための出力ポートを更に含むことを特徴とする請求項３のカプセルカメラ装置。
【請求項７】
前記出力ポートが、コネクタを介してアクセスされることを特徴とする請求項６のカプセルカメラ装置。
【請求項８】
前記出力ポートが、前記ハウジング上のフィードスルーでアクセスされることを特徴とする請求項６のカプセルカメラ装置。
【請求項９】
前記カプセルが、外部電源から電力を受け取ることができることを特徴とする請求項６のカプセルカメラ装置。
【請求項１０】
前記第１のデジタル画像の一部が第１の部分フレームバッファに記憶され、前記第２のデジタル画像の一部が第２の部分フレームバッファに記憶されることを特徴とする請求項３のカプセルカメラ装置。
【請求項１１】
前記動き評価器が、検出された動きに従って第３のデジタル画像によって上書きされるのは第１及び第２の部分フレームバッファの何れであるかを決定することを特徴とする請求項１０のカプセルカメラ装置。
【請求項１２】
前記測定量を記憶するためのレジスタを更に含み、
前記レジスタが、動作中に前記動き評価器によってアクセス可能であり、前記アーカイバル記憶装置に供給される値で初期化されることを特徴とする請求項３のカプセルカメラ装置。
【請求項１３】
前記測定量を記憶するためのレジスタを更に含み、
前記レジスタが、動作中に前記動き評価器によってアクセス可能であり、前記アーカイバル記憶装置において使用可能な空き容量に従って更新されることを特徴とする請求項３のカプセルカメラ装置。
【請求項１４】
前記動き検出器が、前記第１のデジタル画像の一部と前記第２のデジタル画像の一部の間の動きベクトルを算出することを特徴とする請求項１のカプセルカメラ装置。
【請求項１５】
前記測定量が、ゼロ値の動きベクトルの計数によって決まる値を有することを特徴とする請求項１４のカプセルカメラ装置。
【請求項１６】
前記動き検出器が、前記第１のデジタル画像及び前記第２のデジタル画像の対応する一部の間の平均絶対差を算出することを特徴とする請求項１のカプセルカメラ装置。
【請求項１７】
前記測定量が、前記平均絶対差から算出される分散によって決まることを特徴とする請求項１６のカプセルカメラ装置。
【請求項１８】
前記動き検出器が、前記第１のデジタル画像及び第２のデジタル画像に対して各質量中心を算出することを特徴とする請求項１のカプセルカメラ装置。
【請求項１９】
前記測定量が、前記算出された質量中心間の差によって決まることを特徴とする請求項１８のカプセルカメラ装置。
【請求項２０】
１若しくは複数の環境パラメータを検出するための１若しくは複数のセンサを更に含むことを特徴とする請求項１のカプセルカメラ装置。
【請求項２１】
ワイヤレスリンクにのせてデータを伝送するための前記ハウジング内のトランスミッタを更に含むことを特徴とする請求項１のカプセルカメラ装置。
【請求項２２】
前記動き評価器が、前記指定されたデジタル画像をワイヤレスリンクにのせて伝送させることを特徴とする請求項２１のカプセルカメラ装置。
【請求項２３】
前記トランスミッタによる伝送のためにデータを符号化するためのプロトコル・エンコーダを更に含むことを特徴とする請求項２１のカプセルカメラ装置。
【請求項２４】
前記カプセルカメラ装置が、基地局と通信するように指定され、
前記基地局が、ワイヤレスリンクにのせてデータを受信するレシーバを含むことを特徴とする請求項２１のカプセルカメラ装置。
【請求項２５】
前記基地局が、ワークステーションへのインタフェースを更に含むことを特徴とする請求項２４のカプセルカメラ装置。
【請求項２６】
前記基地局が、アーカイバル記憶システムを更に含むことを特徴とする請求項２４のカプセルカメラ装置。
【請求項２７】
前記動き検出器が前記基地局に設けられることを特徴とする請求項２４のカプセルカメラ装置。
【請求項２８】
前記動き評価器が前記基地局に設けられることを特徴とする請求項２４のカプセルカメラ装置。
【請求項２９】
前記基地局中に、ワイヤレスリンクによる双方向通信を可能にするためのトランスミッタを更に含むことを特徴とする請求項２４のカプセルカメラ装置。
【請求項３０】
前記測定量を記憶するためのレジスタを更に含み、
前記レジスタが、動作中に前記動き評価器によってアクセス可能であり、前記ワイヤレスリンクにのせて供給される値で初期化されることを特徴とする請求項２９のカプセルカメラ装置。
【請求項３１】
前記指定されたデジタル画像が、画像圧縮アルゴリズムを用いて圧縮されることを特徴とする請求項１のカプセルカメラ装置。
【請求項３２】
前記指定されたデジタル画像が前記動き検出器によって操作を受けているときに第１の圧縮比が前記指定されたデジタル画像に与えられ、前記第１の圧縮比は、更なる処理のために前記指定されたデジタル画像に与えられる第２の圧縮比とは異なることを特徴とする請求項３１のカプセルカメラ装置。
【請求項３３】
前記測定量を記憶するためのレジスタを更に含み、
前記レジスタが、動作中に前記動き評価器によってアクセス可能であることを特徴とする請求項１のカプセルカメラ装置。
【請求項３４】
前記測定量が、消化管の長さに沿った方向の動きを選ぶように設計されていることを特徴とする請求項１のカプセルカメラ装置。
【請求項３５】
前記動き検出器が、退行の動きを無視することを特徴とする請求項１のカプセルカメラ装置。
【請求項３６】
カプセルカメラを操作する方法であって、
飲み込まれるのに適したハウジングを設けるステップと、
前記ハウジング内に光源及びカメラを設けるステップと、
前記光源によって照射される部位の第１のデジタル画像及び第２のデジタル画像をキャプチャするステップと、
前記第１のデジタル画像と前記第２のデジタル画像との差に基づき動きを検出するステップと、
前記動きの測定量に基づき、前記動きを評価して、更に処理するための第２のデジタル画像を指定するステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項３７】
前記動き評価器が、削除する第２のデジタル画像を指定することを特徴とする請求項３６の方法。
【請求項３８】
前記評価するステップが、アーカイバル記憶装置に記憶する第２のデジタル画像を指定するステップを含むことを特徴とする請求項３６の方法。
【請求項３９】
前記アーカイバル記憶装置が、半導体メモリデバイスを含むことを特徴とする請求項３６の方法。
【請求項４０】
前記半導体メモリデバイスが、フラッシュメモリデバイスを含むことを特徴とする請求項３９の方法。
【請求項４１】
前記アーカイバル記憶装置に出力ポートを介してアクセスするステップを含むことを特徴とする請求項３８の方法。
【請求項４２】
前記出力ポートが、コネクタを介してアクセスされることを特徴とする請求項４１の方法。
【請求項４３】
前記出力ポートが、前記ハウジング上のフィードスルーでアクセスされることを特徴とする請求項４１の方法。
【請求項４４】
カプセルが、外部電源から電力を受け取ることを特徴とする請求項４１の方法。
【請求項４５】
前記第１のデジタル画像の一部が第１の部分フレームバッファに記憶され、前記第２のデジタル画像の一部が第２の部分フレームバッファに記憶されることを特徴とする請求項３７の方法。
【請求項４６】
前記評価するステップが、検出される動きに従って第３のデジタル画像によって上書きされるのは前記第１及び第２の部分フレームバッファの何れであるかを判定することを特徴とする請求項４５の方法。
【請求項４７】
前記測定量をレジスタに記憶するステップを更に含み、
前記レジスタが、動作中に前記動き評価器によってアクセス可能であり、前記アーカイバル記憶装置に供給される値で初期化されることを特徴とする請求項３８の方法。
【請求項４８】
前記測定量をレジスタに記憶するステップを更に含み、
前記レジスタが、動作中に前記動き評価器によってアクセス可能であり、前記アーカイバル記憶装置において使用可能な空き容量に従って更新されることを特徴とする請求項３８の方法。
【請求項４９】
前記検出するステップが、前記第１のデジタル画像の一部と前記第２のデジタル画像の一部の間の動きベクトルを算出するステップを含むことを特徴とする請求項３６の方法。
【請求項５０】
前記測定量が、ゼロ値の動きベクトルの計数によって決まる値を有することを特徴とする請求項４９の方法。
【請求項５１】
前記検出するステップが、前記第１のデジタル画像及び第２のデジタル画像の対応する一部の間の平均絶対差を算出するステップを含むことを特徴とする請求項３６の方法。
【請求項５２】
前記測定量が、前記平均絶対差から算出される分散によって決まることを特徴とする請求項５１の方法。
【請求項５３】
前記検出するステップが、前記第１のデジタル画像及び第２のデジタル画像に対して各質量中心を算出するステップを含むことを特徴とする請求項３６の方法。
【請求項５４】
前記測定量が、前記算出された質量中心間の差によって決まることを特徴とする請求項５３の方法。
【請求項５５】
１若しくは複数の環境パラメータを検出するための１若しくは複数のセンサを設けるステップを更に含むことを特徴とする請求項３６の方法。
【請求項５６】
ワイヤレスリンクにのせてデータを伝送するための前記ハウジング内のトランスミッタを設けるステップを更に含むことを特徴とする請求項３６の方法。
【請求項５７】
前記評価するステップが、ワイヤレスリンクにのせて伝送する第２のデジタル画像を指定することを特徴とする請求項５６の方法。
【請求項５８】
伝送されるデータをプロトコル・エンコーダにおいて符号化するステップを更に含むことを特徴とする請求項５６の方法。
【請求項５９】
ワイヤレスリンクにのせてデータを受信する基地局を設けるステップを更に含むことを特徴とする請求項５６の方法。
【請求項６０】
前記基地局においてワークステーションへのインタフェースを設けるステップを更に含むことを特徴とする請求項５９の方法。
【請求項６１】
前記基地局においてアーカイバル記憶装置を設けるステップを更に含むことを特徴とする請求項５９の方法。
【請求項６２】
前記検出するステップが、前記基地局において実行されることを特徴とする請求項５９の方法。
【請求項６３】
前記評価するステップが、前記基地局において実行されることを特徴とする請求項５９の方法。
【請求項６４】
ワイヤレスリンクにのせて双方向通信で前記基地局から伝送するステップを更に含むことを特徴とする請求項５９の方法。
【請求項６５】
前記測定量をレジスタに記憶するステップを更に含み、
前記レジスタが、動作中に前記動き評価器によってアクセス可能であり、前記ワイヤレスリンクにのせて供給される値で初期化されることを特徴とする請求項６４の方法。
【請求項６６】
前記指定されたデジタル画像を、画像圧縮アルゴリズムを用いて圧縮するステップを更に含むことを特徴とする請求項３６の方法。
【請求項６７】
前記指定されたデジタル画像が前記動き検出器によって操作を受けているときに第１の圧縮比が前記指定されたデジタル画像に与えられ、前記第１の圧縮比は、更なる処理のために前記指定されたデジタル画像に与えられる第２の圧縮比とは異なることを特徴とする請求項６６の方法。
【請求項６８】
前記測定量をレジスタに記憶するステップを更に含み、
前記レジスタが、動作中に前記動き評価器によってアクセス可能であることを特徴とする請求項３６の方法。
【請求項６９】
前記測定量が、消化管の長さに沿った方向の動きを選ぶように設計されていることを特徴とする請求項３６の方法。
【請求項７０】
前記動き検出器が、退行の動きを無視することを特徴とする請求項１の方法。
【請求項７１】
カプセルカメラ装置であって、
飲み込まれるのに適したハウジングと、
前記ハウジング内の光源と、
前記光源によって照射される部位の第１のデジタル画像及び第２のデジタル画像をキャプチャするための前記ハウジング内のカメラと、
前記第１のデジタル画像と前記第２のデジタル画像との差を用いて動きを検出する手段と、
前記動きの測定量に基づいて更に処理するための第２のデジタル画像を指定する手段とを含むことを特徴とするカプセルカメラ装置。
【請求項７２】
アーカイバル記憶装置を更に含み、
前記更なる処理が、前記アーカイバル記憶装置に前記第２のデジタル画像を記憶することを含むことを特徴とする請求項７１のカプセルカメラ装置。
【請求項７３】
前記指定されたデジタル画像をワイヤレスリンクにのせて伝送するための手段を更に含むことを特徴とする請求項７１のカプセルカメラ装置。
【請求項７４】
カプセルカメラ装置であって、
飲み込まれるのに適したハウジングと、
前記ハウジング内の光源と、
前記光源によって照射される部位のデジタル画像をキャプチャするための前記ハウジング内のカメラと、
前記キャプチャされたデジタル画像を記憶するためのアーカイバル記憶装置と、
前記キャプチャされたデジタル画像を前記アーカイバル記憶システムから取り出すための出力ポートとを含むことを特徴とするカプセルカメラ装置。
【請求項７５】
前記アーカイバル記憶装置に記憶するデジタル画像を指定するための画像選択回路を更に含むことを特徴とする請求項７４のカプセルカメラ装置。
【請求項７６】
前記アーカイバル記憶装置が、半導体メモリデバイスを含むことを特徴とする請求項７４のカプセルカメラ装置。
【請求項７７】
前記半導体メモリデバイスが、フラッシュメモリデバイスを含むことを特徴とする請求項７６のカプセルカメラ装置。
【請求項７８】
前記出力ポートが、コネクタを介してアクセスされることを特徴とする請求項７４のカプセルカメラ装置。
【請求項７９】
前記出力ポートがが、前記ハウジング上のフィードスルーでアクセスされることを特徴とする請求項７４のカプセルカメラ装置。
【請求項８０】
前記カプセルが、外部電源から電力を受け取ることができることを特徴とする請求項７４のカプセルカメラ装置。
【請求項８１】
カプセルカメラ装置を提供する方法であって、
飲み込まれるのに適したハウジングを提供するステップと、
前記ハウジング内に光源を設けるステップと、
前記ハウジング内でカメラを用いて、前記光源によって照射される部位のデジタル画像をキャプチャするステップと、
前記キャプチャされたデジタル画像をアーカイバル記憶装置に記憶するステップと、
前記キャプチャされたデジタル画像を前記アーカイバル記憶システムから出力ポートを介して取り出すステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項８２】
前記アーカイバル記憶装置に記憶されるデジタル画像を指定するための画像選択回路を設けるステップを更に含むことを特徴とする請求項８１の方法。
【請求項８３】
前記アーカイバル記憶装置が、半導体メモリデバイスを含むことを特徴とする請求項８１の方法。
【請求項８４】
前記半導体メモリデバイスがフラッシュメモリデバイスを含むことを特徴とする請求項８３の方法。
【請求項８５】
前記出力ポートが、コネクタを介してアクセスされることを特徴とする請求項８１の方法。
【請求項８６】
前記出力ポートが、前記ハウジング上のフィードスルーにおいてアクセスされることを特徴とする請求項８１の方法。
【請求項８７】
前記カプセルが、外部電源から電力を受け取ることができることを特徴とする請求項８１の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人体内部の画像診断に関し、詳細には、カプセル内視鏡検査を用いた消化管の画像の取得に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、特許文献１ないし５に関連しかつ優先権を主張する。これらの米国特許出願は、引用を以ってその全体を本明細書の一部となす。米国を指定国とする場合、本発明は特許文献５の継続出願である。
【０００３】
体腔または生体内（インビボ）通路をイメージングするための装置は当技術分野で周知であり、そのような装置には内視鏡及び自走式のカプセル化されたカメラが含まれる。内視鏡は、人体の開口部または外科的開口部から体内へ、通常は口から食道内へ、または直腸から大腸内へと入っていくしなやかなまたは硬いチューブである。先端でレンズを用いて画像が形成され、レンズ中継系またはコヒーレント光ファイバ束のいずれかによって体外の手元端へ伝送される。概念的に類似している計器が、例えばＣＣＤまたはＣＭＯＳアレイを用いて先端で画像を電子的に記録し、画像データを電気信号としてケーブルを介して手元端へ転送することもある。内視鏡は、医師が視野をコントロールすることを可能にするし、一般的に認められている診断ツールである。しかしながら、内視鏡は、実に多くの制限があり、患者にリスクを与え、患者にとっては侵入する不快なものであり、ルーチンの検診ツールとして適用しようにも費用の制約がある。
【０００４】
回旋状の通路を通過することが難しいので、内視鏡は小腸の大部分に届くことができず、大腸全体に届くようにするには特別な技術と注意が必要であるが、それにはコスト増が伴う。内視鏡検査のリスクには、通過する身体器官の穿孔の可能性と、麻酔から起こる合併症とが含まれる。さらに、トレードオフ関係にある処置中の患者の痛みと、健康リスクと、麻酔に付き物である処置後の待ち時間との間で妥協点を見出さなければならない。内視鏡検査は、臨床医にかなりの時間を使わせ、それゆえに費用が掛かるような、どうしても入院患者向けの業務になっている。
【０００５】
これら諸問題の多くに取り組む代替の生体内画像センサがカプセル内視鏡である。カメラが、デジタルカメラによって記録された画像を主として含むデータを体外の基地局レシーバまたはトランシーバ及びデータ記録装置へ伝送するための無線トランスミッタとともに、飲み込み型カプセルに収容されている。カプセルは、基地局トランスミッタから命令または他のデータを受信するための無線レシーバを含むこともある。無線周波数伝送の代わりに、より低周波数の電磁信号が用いられることがある。電力は、外部インダクタからカプセル内の内部インダクタへ、あるいはカプセル内のバッテリーから誘導的に供給され得る。
【０００６】
飲み込み型カプセルにおけるカメラの初期の例が特許文献６に記載されている。他の特許、例えば、特許文献７及び８には、そのようなシステムに関する詳細が記載されており、カメラの画像を外部レシーバに送信するためにトランスミッタが用いられている。特許文献９を含むさらに他の特許にも同様の技術が記載されている。例えば、特許文献１０には、胃のためのカメラ付きカプセルであってカメラ内にフィルムが内蔵されたものが示されている。特許文献１１には、バッファリングメモリと、タイマーと、トランスミッタとを有するカプセルが示されている。
【０００７】
内部バッテリーを備えた自走式カプセル型カメラの１つの利点は、外来患者に、病院外で、そして患者の活動が過度に制限されることなく検査を行うことができることである。基地局は、所定の身体領域を取り囲むアンテナアレイを含み、このアレイは一時的に皮膚に固定されるかまたは着用できるベストに組み込まれることができる。データ記録装置は、ベルトに取り付けられ、バッテリー電源と、記録された画像及び診断コンピュータシステム上に次にアップロードするための他のデータをセーブするためのデータ記憶媒体とを含む。
【０００８】
典型的な処置は午前の病棟往診からなり、往診中に、臨床医が基地局装置を患者に取り付け、患者がカプセルを飲み込む。システムは、飲み込む直前から始まる画像を記録し、バッテリーが完全に放電されるまで消化管の画像を記録する。消化管の蠕動運動によってカプセルが消化管内部を進行してゆく。通過速度は運動性の度合いに依存する。通常、小腸を通過するのに４〜８時間掛かる。所定期間経過後、患者はデータ記録装置を臨床医に戻し、臨床医はそれから、後で行われる観察及び解析のためにデータをコンピュータ上にアップロードする。カプセルは、時が経てば直腸を通り抜け、回収の必要がない。
【０００９】
カプセルカメラは、胃の中で異常を検出するように最適化されてはいないが、食道から小腸の末端部までの消化管、特に小腸を、画像が切れることなく全体としてイメージングすることができる。組織分布（トポグラフィー）ではなく視覚的に認識できる特徴がほんの僅かしか入手できないときでさえも異常を検出できるように、カラー写真画像がキャプチャされる。この処置は、痛みがなく、麻酔を必要としない。体を通過するカプセルに関連するリスクは最小であり、間違いなく穿孔のリスクは内視鏡検査に比べてずっと少ない。処置の費用も、臨床医の時間及び診療所の設備をあまり使わずかつ麻酔がないので、内視鏡検査より安い。
【００１０】
既存のカプセルカメラによる問題解決手法には、このように利点もあるが、同様に制限もある。基地局及びデータ記録装置は、不快感を最小にしてモビリティを最大にするように設計されているが、必然的に検査中に患者の動きを妨げて不快感を生み出す。また、装置を装着して寝るのは厄介であろうから、起きている時間内に検査を開始しかつ終了する必要がある。処置の費用は、この処置をルーチンのスクリーニング処置にできるほどには十分に低廉ではない。臨床医がアンテナアレイ及びデータ記録装置を取り付けるのに要する時間は、総費用に大きく関与する。データ記録装置及び基地局の費用は、同時に検査される患者の数が１人または２人を超えて増加するにつれて相当な額になる。また、カプセル内の無線トランスミッタは、アンテナを含むが、その費用、サイズ及び電力消費に大きく関与する。無線リンクは、このとき、直接的及び間接的に費用の多くを占める。ワイヤレスシステムは、ＭＲＩ、空港のセキュリティデバイス、アマチュア・ビデオ・システム、または特定の周波数域における他のＲＦ無線信号源からの混信を受けることもある。１人の患者内または２人の近くにいる人の間のいずれかで、このシステムと他の植込み型デバイス間で干渉があることもある。費用に関与する別の重大要因は、医師が画像を見る時間である。現行のデバイスにおいては、そのような画像は何千枚にもなり、それが患者暦のアーカイビング（所定期間保存）の費用を増大させ、そのようなデータをインターネット伝送するのに問題となる。
【００１１】
現行の問題解決手法の別の制限は、大腸を確実にイメージングすることができないことである。大腸は、画像処理システムに対して多くの難題を突きつける。カプセルは小腸だけを通過するよりも消化管全体を通過するのにより長い時間が掛かるので、厄介な問題が数多く浮上する。もっとはっきり言えば、経口摂取された物質は、大腸を通過するのに２４時間またはそれ以上容易に掛かってしまう。もっとも、この時間は、運動向上薬（motility-enhancing drug）によって短縮することができる。従って、既存のシステムを用いて大腸のイメージングを行う場合、患者は、アンテナアレイを含む基地局とデータ記録装置とをより長い時間装着することを求められる。
【００１２】
検査時間が増加すると、論理計算が複雑になる。イメージング前に大腸の中を空にし、カメラから大腸壁を見えにくくするであろう消化または部分的に消化された食物が大腸中にない状態が保たれなければならない。大腸内で細菌によって代謝される任意の飲物、例えばフルーツジュースやソーダなどは、そこで直ちに混濁することになる。それゆえ、経口投与される自走式カプセルにより大腸をイメージングするのであれば、患者は、おおよそ少なくとも下剤を摂取した時間からカプセルが通過する時間まで（消化された食物または飲物が大腸中のカメラに届くのに要する時間を引く）の間は流体（水を除く）の飲食を控えなければならない。たとえ運動向上薬を用いる場合でも、カプセルを飲み込んでから少なくとも８時間は絶食を持続しなければならない。それに比べて、小腸単独のイメージングであれば絶食は数時間である。通常の診察時間の間データ記録装置及びアンテナアレイが装着されるという実際的要求から、そして装置が取り付けられたまま寝ることは厄介であろうという事実によって、検査のタイミングには更なる制限が生じる。これらの実務的制約条件は全て、断食の不快感を最小にし、１つの診療所または１人の臨床医が検査できる患者の数を最大にするような、患者と臨床医の双方に都合のよいプロトコルをデザインすることを難しくする。
【００１３】
特許文献１２は、身体から通り過ぎた後で回収され得るような飲み込み型データ記録装置カプセルについて記述している。しかし、このシステムは、高価で希少な超高密度原子分解能記憶（ＡＲＳ）媒体を条件として指定する。特許文献１３は、位置情報に左右されて配置されるバルーンを有するカプセルを示している。
【特許文献１】米国仮特許出願第６０／７３０，７９７号明細書
【特許文献２】米国仮特許出願第６０／７３９，１６２号明細書
【特許文献３】米国仮特許出願第６０／７６０，０７９号明細書
【特許文献４】米国仮特許出願第６０／７６０，７９４号明細書
【特許文献５】米国非仮特許出願第１１／５３３，３０４号明細書
【特許文献６】米国特許第５，６０４，５３１号明細書
【特許文献７】米国特許第６，７０９，３８７号明細書
【特許文献８】米国特許第６，４２８，４６９号明細書
【特許文献９】米国特許第４，２７８，０７７号明細書
【特許文献１０】米国特許第４，２７８，０７７号明細書
【特許文献１１】米国特許第６，９３９，２９２号明細書
【特許文献１２】米国特許第６，８００，０６０号明細書
【特許文献１３】米国特許出願公開ＵＳ２００５／０１８３７３３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
今日では、半導体メモリは、安価であり、低電力であり、複数の供給源から容易に入手可能であり、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）及びセンサエレクトロニクス（即ちデータ送信装置）、及びパーソナルコンピュータ（即ちデータ宛先）とフォーマット変換デバイスなしで互換性がある。本発明の一実施形態は、商業半導体メモリ（即ち既製の メモリ、または工業標準のメモリ製造プロセスまたはすぐに利用できるメモリ製造プロセスを用いて製造されたメモリ）を用いて画像が「内蔵式記憶装置」に記憶されることを可能にする。大腸などの領域において数多くの診断画像の取得を可能にするために、本発明の方法は、カメラの動きを検出することによって半導体メモリに記憶される画像の数を制御する。本発明の一実施形態は、長い時間の間、カプセルは消化管内で動かないかまたはカメラの視界に入っている消化管の一部分に変化がないかいずれかであるという事実をうまく利用している。そのような期間の間、画像は記憶される必要がない。
【００１５】
本発明の別の態様に従って、専門のフレームバッファが提供される。６４０×４８０解像度のＶＧＡ画像は３００，０００画素を有するので、そのような画素の各々が１バイトのデータ（例えば８ビット）によって同程度に表されるならば、画像は２．４Ｍビットのフレームバッファ（「標準サイズのフレームバッファ」）を必要とする。物理的制約条件及び電力制限があるので、実際には、カプセルカメラは、標準サイズのフレームバッファの小部分しか与えることができない。本発明の一実施形態は、それゆえ、カプセルにおいて使用可能な限られた処理能力及び限られたメモリサイズを考慮してストレージ要求を低減する高効率画像圧縮（下記の注１を参照）アルゴリズムを提供する。一実施形態において、１若しくは複数の「部分フレームバッファ」が与えられ、各部分フレームバッファは、標準サイズのフレームバッファよりかなり小さい。ビット当たりのメモリ回路サイズは小さくなりつづけているので、本発明の方法は、より高いセンサ解像度を達成することができるようにしたより大きなメモリサイズを用いることがある。（注１：デジタル画像は適切な不可逆的圧縮技術を用いて圧縮されることがある。）
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の一実施形態に従って、カプセルカメラ装置及び方法は、飲み込むことができるハウジングと、ハウジング内の光源と、光源によって照射される部位の第１のデジタル画像及び第２のデジタル画像をキャプチャするためのハウジング内のカメラと、第１のデジタル画像及び第２のデジタル画像を用いてハウジングの動きを検出する動き検出器と、動きの測定量（メトリック）に基づき更なる処理のためにデジタル画像の１つを指定する動き評価器とを提供する。更なる処理には、アーカイバル記憶装置への第２の画像の書き込み、画像の削除、またはワイヤレス通信リンクにのせて第２のデジタル画像の外部レシーバへの送信が含まれることがある。
【００１７】
本発明の一実施形態に従って、カプセルカメラ装置及び方法は、飲み込むことができるハウジングと、ハウジング内の光源と、光源によって照射される部位のデジタル画像をキャプチャするためのハウジング内のカメラとを提供する。
【００１８】
一実施形態に従って、アーカイバル記憶装置は、半導体メモリデバイス、例えばフラッシュメモリデバイスなどであることがある。カプセルには、例えばハウジング上のフィードスルーで設けられることがあるコネクタを介してアーカイバル記憶装置にアクセスするための出力ポートが含まれることがある。一実施形態において、カプセルは外部電源から電力を受け取ることができ、それによって、たとえカプセルの自家内蔵式電源の電力が使い果たされたとしてもアーカイバル記憶装置へのアクセスができる。
【００１９】
本発明の一実施形態に従って、動き検出は各画像の一部を用いて行われ、当該一部は部分フレームバッファに記憶されている。一実施形態においては、２つの部分フレームバッファが、それぞれオペランド部分フレームバッファ、参照フレームバッファとして用いられる。参照フレームバッファは、以前に記憶または伝送されたデジタル画像を含むフレームバッファである。オペランド部分フレームバッファ内の画像が記憶されないことに決まると、当該部分フレームバッファは、動きが検出される次のデジタル画像に上書きされることがある。さもなければ、オペランド部分フレームバッファは次の参照部分フレームバッファに指定されることになり、現参照部分フレームバッファは次のオペランド部分フレームバッファに指定される。
【００２０】
本発明の一実施形態に従って、動き検出は、例えばデジタル画像間の絶対差、動きベクトルを算出することによって、または画像の「質量中心」を比較することによって、実行される。そのような各方法において、測定量は、検出された動きの度合いを示す。そのような測定量は、画像のそれぞれの輝度に基づき、画像の質量中心間の「距離」、検出されたゼロ動きベクトルの数、または平均絶対差からの全分散を含むことがある。
【００２１】
本発明の一実施形態に従って、画像に加えて、カプセルカメラ装置は、ｐＨ、温度、または圧力などの追加の環境パラメータを検出するための１若しくは複数の２次センサを設ける。
【００２２】
指定されたデジタル画像がワイヤレスリンクにのせて伝送されるような本発明の一実施形態に従って、伝送に先立ちデータを符号化するためのプロトコル・エンコーダが設けられる。伝送されたデータは、ワイヤレスリンクにのせて基地局によって受信される。基地局はまた、ワークステーションへのインタフェース及びアーカイバル記憶装置を含むこともある。次に、アーカイバル記憶装置に記憶されたデータは、ワークステーションによるアクセスに利用できるようにされることがある。動き検出器が基地局に設けられることがあり、それによって、ある画像をアーカイバルシステムに記憶するかあるいは記憶しないかの判断が基地局でなされることができる。カプセルと基地局間の通信は、基地局及びカプセルに各々トランスミッタ及びレシーバ（即ちトランシーバ）を含むことによって双方向になされ得る。
【００２３】
本発明の一実施形態に従って、デジタル画像の圧縮は、画像処理の種々の段階に対して各段階で画像がどのように用いられることを目的としているかによって異なる圧縮比を与え得るような画像圧縮アルゴリズムを用いて成し遂げられる。例えば、デジタル画像が動き検出されているときに第１の圧縮比が与えられ、記憶またはワイヤレス伝送のために第２の圧縮比が与えられる。
【００２４】
本発明の一実施形態に従って、カプセルカメラは、消化管に沿って選択的に捕えられる画像を記憶する内蔵式半導体メモリデバイスを有する。動き検出は、更に処理されるためにキャプチャされる画像のサブセットのみを選択する。結果として、本発明の装置は、小さなフレームバッファ、即ち、先行技術において必要であると考えられていた大きさのごく一部であるフレームバッファしか必要としない。
【００２５】
本発明の別の実施形態に従って、デジタルワイヤレス通信が可能なカプセルカメラは、規制認可された帯域における画像のワイヤレス伝送を可能にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図１には、本発明の一実施形態に従って身体の管腔００内の飲み込み型カプセルシステム０１を示す。管腔００は、例えば、大腸、小腸、食道、または胃であることがある。カプセルシステム０１は、体内にある間は完全自走式であり、その素子の全ては防湿バリアを与えるカプセルハウジング１０にカプセル化されていて、内部構成要素が体液から保護されている。カプセルハウジング１０は透明であるので、照射系１２の発光ダイオード（ＬＥＤ）からの光はカプセルハウジング１０の壁を通過して管腔００の壁に至ることができ、管腔００の壁からの散乱光はカプセル内に集められかつイメージングされることができる。カプセルハウジング１０はまた、管腔００をカプセルハウジング１０の内の異物と直接接触しないように保護する。カプセルハウジング１０は、飲み込み易くかつその後は消化管を通過することができるような形状が与えられる。一般的に、カプセルハウジング１０は、滅菌され、非有毒物質でできており、管腔内に最小限しか留まらないように十分に滑らかである。
【００２７】
図１に示されているように、カプセルシステム０１には、照射系１２と、光学系１４及び画像センサ１６を含むカメラとが含まれる。画像センサ１６によってキャプチャされる画像は、カプセルがカメラの光学的視野内で消化管の一部に対して動いているか否かを判定する画像ベースの動き検出器１８によって処理されることがある。画像ベースの動き検出器１８は、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）または中央処理装置（ＣＰＵ）上でランするソフトウエア、ハードウエア、またはソフトウエアとハードウエアの両方の組合せにより実現され得る。画像ベースの動き検出器１８は１若しくは複数の部分フレームバッファを有することがあり、カプセルが回収された後に体外のドッキング・ステーションで画像を取り出すことができるように半導体不揮発性アーカイバルメモリ２０が設けられることがある。システム０１は、バッテリー電源２４及び出力ポート２８を含む。カプセルシステム０１は、消化管の蠕動運動によって消化管内部を進行してゆくことがある。
【００２８】
照射系１２は、ＬＥＤによって実現されることがある。図１において、ＬＥＤはカメラのアパーチャ（開口部）に隣接して配置されている。もっとも、他の構成も可能である。光源が例えばアパーチャの後方に設けられることもある。他の光源、例えばレーザダイオードなどが用いられることもある。あるいは、白色光源、または２若しくはそれ以上の狭い波長帯域の光源の組合せが用いられることもある。ＬＥＤ光によって励起されてより長い波長で光を放射するような燐光性物質とともに、青色ＬＥＤまたは紫色ＬＥＤを含み得る白色ＬＥＤが利用可能である。光を通過させるカプセルハウジング１０の部分は、生体適合性ガラスまたはポリマーによって製造されることがある。
【００２９】
光学系１４は、複数の屈折性、回折性または反射性レンズ素子を含むことがあり、画像センサ１６上に管腔壁の画像を与える。画像センサ１６は、受け取った光の強度を対応する電気信号に変換する電荷結合素子（ＣＣＤ）または相補形金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）型デバイスによって提供されることがある。画像センサ１６は、単色応答を有するかあるいは（例えば、ＲＧＢまたはＣＹＭ 表現を用いて）カラー画像がキャプチャされ得るようにカラーフィルタアレイを含むことがある。画像センサ１６からのアナログ信号は、デジタル形式で処理されることができるようにデジタル形式に変換されるのが好ましい。そのような変換はアナログ‐デジタル（Ａ／Ｄ）変換器を用いて達成されることがあり、変換器は、（今このケースでそうであるように）センサの内部に、あるいはカプセルハウジング１０内の別の部分に設けられることがある。Ａ／Ｄ変換器は、画像センサ１６と残りのシステムとの間に設けられることがある。照射系１２中のＬＥＤは、画像センサ１６の動作と同期化される。制御モジュール２２の１つの機能は、画像キャプチャ動作中にＬＥＤを制御することである。
【００３０】
動き検出モジュール１８は、使用可能な限りある記憶空間を節約するために、ある画像が前画像と比べて十分な動きを示すときに、その画像を選択して保存する。画像は、内蔵式アーカイバルメモリシステム２０に記憶される。図１に示されている出力ポート２６は、生体内では作動状態にないが、体を通過してカプセルが回収された後、データをワークステーションにアップロードする。動き検出は、画像キャプチャレート（即ち、カメラが画像をキャプチャする周波数）を調整するためにも用いられることができる。カプセルが動いているときにキャプチャレートを上げることが望ましい。カプセルが同じ場所に留まっているならば、バッテリー電力を節約するために画像をキャプチャする頻度を少なくするのが望ましいであろう。
【００３１】
図２は、カプセルカメラ作動中の情報フローの機能ブロック図である。光学系１１４を除いて、これらの機能全てが１つの集積回路上に実装されることがある。図２に示されているように、光学系１１４は、照射系１２及び光学系１４の両方を表し、画像センサ１６上に管腔壁の画像を与える。キャプチャされても、現画像が前画像と十分に異なるか否かを判定する動き検出回路１８に基づきアーカイバルメモリ２０には記憶されないことになる画像がある。画像が前画像と十分に異なると見なされなければ、その画像は放棄されることがある。２次センサ（ｐＨセンサ、熱センサ、または圧力センサなど）が設けられることがある。２次センサからのデータは、２次センサ回路１２１によって処理され、アーカイバルメモリ２０に送られる。検査（計測）結果には、タイムスタンプが付与されることがある。制御モジュール２２は、マイクロプロセッサ、状態遷移機械またはランダム論理回路、またはこれらの回路の任意の組合せで構成されることがあり、モジュールの動作を制御する。例えば、制御モジュール２２は、画像センサ１６または動き検出回路１８からのデータを用いて、画像センサ１６の露光を調整することがある。
【００３２】
アーカイバルメモリシステム２０は、１若しくは複数の不揮発性半導体メモリデバイスによって実現されることができる。数多くのメモリ型が使用可能であり、画像センシング及びストレージのために写真フィルムを用いることさえもできる。画像データは、動き検出などのデジタル画像処理技術のためにデジタル化されるので、デジタルデータに適合するメモリ技術が選択される。もちろん、２次元技術を用いて量産される半導体メモリ（今日の実質的に全ての集積回路を表すものである）が最も便利である。そのようなメモリは、安価であり、複数の供給源から入手できよう。半導体メモリは、最も相性がよい。というのも、半導体メモリは、センサ及びカプセルシステム０１の他の回路と共通電源を共有し、出力ポート２６でアップロードデバイスとインタフェースをとられるときにデータ変換をほとんどまたは全く必要としないからである。アーカイバルメモリシステム２０は、動作中、動作後でカプセルが体内にある間、カプセルが体外に出た後に回収されたデータを、データがアップロードされる時間まで保存する。この期間は、概ね２〜３日以内である。カプセルのバッテリー電力が切れた後でさえも、電力を消費することなくデータが保持されるので、不揮発性メモリが好ましい。適切な不揮発性メモリには、フラッシュメモリ、ライトワンス（追記型）メモリ、またはプログラムワンス・リードワンス（program-once-read-once）メモリが含まれる。あるいは、アーカイバルメモリシステム２０は、揮発性かつ静的（例えば、静的ランダムアクセルメモリ（ＳＲＡＭ）またはその異形であるＶＳＲＡＭ、ＰＳＲＡＭなど）であることがある。代わりに、メモリは動的ランダムアクセルメモリ（ＤＲＡＭ）である場合がある。
【００３３】
アーカイバルメモリ２０は、カプセルシステム０１の動作を開始するための任意の初期設定情報（例えば、ブートアップコード及び初期レジスタ値）を保持するために用いられることがある。従って、第２の不揮発性メモリ即ちフラッシュメモリの費用が抑制され得る。不揮発性のその部分は、選択されたキャプチャされた画像を記憶するために動作中に上書きされることもできる。
【００３４】
カプセルは、身体から出た後に回収される。カプセルハウジング１０は開けられ、入力ポート１６は、記憶及び解析のためにコンピュータワークステーションへデータを転送するためのアップロードデバイスに接続される。データ転送プロセスを図３の機能ブロック図に示す。図３に示されているように、カプセルシステム０１の出力ポート２６には、アップロードデバイスの入力ポートでコネクタ３７と結合する電気コネクタ３５が含まれる。図３には１つのコネクタであるように示されているが、これらのコネクタは、データがシリアルにまたは並列バスによって転送されることができるように幾つかの導体として実現されることもあり、電力はアップロードデバイスからカプセルへ転送されることがあり、それによってカプセル・バッテリーがデータ・アップロードのための電力を供給する必要をなくす。
【００３５】
出力ポート２６との電気的接続をとるために、カプセルハウジング１０は、破壊、切断、融解、または別の技術によって、裂け目を作られることがある。カプセルハウジング１０は、シールを形成するためにおそらくはガスケットにより加圧嵌合されてはいるがコネクタ３５を露出するように引き離すことができる２若しくはそれ以上の部品を含むことがある。コネクタの機械的結合は、カプセル開口プロセスに続くことがあり、あるいは同プロセスの一部であることがある。これらのプロセスは、カスタム工具の有無を問わず手動で達成されることがあり、あるいは機械によって自動的または半自動的に実行されることがある。
【００３６】
図４に、カプセルシステム０１からワークステーション５１へ流れる情報フローを示すデータ転送プロセスを模式的に示す。ワークステーション５１で、データはコンピュータハードドライブなどの記憶媒体に書き込まれる。図４に示されているように、データは、カプセルシステム０１の出力ポート２６とアップロードデバイス５０の入力ポート３６間の伝送媒体４３にのせてアーカイバルメモリ２０から取り出される。伝送リンクは、既存のまたは特注の通信プロトコルを用いることができる。伝送媒体は、図３に示されているコネクタ３５及び３７を含むことがあり、図３には示されていないケーブルを含むこともある。アップロードデバイス５０は、インタフェース５３を介してコンピュータワークステーション５１へデータを転送する。インタフェース５３は、標準的なインタフェース、例えばＵＳＢインタフェースなどによって実現されることがある。転送は、ローカルエリアネットワークまたはワイドエリアネットワークによって生じることもある。アップロードデバイス５０は、データをバッファリングするためのメモリを有することがある。
【００３７】
図５ないし図７はそれぞれ、本発明の一実施形態に従って、（ａ）動き検出器１８のための実現例（図５において符号５００が付されている）を示すブロック図、（ｂ）実現例５００における動き検出に関連する動作を示すフローチャート、（ｃ）実現例５００におけるデータ記憶に関連する動作を示すフローチャートである。図５ないし図７に示されているように、現デジタル化画像が受信され（ステップ２１０，図７）、処理回路５０１において、クロッピング、ローパスフィルタリング、サブサンプリング、デシメーションなどの技術を用いて処理され、選択された解像度で更に処理するための画像データが準備される（ステップ６０１，図６）。処理された画像の一部が動き検出のために選択される。この部分は、画像の残りの部分より高い解像度で表されることがある。
【００３８】
色空間変換が色空間コンバータ５０２において行われることがあり、色空間コンバータ５０２は、画像データを例えばＲＧＢ表現からＣＹＭ表現またはＹＵＶ表現（即ち輝度及び色度）に変換する。このようにして、画像は、動き検出に用いられたものとは異なる表現を用いてキャプチャされるかまたはアーカイブされることがある。画像はその後、２つの部分フレームバッファ５０４ａ及び５０４ｂのうち一方に記憶される   （ステップ６０２，図６）。部分フレームバッファ５０４ａ及び５０４ｂのうち他の一方は、前の記憶された画像である参照画像を含む。
【００３９】
回路５０５は、動き推定回路５０５において識別される動きベクトルを評価することによって、現画像を参照画像と比較する。動きベクトルを識別するために、ステップ６０３（図６）で、現画像及び参照画像は各々Ｍ×Ｎ個のブロックに分割される。ここで、Ｍ及びＮは整数である。現画像中の各ブロックに対して、ブロックの位置の選択された距離内のサーチ領域の参照画像において最も一致するもの（ベストマッチ）が捜し出される（ステップ６０４，図６）。ブロックに対する動きベクトルは、ブロックとそのベストマッチとの間の並進ベクトルである。動きベクトルは、動きベクトル行列５０６に記憶される。次に、動き検出演算または評価回路５０７が結果を評価し、現画像が記憶されるべきか否かを判定する。この例では、ゼロ動きベクトル（即ち［０，０］）の数が数えられる。ゼロ動きベクトルの総数がしきい値を超えたら（ステップ６０６またはステップ２４０，図６または図７）、動きは検出されない。逆に、ゼロベクトルの数がしきい値より少なければ、動きは検出される。しきい値は、回路設計に組み込まれるか、初期化プロセス中に非揮発性メモリ（例えばフラッシュメモリ）から獲得されるか、またはワイヤレス伝送（下記参照）を用いて外部から受信されることがある。動作中に、しきい値は、制御モジュール２２または動き検出器１８のいずれかにおいてレジスタから読まれることがある。あるいは、しきい値は、アーカイバルメモリシステム２０またはバッファリングメモリ５１０にどれだけの空き容量が残っているかに基づいて動的に決定されることもある。
【００４０】
一部の実施形態において、消化管の長さに沿った前進方向（即ち＋ｙ方向）の動きベクトルのみが着目されることに留意されたい。‐ｙ方向の動きは、退行の動きを表す。おそらくは、退行の動きの後の光学的視野は、既に前もってキャプチャされている。あるいは、動きベクトルのｘ成分に与えられた重みを減らすことができるので、ｘ成分の動きを有する動きベクトルの中には［０，０］に丸められることができるものもある。
【００４１】
動きが検出されると、（バッファリングメモリ５１０に記憶されている）現画像の圧縮されたコピーがアーカイビングメモリ２０に記憶される（ステップ２５０，図７）ように動き検出信号５０８がアサートされる。現画像を含む方の部分フレームバッファ５０４ａまたは５０４ｂは、新たな参照画像になるようにマークが付けられ、そうでない方の部分フレームバッファ（即ち現参照画像を含むバッファ）は、次の現画像によって上書きされるために利用可能にしておかれる（ステップ２６０，図７）。現画像が記憶されることにならないならば、現画像を含む部分フレームバッファは、次の現画像によって上書きされることができる。現画像がアーカイバルメモリ２０に記憶される前に、画像圧縮回路５０９は、選択されたデータ圧縮アルゴリズムに従って現画像を圧縮する（ステップ２２０，図７）。次にデータバッファ５１０中の圧縮された画像が制御モジュール２２の制御下でアーカイバルメモリ２０に転送される（ステップ２３０，図７）。当然のことながら、ステップ２２０及びステップ２３０は、動き検出と同時に実行できる。
【００４２】
動きベクトルを用いる代わりに、現画像と参照画像間の絶対差を用いて動き検出を行うこともできる。図８に、絶対差アプローチを用いた実現例８００を示す。実現例８００は、図５の実現例５００と実質的に同じように動作するが、図５の動き推定回路５０５、動きベクトル行列５０６及び動き検出演算回路５０８がブロック絶対差論理８０５、平均絶対差アレイ８０６及び動き検出回路８０７に置き換えられている点が異なる。図９は、実現例８００における動き検出に関連する動作を示すフローチャートである。図９は、上記した図６と多くの動作を共有する。以下の考察を簡単にするため、図６の対応するステップと実質的に同じである図９の動作には、同じ参照番号が割り当てられている。実現例８００のための記憶動作は、実現例５００の対応する動作と実質的に同じである。これらの動作については図７を参照されたい。
【００４３】
図７ないし図９に示されているように、現デジタル化画像が、受信され（ステップ２１０，図７）、処理回路５０１において、クロッピング、ローパスフィルタリング、サブサンプリング、デシメーションなどの技術を用いて処理され、選択された解像度で更に処理するための画像データが準備される（ステップ６０１，図９）。処理された画像の一部が動き検出のために選択される。上記したように、この部分は画像の残りの部分より高い解像度で表されることがある。実現例５００においてそうであるように、色空間コンバータ５０２において色空間変換が行われることがある。画像はその後、２つの部分フレームバッファ５０４ａ及び５０４ｂ（ステップ６０２，図９）のうち一方に記憶される。部分フレームバッファ５０４ａ及び５０４ｂのうち他の一方は、前の記憶された画像である参照画像を含む。
【００４４】
回路８０５は、２つの画像間の絶対差を評価することによって現画像を参照画像と比較する。差を識別するために、ステップ６０３（図９）で、現画像及び参照画像は各々Ｍ×Ｎ個のブロックに分割される。ここで、Ｍ及びＮは整数である。各対応するブロックのペア（即ち、現画像中のあるブロックと、参照画像中の対応する位置におけるブロック）において、現画像中の各画素（例えば輝度値）と参照画像中の対応する画素間の絶対差がブロック絶対差論理回路８０５において捜し出される（ステップ９０４，図９）。ブロックに対してＡＤｉ（ｉ＝１，...，Ｍ×Ｎ）で表される絶対差の平均が、平均絶対差アレイ８０６において求められかつ供給される。次に、動き検出演算回路５０７が結果を評価し、現画像が記憶されるべきか否かを判定する。この例では、ステップ９０５（図９）で、画像の一部分に対する平均絶対差
【数１】
2009513283.tif 000003
が計算される。次に、
【数２】
2009513283.tif 000004
で与えられる全分散が求められる。全分散がしきい値を超えたら（ステップ９０６または２４０，図９または図７）、動きが検出されたと見なされる。逆に、全分散νがしきい値以下であれば、動きは検出されないと見なされる。動きが検出されたら、動き検出信号５０８がアサートされ、それによって現画像がアーカイビングメモリ２０に記憶されるようにする（ステップ２５０，図７）。現画像を含む方の部分フレームバッファ５０４ａまたは５０４ｂは、新たな参照画像になるようにマークが付けられ、そうでない方の部分フレームバッファ（即ち、現参照画像を含む部分フレームバッファ）は、次の現画像によって上書きされるために利用可能にしておかれる（ステップ２６０，図７）。現画像が記憶されることにならないならば、現画像を含む部分フレームバッファは、次の現画像によって上書きされることができる。現画像がアーカイバルメモリ２０に記憶される前に、画像圧縮回路５０９は選択されたデータ圧縮アルゴリズムに従って現画像を圧縮する（ステップ２２０，図７）。次に、データバッファ５１０中の圧縮された画像が制御モジュール２２の制御下でアーカイバルメモリ２０に転送される（ステップ２３０，図７）。当然のことながら、ステップ２２０及びステップ２３０は、動き検出と同時に実行できる。
【００４５】
動きベクトルまたは絶対差を用いる代わりに、本発明のさらに別の実施形態に従って、「質量中心」アプローチを用いて動き検出を行うこともできる。図１０に、質量中心アプローチを用いた実現例１０００を示す。実現例１０００は、図５の実現例５００における対応する動作と実質的に同じである動作を含む。これらの対応する動作には、図５ないし図１０で、同じ参照番号が割り当てられている。図１１及び図１２は、それぞれ、実現例１０００における動き検出及びデータ記憶に関連する動作を示すフローチャートである。図１１及び図１２は、上記した図６及び図７と多くの動作を共有する。以下の考察を簡単にするため、図６及び図７の対応する動作と実質的に同じである図１１及び図１２の動作には、同じ参照番号が割り当てられている。
【００４６】
図１０ないし図１２に示されているように、現デジタル化画像が受信され（ステップ２１０，図１２）、処理回路５０１において、クロッピング、ローパスフィルタリング、サブサンプリング、デシメーションなどの技術を用いて処理され、選択された解像度で更に処理するための画像データが準備される（ステップ６０１，図１１）。実現例５００と同様に、色空間変換が色空間コンバータ５０２において行われることがある。実現例において、現画像の各画素における輝度の値は、ラスタスキャン／ブロックコンバータ１００１においてＭ×Ｎ個のブロックに記憶される（ステップ１１０１，図１１）。次に、質量中心論理回路１００２が、画像に対して質量中心を計算する。質量中心を計算するために、先ず、各ブロックの平均輝度ＡＩｉｊ（ｉ＝１，...，Ｍ、ｊ＝１，...，Ｎ）が計算される（ステップ１１０４，図１１）。全てのブロックの平均輝度の合計Ｄ、即ち
【数３】
2009513283.tif 000005
が計算される。次に、直交方向に沿ってモーメントＥｘ及びＥｙが計算される。モーメントは、次式で与えられる。
【数４】
2009513283.tif 000006
【数５】
2009513283.tif 000007
画像に対する質量中心
【数６】
2009513283.tif 000008
は、次式で与えられる。
【数７】
2009513283.tif 000009
【数８】
2009513283.tif 000010
【００４７】
参照質量中心
【数９】
2009513283.tif 000011
の値は、前の記憶された画像の質量中心に対応するものであるが、参照レジスタ１００３に記憶される。次に、動き検出演算回路１００４が結果を評価し、現画像が記憶されるべきか否かを判定する。この例では、ステップ１１０５（図１１）で、直交方向に沿った現画像の質量中心と参照画像の質量中心との差の値Ｄｘ及びＤｙが計算される。これらの差は、次式によって与えられる。
【数１０】
2009513283.tif 000012
【数１１】
2009513283.tif 000013
次に、測定量
【数１２】
2009513283.tif 000014
が、現画像における動きに対する尺度を与える。測定量Ｓがしきい値を超えたら（ステップ１１０６またはステップ２４０，図１１または図１２）、動きは検出されると考えられる。逆に、測定量Ｓがしきい値より小さければ、動きは検出されないと考えられる。一部の実施形態においては、消化管に沿った前進方向（即ち＋ｙ方向）の動きのみが着目される。‐ｙ方向の動きは、退行の動きを表す。そのような状況では、測定量Ｓは単純にＤｘまたはＤｙであることがある。あるいは、ｙ方向の質量中心のシフトにより大きな重みが与えられることがある。
【数１３】
2009513283.tif 000015
【００４８】
動きが検出されると、（バッファリングメモリ５１０にある）現画像の圧縮コピーがアーカイビングメモリ２０に記憶される（ステップ２５０，図１２）ように動き検出信号５０８がアサートされる。現質量中心値は、参照レジスタ１００３に記憶される（ステップ２６０，図１２）。現画像がアーカイバルメモリ２０に記憶される前に、画像圧縮回路５０９が、選択されたデータ圧縮アルゴリズムに従って現画像を圧縮する（ステップ２２０，図１２）。次にデータバッファ５１０中の圧縮された画像が制御モジュール２２の制御下でアーカイバルメモリ２０に転送される（ステップ２３０，図１２）。当然のことながら、ステップ２２０及びステップ２３０は、動き検出と同時に実行できる。
【００４９】
一実現例においては、カプセルは、人の力を借りずに直腸から出て、患者によって回収され、その後、診療所に持って行かれてそこでデータがワークステーション上にアップロードされる。あるいは、患者はアップロードデバイスを自宅に供与されることもできる。カプセルが回収されるとき、カプセルは患者によって開けられてもよく、上記した入力ポート（アップロードデバイス側）及び出力ポート（カプセル側）でコネクタを用いて接続がとられる。データはアップロードされ、その後、臨床医ワークステーションへ転送される（例えば、電話線、またはインターネットなどのワイドエリアネットワークにのせて伝送される）。あるいは、カプセルは、別の人体の開口部（肛門ではない）から、またはカテーテルを介して、または外科手術によって、身体から取り除かれることもあり得る。
【００５０】
あるいは、データは、カプセルハウジングを壊すことなくカプセルから光学的または電磁的に回収されることがある。例えば、出力ポートは、変調光源、例えばＬＥＤを含むことがあり、入力ポートは、フォトダイオードセンサを含むことがある。誘導または容量結合または無線周波数（ＲＦ）リンクは、データ転送の別の選択肢であり得る。そのような場合、カプセルは出力ポートに電力を供給しなければならないか、あるいは電力がアップロードデバイスから誘導的に供給される。そのような解決策は、カプセルのサイズ及び費用に影響を与えることがある。
【００５１】
カプセルの出力ポートにおけるコネクタには、ハウジング壁に埋め込まれた気密またはほぼ気密のバルクヘッド・フィードスルーが与えられることがあり、それによってカプセルの出力ポートにあるコネクタとアップロードデバイスにあるその嵌合相手との間で、シールを破ることなく電気的接続をとることができる。そのような構成は、カプセルの再使用を可能にする。滅菌、再充電、試験、再パッケージングして別の患者に届ける費用がカプセルの費用を上回るかまたはほぼ等しくなるとき、１回使用後に処分されるカプセルは好ましい。メモリは必ずしも上書き可能でなくてもよいし、要求される耐久性は再使用可能なシステムに要求されるものよりも低いので、使い捨てカプセルをより小型化してより安価にすることができる。
【００５２】
画像をカメラ内に記憶する代わりになる望ましい手段は、ワイヤレスリンクにのせて画像を伝送することである。本発明の一実施形態においては、データは記録装置を有する基地局へワイヤレスデジタル伝送を介して送出される。そのような実現例において利用可能なメモリ空間はあまり懸念しなくてよいので、より高い画像品質を達成するためにより高い画像解像度が用いられることがある。更に、例えばプロトコル符号化方式を用いて、データはよりロバストかつ耐ノイズ性のある（noise-resilient）方法で基地局へ伝送されることがある。より高い解像度の１つの不利な条件は、より高い出力及び帯域幅の規定である。本発明の一実施形態は、実質的に上記した記憶するべき画像を選択するための選択基準を用いて、選択された画像のみを伝送する。このようにして、より低いデータレートが達成され、それによって、生じたデジタルワイヤレス伝送が規制認可されたＭＩＳＣ（Medical Implant Service Communication）帯域の狭帯域幅制限の範囲内に収まる。それに加えて、より低いデータレートは、ビット当たりの伝送出力をより高くできるので、よりエラー回復力のある（error-resilient）伝送が得られる。その結果、体外でより長い距離（例えば６フィート即ち１．８２９メートル）を伝送することが可能なので、伝送のためのアンテナを不便なベストに入れたり体に装着したりする必要がない。信号がＭＩＳＣ要求に従っていれば、そのような伝送は、ＦＣＣやその他の規則に違反することなく屋外で行われることがある。
【００５３】
図１３は、本発明の一実施形態に従って飲み込み型カプセルシステム０２を示す。カプセルシステム０２は、図１のカプセルシステム０１と実質的に同じであるが、アーカイバルメモリシステム２０及び出力ポート２６がもはや必要ではない点が異なるように構成され得る。カプセルシステム０２はまた、ワイヤレス伝送において用いられる通信プロトコル・エンコーダ１３２０及びトランスミッタ１３２６を含む。従って、実質的に同じであるカプセル０１及びカプセル０２の素子には同一の参照番号が付されている。それゆえ、それらの構成及び機能についてはここで再度説明しない。通信プロトコル・エンコーダ１３２０は、ＤＳＰまたはＣＰＵ上でランするソフトウエア、ハードウエア、またはソフトウエアとハードウエアの組合せにより実現される。トランスミッタ１３２６は、キャプチャされたデジタル画像を伝送するためのアンテナシステムを含む。
【００５４】
図１４は、カプセルカメラ動作中のカプセルシステム０２の実現例１４００の情報フローの機能ブロック図である。ブロック１４０１及び１４０２に示されている機能は、それぞれカプセル内とレシーバ１３３２を有する外部基地局で行われる機能である。光学系１１４を除いて、ブロック１４０１の機能が１つの集積回路上に実現されることがある。図１４に示されているように、光学系１１４は、照射系１２及び光学系１４の両方を表し、画像センサ１６上に管腔壁の画像を与える。現画像が前画像と十分に異なるか否かを判定する動き検出回路１８に基づき、キャプチャされるがカプセルシステム０２から伝送されない画像もあるであろう。図６ないし図１２とともに上記した動き検出のためのモジュー及び方法は全て、カプセルシステム０２にも適用可能である。画像が前画像と十分に異なると見なされなければ、その画像は放棄されることがある。伝送のために選択された画像は、プロトコル・エンコーダ１３２０によって伝送のために処理される。２次センサ（ｐＨセンサ、熱センサ、または圧力センサなど）が設けられることがある。２次センサからのデータは、２次センサ回路１２１によって処理され、プロトコル・エンコーダ１３２０に供給される。検査（計測）結果には、タイムスタンプが付与されることがある。プロトコル・エンコーダ１３２０によって処理される検査（計測）結果及び画像は、アンテナ１３２８を経由して伝送される。制御モジュール２２は、マイクロプロセッサ、状態遷移機械またはランダム論理回路、またはこれらの回路の任意の組合せで構成されることがあり、カプセルシステム０２におけるモジュールの動作を制御する。上記したように、カプセルが意味のある距離または方位を移動したか否かに基づいてキャプチャされた画像を選択する利点は、ワイヤレス伝送のためにキャプチャされた画像を選択するためにも応用できる。このようにして、前に伝送された１つの画像に何か新しい情報を追加しない画像は伝送されない。従って、そうしなければ画像を伝送するために必要とされたであろう貴重なバッテリー電力は節約される。
【００５５】
図１４に示されているように、体外のブロック１４０２で表される基地局は、レシーバ１３３２のアンテナ１３３１を用いてワイヤレス伝送を受信する。プロトコル・デコーダ１３３３は、伝送されたデータを復号化（デコード）し、キャプチャされた画像を元の状態に戻す。元の状態に戻されたキャプチャされた画像は、アーカイバル記憶装置１３３４に記憶され、あとで開業医（医師や熟練技術者など）が画像を解析することができるワークステーションへ供給されることがある。制御モジュール１３３６は、制御モジュール２２と同じように実現されることがあるもので、基地局の機能を制御する。カプセルシステム０２は、伝送出力を節約するために圧縮を用いることがある。動き検出器１８中の伝送された画像において圧縮が用いられるならば、基地局１４０２に圧縮解除手段が設けられるか、あるいは画像が、見られるかあるいは処理されるときに、ワークステーションにおいて圧縮解除されることがある。色空間コンバータが基地局に設けられることがあるので、画像データ記憶に用いられた色空間とは異なる動き検出に用いられた空間に、伝送された画像が表示されることがある。
【００５６】
あるいは、動き検出及び画像圧縮は非常に複雑なソフトウエアまたは回路、またはその両方を必要とする機能であるので、より簡素な実現例が望ましいならば、重複画像を排除するために基地局において動き検出が行われてもよい。消化管の全長に沿ってキャプチャされ得る画像の数が多いので、基地局での動き検出はこのスクリーニング機能を実行する。それに加えて、画像圧縮は更にアーカイバルメモリ１３３４において必要な必須の記憶空間を減少させる。実現例１５００が図１５に示されているが、ここでは基地局１５０２内の動き検出／圧縮モジュール１５０４において動き検出及び圧縮が行われる。図１５のカプセル部分１５０１中のモジュールは、図１４のカプセル部分１４０１中のモジュールと実質的に同じであるが、動き検出／圧縮モジュール１８が実装されていない点が異なる。
【００５７】
あるいは、双方向通信を用いて、カプセルにおける機能の幾つかを基地局が制御することができるように、カプセル及び基地局は情報をやりとりすることがある。例えば、基地局は、カプセルが画像をキャプチャする周波数を制御することがある。キャプチャされた画像を基地局が検出するとき、基地局は画像キャプチャの周波数を増やすようにカプセルにメッセージを送信することがある。あるいは、カプセルは一連の画像のサブセットを伝送することがあり、基地局がこのサブセットにおいて動きを検出したら、基地局は、カプセルに蓄積された画像の全部または一部を伝送するようにカプセルに命令する。これらの機能の全てが伝送されるデータの量を減少させることになり、それによってカプセルにおける所要電力を減らすであろう。情報のやりとり（インタラクション）を可能にするために、カプセル中のトランスミッタ及び基地局中のレシーバはトランシーバに置き換えられる。図１６は、カプセルモジュールと基地局間の双方向通信を与えるカプセルモジュール１６０１及び基地局１６０２を含む実現例１６００を示す。図１６のカプセルモジュール１６０１及び基地局１６０２は、図１５のカプセルモジュール１５０１及び基地局１５０２と実質的に同じであるが、カプセルモジュール１５０１におけるプロトコル・エンコーダ１３２０及びトランスミッタ１３２６が、カプセルモジュール１６０１においてプロトコル・エンコーダ‐デコーダ（「コーデック」）１６１４及びトランシーバ１６１５にそれぞれ置き換えられている点が異なる。同様に、基地局１５０２におけるレシーバ１３３２及びプロトコル・デコーダ１３３３が、基地局１６０２においてトランシーバ１６０３及びプロトコル・コーデック１６０４にそれぞれ置き換えられている。電力を節約するために、カプセルが基地局からのメッセージが届くのを待つ時間帯のみ（例えば蓄積された画像のサブセットをカプセルが送信した後）トランシーバ１６１５内のレシーバ部分がオンである必要がある。
【００５８】
上記したように、動き検出に用いられる画像の一部のために記憶における解像度または圧縮比とは異なる解像度または圧縮比を用いる利点がある。図１７に実現例１７００を示しているが、ここでは、本発明の一実施形態に従って、伝送された画像が、記憶に用いられる圧縮比とは異なる圧縮比で圧縮され得る。図１７のカプセルモジュール１７０１及び基地局１７０２は、図１６のカプセルモジュール１６０１及び基地局１６０２と実質的に同じであるが、画像が画像センサ１６でキャプチャされてプロトコル・コーデック１６１４に伝送のために処理されるために供給される前に圧縮されることができるようにカプセルモジュール１７０１内に圧縮手段１７０３が設けられている点が異なる。同様に、圧縮解除／動き検出モジュール１７０４は、必要な圧縮解除及び動き検出処理を行う。
【００５９】
上記した詳細な説明は、本発明の特定の実施形態について例証しており、何らかの限定を意図するものではない。本発明の範囲内で多くの改変及び変更が可能である。本発明は、特許請求の範囲に記述されている。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の一実施形態に従って、体腔におけるカプセルを示すような、消化管におけるカプセルシステム０１を模式的に示す。
【図２】カプセルシステム０１におけるカプセルカメラ動作中の情報フローの機能ブロック図である。
【図３】カプセルシステム０１からワークステーションへのデータ転送プロセスを示す機能ブロック図である。
【図４】カプセルシステム０１からワークステーション５１への情報フローを示すような、カプセルからのデータ・アップロードプロセスを示す機能ブロック図である。
【図５】本発明の一実施形態に従って、動き検出器１８のための実現例５００を示すブロック図である。
【図６】本発明の一実施形態に従って、図５の実現例５００における動き検出に関連する動作を示すフローチャートである。
【図７】本発明の一実施形態に従って、図５の実現例５００におけるデータ記憶に関連する動作を示すフローチャートである。
【図８】本発明の一実施形態に従って、動き検出器１８のための実現例８００を示すブロック図である。
【図９】本発明の一実施形態に従って、図８の実現例８００における動き検出に関連する動作を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の一実施形態に従って、動き検出器１８のための実現例１０００を示すブロック図である。
【図１１】本発明の一実施形態に従って、図１０の実現例１０００における動き検出に関連する動作を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の一実施形態に従って、図１０の実現例１０００におけるデータ記憶に関連する動作を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の一実施形態に従って、体腔におけるカプセルを示すような、消化管におけるカプセルシステム０２を模式的に示す。
【図１４】カプセルシステム０２におけるカプセルカメラ動作中の実現例１４００における情報フローの機能ブロック図である。
【図１５】カプセルシステム０２におけるカプセルカメラ動作中の実現例１５００における情報フローの機能ブロック図である。
【図１６】カプセルシステム０２におけるカプセルカメラ動作中の実現例１６００における情報フローの機能ブロック図である。
【図１７】カプセルシステム０２におけるカプセルカメラ動作中の実現例１７００における情報フローの機能ブロック図である。
【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】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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