(57)【要約】  本発明は、カプセル装置、およびカプセル装置を非常に低いパワー状態にさせ、カプセル装置自身が所望の胃腸管領域に入ったか否かを監視する方法を提供する。監視状態において、カプセル装置は、カメラおよび光源を使って目標フレームレートより低い第１のフレームレートで第１の画像を取得する。カプセル装置は、第１の画像に関わる第１の情報をコーティングに対応するコーティング画像に関わる第２の情報と比較する。カプセル装置は、第１の情報は第２の情報と整合しない場合、コーティングが溶解したことを宣告し、コーティングの溶解を宣告した後、目標フレームレートで第３の画像を取得するようにカメラを設定する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カメラと光源がカプセルのハウジングに封入され、体腔内の環境の要素に応じて溶解するコーティングが前記ハウジングの外面にあって前記カメラの視界を覆い、前記コーティングはカプセル装置に用いられる画像取得制御の方法において、
前記ハウジングの外面に前記コーティングが存在するカプセル装置を生体対象に投与するステップと、
前記カプセル装置が前記コーティングの存在下に取得したコーティング画像または予定画像に対応する第１の画像を確定するステップと、
前記カメラおよび前記光源を使って目標フレームレートより低い第１のフレームレートで第2の画像を取得するステップと、
前記第１の画像に関わる第１の情報が前記第２の画像に関わる第２の情報と整合したか否かを確定するステップと、
前記第１の情報が前記第２の情報と整合した場合、前記第１の情報が前記第２の情報と整合しなくなるまで、前記第２の画像の取得ステップおよび前記第１の画像に関わる第１の情報が前記第２の画像に関わる第２の情報と整合したか否かを確定するステップを繰り返すステップと、
前記第１の情報が前記第２の情報と整合しない場合、前記コーティングが溶解したことを宣告し、前記コーティングの溶解を宣告後、前記目標フレームレートで第３の画像を取得するように、カメラを設定するステップと、
を含む、画像取得制御の方法。
【請求項２】
前記第１の画像に関わる第１の情報が前記第２の画像に関わる第２の情報と整合したか否かを確定するステップは前記カプセル装置内の処理ユニットを使って、実行する、請求項１に記載の画像取得制御の方法。
【請求項３】
前記第１の画像に関わる第１の情報が前記第２の画像に関わる第２の情報と整合したか否かを確定するステップは、前記カプセル装置の外部で実行する、請求項１に記載の画像取得制御の方法。
【請求項４】
前記第１の画像を確定するステップは、前記カプセル装置を投与してから前記カメラと前記光源を使って一つの初期画像を取得することに相当する、請求項１に記載の画像取得制御の方法。
【請求項５】
低減された解像度または切り裁かれたサイズで前記第１の画像を取得する、請求項４に記載の画像取得制御の方法。
【請求項６】
前記光源からの、低減された光エネルギーで、前記第１の画像を取得する、請求項４に記載の画像取得制御の方法。
【請求項７】
前記第１の画像と前記第２の画像の部分サンプルより、それぞれ前記第１の情報と前記第２の情報を導出する、請求項１に記載の画像取得制御の方法。
【請求項８】
前記第１の情報と前記第２の情報は、それぞれ前記第１の画像と前記第２の画像の色、輝度または内容に対応する、請求項１に記載の画像取得制御の方法。
【請求項９】
前記第１の画像に関わる第１の情報が前記第２の画像に関わる第２の情報と整合したか否かを確定するステップは、前記第１の画像と前記第２の画像の色または輝度の平均値または中間値に基づく、請求項８に記載の画像取得制御の方法。
【請求項１０】
前記コーティングに対応する前記コーティング画像は、青色、緑色または白い色の領域を含む、請求項１に記載の画像取得制御の方法。
【請求項１１】
前記第１の情報と前記第２の情報は、底層の画像の一定の位置で選定されたサンプルにより確定される、請求項１に記載の画像取得制御の方法。
【請求項１２】
前記選定されたサンプルを二進法データに転換し、前記第１の画像が選定されたサンプルおよび前記第２の画像が選定されたサンプルにそれぞれのサンプルごとに比較を行ない、整合するサンプル計数を取得し、前記整合するサンプル計数を使って前記コーティングが溶解したか否かを確定する、請求項１１に記載の画像取得制御の方法。
【請求項１３】
前記コーティングの溶解の宣告後、前記目標フレームレートで第３の画像を取得するに先だって、カメラが一定の時間を待つように設定する、請求項１に記載の画像取得制御の方法。
【請求項１４】
サンプルカプセル装置を使用して前記第１の画像を確定し、前記サンプルカプセル装置は前記カプセル装置と同型のコーティングが塗布された同型のカメラおよび同型の光源を有する、請求項１に記載の画像取得制御の方法。
【請求項１５】
前記カプセル装置は、前記カメラと前記光源を使用して前期第１の画像を取得するに先だって、カメラが一定の時間を待つように設定する、請求項１に記載の画像取得制御の方法。
【請求項１６】
患者の胃腸管をイメージするための、前記患者の飲み込みに適合するカプセル装置であって、
イメージセンサであってこのイメージセンサに投影された画像を取得するイメージセンサと、
光源と、
前記イメージセンサと前記光源を封入するカプセルハウジングと、
カプセルハウジングの外面にあり、少なくとも前記イメージセンサがイメージする視界に対応する領域を覆い、体腔内の環境要素に応じて溶解するコーティングと、
(ａ)コーティング存在下にイメージセンサが取得したコーティング画像または予定の画像に対応する第１の画像を確定し、
(ｂ)前記イメージセンサと前記光源を使って目標フレームレートより低い第１のフレームレートで第２の画像を取得し、
(ｃ)前記第１の画像に関わる第１の情報が前記第２の画像に関わる第２の情報と整合したか否かを確定し、
(ｄ)前記第１の情報が前記第２の情報と整合する場合、前記(ａ)〜(ｃ)の処理を繰り返し、
(ｅ)前記第１の情報が前記第２の情報と整合しない場合、前記コーティングが溶解したことを宣告し、前記カプセル装置が前記目標フレームレートで第３の画像を取得するように構成された処理ユニットと、
を含むカプセル装置。
【請求項１７】
前記第３の画像を記録するアーカイバルメモリをさらに有する、請求項１６に記載のカプセル装置。
【請求項１８】
前記処理ユニットは、前記カプセルハウジングの内部にある、請求項１６に記載のカプセル装置。
【請求項１９】
前記カプセルハウジングの内部にあり、前記第１の画像を前記カプセル装置の外部に伝送する無線伝送器をさらに有する、請求項１６に記載のカプセル装置。
【請求項２０】
前記処理ユニットは、前記カプセルハウジングの外部にある、請求項１９に記載のカプセル装置。
【請求項２１】
前記コーティングは腸溶コーティングに相当する、請求項１６に記載のカプセル装置。
【請求項２２】
前記腸溶コーティングの材料は、カルボキシメチルセルロース(ＣＭＣ)、酸に置換されたセルロース、フタル酸エステルおよび琥珀酸エステルの類である二酸に置換されたセルロース（それらに限定されない）、トリメリト酸およびクエン酸(ＣＡＴ)の類である三酸に置換されたセルロース（それらに限定されない）、酸に置換されたポリ(ビニルアルコールまたは酢酸ビニル)(ＰＶＡ/ＰＶＡＰ)、フタル酸エステル、琥珀酸エステル、トリメリト酸およびクエン酸の類である酸、二酸または三酸に置換されたヒドロキシプロピルメチルセルロー（それらに限定されない）及び各種の置換されたメタアクリル酸とアクリル系共重合体、脂肪酸、ワックス、シェラック(アロイリチン酸のエステル(ｐＨ７．０))、プラスチック、植物繊維からなる腸溶群から選択される、請求項２１に記載のカプセル装置。
【請求項２３】
前記腸溶コーティングの材料は、さらにカルボキシメチルセルロース(ＣＭＣ)(溶解度＞ｐＨ５．０)、酢酸フタル酸セルロース(ＣＡＰ)(溶解度＞ｐＨ６．２)、酢酸トリメリト酸セルロース(ＣＡＴ)(ｐＨ５．０)、ポリ(酢酸ビニルフタル酸エステル)(ＰＶＡＰ)(ｐＨ＞５．２)、ヒドロキシプロピルメチルセルロースフタレート(ＨＰＭＣＰ)(ｐＨ＞４．５〜５．５)、Ｃ型メタクリル酸共重合体(ｐＨ＞５．５〜７．０)、ポリ(メタクリル酸-共-メタクリル酸メチル)(ｐＨ＞５．５〜７．０)、ポリ(クリル酸メチル-共-メタクリル酸-共-メタクリル酸メチル)(ｐＨ＞５．５〜７．０)、ポリ(クリル酸メチル-共-メタクリル酸-共-メタクリル酸エチル)、ポリ(クリル酸エチル-共-メタクリル酸-共-メタクリル酸メチル)、ポリ(メタクリル酸-共-メタクリル酸エチル)、脂肪酸、ワックス、シェラック(アロイリチン酸のエステル(ｐＨ７．０))、プラスチック、又は植物繊維からなる腸溶群から選択される、請求項２２に記載のカプセル装置。
【請求項２４】
前記コーティングは、酵素コーティングに相当する、請求項１６に記載のカプセル装置。
【請求項２５】
前記酵素コーティングの材料は、エンコード、アゾ架橋重合体などを含んでおり、例えば、メタクリル酸及び／又はアクリル酸重合体、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、メタクリルオキシアゾベンゼン(ＨＥＭＡ)、ジイソシアネー架橋デキストランからなる酵素群から選択される、請求項２４に記載のカプセル装置。
【請求項２６】
前記コーティングは、内層はイオンコーティングで、外層は上記いずれかの腸溶コーティングである二層構造を有し、水分が前記腸溶コーティングを通って前記イオンコーティングに拡散していき、前記イオンコーティングは水分を吸収し、前記イオンコーティングは水分をたっぷり吸収すると、前記外層が割れて全ての基質が脱落する、請求項１６に記載のカプセル装置。
【請求項２７】
前記コーティングは、疎水性の界面活性剤、水溶性重合体、ヒドロキシプロピルメチルセルロース(ＨＰＭＣ)からなる群から選択される、請求項２６に記載のカプセル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の参照
本発明は、２０１１年７月１９日付で特許を受けて名称が“in vivo Autonomous Camera with On-Board Data Storage or Digital Wireless Transmission in Regulatory Approved Band”である米国特許第７,９８３，４５８号、および２０１３年２月７日付で出願されて名称が“Self Assembly of In-Vivo Capsule System”である米国特許出願第１３/７６２,１５３号に関するものである。ここでは上記米国特許及び米国特許出願の全体内容が参照として引用されている。
【０００２】
本発明は、人体または如何なる生体内部の診断画像に関し、特に、腸溶をカプセルハウジングの外面に施した体内カプセルに、かつコーティングが溶解したか否かを検出して画像取得制御とする手段に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
生体の体腔または通路をイメージする画像装置は、この分野において知られているものであり、内視鏡と自主カプセルカメラ(autonomous encapsulated camera)を含む。内視鏡は、体の開口部または手術の切口から体内に挿入されるフレキシブルまたは剛性パイプであり、一般的には口を介して食道に、または直腸を介して結腸に通される。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、実際には若干の制限があり、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応用するにも費用の制約がある。
【０００４】
曲りくねる通路の通過が困難であるため、内視鏡は小腸の大部分に到達することは容易ではなく、結腸全体に到達するには、特殊な技術及び予防処置が必要となるため、コストが高くなる。内視鏡のリスクは、通過した肉体器官の貫通、及び麻酔による併発症を含む。また、治療期間における患者の苦痛、健康に対するリスク、及び麻酔関連のプロセス後の休止時間の間でトレードオフを行うことが必要である。
【０００５】
これら数多くの問題に対処する他の生体内イメージセンサの一つとしてカプセル内視鏡(capsule endoscope)がある。これには、カメラが、主に該デジタルカメラによって記録された画像を含むデータを体外のベースステーション受信機または送受信機及びデータ記録器に伝送する無線（radio）伝送器と共に、嚥下可能なカプセル内に収納される。該カプセルは、ベースステーションから命令またはその他のデータを受信するための無線受信機を含んでもよい。無線周波数の送信の代わりに、周波数の低い電磁信号を使用してもよい。電力は、誘導方式により外部インダクタから該カプセルの内部インダクタに供給されてもよく、またはカプセル内のバッテリーから供給されてもよい。
【０００６】
２０１１年７月１９日付で許可された出願名称が“In Vivo Autonomous Camera with On-Board Data Storage or Digital Wireless Transmission in Regulatory Approved Band” である米国特許第７９８３，４５８号には、内蔵(on-board)データ記憶体付の自主型カプセルカメラシステム（autonomous capsule camera system）が開示されている。当該特許には、取得した画像を内蔵記憶体、たとえば半導体不揮発性アーカイバルメモリ（archival memory）により保存するカプセルシステムが開示されている。カプセルは、人体から離脱した後に回収される。カプセルハウジングが開封され保存された画像は、保存及び分析のために、コンピュータワークステーションに転送される。無線送信を介して受信され、または内蔵記憶体から検索されたいずれのカプセル画像は、その潜在的異常の判別のために、診断医により表示及び検査が行われる必要がある。
【０００７】
図１は、内蔵記憶体を有するカプセルシステムを例示する図である。カプセル装置１１０は、照明システム１２と、光学システム１４及びイメージセンサ１６を有するカメラとを含んでいる。また、イメージを保存する半導体不揮発性アーカイバルメモリ２０が設けられ、カプセルが回収された後、体外のドッキングステーション(docking station)で検索される。カプセル装置１１０は、バッテリー２４及び出力ポート２６を含んでいる。カプセル装置１１０は蠕動により推進されて胃腸管（ＧＩ）を通過することができる。
【０００８】
照明システム１２はＬＥＤによって実施される。図１において、該ＬＥＤはカメラの絞りの近くにあるが、これ以外の配置も可能である。例えば、光源は絞りの裏側に配置されることも可能である。また、その他の光源、例えばレーザーダイオードの使用も可能である。あるいは、白色光源、又は二つ以上の狭い波長帯域光源の組み合わせを用いてもよい。白色ＬＥＤは、より長い波長の光を放出するＬＥＤ光により励起された燐光材料と共に青色ＬＥＤまたは紫色ＬＥＤを利用可能である。光が通過することを可能にするカプセルハウジング１０の部分は、生体適合性ガラス(bio-compatible glass)またはポリマーからなってもよい。
【０００９】
複数の屈折、回折、または反射レンズ要素を含む光学系１４は、イメージセンサ１６に管腔壁(１００)の画像を提供する。イメージセンサ１６には、受光された光の強度を電気的信号に転換する電荷結合素子(charged-coupled device；ＣＣＤ)または相補型金属酸化膜半導体(complementary metal-oxide-semiconductor；CMOS)が設けられる。イメージセンサ１６は、単色応答またはカラーフィルタアレイを含むため、カラー画像（例えば、ＲＧＢまたはＣＹＭによって表現される）を捕獲することができる。好ましくは、イメージセンサ１６からのアナログ信号は、デジタル形式で処理できるようにデジタル形式に変換される。このような変換は、アナログ−デジタル (analog‐to‐digital；Ａ／Ｄ)変換器により実施可能である。該アナログ−デジタル変換器はセンサの内部に設けられていてもよい(現在の場合と同様)、またはカプセルハウジング１０内の別の部分に設けられていてもよい。Ａ／Ｄユニットはイメージセンサ1１６とシステムの残りの部分との間に設けられる。照明システム１２におけるＬＥＤはイメージセンサ１６の動作と同期される。処理モジュール２２は、画像処理、ビデオ圧縮のようなシステムに必要な処理を提供することができる。該処理モジュールは画像取得動作中にＬＥＤを制御するために必要なシステム制御を提供することもできる。処理モジュールは、例えば画像取得を管理し、画像の回収を協調するなど、その他の機能を担うことができる。
【００１０】
該カプセルカメラが胃腸管を経由して体から脱出した後、カプセルカメラが回収され、アーカイブメモリに格納された画像が出力ポートを介して読み出される。受信された画像は、通常、診断医に検査してもらうために、基地局に転送され処理される。診断の精度や効率は最も重要である。診断医は、すべての画像を検査し、すべての異常を正しく識別することが期待される。
【００１１】
該カプセル装置は、胃腸管を通って移動するときに、異なる環境に遭遇する。比較的安定した速度で移動する該カプセル装置を管理し、ある部位で過剰なデータを収集するために、電力およびデータ記憶を無駄にすることなく、関連する胃腸管の一部に沿ってすべての位置で十分なセンサデータ（例えば、画像）を収集することが好ましい。該カプセル装置を相対的、安定な速度で移動させるように制御するために、該カプセル装置が胃腸管を進んでいる間にカプセルの密度が変更する技術が開発されている。いくつかの環境では、より高いカプセルの密度を有することが望ましい。その他の環境では、軽量化カプセルの密度を有することが望ましい。一例として、該カプセル装置は、結腸を通って移動するときに、より低いカプセルの密度を有するように設定することが必要である。一方、結腸が液体で満たされている場合、該カプセル装置は、結腸を通って移動するときに、より高いカプセルの密度を有するように設定することが必要である。しかし、いろいろな原因で、比重制御または密度制御の技術によれば、確実に作業することができない可能性がある。一例として、比重または密度の変化は必ずしも胃腸管における予期される位置に発生しない可能性があるので、カプセル装置が胃腸管における位置を監視又は推定しなければならない。しかし、患者に体外添付装置を使用していない場合、カプセル装置の位置を的確に確定することができないことが一般的である。したがって、カプセル装置が胃腸管において相対的に安定な速度で移動するように制御するための信頼できる方法を開発することが必要である。
【００１２】
カプセル装置が人体内で移動しているときは、バッテリーが作動している。自主型カプセル型内視鏡では、カプセル装置が人体を通って移動している間に大量の画像を取得しなければならず、一般的には、数万枚またはそれ以上の画像を取得する。なお、他のセンシングデータを取得するために、カプセル装置は他のセンサ(例えば、ｐＨ計や超音波センサなど)を含むことも可能である。カプセル装置の電力消耗を厳しく管理することが重要であるので、必要な時のみカプセル装置に電力消耗をさせる。これによって、カプセル装置は画像やセンシングデータを穏やかに取得することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】米国特許第７，９８３，４５８号明細書
【特許文献２】米国特許出願第１３/７６２，１５３号明細書
【特許文献３】米国特許第８,１８７，１７４号明細書
【特許文献４】米国特許第７,１９２，３９７号明細書
【特許文献５】米国特許第８,４４４，５５４号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、カプセル装置を口によって人体に投入した場合、非常に低い電力消耗の状態を維持して監視(モニタニングモード)をすることができるカプセル装置、および画像取得制御方法を提供する。カプセル装置には小腸に入って溶解できる腸溶材料が塗布される。カプセル装置が何時小腸に入るかを確定するために、カプセル装置が低いモニタニングモードで作動するように設定されている。モニタニング状態で、人体に投入されたカプセル装置は、カメラと光源を使用して目標フレームレートより低いフレームレートである第１のフレームレートで第１の画像を取得する。カプセル装置は、第１の画像に関わる第１の情報をコーティングに対応するコーティング画像に関わる第２の情報と比較する。第１の情報が第２の情報と整合すると、カプセル装置は第１の画像を繰り返し取得し、第１の画像に関わる第１の情報をコーティング画像に関わる第２の情報と比較して、モニタニング状態を維持する。第１の情報が第２の情報と整合しないと、カプセル装置はそのコーティングが溶解したことを宣告し、かつ、そのコーティングの溶解を宣告した後、カプセル装置は目標フレームレートで第３の画像を取得するように、カメラを設定する。第１の情報と第２の情報を比較することは、カプセル装置の内部または外部で行なうことができる。カプセル装置の外部で比較を行う場合、カプセル装置は、第１の画像をカプセル装置の外部の無線受信機に送信する無線送信機をさらに含む。
【００１５】
比較しようとする第１の情報・第２の情報は、それぞれに対応する画像の色や輝度や内容などと関係付けられている。画像識別率、画像サイズ、またはその両方に基づき、第１の情報・第２の情報を導出することができる。モニタニングモード中に、エネルギーを節約するために、低減された光度を使用して第１の画像を取得することが可能である。コーティングは予定の色又は輝度を有する領域を含む。底層の画像のそれぞれの色又は輝度の平均値または中間値により、第１の情報と第２の情報の比較を行なうことができる。コーティングは予定のパターンを有する領域を含む。第１の画像とコーティング画像との間の画像の整合は、各画像が選定されたサンプルにより実行することができる。また、対比の工程をより簡単化するために、サンプルを二進法データに転換することができる。これによって、簡単な論理比較を利用して、整合したサンプルの数により、計数およびコーティングが溶解したか否かを容易に判定することができる。また、コーティングが確かに溶解したと判断された場合、カプセル装置は画像を所望のフレームレートで取得するように設定される。あるいは、カプセル装置は、画像を所望のフレームレートで取得することに先たって、コーティングが全く溶解したことを確認するまで、一定の時間を待つように設定される。
【００１６】
目標用途(即ち、胃腸管の内)に類似する環境において、サンプルカプセルのオフラインにより対比に用いるコーティング画像を取得する。この場合、オフラインして第２の情報を確定するとともに全てのカプセルに格納することができる。コーティングは溶解されていない間に、カプセル装置にコーティング画像を取得させることができる。一例として、カプセル装置を飲み込んでから暫く後にコーティング画像を取得させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の胃腸管におけるカプセルカメラシステムの概要を示す図であり、そのうち、アーカイバルメモリを使用して、分析及び／又は検査される取得した画像を格納する。
【図２Ａ】本発明のカプセル装置の少なくともカメラの視界を覆う腸溶コーティングを含む実施形態を示す図であり、図２Ａは腸溶コーティングを前方監視カメラに用いたカプセル装置を示す図である。
【図２Ｂ】本発明のカプセル装置の少なくともカメラの視界を覆う腸溶コーティングを含む実施形態を示す図であり、図２Ｂは腸溶コーティングをカプセルの中央部の回りを覆うパノラマ式カメラに用いたカプセル装置を示す図である。
【図３】本発明の実施形態により、腸溶コーティングを有するカプセル装置の取得制御を示すフローチャートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本明細書及び図面に説明または示されるように、本発明の要素が、様々の異なる態様を利用して設置及び設計されることは容易に理解できる。そのため、図に示されるように、下記の本発明のシステム及び方法の実施形態のさらなる詳細の説明は、特許請求の範囲に請求される本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の好ましい実施形態を示すだけのものである。
【００１９】
本明細書に渡って記載の“１つの実施形態”、“実施形態”、または類似する用語は、実施形態に関して説明される特定の特徴、構造または特性が本発明の少なくとも一つの実施形態に含まれることを意味する。従って、本明細書に渡る各箇所における“一つの実施形態においては”または“実施形態においては”という用語は、必ずしも同一の実施形態を云うわけではない。
【００２０】
また、１つまたは多数の実施形態において、記載された特徴、構造または特性はいかなる適切な方法によって組み合わせられてもよい。しかしながら、この分野における当業者は、本発明が１つまたは多数の特定な細部なく、または他の方法や部材などにより実施可能であると認識しうる。他の実施例において、本発明の態様を紛らわしくさせないために、周知構造及び操作は詳細に表示または記載しない。
【００２１】
本発明の図示された実施形態は、全文に渡って類似する部材は同一符号が割り当てられる図面を参照すればよく理解できる。下記説明は、単に例示で、かつ装置及び方法のある選択された実施形態を簡単に説明するものであり、特許請求の範囲に記載の発明と一致している。
【００２２】
いくらかの応用において、カプセルが主動取得モードで作動して胃腸の特定の部位をイメージすることが好ましい。一例として、胃腸管における小腸と結腸にしかイメージングを行なう必要はない。このため、カプセルが小腸に進入した場合、カプセルを主動取得モードに設定することが好ましい。換言すれば、カプセルが小腸に進入する前は非主動モードに設定される。２０１２年５月２９日付で公告された出願名称が"Detection of when a capsule camera enters into or goes out of human body and associated operations"である米国特許第８,１８７，１７４号には、カプセルが人体内にあるか外部にあるかを識別する技術が開示されている。しかし、米国特許第８,１８７，１７４号に開示されている技術では、カプセルが小腸に入ったか否かをさらに識別するための信頼できる方法を提供していない。
【００２３】
２０１３年２月７日付で出願されて名称が“Self Assembly of In-Vivo Capsule System”である米国特許出願第１３/７６２,１５３号には、コーティングまたはハウジングを有し、コーティングまたはハウジングが胃腸管において溶解できるカプセルが開示されている。カプセル装置はコーティングまたはハウジングによって覆われたコネクターを有する。コーティングまたはハウジングは胃でなく小腸または結腸の内で溶解される材料で製作されたので、カプセルが小腸または結腸を通っているときに、コネクターが露出することができる。２つのカプセルが接触した場合、１つのカプセルは他のカプセルに接続可能である。接続されているカプセル同士は所望の比重を有することができる。
【００２４】
本発明は、カプセルの外面のコーティングにより、カプセルが胃腸管における目標部位に入ったか否かを確定する方法を開示する。胃腸管における目標部位(例えば、十二指腸、空腸、回腸、または結腸)に用いられるコーティング材料を選択し、カプセルが目標部位に入ったとき、またはカプセルが目標部位に入った短い時間帯にコーティングの溶解が予期される。コーティングのあった場合、カプセル装置のカメラがコーティングの画像を取得する。一方、コーティングがすでに溶解した場合、カメラはその視界において胃腸管の壁の画像を取得することができる。このため、カプセルは画像処理技術によりコーティングが溶解したか否かを確定することができる。コーティングが溶解したことを確定すると、即ち、カプセルが胃腸管における目標部位に入ると、カプセルを設定して所望の作業を実行させ、例えば、主動画像取得モードに移行する。
【００２５】
本発明の１つの実施形態では、腸溶コーティングをカプセルの外面に塗布する。また、胃腸管とのカプセルハウジング外面に塗布されたコーティングは、胃腸管に通常見られないカラー、輝度、コントラスト及び／またはコーティングイメージの内容によって、差異を容易に区別することができる。胃腸管における目標部位、即ち本実施形態による小腸で溶解するように、コーティングを設定することができる。コーティングが存在している場合とコーティングが存在しない場合と比較して、カプセルカメラが取得した画像は大きく異なる。そこで、システムがコーティングの存在または溶解を確定することができる。コーティングが一旦溶解すると、システムは取得した画像に基づいて当該状態を検出可能である。したがって、システムが小腸の画像を所望の速度で取得・保存または伝送をするように構成されることができる。
【００２６】
コーティングを設ける一つの主な目的は、システムがカプセルが小腸に入ったか否かを容易に確認することにある。カプセルを低い電力消耗の状況で作動させるために、カプセルが小腸に入る前に、システムを省エネモードに設定すべきである。省エネモードにおいて、システムは、コーティングが存在しているか存在していないかを検出することにより、カプセルが小腸に入ったか否かのモニタニングを実行する。しかし、カプセルが小腸に入ったか否かを監視することは消費電力となる。このため、この作業を比較的に低いパワーで実行しなければならない。一例として、この作業を頻繁に行わないように、例えば、所望のフレームレートの１００分の１またはそれより低いフレームレートで作業を行うことができる。現実に、正規のピクチャー取得速度より遥かに低い如何なるフレームレートでも、コーティングの存在か否かを検出することができる。また、カプセルが小腸に入ったか否かの確定を適当な頻度で実行する作業に関わる要因はカプセルのほとんど完全溶解にかかる時間に決められる。コーティング状態の各検出時点の間隔は、コーティングの溶解に予期される時間の一部に対応する。なお、他の要素、例えば、カプセルが胃腸管中の予期進行速度を考えて実行しようとする作業の適当な頻度を決定してもよい。
【００２７】
低いパワーで作業を行なう他の方法を使用することも可能である。例えば、カプセル内部の光源からの低減された光エネルギーで、カプセルが小腸に入ったか否かを確定するための画像取得を行うことができる。低減された輝度が、取得した画像がコーティングの反射または胃腸管の実際の画像に対応するか否かを識別することに十分であれば、低減された輝度で画像を取得することもできる。モニタニングモード期間に低減された光エネルギーを使用すると、現在取得された画像と比較するために使用されるコーティング画像も低減された光エネルギーを使用しなければならない。解像度またはサイズの低減された画像も、カプセルが小腸に入ったか否かの確定に使用することができる。一例として、ハウジングの外面に青色または緑色の材料が塗布された場合、コーティングが存在していると、取得した画像はほぼ青色または緑色の領域に相当する。従って、取得した画像の数量の少ないサンプルでも合理的な正確である平均色を十分導出することができる。導出された平均色はカプセルが小腸に入ったか否かの確定に使用することができる。色のほか、他の画像の属性、例えば、輝度またはコントラストも使用可能である。コントラストを使用する場合、コーティングの画像は少なくとも二種類の高い光強度に対応する２つの領域を含まなければならない。二種類の高い光強度の間の差異は、コーティングが溶解したか否かを示すことに用いられる。
【００２８】
電力消耗をより低減させるために、いろいろな低レベルの方法を組み合わせてカプセルが小腸に入ったか否かの確定を実行してもよい。一例として、コーティングの溶解に、所望のフレームレートの１００分の１を用いて作業を行なってもよく、正規のピクチャー取得に必要な輝度の４分の１で画像を取得してもよく、僅か１６個の分散したサンプルを使用してカプセルが小腸に入ったか否かを確定してもよい。
【００２９】
本発明による、コーティングが塗布されたカプセルの利点は、カプセルにコーティングが存在すれば、カプセルは非常に低いエネルギー消耗モードで作動するように設定され、例えば、非常に遅いフレームレートで作動するので、カプセル装置は非常に低いレベルの処理のみを必要として画像を取得し、コーティングが溶解したか否かを確定する。カプセルが飲み込まれた直後から所望のフレームレートで画像を連続的に取得するシステムに比べて、本発明のような低いパワー状態は、バッテリーまたはカプセル内のバッテリーの寿命が長くなる。バッテリーの寿命が長くなる以外、本発明の内蔵アーカイバルメモリを備えるカプセル装置によれば、所望されない領域に対応する画像を格納する必要はない。したがって、カプセル装置はメモリをより有効に使用して、もっと多い所望の画像を取得することができる。
【００３０】
カメラまたはカプセル内のカメラの配置により、縦方向の一端のコーティング領域を (前向カメラ配置で)イメージすることができ、あるいはカプセルの縦方向の軸線回りの環形の領域を(全周パノラマ式カメラ配置で)イメージすることができる。本発明の一実施形態において、ハウジング上面の少なくともイメージする領域を覆うようにコーティングを設ける。図２Ａは腸溶コーティングを前方監視カメラに用いたカプセル装置を示す図である。また、図２Ａは前向監視カメラを備えたカプセル装置(２１０)に用いるコーティング(２１２)の例を示す図である。領域２１２はカメラの視界の一部の領域である。この場合には、取得した画像の内にコーティングで覆われた領域に対応する領域のみを使用して、コーティングが溶解したか否かを監視する。カプセル装置(２２０)が、カプセルの中央部回りの環形領域視界を有するパノラマ式カメラを用いるものであれば、コーティング(２２２)は、図２Ｂに示すように、それに対応する領域に設けられてもよい。便利のために、コーティングがカプセル装置全体を覆ってもよい。
【００３１】
コーティングは、カプセルが胃腸管における目標部位に入ると、目標期間内に溶解するように設けられてもよい。腸溶コーティングが設けられた場合、腸内のｐＨ値が胃の中の酸性状態のｐＨ値から小腸の中のより中性またはややアルカリ性のｐＨ値まで上昇してから、ある時間内にコーティングが溶解するようにすることができる。コーティングが溶解したか否かを確定するには、カプセルは、新たに取得した画像を先に取得した画像または参照画像と比較する必要がある。１つの実施形態では、画像の色で新たに取得した画像と先に取得した画像または参照画像を比較する。この場合、カプセルが飲み込まれた後、まず、非常に遅いフレームレート(例えば、５分間ごとに)で画像を取得し、次に、コーティング領域における多数の画素の平均色を従来のコーティングの色と比較する。初めのうちは、上記の比較、従来のコーティングの色と整合することを示すが、一旦コーティングが溶解すると、上記の比較は、従来のコーティングの色との明らかな差異を示す。したがって、システムは、どの時点で、取得したサンプルの平均色と従来のコーティングの色との差異が閾値を超えたかを確定することができる。そうすると、カプセルは、所望のフレームレートで画像を取得し、あるいは(必要に応じて)一定期間を待って主動撮影モードに切り換える。
【００３２】
本発明のもう１つの実施形態では、コーティングは所定のパターンに対応される。整合の技術により所定のパターンを取得した画像を容易に検出することができる。一例として、碁盤パターンを使用し、かつハウジングの外面のセンサに対応する位置に碁盤パターンを設置することができる。したがって、取得した画像は従来の所定の画像に対応する。取得した画像を従来の所定の画像と整合してコーティングの存在か否かを確定する。システムのパワーを節約するために、かなりに低減された解像度によって画像整合を行なってもよい。一例として、碁盤パターンにおける各格子からの少量のサンプルを利用して画像整合を行なってもよい。また、碁盤パターンにおける各格子からの少量のサンプルの平均値または中間値を確定することができる。また、平均値または中間値をさらに二進法値と表してもよく、例えば、白い格子の値は１であり黒い格子の値は０で表わす。このため、整合のサンプルの数(即ち、この場合の整合された格子の数)を簡単に計数することによって、取得した画像が予定のパターンを有するコーティングに対応か否かに関わる良好な表示を提供することができる。対応した場合、コーティングは溶解していないことが確定される。対応しない場合、コーティングは溶解したことが確定される。一例として、代わりの黒白線を使用することできる。他の実施形態では、多レベルの格子を使用してもよく、例えば、０、８０、１６０、及び２４０の４つの階調（ｇｒａｙ  ｌｅｖｅｌ）に対応して８ビット画像データに用いることができる。
【００３３】
カプセル装置が飲み込まれてから、体内でコーティング画像を生成することができる。また、カプセル装置が飲み込まれてから小腸まで進む必要な時間について差異があるが、コーティングは最初の３０分間の間そのまま逗留することがほぼ確定される。従って、上記の期間内にコーティング画像を生成することができる。電力消耗をさらに低減させるために、カプセル装置をカウントダウンして目醒めさせるまで睡眠モードに設定してもよい。また、上記の期間が終わる前、カプセル装置は、目醒めさせられて画像を取得するとともに、コーティング画像に関わる情報を導出し、次に取得する画像から導出される情報と比較する。次に取得する画像はコーティング画像と或いは胃腸管の壁の新たな画像（即ち、コーティングが溶解した）と同一(即ち、コーティングが残留している)の可能性があり、あるいは、胃腸管の内部に類似する環境にオフラインしてコーティング画像を生成してもよい。この場合、同型のカメラ、同型の光源、および同型のコーティングを有するサンプルカプセル装置を使ってサンプルコーティング画像(本発明にも参照コーティング画像をいう)を生成してもよい。また、同一の光源設定とカメラ設定を使って参照コーティング画像を取得するべきである。カプセルを人体内に挿入する前に、参照コーティング画像をカプセル内のメモリに記録してもよい。従って、カプセル装置が取得した画像と参照コーティング画像と比較してコーティングが存在しているか否かを確定することができる。なお、参照コーティング画像はカプセル装置に格納されるとともに、参照コーティング画像から導出されたパラメーターを格納して、取得した画像との比較に用いて、コーティングが溶解したか否かを確定してもよい。一例として、碁盤パターンを使用すれば、パラメーターは格子のサイズと2つの格子の画素値を含んでもよい。なお、2つの格子の画素値は2つの二進法値(即ち、0と1)で表してもよい。この場合、参照コーティング画像に対応するパラメーターはかなりコンパクトなものであってもよい。したがって、カプセル装置ごとにコーティング画像を生成させず、それに関わる情報を導出させなくともよい。なお、個別のカプセルカメラ同士の製造の差異が小であれば、上記の方法は確かに実行しうる。
【００３４】
上記のごとく、特定のコーティング材料を胃腸管における予定の目標部位に用いることができる。一例として、腸溶コーティングは胃の中の低いｐＨ値(通常は１．５〜３．５)(酸性)の環境で溶解しない。しかし、ｐＨ値が中性となると、コーティングは溶解する。このため、目標部位が胃の下流にあれば、例えば十二指腸(ｐＨ値は一般５〜６)、空腸(ｐＨ値は一般７〜８)、回腸(ｐＨ値は一般７〜８)、盲腸(ｐＨ値は一般６)、あるいは結腸(ｐＨ値は一般５.５〜７、微酸から中性まで)であれば、腸溶コーティングを使うことができる。
【００３５】
所望する目標部位に応じて、腸溶コーティングに用いられる各種の材料を採用することができる。一般に通用されている腸溶コーティングは、次に列挙するものに対応する材料であっても良い。カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、酸に置換されたセルロース、フタル酸エステルおよび琥珀酸エステルの類であるが、これらに限定されず、二酸に置換されたセルロース、トリメリト酸およびクエン酸（ＣＡＴ）の類であるが、これらに限定されず、三酸に置換されたセルロース、フタル酸エステル、琥珀酸エステル、トリメリト酸およびクエン酸の類であるが、これらに限定されず、酸に置換されたポリ（ビニルアルコールまたは酢酸ビニル）（ＰＶＡ／ＰＶＡＰ）酸、二酸または三酸に置換されたヒドロキシプロピルメチルセルロース酸及び各種の置換されたメタアクリル酸とアクリル系共重合体、脂肪酸、ワックス、シェラック(アロイリチン酸のエステル(ｐＨ７．０))、プラスチック、又は植物繊維などがある。上記のいずれの重合体のＴg＞４５、Ｔg＞７５℃，Ｔg＞１２０℃，Ｔg＞１３０℃、Ｔg＞１３５℃，又はＴg＞１４０℃であり、Ｔgはガラスの転換温度に対応する。腸溶コーティングの実施例は、カルボキシメチルセルロース(ＣＭＣ)(溶解度＞ｐＨ５．０)、酢酸フタル酸セルロース(ＣＡＰ)(溶解度＞ｐＨ６．２)、酢酸トリメリト酸セルロース(ＣＡＴ)(ｐＨ５．０)、ポリ(酢酸ビニルフタル酸エステル)(ＰＶＡＰ)(ｐＨ＞５．２)、ヒドロキシプロピルメチルセルロースフタレート(ＨＰＭＣＰ)(ｐＨ＞４．５〜５．５)、Ｃ型メタクリル酸共重合体/ポリ(メタクリル酸-共-メタクリル酸メチル)(ｐＨ＞５．５〜７．０)、脂肪酸、ワックス、シェラック(アロイリチン酸のエステル(ｐＨ７．０))、プラスチック、又は植物繊維などがある。上記の腸溶コーティングはコーティングに用いられる材料の若干の実施例のみであって、あらゆる腸溶コーティングを例示することは意図しない。
【００３６】
腸溶コーティングは酸度に基づく溶解性があるが、コーティングの溶解性は体腔内の環境の他の要素にも決められる。一例として、コーティングの溶解または劣化は、胃腸管のある部位(腸道の下段)にしか存在しない酵素または細菌により誘発される。酵素コーティングの実施例は、エンコード(符号化)やアゾ架橋重合体などを含んでおり、例えば、メタクリル酸及び／又はアクリル酸重合体、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、メタクリルオキシアゾベンゼン(ＨＥＭＡ)、ジイソシアネー架橋デキストランなどがある。ｐＨでコーティングの溶解を誘発することに類似する方法について、コーティングは、カプセルが適正な環境と接触して暫くの時間で溶解するように設計されてもよい。まず、カプセルが飲み込まれると、非常に遅い速度で画像を取得し、例えば、５分間ごと一回であり、続いて取得した画像を参照コーティング画像と比較する。一例として、コーティング領域における多数の画素の平均色を従来のコーティングの色と比較する。初めに、上記の比較によれば、取得した画像の平均色はコーティングに関わる予定の色とよく整合することが表される。コーティングが溶解すると、上記の比較によれば、取得した画像の平均色とコーティングに関わる予定の色との間に、識別できる差異が表される。システムは、検出した平均色と予定の色との差異はどの時に十分大きくなるかを確定することができ、そして、所望のフレームレートで画像を取得することを開始する。
【００３７】
カプセルが体内に残る時間は非常に可変である。可変となる1つの重要な要因はカプセルが食道と胃の中に残る時間の長さである。上記の実施形態によれば、このような可変の影響を解消し、それはコーティングが十二指腸または空腸に進入し始めて溶解するからである。そちらは胃酸が中和する箇所である。カプセルの目的は胃腸管の下段でイメージングを行う場合、飲み込まれるとイメージングを行うカプセルまたは遅延の機能が予め設定されたカプセルと比較して、本実施形態によれば、より長いバッテリー寿命を提供することができる。
【００３８】
遅延の機能だけ設定されたカプセルでは、その困難さはカプセルが食道と胃の中にある時間はかなり可変となり、とくに、カプセルの比重が１に接近する場合がそうである。一例として、米国特許第７,１９２，３９７号、および米国特許第８,４４４，５５４号において、比重約１のカプセル装置が開示されている。そのカプセル装置が約１の比重を有している場合、その装置は、胃腸管(例えば、胃または結腸)内の液体中に漂い・浮遊する。米国特許第７,１９２,３９７号、及び米国特許第８,４４４,５５４号に開示されているように、そのカプセル装置が約１の比重を有している場合、そのカプセル装置は、体の内腔を通る液体の流れによって体内管腔を通って運ばれる。しかしながら、体の内腔カプセル装置の場合、カプセル装置が患者に飲み込まれた後、該カプセル装置は、まず、咽頭と食道を通過して胃に進入し、胃には液体で充満される可能性がある。遅延はカプセルが上記の領域に残る最小の時間を超えることができず、カプセルは胃腸管における所望の領域に対しイメージングを行い始める。本発明は、この可変を解消することができる。
【００３９】
コーティングは必ずしもｐＨ値または酵素に関係しない。一例として、コーティング材料はゲルカプセルの溶解を遅らせて定時コーティングを行わせる。そしてコーティングがある時間内に溶解する。定時コーティングは内層がイオンコーティングで、外層が上記いずれの腸溶コーティングである二層構造を有してもよい。水分が腸溶コーティングを通ってイオンコーティングに拡散していき、イオンコーティングは水分を吸収し、水分をたっぷり吸収すると、外層が割れて全ての基質が脱落する。コーティングの材料は疎水性の界面活性剤、水溶性重合体、またはヒドロキシプロピルメチルセルロース(ＨＰＭＣ)を含む。
【００４０】
本発明は、完全に塗布されたカプセルについて、第一の層としてカプセル材料に附着性が弱くて非常に親水性を有するコーティングを有しても良い。また、設計された腸溶コーティングによって第一の層を覆い、腸内のｐＨ値が胃の中の酸性状態のｐＨ値から小腸の中のより中性または微アルカリ性のｐＨ値まで上昇してから、コーティングを３０分間から１２時間までの時間で溶解させることができる。このシステムの利点は、画像の質がいかなる残留可能なコーティングにも影響されないように、全てのコーティングがカプセルの表面から容易に除去されることを確保することにある。
【００４１】
図３は、本発明の実施形態により、腸溶コーティングを有するカプセル装置の取得制御を示すフローチャートを示す説明図である。ステップ３１０で、飲み込みによって被験者にカプセル装置を人体対象投与する。ステップ３２０で、カプセル装置を上記人体対象に投与してから、カメラと光源を使って第一の画像を取得するように設定される。コーティングが溶解されない十分に早いうちに、第１の画像を取得しなければならない。ステップ３３０に示すように、カメラと光源を使って第２の画像を取得するように設定される。続いて、ステップ３４０で、第１の画像に関わる第１の情報と第２の画像に関わる第２の情報を比較する。上記の如く、ステップ３２０に示すように、カプセル装置によって体内でコーティング画像を取得することができる。または、サンプルカプセル装置を使ってオフラインでコーティング画像を取得して第１の情報を取得することができる。この場合、第１の情報はカプセル装置ごとに記憶されており、ステップ３２０をスキップする。ステップ３５０に示すように、第１の情報を第２の情報と比較して、第１の情報が第２の情報と整合したか否かを確定する。第１の情報が第２の情報と整合する場合(経路は「はい」)、ステップ３３０における取得手順とステップ３４０における比較手順を繰り返す。さもなければ「経路は「いいえ」」、ステップ３６０に示すように、コーティングが溶解したことを確定してカメラを主動取得モードに設定する。
【００４２】
本発明は、その精神及び本質特徴を離脱しない範囲で他の特定の形式で具体化することができる。説明された例は説明するためのものであり、制限ではないと考えるべきである。そのため、本発明の範囲は、前述の説明ではなく、特許請求の範囲に示される。請求の範囲に均等の意味及び範囲内の全ての変化は、その範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４３】
１０  カプセルハウジング
１２  照明システム
１４  光学システム
１６  イメージセンサ
２０  半導体不揮発性アーカイバルメモリ
２２  処理モジュール
２４  バッテリー
２６  出力ポート
１００  管腔壁
１１０、２１０、２２０  カプセル装置
２１２、２２２  コーティング
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【国際調査報告】
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