(57)【要約】【課題】部品を追加することなく、検出精度よく被検体内におけるカプセル内視鏡の位置を検出する。【解決手段】カプセル内視鏡システム２の受信装置１２は、マイクロ波ＣＴ部８８とデータ解析回路８９とを備える。マイクロ波ＣＴ部８８は、アレイアンテナ２２の動作を制御してチャープパルスのマイクロ波を患者１０に走査させるとともに、アレイアンテナ２２からの出力を元に、患者１０の体内の比誘電率分布を表す三次元画像を生成する。データ解析回路８９は、三次元画像データを解析し、ＣＥ１１と生体組織との比誘電率の差を利用して、三次元画像データ内のＣＥ１１に該当する領域を認識し、その位置を求める。データ解析回路８９は、１フレーム前と現フレームの三次元画像データ間のＣＥ１１の移動距離を算出する。【選択図】図６
2009061013.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャープパルスのマイクロ波を用いて、被検体内の比誘電率分布を取得する誘電特性取得部と、
取得された比誘電率分布を元に、被検体内におけるカプセル内視鏡の位置情報を取得する位置情報取得部とを備えることを特徴とするカプセル内視鏡の位置検出装置。
【請求項２】
取得された位置情報の時間的な変化に基づいて、カプセル内視鏡が被検体内管路で滞留しているか否かを検知する滞留検知部と、
滞留が検知された場合、その旨を報せる第一表示部とを備えることを特徴とする請求項１に記載のカプセル内視鏡の位置検出装置。
【請求項３】
取得された位置情報を元に、被検体内におけるカプセル内視鏡の移動軌跡を表示する第二表示部を備えることを特徴とする請求項１または２に記載のカプセル内視鏡の位置検出装置。
【請求項４】
取得された比誘電率分布、および位置情報を記憶する記憶部を備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のカプセル内視鏡の位置検出装置。
【請求項５】
前記誘電特性取得部は、チャープパルスのマイクロ波を発生するチャープパルス発生手段と、
マイクロ波を被検体に向けて放射する複数の送信アンテナ、および被検体を透過したマイクロ波を受信する複数の受信アンテナがアレイ状に配列されてなるアレイアンテナと、
マイクロ波を被検体に走査するために、マイクロ波を送受信する送信アンテナおよび受信アンテナを選択的に切り替えるマルチプレクサと、
送信したマイクロ波と受信したマイクロ波とのビート信号を取り出す帯域通過フィルタと、
ビート信号のうち、マイクロ波を送受信した送信アンテナおよび受信アンテナ間を直進するマイクロ波に相当する周波数成分を選択的に取り出す周波数選択手段と、
取り出された周波数成分から、被検体内の三次元の比誘電率分布を表す三次元画像データを生成する三次元画像生成手段とを有し、
前記位置情報取得部は、生成された三次元画像データを解析し、被検体とカプセル内視鏡との比誘電率の差を利用して、三次元画像内のカプセル内視鏡の位置を認識するデータ解析手段を有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のカプセル内視鏡の位置検出装置。
【請求項６】
前記データ解析手段は、認識されたカプセル内視鏡の位置の三次元画像内における座標、および三次元画像の前後のフレーム間のカプセル内視鏡の移動距離を位置情報として求めることを特徴とする請求項５に記載のカプセル内視鏡の位置検出装置。
【請求項７】
前記アレイアンテナは、被検体が装着可能に構成されていることを特徴とする請求項５または６に記載のカプセル内視鏡の位置検出装置。
【請求項８】
被検体内の比誘電率分布を取得する工程と、
取得された比誘電率分布を元に、被検体内におけるカプセル内視鏡の位置情報を取得する工程とを備えることを特徴とするカプセル内視鏡の位置検出方法。
【請求項９】
被検体内に嚥下され、被検体内を撮像するカプセル内視鏡と、カプセル内視鏡で得られた画像データを無線受信して、これを記憶する受信装置と、受信装置から画像データを取り込んで、記憶・管理する情報管理装置とからなるカプセル内視鏡システムにおいて、
請求項１ないし７のいずれかに記載のカプセル内視鏡の位置検出装置を備えることを特徴とするカプセル内視鏡システム。
【請求項１０】
前記カプセル内視鏡は、前後で比誘電率が異なる構造であることを特徴とする請求項９に記載のカプセル内視鏡システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体内におけるカプセル内視鏡の位置を検出する位置検出装置、位置検出方法、並びにカプセル内視鏡システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、撮像素子や照明光源などが超小型のカプセルに内蔵されたカプセル内視鏡による医療診断が実用化されつつある。カプセル内視鏡を利用した医療診断では、まず、患者にカプセル内視鏡を嚥下させ、照明光源で患者の体内の被観察部位（体内管路の内壁面）を照明しつつ、撮像素子で被観察部位を撮像する。そして、これにより得られた画像データを受信装置に無線送信し、受信装置に設けられたフラッシュメモリなどの記憶媒体に逐次記憶していく。検査中、または検査終了後、ワークステーションなどの情報管理装置に画像データを取り込み、モニタに表示された画像を読影して診断を行う。
【０００３】
カプセル内視鏡を利用した医療診断においては、体内管路の狭窄や憩室によって、カプセル内視鏡が管路内に滞留してしまうという事例が報告されている。この場合、直ちに滞留に気が付けば、電子内視鏡を用いてカプセル内視鏡を回収したり、狭窄部を広げてカプセル内視鏡を先に進めたりするなどの処置を施すことができるが、患者が腹痛を訴えてからでは上記のような処置を施すことができず、開腹手術を行ってカプセル内視鏡を取り出すしか対処法がなかった。
【０００４】
上記のような背景を踏まえ、従来、体内のカプセル内視鏡の位置を検出する技術が種々提案されている（特許文献１〜３参照）。特許文献１では、処置用のベッド脇に配置された磁場ソースから発信される磁界を、カプセル内視鏡に設けられた磁場検出コイルで検出し、磁場ソースと磁場検出コイル、すなわちカプセル内視鏡との相対的な位置を検出している。また、別の実施形態として、生体透過性のよい近赤外光を、アレイ状の光源から順次スキャンしてベッドに寝た人体に向けて照射し、カプセル内視鏡に設けたフォトセンサで近赤外光を検出して、検出強度と光源との位置関係からカプセル内視鏡の位置を求める例や、人体内のｐＨを測定するｐＨ計測システムをカプセル内視鏡に設け、ｐＨが規定の値になると同時に超音波エコーの通過・反射を妨げる物質をカプセル内視鏡の外に放出し、これを超音波画像で捉えてカプセル内視鏡の位置を同定する例が開示されている。
【０００５】
特許文献２には、カプセル内視鏡で得られた画像データを電波で無線受信するアンテナの受信電波の強度を元に、カプセル内視鏡とアンテナとの距離を算出する方法が記載されている。算出した距離に変化がない場合、カプセル内視鏡が管路内で滞留していると判断して、警告を発する。また、画像データの一致度や、カプセル内視鏡に加わる圧力を元に、カプセル内視鏡の滞留の有無を検知する態様も記載されている。
【０００６】
特許文献３に記載の技術は、カプセル内視鏡に磁気誘導コイルを設け、処置用のベッドの周囲に、磁気誘導コイルに誘導磁気を発生させる駆動コイルと、誘導磁気を検出する磁気センサとを設け、誘導磁気の検出結果からカプセル内視鏡の位置を検出している。
【特許文献１】特許第３３２１２３５号
【特許文献２】特開２００３−１１６７８１号公報
【特許文献３】特開２００６−０２６３９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１、３に記載の技術では、カプセル内視鏡に位置検出用の部品（磁場検出コイル、フォトセンサ、ｐＨ計測システム、磁気誘導コイルなど）を設ける必要があるため、位置検出用の部品の分だけカプセル内視鏡のサイズが大きくなるという問題があった。
【０００８】
アンテナの受信電波の強度を元に位置を検出する特許文献２に記載の技術では、アンテナを貼り付ける位置を厳密に管理しない限り、検出精度よく位置を検出することができない。また、画像データの一致度や、カプセル内視鏡に加わる圧力を元に検出する態様では、カプセル内視鏡の滞留の有無は分かるが、位置を知ることはできない。
【０００９】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、部品を追加することなく、検出精度よく被検体内におけるカプセル内視鏡の位置を検出することができるカプセル内視鏡の位置検出装置、位置検出方法、並びにカプセル内視鏡システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、カプセル内視鏡の位置検出装置において、チャープパルスのマイクロ波を用いて、被検体内の比誘電率分布を取得する誘電特性取得部と、取得された比誘電率分布を元に、被検体内におけるカプセル内視鏡の位置情報を取得する位置情報取得部とを備えることを特徴とする。
【００１１】
取得された位置情報の時間的な変化に基づいて、カプセル内視鏡が被検体内管路で滞留しているか否かを検知する滞留検知部と、滞留が検知された場合、その旨を報せる第一表示部とを備えることが好ましい。
【００１２】
取得された位置情報を元に、被検体内におけるカプセル内視鏡の移動軌跡を表示する第二表示部を備えることが好ましい。
【００１３】
取得された比誘電率分布、および位置情報を記憶する記憶部を備えることが好ましい。
【００１４】
前記誘電特性取得部は、チャープパルスのマイクロ波を発生するチャープパルス発生手段と、マイクロ波を被検体に向けて放射する複数の送信アンテナ、および被検体を透過したマイクロ波を受信する複数の受信アンテナがアレイ状に配列されてなるアレイアンテナと、マイクロ波を被検体に走査するために、マイクロ波を送受信する送信アンテナおよび受信アンテナを選択的に切り替えるマルチプレクサと、送信したマイクロ波と受信したマイクロ波とのビート信号を取り出す帯域通過フィルタと、ビート信号のうち、マイクロ波を送受信した送信アンテナおよび受信アンテナ間を直進するマイクロ波に相当する周波数成分を選択的に取り出す周波数選択手段と、取り出された周波数成分から、被検体内の三次元の比誘電率分布を表す三次元画像データを生成する三次元画像生成手段とを有し、前記位置情報取得部は、生成された三次元画像データを解析し、被検体とカプセル内視鏡との比誘電率の差を利用して、三次元画像内のカプセル内視鏡の位置を認識するデータ解析手段を有することが好ましい。
【００１５】
この場合、前記データ解析手段は、認識されたカプセル内視鏡の位置の三次元画像内における座標、および三次元画像の前後のフレーム間のカプセル内視鏡の移動距離を位置情報として求めることが好ましい。また、前記アレイアンテナは、被検体が装着可能に構成されていることが好ましい。
【００１６】
請求項８に記載の発明は、カプセル内視鏡の位置検出方法において、被検体内の比誘電率分布を取得する工程と、取得された比誘電率分布を元に、被検体内におけるカプセル内視鏡の位置情報を取得する工程とを備えることを特徴とする。
【００１７】
請求項９に記載の発明は、被検体内に嚥下され、被検体内を撮像するカプセル内視鏡と、カプセル内視鏡で得られた画像データを無線受信して、これを記憶する受信装置と、受信装置から画像データを取り込んで、記憶・管理する情報管理装置とからなるカプセル内視鏡システムにおいて、請求項１ないし７のいずれかに記載のカプセル内視鏡の位置検出装置を備えることを特徴とする。
【００１８】
なお、前記カプセル内視鏡は、前後で比誘電率が異なる構造であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のカプセル内視鏡位置検出装置、位置検出方法、並びにカプセル内視鏡システムによれば、チャープパルスのマイクロ波を被検体に照射して被検体内の比誘電率分布を取得し、被検体とカプセル内視鏡の比誘電率の差を利用して、被検体内のカプセル内視鏡の位置を検出するので、カプセル内視鏡に位置検出用の部品を追加する必要がない。また、チャープパルスのマイクロ波による比誘電率の空間分解能は数ｍｍであるため、検出精度よく位置を検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１において、カプセル内視鏡システム２は、患者１０の口部から体内に嚥下されるカプセル内視鏡（Capsule Endoscope、以下、ＣＥと略す）１１と、患者１０がベルトなどに取り付けて携帯する受信装置１２と、ＣＥ１１で得られた画像を読影して、医師が診断を行うためのワークステーション（以下、ＷＳと略記する）１３とから構成される。
【００２１】
ＣＥ１１は、体内管路を通過する際に管路の内壁面を撮像し、これにより得られた画像データを電波６７（図５参照）にて受信装置１２に無線送信する。
【００２２】
受信装置１２は、各種設定画面を表示する液晶表示器（以下、ＬＣＤと略記する）１４、および各種設定を行うための操作部１５を備えている。受信装置１２は、ＣＥ１１から電波６７で無線送信された画像データを無線受信し、これを記憶する。
【００２３】
ＷＳ１３は、プロセッサ１６と、キーボードやマウスからなる操作部１７と、モニタ１８とを備えている。プロセッサ１６は、例えば、ＵＳＢケーブル１９（赤外線通信などの無線通信を用いても可）で受信装置１２と接続され、受信装置１２とデータを遣り取りする。プロセッサ１６は、ＣＥ１１による検査中、または検査終了後に、受信装置１２から画像データを取り込み、患者毎に画像データを蓄積・管理する。また、画像データからテレビ画像を生成し、これをモニタ１８に表示させる。
【００２４】
ＣＥ１１と受信装置１２間の電波６７の送受信は、患者１０が身に付けたシールドシャツ２０内に装着された複数の画像用受信アンテナ２１と、ＣＥ１１内に設けられた画像用送信アンテナ４９（図４、および図５参照）とを介して行われる。
【００２５】
患者１０には、画像用受信アンテナ２１の他に、マイクロ波ＣＴ（Computed Tomography；コンピュータ断層撮影）を行うためのアレイアンテナ２２が装着される。
【００２６】
図２において、アレイアンテナ２２は、略円筒状の基材３０の周方向、および軸方向にｍ×ｎ個のアンテナエレメント３１を、少なくとも送信するマイクロ波の波長の半分以上の距離を空けて等間隔で並べた構成を有する。図３に示すように、個々のアンテナエレメント３１は、マイクロ波用送信アンテナ３２と、マイクロ波用受信アンテナ３３とを備えている。なお、基材３０には、患者１０の行動が不自由にならず、且つ各アンテナエレメント３１の位置関係が保たれるように、ある程度の可撓性を有する材料を用いることが好ましい。また、図示はしていないが、基材３０には、アレイアンテナ２２を患者１０の肩から吊り下げるサスペンダー２３（図１参照）の取り付け部が設けられており、患者１０とアレイアンテナ２２との位置関係が保たれるようになっている。
【００２７】
図４において、ＣＥ１１は、透明な前カバー４０と、この前カバー４０に嵌合して水密な空間を形成する後カバー４１とからなる。両カバー４０、４１は、比誘電率が５程度の樹脂からなり、その先端または後端が略半球形状となった筒状に形成されている。
【００２８】
両カバー４０、４１が作る空間内には、被観察部位の像光を取り込むための対物光学系４２と、被観察部位の像光を撮像するＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子４３とからなる撮像部４４が組み込まれている。撮像素子４３は、対物光学系４２から入射した被観察部位の像光が撮像面に結像され、各画素からこれに応じた撮像信号を出力する。
【００２９】
対物光学系４２は、前カバー４０の先端の略半球形状となった部分に配された、透明な凸型の光学ドーム４２ａと、光学ドーム４２ａの後端に取り付けられ、後端に向けて先細となったレンズホルダー４２ｂと、レンズホルダー４２ｂに固着されたレンズ４２ｃとから構成される。対物光学系４２は、光軸４５を中心軸として、例えば、前方視野角１４０°〜１８０°の撮影範囲を有し、この撮影範囲における被観察部位の全方位画像を像光として取り込む。
【００３０】
両カバー４０、４１内には、撮像部４４の他に、被観察部位に光を照射する照明光源部４６、送信回路６５や電力供給回路６８（ともに図５参照）が実装された電気回路基板４７、ボタン型の電池４８、および電波６７を送信するための画像用送信アンテナ４９などが収容されている。
【００３１】
図５において、ＣＰＵ６０は、ＣＥ１１の全体の動作を統括的に制御する。ＣＰＵ６０には、ＲＯＭ６１、およびＲＡＭ６２が接続されている。ＲＯＭ６１には、ＣＥ１１の動作を制御するための各種プログラムやデータが記憶される。ＣＰＵ６０は、ＲＯＭ６１から必要なプログラムやデータを読み出してＲＡＭ６２に展開し、読み出したプログラムを逐次処理する。
【００３２】
撮像素子４３には、ドライバ６３、およびＡＦＥ（Analog Front End）６４が接続されている。ドライバ６３は、一定のフレームレートで撮影が行われるように、撮像素子４３、およびＡＦＥ６４の動作を制御する。ＡＦＥ６４は、撮像素子４３から出力された撮像信号に対して、相関二重サンプリング、増幅、およびＡ／Ｄ変換を施して、撮像信号をデジタルの画像データに変換する。
【００３３】
画像用送信アンテナ４９には、送信回路６５が接続され、送信回路６５には、変調回路６６が接続されている。変調回路６６は、ＡＦＥ６４から出力されたデジタルの画像データを電波６７に変調し、変調した電波６７を送信回路６５に出力する。送信回路６５は、変調回路６６からの電波６７を増幅して帯域通過濾波した後、画像用送信アンテナ４９に出力する。
【００３４】
電力供給回路６８は、電池４８の電力をＣＥ１１の各部に供給する。なお、符号６９は、ＣＰＵ６０の制御の下に、照明光源部４６の駆動を制御するためのドライバである。
【００３５】
図６において、ＣＰＵ８０は、受信装置１２の全体の動作を統括的に制御する。ＣＰＵ８０には、バス８１を介して、ＲＯＭ８２、およびＲＡＭ８３が接続されている。ＲＯＭ８２には、受信装置１２の動作を制御するための各種プログラムやデータが記憶される。ＣＰＵ８０は、ＲＯＭ８２から必要なプログラムやデータを読み出してＲＡＭ８３に展開し、読み出したプログラムを逐次処理する。また、ＣＰＵ８０は、操作部１５からの操作入力信号に応じて、受信装置１２の各部を動作させる。
【００３６】
画像用受信アンテナ２１には、受信回路８４が接続されている。受信回路８４には、バス８１を介して、復調回路８５が接続されている。受信回路８４は、画像用受信アンテナ２１を介して受信した電波６７を増幅して帯域通過濾波した後、復調回路８５に出力する。復調回路８５は、受信回路８４からの信号を元の画像データに復調し、復調した画像データをＤＳＰ（Digital Signal Processor）８６に出力する。
【００３７】
ＤＳＰ８６は、復調回路８５で復調された画像データに対して、γ変換やＹＣ変換などの各種信号処理を施した後、画像データをデータストレージ８７に出力する。データストレージ８７は、例えば、記憶容量が１ＧＢ程度のフラッシュメモリからなる。データストレージ８７は、ＤＳＰ８６から順次出力される画像データを記憶・蓄積する。
【００３８】
マイクロ波ＣＴ部８８は、アレイアンテナ２２の動作を制御するとともに、アレイアンテナ２２からの出力を元に、患者１０の体内の比誘電率分布を表す三次元画像を生成し、そのデータをデータストレージ８７、およびデータ解析回路８９に出力する。データストレージ８７は、ＤＳＰ８６からの画像データと併せて、マイクロ波ＣＴ部８８からのデータを記憶する。
【００３９】
図７において、マイクロ波ＣＴ部８８は、チャープパルス発生器１００を有する。チャープパルス発生器１００は、数ＧＨｚの周波数帯域のマイクロ波を、規定の掃引周波数で時間に応じて掃引したチャープパルス（点線で囲む枠内に示す）を発生する。チャープパルス発生器１００で発生されたチャープパルスのマイクロ波（以下、単にマイクロ波という）は、分配器１０１によって、増幅器１０２、およびミキサー１０３に分配される。すなわち、増幅器１０２、およびミキサー１０３には、同一のマイクロ波が入力される。
【００４０】
増幅器１０２は、分配器１０１からのマイクロ波を所定の増幅率で増幅し、送信側マルチプレクサ１０４に出力する。送信側マルチプレクサ１０４は、ｍ×ｎ個のマイクロ波用送信アンテナ３２のうち、マイクロ波を放射する一個のマイクロ波用送信アンテナ３２を選択的に切り替える。具体的には、送信側マルチプレクサ１０４は、アレイアンテナ２２（基材３０）の軸方向の一番上のｍ＝１のマイクロ波用送信アンテナ３２から、アレイアンテナ２２の周方向にわたってｍ個のマイクロ波用送信アンテナ３２を順次一個ずつ選択していき、これを軸方向にｎ回繰り返す。
【００４１】
マイクロ波用受信アンテナ３３には、送信側マルチプレクサ１０４と同様の機能を有する受信側マルチプレクサ１０５が接続されている。受信側マルチプレクサ１０５は、ｍ×ｎ個のマイクロ波用受信アンテナ３３のうち、送信側マルチプレクサ１０４で選択され、マイクロ波を放射するマイクロ波用送信アンテナ３２と対向する位置に配されたマイクロ波用受信アンテナ３３が選択されるように切り替える。つまり、マイクロ波用送信アンテナ３２から放射されたマイクロ波は、点線矢印で示すように患者１０の体内を一部透過して、マイクロ波を放射したマイクロ波用送信アンテナ３２と対向する位置に配されたマイクロ波用受信アンテナ３３で受信される。
【００４２】
増幅器１０６は、受信側マルチプレクサ１０５で選択されたマイクロ波用受信アンテナ３３で受信したマイクロ波を所定の増幅率で増幅し、ミキサー１０３に出力する。ミキサー１０３は、分配器１０１からのマイクロ波と、増幅器１０６からのマイクロ波とを掛け合わせ、帯域通過フィルタ１０７に出力する。帯域通過フィルタ１０７は、分配器１０１からのマイクロ波と、増幅器１０６からのマイクロ波とのビート信号を選択的に取り出す。
【００４３】
ＦＦＴアナライザ（周波数選択手段に相当）１０８は、帯域通過フィルタ１０７で取り出されたビート信号に対して、高速フーリエ変換を用いたスペクトル分析を行う。ＦＦＴアナライザ１０８は、ビート信号のうち、マイクロ波を送受信したマイクロ波用送信アンテナ３２およびマイクロ波用受信アンテナ３３間を直進するマイクロ波に相当する時間遅れをもつ周波数成分のみを選択的に取り出す。これにより、時間遅れと所定時間異なる時間遅れをもった回折波や反射波がビート信号から除去され、略直進波成分のみを取り出すことができる。すなわち、マイクロ波をあたかもＸ線のような直線伝搬するビームとして扱うことができる。
【００４４】
ＦＦＴアナライザ１０８で取り出したデータ（以下、一次元画像データと略す）は、マイクロ波を送受信したマイクロ波用送信アンテナ３２およびマイクロ波用受信アンテナ３３間における一次元的なマイクロ波の減衰量を積分した値となっている。マイクロ波の減衰量は、対象物（この場合は患者１０の体内）の導電率と比誘電率によって決まる。このため、マイクロ波の減衰量を解析すれば、対象物の比誘電率分布を知ることができ、比誘電率の強度を色の階調値に変換して表せば、比誘電率分布を画像化することができる。
【００４５】
三次元画像生成回路１０９は、Ｘ線ＣＴなどで用いられる周知の画像再構成法、ボリュームレンダリング法に基づいて、一次元画像データから三次元画像データを生成する。具体的には、図８に模式的に示すように、三次元画像生成回路１０９は、まず、画像再構成法を適用して、アレイアンテナ２２の周方向にわたるｍ個分の一次元画像データ１２０を元に、アレイアンテナ２２の軸方向に直交する面における二次元誘電率分布を表す二次元画像データ１２１を求める。
【００４６】
二次元画像データ１２１は、アンテナエレメント３１が軸方向にｎ個並んでいるので、ｎ個分求められる。二次元画像データ１２１は、マイクロ波用送信アンテナ３２およびマイクロ波用受信アンテナ３３間にある患者１０の体を、アレイアンテナ２２の軸方向に直交する面で輪切りした断層像を表している。
【００４７】
三次元画像生成回路１０９は、ボリュームレンダリング法により、適当な方法で隣り合う二次元画像データ１２１間の画素補間などを行いつつ、ｎ個分の二次元画像データ１２１から三次元画像データ１２２を求める。三次元画像データ１２２は、二次元画像データ１２１で表される断層像を、アレイアンテナ２２の軸方向にｎ個分積み重ねた三次元画像を表している。
【００４８】
図６に戻って、データ解析回路８９は、三次元画像生成回路１０９で求めた三次元画像データを解析して、体内におけるＣＥ１１の位置情報を取得する。データ解析回路８９は、取得したＣＥ１１の位置情報のデータをＣＰＵ８０、およびデータストレージ８７に出力する。データストレージ８７は、データ解析回路８９からの位置情報のデータを記憶する。
【００４９】
ここで、生体組織の比誘電率は、概ね５０〜８０である。一方、ＣＥ１１は、前述のように、比誘電率が５程度の樹脂からなる前カバー４０、後カバー４１で覆われている。このため、ＣＥ１１とその周りの生体組織は、三次元画像データ１２２上では明確に区別される。
【００５０】
データ解析回路８９は、ＣＥ１１と生体組織との比誘電率の差を利用して、三次元画像データ１２２内のＣＥ１１に該当する領域を認識する。ＣＥ１１に該当する領域を認識する方法としては、文字通りそのまま比誘電率の差を利用する。あるいは、ＣＥ１１に該当する領域をより確実に認識するために、ＣＥ１１を表すデータを予めテンプレートとして用意し、三次元画像データ１２２の所定の領域（サーチエリア）毎に、テンプレートとの形状や色の一致の度合いを検出していく。このとき、サーチエリアの大きさや角度を種々変えながら、三次元画像データ１２２の全領域に亘って検出を行う。そして、一致の度合いが最も高い部分をＣＥ１１に該当する領域と判断するという方法もある。
【００５１】
データ解析回路８９は、上記のようにして認識したＣＥ１１に該当する領域の位置を求める。例えば、図８に示すように、三次元画像データ１２２を構成する各画素１２２ａの位置をＸＹＺの直交座標系（アレイアンテナ２２の軸方向に直交する三次元画像の面の幅方向と奥行き方向をそれぞれＸ、Ｙ、アレイアンテナ２２の軸方向に平行な三次元画像の高さ方向をＺとする）で表し、ＣＥ１１に該当する領域の中心画素の座標をＣＥ１１の位置とする。
【００５２】
データ解析回路８９は、１フレーム前の三次元画像データ１２２から求めたＣＥ１１の位置と、現フレームの三次元画像データ１２２から求めたＣＥ１１の位置との差分、すなわち、各フレーム間のＣＥ１１の移動距離を算出する。例えば、１フレーム前のＣＥ１１に該当する領域の中心画素の座標が（Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０）、同じく現フレームの座標が（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）であったとすると、移動距離は、（Ｘ１−Ｘ０）２＋（Ｙ１−Ｙ０）２＋（Ｚ１−Ｚ０）２を計算することで求められる。なお、ＣＥ１１に該当する領域の中心画素の座標、およびこれから求められるＣＥ１１の移動距離は、あくまでも三次元画像データ１２２内におけるものであり、実際のＣＥ１１の位置、および移動距離を表すものではないが、アンテナエレメント３１間の距離などのアレイアンテナ２２のサイズは既知であり、体内の様子は三次元画像である程度分かるため、ＣＥ１１に該当する領域の中心画素の座標、およびこれから求められるＣＥ１１の移動距離を元に、実際の体内におけるＣＥ１１の位置、および移動距離を類推することは可能である。
【００５３】
ＣＰＵ８０は、データ解析回路８９からのＣＥ１１の位置情報に基づいて、ＣＥ１１が体内管路に滞留しているか否かを検知する。すなわち、ＣＥ１１が管路に滞留していた場合は、ＣＥ１１に該当する領域の中心画素の座標に殆ど変化が見られず、移動距離も略０（ゼロ）となる。ＣＰＵ８０は、ＣＥ１１に該当する領域の中心画素の座標が所定時間変化しなかった場合、あるいは、移動距離が所定時間０（ゼロ）であった場合、ＣＥ１１が管路に滞留していると判断する。
【００５４】
ＣＰＵ８０は、ＣＥ１１が管路に滞留していると判断した場合、ＬＣＤ１４にその旨を表す警告メッセージを表示させる。ＣＥ１１が管路に滞留している旨を報せる手段としては、ＬＣＤ１４に警告メッセージを表示させる他に、パイロットランプを設けてこれを点灯させる、あるいは、スピーカーを設けて音声を出力するなどしてもよい。
【００５５】
バス８１には、上記各部の他に、ＬＣＤ１４の表示制御を行うドライバ９０、ＵＳＢコネクタ９１を介してプロセッサ１６とのデータの遣り取りを媒介する通信Ｉ／Ｆ９２、電池９３の電力を受信装置１２の各部に供給する電力供給回路９４などが接続されている。
【００５６】
図９において、ＣＰＵ１３０は、ＷＳ１３の全体の動作を統括的に制御する。ＣＰＵ１３０には、バス１３１を介して、モニタ１８の表示制御を行うドライバ１３２、ＵＳＢコネクタ１３３を経由した受信装置１２とのデータの遣り取りを媒介し、受信装置１２からの画像データを受信する通信Ｉ／Ｆ１３４、データストレージ１３５、およびＲＡＭ１３６が接続されている。
【００５７】
データストレージ１３５には、ＷＳ１３の動作に必要な各種プログラムやデータ、医師の診断を扶ける診断支援ソフトのプログラム、患者毎の診断情報などが記憶されている。また、データストレージ１３５には、受信装置１２からダウンロードされる、撮像素子４３による被観察部位の画像データ、マイクロ波ＣＴ部８８による三次元画像データ１２２、およびデータ解析回路８９によるＣＥ１１の位置情報のデータが記憶される。ＲＡＭ１３６には、データストレージ１３５から読み出したデータや、各種演算処理により生じる中間データが一時記憶される。
【００５８】
診断支援ソフトを立ち上げると、モニタ１８には、例えば、図１０に示すような作業ウィンドウ１４０が表示される。この作業ウィンドウ上で医師が操作部１７を操作することにより、画像の表示・編集、診断情報の入力などを行うことができる。
【００５９】
作業ウィンドウ１４０には、患者１０の氏名、年齢などを記載した患者情報や、検査日などの検査情報が表示される領域１４１の他、体内におけるＣＥ１１の移動軌跡を表す領域１４２、撮像素子４３による被観察部位の画像を動画像のように連続表示する領域１４３、および被観察部位の画像を一枚ずつ表示する領域１４４が設けられている。
【００６０】
領域１４２には、簡易的な人体の解剖図１４５が描かれており、データ解析回路８９によるＣＥ１１の位置情報から導かれるＣＥ１１の移動軌跡１４６が解剖図１４５内に表示されている。この場合、アレイアンテナ２２のサイズなどを加味して、画素１２２ａの座標と解剖図１４５の各点との位置関係を予め定めておく。そして、ＣＥ１１に該当する領域の中心画素の座標を解剖図１４５の各点に割り当てていき、割り当てた点を線で結んで移動軌跡１４６とする。なお、ここでは、ＸＺの二次元の移動軌跡１４６を例示して説明したが、勿論、解剖図１４５を三次元画像とし、ＸＹＺの三次元の移動軌跡を表示してもよい。
【００６１】
次に、上記のように構成されたカプセル内視鏡システム２で検査を行う際の処理手順を、図１１のフローチャートを参照して説明する。まず、検査前の準備として、受信装置１２、シールドシャツ２０、アンテナ２１、およびアレイアンテナ２２を患者１０に装着させる。そして、受信装置１２の電源を投入して、患者１０の体内の三次元画像データ１２２をリファレンスとして取得した後、ＣＥ１１の電源を投入して患者１０にＣＥ１１を嚥下させる。
【００６２】
ＣＥ１１が患者１０に嚥下されると、照明光源部４６で照明されつつ、撮像素子４３により体内管路の内壁面が撮像される。このとき、対物光学系４２から入射した体内の被観察部位の像光は、撮像素子４３の撮像面に結像され、これにより撮像素子４３から撮像信号が出力される。撮像素子４３から出力された撮像信号は、ＡＦＥ６４で相関二重サンプリング、増幅、およびＡ／Ｄ変換が施され、デジタルの画像データに変換される。
【００６３】
ＡＦＥ６４から出力されたデジタルの画像データは、変調回路６６で電波６７に変調される。変調された電波６７は、送信回路６５で増幅、帯域通過濾波された後、画像用送信アンテナ２１から送信される。
【００６４】
画像用受信アンテナ４９で電波６７が受信されると、受信回路８４で電波６７が増幅、帯域通過濾波された後、復調回路８５で元の画像データに復調される。復調された画像データは、ＤＳＰ８６で各種信号処理が施された後、データストレージ８７に出力される。
【００６５】
上記のようにして撮像素子４３で被観察部位の画像が取得される一方、図１１に示すように、Ｓ１０において、マイクロ波ＣＴ部８８によって、マイクロ波用送信アンテナ３２およびマイクロ波用受信アンテナ３３間でマイクロ波が送受信される。このとき、送信側マルチプレクサ１０４、および受信側マルチプレクサ１０５により、マイクロ波を送受信する各アンテナ３２、３３が選択的に切り替えられ、アレイアンテナ２２の周方向、および軸方向にわたって、ｍ×ｎ回マイクロ波の送受信が繰り返される。
【００６６】
マイクロ波用受信アンテナ３３で受信されたマイクロ波は、増幅器１０６で増幅されてミキサー１０３に入力される。ミキサー１０３では、チャープパルス発生器１００で発生されて分配器１０１で分配された送信波と同じマイクロ波と、受信されたマイクロ波とが掛け合わされる。
【００６７】
そして、帯域通過フィルタ１０７によって、分配器１０１からのマイクロ波と、増幅器１０２からのマイクロ波とのビート信号が取り出される。次いで、ＦＦＴアナライザ１０８で、ビート信号のうち、マイクロ波を送受信したマイクロ波用送信アンテナ３２およびマイクロ波用受信アンテナ３３間を直進するマイクロ波に相当する時間遅れをもつ周波数成分、すなわち一次元画像データが選択的に取り出される。
【００６８】
Ｓ１１において、三次元画像生成回路１０９では、周知の画像再構成法、ボリュームレンダリング法が適用され、一次元画像データから三次元画像データが生成される。Ｓ１２において、データ解析回路８９では、三次元画像生成回路１０９からの三次元画像データから、体内におけるＣＥ１１の位置情報（ＣＥ１１に該当する領域の中心画素の座標、および移動距離）が取得される。
【００６９】
Ｓ１３において、ＣＰＵ８０により、データ解析回路８９からのＣＥ１１の位置情報に基づいて、ＣＥ１１が管路に滞留しているか否かが検知される。そして、Ｓ１４において、ＣＥ１１が管路に滞留していると判断された場合、Ｓ１５に進んで、ＬＣＤ１４にその旨を示す警告が表示され、Ｓ１６に進む。ＣＥ１１が管路に滞留していないと判断された場合は、Ｓ１５に進まず、そのままＳ１６に進む。
【００７０】
Ｓ１６において、撮像素子４３による被観察部位の画像データと併せて、マイクロ波ＣＴ部８８による三次元画像データ１２２、およびデータ解析回路８９によるＣＥ１１の位置情報のデータがデータストレージ８７に記憶される。これら一連の処理は、ＣＥ１１による検査が終了する（Ｓ１７でｎｏ）まで繰り返し実行される。
【００７１】
検査終了後、再び受信装置１２とプロセッサ１６とをＵＳＢケーブル１９で接続し、データストレージ８７に記憶された各データをＷＳ１３のデータストレージ１３５にアップロードする。そして、ＷＳ１３にて、診断支援ソフトを用いて診断を行う。診断支援ソフトの作業ウィンドウ１４０には、ＣＥ１１の位置情報を元にしたＣＥ１１の移動軌跡１４６が解剖図１４５内に表示される。
【００７２】
以上説明したように、チャープパルスのマイクロ波を用いて患者１０の体内の比誘電率分布を表す三次元画像を生成し、三次元画像データを解析してＣＥ１１の体内における位置情報を取得するので、ＣＥ１１に位置検出用の部品を追加することなく、ＣＥ１１の滞留検知や移動軌跡１４６の表示を行うことができる。また、チャープパルスのマイクロ波による比誘電率の空間分解能は数ｍｍであるため、従来の方法と比べて、ＣＥ１１の位置の検出精度を飛躍的に向上させることができる。さらに、人体に影響を与えることなく、非侵襲でＣＥ１１の位置を検出することができる。
【００７３】
ＣＥ１１の移動軌跡１４６を表示するので、読影時の利便性を高めることができる。また、ＣＥ１１が管路に滞留したときには、滞留箇所の見当がつくので、迅速且つ的確な処置を施すことができる。さらに、アレイアンテナ２２を患者１０が装着可能な構成としたので、患者１０を処置用のベッドに拘束する必要がなくなる。
【００７４】
上記実施形態では、前カバー４０と後カバー４１とに同じ材料を用いているが、前カバー４０と後カバー４１を、比誘電率が互いに異なる材料としてもよい。前カバー４０と後カバー４１の比誘電率を異ならせれば、ＣＥ１１と生体組織だけでなく、三次元画像データから前カバー４０と後カバー４１とを区別することができ、これを元にＣＥ１１の体内における方向も知ることができる。ＣＥ１１の方向を知ることができれば、位置情報と併せて参照することにより、画像の具体的な撮像箇所を特定することができる。
【００７５】
なお、アレイアンテナ２２の構成や駆動方法は、上記実施形態で例示した態様に限定されるものではなく、適宜変更することが可能である。例えば、上記実施形態のようにマイクロ波用送信アンテナ３２とマイクロ波用受信アンテナ３３をそれぞれ設けるのではなく、アンテナの後段に送受信切り替えスイッチを設け、一つのアンテナでマイクロ波の送受信を賄う構成としてもよい。また、送信側マルチプレクサ１０４、および受信側マルチプレクサ１０５で一つずつ選択してマイクロ波を送受信するのではなく、隣り合う数個のアンテナを同時に選択して、数個のアンテナ単位でマイクロ波を送受信してもよい。
【００７６】
撮像素子４３による被観察部位の画像データ、マイクロ波ＣＴ部８８による三次元画像データ１２２、およびデータ解析回路８９によるＣＥ１１の位置情報のデータをそれぞれ関連付けて記憶しておけば、例えば、図１０において、移動軌跡１４６にカーソル１４７を合わせて選択すると、その位置における被観察部位の画像を領域１４４に表示させるなど、各データを連携させることができ、読影を円滑に進めることができる。また、定期検診や開腹手術後の経過観察をＣＥ１１で行う場合、重点的に読影すべき病変部などの凡その位置が予め分かっているので、上記のように各データを連携させれば、目的の部位を撮像した画像を直ちに検索することができ、特に有効である。
【００７７】
上記実施形態では、アレイアンテナ２２を患者１０が装着可能とした例を挙げたが、Ｘ線ＣＴ装置や核磁気共鳴画像（ＭＲＩ）装置と同じように、ベッドサイドにアレイアンテナ２２を設けて、ベッドに患者１０を寝かせた状態でアレイアンテナ２２を患者１０の周りに回転させる、あるいはアレイアンテナ２２に対してベッドを移動させるなどして、マイクロ波を患者１０に走査してもよい。また、マイクロ波ＣＴ部８８を受信装置１２に設けた態様を例示して説明したが、これらを切り離して別々の装置としてもよい。あるいは、受信装置１２にＣＥ１１の移動軌跡を生成する機能を設けて、ＬＣＤ１４にリアルタイムで移動軌跡を表示してもよい。要するに、本発明の主旨を逸脱しない限り、如何様な変更も可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】カプセル内視鏡システムの構成を示す概略図である。
【図２】アレイアンテナの構成を示す斜視図である。
【図３】アンテナエレメントの構成を示す概略図である。
【図４】カプセル内視鏡の内部構成を示す断面図である。
【図５】カプセル内視鏡の電気的構成を示すブロック図である。
【図６】受信装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図７】マイクロ波ＣＴ部の電気的構成を示すブロック図である。
【図８】三次元画像生成回路の処理を模式的に示す説明図である。
【図９】ワークステーションの電気的構成を示すブロック図である。
【図１０】カプセル内視鏡の移動軌跡の表示例を示す説明図である。
【図１１】カプセル内視鏡の体内における位置を検出するための処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７９】
２  カプセル内視鏡システム
１１  カプセル内視鏡（ＣＥ）
１２  受信装置
１３  ワークステーション（ＷＳ）
１４  液晶表示器（ＬＣＤ）
１８  モニタ
２２  アレイアンテナ
３２  マイクロ波用送信アンテナ
３３  マイクロ波用受信アンテナ
８０  ＣＰＵ
８７  データストレージ
８８  マイクロ波ＣＴ部
８９  データ解析回路
１００  チャープパルス発生器
１０４  送信側マルチプレクサ
１０５  受信側マルチプレクサ
１０７  帯域通過フィルタ
１０８  ＦＦＴアナライザ
１０９  三次元画像生成回路
１２２  三次元画像データ
１３５  データストレージ
【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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