(57)【要約】      （修正有）【課題】被検者の内部に導入されて被検者内情報を取得するカプセル型内視鏡に対して、被検者の外部から効率的な電力供給をする無線給電システムを提供する。【解決手段】送電コイル１４を共振駆動する交流電流を印加するドライバ１３が、被検者９０を被覆する着衣１５に配設され、バッテリが着衣１５の外部に配設されている。【選択図】図１
2009125100.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体の内部に導入されて前記被検体内情報を取得するカプセル型医療機器に対して、前記被検体の外部から送電コイルを介して電力を供給する無線給電システムであって、
前記送電コイルを共振駆動する交流電流を印加するドライバが、前記被検体を被覆する着衣に配設され、
前記交流電流に変換される直流電流の電源が、前記着衣の外部に配設されていることを特徴とする無線給電システム。
【請求項２】
前記送電コイルとＬＣ共振回路を形成するコンデンサを有し、前記ＬＣ共振回路を形成する配線が前記被検体を被覆する着衣に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の無線給電システム。
【請求項３】
前記直流電流の電源が、被検体が携帯可能な形態の電池であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の無線給電システム。
【請求項４】
前記カプセル型医療機器が、カプセル型内視鏡であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の無線給電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体内に導入されたカプセル型医療機器、たとえば飲込み型のカプセル型内視鏡に、被検体の外部から電力を供給する無線給電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、内視鏡の分野では、撮像機能と無線機能とが装備されたカプセル型内視鏡が登場している。このカプセル型内視鏡は、観察、診断または治療等のために被検体に飲込まれた後、被検体から自然排出されるまでの間、胃、小腸などの臓器の内部をその蠕動運動に伴って移動し、撮像機能を用いて臓器の内部を順次撮像する構成である。
【０００３】
これら臓器内を移動する間にカプセル型内視鏡によって被検体内で撮像された画像データは、順次無線通信などの無線機能により、被検体の外部に設けられた外部装置に送電され、メモリに蓄積される。被検体がこの無線機能とメモリ機能を備えた外部装置を携帯することにより、被検体は、カプセル型内視鏡を飲み込んだ後、排出されるまでの観察期間、不自由を被ることなく行動も可能になる。カプセル型内視鏡による観察後は、医者によって、外部装置のメモリに蓄積された画像データに基づいて、臓器の画像をディスプレイなどの表示手段に表示させて診断を行うことができる。
【０００４】
この種のカプセル型内視鏡に電力を供給するシステムとしては、たとえば特開２００１−２３１１８６号公報に示すものがある。この電力送電システムでは、ラジオカプセル（カプセル型内視鏡に相当）が被検者内に留置される間、被検者外部からラジオカプセルに電力を送電することにより、ラジオカプセルに電力を供給する。このシステムでは、外部装置に電力送電用アンテナを、ラジオカプセル内部に電力受信アンテナをそれぞれ設け、外部装置から送電用アンテナおよび受信用アンテナを介してラジオカプセルに電力を供給して、被検者内に長時間留置されたラジオカプセルの観察動作を可能にしている。
【０００５】
ここで、図６および図７は、特開２００１−２３１１８６号公報に開示された電力送電システムを説明するための説明図であり、図６はベスト型の体外ユニットの概略外観図であり、図７は、体外ユニットの構成を示す構成図である。すなわち、図６において、体外ユニット１１０は被検者が装着するベスト型からなっており、被検者に対して正面（図６（Ａ））には、複数の受信アンテナ１１１を配置した受信アンテナアレイ１１２、受信モジュール１１３、体外ユニット１１０から着脱可能なメモリ１１４および電源１１５が設けられている。また、被検者に対して背面の内側（図６（Ｂ））には、背面中央部を覆うようにして１個の電力送電アンテナ１２９が配設されている。
【０００６】
また、図７の体外ユニットの構成に示すように、特開２００１−２３１１８６号公報に開示された電力送電システムの体外ユニットは電力送信アンテナ１２９から電波を送信してラジオカプセルへの電力供給を行なう機能とラジオカプセルの送信信号を受信し加工して記憶する機能を有している。すなわち、電源１１５からの電力供給を受けて、電力送信アンプ１３１で増幅された電波が電力送信アンテナ１２９を介して体内のラジオカプセルへ送信される。また、体内のラジオカプセルから送信された信号は、被検者の着用している体外ユニットに設けられた受信アンテナアレイ１１２にて受信され、レシーバ１１６を介して復調回路１１７と位置特定手段１１９に出力される。復調回路１１７は入力した信号を復調して情報圧縮回路１１８に出力する。受信アンテナ１１１の受信状態はメモリ１１４に書き込まれ、位置特定手段１１９は、現在の受信状態及び現在までの受信履歴等からその送信位置を特定する。この位置情報はマイコン１２０に送られ、ＲＴＣ（Ｒｅａｌ  Ｔｉｍｅ Ｃｌｏｃｋ）１２１の時刻情報とともに情報圧縮回路１１８に送られる。情報圧縮回路１８に送られ、互いに関連付けされた生体情報、位置情報、時刻情報を含む生体情報信号は圧縮され、メモリ１１４に記憶される。
【０００７】
さらに、特開２００１−２３１１８６号公報には、ベスト上には受信アンテナアレイ１１２と電力送電アンテナ１２９のみ設け、他の構成物を受信アンテナアレイ１１２または電力送電アンテナ１２９と有線接続して携帯可能な別ユニット、例えばベルトポーチ型やショルダーバッグ型として被検者に携帯させれば、ベストの重量が軽くなり被検者の行動を楽にすることができることが開示されている。
【０００８】
しかし、特開２００１−２３１１８６号公報には、電力送電アンテナ１２９と他の構成物、例えば、電力送信アンプ３１との接続配線については、単に有線接続と記載されているだけで、具体的には何ら記載されていない。
【０００９】
本発明の発明者は、電力送電アンテナに電力を供給するドライバの配設位置等が、無線給電システムの給電効率に極めて大きな影響を及ぼすことを見いだし、本発明の完成に至った。
【特許文献１】特開２００１−２３１１８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、被検体の内部に導入されて被検体内情報を取得するカプセル型医療機器に対して、被検体の外部から効率的な電力供給をする無線給電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】
【００１１】
上記目的を達成すべく、本発明の無線給電システムは、被検体の内部に導入されて前記被検体内情報を取得するカプセル型医療機器に対して、前記被検体の外部から送電コイルを介して電力を供給する無線給電システムであって、前記送電コイルを駆動する交流電流を印加するドライバが、前記被検体を被覆する着衣に配設され、前記交流電流に変換される直流電流の電源が、前記着衣の外部に配設されている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、被検体の内部に導入されて被検体内情報を取得するカプセル型医療機器に対して、被検体の外部から効率的な電力供給をする無線給電システムを提供するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
＜第１の実施の形態＞  
以下、図面を参照して本発明の第１の実施の形態の無線給電システム１について説明する。  
図１は、本実施の形態にかかる無線給電システム１の全体の概要を示す概要図であり、図２は、カプセル型内視鏡５０の構造の概要を説明するための側面図である。図１に示すように、無線給電システム１は、着衣（不図示）に配設された被検体である被検者９０の外部の送電アンテナである送電コイル１４に、やはり着衣に配設されたドライバ１３から共振駆動のための交流電流を印加することで、被検者９０の内部に導入されたカプセル型医療機器であるカプセル型内視鏡５０に、電磁誘導により電力を供給する。そして、直流電流の電源１１は、着衣の外部のショルダーバッグ２１等に配設されている。
【００１４】
無線給電システム１は、重量物である直流電流の電源１１が、着衣に配設されていないため、無線給電システム１は被検者９０の身体的負担が軽い。
【００１５】
次に、図２および図３を用いて、カプセル型内視鏡５０について説明する。図２は、カプセル型内視鏡５０の構造の概要を説明するための側面図であり、図３は、カプセル型内視鏡５０の構成を説明するための説明図である。
【００１６】
すなわち、図２に示すように、カプセル型内視鏡５０は、被検者９０の体腔内に導入可能な細長いカプセル型筐体５１内に内蔵されている一端方向の撮影が可能な撮像部５２等とを備える単眼型のカプセル型内視鏡である。カプセル型内視鏡５０は、被検者９０の口腔から体内に飲み込み可能な大きさのものであり、略半球状で透明性あるいは透光性を有する先端カバー５１ａと、可視光が不透過な有色材質からなる一端が半球状の筒形状の胴部カバー５１ｃとを弾性的に嵌合させることで、内部を液密に封止するカプセル型筐体５１を形成している。
【００１７】
カプセル型筐体５１内には、撮像部５２、制御部５３、ＲＦ送信部５４、受電部５５および電力を受電する受電コイル５６およびＲＦ送信コイル５６Ｂ（図３参照）等が内蔵されている。
【００１８】
撮像部５２は、カプセル型筐体５１内にあって、体腔内撮像部位を先端カバー５１ａ部分を介して照明するための照明光を出射するＬＥＤなどの照明部５８と、照明光による反射光を受光して体腔内撮像部位を撮像するＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子５９と、この撮像素子５９に被写体の像を結像させる結像レンズ５７とを備え、先端カバー５１ａ側なる前端部方向の撮影が可能とされている。なお、受電部５５は受電した電力を一時的に貯蔵しておく二次電池を有していてもよい。
【００１９】
受電コイル５６は、導電線を巻回した所定のターン数のスパイラルコイルであり、細長いカプセル型筐体５１の胴部内に、コイルの軸がカプセルの長手方向となるように配設されている。なお、受電コイル５６は細長いカプセル型筐体５１の一部に巻回されていてもよいし、内部に軟磁性コアを有していてもよいし、あるいはカプセル型筐体５１の外側に巻回されていてもよい。送電コイル１４により発生した交流磁界が、受電コイル５６を鎖交することで、受電コイル５６に誘導起電力が発生する。また、カプセル型内視鏡５０では、たとえば電力供給用信号に重畳された各種制御信号に基づいて、上述したＬＥＤやＣＣＤなどの駆動を制御し、撮像画像情報はＲＦ送信部５４およびＲＦ送信コイル５６Ｂを介して体外に送信される。
【００２０】
そして、図３に示すように、受電コイル５６は、コンデンサ５７と共振回路を形成しており、その共振回路は、外部から印加される交流磁界の周波数、すなわち、送電コイル１４とコンデンサ１９とからなるＬＣ共振回路部２０の共振周波数、で共振するように設定されている。
【００２１】
次に、図４を用いて、第１の実施の形態の無線給電システム１の構成について、詳細に説明する。図４に示すように、無線給電システム１は、被検者を被覆する着衣１５に配設されたＬＣ共振回路である共振回路部２０およびドライバ１３と、汎用のＡＣコンセントと接続可能な電源プラグ１２を有する着衣の外部に配設されている直流電源１１、発信器１７およびタイミング発生回路１８とから構成されている。発信器１７は、共振周波数の元信号を発信し、タイミング発生回路１８は、元信号に基づき共振周波数の電圧信号を発生する。一方、直流電源１１から供給された直流電流は、ドライバ１３において、タイミング発生回路１８の電圧信号に基づき、駆動用の交流電流に変換される。
【００２２】
ドライバ１３からの交流電流は、送電コイル１４およびコンデンサ１９からなる共振回路部２０に印加され、送電コイル１４は交流磁界を発生する。ここで、共振回路部２０とは、送電コイル１４およびコンデンサ１９だけでなく、送電コイル１４とコンデンサ１９の間の配線、ドライバ１３と送電コイル１４の間の配線、およびドライバ１３とコンデンサ１９の間の配線まで含まれている。言い換えれば、共振回路部２０とは送電コイル１４を駆動する所定の共振周波数の交流電流が流れる部分である。
【００２３】
ここで、インダクタンス成分Ｌと容量成分Ｃを直列に接続したＬＣ直列である共振回路の共振周波数ｆｒ、は以下の式で表される。
【００２４】
ｆｒ＝１／（２×π×ＳＱＲ（Ｌ×Ｃ））  ・・・（式１）
無線給電システム１の共振回路においては、インダクタンス成分Ｌは、送電コイル１４のインダクタンス成分、容量成分Ｃはコンデンサ１９の容量が、いずれも支配的である。従って、送電コイル１４を共振駆動するためには、送電コイル１４にインダクタンスに応じた容量のコンデンサ１９を接続すればよいと考えられていた。しかし、共振回路部２０のインダクタンスは、送電コイル１４だけでなく、共振回路部２０の配線の影響も受ける。すなわち、共振回路部２０の配線長が長く、さらには、共振回路配線の引き回し状態の変化によって、共振回路部２０のインダクタンスが変化してしまうことがある。共振回路部２０のインダクタンスが変化すると、共振周波数が変化する。すると、無線給電システム１は、送電コイル１４を共振駆動することが困難となり、効率的な給電ができなくなる。
【００２５】
これに対して、無線給電システム１においては、送電コイル１４を共振駆動する交流電流を印加するドライバ１３が、被検者を被覆する着衣１５に配設されているため、共振回路部２０の配線が短く、かつ配線の引き回し状態が変化しにくい。すなわち、無線給電システム１は、被検者９０が観察のために体位を変えたり、あるいは動き回っても、共振回路部２０の配線の変形が小さい。
【００２６】
このため、無線給電システム１は、共振回路部２０の共振周波数の変化が小さく、カプセル型内視鏡５０に、安定した効率的な電力供給をすることができる。
【００２７】
なお、図１では、送電アンテナとしてソレノイド型の送電コイル１４を図示したが、ヘルムホルツ型コイルや、平面巻コイル等の交流磁界を発生することができる送電アンテナであれば、その形態および磁界発生原理は問題とはならず、本実施の形態の無線給電システム１に用いることができる。また、着衣１５に配設する送電アンテナの数は１個に限らず、複数でも良く、例えば、複数の送電アンテナをアレイ状に配設してもよい。この場合には、複数の送電アンテナは、全ての送電アンテナを同時に駆動してもよいし、選択した１個あるいは２個以上の送電アンテナのみを駆動しても良い。例えば、カプセル型医療機器の位置を検出し、複数の送電アンテナの中からカプセル型医療機器に効率的に電力を供給できる送電アンテナを駆動してもよい。
【００２８】
＜第２の実施の形態＞  
以下、図面を参照して本発明の第２の実施の形態の無線給電システム２について説明する。本実施の形態の無線給電システム２の基本構成は無線給電システム１と、ほぼ同じであるため、以下、同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略し、第１の実施の形態の無線給電システム１と異なる点についてのみ説明する。
【００２９】
図５は、本実施の形態の無線給電システム２の構成を示す構成図である。無線給電システム２においては、被検者９０が携帯可能な形態の電池、すなわちバッテリ１６が、直流電流の電源として、ドライバ１１に直流電流を供給する。電池としては、被検者９０が携帯可能な形態の電池であれば特に制限はなく、公知の一次電池、二次電池、電気二重層コンデンサあるいは燃料電池等を用いることができる。
【００３０】
無線給電システム２は、第１の実施の形態の無線給電システム１が有する効果に加えて、被検者９０が携帯可能なバッテリ１６から電力を供給しているため、被検者の行動の制限が更に小さくなる。
【００３１】
なお、図４および図５においては、それぞれの送電コイル１４に１個のコンデンサ１９を接続する形態を図示しているが、それぞれの送電コイル１４に接続するコンデンサ１９は複数であってもよい。送電コイル１４に、２つ以上のコンデンサを直列に接続した場合には、個々のコンデンサに電圧を分圧できるため、耐圧の低い小型のコンデンサを用いることができる。また、送電コイル１４に、２つ以上のコンデンサを並列に接続した場合には、個々のコンデンサの容量が加算されるため、容量の小さな小型のコンデンサを用いることができる。
【００３２】
なお、上記説明は、カプセル型内視鏡を例に説明したが、本発明の無線給電システムは、カプセル型内視鏡への無線給電に限られるものではなく、消化液あるいは組織採取用カプセル型医療機器、ｐＨセンサ、温度センサまたはドラックデリバリーのような各種カプセル型医療機器に適用可能である。
【００３３】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】第１の実施の形態にかかる無線給電システムの全体概要を示す概要図である
【図２】第１の実施の形態にかかる無線給電システムのカプセル型内視鏡の構造の概要を説明するための側面図である。
【図３】第１の実施の形態にかかる無線給電システムのカプセル型内視鏡の構成を説明するための説明図である。
【図４】第１の実施の形態にかかる無線給電システムの構成を説明するための説明図である。
【図５】第２の実施の形態の変形例にかかる無線給電システムの構成を説明するための説明図である。
【図６】公知の電力送電システムのベスト型の体外ユニットの概略外観図である。
【図７】公知の電力送電システムの体外ユニットの構成図である。
【符号の説明】
【００３５】
１、２…無線給電システム、１１…直流電源、１２…電源プラグ、１３…ドライバ、１４…送電コイル、１５…着衣、１６…バッテリ、１７…発信器、１８…タイミング発生回路、１９…コンデンサ、２０…共振回路部、２１…ショルダーバッグ、５１…カプセル型筐体、５２…撮像部、５３…制御部、５４…送信部、５５…受電部、５６…受電コイル、５６Ｂ…送信コイル、５７…結像レンズ、５８…照明部、５９…撮像素子、９０…被検者、１１１…受信アンテナ、１１５…電源、１２０…マイコン、１２９…電力送電アンテナ
【図１】
2009125100.tif 000003
【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】
2009125100.tif 000009