カプセル内視鏡、カプセル内視鏡カバー、カプセル内視鏡プロセッサ、およびカプセル内視鏡姿勢検出システム
【課題】カプセル内視鏡の姿勢を簡易な方法で検知する。
【解決手段】カプセル内視鏡はカバー１１、撮像素子を有する。カバー１１を透明部材で形成する。カバー１１の内部に密閉空間ＳＳを形成する。密閉空間ＳＳを凹面ｃｃｖｓ、凸面ｃｖｘｓ、および底面ｂｓによって形成する。密閉空間ＳＳに無色透明な液体を充填する。密閉空間ＳＳに浮き１８と錘１９とを設ける。浮き１８と錘１９とを密閉空間ＳＳ内部で移動自在に保つ。浮き１８と錘１９とを方位磁石によって形成する。方位磁石を密閉空間ＳＳ内で回動自在に保つ。
【解決手段】カプセル内視鏡はカバー１１、撮像素子を有する。カバー１１を透明部材で形成する。カバー１１の内部に密閉空間ＳＳを形成する。密閉空間ＳＳを凹面ｃｃｖｓ、凸面ｃｖｘｓ、および底面ｂｓによって形成する。密閉空間ＳＳに無色透明な液体を充填する。密閉空間ＳＳに浮き１８と錘１９とを設ける。浮き１８と錘１９とを密閉空間ＳＳ内部で移動自在に保つ。浮き１８と錘１９とを方位磁石によって形成する。方位磁石を密閉空間ＳＳ内で回動自在に保つ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、体内における姿勢を把握可能なカプセル内視鏡およびカプセル内視鏡の姿勢を検出するカプセル内視鏡プロセッサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、カプセル内視鏡システムが開発されている。カプセル内視鏡システムでは、撮像素子を設けたカプセル内視鏡が用いられる。カプセル内視鏡は患者に飲込まれ、体内を単独で移動する。移動しながら、カプセル内視鏡によって体内の撮影が連続的に行われる。撮影された画像は画像データとして体外機に受信される。体外器が受信した画像データに基づく画像がモニタに表示される。
【０００３】
カプセル内視鏡は体内で自由に姿勢を変化させてしまうため、撮影する画像の視認だけでは、何処の部位を撮影しているかを判別するのが困難であった。そのため、体内におけるカプセル内視鏡の姿勢を把握することが求められていた。そこで、磁気を利用してカプセル内視鏡の姿勢を検出することが提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
しかし、磁気を利用する場合は大型の磁気検出センサが必要であり、より小型化したシステムが求められていた。特に、カプセル内視鏡による体内の撮影は長時間を要するため、大型の磁気検出センサを用いる場合に被験者が検査室において、拘束された状態下で長時間の検査を受けることになった。そのため、被験者にとって不便であった。
【特許文献１】特開２００５−３０４６３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、本発明ではカプセル内視鏡の姿勢を簡易に把握可能な小型の姿勢検出システムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のカプセル内視鏡は、被写体を撮影する撮像素子と、撮像素子の前方に設けられ密閉空間が撮像素子の撮像可能範囲内に設けられ透明部材により形成されるカバーと、密閉空間内に移動自在に設けられ重力方向あるいは天頂方向に移動する方向指標とを備えることを特徴としている。
【０００７】
なお、方向指標は錘であることが好ましい。さらに、錘は方位磁石であることが好ましい。また、錘は、青色または緑色に色づけられることが好ましい。
【０００８】
また、密閉空間に充填される透明な液体である充填液体を備え、方向指標は充填液体に設けられる泡または浮きであることが好ましい。さらに、浮きは方位磁石であることが好ましい。さらには、浮きは青色または緑色に色づけられることが好ましい。
【０００９】
また、密閉空間は撮像素子と逆方向に突出する曲面である第１のガイド曲面を有し方向指標は第１のガイド曲面にそって移動することが好ましい。さらに、第１のガイド曲面は球面の一部を有することが好ましい。さらに、密閉空間は第１のガイド曲面と同じ方向に突出する第２のガイド曲面を有することが好ましい。
【００１０】
本発明のカプセル内視鏡カバーは、撮像素子を有するカプセル内視鏡の撮像素子側の外殻に冠着させるカバーであって、カプセル内視鏡に冠着させた状態における撮像素子の撮像可能範囲内に形成される密閉空間部と、密閉空間部内に移動自在に設けられ重力方向あるいは天頂方向に移動する方向指標とを備え、透明部材により形成されることを特徴としている。
【００１１】
本発明のカプセル内視鏡プロセッサは、被写体を撮影する撮像素子と、撮像素子の前方に設けられ密閉空間が撮像素子の撮像可能範囲内に設けられ透明部材により形成されるカバーと、密閉空間内に移動自在に設けられ重力方向あるいは天頂方向に移動する方向指標とを有するカプセル内視鏡から撮像素子が被写体の撮影に基づいて生成する画像信号を受信する受信部と、受信機が受信した画像信号に基づいて、画像信号に相当する撮影画像における方向指標を検出する指標検出部と、撮影画像における方向指標が検出された位置に基づいてカプセル内視鏡の向きを判別する判別部とを備えることを特徴としている。
【００１２】
なお、方向指標は方位磁石である錘または密閉空間に充填される透明な液体中の浮きであり、指標検出部は方向指標の磁石が指示する方向を検出し、判別部は指標検出部が検出した方向に基づいてカプセル内視鏡の向きを判別することが好ましい。
【００１３】
また、撮影画像に表示される方向指標の周囲の画像を用いて補完する補間部を備えることが好ましい。
【００１４】
また、カプセル内視鏡の向きが撮影画像を表示するためのモニタに表示可能であることが好ましい。
【００１５】
本発明のカプセル内視鏡姿勢検出システムは被写体を撮影する撮像素子と撮像素子の前方に設けられ密閉空間が撮像素子の撮像可能範囲内に設けられ透明部材により形成されるカバーと密閉空間内に移動自在に設けられ重力方向あるいは天頂方向に移動する方向指標とを有するカプセル内視鏡と、撮像素子が被写体の撮影に基づいて生成する画像信号を受信する受信部と受信機が受信した画像信号に基づいて画像信号に相当する撮影画像における方向指標を検出する指標検出部と撮影画像における方向指標が検出された位置に基づいてカプセル内視鏡の向きを判別する判別部とを有するカプセル内視鏡プロセッサとを備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、表示画像における浮きまたは錘の位置に基づいてカプセル内視鏡の姿勢を簡易に判別することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態を適用したカプセル内視鏡姿勢検出システムの使用状態を示す第１の参考図である。図２は、カプセル内視鏡姿勢検出システムの使用状態を示す第２の参考図である。
【００１８】
本実施形態のカプセル内視鏡姿勢検出システムを有するカプセル内視鏡システムは、カプセル内視鏡１０、外部受信機２０、カプセル内視鏡プロセッサ３０、およびモニタ４０等によって構成される（図１、図２参照）。カプセル内視鏡システムによる体腔内部の観察は、データ採取のステップとデータに基づく画像表示のステップとによって構成される。
【００１９】
図１に示すように、データ採取のステップにおいて、外部受信機２０が被験者Ｐの体表に固定される。また、データ採取のステップにおいてカプセル内視鏡１０が被験者Ｐに飲込まれる。カプセル内視鏡１０により体腔内部の被写体が撮像され、撮像された被写体に相当する画像信号が生成される。生成された画像データは外部受信機２０に無線送信される。無線送信された画像信号が外部受信機２０に設けられるメモリ（図１、図２において図示せず）に格納される。
【００２０】
カプセル内視鏡１０による撮像を終えると、画像表示のステップを実行することが可能になる。図２に示すように、画像表示のステップにおいて外部受信機２０がコネクタ３１を介して内視鏡プロセッサ３０に接続される。なお、内視鏡プロセッサ３０はモニタ４０にも接続される。
【００２１】
外部受信機２０に格納された画像信号は、内視鏡プロセッサ３０に送られる。内視鏡プロセッサ３０によって、画像信号に対して所定のデータ処理が施される。所定の信号処理が施された画像信号はモニタ４０に送られる。モニタ４０には、送られた画像信号に基づく画像が表示される。
【００２２】
次にカプセル内視鏡１０の構成について図３を用いて詳細に説明する。図３はカプセル内視鏡の内部構成を概略的に示すブロック図である。カプセル内視鏡１０は、筐体２６とカバー１１との内部に、撮像素子１２、撮影光学系Ｌ、信号処理回路１３、送信回路１４、送信アンテナ１５、照明光源１６、およびバッテリ１７などを設けることにより、形成される。なお、以下の説明において、カプセル内視鏡１０の向きとは撮像素子１２の受光面の向く方向とする。
【００２３】
照明光源１６により、撮像素子１２の前方に照明光が照射される。照明された被写体は、カバー１１および撮影光学系Ｌを介して撮像素子１２に撮像される。撮像された画像に相当する画像信号が撮像素子１２により生成される。
【００２４】
画像信号は信号処理回路１３に送られ、所定の信号処理が施される。所定の信号処理が施された画像信号は送信回路１４に送られる。送信回路１４に送られた画像信号は、送信アンテナ１５を介してカプセル内視鏡１０の外部に無線送信される。なお、照明光源１６による照明光の照射のための電力および撮像素子１２、信号処理回路１３、送信回路１４などを駆動するための電力は、バッテリ１７により供給される。
【００２５】
図４に示すように、撮像素子１２を覆うカバー１１は透明部材により半球のドーム状に形成される。また、カバー１１の内部には、密閉空間ＳＳが設けられる。なお、密閉空間ＳＳは撮影光学系Ｌ（図４において図示せず）による撮像素子１２の撮影可能範囲内に含まれるように曲率半径および大きさの調整が行われる。
【００２６】
カバー１１は、対物側ドーム部１１ａ、対物側ドーム部１１ａよりも曲率半径が小さい撮像素子側ドーム部１１ｂ、および両者を端部で連結する連結部１１ｃによって形成される。カバー１１の内部には、対物側ドーム部１１ａ、撮像素子側ドーム部１１ｂ、および連結部１１cによって閉ざされる密閉空間ＳＳが形成される。
【００２７】
密閉空間ＳＳは、対物側ドーム部１１ａの撮像素子１２側の凹面ｃｃｖｓ、撮像素子側ドーム部１１ｂの対物側の面であって凹面ｃｃｖｓと対向する凸面ｃｖｘｓ、および底面ｂｓを有する。凹面ｃｃｖｓ、凸面ｃｖｘｓともに半球面状になるように形成される。また、図５に示すように、撮像素子１２側から見てカバー１１の頂点における法線と、撮影光学系Ｌの光軸と、撮像素子１２の受光面における有効撮像領域の中心を通る垂直な直線とが一致するように、カバー１１は設置される。
【００２８】
密閉空間ＳＳの内部には、無色透明な液体が充填される。また、密閉空間ＳＳの内部には、浮き１８と錘１９とが設けられる。浮き１８は緑色に色付けられ、錘１９は青色に色付けられる。浮き１８と錘１９は、密閉空間ＳＳの凹面ｃｃｖｓ、凸面ｃｖｘｓに沿って移動自在である。浮き１８および錘１９は方位磁石であり、密閉空間ＳＳ内で磁針が南北方向を向くように回転する。なお、両者共に北側を指向する磁針が濃く色付けられる。
【００２９】
図６に示すように、カプセル内視鏡１０が地上に対して下側に向いている場合、すなわち、カバー１１の先端部が地上に対して下側を向いている場合、錘１９が地上から見た密閉空間ＳＳの最も下側に移動する。一方、図７に示すように、カプセル内視鏡１０が地上に対して上側を向いている場合、すなわち、カバー１１の先端部が地上に対して上側を向いている場合、浮き１８が地上から見た密閉空間ＳＳの最も上側に移動する。
【００３０】
次に、外部受信機の構成について図８を用いて説明する。図８は、外部受信機の内部構成を概略的に示すブロック図である。外部受信機２０には、受信アンテナ２１、受信回路２２、信号処理回路２３、ハードディスクドライブ２４、およびバッテリ２５が設けられる。
【００３１】
受信アンテナ２１が受信回路２２に駆動されることにより、カプセル内視鏡１０から無線送信される画像信号が受信される。受信した画像信号は、受信回路２２を介して信号処理回路２３に送信される。信号処理回路２３において所定の信号処理が画像信号に対して施される。信号処理の施された画像信号は、ハードディスクドライブ２４に格納される。なお、信号処理回路２３、受信回路２２などを駆動するための電力は、バッテリ２５により供給される。
【００３２】
次に、カプセル内視鏡プロセッサ３０の構成について図９を用いて説明する。図９はカプセル内視鏡プロセッサの内部構成を概略的に示すブロック図である。内視鏡プロセッサ３０には、前段信号処理回路３２、画像信号処理回路３３、姿勢判別回路３４、後段信号処理回路３５が設けられる。
【００３３】
外部受信機２０のハードディスクドライブ２４はコネクタ３１を介して、カプセル内視鏡プロセッサ３０の前段信号処理回路３２に接続される。前段信号処理回路３２によって、ハードディスクドライブ２４に格納された画像信号が受信される。受信された画像信号は、前段信号処理回路３２において、ホワイトバランス処理や色補間処理等の所定の信号処理が施される。
【００３４】
前段信号処理回路３２における所定の信号処理の施された画像信号は、画像信号処理回路３３および姿勢判別回路３４に送信される。後述するように、姿勢判別回路３４において、カプセル内視鏡１０の姿勢が画像信号に基づいて検出される。また、姿勢判別回路３４において、浮き１８および錘１９が表示される位置が求められ、浮き１８および錘１９の表示領域がデータとして画像信号処理回路３３に送られる。
【００３５】
画像信号処理回路３３では、画像信号に対してγ補正などの所定の信号処理が施される。また、画像信号には、浮き１８および錘１９の表示領域のデータに基づき補間処理が、さらに施される。
【００３６】
カバー１１の密閉空間ＳＳ内を移動自在である浮き１８および錘１９は、撮像素子１２の撮影範囲内に含まれるため、表示する画像にも表示されることになる。そこで、浮き１８および錘１９の表示領域に関しては、撮影した画像を直接用いず、周囲の画像を用いて補間処理を行うことにより、表示する画像内における浮き１８および錘１９の写り込みが防止される。
【００３７】
所定の信号処理の施された画像信号は、画像信号処理回路３３から後段信号処理回路３５に送信される。
【００３８】
次に姿勢判別回路３４におけるカプセル内視鏡１０の姿勢の判別方法について説明する。姿勢判別回路３４において、先ず、公知の画像認識方法により撮影された画像全体における浮き１８および錘１９の位置が検出される。なお、カプセル内視鏡による観察対象は被験者の体内であり、全体的に赤みを帯びた色であって、前述のように浮き１８は緑色、錘１９は青色に色付けられるため、容易に認識可能である。
【００３９】
浮き１８と錘１９の位置が検出されると、次にカプセル内視鏡１０が上向きであるか下向きであるかの判断が行なわれる。上向きまたは下向きの判断は、浮き１８および錘１９のいずれが撮影した画像の中心により近いかを判定することによって実行される。
【００４０】
浮き１８の方が画像の中心に近いときは、カプセル内視鏡１０は地上に対して上側を向いていると、判断される。一方、錘１９の方が画像の中心に近いときは、カプセル内視鏡１０は地上に対して下側を向いていると、判断される。なお、浮き１８および錘１９の中で、画像の中心により近い方が、判定指標に設定される。
【００４１】
カプセル内視鏡１０が上向きか下向きであるかの判断の次には、カプセル内視鏡１０の向きが、天頂方向または鉛直方向からどれだけ傾斜しているかが算出される。前述のように、受光面の中心を通る法線とカバーの頂点における法線が一致するので、天頂方向または鉛直方向からの傾斜角ωは、撮影画像の中心から判定指標の位置までの距離に応じて求めることが可能である。また、カプセル内視鏡１０の受光面の中心を軸とした回転角θが、判定指標の位置に応じて求めることが可能である。
【００４２】
回転角θおよび傾斜角ωの計算方法について、以下に詳細に説明する。図１０に示すように、公知の画像認識方法により、判定指標として設定される浮き１８または錘１９の有効画素領域内ＡＡ内における位置Ｐが認識される。なお、位置Ｐは、有効画素領域ＡＡの中心を原点Ｏとして互いに直行する２直線を座標軸とした直行座標（ｘ、ｙ）として認識される。
【００４３】
図１０に示すように、回転角θをｘ軸からの位置Ｐの回転角とすると、θ＝ｔａｎ-１（ｙ／ｘ）を計算することにより回転角θが求められる。また、原点Ｏおよび判定指標の位置を結ぶ直線と撮像素子１２の受光面との間の角度を傾斜角ωとすると（図１１参照）、ωは原点Ｏと受光面における判定指標の位置Ｐとの距離ｒ（＝√（ｘ＾２＋ｙ＾２）の関数ｆ（ｒ）として求められる。なお、ｆ（ｒ）は撮影光学系Ｌのレンズ設計により定まる多項式であって、例えば、ω＝Ａ１＋Ａ２×ｒ＋Ａ３×ｒ＾２＋・・・＋Ａｎｒ＾（ｎ−１）である。
【００４４】
また、図１１における原点Ｏおよび判定指標の位置を結ぶ直線を軸としたカプセル内視鏡１０の回転方向も、姿勢判別回路３４によって求められる。なお、図１１における原点Ｏおよび判定指標の位置を結ぶ直線Ｂ−Ｂ’は重力方向に平行な直線であり、直線Ｂ−Ｂ’を軸とした回転方向は、カプセル内視鏡１０の方位として表すことが可能である。
【００４５】
図１２に示すように、判定指標の磁針の両先端部分の直行座標が検出される。両先端部分を結ぶ直線Ｃ−Ｃ’の傾きから直線Ｃ−Ｃ’とｘ軸との間の角度α’が求められる。ｘ軸から回転角θだけ回転させた直線Ａ−Ａ’と直線Ｃ−Ｃ’の間の角度αは、α＝α’-θを計算することにより、求められる。
【００４６】
原点Ｏと受光面における判定指標の位置Ｐとの間の距離ｒ、および角度αに基づいてカプセル内視鏡１０の直線Ｂ−Ｂ’回りの回転方向が一意的に決定する。なお、距離ｒと角度αに対する回転方向は、実測により予め求められる。
【００４７】
姿勢判別回路３４にはＲＯＭ（図示せず）が接続される。ＲＯＭには、判定指標の位置から中心までの距離ｒに対する傾斜角ωが対応表として記憶されている。また、ＲＯＭには、受光面における判定指標の位置Ｐに対する回転角θ、および距離ｒ、角度αに対する直線Ｂ−Ｂ’周りの回転方向も対応表として記憶されている。
【００４８】
姿勢判別回路３４が判定指標の表示位置Ｐの座標、位置Ｐの原点Ｏからの距離ｒ、および指針の両端を結ぶ直線Ｃ−Ｃ’の傾きを算出すると、対応表が姿勢判別回路３４によってＲＯＭから読出され、回転角θ、傾斜角ω、および直線Ｂ−Ｂ’周りの回転方向が求められる。
【００４９】
求められた回転角θ、傾斜角ω、および直線Ｂ−Ｂ’周りの回転方向が姿勢信号として後段信号処理回路３５に送信される。
【００５０】
前述のように、後段信号処理回路３５には、画像信号処理回路３３における所定の信号処理の施された画像信号およびカプセル内視鏡の姿勢に相当する姿勢信号が、受信される。後段信号処理回路３５において、画像信号に相当する撮影画像とカプセル内視鏡１０の姿勢を表示する方向画像とを、モニタ４０に表示させるための領域の割当てなどの後段信号処理が行われる。
【００５１】
撮影画像内に写りこんでいる浮き１８および錘１９は、公知のパターンマッチングにより表示画像上での表示領域が把握されており、浮き１８および錘１９に対応する領域には、周辺の画素信号により形成された補間の画素信号に置き換えられる。
【００５２】
後段信号処理を施して生成した複合ビデオ信号がモニタ４０に送信される。モニタ４０には、複合ビデオ信号に相当する画像が表示される。図１３に示すように、モニタ４０には、複合ビデオ信号に相当する画像として撮影画像ＭＩとともに、方向画像ＤＩが表示される。
【００５３】
図１４に示すように、方向画像ＤＩには画像の上方向を天頂方向（符号Ｔ参照）、下方向を重力方向（符号Ｂ参照）として、上下方向に垂直で互いに９０°ずつ開いた４方向を東西南北方向（符号Ｅ、Ｗ、Ｓ、Ｎ参照）として、カプセル内視鏡１０の姿勢および方位が表示される。
【００５４】
次に、カプセル内視鏡の姿勢の判別およびカプセル内視鏡が撮影した画像の再生のために、カプセル内視鏡プロセッサ３０により実行される処理について図１５のフローチャートを用いて説明する。図１５は、姿勢判別および画像再生のために行なわれる処理を示すフローチャートである。なお、本処理は、カプセル内視鏡プロセッサ３０の電源がＯＦＦに切替えられるまで繰返される。
【００５５】
ステップＳ１００において、外部受信機１０から１フィールドずつ送られる画像信号が受信される。次にステップＳ１０１において、画像信号に対して所定の信号処理が施される。
【００５６】
所定の信号処理を終えると、ステップＳ１０２に進む。ステップＳ１０２では、浮き１８および錘１９の表示領域の検出が行なわれる。ステップＳ１０３では、浮き１８および錘１９の表示領域が検出されたか否かの判別が行なわれる。
【００５７】
いずれの表示領域も検出されるときには、ステップＳ１０４に進む。ステップＳ１０４では、浮き１８および錘１９の中心座標が演算される。演算により求められた中心座標がワーキングメモリ（図示せず）に記憶される。中心座標の記憶後、ステップＳ１０５に進む。ステップＳ１０５では、浮き１８および錘１９の表示領域の補間処理が行われる。
【００５８】
ステップＳ１０３において浮き１８および錘１９の少なくとも一方の表示領域が検出されなかったときにはステップＳ１０６に進む。ステップＳ１０６では、ワーキングメモリに記憶されている中心座標を当該フィールドにおける浮き１８または錘１９の中心座標として設定する。
【００５９】
ステップＳ１０５またはステップＳ１０６の終了後、ステップＳ１０７に進む。ステップＳ１０７では、浮き１８および錘１９の表示領域の中心座標に基づいて、カプセル内視鏡１０の姿勢が判別される。
【００６０】
ステップＳ１０８では、補間処理により浮き１８および錘１９を消去した撮影画像ＭＩと、カプセル内視鏡の姿勢を表示する方向画像ＤＩとがモニタ４０に表示される。１フィールドの画像信号に基づく撮影画像ＭＩおよび方向画像ＤＩの表示後、ステップＳ１００に戻る。以後、ステップＳ１００〜ステップＳ１０８の処理が繰返される。
【００６１】
以上のような本実施形態のカプセル内視鏡姿勢検出システムによれば、カプセル内視鏡の姿勢を簡易な構成で検出することが可能になる。
【００６２】
また、本実施形態のカプセル内視鏡姿勢検出システムによれば、モニタ４０に前述のように浮き１８および錘１９が写りこんでいる領域の画素信号は補完の画素信号に置換えられている。そのため、撮影画像ＭＩ内には、浮き１８および錘１９の映像が表示されないので、浮き１８および錘１９の画像による患部の画像の観察の妨げられることがない。
【００６３】
なお、本実施形態において、浮き１８および錘１９は方位磁石によって形成される構成であるが、方位磁石でなくてもよい。方位磁石によって形成されなければ南北方向の検出が出来ないが、ただの浮きおよび錘を用いても回転角θ、天頂方向または鉛直方向からの傾斜角ωを求めることは可能である。
【００６４】
また、本実施形態において、浮き１８および錘１９を非表示にし、代わりに周囲の画像から補間処理により、浮き１８および錘１９の奥の被写体の画像が形成される構成であるが、浮き１８および錘１９を表示したままでもよい。被写体の視認性は低下するが、カプセル内視鏡１０の姿勢を十分に判別可能だからである。
【００６５】
また、本実施形態において、方向画像ＤＩが撮影画像ＭＩとは別に表示される構成であるが、撮影画像ＭＩ上にカプセル内視鏡１０の方向を示す指標などが表示される構成であってもよい。
【００６６】
また、本実施形態において、密閉空間ＳＳには浮き１８と錘１９とが設けられる構成であるが、いずれか一方のみであってもよい。いずれか一方だけであっても、天頂方向からの傾斜角または鉛直方向からの傾斜角を検出することは可能である。例えば、カプセル内視鏡１０の重心の位置を調整することによりカプセル内視鏡１０を上方向および下方向のいずれかに指向させる構成であれば、一方の傾斜角のみ検出可能でっても姿勢の検出は十分に可能である。なお、錘１８のみが設けられる場合には密閉空間ＳＳに無色透明な液体を充填不要である。
【００６７】
また、本実施形態において、凹面ｃｃｖｓおよび凸面ｃｖｘｓともに半球面状に形成されるが、撮像素子１２とは逆方向に突出する曲面であればよい。完全な球面でなくても、浮き１８および錘１９を天頂方向および鉛直方向に移動させることは可能だからである。
【００６８】
また、本実施形態において、密閉空間ＳＳは凹面ｃｃｖｓと凸面ｃｖｘｓとによって形成される空間であるが、少なくとも撮像素子１２とは逆方向に突出する凹面ｃｃｖｓによって形成されていればよい。凹面ｃｃｖｓが形成されていれば、判定指標が天頂方向または鉛直方向に向かって、凹面ｃｃｖｓに沿って移動可能だからである。
【００６９】
ただし、本実施形態のように、凹面ｃｃｖｓに相対する凸面ｃｖｘｓによっても密閉空間が形成されることが望ましい。凸面ｃｖｘｓを形成することにより、判定指標とならない浮き１８または錘１９を画像の周囲に移動させることが可能となる。したがって、撮像素子１２の上に浮き１８または錘１９が重なることが防止される。また、凸面ｃｖｘｓを形成することにより、撮像素子１２と浮き１８および錘１９との距離を一定の範囲に保持させることが可能になる。
【００７０】
さらに凸面ｃｖｘｓを形成することにより以下に説明する効果が得られる。凹面ｃｃｖｓと平面とにより密閉空間を形成した場合、通常の画像を得るためには撮影光学系Ｌのレンズ特性を従来のカプセル内視鏡に用いられる撮影光学系のレンズ特性から大きく変更させる必要がある。しかし、本実施形態のように凸面ｃｖｘｓを形成することにより撮影光学系のレンズ特性を従来のカプセル内視鏡のレンズ特性から大きく変更する必要がないため、レンズ設計が容易になる。
【００７１】
また、本実施形態において、カバー１１はドーム状に形成されるが、いかなる形状であってもよい。密閉空間が前述のような曲面であれば、本実施形態と同様の効果を得ることが可能だからである。ただし、再現性の高い光学像を受光するためには、ドーム形状であることが望ましい。
【００７２】
また、本実施形態において、カバー１１の頂点における法線と受光面の中心を通る受光面の法線とが重なる構成であるが、重ならなくてもよい。カバー１１の頂点における法線と受光面との交点から浮き１８または錘１９の表示位置までの距離を算出すれば、傾斜角を求めることは可能である。
【００７３】
また、本実施形態において、密閉空間ＳＳに浮き１８が設けられる構成であるが、単に気泡、または密閉空間ＳＳに充填される透明な液体より比重の軽い液体による液胞が設けられる構成であってもよい。
【００７４】
また、本実施形態において、浮き１８および錘１９はそれぞれ緑色および青色に色付けられる構成であるが、いかなる色に色付けられてもよいし、または色付けられなくてもよい。ただし、前述のように色付けられることにより画像認識が容易となり、カプセル内視鏡１０の向きをより正確に検出することが可能である。
【００７５】
また、本実施形態において、カプセル内視鏡プロセッサ３０によりカプセル内視鏡１０の向きを検出させる構成であるが、姿勢判別回路３４を有さない通常のカプセル内視鏡プロセッサを用いてもよい。観察者は、撮影画像に表示される浮き１８または錘１９の位置を視認することにより、カプセル内視鏡１０の向きを判別することが可能である。
【００７６】
また、本実施形態において、カプセル内視鏡１０のカバー１１に密閉空間ＳＳを形成し、浮き１８または錘１９を密閉空間ＳＳ内部に設ける構成であるが、浮き１８または錘１９を密閉空間ＳＳ内に有するカプセル内視鏡カバーを通常のカプセル内視鏡に冠着させても本実施形態と同様の効果を得ることは可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の第１の実施形態を適用したカプセル内視鏡姿勢検出システムの使用状態を示す第１の参考図である。
【図２】カプセル内視鏡姿勢検出システムの使用状態を示す第２の参考図である。
【図３】本実施形態のカプセル内視鏡の内部構成を概略的に示すブロック図である。
【図４】カバーの断面図である。
【図５】カプセル内視鏡内部における各部位の配置された位置を示す内部配置図である。
【図６】カプセル内視鏡が下側を向いているときのカバー内の動きを説明する図である。
【図７】カプセル内視鏡が上側を向いているときのカバー内の動きを説明する図である。
【図８】外部受信機の内部構成を概略的に示すブロック図である。
【図９】本実施形態のカプセル内視鏡プロセッサの内部構成を概略的に示すブロック図である。
【図１０】有効画素領域上の２次元座標における判定指標の位置と原点との距離および判定指標の位置のｘ軸からの回転角の関係を説明するための図である。
【図１１】重力方向または天頂方向からのカプセル内視鏡の傾斜角の計算方法を説明するための図である。
【図１２】判定指標の方位の判定方法について説明するための図である。
【図１３】モニタに表示される撮影画像と方向画像とを示す図である。
【図１４】方向画像の拡大図である。
【図１５】姿勢判別および画像再生のために行なわれる処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７８】
１０ カプセル内視鏡
１１ カバー
１２ 撮像素子
１８ 浮き
１９ 錘
３０ カプセル内視鏡プロセッサ
３２ 前段信号処理回路
３４ 姿勢判別回路
ｃｃｖｓ 凹面
ｃｖｘｓ 凸面
ＤＩ 方向画像
ＭＩ 撮影画像
ＳＳ 密閉空間
【技術分野】
【０００１】
本発明は、体内における姿勢を把握可能なカプセル内視鏡およびカプセル内視鏡の姿勢を検出するカプセル内視鏡プロセッサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、カプセル内視鏡システムが開発されている。カプセル内視鏡システムでは、撮像素子を設けたカプセル内視鏡が用いられる。カプセル内視鏡は患者に飲込まれ、体内を単独で移動する。移動しながら、カプセル内視鏡によって体内の撮影が連続的に行われる。撮影された画像は画像データとして体外機に受信される。体外器が受信した画像データに基づく画像がモニタに表示される。
【０００３】
カプセル内視鏡は体内で自由に姿勢を変化させてしまうため、撮影する画像の視認だけでは、何処の部位を撮影しているかを判別するのが困難であった。そのため、体内におけるカプセル内視鏡の姿勢を把握することが求められていた。そこで、磁気を利用してカプセル内視鏡の姿勢を検出することが提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
しかし、磁気を利用する場合は大型の磁気検出センサが必要であり、より小型化したシステムが求められていた。特に、カプセル内視鏡による体内の撮影は長時間を要するため、大型の磁気検出センサを用いる場合に被験者が検査室において、拘束された状態下で長時間の検査を受けることになった。そのため、被験者にとって不便であった。
【特許文献１】特開２００５−３０４６３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、本発明ではカプセル内視鏡の姿勢を簡易に把握可能な小型の姿勢検出システムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のカプセル内視鏡は、被写体を撮影する撮像素子と、撮像素子の前方に設けられ密閉空間が撮像素子の撮像可能範囲内に設けられ透明部材により形成されるカバーと、密閉空間内に移動自在に設けられ重力方向あるいは天頂方向に移動する方向指標とを備えることを特徴としている。
【０００７】
なお、方向指標は錘であることが好ましい。さらに、錘は方位磁石であることが好ましい。また、錘は、青色または緑色に色づけられることが好ましい。
【０００８】
また、密閉空間に充填される透明な液体である充填液体を備え、方向指標は充填液体に設けられる泡または浮きであることが好ましい。さらに、浮きは方位磁石であることが好ましい。さらには、浮きは青色または緑色に色づけられることが好ましい。
【０００９】
また、密閉空間は撮像素子と逆方向に突出する曲面である第１のガイド曲面を有し方向指標は第１のガイド曲面にそって移動することが好ましい。さらに、第１のガイド曲面は球面の一部を有することが好ましい。さらに、密閉空間は第１のガイド曲面と同じ方向に突出する第２のガイド曲面を有することが好ましい。
【００１０】
本発明のカプセル内視鏡カバーは、撮像素子を有するカプセル内視鏡の撮像素子側の外殻に冠着させるカバーであって、カプセル内視鏡に冠着させた状態における撮像素子の撮像可能範囲内に形成される密閉空間部と、密閉空間部内に移動自在に設けられ重力方向あるいは天頂方向に移動する方向指標とを備え、透明部材により形成されることを特徴としている。
【００１１】
本発明のカプセル内視鏡プロセッサは、被写体を撮影する撮像素子と、撮像素子の前方に設けられ密閉空間が撮像素子の撮像可能範囲内に設けられ透明部材により形成されるカバーと、密閉空間内に移動自在に設けられ重力方向あるいは天頂方向に移動する方向指標とを有するカプセル内視鏡から撮像素子が被写体の撮影に基づいて生成する画像信号を受信する受信部と、受信機が受信した画像信号に基づいて、画像信号に相当する撮影画像における方向指標を検出する指標検出部と、撮影画像における方向指標が検出された位置に基づいてカプセル内視鏡の向きを判別する判別部とを備えることを特徴としている。
【００１２】
なお、方向指標は方位磁石である錘または密閉空間に充填される透明な液体中の浮きであり、指標検出部は方向指標の磁石が指示する方向を検出し、判別部は指標検出部が検出した方向に基づいてカプセル内視鏡の向きを判別することが好ましい。
【００１３】
また、撮影画像に表示される方向指標の周囲の画像を用いて補完する補間部を備えることが好ましい。
【００１４】
また、カプセル内視鏡の向きが撮影画像を表示するためのモニタに表示可能であることが好ましい。
【００１５】
本発明のカプセル内視鏡姿勢検出システムは被写体を撮影する撮像素子と撮像素子の前方に設けられ密閉空間が撮像素子の撮像可能範囲内に設けられ透明部材により形成されるカバーと密閉空間内に移動自在に設けられ重力方向あるいは天頂方向に移動する方向指標とを有するカプセル内視鏡と、撮像素子が被写体の撮影に基づいて生成する画像信号を受信する受信部と受信機が受信した画像信号に基づいて画像信号に相当する撮影画像における方向指標を検出する指標検出部と撮影画像における方向指標が検出された位置に基づいてカプセル内視鏡の向きを判別する判別部とを有するカプセル内視鏡プロセッサとを備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、表示画像における浮きまたは錘の位置に基づいてカプセル内視鏡の姿勢を簡易に判別することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態を適用したカプセル内視鏡姿勢検出システムの使用状態を示す第１の参考図である。図２は、カプセル内視鏡姿勢検出システムの使用状態を示す第２の参考図である。
【００１８】
本実施形態のカプセル内視鏡姿勢検出システムを有するカプセル内視鏡システムは、カプセル内視鏡１０、外部受信機２０、カプセル内視鏡プロセッサ３０、およびモニタ４０等によって構成される（図１、図２参照）。カプセル内視鏡システムによる体腔内部の観察は、データ採取のステップとデータに基づく画像表示のステップとによって構成される。
【００１９】
図１に示すように、データ採取のステップにおいて、外部受信機２０が被験者Ｐの体表に固定される。また、データ採取のステップにおいてカプセル内視鏡１０が被験者Ｐに飲込まれる。カプセル内視鏡１０により体腔内部の被写体が撮像され、撮像された被写体に相当する画像信号が生成される。生成された画像データは外部受信機２０に無線送信される。無線送信された画像信号が外部受信機２０に設けられるメモリ（図１、図２において図示せず）に格納される。
【００２０】
カプセル内視鏡１０による撮像を終えると、画像表示のステップを実行することが可能になる。図２に示すように、画像表示のステップにおいて外部受信機２０がコネクタ３１を介して内視鏡プロセッサ３０に接続される。なお、内視鏡プロセッサ３０はモニタ４０にも接続される。
【００２１】
外部受信機２０に格納された画像信号は、内視鏡プロセッサ３０に送られる。内視鏡プロセッサ３０によって、画像信号に対して所定のデータ処理が施される。所定の信号処理が施された画像信号はモニタ４０に送られる。モニタ４０には、送られた画像信号に基づく画像が表示される。
【００２２】
次にカプセル内視鏡１０の構成について図３を用いて詳細に説明する。図３はカプセル内視鏡の内部構成を概略的に示すブロック図である。カプセル内視鏡１０は、筐体２６とカバー１１との内部に、撮像素子１２、撮影光学系Ｌ、信号処理回路１３、送信回路１４、送信アンテナ１５、照明光源１６、およびバッテリ１７などを設けることにより、形成される。なお、以下の説明において、カプセル内視鏡１０の向きとは撮像素子１２の受光面の向く方向とする。
【００２３】
照明光源１６により、撮像素子１２の前方に照明光が照射される。照明された被写体は、カバー１１および撮影光学系Ｌを介して撮像素子１２に撮像される。撮像された画像に相当する画像信号が撮像素子１２により生成される。
【００２４】
画像信号は信号処理回路１３に送られ、所定の信号処理が施される。所定の信号処理が施された画像信号は送信回路１４に送られる。送信回路１４に送られた画像信号は、送信アンテナ１５を介してカプセル内視鏡１０の外部に無線送信される。なお、照明光源１６による照明光の照射のための電力および撮像素子１２、信号処理回路１３、送信回路１４などを駆動するための電力は、バッテリ１７により供給される。
【００２５】
図４に示すように、撮像素子１２を覆うカバー１１は透明部材により半球のドーム状に形成される。また、カバー１１の内部には、密閉空間ＳＳが設けられる。なお、密閉空間ＳＳは撮影光学系Ｌ（図４において図示せず）による撮像素子１２の撮影可能範囲内に含まれるように曲率半径および大きさの調整が行われる。
【００２６】
カバー１１は、対物側ドーム部１１ａ、対物側ドーム部１１ａよりも曲率半径が小さい撮像素子側ドーム部１１ｂ、および両者を端部で連結する連結部１１ｃによって形成される。カバー１１の内部には、対物側ドーム部１１ａ、撮像素子側ドーム部１１ｂ、および連結部１１cによって閉ざされる密閉空間ＳＳが形成される。
【００２７】
密閉空間ＳＳは、対物側ドーム部１１ａの撮像素子１２側の凹面ｃｃｖｓ、撮像素子側ドーム部１１ｂの対物側の面であって凹面ｃｃｖｓと対向する凸面ｃｖｘｓ、および底面ｂｓを有する。凹面ｃｃｖｓ、凸面ｃｖｘｓともに半球面状になるように形成される。また、図５に示すように、撮像素子１２側から見てカバー１１の頂点における法線と、撮影光学系Ｌの光軸と、撮像素子１２の受光面における有効撮像領域の中心を通る垂直な直線とが一致するように、カバー１１は設置される。
【００２８】
密閉空間ＳＳの内部には、無色透明な液体が充填される。また、密閉空間ＳＳの内部には、浮き１８と錘１９とが設けられる。浮き１８は緑色に色付けられ、錘１９は青色に色付けられる。浮き１８と錘１９は、密閉空間ＳＳの凹面ｃｃｖｓ、凸面ｃｖｘｓに沿って移動自在である。浮き１８および錘１９は方位磁石であり、密閉空間ＳＳ内で磁針が南北方向を向くように回転する。なお、両者共に北側を指向する磁針が濃く色付けられる。
【００２９】
図６に示すように、カプセル内視鏡１０が地上に対して下側に向いている場合、すなわち、カバー１１の先端部が地上に対して下側を向いている場合、錘１９が地上から見た密閉空間ＳＳの最も下側に移動する。一方、図７に示すように、カプセル内視鏡１０が地上に対して上側を向いている場合、すなわち、カバー１１の先端部が地上に対して上側を向いている場合、浮き１８が地上から見た密閉空間ＳＳの最も上側に移動する。
【００３０】
次に、外部受信機の構成について図８を用いて説明する。図８は、外部受信機の内部構成を概略的に示すブロック図である。外部受信機２０には、受信アンテナ２１、受信回路２２、信号処理回路２３、ハードディスクドライブ２４、およびバッテリ２５が設けられる。
【００３１】
受信アンテナ２１が受信回路２２に駆動されることにより、カプセル内視鏡１０から無線送信される画像信号が受信される。受信した画像信号は、受信回路２２を介して信号処理回路２３に送信される。信号処理回路２３において所定の信号処理が画像信号に対して施される。信号処理の施された画像信号は、ハードディスクドライブ２４に格納される。なお、信号処理回路２３、受信回路２２などを駆動するための電力は、バッテリ２５により供給される。
【００３２】
次に、カプセル内視鏡プロセッサ３０の構成について図９を用いて説明する。図９はカプセル内視鏡プロセッサの内部構成を概略的に示すブロック図である。内視鏡プロセッサ３０には、前段信号処理回路３２、画像信号処理回路３３、姿勢判別回路３４、後段信号処理回路３５が設けられる。
【００３３】
外部受信機２０のハードディスクドライブ２４はコネクタ３１を介して、カプセル内視鏡プロセッサ３０の前段信号処理回路３２に接続される。前段信号処理回路３２によって、ハードディスクドライブ２４に格納された画像信号が受信される。受信された画像信号は、前段信号処理回路３２において、ホワイトバランス処理や色補間処理等の所定の信号処理が施される。
【００３４】
前段信号処理回路３２における所定の信号処理の施された画像信号は、画像信号処理回路３３および姿勢判別回路３４に送信される。後述するように、姿勢判別回路３４において、カプセル内視鏡１０の姿勢が画像信号に基づいて検出される。また、姿勢判別回路３４において、浮き１８および錘１９が表示される位置が求められ、浮き１８および錘１９の表示領域がデータとして画像信号処理回路３３に送られる。
【００３５】
画像信号処理回路３３では、画像信号に対してγ補正などの所定の信号処理が施される。また、画像信号には、浮き１８および錘１９の表示領域のデータに基づき補間処理が、さらに施される。
【００３６】
カバー１１の密閉空間ＳＳ内を移動自在である浮き１８および錘１９は、撮像素子１２の撮影範囲内に含まれるため、表示する画像にも表示されることになる。そこで、浮き１８および錘１９の表示領域に関しては、撮影した画像を直接用いず、周囲の画像を用いて補間処理を行うことにより、表示する画像内における浮き１８および錘１９の写り込みが防止される。
【００３７】
所定の信号処理の施された画像信号は、画像信号処理回路３３から後段信号処理回路３５に送信される。
【００３８】
次に姿勢判別回路３４におけるカプセル内視鏡１０の姿勢の判別方法について説明する。姿勢判別回路３４において、先ず、公知の画像認識方法により撮影された画像全体における浮き１８および錘１９の位置が検出される。なお、カプセル内視鏡による観察対象は被験者の体内であり、全体的に赤みを帯びた色であって、前述のように浮き１８は緑色、錘１９は青色に色付けられるため、容易に認識可能である。
【００３９】
浮き１８と錘１９の位置が検出されると、次にカプセル内視鏡１０が上向きであるか下向きであるかの判断が行なわれる。上向きまたは下向きの判断は、浮き１８および錘１９のいずれが撮影した画像の中心により近いかを判定することによって実行される。
【００４０】
浮き１８の方が画像の中心に近いときは、カプセル内視鏡１０は地上に対して上側を向いていると、判断される。一方、錘１９の方が画像の中心に近いときは、カプセル内視鏡１０は地上に対して下側を向いていると、判断される。なお、浮き１８および錘１９の中で、画像の中心により近い方が、判定指標に設定される。
【００４１】
カプセル内視鏡１０が上向きか下向きであるかの判断の次には、カプセル内視鏡１０の向きが、天頂方向または鉛直方向からどれだけ傾斜しているかが算出される。前述のように、受光面の中心を通る法線とカバーの頂点における法線が一致するので、天頂方向または鉛直方向からの傾斜角ωは、撮影画像の中心から判定指標の位置までの距離に応じて求めることが可能である。また、カプセル内視鏡１０の受光面の中心を軸とした回転角θが、判定指標の位置に応じて求めることが可能である。
【００４２】
回転角θおよび傾斜角ωの計算方法について、以下に詳細に説明する。図１０に示すように、公知の画像認識方法により、判定指標として設定される浮き１８または錘１９の有効画素領域内ＡＡ内における位置Ｐが認識される。なお、位置Ｐは、有効画素領域ＡＡの中心を原点Ｏとして互いに直行する２直線を座標軸とした直行座標（ｘ、ｙ）として認識される。
【００４３】
図１０に示すように、回転角θをｘ軸からの位置Ｐの回転角とすると、θ＝ｔａｎ-１（ｙ／ｘ）を計算することにより回転角θが求められる。また、原点Ｏおよび判定指標の位置を結ぶ直線と撮像素子１２の受光面との間の角度を傾斜角ωとすると（図１１参照）、ωは原点Ｏと受光面における判定指標の位置Ｐとの距離ｒ（＝√（ｘ＾２＋ｙ＾２）の関数ｆ（ｒ）として求められる。なお、ｆ（ｒ）は撮影光学系Ｌのレンズ設計により定まる多項式であって、例えば、ω＝Ａ１＋Ａ２×ｒ＋Ａ３×ｒ＾２＋・・・＋Ａｎｒ＾（ｎ−１）である。
【００４４】
また、図１１における原点Ｏおよび判定指標の位置を結ぶ直線を軸としたカプセル内視鏡１０の回転方向も、姿勢判別回路３４によって求められる。なお、図１１における原点Ｏおよび判定指標の位置を結ぶ直線Ｂ−Ｂ’は重力方向に平行な直線であり、直線Ｂ−Ｂ’を軸とした回転方向は、カプセル内視鏡１０の方位として表すことが可能である。
【００４５】
図１２に示すように、判定指標の磁針の両先端部分の直行座標が検出される。両先端部分を結ぶ直線Ｃ−Ｃ’の傾きから直線Ｃ−Ｃ’とｘ軸との間の角度α’が求められる。ｘ軸から回転角θだけ回転させた直線Ａ−Ａ’と直線Ｃ−Ｃ’の間の角度αは、α＝α’-θを計算することにより、求められる。
【００４６】
原点Ｏと受光面における判定指標の位置Ｐとの間の距離ｒ、および角度αに基づいてカプセル内視鏡１０の直線Ｂ−Ｂ’回りの回転方向が一意的に決定する。なお、距離ｒと角度αに対する回転方向は、実測により予め求められる。
【００４７】
姿勢判別回路３４にはＲＯＭ（図示せず）が接続される。ＲＯＭには、判定指標の位置から中心までの距離ｒに対する傾斜角ωが対応表として記憶されている。また、ＲＯＭには、受光面における判定指標の位置Ｐに対する回転角θ、および距離ｒ、角度αに対する直線Ｂ−Ｂ’周りの回転方向も対応表として記憶されている。
【００４８】
姿勢判別回路３４が判定指標の表示位置Ｐの座標、位置Ｐの原点Ｏからの距離ｒ、および指針の両端を結ぶ直線Ｃ−Ｃ’の傾きを算出すると、対応表が姿勢判別回路３４によってＲＯＭから読出され、回転角θ、傾斜角ω、および直線Ｂ−Ｂ’周りの回転方向が求められる。
【００４９】
求められた回転角θ、傾斜角ω、および直線Ｂ−Ｂ’周りの回転方向が姿勢信号として後段信号処理回路３５に送信される。
【００５０】
前述のように、後段信号処理回路３５には、画像信号処理回路３３における所定の信号処理の施された画像信号およびカプセル内視鏡の姿勢に相当する姿勢信号が、受信される。後段信号処理回路３５において、画像信号に相当する撮影画像とカプセル内視鏡１０の姿勢を表示する方向画像とを、モニタ４０に表示させるための領域の割当てなどの後段信号処理が行われる。
【００５１】
撮影画像内に写りこんでいる浮き１８および錘１９は、公知のパターンマッチングにより表示画像上での表示領域が把握されており、浮き１８および錘１９に対応する領域には、周辺の画素信号により形成された補間の画素信号に置き換えられる。
【００５２】
後段信号処理を施して生成した複合ビデオ信号がモニタ４０に送信される。モニタ４０には、複合ビデオ信号に相当する画像が表示される。図１３に示すように、モニタ４０には、複合ビデオ信号に相当する画像として撮影画像ＭＩとともに、方向画像ＤＩが表示される。
【００５３】
図１４に示すように、方向画像ＤＩには画像の上方向を天頂方向（符号Ｔ参照）、下方向を重力方向（符号Ｂ参照）として、上下方向に垂直で互いに９０°ずつ開いた４方向を東西南北方向（符号Ｅ、Ｗ、Ｓ、Ｎ参照）として、カプセル内視鏡１０の姿勢および方位が表示される。
【００５４】
次に、カプセル内視鏡の姿勢の判別およびカプセル内視鏡が撮影した画像の再生のために、カプセル内視鏡プロセッサ３０により実行される処理について図１５のフローチャートを用いて説明する。図１５は、姿勢判別および画像再生のために行なわれる処理を示すフローチャートである。なお、本処理は、カプセル内視鏡プロセッサ３０の電源がＯＦＦに切替えられるまで繰返される。
【００５５】
ステップＳ１００において、外部受信機１０から１フィールドずつ送られる画像信号が受信される。次にステップＳ１０１において、画像信号に対して所定の信号処理が施される。
【００５６】
所定の信号処理を終えると、ステップＳ１０２に進む。ステップＳ１０２では、浮き１８および錘１９の表示領域の検出が行なわれる。ステップＳ１０３では、浮き１８および錘１９の表示領域が検出されたか否かの判別が行なわれる。
【００５７】
いずれの表示領域も検出されるときには、ステップＳ１０４に進む。ステップＳ１０４では、浮き１８および錘１９の中心座標が演算される。演算により求められた中心座標がワーキングメモリ（図示せず）に記憶される。中心座標の記憶後、ステップＳ１０５に進む。ステップＳ１０５では、浮き１８および錘１９の表示領域の補間処理が行われる。
【００５８】
ステップＳ１０３において浮き１８および錘１９の少なくとも一方の表示領域が検出されなかったときにはステップＳ１０６に進む。ステップＳ１０６では、ワーキングメモリに記憶されている中心座標を当該フィールドにおける浮き１８または錘１９の中心座標として設定する。
【００５９】
ステップＳ１０５またはステップＳ１０６の終了後、ステップＳ１０７に進む。ステップＳ１０７では、浮き１８および錘１９の表示領域の中心座標に基づいて、カプセル内視鏡１０の姿勢が判別される。
【００６０】
ステップＳ１０８では、補間処理により浮き１８および錘１９を消去した撮影画像ＭＩと、カプセル内視鏡の姿勢を表示する方向画像ＤＩとがモニタ４０に表示される。１フィールドの画像信号に基づく撮影画像ＭＩおよび方向画像ＤＩの表示後、ステップＳ１００に戻る。以後、ステップＳ１００〜ステップＳ１０８の処理が繰返される。
【００６１】
以上のような本実施形態のカプセル内視鏡姿勢検出システムによれば、カプセル内視鏡の姿勢を簡易な構成で検出することが可能になる。
【００６２】
また、本実施形態のカプセル内視鏡姿勢検出システムによれば、モニタ４０に前述のように浮き１８および錘１９が写りこんでいる領域の画素信号は補完の画素信号に置換えられている。そのため、撮影画像ＭＩ内には、浮き１８および錘１９の映像が表示されないので、浮き１８および錘１９の画像による患部の画像の観察の妨げられることがない。
【００６３】
なお、本実施形態において、浮き１８および錘１９は方位磁石によって形成される構成であるが、方位磁石でなくてもよい。方位磁石によって形成されなければ南北方向の検出が出来ないが、ただの浮きおよび錘を用いても回転角θ、天頂方向または鉛直方向からの傾斜角ωを求めることは可能である。
【００６４】
また、本実施形態において、浮き１８および錘１９を非表示にし、代わりに周囲の画像から補間処理により、浮き１８および錘１９の奥の被写体の画像が形成される構成であるが、浮き１８および錘１９を表示したままでもよい。被写体の視認性は低下するが、カプセル内視鏡１０の姿勢を十分に判別可能だからである。
【００６５】
また、本実施形態において、方向画像ＤＩが撮影画像ＭＩとは別に表示される構成であるが、撮影画像ＭＩ上にカプセル内視鏡１０の方向を示す指標などが表示される構成であってもよい。
【００６６】
また、本実施形態において、密閉空間ＳＳには浮き１８と錘１９とが設けられる構成であるが、いずれか一方のみであってもよい。いずれか一方だけであっても、天頂方向からの傾斜角または鉛直方向からの傾斜角を検出することは可能である。例えば、カプセル内視鏡１０の重心の位置を調整することによりカプセル内視鏡１０を上方向および下方向のいずれかに指向させる構成であれば、一方の傾斜角のみ検出可能でっても姿勢の検出は十分に可能である。なお、錘１８のみが設けられる場合には密閉空間ＳＳに無色透明な液体を充填不要である。
【００６７】
また、本実施形態において、凹面ｃｃｖｓおよび凸面ｃｖｘｓともに半球面状に形成されるが、撮像素子１２とは逆方向に突出する曲面であればよい。完全な球面でなくても、浮き１８および錘１９を天頂方向および鉛直方向に移動させることは可能だからである。
【００６８】
また、本実施形態において、密閉空間ＳＳは凹面ｃｃｖｓと凸面ｃｖｘｓとによって形成される空間であるが、少なくとも撮像素子１２とは逆方向に突出する凹面ｃｃｖｓによって形成されていればよい。凹面ｃｃｖｓが形成されていれば、判定指標が天頂方向または鉛直方向に向かって、凹面ｃｃｖｓに沿って移動可能だからである。
【００６９】
ただし、本実施形態のように、凹面ｃｃｖｓに相対する凸面ｃｖｘｓによっても密閉空間が形成されることが望ましい。凸面ｃｖｘｓを形成することにより、判定指標とならない浮き１８または錘１９を画像の周囲に移動させることが可能となる。したがって、撮像素子１２の上に浮き１８または錘１９が重なることが防止される。また、凸面ｃｖｘｓを形成することにより、撮像素子１２と浮き１８および錘１９との距離を一定の範囲に保持させることが可能になる。
【００７０】
さらに凸面ｃｖｘｓを形成することにより以下に説明する効果が得られる。凹面ｃｃｖｓと平面とにより密閉空間を形成した場合、通常の画像を得るためには撮影光学系Ｌのレンズ特性を従来のカプセル内視鏡に用いられる撮影光学系のレンズ特性から大きく変更させる必要がある。しかし、本実施形態のように凸面ｃｖｘｓを形成することにより撮影光学系のレンズ特性を従来のカプセル内視鏡のレンズ特性から大きく変更する必要がないため、レンズ設計が容易になる。
【００７１】
また、本実施形態において、カバー１１はドーム状に形成されるが、いかなる形状であってもよい。密閉空間が前述のような曲面であれば、本実施形態と同様の効果を得ることが可能だからである。ただし、再現性の高い光学像を受光するためには、ドーム形状であることが望ましい。
【００７２】
また、本実施形態において、カバー１１の頂点における法線と受光面の中心を通る受光面の法線とが重なる構成であるが、重ならなくてもよい。カバー１１の頂点における法線と受光面との交点から浮き１８または錘１９の表示位置までの距離を算出すれば、傾斜角を求めることは可能である。
【００７３】
また、本実施形態において、密閉空間ＳＳに浮き１８が設けられる構成であるが、単に気泡、または密閉空間ＳＳに充填される透明な液体より比重の軽い液体による液胞が設けられる構成であってもよい。
【００７４】
また、本実施形態において、浮き１８および錘１９はそれぞれ緑色および青色に色付けられる構成であるが、いかなる色に色付けられてもよいし、または色付けられなくてもよい。ただし、前述のように色付けられることにより画像認識が容易となり、カプセル内視鏡１０の向きをより正確に検出することが可能である。
【００７５】
また、本実施形態において、カプセル内視鏡プロセッサ３０によりカプセル内視鏡１０の向きを検出させる構成であるが、姿勢判別回路３４を有さない通常のカプセル内視鏡プロセッサを用いてもよい。観察者は、撮影画像に表示される浮き１８または錘１９の位置を視認することにより、カプセル内視鏡１０の向きを判別することが可能である。
【００７６】
また、本実施形態において、カプセル内視鏡１０のカバー１１に密閉空間ＳＳを形成し、浮き１８または錘１９を密閉空間ＳＳ内部に設ける構成であるが、浮き１８または錘１９を密閉空間ＳＳ内に有するカプセル内視鏡カバーを通常のカプセル内視鏡に冠着させても本実施形態と同様の効果を得ることは可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の第１の実施形態を適用したカプセル内視鏡姿勢検出システムの使用状態を示す第１の参考図である。
【図２】カプセル内視鏡姿勢検出システムの使用状態を示す第２の参考図である。
【図３】本実施形態のカプセル内視鏡の内部構成を概略的に示すブロック図である。
【図４】カバーの断面図である。
【図５】カプセル内視鏡内部における各部位の配置された位置を示す内部配置図である。
【図６】カプセル内視鏡が下側を向いているときのカバー内の動きを説明する図である。
【図７】カプセル内視鏡が上側を向いているときのカバー内の動きを説明する図である。
【図８】外部受信機の内部構成を概略的に示すブロック図である。
【図９】本実施形態のカプセル内視鏡プロセッサの内部構成を概略的に示すブロック図である。
【図１０】有効画素領域上の２次元座標における判定指標の位置と原点との距離および判定指標の位置のｘ軸からの回転角の関係を説明するための図である。
【図１１】重力方向または天頂方向からのカプセル内視鏡の傾斜角の計算方法を説明するための図である。
【図１２】判定指標の方位の判定方法について説明するための図である。
【図１３】モニタに表示される撮影画像と方向画像とを示す図である。
【図１４】方向画像の拡大図である。
【図１５】姿勢判別および画像再生のために行なわれる処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７８】
１０ カプセル内視鏡
１１ カバー
１２ 撮像素子
１８ 浮き
１９ 錘
３０ カプセル内視鏡プロセッサ
３２ 前段信号処理回路
３４ 姿勢判別回路
ｃｃｖｓ 凹面
ｃｖｘｓ 凸面
ＤＩ 方向画像
ＭＩ 撮影画像
ＳＳ 密閉空間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体を撮影する撮像素子と、
前記撮像素子の前方に設けられ、密閉空間が前記撮像素子の撮像可能範囲内に設けられ、透明部材により形成されるカバーと、
前記密閉空間内に移動自在に設けられ、重力方向あるいは天頂方向に移動する方向指標とを備える
ことを特徴とするカプセル内視鏡。
【請求項２】
前記方向指標は、錘であることを特徴とする請求項１に記載のカプセル内視鏡。
【請求項３】
前記錘は、方位磁石であることを特徴とする請求項２に記載のカプセル内視鏡。
【請求項４】
前記錘は、青色または緑色に色づけられることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のカプセル内視鏡。
【請求項５】
前記密閉空間に充填される透明な液体である充填液体を備え、前記方向指標は前記充填液体に設けられる泡または浮きであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のカプセル内視鏡。
【請求項６】
前記浮きは、方位磁石であることを特徴とする請求項５に記載のカプセル内視鏡。
【請求項７】
前記浮きは、青色または緑色に色づけられることを特徴とする請求項５または請求項６に記載のカプセル内視鏡。
【請求項８】
前記密閉空間は前記撮像素子と逆方向に突出する曲面である第１のガイド曲面を有し、前記方向指標は前記第１のガイド曲面に沿って移動することを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載のカプセル内視鏡。
【請求項９】
前記第１のガイド曲面は、球面の一部を有することを特徴とする請求項８に記載のカプセル内視鏡。
【請求項１０】
前記密閉空間は、前記第１のガイド曲面と同じ方向に突出する第２のガイド曲面を有することを特徴とする請求項８または請求項９のいずれか１項に記載のカプセル内視鏡。
【請求項１１】
撮像素子を有するカプセル内視鏡の、前記撮像素子側の外殻に冠着させるカプセル内視鏡カバーであって、
前記カプセル内視鏡に冠着させた状態における前記撮像素子の撮像可能範囲内に形成される密閉空間部と、
前記密閉空間部内に移動自在に設けられ、重力方向あるいは天頂方向に移動する方向指標とを備え、
透明部材により形成される
ことを特徴とするカプセル内視鏡カバー。
【請求項１２】
被写体を撮影する撮像素子と、前記撮像素子の前方に設けられ密閉空間が前記撮像素子の撮像可能範囲内に設けられ透明部材により形成されるカバーと、前記密閉空間内に移動自在に設けられ重力方向あるいは天頂方向に移動する方向指標とを有するカプセル内視鏡から、前記撮像素子が被写体の撮影に基づいて生成する画像信号を受信する受信部と、
前記受信機が受信した前記画像信号に基づいて、前記画像信号に相当する撮影画像における前記方向指標を検出する指標検出部と、
前記撮影画像における前記方向指標が検出された位置に基づいて前記カプセル内視鏡の向きを判別する判別部とを備える
ことを特徴とするカプセル内視鏡プロセッサ。
【請求項１３】
前記方向指標は方位磁石である錘または前記密閉空間に充填される透明な液体中の浮きであり、
前記指標検出部は、前記方向指標の磁石が指示する方向を検出し、
前記判別部は、前記指標検出部が検出した方向に基づいて、前記カプセル内視鏡の向きを判別する
ことを特徴とする請求項１２に記載のカプセル内視鏡プロセッサ。
【請求項１４】
前記撮影画像に表示される前記方向指標の周囲の画像を用いて補完する補間部を備えることを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載のカプセル内視鏡プロセッサ。
【請求項１５】
前記カプセル内視鏡の向きが、前記撮影画像を表示するためのモニタに表示可能であることを特徴とする請求項１２〜請求項１４のいずれか１項に記載のカプセル内視鏡プロセッサ。
【請求項１６】
被写体を撮影する撮像素子と、前記撮像素子の前方に設けられ密閉空間が前記撮像素子の撮像可能範囲内に設けられ透明部材により形成されるカバーと、前記密閉空間内に移動自在に設けられ重力方向あるいは天頂方向に移動する方向指標とを有するカプセル内視鏡と、
前記撮像素子が被写体の撮影に基づいて生成する画像信号を受信する受信部と、前記受信機が受信した前記画像信号に基づいて前記画像信号に相当する撮影画像における前記方向指標を検出する指標検出部と、前記撮影画像における前記方向指標が検出された位置に基づいて前記カプセル内視鏡の向きを判別する判別部とを有するカプセル内視鏡プロセッサとを備える
ことを特徴とするカプセル内視鏡姿勢検出システム。
【請求項１】
被写体を撮影する撮像素子と、
前記撮像素子の前方に設けられ、密閉空間が前記撮像素子の撮像可能範囲内に設けられ、透明部材により形成されるカバーと、
前記密閉空間内に移動自在に設けられ、重力方向あるいは天頂方向に移動する方向指標とを備える
ことを特徴とするカプセル内視鏡。
【請求項２】
前記方向指標は、錘であることを特徴とする請求項１に記載のカプセル内視鏡。
【請求項３】
前記錘は、方位磁石であることを特徴とする請求項２に記載のカプセル内視鏡。
【請求項４】
前記錘は、青色または緑色に色づけられることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のカプセル内視鏡。
【請求項５】
前記密閉空間に充填される透明な液体である充填液体を備え、前記方向指標は前記充填液体に設けられる泡または浮きであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のカプセル内視鏡。
【請求項６】
前記浮きは、方位磁石であることを特徴とする請求項５に記載のカプセル内視鏡。
【請求項７】
前記浮きは、青色または緑色に色づけられることを特徴とする請求項５または請求項６に記載のカプセル内視鏡。
【請求項８】
前記密閉空間は前記撮像素子と逆方向に突出する曲面である第１のガイド曲面を有し、前記方向指標は前記第１のガイド曲面に沿って移動することを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載のカプセル内視鏡。
【請求項９】
前記第１のガイド曲面は、球面の一部を有することを特徴とする請求項８に記載のカプセル内視鏡。
【請求項１０】
前記密閉空間は、前記第１のガイド曲面と同じ方向に突出する第２のガイド曲面を有することを特徴とする請求項８または請求項９のいずれか１項に記載のカプセル内視鏡。
【請求項１１】
撮像素子を有するカプセル内視鏡の、前記撮像素子側の外殻に冠着させるカプセル内視鏡カバーであって、
前記カプセル内視鏡に冠着させた状態における前記撮像素子の撮像可能範囲内に形成される密閉空間部と、
前記密閉空間部内に移動自在に設けられ、重力方向あるいは天頂方向に移動する方向指標とを備え、
透明部材により形成される
ことを特徴とするカプセル内視鏡カバー。
【請求項１２】
被写体を撮影する撮像素子と、前記撮像素子の前方に設けられ密閉空間が前記撮像素子の撮像可能範囲内に設けられ透明部材により形成されるカバーと、前記密閉空間内に移動自在に設けられ重力方向あるいは天頂方向に移動する方向指標とを有するカプセル内視鏡から、前記撮像素子が被写体の撮影に基づいて生成する画像信号を受信する受信部と、
前記受信機が受信した前記画像信号に基づいて、前記画像信号に相当する撮影画像における前記方向指標を検出する指標検出部と、
前記撮影画像における前記方向指標が検出された位置に基づいて前記カプセル内視鏡の向きを判別する判別部とを備える
ことを特徴とするカプセル内視鏡プロセッサ。
【請求項１３】
前記方向指標は方位磁石である錘または前記密閉空間に充填される透明な液体中の浮きであり、
前記指標検出部は、前記方向指標の磁石が指示する方向を検出し、
前記判別部は、前記指標検出部が検出した方向に基づいて、前記カプセル内視鏡の向きを判別する
ことを特徴とする請求項１２に記載のカプセル内視鏡プロセッサ。
【請求項１４】
前記撮影画像に表示される前記方向指標の周囲の画像を用いて補完する補間部を備えることを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載のカプセル内視鏡プロセッサ。
【請求項１５】
前記カプセル内視鏡の向きが、前記撮影画像を表示するためのモニタに表示可能であることを特徴とする請求項１２〜請求項１４のいずれか１項に記載のカプセル内視鏡プロセッサ。
【請求項１６】
被写体を撮影する撮像素子と、前記撮像素子の前方に設けられ密閉空間が前記撮像素子の撮像可能範囲内に設けられ透明部材により形成されるカバーと、前記密閉空間内に移動自在に設けられ重力方向あるいは天頂方向に移動する方向指標とを有するカプセル内視鏡と、
前記撮像素子が被写体の撮影に基づいて生成する画像信号を受信する受信部と、前記受信機が受信した前記画像信号に基づいて前記画像信号に相当する撮影画像における前記方向指標を検出する指標検出部と、前記撮影画像における前記方向指標が検出された位置に基づいて前記カプセル内視鏡の向きを判別する判別部とを有するカプセル内視鏡プロセッサとを備える
ことを特徴とするカプセル内視鏡姿勢検出システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２００８−４３４６６（Ｐ２００８−４３４６６Ａ）
【公開日】平成２０年２月２８日（２００８．２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２２０５３５（Ｐ２００６−２２０５３５）
【出願日】平成１８年８月１１日（２００６．８．１１）
【出願人】（００００００５２７）ペンタックス株式会社 (1,878)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年２月２８日（２００８．２．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年８月１１日（２００６．８．１１）
【出願人】（００００００５２７）ペンタックス株式会社 (1,878)
【Ｆターム（参考）】
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