WO2011065070A1 - 周波数切替回路、送信装置、被検体内導入装置および送受信システム - Google Patents

Abstract

　被検体１００内に導入され、取得した情報を含むデータを無線信号として送信するカプセル型医療装置１０と、無線信号を複数の体外アンテナ２０を用いて受信する受信装置３０とを有した生体内情報取得システム１において、データを搬送する搬送波周波数の中心周波数を調整する中心周波数調整部と、入力されたデータに応じて周波数の変調を行なう周波数変調部と、データを外部に出力する外部共振回路の共振周波数を切り替える周波数切替部と、を備えた。

Description

周波数切替回路、送信装置、被検体内導入装置および送受信システム

　本発明は、情報を受信装置へ無線送信する周波数切替回路、送信装置、被検体内導入装置および送受信システムに関するものである。

　従来、経口にて被検体内に導入されるカプセル型の被検体内導入装置は、撮像などにより被検体内において取得した情報（以下、生体内情報という）を、被検体によって携帯される受信装置へ無線にて送信する。受信装置は、被検体内導入装置から生体内情報が無線送信されてくることを常時待機し、生体内情報を受信すると、この受信した生体内情報を例えば携帯型記録媒体などに随時保存するか、ネットワークケーブル等を介して接続された表示装置へ略リアルタイムに送出する。

　ところで、被検体内導入装置から受信装置へ無線にて情報を送信する場合、送信対象の情報を所定の周波数に変調する。この際、安定した情報の送信を行なうためには、安定した変調周波数を得ることが必要である。ここで、例えば、特許文献１には、安定した変調周波数特性を得るための送信回路として、中心周波数制御用可変容量ダイオードのアノードに変調信号を所定レベルに設定して入力する第１の抵抗と、変調可変容量ダイオードのカソードに固定バイアス電圧を印加する第２の抵抗とを設けたＦＭ変調回路が開示されている。

特開平９－１０７２４２号公報

　しかしながら、特許文献１が開示するＦＭ変調回路の構成を有する送信装置では、データを搬送する周波数に対応する送信装置をそれぞれ用意しなければならず、個々の送信装置が汎用性に欠けるという問題があった。

　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、データを搬送する周波数を大きく切り替えることが可能な周波数切替回路、送信装置、被検体内導入装置および送受信システムを提供することを目的とする。

　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる周波数切替回路は、データを搬送する搬送波の中心周波数を調整する中心周波数調整部と、入力された前記データに応じて周波数の変調を行なう周波数変調部と、前記搬送波の中心周波数を切り替える周波数切替部と、を備えたことを特徴とする。

　また、本発明にかかる周波数切替回路は、上記の発明において、前記周波数切替部による切替前後の前記中心周波数の周波数差は、５０ＭＨｚ以上であることを特徴とする。

　また、本発明にかかる周波数切替回路は、上記の発明において、前記周波数切替部は、前記搬送波を発振する外部共振回路の容量に対して、並列に容量を接続することで、前記中心周波数を切り替えることを特徴とする。

　また、本発明にかかる周波数切替回路は、上記の発明において、前記周波数切替部は、アノード同士が接続された２つの可変容量ダイオードと、前記可変容量ダイオードへの通電のオン／オフを切り替えるスイッチと、を備えたことを特徴とする。

　また、本発明にかかる周波数切替回路は、上記の発明において、前記スイッチは、外部信号の入力によって通電のオン／オフを切り替えることを特徴とする。

　また、本発明にかかる周波数切替回路は、上記の発明において、前記外部共振回路の共振周波数を微調整する電圧を前記アノード間に供給する電圧制御部をさらに備えたことを特徴とする。

　また、本発明にかかる送信装置は、上記の発明にかかる周波数切替回路を備えたことを特徴とする。

　また、本発明にかかる被検体内導入装置は、上記の発明にかかる周波数切替回路を備えたことを特徴とする。

　また、本発明にかかる被検体内導入装置は、上記の発明において、被検体内の撮像を行なう撮像部と、前記撮像部が撮像を行なう場合に、撮像箇所に光を照射する照明部と、を備え、前記照明部は、当該被検体内導入装置の電源がオンされた場合に、設定されている周波数に応じて点灯または点滅することを特徴とする。

　また、本発明にかかる送受信システムは、上記の発明にかかる周波数切替回路と、データを複数のアンテナを用いて受信する受信装置と、を有することを特徴とする。

　本発明にかかる周波数切替回路、送信装置、被検体内導入装置および送受信システムは、周波数切替回路を設けて、送信対象信号の周波数を大きく切り替えられるようにしたので、切り替え前後の周波数差が大きい場合であっても送信対象信号の周波数を切り替えて受信装置側に送信することができ、汎用性が向上されるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態による生体内情報取得システムの概略構成を示す模式図である。 図２は、本発明の実施の形態による生体内情報取得システムを構成する各装置の概略構成を示すブロック図である。 図３は、本発明の実施の形態によるカプセル型医療装置の送信部の概略構成を示す回路図である。 図４は、本発明の実施の形態による強度－周波数特性の一例を示すグラフである。 図５は、本発明の実施の形態による強度－周波数特性の一例を示すグラフである。 図６は、本発明の実施の形態によるカプセル医療装置起動時の中心周波数のオン／オフの一例を示すタイミングチャートである。 図７は、本発明の実施の形態による送信部の変形例の概略構成を示す回路図である。

　以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、以下の説明において、各図は本発明の内容を理解でき得る程度に形状、大きさ、および位置関係を概略的に示してあるに過ぎず、従って、本発明は各図で例示された形状、大きさ、および位置関係のみに限定されるものではない。

　以下、本発明の実施の形態による生体内情報取得システム１の構成及び動作を、図面を用いて詳細に説明する。なお、本実施の形態では、経口により被検体１００内に導入され、被検体１００の食道から肛門にかけて移動する途中で被検体１００内の情報（被検体内情報）を取得する被検体内導入装置としてのカプセル型医療装置１０を用いた場合を例に挙げる。ただし、本発明はこれに限定されず、例えば被検体１００の胃や腸などの各種器官に溜まった状態で被検体１００内の何らかの被検体内情報を取得するカプセル型医療装置など、種々の被検体内導入装置を用いることができる。また、カプセル型医療装置１０が取得する生体内情報として、本実施の形態では、後述する撮像部１５を用いて撮像することで取得した画像（被検体内画像）を例に挙げる。ただし、本発明はこれに限定されず、被検体内の温度や圧力やｐＨ値など、種々の情報を被検体内情報とすることができる。

　図１は、本発明の実施の形態による生体内情報取得システム１の概略構成を示す模式図である。図１に示すように、送受信システムとしての生体内情報取得システム１は、被検体１００が飲み込める程度の大きさである被検体内導入装置としてのカプセル型医療装置１０と、このカプセル型医療装置１０から無線信号として送出された画像データを受信可能な受信装置３０と、受信装置３０とＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ　Ｓｅｒｉａｌ　Ｂｕｓ）ケーブルなどの通信ケーブル５９を用いた有線インタフェース、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ等の無線インタフェース、またはフラッシュメモリ（登録商標）などの携帯型記録媒体５８等を介してデータの入出力が可能な情報処理装置５０と、を備える。

　受信装置３０には、接続ケーブル３９や図示しないバラン等を介して体外アンテナ２０が接続される。カプセル型医療装置１０から放出された無線信号は、この体外アンテナ２０を介して受信装置３０に入力される。

　カプセル型医療装置１０は、例えば定期的に被検体内画像を取得し、逐次、この画像データを受信装置３０へ送信する。したがって、受信装置３０と情報処理装置５０とを有線または無線インタフェースで接続し且つ受信装置３０で受信された被検体内画像を随時情報処理装置５０へ入力するように構成した場合、情報処理装置５０においてカプセル型医療装置１０で取得された被検体内画像を略リアルタイムにユーザに表示することができる。例えばカプセル型医療装置１０による画像取得サイクルを１秒間に２コマとした場合、少なくとも１秒間に２回のサイクルで情報処理装置５０が受信装置３０から画像データを取得して表示する。これにより、略リアルタイムに被検体内画像がユーザに表示される。

　ここで図２に示すブロック図を用いて、本実施の形態による生体内情報取得システム１をより詳細に説明する。図２は、本実施の形態による生体内情報取得システム１を構成する各装置の概略構成を示すブロック図である。

　図２に示すように、被検体１００内に導入されるカプセル型医療装置１０は、例えば被検体１００内の画像を取得する撮像部１５及び撮像部１５が撮像する際に被検体１００内を照明する照明部１６と、撮像部１５が取得した被検体内画像のデータ（以下、画像データという）に所定の処理を実行する信号処理部１２と、信号処理部１２により処理された画像データを受信装置３０へ送信する送信装置としての送信部１３と、カプセル型医療装置１０内の各部を制御する制御部１１と、制御部１１が各部を制御するための各種プログラムや各種設定データ等を記憶する記憶部１４と、カプセル型医療装置１０内の各部に電力を供給するバッテリ１７と、を備える。なお、バッテリ１７には、不図示の電源回路等が含まれる。

　また、カプセル型医療装置１０の各部は、一方の端が半球状のドーム形状をしており他方の端が開口された略円筒形状または半楕円球状の容器１８と、容器１８の開口に嵌められることで容器１８内を水密に封止する半球形状のキャップ１９と、からなるカプセル型容器（筐体）内に収容される。このカプセル型容器（１８、１９）は、例えば被検体１００が飲み込める程度の大きさである。また、本実施の形態では、少なくともキャップ１９が透明な材料で形成され、かつ、上述した撮像部１５及び照明部１６を搭載する回路基板がカプセル型容器（１８、１９）内のキャップ１９側に配置される。撮像部１５の撮像方向及び照明部１６の照明方向は、キャップ１９を介してカプセル型医療装置１０の外側へ向いている。これにより、照明部１６で被検体１００内部を照明しつつ撮像部１５で被検体１００内部を撮像することが可能となる。

　なお、本実施の形態では、一組の撮像部１５および照明部１６を備えたカプセル型医療装置１０を例に挙げたが、本発明はこれに限定されず、例えば複数組の撮像部および照明部を備えた、いわゆる複眼のカプセル型医療装置を適用することも可能である。例えば二眼のカプセル型医療装置は、容器１８が両端に開口を備えた中空の円柱形状を有し、それぞれの開口に透明なキャップ１９が嵌められる。また、それぞれの開口には、撮像部及び照明部がキャップ１９を介してカプセル型医療装置外を向くように設けられる。

　次に、本実施の形態による受信装置３０の構成を、図２を用いて詳細に説明する。図２に示すように、被検体１００外（例えば被検体１００表面または被検体１００が着用する衣服等）に配置される受信装置３０は、カプセル型医療装置１０から送信された画像データを受信する受信部３３と、受信した画像データに所定の処理を実行する信号処理部３２と、受信装置３０内の各部を制御する制御部３１と、制御部３１が各部を制御するための各種プログラムや各種設定データ等を記憶する記憶部３４と、後述する情報処理装置５０との通信におけるインタフェースとして機能するデータ入出力インタフェース３５と、受信装置３０内の各部に電力を供給するバッテリ３６と、を備える。

　また、受信装置３０を構成する各部は、人等の被検体１００が携帯可能な大きさおよび形状の筐体内部に収納されている。このようにバッテリ３６を含む電源部を筐体内部に搭載するため、本実施の形態による受信装置３０は、電源ケーブル等を必要としておらず、これにより、被検体１００による携帯が可能となっている。

　次に、本実施の形態による情報処理装置５０の構成を、図２を用いて詳細に説明する。本実施の形態による情報処理装置５０は、例えばパーソナルコンピュータなどの演算機能及び表示機能を備えた情報処理装置で構成されるものであり、図２に示すように、受信装置３０との通信におけるインタフェースとして機能するデータ入出力インタフェース５５と、データ入出力インタフェース５５を介して入力された画像データに所定の処理を実行して表示用の画像信号を生成する信号処理部５２と、信号処理部５２から入力された画像信号に基づいて被検体内画像を表示する表示部５６と、情報処理装置５０内の各部の制御や各種演算等を実行する制御部５１と、制御部５１が実行する種々の動作が記述されたプログラムや各種設定データを記憶する記録部５４と、を備える。

　続いて、送信装置であるカプセル型医療装置１０が受信装置３０へ無線送信する場合に行なう信号処理を、図３を参照して説明する。図３は、本発明の実施の形態によるカプセル型医療装置１０の送信部１３を構成する回路の概略構成を示す回路図である。送信部１３は、基準周波数発振回路１３１並びにアンテナ共用発振コイルとしての外部共振回路１３２に並列に接続された中心周波数調整部１３７、周波数切替部１３５および周波数変調部１３６を有する。中心周波数調整部１３７は、ＰＬＬ（位相同期ループ）１３３を介して基準周波数発振回路１３１に接続されている。また、周波数切替部１３５と周波数変調部１３６とは、電圧を制御して周波数の微調整を行なう電圧制御部としての電圧制御回路（ＤＡＣ）１３４と接続されている。

　中心周波数調整部１３７は、可変容量ダイオードＤ５，Ｄ６を有し、基準周波数発振回路１３１からＰＬＬ１３３を介して、アノード間に接続された接続点Ｎ３に印加された電圧に応じて、搬送波周波数の中心周波数を調整する。ＰＬＬ１３３は、周波数切替信号Ｓ１０の入力によって、搬送波周波数の切り替えを行なう。なお、ＰＬＬ１３３は、クロックに基づいて、フェーズロックをかけ、クロックの立ち上がり（または立ち下がり）で、基準クロックの位相を同期させることによって、搬送波を安定的に発振させて周波数のバラツキを抑える。また、基準周波数発振回路１３１は、例えば印加電圧に対して略一定の周波数で発振する水晶振動子などで構成される。

　周波数変調部１３６は、可変容量ダイオードＤ３，Ｄ４とスイッチＳＷ３，ＳＷ４とを有する。周波数変調部１３６は、制御部１１から出力されるデータ切替信号Ｓ２０の入力によってスイッチＳＷ３，ＳＷ４をオンすることで、搬送波周波数を、入力されたデータ信号に対応した周波数に変調する。ここで、周波数変調部１３６は、可変容量ダイオードＤ３，Ｄ４におけるアノード間の接続点Ｎ２において電圧制御回路１３４と接続されている。なお、電圧制御回路１３４は、容量切替信号Ｓ３０を出力して、可変容量ダイオードＤ３，Ｄ４に印加する電圧を制御して容量を変化させ、外部共振回路１３２を含む共振回路の共振周波数を微調整する。

　周波数切替部１３５は、可変容量ダイオードＤ１，Ｄ２とスイッチＳＷ１，ＳＷ２とを有する。送信対象の無線信号の中心周波数が、例えば３０ＭＨｚ以下となる場合に、制御部１１から出力される周波数切替信号Ｓ１０によってスイッチＳＷ１，ＳＷ２をオンし、周波数を３０ＭＨｚ以下に切り替える。なお、電圧制御回路１３４は、入力した周波数切替信号Ｓ１０をもとに容量切替信号Ｓ３１を出力して、可変容量ダイオードＤ１，Ｄ２に印加する電圧を制御して容量を変化させ、外部共振回路１３２を含む共振回路の共振周波数を微調整する。ここで、容量切替信号Ｓ３１は、可変容量ダイオードＤ１，Ｄ２のアノードＡＮ１，ＡＮ２間の接続点Ｎ１において可変容量ダイオードＤ１，Ｄ２に入力され、スイッチＳＷ１，ＳＷ２は、カソードＣＡ１、ＣＡ２側に配置されている。

　すなわち、搬送波周波数は、中心周波数調整部１３７によって周波数が調整され、周波数変調部１３６によって入力されたデータ信号に対応した周波数に変調され、無線信号として、外部共振回路１３２を介して受信装置３０に送信される。また、受信装置３０が受信する無線信号の周波数が、例えば３０ＭＨｚを下回る場合は、無線信号の周波数を周波数切替部１３５によって切り替えることで、受信装置３０に送信することができる。

　ここで、周波数切替部１３５が行なう中心周波数の切り替えについて、図４，５を参照して説明する。図４，５は、本発明の実施の形態による強度－周波数特性の一例を示すグラフである。図４は、周波数切替部１３５による周波数切り替え前を示すグラフであり、図５は、周波数切替部１３５による周波数切り替え後を示すグラフである。

　図４に示すグラフにおいて、周波数切替部１３５のスイッチＳＷ１，ＳＷ２がオフ状態の場合、外部共振回路１３２から出力される周波数ｆ１は、例えば８０ＭＨｚにピークを有する。また、スイッチＳＷ１，ＳＷ２がオフ時は、電圧制御回路１３４の印加電圧の制御によって周波数ｆ１Ｌ～ｆ１Ｈ、例えば、周波数ｆ１に対して数十ＭＨｚの微調整が可能である。

　一方、周波数切替部１３５のスイッチＳＷ１，ＳＷ２がオン状態となった場合、図５に示すように、ピークが中心周波数ｆ２、例えば３０ＭＨｚに遷移する。ここで、２つの中心周波数ｆ１，ｆ２の差ｆ０は５０ＭＨｚである。大きく周波数を切り替える場合において、本実施の形態の構成を用いることで、容易に周波数を切り替えることが可能である。なお、スイッチＳＷ１，ＳＷ２がオン時は、電圧制御回路１３４の印加電圧の制御によって周波数ｆ２Ｌ～ｆ２Ｈ、例えば、周波数ｆ２に対して数十ＭＨｚの微調整が可能である。

　また、カプセル型医療装置１０の電源がオンされた場合に、制御部１１が受信装置３０へ送信される無線信号の周波数を確認し、周波数によって、照明部１６に数秒間点灯または点滅させるようにしてもよい。図６は、本発明の実施の形態によるカプセル型医療装置１０起動時の中心周波数による照明部１６のオン／オフの一例を示すタイミングチャートである。例えば、再起動するごとに中心周波数が３０ＭＨｚモード、８０ＭＨｚモードと交互に設定される場合、周波数が３０ＭＨｚであると、照明部１６が約５秒間点灯し、その後の再起動によって中心周波数が８０ＭＨｚに設定されると、約５秒間点滅（照明のオン／オフの繰返し）することで、カプセル型医療装置１０から送信される無線信号の周波数を、カプセル型医療装置１０を被検体１００内に導入する前にユーザに確認させることが可能となる。

　なお、再起動ごとに周波数モードを変更しない設定にしてもよく、受信装置３０側からの周波数設定信号によって周波数モードを設定するようにしてもよい。さらに、受信装置３０にＬＥＤ等の表示部を設けて、上述したようにＬＥＤを点灯または点滅させるようにしてもよい。ここで、表示部は、メッセージ等を表示できる画面を設けるようにしてもよく、情報処理装置５０の表示部５６に表示させることも可能である。

　なお、周波数切替部の可変容量ダイオードは、回路の外部に設けられてもよい。図７は、本発明の実施の形態による送信部１３の変形例を構成する回路の概略構成を示す回路図である。図７に示す変形例は、図３に示す構成に対して、周波数切替部１３５ａの可変容量ダイオードＤ１ａ，Ｄ２ａが送信回路１３Ａの外部に配置されている。動作は、図３に示す構成と同様、周波数切替信号Ｓ１１によって、送信回路１３Ａ外部のカソードＣＡ１ａ，ＣＡ２ａ側に接続されているスイッチＳＷ１ａ，ＳＷ２ａのオン／オフを切り替えることで、送信する無線信号の周波数の切り替えを行なう。

　また、電圧制御回路１３４は、可変容量ダイオードＤ１ａ，Ｄ２ａにおけるアノードＡＮ１ａ，ＡＮ２ａ間の接続点Ｎ１ａへ容量切替信号Ｓ３１を出力し、電圧を制御して容量の微調整を行なう。

　図７に示す変形例の構成では、可変容量ダイオードが外部に設けられている。これにより、この可変容量ダイオードＤ１ａ，Ｄ２ａに対する自由度が大きくなる。特に、小型化を目的として送信回路１３Ａの内部における可変容量ダイオードを配置する面積が小さい場合においても、所望の可変容量ダイオードを外部に配置することで対応可能となり、異なる周波数への切り替えを一層容易に行なうことが可能となる。

　上述した実施の形態によって、一つのカプセル型医療装置によって複数の中心周波数の無線信号を受信装置側に送信することが可能となる。また、電圧制御回路によって周波数の微調整が可能となり、一層精度を向上させた無線信号の送信を行なうことができる。なお、本実施の形態において、可変容量ダイオードは、容量回路を用いて構成することも可能である。

　以上のように、上述の実施の形態にかかる周波数切替回路、送信装置、被検体内導入装置および送受信システムは、例えば、送信装置が、異なる周波数を使用する受信装置に対してデータを送信する場合に有用であり、特に、検体内に導入し、検体内部を撮像して受信装置に無線信号として送信する被検体内導入装置に適している。

　１　生体内情報取得システム
　１０　カプセル型医療装置
　１１，３１，５１　制御部
　１２，３２，５２　信号処理部
　１３　送信部
　１４，３４　記憶部
　１５　撮像部
　１６　照明部
　１７，３６　バッテリ
　２０　体外アンテナ
　３０　受信装置
　３３　受信部
　５０　情報処理装置
　５４　記録部
　１００　被検体
　１３１　基準周波数発振回路
　１３２　外部共振回路
　１３３　ＰＬＬ
　１３４　電圧制御回路
　１３５，１３５ａ　周波数切替部
　１３６　周波数変調部
　１３７　中心周波数調整部

Claims (10)

1. 　データを搬送する搬送波の中心周波数を調整する中心周波数調整部と、
   　入力された前記データに応じて周波数の変調を行なう周波数変調部と、
   　前記搬送波の中心周波数を切り替える周波数切替部と、
   　を備えたことを特徴とする周波数切替回路。
2. 　前記周波数切替部による切替前後の前記中心周波数の周波数差は、５０ＭＨｚ以上であることを特徴とする請求項１に記載の周波数切替回路。
3. 　前記周波数切替部は、前記搬送波を発振する外部共振回路の容量に対して、並列に容量を接続することで、前記中心周波数を切り替えることを特徴とする請求項１または２に記載の周波数切替回路。
4. 　前記周波数切替部は、
   　アノード同士が接続された２つの可変容量ダイオードと、
   　前記可変容量ダイオードへの通電のオン／オフを切り替えるスイッチと、
   　を備えたことを特徴とする請求項３に記載の周波数切替回路。
5. 　前記スイッチは、外部信号の入力によって通電のオン／オフを切り替えることを特徴とする請求項４に記載の周波数切替回路。
6. 　前記外部共振回路の共振周波数を微調整する電圧を前記アノード間に供給する電圧制御部をさらに備えたことを特徴とする請求項４に記載の周波数切替回路。
7. 　請求項１に記載の周波数切替回路を備えたことを特徴とする送信装置。
8. 　請求項１に記載の周波数切替回路を備えたことを特徴とする被検体内導入装置。
9. 　被検体内の撮像を行なう撮像部と、
   　前記撮像部が撮像を行なう場合に、撮像箇所に光を照射する照明部と、
   　を備え、
   　前記照明部は、当該被検体内導入装置の電源がオンされた場合に、設定されている周波数に応じて点灯または点滅することを特徴とする請求項８に記載の被検体内導入装置。
10. 　請求項１に記載の周波数切替回路と、
    　データを複数のアンテナを用いて受信する受信装置と、
    　を有することを特徴とする送受信システム。

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