JPH04176443A - 医療用カプセル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は生体内において薬液等を放出したり体液を採取
したりする医療用カプセルに関する。

［従来の技術］ 生体内において薬液等を放出する種類の医療用カプセル
が、特開平２−１９１４０号公報で提案されている。こ
の医療用カプセルは体腔の螺動運動により移動するもの
で、それ自身では移動することができないものである。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の医療用カプセルは、体腔の螺動運動により移動す
るものであり、それ自身では移動することができない。

このため、目的の部位に到達する時間がかなりかかる。

また、行き過ぎた場合には所定の部位まで戻すことがで
きない。しかも、螺動運動を利用するため、所望の部位
へ正確に到達させることが困難である。さらに、螺動運
動のない部位に医療用カプセルを導入できない等の問題
かあった。

本発明は前記課題に着目してなされたもので、その目的
とするところは、生体内を速かに走行して所望の部位へ
確実に到達させることかできる医療用カプセルを提供す
ることにある。

［課題を解決するための手段および作用］前記課題を解
決するために第１の発明は、生体内に投与される医療用
カプセルにおいて、移動体を兼ねるカプセル本体内に、
そのカプセル本体を移動させるべき向きに沿って軸方向
を配置しその軸方向へ伸縮可能な圧電素子を設け、この
圧電素子の軸方向の一端を前記カプセル本体に実質的に
固定し、前記圧電素子の軸方向の他端に慣性体を取着し
てなり、さらに前記カプセル本体内には前記圧電素子に
駆動電圧を印加する電池とその駆動印加電圧を制御して
前記圧電素子がその軸方向へ伸縮するときの前記慣性体
の慣性力とカプセル本体か受ける生体との摩擦力を利用
して前記カプセル本体を移動させる走行動作を制御する
制御手段を内蔵したものである。

また、第２の発明は、生体内に投与される医療用カプセ
ルにおいて、体腔壁に接触して自走する変位動作を行う
可動脚部と、与えられる磁界により軸方向へ変位する超
磁歪素子と、この超磁歪素子の変位を前記可動脚部に伝
達して前記可動脚部に走行動作を行なわせる変位伝達機
構とを具備したものである。

［実施例］ 第１図ないし第９図は本発明の第１の実施例を示すもの
である。

第１図で示すように医療用カプセル１は生体に無害な材
料によって形成された中空のカプセル本体２を有してい
る。カプセル本体２は前端壁部と後端壁部を球状に形成
するとともに中間部を円筒状に形成している。カプセル
本体２の内部空間３にはピストン４か前後に沿う軸方向
へ気密的に摺動できるように設けられている。そして、
カプセル本体２の前端壁部とピストン４とてカプセル本
体２の内部空間３を区画して収容室５を形成している。

この収容室５には生体内に投与する薬液等６を収納する
ようになっている。カプセル本体２の前端壁部には収容
室５を外部へ連通ずる口部７か形成されている。収容室
５の前面内壁とピストン４の前面壁とは対応一致する大
きさの球面状に形成されている。

ピストン４の最大径部外周には、ピストンリング８を嵌
め込んで装着する２条の周回溝９が形成されている。こ
の各ピストンリング８は第２図で示すように切欠き部が
対向するように配置されて装着されている。さらに、ピ
ストンリング８は２方向性形状記憶材料、例えば形状記
憶合金または形状記憶樹脂からなり、加温されることに
より第３図で示すように形状を回復して径を大きくする
ようになっている。このようにピストンリング８の径を
大きくすると、カプセル本体２の内部空間３の壁面に押
し当たりピストン４をカプセル本体２に固定する。なお
、ピストンリング８を加温する手段としては、カプセル
本体２内の後述する電源（電池）１１からの通電加熱、
外部からの超音波等の加熱方法がある。

ピストン４の後方にはそのピストン４の移動方向に伸縮
する積層型圧電素子（ＰＺＴ）、１２が設置され、圧電
素子１２の前端はピストン４の後端に固着されている。

圧電素子１２の後端には慣性体１３が固着しである。こ
の慣性体１３の質量は後述するように移動体として機能
するピストン４の質量より大きい。もちろん、一体化し
てこれも移動体として機能するカプセル本体２とピスト
ン４とを合わせた質量も前記慣性体１３の質量よりも大
きくなる。

カプセル本体２の内部空間３において、前記慣性体１３
の後方には圧電素子１２の電極に通電する電源１１とそ
の印加電圧を制御する制御回路（制御手段）１５か固定
的に設置されている。制御回路１５の部分には外部から
の電波を受けて動作指令を行うテレメータ回路（図示し
ない。）が付設されている。

しかして、圧電素子１２に所定の駆動電圧を印加するこ
とによりその軸方向へ伸縮し、移動体としてのピストン
４、またはこのピストン４と一体化するカプセル本体２
を移動体としてこれを移動するようになっている。

この移動原理は第４図および第５図で概念的に示される
。

第４図で示すように質量の大きな移動体（カプセル本体
２、ピストン４）をＭ１質量の小さな慣性体１３をｍ、
移動体Ｍと慣性体ｍを連結する積層型圧電素子１２をＰ
として説明する。

そして、第５図で示すような波形の駆動電圧を積層型圧
電素子Ｐに印加する二とによりその装置全体か前進また
は後退する動作を行う。

まず、前進、つまり、左方へ移動するときの動作につい
て説明する。第４図左側の図で示すように動作スタート
前において移動体ＭはベースＢ上におかれて静摩擦力で
保持され、圧電素子Ｐは縮んた状態にある。このため、
慣性体ｍは前方の移動体Ｍに引き寄せられて待機してい
る。

この状態から圧電素子Ｐに高圧の駆動電圧を瞬時に印加
して圧電素子Ｐを急激に伸ばすと、移動体Ｍと慣性体ｍ
か互いに逆方向へ同時に移動する。

このとき、移動体Ｍは動摩擦力を受けながら前方へ距離
Δｍ、移動する。

ついで、圧電素子Ｐに対する印加電圧を比較的ゆっくり
と低減させて圧電素子Ｐを縮めて移動体Ｍ側へ慣性体ｍ
を一定の加速度で引き戻す。このとき、移動体Ｍはベー
スＢとの静摩擦力で保持されて静止するようにその加速
度による慣性力がその摩擦力より小さくなる印加電圧に
調整しておく。

圧電素子Ｐが充分に縮んだところで、通電を急に止めて
慣性体ｍの動きを急に止める。つまり、引き戻し動作を
急に停止させる。すると、慣性体ｍが移動体Ｍに衝突す
る作用となり、これによって、この自走装置全体が、前
記摩擦力に打ち勝って前進を始め、運動エネルギを移動
体Ｍの動摩擦力によって失われるまで移動して停止する
。この動作によって前方へ距離６ｍ２移動する。

しかして、この１サイクル動作で（Δｍｌ＋Δｍ２）の
距離を前進（粗動）することかできる。

この微動前進を繰り返すことにより大きく前進させるこ
とかできる。

一方、後退、つまり、右方向へ移動するときには、前記
動作パターンの逆動作を行なわせる。すなわち、第４図
右側の図で示すように動作スタート前において移動体Ｍ
はベースＢ上におかれて摩擦力で保持され、圧電素子Ｐ
は伸びた状態にある。

このため、慣性体ｍは前方の移動体Ｍから離れている。

この状態から圧電素子Ｐに対する高電圧の印加を瞬時に
消去し、圧電素子Ｐを急激に縮小すると、移動体Ｍの摩
擦力に比べて慣性体ｍの慣性力が相対的に大きくなり、
移動体Ｍと慣性体ｍか互いに逆方向へ同時に移動する。

このとき、移動体Ｍは後方へ距離６ｍ１移動する。

ついで、圧電素子Ｐに対する印加電圧を次第に増加させ
て圧電素子Ｐを伸ばして移動体Ｍ側から慣性体ｍを一定
の加速度で後退させる。このとき、移動体ＭはベースＢ
との摩擦力で保持されて静止するようにその加速度によ
る慣性力かその摩擦力より小さくなるようにしておく。

圧電素子Ｐか充分に伸びたところで、慣性体ｍの動きを
急に止める。これによって、大きな慣性力が生じて自走
装置全体か、前記摩擦力に打ち勝って後退を始め、その
自走装置全体の運動エネルギが移動体Ｍの動摩擦力によ
って失われるまで移動して停止する。この動作によって
後方へ距離６ｍ２移動する。

しかして、この１サイクル動作で（Δｍｌ　＋６ｍ２）
の距離を後退させることができる。この微動後退を繰り
返すことにより大きく後退させることができる。

なお、２回の電圧出力でこれを単一のサイクルとしての
移動運動を行わせ、電圧を引き下げた直後にすぐ立ち上
げることによって急速変形時に発生したエネルギを次の
急速変形時の運動に加味してより大きな運動量を得るこ
とができる。

このような原理でピストン４、またはこのピストン４お
よびカプセル本体２を前進または後退させることができ
るのである。

そして、第６図および第７図で示すようにピストン４の
みを移動する場合にはピストンリング８を加温しないで
おき、ピストン４かカプセル本体２内を摺動できるよう
にする。そして、圧電素子１２に対して上述したように
駆動電圧の印加を制御することによりピストン４を第６
図で示すように前進、または第７図で示すように後退さ
せることができる。第６図ではピストン４を前進して収
容室５の薬液等６を口部７から体内に投与する状況を示
す。また、第７図でピストン４を後退して収容室５内に
体液等を口部７から採取する状況を示す。もちろん、収
容室５内に薬液等６を注入する場合には第７図で示すよ
うにピストン４を後退させて行う。

一方、カプセル本体２を前進または後退させる場合には
前述したようにピストンリング８を加温して拡大し、カ
プセル本体２の内壁に押し当てて係止し、カプセル本体
２にピストン４を固定する。

つまり、カプセル本体２とピストン４か一体化し、単一
な移動体とする。そして、これのカプセル本体２の外周
面が生体の管腔１６との接触で摩擦力を受けながら、前
述した動作を行って移動する。

第８図は前進する状況を示し、第９図は所定の部位にお
いて圧電素子１２に対する通電を止めてカプセル本体２
を停止し、さらにピストンリング８の加温を止めて再び
圧電素子１２に駆動電圧を印加することにより薬液等６
を投与する状況を示している。もちろん、この位置で体
液の採取も可能である。

なお、第１０図は前記走行原理を利用したウォータジェ
ットメスの例を示す。これはシリンダ２１の内面に気密
的に摺接する移動体２２をピストンとし、前記移動体２
２の後端には前述したような圧電素子２３を介して慣性
体２４を取り付けて構成したものである。シリンダ２１
の取入れ口２５には逆止弁２６を介してタンク２７に通
しる供給チューブ２８か接続されている。シリンダ２１
の前面には噴出ノズル２つを設けている。しかして、移
動体２２、圧電素子２３、および慣性体２４からなる走
行機構を前述したように駆動して往復運動をさせれば、
シリンダ２１内でピストンとしての移動体２２を摺動さ
せることかできる。

そして、前進させることにより噴出ノズル２９から水を
噴射し、またタンク２７から水を取り込むことができる
。

また、第１１図は同じく前記走行原理を利用して薬液等
を投与する体内留置型投与器具の例を示す。すなわち、
これはシリンダ３１の内面に気密的に摺接する移動体３
２をピストンとし、前記移動体３２の後端には前述した
ような圧電素子３３を介して慣性体３４を取り付けて構
成したものである。シリンダ２１の供給口３５には例え
ば肝臓等の血管３６に通じる供給チューブ３７が接続さ
れている。しかして、移動体３２、圧電素子３３、およ
び慣性体３４からなる走行機構を前述したように駆動し
て往復運動をさせれば、シリンダ３１内でピストンとし
ての移動体３２を摺動させることができる。そして、前
進させることにより供給チューブ３７を通して抗癌剤等
の薬剤を生体に投与できる。なお、図中３８は電池や駆
動電圧の制御回路等を有する薬液注入制御装置である。

さらに、この構成において、前記圧電素子３３は移動用
電圧の印加時に超音波を放射するから、前記シリンダ３
１の後方壁面で反射するその超音波パルス波を前記圧電
素子３３で検出し、その発信から受信までの時間により
前記壁面からまでの位置を測定することができる。これ
により移動体３２の移動量から薬液の投与量が分かる。

このため、前記走行機構の動作を制御して薬液の注入量
を正確に調節できる。なお、前記圧電素子３３に対して
移動用電圧ではなく、位置検出用の交番電圧を印加すれ
ば、より効率のよい位置検出を行うことができる。

第１２図ないし第１５図は本発明の第２の実施例を示す
ものである。この実施例の医療用カプセル４０は、カプ
セル本体４１に、これを走行させる走行機構４２を付設
したものである。この走行機１ｌ１４２は磁界により軸
方向へ伸縮する超磁歪素子４３を有し、この超磁歪素子
４３の変位を変位拡大機構４５を介して短い複数の走行
用脚４４の動きに変換するものである。超磁歪素子４３
はその軸方向の一端をカプセル本体４１の後端に固定し
、超磁歪素子４３の軸方向の他端を変位拡大機構４５の
入力端に接続している。走行用脚４４は超磁歪素子４３
の周りの上下左右の各面において走行方向に沿って等間
隔で配置され、各基端か固定フレーム４６に設けた軸４
７に対してそれぞれ軸支されている。さらに、各走行用
脚４４の回動辺途中は走行方向に沿う操作杆４８に連結
されている。そして、この変位伝達機構を兼ねた変位拡
大機構４５の操作杆４８を走行方向に進退すれば、各走
行用脚４４を前後方向へ回動することができる。操作杆
４８の一端は最後部の脚４４の延長部を介して前記超磁
歪素子４３に連結されている。

脚４４の延長部の途中は図示しない固定部位に設けた軸
４９に枢着されている。

カプセル本体４１はその内部に薬液等５０を収納する収
容室５１を形成してなり、収容室５１にはピストン５２
か設けられている。ピストン５２は形状記憶合金からな
るコイルばね５３によって付勢されるようになっている
。つまり、コイルばね５３は超音波や通電等によって加
熱されることにより伸長してピストン５２を前進し、収
容室５１の薬液等５０を口部５４から体内に投与するよ
うになっている。

しかして、この医療用カプセル４０を走行動作させる場
合には次のようにして行う。すなわち、第１２図で示す
ように生体の管腔５５にある医療用カプセル４０に狙い
を定めて体外に設置した電磁コイル５６で交番磁界を発
生し、その磁界中に医療用カプセル４０に磁界を与える
ようにする。

この場合、直流バイアス磁界を与えないときには第１３
図で示すように超磁歪素子４３は縮んた状態にあり、走
行用脚４４の先端側が後方へ傾く状態を維持する。この
状態で交番磁界をかけると、超磁歪素子４３が細かく軸
方向に伸縮し、この伸縮する動きが操作杆４８を介して
各走行用脚４４に拡大して伝えられ、その各走行用脚４
４を前後の向きに回動する。この各走行用脚４４は後方
へ傾いた位置を中心として細かく振動するから、管腔５
５の壁面に触れるその各走行用脚４４の先端の動きで前
進する。

直流バイアス磁界を大きく与えると、第１４図で示すよ
うに超磁歪素子４３は大きく伸び、今度は走行用脚４４
の先端側が前方へ傾く状態となり、この状態を維持する
。この状態で交番磁界を重ねると、各走行用脚４４は前
方へ傾いた状態を中心として細かく振動するから、管腔
５５の壁面に触れるその各走行用脚４４の先端の動きで
後退する。

なお、直流バイアス磁界を中間の値で与えると、第１５
図で示すように、走行用脚４４は直角になり、この状態
で交番磁界をかけても、走行動作を行わない。

第１６図は本発明の第３の実施例を示すものである。こ
の実施例の医療用カプセル４０は、カプセル本体４１の
周囲の４方向へ、これを走行させる走行機構４２をそれ
ぞれ配設したものである。

このため、駆動用超磁歪素子４３を側方へ複数本設け、
これに対応して変位拡大機構４５および走行用脚群４４
を別々に設けた。走行機構４２のその他の構成は前記実
施例のものと同じであり、また、その走行動作も同じで
ある。

また、カプセル本体４１内のピストン５２を移動させる
手段にはいわゆるメカニカル物質５８を使用してこれに
膨張によってピストン５２を前進させるようにした。

第１７図は本発明の第４の実施例を示すものである。こ
の実施例の医療用カプセル６０は、カプセル本体６１を
走行させる走行機構６２を第２の実施例と同様に構成し
たが、カプセル本体６１の内部の構成が異なる。これは
カプセル本体６１の内部には超音波観察手段が組み込ま
れている。つまり、流動パラフィン６３ａを充填した観
察室６４内に回転自在に超音波振動子６３を設置し、超
音波振動子６３を回転駆動する超音波モータ６５を設け
ている。さらに、カプセル本体６１の内部には送信回路
６６、通信回路６７、アンテナ６８、電池６９等が組み
込まれている。そして、無線を利用した外部からの指令
によって観察動作を行うことができるようになっている
。

しかして、この医療用カプセル６０てはそのカプセル本
体６１を所望の部位に移動させてその部位の超音波を利
用した観察を行う二とができる。

第１８図は本発明の第５の実施例を示すものである。こ
の実施例の医療用カプセル７０はカプセル本体７１の側
面に走行機構７２を付設する。さらに、走行機構７２の
超磁歪素子７３をカプセル本体７１の内部に位置させて
設ける。また、超磁歪素子７３の一端をカプセル本体７
１内の固定板７４に取着し、超磁歪素子７３の他端はカ
プセル本体７１の側面に配置した移動板７５に連結しで
ある。そして、あらかじめ傾斜させた複数の走行用脚７
６の基端をその移動板７５に連結している。

しかして、交番磁界をかけることにより超磁歪素子７３
を伸縮して走行用脚４４を振動させて前述したように走
行させることができる。

なお、薬剤を投与する手段の構成は第２の実施例のもの
と実質的に同しである。走行用脚７６の中間部を軸支す
る構成にすれば、直流バイアス磁界の大きさににより上
述したように進行方向を選択できるようになる。

第１９図は本発明の第６の実施例を示すものである。こ
の実施例の医療用カプセル８０は前記第５の実施例のも
のの変形例で、カプセル本体８１の内部に超磁歪素子７
３の伸長量を拡大する機構を組み込んたものである。す
なわち、超磁歪素子７３の一端を固定板８２に固定する
。また、超磁歪素子７３の他端はてこレバー８３の短い
端の先端に連結する。さらに、てこレバー８３の長い端
の先端を前記操作用移動板７５に連結したものである。

なお、各でこレバー８３の支点は支持棒８４によって固
定板８５に支持されている。なお、薬剤を投与する手段
の構成も第２の実施例のものと実質的に同じである。

しかして、この実施例ては超磁歪素子７３の動きかでこ
レバー８３を介して拡大され、前記操作用移動板７５に
伝達される。

第２０図は第１９図で示した構成において移動板７５を
可撓性て棒状のストッパ９１に置き換えたものである。

ストッパ９１の先端側部分はカプセル本体８１の側面部
分から垂直に突没できるようになっている。

しかして、直流磁界をかけて超磁歪素子７３を伸長し、
この伸び量をてこレバー８３で拡大してストッパ９ユに
伝達し、カプセル本体８１の側面から突き出すようにす
る。このようにストッパ９１をカプセル本体８１の側面
から突き出すことによりこのストッパ９１の先端を管腔
５５の壁面に当ててカプセル本体８１を保持するように
なっている。

なお、本発明は前記各実施例のものに限定されるもので
はなく、種々の変形例が考えられるものである。

［発明の効果コ 以上説明したように本発明によれば、圧電素子の急速変
形による慣性体の慣性力と生体との摩擦力を利用した走
行アクチュエータを用いることによりコンパクトな医療
用カプセルを構成できるとともに生体内の所望の部位へ
確実に到達させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第９図は本発明の第１の実施例を示し、第
１図はその医療用カプセルの断面図、第２図はピストン
リングの斜視図、第３図はそのピストンリングの変形す
る状態の説明図、第４図は駆動原理の説明図、第５図は
圧電素子に印加する駆動電圧の波形図、第６図および第
７図はその医療用カプセルの動作状態を示す断面図、第
８図は医療用カプセルの走行状態の説明図、第９図は医
療用カプセルの薬液投与状態の説明図である。第′１０
図はウォータジェットの概略的な構成の説明図、第１１
図は体内留置型薬液投与装置の斜視図である。第１２図
ないし第１５図は本発明の第２の実施例を示し、第１２
図はその医療用カプセルの断面図、第１３図ないし第１
５図はそれぞれ動作状態が異なる原理的な作動の説明図
である。第１６図は本発明の第３の実施例を示す医療用
カプセルの断面図、第１７図は本発明の第４の実施例を
示す医療用カプセルの断面図、第１８図は本発明の第５
の実施例を示す医療用カプセルの断面図、第１９図は本
発明の第６の実施例を示す医療用カプセルの断面図、第
２０図は他の医療用カプセルの断面図である。 Ｍ・・・移動体、ｍ・・・慣性体、Ｐ・・・圧電素子、
Ｂ・・ベース、１・・・カプセル、２・・カプセル本体
、１２・・・圧電素子、１３・・・慣性体、１５・・・
制御手段、４０・・・カプセル、４２　・走行機構、４
３・・・超磁歪素子、４４・・・脚、４５・・変位拡大
機構、４８・・操作杆。 出願人代理人　弁理士　坪井　　淳 ｌ　１ｒＡ Ｊｌ１２図 第３ｔｌＡ 第４図 Ｗ＆５図 第６図 ＃７１１！Ｊ 第８図　　　　　　ＪＩＩ９図 １１０図 １１ｎ図 第１２１Ａ 第１３図　　　　　　第１４図 第１Ｓ図 第１６図 第１８図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）生体内に投与される医療用カプセルにおいて、移
   動体を兼ねるカプセル本体内に、そのカプセル本体を移
   動させるべき向きに沿って軸方向を配置しその軸方向へ
   伸縮可能な圧電素子を設け、この圧電素子の軸方向の一
   端を前記カプセル本体に実質的に固定し、前記圧電素子
   の軸方向の他端に慣性体を取着してなり、さらに前記カ
   プセル本体内には前記圧電素子に駆動電圧を印加する電
   池とその駆動印加電圧を制御して前記圧電素子がその軸
   方向へ伸縮するときの前記慣性体の慣性力とカプセル本
   体が受ける生体との摩擦力を利用して前記カプセル本体
   を移動させる走行動作を制御する制御手段を内蔵したこ
   とを特徴とする医療用カプセル。
2. （２）生体内に投与される医療用カプセルにおいて、体
   腔壁に接触して自走する変位動作を行う可動脚部と、与
   えられる磁界により軸方向へ変位する超磁歪素子と、こ
   の超磁歪素子の変位を前記可動脚部に伝達して前記可動
   脚部に走行動作を行なわせる変位伝達機構とを具備した
   ことを特徴とする医療用カプセル。