CN101022758B - 胶囊型医疗装置引导系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种胶囊型医疗装置引导系统。该医疗装置引导系统可以提高推进控制性能。胶囊引导系统(1)构成为具有：旋转电磁场产生装置(4)，其产生从被检体外部向被检体内施加的旋转电磁场；插入到被检体的体腔内的胶囊(3)；磁铁(16)，其设在该胶囊(3)中，针对由旋转电磁场产生装置(4)产生的旋转电磁场，而产生作用；螺旋状突起部(12)，其设在胶囊(3)的外表面上，将由磁铁(16)产生的旋转运动转换为推进力；控制装置(6)，其控制旋转电磁场产生装置(4)，以使由旋转电磁场产生装置(4)产生的旋转电磁场的状态连续变化；胶囊旋转方向模式产生器(41)，每旋转所设定的旋转角度，该胶囊旋转方向模式产生器(41)就改变由旋转电磁场产生装置(4)产生的旋转电磁场的旋转方向。

Description

胶囊型医疗装置引导系统 

技术领域

本发明涉及一种适合于插入体腔内、旋转着推进并进行引导的胶囊型医疗装置引导系统。 

背景技术

作为利用旋转磁场在被检体内推进的现有技术例子，有日本特开2001-179700号公报和日本特开2002-187100号公报。在这些现有技术例子中公开了一种可以移动的微型设备的移动控制系统，该系统具有：产生旋转磁场的磁场产生部；接受该旋转磁场而旋转并获得推力的机器人主体；检测机器人主体的位置的位置检测部；根据该位置检测部检测出的机器人主体的位置，变更磁场产生部的旋转磁场的方向以使旋转磁场的方向朝向使机器人主体到达目的地的方向的磁场变更单元。 

在上述现有技术例子中，没有记述在上述微型设备撞到壁面等微型设备的动作范围受到限制时，使上述微型设备顺利旋转的方法。并且，在上述现有技术例子中，采用一面利用钻头形成孔一面推进的类型，但不能适用于在体腔内的食道等管腔内脏器官内沿着该管腔推进的场合。 

另一方面，以胶囊内窥镜为代表的胶囊型医疗装置被适用于消化管内脏器官(主要是小肠)。但是，以往的胶囊型医疗装置利用被检体即患者的蠕动运动在体腔内移动，所以检查花费时间。为此，现有的胶囊型医疗装置在适用于大肠时有可能没有电池。并且，以往的胶囊型医疗装置依赖于蠕动运动，所以难以对体腔内的所有管腔内脏器官全都进行观察。 

因此，如日本特开2003-275170号公报记载的那样，公开了一种对胶囊型医疗装置设置引导机构来引导胶囊型医疗装置的医疗装置引导系统。 

另外，日本特开2004-229922号公报公开了具有螺旋结构部进行旋转推进的胶囊内窥镜。此外，该日本特开2004-229922号公报披露了对螺旋高度的研究、对螺旋节距的研究、对螺旋条数的研究。 

但是，上述以往的医疗装置引导系统由于胶囊型医疗装置具有螺旋状结构部，所以为了使胶囊型医疗装置旋转必须旋转着移动。即，上述以往的医疗装置引导系统若胶囊型医疗装置不移动则不能旋转。 

为此，上述以往的医疗装置引导系统在胶囊型医疗装置撞到管腔内脏器官的壁面、例如大肠内的结肠鼓起时，在要推进的方向上产生力的状态下进行方向变更，所以难以顺利地进行方向变更，不容易进行结肠鼓起后面的观察。 

发明内容

本发明就是鉴于上述情况而提出的，其目的在于，提供可以提高推进控制性能的胶囊型医疗装置引导系统。 

本发明的胶囊型医疗装置引导系统，其特征在于，该胶囊型医疗装置引导系统具有：旋转电磁场产生装置，其产生从被检体外部向被检体内施加的旋转电磁场；胶囊型医疗装置主体，其插入到所述被检体的体腔内；电磁场响应部，其设在所述胶囊型医疗装置主体上，针对由所述旋转电磁场产生装置产生的旋转电磁场，而产生作用；螺旋状结构部，其设在所述胶囊型医疗装置主体的外表面上，将由所述电磁场响应部产生的旋转运动转换为推进力；控制装置，其控制所述旋转电磁场产生装置，以使由所述旋转电磁场产生装置产生的所述旋转电磁场的状态连续变化；以及旋转电磁场模式产生部，每旋转所设定的旋转角度，该旋转电磁场模式产生部就改变由所述旋转电磁场产生装置产生的所述旋转电磁场的旋转方向，所述状态的所述连续变化使所述胶囊型医疗装置主体反复前进和后退，所述设定的旋转角度在所述胶囊型医疗装置主体前进及后退时不同。 

附图说明

图1是表示实施方式的医疗装置引导系统的概要结构的总体结构图。 

图2是表示图1的更具体结构的方框图。 

图3是表示胶囊型医疗装置主体的外观的侧视图。 

图4是胶囊型医疗装置主体的侧面说明图。 

图5是图4的胶囊型医疗装置主体的正面说明图。 

图6是操作输入装置的概要结构图。 

图7是表示操作输入装置的变形例的概要结构图。 

图8是表示图6的操作杆的变形例的概要结构图。 

图9A是胶囊旋转方向模式产生器产生的信号波形例的图表。 

图9B是胶囊旋转方向模式产生器产生的信号波形的另一例的图表。 

图10是根据图9A的信号反复前进后退时的胶囊型医疗装置主体的侧面说明图。 

图11是图10的胶囊型医疗装置主体的正面说明图。 

图12是胶囊型医疗装置主体通过图10所示的前进后退而旋转动作时的概要说明图。 

图13是显示装置的图像结构和设定菜单的示例。 

图14是图13中的设定菜单的变形例。 

图15是表示在后端部可以自由旋转地安装了挠性管的有线式胶囊型医疗装置的外观的侧视图。 

图16是表示使螺旋状突起部的节距在中央部、前端侧和后端侧相同的胶囊型医疗装置的概要侧视图。 

图17是表示胶囊型医疗装置的螺旋状结构部的参数的说明图。 

图18是图17中的胶囊型医疗装置的外壳圆筒形状部分的展开图。 

图19是表示施加旋转电磁场来测定胶囊型医疗装置的推进速度时的状态的说明图。 

图20是表示基于图19所示测定的推力(推进力)相对于螺旋条数的图表。 

图21是表示基于图19所示测定的推力(推进力)相对于突起部间隔的图表。 

图22是表示螺旋状突起部的剖面为圆形时的螺旋间隔D的说明图。 

图23是表示螺旋状突起部的剖面为椭圆形状时的螺旋间隔D的说明 图。 

图24是表示螺旋状突起部的剖面为在长方形的角部形成R的形状时的螺旋间隔D和突起部间隔d的说明图。 

图25是表示胶囊在利用直角坐标系表示的旋转磁场中的推进方向的图表。 

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式。 

图1～图25涉及本发明的实施方式。图1是表示实施方式的医疗装置引导系统的概要结构的总体结构图。图2是表示图1的更具体结构的方框图。图3是表示胶囊型医疗装置主体的外观的侧视图。图4是胶囊型医疗装置主体的侧面说明图。图5是图4的胶囊型医疗装置主体的正面说明图。图6是操作输入装置的概要结构图。图7是表示操作输入装置的变形例的概要结构图。图8是表示图6的操作杆的变形例的概要结构图。图9是胶囊旋转方向模式产生器产生的信号波形例的图表，图9A是以所设定的时间间隔变更旋转方向的信号波形例的图表，图9B是总是沿一个方向低速旋转的信号波形例的图表。图10是根据图9A的信号反复前进后退时的胶囊型医疗装置主体的侧面说明图。图11是图10的胶囊型医疗装置主体的正面说明图。图12是胶囊型医疗装置主体通过图10所示的前进后退而进行转弯动作时的概要说明图。图13是显示装置的图像结构和设定菜单的示例。图14是表示图13中的设定菜单的变形例的图。图15是在后端部可以自由旋转地安装了挠性管的有线式胶囊型医疗装置的外观的侧视图。图16是表示使螺旋状突起部的节距在中央部、前端侧和后端侧相同的胶囊型医疗装置的概要侧视图。图17是表示胶囊型医疗装置的螺旋状结构部的参数的说明图。图18是图17中的胶囊型医疗装置的外壳圆筒形状部分的展开图。图19是表示施加旋转电磁场来测定胶囊型医疗装置的推进速度时的状态的说明图。图20是表示基于图19所示测定的推力(或推进力)相对于螺旋条数的图表。图21是表示基于图19所示测定的推力(或推进力)相对于突起部间隔的图表。图22是 表示螺旋状突起部的剖面为圆形时的螺旋间隔D的说明图。图23是表示螺旋状突起部的剖面为椭圆形时的螺旋间隔D的说明图。图24是表示螺旋状突起部的剖面为在长方形的角部形成R的形状时的螺旋间隔D和突起部间隔d的说明图。图25是表示胶囊在利用直角坐标系表示的旋转磁场中的推进方向的图表。 

如图1和图2所示，本发明的实施方式的胶囊型医疗装置引导系统(以下简称为胶囊引导系统)1具有：胶囊型医疗装置主体(以下简称为胶囊)3，其插入到未图示的患者的体腔内，发挥对体腔内部进行摄像的胶囊型内窥镜的作用；旋转电磁场产生装置4，其配置在患者周围即体外，向胶囊3施加旋转电磁场；交流电源装置5，其向该旋转电磁场产生装置4提供使产生旋转电磁场的交流电源；控制装置6，其配置在患者的体外，进行与胶囊3进行无线通信的处理，并且控制交流电源装置5，进行控制施加给胶囊3的旋转电磁场的方向和大小等的处理；显示装置7，其连接该控制装置6，显示通过胶囊3拍摄的图像等；作为操作输入装置8的例如方向输入装置8a、推进速度(或旋转速度)输入装置8b以及模式切换开关8c，该操作输入装置8连接控制装置6，通过手术医生等操作者的操作，指示输入对应于操作的指示信号，其中该方向输入装置8a产生对旋转电磁场的方向指示信号，该推进速度(或旋转速度)输入装置8b产生对应于操作的对旋转电磁场的频率指示信号，该模式切换开关8c切换设定模式。 

并且，胶囊引导系统1设置有位置/方向检测装置9，其检测来自内置于胶囊3内的后述的位置/方向检测用天线18的电波，检测胶囊3的位置和长度方向的朝向(或方向)。 

另外，胶囊引导系统1设置有设定装置10，其用于输入用于以所期望的设定条件来引导胶囊3的设定数据。 

胶囊引导系统1在未图示的患者周围配置用于产生旋转电磁场的旋转电磁场产生装置4，从控制装置6侧控制交流电源装置5，对内置在插入患者的体腔管道内的胶囊3中的后述的电磁场响应部，沿使胶囊3推进的方向施加旋转电磁场，由此可以使胶囊3顺利且高效地推进(或引 导)。 

该旋转电磁场产生装置4的旋转电磁场的方向，可以通过操作连接控制装置6的操作输入装置8或设定装置10来控制。 

并且，胶囊3的位置和长度方向的朝向(或方向)被位置/方向检测装置9检测出，并通过控制装置6的图像处理，如后面所述显示于显示装置7上。 

首先，说明胶囊3。 

如图3～图5所示，胶囊3形成为大致圆筒形状或胶囊形状，在成为进入体内的插入部的外壳容器11的外周面上，设置把旋转转换为推力 

(或推进力)的螺旋状的螺旋状结构部即螺旋状突起部(或螺旋部)12。 

该螺旋状突起部12的剖面结构为在外壳容器11的外周面上设置了圆的大致半球状等，平滑地与体内的内壁面接触。 

并且，在被该外壳容器11密封的内部，除了物镜光学系统13和配置在其成像位置上的摄像元件14、为了进行摄像而照明的照明元件15(参照图1)等之外，还收纳着响应于旋转的磁场、更加广义地讲是电磁场，发生力的作用的作为电磁场响应部的磁铁16。 

另外，此处使用的磁铁(或磁石)16是钕磁铁、钐钴磁铁、铁氧体磁铁、铁/铬/钴磁铁、铂磁铁、铝镍钴(AlNiCo)磁铁等永磁。 

钕磁铁、钐钴磁铁等稀土类磁铁的磁力强，具有能够使内置于胶囊中的磁铁小的优点。而铁氧体磁铁具有便宜的优点。另外铂磁铁耐腐蚀性良好。 

另外，在本实施方式中构成为，产生旋转磁场作为旋转电磁场，并作用于设在胶囊3中的磁铁16。但是，也可以构成为产生旋转电场作为旋转电磁场并作用于设在胶囊3中的未图示的强电介质。 

如图4所示，物镜光学系统13的光轴与圆筒状胶囊3的也被称为插入轴的中心轴C一致。物镜光学系统13例如配置在外壳容器11的半球状且透明的前端盖11a的内侧。前端盖11a的中央部分如图5所示成为观察窗17。另外，虽然在图4和图5中未示出，但照明元件15配置在物镜光学系统13的周围。 

因此，在该情况下，物镜光学系统13的视野方向成为物镜光学系统13的光轴方向、即沿着胶囊3的圆筒状中心轴C的方向。 

并且，胶囊3例如在外壳容器11的后端附近内部收纳有位置/方向检测用天线18。该位置/方向检测用天线18连接振荡器19，在规定的定时产生电波。 

通过接收从该位置/方向检测用天线18发出的电波，方向/位置检测装置9检测胶囊3的位置和长度方向的朝向(或方向)。 

另外，也可以设置未图示的胶囊内线圈，设置谐振电路，以取代该位置/方向检测用天线18。该情况下，方向/位置检测装置9产生用于产生感应电动势的交流磁场，并且检测借助该交流磁场而产生感应电动势的谐振电路所产生的磁场，从而检测胶囊3的位置和长度方向的朝向(或方向)。 

并且，磁铁16配置在胶囊3内的长度方向的中央附近，如图4所示，被配置成为在与中心轴C正交的方向上形成N极和S极。磁铁16被配置成为其中心与胶囊3的重心位置一致。因此，在从外部施加了磁场时，作用于磁铁16的磁力的中心成为胶囊3的重心位置。因此，胶囊3构成为容易顺利地利用磁力而推进。 

并且，如图5所示，磁铁16被配置成为其磁化方向即双极子的方向与摄像元件14的特定的配置方向一致。 

即，显示摄像元件14所拍摄的图像时的上方向被设定为从磁铁16的S极朝向N极的方向。 

并且，胶囊引导系统1通过利用旋转电磁场产生装置4向胶囊3施加旋转磁场，使磁铁16通过磁力而旋转。由此，胶囊引导系统1使内部固定了磁铁16的胶囊3与磁铁16一起旋转。此时，设于胶囊3的外周面的螺旋状突起部12接触体腔内壁并旋转，可以使胶囊3推进。 

另外，在本实施方式中，如图3所示，形成于胶囊3的外表面的螺旋状突起部12，其前端侧经过圆筒外周面延伸到直径缩小成为半球形状的一侧，其端部12a形成于直径缩小成为半球形状的中途部分，具体地讲是不会进入物镜光学系统13的视野角内的位置上。 

并且，该螺旋状突起部12的后端12b延伸到直径缩小成为半球形状的边界附近。另外，在图3的示例中，在一方螺旋状突起部12的中间位置还设置螺旋状突起部12，从而形成为双重(或两条)螺旋状突起部12。 

并且，这样利用旋转磁场来控制内置了磁铁16的胶囊3时，可以根据旋转磁场的方向而知道利用胶囊3拍摄的图像的上方向是哪个方向。 

如图2所示，在胶囊3内除了上述的物镜光学系统13、摄像元件14、磁铁16、位置/方向检测用天线18之外，还收纳着：对由摄像元件14拍摄的信号进行信号处理的信号处理电路20；暂时存储通过信号处理电路20生成的数字视频信号的存储器21；利用高频信号来调制从存储器21读出的视频信号并转换为无线发送的信号，并且将从控制装置6发送的控制信号解调等的无线电路22；控制信号处理电路20等胶囊3的胶囊控制电路23；向胶囊3内部的电气系统提供动作用电源的电池24。 

另一方面，与胶囊3进行无线通信的控制装置6具有：与胶囊3的无线电路22进行无线通信的无线电路25；连接该无线电路25，对从胶囊3发送的图像数据进行图像显示等的数据处理等的数据处理电路26；控制数据处理电路26和交流电源装置5等的控制电路27；和存储电路28，其存储通过所述交流电源装置5由旋转电磁场产生装置4产生的作为旋转电磁场的旋转磁场的状态，更加具体地讲是旋转磁场的法线向量的方向(以下简称为旋转磁场的方向)、和形成该旋转磁场的磁场的方向的信息。 

数据处理电路26上连接着显示装置7。显示装置7显示由摄像元件14拍摄、并经过无线电路22、25由数据处理电路26处理后的图像等。并且，由于胶囊3是边旋转边拍摄图像，所以该数据处理电路26进行将显示于显示装置7上时的图像的方向校正为一定方向的处理，进行图像处理以便可以显示手术医生容易观察的图像(记载于日本特愿2002-105493号)。 

并且，显示装置7也可以显示当前的旋转磁场的状态、功能设定的状态、从位置/方向检测装置9得到的胶囊3的位置和方向。 

从构成操作输入装置8的方向输入装置8a、推进速度(或旋转速度) 输入装置8b、模式切换开关8c，向控制电路27输入对应于操作的指示信号，进行对应于指示信号的控制动作。 

控制电路27连接存储电路28，在存储电路28中一直存储着通过交流电源装置5由旋转电磁场产生装置4产生的旋转磁场的方向及磁场的方向的信息。以后，在进行了改变旋转磁场的方向和磁场的方向的操作时，可以使旋转磁场的方向和磁场的方向连续且顺利地变化。即，存储电路28形成对控制电路27提供进行其控制动作时的信息的信息提供单元。 

具体地讲，图1中的第1操作输入单元即操作输入装置8的操作指示信号被输入控制电路27，控制电路27向交流电源装置5输出使产生对应于指示信号的旋转电磁场(或旋转磁场)的控制信号，并且将该旋转磁场的方向和磁场的方向的信息存储在存储电路28中。另外，也可以将存储电路28设在控制电路27内部。 

并且，控制电路27连接位置/方向检测装置9，并被输入由该位置/方向检测装置9检测出的胶囊3的位置和长度方向的朝向(或方向)的信息。控制电路27根据存储在存储电路28中的信息和由位置/方向检测装置9检测出的信息，进行使产生旋转磁场或控制产生的旋转磁场的方向等的动作。 

并且，与控制电路27连接的交流电源装置5具有：由产生交流电流并且控制其频率和相位的3个交流电流产生和控制电路构成的交流电流产生和控制部31；和由分别将各交流电流放大的3个驱动器构成的驱动器部32，3个驱动器的输出电流分别提供给构成旋转电磁场产生装置4的3个电磁铁33a、33b、33c。 

3个电磁铁33a、33b、33c分别由1组对置的空芯线圈构成，并且各个电磁铁配置成为大致正交。在对置线圈之间的空间中能够产生均匀的电磁场，所以根据这种结构可以在任意方向上产生电磁场。并且，优选对置线圈分别形成赫尔姆霍茨线圈(Helmholtz coil)。 

并且，通过操作构成图6所示的操作输入装置8的方向输入装置8a，可以产生磁场方向的指示信号，或通过操作推进速度(或旋转速度)输入装置8b，可以产生对应于操作的旋转频率的旋转磁场的指示信号，或通过操作模式切换开关8c，可以将设定切换为旋转模式。

具体地讲，操作输入装置8由从操作箱的上表面向上方突出的由控制手柄Sa形成的方向输入装置8a、由操作杆Sb形成的推进速度(或旋转速度)输入装置8b、和由例如两个按钮Ta、Tb形成的模式切换开关8c构成。 

并且，在按照图25所示设定直角坐标系，表示旋转磁场的旋转面的法线向量的方向时，该法线向量的方向成为胶囊3的推进方向，可以通过控制手柄Sa的倾斜操作来设定该方向。 

该情况时，通过使控制手柄Sa朝向前侧、后侧、左侧、右侧倾斜，可以将推进方向向下侧、上侧、左侧、右侧变更。此时的倾斜量相当于角度变化的速度。另外，如果向中间方向、例如左下方向或右上方向倾斜，当然可以将推进方向向该方向变更。 

并且，通过使操作杆Sb向前侧、后侧倾斜，可以分别把旋转方向设定为前侧和后方侧，而且能够根据倾斜的角度来改变旋转频率。 

并且，按钮Ta是用于将来自所述推进速度(或旋转速度)输入装置8b的输入和来自所述设定装置10的输入中的某一方切换为有效的按钮。另一方面，Tb按钮是用于使所述设定装置10的后述图形用户界面(以下简称为GUI)起动、即使GUI弹出并显示的按钮。 

因此，按钮Ta可以将设定模式切换为转弯模式，按钮Tb起动设定输入的GUI，输入所述设定装置10的设定数据。 

并且，作为操作输入装置8，图6所示的结构的变形例也可以如图7所示设置控制杆La、通过接通/断开来指示旋转磁场的旋转方向的按钮Tc、和模式切换开关Td，上述控制杆La可以在控制手柄Sc的顶部侧倾斜，通过根据倾倒的量使旋转磁场的旋转频率改变，来改变胶囊3的旋转速度。在一种情况下，模式切换开关Td也可以具有向转弯模式切换和起动GUI的功能。 

这样，可以单手操作，与图6所示需要双手操作的情况相比，可以提高操作性。并且，在图6中，例如也可以采用图8所示的脚踏开关F来代替操作杆Sb，根据脚踩下的量来变更旋转频率。 

另外，除了控制手柄、脚踏开关外，也可以利用电脑等构成操作输入装置8，可以利用鼠标、键盘、CUI等进行操作。 

并且，如图2所示，控制装置6具有胶囊旋转方向模式(pattern)产生器41和模式(mode)切换部42，作为电磁场模式(pattern)产生部。 

胶囊旋转方向模式产生器41产生基于从所述设定装置10输入的设定数据的旋转方向模式信号。 

该旋转方向模式信号如图9A所示，是相对于时间，信号强度的正负相交替的模式信号。图9A以后的具体情况将在后面叙述。 

所述胶囊旋转方向模式产生器41的输出被输入到模式切换部42。在模式切换部42上连接着推进速度(或旋转速度)输入装置8b，利用模式切换开关8c选择来自胶囊旋转方向模式产生器41的输出、和来自推进速度(或旋转速度)输入装置8b的信号，输出给控制电路27。 

通常，在控制电路27中，通过模式切换部42，根据来自推进速度(或旋转速度)输入装置8b的输入来决定胶囊3的旋转方向和旋转速度。 

此时的最大旋转速度为5Hz以下，通常操作中的旋转速度在5Hz以下，优选在2Hz以下，更优选在1Hz以下。另外，通过设置设定功能，也可以将最大旋转速度设定为5Hz以下的值。 

当操作模式切换开关8c，将从模式切换部42输出的信号切换为来自胶囊旋转方向模式产生器41的信号时，控制电路27根据胶囊旋转方向模式产生器41的输出，进行旋转电磁场产生装置4的控制。 

优选把此时的旋转速度设定成能够以来自推进速度(或旋转速度)输入装置8b的输入而旋转的最大旋转速度以下。另外，优选为最大旋转速度的1/2以下，更优选为1/5以下，进一步优选为1/10以下。 

并且，作为绝对频率的表述，优选为5Hz以下，更优选为1Hz以下，进一步优选为0.1Hz以下。 

在提供了图9A所示信号的情况下，胶囊3进行按所设定的时间间隔改变旋转方向的运动。此处，来自胶囊旋转方向模式产生器41的指示信 号例如是图9A所示的方形波状信号。相对于时间轴，输入信号的正表示胶囊3前进，负表示后退。 

图9A中的数字表示前进/后退的顺序，(1)和(3)表示前进，(2)和(4)表示后退。借助根据该频率指示信号而生成的旋转电磁场(或旋转磁场)，胶囊3例如通过向右旋转而前进、通过向左旋转而后退，由此按照图10和图11所示动作。 

如图10和图11所示，胶囊3反复(1)前进(2)后退(3)前进(4)后退，其位置基本停留在一定范围内，按照图6所示的方向输入装置8a或图7所示的控制手柄Sc的输入，可以改变方向。即，如图12所示，胶囊3可以在使位置停留在某个一定范围内的状态下旋转。 

并且，如图9B所示，也可以由胶囊旋转方向模式产生器41产生始终沿一个方向低速旋转的信号。此时的旋转速度在1Hz以下，优选在0.1Hz以下。通过这样设定，胶囊3足够缓慢地旋转，所以能够在位置几乎不变的情况下，按照图6所示的方向输入装置8a或图7所示的控制手柄Sc的输入来改变方向。 

即使形成这种结构，也能够获得与前面所述相同的效果。 

并且，控制电路27与所述设定装置10连接以与其进行通信。 

所述设定装置10的设定信息在利用图13所示的GUI即设定菜单53或图14所示的GUI即设定菜单53B调整后，被写入所述设定装置10中。 

利用设定菜单53或设定菜单53B调整后的数据，通过控制电路27保存到设定装置10中。控制电路27根据需要进行基于写入在设定装置10中的数据的控制。例如，在设定胶囊3的旋转速度、转弯速度等时执行。 

在本实施例中，当操作了模式切换开关8c的按钮Tb时，GUI显示于显示装置7上。在设定菜单53的示例中，此时的设定数据具有两个参数：旋转一圈返回一圈或旋转半圈返回半圈的朝向一个方向的旋转角度、和将旋转速度设定为多大的旋转速度。 

此处，根据操作模式切换开关8c的按钮Tb输出的GUI起动信号，在显示装置7上弹出显示例如图13所示的设定装置10的设定菜单。 

如图13所示，在显示装置7的显示画面上显示了通常显示的由胶囊3获取的胶囊图像51、及表示胶囊3在体腔内的位置和方向的位置及方向图像显示部52。 

在位置及方向图像显示部52显示患者的概要体形，在该体形内检测到胶囊主体3的大概位置上，配置用于表示从位置/方向检测装置9获取的胶囊3的位置和方向的图标箭头52a。该图标箭头52a利用其位置来表示胶囊3的大概位置，利用其方向来表示胶囊3的长度方向的朝向(或方向)。 

并且，在操作了模式切换开关8c的按钮Tb后，在显示装置7的显示画面上显示设定装置10的设定菜单53。该设定菜单53是设定装置10的设定数据输入部。 

在设定菜单53上，在上部配置有基本设定部61，在下部配置有仅用于转弯设定部62。在基本设定部61显示旋转速度设定条61a，用于基于所述推进速度(或旋转速度)输入装置8b的操作杆Sb的操作来设定旋转速度或最大旋转速度，并且显示转弯速度设定条61b，用于基于所述方向输入装置8a的控制手柄Sa的操作来设定转弯速度或最大转弯速度。 

并且，在仅用于转弯设定部62显示在通过所述模式切换开关8c的按钮Ta的操作只对转弯进行设定的转弯模式时用于设定旋转速度的旋转速度设定条62a，并且显示用于设定旋转角度的旋转角度设定条62b。另外，在按照图9B所示波形进行控制时，可以只显示旋转速度设定条62a。 

此处，在基本设定时的一般操作是基于上述图6中的控制手柄Sa和操作杆Sb的操作。通过该操作，控制电路27根据通过基本设定部61设定的胶囊3的旋转速度或最大旋转速度及转弯速度或最大转弯速度来进行控制，使得产生与控制手柄Sa和操作杆Sb的输入对应的旋转电磁场 

(或旋转磁场)，使胶囊3进行一般的动作。 

并且，转弯模式时的动作是通过按钮Ta的按下操作，基于上述前进后退的反复动作而只进行转弯的操作。并且，在按照图9B所示波形进行控制时，是以一定的低旋转速度只进行转弯的操作。 

通过该操作，控制电路27进行控制，使得产生与在仅用于转弯设定 部62设定的胶囊3的旋转速度及旋转角度对应的旋转电磁场(或旋转磁场)，在胶囊3的位置停留于某一定范围内的状态下，按照控制手柄Sa的输入进行转弯动作。 

即，控制电路27在转弯模式下的胶囊3前进后退时，进行使得产生旋转电磁场(或旋转磁场)的控制，以使胶囊3以通过旋转速度设定条62a设定的旋转速度、和通过旋转角度设定条62b设定的旋转角度而旋转。 

另外，设定菜单也可以按图14所示，将转弯设定部设定得更加具体。 

如图14所示，在设定菜单53B配置有仅用于转弯设定部62B。 

在仅用于转弯设定部62B中，除了旋转速度设定条62a和转弯速度设定条62c外，还显示有用于设定左转旋转角度的左转旋转角度设定条62d、和用于设定右转旋转角度的右转旋转角度设定条62e。 

此处，设右转表示前进，左转表示后退。这样，左转旋转角度设定条62d设定后退时的旋转角度，右转旋转角度设定条62e设定前进时的旋转角度。 

此时，控制电路27进行使产生旋转电磁场(或旋转磁场)的控制，以使得在转弯模式下胶囊3前进时以通过右转旋转角度设定条62e设定的旋转角度旋转，在胶囊3后退时以通过左转旋转角度设定条62d设定的旋转角度旋转。 

由此，胶囊3在转弯模式下前进后退时，可以分别以不同的旋转角度来动作。 

因此，可以进行控制使胶囊3反复地前进后退，向前方每前进一点，又返回后方。 

通过进行这种控制，可以利用控制手柄Sa改变胶囊3的视野方向，同时使胶囊3在管腔内每次稍微改变位置，在希望更加仔细地观察的部位，使胶囊3缓慢行进，所以能够进行合适的动作。 

说明基于这种结构的本实施例的作用。 

在利用胶囊主体3检查体腔内部时，患者吞入该胶囊主体3。被吞入体腔内的胶囊主体3在通过食道等时，利用照明元件15照明，把利用摄像元件14拍摄的图像经过无线电路22无线发送给体外的控制装置6。 

控制装置6把利用无线电路25接收并被解调后的图像数据，存储在设于数据处理电路26内部等的例如硬盘等图像存储装置中，并且进行显示用的处理。控制装置6向显示装置7输出处理图像信号，按照上面所述，把通过胶囊主体3依次拍摄的图像数据，作为胶囊图像51显示在显示装置7上。 

并且，位置/方向检测装置9接收从胶囊3的位置/方向检测用天线18发送的电波，把该接收数据输出给控制装置6。控制装置6处理来自位置/方向检测装置9的接收数据，计算胶囊3的位置和长度方向的朝向 

(或方向)数据并进行图像处理，按照上面所述，把依次获得的位置和长度方向的朝向(或方向)数据作为图标箭头52a显示在显示装置7的位置及方向图像显示部52上。 

手术医生根据显示于显示装置7上的图像判明胶囊主体3当前在体腔内的大概位置。手术医生一面观看显示于显示装置7上的胶囊图像51及位置和方向图像显示部52的图标箭头52a，一面操作方向输入装置8a及推进速度(或旋转速度)输入装置8b，以使胶囊3进行所期望的动作。 

这样，控制装置6使控制电路27进行控制动作，以使得对应于这些方向输入装置8a及推进速度(或旋转速度)输入装置8b的操作，产生旋转电磁场(或旋转磁场)。控制电路27通过交流电源装置5，使旋转电磁场产生装置4产生旋转磁场。另外，旋转磁场的产生信息存储在存储电路28中。 

另外，在对控制杆La或操作杆Sb进行倾斜操作时，产生与该倾斜操作量对应的频率的旋转磁场。此处，也可以在起动时、停止时缓慢地改变频率，以使胶囊主体的旋转频率不会急剧变化。或者，也可以缓慢地改变振幅和频率双方。 

这样，通过从体外施加旋转磁场，使磁性转矩作用于内置在插入体腔内的胶囊主体3中的磁铁16，使胶囊主体3旋转，此时在使设于胶囊主体3的外周面的螺旋状突起部12接触体腔内的内壁的状态下，使螺旋旋转，从而可以使胶囊3迅速推进。 

此处，例如胶囊3有时在大肠内撞到结肠鼓起而不能向前方前进。 

此时，手术医生进行操作以执行转弯模式。 

手术医生对按钮Tb进行按下操作，利用上述的设定菜单53进行转弯模式的设定，在设定输入结束后，再次按下按钮Tb，结束设定。并且，手术医生对模式切换开关8c的按钮Ta进行按下操作，进入转弯模式。 

这样，控制装置6将来自设定装置10的设定数据输入胶囊旋转方向模式产生器41和控制电路27。 

胶囊旋转方向模式产生器41根据从设定装置10输入的设定数据，产生上述图9A所示的频率指示信号并输出给模式切换部42。 

模式切换部42根据操作模式切换开关8c的按钮Ta而输出的模式切换信号，把来自推进速度(或旋转速度)输入装置8b的频率指示信号切换为来自胶囊旋转方向模式产生器41的频率指示信号，并输出给控制电路27。 

并且，通过模式切换部42将推进速度(或旋转速度)输入装置8b切换为胶囊旋转方向模式产生器41，从而控制电路27进行使胶囊3反复前进后退的控制，并且按照控制手柄Sc或操作杆Sa的操作进行胶囊3的转弯控制。 

另外，在由胶囊旋转方向模式产生器41产生的信号为图9B所示信号时，胶囊3沿一个方向进行低速旋转，并且按照控制手柄Sc或操作杆Sa的操作进行胶囊3的转弯控制。 

控制电路27通过交流电源装置5，使旋转电磁场产生装置4产生与来自胶囊旋转方向模式产生器41和控制手柄Sc或控制手柄Sa的信号对应的旋转电磁场(或旋转磁场)。 

这样，胶囊3例如通过向右旋转前进、向左旋转后退，从而如上述的图10和图11所示，反复前进后退，其位置大致停留在一定范围内，按照控制手柄Sc或控制手柄Sa的输入而改变方向，并按图12所示转弯。 

另外，在由胶囊旋转方向模式产生器41产生的信号为图9B所示信号时，胶囊3通过向右旋转以低速前进，向左旋转以低速后退等，从而可以在位置几乎不变的状态下按照控制手柄Sc或控制手柄Sa的输入，进行转弯以改变方向。 

由此，胶囊3可以在几乎不改变位置的情况下转弯，所以能够顺利地进行以往很困难的在撞到结肠突起等时的方向变更。 

因此，本实施方式的胶囊引导系统1可以提高推进控制性能。 

另外，本实施方式的胶囊3是后部没有线和管子的无线式胶囊，但如图15所示，也可以是在胶囊3的后端部即前端盖39的相反侧可以自由旋转地安装了挠性管的有线式胶囊型医疗装置。 

如图15所示，胶囊3B设有在被检体外具有另一端的绳或管状的引导部件70。该引导部件70例如具有1mm以上的大小，是可以卡定在被检体外部的挠性部件。 

该情况时，胶囊3B通过组合通过螺旋状突起部12的推进和通过引导部件70的推拉，具有可以更加有效地推进或后退的效果。 

并且，本实施方式构成为将本发明适用于发挥对体腔内部进行摄像的胶囊型内窥镜的作用的胶囊型医疗装置主体，但本发明不限于此，也可以构成为将本发明适用于具有采集生物体组织的采集单元的组织采集型胶囊型医疗装置、排放药剂的药剂排放型胶囊型医疗装置、烧灼生物体组织的烧灼治疗型胶囊型医疗装置。 

另外，在上述日本特开2001-179700号公报、日本特开2002-187100号公报中记载的移动控制系统、和上述日本特开2003-275170号公报记载的系统中，没有特别地明确记载螺旋状结构部的参数。 

因此，以往的医疗装置引导系统的胶囊型医疗装置难以获得充足的推进力。 

因此，通过明确螺旋状结构部的具体参数，可以获得充足的推进力。 

如图16所示，胶囊3的螺旋状突起部12设定为例如使中央部的外径最大的部分的节距b，与其前端侧和后端侧的外径比其小的部分的节距a和c相同，即a＝b＝c。 

另外，按照以下说明的那样优化胶囊3的螺旋状突起部12。 

如图17所示，胶囊3的螺旋状突起部12例如具有圆筒部长度L、圆筒部半径r、作为自然数的条数n、螺旋间隔D、螺旋角度θ、螺旋高度h、螺旋宽度b、螺旋的槽宽度x等参数。 

首先，进行胶囊3的推进力的测定。图19表示测定系统。 

图19表示使用模拟螺旋状突起部12的样本80来测定推进力的水槽81。具有本实施例的胶囊3的外形结构的第1样本80在插入模拟管腔内脏器官的硅管82内的状态下，插入该水槽81内，从上方注入水，使处于对管82施加水压的状态，例如水位是20cm。 

样本80通过棒状部83连接测力计84，可以利用该测力计84来测定推进力。另外，样本80被设置成为可以相对棒状部83空转地自由转动。在该状态下，从外部施加旋转磁场，测定其推进力。 

另外，在实验中，使用φ11mm、圆筒部长度2mm、螺旋高度1mm、螺旋宽度1mm的样本80。并且，螺旋角度、条数的组合如下。 

螺旋角度       条数 

30[deg.]2、3、4、6、8条 

45[deg.]2、3、4、6、8条 

60[deg.]1、2、3、4、6、8条 

图21表示推进力测定结果。图21表示以上述胶囊3的螺旋的螺旋间隔为横轴、以所测定的推进力为纵轴的图表。 

根据推进力的分布，存在当螺旋间隔变小时推进力变大的区域A、和螺旋间隔变小时推进力降低的区域B。 

考察区域A。首先，图20表示在分布于区域A的胶囊3中，以条数为横轴、推进力为纵轴绘制下述的数据而得到的图表。 

螺旋角度      条数 

45[deg.]2、3、4条 

60[deg.]1、2、3条 

根据该结果判明推进力与螺旋的条数成比例地提高。即，当对螺旋角度相同的胶囊3进行比较时，可以判明推进力与螺旋的总长成比例地提高。 

此处，按照下面所述求出胶囊3的螺旋的总长。 

此处，图18表示将外壳圆筒形状部分展开后的展开图。 

根据图18所示的外壳圆筒形状部分的展开图，利用下述算式求出螺 旋的总长。 

螺旋总长＝nL/cosθ 

并且，利用下述算式求出螺旋的形状。 

tanθ＝2πr/nD 

此处，认为有助于推进力的参数是螺旋的圆周方向成分。 

因此，可以利用下述算式求出推进力。 

推进力＝K×螺旋总长×sinθ 

＝KnLtanθ 

＝KnL×2πr/nD 

＝2KπrL/D    ……(1) 

其中，K是比例常数。 

根据以上所述可知，推进力依赖于胶囊的圆筒部直径、圆筒部长度、螺旋间隔。 

另外，将该计算结果与测定结果比较可知，在图21的区域A中，测定结果与上述算式(1)中的比例常数K＝0.5的情况非常良好地一致。 

如上所述，在螺旋间隔增大时，螺旋长度减小，推进力减小。 

然后考察区域B。在区域B中的螺旋间隔减小时，生物体组织不会进入螺旋之间，所以不能充分发挥螺旋的效果，可以说推进力降低。 

根据上述理论，可以说在螺旋高度1[mm]的胶囊3中，只要螺旋间隔在3～12[mm]之间，就能够产生足够的推进力。 

此处，还进一步考察螺旋高度变化时的螺旋间隔。 

使生物体组织向螺旋之间的进入与因两端支撑梁的自重而产生的挠曲近似。 

其中，梁是在全长上承受等分布负荷w的跨度为1的两端支撑梁。 

该情况时，由于两端支撑梁的自重(等分布荷重w)而引起的中央部分的挠曲量利用下述算式来表示。 

位移＝5w×1⁴/384E×I 

其中，在螺旋高度变为k倍时，为了使位移成为k倍需要k×位移＝5wl⁴/384EI。 

因此，跨度1为 

其中，w：等分布荷重 

1：梁的宽度(跨度) 

E：纵弹性系数 

I：剖面惯性力矩(剖面二次力矩) 

E×I：弯曲刚度 

根据以上所述可知，生物体组织挠曲所需要的螺旋间隔D与螺旋高度4次方根成比例。 

因此，在螺旋高度为h[mm]时，螺旋间隔D[mm]在下述范围内。 

另外，上述算式(2)根据螺旋状突起部12的突起形状是使用螺旋间隔D还是使用突起部间隔d代替该螺旋间隔D，根据螺旋的形状而不同。 

此处，如图22和图23所示，如果螺旋状突起部12的剖面为圆形或椭圆形，则使用彼此相邻的螺旋状突起部12的中心轴之间的距离即螺旋间隔D。 

并且，如图24所示，在螺旋状突起部12的剖面为在长方形的角部形成R的形状时，生物体组织的挠曲从R的起点部分开始产生，所以使用从彼此相邻的螺旋状突起部12的内侧开始的大致圆形或大致椭圆形的起点间距离即突起部间隔d来代替螺旋间隔D。 

该情况时，上述算式(2)使用突起部间隔d代替螺旋间隔D，采用

 

结果，可以明确胶囊3的螺旋状结构部的参数，可以获得足够的推进力。 

另外，根据图21所示的推进力测定结果，胶囊直径为φ11mm附近(φ9～φ13mm)、螺旋宽度为约1mm时，相对于螺旋角度的合适的条数的组合如下所示。 

螺旋角度        条数 

30[deg.]8条 

45[deg.]3条或4条 

60[deg.]4条或5条 

另外，通过使所述螺旋状结构部形成为使螺旋角度相对于朝向所述推进方向的所述对称轴为40度以上，可以提高变更胶囊医疗装置整体的方向时的操作性。 

并且，通过使所述螺旋状突起部的高度形成为0.5mm～3mm，胶囊医疗装置整体的直径不会过分大，而且可以产生足够的推力。 

另外，所述外壳具有大致圆筒形状部和直径变化部，通过使设于所述直径变化部的螺旋结构部和设于所述大致圆筒形状部的螺旋结构部形成为相同节距，可以提高胶囊医疗装置的推进力，并且通过使节距相等，将更加容易制造。 

并且，通过部分地组合上述各个实施例等而构成的实施例等也属于本发明。 

本实施方式的医疗装置引导系统和胶囊型医疗装置具有可以提高推进控制性能的效果。 

本发明的医疗装置引导系统和胶囊型医疗装置可以提高推进控制性能，所以不仅适用于工业领域，也适用于在医疗领域中特别是插入体腔内、旋转的同时推进并引导的场合。 

Claims (6)

1.一种胶囊型医疗装置引导系统，其特征在于，该胶囊型医疗装置引导系统具有：

旋转电磁场产生装置，其产生从被检体外部向被检体内施加的旋转电磁场；

胶囊型医疗装置主体，其插入到所述被检体的体腔内；

电磁场响应部，其设在所述胶囊型医疗装置主体上，针对由所述旋转电磁场产生装置产生的旋转电磁场，而产生作用；

螺旋状结构部，其设在所述胶囊型医疗装置主体的外表面上，将由所述电磁场响应部产生的旋转运动转换为推进力；

控制装置，其控制所述旋转电磁场产生装置，以使由所述旋转电磁场产生装置产生的所述旋转电磁场的状态连续变化；以及

旋转电磁场模式产生部，每旋转所设定的旋转角度，该旋转电磁场模式产生部就改变由所述旋转电磁场产生装置产生的所述旋转电磁场的旋转方向，所述状态的所述连续变化使所述胶囊型医疗装置主体反复前进和后退，

所述设定的旋转角度在所述胶囊型医疗装置主体前进及后退时不同。

2.根据权利要求1所述的胶囊型医疗装置引导系统，其特征在于，所述控制装置控制所述旋转电磁场的旋转方向、旋转相位、电磁场强度及旋转频率中的至少任一方。

3.根据权利要求1所述的胶囊型医疗装置引导系统，其特征在于，所述旋转电磁场模式产生部具有旋转角度设定部，该旋转角度设定部用于设定所述改变的旋转角度。

4.根据权利要求1所述的胶囊型医疗装置引导系统，其特征在于，该胶囊型医疗装置引导系统还具有旋转速度设定部，该旋转速度设定部用于设定由所述旋转电磁场产生装置产生的所述旋转电磁场的旋转速度。

5.根据权利要求1所述的胶囊型医疗装置引导系统，其特征在于，该胶囊型医疗装置引导系统还具有操作输入装置，该操作输入装置生成与操作者的操作对应的指示信号。

6.根据权利要求5所述的胶囊型医疗装置引导系统，其特征在于，该胶囊型医疗装置引导系统还具有模式切换部，该模式切换部对所述操作输入装置生成的指示信号中的至少一部分信号和由所述旋转电磁场模式产生部产生的信号进行切换。

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