CN103079452A - 位置信息估计系统 - Google Patents

Abstract

具备：获取用天线，其具有多个接收天线，周期性地获取来自胶囊型内窥镜的信息；计算部(62)，其计算从多个接收天线处得到的信号强度与上一次从多个接收天线处得到的信号强度的差值；判断部(63)，其对差值与阈值进行比较来判断是否估计位置信息；以及位置信息估计部(64)，其在判断部(63)判断为估计位置信息的情况下，估计胶囊型内窥镜的位置信息。

Description

位置信息估计系统

技术领域

本发明涉及一种例如对被导入到被检体内的胶囊型内窥镜的位置信息进行估计的位置信息估计系统。

背景技术

以往，作为被导入到被检体内来观察体腔内的医用观察装置，内窥镜广泛普及。另外，近年来，开发出了一种在胶囊型的壳体内部具备摄像装置、通信装置等的吞入型的内窥镜(胶囊型内窥镜)，其中，该通信装置以无线方式发送由该摄像装置拍摄得到的图像数据。胶囊型内窥镜具有以下功能：在为了观察体腔内而从被检体的口中吞入之后直到从被检体自然排出为止期间，例如在食道、胃、小肠等脏器内部随着其蠕动运动而移动，并依次进行拍摄。

在体腔内移动期间由胶囊型内窥镜在体腔内拍摄得到的图像数据以无线通信方式依次被发送到体外，储存到设置于体外的接收装置的内部或者外部的存储器、或者在设置于接收装置的显示器中进行图像显示。医师或者护士能够通过插入了接收装置的托架将储存在存储器中的图像数据取入到信息处理装置，根据在该信息处理装置的显示器中显示的图像或者由接收装置接收而显示在显示器中的图像来进行诊断。

另外，在从胶囊型内窥镜接收无线信号的情况下，通常，在接收装置中，将多个接收天线分散配置于被检体的外部，选择进行接收的接收强度最强的一个接收天线，通过所选择的该接收天线来接收无线信号。作为这种接收装置，已知以下接收装置：对配置于被检体的外部的多个接收天线进行接收切换，根据由各接收天线接收的电场强度来估计作为无线信号的发信源的胶囊型内窥镜的位置。

作为上述那样的对胶囊型内窥镜的位置进行估计的位置信息系统，公开了一种移动状态检测系统，该移动状态检测系统对在被检体的内部移动并且输出与传播距离相应地衰减的传感器信号的胶囊型内窥镜的移动状态进行检测(例如，参照专利文献1)。该移动状态检测系统具备移动状态导出单元，在该移动状态导出单元中接收天线接收传感器信号，根据其接收强度来导出胶囊型内窥镜的移动状态。

另外，该移动状态检测系统具备判断单元，该判断单元根据接收传感器信号的接收天线的选择状况来判断胶囊型内窥镜的移动状态。判断单元判断该时间点的胶囊型内窥镜处于低速移动状态还是通常移动状态。根据该移动状态检测系统，在确认由胶囊型内窥镜拍摄得到的图像时，通过确认与被判断为低速移动状态的胶囊型内窥镜对应的图像群的一部分图像，能够有效地进行诊断。

专利文献1：日本特开2006-26163号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而，在专利文献1所公开的移动状态检测系统中，在每次接收天线接收传感器信号时与各图像对应地导出胶囊型内窥镜的位置信息，因此处理费时。

本发明是鉴于上述情形而完成的，目的在于提供一种能够缩短导出胶囊型内窥镜的位置信息所需的时间的位置信息估计系统。

用于解决问题的方案

为了解决上述问题而达到目的，位置信息估计系统，具备：被检体内导入装置，其被导入到被检体，在该被检体的内部移动；接收部件，其接收来自上述被检体内导入装置的信息；以及信息处理装置，其对从上述接收部件处得到的信息进行处理，该位置信息估计系统的特征在于，还具备：获取用天线，其周期性地获取来自上述被检体内导入装置的信息，具有多个接收天线；计算单元，其计算从上述多个接收天线处得到的各信号强度与上一次从上述多个接收天线处得到的各信号强度的差值；判断单元，其对上述差值与阈值进行比较来判断是否估计位置信息；以及位置信息估计单元，其在上述判断单元判断为估计位置信息的情况下，估计上述被检体内导入装置的位置信息。

另外，本发明所涉及的位置信息估计系统的特征在于，在上述发明中，还具备位置信息简化估计单元，该位置信息简化估计单元进行将上述位置信息估计单元所进行的估计处理简化了的简化估计处理，其中，上述判断单元根据第一阈值来判断是否进行估计处理，使用大于上述第一阈值的第二阈值来判断通过上述位置信息估计单元和上述位置信息简化估计单元中的哪一个对上述被检体内导入装置的位置信息的估计进行估计处理。

另外，本发明所涉及的位置信息估计系统的特征在于，在上述发明中，上述获取用天线的上述多个接收天线的位置关系为被固定于一个板上。

另外，本发明所涉及的位置信息估计系统的特征在于，在上述发明中，上述多个接收天线具有：第一接收天线和第二接收天线，其分别配置于平面上的、距基准点等距离且隔着上述基准点相对置的位置处；第三接收天线和第四接收天线，其配置于相对于上述第一接收天线和上述第二接收天线以上述基准点为中心在上述平面内分别旋转了90度的位置处；第五接收天线和第六接收天线，其配置于上述平面内的、与上述第一接收天线和上述第二接收天线相比更靠外周侧且相对于上述第一接收天线和上述第二接收天线以上述基准点为中心在上述平面内分别旋转了45度的位置处；以及第七接收天线和第八接收天线，其配置于相对于上述第五接收天线和上述第六接收天线以上述基准点为中心在上述平面内分别旋转了90度的位置处。

发明的效果

本发明所涉及的位置信息估计系统在对应于获取到的图像的各天线的信号强度与上一次获取到的信号强度的差值小于阈值的情况下，不进行胶囊型内窥镜的位置信息的估计(导出)处理，而将上一次估计出的胶囊型内窥镜的位置信息作为对应于本次获取到的图像的胶囊型内窥镜的位置信息来使用，因此起到能够缩短导出位置信息所用的时间这种效果。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1所涉及的被检体内导入系统的整体结构的示意图。

图2是表示本发明的实施方式1所涉及的被检体内导入系统的信息处理装置的结构的框图。

图3是表示本发明的实施方式1所涉及的被检体内导入系统的获取用天线的结构的示意图。

图4是表示本发明的实施方式1所涉及的被检体内导入系统的获取用天线的主要部分的结构的示意图。

图5是表示本发明的实施方式1所涉及的被检体内导入系统的是否进行位置估计的判断处理的流程图。

图6是表示以本发明的实施方式1所涉及的被检体内导入系统的胶囊型内窥镜的天线为基准的正交坐标系的图。

图7是表示电磁波在介质中传播时衰减的样子的图。

图8是表示安装于身体表面的天线接收到由图6示出的天线产生的磁场时检测出的电动势的图。

图9是表示本发明的实施方式1所涉及的被检体内导入系统的位置信息估计处理的流程图。

图10是说明本发明的实施方式1所涉及的被检体内导入系统的位置信息估计处理的图。

图11是说明本发明的实施方式1所涉及的被检体内导入系统的位置信息估计处理的图。

图12是表示本发明的实施方式2所涉及的被检体内导入系统的信息处理装置的结构的框图。

图13是说明本发明的实施方式2所涉及的被检体内导入系统的位置信息估计处理的图。

图14是表示本发明的实施方式2所涉及的被检体内导入系统的是否进行位置估计的判断处理的流程图。

具体实施方式

下面，使用附图详细说明具体实施方式。此外，本发明并不限定于以下实施方式。另外，在以下说明中参照的各图中只不过是以能够理解本发明的内容的程度概要地示出形状、大小以及位置关系。即，本发明并不仅限定于在各图中例示的形状、大小以及位置关系。此外，在以下说明中，以被检体内导入系统作为位置信息估计系统的例子进行说明。

(实施方式1)

首先，参照附图详细说明本发明的实施方式1所涉及的位置信息估计系统。图1是表示本发明的实施方式1所涉及的被检体内导入系统的整体结构的示意图。另外，图2是表示本发明的实施方式1所涉及的被检体内导入系统的信息处理装置的结构的框图。

如图1所示，被检体内导入系统1具备：作为被检体内导入装置的胶囊型内窥镜3，其对被检体2内的体内图像进行拍摄；获取用天线4，其接收从被导入到被检体2内的胶囊型内窥镜3发送的无线信号；接收装置5，其对从获取用天线4输入的无线信号进行规定的处理后进行存储；以及信息处理装置6，其对与由胶囊型内窥镜3拍摄得到的被检体2内的图像数据对应的图像进行处理和/或显示。获取用天线4和接收装置5构成接收部件。

胶囊型内窥镜3具有拍摄被检体2内的摄像功能以及将对被检体2内进行拍摄得到的图像数据发送到接收装置5的无线通信功能。另外，在胶囊型内窥镜3内配置有圆形线圈或者圆形环的天线31(参照图6)。胶囊型内窥镜3通过被吞入到被检体2而通过被检体2内的食道，通过消化管腔的蠕动运动而在体腔内移动。胶囊型内窥镜3一边在体腔内移动一边以微小的时间间隔、例如0.5秒钟的间隔在被检体2的体腔内依次进行拍摄，生成拍摄得到的被检体2内的图像数据并依次发送到接收装置5。在该情况下，胶囊型内窥镜3生成包含图像数据和用于容易地检测接收电场强度的接收电场强度检测数据的发送信号，将通过对所生成的该发送信号进行调制而得到的无线信号以无线方式发送到接收装置5，其中，该接收电场强度检测数据包含位置信息(信标)等。

获取用天线4周期性地从胶囊型内窥镜3接收无线信号，通过天线线缆51将无线信号输出到接收装置5。此外，关于获取用天线4，在进行检查时使用带等固定到被检体2，由此进行安装。

接收装置5通过获取用天线4，根据从胶囊型内窥镜3无线发送的无线信号来获取被检体2内的图像数据。接收装置5将位置信息和表示时刻的时刻信息等与接收到的图像数据对应地存储到存储器。在通过胶囊型内窥镜3进行拍摄期间、例如从被检体2的口中导入并通过消化管内直到从被检体2排出为止的期间，由被检体2携带接收装置5。接收装置5在胶囊型内窥镜3的检查结束之后，被从被检体2取下，为了传送从胶囊型内窥镜3接收到的图像数据等信息而与信息处理装置6相连接。

信息处理装置6使用具备液晶显示器等显示部的工作站或者个人计算机构成。信息处理装置6显示通过接收装置5获取到的与被检体2内的图像数据对应的图像。在信息处理装置6上连接有从接收装置5的存储器读取图像数据的托架6a以及键盘、鼠标等操作输入设备6b。

另外，如图2所示，信息处理装置6具备：控制部61，其对信息处理装置6整体进行控制；计算部62，其计算由获取用天线4获取到的信号强度的差值；判断部63，其根据差值来判断是否进行位置信息估计处理；位置信息估计部64，其在判断部63判断为进行位置信息估计的情况下，估计胶囊型内窥镜3的位置信息；存储部65，其存储从胶囊型内窥镜3接收到的图像数据和信号强度；输出部66，其使用显示器、打印机、扬声器等构成；以及输入部67，其获取来自使用键盘、鼠标等构成的操作输入设备6b等的信息。此外，存储部65使用磁存储信息的硬盘和存储器构成，其中，该存储器在被检体内导入系统1执行处理时从硬盘下载与该处理有关的本实施方式所涉及的各种程序并进行电存储。

位置信息估计部64获取由获取用天线4的各接收天线接收到的信号强度中的最大信号强度，根据该信号强度导出胶囊型内窥镜3的位置信息(天线位置和朝向)来估计胶囊型内窥镜3的位置(位置信息估计处理)。

托架6a在安装有接收装置5时从接收装置5的存储器获取图像数据以及与该图像数据相关联的接收信号强度信息、时刻信息和胶囊型内窥镜3的识别信息等关联数据，将获取到的各种数据传送至信息处理装置6。

操作输入设备6b接受用户的输入。用户一边操作操作输入设备6b一边察看信息处理装置6依次显示的被检体2内的图像而观察被检体2的生物体部位、例如食道、胃、小肠和大肠等，对被检体2进行诊断。

接着，说明图3示出的获取用天线4的详细结构。图3是表示本发明的实施方式1所涉及的被检体内导入系统的获取用天线的结构的示意图。如图3所示，获取用天线4具备板部40、第一接收天线41、第二接收天线42、第三接收天线43、第四接收天线44、第五接收天线45、第六接收天线46、第七接收天线47、第八接收天线48以及连接器部49。第一接收天线41~第八接收天线48分别与连接器部49相连接，被设置于一个板部40上。

板部40使用挠性基板构成。板部40的主面呈大致八角形。板部40的大小形成为覆盖被检体2的腹部表面整体。板部40具有开口部40a。开口部40a形成为中心与板部40的基准点O一致。开口部40a作为安装到被检体2时对被检体2决定安装位置的定位部而发挥功能。由此，在将获取用天线4的板部40安装到被检体2时能够容易地进行定位。此外，在开口部40a也可以设置透明部件、例如乙烯树脂片等。另外，板部40的主面不需要为大致八角形，例如也可以是四角形等。

第一接收天线41和第二接收天线42分别配置于隔着基准点O相对置的位置处。第一接收天线41和第二接收天线42分别配置于距基准点O等距离的位置处。具体地说，第一接收天线41和第二接收天线42配置于板部40上的以下位置处：该位置是到基准点O的距离分别为最短距离的点Pa与基准点O之间和点Pb与基准点O之间相距分别为距离r₁的位置。第一接收天线41和第二接收天线42的振子部41a和振子部42a分别通过印刷线路形成于板部40。第一接收天线41和第二接收天线42具有与振子部41a、42a分别连接的有源电路41b、42b。有源电路41b、42b通过平面电路分别形成于板部40。有源电路41b、42b进行第一接收天线41和第二接收天线42各自的阻抗匹配、包括接收到的无线信号的放大、衰减的放大处理以及从平衡变换为不平衡的变换处理等。第一接收天线41和第二接收天线42通过平面型的传输线路(带状线)与设置于板部40的连接器部49相连接。

第三接收天线43和第四接收天线44配置于相对于第一接收天线41和第二接收天线42以基准点O为中心在平面内分别旋转了90度的位置处。第三接收天线43和第四接收天线44配置于板部40上的点Pc与基准点O之间和点Pd与基准点O之间相距分别为距离r₁的位置处。第三接收天线43和第四接收天线44的振子部43a、44a分别通过印刷线路形成于板部40。第三接收天线43和第四接收天线44具有与振子部43a、44a分别相连接的有源电路43b、44b。第三接收天线43和第四接收天线44分别通过平面型的传输线路与连接器部49相连接。

第五接收天线45和第六接收天线46配置于相对于第一接收天线41和第二接收天线42以基准点O为中心在平面内分别旋转了45度的位置处。第五接收天线45和第六接收天线46分别配置于与第一接收天线41和第二接收天线42相比更靠平面内的外周侧的位置处。具体地说，第五接收天线45和第六接收天线46分别配置于板部40上的点Pe与基准点O之间和点Pf与基准点O之间相距分别为距离r₂(r₁<r₂)的位置处。第五接收天线45和第六接收天线46的振子部45a、46a分别通过印刷线路形成于板部40。第五接收天线45和第六接收天线46具有与振子部45a、46a分别相连接的有源电路45b、46b。第五接收天线45和第六接收天线46分别通过平面型的传输线路与连接器部49相连接。

第七接收天线47和第八接收天线48配置于相对于第五接收天线45和第六接收天线46以基准点O为中心在平面内分别旋转了90度的位置处。第七接收天线47和第八接收天线48分别配置于与第一接收天线41和第二接收天线42相比更靠平面内的外周侧的位置处。具体地说，第七接收天线47和第八接收天线48分别配置于板部40上的点Pg与基准点O之间和点Ph与基准点O之间相距分别为距离r₂的位置处。第七接收天线47和第八接收天线48的振子部47a、48a分别通过印刷线路形成于板部40。第七接收天线47和第八接收天线48具有与振子部47a、48a分别相连接的有源电路47b、48b。第七接收天线47和第八接收天线48分别通过平面型的传输线路与连接器部49相连接。

在此，详细说明在图3中说明的第一接收天线41的结构。图4是表示第一接收天线41的结构的框图。

如图4所示，第一接收天线41使用平衡型的天线构成。具体地说，第一接收天线41使用振子部41a具有两条直线状的导线的偶极天线构成。第一接收天线41的振子部41a的两条直线状的导线以左右对称的方式形成在一条直线上且长度相同。由此，对于第一接收天线41，相对于主极化波交叉极化波的损耗变大。此外，上述第二接收天线42~第八接收天线48具有与第一接收天线41相同的结构，因此省略说明。另外，在本实施方式1中，不需要将接收天线的数量限定地解释为八个，也可以多于八个。

通过上述结构，无论胶囊型内窥镜3在被检体2内为任何朝向、位置，获取用天线4均能够接收由胶囊型内窥镜3发送的所有极化波。此外，第一接收天线41~第八接收天线48的配置并不限定于图3，例如，离基准点O的距离r₁也可以与距离r₂相等。另外，获取用天线可以不是固定配置于一个板上，也可以是各个接收天线被独立地固定于被检体2。

接着，参照图5说明判断是否进行上述位置信息估计部64的位置信息估计处理的处理。图5是表示本实施方式1所涉及的被检体内导入系统的是否进行位置估计的判断处理的流程图。首先，控制部61获取由第一接收天线41~第八接收天线48获取到的各信号强度(步骤S102)。

之后，计算部62分别计算上一次获取到的第一接收天线41~第八接收天线48的各信号强度与本次获取到的第一接收天线41~第八接收天线48的各信号强度的差的绝对值(差值)(步骤S104)。此外，如果本次获取到的信号强度为开始进行检查而最初得到的信号强度，则将上一次获取到的信号强度设为零来计算差。

判断部63对计算出的差值与预先设定的阈值进行比较(步骤S106)。在此，在判断部63判断为至少一个差值大于阈值的情况下(步骤S106：“是”)，控制部61进行后述的位置信息估计处理(步骤S108)。

另一方面，在判断部63判断为所有差值均为阈值以下的情况下(步骤S106：“否”)，控制部61参照存储部65来获取上一次估计得到的估计位置，并将其与判断处理对象的图像数据相关联。在差值为阈值以下的情况下，能够判断为胶囊型内窥镜3没有移动要再次进行位置估计的程度，因此控制部61获取上一次的估计位置(步骤S110)。

接着，参照图6~9说明根据使用获取用天线4的第一接收天线41~第八接收天线48检测出的接收强度信号来估计胶囊型内窥镜3的位置和朝向的位置信息估计处理。图6是表示以本发明的实施方式1所涉及的被检体内导入系统的胶囊型内窥镜的天线为基准的正交坐标系的图。图7是表示电磁波在介质中传播时衰减的样子的图。图8是表示安装于身体表面的天线接收到由图6示出的天线产生的磁场时检测出的电动势的图。

在以下说明中，考虑图6所示那样将配置于胶囊型内窥镜3内的形成圆形环状的天线31的重心设为原点(O_L)、将圆形环的开口面的法线方向设为Z_L轴的正交坐标系X_LY_LZ_L。此时，用下式表示流过天线31的电流在任意的位置P处形成的电磁场的极坐标成分。

H_r＝(IS/2π)(jk/r²+1/r³)exp(-jkr)cosθ

H_θ=(IS/4π)(-k²/r+jk/r²+1/r³)exp(-jkr)sinθ

···(1)

E_φ=-(jωμIS/4π)(jk/r+1/r²)exp(-jkr)sinθ

在此，H_r和H_θ表示磁场成分，E_ψ表示电场成分，并且，I和S是流过天线31的电流以及构成该天线31的圆形环的开口面的面积。另外，k=ω(εμ)^1/2(ε为介电常数，μ为磁导率)为波数，j为虚数单位。在此，在式(1)中，r^-1的项为放射电磁场的成分，r^-2的项为感应电磁场的成分，r^-3的项为静电磁场的成分。

在由配置于胶囊型内窥镜3内的天线31产生的电磁场的频率高且如图1所示那样胶囊型内窥镜3与安装于被检体2的身体表面的各接收天线之间的距离充分远的情况下，到达接收天线的电磁场(电磁波)的放射电磁场的成分最大。因而，静电磁场和感应电磁场的成分小于放射电磁场的成分，能够忽略它们。于是，式(1)变为下式(2)。

H_r=O

H_θ=(IS/4π)(-k²/r)exp(-jkr)sinθ···(2)

E_φ=-(jωμIS/4π)(jk/r)exp(-jkr)sinθ

当设为安装于被检体2的身体表面的接收天线为检测电场的电场检测用天线时，在式(2)中其检测所需的式为电场E_ψ。式(2)的电场E_ψ表示放射电场，考虑为是交流理论的结果。因而，通过在式(2)的电场E_ψ的两边乘exp(jωt)提取实部来求出电场E_ψ的瞬时值。

E_φexp(jωt)

=-(jωμIS/4π)(jk/r)exp(-jkr)sinθexp(jωt)

=(ωμISk/4πr)(cosU+jsinU)sinθ···(3)

其中，U=ωt-kr。在此，当提取式(3)的实部时，电场的瞬时值E’_ψ如下。

E’_ψ=(ωμISk/4πr)cosUsinθ    …(4)

另外，当用正交坐标系X_LY_LZ_L表示式(4)时，成分E_Lx、E_Ly、E_Lz如下。

E_Lx=E′_φsinφ=(ωμISk/4πr²)cosU·(-y_L)

E_Ly＝E′_φcosφ＝(ωμISk/4πr²)cosU·x_L···(5)

E_Lz=O

在电磁波在介质中传播的情况下，如图7所示，由于介质的特性(导电率等)，电磁波的能量被传播电磁波的介质吸收。随着电磁波例如在x方向上传播而以衰减因子α_d呈指数函数地衰减，能够使用以下示出的式(6)来表示。

A_r=exp(-α_dx)    ···(6)

α_d=(ω²εμ/2)^1/2[(1+κ²/(ω²ε²))^1/2-1]^1/2

其中，ε=ε_oε_r(ε_o：真空的介电常数、ε_r：比介电常数)，μ=μ_oμ_r(μ_o：真空的磁导率、μ_r：比磁导率)，ω为角频率，κ为导电率。

因而，考虑生物体内的特性的情况下的电场的瞬时值E_L的正交坐标系X_LY_LZ_L的各成分E_Lx、E_Ly、E_Lz成为以下结构。

E_Lx=A_rE′_φsinφ=exp(-α_dx)(ωμISk/4πr²)cosU·(-y_L)

E_Ly=A_rE′_φcosφ=exp(-α_dx)(ωμISk/4πr²)cosU·x_L···(7)

E_Lz=O

另外，在以胶囊型内窥镜3的天线31为基准的坐标系X_LY_LZ_L中，将位置P变换为以被检体2的重心为原点的坐标系X_WY_WZ_W的式如下。

[公式1]

$\left(\begin{array}{c}{x}_{\mathrm{LP}}\\ y_{\mathrm{LP}}\\ z_{\mathrm{LP}}\end{array}\right)=R^{-1}[\left(\begin{array}{c}{x}_{\mathrm{WP}}\\ y_{\mathrm{WP}}\\ z_{\mathrm{WP}}\end{array}\right)-\left(\begin{array}{c}{x}_{\mathrm{WG}}\\ y_{\mathrm{WG}}\\ z_{\mathrm{WG}}\end{array}\right)]=\begin{array}{c}\left(\begin{array}{ccc}{R}_{00}& R_{01}& R_{02}\\ R_{10}& R_{11}& R_{12}\\ R_{20}& R_{21}& R_{22}\end{array}\right)[\left(\begin{array}{c}{x}_{\mathrm{WP}}\\ y_{\mathrm{WG}}\\ z_{\mathrm{WP}}\end{array}\right)-\left(\begin{array}{c}{x}_{\mathrm{WG}}\\ y_{\mathrm{WG}}\\ z_{\mathrm{WG}}\end{array}\right)]---\left(8\right)\end{array}$

其中，(x_WP,y_WP,z_WP)和(x_WG,y_WG,z_WG)分别表示坐标系X_WY_WZ_W中的位置P和天线31的位置G。另外，式(8)的右边R表示坐标系X_WY_WZ_W和坐标系X_LY_LZ_L的旋转矩阵，使用以下式求出。

[公式2]

$\left(\begin{array}{ccc}{R}_{00}& R_{10}& R_{20}\\ R_{01}& R_{11}& R_{21}\\ R_{02}& R_{12}& R_{22}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccc}\cos \mathrm{\&alpha;}\cos \mathrm{\&beta;}& -\sin \mathrm{\&alpha;}& \cos \mathrm{\&alpha;}\sin \mathrm{\&beta;}\\ \sin \mathrm{\&alpha;}\cos \mathrm{\&beta;}& \cos \mathrm{\&alpha;}& \sin \mathrm{\&alpha;}\sin \mathrm{\&beta;}\\ -\sin \mathrm{\&beta;}& 0& \cos \mathrm{\&beta;}\end{array}\right)---\left(9\right)$

其中，α为绕Z轴的旋转角，β为绕Y轴的旋转角。

因而，以被检体2的重心为原点的坐标系X_WY_WZ_W中的任意的位置P(x_WP,y_WP,z_WP)的电场E_W如下。

[公式3]

$\mathrm{Ew}=\left(\begin{array}{c}{E}_{\mathrm{wx}}\\ E_{\mathrm{wy}}\\ E_{\mathrm{wz}}\end{array}\right)=R\left(\begin{array}{c}{E}_{\mathrm{Lx}}\\ E_{\mathrm{Ly}}\\ E_{\mathrm{Lz}}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccc}{R}_{00}& R_{10}& R_{20}\\ R_{01}& R_{11}& R_{21}\\ R_{02}& R_{12}& R_{22}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{E}_{\mathrm{Lx}}\\ E_{\mathrm{Ly}}\\ E_{\mathrm{Lz}}\end{array}\right)---\left(10\right)$

通过将式(7)~(9)代入到式(10)来得到以下那样的电场E_W的式(11)。

[公式4]

$\left(\begin{array}{c}{E}_{\mathrm{wx}}\\ E_{\mathrm{wy}}\\ E_{\mathrm{wz}}\end{array}\right)=\frac{k_1}{r^2}{e}^{{-\mathrm{\&alpha;}}_{d}x}\left(\begin{array}{ccc}0& (z_{\mathrm{WP}}-z_{\mathrm{WG}})& -(y_{\mathrm{WP}}-y_{\mathrm{WG}})\\ (z_{\mathrm{WP}}-z_{\mathrm{WG}})& 0& (x_{\mathrm{WP}}-x_{\mathrm{WG}})\\ (y_{\mathrm{WP}}-y_{\mathrm{WG}})& -(x_{\mathrm{WP}}-x_{\mathrm{WG}})& 0\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{g}_x\\ g_y\\ g_z\end{array}\right)---\left(11\right)$

其中，k₁为常数，矢量(g_x,g_y,g_z)表示天线31的朝向。

另外，能够使用电场E_W以及以被检体为基准的坐标系中的表示获取用天线4的第一接收天线41(振子部41a)的朝向的矢量D₁=(D_x1,D_y1,D_z1)(参照图8)的内积，通过以下式来计算由构成获取用天线4的第一接收天线41接收到天线31产生的电场E_W时检测出的电动势V₁。

V₁=k₂(E_WxD_x1+E_WyD_y1+E_WzD_z1)    ···(12)

其中，k₂为常数。同样地，也对在被检体2的身体上配置多个的获取用天线4的各接收天线求出由第二接收天线42~第八接收天线48接收时的电动势V₂、…、V₈。

在此，通过反复改进来求出天线31的位置和朝向(使用Gauss-Newton法)。以下，定义以天线31在X_WY_WZ_W坐标系中的位置(x_WG,y_WG,z_WG)和朝向(g_x,g_y,g_z)为参数的矢量x=(x_WG,y_WG,z_WG,g_x,g_y,g_z)。此时，将由各参数的初始值构成的矢量设为x⁽⁰⁾。

当前，说明通过反复改进得到f次(f=0、1、…)的估计值x^(f)时持续进行的处理。此时，当围绕x^(f)对以在第一接收天线41~第八接收天线48产生的电动势V₁(x)、V₂(x)、…、V₈(x)为成分的模型函数V(x)进行Taylor展开时，其一次近似如下。

[公式5]

$V\left(x\right)=V\left(x^{\left(f\right)}\right)+{\left[\frac{\&PartialD;V\left(x\right)}{\&PartialD;x}\right]}_{x=x^{\left(f\right)}}(x-x^{\left(f\right)})---\left(13\right)$

此时，当将Vm^(f)设为由接收天线测量得到的电动势时，用下式表示观测方程式。

[公式6]

在此，约等于包括误差σ。

当将等式(14)的右边第一项移到左边并设为

ΔVm^(f)=Vm^(f)-V(x^(f))    ···(15)

Δx^(f)=x-x^(f)    ···(16)

[公式7]

${A_{\mathrm{hs}}}^{\left(f\right)}={\left(\frac{\&PartialD;\mathrm{Vs}\left(x\right)}{{\&PartialD;x}_h}\right)}_{x_h={x_h}^{\left(f\right)}}$

(h=1～6，s=1～8，(x₁，x₂，x₃，x₄，x₅，x₆)=(x_WG，y_WG，z_WG，g_x，g_y，g_z，))

···(17)

时，成为

[公式8]

ΔVm^(f)≈A^(f)Δx^(f)(误差σ)    …(18)

式(18)的解Δx^(f)作为更新量用下式来表示。

Δx^(f)=(A^(f)tWA^(f))^-1A^(f)tWΔVm^(f)···(19)

其中，A^(f)为以式(17)为成分的矩阵，A^t为A的转置矩阵。另外，W为权重矩阵，表示为

[公式9]

其中，权重矩阵W的σ_i(i=0、1、…、7)为接收天线的测量电压的变动量，例如为环境噪声等。此时，在更新量Δx^(f)的大小为规定的阈值以下的情况下，结束反复改进，将估计值x^(f)的成分设为天线31的位置和朝向。

另一方面，在更新量Δx^(f)大于规定的阈值的情况下，次数加一而持续进行反复改进。此时，用下式求出(f+1)次的估计值，

x^(f+1)=x^(f)+Δx^(f)    …(21)

与上述同样地求出更新量Δx^(f+1)。

通过进行这种估计处理，能够进行精度高的位置和朝向的估计(计算)。另外，位置信息估计处理的流程如图9所示那样。图9是表示本发明的实施方式1所涉及的被检体内导入系统的位置信息估计处理的流程图。

首先，控制部61设定天线31的初始值的位置和朝向(步骤S202)。另外，将表示进行天线31的位置和朝向的估计处理时的第f个估计处理的参数f设定为f=0。另外，将由胶囊型内窥镜3得到的图像的帧编号N设定为N=1。此外，在被检体2的身体表面拆卸自由地安装的构成获取用天线4的多个第一接收天线41~第八接收天线48的位置信息也预先保存到存储部65等。然后，控制部61使用与通过天线得到的最初的图像帧对应的电动势Vm^(f)，如上所述那样进行矩阵A^(f)、更新量Δx^(f)的计算处理(第f个估计处理)(步骤S204)。

然后，控制部61判断计算出的例如更新量Δx^(f)的大小|Δx^(f)|是否为预先设定的阈值Vth以下(步骤S206)。然后，在更新量Δx^(f)的大小|Δx^(f)|大于阈值Vth的情况下(步骤S206：“否”)，转移到步骤S208，将参数f增加1而返回到步骤S204，反复进行估计处理直到满足步骤S206的条件为止。这样，在得到满足步骤S206的条件的更新量Δx^(f)的情况下(步骤S206：“是”)，控制部61将该参数f的情况下的天线31的位置和朝向的位置信息(在附图中简称为天线的位置信息)与帧编号N相关联地存储到存储部65(步骤S210)。此外，作为使用于判断的值Vth，也可以按位置和朝向设定为分别不同的值。

另外，胶囊型内窥镜3还可以与帧编号N一起记录进行拍摄的时刻的数据并发送该数据。信息处理装置6还可以将实际接收到信号的时刻的数据保存到存储器。在摄像的时刻与发送的时刻几乎相同的情况下，也可以仅设为一方的信息。也可以将该时刻的信息利用于胶囊型内窥镜3的概要(局部的)移动速度的检测。之后，控制部61将通过步骤S208得到的天线31的位置和朝向的位置信息设定为天线31的初始值的位置和朝向之后，返回到步骤S204，对与判断部63判断为要进行位置信息估计的帧编号N对应的图像进行位置信息的估计处理。

通过反复进行上述处理，在信息处理装置6的存储部65中，与由胶囊型内窥镜3拍摄得到的图像数据和各图像数据的帧编号N一起依次(经时地)保存该天线31的位置和朝向的位置信息。能够根据依次保存的天线31的位置来估计(计算)天线31在生物体内的移动轨迹。能够将该天线31的位置视作胶囊型内窥镜3的位置，作为用于对胶囊型内窥镜3在生物体内的移动轨迹进行估计的信息被保存到存储部65。因而，如图1所示，将信息处理装置6与托架6a相连接，能够显示保存在该信息处理装置6的存储部65中的图像数据、帧编号N、天线31的各位置和朝向的位置信息。

另外，在本实施方式1所涉及的胶囊型内窥镜3的位置信息的估计处理中，如图10所示，对获取天线4的各接收天线的振子部41a~48a设定胶囊型内窥镜3能够存在的空间7。在该空间7中，如图11所示，空间7被八等分，分割得到的各空间的顶点被设定为开始进行估计处理的开始位置71(初始值的位置)。即，在图11示出的情况下，设定了27个位置的开始位置71。另外，在各开始位置71处，XYZ轴方向的任一方向被设定为开始时的方向，因此对每个开始位置71进行相互独立的三个图案(XYZ轴方向)的估计处理。因而，对从胶囊型内窥镜3获取到的一个图像数据(帧编号)进行81次估计处理来估计位置信息。

根据上述实施方式1，在对应于获取到的图像的各天线的信号强度与上一次获取到的信号强度的差值小于阈值的情况下，不进行胶囊型内窥镜的位置信息的估计(导出)处理，将上一次估计得到的胶囊型内窥镜的位置信息作为对应于本次获取到的图像的胶囊型内窥镜的位置信息来使用，因此有效地削减位置信息的导出处理，能够缩短导出位置信息所用的时间。

此外，在上述是否进行位置估计的判断处理中，说明了判断部63判断是否至少一个差值大于阈值的处理，但是也可以在两个以上的差值大于阈值的情况下作出差值大于阈值这种意思的判断，也可以将差值的最大值与阈值进行比较。

另外，在图5的步骤S104中使用的上一次获取的信号强度可以是一帧前的信号强度，也可以是两帧前的信号强度等与两帧前或更前的帧编号对应的信号强度。

另外，设为在上述胶囊型内窥镜3的存在空间中空间的分割为八等分来进行了说明，但是可以将空间16等分，还可以12等分(纵横比2：3)。

在上述实施方式1中，设为由信息处理装置6进行上述差值的计算、是否进行估计处理的判断等来进行了说明，但是也可以由接收装置5进行这些处理。

(实施方式2)

图12是表示本发明的实施方式2所涉及的被检体内导入系统的信息处理装置的结构的框图。另外，图13是说明本发明的实施方式2所涉及的被检体内导入系统的位置信息估计处理的图。此外，对与在图2等中说明的信息处理装置6相同的结构要素附加相同的附图标记。

本实施方式2所涉及的信息处理装置60具备上述控制部61、计算部62、存储部65、输出部66和输入部67、判断部63a、作为位置信息估计单元的第一位置信息估计部64a以及作为位置信息简化估计单元的第二位置信息估计部64b。判断部63a参照存储部65存储的第一阈值和第二阈值(>第一阈值)来进行与差值的比较，判断是否进行位置信息的估计处理。

第一位置信息估计部64a和第二位置信息估计部64b根据预先设定的阈值来导出胶囊型内窥镜3的位置信息，估计胶囊型内窥镜3的位置。在本实施方式2中，第一位置信息估计部64a如上述位置信息估计处理那样，在27个位置(在各位置处以XYZ轴方向的三个方向设为开始方向)的开始位置处进行位置信息的估计处理(参照图11)。另外，第二位置信息估计部64b如图13所示那样，在空间7中在某一特定部位71a、71b、71c(三个部位)处进行位置信息的估计处理。

第二位置信息估计部64b将接收天线分为信号强度大的天线群和信号强度小的天线群，从信号强度大的天线群中选择最大的接收天线，将接近所选择的接收天线的开始位置设为特定部位。例如，设为接近所选择的接收天线的特定部位71a。另外，将相对于特定部位71a从该空间7的接收天线侧观察的深度方向的开始位置(特定部位71b和71c)选择为特定部位来进行估计处理。

接着，参照图14说明本实施方式2所涉及的判断是否估计位置信息的处理。图14是表示本实施方式2所涉及的被检体内导入系统的是否进行位置估计的判断处理的流程图。首先，当控制部61获取到由第一接收天线41~第八接收天线48获取到的各信号强度时(步骤S302)，计算部62分别计算上一次获取到的第一接收天线41~第八接收天线48的各信号强度和本次获取到的第一接收天线41~第八接收天线48的各信号强度的差的绝对值(差值)(步骤S304)。

判断部63a对计算出的差值与预先设定的第一阈值进行比较(步骤S306)。在此，在判断为至少一个差值大于第一阈值的情况下(步骤S306：“是”)，判断部63a对差值与第二阈值进行比较(步骤S308)。在判断部63a判断为至少一个差值大于第二阈值的情况下(步骤S308：“是”)，第一位置信息估计部64a进行胶囊型内窥镜3的位置信息的估计处理(步骤S310)。

另外，在判断部63a判断为所有差值为第二阈值以下的情况下(步骤S308：“否”)，第二位置信息估计部64b进行胶囊型内窥镜3的位置信息的估计处理(步骤S312)。在差值为第二阈值以下的情况下，能够判断为胶囊型内窥镜3移动到需要位置估计的位置但是仅移动了较短的距离，因此如图13的特定部位71a~71c那样，根据上一次的估计位置来决定开始位置，进行位置信息估计。由此，能够进一步缩短估计处理所用的时间。

另一方面，在判断部63a判断为所有差值为第一阈值以下的情况下(步骤S306：“否”)，控制部61获取上一次估计得到的估计位置，将其与对应的图像数据相关联。此时，在差值为第一阈值以下的情况下，能够判断为胶囊型内窥镜3没有移动要再次进行位置估计的程度，因此控制部61获取上一次的估计位置(步骤S314)。

根据上述实施方式2，与实施方式1同样地，在对应于获取到的图像的各天线的信号强度与上一次获取到的信号强度的差值小于阈值的情况下，不进行胶囊型内窥镜的位置信息的估计(导出)处理，将上一次估计得到的胶囊型内窥镜的位置信息作为对应于本次获取到的图像的胶囊型内窥镜的位置信息来使用，因此有效地削减位置信息的导出处理，能够缩短导出位置信息所用的时间。除此以外，与信号强度的变化量相应地简化估计处理，由此能够进一步缩短估计处理所用的时间。

在此，第二位置信息估计部64b也可以根据上一次的位置信息，选择与上一次估计得到的位置最近的开始位置例如特定部位71b邻接的规定方向的开始位置(特定部位71a和71c)来进行估计处理。另外，设为第二位置信息估计部64b选择图13示出那样的三个部位作为特定部位进行了说明，但是在图11示出那样的空间7中，只要选择26个以下的部位作为特定部位即可。

此外，在上述实施方式2中，也可以根据针对一个阈值的差值的大小关系来由第一位置信息估计部64a或者第二位置信息估计部64b进行位置信息的估计处理。

另外，在上述实施方式1、2中，也可以使接收装置具有位置信息估计功能，在设置于接收装置的显示部中实时地进行胶囊型内窥镜的位置显示。

产业上的可利用性

如上所述，本发明所涉及的位置信息估计系统在缩短导出胶囊型内窥镜的位置信息所需的时间方面是有用的。

附图标记说明

1：被检体内导入系统；2：被检体；3：胶囊型内窥镜；4：获取用天线；5：接收装置；6：信息处理装置；41：第一接收天线；42：第二接收天线；43：第三接收天线；44：第四接收天线；45：第五接收天线；46：第六接收天线；47：第七接收天线；48：第八接收天线；51：天线线缆；61：控制部；62：计算部；63：判断部；64：位置信息估计部；64a：第一位置信息估计部；64b：第二位置信息估计部；65：存储部；66：输出部；67：输入部。

Claims (4)

1.一种位置信息估计系统，具备：被检体内导入装置，其被导入到被检体，在该被检体的内部移动；接收部件，其接收来自上述被检体内导入装置的信息；以及信息处理装置，其对从上述接收部件处得到的信息进行处理，该位置信息估计系统的特征在于，还具备：

获取用天线，其周期性地获取来自上述被检体内导入装置的信息，并具有多个接收天线；

计算单元，其计算从上述多个接收天线处得到的各信号强度与上一次从上述多个接收天线处得到的各信号强度的差值；

判断单元，其对上述差值与阈值进行比较来判断是否估计位置信息；以及

位置信息估计单元，其在上述判断单元判断为估计位置信息的情况下，估计上述被检体内导入装置的位置信息。

2.根据权利要求1所述的位置信息估计系统，其特征在于，

还具备位置信息简化估计单元，该位置信息简化估计单元进行将上述位置信息估计单元所进行的估计处理简化了的简化估计处理，

其中，上述判断单元根据第一阈值来判断是否进行估计处理，使用大于上述第一阈值的第二阈值来判断通过上述位置信息估计单元和上述位置信息简化估计单元中的哪一个对上述被检体内导入装置的位置信息的估计进行估计处理。

3.根据权利要求1所述的位置信息估计系统，其特征在于，

上述获取用天线的上述多个接收天线的位置关系为被固定于一个板上。

4.根据权利要求3所述的位置信息估计系统，其特征在于，

上述多个接收天线具有：

第一接收天线和第二接收天线，其分别配置于平面上的、距基准点等距离且隔着上述基准点相对置的位置处；

第三接收天线和第四接收天线，其配置于相对于上述第一接收天线和上述第二接收天线以上述基准点为中心在上述平面内分别旋转了90度的位置处；

第五接收天线和第六接收天线，其配置于上述平面内的、与上述第一接收天线和上述第二接收天线相比更靠外周侧且相对于上述第一接收天线和上述第二接收天线以上述基准点为中心在上述平面内分别旋转了45度的位置处；以及

第七接收天线和第八接收天线，其配置于相对于上述第五接收天线和上述第六接收天线以上述基准点为中心在上述平面内分别旋转了90度的位置处。

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