CN112969397A - 医疗辅助系统 - Google Patents

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CN112969397A CN201980072590.XA CN201980072590A CN112969397A CN 112969397 A CN112969397 A CN 112969397A CN 201980072590 A CN201980072590 A CN 201980072590A CN 112969397 A CN112969397 A CN 112969397A
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泷泽贤一
儿岛史秀
石田宽敏
梅泽努
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Abstract

通过贴附在身体表面上的第1发送天线(40a)发送第1发送波，存在于体内的反射体(5)反射第1发送天线(40a)发送的第1发送波，贴附于身体表面的第1接收天线(41a)接收第1发送天线(40a)发送的第1发送波和反射体(5)反射的反射波，位置估计装置(2)基于第1接收天线(41a)接收到的第1发送波和反射波在时刻(t)和时刻(t+Δt)的相位的变化，估计反射体(5)在体内的通过。

Description

医疗辅助系统
技术领域
本发明涉及一种医疗辅助系统，该医疗辅助系统能够利用贴附于身体表面的发送天线和接收天线、以及能够存在于体内的反射体来估计在体内的通过、反射体的移动范围以及移动方向。
背景技术
近年来，在诊断消化器官疾病等时，将消化器官的活动可视化成为重要的诊断材料。作为可视化方法，采用如下方法：吞入放射线不透过的多个环，利用X射线隔开一定时间多次拍摄其位置，根据环位置的分布进行诊断。
另外，在基于X射线的诊断中，由于存在X射线辐射的问题，因此需要对被检验者造成负担少的可视化技术。例如，作为体内终端的位置估计方法，提出了在胶囊内窥镜中利用电波、磁场的位置估计方法。通过采用该方法，能够消除X射线辐射的问题，使消化器官的活动可视化。
以往，作为使用胶囊内窥镜的体内位置估计方法，例如公开了如下方法：利用贴附于体表的多个天线接收从胶囊内窥镜发射的电波，根据该信号估计体内位置(例如参照专利文献1)。
另外，作为估计体内位置的方法，已知有如下方法：使吞入了胶囊内窥镜的被检者处于在体外产生的磁场内，利用体外线圈测量由胶囊内窥镜的线圈产生的磁场变动量(例如参照专利文献2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1专利第5351356号公报
专利文献2日本特开2008-284303号公报
发明内容
发明所要解决的问题
在专利文献1所公开的技术中，体内终端需要持续地主动发出电波，因此需要在体内终端具备电池，难以使体内终端小型化、轻量化。另外，在专利文献2所公开的技术中，需要来自外部的电力供给，需要使受验者处于所管理的磁场下，难以估计一般的医疗设施等在诊察环境下的体内的位置。
因此，本发明是鉴于上述问题点而提出的，其目的在于提供一种医疗辅助系统，其能够实现体内终端的小型化、轻量化，即使在一般的医疗设施等环境下也能够容易地进行体内的通过、移动范围以及移动方向的估计。
用于解决问题的手段
第1发明的医疗辅助系统估计在体内通过的反射体的通过，其特征在于，所述医疗辅助系统具备：第1发送天线，其至少在时刻t和时刻t+Δt发送发送波，至少能够贴附在身体表面；第1接收天线，其至少能够贴附在身体表面；反射体，其反射所述第1发送天线发送的所述发送波，并能够存在于体内；以及位置估计部，其估计所述反射体在所述体内的通过，所述第1接收天线接收所述第1发送天线发送的所述发送波和所述反射体反射的所述发送波的反射波，所述位置估计部基于所述第1接收天线接收到的所述发送波以及所述第1接收天线接收到的所述反射波各自在时刻t和时刻t+Δt的相位的变化，估计所述反射体在所述体内的通过。
第2发明的医疗辅助系统估计在体内移动的反射体的移动，其特征在于，所述医疗辅助系统具备：第1发送天线，其至少在时刻t和时刻t+Δt发送发送波，至少能够贴附在身体表面；第1接收天线以及第2接收天线，其至少能够贴附在身体表面；反射体，其反射所述第1发送天线发送的所述发送波，并能够存在于体内；以及位置估计部，其估计所述反射体在所述体内的移动范围和移动方向，所述第1接收天线接收所述第1发送天线发送的所述发送波和所述反射体反射的所述发送波的反射波，所述第2接收天线接收所述第1发送天线发送的所述发送波和所述反射体反射的所述发送波的反射波，所述位置估计部基于所述第1接收天线接收到的所述发送波以及所述第1接收天线接收到的所述反射波各自在时刻t和时刻t+Δt的相位的变化、所述第2接收天线接收到的所述发送波以及所述第2接收天线接收到的所述反射波各自在时刻t和时刻t+Δt的相位的变化，估计所述反射体在所述体内的移动范围和移动方向。
第3发明的医疗辅助系统估计在体内移动的反射体的移动，其特征在于，所述医疗辅助系统具备：第1发送天线以及第2发送天线，其至少在时刻t和时刻t+Δt发送发送波，至少能够贴附在身体表面；第1接收天线，其至少能够贴附在身体表面；反射体，其反射所述第1发送天线发送的第1发送波以及所述第2发送天线发送的第2发送波，并能够存在于体内；以及位置估计部，其估计所述反射体在所述体内的移动范围和移动方向，所述第1接收天线分别接收所述第1发送天线发送的所述第1发送波、所述第2发送天线发送的所述第2发送波、所述反射体反射的所述第1发送波的第1反射波以及所述第2发送波的第2反射波，所述位置估计部基于所述第1接收天线接收到的所述第1发送波和所述第1反射波、以及所述第2发送波和所述第2反射波各自在时刻t和时刻t+Δt的相位的变化，估计所述反射体在所述体内的移动范围和移动方向。
第4发明的医疗辅助系统估计在体内移动的反射体的移动，其特征在于，所述医疗辅助系统具备：第1发送天线以及第2发送天线，其至少在时刻t和时刻t+Δt发送发送波，至少能够贴附在身体表面；第1接收天线以及第2接收天线，其至少能够贴附在身体表面；反射体，其反射所述第1发送天线发送的第1发送波以及所述第2发送天线发送的第2发送波，并能够存在于体内；以及位置估计部，其估计所述反射体在所述体内的移动范围和移动方向，所述第1接收天线分别接收所述第1发送天线发送的所述第1发送波、所述第2发送天线发送的所述第2发送波、所述反射体反射的所述第1发送波的第1反射波以及所述第2发送波的第2反射波，所述第2接收天线分别接收所述第1发送天线发送的所述第1发送波以及所述第2发送天线发送的所述第2发送波、和所述反射体反射的所述第1发送波的第1反射波以及所述第2发送波的第2反射波，所述位置估计部根据所述第1接收天线接收到的所述第1发送波和所述第1反射波、以及所述第2发送波和所述第2反射波各自在时刻t和时刻t+Δt的相位的变化、所述第2接收天线接收到的所述第1发送波和所述第1反射波、以及所述第2发送波和所述第2反射波各自在时刻t和时刻t+Δt的相位的变化，估计所述反射体在所述体内的移动范围和移动方向。
[发明效果]
根据第1发明，具备第1发送天线、第1接收天线和反射体。因此，第1接收天线能够接收从第1发送天线发送的、在时刻t以及时刻t+Δt的发送波和由反射体反射的反射波。由此，即使在一般的医疗设备等的环境下也能够容易地估计体内的反射体的通过。
特别是，根据第1发明，反射体反射第1发送天线发送的第1发送波。因此，反射体能够在体内通过并对第1发送天线发送的发送波进行反射。由此，反射体不需要具备电池，能够实现小型化、轻量化。
特别是，根据第1发明，位置估计部估计反射体的通过。因此，位置估计部能够求出第1接收天线接收到的发送波以及第1接收天线接收到的反射波各自在时刻t和时刻t+Δt的相位的变化。由此，即使在一般的医疗设备等的环境下也能够容易地估计体内的反射体的通过。
根据第2发明，具备第1发送天线、第1接收天线、第2接收天线以及反射体。因此，第1接收天线以及第2接收天线能够分别接收从第1发送天线发送的发送波和被反射体反射后的反射波。由此，即使在一般的医疗设备等的环境下也能够容易地准确地估计体内的反射体的移动范围以及移动方向。
特别是，根据第2发明，反射体反射第1发送天线发送的第1发送波。因此，第1接收天线以及第2接收天线分别能够接收第1发送天线发送的第1发送波和反射体反射的反射波。由此，反射体不需要具备电池，能够实现小型化、轻量化。
特别是，根据第2发明，位置测量部推测反射体的移动范围以及移动方向。因此，能够基于第1接收天线以及第2接收天线分别接收到的第1发送波、反射波以及反射波在时刻t以及时刻t+Δt的相位的变化，估计反射体在体内的移动范围以及移动方向。由此，即使在一般的医疗设备等的环境下，也能够容易地估计体内的反射体的移动范围以及移动方向，能够掌握在体内的移动。
根据第3发明，具备第1发送天线、第2发送天线、第1接收天线和反射体。因此，第1接收天线能够分别接收从第1发送天线和第2发送天线分别发送的发送波和由反射体反射的各个反射波。由此，即使在一般的医疗设备等的环境下也能够容易地准确地估计体内的反射体的移动范围以及移动方向。
特别是，根据第3发明，反射体对第1发送天线和第2发送天线分别发送的发送波进行反射。因此，反射体能够在体内移动并反射第1发送天线发送的第1发送波以及第2发送天线发送的第2发送波。由此，反射体不需要具备电池，能够实现小型化、轻量化。
特别是，根据第3发明，位置测量部推测反射体的移动范围以及移动方向。因此，位置估计部能够求出第1接收天线接收到的第1发送波和第1反射波、以及第2发送波和第2反射波各自在时刻t和时刻t+Δt的相位的变化。由此，即使在一般的医疗设备等的环境下，也能够容易地估计体内的反射体的移动范围以及移动方向，能够掌握在体内的移动。
根据第4发明，具备第1发送天线、第2发送天线、第1接收天线、第2接收天线以及反射体。因此，第1接收天线以及第2接收天线能够分别接收从第1发送天线发送的发送波和由反射体反射的反射波。由此，即使在一般的医疗设备等的环境下也能够容易地更准确地估计体内的反射体的移动范围和移动方向。
特别是，根据第4发明，反射体对第1发送天线和第2发送天线分别发送的发送波进行反射。因此，反射体能够在体内移动并反射第1发送天线以及第2发送天线分别发送的发送波。由此，反射体不需要具备电池，能够实现小型化、轻量化。
特别是根据第4发明，位置测量部推测反射体的移动范围和移动方向。因此，位置估计部能够求出第1接收天线和第2接收天线各自接收到的第1发送波和第1反射波、以及第2发送波和第2反射波各自在时刻t和时刻t+Δt的相位的变化。由此，即使在一般的医疗设备等的环境下，也能够更准确地估计体内的反射体的移动范围和移动方向，能够掌握体内的移动。
附图说明
图1是表示应用本发明的医疗辅助系统的一例的示意图。
图2是表示应用本发明的医疗辅助系统的结构的一例的框图。
图3的(a)是表示第1实施方式中的医疗辅助系统的时刻t的反射体的测量的一例的示意图。图3的(b)是表示第1实施方式中的医疗辅助系统的时刻t+Δt的反射体的测量的一例的示意图。
图4是表示第1实施方式中的第1天线对的测量的一例的示意图。
图5是表示第1实施方式中的第1天线对的测量结果的一例的示意图。
图6是表示其他实施方式中的第1～第4天线对的测量的一例的示意图。
图7的(a)是表示其他实施方式中的第1天线对的测量结果的一例的示意图。图7的(b)是表示其他实施方式中的第2天线对的测量结果的一例的示意图。图7的(c)是表示其他实施方式中的第3天线对的测量结果的一例的示意图。图7的(d)是表示其他实施方式中的第4天线对的测量结果的一例的示意图。
图8是表示第1～第4天线对的测量结果的合成的一例的示意图。
图9是表示实施方式中的反射体测量的动作的一例的流程图。
图10的(a)是表示第1实施方式中的第1天线对中的反射体的移动的估计的示意图。图10的(b)是表示第1实施方式中的第1天线对中的反射体的天线对的通过的估计的示意图。
图11是表示第4实施方式中的反射体的通过的估计的示意图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施方式中的医疗辅助系统以及医疗辅助方法。
图1是表示应用本实施方式的发明的医疗辅助系统的一例的示意图。
如图1所示，本实施方式的医疗辅助系统1例如通过位置估计装置2与数据库3和公共通信网6(网络)连接。位置估计装置2经由公共通信网6与收发装置4连接。收发装置4与多个发送天线40和接收天线41连接。一对发送天线40和接收天线41构成为天线对42。发送天线40和接收天线41贴附在被检测者(未图示)的身体表面10上。反射体5在被检测者的体内11移动。反射体5只要具备反射来自发送天线的电波的结构即可。反射体5例如也可以具备具有规定的负荷的天线或RFID(Radio Frequency Identifier：射频识别)功能。
＜位置估计装置2＞
位置估计装置2例如经由公共通信网6与收发装置4连接，进行存在于被检测者(未图示)的体内11的反射体5的通过、或者移动范围以及移动方向的估计。另外，位置估计装置2具备数据库3。
＜数据库3＞
数据库3例如除了与被检测者相关的信息、测量结果等信息以外，还存储接收到的接收波或反射波的基带波形、与反射体5的位置估计相关的算法、用于进行位置估计的过去的测量数据、作为对位置估计有益的数据的被检测者的MRI图像或CT图像、各种日志等。
＜收发装置4＞
收发装置4进行贴附在被检测者的身体表面10上的多个发送天线40、接收天线41的选择的收发控制。收发装置4例如分别与第1发送天线40a、第1接收天线41a、第2发送天线40b、第2接收天线41b连接。收发装置4也可以与其他发送天线40、接收天线41连接，通过有线或无线方式连接。收发装置4例如根据由发送天线40和接收天线41设定的频带、输出、配置位置等，组合1对(1组)发送天线40和接收天线41。
发送天线40以及接收天线41的对例如只要是相同频带即可，也可以组合多个。这些发送天线40和接收天线41的组合可以存储在收发装置4的存储器或数据库3中。收发装置4可以监视所连接的多个发送天线40以及接收天线41的电波状况等，并切换为其他发送天线40或者接收天线41。此外，收发装置4将由第1接收天线41a和第2接收天线41b接收到的接收波变换为用于位置估计装置2中的位置估计的基带信号波形。
<发送天线40>
第1发送天线40a以及第2发送天线40b由收发装置4控制，例如对第1接收天线41a以及第2接收天线41b、反射体5发送(发射)规定频带的电波。在本实施方式中，设第1发送天线40a以及第2发送天线40b为第1发送天线40a以及第2发送天线40b，但也可以连接其他多个发送天线。从第1发送天线40a以及第2发送天线40b发送的电波可以是相同频带的电波，也可以是不同频带的电波。
第1发送天线40a以及第2发送天线40b对于发送的电波，例如如果频带相同，则改变发送的时间来发送，如果是不同频带的电波，则也可以从具有各个频带的发送天线40同时发送。第1发送天线40a和第2发送天线40b贴附在被检测者的身体表面10上，对周边发送电波。从第1发送天线40a以及第2发送天线40b发送的电波例如也可以具有指向性。电波的指向性例如可以由第1发送天线40a以及第2发送天线40b的天线角、天线形状等决定。
＜接收天线41＞
第1接收天线41a和第2接收天线41b由收发装置4控制，例如接收规定的频带的电波。第1接收天线41a以及第2接收天线41b例如在本实施方式中设为第1接收天线41a以及第2接收天线41b，但除此之外也可以具有其他多个接收天线41。第1接收天线41a和第2接收天线41b贴附在被检测者的身体表面10上，接收与第1接收天线41a和第2接收天线41b对应的频带的电波。在本实施方式中，第1接收天线41a以及第2接收天线41b除了接收来自第1发送天线40a以及第2发送天线40b的电波之外，还接收来自反射体5的反射波。
＜天线对42＞
天线对42被设定为发送天线40和接收天线41或反射体5的对(组)。在本实施方式中，第1天线对42a例如由第1发送天线40a和第1接收天线41a构成。第2天线对42b例如由第2发送天线40b和第2天线41b构成。各个天线对42分离地贴附在被检测者的身体表面上。各个天线对42例如以与体内的消化器官平行或夹着体内的消化器官的方式贴附在被检测者的身体表面，并估计在消化器官内移动的反射体5的移动。天线对42在与体内的消化器官平行地贴附的情况下，可知是移动，另一方面，在以夹着体内的消化器官的方式贴附的情况下，可知是在所夹着的部位通过。
另外需要说明的是，天线对42也可以直接贴附在被检测者的身体表面10上。天线对42只要能够接收反射体5反射的第1发送天线40a的第1发送波即可，例如也可以贴附于衣物等的表面。另外，天线对42也可以与收发装置4一体或者分离地贴附，与收发装置4通过有线连接或者无线连接而连接。另外，天线对42作为其他对，通过第1发送天线40a、第1接收天线41a、第2发送天线40b、第2接收天线41b的组合，例如构成第3天线对42c、第4天线对42d。第3天线对42c例如由第1发送天线40a和第2接收天线41b构成。第4天线对42d例如由第2发送天线40b和第1接收天线41a构成。
＜反射体5＞
反射体5例如由被检测者服用，因此优选小型且轻量。因此，反射体5例如也可以是片剂左右的大小，为了不损伤消化器官而形成为平滑的表面。另外，反射体5例如可以包裹在糖衣中或埋入片剂中，作为其他形状，也可以封入到胶囊中、封入到颗粒或片剂的棒状包装内。
进而，反射体5例如为能够具备反射天线或RFID功能的构造，因此在内部不具备电池。反射体5通过从发送天线发送的发送波，例如通过内部具备的感应线圈而产生磁场，通过产生的磁场而产生电，将预先确定的频带的电波作为反射波来发送。在被检测者的体内存在多个反射体5的情况下，也可以是在各个反射体5中为不同的频带。
图2是表示应用本发明的医疗辅助系统的结构的一例的框图。
图2中，CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)20控制医疗辅助系统1的整体。ROM(Read Only Memory：只读存储器)21将CPU20的工作代码存储在ROM21的存储器中。RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)22是在CPU20工作时使用的工作区域。存储部23例如除了HDD(Hard Disk Drive)以外，还使用SSD(solid state drive：固态驱动器)等数据保存装置，存储有执行位置估计装置2以及第1天线对42a的收发装置4、第1发送天线40a、第1接收天线41a的各种设定信息、处理位置估计的程序等。另外需要说明的是，例如位置估计装置2也可以具有未图示的GPU(Graphics Processing Unit：图形处理单元)。通过具有GPU，与通常相比能够进行更高速的运算处理。I/F24是用于经由公共通信网6与第1天线对42a的收发装置4、其他上位系统等进行各种信息的收发的接口。
I/F25是用于与输入输出部29及收发部30进行信息的收发的接口。输入输出部29例如使用键盘、用于进行其他输入输出的设备等。I/F26是用于进行与显示器等显示部28的各种信息的收发的接口。是内部总线27。另外，在存储部23中，例如将存储在位置估计装置2的数据库3中的通过、或者移动范围以及移动方向的检测或通过、或者移动范围以及移动方向的估计等算法、用于估计存在于被检测者的体内的反射体5信息等的通过、或者移动范围以及移动方向的各应用程序、各种设定信息分别对应起来进行存储。
需要说明的是，图1及图2所示的各结构中的功能通过CPU20将RAM22作为工作区域，执行存储在存储部23等中的程序来实现与后述的发送天线40、接收天线41中的电波的收发、位置估计装置2中的反射体5的通过、或移动范围及移动方向的估计相关的处理。
图3的(a)是表示第1实施方式中的医疗辅助系统1在时刻t的反射体5的测量的一例的示意图。在此，被检测者的体内用充满液体体模(phantoms)的圆筒容器来模拟。液体体模的电气常数在915MHz时设为相对介电常数Er＝54.8、导电率σ＝1.05。
＜时刻t的收发＞
第1发送天线40a贴附于被检测者的身体表面10，基于收发装置4的控制，发送第1发送波。在此，设在被检测者的体内11，由被检测者预先服用的反射体5存在于体内的消化器官中。
第1发送天线40a通过发送电波的发送点，例如在时刻t发送第1发送波。在此，从第1发送天线40a的发送点发送的发送波始终为相同的频带及输出的电波。之后，第1发送天线40a在时刻t+Δt从第1发送天线40a的发送点进行第1发送。从第1发送天线40a发送的第1发送波的发送的定时由收发装置4控制，例如，若将体内的反射体5的移动速度假定为每秒50mm以下，则如果进行每秒10次以上的估计，则不会产生由相位跳跃(π不定性)引起的估计错误。由第1发送天线40a发送的电波例如分别在时刻t以及时刻t+Δt被发送，作为直接到达的电波(直接波Sd)和来自反射体5的反射波(反射波Sr)被接收。
＜时刻t+Δt的收发＞
图3的(b)是表示第1实施方式中的医疗辅助系统1在时刻t+Δt的反射体5的测量的一例的示意图。关于图3的(b)，也与前述的图3的(a)同样地，在被检测者的身体表面10贴附有第1天线对42a。
第1接收天线41a通过反射体5的移动，分别接收来自第1发送天线40a的直接波Sd和来自反射体5的反射波Sr的电波。收发装置4接收将由第1接收天线41a接收到的直接波Sdt和反射波Srt作为直接波Sdt+反射波Srt的合成波。之后，第1接收天线41a与上述的时刻t的第1发送波的接收时同样地，在时刻t+Δt，也接收从第1接收天线41a直接到达的电波(直接波Sd)和来自反射体5的反射波(反射波Sr)。第1接收天线41a根据时刻t+Δt的反射体5的移动，接收时刻t+Δt的直接波Sd和反射波Sr。
＜反射体5的移动的估计＞
反射体5接收从第1发送天线40a发送的第1发送波，通过反射体5作为反射波向体内发送。反射体5的反射波的发送也可以通过反射体5所具备的RFID功能来进行。例如以时刻t的反射体5在体内的位置为基准，对在其后的时刻t+Δt之间反射体5在体内移动的移动量进行估计。
反射体5接着从第1发送天线40a在时刻t发送的第1发送波之后，接收通过第1发送天线40a在时刻t+Δt发送的第1发送波，此时，如果反射体5在从时刻t到时刻t+Δt的期间移动，则设反射波Sr的相位变化量为Δθ时，反射体5的移动量(Δl)通过下式求出。
[数式1]
Figure BDA0003048751360000111
在此，λ是充满液体体模的圆筒容器的介质内的波长。若将介质内的相位常数设为β，则λ通过λ＝2π/β给出。由此，反射体5的移动量(Δl)能够由Δθ/β求出。常数β由下式给出。
[数式2]
Figure BDA0003048751360000112
在此，ω为角频率，μ为导磁率，εr为相对介电常数，σc为导电率。需要说明的是，由于生物体组织为非磁性体，因此μ成为与空气中相同的4π×10-7。收发装置4在发送、接收的电波中使用915MHz频带的情况下，模拟体内组织的液体体模中的波长(λ)通过上式为4.4cm。应用于使用了该原理的消化器官内的反射体5的位置估计，估计存在于体内的反射体5的移动。
图4是表示第1实施方式中的第1天线对42a的测量的一例的示意图。图4是在图3所说明的结构中将反射体5作为消化器官内的终端。第1发送天线40a从发送点发送第1发送波。发送的第1发送波在第1发送天线40a以外被接收的情况下，将第1发送天线40a设为“ANT0”，并且将第1接收天线41a设为“ANT1”，将体内组织的范围设为半径150mm。此时，针对第1天线对42a的各天线间(i，j，i≠j)的观测到的相位变化量Δθi，j，通过下式求出针对终端候选位置(x，y)的对数似然度L(x，y)。
[数式3]
Figure BDA0003048751360000113
这里，Ai，j是接收信号的振幅值，σn是噪声的标准偏差。噪声的标准偏差σn使用利用无信号区间观测到的值。根据上式，通过进行使用了Ai，j以及σn的似然度计算，观测到较高的接收信号功率的相位变化量被赋予较高的权重。ΔΘi,j(x,y)是相位变化量相对于估计位置(x，y)的期待值，通过上述移动量(Δl)，通过下述求出。
[数式4]
Figure BDA0003048751360000114
在此，(x0，y0)成为求移动量(Δl)时的参照坐标。该似然度分布如图5所示。
图5是表示第1实施方式中的第1天线对42a的测量结果的一例的示意图，与从1对天线间的发送·接收得到的反射体5的位置有关的似然度分布为，具有相同似然度的位置呈椭圆状分布。由此，能够以移动前的时刻t的反射体5的位置为基准，确认移动后的时刻t+Δt的估计位置。
图6是表示其他实施方式中的第1～第4天线对42的测量的一例的示意图。
图6是将多个发送天线40、接收天线41天线阵列化而贴附在被检测者的身体表面上的情况的一个例子。在此，构成由发送天线40和接收天线41构成的天线对42。例如，将“ANT0”(第1发送天线40a)和“ANT1”(第1接收天线41a)的对作为第1天线对42a。在该情况下，作为其他发送天线40和接收天线41的对，例如，设第2天线对42b的结构为“ANT0(第1发送天线40a)”和“ANT2(第2接收天线41b)”。同样，例如，也可以分别分配为，作为第3天线对42c的结构为“ANT3(第2发送天线40b)”和“ANT1(第1接收天线41a)”，作为第4天线对42d的结构为“ANT3(第2发送天线40b)”和“ANT2(第2接收天线41b)”的对。作为这样的各个发送天线40以及接收天线41的天线对42，例如在图7以及图8中示出了天线阵列化后的天线对42的结构的情况下的估计结果。
图7表示其他实施方式中的第1～第4天线对42的各测量结果的一例。
图7的(a)是表示其他实施方式中的第1天线对42a(“ANT0”和“ANT1”)的测量结果的一例的示意图。图7的(b)是表示其他实施方式中的第2天线对42b(“ANT0”和“ANT2”)的测量结果的一例的示意图。图7的(c)是表示其他实施方式中的第3天线对42c(“ANT1”和“ANT3”)的测量结果的一例的示意图。图7的(d)表示其他实施方式中的第4天线对42d(“ANT2”和“ANT3”)的测量结果的一例。
接着，在图8中，通过利用下式进行图7的(a)～(d)中测量出的第1～第4天线对42各自的对数似然度的合成，来估计似然度最高的位置。
[数式5]
Figure BDA0003048751360000121
Figure BDA0003048751360000122
在此，Ls(x，y)成为相对于上述的各天线对42的天线间(i，j，i≠j)的观测到的相位变化量Δθi，j的、针对作为反射体5的终端候选位置(x，y)的对数似然度Li，j(x，y)。将在此计算出的Ls(x，y)合成，估计存在于体内的反射体5的似然度最高的位置。
另外需要说明的是，到目前为止的位置估计方法是贴附于被检测者的身体表面10的2维空间中的测量，但通过进行相同的计算，也能够进行3维的位置测量。
[数式6]
Figure BDA0003048751360000131
Figure BDA0003048751360000132
在此，若反射体5存在于坐标(x，y，z)处，则能够求出对数似然度Ls(x，y，x)。
[数式7]
Figure BDA0003048751360000133
这里，获得对数似然度Ls(x，y，x)为最大的位置作为测量结果。此外需要说明的是，在进行似然度计算的情况下，将作为计算对象的Ls(x，y，z)的范围(空间)设定为使相位变化量Δθ成为[-π，+π]的范围。即，医疗辅助系统1处理的移动量Δl的范围以π/β为上限。
图8表示第1～第4天线对的似然度分布的合成的一例。通过以移动前的时刻t的反射体5的位置为基准，对移动后的时刻t+Δt的各个天线对42的组合的似然度分布进行合成，能够准确地估计存在于体内的反射体5的移动范围以及移动方向。
(第1实施方式)
对本实施方式中的医疗辅助系统1的动作进行说明。图9是示出本实施方式中的医疗辅助系统1的动作的一例的流程图。
医疗辅助系统1具备发送步骤100、反射步骤101、接收步骤102以及位置估计步骤103。医疗辅助系统1包括第1天线对(42a)、和至少能够存在于体内的反射体(5)，其中第1天线对(42a)包含至少能够贴附于身体表面的第1发送天线(40a)和至少能够贴附于身体表面的第1接收天线41a。
医疗辅助系统1具备：第1接收天线41a，其能够贴附于身体表面10；反射体5，其反射第1发送天线40a发送的第1发送波，并能够存在于体内11；以及位置估计部，其利用位置估计装置2估计反射体5在体内11的通过。
第1实施方式由包含1个发送天线40以及1个接收天线41的1组天线对42构成。在第1实施方式中，第1发送天线40a和第1接收天线41a构成第1天线对42a，第1接收天线41a接收第1发送天线40a发送的第1发送波和反射体5反射的第1发送波的反射波。位置估计装置2的位置估计部基于第1接收天线41a接收到的第1发送波和反射波在时刻t以及时刻t+Δt的相位的变化，通过以下的步骤执行反射体5在体内11的通过。
＜发送步骤：S100＞
通过发送步骤100，第1发送天线40a在时刻t和时刻t+Δt发送第1发送波。第1发送波朝向被检测者的体内11发送。
＜反射步骤：S101＞
通过反射步骤101，反射体5在时刻t和时刻t+Δt反射第1发送天线40a发送的第1发送波。
＜接收步骤：S102＞
通过接收步骤102，第1接收天线41a在时刻t和时刻t+Δt接收第1发送天线40a发送的第1发送波和反射体5反射的反射波。
＜位置估计步骤：S103＞
通过位置估计步骤103，基于第1接收天线41a接收到的第1发送波和反射体5反射的反射波，基于时刻t和时刻t+Δt的相位的变化，估计反射体5在体内的通过。
由此，第1实施方式中的医疗辅助系统1的动作结束。
接着，图10的(a)表示第1实施方式中的第1天线对42a中的反射体的移动的估计。另外，图10的(b)表示第1实施方式中的第1天线对42a中的反射体的通过的估计。
图10的(a)是为了估计被检测者的体内11(例如消化器官内)的反射体5的移动而将第1天线对42a相对于消化器官贴附在一条直线上的示意图。反射体5例如在时刻t存在于虚线所示的体内的位置，但在时刻t+Δt移动至实线所示的位置。第1天线对42a例如通过以图10的(a)所示那样的配置来贴附，能够根据第1天线对42a中的似然度分布，估计体内的反射体5的移动。
图10的(b)是为了估计被检测者的体内11(例如消化器官内)的反射体5的通过而将第1天线对42a以与消化器官交叉的方式贴附的示意图。反射体5在时刻t存在于虚线所示的体内的位置，但在时刻t+Δt移动至实线所示的位置。第1天线对42a通过以图10的(a)所示的配置来贴附，能够根据反射体5通过第1天线对42a时的反射波在时刻t和时刻t+Δt的相位的变化的似然度分布，估计出反射体5在线天线上通过了。
(第2实施方式)
第2实施方式由基于1个发送天线40以及2个接收天线41的2组天线对42构成。在第2实施方式中，对第1天线对42a(第1发送天线40a和第1接收天线41a)、第2天线对42b(第1发送天线40a和第2接收天线41b)的动作进行说明。
第2实施方式与上述的第1实施方式的不同之处在于，具备第1发送天线40a、第1接收天线41a、第2接收天线41b。第1发送天线40a和第1接收天线41a形成第1天线对42a，第1发送天线40a和第2接收天线41b形成第2天线对42b。对于与上述实施方式相同的结构，省略说明。
需要说明的是，在第2实施方式中，医疗辅助系统1具备至少能够贴附于身体表面的第1接收天线41a和第1发送天线40a、以及由第1发送天线40a和第2接收天线41b构成的第2天线对42b。
＜发送步骤：S100＞
通过发送步骤100，第1发送天线40a在时刻t和时刻t+Δt分别发送第1发送波。第1发送波朝向被检测者的体内11发送。
＜反射步骤：S101＞
通过反射步骤101，反射体5在时刻t和时刻t+Δt反射第1发送天线40a发送的第1发送波。
＜接收步骤：S102＞
通过接收步骤102，在第1天线对42a中，第1接收天线41a在时刻t和时刻t+Δt接收第1发送天线40a发送的第1发送波和反射体5反射的反射波。在第2天线对42b中，第2接收天线41b接收第1发送天线40a发送的第1发送波和反射体5反射的反射波。
＜位置估计步骤：S103＞
通过位置估计步骤103，位置估计装置2的位置估计部基于第1接收天线41a接收到的第1发送波和反射体5反射的反射波、第2接收天线41b接收到的第1发送波和反射体5反射的反射波，通过针对各天线对42的组合的似然度分布的合成，基于时刻t和时刻t+Δt的相位的变化，估计反射体5在体内的移动范围和移动方向。
由此，第2实施方式中的医疗辅助系统1的动作结束。
(第3实施方式)
第3实施方式由基于2个发送天线40以及1个接收天线41的2组天线对42构成。在第3实施方式中，对第1天线对42a(第1发送天线40a和第1接收天线41a)、第3天线对42c(第2发送天线40b和第2接收天线41a)的动作进行说明。
第3实施方式与上述的第1～2实施方式的差异在于，具备能够贴附于身体表面的第1发送天线40a、第2发送天线40b以及第1接收天线41a。第1发送天线40a和第1接收天线41a形成第1天线对42a，第2发送天线40b和第1接收天线41a形成第2天线对42b。对于与上述实施方式相同的结构，省略说明。
根据第3实施方式，具备第1发送天线40a、第2发送天线40b以及第1接收天线41a。因此，第1接收天线41a能够分别接收从第1发送天线40a以及第2发送天线40b分别发送的发送波和被反射体5反射的各个反射波。由此，即使在一般的医疗设备等的环境下也能够容易地准确地估计体内的反射体的移动范围以及移动方向。
(第4实施方式)
第4实施方式由基于2个发送天线40以及2个接收天线41的4组天线对42构成。在第4实施方式中，对4对发送天线40及接收天线41的各个第1至第4天线对42的动作进行说明。
第4实施方式与上述的第1～3实施方式的不同之处在于，具备2个发送天线40以及2个接收天线41。另外需要说明的是，对于与上述的实施方式相同的结构，省略说明。
在第4实施方式中，由至少能够贴附于身体表面的第1发送天线40a、第1接收天线41a(第1天线对42a)、第2发送天线40b和第2接收天线41b(第2天线对42b)、第1发送天线40a和第2接收天线41b(第3天线对42c)、以及第2发送天线40b和第1接收天线41a(第4天线对42d)构成。
＜发送步骤：S100＞
通过发送步骤100，第1发送天线40a、第2发送天线40b在时刻t和时刻t+Δt分别发送第1发送波、第2发送波。第1发送波、第2发送波向例如被检测者的体内11发送。
＜反射步骤：S101＞
通过反射步骤101，反射体5在时刻t和时刻t+Δt反射第1发送天线40a发送的第1发送波和第2发送天线40b发送的第2发送波。
＜接收步骤：S102＞
通过接收步骤102，第1接收天线41a在时刻t和时刻t+Δt，接收第1发送天线40a发送的第1发送波和第2发送天线40b发送的第2发送波、以及反射体5分别反射的反射波。
＜位置估计步骤：S103＞
通过位置估计步骤103，基于第1接收天线41a接收到的第1发送波和反射体5反射的反射波、第2接收天线41b接收到的第2发送波和反射体5反射的反射波，通过针对各天线对42的组合的似然度分布的合成，基于反射波在时刻t和时刻t+Δt的相位的变化，估计反射体5在体内的移动范围和移动方向。
由此，第4实施方式中的医疗辅助系统1的动作结束。
接着，图11表示第4实施方式中的反射体的移动范围及移动方向的估计。图11是例如在被检测者的身体的正背面的身体表面贴附各天线对42，估计存在于体内11的反射体5的移动范围以及移动方向的示意图。反射体5例如在时刻t、时刻t+Δt、时刻t+Δt’在被检测者的体内11中移动。
多个天线对42例如也可以由多个发送天线40以及接收天线41构成。例如，也可以在被检测者的身体的正面的身体表面10上，第1发送天线40a和第1接收天线41a构成为第1天线对42a，第1发送天线40a和第2接收天线41b构成为第2天线对42b，第2发送天线40b和第1接收天线41a构成为第3天线对42c，第2发送天线40b和第2接收天线41b构成为第4天线对42d。
另外，被检测者的身体的背面侧的身体表面10也是同样的，例如，也可以通过第3发送天线40c、第3接收天线41c、第4发送天线40d、第4接收天线41d各自的发送天线40和接收天线41的对，进一步构成对应的第5至第8天线对42(未图示)。通过设为这样的多个天线对42的结构，例如，测量反射体5在时刻t～时刻t+Δt’的移动，根据上述各天线对42的组合，基于由各个接收天线41接收到的发送波和反射波、以及反射波在时刻t～时刻t+Δt’的各个相位的变化，将似然度分布合成。由此，能够进行时刻t～时刻t+Δt’的反射体5在体内的3维空间的移动范围以及移动方向的估计。
根据第4实施方式，能够详细地估计在体内11移动的反射体5的移动方向、距离。根据第1变形例，例如，即使在被检测者的体内11为小肠～大肠等的情况下，也能够通过按照细的时间序列对反射体5的移动进行测量，从而根据该移动轨迹来进行更详细的移动范围以及移动方向的估计。
另外，根据本实施方式，反射体5接收来自体外的电波，反射接收到的电波。因此，反射体5的内部不需要电池，仅在必要的情况下进行应答。由此，例如，能够仅在诊察时测量反射体5在体内的通过、或者移动范围以及移动方向。
另外，根据本实施方式，收发装置4也可以切换使发送天线40的电波输出或者应答的天线种类。因此，收发装置4例如能够进行与被检测者的消化器官的诊断部位对应的电波的接收、调整。由此，位置估计装置2能够根据被检测者的诊断部位进行反射体5的测量。进而，即使在反射体5在被检测者的体内作为不同的频带而存在多个反射体5的情况下，收发装置4也能够通过收发装置4的频带的切换，即时地进行其他反射体5的通过、或者移动范围以及移动方向的测量。由此，能够同时进行不同的症状、消化器官的诊断。
另外，根据本实施方式，收发装置4、发送天线40以及接收天线41例如也可以以可穿戴方式安装。因此，能够将发送天线40以及接收天线41作为天线对42贴附在身体表面上。由此，被检测者能够在例如平时的生活环境下进行消化器官的运动能力的诊断等。
另外，根据本实施方式，例如，收发装置4也可以具备存储器。因此，能够将反射体5的移动的日志暂时记录在收发装置4内的存储器中。由此，例如，即使在未与位置估计装置2连接的期间，也能够继续进行被检测者的体内的反射体5的通过、或者移动范围以及移动方向的测量并记录。
说明，但各实施方式是作为例子而提出的，并不意图限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他各种方式来实施，在不脱离发明的主旨的范围内，能够进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形包含在发明的范围或主旨内并且包含在权利要求书所记载的发明及其等同的范围内。
标号说明
1：医疗辅助系统
10：体表面
11：体内
2：位置估计装置
20：CPU
21：ROM
22：RAM
23：存储部
24：I/F
25：I/F
26：I/F
27：内部总线
28：显示部
29：输入输出部
3：数据库
30：收发部
4：收发装置
40：发送天线
40a：第1发送天线
40b：第2发送天线
40c：第3发送天线
40d：第4发送天线
41：接收天线
41a：第1接收天线
41b：第2接收天线
41c：第3接收天线
41d：第4接收天线
42：天线对
42a：第1天线对
42b：第2天线对
42c：第3天线对
42d：第4天线对
5：反射体
6：公共通信网
Sd：直接波
Sr：反射波

Claims (4)

1.一种医疗辅助系统，所述医疗辅助系统估计在体内通过的反射体的通过，其特征在于，所述医疗辅助系统具备：
第1发送天线，其至少在时刻t和时刻t+Δt发送发送波，至少能够贴附在身体表面；
第1接收天线，其至少能够贴附在身体表面；
反射体，其反射所述第1发送天线发送的所述发送波，并能够存在于体内；以及
位置估计部，其估计所述反射体在所述体内的通过，
所述第1接收天线接收所述第1发送天线发送的所述发送波和所述反射体反射的所述发送波的反射波，
所述位置估计部基于所述第1接收天线接收到的所述发送波以及所述第1接收天线接收到的所述反射波各自在时刻t和时刻t+Δt的相位的变化，估计所述反射体在所述体内的通过。
2.一种医疗辅助系统，所述医疗辅助系统估计在体内移动的反射体的移动，其特征在于，所述医疗辅助系统具备：
第1发送天线，其至少在时刻t和时刻t+Δt发送发送波，至少能够贴附在身体表面；
第1接收天线以及第2接收天线，其至少能够贴附在身体表面；
反射体，其反射所述第1发送天线发送的所述发送波，并能够存在于体内；以及
位置估计部，其估计所述反射体在所述体内的移动范围和移动方向，
所述第1接收天线接收所述第1发送天线发送的所述发送波和所述反射体反射的所述发送波的反射波，
所述第2接收天线接收所述第1发送天线发送的所述发送波和所述反射体反射的所述发送波的反射波，
所述位置估计部基于所述第1接收天线接收到的所述发送波以及所述第1接收天线接收到的所述反射波各自在时刻t和时刻t+Δt的相位的变化、所述第2接收天线接收到的所述发送波以及所述第2接收天线接收到的所述反射波各自在时刻t和时刻t+Δt的相位的变化，估计所述反射体在所述体内的移动范围和移动方向。
3.一种医疗辅助系统，所述医疗辅助系统估计在体内移动的反射体的移动，其特征在于，所述医疗辅助系统具备：
第1发送天线以及第2发送天线，其至少在时刻t和时刻t+Δt发送发送波，至少能够贴附在身体表面；
第1接收天线，其至少能够贴附在身体表面；
反射体，其反射所述第1发送天线发送的第1发送波以及所述第2发送天线发送的第2发送波，并能够存在于体内；以及
位置估计部，其估计所述反射体在所述体内的移动范围和移动方向，
所述第1接收天线分别接收所述第1发送天线发送的所述第1发送波、所述第2发送天线发送的所述第2发送波、所述反射体反射的所述第1发送波的第1反射波以及所述第2发送波的第2反射波，
所述位置估计部基于所述第1接收天线接收到的所述第1发送波和所述第1反射波、以及所述第2发送波和所述第2反射波各自在时刻t和时刻t+Δt的相位的变化，估计所述反射体在所述体内的移动范围和移动方向。
4.一种医疗辅助系统，所述医疗辅助系统估计在体内移动的反射体的移动，其特征在于，所述医疗辅助系统具备：
第1发送天线以及第2发送天线，其至少在时刻t和时刻t+Δt发送发送波，至少能够贴附在身体表面；
第1接收天线以及第2接收天线，其至少能够贴附在身体表面；
反射体，其反射所述第1发送天线发送的第1发送波以及所述第2发送天线发送的第2发送波，并能够存在于体内；以及
位置估计部，其估计所述反射体在所述体内的移动范围和移动方向，
所述第1接收天线分别接收所述第1发送天线发送的所述第1发送波、所述第2发送天线发送的所述第2发送波、所述反射体反射的所述第1发送波的第1反射波以及所述第2发送波的第2反射波，
所述第2接收天线分别接收所述第1发送天线发送的所述第1发送波以及所述第2发送天线发送的所述第2发送波、和所述反射体反射的所述第1发送波的第1反射波以及所述第2发送波的第2反射波，
所述位置估计部根据所述第1接收天线接收到的所述第1发送波和所述第1反射波、以及所述第2发送波和所述第2反射波各自在时刻t和时刻t+Δt的相位的变化、所述第2接收天线接收到的所述第1发送波和所述第1反射波、以及所述第2发送波和所述第2反射波各自在时刻t和时刻t+Δt的相位的变化，估计所述反射体在所述体内的移动范围和移动方向。
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