JP2006061624A - 位置検出装置および被検体内導入システム - Google Patents

Abstract

【課題】位置依存性を有する位置検出用磁場を用いてカプセル型内視鏡等の検出対象の位置検出を行う際に、必要かつ充分な位置検出用磁場を形成することが可能な位置検出装置を実現する。
【解決手段】処理装置１２は、位置検出用磁場の強度を制御する機構として、過去の位置検出結果を記録する記録部４３と、カプセル型内視鏡２の位置の変化に基づきカプセル型内視鏡２の移動速度を導出する移動速度導出部４８と、導出した移動速度とカプセル型内視鏡２の過去の位置とに基づきカプセル型内視鏡２が位置する範囲を導出する範囲導出部４９と、導出された範囲に基づき第２直線磁場形成部１０および拡散磁場形成部１１に対して形成磁場強度の制御を行う磁場強度制御部５０とを備える。
【選択図】 図６

Description

本発明は、少なくとも第１時刻および該第１時刻から所定時間経過した第２時刻において、強度に関して位置依存性を有する位置検出用磁場を用いて検出対象の位置検出を行う技術に関するものである。

近年、内視鏡の分野においては、飲込み型のカプセル型内視鏡が提案されている。このカプセル型内視鏡には、撮像機能と無線通信機能とが設けられている。カプセル型内視鏡は、観察（検査）のために被検体の口から飲込まれた後、自然排出されるまでの間、体腔内、例えば胃、小腸などの臓器の内部をその蠕動運動に従って移動し、順次撮像する機能を有する。

体腔内を移動する間、カプセル型内視鏡によって体内で撮像された画像データは、順次無線通信により外部に送信され、外部に設けられたメモリに蓄積される。無線通信機能とメモリ機能とを備えた受信機を携帯することにより、被検体は、カプセル型内視鏡を飲み込んだ後、排出されるまでの間に渡って、自由に行動できる。カプセル型内視鏡が排出された後、医者もしくは看護士においては、メモリに蓄積された画像データに基づいて臓器の画像をディスプレイに表示させて診断を行うことができる（例えば、特許文献１参照。）。

さらに、従来のカプセル型内視鏡システムにおいては、体腔内におけるカプセル型内視鏡の位置を検出する機構を備えたものも提案されている。例えば、カプセル型内視鏡を導入する被検体の内部に強度に関して位置依存性を有する磁場を形成し、カプセル型内視鏡に内蔵した磁場センサによって検出された磁場の強度に基づき被検体内におけるカプセル型内視鏡の位置を検出することが可能である。かかるカプセル型内視鏡システムでは、磁場を形成するために、所定のコイルを被検体外部に配置した構成を採用しており、かかるコイルに所定の電流を流すことによって、被検体内部に磁場を形成することとしている。なお、位置検出のために形成する磁場は、被検体内部においてカプセル型内視鏡が存在しうる領域すべてにおいて、カプセル型内視鏡が検出可能な強度となるよう形成する必要がある。具体的には、従来のカプセル型内視鏡システムでは、口腔から肛門に至る消化器官すべてにおいて、カプセル型内視鏡が検出可能な磁場を形成する。

特開２００３−１９１１１号公報

しかしながら、位置検出機構を備えた従来のカプセル型内視鏡システムは、消費電力が大幅に増加するという課題を有する。すなわち、強度に関して位置依存性を有する磁場を被検体内に形成するために、カプセル型内視鏡が被検体内に留まる数時間〜十数時間の間に渡ってコイルに対して大電流を供給し続ける必要性が生じる。特に、従来のカプセル型内視鏡システムでは、上述したように被検体内部の消化器官全体に対して、カプセル型内視鏡が検出可能な強度の磁場を形成することとしていたため、磁場形成に必要となる電力は膨大なものとなり、消費電力低減の観点からは妥当ではない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、位置依存性を有する位置検出用磁場を用いてカプセル型内視鏡等の検出対象の位置検出を行う位置検出装置等に関して、必要かつ充分な位置検出用磁場を形成することが可能な位置検出装置および位置検出装置を用いた被検体内導入システムを実現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、請求項１にかかる位置検出装置は、少なくとも第１時刻および該第１時刻から所定時間経過した第２時刻において、強度に関して位置依存性を有する位置検出用磁場を用いて検出対象の位置検出を行う位置検出装置であって、可変な強度の位置検出用磁場を形成する磁場形成手段と、前記検出対象が存在する位置において検出された前記位置検出用磁場の強度に基づき前記検出対象の位置を導出する位置導出手段と、前記第１時刻における前記検出対象の位置に基づき、前記第２時刻において前記位置検出用磁場が前記検出対象によって検出可能な強度となるよう前記磁場形成手段を制御する磁場強度制御手段とを備えたことを特徴とする。

この請求項１の発明によれば、第１時刻における検出対称の位置に基づき磁場形成手段によって形成される位置検出用磁場の強度を制御する磁場強度制御手段を備えることとしたため、例えば、第１時刻から所定時間だけ経過した第２時刻において、検出対象が明らかに存在しないと予測できる領域に関して無駄な位置検出用磁場が形成されることを防止することが可能となり、位置検出に際して必要かつ充分な強度の位置検出用磁場を形成することが可能である。

また、請求項２にかかる位置検出装置は、上記の発明において、前記第１時刻における前記検出対象の位置に基づき、前記第２時刻において前記検出対象が存在することが可能な範囲として存在可能範囲を導出する範囲導出手段をさらに備え、前記磁場強度制御手段は、前記範囲導出手段によって導出された存在可能範囲において検出可能な強度の前記位置検出用磁場を形成するよう前記磁場形成手段を制御することを特徴とする。

また、請求項３にかかる位置検出装置は、上記の発明において、前記所定時間における前記検出対象の移動速度を導出する移動速度導出手段をさらに備え、前記範囲導出手段は、前記第１時刻における前記検出対象の位置を中心とし、前記検出対象の移動速度に前記所定時間を乗算した値の半径を有する球状領域を前記第２時刻における存在可能範囲とすることを特徴とする。

また、請求項４にかかる位置検出装置は、上記の発明において、前記所定時間における前記検出対象の移動速度を導出する移動速度導出手段と、前記所定時間における前記検出対象の移動方向を導出する移動方向導出手段とをさらに備え、前記範囲導出手段は、前記第１時刻における前記検出対象の位置に対して、前記移動方向に前記移動速度と前記所定時間とを乗算した値だけ移動した位置を含む領域を前記存在可能範囲とすることを特徴とする。

また、請求項５にかかる位置検出装置は、上記の発明において、前記移動速度導出手段は、前記位置導出手段によって過去の複数の時刻において導出された前記検出対象の位置の変化に基づき前記移動速度を導出することを特徴とする。

また、請求項６にかかる位置検出装置は、上記の発明において、前記被検体内部における前記検出対象の位置と前記検出対象の位置との間の対応関係を記録した移動速度データベースをさらに備え、前記移動速度導出手段は、前記第１時刻における前記検出対象の位置に基づき、前記移動速度データベースに記録された対応関係を用いて前記所定時間における前記検出対象の移動速度を導出することを特徴とする。

また、請求項７にかかる位置検出装置は、上記の発明において、前記移動方向導出手段は、前記位置導出手段によって過去の複数の時刻において検出された位置の変化に基づき前記所定時間における前記検出対象の移動方向を導出することを特徴とする。

また、請求項８にかかる位置検出装置は、上記の発明において、前記検出対象が存在しうる領域には、前記検出対象の動きと無関係に定まる基準座標軸に対して固定された方向に直線的に進行する第１直線磁場が形成され、前記位置検出用磁場は、前記第１直線磁場と異なる方向であって、前記基準座標軸に対して固定された方向に直線的に進行する第２直線磁場であり、前記移動方向導出手段は、前記検出対象に対して固定された対象座標軸と、前記第１直線磁場および前記第２直線磁場の進行方向との関係によって定まる前記検出対象の指向方向に基づき前記移動方向を導出することを特徴とする。

また、請求項９にかかる位置検出装置は、上記の発明において、前記第１直線磁場は、地磁気によって形成されることを特徴とする。

また、請求項１０にかかる位置検出装置は、上記の発明において、前記位置導出手段は、前記磁場形成手段によって前記磁場形成手段近傍において形成される磁場の強度と、前記検出対象によって検出された位置検出用磁場の強度とに基づき前記磁場形成手段と前記検出対象との間の距離を導出し、導出した距離を用いて前記検出対象の位置を導出することを特徴とする。

また、請求項１１にかかる被検体内導入システムは、被検体内に導入される被検体内導入装置と、少なくとも第１時刻および該第１時刻から所定時間経過した第２時刻において、強度に関して位置依存性を有する位置検出用磁場を用いて前記被検体内導入装置の位置検出を行う位置検出装置とを備えた被検体内導入システムであって、前記被検体内導入装置は、形成された磁場の強度を少なくとも検出する磁場センサと、前記磁場センサによって検出された磁場強度に関する情報を含む無線信号を送信する無線送信手段とを備え、前記位置検出装置は、可変な強度の位置検出用磁場を形成する磁場形成手段と、所定の受信アンテナを介して受信された前記無線信号から抽出された、前記磁場センサによって検出された前記位置検出用磁場の強度に基づき前記被検体内導入装置の位置を導出する位置導出手段と、前記第１時刻における前記被検体内導入装置の位置に基づき、前記第２時刻において前記位置検出用磁場が前記磁場センサによって検出可能な強度となるよう前記磁場形成手段を制御する磁場強度制御手段とを備えたことを特徴とする。

本発明にかかる位置検出装置および被検体内導入システムは、第１時刻における検出対称の位置に基づき磁場形成手段によって形成される位置検出用磁場の強度を制御する磁場強度制御手段を備えることとしたため、例えば、第１時刻から所定時間だけ経過した第２時刻において、検出対象が明らかに存在しないと予測できる領域に関して無駄な位置検出用磁場が形成されることを防止することが可能となり、位置検出に際して必要かつ充分な強度の位置検出用磁場を形成することが可能であるという効果を奏する。

以下、この発明を実施するための最良の形態（以下では、単に「実施の形態」と称する）である位置検出装置および被検体内導入システムについて説明する。なお、図面は模式的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、それぞれの部分の厚みの比率などは現実のものとは異なることに留意すべきであり、図面の相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。なお、以下の説明では、位置検出のメカニズムとして、第１直線磁場、第２直線磁場および拡散磁場を用いた技術を例として説明するが、かかる構成に限定して解釈するべきではないことはもちろんであり、位置依存性を有する位置検出用磁場を用いて複数の時刻に渡って検出対象の位置検出を行うものであれば、本発明を適用することが可能である。

（実施の形態１）
まず、実施の形態１にかかる被検体内導入システムについて説明する。本実施の形態１では、被検体内導入システムの全体構成および各構成要素に関して説明すると共に位置検出メカニズムに関して説明した後、位置検出に使用される位置検出用磁場の強度に関する制御メカニズムに関する説明を行うこととする。

図１は、本実施の形態１にかかる被検体内導入システムの全体構成について示す模式図である。図１に示すように、本実施の形態１にかかる被検体内導入システムは、被検体１の内部に導入されて通過経路に沿って移動するカプセル型内視鏡２と、カプセル型内視鏡２との間で無線通信を行うと共に、カプセル型内視鏡２に固定された対象座標軸と、被検体１に対して固定された基準座標軸との間の位置関係を検出する位置検出装置３と、位置検出装置３によって受信された、カプセル型内視鏡２から送信された無線信号の内容を表示する表示装置４と、位置検出装置３と表示装置４との間の情報の受け渡しを行うための携帯型記録媒体５とを備える。また、図１に示すように、本実施の形態１では、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸によって形成され、カプセル型内視鏡２に対して固定された座標軸である対象座標軸と、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸によって形成され、カプセル型内視鏡２の運動とは無関係に定められ、具体的には被検体１に対して固定された座標軸である基準座標軸とを設定しており、以下に説明する機構を用いて基準座標軸に対する対象座標軸の位置関係を検出することとしている。

表示装置４は、位置検出装置３によって受信された、カプセル型内視鏡２によって撮像された被検体内画像等を表示するためのものであり、携帯型記録媒体５によって得られるデータに基づいて画像表示を行うワークステーション等のような構成を有する。具体的には、表示装置４は、ＣＲＴディスプレイ、液晶ディスプレイ等によって直接画像等を表示する構成としても良いし、プリンタ等のように、他の媒体に画像等を出力する構成としても良い。

携帯型記録媒体５は、後述する処理装置１２および表示装置４に対して着脱可能であって、両者に対する装着時に情報の出力および記録が可能な構造を有する。具体的には、携帯型記録媒体５は、カプセル型内視鏡２が被検体１の体腔内を移動している間は処理装置１２に装着されて被検体内画像および基準座標軸に対する対象座標軸の位置関係を記憶する。そして、カプセル型内視鏡２が被検体１から排出された後に、処理装置１２から取り出されて表示装置４に装着され、記録したデータが表示装置４によって読み出される構成を有する。処理装置１２と表示装置４との間のデータの受け渡しをコンパクトフラッシュ（登録商標）メモリ等の携帯型記録媒体５によって行うことで、処理装置１２と表示装置４との間が有線接続された場合と異なり、カプセル型内視鏡２が被検体１内部を移動中であっても、被検体１が自由に行動することが可能となる。

次に、カプセル型内視鏡２について説明する。カプセル型内視鏡２は、特許請求の範囲における検出対象の一例として機能するものである。具体的には、カプセル型内視鏡２は、被検体１の内部に導入され、被検体１内を移動しつつ被検体内情報を取得し、取得した被検体内情報を含む無線信号を外部に送信する機能を有する。また、カプセル型内視鏡２は、後述する位置関係の検出のための磁場検出機能を有すると共に駆動電力が外部から供給される構成を有し、具体的には外部から送信された無線信号を受信し、受信した無線信号を駆動電力として再生する機能を有する。

図２は、カプセル型内視鏡２の構成を示すブロック図である。図２に示すように、カプセル型内視鏡２は、被検体内情報を取得する機構として、被検体内情報を取得する被検体内情報取得部１４と、取得された被検体内情報に対して所定の処理を行う信号処理部１５とを備える。また、カプセル型内視鏡２は、磁場検出機構として磁場を検出し、検出磁場に対応した電気信号を出力する磁場センサ１６と、出力された電気信号を増幅するための増幅部１７と、増幅部１７から出力された電気信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部１８とを備える。

被検体内情報取得部１４は、被検体内情報、本実施の形態１においては被検体内の画像データたる被検体内画像を取得するためのものである。具体的には、被検体内情報取得部１４は、照明部として機能するＬＥＤ２２と、ＬＥＤ２２の駆動を制御するＬＥＤ駆動回路２３と、ＬＥＤ２２によって照明された領域の少なくとも一部を撮像する撮像部として機能するＣＣＤ２４と、ＣＣＤ２４の駆動状態を制御するＣＣＤ駆動回路２５とを備える。なお、照明部および撮像部の具体的な構成としては、ＬＥＤ、ＣＣＤを用いることは必須ではなく、例えば撮像部としてＣＭＯＳ等を用いることとしても良い。

磁場センサ１６は、カプセル型内視鏡２の存在領域に形成されている磁場の方位および強度を検出するためのものである。具体的には、磁場センサ１６は、例えば、ＭＩ（Magneto Impedance）センサを用いて形成されている。ＭＩセンサは、例えばFeCoSiB系アモルファスワイヤを感磁媒体として用いた構成を有し、感磁媒体に高周波電流を通電した際に、外部磁界に起因して感磁媒体の磁気インピーダンスが大きく変化するＭＩ効果を利用して磁場強度の検出を行っている。なお、磁場センサ１６は、ＭＩセンサ以外にも、例えばＭＲＥ（磁気抵抗効果）素子、ＧＭＲ（巨大磁気抵抗効果）磁気センサ等を用いて構成することとしても良い。

図１にも示したように、本実施の形態１では、検出対象たるカプセル型内視鏡２の座標軸として、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸によって規定された対象座標軸を想定している。かかる対象座標軸に対応して、磁場センサ１６は、カプセル型内視鏡２が位置する領域に形成された磁場について、Ｘ方向成分、Ｙ方向成分およびＺ方向成分の磁場強度を検出し、それぞれの方向における磁場強度に対応した電気信号を出力する機能を有する。磁場センサ１６によって検出された、対象座標軸における磁場強度成分は、後述の無線送信部１９を介して位置検出装置３に送信され、位置検出装置３は、磁場センサ１６によって検出された磁場成分の値に基づいて対象座標軸と基準座標軸の位置関係を導出することとなる。

さらに、カプセル型内視鏡２は、送信回路２６および送信アンテナ２７を備えると共に外部に対して無線送信を行うための無線送信部１９と、無線送信部１９に対して出力する信号に関して、信号処理部１５から出力されたものとＡ／Ｄ変換部１８から出力されたものとの間で適宜切り替える切替部２０とを備える。また、カプセル型内視鏡２は、被検体内情報取得部１４、信号処理部１５および切替部２０の駆動タイミングを同期させるためのタイミング発生部２１を備える。

また、カプセル型内視鏡２は、外部からの給電用の無線信号を受信するための機構として、受信アンテナ２８と、受信アンテナ２８を介して受信された無線信号から電力を再生する電力再生回路２９と、電力再生回路２９から出力された電力信号の電圧を昇圧する昇圧回路３０と、昇圧回路３０によって所定の電圧に変化した電力信号を蓄積し、上記した他の構成要素の駆動電力として供給する蓄電器３１とを備える。

受信アンテナ２８は、例えばループアンテナを用いて形成される。かかるループアンテナは、カプセル型内視鏡２内の所定の位置に固定されており、具体的にはカプセル型内視鏡２に固定された対象座標軸における所定の位置および指向方向を有するよう配置されている。

次に、位置検出装置３について説明する。位置検出装置３は、図１に示すように、カプセル型内視鏡２から送信される無線信号を受信するための受信アンテナ７ａ〜７ｄと、カプセル型内視鏡２に対して給電用の無線信号を送信するための送信アンテナ８ａ〜８ｄと、第１直線磁場を形成する第１直線磁場形成部９と、第２直線磁場を形成する第２直線磁場形成部１０と、拡散磁場を形成する拡散磁場形成部１１と、受信アンテナ７ａ〜７ｄを介して受信された無線信号等に対して所定の処理を行う処理装置１２とを備える。

受信アンテナ７ａ〜７ｄは、カプセル型内視鏡２に備わる無線送信部１９から送信された無線信号を受信するためのものである。具体的には、受信アンテナ７ａ〜７ｄは、ループアンテナ等によって形成され、処理装置１２に対して受信した無線信号を伝達する機能を有する。

送信アンテナ８ａ〜８ｄは、処理装置１２によって生成された無線信号をカプセル型内視鏡２に対して送信するためのものである。具体的には、送信アンテナ８ａ〜８ｄは、処理装置１２と電気的に接続されたループアンテナ等によって形成されている。

なお、受信アンテナ７ａ〜７ｄ、送信アンテナ８ａ〜８ｄおよび以下に述べる第１直線磁場形成部９等の具体的な構成としては、図１に示したものに限定されないことに注意が必要である。すなわち、図１はこれらの構成要素についてあくまで模式的に示すものであって、受信アンテナ７ａ〜７ｄ等の個数は図１に示した個数に限定されることはなく、配置される位置、具体的な形状等についても、図１に示したものに限定されること無く任意の構成を採用することが可能である。

第１直線磁場形成部９は、被検体１内において所定方向の直線磁場を形成するためのものである。ここで、「直線磁場」とは、少なくとも所定の空間領域、本実施の形態１では被検体１内部のカプセル型内視鏡２が位置しうる空間領域において、実質上１方向のみの磁場成分からなる磁場のことをいう。第１直線磁場形成部９は、具体的には、図１にも示すように、被検体１の胴体部分を覆うように形成されたコイルと、かかるコイルに対して所定の電流を供給する電流源（図示省略）とを備え、かかるコイルに所定の電流を流すことによって、被検体１内部の空間領域内に直線磁場を形成する機能を有する。ここで、第１直線磁場の進行方向としては任意の方向を選択することとして良いが、本実施の形態１においては、第１直線磁場は、被検体１に対して固定された基準座標軸におけるｚ軸方向に進行する直線磁場であることとする。

図３は、第１直線磁場形成部９によって形成される第１直線磁場を示す模式図である。図３に示すように、第１直線磁場形成部９を形成するコイルは、被検体１の胴部を内部に含むよう形成されると共に基準座標軸におけるｚ軸方向に延伸した構成を有する。従って、第１直線磁場形成部９によって被検体１内部に形成される第１直線磁場は、図３に示すように、基準座標軸におけるｚ軸方向に進行する磁力線が形成されることとなる。

次に、第２直線磁場形成部１０および拡散磁場形成部１１について説明する。第２直線磁場形成部１０および拡散磁場形成部１１は、それぞれ特許請求の範囲における磁場形成手段の一例として機能するものであり、形成される第２直線磁場および拡散磁場は、特許請求の範囲における位置検出用磁場の一例として機能するものである。なお、以下の説明においては、特に具体例に関して第２直線磁場形成部１０を磁場形成手段の例として説明するが、説明からも明らかなように、磁場形成手段の例として拡散磁場形成部１１を用いた場合であっても同様に成立することはもちろんである。

第２直線磁場形成部１０は、第１直線磁場とは異なる方向に進行する直線磁場である第２直線磁場を形成するためのものである。また、拡散磁場形成部１１は、第１直線磁場形成部９、第２直線磁場形成部１０とは異なり、磁場方向が位置依存性を有する拡散磁場、本実施の形態１では拡散磁場形成部１１から離隔するにつれて拡散する磁場を形成するためのものである。

図４は、第２直線磁場形成部１０および拡散磁場形成部１１の構成を示すと共に、第２直線磁場形成部１０によって形成される第２直線磁場の態様を示す模式図である。図４に示すように、第２直線磁場形成部１０は、基準座標軸におけるｙ軸方向に延伸し、コイル断面がｘｚ平面と平行となるよう形成されたコイル３２と、コイル３２に対して電流供給を行うための電流源３３とを備える。このため、コイル３２によって形成される第２直線磁場は、図４に示すように、少なくとも被検体１内部においては直線磁場となると共に、コイル３２から離れるにつれて徐々に強度が減衰する特性、すなわち強度に関して位置依存性を有することとなる。

また、拡散磁場形成部１１は、コイル３４と、コイル３４に対して電流供給を行うための電流源３５とを備える。ここで、コイル３２は、あらかじめ定めた方向に進行方向を有する磁場を形成するよう配置されており、本実施の形態１の場合には、コイル３２によって形成される直線磁場の進行方向が基準座標軸におけるｙ軸方向となるよう配置されている。また、コイル３４は、後述する磁力線方位データベース４２に記憶された磁場方向と同一の拡散磁場を形成する位置に固定されている。

なお、本実施の形態１において、第２直線磁場形成部１０および拡散磁場形成部１１は、後述する磁場強度制御部５０による制御に従って、形成する磁場の強度を調整する機能を有する。具体的には、第２直線磁場形成部１０および拡散磁場形成部１１は、磁場強度制御部５０の制御に対して電流源３３、３５によって供給される電流値を調整することによって、磁場強度の調整を行う機能を有する。

図５は、拡散磁場形成部１１によって形成される拡散磁場の態様を示す模式図である。図５に示すように、拡散磁場形成部１１に備わるコイル３４は、被検体１の表面上に渦巻き状に形成されており、拡散磁場形成部１１によって形成される拡散磁場は、図５に示すようにコイル３４（図５にて図示省略）によって形成された磁場において、磁力線が放射状に一旦拡散し、再びコイル３４に入射するよう形成されている。

なお、本実施の形態１において、第１直線磁場形成部９、第２直線磁場形成部１０および拡散磁場形成部１１は、それぞれ異なる時刻に磁場を形成することとする。すなわち、本実施の形態１では、第１直線磁場形成部９等は、同時に磁場を形成するのではなく、所定の順序に従って磁場を形成する構成とし、カプセル型内視鏡２に備わる磁場センサ１６は、第１直線磁場、第２直線磁場および拡散磁場を別個独立に検出することとする。

次に、処理装置１２の構成について説明する。図６は、処理装置１２の具体的な構成を模式的に示すブロック図である。まず、処理装置１２は、カプセル型内視鏡２によって送信された無線信号の受信処理を行う機能を有し、かかる機能に対応して、受信アンテナ７ａ〜７ｄのいずれかを選択する受信アンテナ選択部３７と、選択した受信アンテナを介して受信された無線信号に対して復調処理等を行うことによって、無線信号に含まれる原信号を抽出する受信回路３８と、抽出された原信号を処理することによって画像信号等を再構成する信号処理部３９とを有する。

具体的には、信号処理部３９は、抽出された原信号に基づき磁場信号Ｓ１〜Ｓ３および画像信号Ｓ４を再構成し、それぞれ適切な構成要素に対して出力する機能を有する。ここで、磁場信号Ｓ１〜Ｓ３は、それぞれ磁場センサ１６によって検出された第１直線磁場、第２直線磁場および拡散磁場に対応する磁場信号である。また、画像信号Ｓ４は、被検体内情報取得部１４によって取得された被検体内画像に対応するものである。なお、磁場信号Ｓ₁〜Ｓ₃の具体的な形態としては、カプセル型内視鏡２に対して固定された対象座標軸における検出磁場強度に対応した方向ベクトルによって表現され、対象座標軸における磁場進行方向および磁場強度に関する情報を含むものとする。また、画像信号Ｓ４は、記録部４３に対して出力される。記録部４３は、入力されたデータを携帯型記録媒体５に対して出力するためのものであり、画像信号Ｓ４以外にも、後述する位置検出の結果等についても携帯型記録媒体５に記録する機能を有する。

また、処理装置１２は、カプセル型内視鏡２によって検出された磁場強度等に基づき、被検体１内部におけるカプセル型内視鏡２の位置を検出する機能と、被検体１に対して固定された基準座標軸に対してカプセル型内視鏡２に対して固定された対象座標軸のなす方位とを検出する機能を有する。具体的には、カプセル型内視鏡２によって送信され、信号処理部３９によって出力される信号のうち、第１直線磁場および第２直線磁場の検出強度に対応した磁場信号Ｓ₁、Ｓ₂に基づき基準座標軸に対する対象座標軸のなす方位を導出する方位導出部４０と、拡散磁場の検出強度に対応した磁場信号Ｓ₃および磁場信号Ｓ₂と、方位導出部４０の導出結果とを用いてカプセル型内視鏡２の位置を導出する位置導出部４１と、位置導出部４１による位置導出の際に、拡散磁場を構成する磁力線の進行方向と位置との対応関係を記録した磁力線方位データベース４２とを備える。これらの構成要素による方位導出および位置導出に関しては、後に詳細に説明する。

さらに、処理装置１２は、カプセル型内視鏡２に対して駆動電力を無線送信する機能を有し、送信する無線信号の周波数を規定する発振器４４と、発振器４４から出力される無線信号の強度を増幅する増幅回路４６と、無線信号の送信に用いる送信アンテナを選択する送信アンテナ選択部４７とを備える。かかる無線信号は、カプセル型内視鏡２に備わる受信アンテナ２８によって受信され、カプセル型内視鏡２の駆動電力として機能することとなる。

また、処理装置１２は、受信アンテナ選択部３７および送信アンテナ選択部４７によるアンテナ選択態様を制御する選択制御部４８を備える。選択制御部４８は、方位導出部４０および位置導出部４１によってそれぞれ導出されたカプセル型内視鏡２の方位および位置に基づき、カプセル型内視鏡２に対する送受信に最も適した送信アンテナ８および受信アンテナ７を選択する機能を有する。

また、処理装置１２は、第２直線磁場形成部１０および拡散磁場形成部１１によって形成される磁場の強度を制御する機能を有する。具体的には、処理装置１２は、記録部４３に記録された、カプセル型内視鏡２の位置の履歴に基づきカプセル型内視鏡２の移動速度を導出する移動速度導出部４８と、導出した移動速度とカプセル型内視鏡２の過去の位置とに基づきカプセル型内視鏡２が位置する範囲を導出する範囲導出部４９と、導出された範囲に基づき第２直線磁場形成部１０および拡散磁場形成部１１に対して形成磁場強度の制御を行う磁場強度制御部５０とを備える。移動速度導出部４８および磁場強度制御部５０の機能については、後に詳細に説明する。また、処理装置１２は、これらの構成要素に対して駆動電力を供給するための電力供給部５１を備える。

次に、本実施の形態１にかかる被検体内導入システムの動作について説明する。以下では、検出対象たるカプセル型内視鏡２の位置検出メカニズムについて説明した後に、位置導出等に使用される第２直線磁場および拡散磁場の強度制御メカニズムについて説明を行い、最後に全体としての動作について説明を行う。

まず、カプセル型内視鏡２の位置検出メカニズムについて説明する。本実施の形態１にかかる被検体内導入システムでは、被検体１に対して固定された基準座標軸と、カプセル型内視鏡２に対して固定された対象座標軸との間で位置関係を導出する構成を有し、具体的には、基準座標軸に対する対象座標軸の方位を導出した上で、導出した方位を利用しつつ基準座標軸上における対象座標軸の原点の位置、すなわち被検体１内部におけるカプセル型内視鏡２の位置を導出することとしている。従って、以下ではまず方位導出メカニズムについて説明した後、導出した方位を用いた位置導出メカニズムについて説明することとなるが、本発明の適用対象がかかる位置検出メカニズムを有するシステムに限定されないことはもちろんである。

方位導出部４０によって行われる方位導出メカニズムについて説明する。図７は、被検体１中をカプセル型内視鏡２が移動している際における基準座標軸と対象座標軸との関係を示す模式図である。既に説明したように、カプセル型内視鏡２は、被検体１内部を通過経路に沿って進行しつつ、進行方向を軸として所定角度だけ回転している。従って、カプセル型内視鏡２に対して固定された対象座標軸は、被検体１に固定された基準座標軸に対して、図７に示すような方位のずれを生じることとなる。

一方で、第１直線磁場形成部９および第２直線磁場形成部１０は、それぞれ被検体１に対して固定される。従って、第１直線磁場形成部９および第２直線磁場形成部１０によって形成される第１、第２直線磁場は、基準座標軸に対して一定の方向、具体的には第１直線磁場は基準座標軸におけるｚ軸方向、第２直線磁場はｙ軸方向に進行する。

本実施の形態１における方位導出は、かかる第１直線磁場および第２直線磁場を利用して行われる。具体的には、まず、カプセル型内視鏡２に備わる磁場センサ１６によって、時分割に供給される第１直線磁場および第２直線磁場の進行方向が検出される。磁場センサ１６は、対象座標軸におけるＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の磁場成分を検出するよう構成されており、検出された第１、第２直線磁場の対象座標軸における進行方向に関する情報は、無線送信部１９を介して位置検出装置３に対して送信される。

カプセル型内視鏡２によって送信された無線信号は、信号処理部３９等による処理を経て、磁場信号Ｓ₁、Ｓ₂として出力される。例えば、図７の例においては、磁場信号Ｓ₁には、第１直線磁場の進行方向として座標（Ｘ₁、Ｙ₁、Ｚ₁）に関する情報が含まれ、磁場信号Ｓ₂には、第２直線磁場の進行方向として座標（Ｘ₂、Ｙ₂、Ｚ₂）に関する情報が含まれる。これに対して、方位導出部４０は、磁場信号Ｓ₁、Ｓ₂の入力を受けて基準座標軸に対する対象座標軸の方位の導出を行う。具体的には、方位導出部４０は、対象座標軸において、（Ｘ₁、Ｙ₁、Ｚ₁）および（Ｘ₂、Ｙ₂、Ｚ₂）の双方に対する内積の値が０となる座標（Ｘ₃、Ｙ₃、Ｚ₃）を基準座標軸におけるｚ軸の方向に対応するものとして把握する。そして、方位導出部４０は、上記の対応関係に基づいて所定の座標変換処理を行い、対象座標軸におけるＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の、基準座標軸における座標を導出し、かかる座標を方位情報として出力する。以上が方位導出部４０による方位導出メカニズムである。

次に、位置導出部４１によるカプセル型内視鏡２の位置導出メカニズムを説明する。位置導出部４１は、信号処理部３９から磁場信号Ｓ₂、Ｓ₃が入力され、方位導出部４０から方位情報が入力されると共に、磁力線方位データベース４２に記憶された情報を入力する構成を有する。位置導出部４１は、入力されるこれらの情報に基づき、以下の通りにカプセル型内視鏡２の位置導出を行う。

まず、位置導出部４１は、磁場信号Ｓ₂を用いて、第２直線磁場形成部１０とカプセル型内視鏡２との間の距離の導出を行う。磁場信号Ｓ₂は、カプセル型内視鏡２の存在領域における第２直線磁場の検出結果に対応するものであり、第２直線磁場は、第２直線磁場形成部１０が被検体１外部に配置されたことに対応して、第２直線磁場形成部１０から離隔するにつれてその強度が減衰する特性を有する。かかる特性を利用して、位置導出部４１は、第２直線磁場形成部１０近傍における第２直線磁場の強度（第２直線磁場形成部１０に流す電流値より求まる）と、磁場信号Ｓ₂から求まるカプセル型内視鏡２の存在領域における第２直線磁場の強度とを比較し、第２直線磁場形成部１０とカプセル型内視鏡２との間の距離ｒを導出する。かかる距離ｒを導出した結果、図８に示すように、カプセル型内視鏡２は、第２直線磁場形成部１０から距離ｒだけ離れた点の集合である曲面５２上に位置することが明らかとなる。

そして、位置導出部４１は、磁場信号Ｓ₃、方位導出部４０によって導出された方位情報および磁力線方位データベース４２に記憶された情報に基づきカプセル型内視鏡２の曲面５２上における位置を導出する。具体的には、磁場信号Ｓ₃および方位情報に基づき、カプセル型内視鏡２の存在位置における拡散磁場の進行方向を導出する。磁場信号Ｓ₃は、拡散磁場を対象座標軸に基づき検出した結果に対応する信号であるから、かかる磁場信号Ｓ₃に基づく拡散磁場の進行方向に関して、方位情報を用いて対象座標軸から基準座標軸へ座標変換処理を施すことによって、カプセル型内視鏡２の存在位置における、基準座標軸における拡散磁場の進行方向が導出される。そして、磁力線方位データベース４２は、基準座標軸における拡散磁場の進行方向と位置との対応関係を記録していることから、位置導出部４１は、図９に示すように、磁力線方位データベース４２に記憶された情報を参照することによって導出した拡散磁場の進行方向に対応した位置を導出し、導出した位置をカプセル型内視鏡２の位置として特定する。以上が位置導出部４１による位置導出メカニズムである。

次に、第２直線磁場および拡散磁場の強度制御について説明する。かかる磁場強度の制御は、位置検出用磁場として使用される第２直線磁場等の形成に必要となる電力の消費量を低減する目的でなされるものである。より具体的には、本実施の形態１における磁場強度制御は、これから行われる位置検出の際において、カプセル型内視鏡２の位置をある程度予測し、かかる予測範囲においてカプセル型内視鏡２の備わる磁場センサ１６によって検出することが可能な限りで形成磁場の強度を低減するものである。

本実施の形態１では、磁場強度制御は、大別して以下のプロセスに従って行われる。すなわち、移動速度導出部４８によるカプセル型内視鏡２の移動速度の導出と、範囲導出部４９によるカプセル型内視鏡２の存在可能領域の導出と、磁場制御部５０による、存在可能領域に基づく第２直線磁場形成部１０および拡散磁場形成部１１との制御である。以下、移動速度の導出、存在可能領域の導出および第２直線磁場形成部１０等の制御についてそれぞれ説明する。

なお、以下の説明及び図１０以下において、時刻ｔは位置検出が行われる時刻を意味し、時刻ｔのうち、時刻ｔ_-1、ｔ₀およびｔ₁は、既に位置検出が行われた時刻、すなわち過去の時刻であって、時刻ｔ₂は、これから行われる位置検出に対応した時刻であって、磁場強度制御は、時刻ｔ₂における位置検出に関して行われるものとする。すなわち、本実施の形態１において、特許請求の範囲における「第１時刻」は時刻ｔ₁に対応し、「第２時刻」は時刻ｔ₂に対応し、「過去の複数の時刻」は、時刻ｔ_-1、ｔ₀、ｔ₁に対応するものとして説明を行う。

図１０は、移動速度および存在可能領域の導出メカニズムについて説明するための模式図である。まず、移動速度導出部４８は、記録部４３に記録された、異なる時刻ｔ_-1、ｔ₀、ｔ₁における位置に基づき、時刻ｔ_-1〜ｔ₀における移動距離ｒ_-1および時刻ｔ₀〜ｔ₁における移動距離ｒ₀を導出し、移動距離を用いて過去の平均移動速度を導出する。具体的には、例えば、時刻ｔ_-1〜ｔ₀における平均速度ｖ_-1と、時刻ｔ₀〜ｔ₁における平均速度ｖ₀とを用いることによって、時刻ｔ₁〜ｔ₂における移動速度の平均値ｖを、

ｖ＝（ｖ_-1＋ｖ₀）／２＝（１／２）｛ｒ_-1／（ｔ₀−ｔ_-1）｝＋｛ｒ₀／（ｔ₁−ｔ₀）｝ ・・・（１）

と導出する。なお、本実施の形態１において、時刻ｔ₁〜ｔ₂における移動速度は、過去の複数の時刻に検出された位置に基づき導出されるものであれば（１）式に示すもの以外でも良く、例えば最も単純な構成として、ｖ＝ｖ₀として時刻ｔ₁〜ｔ₂における移動速度を導出することとしても良い。

そして、範囲導出部４９は、移動速度導出部４８によって導出された移動速度に基づき、時刻ｔ₂におけるカプセル型内視鏡２の存在可能領域を導出する。範囲導出部４９は、図１０に示すように、時刻ｔ₁に検出したカプセル型内視鏡２の位置を中心として、導出した移動速度と、時刻ｔ₁から時刻ｔ₂までの経過時間Δｔ（＝ｔ₂−ｔ₁）とを乗算した値を半径とした球状領域５３として存在可能領域を導出する。すなわち、本実施の形態１においては、カプセル型内視鏡２は、時刻ｔ₂に図１１に示す球状領域５３中に存在するものと範囲導出部４９によって推測される。

存在可能領域が導出された後、磁場強度制御部５０は、かかる領域をカバーするよう第２直線磁場形成部１０および拡散磁場形成部１１による形成磁場の強度の調整を行う。図１１は、磁場強度制御部５０による制御の例として、第２直線磁場形成部１０に関する磁場強度の制御について示す模式図である。なお、図１１において、「磁場形成領域」とは、位置検出に関して有意な磁場が形成される領域のことをいい、具体的には、例えばカプセル型内視鏡２に備わる磁場センサ１６によって検出可能な強度の磁場が形成される領域を言う。磁場強度制御部５０の制御によって、第２磁場形成部１０は、磁場形成領域５４が球状領域５３を含むという条件の下で、消費電力が最も小さくなるよう磁場を形成する。具体的には、第２直線磁場は、第２直線磁場形成部１０から離隔するにつれて強度が減衰する特性を有することから、第２直線磁場形成部１０は、球状領域５３のうち最も遠方に位置する部分と、磁場形成領域５４の周縁部とが重なるよう磁場形成を行う。以上が磁場強度制御部５０による磁場強度制御メカニズムである。

以上説明した位置検出メカニズムおよび磁場強度制御メカニズムを用いて、処理装置１２は、図１２に示すフローチャートに従って動作する。まず、磁場強度制御部５０は、最初の位置検出を行うために、磁場形成領域が被検体１全体を覆うよう第２直線磁場形成部１０等を制御し、かかる制御に対応した磁場が形成される（ステップＳ１０１）。そして、形成された磁場を利用して、上述のメカニズムにより位置導出が行われ（ステップＳ１０２）、検出した位置等に基づき、ステップＳ１０２における位置検出から所定時間（＝Δｔ）経過後におけるカプセル型内視鏡２の存在可能範囲の導出を行う（ステップＳ１０３）。

その後、磁場強度制御部５０は、存在可能範囲に対応した磁場形成領域を設定し、かかる磁場形成領域を実現するよう第２直線磁場形成部１０等に対して制御を行い（ステップＳ１０４）、制御内容をフィードバックしつつ所定時間経過後のカプセル型内視鏡２の位置導出を行う（ステップＳ１０５）。そして、位置検出が終了するか否かを判定し（ステップＳ１０６）、終了しない場合には（ステップＳ１０６，Ｎｏ）、再びステップＳ１０３に戻って、上述の処理を繰り返す。なお、処理装置１２は、以上の動作と対応して、カプセル型内視鏡２から送信された無線信号に基づく被検体内画像データの再構成・記録およびカプセル型内視鏡２に対する駆動電力の送信等の動作を行うが、本発明の特徴部分ではないことから、ここでは説明を省略する。

なお、ステップＳ１０１において被検体全体を覆うよう磁場形成領域を設定することとしたのは、最初に行う位置検出の際には、上述したメカニズムによる存在可能範囲の導出が困難なためである。すなわち、上述したメカニズムでは、過去に検出された位置等を用いて存在可能範囲の導出を行うことから、最初に行われる位置検出動作のみに関しては、従来と同様のメカニズムに従って位置検出が行われることとなる。

また、ステップＳ１０５において、磁場強度制御部５０による制御内容をフィードバックしつつ位置導出部４１による位置導出を行うこととしたのは以下の理由に基づく。すなわち、位置導出動作のうち、特に図８に示す第２直線磁場形成部１０とカプセル型内視鏡２との間の距離ｒの導出では、第２直線磁場形成部１０から出力される第２直線磁場の強度が、第２直線磁場形成部１０から離れるに従って減衰する特性を利用したものである。具体的には、位置導出部４１は、第２直線磁場の強度減衰率に基づき距離ｒを導出するため、第２直線磁場形成部１０の近傍における磁場強度を把握する必要がある。従って、ステップＳ１０５における位置導出の際には、位置導出部４１（および必要に応じて方位導出部４０）は、磁場強度制御部５０から制御内容に関する情報が入力され、かかる情報を利用して位置検出を行うこととしている。

次に、本実施の形態１にかかる被検体内導入システムの利点について説明する。本実施の形態１にかかる被検体内導入システムは、形成磁場を用いてカプセル型内視鏡の位置検出を行うと共に、位置検出に用いる磁場の強度を必要充分な値に制御することによって、位置検出装置３全体における消費電力を低減できるという利点を有する。

すなわち、本実施の形態１にかかる被検体内導入システムでは、図１１に示すように、位置検出を行う時点（＝ｔ₂）においてカプセル型内視鏡２が存在する可能性の高い領域として存在可能範囲を設定し、かかる存在可能範囲をカバーする限度で磁場形成を行うこととしている。そのため、従来のように被検体１全体をカバーするように磁場形成を行った場合と比較して、磁場形成領域を大幅に狭くすることが可能となり、磁場形成に要する電力量を低減することが可能であって、低消費電力の被検体内導入システムを実現することが可能である。

また、本実施の形態１にかかる被検体内導入システムでは、磁場形成領域を従来よりも狭く設定することとしたため、従来よりも周辺機器に及ぼす影響を低減できるという利点を有する。すなわち、磁場形成領域を狭く設定することによって、被検体１の外部に形成される磁場の強度も低減されることとなり、被検体１の外部に位置する電子機器等に及ぼす影響を低減することが可能である。

さらに、本実施の形態１にかかる被検体内導入システムは、図１１に示すように、存在可能範囲として、時刻ｔ₁におけるカプセル型内視鏡２の位置を中心とし、導出された移動速度ｖと経過時間Δｔを乗算した値を半径とした球状領域５３を導出することとしている。存在可能範囲を球状領域５３によって定義することによって、高い確実性を有する存在可能範囲を導出することが可能である。

一般に、カプセル型内視鏡２は、被検体１内部における通過領域に応じて移動速度が変化する特性を有する。従って、例えば、存在可能範囲を時刻ｔ₁における位置に対して一律に定めることとした場合には、食道のようにカプセル型内視鏡２が高速で移動する領域では、時刻ｔ２において存在可能範囲を外れた位置にカプセル型内視鏡２が位置することになる確率が高く、確実な位置検出を行えないこととなる。これに対して、本実施の形態１では、過去の検出結果に基づき移動速度を導出し、導出した移動速度によって到達可能な範囲について存在可能範囲として設定する構成を採用することから、存在可能範囲を一律に定めた場合のような弊害が生じることはなく、高い確実性を有する存在可能範囲を導出することが可能である。すなわち、本実施の形態１にかかる被検体内導入システムは、位置検出精度を維持しつつ磁場形成に要する電力を低減できるという利点を有する。

（実施の形態２）
次に、実施の形態２にかかる被検体内導入システムについて説明する。本実施の形態２にかかる被検体内導入システムは、磁場強度の制御の前提として行われるカプセル型内視鏡２の移動速度に関して、被検体１内部におけるカプセル型内視鏡２の位置と移動速度との関係をあらかじめ記録したデータベースを用いて導出する構成を有する。

図１３は、本実施の形態２にかかる被検体内導入システムに備わる処理装置５５の構成を示す模式的なブロック図である。なお、本実施の形態２にかかる被検体内導入システムは、基本的には実施の形態１にかかる被検体内導入システムと同様の構成を有し、図示は省略したものの、実施の形態１と同様にカプセル型内視鏡２、表示装置４および携帯型記録媒体５を備える。また、位置検出装置に関しても、以下で説明する処理装置５５の他、実施の形態１と同様に受信アンテナ７ａ〜７ｄ、送信アンテナ８ａ〜８ｄ、第１直線磁場形成部９、第２直線磁場形成部１０および拡散磁場形成部１１を有する。さらに、処理装置５５において、実施の形態１における処理装置１２と同様の名称・符号を有するものは、以下で特に言及しない限りにおいて、実施の形態１と同様の構造・機能を有することとする。

本実施の形態２にかかる被検体内導入システムに備わる処理装置５５は、図１３に示すように、新たに移動速度データベース５６を備える。移動速度データベース５６は、被検体１内におけるカプセル型内視鏡２の位置と移動速度との対応関係に関する情報を記録する機能を有し、移動速度導出部５７は、記録部４３に記録された、第１時刻におけるカプセル型内視鏡２の位置と、移動速度データベース５６に記録された情報とに基づき第２時刻におけるカプセル型内視鏡２の移動速度を導出する機能を有する。

カプセル型内視鏡２の移動速度は、被検体１内部で常に一定値を維持するのではなく、通過する消化器官の構造等に起因して変動するのが通常であり、例えば食道を通過する際には高速で移動する一方で、小腸を通過する際には移動速度が低下する性質を有する。本実施の形態２では、カプセル型内視鏡２が被検体１内の位置に応じて移動速度が変化する特性に着目し、あらかじめ被検体内の位置と移動速度との対応関係を類型化し、類型化した対応関係をデータとして用意しておくことによって移動速度の導出を行うこととする。

図１４は、移動速度データベース５６に記録された情報の内容の一例を示す模式図である。図１４に示すように、移動速度データベース５６は、一例として、カプセル型内視鏡２が通過する領域を３つに大別する。具体的には移動速度データベース５６は、食道に対応した第１速度領域５９、胃に対応した第２速度領域６０および小腸・大腸に対応した第３速度領域６１の位置を記憶し、それぞれの領域ごとに最大速度を記憶する機能を有する。

これに対して、移動速度導出部５７は、次のようにカプセル型内視鏡２の移動速度の導出を行う。すなわち、移動速度導出部５７は、最初に記録部４３を参照し、第１時刻（時刻ｔ₁）におけるカプセル型内視鏡２の位置に関する情報を取得する。そして、移動速度導出部５７は、取得したカプセル型内視鏡２の位置に基づき、第１時刻においてカプセル型内視鏡２がどの速度領域内に位置するかを判定し、対応する移動速度に関する情報を取得する。例えば、図１４の例では、移動速度導出部５７は、第２速度領域６０に属するものと判断し、第２速度領域６０に対応するものとして移動速度データベース５６に記憶された速度を、第２時刻（時刻ｔ₂）におけるカプセル型内視鏡２の移動速度として把握して範囲導出部４９に出力する機能を有する。

本実施の形態２にかかる被検体内導入システムの利点について説明する。本実施の形態２では、実施の形態１における利点に加えて、移動速度の導出を簡易に行えるという利点を有する。すなわち、本実施の形態２において、移動速度導出部５７は、既に検出された第１時刻におけるカプセル型内視鏡２の位置に基づき、対応する情報を移動速度データベース５６から入力することによって移動速度を導出する。従って、本実施の形態２では、移動速度の導出にあたって演算処理等を行う必要が無く、迅速かつ簡易に移動速度を導出することが可能であるという利点を有する。

（実施の形態３）
次に、実施の形態３にかかる被検体内導入システムについて説明する。本実施の形態３にかかる被検体内導入システムは、存在可能範囲の導出の際に、移動速度のみならず移動方向に関しても導出することによって、より確実性の高い存在可能範囲を導出することを可能としている。

図１５は、本実施の形態３にかかる被検体内導入システムに備わる処理装置６３の構成を示す模式的なブロック図である。なお、実施の形態２の場合と同様に、図示は省略するものの本実施の形態３にかかる被検体内導入システムは、カプセル型内視鏡２、表示装置４および携帯型記録媒体５を備えることとし、位置検出装置に関しても、以下で説明する処理装置６３の他、実施の形態１と同様に受信アンテナ７ａ〜７ｄ等を備えることとする。さらに、実施の形態１、２と同様の名称・符号を付したものは、以下で特に言及しない限り、実施の形態１、２と同様の構造・機能を有することとする。

図１５に示すように、処理装置６３は、移動方向導出部６４をさらに備えた構成を有する。移動方向導出部６４は、記録部４３に記録された、第１時刻におけるカプセル型内視鏡２の指向方向に基づきカプセル型内視鏡２の移動方向を導出する機能を有し、導出した移動方向について、範囲導出部６５に出力する機能を有する。移動方向導出部６４を新たに設けたことに対応して、範囲導出部６５は、記録部４３に記録された、第１時刻におけるカプセル型内視鏡２の位置と、移動速度導出部４８によって導出された移動速度と、移動方向導出部６４によって導出された移動速度とに基づき、第２時刻におけるカプセル型内視鏡２の存在可能範囲を導出する機能を有する。

図１６は、本実施の形態３における存在可能範囲の導出メカニズムについて説明するための模式図である。時刻ｔ₁（第１時刻）におけるカプセル型内視鏡２の位置に対して、移動速度導出部４８によって移動速度ｖが導出され、移動方向導出部６４によって移動方向（ａ₁、ｂ₁、ｃ₁）が導出されたものとする。これに対して、時刻ｔ₂（第２時刻）におけるカプセル型内視鏡２は、図１６に示すように、移動方向にｖΔｔだけ移動した地点に移動することが予想されることから、範囲導出部６５は、かかる地点を含む所定の領域を存在可能範囲６６として導出する。そして、磁場強度制御部５０は、例えば第２直線磁場形成部１０に対して、存在可能範囲６６を含む磁場形成領域６７を形成するよう制御を行う。

本実施の形態３にかかる被検体内導入システムの利点について説明する。本実施の形態３では、上述のように存在可能範囲の導出にあたって、移動速度のみならず、移動方向も用いる構成を採用する。従って、実施の形態１、２のように、移動方向を特に考慮せず、時刻ｔ₁におけるカプセル型内視鏡２の位置を中心とした球状領域として存在可能範囲を導出した場合と比較して、存在可能範囲を狭めることが可能である。従って、図１６に示す例のような場合には、時刻ｔ₁におけるカプセル型内視鏡２の位置を中心とした球状領域を存在可能範囲とした場合と比較して、磁場形成領域を狭めた構成とすることが可能であり、第２直線磁場形成部１０等における磁場形成に要する電力消費をさらに低減できるという利点を有する。

（変形例）
次に、実施の形態３にかかる被検体内導入システムの変形例について説明する。実施の形態３では、移動方向導出部６４が、記録部４３に記録された、時刻ｔ₁におけるカプセル型内視鏡２の指向方向に基づき移動方向を導出することとしたが、本変形例では、過去の複数の時刻におけるカプセル型内視鏡２の位置に基づいて移動方向を導出することとする。

図１７は、本変形例における移動方向導出メカニズムについて説明するための模式図である。図１７に示すように、本変形例では、過去の複数の時刻ｔ_-1、ｔ₀、ｔ₁における位置に基づき、時刻ｔ_-1から時刻ｔ₀にかけての移動方向ベクトル（ａ₂、ｂ₂、ｃ₂）と、時刻ｔ₀から時刻ｔ₁にかけての移動方向ベクトル（ａ₃、ｂ₃、ｃ₃）に基づいて、時刻ｔ₁から時刻ｔ₂にかけての移動方向ベクトル（ａ₄、ｂ₄、ｃ₄）を導出する。具体的には、例えば過去の移動方向ベクトルの平均値を演算することによって、時刻ｔ₁から時刻ｔ₂にかけての移動方向ベクトルを導出する。かかる手法で移動方向の導出を行うことも有効であり、特に、カプセル型内視鏡２の指向方向まで導出する機能を有さない位置検出装置に適用する場合には、本変形例の構成を採用することによって、指向方向の導出機能を有さなくともカプセル型内視鏡２の移動方向を導出することが可能である。

（実施の形態４）
次に、実施の形態４にかかる被検体内導入システムについて説明する。実施の形態４にかかる被検体内導入システムは、第１直線磁場の代わりに、地磁気を用いることによって位置検出を行う機能を有する。

図１８は、実施の形態４にかかる被検体内導入システムの全体構成を示す模式図である。図１８に示すように、本実施の形態４にかかる被検体内導入システムは、実施の形態１〜３と同様にカプセル型内視鏡２、表示装置４および携帯型記録媒体５を備える一方、位置検出装置６８の構成が異なるものとなる。具体的には、実施の形態１等で位置検出装置に備わっていた第１直線磁場形成部９が省略され、新たに地磁気センサ６９を備えた構成を有する。また、処理装置７０についても、実施の形態１等とは異なる構成を有する。

地磁気センサ６９は、基本的にはカプセル型内視鏡２に備わる磁場センサ１６と同様の構成を有する。すなわち、地磁気センサ６９は、配置された領域において、所定の３軸方向の磁場成分の強度を検出し、検出した磁場強度に対応した電気信号を出力する機能を有する。一方で、地磁気センサ６９は、磁場センサ１６とは異なり、被検体１の体表面上に配置され、被検体１に対して固定された基準座標軸におけるｘ軸、ｙ軸およびｚ軸の方向にそれぞれ対応した磁場成分の強度を検出する機能を有する。すなわち、地磁気センサ６９は、地磁気の進行方向を検出する機能を有し、ｘ軸方向、ｙ軸方向およびｚ軸方向に関して検出した磁場強度に対応した電気信号を処理装置７０に対して出力する構成を有する。

次に、本実施の形態４における処理装置７０について説明する。図１９は、処理装置７０の構成を示すブロック図である。図１９に示すように、処理装置７０は、基本的には実施の形態１における処理装置１２と同様の構成を有する一方で、地磁気センサ６９から入力される電気信号に基づいて基準座標軸上における地磁気の進行方向を導出し、導出結果を方位導出部４０に対して出力する地磁気方位導出部７１を備えた構成を有する。

第１直線磁場として地磁気を利用した場合に問題となるのは、被検体１に対して固定された基準座標軸上における地磁気の進行方向の導出である。すなわち、被検体１はカプセル型内視鏡２が体内を移動する間も自由に行動することが可能であることから、被検体１に対して固定された基準座標軸と地磁気との間の位置関係は、被検体１の移動に伴い変動することが予想される。一方、基準座標軸に対する対象座標軸の位置関係を導出する観点からは、基準座標軸における第１直線磁場の進行方向が不明となった場合には、第１直線磁場の進行方向に関して基準座標軸と対象座標軸の対応関係を明らかにすることができないという問題を生じることとなる。

従って、本実施の形態４では、被検体１の移動等によって基準座標軸上において変動することとなる地磁気の進行方向をモニタするために地磁気センサ６９および地磁気方位導出部７１を備えることとしている。すなわち、地磁気センサ６９の検出結果に基づいて、地磁気方位導出部７１は、基準座標軸上における地磁気の進行方向を導出し、導出結果を方位導出部４０に出力する。これに対して、方位導出部４０は、入力された地磁気の進行方向を用いることによって、地磁気の進行方向に関して基準座標軸と対象座標軸との対応関係を導出し、第２直線磁場における対応関係とあわせて方位情報を導出することを可能としている。

なお、被検体１の方向によっては地磁気の進行方向と第２直線磁場形成部１０によって形成される第２直線磁場とが互いに平行となる場合がある。かかる場合には、直前の時刻における対象座標軸の方位および原点の位置に関するデータも用いることによって、位置関係の検出を行うことが可能である。また、地磁気と第２直線磁場とが互いに平行となることを回避するために、第２直線磁場形成部１０を構成するコイル３４の延伸方向を図３に示したように基準座標軸におけるｙ軸方向とするのではなく、例えばｚ軸方向に延伸する構成とすることも有効である。

次に、本実施の形態４にかかる位置関係検出システムの利点について説明する。本実施の形態４にかかる位置関係検出システムは、実施の形態１における利点に加え、地磁気を利用したことによるさらなる利点を有している。すなわち、第１直線磁場として地磁気を利用する構成を採用することによって、第１直線磁場を形成する機構を省略した構成とすることが可能であり、カプセル型内視鏡２の導入時における被検体１の負担を軽減しつつ基準座標軸に対する対象座標軸の位置関係を導出することが可能である。なお、地磁気センサ６９は、ＭＩセンサ等を用いて構成することが可能であることから小型化が十分可能であり、地磁気センサ６９を新たに設けることによって被検体１の負担が増加することはない。

また、地磁気を第１直線磁場として利用する構成を採用することにより、消費電力低減の観点からも利点を有することとなる。すなわち、コイル等を用いて第１直線磁場を形成した場合には、コイルに流す電流等に起因して電力消費量が増加することとなるが、地磁気を利用することによって、かかる電力消費の必要が無くなることから、低消費電力のシステムを実現することが可能である。

実施の形態１にかかる被検体内導入システムの全体構成について示す模式図である。 被検体内導入システムに備わるカプセル型内視鏡の構成を示す模式的なブロック図である。 位置検出装置に備わる第１直線磁場形成部によって形成される第１直線磁場を示す模式図である。 位置検出装置に備わる第２直線磁場形成部および拡散磁場形成部の構成を示すと共に、第２直線磁場形成部によって形成される第２直線磁場の態様を示す模式図である。 拡散磁場形成部によって形成される拡散磁場の態様を示す模式図である。 位置検出装置に備わる処理装置の構成を示す模式的なブロック図である。 基準座標軸と対象座標軸との関係を示す模式図である。 位置導出の際における第２直線磁場の利用態様を示す模式図である。 位置導出の際における拡散磁場の利用態様を示す模式図である。 移動速度および移動速度を用いた存在可能範囲の導出態様を説明するための模式図である。 導出された存在可能範囲に基づき定まる磁場形成領域について説明するための模式図である。 処理装置の動作を説明するためのフローチャートである。 実施の形態２にかかる被検体内導入システムに備わる処理装置の構成を示す模式的なブロック図である。 移動速度データベースに記録された情報の内容の一例を示す模式図である。 実施の形態３にかかる被検体内導入システムに備わる処理装置の構成を示す模式的なブロック図である。 実施の形態３における存在可能範囲の導出メカニズムについて説明するための模式図である。 実施の形態３にかかる被検体内導入システムの変形例について説明するための模式図である。 実施の形態４にかかる被検体内導入システムの全体構成を示す模式図である。 被検体内導入システムに備わる処理装置の構成を示す模式的なブロック図である。

符号の説明

１ 被検体
２ カプセル型内視鏡
３ 位置検出装置
４ 表示装置
５ 携帯型記録媒体
７ａ〜７ｄ 受信アンテナ
８ａ〜８ｄ 送信アンテナ
９ 第１直線磁場形成部
１０ 第２直線磁場形成部
１１ 拡散磁場形成部
１２ 処理装置
１４ 被検体内情報取得部
１５ 信号処理部
１６ 磁場センサ
１７ 増幅部
１８ Ａ／Ｄ変換部
１９ 無線送信部
２０ 切替部
２１ タイミング発生部
２２ ＬＥＤ
２３ ＬＥＤ駆動回路
２４ ＣＣＤ
２５ ＣＣＤ駆動回路
２６ 送信回路
２７ 送信アンテナ
２８ 受信アンテナ
２９ 電力再生回路
３０ 昇圧回路
３１ 蓄電器
３２ コイル
３３ 電流源
３４ コイル
３５ 電流源
３７ 受信アンテナ選択部
３８ 受信回路
３９ 信号処理部
４０ 方位導出部
４１ 位置導出部
４２ 磁力線方位データベース
４３ 記録部
４４ 発振器
４６ 増幅回路
４７ 送信アンテナ選択部
４８ 移動速度導出部
４９ 範囲導出部
５０ 磁場強度制御部
５１ 電力供給部
５２ 曲面
５３ 球状領域
５４ 磁場形成領域
５５ 処理装置
５６ 移動速度データベース
５７ 移動速度導出部
５９ 第１速度領域
６０ 第２速度領域
６１ 第３速度領域
６３ 処理装置
６４ 移動方向導出部
６５ 範囲導出部
６６ 存在可能範囲
６７ 磁場形成領域
６８ 位置検出装置
６９ 地磁気センサ
７０ 処理装置
７１ 地磁気方位導出部

Claims (11)

1. 少なくとも第１時刻および該第１時刻から所定時間経過した第２時刻において、強度に関して位置依存性を有する位置検出用磁場を用いて検出対象の位置検出を行う位置検出装置であって、
   可変な強度の位置検出用磁場を形成する磁場形成手段と、
   前記検出対象が存在する位置において検出された前記位置検出用磁場の強度に基づき前記検出対象の位置を導出する位置導出手段と、
   前記第１時刻における前記検出対象の位置に基づき、前記第２時刻において前記位置検出用磁場が前記検出対象によって検出可能な強度となるよう前記磁場形成手段を制御する磁場強度制御手段と、
   を備えたことを特徴とする位置検出装置。
2. 前記第１時刻における前記検出対象の位置に基づき、前記第２時刻において前記検出対象が存在することが可能な範囲として存在可能範囲を導出する範囲導出手段をさらに備え、
   前記磁場強度制御手段は、前記範囲導出手段によって導出された存在可能範囲において検出可能な強度の前記位置検出用磁場を形成するよう前記磁場形成手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
3. 前記所定時間における前記検出対象の移動速度を導出する移動速度導出手段をさらに備え、
   前記範囲導出手段は、前記第１時刻における前記検出対象の位置を中心とし、前記検出対象の移動速度に前記所定時間を乗算した値の半径を有する球状領域を前記第２時刻における存在可能範囲とすることを特徴とする請求項１または２に記載の位置検出装置。
4. 前記所定時間における前記検出対象の移動速度を導出する移動速度導出手段と、
   前記所定時間における前記検出対象の移動方向を導出する移動方向導出手段と、
   をさらに備え、
   前記範囲導出手段は、前記第１時刻における前記検出対象の位置に対して、前記移動方向に前記移動速度と前記所定時間とを乗算した値だけ移動した位置を含む領域を前記存在可能範囲とすることを特徴とする請求項１または２に記載の位置検出装置。
5. 前記移動速度導出手段は、前記位置導出手段によって過去の複数の時刻において導出された前記検出対象の位置の変化に基づき前記移動速度を導出することを特徴とする請求項３または４に記載の位置検出装置。
6. 前記被検体内部における前記検出対象の位置と前記検出対象の位置との間の対応関係を記録した移動速度データベースをさらに備え、
   前記移動速度導出手段は、前記第１時刻における前記検出対象の位置に基づき、前記移動速度データベースに記録された対応関係を用いて前記所定時間における前記検出対象の移動速度を導出することを特徴とする請求項３または４に記載の位置検出装置。
7. 前記移動方向導出手段は、前記位置導出手段によって過去の複数の時刻において検出された位置の変化に基づき前記所定時間における前記検出対象の移動方向を導出することを特徴とする請求項４〜６のいずれか一つに記載の位置検出装置。
8. 前記検出対象が存在しうる領域には、前記検出対象の動きと無関係に定まる基準座標軸に対して固定された方向に直線的に進行する第１直線磁場が形成され、
   前記位置検出用磁場は、前記第１直線磁場と異なる方向であって、前記基準座標軸に対して固定された方向に直線的に進行する第２直線磁場であり、
   前記移動方向導出手段は、前記検出対象に対して固定された対象座標軸と、前記第１直線磁場および前記第２直線磁場の進行方向との関係によって定まる前記検出対象の指向方向に基づき前記移動方向を導出することを特徴とする請求項４〜６のいずれか一つに記載の位置検出装置。
9. 前記第１直線磁場は、地磁気によって形成されることを特徴とする請求項８に記載の位置検出装置。
10. 前記位置導出手段は、前記磁場形成手段によって前記磁場形成手段近傍において形成される磁場の強度と、前記検出対象によって検出された位置検出用磁場の強度とに基づき前記磁場形成手段と前記検出対象との間の距離を導出し、導出した距離を用いて前記検出対象の位置を導出することを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の位置検出装置。
11. 被検体内に導入される被検体内導入装置と、少なくとも第１時刻および該第１時刻から所定時間経過した第２時刻において、強度に関して位置依存性を有する位置検出用磁場を用いて前記被検体内導入装置の位置検出を行う位置検出装置とを備えた被検体内導入システムであって、
    前記被検体内導入装置は、
    形成された磁場の強度を少なくとも検出する磁場センサと、
    前記磁場センサによって検出された磁場強度に関する情報を含む無線信号を送信する無線送信手段と、
    を備え、
    前記位置検出装置は、
    可変な強度の位置検出用磁場を形成する磁場形成手段と、
    所定の受信アンテナを介して受信された前記無線信号から抽出された、前記磁場センサによって検出された前記位置検出用磁場の強度に基づき前記被検体内導入装置の位置を導出する位置導出手段と、
    前記第１時刻における前記被検体内導入装置の位置に基づき、前記第２時刻において前記位置検出用磁場が前記磁場センサによって検出可能な強度となるよう前記磁場形成手段を制御する磁場強度制御手段と、
    を備えたことを特徴とする被検体内導入システム。
    

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