JP2006271520A - Position detection system of capsule medical device, guidance system of capsule medical device, and position detection method of capsule medical device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、カプセル型医療装置の位置検出システム、カプセル型医療装置誘導システムおよびカプセル型医療装置の位置検出方法に関する。 The present invention relates to a capsule medical device position detection system, a capsule medical device guidance system, and a capsule medical device position detection method.
近年、被検者等の被検体に飲み込ませて体腔管路内を通過させ、目的位置の体腔管路内における画像の取得が可能な飲み込み型のカプセル型内視鏡等に代表されるカプセル型医療装置が実用化に向けて研究開発されている。上記のカプセル型内視鏡は、上記医療行為が可能な例えば、画像取得が可能なCCD(Charge Coupled Device)等の撮像素子を備えて構成され、体腔管路内の目的部位で画像取得を行うものである。 2. Description of the Related Art In recent years, a capsule type represented by a swallowable capsule endoscope that can be swallowed by a subject such as a subject to pass through a body cavity duct and acquire an image in the body cavity duct at a target position Medical devices are being researched and developed for practical use. The capsule endoscope is configured to include an imaging element such as a CCD (Charge Coupled Device) that can perform the above medical action, for example, and can acquire an image at a target site in a body cavity duct. Is.
上記カプセル型医療装置は、体腔管路内の目的部位への確実な到達、あるいは、時間を要する詳細な検査等を行なう目的部位への留置などのために、体腔管路の蠕動によらず、カプセル型医療装置を誘導制御する必要がある。このカプセル型医療装置の誘導には、カプセル型医療装置が体腔管路内のどの位置にいるかを検出する必要があるため、目視にて位置を確認できない所(体腔管路内など)へ誘導されたカプセル型医療装置の位置を検出する技術が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
特許文献1においては、LC共振回路に交流電源が接続された磁界発生回路を備えたカプセル型医療装置から発せられる電磁気を、外部の複数の検出装置により検出することでカプセル型医療装置の位置を検出する技術が公開されている。
しかしながら、上記LC共振回路に用いられているコイルの周波数特性は、コイルの製造時におけるばらつき等の要因により所定の範囲内でばらつきを生じる。また、LC共振回路の周波数特性も、コイルやコンデンサの特性のばらつきの影響を受け、所定の範囲内でばらつきを生じる問題があった。
In Patent Document 1, the position of a capsule medical device is detected by detecting electromagnetic waves generated from a capsule medical device including a magnetic field generation circuit having an AC power source connected to an LC resonance circuit by a plurality of external detection devices. The technology to detect is public.
However, the frequency characteristics of the coils used in the LC resonance circuit vary within a predetermined range due to factors such as variations during coil manufacture. Further, the frequency characteristic of the LC resonance circuit is also affected by variations in the characteristics of the coil and the capacitor, and there is a problem that the variation occurs within a predetermined range.
上述の問題を解決する手段として、容量を調節可能なコンデンサ(バリアブルコンデンサ)や、周波数特性を調節可能なコイル(コイルのコアの位置を調節できるコイル)などを用いる技術が知られている。
しかしながら、これらの調節可能なコンデンサやコイルなどの素子には調節用の機構が備えられるため、カプセル型医療装置の小型化が図りにくくなる問題があった。
As means for solving the above-described problem, a technique using a capacitor whose variable capacity can be adjusted (variable capacitor), a coil whose frequency characteristic can be adjusted (a coil whose position of the core of the coil can be adjusted), or the like is known.
However, since elements such as adjustable capacitors and coils are provided with an adjustment mechanism, there is a problem that it is difficult to reduce the size of the capsule medical device.
また、コイルの特性に合わせて容量の異なるコンデンサを選択することにより、LC共振回路の周波数特性のばらつきを抑える技術も知られている。
しかしながら、個々のLC共振回路についてコンデンサの容量を選択すると、LC共振回路の製造工程が増えることになり、カプセル型医療装置の生産コストが増大する問題があった。
また、カプセル内部の電源を使用する必要があり、電源容量を大きくする必要があるため、カプセルの小型化が難しい。または、カプセルの駆動時間が短くなってしまうという問題があった。
There is also known a technique for suppressing variation in frequency characteristics of the LC resonance circuit by selecting capacitors having different capacities in accordance with the characteristics of the coil.
However, when the capacitance of the capacitor is selected for each LC resonance circuit, the manufacturing process of the LC resonance circuit is increased, which increases the production cost of the capsule medical device.
Moreover, since it is necessary to use the power supply inside the capsule and the power supply capacity needs to be increased, it is difficult to reduce the size of the capsule. Or there existed a problem that the drive time of a capsule became short.
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、カプセル型医療装置の位置検出に用いる交流磁界周波数の調整作業を不要にするとともに、カプセル型医療装置の小型化、安価化を図ることができるカプセル型医療装置の位置検出システム、カプセル型医療装置誘導システムおよびカプセル型医療装置の位置検出方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and eliminates the need for adjusting the AC magnetic field frequency used for position detection of the capsule medical device, and reduces the size and cost of the capsule medical device. It is an object of the present invention to provide a capsule medical device position detection system, a capsule medical device guidance system, and a capsule medical device position detection method capable of achieving the above.
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明は、被検者の体内に投入されるカプセル型医療装置の位置検出システムであって、前記カプセル型医療装置に搭載した磁気誘導コイルと、前記カプセル型医療装置の作動範囲の外部に配置され、前記磁気誘導コイルに作用させる交流磁界を発生する駆動コイルと、前記カプセル型医療装置の作動範囲の外部に配置され、前記磁気誘導コイルにより発生された誘導磁気を検出する複数の磁気センサと、前記磁気誘導コイルの共振周波数に基づいて前記カプセル型医療装置の位置および向きの算出に用いる算出用周波数を求める周波数決定部と、前記算出用周波数を用いて前記交流磁界のみが前記磁気センサに作用した際の前記磁気センサの出力と、前記交流磁界および前記誘導磁気が前記磁気センサに作用した際の前記磁気センサの出力との差分に基づき前記カプセル型医療装置の位置及び向きを算出する位置解析手段と、を有し、前記算出用周波数に基づいて、前記交流磁界の周波数および/または前記位置解析手段の解析に用いる前記磁気センサの出力周波数帯域を制限するカプセル型医療装置の位置検出システムを提供する。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
The present invention relates to a position detection system for a capsule medical device to be inserted into the body of a subject, the magnetic induction coil mounted on the capsule medical device, and disposed outside the operating range of the capsule medical device A drive coil that generates an alternating magnetic field that acts on the magnetic induction coil, and a plurality of magnetic sensors that are disposed outside the operating range of the capsule medical device and detect the induced magnetism generated by the magnetic induction coil; A frequency determination unit that calculates a calculation frequency used for calculating the position and orientation of the capsule medical device based on the resonance frequency of the magnetic induction coil; and only the alternating magnetic field is applied to the magnetic sensor using the calculation frequency. The output of the magnetic sensor when acting, and the output of the magnetic sensor when the alternating magnetic field and the induction magnet act on the magnetic sensor Position analysis means for calculating the position and orientation of the capsule medical device based on the difference between the frequency of the alternating magnetic field and / or the analysis of the position analysis means based on the calculation frequency A position detection system for a capsule medical device that limits an output frequency band of a magnetic sensor is provided.
本発明によれば、誘導磁気を検出することにより磁気誘導コイルの周波数特性(なお、周波数特性の一つとして共振周波数がある。)を求めることができるため、個々の磁気誘導コイルの周波数特性がばらついても、周波数決定部がそのばらついた周波数特性に基づいた算出用周波数を求めることができる。そのため、本発明のカプセル型医療装置の位置検出システムは、磁気誘導コイルの周波数特性がばらついても、常に算出用周波数に基づいてカプセル型医療装置の位置及び向きを算出できる。
その結果、磁気誘導コイルの周波数特性を調節する素子等を搭載する必要がなくなり、カプセル型医療装置を小型化できる。あるいは、共振周波数を調節するために、磁気誘導コイルとともに共振回路を構成するコンデンサ等の素子を選択、あるいは調節する必要がなくなり、カプセル型医療装置の生産コストの増大を防止できる。
According to the present invention, the frequency characteristics of the magnetic induction coil can be obtained by detecting the induction magnetism (note that there is a resonance frequency as one of the frequency characteristics). Even if there is a variation, the frequency determination unit can obtain a calculation frequency based on the varied frequency characteristics. Therefore, the capsule medical device position detection system of the present invention can always calculate the position and orientation of the capsule medical device based on the calculation frequency even if the frequency characteristics of the magnetic induction coil vary.
As a result, it is not necessary to mount an element for adjusting the frequency characteristics of the magnetic induction coil, and the capsule medical device can be downsized. Alternatively, in order to adjust the resonance frequency, it is not necessary to select or adjust an element such as a capacitor that constitutes a resonance circuit together with the magnetic induction coil, thereby preventing an increase in production cost of the capsule medical device.
カプセル型医療装置の位置および向きの算出に、算出用周波数の交流磁界のみを用いるため、例えば、交流磁界の周波数を所定帯域でスイープさせる方法と比較して、位置および向きの算出に要する時間を短縮できる。 Since only the alternating magnetic field of the frequency for calculation is used for calculating the position and orientation of the capsule medical device, for example, the time required for calculating the position and orientation is compared with the method of sweeping the frequency of the alternating magnetic field in a predetermined band. Can be shortened.
また、磁気誘導コイルの共振周波数が変化する場合としては、例えばカプセル型医療装置内に磁石を搭載し、外部から磁界を作用させて搭載した磁石を移動制御することによりカプセル型医療装置の移動を制御する構成において、搭載した磁石の影響で磁気誘導コイル等の共振周波数が変化する場合を挙げることができる。
この場合においても、搭載された磁石の影響を受けた共振周波数に基づいて、周波数決定部が算出用周波数を求めることができるため、共振周波数を調節する素子等を用いることなくカプセル型医療装置の位置および向きを算出できる。
In addition, when the resonance frequency of the magnetic induction coil changes, for example, a magnet is mounted in a capsule medical device, and movement of the capsule medical device is controlled by controlling the movement of the mounted magnet by applying a magnetic field from the outside. In the structure to control, the case where the resonant frequency of a magnetic induction coil etc. changes under the influence of the mounted magnet can be mentioned.
Even in this case, since the frequency determination unit can obtain the calculation frequency based on the resonance frequency influenced by the mounted magnet, the capsule medical device can be used without using an element for adjusting the resonance frequency. The position and orientation can be calculated.
また、上記発明においては、前記周波数決定部が、前記誘導磁気が前記磁気センサに作用した際の前記磁気センサの出力に基づき、前記算出用周波数を求めることが望ましい。
本発明によれば、誘導磁気による磁気センサの出力に基づいて磁気誘導コイルの共振周波数を求め、その共振周波数に基づいて算出用周波数を求めている。そのため、個々のカプセル型医療装置の位置および向きの算出に最適な算出用周波数を用いることができる。その結果、カプセル型医療装置の位置および向きの算出精度の低下を防止でき、算出に要する時間の増加を防止できる。
Moreover, in the said invention, it is desirable for the said frequency determination part to obtain | require the said frequency for calculation based on the output of the said magnetic sensor when the said induction magnet acts on the said magnetic sensor.
According to the present invention, the resonance frequency of the magnetic induction coil is obtained based on the output of the magnetic sensor by induction magnetism, and the calculation frequency is obtained based on the resonance frequency. Therefore, it is possible to use a calculation frequency that is optimal for calculating the position and orientation of each capsule medical device. As a result, it is possible to prevent a decrease in calculation accuracy of the position and orientation of the capsule medical device and to prevent an increase in time required for calculation.
さらに、上記発明においては、前記交流磁界の周波数を時間的に変化させる磁界周波数可変部を有し、前記周波数決定部が、時間的に周波数変化する交流磁界により前記磁気誘導コイルから発生される誘導磁気が前記磁気センサに作用した際に、前記磁気センサの出力の周波数特性に基づき、前記算出用周波数を求めることが望ましい。
本発明によれば、時間的に周波数変化する交流磁界を用いて磁気誘導コイルの共振周波数を求めるため、磁気コイルの共振周波数のばらつきが大きくなっても、共振周波数を求めることができる。そのため、個々のカプセル型医療装置の位置および向きの算出に最適な算出用周波数を用いることができ、カプセル型医療装置の位置および向きの算出精度の低下を防止でき、算出に要する時間の増加を防止できる。
Furthermore, in the said invention, it has a magnetic field frequency variable part which changes the frequency of the said alternating magnetic field temporally, and the said frequency determination part is the induction | guidance | derivation generate | occur | produced from the said magnetic induction coil by the alternating magnetic field which frequency changes temporally. When the magnetism acts on the magnetic sensor, it is desirable to obtain the calculation frequency based on the frequency characteristic of the output of the magnetic sensor.
According to the present invention, since the resonance frequency of the magnetic induction coil is obtained using an alternating magnetic field that changes in frequency with time, the resonance frequency can be obtained even when the variation in the resonance frequency of the magnetic coil increases. Therefore, it is possible to use the optimum calculation frequency for calculating the position and orientation of each capsule medical device, to prevent the calculation accuracy of the position and orientation of the capsule medical device from being lowered, and to increase the time required for calculation. Can be prevented.
上記発明においては、前記駆動コイルにインパルス状の駆動電圧を印加して、インパルス状の磁界を発生させるインパルス磁界発生部を有し、前記周波数決定部が、前記インパルス状の磁界により前記磁気誘導コイルから発生された誘導磁気が作用した際の前記磁気センサの出力に基づき、前記算出用周波数を求めることが望ましい。 In the above invention, an impulse magnetic field generating unit that generates an impulse-like magnetic field by applying an impulse-like drive voltage to the drive coil, and the frequency determining unit uses the impulse-like magnetic field to generate the magnetic induction coil. It is desirable to obtain the calculation frequency based on the output of the magnetic sensor when the induced magnetism generated from the magnetic field acts.
本発明によれば、インパルス状の磁界は多くの周波数成分を有するため、例えば磁界の周波数をスイープさせる方法と比較して、さらに短い時間で磁気誘導コイルの周波数特性を求めることができるとともに、さらに広い周波数帯域で共振周波数を求めることができる。その結果、個々のカプセル型医療装置の位置および向きの算出に最適な算出用周波数を用いることができ、カプセル型医療装置の位置および向きの算出精度の低下を防止でき、算出に要する時間の増加を防止できる。 According to the present invention, since the impulse-like magnetic field has many frequency components, the frequency characteristic of the magnetic induction coil can be obtained in a shorter time compared to, for example, the method of sweeping the frequency of the magnetic field, and further, The resonance frequency can be obtained in a wide frequency band. As a result, it is possible to use the optimum calculation frequency for calculating the position and orientation of each capsule medical device, to prevent a decrease in calculation accuracy of the position and orientation of the capsule medical device, and to increase the time required for the calculation. Can be prevented.
上記発明においては、複数の異なる周波数を混合した前記交流磁界を発生させる混合磁界発生部と、前記磁気センサの出力周波数帯域を制限するとともに制限の範囲を変更できる可変帯域制限部と、を有し、前記周波数決定部が、複数の異なる周波数を混合した前記交流磁界により前記磁気誘導コイルから発生された誘導磁気が作用した際の前記磁気センサの出力であって、前記可変帯域制限部を介して得られた前記磁気センサの出力が変化する周波数に基づき前記算出用周波数を求めることが望ましい。 In the above invention, it has a mixed magnetic field generator for generating the alternating magnetic field mixed with a plurality of different frequencies, and a variable band limiter that limits the output frequency band of the magnetic sensor and can change the limit range. The frequency determination unit is an output of the magnetic sensor when the induction magnetism generated from the magnetic induction coil is acted on by the AC magnetic field in which a plurality of different frequencies are mixed, through the variable band limiting unit It is desirable to obtain the calculation frequency based on the obtained frequency at which the output of the magnetic sensor changes.
本発明によれば、複数の異なる周波数が混合した交流磁界を用いて磁気誘導コイルの共振周波数を求めるため、磁気誘導コイルの共振周波数のばらつきが大きくなっても、時間的に周波数変化する所定の周波数の交流磁界を用いた場合と比較して共振周波数を容易に求めることができる。
また、可変帯域制限部を用いることにより、上記交流磁界により発生された誘導磁気が作用した磁気センサの出力のうち、所定の周波数帯域の出力に基づいて算出用周波数を求めることができる。
According to the present invention, since the resonance frequency of the magnetic induction coil is obtained using an alternating magnetic field in which a plurality of different frequencies are mixed, even if the variation of the resonance frequency of the magnetic induction coil becomes large, the predetermined frequency change in time The resonance frequency can be easily obtained as compared with the case where an alternating magnetic field having a frequency is used.
Further, by using the variable band limiting unit, the calculation frequency can be obtained based on the output of a predetermined frequency band among the outputs of the magnetic sensor to which the induced magnetism generated by the AC magnetic field is applied.
上記発明においては、前記カプセル型医療装置内に、予め記憶された前記磁気誘導コイルの共振周波数に係る周波数の値を前記周波数決定部に送信する送信部が備えられ、前記周波数決定部が、前記送信部より前記共振周波数に係る周波数の値を受け取り、受け取った前記共振周波数に係る周波数に基づいて前記算出用周波数を決定することが望ましい。
本発明によれば、予め記憶された共振周波数に係る周波数に基づいて算出用周波数を求めることにより、カプセル型医療装置の位置検出を行うたびに共振周波数を測定して算出用周波数を求める方法と比較して、カプセル型医療装置の位置および向きの算出に要する時間を短縮することができる。
In the above invention, the capsule medical device includes a transmission unit that transmits a frequency value related to a resonance frequency of the magnetic induction coil stored in advance to the frequency determination unit, and the frequency determination unit includes the frequency determination unit, It is preferable that a frequency value related to the resonance frequency is received from a transmission unit, and the calculation frequency is determined based on the received frequency related to the resonance frequency.
According to the present invention, a method for obtaining a calculation frequency by measuring a resonance frequency each time position detection of a capsule medical device is performed by obtaining a calculation frequency based on a frequency related to a resonance frequency stored in advance. In comparison, the time required to calculate the position and orientation of the capsule medical device can be shortened.
上記発明においては、前記算出用周波数に基づいて、前記駆動コイルを制御する駆動コイル制御部を有することが望ましい。
本発明によれば、算出用周波数に基づいて駆動コイルを制御できるため、駆動コイルにより発生される交流磁界の周波数を制御することができる。
In the said invention, it is desirable to have a drive coil control part which controls the said drive coil based on the said frequency for calculation.
According to the present invention, since the drive coil can be controlled based on the calculation frequency, the frequency of the alternating magnetic field generated by the drive coil can be controlled.
上記発明においては、前記算出用周波数に基づいて、前記磁気センサの出力周波数の帯域を制限する帯域制限部と、を有することが望ましい。
本発明によれば、算出用周波数に基づいて、磁気センサが検出した誘導磁気等の出力周波数の帯域を制限できる。そのため、低ノイズで算出用周波数に係る周波数帯域の磁気センサ出力を得ることができ、それに基づいて、カプセル型医療装置の位置および向きを算出することができる。
In the said invention, it is desirable to have a zone | band limiting part which limits the zone | band of the output frequency of the said magnetic sensor based on the said frequency for calculation.
According to the present invention, it is possible to limit the output frequency band such as induced magnetism detected by the magnetic sensor based on the calculation frequency. Therefore, it is possible to obtain the magnetic sensor output in the frequency band related to the calculation frequency with low noise, and based on this, the position and orientation of the capsule medical device can be calculated.
上記発明においては、前記複数の磁気センサが、前記カプセル型医療装置の作動範囲に対向して複数方向に配置されることが望ましい。
本発明によれば、カプセル型医療装置の配置位置にかかわらず、上記複数方向に配置された磁気センサの少なくとも1方向に配置された磁気センサに、検知可能な強度の誘導磁気が働くことになる。
磁気センサに働く誘導磁気の強度は、カプセル型医療装置と磁気センサとの距離およびカプセル型医療装置と駆動コイルとの距離に影響される。そのため、カプセル型医療装置の配置位置が、一の方向に配置された磁気センサに働く誘導磁気が弱くなる配置位置であっても、他の方向に配置された磁気センサにおいては、そこに働く誘導磁気が弱くならない配置位置となる。
その結果、カプセル型医療装置の配置位置にかかわらず、常に磁気センサが誘導磁気を検知することができる。
In the above invention, it is desirable that the plurality of magnetic sensors be arranged in a plurality of directions so as to oppose the operating range of the capsule medical device.
According to the present invention, regardless of the arrangement position of the capsule medical device, the induction magnetism having a detectable intensity acts on the magnetic sensor arranged in at least one direction of the magnetic sensors arranged in the plurality of directions. .
The strength of induced magnetism acting on the magnetic sensor is affected by the distance between the capsule medical device and the magnetic sensor and the distance between the capsule medical device and the drive coil. Therefore, even if the position of the capsule medical device is a position where the induced magnetism acting on the magnetic sensor arranged in one direction is weakened, in the magnetic sensor arranged in the other direction, the guidance acting there This is the position where the magnetism does not become weak.
As a result, the magnetic sensor can always detect the induced magnetism regardless of the position of the capsule medical device.
また、異なる位置に配置された磁気センサ数と同じ数の磁場情報が得られるので、磁場情報の数に応じたカプセル型医療装置の位置情報などを得ることができる。
カプセル型医療装置について得られる情報としては、例えば、カプセル型医療装置のX、Y、Z座標および内蔵コイルの中心軸に対して直交するとともに互いに直交する2つの軸回りの回転位相φ、θ、誘導磁気の強度の合計6つの情報を挙げることができる。そのため、6つ以上の磁場情報が得られれば、上述の6つの位置情報を求めることができ、カプセル型医療装置の位置、方向および誘導磁気の強度を求めることができる。
Further, since the same number of magnetic field information as the number of magnetic sensors arranged at different positions can be obtained, the position information of the capsule medical device according to the number of magnetic field information can be obtained.
Examples of information obtained about the capsule medical device include, for example, rotational phases φ, θ, and two axes around the X, Y, Z coordinates of the capsule medical device and the central axis of the built-in coil and orthogonal to each other. A total of six pieces of information on the intensity of induced magnetism can be listed. Therefore, if six or more pieces of magnetic field information are obtained, the above-described six pieces of position information can be obtained, and the position and direction of the capsule medical device and the strength of the induced magnetism can be obtained.
上記発明においては、前記複数の磁気センサの出力信号のうち、信号出力の強い出力信号を選択的に使用する磁気センサ選択手段を有することが望ましい。
本発明によれば、信号出力の強い出力信号を選択的に使用することにより、信号強度に対してノイズ成分の少ない信号出力を得ることができるため、演算処理する情報量を少なくすることができ、演算にかかる負荷を低減することができる。また、同時に演算処理量を減らすことができるため、演算に要する時間も短縮することができる。
In the above-mentioned invention, it is desirable to have magnetic sensor selection means for selectively using an output signal having a strong signal output among the output signals of the plurality of magnetic sensors.
According to the present invention, by selectively using an output signal having a strong signal output, a signal output having a small noise component with respect to the signal intensity can be obtained, so that the amount of information to be processed can be reduced. , It is possible to reduce the load on calculation. In addition, since the amount of calculation processing can be reduced at the same time, the time required for calculation can also be shortened.
上記発明においては、前記駆動コイルと前記磁気センサとが、前記カプセル型医療装置の作動範囲を挟んで対向する位置に配置されていることが望ましい。
本発明によれば、駆動コイルと磁気センサとが上記作動範囲を挟んで対向する位置に配置されているので、駆動コイルと磁気センサとが構造上干渉しないように配置することができる。
In the above invention, it is desirable that the drive coil and the magnetic sensor are disposed at positions facing each other across the operating range of the capsule medical device.
According to the present invention, since the drive coil and the magnetic sensor are arranged at positions facing each other across the operating range, the drive coil and the magnetic sensor can be arranged so as not to interfere structurally.
上記発明においては、前記駆動コイルと前記磁気センサとの相対位置を変更する相対位置変更手段と、前記相対位置を測定する相対位置測定手段と、予め前記交流磁界のみが作用した際の前記磁気センサの出力値を基準値として記憶するとともに、その際の前記磁気センサの位置および前記相対位置を前記基準値と関連付けて記憶する記憶部と、前記磁気センサの現在位置および前記駆動コイルと前記磁気センサとの現在相対位置と、前記記憶部に記憶された前記基準値と、に基づいて、現在の前記交流磁界のみが作用した際の前記磁気センサの出力値を現在基準値として生成する現在基準値生成部と、を有することが望ましい。 In the above invention, the relative position changing means for changing the relative position between the drive coil and the magnetic sensor, the relative position measuring means for measuring the relative position, and the magnetic sensor when only the AC magnetic field is applied in advance. As a reference value, a storage unit for storing the position and relative position of the magnetic sensor in association with the reference value, a current position of the magnetic sensor, the drive coil, and the magnetic sensor Current reference value for generating, as a current reference value, the output value of the magnetic sensor when only the current AC magnetic field is applied based on the current relative position of the current and the reference value stored in the storage unit And a generation unit.
本発明によれば、駆動コイルと磁気センサとが相対位置変更可能であっても、カプセル型医療装置の位置および向きを求めることができる。
予め上記基準値と駆動コイルの位置および相対位置を記憶しているため、カプセル型医療装置の位置検出時の駆動コイルおよび磁気センサの相対位置が異なっている場合でも、再び上記基準値等を測定する必要がない。
According to the present invention, the position and orientation of the capsule medical device can be obtained even if the relative position of the drive coil and the magnetic sensor can be changed.
Since the reference value and the position and relative position of the drive coil are stored in advance, the reference value is measured again even when the relative position of the drive coil and the magnetic sensor at the time of detecting the position of the capsule medical device is different. There is no need to do.
上記発明においては、前記現在基準値生成部が、前記現在相対位置に最も近い前記相対位置と関連付けられた前記基準値を、前記現在基準値として生成することが望ましい。
本発明によれば、現在相対位置に最も近い相対位置と関連付けられた基準値を現在基準値とするため、現在基準値を生成させるのに要する時間を短縮できる。
In the above invention, it is preferable that the current reference value generation unit generates the reference value associated with the relative position closest to the current relative position as the current reference value.
According to the present invention, since the reference value associated with the relative position closest to the current relative position is the current reference value, the time required to generate the current reference value can be shortened.
上記発明においては、前記現在基準値生成部が、前記相対位置と前記基準値とを関連付ける所定の近似式を求め、該所定の近似式と前記現在相対位置とに基づいて前記現在基準値を生成することが望ましい。
本発明によれば、所定の近似式に基づき現在基準値を生成するため、例えば基準値をそのまま現在基準値とする方法と比較して、より精度の高い現在基準値を生成できる。
In the above invention, the current reference value generation unit obtains a predetermined approximate expression that associates the relative position with the reference value, and generates the current reference value based on the predetermined approximate expression and the current relative position. It is desirable to do.
According to the present invention, since the current reference value is generated based on a predetermined approximate expression, a more accurate current reference value can be generated as compared with, for example, a method in which the reference value is used as it is.
また、本発明においては、上記本発明の位置検出システムと、前記カプセル型医療装置に搭載された永久磁石と、前記カプセル型医療装置の作動範囲の外部に配置され、前記永久磁石に対して作用させる磁界を発生する磁界発生手段と、該磁界発生手段により前記永久磁石に作用させる磁界の方向を制御する磁界方向制御手段と、を備えるカプセル型医療装置誘導システムを提供する。 Further, in the present invention, the position detection system of the present invention, a permanent magnet mounted on the capsule medical device, and an outside of the operating range of the capsule medical device are arranged and act on the permanent magnet. There is provided a capsule medical device guidance system comprising: a magnetic field generating means for generating a magnetic field to be generated; and a magnetic field direction control means for controlling the direction of the magnetic field applied to the permanent magnet by the magnetic field generating means.
本発明によれば、カプセル型医療装置に搭載された磁石に作用させる磁界の方向を制御することにより、磁石に対して作用する力の方向を制御することができ、カプセル型医療装置の移動方向を制御することができる。
また同時に、カプセル型医療装置の位置を検出することができ、カプセル型医療装置を所定の位置に誘導することができる。
According to the present invention, the direction of the force acting on the magnet can be controlled by controlling the direction of the magnetic field applied to the magnet mounted on the capsule medical device, and the moving direction of the capsule medical device can be controlled. Can be controlled.
At the same time, the position of the capsule medical device can be detected, and the capsule medical device can be guided to a predetermined position.
上記発明においては、前記磁界発生手段が、相互に直交する方向に対向配置される3対の枠体状の電磁石を備え、該電磁石の内側に被検者を配置可能な空間が設けられるとともに、前記被検者を配置可能な空間の周囲に、前記駆動コイルおよび前記磁気センサが配置されていることが望ましい。 In the above invention, the magnetic field generating means includes three pairs of frame-shaped electromagnets arranged to face each other in a direction orthogonal to each other, and a space in which the subject can be placed is provided inside the electromagnet. It is desirable that the drive coil and the magnetic sensor are disposed around a space in which the subject can be disposed.
本発明によれば、相互に直交する方向に対向配置される3対の枠体状の電磁石から発生する磁界の強度をそれぞれ制御することにより、電磁石の内側に発生する平行磁界の方向を所定の方向に制御することができる。そのため、カプセル型医療装置に対して所定方向の磁界を作用させることができ、カプセル型医療装置を所定方向に移動させることができる。
また、電磁石の内側の空間は、被検者を配置可能な空間であって、その空間の周囲に、駆動コイルおよび磁気センサが配置されているので、カプセル型医療装置を被検者の体内の所定位置に誘導することができる。
According to the present invention, the direction of the parallel magnetic field generated on the inner side of the electromagnet is controlled by controlling the strength of the magnetic field generated from the three pairs of frame-shaped electromagnets arranged opposite to each other in a direction orthogonal to each other. Can be controlled in the direction. Therefore, a magnetic field in a predetermined direction can be applied to the capsule medical device, and the capsule medical device can be moved in a predetermined direction.
Further, the space inside the electromagnet is a space where the subject can be placed, and the drive coil and the magnetic sensor are placed around the space. It can be guided to a predetermined position.
上記発明においては、前記カプセル型医療装置の外面に、該カプセル型医療装置の長手軸周りの回転力を長手軸方向の推進力に変換する螺旋機構が備えられていることが望ましい。
本発明によれば、カプセル型医療装置に長手軸回りの回転力を作用させると、螺旋機構の作動により、カプセル型医療装置をその長手軸方向に推進する力が発生される。螺旋機構が推進力を発生させるため、上記長手軸回りの回転方向を制御することにより、カプセル型医療装置に作用する推進力の方向を制御することができる。
In the above invention, it is desirable that a helical mechanism for converting a rotational force around the longitudinal axis of the capsule medical device into a propulsive force in the longitudinal axis direction is provided on the outer surface of the capsule medical device.
According to the present invention, when a rotational force around the longitudinal axis is applied to the capsule medical device, a force for propelling the capsule medical device in the longitudinal axis direction is generated by the operation of the spiral mechanism. Since the spiral mechanism generates a propulsive force, the direction of the propulsive force acting on the capsule medical device can be controlled by controlling the rotation direction around the longitudinal axis.
上記発明においては、前記カプセル型医療装置に、該カプセル型医療装置の長手軸に沿う光軸を有する撮像手段を備えるとともに、該撮像手段により撮像された画像を表示する表示手段を備え、前記磁界方向制御手段によるカプセル型医療装置の長手軸回りの回転情報に基づいて、前記撮像手段により撮像された画像を、逆方向に回転させて前記表示手段に表示させる画像制御手段を備えることが望ましい。 In the above invention, the capsule medical device includes an imaging unit having an optical axis along a longitudinal axis of the capsule medical device, and further includes a display unit that displays an image captured by the imaging unit. It is desirable to provide an image control means for rotating the image picked up by the image pickup means in the reverse direction and displaying the image on the display means based on rotation information about the longitudinal axis of the capsule medical device by the direction control means.
本発明によれば、上記回転情報(長手軸回りの回転位相情報)に基づいて、上記撮影された画像を、カプセル型医療装置の回転方向と逆方向に回転させる処理を行っているので、カプセル型医療装置の回転位相にかかわらず、常に所定の回転位相で撮影された画像として表示手段に表示することができる。
例えば、表示手段に表示された画像をオペレータが目視しながらカプセル型医療装置を誘導する場合、上記表示される画像がカプセル型医療装置の回転とともに回転する画像である場合と比較すると、上述のように、上記表示される画像が所定の回転位相の画像に変換されているほうが、カプセル型医療装置を所定位置に誘導させやすい。
According to the present invention, since the photographed image is rotated in the direction opposite to the rotation direction of the capsule medical device based on the rotation information (rotation phase information about the longitudinal axis), the capsule Regardless of the rotation phase of the medical device, the image can always be displayed on the display means as an image taken at a predetermined rotation phase.
For example, when the operator guides the capsule medical device while visually observing the image displayed on the display unit, as compared with the case where the displayed image is an image that rotates with the rotation of the capsule medical device, as described above. In addition, it is easier to guide the capsule medical device to a predetermined position when the displayed image is converted into an image having a predetermined rotational phase.
また、本発明においては、位置検出用の磁気誘導コイルを搭載し、被検者の体内に投入されるカプセル型医療装置と、前記磁気誘導コイルに作用させる交流磁界を発生する駆動コイルと前記磁気誘導コイルにより発生された誘導磁気を検出する複数の磁気センサとを有する位置検出システムと、を用いたカプセル型医療装置の位置検出方法であって、前記交流磁界のみが作用した際の前記磁気センサの周波数特性を測定する予備測定ステップと、前記交流磁界および前記誘導磁気が作用した際の前記磁気センサの周波数特性を測定する測定ステップと、前記予備測定ステップおよび測定ステップにおいて測定された前記周波数特性に基づいて、前記カプセル型医療装置の位置および向きを算出するのに用いる算出用周波数を決定する周波数決定ステップと、前記算出用周波数における、前記交流磁界および前記誘導磁気が作用した際の前記磁気センサの出力を測定する測定ステップと、検出した前記磁気センサの出力に基づいて前記カプセル型医療装置の位置および向きを算出する位置算出ステップと、を有するカプセル型医療装置の位置検出方法を提供する。 In the present invention, a capsule-type medical device mounted with a position-inducing magnetic induction coil and inserted into the body of a subject, a drive coil that generates an alternating magnetic field that acts on the magnetic induction coil, and the magnetic A position detection system having a plurality of magnetic sensors for detecting induction magnetism generated by an induction coil, and a position detection method for a capsule medical device using the magnetic sensor when only the AC magnetic field acts A preliminary measurement step for measuring the frequency characteristic of the magnetic sensor, a measurement step for measuring the frequency characteristic of the magnetic sensor when the AC magnetic field and the induction magnetism act, and the frequency characteristic measured in the preliminary measurement step and the measurement step. Frequency determination for determining a calculation frequency used to calculate the position and orientation of the capsule medical device based on A step of measuring the output of the magnetic sensor when the AC magnetic field and the induction magnetism act on the frequency for calculation, and the position of the capsule medical device based on the detected output of the magnetic sensor And a position calculating step for calculating an orientation, and a position detection method for a capsule medical device.
本発明によれば、誘導磁気を検出することにより磁気誘導コイルの共振周波数を求めることができるため、磁気誘導コイルの共振周波数がばらついても、そのばらついた共振周波数に基づいた算出用周波数を求めることができる。そのため、磁気誘導コイルの共振周波数がばらついても、常に算出用周波数に基づいてカプセル型医療装置の位置及び向きを算出できる。
その結果、磁気誘導コイルの共振周波数を調節する素子等を搭載する必要がなくなり、カプセル型医療装置を小型化できる。あるいは、共振周波数を調節するために、磁気誘導コイルとともに共振回路を構成するコンデンサ等の素子を選択、あるいは調節する必要がなくなり、カプセル型医療装置の生産コストの増大を防止できる。
カプセル型医療装置の位置および向きの算出に、算出用周波数の交流磁界のみを用いるため、例えば、カプセル型医療装置の位置検出を行なうたびに、交流磁界の周波数を所定帯域でスイープさせる方法と比較して、位置および向きの算出に要する時間を短縮できる。
According to the present invention, since the resonance frequency of the magnetic induction coil can be obtained by detecting the induction magnetism, even if the resonance frequency of the magnetic induction coil varies, the calculation frequency based on the varied resonance frequency is obtained. be able to. Therefore, even if the resonance frequency of the magnetic induction coil varies, the position and orientation of the capsule medical device can always be calculated based on the calculation frequency.
As a result, it is not necessary to mount an element for adjusting the resonance frequency of the magnetic induction coil, and the capsule medical device can be downsized. Alternatively, in order to adjust the resonance frequency, it is not necessary to select or adjust an element such as a capacitor that constitutes a resonance circuit together with the magnetic induction coil, thereby preventing an increase in production cost of the capsule medical device.
Since only the alternating magnetic field of the frequency for calculation is used for calculating the position and orientation of the capsule medical device, for example, it is compared with the method of sweeping the frequency of the alternating magnetic field in a predetermined band every time the position of the capsule medical device is detected. Thus, the time required for calculating the position and orientation can be shortened.
また、本発明は、位置検出用の磁気誘導コイルおよび該磁気誘導コイルの共振周波数に係る周波数の値を外部に送信する送信部を有し、被検者の体内に投入されるカプセル型医療装置と、前記磁気誘導コイルに作用させる交流磁界を発生する駆動コイルと前記磁気誘導コイルにより発生された誘導磁気を検出する複数の磁気センサとを有する位置検出システムと、を用いたカプセル型医療装置の位置検出方法であって、前記送信部により送信された前記共振周波数に係る周波数を取得し、取得した前記共振周波数に係る周波数に基づき、前記カプセル型医療装置の位置および向きを算出するのに用いる算出用周波数を決定する周波数決定ステップと、前記算出用周波数の交流磁界のみが作用した際の前記磁気センサの周波数特性を測定する測定ステップと、前記算出用周波数の交流磁界、および、前記算出用周波数の交流磁界により発生した前記誘導磁気が作用した際の前記磁気センサの出力を検出する検出ステップと、検出した前記磁気センサの出力に基づいて前記カプセル型医療装置の位置を算出する位置算出ステップと、を有するカプセル型医療装置の位置検出方法を提供する。 The present invention also includes a capsule-type medical device that has a magnetic induction coil for position detection and a transmission unit that transmits a frequency value related to a resonance frequency of the magnetic induction coil to the outside, and is inserted into the body of a subject And a position detection system comprising: a drive coil that generates an alternating magnetic field that acts on the magnetic induction coil; and a plurality of magnetic sensors that detect induction magnetism generated by the magnetic induction coil. A position detection method for acquiring a frequency related to the resonance frequency transmitted by the transmitter and calculating a position and orientation of the capsule medical device based on the acquired frequency related to the resonance frequency A frequency determining step for determining a calculation frequency, and a measurement for measuring frequency characteristics of the magnetic sensor when only an alternating magnetic field of the calculation frequency is applied. A detection step of detecting an output of the magnetic sensor when the induction magnetism generated by the step, an AC magnetic field of the calculation frequency, and the induction magnetism generated by the AC magnetic field of the calculation frequency, and the detected output of the magnetic sensor And a position calculating step for calculating the position of the capsule medical device based on the method.
本発明によれば、カプセル型医療装置に予め記憶されている磁気誘導コイルの共振周波数に係る周波数に基づいて算出用周波数を求めることができる。そのため、カプセル型医療装置の位置検出を行うたびに共振周波数を測定し、算出用周波数を求める方法と比較して、カプセル型医療装置の位置および向きの算出に要する時間を短縮することができる。
また、磁気誘導コイルの共振周波数を調節する素子等を搭載する必要がなくなり、カプセル型医療装置を小型化できる。あるいは、共振周波数を調節するために、磁気誘導コイルとともに共振回路を構成するコンデンサ等の素子を選択、あるいは調節する必要がなくなり、カプセル型医療装置の生産コストの増大を防止できる。
カプセル型医療装置の位置および向きの算出に、算出用周波数の交流磁界のみを用いるため、例えば、カプセル型医療装置の位置検出を行なうたびに、交流磁界の周波数を所定帯域でスイープさせる方法と比較して、位置および向きの算出に要する時間を短縮できる。
According to the present invention, the calculation frequency can be obtained based on the frequency related to the resonance frequency of the magnetic induction coil stored in advance in the capsule medical device. Therefore, the time required for calculating the position and orientation of the capsule medical device can be shortened as compared with the method of measuring the resonance frequency each time the position of the capsule medical device is detected and obtaining the calculation frequency.
Further, it is not necessary to mount an element for adjusting the resonance frequency of the magnetic induction coil, and the capsule medical device can be downsized. Alternatively, in order to adjust the resonance frequency, it is not necessary to select or adjust an element such as a capacitor that constitutes a resonance circuit together with the magnetic induction coil, and an increase in production cost of the capsule medical device can be prevented.
Since only the alternating magnetic field of the frequency for calculation is used for calculating the position and orientation of the capsule medical device, for example, it is compared with the method of sweeping the frequency of the alternating magnetic field in a predetermined band every time the position of the capsule medical device is detected. Thus, the time required for calculating the position and orientation can be shortened.
本発明のカプセル型医療装置の位置検出システム、カプセル型医療装置誘導システムおよびカプセル型医療装置の位置検出方法によれば、周波数決定部がそのばらついた共振周波数に基づいた算出用周波数を求め、算出用周波数に基づいてカプセル型医療装置の位置及び向きを算出できるため、カプセル型医療装置の位置検出に用いる交流磁界周波数等の調整作業を不要にすることができるという効果を奏する。
そのため、磁気誘導コイルの共振周波数を調節する素子等を搭載する必要がなくなり、カプセル型医療装置を小型化できるという効果を奏する。あるいは、共振周波数を調節するために、磁気誘導コイルとともに共振回路を構成するコンデンサ等の素子を選択、あるいは調節する必要がなくなり、カプセル型医療装置の生産コスト低減を図ることができるという効果を奏する。
According to the capsule medical device position detection system, the capsule medical device guidance system, and the capsule medical device position detection method of the present invention, the frequency determination unit obtains and calculates a calculation frequency based on the varied resonance frequency. Since the position and orientation of the capsule medical device can be calculated based on the frequency for use, there is an effect that adjustment work such as an alternating magnetic field frequency used for detecting the position of the capsule medical device can be eliminated.
Therefore, it is not necessary to mount an element for adjusting the resonance frequency of the magnetic induction coil, and the capsule medical device can be reduced in size. Alternatively, it is not necessary to select or adjust an element such as a capacitor that constitutes a resonance circuit together with the magnetic induction coil in order to adjust the resonance frequency, and the production cost of the capsule medical device can be reduced. .
(カプセル型内視鏡誘導システム)
〔第1の実施の形態〕
以下、本発明におけるカプセル型内視鏡誘導システムの第1の実施形態について図1から図13を参照して説明する。
図1は、本実施形態におけるカプセル型内視鏡誘導システムの概略を示す図である。図2は、カプセル型内視鏡誘導システムの斜視図である。
カプセル型内視鏡誘導システム(カプセル型医療装置誘導システム)10は、図1および図2に示すように、被検者1の口部または肛門から体腔内に投入され、体腔内管路の内壁面を光学的に撮像し画像信号を無線で送信するカプセル型内視鏡(カプセル型医療装置)20と、カプセル型内視鏡20の位置を検出する位置検出ユニット(位置検出システム)50と、検出されたカプセル型内視鏡20の位置および施術者の指示に基づきカプセル型内視鏡20を誘導する磁気誘導装置70と、カプセル型内視鏡20から送信された画像信号を表示する画像表示装置80と、から概略構成されている。
(Capsule type endoscope guidance system)
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of a capsule endoscope guidance system according to the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a diagram showing an outline of a capsule endoscope guidance system in the present embodiment. FIG. 2 is a perspective view of the capsule endoscope guidance system.
A capsule endoscope guidance system (capsule medical device guidance system) 10 is inserted into a body cavity from the mouth or anus of a subject 1 as shown in FIGS. A capsule endoscope (capsule medical device) 20 that optically images a wall surface and wirelessly transmits an image signal; a position detection unit (position detection system) 50 that detects the position of the
磁気誘導装置70は、図1に示すように、カプセル型内視鏡20を駆動する平行磁界を発生させる3軸ヘルムホルツコイルユニット(磁界発生手段、電磁石)71と、3軸ヘルムホルツコイルユニット71に供給する電流を増幅制御するヘルムホルツコイルドライバ72と、カプセル型内視鏡20を駆動する平行磁界の方向を制御する回転磁界制御回路(磁界方向制御手段)73と、施術者が入力したカプセル型内視鏡20の進行方向を回転磁界制御回路73に出力する入力装置74と、から概略構成されている。
なお、本実施形態では、3軸ヘルムホルツコイルユニット71と表記したが、ヘルムホルツコイルの条件を厳密に満たすものでなくてもよい。例えば、コイルは円形でなく、図1に示すように略四角をしていてもよく、また、対向するコイルの間隔も本実施形態の機能を満たす範囲でヘルムホルツコイルの条件から外れていても構わない。
As shown in FIG. 1, the
In the present embodiment, the three-axis
3軸ヘルムホルツコイルユニット71は、図1および図2に示すように、略矩形形状に形成されている。また、3軸ヘルムホルツコイルユニット71は、互いに対向する3対のヘルムホルツコイル(電磁石)71X、71Y、71Zを備えるとともに、各対のヘルムホルツコイル71X、71Y、71Zが図1中のX、Y、Z軸に対して略垂直となるように配置されている。X、Y、Z軸に対して略垂直に配置されたヘルムホルツコイルを順にそれぞれヘルムホルツコイル71X、71Y、71Zと表記する。
また、ヘルムホルツコイル71X、71Y、71Zは、その内部に略直方体状の空間Sを形成するように配置されている。空間Sは、図1に示すように、カプセル型内視鏡20の作動空間になるとともに、図2に示すように、被検者1が配置される空間にもなっている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the triaxial
Further, the Helmholtz coils 71X, 71Y, 71Z are arranged so as to form a substantially rectangular space S therein. The space S is a working space for the
ヘルムホルツコイルドライバ72は、それぞれヘルムホルツコイル71X、71Y、71Zを制御するヘルムホルツコイルドライバ72X、72Y、72Zを備えている。
回転磁界制御回路73には、後述する位置検出装置からカプセル型内視鏡20の現在向いている方向(カプセル型内視鏡20の回転軸(長手軸)Rの方向)データが入力されるとともに、施術者が入力装置74から入力したカプセル型内視鏡20の進行方向指示が入力されるようになっている。そして、回転磁界制御回路73からは、ヘルムホルツコイルドライバ72X、72Y、72Zを制御する信号が出力されるとともに、画像表示装置80にカプセル型内視鏡20の回転位相データが出力されるようになっている。
また、入力装置74としては、ジョイスティックを倒すことによりカプセル型内視鏡20の進行方向を指示する入力装置を用いている。
なお、入力装置74は、上述のようにジョイスティック方式のものを用いてもよいし、進行方向のボタンを押すことにより進行方向を指示する入力装置など、他の方式の入力装置を用いてもよい。
The Helmholtz coil driver 72 includes
The rotating magnetic
In addition, as the
The
位置検出ユニット50は、図1に示すように、カプセル型内視鏡20内の後述する磁気誘導コイルに誘導磁気を発生させるドライブコイル(駆動コイル)51と、磁気誘導コイルで発生した誘導磁気を検知するセンスコイル(磁気センサ)52と、センスコイル52が検知した誘導磁気に基づいてカプセル型内視鏡20の位置を演算するとともにドライブコイル51により形成される交流磁場を制御する位置検出装置(位置解析手段、磁界周波数可変部、駆動コイル制御部)50Aと、から概略構成されている。
位置検出装置50Aには、算出用周波数決定部(周波数決定部)50Bが設けられ、後述するセンスコイル受信回路からの信号が入力されるように構成されている。
As shown in FIG. 1, the
The
位置検出装置50Aからドライブコイル51までの間には、位置検出装置50Aからの出力に基づき交流電流を発生させる信号発生回路53と、位置検出装置50Aからの出力に基づき信号発生回路53から入力された交流電流を増幅するドライブコイルドライバ54と、位置検出装置50Aからの出力に基づき選択されたドライブコイル51に交流電流を供給するドライブコイルセレクタ55と、が配置されている。
センスコイル52から位置検出装置50Aまでの間には、位置検出装置50Aからの出力に基づきセンスコイル52からのカプセル型内視鏡20の位置情報などを含んだ交流電流を選択するセンスコイルセレクタ(磁気センサ選択手段)56と、センスコイルセレクタ56を通過した上記交流電流から振幅値を抽出し位置検出装置50Aへ出力するセンスコイル受信回路57とが配置されている。
Between the
Between the
図3は、カプセル型内視鏡誘導システムの断面を示す概略図である。
ここで、ドライブコイル51は、図1および図3に示すように、ヘルムホルツコイル71X、71Y、71Zにより形成される略直方体形状の作動空間の上方(Z軸の正方向側)の四隅に斜めに配置されている。またドライブコイル51は、矩形形状のヘルムホルツコイル71X、71Y、71Zの角部を結ぶ略三角形状のコイルとして形成されている。このように、ドライブコイル51を上方に配置することにより、ドライブコイル51と被検者1との干渉を防止することができる。
なお、ドライブコイル51は、上述のように略三角形状のコイルであってもよいし、円形状など、さまざまな形状のコイルを用いることができる。
FIG. 3 is a schematic view showing a cross section of the capsule endoscope guidance system.
Here, as shown in FIGS. 1 and 3, the
The
また、センスコイル52は空芯コイルとして形成されているとともに、ヘルムホルツコイル71X、71Y、71Zよりも内側であって、カプセル型内視鏡20の作動空間を介してドライブコイル51と対向する位置およびY軸方向に互いに対向しあう位置に配置された3つの平面形状のコイル支持部58により支持されている。1つのコイル支持部58には、9個のセンスコイル52がマトリクス状に配置されていて、位置検出ユニット50全体には27個のセンスコイル52が備えられている。
なお、センスコイル52の位置は、ヘルムホルツコイル71X,71Y,71Zと同一平面上にあってもよいし、外側にあってもよく、自由に配置して構わない。
In addition, the
The position of the
図4は、センスコイル受信回路57の回路構成を示す概略図である。
センスコイル受信回路57は、図4に示すように、入力されたカプセル型内視鏡20の位置情報を含む交流電圧の低周波成分を取り除くハイパスフィルタ(HPF)59と、上記交流電圧を増幅するプリアンプ60と、増幅された上記交流電圧に含まれる高周波を取り除くバンドパスフィルタ(BPF、帯域制限部)61と、高周波を取り除いた上記交流電圧を増幅するアンプ(AMP)62と、上記交流電圧の振幅を検出して振幅値を抽出して出力する実効値検出回路(True RMS コンバータ)63と、振幅値をデジタル信号に変換するA/D変換器64と、デジタル化された振幅値を一時的に格納するメモリ65とから構成されている。
ここで、ハイパスフィルタ(HPF)59は、ヘルムホルツコイル71X,71Y,71Zで発生する回転磁界により誘導され、センスコイル52で検出される低周波信号を除去する役割も兼ねている。これにより、磁気誘導装置70を動作させた状態で位置検出ユニット50を正常に動作できる状態にしている。
FIG. 4 is a schematic diagram showing a circuit configuration of the sense
As shown in FIG. 4, the sense
Here, the high-pass filter (HPF) 59 is also induced by a rotating magnetic field generated by the Helmholtz coils 71X, 71Y, 71Z, and also serves to remove a low-frequency signal detected by the
ハイパスフィルタ59は、センスコイル52から延びる一対の配線66Aにそれぞれ配置された抵抗67と、一対の配線66A間を接続するとともにその略中央で接地されている配線66Bと、配線66Bに接地点を介して対向して配置された一対のコンデンサ68とから構成されている。プリアンプ60は一対の配線66Aにそれぞれ配置され、プリアンプ60から出力された上記交流電圧は、一つのバンドバスフィルタ61に入力されるようになっている。メモリ65は、9つのセンスコイル52から得られた振幅値を一時的に格納し、格納した振幅値を位置検出装置50Aへ出力している。
また、これとは別に、コモンモードのノイズを除去できるコモンモードフィルタを設けても構わない。
なお、上述のように、上記交流電圧の振幅値を抽出するのに実効値検出回路63を用いてもよいし、整流回路を用いて磁気情報を平滑化して電圧を検出することで振幅値を検出してもよいし、上記交流電圧のピークを検出するピーク検出回路を用いて振幅値を検出してもよい。
また、検出される交流電圧の波形は、磁気誘導コイル42の有無、位置により、ドライブコイル51に付加される波形に対する位相が変化する。この位相変化をロックインアンプなどで検出してもかまわない。
The high-
In addition, a common mode filter that can remove common mode noise may be provided.
As described above, the effective
Further, the detected AC voltage waveform changes in phase with respect to the waveform added to the
画像表示装置80は、図1に示すように、カプセル型内視鏡20から送信された画像を受信する画像受信回路81と、受信された画像信号および回転磁界制御回路73からの信号に基づいて画像を表示する表示部(表示手段、画像制御手段)82とから構成されている。
As shown in FIG. 1, the
図5は、カプセル型内視鏡の構成を示す概略図である。
カプセル型内視鏡20は、図5に示すように、その内部に各種の機器を収納する外装21と、被検者の体腔内管路の内壁面を撮像する撮像部(撮像手段)30と、撮像部30を駆動する電池39と、前述したドライブコイル51により誘導磁気を発生させる誘導磁気発生部40と、磁気誘導装置70で発生する磁気を受け、カプセル型内視鏡20を駆動する駆動用磁石(永久磁石)45と、から概略構成されている。
FIG. 5 is a schematic diagram showing the configuration of the capsule endoscope.
As shown in FIG. 5, the
外装21は、カプセル型内視鏡20の回転軸(長手軸)Rを中心軸とする赤外線を透過する円筒形状のカプセル本体(以下、単に本体と略記)22と、本体22の前端を覆う透明で半球形状の先端部23と、本体の後端を覆う半球形状の後端部24とから形成され、水密構造で密閉されたカプセル容器を形成している。
また、外装21の本体の外周面には、回転軸Rを中心として断面円形の線材を螺旋状に巻いた螺旋部(螺旋機構)25が備えられている。
磁気誘導装置70で発生させた回転磁気を受け、駆動用磁石が回転すると、この螺旋部も回転し、管腔内でカプセル型内視鏡20を回転軸R方向に誘導することができる。
The exterior 21 is a cylindrical capsule main body (hereinafter simply referred to as a main body) 22 that transmits infrared rays with the rotation axis (longitudinal axis) R of the
Further, the outer peripheral surface of the main body of the exterior 21 is provided with a spiral portion (spiral mechanism) 25 in which a wire having a circular cross section around the rotation axis R is spirally wound.
When the driving magnet rotates in response to the rotating magnetism generated by the
撮像部30は、回転軸Rに対して略垂直に配置された基板36Aと、基板36Aの先端部23側の面に配置されたイメージセンサ31と、被検者の体腔内管路の内壁面の画像をイメージセンサ31に結像させるレンズ群32と、体腔内管路の内壁面を照明するLED(Light Emitting Diode)33と、基板36Aの後端部24側の面に配置された信号処理部34と、画像信号を画像表示装置80に発信する無線素子35とから概略構成されている。
The
信号処理部34は、基板36A、36B、36C、36Dおよびフレキシブル基板37A、37B、37Cを介して電池39に電気的に接続されているとともに、基板36Aを介してイメージセンサ31と電気的に接続され、基板36A、フレキシブル基板37Aおよび支持部材38を介してLED33と電気的に接続されている。また、信号処理部34は、イメージセンサ31が取得した画像信号を圧縮して一時的に格納(メモリ)し、圧縮した画像信号を無線素子35から外部に送信するとともに、後述するスイッチ部46からの信号に基づきイメージセンサ31およびLED33のオン・オフを制御している。
The
イメージセンサ31は、先端部23およびレンズ群32を介して結像された画像を電気信号(画像信号)に変換して信号処理部34へ出力している。このイメージセンサ31としては、例えば、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)やCCDを用いることができる。
また、LED33は基板36Aより先端部23側に配置された支持部材38に、回転軸Rを中心として周方向に間隔をあけて複数配置されている。
The
A plurality of
駆動用磁石45は、信号処理部34の後端部24側に配置されている。駆動用磁石45は、回転軸Rに対して直交方向(例えば図5中の上下方向)に磁化方向を有するように配置または着磁されている。
駆動用磁石45の後端部24側には、基板36B上に配置されたスイッチ部46が備えられている。スイッチ部46は赤外線センサ47を有し、基板36Bおよびフレキシブル基板37Aを介して信号処理部34と電気的に接続されているとともに、基板36B、36C、36Dおよびフレキシブル基板37B、37Cを介して電池39と電気的に接続されている。
また、スイッチ部46は回転軸Rを中心として周方向に等間隔に複数配置されるとともに、赤外線センサ47が直径方向外側に面するように配置されている。本実施形態においては、スイッチ部46が4つ配置されている例を説明するが、スイッチ部46の数は4つに限られることなく、その個数がいくつであってもよい。
The driving
On the
A plurality of
スイッチ部46の後端部24側には、電池39が基板36C、36Dに挟まれて配置されている。
基板36Dの後端部24側の面には無線素子35が配置されている。無線素子35は、基板36A、36B、36C、36Dおよびフレキシブル基板37A、37B、37Cを介して信号処理部34と電気的に接続されている。
On the
A
無線素子35の後端部24側には誘導磁気発生部40が配置されている。誘導磁気発生部40は、中心軸が回転軸Rと略一致する円柱形状に形成されたフェライトからなる芯部材41と、芯部材41の外周部に配置された磁気誘導コイル42と、磁気誘導コイル42と電気的に接続され、共振回路43を形成するコンデンサ(図示せず)とから形成されている。
An
なお、コンデンサは、共振回路43の共振周波数を位置検出ユニット50のドライブコイル51の発生する交流磁界の周波数の近傍になるように、磁気誘導コイル42のインダクタンスに合わせて容量を決定している。また、共振回路43の共振周波数に合わせドライブコイル51の発生する交流磁界の周波数を決定してもよい。
また、芯部材はフェライトの他、磁性材料が適しており、鉄、ニッケル、パーマロイ、コバルトなどを使用することもできる。
Note that the capacitance of the capacitor is determined in accordance with the inductance of the
In addition to ferrite, a magnetic material is suitable for the core member, and iron, nickel, permalloy, cobalt, or the like can also be used.
次に、上記の構成からなるカプセル型内視鏡誘導システム10の作用について説明する。
まず、カプセル型内視鏡誘導システム10の作用の概要について説明する。
カプセル型内視鏡20は、図1および図2に示すように、位置検出ユニット50および磁気誘導装置70内に横臥した被検者1の口部または肛門から体腔に投入される。投入されたカプセル型内視鏡20は、位置検出ユニット50によりその位置が検出されるとともに、磁気誘導装置70により被検者1の体腔内管路内を患部近傍まで誘導される。カプセル型内視鏡20は、患部までの誘導中および患部近傍において体腔内管路の内壁面を撮像する。そして、撮像した体腔内管路の内壁面のデータおよび患部近傍のデータを画像表示装置80に送信する。画像表示装置80は送信されてきた画像を表示部82に表示する。
Next, the operation of the capsule
First, an outline of the operation of the capsule
As shown in FIGS. 1 and 2, the
次に、カプセル型内視鏡20の位置および方向検出に用いる算出用周波数の求め方、およびカプセル型内視鏡20の位置および方向の検出方法について説明する。
図6および図7は、算出用周波数の求め方、および、カプセル型内視鏡20の位置および方向検出手順を説明するフローチャートである。
Next, a method for obtaining a calculation frequency used for detecting the position and direction of the
6 and 7 are flowcharts for explaining how to obtain the calculation frequency and the procedure for detecting the position and direction of the
まず、図6に示すように、位置検出ユニット50のキャリブレーションを行う(Step1;予備測定ステップ)。つまり、カプセル型内視鏡20を空間Sに配置しない状態、つまりドライブコイル51により形成される交流磁界が作用して発生するセンスコイル52の出力を測定する。
交流磁界の具体的な形成の仕方としては、図1に示すように、信号発生回路53が交流信号を発生し、交流信号はドライブコイルドライバ54へ出力される。ドライブコイルドライバ54は交流信号を電力増幅し、交流電流をドライブコイル51にドライブコイルセレクタ55を介して供給する。発生される交流電流の周波数は数kHzから100kHzまでの範囲内の周波数であり、後述する共振周波数を含むように、時間に応じて周波数が上述の範囲内で変化(スイープ)している。この段階における共振周波数は、磁気誘導コイル42やコンデンサ等の特性値から推定されるものでよい。また、後述するように、この周波数は任意の値に固定することもできる。
なお、スイープする範囲は上述する範囲に限られることなく、より狭い範囲であってもよいし、より広い範囲であってもよく、特に限定されるものではない。
First, as shown in FIG. 6, the
As a specific method of forming the AC magnetic field, as shown in FIG. 1, the
In addition, the range to be swept is not limited to the above-described range, and may be a narrower range or a wider range, and is not particularly limited.
交流信号は、ドライブコイルドライバ54において位置検出装置50Aの指示に基づき増幅され、交流電流としてドライブコイルセレクタ55へ出力される。増幅された交流電流は、ドライブコイルセレクタ55において位置検出装置50Aにより選択されたドライブコイル51へ供給される。そしてドライブコイル51に供給された交流電流は、カプセル型内視鏡20の作動空間Sに交流磁場を形成する。
The AC signal is amplified by the
形成された交流磁場は、図4に示すように、センスコイル52に誘導起電力を発生させ、交流電圧がセンスコイル52に発生する。この交流電圧は、センスコイルセレクタ56を介してセンスコイル受信回路57に入力され、交流電圧の振幅値が抽出される。
センスコイル受信回路57に入力された上記交流電圧は、図4に示すように、まずハイパスフィルタ59により、交流電圧に含まれる低周波成分が取り除かれ、プリアンプ60により増幅される。その後、バンドパスフィルタ61により高周波が取り除かれ、アンプ62により増幅される。このようにして不要な成分が取り除かれた交流電圧は、実効値検出回路63により交流電圧の振幅値が抽出される。抽出された振幅値はA/D変換器64によりデジタル信号化され、メモリ65に格納される。このとき、バンドパスフィルタ61の透過周波数は交流磁場の周波数になるように、その都度、調整されている。
As shown in FIG. 4, the formed AC magnetic field generates an induced electromotive force in the
As shown in FIG. 4, the AC voltage input to the sense
メモリ65は、例えば信号発生回路53で発生される信号を共振回路43の共振周波数付近でスイープさせた1周期分に対応する振幅値を格納し、1周期分の振幅値をまとめて位置検出装置50Aの周波数決定部50Bへ出力している。このときの出力値をVc(f,N)とする。ここで、Vcは、f:交流磁場の周波数、N:センスコイルの番号の関数であることを示している。
The
次に、カプセル型内視鏡20を空間S内に配置する(Step2)。カプセル型内視鏡20の配置方法は特に限定されるものではなく、例えば、空間S内にカプセル型内視鏡を保持するホルダー等が設置されているのであれば、ホルダー上に配置してもよい。
また、このホルダーはカプセル型内視鏡20を直接保持してもよいし、カプセル型内視鏡をパッケージ(図示せず)に入れたままで保持するように構成しても構わない。このように構成すると衛生的である。
Next, the
Further, this holder may directly hold the
そして、カプセル型内視鏡20に搭載された磁気誘導コイル42の周波数特性を測定する(Step3;測定ステップ)。具体的には、Step1と同様に、ドライブコイル51から所定の帯域で周波数が変化する交流磁界を発生させ、この交流磁界と、磁気誘導コイル42に誘起された誘導磁気と、によるセンスコイル52の出力を周波数を変化(スイープ)させながら測定する。このときの出力をV0(f,N)とする。fは交流磁界の周波数であり、Nはセンスコイル52の番号である。
磁気誘導コイル42はコンデンサとともに共振回路43を形成しているので、交流磁場の周期が共振回路43の共振周波数と一致すると、共振回路43(磁気誘導コイル42)に流れる誘導電流は大きくなり、形成される誘導磁気も強くなる。さらに、磁気誘導コイル42の中心には、誘電性のフェライトからなる芯部材41が配置されているので、誘導磁場が芯部材41に集められ易く、形成される誘導磁気はさらに強くなる。
Then, the frequency characteristic of the
Since the
その後、周波数決定部50Bが、Step1において測定されたセンスコイル52の出力と、Step3において測定されたセンスコイル52の出力との差分を算出し、算出された差分に基づいてカプセル型内視鏡20の位置および向きの検出に用いる算出用周波数を求める(Step4;周波数決定ステップ)。
Thereafter, the
図8は、磁気誘導コイル42の周波数特性を説明する図であって、交流磁界の周波数が変化した際におけるあるセンスコイル52出力のゲイン変化および位相変化を説明する図である。なお、このグラフのゲインV(f,N)は、V(f,N)=V0(f,N)−Vc(f,N)で示される。つまり、ゲインV(f,N)は、ステップ1で測定した結果とステップ3で測定された結果の各周波数における差で示される。
センスコイル52の出力である交流電圧の振幅値は、図8に示すように、磁気誘導コイル42の発生する交流磁場の周波数特性、つまり、共振回路43の共振周波数との関係により大きく変化する。図8は、横軸に交流磁場の周波数をとり、縦軸に共振回路43に流れる交流電圧のゲイン変化(dBm)および位相変化(degree)をとっている。ゲイン変化は実線で表されており、図8においては、共振周波数よりも小さい周波数で極大値をとり、共振周波数においてゲイン変化がゼロとなり、共振周波数よりも大きい周波数で極小値をとることを示している。また、位相変化は破線で表されており、共振周波数において最も遅れることを示している。ここで、共振回路43の共振周波数が、位相が最も遅れる周波数、ゲインが0をクロスする周波数と一致することは、共振回路のインピーダンス特性をネットワークアナライザや、インピーダンスアナライザ等で測定し確認されている。
なお、測定条件により共振周波数よりも低い周波数で極小値をとり、共振周波数よりも高い周波数で極大値をとり、共振周波数で位相が最も進む場合もある。
FIG. 8 is a diagram illustrating the frequency characteristics of the
As shown in FIG. 8, the amplitude value of the AC voltage that is the output of the
Depending on the measurement conditions, there may be a minimum value at a frequency lower than the resonance frequency, a maximum value at a frequency higher than the resonance frequency, and the phase most advanced at the resonance frequency.
具体的には、上述したセンスコイル52のゲイン変化が極大、極小となる周波数を求めてこれら2つの周波数を算出用周波数とし、周波数が低いものを低周波側算出用周波数、周波数が高いものを高周波側算出用周波数とする。本実施の形態においては、図8に示すように、約18kHzおよび約20.5kHzにゲイン変化の極値が存在し、前者が低周波側算出用周波数、後者が高周波側算出用周波数とされる。
Specifically, the frequency at which the gain change of the above-described
このようにStep1とStep2とのセンスコイル52の出力の差分を用いることにより、センスコイル受信回路57の温度特性などによる出力値のドリフト等の影響を取り除くことができ、精度の高い算出用周波数を求めることができる。
ここで、低周波側算出用周波数をfLOW、高周波側算出用周波数をfHIGHとするとき、全てのセンスコイルにおけるVc(fLOW,N)、Vc(fHIGH,N),(N:1,2,3,・・・センスコイルの数)を基準値として記憶する。Step5以降では、低周波側算出用周波数(fLOW)で測定したセンスコイル52の出力をV(fLOW,N)(Nはセンスコイルの番号)、高周波側算出用周波数(fHIGH)で測定したセンスコイル52の出力をV(fHIGH,N)(Nはセンスコイルの番号)として表すと、位置計算に用いる値は、センスコイル52の出力に基づいて計算されたVs(fLOW,N)、Vs(fHIGH,N)は、以下の計算式により求められる。
Vs(fLOW,N)=V(fLOW,N)−Vc(fLOW,N)
Vs(fHIGH,N)=V(fHIGH,N)−Vc(fHIGH,N)
よって、以後のステップでは、Vs(fLOW,N)、Vs(fHIGH,N)を「センスコイル52の出力に基づいて計算された値」として表現する。
Thus, by using the difference in the output of the
Here, when the low frequency side calculation frequency is f LOW and the high frequency side calculation frequency is f HIGH , Vc (f LOW , N), Vc (f HIGH , N), (N: 1) in all sense coils. , 2, 3,..., The number of sense coils) is stored as a reference value. After Step 5, the output of the
Vs (f LOW , N) = V (f LOW , N) −Vc (f LOW , N)
Vs (f HIGH, N) = V (f HIGH, N) -Vc (f HIGH, N)
Therefore, in the subsequent steps, Vs (f LOW , N) and Vs (f HIGH , N) are expressed as “values calculated based on the output of the
なお、上述の算出用周波数を求める場合には、少なくとも1つのセンスコイル52の出力があれば、低周波側算出用周波数および高周波側算出用周波数を求めることができる。つまり、ステップ1では、全てのセンスコイル52に対する出力周波数特性を測定するが、ステップ3では、特定のセンスコイル52についてのみ測定すればよく、ステップ4の処理を行い、算出用周波数を求めることを行なえばよいことになる。
In addition, when calculating | requiring the above-mentioned calculation frequency, if there exists an output of at least 1
まず、1個のセンスコイル52を選択する。その後、ドライブコイル51から交流磁界をスイープさせながら発生させる。そのとき、選択したセンスコイル52に接続されているバンドパスフィルタ61の中心周波数をドライバコイル51から発生する交流磁界の周波数に合わせ変化(スイープ)させる。ドライブコイル51から発生させた交流磁界をスイープさせている間のセンスコイル52の出力(バンドパスフィルタ61、アンプ62、True RMSコンバータ63を通した後の出力)を測定する。
その後、カプセル型内視鏡20を空間Sの内部に配置する。前述と同様にドライブコイル51から交流磁界をスイープさせながら発生させ、そのとき、選択したセンスコイル52に接続されているバンドパスフィルタ61の中心周波数をドライブコイル51から発生する交流磁界の周波数にあわせてスイープさせ、センスコイル52の出力を測定する。
First, one
Thereafter, the
そして、カプセル型内視鏡20を空間S内に配置したときの測定結果(センスコイル52の出力)から、カプセル型内視鏡20を空間S内に配置しない状態での測定結果(センスコイル52の出力)の差を求める。
その結果は、前に説明した図8の結果と同様になるので算出用周波数を求めることができる。
そして、全てのセンスコイル52に対するキャリブレーションは、次のようにおこなう。すなわち、算出用周波数を決定した後、再度、カプセル型内視鏡20を空間Sから取り出し、低周波側算出用周波数にバンドパスフィルタ61の中心周波数を合わせる。そして、ドライブコイル51により形成された交流磁界の周波数を低周波側算出用周波数に合わせる。そして、ドライブコイル51から低周波側算出用周波数の交流磁界を発生させ、全てのセンスコイル52の出力を測定する。この測定値をVc(fLOW,N)として保存する。
Then, from the measurement result when the
Since the result is the same as the result of FIG. 8 described above, the calculation frequency can be obtained.
Calibration for all the sense coils 52 is performed as follows. That is, after determining the calculation frequency, the
その次のステップとして、バンドパスフィルタ61の中心周波数を高周波側算出用周波数に合わせる。そして、ドライブコイル51により形成される交流磁界の周波数を高周波側算出用周波数にあわせ、ドライブコイル51から高周波側算出用周波数の交流磁界を発生させる。そして、全てのセンスコイル52の出力を測定する。この値をVc(fHIGH,N)として保存する。
As the next step, the center frequency of the
これらの算出用周波数が求まると、その次に、カプセル型内視鏡20の位置および方向検出が行われる。
まず、バンドパスフィルタ61の中心周波数を低周波側算出用周波数と合わせる(Step5)。さらに、バンドパスフィルタ61の透過周波数帯域をセンスコイル52のゲイン変化の極値が抽出できる程度の帯域に設定する。
そして、ドライブコイル51により形成される交流磁界の周波数を低周波側算出用周波数に合わせる(Step6)。具体的には、信号発生回路53により発生される交流電流の周波数を低周波側算出用周波数に制御することにより、ドライブコイル51により形成される交流磁界の周波数を制御している。
When these calculation frequencies are obtained, the position and direction of the
First, the center frequency of the
Then, the frequency of the AC magnetic field formed by the
そして、ドライブコイル51から低周波側算出用周波数の交流磁界を発生させ、磁気誘導コイル42に誘起された誘導磁気をセンスコイル52により検出する(Step7;検出ステップ)。つまり、センスコイル52の出力を測定し、センスコイル52の出力に基づいて計算された値、Vs(fLOW、N)を求める。ここで、Nは選択されたセンスコイル52の番号を示す。
Then, an alternating magnetic field having a low frequency side calculation frequency is generated from the
次に、バンドパスフィルタ61の中心周波数を高周波側算出用周波数と合わせる(Step8)。
そして、ドライブコイル51により形成される交流磁界の周波数を高周波側算出用周波数に合わせる(Step9)。
そして、ドライブコイル51から高周波側算出用周波数の交流磁界を発生させ、磁気誘導コイル42に誘起された誘導磁気をセンスコイル52により検出する(Step10;検出ステップ)。つまり、センスコイル52の出力を測定し、センスコイル52の出力に基づいて計算された値、Vs(fHIGH,N)を求める。ここで、Nはセンスコイル52の番号を示す。
なお、上述のように、低周波側算出用周波数による検出を先に行い、次に高周波側算出用周波数による検出を後に行ってもよいし、逆に高周波側算出用周波数で検出し、その後に低周波側算出用周波数で検出を行ってもよい。
Next, the center frequency of the
Then, the frequency of the alternating magnetic field formed by the
Then, an AC magnetic field having a high frequency side calculation frequency is generated from the
As described above, detection by the low frequency side calculation frequency may be performed first, and then detection by the high frequency side calculation frequency may be performed later. You may detect by the frequency for low frequency side calculation.
その後、位置検出装置50Aは、各センスコイル52における低周波側算出用周波数および高周波側算出用周波数での出力差(振幅差)Vs(fLOW,N)−Vs(fHIGH,N)を求め、カプセル型内視鏡20の位置を推定するのに、どのセンスコイル52の出力差を用いるのかを選定する(Step11)。
このセンスコイル52の選定方法は、特に限定されるものではなく、出力差の大きなセンスコイル52を選定できればよい。例えば、図9に示すように、ドライブコイル51とカプセル型内視鏡20を介して対向するセンスコイル52を選定してもよいし、図10に示すように、ドライブコイル51が配置されている面に隣接するとともに互いに対向する面に配置されているセンスコイル52を選定してもよい。
位置検出装置50Aは、センスコイルセレクタ56に対して選定したセンスコイル52からの交流電流をセンスコイル受信回路57へ入力するように指示を出力することにより、センスコイル52の選定を行う。
Thereafter, the
The method of selecting the
The
そして、位置検出装置50Aは、選定されたセンスコイル52の出力差に基づいてカプセル型内視鏡20の位置および向きを演算し(Step12;位置算出ステップ)、位置および向きを決定する(Step13)。
具体的には、位置検出装置50Aは、選定されたセンスコイル52から得られた振幅差に基づいて、カプセル型内視鏡20の位置、方向、磁場の強さに係る連立方程式を解くことによりカプセル型内視鏡20の位置などを求めている。
このように、センスコイル52の出力差に基づくことにより、環境条件(例えば温度)などによるセンスコイル受信回路の特性の変化をキャンセルすることができ、環境条件に影響されることなく、安定した精度でカプセル型内視鏡20の位置を求めることができる。
Then, the
Specifically, the
As described above, based on the output difference of the
カプセル型内視鏡20の位置などの情報としては、例えば、X、Y、Zの位置座標と、カプセル型内視鏡20の長手軸(回転軸)の方向φ、θと、磁気誘導コイル42が形成した誘導磁気の強さと、の6つの情報が挙げられる。
これら6つの情報を演算により推定するためには、少なくとも6つのセンスコイル52からの出力が必要となる。そのため、Step11のセンスコイル52の選定においては、少なくとも6つ以上のセンスコイル52を選定することが望ましい。
Examples of the information such as the position of the
In order to estimate these six pieces of information by calculation, outputs from at least six sense coils 52 are required. Therefore, in selecting the
そして、図7に示すように、次の制御に用いるセンスコイル52を選定する(Step14)。
つまり、位置検出装置50Aが、Step13において算出したカプセル型内視鏡20の位置および向きに基づいて、全てのセンスコイル52の位置における磁気誘導コイル42から発生した磁場強度を計算により求め、磁場強度の強い位置にあるセンスコイル52を必要な数だけ選定する。なお、カプセル型内視鏡の位置および向きを繰り返し求める場合は、後述するStep22において算出したカプセル型内視鏡20の位置および向きに基づいてセンスコイル52を選定する。
Then, as shown in FIG. 7, the
That is, the
なお、選定されるセンスコイル52の個数は、本実施形態では6個以上あればよいが、10個から15個程度とすると、位置計算誤差を小さく抑えられる。また、センスコイル52の選定方法は、Step13(あるいは、後述するStep22)で求めたカプセル型内視鏡20の位置および向きに基づいて、磁気誘導コイル42から発生した磁場による全てのセンスコイル52の出力を計算で求め、出力の大きなセンスコイル52を必要な数だけ選定するようにしてもよい。
In this embodiment, the number of sense coils 52 to be selected may be six or more. However, when the number of sense coils 52 is about 10 to 15, the position calculation error can be suppressed small. In addition, the selection method of the sense coils 52 is based on the position and orientation of the
その後、再びバンドパスフィルタ61の中心周波数を低周波側算出用周波数と合わせる(Step15)。
そして、ドライブコイル51により形成される交流磁界の周波数を低周波側算出用周波数に合わせる(Step16)。
そして、ドライブコイル51から低周波側算出用周波数の交流磁界を発生させ、磁気誘導コイル42に誘起された誘導磁気をStep14で選出されたセンスコイル52により検出する(Step17;検出ステップ)。そして、Step7と同様に、センスコイル52の出力に基づいて計算された値、Vs(fLOW,N)を求める。
Thereafter, the center frequency of the
Then, the frequency of the alternating magnetic field formed by the
Then, an alternating magnetic field having a low frequency side calculation frequency is generated from the
次に、バンドパスフィルタ61の中心周波数を高周波側算出用周波数と合わせる(Step18)。
そして、ドライブコイル51により形成される交流磁界の周波数を高周波側算出用周波数に合わせる(Step19)。
そして、ドライブコイル51から高周波側算出用周波数の交流磁界を発生させ、磁気誘導コイル42に誘起された誘導磁気を、Step13で選出されたセンスコイル52により検出する(Step20;検出ステップ)。そして、Step10と同様に、センスコイル52の出力に基づいて計算された値、Vs(fHIGH,N)を求める。
Next, the center frequency of the
Then, the frequency of the alternating magnetic field formed by the
Then, an AC magnetic field having a high frequency side calculation frequency is generated from the
そして、位置検出装置50Aは、Step14において選定されたセンスコイル52の出力差に基づいてカプセル型内視鏡20の位置および向きを演算し(Step21;位置算出ステップ)、位置および向きを決定する(Step22)。
なお、Step22においては、算出されたカプセル型内視鏡装置20の位置および向きのデータを他の装置や、表示部82に出力してもよい。
その後、カプセル型内視鏡装置20の位置および向きの検出を続ける場合には、上述のStep14に戻って位置および向きの検出を行う。
Then, the
In
Thereafter, when the detection of the position and orientation of the
また、位置検出装置50Aは、上述の制御と平行して、磁界を形成するドライブコイル51を選定し、ドライブコイルセレクタ55に対して選定したドライブコイル51に交流電流を供給するように指示を出力する。このドライブコイル51の選定方法は、図11に示すように、ドライブコイル51から磁気誘導コイル42を結ぶ直線(ドライブコイル51の向き)と磁気誘導コイル42の中心軸線(カプセル型内視鏡20の回転軸R)とが略直交するドライブコイル51を除外する方法で行われるとともに、磁気誘導コイル42において作用する磁界の方向が一次独立となるよう、図12に示すように、3つのドライブコイル51に交流電流を供給するように選定されている。
より好ましい方法としては、ドライブコイル51が形成する磁力線の方向と、磁気誘導コイル42の中心軸線とが略直交するドライブコイル51を除外する方法が有効である。
In parallel with the above-described control, the
As a more preferable method, a method of excluding the
なお、上述のように、ドライブコイルセレクタ55を用いて交流磁界を形成するドライブコイル51の数を制限してもよいし、ドライブコイルセレクタ55を用いないで、ドライブコイル51の配置数を最初から3つとしてもよい。
なお、上述のように、ドライブコイル51を3つ選択して交流磁界を形成してもよいし、図9に示すように、全てのドライブコイル51により交流磁界を発生させてもよい。
As described above, the
As described above, three
ここで、ドライブコイル51を切り替える動作について、より具体的に説明する。
ドライブコイルを切り替える動作は、ドライブコイル51が発生した磁場の方向と、磁気誘導コイル42の向きが、カプセル型内視鏡20の位置で垂直になってしまうと、磁気誘導コイル42から発生する誘導磁場が小さくなってしまい位置検出の精度が落ちるなどの問題が発生する可能性が生じることの対策として行われる。
Here, the operation | movement which switches the
The operation of switching the drive coil is an induction generated from the
磁気誘導コイル42の方向、すなわちカプセル型内視鏡20の方向は、位置検出装置50Aの出カから知ることができる。また、ドライブコイル51がカプセル型内視鏡20の位置に作る磁場の方向は計算により求めることができる。
よって、カプセル型内視鏡20の向きと、ドライブコイル51がカプセル型内視鏡20の位置に作る磁場の方向のなす角度は計算で求めることができる。
同様に異なる位置及び向きに配置されたそれぞれのドライブコイル51の発生する磁場のカプセル型内視鏡20の位置における磁場の方向もそれぞれ計算で求めることができ、同様に、カプセル型内視鏡20の向きと、それぞれのドライブコイル51がカプセル型内視鏡20の位置に作る磁場の方向のなす角度は計算で求めることができる。
これにより、カプセル型内視鏡20の向きと、ドライブコイル51がカプセル型内視鏡20の位置に作る磁場の方向とのなす角度が鋭角な関係にあるドライブコイル51を選択することで、磁気誘導コイル42から発生する誘導磁場を大きく保つことができ、位置検出を行うにあたり良好な状態を保つことができる。
The direction of the
Therefore, the angle between the direction of the
Similarly, the direction of the magnetic field at the position of the
As a result, by selecting the
ドライプコイルの51の切り替え動作を行うには、前述したStep1のキャリブレーションの実施において以下の動作を行う。
まず、1つのドライブコイル51を選択し、ドライブコイル51から交流磁界を周波数を変化(スイープ)させながら発生する。このとき、全てのセンスコイル52の出力を、センスコイル52の後段に配置されたバンドパスフィルタ61の中心周波数をドライブコイル51から発生している交流磁界の周波数に合わせながら測定し、ドライブコイル51と関連付けたセンスコイル52の周波数特性を得る。
そして、選択したドライブコイル51と関連付け、全てのセンスコイルの周波数特性を記憶する。
In order to perform the switching operation of the
First, one
Then, the frequency characteristics of all sense coils are stored in association with the selected
次に、別のドライブコイル51を新たに選択し、ドライプコイル51から交流磁界を周波数を変化(スイープ)させながら発生する。このとき、全てのセンスコイル52の出カを、センスコイル52の後段に配置されたバンドパスフィルタ61の中心周波数をドライブコイル51から発生している交流磁界の周波数に合わせながら測定し、ドライブコイル51と関連付けたセンスコイル52の周波数特性を得る。
そして、新たに選択したドライプコイル51と関連付け、全てのセンスコイルの周波数特性を記憶する。
この動作を、全てのドライブコイルについて繰り返すことで、全てのドライブコイル51とセンスコイル52の組合せにおけるセンスコイル52の周波数特性を記憶することができる。
Next, another
Then, the frequency characteristics of all the sense coils are stored in association with the newly selected
By repeating this operation for all the drive coils, the frequency characteristics of the sense coils 52 in all combinations of the drive coils 51 and the sense coils 52 can be stored.
次に前述のとおり、カプセル型内視鏡20を空間Sに配置し(STEP2)、カプセル型内視鏡20を空間Sに配置した場合の周波数特性を測定する。このときの測定は、任意のドライブコイル51を選択し、任意のセンスコイル52を選択し、その組合せにおけるセンスコイル52の出カの周波数特性を算出する。(STEP3)
STEP3で得た結果より、STEP3で選択したドライブコイル51、センスコイル52の組合せにおけるSTEP1で記憶したセンスコイル52の周波数特性を各周波数成分ごとに差分をとる。その結果は、図8の様になる。そして、前述のとおり算出用周波数を選択する。
Next, as described above, the
Based on the result obtained in STEP 3, the frequency characteristic of the
そして、STEP1で得た全てのドライブコイル51と、センスコイル52の組合せにおけるセンスコイル52の周波数特性より、算出用周波数における全てのドライブコイル51と、センスコイル52の組合せにおけるカプセル型内視鏡20が空間Sに存在しない場合のセンスコイルの出カを抽出する。これは前述のVc(fLOW,N)、Vc(fHIGH,N)にあたるが、ここでは、全てのドライブコイルとの関係も存在するため、Vc(fLOW,N,M)、Vc(fHIGH,N,M)と表記する。Nはセンスコイルの番号であり、Mはドライブコイルの番号である。
STEP5については前述のとおりであり省略する。
Then, based on the frequency characteristics of the
STEP 5 is the same as described above, and will be omitted.
STEP6においては、信号発生回路の周波数を低周波側算出用周波数にセットすると共に、ドライブコイルセレクタ55を位置検出装置50Aが操作して、出力するドライブコイルとしていずれかのドライブコイル55を選択する。
STEP7においては、全てのセンスコイルの出力を側定する。ここでの測定値は、前述のV(fLOW,N)と同様である。
In
In STEP 7, the outputs of all the sense coils are determined. The measured value here is the same as V (f LOW , N) described above.
そして、センスコイル52の出カを元に計算された値
Vs(fLOW,N)=V(fLOW,N)−Vc(fLOW,N,M)
を求める。ここで、MはSTEP6にて選択されたドライプコイルを表す番号である。STEP5については前述のとおりであり省略する。
STEP9では、STEP6で選択されたドライブコイル52はそのままとし、先に説明したものと同じ操作を行う。
STEP10では、全てのセンスコイルの出力を測定する。ここでの側定値は、前述のV(fHIGH,N)と同様である。
A value Vs (f LOW , N) = V (f LOW , N) −Vc (f LOW , N, M) calculated based on the output of the
Ask for. Here, M is a number representing the dry coil selected in STEP6. STEP 5 is the same as described above, and will be omitted.
In STEP 9, the
In
そして、センスコイル52の出力を元に計算された値
Vs(fHIGH,N)=V(fHIGH,N)−Vc(fHIGH,N,M)
を求める。ここで、MはSTEP6にて選択されたドライブコイルを表す番号である。
STEP11、STEP12、STEP13については、前述と同様であり説明を省略する。
STEP14において、次の位置計算に用いるセンスコイルを選択すると共に、次の測定に用いるドライブコイルを選択する作業を行う。
センスコイルの選択については、前述と同様であるので省略し、ドライブコイルの選択の方法について述べる。
A value Vs (f HIGH , N) = V (f HIGH , N) −Vc (f HIGH , N, M) calculated based on the output of the
Ask for. Here, M is a number representing the drive coil selected in STEP6.
STEP11, STEP12, and STEP13 are the same as described above, and a description thereof is omitted.
In STEP14, the sense coil used for the next position calculation is selected and the drive coil used for the next measurement is selected.
Since the selection of the sense coil is the same as described above, it will be omitted, and a method for selecting the drive coil will be described.
まず、ドライブコイル51がカプセル型内視鏡20の位置に作る磁場の方向は計算により求める。次に、カプセル型内視鏡20の向きと、ドライブコイル51がカプセル型内視鏡20の位置に作る磁場の方向のなす角度を計算する。
同様に異なる位置及び向きに配置されたそれぞれのドライブコイル51の発生する磁場のカプセル型内視鏡20の位置における方向をそれぞれ計算する。同様に、カプセル型内視鏡20の向きと、それぞれのドライプコイル51がカプセル型内視鏡20の位置に作る磁場の方向のなす角度を計算する。
First, the direction of the magnetic field created by the
Similarly, the direction of the magnetic field generated by each
これらの計算結果より、カプセル型内視鏡20の向きと、ドライブコイル51がカプセル型内視鏡20の位置に作る磁場の方向のなす角度が最も鋭角な関係にあるドライブコイル51を選択する。このようにドライブコイル51を選択することで、磁気誘導コイル42から発生する誘導磁場を大きく保つことができ、位置検出を行うにあたり良好な状態を保つことができる。
STEP15は前述と同様であり、省略する。
From these calculation results, the
STEP15 is the same as described above, and is omitted.
STEP16においては、信号発生回路の周波数を低周波側算出用周波数にセットすると共に、ドライブコイルセレクタ55を位置検出装置50Aが操作して、出力するドライブコイルとしていずれかのドライブコイル55を選択する。
STEP17では、STEP14で選択したセンスコイル52全ての出カを測定する。これは、V(fLOW,N)にあたる。その後、先に求めた、算出用周波数における全てのドライブコイル51と、センスコイル52の組合せにおけるカプセル型内視鏡が空間Sに存在しない場合のセンスコイルの出力、Vc(fLOW,N,M)より、対応するセンスコイル、ドライブコイルの組合せを表すデータとの差分を計算し、Vs(fLOW,N)
Vs(fLOW,N)=V(fLOW,N)−Vc(fLOW,N,M)
を求める。
STEP18は、前述と同様であるので説明を省略する。
In
In
Vs (f LOW , N) = V (f LOW , N) −Vc (f LOW , N, M)
Ask for.
Since STEP18 is the same as the above, description is abbreviate | omitted.
STEP19においては、STEP16で設定したドライブコイル55は変更せずに、信号発生回路の周波数を高周波側算出用周波数にセットする。
STEP20においては、STEP14で選択したセンスコイル52全ての出カを測定する。これは、V(fHIGH,N)にあたる。その後、先に求めた、算出用周波数における全てのドライブコイル51と、センスコイル52の組合せにおけるカプセル型内視鏡が空間Sに存在しない場合のセンスコイルの出力、Vc(fHIGH,N,M)より、対応するセンスコイル、ドライブコイルの組合せを表すデータとの差分を計算し、Vs(fHIGH,N)
Vs(fHIGH,N)=V(fHIGH,N)−Vc(fHIGH,N,M)
を求める。
In
In
Vs (f HIGH, N) = V (f HIGH, N) -Vc (f HIGH, N, M)
Ask for.
STEP21おいて、位置検出装置50Aは、選択された各センスコイル52における低周波算出用周波数及び高周波算出用周波数での出カ差(振幅差)Vs(fLOW,N)−Vs(fHIGH,N)を求め、その値を使用して、カプセル型内視鏡20、即ち磁気誘導コイル42の位置及び方向を推定する計算を行う。
STEP22、23については前述と同様であるので説明を省略する。
In
Since
以上のように動作(ドライブコイル51、センスコイル52の選択)をすることで、常に、磁気誘導コイル42よりできるだけ大きな誘導磁気が発生する条件で、磁気誘導コイル42が発生した誘導磁気を効率よくセンスコイルで52で検出することができるため、カプセル型内視鏡20(磁気誘導コイル42)の位置計算に使用するデータ量を精度を損なわず少なくすることができる。よって、計算量を少なくすることができ、システムの安価に構成できる。システムを高速化できるなどの効果が発生する。
By performing the operation as described above (selection of the
また、ドライブコイル51の選択において、2つ以上のドライブコイル51を選択する様にしても構わない。その場合は、選択された全てのドライブコイルが、カプセル型内視鏡20(磁気誘導コイル42)の位置に作り出す磁界を計算し、その合成された磁場の方向と、カプセル型内視鏡20(磁気誘導コイル42)の方向とが、鋭角の関係になる様にそれぞれのドライブコイル51の出カを調整する。選択したセンスコイル52のキャリブレーションにて求めた値は、出力されるドライブコイル51のそれぞれの出力値と、先の計測結果のVc(fLOW,N,M)、Vc(fHIGH,N,M)より、各ドライブコイルの出力に基づく係数をVc(fLOW,N,M)、Vc(fHIGH,N,M)に掛け、和をとるようにしても良い。また、予め各ドライブコイルの出力比を決定したいくつかの出力パターンを作っておき、STEP1においてそれぞれの出力パターンでキャリブレーションを行っておいてもよい。このようにすることで、カプセル型内視鏡20(磁気誘導コイル42)の位置における磁界の向きをより自由に設定できる。よって、より正確でより効率的な位置検出を実現することができる。
Further, in selecting the
また、ドライブコイル51の作り出すカプセル型内視鏡20(磁気誘導コイル42)の位置の磁界が、一定もしくは、ある磁界強度範囲に収まるように、ドライブコイル51の出力を調整してもよい。この場合も、先と同じように出カされるドライブコイル51のそれぞれの出力値と、先の計測結果のVc(fLOW,N,M)、Vc(fHIGH,N,M)より、各ドライブコイルの出カに基づく係数をVc(fLOW,N,M)、Vc(fHIGH,N,M)に掛け、和をとるようにすればよい。
このようにすれば、磁気誘導コイル42から発生する誘導磁気をより安定し出カできるようになる。よって、より正確でより効率的な位置検出を実現することができる。
Further, the output of the
In this way, the induction magnetism generated from the
次に、磁気誘導装置70の作用について説明する。
磁気誘導装置70においては、図1に示すように、まず、施術者が入力装置74を介して回転磁界制御回路73へカプセル型内視鏡20に誘導方向を入力する。回転磁界制御回路73では、入力された誘導方向および位置検出装置50Aから入力されるカプセル型内視鏡20の方向(回転軸方向)に基づいて、カプセル型内視鏡20にかける平行磁界の方向および回転方向を決定する。
そして、上記平行磁界の方向を形成するために必要な各ヘルムホルツコイル71X、71Y、71Zの発生磁界強さを算出し、これら磁界を発生させるのに必要な電流値を算出する。
Next, the operation of the
In the
Then, the generated magnetic field strength of each
各ヘルムホルツコイル71X、71Y、71Zに供給する電流値のデータは、それぞれ対応するヘルムホルツコイルドライバ72X、72Y、72Zへ出力され、各ヘルムホルツコイルドライバ72X、72Y、72Zは、入力されたデータに基づき電流を増幅制御してそれぞれ対応するヘルムホルツコイル71X、71Y、71Zに電流を供給する。
電流が供給されたヘルムホルツコイル71X、71Y、71Zは、それぞれ電流値に応じた磁界を発生し、これら磁界が合成されることにより、回転磁界制御回路73が決定した磁界方向を有する平行磁界が形成される。
The current value data supplied to the Helmholtz coils 71X, 71Y, 71Z is output to the corresponding
The Helmholtz coils 71X, 71Y, 71Z to which the current is supplied generate magnetic fields corresponding to the current values, and these magnetic fields are combined to form a parallel magnetic field having the magnetic field direction determined by the rotating magnetic
カプセル型内視鏡20には、後述するように、駆動用磁石45が搭載されており、駆動用磁石45と上記平行磁界とに働く力及びトルクにより、カプセル型内視鏡20はその姿勢(回転軸方向)が制御される。また、上記平行磁界の回転周期は0Hzから数Hz程度に制御されるとともに、上記平行磁界の回転方向を制御することにより、カプセル型内視鏡20の回転軸回りの回転方向が制御され、カプセル型内視鏡20の進行方向および進行速度が制御される。
As will be described later, a driving
次に、カプセル型内視鏡20の作用について説明する。
カプセル型内視鏡20は、図5に示すように、まず、スイッチ部46の赤外線センサ47に赤外線が照射され、スイッチ部46は信号処理部34に対して信号を出力する。信号処理部34は、スイッチ部46からの信号を受け取ると、カプセル型内視鏡20に搭載されているイメージセンサ31、LED33、無線素子35および信号処理部34自身に電池39から電流を供給し、オン状態とする。
Next, the operation of the
As shown in FIG. 5, the
イメージセンサ31は、LED33により照明された被検者1の体腔内管路内の壁面を撮像し、この画像を電気信号に変換して信号処理部34へ出力する。信号処理部34は、入力された画像信号を圧縮して一時的に格納し、無線素子35へ出力する。無線素子35に入力された圧縮された画像信号は画像表示装置80へ電波として送信される。
The
また、外装21の外周に配置された螺旋部25により、カプセル型内視鏡20は回転軸R回りに回転することで先端部23側または後端部24側へ移動することができる。移動する方向は、回転軸R回りの回転方向および螺旋部25の回転方向により決定される。
Further, the
次に、画像表示装置80の作用について説明する。
画像表示装置80においては、図1に示すように、まず、画像受信回路81がカプセル型内視鏡20から送信された圧縮画像信号を受信し、画像信号は表示部82へ出力されている。圧縮画像信号は、画像受信回路81または表示部82において復元され、表示部82により表示される。
また、表示部82は、回転磁界制御回路73から入力されるカプセル型内視鏡20の回転位相データに基づき、カプセル型内視鏡20の回転方向と逆方向に上記画像信号を回転処理してから表示している。
Next, the operation of the
In the
Further, the
上記の構成によれば、時間的に周波数変化する交流磁界を用いて磁気誘導コイル42の共振周波数を求めるため、磁気誘導コイル42の共振周波数のばらつきが大きくなっても、共振周波数を求めることができ、その共振周波数に基づいて算出用周波数を求めることができる。そのため、磁気誘導コイル42の共振周波数がばらついても、常に算出用周波数に基づいてカプセル型医療装置20の位置及び向きを算出できる。
その結果、磁気誘導コイル42の共振周波数を調節する素子等を搭載する必要がなくなり、カプセル型医療装置20を小型化できる。あるいは、共振周波数を調節するために、磁気誘導コイル42とともに共振回路43を構成するコンデンサ等の素子を選択、あるいは調節する必要がなくなり、カプセル型医療装置20の生産コストの増大を防止できる。
According to the above configuration, since the resonance frequency of the
As a result, it is not necessary to mount an element for adjusting the resonance frequency of the
カプセル型医療装置20の位置および向きの算出に、低周波側算出用周波数および高周波側算出周波数の交流磁界のみを用いるため、例えば、交流磁界の周波数を所定帯域でスイープさせる方法と比較して、位置および向きの算出に要する時間を短縮できる。
Since only the alternating magnetic field of the low frequency side calculation frequency and the high frequency side calculation frequency is used for calculating the position and orientation of the capsule
バンドパスフィルタ61が、低周波側算出用周波数および高周波側算出用周波数に基づいて、センスコイル52の出力周波数の帯域を制限できるため、低周波側算出用周波数および高周波側算出用周波数の近傍周波数帯域のセンスコイル出力に基づいて、カプセル型医療装置20の位置および向きを算出することができ、位置および向きの算出に要する時間を短縮できる。
Since the band-
カプセル型内視鏡20の磁気誘導コイル42に対して、一次独立であって異なる3方向以上の方向から交流磁場を作用させている。そのため、磁気誘導コイル42の方向にかかわらず、少なくとも1方向からの交流磁場により磁気誘導コイル42に誘導磁気を発生させることができる。
その結果、カプセル型内視鏡20の方向(回転軸Rの軸線方向)にかかわらず、常に磁気誘導コイル42に誘導磁気を発生させることができるため、センスコイル52により誘導磁気を常に検知することができ、常にその位置を正確に検出することができるという効果を奏する。
An alternating magnetic field is applied to the
As a result, regardless of the direction of the capsule endoscope 20 (the axial direction of the rotation axis R), it is possible to always generate induced magnetism in the
また、センスコイル52がカプセル型内視鏡20に対して異なる3方向に配置されているため、カプセル型内視鏡20の配置位置にかかわらず、3方向に配置されたセンスコイル52の少なくとも1方向に配置されたセンスコイル52に、検知可能な強度の誘導磁気が働き、常にセンスコイル52が誘導磁気を検知することができる。
さらに、上記1方向に配置されたセンスコイル52の数が9つであるので、カプセル型内視鏡20のX、Y、Z座標およびカプセル型内視鏡20の回転軸Rに対して直交するとともに互いに直交する2つの軸回りの回転位相φ、θ、誘導磁気の強度の合計6つの情報を演算により求めるのに十分な入力を得ることができる。
Further, since the
Further, since the number of the sense coils 52 arranged in one direction is nine, the X, Y, Z coordinates of the
交流磁界の周波数を共振回路43が共振する周波数(共振周波数)近傍とすることにより、他の周波数の場合と比較して、振幅の大きな誘導磁気を発生させることができる。誘導磁気の振幅が大きくなるため、センスコイル52が誘導磁気を検知しやすくなり、カプセル型内視鏡20の位置を検出しやすくなる。
また、交流磁気の周波数は共振周波数近傍の周波数帯域にわたってスイープされるため、例えば、環境条件(例えば温度条件)の変化によって共振回路43の共振周波数が変化したり、共振回路43の個体差による共振周波数のばらつきが存在したりしても、変化した共振周波数やばらついた共振周波数が上記周波数帯域内に含まれていれば、共振回路43に共振を起こさせることができる。
By setting the frequency of the AC magnetic field in the vicinity of the frequency at which the
Further, since the frequency of AC magnetism is swept over a frequency band near the resonance frequency, for example, the resonance frequency of the
位置検出装置50Aが、センスコイルセレクタ56により強度の強い誘導磁気を検出しているセンスコイル52を選択しているため、位置検出装置50Aが演算処理する情報量を少なくしても精度を損なうことがなく、かつ、演算にかかる負荷を低減することができる。また、同時に演算処理量を減らすことができるため、演算に要する時間も短縮することができる。
Since the
ドライブコイル51とセンスコイル52とがカプセル型内視鏡20の作動範囲を挟んで対向する位置に配置されているので、ドライブコイル51とセンスコイル52とが構造上干渉しないように配置することができる。
Since the
カプセル型内視鏡20に搭載された駆動用磁石45に作用させる平行磁界の方向を制御することにより、駆動用磁石45に対して作用する力の方向を制御することができ、カプセル型内視鏡20の移動方向を制御することができる。それと同時に、カプセル型内視鏡20の位置を検出することができるので、カプセル型内視鏡20を所定の位置に誘導することができるため、検出されたカプセル型内視鏡20の位置に基づき、カプセル型内視鏡20を正確に誘導することができるという効果を奏する。
By controlling the direction of the parallel magnetic field applied to the
相互に直交する方向に対向配置される3対のヘルムホルツコイル71X、71Y、71Zから発生する磁界の強度をそれぞれ制御することにより、ヘルムホルツコイル71X、71Y、71Zの内側に発生する平行磁界の方向を所定の方向に制御することができる。そのため、カプセル型内視鏡20に対して所定方向の平行磁界を作用させることができ、カプセル型内視鏡20を所定方向に移動させることができる。
また、ヘルムホルツコイル71X、71Y、71Zの内側の空間は、被検者1を配置可能な空間であって、その空間の周囲に、ドライブコイル51およびセンスコイル52が配置されているので、カプセル型内視鏡20を被検者1の体内の所定位置に誘導することができる。
By controlling the strengths of the magnetic fields generated from the three pairs of Helmholtz coils 71X, 71Y, 71Z arranged opposite to each other in a direction orthogonal to each other, the direction of the parallel magnetic field generated inside the Helmholtz coils 71X, 71Y, 71Z is changed. It can be controlled in a predetermined direction. Therefore, a parallel magnetic field in a predetermined direction can be applied to the
Further, the space inside the Helmholtz coils 71X, 71Y, 71Z is a space in which the subject 1 can be arranged, and the
カプセル型内視鏡20が回転軸R回りに回転することより、螺旋部25がカプセル型内視鏡20を回転軸の軸線方向に推進する力を発生させる。螺旋部25が推進力を発生させるので、カプセル型内視鏡20の回転軸R回りの回転方向を制御することにより、カプセル型内視鏡20に作用する推進力の方向を制御することができる。
As the
画像表示装置80は、カプセル型内視鏡20の回転軸R回りの回転位相情報に基づいて、表示される画像を、カプセル型内視鏡20の回転方向と逆方向に回転させる処理を行っているので、カプセル型内視鏡20の回転位相にかかわらず、常に所定の回転位相に静止した画像として、すなわち、あたかもカプセル型内視鏡20が回転軸R回りに回転することなく回転軸Rに沿う方向に進行しているような画像を表示部82に表示することができる。
そのため、表示部82に表示された画像を施術者が目視しながらカプセル型内視鏡20を誘導する場合、表示される画像がカプセル型内視鏡20の回転とともに回転する画像である場合と比較すると、上述のように表示される画像が所定の回転位相の画像として表示されているほうが、施術者に見易く、カプセル型内視鏡20を所定位置に誘導させやすい。
The
Therefore, when the operator visually guides the
なお、上述のように算出周波数を求める際(Step1,Step3)に用いる交流磁界の周波数をスイープさせてもよいし、位置検出装置50Aをドライブコイル51からインパルス状の磁界を発生させるインパルス磁界発生部として用いて、算出用周波数を求める際にインパルス状の磁界を使用してもよい。
図13(a)に示すように、ドライブコイル51にインパルス状の駆動電圧を加えて発生させたインパルス状の磁界は、図13(b)に示すように、多くの周波数成分を有するため、例えば磁界の周波数をスイープさせる方法と比較して、短い時間で磁気誘導コイル42の共振周波数を求めることができるとともに、さらに広い周波数帯域で共振周波数を求めることができる。この場合、センスコイル52に接続されるセンスコイル受信回路57には、周波数成分が分析できるスペクトラムアナライザ(図示せず)が接続されることで、インパルス状の駆動電圧をドライブコイル51に加えた時の、センスコイル52から出力される信号の周波数成分を検出することができる。
Note that, as described above, the frequency of the AC magnetic field used for calculating the calculated frequency (Step 1, Step 3) may be swept, or the
As shown in FIG. 13A, the impulse-like magnetic field generated by applying the impulse-like drive voltage to the
また、位置検出装置50Aをドライブコイル51から複数の異なる周波数を混合した交流磁界を発生させる混合磁界発生部として用いて、算出用周波数を求める際に複数の異なる周波数が混合した交流磁界を用いるとともに、バンドパスフィルタ61を透過する周波数帯域を変化させられる可変帯域制限部として用いて、周波数決定部50Bに入力される周波数帯域を制御してもよい。
このような構成とすることで、磁気誘導コイル42の共振周波数のばらつきが大きくなっても、所定の周波数の交流磁界を用いた場合と比較して共振周波数を容易に求めることができる。
In addition, when the
By adopting such a configuration, even when the variation in the resonance frequency of the
〔第2の実施の形態〕
次に、本発明の第2の実施形態について図14および図15を参照して説明する。
本実施の形態のカプセル型内視鏡誘導システムの基本構成は、第1の実施の形態と同様であるが、第1の実施の形態とは、算出用周波数の決定方法および決定に係る構成が異なっている。よって、本実施の形態においては、図14および図15を用いて算出用周波数の決定方法および決定に係る構成のみを説明し、磁気誘導装置等の説明を省略する。
図14は、本実施形態におけるカプセル型内視鏡誘導システムの概略を示す図である。
なお、第1の実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The basic configuration of the capsule endoscope guidance system of the present embodiment is the same as that of the first embodiment. However, the first embodiment is different from the first embodiment in the calculation frequency determination method and the configuration related to the determination. Is different. Therefore, in the present embodiment, only the calculation frequency determination method and the configuration related to the determination will be described using FIG. 14 and FIG. 15, and description of the magnetic induction device and the like will be omitted.
FIG. 14 is a diagram showing an outline of a capsule endoscope guidance system in the present embodiment.
In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component same as 1st Embodiment, and the description is abbreviate | omitted.
カプセル型内視鏡誘導システム(カプセル型医療装置誘導システム)110は、図14に示すように、体腔内管路の内壁面を光学的に撮像し画像信号を無線で送信するカプセル型内視鏡(カプセル型医療装置)120と、カプセル型内視鏡120の位置を検出する位置検出ユニット(位置検出システム)150と、検出されたカプセル型内視鏡120の位置および施術者の指示に基づきカプセル型内視鏡120を誘導する磁気誘導装置70と、カプセル型内視鏡120から送信された画像信号を表示する画像表示装置180と、から概略構成されている。
As shown in FIG. 14, a capsule endoscope guidance system (capsule medical device guidance system) 110 optically images an inner wall surface of a body cavity conduit and wirelessly transmits an image signal. (Capsule medical device) 120, position detection unit (position detection system) 150 for detecting the position of the
位置検出ユニット150は、図14に示すように、カプセル型内視鏡120内の後述する磁気誘導コイルに誘導磁気を発生させるドライブコイル51と、磁気誘導コイルで発生した誘導磁気を検知するセンスコイル52と、センスコイル52が検知した誘導磁気に基づいてカプセル型内視鏡120の位置を演算するとともにドライブコイル51により形成される交流磁場を制御する位置検出装置(位置解析手段、磁界周波数可変部、駆動コイル制御部)150Aと、から概略構成されている。
位置検出装置150Aには、算出用周波数決定部(周波数決定部)150Bが設けられ、後述するセンスコイル受信回路からの信号およびカプセル情報受信回路からの信号が入力されるように構成されている。
As shown in FIG. 14, the
The
画像表示装置180は、カプセル型内視鏡120から送信された画像および算出用周波数の値を受信するカプセル情報受信回路181と、受信された画像信号および回転磁界制御回路73からの信号に基づいて画像を表示する表示部82とから構成されている。
The
図15は、カプセル型内視鏡の構成を示す概略図である。
カプセル型内視鏡120は、図15に示すように、その内部に各種の機器を収納する外装21と、被検者の体腔内管路の内壁面を撮像する撮像部30と、撮像部30を駆動する電池39と、前述したドライブコイル51により誘導磁気を発生させる誘導磁気発生部40と、カプセル型内視鏡120を駆動する駆動用磁石45と、から概略構成されている。
FIG. 15 is a schematic diagram illustrating a configuration of a capsule endoscope.
As shown in FIG. 15, the
撮像部30は、回転軸Rに対して略垂直に配置された基板36Aと、基板36Aの先端部23側の面に配置されたイメージセンサ31と、被検者の体腔内管路の内壁面の画像をイメージセンサ31に結像させるレンズ群32と、体腔内管路の内壁面を照明するLED(Light Emitting Diode)33と、基板36Aの後端部24側の面に配置された信号処理部34と、画像信号を画像表示装置80に発信する無線素子(通信部)135とから概略構成されている。
信号処理部34には、誘導磁気発生部40の共振回路43の共振周波数に基づいた算出用周波数が記憶される記憶部134Aが併せて配置されている。記憶部134Aは、無線素子135と電気的に接続されていて、無線素子135を介して算出周波数を記憶部134Aに格納したり、逆に格納されている算出用周波数を外部に送信したりできるように構成されている。
The
The
次に、上記の構成からなるカプセル型内視鏡誘導システム110の作用について説明する。
カプセル型内視鏡誘導システム110の作用の概略は、第1の実施形態と同様であるのでその説明を省略する。
Next, the operation of the capsule
Since the outline of the operation of the capsule
次に、カプセル型内視鏡120の位置および方向検出に用いる算出用周波数の求め方、およびカプセル型内視鏡120の位置および方向の検出方法について説明する。
図16は、磁気誘導コイル42の周波数特性を求め、記憶部134Aに求めた周波数特性を格納するまでの手順を説明するフローチャートである。
まず、図16に示すように、位置検出ユニット150のキャリブレーションを行う(Step31;予備測定ステップ)。つまり、カプセル型内視鏡120を空間Sに配置しない状態、つまりドライブコイル51により形成される交流磁界が作用して発生するセンスコイル52の出力を測定する。
交流磁界の具体的な形成の仕方等は、第1の実施形態と同様であるのでその説明を省略する。
Next, a method for obtaining a calculation frequency used for detecting the position and direction of the
FIG. 16 is a flowchart illustrating a procedure from obtaining the frequency characteristic of the
First, as shown in FIG. 16, the
The specific method for forming the AC magnetic field is the same as that in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.
次に、カプセル型内視鏡120を空間S内に配置する(Step32)。
そして、カプセル型内視鏡120に搭載された磁気誘導コイル42の周波数特性を測定する(Step33;測定ステップ)。そして周波数決定部150Bにおいて、測定された磁気誘導コイル42の周波数特性から、Step31において測定された交流磁界のみが作用したセンスコイル52の出力が差し引かれる(差分がとられる)。
その後、周波数決定部150Bは、無線素子135を介して磁気誘導コイル42の周波数特性を記憶部134Aに格納する(Step34)。
Next, the
Then, the frequency characteristic of the
Thereafter, the
上述した周波数特性を記憶部134Aに格納する作業は、カプセル型内視鏡120を製造する段階で行われている。そのため、カプセル型内視鏡120を実際に使用する現場においては、周波数特性を求める必要もないし、記憶させる必要もない。
また、Step31からStep34の作業においては、カプセル型内視鏡誘導システム110の全てが必要ではなく、ドライブコイル51、センスコイル52、それぞれ1個ずつを駆動制御できるシステムであればよい。
The above-described operation of storing the frequency characteristics in the
Further, in the work from
図17および図18は、記憶部134Aに格納された周波数特性を取得し、カプセル型内視鏡120の位置および向きを検出する手順を説明するフローチャートである。
次に、周波数特性を記憶したカプセル型内視鏡120の位置および方向の検出方法について説明する。
まず、図17に示すように、カプセル型内視鏡120のスイッチが入れられると、送信部135が記憶部134Aに格納されている周波数特性のデータを外部に向けて送信し、送信されたこれらの周波数特性のデータがカプセル情報受信回路181により受信され、周波数決定部150Bに入力される(Step41)。
FIGS. 17 and 18 are flowcharts for explaining the procedure for acquiring the frequency characteristics stored in the
Next, a method for detecting the position and direction of the
First, as shown in FIG. 17, when the
その後、周波数決定部150Bは、取得した周波数特性に基づいてカプセル型内視鏡120の位置および向きの検出に用いる算出用周波数を求める(Step42;周波数決定ステップ)。
算出用周波数には、第1の実施形態と同様に、センスコイル52のゲイン変化が極大値、極小値を取る周波数を選定し、周波数が低いものを低周波側算出用周波数、周波数が高いものを高周波側算出用周波数とする。
また、Step34において、位置、方向検出に使用する周波数(低周波側算出用周波数、高周波側算出用周波数)を記憶部134Aに格納しておいても良い。このようにしておけば、記憶部134Aに記憶されたデータを読み込むだけで算出用周波数を決定できる。
Thereafter, the
As in the first embodiment, the calculation frequency is selected such that the gain change of the
In
そして、求められた低周波側算出用周波数および高周波側算出用周波数における交流磁界を用いて第1の実施形態のStep1と同じように、位置検出ユニット150のキャリブレーションを行い(Step43;予備測定ステップ)、交流磁界が作用したときの全てのセンスコイル52の出力を測定する。ここで、測定された出力を第1の実施形態と同様に、Vc(fLOW,N)、Vc(fHIGH,N)と表記する。
その後、バンドパスフィルタ61の中心周波数を低周波側算出用周波数と合わせる(Step44)。さらに、バンドパスフィルタ61の透過周波数帯域をセンスコイル52のゲイン変化の極値が抽出できる程度の帯域に設定する。
そして、ドライブコイル51により形成される交流磁界の周波数を低周波側算出用周波数に合わせる(Step45)。具体的には、信号発生回路53により発生される交流電流の周波数を低周波側算出用周波数に制御することにより、ドライブコイル51により形成される交流磁界の周波数を制御している。
Then, the
Thereafter, the center frequency of the
Then, the frequency of the alternating magnetic field formed by the
そして、ドライブコイル51から低周波側算出用周波数の交流磁界を発生させ、磁気誘導コイル42に誘起された誘導磁気をセンスコイル52により検出する(Step46;検出ステップ)。ここでも、第1の実施形態と同様に、V(fLOW,N)とし、Vs(fLOW,N)=V(fLOW,N)−Vc(fLOW,N)を演算し、センスコイル52の出力に基づいて計算された値としてVs(fLOW,N)を記憶する。
Then, an alternating magnetic field having a low frequency side calculation frequency is generated from the
次に、バンドパスフィルタ61の中心周波数を高周波側算出用周波数と合わせる(Step47)。
そして、ドライブコイル51により形成される交流磁界の周波数を高周波側算出用周波数に合わせる(Step48)。
そして、ドライブコイル51から高周波側算出用周波数の交流磁界を発生させ、磁気誘導コイル42に誘起された誘導磁気をセンスコイル52により検出する(Step49;検出ステップ)。このとき、検出されるものは、V(fHIGH,N)であり、Step46と同様に、Vs(fHIGH,N)=V(fHIGH,N)−Vc(fHIGH,N)を演算し、センスコイル52の出力に基づいて計算された値としてVs(fHIGH,N)を記憶する。
なお、上述のように、低周波側算出用周波数による検出を先に行い、次に高周波側算出用周波数による検出を後に行ってもよいし、逆に高周波側算出用周波数で検出し、その後に低周波側算出用周波数で検出を行ってもよい。
Next, the center frequency of the
Then, the frequency of the alternating magnetic field formed by the
Then, an AC magnetic field having a high frequency side calculation frequency is generated from the
As described above, detection by the low frequency side calculation frequency may be performed first, and then detection by the high frequency side calculation frequency may be performed later. You may detect by the frequency for low frequency side calculation.
その後、位置検出装置150Aは、各センスコイル52における低周波側算出用周波数および高周波側算出用周波数の出力差(振幅差)を求め、カプセル型内視鏡120の位置を推定するのに、どのセンスコイル52の出力差を用いるのかを選定する(Step50)。
このセンスコイル52の選定方法は、第1の実施形態と同様であるのでその説明を省略する。
Thereafter, the
Since the selection method of the
そして、位置検出装置150Aは、選定されたセンスコイル52の出力差に基づいてカプセル型内視鏡120の位置および向きを演算し(Step51;位置算出ステップ)、位置および向きを算出する(Step52)。
Then, the
次に、図18に示すように、次の制御に用いるセンスコイル52を選定する(Step53)。
つまり、位置検出装置150Aが、Step52において算出したカプセル型内視鏡120の位置および向きに基づいて、全てのセンスコイル52の位置における磁気誘導コイル42から発生した磁場強度を計算により求め、磁場強度の強い位置にあるセンスコイル52を必要な数だけ選定する。なお、カプセル型内視鏡120の位置および向きを繰り返し求める場合は、後述するStep61において算出したカプセル型内視鏡120の位置および向きに基づいてセンスコイル52を選定する。
Next, as shown in FIG. 18, the
That is, the
なお、選定されるセンスコイル52の個数は、本実施形態では6個以上あればよいが、10個から15個程度とすると、位置計算誤差を小さく抑えられる。また、センスコイル52の選定方法は、Step52(あるいは、後述するStep61)で求めたカプセル型内視鏡120の位置および向きに基づいて、磁気誘導コイル42から発生した磁場による全てのセンスコイル52の出力を計算で求め、出力の大きなセンスコイル52を必要な数だけ選定するようにしてもよい。
In this embodiment, the number of sense coils 52 to be selected may be six or more. However, when the number of sense coils 52 is about 10 to 15, the position calculation error can be suppressed small. In addition, the selection method of the
その後、再びバンドパスフィルタ61の中心周波数を低周波側算出用周波数と合わせる(Step54)。
そして、ドライブコイル51により形成される交流磁界の周波数を低周波側算出用周波数に合わせる(Step55)。
そして、ドライブコイル51から低周波側算出用周波数の交流磁界を発生させ、磁気誘導コイル42に誘起された誘導磁気を選出されたセンスコイル52により検出する(Step56;検出ステップ)。
Thereafter, the center frequency of the
Then, the frequency of the alternating magnetic field formed by the
Then, an alternating magnetic field having a low frequency side calculation frequency is generated from the
次に、バンドパスフィルタ61の中心周波数を高周波側算出用周波数と合わせる(Step57)。
そして、ドライブコイル51により形成される交流磁界の周波数を高周波側算出用周波数に合わせる(Step58)。
そして、ドライブコイル51から高周波側算出用周波数の交流磁界を発生させ、磁気誘導コイル42に誘起された誘導磁気を選出されたセンスコイル52により検出する(Step59;検出ステップ)。
Next, the center frequency of the
Then, the frequency of the alternating magnetic field formed by the
Then, an AC magnetic field having a high frequency side calculation frequency is generated from the
そして、位置検出装置150Aは、Step53において選定されたセンスコイル52の出力差に基づいてカプセル型内視鏡120の位置および向きを演算し(Step60;位置算出ステップ)、位置および向きを決定する(Step61)。
なお、Step61においては、算出されたカプセル型内視鏡装置120の位置および向きのデータを他の装置や、表示部82に出力してもよい。
その後、カプセル型内視鏡装置120の位置および向きの検出を続ける場合には、上述のStep53に戻って位置および向きの検出を行う。
Then, the
In
Thereafter, when the detection of the position and orientation of the
上記の構成によれば、カプセル型内視鏡120の位置および向きの算出を行う際には、予め記憶部134Aに格納された磁気誘導コイル42の周波数特性を取得して、低周波側算出用周波数および高周波側算出用周波数を求めている。そのため、カプセル型医療装置120の位置検出を行うたびに共振周波数を測定して算出用周波数を求める方法と比較して、カプセル型医療装置120の位置および向きの算出に要する時間を短縮することができる。
According to the above configuration, when calculating the position and orientation of the
なお、上述のように、記憶部134Aに磁気誘導コイル42の周波数特性を格納し、格納された周波数特性が、通信部135およびカプセル情報受信回路181を介して、周波数決定部150Bへ自動的に送信されてもよいし、周波数特性の値がカプセル型内視鏡装置120の外装21等に記載され、その値を施術者により周波数決定部150Bへ入力するように構成してもよい。また、外装21の他の記載方法としては、パッケージ外装に記載する方法を挙げることができる。
また、磁気誘導コイル42の周波数特性を格納してもよいし、周波数特性に基づいて算出される算出用周波数を記憶部134Aに格納してもよい。
また、外装21等に周波数特性等の値を直接記載してもよいし、周波数特性等の値を複数のランクに分類して、そのランクを外装21等に記載してもよい。
As described above, the frequency characteristic of the
Further, the frequency characteristic of the
Further, values such as frequency characteristics may be directly described on the exterior 21 or the like, or values such as frequency characteristics may be classified into a plurality of ranks, and the ranks may be described on the exterior 21 or the like.
〔第3の実施の形態〕
次に、本発明の第3の実施形態について図19および図20を参照して説明する。
本実施の形態のカプセル型内視鏡誘導システムの基本構成は、第1の実施の形態と同様であるが、第1の実施の形態とは、位置検出ユニットの構成が異なっている。よって、本実施の形態においては、図19および図20を用いて位置検出ユニット周辺のみを説明し、磁気誘導装置等の説明を省略する。
図19は、位置検出ユニットのドライブコイルおよびセンスコイルの配置を示す概略図である。
なお、位置検出ユニットのドライブコイルおよびセンスコイル以外の構成要素は第1の実施の形態と同じであるため、その説明を省略する。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 19 and FIG.
The basic configuration of the capsule endoscope guidance system of the present embodiment is the same as that of the first embodiment, but the configuration of the position detection unit is different from that of the first embodiment. Therefore, in this embodiment, only the periphery of the position detection unit will be described with reference to FIGS. 19 and 20, and the description of the magnetic induction device and the like will be omitted.
FIG. 19 is a schematic diagram showing the arrangement of drive coils and sense coils of the position detection unit.
In addition, since components other than the drive coil and the sense coil of the position detection unit are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted.
位置検出ユニット(位置検出システム)250のドライブコイル(駆動コイル)251およびセンスコイル52は、図19に示すように、ドライブコイル251が3つそれぞれX、Y、Z軸に対して垂直に配置され、センスコイル52がそれぞれY、Z軸に対して垂直な平面形状の2つのコイル支持部258上に配置されている。
ドライブコイル251としては、図に示すように、矩形形状のコイルを用いてもよいし、ヘルムホルツコイルを用いてもよい。
The drive coil (drive coil) 251 and the
As shown in the figure, the
上記の構成からなる位置検出ユニット250においては、図19に示すように、各ドライブコイル251が形成する交流磁場の方向がX、Y、Z軸線方向と平行となり、一次独立であって互いに直交する関係となる。
In the
上記の構成によれば、カプセル型内視鏡20の磁気誘導コイル42に対して、一次独立であって互いに直交する方向から交流磁場を作用させることができるため、第1の実施形態と比較して、磁気誘導コイル42の方向にかかわらず磁気誘導コイル42に誘導磁気を発生させやすい。
また、ドライブコイル251が互いに略直交して配置されることになるので、ドライブコイルセレクタ55によるドライブコイルの選択が容易になる。
According to the above configuration, an AC magnetic field can be applied to the
Further, since the drive coils 251 are arranged substantially orthogonal to each other, the
なお、センスコイル52は、上述のように、Y、Z軸に対して垂直なコイル支持部258上に配置されていてもよいし、図19に示すように、カプセル型内視鏡20の作動範囲の上方に配置された斜めのコイル支持部259上に備えられていてもよい。
このような配置とすることにより、被検者1と干渉することなくセンスコイル52を配置することができる。
Note that the
With such an arrangement, the
〔第4の実施の形態〕
次に、本発明の第4の実施形態について図21を参照して説明する。
本実施の形態のカプセル型内視鏡誘導システムの基本構成は、第1の実施の形態と同様であるが、第1の実施の形態とは、位置検出ユニットの構成が異なっている。よって、本実施の形態においては、図21を用いて位置検出ユニット周辺のみを説明し、磁気誘導装置等の説明を省略する。
図21は、位置検出ユニットのドライブコイルおよびセンスコイルの配置を示す概略図である。
なお、位置検出ユニットのドライブコイルおよびセンスコイル以外の構成要素は第1の実施の形態と同じであるため、その説明を省略する。
[Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The basic configuration of the capsule endoscope guidance system of the present embodiment is the same as that of the first embodiment, but the configuration of the position detection unit is different from that of the first embodiment. Therefore, in the present embodiment, only the periphery of the position detection unit will be described using FIG. 21, and the description of the magnetic induction device and the like will be omitted.
FIG. 21 is a schematic diagram showing the arrangement of drive coils and sense coils of the position detection unit.
In addition, since components other than the drive coil and the sense coil of the position detection unit are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted.
位置検出ユニット(位置検出システム)350のドライブコイル(駆動コイル)351およびセンスコイル52は、図21に示すように、4つのドライブコイル351が同一平面上に配置され、センスコイル52が、カプセル型内視鏡20の作動範囲を介してドライブコイル351の配置位置と対向する位置に配置された平面形状のコイル支持部358およびドライブコイル351の配置位置と同じ側に配置された平面形状のコイル支持部358上に配置されている。
ドライブコイル351は、形成する交流磁場の方向が図中の矢印で示すように、互いに一次独立となるように配置されている。
As shown in FIG. 21, the drive coil (drive coil) 351 and the
The drive coils 351 are arranged such that the direction of the alternating magnetic field to be formed is primarily independent of each other as indicated by arrows in the figure.
上記の構成によれば、カプセル型内視鏡20がドライブコイル351に対して近い領域または遠い領域に位置していても、2つのコイル支持部358のうち一方がカプセル型内視鏡20に対して近い位置となる。そのため、センスコイル52からカプセル型内視鏡20の位置を求めるのに十分な強度の信号を得ることができる。
According to the above configuration, even if the
〔第4の実施形態の変形例〕
次に、本発明の第4の実施形態の変形例について図22を参照して説明する。
本変形例のカプセル型内視鏡誘導システムの基本構成は、第3の実施の形態と同様であるが、第3の実施の形態とは、位置検出ユニットの構成が異なっている。よって、本実施の形態においては、図22を用いて位置検出ユニット周辺のみを説明し、磁気誘導装置等の説明を省略する。
図22は、位置検出ユニットのドライブコイルおよびセンスコイルの配置を示す概略図である。
なお、位置検出ユニットのドライブコイルおよびセンスコイル以外の構成要素は第3の実施の形態と同じであるため、その説明を省略する。
[Modification of Fourth Embodiment]
Next, a modification of the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The basic configuration of the capsule endoscope guidance system of this modification is the same as that of the third embodiment, but the configuration of the position detection unit is different from that of the third embodiment. Therefore, in the present embodiment, only the periphery of the position detection unit will be described using FIG. 22, and the description of the magnetic induction device and the like will be omitted.
FIG. 22 is a schematic diagram showing the arrangement of drive coils and sense coils of the position detection unit.
In addition, since components other than the drive coil and the sense coil of the position detection unit are the same as those in the third embodiment, description thereof is omitted.
位置検出ユニット(位置検出システム)450のドライブコイル351およびセンスコイル52は、図22に示すように、4つのドライブコイル351が同一平面上に配置され、センスコイル52が、カプセル型内視鏡20の作動範囲を介してドライブコイル351の配置位置と対向する位置に配置された曲面形状のコイル支持部458およびドライブコイル351の配置位置と同じ側に配置された曲面形状のコイル支持部458上に配置されている。
コイル支持部458は、カプセル型内視鏡20の作動範囲に対して外側へ凸なる曲面形状であり、センスコイル52は、上記曲面形状に沿うように配置されている。
なお、コイル支持部52の形状は、上述のように上記動範囲に対して外側へ凸なる曲面形状であってもよいし、その他の曲面形状であってもよく、特に限定するものではない。
As shown in FIG. 22, the
The
The shape of the
上記の構成によれば、センスコイル52の配置自由度が向上するので、センスコイル52が被検者1との干渉するのを防止することができる。
According to said structure, since the freedom degree of arrangement | positioning of the
〔第5の実施の形態〕
次に、本発明の第5の実施形態について図23から図28を参照して説明する。
本実施の形態のカプセル型内視鏡誘導システムの基本構成は、第2の実施の形態と同様であるが、第2の実施の形態とは、位置検出ユニットの構成が異なっている。よって、本実施の形態においては、図23から図24を用いて位置検出ユニット周辺のみを説明し、磁気誘導装置等の説明を省略する。
図23は、本実施形態におけるカプセル型内視鏡誘導システムの概略を示す図である。
なお、第2の実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。
[Fifth Embodiment]
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The basic configuration of the capsule endoscope guidance system of the present embodiment is the same as that of the second embodiment, but the configuration of the position detection unit is different from that of the second embodiment. Therefore, in this embodiment, only the periphery of the position detection unit will be described with reference to FIGS.
FIG. 23 is a diagram showing an outline of a capsule endoscope guidance system in the present embodiment.
In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component same as 2nd Embodiment, and the description is abbreviate | omitted.
カプセル型内視鏡誘導システム(カプセル型医療装置誘導システム)510は、図23に示すように、体腔内管路の内壁面を光学的に撮像し画像信号を無線で送信するカプセル型内視鏡120と、カプセル型内視鏡120の位置を検出する位置検出ユニット(位置検出システム)550と、検出されたカプセル型内視鏡120の位置および施術者の指示に基づきカプセル型内視鏡120を誘導する磁気誘導装置70と、カプセル型内視鏡120から送信された画像信号を表示する画像表示装置180と、から概略構成されている。
As shown in FIG. 23, a capsule endoscope guidance system (capsule medical device guidance system) 510 optically images an inner wall surface of a body cavity conduit and wirelessly transmits an image signal. 120, a position detection unit (position detection system) 550 for detecting the position of the
位置検出ユニット550は、図23に示すように、カプセル型内視鏡120内の後述する磁気誘導コイルに誘導磁気を発生させるドライブコイル51と、磁気誘導コイルで発生した誘導磁気を検知するセンスコイル52と、ドライブコイル51およびセンスコイル52の相対位置を変更させる相対位置変更部(相対位置変更手段)561と、相対位置を測定する相対位置測定部(相対位置測定手段)562と、センスコイル52が検知した誘導磁気に基づいてカプセル型内視鏡120の位置を演算するとともにドライブコイル51により形成される交流磁場を制御する位置検出装置(位置解析手段、磁界周波数可変部、駆動コイル制御部)550Aと、から概略構成されている。
As shown in FIG. 23, the
位置検出装置550Aには、算出用周波数を求める周波数決定部150Bと、基準値を生成する現在基準値生成部550Bとが設けられ、後述するセンスコイル受信回路からの信号およびカプセル情報受信回路からの信号が入力されるように構成されている。また、現在基準値生成部550Bには、ドライブコイル51とセンスコイル52との相対位置情報と、センスコイル52の出力情報と、を関連付けて格納する格納部(記憶部)550Cが設けられている。
位置検出装置550Aからドライブコイル51までの間には、位置検出装置550Aからの出力に基づき交流電流を発生させる信号発生回路53と、位置検出装置550Aからの出力に基づき信号発生回路53から入力された交流電流を増幅するドライブコイルドライバ54と、が配置されている。
The
Between the
また、位置検出装置550Aからドライブコイル51までの間には相対位置変更部561が配置され、相対位置変更部561から位置検出装置550Aまでの間には相対位置測定部562が配置されている。位置検出装置550Aの出力は相対位置変更部561を介して後述するドライブコイルユニットに入力するように配置されている。ドライブコイル51とセンスコイル52との相対位置情報は、ドライブコイルユニットから相対位置変更部561を介して相対位置測定部562に取得され、取得された情報は位置検出装置550Aに入力するように配置されている。
Further, a relative
図24は、図23のドライブコイル51を備えたドライブコイルユニットおよびセンスコイル52の位置関係を説明する図である。
位置検出ユニット550には、略球状に形成された外枠571Aおよび内枠571Bからなる枠部571と、外枠571Aおよび内枠571Bとの間を移動可能に配置されたドライブコイルユニット551と、内枠571Bの内面に配置されたセンスコイル52とが、図24に示すように配置されている。
FIG. 24 is a diagram for explaining the positional relationship between the drive coil unit including the
The
図25は、図24のドライブコイルユニット551の構成の概略を説明する図である。
ドライブコイルユニット551は、図25に示すように、略直方体状の筐体552と、筐体552の外枠571Aおよび内枠571Bに対向する面の四隅に配置された駆動部553と、ドライブコイル51と、ドライブコイルユニット551の進行方向を制御する方向転換部555と、ドライブコイルユニット551とドライブコイルドライバ54および相対位置変更部561とを電気的に接続する紐状の接続部556と、から概略構成されている。
方向転換部555は、外枠571Aに対向する面に突出して配置された球体部557と、球体部557を回転制御するモータ558と、モータ558を駆動制御するモータ回路559とから概略構成されている。
FIG. 25 is a diagram for explaining the outline of the configuration of the
As shown in FIG. 25, the
The
上記の構成からなるカプセル型内視鏡誘導システム510の作用の概要は第2の実施形態と同様であるのでその説明を省略する。
Since the outline of the operation of the capsule
次に、本実施形態におけるカプセル型内視鏡120の位置および向きの検出方法について説明する。
カプセル型内視鏡120の位置および方向検出に用いる算出用周波数の求め方、つまり磁気誘導コイル42の周波数特性を記憶部134A(図15参照)に格納するまでの作用は第2の実施形態と同様であるのでその説明を省略する。
Next, a method for detecting the position and orientation of the
The method for obtaining the calculation frequency used for detecting the position and direction of the
図26、図27および図28は、本実施形態におけるカプセル型内視鏡120の位置および向きの検出手順を説明するフローチャートである。
まず、図26に示すように、送信部135が記憶部134Aに格納されている周波数特性のデータを外部に向けて送信し、送信されたこれらの周波数特性のデータがカプセル情報受信回路181により受信され、周波数決定部150Bに入力される(Step71)。
FIG. 26, FIG. 27 and FIG. 28 are flowcharts for explaining the procedure for detecting the position and orientation of the
First, as shown in FIG. 26, the
その後、周波数決定部150Bは、取得した周波数特性に基づいてカプセル型内視鏡120の位置および向きの検出に用いる算出用周波数を求める(Step72;周波数決定ステップ)。
算出用周波数には、第1の実施形態と同様に、センスコイル52のゲイン変化が極大値、極小値を取る周波数を選定し、周波数が低いものを低周波側算出用周波数、周波数が高いものを高周波側算出用周波数とする。
Thereafter, the
As in the first embodiment, the calculation frequency is selected such that the gain change of the
そして、ドライブコイルユニット551を移動可能範囲の端に移動させる(Step73)。具体的には、図23および図25に示すように、現在基準値生成部550Bから相対位置変更部561に制御信号を出力し、相対位置変更部561が駆動部553および方向転換部555を駆動制御することによりドライブコイルユニット551を移動させている。
Then, the
その後、図26に示すように、バンドパスフィルタ61の中心周波数を低周波側算出用周波数と合わせる(Step74)。さらに、バンドパスフィルタ61の透過周波数帯域をセンスコイル52のゲイン変化の極値が抽出できる程度の帯域に設定する。
そして、ドライブコイル51により形成される交流磁界の周波数を低周波側算出用周波数に合わせる(Step75)。
そして、ドライブコイル51から低周波側算出用周波数の交流磁界を発生させ、交流磁界をセンスコイル52により検出する(Step76)。
Then, as shown in FIG. 26, the center frequency of the
Then, the frequency of the AC magnetic field formed by the
Then, an AC magnetic field having a low frequency side calculation frequency is generated from the
次に、バンドパスフィルタ61の中心周波数を高周波側算出用周波数と合わせる(Step77)。
そして、ドライブコイル51により形成される交流磁界の周波数を高周波側算出用周波数に合わせる(Step78)。
そして、ドライブコイル51から高周波側算出用周波数の交流磁界を発生させ、交流磁界をセンスコイル52により検出する(Step79)。
Next, the center frequency of the
Then, the frequency of the alternating magnetic field formed by the
Then, an AC magnetic field having a high frequency side calculation frequency is generated from the
その後、ドライブコイル51とセンスコイル52との相対位置情報と、センスコイル52の出力と、を関連付けて現在基準値生成部550Bの格納部550Cに基準値として格納する(Step80)。
そして、ドライブコイルユニット551を次の所定位置に移動させる(Step81)。所定位置はドライブコイルユニット551の移動可能範囲であって、各所定位置との間が所定間隔となるように設定されている。
全ての所定位置において基準値の取得がなされていない場合には、上述のStep74に戻り、基準値の取得を繰り返す。また、全ての所定位置において基準値を取得したら次のステップに進む(Step82)。
Thereafter, the relative position information between the
Then, the
When the reference value has not been acquired at all the predetermined positions, the process returns to Step 74 described above and the acquisition of the reference value is repeated. If the reference values are acquired at all the predetermined positions, the process proceeds to the next step (Step 82).
全ての所定位置において基準値を取得したら、カプセル型内視鏡120を配置して、ドライブコイルユニット551をカプセル型内視鏡120の位置検出が可能な位置に移動させる。
その後、図28に示すように、バンドパスフィルタ61の中心周波数を低周波側算出用周波数と合わせる(Step83)。
そして、ドライブコイル51により形成される交流磁界の周波数を低周波側算出用周波数に合わせる(Step84)。
そして、ドライブコイル51から低周波側算出用周波数の交流磁界を発生させ、磁気誘導コイル42に誘起された誘導磁気をセンスコイル52により検出する(Step85)。
When the reference values are acquired at all the predetermined positions, the
Then, as shown in FIG. 28, the center frequency of the
Then, the frequency of the alternating magnetic field formed by the
Then, an AC magnetic field having a low frequency side calculation frequency is generated from the
次に、バンドパスフィルタ61の中心周波数を高周波側算出用周波数と合わせる(Step86)。
そして、ドライブコイル51により形成される交流磁界の周波数を高周波側算出用周波数に合わせる(Step87)。
そして、ドライブコイル51から高周波側算出用周波数の交流磁界を発生させ、磁気誘導コイル42に誘起された誘導磁気をセンスコイル52により検出する(Step88)。
なお、上述のように、低周波側算出用周波数による検出を先に行い、次に高周波側算出用周波数による検出を後に行ってもよいし、逆に高周波側算出用周波数で検出し、その後に低周波側算出用周波数で検出を行ってもよい。
Next, the center frequency of the
Then, the frequency of the AC magnetic field formed by the
Then, an AC magnetic field having a high frequency side calculation frequency is generated from the
As described above, detection by the low frequency side calculation frequency may be performed first, and then detection by the high frequency side calculation frequency may be performed later. You may detect by the frequency for low frequency side calculation.
その後、位置検出装置550Aは、各センスコイル52における低周波側算出用周波数および高周波側算出用周波数の出力差(振幅差)を求め、カプセル型内視鏡120の位置を推定するのに、どのセンスコイル52の出力差を用いるのかを選定する(Step89)。
このセンスコイル52の選定方法は、第1の実施形態と同様であるのでその説明を省略する。
Thereafter, the
Since the selection method of the
そして、現在基準値生成部550Bは、現在のドライブコイル51の位置に基づいて、格納部550Cに格納された基準値を選び出し、現在基準値とする(Step90)。選び出す基準値としては、現在のドライブコイル51とセンスコイル52との相対位置と最も近い相対位置で取得された基準値が望ましい。このように選定することにより、現在基準値を生成させるのに要する時間を短縮できる。
Then, the current reference
そして、位置検出装置550Aは、現在基準値と、Step89において選定したセンスコイル52の出力と、に基づいて、カプセル型内視鏡120の位置および方向を演算し(Step91)、位置および向きを決定する(Step92)。
The
次に、図27に示すように、次の制御に用いるセンスコイル52を選定する(Step93)。
つまり、位置検出装置550Aが、Step92において決定したカプセル型内視鏡120の位置および向きに基づいて、カプセル型内視鏡120の移動方向および移動後の位置および向きを推定し、推定したカプセル型内視鏡120の位置および向きにおいて、出力が大きくなるセンスコイル52を選定する。
Next, as shown in FIG. 27, the
That is, the
その後、再びバンドパスフィルタ61の中心周波数を低周波側算出用周波数と合わせる(Step94)。
そして、ドライブコイル51により形成される交流磁界の周波数を低周波側算出用周波数に合わせる(Step95)。
そして、ドライブコイル51から低周波側算出用周波数の交流磁界を発生させ、磁気誘導コイル42に誘起された誘導磁気をセンスコイル52により検出する(Step96)。
Thereafter, the center frequency of the
Then, the frequency of the AC magnetic field formed by the
Then, an AC magnetic field having a low frequency side calculation frequency is generated from the
次に、バンドパスフィルタ61の中心周波数を高周波側算出用周波数と合わせる(Step97)。
そして、ドライブコイル51により形成される交流磁界の周波数を高周波側算出用周波数に合わせる(Step98)。
そして、ドライブコイル51から高周波側算出用周波数の交流磁界を発生させ、磁気誘導コイル42に誘起された誘導磁気をセンスコイル52により検出する(Step99)。
Next, the center frequency of the
Then, the frequency of the alternating magnetic field formed by the
Then, an AC magnetic field having a high frequency side calculation frequency is generated from the
そして、現在のドライブコイル51の位置に基づいて、格納部550Cに格納された基準値を選び出し、現在基準値とする(Step90)。選び出す基準値としては、現在のドライブコイル51とセンスコイル52との相対位置と最も近い相対位置で取得された基準値が望ましい。
Based on the current position of the
そして、位置検出装置550Aは、Step90における現在基準値と、Step93において選定されたセンスコイル52の出力とに基づいてカプセル型内視鏡120の位置および向きを演算し(Step101)、位置および向きを決定する(Step102)。
その後、カプセル型内視鏡装置120の位置および向きの検出を続ける場合には、上述のStep93に戻って位置および向きの検出を行う(Step103)。
Then, the
Thereafter, when the detection of the position and orientation of the
上述の構成によれば、ドライブコイル51とセンスコイル52とが相対位置を変更可能であっても、カプセル型内視鏡120の位置および向きを求めることができる。
予め上記基準値とドライブコイル51の位置および相対位置を記憶しているため、カプセル型内視鏡120の位置検出時のドライブコイル51およびセンスコイル52の相対位置が異なっている場合でも、再び上記基準値等を測定する必要がない。
According to the configuration described above, the position and orientation of the
Since the reference value and the position and relative position of the
なお、上述のような現在基準値の生成方法でもよいし、現在基準値生成部550Bが、相対位置と基準値とを関連付ける所定の近似式を求め、所定の近似式と現在相対位置とに基づいて現在基準値を生成してもよい。この生成方法によれば、所定の近似式に基づき現在基準値を生成するため、例えば格納部550Cに格納された基準値をそのまま現在基準値とする方法と比較して、より精度の高い現在基準値を生成できる。また、所定の近似式としては公知の近似式のいずれでも用いることができ、特に限定するものではない。
The current reference value generation method as described above may be used, or the current reference
(カプセル型内視鏡の位置検出システム)
以下、本発明におけるカプセル型内視鏡の位置検出システムについて図29を参照して説明する。
図29は、本発明におけるカプセル型内視鏡の位置検出システムの概略を示す図である。
なお、本発明におけるカプセル型内視鏡の位置検出システム610は、上述したカプセル型内視鏡誘導システム110の位置検出装置150のみから構成されているものである。そのため、カプセル型内視鏡の位置検出システム610の構成要素、作用および効果はカプセル型内視鏡誘導システム110と同様なので、図29を示してその説明を省略する。
また、上述のように本発明を、カプセル型内視鏡の位置検出システム、カプセル型医療装置誘導システムおよびカプセル型医療装置の位置検出方法について適用して説明してきたが、被験者などの被検体に飲み込ませるものは、カプセル型内視鏡だけではなく、カプセル型医療装置(例えば、薬剤を保持し体腔内の目的部位で薬材を放出するDDSカプセル、化学的センサ、血液センサ、DNAプローブ等を搭載し体腔内の情報を取得するセンサカプセル、体内に留置されpHなどを測定する留置カプセルなど、さまざまなカプセル型医療装置にも使用することができる。また、磁気誘導コイルは内視鏡の先端カテーテル、鉗子の先端などにも配置することが可能で、本発明で示した位置検出システムは、体腔内で機能する医療装置用位置検出システムとしても使用できる。
また、センスコイル52は磁界を検出できる磁気センサであればよく、GMRセンサ、MIセンサ、ホール素子、SQUID磁束計など、さまざまなセンサが使用可能である。
(Capsule endoscope position detection system)
The capsule endoscope position detection system according to the present invention will be described below with reference to FIG.
FIG. 29 is a diagram showing an outline of a position detection system for a capsule endoscope according to the present invention.
The capsule endoscope
In addition, as described above, the present invention has been described by applying the capsule endoscope position detection system, the capsule medical device guidance system, and the capsule medical device position detection method. What is swallowed is not only a capsule endoscope but also a capsule medical device (for example, a DDS capsule that holds a drug and releases a drug material at a target site in a body cavity, a chemical sensor, a blood sensor, a DNA probe, etc. It can be used for various capsule-type medical devices such as a sensor capsule that mounts and acquires information in the body cavity, and an indwelling capsule that is placed in the body and measures pH, etc. The magnetic induction coil is also used at the tip of the endoscope. The position detection system shown in the present invention can be placed on the tip of a catheter, forceps, etc. The position detection system for a medical device that functions in a body cavity. It can also be used as a system.
The
1 被検者
10,110,510 カプセル型内視鏡誘導システム(カプセル型医療装置誘導システム)
20,120 カプセル型内視鏡(カプセル型医療装置)
25 螺旋部(螺旋機構)
30 撮像部(撮像手段)
42 磁気誘導コイル
45 駆動用磁石(永久磁石)
50,150,250,350,450,550 位置検出ユニット(位置検出システム)
50A,150A,550A 位置検出装置(位置解析手段、磁界周波数可変部、駆動コイル制御部)
50B,150B 算出用周波数決定部(周波数決定部)
51,251,351 ドライブコイル(駆動コイル)
52 センスコイル(磁気センサ)
56 センスコイルセレクタ(磁気センサ選択手段)
61 バンドパスフィルタ(BPF、帯域制限部)
71 3軸ヘルムホルツコイルユニット(磁界発生手段、電磁石)
71X、71Y、71Z ヘルムホルツコイル(電磁石)
73 回転磁界制御回路(磁界方向制御手段)
82 表示部(表示手段、画像制御手段)
135 無線素子(通信部)
550B 現在基準値生成部
550C 格納部(記憶部)
561 相対位置変更部(相対位置変更手段)
562 相対位置測定部(相対位置測定手段)
610 位置検出システム
R 回転軸(長手軸)
S 空間
1
20,120 Capsule endoscope (capsule medical device)
25 Spiral part (spiral mechanism)
30 Imaging unit (imaging means)
42
50, 150, 250, 350, 450, 550 Position detection unit (position detection system)
50A, 150A, 550A Position detection device (position analysis means, magnetic field frequency variable unit, drive coil control unit)
50B, 150B calculation frequency determination unit (frequency determination unit)
51,251,351 Drive coil (drive coil)
52 Sense coil (magnetic sensor)
56 Sense coil selector (magnetic sensor selection means)
61 Band pass filter (BPF, band limiting unit)
71 3-axis Helmholtz coil unit (magnetic field generating means, electromagnet)
71X, 71Y, 71Z Helmholtz coils (electromagnets)
73 Rotating magnetic field control circuit (magnetic field direction control means)
82 Display section (display means, image control means)
135 Wireless device (communication unit)
550B current reference
561 Relative position changing unit (relative position changing means)
562 Relative position measuring unit (relative position measuring means)
610 Position detection system R Rotation axis (longitudinal axis)
S space
Claims (20)
前記カプセル型医療装置に搭載した磁気誘導コイルと、
前記カプセル型医療装置の作動範囲の外部に配置され、前記磁気誘導コイルに作用させる交流磁界を発生する駆動コイルと、
前記カプセル型医療装置の作動範囲の外部に配置され、前記磁気誘導コイルにより発生された誘導磁気を検出する複数の磁気センサと、
前記磁気誘導コイルの共振周波数に基づいて前記カプセル型医療装置の位置および向きの算出に用いる算出用周波数を求める周波数決定部と、
前記算出用周波数を用いて前記交流磁界のみが前記磁気センサに作用した際の前記磁気センサの出力と、前記交流磁界および前記誘導磁気が前記磁気センサに作用した際の前記磁気センサの出力との差分に基づき前記カプセル型医療装置の位置および向きを算出する位置解析手段と、を有し、
前記算出用周波数に基づいて、前記交流磁界の周波数および/または前記位置解析手段の解析に用いる前記磁気センサの出力周波数帯域を制限するカプセル型医療装置の位置検出システム。 A position detection system for a capsule medical device to be put into a body of a subject,
A magnetic induction coil mounted on the capsule medical device;
A drive coil that is arranged outside the operating range of the capsule medical device and generates an alternating magnetic field that acts on the magnetic induction coil;
A plurality of magnetic sensors arranged outside the operating range of the capsule medical device and detecting the induced magnetism generated by the magnetic induction coil;
A frequency determination unit for obtaining a calculation frequency used for calculating the position and orientation of the capsule medical device based on the resonance frequency of the magnetic induction coil;
The output of the magnetic sensor when only the AC magnetic field acts on the magnetic sensor using the calculation frequency, and the output of the magnetic sensor when the AC magnetic field and the induction magnetism act on the magnetic sensor. Position analysis means for calculating the position and orientation of the capsule medical device based on the difference, and
A capsule medical device position detection system that limits the frequency of the alternating magnetic field and / or the output frequency band of the magnetic sensor used for the analysis of the position analysis means based on the calculation frequency.
前記周波数決定部が、時間的に周波数変化する交流磁界により前記磁気誘導コイルから発生される誘導磁気が前記磁気センサに作用した際に、前記磁気センサの出力の周波数特性に基づき、前記算出用周波数を求める請求項1記載のカプセル型医療装置の位置検出システム。 A magnetic field frequency variable unit that temporally changes the frequency of the alternating magnetic field;
When the induction magnetism generated from the magnetic induction coil acts on the magnetic sensor by an alternating magnetic field that changes in frequency with time, the frequency determination unit determines the calculation frequency based on the frequency characteristics of the output of the magnetic sensor. The position detection system for a capsule medical device according to claim 1, wherein
前記周波数決定部が、前記インパルス状の磁界により前記磁気誘導コイルから発生された誘導磁気が作用した際の前記磁気センサの出力に基づき、前記算出用周波数を求める請求項1記載のカプセル型医療装置の位置検出システム。 An impulse magnetic field generator for generating an impulse magnetic field by applying an impulse drive voltage to the drive coil;
2. The capsule medical device according to claim 1, wherein the frequency determination unit obtains the calculation frequency based on an output of the magnetic sensor when induced magnetism generated from the magnetic induction coil is acted on by the impulse-like magnetic field. Position detection system.
前記磁気センサの出力周波数帯域を制限するとともに制限の範囲を変更できる可変帯域制限部と、を有し、
前記周波数決定部が、複数の異なる周波数を混合した前記交流磁界により前記磁気誘導コイルから発生された誘導磁気が作用した際の前記磁気センサの出力であって、前記可変帯域制限部を介して得られた前記磁気センサの出力が変化する周波数に基づき前記算出用周波数を求める請求項1記載のカプセル型医療装置の位置検出システム。 A mixed magnetic field generator for generating the alternating magnetic field in which a plurality of different frequencies are mixed;
A variable band limiting unit that limits the output frequency band of the magnetic sensor and can change the range of the limit,
The frequency determination unit is an output of the magnetic sensor when induced magnetism generated from the magnetic induction coil is acted on by the AC magnetic field in which a plurality of different frequencies are mixed, and is obtained via the variable band limiting unit. The capsule medical device position detection system according to claim 1, wherein the calculation frequency is obtained based on a frequency at which the output of the magnetic sensor changes.
前記周波数決定部が、前記送信部より前記共振周波数に係る周波数の値を受け取とり、受け取った前記共振周波数に係る周波数に基づいて前記算出用周波数を決定する請求項1記載のカプセル型医療装置の位置検出システム。 In the capsule medical device, a transmission unit for transmitting a frequency value related to a resonance frequency of the magnetic induction coil stored in advance to the frequency determination unit is provided,
2. The capsule medical device according to claim 1, wherein the frequency determination unit receives a frequency value related to the resonance frequency from the transmission unit, and determines the calculation frequency based on the received frequency related to the resonance frequency. Position detection system.
前記相対位置を測定する相対位置測定手段と、
予め前記交流磁界のみが作用した際の前記磁気センサの出力値を基準値として記憶するとともに、その際の前記磁気センサの位置および前記相対位置を前記基準値と関連付けて記憶する記憶部と、
前記磁気センサの現在位置および前記駆動コイルと前記磁気センサとの現在相対位置と、前記記憶部に記憶された前記基準値と、に基づいて、
現在の前記交流磁界のみが作用した際の前記磁気センサの出力値を現在基準値として生成する現在基準値生成部と、を有する請求項1から11のいずれかに記載のカプセル型医療装置の位置検出システム。 A relative position changing means for changing a relative position between the drive coil and the magnetic sensor;
Relative position measuring means for measuring the relative position;
A storage unit that stores in advance the output value of the magnetic sensor when only the AC magnetic field acts as a reference value, and stores the position of the magnetic sensor and the relative position in association with the reference value at that time,
Based on the current position of the magnetic sensor, the current relative position of the drive coil and the magnetic sensor, and the reference value stored in the storage unit,
The position of the capsule medical device according to any one of claims 1 to 11, further comprising: a current reference value generation unit that generates, as a current reference value, an output value of the magnetic sensor when only the current AC magnetic field is applied. Detection system.
該所定の近似式と前記現在相対位置とに基づいて前記現在基準値を生成する請求項12記載のカプセル型医療装置の位置検出システム。 The current reference value generation unit obtains a predetermined approximate expression that associates the relative position and the reference value,
13. The capsule medical device position detection system according to claim 12, wherein the current reference value is generated based on the predetermined approximate expression and the current relative position.
前記カプセル型医療装置に搭載された永久磁石と、
前記カプセル型医療装置の作動範囲の外部に配置され、前記永久磁石に対して作用させる磁界を発生する磁界発生手段と、
該磁界発生手段により前記永久磁石に作用させる磁界の方向を制御する磁界方向制御手段と、を備えるカプセル型医療装置誘導システム The position detection system according to any one of claims 1 to 14,
A permanent magnet mounted on the capsule medical device;
A magnetic field generating means arranged outside the operating range of the capsule medical device and generating a magnetic field to act on the permanent magnet;
A capsule medical device guidance system comprising: a magnetic field direction control unit configured to control a direction of a magnetic field applied to the permanent magnet by the magnetic field generation unit.
該電磁石の内側に被検者を配置可能な空間が設けられるとともに、
前記被検者を配置可能な空間の周囲に、前記駆動コイルおよび前記磁気センサが配置されている請求項15記載のカプセル型医療装置誘導システム。 The magnetic field generating means includes three pairs of frame-shaped electromagnets arranged to face each other in a direction orthogonal to each other,
A space in which the subject can be placed is provided inside the electromagnet,
The capsule medical device guidance system according to claim 15, wherein the drive coil and the magnetic sensor are arranged around a space in which the subject can be placed.
前記磁界方向制御手段によるカプセル型医療装置の長手軸回りの回転情報に基づいて、前記撮像手段により撮像された画像を、逆方向に回転させて前記表示手段に表示させる画像制御手段を備える請求項17記載のカプセル型医療装置誘導システム。 The capsule medical device includes an imaging unit having an optical axis along the longitudinal axis of the capsule medical device, and a display unit that displays an image captured by the imaging unit.
An image control means for rotating the image picked up by the image pickup means in the reverse direction and displaying the image on the display means based on rotation information about the longitudinal axis of the capsule medical device by the magnetic field direction control means. 18. The capsule medical device guidance system according to 17.
前記磁気誘導コイルに作用させる交流磁界を発生する駆動コイルと前記磁気誘導コイルにより発生された誘導磁気を検出する複数の磁気センサとを有する位置検出システムと、
を用いたカプセル型医療装置の位置検出方法であって、
前記交流磁界のみが作用した際の前記磁気センサの周波数特性を測定する予備測定ステップと、
前記交流磁界および前記誘導磁気が作用した際の前記磁気センサの周波数特性を測定する測定ステップと、
前記予備測定ステップおよび測定ステップにおいて測定された前記周波数特性に基づいて、前記カプセル型医療装置の位置および向きを算出するのに用いる算出用周波数を決定する周波数決定ステップと、
前記算出用周波数における、前記交流磁界および前記誘導磁気が作用した際の前記磁気センサの出力を検出する検出ステップと、
検出した前記磁気センサの出力に基づいて前記カプセル型医療装置の位置および向きを算出する位置算出ステップと、を有するカプセル型医療装置の位置検出方法。 A capsule medical device that is equipped with a magnetic induction coil for position detection and is inserted into the body of the subject,
A position detection system having a drive coil that generates an alternating magnetic field that acts on the magnetic induction coil, and a plurality of magnetic sensors that detect induction magnetism generated by the magnetic induction coil;
A method for detecting the position of a capsule medical device using
A preliminary measurement step of measuring frequency characteristics of the magnetic sensor when only the alternating magnetic field is applied;
A measurement step of measuring frequency characteristics of the magnetic sensor when the alternating magnetic field and the induction magnetism are applied;
A frequency determining step for determining a calculation frequency used to calculate the position and orientation of the capsule medical device based on the frequency characteristics measured in the preliminary measurement step and the measurement step;
A detection step of detecting an output of the magnetic sensor when the AC magnetic field and the induction magnetism act on the calculation frequency;
A position calculation step of calculating a position and an orientation of the capsule medical device based on the detected output of the magnetic sensor.
前記磁気誘導コイルに作用させる交流磁界を発生する駆動コイルと前記磁気誘導コイルにより発生された誘導磁気を検出する複数の磁気センサとを有する位置検出システムと、を用いたカプセル型医療装置の位置検出方法であって、
前記送信部により送信された前記共振周波数に係る周波数を取得し、取得した前記共振周波数に係る周波数に基づき、前記カプセル型医療装置の位置および向きを算出するのに用いる算出用周波数を決定する周波数決定ステップと、
前記算出用周波数の交流磁界のみが作用した際の前記磁気センサの周波数特性を測定する測定ステップと、
前記算出用周波数の交流磁界、および、前記算出用周波数の交流磁界により発生した前記誘導磁気が作用した際の前記磁気センサの出力を検出する検出ステップと、
検出した前記磁気センサの出力に基づいて前記カプセル型医療装置の位置を算出する位置算出ステップと、を有するカプセル型医療装置の位置検出方法。 A capsule-type medical device having a magnetic induction coil for position detection and a transmission unit for transmitting a frequency value related to a resonance frequency of the magnetic induction coil to the outside;
Position detection of a capsule medical device using a position detection system having a drive coil that generates an alternating magnetic field that acts on the magnetic induction coil and a plurality of magnetic sensors that detect induction magnetism generated by the magnetic induction coil A method,
A frequency for acquiring a frequency related to the resonance frequency transmitted by the transmission unit and determining a calculation frequency used for calculating the position and orientation of the capsule medical device based on the acquired frequency related to the resonance frequency A decision step;
A measurement step of measuring frequency characteristics of the magnetic sensor when only an alternating magnetic field of the calculation frequency is applied;
A detection step of detecting an output of the magnetic sensor when the induction magnetism generated by the alternating magnetic field having the calculation frequency and the alternating magnetic field having the calculation frequency is applied;
A position calculating step of calculating a position of the capsule medical device based on the detected output of the magnetic sensor.
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