JP2007151729A - カプセル型医療装置、その誘導システムおよび誘導方法 - Google Patents

カプセル型医療装置、その誘導システムおよび誘導方法 Download PDF

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Abstract

【課題】誘導システムを簡易に構成しつつ、長手軸方向に沿う推進運動と、推進方向の変更とを容易に精度よくかつ安定して行う。
【解決手段】被検者の体内に導入され外部磁界により誘導されるカプセル型医療装置1であって、略円筒状のカプセル2と、該カプセル2の長手軸R回りの回転運動を長手軸Rに沿う推進運動に変換する推進機構7と、カプセル2内に収容され、その磁極の方向を長手軸Rに沿う方向と、これに交差する方向との間で切替可能に設けられた磁石5と、磁極の方向を切り替えた各状態において、磁石5をカプセル2に固定する固定手段12とを備えるカプセル型医療装置1を提供する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、カプセル型医療装置、その誘導システムおよび誘導方法に関するものである。
従来、略円筒状のカプセルの外周面に、その長手軸に沿って延びる螺旋状の突起を備えるとともに、カプセル内に長手軸に直交する方向に磁極を配置した永久磁石を収容してなるカプセル型医療装置が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
このカプセル型医療装置によれば、その作動空間に形成した外部磁界を、カプセルの長手軸回りに回転させることにより、永久磁石がその磁極方向を外部磁界の方向に沿うように回転しようとする性質を利用してカプセルを長手軸回りに回転させることができる。カプセルの外周面には螺旋状の突起が設けられているので、該螺旋状の突起が外部の組織等に接触している状態でカプセルを長手軸回りに回転させると、螺旋状の突起によって、長手軸回りの回転運動が長手軸に沿う方向の推進運動に変換される。これにより、カプセルをその長手軸方向に移動させ、所望の位置に誘導することができる。
また、略円筒状のカプセル内に、長手軸方向に磁極を配置した永久磁石を収容してなるカプセル型医療装置が知られている(例えば、特許文献2参照。)。
このカプセル型医療装置によれば、その作動空間に外部磁界を任意方向に向けて形成し、該外部磁界の方向に永久磁石を沿わせるように変位させることで、カプセルの方向を変更することができる。また、外部磁界を勾配磁界とすることで、カプセルを長手軸方向に推進することもできる。
特開2004−255174号公報 特開2003−111720号公報
しかしながら、特許文献2のカプセル型医療装置の誘導システムでは、該カプセル型医療装置を体内で適正に誘導するために、3次元的な勾配磁界を精度よく形成する必要があり、装置が複雑になるという問題がある。また、勾配磁界により推進力を得る方法では、きめ細かい速度および位置の制御が困難となるという問題もある。
一方、特許文献1のカプセル型医療装置の誘導システムでは、円筒状のカプセルの外周面に設けた螺旋状の突起により、カプセルの回転運動を長手軸方向の推進運動に変換するので、カプセルの推進速度および位置の制御は、カプセルの回転数を制御することで、螺旋状の突起のリードに従い精度よく行うことができる。また、外部磁界として勾配磁界を採用する必要がなく、一様な強度の磁界を回転させるので、装置の構成を簡易化することができる。
しかしながら、特許文献1のカプセル型医療装置は、主として長手軸方向に沿う推進を目的として構成されており、所望の方向への方向転換を容易に行うことはできないという不都合がある。
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、誘導システムを簡易に構成しつつ、長手軸方向に沿う推進運動と、推進方向の変更とを容易に精度よくかつ安定して行うことが可能なカプセル型医療装置、その誘導システムおよび誘導方法を提供することを目的としている。
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、被検者の体内に導入され外部磁界により誘導されるカプセル型医療装置であって、略円筒状のカプセルと、該カプセルの長手軸回りの回転運動を、長手軸に沿う推進運動に変換する推進機構と、前記カプセル内に収容され、その磁極の方向を長手軸に沿う方向と、これに交差する方向との間で切替可能に設けられた磁石と、磁極の方向を切り替えた各状態において、前記磁石を前記カプセルに固定する固定手段とを備えるカプセル型医療装置を提供する。
本発明によれば、カプセル内に収容された磁石の磁極の方向をカプセルの長手軸に沿う方向に切り替えて固定手段の作動によりその位置に保持することで、任意方向の外部磁界を作用させると、外部磁界の方向に沿う方向にカプセルの長手軸を合わせることができる。したがって、外部磁界の方向を変化させることで、カプセルを所望の方向に向けることができる。
また、磁石の磁極の方向をカプセルの長手軸に交差する方向に切り替えて固定手段の作動によりその位置に保持することで、カプセルの長手軸回りに回転する外部磁界を作用させると、カプセルを長手軸回りに回転させることができる。カプセルには推進機構が設けられているので、カプセルを長手軸回りに回転させると、推進機構の作動により、カプセルが長手軸に沿って直線移動させられるようになる。したがって、カプセルを長手軸に沿う方向に推進することができる。
推進機構は、カプセルの外周面に設けられた螺旋機構であることが好ましい。
上記発明においては、前記磁石が永久磁石からなり、前記固定手段が、磁極を長手軸に沿う方向に向けた位置と、これに交差する方向に向けた位置とで前記磁石に係合する係合部材からなることとしてもよい。
このようにすることで、係合部材からなる固定手段の作動により、永久磁石をカプセルの長手軸に沿う方向に向けた位置またはこれに交差する方向に向けた位置のいずれかに確実に保持することができる。したがって、カプセルの方向転換とカプセルの推進とを切り替えて行うことができる。なお、係合部材による係合状態を解除するには、係合力より大きな外力を加えればよい。
また、上記発明においては、前記磁石が永久磁石からなり、前記固定手段が、磁極を長手軸に沿う方向に向けた位置と、これに交差する方向に向けた位置とで前記磁石に吸着する磁性材料からなることとしてもよい。
このようにすることで、永久磁石が磁極をカプセルの長手軸に沿う方向またはこれに交差する方向に配置されると、その位置で磁性材料からなる固定手段に吸着して固定される。したがって、カプセルの方向転換とカプセルの推進とを切り替えて行うことができる。なお、磁性材料への吸着状態を解除して永久磁石の磁極の方向を切り替えるには、吸着力よりも大きな外力を加えればよい。
また、上記発明においては、該磁石の磁極の方向を切り替える磁極方向切替装置を備えることとしてもよい。
このようにすることで、磁極方向切替装置の作動により、確実に磁石の磁極の方向を切り替えて、カプセルの方向転換と推進とを任意に切り替えることができる。
また、上記発明においては、前記磁石が永久磁石からなり、前記固定手段が、磁極を長手軸に沿う方向に向けた位置と、これに交差する方向に向けた位置とで前記磁石に吸着する電磁石からなり、前記磁極方向切替装置が、前記電磁石の磁極を切り替える磁極切替装置からなることとしてもよい。
このようにすることで、電磁石からなる固定手段の作動により、カプセルの長手軸に沿う方向に向けた位置またはカプセルの長手軸に交差する方向に向けた位置のいずれかにおいて磁石を吸着し、その状態に固定することができる。また、磁極切替装置の作動により電磁石の磁極を切り替えることで、吸着していた磁石を磁気反発力により切り離し、上記位置を容易にかつ確実に切り替えることができる。
また、上記発明においては、前記磁石が永久磁石からなり、前記磁極方向切替装置が、前記磁石を前記カプセルの半径方向に沿う軸線回りに揺動させるモータからなることとしてもよい。
このようにすることで、モータからなる磁極方向切替装置の作動により永久磁石からなる磁石を回転させて、容易にかつ確実に、カプセルの方向転換と推進とを切り替えることができる。
また、上記発明においては、前記磁石が電磁石からなり、前記固定手段および前記磁極方向切替装置が、前記電磁石の磁極を切り替えて保持する磁極切替装置からなることとしてもよい。
このようにすることで、磁極切替装置の作動により電磁石からなる磁石の磁極方向を、カプセルの長手軸に沿う方向とこれに交差する方向とで切り替え流ことができ、容易にかつ確実に、カプセルの方向転換と推進とを切り替えることができる。
また、本発明は、上記いずれかのカプセル型医療装置と、該カプセル型医療装置の作動範囲の外部に配置され、前記カプセル型医療装置内の前記磁石に対して作用させる外部磁界を発生する磁界発生装置と、該磁界発生装置により前記磁石に作用させる外部磁界を制御する磁界制御装置とを備えるカプセル型医療装置の誘導システムを提供する。
本発明によれば、磁界発生装置の作動によりカプセル型医療装置内の磁石に外部磁界を作用させ、磁界制御装置により外部磁界を制御することで、カプセル内部の磁石をカプセルの長手軸に沿う方向とこれに交差する方向のいずれかに切り替えて、カプセルの方向転換と推進とを選択的に行わせることができる。その結果、カプセルを所望の方向に精度よく誘導することができる。
上記発明においては、前記カプセル型医療装置の方向を検出するカプセル方向検出装置を備え、前記磁界制御装置が、前記カプセル方向検出装置により検出されたカプセル型医療装置の方向に応じて、カプセル型医療装置の位置における外部磁界の方向を制御することとしてもよい。
このようにすることで、カプセル方向検出装置の作動により、検出されたカプセル型医療装置の方向に基づいて、磁界制御装置がカプセル型医療装置内の磁石に作用させる外部磁界の方向を決定することができる。検出されたカプセル型医療装置の方向が目的位置に向かう方向である場合、推進を行うように磁石の方向を切り替えて推進させ、目標位置に向かう方向ではない場合には、方向転換を行うように磁石の方向を切り替えて方向を変更するように誘導することができる。
また、本発明は、上記いずれかのカプセル型医療装置の誘導方法であって、前記磁石の磁極の方向を長手軸に交差する方向に切り替えて固定し、長手軸回りに回転する外部磁界を作用させることにより、カプセル型医療装置を長手軸方向に進行させ、前記磁石の磁極の方向を長手軸に沿う方向に切り替えて固定し、任意方向に形成した外部磁界を作用させることにより、カプセル型医療装置の進行方向を変更するカプセル型医療装置の誘導方法を提供する。
本発明によれば、カプセル型医療装置に内蔵した磁石の磁極の方向を切り替えるだけで、カプセル型医療装置の推進と方向転換とを容易に切り替えて、カプセル型医療装置を簡易に精度よく誘導することができる。
本発明によれば、簡易な構成で、長手軸方向に沿う推進と、推進方向の変更とを容易に切り替えて、精度よくかつ安定して誘導することができるという効果を奏する。
〔第1の実施形態〕
以下、本発明の第1の実施形態に係るカプセル型内視鏡(カプセル型医療装置)1について図1および図2を参照して説明する。
本実施形態に係るカプセル型内視鏡1は、図1に示されるように、カプセル2と、該カプセル2内に収容され、被検者の体腔内管路の内壁面を撮像する撮像部3と、誘導磁界発生部4と、永久磁石(磁石)5とを備えている。
カプセル2は、カプセル型内視鏡1の長手軸Rを中心軸とする円筒形状のカプセル本体6(以下、単に本体と略記)と、該本体6の前端を覆う透明で半球形状の先端部6aと、本体6の後端を覆う半球形状の後端部6b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、カプセル2の本体6の外周面には、長手軸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、推進機構)7が取り付けられている。これにより、本体6がその長手軸R回りに回転させられると、螺旋部7のリードに従って定められた移動量だけ、本体6が長手軸Rに沿う方向に直線移動させられるようになっている。
撮像部3は、先端部に対向し、被検者の体腔内管路の内壁面の画像を撮像するイメージセンサ8と、体腔内管路の内壁面を照明するLED(Light Emitting Diode)9とを備えている。LED9の作動により照明された体腔内管路の内壁面からの反射光をイメージセンサ8により画像として取得することができるようになっている。
イメージセンサ8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、LED9は先端部6a側に配置された支持部材9aに、長手軸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。
誘導磁界発生部4は、磁気誘導コイル10とコンデンサ11とを接続して構成された共振回路であって、外部から供給される所定周波数の交流磁界により共振させられるようになっている。磁気誘導コイル10の内側には図示しない磁性体コアが配置されている。磁性体コアはフェライトの他、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。これにより、位置検出用に用いられる振幅の大きな交流磁界を発生するようになっている。
永久磁石5は、図1および図2に示されるように、カプセル2の本体6の内径よりも若干小さい円柱状に形成され、一方の半円柱部分がN極、他の半円柱部分がS極に着磁されている。また、永久磁石5は、N極とS極の境界部分を直径方向に貫通する回転軸12によって本体6の内面に取り付けられるとともに、該回転軸12回りに回転可能に設けられている。
永久磁石5と回転軸12とは、両者間に所定の摩擦力が発生するように、相互に嵌合されている。
永久磁石5の近傍には、ストッパ13が配置されている。該ストッパ13は、永久磁石5が回転軸12回りに回転して、その磁極を長手軸R方向に配列した状態(図2(b)の状態)および長手軸Rに直交する方向に配列した状態(図2(a)の状態)において、それぞれ永久磁石5の側面を突き当てる位置に配置され、永久磁石5のそれ以上の回転を阻止するようになっている。
次に、本発明の一実施形態に係るカプセル型内視鏡の誘導システム30および誘導方法について、図3〜図6を参照して説明する。
本実施形態に係る誘導システム30は、図3に示されるように、被検者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上記カプセル型内視鏡1と、該カプセル型内視鏡1の位置を検出する位置検出システム50と、検出されたカプセル型内視鏡1の位置および施術者の指示に基づきカプセル型内視鏡1を誘導する磁気誘導装置70と、カプセル型内視鏡1から送信された画像信号を表示する画像表示装置80とを備えている。
磁気誘導装置70は、図3に示すように、カプセル型内視鏡1を駆動する平行な外部磁界(略均一磁界)Mを発生させる3軸ヘルムホルツコイルユニット(磁界発生装置)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1を駆動する平行磁界の方向を制御する磁界制御回路73と、施術者が入力したカプセル型内視鏡1の進行方向を磁界制御回路73に出力する入力装置74とを備えている。また、入力装置74においては、カプセル型内視鏡1の誘導モードとして、推進モードまたは方向転換モードのいずれかの誘導モードを選択できるようになっている。
3軸ヘルムホルツコイルユニット71は、図3〜図5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3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、その内部に直方体状の空間を形成するように配置されている。直方体状の空間は、図3に示すように、カプセル型内視鏡1の作動空間になるとともに、図4および図5に示すように、被検者Aが配置される空間にもなっている。
また、本実施の形態では、ヘルムホルツコイル71X,71Y,71Zと表記したが、図3〜図5に示されるように、方形のコイルで構成されていてもよく、厳密にヘルムホルツコイル条件を満たさなければいけないというものではない。
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。
磁界制御回路73には、位置検出システム50の位置検出装置50Aからカプセル型内視鏡1の現在向いている方向(カプセル型内視鏡1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から入力した誘導モードのデータおよびカプセル型内視鏡1の進行方向指示が入力されるようになっている。
磁界制御回路73に誘導モードのデータが入力されると、磁界制御回路73は、カプセル型内視鏡1の方向データに基づいて、永久磁石45の磁極の方向を切り替えるための外部磁界Mを瞬間的に発生するようになっている。すなわち、誘導モードのデータとして、進行モードが入力されたときには、磁界制御回路73は、カプセル2の長手軸Rに直交する方向の外部磁界Mを瞬間的にヘルムホルツコイルユニット71に発生させ、図2(a)に示されるように、永久磁石45の方向をカプセルの長手軸Rに直交する方向に切り替えるようになっている。また、誘導モードのデータとして、方向転換モードが入力されたときには、磁界制御回路73は、カプセル2の長手軸Rに沿う方向の外部磁界Mを瞬間的にヘルムホルツコイルユニット71に発生させ、図2(b)に示されるように、永久磁石45の方向をカプセル2の長手軸Rに沿う方向に切り替えるようになっている。
そして、磁界制御回路73からは、各誘導モードに応じて、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1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1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。
位置検出システム50は、図3に示すように、カプセル型内視鏡1内の磁気誘導コイル10に誘導磁界を発生させるドライブコイル51と、磁気誘導コイル10で発生した誘導磁界を検知するセンスコイル52と、センスコイル52が検知した誘導磁界に基づいてカプセル型内視鏡1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界を制御する位置検出装置50Aとを備えている。
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正弦波発生回路53と、位置検出装置50Aからの出力に基づき正弦波発生回路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1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。
画像表示装置80は、図3に示すように、カプセル型内視鏡1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。
このように構成された本実施形態に係るカプセル型内視鏡1およびその誘導システム30の作用について、以下に説明する。
本実施形態に係るカプセル型内視鏡1およびその誘導システム30を用いて被検者Aの体腔内部の観察を行うには、図4に示されるように、カプセル型内視鏡1が、位置検出システム50および磁気誘導装置70内に横臥した被検者A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1は、位置検出システム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A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1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。
位置検出システム50においては、図3に示すように、まず、正弦波発生回路53が位置検出装置50Aからの出力に基づき交流電流を発生し、交流電流はドライブコイルドライバ54へ出力される。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る。
交流電流は、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、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1の作動空間に交流磁場を形成する。
交流磁界内に位置するカプセル型内視鏡1の磁気誘導コイル10には、交流磁界により誘導起電力が発生して誘導電流が流れる。磁気誘導コイル10に誘導電流が流れると誘導磁気が発生し、交流磁界が形成される。
また、磁気誘導コイル10はコンデンサ11とともに共振回路を形成しているので、交流磁界の周期が共振回路の共振周波数と一致すると、共振回路(磁気誘導コイル10)に流れる誘導電流は大きくなり、形成される交流磁界も強くなる。さらに、磁気誘導コイル10の中心には、誘電性のフェライトからなる芯部材が配置されているので、磁束が芯部材に集められ易く、形成される交流磁界はさらに強くなる。
誘導された交流磁界はセンスコイル52に誘導起電力を発生させ、カプセル型内視鏡1の位置情報などを含んだ交流電圧(磁気情報)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は、正弦波発生回路53で発生される正弦波信号を共振回路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へ出力する。
上述した交流電圧の振幅値は、図6に示すように、ドライブコイル51が形成した交流磁場と共振回路4の共振周波数との関係により大きく変化する。図6は、横軸に交流磁界の周波数をとり、縦軸に共振回路4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、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。
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。
位置検出装置50Aは、共振周波数の前後における振幅値の極大値および極小値の振幅差をセンスコイル52からの出力とみなす。そして、位置検出装置50Aは、複数のセンスコイル52から得られた振幅差に基づいて、カプセル型内視鏡1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1の位置などを求めることになる。
このように、上記振幅差をセンスコイル52の出力とすることにより、環境条件(例えば温度)などによる磁場強度の変化に起因する上記振幅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1の位置を求めることができる。
位置検出装置50Aは、演算により求めたカプセル型内視鏡1の位置に基づき、ドライブコイル51に供給する交流電流の増幅率をドライブコイルドライバ54に指示する。この増幅率は、磁気誘導コイル10が発生する誘導磁界をセンスコイル52により検出できるように設定されるものである。
また、位置検出装置50は、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。
磁気誘導装置70においては、図3に示すように、まず、施術者が入力装置74を介して磁界制御回路73へカプセル型内視鏡1の誘導モードを選択する。誘導モードとして進行モードが選択された場合、位置検出システム50により検出されたカプセル2の長手軸R方向に対して直交する方向に瞬間的に比較的大きな外部磁界Mが形成される。これにより、永久磁石5に、回転軸12との間に生ずる静止摩擦力を越えるトルクが発生し、永久磁石5が、回転軸12回りに回転して、図2(a)に示されるように、その磁極を長手軸Rに直交する方向に向けるようになる。永久磁石5は、その磁極を長手軸Rに直交する方向に向けたところでストッパ13に突き当たって停止し、回転軸12との間の静止摩擦力により停止した状態に保持される。
この状態で、施術者が入力装置74を介して進行方向を指示すると、磁界制御回路73の作動により、指示された進行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1の方向(長手軸R方向)に基づいて、カプセル型内視鏡1にかける外部磁界Mの方向および回転方向が決定される。
そして、上記外部磁界M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の発生磁界強さが算出され、これら外部磁界Mを発生させるのに必要な電流値が算出される。
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、磁界制御回路73が決定した磁界方向を有する平行な外部磁界Mが形成される。
上記外部磁界Mの回転周期は0Hzから数Hz程度に制御されるとともに、該外部磁界Mの回転方向を制御することにより、カプセル型内視鏡1の長手軸R回りの回転方向が制御される。これにより、回転する外部磁界Mに沿う方向に永久磁石5が指向させられ、永久磁石5が固定されたカプセル2がその長手軸R回りに回転させられる。そして、カプセル2の外周面に設けた螺旋部7の作用により、カプセル2の長手軸R回りの回転運動が長手軸Rに沿う直進運動に変換され、カプセル型内視鏡1が、入力装置74により指示された方向に、外部磁界Mの回転速度および螺旋部7のリードによって定まる速度で推進されることになる。
なお、誘導モードとして進行モードが選択された際に形成される外部磁界Mが、回転軸12に沿う方向である場合や、半径方向逆方向に向かう場合には永久磁石5は回転されないこととなる。これを回避するためには、例えば、イメージセンサ8により取得された画像を処理することによりカプセル2の長手軸R回りの位相を求め、この位相に基づいて外部磁界Mを加える方向を決定することとすればよい。
一方、誘導モードとして方向転換モードが選択された場合には、位置検出装置50Aにより検出されたカプセル2の長手軸R方向に沿う方向に瞬間的に比較的大きな外部磁界Mが形成される。これにより、永久磁石5に、回転軸12との間に生ずる静止摩擦力を越えるトルクが発生し、永久磁石5が、回転軸12回りに回転して、図2(b)に示されるように、その磁極を長手軸Rに沿う方向に向けるようになる。永久磁石5は、その磁極を長手軸Rに沿う方向に向けたところでストッパ13に突き当たって停止し、回転軸12との間の静止摩擦力により停止した状態に保持される。
その後は、入力装置74からの入力に基づいて、カプセル2の長手軸Rに沿う方向に形成されている外部磁界Mの角度を徐々に変化させることにより、カプセル2に回転力を発生させて方向転換させることができる。
進行モードから方向転換モードへの切替時には、永久磁石5の方向に関わらず、外部磁界Mをカプセル2の長手軸Rに沿う方向に加えるだけで、永久磁石5の磁極の方向を切り替えて、誘導モードを容易に切り替えることができる。
カプセル型内視鏡1においては、搭載されているイメージセンサ8が、LED9により照明された被検者Aの体腔内管路内の壁面を撮像し、取得された画像が画像表示装置80に送信される。
画像表示装置80においては、画像受信回路81がカプセル型内視鏡1から送信された画像情報を受信し、受信された画像情報が表示部82に表示される。
また、表示部82は、誘導モードが進行モードである場合に、磁界制御回路73から入力されるカプセル型内視鏡1の回転位相データに基づき、カプセル型内視鏡1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する。これにより、カプセル型内視鏡1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1が長手軸R回りに回転することなく長手軸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。
これにより、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1を進行モードにおいて誘導する場合、表示される画像がカプセル型内視鏡1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方が、施術者に見易く、カプセル型内視鏡1を所定位置に誘導させ易い。
このように、本実施形態に係るカプセル型内視鏡1およびその誘導システム30によれば、特定方向の外部磁界Mをカプセル型内視鏡1に作用させるだけで、内蔵されている永久磁石5の磁極の方向を切り替えて、進行モードと方向転換モードのいずれかに設定することができる。したがって、進行モードにおいて、カプセル型内視鏡1を長手軸R方向に精度よく進行させ、方向転換モードにおいて、カプセル型内視鏡1を安定して所望の方向に指向させることができる。その結果、被検者Aの体内においてカプセル型内視鏡1を精度よく安定して誘導することができ、所望の検査を行うことができる。
なお、本実施形態においては、永久磁石5の固定手段として、永久磁石5を回転可能に支持する回転軸12との間の静止摩擦力により固定するものを例示したが、これに代えて、図7および図8に示されるように、永久磁石5に凹部5aを設けるとともに、進行モードと方向転換モードの各位置において永久磁石5の凹部5aに係合するボール14aおよびスプリング14bを備えたクリック機構14を2カ所に設けることにしてもよい。このようにすることで、より確実に各誘導モードの状態を維持することができる。
また、これに代えて、図9および図10に示されるように、永久磁石5として、回転軸12を中心とする円柱状のものを採用してもよい。このようにすることで、永久磁石5の周面に沿って90°離れた2カ所に凹部5aを設けボール14aおよびスプリング14bを備えるクリック機構14を1カ所にすることができる。
また、図11に示されるように、2つの凹部5aをさらに深く形成し、凹部5aの間を周方向に連絡する溝5bを設けるとともに、ボール14aに代えてシャフト14a′を配置することにしてもよい。これにより、シャフト14a′の先端が凹部5aに係合したときに、シャフト14a′が溝5bの内壁に突き当たるようにして、永久磁石5のそれ以上の回転を阻止し、永久磁石5の動作範囲を90°の範囲内に限定することができる。
また、円柱状の永久磁石5を採用したが、これに代えて、球体状の永久磁石(図示略)を採用してもよい。このようにすることで、永久磁石の体積を大きくし、永久磁石の発生する磁力を大きく確保できる。その結果、カプセル型内視鏡1を駆動するための外部磁界Mの強度を低減でき、体外に配置される磁界発生装置71を小型化することができる。また、コイルスプリング14bにより付勢されたボール14aまたはシャフト14a′を永久磁石5に設けた凹部5aに係合させることとしたが、これに代えて、板バネ(図示略)に設けた突起(図示略)を凹部5aに係合させることにしてもよい。
また、これに代えて、図12に示されるように、カプセル2と永久磁石5との間にクラッチ機構15を配置してもよい。クラッチ機構15は、常時オフ状態となって永久磁石5が回転しないように固定し、誘導モードの切替時に、オン状態とされて永久磁石5が自由に回転できるように解放されるようになっている。このようにすることで、永久磁石5のカプセル2に対する固定と切り離しとを確実に行って、誘導モードをより容易に切り替えることができるという利点がある。また、常時オフ状態とすることにより、バッテリの消耗を防ぐことができる。
また、永久磁石5の回転軸12回りの回転を自由に行わせるとともに、永久磁石5の固定手段として、図1および図2において、永久磁石5に突き当たるストッパ13を磁性材料により構成することとしてもよい。このようにすることで、誘導モードの切替時に永久磁石5が回転して、ストッパ13に突き当たると、磁性材料からなるストッパ13に永久磁石5が吸着して固定され、各状態に保持される。一方、誘導モードを切り替えるときには、永久磁石5とストッパ13との磁気吸引力に打ち勝つトルクを発生可能な外部磁界Mを作用させることにより、永久磁石5の回転を可能として他の状態に移動させることとすればよい。
さらに、本実施形態に係るカプセル型内視鏡1においては、外部磁界Mの作用により永久磁石5の磁極の方向を切り替えることとしたが、これに代えて、カプセル2内に永久磁石5の磁極の方向を切り替えるためのアクチュエータを配置することとしてもよい。アクチュエータとしては、例えば、図13に示されるように、永久磁石4の回転軸12に外部からの指令信号により作動するモータ16を配置し、モータ16の作動により永久磁石5を回転させて磁極の方向を切り替えることとしてもよい。
また、例えば、図14に示されるように、ストッパとして、永久磁石5に突き当たる電磁石17を配置し、永久磁石5に突き当たる部位の磁極を切り替えることで、永久磁石5の磁極の方向を切り替えることとしてもよい。電磁石17には外部からの指令信号により電磁石17の磁極の方向を切り替える磁極方向切替装置(図示略)が接続されている。
図14に示す例では、進行モードが選択されたときに、同図(a)に示されるように、永久磁石5のN極が電磁石17に吸着されるように、電磁石17の対応する磁極がS極に設定される。これにより、永久磁石5がカプセル2の長手軸に直交する方向に磁極を配置した状態に固定される。永久磁石5の磁極が一旦固定された後は、電磁石17の通電をオフに設定することにより、電磁石17を磁性体として永久磁石5を吸着状態に保持することができる。これにより、バッテリの消耗を抑制することができる。
一方、方向転換モードが選択されたときには、図14(b)に示されるように、永久磁石5のN極を吸着していた電磁石17の磁極がN極に変更される。これにより、永久磁石5と電磁石17の磁気反発力が発生し、永久磁石5が電磁石17から離れる方向に回転させられる。
そして、その直後に、図14(c)に示されるように、電磁石17の反対側の磁極をN極に設定することにより、永久磁石5のS極が電磁石17に吸着される。これにより、永久磁石5が、カプセル2の長手軸Rに沿う方向に磁極を配置した状態に固定される。したがって、より簡易かつ確実に、永久磁石5の磁極の方向を切り替えて、誘導モードを迅速に切り替えることができる。
また、本実施形態においては、進行モードにおける永久磁石5の磁極の方向を長手軸Rに直交する方向に設定したが、これに代えて、90°より小さい角度をなして長手軸Rに交差する方向に設定してもよい。
また、方向転換モードから進行モードへの切替時に、イメージセンサ8により取得された画像に基づいて、外部磁界Mの方向を設定することとしたが、これに代えて、方向転換モードにおける永久磁石5の磁極の方向を長手軸Rに沿う方向から進行モード側に若干角度を付けた方向に配置しておいてもよい。このようにすることで、長手軸Rに直交する任意に加えた(あるいは、回転する)外部磁界Mによって、僅かな回転トルクを発生させることが可能となり、その回転トルクによって回転軸12を外部磁界Mに直交する位置まで移動させることにより、永久磁石5の進行モードへの切替を容易にすることにしてもよい。

次に、本発明の第2の実施形態に係るカプセル型内視鏡について、図15を参照して説明する。
本実施形態に係るカプセル型内視鏡1′は、図15に示されるように、円弧部5cを有し、90°の中心角を有する扇形状の永久磁石5′と、該永久磁石5′を回転可能に収容するケース18とを備えている。
ケース18は、永久磁石5′の円弧部5cを挟む2つの側面および円弧面5cを吸着可能な磁性材料からなる壁面18aと、その他の非磁性材料からなる壁面18bとを備えている。
永久磁石5′は、一側面側がN極に着磁され、円弧部側がS極に着磁されている。これにより、図15(a)に示されるように、永久磁石5′の一側面が一壁面18aに吸着した状態では、永久磁石5′の磁極がカプセル2の長手軸Rに沿う方向に配置されることにより、誘導モードが方向転換モードに設定される。また、図15(b)に示されるように、円弧部5cが壁面18aに吸着しながら転がって、図15(c)に示されるように、他側面が他の壁面18aに吸着した状態では、永久磁石5′の磁極がカプセル2の長手軸Rに直交する方向に配置され、これによって、誘導モードが進行モードに設定されるようになっている。
このように構成された本実施形態に係るカプセル型内視鏡1′によれば、第1の実施形態に係るカプセル型内視鏡1と同様に、外部磁界Mの作用により、ケース18内において永久磁石5′を転がすことによって、誘導モードを容易に切り替えることができる。したがって、本実施形態によれば単純な機構で構成でき、組立性が良好であり、低コストで、進行モードと方向転換モードの両誘導モードを自由に切り替えることができるカプセル型内視鏡1′を提供することができる。
なお、本実施形態においては、永久磁石5′の円弧部5cを磁性材料からなる壁面18aに吸着させながら転がすことにより、永久磁石5′がケース18内において、姿勢を変えることなく滑って移動してしまうことを防止することとした。これに代えて、図16に示されるように円弧部5cおよび該円弧部5cが転がるケース18の壁面18aに相互に噛み合うギヤ5d,18cを設けることにしてもよい。このようにすることにより、ケース18に対する永久磁石5′の滑りが防止され、磁極の方向の切替を確実に行うことができる。
また、図17に示されるように、永久磁石5′にピン5eを設け、ケース18に、該ピン5eを案内するカム溝18dを設けることにしてもよい。このようにすることによっても、磁気ギヤ5d,18cと同様に、永久磁石5′の移動を一義的に案内することができ、誘導モードの切替時に、磁極の方向の切替を確実に行うことができる。
また、円弧部5cを有する永久磁石5′としては、1/4円の扇形状のものに限定されるものではなく、図18に示されるように、円柱状の永久磁石5′を採用してもよい。この場合には、ケース18内における永久磁石5′の自由度を制限するために、ケース18の2カ所に、S極およびN極をそれぞれケース18内側に向けて配置された永久磁石からなる壁面18eを設けることにすればよい。
次に、本発明の第3の実施形態に係るカプセル型内視鏡1″について、図19を参照して以下に説明する。
本実施形態に係るカプセル型内視鏡1″は、外部磁界Mにより誘導モードを切り替える方式の第1、第2の実施形態に係るカプセル型内視鏡1,1′とは異なり、外部から加える機械的な押圧力Fにより誘導モードを切り替える方式のものである。
本実施形態に係るカプセル型内視鏡1″は、図19(a)に示されるように、直方体状の永久磁石5″と、該永久磁石5″を吸着状態に保持する台座19と、該台座19に、揺動可能に設けられたレバー20と、該レバー20によって押圧され、台座19上の永久磁石5″を押圧する押圧ロッド21とを備えている。また、カプセル2の後端部6bは、柔軟な材質により構成され、外力Fが作用すると容易に変形して、外力Fをレバー20に伝達することができるようになっている。図中、符号20aはレバー20に外力Fを加える力点である。
台座19は段差のある2つの吸着面19a,19bを備え、各吸着面19a,19bは、永久磁石5″を吸着するために磁性材料により構成されている。
前記押圧ロッド21は、台座19の一方の吸着面19aを貫通して出没可能に設けられている。
このように構成された本実施形態に係るカプセル型内視鏡1″によれば、まず、図19(a)に示されるように、永久磁石5″の磁極をカプセル2の長手軸Rに直交する方向に配置した進行モードに設定しておく。そして、誘導システム30の作動により、カプセル型内視鏡1″を長手軸R回りに回転させて、長手軸Rに沿う方向に進行させる。
カプセル型内視鏡1″が目的位置に到達した場合には、カプセル2の後端部6bを体腔内壁面Bに押し当てる。押し当てる方法は、誘導システム30の作動により、カプセル型内視鏡1″を長手軸R回りに逆回転させて、後端部6b側に進行させる方法や、被検者Aの体外から強力な磁石を近接させて体内のカプセル型内視鏡1″を磁気吸引力により引きつける方法が挙げられる。
カプセル2の後端部6bが体腔内壁面Bに押し当てられると、カプセル2の後端部6bが変形して外力Fが力点20aに作用し、レバー20が揺動する。これにより、レバー20が押圧ロッド21を押圧し、押圧ロッド21の先端が、吸着面19aから突出して、図19(b)に示されるように、吸着面19aに吸着保持されていた永久磁石5″を吸着面19aから引き離して回転させる。
台座19には段差が設けられているので、永久磁石5″が回転すると、吸着面19aに吸着していた磁極とは異なる他の磁極が他の吸着面19bに近接し、所定の距離まで近接すると、磁気吸引力によって、図19(c)に示されるように、吸着面19bに吸着し、これにより、永久磁石5″が90°回転する。この状態で、永久磁石5″は、その磁極をカプセル2の長手軸Rに沿う方向に配置するようになり、誘導モードが方向転換モードに切り替えられる。
したがって、この後は、カプセル型内視鏡1″は、外部磁界Mの作用により、所望の方向に前端部6aを指向させることが可能となり、目的位置周辺の体腔内壁面の画像を、自由に方向を変更して取得することが可能となる。そして、目的位置周辺の観察が終了した後には、体腔の蠕動運動等により、自然に排出される。
なお、本実施形態においては、誘導モードの切替は、進行モードから方向転換モードへの1回のみに限られるが、逆に方向転換モードから進行モードへの切替を行うこととしてもよい。また、図20に示されるように、吸着面19b側に、方向転換モードに切り替えられたときに永久磁石5″によって押される第2の押圧ロッド22を設けておくことにより、進行モードと方向転換モードを相互に何回でも切替可能とすることとしてもよい。
また、上記各実施形態においては、永久磁石5,5′,5″を90°回転させることにより誘導モードを切り替えることとしたが、これに替えて、カプセル2の長手軸Rに沿う方向および長手軸Rに直交する方向の両方に磁極を設定可能な電磁石(図示略)をカプセル2内に配置し、外部からの指令信号に応じて磁極を切り替える磁極切替装置(図示略)を搭載することとしてもよい。
また、上記各実施形態においては、磁界発生装置として3軸ヘルムホルツコイルユニット71を挙げているが、磁界発生装置はヘルムホルツ形式のものだけでなく、複数の電磁石を平面配置し、該電磁石の上方で略均一磁界を発生する平面型磁気装置を採用してもよい。また、他の方式の磁気装置でもよい。
さらに、上記各実施形態においては、位置検出システムとして誘導磁界を用いる方法について述べたが、この方式に限られるものではなく、少なくともカプセル型内視鏡の長手軸Rの方向が検出できる技術であれば、任意の方式のものを採用することができる。
本発明の第1の実施形態に係るカプセル型内視鏡の構成を概略的に示す縦断面図である。 図1のカプセル型内視鏡の誘導モードの切替を説明する斜視図であり、(a)が進行モード、(b)が方向転換モードをそれぞれ示す。 本発明の第1の実施形態に係るカプセル型内視鏡の誘導システムを示す概略図である。 図3の誘導システムを示す斜視図である。 図3の誘導システムを示す縦断面図である。 図1のカプセル型内視鏡の共振回路の周波数特性を示すグラフである。 図1のカプセル型内視鏡の第1の変形例を部分的に示す縦断面図である。 図7のカプセル型内視鏡のクリック機構を説明する拡大断面図である。 図1のカプセル型内視鏡の第2の変形例を示す斜視図である。 図9のカプセル型内視鏡を部分的に示す縦断面図である。 図9のカプセル型内視鏡の変形例を示す縦断面図である。 図1のカプセル型内視鏡の第3の変形例を示す斜視図である。 図1のカプセル型内視鏡の第4の変形例を示す斜視図である。 図1のカプセル型内視鏡の第5の変形例の動作を示す縦断面図である。 本発明の第2の実施形態に係るカプセル型内視鏡の動作を示す部分的な縦断面図である。 図15のカプセル型内視鏡の第1の変形例を部分的に示す縦断面図である。 図15のカプセル型内視鏡の第2の変形例を部分的に示す縦断面図である。 図15のカプセル型内視鏡の第3の変形例を部分的に示す縦断面図である。 本発明の第3の実施形態に係るカプセル型内視鏡の動作を示す部分的な縦断面図である。 図19のカプセル型内視鏡の変形例を示す縦断面図である。
符号の説明
A 被検者(被検体)
M 外部磁界
R 長手軸
1,1′,1″ カプセル型内視鏡(カプセル型医療装置)
2 カプセル
5,5′,5″ 永久磁石(磁石)
5a 凹部(係合部材)
7 螺旋部(螺旋機構、推進機構)
12 回転軸(固定手段)
13 ストッパ(固定手段)
14 クリック機構(係合部材:固定手段)
14a ボール(係合部材)
14a′ シャフト(係合部材)
15 クラッチ装置(固定手段)
16 モータ(磁極方向切替装置)
17 電磁石
30 誘導システム
50A 位置検出装置(カプセル方向検出装置)
71 3軸ヘルムホルツコイルユニット(磁界発生装置)
73 磁界制御装置

Claims (11)

  1. 被検者の体内に導入され外部磁界により誘導されるカプセル型医療装置であって、
    略円筒状のカプセルと、
    該カプセルの長手軸回りの回転運動を、長手軸に沿う推進運動に変換する推進機構と、
    前記カプセル内に収容され、その磁極の方向を長手軸に沿う方向と、これに交差する方向との間で切替可能に設けられた磁石と、
    磁極の方向を切り替えた各状態において、前記磁石を前記カプセルに固定する固定手段とを備えるカプセル型医療装置。
  2. 前記推進機構が、前記カプセルの外周面に設けられた螺旋機構である請求項1に記載のカプセル型医療装置。
  3. 前記磁石が永久磁石からなり、
    前記固定手段が、磁極を長手軸に沿う方向に向けた位置と、これに交差する方向に向けた位置とで前記磁石に係合する係合部材からなる請求項1または請求項2に記載のカプセル型医療装置。
  4. 前記磁石が永久磁石からなり、
    前記固定手段が、磁極を長手軸に沿う方向に向けた位置と、これに交差する方向に向けた位置とで前記磁石に吸着する磁性材料からなる請求項1または請求項2に記載のカプセル型医療装置。
  5. 該磁石の磁極の方向を切り替える磁極方向切替装置を備える請求項1から請求項4のいずれかに記載のカプセル型医療装置。
  6. 前記磁石が永久磁石からなり、
    前記固定手段が、磁極を長手軸に沿う方向に向けた位置と、これに交差する方向に向けた位置とで前記磁石に吸着する電磁石からなり、
    前記磁極方向切替装置が、前記電磁石の磁極を切り替える磁極切替装置からなる請求項5に記載のカプセル型医療装置。
  7. 前記磁石が永久磁石からなり、
    前記磁極方向切替装置が、前記磁石を前記カプセルの半径方向に沿う軸線回りに揺動させるモータからなる請求項5に記載のカプセル型医療装置。
  8. 前記磁石が電磁石からなり、
    前記固定手段および前記磁極方向切替装置が、前記電磁石の磁極を切り替えて保持する磁極切替装置からなる請求項5に記載のカプセル型医療装置。
  9. 請求項1から請求項4のいずれかに記載のカプセル型医療装置と、
    該カプセル型医療装置の作動範囲の外部に配置され、前記カプセル型医療装置内の前記磁石に対して作用させる外部磁界を発生する磁界発生装置と、
    該磁界発生装置により前記磁石に作用させる外部磁界を制御する磁界制御装置とを備えるカプセル型医療装置の誘導システム。
  10. 前記カプセル型医療装置の方向を検出するカプセル方向検出装置を備え、
    前記磁界制御装置が、前記カプセル方向検出装置により検出されたカプセル型医療装置の方向に応じて、カプセル型医療装置の位置における外部磁界の方向を制御する請求項9に記載のカプセル型医療装置の誘導システム。
  11. 請求項1から請求項9のいずれかに記載のカプセル型医療装置の誘導方法であって、
    前記磁石の磁極の方向を長手軸に交差する方向に切り替えて固定し、長手軸回りに回転する外部磁界を作用させることにより、カプセル型医療装置を長手方向に進行させ、
    前記磁石の磁極の方向を長手軸に沿う方向に切り替えて固定し、任意方向に形成した外部磁界を作用させることにより、カプセル型医療装置の進行方向を変更するカプセル型医療装置の誘導方法。
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