JP2022181146A - 磁気カプセル内視鏡の全姿勢測定システムの作動方法 - Google Patents
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Abstract
Description
磁気カプセル内視鏡の初期姿勢を予測し、前記磁気カプセル内視鏡内の小永久磁石のラジアル磁化方向の単位ベクトル
を決定するステップ1であって、
具体的に、
前記小永久磁石のラジアル磁化方向の単位ベクトル
を算出するステップ1.1、
前記小永久磁石のラジアル磁化方向ベクトルに基づいて、外部の大永久磁石により前記磁気カプセル内視鏡を回転するように制御するステップ1.2、
前記小永久磁石の回転後のラジアル磁化方向の単位ベクトル
を算出するステップ1.3、
から、前記磁気カプセル内視鏡の予測軸方向の単位ベクトル
を算出するステップ1.4というサブステップを含むステップ1と、
外部の大永久磁石の姿勢を前記磁気カプセル内視鏡の現在姿勢と一致するように調整するステップ2と、
外部の大永久磁石により、前記磁気カプセル内視鏡をその軸方向中心軸の周りに回転するように制御するステップ3と、
回転後の前記磁気カプセル内視鏡内の小永久磁石の現在ラジアル磁化方向の単位ベクトル
を算出するステップ4と、
前記磁気カプセル内視鏡の軸方向の単位ベクトル
によれば、前記カプセル内視鏡の現在姿勢を完全に決定するステップ5とを含むことを特徴とする磁気カプセル内視鏡の全姿勢測定方法。
を検出して取得し、但し、N(≧5)は、磁気センサアレイにおける3軸磁気センサの数である。図4に示すように、センサアレイが位置する平面をXOY平面として3次元直角座標系OXYZを確立する。n番目の磁気センサにおける磁気誘導強度の現在値は、
と表記され、但し、B0,nx、B0,ny、B0,nzは、それぞれn番目の磁気センサの座標系OXYZにおけるX軸、Y軸及びZ軸の3つの方向における磁気誘導強度成分を示す。図1に示すように、磁気センサアレイは、前記人体の外部(例えば、人体の下方)に固定されている。
であり、(xn,yn,zn)は、n番目の磁気センサのOXYZ座標系における位置座標であり、(a,b,c)は、小磁石のOXYZ座標系における位置座標であり、m0’=m0/p0、n0’=n0/p0である。
)と同一になるように配置し、次いで、外部の大磁石を自体の軸方向中心軸の周りに2°と小さな角度で反時計回りに回転するように制御することによって、外部の大磁石による磁界が回転し、この回転磁界により、小磁石を(磁気カプセル内視鏡とともに)自体の軸方向中心軸の周りに時計回りに回転するように駆動する(図3(b)に示すように、磁気カプセル内視鏡の回転方向は、外部の大磁石の回転方向と逆になる)。
を算出する。具体的なプロセスとしては、外部の大磁石の磁界を遮蔽又は除去してから、磁気センサアレイで回転後の小磁石による現在磁気誘導強度
を得て、下記のステップに従って小磁石の現在磁化方向の単位ベクトル
を算出する。
及び
から、磁気カプセル内視鏡の予測軸方向の単位ベクトル
を算出する。算出式は、
は、それぞれ回転前及び回転後の小磁石の磁化方向の単位ベクトルを示し、
は、磁気カプセル内視鏡の予測軸方向の単位ベクトル(即ち、r1 2+s1 2+t1 2=1)である。
)と同一にし、図3(a)に示すように、外部の大磁石のラジアル磁化方向を永久磁石の現在ラジアル磁化方向(即ち、
)と同一にする。
を検出して取得し、目的関数:
であり、
は、小磁石が座標(xn,yn,zn)のn番目の磁気センサにおいて発生する磁気誘導強度値であり、m2’=m2/p2、n2’=n2/p2である。
は、それぞれステップ3における回転(即ち、2回目の回転)前及び回転後の小磁石のラジアル磁化方向の単位ベクトルを示し、図4に示すように、
は、磁気カプセル内視鏡の軸方向の単位ベクトル(即ち、r2 2+s2 2+t2 2=1)である。小磁石のラジアル磁化方向は、磁気カプセル内視鏡と一定の関係があり、磁気カプセル内視鏡の軸方向と異なるので、
によれば、磁気カプセル内視鏡の現在姿勢を完全に決定する。
であり、磁気カプセル内視鏡の姿勢は、軸方向が正のX軸と同じ方向になり(磁気カプセル内視鏡のカメラの端は、正の方向である)、ラジアル磁化方向が正のZ軸と同じ方向になるように設定され、即ち、(r,s,t)の理論値が(1,0,0)であり、(m,n,p)の理論値が(0,0,1)であり、横揺れ角の理論値が0度である。
を排除する。残りの24個のセンサのデータ
を算出する。次いで、
から、カプセル内視鏡の初期予測姿勢
を算出する。
から、カプセル内視鏡の姿勢パラメータにおける軸方向の単位ベクトル
を算出する。
から、横揺れ角Δθ=1.76°で、反時計回り方向が正であることを算出する。
であり、(r,s,t)の理論値は(1,0,0)であり、(m,n,p)の理論値は(0,0,1)であり、横揺れ角の理論値は0°であるので、本実施例において、カプセル内視鏡の座標誤差
メートルであり、カプセル内視鏡の姿勢パラメータにおける軸方向の単位ベクトルの誤差=|(r2,s2,t2)-(1,0,0)|=(0.0026,0.0543,0.0463)であり、(軸方向ベクトルとXYZの3軸の各々との夾角)角度誤差に変換すると、(4.13°,3.11°,2.65°)となり、姿勢パラメータにおける横揺れ角の誤差=Δθ-0=1.76°である。
)と重なり(即ち、外部の大磁石が磁気カプセル内視鏡と同軸である)、且つ前記大磁石のラジアル磁化方向が小磁石のラジアル磁化方向(即ち、
)と逆となるようにしてもよい(この場合に、ステップ3において、前記小磁石の回転方向と外部の大磁石の回転方向は同一である)。
前記磁気カプセル内視鏡の全姿勢測定システムは、磁気カプセル内視鏡の初期姿勢を予測し、前記磁気カプセル内視鏡内の小永久磁石のラジアル磁化方向の単位ベクトル
を決定するステップ1であって、
具体的に、
前記小永久磁石のラジアル磁化方向の単位ベクトル
を算出するステップ1.1、
前記小永久磁石のラジアル磁化方向ベクトルに基づいて、外部の大永久磁石の回転制御により前記磁気カプセル内視鏡を回転させるステップ1.2、
前記小永久磁石の回転後のラジアル磁化方向の単位ベクトル
を算出するステップ1.3、
から、前記磁気カプセル内視鏡の予測軸方向の単位ベクトル
を算出するステップ1.4というサブステップを含むステップ1と、
前記外部の大永久磁石の軸方向を前記磁気カプセル内視鏡の予測軸方向と同一にし、前記外部の大永久磁石のラジアル磁化方向を前記小永久磁石の現在ラジアル磁化方向と同一にするステップ2と、
前記外部の大永久磁石の回転制御により、前記磁気カプセル内視鏡をその軸方向中心軸の周りに回転させるステップ3と、
回転後の前記磁気カプセル内視鏡内の小永久磁石の現在ラジアル磁化方向の単位ベクトル
を算出するステップ4と、
前記磁気カプセル内視鏡の軸方向の単位ベクトル
によれば、前記カプセル内視鏡の現在姿勢を完全に決定するステップ5とを含むことを特
徴とする磁気カプセル内視鏡の全姿勢測定システムの作動方法。
Claims (10)
- 内部に設けられた永久磁石がラジアル着磁された小永久磁石である磁気カプセル内視鏡であって、前記小永久磁石は、円柱状又は円環状であり、前記磁気カプセル内視鏡の内部に固定配置され又は円環形の磁気カプセル内視鏡のハウジング壁に固定されており、その軸方向が前記磁気カプセル内視鏡の軸方向と一致しており、前記カプセル内視鏡の外部に、ラジアル着磁された円柱状の強力な永久磁石である大永久磁石が設けられている、磁気カプセル内視鏡を採用する磁気カプセル内視鏡の全姿勢測定方法において、
磁気カプセル内視鏡の初期姿勢を予測し、前記磁気カプセル内視鏡内の小永久磁石のラジアル磁化方の単位ベクトル
及び軸方向の単位ベクトル
を決定するステップ1であって、
具体的に、
前記小永久磁石のラジアル磁化方向の単位ベクトル
を算出するステップ1.1、
前記小永久磁石のラジアル磁化方向ベクトルに基づいて、外部の大永久磁石により前記磁気カプセル内視鏡を回転するように制御するステップ1.2、
前記小永久磁石の回転後のラジアル磁化方向の単位ベクトル
を算出するステップ1.3、
から、前記磁気カプセル内視鏡の予測軸方向の単位ベクトル
を算出するステップ1.4というサブステップを含むステップ1と、
外部の大永久磁石の姿勢を前記磁気カプセル内視鏡の現在姿勢と一致するように調整するステップ2と、
外部の大永久磁石により、前記磁気カプセル内視鏡をその軸方向中心軸の周りに回転するように制御するステップ3と、
回転後の前記磁気カプセル内視鏡内の小永久磁石の現在ラジアル磁化方向の単位ベクトル
を算出するステップ4と、
前記磁気カプセル内視鏡の軸方向の単位ベクトル
を算出し、
によれば、前記カプセル内視鏡の現在姿勢を完全に決定するステップ5とを含むことを特徴とする磁気カプセル内視鏡の全姿勢測定方法。 - 前記磁気センサアレイは、5つ以上の3軸磁気センサから構成され、前記磁気カプセル内視鏡の外部に固定されていることを特徴とする請求項2に記載の磁気カプセル内視鏡の全姿勢測定方法。
- ステップ1.2において、まず、前記外部の大永磁石をそのラジアル磁化方向が小永久磁石のラジアル磁化方向と同一になるように配置し、次いで、前記外部の大永久磁石を自体の軸方向中心軸の周りに任意の小さな角度で回転するように制御することによって、前記外部の大永久磁石による磁界が回転し、この回転磁界により、前記小永久磁石及び前記磁気カプセル内視鏡を自体の軸方向中心軸の周りにともに回転するように駆動し、前記磁気カプセル内視鏡の回転方向は、前記外部の大磁石の回転方向と逆になることを特徴とする請求項1に記載の磁気カプセル内視鏡の全姿勢測定方法。
- ステップ2において、前記外部の大永久磁石の軸方向を前記カプセル内視鏡の予測軸方向と同一にし、前記外部大永磁石のラジアル磁化方向を前記小永久磁石の現在ラジアル磁化方向と同一にすることを特徴とする請求項1に記載の磁気カプセル内視鏡の全姿勢測定方法。
- ステップ3において、前記外部の大永久磁石を自体の軸方向中心軸の周りに小さな角度で回転するように制御することによって、前記外部の大永久磁石による磁界が回転し、この回転磁界により、前記小永久磁石及び前記磁気カプセル内視鏡を自体の軸方向中心軸の周りにともに回転するように駆動し、前記磁気カプセル内視鏡の回転方向は、前記外部の大磁石の回転方向と逆になることを特徴とする請求項1に記載の磁気カプセル内視鏡の全姿勢測定方法。
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