JP4426875B2 - カプセル型医療装置磁気誘導システム - Google Patents
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Description
請求項8に記載のカプセル型医療装置磁気誘導システムは、体腔内に挿入されるカプセル型医療装置本体に設けた磁石と、任意の方向に磁界を発生する第1の磁界発生手段と、前記第1の磁界発生手段により発生した磁界と前記磁石との作用により前記カプセル型医療装置本体に推力を発生させる推力発生機構と、前記カプセル型医療装置本体の向き及び位置を検出する向き及び位置検出手段と、前記向き及び位置検出手段により検出した前記カプセル型医療装置本体の向き及び位置情報に基づき、前記第1の磁界発生手段により発生する磁界を制御する制御手段と、を具備したことを特徴としている。
図3に示すように、カプセル本体3はカプセル形状の外装容器11の外周面に回転により推力発生する推力発生構造部となる螺旋状突起(或いはスクリュウ部)12が設けてある。また、この外装容器11で密閉された内部には対物光学系13及びその結像位置に配置された撮像素子14と、撮像を行うために照明する照明素子15(図1参照)等の他に、マグネット16が収納されている。
従って、この場合には、対物光学系13の視野方向は対物光学系13の光軸方向、つまりカプセル本体3の円筒状の中心軸Cに沿った方向となる。
また、カプセル本体3は、例えば外装容器11の後端付近内部に、共振回路40を構成しているカプセル内コイル42が所定の向き、具体的にはカプセル内コイル42がソレノイド状に巻回されたソレノイドの向きがカプセル本体3の長手方向の向きに設定された状態で収納されている。
制御回路27には、操作入力装置8を構成する方向入力装置8a、速度入力装置8b等から操作に対応した指示信号が入力され、制御回路27は指示信号に対応した制御動作を行う。
この場合、電磁石33a、33b、33cは直交する3軸方向の磁界を発生するように配置されている。例えば、電磁石33a、33b、33cがそれぞれ2つのコイルを有する1組の対向コイルであり、それぞれの磁界発生方向が直交している3軸対向コイル等が考えられる。対向コイルの例としては、患者を間に挟むように配置された2つのヘルムホルツコイル等が考えられる。
また、本実施例では、長手方向の中心軸Cの方向y′の回りでマグネット16を揺動(振動)させるように働く振動磁界(偶力発生用磁界)をカプセル本体3に印加できるようにしている。
従って、記憶回路28には、回転磁界発生装置4により発生される回転磁界及びその回転磁界を形成する周期的に変化する磁界の向きの情報が常時記憶されるようになっている。
そこで、本実施例では、特願2002−105493号で説明しているように回転画像を回転が静止した画像に補正する処理をデータ処理回路26及び制御回路27で行うようにしている。
尚、磁界の向き情報を元に、画像を回転させ、カプセル本体3の回転をキャンセルさせて表示させるようにしても良い(また、画像の相関処理等を行って、所定の向きの静止画を表示するようにしてもよい)。
また、前記方向/位置検出装置9は、前記検出コイルアレイ52により検出された信号を測定する信号測定器53と、この信号測定器53により測定されたデータに基づき、カプセル本体3の長手方向の向き(方向)を算出すると共に位置も算出する演算処理部54と、この演算処理部54の制御により、前記共振回路40を相互誘導させるのに必要な交流磁界を発生させるために前記励磁コイルアレイ51を所定の発振周波数、例えば1kHz〜1MHzで発振させる発振器55とを有している。
x0:カプセル本体3のx座標,y0:カプセル本体3のy座標,
z0:カプセル本体3のz座標,
θ:カプセル本体3のz軸の回りの角度、φ:カプセル本体3のy軸の回りの角度,
r:共振回路40から検出コイルアレイ52までの距離,
M:共振回路40が生成する等価的な磁気モーメントの強さ
即ち、演算処理部54は、検出コイルアレイ52により検出される測定磁界Btotalから励磁コイルアレイ51により発生する印加磁界Bextを減算して共振回路40により発生する磁界Bresoを求め、この値からカプセル本体3の位置(x,y,z)、カプセル本体3の向き(θ,φ)及び等価的磁気モーメントMを算出するようになっている。
図6ないし図8に示すように前記励磁コイルアレイ51a,51b及び前記検出コイルアレイ52a,52bは、例えば、患者の体が入れるように頭部及び足部の部分を除いた4面に対して、一様に複数のセンスコイル61が配置されて対向するように構成されている。
尚、本実施例では、回転磁界発生を行うのは回転磁界発生装置4の3組の対向コイル(ヘルムホルツコイル)33a〜33cであり、カプセル内コイル42に誘導起電力を発生させるための交流磁界を印加するのは励磁コイルアレイ51a〜51cであり(励磁用対向コイル(ヘルムホルツコイル)62a〜62cを用いた説明ではない)、カプセル内コイル42の誘導起電力により流れた電流が発生させる磁界を検出するのは検出コイルアレイ52a〜52cである。
方向/位置検出装置9は、発振器55により励磁コイルアレイ51を所定の発振周波数、例えば1kHz〜1MHzで発振させ、交流磁界を発生させる。
即ち、制御回路27は、再び方向/位置検出装置9を制御駆動してカプセル本体3の向き(方向)及び位置データを測定する(ステップS7)。
図12に示すように磁界制御装置5Bは、回転磁界発生装置4により生成した回転磁界の向きデータに基づき、カプセル本体3の向きを算出する向き算出部71と、制御回路27により算出された帰還率に基づき、交流電流発生&制御部31が生成する交流電流を調整するための帰還率調整部72とを設けて構成されている。
先ず、制御回路27は、再び方向/位置検出装置9を制御駆動してカプセル本体3の向き(方向)及び位置データを測定し、カプセル本体3の向き(方向)を検出する(ステップS17)。
ここで、算出される操作入力装置8の操作に応じたカプセル本体3の向き変化指示量(θ,φ)は、
(θ,φ)=(θ’−AΔθ,φ’−AΔφ)
但し、A:帰還率
となる。
そして、制御回路27は、算出した回転磁界の生成条件に基づき、回転磁界を生成(付加)し(ステップS16)、以降繰り返す。
尚、上記図11又は図13のフローチャートで説明した制御において、カプセル本体3のカプセル内コイル42の向きと、方向/位置検出装置9の励磁用対向コイル(ヘルムホルツコイル)62a〜62c及び検出用コイルアレイ52a〜52cの向きと、の3つが一致していると高精度の方向/位置検出が可能となるが、カプセル本体3の角度がついてくると、上記方向/位置検出の精度が落ちてくる。
そして、制御回路27は、算出したβを閾値β0(例えば、30°又は45°)と比較し(ステップS35)、この閾値β0を超えた場合、算出したβに基づいて励磁用対向コイル(ヘルムホルツコイル)62a〜62cにより生成される交流磁界の向きを設定してカプセル本体3の向きとする(ステップS36)。以降、S33からS36を繰り返す。
また、ヘルムホルツコイル62は、3軸方向の磁界を発生させるように、3組のヘルムホルツコイル62a,62b,62cにより構成されているので、交流磁界の向きを任意に設定することが可能となる。
図15(A),(B)に示すようにカプセル内コイル42は、カプセル本体3の内蔵物を被覆する被覆部材81に巻回され、その外周を樹脂材料によりコーティングされている。前記被覆部材81は、パーマロイやニッケル、鉄等の高透磁率部材である高透磁率箔により形成されており、渦電流を防止するために円弧状に形成されている。
図16(A)に示す電源供給回路90Aは、カプセル内コイル42の両端に2つの切換スイッチ91を設け、端子a側にコンデンサ41を接続し、端子b側に電源回路92を接続して構成されている。電源回路92の出力側は、一端がカプセル内部の各回路に接続され、他端が2次電池又はスーパーキャパシタに接続されている。
(付記項1)
体腔内に挿入されるカプセル型医療装置本体に設けた磁石と、
任意の方向に磁界を発生する第1の磁界発生手段と、
前記第1の磁界発生手段により発生した磁界と前記磁石との作用により前記カプセル型医療装置本体に推力を発生させる推力発生機構と、
前記カプセル型医療装置本体の向きを検出する向き検出手段と、
前記向き検出手段により検出した前記カプセル型医療装置本体の向き情報に基づき、前記第1の磁界発生手段により発生する磁界を制御する制御手段と、
を具備したことを特徴とするカプセル型医療装置磁気誘導システム。
前記向き検出手段は、
前記カプセル型医療装置本体に設けられたコイルと、
前記カプセル型医療装置本体に設けた前記コイルに誘導起電力を発生させるための交流磁界を発生する第2の磁界発生手段と、
前記カプセル型医療装置本体に設けた前記コイルからの磁界強度を検出する磁界検出手段と、
前記磁界検出手段からの検出値を受け、前記カプセル型医療装置本体の向き及び位置を算出する算出手段と、
を具備したことを特徴とする付記項1に記載のカプセル型医療装置磁気誘導システム。
前記コイルにコンデンサが接続され共振回路を構成することを特徴とする付記項2に記載のカプセル型医療装置磁気誘導システム。
体腔内に挿入されるカプセル型医療装置本体に設けた磁石と、
任意の方向に磁界を発生する第1の磁界発生手段と、
前記第1の磁界発生手段により発生した磁界と前記磁石との作用により前記カプセル型医療装置本体に推力を発生させる推力発生機構と、
前記カプセル型医療装置本体の向き及び位置を検出する向き及び位置検出手段と、
前記向き及び位置検出手段により検出した前記カプセル型医療装置本体の向き及び位置情報に基づき、前記第1の磁界発生手段により発生する磁界を制御する制御手段と、
を具備したことを特徴とするカプセル型医療装置磁気誘導システム。
前記向き及び位置検出手段は、
前記カプセル型医療装置本体に設けられたコイルと、
前記カプセル型医療装置本体に設けた前記コイルに誘導起電力を発生させるための交流磁界を発生する第2の磁界発生手段と、
前記カプセル型医療装置本体に設けた前記コイルからの磁界強度を検出する磁界検出手段と、
前記磁界検出手段からの検出値を受け、前記カプセル型医療装置本体の向き及び位置を算出する算出手段と、
を具備したことを特徴とする付記項4に記載のカプセル型医療装置磁気誘導システム。
前記コイルにコンデンサが接続され共振回路を構成することを特徴とする付記項5に記載のカプセル型医療装置磁気誘導システム。
前記第1の磁界発生手段が回転磁界を発生する回転磁界発生手段であり、
前記推力発生機構が前記カプセル型医療装置本体に設けた螺旋構造部である
ことを特徴とする付記項1又は4に記載のカプセル型医療装置磁気誘導システム。
前記制御手段は、前記回転磁界発生手段により発生する回転磁界の磁界回転平面の法線方向と、前記向き検出手段又は前記向き及び位置検出手段により検出した前記カプセル型医療装置本体の向きとのなす角を、設定値以下にするよう前記回転磁界発生手段の制御を行うことを特徴とする付記項8に記載のカプセル型医療装置磁気誘導システム。
前記カプセル型医療装置本体の長軸方向と前記コイルの向きとを略並行に構成したことを特徴とする付記項1又は4に記載のカプセル型医療装置磁気誘導システム。
前記第2の磁界発生装置は、少なくとも1組以上の対向コイルにより構成したことを特徴とする付記項2又は5に記載のカプセル型医療装置磁気誘導システム。
前記第2の磁界発生装置は、それぞれ直交するように配置した2組又は3組の対向コイルであり、
前記制御手段は、前記2組又は3組の対向コイルにより発生する磁界の向きと、前記算出手段により算出した前記カプセル型医療装置本体の向きとのなす角が設定値以下になるよう前記対向コイルにより発生する磁界の向きを制御する
ことを特徴とする付記項2又は5に記載のカプセル型医療装置磁気誘導システム。
前記コイルに接続した電源回路を有し、この電源回路により前記カプセル型医療装置本体の内部回路へ電源供給することを特徴とする付記項2又は5に記載のカプセル型医療装置磁気誘導システム。
前記共振回路に、トランスの一次側を接続し、このトランスの二次側コイルを電源回路に接続して、この電源回路により前記カプセル型医療装置本体の前記内部回路へ電源供給を行うことを特徴とする付記項2又は5に記載のカプセル型医療装置磁気誘導システム。
前記制御手段は、前記カプセル型医療装置本体の向きを変更する入力手段を有し、この入力手段の情報と前記向き検出手段又は前記向き及び位置検出手段により検出した前記カプセル型医療装置本体の向き情報に基づき、前記第1の磁界発生手段を制御することを特徴とする付記項2又は5に記載のカプセル型医療装置磁気誘導システム。
前記カプセル型医療装置本体の外周面に前記コイルを形成したことを特徴とする付記項9に記載のカプセル型医療装置磁気誘導システム。
前記コイルの内空側に、高透磁率部材を配置したことを特徴とする付記項15に記載のカプセル型医療装置磁気誘導システム。
前記高透磁率部材を高透磁率箔により形成したことを特徴とする付記項16に記載のカプセル型医療装置磁気誘導システム。
前記電源回路と前記コイルとの間に接続状態を切り換える切換手段を設けたことを特徴とする付記項12に記載のカプセル型医療装置磁気誘導システム。
前記コンデンサと前記コイルとの間に接続状態を切り換える切換手段を設けたことを特徴とする付記項12に記載のカプセル型医療装置磁気誘導システム。
前記対向コイルは、ヘルムホルツコイルであることを特徴とする付記項10〜12に記載のカプセル型医療装置磁気誘導システム。
3 カプセル本体
4 回転磁界発生装置
5 磁界制御装置
6 処理装置
7 表示装置
8 操作入力部
8a 方向入力装置
8b 速度入力装置
8c 機能ボタン
9 方向/位置検出装置
12 螺旋状突起
16 マグネット
20 信号処理回路
26 データ処理回路
27 制御回路
31 交流電流発生&制御部
32 ドライバ部
33a〜33c 電磁石
40 共振回路
41 コンデンサ
42 カプセル内コイル
51(51a〜51c) 励磁コイルアレイ
52(52a〜52c) 検出コイルアレイ
53 信号測定器
54 演算処理部
55 発振器
61,63 センスコイル
62(62a〜62c) 励磁用対向コイル(ヘルムホルツコイル)
代理人 弁理士 伊藤 進
Claims (16)
- 体腔内に挿入されるカプセル型医療装置本体に設けた磁石と、
任意の方向に磁界を発生する第1の磁界発生手段と、
前記第1の磁界発生手段により発生した磁界と前記磁石との作用により前記カプセル型医療装置本体に推力を発生させる推力発生機構と、
前記カプセル型医療装置本体の向きを検出する向き検出手段と、
前記向き検出手段により検出した前記カプセル型医療装置本体の向き情報に基づき、前記第1の磁界発生手段により発生する磁界を制御する制御手段と、
を具備したことを特徴とするカプセル型医療装置磁気誘導システム。 - 前記向き検出手段は、
前記カプセル型医療装置本体に設けられたコイルと、
前記カプセル型医療装置本体に設けた前記コイルに誘導起電力を発生させるための交流磁界を発生する第2の磁界発生手段と、
前記カプセル型医療装置本体に設けた前記コイルからの磁界強度を検出する磁界検出手段と、
前記磁界検出手段からの検出値を受け、前記カプセル型医療装置本体の向き及び位置を算出する算出手段と、
を具備したことを特徴とする請求項1に記載のカプセル型医療装置磁気誘導システム。 - 前記カプセル型医療装置本体の長軸方向と前記コイルの向きとを略並行に構成したことを特徴とする請求項2に記載のカプセル型医療装置磁気誘導システム。
- 前記第2の磁界発生装置は、少なくとも1組以上の対向コイルにより構成したことを特徴とする請求項2に記載のカプセル型医療装置磁気誘導システム。
- 前記第2の磁界発生装置は、それぞれ直交するように配置した2組又は3組の対向コイルであり、
前記制御手段は、前記2組又は3組の対向コイルにより発生する磁界の向きと、前記算出手段により算出した前記カプセル型医療装置本体の向きとのなす角が設定値以下になるよう前記対向コイルにより発生する磁界の向きを制御する
ことを特徴とする請求項2に記載のカプセル型医療装置磁気誘導システム。 - 前記制御手段は、前記カプセル型医療装置本体の向きを変更する入力手段を有し、この入力手段の情報と前記向き検出手段又は前記向き及び位置検出手段により検出した前記カプセル型医療装置本体の向き情報に基づき、前記第1の磁界発生手段を制御することを特徴とする請求項2に記載のカプセル型医療装置磁気誘導システム。
- 前記コイルにコンデンサが接続され共振回路を構成することを特徴とする請求項2に記載のカプセル型医療装置磁気誘導システム。
- 体腔内に挿入されるカプセル型医療装置本体に設けた磁石と、
任意の方向に磁界を発生する第1の磁界発生手段と、
前記第1の磁界発生手段により発生した磁界と前記磁石との作用により前記カプセル型医療装置本体に推力を発生させる推力発生機構と、
前記カプセル型医療装置本体の向き及び位置を検出する向き及び位置検出手段と、
前記向き及び位置検出手段により検出した前記カプセル型医療装置本体の向き及び位置情報に基づき、前記第1の磁界発生手段により発生する磁界を制御する制御手段と、
を具備したことを特徴とするカプセル型医療装置磁気誘導システム。 - 前記向き及び位置検出手段は、
前記カプセル型医療装置本体に設けられたコイルと、
前記カプセル型医療装置本体に設けた前記コイルに誘導起電力を発生させるための交流磁界を発生する第2の磁界発生手段と、
前記カプセル型医療装置本体に設けた前記コイルからの磁界強度を検出する磁界検出手段と、
前記磁界検出手段からの検出値を受け、前記カプセル型医療装置本体の向き及び位置を算出する算出手段と、
を具備したことを特徴とする請求項8に記載のカプセル型医療装置磁気誘導システム。 - 前記カプセル型医療装置本体の長軸方向と前記コイルの向きとを略並行に構成したことを特徴とする請求項9に記載のカプセル型医療装置磁気誘導システム。
- 前記第2の磁界発生装置は、少なくとも1組以上の対向コイルにより構成したことを特徴とする請求項9に記載のカプセル型医療装置磁気誘導システム。
- 前記第2の磁界発生装置は、それぞれ直交するように配置した2組又は3組の対向コイルであり、
前記制御手段は、前記2組又は3組の対向コイルにより発生する磁界の向きと、前記算出手段により算出した前記カプセル型医療装置本体の向きとのなす角が設定値以下になるよう前記対向コイルにより発生する磁界の向きを制御する
ことを特徴とする請求項9に記載のカプセル型医療装置磁気誘導システム。 - 前記制御手段は、前記カプセル型医療装置本体の向きを変更する入力手段を有し、この入力手段の情報と前記向き検出手段又は前記向き及び位置検出手段により検出した前記カプセル型医療装置本体の向き情報に基づき、前記第1の磁界発生手段を制御することを特徴とする請求項9に記載のカプセル型医療装置磁気誘導システム。
- 前記コイルにコンデンサが接続され共振回路を構成することを特徴とする請求項9に記載のカプセル型医療装置磁気誘導システム。
- 前記第1の磁界発生手段が回転磁界を発生する回転磁界発生手段であり、
前記推力発生機構が前記カプセル型医療装置本体に設けた螺旋構造部である
ことを特徴とする請求項1又は8に記載のカプセル型医療装置磁気誘導システム。 - 前記制御手段は、前記回転磁界発生手段により発生する回転磁界の磁界回転平面の法線方向と、前記向き検出手段又は前記向き及び位置検出手段により検出した前記カプセル型医療装置本体の向きとのなす角を、設定値以下にするよう前記回転磁界発生手段の制御を行うことを特徴とする請求項15に記載のカプセル型医療装置磁気誘導システム。
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