JP4791599B2 - 位置検出システムおよび位置検出方法 - Google Patents
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Description
本発明は、位置検出システムおよび位置検出方法に関し、特に磁界を用いて被検体内に導入されたカプセル型の被検体内導入装置（検出体）の位置を検出する位置検出システムおよび位置検出方法に関する。
近年、撮像素子を備えたカプセル型の被検体内導入装置（以下、カプセル内視鏡という）が開発されている。カプセル内視鏡は、例えば経口により被検体内に導入されて被検体内を撮像し、得られた画像（以下、被検体内画像という）を被検体外に配置された外部装置へ無線により送信する。操作者は、外部装置で受信した被検体内画像を目視により確認することで、被検体の症状等を診断することができる。
このようなカプセル内視鏡は、通常、自身で被検体内を移動することができず、被検体の消化器官などの蠕動運動によって被検体内を移動する。このため、例えばファイバスコープなどのような操作者が観察部位をある程度自由に選択できる内視鏡と比べると、観察能力に劣る点が存在した。
このような欠点を解決する技術としては、例えば以下に示す特許文献１が存在する。本特許文献１によれば、永久磁石などの磁界発生手段を備えたカプセル内視鏡に被検体外部から磁界（以下、これをガイダンス磁界という）を与えることで、被検体外からカプセル内視鏡の姿勢や動きを積極的に制御することが可能になる。
ただし、上記特許文献１のように、被検体外部から与えた磁界によって被検体内のカプセル内視鏡の姿勢や動きを制御するためには、被検体内におけるカプセル内視鏡の位置や向きなどを正確に知る必要がある。以下、カプセル内視鏡の位置や向き（姿勢）を検出することを、単に位置検出という。
そこで特許文献１では、コイル（Ｌ）とコンデンサ（Ｃ）とよりなる共振回路（以下、これをＬＣ共振回路という）をカプセル内視鏡内に設け、このＬＣ共振回路が外部から与えられた磁界（以下、これを駆動磁界という）によって発生する共振磁界を外部装置に設けられたセンスコイルで検出することで、カプセル内視鏡の位置や向きを検出する。以下、このようにＬＣ共振回路に外部から駆動磁界を与えて発生させた共振磁界から位置や向きなどの情報を導出する方式をパッシブ方式という。パッシブ方式では、カプセル内視鏡内の消費電力を抑えることが可能であるというメリットが得られる。
しかしながら、パッシブ方式では、外部装置のセンスコイルが、ＬＣ共振回路から放出された共振磁界の他に、ＬＣ共振回路の誘導に使用した駆動磁界を検出してしまう。このため、カプセル内視鏡の正確な位置を検出するためには、駆動磁界による影響を排除して共振磁界のみの成分を抽出する必要がある。
通常、ＬＣ共振回路が放出する共振磁界の位相は、駆動磁界の位相に対して９０°遅れている。そこで従来では、共振磁界のみの成分を抽出するために、例えば、あらかじめＬＣ共振回路が無い状態で発生させた駆動磁界の影響をセンスコイルで検出しておき、実際にカプセル内視鏡（ＬＣ共振回路）の位置を検出する際に、駆動磁界から９０°遅れた位相の磁界成分を抽出していた。
ここで、通常、共振磁界を用いた位置検出では、ＬＣ共振回路から放出される共振磁界の磁界強度が大きいことが好ましい。共振磁界の磁界強度は、通常、これを誘導する駆動磁界の磁界強度に依存して大きくなる。このため、パッシブ方式による位置検出では、駆動磁界の磁界強度をできる限り大きくすることが望まれている。
しかしながら、駆動磁界の磁界強度を大きくすると、駆動磁界によって外部装置のセンスコイルが受ける影響が大きくなる。この影響は、駆動磁界を発生する駆動コイルとセンスコイルとの位置関係、特に距離によって大きく異なるが、外部装置において駆動コイルから離れた位置に配置したセンスコイルからの検出信号に合わせて駆動磁界の磁界強度や信号処理系のダイナミックレンジを調整すると、駆動コイルの近傍に配置したセンスコイルで検出された信号が飽和（サチレーション）してしまい、位置検出ができなくなるという問題が存在した。このため、駆動磁界は、検出空間内における特に検出体の存在可能範囲で強く、センスコイル付近で弱い磁界分布を有することが好ましい。
しかしながら、駆動コイルに最適の駆動磁界を発生させる最適な信号波形は、素子の特性ばらつきや経時変化や駆動コイルとセンスコイルとの配置誤差などの装置固有の特性差が存在するため、全ての位置検出システムに対して一意に決めることができないという問題が存在する。
また、駆動コイルが発生する磁界分布は検出空間内で均一にならず、位置によって磁界強度が変わってしまう。さらに、各駆動コイルが発生する磁界の磁界分布は、駆動コイルの形状等によっても変化するため、個々の駆動コイルで最適な磁界を発生させたときに、その合成磁界が最適な駆動磁界を形成しているとは限らないという問題が存在する。
これらのような問題が存在するため、従来の位置検出システムでは、装置特性に依らずに最適な駆動磁界を発生することができず、位置検出精度が低下してしまうという問題が存在した。
さらに、最適な駆動磁界を発生する方法としては、例えば駆動コイル近傍に駆動磁界と１８０°ずれた位相、すなわち反対の位相の磁界（以下、これを補助磁界という）を発生させるコイル（以下、これを補助コイルという）を配置し、この補助コイルが発生した補助磁界を用いて各センスコイルに入力する駆動磁界成分を低減させる技術が存在する。
ただし、補助コイルを用いる方法では、駆動磁界の位相と補助磁界の位相とを一致させる必要がある。これは、駆動磁界の位相と補助磁界の位相とが完全に逆の位相でなければ、センスコイルによって検出される磁界情報から駆動磁界成分と補助磁界成分とを完全に除去することができないためである。しかしながら、各コイルの駆動系は、それぞれ固有の装置特性や動作特性を有している。このため、各駆動系で完全に位相を調和させることは困難である。したがって、従来の補助コイルを用いる方法では、センスコイルで検出した磁界情報から駆動磁界成分や補助磁界成分を除去することができず、導出した位置の精度が低下してしまう場合があるという問題が存在した。
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、安定して正確な位置を導出することが可能な位置検出システムおよび位置検出方法を提供することを目的とする。
かかる目的を達成するために、本発明による位置検出システムは、検出空間内に配置される検出体と、検出空間外に配置される外部装置と、を備えた位置検出システムであって、前記検出体は、前記検出空間内に形成された駆動磁界に応じて共振磁界を発生する共振回路を有し、前記外部装置は、前記検出空間内に前記駆動磁界を形成する少なくとも２つの駆動コイルと、前記駆動磁界を形成させる駆動信号を前記駆動コイルにそれぞれ入力する少なくとも２つの駆動信号入力部と、前記検出空間内に形成された磁界を検出する少なくとも１つのセンスコイルと、前記センスコイルで検出された磁界に基づいて前記駆動信号入力部が前記駆動コイルそれぞれに入力する前記駆動信号の位相および振幅の少なくとも一方を調整する信号調整部と、前記センスコイルで検出された磁界に基づいて前記検出体の位置を導出する位置導出部と、を有することを特徴としている。
上記した本発明による位置検出システムは、前記信号調整部は、前記センスコイルで検出された磁界の強度から前記駆動信号の位相および振幅の少なくとも一方を評価する評価関数を用いて前記駆動信号の位相および振幅の少なくとも一方を調整し、前記評価関数は、各駆動コイルと各センスコイルとの位置関係に応じて設定された重みを前記センスコイルで検出された磁界の強度に付加または乗算して解を導出することを特徴としている。
上記した本発明による位置検出システムは、前記信号調整部は、前記センスコイルで検出された磁界の強度から前記駆動信号の位相および振幅の少なくとも一方を評価する評価関数を用いて前記駆動信号の位相および振幅の少なくとも一方を調整し、前記評価関数は、各駆動コイルと各センスコイルとの位置関係および各駆動コイルの形状のうち少なくとも１つに応じて設定された重みを前記駆動信号の振幅に付加または乗算して解を導出することを特徴としている。
上記した本発明による位置検出システムは、前記信号調整部は、前記駆動信号の振幅および位相の少なくとも一方と前記センスコイルで検出された磁界の強度との少なくとも一方に基づいて前記重みを変更することを特徴としている。
上記した本発明による位置検出システムは、前記外部装置は、前記センスコイルの少なくとも１つに入力する駆動磁界を打ち消す補助磁界を発生する補助コイルと、前記補助コイルに前記補助磁界を発生させる補助信号を入力する補助信号入力部と、を有し、前記信号調整部は、前記センスコイルで検出された磁界に基づいて、前記駆動信号入力部が前記駆動コイルの少なくとも１つに入力する前記駆動信号の位相および振幅の少なくとも一方、ならびに／もしくは、前記補助信号入力部が前記補助コイルに入力する補助信号の位相および振幅の少なくとも一方を調整することを特徴としている。
上記した本発明による位置検出システムは、前記信号調整部は、前記センスコイルで検出された磁界の強度から前記駆動信号および／または前記補助信号の位相および振幅の少なくとも一方を評価する評価関数を用いて前記駆動信号および／または前記補助信号の位相および振幅の少なくとも一方を調整し、前記評価関数は、各駆動コイルおよび前記補助コイルと各センスコイルとの位置関係に応じて設定された重みを前記センスコイルで検出された磁界の強度に付加または乗算して解を導出することを特徴としている。
上記した本発明による位置検出システムは、前記信号調整部は、前記センスコイルで検出された磁界の強度から前記駆動信号および／または前記補助信号の位相および振幅の少なくとも一方を評価する評価関数を用いて前記駆動信号および／または前記補助信号の位相および振幅の少なくとも一方を調整し、前記評価関数は、各駆動コイルおよび前記補助コイルと各センスコイルとの位置関係および各駆動コイルの形状のうち少なくとも１つに応じて設定された重みを前記駆動信号の振幅に付加または乗算して解を導出することを特徴としている。
上記した本発明による位置検出システムは、前記信号調整部は、前記駆動信号の振幅および位相の少なくとも一方と前記センスコイルで検出された磁界の強度との少なくとも一方に基づいて前記重みを変更することを特徴としている。
かかる目的を達成するために、本発明による位置検出方法は、駆動磁界を形成する少なくとも２つの駆動コイルが配置された検出空間内に導入されて前記駆動磁界に応じて共振磁界を発生する検出体の位置を検出する位置検出方法であって、前記検出空間内に前記検出体が導入されていない状態で前記駆動コイルに駆動信号を入力することで前記検出空間内に形成された磁界を少なくとも１つのセンスコイルで検出する第１検出ステップと、前記第１検出ステップで検出された磁界に基づいて前記駆動信号の位相および振幅の少なくとも一方を調整する調整ステップと、前記検出空間内に前記検出体が導入された状態で前記調整ステップで位相または振幅の少なくとも一方が調整された駆動信号を前記駆動コイルに入力することで前記検出空間内に駆動磁界を形成する駆動ステップと、前記駆動ステップで前記検出空間内に前記駆動磁界を形成した際の前記検出空間内の磁界を少なくとも１つのセンスコイルで検出する第２検出ステップと、前記第２検出ステップで検出された磁界に基づいて前記検出体の位置を導出する位置導出ステップと、を含むことを特徴としている。
上記した本発明による位置検出方法は、前記調整ステップは、前記センスコイルで検出された磁界の強度から前記駆動信号の位相および振幅の少なくとも一方を評価する評価関数を用いて前記駆動信号の位相および振幅の少なくとも一方を調整し、前記評価関数は、各駆動コイルと各センスコイルとの位置関係に応じて設定された重みを前記センスコイルで検出された磁界の強度に付加または乗算して解を導出することを特徴としている。
上記した本発明による位置検出方法は、前記調整ステップは、前記センスコイルで検出された磁界の強度から前記駆動信号の位相および振幅の少なくとも一方を評価する評価関数を用いて前記駆動信号の位相および振幅の少なくとも一方を調整し、前記評価関数は、各駆動コイルと各センスコイルとの位置関係および各駆動コイルの形状のうち少なくとも１つに応じて設定された重みを前記駆動信号の振幅に付加または乗算して解を導出することを特徴としている。
上記した本発明による位置検出方法は、前記調整ステップは、前記少なくとも２つの駆動コイルそれぞれに入力する前記駆動信号のうち少なくとも１つの駆動信号の位相または振幅を固定し、該位相または振幅を固定した駆動信号に対して他の駆動信号の位相または振幅の少なくとも一方を調整することを特徴としている。
かかる目的を達成するために、本発明による位置検出システムは、被検体内に導入された状態で検出空間内に配置される被検体内導入装置と、前記被検体外に配置される外部装置と、を備えた位置検出システムであって、前記被検体内導入装置は、前記検出空間内に形成された駆動磁界に応じて共振磁界を発生する共振回路を有し、前記外部装置は、前記検出空間内に形成された磁界に応じて検出信号を生成するセンスコイルと、前記駆動磁界を発生する駆動コイルと、前記駆動コイルに前記駆動磁界を発生させる駆動信号を入力する駆動磁界発生部と、前記センスコイルに入力される前記駆動磁界を低減する補助磁界を発生する補助コイルと、前記補助コイルに前記補助磁界を発生させる補助信号を入力する補助磁界発生部と、前記被検体内導入装置が前記検出空間内に導入されていない状態で前記検出空間内に形成した前記駆動磁界の位相を記憶する位相記憶部と、前記被検体内導入装置が前記検出空間内に導入されていない状態で前記駆動磁界と前記補助磁界とを発生させた際に前記検出空間内に形成された合成磁界の情報を記憶する合成磁界情報記憶部と、前記検出信号から前記磁界の情報を導出する信号処理部と、前記信号処理部で導出された前記磁界の情報と前記位相記憶部に記憶された前記位相と前記合成磁界情報記憶部に記憶された前記合成磁界の情報とを用いて前記被検体内導入装置の位置を導出する位置導出部と、前記駆動磁界発生部に前記駆動信号を前記駆動コイルへ入力させつつ前記補助磁界発生部に前記補助信号を前記補助コイルに入力させた状態で前記センスコイルより読み出された前記検出信号に基づいて前記信号処理部に前記磁界の情報を導出させ、該得られた磁界の情報と前記位相記憶部に記憶された前記位相と前記合成磁界情報記憶部に記憶された前記合成磁界の情報とを用いて前記位置導出部に前記被検体内導入装置の位置を導出させる制御部と、を有することを特徴としている。
上記した本発明による位置検出システムは、前記合成磁界の情報は、前記合成磁界についての強度と位相とを含む複素ベクトルであり、前記磁界の情報は、前記磁界についての強度と位相とを含む複素ベクトルであり、前記位置導出部は、前記磁界の情報から前記合成磁界の情報をベクトル演算により引算し、該引算により算出した複素ベクトルの前記位相記憶部に記憶された前記位相に対する余弦成分を算出し、該算出した余弦成分を用いて前記被検体内導入装置の位置を導出することを特徴としている。
上記した本発明による位置検出システムは、前記位相記憶部に記憶された前記位相は、前記被検体内導入装置が前記検出空間内に導入されていない状態で前記駆動磁界を発生させた際に前記センスコイルで検出された前記駆動磁界の位相であることを特徴としている。
上記した本発明による位置検出システムは、前記位相記憶部に記憶された前記位相は、前記被検体内導入装置が前記検出空間内に導入されていない状態で前記駆動磁界を発生させた際に前記検出空間内に配置した磁界センサによって検出された前記駆動磁界の位相であることを特徴としている。
かかる目的を達成するために、本発明による位置検出方法は、磁界を検出するセンスコイルと駆動磁界を発生する駆動コイルと前記センスコイルに入力される前記駆動磁界を低減する補助磁界を発生する補助コイルとが配置された検出空間内に配置されて前記駆動磁界に応じて共振磁界を発生する被検体内導入装置の位置を検出する位置検出方法であって、前記被検体内導入装置が前記検出空間内に配置されていない状態で前記検出空間内に形成した前記駆動磁界の位相を検出する位相検出ステップと、前記被検体内導入装置が前記検出空間内に配置されていない状態で前記駆動磁界と前記補助磁界とを発生させた際に前記検出空間内に形成された合成磁界の情報を取得する合成磁界情報取得ステップと、前記被検体内導入装置が前記検出空間内に配置された状態で前記駆動磁界と前記補助磁界とを発生させた際に前記センスコイルで検出された磁界の情報を取得する磁界情報取得ステップと、前記磁界情報取得ステップで取得された前記磁界の情報と前記位相検出ステップで検出された前記位相と前記合成磁界情報取得ステップで取得された前記合成磁界の情報とを用いて前記被検体内導入装置の位置を導出する位置導出ステップと、を含むことを特徴としている。
上記した本発明による位置検出方法は、前記合成磁界の情報は、前記合成磁界についての強度と位相とを含む複素ベクトルであり、前記磁界の情報は、前記磁界についての強度と位相とを含む複素ベクトルであり、前記位置導出ステップは、前記磁界の情報から前記合成磁界の情報をベクトル演算により引算し、該引算により算出した複素ベクトルの前記位相記憶部に記憶された前記位相に対する余弦成分を算出し、該算出した余弦成分を用いて前記被検体内導入装置の位置を導出することを特徴としている。
上記した本発明による位置検出方法は、前記位相検出ステップは、前記被検体内導入装置が前記検出空間内に導入されていない状態で前記駆動磁界を発生させた際に前記センスコイルで検出された前記駆動磁界の位相を検出することを特徴としている。
上記した本発明による位置検出方法は、前記位相検出ステップは、前記被検体内導入装置が前記検出空間内に導入されていない状態で前記駆動磁界を発生させた際に前記検出空間内に配置した磁界センサによって検出された前記駆動磁界の位相を検出することを特徴としている。
本発明によれば、実際に検出空間内に形成された磁界を検出し、この検出結果に従って同時に駆動する駆動コイルに入力する駆動信号の位相および振幅の少なくとも一方を調整するため、検出空間内に最適な駆動磁界を形成することができ、結果、装置特性に依らずに最適な駆動磁界を発生させ、安定して正確な位置を導出することが可能な位置検出システムおよび位置検出方法を実現することが可能となる。
本発明によれば、共振回路が導入されていない状態で検出空間内に形成した駆動磁界の位相と、共振回路が導入されていない状態で駆動磁界と補助磁界とを発生させた際に検出空間内に形成された合成磁界の情報と、をあらかじめ記憶しておき、位置検出時に取得された磁界の情報と記憶された位相および合成磁界の情報とを用いて被検体内導入装置の位置を導出するため、位置検出時に共振磁界の情報を的確かつ精度よく抽出することができ、これにより、安定して正確な位置を導出することが可能な補助コイルを用いた位置検出システムおよび位置検出方法を実現することが可能となる。
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。なお、以下の説明において、各図は本発明の内容を理解でき得る程度に形状、大きさ、および位置関係を概略的に示してあるに過ぎず、従って、本発明は各図で例示された形状、大きさ、および位置関係のみに限定されるものではない。また、各図では、構成の明瞭化のため、断面におけるハッチングの一部が省略されている。さらに、後述において例示する数値は、本発明の好適な例に過ぎず、従って、本発明は例示された数値に限定されるものではない。
＜実施の形態１＞
以下、本発明の実施の形態１による位置検出システム１の構成および動作を、図面を用いて詳細に説明する。なお、本実施の形態は、装置特性に依らずに最適な駆動磁界を発生することで、精度良く検出体の位置を検出することを可能にする位置検出システムおよび位置検出方法を実現する。
以下、本発明の実施の形態１による位置検出システム１の構成および動作を、図面を用いて詳細に説明する。なお、本実施の形態は、装置特性に依らずに最適な駆動磁界を発生することで、精度良く検出体の位置を検出することを可能にする位置検出システムおよび位置検出方法を実現する。
（位置検出構成）
図１は、本実施の形態による位置検出システム１の概略構成を示す模式図である。図１に示すように、位置検出システム１は、検出体としてのＬＣマーカ１０が導入された被検体９００を収容する検出空間Ｋ１と、検出空間Ｋ１内のＬＣマーカ１０の位置および向き（姿勢）を検出する外部装置２００と、を備える。
図１は、本実施の形態による位置検出システム１の概略構成を示す模式図である。図１に示すように、位置検出システム１は、検出体としてのＬＣマーカ１０が導入された被検体９００を収容する検出空間Ｋ１と、検出空間Ｋ１内のＬＣマーカ１０の位置および向き（姿勢）を検出する外部装置２００と、を備える。
・ＬＣマーカ
ＬＣマーカ１０は、図２に示すように、位置検出用の共振磁界を発生する共振磁界発生部１１を有する。共振磁界発生部１１は、並列接続されたキャパシタ（Ｃ）とインダクタ（Ｌ）とよりなるＬＣ共振回路１１１を含み、外部から入力された共振周波数Ｆ０と略等しい周波数の位置検出用の磁界（以下、駆動磁界という）によって励起することで、共振磁界を発生する。なお、共振周波数Ｆ０は、並列接続されたキャパシタ（Ｃ）とインダクタ（Ｌ）とによって決定されるＬＣ共振回路１１１の共振周波数である。
ＬＣマーカ１０は、図２に示すように、位置検出用の共振磁界を発生する共振磁界発生部１１を有する。共振磁界発生部１１は、並列接続されたキャパシタ（Ｃ）とインダクタ（Ｌ）とよりなるＬＣ共振回路１１１を含み、外部から入力された共振周波数Ｆ０と略等しい周波数の位置検出用の磁界（以下、駆動磁界という）によって励起することで、共振磁界を発生する。なお、共振周波数Ｆ０は、並列接続されたキャパシタ（Ｃ）とインダクタ（Ｌ）とによって決定されるＬＣ共振回路１１１の共振周波数である。
また、ＬＣマーカ１０は、例えばカプセル型医療装置としての機能を有していてもよい。この場合、ＬＣマーカ１０は、図２に示すように、例えば、ＬＣマーカ１０内の各部を制御する制御部１３と、被検体９００内における各種情報を取得する被検体内情報取得部１４と、被検体内情報取得部１４が取得した被検体内情報を無線信号としてＬＣマーカ１０外部へ送信する無線送信部１５および送信用アンテナ１５ａと、外部装置２００から無線信号として送信された各種操作指示等を受信する無線受信部１６および受信用アンテナ１６ａと、ＬＣマーカ１０内の各部に電力を供給する内部電源１７と、を含む。なお、図２は、本実施の形態によるＬＣマーカ１０の概略構成例を示すブロック図である。
被検体内情報取得部１４は、例えば被検体内情報としての被検体内画像を取得する撮像部１４２と、撮像部１４２で被検体９００内を撮像する際に被検体９００内を照明する照明部１４１と、撮像部１４２で取得された被検体内画像に所定の信号処理を実行する信号処理部１４３と、を有する。
撮像部１４２は、例えば図３に示すように、入射した光を電気信号に変換して像を形成する撮像素子１４２ａと、撮像素子１４２ａの受光面側に配設された対物レンズ１４２ｃと、撮像素子１４２ａを駆動する不図示の撮像素子駆動回路と、を有する。なお、図３は、本実施の形態によるＬＣマーカ１０の概略構成例を示す外観図である。
図３に示すように、撮像素子１４２ａは、例えばＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）カメラやＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）カメラなどを用いることができる。撮像素子駆動回路は、制御部１３からの制御のもと、撮像素子１４２ａを駆動してアナログ信号の被検体内画像を取得する。また、撮像素子駆動回路は、撮像素子１４２ａから読み出したアナログ信号の被検体内画像を信号処理部１４３へ出力する。
また、図３に示すように、照明部１４１は、複数の光源１４１Ａと、各光源１４１Ａを駆動する不図示の光源駆動回路と、を有する。各光源１４１Ａには、例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）などを用いることができる。光源駆動回路は、制御部１３からの制御のもと、撮像部１４２の駆動に合わせて光源１４１Ａを駆動することで、被検体９００内を照明する。
図２に戻り説明する。信号処理部１４３は、撮像部１４２から入力されたアナログの被検体内画像に例えばサンプリングや増幅やＡ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ）変換などの所定の信号処理を実行することで、デジタルの被検体内画像を生成する。各種処理が実行された被検体内画像は、無線送信部１５に入力される。
なお、被検体内情報取得部１４は、不図示のセンサ素子およびこれを駆動制御するセンサ素子駆動回路を備えていてもよい。センサ素子は、例えば体温計や圧力計やｐＨ計などで構成され、適宜、被検体内情報として被検体９００内の温度や圧力やｐＨ値などを取得する。センサ素子駆動回路は、制御部１３からの制御のもと、センサ素子を駆動して被検体内情報を取得し、これを無線送信部１５に入力する。
無線送信部１５は、コイルアンテナなどで構成された送信用アンテナ１５ａに接続されており、信号処理部１４３から入力された被検体内画像等の被検体内情報に送信用の基準周波数信号への重畳や変調やアップコンバートなどの種々の処理を実行した後、これを無線信号として送信用アンテナ１５ａから外部装置２００へ送信する。
無線受信部１６は、コイルアンテナなどで構成された受信用アンテナ１６ａに接続されており、この受信用アンテナ１６ａを介して外部装置２００から無線信号として送信された各種操作指示等を受信し、受信した信号にフィルタリング、ダウンコンバート、復調および復号化などの種々の処理を実行した後、これを制御部１３へ出力する。
制御部１３は、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）やＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などで構成され、無線受信部１６を介して外部装置２００から入力された各種操作指示等に基づいて不図示の記憶部から読み出したプログラムおよびパラメータを読み出して実行することで、ＬＣマーカ１０内の各部を制御する。
メモリ部１２は、例えばＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）やＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）などで構成され、制御部１３が各部を制御する際に実行するプログラムおよびパラメータを保持する。また、このメモリ部１２には、被検体内情報取得部１４で取得された被検体内画像などの被検体内情報が適宜格納される。
内部電源１７は、例えば１次電池または２次電池であるボタン電池と、ボタン電池から出力された電力を昇圧等してＬＣマーカ１０内の各部へ供給する電源回路等を含み、ＬＣマーカ１０内の各部に駆動電力を供給する。ただし、ボタン電池に限定されるものではない。
また、上記した各部（１１、１３、１４、１５、１５ａ、１６、１６ａおよび１７）は、例えばカプセル型の筐体１８内に収納される。例えば図３に示すように、筐体１８は、一方の端が半球状のドーム形状をしており他方の端が開口された略円筒形状または半楕円球状の形状の容器１８ａと、半球形状を有し、容器１８ａの開口に嵌められることで筐体１８内を封止するキャップ１８ｂと、よりなる。この筐体１８は、例えば被検体９００が飲み込める程度の大きさである。また、本実施の形態では、少なくともキャップ１８ｂが透明な材料で形成される。上述した光源１４１Ａは、上述の光源駆動回路（不図示）を搭載する回路基板１４１Ｂ上に実装される。同様に、撮像素子１４２ａおよび対物レンズ１４２ｃは、撮像素子駆動回路（不図示）を搭載する回路基板（不図示）上に実装される。光源１４１Ａを実装する回路基板１４１Ｂおよび撮像素子１４２ａを実装する回路基板は、筐体１８内における透明なキャップ１８ｂ側に配置される。この際、各回路基板における素子搭載面は、キャップ１８ｂ側に向けられる。したがって、撮像素子１４２ａおよび光源１４１Ａの撮像／照明方向は、図３に示すように、透明なキャップ１８ｂを介してＬＣマーカ１０外へ向けられる。
・検出空間
図１に戻り説明する。検出空間Ｋ１には、検出空間Ｋ１内に略均一な駆動磁界を形成する駆動コイルＤｘ＿１およびＤｘ＿２（以下、任意の駆動コイルの符号をＤとする）と、ＬＣマーカ１０のＬＣ共振回路１１１が発生した共振磁界を検出する複数のセンスコイルＳ＿１〜Ｓ＿８（以下、任意のセンスコイルの符号をＳとする）および複数のセンスコイルＳ＿１〜Ｓ＿４およびＳ＿５〜Ｓ＿８がそれぞれ実装される配線基板２１４Ａおよび２１４Ｂと、が配設される。また、配線基板２１４Ａは、例えばＬＣマーカ１０が導入された被検体９００が載置される載置台（不図示）の下側に設置され、配線基板２１４Ｂは、例えば検出空間Ｋ１の上側に配置される。
図１に戻り説明する。検出空間Ｋ１には、検出空間Ｋ１内に略均一な駆動磁界を形成する駆動コイルＤｘ＿１およびＤｘ＿２（以下、任意の駆動コイルの符号をＤとする）と、ＬＣマーカ１０のＬＣ共振回路１１１が発生した共振磁界を検出する複数のセンスコイルＳ＿１〜Ｓ＿８（以下、任意のセンスコイルの符号をＳとする）および複数のセンスコイルＳ＿１〜Ｓ＿４およびＳ＿５〜Ｓ＿８がそれぞれ実装される配線基板２１４Ａおよび２１４Ｂと、が配設される。また、配線基板２１４Ａは、例えばＬＣマーカ１０が導入された被検体９００が載置される載置台（不図示）の下側に設置され、配線基板２１４Ｂは、例えば検出空間Ｋ１の上側に配置される。
検出空間Ｋ１を挟んで対向する駆動コイルＤｘ＿１およびＤｘ＿２は対をなし、例えば検出空間Ｋ１内にｘ軸方向に延在する磁力線よりなる略均一な駆動磁界を発生する。なお、検出空間Ｋ１近傍には、検出空間Ｋ１内にｘ軸と異なる方向（例えばｙ軸方向やｘ軸およびｙ軸と直行する軸（これをｚ軸とする）方向など）へ延在する磁力線よりなる略均一な駆動磁界を発生させる対の駆動コイルＤ（不図示）が別途設けられている。ＬＣマーカ１０の位置や向きに応じて上記複数の対をなす駆動コイルＤのいずれかの対から駆動する駆動コイルＤを切り替えることで、ＬＣマーカ１０のＬＣ共振回路１１１（特にインダクタ（Ｌ））が検出空間Ｋ１内において如何なる方向を向いたとしても安定した強度の共振磁界をＬＣ共振回路１１１に発生させることが可能となり、この結果、ＬＣマーカ１０の位置検出精度を改善することが可能となる。
各センスコイルＳは、例えばｙ軸方向の磁界強度および方向を検出可能なコイルを含む磁気センサである。ただし、これに限定されず、例えば磁気抵抗素子や磁気インピーダンス素子（ＭＩ素子）などよりなる磁気センサを用いて各センスコイルＳを構成してもよい。また、各センスコイルＳを、ｘ軸、ｙ軸またはｚ軸をそれぞれ検出する３つのコイルよりなる３軸磁気センサなどで構成することも可能である。
複数のセンスコイルＳは、駆動磁界の影響を受け難く且つＬＣ共振回路１１１が発生した共振磁界を検出し易い位置に配置される。本実施の形態では、複数のセンスコイルＳ＿１〜Ｓ＿４が検出空間Ｋ１の下側に配置された配線基板２１４Ａの底面（検出空間Ｋ１下側のｘ−ｙ平面）に２次元配列された例を示し、また、複数のセンスコイルＳ＿５〜Ｓ＿８が検出空間Ｋ１の上側に配置された配線基板２１４Ｂの上面（検出空間Ｋ１上側のｘ−ｙ平面）に２次元配列された例を示す。
・外部装置
また、外部装置２００は、駆動コイルＤの駆動に用いる信号（以下、駆動信号という）の振幅や位相を調整する駆動コイル入力信号調整部２３０と、駆動コイル入力信号調整部２３０からの制御に従って駆動コイルＤｘ＿１およびＤｘ＿２に入力する駆動信号をそれぞれ生成する駆動信号生成器（駆動信号入力部ともいう）２３３ａおよび２３３ｂ（以下、任意の駆動信号生成器の符号を２３３とする）と、センスコイルＳより読み出された電圧変化（以下、これを検出信号という）から検出信号に含まれる磁界の情報（以下、これを磁界情報という）を取得する磁界情報取得部２１０と、磁界情報取得部２１０で得られた磁界情報からＬＣマーカ１０の位置および向きを導出する位置情報演算部２２０と、外部装置２００内の各部を制御する制御部２０１と、制御部２０１が各部を制御する際に実行する各種プログラムおよびパラメータ等を記憶するメモリ部２０２と、操作者がＬＣマーカ１０に対する各種操作指示を入力する操作入力部２０３と、ＬＣマーカ１０の位置や向きおよびＬＣマーカ１０から取得した被検体内情報を画像（映像を含む）や音声で表示する表示部２０４と、ＬＣマーカ１０から無線信号として送信された被検体内情報等を受信する無線受信部２０５と、ＬＣマーカ１０へ撮像指示などの各種操作指示を無線信号として送信する無線送信部２０６と、を備える。なお、図１では、駆動信号生成器２３３ａおよび２３３ｂを外部装置２００とは別体とした場合の構成を例に挙げるが、本発明はこれに限定されず、外部装置２００内に設けられた構成であってもよい。
また、外部装置２００は、駆動コイルＤの駆動に用いる信号（以下、駆動信号という）の振幅や位相を調整する駆動コイル入力信号調整部２３０と、駆動コイル入力信号調整部２３０からの制御に従って駆動コイルＤｘ＿１およびＤｘ＿２に入力する駆動信号をそれぞれ生成する駆動信号生成器（駆動信号入力部ともいう）２３３ａおよび２３３ｂ（以下、任意の駆動信号生成器の符号を２３３とする）と、センスコイルＳより読み出された電圧変化（以下、これを検出信号という）から検出信号に含まれる磁界の情報（以下、これを磁界情報という）を取得する磁界情報取得部２１０と、磁界情報取得部２１０で得られた磁界情報からＬＣマーカ１０の位置および向きを導出する位置情報演算部２２０と、外部装置２００内の各部を制御する制御部２０１と、制御部２０１が各部を制御する際に実行する各種プログラムおよびパラメータ等を記憶するメモリ部２０２と、操作者がＬＣマーカ１０に対する各種操作指示を入力する操作入力部２０３と、ＬＣマーカ１０の位置や向きおよびＬＣマーカ１０から取得した被検体内情報を画像（映像を含む）や音声で表示する表示部２０４と、ＬＣマーカ１０から無線信号として送信された被検体内情報等を受信する無線受信部２０５と、ＬＣマーカ１０へ撮像指示などの各種操作指示を無線信号として送信する無線送信部２０６と、を備える。なお、図１では、駆動信号生成器２３３ａおよび２３３ｂを外部装置２００とは別体とした場合の構成を例に挙げるが、本発明はこれに限定されず、外部装置２００内に設けられた構成であってもよい。
制御部２０１は、例えばＣＰＵやＭＰＵなどで構成され、メモリ部２０２から読み出したプログラムおよびパラメータに従って、外部装置２００内の各部を制御する。また、メモリ部２０２は、例えばＲＡＭやＲＯＭなどで構成され、制御部２０１が各部を制御する際に実行するプログラムおよびパラメータを保持する。このメモリ部２０２には、ＬＣマーカ１０から受信した被検体内画像や位置情報演算部２２０が導出したＬＣマーカ１０の位置や向き等の情報が適宜格納される。
操作入力部２０３は、例えばキーボードやマウスやテンキーやジョイスティックなどで構成され、撮像指示（その他の被検体内情報取得指示を含む）などのＬＣマーカ１０に対する各種操作指示や、表示部２０４に表示する画面を切り替える画面切替指示などの外部装置２００に対する各種操作指示などを、操作者が入力するための構成である。なお、表示部２０４に表示する画面の切替機能は、ＬＣマーカ１０が複数の撮像部１４２を備えており、且つ、略リアルタイムにＬＣマーカ１０で取得された画像を表示部２０４に表示する場合に備えるとよい。
表示部２０４は、例えば液晶ディスプレイやプラズマディスプレイやＬＥＤアレイなどの表示装置で構成され、ＬＣマーカ１０の位置や向き等の情報やＬＣマーカ１０から送信された被検体内画像等の被検体内情報を表示する。また、表示部２０４には、スピーカなどを用いた音声再生機能を搭載していてもよい。表示部２０４は、この音声再生機能を用いて各種操作ガイダンスやＬＣマーカ１０のバッテリ残量などについての情報（警告等を含む）を操作者に音で報知する。
無線受信部２０５は、検出空間Ｋ１に近接して配置されたダイポールアンテナなどよりなる不図示の受信用アンテナに接続されている。この受信用アンテナは、例えば検出空間Ｋ１近傍に配置される。無線受信部２０５は、受信用アンテナを介してＬＣマーカ１０から無線信号として送信された被検体内画像等を受信し、受信した信号にフィルタリング、ダウンコンバート、復調および復号化などの種々の処理を実行した後、これを制御部２０１へ出力する。
無線送信部２０６は、検出空間Ｋ１に近接して配置されたダイポールアンテナなどよりなる不図示の送信用アンテナに接続されている。この送信用アンテナは、例えば検出空間Ｋ１近傍に配置される。無線送信部２０６は、制御部２０１から入力されたＬＣマーカ１０に対する各種操作指示などの信号に送信用の基準周波数信号への重畳や変調やアップコンバートなどの種々の処理を実行した後、これを電波信号として送信用アンテナからＬＣマーカ１０へ送信する。
また、図１における駆動コイル入力信号調整部２３０と駆動信号生成器２３３と駆動コイルＤとは、検出空間Ｋ１内に駆動磁界を発生させる機構（以下、駆動系システムという）として機能する。
駆動コイル入力信号調整部２３０は、制御部２０１から入力された制御信号に従って、ＬＣマーカ１０におけるＬＣ共振回路１１１の共振周波数Ｆ０と略等しい周波数の信号波形を算出し、これを駆動信号生成器２３３ａおよび２３３ｂへ出力する。なお、駆動信号生成器２３３ａに入力される信号波形と駆動信号生成器２３３ｂに入力される信号波形とは、異なる波形であってもよい。
駆動信号生成器２３３は、それぞれ、駆動コイル入力信号調整部２３０から入力された信号波形に従って駆動信号を生成し、これを電流増幅した後、増幅後の駆動信号を駆動コイルＤへ入力する。増幅後の駆動信号が入力された駆動コイルＤは、ＬＣマーカ１０のＬＣ共振回路１１１が持つ共振周波数Ｆ０と略等しい周波数の磁界を発生することで、検出空間Ｋ１内にＬＣ共振回路１１１を励起させる駆動磁界を形成する。
また、図１における磁界情報取得部２１０と制御部２０１は、駆動系システムが形成した駆動磁界とＬＣマーカ１０が発生した共振磁界を合成した磁界を検出する機構（以下、検出系システムという）として機能する。
磁界情報取得部２１０は、センスコイルＳから読み出した検出信号に対して所定の処理を実行することで、検出信号に含まれる磁界の情報（以下、これを磁界情報という）を略リアルタイムに導出する。この磁界情報取得部２１０は、例えばＡ／Ｄ変換部２１１とＦＦＴ演算部２１２とを含む。Ａ／Ｄ変換部２１１は、複数のセンスコイルＳそれぞれから検出信号を読み出し、読み出したアナログの検出信号を適宜、増幅、帯域制限、Ａ／Ｄ変換する。また、ＦＦＴ演算部２１２は、Ａ／Ｄ変換部２１１から出力されたデジタルの検出信号を高速フーリエ変換することで、磁界情報を示すデータ（以下、これをＦＦＴデータという）を生成し、これを制御部２０１に入力する。制御部２０１は、入力されたＦＦＴデータを位置情報演算部２２０に入力する。
位置情報演算部２２０は、制御部２０１を介して入力されたＦＦＴデータに対して所定の演算処理を実行することで、検出信号に含まれる磁界情報からＬＣマーカ１０の現在の位置や向きを導出する。なお、各センスコイルＳから読み出した検出信号は、各センスコイルＳが配置された位置における磁界の強度や位相などの磁界情報を電圧で表した信号である。また、ＦＦＴデータは、センスコイルＳから読み出した検出信号に含まれる磁界情報を強度と位相との成分よりなる情報に変換したデータである。
ただし、各センスコイルＳから読み出された検出信号には、ＬＣ共振回路１１１が発生した共振磁界の他に、共振周波数Ｆ０と略等しい周波数を持つ駆動磁界や、共振磁界によって駆動コイルＤが誘導されることで発生した磁界（以下、これを駆動磁界という）などの情報が含まれる。したがって、各センスコイルＳから読み出した検出信号より生成したＦＦＴデータそのままでは、位置情報演算部２２０がＬＣマーカ１０（特にＬＣ共振回路１１１）の正確な位置や向きを導出することができない。
ここで図４に示すように、ＬＣマーカ１０が発生する共振磁界（以下、強度および位相を示す平面空間に展開した共振磁界のベクトルをＦ＿ｒｅｓｏという）は、駆動磁界（以下、強度および位相を示す平面空間に展開した駆動磁界のベクトルをＦ＿ｄｒｉｖという）に対して９０°の位相差を有する。したがって、ＦＦＴデータに含まれる全磁界（以下、これを検出磁界とし、強度および位相を示す平面空間に展開した検出磁界のベクトルをＦ＿ｄｔｃｔという）から駆動磁界Ｆ＿ｄｒｉｖを除去して共振磁界Ｆ＿ｒｅｓｏを取り出すためには、検出磁界Ｆ＿ｄｔｃｔから駆動磁界Ｆ＿ｄｒｉｖに対して９０°の位相差を有するベクトル成分を抽出する必要がある。なお、図４は、本実施の形態における駆動磁界と検出磁界と共振磁界との関係を示す図である。
そこで本実施の形態では、実際に位置検出を実行する前に、検出空間Ｋ１内にＬＣマーカ１０（すなわちＬＣ共振回路１１１）が導入されていない状態で駆動コイルＤを駆動して検出空間Ｋ１内に駆動磁界を形成し、この状態で実際にセンスコイルＳや検出空間Ｋ１内に配置された不図示の磁界センサで検出された駆動磁界Ｆ＿ｄｒｉｖの位相成分（以下、これをキャリブレーション情報という）を例えば磁界情報取得部２１０および制御部２０１を用いて導出しておく。また、導出したキャリブレーション情報を、駆動磁界を発生させた際の駆動信号の振幅値や位相などの情報に対応付けてＬＵＴ（ルックアップテーブル）などに保持しておく。後述する位置検出処理では、位置情報演算部２２０がこのＬＵＴを参照することで、検出磁界Ｆ＿ｄｔｃｔから除去すべき駆動磁界Ｆ＿ｄｒｉｖの位相を取得し、この位相に基づいてＦＦＴデータを補正することで、共振磁界Ｆ＿ｒｅｓｏを抽出する。以下、検出磁界Ｆ＿ｄｔｃｔから駆動磁界Ｆ＿ｄｒｉｖを除去する処理をキャリブレーション処理という。
また、検出磁界Ｆ＿ｄｔｃｔには、上述したように、不要磁界として、検出空間Ｋ１の近傍に配置されたコイル（駆動コイルＤなど）がＬＣ共振回路１１１が発生した共振磁界によって干渉されることで発生した磁界（以下、これを干渉磁界という）が含まれる。そこで本実施の形態では、共振磁界Ｆ＿ｒｅｓｏ（ＦＦＴデータ）を用いて導出した位置や向きに応じて上記の干渉磁界を除去する処理を実行する。以下、これを補正処理という。
補正処理には、例えば、位置や向きに応じた補正量をあらかじめＬＵＴなどに登録しておく方法や、位置や向きに応じた補正用のパラメータをあらかじめＬＵＴに登録しておく方法などが存在する。
補正量をあらかじめＬＵＴに登録しておく方法では、例えば各駆動コイルＤが発生した干渉磁界の情報（ＦＦＴデータ）をあらかじめシミュレーションや実測によって取得しておく。また、シミュレーションを行うために、各駆動コイルＤに流れる電流を検出する電流検出部を設け、この電流検出部によって検出された電流値を用いてシミュレーションを行ってもよい。なお、取得しておいた情報は、補正量として、位置や向きに対応付けてＬＵＴなどで管理される。位置検出時の補正処理では、先に導出した位置や向きを用いてＬＵＴを参照することで、この位置や向きに応じた補正量を取得し、この補正量を用いてＦＦＴデータを補正し、補正後のＦＦＴデータを用いて新たなＬＣマーカ１０の位置や向きを導出する。
なお、補正処理を含むＬＣマーカ１０の位置検出処理には、例えば、最小二乗法を用いた収束計算を用いることができる。この収束計算では、処理対象のＦＦＴデータ（検出信号から算出される最初のＦＦＴデータまたは後述する補正後のＦＦＴデータに相当）を真値とし、先に導出した位置や向きのＬＣマーカ１０と等価的な磁気モーメントとが形成する理想的な磁界分布でのＦＦＴデータを推定値とする。また、収束計算では、まず、検出信号から直接算出したＦＦＴデータからキャリブレーション処理を経てＬＣマーカ１０の位置や向き（例えば上述の先に導出した位置や向きに相当）を導出し、この位置や向きに対応付けられた補正量でＦＦＴデータを補正する。その後、補正後のＦＦＴデータから導出した位置や向きに対応付けられている補正量で再度ＦＦＴデータを補正して補正後のＦＦＴデータから新たな位置や向きを導出する計算を繰り返す（反復計算）。この反復計算は、最小二乗法で求まる真値と推定値との誤差がある一定以下で安定するまで継続される。これにより、より精度が向上された位置や向きが最終的に導出される。なお、最終的に導出された位置や向きは、例えば、ＬＣマーカ１０から受信した被検体内画像などの情報と共に表示部２０４に表示される。
また、操作者は、操作入力部２０３からＬＣマーカ１０の位置や向きを操作する操作指示を入力することが可能である。さらに、操作者は、操作入力部２０３を用いてＬＣマーカ１０に被検体内情報の取得指示などを入力することも可能である。
（位置検出動作）
次に、本実施の形態による位置検出システム１の位置検出の動作について詳細に説明する。本実施の形態では、上述したように、駆動信号生成器２３３から駆動信号を出力して駆動コイルＤに駆動磁界を発生させることで、ＬＣマーカ１０に共振磁界を発生させる。この共振磁界は他の共振周波数Ｆ０の磁界と共にセンスコイルＳによって検出信号として検出される。各センスコイルＳから読み出した検出信号は、検出磁界の情報を示すＦＦＴデータに変換される。このＦＦＴデータを用いてキャリブレーション処理および補正処理を含む位置検出処理を実行することで、ＬＣマーカ１０の位置や向きが導出される。
次に、本実施の形態による位置検出システム１の位置検出の動作について詳細に説明する。本実施の形態では、上述したように、駆動信号生成器２３３から駆動信号を出力して駆動コイルＤに駆動磁界を発生させることで、ＬＣマーカ１０に共振磁界を発生させる。この共振磁界は他の共振周波数Ｆ０の磁界と共にセンスコイルＳによって検出信号として検出される。各センスコイルＳから読み出した検出信号は、検出磁界の情報を示すＦＦＴデータに変換される。このＦＦＴデータを用いてキャリブレーション処理および補正処理を含む位置検出処理を実行することで、ＬＣマーカ１０の位置や向きが導出される。
この際、ＬＣマーカ１０が発生する共振磁界の強度が大きいほど、検出信号に対する分解能を上げることができるため、位置検出精度を向上させることが可能となる。ただし、共振磁界の強度を大きくするために駆動磁界の強度を大きくしすぎると、センスコイルＳより読み出した検出信号がセンスコイルＳに対するダイナミックレンジや検出系システムにおけるダイナミックレンジに対してサチレーション（飽和）してしまい、位置検出自体が不可能となってしまう。そこで本実施の形態では、駆動磁界の強度を、センスコイルＳより読み出される検出信号をサチレーションさせることなく、且つ、高い分解能を得るのに十分な程度の強度に調整する。
また、同時に駆動される駆動コイルＤ（例えば駆動コイルＤｘ＿１およびＤｘ＿２）が発生する磁界の位相にずれが存在すると、検出空間Ｋ１内に形成される駆動磁界の強度および位相がターゲットとする駆動磁界の強度および位相から外れてしまう。そこで本実施の形態では、同時に駆動する複数の駆動コイルＤが発生する磁界の位相を揃える。これにより、検出空間Ｋ１内に最適な駆動磁界を形成することができ、結果、位置検出精度を向上することが可能となる。
上述のような駆動磁界の強度および位相の調整は、例えば駆動コイル入力信号調整部２３０（図１参照）において実行される。すなわち、駆動磁界強度は、駆動コイル入力信号調整部２３０が生成する駆動信号の信号波形の振幅値を制御することで調整される。また、同時に駆動される駆動コイルＤが発生する磁界の位相は、駆動コイル入力信号調整部２３０が複数の駆動信号生成器２３３に同時に入力する信号波形の位相を制御することで調整される。
駆動磁界の強度および位相の調整は、例えば後述する評価関数を用いて行うことができる。以下、本実施の形態による評価関数および駆動磁界の強度および位相の調整方法について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下では、センスコイルＳの個数を８つ（Ｓ＿１〜Ｓ＿８）とし、駆動コイルＤの組数を１つ（Ｄｘ＿１およびＤｘ＿２）とし、それぞれが図１に示すように配置された場合について説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、適宜変形することが可能であることは言うまでもない。
本実施の形態による評価関数を設定するにあたり、各センスコイルＳ＿１〜Ｓ＿８から読み出される検出信号の電圧値をＶＳ＿１〜ＶＳ＿８とする。電圧値ＶＳ＿１〜ＶＳ＿８は、評価関数に使用されるパラメータである。なお、電圧値ＶＳ＿１〜ＶＳ＿８において、ＶＳ＿１の位相に対して同相の電圧値を正、逆相の電圧値を負とする。
・位相調整
まず、同時に駆動する複数の駆動コイルＤｘ＿１およびＤｘ＿２それぞれに入力する駆動信号の位相を調整する流れについて説明する。各センスコイルＳで検出された駆動磁界の強度の絶対値の合計値（解Ｆ）は、上述のパラメータを用いて以下の式１で表すことができる。
まず、同時に駆動する複数の駆動コイルＤｘ＿１およびＤｘ＿２それぞれに入力する駆動信号の位相を調整する流れについて説明する。各センスコイルＳで検出された駆動磁界の強度の絶対値の合計値（解Ｆ）は、上述のパラメータを用いて以下の式１で表すことができる。
ここで、Ｄｘ＿１およびＤｘ＿２がそれぞれ発生した磁界が各センスコイルＳ面で打ち消し合うため、解Ｆは、複数の駆動コイルＤｘ＿１およびＤｘ＿２それぞれが発生する磁界の位相が揃っているほど小さくなり、２つの磁界の位相が揃った場合に最小になる。そこで本実施の形態では、上記の式１を、位相調整用の評価関数（以下、位相評価関数という）として使用する。
位相調整では、式１に示される位相評価用評価関数が最小値もしくはあらかじめ設定しておいた所定値以下となるように、各駆動コイルＤｘ＿１およびＤｘ＿２へ入力する駆動信号の位相を調整する。例えば、駆動コイルＤｘ＿１に入力する駆動信号の位相を固定し、これに対して駆動コイルＤｘ＿２に入力する駆動信号の位相を調整することで、各駆動コイルＤｘ＿１およびＤｘ＿２が発生する駆動磁界の位相を揃える。各駆動信号の位相の調整は、電圧値ＶＳ＿１〜ＶＳ＿８がサチレーションすることがない値で行うことが好ましい。位相を固定する駆動信号は、駆動コイルＤｘ＿２に入力する駆動信号であってもよい。
・振幅調整
次に、同時に駆動する駆動コイルＤｘ＿１およびＤｘ＿２にそれぞれ入力する駆動信号の振幅を調整する流れについて説明する。なお、以下では、センスコイルＳがサチレーションする電圧値を飽和電圧値といい、この飽和電圧値の所定割合（例えば９０％）を基準電圧値ＶＳｍａｘとして用いつつ駆動信号の振幅を調整することで、各センスコイルＳ＿１〜Ｓ＿８で得られる電圧値ＶＳ＿１〜ＶＳ＿８がサチレーションしないように駆動信号の振幅を調整する場合を説明する。
次に、同時に駆動する駆動コイルＤｘ＿１およびＤｘ＿２にそれぞれ入力する駆動信号の振幅を調整する流れについて説明する。なお、以下では、センスコイルＳがサチレーションする電圧値を飽和電圧値といい、この飽和電圧値の所定割合（例えば９０％）を基準電圧値ＶＳｍａｘとして用いつつ駆動信号の振幅を調整することで、各センスコイルＳ＿１〜Ｓ＿８で得られる電圧値ＶＳ＿１〜ＶＳ＿８がサチレーションしないように駆動信号の振幅を調整する場合を説明する。
本実施の形態による振幅調整では、例えば以下に示す式２を、振幅調整用の評価関数（以下、振幅評価関数という）として用いる。なお、式２において、Ａは振幅評価関数による解であり、ＶＳｍａｘは上述したように基準電圧値である。
上記式２は、サチレーションし易いセンスコイルＳ、すなわち駆動コイルＤｘ＿１の近傍に配置されたセンスコイルＳ＿１およびＳ＿５ならびに駆動コイルＤｘ＿２の近傍に配置されたセンスコイルＳ＿５およびＳ＿８から読み出された検出信号の電圧値ＶＳ＿１、ＶＳ＿５、ＶＳ＿４およびＶＳ＿８の絶対値と基準電圧値ＶＳｍａｘとの差の絶対値の和に、各センスコイルＳから読み出された検出信号の電圧値ＶＳ＿１〜ＶＳ＿８の逆数の和を加算する関数である。
そこで本実施の形態では、解Ａが最小値もしくはあらかじめ設定しておいた所定値以下となるように、各駆動コイルＤｘ＿１およびＤｘ＿２に入力する駆動信号の振幅を調整する。これにより、駆動磁界の強度を、各センスコイルＳより読み出される検出信号をサチレーションさせることなく、且つ、高い分解能を得るのに十分な程度の強度に調整することが可能となる。なお、式２では、駆動コイルＤｘ＿１近傍のセンスコイルＳ＿１およびＳ＿５から読み出される検出信号の電圧値ＶＳ＿１およびＶＳ＿５ならびに駆動コイルＤｘ＿２近傍のセンスコイルＳ＿４およびＳ＿８から読み出される検出信号の電圧値ＶＳ＿４およびＶＳ＿８がサチレーションせずにできるだけ大きな値をとり、且つ、各センスコイルＳ＿１〜Ｓ＿８から読み出した検出信号の電圧値ＶＳ＿１〜ＶＳ＿８が略０（ゼロ）とならないときに、解Ａが最小値となる。
次に、本実施の形態による駆動信号の振幅および位相の調整動作（以下、単に駆動信号調整動作という）について、図面を用いて詳細に説明する。図５は、本実施の形態による駆動信号調整動作の概略流れを示すフローチャートである。また、図６は図５のステップＳ１０２における位相調整処理の流れを示すフローチャートであり、図７は図５のステップＳ１０３における振幅調整処理の流れを示すフローチャートである。なお、以下では、図１のｘ軸、ｙ軸およびｚ軸それぞれの方向の駆動磁界を発生させる３組の駆動コイルＤが設けられている場合を例に挙げる。また、外部装置２００における制御部２０１の動作に着目して説明する。
図５に示すように、本実施の形態による駆動信号調整動作では、まず、制御部２０１は、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸のうち何れかを選択し（ステップＳ１０１）、選択した軸に関する位相調整処理を式１に示す位相評価関数を用いて実行する（ステップＳ１０２）。続いて制御部２０１は、選択した軸に関する振幅調整処理を式２に示す振幅評価関数を用いて実行する（ステップＳ１０３）。その後、制御部２０１は、全ての軸を選択したか否か、すなわち全ての軸に関して位相調整処理および振幅調整処理を実行したか否かを判定し（ステップＳ１０４）、選択済みであれば（ステップＳ１０４のＹｅｓ）、駆動信号調整処理を終了する。一方、選択済みでなければ（ステップＳ１０４のＮｏ）、ステップＳ１０１へ帰還して、未選択の軸を選択し、その後、同様の動作を実行する。
図５のステップＳ１０２に示す位相調整処理では、図６に示すように、制御部２０１は、ステップＳ１０１（図５参照）で選択した軸方向の駆動磁界を発生する駆動コイルを１組選択し（ステップＳ１１１）、選択した駆動コイルＤが初期値として登録された振幅および位相の駆動信号で駆動されるように、駆動コイル入力信号調整部２３０を駆動する（ステップＳ１１２）。これにより、駆動コイル入力調整部２３０から選択中の駆動コイルＤに接続された駆動信号生成器２３３へ初期値の振幅および位相の駆動信号を生成させるための信号波形が入力され、駆動信号生成器２３３において駆動信号が生成されて出力される。この結果、選択中の駆動信号から駆動信号に応じた磁界が発生して、検出空間Ｋ１内に初期値の振幅および位相に応じた磁界強度および位相の駆動磁界が形成される。なお、以下では、説明の明確化のため、図５のステップＳ１０１においてｘ軸が選択され、図６のステップＳ１１１で駆動コイルＤｘ＿１およびＤｘ＿２が選択された場合を例に挙げる。
次に制御部２０１は、磁界情報取得部２１０を駆動して、各センスコイルＳ＿１〜Ｓ＿８から検出信号を読み出し（ステップＳ１１３）、各検出信号の電圧値ＶＳ＿１〜ＶＳ＿８から式１の位相評価関数を用いて解Ｆを算出する（ステップＳ１１４）。
次に制御部２０１は、ステップＳ１１４で算出した解Ｆが最小値または所定値以下であるか否かを判定し（ステップＳ１１５）、最小値または所定値以下でない場合（ステップＳ１１５のＮｏ）、選択中の駆動コイルＤのうち１つの一方の駆動コイルＤｘ＿１に入力する駆動信号の位相を固定しつつ、他方の駆動コイルＤｘ＿２に入力する駆動信号の位相を変化させる（ステップＳ１１６）。続いて制御部２０１は、ステップＳ１１３へ帰還し、以降、位相評価関数の解Ｆが最小値または所定値以下となるまで駆動コイルＤｘ＿２に入力する駆動信号の位相を変化させる。言い換えれば、制御部２０１は、一方の駆動コイルＤｘ＿１に入力する駆動信号の位相に対して他方の駆動コイルＤｘ＿２に入力する駆動信号の位相をスキャンすることで、位相評価関数（式１）が最小値または所定値以下となるポイントを特定する。この結果、各駆動コイルＤに発生する駆動磁界の位相を一致させることが可能となる。
また、ステップＳ１１５の結果、ステップＳ１１４で算出した解Ｆが最小値または所定値以下であると判定された場合（ステップＳ１１５のＹｅｓ）、制御部２０１は、現在の各駆動信号の位相の情報を取得してこれをメモリ部２０２等に記録しておく（ステップＳ１１７）。
その後、制御部２０１は、ｘ軸方向の駆動磁界を発生させる全ての駆動コイルＤの組を選択したか否か、すなわち、ｘ軸方向に関する全ての駆動コイルＤに入力する駆動信号の位相を調整したか否かを判定し（ステップＳ１１８）、選択済みである場合（ステップＳ１１８のＹｅｓ）、図５の駆動信号調整動作へリターンする。一方、ステップＳ１１８の判定の結果、未選択の駆動コイルＤが存在する場合（ステップＳ１１８のＮｏ）、制御部２０１は、ステップＳ１１１へ帰還して、以降、新たに選択した駆動コイルＤに対して同様の動作を実行する。これにより、同時に駆動される全ての駆動コイルＤについての駆動磁界の位相が一致するように調整される。
また、図５のステップＳ１０３に示す振幅調整処理では、図７に示すように、制御部２０１は、ステップＳ１０１（図５参照）で選択した軸方向の駆動磁界を発生する対の駆動コイルＤを１組選択し（ステップＳ１２１）、選択した駆動コイルＤが位相調整処理で調整した位相で且つ初期値の振幅の駆動信号で駆動されるように、駆動コイル入力信号調整部２３０を駆動する（ステップＳ１２２）。これにより、駆動コイル入力信号調整部２３０から選択中の駆動コイルＤに接続された駆動信号生成器２３３へ調整された位相および初期値の振幅の駆動信号を生成させるための信号波形が入力され、駆動信号生成器２３３において駆動信号が生成されて駆動コイルＤに入力される。この結果、選択中の駆動コイルＤから駆動信号に応じた磁界が発生して、検出空間Ｋ１内に調整された位相で且つ初期強度の駆動磁界が形成される。なお、振幅の初期値は、例えば最大振幅など、あらかじめ決めておいた値であればよい。また、以下では、説明の簡略化のため、駆動コイルＤｘ＿１およびＤｘ＿２が選択された場合を例に挙げる。
次に制御部２０１は、磁界情報取得部２１０を駆動して、各センスコイルＳ＿１〜Ｓ＿８から検出信号を読み出し（ステップＳ１２３）、各検出信号の電圧値ＶＳ＿１〜ＶＳ＿８から式２の振幅評価関数を用いて解Ａを算出する（ステップＳ１２４）。
次に制御部２０１は、ステップＳ１２４で算出した解Ａが最小値または所定値以下であるか否かを判定し（ステップＳ１２５）、最小値または所定値以下でない場合（ステップＳ１２５のＮｏ）、選択中の各駆動コイルＤｘ＿１およびＤｘ＿２に入力する駆動信号の振幅を変化させる（ステップＳ１２６）。これは、例えば先に駆動コイルＤｘ＿１に入力する駆動信号の振幅を調整し、次に駆動コイルＤｘ＿２に入力する駆動信号の振幅を調整するなど、種々の方法を用いることができる。続いて制御部２０１は、ステップＳ１２３へ帰還し、以降、振幅評価関数の解Ａが最小値または所定値以下となるまで駆動信号の振幅を変化させる。
また、ステップＳ１２５の結果、ステップＳ１２４で算出した解Ａが最小値または所定値以下であると判定された場合（ステップＳ１２５のＹｅｓ）、制御部２０１は、各センスコイルＳ＿１〜Ｓ＿８から読み出した検出信号が飽和しているか否かを判定し（ステップＳ１２７）、飽和している場合（ステップＳ１２７のＹｅｓ）、ステップＳ１２６へ移行して再度駆動信号の振幅を調整する。一方、ステップＳ１２７の判定の結果、各検出信号が飽和していない場合（ステップＳ１２７のＮｏ）、次に制御部２０１は、各センスコイルＳ＿１〜Ｓ＿８から読み出した検出信号が０（ゼロ）であるか否かを判定し（ステップＳ１２８）、ゼロである場合（ステップＳ１２８のＹｅｓ）、ステップＳ１２６へ移行して再度駆動信号の振幅を調整する。一方、ステップＳ１２８の判定の結果、各検出信号がゼロでない場合（ステップＳ１２８のＮｏ）、制御部２０１は、現在の各駆動信号の振幅の情報を取得してこれをメモリ部２０２等に記録しておく（ステップＳ１２９）。
その後、制御部２０１は、ｘ軸方向の駆動磁界を発生させる全ての駆動コイルＤの組を選択したか否か、すなわち、ｘ軸方向に関する全ての駆動コイルＤに入力する駆動信号の振幅を調整したか否かを判定し（ステップＳ１３０）、選択済みである場合（ステップＳ１３０のＹｅｓ）、図５の駆動信号調整動作へリターンする。一方、ステップＳ１３０の判定の結果、未選択の駆動コイルＤが存在する場合（ステップＳ１３０のＮｏ）、制御部２０１は、ステップＳ１２１へ帰還して、以降、新たに選択した駆動コイルＤに対して同様の動作を実行する。これにより、同時に駆動される全ての駆動コイルＤについての駆動信号の振幅が調整される。
また、本実施の形態による位置検出動作を、図８を用いて詳細に説明する。図８は、本実施の形態１による位置検出動作の概略流れを示すフローチャートである。
図８に示すように、本実施の形態による位置検出動作では、制御部２０１は、まず、ＬＣマーカ１０が検出空間Ｋ１内の初期位置および向きにあると仮定し、この初期位置および向きにＬＣマーカ１０がある場合に生成する駆動信号の調整された振幅および位相を取得し（ステップＳ１４１）、さらに、この初期位置および向きにあるＬＣマーカ１０に対して最適な駆動磁界を発生する駆動コイルＤを１組選択する（ステップＳ１４２）。なお、調整された振幅および位相は、上述の駆動信号調整処理で調整された振幅と位相である。
次に制御部２０１は、選択した駆動コイルＤが取得した調整後の振幅および位相の駆動信号で駆動されるように、駆動コイル入力信号調整部２３０を駆動する（ステップＳ１４３）。これにより、駆動コイル入力信号調整部２３０から選択中の駆動コイルＤに接続された駆動信号生成器２３３へ調整後の振幅および位相の駆動信号を生成させるための信号波形が入力され、駆動信号生成器２３３において駆動信号が生成されて出力される。この結果、選択中の駆動信号から駆動信号に応じた磁界が発生して、検出空間Ｋ１内に調整された強度および位相の駆動磁界が形成される。
次に制御部２０１は、磁界情報取得部２１０を駆動して、各センスコイルＳから検出信号を読み出し（ステップＳ１４４）、この読み出した検出信号のＦＦＴデータを磁界情報取得部２１０のＦＦＴ演算部２１２に算出させる（ステップＳ１４５）。続いて制御部２０１は、算出させたＦＦＴデータを位置情報演算部２２０に入力して所定の計算処理を実行させることで、ＬＣマーカ１０の位置および向きを導出させる（ステップＳ１４６）。なお、このステップには、上述したキャリブレーション処理や補正処理なども含まれる。また、導出された位置や向きは、例えばＬＣマーカ１０から受信した被検体内画像等と共に表示部２０４に表示される。
次に制御部２０１は、例えば操作入力部２０３（図１参照）から終了指示が入力されたか否かを判定し（ステップＳ１４７）、終了指示が入力されていた場合（ステップＳ１４７のＹｅｓ）、処理を終了する。一方、終了指示が入力されていなければ（ステップＳ１４７のＮｏ）、制御部２０１は、ステップＳ１４６で導出した位置および向きに基づいて、この位置および向きにＬＣマーカ１０がある場合に生成する駆動信号の調整された振幅および位相を取得し（ステップＳ１４８）、さらに、この位置および向きにあるＬＣマーカ１０に対して最適な駆動磁界を発生する駆動コイルＤを１組選択する（ステップＳ１４９）。その後、ステップＳ１４３へ移行して、終了指示が入力されるまで、ＬＣマーカ１０の位置および向きに応じた最適な駆動磁界を発生させると共に、これに応じて検出された検出信号からＬＣマーカ１０の新たな位置および向きを導出する動作を繰り返す。
以上のように、本実施の形態による位置検出システム１は、被検体９００内に導入された状態で検出空間Ｋ１内に配置されるＬＣマーカ１０と、被検体９００外に配置される外部装置２００と、を備える。ＬＣマーカ１０は、検出空間Ｋ１内に形成された駆動磁界に応じて共振磁界を発生するＬＣ共振回路１１１を有している。外部装置２００は、同時に駆動されることで検出空間Ｋ１内に駆動磁界を形成する少なくとも２つの駆動コイルＤと、駆動コイルＤに駆動磁界を形成させる駆動信号をそれぞれ入力する少なくとも２つの駆動信号生成器２３３と、検出空間Ｋ１内に形成された磁界を検出する少なくとも１つのセンスコイルＳと、制御部２０１および駆動コイル入力信号調整部２３０からなる信号調整部と、磁界情報取得部２１０と制御部２０１と位置情報演算部２２０とからなる位置導出部と、を有している。この構成において、制御部２０１と駆動コイル入力信号調整部２３０とは、センスコイルＳで検出された磁界に基づいて駆動信号生成器２３３が駆動コイルＤそれぞれに入力する駆動信号の位相および振幅の少なくとも一方を調整する信号調整部として機能する。また、磁界情報取得部２１０と制御部２０１とは、センスコイルＳで検出された磁界に基づいてＬＣマーカ１０の位置を導出する位置導出部として機能する。これにより、本実施の形態では、実際に検出空間Ｋ１内に形成された磁界を検出し、この検出結果に従って同時に駆動する駆動コイルＤに入力する駆動信号の位相および振幅の少なくとも一方を調整するため、検出空間Ｋ１内に最適な駆動磁界を形成することができ、結果、装置特性に依らずに最適な駆動磁界を発生して精度良くＬＣマーカ１０の位置を検出することが可能な位置検出システム１およびその位置検出方法を実現することが可能となる。
また、制御部２０１および駆動コイル入力信号調整部２３０よりなる信号調整部は、センスコイルＳで検出された磁界の強度（例えば電圧値ＶＳ）から駆動信号の位相および振幅の少なくとも一方を評価する評価関数を用いて駆動信号の位相および振幅の少なくとも一方を調整する。この評価関数には、例えば、センスコイルＳで検出された磁界の強度（電圧値ＶＳ）の絶対値の総和を算出する位相評価関数（式１参照）が含まれる。信号調整部は、少なくとも２つの駆動コイルＤそれぞれに入力する駆動信号を入力した場合に位相評価関数の解Ｆが最小値または所定値以下となるように駆動信号の位相を調整する。これにより、同時に駆動する複数の駆動コイルＤに入力する駆動磁界の位相を揃えることが可能となる。
また、評価関数には、例えば、センスコイルＳで検出された磁界の強度（電圧値ＶＳ）とあらかじめ設定しておいた所定値との差の絶対値の総和にセンスコイルＳで検出された磁界の強度の逆数の総和を加算する振幅評価関数（式２参照）が含まれる。信号調整部は、少なくとも２つの駆動コイルＤそれぞれに駆動信号を入力した場合に振幅評価関数の解Ａが最小値または所定値以下となるように駆動信号の振幅を調整する。これにより、同時に駆動する複数の駆動コイルＤに入力する駆動信号の振幅を調整することが可能となる。
（変形例１）
ここで、本実施の形態による振幅評価関数の変形例について説明する。以下の式３は、本変形例１による振幅評価関数を示している。なお、式３において、ＶＳ＿１ｒ〜ＶＳ＿８ｒはシミュレーション等で得られた各センスコイルＳ＿１〜Ｓ＿８から読み出される電圧値ＶＳ＿１〜ＶＳ＿８の理想値である。
ここで、本実施の形態による振幅評価関数の変形例について説明する。以下の式３は、本変形例１による振幅評価関数を示している。なお、式３において、ＶＳ＿１ｒ〜ＶＳ＿８ｒはシミュレーション等で得られた各センスコイルＳ＿１〜Ｓ＿８から読み出される電圧値ＶＳ＿１〜ＶＳ＿８の理想値である。
上記式３に示す振幅評価関数は、各センスコイルＳから読み出された電圧値ＶＳ＿１〜ＶＳ＿８の理想値ＶＳ＿１ｒ〜ＶＳ＿８ｒに対する誤差の絶対値の和を算出する関数である。そこで本変形例１では、図７のステップＳ１２６において、式３の振幅評価関数による解Ａが最小値または所定値以下となるように、各駆動コイルＤｘ＿１およびＤｘ＿２に入力する駆動信号の振幅を調整する。これにより、駆動磁界の強度を、各センスコイルＳより読み出される検出信号をサチレーションさせることなく、且つ、高い分解能を得るのに十分な程度の強度に調整することが可能となる。なお、式３では、シミュレーション等で求めておいた理想値ＶＳ＿１ｒ〜ＶＳ＿８ｒと各センスコイルＳ＿１〜Ｓ＿８での電圧値ＶＳ＿１〜ＶＳ＿８との差、すなわち理想的な磁界分布と実際に形成された駆動磁界の磁界分布との差が最小となるときに、解Ａが最小となる。また、他の構成は、上記実施の形態１と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
（変形例２）
なお、上記実施の形態では、式２において、駆動コイルＤ近傍のセンスコイルＳ＿１、Ｓ＿５、Ｓ＿４およびＳ＿８の重みを‘１’とし、他のセンスコイルＳ＿２、Ｓ＿３、Ｓ＿６およびＳ＿７の重みを‘０’としており、また、上記変形例１では、式３において、全てのセンスコイルＳの重みを‘１’としているが、本発明はこれに限定されず、以下の式４または式５に示す振幅評価関数のように、各センスコイルＳ＿１〜Ｓ＿８の重みをあらかじめ設定しておき、この重み付けが式２において考慮されるように構成してもよい。なお、式４または式５におけるａ〜ｈは、各センスコイルＳ＿１〜Ｓ＿８に設定された重みであり、例えば正の整数である。また、この重みは、各駆動コイルＤと各センスコイルＳとの位置関係に応じて設定されるとよい。この際、例えば駆動コイルＤに近い方、すなわちｂ、ｃ、ｆおよびｇと比較してａ、ｄ、ｅおよびｈの値の方が大きな値となるように設定されることが好ましい。
なお、上記実施の形態では、式２において、駆動コイルＤ近傍のセンスコイルＳ＿１、Ｓ＿５、Ｓ＿４およびＳ＿８の重みを‘１’とし、他のセンスコイルＳ＿２、Ｓ＿３、Ｓ＿６およびＳ＿７の重みを‘０’としており、また、上記変形例１では、式３において、全てのセンスコイルＳの重みを‘１’としているが、本発明はこれに限定されず、以下の式４または式５に示す振幅評価関数のように、各センスコイルＳ＿１〜Ｓ＿８の重みをあらかじめ設定しておき、この重み付けが式２において考慮されるように構成してもよい。なお、式４または式５におけるａ〜ｈは、各センスコイルＳ＿１〜Ｓ＿８に設定された重みであり、例えば正の整数である。また、この重みは、各駆動コイルＤと各センスコイルＳとの位置関係に応じて設定されるとよい。この際、例えば駆動コイルＤに近い方、すなわちｂ、ｃ、ｆおよびｇと比較してａ、ｄ、ｅおよびｈの値の方が大きな値となるように設定されることが好ましい。
また、式２または式３に示す振幅評価関数に限らず、式１に示す位相評価関数についても、同様に、以下の式６に示すように、あらかじめ求めた重みａ〜ｈを用いることで、センスコイルＳや駆動コイルＤなどの配置に応じて重み付けされた評価関数とすることが可能となる。なお、式４〜式６で使用する重みを共通の値とする必要はなく、種々変形可能である。
以上のように、評価関数を、各駆動コイルＤと各センスコイルＳとの位置関係に応じて重みを設定し、この重みをセンスコイルＳで検出された磁界の強度（電圧値ＶＳより定まる値）に付加または乗算して解Ａを導出するように構成することで、評価関数を位置関係などに応じてサチレーションし易いセンスコイルＳを強く考慮した評価関数とすることが可能となり、より的確な駆動信号の振幅および／または位相の調整が可能となる。
なお、上記で例示した評価関数には、各駆動コイルＤに入力する駆動信号の振幅（電圧値ＶＳ）に関する項が含まれていないが、例えば各駆動信号の振幅を考慮した評価関数を用いた場合、各駆動コイルＤと各センスコイルＳとの位置関係および各駆動コイルＤの形状のうち少なくとも１つに応じて重みを設定し、この重みを駆動信号の振幅（駆動信号の振幅より定まる値）に付加または乗算して解を導出するように構成してもよい。
また、上記のような重みを、駆動信号の振幅および位相の少なくとも一方やセンスコイルＳで検出された磁界の強度との少なくとも一方などに基づいて、制御部２０１（信号調整部）が変更するように構成してもよい。この場合、例えば制御部２０１は、駆動信号の位相または振幅を大きく変更した場合、これにより影響を受けるセンスコイルＳに対する重みを大きくし、影響を受け難いセンスコイルＳに対する重みを軽くする。これにより、上記各評価関数を位相または振幅の変更に対してセンシティブな評価関数とすることが可能となるため、より高い精度で駆動信号の調整が可能となる。
なお、他の構成は、上記実施の形態１またはその変形例１と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
＜実施の形態２＞
次に、本発明の実施の形態２による位置検出システム２の構成および動作を、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明において、本発明の実施の形態１と同様の構成については、同一の符号を付し、その重複する説明を省略する。
次に、本発明の実施の形態２による位置検出システム２の構成および動作を、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明において、本発明の実施の形態１と同様の構成については、同一の符号を付し、その重複する説明を省略する。
（位置検出構成）
図９は、本実施の形態による位置検出システム２の概略構成を示す模式図である。図９と図１とを比較すると明らかなように、位置検出システム２は、図１に示す位置検出システム１と同様の構成において、センスコイルＳ近傍に補助コイルＥｘ＿１およびＥｘ＿２（以下、任意の補助コイルの符号をＥとする）が配置され、外部装置２００に補助コイルＥの駆動に用いる信号（以下、補助信号という）の振幅や位相を調整する補助コイル入力信号調整部２４０および補助コイル入力信号調整部２４０からの制御に従って補助コイルＥｘ＿１およびＥｘ＿２に入力する補助信号をそれぞれ生成する補助信号生成器（補助信号入力部ともいう）２４３ａおよび２４３ｂ（以下、任意の補助信号生成器の符号を２４３とする）と、が設けられた構成を備える。なお、図９では、補助信号生成器２４３ａおよび２４３ｂを外部装置２００とは別体とした場合の構成を例に挙げるが、本発明はこれに限定されず、外部装置２００内に設けられた構成であってもよい。また、図９に示す例では、駆動コイルＤｘ＿１およびＤｘ＿２で挟まれた空間に対し、センスコイルＳ＿５〜Ｓ＿８がこの空間内に配置され、センスコイルＳ＿１〜Ｓ＿４がこの空間外に配置される。他の構成は、図１に示す位置検出システム１と同様である。
図９は、本実施の形態による位置検出システム２の概略構成を示す模式図である。図９と図１とを比較すると明らかなように、位置検出システム２は、図１に示す位置検出システム１と同様の構成において、センスコイルＳ近傍に補助コイルＥｘ＿１およびＥｘ＿２（以下、任意の補助コイルの符号をＥとする）が配置され、外部装置２００に補助コイルＥの駆動に用いる信号（以下、補助信号という）の振幅や位相を調整する補助コイル入力信号調整部２４０および補助コイル入力信号調整部２４０からの制御に従って補助コイルＥｘ＿１およびＥｘ＿２に入力する補助信号をそれぞれ生成する補助信号生成器（補助信号入力部ともいう）２４３ａおよび２４３ｂ（以下、任意の補助信号生成器の符号を２４３とする）と、が設けられた構成を備える。なお、図９では、補助信号生成器２４３ａおよび２４３ｂを外部装置２００とは別体とした場合の構成を例に挙げるが、本発明はこれに限定されず、外部装置２００内に設けられた構成であってもよい。また、図９に示す例では、駆動コイルＤｘ＿１およびＤｘ＿２で挟まれた空間に対し、センスコイルＳ＿５〜Ｓ＿８がこの空間内に配置され、センスコイルＳ＿１〜Ｓ＿４がこの空間外に配置される。他の構成は、図１に示す位置検出システム１と同様である。
駆動磁界は、通常、対向して配置された駆動コイルＤｘ＿１およびＤｘ＿２では挟まれた空間内では略平行であるのに対し、この空間外（ただし、駆動コイルＤの近傍）では、平行な磁界とならず、外側への広がりを持つ。このため、センスコイルＳ＿５〜Ｓ＿８にはｘ軸方向に略平行な駆動磁界が入力されるのに対し、センスコイルＳ＿１〜Ｓ＿４にはｘ軸方向と平行でない駆動磁界が入力される。
また、通常、駆動コイルＤに近いセンスコイルＳほど入力する駆動磁界の強度が大きい。このため、図９に示す例では、駆動コイルＤｘ＿１およびＤｘ＿２にそれぞれ近いセンスコイルＳ＿１およびＳ＿４ほど、読み出される検出信号がサチレーション（飽和）し易い。
そこで本実施の形態では、図９に示すように、駆動コイルＤが発生した駆動磁界の影響を受けやすいセンスコイルＳ、例えば駆動コイルＤに近接して配置されたセンスコイルＳ＿１およびＳ＿４の近傍に補助コイルＥｘ＿１およびＥｘ＿２をそれぞれ設ける。各駆動コイルＥは、各センスコイルＳから検出信号を読み出す際に各センスコイルＳに入力される駆動磁界を打ち消す磁界（以下、これを補助磁界という）を発生するように駆動される。これにより、センスコイルＳから読み出す検出信号に含まれる駆動磁界の成分を低減することが可能となるため、より強度の大きい駆動磁界を発生させることができ、結果、より精度の高い位置検出が可能となる。
また、図９における補助コイル入力信号調整部２４０と補助信号生成器２４３と補助コイルＥとは、各センスコイルＳに入力する駆動磁界を打ち消す補助磁界を発生させる機構（以下、補助系システムという）として機能する。
補助コイル入力信号調整部２４０は、制御部２０１から入力された制御信号に従って、共振周波数Ｆ０と略等しい周波数の信号波形を算出し、この信号波形をセンスコイルＳに対して最適な補助磁界を発生させる補助コイルＥを駆動する補助信号生成器２４３へ出力する。なお、複数の補助コイルＥは同時に駆動されてもよい。
各補助信号生成器２４３は、補助コイル入力信号調整部２４０から入力された信号波形に従って補助信号を生成し、これを電流増幅した後、増幅後の補助信号を補助コイルＥへ入力する。増幅後の補助信号が入力された補助コイルＥは、ＬＣマーカ１０のＬＣ共振回路１１１が持つ共振周波数Ｆ０と略等しい周波数の補助磁界を発生することで、読み出し対象のセンスコイルＳに入力される駆動磁界を打ち消す。
（位置検出動作）
次に、本実施の形態による位置検出システム２の位置検出の動作について詳細に説明する。本実施の形態では、上述したように、駆動信号生成器２３３から駆動信号を出力して駆動コイルＤに駆動磁界を発生させることで、ＬＣマーカ１０に共振磁界を発生させる。この共振磁界は他の共振周波数Ｆ０の磁界と共にセンスコイルＳによって検出信号として検出される。この際、補助信号生成器２４３から補助信号を出力して補助コイルＥに補助信号を発生させることで、読み出し対象のセンスコイルＳに入力される駆動磁界を打ち消す補助磁界を発生する。各センスコイルＳから読み出した検出信号は、検出磁界の情報を示すＦＦＴデータに変換される。このＦＦＴデータを用いてキャリブレーション処理および補正処理を含む位置検出処理を実行することで、ＬＣマーカ１０の位置や向きが導出される。
次に、本実施の形態による位置検出システム２の位置検出の動作について詳細に説明する。本実施の形態では、上述したように、駆動信号生成器２３３から駆動信号を出力して駆動コイルＤに駆動磁界を発生させることで、ＬＣマーカ１０に共振磁界を発生させる。この共振磁界は他の共振周波数Ｆ０の磁界と共にセンスコイルＳによって検出信号として検出される。この際、補助信号生成器２４３から補助信号を出力して補助コイルＥに補助信号を発生させることで、読み出し対象のセンスコイルＳに入力される駆動磁界を打ち消す補助磁界を発生する。各センスコイルＳから読み出した検出信号は、検出磁界の情報を示すＦＦＴデータに変換される。このＦＦＴデータを用いてキャリブレーション処理および補正処理を含む位置検出処理を実行することで、ＬＣマーカ１０の位置や向きが導出される。
そこで本実施の形態では、駆動磁界と補助磁界との強度および位相を調整することで、センスコイルＳより読み出される検出信号をサチレーションさせることなく、且つ、高い分解能を得るのに十分な強度および位相の駆動磁界および補助磁界を検出空間Ｋ１内に形成する。これにより、検出空間Ｋ１内に最適な駆動磁界および補助磁界を形成することができ、結果、位置検出精度を向上することが可能となる。
本実施の形態において、駆動磁界および補助磁界の強度および位相は、上記実施の形態１と同様に、評価関数を用いて調整される。ただし、各評価関数は、後述のようになる。なお、以下では、センスコイルＳの個数を８つ（Ｓ＿１〜Ｓ＿８）とし、駆動コイルＤの組数を１つ（Ｄｘ＿１およびＤｘ＿２）とし、補助コイルＥの個数を２つ（Ｅｘ＿１およびＥｘ＿２）とし、それぞれが図９に示すように配置された場合について説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、適宜変形することが可能であることは言うまでもない。
また、本実施の形態による評価関数を設定するにあたり、駆動コイルＤｘ＿１およびＤｘ＿２それぞれに入力する駆動信号の振幅をそれぞれＶＤｘ＿１およびＶＤｘ＿２とし、補助コイルＥｘ＿１およびＥｘ＿２それぞれに入力する駆動信号の振幅をそれぞれＶＥｘ＿１およびＶＥｘ＿２とする。振幅ＶＤｘ＿１、ＶＤｘ＿２、ＶＥｘ＿１およびＶＥｘ＿２は、電圧値ＶＳ＿１〜ＶＳ＿８と同じく、評価関数に使用されるパラメータである。なお、電圧値ＶＳ＿１〜ＶＳ＿８において、ＶＳ＿１の位相に対して同相の電圧値を正、逆相の電圧値を負とする。
・位相調整
まず、同時に駆動する複数の駆動コイルＤｘ＿１およびＤｘ＿２それぞれに入力する駆動信号ならびに補助コイルＥｘ＿１およびＥｘ＿２それぞれに入力する補助信号の位相を調整する流れについて説明する。例えば補助コイルＥｘ＿１がセンスコイルＳ＿１およびＳ＿２に入力する駆動磁界を打ち消すのに最適な補助コイルＥであるとすると、駆動コイルＤｘ＿１と補助コイルＥｘ＿１とがそれぞれ発生する磁界の位相を調整するための位相評価関数（以下、これを第１ａ位相評価関数という）は、上述のパラメータを用いて以下の式７で表すことができる。
まず、同時に駆動する複数の駆動コイルＤｘ＿１およびＤｘ＿２それぞれに入力する駆動信号ならびに補助コイルＥｘ＿１およびＥｘ＿２それぞれに入力する補助信号の位相を調整する流れについて説明する。例えば補助コイルＥｘ＿１がセンスコイルＳ＿１およびＳ＿２に入力する駆動磁界を打ち消すのに最適な補助コイルＥであるとすると、駆動コイルＤｘ＿１と補助コイルＥｘ＿１とがそれぞれ発生する磁界の位相を調整するための位相評価関数（以下、これを第１ａ位相評価関数という）は、上述のパラメータを用いて以下の式７で表すことができる。
ここで、第１ａ位相評価関数の解、すなわち、センスコイルＳ＿１およびＳ＿２に入力する駆動磁界の強度と補助磁界の強度との合計値Ｆ１は、駆動コイルＤｘ＿１および補助コイルＥｘ＿１それぞれが発生する磁界の位相が揃っているほど小さくなり、２つの磁界の位相が揃った場合に最小になる。
また、例えば補助コイルＥｘ＿２がセンスコイルＳ＿４およびＳ＿３に入力する駆動磁界を打ち消すのに最適な補助コイルＥであるとすると、駆動コイルＤｘ＿２と補助コイルＥｘ＿２とがそれぞれ発生する磁界の位相を調整するための位相評価関数（以下、これを第１ｂ位相評価関数という）は、上述のパラメータを用いて以下の式８で表すことができる。
ここで、第１ｂ位相評価関数の解、すなわち、センスコイルＳ＿４およびＳ＿３に入力する駆動磁界の強度と補助磁界の強度との合計値Ｆ２は、駆動コイルＤｘ＿２および補助コイルＥｘ＿２それぞれが発生する磁界の位相が揃っているほど小さくなり、２つの磁界の位相が揃った場合に最小になる。
さらに、駆動コイルＤｘ＿１およびＤｘ＿２がそれぞれ発生した磁界がセンスコイル面で打ち消し合う場合、駆動コイルＤｘ＿１およびＤｘ＿２それぞれが発生する磁界の位相を調整するための位相評価関数（以下、これを第２位相評価関数という）は、上述のパラメータを用いて以下の式９で表すことができる。
ここで、合計値Ｆ３は、複数の駆動コイルＤｘ＿１およびＤｘ＿２それぞれが発生する磁界の位相が揃っているほど小さくなり、２つの磁界の位相が揃った場合に最小になる。
以上のことから、本実施の形態では、上記第１ａ、第１ｂおよび第２位相評価関数を用いて、駆動コイルＤに入力する駆動信号および補助コイルＥに入力する補助信号の位相を調整する。
位相調整では、式７〜式９に示される各位相評価関数の解（合計値Ｆ１〜Ｆ３）が最小値もしくはあらかじめ設定しておいた所定値以下となるように、各駆動コイルＤおよび補助コイルＥへ入力する駆動信号および補助信号の位相を調整する。
・振幅調整
次に、同時に駆動する駆動コイルＤｘ＿１およびＤｘ＿２にそれぞれ入力する駆動信号ならびに補助コイルＥｘ＿１およびＥｘ＿２にそれぞれ入力する補助信号の振幅を調整する流れについて説明する。なお、駆動信号および補助信号の振幅調整では、例えば駆動コイルＤと補助コイルＥとに優先順位を設け、駆動コイルＤに入力する駆動信号が優先して最適な振幅となるように調整するように構成してもよい。
次に、同時に駆動する駆動コイルＤｘ＿１およびＤｘ＿２にそれぞれ入力する駆動信号ならびに補助コイルＥｘ＿１およびＥｘ＿２にそれぞれ入力する補助信号の振幅を調整する流れについて説明する。なお、駆動信号および補助信号の振幅調整では、例えば駆動コイルＤと補助コイルＥとに優先順位を設け、駆動コイルＤに入力する駆動信号が優先して最適な振幅となるように調整するように構成してもよい。
本実施の形態による振幅調整では、例えば以下に示す式１０〜式１２を振幅調整用の評価関数（以下、それぞれ第１、第２ａおよび第２ｂ振幅評価関数という）として用いる。なお、式１０の第１振幅評価関数は駆動コイルＤｘ＿１およびＤｘ＿２用の評価関数であり、式１１の第２ａ振幅評価関数は補助コイルＥｘ＿１用の評価関数であり、式１２の第２ｂ振幅評価関数は補助コイルＥｘ＿２用の評価関数である。なお、式１０において、ＶＤｍａｘは、駆動信号について設定可能な振幅の最大値である。
上記式１０は、サチレーションし易いセンスコイルＳ、すなわち駆動コイルＤｘ＿１の近傍に配置されたセンスコイルＳ＿１およびＳ＿５ならびに駆動コイルＤｘ＿２の近傍に配置されたセンスコイルＳ＿５およびＳ＿８から読み出された検出信号の電圧値ＶＳ＿１、ＶＳ＿５、ＶＳ＿４およびＶＳ＿８の絶対値と基準電圧値ＶＳｍａｘとの差の絶対値の和に、各センスコイルＳから読み出された検出信号の電圧値ＶＳ＿１〜ＶＳ＿８の逆数の和と、駆動信号が取り得る振幅の最大値ＶＤｍａｘに対する実際の駆動信号の振幅の差の和と、を加算する関数である。
そこで本実施の形態では、解Ａ１が最小値もしくはあらかじめ設定しておいた所定値以下となるように、各駆動コイルＤｘ＿１およびＤｘ＿２に入力する駆動信号の振幅を調整する。これにより、駆動磁界の強度を、各センスコイルＳより読み出される検出信号をサチレーションさせることなく、且つ、高い分解能を得るのに十分な程度の強度に調整することが可能となる。なお、式１０では、駆動コイルＤｘ＿１近傍のセンスコイルＳ＿１およびＳ＿５から読み出される検出信号の電圧値ＶＳ＿１およびＶＳ＿５ならびに駆動コイルＤｘ＿２近傍のセンスコイルＳ＿４およびＳ＿８から読み出される検出信号の電圧値ＶＳ＿４およびＶＳ＿８がサチレーションせずにできるだけ大きな値をとり、且つ、各センスコイルＳ＿１〜Ｓ＿８から読み出した検出信号の電圧値ＶＳ＿１〜ＶＳ＿８が０（ゼロ）とならないときに、解Ａ１が最小値となる。
また、上記式１１は、補助コイルＥｘ＿１が発生する補助磁界の影響を最も受けるセンスコイルＳ＿１から読み出した検出信号の電圧値ＶＳ＿１のＶＳｍａｘに対する差の絶対値を解Ａ２とする関数であり、上記式１２は、補助コイルＥｘ＿２が発生する補助磁界の影響を最も受けるセンスコイルＳ＿４から読み出した検出信号の電圧値ＶＳ＿４のＶＳｍａｘに対する差の絶対値を解Ａ３とする関数である。
そこで本実施の形態では、解Ａ２および解Ａ３がそれぞれあらかじめ設定しておいた所定値以下となるように、各補助コイルＥｘ＿１およびＥｘ＿２に入力する補助信号の振幅を調整する。これにより、駆動磁界の影響を受けやすいセンスコイルＳに入力される駆動磁界を的確に打ち消すことが可能となり、結果、各センスコイルＳより読み出される検出信号をサチレーションさせることなく、且つ、高い分解能を得るのに十分な程度の強度に調整することが可能となる。
次に、本実施の形態による駆動信号および補助信号調整動作について、図面を用いて詳細に説明する。図１０は、本実施の形態による駆動信号および補助信号調整動作の概略流れを示すフローチャートである。また、図１１Ａおよび図１１Ｂは図１０のステップＳ２０２における位相調整処理の流れを示すフローチャートであり、図１２は図１０のステップＳ２０３における振幅調整処理の流れを示すフローチャートである。なお、以下の説明では、図９のｘ軸、ｙ軸およびｚ軸それぞれの方向の駆動磁界を発生させる３組の駆動コイルＤとそれぞれの駆動コイルＤに応じた補助コイルＥとが設けられている場合を例に挙げる。
図１０に示すように、本実施の形態による駆動信号および補助信号調整動作では、まず、制御部２０１は、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸のうち何れかを選択し（ステップＳ２０１）、選択した軸に関する位相調整処理を式７〜式９に示す第１ａ、第１ｂおよび第２位相評価関数を用いて実行する（ステップＳ２０２）。続いて制御部２０１は、選択した軸に関する振幅調整処理を式１０〜式１２に示す第１〜第３振幅評価関数を用いて実行する（ステップＳ２０３）。その後、制御部２０１は、全ての軸を選択したか否か、すなわち全ての軸に関して位相調整処理および振幅調整処理を実行したか否かを判定し（ステップＳ２０４）、選択済みであれば（ステップＳ２０４のＹｅｓ）、駆動信号および補助信号調整処理を終了する。一方、選択済みでなければ（ステップＳ２０４のＮｏ）、ステップＳ２０１へ帰還して、未選択の軸を選択し、その後、同様の動作を実行する。
図１０のステップＳ２０２に示す位相調整処理では、図１１Ａに示すように、制御部２０１は、ステップＳ２０１（図１０参照）で選択された軸方向の駆動磁界を発生する対の駆動コイルＤを選択し（ステップＳ２１１）、選択した駆動コイルＤを初期値の振幅および位相で駆動する（ステップＳ２１２）。なお、以下では、説明の明確化のため、図１１ＡのステップＳ２１１で駆動コイルＤｘ＿１およびＤｘ＿２が選択された場合を例に挙げる。
次に制御部２０１は、各センスコイルＳ＿１〜Ｓ＿８から検出信号を読み出し（ステップＳ２１３）、各検出信号の電圧値ＶＳ＿１〜ＶＳ＿８から式９の第２位相評価関数を用いて解Ｆ３を算出する（ステップＳ２１４）。
次に制御部２０１は、ステップＳ２１４で算出した解Ｆ３が最小値または所定値以下であるか否かを判定し（ステップＳ２１５）、最小値または所定値以下でない場合（ステップＳ２１５のＮｏ）、選択中の駆動コイルＤｘ＿１およびＤｘ＿２のうち一方の駆動コイルＤｘ＿１に入力する駆動信号の位相を固定しつつ、他方の駆動コイルＤｘ＿２に入力する駆動信号の位相を変化させる（ステップＳ２１６）。続いて制御部２０１は、ステップＳ２１３へ帰還し、以降、第２位相評価関数の解Ｆ３が最小となるまで、駆動信号の位相を変化させる。
また、ステップＳ２１５の結果、ステップＳ２１４で算出した解Ｆ３が最小値または所定値以下であると判定された場合（ステップＳ２１５のＹｅｓ）、制御部２０１は、ステップＳ２０１（図１０参照）で選択された軸方向の駆動磁界を発生する駆動コイルＤのうち未選択の駆動コイルＤが存在するか否かを判定し（ステップＳ２１７）、未選択の駆動コイルＤが存在する場合（ステップＳ２１７のＹｅｓ）、ステップＳ２１１へ帰還して、未選択の駆動コイルＤを選択する。一方、未選択の駆動コイルＤが存在しない場合（ステップＳ２１７のＮｏ）、制御部２０１は、各駆動コイルＤに入力している各駆動信号の位相の情報を取得してこれをメモリ部２０２等に記録しておく（ステップＳ２１８）。
次に制御部２０１は、ステップＳ２０１（図１０参照）で選択した軸方向の補助磁界を発生する補助コイルＥのうち１つを選択し（ステップＳ２１９）、また、選択した補助コイルＥが発生する補助磁界を打ち消す駆動磁界を発生する駆動コイルＤを１つ選択する（ステップＳ２２０）。以下では、説明の明確化のため、図１０のステップＳ２０１においてｘ軸が選択され、図１１ＢのステップＳ２１９およびＳ２２０で補助コイルＥｘ＿１および駆動コイルＤｘ＿１が選択された場合を例に挙げる。
次に制御部２０１は、選択した駆動コイルＤｘ＿１および補助コイルＥｘ＿１を初期値の振幅および位相で駆動する（ステップＳ２２１）。続いて制御部２０１は、磁界情報取得部２１０を駆動して、複数のセンスコイルＳのうち選択した補助コイルＥｘ＿１に近接するセンスコイルＳ、すなわち選択した駆動コイルＤｘ＿１による影響を受け易いセンスコイルＳ＿１およびＳ＿２から検出信号を読み出し（ステップＳ２２２）、読み出した各検出信号の電圧値ＶＳ＿１およびＶＳ＿２から式７の第１ａ位相評価関数を用いて解Ｆ１を算出する（ステップＳ２２３）。
次に制御部２０１は、ステップＳ２２３で算出した解Ｆ１が最小値または所定値以下であるか否かを判定し（ステップＳ２２４）、最小値または所定値以下でない場合（ステップＳ２２４のＮｏ）、選択中の駆動コイルＤｘ＿１に入力する駆動信号の位相を固定しつつ、選択中の補助コイルＥｘ＿１に入力する補助信号の位相を変化させる（ステップＳ２２５）。続いて制御部２０１は、ステップＳ２２２へ帰還し、以降、第１ａ位相評価関数の解Ｆ１が最小値または所定値以下となるまで補助コイルＥｘ＿１に入力する補助信号の位相を変化させる。言い換えれば、制御部２０１は、駆動コイルＤｘ＿１に入力する駆動信号の位相に対して補助コイルＥｘ＿１に入力する補助信号の位相をスキャンすることで、第１ａ位相評価関数（式１）が最小値または所定値以下となるポイントを特定する。この結果、駆動コイルＤｘ＿１に発生する駆動磁界の位相と補助コイルＥｘ＿１に発生する補助磁界の位相とを一致させることが可能となる。
また、ステップＳ２２４の結果、ステップＳ２２３で算出した解Ｆ１が最小値または所定値以下であると判定された場合（ステップＳ２２４のＹｅｓ）、制御部２０１は、現在の各駆動信号の位相の情報を取得してこれをメモリ部２０２等に記録しておく（ステップＳ２２６）。
その後、制御部２０１は、選択されているｘ軸方向の補助磁界を発生する補助コイルＥのうち未選択の補助コイルＥがあるか否かを判定し（ステップＳ２２７）、未選択の補助コイルＥがある場合（ステップＳ２２７のＹｅｓ）、ステップＳ２１９へ帰還して、以降、未選択の補助コイルＥを選択して同様の動作を実行する。例えば上記の例では、補助コイルＥｘ＿１および補助コイルＥｘ＿２のうち補助コイルＥｘ＿２が未選択であるため、ステップＳ２１９へ帰還して補助コイルＥｘ＿２を選択し、また、この補助コイルＥｘ＿２が発生した補助磁場の影響を打ち消す駆動コイルＤｘ＿２を選択し、補助コイルＤｘ＿２からの補助磁場の影響を受け易いセンスコイルＳ＿３およびＳ＿４から読み出した検出信号と式８の第１ｂ位相評価関数とから算出される解Ｆ２を用いて、同様の動作を実行する。これにより、駆動コイルＤｘ＿１に入力される駆動信号と補助コイルＥｘ＿１に入力される補助信号との位相、および、駆動コイルＤｘ＿２に入力される駆動信号と補助コイルＥｘ＿２に入力される補助信号との位相がそれぞれ一致するように調整される。
一方、未選択の補助コイルＥがない場合（ステップＳ２２７のＮｏ）、制御部２０１は、図１０の駆動信号および補助信号調整動作へリターンする。これにより、同時に駆動される全ての駆動コイルＤおよび補助コイルＥについての駆動信号および補助信号の位相が一致するように調整される。
また、図１０のステップＳ２０３に示す振幅調整処理では、図１２に示すように、制御部２０１は、ステップＳ２０１（図１０参照）で選択した軸方向の駆動磁界を発生する対の駆動コイルＤおよびこの駆動コイルＤが発生した駆動磁界によるセンスコイルＳへの影響を打ち消す補助コイルＥをそれぞれ選択し（ステップＳ２４１）、選択した駆動コイルＤおよび補助コイルＥが位相調整処理で調整した位相で且つ初期値の振幅の駆動信号で駆動されるように、駆動コイル入力信号調整部２３０および補助コイル入力信号調整部２４０を駆動する（ステップＳ２４２）。これにより、駆動コイル入力信号調整部２３０から選択中の駆動コイルＤに接続された駆動信号生成器２３３へ調整された位相および初期値の振幅の駆動信号を生成させるための信号波形が入力され、駆動信号生成器２３３において駆動信号が生成されて駆動コイルＤに入力される。また、補助コイル入力信号調整部２４０から選択中の補助コイルＥに接続された補助信号生成器２４３へ調整された位相および初期値の振幅の補助信号を生成させるための信号波形が入力され、補助信号生成器２４３において補助信号が生成されて駆動コイルＥに入力される。この結果、選択中の駆動コイルＤから駆動信号に応じた磁界が発生して、検出空間Ｋ１内に調整された位相で且つ初期強度の駆動磁界が形成され、また、選択中の補助コイルＥから補助信号に応じた磁界が発生して、センスコイルＳに入力する駆動磁界が打ち消される。なお、以下では、説明の簡略化のため、駆動コイルＤｘ＿１およびＤｘ＿２と補助コイルＥｘ＿１およびＥｘ＿２とが選択された場合を例に挙げる。
次に制御部２０１は、磁界情報取得部２１０を駆動して、各センスコイルＳ＿１〜Ｓ＿８から検出信号を読み出し（ステップＳ２４３）、各検出信号の電圧値ＶＳ＿１〜ＶＳ＿８から式１０の第１振幅評価関数を用いて解Ａ１を算出する（ステップＳ２４４）。続いて、制御部２０１は、読み出した各検出信号の電圧値ＶＳ＿１〜ＶＳ＿８から式１１の第２ａ振幅評価関数および式１２の第２ｂ振幅評価関数を用いて解Ａ２および解Ａ３を算出する（ステップＳ２４５）。
次に制御部２０１は、ステップＳ２４５で算出した解Ａ２およびＡ３が最小値または所定値以下であるか否かを判定し（ステップＳ２４６）、最小値または所定値以下でない場合（ステップＳ２４６のＮｏ）、ステップＳ２５１へ移行して、選択中の各駆動コイルＤｘ＿１およびＤｘ＿２ならびに補助コイルＥｘ＿１およびＥｘ＿２に入力する駆動信号および補助信号の振幅を変化させる（ステップＳ２５１）。続いて制御部２０１は、ステップＳ２４３へ帰還し、以降、第２ａ振幅評価関数の解Ａ２および第２ｂ振幅評価関数の解Ａ３が最小値または所定値以下となるまで駆動信号および補助信号の振幅を変化させる。
また、ステップＳ２４６の結果、ステップＳ２４５で算出した解Ａ２およびＡ３が最小値または所定値以下であると判定された場合（ステップＳ２４６のＹｅｓ）、制御部２０１は、次にステップＳ２４４で算出した解Ａ１が所定値以下であるか否かを判定し（ステップＳ２４７）、所定値以下でない場合（ステップＳ２４７のＮｏ）、ステップＳ２５１へ移行して、上記と同様に、第１振幅評価関数の解Ａ１が所定値以下となるまで駆動信号および補助信号の振幅を変化させる。
また、ステップＳ２４７の結果、ステップＳ２４４で算出した解Ａ１が所定値以下であると判定された場合（ステップＳ２４７のＹｅｓ）、制御部２０１は、各センスコイルＳ＿１〜Ｓ＿８から読み出した検出信号が飽和しているか否かを判定し（ステップＳ２４８）、飽和している場合（ステップＳ２４８のＹｅｓ）、ステップＳ２５１へ移行して再度駆動信号および補助信号の振幅を調整する。一方、ステップＳ２４８の判定の結果、各検出信号が飽和していない場合（ステップＳ２４８のＮｏ）、次に制御部２０１は、各センスコイルＳ＿１〜Ｓ＿８から読み出した検出信号が０（ゼロ）であるか否かを判定し（ステップＳ２４９）、ゼロである場合（ステップＳ２４９のＹｅｓ）、ステップＳ２５１へ移行して再度駆動信号および補助信号の振幅を調整する。
一方、ステップＳ２４９の結果、各検出信号がゼロでない場合（ステップＳ２４９のＮｏ）、制御部２０１は、選択中の各駆動コイルＤおよび補助コイルＥに入力している各駆動信号および補助信号の振幅をメモリ部２０２等に記録しておき（ステップＳ２５０）、その後、図１０の駆動信号および補助信号調整動作へリターンする。
なお、本実施の形態による位置検出動作は、本発明の実施の形態１において図８を用いて説明した動作に、補助コイルＥによる駆動磁界の打ち消し動作を加えたものであるため、ここでは詳細な説明を省略する。
以上のように、本実施の形態による位置検出システム２は、被検体９００内に導入された状態で検出空間Ｋ１内に配置されるＬＣマーカ１０と、被検体９００外に配置される外部装置２００と、を備える。ＬＣマーカ１０は、検出空間Ｋ１内に形成された駆動磁界に応じて共振磁界を発生するＬＣ共振回路１１１を有している。外部装置２００は、同時に駆動されることで検出空間Ｋ１内に駆動磁界を形成する少なくとも２つの駆動コイルＤと、駆動コイルＤに駆動磁界を形成させる駆動信号をそれぞれ入力する少なくとも２つの駆動信号生成器２３３と、検出空間Ｋ内に形成された磁界を検出する少なくとも１つのセンスコイルＳと、制御部２０１および駆動コイル入力信号調整部２３０からなる信号調整部と、磁界情報取得部２１０および制御部２０１からなる位置導出部と、センスコイルＳの少なくとも１つに入力する駆動磁界を打ち消す補助磁界を発生する補助コイルＥと、補助コイルＥに補助磁界を発生させる補助信号を入力する補助信号入力部２４３と、を有している。この構成において、制御部２０１と駆動コイル入力信号調整部２３０とは、センスコイルＳで検出された磁界に基づいて駆動信号生成器２３３が駆動コイルＤそれぞれに入力する駆動信号の位相および振幅の少なくとも一方を調整する信号調整部として機能する。また、磁界情報取得部２１０と制御部２０１とは、センスコイルＳで検出された磁界に基づいてＬＣマーカ１０の位置を導出する位置導出部として機能する。さらに、信号調整部は、センスコイルＳで検出された磁界に基づいて、駆動信号生成器２３３が駆動コイルＤの少なくとも１つに入力する駆動信号の位相および振幅の少なくとも一方、ならびに／もしくは、補助信号入力部２４３が補助コイルＥに入力する補助信号の位相および振幅の少なくとも一方を調整する。これにより、本実施の形態では、実際に検出空間Ｋ１内に形成された磁界を検出し、この検出結果に従って同時に駆動する駆動コイルＤおよび補助コイルＥに入力する駆動信号および補助信号の位相および振幅の少なくとも一方を調整するため、検出空間Ｋ１内に最適な駆動磁界および補助磁界を形成することができ、結果、装置特性に依らずに最適な駆動磁界および補助磁界を発生して精度良くＬＣマーカ１０の位置を検出することが可能な位置検出システム２およびその位置検出方法を実現することが可能となる。
また、制御部２０１および駆動コイル入力信号調整部２３０よりなる信号調整部は、センスコイルＳで検出された磁界の強度（例えば電圧値ＶＳ）から駆動信号および／または補助信号の位相および振幅の少なくとも一方を評価する評価関数を用いて駆動信号および／または補助信号の位相および振幅の少なくとも一方を調整する。この評価関数には、例えば、センスコイルＳのうち駆動コイルＤおよび補助コイルＥと近接するセンスコイルＳで検出された磁界の強度（電圧値ＶＳ）の絶対値の総和を算出する第１ａおよび第１ｂ位相評価関数（式７および式８参照）と、センスコイルＳで検出された磁界の強度（電圧値ＶＳ）の絶対値の総和を算出する第２位相評価関数（式９参照）と、が含まれる。信号調整部は、駆動コイルＤに駆動信号を入力し且つ補助コイルＥに補助信号を入力した場合に第１ａおよび第１ｂ位相評価関数の解Ｆ１およびＦ２が最小値または所定値以下となるように補助信号の位相を調整し、第２位相評価関数の解Ｆ３が最小値または所定値以下となるように駆動信号の位相を調整する。これにより、同時に駆動する複数の駆動コイルＤおよび補助コイルＥに入力する駆動信号および補助信号の位相を揃えることが可能となる。
また、評価関数には、センスコイルＳで検出された磁界の強度（電圧値ＶＳ）とあらかじめ設定しておいた所定値との差の絶対値の総和にセンスコイルＳで検出された磁界の強度（電圧値ＶＳ）の逆数の総和を加算する第１振幅評価関数（式１０参照）と、センスコイルＳのうち駆動コイルＤおよび補助コイルＥと近接するセンスコイルＳで検出された磁界の強度（電圧値ＶＳ）とあらかじめ設定しておいた所定値との差の絶対値を算出する第２ａおよび第２ｂ位相評価関数（式１１および式１２参照）と、が含まれる。信号調整部は、選択中の駆動コイルＤおよび補助コイルＥに駆動信号および補助信号それぞれを入力した場合に第１振幅評価関数の解Ａ１ならびに第２ａおよび第２ｂ振幅評価関数の解Ａ２およびＡ３が最小値または所定値以下となるように駆動信号および補助信号の振幅を調整する。これにより、同時に駆動する複数の駆動コイルＤおよび補助コイルＥに入力する駆動信号および補助信号の振幅を調整することが可能となる。
（変形例１）
また、本実施の形態による第１、第２ａおよび第２ｂ振幅評価関数は、以下の式１３〜式１５のように変形することができる。以下、これを本実施の形態の変形例１として説明する。
また、本実施の形態による第１、第２ａおよび第２ｂ振幅評価関数は、以下の式１３〜式１５のように変形することができる。以下、これを本実施の形態の変形例１として説明する。
上記式１３に示す第１振幅評価関数は、式１０に示す第１振幅評価関数の変形例であり、各センスコイルＳから読み出された電圧値ＶＳ＿１〜ＶＳ＿８の理想値ＶＳ＿１ｒ〜ＶＳ＿８ｒに対する誤差の絶対値の和（解Ａ１）を算出する関数である。これは、上述した実施の形態１の変形例１による振幅評価関数（式３）と同様であるため、詳細な説明を省略する。
また、上記式１４または式１５に示す第２ａまたは第２ｂ振幅評価関数は、補助コイルＥに最も近接したセンスコイルＳ＿１またはＳ＿４から読み出した検出信号の電圧値ＶＳ＿１またはＶＳ＿４とその理想値ＶＳ＿１ｒまたはＶＳ＿４ｒとの差を算出する関数である。そこで、第２ａおよび第２ｂ振幅評価関数の解Ａ２およびＡ３が最小値または所定値以下となるように補助コイルＥｘ＿１およびＥｘ＿２に入力する補助信号の振幅を調整することで、センスコイルＳ＿１〜Ｓ＿４に入力される駆動磁界を的確に打ち消すことが可能となるため、より精度の高い位置検出が可能となる。なお、他の構成は、上記実施の形態１と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
（変形例２）
また、本実施の形態およびその変形例１で例示した各評価関数（式７〜式１５参照）は、上記実施の形態１の変形例２と同様に、各センスコイルＳ＿１〜Ｓ＿８ならびに駆動コイルＤｘ＿１およびＤｘ＿２の重みをあらかじめ設定しておき、この重み付けが考慮されるように構成してもよい（以下に示す式１６〜式２４参照）。なお、式１６において、αは駆動コイルＤｘ＿１に対する重みであり、βは駆動コイルＤｘ＿２に対する重みである。
また、本実施の形態およびその変形例１で例示した各評価関数（式７〜式１５参照）は、上記実施の形態１の変形例２と同様に、各センスコイルＳ＿１〜Ｓ＿８ならびに駆動コイルＤｘ＿１およびＤｘ＿２の重みをあらかじめ設定しておき、この重み付けが考慮されるように構成してもよい（以下に示す式１６〜式２４参照）。なお、式１６において、αは駆動コイルＤｘ＿１に対する重みであり、βは駆動コイルＤｘ＿２に対する重みである。
また、上記のような重みを、駆動信号および／または補助信号の振幅および位相の少なくとも一方やセンスコイルＳで検出された磁界の強度との少なくとも一方などに基づいて、制御部２０１（信号調整部）が変更するように構成してもよい。この場合、例えば制御部２０１は、駆動信号または補助信号の位相または振幅を大きく変更した場合、これにより影響を受けるセンスコイルＳに対する重みを大きくし、影響を受け難いセンスコイルＳに対する重みを軽くする。これにより、上記各評価関数を位相または振幅の変更に対してセンシティブな評価関数とすることが可能となるため、より高い精度で駆動信号および補助信号の調整が可能となる。
なお、他の構成は、上記実施の形態１または２（変形例を含む）と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
＜実施の形態３＞
次に、本発明の実施の形態３による位置検出磁気誘導システム３の構成および動作について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明において、本発明の実施の形態１または２と同様の構成については、同一の符号を付し、その重複する説明を省略する。
次に、本発明の実施の形態３による位置検出磁気誘導システム３の構成および動作について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明において、本発明の実施の形態１または２と同様の構成については、同一の符号を付し、その重複する説明を省略する。
図１３は、本実施の形態による位置検出磁気誘導システム３の概略構成を示す模式図である。図１３に示すように、位置検出磁気誘導システム３は、検出体としてのＬＣマーカ２０が導入された被検体を収容する検出空間Ｋ１と、検出空間Ｋ１内のＬＣマーカ２０の位置および向き（姿勢または方向ともいう）を検出する外部装置３００と、を備える。
・ＬＣマーカ
本実施の形態によるＬＣマーカ２０は、図１４に示すように、上記実施の形態におけるＬＣマーカ１０（図２参照）と同様の構成において、さらに永久磁石Ｍ１２を備えている。この永久磁石Ｍ１２は、ＬＣマーカ２０の筐体１８に対して固定されており、後述するガイダンス磁界が作用することで、ＬＣマーカ２０の位置や向きを変化させる推進力や回転力をＬＣマーカ２０に発生させる。なお、本発明では永久磁石Ｍ１２に限らず、後述するガイダンス磁界が作用する磁界を発生させることが可能な構成であれば如何様にも変更することが可能である。また、他の構成は、上述の実施の形態によるＬＣマーカ１０と同様である。
本実施の形態によるＬＣマーカ２０は、図１４に示すように、上記実施の形態におけるＬＣマーカ１０（図２参照）と同様の構成において、さらに永久磁石Ｍ１２を備えている。この永久磁石Ｍ１２は、ＬＣマーカ２０の筐体１８に対して固定されており、後述するガイダンス磁界が作用することで、ＬＣマーカ２０の位置や向きを変化させる推進力や回転力をＬＣマーカ２０に発生させる。なお、本発明では永久磁石Ｍ１２に限らず、後述するガイダンス磁界が作用する磁界を発生させることが可能な構成であれば如何様にも変更することが可能である。また、他の構成は、上述の実施の形態によるＬＣマーカ１０と同様である。
また、検出空間Ｋ１には、上記各実施の形態と同様に、検出空間Ｋ１内にそれぞれ異なる方向の略均一な駆動磁界を形成する駆動コイルＤｘ、ＤｙおよびＤｚ（以下、任意の駆動コイルの符号をＤとする）と、ＬＣマーカ２０のＬＣ共振回路１１１が発生した共振磁界を検出する複数のセンスコイルＳ＿１、Ｓ＿２、…（以下、任意のセンスコイルの符号をＳとする）と、が配設される。さらに、検出空間Ｋ１には、検出空間Ｋ１内にそれぞれ異なる方向のガイダンス磁気を形成するガイダンスコイルＧ＿ｘ、Ｇ＿ｙおよびＧ＿ｚ（以下、任意のガイダンスコイルの符号をＧとする）が配設される。ただし、図１３では、説明の明確化のため、それぞれ対を成す駆動コイルＤのうち一方の駆動コイルを省略する。また、図１３では、検出空間Ｋ１の天井側に設けられたセンスコイルＳを省略する。さらに、特に図示されていない構成についても、上記実施の形態で説明した検出空間Ｋ１の構成と同様である。
各ガイダンスコイルＧは、それぞれ検出空間Ｋ１を挟んで対向する不図示のガイダンスコイルと対をなし、それぞれＬＣマーカ２０（特に永久磁石Ｍ１２）の位置や向きに応じてＬＣマーカ２０を目標とする位置や向きへ誘導するためのガイダンス磁界を検出空間Ｋ１内に形成する。なお、以下では、説明の簡略化のため、図示されている方のガイダンスコイルＧに着目する。
また、外部装置３００は、制御部２０１とメモリ部２０２と操作入力部２０３と表示部２０４と無線受信部２０５と無線送信部２０６との他に、駆動コイル入力信号調整部２３０と磁気情報取得部３１０と位置情報演算部２２０とガイダンスコイル駆動部３４０とを備える。
駆動コイル入力信号調整部２３０は、上記した各実施の形態と同様である。この駆動コイル入力信号調整部２３０は、例えば、制御部２０１から入力された信号に基づいて駆動信号を生成する駆動信号生成部２３１と、制御部２０１からの制御に従って駆動信号を入力する駆動コイルＤを切り替える駆動コイル切替部２３２と、を含む。なお、駆動信号生成部２３１は、上記した実施の形態における駆動信号生成器２３３を各駆動コイルＤに対して共通化したものである。したがって、この駆動信号生成部２３１は、駆動コイルＤごとに設けられた駆動信号生成器２３３ａ、２３３ｂ、…に置き換えてもよい。
磁気情報取得部３１０は、例えば、信号検出部３１１とセンスコイル選択部３１２と干渉補正部３１３とを含む。
センスコイル選択部３１２は、例えば、制御部２０１からの制御の下、信号検出部３１１が検出信号の読み出し対象とするセンスコイルＳを複数のセンスコイルＳの中から選択する。
信号検出部３１１は、定期的または不定期に、センスコイルＳに生じた電圧変化を検出信号として読み出し、読み出した検出信号に適宜、増幅、帯域制限、Ａ／Ｄ変換、および、高速フーリエ変換などの処理を実行することで、選択中のセンスコイルＳに入力された磁界の情報を示すＦＦＴデータ（または検出値）を生成する。なお、各センスコイルＳから読み出した検出信号は、各センスコイルＳが配置された位置における磁界の強度や位相などの磁界情報を電圧の変化で表した信号である。また、ＦＦＴデータは、センスコイルＳから読み出した検出信号に含まれる磁界情報を強度と位相との成分よりなる情報に変換したデータである。このように生成されたＦＦＴデータは、例えばセンスコイル選択部２１２を介して干渉補正部３１３に入力される。
干渉補正部２１３は、センスコイル選択部３１２を介して入力されたＦＦＴデータからこれに含まれる干渉磁界などの不要磁界の成分を除去する。なお、不要磁界については、上述の各実施の形態で説明した、駆動コイルＤがＬＣ共振回路１１１からの共振磁界によって励起されて生じた不要磁界の他に、ガイダンスコイルＧが共振回路１１１からの共振磁界によって励起されて生じた不要磁界も含まれる。このガイダンスコイルＧからの不要磁界についても、上述の各実施の形態で説明した駆動コイルＤからの不要磁界と同様の方法で除去することが可能であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
なお、本実施の形態では、磁気情報取得部３１０を例示するが、本発明はこれに限定されず、上記各実施の形態で説明した磁気情報取得部２１０を用いることも可能である。
磁気情報取得部３１０は、取得した不要磁界成分除去後の磁界情報（ＦＦＴデータ）を位置情報演算部２２０に入力する。なお、位置情報演算部２２０は、上述した各実施の形態と同様に、入力したＦＦＴデータを用いてＬＣマーカ２０の位置および向きを導出し、これを制御部２０１へ入力する。なお、磁気情報取得部３１０からのＦＦＴデータは、制御部２０１を介して位置情報演算部２２０に入力されてもよい。
ガイダンスコイル駆動部３４０とガイダンスコイルＧとは、ＬＣマーカ２０に固定された永久磁石Ｍ１２に作用するガイダンス磁界を検出空間Ｋ１内に形成して、ＬＣマーカ２０を目標の位置および向きへ誘導するための構成である。なお、目標の位置および向きは、例えば操作者が操作入力部２０３を操作して制御部２０１へ入力される。
ガイダンスコイル駆動部３４０は、例えば、位置情報演算部２２０において導出されたＬＣマーカ２０の位置および向きと制御部２０１から入力された目標の位置および向きとに基づいて、ＬＣマーカ２０を目標の位置および向きへ誘導するための情報（以下、これをガイダンス情報という）を取得し、このガイダンス情報に基づいて共振周波数Ｆ０と異なる周波数の信号波形を１つ以上生成し、この信号波形を用いて１つ以上のガイダンスコイルＧに入力するガイダンス信号を適宜生成する。また、ガイダンスコイル駆動部３４０は、生成したガイダンス信号を適宜電流増幅した後、増幅後のガイダンス信号を該当するガイダンスコイルＧへ出力する。これにより、検出空間Ｋ１内にＬＣマーカ２０を目標の位置および向きへ誘導するためのガイダンス磁界が形成される。
なお、ガイダンス情報は、目標とする位置および向きや、目標とするＬＣマーカ２０の速度および角速度や、目標とするＬＣマーカ２０の加速度および角加速度など、種々の情報を用いることができる。
さらに、ガイダンス情報は、例えば、入力されたＬＣマーカ２０の現在の位置および向きならびに目標の位置および向きに対応づけてルックアップテーブルなどに予め登録されていてもよい。ただし、これに限定されず、例えば入力されたＬＣマーカ２０の現在の位置および向きと目標の位置および向きとから求まる、ＬＣマーカ２０へ要求する移動量および姿勢の変化量をベクトルで表したものに、予め求めておいたガイダンス情報を対応づけて、ＬＵＴ等で管理されていてもよい。
また、位相評価関数や振幅評価関数等の評価関数（式１〜式２４参照）を含む他の構成は、上記した各実施の形態と同様である。したがって、本実施の形態によっても、上記した各実施の形態と同様の効果を奏することが可能となる。さらに、本実施の形態では、ガイダンスコイルＧからの干渉磁界についても除去することが可能となるため、ＬＣマーカ２０を磁気（ガイダンス磁界）により誘導可能なシステムにおいても、実際に検出空間Ｋ１内に形成された磁界を検出し、この検出結果に従って同時に駆動する駆動コイルＤに入力する駆動信号の位相および振幅の少なくとも一方を調整するため、検出空間Ｋ１内に最適な駆動磁界を形成することができ、結果、装置特性に依らずに最適な駆動磁界を発生して精度良くＬＣマーカ２０の位置を検出することが可能な位置検出磁気誘導システム３およびその位置検出磁気誘導方法を実現することが可能となる。
なお、本実施の形態についても、上述の他の実施の形態と同様に、その変形例を適用することが可能であることは言うまでもない。
また、上記実施の形態は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、仕様等に応じて種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施の形態が可能であることは上記記載から自明である。
例えば、本発明による位置検出方法は、駆動磁界を形成する少なくとも２つの駆動コイルと該駆動コイルが発生した駆動磁界を一部の空間で打ち消す補助磁界を発生する補助コイルとが配置された検出空間内に導入されて前記駆動磁界に応じて共振磁界を発生する検出体の位置を検出する位置検出方法であって、前記検出空間内に前記検出体が導入されていない状態で、前記少なくとも２つの駆動コイルそれぞれに駆動信号を入力することで前記検出空間内に形成された磁界、ならびに、前記少なくとも２つの駆動コイルのうち少なくとも１つと前記補助コイルとにそれぞれ駆動信号および補助信号を入力することで前記検出空間内に形成された磁界を、少なくとも１つのセンスコイルで検出する第１検出ステップと、前記第１検出ステップで検出された磁界に基づいて前記駆動信号および前記補助信号の位相および振幅の少なくとも一方を調整する調整ステップと、前記検出空間内に前記検出体が導入された状態で前記調整ステップで位相または振幅の少なくとも一方が調整された駆動信号および補助信号を前記駆動コイルおよび前記補助コイルにそれぞれ入力することで前記検出空間内に駆動磁界および補助磁界を形成する駆動ステップと、前記駆動ステップで前記検出空間内に前記駆動磁界および前記補助磁界を形成した際の前記検出空間内の磁界を少なくとも１つのセンスコイルで検出する第２検出ステップと、前記第２検出ステップで検出された磁界に基づいて前記検出体の位置を導出する位置導出ステップと、を含んでもよい。
また、上述の位置検出方法は、前記調整ステップが、前記センスコイルで検出された磁界の強度から前記駆動信号および／または前記補助信号の位相および振幅の少なくとも一方を評価する評価関数を用いて前記駆動信号および／または前記補助信号の位相および振幅の少なくとも一方を調整してもよい。
また、上述の位置検出方法は、前記調整ステップが、前記センスコイルのうち前記駆動コイルおよび前記補助コイルと近接するセンスコイルで検出された磁界の強度の絶対値の総和を算出する第１位相評価関数と、前記センスコイルで検出された磁界の強度の絶対値の総和を算出する第２位相評価関数と、を用い、前記駆動コイルに前記駆動信号を入力し且つ前記補助コイルに前記補助信号を入力した場合に前記第１位相評価関数の解が最小値または所定値以下となるように前記補助信号の位相を調整し、前記第２位相評価関数の解が最小値または所定値以下となるように前記駆動信号の位相を調整してもよい。
また、上述の位置検出方法は、前記調整ステップが、前記センスコイルで検出された磁界の強度とあらかじめ設定しておいた所定値との差の絶対値の総和に前記センスコイルで検出された磁界の強度の逆数の総和を加算する第１振幅評価関数と、前記センスコイルのうち前記駆動コイルおよび前記補助コイルと近接するセンスコイルで検出された磁界の強度とあらかじめ設定しておいた所定値との差の絶対値を算出する第２振幅評価関数と、を用い、前記駆動コイルに前記駆動信号を入力し且つ前記補助コイルに前記補助信号を入力した場合に、前記第１振幅評価関数が最小値または所定値以下となり、且つ、前記第２振幅評価関数が所定値以下となるように、前記駆動信号と前記補助信号との振幅を調整してもよい。
＜実施の形態４＞
次に、本発明の実施の形態４による位置検出システム４の構成および動作を、図面を用いて詳細に説明する。なお、本実施の形態は、後述する補助コイル１２４４ａおよび１２４４ｂを用いて各センスコイル１２１４に入力される駆動磁界ＤＭＦの成分を低減する位置検出システム４において、センスコイル１２１４ごとの最適な補助磁界ＳＭＦの強度を求めると共に、各センスコイル１２１４から読み出される検出信号Ｓｄｅｔに含まれる共振磁界ＲＭＦ以外の成分を実測値に基づいてキャンセルすることで、より精度を高めて共振磁界発生源（ＬＣマーカ１０の特にＬＣ共振回路１１１）の位置や向きを検出するためのものである。また、以下の説明において、本発明の実施の形態と同様の構成については、同一の符号を付し、その重複する説明を省略する。
次に、本発明の実施の形態４による位置検出システム４の構成および動作を、図面を用いて詳細に説明する。なお、本実施の形態は、後述する補助コイル１２４４ａおよび１２４４ｂを用いて各センスコイル１２１４に入力される駆動磁界ＤＭＦの成分を低減する位置検出システム４において、センスコイル１２１４ごとの最適な補助磁界ＳＭＦの強度を求めると共に、各センスコイル１２１４から読み出される検出信号Ｓｄｅｔに含まれる共振磁界ＲＭＦ以外の成分を実測値に基づいてキャンセルすることで、より精度を高めて共振磁界発生源（ＬＣマーカ１０の特にＬＣ共振回路１１１）の位置や向きを検出するためのものである。また、以下の説明において、本発明の実施の形態と同様の構成については、同一の符号を付し、その重複する説明を省略する。
（位置検出構成）
図１５は、本実施の形態による位置検出システム４の概略構成を示す模式図である。図１５に示すように、位置検出システム４は、被検体内導入装置としてのＬＣマーカ１０が導入された被検体９００を収容する円筒状の検出空間Ｋ２と、検出空間Ｋ２内のＬＣマーカ１０の位置および向き（姿勢）を検出する外部装置４００と、を備える。
図１５は、本実施の形態による位置検出システム４の概略構成を示す模式図である。図１５に示すように、位置検出システム４は、被検体内導入装置としてのＬＣマーカ１０が導入された被検体９００を収容する円筒状の検出空間Ｋ２と、検出空間Ｋ２内のＬＣマーカ１０の位置および向き（姿勢）を検出する外部装置４００と、を備える。
・ＬＣマーカ
本実施の形態によるＬＣマーカ１０は、図２に示すように、位置検出用の共振磁界を発生する共振磁界発生部１１（図１５参照）を有する。共振磁界発生部１１は、並列接続されたコンデンサ（Ｃ）とインダクタ（Ｌ）とよりなるＬＣ共振回路１１１を含み、外部から入力された共振周波数Ｆ０と略等しい周波数の位置検出用の磁界（以下、駆動磁界という）ＤＭＦによって励起することで、共振周波数Ｆ０の共振磁界（ＲＭＦ）を放出する。なお、共振周波数Ｆ０は、並列接続されたコンデンサ（Ｃ）とインダクタ（Ｌ）とによって決定されるＬＣ共振回路１１１の共振周波数である。また、他の構成は、上述の実施の形態１，２によるＬＣマーカ１０と同様である。
本実施の形態によるＬＣマーカ１０は、図２に示すように、位置検出用の共振磁界を発生する共振磁界発生部１１（図１５参照）を有する。共振磁界発生部１１は、並列接続されたコンデンサ（Ｃ）とインダクタ（Ｌ）とよりなるＬＣ共振回路１１１を含み、外部から入力された共振周波数Ｆ０と略等しい周波数の位置検出用の磁界（以下、駆動磁界という）ＤＭＦによって励起することで、共振周波数Ｆ０の共振磁界（ＲＭＦ）を放出する。なお、共振周波数Ｆ０は、並列接続されたコンデンサ（Ｃ）とインダクタ（Ｌ）とによって決定されるＬＣ共振回路１１１の共振周波数である。また、他の構成は、上述の実施の形態１，２によるＬＣマーカ１０と同様である。
・検出空間
図１５に戻り説明する。検出空間Ｋ２には、検出空間Ｋ２内に略均一な駆動磁界ＤＭＦを形成する駆動コイル１２２４ａおよび１２２４ｂと、ＬＣマーカ１０のＬＣ共振回路１１１が発生した共振磁界を検出する複数のセンスコイル１２１４、１２１５および複数のセンスコイル１２１４および１２１５がそれぞれ実装される配線基板１２１４Ｂおよび１２１５Ｂと、駆動磁界ＤＭＦの影響を特に受けやすいセンスコイル１２１４の近傍に配置された補助コイル１２４４ａおよび１２４４ｂと、が配設される。また、配線基板１２１４Ｂは、例えばＬＣマーカ１０が導入された被検体９００が載置される載置台１２５０の下側に設置される。
図１５に戻り説明する。検出空間Ｋ２には、検出空間Ｋ２内に略均一な駆動磁界ＤＭＦを形成する駆動コイル１２２４ａおよび１２２４ｂと、ＬＣマーカ１０のＬＣ共振回路１１１が発生した共振磁界を検出する複数のセンスコイル１２１４、１２１５および複数のセンスコイル１２１４および１２１５がそれぞれ実装される配線基板１２１４Ｂおよび１２１５Ｂと、駆動磁界ＤＭＦの影響を特に受けやすいセンスコイル１２１４の近傍に配置された補助コイル１２４４ａおよび１２４４ｂと、が配設される。また、配線基板１２１４Ｂは、例えばＬＣマーカ１０が導入された被検体９００が載置される載置台１２５０の下側に設置される。
検出空間Ｋ２を挟んで対向する駆動コイル１２２４ａおよび１２２４ｂは対をなし、例えば検出空間Ｋ２内にｘ軸方向に延在する磁力線よりなる略均一な駆動磁界ＤＭＦを発生する。なお、検出空間Ｋ２内にｘ軸と異なる方向へ延在する磁力線よりなる略均一な駆動磁界ＤＭＦを発生させる駆動コイルを別途設けてもよい。これによりＬＣマーカ１０のＬＣ共振回路１１１（特にインダクタ（Ｌ））が検出空間Ｋ２内において如何なる方向を向いたとしても、安定した強度の共振磁界をＬＣ共振回路１１１に発生させることが可能となり、この結果、ＬＣマーカ１０の位置検出精度を改善することが可能となる。また、以下の説明において、任意の駆動コイルの符号を１２２４として説明する。
各センスコイル１２１４および１２１５は、例えばｙ軸方向の磁界強度および方向を検出可能なコイルを含む磁気センサである。ただし、これに限定されず、例えば磁気抵抗素子や磁気インピーダンス素子（ＭＩ素子）などよりなる磁気センサを用いて各センスコイル１２１４および／または１２１５を構成してもよい。また、各センスコイル１２１４を、ｘ軸、ｙ軸またはｚ軸をそれぞれ検出する３つのコイルよりなる３軸磁気センサなどで構成することも可能である。
複数のセンスコイル１２１４または１２１５は、駆動磁界ＤＭＦの影響を受け難く且つＬＣ共振回路１１１が発生した共振磁界を検出し易い位置に配置される。本実施の形態では、複数のセンスコイル１２１４が検出空間Ｋ２の下側に配置された配線基板１２１４Ｂの底面（検出空間Ｋ２下側のｘ−ｙ平面）に２次元配列された例を示し、また、複数のセンスコイル１２１５が検出空間Ｋ２の上側に配置された配線基板１２１５Ｂの上面（検出空間上側のｘ−ｙ平面）に２次元配列された例を示す。
なお、センスコイル１２１４および１２１５のうち、例えば検出空間Ｋ２の下側に配置されたセンスコイル１２１４は、上側に配置されたセンスコイル１２１５と比べて駆動コイル１２２４に近接して配置される。このように駆動コイル１２２４に近接して配置されると、図１６Ａまたは図１６Ｂに示すように、各センスコイル１２１４には、駆動コイル１２２４が形成する駆動磁界ＤＭＦが強く入力する。なお、図１６Ａは、本実施の形態における駆動コイル１２２４ａが発生した駆動磁界ＤＭＦとセンスコイル１２１４との関係を示す図であり、図１６Ｂは、本実施の形態における駆動コイル１２２４ｂが発生した駆動磁界ＤＭＦとセンスコイル１２１４との関係を示す図である。
そこで本実施の形態では、各センスコイル１２１４に入力する駆動磁界ＤＭＦを打ち消す補助磁界ＳＭＦを出力するための補助コイル１２４４ａおよび１２４４ｂを設ける。補助コイル１２４４ａおよび１２４４ｂは、複数のセンスコイル１２１４のうちの何れかから信号（以下、これを検出信号Ｓｄｅｔという）を読み出す際に該当するセンスコイル１２１４に入力する駆動磁界ＤＭＦを打ち消すための補助磁界ＳＭＦを放出することで、各センスコイル１２１４に入力する駆動磁界ＤＭＦの成分を低減する。以下の説明において、任意の補助コイルの符号を１２４４として説明する。
ただし、駆動磁界ＤＭＦが各センスコイル１２１４へ与える影響は、駆動コイル１２２４とセンスコイル１２１４との位置関係に依って変化する。この影響は、通常、駆動コイル１２２４に近接しているセンスコイル１２１４ほど強い。そこで本実施の形態では、図１５および図１７Ａまたは図１７Ｂに示すように、複数のセンスコイル１２１４のうち駆動コイル１２２４の近傍に配置されたセンスコイル１２１４に最も強く補助磁界ＳＭＦが入力されるように、補助コイル１２４４を配置する。この際、各補助コイル１２４４から出力する磁力線の方向が近傍の最も駆動コイル１２２４に近接したセンスコイル１２１４へ向いているとよい。これにより、駆動磁界ＤＭＦを打ち消すために発生させる補助磁界ＳＭＦの磁界強度を抑えることが可能となる。なお、図１７Ａは、本実施の形態４における駆動コイル１２２４ａが発生した駆動磁界ＤＭＦと補助コイル１２４４ａが発生した補助磁界ＳＭＦとセンスコイル１２１４との関係を示す図であり、図１７Ｂは、本実施の形態４における駆動コイル１２２４ｂが発生した駆動磁界ＤＭＦと補助コイル１２４４ｂが発生した補助磁界ＳＭＦとセンスコイル１２１４との関係を示す図である。
また、上記では、センスコイル１２１４側に補助コイル１２４４を配設する場合を例に挙げたが、本発明はこれに限定されず、センスコイル１２１５側にも補助コイル１２４４を設けて各センスコイル１２１５に入力される駆動磁界ＤＭＦを低減するように構成してもよい。
・外部装置
また、外部装置４００は、駆動コイル１２２４の駆動に用いる信号（以下、駆動信号という）を出力する駆動磁界発生部１２２０と、補助コイル１２４４の駆動に用いる信号（以下、補助信号という）を補助磁界ＳＭＦを出力する補助磁界発生部１２４０と、センスコイル１２１４で得られた電圧変化（検出信号Ｓｄｅｔ）からＬＣマーカ１０の位置および向きを導出する位置導出部１２１０と、外部装置４００内の各部を制御する制御部１２０１と、制御部１２０１が各部を制御する際に実行する各種プログラムおよびパラメータ等を記憶するメモリ部１２０２と、操作者がＬＣマーカ１０に対する各種操作指示を入力する操作入力部１２０３と、ＬＣマーカ１０の位置や向きの情報（以下、単に位置情報等という）およびＬＣマーカ１０から取得した被検体内情報を画像（映像を含む）や音声で表示する表示部１２０４と、ＬＣマーカ１０から無線信号として送信された被検体内情報等を受信する無線受信部１２０５と、ＬＣマーカ１０へ撮像指示などの各種操作指示を無線信号として送信する無線送信部１２０６と、を備える。
また、外部装置４００は、駆動コイル１２２４の駆動に用いる信号（以下、駆動信号という）を出力する駆動磁界発生部１２２０と、補助コイル１２４４の駆動に用いる信号（以下、補助信号という）を補助磁界ＳＭＦを出力する補助磁界発生部１２４０と、センスコイル１２１４で得られた電圧変化（検出信号Ｓｄｅｔ）からＬＣマーカ１０の位置および向きを導出する位置導出部１２１０と、外部装置４００内の各部を制御する制御部１２０１と、制御部１２０１が各部を制御する際に実行する各種プログラムおよびパラメータ等を記憶するメモリ部１２０２と、操作者がＬＣマーカ１０に対する各種操作指示を入力する操作入力部１２０３と、ＬＣマーカ１０の位置や向きの情報（以下、単に位置情報等という）およびＬＣマーカ１０から取得した被検体内情報を画像（映像を含む）や音声で表示する表示部１２０４と、ＬＣマーカ１０から無線信号として送信された被検体内情報等を受信する無線受信部１２０５と、ＬＣマーカ１０へ撮像指示などの各種操作指示を無線信号として送信する無線送信部１２０６と、を備える。
制御部１２０１は、例えばＣＰＵやＭＰＵなどで構成され、メモリ部１２０２から読み出したプログラムおよびパラメータに従って、外部装置４００内の各部を制御する。具体的には、制御部１２０１は、例えば、駆動磁界発生部１２２０に駆動信号を駆動コイル１２２４へ入力させつつ補助磁界発生部１２４０に補助信号を補助コイル１２４４に入力させた状態でセンスコイル１２１４より読み出された検出信号に基づいて信号処理部１４３に磁界の情報を導出させ、これにより得られた磁界の情報とメモリ部１２０２等に記憶された位相とメモリ部１２０２等に記憶された合成磁界の情報とを用いて位置導出部１２１０にＬＣマーカ１０の位置を導出させる。また、メモリ部１２０２は、例えばＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）やＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）などで構成され、制御部１２０１が各部を制御する際に実行するプログラムおよびパラメータを保持する。このメモリ部１２０２は、ＬＣマーカ１０から受信した被検体内画像や位置導出部１２１０が導出したＬＣマーカ１０の位置や向きなどの位置情報等を適宜保持する。
操作入力部１２０３は、例えばキーボードやマウスやテンキーやジョイスティックなどで構成され、撮像指示（その他の被検体内情報取得指示を含む）などのＬＣマーカ１０に対する各種操作指示や、ＬＣマーカ１０を誘導する際の移動指示や表示部１２０４に表示する画面を切り替える画面切替指示などの外部装置４００に対する各種操作指示などを、操作者が入力するための構成である。なお、表示部１２０４に表示する画面の切替機能は、ＬＣマーカ１０が複数の撮像部１４２を備えており、且つ、略リアルタイムにＬＣマーカ１０で取得された画像を表示部１２０４に表示する場合に備えるとよい。
表示部１２０４は、例えば液晶ディスプレイやプラズマディスプレイやＬＥＤアレイや有機ＥＬディスプレイなどの表示装置で構成され、ＬＣマーカ１０の位置情報等やＬＣマーカ１０から送信された被検体内画像等の被検体内情報を表示する。また、表示部１２０４には、スピーカなどを用いた音声再生機能を搭載していてもよい。表示部１２０４は、この音声再生機能を用いて各種操作ガイダンスやＬＣマーカ１０のバッテリ残量などについての情報（警告等を含む）を操作者に音で報知する。
無線受信部１２０５は、検出空間Ｋ２に近接して配置されたダイポールアンテナなどよりなる不図示の受信用アンテナに接続されている。この受信用アンテナは、例えば検出空間Ｋ２近傍に配置される。無線受信部１２０５は、受信用アンテナを介してＬＣマーカ１０から無線信号として送信された被検体内画像等を受信し、受信した信号にフィルタリング、ダウンコンバート、復調および復号化などの種々の処理を実行した後、これを制御部１２０１へ出力する。すなわち、無線受信部１２０５は、ＬＣマーカ１０から送信された被検体内情報（例えば被検体内画像）を受信する被検体内情報受信部（例えば画像受信部）としても機能する。
無線送信部１２０６は、検出空間Ｋ２に近接して配置されたダイポールアンテナなどよりなる不図示の送信用アンテナに接続されている。この送信用アンテナは、例えば検出空間Ｋ近傍に配置される。無線送信部１２０６は、制御部１２０１から入力されたＬＣマーカ１０に対する各種操作指示などの信号に送信用の基準周波数信号への重畳や変調やアップコンバートなどの種々の処理を実行した後、これを電波信号として送信用アンテナ１５ａからＬＣマーカ１０へ送信する。
駆動磁界発生部１２２０は、信号生成部１２２１と駆動コイル駆動部１２２２とを有する。信号生成部１２２１は、制御部１２０１から入力された制御信号に従って、ＬＣマーカ１０におけるＬＣ共振回路１１１の共振周波数Ｆ０と略等しい周波数を有する信号波形を算出し、この信号波形を有する駆動信号を生成して、これを駆動コイル駆動部１２２２へ出力する。
駆動コイル駆動部１２２２は、信号生成部１２２１から入力された駆動信号を電流増幅した後、増幅後の駆動信号を駆動コイル１２２４へ入力する。増幅後の駆動信号が入力された駆動コイル１２２４は、ＬＣマーカ１０のＬＣ共振回路１１１が持つ共振周波数Ｆ０と略等しい周波数の磁界を放出し、これにより、検出空間Ｋ２内にＬＣ共振回路１１１を励起させる駆動磁界ＤＭＦが形成される。なお、駆動コイル駆動部１２２２による電流増幅率は、後述するセンスコイル１２１４および信号処理部１２１１の処理能力（例えばダイナミックレンジ）やセンスコイル１２１４により得られる検出信号ＳｄｅｔのＳ／Ｎ比などを鑑みて設定される。
補助磁界発生部１２４０は、信号生成部１２４１と補助コイル駆動部１２４２とを有する。信号生成部１２４１は、制御部１２０１から入力された制御信号に従って、ＬＣマーカ１０におけるＬＣ共振回路１１１の共振周波数Ｆ０と略等しい周波数を有し且つ駆動信号と略１８０°ずれた位相を有する信号波形を算出し、この信号波形を有する補助信号を生成して、これを補助コイル駆動部１２４２へ出力する。
補助コイル駆動部１２４２は、信号生成部１２４１から入力された補助信号を電流増幅した後、増幅後の補助信号を補助コイル１２４４へ入力する。増幅後の補助信号が入力された補助コイル１２４４は、ＬＣマーカ１０のＬＣ共振回路１１１が持つ共振周波数Ｆ０と略等しい周波数の磁界を放出し、これにより、駆動対象のセンスコイル１２１４に入力する駆動磁界ＤＭＦを打ち消す補助磁界ＳＭＦが放出される。
位置導出部１２１０は、センスコイル１２１４から読み出された検出信号Ｓｄｅｔに含まれる磁界の情報（以下、これを磁界情報という）に対して所定の処理を実行することで、ＬＣマーカ１０の位置および向き（位置情報等）を略リアルタイムに導出する。
この位置導出部１２１０は、例えば信号処理部１２１１および位置計算部１２１２を含んで構成される。信号処理部１２１１は、複数のセンスコイル１２１４それぞれから検出信号Ｓｄｅｔを読み出す。また、信号処理部１２１１は、読み出した検出信号Ｓｄｅｔを適宜、増幅、帯域制限、Ａ／Ｄ変換、ＦＦＴし、処理後の検出信号Ｓｄｅｔ（ＦＦＴデータ）を位置計算部１２１２へ出力する。なお、信号処理部１２１１は、定期的にセンスコイル１２１４から検出信号Ｓｄｅｔ（ＦＦＴデータ）を読み出し、これに上述の信号処理を実行した後、位置計算部１２１２へ出力する。なお、各センスコイル１２１４から出力された検出信号Ｓｄｅｔは、各センスコイル１２１４が配置された位置における磁界の強度や位相などの磁界情報を電圧で表した信号である。
位置計算部１２１２は、信号処理部１２１１から入力された検出信号Ｓｄｅｔに対して所定の演算処理を実行することで、検出信号Ｓｄｅｔに含まれる磁界情報からＬＣマーカ１０の現在の位置情報等を導出する。また、位置計算部１２１２は、導出した位置情報等を制御部１２０１へ出力する。
なお、例えば図１８に示すように、補助コイル１２４４を設けない場合、各センスコイル１２１４から読み出された検出信号Ｓｄｅｔには、ＬＣ共振回路１１１から放出された共振磁界ＲＭＦの成分（共振磁界成分）の他に、共振周波数Ｆ０と略等しい周波数を持つ駆動磁界ＤＭＦの成分が含まれる。この駆動磁界ＤＭＦの成分は、位置情報等を導出する際には不要な磁界の成分である。したがって、各センスコイル１２１４から読み出した検出信号Ｓｄｅｔそのままでは、ＬＣマーカ１０（特にＬＣ共振回路１１１）の正確な位置情報等を導出することができない。なお、図１８は、本実施の形態において駆動磁界ＤＭＦを発生させた際の駆動磁界ＤＭＦと検出信号Ｓｄｅｔと共振磁界ＲＭＦとの関係を示す図である。
また、例えば図１９に示すように、補助コイル１２４４を用いた場合であっても、補助磁界ＳＭＦによってセンスコイル１２１４に入力される駆動磁界ＤＭＦが完全に打ち消されなければ、位置計算部１２１２に入力される検出信号Ｓｄｅｔには、共振磁界ＲＭＦの他に、不要磁界の成分として、駆動磁界ＤＭＦと補助磁界ＳＭＦとを合成した合成磁界ＣＭＦの成分が含まれる。したがって、上記と同様に、検出信号Ｓｄｅｔから合成磁界ＣＭＦの成分を除去しなければ、ＬＣマーカ１０（特にＬＣ共振回路１１１）の正確な位置および向きを導出することができない。なお、図１９は、本実施の形態において駆動磁界ＤＭＦおよび補助磁界ＳＭＦを発生させた際の駆動磁界ＤＭＦと補助磁界ＳＭＦと合成磁界ＣＭＦと検出信号Ｓｄｅｔと共振磁界ＲＭＦとの関係を示す図である。
さらに、通常、駆動コイル駆動部１２２２と駆動コイル１２２４との間の電気的経路等にはインピーダンスや寄生容量などが存在するため、駆動コイル１２２４が発生した駆動磁界ＤＭＦの位相が駆動コイル駆動部１２２２が出力した駆動信号の位相から遅れてしまう。すなわち、駆動信号と駆動磁界との間に位相差が発生する。このような位相差は、位置検出結果に誤差を生じさせるため、排除されることが好ましい。
そこで本実施の形態では、信号処理部１２１１から出力された検出信号Ｓｄｅｔに対し、合成磁界ＣＭＦの成分を除去する処理と、駆動磁界ＤＭＦの駆動信号に対する位相差を除去する処理と、を実行する。以下、これらを含む処理を２段階キャリブレーション処理という。これにより、実際に形成された磁界に応じて検出信号Ｓｄｅｔから共振磁界情報を抽出することが可能となるため、より精度の高い位置検出が可能となる。
２段階キャリブレーション処理を実行するにあたり、本実施の形態では、例えばプレキャリブレーション処理として、検出空間Ｋ２内にＬＣマーカ１０（すなわちＬＣ共振回路１１１）が導入されていない状態で駆動コイル１２２４を駆動して検出空間Ｋ２内に駆動磁界ＤＭＦを形成し、この状態で検出空間Ｋ２内に実際に形成された駆動磁界ＤＭＦを例えば位置導出部１２１０で検出し、得られた駆動磁界ＤＭＦの情報からこれの位相（例えば駆動信号を基準とした位相：後述する第１キャリブレーション情報に相当）を取得しておく。なお、第１キャリブレーション情報取得時は、駆動磁界ＤＭＦのみが発生しているため、各センスコイル１２１４の位置での磁界の位相と検出空間Ｋ２の磁界の位相とは同じになる。また、同じくプレキャリブレーション処理として、検出空間Ｋ２内にＬＣマーカ１０（すなわちＬＣ共振回路１１１）が導入されていない状態で駆動コイル１２２４および補助コイル１２４４を駆動して検出空間Ｋ２内に駆動磁界ＤＭＦおよび補助磁界ＳＭＦを形成し、この状態で検出空間Ｋ２内に実際に形成された磁界（合成磁界ＣＭＦ）を検出することで、共振磁界ＲＭＦの成分が含まれていない磁界情報（合成磁界ＣＭＦの情報：後述する第２キャリブレーション情報に相当）を導出しておく。また、２段階キャリブレーション処理では、例えばメモリ部１２０２等に保持しておいた第１および第２キャリブレーション情報を読み出して、検出信号Ｓｄｅｔに含まれる磁界情報から第１および第２キャリブレーション情報を除去する処理を行う。これにより、検出信号Ｓｄｅｔから共振磁界ＲＭＦの成分を抽出することができる。
なお、共振磁界ＲＭＦの成分を含まない磁界（合成磁界ＣＭＦ）の位相（第１キャリブレーション情報）は、例えばセンスコイル１２１４より読み出した検出信号Ｓｄｅｔから導出することも、検出空間Ｋ２内に別途配置した磁界センサ（不図示）より読み出した検出信号から導出することも可能である。ただし、磁界センサから読み出した検出信号に対する処理は、例えば位置導出部１２１０を用いることが可能である。また、共振磁界ＲＭＦの成分が含まれていない磁界情報（第２キャリブレーション情報）は、例えばセンスコイル１２１４より読み出した検出信号Ｓｄｅｔから導出することが可能である。
なお、第２キャリブレーション情報取得時および位置検出動作時は、補助コイル１２４４から発生した補助磁界ＳＭＦによりセンスコイル１２１４の位置では磁界の位相が変化する。一方で、検出空間Ｋ２では、補助コイル１２４４が小さいため、補助コイル１２４４から磁界が届かず、磁界の位相は駆動磁界ＤＭＦと略同じとなる。よって第１キャリブレーションで検出空間Ｋ２に発生する磁界の位相を検出し、第２キャリブレーションでセンスコイル１２１４の位置での合成磁界ＣＭＦの位相を検出することができる。
以上のような処理によって検出信号Ｓｄｅｔから抽出された共振磁界情報を用いて位置計算部１２１２が導出した位置情報等は、制御部１２０１に入力される。制御部１２０１は、入力された位置情報等を用いて、ＬＣマーカ１０の現在の位置や向きなどの情報を表示部１２０４に表示する。これにより、操作者は、表示部１２０４からＬＣマーカ１０の現在の位置や向きを確認することが可能となる。
また、操作者は、操作入力部１２０３からＬＣマーカ１０の位置や向きを操作する操作指示を入力することが可能である。さらに、操作者は、操作入力部１２０３を用いてＬＣマーカ１０に被検体内情報の取得指示などを入力することも可能である。
（位置導出手順）
次に、本実施の形態による位置導出の手順について、図面を用いてより詳細に説明する。図２０は、本実施の形態による位置導出の手順内容を説明するための図である。
次に、本実施の形態による位置導出の手順について、図面を用いてより詳細に説明する。図２０は、本実施の形態による位置導出の手順内容を説明するための図である。
図２０に示すように、本実施の形態では、まず、プレキャリブレーション処理によって、ＬＣマーカ１０（特にＬＣ共振回路１１１）が導入されていない状態で駆動磁界ＤＭＦを発生させた際に各センスコイル１２１４の位置に形成される駆動磁界ＤＭＦの位相を実測しておき、これを例えば第１キャリブレーション情報としてメモリ部１２０２等（位相記憶部）に記憶しておく。なお、駆動磁界発生部１２２０から駆動コイル１２２４へ入力される駆動信号の強度および位相は例えば図２０の複素ベクトル‘Ａ’となるのに対し、信号処理部１２１１から読み出された検出信号Ｓｄｅｔに含まれる駆動磁界ＤＭＦの強度および位相は例えば図２０の複素ベクトル‘Ｂ’となる。また、図２０において、複素ベクトル‘Ａ’に対する複素ベクトル‘Ｂ’の傾きθを示す駆動磁界成分線Ｌ１は、駆動磁界ＤＭＦの駆動信号に対する位相差、すなわち、駆動信号の位相を基準とした駆動磁界ＤＭＦの位相を示している。
また、本実施の形態では、同じくプレキャリブレーション処理によって、ＬＣマーカ１０（特にＬＣ共振回路１１１）が導入されていない状態で駆動磁界ＤＭＦおよび補助磁界ＳＭＦを発生させた際に各センスコイル１２１４の位置に形成される合成磁界ＣＭＦの強度および位相を取得し、これを例えば第２キャリブレーション情報としてメモリ部１２０２等（合成磁界情報記憶部）に記憶しておく。なお、合成磁界ＣＭＦの強度および位相は、例えば図２０の複素ベクトル‘Ｃ’となる。
また、実際の位置導出処理における２段階キャリブレーション処理では、あるセンスコイル１２１４から読み出した検出信号Ｓｄｅｔに含まれる磁界情報が図２０における複素ベクトル‘Ｄ’とすると、これから第２キャリブレーション情報（複素ベクトル‘Ｃ’）をベクトル演算により引算する。これにより、検出信号Ｓｄｅｔに含まれる磁界情報から合成磁界ＣＭＦの成分（複素ベクトル‘Ｃ’）が除去される（複素ベクトル‘Ｅ’＝複素ベクトル‘Ｄ’−複素ベクトル‘Ｃ’）。続いて、上記ベクトル演算により得られた複素ベクトル‘Ｅ’を、駆動磁界ＤＭＦの位相を示す駆動磁界成分線Ｌ１に投影することで、複素ベクトル‘Ｅ’の駆動磁界成分線Ｌ１に対する余弦成分を導出する。これにより、検出信号Ｓｄｅｔから共振磁界ＲＭＦ成分（複素ベクトル‘Ｆ’）を抽出することができる。
以上のような処理を実行することで、より正確に共振磁界ＲＭＦ成分（複素ベクトル‘Ｆ’）を抽出することが可能となり、結果、ＬＣマーカ１０のより正確な位置や向き等の情報を導出することができる。
（位置検出動作）
次に、本実施の形態による位置検出の動作を図面と共に詳細に説明する。図２１は、本実施の形態による位置検出動作の概念を説明するための図である。また、図２２は、本実施の形態による第１プレキャリブレーション処理の概略流れを示すフローチャートであり、図２３は、本実施の形態による第２プレキャリブレーション処理の概略流れを示すフローチャートである。なお、本動作説明では、外部装置４００の各部を制御する制御部１２０１の動作に着目して説明する。
次に、本実施の形態による位置検出の動作を図面と共に詳細に説明する。図２１は、本実施の形態による位置検出動作の概念を説明するための図である。また、図２２は、本実施の形態による第１プレキャリブレーション処理の概略流れを示すフローチャートであり、図２３は、本実施の形態による第２プレキャリブレーション処理の概略流れを示すフローチャートである。なお、本動作説明では、外部装置４００の各部を制御する制御部１２０１の動作に着目して説明する。
・プレキャリブレーション処理
本実施の形態では、実際のＬＣマーカ１０の位置検出処理を実行する前に、図２１に示すように、プレキャリブレーション処理として、第１プレキャリブレーション処理（ステップＳ１１０１）と第２プレキャリブレーション処理（ステップＳ１１０２）とを実行する。なお、プレキャリブレーション処理では、図１５における検出空間Ｋ２内にＬＣマーカ１０が導入されていない状態で行われる。
本実施の形態では、実際のＬＣマーカ１０の位置検出処理を実行する前に、図２１に示すように、プレキャリブレーション処理として、第１プレキャリブレーション処理（ステップＳ１１０１）と第２プレキャリブレーション処理（ステップＳ１１０２）とを実行する。なお、プレキャリブレーション処理では、図１５における検出空間Ｋ２内にＬＣマーカ１０が導入されていない状態で行われる。
・・第１プレキャリブレーション処理
図２１のステップＳ１０１に示す第１プレキャリブレーション処理では、図２２に示すように、制御部１２０１は、未選択の駆動コイル１２２４を１組選択し（ステップＳ１１１１）、続いて未選択のセンスコイル１２１４を１つ選択する（ステップＳ１１１２）。なお、図１５では、１組の駆動コイル１２２４ａおよび１２２４ｂを例示しているが、本説明では不図示の複数組の駆動コイルが検出空間Ｋ２近傍に配置されており、これらが駆動磁界発生部１２２０を用いて適宜駆動されるとする。
図２１のステップＳ１０１に示す第１プレキャリブレーション処理では、図２２に示すように、制御部１２０１は、未選択の駆動コイル１２２４を１組選択し（ステップＳ１１１１）、続いて未選択のセンスコイル１２１４を１つ選択する（ステップＳ１１１２）。なお、図１５では、１組の駆動コイル１２２４ａおよび１２２４ｂを例示しているが、本説明では不図示の複数組の駆動コイルが検出空間Ｋ２近傍に配置されており、これらが駆動磁界発生部１２２０を用いて適宜駆動されるとする。
次に制御部１２０１は、駆動磁界発生部１２２０を駆動することで、駆動磁界ＤＭＦを発生させるための駆動信号を生成して、これをステップＳ１１１１で選択した駆動コイル１２２４に入力する（ステップＳ１１１３）。続いて制御部１２０１は、駆動磁界発生部１２２０の信号生成部１２２１が発生する駆動信号の振幅を徐々に増幅させながら（ステップＳ１１１４）、位置導出部１２１０の信号処理部１２１１によって選択中のセンスコイル１２１４から読み出された検出信号Ｓｄｅｔの信号強度（振幅）が第１所定値以上になったか否かを判定する（ステップＳ１１１５）。なお、第１所定値は、検出信号Ｓｄｅｔを読み出す信号処理部１２１１のダイナミックレンジに応じて設定される値であり、例えばこのダイナミックレンジの９０％などの値とされる。ただし、第１所定値は、上記値に限定されず、検出信号Ｓｄｅｔの信号強度が移送を導出するのに十分な強度を持てばよい。
ステップＳ１１１５の判定の結果、検出信号Ｓｄｅｔの信号強度が第１所定値以上となった場合（ステップＳ１１１５のＹｅｓ）、制御部１２０１は、選択中のセンスコイル１２１４より読み出された検出信号Ｓｄｅｔから駆動磁界ＤＭＦの位相（図２０の駆動磁界成分線Ｌ１参照）を導出し（ステップＳ１１１６）、これを第１キャリブレーション情報として例えばメモリ部１２０２等に記憶しておく（ステップＳ１１１７）。なお、駆動信号の振幅の増幅（ステップＳ１１１４）は、検出信号Ｓｄｅｔの信号強度が第１所定値以上となるまで継続される（ステップＳ１１１５のＮｏ）。また、第１キャリブレーション情報は、位置導出部１２１０の位置計算部１２１２が導出して制御部１２０１に入力されたものであってもよい。さらに、各コイルと対応付けるとは、例えば各コイルにあらかじめ付与されて管理されている識別情報を用いて対応づけることを意味する。
その後、制御部１２０１は、全てのセンスコイル１２１４を選択済みであるか否か、すなわち、全てのセンスコイル１２１４についてステップＳ１１１７の第１キャリブレーション情報を記憶したか否かを判定し（ステップＳ１１１８）、選択済みでない場合（ステップＳ１１１８のＮｏ）、ステップＳ１１１２に帰還して未選択のセンスコイル１２１４を選択し、以降、同様の動作を実行する。一方、全てのセンスコイル１２１４を選択済みであれば（ステップＳ１１１８のＹｅｓ）、制御部１２０１は、全ての対をなす駆動コイル１２２４を選択済みか否かを判定し（ステップＳ１１１９）、全ての駆動コイル１２２４を選択済みでない場合（ステップＳ１１１９のＮｏ）、ステップＳ１１１１へ帰還して、以降、同様の動作を実行する。一方、全ての駆動コイル１２２４を選択済みであれば（ステップＳ１１１９のＹｅｓ）、制御部１２０１は、図２１の第１プレキャリブレーション処理へリターンする。
・・第２プレキャリブレーション処理
また、図２１のステップＳ１１０２に示す第２プレキャリブレーション処理では、図２３に示すように、制御部１２０１は、未選択の駆動コイル１２２４を１組選択し（ステップＳ１１２１）、選択された駆動コイル１２２４に対応した補助コイル１２４４を１つ選択し（ステップＳ１１２２）、選択中の駆動コイル１２２４に位置検出処理の際に加える振幅値の駆動信号が入力されるように駆動磁界発生部１２２０を駆動する（ステップＳ１１２３）。続いて制御部１２０１は、補助磁界発生部１２４０の信号生成部１２４１が発生する補助信号の振幅と位相との値を位置検出処理の際に加える補助信号の振幅と位相とに設定する（ステップＳ１１２４）。さらに、制御部１２０１は、未選択のセンスコイル１２１４を１つ選択する（ステップＳ１１２５）。なお、図１５では、２つの補助コイル１２４４ａおよび１２４４ｂを例示しているが、本発明はこれに限定されず、駆動コイル１２２４の配置に応じて適宜追加配置してもよい。
また、図２１のステップＳ１１０２に示す第２プレキャリブレーション処理では、図２３に示すように、制御部１２０１は、未選択の駆動コイル１２２４を１組選択し（ステップＳ１１２１）、選択された駆動コイル１２２４に対応した補助コイル１２４４を１つ選択し（ステップＳ１１２２）、選択中の駆動コイル１２２４に位置検出処理の際に加える振幅値の駆動信号が入力されるように駆動磁界発生部１２２０を駆動する（ステップＳ１１２３）。続いて制御部１２０１は、補助磁界発生部１２４０の信号生成部１２４１が発生する補助信号の振幅と位相との値を位置検出処理の際に加える補助信号の振幅と位相とに設定する（ステップＳ１１２４）。さらに、制御部１２０１は、未選択のセンスコイル１２１４を１つ選択する（ステップＳ１１２５）。なお、図１５では、２つの補助コイル１２４４ａおよび１２４４ｂを例示しているが、本発明はこれに限定されず、駆動コイル１２２４の配置に応じて適宜追加配置してもよい。
次に制御部１２０１は、位置導出部１２１０の信号処理部１２１１によって選択中のセンスコイル１２１４から読み出された検出信号Ｓｄｅｔの信号強度（振幅）と位相とを検出する（ステップＳ１１２６）。
続いて制御部１２０１は、選択中のセンスコイル１２１４より読み出した検出信号Ｓｄｅｔに含まれる磁界成分（合成磁界ＣＭＦの成分）を第２キャリブレーション情報として例えばメモリ部１２０２に記憶しておく（ステップＳ１１２７）。
その後、制御部１２０１は、全てのセンスコイル１２１４を選択済みであるか否か、すなわち、全てのセンスコイル１２１４についてステップＳ１１２７の補助信号の振幅およびステップＳ１１２７の磁界成分（第２キャリブレーション情報）を記憶したか否かを判定し（ステップＳ１１２８）、選択済みでない場合（ステップＳ１１２８のＮｏ）、ステップＳ１１２５へ帰還して、以降、同様の動作を実行する。一方、全てのセンスコイル１２１４を選択済みであれば（ステップＳ１１２８のＹｅｓ）、制御部１２０１は、全ての駆動コイル１２２４を選択済みであるか否かを判定し（ステップＳ１１２９）、全ての駆動コイル１２２４を選択済みでない場合（ステップＳ１１２９のＮｏ）、ステップＳ１１２１へ帰還して、以降、同様の動作を実行する。一方、全ての駆動コイル１２２４を選択済みであれば（ステップＳ１１２９のＹｅｓ）、制御部１２０１は、図２１の第２キャリブレーション処理へリターンする。
以上のような動作を実行することで、本実施の形態では、各駆動コイル１２２４および補助コイル１２４４の駆動時の振幅ならびに位置検出時の２段階キャリブレーション処理に用いる第１および第２キャリブレーション情報を取得できる。なお、本実施の形態では、センスコイル１２１４を順番に選択判定するとしたが、これに限らず、例えば全てのセンスコイル１２１４に対して同時に選択判定してもよい。
・位置検出処理
続いて、本実施の形態による位置検出処理について、図面を用いて詳細に説明する。図２４は、本実施の形態による位置検出処理の全体的な概略流れを示すフローチャートである。また、図２５は、本実施の形態によるコイル駆動処理の概略流れを示すフローチャートであり、図２６は、本実施の形態による位置導出処理の概略流れを示すフローチャートである。なお、本動作は、実際のＬＣマーカ１０の位置検出時の動作であるため、検出空間Ｋ２内には被検体９００内に導入されたＬＣマーカ１０が被検体９００ごと配置されている。
続いて、本実施の形態による位置検出処理について、図面を用いて詳細に説明する。図２４は、本実施の形態による位置検出処理の全体的な概略流れを示すフローチャートである。また、図２５は、本実施の形態によるコイル駆動処理の概略流れを示すフローチャートであり、図２６は、本実施の形態による位置導出処理の概略流れを示すフローチャートである。なお、本動作は、実際のＬＣマーカ１０の位置検出時の動作であるため、検出空間Ｋ２内には被検体９００内に導入されたＬＣマーカ１０が被検体９００ごと配置されている。
図２４に示すように、本位置検出処理では、制御部１２０１は、駆動磁界発生部１２２０および補助磁界発生部１２４０を駆動して検出空間Ｋ２内に駆動磁界ＤＭＦおよび補助磁界ＳＭＦを形成するコイル駆動処理を実行し（ステップＳ１１５１）、この状態で各センスコイル１２１４から信号処理部１２１１によって読み出された検出信号Ｓｄｅｔに基づいてＬＣマーカ１０の位置等を導出する位置導出処理を実行する（ステップＳ１１５２）。その後、制御部１２０１は、例えば操作入力部１２０３（図１５参照）から終了指示が入力されたか否かを判定し（ステップＳ１１５３）、入力されていなければ（ステップＳ１１５３のＮｏ）、ステップＳ１１５１へ帰還して以降の動作を繰り返す。また、終了指示が入力されていた場合（ステップＳ１１５３のＹｅｓ）、処理を終了する。なお、位置導出処理は、位置計算部１２１２において実行されてもよい。すなわち、本実施の形態では、制御部１２０１と位置計算部１２１２との少なくとも一方が、信号処理部１２１１で導出された磁界情報とメモリ部１２０２等（位相記憶部）に記憶された駆動磁界ＤＭＦの位相とメモリ部１２０２等（合成磁界情報記憶部）に記憶された合成磁界ＣＭＦの情報とを用いてＬＣマーカ１０の位置情報等を導出する位置検出部として機能する。
・・コイル駆動処理
図２４のコイル駆動処理（ステップＳ１１５１）では、制御部１２０１は、図２５に示すように、まず、現在のＬＣマーカ１０の位置や向きに基づいて最適な駆動磁界ＤＭＦを発生させる駆動コイル１２２４および各駆動コイル１２２４に対してあらかじめ最適な補助磁界を発生するとして対応付けられている補助コイル１２４４を１組選択する（ステップＳ１１６１）。
図２４のコイル駆動処理（ステップＳ１１５１）では、制御部１２０１は、図２５に示すように、まず、現在のＬＣマーカ１０の位置や向きに基づいて最適な駆動磁界ＤＭＦを発生させる駆動コイル１２２４および各駆動コイル１２２４に対してあらかじめ最適な補助磁界を発生するとして対応付けられている補助コイル１２４４を１組選択する（ステップＳ１１６１）。
次に制御部１２０１は、駆動コイル１２２４に入力する駆動信号の振幅値および位相値ならびに補助コイル１２４４に入力する補助コイル１２４４の振幅値および位相値を取得し（ステップＳ１１６２）、これらの振幅値および位相値の駆動信号および補助信号を信号生成部１２２１および１２４１に発生させるように駆動磁界発生部１２２０および補助磁界発生部１２４０を駆動することで、検出空間Ｋ２内に駆動磁界ＤＭＦおよび補助磁界ＳＭＦを形成する（ステップＳ１１６３）。なお、駆動信号および補助信号の振幅値および位相値は、あらかじめ設定されているものとする。
次に制御部１２０１は、未選択のセンスコイル１２１４を１つ選択し（ステップＳ１１６４）、選択中のセンスコイル１２１４から検出信号Ｓｄｅｔが読み出されたか否かを監視し（ステップＳ１１６５）、読み出しが完了するまで待機する（ステップＳ１１６５のＮｏ）。これは、例えば位置導出部１２１０における信号処理部１２１１または位置計算部１２１２が検出信号Ｓｄｅｔの読み出し済みを通知する信号を制御部１２０１へ入力する構成や、位置導出部１２１０から位置情報等が入力されたことに基づいて判定することで実現することができる。
ステップＳ１１６５の判定の結果、検出信号Ｓｄｅｔの読み出しが完了した場合（ステップＳ１１６５のＹｅｓ）、制御部１２０１は、全てのセンスコイル１２１４を選択済みであるか否か、すなわち、全てのセンスコイル１２１４から検出信号Ｓｄｅｔが読み出されたか否かを判定し（ステップＳ１１６６）、読み出し済みでない場合（ステップＳ１１６６のＮｏ）、ステップＳ１１６４へ帰還して、以降、同様の動作を実行する。一方、全てのセンスコイル１２１４から読み出し済みである場合（ステップＳ１１６６のＹｅｓ）、制御部１２０１は、図２４に示す位置検出処理へ帰還する。
・・位置導出処理
また、図２４の位置導出処理（ステップＳ１１５２）では、制御部１２０１は、図２６に示すように、まず、図２５のステップＳ１１６２で選択したセンスコイル１２１４を特定し（ステップＳ１１７１）、このセンスコイル１２１４からの検出信号Ｓｄｅｔの読み出しを位置導出部１２１０の信号処理部１２１１に実行させる（ステップＳ１１７２）。
また、図２４の位置導出処理（ステップＳ１１５２）では、制御部１２０１は、図２６に示すように、まず、図２５のステップＳ１１６２で選択したセンスコイル１２１４を特定し（ステップＳ１１７１）、このセンスコイル１２１４からの検出信号Ｓｄｅｔの読み出しを位置導出部１２１０の信号処理部１２１１に実行させる（ステップＳ１１７２）。
次に制御部１２０１は、選択中のセンスコイル１２１４および駆動コイル１２２４に対応付けられた第１キャリブレーション情報と、選択中のセンスコイル１２１４、駆動コイル１２２４および補助コイル１２４４に対応付けられた第２キャリブレーション情報と、をメモリ部１２０２等から取得する（ステップＳ１１７３およびステップＳ１１７４）。なお、第１キャリブレーション情報は、例えば図２２のステップＳ１１１７で記憶された第１キャリブレーション情報であり、第２キャリブレーション情報は、例えば図２３のステップＳ１１２７で記憶された第２キャリブレーション情報である。
次に制御部１２０１は、上述において図２０を用いて説明した位置導出手順に従って、検出信号Ｓｄｅｔに含まれる磁界情報から第２キャリブレーション情報、すなわち合成磁界ＣＭＦの成分をベクトル演算により引算することで除去し（ステップＳ１１７５）、これにより得られた共振磁界ＲＭＦの複素ベクトル成分の駆動磁界成分線Ｌ１（駆動磁界ＤＭＦの位相）に対する余弦成分を算出する（ステップＳ１１７６）。なお、算出された余弦成分は、選択中のセンスコイル１２１４と対応付けて、例えばメモリ部１２０２等に記憶される。
次に制御部１２０１は、全てのセンスコイル１２１４を選択済みであるか否か、すなわち、全てのセンスコイル１２１４から読み出した検出信号Ｓｄｅｔを用いて共振磁界ＲＭＦの余弦成分を算出したか否かを判定し（ステップＳ１１７７）、選択済みである場合（ステップＳ１１７７のＹｅｓ）、センスコイル１２１４からの検出信号Ｓｄｅｔごとに算出した共振磁界ＲＭＦの余弦成分を用いてＬＣマーカ１０の現在の位置や向きなどの位置情報等を算出する（ステップＳ１１７８）。一方、全てのセンスコイル１２１４を選択済みでない場合（ステップＳ１１７７のＮｏ）、制御部１２０１は、ステップＳ１１７１へ帰還して、以降、同様の動作を実行する。なお、導出された位置情報等は、例えばメモリ部１２０２等に記憶される。
以上のように動作することで、本実施の形態では、ＬＣ共振回路１１１が導入されていない状態で検出空間Ｋ２内に形成した駆動磁界ＤＭＦの位相と、ＬＣ共振回路１１１が導入されていない状態で駆動磁界ＤＭＦと補助磁界ＳＭＦとを発生させた際に検出空間Ｋ２内に形成された合成磁界ＣＭＦの情報と、をあらかじめメモリ部１２０２等に記憶しておき、位置検出時に信号処理部１２１１で取得された磁界の情報からメモリ部１２０２等に記憶された駆動信号ＤＭＦの位相および合成磁界ＣＭＦの情報とを用いて共振磁界ＲＭＦの情報（余弦成分）を抽出し、抽出した共振磁界ＲＭＦの情報（余弦成分）を用いてＬＣマーカ１０の位置情報等を導出するため、位置検出時に共振磁界ＲＭＦの情報を的確に抽出することができ、これにより、安定して正確な位置を導出することが可能な補助コイルを用いた位置検出システム４および位置検出方法を実現することが可能となる。
＜実施の形態５＞
次に、本発明の実施の形態５による位置検出システム５の構成および動作を、図面を用いて詳細に説明する。なお、本実施の形態による位置検出システム５は、上記した実施の形態４による位置検出システム４が、外部磁界（以下、これをガイダンス磁界という）を用いてＬＣマーカ２０の位置や向きを誘導する構成をさらに備えたものである。以下の説明では、本発明の実施の形態４と同様の構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
次に、本発明の実施の形態５による位置検出システム５の構成および動作を、図面を用いて詳細に説明する。なお、本実施の形態による位置検出システム５は、上記した実施の形態４による位置検出システム４が、外部磁界（以下、これをガイダンス磁界という）を用いてＬＣマーカ２０の位置や向きを誘導する構成をさらに備えたものである。以下の説明では、本発明の実施の形態４と同様の構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
（位置検出磁気誘導構成）
図２７は、本実施の形態による位置検出磁気誘導システム５の概略構成を示す模式図である。図２７に示すように、位置検出磁気誘導システム５は、検出空間Ｋ２と、検出空間Ｋ２内のＬＣマーカ２０の位置および向き（姿勢）を検出し、また、ガイダンス磁界を発生させてＬＣマーカ２０の位置や向きを誘導する外部装置５００と、を備える。
図２７は、本実施の形態による位置検出磁気誘導システム５の概略構成を示す模式図である。図２７に示すように、位置検出磁気誘導システム５は、検出空間Ｋ２と、検出空間Ｋ２内のＬＣマーカ２０の位置および向き（姿勢）を検出し、また、ガイダンス磁界を発生させてＬＣマーカ２０の位置や向きを誘導する外部装置５００と、を備える。
・ＬＣマーカ
本実施の形態によるＬＣマーカ２０は、図１４に示すように、上記実施の形態１，２，４におけるＬＣマーカ１０（図２参照）と同様の構成において、さらに永久磁石Ｍ１２を備えている。この永久磁石Ｍ１２は、ＬＣマーカ２０の筐体１８に対して固定されており、後述するガイダンス磁界が作用することで、ＬＣマーカ２０の位置や向きを変化させる推進力や回転力をＬＣマーカ２０に発生させる。なお、本発明では永久磁石Ｍ１２に限らず、後述するガイダンス磁界ＧＭＦが作用する磁界を発生させることが可能な構成であれば如何様にも変更することが可能である。また、他の構成は、上述の実施の形態１，３，４によるＬＣマーカ１０と同様である。
本実施の形態によるＬＣマーカ２０は、図１４に示すように、上記実施の形態１，２，４におけるＬＣマーカ１０（図２参照）と同様の構成において、さらに永久磁石Ｍ１２を備えている。この永久磁石Ｍ１２は、ＬＣマーカ２０の筐体１８に対して固定されており、後述するガイダンス磁界が作用することで、ＬＣマーカ２０の位置や向きを変化させる推進力や回転力をＬＣマーカ２０に発生させる。なお、本発明では永久磁石Ｍ１２に限らず、後述するガイダンス磁界ＧＭＦが作用する磁界を発生させることが可能な構成であれば如何様にも変更することが可能である。また、他の構成は、上述の実施の形態１，３，４によるＬＣマーカ１０と同様である。
・検出空間
また、検出空間Ｋ２には、駆動コイル１２２４および補助コイル１２４４の他に、検出空間Ｋ２を取り囲むようにガイダンスコイル１２３４ａ〜１２３４ｄ（以下、任意のガイダンスコイルの参照符号を１２３４とする）が配設される。
また、検出空間Ｋ２には、駆動コイル１２２４および補助コイル１２４４の他に、検出空間Ｋ２を取り囲むようにガイダンスコイル１２３４ａ〜１２３４ｄ（以下、任意のガイダンスコイルの参照符号を１２３４とする）が配設される。
ｘ軸方向において検出空間Ｋ２を挟むように対向する２つのガイダンスコイル１２３４ａおよび１２３４ｂは対をなし、例えば検出空間Ｋ２内にｘ軸方向に延在する磁力線よりなる略均一なガイダンス磁界ＧＭＦｘを発生する。また、ｙ軸方向において検出空間Ｋ２を挟むように対向する２つのガイダンスコイル１２３４ｃおよび１２３４ｄは対をなし、例えば検出空間Ｋ２内にｙ軸方向に延在する磁力線よりなる略均一なガイダンス磁界ＧＭＦｙを発生する。この他、検出空間Ｋ２内にｘ軸およびｙ軸と異なる方向へ延在する磁力線よりなる略均一なガイダンス磁界を発生させる駆動コイルを別途設けてもよい。さらに、検出空間Ｋ２内に勾配磁界を発生するように、ガイダンスコイル１２３４を構成してもよい。以下、任意の方向のガイダンス磁界の参照符号をＧＭＦとして説明する。なお、他の構成は、上述の実施の形態４における検出空間Ｋ２に配置されたコイル構成と同様である。
・外部装置
また、本実施の形態による外部装置５００は、上記実施の形態４による外部装置４００と同様の構成において、さらにガイダンスコイル１２３４を駆動するガイダンス磁界発生部１２３０を備えている。
また、本実施の形態による外部装置５００は、上記実施の形態４による外部装置４００と同様の構成において、さらにガイダンスコイル１２３４を駆動するガイダンス磁界発生部１２３０を備えている。
ここで制御部１２０１は、位置計算部１２１２から入力された位置情報等を用いて、ＬＣマーカ２０の現在の位置や向きなどの情報を表示部１２０４に表示する。操作者は、表示部１２０４からＬＣマーカ２０の現在の位置や向きを確認しつつ、操作入力部１２０３からＬＣマーカ２０の位置や向きを操作する操作指示を入力することが可能である。さらに、操作者は、操作入力部１２０３を用いてＬＣマーカ２０に被検体内情報の取得指示などを入力することも可能である。
制御部１２０１は、ＬＣマーカ２０の現在の位置および向きと操作入力部１２０３から入力された目標位置および向きとから、ＬＣマーカ２０に搭載された永久磁石Ｍ１２に与えるべきガイダンス磁界を含む情報（以下、ガイダンス情報という）を計算し、これをガイダンス磁界発生部１２３０に入力する。
ガイダンス磁界発生部１２３０は、信号生成部１２３１とガイダンスコイル駆動部１２３２とを有する。制御部１２０１が計算したガイダンス情報は、ガイダンス磁界発生部１２３０における信号生成部１２３１に入力される。信号生成部１２３１は、制御部１２０１から入力されたガイダンス情報に従って共振周波数Ｆ０と異なる周波数を有する信号波形を算出し、この信号波形を有する信号（以下、これをガイダンス信号という）を発生して、これをガイダンスコイル駆動部１２３２へ出力する。
信号生成部１２３１から出力されたガイダンス信号は、ガイダンスコイル駆動部１２３２に入力される。ガイダンスコイル駆動部１２３２は、入力されたガイダンス信号を電流増幅した後、ガイダンスコイル１２３４に適宜入力する。増幅後のガイダンス信号が入力されたガイダンスコイル１２３４は、ＬＣマーカ２０のＬＣ共振回路１１１が持つ共振周波数Ｆ０と異なる周波数の磁界を放出し、これにより、検出空間Ｋ２内にＬＣマーカ２０における永久磁石Ｍ１２と作用するガイダンス磁界ＧＭＦが形成される。
（位置導出手順）
次に、本実施の形態による位置導出の手順について、図面を用いてより詳細に説明する。図２８は、本実施の形態による位置導出の手順内容を説明するための図である。
次に、本実施の形態による位置導出の手順について、図面を用いてより詳細に説明する。図２８は、本実施の形態による位置導出の手順内容を説明するための図である。
本実施の形態では、上述したように、検出空間Ｋ２近傍に、駆動コイル１２２４および補助コイル１２４４の他にガイダンスコイル１２３４が配置される。このため、駆動コイル１２２４から放出された駆動磁界ＤＭＦや補助コイル１２４４から放出された補助磁界ＳＭＦによってガイダンスコイル１２３４が相互誘導することで、検出空間Ｋ２内にガイダンスコイル１２３４から放出された共振周波数Ｆ０の不要な磁界（以下、これをガイダンスコイル不要磁界という）が形成される。
そこで本実施の形態では、図２８に示すように、ガイダンスコイル不要磁界を含む不要磁界（駆動磁界ＤＭＦや補助磁界ＳＭＦなど）の影響をキャンセルするために、ＬＣマーカ２０（特にＬＣ共振回路１１１）が導入されていない状態で駆動磁界ＤＭＦおよび補助磁界ＳＭＦを発生させた際に検出空間Ｋ２内に形成される合成磁界ＣＭＦの強度および位相を実測しておき、これを例えば第３キャリブレーション情報としてメモリ部１２０２等（位相記憶部）に記憶しておく。なお、駆動磁界発生部１２２０から駆動コイル１２２４へ入力される駆動信号の強度および位相は例えば図２８の複素ベクトル‘Ｇ’となるのに対し、信号処理部１２１１から読み出された検出信号Ｓｄｅｔに含まれる合成磁界ＣＭＦの強度および位相は例えば図２８の複素ベクトル‘Ｈ’となる。また、図２８において、複素ベクトル‘Ｇ’に対する複素ベクトル‘Ｈ’の傾きφを示す駆動磁界成分線Ｌ２は、検出空間Ｋ２に形成される合成磁界ＣＭＦの駆動信号に対する位相差、すなわち、駆動信号の位相を基準とした合成磁界ＣＭＦの位相を示している。
また、本実施の形態では、上記実施の形態４と同様に、プレキャリブレーション処理によって、ＬＣマーカ２０（特にＬＣ共振回路１１１）が導入されていない状態で駆動磁界ＤＭＦおよび補助磁界ＳＭＦを発生させた際に各センスコイル１２１４の位置に形成される合成磁界ＣＭＦの強度および位相を取得し、これを例えば第４キャリブレーション情報としてメモリ部１２０２等（合成磁界情報記憶部）に記憶しておく。なお、合成磁界ＣＭＦの強度および位相は、例えば図２８の複素ベクトル‘Ｉ’となる。ただし、この合成磁界ＣＭＦには、駆動磁界ＤＭＦおよび補助磁界ＳＭＦの他にガイダンスコイル不要磁界も含まれている。
また、実際の位置導出処理における２段階キャリブレーション処理では、あるセンスコイル１２１４から読み出した検出信号Ｓｄｅｔに含まれる磁界情報を図２８における複素ベクトル‘Ｊ’とすると、これから第４キャリブレーション情報（複素ベクトル‘Ｉ’）をベクトル演算により引算する。これにより、検出信号Ｓｄｅｔに含まれる磁界情報から合成磁界ＣＭＦの成分（複素ベクトル‘Ｉ’）が除去される（複素ベクトル‘Ｋ’＝複素ベクトル‘Ｊ’−複素ベクトル‘Ｉ’）。続いて、上記ベクトル演算により得られた複素ベクトル‘Ｋ’を、駆動磁界ＤＭＦの位相を示す駆動磁界成分線Ｌ２に投影することで、複素ベクトル‘Ｋ’の駆動磁界成分線Ｌ２に対する余弦成分を導出する。これにより、検出信号Ｓｄｅｔから共振磁界ＲＭＦ成分（複素ベクトル‘Ｌ’）を抽出することができる。
以上のような処理を実行することで、実際に生じた磁界に含まれる不要磁界の成分を排除することができるため、より正確に共振磁界ＲＭＦ成分（複素ベクトル‘Ｌ’）を抽出することが可能となり、結果、ＬＣマーカ２０のより正確な位置や向き等の情報を導出することができる。
なお、本実施の形態では、検出空間Ｋ２内に形成された駆動磁界ＤＭＦの検出に、図２９に示すような磁界センサ１４１４を用いる場合を例に挙げる。図２９に示すように、磁界センサ１４１４は、検出空間Ｋ２内に形成された磁界のｘ軸方向の成分を検出するセンスコイル１４１４ｘと、同磁界のｙ軸方向の成分を検出するセンスコイル１４１４ｙと、同磁界のｚ軸方向の成分を検出するセンスコイル１４１４ｚと、を含む３軸磁界センサであり、駆動コイル１２２４、補助コイル１２４４およびセンスコイル１２１４と同期して駆動されることで、検出空間Ｋ２内に形成された磁界の位相を検出する。なお、３軸の磁界センサ１４１４の各センスコイル１４１４ｘ、１４１４ｙおよび１４１４ｚで検出された検出信号は、例えば上述した位置導出部１２１０の信号処理部１２１１と同様の検出回路で信号処理することが可能である。
上記の磁界センサ１４１４は、例えば載置台１２５０上に載置されるスタンド１４１０の上端側に配設される。載置台１２５０の上面には、スタンド１４１０の位置決め用のマーカが付されているとよい。これにより、プレキャリブレーション処理ごとに異なる第３キャリブレーション情報が取得されるという不具合を回避することができる。
また、スタンド１４１０による磁界センサ１４１４の載置台１２５０上面からの高さは、被検体９００内に導入されたＬＣマーカ２０が存在する高さの範囲の略中央に合わせることが好ましい。これにより、実際にＬＣマーカ２０のＬＣ共振回路１１１が受ける磁界に略等しい駆動磁界ＤＭＦの情報を第３キャリブレーション情報として取得することが可能となる。
さらに、本実施の形態では、複数の磁気センサ１４１４を載置台１２５０上に配列させ、それぞれのポジションにおける第３キャリブレーション情報を取得してもよい。これにより、位置検出時のＬＣマーカ２０の位置に応じて最適な第３キャリブレーション情報を選択することができ、結果、ＬＣマーカ２０のより正確な位置や向き等の情報を導出することが可能となる。
なお、本説明において磁界センサ１４１４を３軸磁界センサとした理由は、本実施の形態が、ＬＣマーカ２０の位置や向きに応じて、ｘ軸方向の駆動磁界ＤＭＦとｙ軸方向の駆動磁界ＤＭＦとｚ軸方向の駆動磁界とを適宜切り替えて発生させることを想定しているためである。
（位置検出動作）
次に、本実施の形態による位置検出の動作を図面と共に詳細に説明する。図３０は、本実施の形態による位置検出動作の概念を説明するための図である。また、図３１は、本実施の形態による第３および第４プレキャリブレーション処理の概略流れを示すフローチャートである。なお、以下の説明では、外部装置５００の各部を制御する制御部１２０１の動作に着目して説明する。
次に、本実施の形態による位置検出の動作を図面と共に詳細に説明する。図３０は、本実施の形態による位置検出動作の概念を説明するための図である。また、図３１は、本実施の形態による第３および第４プレキャリブレーション処理の概略流れを示すフローチャートである。なお、以下の説明では、外部装置５００の各部を制御する制御部１２０１の動作に着目して説明する。
（プレキャリブレーション処理）
本実施の形態では、実際のＬＣマーカ２０の位置検出処理を実行する前に、図３１に示すように、プレキャリブレーション処理として、後述する第３および第４プレキャリブレーション処理（ステップＳ１２０１）を実行する。なお、プレキャリブレーション処理は、図２７における検出空間Ｋ２内にＬＣマーカ２０が導入されていない状態で行われる。
本実施の形態では、実際のＬＣマーカ２０の位置検出処理を実行する前に、図３１に示すように、プレキャリブレーション処理として、後述する第３および第４プレキャリブレーション処理（ステップＳ１２０１）を実行する。なお、プレキャリブレーション処理は、図２７における検出空間Ｋ２内にＬＣマーカ２０が導入されていない状態で行われる。
・第３および第４プレキャリブレーション処理
また、図３０のステップＳ１２０１に示す第３および第４プレキャリブレーション処理では、図３１に示すように、制御部１２０１は、未選択の駆動コイル１２２４とこの駆動コイル１２２４にあらかじめ対応付けられた補助コイル１２４４とを１組選択し（ステップＳ１２３１）、続いて選択中の駆動コイル１２２４と補助コイル１２４４とに対応付けて記憶された駆動信号および補助信号の振幅値を例えばメモリ部１２０２等から読み出し、この振幅値の駆動信号および補助信号がステップＳ１２３１で選択した駆動コイル１２２４および補助コイル１２４４にそれぞれ入力されるように駆動磁界発生部１２２０を駆動する（ステップＳ１２３２）。
また、図３０のステップＳ１２０１に示す第３および第４プレキャリブレーション処理では、図３１に示すように、制御部１２０１は、未選択の駆動コイル１２２４とこの駆動コイル１２２４にあらかじめ対応付けられた補助コイル１２４４とを１組選択し（ステップＳ１２３１）、続いて選択中の駆動コイル１２２４と補助コイル１２４４とに対応付けて記憶された駆動信号および補助信号の振幅値を例えばメモリ部１２０２等から読み出し、この振幅値の駆動信号および補助信号がステップＳ１２３１で選択した駆動コイル１２２４および補助コイル１２４４にそれぞれ入力されるように駆動磁界発生部１２２０を駆動する（ステップＳ１２３２）。
次に制御部１２０１は、未選択の磁界センサ１４１４を１つ選択する（ステップＳ１２３３）。なお、第３プレキャリブレーション処理は、載置台１２５０上の所定の位置に複数の磁界センサ１４１４が配置された状態で行われる。
次に制御部１２０１は、信号処理部１２１１を用いて選択中の磁界センサ１４１４から検出信号（説明の都合上、以下、これを第２検出信号という）を読み出し、この第２検出信号に含まれる合成磁界ＣＭＦの位相（図２８の駆動磁界成分線Ｌ２参照）を導出し（ステップＳ１２３４）、これを第３キャリブレーション情報として例えばメモリ部１２０２等に記憶しておく（ステップＳ１２３５）。なお、第３キャリブレーション情報は、位置導出部１２１０の位置計算部１２１２が導出して制御部１２０１に入力されたものであってもよい。
その後、制御部１２０１は、全ての磁界センサ１４１４を選択済みであるか否か、すなわち、全ての磁界センサ１４１４についてステップＳ１２３５の第３キャリブレーション情報を記憶したか否かを判定し（ステップＳ１２３６）、選択済みでない場合（ステップＳ１２３６のＮｏ）、ステップＳ１２３３に帰還して未選択の磁界センサ１４１４を選択し、以降、同様の動作を実行する。一方、全ての磁界センサ１４１４を選択済みであれば（ステップＳ１２３６のＹｅｓ）、制御部１２０１は、未選択のセンスコイル１２１４を１つ選択する（ステップＳ１２３７）。なお、第４プレキャリブレーション処理は、第３プレキャリブレーション処理において載置台１２５０上に配置された磁界センサ１４１４が取り除かれた状態で行われる。
次に制御部１２０１は、信号処理部１２１１を用いて選択中のセンスコイル１２１４から第１検出信号Ｓｄｅｔを読み出し、この第１検出信号Ｓｄｅｔに含まれる磁界成分（合成磁界ＣＭＦの成分）を第４キャリブレーション情報として例えばメモリ部１２０２に記憶しておく（ステップＳ１２３８）。
次に制御部１２０１は、全てのセンスコイル１２１４を選択済みであるか否かを判定し（ステップＳ１２３９）、選択済みでない場合（ステップＳ１２３９のＮｏ）、ステップＳ１２３７に帰還して未選択のセンスコイル１２１４を選択し、以降、同様の動作を実行する。一方、全てのセンスコイル１２１４を選択済みであれば（ステップＳ１２３９のＹｅｓ）、制御部１２０１は、全ての対をなす駆動コイル１２２４を選択済みか否かを判定し（ステップＳ１２４０）、全ての駆動コイル１２２４を選択済みでない場合（ステップＳ１２４０のＮｏ）、ステップＳ１２３１へ帰還して、以降、同様の動作を実行する。一方、全ての駆動コイル１２２４を選択済みであれば（ステップＳ１２４０のＹｅｓ）、制御部１２０１は、図３０の第３および第４プレキャリブレーション処理へリターンする。
以上のような動作を実行することで、本実施の形態では、各駆動コイル１２２４および補助コイル１２４４の駆動時の振幅ならびに位置検出時の２段階キャリブレーション処理に用いる第３および第４キャリブレーション情報を取得できる。
・位置検出処理
また、本実施の形態による位置検出処理において、位置検出処理の全体的な概略流れと、駆動磁界発生部１２２０および補助磁界発生部１２４０を駆動して検出空間Ｋ内に駆動磁界ＤＭＦおよび補助磁界ＳＭＦを形成するコイル駆動処理の概略流れとは、上記実施の形態４において図２４および図２５を用いて説明した流れと同様である。さらに、位置導出処理（図２４のステップＳ１１５２に相当）は、第１キャリブレーション情報と第２キャリブレーション情報とをそれぞれ第３キャリブレーション情報と第４キャリブレーション情報とに置き換え、図２８に示す原理を用いて共振磁界ＲＭＦの余弦成分を算出する処理以外は、図２６を用いて説明した流れと同様である。
また、本実施の形態による位置検出処理において、位置検出処理の全体的な概略流れと、駆動磁界発生部１２２０および補助磁界発生部１２４０を駆動して検出空間Ｋ内に駆動磁界ＤＭＦおよび補助磁界ＳＭＦを形成するコイル駆動処理の概略流れとは、上記実施の形態４において図２４および図２５を用いて説明した流れと同様である。さらに、位置導出処理（図２４のステップＳ１１５２に相当）は、第１キャリブレーション情報と第２キャリブレーション情報とをそれぞれ第３キャリブレーション情報と第４キャリブレーション情報とに置き換え、図２８に示す原理を用いて共振磁界ＲＭＦの余弦成分を算出する処理以外は、図２６を用いて説明した流れと同様である。
以上のように動作することで、本実施の形態では、ＬＣ共振回路１１１が導入されていない状態で検出空間Ｋ２内に形成した駆動磁界ＤＭＦの位相と、ＬＣ共振回路１１１が導入されていない状態で駆動磁界ＤＭＦと補助磁界ＳＭＦとを発生させた際に検出空間Ｋ２内に形成された合成磁界ＣＭＦの情報と、をあらかじめメモリ部１２０２等に記憶しておき、位置検出時に信号処理部１２１１で取得された磁界の情報からメモリ部１２０２等に記憶された駆動信号ＤＭＦの位相および合成磁界ＣＭＦの情報とを用いて共振磁界ＲＭＦの情報（余弦成分）を抽出し、抽出した共振磁界ＲＭＦの情報（余弦成分）を用いてＬＣマーカ２０の位置情報等を導出するため、位置検出時に共振磁界ＲＭＦの情報を的確に抽出することができ、これにより、安定して正確な位置を導出することが可能な補助コイルを用いた位置検出磁気誘導システム５および位置検出方法を実現することが可能となる。
また、上記実施の形態は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、仕様等に応じて種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施の形態が可能であることは上記記載から自明である。
１、２、３、４、５ 位置検出システム
１０、２０ ＬＣマーカ
１１ 共振磁界発生部
１３ 制御部
１４ 被検体内情報取得部
１５ 無線送信部
１５ａ 送信用アンテナ
１６ 無線受信部
１６ａ 受信用アンテナ
１７ 内部電源
１８ 筐体
１８ａ 容器
１８ｂ キャップ
２００、３００、４００、５００ 外部装置
１１１ ＬＣ共振回路
１４１ 照明部
１４１Ａ 光源
１４１Ｂ 回路基板
１４２ 撮像部
１４２ａ 撮像素子
１４２ｃ 対物レンズ
１４３ 信号処理部
２０１、１２０１ 制御部
２０２、１２０２ メモリ部
２０３、１２０３ 操作入力部
２０４、１２０４ 表示部
２０５、１２０５ 無線受信部
２０６、１２０６ 無線送信部
２１０、３１０ 磁界情報取得部
２１１ Ａ／Ｄ変換部
２１２ ＦＦＴ演算部
２１４Ａ、２１４Ｂ 配線基板
２２０ 位置情報演算部
２３０ 駆動コイル入力信号調整部
２３１ 駆動信号生成部
２３２ 駆動コイル切替部
２３３ａ、２３３ｂ 駆動信号生成器
２４０ 補助コイル入力信号調整部
２４３ａ、２４３ｂ 補助信号生成器
３１１ 信号検出部
３１２ センスコイル選択部
３１３ 干渉補正部
３４０、１２３２ ガイダンスコイル駆動部
９００ 被検体
１２１０ 位置導出部
１２１１ 信号処理部
１２１２ 位置計算部
１２１４、１２１５ センスコイル
１２１４Ｂ、１２１５Ｂ 配線基板
１２２０ 駆動磁界発生部
１２２１、１２３１、１２４１ 信号生成部
１２２２ 駆動コイル駆動部
１２２４ａ、１２２４ｂ 駆動コイル
１２３０ ガイダンス磁界発生部
１２３４ａ、１２３４ｂ、１２３４ｃ、１２３４ｄ ガイダンスコイル
１２４０ 補助磁界発生部
１２４２ 補助コイル駆動部
１２４４ａ、１２４４ｂ 補助コイル
１２５０ 載置台
１４１０ スタンド
１４１４ 磁界センサ
ＣＭＦ 合成磁界
ＲＭＦ 共振磁界成分
ＤＭＦ 駆動磁界
Ｄｘ＿１、Ｄｘ＿２、Ｄｘ、Ｄｙ、Ｄｚ 駆動コイル
Ｅｘ＿１、Ｅｘ＿２ 補助コイル
Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚ ガイダンスコイル
Ｍ１２ 永久磁石
Ｓ＿１〜Ｓ＿８ センスコイル
Ｋ１、Ｋ２ 検出空間
Ｌ１、Ｌ２ 駆動磁界成分線
ＳＭＦ 補助磁界
Ｓｄｅｔ 検出信号
１０、２０ ＬＣマーカ
１１ 共振磁界発生部
１３ 制御部
１４ 被検体内情報取得部
１５ 無線送信部
１５ａ 送信用アンテナ
１６ 無線受信部
１６ａ 受信用アンテナ
１７ 内部電源
１８ 筐体
１８ａ 容器
１８ｂ キャップ
２００、３００、４００、５００ 外部装置
１１１ ＬＣ共振回路
１４１ 照明部
１４１Ａ 光源
１４１Ｂ 回路基板
１４２ 撮像部
１４２ａ 撮像素子
１４２ｃ 対物レンズ
１４３ 信号処理部
２０１、１２０１ 制御部
２０２、１２０２ メモリ部
２０３、１２０３ 操作入力部
２０４、１２０４ 表示部
２０５、１２０５ 無線受信部
２０６、１２０６ 無線送信部
２１０、３１０ 磁界情報取得部
２１１ Ａ／Ｄ変換部
２１２ ＦＦＴ演算部
２１４Ａ、２１４Ｂ 配線基板
２２０ 位置情報演算部
２３０ 駆動コイル入力信号調整部
２３１ 駆動信号生成部
２３２ 駆動コイル切替部
２３３ａ、２３３ｂ 駆動信号生成器
２４０ 補助コイル入力信号調整部
２４３ａ、２４３ｂ 補助信号生成器
３１１ 信号検出部
３１２ センスコイル選択部
３１３ 干渉補正部
３４０、１２３２ ガイダンスコイル駆動部
９００ 被検体
１２１０ 位置導出部
１２１１ 信号処理部
１２１２ 位置計算部
１２１４、１２１５ センスコイル
１２１４Ｂ、１２１５Ｂ 配線基板
１２２０ 駆動磁界発生部
１２２１、１２３１、１２４１ 信号生成部
１２２２ 駆動コイル駆動部
１２２４ａ、１２２４ｂ 駆動コイル
１２３０ ガイダンス磁界発生部
１２３４ａ、１２３４ｂ、１２３４ｃ、１２３４ｄ ガイダンスコイル
１２４０ 補助磁界発生部
１２４２ 補助コイル駆動部
１２４４ａ、１２４４ｂ 補助コイル
１２５０ 載置台
１４１０ スタンド
１４１４ 磁界センサ
ＣＭＦ 合成磁界
ＲＭＦ 共振磁界成分
ＤＭＦ 駆動磁界
Ｄｘ＿１、Ｄｘ＿２、Ｄｘ、Ｄｙ、Ｄｚ 駆動コイル
Ｅｘ＿１、Ｅｘ＿２ 補助コイル
Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚ ガイダンスコイル
Ｍ１２ 永久磁石
Ｓ＿１〜Ｓ＿８ センスコイル
Ｋ１、Ｋ２ 検出空間
Ｌ１、Ｌ２ 駆動磁界成分線
ＳＭＦ 補助磁界
Ｓｄｅｔ 検出信号
Claims (18)
- 検出空間内に配置される検出体と、検出空間外に配置される外部装置と、を備えた位置検出システムであって、
前記検出体は、
前記検出空間内に形成された駆動磁界に応じて共振磁界を発生する共振回路を有し、前記外部装置は、
前記検出空間内に前記駆動磁界を形成する少なくとも２つの駆動コイルと、
前記駆動磁界を形成させる駆動信号を前記駆動コイルにそれぞれ入力する少なくとも２つの駆動信号入力部と、
前記検出空間内に形成された磁界を検出する少なくとも１つのセンスコイルと、
前記センスコイルで検出された磁界の強度から前記駆動信号の位相または振幅を評価する評価関数を用いて前記駆動信号入力部が前記コイルそれぞれに入力する前記駆動信号の位相または振幅を調整する信号調整部と、
前記センスコイルで検出された磁界に基づいて前記検出体の位置を導出する位置導出部と、
を有し、
前記評価関数は、各駆動コイルと各センスコイルとの位置関係に応じて設定された重みを前記センスコイルで検出された磁界の強度に付加または乗算して解を導出することを特徴とする位置検出システム。 - 検出空間内に配置される検出体と、検出空間外に配置される外部装置と、を備えた位置検出システムであって、
前記検出体は、
前記検出空間内に形成された駆動磁界に応じて共振磁界を発生する共振回路を有し、前記外部装置は、
前記検出空間内に前記駆動磁界を形成する少なくとも２つの駆動コイルと、
前記駆動磁界を形成させる駆動信号を前記駆動コイルにそれぞれ入力する少なくとも２つの駆動信号入力部と、
前記検出空間内に形成された磁界を検出する少なくとも１つのセンスコイルと、
前記センスコイルで検出された磁界の強度から前記駆動信号の位相または振幅を評価する評価関数を用いて前記駆動信号入力部が前記コイルそれぞれに入力する前記駆動信号の位相または振幅を調整する信号調整部と、
前記センスコイルで検出された磁界に基づいて前記検出体の位置を導出する位置導出部と、
を有し、
前記評価関数は、各駆動コイルと各センスコイルとの位置関係および各駆動コイルの形状のうち少なくとも１つに応じて設定された重みを前記駆動信号の振幅に付加または乗算して解を導出することを特徴とする位置検出システム。 - 前記信号調整部は、前記駆動信号の振幅または位相と前記センスコイルで検出された磁界の強度との少なくとも一方に基づいて前記重みを変更することを特徴とする請求項１に記載の位置検出システム。
- 前記外部装置は、
前記センスコイルの少なくとも１つに入力する駆動磁界を打ち消す補助磁界を発生する補助コイルと、
前記補助コイルに前記補助磁界を発生させる補助信号を入力する補助信号入力部と、
を有し、
前記信号調整部は、前記センスコイルで検出された磁界に基づいて、前記駆動信号入力部が前記駆動コイルの少なくとも１つに入力する前記駆動信号の位相または振幅、ならびに／もしくは、前記補助信号入力部が前記補助コイルに入力する補助信号の位相および振幅を調整することを特徴とする請求項１または２に記載の位置検出システム。 - 前記信号調整部は、前記センスコイルで検出された磁界の強度から前記駆動信号および／または前記補助信号の位相および振幅の少なくとも一方を評価する評価関数を用いて前記駆動信号および／または前記補助信号の位相および振幅の少なくとも一方を調整し、
前記評価関数は、各駆動コイルおよび前記補助コイルと各センスコイルとの位置関係に応じて設定された重みを前記センスコイルで検出された磁界の強度に付加または乗算して解を導出することを特徴とする請求項４に記載の位置検出システム。 - 前記信号調整部は、前記センスコイルで検出された磁界の強度から前記駆動信号および／または前記補助信号の位相および振幅の少なくとも一方を評価する評価関数を用いて前記駆動信号および／または前記補助信号の位相および振幅の少なくとも一方を調整し、
前記評価関数は、各駆動コイルおよび前記補助コイルと各センスコイルとの位置関係および各駆動コイルの形状のうち少なくとも１つに応じて設定された重みを前記駆動信号の振幅に付加または乗算して解を導出することを特徴とする請求項４に記載の位置検出システム。 - 前記信号調整部は、前記駆動信号の振幅または位相と前記センスコイルで検出された磁界の強度との少なくとも一方に基づいて前記重みを変更することを特徴とする請求項５に記載の位置検出システム。
- 駆動磁界を形成する少なくとも２つの駆動コイルが配置された検出空間内に導入されて前記駆動磁界に応じて当該検出体の位置を検出させるための共振磁界を発生する検出体の位置を検出する位置検出方法であって、
前記検出空間内に前記検出体が導入されていない状態で前記駆動コイルに駆動信号を入力することで前記検出空間内に形成された磁界を前記検出空間の外部に設けた少なくとも１つのセンスコイルで検出する第１検出ステップと、
前記第１検出ステップで検出された磁界の強度から前記駆動信号の位相または振幅を評価する評価関数を用いて前記駆動信号の位相または振幅を調整する調整ステップと、
前記検出空間内に前記検出体が導入された状態で前記調整ステップで位相または振幅が調整された駆動信号を前記駆動コイルに入力することで前記検出空間内に駆動磁界を形成する駆動ステップと、
前記駆動ステップで前記検出空間内に前記駆動磁界を形成した際の前記検出空間内の磁界を少なくとも１つの前記センスコイルで検出する第２検出ステップと、
前記第２検出ステップで検出された磁界に基づいて前記検出体の位置を導出する位置導出ステップと、
を含み、
前記評価関数は、各駆動コイルと各センスコイルとの位置関係に応じて設定された重みを前記センスコイルで検出された磁界の強度に付加または乗算して解を導出することを特徴とする位置検出方法。 - 駆動磁界を形成する少なくとも２つの駆動コイルが配置された検出空間内に導入されて前記駆動磁界に応じて当該検出体の位置を検出させるための共振磁界を発生する検出体の位置を検出する位置検出方法であって、
前記検出空間内に前記検出体が導入されていない状態で前記駆動コイルに駆動信号を入力することで前記検出空間内に形成された磁界を前記検出空間の外部に設けた少なくとも１つのセンスコイルで検出する第１検出ステップと、
前記第１検出ステップで検出された磁界の強度から前記駆動信号の位相または振幅を評価する評価関数を用いて前記駆動信号の位相または振幅を調整する調整ステップと、
前記検出空間内に前記検出体が導入された状態で前記調整ステップで位相または振幅が調整された駆動信号を前記駆動コイルに入力することで前記検出空間内に駆動磁界を形成する駆動ステップと、
前記駆動ステップで前記検出空間内に前記駆動磁界を形成した際の前記検出空間内の磁界を少なくとも１つの前記センスコイルで検出する第２検出ステップと、
前記第２検出ステップで検出された磁界に基づいて前記検出体の位置を導出する位置導出ステップと、
を含み、
前記評価関数は、各駆動コイルと各センスコイルとの位置関係および各駆動コイルの形状のうち少なくとも１つに応じて設定された重みを前記駆動信号の振幅に付加または乗算して解を導出することを特徴とする位置検出方法。 - 前記調整ステップは、前記少なくとも２つの駆動コイルそれぞれに入力する前記駆動信号のうち少なくとも１つの駆動信号の位相または振幅を固定し、該位相または振幅を固定した駆動信号に対して他の駆動信号の位相または振幅の少なくとも一方を調整することを特徴とする請求項８または９に記載の位置検出方法。
- 被検体内に導入された状態で検出空間内に配置される被検体内導入装置と、前記被検体外に配置される外部装置と、を備えた位置検出システムであって、
前記被検体内導入装置は、
前記検出空間内に形成された駆動磁界に応じて共振磁界を発生する共振回路を有し、
前記外部装置は、
前記検出空間内に形成された磁界に応じて検出信号を生成するセンスコイルと、
前記駆動磁界を発生する駆動コイルと、
前記駆動コイルに前記駆動磁界を発生させる駆動信号を入力する駆動磁界発生部と、
前記センスコイルに入力される前記駆動磁界を低減する補助磁界を発生する補助コイルと、
前記補助コイルに前記補助磁界を発生させる補助信号を入力する補助磁界発生部と、
前記被検体内導入装置が前記検出空間内に導入されていない状態で前記検出空間内に形成した前記駆動磁界の位相を記憶する位相記憶部と、
前記被検体内導入装置が前記検出空間内に導入されていない状態で前記駆動磁界と前記補助磁界とを発生させた際に前記検出空間内に形成された合成磁界の情報を記憶する合成磁界情報記憶部と、
前記検出信号から前記磁界の情報を導出する信号処理部と、
前記信号処理部で導出された前記磁界の情報と前記位相記憶部に記憶された前記位相と前記合成磁界情報記憶部に記憶された前記合成磁界の情報とを用いて前記被検体内導入装置の位置を導出する位置導出部と、
前記駆動磁界発生部に前記駆動信号を前記駆動コイルへ入力させつつ前記補助磁界発生部に前記補助信号を前記補助コイルに入力させた状態で前記センスコイルより読み出された前記検出信号に基づいて前記信号処理部に前記磁界の情報を導出させ、該得られた磁界の情報と前記位相記憶部に記憶された前記位相と前記合成磁界情報記憶部に記憶された前記合成磁界の情報とを用いて前記位置導出部に前記被検体内導入装置の位置を導出させる制御部と、
を有することを特徴とする位置検出システム。 - 前記合成磁界の情報は、前記合成磁界についての強度と位相とを含む複素ベクトルであり、
前記磁界の情報は、前記磁界についての強度と位相とを含む複素ベクトルであり、
前記位置導出部は、前記磁界の情報から前記合成磁界の情報をベクトル演算により引算し、該引算により算出した複素ベクトルの前記位相記憶部に記憶された前記位相に対する余弦成分を算出し、該算出した余弦成分を用いて前記被検体内導入装置の位置を導出することを特徴とする請求項１１に記載の位置検出システム。 - 前記位相記憶部に記憶された前記位相は、前記被検体内導入装置が前記検出空間内に導入されていない状態で前記駆動磁界を発生させた際に前記センスコイルで検出された前記駆動磁界の位相であることを特徴とする請求項１１に記載の位置検出システム。
- 前記位相記憶部に記憶された前記位相は、前記被検体内導入装置が前記検出空間内に導入されていない状態で前記駆動磁界を発生させた際に前記検出空間内に配置した磁界センサによって検出された前記駆動磁界の位相であることを特徴とする請求項１２に記載の位置検出システム。
- 磁界を検出するセンスコイルと駆動磁界を発生する駆動コイルと前記センスコイルに入力される前記駆動磁界を低減する補助磁界を発生する補助コイルとが配置された検出空間内に配置されて前記駆動磁界に応じて当該被検体内導入装置の位置を検出させるための共振磁界を発生する被検体内導入装置の位置を検出する位置検出方法であって、
前記被検体内導入装置が前記検出空間内に配置されていない状態で前記検出空間内に形成した前記駆動磁界の位相を検出する位相検出ステップと、
前記被検体内導入装置が前記検出空間内に配置されていない状態で前記駆動磁界と前記補助磁界とを発生させた際に前記検出空間内に形成された合成磁界の情報を取得する合成磁界情報取得ステップと、
前記被検体内導入装置が前記検出空間内に配置された状態で前記駆動磁界と前記補助磁界とを発生させた際に前記センスコイルで検出された磁界の情報を取得する磁界情報取得ステップと、
前記磁界情報取得ステップで取得された前記磁界の情報と前記位相検出ステップで検出された前記位相と前記合成磁界情報取得ステップで取得された前記合成磁界の情報とを用いて前記被検体内導入装置の位置を導出する位置導出ステップと、
を含むことを特徴とする位置検出方法。 - 前記合成磁界の情報は、前記合成磁界についての強度と位相とを含む複素ベクトルであり、
前記磁界の情報は、前記磁界についての強度と位相とを含む複素ベクトルであり、
前記位置導出ステップは、前記磁界の情報から前記合成磁界の情報をベクトル演算により引算し、該引算により算出した複素ベクトルの前記位相記憶部に記憶された前記位相に対する余弦成分を算出し、該算出した余弦成分を用いて前記被検体内導入装置の位置を導出することを特徴とする請求項１５に記載の位置検出方法。 - 前記位相検出ステップは、前記被検体内導入装置が前記検出空間内に導入されていない状態で前記駆動磁界を発生させた際に前記センスコイルで検出された前記駆動磁界の位相を検出することを特徴とする請求項１５に記載の位置検出方法。
- 前記位相検出ステップは、前記被検体内導入装置が前記検出空間内に導入されていない状態で前記駆動磁界を発生させた際に前記検出空間内に配置した磁界センサによって検出された前記駆動磁界の位相を検出することを特徴とする請求項１５に記載の位置検出方法。
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