JP4847520B2 - 医療装置誘導システム - Google Patents
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Description
前述した特開2006−026391号公報による医療装置の位置検出システムは、医療装置がどのような姿勢(向く方向)であっても常に誘導用コイルに誘導磁界を発生させることができるため磁界センサにより位置を検出することができる。しかし、その反面、誘導用コイルに対する医療装置が存在する位置等により、医療装置が位置を検出させるために発生させた位置検出用磁界が誘導用コイルを通過する場合がある。
そこで本発明は、位置検出時に発生する不要信号を排除し、体腔内を通過する医療装置の正確な位置を検出する位置検出機能を有する医療装置誘導システム及びその位置補正方法を提供する。具体的には、体腔内に導入され、誘導用磁界による推進力を発生して移動及び姿勢制御可能で、常時又は応答により特定周波数の磁界を発生するカプセル型医療装置と、上記特定周波数の磁界を検出する磁界検出部と、上記磁界検出部の検出結果に基づき、上記カプセル型医療装置の体腔内における位置を検出する位置検出部と、で構成される位置検出装置と、任意の方向に指向する上記誘導用磁界を発生させて、上記カプセル型医療装置を所望する位置に誘導する誘導用コイルと、上記誘導用コイルに入り込む上記特定周波数の磁界により発生する不要磁界に基づく不要信号を算出する不要信号値算出部と、上記不要信号値算出部による算出結果を上記磁界検出部の検出結果より減算し、上記不要磁界に相当する磁界を排除する位置計算補正部と、を具備する医療装置誘導システムを提供する。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る位置検出機能を有する医療装置誘導システムの概念的な構成を示す。
この医療装置誘導システムは、医療装置として、例えば患者の体腔内に導入され誘導磁界により、その位置及び姿勢を制御することができるカプセル型医療装置1と、任意の方向の磁界を発生しカプセル型医療装置1を誘導して移動や姿勢制御を行う磁気誘導装置4と、カプセル型内医療装置1が発生する磁界により位置を検出する位置検出装置5と、位置検出装置5に対して位置算出の補正を行う位置計算補正部9とで構成される。
磁石1bは、カプセル型医療装置1の撮像部の後方や内周面に固定され、誘導磁界用発生コイルが発生した誘導用磁界により力を発生させて、カプセル型医療装置1の移動や姿勢変化を行う。
この位置算出部10は、誤差算出式生成部23と、方程式求解部24と、比較部25と、誤差加算部26と、位置出力部27とで構成される。
誤差算出式生成部23は、初期値(推定位置情報)と磁界センサ3cの位置情報及び姿勢情報に基づき、評価関数を生成し、評価関数を変形し、変数個数分の連立方程式をあらわす行列を生成して出力する。また、評価関数を変形して連立方程式をあらわす行列を生成するためのプログラムを備えている。
比較部25は、方程式求解部24により得られた解と閾値(計算結果が収束したとみなせるか否かの許容誤差)とを比較し繰り返し計算を継続するか判定する。この比較処理において解(誤差)が閾値を越えた値であれば、誤差加算部26が比較部25を通じて入力される方程式の解を誤差算出式生成部23から出力された値に加算する。加算した結果は、次回の位置計算時に誤差算出式生成部23に送られる。計算開始時には、内部保持または入力された初期値が適用される。一方、比較処理で解が閾値より小さければ、計算が収束したと見なして加算は中止し、計算を終了して位置出力部27に出力する。
この不要信号算出部22は、誤差算出式生成部23に接続され、カプセル型医療装置1の現在位置に応じて誘導用コイル2から発生する不要磁界を減算する。評価関数では、測定値から磁気双極が作り出す磁界として計算される推定電圧を減算するが、この部分からさらに不要磁界により発生する不要信号を算出、減算できるようにしてある。こうして得られる評価関数に対し、ある推測値からの誤差を算出するための連立方程式が立てられる。この構成では、常に不要磁界を考慮して位置計算を行うので常に確かな位置が推定できる。
図3Aは、位置検出を説明するためのフローチャートである。図3Bは、連立方程式の生成を説明するためのサブルーチンである。
次に、方程式求解部24において、入力された連立方程式を解き、その解ΔP(真値に対する誤差)を求める(ステップS4)。
磁気による位置検出は、2つの手法が考えられる。第1に、位置検出領域に磁界を発生させる機能を搭載したカプセル型医療装置1が置かれていた場合に、カプセル型医療装置1が発生させた磁界を、外周に配置された磁界センサにより検出するものがある。第2に、カプセル型医療装置1が磁界センサを内蔵して、周囲に磁界発生装置を配置した際に、その発生された磁界を磁界センサにより検出して位置を求めるものがある。本発明では、これらの2つの検出方法の何れかを採用する。
まず、位置検出領域にコイルが置かれた状況を想定する。例としては位置検出の検出対象がカプセル型医療装置1であり、そのカプセル型医療装置1には、磁石など磁性体が配置され外部からの磁界によってその位置と姿勢を制御する状況が考えられる。
磁界発生の機能は、内部発振によるコイル駆動でも外部から磁界を与え、それによる誘導で磁界を発生する方式でもよい。
カプセル型医療装置1からの磁界を、磁気双極子からの発生磁界として扱えると仮定すれば、任意の位置の磁界を計算可能である。
カプセル型医療装置1のX,Y,Z空間での位置と、その姿勢(向き)を示すベクトルのX,Y,Z成分の6変数を求めるために発生させる磁界分布又は、検出する磁界センサの個数を適切に設定することが必要である。
従って、本実施形態によれば、患者を乗せたベッドの移動など、誘導用コイルと位置検出を行う磁界検出部3bと相対位置が必ずしも固定されていない場合に、相対位置計測部を用いて誘導用コイル2と磁界検出部3bとの相対的な位置関係を加味して、正確な不要信号を計算することができる。又、ベッドの位置検出により、自動的に計測された相対的な位置関係の情報に更新することにより、人手入力にせずに常に正しい計算を行うことができる。
本実施形態によれば、前述した第1の実施形態と同等の効果を得ることができ、位置検出時に発生する不要信号を排除し、体腔内を通過する医療装置の正確な位置を検出することができる。
(磁界センサの検出結果)を無線信号により位置検出装置52側に送信して、カプセル型医療装置1の位置を推定する構成である。前述したように、位置検出用磁界発生部53が発生する磁界をカプセル型医療装置1内の磁界検出部51が検出する。この場合、干渉が発生するのは、位置検出用磁界発生部53と、誘導用コイル2となる。これまでと同様に、誘導用コイル2から不要磁界が発生して位置検出用磁界に加算されるため、空間に形成した位置検出用磁界の分布がくずれることになる。尚、この構成の場合、位置検出用磁界発生部53は、同じくコイルであるため、全く同じ原理で不要磁界が発生し位置検出に誤差をもたらす可能性がある。この場合も誘導用コイルと同様の計算によって、不要磁界を求めることが可能である。
本実施形態の検出動作において、前述した図3に示したフローチャートの各ステップの動作と同等である場合には、同じステップ番号を付して、詳細な説明は省略する。
まず、予め設定された評価関数を変形して連立方程式をあらわす行列を生成し、連立方程式を解き、その解が収束しているか否かの判定を行う(ステップS1〜S8)。
本実施形態によれば、誘導用コイルと位置検出を行う磁界検出部3bと相対位置が固定されていない場合に、相対位置計測部を用いて誘導用コイル2と磁界検出部3bとの相対的な位置関係を加味して、正確な不要信号を計算することができる。又、ベッドの位置検出により、自動的に計測された相対的な位置関係の情報に更新することにより、人手入力にせずに常に正しい計算を行うことができる。
Claims (25)
- 体腔内に導入され、誘導用磁界による推進力を発生して移動及び姿勢制御可能で、常時又は応答により特定周波数の磁界を発生するカプセル型医療装置と、上記特定周波数の磁界を検出する磁界検出部と、上記磁界検出部の検出結果に基づき、上記カプセル型医療装置の体腔内における位置を検出する位置検出部と、で構成される位置検出装置と、
任意の方向に指向する上記誘導用磁界を発生させて、上記カプセル型医療装置を所望する位置に誘導する誘導用コイルと、
上記誘導用コイルに入り込む上記特定周波数の磁界により発生する不要磁界に基づく不要信号を算出する不要信号値算出部と、
上記不要信号値算出部による算出結果を上記磁界検出部の検出結果より減算し、上記不要磁界に相当する磁界を排除する位置計算補正部と、
を具備する医療装置誘導システム。 - 誘導用磁界により推進力を発生させて移動や姿勢変化を行うための磁石及び、コイルから成り、外部に特定周波数の磁界を発生する磁界発生部を備え、体腔内に導入されるカプセル型医療装置と、
上記誘導用磁界を放射する誘導用コイル、上記誘導用コイルに電流を流して駆動する信号発生部、指示された位置及び姿勢に上記カプセル型医療装置を誘導するために必要な信号波形を計算する信号発生制御部及び、上記カプセル型医療装置の移動位置及び姿勢を指示する操作部と、を備える磁気誘導装置と、
上記カプセル型医療装置が発生した上記特定周波数の磁界を検出する複数の磁界センサを有し検出した磁界から変換した電圧信号を出力する磁界検出部、上記電圧信号をデジタルデータに変換する信号処理部、上記信号処理部から入力されたデジタルデータから上記カプセル型医療装置の現在位置を算出する位置算出部を備える位置検出装置と、
上記カプセル型医療装置の現在の位置に応じて、上記誘導用コイルに発生する不要磁界の推定式に基づき不要信号を計算し、上記磁界検出部の出力から不要信号を減算する不要信号式算出部を備える位置計算補正部と、
を具備する医療装置誘導システム。 - 上記信号処理部は、さらに帯域制限、信号増幅、アナログデジタル変換の機能を具備する請求項2に記載の医療装置誘導システム。
- 上記位置検出装置の基準点に対する上記誘導用コイルの位置を計測する相対位置計測部を具備する請求項2に記載の医療装置誘導システム。
- 上記位置計算補正部は、
上記不要信号式算出部と、さらに、
測定された上記カプセル型医療装置の位置情報に応じて推定した、上記誘導用コイルから発生する不要磁界を減じる不要信号値算出部と、
測定された上記位置情報に基づく移動距離を予め定めた任意の設定値と比較し、該移動距離が該設定値以上の際に上記不要信号式算出部を選択して位置算出を行うようにし、該移動距離が該設定値未満の際に上記不要信号値算出部を選択して位置算出を行うようにする第1の切替部と、
を備える請求項2に記載の医療装置誘導システム。 - 上記位置計算補正部は、
上記不要信号式算出部と、さらに、
測定された上記カプセル型医療装置の位置情報に応じて、推定した上記誘導用コイルから発生する不要磁界を減じる不要信号値算出部と、
上記位置検出装置における検出回数をカウントし、予め設定された任意の設定回数を越えた際に、上記不要信号式算出部を選択して位置算出を行うようにし、カウントした上記検出回数が上記設定回数以下の際に上記不要信号値算出部を選択して位置算出を行うようにする第2の切替部と、
を備える請求項2に記載の医療装置誘導システム。 - 誘導用磁界により推進力を発生させて移動や姿勢変化を行うための磁石及び、コイル及びキャパシタからなる共振回路を有し、位置検出用磁界により共振して外部に特定周波数の磁界を発生する第2の磁界発生部を備えるカプセル型医療装置と、
上記誘導用磁界を放射する誘導用コイル、上記誘導用コイルに電流を流して駆動する信号発生部、指示された位置及び姿勢に上記カプセル型医療装置を誘導するために必要な信号波形を計算する信号発生制御部及び、上記カプセル型医療装置の移動位置及び姿勢を指示する操作部と、を備える磁気誘導装置と、
上記カプセル型医療装置が発生した上記特定周波数の磁界を検出する複数の磁界センサを有し検出した磁界から変換した電圧信号を出力する磁界検出部、上記電圧信号をデジタルデータに変換する信号処理部、上記信号処理部から入力されたデジタルデータから上記カプセル型医療装置の現在の位置を算出する位置算出部及び、信号発生部と位置検出用磁界発生コイルを有し位置検出用磁界を発生する位置検出用磁界発生部を備える位置検出装置と、
上記カプセル型医療装置の上記現在位置に応じて、上記誘導用コイルに発生する不要磁界の推定式に基づき不要信号を計算し、上記磁界検出部の出力から不要信号を減算する不要信号式算出部を備える位置計算補正部と、
を具備する医療装置誘導システム。 - さらに、上記位置検出装置の基準点に対する上記誘導用コイルの位置を計測する相対位置計測部を具備する請求項7に記載の医療装置誘導システム。
- 誘導用磁界により推進力を発生させて移動や姿勢変化を行うための磁石及び、位置検出用磁界を検出し、位置検出のためのデータを外部に無線送信する磁界検出部を備えるカプセル型医療装置と、
上記誘導用磁界を放射する誘導用コイル、上記誘導用コイルに電流を流して駆動する信号発生部、指示された位置及び姿勢に上記カプセル型医療装置を誘導するために必要な信号波形を計算する信号発生制御部及び、上記カプセル型医療装置の移動位置及び姿勢を指示する操作部と、を備える磁気誘導装置と、
上記磁界検出部から無線送信された上記位置検出のためのデータを受信する無線受信部、受信された上記位置検出のためのデータをデジタルデータに変換する信号処理部、上記信号処理部から入力されたデジタルデータから上記カプセル型医療装置の現在位置を算出する位置算出部及び、信号発生部と位置検出用磁界発生コイルを有し位置検出用磁界を発生する位置検出用磁界発生部とを備える位置検出装置と、
上記カプセル型医療装置の現在の位置に応じて、上記誘導用コイルから発生する不要磁界の推定式に基づき不要信号を計算し、上記磁界検出部の出力から不要信号を減算する不要信号式算出部を備える位置計算補正部と、
を具備する医療装置誘導システム。 - 上記カプセル型医療装置の磁界検出部は、磁界センサ、信号処理部及び無線送信部により構成される請求項9に記載の医療装置誘導システム。
- さらに、上記位置検出装置の基準点に対する上記誘導用コイルの位置を計測する相対位置計測部を具備する請求項9に記載の医療装置誘導システム。
- 誘導用磁界により推進力を発生させて移動や姿勢変化を行うための磁石及び、コイル及びキャパシタからなる共振回路を有し、位置検出用磁界により共振して外部に特定周波数の磁界を発生する第2の磁界発生部を備えるカプセル型医療装置と、
上記誘導用磁界を放射する誘導用コイル、上記誘導用コイルに電流を流して駆動する信号発生部、指示された位置及び姿勢に上記カプセル型医療装置を誘導するために必要な信号波形を計算する信号発生制御部及び、上記カプセル型医療装置の移動位置及び姿勢を指示する操作部と、を備える磁気誘導装置と、
上記カプセル型医療装置が発生した上記特定周波数の磁界を検出する複数の磁界センサを有し検出した磁界から変換した電圧信号を出力する磁界検出部、上記電圧信号をデジタルデータに変換する信号処理部、上記信号処理部から入力されたデジタルデータから上記カプセル型医療装置の現在位置を算出する位置算出部及び、信号発生部と位置検出用磁界発生コイルを有し位置検出用磁界を発生する位置検出用磁界発生部を備える位置検出装置と、
上記カプセル型医療装置の現在の位置に応じて、上記誘導用コイル及び上記位置検出用磁界発生コイルに発生する不要磁界の推定式に基づき不要信号を計算し、上記磁界検出部の出力から不要信号を減算する不要信号式算出部を備える位置計算補正部と、
を具備する医療装置誘導システム。 - 誘導用磁界により推進力を発生させて移動や姿勢変化を行うための磁石及び、位置検出用磁界を検出し、位置検出のためのデータを外部に無線送信する磁界検出部を備えるカプセル型医療装置と、
上記誘導用磁界を放射する誘導用コイル、上記誘導用コイルに電流を流して駆動する信号発生部、指示された位置及び姿勢に上記カプセル型医療装置を誘導するために必要な信号波形を計算する信号発生制御部及び、上記カプセル型医療装置の移動位置及び姿勢を指示する操作部と、を備える磁気誘導装置と、
上記磁界検出部から無線送信された上記位置検出のためのデータを受信する無線受信部、受信された上記位置検出のためのデータをデジタルデータに変換する信号処理部、上記信号処理部から入力されたデジタルデータから上記カプセル型医療装置の現在位置を算出する位置算出部及び、信号発生部と位置検出用磁界発生コイルを有し位置検出用磁界を発生する位置検出用磁界発生部とを備える位置検出装置と、
上記カプセル型医療装置の現在の位置に応じて、上記誘導用コイル及び上記位置検出用磁界発生コイルから発生する不要磁界の推定式に基づき不要信号を計算し、上記磁界検出部の出力から不要信号を減算する不要信号式算出部を備える位置計算補正部と、
を具備する医療装置誘導システム。 - 体腔内に導入され、誘導用磁界による推進力を発生して移動及び姿勢制御可能で、常時又は応答により特定周波数の磁界を発生するカプセル型医療装置と、上記特定周波数の磁界を検出する磁界検出部と、上記磁界検出部の検出結果に基づき、上記カプセル型医療装置の体腔内における位置を検出する位置検出部と、で構成される位置検出装置と、
上記カプセル型医療装置の周辺に配置され、上記特定周波数において閉回路を成す、
1つ以上のコイルと、
上記コイルに入り込む上記特定周波数の磁界により発生する不要磁界に基づく不要信号を算出する不要信号値算出部と、
上記不要信号値算出部による算出結果を上記磁界検出部の検出結果より減算し、上記不要磁界に相当する磁界を排除する位置計算補正部と、
を具備する医療装置誘導システム。 - 上記位置検出装置の基準点に対する上記コイルの位置を計測する相対位置計測部を具備する請求項14に記載の医療装置誘導システム。
- さらに、上記カプセル型医療装置の現在の位置に応じて、上記磁界検出部の出力から減算する、上記コイルに発生する不要磁界を推定するための推定式を計算する不要信号式算出部を有する請求項14に記載の医療装置誘導システム。
- さらに、測定された上記位置情報に基づく移動距離を予め定めた任意の設定値と比較し、上記移動距離が上記設定値以上の際に上記不要信号式算出部を選択して位置算出を行うようにし、該移動距離が該設定値未満の際に上記不要信号値算出部を選択して位置算出を行うようにする第1の切替部を備える請求項16に記載の医療装置誘導システム。
- 上記位置検出装置における検出回数をカウントし、予め設定された任意の設定回数を越えた際に、上記不要信号式算出部を選択して位置算出を行うようにしカウントした上記検出回数が上記設定回数以下の際に、上記不要信号値算出部を選択して位置算出を行うようにする第2の切替部と、
を備える請求項16に記載の医療装置誘導システム。 - 上記カプセル型医療装置は、コイル及びキャパシタからなる共振回路を有し、
上記コイルに接続され、上記コイルに上記特定周波数を有する電流を供給する信号発生部を有し、
上記カプセル型医療装置は、上記コイルが発生した上記特定周波数を有する磁界を受けて上記特定周波数の磁界を誘導発生する請求項14に記載の医療装置誘導システム。 - 体腔内に導入され、常時又は応答により特定周波数の磁界を検出し、検出した磁界データを外部に無線送信する磁界検出部を有するカプセル型医療装置と、
上記特定周波数の磁界を発生する特定周波数磁界発生部と、
無線送信された検出した磁界データである上記磁界検出部の検出結果に基づき、上記カプセル型医療装置の体腔内における位置を検出する位置検出部と、で構成される位置検出装置と、
上記カプセル型医療装置の周辺に配置され、上記特定周波数において閉回路を成す、
1つ以上のコイルと、
上記コイルに入り込む上記特定周波数の磁界により発生する不要磁界に基づく不要信号を算出する不要信号値算出部と、
上記不要信号値算出部による算出結果を上記磁界検出部の検出結果より減算し、上記不要磁界に相当する磁界を排除する位置計算補正部と、
を具備する医療装置誘導システム。 - 上記カプセル型医療装置の磁界検出部は、磁界センサ、信号処理部及び無線送信部により構成される請求項20に記載の医療装置誘導システム。
- さらに、上記位置検出装置の基準点に対する上記コイルの位置を計測する相対位置計測部を具備する請求項20に記載の医療装置誘導システム。
- さらに、上記カプセル型医療装置の現在の位置に応じて、上記磁界検出部の出力から減算する、上記コイルに発生する不要磁界を推定するための推定式を計算する不要信号式算出部を有する請求項20に記載の医療装置誘導システム。
- さらに、測定された上記位置情報に基づく移動距離を予め定めた任意の設定値と比較し、上記移動距離が上記設定値以上の際に上記不要信号式算出部を選択して位置算出を行うようにし、該移動距離が該設定値未満の際に上記不要信号値算出部を選択して位置算出を行うようにする第1の切替部を備える請求項16に記載の医療装置誘導システム。
- 上記位置検出装置における検出回数をカウントし、予め設定された任意の設定回数を越えた際に、上記不要信号式算出部を選択して位置算出を行うようにしカウントした上記検出回数が上記設定回数以下の際に、上記不要信号値算出部を選択して位置算出を行うようにする第2の切替部と、
を備える請求項20に記載の医療装置誘導システム。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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