JP4903899B2 - カプセル型医療装置誘導システム - Google Patents

Description

本発明は、被検体内に導入されるカプセル型医療装置を磁気誘導するカプセル型医療装置誘導システムに関する。

近年、内視鏡分野においては、撮像機能と無線通信機能とを設けたカプセル型の被検体内導入装置（例えばカプセル型内視鏡）が提案され、このカプセル型内視鏡を用いて被検体内の画像を取得する被検体内導入システムが開発されている。カプセル型内視鏡は、被検体内を観察（検査）するために、例えば被検体の口から飲込まれ、その後、自然排出されるまでの間、体腔内たとえば胃、小腸等の臓器の内部をその蠕動運動に従って移動するとともに、例えば０．５秒間隔で被検体内の画像を撮像するように機能する。

カプセル型内視鏡が被検体内を移動する間、このカプセル型内視鏡によって撮像された画像は、被検体の体表面に配置したアンテナを介して外部の画像表示装置に受信される。この画像表示装置は、カプセル型内視鏡に対する無線通信機能と画像のメモリ機能とを有し、被検体内のカプセル型内視鏡から受信した画像をメモリに順次格納する。医師または看護師は、かかる画像表示装置に蓄積された画像、すなわち被検体の消化管内の画像をディスプレイに表示することによって、被検体内を観察（検査）し、診断することができる。

ここで、特許文献１には、液体中で、磁界を用いてカプセル型内視鏡を誘導するものが記載されている。特に、カプセル型内視鏡を液体中で誘導する場合、カプセル型内視鏡の密度を液体の密度と同程度またはそれ未満とするものが記載されている。

特開２００７−１９５９６１号公報

しかしながら、上述した特許文献１に記載されたシステムを用いて磁界を発生させてカプセル型内視鏡を誘導する場合、カプセル型内視鏡内の永久磁石のサイズによって発生すべき最適な磁界の大きさが異なり、各種のカプセル型内視鏡に対しても常に誘導できるようにするためには、磁界を発生させる磁界発生装置が大型化し、重量も大きくなってしまい、さらには無駄な電力消費を伴うという問題点があった。

この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、カプセル型内視鏡などのカプセル型医療装置の誘導に必要な磁界を発生させる磁界発生装置の小型化あるいは省エネルギー化を実現することができるカプセル型医療装置誘導システムを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明にかかるカプセル型医療装置誘導システムは、被検体内に導入され、永久磁石を備えて前記流体内で前記被検体内の検査または処置を行うカプセル本体と、前記被検体外に設けられ、前記永久磁石に対して磁気引力を発生し、前記カプセル本体を誘導する磁界発生装置と、前記永久磁石を除く前記カプセル本体の質量が、前記カプセル本体の体積と前記流体の密度との積よりも小さく、前記磁界発生装置は、該磁界発生装置が前記カプセル本体に鉛直上方向に発生する磁気引力の最大値と鉛直下方向に発生する磁気引力の最大値とを等しくし、前記鉛直上下方向に発生する磁気引力の最大値を、前記永久磁石の質量に重力加速度を乗算した値よりも小さくして前記カプセル本体を誘導することを特徴とする。

また、この発明にかかるカプセル型医療装置誘導システムは、前記被検体内に導入され、永久磁石を備えて前記流体内で前記被検体内の検査または処置を行うカプセル本体と、前記被検体外に設けられ、前記永久磁石に対して磁気引力を発生し、前記カプセル本体を誘導する磁界発生装置と、前記永久磁石を除く前記カプセル本体の質量が、前記カプセル本体の体積と前記流体の密度との積よりも小さく、前記磁界発生装置は、該磁界発生装置が前記カプセル本体に鉛直上方向に発生する磁気引力の最大値を、鉛直下方向に発生する磁気引力の最大値以上にし、前記鉛直上下方向に発生する磁気引力の最大値を、前記永久磁石の質量に重力加速度を乗算した値以上にして前記カプセル本体を誘導することを特徴とする。

また、この発明にかかるカプセル型医療装置誘導システムは、上述した発明において、前記カプセル本体の前記流体に対する比重が略１であることを特徴とする。

また、この発明にかかるカプセル型医療装置誘導システムは、上述した発明において、前記カプセル本体の前記流体に対する比重が１より大きいことを特徴とする。

また、この発明にかかるカプセル型医療装置誘導システムは、上述した発明において、前記磁界発生装置は、前記カプセル本体に鉛直上方向に発生する力の最大値を、前記カプセル本体の質量と、前記カプセル本体の体積と前記流体の密度との積との差の２倍に重力加速度を乗算した値以下にして前記カプセル本体を誘導することを特徴とする。

また、この発明にかかるカプセル型医療装置誘導システムは、上述した発明において、前記カプセル本体は、被検体内に経口で摂取され、経口で摂取され一時的に胃に溜められた前記流体の中で前記磁界発生装置が発生する磁界によって誘導されることを特徴とする。

また、この発明にかかるカプセル型医療装置誘導システムは、上述した発明において、前記カプセル本体は、被検体内に経肛門で導入され、経口もしくは経肛門で摂取され一時的に大腸に溜められた前記流体の中で前記磁界発生装置が発生する磁界によって誘導されることを特徴とする。

また、この発明にかかるカプセル型医療装置誘導システムは、上述した発明において、前記カプセル本体は、被検体内に経口で摂取され、食道、胃幽門部、十二指腸、小腸、大腸のいずれかの中で前記磁界発生装置が発生する磁界によって誘導されることを特徴とする。

また、この発明にかかるカプセル型医療装置誘導システムは、上述した発明において、前記カプセル本体は、被検体内に経肛門で導入され、大腸の中で前記磁界発生装置が発生する磁界によって誘導されることを特徴とする。

また、この発明にかかるカプセル型医療装置誘導システムは、前記被検体内に導入され、永久磁石を備えて前記流体内で前記被検体内の検査または処置を行うカプセル本体と、前記被検体外に設けられ、前記永久磁石に対して磁気引力を発生し、前記カプセル本体を誘導する磁界発生装置と、前記永久磁石を除く前記カプセル本体の質量が、前記カプセル本体の体積と前記流体の密度との積よりも小さく、前記カプセル本体は、前記永久磁石の大きさ、前記カプセル本体の体積、前記カプセル本体の形状のいずれかが異なる複数の種類の複数のカプセル本体からなり、前記カプセル本体の種類を入力する入力部を備え、前記磁界発生装置は、前記入力部によって入力されたカプセル本体の種類に応じて前記カプセル本体に発生する最大磁気引力を変更する磁界発生制御部を備えたことを特徴とする。

また、この発明にかかるカプセル型医療装置誘導システムは、上述した発明において、前記磁界発生制御部は、鉛直上方向に発生する磁気引力の最大値と鉛直下方向に発生する磁気引力の最大値とを等しくし、前記鉛直上下方向に発生する磁気引力の最大値が、前記永久磁石の質量に重力加速度を乗算した値よりも小さくなるように、磁気引力の最大値を設定して制御することを特徴とする。

また、この発明にかかるカプセル型医療装置誘導システムは、上述した発明において、前記磁界発生制御部は、鉛直上方向に発生する磁気引力の最大値を鉛直下方向に発生する磁気引力の最大値以上にし、前記鉛直上下方向に発生する磁気引力の最大値が、前記永久磁石の質量に重力加速度を乗算した値以上となるように、磁気引力の最大値を設定して制御することを特徴とする。

また、この発明にかかるカプセル型医療装置誘導システムは、上述した発明において、前記磁界発生制御部は、鉛直上方向に発生する力の最大値が、前記入力部に入力されたカプセル本体の種類の該カプセル本体の質量と、該カプセル本体の体積と前記流体の密度との積との差の２倍に重力加速度を乗算した値以下となるように、磁気引力の最大値を設定して制御することを特徴とする。

この発明によれば、永久磁石を除くカプセル本体の質量が、カプセル本体の体積と流体の密度との積よりも小さく、磁界発生装置が、該磁界発生装置が前記カプセル本体に鉛直上方向に発生する磁気引力の最大値と鉛直下方向に発生する磁気引力の最大値とを等しくし、前記鉛直上下方向に発生する磁気引力の最大値を、前記永久磁石の質量に重力加速度を乗算した値よりも小さくして前記カプセル本体を誘導するようにしているので、磁界発生装置のサイズの小型化を実現することができる。

また、この発明によれば、永久磁石を除くカプセル本体の質量が、カプセル本体の体積と流体の密度との積よりも小さく、磁界発生装置が、該磁界発生装置が前記カプセル本体に鉛直上方向に発生する磁気引力の最大値を、鉛直下方向に発生する磁気引力の最大値以上にし、前記鉛直上下方向に発生する磁気引力の最大値を、前記永久磁石の質量に重力加速度を乗算した値以上にして前記カプセル本体を誘導するようにしているので、磁界発生装置のサイズの小型化を実現することができる。

また、この発明によれば、永久磁石を除くカプセル本体の質量が、カプセル本体の体積と流体の密度との積よりも小さく、各カプセル本体は、前記永久磁石の大きさ、前記カプセル本体の体積、前記カプセル本体の形状のいずれかが異なる複数の種類の複数のカプセル本体からなり、磁界発生装置が、入力部によって入力されたカプセル本体の種類に応じて前記カプセル本体に発生する最大磁気引力を変更するようにしているので、磁界発生装置のサイズの小型化および省エネルギー化を実現することができる。

図１は、誘導対象のカプセル本体と磁気発生装置との関係を示す模式図である。 図２は、カプセル本体の概要構成を示す模式図である。 図３は、被検体に導入されたカプセル本体の状態を示す模式図である。 図４は、鉛直方向に抗力が発生する場合の状態を示す模式図である。 図５−１は、カプセル本体内の永久磁石の最大設置サイズと設置される永久磁石のサイズとの関係を示す模式図である。 図５−２は、条件１の場合における永久磁石のサイズと磁界発生装置のサイズとの関係を示す図である。 図５−３は、条件２の場合における永久磁石のサイズと磁界発生装置のサイズとの関係を示す図である。 図５−４は、条件３の場合における永久磁石のサイズと磁界発生装置のサイズとの関係を示す図である。 図６は、永久磁石が配置される最大容積を超えるサイズの永久磁石を配置するとともにカプセル本体のサイズを大きくした場合の永久磁石のサイズに対する磁界発生装置のサイズの変化を示す図である。 図７は、磁界発生装置をカプセル本体の鉛直下方に設けた場合であってカプセル本体に密度のばらつきがある場合の永久磁石の最適サイズ決定を説明する図である。 図８は、磁界発生装置をカプセル本体の鉛直上方に設けた場合であってカプセル本体に密度のばらつきがある場合の永久磁石の最適サイズ決定を説明する図である。 図９は、抗力が鉛直上方にのみ発生する場合の状態を示す模式図である。 図１０は、抗力が鉛直上方にのみ発生する場合の永久磁石のサイズに対する磁界発生装置のサイズの変化を示す図である。 図１１−１は、考察５の条件１の場合における永久磁石のサイズと磁界発生装置のサイズとの関係を示す図である。 図１１−２は、考察５の条件２の場合における永久磁石のサイズと磁界発生装置のサイズとの関係を示す図である。 図１１−３は、考察５の条件３の場合における永久磁石のサイズと磁界発生装置のサイズとの関係を示す図である。 図１２は、この発明の実施の形態であるカプセル型医療装置誘導システムの構成を示す模式図である。

以下、図面を参照して、この発明にかかるカプセル型医療装置誘導システムの好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。

まず、このカプセル型医療装置誘導システムに適用されるカプセル型医療装置であるカプセル本体２を誘導するための磁気引力を発生させる磁界発生装置２０のサイズと、カプセル本体２内の永久磁石２４のサイズとの関係について考える。

カプセル本体２は、図１に示すように、磁界発生装置２０に囲まれ、磁界発生装置２０が発生する磁界によってカプセル本体２内の永久磁石２４に磁気引力が発生し、この磁気引力によってカプセル本体２が誘導される。なお、磁界発生装置２０は、少なくともカプセル本体２に対して鉛直方向の磁気引力を発生させることができればよい。

カプセル本体２は、図２に示すように、上述した永久磁石２４を有し、その他、カプセル本体２外部を撮像する撮像部２１、カプセル本体２全体を制御する制御回路２２、カプセル本体２全体の電源を供給する電源２３を有し、撮像部２１で撮像された画像は、図示しない無線部などを介してカプセル本体２外部に送信される。なお、カプセル本体２は、略円筒形状をなし、両端部がドーム形状をなす、いわゆるカプセル型の液密な筐体に包まれる。また、ここで用いるカプセル本体２は、経口の場合、直径５〜１５ｍｍで長さ１０〜４０ｍｍ程度のものを想定し、経肛門の場合、直径５〜２０ｍｍで長さ１０〜４０ｍｍ程度のものを想定している。ここで、食道の直径は、２０ｍｍ未満であり、小腸の直径は、３０ｍｍ程度であり、大腸の直径は、３０〜５０ｍｍ程度である。すなわち、経肛門のカプセル本体２の方が、経口のカプセル本体２に比して直径を大きくすることができ、容積の大きなカプセル本体２を実現できる。

カプセル本体２を用いて被検体１内の観察や検査等を行う場合、図３に示すように、液体４０を、例えば胃などに予め摂取し、この液体４０が胃に摂取された状態で、カプセル本体２を経口して胃に導入し、胃の内部を観察あるいは検査する。この際、被検体１は、図１に示した磁界発生装置２０内であってカプセル本体２が誘導可能な誘導範囲内となるように配置され、この液体４０中で、カプセル本体２が誘導され、所望の被検体内画像を取得する観察や、細胞の採取などの検査を行う。

摂取される液体は、撮像な可能なように、光学的に透明な液体で、水を主成分とするものが好ましい。液体４０が水の場合、被検体１の体温を下げないために、４０℃程度の微温湯が望ましいが、３０℃〜４５℃であってもよい。このときの水の密度は、３０℃で、０．９９５ｇ／ｃｍ^３であり、４０℃で、０．９９２ｇ／ｃｍ^３であり、４５℃で、０．９９０ｇ／ｃｍ^３である。なお、密度は、水に砂糖などの溶質を混ぜて、１．０〜１．１ｇ／ｃｍ^３程度に調整することができる。この液体４０の密度を大きくすることは、カプセル本体２内の永久磁石２４を大きくすることができるため好ましく、磁界発生装置２０の小型化を促進することができる。

ここで、被検体１内に導入された液体４０内で、鉛直方向に誘導する場合、カプセル本体の自重、浮力以外に、抗力が発生する。この抗力が、発生する方向に方向性がない場合、誘導に必要な力Ｆは、
Ｆ＝｜Ｍcap−Ｖcap×ρliq｜×Ｇ＋Ｆdis …（１）
で示される。なお、鉛直下方向誘導時に誘導に必要な力Ｆdownと、鉛直上方向に必要な力Ｆupとに分けることができ、各力Ｆdown，Ｆupは、
Ｆdown＝｜（Ｖcap×ρliq−Ｍcap）×Ｇ＋Ｆdis｜ …（２）
Ｆup ＝｜（Ｍcap−Ｖcap×ρliq）×Ｇ＋Ｆdis｜ …（３）
で示される（図４参照）。ここで、Ｍcapは、カプセル本体２の質量であり、Ｖcapは、カプセル本体２の体積であり、ρliqは、胃１ａ内の液体４０の密度であり、Ｇは、重力加速度であり、Ｆdisは、カプセル本体２の誘導方向に依存しない抗力である。

なお、抗力Ｆdisの発生原因としては、液体４０の抵抗、カプセル本体２の設計ばらつきによる密度のばらつき、体位変換時の体内での液体４０の揺れ、心拍や呼吸などによる液体４０の揺れ、胃腸管の蠕動運動、胃腸壁からの圧力、などがある。

ここで、カプセル本体２を誘導するために必要な磁界発生装置２０のサイズＳＭは、
ＳＭ＝Ｋ×Ｆ／Ｍmag …（４）
で示される。なお、Ｍmagは、カプセル本体２内の永久磁石２４の質量である。すなわち、式（４）から、磁界発生装置２０のサイズＳＭは、永久磁石２４の質量Ｍmagの大きさに相関があることを示している。ここで、磁界発生装置２０のサイズＳＭは、鉛直下方向誘導時のサイズＳＭdownと、鉛直上方向誘導時のサイズＳＭupとに分けることができ、
ＳＭdown＝Ｋ×｜（Ｖcap×ρliq−Ｍcap）×Ｇ＋Ｆdis｜／Ｍmag …（５）
ＳＭup ＝Ｋ×｜（Ｍcap−Ｖcap×ρliq）×Ｇ＋Ｆdis｜／Ｍmag …（６）
と表すことができる。そこで、磁界発生装置２０のサイズＳＭdown，ＳＭupと、永久磁石２４のサイズＶmagとの関係について考察する。サイズＶmagは、永久磁石２４の密度をρmagとすると、
Ｖmag＝Ｍmag／ρmag
と表すことができる。したがって、永久磁石２４のサイズＶmagは、永久磁石２４の質量Ｍmagから決定することができる。また、永久磁石２４を除いたカプセル本体２が液体４０に浮くことを条件とする。すなわち、カプセル本体２は、
Ｖcap×ρliq＞Ｍcap−Ｍmag …（７）
を満足するものとする。

（考察１）
まず、図４に示すように液体４０内でのカプセル本体２にかかる鉛直方向の力関係をもとに、永久磁石２４の質量Ｍmag（体積Ｖmag、以下「サイズＶｍａｇ」と記載する。）と磁界発生装置２０のサイズＳＭdown，ＳＭupとを変数とし、永久磁石２４のサイズＶmagを除くカプセル本体２の質量（Ｍcap＋Ｍmag）、カプセル本体２の体積Ｖcap、液体４０の密度ρliqを定数として考察した。なお、永久磁石２４のサイズＶmag（質量Ｍmag）は、図５−１に示すように、カプセル本体２内で増大することができる。ただし、永久磁石２４が格納されるサイズ（質量）は、定数であり、予め最大領域２５に相当する最大容積Ｖmaxmag（最大質量Ｍmaxmag）まで確保される。この場合、永久磁石２４を除くカプセル本体２の質量（Ｍcap−Ｍmag）は、上述したように定数となり、この定数をＭcap-magとおく。このとき、
ＳＭdown＝Ｋ×｜（Ｖcap×ρliq−（Ｍcap-mag＋Ｍmag））×Ｇ＋Ｆdis｜／Ｍmag
＝Ｋ×｜−Ｇ＋（（Ｖcap×ρliq−Ｍcap-mag）×Ｇ＋Ｆdis）／Ｍmag｜
…（８）
ＳＭup ＝Ｋ×｜（（Ｍcap-mag＋Ｍmag）−Ｖcap×ρliq）×Ｇ＋Ｆdis｜／Ｍmag
＝Ｋ×｜Ｇ＋（（Ｍcap-mag−Ｖcap×ρliq）×Ｇ＋Ｆdis）／Ｍmag｜
…（９）
と表せる。

ここで、ＳＭdownは、Ｍmagに反比例し、Ｋ／Ｍmagとする係数が次式を満たす。
（Ｋ／Ｍmagの係数）＝（Ｖcap×ρliq−Ｍcap-mag）×Ｇ＋Ｆdis＞０
…（１０）
したがって、ＳＭdown＝ｆ（Ｍmag）のグラフは、図５−２〜図５−４に示すように、第１象限、第３象限の反比例のグラフに対して、ＳＭdown軸方向に−ＫＧ平行移動したものに絶対値の処理を行った（ＳＭdown＜０の領域を、ＳＭdown＞０の領域に反転する）グラフとなる。

一方、ＳＭupは、Ｍmagに反比例し、ＦdisによってＫ／Ｍmagの係数の正負が変化する。したがって、Ｆdisの値によってＳＭupのグラフが変化する。
条件１：（Ｖcap×ρliq−Ｍcap-mag）×Ｇ＞Ｆdisのとき
（Ｋ／Ｍmagの係数）＝（Ｍcap-mag−Ｖcap×ρliq）×Ｇ＋Ｆdis＜０
…（１１）
このとき、ＳＭup＝ｆ（Ｍmag）のグラフは、図５−２に示すように、第２象限、第４象限の反比例のグラフに対してＳＭup軸方向にＫＧ平行移動したものに絶対値の処理を行った（ＳＭup＜０の領域をＳＭup＞０の領域に反転する）グラフとなる。
条件２：（Ｖcap×ρliq−Ｍcap-mag）×Ｇ＝Ｆdisのとき
（Ｋ／Ｍmagの係数）＝（Ｍcap-mag−Ｖcap×ρliq）×Ｇ＋Ｆdis＝０
…（１２）
このとき、ＳＭup＝ＫＧとなり、そのグラフは、図５−３に示すようになる。
条件３：（Ｖcap×ρliq−Ｍcap-mag）×Ｇ＜Ｆdisのとき
（Ｋ／Ｍmagの係数）＝（Ｍcap-mag−Ｖcap×ρliq）×Ｇ＋Ｆdis＞０
…（１３）
このとき、ＳＭup＝ｆ（Ｍmag）のグラフは、図５−４に示すように、第１象限、第３象限の反比例のグラフに対して、ＳＭup軸方向にＫＧ平行移動したものに絶対値の処理を行った（ＳＭup＜０の領域をＳＭup＞０の領域に反転する）グラフとなる。

ここで、図５−２〜図５−４に示すように、永久磁石２４の質量Ｍmag（サイズＶmag）を変化させたときの磁界発生装置２０のサイズＳＭは、ＳＭdownとＳＭupの大きい方の値をとる。なお、上記の条件１〜３の境界条件となる（Ｖcap×ρliq−Ｍcap-mag）は、カプセル本体２の体積と液体４０の密度との積（カプセル本体２に発生する浮力）と、永久磁石２４を除くカプセル本体２の質量との差を示している。

図５−２〜図５−４は、永久磁石２４のサイズＶmagに対する磁界発生装置２０のサイズＳＭの変化を示しており、パラメータとしての上述した条件１〜３のそれぞれに対する結果を、曲線Ｌ１〜Ｌ３として示している。図５−２〜図５−４に示すように、永久磁石のサイズＶmag（Ｍmag）を大きくしていき、カプセル本体２の浮力がカプセル本体２の重力と等しくなる（Ｖcap×ρliq＝Ｍcap）までは、条件１〜３のすべてに対して磁界発生装置２０のサイズＳＭが、急激かつ単調減少するが、永久磁石２４のサイズＶmag（Ｍmag）がさらに大きくなると、すなわちＶcap×ρliq＝Ｍcapを超えてＶcap×ρliq＜Ｍcapとなると、磁界発生装置２０のサイズＳＭは、条件１の場合、緩やかに単調増加し、条件２の場合、変化せず、条件３の場合、緩やかに単調減少する。

換言すれば、条件１の場合、永久磁石２４のサイズＶmagを、Ｖcap×ρliq＝Ｍcap（＝Ｖoptmag）とするように設定すれば、磁界発生装置２０のサイズＳＭを最小化することができる。また、条件２の場合、永久磁石２４のサイズＶmagを、Ｖcap×ρliq≦Ｍcapとなるように設定すれば、磁界発生装置２０のサイズＳＭを最小化することができる。この条件１，２の場合、Ｆdisの磁気引力がカプセル本体２に発生するように磁気発生装置２０を設定すればよい。また、条件３の場合、Ｖcap×ρliq＜Ｍcapとなるように永久磁石２４のサイズＶmag（Ｍmag）を設定することで、磁界発生装置２０のサイズＳＭを小型化できる。この場合、カプセル本体２内には、可能な限り大きな永久磁石２４を設置することが望ましい。すなわち、Ｖcap×ρliq＜Ｍcapの条件下では、曲線Ｌ３が緩やかに単調減少するため、最大容積Ｖmaxmag内で、ＭcapがＶcap×ρliqに比して可能な限り大きくすることによって磁界発生装置２０のサイズＳＭを小さくすることができる。すなわち、永久磁石２４のサイズＶmagをＶmaxmagとすればよい。

さらに、式（８）のＳＭdownの絶対値内が０以下となるように、永久磁石２４のサイズＶmag（Ｍmag）を設定してもよい。このとき、カプセル本体２を鉛直下方向に誘導する場合にも、鉛直上方向の力を発生させることになるため、鉛直下方向に磁気引力を発生させる必要がなくなる。これにより、鉛直下方向に磁気引力を発生するための電磁石が必要なくなるため、磁界発生装置２０をさらに小型化することができる。この場合、永久磁石２４のサイズＶmag（Ｍmag）は、下記の条件を満たすように設定される。
（ＳＭdownの絶対値内）
＝−Ｇ＋（（Ｖcap×ρliq−Ｍcap-mag）×Ｇ＋Ｆdis）／Ｍmag
≦０
（（Ｖcap×ρliq−Ｍcap-mag）×Ｇ＋Ｆdis）≦Ｍmag×Ｇ
Ｆdis≦（Ｍmag＋Ｍcap-mag−Ｖcap×ρliq）×Ｇ
Ｆdis≦（Ｍcap−Ｖcap×ρliq）×Ｇ
したがって、鉛直上方向に発生する力が次式を満たすことになる。
Ｆup ＝｜（Ｍcap−Ｖcap×ρliq）×Ｇ＋Ｆdis｜
≦２×（Ｍcap−Ｖcap×ρliq）×Ｇ
…（１４）
よって、磁界発生装置２０がカプセル本体２に鉛直上方向に発生する力が、カプセル本体２の質量と、カプセル本体２の体積と液体４０の密度との積（カプセル本体２に発生する浮力）との差の２倍に重力加速度を乗算した値以下となるように、永久磁石２４のサイズを設定することが望ましい。

（考察２）
ここで、永久磁石２４が領域２６（容積Ｖa＞Ｖmaxmag）を占めるように永久磁石２４のサイズＶmagが永久磁石２４の最大容積Ｖmaxmagを超えて設置する場合、図６に示すように、永久磁石２４のサイズＶmagを大きくするに従って、カプセル本体２の体積Ｖcapを大きくすることが好ましい。この場合、各条件１〜３のいずれも、体積Ｖcapを大きくすることによって、最大容積Ｖmaxmagを超えると、曲線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３から曲線Ｌ１ａ，Ｌ２ａ，Ｌ３ａのように、磁界発生装置２０のサイズＳＭを小さくすることができる。このように、カプセル本体２のサイズＶcapを大きくし、永久磁石２４のサイズＶmagを大きくすることによって、磁界発生装置２０のサイズＳＭを小さくすることができる。特に、カプセル本体２を経肛門で大腸を検査する場合、大きなサイズのカプセル本体２を適用することができ、この場合に用いる磁界発生装置２０を小型化することができる。

（条件１の適用例）
ここで、条件１の場合とは、カプセル本体２の浮力と、永久磁石２４を除いた場合のカプセル本体２の重力との差に対して、液体中での抵抗が小さい場合を意味する。このような条件下でカプセル本体２を誘導する抗力Ｆdisの大きさは、比較的小さい。たとえば、液体の抵抗、カプセル本体の密度のばらつき、体位変換での液体の揺れ、心拍・呼吸などによる揺れなどによって発生する抗力Ｆdisである。

実際に水のような低粘度の液体を摂取することで、液体の抵抗は十分に無視することができる。また、体位変換での液体の揺れや心拍・呼吸などによって発生する液体の揺れは、主に水面の横方向の揺れであり、鉛直方向に与える影響は少ない。したがって、抗力Ｆdisのなかで、誘導に影響を与えるものは、カプセル本体２の密度のばらつきである。ここで、体内に導入可能なサイズのカプセル本体２の密度の誤差を、３％程度に抑えた場合、
Ｆ＝Ｆdis＝０．０３×Ｖcap×ρliq×Ｇ
となる。ここで、液体の密度が約１ｇ／ｃｍ^３（０．９〜１．１ｇ／ｃｍ^３）で、経口導入のカプセル本体２の場合、
Ｆ＜０．０３×（０．７５^２×３．１４×４．００）×１．１０×９．８１
＝２．３（ｍＮ）
となり、非常に小さな力Ｆで、カプセル本体２を誘導できるため、磁界発生装置２０を小型化できる。さらに、カプセル本体２の密度の誤差を±１％程度に抑えることで、誘導に必要な力Ｆを１／３程度に小さくし、磁界発生装置２０を小型化することができる。ただし、動作の安全率を考慮し、誘導に必要な力Ｆの１．１〜２倍程度の力が発生できる磁界発生装置にしてもよい。

このような条件１の比較的小さな抗力Ｆdis下で、カプセル本体２を誘導できるアプリケーションとしては、次のような検査が挙げられる。
１）経口して噴門部と胃と必要に応じて十二指腸、小腸、大腸とを検査する場合
この場合、まず側臥位でカプセル本体２を嚥下し、噴門部で一時的にカプセル本体２を呈しさせ、噴門部の画像を取得する。その後、カプセル本体２を胃に落下させる。その後、水、発泡剤を摂取して胃を拡張させる。なお、発泡剤の摂取は、カプセル本体２の嚥下前に行ってもよい。その後、カプセル本体２に対する胃内の液中での誘導と被検体の体位変換とを行って、カプセル本体２によって胃全体を観察する。その後、カプセル本体２を幽門部近傍に誘導し、幽門部の蠕動運動によってカプセル本体２を十二指腸に送出する。その後、蠕動運動を用いて、十二指腸以降の腸管の画像を取得する。
２）経肛門で大腸を検査する場合
この場合、まず、経口あるいは経肛門によって大腸の蠕動運動を抑制させる蠕動抑制剤を投与しておくことが好ましい。その後、経肛門でカプセル本体２と液体とを導入する。なお、等腸液などの液体は、事前に経口で導入しておいてもよい。その後、カプセル本体２を液中で拡張された大腸内を誘導し、さらに体位変換を行って、カプセル本体２によって大腸の観察を行う。なお、経肛門で導入されるカプセル本体２は、直径２０ｍｍ×長さ４０ｍｍ以下のサイズであることが好ましい。すなわち、大腸を容易に通過できる直径で、肛門に戻ることができる長さであることが好ましい。

（条件２，３の適用例）
一方、条件２，３の場合、カプセル本体２の浮力と、永久磁石２４を除いたカプセル本体２の重力との差に対して、液中での抗力Ｆdisが等しいか大きい場合である。この場合、カプセル本体２の永久磁石２４のサイズＶmagを、Ｖcap×ρliq＜Ｍcapを満足するように設定し、カプセル本体２内に、できるかぎり大きなサイズの永久磁石２４を設置することが好ましい。特に、条件２の場合、永久磁石２４のサイズＶmagを大きくしても、磁界発生装置２０のサイズＳＭは変わらないが、他の方向、たとえば水平方向に発生する力を考慮すると、永久磁石２４のサイズＶmagは、大きい方が好ましい。

この条件２，３の状態とは、体内で非常に大きな抗力が発生する場合である。この抗力Ｆdisとしては、胃腸管の蠕動運動や胃腸壁からの圧力によって発生する抗力が考えられる。たとえば、胃腸管の蠕動運動で発生する力として、幽門部を通過する場合に必要な力が挙げられる。幽門部の通過に必要な力は、１００ｍＮ程度が必要であり、この場合、被検体１に導入可能なサイズのカプセル本体で、条件１を実現することはできない。

条件１のカプセル本体２にするためには、カプセル本体２内に、１０ｇ（＝１００ｍＮ／（９．８ｍ／ｓ^２））以上の永久磁石を設置できる必要がある。すなわち、液体４０の密度がほぼ１であるため、少なくとも、カプセル本体２のサイズＶmagを、１０ｃｍ^３以上にする必要がある。しかし、経口投与の場合、カプセル本体２の最大サイズが、φ１５ｍｍ×４０ｍｍであり、すなわちカプセル本体２の最大サイズが約７．０ｃｍ^３であり、実現できない。

さらに、カプセル本体２を、小腸や大腸内を誘導する場合、カプセル本体２の誘導速度が、１ｍｍ／ｓ程度であっても、腸壁からの圧力に対抗して誘導するのに必要な力は、実験により、２００ｍＮ以上である。したがって、この場合も、条件１を実現することができない。その他、食道で発生する蠕動運動についても、同様な結果の予測を容易に求めることができる。

このような条件２，３の下で、カプセル本体２を誘導することが求められる検査としては、次のような場合が挙げられる。すなわち、
１）経口で導入され、食道を誘導で観察する場合
２）経口で導入され、胃を観察後、幽門を誘導で通過させる場合
３）経口で導入され、小腸を誘導で観察する場合
４）経口で導入され、大腸を誘導で観察する場合
５）経肛門で導入され、大腸を誘導で観察する場合
である。

なお、液体４０の摂取は、経口でカプセル本体２が導入される場合は経口摂取で行い、経肛門で導入される場合は経肛門で被検体１内に導入されることが好ましい。また、経口でカプセル本体２が導入される場合でも、カプセル本体２を大腸で誘導する場合には、経肛門で液体４０を被検体１内に導入するようにしてもよい。さらに、経肛門でカプセル本体２を被検体１内に導入する場合、カプセル本体２のサイズＶmagを、最大φ２０ｍｍ×４０ｍｍ程度まで大きくすることができる。この場合、カプセル本体２内に設置できる永久磁石２４をさらに大きくすることができるため、磁界発生装置２０を小型化することができる。

（考察３）
なお、磁界発生装置２０の磁界発生部を被検体１の下部にのみ配置し、被検査者を磁界発生装置２０で覆わないようにすると、被検査者の閉塞感を取り除くとともに、検査者が被検査者にアプローチし易くなる。

しかし、このような磁界発生装置では、磁気引力が下方にしか発生できないため、カプセル本体２を液体４０に浮かせる必要がある。この場合、カプセル本体２の密度のばらつきは、図７に示すように、曲線Ｌ１１のＶcap×ρliq＝Ｍcapの点からＶcap×ρliq＞Ｍcapの領域側、すなわち、永久磁石２４のサイズＶmagが小さい領域側に発生し、密度のばらつき幅σの中心を、永久磁石２４の最適サイズＶ１として決定するとよい。

一方、磁界発生装置の磁気発生部をアームに取り付けて、被検体１の上部にのみ設置する場合、図８に示すように、曲線Ｌ１２のＶcap×ρliq＝Ｍcapの点からＶcap×ρliq＜Ｍcapの領域側、すなわち、永久磁石２４のサイズＶmagが大きい領域側に発生し、密度のばらつき幅σの中心を、永久磁石２４の最適サイズＶ２として決定するとよい。

（考察４）
つぎに、カプセル本体２を、被検体１に導入した液体４０内で、鉛直方向に誘導する場合、カプセル本体２の自重、浮力以外にも抗力が発生するが、この抗力が鉛直上方向のみに発生する場合を考える。この場合に、誘導に必要な力Ｆは、図９を参照して、鉛直下方向誘導時に誘導に必要な力Ｆdownと、鉛直上方向に必要な力Ｆupとに分けることができ、
Ｆdown＝｜（Ｖcap×ρliq−Ｍcap）×Ｇ＋Ｆdis｜
…（１５）
Ｆup ＝｜（Ｍcap−Ｖcap×ρliq）×Ｇ｜
…（１６）
と表すことができる。なお、この鉛直上方向に発生する抗力としては、液面での表面張力や、幽門を下にした体位での幽門通過時の力などがある。

この場合、カプセル本体２を誘導するために必要な磁界発生装置２０のサイズＳＭは、鉛直下方向誘導時のサイズＳＭdownと、鉛直上方向誘導時のサイズＳＭupとに分けることができ、
ＳＭdown＝Ｋ×｜（Ｖcap×ρliq−Ｍcap）×Ｇ＋Ｆdis｜÷Ｍmag
…（１７）
ＳＭup ＝Ｋ×｜（Ｍcap−Ｖcap×ρliq）×Ｇ｜÷Ｍmag
…（１８）
と表すことができる。なお、この場合も、永久磁石２４を除いたカプセル本体２が液体４０に浮くことを条件とする、式（７）を満足するものとする。この場合における永久磁石２４のサイズＶmag（質量Ｍmag）に対する磁界発生装置２０のサイズＳＭの関係は、図１０に示すように、鉛直上方向誘導時の曲線Ｌ２１と鉛直下方向誘導時の曲線Ｌ２２とによって示され、誘導の方向性によって異なった特性曲線を示す。

この場合において、磁界発生装置２０のサイズＳＭを最小にする条件は、各曲線Ｌ２１，Ｌ２２の交点として求めることができる。すなわち、
Ｋ×｜（Ｖcap×ρliq−Ｍcap）×Ｇ＋Ｆdis｜÷Ｍmag
＝Ｋ×｜（Ｍcap−Ｖcap×ρliq）×Ｇ｜÷Ｍmag …（１９）
から、Ｆdis＝２（Ｍcap−Ｖcap×ρliq）×Ｇ を求めることができる。したがって、カプセル本体２にかかる重力と浮力との差の２倍が、磁界発生装置がカプセル本体２に鉛直上方向に発生する抗力と等しくなるように、カプセル本体２の永久磁石２４のサイズＶmagを設定することによって、磁界発生装置２０のサイズＳＭを最小化することができる。すなわち、曲線Ｌ２１と曲線Ｌ２２の磁界発生装置２０のサイズＳＭが大きい曲線部分の合成曲線に対して最小値を求めることができる。このときの永久磁石２４の最適サイズは、図１０に示したサイズＶ３であり、曲線Ｌ２１と曲線Ｌ２２との交点の値である。また、磁界発生装置２０がカプセル本体２に発生する鉛直上下方向の力は、カプセル本体２の質量と、カプセル本体２の体積と液体４０の密度との積（カプセル本体２に働く浮力）との差となる。

（考察４に対応する適用例）
ここで、鉛直上方向にのみ発生する抗力下で、カプセル本体２を誘導できるアプリケーションとしては、つぎのような検査が挙げられる。
１）抗力が液体の表面張力の場合であって、噴門部と胃と必要に応じて十二指腸，小腸，大腸とを検査する場合
この場合、まず側臥位でカプセル本体２を嚥下し、噴門部で一時的にカプセル本体２を呈しさせ、噴門部の画像を取得する。その後、カプセル本体２を胃に落下させる。その後、水、発泡剤を摂取して胃を拡張させる。なお、発泡剤の摂取は、カプセル本体２の嚥下前に行ってもよい。その後、カプセル本体２に対する胃内の液中での誘導と被検体の体位変換とを行って、カプセル本体２によって胃全体を観察する。その後、カプセル本体２を幽門部近傍に誘導し、幽門部の蠕動運動によってカプセル本体２を十二指腸に送出する。その後、蠕動運動を用いて、十二指腸以降の腸管の画像を取得する。

なお、胃の観察時に、カプセル本体２を液面から液中に誘導する場合、水（液体）の表面張力０．７ｍＮ〜３．０ｍＮが抗力として発生する。また、外装が樹脂（ポリカーボネード）で形成されているカプセル本体２を長軸が下方向になるようにして沈める場合、カプセル本体２に発生する水（液体）の表面張力は、カプセル本体２がφ５ｍｍの場合、０．７ｍＮであり、φ１１ｍｍの場合、１．６ｍＮであり、φ１５ｍｍの場合、２．３ｍＮである。すなわち、表面張力は、カプセル本体２の直径に比例する。

２）抗力が幽門通過時の反力の場合であって、食道と胃と十二指腸と小腸と大腸とを検査する場合
この検査で、幽門通過時に、体位を右側臥位にし、下方向に幽門の通過に必要な力を発生させることで、能動的に幽門を通過する。この幽門の通過に必要な力は、１００ｍＮ程度である。この場合、蠕動運動で幽門部を通過させる場合よりも、短時間で確実にカプセル本体２を十二指腸に導入することができる。また、これによって、カプセル本体２の電池寿命内に、胃観察後の十二指腸以降の腸管を一層多く観察することができる。

（考察５）
つぎに、カプセル本体２の鉛直方向誘導時に、発生する方向に方向性がない抗力Ｆdis1と、鉛直上方向にのみ働く抗力Ｆdis2とが共存する場合に、カプセル本体２を誘導するために必要な磁界発生装置２０のサイズＳＭは、鉛直下方向誘導時のサイズＳＭdownと、鉛直上方向誘導時のサイズＳＭupとに分けることができ、
ＳＭdown＝Ｋ×（｜（Ｖcap×ρliq−Ｍcap）×Ｇ＋Ｆdis1＋Ｆdis2｜）÷Ｍmag …（２０）
ＳＭup ＝Ｋ×｜（Ｍcap−Ｖcap×ρliq）×Ｇ＋Ｆdis1｜÷Ｍmag …（２１）
と表すことができる。なお、この場合も、永久磁石２４を除いたカプセル本体２が液体４０に浮くことを条件とする、式（７）を満足するものとする。

この場合における永久磁石２４のサイズＶmag（質量Ｍmag）に対する磁界発生装置２０のサイズＳＭの関係は、考察１と同様に、ＳＭupを下記の条件１，条件２と条件３によって場合分けすることができる。すなわち、
条件１：（Ｖcap×ρliq−Ｍcap-mag）×Ｇ＞Ｆdis1
条件２：（Ｖcap×ρliq−Ｍcap-mag）×Ｇ＝Ｆdis1
条件３：（Ｖcap×ρliq−Ｍcap-mag）×Ｇ＜Ｆdis1
に場合分けされる。この結果、図１１−１〜図１１−３に示すような結果になる。

すなわち、条件１の場合、磁界発生装置２０のサイズＳＭを最小にする条件は、考察４と同様に、
Ｋ×｜（Ｖcap×ρliq−Ｍcap）×Ｇ＋Ｆdis2｜÷Ｍmag
＝Ｋ×｜（Ｍcap−Ｖcap×ρliq）×Ｇ｜÷Ｍmag
から、
Ｆdis2＝２（Ｍcap−Ｖcap×ρliq）×Ｇ
…（２２）
を求めることができる。したがって、カプセル本体２にかかる重力と浮力との差の２倍が、磁界発生装置２０がカプセル本体２に鉛直上方向に発生する抗力と等しくなるように、カプセル本体２の永久磁石２４のサイズＶmagを設定することによって、磁界発生装置２０のサイズＳＭを最小化することができる。すなわち、曲線Ｌ３１と曲線Ｌ３２の磁界発生装置２０のサイズＳＭが大きい曲線部分の合成曲線Ｌ３０に対して最小値を求めることができる。このときの永久磁石２４の最適サイズは、図１１−１に示したサイズＶ４であり、曲線Ｌ３１と曲線Ｌ３２との交点の値である。

なお、このときの磁界発生装置２０は、カプセル本体２に発生する鉛直上方向の力の最大値と、鉛直下方向の力の最大値とは等しくなり、その値は、下記の条件を満たす。
Ｆdown＝Ｆup
＝｜（Ｍcap−Ｖcap×ρliq）×Ｇ＋Ｆdis1｜
＜｜（Ｍcap−Ｖcap×ρliq）×Ｇ＋（Ｖcap×ρliq−Ｍcap-mag）×Ｇ｜
＝Ｍmag×Ｇ
…（２３）
よって、鉛直上下方向の力が、永久磁石２４の質量と重力加速度との積よりも小さくなるように設定される。

一方、条件２の場合、ＳＭup（曲線Ｌ４１）≧ＳＭdown（曲線Ｌ４２）の範囲であれば、磁界発生装置２０のサイズＳＭは一定となる（曲線Ｌ４０参照）。したがって、
Ｋ×｜（Ｖcap×ρliq−Ｍcap）×Ｇ＋Ｆdis2｜÷Ｍmag
≦Ｋ×｜（Ｍcap−Ｖcap×ρliq）×Ｇ｜÷Ｍmag
から、
Ｆdis2≦２（Ｍcap−Ｖcap×ρliq）×Ｇ
…（２４）
であれば、磁界発生装置２０のサイズＳＭを小さくすることができる。このとき、磁界発生装置２０がカプセル本体２に発生する鉛直上方向の力の最大値は、鉛直下方向の力の最大値よりも大きくなり、その値は、下記の式で表される。
Ｆup＝Ｍmag×Ｇ
…（２５）
よって、鉛直上下方向の力が、永久磁石２４の質量と重力加速度との積が等しくなるように設定される。

さらに、条件３の場合、磁界発生装置２０のサイズＳＭを最小にする条件は、考察１の条件３と同様に、カプセル本体２内に、できる限り大きなサイズの永久磁石を設置することが好ましい。この場合の曲線は、曲線Ｌ５１と曲線Ｌ５２のうちのサイズＳＭが大きい曲線部分の合成曲線Ｌ５０となり、極値をもたずに、永久磁石２４のサイズＶmagの増大とともに磁界発生装置２０のサイズＳＭが小さくなる。

なお、鉛直上方向の力Ｆupと、鉛直下方向の力Ｆdownとが釣り合うとき（曲線Ｌ５１と曲線Ｌ５２との交点に相当）の永久磁石２４のサイズＶmag（Ｍmag）よりも大きなサイズの永久磁石を設置することが望ましい。これは、曲線Ｌ５１上では、磁界発生装置２０のサイズＳＭは、永久磁石２４のサイズＶmag（Ｍmag）の増大によって、急激に小さくなる。そのため、曲線Ｌ５１と曲線Ｌ５２との交点よりも永久磁石２４のサイズＶmag（Ｍmag）を大きくすることによって、永久磁石２４のサイズＶmag（Ｍmag）を増大させる場合の小型化の効果を確実に得ることができる（ＳＭup≧ＳＭdownの範囲）。したがって、条件２と同様に、
Ｆdis2≦２（Ｍcap−Ｖcap×ρliq）×Ｇ
…（２６）
となるように、永久磁石２４が設定される。このとき、磁界発生装置２０がカプセル本体２に発生する鉛直上方向の力の最大値は、鉛直下方向の力の最大値よりも大きくなり、その値は、下記の式を満たす。
Ｆup≧Ｍmag×Ｇ
…（２７）
よって、鉛直上下方向の力が、永久磁石２４の質量と重力加速度との積以上になるように設定される。

また、考察１と同様に、さらにＳＭdownの絶対値内が０以下となるように、永久磁石２４のサイズＶmag（Ｍmag）を設定してもよい。このとき、カプセル本体２を鉛直下方向に誘導する場合にも、鉛直上方向の力を発生させることになるため、鉛直下方向に磁気引力を発生させる必要がなくなる。これにより、鉛直下方向に磁気引力を発生させるための電磁石が必要なくなるため、磁界発生装置２０をさらに小型化することができる。この場合、永久磁石のサイズＶmag（Ｍmag）は、下記の条件を満たすように設定される。
（ＳＭdownの絶対値内）
＝−Ｇ＋（（Ｖcap×ρliq−Ｍcap-mag）×Ｇ＋Ｆdis1＋Ｆdis2）／Ｍmag
≦０
（（Ｖcap×ρliq−Ｍcap-mag）×Ｇ＋Ｆdis1＋Ｆdis2）≦Ｍmag×Ｇ
Ｆdis1＋Ｆdis2≦（Ｍmag＋Ｍcap-mag−Ｖcap×ρliq）×Ｇ
Ｆdis1＋Ｆdis2≦（Ｍcap−Ｖcap×ρliq）×Ｇ
ここで、Ｆdis2＞０ より、
Ｆdis1≦（Ｍcap−Ｖcap×ρliq）×Ｇ
…（２８）
したがって、鉛直上方向に発生する力が次式を満たすことになる。
Ｆup ＝｜（Ｍcap−Ｖcap×ρliq）×Ｇ＋Ｆdis1｜
≦｜（Ｍcap−Ｖcap×ρliq）×Ｇ＋（Ｍcap−Ｖcap×ρliq）×Ｇ｜
≦２×（Ｍcap−Ｖcap×ρliq）×Ｇ
…（２９）
よって、磁界発生装置２０がカプセル本体２に鉛直上方向に発生する力が、カプセル本体２の質量と、カプセル本体２の体積と液体４０の密度との積（カプセル本体２に発生する浮力）との差の２倍に重力加速度を乗算した値以下となるように、永久磁石２４のサイズを設定することが望ましい。

（システム適用例：カプセル型医療装置誘導システム）
図１２は、検査に対応して最適化されたカプセル本体の誘導を行うカプセル型医療装置誘導システムの構成を示す模式図である。このカプセル型医療装置誘導システム１１は、被検体１の内部にカプセル型医療装置（カプセル本体）２を導入し、この被検体１内部のカプセル本体２を誘導しつつ、体内画像を取得し、あるいは体内組織などを採取するものである。このシステムは、被検体１の体表上に配置した複数のアンテナ３ａを介して被検体１内部のカプセル本体２と無線通信を行う通信部３と、カプセル本体２によって撮像された被検体１の体内画像等の各種情報を表示する表示部４と、被検体１内部のカプセル本体２を誘導するための磁界を発生する磁界発生部５と、磁界発生部５に電力を供給する電力供給部６と、磁界発生部５を移動させる移動部７と、導入されるカプセル本体２の種別などの各種情報を入力する入力部８と、被検体１の体内画像等の各種情報を記憶する記憶部９と、被検体１内部のカプセル本体２の位置を検出する位置検出装置１２と、位置検出装置１２が用いる磁界の駆動を行う駆動部１３と、上記各構成部を制御する制御部１０とを備える。

磁界発生部５は、複数の電磁石を用いて実現され、電力供給部６から供給される電力によって回転磁界または勾配磁界等の３次元的な外部磁界を発生させる。特に、磁界発生部５は、少なくとも鉛直方向に対する勾配磁界を発生させることができる。この磁界発生部５は、ベッド３２に載置された被検体１内部のカプセル本体２に外部磁界を印加し、この外部磁界の作用によって、被検体１内部の永久磁石に対して磁気引力を発生させて、カプセル本体２を所望の体内部位に誘導する。

移動部７は、被検体１内部のカプセル本体２に磁界発生部５による外部磁界が印加されるように被検体１に対して相対的に磁界発生部５を移動するためのものである。具体的には、被検体１を載置するベッド３２の載置面に対して略平行なＸＹ平面が設定され、移動部７は、制御部１０の制御に基づいて、このＸＹ平面内の座標位置に磁界発生部５を移動する。この場合、移動部７は、磁界発生部５による外部磁界が形成される３次元空間内に被検体１内部のカプセル本体２が位置するように磁界発生部５を移動する。

入力部８は、キーボード、マウス、ジョイスティック等の入力デバイスを用いて実現され、医師または看護師等のユーザによる入力操作に応じて制御部１０に各種情報を入力する。また、入力部８は、表示部４の表示結果をもとに制御部１０の制御を操作する操作手段としても機能する。この入力部８が制御部１０に入力する各種情報は、例えば、制御部１０に対して指示する指示情報、被検体の患者情報、被検体の検査情報等であり、特にカプセル本体２の種別（サイズ、密度など）情報が入力される。

制御部１０は、被検体１の体内画像を生成する画像処理部１０ａと、被検体１内部におけるカプセル型医療装置２の位置を算出する位置算出部１０ｂと、磁界発生部５に対する電力供給部６の通電量を制御して磁界発生部５が発生する磁界強度を制御する磁界発生制御部１０ｃを有する。

画像処理部１０ａは、カプセル型医療装置２からの無線信号から復調された画像信号を通信部３から取得し、この取得した画像信号に対して所定の画像処理を行って、この画像信号に対応する画像情報すなわち被検体１の体内画像を生成する。画像処理部１０ａによって生成された体内画像群は、表示部４に表示され、記憶部９に記憶される。

位置算出部１０ｂは、駆動部１３によって発生した磁界によってカプセル本体２内のＬＣマーカなどから発生した検出磁界を検出する位置検出装置１２が出力する信号をもとにカプセル本体２の位置を検出する。この位置検出結果は、表示部４に表示され、記憶部９に記憶される。この表示部４に表示されたカプセル本体２の位置をもとに、操作者は、入力部８を介してカプセル本体２を誘導させる誘導指示情報を制御部１０に入力して誘導制御を行う。

磁界発生制御部１０ｃは、入力された誘導指示情報をもとに磁界発生部５が発生する磁界強度を制御し、カプセル本体２の誘導制御を行う。ここで、磁界発生制御部１０ｃは、制御テーブル１０ｄを有し、制御テーブル１０ｄは、最適な最大発生磁界と、入力部８から入力されるカプセル本体２の種別情報と、検査情報（検査内容）とを関連付けた対応テーブルである。磁界発生制御部１０ｃは、カプセル本体２の種別情報と、検査情報とをもとに、制御テーブル１０ｄを参照して、最適な最大発生磁界を制限する磁界発生制御を行う。

ここで、カプセル本体２は、上述した考察によって内部の永久磁石２４のサイズＶmagが最適化されていることを前提としている。そして、磁界発生制御部１０ｃは、上述したように、被検体１に導入されるカプセル本体２の種別情報と、検査情報とをもとに、最適な最大発生磁界の範囲内で誘導に必要な磁界を発生させる通電制御を行う。これによって、各カプセル本体２の種別および検査内容に応じて省エネルギー化を図ることができる。また、このカプセル型医療装置誘導システム１１が取り扱うカプセル本体２の種別と検査内容とが特定されているシステムである場合には、磁界発生装置２０のサイズＳＭを最小化することができ、小型化を促進することができる。

つぎに、制御テーブル１０ｄの内容を、具体例を挙げて説明する。ここでは、カプセル種別と検査内容とによって最大磁界を設定するようにしている。たとえば、以下のＣ−１〜Ｃ−５の対応関係が記載されている。
Ｃ−１）カプセル種別：密度が約１ｇ／ｃｍ^３，サイズ（小）
検査内容：食道（噴門部）および胃の観察（幽門部は蠕動運動で通過）
最大磁界（磁界発生装置サイズ）：小
Ｃ−２）カプセル種別：密度が約１ｇ／ｃｍ^３よりも大きく、サイズ（小）
検査内容：食道（噴門部）、胃、十二指腸の観察（幽門部は誘導で通過）
最大磁界（磁界発生装置サイズ）：中
Ｃ−３）カプセル種別：密度が約１ｇ／ｃｍ^３よりも大きく、サイズ（小）
検査内容：全消化管の観察（誘導）
最大磁界（磁界発生装置サイズ）：大
Ｃ−４）カプセル種別：サイズ（大）
検査内容：特定なし
最大磁界（磁界発生装置サイズ）：小
Ｃ−５）カプセル種別：サイズ（大）
検査内容：大腸検査
最大磁界（磁界発生装置サイズ）：大

この場合、磁界発生装置のサイズは、最も大きな最大磁界を必要とするＣ−３またはＣ−５によって決定される。なお、上記考察で述べたように、誘導方向あるいは誘導方向の組み合わせによって最大磁界をさらに詳細に設定してもよい。あるいは、誘導方向あるいは誘導方向の組み合わせによって磁界発生装置２０のサイズＳＭをさらに詳細に決定するようにしてもよい。

なお、磁気勾配の発生によってカプセル本体２内の永久磁石に磁気引力を発生させて誘導するシステムを前提として説明したが、たとえば、カプセル本体２の外表面に螺旋構造をもたせ、永久磁石の磁化方向が、螺旋の中心軸と垂直になるように配置し、磁界発生装置２０が回転磁界を発生させることで、カプセル本体２を誘導できるようにしてもよい。この場合、小腸や大腸内で管腔が十分に拡張されず、腸壁からの圧力が大きい場合であっても、腸壁との接触状態を利用し、回転螺旋方式によってカプセル本体を一層効率的に誘導することができ、磁界発生装置の小型化を促進することができる。

１ 被検体
２ カプセル本体
３ 通信部
３ａ アンテナ
４ 表示部
５ 磁界発生部
６ 電力供給部
７ 移動部
８ 入力部
９ 記憶部
１０ 制御部
１０ａ 画像処理部
１０ｂ 位置算出部
１０ｃ 磁界発生制御部
１０ｄ 制御テーブル
１１ カプセル型医療装置誘導システム
１２ 位置検出装置
１３ 駆動部
２０ 磁界発生装置
２１ 撮像部
２２ 制御回路
２３ 電源
３２ ベッド
２４ 永久磁石
４０ 液体

Claims (14)

1. 流体内で被検体内部の検査または処置を行うために被検体内に導入可能な筐体を備え、該筐体内には永久磁石が備えられており、該筐体の体積と前記流体の密度の積よりも前記永久磁石を除いた質量が小さく設定されたカプセル本体と、
   前記カプセル本体を誘導するために前記永久磁石に対して磁気引力を発生させる磁界を発する磁界発生部と、
   前記カプセル本体に対して鉛直上方向に発生可能な前記磁気引力の最大値と前記カプセル本体に対して鉛直下方向に発生可能な前記磁気引力の最大値とが等しく設定されるとともに、前記永久磁石の質量に重力加速度を乗算した値よりも小さい値に前記最大値が設定され、前記磁界発生部に対して磁界を発生させる制御を行う磁界発生装置と、
   前記磁気引力によって誘導する前記カプセル本体のサイズまたは密度を含む種別情報が入力される入力部と、
   前記入力部で入力された前記カプセル本体の前記種別情報に応じて前記磁気引力の最大値を変更する磁界発生制御部と、
   を備えたことを特徴とするカプセル型医療装置誘導システム。
2. 前記カプセル本体の前記流体に対する比重が略１であることを特徴とする請求項１に記載のカプセル型医療装置誘導システム。
3. 前記カプセル本体の前記流体に対する比重が１より大きいことを特徴とする請求項１に記載のカプセル型医療装置誘導システム。
4. 前記カプセル本体は、被検体内に経口で摂取され一時的に胃に溜められた前記流体の中で前記磁界発生装置が制御する前記磁界発生部が発生する磁界によって誘導されることを特徴とする請求項１に記載のカプセル型医療装置誘導システム。
5. 前記カプセル本体は、被検体内に経肛門で導入され、経口もしくは経肛門で導入され一時的に大腸に溜められた前記流体の中で前記磁界発生装置が制御する前記磁界発生部が発生する磁界によって誘導されることを特徴とする請求項１に記載のカプセル型医療装置誘導システム。
6. 流体内で被検体内部の検査または処置を行うために被検体内に導入可能な筐体を備え、
   該筐体内には永久磁石が備えられており、該筐体の体積と前記流体の密度の積よりも前記永久磁石を除いた質量が小さく設定されたカプセル本体と、
   前記カプセル本体を誘導するために前記永久磁石に対して磁気引力を発生させる磁界を発する磁界発生部と、
   前記カプセル本体に対して鉛直上方向に発生可能な前記磁気引力の最大値が前記カプセル本体に対して鉛直下方向に発生可能な前記磁気引力の最大値より大きく設定されるとともに、前記永久磁石の質量に重力加速度を乗算した値以上に前記カプセル本体に対して鉛直上方向に発生可能な前記磁気引力の最大値が設定され、前記磁界発生部に対して磁界を発生させる制御を行う磁界発生装置と、
   前記磁気引力によって誘導する前記カプセル本体のサイズまたは密度を含む種別情報が入力される入力部と、
   前記入力部で入力された前記カプセル本体の前記種別情報に応じて前記磁気引力の最大値を変更する磁界発生制御部と、
   を備えたことを特徴とするカプセル型医療装置誘導システム。
7. 前記カプセル本体の前記流体に対する比重が１より大きいことを特徴とする請求項６に記載のカプセル型医療装置誘導システム。
8. 前記磁界発生装置は、前記カプセル本体に対して鉛直上方向に発生可能な磁気引力の最大値を、前記カプセル本体の質量と、前記カプセル本体の体積と前記流体の密度との積との差の２倍に重力加速度を乗算した値以下に設定して前記カプセル本体を誘導することを特徴とする請求項７に記載のカプセル型医療装置誘導システム。
9. 前記カプセル本体は、被検体内に経口で摂取され、食道、胃幽門部、十二指腸、小腸、大腸のいずれかの中で前記磁界発生装置が制御する前記磁界発生部が発生する磁界によって誘導されることを特徴とする請求項６に記載のカプセル型医療装置誘導システム。
10. 前記カプセル本体は、被検体内に経肛門で導入され、大腸の中で前記磁界発生装置が制御する前記磁界発生部が発生する磁界によって誘導されることを特徴とする請求項６に記載のカプセル型医療装置誘導システム。
11. 流体内で被検体内部の検査または処置を行うために被検体内に導入可能な第１の筐体を備え、該第１の筐体内には第１の永久磁石が備えられており、該第１の筐体の体積と前記流体の密度の積よりも前記第１の永久磁石を除く質量が小さく設定された第１のカプセル本体と、
    前記流体内で前記被検体内の検査または処置を行うために前記被検体内に導入可能な第２の筐体を備え、該第２の筐体内部には第２の永久磁石が備えられており、該第２の筐体の体積と前記流体の密度の積よりも前記第２の永久磁石を除く質量が小さく設定された第２のカプセル本体と、
    前記第１及び第２のカプセル本体を誘導するために、前記第１及び第２の永久磁石に対して磁気引力を発生させる磁界を発する磁界発生部と、
    前記第１及び第２のカプセル本体に対して鉛直上方向に発生可能な前記磁気引力の最大値と、前記第１及び第２のカプセル本体に対して鉛直下方向に発生可能な前記磁気引力の最大値とが各々設定され、前記磁界発生部に対して磁界を発生させる制御を行う磁界発生装置と、
    前記磁界発生部から発生される前記磁気引力によって誘導する前記カプセル本体のサイズまたは密度を含む種別情報が入力される入力部と、
    前記入力部で入力された前記カプセル本体の前記種別情報に応じて前記磁気引力の最大値を変更する磁界発生制御部と、
    を備えたことを特徴とするカプセル型医療装置誘導システム。
12. 前記磁界発生制御部は、前記入力部によって入力された前記種別情報に対応するカプセル本体に対して鉛直上方向に発生可能な前記磁気引力の最大値と鉛直下方向に発生可能な前記磁気引力の最大値とが等しく設定されるとともに、前記永久磁石の質量に重力加速度を乗算した値よりも小さい値に前記最大値が設定され、前記磁界発生部に対して磁界を発生させる制御を行う前記磁界発生装置に対して、前記最大値を変更することを特徴とする請求項１１に記載のカプセル型医療装置誘導システム。
13. 前記磁界発生制御部は、前記入力部によって入力された前記種別情報に対応するカプセル本体に対して鉛直上方向に発生可能な前記磁気引力の最大値が、該カプセル本体に対して鉛直下方向に発生可能な前記磁気引力の最大値より大きく設定されるとともに、前記永久磁石の質量に重力加速度を乗算した値以上に前記入力部によって入力された前記種別情報に対応するカプセル本体に対して鉛直上方向に発生可能な前記磁気引力の最大値が設定され、前記磁界発生部に対して前記磁気引力を発生させる制御を行う前記磁界発生装置に対して、前記入力部によって入力された前記種別情報に対応するカプセル本体に対して鉛直上方向に発生可能な前記磁気引力の最大値を変更することを特徴とする請求項１１に記載のカプセル型医療装置誘導システム。
14. 前記磁界発生制御部は、前記入力部によって入力された前記種別情報に対応するカプセル本体に対して鉛直上方向に発生可能な磁気引力の最大値を、該カプセル本体の質量と、該カプセル本体の体積と前記流体の密度の積との差の２倍に重力加速度を乗算した値以下に設定して前記入力部によって入力された前記種別情報に対応するカプセル本体を誘導する前記磁界発生装置に対して、前記最大値を変更することを特徴とする請求項１１に記載のカプセル型医療装置誘導システム。

Images