JP5797362B1 - 位置検出システム - Google Patents

Abstract

カプセル型医療装置の構成を複雑にすることなく、センスコイルの極性を判定することができる位置検出システムを提供する。位置検出システムは、マーカコイルから発生した交流磁界を検出して検出信号を出力する複数のセンスコイル３２（ｉ）と、該複数のセンスコイル３２（ｉ）からそれぞれ出力された複数の検出信号に基づいて、カプセル型内視鏡１０の位置を算出する演算部４６とを備え、該演算部４６は、複数の検出信号に基づいて算出された、複数のセンスコイル３２（ｉ）がそれぞれ検出した交流磁界の振幅値に基づいて、複数のセンスコイル３２（ｉ）のうち、振幅値が最大のセンスコイルを基準コイルとして決定する基準コイル決定部４６２と、基準コイルが出力した第１の検出信号と、該基準コイル以外の各センスコイル３２（ｉ）が出力した第２の検出信号とに基づいて、各センスコイル３２（ｉ）の極性を判定する極性判定部４６３とを有する。

Description

本発明は、被検体内に導入されたカプセル型医療装置の位置を検出する位置検出システムに関する。

従来、被検体内に導入されて被検体内に関する種々の情報を取得する、或いは、被検体内に薬剤等を投与するといったカプセル型医療装置が開発されている。一例として、内視鏡の分野においては、被検体の消化管内（管腔内）に導入可能な大きさに形成されたカプセル型内視鏡が知られている。カプセル型内視鏡は、カプセル形状をなす筐体の内部に撮像機能及び無線通信機能を備えたものであり、被検体に嚥下された後、蠕動運動等によって消化管内を移動しながら撮像を行い、被検体の臓器内部の画像（以下、体内画像ともいう）の画像データを順次、無線送信する。無線送信された画像データは、被検体外に設けられた受信装置によって受信され、さらに、ワークステーション等の画像処理装置に取り込まれて所定の画像処理が施される。それにより、画像処理装置において、被検体の体内画像を静止画又は動画により再生表示することができる。

また、このような体内画像に写った被検体の部分を特定するため、被検体内におけるカプセル型医療装置の位置や姿勢を検出する位置検出システムが開発されている（特許文献１及び２参照）。例えば特許文献１には、交流磁界を発生するコイル（マーカコイル）をカプセル型医療装置内に設け、マーカコイルから発生した交流磁界を被検体外に設けられた磁界検出用の複数のコイル（以下、センスコイルという）によって検出し、検出した交流磁界の強度に基づいてカプセル型医療装置の位置を推定する技術が開示されている。

ところで、このような位置検出システムにおいてカプセル型医療装置の検出精度を高めるためには、センスコイルに対する交流磁界の入射方向、即ち、センスコイルの極性を判定する必要がある。従来はこの極性判定を、マーカコイルからの磁界の発生と同期してセンスコイルにより磁界を検出し、発生磁界と検出磁界との位相差に基づいて行っていた。例えば、発生磁界と検出磁界との位相が一致する場合には極性はプラス、発生磁界と検出磁界との位相がπ（１８０°）ずれる場合には極性はマイナスと判定される。

国際公開第２００７／０６４０１３号 特開２００８−２７５３９５号公報

しかしながら、カプセル型医療装置は被検体内に導入されて用いられるため、磁界の発生と検出とをワイヤレスで同期させるためには、マーカコイルが発生する交流磁界の位相情報を、カプセル型医療装置から無線等により別途送信する必要があり、カプセル型医療装置の構成が複雑となってしまう。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、カプセル型医療装置の構成を複雑にすることなく、センスコイルの極性を判定することができる位置検出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、本発明に係る位置検出システムは、共振回路の一部をなし、電流が流れることにより交流磁界を発生するコイルと、該コイルに電源を供給する電源部とがカプセル型の筐体内部に設けられたカプセル型医療装置の位置を検出する位置検出システムにおいて、前記コイルから発生した交流磁界を検出して検出信号を出力する複数のセンスコイルと、前記複数のセンスコイルからそれぞれ出力された複数の検出信号に基づいて、前記カプセル型医療装置の位置を算出する演算部と、を備え、前記演算部は、前記複数の検出信号に基づいて算出された、前記複数のセンスコイルがそれぞれ検出した前記交流磁界の振幅値に基づいて、前記複数のセンスコイルのうち、前記振幅値が最大のセンスコイルを基準コイルとして決定する基準コイル決定部と、前記基準コイルが出力した第１の検出信号と、該基準コイル以外の各センスコイルが出力した第２の検出信号とに基づいて、前記各センスコイルの極性を判定する極性判定部と、を有することを特徴とする。

上記位置検出システムにおいて、前記極性判定部は、前記第１の検出信号の位相と前記第２の検出信号の位相との比較結果に基づいて前記極性を判定することを特徴とする。

上記位置検出システムにおいて、前記極性判定部は、前記第１の検出信号と前記第２の検出信号との位相差が｜π／２｜以下である場合、判定対象のセンスコイルの極性は前記基準コイルの極性と同じであると判定し、前記第１の検出信号と前記第２の検出信号との位相差が｜π／２｜より大きい場合、判定対象のセンスコイルの極性は前記基準コイルの極性と反対であると判定する、ことを特徴とする。

上記位置検出システムにおいて、前記演算部は、前記カプセル型医療装置の位置を算出する処理を所定の周期で実行し、前記極性判定部は、前記基準コイルとして決定されたセンスコイルの極性を、前回極性判定を行った際の当該センスコイルに対する判定結果と同じ極性に設定することを特徴とする。

上記位置検出システムにおいて、前記極性判定部は、前回極性判定を行った際の当該センスコイルに対する判定結果が得られなかった場合、前記基準コイルとして決定されたセンスコイルの極性を正に設定することを特徴とする。

上記位置検出システムにおいて、前記演算部は、前記基準コイルによる前記交流磁界の検出タイミングと前記各センスコイルによる前記交流磁界の検出動作のタイミングとの差により発生する前記第１の検出信号と前記第２の検出信号との位相差を補正する位相補正部をさらに有することを特徴とする。

上記位置検出システムにおいて、前記位相補正部は、前記交流磁界の周波数、及び、前記基準コイルによる前記交流磁界の検出動作のタイミングと前記各センスコイルによる前記交流磁界の検出動作のタイミングとの間隔に基づいて前記位相差を補正することを特徴とする。

上記位置検出システムにおいて、前記位相補正部は、前記各センスコイルの極性が既知である位置に前記カプセル型医療装置を配置した際に前記各センスコイルが検出した前記交流磁界の検出値に基づいて前記位相差を補正することを特徴とする。

上記位置検出システムは、前記複数のセンスコイルのうち、前記交流磁界を検出させるセンスコイルを切り替えるセンスコイル切替部をさらに備え、前記位相補正部は、前記センスコイル切替部による前記複数のセンスコイルの切替順序に応じて前記位相差を補正することを特徴とする。

本発明によれば、基準コイルが出力した検出信号と各センスコイルが出力した検出信号とに基づいて、各センスコイルの極性を判定するので、マーカコイルが発生した磁界との同期を取る必要がなくなり、カプセル型医療装置の構成を複雑にすることなく、センスコイルの極性判定を行うことができる。

図１は、本発明の実施の形態１に係る位置検出システムの一構成例を示す模式図である。 図２は、図１に示すカプセル型内視鏡の内部構造の一例を示す模式図である。 図３は、図１に示す位置検出システムの動作を示すフローチャートである。 図４は、ＦＦＴ演算により算出された検出値を虚数空間においてベクトルで表示した模式図である。 図５は、図３に示すセンスコイルの極性判定処理を示すフローチャートである。 図６は、本発明の実施の形態２に係る位置検出システムの一構成例を示す模式図である。 図７は、センスコイルから時分割で検出信号を取り込む場合に検出信号間に生じる位相のずれを示す模式図である。 図８は、実施の形態２におけるセンスコイルの極性判定処理を示すフローチャートである。 図９は、本発明の実施の形態３に係る位置検出システムの一構成例を示す模式図である。 図１０は、複数のセンスコイルから出力された検出信号間に生じる位相のずれを示す模式図である。 図１１は、位相差の算出方法を示すフローチャートである。

以下に、本発明の実施の形態に係る位置検出システムについて、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明においては、本実施の形態に係る位置検出システムが検出対象とするカプセル型医療装置の一形態として、被検体内に経口にて導入されて被検体内（管腔内）を撮像するカプセル型内視鏡を例示するが、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。即ち、本発明は、例えば被検体の食道から肛門にかけて管腔内を移動するカプセル型内視鏡や、被検体内に薬剤等を配送するカプセル型医療装置や、被検体内のＰＨを測定するＰＨセンサを備えるカプセル型医療装置など、カプセル型をなす種々の医療装置の位置検出に適用することが可能である。

また、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、及び位置関係を概略的に示してあるに過ぎない。従って、本発明は各図で例示された形状、大きさ、及び位置関係のみに限定されるものではない。なお、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付している。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る位置検出システムの一構成例を示す模式図である。図１に示すように、実施の形態１に係る位置検出システム１は、被検体の管腔内に導入されるカプセル型医療装置の一例として、被検体内を撮像することにより取得した画像データを無線信号に重畳して送信するカプセル型内視鏡１０と、カプセル型内視鏡１０から送信された無線信号を受信するアンテナユニット２０と、カプセル型内視鏡１０から発生した交流磁界を検出する磁界検出部３０と、カプセル型内視鏡１０から送信された無線信号に基づいて被検体内の画像を生成すると共に、磁界検出部３０により検出された交流磁界に基づいてカプセル型内視鏡１０の位置を検出する位置検出装置４０とを備える。

図２は、図１に示すカプセル型内視鏡１０の内部構造の一例を示す模式図である。図２に示すように、カプセル型内視鏡１０は、被検体の管腔内に導入し易い大きさに形成されたカプセル型をなす筐体１０１と、該筐体１０１内に収納され、被検体内を撮像して撮像信号を取得する撮像ユニット１１と、撮像ユニット１１を含むカプセル型内視鏡１０の各部の動作を制御すると共に、撮像ユニット１１により取得された撮像信号に対して所定の信号処理を施す制御部１２と、信号処理が施された撮像信号を無線送信する送信部１３と、当該カプセル型内視鏡１０の位置検出用の交流磁界を発生する磁界発生部１４と、カプセル型内視鏡１０の各部に電力を供給する電源部１５とを備える。

筐体１０１は、被検体の臓器内部に導入可能な大きさに形成された外装ケースであり、円筒状をなす筒状筐体１０２とドーム形状をなすドーム状筐体１０３、１０４とを含み、筒状筐体１０２の両側開口端をドーム状筐体１０３、１０４で塞ぐことによって構成される。筒状筐体１０２は、可視光に対して略不透明な有色の部材によって形成されている。また、ドーム状筐体１０３、１０４の少なくとも一方（図２においては撮像ユニット１１側であるドーム状筐体１０３）は、可視光等の所定波長帯域の光に対して透明な光学部材によって形成されている。なお、図２においては、一方のドーム状筐体１０３側にのみ撮像ユニット１１を１つ設けているが、撮像ユニット１１を２つ設けても良く、この場合、ドーム状筐体１０４も透明な光学部材によって形成される。このような筐体１０１は、撮像ユニット１１と、制御部１２と、送信部１３と、磁界発生部１４と、電源部１５とを液密に内包する。

撮像ユニット１１は、被検体に関する情報として撮像信号を取得する情報取得手段であり、ＬＥＤ等の発光素子及び該発光素子を駆動する駆動回路（図示せず）を含む照明部１１１と、集光レンズ等の光学系１１２と、ＣＭＯＳイメージセンサ又はＣＣＤ等の撮像素子及び該撮像素子を駆動する駆動回路（図示せず）を含む撮像部１１３とを有する。照明部１１１は、撮像部１１３の撮像視野に白色光等の照明光を照射し、ドーム状筐体１０３を介して撮像視野ｖ内の被検体を照明する。光学系１１２は、その光軸Ｌａが筐体１０１の長軸と一致するように配置され、撮像視野ｖ内の被検体からの反射光を集光し、撮像部１１３の撮像面に結像させる。撮像部１１３は、撮像面に結像された被検体の像を表す光信号を光電変換処理することにより、撮像信号を生成する。

なお、撮像ユニット１１を２つ設ける場合には、２つ配置される光学系１１２の両方の光軸Ｌａが筐体１０１の長軸と一致するように、撮像ユニット１１を筐体１０１の両端のドーム状筐体１０３側及びドーム状筐体１０４側にそれぞれ配置する。

制御部１２は、所定の周期（撮像フレームレート）で撮像部１１３を動作させると共に、撮像フレームレートと同期して、照明部１１１を発光させる。また、制御部１２は、撮像ユニット１１が生成した撮像信号に対し、Ａ／Ｄ変換や、その他所定の信号処理を施して画像データを生成する。さらに、制御部１２は、電源部１５から磁界発生部１４に電力を供給させることにより、磁界発生部１４から交流磁界を発生させる。

送信部１３は、図示しない送信アンテナを備え、制御部１２によって信号処理が施された画像データ及び関連情報を取得して変調処理を施し、送信アンテナを介して外部に順次無線送信する。

磁界発生部１４は、コイルや、コイル及びコンデンサからなる共振回路で構成される。磁界発生部１４は、例えば、電流が流れることにより磁界を発生するマーカコイル１４１と、該マーカコイル１４１と共に共振回路を形成するコンデンサ１４２とを含み、電源部１５からの電力供給を受けて所定の周波数の交流磁界を発生する構成とすることができる。

電源部１５は、例えばボタン型をなす電池と磁気スイッチ等のスイッチ部とによって構成される。即ち、電源部１５は、外部から印加された磁界によって磁気スイッチを切り替えることにより自身のオンオフ状態を切り替え、オン状態の間、カプセル型内視鏡１０の各部に電源を供給する。また、電源部１５は、オフ状態の間、カプセル型内視鏡１０の各部への電力供給を停止する。

再び図１を参照すると、アンテナユニット２０は、カプセル型内視鏡１０から送信された無線信号を受信する複数の受信アンテナ２１を有する。これらの受信アンテナ２１は、カプセル型内視鏡１０による検査を行う際、被検体の体表に貼り付けて用いられる。

磁界検出部３０は、平面状のベース３１と、該ベース３１の主面上に配置された複数（図１においては５個）のセンスコイル３２（ｉ）とを有する。ここで、符号ｉはセンスコイル３２（ｉ）の識別番号を表し、図１の場合、ｉ＝１〜５である。各センスコイル３２（ｉ）は、例えば、開口径が３０〜４０ｍｍ程度、高さが５ｍｍ程度のサイズを有する筒型コイルであり、カプセル型内視鏡１０から発生した交流磁界を受信して電圧信号に変換し、検出信号として出力する。

このような磁界検出部３０は、カプセル型内視鏡１０による検査中、被検体の近傍に配置される。例えば、被検体がベッド等に横たわった状態で検査が行われる場合、磁界検出部３０は、該ベッドの下方に、ベース３１の主面が被検体の載置面と平行になるように配置される。

図１に示すように、位置検出装置４０は、カプセル型内視鏡１０から送信された無線信号を、アンテナユニット２０を介して受信する受信部４１と、無線信号に重畳された画像データに基づいて被検体内の画像を生成する画像処理部４２と、被検体の画像を表す画像データ等の各種情報を記憶する記憶部４３と、当該位置検出装置４０に対する命令や情報を入力する際に用いられる操作部４４と、磁界検出部３０により検出された交流磁界を表す信号に対して信号処理を施す信号処理部４５と、磁界検出部３０により検出された交流磁界に基づいてカプセル型内視鏡１０の位置及び方向を算出する演算部４６と、演算部４６による演算結果等の各種情報を出力する出力部４７と、信号処理部４５を制御するＡ／Ｄ制御部４８と、これらの各部の動作を制御する制御部４９とを備える。

受信部４１は、アンテナユニット２０から無線信号を取り込み、受信アンテナ２１のうち、無線信号に対して適切なアンテナ、例えば最も受信強度の高い受信アンテナ２１を選択し、選択した受信アンテナ２１を介して受信された無線信号に対して復調処理等を施すことにより、画像データ及び関連情報を取得する。

なお、本実施の形態１においては、構成を簡略化するために、カプセル型内視鏡１０から送信された無線信号の受信機能を位置検出装置４０に含めているが、無線信号の受信機能は必ずしも位置検出装置４０と一体化させる必要はない。

画像処理部４２は、受信部４１から入力された画像データに対してホワイトバランス処理、デモザイキング、ガンマ変換、平滑化（ノイズ除去等）等の所定の画像処理を施すことにより、表示用の画像データを生成する。

記憶部４３は、例えば、フラッシュメモリ又はハードディスク等の書き換え可能に情報を保存する記憶媒体及び読取書込装置を用いて構成される。記憶部４３は、制御部４９が位置検出装置４０の各部を制御するための各種プログラムや各種パラメータを記憶するプログラム記憶部４３１と、画像処理部４２により生成された画像データ及び関連情報を記憶する画像データ記憶部４３２と、カプセル型内視鏡１０の位置及び方向の算出結果を記憶する位置及び方向情報記憶部４３３と、カプセル型内視鏡１０の位置及び方向が算出された際の各センスコイル３２（ｉ）の極性（各センスコイル３２（ｉ）への交流磁界の入射方向）を記憶する極性情報記憶部４３４とを含む。

操作部４４は、各種ボタン、スイッチ、キーボード等の入力デバイスや、マウス、タッチパネル等のポインティングデバイスや、ジョイスティック等によって構成され、ユーザによる入力操作に応じて、各種情報を制御部４９に入力する。操作部４４により入力される情報として、例えば、カプセル型内視鏡１０をユーザ所望の位置及び姿勢に誘導するための情報（以下、誘導指示情報という）が挙げられる。

信号処理部４５は、複数のセンスコイル３２（ｉ）から出力された電圧信号をそれぞれ取り込む複数のＡ／Ｄ変換部（Ａ／Ｄ）４５１を有する。各Ａ／Ｄ変換部４５１は、対応するセンスコイル３２（ｉ）から取り込んだアナログの電圧信号にＡ／Ｄ変換処理を施し、磁界の検出データとして出力する。

演算部４６は、例えばＣＰＵ等のハードウェアを用いて構成され、記憶部４３から演算プログラムを読み出し、信号処理部４５から出力された磁界の検出データに基づいて、カプセル型内視鏡１０の位置を表す情報（位置情報）を算出する。より詳細には、演算部４６は、ＦＦＴ演算部４６１と、基準コイル決定部４６２と、極性判定部４６３と、位置及び方向計算部４６４とを有する。

ＦＦＴ演算部４６１は、位置検出装置４０側のクロック位相に基づいて、Ａ／Ｄ変換部４５１から出力された検出データに高速フーリエ変換処理（以下、ＦＦＴ処理という）を施すことにより、交流磁界の振幅値や位相等の磁界情報を抽出する。

基準コイル決定部４６２は、複数のセンスコイル３２（ｉ）のうち、検出した磁界の振幅値が最大のセンスコイル３２（ｉ）を基準コイルとして決定する。

極性判定部４６３は、各Ａ／Ｄ変換部４５１から出力された検出データに対するＦＦＴ演算結果と、基準コイルに対応するＡ／Ｄ変換部４５１から出力された検出データに対するＦＦＴ演算結果とに基づいて、各センスコイル３２（ｉ）の極性（交流磁界の入射方向）を判定し、その判定結果を記憶部４３に記憶させる。

位置及び方向計算部４６４は、各センスコイル３２（ｉ）が検出した磁界の振幅値と、各センスコイル３２（ｉ）の極性と、各センスコイル３２（ｉ）の位置及び方向に基づいて、マーカコイル１４１、即ち、カプセル型内視鏡１０の位置及び方向を算出する。

出力部４７は、液晶や有機ＥＬ等の各種ディスプレイを含み、位置及び方向計算部４６４によるカプセル型内視鏡１０の位置及び方向の算出結果や、画像処理部４２により生成された被検体内の画像や、操作部４４から入力された各種情報等を画面表示する。

Ａ／Ｄ制御部４８は、複数のＡ／Ｄ変換部４５１を互いに同期して動作させる制御信号（Ａ／Ｄ変換トリガー）を、所定の周期で出力する。これより、複数のＡ／Ｄ変換部４５１は、互いに同じタイミングで、対応するセンスコイル３２（ｉ）から検出信号を所定の周期で取り込み、Ａ／Ｄ変換処理を施す。

制御部４９は、例えばＣＰＵ等のハードウェアを用いて構成され、記憶部４３からプログラムを読み出し、位置検出装置４０を構成する各部に対する指示やデータの転送等を行って位置検出装置４０の動作を統括的に制御する。

次に、位置検出システム１の動作を説明する。図３は、位置検出システム１の動作を示すフローチャートである。カプセル型内視鏡１０による検査を行う際には、まず、カプセル型内視鏡１０の電源をオンにする。それにより、撮像部１１３が撮像動作を開始すると共に、磁界発生部１４が駆動され、マーカコイル１４１から所定の駆動周波数を有する交流磁界が発生する（ステップＳ１０）。このカプセル型内視鏡１０を被検体内に導入すると、カプセル型内視鏡１０は蠕動運動により管腔内を移動しつつ撮像を行い、画像データを無線送信する。

続くステップＳ１１において、各センスコイル３２（ｉ）は、マーカコイル１４１から発生した交流磁界を検出し、電圧信号に変換する。

ステップＳ１２において、Ａ／Ｄ制御部４８は、複数のＡ／Ｄ変換部４５１を互いに同期して動作させるためのＡ／Ｄ変換トリガーを発生する。

ステップＳ１３において、各Ａ／Ｄ変換部４５１は、Ａ／Ｄ変換トリガーが入力されたタイミングで、接続されたセンスコイル３２（ｉ）から電圧信号を取り込み、該電圧信号にＡ／Ｄ変換を施して磁界の検出データとして出力する。

ステップＳ１４において、ＦＦＴ演算部４６１は、各Ａ／Ｄ変換部４５１から一定期間に磁界の検出データとして出力された電圧の検出値に対してＦＦＴ演算を行い、演算結果（検出値の実部及び虚部）と、電圧の振幅値（絶対値）とを出力する。ＦＦＴ演算結果として表される検出値Ｖ（ｉ）をＶ（ｉ）＝ｘ_meas(i)＋ｊｙ_meas(i)とすると、振幅値Ｖ_abs(i)は、次式（１）によって与えられる。ここで、符号ｘ_meas(i)は検出値Ｖ（ｉ）の実部、符号ｙ_meas(i)は検出値Ｖ（ｉ）の虚部、符号ｊは虚数単位をそれぞれ表す。

ステップＳ１５において、基準コイル決定部４６２は、ＦＦＴ演算部４６１の演算結果に基づき、複数のセンスコイル３２（ｉ）のうち、振幅値Ｖ_abs(i)が最大のセンスコイルを基準コイルに設定する。

図４は、ＦＦＴ演算により算出された検出値Ｖ（ｉ）（ｉ＝１〜５）を虚数空間においてベクトルで表示した模式図である。なお、図４においては、一例として、検出値Ｖ（１）の振幅値Ｖ_abs(1)を最大としている。この場合、図１に示すセンスコイル３２（１）が基準コイルに設定される。以下、基準コイルとして設定されたセンスコイル３２（ｉ）の検出値を検出値Ｖ_max＝ｘ_max＋ｊｙ_maxと示す。

続いて、極性判定部４６３は、基準コイルの極性を設定する。この際、極性判定部４６３は、カプセル型内視鏡１０の位置検出が、今回の検査において初回である場合（ステップＳ１６：Ｙｅｓ）、基準コイルの極性を正に設定する（ステップＳ１７）。なお、カプセル型内視鏡１０の位置検出が初回でない場合であっても、基準コイルとして設定されたセンスコイル３２（ｉ）に対する前回の極性判定結果が得られなかった場合（極性情報記憶部４３４に記憶されていなかった場合）には、基準コイルの極性は正に設定される。

一方、極性判定部４６３は、カプセル型内視鏡１０の位置検出が、今回の検査において初回ではない場合（ステップＳ１６：Ｎｏ）、基準コイルとして設定されたセンスコイル３２（ｉ）に対する前回の極性判定結果を記憶部４３から取得し、取得した極性判定結果を今回の基準コイルの極性に設定する（ステップＳ１８）。例えば、図４の場合、センスコイル３２（１）に対する前回の極性判定結果が、今回の基準コイルの極性に設定される。

ステップＳ１９において、極性判定部４６３は、ＦＦＴ演算結果（検出値Ｖ（ｉ））、検出電圧の振幅値Ｖ_abs(i)、及び基準コイルの極性に基づいて、各センスコイル３２（ｉ）の極性を判定する。

図５は、センスコイル３２（ｉ）の極性を判定する処理の詳細を示すフローチャートである。まず、ステップＳ１９１において、極性判定部４６３は、基準コイルの検出値Ｖ_max＝ｘ_max＋ｊｙ_maxと各センスコイル３２（ｉ）の検出値Ｖ（ｉ）＝ｘ_meas(i)＋ｊｙ_meas(i)との内積Ｖ_max・Ｖ（ｉ）を算出する。検出値Ｖ_maxに対する検出値Ｖ（ｉ）の位相差（図４においては、検出値Ｖ_maxを表す基準となるベクトルと、検出値Ｖ（２）を表すベクトルとのなす角）をθとすると、内積Ｖ_max・Ｖ（ｉ）は次式（２）によって与えられる。
Ｖ_max・Ｖ（ｉ）＝｜Ｖ_max｜・｜Ｖ（ｉ）｜・ｃｏｓθ …（２）

続いて、極性判定部４６３は、基準コイル以外の各センスコイル３２（ｉ）の検出値について、ループＡの処理を実行する。

ステップＳ１９２において、極性判定部４６３は、ステップＳ１９１において算出した内積Ｖ_max・Ｖ（ｉ）がゼロ又は正であるか否かを判定する。

極性判定部４６３は、内積Ｖ_max・Ｖ（ｉ）がゼロ又は正である場合（ステップＳ１９２：Ｙｅｓ）、即ち、基準コイルの検出値Ｖ_maxの位相と、センスコイル３２（ｉ）の検出値Ｖ（ｉ）との位相差θが｜π／２｜以下である場合、当該センスコイル３２（ｉ）の極性は、基準コイルの極性と同じであると判定する（ステップＳ１９３）。

一方、極性判定部４６３は、内積Ｖ_max・Ｖ（ｉ）が負である場合（ステップＳ１９２：Ｎｏ）、即ち、基準コイルの検出値Ｖ_maxの位相と、センスコイル３２（ｉ）の検出値Ｖ（ｉ）との位相差θが｜π／２｜よりも大きい場合、当該センスコイル３２（ｉ）の極性は、基準コイルの極性と反対であると判定する（ステップＳ１９４）。

例えば、基準コイルとして設定されたセンスコイル３２（１）の極性を正とすると、図４の場合、検出値Ｖ_maxを表すベクトルと直交する線を境界Ｂとし、境界Ｂに対して検出値Ｖ_maxを表すベクトルに近い側のベクトル（検出値Ｖ（２））に対応するセンスコイル３２（２）の極性は、基準コイルと同じ正であると判定される。また、境界Ｂに対して検出値Ｖ_maxを表すベクトルから遠い側のベクトル（検出値Ｖ（３）〜Ｖ（５））に対応するセンスコイル３２（３）〜３２（５）の極性は、基準コイルと反対の負であると判定される。その後、処理はメインルーチンに戻る。

ステップＳ１９に続くステップＳ２０において、極性判定部４６３は、記憶部４３に記憶された各センスコイル３２（ｉ）の極性判定結果を、ステップＳ１９における極性判定結果に更新する。

ステップＳ２１において、位置及び方向計算部４６４は、各センスコイル３２（ｉ）の極性、電圧の振幅値Ｖ_abs(i)、ベース３１上における位置及び開口の方向に基づいて、カプセル型内視鏡１０の位置及び方向を算出する。

ステップＳ２２において、演算部４６は、カプセル型内視鏡１０の位置及び方向の算出結果（以下、位置及び方向情報という）を出力する。制御部４９は、出力された位置及び方向情報を、ステップＳ１１における交流磁界の検出と同じタイミングで受信部４１に取り込まれた無線信号に基づく画像と関連付けて記憶部４３に記憶させると共に、カプセル型内視鏡１０の位置及び方向を出力部４７に表示させる。

ステップＳ２３において、制御部４９は、カプセル型内視鏡１０の位置検出を継続するか否かを判定する。この判定は、例えば、操作部４４から検査を終了する旨の命令が入力されたか否か（当該命令が入力された場合には継続しない）、マーカコイルからの交流磁界が検出できるか否か（検出できない場合には継続しない）、又はカプセル型内視鏡１０からの無線信号が受信できるか否か（受信できない場合には継続しない）によって判定することができる。

位置検出を継続する場合（ステップＳ２３：Ｙｅｓ）、位置検出システム１の動作はステップＳ１１に戻る。この場合、Ａ／Ｄ制御部４８からのＡ／Ｄ変換トリガーの出力周期で、ステップＳ１１〜Ｓ２２の処理が繰返し実行される。

一方、位置検出を継続しない場合（ステップＳ２３：Ｎｏ）、位置検出システム１の動作は終了する。なお、マーカコイルからの交流磁界が検出できない場合や、カプセル型内視鏡１０からの無線信号が受信できない場合には、一定時間待機した後で再度判定を行い、動作を終了することとしても良い。

以上説明したように、実施の形態１においては、複数のセンスコイル３２（ｉ）のうちから基準コイルを設定し、該基準コイルの極性と、基準コイルにより検出された交流磁界の検出信号とその他のセンスコイル３２（ｉ）により検出された交流磁界の検出信号との位相差に基づき、各センスコイル３２（ｉ）の極性を判定する。即ち、カプセル型内視鏡１０に設けられたマーカコイル１４１による磁界発生と、各センスコイル３２（ｉ）による磁界検出との同期を取ることなく、極性判定を行うことができる。従って、カプセル型内視鏡１０の構成を複雑にすることなく、各センスコイル３２（ｉ）の極性を判定し、該極性を用いて、カプセル型内視鏡１０の位置及び方向を正確に検出することが可能となる。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について説明する。
図６は、実施の形態２に係る位置検出システムの一構成例を示す模式図である。図６に示すように、実施の形態２に係る位置検出システム２は、図１に示す位置検出装置４０の代わりに、位置検出装置５０を備える。なお、位置検出装置５０以外の位置検出システム２の各部の構成及び動作は、実施の形態１と同様である。

位置検出装置５０は、受信部４１と、画像処理部４２と、操作部４４と、出力部４７と、制御部４９と、信号処理部５１と、切替制御部５２と、Ａ／Ｄ制御部５３、記憶部５４、及び演算部５５を備える。このうち、受信部４１、画像処理部４２、操作部４４、出力部４７、及び制御部４９の動作は、実施の形態１と同様である。

信号処理部５１は、センスコイル切替部５１１及びＡ／Ｄ変換部（Ａ／Ｄ）５１２を有する。センスコイル切替部５１１は、複数のセンスコイル３２（ｉ）のうち、Ａ／Ｄ変換部５１２と接続させる１つ又は複数のセンスコイル３２（ｉ）を時分割で切り替える。

切替制御部５２は、センスコイル切替部５１１に対し、所定の順序且つ所定のタイミングでセンスコイル３２（ｉ）を切り替えるよう、切替制御信号を出力する。

Ａ／Ｄ制御部５３は、Ａ／Ｄ変換部５１２を動作させる制御信号（Ａ／Ｄ変換トリガー）を、所定の周期で出力する。

Ａ／Ｄ変換部５１２は、Ａ／Ｄ変換トリガーが出力されたタイミングで、接続されたセンスコイル３２（ｉ）から検出信号を取り込み、Ａ／Ｄ変換処理を施す。

記憶部５４は、図１に示す記憶部４３に対して位相差情報記憶部５４１をさらに備える。ここで、複数のセンスコイル３２（ｉ）からＡ／Ｄ変換部５１２に時分割で検出信号を取り込む場合、図７に示すように、検出信号間には検出タイミングの差に応じた位相のずれが発生する。この位相のずれは、センスコイル３２（ｉ）の切替順序及び切替間隔と交流磁界の周波数とから算出される既知の値である。位相差情報記憶部５４１は、このような各センスコイル３２（ｉ）における位相のずれを位相差情報として記憶する。

演算部５５は、図１に示す演算部４６に対して位相補正部５５１をさらに備える。位相補正部５５１は、位相差情報記憶部５４１から位相差情報を取得し、該位相差情報を用いて、ＦＦＴ演算部４６１により算出された各センスコイル３２（ｉ）の検出値Ｖ（ｉ）の位相を補正する。

次に、位置検出システム２の動作について説明する。位置検出システム２の動作は全体として図３に示すものと同様であり、ステップＳ１３において複数のセンスコイル３２（ｉ）から時分割で検出信号を取得する点と、ステップＳ１９における各センスコイル３２（ｉ）の極性判定処理の内容とが実施の形態１とは異なる。

図８は、実施の形態２における各センスコイル３２（ｉ）の極性判定処理を示すフローチャートである。図８に示すステップＳ２９１において、位相補正部５５１は、位相差情報記憶部５４１に記憶された各センスコイル３２（ｉ）の位相差情報Δθ_iを取得する。

続くステップＳ２９２において、位相補正部５５１は、ＦＦＴ演算部４６１から各センスコイルの検出値Ｖ（ｉ）を取り込み、位相のずれを補正する。補正済みの検出値Ｖ（ｉ）’の実部ｘ_corr(i)及び虚部ｙ_corr(i)は、ベクトルの回転変換を表す次式（３）によって与えられる。

続くステップＳ２９３において、極性判定部４６３は、基準コイルとして設定されたセンスコイル３２（ｉ）の補正済み検出値Ｖ_max’と、その他のセンスコイル３２（ｉ）の補正済み検出値Ｖ（ｉ）’との内積Ｖ_max’・Ｖ（ｉ）’を算出する。続くステップＳ１９２以降の動作は、実施の形態１と同様である。

以上説明したように、実施の形態２によれば、複数のセンスコイル３２（ｉ）により時分割で交流磁界を検出し、ＦＦＴ演算部４６１により順次演算を行うので、演算部５５における演算処理の負荷を低減することができる。また、実施の形態２によれば、その際に、時分割による位相のずれを補正した上で、各センスコイル３２（ｉ）の極性を判定するので、該極性を正確に判定することが可能となる。

なお、上記実施の形態２においては、センスコイル３２（ｉ）の切替順序に応じて、センスコイル３２（ｉ）ごとに検出値Ｖ（ｉ）の補正を行ったが、複数のセンスコイル３２（ｉ）の検出値Ｖ（ｉ）をまとめて補正しても良い。例えば、ベース３１上に配置されたセンスコイル３２（ｉ）を複数系統（例えばオーディオ用のＡ／ＤコンバータにおけるＬチャネル及びＲチャネル）に分け、系統ごとにセンスコイル３２（ｉ）を交互に動作させる場合には、系統ごとに同一の位相差情報を予め算出して保持し、検出値Ｖ（ｉ）の補正を系統ごとに一括して行う。

（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３について説明する。
図９は、実施の形態３に係る位置検出システムの一構成例を示す模式図である。図９に示すように、実施の形態３に係る位置検出システム３は、図１に示す位置検出装置４０の代わりに、位置検出装置６０を備える。なお、位置検出装置６０以外の位置検出システム３の各部の構成及び動作は、実施の形態１と同様である。

位置検出装置６０は、図１に示す記憶部４３及び演算部４６の代わりに、記憶部５４及び演算部６１を備える。記憶部５４は、図１に示す記憶部４３に対し、各センスコイル３２（ｉ）により検出される検出信号の位相のずれを表す位相差情報を記憶する位相差情報記憶部５４１をさらに備える。また、演算部６１は、図１に示す演算部４６に対し、位相差計算部６１１及び位相補正部６１２をさらに備える。

ここで、図１０に示すように、複数のセンスコイル３２（ｉ）（例えば、センスコイル３２（１）及び３２（３））によりそれぞれ検出される交流磁界の検出信号間では、センスコイル３２（ｉ）とカプセル型内視鏡１０との距離ｄ（ｉ）に応じて位相のずれが生じることがある。また、センスコイル３２（ｉ）の個別の応答特性（個体差）によっても、検出信号間に位相のずれが生じることもある。さらには、Ａ／Ｄ制御部４８から各Ａ／Ｄ変換部４５１にＡ／Ｄ変換トリガーを分配する際に、若干の同期ずれが生じ、それが検出信号間の位相のずれとして現れることもある。

位相差計算部６１１は、このような種々の原因により生じる検出信号間の位相のずれを算出する。また、位相補正部６１２は、位相差計算部６１１により算出された位相差情報を用いて、ＦＦＴ演算部４６１により算出された検出値Ｖ（ｉ）の位相を補正する。なお、位相補正部６１２の詳細な動作は、実施の形態２における位相補正部５５１の動作と同様である（図８参照）。

次に、位置検出システム３の動作を説明する。位置検出システム３の動作は、全体として図３及び図５に示すものと同様であり、ステップＳ１９において、極性判定部４６３が、ＦＦＴ演算部４６１の演算結果を位相補正部６１２により補正した検出値Ｖ（ｉ）を用いる点が、実施の形態１とは異なる。

次に、位相差計算部６１１による位相差の算出方法について説明する。図１１は、位相差の算出方法を示すフローチャートである。まず、ステップＳ３０において、ユーザは、カプセル型内視鏡１０の電源をオンにして交流磁界を発生させ、磁界検出部３０の検出対象領域内の所定位置に所定の方向で配置する。このときのカプセル型内視鏡１０の位置は、当該位置にカプセル型内視鏡１０を配置した際に各センスコイル３２（ｉ）の極性情報が既知である位置及び方向とする。具体的には、センスコイル３２（ｉ）の極性が全て正となる位置及び方向を予め取得し、当該位置及び方向にカプセル型内視鏡を配置する。

続くステップＳ３１において、ユーザは、キャリブレーション開始命令を、操作部４４を用いて入力する。これに応じて、当該命令が操作部４４から制御部４９に入力され、制御部４９の制御の下で、キャリブレーション動作が開始する。

ステップＳ３２において、Ａ／Ｄ制御部４８は、複数のＡ／Ｄ変換部４５１を互いに同期して動作させるためのＡ／Ｄ変換トリガーを発生する。

ステップＳ３３において、各Ａ／Ｄ変換部４５１は、Ａ／Ｄ変換トリガーが入力されたタイミングでセンスコイル３２（ｉ）から電圧信号を取り込み、該電圧信号にＡ／Ｄ変換を施して磁界の検出データとして出力する。

ステップＳ３４において、ＦＦＴ演算部４６１は、各Ａ／Ｄ変換部４５１から一定期間に磁界の検出データとして出力された電圧の検出値に対してＦＦＴ演算を行い、演算結果（検出値Ｖ_cal（ｉ）の実部及び虚部）を位相差計算部６１１に出力する。

ステップＳ３５において、位相差計算部６１１は、所定の基準位相に対する各検出値Ｖ_cal（ｉ）の位相のずれを算出する。この基準位相としては、例えば、識別番号が最も小さいセンスコイル（図１においてはセンスコイル３２（１））や、カプセル型内視鏡１０から最も近いセンスコイル（図１においてはセンスコイル３２（３））のように、基準として適宜選択されたセンスコイルの検出値Ｖ_cal（ｉ）の位相が用いられる。この際、基準のセンスコイル３２（ｉ）の極性が正である場合、当該基準のセンスコイル３２（ｉ）の検出値Ｖ_cal（ｉ）の位相を０として、他のセンスコイル３２（ｉ）の検出値Ｖ_cal（ｉ）の位相のずれが算出される。一方、基準のセンスコイル３２（ｉ）の極性が負である場合、当該基準のセンスコイル３２（ｉ）の検出値Ｖ_cal（ｉ）の位相をπとして、他のセンスコイル３２（ｉ）の検出値Ｖ_cal（ｉ）の位相のずれが算出される。

ステップＳ３６において、位相差情報記憶部５４１は、位相差計算部６１１により算出された各検出値Ｖ（ｉ）の位相のずれを当該センスコイル３２（ｉ）の位相差情報Δθ_iとして記憶する。

以上説明したように、実施の形態３によれば、センスコイル３２（ｉ）の配置や、個体差や、Ａ／Ｄ変換トリガーを分配する際の若干の同期ずれ等によって生じる検出値Ｖ（ｉ）の位相のずれを補正するので、各センスコイル３２（ｉ）の極性をより正確に判定することができる。従って、カプセル型内視鏡１０の位置及び方向の検出精度をさらに向上させることが可能となる。

以上説明した実施の形態１〜３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い。また、本発明は、各実施の形態１〜３に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることによって、種々の発明を生成することができる。本発明は、仕様等に応じて種々変形することが可能であり、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 位置検出システム
１０ カプセル型内視鏡
１１ 撮像ユニット
１２ 制御部
１３ 送信部
１４ 磁界発生部
１５ 電源部
２０ アンテナユニット
２１ 受信アンテナ
３０ 磁界検出部
３１ ベース
３２（ｉ）、３２（１）〜３２（５） センスコイル
４０、５０、６０ 位置検出装置
４１ 受信部
４２ 画像処理部
４３、５４ 記憶部
４４ 操作部
４５、５１ 信号処理部
４６、５５、６１ 演算部
４７ 出力部
４８、５３ Ａ／Ｄ制御部
４９ 制御部
５２ 切替制御部
１０１ 筐体
１０２ 筒状筐体
１０３、１０４ ドーム状筐体
１１１ 照明部
１１２ 光学系
１１３ 撮像部
１４１ マーカコイル
１４２ コンデンサ
４３１ プログラム記憶部
４３２ 画像データ記憶部
４３３ 位置及び方向情報記憶部
４３４ 極性情報記憶部
４５１、５１２ Ａ／Ｄ変換部
４６１ ＦＦＴ演算部
４６２ 基準コイル決定部
４６３ 極性判定部
４６４ 位置及び方向計算部
５１１ センスコイル切替部
５４１ 位相差情報記憶部
５５１、６１２ 位相補正部
６１１ 位相差計算部

Claims (9)

1. 共振回路の一部をなし、電流が流れることにより交流磁界を発生するコイルと、該コイルに電源を供給する電源部とがカプセル型の筐体内部に設けられたカプセル型医療装置の位置を検出する位置検出システムにおいて、
   前記コイルから発生した交流磁界を検出して検出信号を出力する複数のセンスコイルと、
   前記複数のセンスコイルからそれぞれ出力された複数の検出信号に基づいて、前記カプセル型医療装置の位置を算出する演算部と、
   を備え、
   前記演算部は、
   前記複数の検出信号に基づいて算出された、前記複数のセンスコイルがそれぞれ検出した前記交流磁界の振幅値に基づいて、前記複数のセンスコイルのうち、前記振幅値が最大のセンスコイルを基準コイルとして決定する基準コイル決定部と、
   前記基準コイルが出力した第１の検出信号と、該基準コイル以外の各センスコイルが出力した第２の検出信号とに基づいて、前記各センスコイルの極性を判定する極性判定部と、
   を有することを特徴とする位置検出システム。
2. 前記極性判定部は、前記第１の検出信号の位相と前記第２の検出信号の位相との比較結果に基づいて前記極性を判定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。
3. 前記極性判定部は、
   前記第１の検出信号と前記第２の検出信号との位相差が｜π／２｜以下である場合、判定対象のセンスコイルの極性は前記基準コイルの極性と同じであると判定し、
   前記第１の検出信号と前記第２の検出信号との位相差が｜π／２｜より大きい場合、判定対象のセンスコイルの極性は前記基準コイルの極性と反対であると判定する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の位置検出システム。
4. 前記演算部は、前記カプセル型医療装置の位置を算出する処理を所定の周期で実行し、
   前記極性判定部は、前記基準コイルとして決定されたセンスコイルの極性を、前回極性判定を行った際の当該センスコイルに対する判定結果と同じ極性に設定することを特徴とする請求項３に記載の位置検出システム。
5. 前記極性判定部は、前回極性判定を行った際の当該センスコイルに対する判定結果が得られなかった場合、前記基準コイルとして決定されたセンスコイルの極性を正に設定することを特徴とする請求項３に記載の位置検出システム。
6. 前記演算部は、前記基準コイルによる前記交流磁界の検出タイミングと前記各センスコイルによる前記交流磁界の検出動作のタイミングとの差により発生する前記第１の検出信号と前記第２の検出信号との位相差を補正する位相補正部をさらに有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。
7. 前記位相補正部は、前記交流磁界の周波数、及び、前記基準コイルによる前記交流磁界の検出動作のタイミングと前記各センスコイルによる前記交流磁界の検出動作のタイミングとの間隔に基づいて前記位相差を補正することを特徴とする請求項６に記載の位置検出システム。
8. 前記位相補正部は、前記各センスコイルの極性が既知である位置に前記カプセル型医療装置を配置した際に前記各センスコイルが検出した前記交流磁界の検出値に基づいて前記位相差を補正することを特徴とする請求項６に記載の位置検出システム。
9. 前記複数のセンスコイルのうち、前記交流磁界を検出させるセンスコイルを切り替えるセンスコイル切替部をさらに備え、
   前記位相補正部は、前記センスコイル切替部による前記複数のセンスコイルの切替順序に応じて前記位相差を補正することを特徴とする請求項６に記載の位置検出システム。
   
   
   

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