JP6022134B1

JP6022134B1 - 位置検出システム及びカプセル型医療装置誘導システム

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Publication number: JP6022134B1
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Abstract

磁界を発生する磁界発生部の位置と方向とのうちの少なくともいずれかを検出する位置検出システムであって、磁界発生部が発生した磁界を検出する複数の検出コイル３２と、複数の検出コイル３２が検出した磁界に基づいて、磁界発生部の位置と方向とのうちの少なくともいずれかを算出する演算部４５とを備え、各検出コイル３２は円筒状をなし、各検出コイル３２の直径に対する長さの比が０より大きく１．３以下である。これにより、位置又は方向の検出対象である磁界発生部が発生する磁界に対し、検出コイルにおける検出磁界誤差を十分且つ安定的に低減することができる位置検出システムを提供する。

Description

本発明は、被検体内に導入されるカプセル型医療装置から発生する磁界を被検体外において検出することによりカプセル型医療装置の位置又は方向を検出する位置検出システム、及びこのカプセル型医療装置を誘導するカプセル型医療装置誘導システムに関する。

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ことを目的とするカプセル型医療装置が開発されている。一例として、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、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。

このようなカプセル型医療装置の被検体内における位置や方向を検出するシステムが開発されている。例えば特許文献１には、電力供給を受けて磁界を発生するコイル（以下、磁界発生コイルという）をカプセル型医療装置内に設け、この磁界発生コイルから発生した磁界を被検体外に設けられた複数の磁界検出用コイル（以下、検出コイルという）で検出し、検出した磁界の強度に基づいてカプセル型医療装置の位置検出演算を行う位置検出システムが開示されている。

特開２００８−１３２０４７号公報

従来の位置検出システムにおいては、磁界発生コイル及び検出コイルを大きさのない点と見做し、検出コイルが検出した磁界を、磁界発生コイルが発生した理論的な（即ち、理想的な）磁界分布の一部として扱うことにより位置検出演算を行っている。しかしながら、実際の磁界発生コイル及び検出コイルは大きさを持つため、これらのコイルの大きさや形状に応じて、検出コイルが検出した磁界の強度と理論的な磁界の強度との間に誤差（検出磁界誤差）が生じる。このような誤差を含む磁界の強度に基づいて位置検出演算を行うと、検出磁界誤差に応じてカプセル型医療装置の位置検出誤差が生じてしまう。

検出磁界誤差を低減するためには、磁界発生コイル及び検出コイルを極力小さくして、理想的な点に近づければ良い。しかしながら、磁界発生コイルを小さくすると磁界の出力性能が低下してしまい、検出コイルを小さくすると磁界の検出性能が低下してしまう。その結果、磁界の検出信号におけるノイズの影響が相対的に大きくなり、位置検出誤差の時間的なばらつきが大きくなってしまう。従って、コイルを小さくすることにより検出磁界誤差の低減を図るには限界がある。つまり、カプセル型医療装置に対する精度の良い位置検出を実行するためには、コイルを小さくする以外の方法で、検出コイルにおける検出磁界誤差を十分且つ安定的に低減する必要がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、位置又は方向の検出対象である磁界発生部が発生する磁界に対し、検出コイルにおける検出磁界誤差を十分且つ安定的に低減することができる位置検出システム及びカプセル型医療装置誘導システム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、磁界を発生する磁界発生部の位置と方向とのうちの少なくともいずれかを検出する位置検出システムであって、前記磁界発生部が発生した磁界を検出する複数の検出コイルと、前記複数の検出コイルが検出した磁界に基づいて、前記磁界発生部の位置と方向とのうちの少なくともいずれかを算出する演算部と、を備え、前記複数の検出コイルの各々は円筒状をなし、各検出コイルの直径に対する長さの比が０より大きく１．３以下である、ことを特徴とする。

上記位置検出システムにおいて、前記各検出コイルの直径に対する長さの比が０．６５以上１．１５以下である、ことを特徴とする。

本発明に係る位置検出システムは、磁界を発生する磁界発生部の位置と方向とのうちの少なくともいずれかを検出する位置検出システムであって、前記磁界発生部が発生した磁界を検出する複数の検出コイルと、前記複数の検出コイルが検出した磁界に基づいて、前記磁界発生部の位置と方向とのうちの少なくともいずれかを算出する演算部と、を備え、前記複数の検出コイルの各々は、式（１）を満たし、式（１）における係数Ｇ_１、Ｇ_２、Ｇ_３は式（２）、（３）、（４）によってそれぞれ与えられる、ことを特徴とする。

上記位置検出システムは、前記磁界発生部をさらに備え、前記磁界発生部は、磁界を発生する円筒状をなす磁界発生コイルを含み、前記各検出コイルの直径は、前記磁界発生コイルの直径よりも大きい、ことを特徴とする。

上記位置検出システムは、前記磁界発生部を内蔵するカプセル型医療装置をさらに備える、ことを特徴とする。

本発明に係るカプセル型医療装置誘導システムは、前記位置検出システムを備え、前記カプセル型医療装置は、さらに磁石を内蔵し、前記磁石に作用させることにより前記カプセル型医療装置を誘導するための磁界を発生する誘導用磁界発生装置をさらに備える、ことを特徴とする。

本発明によれば、磁界発生部が発生した磁界を、直径に対する長さの比が０より大きく１．３以下である複数の検出コイルにより検出するので、各検出コイルにおける検出磁界誤差を十分且つ安定的に低減することが可能となる。

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に示す検出コイルの形状を示す模式図である。図４は、図１に示す磁界検出装置のパネルにおける検出コイルの配置例を示す平面図である。図５は、図１に示す磁界検出装置のパネルにおける検出コイルの別の配置例を示す平面図である。図６Ａは、検出磁界誤差を求めるシミュレーションの結果（Ｄ_Ｓ＝１０ｍｍ、Ｌ_Ｓ＝３０ｍｍ）を示す模式図である。図６Ｂは、検出磁界誤差を求めるシミュレーションの結果（Ｄ_Ｓ＝１０ｍｍ、Ｌ_Ｓ＝２５ｍｍ）を示す模式図である。図６Ｃは、検出磁界誤差を求めるシミュレーションの結果（Ｄ_Ｓ＝１０ｍｍ、Ｌ_Ｓ＝２０ｍｍ）を示す模式図である。図６Ｄは、検出磁界誤差を求めるシミュレーションの結果（Ｄ_Ｓ＝１０ｍｍ、Ｌ_Ｓ＝１５ｍｍ）を示す模式図である。図６Ｅは、検出磁界誤差を求めるシミュレーションの結果（Ｄ_Ｓ＝１０ｍｍ、Ｌ_Ｓ＝１０ｍｍ）を示す模式図である。図６Ｆは、検出磁界誤差を求めるシミュレーションの結果（Ｄ_Ｓ＝１０ｍｍ、Ｌ_Ｓ＝５ｍｍ）を示す模式図である。図７は、検出コイルの直径と長さとの比と、検出磁界誤差との相関を示すグラフである。図８は、本発明の実施の形態２に係るカプセル型医療装置誘導システムの一構成例を示す模式図である。図９は、図８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１０は、図８に示す誘導用磁界発生装置の一構成例を示す模式図である。

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、本実施の形態１に係る位置検出システム１は、被検体２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２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、被検体２が載置されるベッド２ａの下方に設けられ、カプセル型内視鏡１０が発生する交番磁界を検出する磁界検出装置３０と、磁界検出装置３０により検出された交番磁界に基づいてカプセル型内視鏡１０の位置とカプセル型内視鏡１０が向いている方向（姿勢）とのうちの少なくともいずれかを検出する制御装置４０とを備える。

以下においては、ベッド２ａの上面、即ち、被検体２の載置面をＸＹ平面（水平面）とし、該ＸＹ平面と直交する方向をＺ方向（鉛直方向）とする。

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２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１００と、該筐体１００内に収納され、被検体２内を撮像して撮像信号を取得する撮像部１１と、撮像部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、撮像部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の位置検出用の交番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１００は、被検体２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る。筐体１００は、円筒形状をなす筒状筐体１０１と、ドーム形状をなすドーム状筐体１０２、１０３とを有し、筒状筐体１０１の両側開口端を、ドーム形状をなすドーム状筐体１０２、１０３によって塞ぐことによって実現される。筒状筐体１０１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１０２、１０３の少なくとも一方（図２においては撮像部１１側であるドーム状筐体１０２）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１０２側にのみ撮像部１１を１つ設けているが、撮像部１１を２つ設けても良く、この場合、ドーム状筐体１０３も透明な光学部材によって形成される。このような筐体１００は、撮像部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。

撮像部１１は、ＬＥＤ等の照明部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１１３とを有する。照明部１１１は、撮像素子１１３の撮像視野に白色光等の照明光を発光して、ドーム状筐体１０２越しに撮像視野内の被検体を照明する。光学系１１２は、この撮像視野からの反射光を撮像素子１１３の撮像面に集光して結像させる。撮像素子１１３は、撮像面において受光した撮像視野からの反射光（光信号）を電気信号に変換し、画像信号として出力する。

制御部１２は、所定の撮像フレームレートで撮像部１１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、撮像部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から交番磁界を発生させる。

送信部１３は、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、共振回路の一部をなし、電流が流れることにより磁界を発生する磁界発生コイル１４１と、該磁界発生コイル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番磁界を発生する。磁界発生コイル１４１は、金属線を一定方向に巻回した円筒状をなすコイルである。

電源部１５は、ボタン型電池やキャパシタ等の蓄電部であって、磁気スイッチや光スイッチ等のスイッチ部を有する。電源部１５は、磁気スイッチを有する構成とした場合、外部から印加された磁界によって電源のオンオフ状態を切り替え、オン状態の場合に蓄電部の電力をカプセル型内視鏡１０の各構成部（撮像部１１、制御部１２、及び送信部１３）に適宜供給する。また、電源部１５は、オフ状態の場合に、カプセル型内視鏡１０の各構成部への電力供給を停止する。

再び図１を参照すると、磁界検出装置３０は、平面状のパネル３１と、該パネル３１の主面上に配置され、各々がカプセル型内視鏡１０から発生した交番磁界を受信して検出信号を出力する複数の検出コイル３２とを有する。

図３は、各検出コイル３２の形状を示す模式図である。各検出コイル３２は、金属線を一定方向に巻回したものであり、図３に示すように、全体として円筒状をなしている。以下、円筒状をなす検出コイル３２の直径（円筒の直径）をＤ_Ｓ、巻線方向の長さ（円筒の高さ）をＬ_Ｓとし、直径Ｄ_Ｓに対する長さＬ_Ｓの比Ｌ_Ｓ／Ｄ_Ｓを検出コイル３２の形状を表すパラメータとして扱う。

図４及び図５は、パネル３１における検出コイル３２の配置例を示す平面図である。検出コイル３２の配置としては、図４に示すように、隣接する検出コイル３２同士の間隔が均一なマトリックス状としても良いし、図５に示すように、パネル３１の中心からの距離に応じて、隣接する検出コイル３２同士の間隔を広くしても良い。また、検出コイル３２の向きについては、図４に示すように、全ての検出コイル３２を、回転中心軸Ａ（図３参照）がＺ軸と平行になるように配置しても良いし、検出コイル３２の位置に応じて、回転中心軸ＡがＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のいずれかと平行になるように、検出コイル３２の向きを変えても良い。ここで、検出コイル３２は、回転中心軸Ａと平行な方向における磁界の変化を精度良く検出することができる。そこで、それぞれの回転中心軸ＡがＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸と平行になるように配置された３つの検出コイル３２を１単位（コイルセット３３）として配置することにより、当該位置における磁界の変化を３次元的に検出することが可能となる。図５は、パネル３１の内周側に、回転中心軸ＡがＺ軸と平行になるように複数の検出コイル３２を配置し、パネル３１の端部に複数の上記コイルセット３３を配置した例を示している。

このような磁界検出装置３０は、検査中の被検体２の近傍に配置される。実施の形態１において、磁界検出装置３０は、ベッド２ａの下方に、パネル３１の主面が水平になるように配置される。

この磁界検出装置３０によりカプセル型内視鏡１０の位置又は方向を検出可能な領域が、検出対象領域Ｒである。この検出対象領域Ｒは、被検体２内でカプセル型内視鏡１０が移動可能な範囲（即ち、観察対象の臓器の範囲）を含む３次元的な閉じた領域であり、磁界検出装置３０における複数の検出コイル３２の配置や、カプセル型内視鏡１０内の磁界発生部１４が発生可能な磁界の強度等に応じて予め設定されている。

再び図１を参照すると、制御装置４０は、カプセル型内視鏡１０から送信された無線信号を、受信アンテナ４１ａを介して受信する受信部４１と、当該制御装置４０によって処理された種々の情報等を表示装置等に出力して表示させる出力部４２と、記憶部４３と、各検出コイル３２から出力された検出信号に対して種々の信号処理を施して磁界情報を生成する信号処理部４４と、受信部４１によって受信された画像データに基づく画像生成や、信号処理部４４によって生成された磁界情報に基づくカプセル型内視鏡１０の位置又は方向の検出等の各種演算処理を行う演算部４５を備える。

カプセル型内視鏡１０による検査を行う際、被検体２の体表には、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４１ａが貼り付けられる。受信部４１は、これらの受信アンテナ４１ａのうち、無線信号に対して最も受信強度の高い受信アンテナ４１ａを選択し、選択した受信アンテナ４１ａを介して受信した無線信号に対して復調処理等を施すことにより、体内画像の画像データ及び関連情報を取得する。

出力部４２は、液晶や有機ＥＬ等の各種ディスプレイを含み、被検体２の体内画像や、体内画像の撮像時におけるカプセル型内視鏡１０の位置や方向に関する情報等を画面表示する。

記憶部４３は、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書込読取装置を用いて実現される。記憶部４３は、演算部４５が制御装置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や、カプセル型内視鏡１０によって撮像された体内画像の画像データや、被検体２内におけるカプセル型内視鏡１０の位置や方向に関する情報等を記憶する。

信号処理部４４は、磁界検出装置３０から出力された検出信号の波形を整形するフィルタ部４４１と、増幅器４４２と、検出信号にＡ／Ｄ変換処理を施すＡ／Ｄ変換部４４３とを有する。

演算部４５は、例えばＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）等を用いて構成され、記憶部４３からプログラムを読み出し、制御装置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制御装置４０の動作を統括的に制御する。また、演算部４５は、画像処理部４５１と、位置検出演算部４５２とを備える。

画像処理部４５１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。

位置検出演算部４５２は、信号処理部４４から出力された検出信号に基づいて、カプセル型内視鏡１０の位置を表す情報や方向を表す情報（以下、これらをまとめて位置情報という）を取得する。より詳細には、位置検出演算部４５２は、信号処理部４４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、交番磁界の振幅及び位相等の磁界情報を抽出するＦＦＴ処理部４５２ａと、ＦＦＴ処理部４５２ａによって抽出された磁界情報に基づいて、カプセル型内視鏡１０の位置及び方向の少なくともいずれかを算出する位置算出部４５２ｂとを有する。

次に、磁界検出装置３０に配設された検出コイル３２の形状について説明する。カプセル型内視鏡１０の位置検出誤差は、磁界発生コイル１４１の位置を磁界発生源とする理論的な磁界（以下、理想磁界という）の分布と、複数の検出コイル３２によって実際に検出された磁界（以下、検出磁界という）に基づく磁界分布との誤差に起因することが多い。これは、磁界発生コイル１４１及び検出コイル３２の大きさや形状を考慮せずに、磁界発生コイル１４１及び検出コイル３２を点と見做した理想条件における磁界分布を用いて、位置算出部４５２ｂが位置や方向を算出しているためである。

そこで、本発明者は、検出磁界の強度と理想磁界の強度との誤差（検出磁界誤差）を求めるシミュレーションを、次の方法で行った。即ち、検出コイル３２の配置面内の１箇所に検出コイル３２が配置されているものとし、この検出コイル３２の径方向及び長さ方向の中心点（幾何学中心点）を原点（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（０，０，０）とした。そして、検出対象領域内の所定の測定点に磁界発生コイル１４１を配置した際の検出コイル３２が検出する磁界強度を算出した。磁界発生コイル１４１及び検出コイル３２を点（微小点）と見做した場合の磁界強度を理想磁界強度とし、磁界発生コイル１４１及び検出コイル３２の実際の大きさ及び形状を有する場合の磁界強度を検出磁界強度とした。さらに、上記検出磁界強度と理想磁界強度との差分（検出磁界強度−理想磁界強度）から、検出磁界誤差を算出した。

理想磁界強度は、各測定点に微小な磁力発生源が存在するものと仮定して磁界分布を算出することにより取得した。

一方、検出磁界強度については、次のようにモデルを設定した。検出コイル３２については、径方向及び長さ方向の中心点が原点と一致するように位置を設定し、巻回された金属線の螺旋形状は考慮せずに、直径Ｄ_Ｓの円形状の検出コイルが長さＬ_Ｓの分だけ集まった集合と見做して、原点における磁界強度を求めた。検出コイル３２の向きは、該検出コイル３２の回転中心軸が鉛直（Ｚ軸と平行、即ち、開口端面が水平）になる向きとした。また、検出コイル３２の形状については、直径Ｄ_Ｓを１０ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍ、４０ｍｍの４種類に設定し、各直径に対し、長さＬ_Ｓを５ｍｍ〜３０ｍｍの範囲で変化させた。

磁界発生コイル１４１については、径方向及び長さ方向の中心点が各測定点の座標と一致するように位置を設定し、巻回された金属線の螺旋形状は考慮せずに、直径Ｄ_ｍの円電流が長さＬ_ｍの分だけ集まった集合と見做して磁界分布を算出した。各測定点における磁界発生コイル１４１の向きは、該磁界発生コイル１４１の回転中心軸が鉛直になる向き（即ち、検出コイル３２と同じ向き）、及び回転中心軸がＸ軸と平行になる向き（即ち、検出コイルの径方向）との２パターンとした。また、磁界発生コイル１４１の直径Ｄ_ｍについては、上記検出コイル３２の直径Ｄ_Ｓのいずれよりも小さいこととした。

検出対象領域内に設定する測定点としては、＋Ｘ方向について０ｍｍ〜４５０ｍｍの範囲で５０ｍｍピッチ、＋Ｚ方向について５０〜５００ｍｍの範囲で５０ｍｍピッチとした。なお、−Ｘ方向及び±Ｙ方向については、検出コイル３２の配置に関して＋Ｘ方向と対称であるため省略した。

図６Ａ〜図６Ｆは、上記シミュレーションの結果を示す模式図であり、検出コイル３２の直径Ｄ_Ｓ＝１０ｍｍの場合を示している。検出コイル３２の長さＬ_Ｓは、図６Ａの場合３０ｍｍ（Ｌ_Ｓ／Ｄ_Ｓ＝３．０）、図６Ｂの場合２５ｍｍ（Ｌ_Ｓ／Ｄ_Ｓ＝２．５）、図６Ｃの場合２０ｍｍ（Ｌ_Ｓ／Ｄ_Ｓ＝２．０）、図６Ｄの場合１５ｍｍ（Ｌ_Ｓ／Ｄ_Ｓ＝１．５）、図６Ｅの場合１０ｍｍ（Ｌ_Ｓ／Ｄ_Ｓ＝１．０）、図６Ｆの場合５ｍｍ（Ｌ_Ｓ／Ｄ_Ｓ＝０．５）である。

図６Ａ〜図６Ｆに示す各グラフにおいて、横軸は検出コイル３２の径方向（Ｘ方向）の座標を示し、縦軸は検出コイル３２の軸方向（Ｚ方向）の座標を示す。また、グラフ内の各座標における濃度は検出磁界誤差の絶対値を示し、各座標における濃度が濃いほど検出磁界誤差（絶対値）が大きく、濃度が薄いほど検出磁界誤差（絶対値）が小さいことを表す。

このようなシミュレーションの結果から、本発明者は以下の知見を得た。図６Ａ〜図６Ｆを対比すると、図６Ｅに示すＬ_Ｓ／Ｄ_Ｓ＝１．０の場合に、検出磁界誤差が良好に抑制されている（濃度の濃い領域が少ない）ことがわかる。つまり、検出コイル３２の直径Ｄ_Ｓと長さＬ_Ｓが近いほど、検出磁界誤差が小さくなると言える。

また、測定点が同じ場合（即ち、理想磁界強度が同じ場合）、検出コイル３２の直径Ｄ_Ｓが大きいほど、検出磁界強度が小さくなることがわかった。従って、この場合、理想磁界強度との差分はマイナス方向に推移する。一方、測定点が同じ場合（同上）、検出コイルの長さＬ_Ｓが長いほど検出磁界強度が大きくなることがわかった。従って、この場合、理想磁界強度との差分はプラス方向に推移する。これらの結果から、本発明者は、検出コイル３２の直径Ｄ_Ｓと長さＬ_Ｓとのバランスを調整することにより検出磁界誤差を低減可能であると考え、検出コイル３２の最適な形状を求めるべく、さらに検討を重ねた。

図７は、上記４種類の検出コイル３２（Ｄ_Ｓ＝１０ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍ、４０ｍｍ）に関するシミュレーションの結果をまとめたものであり、検出コイルの直径Ｄ_Ｓと長さＬ_Ｓとの比Ｌ_Ｓ／Ｄ_Ｓ（横軸）と検出磁界誤差（縦軸）との相関を示す。

図７に示すように、検出磁界誤差を±２０％以内に収める場合には、検出コイル３２の直径と長さの比Ｌ_Ｓ／Ｄ_Ｓを０より大きく１．３以下にすれば良いことがわかる。また、検出磁界誤差を±１０％以内の収める場合には、直径と長さの比Ｌ_Ｓ／Ｄ_Ｓを０．６５以上１．１５以下にすれば良い。さらに、検出磁界誤差を±５％以内にするためには、直径と長さの比Ｌ_Ｓ／Ｄ_Ｓを０．８以上１．０５以下にすれば良い。ここで、検出磁界誤差が±２０％とは、検出コイル３２が検出した磁界に基づくカプセル型内視鏡１０の位置と、実際のカプセル型内視鏡１０の位置との誤差（位置検出誤差）が２ｍｍ以下となる範囲である。また、検出磁界誤差が±１０％とは、位置検出誤差が１ｍｍ以下となる範囲である。

本発明者はさらに、上記シミュレーションの結果から、検出コイル３２の直径Ｄ_Ｓと長さＬ_Ｓとの比Ｌ_Ｓ／Ｄ_Ｓによって検出磁界誤差を近似的に算出できることを見出した。次式（１）は、検出磁界誤差Ｂを表す近似式である。

式（１）に示す係数Ｇ_１、Ｇ_２、Ｇ_３は、検出コイル３２の直径Ｄ_Ｓに応じて変化する。次式（２）〜（４）は、それぞれ、係数Ｇ_１、Ｇ_２、Ｇ_３を与える近似式である。

従って、検出磁界誤差Ｂを所望の値以下とするためには、次式（５）を満たす比Ｌ_Ｓ／Ｄ_Ｓを求めれば良い。

検出磁界誤差を例えば１０％以下にしたい場合、検出コイル３２の直径Ｄ_Ｓが決まっているときには、式（５）の右辺をＢ＝０．１としてこれを解くことにより、検出磁界誤差を１０％以下にすることができる検出コイル３２の長さＬ_Ｓを求めることができる。反対に、検出コイル３２の長さＬ_Ｓが決まっているときには、式（５）の右辺をＢ＝０．１としてこれを解くことにより、検出磁界誤差を１０％以下にすることができる検出コイル３２の直径Ｄ_Ｓを求めることができる。

以上説明したように、本発明の実施の形態１によれば、検出コイル３２の直径Ｄ_Ｓと長さＬ_Ｓの比Ｌ_Ｓ／Ｄ_Ｓを０より大きく１．３以下、好ましくは０．６５以上１．１５以下、さらに好ましくは０．８以上１．０５以下とすることにより、検出コイル３２の位置における検出磁界誤差を十分且つ安定的に低減することが可能になる。従って、このように設計された検出コイル３２を用いることにより、カプセル型内視鏡１０に対する精度の良い位置検出を実行することが可能になる。

（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８は、本発明の実施の形態２に係るカプセル型医療装置誘導システムの一構成例を示す模式図である。図８に示すように、本実施の形態２に係るカプセル型医療装置誘導システム３は、カプセル型内視鏡１０Ａと、磁界検出装置３０と、カプセル型内視鏡１０Ａを誘導するための磁界を発生する誘導用磁界発生装置５０と、カプセル型内視鏡１０Ａの位置又は方向を検出すると共に誘導用磁界発生装置５０の動作を制御する制御装置６０とを備える。このうち、磁界検出装置３０の構成は、実施の形態１と同様である。

図９は、カプセル型内視鏡１０Ａの内部構造の一例を示す模式図である。図９に示すように、カプセル型内視鏡１０Ａは、図２に示すカプセル型内視鏡１０に対して永久磁石１６をさらに備える。永久磁石１６以外のカプセル型内視鏡１０Ａの各部の構成及び動作は、実施の形態１と同様である。

永久磁石１６は、誘導用磁界発生装置５０が発生した磁界によるカプセル型内視鏡１０Ａの磁気誘導を可能にするためのものであり、磁化方向が筐体１００の長軸Ｌａに対して傾きを持つように、筐体１００の内部に固定配置される。なお、図９においては、永久磁石１６の磁化方向を矢印で示している。実施の形態２においては、永久磁石１６を、磁化方向が長軸Ｌａに対して直交するように配置している。永久磁石１６は、外部から印加された磁界に追従して動作し、この結果、誘導用磁界発生装置５０によるカプセル型内視鏡１０Ａの磁気誘導が実現する。

図１０は、誘導用磁界発生装置５０の一構成例を示す模式図である。図１０に示すように、誘導用磁界発生装置５０は、被検体２内に導入されたカプセル型内視鏡１０Ａの位置、鉛直方向に対する長軸Ｌａの傾斜角、及び方位角を、被検体２に対して相対的に変化させるための磁界を発生する。より詳細には、誘導用磁界発生装置５０は、誘導用磁界発生部としての体外永久磁石５１と、該体外永久磁石５１の位置及び姿勢を変化させる磁石駆動部５２とを備える。このうち、磁石駆動部５２は、平面位置変更部５２１、鉛直位置変更部５２２、仰角変更部５２３、及び旋回角変更部５２４を有する。

体外永久磁石５１は、好ましくは、直方体形状を有する棒磁石によって実現され、自身の磁化方向と平行な４つの面の内の１つの面を水平面に投影した領域内にカプセル型内視鏡１０Ａを拘束する。なお、体外永久磁石５１の代わりに、電流が流れることにより磁界を発生する電磁石を設けても良い。

磁石駆動部５２は、後述する誘導用磁界制御部６２から出力される制御信号に従って動作する。具体的には、平面位置変更部５２１は、体外永久磁石５１をＸＹ面内において並進させる。即ち、体外永久磁石５１において磁化された２つの磁極の相対位置が確保された状態のままで水平面内に移動を行う。鉛直位置変更部５２２は、体外永久磁石５１をＺ方向に沿って並進させる。即ち、体外永久磁石５１において磁化された２つの磁極の相対位置が確保された状態のままで鉛直方向に沿って移動を行う。仰角変更部５２３は、体外永久磁石５１の磁化方向を含む鉛直面内において、体外永久磁石５１を回転させることにより、水平面に対する磁化方向の角度を変化させる。旋回角変更部５２４は、体外永久磁石５１の中心を通る鉛直方向の軸に対して体外永久磁石５１を旋回させる。

再び図８を参照すると、制御装置６０は、図１に示す制御装置４０に対し、操作入力部６１及び誘導用磁界制御部６２をさらに備える。操作入力部６１及び誘導用磁界制御部６２以外の制御装置６０の各部の構成及び動作は、実施の形態１と同様である。

操作入力部６１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、制御装置６０に対する種々の情報や命令の入力に用いられる。操作入力部６１は、ユーザによる入力操作に応じて、各種情報を演算部４５に入力する。操作入力部６１により入力される情報として、例えば、カプセル型内視鏡１０Ａ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、誘導操作情報という）が挙げられる。

誘導用磁界制御部６２は、カプセル型内視鏡１０Ａを誘導するための制御を行う。詳細には、誘導用磁界制御部６２は、操作入力部６１から誘導操作情報が入力された場合に、この誘導操作情報と、位置検出演算部４５２が算出したカプセル型内視鏡１０Ａの位置及び方向とに基づき、カプセル型内視鏡１０Ａがユーザ所望の位置においてユーザ所望の方向を向くように、磁石駆動部５２の各部の動作を制御する。即ち、体外永久磁石５１の位置、仰角、及び旋回角を変化させることにより、カプセル型内視鏡１０Ａの位置を含む空間における磁界を変化させてカプセル型内視鏡１０Ａを誘導する。

以上説明した本発明の実施の形態１、２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、仕様等に応じて種々変形することが可能であり、さら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位置検出システム
２被検体
２ａベッド
３カプセル型医療装置誘導システム
１０、１０Ａカプセル型内視鏡
１１撮像部
１２制御部
１３送信部
１４磁界発生部
１５電源部
１６永久磁石
３０磁界検出装置
３１パネル
３２検出コイル
３３コイルセット
４０、６０制御装置
４１受信部
４２出力部
４３記憶部
４４信号処理部
４５演算部
５０誘導用磁界発生装置
５１体外永久磁石
５２磁石駆動部
６１操作入力部
６２誘導用磁界制御部
１００筐体
１０１筒状筐体
１０２、１０３ドーム状筐体
１１１照明部
１１２光学系
１１３撮像素子
１４１磁界発生コイル
１４２コンデンサ
４４１フィルタ部
４４２増幅器
４４３Ａ／Ｄ変換部
４５１画像処理部
４５２位置検出演算部
４５２ａＦＦＴ処理部
４５２ｂ位置算出部
５２１平面位置変更部
５２２鉛直位置変更部
５２３仰角変更部
５２４旋回角変更部

Claims

磁界発生部が発生した磁界を検出する円筒状の検出コイルと、
前記検出コイルが検出した磁界に基づいて、前記磁界発生部の位置又は方向の少なくとも一方を算出する演算部と、
を備え、
前記検出コイルの直径Ｄ _Ｓと巻線方向の長さＬ _Ｓとの関係は、式（１）を満たし、
式（１）における係数Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３は式（２）、（３）、（４）によってそれぞれ与えられる、
ことを特徴とする位置検出システム。
前記磁界発生部をさらに備え、
前記磁界発生部は、磁界を発生する円筒状をなす磁界発生コイルを含み、
前記検出コイルの直径は、前記磁界発生コイルの直径よりも大きい、ことを特徴とする請求項１に記載の位置検出システム。
前記磁界発生部を内蔵するカプセル型医療装置をさらに備える、ことを特徴とする請求項２に記載の位置検出システム。
請求項３に記載の位置検出システムを備え、
前記カプセル型医療装置は、さらに磁石を内蔵し、
前記磁石に作用させることにより前記カプセル型医療装置を誘導するための磁界を発生する誘導用磁界発生装置をさらに備える、
ことを特徴とするカプセル型医療装置誘導システム。