JP6064109B1 - 位置検出システム及び誘導システム - Google Patents

Abstract

位置検出システム１は、位置検出用磁界を発生する磁界発生部が内部に設けられたカプセル型内視鏡１０と、位置検出用磁界を検出して検出信号を出力する複数の検出コイルＣnと、複数の検出コイルＣnに対してカプセル型内視鏡１０の検出対象領域の反対側であって、複数の検出コイルＣnの開口面を覆う範囲に配置され、位置検出用磁界の作用により磁界を発生し得る金属板２５と、演算装置４０とを備える。演算装置４０は、複数の検出コイルＣnからそれぞれ出力された複数の検出信号の測定値を、金属板２５が発生する磁界成分を用いて補正する磁界補正部と、該磁界補正部が補正した複数の検出信号の測定値を用いて、カプセル型内視鏡１０の位置及び方向の少なくとも一方を算出する位置算出部とを備える。これにより、位置検出システムにおいて金属部材が用いられている場合でも、精度の良い位置検出を行うことができる位置検出システム等を提供する。

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及び方向を検出する位置検出システム及び誘導システムに関する。

近年、被検体内に導入され、被検体に関する種々の情報を取得する、或いは被検体に薬剤を投与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の画像データを順次無線送信する。

また、このようなカプセル型医療装置を検知体として位置検出を行うシステムも開発されている。例えば特許文献１には、電力を供給することにより磁界を発生する磁界発生コイルを内蔵するカプセル型医療装置と、磁界発生コイルが発生した磁界を被検体外において検出する磁界検出用コイルとを備え、磁界検出用コイルが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。以下、磁界検出用コイルを単に検出コイルという。

特開２００８−１３２０４７号公報

位置検出システムを構成するフレームや各種筐体には、金属部材が用いられることが多い。例えば、カプセル型医療装置を被検体内に導入して検査を行うシステムにおいて、被検体を載置するベッドのフレームは、強度や加工性等の要求から、通常、金属により作製されている。

しかしながら、カプセル型医療装置が発生する磁界に基づいて位置検出を行う場合、金属部材が磁界に対する干渉源となるため、検出コイルが検出した磁界の検出信号に干渉磁界の成分が混ざってしまう。その結果、カプセル型医療装置の位置検出精度が低下してしまうという問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、位置検出システムにおいて金属部材が用いられている場合であっても、精度の良い位置検出を行うことができる位置検出システム及び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、本発明に係る位置検出システムは、位置検出用磁界を発生する磁界発生部が内部に設けられ、被検体内に導入される検知体と、前記被検体の外部に配設され、前記位置検出用磁界を検出して複数の検出信号をそれぞれ出力する複数の検出コイルと、前記複数の検出コイルに対して前記検知体の検出対象領域の反対側であって、少なくとも前記複数の検出コイルの開口面を覆う範囲に配置され、前記位置検出用磁界の作用により磁界を発生し得る金属板と、前記複数の検出コイルからそれぞれ出力された前記複数の検出信号の測定値を、前記位置検出用磁界の作用により前記金属板が発生する磁界成分を用いて補正する磁界補正部と、前記磁界補正部が補正した前記複数の検出信号の測定値を用いて、前記検知体の位置及び方向の少なくとも一方を算出する位置算出部と、を備えることを特徴とする。

上記位置検出システムは、前記位置検出用磁界の作用により磁界を発生し得る少なくとも１つの磁界発生部材をさらに備え、前記金属板は前記少なくとも１つの磁界発生部材と前記複数の検出コイルとの間であって、少なくとも前記複数の検出コイルの開口面を覆う範囲に配置される、ことを特徴とする。

上記位置検出システムにおいて、前記磁界補正部は、前記金属板に対して前記検知体の最新の位置と対称の位置に前記検知体が存在すると仮定した場合に、当該対称の位置における前記検知体が発生する磁界の前記複数の検出コイルそれぞれの位置における検出信号の値を補正成分として算出し、前記複数の検出信号の測定値から前記補正成分をそれぞれ減算することにより補正を行う、ことを特徴とする。

上記位置検出システムにおいて、前記位置算出部は、直前に算出された前記検知体の位置において前記検知体が発生すると推定される前記位置検出用磁界の理論値と、前記磁界補正部が補正した前記複数の検出信号の測定値との差分に基づく評価値を算出し、該評価値が小さくなるように前記検知体の位置及び方向の少なくとも一方を更新する、ことを特徴とする。

上記位置検出システムにおいて、前記少なくとも１つの磁界発生部材は、前記被検体を載置するベッドの金属製のフレームである、ことを特徴とする。

上記位置検出システムにおいて、前記検知体は、前記被検体内を撮像することにより画像信号を生成する撮像部を備えるカプセル型内視鏡である、ことを特徴とする。

本発明に係る誘導システムは、前記位置検出システムを備え、被検体内に導入される検知体の磁界発生部が発生する位置検出用磁界は、所定の周波数の交番磁界であり、前記検知体の内部に永久磁石がさらに設けられ、前記永久磁石に作用する磁界を発生することにより前記検知体を誘導する誘導装置をさらに備える、ことを特徴とする。

本発明によれば、少なくとも１つの磁界発生部材と複数の検出コイルとの間に金属板を配置し、複数の検出コイルがそれぞれ出力した複数の検出信号の測定値を、位置検出用磁界の作用により上記金属板が発生する磁界成分を用いて補正するので、少なくとも１つの磁界発生部材が発生し得る磁界の影響を抑制し、精度の良い位置検出を行うことが可能となる。

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に示す磁界検出装置及び演算装置の構成を示す模式図である。 図４は、カプセル型内視鏡の位置検出方法を説明するための模式図である。 図５は、本発明の実施の形態１に係る位置検出方法を示すフローチャートである。 図６は、磁界の補正成分の算出方法を説明するための模式図である。 図７は、磁界の補正成分の算出方法を説明するための模式図である。 図８は、磁界の補正成分の算出方法を説明するための模式図である。 図９は、本発明の実施の形態２に係る誘導システムの構成例を示す模式図である。 図１０は、図９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１１は、図９に示す誘導用磁界発生装置及び誘導用磁界制御装置の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及び誘導システムについて、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態においては、位置検出システムが検出対象とする検知体の一形態として、被検体内に経口にて導入されて被検体の消化管内を撮像するカプセル型内視鏡を例示するが、これら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、被検体内に薬剤等を配送するカプセル型医療装置、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、放射線による検査システムにおいて放射線の照射位置を示すマーカー、超音波照射システムにおいて超音波の照射位置を示すマーカー等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、位置検出用の磁界を発生する検知体としてのカプセル型内視鏡１０と、金属製のフレーム２０と、この金属製のフレーム２０に支持され、カプセル型内視鏡１０が挿入される被検体を載置するベッド２１と、ベッド２１の下部に配置され、カプセル型内視鏡１０が発生した位置検出用磁界を検出して検出信号を出力する磁界検出装置３０と、ベッド２１と磁界検出装置３０との間に配置された金属板２５と、磁界検出装置３０が出力した検出信号に基づいてカプセル型内視鏡１０の位置検出等の演算処理を行う演算装置４０と、を備える。

このうち、磁界検出装置３０は、位置検出用磁界を検出する複数の検出コイルＣ_n及びこれらの検出コイルＣ_nを支持するパネル３３を含むコイルユニット３１と、各検出コイルＣ_nから出力された検出信号に信号処理を施す信号処理部３２とを有する。コイルユニット３１によりカプセル型内視鏡１０の位置を検出可能な領域が、検出対象領域Ｒである。検出対象領域Ｒは、被検体内でカプセル型内視鏡１０が移動可能な範囲を含む３次元領域であり、ベッド２１上の所定の領域に予め設定されている。この検出対象領域Ｒに基づいて、複数の検出コイルＣ_nが配置される位置や、カプセル型内視鏡１０が発生する位置検出用磁界の強度等が予め設定されている。

また、位置検出システム１は、カプセル型内視鏡１０から無線送信された信号を受信する受信装置５０と、カプセル型内視鏡１０が撮像した被検体内の画像やカプセル型内視鏡１０の位置情報等を表示する表示装置６０とをさらに備えても良い。この場合、受信装置５０は、例えば被検体の体表面に配置される複数の受信アンテナ５１によって信号を受信する。

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の位置検出用磁界として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、撮像のタイミングと同期して、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位置検出用磁界として発生する。

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、フレーム２０は、被検体やベッドによる荷重に対する耐久性を考慮して、ステンレス等の金属によって形成されている。即ち、フレーム２０は、カプセル型内視鏡１０が発生する位置検出用磁界の作用により磁界を発生し得る磁界発生部材（第１の磁界発生部材）である。

金属板２５は平行平板状をなし、フレーム２０とコイルユニット３１との間において、少なくとも全ての検出コイルＣ_nの開口面を覆う範囲に挿入されている。この金属板２５も、カプセル型内視鏡１０が発生する位置検出用磁界の作用により磁界を発生し得る部材である。金属板２５を形成する金属の種類は特に限定されない。

ここで、フレーム２０においては、カプセル型内視鏡１０が発生する位置検出用磁界の作用により渦電流が発生し、この渦電流の作用により、フレーム２０から磁界が発生する。この磁界は、複数の検出コイルＣ_nから出力される位置検出用磁界の検出信号に影響を与える可能性があるが、この影響を見積もることは困難である。特に、フレーム２０のうちの床への配置面付近の部分は、強度を確保するため複雑な形状になっているので、発生する磁界の影響の見積もりはさらに困難となる。

そこで、本実施の形態１においては、複数の検出コイルＣ_nに対してカプセル型内視鏡１０の検出対象領域Ｒの反対側に位置するフレーム２０の部分、特にフレーム２０のうちの床への配置面付近の部分と複数の検出コイルＣ_nとの間に金属板２５を挿入している。それにより、カプセル型内視鏡１０側から複数の検出コイルＣ_nを見たとき、位置検出用磁界に影響を与える干渉源は金属板２５のみと見做せるようにしている。干渉源が平行平板状の金属板２５のみであると見做し、この金属板２５の形状を単純化することにより、金属板２５が位置検出用磁界に与える影響、即ち干渉磁界を、簡単な演算で見積もることができるようになる。それにより、見積もった干渉磁界をもとに検出信号を補正することが可能となる。

図３は、図１に示す磁界検出装置３０及び演算装置４０の構成を示す模式図である。磁界検出装置３０は、複数の検出コイルＣ_nが配設されたコイルユニット３１と、各検出コイルＣ_nから出力された検出信号を処理する信号処理部３２とを備える。ここで、添え字ｎは、個々の検出コイルを表す番号であり、図３の場合、ｎ＝１〜１６である。

各検出コイルＣ_nは、コイル線材をコイルバネ状に巻回した筒型コイルからなり、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。各検出コイルＣ_nが、自身の位置に分布する磁界に応じた電流を発生し、この電流を磁界の検出信号として信号処理部３２に出力する。これらの検出コイルＣ_nは、樹脂等の非金属材料によって形成された平面状をなすパネル３３の主面上に配設されている。

信号処理部３２は、複数の検出コイルＣ_nにそれぞれ対応する複数の信号処理チャネルＣｈ_nを備える。各信号処理チャネルＣｈ_nは、検出コイルＣ_nから出力された検出信号を増幅する増幅部３２１と、増幅された検出信号をディジタル変換するＡ／Ｄ変換部（Ａ／Ｄ）３２２と、ディジタル変換された検出信号に対して高速フーリエ変換処理を施すＦＦＴ処理部（ＦＦＴ）３２３とを備え、検出信号の測定値を出力する。

演算装置４０は、例えばパーソナルコンピュータやワークステーション等の汎用コンピュータによって構成され、信号処理部３２から出力された位置検出用磁界の検出信号に基づき、カプセル型内視鏡１０の位置及び方向を検出する演算処理や、受信装置５０を介して受信された画像信号に基づき、被検体内の画像を生成する演算処理を実行する。

詳細には、演算装置４０は、各信号処理チャネルＣｈ_nから出力された検出信号の測定値に基づいて、測定値から差し引くべき磁界の補正成分、即ち、フレーム２０及び金属板２５に起因する磁界成分を算出する補正成分算出部４０１と、磁界の測定値から補正成分を差し引くことにより、磁界の測定値の真値を算出する磁界補正部４０２と、補正された測定値に基づいて、カプセル型内視鏡１０の位置及び方向の少なくとも一方を算出する位置算出部４０３とを備える。

また、演算装置４０は、位置算出部４０３が算出したカプセル型内視鏡１０の位置及び方向に関する情報等を記憶する記憶部４０４と、カプセル型内視鏡１０から無線送信され、受信装置５０（図１参照）が受信した画像信号に対して所定の画像処理を施すことにより画像データを生成する画像処理部４０５と、記憶部４０４に記憶された位置及び方向に関する情報や画像データを出力する出力部４０６とをさらに備える。以下、カプセル型内視鏡１０の位置及び方向に関する情報をまとめて、単に位置情報ともいう。

記憶部４０４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４０４は、上述した位置情報や画像データの他、演算装置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の位置検出演算プログラムや、画像処理プログラムを記憶する。

受信装置５０は、被検体外に設けられた複数の受信アンテナ５１のうち、カプセル型内視鏡１０から送信される無線信号に対して最も受信強度の高い受信アンテナ５１を選択し、選択した受信アンテナ５１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、画像信号及び関連情報を取得する。

表示装置６０は、液晶や有機ＥＬ等の各種ディスプレイを含み、演算装置４０において生成された位置情報や画像データに基づき、被検体の体内画像やカプセル型内視鏡１０の位置や方向等の情報を画面表示する。

次に、実施の形態１に係る位置検出方法を説明する。図４は、カプセル型内視鏡１０の位置検出方法を説明するための模式図である。以下においては、金属板２５の上方に、パネル３３（図１参照）を介して配設された検出コイルＣ_nの配設面上に原点（０，０，０）を取る。検出コイルＣ_nの配設面と金属板２５の表面との距離は、Ｚ_plateである。

図５は、本実施の形態１に係る位置検出方法を示すフローチャートである。図５に示すフローチャートは、カプセル型内視鏡１０があるタイミングで発生した位置検出用磁界を、複数の検出コイルＣ_nがそれぞれ検出して１セットの検出信号の測定値を出力した場合の処理を示している。

まず、ステップＳ１００において、演算装置４０（図３参照）は、各検出コイルＣ_nが検出した磁界の検出信号の測定値を磁界検出装置３０から取得する。詳細には、各検出コイルＣ_nが磁界を検出して検出信号を出力すると、各信号処理チャネルＣｈ_nは、対応する検出コイルＣ_nから出力された検出信号に対して増幅、Ａ／Ｄ変換、及びＦＦＴ処理を施し、演算装置４０に出力する。各信号処理チャネルＣｈ_nから出力された測定値Ｂｍ_nは、補正成分算出部４０１及び磁界補正部４０２に入力される。これらの測定値Ｂｍ_nは、カプセル型内視鏡１０が発生した位置検出磁界の成分と、この位置検出磁界の作用により金属板２５から発生した磁界成分とを含んでいる。

続くステップＳ１０１において、補正成分算出部４０１は、ステップＳ１００において取得した測定値Ｂｍ_nをもとに、この測定値Ｂｍ_nから差し引くべき磁界の補正成分を算出する。この補正成分は、位置検出用磁界の作用により金属板２５から発生した磁界成分に相当する。図６〜図８は、磁界の補正成分の算出方法を説明するための模式図である。

図６は、カプセル型内視鏡１０が発生する位置検出用磁界Ｂ_capsuleに対して干渉源となる金属構成物が存在しない場合における磁界分布を示している。なお、図６に示すベクトルＭは、カプセル型内視鏡１０の向きを表す。

これに対し、図７に示すように、位置検出用磁界Ｂ_capsuleに対して干渉源となる平行平板状の金属板２５が存在している場合を考える。この場合、位置検出用磁界Ｂ_capsuleの作用により金属板２５の表面から磁界Ｂ_plateが発生し、この磁界Ｂ_plateの影響により位置検出用磁界Ｂ_capsuleが歪んでしまう。

図８に示すように、歪んだ状態の位置検出用磁界Ｂ_capsuleは、金属板２５の表面に対して線対称な位置に存在する、カプセル型内視鏡１０と同様の磁界発生源１０’が発生する磁界Ｂ_capsule’の影響を受けたものと見做すことができる。なお、図８に示すベクトルＭ_cは、磁界発生源１０’の向きを表す。

磁界発生源１０’が発生する磁界Ｂ_capsule’の分布は、歪んだ状態の位置検出用磁界Ｂ_capsuleの分布とほぼ等しい。そこで、磁界発生源１０’が発生した磁界Ｂ_capsule’を補正磁界として、検出信号の測定値Ｂｍ_nから差し引く補正を行うことにより、干渉源である金属板２５が存在しない状態における位置検出用磁界Ｂ_capsule（図６参照）を算出することができる。

磁界発生源１０’が存在すると仮定した場合、各測定値Ｂｍ_nを補正するための補正成分Ｂｃ_nは、次式（１）によって与えられる。

式（１）において、ベクトルｒ_cは検出コイルＣ_nから磁界発生源１０’に向かうベクトルであり、図４に示すように、原点（０，０，０）を基準とした場合の検出コイルＣ_nの位置ベクトルＰ_nと、磁界発生源１０’の位置ベクトルＰ_cとを用いて、次式（２）によって与えられる。

このうち、磁界発生源１０’の位置ベクトルＰ_cの各成分は、位置算出部４０３により直前に算出されたカプセル型内視鏡１０の最新の位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に基づき、以下のとおり設定される。

なお、カプセル型内視鏡１０の位置の推定演算を最初に行う場合には、カプセル型内視鏡１０の最新の位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）として、予め設定された初期値が用いられる。

また、式（１）において、ベクトルＭ_cは、磁界発生源１０’の向きを表す方向ベクトルである。カプセル型内視鏡１０の向きを表すベクトルＭの成分を（ｍ_x，ｍ_y，ｍ_z）とすると、ベクトルＭ_cの成分は（ｍ_x，ｍ_y，−ｍ_z）として与えられる。

続くステップＳ１０２において、磁界補正部４０２は、ステップＳ１０１において算出された磁界の補正成分Ｂｃ_nを用いて、検出コイルＣ_nが検出した磁界の測定値Ｂｍ_nを補正する。補正後の測定値Ｂｍｃ_nは、次式（３）によって与えられる。
Ｂｍｃ_n＝Ｂｍ_n−Ｂｃ_n …（３）

続くステップＳ１０３において、位置算出部４０３は、カプセル型内視鏡１０の最新の位置及び方向に基づいて、各検出コイルＣ_nの位置における位置検出用磁界の理論値Ｂｉ_nを算出する。理論値Ｂｉ_nは、次式（４）によって与えられる。

式（４）において、ベクトルｒは検出コイルＣ_nからカプセル型内視鏡１０の推定位置に向かうベクトルであり、図４に示すように、原点（０，０，０）を基準とした場合の検出コイルＣ_nの位置ベクトルＰ_nと、カプセル型内視鏡１０の位置ベクトルＰとを用いて、次式（５）によって与えられる。

続くステップＳ１０４において、位置算出部４０３は、補正後の位置検出用磁界の測定値Ｂｍｃ_nと、位置検出用磁界の理論値Ｂｉ_nとから、次式（６）によって与えられる評価値Ｓを算出する。

続くステップＳ１０５において、位置算出部４０３は、評価値Ｓが小さくなるように、カプセル型内視鏡１０の位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）及び方向（ｍ_x，ｍ_y，ｍ_z）を更新する。

続くステップＳ１０６において、位置算出部４０３は、評価値Ｓが予め設定された評価値の閾値以下であるか否かを判定する。この閾値としては、位置検出用磁界の測定値Ｂｍ_nと理論値Ｂｉ_nとの差異が誤差の範囲と見做せる程度に小さい値が設定される。評価値Ｓが閾値未満である場合、評価値Ｓは十分に小さいと判定される。

評価値Ｓが閾値よりも大きい場合（ステップＳ１０６：Ｎｏ）、処理はステップＳ１０１に戻る。この場合、ステップＳ１０１においては、ステップＳ１０５において更新された位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）及び方向（ｍ_x，ｍ_y，ｍ_z）を用いて補正成分Ｂｃ_nが算出される。

一方、評価値Ｓが閾値以下である場合（ステップＳ１０６：Ｙｅｓ）、位置算出部４０３は、ステップＳ１０５において更新した位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の更新量Δｒ及び方向（ｍ_x，ｍ_y，ｍ_z）の更新量Δｍが、それぞれに対して設定された閾値以下であるか否かを判定する（ステップＳ１０７）。位置の更新量Δｒ及び方向の更新量Δｍは、更新前と更新後との間における位置の各成分の差分を（ΔＸ，ΔＹ，ΔＺ）、方向の各成分の差分を（Δｍ_x，Δｍ_y，Δｍ_z）とすると、次式（７）、（８）によって与えられる。
Δｒ＝√（ΔＸ²＋ΔＹ²＋ΔＺ²） …（７）
Δｍ＝√（Δｍ_x ²＋Δｍ_y ²＋Δｍ_z ²） …（８）

また、更新量Δｒを判定するための閾値及び更新量Δｍを判定するための閾値としては、更新量Δｒ、Δｍが誤差の範囲と見做せる程度に小さい値がそれぞれ設定される。

更新量Δｒ、Δｍの少なくとも一方が閾値よりも大きい場合（ステップＳ１０７：Ｎｏ）、処理はステップＳ１０１に戻る。この場合、ステップＳ１０１においては、ステップＳ１０５において更新された位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）及び方向（ｍ_x，ｍ_y，ｍ_z）を用いて補正成分Ｂｃ_nが算出される。

一方、更新量Δｒ、Δｍの両方が閾値以下である場合（ステップＳ１０７：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０５において更新した位置及び方向を、そのタイミングにおけるカプセル型内視鏡１０の位置及び方向として決定する（ステップＳ１０８）。この位置及び方向が、カプセル型内視鏡１０の位置情報として記憶部４０４に記憶される。その後、処理は終了する。

以上説明したように、本実施の形態１によれば、フレーム２０のように、カプセル型内視鏡１０の位置検出用磁界に対する影響を見積もることが困難な磁界干渉源が存在する場合であっても、フレーム２０と検出コイルＣ_nとの間に金属板２５を挿入することにより、位置検出用磁界に対する影響を容易に見積もることができるようになる。従って、各検出コイルＣ_nが検出した測定値を簡素な演算により補正し、補正された測定値を用いて、カプセル型内視鏡１０の位置及び方向を精度良く検出することが可能となる。

上記実施の形態１においては、位置及び方向の検出対象である検知体の例としてカプセル型内視鏡１０を挙げたが、検知体はこれに限定されない。例えば、放射線を被検体に照射することにより検査を行う検査システムにおいて放射線の照射位置を示すマーカーを検知体とし、この検査システムに本実施の形態１に係る位置検出システムを組み込んでも良い。或いは、超音波照射システムにおいて超音波の照射位置や方向を示すマーカーを検知体とし、この超音波照射システムに本実施の形態１に係る位置検出システムを組み込んでも良い。いずれにしても、位置検出用磁界を発生する磁界発生部を検知体に設けることができれば、本実施の形態１に係る位置検出システムを適用することが可能である。

（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９は、本発明の実施の形態２に係る誘導システムの構成例を示す模式図である。図９に示すように、本実施の形態２に係る誘導システム２は、図１に示す位置検出システム１に対し、カプセル型内視鏡１０の代わりにカプセル型内視鏡１０Ａを備えると共に、誘導用磁界発生装置７０及び誘導用磁界制御装置８０をさらに備える。磁界検出装置３０、演算装置４０、受信装置５０、及び表示装置６０の構成及び動作は、実施の形態１と同様である。

図１０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１０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、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、外部から印加される磁界によるカプセル型内視鏡１０Ａの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ている。本実施の形態２においては、矢印で示すように、磁化方向が長軸Ｌａに対して直交するように永久磁石１６を配置している。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７０によるカプセル型内視鏡１０Ａの誘導が実現する。

誘導用磁界発生装置７０及び誘導用磁界制御装置８０は、被検体内に導入されたカプセル型内視鏡１０Ａの位置及び方向の少なくとも一方を変化させるための誘導用磁界を発生する。ここで、カプセル型内視鏡１０Ａの方向は、重力方向の軸（Ｚ軸）に対するカプセル型内視鏡１０Ａの長軸Ｌａの傾き（傾斜角）及び、該Ｚ軸回りの長軸Ｌａの回転角（方位角）によって表される。

図１１は、誘導用磁界発生装置７０及び誘導用磁界制御装置８０の構成例を示す模式図である。図１１に示すように、誘導用磁界発生装置７０は、磁界を発生する永久磁石（以下、体外永久磁石という）７１と、該体外永久磁石７１の位置及び方向を変化させる磁石駆動部７２とを備える。このうち、磁石駆動部７２は、平面位置変更部７２１、鉛直位置変更部７２２、仰角変更部７２３、及び旋回角変更部７２４を有する。

体外永久磁石７１は、例えば直方体形状を有する棒磁石によって実現される。体外永久磁石７１は、初期状態において、自身の磁化方向と平行な４つの面の内の１つの面が水平面（重力方向と直交する面）と平行になるように配置される。

平面位置変更部７２１は、体外永久磁石７１を水平面（ＸＹ面）内において並進させる並進機構である。即ち、体外永久磁石７１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、体外永久磁石７１を水平面内で移動させる。

鉛直位置変更部７２２は、体外永久磁石７１を重力方向（Ｚ方向）に沿って並進させる並進機構である。即ち、体外永久磁石７１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、体外永久磁石７１を鉛直方向に沿って移動させる。

仰角変更部７２３は、体外永久磁石７１の磁化方向を含む鉛直面内において、体外永久磁石７１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。即ち、仰角変更部７２３は、カプセル対向面ＰＬと平行且つ磁化方向と直交し、体外永久磁石７１の中心を通るＹ方向の軸Ｙ_C回りに体外永久磁石７１を回転させる。

旋回角変更部７２４は、体外永久磁石７１の中心を通るＺ方向の軸Ｚｍに対して体外永久磁石７１を回転させる。

誘導用磁界制御装置８０は、操作入力部８１及び制御部８２を備える。操作入力部８１は、ジョイスティック、各種ボタンやスイッチを備えた操作卓、キーボード等の入力デバイスによって構成され、外部からなされる操作に応じた信号を制御部８２に入力する。具体的には、操作入力部８１は、ユーザによりなされる操作に従って、被検体内に導入されたカプセル型内視鏡１０Ａの位置と方向との少なくともいずれかを変化させる操作信号を制御部８２に入力する。

制御部８２は、操作入力部８１から入力される操作信号に応じた制御信号を生成し、誘導用磁界発生装置７０に出力する。

カプセル型内視鏡１０Ａを誘導する場合には、誘導用磁界制御装置８０の制御の下で磁石駆動部７２を駆動し、体外永久磁石７１を水平又は鉛直方向に並進させると共に、体外永久磁石７１を回転又は旋回させることにより、体外永久磁石７１の方向を変化させる。このような体外永久磁石７１の動きに追随して、カプセル型内視鏡１０Ａが誘導される。

図９に示すように、金属板２５の近傍に誘導用磁界発生装置７０を設ける場合、金属板２５としては、アルミニウム等の非磁性体の金属を用いる。それにより、誘導用磁界に対する金属板２５の影響を排除し、ユーザの意図に沿ったカプセル型内視鏡１０Ａの誘導を行うことができる。

また、金属板２５の大きさは、カプセル型内視鏡１０Ａを誘導する体外永久磁石７１の可動範囲を少なくとも覆うことができれば良い。上述したように、カプセル型内視鏡１０Ａは体外永久磁石７１に追随して移動するので、体外永久磁石７１の可動範囲を金属板２５でカバーすることができれば、体外永久磁石７１及びこれを駆動する磁石駆動部７２が位置検出用磁界に与える影響を金属板２５に集約させることができるからであり、それにより、干渉源が平行平板状の金属板２５のみであると見做すことが可能となる。

以上説明したように、本実施の形態２によれば、カプセル型内視鏡１０Ａを誘導するための誘導用磁界発生装置７０を設ける場合であっても、誘導用磁界発生装置７０と検出コイルＣ_nとの間に金属板２５を挿入することにより、位置検出用磁界に対する影響を容易に見積もり、カプセル型内視鏡１０Ａの位置及び方向を精度良く検出することが可能となる。

上述した本発明の実施の形態１及び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、上記実施の形態１及び２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、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 誘導システム
１０、１０Ａ カプセル型内視鏡
１０’ 磁界発生源
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
２０ フレーム
２５ 金属板
３０ 磁界検出装置
３１ コイルユニット
３２ 信号処理部
３３ パネル
４０ 演算装置
５０ 受信装置
５１ 受信アンテナ
６０ 表示装置
７０ 誘導用磁界発生装置
７１ 体外永久磁石
７２ 磁石駆動部
８０ 誘導用磁界制御装置
８１ 操作入力部
８２ 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
３２１ 増幅部
３２２ Ａ／Ｄ変換部（Ａ／Ｄ）
３２３ ＦＦＴ処理部（ＦＦＴ）
４０１ 補正成分算出部
４０２ 磁界補正部
４０３ 位置算出部
４０４ 記憶部
４０５ 画像処理部
４０６ 出力部
７２１ 平面位置変更部
７２２ 鉛直位置変更部
７２３ 仰角変更部
７２４ 旋回角変更部

Claims (6)

1. 位置検出用磁界を発生する磁界発生部が内部に設けられ、被検体内に導入される検知体と、
   前記被検体の外部に配設され、前記位置検出用磁界を検出して複数の検出信号をそれぞれ出力する複数の検出コイルと、
   前記複数の検出コイルに対して前記検知体の検出対象領域の反対側であって、少なくとも前記複数の検出コイルの開口面を覆う範囲に配置される金属板が前記位置検出用磁界の作用により発生する磁界を用いて、前記複数の検出コイルからそれぞれ出力された前記複数の検出信号の測定値を補正する磁界補正部と、
   前記磁界補正部が補正した前記複数の検出信号の測定値を用いて、前記検知体の位置又は方向の少なくとも一方を算出する位置算出部と、
   を備えることを特徴とする位置検出システム。
2. 前記位置検出用磁界の作用により磁界を発生し得る磁界発生部材をさらに備え、
   前記磁界発生部材は、前記被検体を載置するベッドの金属製のフレームであり、
   前記金属板は、前記磁界発生部材と前記複数の検出コイルとの間であって、少なくとも前記複数の検出コイルの開口面を覆う範囲に配置される、
   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. 前記磁界補正部は、
   前記金属板に対して前記検知体の最新の位置と対称の位置に前記検知体が存在すると仮定した場合に、当該対称の位置における前記検知体が発生する磁界の前記複数の検出コイルそれぞれの位置における検出信号の値を補正成分として算出し、
   前記複数の検出信号の測定値から前記補正成分をそれぞれ減算することにより補正を行う、
   ことを特徴とする請求項１に記載の位置検出システム。
4. 前記位置算出部は、直前に算出された前記検知体の位置において前記検知体が発生すると推定される前記位置検出用磁界の理論値と、前記磁界補正部が補正した前記複数の検出信号の測定値との差分に基づく評価値を算出し、該評価値が小さくなるように前記検知体の位置又は方向の少なくとも一方を更新する、
   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. 前記検知体は、前記被検体内を撮像することにより画像信号を生成する撮像部を備えるカプセル型内視鏡である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の位置検出システム。
6. 請求項１に記載の位置検出システムを備え、
   被検体内に導入される検知体の磁界発生部が発生する位置検出用磁界は、所定の周波数の交番磁界であり、
   前記検知体の内部に永久磁石がさらに設けられ、
   前記永久磁石に作用する磁界を発生することにより前記検知体を誘導する誘導装置をさらに備える、
   ことを特徴とする誘導システム。
   

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