JP6475699B2 - 消化管の造影用カプセルの位置推定 - Google Patents

Description

関連出願
本願は、２０１３年６月５日に出願された米国仮出願番号６１／８３１，１６３、２０１３年１１月１４日に出願された米国仮出願番号６１／９０３，９９８、および２０１４年１月２７日に出願された米国仮出願番号６１／９３１，７４２の優先権を主張するものであり、これらの開示内容を引用してここに組み込む。

本開示は、概して、内腔内カプセルを用いて患者の結腸内を調査することに関し、より詳しくは、このカプセルが消化管を進む際にその位置を推定することに関する。

癌の可能性に関する兆候を提供するかもしれないポリープおよび他の臨床的に関連のある特徴の有無に対し、消化管を検査する１つの方法として、消化管を移動して患者の状態を内部から見る造影用カプセルを飲み込むことが行われている。典型的なケースでは、この移動には２４〜４８時間かかり、その後、この造影用カプセルは、患者の大便に排出される。典型的に、患者は造影剤を飲んで、造影用カプセルの造影能を高める。そして、患者は、造影剤が流れている間に造影用カプセルを飲み込み、消化管を検査する。この造影用カプセルは、典型的に、たとえばＸ線またはガンマ線を放射する放射性同位体を含む放射線源を含む。この放射は、典型的に、コリメートされ、造影処理中に特定の方向に制御可能に導くことができる。いくつかのケースにおいて、造影用カプセルは、コンプトン後方散乱および／または蛍光Ｘ線を測定し、かつこの測定値（たとえば、カウント値）を外部分析装置、たとえばコンピュータまたは他の専用機器に無線で送信するよう設計される。

典型的な一実施例において、ポリープのある位置で造影剤が少なくなり、より大きい後方散乱カウントを測定して測定値の正確度を向上させるよう、放射線不透過性造影剤が使用される。あるいは、他の方法を用いて消化管を造影してもよい。

そのような造影用カプセルの製造および使用に関連する詳細を記載しているＫｉｍｃｈｙの米国特許番号７，７８７，９２６号の開示内容を引用してここに組み込む。

造影用カプセルを使用すると、使用者が放射線に曝され、潜在的に有害である。したがって、必要でない場合は、使用者が放射線に曝されるのを制限することが重要であり、たとえば必要な時のみ放射し、必要でない時にはカプセルから放射線が放射されるのをブロックする。造影用カプセルは、スキャンに必要のない場合、放射をブロックするよう指示を受けることができる封止機構を備えるよう設計されてもよい。必要に応じて、この封止機構は、通常閉鎖位置にあり、スキャンしていない時は、放射線がカプセルから放出するのを防ぐ。

典型的な一実施形態において、この造影用カプセルは、同じ位置を繰り返しスキャンする必要はないため、カプセルが結腸内で位置を変えた時のみ、選択的に放射線でスキャンするよう指示を受けることができる。選択的なスキャンの使用により、エネルギーを維持することもできるため、電池の寿命を伸ばし、かつ／またはより小さいサイズの電池を使用することが可能となる。

したがって、位置が変わった時、またはカプセルが特定の目的位置に達した時に、カプセルが放射の指示を受けることができるよう、継続的にカプセルの位置を追跡し続けることが好ましい。さらに、カプセルが消化管を進む際の位置を追跡することにより、検出されたポリープまたは他の障害物の位置を見つけ、処置するのを補助する正確な３次元マップを形成するのに役立つ。

本開示の実施形態の１つの態様は、使用者の体内の造影用カプセルの位置を推定するシステムおよび方法に関する。このシステムは、使用者が飲み込む造影用カプセル、および使用者の体外、たとえば使用者の背中またはウエストのベルトに位置するレコーダを含む。この造影用カプセルは、造影用カプセルの機能を制御するコントローラ、およびレコーダと通信して指示を受け取るか、情報を提供するトランシーバを含む。さらに、この造影用カプセルは、たとえば低周波の電磁信号を送信するコイルを含む。

レコーダは、また、この機能を制御するコントローラ、および造影用カプセルと通信するトランシーバを含む。さらに、このレコーダは、造影用カプセルが送信した電磁信号を受信する１以上のコイルを含む。

レコーダのコントローラは、受信した電磁信号の振幅を分析し、この電磁信号に基づき造影用カプセルの位置を決定するようプログラムされる。

本開示のいくつかの実施形態において、造影用カプセルのコイルは、単一の平面に巻線のある１次元コイルであってもよく、あるいは互いに直交する２または３の平面に巻線を有していてもよい（２Ｄまたは３Ｄ）。同様に、このレコーダ内のコイルは、単一平面あるいは２または３の直交する平面に巻線を有していてもよい。

本開示の一例示的な実施形態において、造影用カプセルのコイルは、３Ｄコイルを有しており、異なる周波数で、直交する３方向に同時に送信するよう設計される。あるいは、造影用カプセルのコイルは、直交する３方向に順に送信してもよい。

本開示の一例示的な実施形態において、レコーダは、造影用カプセルのコイルによって送信された信号を受信し、かつこの送信に基づいて造影用カプセルの位置を決定するため、少なくとも２の３Ｄコイルを有する。

本開示の一例示的な実施形態において、造影用カプセルおよびレコーダの両方とも、この造影用カプセルの動きを特定する加速度計および磁力計を含む。必要に応じて、造影用カプセルの加速度計および磁力計の表示を、トランシーバを通してレコーダに送信し、このレコーダの加速度計および磁力計の表示と比較して、造影用カプセルの空間的配向を特定する。本開示の一例示的な実施形態において、レコーダのコイルが受信した電磁信号の振幅と共に空間的配向を用いて、レコーダに対する造影用カプセルの位置およびこれらの間の距離を決定する。

そこで、本開示の一例示的な実施形態において、使用者の消化管を検査する造影用カプセルの位置を推定するためのシステムを提供し、このシステムは、使用者の内部を検査する造影用カプセルと、使用者の外側からこの造影用カプセルと通信するレコーダとを備え、造影用カプセルは、この造影用カプセルの機能を制御するコントローラと、レコーダと通信するトランシーバと、電磁信号を送信するコイルとを備え、レコーダは、このレコーダの機能を制御するコントローラと、造影用カプセルと通信するトランシーバと、造影用カプセルのコイルから電磁信号を受信するコイルとを備え、レコーダは、造影用カプセルのコイルによって送信された電磁信号の振幅の測定値に基づき、造影用カプセルの位置を決定する。

本開示の一例示的な実施形態において、造影用カプセルのコイルは、３の異なる周波数において同時に送信する直交する３方向の巻線を有する３Ｄコイルである。あるいは、造影用カプセルのコイルは、順に送信する直交する３方向の巻線を有する３Ｄコイルである。

本開示の一例示的な実施形態において、レコーダは、直交する３方向に巻線を有する少なくとも２の３Ｄコイルを備え、かつこの少なくとも２の３Ｄコイルの振幅が一致する方向を検出することによって造影用カプセルの位置を決定する。必要に応じて、この一致は、少なくとも２の３Ｄコイルの間の位置の相違を考慮する。

本開示の一例示的な実施形態において、造影用カプセルおよびレコーダの両方とも、磁力計および加速度計を含む。必要に応じて、この造影用カプセルは、トランシーバを用いて磁力計および／または加速度計からレコーダに表示を通信する。本開示の一例示的な実施形態において、表示をタイムスタンプで通信する。必要に応じて、レコーダは、造影用カプセルから受信した磁力計および加速度計の表示に基づいて造影用カプセルの空間的配向を決定する。本開示の一例示的な実施形態において、レコーダは、決定した空間的配向および造影用カプセルのコイルの送信に基づき、造影用カプセルの位置を決定する。必要に応じて、本システムは、さらに造影用カプセルと類似する要素を有する基準パッチを備え、この基準パッチを使用者の体に取り付け、レコーダで、造影用カプセルからの表示を基準パッチからの表示と比較して、レコーダの移動から起こるエラーを排除する。本開示の一例示的な実施形態において、レコーダは、適応フィルタを使用して造影用カプセルのコイルから受信した送信の信号対雑音比を改善する。必要に応じて、造影用カプセルのコイルは、単一平面に巻線を含む。本開示の一例示的な実施形態において、レコーダのコイルは、直交する３方向に巻線を有する３Ｄコイルである。

そこで、本開示の一例示的な実施形態において、さらに、使用者の消化管を検査する造影用カプセルの位置を推定する方法を提供し、この方法は、造影用カプセルを飲み込んで、使用者の内部を検査することと、使用者の体外に、造影用カプセルと通信するレコーダを取り付けることと、造影用カプセルのコントローラをプログラミングして造影用カプセルの機能を制御し、かつレコーダのコントローラをプログラミングしてレコーダの機能を制御することと、造影用カプセルのトランシーバおよびレコーダのトランシーバを用いて、造影用カプセルのコントローラおよびレコーダのコントローラの間で情報を通信することと、造影用カプセルのコイルから電磁信号を送信することと、レコーダのコイルによって電磁信号を受信することと、このコイルによって送信された電磁信号の振幅を分析して、造影用カプセルの位置を決定することとを含む。

本開示の一例示的な実施形態において、造影用カプセルのコイルは、３の異なる周波数において同時に送信する直交する３方向の巻線を有する３Ｄコイルである。あるいは、造影用カプセルのコイルは、順に送信する直交する３方向の巻線を有する３Ｄコイルである。必要に応じて、レコーダは、直交する３方向に巻線を有する少なくとも２の３Ｄコイルを備え、かつこの少なくとも２の３Ｄコイルの振幅が一致する方向を検出することによって造影用カプセルの位置を決定する。本開示の一例示的な実施形態において、造影用カプセルおよびレコーダの両方とも、磁力計および加速度計を含む。必要に応じて、この造影用カプセルは、トランシーバを用いて磁力計および／または加速度計からレコーダに表示を通信する。

図面と併せて次の詳細な説明を読むことにより、本開示を理解し、よりよく評価できるであろう。一以上の図にある同一の構造、要素、または部分には、通例、これらが存在するすべての図において同一のまたは類似する符号を振る。

本開示の一例示的な実施形態による、使用者の体内の造影用カプセルの位置を推定するためのシステムの概観図である。 本開示の一例示的な実施形態による、造影用カプセルの概観図である。 本開示の一例示的な実施形態による、レコーダの概観図である。 本開示の一例示的な実施形態による、造影用カプセルの位置を推定するシステムに用いる基準パッチの概観図である。 本開示の一例示的な実施形態による、造影用カプセルの位置推定の正確度を改善する適応フィルタの概観図である。 本開示の一例示的な実施形態による、造影用カプセルおよびレコーダによって送受信される磁場の概観図である。 本開示の一例示的な実施形態による、造影用カプセルおよびレコーダによって送受信される磁場を示すベクトルの概観図である。

図１は、使用者の体内の造影用カプセル１１０の位置を推定するためのシステム１００の概観図である。本開示の一例示的な実施形態において、使用者が、造影用カプセル１１０を飲み込む。このカプセルは消化管に入り、特に小腸および結腸１９０を造影およびマッピングするのに有用である。本開示の一例示的な実施形態において、システム１００は、レコーダ１２０を含んでおり、造影用カプセル１１０と通信１３０し、かつ造影用カプセル１１０によって提供された情報を記録する。必要に応じて、このレコーダをストラップまたはベルト１８０に連結して、小腸および結腸１９０を造影用カプセル１１０で検査する際に、小腸および結腸１９０に近接して使用者の体に固定されるようにしておく。このレコーダは、使用者の前面、使用者の背面、またはいかなる選択した位置に配置してもよい。必要に応じて、経験的にこの位置を選択して、造影用カプセル１１０によって提供された送信から最適な表示を提供する。本開示の一例示的な実施形態において、レコーダ１２０は、造影用カプセル１１０からの送信を分析して、レコーダ１２０に対する造影用カプセル１１０の空間的位置を決定する。

図２は、本開示の一例示的な実施形態による、造影用カプセル１１０の概観図である。必要に応じて、カプセル１１０は、たとえば１〜５０Ｋｈｚで低周波電磁波を送信するコイル２４０を含む。あるいは、約７〜１４ＭＨｚで電磁信号を送信してもよく、そして、この信号は、たとえばオランダアイントホーフェンのＮＸＰ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ製ＮｘＨ２１８０などの１チップの通信システムを使用して、定位およびデータ伝送の両方に使用することができる。

この実施例によれば、通信情報は、良好な信号対雑音比（ＳＮＲ）でコイルから抽出される。

この送信をレコーダ１２０で受信し、その振幅を分析して造影用カプセル１１０の位置を決定する。本開示のいくつかの実施形態において、コイル２４０の巻線は単一平面に存在する。あるいは、コイル２４０は、２または３の直交する平面に巻線を含んでいてもよい（直交する２平面に巻線を有するコイルを２Ｄコイルと呼び、直交する３平面に巻線を有するコイルを３Ｄコイルと呼ぶ）。必要に応じて、３Ｄコイルは直交する３方向に送信し、単一平面に送信するコイルより多くのエネルギーを使用する。したがって、本開示のいくつかの実施形態において、造影用カプセル１１０を、単一平面コイル２４０を使用するよう設計して、電力（たとえば、電池２７０によって供給される）を節約し、かつ電力効率を改善する比較的大きなコイルを可能とする。一方、使用者の体外に位置するレコーダ１２０には、電源をより大きくでき、かつ必要な場合に容易に交換できるため、３Ｄコイルを使用してもよい。

本開示の一例示的な実施形態において、造影用カプセル１１０は、３Ｄ地磁気センサとして機能する磁力計２３０（たとえば、テキサス州オースティンのＦｒｅｅｓｃａｌｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ Ｌｔｄ製ＭＡＧ３１１０）を含む。代替として、またはさらに加えて、造影用カプセル１１０は、たとえば結腸１９０で、造影用カプセル１１０の位置の変化を感知する機能を有する加速度計２２０を含む。造影用カプセル１１０に組み込むことのできる小型加速度計の一例として、Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ ＬＴＤ製ＭＭＡ７２６０ＱＴがある。本開示のいくつかの実施形態において、たとえば、Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ ＬＴＤ製ＦＸＯＳ８７００ＣＱなどの磁力計および加速度計の複合装置を使用することができる。

本開示の一例示的な実施形態において、造影用カプセル１１０は、コントローラ２５０およびトランシーバ２６０を含み、造影用カプセル１１０の機能を制御し、かつレコーダ１２０と通信する。コントローラ２５０は、ソフトウェア命令を受信し、かつ実行するようプロセッサおよび／またはメモリを含んでいてもよい。必要に応じて、コントローラ２５０は、トランシーバ２６０を通して、たとえば、スキャン開始およびスキャン停止の命令を受信することができる。さらに、コントローラ２５０は、造影用カプセル１１０によって記録された画像および造影用カプセル１１０の空間的位置に関する情報、たとえば、磁力計２３０および／または加速度計２２０の表示を送信することができる。必要に応じて、この情報は、地球の磁場および重力場に対する造影用カプセル１１０およびコイル２４０の配向について、レコーダ１２０に通知することができる。

図３は、本開示の一例示的な実施形態による、レコーダ１２０の概観図である。必要に応じて、レコーダ１２０は、コントローラ３５０、トランシーバ３６０、磁力計３３０、加速度計３２０、電源３７０、および１以上の受信コイル３４０を含んでいてもよい。必要に応じて、この１以上の受信コイル３４０は、単一平面コイルであってもよく、あるいは２または３の直交する平面に巻線を有していてもよい（２Ｄコイルまたは３Ｄコイル）。本開示の一例示的な実施形態において、レコーダ１２０の１以上の受信コイル３４０が、造影用カプセル１１０から送信される低周波送信を受信することによって、造影用カプセル１１０のコイル２４０と相互作用する。造影用カプセル１１０の空間的位置を計算し、かつレコーダ１２０および造影用カプセル１１０の間の距離を決定できるよう、必要に応じて、受信コイル３４０の組み合わせによる造影用カプセル１１０からの送信の振幅の分析を用いて、レコーダ１２０からの方向および距離を決定することができる。

本開示の一例示的な実施形態において、磁力計２３０および／または加速度計２２０からの表示を、造影用カプセル１１０からレコーダ１２０に送信する。必要に応じて、レコーダ１２０は、表示を、磁力計３３０および／または加速度計３２０の表示と比較して、レコーダ１２０および１以上の受信コイル３４０の方向に対する造影用カプセル１１０およびコイル２４０の角度方向を決定する。本開示の一例示的な実施形態において、磁力計２３０および／または加速度計２２０の表示を、造影用カプセル１１０からタイムスタンプで送信して、磁力計２３０および／または加速度計２２０の表示と磁力計３３０および／または加速度計３２０の表示との比較を同期させる。必要に応じて、磁力計２３０および／または加速度計２２０の表示から決定した角度方向と共にコイル２４０の送信から１以上の受信コイル３４０によって測定した振幅を用いて、レコーダ１２０に対する造影用カプセル１１０の空間的位置を決定する。

本開示の一例示的な実施形態において、造影用カプセル１１０の空間角度は磁力計３３０および／または加速度計３２０によって得られるため、たとえば、レコーダ１２０のコントローラ３５０により、コイル２４０の送信への電磁妨害を特定することができる。必要に応じて、磁気的または金属的外乱の際には、電磁場は、地球の定磁場および／または重力場とは異なって妨害される。したがって、磁力計３３０および／または加速度計３２０によって記録された造影用カプセルの空間的配向に対応する変化なしに、コイル２４０からの送信の振幅の急激な変化によって、無視できる電磁妨害についての表示を提供することができる。本開示のいくつかの実施形態において、コイルの振幅は、造影用カプセル１１０の移動が検出された場合にのみ処理される。

本開示の一例示的な実施形態において、加速度計２２０および／または磁力計２３０からの情報なしに、レコーダ１２０の２以上の受信コイル３４０を用いて造影用カプセル１１０への距離を計算する。本開示の一例示的な実施形態において、この２以上の受信コイルは、単一平面に巻線を有していてもよく、あるいは、２または３の直交する平面に巻線を有していてもよい。本開示のいくつかの実施形態において、受信コイル３４０の少なくとも１つが３Ｄコイルである。必要に応じて、造影用カプセル１１０のすべての可能な方向をテストし、かつ２以上の受信コイル３４０が、計算された造影用カプセル１１０の位置と一致する方向を選択することによって位置を決定する。必要に応じて、この一致は、レコーダ１２０の２以上の受信コイル３４０の間の位置の相違を考慮する。本開示の一例示的な実施形態において、受信コイル３４０の１つは、コイル２４０への距離を計算する前に、レコーダ１２０の受信コイル３４０の間の相対距離および角度が測定できるよう、送信機および受信機として機能して、他の受信コイル３４０に送信を提供してもよい。あるいは、別の送信基準コイルを使用し、この基準に対して距離を計算する。

本開示のいくつかの実施形態において、造影用カプセル１１０のコイル２４０は、３の異なる周波数において同時に送信するか、あるいは単一の周波数で送信するが、受信機が３の送信間で区別できるよう直交する各平面の巻線が順に送信する３Ｄコイルである。必要に応じて、単一平面の受信コイル３４０を使用して、送信を受信し、かつレコーダ１２０および造影用カプセル１１０からのその時点での距離を計算してもよい。

本開示の一例示的な実施形態において、レコーダ１２０は、容器３８０を含む（図３）。必要に応じて、容器３８０は、体外の磁場の影響からレコーダ１２０の要素を保護する高透磁率材料、たとえば、米国ニューハンプシャー州ロンドンデリーのＴｈｅ ＭｕＳｈｉｅｌｄ Ｃｏｍｐａｎｙ製ＭｕＭｅｔａｌなどで被覆される。本開示の一例示的な実施形態において、使用者の体に面する側は、使用者の体内から造影用カプセル１１０からの送信を受信できるよう被覆されない。必要に応じて、遮蔽の効果がある場合、外部の電磁干渉から保護されるよう、レコーダ１２０によって較正する。

図４は、造影用カプセル１１０の位置を推定するシステム１００に用いる基準パッチ４１０の概観図である。本開示の一例示的な実施形態において、基準パッチ４１０は、造影用カプセル１１０と同様に小さく、類似する要素、たとえば加速度計４２０、磁力計４３０、コイル４４０、コントローラ４５０、およびトランシーバ４６０を含む。必要に応じて、基準パッチ４１０は、使用者に、たとえば使用者の背中に接着配置させて取り付けられる。この基準パッチ４１０は、使用者の消化管を通して動的に移動する造影用カプセル１１０に対して、固定の基準として機能する。必要に応じて、レコーダ１２０は、基準パッチ４１０および造影用カプセル１１０と通信する。

本開示の一例示的な実施形態において、レコーダ１２０は、基準パッチ４１０に対する造影用カプセル１１０の位置を計算して、必要に応じて基準パッチ４１０より大きくかさばり、ベルト１８０に取り付けて使用者の体に接着して取り付けなくてもよいため、動きに対してより敏感であるレコーダ１２０の移動から生じる間違った動きを記録するのを減少させる。本開示のいくつかの実施形態において、レコーダ１２０が造影用カプセル１１０とのみ通信すればよく、追加の基準パッチと通信する必要がないよう、レコーダ１２０を図１に示すレコーダ１２０の形態の代わりに、基準パッチ４１０の形態で（たとえば、図４に示す使用者に取り付けられた小型のパッチの形態で）実施してもよい。本開示のいくつかの実施形態において、基準パッチ４１０は、また、コイル４４０から造影用カプセル１１０に信号を送信して、たとえば、通信範囲をテストしてもよい。

図５は、造影用カプセル１１０の位置推定の正確度を改善する適応フィルタ５００の概観図である。本開示の一例示的な実施形態において、レコーダ１２０は、適応フィルタを用いて（たとえば、コントローラ３５０の中で）、造影用カプセル１１０から受信した送信（たとえば、受信コイル３４０によって受信した信号から）の雑音を低減し、かつ信号対雑音比（ＳＮＲ）を改善する。必要に応じて、造影用カプセル１１０が送信していない間の環境中の雑音を推定することによって、適応フィルタ５００に雑音を低減させることができる（造影用カプセル１１０が送信している間の雑音が、送信していない時の雑音と類似すると仮定した場合）。本開示の一例示的な実施形態において、造影用カプセル１１０からレコーダ１２０によって受信した信号（雑音を含む）を、適応フィルタ５００のインプット５４０に入力する。必要に応じて、造影用カプセル１１０が送信していない間に測定された推定雑音を記録し、かつ雑音インプット５５０に入力する。フィルタ５１０は、雑音インプット５５０からの信号を受け入れ、かつ入力信号と合成するよう準備して、この入力信号からの雑音を相殺する。加算器（summator）５２０によって、入力信号を、処理した雑音と合成し、かつこの合成信号を出力信号としてアウトプット５６０に供給する。さらに、この出力信号を、信号対雑音比コントローラ５３０からフィルタ５１０へフィードバックとして供給して、入力信号の処理を改善し、かつ信号対雑音比を最大化する。

次に、本開示の一例示的な実施形態による、レコーダ１２０から造影用カプセル１１０への距離を計算する一例示的な閉形式解析解を記載する。必要に応じて、この計算の中で、レコーダ１２０に対する造影用カプセル１１０の空間的配向は、加速度計２２０、加速度計３２０、磁力計２３０、磁力計３３０、１から３の直交する平面に巻線を有するコイル２４０、および直交する３平面に巻線を有する１つの受信コイル３４０の表示から知られる。

誘導コイル２４０は、磁気双極子：
式（１）

によって表されるベクトル振幅Ｂ＝（Ｂ_ｘ，Ｂ_ｙ，Ｂ_ｚ）を有する低周波磁場を生じる。
ここで、ｎは、カプセルコイル法線ベクトル（コイル２４０からの送信を表す）であり、ｒは、コイル中心の動径である。
受信機のｉ番目のコイルに誘起される振幅は：
式（２）

である。
ここで、ｎ_ｉは、ｉ番目のコイル法線ベクトルである。

ここで、μ_０＝４π １０^−７Ｖｓ／（Ａｍ）は真空の透磁率、Ｉ_ｃはカプセルコイルの電流、Ｎ_ｃはカプセルコイルの巻き数、ａ_ｃはカプセルコイルの有効半径、ｎ＝（ｎ_ｘ，ｎ_ｙ，ｎ_ｚ）はカプセルコイル法線ベクトル、およびｒ＝（ｘ−ｘ_０，ｙ−ｙ_０，ｚ−ｚ_０）は観測点（ｘ_０，ｙ_０，ｚ_０）およびカプセルコイルの中心（ｘ，ｙ，ｚ）間のデカルト距離ベクトルである。

ここで、ｆはフィールド周波数、Ｎ_ｉはｉ番目のコイル巻き数、ａ_ｉはｉ番目のコイルの有効半径、ｎ_ｉ＝（ｎ_ｘｉ，ｎ_ｙｉ，ｎ_ｚｉ）はｉ番目のコイル法線ベクトル、およびＢ_ｉはｉ番目のコイル中心の磁場である。

次に、既知の振幅値およびコイル法線ベクトルから、ベクトルｒを計算していく。まず、ｒが解である場合、−ｒも解であることが分かる。物理的問題および／または追跡履歴から、通常適切な解を選択することができる。
式（１）を式（２）に代入することにより、以下が得られる：

ここで、ρは、正規化ベクトルｒである。
よって：

とする。
そこで、以下が得られる：

次に、（ｍ）を定義し、代入によって式（３）が得られる：

図６に示す、コイル２４０（ｎ）による送信の法線ベクトルおよびコイル３４０（ｍ）による受信の法線ベクトルが、平行（すなわちｍ//ｎ）かつ２つのサブケース（Ｓ１）および（Ｓ２）を有する（Ｓ）（平行および反平行）として設定される特別なケースを検討する。
これは、磁場Ｂがカプセル方向ｎに対し平行で、Ｂ＝ｋｎであることを意味する。
上述の（１）より、以下が分かる：

と表す。
そして、これより以下を得る。

したがって、ケース（Ｓ）を２つのサブケースに分けてもよい：

Ｓ１について、式は次のようになる：

そして、Ｓ２について、次を得る：

図６に示すように、ｒ_０は、原点に中心を有し、かつｎに対して直交するよう配向された円（Ｏ）の半径である。そして、Ｏのすべての点が（１）の解である。したがって、受信した振幅を追跡することによって、この解を見つけることができる。

図７は、平行でない時の一般的なケースにおけるコイル２４０（ｎ）による送信の法線ベクトルおよびコイル３４０（ｍ）による受信の法線ベクトルを示す。したがって、非特別時（Ｓでない）には、両辺を左から以下によって乗算する。

ベクトルρは、ベクトルｎおよびｍに対し、同一平面にあることが分かる。
μを、ｎに対して直交するｍおよびｎの平面の正規化ベクトルとする。
式（３）に、以下を鑑み、ｎおよびμを乗算する：

式（４）を得る：

（５）の両辺を２乗し、複二次方程式を解く。

γについて、判別式は、

よって、γ^２：ｇ_１およびｇ_２に２つの実数解がある。ビエタの公式（Ｖｉｅｔａ ｆｏｒｍｕｌａｓ）から以下が分かる。

（５）より、また、0≦γ²≦あることが分かる。最後に、

式

の解ｇ_１，２を選択することができる。
η=0の場合が特に重要である。この場合

であることが分かる。
最後に、（４）から以下を得る：

最後のステップは、

よって、ρの値によって距離が分かる。
必要に応じて、前回の位置データ、たとえば特異点に近い履歴位置を使用して、特別なケースに関する不明確さを解決する。

上述の方法および装置は、ステップの省略または追加、ステップの順序および使用する装置の種類の変更を含め、多様に変更してもよいことが評価されるべきである。異なる特徴を様々な方法で組み合わせてもよいことが評価されるべきである。特に、１つの特定の実施形態において以上に示されたすべての特徴が、本開示のすべての実施形態に必須なものではない。以上の特徴のさらなる組み合わせも、本開示のいくつかの実施形態の範囲内と考えられる。また、本開示は、特に以上に示し、記載したものに限定されないことが当業者によって評価されるであろう。

Claims (20)

1. 使用者の消化管を検査する造影用カプセルの位置を推定するためのシステムであって、
   使用者の内部を検査する造影用カプセルと、
   使用者の外側から前記造影用カプセルと通信するレコーダと、
   基準パッチとを備え、
   前記造影用カプセルは、
   前記造影用カプセルの機能を制御するコントローラと、
   前記レコーダと通信するトランシーバと、
   電磁信号を送信するコイルとを備え、
   前記レコーダは、
   前記レコーダの機能を制御するコントローラと、
   前記造影用カプセル、前記基準パッチまたは両方と通信するトランシーバと、
   前記造影用カプセルの前記コイルから電磁信号を受信する少なくとも一つのコイルとを備え、
   前記基準パッチは、
   前記基準パッチの機能を制御するコントローラと、
   前記レコーダと通信するトランシーバと、
   電磁信号を送信するコイルとを備え、
   前記基準パッチは、前記レコーダとは異なる位置で使用者の体に取付けられ、該使用者に対して固定するように構成され、動的に移動する前記造影用カプセルに対して、固定の基準として機能し、前記レコーダは、前記造影用カプセルの前記コイルからの表示と前記基準パッチの前記コイルからの表示を比較し、前記レコーダの移動から起こるエラーを排除し、
   前記レコーダは、前記基準パッチの前記コイルの前記表示の分析および前記造影用カプセルの前記コイルによって送信された前記電磁信号の振幅の測定値に基づき、前記レコーダに対する前記造影用カプセルの位置を決定し、前記造影用カプセルの位置の追跡を行い、検出されたポリープまたは他の障害物の位置を見つけ、処置するのを補助する３次元マップを形成するシステム。
2. 前記造影用カプセルのコイルが、３の異なる周波数において同時に送信する直交する３方向の巻線を有する３Ｄコイルである請求項１に記載のシステム。
3. 前記造影用カプセルのコイルが、順に送信する直交する３方向の巻線を有する３Ｄコイルである請求項１に記載のシステム。
4. 前記レコーダが、直交する３方向に巻線を有する少なくとも２の３Ｄコイルを備え、かつ前記少なくとも２の３Ｄコイルの振幅が一致する方向を検出することによって、前記造影用カプセルの位置を決定する請求項１に記載のシステム。
5. 前記一致は、前記少なくとも２の３Ｄコイルの間の位置の相違を考慮する請求項４に記載のシステム。
6. 前記造影用カプセルおよび前記レコーダの両方が、磁力計および加速度計を含む請求項１に記載のシステム。
7. 前記造影用カプセルが、前記造影用カプセルの前記トランシーバを用いて前記磁力計および／または前記加速度計からの表示を前記レコーダに通信する請求項６に記載のシステム。
8. 前記表示をタイムスタンプと共に通信する請求項７に記載のシステム。
9. 前記レコーダが、前記造影用カプセルから受信した前記磁力計および加速度計の表示に基づいて前記造影用カプセルの空間的配向を決定する請求項７に記載のシステム。
10. 前記レコーダが、決定した前記空間的配向および前記造影用カプセルのコイルの送信に基づき、前記造影用カプセルの位置を決定する請求項９に記載のシステム。
11. 前記レコーダが、適応フィルタを使用して前記造影用カプセルのコイルから受信した信号の信号対雑音比を改善する請求項１に記載のシステム。
12. 前記造影用カプセルのコイルが、単一平面に巻線を含む請求項１に記載のシステム。
13. 前記レコーダのコイルが、直交する３方向に巻線を有する３Ｄコイルである請求項１に記載のシステム。
14. 使用者の消化管を検査する造影用カプセルの位置を推定する方法であって、
    放射線源を含む造影用カプセルを飲み込んで、使用者の内部を検査することと、
    使用者の体外に、前記造影用カプセルと通信するレコーダを取り付けることと、
    基準パッチを前記レコーダとは異なる位置で使用者の体に取付け、該使用者に対して固定され、動的に移動する前記造影用カプセルに対して、固定の基準として機能することと、
    前記造影用カプセルのコントローラをプログラミングして前記造影用カプセルの機能を制御し、前記基準パッチのコントローラをプログラミングして前記基準パッチの機能を制御し、かつ前記レコーダのコントローラをプログラミングして前記レコーダの機能を制御することと、
    前記造影用カプセルのトランシーバ、前記基準パッチのトランシーバ、および前記レコーダのトランシーバを用いて、前記造影用カプセルのコントローラ、前記基準パッチのコントローラ、および前記レコーダのコントローラの間で情報を通信することと、
    前記造影用カプセルおよび前記基準パッチのコイルから電磁信号を送信することと、
    前記レコーダのコイルによって前記電磁信号を受信することと、
    前記造影用カプセルの前記コイルおよび前記基準パッチの前記コイルによって送信された前記電磁信号の振幅を分析して、前記造影用カプセルの位置を決定し、前記基準パッチの前記コイルからの信号および前記造影用カプセルの前記コイルよって送信された電磁信号の振幅の測定値に基づき、前記レコーダの移動から起こるエラーを排除し、
    検出されたポリープまたは他の障害物の位置を見つけ、処置するのを補助する３次元マップを形成することとを含む方法。
15. 前記造影用カプセルのコイルが、３の異なる周波数において同時に送信する直交する３方向の巻線を有する３Ｄコイルである請求項１４に記載の方法。
16. 前記造影用カプセルのコイルが、順に送信する直交する３方向の巻線を有する３Ｄコイルである請求項１４に記載の方法。
17. 前記レコーダが、直交する３方向に巻線を有する少なくとも２の３Ｄコイルを備え、かつ前記少なくとも２の３Ｄコイルの振幅が一致する方向を検出することによって、前記造影用カプセルの位置を決定する請求項１４に記載の方法。
18. 前記造影用カプセルおよび前記レコーダの両方が、磁力計および加速度計を含む請求項１４に記載の方法。
19. 前記造影用カプセルが、前記造影用カプセルの前記トランシーバを用いて前記磁力計および／または前記加速度計から前記レコーダに表示を通信する請求項１８に記載の方法。
20. 前記基準パッチおよび前記レコーダの両方は、磁力計、加速度計、または両方を含み、前記基準パッチは、前記基準パッチの前記トランシーバを用いて、前記基準パッチの前記磁力計、前記コイル、および／または、前記加速度計からの表示を前記レコーダに通信し、前記レコーダの移動により起こる間違った動きを記録するのを減少させる請求項１記載のシステム。

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