JP7051189B2 - 磁気作動式カプセル内視鏡、磁場発生・検知装置、および磁気作動式カプセル内視鏡の作動方法 - Google Patents
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Description
上部筐体部および下部筐体部を有する本体と、
上部筐体部の内部に配置された永久磁石と、
上部筐体部から下部筐体部の端部まで延在する複数の変形可能部材と、
上部筐体部から下部筐体部に向けて突出し、複数の変形可能部材で取り囲まれた針とを備え、複数の変形可能部材は、前記針の先端を覆うように伸張し、露出させるように収縮するのを繰り返し行うように構成される。
磁場発生・検知装置は、
作業領域内で磁気作動式内視鏡を移動させるために、磁気作動式内視鏡の少なくとも1つの永久磁石上で時間的に変化する磁力およびトルクを発生させるように構成され、1つの平面内に配置された複数の電磁石と、
別の平面内に配置され、前記複数の電磁石に対して前記作業領域の反対側に配置された磁気センサアレイとを備え、
複数の電磁石は、時間的に変化する不均一磁場を発生させるように構成され、
磁気センサアレイは、作業領域内の磁気作動式内視鏡の位置および向きを追跡するように構成され、
磁場発生・検知装置は、磁気作動式内視鏡の位置および向きの少なくとも1つを変化させるために、磁気作動式内視鏡の追跡位置および向きに従って、時間的に変化する不均一磁場を適合させるように構成された制御手段をさらに備える。
上部筐体部および下部筐体部を有する本体と、
上部筐体部の内部に配置された永久磁石と、
上部筐体部から下部筐体部の端部まで延在する複数の変形可能部材と、
上部筐体部から突出し、複数の変形可能部材で取り囲まれた針とを備え、複数の変形可能部材は、前記針の先端を覆うように伸張し、露出させるように収縮するのを繰り返し行うように構成された、磁気作動式カプセル内視鏡を作動させる方法であって、
作業領域内で磁気作動式カプセル内視鏡を移動させるために磁場を印加するステップと、
作業領域内の所望の位置に磁気作動式カプセル内視鏡を位置決めするステップと、
針の先端を下部筐体部の端部から繰り返し突出させるために、異なる磁場強度および/または異なる磁場勾配を有するように磁場を変化させるステップとを含む、作動方法に関する。
ここで、KvおよびKcはそれぞれV字形撓みヒンジおよび円形ヒンジ用の経験的フィッティングデータを用いた無次元回転剛性値であり、Eは材料のヤング率であり、bは深さ(図5aのヒンジのz方向)であり、tはヒンジの最小厚さであり、Mはヒンジ上のモーメントあり、θは回転角である。単位は全て、SI単位およびradである。
ここで、Frは復元力である。(2)を用いて、図5bでは、復元力が貫入深さと共に示されている。復元力は、常に、最大針引き戻し抵抗力(0.4N、10mmの貫入)よりも大きく、外部磁力が除去されたときに針26は引き戻される。現在の設計はFNABの要件を満たすのに十分であるが、追加機能のために、脚部20に磁気形状プログラミング技法を適用することが有用である場合がある。
ここで、BiおよびFiは第i番目の電磁石からの磁束密度および力の寄与であり、μ0は自由空間の透磁率であり、piは第i番目の電磁石からB-MASCEの磁石の中心までの変位ベクトルであり、^は単位ベクトルに対する正規化演算子であり、
は3×3単位行列であり、mはB-MASCEの磁石の磁気モーメントであり、miは第i番目の電磁石の磁気モーメントであり、
および
はそれぞれ第i番目の電磁石の磁気モーメントからB-MASCE10の磁石18上の磁束密度および力へマッピングする3×3行列である(透磁率およびπ項なし)。
ここで、BはB-MASCE10上の所望の磁束密度であり、Fは所望の磁力であり、Iは各コイル内の印加電流のベクトルである。
は、電磁石52の得られた磁気モーメントから磁束密度および磁力へマッピングする作動マップである。
は、コア間の結合効果を符号化する磁気結合マップであり、Viは第i番目のコアの体積であり、
は第i番目のコアの3×3外部磁化率行列(球形コアの場合、均等スケール行列であり、他の場合、各主軸内の指向性外部磁化率値を有するテンソル回転)であり、
はpiを第j番目のコアから第i番目のコアへの変位ベクトルに置き換えることによる(3)における磁束密度マッピングである。
は、各電磁石の磁気モーメントのパッキングである。各コイルにおける必要電流は、以下のように、電流ベクトルの2ノルムを最小化することによって、一般化された(Moore-Penrose)擬似逆行列を用いて達成される。
Claims (19)
- 磁気作動式カプセル内視鏡(10)であって、
上部筐体部(14)および下部筐体部(16)を有する本体(12)と、
前記上部筐体部(14)の内部に配置された永久磁石と、
前記上部筐体部(14)から前記下部筐体部(16)の端部(22)まで延在する複数の変形可能部材(20)と、
前記上部筐体部(14)から前記下部筐体部(16)に向けて突出し、前記複数の変形可能部材(20)で取り囲まれた針(26)と、
を備え、
前記複数の変形可能部材(20)は、前記針(26)の先端(36)を覆うように伸張し、露出させるように収縮するのを繰り返し行うように構成される、磁気作動式カプセル内視鏡(10)。 - 前記下部筐体部(16)の前記端部(22)は、位置決めパッド(24)をさらに備える、請求項1に記載の磁気作動式カプセル内視鏡(10)。
- 前記位置決めパッド(24)は、前記下部筐体部(16)の前記端部(22)を形成し、その内部に前記針(26)のための開口部(24’’)を有し、および/または、
前記位置決めパッド(24)は、前記下部筐体部(16)の前記端部(22)を組織の表面に取り付ける手段を備える、請求項2に記載の磁気作動式カプセル内視鏡(10)。 - 前記位置決めパッド(24)は、摩擦増大コーティング(24’’’)および複数の繊維(24’)のうちの少なくとも1つを備える、請求項3に記載の磁気作動式カプセル内視鏡(10)。
- 少なくとも1つのカメラまたはカメラシステム(28;28、30)をさらに備え、
第1のカメラまたはカメラシステム(28)は、前記上部筐体部(14)の端部(14’)に設けられ、前記磁気作動式カプセル内視鏡(10)の環境の画像および/または動画を記録するように構成される、請求項1~4のいずれか一項に記載の磁気作動式カプセル内視鏡(10)。 - 前記針(26)の領域内に配置され、前記針(26)の前記先端(36)付近の領域から画像および/または動画を記録するように構成された第2のカメラまたはカメラシステム(30)をさらに備える、請求項5に記載の磁気作動式カプセル内視鏡(10)。
- 力を加えることによって、前記磁気作動式カプセル内視鏡(10)を組織表面から取り出すように構成されたテザー(32)をさらに備える、請求項1~6のいずれか一項に記載の磁気作動式カプセル内視鏡(10)。
- 前記テザー(32)は、前記磁気作動式カプセル内視鏡(10)の、少なくとも1つのカメラまたはカメラシステム(28;28、30)を含むコンポーネントに信号および/またはエネルギーを伝送および/または受信するように構成された電気ケーブル用の導管として構成される、請求項7に記載の磁気作動式カプセル内視鏡(10)。
- 前記複数の変形可能部材(20)の各々は、所定の外部印加磁場の印加の際に収縮するように構成される、請求項1~8のいずれか一項に記載の磁気作動式カプセル内視鏡(10)。
- 前記外部印加磁場は、前記複数の変形可能部材(20)において、0.4Nより大きい収縮力を誘起する、請求項9に記載の磁気作動式カプセル内視鏡(10)。
- 前記複数の変形可能部材(20)の各々は、最大0.45Nの固有復元力を有し、前記複数の変形可能部材(20)の各々において外部磁場が印加されない場合に完全伸張状態を取り、または0.45N未満の収縮力を誘起する外部磁場が印加された場合に完全伸張状態を取るように構成される、請求項1~10のいずれか一項に記載の磁気作動式カプセル内視鏡(10)。
- 前記磁気作動式カプセル内視鏡(10)は、外部印加磁場内で移動されるように構成され、
前記複数の変形可能部材(20)は、所定の磁場(空間)勾配の印加の際に収縮するように構成され、
前記複数の変形可能部材(20)の変形に利用される磁場勾配は、前記磁気作動式カプセル内視鏡(10)を移動させるのに使用される磁場勾配よりも大きい、請求項1~11のいずれか一項に記載の磁気作動式カプセル内視鏡(10)。 - 前記磁気作動式カプセル内視鏡(10)は、シェル(34)によってカプセル封入され、
前記シェル(34)は、所定時間経過後に液体環境内で溶解するように構成される、請求項1~12のいずれか一項に記載の磁気作動式カプセル内視鏡(10)。 - 前記所定時間は、10秒~10分の範囲で選択される、請求項13に記載の磁気作動式カプセル内視鏡(10)。
- 前記針(26)の前記先端(36)は、完全に露出した状態では、すなわち、前記変形可能部材(20)の完全収縮状態では、前記下部筐体部(16)の前記端部(22)から、少なくとも5mm突出する、請求項1~14のいずれか一項に記載の磁気作動式カプセル内視鏡(10)。
- 少なくとも1つの永久磁石(18)を備える磁気作動式内視鏡(10)用の磁場発生・検知装置(50)であって、
前記磁気作動式内視鏡(10)は、請求項1~15のいずれか一項に記載の磁気作動式カプセル内視鏡(10)であり、
前記磁場発生・検知装置(50)は、
作業領域(54)内で前記磁気作動式内視鏡(10)を移動させるために、前記磁気作動式内視鏡(10)の前記少なくとも1つの永久磁石(18)上で時間的に変化する磁力およびトルクを発生させるように構成され、1つの平面内に配置された複数の電磁石(52)と、
前記複数の電磁石(52)に対して前記作業領域(54)の反対側に配置された磁気センサアレイ(56)と、
を備え、
前記複数の電磁石(52)は、時間的に変化する不均一磁場を発生させるように構成され、
前記磁気センサアレイ(56)は、前記作業領域内の前記磁気作動式内視鏡(10)の位置および向きを追跡するように構成され、
前記磁場発生・検知装置(50)は、前記磁気作動式内視鏡(10)の位置および向きの少なくとも1つを変化させるために、前記磁気作動式内視鏡(10)の追跡位置および向きに従って、時間的に変化する不均一磁場を適合させるように構成された制御手段(62)をさらに備える、磁場発生・検知装置(50)。 - 2D平面内の異なる位置に配置された複数の磁気センサをさらに備える、請求項16に記載の磁場発生・検知装置。
- 表示装置(58)と少なくとも1つの入力装置(60)とをさらに備え、
前記表示装置(58)は、前記磁気作動式内視鏡(10)の少なくとも1つのカメラ(28;28、30)によって記録された画像および/または前記磁気センサアレイ(56)によって出力された信号を図示し、ユーザは、前記少なくとも1つのカメラ(28;28、30)および/または前記磁気センサアレイ(56)によって記録された図示画像に基づいて、前記磁気作動式内視鏡(10)の所望の向きで所望の位置に前記磁気作動式内視鏡(10)を方向付けるように前記制御手段(62)を作動させるために前記少なくとも1つの入力装置(60)を介してコマンドを入力することができる、請求項16または17に記載の磁場発生・検知装置。 - 前記表示装置は、前記複数の磁気センサによって検出されたパラメータを示す、請求項18が請求項17を引用する場合の請求項18に記載の磁場発生・検知装置。
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