JPWO2007069483A1 - 被検体内位置検出システム - Google Patents

Abstract

カプセル型内視鏡（１００）は、第１のパッド（１０９）を備え、体外装置（２００）は、複数の第２のパッド（２０１ａ等）を備え、カプセル型内視鏡（１００）と体外装置（２００）との少なくともいずれか一方の装置は、いずれか一方の装置のパッドに信号を変調して電圧印加する変調ユニット（１０６）を備え、他方の装置は、他方の装置のパッドの電位変化から信号復調する復調ユニット（２０３）を備え、さらに、位置検出用信号を送信するための位置検出用信号生成ユニット（１１１）と、複数の第２のパッド（２０１ａ等）における電位変化から復調した位置検出用信号の信号強度の大きさに基づいてカプセル型内視鏡（１００）の位置を算出する位置算出ユニット（２０４）とを備えている。

Description

本発明は、被検体内に設置した装置と被検体外に設置した装置との間で、被検体内の情報、及び被検体内における装置の位置情報を通信する被検体内位置検出システムに関する。

近年、被検体、特に生体内を検査、治療する分野においては、生体内または生体近傍で取得した生体に関する情報を、生体外へ送信している。そして、生体外では、受信した信号に基づいて生体内の情報、特に映像情報を得ることができる。
例えば、被検体内へ導入する装置として、被検体の内部へ導入可能な有底の円筒形状に形成された外装部を備えるカプセル型内視鏡を用いることができる。従来の飲み込み型のカプセル型内視鏡は、撮像機能と無線通信機能とを有している。
カプセル型内視鏡が体腔内を移動する間、カプセル型内視鏡によって体内で撮像された画像データは、順次無線通信により外部に送信される。そして、画像データは、外部に設けられたメモリに蓄積される。無線通信機能とメモリ機能とを備えた受信機を携帯することにより、被検体は、カプセル型内視鏡を飲み込んだ後、排出されるまでの間にわたって、自由に行動できる。カプセル型内視鏡が排出された後、医者または看護士は、メモリに蓄積された画像データに基づいて臓器の画像をディスプレイに表示させて診断を行うことができる。
このようなカプセル型内視鏡に関して、例えば被検体内部の特定臓器の内視鏡画像を撮像するために、受信機側にカプセル型内視鏡の被検体内における位置検出を行う機能を持たせたものが提案されている。かかる位置検出機能を備えたカプセル型内視鏡システムの一例としては、カプセル型内視鏡に内蔵された無線通信機能を流用したものが知られている。すなわち、被検体外部に設けられた受信機が複数のアンテナ素子を備えた構成を有している。カプセル型内視鏡から送信された無線信号を複数のアンテナ素子で受信する。そして、それぞれのアンテナ素子における受信強度の違いに基づいて被検体内におけるカプセル型内視鏡の位置を検出する機構を有する（例えば、特開２００３−１９１１１号公報参照。）。
さらに、生体内の信号源の位置を探索する構成も提案されている（例えば、特開２００５−１９２６３１号公報参照）。特開２００５−１９２６３１号公報においては、被検体内導入装置は、磁場発生手段を備えている。そして、定磁場を被検体の外部に出力する。磁場検出手段は、雑音磁場成分を除去した磁場発生手段により出力された定磁場の強度に基づいて被検体内導入装置の位置を導出する。
特開２００３−１９１１１号公報に開示されているような構成では、生体外に設置したアンテナ素子により、生体内の信号源から受信した信号の受信強度分布を求めている。この構成では、電界の方向によっては不感帯が生じてしまう。このため、精度良く生体内における信号源に位置を検出することができない。
また、生体外を電波により通信するとき、以下の問題点（１）、（２）、（３）を生じてしまう。このため、患者の負担が大きくなってしまう。
（１）法規制により、使用できる周波数は制限される。このため、生体内外の通信に最適な周波数を選択することが困難である。
（２）送受信用に生体内と生体外とにアンテナを設置する必要ある。ここで、電波は生体で減衰等の影響を受ける。このため、生体外に設置するアンテナは、大掛かりで多数必要となる。この結果、患者の負担が大きくなってしまう。
（３）上述したように、電波は生体で減衰等の影響を受ける。このため、高い電波出力が必要となる。従って、生体内と生体外の装置の小型化が困難である。この結果、患者の負担が大きくなってしまう。
また、特開２００５−１９２６３１号公報においては、磁場の強度により被検体内導入装置の位置を算出している。この構成では、被検体内導入装置が備える磁場発生手段、及び磁場を検出するための手段を設ける必要がある。このため、構成が複雑になり、装置が大型化してしまう。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、被検体内外の装置にアンテナや磁石、磁場検出センサ等の設置が必要なく、被検体内外の装置の小型化が可能で患者の負担を軽減し、電界方向などによる不感帯がなく、精度良く位置を検出することができる被検体内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、本発明によれば、被検体の内部に導入される被検体内導入装置と、被検体の外部に配置され、被検体内導入装置との間で通信を行なう体外装置とを備えた被検体内位置検出システムにおいて、被検体内導入装置は、少なくとも第１のパッドを備え、体外装置は、複数の第２のパッドを備え、第１のパッドと第２のパッドとの間で信号の送受信を行うために、被検体内導入装置と体外装置との少なくともいずれか一方の装置は、いずれか一方の装置のパッドに信号を変調して電圧印加する変調手段を備え、他方の装置は、他方の装置のパッドの電位変化から信号復調する復調手段を備え、さらに、位置検出用信号を送信するための信号発生手段と、複数の第２のパッドにおける電位変化から復調した位置検出用信号の信号強度の大きさに基づいて被検体内導入装置の位置を算出する位置算出手段と、を備えていることを特徴とする被検体内位置検出システムを提供できる。
また、他の本発明によれば、被検体の内部に導入される被検体内導入装置と、被検体の外部に配置され、被検体内導入装置との間で通信を行なう体外装置とを備えた被検体内位置検出システムであって、被検体内導入装置は、少なくとも第１のパッドを備え、体外装置は、複数の第２のパッドを備え、第１のパッドと第２のパッドとの間で信号の送受信を行うために、被検体内導入装置と体外装置との少なくともいずれか一方の装置は、いずれか一方の装置のパッドに信号を変調して電圧印加する変調手段を備え、他方の装置は、他方の装置のパッドの電位変化から信号復調する復調手段を備え、さらに、位置検出用信号を送信するための信号発生手段と、複数の第２のパッドにおける電位変化から復調した位置検出用信号の信号強度の大きさに基づいて被検体内導入装置の位置を算出する位置算出手段と、を備え、体外装置に備えられている第２のパッドの少なくとも一つが、位置検出の基準となるパッドであり、基準となる前記パッドは、前記被検体の所定位置に対して相対的な位置合わせを行うための位置合わせ部を有していることを特徴とする被検体内位置検出システムを提供できる。
また、本発明の好ましい態様によれば、信号発生手段は、生体内情報信号と同期して、位置検出用信号を送信することが望ましい。
また、本発明の好ましい態様によれば、信号発生手段は、生体内情報信号を送信していないとき、位置検出用信号を送信することが望ましい。
また、本発明の好ましい態様によれば、生体内情報信号は、映像信号であり、信号発生手段は、映像信号の垂直同期用ブランク信号の区間内において位置検出用信号を送信することが望ましい。
また、本発明の好ましい態様によれば、信号発生手段は、生体内情報信号に多重して位置検出用信号を送信することが望ましい。
また、本発明の好ましい態様によれば、被検体内導入装置は、被検体の被検部位を撮像して少なくとも映像信号を出力する撮像部を有し、体外装置は、映像信号を復調し、位置検出用信号は、映像信号に重畳されていることが望ましい。
また、本発明の好ましい態様によれば、位置検出用信号は、被検体内導入装置と体外装置との少なくとも一方の装置の制御用のクロック信号を用いて生成されていることが望ましい。
また、本発明の好ましい態様によれば、体外装置に備えられている第２のパッドの少なくとも一つが、位置検出の基準となるパッドであることが望ましい。

図１は、本発明の実施例１に係る被検体内位置検出システムの全体構成を示す図である。
図２は、実施例１におけるカプセル型内視鏡の外観構成を示す図である。
図３は、実施例１のカプセル型内視鏡の機能ブロックを示す図である。
図４は、実施例１の体外装置の機能ブロックを示す図である。
図５は、実施例１の体外装置のパッドの断面構成を示す図である。
図６は、カプセル内視鏡とパッドとの位置関係を示す図である。
図７Ａ、７Ｂ、７Ｃは、実施例１における信号の流れを示すフローチャートである。
図８Ａ、８Ｂ、８Ｃは、実施例１における位置検出の流れを示すフローチャートである。
図９Ａ、９Ｂ、９Ｃは、実施例１における姿勢検出の流れを示すフローチャートである。
図１０は、実施例１における他のカプセル型内視鏡の外観構成を示す図である。
図１１は、実施例２のカプセル型内視鏡の機能ブロックを示す図である。
図１２Ａ、１２Ｂは、本発明の実施例３に係る被検体内位置検出システムの基準となるパッドと生体とを示す図である。
図１３は、実施例３の基準となるパッドの概略構成を示す図である。
図１４は、実施例３の基準となるパッドの断面構成を示す図である。

以下に、本発明に係る被検体内位置検出システムの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の実施例１に係る被検体内位置検出システムの概略構成を示す図である。被検体として、生体１０、例えば患者の体内情報を取得する場合を示している。カプセル型内視鏡１００は、観察（検査）のために患者の口から飲込まれた後、人体から自然排出されるまでの観察期間、胃、小腸などの臓器の内部をその蠕動運動に伴って移動して順次撮像する機能を有している。
図２は、カプセル型内視鏡１００の概略の外観構成を示している。カプセル型内視鏡１００は、被検体内導入装置に対応する。そして、カプセル型内視鏡１００は、生体１０の内部へ導入可能な有底の円筒形状に形成された外装部１２０を備えている。また、後述する第１のパッド１０９は、カプセル型内視鏡１００の表面に形成されている。また、第１のパッド１０９が形成されている側とは反対側には、ＣＣＤ１０３が形成されている。
臓器内の移動による観察期間、カプセル型内視鏡１００によって体内で撮像された画像データは、順次、後述する通信手順により生体外の体外装置２００に送信される。カプセル型内視鏡１００と体外装置２００とで被検体内位置検出システムを構成する。まず、はじめにカプセル型内視鏡１００の構成について説明し、その後、体外装置２００の構成について説明する。
図３は、カプセル型内視鏡１００の機能ブロックを示している。カプセル型内視鏡１００は、生体１０の内部を撮影する際に撮像領域を照射するためのＬＥＤ１０１と、ＬＥＤ１０１の駆動状態を制御するＬＥＤ駆動回路１０２と、ＬＥＤ１０１によって照射された被検体の領域の撮像を行なうＣＣＤ１０３とを備えている。また、カプセル型内視鏡１００は、ＣＣＤ１０３の駆動状態を制御するＣＣＤ駆動回路１０４と、ＣＣＤ１０３によって撮像された画像データ（映像信号）等を処理する第１の信号処理ユニット１０５と、カプセル型内視鏡１００の位置を示すための位置検出用信号を生成する位置検出用信号生成ユニット１１１と、第１の信号処理ユニット１０５からの生体内情報信号と、位置検出用信号とを同期させるための信号同期ユニット１１０と、生体内情報信号と位置検出用信号とを変調する変調ユニット１０６と、変調ユニット１０６からの変調された電圧が印加される第１のパッド１０９と、ＬＥＤ駆動回路１０２、ＣＣＤ駆動回路１０４、第１の信号処理ユニット１０５、位置検出用信号生成ユニット１１１、信号同期ユニット１１０及び変調ユニット１０６の動作を制御するシステムコントロール回路１０７とを備えている。また、電源ユニット１０８は、カプセル型内視鏡１００内の各ユニット、回路等に対して電力を供給する。
ＣＣＤ１０３は、生体１０内の画像情報などの生体内情報を取得する。ＣＣＤ１０３は、撮像部に対応し、生体内情報センサとしての機能を有する。撮像部としては、ＣＣＤ１０３の他にＣＭＯＳ等を用いることができる。カプセル型内視鏡１００の外装の少なくとも一部の窓１２０ａは、例えば透明な材質で形成されている。ＣＣＤ１０３は、窓１２０ａを介して生体１０の画像を撮像する。
ＣＣＤ１０３は、ＣＣＤ駆動回路１０４に接続されている。ＣＣＤ駆動回路１０４は、ＣＣＤ１０３が生体内情報を取得するための動作信号やクロック信号をＣＣＤ１０３へ出力する。ＣＣＤ１０３は、第１の信号処理ユニット１０５に接続されている。信号処置ユニット１０５は、生体内情報処理装置としての機能を有する。第１の信号処理ユニット１０５は、例えばＣＣＤ１０３からの出力の画像化回路やデータ圧縮回路などで構成されている。そして、第１の信号処理ユニット１０５は、ＣＣＤ１０３の出力信号から生体内情報信号を生成し出力する。
システムコントロール回路１０７を介してＣＣＤ駆動回路１０４と、第１の信号処理ユニット１０５とは、信号同期ユニット１１０へ接続されている。また、位置検出用信号生成ユニット１１１は、ＣＣＤ駆動回路１０４が発生するクロック信号に基づいて、カプセル型内視鏡１００の位置を検出するための位置検出用信号を生成する。ここで、クロック信号をそのまま用いても良いし、クロック信号を分周するなどしても良い。なお、位置検出用信号は、カプセル型内視鏡１００や体外装置２００の制御用のクロック信号に基づいて生成しても良い
位置検出用信号生成ユニット１１１は、信号同期ユニット１１０に接続されている。信号同期ユニット１１０は、生体内情報信号と同期して位置検出用信号を変調ユニット１０６に出力する。
また、生体内情報信号、例えば、映像信号のフレームレートが遅いとき、生体内情報信号が送信されていない時に位置検出用信号を送信しても良い。例えば、生体内情報信号が映像信号のとき、水平方向、垂直方向の信号同期用のブランク区間（Ｈブランク、Ｖブランク）が存在する。そして、ブランク区間の間、例えば、垂直同期用のブランク信号の区間内に位置検出用信号を送信すれば良い。
変調ユニット１０６は、生体内情報信号と位置検出用信号とを変調して第１のパッド１０９に電圧印加する。
第１のパッド１０９は、例えば銅（Ｃｕ）やニッケル（Ｎｉ）などの生体に対して有害な物質を含まない材料で形成されている。一般的には、第１のパッド１０９は、白金（Ｐｔ）や金（Ａｕ）などで形成されている。
第１のパッド１０９は、カプセル型内視鏡１００の外部表面に形成されている。カプセル型内視鏡１００の内部は密封構造となっている。第１のパッド１０９は、カプセル型内視鏡１００の密封状態を保持した状態で、変調ユニット１０６に接続されている。第１のパッド１０９と変調ユニット１０６とは、例えば、カプセル型内視鏡１００の貫通穴（不図示）を通過して接続した後、貫通穴を樹脂や金属などで充填密封して構成する。次に、体外装置２００について説明する。
図４は、体外装置２００の機能ブロックを示している。第２のパッド２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃは、それぞれ生体１０の体表面に設置されている。そして、第２のパッド２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃは、携帯ユニット２１０内の切り換えユニット２０２に接続されている。携帯ユニット２１０は、例えば、生体１０の腰ベルト近傍などに装着されている。
携帯ユニット２１０は、切り換えユニット２０２と、復調ユニット２０３と、位置算出ユニット２０４と、位置出力ユニット２０５と、第２の信号処理ユニット２０６と、記録ユニット２０７と、電源ユニット２０８とを備えている。
第１のパッド１０５に対して生体内情報信号と位置検出用信号とを変調した電圧印加することによって、第２のパッド２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ表面の電位に変化が生ずる。復調ユニット２０３は、第２のパッド２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃの表面の電位変化から、生体内情報信号と位置検出用信号とを復調する。
生体外装置２００には、複数、例えば３つの第２のパッド２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃを備えている。図６は、生体１０の断面を示している。第２のパッド２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃは、それぞれ生体１０の表面に略均等な間隔の位置に貼り付けられている
図４に戻って説明を続ける。複数の第２のパッド２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃは、切り換えユニット２０２に接続されている。切り換えユニット２０２は、第２のパッド２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃの電位変化のいずれかを選択して、復調ユニット２０３へ出力する。
復調ユニット２０３は、第２のパッド２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃの電位変化から、生体内情報信号を第２の信号処理ユニット２０６へ出力する。第２の信号処理ユニット２０６は、例えば画像情報の補正／強調回路や圧縮データの復元回路などである。第２の信号処理ユニット２０６は、復調ユニット２０３により復調された生体内情報信号に基づいて、必要な生体内情報を得るための信号処理を行う。
また、第２の信号処理ユニット２０６は、表示ユニット２０９に接続されている。表示ユニット２０９は、例えば液晶ディスプレイなどのモニタである。表示ユニット２０９は、第２の信号処理ユニット２０６で処理された生体内情報を表示する。なお、図１では、表示ユニット２０９を携帯ユニット２１０とは別体に設けている。しかしながら、これに限られず、表示ユニット２０９を携帯ユニット２１０に設ける構成でも良い。
復調ユニット２０３または第２の信号処理ユニット２０６には、記録ユニット２０７が接続されている。記録ユニット２０７は、例えば半導体メモリなどで構成されている。記録ユニット２０７は、後述する手順に基づいて位置算出ユニット２０４により算出された３次元的な位置情報、第２の信号処理ユニット２０６による生体内情報を記録、保管する。
また、電源ユニット２０８は、復調ユニット２０３と、位置算出ユニット２０４と、位置出力ユニット２０５と、第２の信号処理ユニット２０６と、記録ユニット２０７とに電力を供給する。
また、第２のパッド２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃは、例えば銅（Ｃｕ）やニッケル（Ｎｉ）などの生体に対して有害な物質を含まない材料形成されている。第２のパッド２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃは、一般的には白金（Ｐｔ）や金（Ａｕ）などで形成されている。
図５は、第２のパッド２０１ａの断面構造を示している。なお、他のパッド２０１ｂ、２０１ｃもパッド２０１ａと同様の構成である。第２のパッド２０１ａは、体表面と密着するために、樹脂フィルムやリボンなどの基材２２０ａで、白金（Ｐｔ）や金（Ａｕ）などの薄膜２２０ｂを挟み込んだ構造となっている。さらに、体表面と接触する部分は、例えばシリコン樹脂などの絶縁薄膜２２０ｃが形成されている。体表面と接触する絶縁薄膜２２０ｃの厚さは、例えば１ｍｍ以下などの生体表面の電位を第２の信号処理ユニット２０６で検出できる程度の厚さであることが望ましい。また、生体１０の体表面と第２のパッド２０１ａとの間にゲルやオイルを塗布しても良い。これにより、さらに第２のパッド２０１ａと体表面との密着度を高くできる。
このように、本実施例では、電流によらない情報通信を行なっているため、第２のパッド２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃを絶縁構造にできる。このため、生体１０に対する安全性を向上できる。
次に、カプセル型内視鏡１００の位置検出について説明する。復調ユニット２０３は、複数の第２のパッド２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃのそれぞれから復調した位置検出用信号を位置算出ユニット２０４へ出力する。なお、第２のパッド２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃのそれぞれに専用の復調ユニット２０３を接続すると、切り換えユニット２０２を設けなくとも良い。
位置算出ユニット２０４は、３つの第２のパッド２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃそれぞれから復調した位置検出用信号の信号強度を比較演算する。これにより、生体１０におけるカプセル型内視鏡１００の３次元的な位置を算出する。位置算出の手順の詳細については、後述する。
３つの第２のパッド２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃのそれぞれから復調した位置検出用信号の信号強度が全て同じとき、カプセル型内視鏡１００は、３つの第２のパッド２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃから等距離の位置に存在する。
これに対して、３つの第２のパッド２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃのそれぞれから復調した位置検出用信号の信号強度が異なるとき、位置検出用信号の信号強度比を複数の第２のパッド２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃのそれぞれとカプセル型内視鏡１００との距離比に置き換えるよう演算する。これにより、カプセル型内視鏡１００の位置を立体的に算出することができる。そして、位置算出ユニット２０４は、位置出力ユニット２０５へカプセル型内視鏡１００の生体１０内での位置情報を出力する。
図７Ａ、７Ｂ、７Ｃは、生体内情報信号と位置検出用信号とを通信する手順を示すフローチャートである。ステップＳ７０１において、ＣＣＤ駆動回路１０４がＣＣＤ１０３へ駆動信号を出力する。ステップＳ７０２において、ＣＣＤ１０３は、生体内情報を取得（撮像）する。そして、ＣＣＤ１０３は、取得した生体内情報を第１の信号処理ユニット１０５へ出力する。
ステップＳ７０３において、第１の信号処理ユニット１０５は、ＣＣＤ１０３の出力信号から生体内情報信号を生成する。そして、第１の信号処理ユニット１０５は、生成した生体内情報信号を信号同期ユニット１１０へ出力する。
ステップＳ７０４において、位置検出用信号生成ユニット１１１は、ＣＣＤ駆動回路１０４が発生するクロック信号に基づいて、カプセル型内視鏡１００の位置を検出するための位置検出用信号を生成し、信号同期ユニット１１０へ出力する。
ステップＳ７０５において、信号同期ユニット１１０は、生体内情報信号と位置検出用信号とを同期して、変調ユニット１０６へ出力する。
ステップＳ７０６において、変調ユニット１０６は、位置検出用信号を変調する。そして、変調ユニット１０６は、変調した出力信号に応じて第１のパッド１０９に電圧印加する。
ステップＳ７０７において、変調ユニット１０６は、生体内情報信号を変調する。変調ユニット１０６は、変調した生体内情報信号に応じて第１のパッド１０９に電圧印加する。
第１のパッド１０９に印加された生体内情報信号や位置検出用信号を変調した電圧により、第２のパッド２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃの表面の電位が変化する。
ステップＳ７０８において、第２のパッド２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃの表面の電位が変化する。そして、切り換えユニット２０２は、第２のパッド２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃのいずれかを選択して切り換える。
ステップＳ７０９において、復調ユニット２０３は、第２のパッド２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃの表面の電位変化に基づいて、位置検出信号を復調する。ステップＳ７１０において、位置算出ユニット４０４は、後述する手順に従ってカプセル型内視鏡１００の３次元的な位置を算出する。ステップＳ７１１において、位置出力ユニット２０５は、算出された位置情報を表示する。
また、ステップＳ７１２において、復調ユニット２０３は、第２のパッド２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃの表面の電位変化に基づいて、生体内情報信号を復調する。そして、復調ユニット２０３は、復調された出力信号を第２の信号処理ユニット２０６に出力する。
ステップＳ７１３において、第２の信号処理ユニット２０３は、生体内情報信号から必要な生体内情報を得るための信号処理を行なう。
ステップＳ７１４において、第２の信号処理ユニット２０６は、信号処理で得られた生体内情報を表示ユニット２０９へ出力する。ステップＳ７１５において、表示ユニット２０９は、生体内情報を表示する。
また、ステップＳ７１６において、第２の信号処理ユニット２０６は、信号処理で得られた生体内情報を記録ユニット２０７へ出力する。ステップＳ７１７において、記録ユニット２０７は、生体内情報を記録、保管する。また、記録ユニット２０７は、位置検出用信号を記録、保管できるように構成しても良い。
次に、変調周波数の最適化について説明する。復調ユニット２０３で復調された第２の信号処理ユニットからの出力信号の状態（Ｓ／Ｎ比）に基づいて、変調ユニット１０６が第１の信号処理ユニット１０５の出力信号を変調して第１のパッド１０９に電圧印加するときの変調周波数を決定することができる。
例えば、変調ユニット１０６により初期変調周波数を基準にして、初期変調周波数よりも低い側と高い側とに変調周波数を変化させる。初期変調周波数とは、実験等で求めた、一般的に第２の信号処理ユニット２０６の出力信号の状態が良い周波数を言う。
そして、復調ユニット２０３により復調された第２の信号処理ユニット２０６の出力信号の状態、例えばＳ／Ｎ等が良くなる周波数を最適周波数として決定する。
また、変調周波数の変更は、変更する周波数を無作為に決定することとしても良いが、いわゆる山登り法（最急勾配法）を用いることによっても、より迅速に最適な変調周波数の調整を行なうこととしても良い。この他にも、任意のアルゴリズムを用いて変更する周波数を決定することができる。
このような、最適周波数決定の手順を図７Ａ、７Ｂ、７Ｃのフローチャートに基づいて説明する。ステップＳ７１２の次に、ステップＳ７１８において、復調ユニット２０３により復調された第２の信号処理ユニット２０６の出力信号の状態（Ｓ／Ｎ等）を前回の状態と比較する。今回の状態が前回の状態よりも良いとき、ステップＳ７１９において変調周波数を今回の周波数へ変更する。そして、ステップＳ７０６へ戻る。前回の状態が今回の状態よりも良いとき、ステップＳ７０６へ戻る。このように、図７Ｃにおいて、点線で囲んだ部分の手順が変調周波数の最適化手順に相当する。
これによれば、生体１０の個人差や日時による生体の状態の差等の影響を低減して、カプセル型内視鏡１００と体外装置２００とのより良好な通信を実現できる。
（位置算出の詳細な手順）
次に、カプセル型内視鏡１００の位置検出の詳細について説明する。図８Ａ、８Ｂ、８Ｃは、位置検出の詳細な手順を示すフローチャートである。ステップＳ８０１において、カプセル型内視鏡１００と、３つの第２のパッド２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃとの距離をそれぞれＬａ、Ｌｂ、Ｌｃとする（図６参照）。
ステップＳ８０２において、３つの第２のパッド２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃに位置検出用信号により生ずる電位をそれぞれＶａ、Ｖｂ、Ｖｃとする。ステップＳ８０３において、第２のパッド２０１ａの位置座標を（ａｘ、ａｙ、ａｚ）、第２のパッド２０１ｂの位置座標を（ｂｘ、ｂｙ、ｂｚ）、第２のパッド２０１ｃの位置座標を（ｃｘ、ｃｙ、ｃｚ）とする。また、第１のパッド１０９の位置座標を（Ｐｘ、Ｐｙ、Ｐｚ）とする。
ステップＳ８０４において、次式（１）、（２）、（３）が成立する。
（Ｐｘ−ａｘ）^２＋（Ｐｙ−ａｙ）^２＋（Ｐｚ−ａｚ）^２＝Ｌａ^２ ・・・（１）
（Ｐｘ−ｂｘ）^２＋（Ｐｙ−ｂｙ）^２＋（Ｐｚ−ｂｚ）^２＝Ｌｂ^２ ・・・（２）
（Ｐｘ−ｃｘ）^２＋（Ｐｙ−ｃｙ）^２＋（Ｐｚ−ｃｚ）^２＝Ｌｃ^２ ・・・（３）
ステップＳ８０５において、
Ｖａ∝１／Ｌａ^ｎ
Ｖｂ∝１／Ｌｂ^ｎ
Ｖｃ∝１／Ｌｃ^ｎ
が成立する。
ステップＳ８０６において、位置座標（ａｘ、ａｙ、ａｚ）、（ｂｘ、ｂｙ、ｂｚ）、（ｃｘ、ｃｙ、ｃｚ）は、それぞれ第２のパッド２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃを貼り付けた位置であり、既知である。
ステップＳ８０７において、位置検出用信号により生ずる電位Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃを取得する。そして、式（１）、（２）、（３）にこれらの電位を代入して、式を解く。これにより、カプセル型内視鏡１００の位置座標（Ｐｘ、Ｐｙ、Ｐｚ）を算出できる。
ステップＳ８０８において、さらに、３つの第２のパッド２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃのうち何れかのパッドの位置座標を原点（０、０、０）とする。また、例えば、生体１０の左手側をｘの正方向とするような座標系を定義する。これにより、何れかの第２のパッドを基準としたカプセル型内視鏡１００の位置座標（Ｐｘ、Ｐｙ、Ｐｚ）を算出できる。
ステップＳ８０９において、第２のパッド２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃのうち何れかのパッドを、生体１０のへそ等の生体特徴部に貼り付ける。これにより、生体特徴部を基準としてカプセル型内視鏡１００の３次元的（立体的）な位置を算出できる。
（姿勢検出）
上述の手順により、カプセル内視鏡１００の生体１０内における３次元的な位置座標を算出できる。また、さらに好ましくは、カプセル内視鏡１００の姿勢を検出できることが望ましい。これにより、ＣＣＤ１０３により観察している生体１０内の部位をより正確に認識できる。
図９Ａ、９Ｂ、９Ｃは、姿勢検出の手順を示すフローチャートである。ステップＳ９０１において、カプセル型内視鏡１００と、３つの第２のパッド２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃとの距離をそれぞれＬａ、Ｌｂ、Ｌｃとする（図６参照）。
また、姿勢検出を行うとき、図１０に示すように、カプセル内視鏡１００はパッド１０９に加えて、パッド１３０を備えている。パッド１３０の構成、機能は、パッド１０９と同一である。図９Ａに戻って説明を続ける。ステップＳ９０２において、パッド１０９、パッド１３０には、それぞれ送信タイミングや周波数などが異なる位置検出用信号を変調して印加する。
ステップＳ９０３において、３つの第２のパッド２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃに、パッド１０９からの位置検出用信号により生ずる電位をそれぞれＶａ、Ｖｂ、Ｖｃとする。また、３つの第２のパッド２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃに、パッド１３０からの位置検出用信号により生ずる電位をそれぞれＶａ２、Ｖｂ２、Ｖｃ２とする。
ステップＳ９０４において、第２のパッド２０１ａの位置座標を（ａｘ、ａｙ、ａｚ）、第２のパッド２０１ｂの位置座標を（ｂｘ、ｂｙ、ｂｚ）、第２のパッド２０１ｃの位置座標を（ｃｘ、ｃｙ、ｃｚ）とする。また、パッド１０９の位置座標を（Ｐｘ、Ｐｙ、Ｐｚ）、パッド１３０の位置座標を（Ｐｘ２、Ｐｙ２、Ｐｚ２）とする。
ステップＳ９０５からＳ９１０までの手順は、位置検出で説明した図８Ｂ、８ＣにおけるステップＳ８０４からＳ８０９と同様である。このため、重複する説明は省略する。
位置検出と同様の手順により、カプセル型内視鏡１００のパッド１０９の位置（Ｐｘ、Ｐｙ、Ｐｚ）を算出する。次に、位置検出と同様の手順により、カプセル型内視鏡１００のパッド１３０の位置（Ｐｘ２、Ｐｙ２、Ｐｚ２）を算出する。
ステップＳ９１１において、パッド１０９の位置（Ｐｘ、Ｐｙ、Ｐｚ）と、パッド１３０の位置（Ｐｘ２、Ｐｙ２、Ｐｚ２）とをベクトル演算する。これにより、カプセル内視鏡１００の姿勢を検出できる。
カプセル型内視鏡１００の姿勢を検出することで、より正確な患部の位置の特定が可能となる。
以上説明したように、本実施例によれば、カプセル型内視鏡１００と体外装置２００とは、電波や電流によらずに、生体内情報と位置情報とを体外へ通信できる。本願の発明者らは、静電誘導等により、情報を通信できるものと考えている。そして、発明者らは、実際の装置を作成し、上述したような通信が可能であることを実験的に確認、検証している。
このように、本実施例では、カプセル型内視鏡１００及び体外装置２００において、アンテナや磁石、磁場検出センサ等の設置が必要ない。このため、装置の小型化が可能で患者の負担を軽減できる。また、電界方向などによる不感帯がなく、精度良くカプセル内視鏡１００の位置を検出することができる。
また、カプセル型内視鏡１００から体外装置２００への生体内情報や位置検出用信号の送信について説明したが、これに限られない。例えば、体外装置２００からカプセル型内視鏡１００へ電力信号やＣＣＤ駆動用信号を送信する構成とすることもできる。

次に、本発明の実施例２に係る被検体内位置検出システムについて説明する。なお、実施例１と同一部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図１１は、実施例２におけるカプセル型内視鏡３００の概略構成を示している。
本実施例では、信号同期ユニット１１０の代わりに信号多重ユニット１１２を備えている点が実施例１と異なる。信号多重ユニット１１２は、生体内情報信号に位置検出用信号を重畳して、変調ユニット１０６に出力する。
そして、体外装置２００側において、復調ユニット２０３は、第２のパッド２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃの電位変化から、生体内情報信号を第２の信号処理ユニット２０６へ出力する。また、復調ユニット２０３は、第２のパッド２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃの電位変化から、復調した位置検出用信号を位置算出ユニット２０４へ出力する。そして、実施例１と同様の手順により、カプセル内視鏡１００の立体的な位置情報を算出することができる。
ここで、生体内情報信号は、映像信号である。そして、信号多重ユニット１１２は、映像信号に位置検出用信号を重畳する。このとき、位置検出用信号を、映像信号の周波数よりも高い周波数の信号で変調して重畳することができる。

次に、本発明の実施例３に係る被検体内位置検出システムについて説明する。なお、実施例１と同一部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図１２Ａ、１２Ｂは、実施例３に係る被検体内位置検出システムの基準となる第２のパッド２０１ａと生体１０とを示す図である。
上述の体外装置に備えられている第２のパッドの少なくとも一つが、位置検出の基準となるパッド２０１ａである。基準となる第２のパッドは、生体１０の所定位置、例えば生体的な特徴部に貼付される。生体的な特徴部として、へそ、乳首、脊椎等を用いることができる。本実施例では、特徴部として、へそ４０１を用いる。
図１３は、基準となる第２のパッド２０１ａの斜視構成を示す分解図である。なお、他の第２のパッド２０１ｂ、２０１ｃも第２のパッド２０１ａと同様の構成である。パッド２０１ａは、体表面と密着するために、樹脂フィルムやリボン等の基材２２０ａで、白金（Ｐｔ）や金（Ａｕ）等の薄膜２２０ｂを挟み込んだ構造となっている。
例えば、円形形状の薄膜２２０ｂと絶縁薄膜２２０ｃの中央付近には貫通孔２０１１ｂ、２０１１ｃが形成されている。基材２２０ａは概略透明な材質であり、少なくとも一方の表面には略直交する基準線２０１１ａが描かれている。基準線２０１１ａは基材２２０ａの中央付近で交差している。
そして、薄膜２２０ｂの貫通孔２０１１ｂの中心位置と、絶縁薄膜２２０ｃの貫通孔２０１１ｃの中心位置と、基材２２０ａの基準線２０１１ａの交点とが一致するように、貼り合わせる。これにより、位置合わせマーク２０１１（図１４）が構成されている。
位置合わせマーク２０１１は、位置合わせ部に対応する。位置合わせマーク２０１１は、生体１０の所定位置であるへそ４０１に対して相対的な位置合わせを行うために用いられる。
図１４は、基準となる第２のパッド２０１ａの断面構成を示している。第２のパッド２０１ａのうちの体表面と接触する部分は、例えばシリコン樹脂等の絶縁薄膜２２０ｃが形成されている。体表面と接触する絶縁薄膜２２０ｃは、生体表面の電位を第２の信号処理ユニット２０６で検出できる程度の厚さを有していることが望ましい。絶縁薄膜２２０ｃの厚さは、例えば１ｍｍ以下である。
また、生体１０の体表面と第２のパッド２０１ａとの間にゲルやオイルを塗布しても良い。これにより、さらに第２のパッド２０１ａと体表面との密着度を高くできる。
これにより、各パッド２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃとカプセル型内視鏡１００との３次元的な相対位置に基づいて、へそ４０１を基準とした図１２Ｂで示すような座標系でのカプセル型内視鏡１００の３次元的な絶対位置を算出できる。
カプセル型内視鏡１００の移動量や姿勢の変化等の位置変化にとどまらず、カプセル型内視鏡１００の絶対位置や観察方向を実際の生体１０の概観情報や生体内情報と関連づけることができる。このため、活用しやすい形でカプセル型内視鏡１００の位置を知ることができる。
さらに、観察者Ｅは、貫通穴２０１１ｂと貫通穴２０１１ｃとを通してへそ４０１を観察しながら、基準線２０１１ａの交点とへそ４０１の概略中心とを合わせて基準用のパッド２０１ａを貼ることができる。これにより、基準用のパッド２０１ａを再現性良く同じ位置に貼ることができる。このため、別々の検査時の生体内情報の比較を容易に行うことができる。
本実施例での位置合わせ部は、貫通穴２０１１ｂ、２０１１ｃと、十字線である基準線２０１１ａとを用いている。しかしながら、生体１０の所定位置に対して基準となるパッドの相対的な位置合わせができる構成であれば、これに限られるものではない。例えば、パッドの表面に位置合わせ用のマークを設置すること、またはパッドの外形に切欠き部や突起部を設けることでも良い。
また、上記各実施例において、生体１０内を伝播するときの信号の減衰を考慮して、位置情報を算出することが望ましい。これにより、カプセル型内視鏡１００のさらに正確な位置を算出できる。
また、上述したように、第２のパッド２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃのそれぞれに専用の復調ユニット２０３を接続すると、切り換えユニット２０２を設けなくとも良い。このとき、第２のパッド２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃの全てについて、カプセル型内視鏡１００との距離を算出できる。このとき、例えば、位置検出の演算において最小二乗法を用いることができる。これにより、カプセル型内視鏡１００の位置の導出誤差をさらに低減できるという利点を有する。
さらに、位置検出の演算において、複数回の位置検出を行い、それぞれによって得られた位置を平均化する構成を採用しても良い。
また、上記各実施例のカプセル型内視鏡は、ＬＥＤ、ＣＣＤ等を備えることによって、生体の内部の画像を撮像する構成としている。しかしながら、被検体内に導入される被検体内導入装置は、かかる構成に限定されるものではなく、例えば被検体内の温度情報やｐＨ情報などの他の生体情報を取得するものとしても良い。さらに、カプセル型内視鏡１００が振動子を備える構成として、被検体１０内の超音波画像を取得する構成としても良い。加えて、これら生体内情報の中から複数の情報を取得する構成としても良い。
また、上記各実施例では、被検体として、生体を検査、観察する例を示している。しかしながら、本発明は、これに限られず、例えば工業用製品を被検体としても良い。
本発明によれば、被検体内外の装置にアンテナや磁石、磁場検出センサ等の設置が必要なく、被検体内外の装置の小型化が可能で患者の負担を軽減し、電界方向などによる不感帯がなく、精度良く位置を検出することができる被検体内位置検出システムを提供することができる。

以上のように、本発明に被検体内位置検出システムは、小型で、患者（生体）の負担を軽減し、その位置情報を得る場合に有用である。

Claims (17)

1. 被検体の内部に導入される被検体内導入装置と、前記被検体の外部に配置され、前記被検体内導入装置との間で通信を行なう体外装置とを備えた被検体内位置検出システムであって、
   前記被検体内導入装置は、少なくとも第１のパッドを備え、
   前記体外装置は、複数の第２のパッドを備え、
   前記第１のパッドと前記第２のパッドとの間で信号の送受信を行うために、前記被検体内導入装置と前記体外装置との少なくともいずれか一方の装置は、いずれか一方の装置の前記パッドに信号を変調して電圧印加する変調手段を備え、
   他方の装置は、他方の装置の前記パッドの電位変化から信号復調する復調手段を備え、
   さらに、位置検出用信号を送信するための信号発生手段と、
   複数の前記第２のパッドにおける電位変化から復調した前記位置検出用信号の信号強度の大きさに基づいて前記被検体内導入装置の位置を算出する位置算出手段と、を備えていることを特徴とする被検体内位置検出システム。
2. 前記信号発生手段は、生体内情報信号と同期して、前記位置検出用信号を送信することを特徴とする請求項１に記載の被検体内位置検出システム。
3. 前記位置検出用信号は、前記被検体内導入装置と前記体外装置との少なくとも一方の装置の制御用のクロック信号を用いて生成されていることを特徴とする請求項２に記載の被検体内位置検出システム。
4. 前記信号発生手段は、生体内情報信号を送信していないとき、前記位置検出用信号を送信することを特徴とする請求項１に記載の被検体内位置検出システム。
5. 前記生体内情報信号は、映像信号であり、
   前記信号発生手段は、前記映像信号の垂直同期用ブランク信号の区間内において前記位置検出用信号を送信することを特徴とする請求項４に記載の被検体内位置検出システム。
6. 前記信号発生手段は、生体内情報信号に多重して前記位置検出用信号を送信することを特徴とする請求項１に記載の被検体内位置検出システム。
7. 前記被検体内導入装置は、前記被検体の被検部位を撮像して少なくとも映像信号を出力する撮像部を有し、
   前記体外装置は、前記映像信号を復調し、
   前記位置検出用信号は、前記映像信号に重畳されていることを特徴とする請求項６に記載の被検体内位置検出システム。
8. 前記位置検出用信号は、前記被検体内導入装置と前記体外装置との少なくとも一方の装置の制御用のクロック信号を用いて生成されていることを特徴とする請求項６に記載の被検体内位置検出システム。
9. 前記体外装置に備えられている前記第２のパッドの少なくとも一つが、位置検出の基準となるパッドであることを特徴とする請求項１に記載の被検体内位置検出システム。
10. 被検体の内部に導入される被検体内導入装置と、前記被検体の外部に配置され、前記被検体内導入装置との間で通信を行なう体外装置とを備えた被険体内位置検出システムであって、
    前記被検体内導入装置は、少なくとも第１のパッドを備え、
    前記体外装置は、複数の第２のパッドを備え、
    前記第１のパッドと前記第２のパッドとの間で信号の送受信を行うために、前記被検体内導入装置と前記体外装置との少なくともいずれか一方の装置は、いずれか一方の装置の前記パッドに信号を変調して電圧印加する変調手段を備え、
    他方の装置は、他方の装置の前記パッドの電位変化から信号復調する復調手段を備え、
    さらに、位置検出用信号を送信するための信号発生手段と、
    複数の前記第２のパッドにおける電位変化から復調した前記位置検出用信号の信号強度の大きさに基づいて前記被検体内導入装置の位置を算出する位置算出手段と、を備え、
    前記体外装置に備えられている前記第２のパッドの少なくとも一つが、位置検出の基準となるパッドであり、
    基準となる前記パッドは、前記被検体の所定位置に対して相対的な位置合わせを行うための位置合わせ部を有していることを特徴とする被検体内位置検出システム。
11. 前記信号発生手段は、生体内情報信号と同期して、前記位置検出用信号を送信することを特徴とする請求項１０に記載の被検体内位置検出システム。
12. 前記位置検出用信号は、前記被検体内導入装置と前記体外装置との少なくとも一方の装置の制御用のクロック信号を用いて生成されていることを特徴とする請求項１１に記載の被検体内位置検出システム。
13. 前記信号発生手段は、生体内情報信号を送信していないとき、前記位置検出用信号を送信することを特徴とする請求項１０に記載の被検体内位置検出システム。
14. 前記生体内情報信号は、映像信号であり、
    前記信号発生手段は、前記映像信号の垂直同期用ブランク信号の区間内において前記位置検出用信号を送信することを特徴とする請求項１３に記載の被検体内位置検出システム。
15. 前記信号発生手段は、生体内情報信号に多重して前記位置検出用信号を送信することを特徴とする請求項１０に記載の被検体内位置検出システム。
16. 前記被検体内導入装置は、前記被検体の被検部位を撮像して少なくとも映像信号を出力する撮像部を有し、
    前記体外装置は、前記映像信号を復調し、
    前記位置検出用信号は、前記映像信号に重畳されていることを特徴とする請求項１５に記載の被検体内位置検出システム。
17. 前記位置検出用信号は、前記被検体内導入装置と前記体外装置との少なくとも一方の装置の制御用のクロック信号を用いて生成されていることを特徴とする請求項１５に記載の被検体内位置検出システム。

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