WO2005065521A1 - 被検体内移動状態検出システム - Google Patents

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WO2005065521A1
WO2005065521A1 PCT/JP2004/014401 JP2004014401W WO2005065521A1 WO 2005065521 A1 WO2005065521 A1 WO 2005065521A1 JP 2004014401 W JP2004014401 W JP 2004014401W WO 2005065521 A1 WO2005065521 A1 WO 2005065521A1
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WO
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magnetic field
subject
capsule endoscope
moving state
intra
Prior art date
Application number
PCT/JP2004/014401
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English (en)
French (fr)
Inventor
Tetsuo Minai
Hatsuo Shimizu
Original Assignee
Olympus Corporation
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Publication date
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    • A61B1/04—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor combined with photographic or television appliances
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    • A61B5/062—Determining position of a probe within the body employing means separate from the probe, e.g. sensing internal probe position employing impedance electrodes on the surface of the body using magnetic field
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    • A61B1/00002—Operational features of endoscopes
    • A61B1/00025—Operational features of endoscopes characterised by power management
    • A61B1/00036—Means for power saving, e.g. sleeping mode

Definitions

  • the present invention relates to an intra-subject introduction device introduced into a subject and moving within the subject, and a position of the intra-subject introduction device disposed outside the subject and inside the subject.
  • the present invention relates to an in-subject movement state detection system including a movement state detection device that acquires information.
  • This capsule endoscope is provided with an imaging function and a wireless communication function.
  • Capsule-type endoscopes are peristaltic in body cavities, for example, inside organs such as the stomach and small intestine, after they are swallowed from the subject's mouth for observation (examination) and before they are naturally excreted. And has the function of sequentially capturing images.
  • image data captured inside the body by the capsule endoscope is sequentially transmitted to the outside by wireless communication, and is stored in a memory provided outside.
  • a receiver equipped with a wireless communication function and a memory function the subject can freely act after swallowing the capsule endoscope until it is ejected.
  • the doctor or nurse can display an image of the organ on the display based on the image data stored in the memory to make a diagnosis.
  • a function of detecting the position of the capsule endoscope within the subject is provided on the receiver side.
  • a capsule endoscope system having a large position detection function a system utilizing a wireless communication function built into the capsule endoscope is known. That is, a receiver provided outside the subject has a configuration having a plurality of antenna elements, and receives a radio signal transmitted from the capsule endoscope with the plurality of antenna elements, and receives the radio signal from each of the antenna elements. It has a mechanism to detect the position of the capsule endoscope in the subject based on the difference in the reception intensity (for example, See Patent Document 1. ).
  • the moving state of the capsule endoscope using the position detection mechanism. For example, it is possible to determine the position fluctuation force and the moving speed within a predetermined time, and it is possible to adjust the imaging interval of the in-vivo images according to the moving speed of the capsule endoscope. That is, by reducing the imaging interval in a region where the moving speed of the capsule endoscope is high, and increasing the imaging interval in a region where the moving speed is low, regardless of the moving speed of the capsule endoscope, It is possible to acquire in-vivo images at regular intervals.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-19111
  • the conventional capsule endoscope system has a problem that the position detection and the movement state detection accuracy of the capsule endoscope in the subject are low.
  • the following is a detailed description of the issues to be addressed.
  • the capsule endoscope system that works on the prior art detects the position of the capsule endoscope in the subject based on the reception intensity distribution of the plurality of antenna elements provided in the receiver as described above. ing.
  • the strong position detection mechanism reduces the strength of the radio signal transmitted from the capsule endoscope by reducing the strength of the capsule endoscope. It is assumed that it is uniquely determined according to the distance of the force.
  • the components of the component are different from each other.
  • the attenuation rate of the radio signal strength varies greatly depending on the type and the like. For example, if a liver, blood vessel, or the like exists between the capsule endoscope and the antenna element, a large amount of radio signals will be absorbed by the captive organ or the like. In this case, the attenuation rate of the radio signal strength is increased as compared with the case where no signal exists, which hinders accurate position detection.
  • the present invention has been made in view of the above, and in a state where a device for introducing a subject such as a capsule endoscope is introduced into the subject, regardless of the presence of an organ or the like,
  • An object of the present invention is to realize a system for detecting a state of movement of a body inside a subject, which can accurately detect the position and the state of movement of the internal introduction device.
  • the present invention is directed to an intra-subject introduction device that is introduced into a subject and moves inside the subject, and is arranged outside the subject.
  • a moving state detection device that detects a moving state of the intra-subject introduction device inside the subject, wherein the intra-subject introduction device applies a constant magnetic field to the intra-subject introduction device.
  • Magnetic field generating means for outputting the magnetic field to the outside of the sample, wherein the moving state detecting device has a fixed relative position with respect to the subject, and magnetic field detecting means for detecting at least the strength of a constant magnetic field output from the magnetic field generating means;
  • Position information deriving means for deriving position information of the intra-subject introduction device in the subject based on the magnetic field intensity detected by the magnetic field detecting means, and a position derived by the position information deriving means
  • a moving state deriving unit that derives a moving state of the intra-subject introduction device based on the information.
  • the in-vivo introducing device includes the magnetic field generating means for generating a constant magnetic field
  • the moving state detecting device includes the in-vivo introducing device based on the strength of the constant magnetic field caused by the magnetic field generating means. It has a configuration for detecting a position.
  • the constant magnetic field generated by the magnetic field generating means has a characteristic that it attenuates uniformly according to the distance from the magnetic field generating means, regardless of the difference in relative permittivity, magnetic permeability, etc. of the components in the subject 1.
  • accurate position detection can be performed, and an accurate moving state can be derived based on the obtained accurate position information.
  • the in-vivo introducing device includes a magnetic field generating means for generating a constant magnetic field, and the moving state detecting apparatus detects the strength of the constant magnetic field caused by the magnetic field generating means. Accordingly, a configuration is provided for detecting the position of the intra-subject introduction device. Magnetic field Since the constant magnetic field generated from the raw means has a characteristic that it attenuates uniformly according to the distance from the magnetic field generating means regardless of the relative permittivity, magnetic permeability, etc. of the components in the subject 1. It is possible to perform accurate position detection, and it is possible to derive an accurate moving state based on the acquired accurate position information.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an overall configuration of a system for detecting a state of movement in a subject according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration of a capsule endoscope that forms a system for detecting a moving state in a subject according to an embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a configuration of a moving state deriving device forming a moving state detecting system in a subject that is powerful in an embodiment.
  • FIG. 4 is a flowchart for explaining the position deriving operation of the capsule endoscope by the moving state deriving device.
  • FIG. 5 is a schematic view showing a mode of deriving the position of the capsule endoscope by the moving state deriving device.
  • FIG. 6 is a flowchart for explaining the operation of deriving the pointing direction of the capsule endoscope by the moving state deriving device.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing a mode of deriving a directional direction of a capsule endoscope by a position information deriving device.
  • FIG. 8 is a schematic diagram illustrating a configuration of a position information deriving device that forms the in-subject movement state detection system according to the second embodiment.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing a configuration of a test capsule constituting a system for detecting a state of movement in a subject that is used in a modified example.
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing a configuration of a moving state deriving device included in a system for detecting a moving state in a subject according to a modification.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an entire configuration of a moving state detection system in a subject according to the present embodiment.
  • the intra-subject movement state detection system according to the present embodiment is a capsule endoscope that is introduced into the subject 1 and functions as an example of an intra-subject introduction device. 2, a moving state detecting device 3 for detecting a moving state of the capsule endoscope 2 inside the subject 1, and a display for displaying an image inside the subject 1 captured by the capsule endoscope 2. It comprises a device 4 and a portable recording medium 5 for transferring information between the movement state detecting device 3 and the display device 4.
  • the display device 4 is for displaying an image or the like in the subject 1 acquired by the capsule endoscope 2, and displays an image based on data obtained by the portable recording medium 5. It has a configuration such as a workstation to perform. Specifically, the display device 4 may be configured to directly display an image on a CRT display, a liquid crystal display, or the like, or may be configured to output an image to another medium such as a printer.
  • the portable recording medium 5 is attachable to and detachable from a moving state deriving device 8 and a display device 4 to be described later, and has a structure capable of outputting and recording information when inserted into both. More specifically, the portable recording medium 5 is inserted into the moving state deriving device 8 while the capsule endoscope 2 moves in the body cavity of the subject 1 and moves therethrough. Record information about position 2. Then, after the capsule endoscope 2 is ejected from the subject 1, the capsule endoscope 2 is taken out from the moving state deriving device 8, is inserted into the display device 4, and the recorded data is read out by the display device 4.
  • the wired connection between the moving state deriving device 8 and the display device 4 is established. Unlike the case where the connection is made, even when the capsule endoscope 2 is moving inside the subject 1, the subject 1 can freely act.
  • the capsule endoscope 2 moves inside the subject 1 into which the capsule endoscope 2 is introduced.
  • the capsule endoscope 2 has a function as a function executing means for executing a predetermined function inside the subject 1, and a moving state detecting device.
  • the configuration of the capsule endoscope 2 will be described for each component corresponding to each function.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the structure of the capsule endoscope 2.
  • the capsule endoscope 2 realizes a function as a function executing unit for executing a predetermined function and a function as a transmitting device for wirelessly transmitting information obtained by the function executing unit.
  • the capsule endoscope 2 includes an LED 11 functioning as an illuminating unit for irradiating an imaging region when capturing an image of the inside of the subject 1, an LED driving circuit 12 for controlling a driving state of the LED 11, and The area force illuminated by LED11
  • the CCD 13 includes a CCD 13 that functions as an imaging unit that captures an emission image, and a CCD drive circuit 14 that controls a driving state of the CCD 13.
  • the LED 11, the LED drive circuit 12, the CCD 13, and the CCD drive circuit 14 are defined as a function execution unit 15 that performs a predetermined function as a whole.
  • the capsule endoscope 2 includes an RF transmission unit 16 that modulates image data captured by the CCD 13 to generate an RF signal, and a radio that wirelessly transmits the RF signal output from the RF transmission unit 16. It includes a transmission antenna unit 17 as a means, an LED drive circuit 12, a CCD drive circuit 14, and a system control circuit 18 for controlling operations of the RF transmission unit 16.
  • the capsule endoscope 2 acquires the image data of the test site illuminated by the LED 11 by the CCD 13 while being introduced into the subject 1. Then, the acquired image data is converted into an RF signal in the RF transmission unit 16 and then transmitted to the outside via the transmission antenna unit 17.
  • the capsule endoscope 2 has a configuration for receiving a wireless signal transmitted from the moving state detection device 3. Specifically, the capsule endoscope 2 receives the radio signal transmitted from the moving state detection device 3 side, and separates the power supply signal from the signal received by the reception antenna unit 19. And a separation circuit 20. Further, the capsule endoscope 2 includes a power regeneration circuit 21 for regenerating power from the separated power supply signal, a booster circuit 22 for boosting the regenerated power, and a capacitor 23 for storing the boosted power. And Also, the capsule endoscope 2 detects the content of the component power moving state information signal separated from the power supply signal by the separation circuit 20, and outputs the detected moving state information signal to the system control circuit 18. A moving state information detection circuit 24 is provided.
  • the moving state information is information on the moving state of the capsule endoscope 2 derived by the moving state deriving device 8, and the system control circuit 18 calculates the moving state information based on the powerful moving state information. It has a function to control the emission interval of LED11 and the imaging interval of CCD13
  • the capsule endoscope 2 first receives the radio signal transmitted from the moving state detection device 3 at the reception antenna unit 19, and transmits the radio signal to the separation circuit 20. Therefore, the power supply signal and the movement state information signal are separated from the received wireless signal.
  • the moving state information signal separated by the separating circuit 20 is input to the system control circuit 18 via the moving state information detecting circuit 24, and the system control circuit 18 generates the LED 11, the LED based on the moving state information. Controls the driving state of the CCD 13 and the RF transmission cutout 16. Specifically, for example, when the capsule endoscope 2 acquires the movement state information indicating that the movement in the subject 1 has stopped, the CCD 13 is used to prevent the acquisition of overlapping imaging data.
  • the power supply signal is regenerated as power by the power regenerating circuit 21, and the regenerated power is boosted to a potential suitable for the capacitor 23 by the booster circuit 22 and then stored in the capacitor 23. It becomes.
  • the capsule endoscope 2 has a configuration for performing a function as a magnetic field generating means.
  • the capsule endoscope 2 includes a permanent magnet 25 that outputs a constant magnetic field used for detecting its own position and detecting the moving state.
  • the permanent magnet 25 functions as a magnetic field generating means in the scope of the claims, and is constituted by a permanent magnet having a size that can be accommodated in the capsule endoscope 2, and has a constant magnetic field intensity that can be ignored over time. It has the function of outputting a magnetic field.
  • the permanent magnet 25 for example, a coil or the like that generates a constant magnetic field when a constant current is supplied may be used as the magnetic field generating means. Therefore, it is preferable to configure the magnetic field generating means by using the permanent magnet 25 because it has an advantage such that the magnetic field generation becomes unnecessary.
  • the constant magnetic field generated from the permanent magnet 25 is expressed by a closed curved magnetic field line that is output from the N pole side, travels through the external region of the capsule endoscope 2, and then is input again to the S pole side.
  • the strength of the constant magnetic field represented by the magnetic field lines can be considered to be determined only according to the distance from the capsule endoscope 2. That is, the size of the permanent magnet 25 incorporated in the capsule endoscope 2 is so small that it can be ignored compared to the distance between the capsule endoscope 2 and the magnetic field detectors 6a to 6h.
  • the magnetic field strength P at a point separated by a distance r from the capsule endoscope 2 is calculated using a proportionality coefficient OC,
  • the in-subject movement state detection system detects the position of the capsule endoscope 2 based on the relationship shown in Expression (1) as described later. And Further, the traveling direction of the constant magnetic field output from the permanent magnet 25 has location dependence. As will be described later, in the moving state detection system in the subject, which is used in the present embodiment, the direction in which the long axis of the capsule endoscope 2 is directed (hereinafter, “Direct direction) is also detected as one form of position information.
  • the moving state detection device 3 detects a moving state of the capsule endoscope 2 inside the subject 1 based on a constant magnetic field output from the capsule endoscope 2.
  • the moving state detecting device 3 includes a magnetic field detecting device 6a-6h for detecting a constant magnetic field output from the capsule endoscope 2, and a magnetic field detecting device 6a-6d.
  • a fixing member 7a for fixing to the subject 1, a fixing member 7b for fixing the magnetic field detectors 6e-6h to the subject 1, and a magnetic field intensity detected by the magnetic field detectors 6a-6h are used.
  • a moving state deriving device 8 for guiding the position of the capsule endoscope 2, a receiving antenna 9 for receiving a radio signal transmitted from the capsule endoscope 2, and a wireless communication for the capsule endoscope 2. And a transmission antenna 10 for transmitting a signal.
  • the magnetic field detectors 6a-6h, the receiving antenna 9 and the transmitting antenna 10 are electrically connected to the moving state deriving device, and have a configuration for inputting or outputting information to the moving state deriving device 8. .
  • the magnetic field detectors 6a to 6h are for detecting the magnetic field strength and the magnetic field direction at the respective places.
  • the magnetic field detectors 6a to 6h are formed using, for example, an MI (Magneto Impedance) sensor.
  • the Ml sensor has a configuration using, for example, an FeCoSiB amorphous wire as a magnetic sensing medium.When a high-frequency current is applied to the magnetic sensing medium, the magnetic impedance of the magnetic sensing medium increases due to an external magnetic field. Magnetic field strength is detected using the changing Ml effect.
  • Other magnetic field sensors may be used as the magnetic field detectors 6a to 6h. However, the use of the Ml sensor has an advantage that the magnetic field can be detected with particularly high sensitivity. Further, in the present embodiment, the magnetic field detectors 6a to 6h are respectively arranged at positions forming the vertices of a cube.
  • the fixing members 7a and 7b are used to fix the magnetic field detectors 6a to 6h to the subject 1. It is. Specifically, the fixing members 7a and 7b are formed in a ring shape by, for example, an elastic member, and have a configuration in which the fixing members 7a and 7b are fixed in a state of being in close contact with the body of the subject 1.
  • the magnetic field detection devices 6a-6d and the magnetic field detection devices 6e-6h are fixed to predetermined positions with respect to the subject 1 by fixing members 7a and 7b, respectively, and the fixing members 7a and 7b are fixed to the body of the subject 1.
  • the magnetic field detectors 6a to 6h are arranged in a state where the relative position to the subject 1 is fixed.
  • the receiving antenna 9 is for receiving a radio signal transmitted from the capsule endoscope 2.
  • the capsule endoscope 2 according to the present embodiment has a function of capturing an image of the inside of the subject 1 and wirelessly transmitting the image to the outside, and the receiving antenna 9 includes the capsule endoscope 2. It has a function of receiving a wireless signal transmitted from the mobile device and outputting the signal to the moving state deriving device 8.
  • the receiving antenna 9 is specifically composed of, for example, a loop antenna and fixing means for fixing the loop antenna to the subject 1.
  • the transmitting antenna 10 is for transmitting the signal generated by the moving state deriving device 8 to the capsule endoscope 2.
  • the moving state deriving device 8 in the present embodiment uses a power supply signal as driving power for the capsule endoscope 2 and information on the detected moving state of the capsule endoscope 2. It has a function of superimposing a certain moving state information signal and outputting it to the capsule endoscope 2.
  • the transmitting antenna 10 wirelessly transmits these signals to the capsule endoscope 2, and specifically, for example, includes a loop antenna and a fixing device for fixing the loop antenna to the subject 1. Means.
  • the moving state deriving device 8 has a function as a receiving device for receiving a wireless signal transmitted from the capsule endoscope 2 and a function as a transmitting device for wirelessly transmitting a predetermined signal to the capsule endoscope 2. And a function of deriving the position and the directional direction of the capsule endoscope 2 and further deriving the moving state of the capsule endoscope 2.
  • the configuration of the moving state deriving device 8 will be described for each component corresponding to each function.
  • FIG. 3 is a block diagram showing the entire configuration of the moving state deriving device 8.
  • the moving state deriving device 8 transmits the wireless signal transmitted from the capsule endoscope 2 inside the subject 1. It has a configuration as a receiving device that receives image data. Specifically, the moving state deriving device 8 performs predetermined processing such as demodulation on the radio signal received by the selected receiving antenna, and obtains the radio signal obtained by the capsule endoscope 2 from the radio signal.
  • An RF reception unit 28 for extracting image data, an image processing unit 29 for performing necessary processing on output image data, and a storage cut 30 for recording image data subjected to image processing are provided. .
  • the moving state deriving device 8 generates a power supply signal and a moving state information signal to be transmitted to the capsule endoscope 2, and outputs the generated signal to the transmitting antenna 10-1 to 10-m. Having a configuration as a transmitting device. More specifically, as shown in FIG. 3, the moving state deriving device 8 includes an oscillator 31 having a function of generating a power supply signal and a function of defining an oscillation frequency, and generating a moving state information signal described later. And a superimposing circuit 33 for synthesizing the power supply signal and the moving state information signal, and an amplifying circuit 34 for amplifying the strength of the synthesized signal.
  • the signal amplified by the amplifier circuit 34 is sent to the transmitting antenna 10-1 to 10-m, and transmitted to the capsule endoscope 2.
  • the moving state deriving device 8 includes a power supply unit 35 provided with a predetermined power storage device or an AC power adapter, and the components of the moving state deriving device 8 are supplied from the power supply unit 35. Power as driving energy.
  • the moving state deriving device 8 has a configuration as a position deriving device that derives the position of the capsule endoscope 2 in the subject 1 that is required when generating moving state information.
  • the moving state deriving device 8 includes a reference device selection unit 36 that selects a reference magnetic field detection device (hereinafter, referred to as a “reference device”) from the magnetic field detection devices 6a to 6h, and a reference device selection unit.
  • a selector 37 for outputting the magnetic field strength obtained by the predetermined number of magnetic field detection devices based on the selection result by the unit 36.
  • the moving state deriving device 8 includes a distance deriving unit 38 that derives a distance between the capsule endoscope 2 and the reference device based on the magnetic field intensity output from the selector 37,
  • a position calculation unit 39 is provided for calculating the position of the capsule endoscope 2 by performing calculation processing using the position coordinates of the reference device and the like used for deriving the distance.
  • the reference device selection unit 36 selects the value of the detected magnetic field strength from among the magnetic field detection devices 6a-6h. It has a function to select the largest one. Specifically, the magnetic field intensity values output from the magnetic field detection devices 6a to 6h are compared with each other, and the magnetic field detection device (reference device) that outputs the largest magnetic field intensity is selected, and then information (specifying the reference device) ( For example, the selector 37 outputs information as to which of the magnetic field detectors 6a to 6h is the reference device.
  • the selector 37 selects a plurality of magnetic field detection devices based on the selection result by the reference device selection unit 36, and selects the magnetic field strength obtained by the magnetic field detection device (selected device) selected by itself and the reference value. This is to output the magnetic field strength obtained by the device to the distance deriving unit 38.
  • the selector 37 has a function of selecting three magnetic field detection devices arranged in directions orthogonal to each other with respect to the reference device. That is, in the moving state detecting system in a subject according to the present embodiment, as shown in FIG. 1, the magnetic field detecting devices 6a to 6h are arranged so that each forms a vertex of a cube. For this reason, there are always three magnetic field detectors located in directions orthogonal to each other for any magnetic field detector, and the selector 37 has a function to select the three powerful magnetic field detectors as the selected device. I do.
  • the distance deriving unit 38 is for deriving the distance between the reference device and the selected device and the capsule endoscope 2 based on the magnetic field strength input via the selector 37. More specifically, the distance deriving unit 38 performs the arithmetic processing represented by the equation (1) on the input magnetic field strength, thereby obtaining the magnetic field detecting device detecting the magnetic field strength and the capsule endoscope 2. It has a function to derive the distance between and.
  • the position calculation unit 39 performs predetermined calculation processing based on the distance between the magnetic field detection device selected as the reference device and the like and the capsule endoscope 2, so that the capsule endoscope 2 This is for deriving the position. Further, the position calculating section 39 has a function of deriving the position of the capsule endoscope 2 and then outputting the derived result to the storage unit 30.
  • the moving state deriving device 8 has a configuration as a directional direction detecting device that detects the directional direction of the capsule endoscope 2 required when generating the moving state information.
  • the moving state deriving device 8 is configured to control the capsule endoscope 2 based on a directional direction database 40 storing information on directional directions and a magnetic field direction detected by a predetermined magnetic field detecting device 6.
  • Direction data The base 40 preliminarily stores data on the strength of the magnetic field received by the magnetic field detector 6 and the direction of the capsule endoscope 2 relative to the positional relationship between the magnetic field detector 6 and the capsule endoscope 2. It was done.
  • the specific contents of the operations of the pointing direction database 40 and the pointing direction detecting unit 41 will be described later in detail.
  • the moving state deriving device 8 has a mechanism for deriving the moving state based on the information on the derived position and pointing direction of the capsule endoscope 2.
  • the moving state deriving device 8 includes a moving state information generating unit 32, which derives the moving state of the capsule endoscope 2 and also derives the moving state information by the moving state information generating unit 32. It is to be generated.
  • FIG. 4 is a flowchart showing a position detecting operation of the moving state deriving device 8
  • FIG. 5 is a schematic diagram for explaining an algorithm of the position deriving operation.
  • the length of one side of the cube formed by the magnetic field detectors 6a-6h is a.
  • the origin is the position of the magnetic field detector 6e selected as the reference device
  • the direction from the magnetic field detector 6e to the magnetic field detector 6f is the X direction
  • the force of the magnetic field detector 6e is also the magnetic field detector 6h
  • the direction of the directional force is the y direction
  • the direction of the directional force from the magnetic field detector 6e to the magnetic field detector 6a is the z direction.
  • the positions of the magnetic field detectors 6a-6h are determined based on the powerful xyz coordinate system, and the position of the capsule endoscope 2 in the xyz coordinate system is (x, y, z).
  • the operation of the moving state deriving device 8 will be described with reference to FIGS. 4 and 5 as appropriate.
  • the moving state deriving device 8 selects the magnetic field detecting device having the highest received magnetic field intensity among the magnetic field detecting devices 6a to 6h by the reference device selecting unit 36 (Step S101).
  • the example of FIG. 5 shows a case where the magnetic field detecting device 6e is selected as the highest magnetic field detecting device, and the following description will be made with the magnetic field detecting device 6e as a reference device.
  • the moving state deriving device 8 selects three selected devices based on the reference device selected in step S101 by the selector 37 (step S102), and obtains the selected devices by the reference device and the selected device.
  • the obtained magnetic field strength is output to the distance deriving unit 38 (Step S103).
  • the selector 37 selects these devices as the selected device. Select as
  • the moving state deriving device 8 uses the distance deriving unit 38 to calculate the magnetic field strength obtained by the reference device selected in step S101 and the magnetic field obtained by the selected device selected in step S102.
  • the distance to the capsule endoscope 2 is derived based on the strength (step S104).
  • the distance deriving unit 38 derives the distance by performing the calculation of the equation (1) using the magnetic field strength input via the selector 37.
  • the distance deriving unit 38 calculates the distance r between the capsule endoscope 2 and the magnetic field detectors 6e, 6f, 6h, and 6a based on the magnetic field strength detected by the reference device and the selected device. , R, r, r are derived.
  • the moving state deriving device 8 derives the position of the capsule endoscope 2 by the arithmetic processing in the position calculating part 39 (Step S105). Specifically, since the position of the capsule endoscope 2 is derived by deriving the X coordinate, the y coordinate, and the z coordinate of the capsule endoscope 2, the magnetic field detectors 6e, 6f, and 6h , 6a and the value of the distance derived in step S104, the coordinates of the capsule endoscope 2 are derived.
  • the position coordinates (x, y, z) of the capsule endoscope 2 can be geometrically derived from the positional relationship shown in FIG. 5, and specifically, the following equation Is derived by solving
  • Equation (2) -Equation (5) has three unknowns, theoretically the number of equations is Three is sufficient.
  • the position of the magnetic field detectors 6a to 6h is prevented from deteriorating and the accuracy of position detection of the capsule endoscope 2 is reduced due to distance derivation errors.
  • the coordinates of the magnetic field detector are corrected so that the values of x, y, and z are uniquely determined.
  • the moving state detection device 3 outputs information on the position of the capsule endoscope 2 derived by the position calculating section 39 to the moving state information generating section 32 (Step S106).
  • the output information on the position of the capsule endoscope 2 is used for deriving a moving state of the capsule endoscope 2 described later.
  • FIG. 6 is a flowchart showing the contents of the directing direction deriving operation
  • FIG. 7 is a schematic diagram for explaining the directing direction deriving operation.
  • the operation of deriving the directional direction of the capsule endoscope 2 will be described with reference to FIGS. 6 and 7 as appropriate.
  • the directional detection unit 41 determines the position of the capsule endoscope 2 and the direction of the magnetic field received by the magnetic field detection device 6 selected from the plurality of magnetic field detection devices 6a to 23h. Is input (step S201).
  • the selection algorithm of the magnetic field detection device 6 may be arbitrary. In the second embodiment, for example, the magnetic field detection device 6 having the largest received magnetic field intensity is selected.
  • the directivity detection unit 41 represents the coordinates (a, a, a) of the selected magnetic field detection device 6 and the direction vector indicated by the arrow.
  • the direction of the applied magnetic field is ascertained.
  • the directional direction detection unit 41 derives the relative position of the magnetic field detection device 6 selected in step S201 with respect to the capsule endoscope 2 (step S202). Specifically, the pointing direction detection unit 41 receives the position of the capsule endoscope 2 derived by the position calculation unit 39 and inputs the position of the capsule endoscope 2 for the magnetic field detection device 6 selected in step S201. Derive coordinates relative to 2. In the example of FIG. 10, the capsule endoscope is based on the coordinates (a, a, a) of the magnetic field detection device 6 and the coordinates (x, y, z) of the capsule endoscope 2.
  • the relative position coordinates (a1, a--y, a--z) of the magnetic field detector 6 with the origin of the position of the mirror 2 are derived.
  • the directional direction detection unit 41 inputs the magnetic field direction input in step S201 and the relative position of the magnetic field detection device 6 selected in step S202 to the directional direction database 40, Data on the directional direction of the capsule endoscope 2 is obtained (step S203).
  • the direction of the constant magnetic field output from the permanent magnet 25 provided in the capsule endoscope 2 depends on the direction of the capsule endoscope 2 and the position with respect to the capsule endoscope 2.
  • the pointing direction database 40 is associated with the pointing direction of the capsule endoscope 2, the relative coordinates with respect to the capsule endoscope 2, and the direction of the constant magnetic field in the relative coordinates. It is memorized in the state that was set.
  • the pointing direction database 40 By inputting the relative coordinates of the magnetic field detector 6 and the direction of the detected constant magnetic field into the pointing direction database 40, it is possible to extract the pointing direction of the capsule endoscope 2. .
  • the pointing direction of the capsule endoscope 2 is (X, y, z).
  • the pointing direction detection unit 41 outputs the obtained information about the pointing direction of the capsule endoscope 2 to the moving state information generation unit 32 (Step S204).
  • the output information on the pointing direction of the capsule endoscope 2 will be used for deriving the next moving state of the capsule endoscope.
  • FIG. 8 is a flowchart showing the operation of deriving the moving state by the moving state information generating unit 32. The operation of deriving the moving state will be described below with reference to FIG.
  • the movement state information generation unit 32 includes information on the position of the capsule endoscope 2 derived by the position calculation unit 39 and the pointing of the capsule endoscope 2 derived by the pointing direction detection unit 41.
  • Information about the direction is input (step S301).
  • the moving state information generating unit 32 stores the position and the pointing of the past capsule endoscope 2 which have been stored in advance. Data on the direction is extracted (step S302).
  • the separation is derived, and it is determined whether the derived position change amount is less than a predetermined threshold (step S303). If the position change amount is determined to be less than the threshold value, the process proceeds to step S305, and if it is determined to be equal to or greater than the threshold value, the process proceeds to step S304.
  • the movement speed of the capsule endoscope 2 is further derived (step S304).
  • the intra-subject movement state detection system that is effective in the present embodiment has a configuration in which the function execution unit 15 in the capsule endoscope 2 has an imaging function. This is because the moving speed of the type endoscope 2 is referred to.
  • the derivation result is determined as the moving state information, output to the superimposing circuit 33, transmitted to the capsule endoscope 2 as a radio signal, and all the processing ends.
  • the moving state information generation unit 32 further derives the change amount of the pointing direction of the capsule endoscope 2, and calculates the derived change amount. It is determined whether or not the force is less than the threshold (step S305). When the change amount of the pointing direction is determined to be less than the threshold, the moving state information generation unit 32 determines that the capsule endoscope 2 is in the stopped state (step S306), and moves the moving state information to that effect. It is generated and output to the superimposing circuit 33.
  • the moving state information generation unit 32 determines that the capsule endoscope 2 is in the directional change state ( (Step S307), the moving state information to that effect is generated and output to the superimposing circuit 33. As described above, based on the results of the position detection and the pointing direction detection, the moving state information generation unit 32 determines the moving speed at which the capsule endoscope 2 is moving and the pointing force of the moving object that is not moving. Judgment is made as to whether the force is in a state where the direction is fluctuating or in a state where all movements are stopped, and the judgment result is output as movement state information.
  • the in-subject movement state detection system derives the position of the capsule endoscope 2 based on the constant magnetic field output by the permanent magnet 25 provided in the capsule endoscope 2.
  • the constant magnetic field is almost independent of physical parameters such as relative permittivity and magnetic permeability in the propagation region. Since it has the characteristic that the intensity is uniquely attenuated, it has the characteristic that the relationship of equation (1) is well established. Therefore, even if position detection is performed in a space where organs with different physical parameters exist, such as inside the human body, position detection can be performed with higher accuracy than in the case of position detection using electromagnetic waves or the like. It has the advantage that.
  • the in-subject movement state detection system has a configuration for detecting the directional direction of the capsule endoscope 2 based on a constant magnetic field output from the permanent magnet 25.
  • the constant magnetic field output from the permanent magnet 25 is hardly affected by components in the subject 1, and the direction of the magnetic field at a predetermined position is determined by the direction of the capsule endoscope 2. It has a characteristic that it is almost uniquely determined based on the direction and the relative position with respect to the capsule endoscope 2.
  • the direction of the magnetic force lines output from the permanent magnet 25 has a characteristic that physical parameters are almost uniquely determined irrespective of organs and the like different from each other. Therefore, by deriving the directivity direction based on the traveling direction of the constant magnetic field output from the permanent magnet 25, accurate directivity can be obtained even while the capsule endoscope 2 is moving inside the subject 1. Direction derivation is possible.
  • the in-subject movement state detection system uses the capsule endoscope 2 based on the accurately derived position and pointing direction of the capsule endoscope 2.
  • the moving state is to be derived.
  • the driving state of the function execution unit 15 is controlled based on the derived moving state of the capsule endoscope 2.
  • the function execution unit 15 has an illumination function and an imaging function, and by controlling the driving state of the function execution unit 15 based on the moving state, an image inside the subject 1 can be efficiently acquired. It is possible. For example, if the moving state information indicating that the capsule endoscope 2 has stopped moving in the subject 1 is obtained, the driving of the LED 11 and the CCD 13 is stopped, so that an overlapping image of the same portion is obtained. It is possible to prevent data acquisition.
  • the capsule endoscope 2 moves faster than usual, for example, when passing through the esophagus in the subject 1, it is sufficient to reduce the interval between imaging operations. Image data can be obtained.
  • the change in the directivity of the capsule endoscope 2 is also derived as the movement state information, for example, although the capsule endoscope 2 remains at the same site, It is possible to detect a case where the pointing direction has changed. In such a moving state, the imaging field of view of the CCD 13 fluctuates even though the position of the capsule endoscope 2 does not fluctuate. It is possible to get more.
  • the intra-subject movement state detection system that is effective in the present embodiment is, for example, a case where it is determined that the capsule endoscope 2 is stopped inside the subject 1 and the amount of change in the pointing direction is equal to or larger than a predetermined threshold. In this case, it is possible to realize a configuration in which an imaging operation is performed. As a result, the intra-subject movement state detection system according to the present embodiment has an advantage that more information can be obtained for the internal image of the subject 1.
  • the in-subject movement state detection system according to the present embodiment employs a configuration in which the magnetic field detectors 6a-6h are used for position detection and directional direction detection of the capsule endoscope 2,
  • the system can be realized with a simple configuration. That is, the in-subject movement state detection system according to the second embodiment uses a common detection device that does not detect the position and the pointing direction of the capsule endoscope 2 using separate mechanisms. It is to be used. Therefore, the detection mechanism can be simply configured, and there are advantages such as a reduction in manufacturing cost.
  • the intra-subject movement state detection system according to the present modification is a test capsule that is used when performing a preliminary inspection of whether or not there is a stenosis or the like in the subject that is difficult to pass through the capsule endoscope. It is about. That is, the in-subject movement state detection system that is useful in this modification is for examining how the test capsule moves within the subject.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing an entire configuration of a test cell 43 constituting a system for detecting a movement state in a subject that is powerful according to the present modification
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing a test cover 43 according to this modification.
  • Sample transfer FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an entire configuration of a moving state detection device that configures a moving state detection system.
  • the test capsule 43 has a casing 45 having the same capsule shape as the casing of the capsule endoscope, and a permanent magnet 46 disposed inside the casing 45. And a filling member 47 functioning as a member for filling a gap between the housing 45 and the permanent magnet 46.
  • the housing 45 is formed of, for example, a deformable and flexible material, and has a characteristic that it is decomposed when it stays in the subject 1 for a certain period of time.
  • the filling member 47 is for filling the space between the housing 45 and the permanent magnet 46.
  • the material forming the filling member 47 does not adversely affect the subject 1, and for example, physiological saline, barium sulfate, or the like is preferably used as the material.
  • physiological saline, barium sulfate, or the like is preferably used as the material.
  • the filling member 47 is formed using barium sulfate, there is an advantage that the position of the test capsule 43 can be detected by X-ray inspection by using the filling member 47 as a contrast agent.
  • the moving state deriving device 44 includes a reference device selecting unit 36 that selects a reference device from the magnetic field detection devices 6a to 6h, and a moving state deriving device 44 based on the selected reference device.
  • Distance deriving unit 38 that derives the position of the test capsule 43 based on the derived distance
  • a moving state information generating unit that generates moving state information based on the derived position.
  • the moving state deriving device 44 includes a storage unit 48 that stores the moving state information generated by the moving state information generating unit 32.
  • the moving state of the test capsule 43 can be grasped by a doctor or the like.
  • the position of the test capsule 43 is determined as the moving state information to be derived. Force Targeting Only Fluctuations It is a matter of course that a configuration for deriving the fluctuation in the directivity direction may be adopted as in the embodiment.
  • the in-subject movement state detection system may include a configuration for deriving the directional direction of the capsule endoscope 2 as in the second embodiment.
  • the plurality of magnetic field detection devices 6 and the magnetic field detection devices 6 are arranged on the outer surface of the subject 1 such that each of them detects a vertex of a cube. It is not necessary to limit the arrangement to a powerful arrangement. In other words, it is sufficient for the magnetic field detection device 6 or the like to know the relative position with respect to the subject 1 in advance, and if it is used, the relative position with respect to the subject 1 will not be arranged in a cube. In both cases, position detection and directional detection are possible.
  • the number of the magnetic field detectors 6 and the like need not be limited to eight, and the simplest configuration can construct a system using a single magnetic field detector 6 and the like.
  • the capsule endoscope 2 or the capsule endoscope 2 as the device to be introduced into the subject can be moved within a given organ such as the esophagus, stomach, small intestine, and large intestine without moving arbitrarily in the subject 1. It has a configuration to move according to a fixed route. Therefore, it is possible to preliminarily grasp the movement path of the intra-subject introduction device to some extent in advance, and it is possible to grasp the path information grasped in advance and the constant magnetic field received by the single magnetic field detection device.
  • the position of the intra-subject introduction device may be detected using the intensity.
  • the reference device and the selected device are selected using the reference device selection unit 42 and the selector 17, and the position detection is performed based on the magnetic field strength detected by these devices.
  • a powerful configuration is not essential to the present invention.
  • the distance between the capsule endoscopes 2 and the like based on the detected intensities of all of the magnetic field intensity detectors 6a to 6h is derived.
  • Eight equations similar to the equation (5) may be formed to derive the position of the capsule endoscope 2 and the like. In the case of a large configuration, for example, an arithmetic operation using the least squares method can be performed, so that there is an advantage that the error in deriving the position of the capsule endoscope 2 and the like can be further reduced.
  • the directional directions of the capsule endoscope 2 may be derived using a plurality of magnetic field detection devices 6.
  • the derivation of the pointing direction by the above-described method is performed for a plurality of magnetic field detection devices 6, and a method of deriving an average of the pointing directions obtained by each of the methods is used.
  • the function execution unit 15 including the CCD 13 and the like as the imaging unit and the LED 11 and the like as the illumination unit has been described.
  • a configuration for acquiring information on temperature may be adopted.
  • the intra-subject introduction device may be configured to include an oscillator, and may be configured to acquire an ultrasonic image in the subject 1. Further, a configuration may be adopted in which a plurality of pieces of information are obtained from the in-subject information.
  • the radio signal transmitted from the transmitting antenna 10-1 to 11-m is not necessarily a moving state information signal and a power supply signal that are superimposed on each other. It is good also as composition which outputs only a signal. Also, a configuration may be adopted in which the moving state information signal and a signal other than the power supply signal are superimposed and transmitted. Further, the moving state detecting device 3 may be configured to only receive a radio signal output from the capsule endoscope 2 or the like, or a storage unit may be provided in the forceps endoscope, and the subject 1 It is good to take out the memory information after it is discharged outside!
  • the in-subject movement state detection system is useful for, for example, a swallowable capsule endoscope used in the medical field, and in particular, for a subject such as a patient. It is suitable for an intra-subject introduction device such as a capsule endoscope that performs position detection inside.

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Abstract

　永久磁石が内蔵されたカプセル型内視鏡（２）と、カプセル型内視鏡（２）に内蔵された永久磁石から生じる定磁場の強度に基づいてカプセル型内視鏡（２）の位置を検出する移動状態検出装置（３）とを備える。移動状態検出装置（３）は、磁場検出装置（６ａ～６ｈ）と、磁場検出装置（６ａ～６ｈ）を被検体（１）に対して固定する固定部材（７ａ、７ｂ）と、磁場検出装置（６ａ～６ｈ）によって検出された磁場強度に基づいてカプセル型内視鏡（２）と磁場検出装置（６ａ～６ｈ）との間の距離を導出し、導出した距離に基づいてカプセル型内視鏡（２）の位置および指向方向を導出し、導出結果に基づいてカプセル型内視鏡（２）の移動状態を導出する移動状態導出装置（８）とを備える。

Description

明 細 書
被検体内移動状態検出システム 技術分野
[0001] この発明は、被検体内に導入され、該被検体内を移動する被検体内導入装置と、 前記被検体外部に配置され、前記被検体内部における前記被検体内導入装置の位 置情報を取得する移動状態検出装置とを備えた被検体内移動状態検出システムに 関するものである。
背景技術
[0002] 近年、内視鏡の分野においては、飲込み型のカプセル型内視鏡が提案されている。
このカプセル型内視鏡には、撮像機能と無線通信機能とが設けられている。カプセ ル型内視鏡は、観察 (検査)のために被検体の口から飲込まれた後、自然排出される までの間、体腔内、例えば胃、小腸などの臓器の内部をその蠕動運動に従って移動 し、順次撮像する機能を有する。
[0003] 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、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渡って、自由に行動できる。カプセル 型内視鏡が排出された後、医者もしくは看護士においては、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。
[0004] 力かる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!、る。カゝ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、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し、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 、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 、特許文献 1参照。）。
[0005] また、位置検出機構を利用して、カプセル型内視鏡の移動状態を判定することも可 能である。例えば、所定時間内における位置の変動力 移動速度を判定することが 可能であり、カプセル型内視鏡の移動速度に応じて被検体内画像の撮像間隔を調 整することが可能である。すなわち、カプセル型内視鏡の移動速度が高速となる領域 では撮像間隔を小さくし、移動速度が低速となる領域では撮像間隔を大きくすること によって、カプセル型内視鏡の移動速度に関わらず、一定距離間隔で被検体内画 像を取得することが可能である。
[0006] 特許文献 1 :特開 2003— 19111号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0007] しかしながら、従来のカプセル型内視鏡システムは、被検体内におけるカプセル型 内視鏡の位置検出および移動状態の検出精度が低いという課題を有する。以下、か 力る課題について詳細に説明する。
[0008] 従来技術に力かるカプセル型内視鏡システムは、上記したように受信機が備える複 数のアンテナ素子における受信強度分布に基づいてカプセル型内視鏡の被検体内 における位置検出を行っている。力かる位置検出メカニズムは、特開 2003— 19111 号公報の [0018]段落にも記載されているように、カプセル型内視鏡から送信される 無線信号の強度の減衰が、カプセル型内視鏡力もの距離に応じて一意に定まること を前提として行われている。
[0009] し力しながら、現実にはカプセル型内視鏡とアンテナ素子との間に存在する臓器等 の構成物は、それぞれ比誘電率、導電率等の値が異なることから、構成物の種類等 に応じて無線信号強度の減衰率は大きく異なる値となる。例えば、カプセル型内視 鏡とアンテナ素子との間に肝臓、血管等が存在している場合には、カゝかる臓器等に よって無線信号が大量に吸収されることから、こられの臓器等が存在しな ヽ場合と比 較して無線信号強度の減衰率が大きくなり、正確な位置検出の妨げとなる。
[0010] かかる課題は、当然のことながらカプセル型内視鏡の移動状態の検出にも悪影響 を及ぼす。すなわち、不正確な位置検出結果に基づいてカプセル型内視鏡の移動 状態を検出した場合には、正確な移動状態を検出することはきわめて困難となる。
[0011] 本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、カプセル型内視鏡等の被検体内 導入装置が被検体内部に導入された状態において、臓器等の存在にかかわらず被 検体内導入装置の位置検出および移動状態の検出を正確に行うことのできる被検 体内移動状態検出システムを実現することを目的とする。 課題を解決するための手段
[0012] 上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、被検体内に導入され、 該被検体内を移動する被検体内導入装置と、前記被検体外部に配置され、前記被 検体内部における前記被検体内導入装置の移動状態を検出する移動状態検出装 置とを備えた被検体内移動状態検出システムであって、前記被検体内導入装置は、 定磁場を前記被検体外部に出力する磁場発生手段を備え、前記移動状態検出装 置は、前記被検体に対する相対位置が固定され、少なくとも前記磁場発生手段から 出力された定磁場の強度を検出する磁場検出手段と、前記磁場検出手段によって 検出された磁場強度に基づいて前記被検体内における前記被検体内導入装置の 位置情報を導出する位置情報導出手段と、前記位置情報導出手段によって導出さ れた位置情報に基づ 、て、前記被検体内導入装置の移動状態を導出する移動状態 導出手段とを備えたことを特徴とする。
[0013] この発明によれば、被検体内導入装置が定磁場を発生する磁場発生手段を備え、 移動状態検出装置が磁場発生手段に起因した定磁場の強度に基づいて被検体内 導入装置の位置を検出する構成を有する。磁場発生手段から生じる定磁場は、被検 体 1内の構成物の比誘電率、透磁率等の相違にかかわらず、磁場発生手段からの 距離に応じて一様に減衰する特性を有することから、正確な位置検出を行うことが可 能であり、取得される正確な位置情報に基づいた正確な移動状態の導出が可能で ある。
発明の効果
[0014] 本発明にかかる被検体内移動状態検出システムは、被検体内導入装置が定磁場 を発生する磁場発生手段を備え、移動状態検出装置が磁場発生手段に起因した定 磁場の強度に基づ ヽて被検体内導入装置の位置を検出する構成を有する。磁場発 生手段から生じる定磁場は、被検体 1内の構成物の比誘電率、透磁率等の相違にか かわらず、磁場発生手段からの距離に応じて一様に減衰する特性を有することから、 正確な位置検出を行うことが可能であり、取得される正確な位置情報に基づ!/、た正 確な移動状態の導出が可能であるという効果を奏する。
図面の簡単な説明
[0015] [図 1]図 1は、実施の形態にかかる被検体内移動状態検出システムの全体構成を示 す模式図である。
[図 2]図 2は、実施の形態に力かる被検体内移動状態検出システムを形成するカプセ ル型内視鏡の構成を示す模式図である。
[図 3]図 3は、実施の形態に力かる被検体内移動状態検出システムを形成する移動 状態導出装置の構成を示す模式図である。
[図 4]図 4は、移動状態導出装置によるカプセル型内視鏡の位置導出動作を説明す るためのフローチャートである。
[図 5]図 5は、移動状態導出装置によるカプセル型内視鏡の位置導出の態様を示す 模式図である。
[図 6]図 6は、移動状態導出装置によるカプセル型内視鏡の指向方向の導出動作を 説明するためのフローチャートである。
[図 7]図 7は、位置情報導出装置によるカプセル型内視鏡の指向方向導出の態様を 示す模式図である。
[図 8]図 8は、実施の形態 2にかかる被検体内移動状態検出システムを形成する位置 情報導出装置の構成を示す模式図である。
[図 9]図 9は、変形例に力かる被検体内移動状態検出システムを構成するテストカブ セルの構成を示す模式図である。
[図 10]図 10は、変形例にかかる被検体内移動状態検出システムを構成する移動状 態導出装置の構成を示す模式図である。
符号の説明
[0016] 1 被検体
2 カプセル型内視鏡 移動状態検出装置 表示装置
携帯型記録媒体a^ - -6h 磁場検出装置a 7b 固定部材
移動状態導出装置 受信用アンテナ
0 送信用アンテナ
1 LED
2 LED駆動回路
3 CCD
4 CCD駆動回路
5 機能実行部
6 RF送信ユニット7 送信アンテナ部
8 システムコントロール回路9 受信アンテナ部
0 分離回路
1 電力再生回路
2 昇圧回路
3 蓄電器
4 移動状態情報検出回路5 永久磁石
8 受信ユニット
9 画像処理ユニット0 憶ユニット
1 発振器
2 移動状態情報生成部 33 重畳回路
34 増幅回路
35 電力供給ユニット
36 基準装置選択部
37 セレクタ
38 距離導出部
39 位置演算部
40 指向方向データベース
41 指向方向検出部
43 テストカプセル
44 移動状態導出装置
45 筐体
46 永久磁石
47 充填部材
48 憶ユニット
発明を実施するための最良の形態
[0017] 以下、この発明を実施するための最良の形態である被検体内移動状態検出システ ムについて説明する。なお、図面は模式的なものであり、各部分の厚みと幅との関係 、それぞれの部分の厚みの比率などは現実のものとは異なることに留意すべきであり 、図面の相互間にお 、ても互 、の寸法の関係や比率が異なる部分が含まれて!/、るこ とはもちろんである。
[0018] 第 1図は、本実施の形態にカゝかる被検体内移動状態検出システムの全体構成を示 す模式図である。第 1図に示すように、本実施の形態に力かる被検体内移動状態検 出システムは、被検体 1の内部に導入され、被検体内導入装置の一例として機能す るカプセル型内視鏡 2と、カプセル型内視鏡 2の被検体 1内部における移動状態の 検出等を行う移動状態検出装置 3と、カプセル型内視鏡 2によって撮像された被検体 1内の画像等を表示する表示装置 4と、移動状態検出装置 3と表示装置 4との間の情 報の受け渡しを行うための携帯型記録媒体 5とを備える。 [0019] 表示装置 4は、カプセル型内視鏡 2によって取得された被検体 1内の画像等を表示 するためのものであり、携帯型記録媒体 5によって得られるデータに基づいて画像表 示を行うワークステーション等のような構成を有する。具体的には、表示装置 4は、 C RTディスプレイ、液晶ディスプレイ等によって直接画像を表示する構成としても良!ヽ し、プリンタ等のように、他の媒体に画像を出力する構成としても良い。
[0020] 携帯型記録媒体 5は、後述する移動状態導出装置 8および表示装置 4に対して着 脱可能であって、両者に対する挿着時に情報の出力および記録が可能な構造を有 する。具体的には、携帯型記録媒体 5は、カプセル型内視鏡 2が被検体 1の体腔内 を移動して!/ヽる間は移動状態導出装置 8に挿着されてカプセル型内視鏡 2の位置に 関する情報を記録する。そして、カプセル型内視鏡 2が被検体 1から排出された後に 、移動状態導出装置 8から取り出されて表示装置 4に挿着され、記録したデータが表 示装置 4によって読み出される構成を有する。移動状態導出装置 8と表示装置 4との 間のデータの受け渡しをコンパクトフラッシュ (登録商標)メモリ等の携帯型記録媒体 5によって行うことで、移動状態導出装置 8と表示装置 4との間が有線接続された場 合と異なり、カプセル型内視鏡 2が被検体 1内部を移動中であっても、被検体 1が自 由に行動することが可能となる。
[0021] カプセル型内視鏡 2は、導入された被検体 1の内部を移動するものであり、被検体 1内部に対して所定機能を実行する機能実行手段としての機能と、移動状態検出装 置 3から送信される無線信号を受信する受信装置としての機能と、移動状態検出装 置 3によって自己の移動状態を把握するために用いられる定磁場を出力する磁場発 生手段としての機能とを有する。以下、カプセル型内視鏡 2の構成について、各機能 に対応した構成要素ごとに説明を行う。
[0022] 第 2図は、カプセル型内視鏡 2の構造を示す模式図である。まず、カプセル型内視 鏡 2は、あらかじめ定められた所定機能を実行する機能実行手段としての機能と、機 能実行手段によって得られた情報を無線送信する送信装置としての機能とを実現す るための構成を有する。具体的には、カプセル型内視鏡 2は、被検体 1の内部を撮影 する際に撮像領域を照射するための照明手段として機能する LED11と、 LED11の 駆動状態を制御する LED駆動回路 12と、 LED11によって照射された領域力もの反 射光像の撮像を行う撮像手段として機能する CCD13と、 CCD13の駆動状態を制御 する CCD駆動回路 14とを備える。 LED11、 LED駆動回路 12、 CCD 13および CC D駆動回路 14は、全体として所定の機能を果たす機能実行部 15として定義される。
[0023] また、カプセル型内視鏡 2は、 CCD13によって撮像された画像データを変調して R F信号を生成する RF送信ユニット 16と、 RF送信ユニット 16から出力された RF信号 を無線送信する無線手段としての送信アンテナ部 17と、 LED駆動回路 12、 CCD駆 動回路 14および RF送信ユニット 16の動作を制御するシステムコントロール回路 18と を備える。
[0024] これらの機構を備えることにより、カプセル型内視鏡 2は、被検体 1内に導入されて いる間、 LED11によって照明された被検部位の画像データを CCD13によって取得 する。そして、取得された画像データは、 RF送信ユニット 16において RF信号に変換 された後、送信アンテナ部 17を介して外部に送信される。
[0025] また、カプセル型内視鏡 2は、移動状態検出装置 3から送信される無線信号を受信 するための構成を有する。具体的には、カプセル型内視鏡 2は、移動状態検出装置 3側から送られてきた無線信号を受信する受信アンテナ部 19と、受信アンテナ部 19 で受信した信号から給電用信号を分離する分離回路 20とを備える。さらに、カプセ ル型内視鏡 2は、分離された給電用信号から電力を再生する電力再生回路 21と、再 生された電力を昇圧する昇圧回路 22と、昇圧された電力を蓄積する蓄電器 23とを 備える。また、カプセル型内視鏡 2は、分離回路 20で給電用信号と分離された成分 力 移動状態情報信号の内容を検出し、検出した移動状態情報信号をシステムコン トロール回路 18に対して出力する移動状態情報検出回路 24を備える。ここで、移動 状態情報とは、移動状態導出装置 8によって導出された、カプセル型内視鏡 2の移 動状態に関する情報であり、システムコントロール回路 18は、力かる移動状態情報に 基づ 、て LED11の発光間隔および CCD13の撮像間隔の制御を行う機能を有する
[0026] これらの機構を備えることにより、カプセル型内視鏡 2は、まず、移動状態検出装置 3側から送られてきた無線信号を受信アンテナ部 19にお 、て受信し、分離回路 20に よって、受信した無線信号から給電用信号および移動状態情報信号を分離する。 [0027] 分離回路 20によって分離された移動状態情報信号は、移動状態情報検出回路 24 を経てシステムコントロール回路 18に入力され、システムコントロール回路 18は、移 動状態情報に基づ 、て LED 11、 CCD 13および RF送信ュ-ット 16の駆動状態を制 御する。具体的には、例えば、カプセル型内視鏡 2が被検体 1内の移動を停止してい る旨の移動状態情報を取得した場合には、重複する撮像データの取得を防止するた めに CCD13および LED11の駆動をー且停止するよう制御を行う。一方、給電用信 号は、電力再生回路 21によって電力として再生され、再生された電力は昇圧回路 2 2によって電位を蓄電器 23に適した電位にまで昇圧された後、蓄電器 23に蓄積され ることとなる。
[0028] さらに、カプセル型内視鏡 2は、磁場発生手段としての機能を果たすための構成を 有する。具体的には、カプセル型内視鏡 2は、自己の位置検出および移動状態検出 に利用される定磁場を出力する永久磁石 25を備える。永久磁石 25は、特許請求の 範囲における磁場発生手段として機能するものであり、カプセル型内視鏡 2内に収 容可能なサイズの永久磁石によって構成され、磁場強度の時間変動が無視しうる定 磁場を出力する機能を有する。なお、永久磁石 25の代わりに、例えば定電流が供給 されることによって定磁場を発生するコイル等を磁場発生手段として用いることとして も良いが、永久磁石 25を用いることとした場合には駆動電力が不要となる等の利点 を有することから、永久磁石 25を用いて磁場発生手段を構成することが好ましい。
[0029] 永久磁石 25から生じる定磁場は、 N極側から出力されてカプセル型内視鏡 2の外 部領域を進行した後に再び S極側に入力する閉曲線状の磁力線によって表現される 。磁力線によって表される定磁場の強度は、カプセル型内視鏡 2からの距離のみに 応じて定まるものとみなすことが可能である。すなわち、カプセル型内視鏡 2に内蔵さ れる永久磁石 25のサイズは、カプセル型内視鏡 2と磁場検出装置 6a— 6hとの間の 距離と比較して無視できる程度に微小であることから、カプセル型内視鏡 2から距離 r だけ離れた地点における磁場強度 Pは、比例係数 OCを用いて、
P= a /r3 · · · (1)
の関係が成立する。本実施の形態に力かる被検体内移動状態検出システムは、後 述するように（1)式に示す関係に基づいてカプセル型内視鏡 2の位置を検出すること としている。また、永久磁石 25から出力される定磁場の進行方向は場所依存性を有 する。本実施の形態に力かる被検体内移動状態検出システムでは、後述するように、 定磁場の進行方向の場所依存性を利用してカプセル型内視鏡 2の長軸が向く方向（ 以下、「指向方向」と称する）についても位置情報の一態様として検出する構成を有 する。
[0030] 次に、移動状態検出装置 3について説明する。移動状態検出装置 3は、カプセル 型内視鏡 2から出力される定磁場に基づいて、被検体 1内部におけるカプセル型内 視鏡 2の移動状態を検出するためのものである。具体的には、移動状態検出装置 3 は、第 1図に示すように、カプセル型内視鏡 2から出力される定磁場を検出する磁場 検出装置 6a— 6hと、磁場検出装置 6a— 6dを被検体 1に対して固定する固定部材 7 aと、磁場検出装置 6e— 6hを被検体 1に対して固定する固定部材 7bと、磁場検出装 置 6a— 6hによって検出された磁場強度に基づいてカプセル型内視鏡 2の位置を導 出する移動状態導出装置 8と、カプセル型内視鏡 2から送信される無線信号を受信 する受信用アンテナ 9と、カプセル型内視鏡 2に対して無線信号を送信する送信用ァ ンテナ 10とを備える。磁場検出装置 6a— 6h、受信用アンテナ 9および送信用アンテ ナ 10は、移動状態導出装置と電気的に接続されており、移動状態導出装置 8に対し て情報の入力または出力を行う構成を有する。
[0031] 磁場検出装置 6a— 6hは、それぞれが配置された場所における磁場強度および磁 場方向を検出するためのものである。具体的には、磁場検出装置 6a— 6hは、例えば 、 MI (Magneto Impedance)センサを用いて形成されている。 Mlセンサは、例えば FeCoSiB系アモルファスワイヤを感磁媒体として用いた構成を有し、感磁媒体に高周 波電流を通電した際に、外部磁界に起因して感磁媒体の磁気インピーダンスが大き く変化する Ml効果を利用して磁場強度の検出を行っている。磁場検出装置 6a— 6h として他の磁場センサを用いることとしても良いが、 Mlセンサを用いた場合には、特 に高い感度で磁場検出が行えるという利点を有する。また、磁場検出装置 6a— 6hは 、本実施の形態にぉ 、てはそれぞれ立方体の頂点を形成する位置に配置されること とする。
[0032] 固定部材 7a、 7bは、磁場検出装置 6a— 6hを被検体 1に対して固定するためのも のである。具体的には、固定部材 7a、 7bは、例えば弾性部材によって環状に形成さ れており、被検体 1の胴部に密着した状態で固定される構成を有する。磁場検出装 置 6a— 6dおよび磁場検出装置 6e— 6hは、固定部材 7a、 7bによってそれぞれ被検 体 1に対して所定の位置に固着されており、固定部材 7a、 7bを被検体 1の胴部に密 着固定することによって、磁場検出装置 6a— 6hは、被検体 1に対する相対位置が固 定された状態で配置されることとなる。
[0033] 受信用アンテナ 9は、カプセル型内視鏡 2から送信される無線信号を受信するため のものである。後述するように本実施の形態におけるカプセル型内視鏡 2は、被検体 1内部の画像を撮像して外部に無線送信する機能を有し、受信用アンテナ 9は、カブ セル型内視鏡 2から送信される無線信号を受信し、移動状態導出装置 8に出力する 機能を有する。受信用アンテナ 9は、具体的には、例えば、ループアンテナと、ルー プアンテナを被検体 1に固定するための固着手段とによって構成されている。
[0034] 送信用アンテナ 10は、移動状態導出装置 8によって生成された信号をカプセル型 内視鏡 2に対して送信するためのものである。後述するように、本実施の形態におけ る移動状態導出装置 8は、カプセル型内視鏡 2の駆動電力となる給電用信号と、検 出したカプセル型内視鏡 2の移動状態に関する情報である移動状態情報信号とを重 畳してカプセル型内視鏡 2に対して出力する機能を有する。送信用アンテナ 10は、 これらの信号をカプセル型内視鏡 2に対して無線送信するものであって、具体的には 、例えば、ループアンテナと、ループアンテナを被検体 1に固定するための固着手段 とによって構成されている。
[0035] 次に、移動状態導出装置 8について説明する。移動状態導出装置 8は、カプセル 型内視鏡 2から送信された無線信号を受信する受信装置としての機能と、カプセル 型内視鏡 2に対して所定の信号を無線送信する送信装置としての機能と、カプセル 型内視鏡 2の位置および指向方向を導出し、さらにはカプセル型内視鏡 2の移動状 態を導出する機能とを備える。以下、移動状態導出装置 8の構成について、各機能 に対応した構成要素ごとに説明を行う。
[0036] 第 3図は、移動状態導出装置 8の全体構成について示すブロック図である。まず、 移動状態導出装置 8は、カプセル型内視鏡 2から無線送信された、被検体 1内部の 画像データを受信する受信装置としての構成を有する。具体的には、移動状態導出 装置 8は、選択した受信用アンテナによって受信された無線信号に対して復調等の 所定の処理を行い、無線信号の中からカプセル型内視鏡 2によって取得された画像 データを抽出する RF受信ユニット 28と、出力された画像データに必要な処理を行う 画像処理ユニット 29と、画像処理が施された画像データを記録するための記憶ュ- ット 30とを備える。
[0037] また、移動状態導出装置 8は、カプセル型内視鏡 2に対して送信する給電用信号 および移動状態情報信号を生成し、送信用アンテナ 10— 1一 10— mに対して出力す る送信装置としての構成を有する。具体的には、移動状態導出装置 8は第 3図に示 すように、給電用信号を生成する機能および発振周波数を規定する機能を有する発 振器 31と、後述する移動状態情報信号を生成する移動状態情報生成部 32と、給電 用信号と移動状態情報信号とを合成する重畳回路 33と、合成された信号の強度を 増幅する増幅回路 34とを備える。増幅回路 34で増幅された信号は、送信用アンテ ナ 10— 1一 10— mに送られ、カプセル型内視鏡 2に対して送信される。なお、移動状 態導出装置 8は、所定の蓄電装置または AC電源アダプタ等を備えた電力供給ュ- ット 35を備え、移動状態導出装置 8の各構成要素は、電力供給ユニット 35から供給 される電力を駆動エネルギーとして 、る。
[0038] また、移動状態導出装置 8は、移動状態情報を生成する際に必要となるカプセル 型内視鏡 2の被検体 1内における位置を導出する位置導出装置としての構成を有す る。具体的には、移動状態導出装置 8は、磁場検出装置 6a— 6hの中から基準となる 磁場検出装置 (以下、「基準装置」と称する)を選択する基準装置選択部 36と、基準 装置選択部 36による選択結果に基づいて所定数の磁場検出装置において得られ た磁場強度を出力するセレクタ 37とを備える。また、移動状態導出装置 8は、セレクタ 37から出力された磁場強度に基づいて、カプセル型内視鏡 2と基準装置等との間の 距離を導出する距離導出部 38と、導出された距離と距離の導出に用いた基準装置 等の位置座標とを用いて演算処理を行うことによってカプセル型内視鏡 2の位置を導 出する位置演算部 39とを備える。
[0039] 基準装置選択部 36は、磁場検出装置 6a— 6hの中から、検出した磁場強度の値が 最も大きいものを選択する機能を有する。具体的には、磁場検出装置 6a— 6hから出 力された磁場強度値を互いに比較し、最も大きな磁場強度を出力した磁場検出装置 (基準装置)を選択した後、基準装置を特定する情報 (例えば、磁場検出装置 6a— 6 hの中でいずれの装置が基準装置であるかの情報）をセレクタ 37に出力する。
[0040] セレクタ 37は、基準装置選択部 36による選択結果に基づいて複数の磁場検出装 置を選択し、自己が選択した磁場検出装置 (被選択装置）によって得られた磁場強 度と、基準装置によって得られた磁場強度とを距離導出部 38に出力するためのもの である。具体的には、セレクタ 37は、基準装置に対して互いに直交する方向に配置 された 3個の磁場検出装置を選択する機能を有する。すなわち、本実施の形態にか 力る被検体内移動状態検出システムは、第 1図にも示したように、磁場検出装置 6a 一 6hは、それぞれが立方体の頂点を形成するよう配置されているため、任意の磁場 検出装置に対して、互いに直交する方向に位置する磁場検出装置が必ず 3個存在 し、セレクタ 37は、力かる 3個の磁場検出装置を被選択装置として選択する機能を有 する。
[0041] 距離導出部 38は、セレクタ 37を介して入力された磁場強度に基づいて、基準装置 および被選択装置とカプセル型内視鏡 2との間の距離を導出するためのものである。 具体的には、距離導出部 38は、入力された磁場強度に対して、（1)式に示す演算処 理を行うことによって、磁場強度が検出された磁場検出装置とカプセル型内視鏡 2と の間の距離を導出する機能を有する。
[0042] 位置演算部 39は、基準装置等として選択された磁場検出装置とカプセル型内視 鏡 2との間の距離に基づいて所定の演算処理を行うことによって、カプセル型内視鏡 2の位置を導出するためのものである。また、位置演算部 39は、カプセル型内視鏡 2 の位置を導出した後、導出結果を記憶ユニット 30に出力する機能を有する。
[0043] さらに、移動状態導出装置 8は、移動状態情報を生成する際に必要となるカプセル 型内視鏡 2の指向方向を検出する指向方向検出装置としての構成を有する。具体的 には、移動状態導出装置 8は、指向方向に関する情報を記憶した指向方向データべ ース 40と、所定の磁場検出装置 6によって検出される磁場方向に基づいてカプセル 型内視鏡 2の指向方向を検出する指向方向検出部 41とを備える。指向方向データ ベース 40は、磁場検出装置 6において受信される磁場の強度および磁場検出装置 6とカプセル型内視鏡 2の位置関係に対するカプセル型内視鏡 2の指向方向に関す るデータをあら力じめ記憶したものである。なお、指向方向データベース 40および指 向方向検出部 41の動作の具体的内容については、後に詳細に説明する。
[0044] また、移動状態導出装置 8は、導出したカプセル型内視鏡 2の位置および指向方 向に関する情報に基づいて、移動状態を導出する機構を有する。具体的には、移動 状態導出装置 8は、移動状態情報生成部 32を有しており、かかる移動状態情報生 成部 32によってカプセル型内視鏡 2の移動状態を導出すると共に移動状態情報を 生成することとしている。
[0045] 次に、本実施の形態に力かる被検体内移動状態検出システムの動作について説 明する。以下では、移動状態導出装置 8によって行われるカプセル型内視鏡 2の位 置導出動作、指向方向導出動作および移動状態情報生成動作について順次説明 する。
[0046] まず、移動状態導出装置 8によるカプセル型内視鏡の位置を導出する動作につい て説明する。第 4図は、移動状態導出装置 8の位置検出動作を示すフローチャートで あり、第 5図は、位置導出動作のアルゴリズムを説明するための模式図である。なお、 第 5図において、磁場検出装置 6a— 6hによって構成される立方体の 1辺の長さを aと する。また、後述するように基準装置として選択される磁場検出装置 6eの位置を原点 とし、磁場検出装置 6eから磁場検出装置 6fに向力う方向を X方向、磁場検出装置 6e 力も磁場検出装置 6hに向力 方向を y方向、磁場検出装置 6eから磁場検出装置 6a に向力 方向を z方向とする。力かる xyz座標系に基づいて磁場検出装置 6a— 6hの 位置を定めると共に、 xyz座標系におけるカプセル型内視鏡 2の位置を (x、 y、 z)と する。以下、第 4図および第 5図を適宜参照して移動状態導出装置 8の動作につい て説明を行う。
[0047] まず、移動状態導出装置 8は、基準装置選択部 36によって、磁場検出装置 6a— 6 hの中で受信した磁場強度が最も高 、磁場検出装置を選択する (ステップ S 101)。 第 5図の例では、最も高い磁場検出装置として磁場検出装置 6eが選択された場合を 示しており、以下の説明でも磁場検出装置 6eを基準装置として説明を行う。 [0048] そして、移動状態導出装置 8は、セレクタ 37によって、ステップ S 101で選択した基 準装置に基づいて 3個の被選択装置を選択し (ステップ S102)、基準装置および被 選択装置によって得られた磁場強度を距離導出部 38に出力する (ステップ S103)。 第 5図の例では、基準装置たる磁場検出装置 6eに対して、磁場検出装置 6f、 6h、 6 aがそれぞれ互いに直交する方向に配置されていることから、セレクタ 37は、これらを 被選択装置として選択する。
[0049] その後、移動状態導出装置 8は、距離導出部 38によって、ステップ S101において 選択した基準装置によって得られた磁場強度と、ステップ S102にお 、て選択した被 選択装置とによって得られた磁場強度とに基づいてカプセル型内視鏡 2との間の距 離を導出する (ステップ S104)。具体的には、距離導出部 38は、セレクタ 37を介して 入力された磁場強度を用いて（1)式の演算を行うことによって距離の導出を行う。第 5図の例では、距離導出部 38は、基準装置および被選択装置において検出された 磁場強度に基づいて、カプセル型内視鏡 2と磁場検出装置 6e、 6f、 6h、 6aとの距離 r、 r、 r、 rを導出して ヽる。
1 2 3 4
[0050] そして、移動状態導出装置 8は、位置演算部 39における演算処理によってカプセ ル型内視鏡 2の位置の導出を行う（ステップ S105)。具体的には、カプセル型内視鏡 2の X座標、 y座標および z座標を導出することによってカプセル型内視鏡 2の位置が 導出されることとなるため、磁場検出装置 6e、 6f、 6h、 6aの座標およびステップ S 10 4において導出された距離の値とを用いてカプセル型内視鏡 2の座標を導出してい る。
[0051] 例えば、カプセル型内視鏡 2の位置座標 (x、 y、 z)は、第 5図に示す位置関係から 幾何的に導出することが可能であって、具体的には以下の方程式を解くことによって 導出される。
(x-0)2+(y-0)2+(z-0)2=r2 · · · (2)
1
(x-a)2+(y-0)2+(z-0)2=r2 · · · (3)
2
(x-0)2+(y-a)2+(z-0)2=r2 …（4)
3
(x-0)2+(y-0)2+(z-a)2=r2 …（5)
4
[0052] なお、（2)式一（5)式にぉ 、て、未知数は 3個であることから、理論上は方程式の数 も 3個あれば十分である。し力しながら、実際の位置検出の際には、磁場検出装置 6a 一 6hの位置ずれや、距離導出誤差等によってカプセル型内視鏡 2の位置検出精度 の低下を抑制するため、（2)式一（5)式を解いた後に、 x、 y、 zの値が一意に定まるよ う磁場検出装置の座標等を補正することとしている。
[0053] 最後に、移動状態検出装置 3は、位置演算部 39によって導出されたカプセル型内 視鏡 2の位置に関する情報を移動状態情報生成部 32に対して出力する (ステップ S 106)。出力されたカプセル型内視鏡 2の位置に関する情報は、後述するカプセル型 内視鏡 2の移動状態の導出に使用されることとなる。
[0054] 次に、移動状態検出装置 3によって行われるカプセル型内視鏡 2の指向方向の導 出動作について説明する。第 6図は、指向方向の導出動作の内容を示すフローチヤ ートであり、第 7図は、指向方向の導出動作を説明するための模式図である。以下、 第 6図および第 7図を適宜参照しつつ、カプセル型内視鏡 2の指向方向の導出動作 について説明を行う。
[0055] まず、指向方向検出部 41は、カプセル型内視鏡 2の位置と、複数存在する磁場検 出装置 6a— 23hの中から選択された磁場検出装置 6によって受信された磁場の方 向とを入力する (ステップ S201)。磁場検出装置 6の選択アルゴリズムは任意のもの として良いが、本実施の形態 2では、例えば最も受信磁場強度の大きい磁場検出装 置 6を選択するものとする。第 10図の例では、指向方向検出部 41によって、選択さ れた磁場検出装置 6の座標（a、 a、 a )および矢印で示す方向ベクトルによって表現
1 2 3
される磁場方向が把握される。
[0056] そして、指向方向検出部 41は、ステップ S201において選択された磁場検出装置 6 のカプセル型内視鏡 2に対する相対位置を導出する (ステップ S202)。具体的には、 指向方向検出部 41は、位置演算部 39によって導出されたカプセル型内視鏡 2の位 置を入力され、ステップ S 201において選択された磁場検出装置 6についてカプセル 型内視鏡 2に対する相対座標を導出する。第 10図の例では、磁場検出装置 6の座 標（a、 a、 a )と、カプセル型内視鏡 2の座標（x、 y、 z)に基づいて、カプセル型内視
1 2 3
鏡 2の位置を原点とした磁場検出装置 6の相対位置座標 (a 1, a— y, a— z)が導出
1 2 3 される。 [0057] その後、指向方向検出部 41は、ステップ S 201において入力された磁場方向と、ス テツプ S202において選択された磁場検出装置 6の相対位置とを指向方向データべ ース 40に入力し、カプセル型内視鏡 2の指向方向に関するデータを取得する (ステツ プ S203)。第 10図に示すように、カプセル型内視鏡 2内に備わる永久磁石 25から出 力される定磁場の方向は、カプセル型内視鏡 2の指向方向およびカプセル型内視鏡 2に対する位置によって一意に定まる性質を有することから、指向方向データベース 40には、あら力じめカプセル型内視鏡 2の指向方向、カプセル型内視鏡 2に対する 相対座標および相対座標における定磁場の方向が対応づけられた状態で記憶され ている。このため、指向方向データベース 40に対して磁場検出装置 6の相対座標お よび検出された定磁場の方向を入力することによって、カプセル型内視鏡 2の指向方 向を抽出することが可能である。第 10図の例では、指向方向データベース 40の出力 結果に基づいて、カプセル型内視鏡 2の指向方向が（X、 y、 z )であることが導出さ
1 1 1
れる。
[0058] そして、指向方向検出部 41は、取得したカプセル型内視鏡 2の指向方向に関する 情報を移動状態情報生成部 32に出力する (ステップ S204)。出力されたカプセル型 内視鏡 2の指向方向に関する情報は、次のカプセル型内視鏡の移動状態の導出に 使用されることとなる。
[0059] 次に、導出された位置および指向方向に基づくカプセル型内視鏡 2の移動状態の 導出動作について説明する。第 8図は、移動状態情報生成部 32による移動状態の 導出動作の内容を示すフローチャートであり、以下第 8図を適宜参照しつつ、移動状 態の導出動作について説明する。
[0060] まず、移動状態情報生成部 32は、位置演算部 39によって導出されたカプセル型 内視鏡 2の位置に関する情報と、指向方向検出部 41によって導出されたカプセル型 内視鏡 2の指向方向に関する情報とを入力する (ステップ S301)。そして、入力した 位置に関する情報および指向方向に関する情報との比較を行うために、移動状態情 報生成部 32は、あら力じめ記憶しておいた過去のカプセル型内視鏡 2の位置および 指向方向に関するデータを抽出する (ステップ S302)。
[0061] その後、移動状態情報生成部 32は、カプセル型内視鏡 2の位置変化量（=移動距 離)の導出を行い、導出した位置変化量が所定の閾値未満であるか否力の判定を行 う（ステップ S303)。位置変化量が閾値未満と判定された場合にはステップ S305に 移行し、閾値以上と判定された場合にはステップ S304に移行する。
[0062] 位置変化量が閾値以上と判定された場合には、さらにカプセル型内視鏡 2の移動 速度の導出が行われる (ステップ S304)。本実施の形態に力かる被検体内移動状態 検出システムは、カプセル型内視鏡 2内の機能実行部 15に撮像機能を持たせた構 成を有することから、撮像間隔の導出の際にカプセル型内視鏡 2の移動速度を参照 することとしているためである。移動速度の導出が終了すると、導出結果が移動状態 情報として確定し、重畳回路 33に出力されてカプセル型内視鏡 2に対して無線信号 として送信され、すべての処理が終了する。
[0063] 一方、位置変化量が閾値未満と判定された場合には、移動状態情報生成部 32は 、さらにカプセル型内視鏡 2の指向方向の変化量について導出を行い、導出した変 化量が閾値未満である力否かの判定を行う (ステップ S305)。指向方向の変化量が 閾値未満と判定された場合には、移動状態情報生成部 32はカプセル型内視鏡 2が 停止状態にあるものと判定し (ステップ S306)、その旨の移動状態情報を生成して重 畳回路 33に出力する。
[0064] ステップ S305において、指向方向の変化量が閾値以上であると判定された場合に は、移動状態情報生成部 32は、カプセル型内視鏡 2が指向方向変動状態であると 判定し (ステップ S307)、その旨の移動状態情報を生成して重畳回路 33に出力する 。以上、移動状態情報生成部 32は、位置検出および指向方向検出の結果に基づい て、カプセル型内視鏡 2がどのような移動速度で移動しているの力、移動はしていな いものの指向方向が変動している状態なの力、または一切の運動を停止した状態な のかを判定し、判定結果を移動状態情報として出力している。
[0065] 次に、本実施の形態に力かる被検体内移動状態検出システムの利点について説 明する。まず、本実施の形態に力かる被検体内移動状態検出システムは、カプセル 型内視鏡 2内に備わる永久磁石 25によって出力される定磁場に基づいてカプセル 型内視鏡 2の位置を導出することとしている。電磁波等と異なり、定磁場は、伝播領 域における比誘電率および透磁率等の物理的パラメータの変動にかかわらずほぼ 一意に強度が減衰する特性を有することから、（1)式の関係が良好に成立するという 特徴を有する。従って、人体内部のように、物理的パラメータが互いに異なる臓器等 が存在する空間内における位置検出であっても、電磁波等による位置検出の場合と 比較して高い精度で位置検出を行うことが可能という利点を有する。
[0066] また、本実施の形態に力かる被検体内移動状態検出システムは、永久磁石 25から 出力される定磁場に基づ ヽてカプセル型内視鏡 2の指向方向を検出する構成を有 する。位置検出の場合と同様に、永久磁石 25から出力される定磁場は、被検体 1内 の構成物による影響を受けにくいと共に、所定の位置における磁場方向は、カプセ ル型内視鏡 2の指向方向およびカプセル型内視鏡 2に対する相対位置に基づいて ほぼ一意に定まるという特性を有する。また、永久磁石 25から出力される磁力線の方 向は、物理的パラメータが互いに異なる臓器等にかかわらずほぼ一意に定まる特性 を有する。従って、永久磁石 25から出力される定磁場の進行方向に基づいて指向 方向の導出を行うことによって、カプセル型内視鏡 2が被検体 1内を移動している間 であっても正確な指向方向の導出が可能である。
[0067] さらに、本実施の形態に力かる被検体内移動状態検出システムは、正確に導出さ れたカプセル型内視鏡 2の位置および指向方向に基づ 、てカプセル型内視鏡 2の 移動状態を導出することとしている。力かる機能を有することにより、例えば医師等は 、被検体 1の内部におけるカプセル型内視鏡 2の移動態様がいかなるものかを把握 することが可能となると!/、う利点を有する。
[0068] また、本実施の形態では、導出したカプセル型内視鏡 2の移動状態に基づ 、て機 能実行部 15の駆動状態を制御することとしている。本実施の形態では機能実行部 1 5として照明機能および撮像機能を有することとしており、移動状態に基づいて機能 実行部 15の駆動状態を制御することで、被検体 1内部の画像を効率よく取得するこ とが可能である。例えば、カプセル型内視鏡 2が被検体 1内の移動を停止したとの移 動状態情報が得られた場合には、 LED11および CCD13の駆動を停止させることに よって、同一部位に関して重複した画像データを取得することを防止することが可能 である。また、例えば被検体 1内の食道を通過する場合のように、カプセル型内視鏡 2が通常よりも高速に移動する場合には、撮像動作の間隔を狭めることにより十分な 画像データを取得することが可能となる。
[0069] さらに、本実施の形態では、移動状態情報としてカプセル型内視鏡 2の指向方向の 変化についても導出することとしているため、例えばカプセル型内視鏡 2が同一部位 に留まっているものの指向方向が変化している場合を検出することが可能である。こ のような移動状態の場合には、カプセル型内視鏡 2の位置変動はないにもかかわら ず CCD13の撮像視野は変動していることから、撮像動作を行うことによって被検体 1 内の情報をより多く取得することが可能である。本実施の形態に力かる被検体内移動 状態検出システムは、例えばカプセル型内視鏡 2が被検体 1内で停止しており、かつ 指向方向の変化量が所定閾値以上であると判定した場合には撮像動作を行う、とい う構成を実現することが可能となる。この結果、本実施の形態にカゝかる被検体内移動 状態検出システムは、被検体 1の内部画像についてより多くの情報の取得が可能で あるという利点を有する。
[0070] また、本実施の形態に力かる被検体内移動状態検出システムは、カプセル型内視 鏡 2の位置検出と指向方向検出について、磁場検出装置 6a— 6hを用いる構成とし たことから、簡易な構成でシステムを実現できるという利点を有する。すなわち、本実 施の形態 2にかかる被検体内移動状態検出システムは、カプセル型内視鏡 2の位置 と指向方向について、それぞれ別個の機構を用いて検出するのではなぐ共通の検 出装置を用いることとしている。従って、検出機構を簡易に構成することが可能となり 、製造コストを低減できる等の利点を有する。
[0071] (変形例）
次に、実施の形態に力かる被検体内移動状態検出システムの変形例について説 明する。本変形例に力かる被検体内移動状態検出システムは、被検体内にカプセル 型内視鏡の通過が困難な狭窄部等が存在する力否か等の事前検査を行う際に用い られるテストカプセルに関するものである。すなわち、本変形例に力かる被検体内移 動状態検出システムは、テストカプセルが被検体内でどのように移動するかを調べる ためのものである。
[0072] 第 9図は、本変形例に力かる被検体内移動状態検出システムを構成するテストカブ セル 43の全体構成を示す模式図であり、第 10図は、本変形例にカゝかる被検体内移 動状態検出システムを構成する移動状態検出装置の全体構成を示す模式図である
[0073] 第 9図に示すように、テストカプセル 43は、カプセル型内視鏡の筐体と同様のカプ セル形状を有する筐体 45と、筐体 45の内部に配置された永久磁石 46と、筐体 45と 永久磁石 46との間の隙間を埋める部材として機能する充填部材 47とを備える。
[0074] 筐体 45は、例えば、変形可能な柔軟な材料によって形成されると共に、被検体 1内 に一定期間留まった場合に分解されるという特性を有する。筐体 45が被検体 1内で 分解する構成とすることによって、万一被検体 1内に導入したテストカプセル 43が被 検体 1の外部に排出されないような場合であっても、被検体 1に対して開腹手術等を 行う必要がな 、と 、う利点を有する。
[0075] 充填部材 47は、筐体 45と永久磁石 46との間の空間を充填するためのものである。
なお、充填部材 47を形成する材料としては被検体 1に対して悪影響を与えな ヽもの とする必要があり、例えば生理食塩水や、硫酸バリウム等を材料として用いることが好 ましい。特に、硫酸バリウムを用いて充填部材 47を形成した場合には、充填部材 47 を造影剤として用いることによって X線検査によってテストカプセル 43の位置を検出 できるという利点を有する。
[0076] 次に、移動状態導出装置 44について説明する。第 10図に示すように、移動状態 導出装置 44は、実施の形態と同様に、磁場検出装置 6a— 6hの中から基準装置を 選択する基準装置選択部 36と、選択された基準装置に基づ!/、て被選択装置を選択 し、基準装置および被選択装置によって得られた磁場強度を出力するセレクタ 37と、 セレクタ 37から出力された磁場強度に基づいてテストカプセル 43との間の距離を導 出する距離導出部 38と、導出された距離に基づいてテストカプセル 43の位置を導出 する位置演算部 39と、導出された位置に基づいて移動状態情報を生成する移動状 態情報生成部 32とを備える。さらに、移動状態導出装置 44は、移動状態情報生成 部 32によって生成された移動状態情報を記憶する記憶ユニット 48を備える。記憶ュ ニット 48および携帯型記録媒体 5を介して表示装置 4に移動状態情報を出力する構 成とすることにより、医者等によってテストカプセル 43の移動状態を把握することが可 能となる。なお、本変形例では導出する移動状態情報としてテストカプセル 43の位置 変動のみを対象としている力 実施の形態と同様に指向方向の変動についても導出 する構成としても良いことはもちろんである。
[0077] 以上、実施の形態および変形例に渡って本発明を説明したが、本発明は上記のも のに限定されず、当業者であれば様々な実施例、変形例および応用例に想到するこ とが可能である。例えば、実施の形態に力かる被検体内移動状態検出システムにお いて、実施の形態 2と同様にカプセル型内視鏡 2の指向方向を導出する構成を備え ることとしてち良い。
[0078] また、実施の形態および変形例では、複数の磁場検出装置 6および磁場検出装置 6について、それぞれが立方体の頂点を検出するよう被検体 1の外表面上に配置す る構成としているが、力かる配置態様に限定する必要はない。すなわち、磁場検出装 置 6等にっ ヽては、あらカゝじめ被検体 1に対する相対位置が把握されて!ヽれば足り、 カゝかる相対位置を用いれば、立方体状に配置されなくとも位置検出および指向方向 の検出は可能である。また、磁場検出装置 6等の個数についても 8個に限定する必 要はなぐ最も簡易な構成としては単一の磁場検出装置 6等を用いたシステムを構築 することが可能である。すなわち、被検体内導入装置たるカプセル型内視鏡 2または カプセル型内視鏡 2は、被検体 1内を任意に移動するのではなぐ食道、胃、小腸お よび大腸等の所定臓器内のある程度定まった経路に従って移動する構成を有する。 従って、あら力じめ被検体内導入装置の移動経路を前もってある程度把握しておくこ とは可能であり、事前に把握した経路情報と、単一の磁場検出装置によって受信さ れた定磁場の強度とを用いて被検体内導入装置の位置検出を行うこととしても良い。
[0079] さらに、実施の形態 1、 2では、基準装置選択部 42およびセレクタ 17を用いて基準 装置および被選択装置を選択し、これらによって検出された磁場強度に基づいて位 置検出を行うこととしている。しかしながら、力かる構成は本発明に必須ではなぐ例 えば、磁場強度検出装置 6a— 6hのすべてについて検出強度に基づくカプセル型内 視鏡 2等の間の距離の導出を行 、、 (2)式一（5)式と同様の方程式を 8通り形成し、 カプセル型内視鏡 2等の位置を導出することとしても良い。カゝかる構成とした場合、例 えば最小二乗法を用いた演算が可能となることから、カプセル型内視鏡 2等の位置 の導出誤差をさらに低減できるという利点を有する。 [0080] 同様に、例えば実施の形態において、複数の磁場検出装置 6を用いてカプセル型 内視鏡 2の指向方向を導出することとしても良い。すなわち、上記した手法による指 向方向の導出を複数の磁場検出装置 6について行い、それぞれによって得られた指 向方向の平均を導出する等の手法を用いることで、より正確な指向方向の導出を行う 構成とすることも好まし ヽ。このことは被検体内導入装置の位置検出にっ 、ても同様 であって、異なる組み合わせの磁場検出装置 6等を用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。
[0081] さらに、実施の形態において、撮像手段たる CCD13等および照明手段たる LED1 1等を備えた機能実行部 15について説明したが、機能実行部としてはこれらの他に 、被検体 1内における pH、温度に関する情報を取得する構成としても良い。また、被 検体内導入装置が振動子を備える構成として、被検体 1内の超音波画像を取得する 構成としても良い。さらに、これらの被検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。
[0082] また、送信用アンテナ 10— 1一 10— mカゝら送信される無線信号としては、必ずしも移 動状態情報信号と給電用信号とを重畳したものとする必要はなぐ移動状態情報信 号のみを出力する構成としても良い。また、移動状態情報信号と、給電用信号以外 の信号とを重畳して送信する構成としても良い。さらに、移動状態検出装置 3は、カブ セル型内視鏡 2等から出力される無線信号の受信のみを行う構成としても良いし、力 プセル型内視鏡内に記憶部を設け、被検体 1外部に排出された後に記憶部力 情 報を取り出す構成としても良!、。
産業上の利用可能性
[0083] 以上のように、本発明にかかる被検体内移動状態検出システムは、例えば医療分 野にて用いられる飲込み型のカプセル型内視鏡に関して有用であり、特に、患者等 の被検体内部における位置検出を行うカプセル型内視鏡等の被検体内導入装置に 関して適している。

Claims

請求の範囲
[1] 被検体内に導入され、該被検体内を移動する被検体内導入装置と、前記被検体 外部に配置され、前記被検体内部における前記被検体内導入装置の移動状態を検 出する移動状態検出装置とを備えた被検体内移動状態検出システムであって、 前記被検体内導入装置は、定磁場を前記被検体外部に出力する磁場発生手段を 備え、
前記移動状態検出装置は、
前記被検体に対する相対位置が固定され、少なくとも前記磁場発生手段力 出力 された定磁場の強度を検出する磁場検出手段と、
前記磁場検出手段によって検出された磁場強度に基づいて前記被検体内におけ る前記被検体内導入装置の位置情報を導出する位置情報導出手段と、
前記位置情報導出手段によって導出された位置情報に基づいて、前記被検体内 導入装置の移動状態を導出する移動状態導出手段と、
を備えたことを特徴とする被検体内移動状態検出システム。
[2] 前記移動状態検出装置は、前記磁場検出手段を複数備え、
前記位置情報導出手段は、前記複数の磁場検出手段において検出された磁場強 度に基づいて前記被検体内導入装置と前記複数の磁場検出手段のそれぞれとの間 の距離を導出し、導出した距離に基づ！ヽて前記被検体内導入装置の位置を導出す ることを特徴とする請求項 1に記載の被検体内移動状態検出システム。
[3] 前記磁場発生手段は、前記被検体内導入装置に磁場出力方向が固定された状態 で配置され、
前記移動状態検出装置は、
前記磁場検出手段が前記定磁場発生手段から出力される定磁場の進行方向を検 出する機能をさらに有し、
前記磁場検出手段によって検出された磁場方向に基づいて、前記被検体内にお ける前記被検体内導入装置の指向方向を検出する指向方向検出手段を備えたこと を特徴とする請求項 1に記載の被検体内移動状態検出システム。
[4] 前記移動状態検出装置は、前記磁場発生手段からの距離、前記磁場方向および 前記被検体内導入装置の指向方向の相互間の関係をあらかじめ記録した指向方向 データベースをさらに備え、 前記指向方向検出手段は、前記指向方向データベースを用いて前記被検体内導 入装置の指向方向を検出することを特徴とする請求項 3に記載の被検体内移動状態 検出システム。
[5] 前記被検体内導入装置は、
前記被検体内情報を取得する機能実行手段と、
前記機能実行手段によって取得された前記被検体内情報を無線送信する無線送 信手段とをさらに備え、
前記移動状態検出装置は、
前記無線送信手段力 送信された無線信号を受信する受信手段をさらに備えたこ とを特徴とする請求項 1に記載の被検体内移動状態検出システム。
[6] 前記移動状態検出装置は、前記移動状態導出手段によって導出された、前記被 検体内導入装置の移動状態に基づいて、前記被検体内導入装置に備わる前記機 能実行手段の駆動状態を制御する移動状態情報を生成することを特徴とする請求 項 5に記載の被検体内移動状態検出システム。
[7] 前記機能実行手段は、
前記被検体内を照射する照明手段と、
前記照明手段によって照射された領域の画像を取得する撮像手段と、 を備えたことを特徴とする請求項 5に記載の被検体内移動状態検出システム。
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