WO2005115219A1 - 位置関係検出装置および位置関係検出システム - Google Patents

位置関係検出装置および位置関係検出システム Download PDF

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WO2005115219A1
WO2005115219A1 PCT/JP2005/009381 JP2005009381W WO2005115219A1 WO 2005115219 A1 WO2005115219 A1 WO 2005115219A1 JP 2005009381 W JP2005009381 W JP 2005009381W WO 2005115219 A1 WO2005115219 A1 WO 2005115219A1
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WO
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magnetic field
coordinate axis
target
reference coordinate
linear magnetic
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PCT/JP2005/009381
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English (en)
French (fr)
Inventor
Tetsuo Minai
Akira Matsui
Original Assignee
Olympus Corporation
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Publication date
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Priority to US11/597,221 priority patent/US20080200760A1/en
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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—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
    • 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
    • A61B1/041—Capsule endoscopes for imaging
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—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
    • A61B1/00002—Operational features of endoscopes
    • A61B1/00025—Operational features of endoscopes characterised by power management
    • A61B1/00027—Operational features of endoscopes characterised by power management characterised by power supply
    • A61B1/00029—Operational features of endoscopes characterised by power management characterised by power supply externally powered, e.g. wireless
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/06—Devices, other than using radiation, for detecting or locating foreign bodies ; determining position of probes within or on the body of the patient
    • A61B5/061—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
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a technique for detecting a positional relationship between a target coordinate axis fixed with respect to a detection target and a reference coordinate axis set irrespective of the motion of the detection target.
  • capsule endoscopes In recent years, in the field of endoscopes, swallowable capsule endoscopes have been proposed. 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 a display based on the image data stored in the memory to make a diagnosis (for example, see Patent Reference 1).
  • an object of the present invention is to enable a capsule endoscope to be driven for a long time even after being introduced into a subject.
  • a configuration in which power is supplied using a wireless signal from an external device is also proposed.
  • the capsule endoscope needs to adopt a lightweight and compact structure because it is introduced into the subject, the built-in battery has to be compact and lightweight. It is difficult to incorporate a battery having a capacity necessary for long-time operation.
  • the capsule endoscope is further provided with a battery or the like having a charging function and a receiving mechanism such as a receiving antenna for receiving a wireless signal from the outside. Then, the capsule endoscope receives a wireless signal transmitted from the outside, reproduces power, and drives the capsule endoscope. We use it as dynamic power.
  • a large configuration it is not necessary to incorporate a large-capacity battery in the capsule endoscope, and it is possible to realize a capsule endoscope that operates for a long time inside the subject. is there.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-19111
  • the conventional capsule endoscope system has a problem that a wireless signal from the outside cannot be efficiently transmitted to the capsule endoscope.
  • a wireless signal from the outside cannot be efficiently transmitted to the capsule endoscope.
  • the receiving antenna provided in the capsule endoscope is fixedly arranged with respect to the capsule endoscope, in other words, the capsule type endoscope. It is arranged at a predetermined position on a coordinate axis fixed to the endoscope (hereinafter, referred to as “target coordinate axis”).
  • target coordinate axis a coordinate axis fixed to the endoscope
  • the capsule endoscope changes the traveling direction along the passage path while rotating around the traveling direction in the subject due to friction between the inner wall of the organs constituting the passage path and the like. It will move while moving.
  • an external coordinate axis for example, a coordinate axis fixed to the outer surface of the subject (hereinafter referred to as a "reference coordinate axis") and a target coordinate axis fixed to the capsule endoscope
  • the positional relationship between them fluctuates irregularly with the movement of the capsule endoscope. Therefore, the direction in which the receiving antenna fixed on the target coordinate axis can receive the radio signal most efficiently varies irregularly when viewed from the reference coordinate axis, and the position with the transmitting antenna fixed on the reference coordinate axis is irregular.
  • the present invention has been made in view of the above, and has been made in consideration of a detection object such as a capsule endoscope.
  • An object of the present invention is to realize a technique for deriving a positional relationship between a target coordinate axis fixed with respect to a reference coordinate axis and a reference coordinate axis set irrespective of movement of a detection target.
  • a positional relationship detection device for detecting a positional relationship between a reference coordinate axis and a set reference coordinate axis, wherein a positional relationship between a traveling direction of the first linear magnetic field having a predetermined traveling direction on the target coordinate axis and a traveling direction on the reference coordinate axis is provided.
  • the position of the target coordinate axis relative to the reference coordinate axis is determined. And an azimuth deriving means for deriving an azimuth.
  • the positional relationship detection device is arranged at a predetermined position on the reference coordinate axis, and configured to form the first linear magnetic field.
  • a second linear magnetic field forming unit arranged at a predetermined position on the reference coordinate axis to form the second linear magnetic field, wherein the azimuth deriving unit is configured to detect the target detected by the detection target. Deriving the azimuth based on the traveling directions of the first and second linear magnetic fields on the coordinate axis and the traveling directions of the first and second linear magnetic fields on the predetermined reference coordinate axis.
  • the first linear magnetic field is formed by geomagnetism, is disposed at a predetermined position on the reference coordinate axis, and A second linear magnetic field forming unit that forms a magnetic field; and a magnetic field sensor unit that detects a traveling direction of the first linear magnetic field on the reference coordinate axis, wherein the azimuth guiding unit is detected by the magnetic field sensor unit.
  • the direction is derived based on the direction of travel of the second linear magnetic field.
  • the positional relationship detecting device is characterized in that, Based on the traveling direction of the diffused magnetic field having position dependence with respect to the direction at the location of the detection target and the azimuth formed by the target coordinate axis with respect to the reference coordinate axis, derived by the azimuth deriving means! And a position deriving means for deriving a position of an origin of the target coordinate axis with respect to the reference coordinate axis.
  • the positional relationship detection device is characterized in that, in the above invention, the second linear magnetic field has such a characteristic that the magnetic field intensity is attenuated according to a distance from the second linear magnetic field forming means.
  • the position deriving means derives a distance between the second linear magnetic field forming means and the detection target according to the magnetic field strength of the second linear magnetic field at the position of the detection target, and derives the derived distance. Is further used to derive the position of the origin of the target coordinate axis with respect to the reference coordinate axis.
  • the positional relationship detection system detects a positional relationship between a detection target on which a predetermined target coordinate axis is set and a reference coordinate axis set irrespective of the motion of the detection target.
  • a positional relationship detection device comprising: a magnetic field sensor configured to detect a magnetic field formed in a region where the detected object exists; and a magnetic field sensor configured to detect a magnetic field formed in a region where the detected object exists.
  • Wireless signal transmitting means for transmitting a wireless signal including information on a magnetic field
  • the positional relationship detecting device comprises: a magnetic field forming means for forming a magnetic field in a region where the detection target exists; and a radio signal transmitted from the detection target.
  • Orientation deriving means for deriving an orientation formed by the target coordinate axis with respect to the reference coordinate axis based on
  • the magnetic field forming means is arranged at a predetermined position on the reference coordinate axis and has a first straight line having a predetermined traveling direction.
  • the deriving means includes a correspondence relationship between a traveling direction of the first linear magnetic field on the target coordinate axis and a traveling direction on the reference coordinate axis, and a traveling direction of the second linear magnetic field on the target coordinate axis and the traveling direction on the reference coordinate axis.
  • the magnetic field forming means further includes a diffused magnetic field forming means for forming a diffused magnetic field having position dependence with respect to a traveling direction.
  • the positional relationship detection device further comprises position deriving means for deriving the position of the origin of the target coordinate axis on the reference coordinate axis using position dependence of the traveling direction of the diffusion magnetic field. .
  • the positional relationship detection device and the positional relationship detection system according to the present invention are configured to include azimuth deriving means for deriving the azimuth of the target coordinate axis with respect to the reference coordinate axis based on the correspondence relationship between the traveling directions of the plurality of linear magnetic fields.
  • the positional relationship detection device and the positional relationship detection system derive the position of the origin of the target coordinate axis with respect to the reference coordinate axis based on the detection result of a diffused magnetic field having position dependency with respect to the traveling direction.
  • the position of the origin of the target coordinate axis with respect to the reference coordinate axis can be detected even if the origin of the target coordinate axis moves with the movement of the detection target. Play.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an overall configuration of a positional relationship detection system according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a capsule endoscope provided in the positional relationship detection system.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a configuration of a second linear magnetic field forming unit and a diffusion magnetic field forming unit provided in the positional relationship detection system.
  • FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a processing device provided in the positional relationship detection system.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing a traveling direction of a first linear magnetic field formed by a first linear magnetic field forming unit provided in the positional relationship detection system.
  • FIG. 6 shows the traveling direction of the second linear magnetic field formed by the second linear magnetic field forming section.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing a traveling direction of a diffusion magnetic field formed by a diffusion magnetic field forming unit.
  • FIG. 8 is a schematic diagram for explaining an azimuth detection mechanism of a target coordinate axis with respect to a reference coordinate axis, which is detected by a positional relationship detection system.
  • FIG. 9 is a schematic diagram for explaining a mechanism for detecting the position of the origin of the target coordinate axis with respect to the reference coordinate axis, which is detected by the positional relationship detection system.
  • FIG. 10 is a schematic diagram for explaining a mechanism for detecting the position of the origin of the target coordinate axis with respect to the reference coordinate axis, which is detected by the positional relationship detection system.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing an overall configuration of a positional relationship detection system according to a second embodiment.
  • FIG. 12 is a block diagram showing a configuration of a processing device provided in the positional relationship detection system according to the second embodiment.
  • Amplifier circuit 47 Transmit antenna selection section
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an overall configuration of the positional relationship detection system according to the first embodiment.
  • the positional relationship detection system according to the first embodiment includes a capsule endoscope 2 which is introduced into the subject 1 and moves along a passage route, and a capsule endoscope 2 Wireless communication with the capsule endoscope 2 and a positional relationship detecting device 3 for detecting a positional relationship between a target coordinate axis fixed to the capsule endoscope 2 and a reference coordinate axis fixed to the subject 1.
  • Display device 4 that displays the content of the wireless signal transmitted from the capsule endoscope 2 and received by the positional relationship detecting device 3, and information transfer between the positional relationship detecting device 3 and the display device 4.
  • a portable recording medium 5 for performing the following.
  • a target coordinate axis formed by the X axis, the Y axis, and the Z axis and fixed to the capsule endoscope 2, and an X axis
  • the y-axis and the z-axis which are defined independently of the movement of the capsule endoscope 2, and specifically set a reference coordinate axis which is a coordinate axis fixed to the subject 1.
  • the positional relationship of the target coordinate axis with respect to the reference coordinate axis is detected using a structure.
  • the display device 4 is for displaying an in-vivo image or the like captured by the capsule endoscope 2 and received by the positional relationship detection device 3, and is displayed on the portable recording medium 5. Therefore, it has a configuration such as a workstation that performs image display based on the obtained data. Specifically, the display device 4 may be configured to directly display an image or the like on a CRT display, a liquid crystal display, or the like, or may be configured to output an image or the like to another medium such as a printer.
  • the portable recording medium 5 is detachable from the processing device 12 and the display device 4, which will be described later, and has a structure capable of outputting and recording information when inserted into both. Specifically, the portable recording medium 5 is inserted into the processing device 12 while the capsule endoscope 2 is moving inside the body cavity of the subject 1, and the target coordinate axis with respect to the image in the subject and the reference coordinate axis. Is stored. Then, after the capsule endoscope 2 is ejected from the subject 1, the capsule endoscope 2 is taken out of the processing device 12, inserted into the display device 4, and the recorded data is read out by the display device 4.
  • the communication between the processing device 12 and the display device 4 is performed. Unlike the case where the wired connection is made, the subject 1 can freely move even when the capsule endoscope 2 is moving inside the subject 1.
  • the capsule endoscope 2 functions as an example of a detection target in the claims. Specifically, the capsule endoscope 2 is introduced inside the subject 1, acquires the in-subject information while moving inside the subject 1, and transmits a radio signal including the acquired in-subject information to the outside. Has the function of transmitting to Further, the capsule endoscope 2 has a magnetic field detection function for detecting a positional relationship described later and has a configuration in which driving power is supplied from the outside, and specifically, the capsule endoscope 2 is transmitted from the outside. A function of receiving a wireless signal and reproducing the received wireless signal as driving power;
  • FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of the capsule endoscope 2.
  • the forceps endoscope 2 has a mechanism for acquiring in-subject information, an in-subject information acquiring unit 14 for acquiring in-subject information, and an acquired in-subject information. Perform predetermined processing on A signal processing unit 15;
  • the capsule endoscope 2 includes a magnetic field sensor 16 that detects a magnetic field as a magnetic field detection mechanism and outputs an electric signal corresponding to the detected magnetic field, an amplification unit 17 for amplifying the output electric signal, and an amplification unit 17.
  • An AZD converter 18 for converting an electric signal output from the unit 17 into a digital signal.
  • the in-subject information acquiring unit 14 is for acquiring in-subject information, in the first embodiment, an in-subject image which is image data of the inside of the subject.
  • the in-vivo information acquiring unit 14 includes an LED 22 functioning as an illumination unit, an LED drive circuit 23 that controls the driving of the LED 22, and an image capturing at least a part of an area illuminated by the LED 22.
  • the CCD 24 includes a CCD 24 that functions as a unit, and a CCD drive circuit 25 that controls the driving state of the CCD 24.
  • a CMOS or the like may be used as the imaging unit.
  • the magnetic field sensor 16 is for detecting the azimuth and intensity of the magnetic field formed in the region where the capsule endoscope 2 is present.
  • the magnetic field sensor 16 is formed using, for example, an MI (Magneto Impedance) sensor.
  • the Ml sensor has a configuration using, for example, an FeCoSiB-based amorphous wire as a magneto-sensitive medium, and when a high-frequency current is applied to the magneto-sensitive medium, the magnetic impedance of the magneto-sensitive medium changes significantly due to an external magnetic field.
  • the magnetic field intensity is detected using the Ml effect.
  • the magnetic field sensor 16 may be configured using, for example, an MRE (magnetoresistive effect) element, a GMR (giant magnetoresistance effect) magnetic sensor, or the like, in addition to the Ml sensor.
  • target coordinate axes defined by the X, Y, and Z axes are assumed as the coordinate axes of the capsule endoscope 2 to be detected. are doing.
  • the magnetic field sensor 16 detects the magnetic field strength of the X-direction component, the Y-direction component, and the Z-direction component of the magnetic field formed in the region where the capsule endoscope 2 is located, corresponding to the target coordinate axis to be pressed, It has the function of outputting electrical signals corresponding to the magnetic field strength in each direction.
  • the capsule endoscope 2 includes a transmission circuit 26 and a transmission antenna 27, and a radio transmission unit 19 for performing radio transmission to the outside, and a signal output to the radio transmission unit 19. And a switching unit 20 for appropriately switching between a signal output from the signal processing unit 15 and a signal output from the AZD conversion unit 18.
  • the capsule endoscope 2 includes a timing generation unit 21 for synchronizing the drive timings of the in-subject information acquisition unit 14 , the signal processing unit 15, and the switching unit 20.
  • the capsule endoscope 2 includes, as a mechanism for receiving a radio signal for supplying an external force, a receiving antenna 28, and a radio signal power received through the receiving antenna 28.
  • a power regeneration circuit 29 for regenerating power, a booster circuit 30 for boosting the voltage of the power signal output from the power regeneration circuit 29, and a power signal changed to a predetermined voltage by the booster circuit 30 are stored.
  • the receiving antenna 28 is formed using, for example, a loop antenna.
  • a loop antenna is fixed at a predetermined position in the capsule endoscope 2, and specifically has a predetermined position and a pointing direction on a target coordinate axis fixed to the capsule endoscope 2. It is arranged as follows.
  • the positional relationship detection device 3 supplies power to the reception antennas 7a to 7d for receiving a radio signal transmitted from the capsule endoscope 2, and to the capsule endoscope 2. Transmitting antennas 8a to 8d for transmitting wireless signals for transmission, a first linear magnetic field forming unit 9 for forming a first linear magnetic field, a second linear magnetic field forming unit 10 for forming a second linear magnetic field,
  • the apparatus includes a diffused magnetic field forming unit 11 that forms a diffused magnetic field, and a processing device 12 that performs predetermined processing on radio signals and the like received via the receiving antennas 7a to 7d.
  • the receiving antennas 7a to 7d are for receiving a radio signal transmitted from the radio transmission unit 19 provided in the capsule endoscope 2. Specifically, the receiving antennas 7a to 7d are formed by loop antennas and the like, and have a function of transmitting the received radio signal to the processing device 12.
  • the transmission antennas 8a to 8d are for transmitting a radio signal generated by the processing device 12 to the capsule endoscope 2. Specifically, the transmitting antennas 8a to 8d And a loop antenna or the like electrically connected to the processing device 12.
  • FIG. 1 schematically shows these components only, and the number of receiving antennas 7a to 7d is not limited to the number shown in FIG.
  • the shape and the like are not limited to those shown in FIG. 1, and any configuration can be adopted.
  • the first linear magnetic field forming section 9 is for forming a linear magnetic field in a predetermined direction in the subject 1.
  • the “linear magnetic field” refers to a magnetic field component force in substantially only one direction at least in a predetermined space region, in the first embodiment, in a space region where the capsule endoscope 2 inside the subject 1 can be located. It means a magnetic field.
  • the first linear magnetic field forming unit 9 includes a coil formed so as to cover the body of the subject 1 and a current that supplies a predetermined current to the coil.
  • a coil (not shown), and has a function of forming a linear magnetic field in a spatial region inside the subject 1 by passing a predetermined current through the coil.
  • any direction may be selected as the traveling direction of the first linear magnetic field, but in the first embodiment, the first linear magnetic field is determined by z in the reference coordinate axis fixed to the subject 1. It is assumed that the linear magnetic field proceeds in the axial direction.
  • the second linear magnetic field forming unit 10 is for forming a second linear magnetic field that is a linear magnetic field that travels in a direction different from the first linear magnetic field. Further, the diffusion magnetic field forming unit 11 is different from the first linear magnetic field forming unit 9 and the second linear magnetic field forming unit 10 in that the diffusion magnetic field has a position-dependent magnetic field direction. This is to form a magnetic field that diffuses as the distance increases.
  • the first linear magnetic field generator 9, the second linear magnetic field generator 10, and the diffused magnetic field generator 11 generate magnetic fields at different times. That is, in the first embodiment, the first linear magnetic field forming unit 9 and the like are configured to form a magnetic field in a predetermined order instead of forming a magnetic field at the same time, and the magnetic field provided in the capsule endoscope 2
  • the sensor 16 detects the first linear magnetic field, the second linear magnetic field, and the diffusion magnetic field separately and independently.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a specific configuration of the second linear magnetic field generator 10 and the diffusion magnetic field generator 11. As shown in FIG.
  • the second linear magnetic field generator 10 extends in the y-axis direction on the reference coordinate axis, and has a coil 32 formed so that the coil cross section is parallel to the xz plane. And a current source 33 for performing Further, the diffusion magnetic field forming unit 11 includes a coil 34 and a current source 35 for supplying a current to the coil 34.
  • the coil 32 is arranged so as to form a magnetic field having a traveling direction in the direction determined in advance, and in the case of the first embodiment, the linear magnetic field formed by the coil 32 advances. They are arranged so that the row direction is the y-axis direction on the reference coordinate axis. Further, the coil 34 is fixed at a position where the same magnetic field direction as the magnetic field direction stored in the magnetic field direction database 42 described later is formed.
  • the processing device 12 has a function of performing wireless communication with the capsule endoscope 2, and detects a direction, a position, and the like of the capsule endoscope 2 based on a received wireless signal, that is, It has a function of deriving a positional relationship between a target coordinate axis fixed to the capsule endoscope 2 and a reference coordinate axis fixed to the subject 1.
  • FIG. 4 is a block diagram showing a specific configuration of the processing device 12.
  • the processing device 12 first has a mechanism for extracting in-vivo image data from a wireless signal transmitted from the capsule endoscope 2.
  • the processing device 12 includes a reception antenna selection unit 37 that selects an antenna suitable for receiving a radio signal from a plurality of reception antennas 7a to 7d, and a reception antenna selected by the reception antenna selection unit 37.
  • a receiving circuit 38 that performs processing such as demodulation on a radio signal received via the antenna 7, and a signal for extracting information on a detected magnetic field, an in-vivo image, and the like from the processed radio signal.
  • a processing unit 39 is a block diagram showing a specific configuration of the processing device 12.
  • the processing device 12 first has a mechanism for extracting in-vivo image data from a wireless signal transmitted from the capsule endoscope 2.
  • the processing device 12 includes a reception antenna selection unit 37 that selects an antenna suitable for receiving a radio signal from a plurality of reception antennas 7a
  • the processing device 12 is fixed to the subject 1 using the detection result of the magnetic field formed in the region where the capsule endoscope 2 exists, transmitted from the capsule endoscope 2.
  • the processing device 12 includes an azimuth deriving unit 40 that derives an azimuth formed by the target coordinate axis with respect to the reference coordinate axis based on the magnetic field signals Sl and S2 output from the signal processing unit 39, and an azimuth deriving unit 40.
  • a position deriving unit 41 that derives the position of the origin of the target coordinate axis with respect to the reference coordinate axis using the output direction information on the direction of the target coordinate axis and the magnetic field signals S2 and S3 output from the signal processing unit 39, and a position deriving unit
  • a magnetic field direction database 42 for storing information on magnetic field directions used in the arithmetic processing in 41.
  • the processing device 12 includes a storage unit 43 for storing the extracted in-vivo image and the positional relationship between the target coordinate axis and the reference coordinate axis.
  • the storage unit 43 has a function of writing information to the portable recording medium 5 shown in FIG.
  • the processing device 12 has a mechanism for transmitting a wireless signal to the capsule endoscope 2.
  • the processing device 12 includes an oscillator 44 that regulates the frequency of the radio signal to be transmitted, an amplification circuit 46 that amplifies the intensity of the radio signal output from the oscillator 44, and a transmission antenna that is used to transmit the radio signal.
  • the processing device 12 includes a selection control unit 48 that controls the antenna selection operation of the reception antenna selection unit 37 and the transmission antenna selection unit 47 based on the derivation results of the azimuth derivation unit 40 and the position derivation unit 41. .
  • the selection control unit 48 is specifically configured based on the azimuth of the target coordinate axis derived by the azimuth deriving unit 40 and the position of the origin of the target coordinate axis derived by the position deriving unit 41.
  • the directional directions and positions of the transmitting antenna 27 and the receiving antenna 28 provided in 2 on the reference coordinate axis are derived.
  • the transmission antenna selection unit 47 selects the transmission antenna 8 and the reception antenna 7 that can transmit or receive the radio signal most efficiently, and switches to the selected antenna. And a function of instructing the receiving antenna selecting unit 37.
  • the processing apparatus 12 includes a power supply unit 49 for supplying drive power for each component.
  • the processing device 12 is configured by these components, and the processing device 12 is configured to perform the function of each component in the subject that is imaged by the capsule endoscope 2. Not only does it have a function of acquiring an image and transmitting a wireless signal reproduced as driving power for the capsule endoscope 2, but also has a target coordinate axis with respect to a reference coordinate axis based on a magnetic field detected by the capsule endoscope 2. Is derived.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing the first linear magnetic field formed by the first linear magnetic field forming unit 9.
  • the coil forming the first linear magnetic field forming section 9 is formed so as to include the torso of the subject 1 therein, and has a configuration extending in the z-axis direction on the reference coordinate axis.
  • the first linear magnetic field formed inside the subject 1 by the first linear magnetic field forming unit 9 is formed with magnetic lines of force traveling in the z-axis direction on the reference coordinate axis. Accordingly, the first linear magnetic field formed by the first linear magnetic field forming unit 9 can be used as an index indicating the direction of the z-axis in the reference coordinate axis inside the subject 1, and the capsule endoscope 2 can be used.
  • the z-axis direction in the target coordinate axis is detected as described later.
  • FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a second linear magnetic field formed by the second linear magnetic field forming unit 10.
  • the second linear magnetic field forming unit 10 since the second linear magnetic field forming unit 10 has a configuration extending in the y-axis direction on the reference coordinate axis, the formed second linear magnetic field has a traveling direction of the magnetic force lines of y as shown in FIG. The magnetic field is parallel to the axial direction. Further, unlike the first linear magnetic field forming unit 9, the second linear magnetic field forming unit 10 has a configuration in which the coil 32 is arranged outside the subject 1, so that the second linear magnetic field is generated inside the subject 1 The magnetic field strength gradually decreases as the distance from the second linear magnetic field generator 10 increases.
  • the second linear magnetic field has a strong characteristic
  • the y-axis direction in the target coordinate axis is detected similarly to the first linear magnetic field, and the second linear magnetic field is detected based on the magnetic field strength.
  • the distance between the linear magnetic field generator 10 and the capsule endoscope 2 will be derived.
  • FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a diffusion magnetic field formed by the diffusion magnetic field forming unit 11.
  • the coil 34 provided in the diffused magnetic field forming unit 11
  • the magnetic field formed by the coil 34 has a radial magnetic field line. It is formed so as to diffuse and enter the coil 34 again.
  • the diffused magnetic field is used to derive the position of the origin of the target coordinate axis on the reference coordinate axis, as described later.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing the relationship between the reference coordinate axis and the target coordinate axis when the capsule endoscope 2 is moving in the subject 1.
  • the capsule endoscope 2 rotates by a predetermined angle about the traveling direction while traveling inside the subject 1 along the passage path. Therefore, the target coordinate axis fixed with respect to the capsule endoscope 2 is shifted from the reference coordinate axis fixed with the subject 1 as shown in FIG.
  • the first linear magnetic field generator 9 and the second linear magnetic field generator 10 each have a configuration fixed to the subject 1.
  • the first and second linear magnetic fields formed by the first linear magnetic field forming unit 9 and the second linear magnetic field forming unit 10, respectively have a fixed direction with respect to the reference coordinate axis, specifically, the first linear magnetic field. Is in the z-axis direction on the reference coordinate axis, and the second linear magnetic field is in the y-axis direction. Therefore, the traveling directions of the first and second linear magnetic fields on the target coordinate axis correspond to the z-axis direction and the y-axis direction of the reference coordinate axis, respectively. It is used to derive the azimuth of the target coordinate axis with respect to the reference coordinate axis.
  • the azimuth derivation is performed as follows. First, the traveling directions of the first linear magnetic field and the second linear magnetic field supplied in a time-sharing manner are detected by the magnetic field sensor 16 provided in the capsule endoscope 2. As described above, the magnetic field sensor 16 corresponds to the capsule endoscope 2. The sensor is arranged so as to be fixed in a fixed manner, and is configured to detect magnetic field components in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction, respectively, provided inside the sensor. Accordingly, the traveling directions of the first and second linear magnetic fields on the target coordinate axes are detected by the magnetic field sensor 16, and the detection results are transmitted to the positional relationship detection device 3 via the wireless transmission unit 19. You.
  • the positional relationship detection device 3 receives a radio signal via the reception antennas 7a to 7d, and performs a predetermined process on the radio signal received by each of the reception circuit 38 and the signal processing unit 39.
  • the signal processing unit 39 outputs the magnetic field signals Sl and S2 to the azimuth deriving unit 40 as shown in FIG.
  • the magnetic field signal S1 reflects the detection result of the first linear magnetic field
  • the magnetic field signal S2 reflects the detection result of the second linear magnetic field.
  • the magnetic field signal S1 includes information about the coordinates (X, Y, Z) as the traveling direction of the first linear magnetic field
  • the magnetic field signal S2 includes the traveling direction of the second linear magnetic field.
  • the direction will include information about the coordinates (X, Y, Z).
  • the azimuth deriving unit 40 receives the input of the strong magnetic field signals Sl and S2 and derives the azimuth of the target coordinate axis with respect to the reference coordinate axis. That is, as described above, the traveling direction of the first linear magnetic field corresponding to the z-axis direction on the reference coordinate axis is (X, Y, Z) on the target coordinate axis.
  • the azimuth deriving unit 40 displays the target coordinate axes on the basis of the strong correspondence.
  • the azimuth deriving unit 40 determines that the value of the inner product for both (X, Y, Z) and (X, Y, Z) is 0 on the target coordinate axis.
  • the coordinates (X, Y, Z) are grasped as corresponding to the direction of the Z axis in the reference coordinate axis.
  • the azimuth deriving unit 40 knows the directions on the target coordinate axes with respect to the X axis, the y axis, and the z axis.
  • the azimuth derivation may be completed only by grasping a strong correspondence, but in the first embodiment, the azimuth of the target coordinate axis with respect to the reference coordinate axis is derived.
  • the azimuth deriving unit 40 performs a predetermined coordinate conversion process based on the above-described correspondence, and determines the X-axis, the Y-axis, and the Z-axis of the target coordinate axes in the reference coordinate axes. Derive the coordinates, It is to be output as direction information.
  • the positional relationship detection system performs the derivation of not only the azimuth of the target coordinate axis but also the position of the origin of the target coordinate axis. Will be explained.
  • the position deriving unit 41 has a configuration in which the magnetic field signals S2 and S3 are input from the signal processing unit 39, and the azimuth information is input from the azimuth deriving unit 40. Further, the position deriving unit 41 has a configuration in which information stored in the magnetic field direction database 42 is input as needed.
  • the magnetic field signal S2 is, as described above, the coordinates on the target coordinate axis indicating the traveling direction of the second linear magnetic field detected by the magnetic field sensor 16, and in the example of FIG. 8, the coordinates (X, Y, Z) are used as information.
  • the magnetic field signal S3 is generated by the magnetic field sensor 16.
  • the azimuth information input from the azimuth deriving unit 40 is, specifically, information indicating the directions of the target coordinate axes on the X-axis, Y-axis, and Z-axis on the reference coordinate axes.
  • the information describes the relationship between the position on the area and the traveling direction of the diffusion magnetic field in an area separated by a distance!: From the coil 32 provided in the second linear magnetic field forming unit 10.
  • the position deriving unit 41 first derives a distance!: Between the capsule endoscope 2 and the second linear magnetic field forming unit 10 based on the magnetic field signal S2 among these pieces of information. As described above, since the coil 32 provided in the second linear magnetic field forming unit 10 has a configuration arranged outside the subject 1, the intensity of the second linear magnetic field inside the subject 1 is At a distance from 32 And the distance from the coil 32 has a correlation with the magnetic field strength. For this reason, the position deriving unit 41 derives the detection strength of the second linear magnetic field at the position of the capsule endoscope 2 based on the magnetic field signal S2, and forms the second linear magnetic field formation based on the derived magnetic field strength.
  • the distance r between the part 10 (accurately, the coil 32) and the capsule endoscope 2 is derived.
  • the origin of the target coordinate axis fixed to the capsule endoscope 2 is formed by a set of points whose distance from the second linear magnetic field forming unit 10 is r. It is evident that it is located on the curved surface 51.
  • the position deriving unit 41 derives the position of the origin of the target coordinate axis on the curved surface 51.
  • the position deriving unit 41 calculates the diffusion magnetic field in the region where the capsule endoscope 2 exists. Deriving the traveling direction. That is, the magnetic field signal S3 reflects the detection result of the diffused magnetic field by the magnetic field sensor 16, and includes information on the traveling direction of the diffused magnetic field on the target coordinate axis.
  • the position deriving unit 41 extracts the traveling direction of the diffused magnetic field on the target coordinate axis from the magnetic field signal S3, and performs coordinate transformation on the traveling direction of the diffused magnetic field based on the azimuth information, thereby obtaining the capsule endoscope.
  • the traveling direction of the diffusion magnetic field on the reference coordinate axis at the position where the mirror 2 exists is derived.
  • the position deriving unit 41 refers to the information stored in the magnetic field direction database 42 based on the derived traveling direction of the diffused magnetic field to derive the position of the origin of the target coordinate axis on the curved surface 51.
  • FIG. 10 is a schematic diagram visually displaying information stored in the magnetic field direction bearing database 42.
  • the diffused magnetic field formed by the diffused magnetic field forming unit 11 has position dependence with respect to the traveling direction unlike the linear magnetic field, and the traveling direction of the diffused magnetic field on the curved surface 51 is also different from the curved surface 51. Each location above will be different.
  • the position deriving unit 41 derives it based on the magnetic field signal S3 and the like.
  • the position of the origin of the target coordinate axis, which is fixed to the capsule endoscope 2, on the reference coordinate axis is derived by referring to the magnetic field line direction database 42 based on the traveling direction of the diffused magnetic field. Then, it outputs position information on the derived position.
  • the target coordinate axis with respect to the reference coordinate axis is After the detection of the positional relationship is completed, the direction information derived by the direction deriving unit 40 and the position information derived by the position deriving unit 41 are output to the storage unit 43. Along with the image signal S4 corresponding to the image, the azimuth information and the position information are recorded on the portable recording medium 5 in a form associated with the image signal S4.
  • the selection control unit 48 selects the receiving antenna 7 and the transmitting antenna 8 based on the detected positional relationship. And Hereinafter, the control operation of the selection control unit 48 will be described by taking the selection of the reception antenna 7 using the reception antenna selection unit 37 as an example.
  • the selection control unit 48 stores in advance the position on the target coordinate axis and the pointing direction of the transmitting antenna 27 provided in the capsule endoscope 2, and also obtains the azimuth information and the directional information from the azimuth deriving unit 40 and the position deriving unit 41, respectively. It has a configuration in which position information is input.
  • the selection control unit 48 converts the position and the pointing direction of the transmitting antenna 27 on the target coordinate axis into values on the reference coordinate axis based on the input azimuth information and position information, and transmits the transmitting antenna 27 on the reference coordinate axis. Know the 27 positions and pointing directions. After that, the selection control unit 48 determines the reception antenna 7 most suitable for receiving the radio signal transmitted from the transmission antenna 27 from among the reception antennas 7a to 7h based on the grasped position and directional direction of the transmission antenna 27. It extracts and sends an instruction to the receiving antenna selection unit 37 to select the strong receiving antenna 7. The receiving antenna selecting unit 37 selects a predetermined receiving antenna 7 based on the strong instruction, and the reception of the radio signal is started via the selected receiving antenna 7.
  • the powerful selection mechanism is the same as for the selection of the transmitting antenna 8. That is, when the transmission antenna 8 is selected, the selection control unit 48 determines the position and the directional direction of the reception antenna 28 provided in the capsule endoscope 2 stored in the capsule endoscope 2 on the target coordinate axis, the input azimuth information and The position of the receiving antenna 28 on the reference coordinate axis is derived based on the position information. Then, based on the derived result, the most suitable transmitting antenna 8 for radio transmission to the receiving antenna 28 is extracted, and an instruction corresponding to the extracted result is output to the transmitting antenna selecting unit 47, whereby the transmitting antenna 8 You are making a selection. Next, advantages of the positional relationship detection system according to the first embodiment will be described.
  • the positional relationship detection system detects the magnetic field formed by the first linear magnetic field forming unit 9 and the like using the magnetic field sensor 16 provided in the capsule endoscope 2 and generates a detection result. Based on this, the positional relationship between the target coordinate axis and the reference coordinate axis is derived. Theoretically, a magnetic field is formed by the mechanism inside the capsule endoscope 2, and it is possible to derive the positional relationship based on the magnetic field detected by a magnetic field sensor provided outside. By adopting a configuration in which the magnetic field formed by the mechanism is detected by the magnetic field sensor 16, there is an advantage that the configuration of the capsule endoscope 2 can be simplified.
  • the magnetic field is formed by the mechanism inside the capsule endoscope 2, it is possible to prevent the strong magnetic field formed by the magnetic field forming mechanism from affecting the operation of the wireless transmission unit 19 and the like. Therefore, it is necessary to provide a magnetic field shielding mechanism or the like for performing the operation.
  • the magnetic field is formed by a mechanism such as the first linear magnetic field forming unit 9 provided outside the capsule endoscope 2, so that the capsule endoscope 2
  • the possibility that the operation of the components such as the wireless transmission unit 19 provided in the device will be adversely affected by the magnetic field can be substantially ignored, and there is no need to separately provide components such as the magnetic field shielding mechanism. Therefore, by adopting a configuration in which a magnetic field is formed by an external mechanism, the configuration of the capsule endoscope 2 can be simplified.
  • the positional relationship detection system derives the positional relationship based on the traveling directions of the plurality of linear magnetic fields in both the reference coordinate axis and the target coordinate axis. For example, if the configuration is such that the azimuth of the target coordinate axis is derived using a single linear magnetic field, it is difficult to uniquely determine the azimuth of the target coordinate axis.However, as is clear from the above description, multiple linear By adopting a configuration for performing azimuth detection using a magnetic field, it is possible to accurately detect the azimuth of the target coordinate axis.
  • the position of the origin of the target coordinate axis is derived using the position dependence of the diffusion magnetic field in the direction of the magnetic field travel.
  • a configuration for deriving the position of the origin for example, it has a function of forming a magnetic field that attenuates according to the distance, and by providing a plurality of, for example, three magnetic field forming sources fixed on the reference coordinate axis, the reference coordinate axis is provided.
  • a configuration for deriving the position of the origin of the target coordinate axis may be employed.
  • the number of magnetic field generation sources can be reduced by employing a configuration using the diffusion magnetic field generation unit 11 as in the first embodiment.
  • the positional relationship detection system has the advantage that the number of magnetic field forming mechanisms required for position detection can be reduced.
  • the position of the origin of the target coordinate axis is detected by utilizing the fact that the magnetic field formed by the second linear magnetic field forming unit 10 has a characteristic of attenuating according to the distance.
  • the diffused magnetic field forming unit 11 in the first embodiment is parallel to the yz plane on the reference coordinate axis, and the traveling direction of the diffused magnetic field in the plane region including the coil 34 is parallel to the X axis at any position.
  • the distance between the second linear magnetic field forming unit 10 and the capsule endoscope 2 is also configured to be used at the time of position detection, and a strong configuration is adopted. This enables more accurate position detection.
  • the second linear magnetic field forming unit 10 and the diffusion magnetic field forming unit 11 can be arranged at positions close to each other.
  • the viewpoint of improving the accuracy of position detection As for the force it is preferable to adopt a configuration in which the respective magnetic field forming mechanisms are separated from each other by a predetermined distance.
  • the second linear magnetic field and the diffusion magnetic field are used for position detection based on different viewpoints, respectively.
  • the second linear magnetic field forming unit 10 and the diffusion magnetic field forming unit 11 It has an advantage that the system configuration can be simplified.
  • the positional relationship detection system according to the second embodiment uses the geomagnetism as the first linear magnetic field, and omits the first linear magnetic field forming unit corresponding to using the geomagnetism as the first linear magnetic field. Having.
  • FIG. 11 is a schematic diagram illustrating an overall configuration of the positional relationship detection system according to the second embodiment.
  • components having the same names and reference numerals as those of the first embodiment have the same configuration and functions as those of the first embodiment unless otherwise specified.
  • the positional relationship detection device 53 newly includes a geomagnetic sensor 54 for detecting the traveling direction of terrestrial magnetism and a processing device. 55, has a new configuration for deriving the traveling direction of geomagnetism on the reference coordinate axis based on the detection result by the geomagnetic sensor 54.
  • the geomagnetic sensor 54 has basically the same configuration as the magnetic field sensor 16 provided in the capsule endoscope 2. That is, the geomagnetic sensor 54 has a function of detecting the intensity of a magnetic field component in three predetermined axial directions in the arranged area, and outputting an electric signal corresponding to the detected magnetic field intensity.
  • the geomagnetic sensor 54 is arranged on the body surface of the subject 1, and is arranged in the X-axis, y-axis, and z-axis directions on the reference coordinate axes fixed with respect to the subject 1. It has a function of detecting the intensity of the corresponding magnetic field component.
  • the geomagnetic sensor 54 has a function of detecting the traveling direction of the geomagnetism, and outputs an electric signal corresponding to the magnetic field strength detected in the X-axis direction, the y-axis direction, and the z-axis direction to the processing device 55. Having a configuration.
  • FIG. 12 is a block diagram showing a configuration of the processing device 55.
  • the processing device 55 has a configuration basically similar to that of the processing device 12 in the first embodiment. It has a configuration provided with a geomagnetic azimuth deriving unit 56 that derives the traveling direction of geomagnetism on the reference coordinate axis based on the input electric signal and outputs the derivation result to the azimuth deriving unit 40.
  • a problem when using geomagnetism as the first linear magnetic field is deriving the traveling direction of geomagnetism on a reference coordinate axis fixed with respect to the subject 1. That is, since the subject 1 can freely move while the capsule endoscope 2 moves inside the body, the positional relationship between the reference coordinate axis fixed to the subject 1 and the geomagnetism is determined. Is expected to fluctuate as the subject 1 moves. On the other hand, from the viewpoint of deriving the positional relationship between the target coordinate axis and the reference coordinate axis, if the traveling direction of the first linear magnetic field in the reference coordinate axis becomes unknown, the reference coordinate axis and the target This causes a problem that the correspondence between the coordinate axes cannot be clarified.
  • the second embodiment includes the geomagnetic sensor 54 and the geomagnetic azimuth deriving unit 56 for monitoring the traveling direction of the geomagnetism that fluctuates on the reference coordinate axis due to the movement of the subject 1 or the like. I'm supposed to. That is, based on the detection result of the geomagnetic sensor 54, the geomagnetic azimuth deriving unit 56 derives the traveling direction of the geomagnetism on the reference coordinate axis, and outputs the derivation result to the azimuth deriving unit 40.
  • the azimuth deriving unit 40 derives the correspondence between the reference coordinate axis and the target coordinate axis with respect to the traveling direction of the geomagnetism by using the input traveling direction of the geomagnetism, and In addition, it is possible to derive azimuth information.
  • the traveling direction of the terrestrial magnetism and the second linear magnetic field formed by the second linear magnetic field generator 10 may be parallel to each other.
  • the positional relationship can be detected by using data on the azimuth of the target coordinate axis and the position of the origin.
  • the extending direction of the coil 34 constituting the second linear magnetic field forming unit 10 is set in the reference coordinate axis as shown in FIG. For example, it is also effective to extend in the z-axis direction instead of the y-axis direction.
  • the positional relationship detection system according to the second embodiment has the advantage of the first embodiment that However, there is a further advantage of using geomagnetism.
  • geomagnetism By adopting a configuration using terrestrial magnetism as the first linear magnetic field, it is possible to omit the mechanism for forming the first linear magnetic field, and it is possible to perform a test when the capsule endoscope 2 is introduced. It is possible to derive the positional relationship between the target coordinate axis and the reference coordinate axis while reducing the burden on the body 1. Since the geomagnetic sensor 54 can be configured using an Ml sensor or the like, the size can be sufficiently reduced, and the provision of the new geomagnetic sensor 54 increases the burden on the subject 1. None.
  • the present invention has been described over the first and second embodiments.
  • the present invention is not limited to the first and second embodiments, and those skilled in the art need not interpret various examples, Modifications can be envisaged.
  • a mechanism for deriving the position of the origin of the target coordinate axis in addition to the mechanism described in the embodiment, a plurality of magnetic field forming units that form a linear magnetic field or a diffusion magnetic field that attenuates according to the distance may be used. good. That is, the positions of the plurality of magnetic field forming units in the reference coordinate system are grasped at a glance, and based on the magnetic field strength detected by the capsule endoscope 2, the plurality of magnetic field forming units and the capsule endoscope are used. By deriving the distance between the two, it is possible to detect the position of the origin of the target coordinate axis.
  • the reference coordinate axis and the target coordinate axis are defined based on the orthogonal three-dimensional coordinate system, but are limited to the orthogonal three-dimensional coordinate system based on the reference coordinate axis and the like.
  • the reference coordinate axes and the like may be defined by, for example, a three-dimensional polar coordinate system, or may be further defined by a two-dimensional coordinate system or a one-dimensional coordinate system depending on the application.
  • the positional relationship detection device and the positional relationship detection system are: This is useful for a positional relationship detection device and a positional relationship detection system that derives a positional relationship between a target coordinate axis fixed with respect to a detection target and a reference coordinate axis set independently of movement of the detection target. Particularly, it is suitable for a positional relationship detecting device and a positional relationship detecting system for a capsule endoscope.

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Abstract

　検出対象に対して固定された対象座標軸と、検出対象の移動等と無関係に設定された基準座標軸との間の位置関係を導出する技術を実現するため、基準座標軸上の既知の方向に進行する第１、第２直線磁場を形成し、検出対象たるカプセル型内視鏡（２）に内蔵された磁場センサによって、第１、第２直線磁場の対象座標軸上における進行方向を検出する。磁場センサによって検出された第１、第２直線磁場の対象座標軸上における進行方向と、基準軸上の既知の方向とを対比することによって、基準座標軸に対する対象座標軸の方位のずれを検出する。また、第１、第２直線磁場とは別に、進行距離に応じて強度が減衰する拡散磁場を形成し、カプセル型内視鏡（２）に内蔵された磁場センサによって拡散磁場の強度を検出することによって、基準座標軸の原点に対する対象座標軸の原点の位置関係を導出する。

Description

明 細 書
位置関係検出装置および位置関係検出システム
技術分野
[0001] 本発明は、検出対象に対して固定された対象座標軸と、検出対象の運動と無関係 に設定される基準座標軸との間の位置関係を検出する技術に関するものである。 背景技術
[0002] 近年、内視鏡の分野にお!、ては、飲込み型のカプセル型内視鏡が提案されて 、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 、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（例 えば、特許文献 1参照。）。
[0004] また、従来のカプセル型内視鏡システムにお 、ては、カプセル型内視鏡が被検体 に導入された後にも長時間に渡って駆動することを可能とすることを目的として、外部 機器カゝら無線信号を用いた電力供給が行われる構成についても提案されている。す なわち、カプセル型内視鏡は被検体内に導入される関係上軽量かつ小型の構造を 採用する必要があることから、内蔵する電池についても小型 ·軽量ィ匕を図らざるを得 ず、長時間駆動に必要な容量を備えた電池を内蔵することは困難である。
[0005] 従って、カプセル型内視鏡は、充電機能を有するバッテリ等と、外部からの無線信 号を受信するための受信アンテナ等の受信機構をさらに備えることとしている。そして 、カプセル型内視鏡は、外部から送信される無線信号を受信して電力を再生し、駆 動電力として使用している。カゝかる構成を採用することにより、カプセル型内視鏡内 に大容量バッテリを組み込む必要が無くなると共に、被検体内部において長時間に 渡って動作するカプセル型内視鏡を実現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] し力しながら、従来のカプセル型内視鏡システムでは、カプセル型内視鏡に対して 外部からの無線信号を効率的に送信できないという課題がある。以下、かかる課題に ついて詳細に説明する。
[0008] 外部力 の無線信号によって駆動電力を得る構成とした場合には、カプセル型内 視鏡内に備わる受信アンテナは、カプセル型内視鏡に対して固定されて配置、換言 すればカプセル型内視鏡に対して固定された座標軸 (以下、「対象座標軸」と称する )上の所定の位置に配置されている。一方で、カプセル型内視鏡は被検体内におい て、通過経路を構成する臓器の内壁との間の摩擦等によって進行方向を軸として回 転しつつ、通過経路に沿って進行方向を変化させつつ移動することとなる。
[0009] このため、外部の座標軸、例えば被検体の外表面に対して固定された座標軸（以 下、「基準座標軸」と称する）とカプセル型内視鏡に対して固定された対象座標軸と の間の位置関係は、カプセル型内視鏡の移動に伴い不規則に変動することとなる。 従って、対象座標軸上に固定された受信アンテナが無線信号を最も効率良く受信で きる方向は、基準座標軸から見ると不規則に変動することとなり、基準座標軸上に固 定された送信アンテナとの位置関係によっては、送信アンテナから送信される無線信 号の大部分を受信アンテナが受信することができな 、と 、う課題が生じることとなる。
[0010] 力かる課題を解決するためには、被検体の内部におけるカプセル型内視鏡の指向 方向や位置の把握、換言すれば外部の基準座標軸と、被検体内部において不規則 に変化するカプセル型内視鏡の対象座標軸との位置関係を把握することが重要とな る。し力しながら、現時点において力かる位置関係を把握する技術で有効なものは、 少なくとも公知技術にぉ 、ては知られて 、な!/、。
[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検出対象 に対して固定された対象座標軸と、検出対象の移動等と無関係に設定された基準座 標軸との間の位置関係を導出する技術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、請求項 1にカゝかる位置関係検出 装置は、検出対象に対して固定された対象座標軸と、前記検出対象の運動と無関係 に設定される基準座標軸との間の位置関係を検出する位置関係検出装置であって 、所定の進行方向を有する第 1直線磁場の前記対象座標軸上における進行方向と 前記基準座標軸上における進行方向との対応関係と、前記第 1直線磁場と異なる第 2直線磁場の前記対象座標軸上における進行方向と前記基準座標軸上における進 行方向との対応関係とに基づいて、前記基準座標軸に対する前記対象座標軸のな す方位を導出する方位導出手段を備えたことを特徴とする。
[0013] また、請求項 2にかかる位置関係検出装置は、上記の発明において、前記基準座 標軸上の所定の位置に配置され、前記第 1直線磁場を形成する第 1直線磁場形成 手段と、前記基準座標軸上の所定の位置に配置され、前記第 2直線磁場を形成する 第 2直線磁場形成手段とをさらに備え、前記方位導出手段は、前記検出対象によつ て検出された前記対象座標軸における前記第 1、第 2直線磁場の進行方向と、あら かじめ定められた前記基準座標軸における前記第 1、第 2直線磁場の進行方向と〖こ 基づ 、て前記方位を導出することを特徴とする。
[0014] また、請求項 3にかかる位置関係検出装置は、上記の発明において、前記第 1直 線磁場は、地磁気によって形成され、前記基準座標軸上の所定の位置に配置され、 前記第 2直線磁場を形成する第 2直線磁場形成手段と、前記基準座標軸における前 記第 1直線磁場の進行方向を検出する磁場センサ手段とをさらに備え、前記方位導 出手段は、前記磁場センサ手段によって検出された、前記基準座標軸における前記 第 1直線磁場の進行方向と、あらかじめ定められた前記基準座標軸における前記第 2直線磁場の進行方向と、前記検出対象によって検出された前記対象座標軸におけ る前記第 1、第 2直線磁場の進行方向とに基づいて前記方位を導出することを特徴と する。
[0015] また、請求項 4, 5, 6にかかる位置関係検出装置は、上記の発明において、進行方 向に関して位置依存性を有する拡散磁場の、前記検出対象の所在位置における進 行方向と、前記方位導出手段によって導出された、前記基準座標軸に対する前記対 象座標軸のなす方位とに基づ!ヽて、前記基準座標軸に対する前記対象座標軸の原 点の位置を導出する位置導出手段をさらに備えたことを特徴とする。
[0016] また、請求項 7, 8にかかる位置関係検出装置は、上記の発明において、前記第 2 直線磁場は、前記第 2直線磁場形成手段からの距離に応じて磁場強度が減衰する 特性を有し、前記位置導出手段は、前記検出対象の位置における前記第 2直線磁 場の磁場強度に応じて前記第 2直線磁場形成手段と前記検出対象との間の距離を 導出し、導出した距離をさらに用いて前記基準座標軸に対する前記対象座標軸の 原点の位置を導出することを特徴とする。
[0017] また、請求項 9にかかる位置関係検出システムは、所定の対象座標軸が設定され た検出対象と、前記検出対象の運動と無関係に設定される基準座標軸との間の位 置関係を検出する位置関係検出装置とを備えた位置関係検出システムであって、前 記検出対象は、前記検出対象の存在領域に形成される磁場を検出する磁場センサ 手段と、前記磁場センサ手段によって検出された磁場に関する情報を含む無線信号 を送信する無線信号送信手段とを備え、前記位置関係検出装置は、前記検出対象 の存在領域に磁場を形成する磁場形成手段と、前記検出対象から送信された無線 信号に基づいて、前記基準座標軸に対する前記対象座標軸のなす方位を導出する 方位導出手段と、を備えたことを特徴とする。
[0018] また、請求項 10にかかる位置関係検出システムは、上記の発明において、前記磁 場形成手段は、前記基準座標軸上の所定の位置に配置され、所定の進行方向を有 する第 1直線磁場を形成する第 1直線磁場形成手段と、前記基準座標軸上の所定の 位置に配置され、前記第 1直線磁場と異なる第 2直線磁場を形成する第 2直線磁場 形成手段とを備え、前記方位導出手段は、前記第 1直線磁場の前記対象座標軸上 における進行方向と前記基準座標軸上における進行方向との対応関係と、前記第 2 直線磁場の前記対象座標軸上における進行方向と前記基準座標軸上における進 行方向との対応関係とに基づいて、前記基準座標軸に対する前記対象座標軸のな す方位を導出することを特徴とする。 [0019] また、請求項 11, 12にかかる位置関係検出システムは、上記の発明において、前 記磁場形成手段は、進行方向に関して位置依存性を有する拡散磁場を形成する拡 散磁場形成手段をさらに備え、前記位置関係検出装置は、前記拡散磁場の進行方 向の位置依存性を用 ヽて前記基準座標軸における前記対象座標軸の原点の位置 を導出する位置導出手段をさらに備えたことを特徴とする。 発明の効果
[0020] 本発明にかかる位置関係検出装置および位置関係検出システムは、複数の直線 磁場の進行方向に関する対応関係に基づいて基準座標軸に対する対象座標軸の 方位を導出する方位導出手段を備えた構成とすることによって、検出対象の移動に 伴い指向方向等の変動が生じた場合であっても、基準座標軸に対する対象座標軸 の方位を検出できるという効果を奏する。
[0021] また、本発明にかかる位置関係検出装置および位置関係検出システムは、進行方 向に関して位置依存性を有する拡散磁場の検出結果に基づいて基準座標軸に対 する対象座標軸の原点の位置を導出する位置導出手段を備えた構成とすることによ つて、検出対象の移動に伴い対象座標軸の原点が移動した場合であっても、基準座 標軸に対する対象座標軸の原点の位置を検出できるという効果を奏する。
図面の簡単な説明
[0022] [図 1]図 1は、実施の形態 1にかかる位置関係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、位置関係検出システムに備わるカプセル型内視鏡の構成を示すブロッ ク図である。
[図 3]図 3は、位置関係検出システムに備わる第 2直線磁場形成部および拡散磁場 形成部の構成を示す模式図である。
[図 4]図 4は、位置関係検出システムに備わる処理装置の構成を示すブロック図であ る。
[図 5]図 5は、位置関係検出システムに備わる第 1直線磁場形成部によって形成され る第 1直線磁場の進行方向にっ 、て示す模式図である。
[図 6]図 6は、第 2直線磁場形成部によって形成される第 2直線磁場の進行方向につ いて示す模式図である。
[図 7]図 7は、拡散磁場形成部によって形成される拡散磁場の進行方向について示 す模式図である。
[図 8]図 8は、位置関係検出システムによって検出される、基準座標軸に対する対象 座標軸の方位検出メカニズムを説明するための模式図である。
[図 9]図 9は、位置関係検出システムによって検出される、基準座標軸に対する対象 座標軸の原点の位置の検出メカニズムを説明するための模式図である。
[図 10]図 10は、位置関係検出システムによって検出される、基準座標軸に対する対 象座標軸の原点の位置の検出メカニズムを説明するための模式図である。
[図 11]図 11は、実施の形態 2にかかる位置関係検出システムの全体構成を示す模 式図である。
[図 12]図 12は、実施の形態 2にかかる位置関係検出システムに備わる処理装置の構 成を示すブロック図である。
符号の説明
1 被検体
2 カプセル型内視鏡
3 位置関係検出装置
4 表示装置
5 携帯型記録媒体
7a〜7d 受信アンテナ
8a〜8d 送信アンテナ
9 第 1直線磁場形成部
10 第 2直線磁場形成部
11 拡散磁場形成部
12 処理装置
14 被検体内情報取得部
15 信号処理部
16 磁場センサ 増幅部
AZD変換部 無線送信部 切替部
タイミング発生部
LED
LED駆動回路
CCD
CCD駆動回路 送信回路 送信アンテナ
1目ノンアナ 電力再生回路 昇圧回路 蓄電器
コィノレ
電流源
コィノレ
電流源
受信アンテナ選択部 受信回路 信号処理部 方位導出部 位置導出部 磁力線方位データべ じ' I思 p:[5
発振器
増幅回路 47 送信アンテナ選択部
48 選択制御部
49 電力供給部
51 曲面
53 位置関係検出装置
54 地磁気センサ
55 処理装置
56 地磁気方位導出部
発明を実施するための最良の形態
[0024] 以下、この発明を実施するための最良の形態である位置関係検出装置および位置 関係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、図面の相互間においても互い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。
[0025] (実施の形態 1)
まず、実施の形態 1にかかる位置関係検出システムについて説明する。図 1は、本 実施の形態 1にかかる位置関係検出システムの全体構成について示す模式図であ る。図 1に示すように、本実施の形態 1にかかる位置関係検出システムは、被検体 1の 内部に導入されて通過経路に沿って移動するカプセル型内視鏡 2と、カプセル型内 視鏡 2との間で無線通信を行うと共に、カプセル型内視鏡 2に固定された対象座標軸 と、被検体 1に対して固定された基準座標軸との間の位置関係を検出する位置関係 検出装置 3と、位置関係検出装置 3によって受信された、カプセル型内視鏡 2から送 信された無線信号の内容を表示する表示装置 4と、位置関係検出装置 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。また、図 1に示 すように、本実施の形態 1では、 X軸、 Y軸および Z軸によって形成され、カプセル型 内視鏡 2に対して固定された座標軸である対象座標軸と、 X軸、 y軸および z軸によつ て形成され、カプセル型内視鏡 2の運動とは無関係に定められ、具体的には被検体 1に対して固定された座標軸である基準座標軸とを設定しており、以下に説明する機 構を用いて基準座標軸に対する対象座標軸の位置関係を検出することとしている。
[0026] 表示装置 4は、位置関係検出装置 3によって受信された、カプセル型内視鏡 2によ つて撮像された被検体内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、 CRTディスプレイ、液晶ディスプレイ等によって 直接画像等を表示する構成としても良いし、プリンタ等のように、他の媒体に画像等 を出力する構成としても良い。
[0027] 携帯型記録媒体 5は、後述する処理装置 12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 いる間は処理装置 12に挿着されて被検体内画像および基準座標軸に対する対象 座標軸の位置関係を記憶する。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、処理装置 12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。処理装置 12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によつ て行うことで、処理装置 12と表示装置 4との間が有線接続された場合と異なり、カブ 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。
[0028] 次に、カプセル型内視鏡 2について説明する。カプセル型内視鏡 2は、特許請求の 範囲における検出対象の一例として機能するものである。具体的には、カプセル型 内視鏡 2は、被検体 1の内部に導入され、被検体 1内を移動しつつ被検体内情報を 取得し、取得した被検体内情報を含む無線信号を外部に送信する機能を有する。ま た、カプセル型内視鏡 2は、後述する位置関係の検出のための磁場検出機能を有す ると共に駆動電力が外部から供給される構成を有し、具体的には外部から送信され た無線信号を受信し、受信した無線信号を駆動電力として再生する機能を有する。
[0029] 図 2は、カプセル型内視鏡 2の構成を示すブロック図である。図 2に示すように、力 プセル型内視鏡 2は、被検体内情報を取得する機構として、被検体内情報を取得す る被検体内情報取得部 14と、取得された被検体内情報に対して所定の処理を行う 信号処理部 15とを備える。また、カプセル型内視鏡 2は、磁場検出機構として磁場を 検出し、検出磁場に対応した電気信号を出力する磁場センサ 16と、出力された電気 信号を増幅するための増幅部 17と、増幅部 17から出力された電気信号をディジタル 信号に変換する AZD変換部 18とを備える。
[0030] 被検体内情報取得部 14は、被検体内情報、本実施の形態 1においては被検体内 の画像データたる被検体内画像を取得するためのものである。具体的には、被検体 内情報取得部 14は、照明部として機能する LED22と、 LED22の駆動を制御する L ED駆動回路 23と、 LED22によって照明された領域の少なくとも一部を撮像する撮 像部として機能する CCD24と、 CCD24の駆動状態を制御する CCD駆動回路 25と を備える。なお、照明部および撮像部の具体的な構成としては、 LED、 CCDを用い ることは必須ではなぐ例えば撮像部として CMOS等を用いることとしても良い。
[0031] 磁場センサ 16は、カプセル型内視鏡 2の存在領域に形成されている磁場の方位お よび強度を検出するためのものである。具体的には、磁場センサ 16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。なお、磁場センサ 16は、 Mlセ ンサ以外にも、例えば MRE (磁気抵抗効果)素子、 GMR (巨大磁気抵抗効果)磁気 センサ等を用いて構成することとしても良 、。
[0032] 図 1にも示したように、本実施の形態 1では、検出対象たるカプセル型内視鏡 2の座 標軸として、 X軸、 Y軸および Z軸によって規定された対象座標軸を想定している。か 力る対象座標軸に対応して、磁場センサ 16は、カプセル型内視鏡 2が位置する領域 に形成された磁場について、 X方向成分、 Y方向成分および Z方向成分の磁場強度 を検出し、それぞれの方向における磁場強度に対応した電気信号を出力する機能を 有する。磁場センサ 16によって検出された、対象座標軸における磁場強度成分は、 後述の無線送信部 19を介して位置関係検出装置 3に送信され、位置関係検出装置 3は、磁場センサ 16によって検出された磁場成分の値に基づいて対象座標軸と基準 座標軸の位置関係を導出することとなる。 [0033] さらに、カプセル型内視鏡 2は、送信回路 26および送信アンテナ 27を備えると共に 外部に対して無線送信を行うための無線送信部 19と、無線送信部 19に対して出力 する信号に関して、信号処理部 15から出力されたものと AZD変換部 18から出力さ れたものとの間で適宜切り替える切替部 20とを備える。また、カプセル型内視鏡 2は 、被検体内情報取得部 14、信号処理部 15および切替部 20の駆動タイミングを同期 させるためのタイミング発生部 21を備える。
[0034] また、カプセル型内視鏡 2は、外部力 の給電用の無線信号を受信するための機 構として、受信アンテナ 28と、受信アンテナ 28を介して受信された無線信号力ゝら電 力を再生する電力再生回路 29と、電力再生回路 29から出力された電力信号の電圧 を昇圧する昇圧回路 30と、昇圧回路 30によって所定の電圧に変化した電力信号を 蓄積し、上記した他の構成要素の駆動電力として供給する蓄電器 31とを備える。
[0035] 受信アンテナ 28は、例えばループアンテナを用いて形成される。かかるループアン テナは、カプセル型内視鏡 2内の所定の位置に固定されており、具体的にはカプセ ル型内視鏡 2に固定された対象座標軸における所定の位置および指向方向を有す るよう配置されている。
[0036] 次に、位置関係検出装置 3について説明する。位置関係検出装置 3は、図 1に示 すように、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受信アンテ ナ 7a〜7dと、カプセル型内視鏡 2に対して給電用の無線信号を送信するための送 信アンテナ 8a〜8dと、第 1直線磁場を形成する第 1直線磁場形成部 9と、第 2直線磁 場を形成する第 2直線磁場形成部 10と、拡散磁場を形成する拡散磁場形成部 11と 、受信アンテナ 7a〜7dを介して受信された無線信号等に対して所定の処理を行う処 理装置 12とを備える。
[0037] 受信アンテナ 7a〜7dは、カプセル型内視鏡 2に備わる無線送信部 19から送信さ れた無線信号を受信するためのものである。具体的には、受信アンテナ 7a〜7dは、 ループアンテナ等によって形成され、処理装置 12に対して受信した無線信号を伝達 する機能を有する。
[0038] 送信アンテナ 8a〜8dは、処理装置 12によって生成された無線信号をカプセル型 内視鏡 2に対して送信するためのものである。具体的には、送信アンテナ 8a〜8dは 、処理装置 12と電気的に接続されたループアンテナ等によって形成されている。
[0039] なお、受信アンテナ 7a〜7d、送信アンテナ 8a〜8dおよび以下に述べる第 1直線 磁場形成部 9等の具体的な構成としては、図 1に示したものに限定されないことに注 意が必要である。すなわち、図 1はこれらの構成要素についてあくまで模式的に示す ものであって、受信アンテナ 7a〜7d等の個数は図 1に示した個数に限定されること はなぐ配置される位置、具体的な形状等についても、図 1に示したものに限定される こと無く任意の構成を採用することが可能である。
[0040] 第 1直線磁場形成部 9は、被検体 1内において所定方向の直線磁場を形成するた めのものである。ここで、「直線磁場」とは、少なくとも所定の空間領域、本実施の形態 1では被検体 1内部のカプセル型内視鏡 2が位置しうる空間領域において、実質上 1 方向のみの磁場成分力 なる磁場のことをいう。第 1直線磁場形成部 9は、具体的に は、図 1にも示すように、被検体 1の胴体部分を覆うように形成されたコイルと、かかる コイルに対して所定の電流を供給する電流源（図示省略）とを備え、かかるコイルに 所定の電流を流すことによって、被検体 1内部の空間領域内に直線磁場を形成する 機能を有する。ここで、第 1直線磁場の進行方向としては任意の方向を選択すること として良いが、本実施の形態 1においては、第 1直線磁場は、被検体 1に対して固定 された基準座標軸における z軸方向に進行する直線磁場であることとする。
[0041] 第 2直線磁場形成部 10は、第 1直線磁場とは異なる方向に進行する直線磁場であ る第 2直線磁場を形成するためのものである。また、拡散磁場形成部 11は、第 1直線 磁場形成部 9、第 2直線磁場形成部 10とは異なり、磁場方向が位置依存性を有する 拡散磁場、本実施の形態 1では拡散磁場形成部 11から離隔するにつれて拡散する 磁場を形成するためのものである。
[0042] なお、本実施の形態 1において、第 1直線磁場形成部 9、第 2直線磁場形成部 10 および拡散磁場形成部 11は、それぞれ異なる時刻に磁場を形成することとする。す なわち、本実施の形態 1では、第 1直線磁場形成部 9等は、同時に磁場を形成する のではなぐ所定の順序に従って磁場を形成する構成とし、カプセル型内視鏡 2に備 わる磁場センサ 16は、第 1直線磁場、第 2直線磁場および拡散磁場を別個独立に検 出することとする。 [0043] 図 3は、第 2直線磁場形成部 10および拡散磁場形成部 11の具体的な構成を示す 模式図である。図 3に示すように、第 2直線磁場形成部 10は、基準座標軸における y 軸方向に延伸し、コイル断面が xz平面と平行となるよう形成されたコイル 32と、コイル 32に対して電流供給を行うための電流源 33とを備える。また、拡散磁場形成部 11は 、コイル 34と、コイル 34に対して電流供給を行うための電流源 35とを備える。ここで、 コイル 32は、あら力じめ定めた方向に進行方向を有する磁場を形成するよう配置さ れており、本実施の形態 1の場合には、コイル 32によって形成される直線磁場の進 行方向が基準座標軸における y軸方向となるよう配置されている。また、コイル 34は、 後述する磁力線方位データベース 42に記憶された磁場方向と同一の拡散磁場を形 成する位置に固定されている。
[0044] 次に、処理装置 12について説明する。処理装置 12は、カプセル型内視鏡 2との間 で無線通信を行う機能を有すると共に、受信した無線信号に基づ 、てカプセル型内 視鏡 2の指向方向、位置等の検出、すなわち、カプセル型内視鏡 2に対して固定さ れた対象座標軸と、被検体 1に対して固定された基準座標軸の位置関係を導出する 機能を有する。
[0045] 図 4は、処理装置 12の具体的な構成について示すブロック図である。図 4に示すよ うに、処理装置 12は、第 1にカプセル型内視鏡 2から送信された無線信号の中から 被検体内画像データを抽出する機構を有する。具体的には、処理装置 12は、複数 存在する受信アンテナ 7a〜7dの中から無線信号の受信に適したものを選択する受 信アンテナ選択部 37と、受信アンテナ選択部 37によって選択された受信アンテナ 7 を介して受信された無線信号に対して復調等の処理を行う受信回路 38と、処理が施 された無線信号に対して検出磁場に関する情報および被検体内画像等を抽出する ための信号処理部 39とを備える。
[0046] また、処理装置 12は、カプセル型内視鏡 2から送信された、カプセル型内視鏡 2の 存在領域に形成された磁場の検出結果を用いて、被検体 1に対して固定された基準 座標軸に対する対象座標軸の位置関係を導出する機構を有する。具体的には、処 理装置 12は、信号処理部 39から出力される磁場信号 Sl、 S2に基づいて基準座標 軸に対する対象座標軸のなす方位を導出する方位導出部 40と、方位導出部 40から 出力された対象座標軸の方位に関する方位情報および信号処理部 39から出力され る磁場信号 S2、 S3等を用いて基準座標軸に対する対象座標軸の原点の位置を導 出する位置導出部 41と、位置導出部 41における演算処理の際に用いられる磁力線 方位に関する情報を記憶する磁力線方位データベース 42とを備える。
[0047] また、処理装置 12は、抽出された被検体内画像と、基準座標軸に対する対象座標 軸の位置関係とを記憶するための記憶部 43を備える。記憶部 43は、図 1にも示した 携帯型記録媒体 5に対して情報を書き込む機能を有する。
[0048] さらに、処理装置 12は、カプセル型内視鏡 2に対して無線信号を送信するための 機構を有する。具体的には、処理装置 12は、送信する無線信号の周波数を規定す る発振器 44と、発振器 44から出力される無線信号の強度を増幅する増幅回路 46と 、無線信号の送信に用いる送信アンテナ選択部 47とを備える。かかる機構は、カブ セル型内視鏡 2に対して外部から電力を供給するためのものである。すなわち、本実 施の形態 1にかかる位置関係検出システムは、カプセル型内視鏡 2の駆動電力を外 部から供給する構成を採用することによって、カプセル型内視鏡 2が被検体 1の内部 で長時間に渡って駆動することを可能としている。
[0049] また、処理装置 12は、方位導出部 40および位置導出部 41の導出結果に基づいて 、受信アンテナ選択部 37および送信アンテナ選択部 47のアンテナ選択動作を制御 する選択制御部 48を備える。選択制御部 48は、具体的には、方位導出部 40によつ て導出された対象座標軸の方位と、位置導出部 41によって導出された対象座標軸 の原点の位置に基づき、カプセル型内視鏡 2に備わる送信アンテナ 27および受信ァ ンテナ 28の基準座標軸における指向方向および位置を導出する。そして、導出した 指向方向および位置に対して、最も効率良く無線信号の送信または受信を行うこと が可能な送信アンテナ 8および受信アンテナ 7を選択し、選択したアンテナに切り替 えるよう送信アンテナ選択部 47および受信アンテナ選択部 37に対して指示する機 能を有している。
[0050] さらに、処理装置 12は、各構成要素の駆動電力を供給するための電力供給部 49 を備える。これらの構成要素によって処理装置 12は構成され、処理装置 12は、それ ぞれの構成要素の機能によって、カプセル型内視鏡 2によって撮像された被検体内 画像を取得し、カプセル型内視鏡 2の駆動電力として再生される無線信号を送信す る機能を有するのみならず、カプセル型内視鏡 2によって検出された磁場に基づい て基準座標軸に対する対象座標軸の位置関係を導出することとなる。
[0051] 次に、カプセル型内視鏡 2に固定された対象座標軸の位置関係導出動作の前提と して、第 1直線磁場形成部 9、第 2直線磁場形成部 10および拡散磁場形成部 11によ つて被検体 1を含む空間に形成される磁場について説明する。図 5は、第 1直線磁場 形成部 9によって形成される第 1直線磁場について示す模式図である。図 5に示すよ うに、第 1直線磁場形成部 9を形成するコイルは、被検体 1の胴部を内部に含むよう 形成されると共に基準座標軸において z軸方向に延伸した構成を有する。従って、第 1直線磁場形成部 9によって被検体 1内部に形成される第 1直線磁場は、基準座標 軸における z軸方向に進行する磁力線が形成されることとなる。従って、第 1直線磁場 形成部 9によって形成される第 1直線磁場は、被検体 1内部において基準座標軸に おける z軸の方向を示す指標として用いることが可能であり、カプセル型内視鏡 2が 対象座標軸に基づいて第 1直線磁場形成部 9によって形成される第 1直線磁場を検 出することによって、後述するように対象座標軸における z軸方向が検出されることと なる。
[0052] 図 6は、第 2直線磁場形成部 10によって形成される第 2直線磁場について示す模 式図である。既に説明したように、第 2直線磁場形成部 10は基準座標軸における y 軸方向に延伸した構成を有することから、形成される第 2直線磁場は、図 6に示すよう に磁力線の進行方向が y軸方向と平行な磁場となる。また、第 2直線磁場形成部 10 は、第 1直線磁場形成部 9と異なり被検体 1の外部にコイル 32が配置された構成を有 することから、第 2直線磁場は、被検体 1内部においては第 2直線磁場形成部 10から 離隔するにつれて磁場強度が徐々に減少することとなる。第 2直線磁場は力かる特 性を有することから、第 2直線磁場を検出することによって、第 1直線磁場と同様に対 象座標軸における y軸方向が検出されると共に、磁場強度に基づいて第 2直線磁場 形成部 10とカプセル型内視鏡 2との間の距離が導出されることとなる。
[0053] 図 7は、拡散磁場形成部 11によって形成される拡散磁場について示す模式図であ る。図 3にも示したように、拡散磁場形成部 11に備わるコイル 34は、被検体 1の表面 上に渦巻き状に形成されており、拡散磁場形成部 11によって形成される拡散磁場は 、図 7に示すようにコイル 34 (図 7にて図示省略）によって形成された磁場において、 磁力線が放射状にー且拡散し、再びコイル 34に入射するよう形成されている。かか る拡散磁場は、後述するように、基準座標軸における対象座標軸の原点の位置の導 出に用いられることとなる。
[0054] 次に、本実施の形態 1にかかる位置関係検出システムにおける、カプセル型内視 鏡 2に対して固定された対象座標軸の、基準座標軸に対する位置関係の検出動作 について説明する。以下では、処理装置 12内における演算処理を中心に説明を行 い、位置関係のうち、基準座標軸に対する対象座標軸の方位の導出と、基準座標軸 における対象座標軸の原点の位置の導出とについて順次説明を行うこととする。
[0055] まず、処理装置 12に備わる方位導出部 40によって行われる方位導出動作につい て説明する。図 8は、被検体 1中をカプセル型内視鏡 2が移動している際における基 準座標軸と対象座標軸との関係を示す模式図である。既に説明したように、カプセル 型内視鏡 2は、被検体 1内部を通過経路に沿って進行しつつ、進行方向を軸として 所定角度だけ回転している。従って、カプセル型内視鏡 2に対して固定された対象 座標軸は、被検体 1に固定された基準座標軸に対して、図 8に示すような方位のずれ を生じることとなる。
[0056] これに対して、第 1直線磁場形成部 9および第 2直線磁場形成部 10は、それぞれ 被検体 1に対して固定された構成を有する。このため、第 1直線磁場形成部 9および 第 2直線磁場形成部 10のそれぞれによって形成される第 1、第 2直線磁場は、基準 座標軸に対して一定の方向、具体的には第 1直線磁場は基準座標軸における z軸方 向、第 2直線磁場は y軸方向に進行している。従って、対象座標軸上における第 1、 第 2直線磁場の進行方向は、それぞれ基準座標軸における z軸方向および y軸方向 に対応したものとなり、本実施の形態 1ではかかる第 1、第 2直線磁場を用いて、基準 座標軸に対する対象座標軸の方位を導出することとしている。
[0057] 具体的には、方位導出は以下のように行われる。まず、カプセル型内視鏡 2に備わ る磁場センサ 16によって、時分割に供給される第 1直線磁場および第 2直線磁場の 進行方向が検出される。上記したように、磁場センサ 16は、カプセル型内視鏡 2に対 して固定された状態で配置されると共に、内部に備わる 3軸方向のセンサが、それぞ れ X軸方向、 Y軸方向および Z軸方向の磁場成分を検出するよう構成されている。従 つて、磁場センサ 16によって、第 1、第 2直線磁場のそれぞれに関して対象座標軸に おける進行方向が検出され、検出結果は、無線送信部 19を介して位置関係検出装 置 3に対して送信される。
[0058] 一方、位置関係検出装置 3は、受信アンテナ 7a〜7dを介して無線信号を受信する と共に、受信回路 38および信号処理部 39のそれぞれによって受信した無線信号に 対して所定の処理を行い、信号処理部 39は、図 4にも示したように方位導出部 40に 対して磁場信号 Sl、 S2を出力する。磁場信号 S1は、第 1直線磁場の検出結果を反 映したものであり、磁場信号 S2は、第 2直線磁場の検出結果を反映したものである。 例えば、図 8の例においては、磁場信号 S1には、第 1直線磁場の進行方向として座 標 (X、 Y、 Z )に関する情報が含まれ、磁場信号 S2には、第 2直線磁場の進行方
1 1 1
向として座標 (X、 Y、 Z )に関する情報が含まれることとなる。
2 2 2
[0059] 方位導出部 40は、力かる磁場信号 Sl、 S2の入力を受けて基準座標軸に対する対 象座標軸の方位の導出を行う。すなわち、上述のように、基準座標軸における z軸方 向に対応した第 1直線磁場の進行方向は、対象座標軸において (X、 Y、 Z )
1 1 1 と表さ れ、 y軸方向に対応した第 2直線磁場の進行方向は、対象座標軸において (X、 Y、
2 2
Z )と表される。方位導出部 40は、力かる対応関係に基づいて、対象座標軸上にお
2
ける z軸および y軸の方向を把握すると共に、 z軸および y軸の双方に対して直交する 方向である X軸の方向についても把握する。具体的には、方位導出部 40は、対象座 標軸において、（X、 Y、 Z )および (X、 Y、 Z )の双方に対する内積の値が 0となる
1 1 1 2 2 2
座標 (X、 Y、 Z )を基準座標軸における Z軸の方向に対応するものとして把握する。
3 3 3
[0060] この時点で、方位導出部 40は、 X軸、 y軸および z軸に関して対象座標軸上におけ る方向を把握することとなる。方位導出としては力かる対応関係を把握することのみ で完了することとしても良いが、本実施の形態 1では、基準座標軸を基準とした、対象 座標軸の方位を導出することとしている。具体的には、本実施の形態 1において方位 導出部 40は、上記の対応関係に基づいて所定の座標変換処理を行うこととし、対象 座標軸の X軸、 Y軸および Z軸の、基準座標軸における座標を導出し、かかる座標を 方位情報として出力することとしている。力かる座標変換処理を行うことによって、例 えば、カプセル型内視鏡 2の進行方向に対応した Z軸が、基準座標軸上におけるど の方向に対応するかを判定することが可能となり、被検体 1に対してカプセル型内視 鏡 2がどの方向に進行して 、るか等を把握することが可能となる。
[0061] 次に、位置導出部 41によって行われる、基準座標軸上における対象座標軸の原 点の位置の導出について説明する。カプセル型内視鏡 2は、被検体 1内部を移動し つつ被検体内画像の撮像等を行う構成を有することから、カプセル型内視鏡 2に対 して固定された対象座標軸の原点の位置は、被検体 1に対して固定された基準座標 軸上において絶えず変位する。このため、本実施の形態 1にかかる位置関係検出シ ステムでは、対象座標軸の方位のみならず、対象座標軸の原点の位置の導出につ いても行うこととしており、以下、原点の位置導出について具体的に説明する。
[0062] まず、位置導出部 41による位置導出動作の際に使用される情報について簡単に 説明する。図 4にも示したように、位置導出部 41は、信号処理部 39から磁場信号 S2 、 S3が入力され、方位導出部 40から方位情報が入力される構成を有する。また、位 置導出部 41は、必要に応じて磁力線方位データベース 42に記憶された情報を入力 する構成を有する。ここで、磁場信号 S2は、上述したように、磁場センサ 16によって 検出された第 2直線磁場の進行方向を示す対象座標軸における座標、図 8の例では 座標 (X、 Y、 Z )を情報として含む信号であり、磁場信号 S3は、磁場センサ 16によ
2 2 2
つて検出された、拡散磁場形成部 11によって形成された拡散磁場の進行方向を示 す対象座標軸における座標を情報として含む信号である。また、方位導出部 40から 入力される方位情報は、具体的には対象座標軸の X軸、 Y軸および Z軸の基準座標 軸上における方向を示す情報であり、磁力線方位データベース 42に記憶されている 情報は、第 2直線磁場形成部 10に備わるコイル 32から距離!:だけ離隔した領域にお いて、領域上の位置と拡散磁場の進行方向との関係を記述するものである。
[0063] 位置導出部 41は、これらの情報のうち、まず磁場信号 S2に基づいて、カプセル型 内視鏡 2と第 2直線磁場形成部 10との間の距離!:を導出する。上記したように、第 2直 線磁場形成部 10に備わるコイル 32は、被検体 1の外部に配置された構成を有するこ とから、被検体 1の内部において、第 2直線磁場の強度はコイル 32から離隔するにつ れて徐々に減少することとなり、磁場強度とコイル 32からの距離とは相関関係を有す る。このため、位置導出部 41は、磁場信号 S 2に基づいてカプセル型内視鏡 2の位 置における第 2直線磁場の検出強度を導出し、導出した磁場強度に基づいて、第 2 直線磁場形成部 10 (正確にはコイル 32)とカプセル型内視鏡 2との間の距離 rを導出 する。この結果、図 9に示すように、カプセル型内視鏡 2に対して固定された対象座 標軸の原点は、第 2直線磁場形成部 10からの距離が rとなる点の集合によって形成 される曲面 51上に位置することが明らかになる。
[0064] そして、位置導出部 41は、曲面 51上における対象座標軸の原点の位置の導出を 行う。まず、位置導出部 41は、信号処理部 39から入力された磁場信号 S3と、方位導 出部 40によって導出された方位情報とに基づいて、カプセル型内視鏡 2の存在領域 における拡散磁場の進行方向を導出する。すなわち、磁場信号 S3は、磁場センサ 1 6による拡散磁場の検出結果を反映したものであり、対象座標軸における拡散磁場 の進行方向に関する情報を含む。このため、位置導出部 41は、磁場信号 S3から対 象座標軸における拡散磁場の進行方向を抽出すると共に、方位情報に基づいて拡 散磁場の進行方向について座標変換を行うことによって、カプセル型内視鏡 2が存 在する位置における、基準座標軸上の拡散磁場の進行方向を導出する。
[0065] その後、位置導出部 41は、導出した拡散磁場の進行方向に基づき磁力線方位デ ータベース 42に記憶された情報を参照することによって、曲面 51上における対象座 標軸の原点の位置の導出を行う。図 10は、磁力線方位データベース 42に記憶され た情報を視覚的に表示した模式図である。図 10に示すように、拡散磁場形成部 11 によって形成される拡散磁場は、直線磁場とは異なり進行方向に関して位置依存性 を有しており、曲面 51上における拡散磁場の進行方向も、曲面 51上の位置ごとに相 違することとなる。磁力線方位データベース 42は、曲面 51上において、拡散磁場の 進行方向と面上の位置との対応関係を記憶していることから、位置導出部 41は、磁 場信号 S3等に基づ 、て導出した拡散磁場の進行方向に基づ!/、て磁力線方位デー タベース 42を参照することによって、カプセル型内視鏡 2に対して固定された対象座 標軸の原点の基準座標軸上における位置を導出し、導出した位置に関する位置情 報を出力する。以上の動作を行うことによって、基準座標軸に対する対象座標軸の 位置関係の検出が完了し、方位導出部 40によって導出された方位情報と、位置導 出部 41によって導出された位置情報とが記憶部 43に対して出力され、記憶部 43は 、被検体内画像に対応した画像信号 S4と共に、方位情報および位置情報を画像信 号 S4と対応づけた形で携帯型記録媒体 5に記録する。
[0066] なお、本実施の形態 1にかかる位置関係検出システムでは、上述したように、検出 した位置関係に基づ 、て、選択制御部 48によって受信アンテナ 7および送信アンテ ナ 8を選択することとしている。以下、選択制御部 48の制御動作について、受信アン テナ選択部 37を用いた受信アンテナ 7の選択を例に説明する。選択制御部 48は、 カプセル型内視鏡 2に備わる送信アンテナ 27の対象座標軸上における位置および 指向方向をあらかじめ記憶すると共に、方位導出部 40および位置導出部 41から、そ れぞれ方位情報および位置情報が入力される構成を有する。そして、選択制御部 4 8は、入力された方位情報および位置情報に基づいて、対象座標軸上における送信 アンテナ 27の位置および指向方向を基準座標軸上の値に変換し、基準座標軸上に おける送信アンテナ 27の位置および指向方向を把握する。その後、選択制御部 48 は、把握した送信アンテナ 27の位置および指向方向に基づいて、受信アンテナ 7a 〜7hの中から送信アンテナ 27から送信される無線信号の受信に最も適した受信ァ ンテナ 7を抽出し、力かる受信アンテナ 7を選択するよう受信アンテナ選択部 37に対 して指示を送る。力かる指示に基づいて受信アンテナ選択部 37は、所定の受信アン テナ 7を選択し、選択した受信アンテナ 7を介して無線信号の受信が開始されることと なる。
[0067] 力かる選択メカニズムは、送信アンテナ 8の選択に関しても同様である。すなわち、 送信アンテナ 8の選択に際しては、選択制御部 48は、あら力じめ記憶したカプセル 型内視鏡 2に備わる受信アンテナ 28の対象座標軸上における位置および指向方向 と、入力される方位情報および位置情報とに基づいて受信アンテナ 28の基準座標 軸上における位置等を導出する。そして、導出結果に基づき受信アンテナ 28に対す る無線送信に関して最も適した送信アンテナ 8を抽出し、抽出結果に応じた指示を送 信アンテナ選択部 47に対して出力することによって、送信アンテナ 8の選択を行って いる。 [0068] 次に、本実施の形態 1にかかる位置関係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 1にかかる位置関係検出システムは、第 1直線磁場形成部 9等 によって形成された磁場をカプセル型内視鏡 2に備わる磁場センサ 16を用 ヽて検出 し、検出結果に基づいて基準座標軸に対する対象座標軸の位置関係を導出するこ ととしている。理論上はカプセル型内視鏡 2内の機構によって磁場を形成し、外部に 設けた磁場センサによって検出した磁場に基づいて位置関係の導出を行うことも可 能である力 被検体 1の外部の機構によって形成された磁場を磁場センサ 16によつ て検出する構成を採用することによって、カプセル型内視鏡 2の構成を簡易化できる という利点を有する。
[0069] すなわち、カプセル型内視鏡 2内部の機構によって磁場を形成することとした場合 には、磁場形成機構によって形成される強磁場が無線送信部 19等の動作に影響を 及ぼすことを回避するための磁場遮蔽機構等を設ける必要性が生じることとなる。こ れに対して、本実施の形態 1では、カプセル型内視鏡 2の外部に設けた第 1直線磁 場形成部 9等の機構によって磁場を形成することとしたため、カプセル型内視鏡 2に 備わる無線送信部 19等の構成要素の動作が磁場によって悪影響を受けるおそれは 実質的に無視することが可能であり、磁場遮蔽機構等の構成要素を別途設ける必要 もない。従って、外部機構によって磁場を形成する構成を採用することによって、カブ セル型内視鏡 2の構成を簡易化することが可能である。
[0070] また、本実施の形態 1にかかる位置関係検出システムは、複数の直線磁場の基準 座標軸および対象座標軸の双方における進行方向に基づき、位置関係の導出を行 うこととしている。例えば単一の直線磁場によって対象座標軸の方位を導出する構成 とした場合には、対象座標軸の方位を一意に定めることが困難であるが、上述の説 明からも明らかなように、複数の直線磁場を用いて方位検出を行う構成を採用するこ とによって、対象座標軸の方位を正確に検出することが可能である。
[0071] さらに、本実施の形態 1では、拡散磁場の磁場進行方向の位置依存性を利用して 対象座標軸の原点の位置を導出することとして ヽる。原点の位置を導出する構成とし ては、例えば距離に応じて減衰する磁場を形成する機能を有し、基準座標軸上に固 定された磁場形成源を複数、例えば 3個設けることによって、基準座標軸上における 対象座標軸の原点の位置を導出する構成を採用しても良い。しカゝしながら、本実施 の形態 1のように拡散磁場形成部 11を用 、る構成を採用することによって、磁場形 成源の個数を低減することが可能である。すなわち、少なくとも理論上は磁場進行方 向に関して位置依存性を有する拡散磁場を形成する単一の拡散磁場形成部 11を 設けることによってある程度の精度を有する位置導出を行うことが可能であり、本実施 の形態 1にかかる位置関係検出システムは、位置検出に必要な磁場形成機構の個 数を低減できると 、う利点を有する。
[0072] また、本実施の形態 1では、第 2直線磁場形成部 10によって形成される磁場が距 離に応じて減衰する特性を有することを利用して対象座標軸の原点の位置を検出す る構成を採用することによって、より正確な位置検出が可能であるという利点を有する 。すなわち、進行方向が完全な位置依存性を有する拡散磁場を形成する機構を実 現することは実際には容易ではないという問題が存在する。例えば本実施の形態 1 における拡散磁場形成部 11は、基準座標軸上における yz平面と平行であって、コィ ル 34を含む平面領域における拡散磁場の進行方向は、いずれの位置においても X 軸と平行な方向となり、力かる場合には拡散磁場の進行方向のみによっては正確な 位置検出を行うことが困難である。このため、本実施の形態 1では、第 2直線磁場形 成部 10とカプセル型内視鏡 2との間の距離についても位置検出の際に用いる構成を 採用し、力かる構成を採用することによって、より正確な位置検出を可能としている。
[0073] さらに、本実施の形態 1では、第 2直線磁場形成部 10および拡散磁場形成部 11を 互いに近接した位置に配置することが可能である。例えば上記のように距離に応じて 減衰する磁場を形成する 3個の磁場形成機構を用いて対象座標軸の原点の位置検 出を行う機構を採用した場合には、位置検出の精度を向上させる観点力 は、それ ぞれの磁場形成機構は互いに所定の距離だけ離隔した構成を採用することが好まし い。これに対して、本実施の形態 1の構成では、第 2直線磁場および拡散磁場は、そ れぞれ異なる観点に基づいて位置検出に使用されていることから、第 2直線磁場形 成部 10の位置と拡散磁場形成部 11の位置との間の距離と、対象座標軸の原点の位 置検出精度との間の相関性はきわめて低いものとなる。従って、本実施の形態 1にお いては、例えば第 2直線磁場形成部 10と拡散磁場形成部 11とは、例えば同一基板 上に形成することが可能であり、システムの構成が簡易化される等の利点を有するこ ととなる。
[0074] (実施の形態 2)
次に、実施の形態 2にかかる位置関係検出システムについて説明する。本実施の 形態 2にかかる位置関係検出システムは、第 1直線磁場として地磁気を利用すること とし、地磁気を第 1直線磁場として利用することに対応して第 1直線磁場形成部を省 略した構成を有する。
[0075] 図 11は、本実施の形態 2にかかる位置関係検出システムの全体構成を示す模式 図である。なお、以下の説明においては、実施の形態 1と同様の名称'符号を有する ものは、以下で特に言及しない限り、実施の形態 1と同様の構成'機能を有することと する。
[0076] 図 11に示すように、実施の形態 2にかかる位置関係検出システムでは、位置関係 検出装置 53は、地磁気の進行方向を検出するための地磁気センサ 54を新たに備え ると共に、処理装置 55において、地磁気センサ 54による検出結果に基づいて、基準 座標軸上における地磁気の進行方向を導出する機能を新たに備えた構成を有する
[0077] 地磁気センサ 54は、基本的にはカプセル型内視鏡 2に備わる磁場センサ 16と同様 の構成を有する。すなわち、地磁気センサ 54は、配置された領域において、所定の 3軸方向の磁場成分の強度を検出し、検出した磁場強度に対応した電気信号を出 力する機能を有する。一方で、地磁気センサ 54は、磁場センサ 16とは異なり、被検 体 1の体表面上に配置され、被検体 1に対して固定された基準座標軸における X軸、 y軸および z軸の方向にそれぞれ対応した磁場成分の強度を検出する機能を有する 。すなわち、地磁気センサ 54は、地磁気の進行方向を検出する機能を有し、 X軸方 向、 y軸方向および z軸方向に関して検出した磁場強度に対応した電気信号を処理 装置 55に対して出力する構成を有する。
[0078] 次に、本実施の形態 2における処理装置 55について説明する。図 12は、処理装置 55の構成を示すブロック図である。図 12に示すように、処理装置 55は、基本的には 実施の形態 1における処理装置 12と同様の構成を有する一方で、地磁気センサ 54 力 入力される電気信号に基づいて基準座標軸上における地磁気の進行方向を導 出し、導出結果を方位導出部 40に対して出力する地磁気方位導出部 56を備えた構 成を有する。
[0079] 第 1直線磁場として地磁気を利用した場合に問題となるのは、被検体 1に対して固 定された基準座標軸上における地磁気の進行方向の導出である。すなわち、被検体 1はカプセル型内視鏡 2が体内を移動する間も自由に行動することが可能であること から、被検体 1に対して固定された基準座標軸と地磁気との間の位置関係は、被検 体 1の移動に伴い変動することが予想される。一方、基準座標軸に対する対象座標 軸の位置関係を導出する観点からは、基準座標軸における第 1直線磁場の進行方 向が不明となった場合には、第 1直線磁場の進行方向に関して基準座標軸と対象座 標軸の対応関係を明らかにすることができないという問題を生じることとなる。
[0080] 従って、本実施の形態 2では、被検体 1の移動等によって基準座標軸上において 変動することとなる地磁気の進行方向をモニタリングするために地磁気センサ 54およ び地磁気方位導出部 56を備えることとしている。すなわち、地磁気センサ 54の検出 結果に基づいて、地磁気方位導出部 56は、基準座標軸上における地磁気の進行方 向を導出し、導出結果を方位導出部 40に出力する。これに対して、方位導出部 40 は、入力された地磁気の進行方向を用いることによって、地磁気の進行方向に関し て基準座標軸と対象座標軸との対応関係を導出し、第 2直線磁場における対応関係 とあわせて方位情報を導出することを可能として 、る。
[0081] なお、被検体 1の方向によっては地磁気の進行方向と第 2直線磁場形成部 10によ つて形成される第 2直線磁場とが互いに平行となる場合がある。カゝかる場合には、直 前の時刻における対象座標軸の方位および原点の位置に関するデータも用いること によって、位置関係の検出を行うことが可能である。また、地磁気と第 2直線磁場とが 互 ヽに平行となることを回避するために、第 2直線磁場形成部 10を構成するコイル 3 4の延伸方向を図 3に示したように基準座標軸における y軸方向とするのではなぐ例 えば z軸方向に延伸する構成とすることも有効である。
[0082] 次に、本実施の形態 2にかかる位置関係検出システムの利点について説明する。
本実施の形態 2にかかる位置関係検出システムは、実施の形態 1における利点にカロ え、地磁気を利用したことによるさらなる利点を有している。すなわち、第 1直線磁場 として地磁気を利用する構成を採用することによって、第 1直線磁場を形成する機構 を省略した構成とすることが可能であり、カプセル型内視鏡 2の導入時における被検 体 1の負担を軽減しつつ基準座標軸に対する対象座標軸の位置関係を導出するこ とが可能である。なお、地磁気センサ 54は、 Mlセンサ等を用いて構成することが可 能であることから小型化が十分可能であり、地磁気センサ 54を新たに設けることによ つて被検体 1の負担が増加することはない。
[0083] また、地磁気を第 1直線磁場として利用する構成を採用することにより、消費電力低 減の観点からも利点を有することとなる。すなわち、コイル等を用いて第 1直線磁場を 形成した場合には、コイルに流す電流等に起因して電力消費量が増加することとな る力 地磁気を利用することによって、力かる電力消費の必要が無くなることから、低 消費電力のシステムを実現することが可能である。
[0084] 以上、本発明について実施の形態 1、 2に渡って説明したが、本発明は実施の形態 1、 2に限定して解釈する必要はなぐ当業者であれば、様々な実施例、変形例に想 到することが可能である。例えば、対象座標軸の原点の位置を導出する機構としては 、実施の形態に記載したもの以外にも、距離に応じて減衰する直線磁場または拡散 磁場を形成する複数の磁場形成部を用いることとしても良い。すなわち、かかる複数 の磁場形成部の基準座標系における位置をあら力じめ把握すると共に、カプセル型 内視鏡 2において検出される磁場強度に基づいて、複数の磁場形成部とカプセル型 内視鏡 2との間の距離を導出することによって、対象座標軸の原点の位置を検出す ることが可能である。
[0085] また、実施の形態 1、 2では、基準座標軸および対象座標軸を直交 3次元座標系に 基づ 、て定義して 、るが、基準座標軸等にっ 、て直交 3次元座標系に限定して解釈 する必要はないことはもちろんである。すなわち、基準座標軸等に関して、例えば 3 次元極座標系によって定義しても良いし、さらには、用途に応じて 2次元座標系、 1次 元座標系によって定義することとしても良 、。
産業上の利用可能性
[0086] 以上のように、本発明に力かる位置関係検出装置および位置関係検出システムは 、検出対象に対して固定された対象座標軸と、検出対象の移動等と無関係に設定さ れた基準座標軸との間の位置関係を導出する位置関係検出装置および位置関係検 出システムに有用であり、特に、カプセル型内視鏡用の位置関係検出装置および位 置関係検出システムに適して!ヽる。

Claims

請求の範囲
[1] 検出対象に対して固定された対象座標軸と、前記検出対象の運動と無関係に設定 される基準座標軸との間の位置関係を検出する位置関係検出装置であって、 所定の進行方向を有する第 1直線磁場の前記対象座標軸上における進行方向と 前記基準座標軸上における進行方向との対応関係と、前記第 1直線磁場と異なる第 2直線磁場の前記対象座標軸上における進行方向と前記基準座標軸上における進 行方向との対応関係とに基づいて、前記基準座標軸に対する前記対象座標軸のな す方位を導出する方位導出手段を備えたことを特徴とする位置関係検出装置。
[2] 前記基準座標軸上の所定の位置に配置され、前記第 1直線磁場を形成する第 1直 線磁場形成手段と、
前記基準座標軸上の所定の位置に配置され、前記第 2直線磁場を形成する第 2直 線磁場形成手段と、
をさらに備え、
前記方位導出手段は、前記検出対象によって検出された前記対象座標軸におけ る前記第 1、第 2直線磁場の進行方向と、あらかじめ定められた前記基準座標軸にお ける前記第 1、第 2直線磁場の進行方向とに基づいて前記方位を導出することを特 徴とする請求項 1に記載の位置関係検出装置。
[3] 前記第 1直線磁場は、地磁気によって形成され、
前記基準座標軸上の所定の位置に配置され、前記第 2直線磁場を形成する第 2直 線磁場形成手段と、
前記基準座標軸における前記第 1直線磁場の進行方向を検出する磁場センサ手 段と、
をさらに備え、
前記方位導出手段は、前記磁場センサ手段によって検出された、前記基準座標軸 における前記第 1直線磁場の進行方向と、あらかじめ定められた前記基準座標軸に おける前記第 2直線磁場の進行方向と、前記検出対象によって検出された前記対象 座標軸における前記第 1、第 2直線磁場の進行方向とに基づいて前記方位を導出す ることを特徴とする請求項 1に記載の位置関係検出装置。
[4] 進行方向に関して位置依存性を有する拡散磁場の、前記検出対象の所在位置に おける進行方向と、前記方位導出手段によって導出された、前記基準座標軸に対す る前記対象座標軸のなす方位とに基づ!ヽて、前記基準座標軸に対する前記対象座 標軸の原点の位置を導出する位置導出手段をさらに備えたことを特徴とする請求項 1に記載の位置関係検出装置。
[5] 進行方向に関して位置依存性を有する拡散磁場の、前記検出対象の所在位置に おける進行方向と、前記方位導出手段によって導出された、前記基準座標軸に対す る前記対象座標軸のなす方位とに基づ!ヽて、前記基準座標軸に対する前記対象座 標軸の原点の位置を導出する位置導出手段をさらに備えたことを特徴とする請求項 2に記載の位置関係検出装置。
[6] 進行方向に関して位置依存性を有する拡散磁場の、前記検出対象の所在位置に おける進行方向と、前記方位導出手段によって導出された、前記基準座標軸に対す る前記対象座標軸のなす方位とに基づ!ヽて、前記基準座標軸に対する前記対象座 標軸の原点の位置を導出する位置導出手段をさらに備えたことを特徴とする請求項 3に記載の位置関係検出装置。
[7] 前記第 2直線磁場は、前記第 2直線磁場形成手段からの距離に応じて磁場強度が 減衰する特性を有し、
前記位置導出手段は、前記検出対象の位置における前記第 2直線磁場の磁場強 度に応じて前記第 2直線磁場形成手段と前記検出対象との間の距離を導出し、導出 した距離をさらに用いて前記基準座標軸に対する前記対象座標軸の原点の位置を 導出することを特徴とする請求項 5に記載の位置関係検出装置。
[8] 前記第 2直線磁場は、前記第 2直線磁場形成手段からの距離に応じて磁場強度が 減衰する特性を有し、
前記位置導出手段は、前記検出対象の位置における前記第 2直線磁場の磁場強 度に応じて前記第 2直線磁場形成手段と前記検出対象との間の距離を導出し、導出 した距離をさらに用いて前記基準座標軸に対する前記対象座標軸の原点の位置を 導出することを特徴とする請求項 6に記載の位置関係検出装置。
[9] 所定の対象座標軸が設定された検出対象と、前記検出対象の運動と無関係に設 定される基準座標軸との間の位置関係を検出する位置関係検出装置とを備えた位 置関係検出システムであって、
前記検出対象は、
前記検出対象の存在領域に形成される磁場を検出する磁場センサ手段と、 前記磁場センサ手段によって検出された磁場に関する情報を含む無線信号を送 信する無
線信号送信手段と、
を備え、
前記位置関係検出装置は、
前記検出対象の存在領域に磁場を形成する磁場形成手段と、
前記検出対象カゝら送信された無線信号に基づいて、前記基準座標軸に対する前 記対象座
標軸のなす方位を導出する方位導出手段と、
を備えたことを特徴とする位置関係検出システム。
[10] 前記磁場形成手段は、
前記基準座標軸上の所定の位置に配置され、所定の進行方向を有する第 1直線 磁場を形成する第 1直線磁場形成手段と、
前記基準座標軸上の所定の位置に配置され、前記第 1直線磁場と異なる第 2直線 磁場を形成する第 2直線磁場形成手段と、
を備え、
前記方位導出手段は、前記第 1直線磁場の前記対象座標軸上における進行方向 と前記基準座標軸上における進行方向との対応関係と、前記第 2直線磁場の前記対 象座標軸上における進行方向と前記基準座標軸上における進行方向との対応関係 とに基づいて、前記基準座標軸に対する前記対象座標軸のなす方位を導出すること を特徴とする請求項 9に記載の位置関係検出システム。
[11] 前記磁場形成手段は、進行方向に関して位置依存性を有する拡散磁場を形成す る拡散磁場形成手段をさらに備え、
前記位置関係検出装置は、前記拡散磁場の進行方向の位置依存性を用いて前記 基準座標軸における前記対象座標軸の原点の位置を導出する位置導出手段をさら に備えたことを特徴とする請求項 9に記載の位置関係検出システム。
[12] 前記磁場形成手段は、進行方向に関して位置依存性を有する拡散磁場を形成す る拡散磁場形成手段をさらに備え、
前記位置関係検出装置は、前記拡散磁場の進行方向の位置依存性を用いて前記 基準座標軸における前記対象座標軸の原点の位置を導出する位置導出手段をさら に備えたことを特徴とする請求項 10に記載の位置関係検出システム。
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