WO2010087368A1 - カプセル型医療装置システム - Google Patents

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magnetic field
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慎介 田中
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オリンパスメディカルシステムズ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a capsule medical device system that can rotate a capsule medical device introduced into a living body, puncture a needle on a desired lumen surface, and inject a drug solution into an affected area.
  • swallowable capsule endoscopes have been developed in the field of endoscopes.
  • This capsule endoscope has an imaging function and a wireless function, and after being swallowed from the patient's mouth for observation inside the body cavity, until it is naturally discharged from the human body, for example, the esophagus, stomach, small intestine, etc. It has a function of moving in accordance with its peristaltic movement and sequentially imaging.
  • a capsule endoscope has been proposed in which a needle connected to a drug solution tank and an actuator for projecting the needle are provided, and a drug solution can be injected into a lesion or the like.
  • Patent Documents 1 and 2 when a capsule endoscope is rotated by applying a rotating magnetic field to the capsule endoscope and the capsule endoscope is moved, changes in the captured in-vivo image are shown.
  • a device that detects a rotational state such as a rotational displacement of a capsule endoscope with respect to the rotation of a rotating magnetic field is described.
  • the needle when injecting a drug solution into a lesion or the like, it is necessary to puncture the surface of the lumen such as the intestinal wall, but the needle is simply projected from the capsule endoscope to the intestinal wall of the puncture target. In many cases, the needle does not pierce the intestinal wall successfully due to the bowing of the intestinal wall or the reaction from the intestinal wall.
  • the capsule endoscope When the capsule endoscope is rotated by the external rotating magnetic field, the needle is tilted and protruded from the capsule endoscope in the rotation direction, and the capsule endoscope is moved by the external rotating magnetic field with the needle protruding. When rotated, it is possible to easily puncture the intestinal wall with the rotational force of the capsule endoscope.
  • the needle puncture using the rotational force of the capsule endoscope by the external rotating magnetic field is performed when the external rotating magnetic field continues to be applied while the needle is punctured on the intestinal wall.
  • the capsule endoscope cannot follow the rotation of the external rotating magnetic field and exhibits a step-out state, and when the external rotating magnetic field continues to rotate, the capsule endoscope rotates reversely, The needle may come off.
  • FIG. 9A when the capsule medical device 10 rotates by the magnet 18 of the capsule medical device 10 following the rotating external magnetic field Rf in the body cavity, 9 (b), the needle 16 projecting obliquely in the rotational direction is caught by the lumen surface S, and the capsule medical device 10 further rotates in this state, so that the needle 16 is punctured into the lumen surface S.
  • the tissue on the lumen surface S expands as shown in FIG. 9C, and a reaction force is generated by the expanded tissue. It will not rotate.
  • the capsule medical device 10 rotates in the opposite direction so that the magnetization direction of the magnet 18 and the direction of the external magnetic field Rf coincide with each other, and the punctured needle 16 is removed.
  • An operation from when the capsule medical device 10 cannot follow the rotation of the external magnetic field Rf and stops rotating until it finishes rotating in the reverse direction is referred to as a “step-out operation”.
  • the capsule endoscope Conversely, if the capsule endoscope is not sufficiently rotated by the external rotating magnetic field, the needle cannot be punctured into the intestinal wall. On the other hand, since the puncture of the needle by the rotation of the capsule endoscope is performed in vivo, it is not easy to know the puncture state of the needle by the rotation of the capsule endoscope, and is appropriate for the capsule endoscope It is difficult to add a special rotation.
  • the present invention has been made in view of the above, and provides a capsule medical device system that can rotate a capsule medical device with an external rotating rolling magnetic field and reliably puncture a needle by this rotation. With the goal.
  • a capsule medical device system includes a rotating magnetic field generating device that generates a desired rotating magnetic field in a three-dimensional direction,
  • a capsule medical device that has a needle and a magnet that can project and retract in the rotation direction of the magnetic field and that punctures the surface of the lumen, and that rotates in the direction of the rotation magnetic field when the rotation magnetic field is applied to the magnet;
  • the rotation of the capsule-type medical device in the rotation direction of the rotation magnetic field stops after the rotation of the capsule magnetic device.
  • Step-out operation detecting means for detecting the step-out operation in which the capsule medical device rotates in reverse at a rotation speed greater than the rotation speed, and the detection result by the step-out operation detection means, Magnetic field to control Characterized by comprising a control means.
  • the reverse rotation occurrence point in the next step-out operation of the capsule medical device is determined.
  • the magnetic field control means controls the rotating magnetic field generating device a predetermined time before the reverse rotation occurrence time in the next step-out operation. The generation of the magnetic field is stopped.
  • the magnetic field control means controls the rotating magnetic field generating device a predetermined time before the reverse rotation occurrence time in the next step-out operation. The rotation of the magnetic field is stopped.
  • the magnetic field control means controls the rotating magnetic field generating device a predetermined time before the reverse rotation occurrence time in the next step-out operation. The rotational speed of the rotating magnetic field is reduced.
  • the step-out operation detecting means detects a rotation stop point at which the capsule medical device stops rotating before the reverse rotation occurrence point
  • the step-out prediction means predicts a rotation stop time before a reverse rotation occurrence time in the next step-out operation of the capsule medical device based on a detection result by the step-out operation detection means
  • the magnetic field control means Is characterized in that the predetermined period of time extends from the reverse rotation occurrence time in the next step-out operation to the next rotation stop time.
  • the rotational speed of the rotating magnetic field is constant, and the step-out prediction unit is adjacent to two or more times detected by the step-out operation detection unit.
  • the step-out occurrence period between the reverse rotation occurrence times in the step-out operation is calculated, and the reverse rotation occurrence point in the next step-out operation of the capsule medical device is predicted based on the step-out occurrence period. It is characterized by.
  • the capsule medical device system further includes a rotation angle detection unit that detects a rotation angle of the capsule medical device in the above-described invention, and the step-out operation detection unit includes the rotation angle detection unit. The step-out operation is detected based on the detected change in the rotation angle of the capsule medical device.
  • the capsule medical device includes image acquisition means for sequentially acquiring in-vivo images
  • the rotation angle detection means includes the image acquisition means from the image acquisition means. The rotation angle of the capsule medical device is detected based on a difference between in vivo images that are sequentially output and are adjacent in time series.
  • the capsule medical device system according to the present invention is characterized in that, in the above-mentioned invention, the rotation angle detecting means is a gyro sensor provided in the capsule medical device.
  • the capsule medical device system according to the present invention further comprises a rotational speed detecting means for detecting the rotational speed of the capsule medical device in the above-described invention, and the step-out operation detecting means is the rotational speed detecting means.
  • the step-out operation is detected based on the detected change in the rotational speed of the capsule medical device.
  • the capsule medical device in the above-described invention, includes image acquisition means for sequentially acquiring in-vivo images, and the rotational speed detection means is connected to the image acquisition means.
  • the rotational speed of the capsule medical device is detected based on a difference between in-vivo images that are sequentially output and are adjacent in time series.
  • the capsule medical device system according to the present invention is characterized in that, in the above-described invention, the rotational speed detecting means is a gyro sensor provided in the capsule medical device.
  • the capsule medical device system further comprises angular acceleration detecting means for detecting angular acceleration of the capsule medical device in the above-described invention, and the step-out motion detecting means is detected by the angular velocity detecting means.
  • the step-out operation is detected based on a change in angular acceleration of the capsule medical device.
  • the capsule medical device includes image acquisition means for sequentially acquiring in-vivo images, and the angular acceleration detection means is provided by the image acquisition unit.
  • the angular acceleration of the capsule medical device is detected based on a difference between three in-vivo images that are sequentially output and are temporally adjacent.
  • the capsule medical device system according to the present invention is characterized in that, in the above-described invention, the angular acceleration detecting means is a gyro sensor provided in the capsule medical device.
  • the capsule medical device system is the above-described invention, wherein the capsule medical device system is provided in the capsule medical device and emits a magnetic field from the capsule medical device toward the outside, and the capsule A magnetic field detector provided around the outside of the medical device for detecting the magnetic field emitted from the magnetic field emitter, and detecting the rotational state of the capsule medical device based on the magnetic field detected by the magnetic field detector.
  • Rotation detecting means wherein the step-out operation detecting means detects the step-out operation based on the rotation state of the capsule medical device detected by the rotation detection means.
  • the magnetic field control unit is based on the fact that the step-out operation detecting means detects a rotation stop of the capsule medical device before the reverse rotation.
  • the rotating magnetic field generator is controlled.
  • the capsule medical device system according to the present invention is characterized in that, in the above-described invention, the capsule medical device discharges a drug solution from the needle in a state where the puncture state of the needle is stabilized.
  • the step-out operation detecting means detects the step-out operation of the capsule medical device, Since the magnetic field control means controls the rotating magnetic field generator based on the detection result by the step-out operation detecting means, the needle medical device is reliably punctured by rotating the capsule medical device by the external rotating rolling magnetic field. be able to
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an overall configuration of a capsule medical device system according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing an internal configuration of the capsule endoscope shown in FIG.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view taken along the line AA showing the protruding state of the needle of the capsule endoscope shown in FIG.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a needle puncture state and a drug solution injection state of the capsule endoscope shown in FIG.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a detailed configuration of the extracorporeal control unit of the capsule medical device system shown in FIG.
  • FIG. 6 is a schematic diagram illustrating an example of image comparison performed by the image comparison unit of the capsule medical device system illustrated in FIG. 1.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an overall configuration of a capsule medical device system according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing an internal configuration of the capsule endoscope shown in
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of rotation angle detection by the rotation angle detection unit of the capsule medical device system illustrated in FIG. 1.
  • FIG. 8 shows a case where the capsule endoscope is out of step in the capsule medical device system shown in FIG. 1 and the rotation of the capsule endoscope and the rotation of the external rotation magnetization are synchronized with each other. It is a figure which shows the time change of this rotation angle.
  • FIG. 9A is a diagram illustrating a temporal change in the rotation speed when the capsule endoscope steps out in the capsule medical device system illustrated in FIG. 1.
  • FIG. 9B is a diagram showing a state when a rotating magnetic field is applied to the capsule endoscope at time t0 shown in FIG. 9A.
  • FIG. 9C is a diagram illustrating a state where the capsule endoscope is rotating in synchronization with the rotating magnetic field applied from the time point t0 illustrated in FIG. 9A.
  • FIG. 9D is a diagram illustrating a state when the rotation of the capsule endoscope stops at the time point t1a illustrated in FIG. 9A.
  • FIG. 9E is a diagram showing a state in which the needle is removed from the surface of the lumen due to the capsule endoscope starting reverse rotation at time t1 shown in FIG. 9A.
  • FIG. 10 is a time chart showing the relationship between the reverse rotation occurrence time detected by the capsule medical device system shown in FIG. 1 and the predicted next reverse rotation occurrence time.
  • FIG. 10 is a time chart showing the relationship between the reverse rotation occurrence time detected by the capsule medical device system shown in FIG. 1 and the predicted next reverse rotation occurrence time.
  • FIG. 11 is a flowchart showing a rotation puncture control processing procedure by the extracorporeal control unit in the capsule medical device system shown in FIG.
  • FIG. 12 is a schematic diagram showing an outline of processing from in-vivo observation to drug solution injection in the capsule medical device system shown in FIG.
  • FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a capsule endoscope according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a magnetic field detection device used when the capsule endoscope shown in FIG. 13 is used.
  • FIG. 15 is a block diagram showing a configuration of the extracorporeal control unit according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 12 is a schematic diagram showing an outline of processing from in-vivo observation to drug solution injection in the capsule medical device system shown in FIG.
  • FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a capsule endoscope according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is
  • FIG. 16 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the capsule endoscope according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 is a block diagram showing a configuration of the extracorporeal control unit according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 18 is a time chart showing temporal changes in the rotational speed of the capsule endoscope according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 19 is a time chart showing temporal changes in the rotational speed of the capsule endoscope according to the modification of the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 20 shows a capsule medical device system according to the present invention, which is rotated by a first-order time differentiation process of a rotation angle based on a temporal change of the rotation angle obtained from a difference between adjacent in-vivo images in time series.
  • FIG. 21 is a diagram showing the processing contents for obtaining the angular acceleration by performing the first-order differentiation process of the rotational speed based on the temporal change of the rotational speed in the capsule medical device system of the present invention.
  • FIG. 22 is a time chart showing temporal changes in the rotational speed of the rotating magnetic field according to the seventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 23A is a conceptual diagram showing the rotation speed of the capsule endoscope from time t0 to time t3a shown in FIG.
  • FIG. 23B is a conceptual diagram showing the rotation speed of the capsule endoscope from time t3a to time ts shown in FIG.
  • FIG. 23C is a conceptual diagram showing the rotation speed of the capsule endoscope at the time of injecting the chemical liquid performed after time t3 shown in FIG.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an overall configuration of a capsule medical device system according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the capsule medical device system 1 according to the first embodiment is a capsule medical device that is introduced into a body cavity in a subject by communicating with an external device by being swallowed from the mouth of the subject.
  • a capsule endoscope 10 and a magnetic field generator 2 as a rotating magnetic field generator that is provided around the subject and can generate a desired rotating magnetic field in a three-dimensional direction.
  • a transceiver unit 3 that performs wireless communication with the capsule endoscope 10 and receives a wireless signal including an image captured by the capsule endoscope 10 and transmits an operation signal to the capsule endoscope 10; Also, an external control unit 4 that controls each component of the capsule medical device system 1 is provided.
  • the display unit 5 displays and outputs an image captured by the capsule endoscope 10, the input unit 6 inputs instruction information for instructing various operations in the capsule medical device system 1, and the capsule.
  • a storage unit 7 that stores image information captured by the mold endoscope 10 is also provided.
  • a magnetic field control unit 8 that controls generation of a magnetic field by the magnetic field generation unit 2 and a power supply unit 9 that supplies power to the magnetic field generation unit 2 according to the control of the magnetic field control unit 8 are also provided.
  • the transmission / reception unit 3 detects the position and orientation of the capsule endoscope 10 in the subject based on the received electric field strength of the signal transmitted from the capsule endoscope 10.
  • the position detection apparatus which detects the position and attitude
  • the capsule endoscope 10 is provided with a magnetic field generation unit or a magnetic field reflection unit, and similarly to the magnetic field generation unit 2, a plurality of magnetic field sensors are provided so as to cover the periphery of the capsule endoscope 10, and the detection result of the magnetic field sensor Based on the above, the position and posture of the capsule endoscope 10 may be detected.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing an internal configuration of the capsule endoscope 10 shown in FIG.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view taken along the line AA showing the protruding and retracting state of the needle.
  • the capsule endoscope 10 includes, in a housing H, an antenna 11 that transmits and receives radio signals with the transmission / reception unit 3, an illumination unit 12 a that irradiates light to an observation field, and a reflected light.
  • an imaging unit 12 including an imaging element that images the inside of the body cavity of the subject and the subject.
  • the imaging unit 12 functions as an image acquisition unit that sequentially acquires in-vivo images.
  • the capsule endoscope 10 has a chemical tank function for storing a chemical solution injected into an affected area in a subject, and a discharge function that is formed by an elastic film such as an elastic material and generates a discharge pressure of the chemical solution. It also has an on-off valve 14 that opens and closes the opening of the balloon 13 by driving the balloon 13 that is provided and a driving member (not shown). Furthermore, the medical solution stored in the balloon 13 is projected and retracted into and out of the capsule endoscope 10 through the linear actuator 15 having a built-in motor and the opening 16a provided in the housing H, and is stored in the balloon 13 It also has a needle 16 for injecting into a nearby affected area.
  • control part 17 which controls each structure part of the capsule endoscope 10 according to the radio signal (operation signal) from the transmission / reception part 3 which the antenna 11 received, and the disk-shaped magnet which generates a magnetic field in radial direction 18 and a battery 19 for supplying power to each component of the capsule endoscope 10.
  • the needle 16 can project and be stored with respect to the surface of the housing H of the capsule endoscope 10.
  • the magnetization direction of the magnet 18 is a radial direction, and the magnet 18 is arranged in the capsule type so that the major axis center C of the casing H constituting the capsule endoscope 10 and the magnetization direction are perpendicular to each other. It is provided in the endoscope 10.
  • casing H by the side of the imaging part 12 of the capsule endoscope 10 is comprised with the transparent member so that the light by the illumination part 12a can irradiate an observation visual field.
  • the linear actuator 15 and the rear end of the needle 16 are connected to each other. As shown in FIG. 3, the needle 16 can protrude and retract in the radial direction of the capsule endoscope 10 by the linear actuator 15. Further, the needle 16 in a protruding state is inclined outward with respect to the tangent to the housing H of the capsule endoscope 10, and the tip is directed in the rotation direction around the long axis center C.
  • the linear actuator 15 is controlled by the control unit 17.
  • an in-vivo image acquired by the imaging unit 12 provided in the capsule endoscope 10 after the capsule endoscope 10 is introduced into a living body (subject) to be examined.
  • An operator such as a doctor observes the outside of the body.
  • the power supplied from the magnetic field control unit 8 to the magnetic field generation unit 2 is controlled, and the magnetic field generated by the magnetic field generation unit 2 is changed. By doing so, the position and orientation of the capsule endoscope 10 are controlled.
  • an operation signal for driving the linear actuator 15 in the capsule endoscope 10 is transmitted by the operation of the input unit 6, and the needle 16 is moved to the capsule endoscope 10. Protruding outside.
  • the magnetic field generator 2 is configured to rotate the capsule endoscope 10 around the long axis C and in the tilting direction of the needle 16 (arrow A1 direction).
  • the needle 16 is punctured into the affected area 21 of the body tissue 20 by generating a rotating magnetic field from the inside. Then, by opening the on-off valve 14, the drug solution Lq can be injected into the affected area 21.
  • the extracorporeal control unit 4 receives the in-vivo images sequentially received by the transmission / reception unit 3 and the image receiving unit 31 that receives the images sequentially, and is adjacent in time series.
  • An image comparison unit 32 that compares in-vivo images and extracts a feature portion common to the images, and a rotation for obtaining a rotation angle of the capsule endoscope 10 from the position of the feature portion extracted by the image comparison unit 32 in the image
  • An angle detector 33 based on the rotation angle detected by the rotation angle detection unit 33, the step-out operation of the capsule endoscope 10 caused by the rotational deviation between the capsule endoscope 10 and the external rotating magnetic field is detected, and the step-out operation is performed.
  • a step-out occurrence detection unit 34 that detects the step-out occurrence period from the time interval at the time of occurrence of reverse rotation of the capsule endoscope 10 during the adjustment operation.
  • a step-out occurrence predicting unit 35 for predicting the occurrence of reverse rotation of the capsule endoscope 10 in the next step-out operation based on the detection result of the step-out operation by the step-out occurrence detecting unit 34, It also has a magnetic field control instruction unit 36 that instructs the magnetic field control unit 8 to stop the external rotating magnetic field immediately before the next step-out operation occurrence time predicted by the key generation prediction unit 35.
  • the step-out occurrence detection unit 34 functions as a step-out operation detecting unit that detects the step-out operation of the capsule endoscope 10, and the step-out occurrence prediction unit 35 predicts the step-out operation of the capsule endoscope 10.
  • the magnetic field control instruction unit 36 generates a rotating magnetic field before the reverse rotation of the capsule endoscope 10 in the step-out operation based on the detection result by the step-out operation detecting unit. It functions as a magnetic field control means for controlling the apparatus.
  • the magnetic field control instruction unit 36 instructs the magnetic field control unit 8 to stop the external rotating magnetic field immediately before the reverse rotation of the capsule endoscope 10 occurs in the next step-out operation.
  • the image comparison unit 32 compares two in-vivo images adjacent in time series among the in-vivo images sequentially received as described above. For example, when images “A” ⁇ “B” ⁇ “C” ⁇ “D” are input in time series, the images “A” and “B” are compared, as shown in FIG. The image “B” and the image “C” are compared, and then the image “C” and the image “D” are compared. In this case, the images “B”, “C”, “D”, etc. once subjected to the comparison process are stored in a temporary storage unit (not shown) and read out at the time of the next comparison process. As shown in FIG. 7, the image comparison unit 32 extracts a feature portion E in the images “A” and “B”.
  • the rotation angle detection unit 33 superimposes the two images “A” and “B” that are compared, and the images A and B of the feature portion E extracted by the image comparison unit 32.
  • the rotation angle ⁇ of the image B that is, the rotation angle ⁇ of the capsule endoscope 10 is detected from the difference in position.
  • the rotation angle detector 33 functions as a rotation angle detector that detects the rotation angle of the capsule endoscope 10.
  • the captured in-vivo image also continues to rotate. If the capsule endoscope 10 is rotated at a constant rotation speed and the in-vivo image is also captured at a constant frame rate, the rotation angle detected by the rotation angle detection unit 33 is constant, as shown in FIG. As shown, the rotation angle varies in proportion to time.
  • the temporal change in the rotation angle of the capsule endoscope 10 does not reach 360 ° as shown in FIG. 9A, that is, the capsule endoscope 10 does not rotate once, Reverse rotation at some point.
  • the capsule endoscope 10 is applied with an external magnetic field (rotating magnetic field) Rf that rotates from the time point t0 shown in FIG. 9A with the needle 16 protruding. And from time t0, it rotates synchronizing with rotation of the rotating magnetic field Rf (FIG. 9C).
  • Rf rotating magnetic field
  • the out-of-step occurrence detection unit 34 particularly detects reverse rotation occurrence times t1 and t2 from the change in the rotation angle of the capsule endoscope 10 shown in FIG.
  • rotation stop times t1a and t2a at which the rotation of the capsule endoscope 10 stops are also detected.
  • the step-out occurrence prediction unit 35 determines the time interval between the reverse rotation occurrence times t1 and t2.
  • the out-of-step occurrence period T is obtained, and based on the out-of-step occurrence period T, the reverse rotation occurrence time t3 in the next out-of-step operation that occurs when the rotating magnetic field Rf continues to rotate at a constant rotational speed. Predict.
  • the magnetic field control instruction unit 36 gives an instruction to stop the generation of the rotating magnetic field Rf immediately before the reverse rotation occurrence time t3. Output to.
  • the magnetic field control unit 8 controls the power supply unit 9 so that the magnetic field generation operation of the magnetic field generation unit 2 stops.
  • the capsule endoscope 10 maintains a state where the needle 16 is reliably and stably punctured on the lumen surface S without rotating backward. Accordingly, by discharging the liquid medicine Lq from the needle 16 in this puncture state, the liquid medicine Lq is surely injected into the affected area 21.
  • the time immediately before the reverse rotation occurrence time t3 in the next step-out operation is the time ts before the reverse rotation occurrence time t3 by a predetermined time ⁇ t.
  • This time ts is the capsule in the rotation direction of the rotating magnetic field Rf.
  • the period is set from the rotation stop time t3a at which the rotation of the mold endoscope 10 is stopped to the time before the reverse rotation occurrence time t3 is reached. During this period, the capsule endoscope 10 is in a state of stopping rotation.
  • the capsule endoscope 10 introduced into the living body acquires an in-vivo image (FIG. 12A), the acquired in-vivo image is received by the transmission / reception unit 3, and the display unit 5 so that the inside of the body cavity can be observed (step S101).
  • the capsule endoscope 10 continues to acquire and transmit in-vivo images at a constant frame rate.
  • the operator inputs operation information for aligning the needle 16 or the opening 16a with respect to the affected part 21 from the input unit 6.
  • the extracorporeal control unit 4 performs a process for aligning the needle 16 or the opening 16a with the affected part 21 (FIG. 12B) (step S102).
  • the extracorporeal control unit 4 sends an instruction to project the needle 16 to the outside, and the capsule endoscope 10 receives the instruction and drives the linear actuator 15 to move the needle 16.
  • Project step S103, FIG. 12C.
  • the extracorporeal control unit 4 controls the magnetic field generation unit 2 via the magnetic field control unit 8 to cause the magnetic field generation unit 2 to generate a rotating magnetic field Rf for rotating the capsule endoscope 10 at a constant speed.
  • the rotating magnetic field Rf is applied to the capsule endoscope 10 (step S104, FIG. 12 (d)). By applying the rotating magnetic field Rf, the capsule endoscope 10 starts rotating.
  • the extracorporeal control unit 4 detects the rotation angle of the capsule endoscope 10 based on the sequentially received in-vivo images (step S105). Further, the in-vivo control unit 4 continues to apply the rotating magnetic field Rf even if it detects the occurrence of the step-out operation, and generates step-out at least twice (step S106). Furthermore, the extracorporeal control unit 4 calculates the step-out occurrence period T based on the occurrence of the reverse rotation of the capsule endoscope 10 in the detected plurality of step-out operations, and the next step-out occurs. A point of occurrence of reverse rotation of the capsule endoscope 10 in operation is predicted (step S107).
  • the extracorporeal control unit 4 controls the magnetic field generating unit 2 to stop the application of the rotating magnetic field Rf immediately before the reverse rotation of the capsule endoscope 10 in the next step-out operation (Step S108).
  • the capsule endoscope 10 is made to inject the drug solution into the affected area 21 (step S109).
  • the extracorporeal control unit 4 causes the capsule endoscope 10 to close the on-off valve 14 (step S110), controls the magnetic field generating unit 2 to apply a reverse rotating magnetic field to the capsule endoscope 10, and the needle 16 (Step S111), the capsule endoscope 10 is further processed to house the needle 16 (step S112), and the process is terminated.
  • the removal process of the needle 16 may be performed by applying a forward rotating magnetic field without applying a reverse rotating magnetic field and causing the capsule endoscope 10 to perform a step-out operation.
  • step S108 has been autonomously performed by the extracorporeal control unit 4.
  • the present invention is not limited to this, and the display unit 5 displays that the puncture state is stable.
  • the application of the rotating magnetic field may be stopped based on an operation signal input via the input unit 6.
  • the capsule endoscope 10 when the capsule endoscope 10 is rotated in the living body and the needle 16 is punctured, this reverse rotational motion operation is generated based on the reverse rotational operation of the capsule endoscope 10. Therefore, even if the rotation of the capsule endoscope 10 cannot be directly observed, the needle 16 can be reliably and stably punctured. As a result, the drug solution can be reliably injected into the affected area 21.
  • the rotation angle detection unit 33 detects the rotation of the capsule endoscope 10 based on the in-vivo image acquired by the capsule endoscope 10.
  • the rotation of the capsule endoscope 10 can be directly detected from the outside.
  • FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a capsule endoscope 10a used in the capsule medical apparatus system according to the second embodiment of the present invention.
  • the capsule endoscope 10a is a magnetic field emitting unit that emits a magnetic field in the external direction, specifically, a magnetic field generating unit that generates a magnetic field in the radial direction of the capsule endoscope 10a.
  • a coil 40 is provided.
  • Other configurations are the same as those of the capsule endoscope 10, and the same components are denoted by the same reference numerals.
  • a plurality of magnetic fields are detected so as to cover the capsule endoscope 10a outside the capsule endoscope 10a.
  • It has a magnetic field detector 42 provided with a sense coil group 41.
  • the sense coil group 41 functions as a magnetic field detector that detects a magnetic field emitted from the magnetic field emitter of the capsule endoscope 10a, that is, a magnetic field emitted from the magnetic field generating coil 40.
  • the magnetic field intensity detected by the coil group 41 is sent to the extracorporeal control unit 4.
  • the magnetic field generating coil 40 generates a magnetic field by applying a current under the control of the control unit 17 when the magnetic field generating unit 2 generates a rotating magnetic field and rotates the capsule endoscope 10a.
  • the generated magnetic field rotates with the rotation of the capsule endoscope 10a and has directivity. Therefore, based on the magnetic field intensity detected by the sense coil group 41, the extracorporeal control unit 4 performs the capsule endoscope.
  • the rotation angle of the mirror 10a can be detected.
  • the extracorporeal control unit 4a corresponding to the extracorporeal control unit 4 does not need to perform image processing for detecting the rotation angle, and thus the configuration of the image comparison unit 32 can be deleted.
  • the rotation angle detection unit 33 of the first embodiment instead of the rotation angle detection unit 33 of the first embodiment, the rotation state of the capsule endoscope 10a based on the magnetic field intensity detected by the sense coil group 41, specifically, the rotation angle for detecting the rotation angle.
  • the detection unit 33a is provided as rotation detection means. The position, orientation, and rotation angle of the capsule endoscope 10a and the position of the affected part 21 so that the needle 16 of the capsule endoscope 10a and the affected part 21 can be aligned without observing the body cavity image.
  • the image receiving unit 31 can be deleted from the extracorporeal control unit 4a.
  • the position and posture of the capsule endoscope 10a can be detected with high accuracy, and the capsule endoscope 10a can be guided with high accuracy.
  • the rotation angle detection unit 33 detects the rotation of the capsule endoscope 10 based on the in-vivo image acquired by the capsule endoscope 10.
  • the rotation of the capsule endoscope 10 is directly detected by the capsule endoscope 10 itself and the rotation information is transmitted.
  • FIG. 16 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a capsule endoscope 10b used in the capsule medical apparatus system according to the third embodiment of the present invention.
  • the capsule endoscope 10b includes a gyro sensor 50 that detects the rotation angle of the capsule endoscope 10b itself.
  • the gyro sensor 50 functions as a rotation angle detection unit.
  • the control unit 51 corresponding to the control unit 17 performs control to externally transmit the rotation angle acquired by the gyro sensor 50.
  • Other configurations are the same as those of the capsule endoscope 10, and the same components are denoted by the same reference numerals.
  • the extracorporeal control unit 4b corresponding to the extracorporeal control unit 4 does not need to perform image processing and rotational angle detection processing for rotational angle detection.
  • the configuration of the detection unit 33 can be deleted. Further, the position, orientation, rotation angle, and affected part 21 of the capsule endoscope 10b can be adjusted so that the needle 16 of the capsule endoscope 10b and the affected part 21 can be aligned without observing the in-vivo image.
  • the image receiving unit 31 can be deleted from the extracorporeal control unit 4b.
  • the gyro sensor 50 directly detects the rotation angle of the capsule endoscope 10b, there is no time lag associated with the rotation angle detection process, so the capsule endoscope 10b is almost real time. The rotation angle can be grasped.
  • the out-of-step occurrence detecting unit 34 detects the occurrence of the out-of-step operation based on the rotation angle of the capsule endoscope 10, 10a, 10b.
  • the step-out occurrence detection unit detects the occurrence of the step-out operation based on the rotational speed of the capsule endoscope.
  • the gyro sensor 50 of the capsule endoscope 10b shown in FIG. 16 directly detects the rotational speed, not the rotational angle of the capsule endoscope 10b, and the change source of the rotational speed is detected.
  • the out-of-step occurrence detecting unit detects the occurrence of the out-of-step operation.
  • the gyro sensor 50 functions as a rotational speed detection unit that detects the rotational speed of the capsule endoscope 10b.
  • the capsule endoscope 10b does not step out and rotates in synchronization with the rotating magnetic field, the rotational speed of the capsule endoscope 10b is constant.
  • a temporal change in rotational speed as shown in FIG. 18 occurs periodically.
  • the temporal change in the rotational speed corresponds to the temporal change in the rotational angle shown in FIG. 9, and a value obtained by differentiating the rotational angle with respect to time is the rotational speed.
  • the rotation of the capsule endoscope 10b is synchronized with the rotation of the rotating magnetic field from the time t0, and the rotation speed is constant.
  • the rotation speed decreases, the rotation speed becomes zero at time t1a, and the capsule endoscope 10b stops rotating.
  • the rotating magnetic field continues to be applied, and reversely rotates suddenly at time t1 and exhibits a large negative rotational speed.
  • the capsule endoscope 10b again returns to the rotational speed synchronized with the rotating magnetic field, and repeats the above-described time change.
  • the gyro sensor 50 may detect the angular acceleration instead of the rotation angle, and the out-of-step occurrence detecting unit may detect the occurrence of the out-of-step operation based on the change in the angular acceleration.
  • the gyro sensor 50 functions as angular acceleration detection means for detecting the angular acceleration of the capsule endoscope 10b.
  • the angular acceleration of the capsule endoscope 10b shows a temporal change as shown in FIG.
  • the out-of-step occurrence detection unit can easily detect the reverse rotation occurrence time.
  • the angular acceleration since it is a second-order differential of the angle, the angular acceleration is zero-crossed when the reverse rotation occurs. For this reason, the detection of the reverse rotation occurrence time is easier and more accurate.
  • the gyro sensor 50 is used to detect the rotation speed or angular acceleration.
  • the present invention is not limited to this, and the rotation angle based on the difference between images according to the first embodiment is not limited.
  • the rotation speed detector Based on the detection result or the detection result of the rotation angle by the external detection of the magnetic field according to the second embodiment, the rotation speed detector obtains the rotation speed by the primary time differentiation process, or the secondary time differentiation process of the rotation angle or
  • the angular acceleration detection unit may obtain the angular acceleration by a first time differential process of the rotational speed.
  • the rotation speed detection unit functions as a rotation speed detection unit
  • the angular acceleration detection unit functions as an angular acceleration detection unit.
  • FIG. 20 shows the processing contents in which the rotation speed detection unit obtains the rotation speed by the first time differential process of the rotation angle based on the temporal change of the rotation angle obtained from the difference between the in-vivo images adjacent in time series. Is shown.
  • the acquired in-vivo image is captured at a constant frame rate, and the in-vivo image is output at a constant image acquisition period FR interval.
  • the rotation speed detection unit calculates and outputs the rotation speed Sa by dividing the rotation angle difference between the obtained in-vivo images by a certain image acquisition period FR.
  • FIG. 21 is a diagram showing the processing contents for obtaining the angular acceleration by performing the first time differentiation process of the rotational speed based on the time change of the rotational speed.
  • the angular acceleration detection unit calculates and outputs the angular acceleration Sb by further differentiating the rotational speed obtained in FIG. 20 with respect to time.
  • the rotation angles of at least three or more adjacent images in time series are required.
  • the out-of-step occurrence detection unit 34 detects two or more consecutive reverse rotation occurrence times t1 and t2, and the next reverse rotation occurrence time t3 is detected as a step-out occurrence prediction unit 35.
  • the extracorporeal control device 4 stops the application of the rotating magnetic field to the capsule endoscope by the magnetic field generator 2 immediately before the reverse rotation occurrence time t3. The application of the rotating magnetic field is stopped by the step-out operation.
  • the capsule endoscope in the period before the reverse rotation occurrence time t1, t2, the capsule endoscope is in a state where the rotation is stopped, that is, the period from the rotation stop time t1a to the reverse rotation occurrence time t1.
  • the rotation angle is constant, the rotation speed is constant at 0, and the angular acceleration is also constant at 0. Therefore, it is possible to detect the rotation stop time t1a at which the rotation of the capsule endoscope stops.
  • the extracorporeal control unit 4 detects the reverse rotation occurrence time at the rotation stop time t1a.
  • An instruction to stop the application of the rotating magnetic field is output to the magnetic field control unit 8 as in the previous time point.
  • the puncture state of the needle can be further stabilized.
  • the extracorporeal control unit specifically, the magnetic field control instruction unit controls the magnetic field generation unit immediately before the reverse rotation generation time t3 in the next step-out operation or from the rotation stop time t1a, and By making the rotational speed extremely low, the needle puncture state of the capsule endoscope is substantially maintained.
  • FIG. 22 shows a temporal change in the rotational speed of the rotating magnetic field according to the seventh embodiment.
  • the magnetic field control unit 8 is controlled from the time ts immediately before the reverse rotation occurrence time t3 in the step-out operation, and the magnetic field control unit 8 controls the magnetic field generation unit 2 in response to this, and the external magnetic field (rotating magnetic field) Rf is controlled.
  • the rotational speed (rotational magnetic field speed) is decreased from the conventional rotational magnetic field speed (normal speed) SPa to the extremely low rotational magnetic field speed SPb.
  • the rotational speed of the rotating magnetic field Rf is set to the rotating magnetic field speed SPa, so that the rotational speed of the capsule endoscope is also set to SPa (FIGS. 23A and 23B). Also, from the time ts shown in FIG. 22, the rotational speed of the rotating magnetic field Rf is decreased to the rotational magnetic field speed SPb before the time t3, so that the rotational speed of the capsule endoscope is also capsuled as SPb (FIG. 23C). Rotate the mold endoscope very slowly. That is, it takes time to reach the next reverse rotation occurrence time t3, and before the reverse rotation occurrence time t3 is reached, the drug solution is to be injected from the capsule endoscope into the affected area. .
  • the stopped state of the capsule endoscope can be stably held, and the puncture state of the needle can be stabilized.
  • the rotation of the capsule endoscope is abruptly stopped as the extremely low rotational magnetic field speed SPb.
  • the puncture state may be stabilized.
  • SYMBOLS 1 Capsule type medical device system 2 Magnetic field generation part 3 Transmission / reception part 4,4a, 4b Extracorporeal control part 5 Display part 6 Input part 7 Storage part 8 Magnetic field control part 9 Electric power supply part 10, 10a, 10b Capsule type endoscope 11 Antenna DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 Image pick-up part 12a Illumination part 13 Balloon 14 On-off valve 15 Linear actuator 16 Needle 17,51 Control part 18 Magnet 19 Battery 20 Body tissue 21 Affected part 31 Image receiving part 32 Image comparison part 33, 33a Rotation angle detection part 34 Out-of-step detection detection Unit 35 step-out occurrence prediction unit 36 magnetic field control instruction unit 40 coil for generating magnetic field 41 sense coil group 42 magnetic field detection device 50 gyro sensor

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Abstract

　生体内に導入したカプセル型医療装置を所望の３次元方向に回転する回転磁界によって回転させて、カプセル型医療装置に設けた針を内腔表面に穿刺する場合に、回転磁界の回転方向へのカプセル型医療装置の回転が停止した後に回転磁界の回転速度よりも大きい回転速度でカプセル型医療装置が逆回転する脱調動作を脱調動作検知手段によって検知し、脱調動作検知手段による検知結果をもとに、回転磁界を発生させる回転磁界発生装置を制御する。

Description

カプセル型医療装置システム
　この発明は、生体内に導入されたカプセル型医療装置を回転させて所望の内腔表面に針を穿刺し、患部に薬液を注入することができるカプセル型医療装置システムに関するものである。
　近年、内視鏡の分野において、飲込み型のカプセル型内視鏡が開発されている。このカプセル型内視鏡は、撮像機能と無線機能とを備え、体腔内の観察のために患者の口から飲み込まれた後、人体から自然排出されるまでの間、たとえば食道、胃、小腸などの臓器の内部をその蠕動運動にしたがって移動し、順次撮像する機能を有する。近年、このようなカプセル型内視鏡として、薬液タンクに接続する針と、この針を突出させるアクチュエータとを設け、病変部などへ薬液を注入できるカプセル型内視鏡が提案されている。
　なお、特許文献１，２には、カプセル型内視鏡に回転磁界を印加してカプセル型内視鏡を回転させ、該カプセル型内視鏡を移動させる場合、撮像した生体内画像の変化をもとに回転磁界の回転に対するカプセル型内視鏡の回転ずれなどの回転状態を検出するものが記載されている。
特開２００４－２５５１７４号公報 特開２００６－０６８５０１号公報
　ところで、病変部などに薬液を注入する場合、針を腸壁などの内腔表面に穿刺することが必要であるが、カプセル型内視鏡から穿刺対象の腸壁に針を単に突出させただけでは、腸壁のたわみや腸壁からの反動によって、うまく針が腸壁に刺さらない場合が多く、薬液の注入を確実に行うことができない。外部回転磁界によってカプセル型内視鏡を回転させるときの回転方向に向けてカプセル型内視鏡から針を傾斜させて突出させ、この針が突出した状態で外部回転磁界によってカプセル型内視鏡を回転させると、カプセル型内視鏡の回転力によって腸壁への針の穿刺を容易に行うことができる。
　しかしながら、この外部回転磁界によるカプセル型内視鏡の回転力を用いた針の穿刺は、腸壁に針が穿刺された状態でさらに外部回転磁界が印加され続けると、針の穿刺によってカプセル型内視鏡の回転が停止してカプセル型内視鏡が外部回転磁界の回転に追従できなくなって脱調状態を呈し、さらに外部回転磁界が回転し続けると、カプセル型内視鏡が逆回転し、針が抜けてしまう可能性がある。
　具体的に、まず、図９（ａ）に示すように、体腔内でカプセル型医療装置１０の磁石１８が、回転する外部磁界Ｒｆに追従することによって、カプセル型医療装置１０が回転すると、図９（ｂ）に示すように、回転方向に斜めに突出した針１６が内腔表面Ｓに引っかかり、この状態でカプセル型医療装置１０がさらに回転することで針１６が内腔表面Ｓに穿刺される。さらに、外部磁界Ｒｆを印加し続けると、図９（ｃ）に示すように、内腔表面Ｓの組織が伸展し、伸展した組織による反力が発生するため、カプセル型医療装置１０はこれ以上回転しなくなる。さらに外部磁界Ｒｆを印加し続けると、カプセル型医療装置１０内の磁石１８の磁化方向と外部磁界Ｒｆの方向とのずれが大きくなり、このずれが、ある角度より大きくなると、図９（ｄ）に示すように、磁石１８の磁化方向と外部磁界Ｒｆの方向とが一致するように、カプセル型医療装置１０が逆方向に回転し、穿刺していた針１６が抜けてしまう。カプセル型医療装置１０が外部磁界Ｒｆの回転に追従できずに回転を停止してから逆方向に回転し終えるまでの動作を、「脱調動作」と称する。
　逆に、外部回転磁界によるカプセル型内視鏡の回転が不足すると、腸壁に針を穿刺することができない。一方、カプセル型内視鏡の回転による針の穿刺は、生体内で行われることから、カプセル型内視鏡の回転による針の穿刺状態を知ることは容易ではなく、カプセル型内視鏡に適切な回転を加えるのが難しい。
　この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、外部回転転磁界によってカプセル型医療装置を回転させ、この回転による針の穿刺を確実に行うことができるカプセル型医療装置システムを提供することを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明にかかるカプセル型医療装置システムは、３次元方向に所望の回転磁界を発生する回転磁界発生装置と、生体内に導入され、前記回転磁界の回転方向に突没可能で内腔表面に穿刺する針と磁石とを有し、前記磁石に前記回転磁界が印加されたときに該回転磁界の方向に回転するカプセル型医療装置と、前記針を前記内腔表面に対して斜めに突出させて該針を前記内腔表面に穿刺する場合に、前記回転磁界の回転方向への前記カプセル型医療装置の回転が停止した後に前記回転磁界の回転速度よりも大きい回転速度で前記カプセル型医療装置が逆回転する脱調動作を検知する脱調動作検知手段と、前記脱調動作検知手段による検知結果をもとに、前記回転磁界発生装置を制御する磁界制御手段と、を備えたことを特徴とする。
　また、この発明にかかるカプセル型医療装置システムは、上述した発明において、前記脱調動作検知手段による検知結果をもとに、前記カプセル型医療装置の次の脱調動作での逆回転発生時点を予測する脱調予測手段を備え、前記磁界制御手段は、前記脱調予測手段によって予測された前記次の脱調動作での逆回転発生時点をもとに、前記逆回転発生時点の所定時間前に前記回転磁界発生装置を制御することを特徴とする。
　また、この発明にかかるカプセル型医療装置システムは、上述した発明において、前記磁界制御手段は、前記次の脱調動作での逆回転発生時点の所定時間前に前記回転磁界発生装置を制御して磁界の発生を停止させることを特徴とする。
　また、この発明にかかるカプセル型医療装置システムは、上述した発明において、前記磁界制御手段は、前記次の脱調動作での逆回転発生時点の所定時間前に前記回転磁界発生装置を制御して磁界の回転を停止させることを特徴とする。
　また、この発明にかかるカプセル型医療装置システムは、上述した発明において、前記磁界制御手段は、前記次の脱調動作での逆回転発生時点の所定時間前に前記回転磁界発生装置を制御して、前記回転磁界の回転速度を低下させることを特徴とする。
　また、この発明にかかるカプセル型医療装置システムは、上述した発明において、前記脱調動作検知手段は、前記逆回転発生時点前に前記カプセル型医療装置が回転を停止する回転停止時点を検知し、前記脱調予測手段は、前記脱調動作検知手段による検知結果をもとに前記カプセル型医療装置の次の脱調動作での逆回転発生時点前の回転停止時点を予測し、前記磁界制御手段は、前記所定時間を、前記次の脱調動作での逆回転発生時点から遡って前記次の回転停止時点までの間とすることを特徴とする。
　また、この発明にかかるカプセル型医療装置システムは、上述した発明において、前記回転磁界の回転速度は一定であり、前記脱調予測手段は、前記脱調動作検知手段が検知した２回以上の隣接する脱調動作での前記逆回転発生時点間の脱調発生周期を求め、該脱調発生周期をもとに前記カプセル型医療装置の次の脱調動作での逆回転発生時点を予測することを特徴とする。
　また、この発明にかかるカプセル型医療装置システムは、上述した発明において、前記カプセル型医療装置の回転角度を検出する回転角度検出手段を備え、前記脱調動作検知手段は、前記回転角度検出手段が検出した前記カプセル型医療装置の回転角度の変化をもとに前記脱調動作を検知することを特徴とする。
　また、この発明にかかるカプセル型医療装置システムは、上述した発明において、前記カプセル型医療装置は、生体内画像を順次取得する画像取得手段を備え、前記回転角度検出手段は、前記画像取得手段から順次出力され時系列的に隣接する生体内画像間の相違をもとに前記カプセル型医療装置の回転角度を検出することを特徴とする。
　また、この発明にかかるカプセル型医療装置システムは、上述した発明において、前記回転角度検出手段は、前記カプセル型医療装置内に設けられたジャイロセンサであることを特徴とする。
　また、この発明にかかるカプセル型医療装置システムは、上述した発明において、前記カプセル型医療装置の回転速度を検出する回転速度検出手段を備え、前記脱調動作検知手段は、前記回転速度検出手段が検出した前記カプセル型医療装置の回転速度の変化をもとに前記脱調動作を検知することを特徴とする。
　また、この発明にかかるカプセル型医療装置システムは、上述した発明において、前記カプセル型医療装置は、生体内画像を順次取得する画像取得手段を備え、前記回転速度検出手段は、前記画像取得手段から順次出力され時系列的に隣接する生体内画像間の相違をもとに前記カプセル型医療装置の回転速度を検出することを特徴とする。
　また、この発明にかかるカプセル型医療装置システムは、上述した発明において、前記回転速度検出手段は、前記カプセル型医療装置内に設けられたジャイロセンサであることを特徴とする。
　また、この発明にかかるカプセル型医療装置システムは、上述した発明において、前記カプセル型医療装置の角加速度を検出する角加速度検出手段を備え、前記脱調動作検知手段は、前記角速度検出手段が検出した前記カプセル型医療装置の角加速度の変化をもとに前記脱調動作を検知することを特徴とする。
　また、この発明にかかるカプセル型医療装置システムは、上述した発明において、前記カプセル型医療装置は、生体内画像を順次取得する画像取得手段を備え、前記角加速度検出手段は、前記画像取得部から順次出力され時系列的に隣接する３つの生体内画像間の相違をもとに前記カプセル型医療装置の角加速度を検出することを特徴とする。
　また、この発明にかかるカプセル型医療装置システムは、上述した発明において、前記角加速度検出手段は、前記カプセル型医療装置内に設けられたジャイロセンサであることを特徴とする。
　また、この発明にかかるカプセル型医療装置システムは、上述した発明において、前記カプセル型医療装置内に設けられ、該カプセル型医療装置から外部方向に向けて磁界を放出する磁界放出部と、前記カプセル型医療装置外の周囲に設けられ、前記磁界放出部から放出された磁界を検出する磁界検出部と、前記磁界検出部が検出した磁界をもとに前記カプセル型医療装置の回転状態を検出する回転検出手段と、を備え、前記脱調動作検知手段は、前記回転検出手段によって検出された前記カプセル型医療装置の回転状態をもとに前記脱調動作を検知することを特徴とする。
　また、この発明にかかるカプセル型医療装置システムは、上述した発明において、前記磁界制御部は、前記脱調動作検出手段が前記カプセル型医療装置の逆回転前の回転停止を検知したことをもとに、前記回転磁界発生装置を制御することを特徴とする。
　また、この発明にかかるカプセル型医療装置システムは、上述した発明において、前記カプセル型医療装置は、前記針の穿刺状態が安定化している状態で前記針から薬液を吐出することを特徴とする。
　この発明によれば、カプセル型医療装置の針を内腔表面に対して斜めに突出させて該針を穿刺する場合に、カプセル型医療装置の脱調動作を脱調動作検知手段が検知し、脱調動作検知手段による検知結果をもとに磁界制御手段が回転磁界発生装置を制御するようにしているので、外部回転転磁界によってカプセル型医療装置を回転させての針の穿刺を確実に行うことができる
図１は、この発明の実施の形態１にかかるカプセル型医療装置システムの全体構成を示す模式図である。 図２は、図１に示したカプセル型内視鏡の内部構成を示す模式図である。 図３は、図１に示したカプセル型内視鏡の針の突没状態を示すＡ－Ａ線断面模式図である。 図４は、図１に示したカプセル型内視鏡の針の穿刺状態および薬液の注入状態を示す断面図である。 図５は、図１に示したカプセル型医療装置システムの体外制御部の詳細構成を示すブロック図である。 図６は、図１に示したカプセル型医療装置システムの画像比較部による画像比較の一例を示す模式図である。 図７は、図１に示したカプセル型医療装置システムの回転角度検出部による回転角度検出の一例を示す図である。 図８は、図１に示したカプセル型医療装置システムでカプセル型内視鏡の脱調が発生せずに、カプセル型内視鏡の回転と外部回転磁化の回転とが互いに同期している場合の回転角度の時間変化を示す図である。 図９Ａは、図１に示したカプセル型医療装置システムでカプセル型内視鏡の脱調が発生する場合の回転速度の時間変化を示す図である。 図９Ｂは、図９Ａに示した時点ｔ０でカプセル型内視鏡に回転磁界が印加されたときの状態を示す図である。 図９Ｃは、図９Ａに示した時点ｔ０から印加された回転磁界に同期してカプセル型内視鏡が回転しているときの状態を示す図である。 図９Ｄは、図９Ａに示した時点ｔ１ａでカプセル型内視鏡の回転が停止したときの状態を示す図である。 図９Ｅは、図９Ａに示した時点ｔ１でカプセル型内視鏡が逆回転を開始したことによって内腔表面から針が抜き去られた状態を示す図である。 図１０は、図１に示したカプセル型医療装置システムで検出した逆回転発生時点と予測される次の逆回転発生時点との関係を示すタイムチャートである。 図１１は、図１に示したカプセル型医療装置システムでの体外制御部による回転穿刺制御処理手順を示すフローチャートである。 図１２は、図１に示したカプセル型医療装置システムでの体内観察から薬液注入までの処理概要を示す模式図である。 図１３は、この発明の実施の形態２にかかるカプセル型内視鏡の構成を示す断面模式図である。 図１４は、図１３に示すカプセル型内視鏡を用いた場合に使用する磁界検出装置の概要構成を示す模式図である。 図１５は、この発明の実施の形態２による体外制御部の構成を示すブロック図である。 図１６は、この発明の実施の形態３にかかるカプセル型内視鏡の構成を示す断面模式図である。 図１７は、この発明の実施の形態３による体外制御部の構成を示すブロック図である。 図１８は、この発明の実施の形態４によるカプセル型内視鏡の回転速度の時間変化を示すタイムチャートである。 図１９は、この発明の実施の形態４の変形例によるカプセル型内視鏡の回転速度の時間変化を示すタイムチャートである。 図２０は、この発明のカプセル型医療装置システムで、時系列的に隣接する生体内画像間の相違から得られた回転角度の時間変化をもとに、回転角度の１次時間微分処理によって回転速度を求める処理内容を示す図である。 図２１は、この発明のカプセル型医療装置システムで、回転速度の時間変化をもとに、回転速度の１次時間微分処理を行って角加速度を求める処理内容を示す図である。 図２２は、この発明の実施の形態７による回転磁界の回転速度の時間的変化を示すタイムチャートである。 図２３Ａは、図２２に示した時点ｔ０から時点ｔ３ａまでのカプセル型内視鏡の回転速度を示す概念図である。 図２３Ｂは、図２２に示した時点ｔ３ａから時点ｔｓまでのカプセル型内視鏡の回転速度を示す概念図である。 図２３Ｃは、図２２に示した時点ｔ３以降に行われる薬液注入時のカプセル型内視鏡の回転速度を示す概念図である。
　以下、図面を参照して、この発明を実施するための形態であるカプセル型医療装置システムについて説明する。なお、この実施の形態により、この発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付している。
（実施の形態１）
　まず、この発明の実施の形態１について説明する。図１は、この発明の実施の形態１にかかるカプセル型医療装置システムの全体構成を示す模式図である。図１に示すように、この実施の形態１におけるカプセル型医療装置システム１は、被検体の口から飲み込まれることによって被検体内の体腔内に導入され外部装置と通信するカプセル型医療装置であるカプセル型内視鏡１０と、被検体周囲に設けられ３次元方向に所望の回転磁界を発生できる回転磁界発生装置としての磁界発生部２とを備える。また、カプセル型内視鏡１０との間で無線通信を行いカプセル型内視鏡１０が撮像した画像を含む無線信号を受信するとともにカプセル型内視鏡１０に対する操作信号を送信する送受信部３と、カプセル型医療装置システム１の各構成部位を制御する体外制御部４も備える。また、カプセル型内視鏡１０によって撮像された画像を表示出力する表示部５と、カプセル型医療装置システム１における各種操作を指示する指示情報を体外制御部４に入力する入力部６と、カプセル型内視鏡１０によって撮像された画像情報などを記憶する記憶部７も備える。さらには、磁界発生部２による磁界の発生を制御する磁界制御部８と、磁界制御部８の制御にしたがった電力を磁界発生部２に供給する電力供給部９も備える。
　なお、送受信部３は、カプセル型内視鏡１０から送信された信号の受信電界強度をもとに、カプセル型内視鏡１０の被検体内の位置および姿勢を検出する。もちろん、別途、カプセル型内視鏡１０の位置および姿勢を検出する位置検出装置を備えるようにしてもよい。たとえば、カプセル型内視鏡１０に磁界発生部あるいは磁界反射部を設け、磁界発生部２と同様にカプセル型内視鏡１０の周囲を覆うよう複数の磁界センサを設け、この磁界センサの検出結果をもとにカプセル型内視鏡１０の位置および姿勢を検出すればよい。
　つぎに、図１に示したカプセル型内視鏡１０について説明する。図２は、図１に示したカプセル型内視鏡１０の内部構成を示す模式図である。また、図３は、針の突没状態を示すＡ－Ａ線断面模式図である。図２に示すように、カプセル型内視鏡１０は、筐体Ｈ内に、送受信部３と無線信号で送受信するアンテナ１１と、観察視野に光を照射する照明部１２ａと、反射光を集光するレンズおよび被検体の体腔内を撮像する撮像素子を含む撮像部１２とを有する。撮像部１２は、生体内画像を順次取得する画像取得手段として機能する。また、カプセル型内視鏡１０は、被検体内の患部などに注入される薬液を貯蔵する薬液タンク機能を有するとともに、弾性材などの伸縮膜で形成され薬液の吐出圧を生成する吐出機能を有したバルーン１３と、図示しない駆動部材の駆動によってバルーン１３の開口を開閉する開閉弁１４も有する。さらには、モータなどを内蔵したリニアアクチュエータ１５と、筐体Ｈに設けられた開口部１６ａを介してカプセル型内視鏡１０内外に突没し、バルーン１３内に貯蔵された薬液を内腔表面近傍の患部などに注入するための針１６も有する。そして、アンテナ１１が受信した送受信部３からの無線信号（操作信号）にしたがってカプセル型内視鏡１０の各構成部位を制御する制御部１７と、径方向に磁界を発生する円板状の磁石１８と、カプセル型内視鏡１０の各構成部位に電力を供給する電池１９も有する。
　針１６は、カプセル型内視鏡１０の筐体Ｈの表面に対して突出および収納が可能である。そして、磁石１８の磁化方向は、径方向であり、この磁石１８は、カプセル型内視鏡１０を構成する筐体Ｈの長軸中心Ｃと磁化方向とが互いに垂直となるようにカプセル型内視鏡１０内に設けられる。また、照明部１２ａによる光が観察視野を照射できるように、カプセル型内視鏡１０の撮像部１２側の筐体Ｈの先端は、透明部材で構成されている。
　リニアアクチュエータ１５と針１６の後端とは互いに接続している。針１６は、図３に示すように、リニアアクチュエータ１５によってカプセル型内視鏡１０の径方向に突没可能である。また、針１６は、突出した状態で、カプセル型内視鏡１０の筐体Ｈの接線に対して外側に傾斜し、先端が長軸中心Ｃ周りの回転方向に向けられている。なお、リニアアクチュエータ１５は、制御部１７によって制御される。
　このカプセル型医療装置システム１では、検査対象である生体（被検体）にカプセル型内視鏡１０を導入した後、カプセル型内視鏡１０に設けられた撮像部１２によって取得された生体内画像を医師等の操作者が体外で観察する。そして、この生体内画像を操作者が観察しながら入力部６から入力した操作情報に従って、磁界制御部８が磁界発生部２に供給する電力を制御し、磁界発生部２が発生する磁界を変化させることによってカプセル型内視鏡１０の位置や向きが制御される。カプセル型内視鏡１０が患部近傍に到達した場合、入力部６の操作によって、カプセル型内視鏡１０内のリニアアクチュエータ１５を駆動させる操作信号が送信され、針１６がカプセル型内視鏡１０外に突出する。図４に示すように、この針１６が突出した状態で、カプセル型内視鏡１０を長軸中心Ｃ周りで、かつ針１６の傾斜方向（矢印Ａ１方向）に回転させるように磁界発生部２から回転磁界を発生させることによって、針１６が体内組織２０の患部２１に穿刺される。そして、開閉弁１４を開とすることによって、患部２１に薬液Ｌｑを注入することができる。
　ここで、体外制御部４は、図５に示すように、送受信部３が順次受信した生体内画像を順次取得する画像受信部３１と、画像受信部３１が受信し、時系列的に隣接する生体内画像を比較し、画像間で共通する特徴部分を抽出する画像比較部３２と、画像比較部３２が抽出した特徴部分の画像内の位置からカプセル型内視鏡１０の回転角度を求める回転角度検出部３３とを有する。また、回転角度検出部３３が検出した回転角度をもとに、カプセル型内視鏡１０と外部の回転磁界との回転ずれによって生じるカプセル型内視鏡１０の脱調動作を検知するとともに、脱調動作でのカプセル型内視鏡１０の逆回転発生時点の時間間隔から脱調発生周期を検知する脱調発生検知部３４も有する。さらには、脱調発生検知部３４による脱調動作の検知結果をもとに次の脱調動作でのカプセル型内視鏡１０の逆回転発生時点を予測する脱調発生予測部３５と、脱調発生予測部３５によって予測された次の脱調動作発生時点の直前で外部の回転磁界を停止させる指示を磁界制御部８に指示する磁界制御指示部３６も有する。
　脱調発生検知部３４は、カプセル型内視鏡１０の脱調動作を検知する脱調動作検知手段として機能し、脱調発生予測部３５は、カプセル型内視鏡１０の脱調動作を予測する脱調予測手段として機能し、磁界制御指示部３６は、脱調動作検知手段による検知結果をもとに、脱調動作でのカプセル型内視鏡１０の逆回転の発生前に回転磁界発生装置を制御する磁界制御手段として機能する。磁界制御指示部３６が次の脱調動作でのカプセル型内視鏡１０の逆回転発生時点の直前で外部の回転磁界の停止を磁界制御部８に指示することによって、カプセル型内視鏡１０に逆回転を発生させずに針の確実な穿刺状態を維持できる。
　画像比較部３２は、上述したように順次受信された生体内画像のうち、時系列的に隣接する２つの生体内画像を比較する。たとえば、時系列的に画像「Ａ」→「Ｂ」→「Ｃ」→「Ｄ」が入力された場合、図６に示すように、画像「Ａ」と画像「Ｂ」とを比較し、その後、画像「Ｂ」と画像「Ｃ」とを比較し、その後、画像「Ｃ」と画像「Ｄ」とを比較する。この場合、一度比較処理が行われた画像「Ｂ」、「Ｃ」、「Ｄ」などは、図示しない一時記憶部に記憶され、次の比較処理の際に読み出される。画像比較部３２は、図７に示すように、画像「Ａ」，「Ｂ」内の特徴部分Ｅを抽出する。
　回転角度検出部３３は、たとえば、図７に示すように、比較された２つの画像「Ａ」，「Ｂ」を重ね合わせ、画像比較部３２で抽出された特徴部分Ｅの画像Ａ，Ｂ上の位置の相違から、画像Ｂの回転角度θ、すなわちカプセル型内視鏡１０の回転角度θを検出する。回転角度検出部３３は、カプセル型内視鏡１０の回転角度を検出する回転角度検出手段として機能する。
　ここで、カプセル型内視鏡１０が回転する場合、撮像された生体内画像も回転し続ける。そして、カプセル型内視鏡１０が一定の回転速度で回転し、生体内画像も一定のフレームレートで撮像されていれば、回転角度検出部３３が検出する回転角度は、一定となり、図８に示すように、回転角度は、時間に比例して変化する。
　ところが、脱調動作があると、カプセル型内視鏡１０の回転角度の時間的変化は、図９Ａに示すように、３６０°に達せず、すなわちカプセル型内視鏡１０は１回転せず、ある時点で逆回転する。カプセル型内視鏡１０は、図９Ｂに示すように、まず針１６が突出した状態で、図９Ａに示す時点ｔ０から回転する外部磁界（回転磁界）Ｒｆが印加される。そして、時点ｔ０から、回転磁界Ｒｆの回転と同期して回転する（図９Ｃ）。つぎに、図９Ａに示す時点ｔ１ａに近くなるにしたがって内腔表面からの反力によってカプセル型内視鏡１０の回転が回転磁界Ｒｆの回転から遅れ、図９Ａに示す時点ｔ１ａでカプセル型内視鏡１０の回転は停止する（図９Ｄ）。その後、カプセル型内視鏡１０が回転を停止した状態で、回転磁界Ｒｆが回転し続けると、図９Ａに示す時点ｔ１でカプセル型内視鏡１０は急激に逆回転を開始し、結果として内腔表面Ｓから針１６が抜き去られる（図９Ｅ）。そして、さらに回転磁界Ｒｆが回転し続けると、この回転磁界Ｒｆの回転に再び同期してカプセル型内視鏡１０は回転する。
　脱調発生検知部３４は、図９に示したカプセル型内視鏡１０の回転角度の変化から、特に、逆回転発生時点ｔ１，ｔ２を検知する。好ましくは、カプセル型内視鏡１０の回転が停止する回転停止時点ｔ１ａ，ｔ２ａも検知する。
　この脱調発生検知部３４によって２回の逆回転発生時点ｔ１，ｔ２が検知された場合、脱調発生予測部３５は、図１０に示すように、逆回転発生時点ｔ１，ｔ２間の時間間隔である脱調発生周期Ｔを求め、この脱調発生周期Ｔをもとに、回転磁界Ｒｆが一定の回転速度で回転し続けた場合に発生する次の脱調動作での逆回転発生時点ｔ３を予測する。
　この予測された次の脱調動作での逆回転発生時点ｔ３が求められると、磁界制御指示部３６は、逆回転発生時点ｔ３の直前に回転磁界Ｒｆの発生を停止させる指示を磁界制御部８に出力する。磁界制御部８は、この指示を受けて、磁界発生部２の磁界発生動作が停止するように電力供給部９を制御する。これによって、カプセル型内視鏡１０は、逆回転せずに、針１６が内腔表面Ｓに確実かつ安定して穿刺された状態を維持することになる。したがって、この穿刺状態で薬液Ｌｑを針１６から吐出することによって、患部２１への薬液Ｌｑの注入が確実に行われることになる。
　なお、次の脱調動作での逆回転発生時点ｔ３の直前とは、逆回転発生時点ｔ３よりも所定時間Δｔ前の時点ｔｓであり、この時点ｔｓは、回転磁界Ｒｆの回転方向へのカプセル型内視鏡１０の回転が停止する回転停止時点ｔ３ａから逆回転発生時点ｔ３に到達する前までの期間に設定される。この期間のカプセル型内視鏡１０は、回転を停止している状態にある。
　ここで、図１１に示したフローチャートと図１２とを参照して、薬液の注入処理手順について説明する。図１１において、まず、生体内に導入されたカプセル型内視鏡１０に生体内画像を取得させ（図１２（ａ））、この取得された生体内画像を送受信部３で受信して表示部５に表示させて体腔内を観察できるようにする（ステップＳ１０１）。なお、カプセル型内視鏡１０は、その後も続けて一定のフレームレートで生体内画像を取得し、送信する。その後、操作者は、体腔内画像を観察しつつ、患部２１を発見すると、入力部６から、針１６あるいは開口部１６ａを患部２１に対して位置合わせをするための操作情報を入力する。この操作情報が入力されると、体外制御部４は、針１６あるいは開口部１６ａを患部２１に対して位置合わせをする（図１２（ｂ））ための処理を行う（ステップＳ１０２）。
　その後、体外制御部４は、針１６を外部に突出させる指示をカプセル型内視鏡１０に送り、カプセル型内視鏡１０は、この指示を受けて、リニアアクチュエータ１５を駆動させて針１６を突出させる（ステップＳ１０３、図１２（ｃ））。その後、体外制御部４は、磁界制御部８を介して磁界発生部２を制御し、カプセル型内視鏡１０を一定速度で回転させるための回転磁界Ｒｆを磁界発生部２に発生させ、この回転磁界Ｒｆをカプセル型内視鏡１０に印加させる（ステップＳ１０４、図１２（ｄ））。この回転磁界Ｒｆの印加により、カプセル型内視鏡１０は回転を開始する。
　その後、体外制御部４は、順次受信される生体内画像をもとにカプセル型内視鏡１０の回転角度を検出する（ステップＳ１０５）。また、体内制御部４は、脱調動作の発生を検知しても回転磁界Ｒｆの印加を継続して、少なくとも２回の脱調を発生させる（ステップＳ１０６）。さらに、体外制御部４は、検知された複数の脱調動作でのカプセル型内視鏡１０の逆回転発生時点をもとに、脱調発生周期Ｔを算出するとともに、次に発生する脱調動作でのカプセル型内視鏡１０の逆回転発生時点を予測する（ステップＳ１０７）。
　その後、体外制御部４は、磁界発生部２を制御して次の脱調動作でのカプセル型内視鏡１０の逆回転発生時点の直前で回転磁界Ｒｆの印加を停止させ（ステップＳ１０８）、針１６の穿刺が安定した状態で、患部２１への薬液の注入をカプセル型内視鏡１０に行わせる（ステップＳ１０９）。その後、体外制御部４は、カプセル型内視鏡１０に開閉弁１４を閉じさせ（ステップＳ１１０）、磁界発生部２を制御してカプセル型内視鏡１０に逆回転磁界を印加させて針１６の抜去処理を行い（ステップＳ１１１）、さらに針１６を収納する処理をカプセル型内視鏡１０に行わせ（ステップＳ１１２）、本処理を終了する。なお、針１６の抜去処理は、逆回転磁界を印加せず、正回転磁界をさらに印加してカプセル型内視鏡１０に脱調動作を行わせることによって行ってもよい。
　また、ステップＳ１０８による回転磁界の印加停止は、体外制御部４が自律的に行っていたが、これに限らず、穿刺状態が安定している旨を表示部５に表示出力し、操作者から入力部６を介して入力される操作信号をもとに回転磁界の印加を停止させてもよい。
　この実施の形態１では、生体内でカプセル型内視鏡１０を回転させて針１６の穿刺を行う場合、カプセル型内視鏡１０の逆回転動作をもとに、この逆回転動動作が生じないようにして安定した穿刺を行うようにしているので、カプセル型内視鏡１０の回転を直接観察できない場合であっても、確実かつ安定した針１６の穿刺を行うことができる。結果的に患部２１に確実に薬液を注入することができる。
（実施の形態２）
　つぎに、この発明の実施の形態２について説明する。上述した実施の形態１では、カプセル型内視鏡１０が取得した生体内画像をもとに回転角度検出部３３がカプセル型内視鏡１０の回転を検出するようにしていたが、この実施の形態２では、カプセル型内視鏡１０の回転を外部から直接検出できるようにしている。
　図１３は、この発明の実施の形態２にかかるカプセル型医療装置システムに用いられるカプセル型内視鏡１０ａの構成を示す断面模式図である。図１３に示すように、このカプセル型内視鏡１０ａは、外部方向に向けて磁界を放出する磁界放出部、具体的にはカプセル型内視鏡１０ａの径方向に磁界を発生させる磁界発生用コイル４０を有している。その他の構成は、カプセル型内視鏡１０と同じであり、同一構成部分には同一符号を付している。
　一方、この実施の形態２では、図１４に示すように、磁界発生部２と同様に、カプセル型内視鏡１０ａの外部でカプセル型内視鏡１０ａを覆うように、磁界を検出する複数のセンスコイル群４１が設けられた磁界検出装置４２を有する。センスコイル群４１は、カプセル型内視鏡１０ａの磁界放出部から放出された磁界、すなわち磁界発生用コイル４０から放出された磁界を検出する磁界検出部として機能し、磁界検出装置４２は、センスコイル群４１が検出した磁界強度を体外制御部４に送出する。
　磁界発生用コイル４０は、磁界発生部２が回転磁界を発生させてカプセル型内視鏡１０ａを回転させる場合に、制御部１７の制御のもとに、電流が印加され、磁界を発生させる。この発生した磁界は、カプセル型内視鏡１０ａの回転とともに、回転し、しかも指向性をもっているため、センスコイル群４１が検出した磁界強度をもとに、体外制御部４は、カプセル型内視鏡１０ａの回転角度を検出することができる。
　この場合、図１５に示すように、体外制御部４に対応する体外制御部４ａでは、回転角度検出のための画像処理を行う必要がないので、画像比較部３２の構成を削除することができる。また、実施の形態１の回転角度検出部３３に替えて、センスコイル群４１が検出した磁界強度をもとにカプセル型内視鏡１０ａの回転状態、具体的には回転角度を検出する回転角度検出部３３ａが回転検出手段として設けられる。体腔内画像を観察することなくカプセル型内視鏡１０ａの針１６と患部２１との位置合わせを行うことができるように、カプセル型内視鏡１０ａの位置、向き、回転角度と患部２１の位置とを検出する機能をカプセル型医療装置システムに付与した場合には、体外制御部４ａから画像受信部３１を削除することも可能である。
　なお、磁界検出装置４２を用いることによって、カプセル型内視鏡１０ａの位置および姿勢を精度よく検出することができ、カプセル型内視鏡１０ａの誘導を精度高く行うことができる。
（実施の形態３）
　つぎに、この発明の実施の形態３について説明する。上述した実施の形態１では、カプセル型内視鏡１０が取得した生体内画像をもとに回転角度検出部３３がカプセル型内視鏡１０の回転を検出するようにしていたが、この実施の形態３では、カプセル型内視鏡１０の回転をカプセル型内視鏡１０自体が直接検出して回転情報を送信するようにしている。
　図１６は、この発明の実施の形態３にかかるカプセル型医療装置システムに用いられるカプセル型内視鏡１０ｂの構成を示す断面模式図である。図１３に示すように、このカプセル型内視鏡１０ｂは、カプセル型内視鏡１０ｂ自体の回転角度を検出するジャイロセンサ５０を有している。ジャイロセンサ５０は、回転角度検出手段として機能する。また、制御部１７に対応する制御部５１は、このジャイロセンサ５０が取得した回転角度を外部送信する制御を行う。その他の構成は、カプセル型内視鏡１０と同じであり、同一構成部分には同一符号を付している。
　この場合、図１７に示すように、体外制御部４に対応する体外制御部４ｂでは、回転角度検出のための画像処理および回転角度検出処理を行う必要がないため、画像比較部３２および回転角度検出部３３の構成を削除することができる。また、体腔内画像を観察することなくカプセル型内視鏡１０ｂの針１６と患部２１との位置合わせを行うことができるように、カプセル型内視鏡１０ｂの位置、向き、回転角度と患部２１の位置とを検出する機能をカプセル型医療装置システムに付与した場合には、体外制御部４ｂから画像受信部３１を削除することも可能である。
　この実施の形態３では、ジャイロセンサ５０が直接、カプセル型内視鏡１０ｂの回転角度を検出しているので、回転角度検出処理に伴うタイムラグが生じないので、ほぼリアルタイムでカプセル型内視鏡１０ｂの回転角度を把握することができる。
（実施の形態４）
　つぎに、この発明の実施の形態４について説明する。上述した実施の形態１～３では、いずれもカプセル型内視鏡１０，１０ａ，１０ｂの回転角度をもとに脱調発生検出部３４が脱調動作の発生を検知していたが、この実施の形態４では、カプセル型内視鏡の回転速度をもとに、脱調発生検出部が脱調動作の発生を検知するようにしている。
　この実施の形態４では、図１６に示したカプセル型内視鏡１０ｂのジャイロセンサ５０がカプセル型内視鏡１０ｂの回転角度ではなく、回転速度を直接、検出し、この回転速度の変化もとに脱調発生検出部が脱調動作の発生を検知するようにしている。ジャイロセンサ５０は、カプセル型内視鏡１０ｂの回転速度を検出する回転速度検出手段として機能する。カプセル型内視鏡１０ｂが脱調動作せずに、回転磁界に同期して回転している場合、カプセル型内視鏡１０ｂの回転速度は一定になる。これに対し、脱調動作が生じる場合には、図１８に示すような回転速度の時間的変化が周期的に生じる。この回転速度の時間的変化は、図９に示した回転角度の時間的変化に対応し、回転角度を時間微分した値が回転速度となる。
　すなわち、回転磁界の印加当初は、時点ｔ０からカプセル型内視鏡１０ｂの回転が回転磁界の回転に同期し、回転速度は一定であるが、その後、内腔表面Ｓからの反力によって徐々に回転速度が低下し、時点ｔ１ａで回転速度は０になり、カプセル型内視鏡１０ｂは回転を停止する。その後、回転磁界が印加し続けられ、時点ｔ１で急激に逆回転し、負の大きな回転速度を示す。その後、再び、カプセル型内視鏡１０ｂは、回転磁界に同期する回転速度に復帰し、上述した時間変化を繰り返す。
　この回転速度を検知した場合であっても、図１８に示すように回転速度が急激に変化する逆回転発生時点ｔ１，ｔ２の検出が可能であり、この逆回転発生時点ｔ１，ｔ１によって脱調発生周期Ｔも容易に求められ、次の逆回転発生時点ｔ３も容易に予測することができる。この場合、逆回転発生時点の回転速度の変化は急峻であるため、脱調発生検出部による逆回転発生時点の検出が容易になる。
　なお、回転角度に替えてジャイロセンサ５０が角加速度を検出し、この角加速度の変化もとに脱調発生検出部が脱調動作の発生を検知するようにしてもよい。ジャイロセンサ５０は、カプセル型内視鏡１０ｂの角加速度を検出する角加速度検出手段として機能する。この場合、カプセル型内視鏡１０ｂの角加速度は、図１９に示すような時間的変化を示す。この場合も、逆回転発生時点ｔ１，ｔ２における角加速度の変化は急峻であるため、脱調発生検出部は容易に逆回転発生時点を検出することができる。なお、角加速度の場合、角度の２次時間微分であるため、逆回転発生時点は、角加速度をゼロクロスする。このため、逆回転発生時点の検出が一層容易かつ精度が高くなる。
　また、上述した実施の形態４では、ジャイロセンサ５０を用いて回転速度あるいは角加速度を検出するようにしていたが、これに限らず、実施の形態１による画像間の相違にもとづいた回転角度の検出結果、あるいは実施の形態２による磁界の外部検出による回転角度の検出結果をもとに、１次時間微分処理によって回転速度検出部が回転速度を求め、あるいは回転角度の２次時間微分処理または回転速度の１次時間微分処理によって角加速度検出部が角加速度を求めるようにしてもよい。回転速度検出部は回転速度検出手段として機能し、角加速度検出部は角加速度検出手段として機能する。
　図２０は、時系列的に隣接する生体内画像間の相違から得られた回転角度の時間変化をもとに、回転角度の１次時間微分処理によって回転速度検出部が回転速度を求める処理内容を示している。なお、この場合、取得される生体内画像は、一定のフレームレートで撮像され、一定の画像取得周期ＦＲ間隔で生体内画像が出力される。回転速度検出部は、得られた生体内画像間の回転角度差を一定の画像取得周期ＦＲで除算することによって回転速度Ｓａを演算出力する。
　また、図２１は、回転速度の時間変化をもとに、回転速度の１次時間微分処理を行って角加速度を求める処理内容を示す図である。角加速度検出部は、図２０で得られた回転速度をさらに時間微分することによって角加速度Ｓｂを演算出力する。この場合、画像の回転角度から角加速度を得るには、少なくとも時系列的に隣接する３つ以上の画像の回転角度が必要となる。
（実施の形態５）
　つぎに、この発明の実施の形態５について説明する。上述した実施の形態１～４では、いずれも２回以上の連続する逆回転発生時点ｔ１，ｔ２を脱調発生検知部３４が検知して次の逆回転発生時点ｔ３を脱調発生予測部３５が予測し、逆回転発生時点ｔ３の直前に体外制御装置４が磁界発生部２によるカプセル型内視鏡への回転磁界の印加を停止させていたが、この実施の形態５では、１回の脱調動作によって回転磁界の印加を停止するようにしている。
　すなわち、逆回転発生時点ｔ１，ｔ２より前の期間では、カプセル型内視鏡は回転が停止した状態となっており、この状態の期間、すなわち回転停止時点ｔ１ａから逆回転発生時点ｔ１までの期間、あるいは回転停止時点ｔ２ａから逆回転発生時点ｔ２までの期間は、回転角度が一定であり、回転速度が０で一定であり、角加速度も０で一定である。したがって、カプセル型内視鏡の回転が停止する回転停止時点ｔ１ａの検出ができる。この実施の形態５では、回転停止時点ｔ１ａを脱調発生検知部が検知すると、体外制御部４が、具体的には磁界制御指示部３６が、この回転停止時点ｔ１ａで、逆回転発生時点の直前時点と同様に回転磁界の印加を停止する指示を磁界制御部８に出力する。これによって、回転停止時点を１回検出するのみで、確実かつ安定した穿刺状態を得ることができ、針の穿刺動作にかかる時間を短縮することができる。
（実施の形態６）
　つぎに、この発明の実施の形態６について説明する。上述した実施の形態１～５では、次の脱調動作での逆回転発生時点ｔ３の直前あるいは回転停止時点ｔ１ａでカプセル型内視鏡への回転磁界の印加を停止するようにしていたが、この実施の形態６では、次の脱調動作での逆回転発生時点ｔ３の直前あるいは回転停止時点ｔ１ａで回転磁界の回転を停止させるように体外制御部４が磁界制御部８を制御するのみで、カプセル型内視鏡への磁界の印加は停止させずに磁界の印加を維持するようにしている。
　この実施の形態６では、カプセル型内視鏡の停止状態を積極的に保持することができるので、針の穿刺状態の一層の安定化を図ることができる。
（実施の形態７）
　つぎに、この発明の実施の形態７について説明する。上述した実施の形態１～５では、次の脱調動作での逆回転発生時点ｔ３の直前あるいは回転停止時点ｔ１ａでカプセル型内視鏡への回転磁界の印加を停止するようにしていたが、この実施の形態７では、次の脱調動作での逆回転発生時点ｔ３の直前あるいは回転停止時点ｔ１ａから体外制御部、具体的には磁界制御指示部が磁界発生部を制御し、回転磁界の回転速度を極めて低い速度にすることによって実質的にカプセル型内視鏡の針の穿刺状態を保持するようにしている。
　図２２は、この実施の形態７による回転磁界の回転速度の時間的変化を示している。図２２（ａ）に示すカプセル型内視鏡の回転角度と図２２（ｂ）に示す回転磁界の回転速度（回転磁界速度）との対比から明らかなように、体外制御部４は、次の脱調動作での逆回転発生時点ｔ３の直前の時点ｔｓから磁界制御部８を制御し、これを受けて磁界制御部８が磁界発生部２を制御して、外部磁界（回転磁界）Ｒｆの回転速度（回転磁界速度）をこれまでの回転磁界速度（通常速）ＳＰａから極低速の回転磁界速度ＳＰｂに低下させるようにしている。
　図２２に示す時点ｔ０から時点ｔｓまでは、回転磁界Ｒｆの回転速度を回転磁界速度ＳＰａとすることにより、カプセル型内視鏡の回転速度もＳＰａ（図２３Ａ、図２３Ｂ）とする。また、図２２に示す時点ｔｓからは、回転磁界Ｒｆの回転速度を低下させて時点ｔ３以前に回転磁界速度ＳＰｂとすることにより、カプセル型内視鏡の回転速度もＳＰｂ（図２３Ｃ）としてカプセル型内視鏡を極めてゆっくり回転させる。すなわち、次の逆回転発生時点ｔ３に到達するのに時間がかかるようにして、この逆回転発生時点ｔ３に到達する前にカプセル型内視鏡から患部などに薬液を注入しようとするものである。
　この実施の形態７によっても、カプセル型内視鏡の停止状態を安定的に保持することができ、針の穿刺状態の安定化を図ることができる。
　なお、実施の形態５と同様に、１回目の脱調動作での回転停止時点ｔ１ａから、急激に極低速の回転磁界速度ＳＰｂとして実質的にカプセル型内視鏡の回転を停止させ、針の穿刺状態の安定化を図るようにしてもよい。
　　１　カプセル型医療装置システム
　　２　磁界発生部
　　３　送受信部
　　４，４ａ，４ｂ　体外制御部
　　５　表示部
　　６　入力部
　　７　記憶部
　　８　磁界制御部
　　９　電力供給部
　１０，１０ａ，１０ｂ　カプセル型内視鏡
　１１　アンテナ
　１２　撮像部
　１２ａ　照明部
　１３　バルーン
　１４　開閉弁
　１５　リニアアクチュエータ
　１６　針
　１７，５１　制御部
　１８　磁石
　１９　電池
　２０　体内組織
　２１　患部
　３１　画像受信部
　３２　画像比較部
　３３，３３ａ　回転角度検出部
　３４　脱調発生検知部
　３５　脱調発生予測部
　３６　磁界制御指示部
　４０　磁界発生用コイル
　４１　センスコイル群
　４２　磁界検出装置
　５０　ジャイロセンサ

Claims (19)

  1. 　３次元方向に所望の回転磁界を発生する回転磁界発生装置と、
    　生体内に導入され、前記回転磁界の回転方向に突没可能で内腔表面に穿刺する針と磁石とを有し、前記磁石に前記回転磁界が印加されたときに該回転磁界の方向に回転するカプセル型医療装置と、
    　前記針を前記内腔表面に対して斜めに突出させて該針を前記内腔表面に穿刺する場合に、前記回転磁界の回転方向への前記カプセル型医療装置の回転が停止した後に前記回転磁界の回転速度よりも大きい回転速度で前記カプセル型医療装置が逆回転する脱調動作を検知する脱調動作検知手段と、
    　前記脱調動作検知手段による検知結果をもとに、前記回転磁界発生装置を制御する磁界制御手段と、
    　を備えたことを特徴とするカプセル型医療装置システム。
  2. 　前記脱調動作検知手段による検知結果をもとに、前記カプセル型医療装置の次の脱調動作での逆回転発生時点を予測する脱調予測手段を備え、
    　前記磁界制御手段は、前記脱調予測手段によって予測された前記次の脱調動作での逆回転発生時点をもとに、前記逆回転発生時点の所定時間前に前記回転磁界発生装置を制御することを特徴とする請求項１に記載のカプセル型医療装置システム。
  3. 　前記磁界制御手段は、前記次の脱調動作での逆回転発生時点の所定時間前に前記回転磁界発生装置を制御して磁界の発生を停止させることを特徴とする請求項２に記載のカプセル型医療装置システム。
  4. 　前記磁界制御手段は、前記次の脱調動作での逆回転発生時点の所定時間前に前記回転磁界発生装置を制御して磁界の回転を停止させることを特徴とする請求項２に記載のカプセル型医療装置システム。
  5. 　前記磁界制御手段は、前記次の脱調動作での逆回転発生時点の所定時間前に前記回転磁界発生装置を制御して、前記回転磁界の回転速度を低下させることを特徴とする請求項２に記載のカプセル型医療装置システム。
  6. 　前記脱調動作検知手段は、前記逆回転発生時点前に前記カプセル型医療装置が回転を停止する回転停止時点を検知し、
    　前記脱調予測手段は、前記脱調動作検知手段による検知結果をもとに前記カプセル型医療装置の次の脱調動作での逆回転発生時点前の回転停止時点を予測し、
    　前記磁界制御手段は、前記所定時間を、前記次の脱調動作での逆回転発生時点から遡って前記次の回転停止時点までの間とすることを特徴とする請求項２に記載のカプセル型医療装置システム。
  7. 　前記回転磁界の回転速度は一定であり、
    　前記脱調予測手段は、前記脱調動作検知手段が検知した２回以上の隣接する脱調動作での前記逆回転発生時点間の脱調発生周期を求め、該脱調発生周期をもとに前記カプセル型医療装置の次の脱調動作での逆回転発生時点を予測することを特徴とする請求項２に記載のカプセル型医療装置システム。
  8. 　前記カプセル型医療装置の回転角度を検出する回転角度検出手段を備え、
    　前記脱調動作検知手段は、前記回転角度検出手段が検出した前記カプセル型医療装置の回転角度の変化をもとに前記脱調動作を検知することを特徴とする請求項２に記載のカプセル型医療装置システム。
  9. 　前記カプセル型医療装置は、生体内画像を順次取得する画像取得手段を備え、
    　前記回転角度検出手段は、前記画像取得手段から順次出力され時系列的に隣接する生体内画像間の相違をもとに前記カプセル型医療装置の回転角度を検出することを特徴とする請求項８に記載のカプセル型医療装置システム。
  10. 　前記回転角度検出手段は、前記カプセル型医療装置内に設けられたジャイロセンサであることを特徴とする請求項８に記載のカプセル型医療装置システム。
  11. 　前記カプセル型医療装置の回転速度を検出する回転速度検出手段を備え、
    　前記脱調動作検知手段は、前記回転速度検出手段が検出した前記カプセル型医療装置の回転速度の変化をもとに前記脱調動作を検知することを特徴とする請求項２に記載のカプセル型医療装置システム。
  12. 　前記カプセル型医療装置は、生体内画像を順次取得する画像取得手段を備え、
    　前記回転速度検出手段は、前記画像取得手段から順次出力され時系列的に隣接する生体内画像間の相違をもとに前記カプセル型医療装置の回転速度を検出することを特徴とする請求項１１に記載のカプセル型医療装置システム。
  13. 　前記回転速度検出手段は、前記カプセル型医療装置内に設けられたジャイロセンサであることを特徴とする請求項１１に記載のカプセル型医療装置システム。
  14. 　前記カプセル型医療装置の角加速度を検出する角加速度検出手段を備え、
    　前記脱調動作検知手段は、前記角速度検出手段が検出した前記カプセル型医療装置の角加速度の変化をもとに前記脱調動作を検知することを特徴とする請求項２に記載のカプセル型医療装置システム。
  15. 　前記カプセル型医療装置は、生体内画像を順次取得する画像取得手段を備え、
    　前記角加速度検出手段は、前記画像取得部から順次出力され時系列的に隣接する３つの生体内画像間の相違をもとに前記カプセル型医療装置の角加速度を検出することを特徴とする請求項１４に記載のカプセル型医療装置システム。
  16. 　前記角加速度検出手段は、前記カプセル型医療装置内に設けられたジャイロセンサであることを特徴とする請求項１４に記載のカプセル型医療装置システム。
  17. 　前記カプセル型医療装置内に設けられ、該カプセル型医療装置から外部方向に向けて磁界を放出する磁界放出部と、
    　前記カプセル型医療装置外の周囲に設けられ、前記磁界放出部から放出された磁界を検出する磁界検出部と、
    　前記磁界検出部が検出した磁界をもとに前記カプセル型医療装置の回転状態を検出する回転検出手段と、
    　を備え、
    　前記脱調動作検知手段は、前記回転検出手段によって検出された前記カプセル型医療装置の回転状態をもとに前記脱調動作を検知することを特徴とする請求項２に記載のカプセル型医療装置システム。
  18. 　前記磁界制御部は、前記脱調動作検出手段が前記カプセル型医療装置の逆回転前の回転停止を検知したことをもとに、前記回転磁界発生装置を制御することを特徴とする請求項１に記載のカプセル型医療装置システム。
  19. 　前記カプセル型医療装置は、前記針の穿刺状態が安定化している状態で前記針から薬液を吐出することを特徴とする請求項１に記載のカプセル型医療装置システム。
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