WO2012117815A1 - カプセル型内視鏡の位置検出装置、カプセル型内視鏡システムおよびカプセル型内視鏡の位置決定プログラム - Google Patents

カプセル型内視鏡の位置検出装置、カプセル型内視鏡システムおよびカプセル型内視鏡の位置決定プログラム Download PDF

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electric field
orientation
unit
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長谷川　潤
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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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    • A61B1/0005—Display arrangement combining images e.g. side-by-side, superimposed or tiled

Definitions

  • the present invention relates to a position detection device that receives a radio signal transmitted from a capsule endoscope in a subject by a receiving device outside the subject and detects the position of the capsule endoscope based on the received radio signal, and
  • the present invention relates to a capsule endoscope system.
  • capsule endoscopes that incorporate an imaging function, a wireless communication function, and the like in a capsule-shaped casing formed in a size that can be introduced into the digestive tract of a subject such as a patient have been used.
  • This capsule endoscope is swallowed from the subject's mouth and then moves inside the subject such as in the digestive tract by peristaltic motion or the like. Then, the inside of the subject is sequentially imaged to generate image data, and the image data is sequentially wirelessly transmitted.
  • the image data wirelessly transmitted from the capsule endoscope in this way is received by a receiving device provided outside the subject.
  • the image data received by the receiving device is stored in a memory built in the receiving device. After the inspection is completed, the image data stored in the memory of the receiving device is taken into the image display device. An observer such as a doctor or nurse observes an organ image or the like displayed by the image display device and diagnoses the subject.
  • this capsule endoscope moves in the body cavity by a peristaltic motion or the like, it is necessary to correctly recognize at which position in the body cavity the image data transmitted by the capsule endoscope is taken.
  • the electromagnetic waves transmitted by the capsule endoscope are received by a plurality of receiving antennas outside the body cavity, and the position and orientation of the capsule endoscope are determined using the Gauss-Newton method from the received intensities of the plurality of received radio signals.
  • a capsule-type medical device that estimates the above is disclosed (for example, see Patent Document 1).
  • a capsule endoscope in which a sensor that collects information in the subject is provided and the position of the capsule endoscope in the subject is determined from the information collected by the sensor (for example, , See Patent Document 2).
  • Patent Document 2 when a sensor is provided in a capsule endoscope, the configuration inside the capsule endoscope becomes complicated, and it is difficult to reduce the size and power supply to the sensor is necessary. Therefore, there was a problem of an increase in power consumption.
  • the present invention has been made in view of the above, and a receiving apparatus and a capsule type capable of performing high-speed estimation processing of the position and orientation of a capsule endoscope in a body cavity while reducing the size of the capsule endoscope
  • An object is to provide an endoscope system.
  • a capsule endoscope position detection apparatus uses a plurality of receiving antennas to transmit radio signals transmitted from a capsule endoscope in a subject.
  • a receiving antenna unit for receiving, and storage means for storing the theoretical electric field strength of the radio signal received by each receiving antenna according to the position of the capsule endoscope in the subject, or the position and orientation;
  • Comparison means for comparing a predetermined value calculated by using a difference between the received electric field strength of the radio signal received by each receiving antenna and the theoretical electric field strength stored in the storage means, and a comparison result by the comparison means
  • determining means for determining the position or position and orientation of the capsule endoscope from which the image data was taken.
  • the storage means may be obtained by dividing the region in the subject in which the capsule endoscope may exist in the storage unit. For each of the partial regions, a theoretical electric field strength corresponding to the direction of the capsule endoscope is stored.
  • the comparison means includes a theoretical electric field strength and a reception electric field strength stored in the storage means for each of the partial regions and the orientations.
  • the determination unit is configured to calculate the position of the capsule endoscope from which the image data is captured, from a combination of an area and a direction in which the residual square sum is smallest, Alternatively, the position and orientation are determined.
  • the capsule endoscope position detection apparatus is the above-described invention, wherein the comparison means includes the partial area divided into at least two or more levels and the residual sum of squares according to the orientation. For each of the divided hierarchies, and the determining means limits the area where the capsule endoscope exists to each hierarchy based on the comparison result by the comparing means, and the image data is captured. Further, the position and orientation of the capsule endoscope are determined.
  • the comparison unit is configured to determine, for each of the image data, a predetermined number of regions and directions in order from the smallest residual sum of squares.
  • the position of the capsule endoscope is extracted as a candidate for the position and orientation, and the determination unit determines whether each image data is obtained from the distance between the candidate positions and / or the residual sum of squares in the image data that is temporally changed.
  • the position of the photographed capsule endoscope or the position and orientation thereof is determined.
  • the capsule endoscope position detection device is characterized in that, in the above invention, the reception antenna unit has a sheet shape in which the plurality of reception antennas are arranged.
  • the capsule endoscope position detection apparatus includes a trajectory calculation unit that calculates the trajectory of the capsule endoscope from the position of the capsule endoscope determined by the determination unit in the above invention. It is characterized by that.
  • the capsule endoscope system includes a capsule endoscope that acquires image data in a subject, image data transmitted from the capsule endoscope, and received image data.
  • the position detection device described above that estimates the position and orientation of the capsule endoscope from which the image is captured, the image data and position information of the image data are acquired from the reception antenna, and the acquired image data and position And an image display means for displaying information.
  • the image display means displays the image data, and the capsule endoscope calculated by the trajectory calculation means in the subject.
  • the moving trajectory is displayed.
  • the capsule endoscope position determination program is the capsule in which the image data transmitted from the capsule endoscope in the subject is received and the received image data is captured.
  • a radio signal acquisition procedure for acquiring a radio signal transmitted by the capsule endoscope received by a plurality of receiving antennas of a receiving antenna unit to a receiving device that estimates a position and an orientation of the mold endoscope;
  • a theoretical intensity acquisition procedure for acquiring, from a storage means, a theoretical electric field strength of the radio signal received by each receiving antenna according to the position of the endoscope in the subject or the position and orientation;
  • a comparison procedure for comparing a predetermined value calculated using a difference between a received electric field strength of the received radio signal and a theoretical electric field strength stored in the storage means; and the comparison Based on the comparison result of the order, the image data is characterized in that to execute a positioning procedure for determining the position, or the position and the orientation of the captured the capsule endoscope.
  • the theoretical electric field strength estimated to be received by each receiving antenna at a position where the capsule endoscope can exist in the subject is stored in advance, and the radio signal actually received by each receiving antenna is stored. Since the position and orientation of the capsule endoscope are determined based on the difference between the electric field strength and the stored theoretical electric field strength, the position estimation process can be speeded up.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of a capsule endoscope system using the receiving apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the inside of the capsule endoscope.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a schematic configuration of the receiving apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4A is a schematic diagram for explaining position detection of the capsule endoscope.
  • FIG. 4B is a schematic diagram in which the region of FIG. 4A is divided into four in the xyz direction.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an electromagnetic field component at an arbitrary position based on an antenna (using a circular coil) of a capsule endoscope.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of a capsule endoscope system using the receiving apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the inside of the capsule endoscope.
  • FIG. 6 is a diagram showing how the electromagnetic field attenuates when propagating through the medium.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating the relationship between the electric field generated by the capsule endoscope and the direction of one receiving antenna of the receiving antenna unit.
  • FIG. 8A is a schematic diagram in which a region where a capsule endoscope exists is divided into three in the xyz direction.
  • FIG. 8B is a schematic diagram in which one region of FIG. 8A is further divided into three in the xyz direction.
  • FIG. 9 is a block diagram showing a schematic configuration of the receiving apparatus according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating an outline of the trajectory calculation process performed by the trajectory calculation unit.
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating an outline of the trajectory calculation process performed by the trajectory calculation unit.
  • FIG. 11 is a diagram showing a plurality of candidate positions whose positions have been estimated for a plurality of image data that change with time.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a flowchart of the trajectory calculation process.
  • FIG. 13A is an example of a diagram in which a trajectory in a subject of a capsule endoscope calculated by the receiving device of Embodiment 3 is displayed on an image display device.
  • FIG. 13B is an example of a diagram in which a trajectory in the subject of the capsule endoscope calculated by the receiving device of Embodiment 3 is displayed on the image display device.
  • a position detection device and a capsule endoscope system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
  • a capsule including a capsule endoscope that is introduced into the body of the subject and captures an in-vivo image of the subject A type endoscope system is illustrated, but the present invention is not limited to this embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of a capsule endoscope system 1 using a position detection device according to a first embodiment of the present invention.
  • a capsule endoscope system 1 includes a capsule endoscope 3 that captures an in-vivo image in a subject 2 and a capsule endoscope 3 that is introduced into the subject 2.
  • a receiving apparatus 5 that receives the transmitted radio signal via the receiving antenna unit 4 and receives the imaging position of the image data in the subject 2 captured by the capsule endoscope 3, and the capsule endoscope
  • An image display device 6 for displaying an image corresponding to the image data in the subject 2 imaged by the mirror 3.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the inside of the capsule endoscope 3.
  • the capsule endoscope 3 has a substantially cylindrical or semi-elliptical spherical container 30a having one end formed in a hemispherical dome shape and the other end opened, and an opening of the container 30a.
  • the container 30a is housed in a capsule-type container 30 (housing) comprising a hemispherical optical dome 30b that tightly seals the inside of the container 30a.
  • the capsule container 30 (30a, 30b) is, for example, large enough to be swallowed by the subject 2.
  • at least the optical dome 30b is formed of a transparent material.
  • the capsule endoscope 3 electrically converts an objective lens 32 that forms an image of light incident through the optical dome 30b, a lens frame 33 to which the objective lens 32 is attached, and an optical signal incident by the objective lens 32.
  • the imaging unit 34 that converts the signal to form an imaging signal
  • the illumination unit 35 that illuminates the inside of the subject 2 at the time of imaging, and the imaging unit 34 and the illumination unit 35 are driven, and imaging that is input from the imaging unit 34
  • a plurality of button type batteries 38 for supplying the battery.
  • the capsule endoscope 3 passes through the esophagus in the subject 2 by being swallowed into the subject 2, and moves in the body cavity by the peristaltic movement of the digestive tract cavity.
  • the capsule endoscope 3 sequentially images the inside of the body cavity of the subject 2 at a minute time interval, for example, every 0.5 seconds while moving in the body cavity, and generates image data in the taken subject 2.
  • the data is sequentially transmitted to the receiving device 5.
  • the position estimation process can be performed based on the image signal of the image data captured by the imaging unit 34 of the capsule endoscope 3, but the captured image signal and the capsule endoscope 3 It is preferable to generate a transmission signal including a reception intensity detection signal for position detection, and perform position detection processing using a reception intensity detection signal with which the reception intensity is easy to detect.
  • the position detecting device includes a sheet-shaped receiving antenna unit 4 on which a plurality of receiving antennas 40 (40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 40f, 40g, 40h) are arranged, and a receiving device 5.
  • the receiving device 5 is connected to the receiving antenna unit 4 through an antenna cable 43.
  • the receiving device 5 receives the radio signal transmitted from the capsule endoscope 3 via the receiving antennas 40a to 40h.
  • the receiving device 5 detects the received electric field strength of the radio signal received from the capsule endoscope 3 for each of the receiving antennas 40a to 40h, and acquires image data in the subject 2 based on the received radio signal. .
  • the receiving device 5 stores the received electric field strength information of each of the receiving antennas 40a to 40h, time information indicating the time, and the like in a storage unit (see FIG. 3) described later in association with the received image data.
  • the receiving device 5 While the imaging is being performed by the capsule endoscope 3, the receiving device 5 is introduced from the mouth of the subject 2, for example, until it passes through the digestive tract and is discharged from the subject 2. To be carried. The receiving device 5 is removed from the subject 2 after the examination by the capsule endoscope 3 and connected to the image display device 6 for transferring information such as image data received from the capsule endoscope 3.
  • Each receiving antenna 40a to 40h corresponds to each organ in the subject 2 which is a passage path of the capsule endoscope 3 when the receiving antenna unit 4 is attached to the subject 2 at a predetermined position on the sheet 44. It is arranged at the position.
  • the arrangement of the receiving antennas 40a to 40h may be arbitrarily changed according to the purpose of inspection or diagnosis. Although eight receiving antennas are used in this embodiment, the number of receiving antennas is not necessarily limited to eight, and may be smaller or larger than eight.
  • the image display device 6 is configured using a workstation or personal computer provided with a monitor unit 6c such as a liquid crystal display.
  • the image display device 6 displays an image corresponding to the image data in the subject 2 acquired via the receiving device 5.
  • the image display device 6 is connected to a cradle 6 a that reads image data from the memory of the receiving device 5 and an operation input device 6 b such as a keyboard and a mouse.
  • the cradle 6a is connected to the image data from the memory of the receiving device 5 when the receiving device 5 is mounted, the received electric field strength information associated with the image data, the time information, the identification information of the capsule endoscope 3, and the like. Information is acquired, and the acquired various information is transferred to the image display device 6.
  • the operation input device 6b accepts input from the user.
  • the user operates the operation input device 6b and sees the images in the subject 2 that are sequentially displayed by the image display device 6, while the living body part inside the subject 2, such as the esophagus, stomach, small intestine, and large intestine. And subject 2 is diagnosed.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of the receiving device 5 shown in FIG. 1 .
  • the receiving device 5 is selected by the above-described receiving antennas 40a to 40h, the antenna switching selection switch unit 49 that selectively switches the receiving antennas 40a to 40h, and the antenna switching selection switch unit 49.
  • a transmission / reception circuit 50 that performs processing such as demodulation on a radio signal received via any one of the receiving antennas 40a to 40h, and a signal that extracts image data and the like from the radio signal output from the transmission / reception circuit 50
  • the signal processing circuit 51 that performs processing, the reception electric field intensity detection unit 52 that detects the reception electric field intensity based on the intensity of the radio signal output from the transmission / reception circuit 50, and the reception antennas 40a to 40h are selectively switched for reception.
  • a display unit 54 that displays an image corresponding to the image data, an operation unit 55 that performs an instruction operation, a storage unit 56 that stores various types of information including image data received from the capsule endoscope 3, and a cradle 6a.
  • An I / F unit 57 that performs transmission and reception in the mutual direction with the image display device 6, a power supply unit 58 that supplies power to each unit of the reception device 5, and a control unit 59 that controls the operation of the reception device 5.
  • the receiving antenna 40a includes an antenna unit 41a, an active circuit 42a, and an antenna cable 43a.
  • the antenna unit 41 a is configured using, for example, an open antenna or a loop antenna, and receives a radio signal transmitted from the capsule endoscope 3.
  • the active circuit 42a is connected to the antenna unit 41a, and performs impedance matching of the antenna unit 41a, amplification and attenuation of the received radio signal, and the like.
  • the antenna cable 43a is configured using a coaxial cable, one end is connected to the active circuit 42a, and the other end is electrically connected to the antenna switching selection switch unit 49 and the antenna power source switching selection unit 53 of the receiving device 5, respectively. .
  • the antenna cable 43a transmits a radio signal received by the antenna unit 41a to the receiving device 5 and transmits power supplied from the receiving device 5 to the active circuit 42a.
  • the receiving antennas 40b to 40h have the same configuration as that of the receiving antenna 40a, and thus the description thereof is omitted.
  • the antenna switching selection switch unit 49 is configured using a mechanical switch or a semiconductor switch.
  • the antenna switching selection switch unit 49 is electrically connected to each of the receiving antennas 40a to 40h via a capacitor C1.
  • the antenna switching selection switch unit 49 selects the receiving antenna 40 indicated by the switching signal S1, and selects the selected antenna Radio signals received via the receiving antennas 40a to 40h are output to the transmitting / receiving circuit 50.
  • the capacity of the capacitor connected to each of the receiving antennas 40a to 40h is equal to the capacity of the capacitor C1.
  • the transmission / reception circuit 50 performs signal processing by performing predetermined processing such as demodulation and amplification on the radio signal received via the receiving antenna 40 (40a to 40h) selected by the antenna switching selection switch unit 49.
  • the data is output to the circuit 51 and the received electric field strength detection unit 52, respectively.
  • the signal processing circuit 51 extracts image data from the radio signal input from the transmission / reception circuit 50, and performs predetermined processing such as various image processing and A / D conversion processing on the extracted image data. Output to the control unit 59.
  • the received electric field strength detection unit 52 detects a received electric field strength corresponding to the strength of the radio signal input from the transmission / reception circuit 50, and receives a received electric field strength signal (RSSI: Received Signal Strength Indicator) corresponding to the detected received electric field strength. Output to the control unit 59.
  • RSSI Received Signal Strength Indicator
  • the antenna power supply switching selector 53 is electrically connected to each of the receiving antennas 40a to 40h via the coil L1.
  • the antenna power supply switching selection unit 53 supplies power to the reception antennas 40a to 40h selected by the antenna switching selection switch unit 49 via the antenna cables 43 (43a to 43h).
  • the antenna power source switching selection unit 53 includes a power source switching selection switch unit 531 and an abnormality detection unit 532.
  • the electrical characteristics of the coils connected to the receiving antennas 40a to 40h are equal to the electrical characteristics of the coil L1.
  • the power supply selection switch unit 531 is configured using a mechanical switch or a semiconductor switch. When the selection signal S2 for selecting the receiving antennas 40a to 40h for supplying electric power is input from the control unit 59, the power supply selection selection switch unit 531 selects the receiving antennas 40a to 40h indicated by the selection signal S2. Power is supplied only to the receiving antennas 40a to 40h.
  • the abnormality detection unit 532 outputs, to the control unit 59, an abnormality signal indicating that an abnormality has occurred in the receiving antennas 40a to 40h that supply electric power when an abnormality has occurred in the receiving antennas 40a to 40h that supply electric power. .
  • the display unit 54 is configured using a display panel made of liquid crystal, organic EL (Electro Luminescence), or the like.
  • the display unit 54 displays various information such as an image corresponding to the image data captured by the capsule endoscope 3, the operating state of the receiving device 5, patient information of the subject 2, and examination date / time.
  • the operation unit 55 can input an instruction signal such as changing the imaging cycle of the capsule endoscope 3.
  • the signal processing circuit 51 sends the instruction signal to the transmission / reception circuit 50, and the transmission / reception circuit 50 modulates the instruction signal and transmits it from the receiving antennas 40a to 40h.
  • Signals transmitted from the receiving antennas 40a to 40h are received by the antenna 39 and demodulated by the transmission / reception circuit 37, and the circuit board 36 performs, for example, an operation of changing the imaging cycle in accordance with the instruction signal.
  • the storage unit 56 is configured using a semiconductor memory such as a flash memory or a RAM (Random Access Memory) that is fixedly provided inside the receiving device 5.
  • the storage unit 56 has theoretical electric field strength data 561 for estimating the position and orientation of the capsule endoscope 3 in the subject 2 in which image data is captured.
  • the theoretical electric field strength data 561 is theoretical value data of the received electric field strength of the radio signal received by each of the receiving antennas 40a to 40h according to the position and orientation of the capsule endoscope 3 in the subject 2.
  • the storage unit 56 also stores image data captured by the capsule endoscope 3 and various types of information associated with the image data, such as estimated position and orientation information of the capsule endoscope 3, received electric field strength information, and Identification information for identifying the receiving antenna that has received the radio signal is stored. Further, the storage unit 56 stores various programs executed by the receiving device 5.
  • the storage unit 56 may be provided with a function as a recording medium interface that reads information stored in the recording medium while storing information from a recording medium such as a
  • the I / F unit 57 has a function as a communication interface, and performs transmission / reception with the image display device 6 in a mutual direction via the cradle 6a.
  • the power supply unit 58 includes a battery that is detachable from the receiving device 5 and a switch unit that switches between on and off states.
  • the power supply unit 58 supplies necessary driving power to each component of the receiving device 5 in the on state, and stops driving power supplied to each component of the receiving device 5 in the off state.
  • the control unit 59 is configured using a CPU (Central Processing Unit) or the like.
  • the control unit 59 reads out and executes a program from the storage unit 56, and gives instructions to each unit constituting the reception device 5, data transfer, and the like, and comprehensively controls the operation of the reception device 5.
  • the control unit 59 includes a selection control unit 591, an abnormality information addition unit 592, an electric field strength comparison unit 593, and a position determination unit 594.
  • the selection control unit 591 selects one reception antenna 40 that receives a radio signal transmitted from the capsule endoscope 3, and performs control to supply power only to the selected reception antennas 40a to 40h. Specifically, the selection control unit 591 receives a radio signal transmitted from the capsule endoscope 3 based on the reception field strength of each of the reception antennas 40a to 40h detected by the reception field strength detection unit 52. In addition to selecting one receiving antenna 40, control is performed to supply power only to the selected receiving antennas 40a to 40h.
  • the selection control unit 591 drives the antenna switching selection switch unit 49 at every predetermined timing, for example, every 100 msec, and sequentially selects and receives the reception antennas 40a to 40h that receive radio signals from the reception antennas 40a to 40h.
  • the electric field strength detection unit 52 is made to detect the received electric field strength.
  • the abnormality information addition unit 592 selects any one of the reception antennas 40a to 40h with respect to the radio signal received by the reception antenna 40.
  • One abnormality information indicating that an abnormality has occurred is added and output to the storage unit 56.
  • the abnormality information adding unit 592 adds abnormality information (flag) to the image data that the signal processing circuit 51 performs signal processing on the radio signals received by the receiving antennas 40a to 40h. To 56.
  • the electric field strength comparing unit 593 is configured to calculate the residual sum of squares of the received electric field strength of the radio signal received by each of the receiving antennas 40a to 40h and the theoretical electric field strength stored in the storage unit 56, and the capsule endoscope 3 to the subject. 2 is calculated for each position and orientation in the subject 2 that may exist in the subject 2.
  • the electric field strength comparison unit 593 may calculate and compare the sum of the absolute residuals of the received electric field strength and the theoretical electric field strength instead of the residual sum of squares.
  • the position determination unit 594 determines the position and orientation of the capsule endoscope 3 from which the image data is captured based on the residual square sum or the absolute residual sum calculated by the electric field strength comparison unit 593. The position determination unit 594 determines the region and orientation in which the residual sum of squares is the smallest as the position and orientation of the capsule endoscope 3 from which the image data is captured.
  • the receiving device 5 includes a storage unit 56 that stores theoretical electric field strength data 561, an electric field strength comparison unit 593 that calculates a residual sum of squares of the received electric field strength and the theoretical electric field strength, and electric field strength.
  • a position determination unit 594 that determines the position and orientation of the capsule endoscope 3 based on the residual sum of squares calculated by the comparison unit 593, and thereby the position and orientation of image data captured by the capsule endoscope 3 Is calculated.
  • the estimation processing of the position and orientation of the capsule endoscope 3 in the receiving device 5 according to the first embodiment will be described in detail.
  • a predetermined possible region T in which the capsule endoscope 3 can exist is set according to the purpose of examination or diagnosis.
  • This possible region T is set according to the size of the body of the subject 2 and is, for example, a region composed of a cube of 300 mm ⁇ 300 mm ⁇ 300 mm as shown in FIG. 4A.
  • the existence possible region T is set so that the sheet-like surface of the receiving antenna unit 4 coincides with one boundary surface.
  • the receiving antenna unit 4 is provided on the XY plane which is one boundary surface of the existence possible region T.
  • the possible area of the capsule endoscope 3 is divided into a plurality of partial areas according to the desired accuracy.
  • the center of the boundary surface where the receiving antenna unit 4 is located is the origin, and there are three axes (X axis, Y axis, Z axis) that are parallel to any side of the possible region T and orthogonal to each other.
  • X axis, Y axis, Z axis A case where the orthogonal coordinate system XYZ is divided into four in each axial direction is shown.
  • Each partial region is labeled as P 111 , P 112 , P 113 , P 114 , P 121 , P 122 ,..., P 144 , P 211 , P 212 ,.
  • P ijk is assumed in the center G xyz of the part region P ijk.
  • the center of gravity of the antenna 39 having a circular loop shape arranged in the capsule endoscope 3 is the origin ( OL ), and the normal direction of the opening surface of the circular loop is Consider a Cartesian coordinate system X L Y L Z L with the Z L axis.
  • the polar coordinate component of the electromagnetic field formed by the current flowing through the antenna 39 at an arbitrary position P is expressed by the following equation.
  • E ⁇ ⁇ (j ⁇ IS / 4 ⁇ ) (jk / r + 1 / r 2 ) exp ( ⁇ jkr) sin ⁇
  • H r and H ⁇ represent the magnetic field component
  • E ⁇ represents the electric field component
  • I and S are the current flowing through the antenna 39 and the area of the opening surface of the circular loop constituting the antenna 39.
  • Equation (1) the term r ⁇ 1 is a radiated electromagnetic field, the term r ⁇ 2 is an induction electromagnetic field, and the term r ⁇ 3 is a component of an electrostatic magnetic field.
  • the frequency of the electromagnetic field generated by the antenna 39 disposed in the capsule endoscope 3 is high, and each receiving antenna attached to the body surface of the capsule endoscope 3 and the subject 2 as shown in FIG.
  • the electromagnetic field (electromagnetic wave) reaching the receiving antenna 40 (40a to 40h) has the largest component of the radiated electromagnetic field. Therefore, the components of the electrostatic magnetic field and the induction electromagnetic field are smaller than the components of the radiated electromagnetic field, and these can be ignored. Therefore, Formula (1) becomes like the following Formula (2).
  • an expression necessary for the detection in Expression (2) is an electric field E ⁇ . Therefore, the instantaneous value of the electric field E [psi, using an alternating current theory, it is determined by extracting the real part is multiplied by exp (j? T) to both sides of the electric field E [psi of formula (2).
  • U ⁇ t ⁇ kr.
  • E ′ ⁇ ( ⁇ ISk / 4 ⁇ r) cosUsin ⁇ (4)
  • the energy of the electromagnetic wave is absorbed by the medium propagating due to the characteristics (conductivity, etc.) of the medium.
  • the electromagnetic wave propagates in the x direction, it is attenuated exponentially by the attenuation factor ⁇ d and can be expressed by the following equation (6).
  • ⁇ ⁇ o ⁇ r ( ⁇ o : vacuum permittivity, ⁇ r : relative permittivity)
  • ⁇ ⁇ o ⁇ r ( ⁇ o : vacuum permeability, ⁇ r : relative permeability)
  • ⁇ Angular frequency
  • ⁇ conductivity.
  • E Lz 0 It becomes.
  • the receiving antenna unit 4 in which the position P (X L , Y L , Z L ) is attached to the subject 2 is used.
  • the equation for converting to the coordinate system X W Y W Z W with the origin at the center (O in FIG. 4A) It becomes.
  • (x WP , y WP , z WP ) and (x WG , y WG , z WG ) represent the position P in the coordinate system X W Y W Z W and the position G of the antenna 39, respectively.
  • the right side R of the equation (8) represents a rotation matrix of the coordinate system X W Y W Z W and the coordinate system X L Y L Z L, and is obtained by the following equation.
  • ⁇ is a rotation angle around the Z axis
  • ⁇ is a rotation angle around the Y axis.
  • the orientation (g x , g y , g z ) of the antenna 39 is also set in advance together with the position of the capsule endoscope 3, and the capsule endoscope 3 is positioned in a predetermined region. Then, the theoretical electric field strength of each receiving antenna 40 when taking a predetermined direction is calculated.
  • the direction of the antenna 39 may be set in increments of 1 ° from the horizontal axis and the vertical axis, for example, according to the desired accuracy.
  • V ta k 2 (E Wx D xa + E Wy D ya + E Wz D za ) (12)
  • k 2 is a constant.
  • the electromotive forces V tb ,..., V th when received by the receiving antenna 40b to the receiving antenna 40h are also obtained for each receiving antenna of the receiving antenna unit 4 arranged in the body of the subject 2.
  • the theoretical electric field strength V ti received by each receiving antenna 40 is calculated as described above, and is stored as theoretical electric field strength data 561 in the storage unit 56 for each center position G of the divided area.
  • the electric field strength comparison unit 593 receives the received electric field strength received by each receiving antenna 40 for each direction g of the antenna 39 and the center position G of each region where the capsule endoscope 3 can exist, as described above.
  • the electric field intensity comparison unit 593 has the reception antennas 40 for each direction g of the antenna 39 with respect to the center position G of each region where the capsule endoscope 3 can exist. Since the residual sum of squares of the received electric field intensity V mi and the theoretical electric field intensity V ti calculated as described above and stored in the storage unit 56 as the theoretical electric field intensity data 561 is calculated, for example, estimation By using the same number of CPUs as the total number of center positions G to be measured (or a factor of the total number of center positions G to be estimated, or a number less than the factor) as the electric field strength comparison unit 593, the capsule-type endoscope It is possible to speed up the process of estimating the position and orientation of the mirror 3.
  • the position determination unit 594 determines the center position G of the capsule endoscope 3 and the direction g of the antenna 39 which are the smallest of the residual sum of squares S calculated by the electric field strength comparison unit 593 as described above. The position and orientation of the mold endoscope 3 are determined.
  • a region where the capsule endoscope 3 can exist is divided into a plurality of small regions, and a theoretical electric field strength V ti corresponding to the direction of the capsule endoscope 3 is previously set for each divided region. Since it is stored, the processing load for calculating the theoretical electric field strength V ti can be reduced. Further, the image data was captured based on a numerical value obtained by a simple arithmetic process of the residual sum of squares of the stored theoretical electric field strength V ti and the received electric field strength V mi actually received by each receiving antenna 40. Since the position and orientation of the capsule endoscope 3 are determined, the position estimation process can be speeded up.
  • the sheet-like receiving antenna unit 4 in which a plurality of receiving antennas 40 are arranged since the sheet-like receiving antenna unit 4 in which a plurality of receiving antennas 40 are arranged is used, it is not necessary to adjust the arrangement position of each receiving antenna 40 every inspection, Since the receiving antenna unit 4 in which the arrangement position of each receiving antenna 40 is determined in advance is used, there is a problem that the accuracy in the position and orientation estimation processing of the capsule endoscope 3 due to the arrangement deviation of each receiving antenna 40 is also reduced. There is an effect that it can be avoided.
  • the position detection device that performs estimation processing of the position and orientation of the capsule endoscope 3 has been described. However, as a device that estimates only one of the position and orientation of the capsule endoscope 3. Also good.
  • the receiving device 5 includes a storage unit 56 that stores theoretical electric field strength data 561, an electric field strength comparison unit 593, and a position determination unit 594. Is estimated, the image display device 6 of the capsule endoscope system 1 stores the theoretical electric field strength data 561 and the electric field strength comparison unit.
  • a position determining unit that receives the image data transmitted from the receiving device and performs the same operation as described above to estimate the position and orientation of the capsule endoscope from which the image data is captured. Also good.
  • Emodiment 2 In the first embodiment, the entire direction (or the thinned area for simplification) divided as the position P where the capsule endoscope can exist, and the set all directions (or the thinned direction) are theoretically processed in parallel. The residual sum of squares of the electric field strength and the received electric field strength is calculated, and the position and orientation of the capsule endoscope are estimated. In contrast, in the second embodiment, the position and orientation of the capsule endoscope in which image data is captured are determined in two or more levels.
  • Set T For example, as shown in FIG. 4A, it is an area formed of a cube of 300 mm ⁇ 300 mm ⁇ 300 mm.
  • the existence possible region T is set so that the sheet-like surface of the receiving antenna unit 4 coincides with one boundary surface.
  • the receiving antenna unit 4 is provided on the XY plane which is one boundary surface of the existence possible region T.
  • the possible region T of the capsule endoscope 3 is divided into a plurality of partial regions according to the desired accuracy.
  • the center of the boundary surface where the receiving antenna unit 4 is located is the origin, and there are three axes (X axis, Y axis, Z axis) that are parallel to any side of the existence region T and orthogonal to each other.
  • a case where the orthogonal coordinate system XYZ is divided into three in each axial direction is shown.
  • Each partial area is labeled as P 111 , P 112 , P 113 , P 121 , P 122 ,..., P 133 , P 211 , P 212 ,.
  • P ijk is assumed in the center G xyz of the part region P ijk.
  • FIG. 8A is a schematic diagram in which the possible region T of the capsule endoscope 3 is divided into three in the xyz axis direction.
  • FIG. 8B is a schematic diagram in which one divided region of FIG. 8A is further divided into three in the xyz axis direction.
  • the position detection device for the region obtained by dividing the possible region T (300 mm ⁇ 300 mm ⁇ 300 mm) into three in the xyz axis direction, in which the capsule endoscope 3 can exist in the subject 2, Performs position and orientation estimation processing.
  • the center of each region labeled P 111 , P 112 , P 113 , P 121 , P 122 ,..., P 133 , P 211 , P 212 ,.
  • the electric field strength comparison unit 593 performs the remaining of the received electric field strength received by each receiving antenna 40 and the theoretical electric field strength stored as the theoretical electric field strength data 561 in the storage unit 56 for each direction g of the antenna 39.
  • the direction g of the antenna 39 to be estimated is limited to 1 or greatly limited (for example, from the horizontal axis and the vertical axis). Perform in 10 ° increments.
  • the position determination unit 594 determines the center position G of the region of the capsule endoscope 3 and the direction g of the antenna 39 which are the smallest of the residual sum of squares S calculated by the electric field intensity comparison unit 593, and the capsule endoscope 3 as the first stage position and orientation.
  • the area including the position G of the capsule endoscope 3 determined by the position determination unit 594 in the first estimation stage is further divided into three areas (total of 27 areas) in the xyz-axis direction. And direction estimation processing.
  • the position determination unit 594 selects the position P 311 shown in FIG. 8A as the position and orientation of the capsule endoscope 3.
  • Each partial region has P 311 (111) , P 311 (112) , P 311 (113) , P 311 (121) , P 311 (122) ,..., P 311 (133) , P 311 (211). , P 311 (212) ,..., P 311 (333) .
  • the electric field strength comparing unit 593 receives the received electric field strength received by each receiving antenna 40 for each direction g of the antenna 39, and the theoretical electric field strength stored as theoretical electric field strength data 561 in the storage unit 56. The residual sum of squares is calculated.
  • the direction g of the antenna 39 to be estimated in the second estimation stage is performed according to desired accuracy. For example, it is performed in all directions in steps of 1 ° from the horizontal axis and the vertical axis.
  • the position determination unit 594 has the smallest position P xyz (xyz) of the capsule endoscope 3 among the residual sum of squares S xyz (xyz) n calculated by the electric field strength comparison unit 593, and the direction g n of the antenna 39. (G nx , g ny , g nz ) is determined as the final position and orientation of the capsule endoscope 3 in which the image data is captured.
  • the storage unit 56 can store the possible region T in which the capsule endoscope 3 can exist (for example, 300 mm ⁇ 300 mm ⁇ 300 mm) in the xyz-axis direction, and the region position P xyz (xyz) is divided into nine theoretical field strength data received by each receiving antenna 40 for each direction g of the antenna 39 (in steps of 1 ° from the horizontal and vertical axes). 561 must be stored.
  • the position and orientation of the capsule endoscope 3 from which the image data is captured are divided into two levels, and the approximate position and orientation of the capsule endoscope 3 are determined in the first estimation stage. Since the second estimation process is further performed on the determined and limited area, the processing amount can be reduced as compared with the case where the estimation process is simultaneously performed on a similar area. Thereby, the speed of the estimation process can be further increased.
  • the estimation process may be performed by dividing into three or more levels.
  • the direction of the capsule endoscope 3 (the direction of the antenna 39) may be performed in all directions from the first stage with desired accuracy, for example, in steps of 1 ° from the horizontal axis and the vertical axis.
  • Embodiment 3 As in Embodiments 1 and 2, when determining the position and orientation of the capsule endoscope 3 from which image data is captured, the correct position and orientation are estimated due to the influence of the placement antenna error and noise. You may not be able to. In the third embodiment, the position and orientation of the capsule endoscope 3 are estimated based on estimated position information of image data captured before and after time.
  • FIG. 9 is a block diagram of a configuration of the receiving device 5A according to the third embodiment.
  • the receiving apparatus 5A calculates the distances between the candidate positions selected by the position determination unit 594 as the positions of the capsule endoscope 3 and the candidate positions that move back and forth in time, and whether the distances are equal to or less than a predetermined value.
  • a trajectory calculation unit 595 that calculates a movement trajectory (path) in the subject 2 of the capsule endoscope using a condition that satisfies the above conditions.
  • the capsule endoscope 3 has a relatively small movement in the subject 2 and an imaging interval is very short. For this reason, the imaging position of the image data captured at a specific time is often almost the same as or close to the imaging position of the image data captured before and after the time when the image data was captured.
  • the electric field strength calculation unit 593 calculates the residual sum of squares of the theoretical electric field strength and the received electric field strength in the same manner as in the first and second embodiments.
  • the trajectory calculation unit 595 calculates the movement trajectory of the capsule endoscope 3 in the subject 2 in consideration of the distance from the estimated plurality of candidate positions of the image data captured before and after temporally. To do.
  • the position determination unit 594 determines the optimal position and orientation of the capsule endoscope based on the trajectory calculated by the trajectory calculation unit 595.
  • FIG. 10 is a flowchart showing an outline of the trajectory calculation process performed by the trajectory calculation unit 595.
  • the position determination unit 594 extracts the candidate positions of the imaging positions at each time calculated by the electric field strength comparison unit 593 (Step S11). Specifically, the position determination unit 594 extracts three of the imaging positions of the image data captured at each time from those having a small residual sum of squares between the theoretical electric field strength and the received electric field strength at each position and orientation. is doing.
  • the trajectory calculation unit 595 calculates connection information with the candidate position in the image data temporally changing with respect to the extracted candidate position G mi (step S12).
  • the reception apparatus 5A according to the time interval perform position estimation of the capsule endoscope 3, the capsule endoscope 3 inside the subject 2, the distance movable by one time interval r d It is assumed that it is stored in the storage unit 56 in advance.
  • the information is stored in the storage unit 56 as information. When all the distances d ((m ⁇ 1) i, mj) are greater than the movable distance r d for a certain m, the trajectory calculation unit 595 does not store connection information of the candidate positions Q mi .
  • the trajectory calculation unit 595 estimates the trajectory of the capsule endoscope 3 using each candidate position G mi and connection information of the candidate positions (step S13).
  • FIG. 12 is a flowchart showing an outline of the trajectory estimation process.
  • the trajectory calculation unit 595 sets a time t m ⁇ 1 immediately before the last time t m (step S21).
  • the trajectory calculation unit 595 sets a parameter i indicating a candidate position label at time t m to an initial value 1 (step S22).
  • the trajectory calculation unit 595 reads connection information of the candidate position G mi at the time t m from the storage unit 56 (step S23).
  • the trajectory calculation unit 595 determines that the candidate position G mi is the candidate position G (m + 1) at the time t m + 1 . It is determined whether or not j is connected (step S25). When the candidate position G mi is connected to one of the candidate positions G (m + 1) j at time t m + 1 (step S25: Yes), in other words, the candidate position G mi is at time t m + 1. If any of the connection information of the candidate position G (m + 1) j in the trajectory calculation unit 595 stores the route information that is connected to the storage unit 56 (step S26).
  • the trajectory calculation unit 595 determines that the path is interrupted between the new path information (time t m and time t m + 1 Is stored in the storage unit 56 (step S27).
  • step S26 or S27 when the parameter i is less than 3 (step S28: Yes), the trajectory calculation unit 595 increases i by 1 to i + 1 (step S29), and returns to step S23.
  • step S26 or S27 when the parameter i is not less than 3 (step S28: No), if the time parameter m is m> 2 (step S30: Yes), the trajectory calculation unit 595 decreases m by 1. M-1 (step S31), and the process returns to step S22. On the other hand, if m ⁇ 2 (step S30: No), the trajectory calculation unit 595 ends the trajectory estimation process (step S13 in FIG. 10).
  • the trajectory calculation unit 595 calculates the trajectory and estimates the position of the capsule endoscope 3 at each time.
  • FIG. 13A and 13B are examples in which the trajectory in the subject 2 of the capsule endoscope 3 calculated by the receiving device 5A of Embodiment 3 is displayed on the monitor unit 6c of the image display device 6.
  • FIG. 13A the monitor unit 6c connects the imaging positions of the capsule endoscope 3 in the subject 2 with a straight line, and shows the movement trajectory of the capsule endoscope 3 in the subject 2.
  • a sub-image area 61 and a main image display area 62 for displaying image data captured by the capsule endoscope 3 are provided.
  • reference signs A, B, and C shown on the right side of the sub-image region 61 indicate the approximate positions of the organs in the body cavity. Specifically, reference sign A indicates the esophagus, B indicates the small intestine, and C indicates the large intestine.
  • a position P i indicates a position estimated as an imaging position of image data to be displayed in the main image display area 62. In addition to FIG. 13A in which the estimated imaging positions P i are connected by a straight line and this is shown as a trajectory, for example, as shown in FIG. 13B, interpolation processing such as spline interpolation is performed between adjacent imaging positions. The imaging position of the capsule endoscope 3 may be displayed so as to be connected with a smooth curve.
  • the position and orientation of the capsule endoscope 3 can be estimated without being affected by noise or the like, it is possible to obtain a more accurate position and orientation of the capsule endoscope 3. Become.
  • the position and orientation of the capsule endoscope 3 are estimated, and the movement trajectory of the capsule endoscope 3 in the subject 2 is displayed on the image display device 6, so that the captured image is captured in the body cavity. It is possible to easily determine at which position the image is taken, and to perform diagnosis efficiently.
  • the position can be estimated with high accuracy, so that it can be performed smoothly and in a short time. The site can be approached, and re-examination and treatment can be performed efficiently.
  • the receiving device and the capsule endoscope system of the present invention are useful for detecting the position of the capsule endoscope introduced into the subject, and in particular, image data captured by the capsule endoscope is an image processing device. This is suitable for diagnostic processing.

Abstract

　体腔内のカプセル型内視鏡の位置および向きの推定処理を高速に行いうる位置検出装置およびカプセル型内視鏡システムを提供する。本発明のカプセル型内視鏡の位置検出装置は、被検体内のカプセル型内視鏡から送信された無線信号を複数の受信アンテナ（４０）により受信する受信アンテナユニットと、前記カプセル型内視鏡の被検体内での位置、または位置および向きに応じた、各受信アンテナ（４０）が受信する前記無線信号の理論電界強度を記憶する記憶部（５６）と、各受信アンテナ（４０）が受信した前記無線信号の受信電界強度と前記記憶手段に記憶された理論電界強度との差を用いて算出される所定値を比較する電界強度比較部（５９３）と、電界強度比較部（５９３）による比較結果に基づいて、画像データが撮影された前記カプセル型内視鏡の位置、または位置および向きを決定する位置決定部（５９４）と、を備える。

Description

カプセル型内視鏡の位置検出装置、カプセル型内視鏡システムおよびカプセル型内視鏡の位置決定プログラム
　本発明は、被検体内のカプセル型内視鏡から送信される無線信号を被検体外の受信装置により受信し、受信した無線信号に基づきカプセル型内視鏡の位置を検出する位置検出装置およびカプセル型内視鏡システムに関する。
　従来から、内視鏡の分野では、患者等の被検体の消化管内に導入可能な大きさに形成されたカプセル形状の筐体内に撮像機能や無線通信機能等を内蔵したカプセル型内視鏡が知られている。このカプセル型内視鏡は、被検体の口から飲み込まれた後、蠕動運動等によって消化管内等の被検体内部を移動する。そして、被検体内部を順次撮像して画像データを生成し、この画像データを順次無線送信する。
　このようにしてカプセル型内視鏡から無線送信された画像データは、被検体の外部に設けられた受信装置に受信される。受信装置が受信した画像データは、受信装置に内蔵されたメモリに記憶される。検査終了後、受信装置のメモリに蓄積された画像データは、画像表示装置に取り込まれる。医師や看護師等の観察者は、画像表示装置が表示する臓器画像等を観察し、被検体の診断が行なわれる。
　このカプセル型内視鏡は、蠕動運動等により体腔内を移動するため、カプセル型内視鏡により送信された画像データが、体腔内のどの位置で撮影されたか正しく認識することが必要となる。
　このため、カプセル型内視鏡が送信した電磁波を体腔外の複数の受信アンテナにより受信し、受信した複数の無線信号の受信強度からガウス・ニュートン法を用いてカプセル型内視鏡の位置および向きを推定するカプセル型医療装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
　また、被検体内の情報を収集するセンサを設けて、該センサが収集した情報からカプセル型内視鏡の被検体内での位置等を把握するカプセル型内視鏡が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００７－０００６０８号公報 特表２０１０－５２４５５７号公報
　しかしながら、特許文献１のガウス・ニュートン法や、最急降下法、マルカトート法などによりカプセル型内視鏡の位置および向きを推定する場合、位置および向きを更新しながら算出推定するため、計算量が多く、位置推定処理を高速化することが難しかった。
　また、特許文献２のように、カプセル型内視鏡内にセンサを設ける場合、カプセル型内視鏡内部の構成が複雑となり、小型化を図ることが困難であるとともに、センサに対する電力供給が必要となるため、消費電力の増加という問題も有していた。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、カプセル型内視鏡を小型化しながら、体腔内のカプセル型内視鏡の位置および向きの推定処理を高速に行いうる受信装置およびカプセル型内視鏡システムを提供することを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるカプセル型内視鏡の位置検出装置は、被検体内のカプセル型内視鏡から送信された無線信号を複数の受信アンテナにより受信する受信アンテナユニットと、前記カプセル型内視鏡の被検体内での位置、または位置および向きに応じた、前記各受信アンテナが受信する前記無線信号の理論電界強度を記憶する記憶手段と、前記各受信アンテナが受信した前記無線信号の受信電界強度と前記記憶手段に記憶された理論電界強度との差を用いて算出される所定値を比較する比較手段と、前記比較手段による比較結果に基づいて、画像データが撮影された前記カプセル型内視鏡の位置、または位置および向きを決定する決定手段と、を備えたことを特徴とする。
　また、本発明にかかるカプセル型内視鏡の位置検出装置は、上記発明において、前記記憶手段は、前記カプセル型内視鏡が存在しうる被検体内での領域を分割したことによって得られる複数の部分領域毎に、前記カプセル型内視鏡の向きに応じた理論電界強度を記憶することを特徴とする。
　また、本発明にかかるカプセル型内視鏡の位置検出装置は、上記発明において、前記比較手段は、前記部分領域および前記向き毎に、前記記憶手段に記憶された理論電界強度と前記受信電界強度との残差二乗和を前記所定値として算出し、前記決定手段は、前記残差二乗和が最も小さい領域および向きの組み合わせから、前記画像データが撮影された前記カプセル型内視鏡の位置、または位置および向きを決定することを特徴とする。
　また、本発明にかかるカプセル型内視鏡の位置検出装置は、上記発明において、前記比較手段は、少なくとも２段階以上の階層に分割された前記部分領域および前記向きに応じた前記残差二乗和を、前記分割された階層毎に算出し、前記決定手段は、前記比較手段による比較結果に基づき、前記カプセル型内視鏡が存在する領域を階層毎に限定して、前記画像データが撮影された前記カプセル型内視鏡の位置および向きを決定することを特徴とする。
　また、本発明にかかるカプセル型内視鏡の位置検出装置は、上記発明において、前記比較手段は、前記画像データ毎に、残差二乗和が最も小さいものから順に所定数の領域および向きを、前記カプセル型内視鏡の位置および向きの候補として抽出し、前記決定手段は、時間的に前後する前記画像データにおける各候補位置間の距離および／または前記残差二乗和から、各画像データが撮影された前記カプセル型内視鏡の位置、または位置および向きを決定することを特徴とする。
　また、本発明にかかるカプセル型内視鏡の位置検出装置は、上記発明において、前記受信アンテナユニットは、前記複数の受信アンテナを配置したシート状をなすことを特徴とする。
　また、本発明にかかるカプセル型内視鏡の位置検出装置は、上記発明において、前記決定手段が決定したカプセル型内視鏡の位置からカプセル型内視鏡の軌跡を算出する軌跡算出手段を備えることを特徴とする。
　また、本発明にかかるカプセル型内視鏡システムは、被検体内の画像データを取得するカプセル型内視鏡と、前記カプセル型内視鏡から送信される画像データを受信し、受信した画像データが撮像された前記カプセル型内視鏡の位置および向きを推定する上記に記載の位置検出装置と、前記受信アンテナから画像データおよび該画像データの位置情報を取得し、取得した前記画像データおよび位置情報を表示する画像表示手段と、を備えることを特徴とする。
　また、本発明にかかるカプセル型内視鏡システムは、上記発明において、前記画像表示手段は、前記画像データを表示するとともに、前記軌跡算出手段が算出したカプセル型内視鏡の被検体内での移動軌跡を表示することを特徴とする。
　また、本発明にかかるカプセル型内視鏡の位置決定プログラムは、上記発明において、被検体内のカプセル型内視鏡から送信される画像データを受信し、受信した画像データが撮像された前記カプセル型内視鏡の位置および向きを推定する受信装置に、受信アンテナユニットの複数の受信アンテナが受信した前記カプセル型内視鏡が送信する無線信号を取得する無線信号取得手順と、前記カプセル型内視鏡の被検体内での位置、または位置および向きに応じた、前記各受信アンテナが受信する前記無線信号の理論電界強度を、記憶手段から取得する理論強度取得手順と、前記各受信アンテナが受信した前記無線信号の受信電界強度と前記記憶手段に記憶された理論電界強度との差を用いて算出される所定値を比較する比較手順と、前記比較手順による比較結果に基づいて、前記画像データが撮影された前記カプセル型内視鏡の位置、または位置および向きを決定する位置決定手順と、を実行させることを特徴とする。
　本発明によれば、カプセル型内視鏡が被検体内で存在しうる位置における、各受信アンテナが受信すると推定される理論電界強度を予め記憶し、実際に各受信アンテナが受信した無線信号の電界強度と記憶した理論電界強度との差に基づき、カプセル型内視鏡の位置および向きを決定するため、位置推定処理を高速化することが可能となる。
図１は、本発明の実施の形態１にかかる受信装置を用いたカプセル型内視鏡システムの概要構成を示す模式図である。 図２は、カプセル型内視鏡の内部の概略構成を示す断面図である。 図３は、本発明の実施の形態１にかかる受信装置の概略構成を示すブロック図である。 図４Ａは、カプセル型内視鏡の位置検出を説明するための模式図である。 図４Ｂは、図４Ａの領域をｘｙｚ方向に各４分割した模式図である。 図５は、カプセル型内視鏡のアンテナ（円形コイルを使用）を基準とした任意の位置における電磁界の成分を示す図である。 図６は、電磁界が媒質中を伝播する際に減衰する様子を示す図である。 図７は、カプセル型内視鏡が発生する電界と受信アンテナユニットの１の受信アンテナの向きとの関係を示す図である。 図８Ａは、カプセル型内視鏡の存在する領域を、ｘｙｚ方向に各３分割した模式図である。 図８Ｂは、図８Ａの１領域を、さらにｘｙｚ方向に各３分割した模式図である。 図９は、本発明の実施の形態３にかかる受信装置の概略構成を示すブロック図である。 図１０は、軌跡算出部が行う軌跡算出処理の概要を示すフローチャートである。 図１１は、経時的に前後する複数の画像データについて位置推定された複数の候補位置を示す図である。 図１２は、軌跡算出処理のフローチャートを示す図である。 図１３Ａは、実施の形態３の受信装置により算出したカプセル型内視鏡の被検体内での軌跡を画像表示装置で表示した図の一例である。 図１３Ｂは、実施の形態３の受信装置により算出したカプセル型内視鏡の被検体内での軌跡を画像表示装置で表示した図の一例である。
　以下に、本発明の実施の形態にかかる位置検出装置およびカプセル型内視鏡システムについて、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明においては、本発明にかかる位置検出装置およびカプセル型内視鏡システムの一例として、被検体の体内に導入されて被検体の体内画像を撮像するカプセル型内視鏡を含むカプセル型内視鏡システムを例示するが、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
（実施の形態１）
　図１は、本発明の実施の形態１にかかる位置検出装置を用いたカプセル型内視鏡システム１の概要構成を示す模式図である。図１に示すように、カプセル型内視鏡システム１は、被検体２内の体内画像を撮像するカプセル型内視鏡３と、被検体２内部に導入されたカプセル型内視鏡３によって無線送信された無線信号を、受信アンテナユニット４を介して受信するとともに、カプセル型内視鏡３によって撮像された被検体２内の画像データの撮像位置を受信する受信装置５と、カプセル型内視鏡３によって撮像された被検体２内の画像データに対応する画像を表示する画像表示装置６と、を備える。
　図２は、カプセル型内視鏡３の内部の概略構成を示す断面図である。図２に示すように、カプセル型内視鏡３は、一方の端が半球状のドーム形状をしており他方の端が開口した略円筒形状又は半楕円球状の容器３０ａと、容器３０ａの開口に嵌められることで容器３０ａ内を水密に封止する半球形状の光学ドーム３０ｂとからなるカプセル型容器３０（筐体）内に収容される。このカプセル型容器３０（３０ａ、３０ｂ）は、例えば被検体２が飲み込める程度の大きさである。また、本実施の形態１において、少なくとも光学ドーム３０ｂは透明な材料により形成される。
　また、カプセル型内視鏡３は、光学ドーム３０ｂを介して入射された光を結像する対物レンズ３２と、対物レンズ３２を取り付けるレンズ枠３３と、対物レンズ３２により入射された光信号を電気信号に変換して撮像信号を形成する撮像部３４と、撮像時に被検体２内部を照明する照明部３５と、撮像部３４及び照明部３５をそれぞれ駆動するとともに、撮像部３４から入力される撮像信号から画像信号を生成する処理回路等が形成された回路基板３６と、画像信号を送信するとともに、体腔外の受信装置５等からの信号を受信する送受信回路３７と、前記各機能部に電源を供給する複数のボタン型電池３８と、を備える。
　カプセル型内視鏡３は、被検体２内に飲み込まれることによって被検体２内の食道を通過し、消化管腔の蠕動運動によって体腔内を移動する。カプセル型内視鏡３は、体腔内を移動しながら微小な時間間隔、たとえば０．５秒間隔で被検体２の体腔内を逐次撮像し、撮像した被検体２内の画像データを生成して受信装置５に順次送信する。本実施の形態１では、カプセル型内視鏡３の撮像部３４で撮像した画像データの画像信号により位置推定処理を行うことも可能であるが、撮像した画像信号とカプセル型内視鏡３の位置検出用の受信強度検出信号を含む送信信号を生成し、受信強度が検出し易い受信強度検出信号により位置検出処理を行うことが好ましい。
　位置検出装置は、複数の受信アンテナ４０（４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ、４０ｅ、４０ｆ、４０ｇ、４０ｈ）を配置したシート状の受信アンテナユニット４と、受信装置５とを備える。受信装置５は、受信アンテナユニット４とアンテナケーブル４３で接続される。受信装置５は、各受信アンテナ４０ａ～４０ｈを介してカプセル型内視鏡３から送信された無線信号を受信する。受信装置５は、カプセル型内視鏡３から受信した無線信号の受信電界強度を受信アンテナ４０ａ～４０ｈごとに検出するとともに、受信した無線信号をもとに被検体２内の画像データを取得する。受信装置５は、各受信アンテナ４０ａ～４０ｈの受信電界強度情報および時刻を示す時刻情報等を、受信した画像データに対応付けて後述する記憶部（図３参照）に記憶する。
　受信装置５は、カプセル型内視鏡３により撮像が行われている間、たとえば被検体２の口から導入され、消化管内を通過して被検体２から排出されるまでの間、被検体２に携帯される。受信装置５は、カプセル型内視鏡３による検査の終了後、被検体２から取り外され、カプセル型内視鏡３から受信した画像データ等の情報の転送のため、画像表示装置６に接続される。
　各受信アンテナ４０ａ～４０ｈは、シート４４の所定の位置、たとえば受信アンテナユニット４を被検体２に装着したときに、カプセル型内視鏡３の通過経路である被検体２内の各臓器に対応した位置に配置される。なお、受信アンテナ４０ａ～４０ｈの配置は、検査または診断等の目的に応じて任意に変更してもよい。本実施の形態では、８個の受信アンテナを使用しているが、受信アンテナの数は８個に限定して解釈する必要はなく、８個より少なくても多くてもよい。
　画像表示装置６は、液晶ディスプレイ等のモニタ部６ｃを備えたワークステーションまたはパーソナルコンピュータを用いて構成される。画像表示装置６は、受信装置５を介して取得した被検体２内の画像データに対応する画像を表示する。画像表示装置６には、受信装置５のメモリから画像データを読み取るクレードル６ａと、キーボード、マウス等の操作入力デバイス６ｂとが接続される。クレードル６ａは、受信装置５が装着された際に受信装置５のメモリから画像データや、この画像データに関連付けされた受信電界強度情報、時刻情報およびカプセル型内視鏡３の識別情報等の関連情報を取得し、取得した各種情報を画像表示装置６に転送する。操作入力デバイス６ｂは、ユーザによる入力を受け付ける。これにより、ユーザは、操作入力デバイス６ｂを操作しつつ、画像表示装置６が順次表示する被検体２内の画像を見ながら、被検体２内部の生体部位、たとえば食道、胃、小腸および大腸等を観察し、被検体２を診断する。
　つぎに、図１に示した受信装置５の構成について詳細に説明する。図３は、図１に示した受信装置５の構成を示すブロック図である。
　図３に示すように、受信装置５は、上述した各受信アンテナ４０ａ～４０ｈと、受信アンテナ４０ａ～４０ｈを択一的に切り替えるアンテナ切替選択スイッチ部４９と、アンテナ切替選択スイッチ部４９によって選択された各受信アンテナ４０ａ～４０ｈのいずれか一つを介して受信した無線信号に対して復調等の処理を行う送受信回路５０と、送受信回路５０から出力される無線信号から画像データ等を抽出する信号処理を行う信号処理回路５１と、送受信回路５０から出力される無線信号の強度に基づいて受信電界強度を検出する受信電界強度検出部５２と、受信アンテナ４０ａ～４０ｈを択一的に切り替えて受信アンテナ４０ａ～４０ｈのいずれかに電力を供給するアンテナ電源切替選択部５３と、カプセル型内視鏡３から受信した画像データに対応する画像を表示する表示部５４と、指示操作を行う操作部５５と、カプセル型内視鏡３から受信した画像データを含む各種情報を記憶する記憶部５６と、クレードル６ａを介して画像表示装置６と相互方向に送受信を行うＩ／Ｆ部５７と、受信装置５の各部に電力を供給する電源部５８と、受信装置５の動作を制御する制御部５９と、を有する。
　受信アンテナ４０ａは、アンテナ部４１ａと、能動回路４２ａと、アンテナケーブル４３ａとを有する。アンテナ部４１ａは、たとえば開放型のアンテナやループアンテナを用いて構成され、カプセル型内視鏡３から送信される無線信号を受信する。能動回路４２ａは、アンテナ部４１ａに接続され、アンテナ部４１ａのインピーダンスマッチングおよび受信した無線信号の増幅や減衰等を行う。アンテナケーブル４３ａは、同軸ケーブルを用いて構成され、一端が能動回路４２ａに接続され、他端が受信装置５のアンテナ切替選択スイッチ部４９およびアンテナ電源切替選択部５３にそれぞれ電気的に接続される。アンテナケーブル４３ａは、アンテナ部４１ａが受信した無線信号を受信装置５に伝送するとともに、受信装置５から供給される電力を能動回路４２ａに伝送する。なお、受信アンテナ４０ｂ～４０ｈは、受信アンテナ４０ａと同様の構成を有するので、説明を省略する。
　アンテナ切替選択スイッチ部４９は、機械式スイッチまたは半導体スイッチ等を用いて構成される。アンテナ切替選択スイッチ部４９は、各受信アンテナ４０ａ～４０ｈにコンデンサＣ１をそれぞれ介して電気的に接続される。アンテナ切替選択スイッチ部４９は、制御部５９から無線信号を受信する受信アンテナ４０ａ～４０ｈを切り替る切替信号Ｓ１が入力された場合、切替信号Ｓ１が指示する受信アンテナ４０を選択し、この選択した受信アンテナ４０ａ～４０ｈを介して受信された無線信号を送受信回路５０に出力する。なお、各受信アンテナ４０ａ～４０ｈそれぞれに接続されるコンデンサの容量は、コンデンサＣ１の容量と等しい。
　送受信回路５０は、アンテナ切替選択スイッチ部４９によって選択された受信アンテナ４０（４０ａ～４０ｈ）を介して受信された無線信号に対して所定の処理、たとえば復調や増幅等の処理を行って信号処理回路５１と受信電界強度検出部５２とにそれぞれ出力する。
　信号処理回路５１は、送受信回路５０から入力された無線信号の中から画像データを抽出し、抽出した画像データに対して所定の処理、たとえば各種の画像処理やＡ／Ｄ変換処理等を行って制御部５９に出力する。
　受信電界強度検出部５２は、送受信回路５０から入力された無線信号の強度に応じた受信電界強度を検出し、検出した受信電界強度に対応する受信電界強度信号（ＲＳＳＩ：Received　Signal　Strength　Indicator）を制御部５９に出力する。
　アンテナ電源切替選択部５３は、各受信アンテナ４０ａ～４０ｈにコイルＬ１をそれぞれ介して電気的に接続される。アンテナ電源切替選択部５３は、アンテナ切替選択スイッチ部４９によって選択された受信アンテナ４０ａ～４０ｈに対して電力をアンテナケーブル４３（４３ａ～４３ｈ）を介して供給する。アンテナ電源切替選択部５３は、電源切替選択スイッチ部５３１と、異常検出部５３２とを有する。なお、各受信アンテナ４０ａ～４０ｈそれぞれに接続されるコイルの電気的特性は、コイルＬ１の電気的特性と等しい。
　電源切替選択スイッチ部５３１は、機械式スイッチまたは半導体スイッチ等を用いて構成される。電源切替選択スイッチ部５３１は、制御部５９から電力を供給する受信アンテナ４０ａ～４０ｈを選択する選択信号Ｓ２が入力された場合、選択信号Ｓ２が指示する受信アンテナ４０ａ～４０ｈを選択し、この選択した受信アンテナ４０ａ～４０ｈのみに電力を供給する。
　異常検出部５３２は、電力を供給する受信アンテナ４０ａ～４０ｈに異常が生じている場合、電力を供給する受信アンテナ４０ａ～４０ｈに異常が生じていることを示す異常信号を制御部５９に出力する。
　表示部５４は、液晶または有機ＥＬ（Electro　Luminescence）等からなる表示パネルを用いて構成される。表示部５４は、カプセル型内視鏡３が撮像した画像データに対応する画像、受信装置５の動作状態、被検体２の患者情報および検査日時等の各種情報を表示する。
　操作部５５は、カプセル型内視鏡３の撮像周期を変更させる等の指示信号を入力することができる。操作部５５により指示信号を入力すると、信号処理回路５１は、送受信回路５０に指示信号を送り、送受信回路５０は指示信号を変調して受信アンテナ４０ａ～４０ｈから送信する。受信アンテナ４０ａ～４０ｈから送信された信号は、アンテナ３９により受信され、送受信回路３７により復調され、回路基板３６は、指示信号に対応して、例えば撮像周期を変更する動作等を行う。
　記憶部５６は、受信装置５の内部に固定的に設けられるフラッシュメモリやＲＡＭ（Random　Access　Memory）等の半導体メモリを用いて構成される。記憶部５６は、画像データを撮像した被検体内２でのカプセル型内視鏡３の位置および向きを推定処理するための、理論電界強度データ５６１を有する。理論電界強度データ５６１は、カプセル型内視鏡３の被検体内２での位置および向きに応じた、各受信アンテナ４０ａ～４０ｈが受信する無線信号の受信電界強度の理論値データである。また、記憶部５６は、カプセル型内視鏡３が撮像した画像データやこの画像データに対応付けされた各種情報、たとえば推定したカプセル型内視鏡３の位置および向き情報、受信電界強度情報および無線信号を受信した受信アンテナを識別する識別情報等を記憶する。さらに、記憶部５６は、受信装置５が実行する各種プログラム等を記憶する。なお、記憶部５６に対し、外部からメモリカード等の記録媒体に対して情報を記憶する一方、記録媒体が記憶する情報を読み出す記録媒体インターフェースとしての機能を具備させてもよい。
　Ｉ／Ｆ部５７は、通信インターフェースとしての機能を有し、クレードル６ａを介して画像表示装置６と相互方向に送受信を行う。
　電源部５８は、受信装置５に着脱自在なバッテリとオンオフ状態を切り替えるスイッチ部とを用いて構成される。電源部５８は、オン状態において受信装置５の各構成部に必要な駆動電力を供給し、オフ状態において受信装置５の各構成部に供給する駆動電力を停止する。
　制御部５９は、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）等を用いて構成される。制御部５９は、記憶部５６からプログラムを読み出して実行し、受信装置５を構成する各部に対する指示やデータの転送等を行って受信装置５の動作を統括的に制御する。制御部５９は、選択制御部５９１と、異常情報付加部５９２と、電界強度比較部５９３と、位置決定部５９４とを有する。
　選択制御部５９１は、カプセル型内視鏡３から送信される無線信号を受信する一つの受信アンテナ４０を選択するとともに、選択した受信アンテナ４０ａ～４０ｈのみに電力を供給する制御を行う。具体的には、選択制御部５９１は、受信電界強度検出部５２が検出した各受信アンテナ４０ａ～４０ｈの受信電界強度に基づいて、カプセル型内視鏡３から送信される無線信号を受信する一つの受信アンテナ４０を選択するとともに、選択した受信アンテナ４０ａ～４０ｈのみに電力を供給する制御を行う。選択制御部５９１は、所定のタイミング毎、たとえば１００ｍｓｅｃ毎にアンテナ切替選択スイッチ部４９を駆動させ、各受信アンテナ４０ａ～４０ｈの中から無線信号を受信する受信アンテナ４０ａ～４０ｈを順次選択して受信電界強度検出部５２に受信電界強度を検出させる。
　異常情報付加部５９２は、異常検出部５３２が各受信アンテナ４０ａ～４０ｈのいずれか一つで異常を検出した場合、受信アンテナ４０が受信した無線信号に対し、各受信アンテナ４０ａ～４０ｈのいずれか一つに異常が生じていることを示す異常情報を付加して記憶部５６に出力する。具体的には、異常情報付加部５９２は、受信アンテナ４０ａ～４０ｈが受信した無線信号に対して信号処理回路５１が信号処理を行った画像データに、異常情報（フラグ）を付加して記憶部５６に出力する。
　電界強度比較部５９３は、各受信アンテナ４０ａ～４０ｈが受信した無線信号の受信電界強度と記憶部５６に記憶された理論電界強度との残差二乗和を、カプセル型内視鏡３が被検体２内で存在しうる被検体２内での位置および向き毎に算出する。電界強度比較部５９３は、残差二乗和に換えて、受信電界強度と理論電界強度の絶対残差の和を算出・比較してもよい。
　位置決定部５９４は、電界強度比較部５９３が算出した残差二乗和または絶対残差の和に基づいて、画像データが撮像されたカプセル型内視鏡３の位置および向きを決定する。位置決定部５９４は、残差二乗和が最も小さい領域および向きを、画像データが撮影されたカプセル型内視鏡３の位置および向きとして決定する。
　本実施の形態１では、受信装置５が、理論電界強度データ５６１を記憶する記憶部５６と、受信電界強度と理論電界強度との残差二乗和を算出する電界強度比較部５９３と、電界強度比較部５９３が算出した残差二乗和に基づきカプセル型内視鏡３の位置および向きを決定する位置決定部５９４とを備え、これらによりカプセル型内視鏡３が撮像した画像データの位置および向きを算出する。以下、本実施の形態１の受信装置５におけるカプセル型内視鏡３の位置および向きの推定処理について、詳細に説明する。
　最初に、記憶部５６に予め記憶される理論電界強度データ５６１の算出方法について説明する。まず、カプセル型内視鏡３が導入される被検体２内で、検査または診断等の目的に応じてカプセル型内視鏡３が存在しうる所定の存在可能領域Ｔを設定する。この存在可能領域Ｔは、被検体２の身体の大きさに応じて設定され、例えば図４Ａに示すように３００ｍｍ×３００ｍｍ×３００ｍｍの立方体からなる領域である。存在可能領域Ｔは、受信アンテナユニット４のシート状の表面が一つの境界面と一致するように設定される。図４Ａに示す場合、受信アンテナユニット４は、存在可能領域Ｔの一つの境界面であるＸＹ平面上に設けられる。
　カプセル型内視鏡３の存在可能領域は、所望する精度に応じて、複数の部分領域に分割される。図４Ｂにおいては、受信アンテナユニット４が位置する境界面の中心を原点とし、存在可能領域Ｔのいずれかの辺と平行で互いに直交する３つの軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）を有する直交座標系ＸＹＺに対し、各軸方向に４分割した場合を示している。この場合、存在可能領域Ｔは、６４（＝４×４×４）個の部分領域に分割される。各部分領域は、Ｐ１１１、Ｐ１１２、Ｐ１１３、Ｐ１１４、Ｐ１２１、Ｐ１２２、・・・、Ｐ１４４、Ｐ２１１、Ｐ２１２、・・・、Ｐ４４４とラベル付けされる。なお、カプセル型内視鏡３が部分領域Ｐｉｊｋに存在する場合には、その部分領域Ｐｉｊｋの中心Ｇｘｙｚに位置するものと仮定する。
　以下の説明では、図５に示すように、カプセル型内視鏡３内に配置された円形ループ状をなすアンテナ３９の重心を原点（ＯL）とし、円形ループの開口面の法線方向をＺL軸とする直交座標系ＸLＹLＺLを考える。この直交座標系ＸLＹLＺLにおいて、アンテナ３９を流れる電流が任意の位置Ｐに形成する電磁界の極座標成分は、次の式で表される。
　Ｈｒ＝（ＩＳ/２π）（ｊｋ/ｒ２＋１/ｒ３）exp（-ｊｋｒ）cosθ
　Ｈθ＝（ＩＳ/４π）（-ｋ２/ｒ＋ｊｋ/ｒ２＋１/ｒ３）exp（-ｊｋｒ）sinθ　・・・（１）
　Ｅψ＝－（ｊωμＩＳ/４π）（ｊｋ/ｒ＋１/ｒ２）exp（-ｊｋｒ）sinθ
　ここで、ＨｒおよびＨθは磁界成分、Ｅψは電界成分を表し、またＩとＳはアンテナ３９に流れる電流とそのアンテナ３９を構成する円形ループの開口面の面積である。また、ｋ＝ω（εμ）１／２（εは誘電率、μは透磁率）は波数、ｊは虚数単位である。ここで、式（１）中、ｒ－１の項は放射電磁界、ｒ－２の項は誘導電磁界、ｒ－３の項は静電磁界の成分である。
　カプセル型内視鏡３内に配置されたアンテナ３９により発生する電磁界の周波数が高く、図１に示すようにカプセル型内視鏡３と、被検体２の体表面に取り付けられた各受信アンテナ４０（４０ａ～４０ｈ）との距離が十分離れている場合には、受信アンテナ４０（４０ａ～４０ｈ）に到達する電磁界（電磁波）は、放射電磁界の成分が最も大きくなる。従って、静電磁界および誘導電磁界の成分は、放射電磁界の成分より小さくなり、これらを無視することができる。よって、式（１）は、次の式（２）のようになる。
　Ｈｒ＝０
　Ｈθ＝（ＩＳ/４π）（-ｋ２/ｒ）exp（-ｊｋｒ）sinθ　　　・・・（２）
　Ｅψ＝－（ｊωμＩＳ/４π）（ｊｋ/ｒ）exp（-ｊｋｒ）sinθ
　被検体２の体表面に取り付けられた受信アンテナ４０が電界を検出する電界検出用のアンテナであるとすると、式（２）でその検出に必要な式は電界Ｅψとなる。したがって、電界Ｅψの瞬時値は、交流理論を用いて、式（２）の電界Ｅψの両辺にexp（ｊωｔ）を掛けて実部を抽出することにより求められる。
　Ｅψexp（ｊωｔ）
　　　＝－（ｊωμＩＳ/４π）（ｊｋ/ｒ）exp（-ｊｋｒ）sinθexp（ｊωｔ）
　　　＝（ωμＩＳｋ/４πｒ）（cosＵ＋ｊsinＵ）sinθ　　・・・（３）
　但し、Ｕ＝ωｔ－ｋｒである。ここで、式（３）の実部を抽出すると、電界の瞬時値Ｅ′ψは次のようになる。
　Ｅ′ψ＝（ωμＩＳｋ/４πｒ）cosＵsinθ　　　　　・・・（４）
　また、式（４）を直交座標系ＸＬＹＬＺＬで表示すると、成分ＥＬｘ，ＥＬｙ，ＥＬｚは、
　ＥＬｘ＝Ｅ′ψsinψ＝（ωμＩＳｋ/４πｒ２）cosＵ・（-ｙＬ）
　ＥＬｙ＝Ｅ′ψcosψ＝（ωμＩＳｋ/４πｒ２）cosＵ・ｘＬ　　・・・（５）
　ＥＬｚ＝０
となる。
　電磁波が媒質中を伝搬する場合、図６に示すように、媒質の特性（導電率など）により電磁波のエネルギーが伝搬していく媒質により吸収される。電磁波が例えばｘ方向に伝搬していくに従って減衰因子αｄで指数関数的に減衰し、以下に示す式（６）で表すことができる。
　Ａｒ＝exp（-αｄｘ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（６）
　αｄ＝（ω２εμ／２）１／２［（１＋κ２／（ω２ε２））１／２－１］１／２
　但し、ε＝εｏεｒ（εｏ：真空の誘電率、εｒ：比誘電率）、μ＝μｏμｒ（μｏ：真空の透磁率、μｒ：比透磁率）、ωは角周波数、κは導電率である。
　従って、生体内の特性を考慮した場合の電界の瞬時値ＥＬの直交座標系ＸＬＹＬＺＬの各成分ＥＬｘ，ＥＬｙ，ＥＬｚは、次のようになる。
　ＥＬｘ＝ＡｒＥ′ψsinψ＝exp（-αｄｒ）（ωμＩＳｋ/４πｒ２）cosＵ・（-ｙＬ）
　ＥＬｙ＝ＡｒＥ′ψcosψ＝exp（-αｄｒ）（ωμＩＳｋ/４πｒ２）cosＵ・ｘＬ・・・（７）
　ＥＬｚ＝０
となる。
　また、カプセル型内視鏡３のアンテナ３９を基準とした座標系ＸＬＹＬＺＬにおいて、位置Ｐ（ＸＬ、ＹＬ、ＺＬ）を被検体２に貼り付けられた受信アンテナユニット４の中心（図４ＡのＯ）を原点とする座標系ＸＷＹＷＺＷに変換する式は、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 となる。ただし、（ｘＷＰ，ｙＷＰ，ｚＷＰ）と（ｘＷＧ，ｙＷＧ，ｚＷＧ）とは座標系ＸＷＹＷＺＷでの位置Ｐおよびアンテナ３９の位置Ｇをそれぞれ表す。また、式（８）の右辺Ｒは、座標系ＸＷＹＷＺＷと座標系ＸＬＹＬＺＬとの回転マトリクスを表し、次の式で求められる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 ただし、αはＺ軸まわりの回転角、βはＹ軸まわりの回転角である。
　したがって、被検体２に貼り付けられた受信アンテナユニット４の中心（図４ＡのＯ）を原点とした座標系ＸＷＹＷＺＷにおける任意の位置Ｐ（ｘＷＰ，ｙＷＰ，ｚＷＰ）の電界ＥＷは、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 となり、式（７）～（９）を式（１０）に代入することにより以下のような電界ＥＷの式（１１）が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 　但し、ｋ１は定数、ベクトル（ｇｘ、ｇｙ、ｇｚ）は、アンテナ３９の向きｇを表す。本実施の形態１では、アンテナ３９の向き（ｇｘ、ｇｙ、ｇｚ）もカプセル型内視鏡３の位置とともに事前に設定して、カプセル型内視鏡３が所定の領域に位置し、所定の向きをとる場合の各受信アンテナ４０の理論電界強度を算出する。アンテナ３９の向きは、所望の精度に応じて、例えば、水平軸および鉛直軸から１°きざみで設定すればよい。
　また、アンテナ３９が発生した電界ＥＷを、受信アンテナユニット４を構成する受信アンテナ４０ａで受信したときに検出される起電力Ｖｔａは、電界ＥＷと、被検体２を基準とした座標系での受信アンテナユニット４の受信アンテナ４０ａ（アンテナ部４１ａ）の向きを表すベクトルＤａ＝（Ｄｘａ，Ｄｙａ，Ｄｚａ）（図７参照）との内積を用いて以下の式で算出できる。
　Ｖｔａ＝ｋ２（ＥＷｘＤｘａ＋ＥＷｙＤｙａ＋ＥＷｚＤｚａ）　　　　・・・（１２）
　ただし、ｋ２は定数。同様に、被検体２の体に複数配置された受信アンテナユニット４の各受信アンテナについて、受信アンテナ４０ｂ～受信アンテナ４０ｈで受信したときの起電力Ｖｔｂ、・・・、Ｖｔｈも求められる。
　以上のようにして各受信アンテナ４０が受信する理論電界強度Ｖｔｉを算出し、分割領域の中心位置Ｇ毎に記憶部５６に理論電界強度データ５６１として記憶する。
　電界強度比較部５９３は、カプセル型内視鏡３が存在しうる各領域の中心位置Ｇについて、アンテナ３９の向きｇ毎に、各受信アンテナ４０が受信した受信電界強度と、上記のようにして算出され理論電界強度データ５６１として記憶部５６に記憶された理論電界強度との残差二乗和を算出する。受信アンテナ４０で受信した電界強度をＶｍｉ（ｉは受信アンテナの番号、本実施の形態ではｉ＝ａ～ｈ）とすると、残差二乗和Ｓは、以下の式で算出できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　本実施の形態１では、上述したように、電界強度比較部５９３は、カプセル型内視鏡３が存在しうる各領域の中心位置Ｇについて、アンテナ３９の向きｇ毎に、各受信アンテナ４０が受信した受信電界強度Ｖｍｉと、上記のようにして算出され理論電界強度データ５６１として記憶部５６に記憶された理論電界強度Ｖｔｉとの残差二乗和を算出しているため、例えば、推定する中心位置Ｇの総数と同数（あるいは推定する中心位置Ｇの総数の因数、または因数以下の数でもよい）のＣＰＵを電界強度比較部５９３として同時に推定処理に使用することにより、カプセル型内視鏡３の位置および向きの推定処理の高速化を図ることが可能となる。
　位置決定部５９４は、電界強度比較部５９３が上記のようにして算出した残差二乗和Ｓのうち、最小となるカプセル型内視鏡３の中心位置Ｇ、およびアンテナ３９の向きｇを、カプセル型内視鏡３の位置および向きとして決定する。
　本実施の形態１では、カプセル型内視鏡３の存在しうる領域を複数の小領域に分割し、分割した領域毎にカプセル型内視鏡３の向きに応じた理論電界強度Ｖｔｉを予め記憶しているため、理論電界強度Ｖｔｉ算出のための処理負荷を軽減することができる。また、記憶された理論電界強度Ｖｔｉと、実際に各受信アンテナ４０が受信した受信電界強度Ｖｍｉとの残差二乗和という簡易な演算処理により得られる数値に基づき、画像データが撮像されたカプセル型内視鏡３の位置および向きを決定するため、位置推定処理を高速化することが可能となる。
　さらに、本実施の形態１では、複数の受信アンテナ４０を配置したシート状の受信アンテナユニット４を使用しているため、検査のたびに各受信アンテナ４０の配置位置を調整する必要がなく、さらに、予め各受信アンテナ４０の配置位置が決められた受信アンテナユニット４を使用するため、各受信アンテナ４０の配置ずれに伴うカプセル型内視鏡３の位置および向きの推定処理における精度低下という問題も回避できるという効果を奏する。
　本実施の形態１では、カプセル型内視鏡３の位置及び向きの推定処理を行う位置検出装置について説明したが、カプセル型内視鏡３の位置または向きのいずれか一方のみを推定する装置としてもよい。また、本実施の形態１では、受信装置５が、理論電界強度データ５６１を記憶する記憶部５６と、電界強度比較部５９３と、位置決定部５９４とを備え、受信装置５内で、画像データが撮像されたカプセル型内視鏡３の位置および向きを推定しているが、カプセル型内視鏡システム１の画像表示装置６が、理論電界強度データ５６１を記憶するとともに、電界強度比較部と、位置決定部とを備え、受信装置から送信された画像データを受信し、上記同様に演算を行うことにより、該画像データが撮像されたカプセル型内視鏡の位置および向きを推定する構成としてもよい。
（実施の形態２）
　実施の形態１では、カプセル型内視鏡が存在しうる位置Ｐとして分割した全領域（または簡素化するために間引いた領域）で、設定した全方向（あるいは間引いた方向）について並行して理論電界強度と受信電界強度との残差二乗和を算出して、カプセル型内視鏡の位置及び向きを推定処理している。これに対し、実施の形態２では、２段階以上の階層に分けて、画像データが撮像されたカプセル型内視鏡の位置および向きを決定する。
　以下、実施の形態２では、カプセル型内視鏡の位置及び向きの推定を２段階に分けて行う場合について説明する。まず、実施の形態１と同様に、カプセル型内視鏡３が導入される被検体２内で、検査または診断等の目的に応じてカプセル型内視鏡３が存在しうる所定の存在可能領域Ｔを設定する。例えば図４Ａに示すように３００ｍｍ×３００ｍｍ×３００ｍｍの立方体からなる領域である。存在可能領域Ｔは、受信アンテナユニット４のシート状の表面が一つの境界面と一致するように設定される。図４Ａに示す場合、受信アンテナユニット４は、存在可能領域Ｔの一つの境界面であるＸＹ平面上に設けられる。
　カプセル型内視鏡３の存在可能領域Ｔは、所望する精度に応じて、複数の部分領域に分割される。図８Ａにおいては、受信アンテナユニット４が位置する境界面の中心を原点とし、存在可能領域Ｔのいずれかの辺と平行で互いに直交する３つの軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）を有する直交座標系ＸＹＺに対し、各軸方向に３分割した場合を示している。この場合、存在可能領域Ｔは、２７（＝３×３×３）個の部分領域に分割される。各部分領域は、Ｐ１１１、Ｐ１１２、Ｐ１１３、Ｐ１２１、Ｐ１２２、・・・、Ｐ１３３、Ｐ２１１、Ｐ２１２、・・・、Ｐ３３３とラベル付けされる。なお、カプセル型内視鏡３が部分領域Ｐｉｊｋに存在する場合には、その部分領域Ｐｉｊｋの中心Ｇｘｙｚに位置するものと仮定する。
　図８Ａは、カプセル型内視鏡３の存在可能領域Ｔを、ｘｙｚ軸方向に各３分割した模式図である。図８Ｂは、図８Ａの１つの分割領域を、さらにｘｙｚ軸方向に各３分割した模式図である。
　位置検出装置は、第一推定段階として、カプセル型内視鏡３が被検体２内で存在しうる、存在可能領域Ｔ（３００ｍｍ×３００ｍｍ×３００ｍｍ）をｘｙｚ軸方向にそれぞれ３分割した領域について、位置および向きの推定処理を行う。図８Ａに示すように、Ｐ１１１、Ｐ１１２、Ｐ１１３、Ｐ１２１、Ｐ１２２、・・・、Ｐ１３３、Ｐ２１１、Ｐ２１２、・・・、Ｐ３３３とラベル付けされた各領域の中心位置Ｇについて、電界強度比較部５９３は、アンテナ３９の向きｇ毎に、各受信アンテナ４０が受信した受信電界強度と、記憶部５６に理論電界強度データ５６１として記憶された理論電界強度との残差二乗和を算出する。第一段階の推定処理では、位置と向きをおおまかに限定することを目的としているので、推定処理するアンテナ３９の向きｇは、１に限定、または大幅に限定（例えば、水平軸および鉛直軸から１０°きざみ）して行う。
　位置決定部５９４は、電界強度比較部５９３が算出した残差二乗和Ｓのうち最小となるカプセル型内視鏡３の領域の中心位置Ｇ、およびアンテナ３９の向きｇを、カプセル型内視鏡３の第一段階の位置および向きとして決定する。
　第二推定段階として、第一推定段階で位置決定部５９４が決定したカプセル型内視鏡３の位置Ｇを含む領域について、ｘｙｚ軸方向にそれぞれさらに３分割した領域（計２７領域）で、位置および向きの推定処理を行う。
　たとえば、第一推定段階として、位置決定部５９４が、図８Ａに示す位置Ｐ３１１をカプセル型内視鏡３の位置および向きとして選択したものとする。図８Ｂにおいては、位置Ｐ３１１を、位置Ｐ３１１のいずれかの辺と平行で互いに直交する３つの軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）を有する直交座標系ＸＹＺに対し、各軸方向に３分割した場合を示している。この場合、位置Ｐ３１１は、さらに２７（＝３×３×３）個の部分領域に分割される。各部分領域は、Ｐ３１１（１１１）、Ｐ３１１（１１２）、Ｐ３１１（１１３）、Ｐ３１１（１２１）、Ｐ３１１（１２２）、・・・、Ｐ３１１（１３３）、Ｐ３１１（２１１）、Ｐ３１１（２１２）、・・・、Ｐ３１１（３３３）とラベル付けされる。各中心位置Ｇについて、電界強度比較部５９３は、アンテナ３９の向きｇ毎に、各受信アンテナ４０が受信した受信電界強度と、記憶部５６に理論電界強度データ５６１として記憶された理論電界強度との残差二乗和を算出する。第二推定段階で推定処理するアンテナ３９の向きｇは、所望の精度に応じて行う。例えば、水平軸および鉛直軸から１°きざみで全方向行う。
　位置決定部５９４は、電界強度比較部５９３が算出した残差二乗和Ｓｘｙｚ（ｘｙｚ）ｎのうち最小となるカプセル型内視鏡３の位置Ｐｘｙｚ（ｘｙｚ）、およびアンテナ３９の向きｇｎ（ｇｎｘ、ｇｎｙ、ｇｎｚ）を、画像データが撮像されたカプセル型内視鏡３の最終的な位置および向きとして決定する。
　なお、上記のように、２段階の階層に分割して推定処理を行う場合であっても、記憶部５６は、カプセル型内視鏡３が存在しうる存在可能領域Ｔ（例えば３００ｍｍ×３００ｍｍ×３００ｍｍ）をｘｙｚ軸方向にそれぞれ９分割した領域位置Ｐｘｙｚ（ｘｙｚ）において、アンテナ３９の向きｇ毎（水平軸および鉛直軸から１°きざみ）に、各受信アンテナ４０が受信する理論電界強度データ５６１を記憶されていることが必要となる。
　本実施の形態２では、画像データが撮像されたカプセル型内視鏡３の位置および向きを２段階の階層に分割し、第一推定段階でカプセル型内視鏡３のおよその位置および向きを決定し、限定した領域についてさらに第二推定処理を行うため、同程度の領域について同時に推定処理を行う場合に比べて、処理量を少なくできる。これにより、推定処理の一段の高速化を図ることができる。
　なお、実施の形態２では、カプセル型内視鏡３の位置および向きを２段階の階層に分割して推定処理する例について説明したが、２段階以上であれば、推定処理量を減じることができるため、３段階以上の階層に分割して推定処理を行ってもよい。なお、カプセル型内視鏡３の向き（アンテナ３９の向き）については、第一段階から所望の精度、例えば、水平軸および鉛直軸から１°きざみで全方向行ってもよい。
（実施の形態３）
　実施の形態１および２のようにして、画像データが撮像されたカプセル型内視鏡３の位置および向きとして決定する際、受信アンテナの配置誤差や、ノイズ等の影響により正しい位置及び向きを推定することができない場合がある。実施の形態３では、時間的に前後して撮像された画像データの推定位置情報に基づき、カプセル型内視鏡３の位置および向きを推定する。
　図９は、実施の形態３にかかる受信装置５Ａの構成を示すブロック図である。受信装置５Ａは、位置決定部５９４がカプセル型内視鏡３の位置として選択した複数の候補位置について、時間的に前後する候補位置との距離を算出し、該距離が所定値以下であるかの判定を行い、条件を満たすものを用いてカプセル型内視鏡の被検体２内での移動軌跡（経路）を算出する軌跡算出部５９５を備える。
　一般に、カプセル型内視鏡３は被検体２内での動きが比較的小さく、また撮像間隔も非常に短い。このため、特定の時刻に撮像された画像データの撮像位置は、この画像データが撮像された時刻と前後して撮像された画像データの撮像位置とほぼ同一、または近接することが多い。
　実施の形態３では、実施の形態１および２と同様にして電界強度算出部５９３が理論電界強度と受信電界強度との残差二乗和を算出する。位置決定部５９４は、この残差二乗和のうち、最も小さいものからｉ個（ｉは任意の整数、本実施の形態では、ｉ＝３として説明）、画像データが撮像されたカプセル型内視鏡の位置および向きの候補として選出し、記憶部５６に記憶する。軌跡算出部５９５は、時間的に前後して撮像された画像データの推定された複数の候補位置との距離を考慮して、カプセル型内視鏡３の被検体２内での移動軌跡を算出する。位置決定部５９４は、軌跡算出部５９５が算出した軌跡に基づき、最適なカプセル型内視鏡の位置および向きを決定する。
　図１０は、軌跡算出部５９５が行う軌跡算出処理の概要を示すフローチャートである。位置決定部５９４は、電界強度比較部５９３が算出した各時刻における撮像位置の候補位置を抽出する（ステップＳ１１）。具体的には、位置決定部５９４は、各時刻に撮像された画像データの撮像位置として、各位置および向きでの理論電界強度と受信電界強度との残差二乗和が小さいものから３個抽出している。以下、時刻ｔｍ（ｍ＝１，２，・・・，ｎ，・・・，Ｎ）に撮像された画像データＤｍの撮像位置の候補位置をＧｍｉ（ｉ＝１，２，３）とする。図１１は、ｍ＝ｎ－１，ｎ，ｎ＋１において抽出された候補位置を模式的に示す図である。
　続いて、軌跡算出部５９５は、抽出された候補位置Ｇｍｉに対して時間的に前後する画像データにおける候補位置との接続情報を算出する（ステップＳ１２）。ここで、受信装置５Ａは、カプセル型内視鏡３の位置推定を行う時間間隔に応じて、カプセル型内視鏡３が被検体２内において、一つの時間間隔で移動可能な距離ｒｄを予め記憶部５６に記憶しているものとする。
　軌跡算出部５９５は、隣接する時間間隔ｔｍ－１、ｔｍにおける画像データＤｍ－１、Ｄｍの候補位置Ｇ(ｍ－１)ｉとＧｍｉとの距離ｄ（（ｍ－１）ｉ、ｍｊ）を全ての組み合わせ（ｍ＝２，・・・，Ｎ；ｉ，ｊ＝１，２，３）について算出し、算出した距離を移動可能距離ｒdと比較する。この比較を行った結果、移動可能距離ｒdよりも小さくかつ最小となる距離ｄ（（ｍ－１）ｉ，ｍｊ）を与える候補位置Ｇ(ｍ－１)jを、候補位置Ｇｍｉの接続情報として記憶部５６に記憶する。なお、あるｍに対して全ての距離ｄ（（ｍ－１）ｉ，ｍｊ）が移動可能距離ｒdより大きい場合、軌跡算出部５９５は、その候補位置Ｑmiの接続情報を記憶しない。
　続いて、軌跡算出部５９５は、各候補位置Ｇｍｉとその候補位置の接続情報とを用いてカプセル型内視鏡３の軌跡を推定する（ステップＳ１３）。
　図１２は、軌跡推定処理の概要を示すフローチャートである。図１２において、軌跡算出部５９５は、最後の時刻ｔｍの一つ前の時刻ｔｍ-1を設定する（ステップＳ２１）。
　この後、軌跡算出部５９５は、時刻ｔｍにおける候補位置のラベルを示すパラメータｉを初期値１にセットする（ステップＳ２２）。
　続いて、軌跡算出部５９５は、時刻ｔｍにおける候補位置Ｇｍｉの接続情報を記憶部５６から読み出す（ステップＳ２３）。
　候補位置Ｇｍｉにおける接続情報Ｇ(ｍ－１)ｊが存在する場合（ステップＳ２４：Ｙｅｓ）、軌跡算出部５９５は、候補位置Ｇｍｉが時刻ｔｍ+１における候補位置Ｇ（ｍ+１)ｊと接続しているか否かを判定する（ステップＳ２５）。候補位置Ｇｍｉが時刻ｔｍ+１における候補位置Ｇ(ｍ+１)ｊのいずれかと接続している場合（ステップＳ２５：Ｙｅｓ）、換言すれば、候補位置Ｇｍｉが、時刻ｔｍ+１における候補位置Ｇ(ｍ+１)ｊのいずれかの接続情報である場合、軌跡算出部５９５は、接続される経路情報を記憶部５６に記憶する（ステップＳ２６）。
　一方、候補位置Ｇｍｉが時刻ｔｍ+１における候補位置Ｇ(ｍ+１)ｊのいずれとも接続しない場合（ステップＳ２５：Ｎｏ）、換言すれば、候補位置Ｇｍｉが、時刻ｔｍ+１における候補位置Ｇ(ｍ+１)ｊのいずれかの接続情報にもなっていない場合、軌跡算出部５９５は、新たな経路情報（時刻ｔｍと時刻ｔｍ+１との間で経路が途切れているという情報）を記憶部５６に記憶する（ステップＳ２７）。
　ステップＳ２６またはＳ２７の後、パラメータｉが３未満である場合（ステップＳ２８：Ｙｅｓ）、軌跡算出部５９５は、ｉを１増やしてｉ＋１とし（ステップＳ２９）、ステップＳ２３へ戻る。
　ステップＳ２６またはＳ２７の後、パラメータｉが３未満でない場合（ステップＳ２８：Ｎｏ）、時刻のパラメータｍがｍ＞２であれば（ステップＳ３０：Ｙｅｓ）、軌跡算出部５９５は、ｍを１減少させてｍ－１とし（ステップＳ３１）、ステップＳ２２へ戻る。一方、ｍ≦２であれば（ステップＳ３０：Ｎｏ）、軌跡算出部５９５は軌跡推定処理（図１０のステップＳ１３）を終了する。
　このようにして、軌跡算出部５９５は軌跡を算出し、各時刻におけるカプセル内視鏡３の位置を推定する。
　図１３Ａ及び図１３Ｂは、実施の形態３の受信装置５Ａにより算出したカプセル型内視鏡３の被検体２内での軌跡を画像表示装置６のモニタ部６ｃに表示した例である。図１３Ａに示すように、モニタ部６ｃは、被検体２内におけるカプセル型内視鏡３の撮像位置を直線で接続して、被検体２内でのカプセル型内視鏡３の移動軌跡を示す副画像領域６１と、カプセル型内視鏡３が撮像した画像データを表示する主画像表示領域６２とを備える。
　また、副画像領域６１の右側に示す符号Ａ，Ｂ，Ｃは体腔内における臓器の概略の位置を示し、具体的には符号Ａは食道、Ｂは小腸、Ｃは大腸を表す。また、位置Ｐｉは、主画像表示領域６２に表示する画像データの撮像位置として推定された位置を示している。推定した撮像位置Ｐｉを直線で接続し、これを軌跡として示す図１３Ａの他に、例えば図１３Ｂに示すように、隣接する各撮像位置の間をスプライン補間のような補間処理を行い、推定したカプセル型内視鏡３の撮像位置を滑らかな曲線で接続するように表示してもよい。
　本実施の形態３では、ノイズ等の影響を受けることなく、カプセル型内視鏡３の位置および向きを推定できるため、より正確なカプセル型内視鏡３の位置および向きを求めることが可能となる。また、カプセル型内視鏡３の位置および向きを推定するとともに、画像表示装置６にカプセル型内視鏡３の被検体２内での移動軌跡を表示するため、撮像された画像が体腔内におけるどの位置で撮像されたかを容易に判断することができ、効率良く診断を行うことができる。また、得られた画像から病変部の可能性があり、その部位をより詳細に内視鏡検査する必要があるような場合にも、その位置を精度良く推定できるため、円滑かつ短時間にその部位にアプローチすることができ、再検査や処置等を効率良く行うことができる。
　本発明の受信装置およびカプセル型内視鏡システムは、被検体内に導入したカプセル型内視鏡の位置検出に有用であり、特に、該カプセル型内視鏡が撮像した画像データを画像処理装置で診断処理する場合に適している。
　１　　　　　　　　　　　　　カプセル型内視鏡システム
　２　　　　　　　　　　　　　被検体
　３　　　　　　　　　　　　　カプセル型内視鏡
　４　　　　　　　　　　　　　受信アンテナユニット
　５、５Ａ　　　　　　　　　　受信装置
　６　　　　　　　　　　　　　画像表示装置
　６ａ　　　　　　　　　　　　クレードル
　６ｂ　　　　　　　　　　　　操作入力デバイス
　６ｃ　　　　　　　　　　　　モニタ部
　４０ａ～４０ｈ　　　　　　　受信アンテナ
　４１ａ～４１ｈ　　　　　　　アンテナ部
　４２ａ～４２ｈ　　　　　　　能動回路
　４３ａ～４３ｈ　　　　　　　アンテナケーブル
　４４　　　　　　　　　　　　シート
　４９　　　　　　　　　　　　アンテナ切替選択スイッチ部
　５０　　　　　　　　　　　　送受信回路
　５１　　　　　　　　　　　　信号処理回路
　５２　　　　　　　　　　　　受信電界強度検出部
　５３　　　　　　　　　　　　アンテナ電源切替選択部
　５４　　　　　　　　　　　　表示部
　５５　　　　　　　　　　　　操作部
　５６　　　　　　　　　　　　記憶部
　５７　　　　　　　　　　　　Ｉ／Ｆ部
　５８　　　　　　　　　　　　電源部
　５９　　　　　　　　　　　　制御部
　５３１　　　　　　　　　　　電源切替選択スイッチ部
　５３２　　　　　　　　　　　異常検出部
　５９１　　　　　　　　　　　選択制御部
　５９２　　　　　　　　　　　異常情報付加部
　５９３　　　　　　　　　　　電界強度比較部
　５９４　　　　　　　　　　　位置決定部
　５９５　　　　　　　　　　　軌跡算出部

Claims (10)

  1. 　被検体内のカプセル型内視鏡から送信された無線信号を複数の受信アンテナにより受信する受信アンテナユニットと、
    　前記カプセル型内視鏡の被検体内での位置、または位置および向きに応じた、前記各受信アンテナが受信する前記無線信号の理論電界強度を記憶する記憶手段と、
    　前記各受信アンテナが受信した前記無線信号の受信電界強度と前記記憶手段に記憶された理論電界強度との差を用いて算出される所定値を比較する比較手段と、
    　前記比較手段による比較結果に基づいて、画像データが撮影された前記カプセル型内視鏡の位置、または位置および向きを決定する決定手段と、
    　を備えたことを特徴とするカプセル型内視鏡の位置検出装置。
  2. 　前記記憶手段は、前記カプセル型内視鏡が存在しうる被検体内での領域を分割したことによって得られる複数の部分領域毎に、前記カプセル型内視鏡の向きに応じた理論電界強度を記憶することを特徴とする請求項１に記載のカプセル型内視鏡の位置検出装置。
  3. 　前記比較手段は、前記部分領域および前記向き毎に、前記記憶手段に記憶された理論電界強度と前記受信電界強度との残差二乗和を前記所定値として算出し、
    　前記決定手段は、前記残差二乗和が最も小さい領域および向きの組み合わせから、前記画像データが撮影された前記カプセル型内視鏡の位置、または位置および向きを決定することを特徴とする請求項２に記載のカプセル型内視鏡の位置検出装置。
  4. 　前記比較手段は、少なくとも２段階以上の階層に分割された前記部分領域および前記向きに応じた前記残差二乗和を、前記分割された階層毎に算出し、
    　前記決定手段は、前記比較手段による比較結果に基づき、前記カプセル型内視鏡が存在する領域を階層毎に限定して、前記画像データが撮影された前記カプセル型内視鏡の位置および向きを決定することを特徴とする請求項３に記載のカプセル型内視鏡の位置検出装置。
  5. 　前記比較手段は、前記画像データ毎に、残差二乗和が最も小さいものから順に所定数の領域および向きを、前記カプセル型内視鏡の位置および向きの候補として抽出し、
    　前記決定手段は、時間的に前後する前記画像データにおける各候補位置間の距離および／または前記残差二乗和から、各画像データが撮影された前記カプセル型内視鏡の位置、または位置および向きを決定することを特徴とする請求項３に記載のカプセル型内視鏡の位置検出装置。
  6. 　前記受信アンテナユニットは、前記複数の受信アンテナを配置したシート状をなすことを特徴とする請求項１に記載のカプセル型内視鏡の位置検出装置。
  7. 　前記決定手段が決定したカプセル型内視鏡の位置からカプセル型内視鏡の軌跡を算出する軌跡算出手段を備えることを特徴とする請求項１に記載のカプセル型内視鏡の位置検出装置。
  8. 　被検体内の画像データを取得するカプセル型内視鏡と、
    　前記カプセル型内視鏡から送信される画像データを受信し、受信した画像データが撮像された前記カプセル型内視鏡の位置および向きを推定する請求項１～７のいずれか一つに記載の位置検出装置と、
    　前記受信アンテナから画像データおよび該画像データの位置情報を取得し、取得した前記画像データおよび位置情報を表示する画像表示手段と、
    を備えることを特徴とするカプセル型内視鏡システム。
  9. 　前記画像表示手段は、前記画像データを表示するとともに、前記軌跡算出手段が算出したカプセル型内視鏡の被検体内での移動軌跡を表示することを特徴とする、請求項８に記載のカプセル型内視鏡システム。
  10. 　被検体内のカプセル型内視鏡から送信される画像データを受信し、受信した画像データが撮像された前記カプセル型内視鏡の位置および向きを推定する位置検出装置に、
    　受信アンテナユニットの複数の受信アンテナが受信した前記カプセル型内視鏡が送信する無線信号を取得する無線信号取得手順と、
    　前記カプセル型内視鏡の被検体内での位置、または位置および向きに応じた、前記各受信アンテナが受信する前記無線信号の理論電界強度を、記憶手段から取得する理論強度取得手順と、
    　前記各受信アンテナが受信した前記無線信号の受信電界強度と前記記憶手段に記憶された理論電界強度との差を用いて算出される所定値を比較する比較手順と、
    　前記比較手順による比較結果に基づいて、前記画像データが撮影された前記カプセル型内視鏡の位置、または位置および向きを決定する位置決定手順と、
    　を実行させることを特徴とするカプセル型内視鏡の位置決定プログラム。 
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