WO2022030458A1 - カプセル内視鏡システム - Google Patents

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capsule
endoscopy system
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大塚尚武
進藤康則
大塚嘉武
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株式会社ミュー
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    • A61B1/04—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor combined with photographic or television appliances
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K33/00—Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system
    • H02K33/18—Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system with coil systems moving upon intermittent or reversed energisation thereof by interaction with a fixed field system, e.g. permanent magnets

Definitions

  • the present invention relates to a system for driving a capsule-like body containing a permanent magnet, and more particularly to a system including a capsule endoscope having a permanent magnet and an external magnetic field generator for driving the capsule endoscope. be.
  • the capsule endoscope includes a lighting and an imaging device for imaging the inside of the body, a wireless transmission device for transmitting the captured image, and the like.
  • a method of driving this capsule endoscope a method using a magnetic field is widely known.
  • a magnetic field application unit and an information acquisition unit that acquires physical information regarding the magnetic induction of the capsule endoscope.
  • the magnetic field condition is set based on the physical information acquired by the information acquisition unit, and the magnetic field application unit is controlled so that the magnetic field corresponding to the set magnetic field condition is applied to the capsule endoscope.
  • a device including a control unit for controlling the magnetic induction of the above has been proposed (for example, Patent Document 1).
  • the device described in Patent Document 1 sets a magnetic field condition based on the physical information acquired by the information acquisition unit that acquires physical information regarding the magnetic induction of the capsule endoscope, thereby performing the capsule endoscope with high accuracy. Can be induced.
  • the magnetic field application part which is the magnetic field generation source for guiding the capsule endoscope, and therefore, the capsule endoscope can be moved efficiently or good operability can be obtained. It is unclear if it will be possible. It is very important for doctors to be able to use the medical device easily, and it is desirable that the medical device has no risk of erroneous operation even if it is not skilled in operation.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and provides a capsule endoscope system having high operability and enabling the movement of a capsule endoscope at high speed.
  • the capsule endoscopy system of the present invention is a capsule endoscopy system including a capsule endoscope having a permanent magnet and an external magnetic field generator for driving the capsule endoscope, and the external magnetic field.
  • the apparatus comprises three sets of electromagnets provided at opposite positions on three orthogonal axes, and each set of electromagnets is characterized in that it is possible to pass a different arbitrary current to each of the opposing electromagnets. It is a thing.
  • the capsule endoscope moves naturally by devising a magnetic field application device. Is guaranteed.
  • the capsule endoscope can be moved quickly even in a liquid having a large resistance, and the examination time can be shortened.
  • top surface schematic diagram and (b) side surface schematic diagram of the capsule endoscope of this invention It is (a) top surface schematic view and (b) side surface schematic view of the capsule endoscope of this invention. It is (a) top surface schematic view and (b) side surface schematic view of the capsule endoscope of another structure of this invention. It is (a) top surface schematic view and (b) side surface schematic view of the capsule endoscope of still another structure of this invention. It is (a) top view schematic and (b) side surface schematic view of the magnetic field application device of the capsule endoscopy system of this invention. It is a figure for demonstrating the generated magnetic field of the magnetic field application device of the capsule endoscopy system of this invention, (a) is a magnet arrangement drawing, (b) is a generated magnetic field.
  • Embodiment 1 The capsule endoscope system according to the present invention operates a capsule endoscope in the body, for example, in the stomach or intestine by a magnetic field applied from the outside. First, the configuration of the capsule endoscopy system will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
  • the capsule endoscope system of the present invention includes a capsule endoscope 1 having a permanent magnet 3 and an external magnetic field generator 10 for driving the capsule endoscope 1.
  • the external magnetic field generator 10 includes three sets of electromagnets 11, 12, 21, 22, 31, and 32 provided at positions facing each other on three orthogonal axes, and the electromagnets 11 and 12 facing each other in the X-axis direction. Can carry any different current. The same applies to the electromagnets 21 and 22 facing each other in the Y-axis direction and the electromagnets 31 and 32 facing each other in the Z-axis direction.
  • FIG. 1 is a schematic view of (a) a top surface and a schematic view of (b) a side surface of the capsule endoscope 1 of the present invention.
  • a permanent magnet 3 having a magnetic pole in the longitudinal direction thereof is provided in the capsule-shaped housing 2.
  • the size of the housing 2 is such that it can be taken into the body orally, and the material is made of a material that has no adverse effect on the human body and is not dissolved by gastric acid or the like.
  • the permanent magnet 3 may be one magnet as shown in FIGS. 1 and 2, or may be a plurality of magnets divided in the magnetization direction. By dividing in the magnetization direction, the distance between the magnetic poles can be increased and the magnetic moment can be increased.
  • the capsule endoscope Similar to the conventional capsule endoscope, it has a transmission function such as a wireless transmitter that can image the stomach wall and transmit the captured image data to the outside. That is, it includes a power source such as an illumination such as an LED, an image pickup device such as a CCD, a transmission means, and a battery for driving them. Since these are not essential elements of the present invention, they are not shown in FIG.
  • a fin 4 may be provided at one end in the longitudinal direction of the capsule. As shown by the arrow in FIG. 1 (b), the fin 4 has a rotation axis orthogonal to the longitudinal direction of the capsule endoscope 1, and reciprocates as shown by the arrow.
  • the fin 4 may be fixed to the housing 2 by adhesion, fitting, or the like.
  • the fin 4 and the rubber 4a or the like that wraps a part of the housing 2 can be integrated and attached so as to cover the capsule body.
  • a cylindrical rubber provided with a fin 4 may be fitted into the housing 2.
  • the specific gravity of the entire capsule endoscope 1 is substantially the same as the specific gravity of the fluid in the inspected portion. This is because if the specific gravity of the fluid to be inspected is substantially the same, the buoyancy hardly works, and therefore the capsule endoscope 1 can be moved in any direction with almost the same force.
  • the material of the fin 4 may be mixed with magnetic powder having magnetic poles in the longitudinal direction of the housing 2, or the fin 4 may be formed of a magnet.
  • the housing 2 instead of using the permanent magnet 3, the housing 2 may be covered with a cover 30 made of rubber or the like containing magnetic powder having magnetic poles in the longitudinal direction of the housing 2, or the housing 2 may be covered with a magnet.
  • the cover 30 may be configured.
  • a fin 4 or a cover 30 can be manufactured by mixing magnet powder of a rare earth magnet with an elastomer resin or the like, and by using the fin 4 or a cover 30, a permanent magnet such as a bar magnet can be eliminated.
  • FIG. 4 is a schematic top view (a) and a schematic side view (b) of the magnetic field application device of the capsule endoscopy system of the present invention.
  • a space for the test subject 40 is provided in the center, and in the space for the test subject, for example, a bed on which the test subject can lie is arranged.
  • Three sets of electromagnets 11, 12, 21, 22, 31, and 32 provided at opposite positions on three orthogonal axes are arranged so as to surround the space 40 for the test subject.
  • the respective electromagnets 11, 12, 21, 22, 31, and 32 are, for example, Helmholtz coils, which may be air-core coils or coils having a magnetic core such as iron. Further, a cooling fan may be provided to prevent overheating, or water cooling may be provided.
  • a power supply device (not shown) is independently connected to each of the six electromagnets 11, 12, 21, 22, 31, and 32, and any size can be attached to each of the electromagnets 11, 12, 21, 22, 31, and 32. The current can flow independently.
  • a controller (not shown) for controlling the six power supply devices is provided, and the current flowing through the six electromagnets 11, 12, 21, 22, 31, and 32 can be controlled.
  • a current of the same magnitude is passed through a set of opposing electromagnets in the same direction, but in the present invention, different arbitrary currents are passed through the facing X-direction electromagnets 11 and 12. be able to.
  • FIG. 5A and 5B are views for explaining the generated magnetic field of the magnetic field applying device of the capsule endoscopy system of the present invention, in which FIG. 5A is a magnet arrangement diagram of opposing X-direction electromagnets 11 and 12, and FIG. 5B is a generation. It is a magnetic field.
  • Each generated magnetic field is a magnetic field on the central axis of the X-direction electromagnet 11 and the X-direction electromagnet 12.
  • FIG. 5C is a minute coefficient in the X direction of each generated magnetic field.
  • the direction in which the magnetic field lines are directed to the right is defined as the positive direction.
  • the generated magnetic field is positive
  • the north pole of the permanent magnet of the capsule endoscope points to the right in the figure
  • the north pole of the permanent magnet of the capsule endoscope points to the left in the figure.
  • the fine coefficient in the X direction of the generated magnetic field it advances to the right when the N pole of the permanent magnet points to the right, and to the left when the N pole of the permanent magnet points to the left. Proceed to.
  • the traveling direction of the capsule endoscope is as follows.
  • the fine coefficient in the X direction of the synthetic magnetic field Htotal shown in FIG. 5 (c) becomes zero at the vicinity of the position X1 of the X-direction electromagnet 11, the vicinity of the position X2 of the X-direction electromagnet 12, and the center Xc thereof.
  • the X-direction electromagnet 11 and the X-direction electromagnet 12 can be controlled independently. For example, it is possible to pass a current only through the X-direction electromagnet 11 without passing a current through the X-direction electromagnet 12. At this time, only H11 in FIG. 5B is applied. Since the generated magnetic field of H11 is positive between X1 and X2 and its fine coefficient in the X direction is negative between X1 and X2, the capsule endoscope 1 at an arbitrary position between X1 and X2 advances to the left. (Reverse to the right), can cross the center Xc.
  • a current is not passed through the X-direction electromagnet 11 and a current is passed only through the X-direction electromagnet 12, it can move to the right (forward to the right). In this way, by independently controlling the current flowing through the two opposing electromagnets, the position of the capsule endoscope can be moved to a desired position.
  • the capsule endoscopy system of the present invention for example, it is possible to pass a current through the X-direction electromagnet 12 and at the same time pass a current through the orthogonal directions, for example, the Z-direction electromagnets 31 and 32. It is also possible to apply an alternating current of about 10 Hz to the Z-direction electromagnets 31 and 32 independently or simultaneously to generate an alternating current in the z-direction. Then, the capsule endoscope 1 vibrates in the z direction around the position of the center of gravity. Capsule endoscopy is often used along the inner wall of the organ to be examined. For example, when examining the stomach, the capsule endoscope is moved along the stomach wall to observe the inside of the stomach.
  • the position of the capsule endoscope is stable and observation is easy.
  • by vibrating the capsule endoscope 1 in the direction orthogonal to the stomach wall it becomes possible to significantly reduce the frictional resistance with the stomach wall, and the capsule endoscope can be moved smoothly and quickly along the stomach wall. Can be done.
  • the capsule endoscope even when the capsule endoscope enters between the folds of the stomach wall, it can be easily escaped by moving it while applying a vibrating magnetic field. In this case, it may be easier to escape by applying an oscillating magnetic field in a direction parallel to the traveling direction.
  • the fin 4 shown in FIG. 1 or the like the fin 4 vibrates to obtain a larger driving force.
  • the capsule endoscope can be almost stopped at a desired position. Then, by passing an electric current through the electromagnets orthogonal to each other, it is possible to form a synthetic magnetic field in an arbitrary direction, and the capsule endoscope can be aimed at an arbitrary angle at an arbitrary position.
  • the present invention provides a capsule endoscopy system that is easy to operate as a medical device, particularly an inspection device, and enables rapid inspection. By reducing the risk of erroneous operation by the doctor and shortening the examination time, it is possible to reduce the load on the subject.
  • the features of the present invention are listed below.
  • the vibration magnetic field can be applied in a direction different from the traveling direction of the capsule endoscope, particularly in a direction substantially orthogonal to the traveling direction, friction with the mucous membrane (organ wall) is reduced, and the capsule endoscope can be moved more easily. become.
  • This makes it possible to move the capsule endoscope at high speed even in a highly viscous fluid.
  • a narrow flow path such as the small intestine
  • sufficient propulsive force can be obtained even while in contact with the wall of the small intestine. Therefore, great features such as shortening of inspection time and expansion of inspectable parts can be obtained.
  • a larger driving force can be obtained.
  • the gastrointestinal peristalsis slowly advances the gastrointestinal pathway.
  • the peristalsis of the digestive system increases the propulsive force.
  • a vibrating magnetic field is applied in a direction different from the traveling direction of the capsule endoscope, it has the effect of activating peristalsis by stimulating the organ wall of the digestive system. This effect becomes noticeable when capsule endoscopy progresses within long-path organs such as the small intestine and large intestine.
  • Vibration in a direction different from the traveling direction of the capsule endoscope strongly stimulates the organ walls of the small and large intestines and activates peristalsis, thereby accelerating the capsule endoscope.
  • the small intestine is thin and intricately winding, and it is difficult to drive it only with a static magnetic field. This is because it is extremely difficult to control the direction of the static magnetic field according to the winding and elongated path.
  • a vibrating magnetic field is applied and used as a driving force, it becomes a driving force in the forward direction, so that it is possible to proceed along a complicated path together with the propulsive force by peristalsis.
  • the capsule endoscope by applying a vibrating magnetic field in a direction different from the traveling direction of the capsule endoscope, friction with the mucous membrane (organ wall) is reduced and peristalsis is activated. Due to these effects, the transit time can be significantly shortened even in a narrow, long and winding organ such as the small intestine and the large intestine. Further, in a narrowed part such as the small intestine or a fold part of the large intestine, the capsule endoscope may be caught and stay. Since it is possible to run in the reverse direction as shown in Table 1, it is possible to return in the direction opposite to the peristaltic direction.
  • the capsule endoscope of the present invention can be suitably used in the stomach, but is particularly suitable for examination of the small intestine and the large intestine.
  • the specific gravity of the capsule endoscope substantially the same as the specific gravity of the fluid in the inspected part, it is possible to proceed in any direction with the same propulsive force.
  • This enables more intuitive and smooth operation, and further improves operability.
  • the capsule endoscope tends to settle and close observation of the organ wall is possible, but it hits the bottom wall of the stomach or the like and moves due to contact resistance. It becomes difficult.
  • the specific densities are substantially the same, this situation will disappear, and by giving a small ascending propulsive force, it will be possible to run while floating on the water surface, and stable running and shooting will be possible. Depending on the shooting location or the purpose of the user, it is possible to shoot from either near the part to be inspected or from the surface of the water.
  • Embodiment 2 the current generating means to be passed through the three sets of electromagnets provided at the opposite positions on the three orthogonal axes of the external magnetic field device is not particularly described.
  • the signal from the controller is amplified to a large amount of electric power by an amplifier, and the output from this amplifier causes a large amount of current to flow through each electromagnet. Therefore, one amplifier was required for each of the six electromagnets.
  • the current flowing through the electromagnet is as high as 20 amperes, it is necessary to use as many as six very large and expensive amplifiers.
  • the external magnetic field generator includes three sets of electromagnets provided at opposite positions on three orthogonal axes, a controller 101 for determining the current flowing through each of the above three sets of electromagnets, and a plurality of devices for amplifying the output of the controller 101. It is equipped with an amplifier. What is characteristic of this embodiment is that a simpler configuration is taken for at least one set of electromagnets 91 and 92 of the three sets of electromagnets provided at positions facing each other on the three orthogonal axes. ..
  • the amplifier 102 is one, and has a switch 103 for switching which electromagnet 91 or 92 the output current of this amplifier is to flow to, and the controller sets the set.
  • a signal for determining which electromagnet of the electromagnet the current flows through is output to the switch, and a signal for determining the current to flow through the electromagnet is output to the one amplifier.
  • the electromagnets 91 and 92 are a pair of opposing electromagnets, and may be a pair of opposing magnets on any of the X-axis, Y-axis, or Z-axis.
  • the controller 101 outputs the output I proportional to the current flowing through the electromagnet to the amplifier 102, and the amplifier 102 outputs the current amplified a times to the switch 103. From the controller 101, a switching signal designating an output to the electromagnet 91 is output to the switch 103, and the current aI output from the amplifier 102 is output to the electromagnet 91.
  • the controller 101 outputs a switching signal designating an output to the electromagnet 92 to the switch 103, and the current aI output from the amplifier 102 is output to the electromagnet 92.

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Abstract

操作が容易であり、かつ迅速な検査を可能としたカプセル内視鏡システムを提供する。本発明に係るプセル内視鏡システムは、永久磁石を有するカプセル内視鏡と、上記カプセル内視鏡を駆動するための外部磁場発生装置とを具備するカプセル内視鏡システムであって、前記外部磁場発生装置は、直交する３軸において対向する位置に設けられた３組の電磁石を備え、上記各組の電磁石は、対向するそれぞれの電磁石に異なる任意の電流を流すことが可能なことを特徴とするものである。

Description

カプセル内視鏡システム
　本発明は、永久磁石を内在したカプセル状体を駆動するシステムに関するものであり、特に、永久磁石を有するカプセル内視鏡とそれを駆動するための外部磁場発生装置とを具備したシステムに関するものである。
　体内に経口投与され、体内の情報を得ることができるカプセル内視鏡システムが実用化されている。
　カプセル内視鏡は、体内を撮像するための照明や撮像装置、および撮像画像を送信するための無線送信装置等を備えている。このカプセル内視鏡の駆動方法としては、磁場を用いる方法が広く知られている。
　例えば、被検体内部のカプセル内視鏡に最適な条件の磁場を印加して高精度に磁気誘導するため、磁場印加部と、カプセル内視鏡の磁気誘導に関する物理情報を取得する情報取得部と、情報取得部が取得した物理情報をもとに磁場条件を設定し、この設定した磁場条件に対応する磁場をカプセル内視鏡に印加するように磁場印加部を制御して、カプセル内視鏡の磁気誘導を制御する制御部とを備えた装置が提案されている（例えば、特許文献１）。
特許第５１９９０２０号
　特許文献１に記載の装置は、カプセル内視鏡の磁気誘導に関する物理情報を取得する情報取得部が取得した前記物理情報をもとに磁場条件を設定することで、高精度にカプセル内視鏡を誘導することができるとしている。
　しかしながら、カプセル内視鏡を誘導する磁場発生源である磁場印加部についての具体的な開示は無く、したがって、カプセル内視鏡を効率良く移動させることができるか、あるいは、良好な操作性が得られるかについては不明である。
　医療装置は、医師が簡便に使いこなせることが非常に重要であり、操作に熟練していなくとも、誤操作のリスクがないものが望まれる。
　本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、高い操作性を有するとともに、高速でのカプセル内視鏡の移動を可能にしたカプセル内視鏡システムを提供するものである。
　本発明のカプセル内視鏡システムは、永久磁石を有するカプセル内視鏡と、上記カプセル内視鏡を駆動するための外部磁場発生装置とを具備するカプセル内視鏡システムであって、前記外部磁場装置は、直交する３軸において対向する位置に設けられた３組の電磁石を備え、上記各組の電磁石は、対向するそれぞれの電磁石に異なる任意の電流を流すことが可能なことを特徴とするものである。
　医療装置は、医師が簡便に使いこなせることが非常に重要であり、操作に熟練していなくとも、誤操作のリスクがないものが望まれる。すなわち、カプセル内視鏡を簡便に移動させることが必要である。このためには、カプセル内視鏡が直感的に違和感のない動きをすることが大事であり、本発明においては、磁場印加装置を工夫することで、カプセル内視鏡が自然な動きをすることを担保している。
　また、患者（被検者）の負荷を軽減するため、迅速に検査が完了することも大切である。本発明においては、抵抗の大きい液体内でもカプセル内視鏡が迅速に動くことを可能にし、検査時間の短縮を可能としている。
本発明のカプセル内視鏡の（ａ）上面概略図と（ｂ）側面概略図である。 本発明の別の構成のカプセル内視鏡の（ａ）上面概略図と（ｂ）側面概略図である。 本発明のさらに別の構成のカプセル内視鏡の（ａ）上面概略図と（ｂ）側面概略図である。 本発明のカプセル内視鏡システムの磁場印加装置の（ａ）上面概略図と（ｂ）側面概略図である。 本発明のカプセル内視鏡システムの磁場印加装置の発生磁場を説明するための図であり、（ａ）は磁石配置図、（ｂ）は発生磁場である。 本発明のカプセル内視鏡システムの印加磁場の一例であり、鋸歯状に時間変化する磁場を示す図である。 本発明の実施の形態２のカプセル内視鏡システムの外部磁場発生装置の構成例である。
　実施の形態１．
　本発明に係るカプセル内視鏡システムは、体内において、例えば、胃や腸の中において、外部から印加される磁場によりカプセル内視鏡を操作するものである。
　まず、カプセル内視鏡システムの構成について、図１と図２を用いて説明する。
＜カプセル内視鏡システムの構成＞
　本発明のカプセル内視鏡システムは、永久磁石３を有するカプセル内視鏡１と、カプセル内視鏡１を駆動するための外部磁場発生装置１０とを具備する。そして、外部磁場発生装置１０は、直交する３軸において対向する位置に設けられた３組の電磁石１１、１２，２１、２２、３１、３２を備え、Ｘ軸方向において対向する電磁石１１と１２には異なる任意の電流を流すことができる。Y軸方向において対向する電磁石２１と２２についても、Z軸方向において対向する電磁石３１と３２についても同様である。
　＜カプセル内視鏡の構成＞
　図１は、本発明のカプセル内視鏡１の（ａ）上面概略図と（ｂ）側面概略図である。カプセル状の筐体２内に、その長手方向に磁極を持つ永久磁石３が設けられている。筐体２の大きさは、経口にて体内に取り込むことができる程度の大きさであり、材質は人体に悪影響が無く、且つ胃液等によって溶解しない材料で構成されている。
　永久磁石３は、図１、図２に示すような１個の磁石であっても良いし、磁化方向に分割した複数の磁石であっても良い。磁化方向に分割することで、磁極間距離を大きくし、磁気モーメントを大きくすることができる。
　従来のカプセル内視鏡と同様に、胃壁等を撮像し、撮像した画像データを外部に送信できる無線送信器等の送信機能を有している。すなわち、ＬＥＤ等の照明、ＣＣＤ等の撮像装置、送信手段、それらを駆動するためのバッテリー等の電源を備えている。なお、これらについては、本発明の本質的要素ではないため、図１においては、図示を省略している。
　また、駆動力を向上させるために、カプセルの長手方向の一端にヒレ４を設けても良い。ヒレ４は、図１（ｂ）の矢印で示すように、カプセル内視鏡１の長手方向に直交する回転軸を有するものであり、矢印のように往復回動運動するものである。
　ヒレ４は、筐体２に接着、はめこみ等により固定しても良い。
　あるいは、図２に示すように、ヒレ４と筐体２の一部を包み込むラバー４ａ等とを一体にし、カプセル体を覆うようにして装着することもできる。ヒレ４を設けられた例えば円筒ラバーを筐体２にはめ込ようにしても良い。
　さらに、カプセル内視鏡１全体の比重は、被検査部の流体の比重と略同一にすることが望ましい。被検査部の流体の比重と略同一にすれば、浮力がほとんど働かず、したがって、任意の方向にほぼ同じ力でカプセル内視鏡１を移動させることができるからである。
　なお、永久磁石３を用いずに、ヒレ４の構成材料に筐体２の長手方向に磁極を持つ磁性粉を混合しても良いし、磁石でヒレ４を構成しても良い。あるいは、図３に示すように、永久磁石３を用いずに、筐体２の長手方向に磁極を持つ磁性粉を含むラバー等からなるカバー３０で筐体２を覆っても良いし、磁石でカバー３０を構成しても良い。例えば、希土類磁石の磁石粉をエラストマー樹脂等に混ぜて成形する等により、ヒレ４やカバー３０を作製し、それを用いることで棒磁石等の永久磁石が不要にできる。
　このように磁性粉を含むラバー等の材料を用いることで、棒磁石等の永久磁石を用いる必要がなくなり、カプセル内視鏡の軽量化や小型化が図れる。被検査部の流体の比重と略同一にすることも容易になる。また、従来から使用されている小腸や大腸用の内視鏡カプセル内には磁石が設けられていない。そういった内視鏡カプセルを胃や腸の検査用の内視鏡カプセルに変えることも可能になる。あるいは、カプセル内に磁石が設けられていないどのようなタイプのカプセル内視鏡であっても、磁石を設けたカプセル内視鏡とすることが容易にできる。
　＜電磁石の構成＞
　図４は、本発明のカプセル内視鏡システムの磁場印加装置の（ａ）上面概略図と（ｂ）側面概略図である。中央には、被試験者用空間４０が設けられ、被試験者用空間４０内には、例えば、被試験者が横たわることができるベッドが配置されている。被試験者用空間４０を取り囲むように、直交する３軸において対向する位置に設けられた３組の電磁石１１、１２，２１、２２、３１、３２が配置されている。ひとつの水平方向に磁場を印加するための対向する一組のＸ方向電磁石１１、１２と、それに略直交する水平方向に磁場を印加するための対向する一組のＹ方向電磁石２１、２２と、鉛直方向に磁場を印加するための対向する一組のＺ方向電磁石３１、３２である。
　それぞれの電磁石１１、１２，２１、２２、３１、３２は、例えばヘルムホルツコイルであり、空芯コイルであっても良いし、鉄等の磁芯を持ったコイルであっても良い。また、過熱を防止するために冷却ファンを設けても良いし、水冷しても良い。
　６個の電磁石１１、１２，２１、２２、３１、３２それぞれに、電源装置（図示せず）が独立して接続され、それぞれの電磁石１１、１２，２１、２２、３１、３２に任意の大きさの電流を独立して流すことができる。
　また、６個の電源装置をコントロールするためのコントローラー（図示せず）が設けられ、６個の電磁石１１、１２，２１、２２、３１、３２に流す電流を制御することができる。
　通常の電磁石装置においては、対向する１組の電磁石には同方向で同じ大きさの電流を流すが、本発明においては、対向するＸ方向電磁石１１と１２には、それぞれ異なる任意の電流を流すことができる。対向するＹ方向電磁石２１と２２、対向するＺ方向電磁石３１と３２についても同様である。
＜カプセル内視鏡システムの動作＞
　次に、このカプセル内視鏡システムの動作について説明する。
　上述したように、対向するそれぞれの電磁石に異なる任意の電流を流すことが可能である。この構成のメリットについて説明する。
　図５は、本発明のカプセル内視鏡システムの磁場印加装置の発生磁場を説明するための図であり、（ａ）は対向するＸ方向電磁石１１と１２の磁石配置図、（ｂ）は発生磁場である。発生磁場については、Ｘ方向電磁石１１が発生する磁場Ｈ１１、Ｘ方向電磁石１２が発生する磁場Ｈ１２、および、磁場Ｈ１１と磁場Ｈ１２の合成磁場Ｈｔｏｔａｌ＝Ｈ１１＋Ｈ１２を示している。各発生磁場は、Ｘ方向電磁石１１とＸ方向電磁石１２の中心軸上での磁場である。
　また、図５（ｃ）はそれぞれの発生磁場のＸ方向の微係数である。
　図５（a）で磁力線が右向きとなる方向を正方向と定義する。
発生磁場が正の時にカプセル内視鏡の永久磁石のN極が図において右方向を向き、一方、発生磁場が負の時にカプセル内視鏡の永久磁石のN極が図において左方向を向く。そして、発生磁場のＸ方向の微係数が正の場合には、永久磁石のN極が右を向いている場合には右に進み、永久磁石のN極が左を向いている場合には左に進む。また、発生磁場のＸ方向の微係数が負の場合には、永久磁石のN極が右を向いている場合には左に進み（後進）、永久磁石のN極が左を向いている場合には右に進む（後進）。結果として、カプセル内視鏡の進行方向は以下のようになる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
  
　図５（ｂ）に示す合成磁場Ｈｔｏｔａｌ＝Ｈ１１＋Ｈ１２は、Ｘ方向電磁石１１とＸ方向電磁石１２に同方向で同じ大きさの電流を流した場合の発生磁場であり、Ｘ方向電磁石１１の位置Ｘ１からＸ方向電磁石１２の位置Ｘ２のすべての場所で正である。
　図５（ｃ）に示す合成磁場ＨｔｏｔａｌのＸ方向の微係数は、Ｘ方向電磁石１１の位置Ｘ１近傍、Ｘ方向電磁石１２の位置Ｘ２近傍、および、その中央Ｘｃでゼロになる。そして、Ｘ１近傍からＸｃ間では負、ＸｃからＸ２近傍間では正になる。したがって、カプセル内視鏡がＸcよりも右側にいるときは右に進み（右向き前進）、左側にいるときは左に進む（右向き後進）。このように、Ｘ方向電磁石１１とＸ方向電磁石１２に同方向で同じ大きさの電流を流した場合には、カプセル内視鏡は中央Ｘｃを超えて移動することができない。
　一方、本発明のカプセル内視鏡システムにおいては、Ｘ方向電磁石１１とＸ方向電磁石１２は独立に制御できる。例えば、Ｘ方向電磁石１２には電流を流さず、Ｘ方向電磁石１１にだけ電流を流すこともできる。この際には、図５（ｂ）におけるＨ１１だけが印加される。Ｈ１１の発生磁場はＸ１からＸ２間で正、そのＸ方向の微係数は、Ｘ１からＸ２間で負であるため、Ｘ１からＸ２間の任意の位置にあるカプセル内視鏡１は左方向に進み（右向き後進）、中央Ｘｃを超えることができる。また、Ｘ方向電磁石１１には電流を流さず、Ｘ方向電磁石１２にだけ電流を流すと右方向に進むことができる（右向き前進）。
　このように、対向する２つの電磁石に流す電流を独立に制御することで、カプセル内視鏡の位置を所望の位置まで動かすことができる。
　また、本発明のカプセル内視鏡システムにおいては、例えば、Ｘ方向電磁石１２に電流を流すと同時に、直交した方向、例えば、Ｚ方向電磁石３１と３２に電流を流すことも可能である。１０Ｈｚ程度の交流電流をＺ方向電磁石３１と３２に単独または同時に流し、ｚ方向に交流磁場を発生させることもできる。そうすると、カプセル内視鏡１は、その重心位置を中心としｚ方向に振動する。カプセル内視鏡は検査する臓器の内壁に沿って使用することが多い。例えば、胃の検査の際には、胃壁に沿ってカプセル内視鏡を移動させて、胃内部を観察する。胃壁に沿わすことで、カプセル内視鏡の位置は安定し観察が容易になる。一方で、胃壁との摩擦抵抗により、カプセル内視鏡を動かすことが困難になるというデメリットもある。しかし、カプセル内視鏡１を胃壁と直交した方向に振動させることで、胃壁との摩擦抵抗を大幅に低減することが可能になり、スムース且つ迅速に胃壁に沿ってカプセル内視鏡を動かすことができる。
　あるいは、カプセル内視鏡が胃壁の襞等の間に入り込んだ際にも、振動磁場を与えながら動かすことで、脱出が容易になる。この場合には、進行方向に平行な方向に振動磁界を与えることで、脱出が容易になる場合がある。
　また、図１等に示したヒレ４を設けた場合には、このヒレ４が振動運動をすることで、さらに大きな駆動力を得ることが可能となる。
　なお、上記のように、駆動力を上げるためには、移動方向と直交した方向に振動磁場を印加するのが効率的であるが、直交した方向に限らず、移動方向と異なる任意の方向に振動磁場を与えても、駆動力は向上する。
　また、電磁石に流す電流を小さくし、胃液等に対する液体抵抗よりもカプセル内視鏡に与える推進力を小さくすれば、カプセル内視鏡を所望の位置にほぼ停止させることができる。そして、互いに直交する電磁石に電流を流すことで、任意の方向の合成磁界を形成することが可能となり、任意の位置で任意の角度にカプセル内視鏡を向けることができる。
（本実施の形態のまとめ）
　本発明は、医療装置、特に検査装置として操作が容易であり、かつ迅速な検査を可能としたカプセル内視鏡システムを提供するものである。医師による誤操作のリスクを低減し、且つ検査時間を短縮することで被検者に対する負荷低減も可能としている。
　以下において、本発明の有する特長について列挙する。
　第一に、直交する３軸において対向する位置に設けられた３組の電磁石を備え、上記各組の電磁石において、対向するそれぞれの電磁石に異なる任意の電流を流すことを可能としたことで、直感的に理解しがたい動きが生じることが無くなり、短時間で操作に習熟できる。誤操作が起こりにくく、また、カプセル内視鏡を所望の位置に止めやすいため、検査時間を短縮できる。
　第二に、カプセル内視鏡の進行方向と異なる方向、特に略直交する方向に振動磁場を与えることができるため、粘膜（臓器壁）との摩擦を減らし、カプセル内視鏡の移動がより容易になる。これにより、粘性の高い流体中であっても、高速にカプセル内視鏡を移動させることができる。また、小腸のような狭い流路の場合、小腸壁に接触しながらでも十分な推進力が得られる。したがって、検査時間の短縮、および検査可能箇所の拡大といった大きな特長が得られる。
　さらに、ヒレを設けることで、より大きな駆動力が得られる。
　なお、駆動力を有しないカプセル内視鏡の場合、消化器の蠕動により消化器経路をゆっくりと前進する。本発明のように、駆動力を有するカプセル内視鏡の場合であっても、消化器の蠕動は推進力を増加させる。特に、カプセル内視鏡の進行方向と異なる方向に振動磁場を与えた場合には、消化器系の臓器壁を刺激することで、蠕動を活性化させる効果がある。この効果が顕著になるのは、小腸や大腸といった長い経路の臓器内でカプセル内視鏡が進行する場合である。カプセル内視鏡の進行方向と異なる方向の振動が小腸や大腸の臓器壁を強く刺激し、蠕動を活性化させることで、カプセル内視鏡を加速させる。また、小腸は細くて複雑に曲がりくねっており、静磁場だけで駆動することは困難である。曲がりくねった細長い経路に合わせて、静磁場の方向を制御することは極めて難しいためである。他方、振動磁場を与えて、それを駆動力にすると、前進方向の駆動力になるため、蠕動による推進力と併せて、複雑な経路に沿って進むことが可能になる。
　以上のように、カプセル内視鏡の進行方向と異なる方向に振動磁場を与えることで、粘膜（臓器壁）との摩擦を減らし、且つ蠕動を活性化させる。これらの効果により、小腸や大腸といった狭くて長く、且つ曲がりくねった経路の臓器であっても、通過時間を大幅に短縮できる。
　さらに、小腸等の狭窄部や大腸の襞部分においては、カプセル内視鏡が引っかかって滞留する場合がある。表１に示したように逆走も可能であるため、蠕動方向とは逆方向に戻ることもできる。特に、カプセル内視鏡の進行方向と異なる方向に振動磁場を与えれば、摩擦を減らすことで滞留地点から脱出することがより容易になる。例えば、小腸から十二指腸に戻れれば、手術等を行うことなく、内視鏡を用いてカプセル内視鏡を回収することも可能になる。
　例えば、図６に示すような鋸歯状の振動磁場を与えることも極めて有効である。時間的に急峻な立ち上がり（図６　A）となだらかな立下り（図６　B）の波形の振動磁場を印加することで、小腸等の狭窄部や大腸の襞部分において滞留した場合に、強い推進力で脱出を行うことができる。磁場の急峻な立ち上がりは、所望の方向に大きな推進力を生み出すからである。
　このように、本発明のカプセル内視鏡は胃においても好適に使用できるが、小腸や大腸の検査に特に適している。
　第三に、カプセル内視鏡の比重を被検査部の流体の比重と略同一にすることで、任意の方向に同じ推進力で進むことができる。これにより、より直感的且つスムースな動作が可能となり、より操作性が向上する。例えば、カプセル内視鏡の比重が被検査部の流体の比重よりも大きければ、カプセル内視鏡は沈降しやすくなり臓器壁の近接観察ができるが、胃等の底部壁に当たり、接触抵抗で動きにくくなる。しかし、比重を略同一とすれば、このようなことはなくなり、小さな上昇推進力を与えることで水面に浮かんで走行することが可能となり、安定な走行および撮影が可能となる。撮影箇所あるいは使用者の目的に応じて、被検査部近くでも、水面からでも、どちらからも撮影できる。
　実施の形態２．
　実施の形態１においては、外部磁場装置の直交する３軸において対向する位置に設けられた３組の電磁石に流す電流発生手段については、特に記載していなかった。通常は、コントローラからの信号を増幅器で大きな電力に増幅し、この増幅器からの出力が各電磁石に大きな電流を流す。したがって、６個の電磁石に対して各1個の増幅器が必要であった。しかし、電磁石に流す電流は大きなときには２０アンペアにもなるため、非常に大きく且つ高価な増幅器を６個も用いる必要があった。
　本実施例においては、３組の電磁石のうちの少なくとも１組の電磁石については、増幅器を１つだけで済ますことができる構成について、図７を用いて説明する。
　外部磁場発生装置は、直交する３軸において対向する位置に設けられた３組の電磁石と、上記３組の電磁石それぞれに流す電流を決めるためのコントローラ１０１と、当該コントローラ１０１の出力を増幅する複数の増幅器とを備えている。本実施例において特徴的なことは、上記直交する３軸において対向する位置に設けられた３組の電磁石の少なくとも１組の電磁石９１，９２に対しては、より簡易な構成を取ることにある。具体的には、増幅器１０２は一つであり、且つこの増幅器の出力電流をいずれの電磁石９１または９２に対して流すかを切り替えるための切り替え器１０３を有し、上記コントローラからは当該１組の電磁石のいずれの電磁石に電流を流すかを決める信号が上記切り替え器に出力され、その電磁石に流す電流を決める信号が上記一つの増幅器に出力されるものである。
　電磁石９１，９２は対抗する１組の電磁石であり、X軸、Y軸、あるいはZ軸のいずれの軸上の対向する１組の磁石であっても良い。
　図７（ａ）においては、コントローラ１０１から増幅器１０２に対して、電磁石に流す電流に比例する出力Ｉが増幅器１０２に出力され、増幅器１０２はａ倍に増幅した電流を切り替え器１０３に出力する。コントローラ１０１からは、切り替え器１０３に対して、９１の電磁石に出力を指定する切り替え信号が出力され、増幅器１０２から出力された電流ａＩは電磁石９１に出力される。
　図７（ｂ）においては、コントローラ１０１からは、切り替え器１０３に対して、９２の電磁石に出力を指定する切り替え信号が出力され、増幅器１０２から出力された電流ａＩは電磁石９２に出力される。
　この構成においては、１組の対向する電磁石に流れる電流が、一方はゼロになってしまうが、内視鏡の動きとして必要最小限の動きは行うことができる。
　このように、増幅器は１つで済むため、装置の小型化、低コスト化が図れる。
　１．カプセル内視鏡
　２．筐体
　３．永久磁石
　４．ヒレ
　１０．外部磁場発生装置
　１１、１２．Ｘ方向電磁石
　２１、２２．Ｙ方向電磁石
　３１、３２．Ｚ方向電磁石
　４０　被検者用空間
 

Claims (11)

  1. 　永久磁石を有するカプセル内視鏡と、
    　上記カプセル内視鏡を駆動するための外部磁場発生装置と、
    　を具備するカプセル内視鏡システムであって、
    　前記外部磁場発生装置は、直交する３軸において対向する位置に設けられた３組の電磁石を備え、
    　上記各組の電磁石は、対向するそれぞれの電磁石に異なる任意の電流を流す
    　ことが可能なことを特徴とするカプセル内視鏡システム。
  2. 　上記カプセル内視鏡が有する永久磁石は、上記カプセル内視鏡の筐体を覆うように設けられた磁性粉を含んだカバー、または磁石で構成したカバーで代替した
    　ことを特徴とする請求項１に記載のカプセル内視鏡システム。
  3. 　カプセル内視鏡の進行方向と異なる方向に振動磁場を与える
    　ことを特徴とする請求項１または２に記載のカプセル内視鏡システム。
  4. 　カプセル内視鏡の進行方向と略直交する方向に振動磁場を与える
    　ことを特徴とする請求項３に記載のカプセル内視鏡システム。
  5. 　上記振動磁場は鋸歯状の振動磁場である
    　ことを特徴とする請求項３または４に記載のカプセル内視鏡システム。
  6. 　小腸または／および大腸の検査用カプセル内視鏡システムである
    　請求項３から５のいずれかに記載のカプセル内視鏡システム。
  7. 　カプセル内視鏡の長手方向に直交する回転軸を有するヒレを持つ
    　ことを特徴とする請求項３から６のいずれかに記載のカプセル内視鏡システム。
  8. 　上記ヒレを磁性粉を含んだ材料で構成、または上記ヒレを磁石で構成することで、上記カプセル内視鏡が有する永久磁石の代替をする
    　ことを特徴とする請求項７に記載のカプセル内視鏡システム。
  9. 　上記カプセル内視鏡の比重は、被検査部の流体の比重と略同一である
    　ことを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のカプセル内視鏡システム。
  10. 　上記永久磁石は磁化方向に分割した複数の永久磁石で構成される
    　ことを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載のカプセル内視鏡システム。
  11. 　前記外部磁場発生装置は、
    　直交する３軸において対向する位置に設けられた３組の電磁石と、
    　上記３組の電磁石それぞれに流す電流を決めるためのコントローラと、
    　当該コントローラの出力を増幅する増幅器と、
    　を備え、
    　上記直交する３軸において対向する位置に設けられた３組の電磁石の少なくとも１組の電磁石に対しては、上記増幅器は一つであり、且つこの増幅器の出力電流をいずれの電磁石に対して流すかを切り替えるための切り替え器を有し、上記コントローラからは当該１組の電磁石のいずれの電磁石に電流を流すかを決める信号が上記切り替え器に出力され、その電磁石に流す電流を決める信号が上記一つの増幅器に出力される
    　ことを特徴とする請求項１に記載のカプセル内視鏡システム。
     

     
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