JP2004219329A - 位置測定方法、位置測定システム、位置測定装置及び生体内無線装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】生体内に投入された機器の位置を的確に測定することが可能な位置測定方法、位置測定システム、位置測定装置及び生体内無線装置を提供する。
【解決手段】生体内無線装置１００は、生体情報信号や位置測定用信号を送信、生体外無線装置２００は、これらの信号を受信する。位置測定装置３００は、複数の生体外無線装置２００における、生体内無線装置１００からの生体情報信号や位置測定用信号の受信の態様、具体的には、各生体外無線装置２００における信号の受信時刻の差、信号の位相差、信号の到来方向の何れかに基づいて、生体内無線装置１００の位置を測定する。
【選択図】 図１
【解決手段】生体内無線装置１００は、生体情報信号や位置測定用信号を送信、生体外無線装置２００は、これらの信号を受信する。位置測定装置３００は、複数の生体外無線装置２００における、生体内無線装置１００からの生体情報信号や位置測定用信号の受信の態様、具体的には、各生体外無線装置２００における信号の受信時刻の差、信号の位相差、信号の到来方向の何れかに基づいて、生体内無線装置１００の位置を測定する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生体内に投入される生体内無線装置の位置を測定する位置測定方法と、当該位置測定方法が適用される位置測定システム、位置測定装置及び生体内無線装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、生体内の情報を生体外において取得する医療機器として内視鏡が用いられている。この内視鏡は、ケーブルの先端にカメラが取り付けられた構成を有している。カメラは、生体内の所定箇所（例えば患部）を撮影する。撮影された画像は、ケーブルによって伝送され、生体外のモニタ装置に表示される。しかしながら、カメラが生体内の所定箇所まで搬送される際、当該カメラに接続されたケーブルが体内に引き回されることになるため、生体への負担が大きい。
【０００３】
そこで、生体への負担を軽減させるべく、生体内の情報を生体外へ伝送する手段として、電波の利用が考えられた。この電波利用の手法では、小型のカプセル錠材の形状を有するカメラが用いられ、患者は、このカメラを飲み込む。生体内に投入されたカメラは、生体外の装置から電波により伝送される各種操作信号に応じて生体内を移動しつつ撮影を行う。撮影された画像は、電波により生体外のモニタ装置まで伝送され、当該モニタ装置に表示される（例えば非特許文献１参照）。
【０００４】
【非特許文献１】
「ＲＦロボットカプセル内視鏡」、［ｏｎｌｉｎｅ］、［平成１４年１２月１９日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｒｆｎｏｒｉｋａ．ｃｏｍ／ｎｏｒｉｋａｐ１．ｈｔｍｌ＞
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、医師が、撮影された画像を治療行為等の参考にするためには、その撮影された画像がどの部分の画像であるか、換言すれば、生体内に投入されたカメラがどこにあるのかを的確に把握する必要がある。
【０００６】
本発明は、上記問題点を解決するものであり、その課題は、生体内に投入された機器の位置を的確に測定することが可能な位置測定方法、位置測定システム及び位置測定装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明は請求項１に記載されるように、生体内に投入される生体内無線装置の位置を測定する位置測定方法において、前記生体内無線装置が生体情報を含む信号又は位置測定用の信号を送信する手順と、生体外に配置される複数の生体外無線装置が前記生体内無線装置からの生体情報を含む信号又は位置測定用の信号を受信する手順と、前記複数の生体外無線装置による前記生体内無線装置からの生体情報を含む信号又は位置測定用の信号の受信の態様に基づいて、前記生体内無線装置の位置を測定する手順とを備えることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明は請求項２に記載されるように、請求項１に記載の位置測定方法において、前記生体内無線装置の位置を測定する手順は、前記複数の生体外無線装置により前記生体内無線装置からの生体情報を含む信号又は位置測定用の信号が受信された時刻の差、前記複数の生体外無線装置により受信された前記生体内無線装置からの生体情報を含む信号又は位置測定用の信号の位相差、及び、前記複数の生体外無線装置により受信された前記生体内無線装置からの生体情報を含む信号又は位置測定用の信号の到来方向の何れかに基づいて、前記生体内無線装置の位置を測定することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は請求項３に記載されるように、生体内に投入される生体内無線装置の位置を測定する位置測定方法において、生体外に配置される複数の生体外無線装置が位置測定用の信号を送信する手順と、前記生体内無線装置が前記複数の生体外無線装置からの位置測定用の信号を受信する手順と、前記生体内無線装置による前記複数の生体外無線装置からの位置測定用の信号の受信の態様に基づいて、前記生体内無線装置の位置を測定する手順とを備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は請求項４に記載されるように、請求項３に記載の位置測定方法において、前記生体内無線装置の位置を測定する手順は、前記生体内無線装置により前記複数の生体外無線装置からの位置測定用の信号が受信された時刻の差、前記生体内無線装置により受信された前記複数の生体外無線装置からの位置測定用の信号の位相差、及び、前記生体内無線装置により受信された前記複数の生体外無線装置からの位置測定用の信号の到来方向の何れかに基づいて、前記生体内無線装置の位置を測定することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は請求項５に記載されるように、生体内に投入される生体内無線装置と、生体外に配置される複数の生体外無線装置と、位置測定装置とを有する位置測定システムにおいて、前記生体内無線装置は、生体情報を含む信号又は位置測定用の信号を送信する送信手段を備え、前記複数の生体外無線装置は、前記生体内無線装置からの生体情報を含む信号又は位置測定用の信号を受信する受信手段を備え、前記位置測定装置は、前記複数の生体外無線装置による前記生体内無線装置からの生体情報を含む信号又は位置測定用の信号の受信の態様に基づいて、前記生体内無線装置の位置を測定する位置測定手段を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は請求項６に記載されるように、請求項５に記載の位置測定システムにおいて、前記位置測定手段は、前記複数の生体外無線装置により前記生体内無線装置からの生体情報を含む信号又は位置測定用の信号が受信された時刻の差、前記複数の生体外無線装置により受信された前記生体内無線装置からの生体情報を含む信号又は位置測定用の信号の位相差、及び、前記複数の生体外無線装置により受信された前記生体内無線装置からの生体情報を含む信号又は位置測定用の信号の到来方向の何れかに基づいて、前記生体内無線装置の位置を測定することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は請求項７に記載されるように、生体内に投入される生体内無線装置と、生体外に配置される複数の生体外無線装置とを有する位置測定システムにおいて、前記複数の生体外無線装置は、位置測定用の信号を送信する送信手段を備え、前記生体内無線装置は、前記複数の生体外無線装置からの位置測定用の信号を受信する受信手段と、前記複数の生体外無線装置からの位置測定用の信号の受信の態様に基づいて、前記生体内無線装置の位置を測定する位置測定手段とを備えることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は請求項８に記載されるように、請求項７に記載の位置測定システムにおいて、前記位置測定手段は、前記受信手段により前記複数の生体外無線装置からの位置測定用の信号が受信された時刻の差、前記受信手段により受信された前記複数の生体外無線装置からの位置測定用の信号の位相差、及び、前記受信手段により受信された前記複数の生体外無線装置からの位置測定用の信号の到来方向の何れかに基づいて、前記生体内無線装置の位置を測定することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は請求項９に記載されるように、請求項７又は８に記載の位置測定システムにおいて、前記生体内無線装置は、前記位置測定手段により測定された生体内無線装置の位置の情報を前記生体外無線装置へ通知する位置情報通知手段を備えることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明は請求項１０に記載されるように、生体内に投入される生体内無線装置の位置を測定する位置測定装置において、複数の生体外無線装置による前記生体内無線装置からの生体情報を含む信号又は位置測定用の信号の受信の態様に基づいて、前記生体内無線装置の位置を測定する位置測定手段を備えることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明は請求項１１に記載されるように、請求項１０に記載の位置測定装置において、前記位置測定手段は、前記複数の生体外無線装置により前記生体内無線装置からの生体情報を含む信号又は位置測定用の信号が受信された時刻の差、前記複数の生体外無線装置により受信された前記生体内無線装置からの生体情報を含む信号又は位置測定用の信号の位相差、及び、前記複数の生体外無線装置により受信された前記生体内無線装置からの生体情報を含む信号又は位置測定用の信号の到来方向の何れかに基づいて、前記生体内無線装置の位置を測定することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明は請求項１２に記載されるように、生体内に投入される生体内無線装置において、複数の生体外無線装置からの位置測定用の信号を受信する受信手段と、前記複数の生体外無線装置からの位置測定用の信号の受信の態様に基づいて、前記生体内無線装置の位置を測定する位置測定手段とを備えることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明は請求項１３に記載されるように、請求項１２に記載の生体内無線装置において、前記位置測定手段は、前記受信手段により前記複数の生体外無線装置からの位置測定用の信号が受信された時刻の差、前記受信手段により受信された前記複数の生体外無線装置からの位置測定用の信号の位相差、及び、前記受信手段により受信された前記複数の生体外無線装置からの位置測定用の信号の到来方向の何れかに基づいて、前記生体内無線装置の位置を測定することを特徴とする。
【００２０】
また、本発明は請求項１４に記載されるように、請求項１２又は１３に記載の生体内無線装置において、前記位置測定手段により測定された生体内無線装置の位置の情報を前記生体外無線装置へ通知する位置情報通知手段を備えることを特徴とする。
【００２１】
本発明によれば、生体外に配置される複数の生体外無線装置における、生体内に投入される生体内無線装置から送信される生体情報を含む信号又は位置測定用の信号の受信の態様、具体的には、各信号が受信された時刻の差、各信号の位相差、各信号の到来方向の何れかに基づいて、生体内無線装置の位置が的確に測定される。
【００２２】
また、本発明によれば、生体内に投入される生体内無線装置における、生体外に配置される複数の生体外無線装置から送信される位置測定用の信号の受信の態様、具体的には、各信号が受信された時刻の差、各信号の位相差、各信号の到来方向の何れかに基づいて、生体内無線装置の位置が的確に測定される。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
（実施例１）
図１は、実施例１における位置測定システムの構成例を示す図である。同図に示す位置測定システムは、生体５００内に投入される生体内無線装置１００と、生体５００の外部に配置される生体外無線装置２００−１〜２００−ｎ（以下、これら生体外無線装置２００−１〜２００−ｎをまとめて、適宜「生体外無線装置２００」と称する）と、位置測定装置３００と、制御装置４００により構成される。
【００２４】
実施例１における位置測定システムでは、各生体外無線装置２００が生体内無線装置１００から送信される信号を受信し、位置測定装置３００がその受信態様に基づいて、生体内無線装置１００の位置を測定する。
【００２５】
図２は、実施例１における生体内無線装置１００の構成例を示す図である。同図に示す生体内無線装置１００は、アンテナ１０１、送受信部１１０、制御部１２０及び生体情報取得部１３０を備える。
【００２６】
送受信部１１０は、制御装置４００から生体外無線装置２００を介して送信される、生体内無線装置１００の動作を制御するための制御信号を、アンテナ１０１を介して受信し、制御部１２０へ送る。制御部１２０は、制御信号に基づいて、生体内無線装置１００の移動や、投薬、生体内部の切断等の制御を行う。また、制御部１２０は、制御信号に基づいて、生体情報取得部１３０を制御する。生体情報取得部１３０は、カメラやマイクを内蔵しており、制御部１２０による制御に応じて、生体内を撮影したり、生体内の音を収集し、画像信号や音声信号を生体情報信号として送受信部１１０へ送る。
【００２７】
送受信部１１０は、生体情報信号を、アンテナ１０１を介して生体外へ送信する。あるいは、送受信部１１０は、生体情報信号の他に、位置測定用信号を定期的に、アンテナ１０１を介して生体外へ送信する。送受信部１１０が生体情報信号と位置測定用信号の双方を送信する場合、図３に示すように、これらの信号が多重化される。
【００２８】
各生体外無線装置２００は、生体情報信号や位置測定用信号を受信し、これらを位置測定装置３００へ送信する。位置測定装置３００は、各生体外無線装置２００における生体情報信号や位置測定用信号の受信の態様に基づいて、生体内無線装置１００の位置を測定する。
【００２９】
図４は、実施例１における生体外無線装置２００及び位置測定装置３００の構成例を示す図である。同図に示す生体外無線装置２００は、送受信部２１０を備える。なお、図４においては、生体外無線装置２００−１のみ構成が示されているが、他の生体外無線装置２００−２〜２００−ｎも、生体外無線装置２００−１と同様の構成を有する。一方、位置測定装置３００は、送受信部３１０及び位置測定部３２０を備える。
【００３０】
以下、位置測定部３２０が、各生体外無線装置２００における信号の受信時刻の差に基づいて生体内無線装置１００の位置を測定する実施例（実施例１−１）、各生体外無線装置２００において受信された信号の位相差に基づいて生体内無線装置１００の位置を測定する実施例（実施例１−２）、及び、各生体外無線装置２００において受信された信号の到来方向に基づいて生体内無線装置１００の位置を測定する実施例（実施例１−３）について説明する。
（実施例１−１）
本実施例においては、位置測定装置３００は、各生体外無線装置２００における信号の受信時刻の差に基づいて生体内無線装置１００の位置を測定する。具体的には、生体内無線装置１００内の送受信部１１０は、生体情報信号や位置測定用信号を送信する際に、これらの信号に現在時刻、即ち送信時の時刻（以下、「送信時刻」と称する）を含めて送信する。各生体外無線装置２００内の送受信部２１０は、生体情報信号や位置測定用信号を受信すると、これらの信号に現在時刻、即ち受信時の時刻（以下、「受信時刻」と称する）を含めて位置測定装置３００へ送信する。位置測定装置３００内の送受信部３１０は、各生体外無線装置２００から送信される生体情報信号や位置測定用信号を受信し、位置測定部３２０へ送る。
【００３１】
位置測定部３２０は、生体情報信号や位置測定用信号に含まれる送信時刻及び受信時刻と、既知である各生体外無線装置２００の位置とに基づいて、生体内無線装置１００の位置を測定する。具体的には、位置測定部３２０は、送信時刻ｔ０、受信時刻ｔｉ、光速ｃに基づいて、生体内無線装置１００とｉ番目の生体外無線装置２００との距離ｒｉについて以下の数１を生成する。
【００３２】
【数１】
ここで、ｃは光速である。但し、生体５００の物質は誘電体であるため、空間における光速とは異なる。このため、既知である生体内無線装置１００の経路情報を元に補正された光速ｃを用いることが好ましい。
【００３３】
また、位置測定部３２０は、生体内無線装置１００の位置（ｘ０，ｙ０，ｚ０）、ｉ番目の生体外無線装置２００の位置（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）に基づいて、生体内無線装置１００とｉ番目の生体外無線装置２００との距離ｒｉについて、以下の数２を生成する。
【００３４】
【数２】
但し、ｓは、各生体外無線装置２００間の時間誤差が算出される距離に与える影響を示す。
【００３５】
位置測定部３２０は、生体内無線装置１００と４個の生体外無線装置２００との距離について、上述した数１及び数２を生成し、４個の未知数であるｘ０，ｙ０，ｚ０とｓとを求める。なお、各生体外無線装置２００間の時間誤差がない場合、ｓ＝０である。従って、この場合には、位置測定部３２０は、生体内無線装置１００と３個の生体外無線装置２００との距離について、上述した数１及び数２を生成し、３個の未知数であるｘ０，ｙ０，ｚ０を求める。
（実施例１−２）
本実施例においては、位置測定装置３００は、各生体外無線装置２００において受信された信号の位相差に基づいて生体内無線装置１００の位置を測定する。具体的には、位置測定装置３００内の位置測定部３２０は、生体情報信号や位置測定用信号の波長λ、生体内無線装置１００の位置ｐ０、ｉ番目の生体外無線装置２００の位置ｐｉに基づいて、ｉ番目の生体外無線装置２００によって受信された生体情報信号や位置測定用信号の受信位相φｉを以下の数３より求める。
【００３６】
【数３】
ここで、ｋｉは、ｉ番目の生体外無線装置２００に対応する所定の値である。
【００３７】
また、位置測定部３２０は、受信信号である生体情報信号や位置測定用信号を以下の数４により求める。
【００３８】
【数４】
更に、位置測定部３２０は、ｉ番目の生体外無線装置２００における受信信号の位相φｉと、ｊ番目の生体外無線装置２００における受信信号の位相φｊとの位相差Δφｉｊ≡φｉ−φｊを、数５を用いてこれら受信信号の相関を求めることにより導出する。
【００３９】
【数５】
ここで、Ａｒｇ＜ ＞は時間平均を、＊は複素共役を示す。
【００４０】
一方、生体内無線装置１００からｉ番目の生体外無線装置２００までの距離と、生体内無線装置１００からｊ番目の生体外無線装置２００までの距離との差ｒｉｊは、生体内無線装置１００の位置（ｘ０，ｙ０，ｚ０）、ｉ番目の生体外無線装置２００の位置（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）、ｊ番目の生体外無線装置２００の位置（ｘｊ，ｙｊ，ｚｊ）とすると、以下の数６となる。
【００４１】
【数６】
また、位置測定部３２０は、この距離差ｒｉｊを、位相差Δφｉｊに基づいて、以下の数７より求める。
【００４２】
【数７】
ここで、Ｎｉｊは信号の経路差の整数値バイアスであり、既知または推定可能な値である。
【００４３】
位置測定部３２０は、２個の生体外無線装置２００の組み合わせを３組形成し、各組み合わせに対応する位相差を、それぞれ数７に代入する。更に、位置測定部３２０は、数７の値のそれぞれを数６に代入して３元連立方程式を生成する。そして、位置測定部３２０は、この３元連立方程式を解くことにより、生体内無線装置１００の位置（ｘ０，ｙ０，ｚ０）を求める。
【００４４】
なお、数６を満足する生体内無線装置１００の位置（ｘ０，ｙ０，ｚ０）は、図５に示すような放物面で表される２個の生体外無線装置２００の組み合わせに対応する第１の位相差Δφｉｊの等位相差面上の何れかにあり、この等位相差面と、更に別の２個の生体外無線装置２００の組み合わせに対応する位相差（第１の位相差と同一）の等位相差面との交点から求められる。
（実施例１−３）
本実施例においては、位置測定装置３００は、各生体外無線装置２００において受信された信号の到来方向に基づいて生体内無線装置１００の位置を測定する。この場合、生体外無線装置２００内のアンテナ２０１には、アレーアンテナが用いられ、特に、構成を簡単にすべく、リニアアレーが用いられる。図６は、Ｋ個の素子によって構成されるリニアアレーの概念図である。
【００４５】
図６に示すリニアアレーの出力（アレー出力）ｙ（ｔ）は、以下の数８で示される。
【００４６】
【数８】
ここで、入力ベクトルＸ（ｔ）は
【００４７】
【数９】
であり、
【００４８】
【数１０】
である。位置測定装置３００内の位置測定部３２０は、このアレー出力ｙ（ｔ）に基づいて、以下の数１１により、リニアアレーの出力電力Ｐｏｕｔを算出する。
【００４９】
【数１１】
ここで、
【００５０】
【数１２】
である。更に、位置測定部３２０は、以下の数１３により、生体外無線装置２００のアンテナ２０１に到来した信号の方向ベクトルＶを算出する。
【００５１】
【数１３】
ここで、φは到来角、ｄｋは所定の基準点からアンテナ２０１のｋ番目の素子までの距離を示す。入力ベクトルＸ（ｔ）は、以下の数１４により表される。
【００５２】
【数１４】
ここで、Ｆ（ｔ）はアンテナ２０１に到来した信号の波形である。また、Ｎ（ｔ）は熱雑音ベクトルであり、その成分は平均が０で分散がσ２の独立な複素ガウス過程を示す。位置測定部３２０は、アンテナ２０１を駆動させ、到来角φを−９０度から９０度まで変化させることで、リニアアレーの出力電力Ｐｏｕｔのピークを探す。位置測定部３２０は、ピーク時の到来角をψとして、以下の数１５によりリニアアレーの出力電力Ｐｏｕｔを算出する。
【００５３】
【数１５】
更に、位置測定部３２０は、このリニアアレーの出力電力Ｐｏｕｔを正規化して以下の数１６により到来信号の角度分布を算出する。
【００５４】
【数１６】
位置測定部３２０は、この数１６により求められるＰＢＦ（φ）のピークの位置により、到来方向を認識する。更に、位置測定部３２０は、少なくとも３個の生体外無線装置２００のアンテナ２０１における到来方向を認識する。そして、位置測定部３２０は、各到来方向を示す方向ベクトルの交差位置を生体内無線装置１００の位置として認識する。
【００５５】
なお、位置測定部３２０は、生体内無線装置１００の移動経路が既知である場合には、その経路情報をも用いて位置を測定することにより、測定精度を向上させることができる。
【００５６】
ところで、位置測定の精度を向上させるために、生体外無線装置２００は、他からの干渉を極力小さくし、信号を効率的に伝送することが必要となる。図７は、このような効率的な伝送を可能とする光技術を適用した生体外無線装置２００及び位置測定装置３００の構成例を示す図である。
【００５７】
生体外無線装置２００内のアンテナ２０１と送受信部２１０とは、光変調器型電界センサを構成する。アンテナ２０１は、２本の金属電極棒を、空隙を介して直列に配置し、電磁界中に配置されたものである。送受信部２１０内の光変調器２１３は、この空隙に誘起される電圧を、光信号に変換する。変換された光信号は、光ファイバ２５０を介して位置測定装置３００へ送信される。なお、送受信部２１０内には、光源２１１が構成される。この光源２１１は、高出力の半導体励起ＹＡＧレーザであり、光ファイバ２１２を介して光変調器２１３へ光を供給する。光変調器２１３は、高感度のマッファチェンダ光干渉計であり、変換した光信号の感度を光源２１１から光により向上させることができる。
【００５８】
位置測定装置３００内の送受信部３１０は、光検出器３１１を備える。光検出器３１１は、生体外無線装置２００内の光変調器２１３から送信される光信号を電気信号に変換する。位置測定部３２０は、信号処理装置３２１を備える。この信号処理装置３２１は、光検出器３１１からの電気信号に基づいて、上述した手法により生体内無線装置１００の位置を測定するための各種信号処理を行う。
【００５９】
このように、生体外無線装置２００が生体内無線装置１００からの信号を光信号に変換して位置測定装置３００へ伝送することにより、伝送中の干渉を受けにくく、正確な位置測定が可能となる。
【００６０】
図８は、実施例１における位置測定システムの動作を示すシーケンス図である。生体内無線装置１００は、生体情報信号や位置測定用信号を生体外へ送信する（ステップ１０１）。生体外無線装置２００は、生体情報信号や位置測定用信号を受信し、これらを位置測定装置３００へ送信する（ステップ１０２）。位置測定装置３００は、生体外無線装置２００における生体情報信号や位置測定用信号の受信の態様を認識し（ステップ１０３）、この受信態様に基づいて、生体内無線装置１００の位置を測定する（ステップ１０４）。
（実施例２）
図９は、実施例２における位置測定システムの構成例を示す図である。同図に示す位置測定システムは、生体５００内に投入される生体内無線装置１００と、生体５００の外部に配置される生体外無線装置２００−１〜２００−ｎ（生体外無線装置２００）と、制御装置４００とにより構成される。
【００６１】
実施例２における位置測定システムでは、生体内無線装置１００が各生体外無線装置２００から送信される信号を受信し、自身の位置を測定する。
【００６２】
図２は、生体内無線装置１００の構成例を示す図である。同図に示す生体内無線装置１００は、アンテナ１０１、送受信部１１０、制御部１２０、生体情報取得部１３０及び位置測定部１４０を備える。
【００６３】
実施例１と同様、送受信部１１０は、制御装置４００から生体外無線装置２００を介して送信される、生体内無線装置１００の動作を制御するための制御信号を、アンテナ１０１を介して受信し、制御部１２０へ送る。制御部１２０は、制御信号に基づいて、生体内無線装置１００の移動や、投薬、生体内部の切断等の制御を行う。また、制御部１２０は、制御信号に基づいて、生体情報取得部１３０を制御する。生体情報取得部１３０は、カメラやマイクを内蔵しており、制御部１２０による制御に応じて、生体内を撮影したり、生体内の音を収集し、画像信号や音声信号を生体情報信号として送受信部１１０へ送る。送受信部１１０は、生体情報信号を、アンテナ１０１を介して生体外へ送信する。
【００６４】
また、送受信部１１０は、各生体外無線装置２００から送信される位置測定用の信号を受信し、位置測定部１４０へ送る。位置測定部１４０は、送受信部１１０における位置測定用信号の受信の態様に基づいて、生体内無線装置１００の位置を測定する。
【００６５】
以下、位置測定部１４０が、生体内無線装置１００における各生体外無線装置２００からの信号の受信時刻の差に基づいて生体内無線装置１００の位置を測定する実施例（実施例２−１）、生体内無線装置１００において受信された各生体外無線装置２００からの信号の位相差に基づいて当該生体内無線装置１００の位置を測定する実施例（実施例２−２）、及び、生体内無線装置１００において受信された各生体外無線装置２００からの信号の到来方向に基づいて生体内無線装置１００の位置を測定する実施例（実施例２−３）について説明する。
（実施例２−１）
本実施例においては、生体内無線装置１００内の位置測定部１４０は、生体内無線装置１００における各生体外無線装置２００からの信号の受信時刻の差に基づいて生体内無線装置１００の位置を測定する。具体的には、各生体外無線装置２００は、位置測定用信号を送信する際に、これらの信号に現在時刻、即ち送信時の時刻（送信時刻）を含めて送信する。生体内無線装置１００内の送受信部１１０は、位置測定用信号を受信すると、これらの信号に現在時刻、即ち受信時の時刻（受信時刻）を含めて位置測定部１４０へ送信する。
【００６６】
位置測定部１４０は、位置測定用信号に含まれる送信時刻及び受信時刻と、既知である各生体外無線装置２００の位置とに基づいて、生体内無線装置１００の位置を測定する。具体的には、上述した実施例１−１と同様の手法であるので、その説明は省略する。
（実施例２−２）
本実施例においては、生体内無線装置１００内の位置測定部１４０は、生体内無線装置１００において受信された各生体外無線装置２００からの信号の位相差に基づいて当該生体内無線装置１００の位置を測定する。具体的には、位置測定部１４０は、位置測定用信号の波長λ、生体内無線装置１００の位置ｐ０、ｉ番目の生体外無線装置２００の位置ｐｉに基づいて、ｉ番目の生体外無線装置２００からの位置測定用信号の受信位相φｉを上述した数３より求める。また、位置測定部１４０は、受信信号である位置測定用信号を上述した数４により求める。
【００６７】
更に、位置測定部１４０は、ｉ番目の生体外無線装置２００からの信号の位相φｉと、ｊ番目の生体外無線装置２００からの信号の位相φｊとの位相差Δφｉｊ≡φｉ−φｊを、上述した数５を用いてこれら受信信号の相関を求めることにより導出する。
【００６８】
一方、生体内無線装置１００からｉ番目の生体外無線装置２００までの距離と、生体内無線装置１００からｊ番目の生体外無線装置２００までの距離との差ｒｉｊは、上述した数６となる。また、位置測定部１４０は、この距離差ｒｉｊを、位相差Δφｉｊに基づいて、上述した数７より求める。
【００６９】
位置測定部１４０は、２個の生体外無線装置２００の組み合わせを３組形成し、各組み合わせに対応する位相差を、それぞれ数７に代入する。更に、位置測定部１４０は、数７の値のそれぞれを数６に代入して３元連立方程式を生成する。そして、位置測定部１４０は、この３元連立方程式を解くことにより、生体内無線装置１００の位置（ｘ０，ｙ０，ｚ０）を求める。
（実施例１−３）
本実施例においては、生体内無線装置１００内の位置測定部１４０は、各生体外無線装置２００からの信号の到来方向に基づいて生体内無線装置１００の位置を測定する。この場合、生体内無線装置１００内のアンテナ１０１には、上述した実施例１−３における生体外無線装置２００内のアンテナ２０１と同様、アレーアンテナが用いられ、特に、構成を簡単にすべく、リニアアレーが用いられる。具体的な位置測定の手法は、上述した実施例１−３と同様の手法であるので、その説明は省略する。
【００７０】
なお、位置測定部１４０は、生体内無線装置１００の移動経路が既知である場合には、その経路情報をも用いて位置を測定することにより、測定精度を向上させることができる。
【００７１】
生体内無線装置１００内の位置測定部１４０は、上述した手法により測定した生体内無線装置１００の位置の情報を、送受信部１１０を介して生体外無線装置２００へ送信する。生体外無線装置２００は、この位置情報を更に制御装置４００へ送信する。制御装置４００は、受信した生体内無線装置１００の位置情報を、例えばモニタに表示することにより、利用者へ通知する。
【００７２】
図１１は、実施例２における位置測定システムの動作を示すシーケンス図である。生体外無線装置２００は、位置測定用信号を送信する（ステップ２０１）。生体内無線装置１００は、この位置測定用信号の受信の態様を認識し（ステップ２０２）、この受信態様に基づいて、生体内無線装置１００の位置を測定する（ステップ２０３）。
【００７３】
更に、生体内無線装置１００は、測定した当該生体内無線装置１００の位置の情報を生体外無線装置２００へ送信する（ステップ２０４）。生体外無線装置２００は、この位置情報を受信し、制御装置４００へ送信する（ステップ２０５）。制御装置４００は、受信した位置情報を利用者へ通知する（ステップ２０６）。
【００７４】
このように、本実施形態の位置測定システムでは、位置測定装置３００は、複数の生体外無線装置２００における、生体内無線装置１００からの生体情報信号や位置測定用信号の受信の態様、具体的には、各生体外無線装置２００における信号の受信時刻の差、信号の位相差、信号の到来方向の何れかに基づいて、生体内無線装置１００の位置を的確に測定することができる。
【００７５】
また、本実施形態の位置測定システムでは、生体内無線装置１００は、複数の生体外無線装置からの信号の受信の態様、具体的には、生体外無線装置２００からの信号の受信時刻の差、信号の位相差、信号の到来方向の何れかに基づいて、自身の位置を的確に測定することができる。
【００７６】
【発明の効果】
上述の如く、本願発明によれば、生体内に投入された機器の位置を的確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１における位置測定システムの構成例を示す図である。
【図２】実施例１における生体内無線装置の構成例を示す図である。
【図３】生体情報信号と位置測定用信号の多重化の様子を示す図である。
【図４】実施例１における生体外無線装置及び位置測定装置の構成例を示す図である。
【図５】等位相差面の一例を示す図である。
【図６】リニアアレーの概念図である。
【図７】光技術を適用した生体外無線装置及び位置測定装置の構成例を示す図である。
【図８】実施例１における位置測定システムの動作を示すシーケンス図である。
【図９】実施例２における位置測定システムの構成例を示す図である。
【図１０】実施例２における生体内無線装置の構成例を示す図である。
【図１１】実施例２における位置測定システムの動作を示すシーケンス図である。
【符号の説明】
１００ 位置測定装置
１０１、２０１ アンテナ
１１０、２１０、３１０ 送受信部
１２０ 制御部
１３０ 生体情報取得部
１４０、３２０ 位置測定部
２００−１〜２００−ｎ 生体外無線装置
２１１ 光源
２１２、２５０ 光ファイバ
２１３ 光変調器
３００ 位置測定装置
３１１ 光検出器
３２１ 信号処理装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、生体内に投入される生体内無線装置の位置を測定する位置測定方法と、当該位置測定方法が適用される位置測定システム、位置測定装置及び生体内無線装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、生体内の情報を生体外において取得する医療機器として内視鏡が用いられている。この内視鏡は、ケーブルの先端にカメラが取り付けられた構成を有している。カメラは、生体内の所定箇所（例えば患部）を撮影する。撮影された画像は、ケーブルによって伝送され、生体外のモニタ装置に表示される。しかしながら、カメラが生体内の所定箇所まで搬送される際、当該カメラに接続されたケーブルが体内に引き回されることになるため、生体への負担が大きい。
【０００３】
そこで、生体への負担を軽減させるべく、生体内の情報を生体外へ伝送する手段として、電波の利用が考えられた。この電波利用の手法では、小型のカプセル錠材の形状を有するカメラが用いられ、患者は、このカメラを飲み込む。生体内に投入されたカメラは、生体外の装置から電波により伝送される各種操作信号に応じて生体内を移動しつつ撮影を行う。撮影された画像は、電波により生体外のモニタ装置まで伝送され、当該モニタ装置に表示される（例えば非特許文献１参照）。
【０００４】
【非特許文献１】
「ＲＦロボットカプセル内視鏡」、［ｏｎｌｉｎｅ］、［平成１４年１２月１９日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｒｆｎｏｒｉｋａ．ｃｏｍ／ｎｏｒｉｋａｐ１．ｈｔｍｌ＞
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、医師が、撮影された画像を治療行為等の参考にするためには、その撮影された画像がどの部分の画像であるか、換言すれば、生体内に投入されたカメラがどこにあるのかを的確に把握する必要がある。
【０００６】
本発明は、上記問題点を解決するものであり、その課題は、生体内に投入された機器の位置を的確に測定することが可能な位置測定方法、位置測定システム及び位置測定装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明は請求項１に記載されるように、生体内に投入される生体内無線装置の位置を測定する位置測定方法において、前記生体内無線装置が生体情報を含む信号又は位置測定用の信号を送信する手順と、生体外に配置される複数の生体外無線装置が前記生体内無線装置からの生体情報を含む信号又は位置測定用の信号を受信する手順と、前記複数の生体外無線装置による前記生体内無線装置からの生体情報を含む信号又は位置測定用の信号の受信の態様に基づいて、前記生体内無線装置の位置を測定する手順とを備えることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明は請求項２に記載されるように、請求項１に記載の位置測定方法において、前記生体内無線装置の位置を測定する手順は、前記複数の生体外無線装置により前記生体内無線装置からの生体情報を含む信号又は位置測定用の信号が受信された時刻の差、前記複数の生体外無線装置により受信された前記生体内無線装置からの生体情報を含む信号又は位置測定用の信号の位相差、及び、前記複数の生体外無線装置により受信された前記生体内無線装置からの生体情報を含む信号又は位置測定用の信号の到来方向の何れかに基づいて、前記生体内無線装置の位置を測定することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は請求項３に記載されるように、生体内に投入される生体内無線装置の位置を測定する位置測定方法において、生体外に配置される複数の生体外無線装置が位置測定用の信号を送信する手順と、前記生体内無線装置が前記複数の生体外無線装置からの位置測定用の信号を受信する手順と、前記生体内無線装置による前記複数の生体外無線装置からの位置測定用の信号の受信の態様に基づいて、前記生体内無線装置の位置を測定する手順とを備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は請求項４に記載されるように、請求項３に記載の位置測定方法において、前記生体内無線装置の位置を測定する手順は、前記生体内無線装置により前記複数の生体外無線装置からの位置測定用の信号が受信された時刻の差、前記生体内無線装置により受信された前記複数の生体外無線装置からの位置測定用の信号の位相差、及び、前記生体内無線装置により受信された前記複数の生体外無線装置からの位置測定用の信号の到来方向の何れかに基づいて、前記生体内無線装置の位置を測定することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は請求項５に記載されるように、生体内に投入される生体内無線装置と、生体外に配置される複数の生体外無線装置と、位置測定装置とを有する位置測定システムにおいて、前記生体内無線装置は、生体情報を含む信号又は位置測定用の信号を送信する送信手段を備え、前記複数の生体外無線装置は、前記生体内無線装置からの生体情報を含む信号又は位置測定用の信号を受信する受信手段を備え、前記位置測定装置は、前記複数の生体外無線装置による前記生体内無線装置からの生体情報を含む信号又は位置測定用の信号の受信の態様に基づいて、前記生体内無線装置の位置を測定する位置測定手段を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は請求項６に記載されるように、請求項５に記載の位置測定システムにおいて、前記位置測定手段は、前記複数の生体外無線装置により前記生体内無線装置からの生体情報を含む信号又は位置測定用の信号が受信された時刻の差、前記複数の生体外無線装置により受信された前記生体内無線装置からの生体情報を含む信号又は位置測定用の信号の位相差、及び、前記複数の生体外無線装置により受信された前記生体内無線装置からの生体情報を含む信号又は位置測定用の信号の到来方向の何れかに基づいて、前記生体内無線装置の位置を測定することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は請求項７に記載されるように、生体内に投入される生体内無線装置と、生体外に配置される複数の生体外無線装置とを有する位置測定システムにおいて、前記複数の生体外無線装置は、位置測定用の信号を送信する送信手段を備え、前記生体内無線装置は、前記複数の生体外無線装置からの位置測定用の信号を受信する受信手段と、前記複数の生体外無線装置からの位置測定用の信号の受信の態様に基づいて、前記生体内無線装置の位置を測定する位置測定手段とを備えることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は請求項８に記載されるように、請求項７に記載の位置測定システムにおいて、前記位置測定手段は、前記受信手段により前記複数の生体外無線装置からの位置測定用の信号が受信された時刻の差、前記受信手段により受信された前記複数の生体外無線装置からの位置測定用の信号の位相差、及び、前記受信手段により受信された前記複数の生体外無線装置からの位置測定用の信号の到来方向の何れかに基づいて、前記生体内無線装置の位置を測定することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は請求項９に記載されるように、請求項７又は８に記載の位置測定システムにおいて、前記生体内無線装置は、前記位置測定手段により測定された生体内無線装置の位置の情報を前記生体外無線装置へ通知する位置情報通知手段を備えることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明は請求項１０に記載されるように、生体内に投入される生体内無線装置の位置を測定する位置測定装置において、複数の生体外無線装置による前記生体内無線装置からの生体情報を含む信号又は位置測定用の信号の受信の態様に基づいて、前記生体内無線装置の位置を測定する位置測定手段を備えることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明は請求項１１に記載されるように、請求項１０に記載の位置測定装置において、前記位置測定手段は、前記複数の生体外無線装置により前記生体内無線装置からの生体情報を含む信号又は位置測定用の信号が受信された時刻の差、前記複数の生体外無線装置により受信された前記生体内無線装置からの生体情報を含む信号又は位置測定用の信号の位相差、及び、前記複数の生体外無線装置により受信された前記生体内無線装置からの生体情報を含む信号又は位置測定用の信号の到来方向の何れかに基づいて、前記生体内無線装置の位置を測定することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明は請求項１２に記載されるように、生体内に投入される生体内無線装置において、複数の生体外無線装置からの位置測定用の信号を受信する受信手段と、前記複数の生体外無線装置からの位置測定用の信号の受信の態様に基づいて、前記生体内無線装置の位置を測定する位置測定手段とを備えることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明は請求項１３に記載されるように、請求項１２に記載の生体内無線装置において、前記位置測定手段は、前記受信手段により前記複数の生体外無線装置からの位置測定用の信号が受信された時刻の差、前記受信手段により受信された前記複数の生体外無線装置からの位置測定用の信号の位相差、及び、前記受信手段により受信された前記複数の生体外無線装置からの位置測定用の信号の到来方向の何れかに基づいて、前記生体内無線装置の位置を測定することを特徴とする。
【００２０】
また、本発明は請求項１４に記載されるように、請求項１２又は１３に記載の生体内無線装置において、前記位置測定手段により測定された生体内無線装置の位置の情報を前記生体外無線装置へ通知する位置情報通知手段を備えることを特徴とする。
【００２１】
本発明によれば、生体外に配置される複数の生体外無線装置における、生体内に投入される生体内無線装置から送信される生体情報を含む信号又は位置測定用の信号の受信の態様、具体的には、各信号が受信された時刻の差、各信号の位相差、各信号の到来方向の何れかに基づいて、生体内無線装置の位置が的確に測定される。
【００２２】
また、本発明によれば、生体内に投入される生体内無線装置における、生体外に配置される複数の生体外無線装置から送信される位置測定用の信号の受信の態様、具体的には、各信号が受信された時刻の差、各信号の位相差、各信号の到来方向の何れかに基づいて、生体内無線装置の位置が的確に測定される。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
（実施例１）
図１は、実施例１における位置測定システムの構成例を示す図である。同図に示す位置測定システムは、生体５００内に投入される生体内無線装置１００と、生体５００の外部に配置される生体外無線装置２００−１〜２００−ｎ（以下、これら生体外無線装置２００−１〜２００−ｎをまとめて、適宜「生体外無線装置２００」と称する）と、位置測定装置３００と、制御装置４００により構成される。
【００２４】
実施例１における位置測定システムでは、各生体外無線装置２００が生体内無線装置１００から送信される信号を受信し、位置測定装置３００がその受信態様に基づいて、生体内無線装置１００の位置を測定する。
【００２５】
図２は、実施例１における生体内無線装置１００の構成例を示す図である。同図に示す生体内無線装置１００は、アンテナ１０１、送受信部１１０、制御部１２０及び生体情報取得部１３０を備える。
【００２６】
送受信部１１０は、制御装置４００から生体外無線装置２００を介して送信される、生体内無線装置１００の動作を制御するための制御信号を、アンテナ１０１を介して受信し、制御部１２０へ送る。制御部１２０は、制御信号に基づいて、生体内無線装置１００の移動や、投薬、生体内部の切断等の制御を行う。また、制御部１２０は、制御信号に基づいて、生体情報取得部１３０を制御する。生体情報取得部１３０は、カメラやマイクを内蔵しており、制御部１２０による制御に応じて、生体内を撮影したり、生体内の音を収集し、画像信号や音声信号を生体情報信号として送受信部１１０へ送る。
【００２７】
送受信部１１０は、生体情報信号を、アンテナ１０１を介して生体外へ送信する。あるいは、送受信部１１０は、生体情報信号の他に、位置測定用信号を定期的に、アンテナ１０１を介して生体外へ送信する。送受信部１１０が生体情報信号と位置測定用信号の双方を送信する場合、図３に示すように、これらの信号が多重化される。
【００２８】
各生体外無線装置２００は、生体情報信号や位置測定用信号を受信し、これらを位置測定装置３００へ送信する。位置測定装置３００は、各生体外無線装置２００における生体情報信号や位置測定用信号の受信の態様に基づいて、生体内無線装置１００の位置を測定する。
【００２９】
図４は、実施例１における生体外無線装置２００及び位置測定装置３００の構成例を示す図である。同図に示す生体外無線装置２００は、送受信部２１０を備える。なお、図４においては、生体外無線装置２００−１のみ構成が示されているが、他の生体外無線装置２００−２〜２００−ｎも、生体外無線装置２００−１と同様の構成を有する。一方、位置測定装置３００は、送受信部３１０及び位置測定部３２０を備える。
【００３０】
以下、位置測定部３２０が、各生体外無線装置２００における信号の受信時刻の差に基づいて生体内無線装置１００の位置を測定する実施例（実施例１−１）、各生体外無線装置２００において受信された信号の位相差に基づいて生体内無線装置１００の位置を測定する実施例（実施例１−２）、及び、各生体外無線装置２００において受信された信号の到来方向に基づいて生体内無線装置１００の位置を測定する実施例（実施例１−３）について説明する。
（実施例１−１）
本実施例においては、位置測定装置３００は、各生体外無線装置２００における信号の受信時刻の差に基づいて生体内無線装置１００の位置を測定する。具体的には、生体内無線装置１００内の送受信部１１０は、生体情報信号や位置測定用信号を送信する際に、これらの信号に現在時刻、即ち送信時の時刻（以下、「送信時刻」と称する）を含めて送信する。各生体外無線装置２００内の送受信部２１０は、生体情報信号や位置測定用信号を受信すると、これらの信号に現在時刻、即ち受信時の時刻（以下、「受信時刻」と称する）を含めて位置測定装置３００へ送信する。位置測定装置３００内の送受信部３１０は、各生体外無線装置２００から送信される生体情報信号や位置測定用信号を受信し、位置測定部３２０へ送る。
【００３１】
位置測定部３２０は、生体情報信号や位置測定用信号に含まれる送信時刻及び受信時刻と、既知である各生体外無線装置２００の位置とに基づいて、生体内無線装置１００の位置を測定する。具体的には、位置測定部３２０は、送信時刻ｔ０、受信時刻ｔｉ、光速ｃに基づいて、生体内無線装置１００とｉ番目の生体外無線装置２００との距離ｒｉについて以下の数１を生成する。
【００３２】
【数１】
【００３３】
また、位置測定部３２０は、生体内無線装置１００の位置（ｘ０，ｙ０，ｚ０）、ｉ番目の生体外無線装置２００の位置（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）に基づいて、生体内無線装置１００とｉ番目の生体外無線装置２００との距離ｒｉについて、以下の数２を生成する。
【００３４】
【数２】
【００３５】
位置測定部３２０は、生体内無線装置１００と４個の生体外無線装置２００との距離について、上述した数１及び数２を生成し、４個の未知数であるｘ０，ｙ０，ｚ０とｓとを求める。なお、各生体外無線装置２００間の時間誤差がない場合、ｓ＝０である。従って、この場合には、位置測定部３２０は、生体内無線装置１００と３個の生体外無線装置２００との距離について、上述した数１及び数２を生成し、３個の未知数であるｘ０，ｙ０，ｚ０を求める。
（実施例１−２）
本実施例においては、位置測定装置３００は、各生体外無線装置２００において受信された信号の位相差に基づいて生体内無線装置１００の位置を測定する。具体的には、位置測定装置３００内の位置測定部３２０は、生体情報信号や位置測定用信号の波長λ、生体内無線装置１００の位置ｐ０、ｉ番目の生体外無線装置２００の位置ｐｉに基づいて、ｉ番目の生体外無線装置２００によって受信された生体情報信号や位置測定用信号の受信位相φｉを以下の数３より求める。
【００３６】
【数３】
【００３７】
また、位置測定部３２０は、受信信号である生体情報信号や位置測定用信号を以下の数４により求める。
【００３８】
【数４】
【００３９】
【数５】
【００４０】
一方、生体内無線装置１００からｉ番目の生体外無線装置２００までの距離と、生体内無線装置１００からｊ番目の生体外無線装置２００までの距離との差ｒｉｊは、生体内無線装置１００の位置（ｘ０，ｙ０，ｚ０）、ｉ番目の生体外無線装置２００の位置（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）、ｊ番目の生体外無線装置２００の位置（ｘｊ，ｙｊ，ｚｊ）とすると、以下の数６となる。
【００４１】
【数６】
【００４２】
【数７】
【００４３】
位置測定部３２０は、２個の生体外無線装置２００の組み合わせを３組形成し、各組み合わせに対応する位相差を、それぞれ数７に代入する。更に、位置測定部３２０は、数７の値のそれぞれを数６に代入して３元連立方程式を生成する。そして、位置測定部３２０は、この３元連立方程式を解くことにより、生体内無線装置１００の位置（ｘ０，ｙ０，ｚ０）を求める。
【００４４】
なお、数６を満足する生体内無線装置１００の位置（ｘ０，ｙ０，ｚ０）は、図５に示すような放物面で表される２個の生体外無線装置２００の組み合わせに対応する第１の位相差Δφｉｊの等位相差面上の何れかにあり、この等位相差面と、更に別の２個の生体外無線装置２００の組み合わせに対応する位相差（第１の位相差と同一）の等位相差面との交点から求められる。
（実施例１−３）
本実施例においては、位置測定装置３００は、各生体外無線装置２００において受信された信号の到来方向に基づいて生体内無線装置１００の位置を測定する。この場合、生体外無線装置２００内のアンテナ２０１には、アレーアンテナが用いられ、特に、構成を簡単にすべく、リニアアレーが用いられる。図６は、Ｋ個の素子によって構成されるリニアアレーの概念図である。
【００４５】
図６に示すリニアアレーの出力（アレー出力）ｙ（ｔ）は、以下の数８で示される。
【００４６】
【数８】
【００４７】
【数９】
【００４８】
【数１０】
【００４９】
【数１１】
【００５０】
【数１２】
【００５１】
【数１３】
【００５２】
【数１４】
【００５３】
【数１５】
【００５４】
【数１６】
【００５５】
なお、位置測定部３２０は、生体内無線装置１００の移動経路が既知である場合には、その経路情報をも用いて位置を測定することにより、測定精度を向上させることができる。
【００５６】
ところで、位置測定の精度を向上させるために、生体外無線装置２００は、他からの干渉を極力小さくし、信号を効率的に伝送することが必要となる。図７は、このような効率的な伝送を可能とする光技術を適用した生体外無線装置２００及び位置測定装置３００の構成例を示す図である。
【００５７】
生体外無線装置２００内のアンテナ２０１と送受信部２１０とは、光変調器型電界センサを構成する。アンテナ２０１は、２本の金属電極棒を、空隙を介して直列に配置し、電磁界中に配置されたものである。送受信部２１０内の光変調器２１３は、この空隙に誘起される電圧を、光信号に変換する。変換された光信号は、光ファイバ２５０を介して位置測定装置３００へ送信される。なお、送受信部２１０内には、光源２１１が構成される。この光源２１１は、高出力の半導体励起ＹＡＧレーザであり、光ファイバ２１２を介して光変調器２１３へ光を供給する。光変調器２１３は、高感度のマッファチェンダ光干渉計であり、変換した光信号の感度を光源２１１から光により向上させることができる。
【００５８】
位置測定装置３００内の送受信部３１０は、光検出器３１１を備える。光検出器３１１は、生体外無線装置２００内の光変調器２１３から送信される光信号を電気信号に変換する。位置測定部３２０は、信号処理装置３２１を備える。この信号処理装置３２１は、光検出器３１１からの電気信号に基づいて、上述した手法により生体内無線装置１００の位置を測定するための各種信号処理を行う。
【００５９】
このように、生体外無線装置２００が生体内無線装置１００からの信号を光信号に変換して位置測定装置３００へ伝送することにより、伝送中の干渉を受けにくく、正確な位置測定が可能となる。
【００６０】
図８は、実施例１における位置測定システムの動作を示すシーケンス図である。生体内無線装置１００は、生体情報信号や位置測定用信号を生体外へ送信する（ステップ１０１）。生体外無線装置２００は、生体情報信号や位置測定用信号を受信し、これらを位置測定装置３００へ送信する（ステップ１０２）。位置測定装置３００は、生体外無線装置２００における生体情報信号や位置測定用信号の受信の態様を認識し（ステップ１０３）、この受信態様に基づいて、生体内無線装置１００の位置を測定する（ステップ１０４）。
（実施例２）
図９は、実施例２における位置測定システムの構成例を示す図である。同図に示す位置測定システムは、生体５００内に投入される生体内無線装置１００と、生体５００の外部に配置される生体外無線装置２００−１〜２００−ｎ（生体外無線装置２００）と、制御装置４００とにより構成される。
【００６１】
実施例２における位置測定システムでは、生体内無線装置１００が各生体外無線装置２００から送信される信号を受信し、自身の位置を測定する。
【００６２】
図２は、生体内無線装置１００の構成例を示す図である。同図に示す生体内無線装置１００は、アンテナ１０１、送受信部１１０、制御部１２０、生体情報取得部１３０及び位置測定部１４０を備える。
【００６３】
実施例１と同様、送受信部１１０は、制御装置４００から生体外無線装置２００を介して送信される、生体内無線装置１００の動作を制御するための制御信号を、アンテナ１０１を介して受信し、制御部１２０へ送る。制御部１２０は、制御信号に基づいて、生体内無線装置１００の移動や、投薬、生体内部の切断等の制御を行う。また、制御部１２０は、制御信号に基づいて、生体情報取得部１３０を制御する。生体情報取得部１３０は、カメラやマイクを内蔵しており、制御部１２０による制御に応じて、生体内を撮影したり、生体内の音を収集し、画像信号や音声信号を生体情報信号として送受信部１１０へ送る。送受信部１１０は、生体情報信号を、アンテナ１０１を介して生体外へ送信する。
【００６４】
また、送受信部１１０は、各生体外無線装置２００から送信される位置測定用の信号を受信し、位置測定部１４０へ送る。位置測定部１４０は、送受信部１１０における位置測定用信号の受信の態様に基づいて、生体内無線装置１００の位置を測定する。
【００６５】
以下、位置測定部１４０が、生体内無線装置１００における各生体外無線装置２００からの信号の受信時刻の差に基づいて生体内無線装置１００の位置を測定する実施例（実施例２−１）、生体内無線装置１００において受信された各生体外無線装置２００からの信号の位相差に基づいて当該生体内無線装置１００の位置を測定する実施例（実施例２−２）、及び、生体内無線装置１００において受信された各生体外無線装置２００からの信号の到来方向に基づいて生体内無線装置１００の位置を測定する実施例（実施例２−３）について説明する。
（実施例２−１）
本実施例においては、生体内無線装置１００内の位置測定部１４０は、生体内無線装置１００における各生体外無線装置２００からの信号の受信時刻の差に基づいて生体内無線装置１００の位置を測定する。具体的には、各生体外無線装置２００は、位置測定用信号を送信する際に、これらの信号に現在時刻、即ち送信時の時刻（送信時刻）を含めて送信する。生体内無線装置１００内の送受信部１１０は、位置測定用信号を受信すると、これらの信号に現在時刻、即ち受信時の時刻（受信時刻）を含めて位置測定部１４０へ送信する。
【００６６】
位置測定部１４０は、位置測定用信号に含まれる送信時刻及び受信時刻と、既知である各生体外無線装置２００の位置とに基づいて、生体内無線装置１００の位置を測定する。具体的には、上述した実施例１−１と同様の手法であるので、その説明は省略する。
（実施例２−２）
本実施例においては、生体内無線装置１００内の位置測定部１４０は、生体内無線装置１００において受信された各生体外無線装置２００からの信号の位相差に基づいて当該生体内無線装置１００の位置を測定する。具体的には、位置測定部１４０は、位置測定用信号の波長λ、生体内無線装置１００の位置ｐ０、ｉ番目の生体外無線装置２００の位置ｐｉに基づいて、ｉ番目の生体外無線装置２００からの位置測定用信号の受信位相φｉを上述した数３より求める。また、位置測定部１４０は、受信信号である位置測定用信号を上述した数４により求める。
【００６７】
更に、位置測定部１４０は、ｉ番目の生体外無線装置２００からの信号の位相φｉと、ｊ番目の生体外無線装置２００からの信号の位相φｊとの位相差Δφｉｊ≡φｉ−φｊを、上述した数５を用いてこれら受信信号の相関を求めることにより導出する。
【００６８】
一方、生体内無線装置１００からｉ番目の生体外無線装置２００までの距離と、生体内無線装置１００からｊ番目の生体外無線装置２００までの距離との差ｒｉｊは、上述した数６となる。また、位置測定部１４０は、この距離差ｒｉｊを、位相差Δφｉｊに基づいて、上述した数７より求める。
【００６９】
位置測定部１４０は、２個の生体外無線装置２００の組み合わせを３組形成し、各組み合わせに対応する位相差を、それぞれ数７に代入する。更に、位置測定部１４０は、数７の値のそれぞれを数６に代入して３元連立方程式を生成する。そして、位置測定部１４０は、この３元連立方程式を解くことにより、生体内無線装置１００の位置（ｘ０，ｙ０，ｚ０）を求める。
（実施例１−３）
本実施例においては、生体内無線装置１００内の位置測定部１４０は、各生体外無線装置２００からの信号の到来方向に基づいて生体内無線装置１００の位置を測定する。この場合、生体内無線装置１００内のアンテナ１０１には、上述した実施例１−３における生体外無線装置２００内のアンテナ２０１と同様、アレーアンテナが用いられ、特に、構成を簡単にすべく、リニアアレーが用いられる。具体的な位置測定の手法は、上述した実施例１−３と同様の手法であるので、その説明は省略する。
【００７０】
なお、位置測定部１４０は、生体内無線装置１００の移動経路が既知である場合には、その経路情報をも用いて位置を測定することにより、測定精度を向上させることができる。
【００７１】
生体内無線装置１００内の位置測定部１４０は、上述した手法により測定した生体内無線装置１００の位置の情報を、送受信部１１０を介して生体外無線装置２００へ送信する。生体外無線装置２００は、この位置情報を更に制御装置４００へ送信する。制御装置４００は、受信した生体内無線装置１００の位置情報を、例えばモニタに表示することにより、利用者へ通知する。
【００７２】
図１１は、実施例２における位置測定システムの動作を示すシーケンス図である。生体外無線装置２００は、位置測定用信号を送信する（ステップ２０１）。生体内無線装置１００は、この位置測定用信号の受信の態様を認識し（ステップ２０２）、この受信態様に基づいて、生体内無線装置１００の位置を測定する（ステップ２０３）。
【００７３】
更に、生体内無線装置１００は、測定した当該生体内無線装置１００の位置の情報を生体外無線装置２００へ送信する（ステップ２０４）。生体外無線装置２００は、この位置情報を受信し、制御装置４００へ送信する（ステップ２０５）。制御装置４００は、受信した位置情報を利用者へ通知する（ステップ２０６）。
【００７４】
このように、本実施形態の位置測定システムでは、位置測定装置３００は、複数の生体外無線装置２００における、生体内無線装置１００からの生体情報信号や位置測定用信号の受信の態様、具体的には、各生体外無線装置２００における信号の受信時刻の差、信号の位相差、信号の到来方向の何れかに基づいて、生体内無線装置１００の位置を的確に測定することができる。
【００７５】
また、本実施形態の位置測定システムでは、生体内無線装置１００は、複数の生体外無線装置からの信号の受信の態様、具体的には、生体外無線装置２００からの信号の受信時刻の差、信号の位相差、信号の到来方向の何れかに基づいて、自身の位置を的確に測定することができる。
【００７６】
【発明の効果】
上述の如く、本願発明によれば、生体内に投入された機器の位置を的確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１における位置測定システムの構成例を示す図である。
【図２】実施例１における生体内無線装置の構成例を示す図である。
【図３】生体情報信号と位置測定用信号の多重化の様子を示す図である。
【図４】実施例１における生体外無線装置及び位置測定装置の構成例を示す図である。
【図５】等位相差面の一例を示す図である。
【図６】リニアアレーの概念図である。
【図７】光技術を適用した生体外無線装置及び位置測定装置の構成例を示す図である。
【図８】実施例１における位置測定システムの動作を示すシーケンス図である。
【図９】実施例２における位置測定システムの構成例を示す図である。
【図１０】実施例２における生体内無線装置の構成例を示す図である。
【図１１】実施例２における位置測定システムの動作を示すシーケンス図である。
【符号の説明】
１００ 位置測定装置
１０１、２０１ アンテナ
１１０、２１０、３１０ 送受信部
１２０ 制御部
１３０ 生体情報取得部
１４０、３２０ 位置測定部
２００−１〜２００−ｎ 生体外無線装置
２１１ 光源
２１２、２５０ 光ファイバ
２１３ 光変調器
３００ 位置測定装置
３１１ 光検出器
３２１ 信号処理装置
Claims (14)
- 生体内に投入される生体内無線装置の位置を測定する位置測定方法において、
前記生体内無線装置が生体情報を含む信号又は位置測定用の信号を送信する手順と、
生体外に配置される複数の生体外無線装置が前記生体内無線装置からの生体情報を含む信号又は位置測定用の信号を受信する手順と、
前記複数の生体外無線装置による前記生体内無線装置からの生体情報を含む信号又は位置測定用の信号の受信の態様に基づいて、前記生体内無線装置の位置を測定する手順と、
を備えることを特徴とする位置測定方法。 - 請求項１に記載の位置測定方法において、
前記生体内無線装置の位置を測定する手順は、前記複数の生体外無線装置により前記生体内無線装置からの生体情報を含む信号又は位置測定用の信号が受信された時刻の差、前記複数の生体外無線装置により受信された前記生体内無線装置からの生体情報を含む信号又は位置測定用の信号の位相差、及び、前記複数の生体外無線装置により受信された前記生体内無線装置からの生体情報を含む信号又は位置測定用の信号の到来方向の何れかに基づいて、前記生体内無線装置の位置を測定することを特徴とする位置測定方法。 - 生体内に投入される生体内無線装置の位置を測定する位置測定方法において、
生体外に配置される複数の生体外無線装置が位置測定用の信号を送信する手順と、
前記生体内無線装置が前記複数の生体外無線装置からの位置測定用の信号を受信する手順と、
前記生体内無線装置による前記複数の生体外無線装置からの位置測定用の信号の受信の態様に基づいて、前記生体内無線装置の位置を測定する手順と、
を備えることを特徴とする位置測定方法。 - 請求項３に記載の位置測定方法において、
前記生体内無線装置の位置を測定する手順は、前記生体内無線装置により前記複数の生体外無線装置からの位置測定用の信号が受信された時刻の差、前記生体内無線装置により受信された前記複数の生体外無線装置からの位置測定用の信号の位相差、及び、前記生体内無線装置により受信された前記複数の生体外無線装置からの位置測定用の信号の到来方向の何れかに基づいて、前記生体内無線装置の位置を測定することを特徴とする位置測定方法。 - 生体内に投入される生体内無線装置と、生体外に配置される複数の生体外無線装置と、位置測定装置とを有する位置測定システムにおいて、
前記生体内無線装置は、
生体情報を含む信号又は位置測定用の信号を送信する送信手段を備え、
前記複数の生体外無線装置は、
前記生体内無線装置からの生体情報を含む信号又は位置測定用の信号を受信する受信手段を備え、
前記位置測定装置は、
前記複数の生体外無線装置による前記生体内無線装置からの生体情報を含む信号又は位置測定用の信号の受信の態様に基づいて、前記生体内無線装置の位置を測定する位置測定手段を備えることを特徴とする位置測定システム。 - 請求項５に記載の位置測定システムにおいて、
前記位置測定手段は、前記複数の生体外無線装置により前記生体内無線装置からの生体情報を含む信号又は位置測定用の信号が受信された時刻の差、前記複数の生体外無線装置により受信された前記生体内無線装置からの生体情報を含む信号又は位置測定用の信号の位相差、及び、前記複数の生体外無線装置により受信された前記生体内無線装置からの生体情報を含む信号又は位置測定用の信号の到来方向の何れかに基づいて、前記生体内無線装置の位置を測定することを特徴とする位置測定システム。 - 生体内に投入される生体内無線装置と、生体外に配置される複数の生体外無線装置とを有する位置測定システムにおいて、
前記複数の生体外無線装置は、
位置測定用の信号を送信する送信手段を備え、
前記生体内無線装置は、
前記複数の生体外無線装置からの位置測定用の信号を受信する受信手段と、
前記複数の生体外無線装置からの位置測定用の信号の受信の態様に基づいて、前記生体内無線装置の位置を測定する位置測定手段と、
を備えることを特徴とする位置測定システム。 - 請求項７に記載の位置測定システムにおいて、
前記位置測定手段は、前記受信手段により前記複数の生体外無線装置からの位置測定用の信号が受信された時刻の差、前記受信手段により受信された前記複数の生体外無線装置からの位置測定用の信号の位相差、及び、前記受信手段により受信された前記複数の生体外無線装置からの位置測定用の信号の到来方向の何れかに基づいて、前記生体内無線装置の位置を測定することを特徴とする位置測定システム。 - 請求項７又は８に記載の位置測定システムにおいて、
前記生体内無線装置は、
前記位置測定手段により測定された生体内無線装置の位置の情報を前記生体外無線装置へ通知する位置情報通知手段を備えることを特徴とする位置測定システム。 - 生体内に投入される生体内無線装置の位置を測定する位置測定装置において、
複数の生体外無線装置による前記生体内無線装置からの生体情報を含む信号又は位置測定用の信号の受信の態様に基づいて、前記生体内無線装置の位置を測定する位置測定手段を備えることを特徴とする位置測定装置。 - 請求項１０に記載の位置測定装置において、
前記位置測定手段は、前記複数の生体外無線装置により前記生体内無線装置からの生体情報を含む信号又は位置測定用の信号が受信された時刻の差、前記複数の生体外無線装置により受信された前記生体内無線装置からの生体情報を含む信号又は位置測定用の信号の位相差、及び、前記複数の生体外無線装置により受信された前記生体内無線装置からの生体情報を含む信号又は位置測定用の信号の到来方向の何れかに基づいて、前記生体内無線装置の位置を測定することを特徴とする位置測定装置。 - 生体内に投入される生体内無線装置において、
複数の生体外無線装置からの位置測定用の信号を受信する受信手段と、
前記複数の生体外無線装置からの位置測定用の信号の受信の態様に基づいて、前記生体内無線装置の位置を測定する位置測定手段と、
を備えることを特徴とする生体内無線装置。 - 請求項１２に記載の生体内無線装置において、
前記位置測定手段は、前記受信手段により前記複数の生体外無線装置からの位置測定用の信号が受信された時刻の差、前記受信手段により受信された前記複数の生体外無線装置からの位置測定用の信号の位相差、及び、前記受信手段により受信された前記複数の生体外無線装置からの位置測定用の信号の到来方向の何れかに基づいて、前記生体内無線装置の位置を測定することを特徴とする生体内無線装置。 - 請求項１２又は１３に記載の生体内無線装置において、
前記位置測定手段により測定された生体内無線装置の位置の情報を前記生体外無線装置へ通知する位置情報通知手段を備えることを特徴とする生体内無線装置。
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