JP4694571B2 - 位置検出システム - Google Patents
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Description
本発明は、位置検出システムに関する。
医療装置のうちのカプセル型医療装置は、被検者等の被検体に飲み込ませて体腔管路内を通過させ、目的位置の体腔管路内における画像の取得が可能な飲み込み型の医療装置である。上記カプセル型医療装置は、上記医療行為が可能な、例えば、画像取得が可能なCCD(Charge Coupled Device)等の撮像素子を備えて構成され、体腔管路内の目的部位で画像取得を行うものである。
しかしながら、上記カプセル型医療装置は、体腔管路内を誘導しなければ目的部位まで到達できず、誘導するためにはカプセル型医療装置が体腔管路内のどの位置にいるかを検出する必要があった。
そのため、目視にて位置を確認できない所(体腔管路内など)へ誘導されたカプセル型医療装置などの位置を検出する技術が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
国際公開第2004/014225号パンフレット
米国特許第7026927号明細書
そのため、目視にて位置を確認できない所(体腔管路内など)へ誘導されたカプセル型医療装置などの位置を検出する技術が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
上述の特許文献1においては、交流電源が接続されたLC共振回路を含む磁界発生回路を搭載したカプセル型医療装置と、カプセル型医療装置の外部に配置されるとともに磁界発生回路から発せられた磁界を検出する検出装置と、を用いるカプセル型医療装置の位置検出技術が開示されている。この技術によれば、交流電源により供給された交流電力に基づいて、磁界発生回路は外部に向けて磁界を発することができる。そして、この磁界を検出装置が検出することによりカプセル型医療装置の位置を検出することができる。
しかしながら、上述の位置を検出する技術においては、カプセル型医療装置内に交流電源が接続されたLC共振回路を有する磁界発生回路が搭載されている。そのため、カプセル型医療装置を小型化しにくく、被験者等が飲み込みやすいサイズのカプセル型医療装置を実現することが難しいという問題があった。一方、カプセル型医療装置を小型化すると、上記交流電源も小型化されることにより、磁界発生回路に供給できる電力が制限される。すると、磁界発生回路から発せられる磁界の強度が弱くなり、カプセル型医療装置の位置検出が難しくなるという問題があった。また、交流電源の寿命が短くなるため、カプセル型医療装置の寿命も短くなるという問題があった。
また、磁気誘導コイルおよびコンデンサのみから構成されたLC共振回路が内蔵されたカプセル型医療装置と、体外に配置されるとともに磁気誘導コイルに誘導起電力を発生させる駆動コイルと、外部に配置されるとともに誘導磁界を検出する複数の磁界センサと、を用いるカプセル型医療装置の位置検出技術も知られている。
この技術によれば、まず、駆動コイルにより誘起された誘導起電力により、LC共振回路の磁気誘導コイルは誘導磁界を発生する。そして、磁界センサが発生した誘導磁界を検出することによりカプセル型医療装置の位置を検出できる。つまり、この技術によれば、カプセル型医療装置内に交流電源を搭載することなくカプセル型医療装置の位置を検出することができるため、カプセル型医療装置を小型化しやすいとともに、位置検出の容易化、長寿命化を図ることができた。
この際、駆動コイルは、LC共振回路に対して、LC共振回路の共振周波数前後の異なる2つの周波数を有する交番磁界を作用させている。
この技術によれば、まず、駆動コイルにより誘起された誘導起電力により、LC共振回路の磁気誘導コイルは誘導磁界を発生する。そして、磁界センサが発生した誘導磁界を検出することによりカプセル型医療装置の位置を検出できる。つまり、この技術によれば、カプセル型医療装置内に交流電源を搭載することなくカプセル型医療装置の位置を検出することができるため、カプセル型医療装置を小型化しやすいとともに、位置検出の容易化、長寿命化を図ることができた。
この際、駆動コイルは、LC共振回路に対して、LC共振回路の共振周波数前後の異なる2つの周波数を有する交番磁界を作用させている。
しかしながら、上述の位置検出技術においては、磁界センサは駆動コイルが発生する駆動磁界と磁気誘導コイルが形成する誘導磁界とを同時に検出するため、そのままでは誘導磁界が駆動磁界に埋もれてしまい、カプセル型医療装置の位置検出が困難となっていた。
一方、同時に検出された駆動磁界および誘導磁界から駆動磁界のみを取り除くため、磁気誘導コイルが検出範囲にない状態で駆動コイルの駆動磁界のみを予め測定(キャリブレーション測定)し、測定した駆動磁界を、同時に検出された駆動磁界および誘導磁界から差分することで、誘導磁界を算出できることが知られている。
なお、キャリブレーション測定する駆動磁界の周波数は、カプセル型医療装置の位置検出の際に用いられる駆動磁界の周波数と同一であることが必要である。
しかしながら、上述の方法では、カプセル型医療装置の位置検出前に、必ず使用する駆動磁界についてキャリブレーション測定をする必要があり、位置検出に手間がかかるという問題があった。
なお、キャリブレーション測定する駆動磁界の周波数は、カプセル型医療装置の位置検出の際に用いられる駆動磁界の周波数と同一であることが必要である。
しかしながら、上述の方法では、カプセル型医療装置の位置検出前に、必ず使用する駆動磁界についてキャリブレーション測定をする必要があり、位置検出に手間がかかるという問題があった。
また、駆動磁界の周波数はLC共振回路の共振周波数に基づいて定められている。この共振周波数は、LC共振回路を構成する磁気誘導コイルやコンデンサの特性のばらつきの影響を受ける。つまり、カプセル型医療装置の個体が異なると、それに搭載されたLC共振回路の共振周波数が異なることとなり、個々のカプセル型医療装置ごとに駆動磁界のキャリブレーション測定を行う必要があった。
そのため、どのカプセル型医療装置を用いるか決まるまではキャリブレーション測定を行えないという問題があった。あるいは、カプセル型医療装置の位置検出に使用される可能性のある全ての駆動磁界の周波数についてキャリブレーション測定を行う必要があり、カプセル型医療装置の位置検出に手間がかかるという問題があった。
そのため、どのカプセル型医療装置を用いるか決まるまではキャリブレーション測定を行えないという問題があった。あるいは、カプセル型医療装置の位置検出に使用される可能性のある全ての駆動磁界の周波数についてキャリブレーション測定を行う必要があり、カプセル型医療装置の位置検出に手間がかかるという問題があった。
また、キャリブレーション測定を行った後は、駆動コイルと磁界センサとの位置関係を固定しておかねばならず、駆動コイルと磁界センサとの位置関係が変化してしまうと、カプセル型医療装置等の位置検出ができなくなってしまうという問題があった。
これらの課題に対して、駆動コイルを駆動する期間と駆動コイルの駆動を停止する期間の2通りの期間を設ける技術が提案されている(例えば、特許文献2参照。)。特許文献2においては、駆動コイルを駆動する期間に磁気誘導コイルに誘導磁界を発生させ、その後駆動コイルの駆動を停止することにより、磁気誘導コイルからの誘導磁界のみを検出し、キャリブレーション測定なしで位置を検出する技術が開示されている。この技術によれば、駆動コイルの駆動を停止すると、駆動コイルの作る磁界がなくなる。一方で、駆動コイルの駆動を停止しても、しばらくの間は、磁気誘導コイルによる誘導磁場が維持されている。そして、この磁界を磁界センサが検出することにより、磁気誘導コイルの位置を検出することができる。
しかしながら、上述の駆動コイルの駆動を停止することにより位置を検出する技術においては、駆動コイルの駆動が停止している期間でしか位置を検出できないため、一定時間あたりの位置の検出の回数が減るという問題があった。
しかしながら、上述の駆動コイルの駆動を停止することにより位置を検出する技術においては、駆動コイルの駆動が停止している期間でしか位置を検出できないため、一定時間あたりの位置の検出の回数が減るという問題があった。
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って、キャリブレーション測定を事前に行わなくてもよく、位置等の検出の手間を削減でき、位置の検出回数が減ることのない位置検出システムを提供することを目的とする。また、駆動コイルと磁界センサとの位置関係が変化しても、カプセル型医療装置等の位置検出ができる位置検出システムを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明は、磁気誘導コイルを搭載した機器と、交番磁界を発生する駆動コイルと、前記機器の作動範囲の外部に配置され、前記磁気誘導コイルが前記交番磁界を受けて発生した誘導磁界を検出する複数の磁界センサと、前記磁気誘導コイルの共振周波数に基づいた位置算出用周波数を求める周波数決定部と、前記位置算出用周波数において、前記複数の磁界センサの出力から、前記交番磁界に対して略直交する振幅成分および前記交番磁界と略同相の振幅成分の少なくとも一方を検出する振幅成分検出手段と、前記振幅成分に基づいて、前記機器の位置および向きの少なくとも一方を算出する位置解析手段と、を備える位置検出システムを提供する。
本発明は、磁気誘導コイルを搭載した機器と、交番磁界を発生する駆動コイルと、前記機器の作動範囲の外部に配置され、前記磁気誘導コイルが前記交番磁界を受けて発生した誘導磁界を検出する複数の磁界センサと、前記磁気誘導コイルの共振周波数に基づいた位置算出用周波数を求める周波数決定部と、前記位置算出用周波数において、前記複数の磁界センサの出力から、前記交番磁界に対して略直交する振幅成分および前記交番磁界と略同相の振幅成分の少なくとも一方を検出する振幅成分検出手段と、前記振幅成分に基づいて、前記機器の位置および向きの少なくとも一方を算出する位置解析手段と、を備える位置検出システムを提供する。
本発明によれば、複数の磁界センサから得られた磁界センサの出力から、振幅成分検出手段が交番磁界に対して略直交する位相または同位相における振幅成分を検出し、振幅成分に基づいて、位置解析手段が機器の位置および向きの少なくとも一方を算出できる。つまり、振幅成分検出手段は、駆動コイルを停止することなく、駆動コイルおよび磁気誘導コイルからの磁界を受けた磁界センサの出力から、機器の位置および向きに係る情報のみを含み、駆動コイルの位置および向きに係る情報を含まない振幅成分を分離することができるため、複数の磁界センサに対して上記交番磁界のみを作用させた際の複数の磁界センサの出力を測定(キャリブレーション測定)することなく、また、一定時間あたりの位置の検出の回数が減ることなく、機器の位置および向きの少なくとも一方を算出できる。
磁気誘導コイルは、上記交番磁界により誘導磁界を発生するため、磁気誘導コイルに電源を付加する必要がない。そのため、機器の内部に搭載する構成要素数を減らすことができる。また、機器の位置検出に用いる磁界を発生するために、その内部に搭載された電源等を用いないため、機器の寿命が当該電源等の寿命の影響を受けることがない。
振幅成分検出手段により、磁界センサの出力から交番磁界と同位相の振幅成分を検出し、当該振幅成分に基づいて、位置解析手段が機器の位置等を算出することができる。
上記発明においては、前記周波数決定部が、前記共振周波数の情報を予め取得することにより、前記位置算出用周波数を決定することが望ましい。
本発明によれば、位置算出用周波数決定部が予め共振周波数を取得するため、位置算出用周波数を含む周波数帯域にわたって交番磁界の周波数をスイープさせる必要がなくなり、機器の位置および向きの少なくとも一方の計算に要する時間を短縮することができる。
本発明によれば、位置算出用周波数決定部が予め共振周波数を取得するため、位置算出用周波数を含む周波数帯域にわたって交番磁界の周波数をスイープさせる必要がなくなり、機器の位置および向きの少なくとも一方の計算に要する時間を短縮することができる。
上記発明においては、前記周波数決定部が、前記共振周波数の変化を検出し、その変化に基づいて前記位置算出用周波数を決定することが望ましい。
本発明によれば、位置算出用周波数決定部が磁気誘導コイルの共振周波数の変化を検出できるため、常に共振周波数と位置算出用周波数との関係を一定に保つことができる。例えば、磁気誘導コイルの温度が変化したことにより共振周波数が変化した場合においても、位置算出用周波数決定部が共振周波数の変化を検出できるため、常に共振周波数において、機器の位置および向きの少なくとも一方を算出することができる。
本発明によれば、位置算出用周波数決定部が磁気誘導コイルの共振周波数の変化を検出できるため、常に共振周波数と位置算出用周波数との関係を一定に保つことができる。例えば、磁気誘導コイルの温度が変化したことにより共振周波数が変化した場合においても、位置算出用周波数決定部が共振周波数の変化を検出できるため、常に共振周波数において、機器の位置および向きの少なくとも一方を算出することができる。
上記発明においては、前記振幅成分検出手段が、フーリエ変換を用いて検出した前記振幅成分に基づいて前記機器の位置および向きの少なくとも一方を繰り返し算出する際に、前記フーリエ変換の開始タイミングと、前記駆動コイルが発生する前記交番磁界の位相との間のずれを一定として前記フーリエ変換を行なうことが望ましい。
本発明によれば、振幅成分検出手段における振幅成分の検出にフーリエ変換を用いることにより、振幅成分をより早くかつ正確に検出することができる。
また、フーリエ変換の開始タイミングと、上記交番磁界の位相との相対関係を一定に保つことにより、上記位置および向きの少なくとも一方の算出におけるばらつきを抑えることができる。
本発明によれば、振幅成分検出手段における振幅成分の検出にフーリエ変換を用いることにより、振幅成分をより早くかつ正確に検出することができる。
また、フーリエ変換の開始タイミングと、上記交番磁界の位相との相対関係を一定に保つことにより、上記位置および向きの少なくとも一方の算出におけるばらつきを抑えることができる。
上記発明においては、前記駆動コイルと前記磁界センサとが別体で構成されることが望ましい。
本発明によれば、駆動コイルと磁界センサとが別体で構成されているため、駆動コイルと磁界センサとを別々に移動させることができる。
本発明によれば、駆動コイルと磁界センサとが別体で構成されているため、駆動コイルと磁界センサとを別々に移動させることができる。
上記発明においては、複数の前記磁界センサが一体に配置されていることが望ましい。
本発明によれば、複数の磁界センサが一体に配置されているため、各磁界センサの相対位置関係が固定される。
本発明によれば、複数の磁界センサが一体に配置されているため、各磁界センサの相対位置関係が固定される。
上記発明においては、前記駆動コイルと前記磁気誘導コイルとの相対位置に応じて、前記駆動コイルが発生する前記交番磁界の向きおよび強さの少なくとも一方を変化させる駆動コイルドライバを備えることが望ましい。
本発明によれば、駆動コイルドライバが、駆動コイルと磁気誘導コイルとの相対位置に応じて、駆動コイルが発生する交番磁界の向きおよび強さの少なくとも一方を変化させるため、磁気誘導コイルから誘導磁界を確実に発生させることができる。
つまり、駆動コイルが発生する交番磁界の向きと磁気誘導コイルの向きとの相対関係が、磁気誘導コイルから誘導磁界を発生させにくい相対関係となることを防止できる。
本発明によれば、駆動コイルドライバが、駆動コイルと磁気誘導コイルとの相対位置に応じて、駆動コイルが発生する交番磁界の向きおよび強さの少なくとも一方を変化させるため、磁気誘導コイルから誘導磁界を確実に発生させることができる。
つまり、駆動コイルが発生する交番磁界の向きと磁気誘導コイルの向きとの相対関係が、磁気誘導コイルから誘導磁界を発生させにくい相対関係となることを防止できる。
上記発明においては、前記駆動コイルと前記磁界センサとが、前記作動範囲に配置された被験者に固定されていることが望ましい。
本発明によれば、駆動コイルと磁界センサとが被験者に固定されることにより、例えば、被験者が移動しても機器の位置および向きの少なくとも一方を検出し続けることができる。
本発明によれば、駆動コイルと磁界センサとが被験者に固定されることにより、例えば、被験者が移動しても機器の位置および向きの少なくとも一方を検出し続けることができる。
上記発明においては、同時に使用される複数の前記機器において、
それぞれの前記機器に搭載された前記磁気誘導コイルの共振周波数が異なるように設定されていることが望ましい。
本発明によれば、複数の機器を備えるとともに、それぞれに搭載された磁気誘導コイルにおける共振周波数が異なるため、複数の機器の位置および向きを同時に検出することができる。
それぞれの前記機器に搭載された前記磁気誘導コイルの共振周波数が異なるように設定されていることが望ましい。
本発明によれば、複数の機器を備えるとともに、それぞれに搭載された磁気誘導コイルにおける共振周波数が異なるため、複数の機器の位置および向きを同時に検出することができる。
本発明は、上記本発明の位置検出システムと、前記機器に搭載された誘導用磁石と、前記誘導用磁石に対して作用させる誘導用磁界を発生する誘導用磁界発生手段と、前記誘導用磁界の方向を制御する誘導用磁界方向制御手段と、を備える誘導システムを提供する。
本発明によれば、本発明の位置検出システムにより機器の位置等を求めるとともに、誘導用磁界発生手段および誘導用磁界方向制御手段により機器を所定の位置へ誘導することができる。
本発明によれば、本発明の位置検出システムにより機器の位置等を求めるとともに、誘導用磁界発生手段および誘導用磁界方向制御手段により機器を所定の位置へ誘導することができる。
上記発明においては、前記誘導用磁界発生手段が、相互に直交する方向に対向配置される3対の電磁石を備え、前記電磁石の内側に被検者を配置可能な空間が設けられるとともに、前記被検者を配置可能な空間の周囲に、前記駆動コイルおよび前記磁界センサが配置されていることが望ましい。
本発明によれば、被検者に投入された機器は、その位置が検出されるとともに所定の位置へ誘導される。
本発明によれば、被検者に投入された機器は、その位置が検出されるとともに所定の位置へ誘導される。
上記発明においては、前記機器の外面に、前記機器の長手軸周りの回転力を長手軸方向の推進力に変換する螺旋部が備えられていることが望ましい。
本発明によれば、機器は、その長手軸線周りに回転し、螺旋部の働きにより長手軸方向へ進む。
本発明によれば、機器は、その長手軸線周りに回転し、螺旋部の働きにより長手軸方向へ進む。
上記発明においては、前記機器がカプセル型医療装置であることが望ましい。
本発明によれば、機器がカプセル型医療装置であるため、機器を被験者の体内に投入し、体内において医療行為を行うことができる。
本発明によれば、機器がカプセル型医療装置であるため、機器を被験者の体内に投入し、体内において医療行為を行うことができる。
本発明は、磁気誘導コイルを搭載した機器と、交番磁界を発生する駆動コイルと、前記磁気誘導コイルが前記交番磁界を受けて発生した誘導磁界を検出する複数の磁界センサと、前記磁気誘導コイルの共振周波数に基づいた位置算出用周波数を求める周波数決定部と、前記位置算出用周波数から離れた第2周波数において前記交番磁界および前記誘導磁界を印加した際の前記磁界センサの出力に基づいて、前記位置算出用周波数における測定基準値を求める測定基準値算出手段と、前記位置算出用周波数において前記交番磁界および前記誘導磁界を印加した際の前記磁界センサの出力と、前記測定基準値との差分に基づいて、前記機器の位置および向きの少なくとも一方を算出する位置解析手段と、を備える位置検出システムを提供する。
本発明によれば、測定基準値算出手段が、位置算出用周波数および第2周波数における磁界センサの出力値に基づいて、位置算出用周波数における測定基準値を求め、位置解析手段が、交番磁界および誘導磁界が磁界センサに作用した際の磁界センサ出力値と測定基準値との差分に基づいて、機器の位置および向きの少なくとも一方を算出できる。つまり、位置算出用周波数における測定基準値を求めることにより、交番磁界および誘導磁界が磁界センサに作用した際の磁界センサ出力値から誘導磁界に係る出力値を抽出することができ、機器の位置および向きの少なくとも一方を算出できる。
そのため、複数の磁界センサに対して上記交番磁界のみを作用させた際の複数の磁界センサの出力を測定(キャリブレーション測定)することなく、機器の位置および向きの少なくとも一方を算出でき、機器の位置検出を行うことができる。
そのため、複数の磁界センサに対して上記交番磁界のみを作用させた際の複数の磁界センサの出力を測定(キャリブレーション測定)することなく、機器の位置および向きの少なくとも一方を算出でき、機器の位置検出を行うことができる。
磁気誘導コイルは、上記交番磁界により誘導磁界を発生させるため、磁気誘導コイルに電源を付加する必要がない。そのため、機器の内部に搭載する構成要素数を減らすことができる。また、機器の位置検出に用いる磁界を発生させるために、その内部に搭載された電源等を用いないため、機器の寿命が当該電源等の寿命の影響を受けることがない。
上記発明においては、前記位置算出用周波数が、異なる2つの周波数であることが望ましい。
本発明によれば、第1周波数が周波数の異なる2つの位置算出用周波数であるため、これら2つの位置算出用周波数における振幅成分を含む磁界センサの出力値を用いることで、1つの周波数における出力値を用いる場合と比較して、測定値の誤差をキャンセルすることができ、算出される機器の位置等の精度を向上できる。
本発明によれば、第1周波数が周波数の異なる2つの位置算出用周波数であるため、これら2つの位置算出用周波数における振幅成分を含む磁界センサの出力値を用いることで、1つの周波数における出力値を用いる場合と比較して、測定値の誤差をキャンセルすることができ、算出される機器の位置等の精度を向上できる。
上記発明においては、前記位置算出用周波数決定部が、前記磁気誘導コイルの共振周波数の情報を予め取得することにより、前記位置算出用周波数を決定することが望ましい。
本発明によれば、位置算出用周波数決定部が予め共振周波数を取得するため、位置算出用周波数を決定しやすくできる。
本発明によれば、位置算出用周波数決定部が予め共振周波数を取得するため、位置算出用周波数を決定しやすくできる。
上記発明においては、前記位置算出用周波数決定部が、前記磁気誘導コイルの共振周波数の変化を検出し、その変化に基づいて前記位置算出用周波数を決定することが望ましい。
本発明によれば、位置算出用周波数決定部が磁気誘導コイルの共振周波数の変化を検出できるため、常に共振周波数と位置算出用周波数との関係を一定に保つことができる。
本発明によれば、位置算出用周波数決定部が磁気誘導コイルの共振周波数の変化を検出できるため、常に共振周波数と位置算出用周波数との関係を一定に保つことができる。
上記発明においては、前記駆動コイルと前記磁気センサとが別体で構成されていることが望ましい。
本発明によれば、駆動コイルと磁気センサとが別体で構成されているため、駆動コイルと磁気センサとを別々に移動させることができる。
本発明によれば、駆動コイルと磁気センサとが別体で構成されているため、駆動コイルと磁気センサとを別々に移動させることができる。
上記発明においては、複数の前記磁気センサが一体に配置されていることが望ましい。
本発明によれば、複数の磁気センサが一体に配置されているため、各磁気センサの相対位置関係が固定される。
本発明によれば、複数の磁気センサが一体に配置されているため、各磁気センサの相対位置関係が固定される。
上記発明においては、同時に使用される複数の前記機器において、それぞれの前記機器に搭載された前記磁気誘導コイルの共振周波数が異なるように設定されていることが望ましい。
本発明によれば、複数の機器を備えるとともに、それぞれに搭載された磁気誘導コイルにおける共振周波数が異なるため、複数の機器の位置および向きを同時に検出することができる。
本発明によれば、複数の機器を備えるとともに、それぞれに搭載された磁気誘導コイルにおける共振周波数が異なるため、複数の機器の位置および向きを同時に検出することができる。
上記発明においては、前記機器がカプセル型医療装置であることが望ましい。
本発明によれば、機器がカプセル型医療装置であるため、機器を被験者の体内に投入し、体内において医療行為を行うことができる。
本発明によれば、機器がカプセル型医療装置であるため、機器を被験者の体内に投入し、体内において医療行為を行うことができる。
本発明の第1の位置検出システムによれば、振幅成分検出手段が振幅成分を検出し、その振幅成分に基づいて、位置解析手段が機器の位置および向きの少なくとも一方を算出できる。そのため、複数の磁界センサに対して上記交番磁界のみを作用させた際の複数の磁界センサの出力を測定(キャリブレーション測定)することなく、機器の位置および向きの少なくとも一方を算出でき、位置等の検出の手間を削減できるという効果を奏する。
本発明の第2の位置検出システムによれば、測定基準値算出手段が、位置算出用周波数における測定基準値を求め、位置解析手段が、交番磁界および誘導磁界が磁界センサに作用した際の磁界センサ出力値と測定基準値との差分に基づいて、機器の位置および向きの少なくとも一方を算出できる。そのため、複数の磁界センサに対して上記交番磁界のみを作用させた際の複数の磁界センサの出力を測定(キャリブレーション測定)することなく、機器の位置および向きの少なくとも一方を算出でき、位置等の検出の手間を削減できるという効果を奏する。
10,110,210,310,410,510 位置検出システム
20 カプセル型内視鏡(機器、カプセル型医療装置)
50 位置検出装置(振幅成分検出手段、位置解析手段)
50A 振幅成分検出部(振幅成分検出手段)
50B 位置算出用周波数決定部(位置算出用周波数決定手段)
50C 位置解析部(位置解析手段)
51 ドライブコイル(駆動コイル)
52 センスコイル(磁界センサ)
150,250 位置検出装置(振幅成分検出手段、位置算出用周波数決定手段、位置解析手段、駆動コイルドライバ)
450,550 位置検出装置(位置算出用周波数決定部、基準値算出用周波数決定手段,測定基準値算出手段,位置解析手段)
451 位置算出用周波数決定部
452 基準値算出用周波数決定部(基準値算出用周波数決定手段)
453 測定基準値算出部(測定基準値算出手段)
454 位置解析部(位置解析手段)
250 位置検出装置(誘導用磁界方向制御手段)
701,702,703,704,705 電磁石(誘導用磁界発生手段)
fH,fL 位置算出用周波数
f1 基準値算出用周波数(第2周波数)
20 カプセル型内視鏡(機器、カプセル型医療装置)
50 位置検出装置(振幅成分検出手段、位置解析手段)
50A 振幅成分検出部(振幅成分検出手段)
50B 位置算出用周波数決定部(位置算出用周波数決定手段)
50C 位置解析部(位置解析手段)
51 ドライブコイル(駆動コイル)
52 センスコイル(磁界センサ)
150,250 位置検出装置(振幅成分検出手段、位置算出用周波数決定手段、位置解析手段、駆動コイルドライバ)
450,550 位置検出装置(位置算出用周波数決定部、基準値算出用周波数決定手段,測定基準値算出手段,位置解析手段)
451 位置算出用周波数決定部
452 基準値算出用周波数決定部(基準値算出用周波数決定手段)
453 測定基準値算出部(測定基準値算出手段)
454 位置解析部(位置解析手段)
250 位置検出装置(誘導用磁界方向制御手段)
701,702,703,704,705 電磁石(誘導用磁界発生手段)
fH,fL 位置算出用周波数
f1 基準値算出用周波数(第2周波数)
〔第1の実施形態〕
以下、本発明の第1の実施形態に係る位置検出システムについて図1から図10を参照して説明する。
図1は、本実施形態に係る位置検出システムの全体構成を説明する概略図である。図2は、図1の位置検出システムの外観を示す斜視図である。
位置検出システム10は、図1および図2に示すように、被検者1の口部または肛門から体腔内に投入されるカプセル型医療装置であって、体腔内管路の内壁面を光学的に撮像し画像信号を無線で送信するカプセル型内視鏡(機器、カプセル型医療装置)20と、カプセル型内視鏡20の位置を検出する位置検出装置(振幅成分検出手段、位置解析手段)50と、から概略構成されている。なお、カプセル型医療装置は上述のカプセル型内視鏡に限られることなく、体腔内の所定位置において薬剤を散布したり、体液等のサンプルあるいは生体情報を取得したりするカプセル型医療装置などであっても構わない。
以下、本発明の第1の実施形態に係る位置検出システムについて図1から図10を参照して説明する。
図1は、本実施形態に係る位置検出システムの全体構成を説明する概略図である。図2は、図1の位置検出システムの外観を示す斜視図である。
位置検出システム10は、図1および図2に示すように、被検者1の口部または肛門から体腔内に投入されるカプセル型医療装置であって、体腔内管路の内壁面を光学的に撮像し画像信号を無線で送信するカプセル型内視鏡(機器、カプセル型医療装置)20と、カプセル型内視鏡20の位置を検出する位置検出装置(振幅成分検出手段、位置解析手段)50と、から概略構成されている。なお、カプセル型医療装置は上述のカプセル型内視鏡に限られることなく、体腔内の所定位置において薬剤を散布したり、体液等のサンプルあるいは生体情報を取得したりするカプセル型医療装置などであっても構わない。
位置検出装置50には、図1に示すように、カプセル型内視鏡20内の後述する磁気誘導コイルに誘導磁界を発生させるドライブコイル(駆動コイル)51や、磁気誘導コイルで発生した誘導磁界を検知するセンスコイル(磁界センサ)52などが電気的に接続されている。位置検出装置50は、センスコイル52が検知した誘導磁界に基づいてカプセル型内視鏡20の位置を演算するとともにドライブコイル51により形成される交番磁界を制御している。
また、位置検出装置50には、センスコイル52から出力された交流電圧(磁界センサの出力)と略直交する振幅成分である交流電圧の虚部、および位相が略同相の振幅成分である交流電圧の実部の少なくとも一方を分離することにより振幅成分を検出する振幅成分検出部(振幅成分検出手段)50Aと、カプセル型内視鏡20の位置算出用の周波数を決定する位置算出用周波数決定部(位置算出用周波数決定手段)50Bと、振幅成分に基づいてカプセル型内視鏡20の位置および向きの少なくとも一方を算出する位置解析部(位置解析手段)50Cと、が設けられている。
位置検出装置50からドライブコイル51までの間には、位置検出装置50からの出力に基づき交流電流を発生させる正弦波発生回路53と、位置検出装置50からの出力に基づき正弦波発生回路53から入力された交流電流を増幅するドライブコイルドライバ54と、位置検出装置50からの出力に基づき選択されたドライブコイル51に交流電流を供給するドライブコイルセレクタ55と、が配置されている。
センスコイル52から位置検出装置50までの間には、センスコイルセレクタ56と、センスコイル受信回路57とが配置されている。ここでセンスコイルセレクタ56は、位置検出装置50からの出力に基づき複数のセンスコイル52のうち特定のセンスコイル52から出力されたカプセル型内視鏡20の位置情報などを含んだ交流電流を選択する。また、センスコイル受信回路57は、センスコイルセレクタ56を通過した上記交流電流から交流電圧の振幅値を抽出し位置検出装置50へ出力する。
センスコイル52から位置検出装置50までの間には、センスコイルセレクタ56と、センスコイル受信回路57とが配置されている。ここでセンスコイルセレクタ56は、位置検出装置50からの出力に基づき複数のセンスコイル52のうち特定のセンスコイル52から出力されたカプセル型内視鏡20の位置情報などを含んだ交流電流を選択する。また、センスコイル受信回路57は、センスコイルセレクタ56を通過した上記交流電流から交流電圧の振幅値を抽出し位置検出装置50へ出力する。
図3は、図1のカプセル型内視鏡システムの断面を示す概略図である。
ここで、ドライブコイル51は、図1および図3に示すように、被験者1がその内部に横たわる略直方体形状の作動空間の上方(Z軸の正方向側)の四隅に斜めに配置されている。またドライブコイル51は略三角形状のコイルとして形成されている。このように、ドライブコイル51を上方に配置することにより、ドライブコイル51と被検者1との干渉を防止できる。
なお、ドライブコイル51は、上述のように略三角形状のコイルであってもよいし、円形状など、さまざまな形状のコイルを用いることができる。
ここで、ドライブコイル51は、図1および図3に示すように、被験者1がその内部に横たわる略直方体形状の作動空間の上方(Z軸の正方向側)の四隅に斜めに配置されている。またドライブコイル51は略三角形状のコイルとして形成されている。このように、ドライブコイル51を上方に配置することにより、ドライブコイル51と被検者1との干渉を防止できる。
なお、ドライブコイル51は、上述のように略三角形状のコイルであってもよいし、円形状など、さまざまな形状のコイルを用いることができる。
また、センスコイル52は空芯コイルとして形成されているとともに、カプセル型内視鏡20の作動空間を介してドライブコイル51と対向する位置およびY軸方向に互いに対向しあう位置に配置された3つの平面形状のコイル支持部58により支持されている。1つのコイル支持部58には、9個のセンスコイル52がマトリクス状に配置されていて、位置検出装置50全体には27個のセンスコイル52が備えられている。
図4は、図1のセンスコイル受信回路57の回路構成を示す概略図である。
センスコイル受信回路57は、図4に示すように、入力されたカプセル型内視鏡20の位置情報を含む交流電圧に含まれる高周波成分および低周波成分を取り除くバンドパスフィルタ(BPF)61と、高周波成分および低周波成分を取り除いた上記交流電圧を増幅するアンプ(AMP)62と、上記交流電圧をデジタル信号に変換するA/D変換器64と、デジタル化された振幅値を一時的に格納するメモリ65とから構成されている。
センスコイル受信回路57は、図4に示すように、入力されたカプセル型内視鏡20の位置情報を含む交流電圧に含まれる高周波成分および低周波成分を取り除くバンドパスフィルタ(BPF)61と、高周波成分および低周波成分を取り除いた上記交流電圧を増幅するアンプ(AMP)62と、上記交流電圧をデジタル信号に変換するA/D変換器64と、デジタル化された振幅値を一時的に格納するメモリ65とから構成されている。
バンドパスフィルタ61は、センスコイル52から延びる一対の配線66Aにそれぞれ配置され、バンドパスフィルタ61から出力された上記交流電圧は、一つのアンプ62に入力されるようになっている。メモリ65は、9つのセンスコイル52から得られた振幅値を一時的に格納し、格納した振幅値を位置検出装置50へ出力している。
なお、検出される交流電圧の波形は、カプセル型内視鏡20内の後述する磁気誘導コイル42の有無、位置により、ドライブコイル51に付加される波形に対する位相が変化する。この位相変化をロックインアンプなどで検出してもかまわない。
なお、検出される交流電圧の波形は、カプセル型内視鏡20内の後述する磁気誘導コイル42の有無、位置により、ドライブコイル51に付加される波形に対する位相が変化する。この位相変化をロックインアンプなどで検出してもかまわない。
図5は、図1のカプセル型内視鏡20の構成を示す概略図である。
カプセル型内視鏡20は、図5に示すように、その内部に各種の機器を収納する外装21と、被検者の体腔内管路の内壁面を撮像する撮像部30と、撮像部30を駆動する電池39と、前述したドライブコイル51により誘導磁界を発生させる誘導磁界発生部40と、から概略構成されている。
カプセル型内視鏡20は、図5に示すように、その内部に各種の機器を収納する外装21と、被検者の体腔内管路の内壁面を撮像する撮像部30と、撮像部30を駆動する電池39と、前述したドライブコイル51により誘導磁界を発生させる誘導磁界発生部40と、から概略構成されている。
外装21は、カプセル型内視鏡20の回転軸(長手軸)Rを中心軸とする赤外線を透過する円筒形状のカプセル本体(以下、単に本体と略記)22と、本体22の前端を覆う透明で半球形状の先端部23と、本体の後端を覆う半球形状の後端部24とから形成され、水密構造で密閉されたカプセル容器を形成している。
撮像部30は、回転軸Rに対して略垂直に配置された基板36Aと、基板36Aの先端部23側の面に配置されたイメージセンサ31と、被検者の体腔内管路の内壁面の画像をイメージセンサ31に結像させるレンズ群32と、体腔内管路の内壁面を照明するLED(Light Emitting Diode)33と、基板36Aの後端部24側の面に配置された信号処理部34と、画像信号を画像表示装置80に発信する無線素子35とから概略構成されている。
信号処理部34は、基板36A,36B,36C,36Dおよびフレキシブル基板37A,37B,37Cを介して電池39に電気的に接続されているとともに、基板36Aを介してイメージセンサ31と電気的に接続され、基板36A、フレキシブル基板37Aおよび支持部材38を介してLED33と電気的に接続されている。また、信号処理部34は、イメージセンサ31が取得した画像信号を圧縮して一時的に格納(メモリ)し、圧縮した画像信号を無線素子35から外部に送信するとともに、後述するスイッチ部46からの信号に基づきイメージセンサ31およびLED33のオンオフを制御している。
イメージセンサ31は、先端部23およびレンズ群32を介して結像された画像を電気信号(画像信号)に変換して信号処理部34へ出力している。このイメージセンサ31としては、例えば、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)やCCDを用いることができる。
また、LED33は基板36Aより先端部23側に配置された支持部材38に、回転軸Rを中心として周方向に間隔をあけて複数配置されている。
また、LED33は基板36Aより先端部23側に配置された支持部材38に、回転軸Rを中心として周方向に間隔をあけて複数配置されている。
信号処理部34の後端部24側には、スイッチ部46が基板36B上に配置されている。スイッチ部46の後端部24側には、電池39が基板36C,36Dに挟まれて配置されている。電池39の後端部24側には、無線素子35が基板36D上に配置されている。
スイッチ部46は赤外線センサ47を有し、基板36A,36Bおよびフレキシブル基板37Aを介して信号処理部34と電気的に接続されているとともに、基板36B,36C,36Dおよびフレキシブル基板37B,37Cを介して電池39と電気的に接続されている。
また、スイッチ部46は回転軸Rを中心として周方向に等間隔に複数配置されるとともに、赤外線センサ47が直径方向外側に面するように配置されている。本実施形態においては、スイッチ部46が4つ配置されている例を説明するが、スイッチ部46の数は4つに限られることなく、その個数がいくつであってもよい。
スイッチ部46は赤外線センサ47を有し、基板36A,36Bおよびフレキシブル基板37Aを介して信号処理部34と電気的に接続されているとともに、基板36B,36C,36Dおよびフレキシブル基板37B,37Cを介して電池39と電気的に接続されている。
また、スイッチ部46は回転軸Rを中心として周方向に等間隔に複数配置されるとともに、赤外線センサ47が直径方向外側に面するように配置されている。本実施形態においては、スイッチ部46が4つ配置されている例を説明するが、スイッチ部46の数は4つに限られることなく、その個数がいくつであってもよい。
無線素子35の後端部24側には誘導磁界発生部40が配置されている。誘導磁界発生部40は、中心軸が回転軸Rと略一致する円柱形状に形成されたフェライトからなる芯部材41と、芯部材41の外周部に配置された磁気誘導コイル42と、磁気誘導コイル42と電気的に接続されたコンデンサ(図示せず)とを有する。ここで、磁気誘導コイル42とコンデンサは、LC共振回路(回路)43を形成している。
なお、芯部材41は、上述したフェライトの他、鉄やパーマロイ、ニッケルなどの材質を用いてもよい。
なお、芯部材41は、上述したフェライトの他、鉄やパーマロイ、ニッケルなどの材質を用いてもよい。
次に、上記の構成からなる位置検出システム10の作用について説明する。
まず、位置検出システム10の作用の概要について説明する。
カプセル型内視鏡20は、図1および図2に示すように、位置検出装置50に横臥した被検者1の口部または肛門から体腔に投入される。投入されたカプセル型内視鏡20は、位置検出装置50によりその位置が検出される。カプセル型内視鏡20は、患部近傍において体腔内管路の内壁面を撮像して、撮像した体腔内管路の内壁面のデータおよび患部近傍のデータを画像表示装置(図示せず)に送信する。
まず、位置検出システム10の作用の概要について説明する。
カプセル型内視鏡20は、図1および図2に示すように、位置検出装置50に横臥した被検者1の口部または肛門から体腔に投入される。投入されたカプセル型内視鏡20は、位置検出装置50によりその位置が検出される。カプセル型内視鏡20は、患部近傍において体腔内管路の内壁面を撮像して、撮像した体腔内管路の内壁面のデータおよび患部近傍のデータを画像表示装置(図示せず)に送信する。
次に、本実施形態の特徴である位置検出装置50の作用について説明する。
位置検出装置50においては、図1に示すように、まず、正弦波発生回路53が位置検出装置50からの出力に基づき交流電流を発生し、交流電流はドライブコイルドライバ54へ出力される。発生される交流電流の周波数は数kHzから100kHzまでの範囲内の周波数であり、後述する共振周波数を含むように、時間に応じて周波数が上述の範囲内で変化(スイープ)している。なお、スイープする範囲は上述する範囲に限られることなく、より狭い範囲であってもよいし、より広い範囲であってもよく、特に限定されるものではない。
位置検出装置50においては、図1に示すように、まず、正弦波発生回路53が位置検出装置50からの出力に基づき交流電流を発生し、交流電流はドライブコイルドライバ54へ出力される。発生される交流電流の周波数は数kHzから100kHzまでの範囲内の周波数であり、後述する共振周波数を含むように、時間に応じて周波数が上述の範囲内で変化(スイープ)している。なお、スイープする範囲は上述する範囲に限られることなく、より狭い範囲であってもよいし、より広い範囲であってもよく、特に限定されるものではない。
また、常にスイープを行うのではなく、まずスイープを行って測定周波数を決定し、その後、周波数を測定周波数に固定して測定するようにしても構わない。これにより測定速度を向上させることができる。さらには、周期的にスイープを行って測定周波数を再度決定するようにしても構わない。これらにより、温度特性による共振周波数の変化にも対応することができる。
交流電流は、ドライブコイルドライバ54において位置検出装置50の指示に基づき増幅され、ドライブコイルセレクタ55へ出力される。増幅された交流電流は、ドライブコイルセレクタ55において位置検出装置50により選択されたドライブコイル51へ供給される。そしてドライブコイル51に供給された交流電流は、カプセル型内視鏡20の作動空間に交番磁界を形成する。
交番磁界内に位置するカプセル型内視鏡20の磁気誘導コイル42には、交番磁界により誘導起電力が発生して誘導電流が流れる。磁気誘導コイル42に誘導電流が流れると、誘導電流により誘導磁界が形成される。
また、磁気誘導コイル42はコンデンサとともにLC共振回路43を形成しているので、交番磁界の周期がLC共振回路43の共振周波数と一致すると、LC共振回路43(磁気誘導コイル42)に流れる誘導電流は大きくなり、形成される誘導磁界も強くなる。さらに、磁気誘導コイル42の中心には、誘電性フェライトからなる芯部材41が配置されているので、誘導磁界が芯部材41に集められやすく、形成される誘導磁界は更に強くなる。また、誘電性フェライトは、鉄、ニッケル、コバルトなどの磁性材料で代用することができ、それらの合金、フェライトなども使用することができる。
また、磁気誘導コイル42はコンデンサとともにLC共振回路43を形成しているので、交番磁界の周期がLC共振回路43の共振周波数と一致すると、LC共振回路43(磁気誘導コイル42)に流れる誘導電流は大きくなり、形成される誘導磁界も強くなる。さらに、磁気誘導コイル42の中心には、誘電性フェライトからなる芯部材41が配置されているので、誘導磁界が芯部材41に集められやすく、形成される誘導磁界は更に強くなる。また、誘電性フェライトは、鉄、ニッケル、コバルトなどの磁性材料で代用することができ、それらの合金、フェライトなども使用することができる。
上記誘導磁界はセンスコイル52に誘導起電力を発生させ、カプセル型内視鏡20の位置情報などを含んだ交流電圧(磁気情報)がセンスコイル52に発生する。この交流電圧は、センスコイルセレクタ56を介してセンスコイル受信回路57に入力され、デジタル信号化される。
センスコイル受信回路57に入力された上記交流電圧は、図4に示すように、まずバンドパスフィルタ61により高周波成分および低周波成分が取り除かれ、アンプ62により増幅される。このようにして不要な成分が取り除かれた交流電圧は、A/D変換器64によりデジタル信号化され、メモリ65に格納される。
メモリ65は、例えば正弦波発生回路53で発生される正弦波信号をLC共振回路43の共振周波数付近でスイープさせた1周期分に対応する振幅値を格納し、1周期分の振幅値をまとめて位置検出装置50へ出力している。
センスコイル受信回路57に入力された上記交流電圧は、図4に示すように、まずバンドパスフィルタ61により高周波成分および低周波成分が取り除かれ、アンプ62により増幅される。このようにして不要な成分が取り除かれた交流電圧は、A/D変換器64によりデジタル信号化され、メモリ65に格納される。
メモリ65は、例えば正弦波発生回路53で発生される正弦波信号をLC共振回路43の共振周波数付近でスイープさせた1周期分に対応する振幅値を格納し、1周期分の振幅値をまとめて位置検出装置50へ出力している。
図6は、図1の位置検出装置50の概略を説明するブロック図である。
位置検出装置50に入力された交流電圧は、図6に示すように、振幅成分検出部50Aに入力される。振幅成分検出部50Aは、交番磁界から交番磁界と同位相の交流電圧の実部と、交番磁界と略直交する交流電圧の虚部とを分離する。分離された交流電圧の虚部および実部の少なくとも一方は、振幅成分検出部50Aから位置算出用周波数決定部50B、位置解析部50Cに入力される。
位置検出装置50に入力された交流電圧は、図6に示すように、振幅成分検出部50Aに入力される。振幅成分検出部50Aは、交番磁界から交番磁界と同位相の交流電圧の実部と、交番磁界と略直交する交流電圧の虚部とを分離する。分離された交流電圧の虚部および実部の少なくとも一方は、振幅成分検出部50Aから位置算出用周波数決定部50B、位置解析部50Cに入力される。
振幅成分検出部50Aにおける交番磁界の実部と虚部との分離には、フーリエ変換が用いられている。このフーリエ変換の開始のタイミングは、ドライブコイル51が発生する交番磁界の位相とのズレが一定になるように制御されている。フーリエ変換を用いて交番磁界の実部と虚部とを分離することにより、交番磁界の虚部および実部の少なくとも一方をより速くかつ正確に検出することができる。また、フーリエ変換の開始タイミングと、交番磁界の位相との相対関係を一定に保つことにより、交番磁界の虚部および実部の少なくとも一方をより正確に検出することができる。
なお、振幅成分検出部50Aには、フーリエ変換の代わりに、位相検波器またはロックインアンプの少なくとも一方が備えられていても構わない。位相検波器およびロックインアンプの少なくとも一方が振幅成分検出部50Aに備えられているため、振幅成分検出部50Aは複数のセンスコイル52から得られた磁界センサの出力から交番磁界の虚部および実部の少なくとも一方を容易に検出することができる。
図7は、振幅成分検出部50Aにより分離された交流電圧の実部と虚部との関係を示した図である。図7において、横軸は交番磁界の周波数であり、縦軸は共振回路43に流れる交流電圧のゲイン変化(dBm)および位相変化(degree)である。
図8,図9,図10は、図7におけるドライブコイル51、LC共振回路43およびセンスコイル52の相対位置関係を示す図である。
図8,図9,図10は、図7におけるドライブコイル51、LC共振回路43およびセンスコイル52の相対位置関係を示す図である。
図7において、交流電圧の実部の出力値曲線R1,R2,R3および虚部の出力値曲線Im1,Im2,Im3は、それぞれ、ドライブコイル51、LC共振回路43およびセンスコイル52の相対位置関係が、図8,図9,図10に示す位置関係となっているときの実部の出力値曲線および虚部の出力値曲線である。
実部の出力値曲線R1,R2,R3は、ドライブコイル51およびLC共振回路43と、センスコイル52との距離に応じて、大出力側へオフセットするとともに、共振周波数の近傍において極大値および極小値をとる。これら極大値と極小値との差も、ドライブコイル51およびLC共振回路43と、センスコイル52との距離に応じて変化する。
一方、虚部の出力値曲線Im1,Im2,Im3は、ドライブコイル51およびLC共振回路43と、センスコイル52との距離に関わらず、オフセットしない。また、虚部の出力値曲線Im1,Im2,Im3は、共振周波数において極小となり、その振幅は、ドライブコイル51およびLC共振回路43と、センスコイル52との距離に応じて変化する。
実部の出力値曲線R1,R2,R3は、ドライブコイル51およびLC共振回路43と、センスコイル52との距離に応じて、大出力側へオフセットするとともに、共振周波数の近傍において極大値および極小値をとる。これら極大値と極小値との差も、ドライブコイル51およびLC共振回路43と、センスコイル52との距離に応じて変化する。
一方、虚部の出力値曲線Im1,Im2,Im3は、ドライブコイル51およびLC共振回路43と、センスコイル52との距離に関わらず、オフセットしない。また、虚部の出力値曲線Im1,Im2,Im3は、共振周波数において極小となり、その振幅は、ドライブコイル51およびLC共振回路43と、センスコイル52との距離に応じて変化する。
位置算出用周波数決定部50Bは、入力された交流電圧の虚部の出力曲線Im1,Im2,Im3の極小値を検出することで、LC共振回路43における共振周波数を検出し、その共振周波数を位置算出用周波数として決定する。
位置解析部50Cは、各センスコイル52から入力された虚部の出力値曲線Im1,Im2,Im3の共振周波数における各振幅値を検出し、検出された各振幅値に基づいてLC共振回路43(カプセル型内視鏡20)の位置および向きを算出、推定する。
あるいは、位置算出用周波数決定部50Bにおいて、入力された交流電圧の実部の出力曲線R1,R2,R3が極大値、極小値となる周波数を検出し、その周波数を位置算出用周波数として決定してもよい。この場合、位置解析部50Cは、各センスコイル52から入力された実部の出力値曲線R1,R2,R3の位置算出用周波数における各振幅値を検出し、検出された各振幅値に基づいてLC共振回路43(カプセル型内視鏡20)の位置および向きを算出、推定する。
位置解析部50Cは、各センスコイル52から入力された虚部の出力値曲線Im1,Im2,Im3の共振周波数における各振幅値を検出し、検出された各振幅値に基づいてLC共振回路43(カプセル型内視鏡20)の位置および向きを算出、推定する。
あるいは、位置算出用周波数決定部50Bにおいて、入力された交流電圧の実部の出力曲線R1,R2,R3が極大値、極小値となる周波数を検出し、その周波数を位置算出用周波数として決定してもよい。この場合、位置解析部50Cは、各センスコイル52から入力された実部の出力値曲線R1,R2,R3の位置算出用周波数における各振幅値を検出し、検出された各振幅値に基づいてLC共振回路43(カプセル型内視鏡20)の位置および向きを算出、推定する。
以後、カプセル型内視鏡20の位置等を推定する場合には、上述の位置算出用周波数決定部50Bが決定した位置算出用周波数によりカプセル型内視鏡20の位置等を推定する。具体的には、ドライブコイル51に位置算出用周波数の交流電流を供給し、その周波数の交番磁界を発生させ、カプセル型内視鏡20の位置等を推定する。
上述の位置検出システム10によれば、振幅成分検出部50Aが交番磁界に対して位相が略直交する振幅成分および位相が略等しい振幅成分の少なくとも一方を検出し、位置解析部50Cが振幅成分に基づいてカプセル型内視鏡20の位置等を算出できる。
つまり、振幅成分検出部50Aは、ドライブコイル51およびLC共振回路43により形成された磁界を受けたセンスコイル52の出力から、カプセル型内視鏡20の位置等に係る情報のみを含み、ドライブコイル51の位置等に係る情報を含まない振幅成分を分離することができるため、キャリブレーション測定をすることなく、カプセル型内視鏡20の位置および向きの少なくとも一方を算出できる。
つまり、振幅成分検出部50Aは、ドライブコイル51およびLC共振回路43により形成された磁界を受けたセンスコイル52の出力から、カプセル型内視鏡20の位置等に係る情報のみを含み、ドライブコイル51の位置等に係る情報を含まない振幅成分を分離することができるため、キャリブレーション測定をすることなく、カプセル型内視鏡20の位置および向きの少なくとも一方を算出できる。
LC共振回路43は、上記交番磁界により誘導磁界を発生するため、LC共振回路43に電源を付加する必要がない。そのため、カプセル型内視鏡20の内部に搭載する構成要素数を減らすことができる。また、カプセル型内視鏡20の位置検出に用いる誘導磁界を発生するために、その内部に搭載された電源等を用いないため、カプセル型内視鏡20の寿命が当該電源等の寿命の影響を受けることがない。
なお、上述のように、カプセル型内視鏡20の位置および向きの少なくとも一方を算出に用いる交番磁界の周波数(位置算出用周波数)を求める際に、カプセル型内視鏡20の位置および向きを求める時に同時に、交番磁界の周波数をスイープさせて位置算出用周波数を求めてもよいし、位置および向きの測定前に予め位置算出用周波数を求めてもよいし、あるいは、予め求められた位置算出用周波数をカプセル型内視鏡20等に記載し、この記載された位置算出用周波数を用いてもよい。
このようにすることで、位置算出用周波数決定部50Bが予め共振周波数を取得するため、位置算出用周波数を含む周波数帯域にわたって交番磁界の周波数をスイープさせる必要がなくなり、機器の位置および向きの少なくとも一方の計算に要する時間を短縮することができる。
このようにすることで、位置算出用周波数決定部50Bが予め共振周波数を取得するため、位置算出用周波数を含む周波数帯域にわたって交番磁界の周波数をスイープさせる必要がなくなり、機器の位置および向きの少なくとも一方の計算に要する時間を短縮することができる。
また、上述のように、一のカプセル型内視鏡20に対して用いる位置算出用周波数が決定されたら、その位置算出用周波数を使用し続けてもよいし、LC共振回路43の共振周波数を監視し、共振周波数が変化した場合には、その変化した共振周波数に基づいて新たな位置算出用周波数を決定してもよい。
このようにすることで、例えば、磁気誘導コイル42の温度が変化したことにより共振周波数が変化した場合においても、位置算出用周波数決定部50Bが共振周波数の変化を検出できるため、常に共振周波数において、機器の位置および向きの少なくとも一方を算出することができる。そのため、算出される機器の位置および向きの精度を維持することができる。
このようにすることで、例えば、磁気誘導コイル42の温度が変化したことにより共振周波数が変化した場合においても、位置算出用周波数決定部50Bが共振周波数の変化を検出できるため、常に共振周波数において、機器の位置および向きの少なくとも一方を算出することができる。そのため、算出される機器の位置および向きの精度を維持することができる。
〔第2の実施形態〕
次に、本発明の第2の実施形態について図11から図13を参照して説明する。
本実施の形態の位置検出システムの基本構成は、第1の実施形態と同様であるが、第1の実施形態とは、位置検出装置の構成が異なっている。よって、本実施の形態においては、図11から図13を用いて位置検出装置周辺のみを説明し、カプセル型内視鏡等の説明を省略する。
図11は、本実施形態における位置検出システムの概略を示すブロック線図である。
なお、第1の実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。
次に、本発明の第2の実施形態について図11から図13を参照して説明する。
本実施の形態の位置検出システムの基本構成は、第1の実施形態と同様であるが、第1の実施形態とは、位置検出装置の構成が異なっている。よって、本実施の形態においては、図11から図13を用いて位置検出装置周辺のみを説明し、カプセル型内視鏡等の説明を省略する。
図11は、本実施形態における位置検出システムの概略を示すブロック線図である。
なお、第1の実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。
位置検出システム110は、図11に示すように、体腔内管路の内壁面を光学的に撮像し画像信号を無線で送信するカプセル型内視鏡20と、カプセル型内視鏡20の位置を検出する位置検出装置150(振幅成分検出手段、位置算出用周波数決定手段、位置解析手段、駆動コイルドライバ)と、から概略構成されている。
位置検出装置150には、図11に示すように、カプセル型内視鏡20内の後述する磁気誘導コイルに誘導磁界を発生させるドライブコイル51と、磁気誘導コイルで発生した誘導磁界を検出するセンスコイル52と、ドライブコイル51およびセンスコイル52の相対位置を変更させる相対位置変更部161と、相対位置を測定する相対位置測定部162と、が電気的に接続されている。
位置検出装置150は、センスコイル52が検知した誘導磁界に基づいてカプセル型内視鏡20の位置等を演算するとともに、ドライブコイル51により形成される交番磁界を制御する。
位置検出装置150は、センスコイル52が検知した誘導磁界に基づいてカプセル型内視鏡20の位置等を演算するとともに、ドライブコイル51により形成される交番磁界を制御する。
位置検出装置150からドライブコイル51までの間には、位置検出装置150からの出力に基づき交流電流を発生させる信号発生回路53と、位置検出装置150からの出力に基づき信号発生回路53から入力された交流電流を増幅するドライブコイルドライバ54と、が配置されている。
また、位置検出装置150からドライブコイル51までの間には相対位置変更部161が配置され、相対位置変更部161から位置検出装置150までの間には相対位置測定部162が配置されている。位置検出装置150の出力は相対位置変更部161を介して後述するドライブコイルユニットに入力するように配置されている。ドライブコイル51とセンスコイル52との相対位置情報は、ドライブコイルユニットから相対位置変更部161を介して相対位置測定部162に取得され、取得された情報は位置検出装置150に入力するように構成されている。
図12は、図11のドライブコイル51を備えたドライブコイルユニットおよびセンスコイル52の位置関係を説明する図である。
位置検出装置150には、略球状に形成された外枠171Aおよび内枠171Bからなる枠部171と、外枠171Aおよび内枠171Bとの間を移動可能に配置されたドライブコイルユニット151と、内枠171Bの内面に配置されたセンスコイル52とが、図12に示すように配置されている。
位置検出装置150には、略球状に形成された外枠171Aおよび内枠171Bからなる枠部171と、外枠171Aおよび内枠171Bとの間を移動可能に配置されたドライブコイルユニット151と、内枠171Bの内面に配置されたセンスコイル52とが、図12に示すように配置されている。
図13は、図12のドライブコイルユニット151の構成の概略を説明する図である。
ドライブコイルユニット151は、図13に示すように、略直方体状の筐体152と、筐体152の外枠171Aおよび内枠171Bに対向するそれぞれの面の四隅に配置された球体部153と、ドライブコイル51と、ドライブコイルユニット151の進行方向を制御する方向転換部155と、ドライブコイルユニット151とドライブコイルドライバ54および相対位置変更部161とを電気的に接続する紐状の接続部156と、から概略構成されている。
方向転換部155は、外枠171Aに対向する面に突出して配置された駆動体157と、駆動体157を回転制御するモータ158と、モータ158を駆動制御するモータ回路159とから概略構成されている。
ドライブコイルユニット151は、図13に示すように、略直方体状の筐体152と、筐体152の外枠171Aおよび内枠171Bに対向するそれぞれの面の四隅に配置された球体部153と、ドライブコイル51と、ドライブコイルユニット151の進行方向を制御する方向転換部155と、ドライブコイルユニット151とドライブコイルドライバ54および相対位置変更部161とを電気的に接続する紐状の接続部156と、から概略構成されている。
方向転換部155は、外枠171Aに対向する面に突出して配置された駆動体157と、駆動体157を回転制御するモータ158と、モータ158を駆動制御するモータ回路159とから概略構成されている。
上記の構成からなる位置検出システム110におけるカプセル型内視鏡20の位置等の検出方法は、第1の実施形態と同様であるのでその説明を省略する。
位置検出装置150は、センスコイル52から出力された交流電圧の振幅が小さくなると、相対位置変更部161に対して、ドライブコイルユニット151の位置を変更する信号を出力する。相対位置変更部161は、方向転換部155に対して制御信号を出力し、ドライブコイルユニット151を所定方向に移動させる。
位置検出装置150は、センスコイル52から出力された交流電圧の振幅が小さくなると、相対位置変更部161に対して、ドライブコイルユニット151の位置を変更する信号を出力する。相対位置変更部161は、方向転換部155に対して制御信号を出力し、ドライブコイルユニット151を所定方向に移動させる。
上記の位置検出システム110によれば、ドライブコイル51とセンスコイル52とが別体で構成され、ドライブコイル51はドライブコイルユニット151に搭載されているため、ドライブコイル51とセンスコイル52とを別々に移動させることができる。
位置検出装置150はドライブコイル51とLC共振回路43との相対位置に応じて変化するセンスコイル52からの出力に基づいて、ドライブコイル51を移動させ、ドライブコイル51とセンスコイル52とを最適な相対位置関係に制御することができる。
具体的には、位置検出装置150は、ドライブコイル51をLC共振回路43から発生する誘導磁界が最も大きくなる位置、つまり、磁気誘導コイル42の中心軸線と磁気誘導コイル42に入る交番磁界の磁束方向とが略一致するように制御する。
具体的には、位置検出装置150は、ドライブコイル51をLC共振回路43から発生する誘導磁界が最も大きくなる位置、つまり、磁気誘導コイル42の中心軸線と磁気誘導コイル42に入る交番磁界の磁束方向とが略一致するように制御する。
また、ドライブコイル51が移動することにより、ドライブコイル51とセンスコイル52との相対位置関係が変化し、ドライブコイル51からセンスコイル52に直接入る交番磁界が変化する。本実施形態においては、位置検出装置150に設けられた振幅成分検出手段が、交流電圧の虚部(振幅成分)を分離することにより、振幅成分を検出するので、交番磁界が変化してもキャリブレーション測定を行うことなくカプセル型内視鏡20の位置等を推定できる。
なお、位置検出装置150は、上述のように、ドライブコイル51の位置を制御して、ドライブコイル51が発生する交番磁界の向きを変化させてもよいし、上記交番磁界の強度を変化させてもよいし、さらには、上記交番磁界の向きおよび強さを変化させてもよい。
このようにすることで、ドライブコイル51とLC共振回路43とが、LC共振回路43において誘導磁界が発生しにくい相対関係となることを防止できる。
このようにすることで、ドライブコイル51とLC共振回路43とが、LC共振回路43において誘導磁界が発生しにくい相対関係となることを防止できる。
また、上述のように、ドライブコイル51がドライブコイルユニット151に備えられ、ドライブコイル51が移動してもよいし、複数のドライブコイル51が固定して備えられ、駆動するドライブコイル51を選択してもよい。
このようにすることで、ドライブコイル51を実際に移動させなくても、移動させたのと同様な効果を得ることができる。
このようにすることで、ドライブコイル51を実際に移動させなくても、移動させたのと同様な効果を得ることができる。
なお、上述のように、ドライブコイル51がLC共振回路43に対して移動するように構成されていてもよいし、センスコイル52がLC共振回路43に対して移動するように構成されていてもよい。
このようにすることで、LC共振回路43から発せられた誘導磁界をより効率よくセンスコイル52で検出することができる。
このようにすることで、LC共振回路43から発せられた誘導磁界をより効率よくセンスコイル52で検出することができる。
図14は、ドライブコイルおよびセンスコイルの別な配置例を説明する図である。
本実施形態では、上述のようにセンスコイル52を内枠171Bに固定配置して、LC共振回路43から発生した誘導磁界を検出しているが、図14に示すように、センスコイル52をセンスコイル固定部材52aに固定し、被検者1に固定配置するとともに、ドライブコイル51も被検者1に固定配置してもよい。ここで、センスコイル52とドライブコイル51は別体に構成されている。
このような構成とすることで、例えば、被検者1が移動して、センスコイル52とドライブコイル51の位置関係が変化してもキャリブレーションが不要なため、カプセル型内視鏡20の位置等を検出し続けることができる。また、被検者にセンスコイル52、ドライブコイル51を装着しても被検者に違和感を与えずにカプセル型内視鏡20の位置等を検出できる。
本実施形態では、上述のようにセンスコイル52を内枠171Bに固定配置して、LC共振回路43から発生した誘導磁界を検出しているが、図14に示すように、センスコイル52をセンスコイル固定部材52aに固定し、被検者1に固定配置するとともに、ドライブコイル51も被検者1に固定配置してもよい。ここで、センスコイル52とドライブコイル51は別体に構成されている。
このような構成とすることで、例えば、被検者1が移動して、センスコイル52とドライブコイル51の位置関係が変化してもキャリブレーションが不要なため、カプセル型内視鏡20の位置等を検出し続けることができる。また、被検者にセンスコイル52、ドライブコイル51を装着しても被検者に違和感を与えずにカプセル型内視鏡20の位置等を検出できる。
〔第3の実施形態〕
次に、本発明の第3の実施形態について図15から図18Cを参照して説明する。
本実施の形態の位置検出システムの基本構成は、第1の実施形態と同様であるが、第1の実施形態とは、位置検出システムに磁気誘導装置が加わっている点が異なっている。よって、本実施の形態においては、図15から図18を用いて磁気誘導装置周辺のみを説明し、位置検出システム等の説明を省略する。
図15は、本実施形態における位置検出システムの概略を示すブロック図である。図16は、図15の位置検出システムの構成を説明する概略図である。図17は、図15の磁気誘導装置を説明する概略図である。
なお、第1の実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。
次に、本発明の第3の実施形態について図15から図18Cを参照して説明する。
本実施の形態の位置検出システムの基本構成は、第1の実施形態と同様であるが、第1の実施形態とは、位置検出システムに磁気誘導装置が加わっている点が異なっている。よって、本実施の形態においては、図15から図18を用いて磁気誘導装置周辺のみを説明し、位置検出システム等の説明を省略する。
図15は、本実施形態における位置検出システムの概略を示すブロック図である。図16は、図15の位置検出システムの構成を説明する概略図である。図17は、図15の磁気誘導装置を説明する概略図である。
なお、第1の実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。
位置検出システム210は、図15から図17に示すように、体腔内管路の内壁面を光学的に撮像し画像信号を無線で送信するカプセル型内視鏡220と、カプセル型内視鏡220の位置を検出する位置検出装置250(振幅成分検出手段、位置算出用周波数決定手段、位置解析手段、駆動コイルドライバ)と、カプセル型内視鏡220を誘導する磁気誘導装置270と、から概略構成されている。
図18Cは、図15のカプセル型内視鏡の構成を説明する図である。
カプセル型内視鏡220は、図18Cに示すように、その内部に各種の機器を収納する外装21と、被検者の体腔内管路の内壁面を撮像する撮像部30と、撮像部30を駆動する電池39と、前述したドライブコイル51により誘導磁界を発生させる誘導磁界発生部40と、カプセル型内視鏡220を駆動する駆動用磁石(誘導用磁石)45と、から概略構成されている。
撮像部30および誘導磁界発生部40は、第1の実施形態と同様であるので、その構成、作用、効果については説明を省略する。
カプセル型内視鏡220は、図18Cに示すように、その内部に各種の機器を収納する外装21と、被検者の体腔内管路の内壁面を撮像する撮像部30と、撮像部30を駆動する電池39と、前述したドライブコイル51により誘導磁界を発生させる誘導磁界発生部40と、カプセル型内視鏡220を駆動する駆動用磁石(誘導用磁石)45と、から概略構成されている。
撮像部30および誘導磁界発生部40は、第1の実施形態と同様であるので、その構成、作用、効果については説明を省略する。
外装21の本体の外周面には、回転軸Rを中心として断面円形の線材を螺旋状に巻いた螺旋部25が備えられている。
信号処理部34の後端部24側には磁石45が配置され、磁石45の後端部24側には、スイッチ部46が基板36B上に配置されている。
信号処理部34の後端部24側には磁石45が配置され、磁石45の後端部24側には、スイッチ部46が基板36B上に配置されている。
磁気誘導装置270は、図16に示すように、被検者1の下側に配置され、磁気誘導装置270が、位置検出装置250とは独立して、被検者1の下側を前後左右方向に移動可能に配置されている。
磁気誘導装置270は、複数の電磁石701,702,703,704,705から概略構成されている。電磁石701,702は、電磁石705を挟んで対向するように配置され、電磁石705の上方にX軸方向の磁界を生成する。電磁石703,704は、電磁石705を挟んで対向するように配置され、電磁石705の上方にY軸方向の磁界を生成する。電磁石705は、電磁石701,702,703,704に囲まれるように配置され、Z軸方向の磁界を生成する。磁気誘導装置270は、電磁石705上の円筒状領域において均一な磁界を形成することができる。
磁気誘導装置270は、複数の電磁石701,702,703,704,705から概略構成されている。電磁石701,702は、電磁石705を挟んで対向するように配置され、電磁石705の上方にX軸方向の磁界を生成する。電磁石703,704は、電磁石705を挟んで対向するように配置され、電磁石705の上方にY軸方向の磁界を生成する。電磁石705は、電磁石701,702,703,704に囲まれるように配置され、Z軸方向の磁界を生成する。磁気誘導装置270は、電磁石705上の円筒状領域において均一な磁界を形成することができる。
磁気誘導装置270は、供給される電流が位置検出装置250により制御され、電磁石701,702,703,704,705により形成される磁界の強度および向きが制御される。
さらに、磁気誘導装置270は、位置検出装置250により被検者1の下側を前後左右方向に移動制御される。
さらに、磁気誘導装置270は、位置検出装置250により被検者1の下側を前後左右方向に移動制御される。
図18Aは、図15の位置検出システムの構成を説明する概略図である。図18Bは、図15の位置検出システムを説明する全体構成を説明する概略図である。
本実施形態では、上記のように電磁石701,702,703,704,705を用いた位置検出システム210に適用して説明しているが、電磁石の構成としては、これに限定されるものではない。例えば、図18Aに示すように、対となるコイルを対向させ平行磁界を発生させるヘルムホルツコイルを3個配置した、3軸ヘルムホルツコイルユニット(磁界発生手段、電磁石)281を用いた位置検出システム280でも構わない。また、図18Bのように、3組の対向させた略方形のコイル281X,281X、コイル281Y,281Y、および、コイル281Z,281Zを用いた位置検出システム280でもよい。また、対象空間内で所望の磁界が得られるのであれば、コイルの直径に対して、コイルの間隔を適宜変更してもよい。
また、対向したコイルだけでなく、所望の磁界を得られる構成であれば、どのような構成の磁界を用いても構わない。
本実施形態では、上記のように電磁石701,702,703,704,705を用いた位置検出システム210に適用して説明しているが、電磁石の構成としては、これに限定されるものではない。例えば、図18Aに示すように、対となるコイルを対向させ平行磁界を発生させるヘルムホルツコイルを3個配置した、3軸ヘルムホルツコイルユニット(磁界発生手段、電磁石)281を用いた位置検出システム280でも構わない。また、図18Bのように、3組の対向させた略方形のコイル281X,281X、コイル281Y,281Y、および、コイル281Z,281Zを用いた位置検出システム280でもよい。また、対象空間内で所望の磁界が得られるのであれば、コイルの直径に対して、コイルの間隔を適宜変更してもよい。
また、対向したコイルだけでなく、所望の磁界を得られる構成であれば、どのような構成の磁界を用いても構わない。
次に、上述の位置検出システム210の作用について説明する。
位置検出システム210の作用の概要等は、第1の実施形態と同様であるのでその説明を省略する。
磁気誘導装置270は、上述のように、電磁石705上の円筒状領域でのみ均一な磁界を形成するため、位置検出装置250は、カプセル型内視鏡220が上記円筒状領域内に位置するように、磁気誘導装置270を前後左右方向へ移動制御する。
位置検出システム210の作用の概要等は、第1の実施形態と同様であるのでその説明を省略する。
磁気誘導装置270は、上述のように、電磁石705上の円筒状領域でのみ均一な磁界を形成するため、位置検出装置250は、カプセル型内視鏡220が上記円筒状領域内に位置するように、磁気誘導装置270を前後左右方向へ移動制御する。
磁気誘導装置270は、電磁石(誘導用磁界発生手段)701,702,703,704,705に供給される電流が位置検出装置(誘導用磁界方向制御手段)250により制御され、カプセル型内視鏡220に対して回転磁界が作用するように制御される。カプセル型内視鏡220は、回転磁界が作用することにより、その中心軸線R回りに回転し、螺旋部25の働きにより中心軸線R方向へ進む。
さらに、磁気誘導装置270は、形成する回転磁界の回転軸線方向を制御することにより、カプセル型内視鏡220の中心軸線Rの方向を制御し、カプセル型内視鏡220の進行方向を制御する。
さらに、磁気誘導装置270は、形成する回転磁界の回転軸線方向を制御することにより、カプセル型内視鏡220の中心軸線Rの方向を制御し、カプセル型内視鏡220の進行方向を制御する。
上記の位置検出システム210によれば、位置検出システム210によりカプセル型内視鏡220の位置等を求めるとともに、磁気誘導装置270によりカプセル型内視鏡220を所定の位置へ誘導することができる。
磁気誘導装置270が形成する磁界はセンスコイル52にも作用し、センスコイル52からの出力される交流電圧に上記磁界に係る交流電圧が含まれる。かかる出力を位置検出装置250の振幅成分検出部250Aにおいて交流電圧の虚部を分離すると、LC共振回路43に係る交流電圧のみを検出できる。そのため、位置検出システム210は、磁気誘導装置270を追加した場合においてもキャリブレーション測定することなく、カプセル型内視鏡220の位置等を算出することができる。
また、磁気誘導装置270がセンスコイル52に対して前後左右方向に移動した場合、磁気誘導装置270の移動に応じてセンスコイル52から出力される磁気誘導装置270に係る交流電圧も変化する。かかる場合においても、位置検出装置250は、上記交流電圧の変化の影響を受けることなく、LC共振回路43に係る交流電圧のみを検出できる。そのため、位置検出システム250は、磁気誘導装置270を追加した場合においてもキャリブレーション測定することなく、カプセル型内視鏡220の位置等を算出することができる。
あるいは、予め測定したキャリブレーション値を保存する必要がなくなり、システム構成を簡略化することができる。
あるいは、予め測定したキャリブレーション値を保存する必要がなくなり、システム構成を簡略化することができる。
〔第4の実施形態〕
次に、本発明の第4の実施形態について図19および図20を参照して説明する。
本実施の形態の位置検出システムの基本構成は、第1の実施形態と同様であるが、第1の実施形態とは、カプセル型内視鏡等を複数用いる点が異なっている。よって、本実施の形態においては、図19および図20を用いてカプセル型内視鏡等を複数用いる点のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
図19は、本実施形態における位置検出システムの概略を示すブロック図である。図20は、図19の位置検出システムの構成を説明する概略図である。
なお、第1の実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。
次に、本発明の第4の実施形態について図19および図20を参照して説明する。
本実施の形態の位置検出システムの基本構成は、第1の実施形態と同様であるが、第1の実施形態とは、カプセル型内視鏡等を複数用いる点が異なっている。よって、本実施の形態においては、図19および図20を用いてカプセル型内視鏡等を複数用いる点のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
図19は、本実施形態における位置検出システムの概略を示すブロック図である。図20は、図19の位置検出システムの構成を説明する概略図である。
なお、第1の実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。
位置検出システム310は、図19および図20に示すように、体腔内管路の内壁面を光学的に撮像し画像信号を無線で送信するカプセル型内視鏡20と、体腔内管路において薬剤を散布したり、サンプル等を取得したりするカプセル型医療装置320と、カプセル型内視鏡20とカプセル型医療装置320の位置を検出する位置検出装置50と、から概略構成されている。
カプセル型医療装置320は、カプセル型内視鏡20と同様に、内部の機器を駆動する電池39と、誘導磁界を発生させる誘導磁界発生部40と、薬剤の散布等を行う医療装置部(図示せず)などから概略構成されている(図5参照)。
なお、カプセル型内視鏡20における誘導磁界発生部40の共振周波数と、カプセル型医療装置320における誘導磁界発生部40の共振周波数と、は異なる周波数となるように設定されている。
カプセル型医療装置320は、カプセル型内視鏡20と同様に、内部の機器を駆動する電池39と、誘導磁界を発生させる誘導磁界発生部40と、薬剤の散布等を行う医療装置部(図示せず)などから概略構成されている(図5参照)。
なお、カプセル型内視鏡20における誘導磁界発生部40の共振周波数と、カプセル型医療装置320における誘導磁界発生部40の共振周波数と、は異なる周波数となるように設定されている。
次に、上記の構成からなる位置検出システム310の作用について説明する。
位置検出システム310の作用の概要については、第1の実施形態と同様であるのでその説明を省略する。
まず、カプセル型内視鏡20により被検者1の体腔内管路の内壁等を撮像し、内壁等の観察を行う。その観察により病変部等が発見され、当該病変部に薬剤を投与したり、サンプルを取得したりする必要が生じた場合がある。その際に、薬剤散布機能や、サンプル取得機能などを備えたカプセル型医療装置320が、追加して被検者1に投入される。かかる場合において、被検者1の体腔内管路には、カプセル型内視鏡20およびカプセル型医療装置320が存在することとなる。
位置検出システム310の作用の概要については、第1の実施形態と同様であるのでその説明を省略する。
まず、カプセル型内視鏡20により被検者1の体腔内管路の内壁等を撮像し、内壁等の観察を行う。その観察により病変部等が発見され、当該病変部に薬剤を投与したり、サンプルを取得したりする必要が生じた場合がある。その際に、薬剤散布機能や、サンプル取得機能などを備えたカプセル型医療装置320が、追加して被検者1に投入される。かかる場合において、被検者1の体腔内管路には、カプセル型内視鏡20およびカプセル型医療装置320が存在することとなる。
位置検出部50は、カプセル型内視鏡20におけるLC共振回路43の共振周波数と、カプセル型医療装置320におけるLC共振回路43の共振周波数と、を用いて、カプセル型内視鏡20とカプセル型医療装置320との位置等を算出する。
上記の位置検出システム310によれば、位置検出部50における振幅成分検出部50A(図6参照)は、センスコイル52から出力された交流電圧から、カプセル型内視鏡20におけるLC共振回路43に係る交流電圧の虚部と、カプセル型医療装置320におけるLC共振回路43に係る交流電圧の虚部とを分離することができる。
そのため、後からカプセル型医療装置320を追加しても、カプセル型内視鏡20のときと同様に、キャリブレーション測定することなく、カプセル型医療装置320の位置等を算出することができる。
そのため、後からカプセル型医療装置320を追加しても、カプセル型内視鏡20のときと同様に、キャリブレーション測定することなく、カプセル型医療装置320の位置等を算出することができる。
〔第5の実施形態〕
次に、本発明の第5の実施形態について図21から図25を参照して説明する。
本実施形態の位置検出システムの基本構成は、第1の実施形態と同様であるが、第1の実施形態とは、位置検出装置における処理が異なっている。よって、本実施形態においては、図21から図25を用いて位置検出装置における処理のみを説明し、その他のカプセル型内視鏡等の説明を省略する。
図21は、本実施形態に係る位置検出システムの全体構成を説明する図である。
位置検出システム410は、図21に示すように、カプセル型内視鏡20と、カプセル型内視鏡20の位置を検出する位置検出装置(位置算出用周波数決定部、基準値算出用周波数決定手段,測定基準値算出手段,位置解析手段)450と、から概略構成されている。
次に、本発明の第5の実施形態について図21から図25を参照して説明する。
本実施形態の位置検出システムの基本構成は、第1の実施形態と同様であるが、第1の実施形態とは、位置検出装置における処理が異なっている。よって、本実施形態においては、図21から図25を用いて位置検出装置における処理のみを説明し、その他のカプセル型内視鏡等の説明を省略する。
図21は、本実施形態に係る位置検出システムの全体構成を説明する図である。
位置検出システム410は、図21に示すように、カプセル型内視鏡20と、カプセル型内視鏡20の位置を検出する位置検出装置(位置算出用周波数決定部、基準値算出用周波数決定手段,測定基準値算出手段,位置解析手段)450と、から概略構成されている。
位置検出装置450には、図21に示すように、カプセル型内視鏡20内の後述する磁気誘導コイルに誘導磁界を発生させるドライブコイル51や、磁気誘導コイルで発生した誘導磁界を検知するセンスコイル52などが電気的に接続されている。位置検出装置450は、センスコイル52が検知した誘導磁界に基づいてカプセル型内視鏡20の位置を演算するとともにドライブコイル51により形成される交番磁界を制御している。
図22は、図21の位置検出装置内の構成を説明するブロック図である。
位置検出装置450には、センスコイル52から出力された交流電圧(磁界センサの出力)から交番磁界の振幅値を検出する交番磁界検出部450aと、カプセル型内視鏡20の位置等の算出に用いる位置算出用周波数(第1周波数)fH,fLを決定する位置算出用周波数決定部451と、基準値の算出に用いる基準値算出用周波数(第2周波数)f1を決定する基準値算出用周波数決定部(基準値算出用周波数決定手段)452と、位置算出用周波数fH,fLおよび基準値算出用周波数f1におけるセンスコイル52の出力から測定基準値を算出する測定基準値算出部(測定基準値算出手段)453と、カプセル型内視鏡20の位置等を算出する位置解析部(位置解析手段)454と、が設けられている。
位置検出装置450には、センスコイル52から出力された交流電圧(磁界センサの出力)から交番磁界の振幅値を検出する交番磁界検出部450aと、カプセル型内視鏡20の位置等の算出に用いる位置算出用周波数(第1周波数)fH,fLを決定する位置算出用周波数決定部451と、基準値の算出に用いる基準値算出用周波数(第2周波数)f1を決定する基準値算出用周波数決定部(基準値算出用周波数決定手段)452と、位置算出用周波数fH,fLおよび基準値算出用周波数f1におけるセンスコイル52の出力から測定基準値を算出する測定基準値算出部(測定基準値算出手段)453と、カプセル型内視鏡20の位置等を算出する位置解析部(位置解析手段)454と、が設けられている。
次に、上記の構成からなる位置検出システム410の作用について説明する。
まず、位置検出システム410の作用の概要については第1の実施形態と同様であるのでその説明を省略する。
次に、本実施形態の特徴である位置検出装置450の作用について説明する。
ドライブコイル51から交番磁界を発生させ、カプセル型内視鏡20のLC共振回路43(図5参照)からの誘導磁界をセンスコイル52により検出し、センスコイル52の出力である交流電圧が位置検出装置450に入力されるまでは第1の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。
まず、位置検出システム410の作用の概要については第1の実施形態と同様であるのでその説明を省略する。
次に、本実施形態の特徴である位置検出装置450の作用について説明する。
ドライブコイル51から交番磁界を発生させ、カプセル型内視鏡20のLC共振回路43(図5参照)からの誘導磁界をセンスコイル52により検出し、センスコイル52の出力である交流電圧が位置検出装置450に入力されるまでは第1の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。
図23は、図21のセンスコイル52から出力された交流電圧の周波数特性を示すグラフである。
位置検出装置450に入力された上記交流電圧は、図22に示すように、交番磁界検出部450aに入力される。交番磁界検出部450aでは、フーリエ変換によって、交番磁界の振幅値を検出する。検出された交番磁界の振幅値は、位置算出用周波数決定部451に入力される。位置算出用周波数決定部451は、図23に示すように、カプセル型内視鏡20のLC共振回路43の共振周波数fC近傍領域において、上記交流電圧が極大値、極小値を示す周波数を検出する。これら極大値、極小値を示す周波数をそれぞれ位置算出用周波数fH,fLとする。
ここで、位置算出用周波数fH,fLの一方は、共振周波数fCより低周波数側にあり、他方は高周波数側にある。
位置検出装置450に入力された上記交流電圧は、図22に示すように、交番磁界検出部450aに入力される。交番磁界検出部450aでは、フーリエ変換によって、交番磁界の振幅値を検出する。検出された交番磁界の振幅値は、位置算出用周波数決定部451に入力される。位置算出用周波数決定部451は、図23に示すように、カプセル型内視鏡20のLC共振回路43の共振周波数fC近傍領域において、上記交流電圧が極大値、極小値を示す周波数を検出する。これら極大値、極小値を示す周波数をそれぞれ位置算出用周波数fH,fLとする。
ここで、位置算出用周波数fH,fLの一方は、共振周波数fCより低周波数側にあり、他方は高周波数側にある。
一方、基準値算出用周波数決定部452は、後述する位置解析部454において得られる誘導磁界による交流電圧の周波数特性曲線において、共振周波数fCに対して低周波数側の変曲点PLよりも低い周波数側に離れた周波数であって、商用電源周波数(60Hzまたは50Hz)よりも高い周波数を基準値算出用周波数f1として決定する。
図24は、図21のセンスコイル52に交番磁界のみが作用した場合におけるセンスコイル52の交流電圧周波数特性を示すグラフである。
測定基準値算出部453は、位置算出用周波数fH,fLおよび基準値算出用周波数f1におけるセンスコイル52から出力された交流電圧の値から測定基準値を算出する。具体的には、位置算出用周波数fH,fLにおけるセンスコイル52から出力された交流電圧の値を求め、これらの値の平均値を求める。そして位置算出用周波数fH,fLの中間値と上記平均値とから定まる点と、基準値算出用周波数f1とその交流電圧の値から定まる点とに基づいて基準値を求める。基準値の求め方としては、最小自乗法による近似方法を用いることができる。このようにして求められた基準値は、図24に示すように、所定の周波数特性を示すグラフとして表すことができる。基準値は、ドライブコイル51が形成した交番磁界により、センスコイル51から出力される交流電圧とみなすことができる値である。
なお、上述のように2点に基づいて基準値を近似してもよいし、それ以上の測定点に基づいて基準値を近似しても構わない。
測定基準値算出部453は、位置算出用周波数fH,fLおよび基準値算出用周波数f1におけるセンスコイル52から出力された交流電圧の値から測定基準値を算出する。具体的には、位置算出用周波数fH,fLにおけるセンスコイル52から出力された交流電圧の値を求め、これらの値の平均値を求める。そして位置算出用周波数fH,fLの中間値と上記平均値とから定まる点と、基準値算出用周波数f1とその交流電圧の値から定まる点とに基づいて基準値を求める。基準値の求め方としては、最小自乗法による近似方法を用いることができる。このようにして求められた基準値は、図24に示すように、所定の周波数特性を示すグラフとして表すことができる。基準値は、ドライブコイル51が形成した交番磁界により、センスコイル51から出力される交流電圧とみなすことができる値である。
なお、上述のように2点に基づいて基準値を近似してもよいし、それ以上の測定点に基づいて基準値を近似しても構わない。
図25は、図21のセンスコイル52に誘導磁界のみが作用した場合におけるセンスコイル52の交流電圧周波数特性を示すグラフである。
位置解析部454は、センスコイル52から出力された交流電圧の周波数特性曲線から、上述の測定基準値を差分する演算を行い、図25に示すような、誘導磁界による交流電圧の周波数特性曲線を得る。そして、位置解析部454は、得られた周波数特性曲線に基づいて、各センスコイル52について位置算出用周波数fH,fLにおける交流電圧の差分、つまり振幅を算出する。各センスコイル52における上記振幅値が得られたら、これらの値に基づいてカプセル型内視鏡20の位置等を算出する。
位置解析部454は、センスコイル52から出力された交流電圧の周波数特性曲線から、上述の測定基準値を差分する演算を行い、図25に示すような、誘導磁界による交流電圧の周波数特性曲線を得る。そして、位置解析部454は、得られた周波数特性曲線に基づいて、各センスコイル52について位置算出用周波数fH,fLにおける交流電圧の差分、つまり振幅を算出する。各センスコイル52における上記振幅値が得られたら、これらの値に基づいてカプセル型内視鏡20の位置等を算出する。
上記の位置検出システム410によれば、測定基準値算出部453が、位置算出用周波数fH,fLおよび基準値算出用周波数f1におけるセンスコイル52の出力値に基づいて、位置算出用周波数における測定基準値を求め、位置解析部454が、交番磁界および誘導磁界が磁界センサに作用した際のセンスコイル52の出力値と測定基準値との差分に基づいて、カプセル型内視鏡20の位置等を算出できる。つまり、交番磁界および誘導磁界がセンスコイル52に作用した際のセンスコイル52の出力値と測定基準値とを差分することにより、センスコイル52の出力値から誘導磁界に係る出力値を抽出することができ、カプセル型内視鏡20の位置等を算出できる。
そのため、位置検出システム410は、キャリブレーション測定をすることなく、カプセル型内視鏡20の位置等を算出できる。
そのため、位置検出システム410は、キャリブレーション測定をすることなく、カプセル型内視鏡20の位置等を算出できる。
カプセル型内視鏡20のLC共振回路43は、上記交番磁界により誘導磁界を発生するため、LC共振回路43に電源を付加する必要がない。そのため、カプセル型内視鏡20の内部に搭載する構成要素数を減らすことができる。また、カプセル型内視鏡20の位置検出に用いる誘導磁界を発生するために、その内部に搭載された電源等を用いないため、カプセル型内視鏡20の寿命が当該電源等の寿命の影響を受けることがない。
測定基準値を求めるのに位置算出用周波数fH,fLも用いるため、カプセル型内視鏡20の位置等の算出に係る測定と、測定基準値を求める測定と、を同時に行うことができ、カプセル型内視鏡20の位置等の算出に要する手間を削減することができる。
また、異なる2つの位置算出用周波数fH,fLを用いることにより、1つの周波数における出力値を用いる場合と比較して、測定値の誤差をキャンセルすることができ、算出されるカプセル型内視鏡20の位置等の精度を向上できる。
また、異なる2つの位置算出用周波数fH,fLを用いることにより、1つの周波数における出力値を用いる場合と比較して、測定値の誤差をキャンセルすることができ、算出されるカプセル型内視鏡20の位置等の精度を向上できる。
なお、交番磁界検出部450aには、フーリエ変換の代わりに位相検波器またはロックインアンプの少なくとも一方が備えられていても構わない。位相検波器およびロックインアンプの少なくとも一方が交番磁界検出部450aに備えられているため、交番磁界検出部450aは複数のセンスコイル52から得られた磁界センサの出力から交番磁界の虚部および実部の少なくとも一方を容易に検出することができる。
なお、上述のように、基準値算出用周波数f1を商用電源周波数より周波数の高い所定周波数としてもよいし、基準値算出用周波数f1を0としてもよい。
周波数が0のときのセンスコイル52の出力は常に0であるため、基準値算出用周波数f1における測定を省略することができ、カプセル型内視鏡20の位置等の算出に係る手間を省略することができる。
周波数が0のときのセンスコイル52の出力は常に0であるため、基準値算出用周波数f1における測定を省略することができ、カプセル型内視鏡20の位置等の算出に係る手間を省略することができる。
なお、上述のように、基準値算出用周波数f1を、共振周波数fCに対して変曲点PLより低周波数側で、商用電源周波数より周波数の高い所定周波数としてもよいし、共振周波数fCに対して高周波数側の変曲点PHより高い周波数であるとともにセンスコイル52の共振周波数より低い所定周波数f2としてもよい。
〔第5の実施形態の変形例〕
次に、本発明の第5の実施形態の変形例について図26から図28を参照して説明する。
本実施形態の位置検出システムの基本構成は、第5の実施形態と同様であるが、第5の実施形態とは、位置検出装置およびセンスコイル受信回路の構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図26から図28を用いて位置検出装置およびセンスコイル受信回路の構成のみを説明し、その他のカプセル型内視鏡等の説明を省略する。
図26は、本実施形態の変形例に係る位置検出システムの全体構成を説明する図である。
なお、第5の実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略する。
次に、本発明の第5の実施形態の変形例について図26から図28を参照して説明する。
本実施形態の位置検出システムの基本構成は、第5の実施形態と同様であるが、第5の実施形態とは、位置検出装置およびセンスコイル受信回路の構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図26から図28を用いて位置検出装置およびセンスコイル受信回路の構成のみを説明し、その他のカプセル型内視鏡等の説明を省略する。
図26は、本実施形態の変形例に係る位置検出システムの全体構成を説明する図である。
なお、第5の実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略する。
位置検出システム510は、図26に示すように、カプセル型内視鏡20と、カプセル型内視鏡20の位置を検出する位置検出装置(位置算出用周波数決定部、基準値算出用周波数決定手段,測定基準値算出手段,位置解析手段)550と、から概略構成されている。
位置検出装置550には、図26に示すように、カプセル型内視鏡20内の後述する磁気誘導コイルに誘導磁界を発生させるドライブコイル51や、磁気誘導コイルで発生した誘導磁界を検知するセンスコイル52などが電気的に接続されている。位置検出装置550は、センスコイル52が検知した誘導磁界に基づいてカプセル型内視鏡20の位置を演算するとともにドライブコイル51により形成される交番磁界を制御している。
図27は、図26のセンスコイル受信回路557の回路構成を説明する図である。
センスコイル受信回路557は、図27に示すように、入力されたカプセル型内視鏡20の位置情報を含む交流電圧に含まれる高周波成分および低周波成分を取り除くバンドパスフィルタ(BPF)61と、高周波成分および低周波成分を取り除いた上記交流電圧を増幅するアンプ(AMP)62と、上記交流電圧の振幅を検出して振幅値を抽出して出力する実効値検出回路(True RMSコンバータ)63と、振幅値をデジタル信号に変換するA/D変換器64と、デジタル化された振幅値を一時的に格納するメモリ65から構成されている。
センスコイル受信回路557は、図27に示すように、入力されたカプセル型内視鏡20の位置情報を含む交流電圧に含まれる高周波成分および低周波成分を取り除くバンドパスフィルタ(BPF)61と、高周波成分および低周波成分を取り除いた上記交流電圧を増幅するアンプ(AMP)62と、上記交流電圧の振幅を検出して振幅値を抽出して出力する実効値検出回路(True RMSコンバータ)63と、振幅値をデジタル信号に変換するA/D変換器64と、デジタル化された振幅値を一時的に格納するメモリ65から構成されている。
バンドパスフィルタ61は、センスコイル52から延びる一対の配線66Aにそれぞれ配置され、バンドパスフィルタ61から出力された上記交流電圧は、一つのアンプ62に入力されるようになっている。メモリ65は、9つのセンスコイル52から得られた振幅値を一時的に格納し、格納した振幅値を位置検出装置550へ出力している。
なお、上述のように、上記交流電圧の振幅値を抽出するのに実効値検出回路63を用いてもよいし、整流回路を用いて磁気情報を平滑化して電圧を検出することで振幅値を検出してもよいし、上記交流電圧のピークを検出するピーク検出回路を用いて振幅値を検出してもよい。
なお、上述のように、上記交流電圧の振幅値を抽出するのに実効値検出回路63を用いてもよいし、整流回路を用いて磁気情報を平滑化して電圧を検出することで振幅値を検出してもよいし、上記交流電圧のピークを検出するピーク検出回路を用いて振幅値を検出してもよい。
また、検出される交流電圧の波形は、カプセル型内視鏡20内の後述する磁気誘導コイル42の有無、位置により、ドライブコイル51に付加される波形に対する位相が変化する。この位相変化をロックインアンプなどで検出しても構わない。
上記誘導磁界は、センスコイル52に誘導起電力を発生させ、カプセル型内視鏡20の位置情報などを含んだ交流電圧(磁気情報)がセンスコイル52に発生する。この交流電圧は、センスコイルセレクタ56を介してセンスコイル受信回路557に入力され、交流電圧の振幅値(振幅情報)が抽出される。
センスコイル受信回路557に入力された上記交流電圧は、図27に示すように、バンドパスフィルタ61により高周波成分および低周波成分が取り除かれ、アンプ62により増幅される。このようにして不要な成分が取り除かれた交流電圧は、実効値検出回路63により交流電圧の振幅値が抽出される。抽出された振幅値はA/D変換器64によりデジタル信号化され、メモリ65に格納される。
メモリ65は、例えば正弦波発生装置53で発生される正弦波信号をLC共振回路43に共振周波数付近でスイープさせた1周期分に対応する振幅値を格納し、1周期分の振幅値をまとめて位置検出装置550へ出力している。
メモリ65は、例えば正弦波発生装置53で発生される正弦波信号をLC共振回路43に共振周波数付近でスイープさせた1周期分に対応する振幅値を格納し、1周期分の振幅値をまとめて位置検出装置550へ出力している。
図28は、図26の位置検出装置550の概略を説明するブロック図である。
位置検出装置550には、カプセル型内視鏡20の位置等の算出に用いる位置算出用周波数(第1周波数)fH,fLを決定する位置算出用周波数決定部451と、基準値の算出に用いる基準値算出用周波数(第2周波数)f1を決定する基準値算出用周波数決定部(基準値算出用周波数決定手段)452と、位置算出用周波数fH,fLおよび基準値算出用周波数f1におけるセンスコイル52の出力から測定基準値を算出する測定基準値算出部(測定基準値算出手段)453と、カプセル型内視鏡20の位置等を算出する位置解析部(位置解析手段)454と、が設けられている。
位置検出装置550には、カプセル型内視鏡20の位置等の算出に用いる位置算出用周波数(第1周波数)fH,fLを決定する位置算出用周波数決定部451と、基準値の算出に用いる基準値算出用周波数(第2周波数)f1を決定する基準値算出用周波数決定部(基準値算出用周波数決定手段)452と、位置算出用周波数fH,fLおよび基準値算出用周波数f1におけるセンスコイル52の出力から測定基準値を算出する測定基準値算出部(測定基準値算出手段)453と、カプセル型内視鏡20の位置等を算出する位置解析部(位置解析手段)454と、が設けられている。
位置検出装置550に入力された交流電圧は、図28に示すように、位置算出用周波数決定部451に入力される。位置算出用周波数決定部451は、図23に示すように、カプセル型内視鏡20のLC共振回路43の共振周波数fc近傍において、上記交流電圧が極大値、極小値を示す周波数を検出する。これら極大値、極小値を示す周波数をそれぞれ位置算出用周波数fH,fLとする。なお、基準値算出用周波数決定部452から位置解析部454の作用の概要は、第5の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
なお、上述のように、位置算出用周波数fH,fLと、基準値算出用周波数f1と、を用いて基準値を求めてもよいし、上述の基準値算出用周波数f2と基準値算出用周波数f1とを用いて基準値を求めてもよく特に限定するものではない。
本変形例によれば、センスコイル受信回路557が実効値検出回路63を有するので、交番磁界検出部450aを必要とせず、安価に位置検出システムを構築することができる。
全ての実施例において、カプセル型内視鏡、カプセル型医療装置を例に実施例を述べてきたが、これらにとらわれるものではなく、内視鏡装置、カテーテル装置、鉗子など、体腔内で使用される医療装置に対して適用することができる。また、本実施例個々の組み合わせについても本発明に属するものである。
Claims (21)
- 磁気誘導コイルを搭載した機器と、
交番磁界を発生する駆動コイルと、
前記機器の作動範囲の外部に配置され、前記磁気誘導コイルが前記交番磁界を受けて発生した誘導磁界を検出する複数の磁界センサと、
前記磁気誘導コイルの共振周波数に基づいた位置算出用周波数を求める周波数決定部と、
前記位置算出用周波数において、前記複数の磁界センサの出力から、前記交番磁界に対して略直交する振幅成分および前記交番磁界と略同相の振幅成分の少なくとも一方を検出する振幅成分検出手段と、
前記振幅成分に基づいて、前記機器の位置および向きの少なくとも一方を算出する位置解析手段と、を備える位置検出システム。 - 前記周波数決定部が、前記共振周波数の情報を予め取得することにより、前記位置算出用周波数を決定する請求項1記載の位置検出システム。
- 前記周波数決定部が、前記共振周波数の変化を検出し、その変化に基づいて前記位置算出用周波数を決定する請求項1記載の位置検出システム。
- 前記振幅成分検出手段が、フーリエ変換を用いて検出した前記振幅成分に基づいて前記機器の位置および向きの少なくとも一方を繰り返し算出する際に、前記フーリエ変換の開始タイミングと、前記駆動コイルが発生する前記交番磁界の位相との間のずれを一定として前記フーリエ変換を行なう請求項1記載の位置検出システム。
- 前記駆動コイルと前記磁界センサとが別体で構成される請求項1記載の位置検出システム。
- 複数の前記磁界センサが一体に配置されている請求項1記載の位置検出システム。
- 前記駆動コイルと前記磁気誘導コイルとの相対位置に応じて、前記駆動コイルが発生する前記交番磁界の向きおよび強さの少なくとも一方を変化させる駆動コイルドライバを備える請求項1記載の位置検出システム。
- 前記駆動コイルと前記磁界センサとが、前記作動範囲に配置された被験者に固定されている請求項1記載の位置検出システム。
- 同時に使用される複数の前記機器において、
それぞれの前記機器に搭載された前記磁気誘導コイルの共振周波数が異なるように設定されている請求項1記載の位置検出システム。 - 請求項1に記載の位置検出システムと、
前記機器に搭載された誘導用磁石と、
前記誘導用磁石に対して作用させる誘導用磁界を発生する誘導用磁界発生手段と、
前記誘導用磁界の方向を制御する誘導用磁界方向制御手段と、を備える誘導システム。 - 前記誘導用磁界発生手段が、相互に直交する方向に対向配置される3対の電磁石を備え、
前記電磁石の内側に被検者を配置可能な空間が設けられるとともに、
前記被検者を配置可能な空間の周囲に、前記駆動コイルおよび前記磁界センサが配置されている請求項10記載の誘導システム。 - 前記機器の外面に、前記機器の長手軸周りの回転力を長手軸方向の推進力に変換する螺旋部が備えられている請求項10記載の誘導システム。
- 前記機器がカプセル型医療装置である請求項1記載の位置検出システム。
- 磁気誘導コイルを搭載した機器と、
交番磁界を発生する駆動コイルと、
前記磁気誘導コイルが前記交番磁界を受けて発生した誘導磁界を検出する複数の磁界センサと、
前記磁気誘導コイルの共振周波数に基づいた位置算出用周波数を求める周波数決定部と、
前記位置算出用周波数から離れた第2周波数において前記交番磁界および前記誘導磁界を印加した際の前記磁界センサの出力に基づいて、前記位置算出用周波数における測定基準値を求める測定基準値算出手段と、
前記位置算出用周波数において前記交番磁界および前記誘導磁界を印加した際の前記磁界センサの出力と、前記測定基準値との差分に基づいて、前記機器の位置および向きの少なくとも一方を算出する位置解析手段と、
を備える位置検出システム。 - 前記位置算出用周波数が、異なる2つの周波数である請求項14記載の位置検出システム。
- 前記周波数決定部が、前記磁気誘導コイルの共振周波数の情報を予め取得することにより、前記位置算出用周波数を決定する請求項14記載の位置検出システム。
- 前記周波数決定部が、前記磁気誘導コイルの共振周波数の変化を検出し、その変化に基づいて前記位置算出用周波数を決定する請求項14記載の位置検出システム。
- 前記駆動コイルと前記磁界センサとが別体で構成されている請求項14記載の位置検出システム。
- 複数の前記磁界センサが一体に配置されている請求項14記載の位置検出システム。
- 同時に使用される複数の前記機器において、
それぞれの前記機器に搭載された前記磁気誘導コイルの共振周波数が異なるように設定されている請求項14の位置検出システム。 - 前記機器がカプセル型医療装置である請求項14記載の位置検出システム。
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