JP5042542B2 - カプセル医療装置およびカプセル医療装置システム - Google Patents

Description

本発明は、体腔内に挿入されるカプセル医療装置およびカプセル医療装置システムに関するものである。

カプセル医療装置内に磁石を設け、外部より磁界を作用させてカプセル医療装置の位置および姿勢を制御するカプセル医療装置システムが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
この特許文献１のカプセル医療装置システムにおいては、カプセル内視鏡の外周面に螺旋状の推力発生機構を設け、体外から内部の磁石に回転磁界を作用させてカプセル医療装置を推進させるようになっている。

また、このカプセル医療装置システムにおいては、体外から位置検出用の磁界を発生させ、カプセル医療装置内に配置された磁気誘導コイルにおいて発生した誘導磁界を体外において検出することにより、体腔内のカプセル医療装置の現在の位置および向きを検出することとしている。これにより、カプセル医療装置を体腔内においてスムーズに誘導することができる。
特開２００５−２４５９６３号公報

しかしながら、このようなカプセル医療装置システムにおいては、カプセルの誘導とカプセルの位置検出とを、体外から磁界を作用させることにより実施しているので、カプセル医療装置内の磁気誘導コイルには位置検出用の磁界のみならず、カプセル医療装置の誘導用の回転磁界も作用してしまい、カプセル医療装置の正確な位置および向きを検出できなくなる可能性がある。この場合には、カプセル医療装置のスムーズな誘導が行えなくなるという不都合が考えられる。

また、体外から作用させた回転磁界とカプセル医療装置の外周面に設けた螺旋状の推力発生機構とによりカプセル医療装置を回転させながら推進させる場合には、カプセル医療装置と周囲の臓器との摩擦等により、回転がスムーズに行われず、カプセル医療装置内の磁石の磁極の向きと回転磁界の向きとが一致しなくなる可能性がある。この場合においても、カプセル医療装置のスムーズな誘導が行えなくなるという不都合が考えられる。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、体外から作用させた磁界により、体腔内においてスムーズに誘導することができるカプセル医療装置およびカプセル医療装置システムを提供することを目的としている。

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、体腔内の生体情報を検出する生体情報検出装置と、体外から作用するガイダンス用磁界を受けて、駆動力を発生する磁石と、体外から作用する位置検出用磁界を受けて、誘導信号を発生するコイルと、該コイルに接続され、該コイルに入射された前記ガイダンス用磁界による誘導信号成分を減衰させるフィルタ装置と、該フィルタ装置を通過した前記誘導信号および前記生体情報検出装置により検出された生体情報を外部に送信する無線送信装置とを備えるカプセル医療装置を提供する。

本発明によれば、体外からガイダンス用磁界が作用すると、内部の磁石により駆動力が発生し、体腔内のカプセル医療装置が推進される。また、体外から位置検出用磁界が作用すると、内部のコイルにより誘導信号が発生するので、その誘導信号に基づいてカプセル医療装置の位置および向きを検出することができる。そして、正しい位置および向きを検出し、所望の位置および姿勢に誘導された状態で、生体情報検出装置を作動させることにより、体腔内の所望の生体情報を検出することができる。

この場合において、内部のコイルには体外からのガイダンス用磁界および位置検出用磁界の両方が作用して、それぞれ磁気誘導により誘導信号が発生するが、コイルにフィルタ装置が接続されているので、発生した誘導信号の内、ガイダンス用磁界による誘導信号が減衰される。そして、ガイダンス用磁界による誘導信号が減衰された残りの位置検出用磁界による誘導信号が、検出された生体情報とともに無線送信装置の作動により外部に送信される。したがって、カプセル医療装置の外部において、ガイダンス用磁界の影響の少ない誘導信号を受信することが可能となり、位置および向きの検出精度を向上してスムーズな誘導を行うことができる。

上記発明においては、前記コイルの開口方向と、該コイルの位置に前記磁石により形成される磁界の方向とがほぼ直交していることが好ましい。
このようにすることで、磁石により形成される磁界がコイル内を通過することを抑制し、誘導信号における磁石の影響を低減して、位置および向きの検出精度を向上し、スムーズな誘導を行うことができる。

また、上記発明においては、前記コイルが２以上備えられ、各コイルの開口方向が異なっていることとしてもよい。
このようにすることで、体外から作用する１つの磁界に応じて２以上の誘導信号を得ることができ、３以上の異なる磁界によって、カプセル医療装置の６自由度を決定するのに必要な６以上の誘導信号を得ることができる。

また、上記発明においては、前記コイルが同一位置に配置されていることとしてもよい。
このようにすることで、コイルの収容スペースを軽減し、カプセル医療装置を小型化することができる。

また、上記発明においては、前記誘導信号により位置および方向を検出するのに必要な識別情報を保持し、前記無線送信装置が、識別情報を外部に送信することとしてもよい。
このようにすることで、無線送信装置を介して外部に送信されてきた識別情報および誘導信号に基づいて、種類の異なるカプセル医療装置についても位置および方向を容易に検出することができる。

また、上記発明においては、前記コイルが２以上備えられ、前記識別情報が、該コイルの相対位置および開口方向の相対角度を含むこととしてもよい。
また、上記発明においては、前記コイルが２以上備えられ、前記識別情報が、該コイルの相対位置、相対角度、前記コイルと前記磁石との相対位置および前記コイルの開口方向と前記磁石の磁化方向との相対角度を含むこととしてもよい。
このようにすることで、２以上のコイルの相対位置、開口方向の相対角度および／またはコイルの開口方向と磁石の磁化方向との相対角度および誘導信号に基づいて、カプセル医療装置の位置および方向を容易に検出することができる。

また、上記発明においては、前記２以上のコイルと前記フィルタ装置との接続を切り替える切替装置を備えることとしてもよい。
このようにすることで、フィルタ装置の個数を低減し、カプセル医療装置の小型軽量化を図ることができる。

また、上記発明においては、前記フィルタ装置を通過した前記誘導信号を処理して無線送信装置に入力する誘導信号処理装置を備え、該誘導信号処理装置と、前記生体情報検出装置とが同期して動作させられることとしてもよい。
このようにすることで、生体情報検出装置による生体情報の検出に同期させて、外部から位置検出用磁界が作用するとき以外において誘導信号処理装置による位置検出用の誘導信号の処理を停止させておくことができ、省電力を図ることができる。
また、上記発明においては、前記切替装置と前記生体情報検出装置とが同期して動作させられることとしてもよい。

また、本発明は、上記いずれかのカプセル医療装置と、体外に配置される外部装置とを備え、該外部装置が、前記無線送信装置から送信されてきた信号を受信する無線受信装置と、該無線受信装置により受信された信号から前記誘導信号を抽出する誘導信号抽出装置と、該誘導信号抽出装置により抽出された誘導信号に基づいて前記カプセル医療装置の位置または向きを算出する位置方向算出装置と、前記ガイダンス用磁界を発生するガイダンス用磁界発生装置と、前記位置検出用磁界を発生する位置検出用磁界発生装置とを備えるカプセル医療装置システムを提供する。

本発明によれば、外部装置に備えられたガイダンス用磁界発生装置の作動により、体外からガイダンス用磁界が作用すると、カプセル医療装置内部の磁石により駆動力が発生し、体腔内のカプセル医療装置が推進される。そして、カプセル医療装置内の生体情報検出装置の作動により、体腔内の生体情報が検出される。

また、外部装置に備えられた位置検出用磁界発生装置の作動により、体外から位置検出用磁界が作用すると、カプセル医療装置内部のコイルにより誘導信号が発生する。そして、発生した誘導信号は、フィルタ装置により、ガイダンス用磁界の作用により発生した誘導信号成分を減衰させられた後に、無線送信装置の作動により、生体情報とともに体外に向けて送信される。

体外に送信されてきた誘導信号は、外部装置に備えられた無線受信装置により受信され、誘導信号抽出装置により、生体情報から分離抽出された後、位置方向算出装置により、カプセル医療装置の位置または向きを算出するために用いられる。フィルタ装置の作動により、位置または向きの算出に用いられる誘導信号からはガイダンス用磁界による誘導信号成分が減衰させられているので、位置および向きを精度よく算出して、カプセル医療装置をスムーズに誘導することができる。そして、所望の位置および姿勢に誘導されたカプセル医療装置により、体腔内の所望の生体情報を検出することができる。

また、本発明は、上記いずれかのカプセル医療装置と、体外に配置される外部装置とを備え、該外部装置が、前記無線送信装置から送信されてきた信号を受信する無線受信装置と、該無線受信装置により受信された信号から前記誘導信号および前記識別情報を抽出する情報抽出装置と、該情報抽出装置により抽出された誘導信号および識別情報に基づいて前記カプセル医療装置の位置、向きおよび磁石の磁化方向を算出する位置方向算出装置と、前記ガイダンス用磁界を発生するガイダンス用磁界発生装置と、前記位置検出用磁界を発生する位置検出用磁界発生装置とを備えるカプセル医療装置システムを提供する。

本発明によれば、カプセル医療装置の識別情報保持装置に保持された識別情報が、カプセル医療装置の無線送信装置および外部装置の無線受信装置を介して外部装置により受信される。外部装置においては、情報抽出装置により抽出された誘導信号および識別情報に基づいて、位置方向算出装置の作動により、カプセル医療装置の位置、向きおよび磁石の磁化方向が精度よく算出される。これにより、使用するカプセル医療装置が変更されても、カプセル医療装置をよりスムーズに誘導することができる。

また、本発明は、上記カプセル医療装置と、体外に配置される外部装置とを備え、該外部装置が、前記無線送信装置から送信されてきた信号を受信する無線受信装置と、該無線受信装置により受信された信号から前記誘導信号を抽出する情報抽出装置と、前記カプセル医療装置の２以上のコイルの相対位置および開口方向の相対角度を含む識別情報を保持する識別情報保持装置と、該識別情報保持装置から読み出した識別情報と、前記情報抽出装置により抽出された誘導信号とに基づいて前記カプセル医療装置の位置、向きおよび磁石の磁化方向を算出する位置方向算出装置と、前記ガイダンス用磁界を発生するガイダンス用磁界発生装置と、前記位置検出用磁界を発生する位置検出用磁界発生装置とを備えるカプセル医療装置システムを提供する。

本発明によれば、外部装置に備えられた識別情報保持装置に保持された識別情報と、カプセル医療装置から送信されてきた誘導信号とに基づいて、位置方向算出装置の作動により、カプセル医療装置の位置、向きおよび磁石の磁化方向が精度よく算出される。これにより、使用するカプセル医療装置の識別情報を登録しておくことにより、カプセル医療装置をよりスムーズに誘導することができる。

上記発明においては、前記位置方向算出装置により算出されたカプセル医療装置の位置、向きおよび磁石の磁化方向に基づいて、前記ガイダンス用磁界発生装置を制御することとしてもよい。
このようにすることで、カプセル医療装置の位置、向きおよび磁石の磁化方向に基づいて、最適なガイダンス用磁界を発生させることが可能となり、カプセル医療装置をよりスムーズに誘導することができる。

本発明によれば、体外から作用させた磁界により、体腔内においてスムーズに誘導することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係るカプセル医療装置１およびカプセル医療装置システム２について、図１〜図８を参照して、以下に説明する。
本実施形態に係るカプセル医療装置システム２は、図１および図２に示されるように、被検者（図示略）の体腔内に投入されるカプセル医療装置１と、被検者の体外に配置される外部装置３とを備えている。

カプセル医療装置１は、図３および図４に示されるように、その内部に各種の機器を収納する外装４と、被検者の体腔内を撮影して画像（生体情報）を取得する撮像部（生体情報検出装置）５と、外装４内部の各種機器に動力を供給する電源部６と、外部装置３から受ける磁界Ｍ_１，Ｍ_２に応じて誘導信号を発生する磁界センサコイル（以下、単にコイルという。）７と、該コイル７により発生された誘導信号を濾波するフィルタ８と、フィルタ８を通過した誘導信号を処理する誘導信号処理部９と、処理された誘導信号を体外に向けて送信する無線送信機１０と、電源部６、撮像部５、誘導信号処理部９および無線送信機１０を制御する制御部１１と、外部装置３から受ける磁界Ｍ_１，Ｍ_２に応じて駆動力を発生する永久磁石（磁石）１２とを備えている。

外装４は、カプセル型医療装置１の長手軸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４ａと、該カプセル本体４ａの前端を覆う透明で半球形状の先端部４ｂと、カプセル本体４ａの後端を覆う半球形状の後端部４ｃ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。
また、外装４のカプセル本体４ａの外周面には、長手軸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１３が備えられている。

撮像部５は、長手軸Ｒに対して略垂直に配置された基板１４ａの先端部４ｂ側の面に配置されたイメージセンサ１５と、被検者の体腔内面の像をイメージセンサ１５に結像させるレンズ群１６と、体腔内面を照明するＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）１７とを備えている。

イメージセンサ１５は、先端部４ｂおよびレンズ群１６を介して結像された光を電気信号（画像信号）に変換して制御部１１へ出力している。このイメージセンサ１５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、ＬＥＤ１７は基板１４ａより先端部４ｂに配置された支持部材１８に、長手軸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。
フィルタ８は、例えば、前記基板１４ａ上に備えられていて、例えば、カットオフ周波数が、約１ｋＨｚの１次のハイパスフィルタである。

前記誘導信号処理部９は、フィルタ８を通過した誘導信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器（図中、ＡＤＣと表示。）１９と、該Ａ／Ｄ変換器１９を制御するとともに、Ａ／Ｄ変換器１９から出力された誘導信号およびイメージセンサ１５により取得された画像信号をを所定のタイミングで無線送信機１０に引き渡すＡ／Ｄ変換器制御部（図中、ＡＤＣ制御部と表示。）２０とを備えている。

さらに具体的には、Ａ／Ｄ変換器制御部２０は、図５に示されるように、前記制御部１１に接続され、該制御部１１から受信するクロック信号Ｃｌｏｃｋおよび制御部１１に入力された画像信号から得られる同期信号（例えば、垂直同期信号Ｖ−Ｓｙｎｃ）に基づいてタイミング信号を生成するタイミング生成回路２１と、Ａ／Ｄ変換器１９から出力されたデジタルの誘導信号を記憶するメモリ２２と、該メモリ２２、タイミング生成回路２１および前記制御部１１に接続され、制御部１１からの画像信号と、メモリ２２からの誘導信号とをタイミング生成回路２１からのタイミング信号により切り替えて出力するマルチプレクサ２３とを備えている。また、タイミング生成回路２１は、Ａ／Ｄ変換器１９に対し、クロック信号ＡＤ ＣｌｏｃｋとＡ／Ｄ変換イネーブル信号とを出力するようになっている。

制御部１１は、基板１４ａ〜１４ｄおよびフレキシブル基板２４ａ，２４ｂを介して電池２５に電気的に接続されているとともに、基板１４ａを介してイメージセンサ１５と電気的に接続され、基板１４ａ、フレキシブル基板２４ａおよび支持部材１８を介してＬＥＤ１７と電気的に接続されている。また、制御部１１は、イメージセンサ１５が取得した画像信号をＡ／Ｄ変換器制御部２０に出力するとともに、イメージセンサ１５およびＬＥＤ１７のオン・オフを制御している。

また、制御部１１は、無線送信機１０を制御して、Ａ／Ｄ変換器制御部２０のマルチプレクサ２３から出力されてくる信号を外部に向けて送信させるようになっている。
すなわち、無線送信機１０は、例えば、所定の長さを有する画像信号と誘導信号とを連続させたデータ形態で外部に向けて送信するようになっている。

永久磁石１２は、無線送信機１０の後端部４ｃ側に配置されている。永久磁石１２は、長手軸Ｒに対して直交方向（例えば、図 中の上下方向）に磁化方向（磁極）を有するように配置または着磁されている。永久磁石１２の先端部４ｂ側には、基板１４ｃ上に配置されたスイッチ部２６が備えられている。スイッチ部２６は赤外線センサ２６ａを有し、電源部６と電気的に接続されているとともに、基板１４ｃおよびフレキシブル基板２４ａを介して電池２５と電気的に接続されている。

また、スイッチ部２６は長手軸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２６ａ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２６が４つ配置されている例を説明するが、スイッチ部２６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２６の先端部４ｂ側には、電池２５が基板１４ｂ、１４ｃに挟まれて配置されている。

前記コイル７は、外装４のカプセル本体４ａの半径方向内方に円筒状に巻かれて配置されている。図中、符号２７は、中心軸が長手軸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（磁性体コア）である。
これにより、コイル７の開口方向は、永久磁石１２の磁化方向に対して直交する方向に配置されている。その結果、永久磁石１２により形成される磁界がコイル７の内部を通過することが防止され、永久磁石１２の形成する磁界によりコイル７に発生する誘導信号に影響がないように構成されている。

前記外部装置３は、図２および図６に示されるように、カプセル医療装置１から送られてくる信号を受信し、位置検出用の磁界Ｍ_２を発生する体外装置２８と、該体外装置２８により受信された信号に基づいて画像を生成するとともにカプセル医療装置１の位置および向きを算出する外部制御部２９と、該外部制御部２９から出力されるカプセル医療装置１の位置および向きの情報に基づいてガイダンス用磁界Ｍ_１を発生するガイダンス用磁界発生部３０と、外部制御部２９から出力される画像信号に基づいて画像を表示する表示装置３１とを備えている。

前記体外装置２８は、カプセル医療装置１から送られてくる画像信号および誘導信号をアンテナユニット３２を介して受信する無線受信機３３と、受信した信号を画像信号と誘導信号とに分離するデータ分離部３４と、分離された画像信号を圧縮する画像データ圧縮部３５と、圧縮された画像信号と分離された誘導信号とを合成するデータ合成部３６と、合成されたデータを記憶するメモリ３７と、無線受信機３３により受信された信号に基づいて位置検出用の磁界Ｍ_２を発生する位置検出用磁界発生部３８とを備えている。

無線受信機３３により受信される信号には、画像信号と誘導信号とが含まれているが、画像信号は、所定の長さを有しているので、データ分離部３４は、画像信号とそれに続く誘導信号とを容易に分離することができる。
また、位置検出用磁界発生部３８は、画像情報に含まれるトリガ信号、例えば、垂直同期信号Ｖ−Ｓｙｎｃを検出するトリガ検出部３９と、検出されたトリガ信号を基準としたタイミングで位置検出用の信号を出力する位置検出用信号発生部４０と、該位置検出用信号発生部４０により出力された信号に基づいて位置検出用の磁界Ｍ_２を発生させる複数の信号発生コイル４１とを備えている。

前記外部制御部２９は、体外装置２８から送られてくる圧縮された画像信号を伸張して表示装置３１に出力する画像伸張処理部４２と、体外装置２８から送られてくる誘導信号に基づいてカプセル医療装置１の位置および向き等を算出し、表示装置３１に出力する位置方向計算部４３と、表示装置３１に表示された体腔内面の画像およびカプセル医療装置１の位置および向きに基づいてオペレータに、カプセル医療装置１の進行方向および／または進行速度を指示させる操作部４４とを備えている。

位置方向計算部４３は、送られてきた誘導信号を処理して、該誘導信号から、位置検出用磁界発生部４０が発生させた位置検出用磁界Ｍ_２の周波数と略同一の周波数の特定周波数信号を抽出し、抽出された特定周波数信号に基づいてカプセル医療装置１の位置および向きを算出するようになっている。

前記ガイダンス用磁界発生部３０は、前記外部制御部２９から出力されてくるオペレータからの動作指令信号およびカプセル医療装置１の位置および向き等の情報に基づいてガイダンス用磁界Ｍ_１の制御信号を発生するガイダンス用磁界制御部４５と、該ガイダンス用磁界制御部４５からの制御信号に基づいて、ガイダンス用磁界Ｍ_１を発生させる複数のガイダンスコイル４６と、これらガイダンスコイル４６に電流を供給するガイダンスコイルドライバ４７とを備えている。

ここで、上述したフィルタ８の作用について説明する。
前記ガイダンス用磁界発生部３０において発生されるガイダンス用磁界Ｍ_１としては、例えば、１ｍＴ〜１Ｔという強力な磁界が使用される。また、ガイダンス用磁界Ｍ_１は、カプセル医療装置１の位置と姿勢を制御するために、１００Ｈｚ以下の周波数で発生方向や磁界強度を変更される。
これに対して、位置検出用の磁界Ｍ_２としては、カプセル医療装置１の位置において、０．０１μＴ〜１００μＴ程度の磁界強度を有し、数ｋＨｚ〜数１００ｋＨｚの周波数を有するものが使用される。

カプセル医療装置１の方向をガイダンス用磁界Ｍ_１により変更しようとする場合、カプセル医療装置１内部の永久磁石１２の磁化方向とガイダンス用磁界Ｍ_１の向きの間に角度を持たせることにより磁気トルクを発生させる。磁気トルクは、永久磁石１２の磁化方向とガイダンス用磁界Ｍ_１の向きとの角度が９０°となったときに最大となる。

カプセル医療装置１内のコイル７は、磁界を受けて誘導（電圧）信号を発生する。この誘導信号をＶとすると、
Ｖ＝２πｆＢＳＮｃｏｓθ
となる。ここで、ｆ：磁界の周波数、Ｂ：磁界の強度、Ｓ：コイルの断面積、Ｎ：コイル７の巻数、θ：磁界方向とコイル７の開口方向とのなす角である。

例えば、ガイダンス用磁界Ｍ_１の強度１００ｍＴ、周波数１０Ｈｚ、位置検出用磁界Ｍ_２の強度１μＴ、周波数１０ｋＨｚ、コイル７の開口方向と磁界の方向とのなす角６０°、コイル７の断面積１０×１０^−６ｍ^２、コイル７の巻数４００として、コイル７により発生される誘導信号Ｖを求めると、ガイダンス用磁界Ｍ_１による誘導信号の強度は約１００ｍＶ、位置検出用磁界Ｍ_２による誘導信号の強度は約２ｍＶとなる。

この状態で検出される信号は、図７のようになる。
そして、この信号をそのままＡ／Ｄ変換すると、Ａ／Ｄ変換器１９のダイナミックレンジの大部分をガイダンス用磁界Ｍ_１により発生する誘導信号に費やしてしまい、位置検出用磁界Ｍ_２による誘導信号を精度よく検出することができない。

本実施形態においては、コイル７に、カットオフ周波数が約１ｋＨｚのハイパスフィルタ８を接続することにより、ガイダンス用磁界Ｍ_１の周波数１０Ｈｚにおける誘導信号を−４０ｄＢ減衰することが可能となる。これにより、図８に示されるように、ガイダンス用磁界Ｍ_１により発生する誘導信号を約１ｍＶまで減衰させ、位置検出用磁界Ｍ_２により発生する誘導信号を約２ｍＶのまま透過することができる。
このように、コイル７にフィルタ８を接続することにより、ガイダンス用磁界Ｍ_１の影響を低減して、位置検出用磁界Ｍ_２により発生する誘導信号を精度よく検出することができる。

このように構成された本実施形態に係るカプセル医療装置１およびカプセル医療装置システム２の作用について、以下に説明する。
本実施形態に係るカプセル医療装置システム２を用いて、被検者の体腔内の画像を取得するには、まず、図１に示されるように配列されたガイダンスコイル４６によるガイダンス用磁界Ｍ_１が作用する空間Ｓに被検者を配置する。

次いで、カプセル医療装置１の赤外線センサ２６ａに、図示しない赤外線発生装置で赤外線を当て、カプセル医療装置１の電源を入れる。そして、カプセル医療装置１を被検者の口部または肛門から体腔内に投入する。また、外部装置３においても体外装置２８の電源スイッチ４８を電池４９により作動させて電源部５０をオン状態に切り替えることにより、各ユニットの電源を供給する。

体腔内に投入されたカプセル医療装置１においては、所定時間後に撮像部５の作動が開始され、ＬＥＤ１７からの照明光により照明された体腔内面の画像が、イメージセンサ１５により取得される。取得された画像信号は、制御部１１を介してＡ／Ｄ変換器制御部２０に送られ、制御部１１の生成するクロック信号Ｃｌｏｃｋおよび垂直同期信号Ｖ−Ｓｙｎｃに基づいてタイミング生成回路２１により設定されたタイミングで、無線送信機１０に引き渡され、無線送信機１０を介して体外に送信される。

送信された画像信号は、体外装置２８に設けられたアンテナユニット３２を介して無線受信機３３により受信される。受信された画像信号は、位置検出用磁界発生部３８に入力され、垂直同期信号Ｖ−Ｓｙｎｃのようなトリガ信号が検出される。そして、検出されたトリガ信号に基づいて、位置検出用信号発生部４０が起動され、信号発生コイル４１が励磁されて、被検者が配置されている空間Ｓに位置検出用磁界Ｍ_２が発生する。

発生した位置検出用磁界Ｍ_２がカプセル医療装置１に作用すると、位置検出用磁界Ｍ_２がカプセル医療装置１内のコイル７内を通過することにより、コイル７に誘導信号が誘導される。誘導信号は、フィルタ８を介して誘導信号処理部９に入力され、タイミング生成回路２１により設定されたタイミングに従ってＡ／Ｄ変換された後、メモリ２２に記憶される。そして、タイミング生成回路２１により設定されたタイミングで切り替えられるマルチプレクサ（図中、ＭＵＸと表示。）２３を介して無線送信機１０に引き渡され、無線送信機１０を介して体外に送信される。

送信された誘導信号は、体外装置２８に設けられたアンテナユニット３２を介して無線受信機３３により受信される。受信された誘導信号は、データ分離部３４により画像信号から分離される。分離された誘導信号は、そのまま外部制御部２９に送られ、画像信号は画像データ圧縮部３５において圧縮処理された後に外部制御部２９に送られる。また、誘導信号および圧縮された画像信号はデータ合成部３６において、相互に対応づけられた形態に合成され、メモリ３７に記憶される。

外部制御部２９に送られた画像信号は、画像伸張処理部４２において伸張処理され、表示装置３１に送られて表示される。外部制御部２９に送られた誘導信号は、位置方向計算部４３に送られて、カプセル医療装置１の位置および向きを算出するために使用される。算出されたカプセル医療装置１の位置および向きは、表示装置３１に送られて表示される一方、ガイダンス用磁界発生部３０に送られて、発生すべきガイダンス用磁界Ｍ_１の算出に用いられる。

表示装置３１に表示された体腔内面の画像およびカプセル医療装置１の位置および向きの情報を確認したオペレータは、外部制御部２９の操作部４４を操作することにより、カプセル医療装置１の進行方向および進行速度をガイダンス用磁界発生部３０に入力する。ガイダンス用磁界発生部３０は、操作部４４から入力された進行方向および進行速度の指令信号および位置方向計算部４３から入力されたカプセル医療装置１の位置および向きの情報に基づいて、発生すべきガイダンス用磁界Ｍ_１の強度および方向が達成されるようにガイダンスコイルドライバ４７を作動させる。これにより、ガイダンスコイル４６が励磁され、被検者の存在している空間Ｓに所望のガイダンス用磁界Ｍ_１が発生する。

ガイダンス用磁界Ｍ_１がカプセル医療装置１に作用すると、カプセル医療装置１内に配置されている永久磁石１２が、その磁化方向をガイダンス用磁界Ｍ_１の方向に一致させるようにカプセル医療装置１を回転させる駆動力が発生する。ガイダンス用磁界Ｍ_１が永久磁石１２の磁化方向に対して、カプセル医療装置１の長手軸Ｒに傾斜する方向に発生すると、カプセル医療装置１の向きが変更されるよう駆動力が発生する。一方、駆動力が、永久磁石１２の磁化方向に対して、カプセル医療装置１の周方向に傾斜して発生すると、カプセル医療装置１が長手軸Ｒ回りに回転させられるよう駆動力が発生する。

カプセル医療装置１の外装の外周面には螺旋機構１３が設けられているので、前記駆動力によりカプセル医療装置１がその長手軸Ｒ回りに回転すると、螺旋機構１３により長手軸Ｒ方向に沿う推進力が発生する。これにより、カプセル医療装置１が長手軸Ｒ方向に推進されることになる。

この場合において、カプセル医療装置１に配置されているコイル７には、ガイダンス用磁界Ｍ_１および位置検出用磁界Ｍ_２の両方が入射され、それぞれ、その磁界Ｍ_１，Ｍ_２の強度等に応じた誘導信号が発生するが、本実施形態に係るカプセル医療装置１およびカプセル医療装置システム２によれば、コイル７にフィルタ８が接続されているので、ガイダンス用磁界Ｍ_１による誘導信号が減衰させられた状態でＡ／Ｄ変換され、外部装置３に送信される。したがって、外部装置３においては、上述したように、ガイダンス用磁界Ｍ_１の影響を低減して、位置検出用磁界Ｍ_２により発生する誘導信号を精度よく検出することができる。

したがって、このようにして精度よく検出された位置検出用の誘導信号を用いて、カプセル医療装置１の位置および向きが精度よく計算されるので、ガイダンス用磁界制御部４５は、オペレータからの指令に応じて正確なガイダンス用磁界Ｍ_１を発生させるよう、ガイダンスコイルドライバ４７を駆動することができる。その結果、カプセル医療装置１を精度よく誘導して、体腔内の所望の部位の画像を取得することができるという効果がある。

また、本実施形態に係るカプセル医療装置システム２においては、画像信号から抽出した垂直同期信号Ｖ−Ｓｙｎｃに基づいて生成されたタイミングにより、カプセル医療装置１および外部装置３が同期して作動させられるので、体外装置２８から位置検出用磁界Ｍ_２を発生しているときにのみ、カプセル医療装置１がコイル７からの誘導信号をＡ／Ｄ変換することができる。したがって、位置検出用磁界Ｍ_２が発生していない期間に誘導信号処理部９による誘導信号の処理を停止しておくことができ、省電力を図ることができる。

なお、本実施形態においては、画像信号から抽出した垂直同期信号Ｖ−Ｓｙｎｃに基づいて生成されたタイミングにより、カプセル医療装置１および外部装置３を同期させることとしたが、これに限定されるものでなく、画像信号から抽出される水平同期信号等、他のトリガ信号に基づいて生成されたタイミングにより同期させることとしてもよい。
また、フィルタとして、カットオフ周波数が１ｋＨｚのハイパスフィルタを採用したが、これに代えて、バンドパスフィルタを採用してもよい。

また、本実施形態においては、カプセル医療装置１の外周面に螺旋機構１３を設け、カプセル医療装置１を回転させ推進させることとしているが、ガイダンス用磁界Ｍ_１の磁界分布変化による磁気勾配を利用して、永久磁石１２に力（推力）を発生させ、これにより、カプセル医療装置１の位置を制御する構成としてもよい。

次に、本発明の第２の実施形態に係るカプセル医療装置１′およびカプセル医療装置システムについて、図９および図１０を参照して説明する。
本実施形態の説明において、上述した第１の実施形態に係るカプセル医療装置１およびカプセル医療装置システム２と構成を共通とする箇所には同一符号を付して説明を省略する。

本実施形態に係るカプセル医療装置１′は、外装４内に２つの磁界センサコイル（以下、単にコイルという。）７ａ，７ｂを備えている。２つのコイル７ａ，７ｂは、図１０に示されるように、カプセル医療装置１の長手軸Ｒに対して斜めに開口するように巻かれている。また、２つのコイル７ａ，７ｂの開口方向は相互に相違する方向に設定されている。

図１０に示す例では、２つのコイル７ａ，７ｂは、長手軸Ｒ方向の同一位置に交差して配置されている。これにより、２つのコイル７ａ，７ｂは図１０の紙面に垂直な方向に、共通の半径方向軸Ｑを備えている。そして、永久磁石１２の磁化方向をその半径方向軸Ｑに平行に、すなわち、図１０の紙面に垂直な方向に配置している。これにより、永久磁石１２により形成される磁界が２つのコイル７ａ，７ｂをできるだけ貫かないようにすることができる。

また、図９に示されるように、２つのコイル７ａ，７ｂは、切替部５２を介してフィルタ８に接続されている。切替部５２は、Ａ／Ｄ変換器制御部２０に接続され、Ａ／Ｄ変換器制御部２０のタイミング生成回路２１により生成されるタイミング信号により、Ａ／Ｄ変換器１９と同期して作動させられるようになっている。

また、図９に示されるように、誘導信号処理部９には、識別情報保持部５３が備えられている。識別情報保持部５３は、２つのコイル７ａ，７ｂの位置、開口方向の相対角度、永久磁石１２の磁化方向、コイル７ａ，７ｂと永久磁石１２との相対位置等の情報が記憶されている。カプセル医療装置１が作動させられると、識別情報保持部５３に記憶されている情報が、無線送信機１０を介して、少なくとも１回、体外装置２８に向けて送信されるようになっている。

このように構成された本実施形態に係るカプセル医療装置１′およびカプセル医療装置システムの作用について、以下に説明する。
本実施形態に係るカプセル医療装置システムによれば、体外装置２８の位置検出用磁界発生部３８の作動により、１つの位置検出用の信号発生コイル４１による位置検出用磁界Ｍ_２がカプセル医療装置１′に作用すると、カプセル医療装置１′内の２つのコイル７ａ，７ｂにより２つの誘導信号が発生される。２つのコイルコイル７ａ，７ｂは異なる方向に開口しているので、位置検出用磁界Ｍ_２の方向が長手軸Ｒの方向に一致する場合を除き、２つの誘導信号は異なっている。

カプセル医療装置１の位置および姿勢は、３次元的な位置を特定するための３つの座標値および各座標軸回りの３つの回転角度値の合計６個の値により決定される。本実施形態に係るカプセル医療装置システムによれば、１つの位置検出用の信号発生コイル４１からの磁界により２つの誘導信号が得られるので、異なる位置に３以上の信号発生コイル４１を配置しておくことにより、同一位置および同一姿勢のカプセル医療装置１′から６以上の異なる誘導信号を得ることができる。

特に、本実施形態に係るカプセル医療装置１′においては、コイル７ａ，７ｂが、カプセル医療装置１′の長手軸Ｒに対して傾斜する方向に開口方向を向けて配置されているので、同一の磁界が作用していても長手軸Ｒ回りの回転角度が異なればコイル７ａ，７ｂには異なる誘導信号が発生する。これにより、カプセル医療装置１′の長手軸Ｒ回りの回転角度をも容易に検出することができる。

このように、本実施形態に係るカプセル医療装置１′およびカプセル医療装置システムによれば、カプセル医療装置１′の６自由度を全て決定することができる。したがって、体腔内のカプセル医療装置１′とその周囲の組織との摩擦等により、ガイダンス用磁界の方向と永久磁石１２の磁化方向とが一致しない場合であっても、これを検出して、高い精度でカプセル医療装置１′を誘導することができるという利点がある。

また、本実施形態に係るカプセル医療装置１′によれば、２つのコイル７ａ，７ｂにおいて発生した誘導信号は、切替部５２の作動により切り替えられてフィルタ８により濾波される。したがって、フィルタ８により、ガイダンス用磁界Ｍ_１による誘導信号が減衰された状態で誘導信号処理部９に送られるので、外部装置３において、カプセル医療装置１′の位置および向きを高い精度で算出することが可能となる。

また、２つのコイル７ａ，７ｂとフィルタ８との接続が切替部５２により切り替えられるので、フィルタ８が１つで済み、カプセル医療装置１′の小型化を図ることができる。
また、切替部５２によるコイル７ａ，７ｂとフィルタ８との接続の切り替えも、タイミング生成回路２１において生成されたタイミング信号によって行われるので、体外装置２８の位置検出用磁界発生部３８の動作と同期させることができ、省電力を図ることができる。

なお、本実施形態に係るカプセル医療装置１′においては、コイル７ａ，７ｂを２つ備えることとしたが、これに代えて、３個以上備えることとしてもよい。
また、本実施形態においては、コイル７ａ，７ｂが長手軸Ｒ方向に同一の位置に配置され、共通の半径方向軸Ｑを備えることとしたが、これに代えて、図１１に示されるように、長手軸Ｒに沿う方向に異なる位置に配置されていてもよい。この場合には、２つのコイル７ａ，７ｂは、平行な半径方向軸Ｑ_１，Ｑ_２を備え、これら半径方向軸Ｑ_１，Ｑ_２間の距離も、識別情報保持部５３に記憶されていることとすればよい。

また、本実施形態においては、カプセル医療装置１′の誘導信号処理部に、起動後に少なくとも１回読み出される識別情報保持部５３を備えることととした。これにより、コイル７ａ，７ｂの性能や配置が異なるカプセル医療装置１′が採用された場合においても、その位置および向きを精度よく検出することができる。

これに代えて、識別情報保持部５３を、図１２に示されるように、外部装置３の外部制御部２９′に備えることとしてもよい。この場合、カプセル医療装置１′としては予め定められた形式のものを使用することが必要となるが、起動後に識別情報の読み出し処理をする必要がなく、また、カプセル医療装置１′における記憶容量の節約を図ることができる。

本発明の第１の実施形態に係るカプセル医療装置システムを示す全体構成図である。 図１のカプセル医療装置システムのブロック図である。 本実施形態に係るカプセル医療装置を示すブロック図である。 図３のカプセル医療装置を示す縦断面図である。 図３のカプセル医療装置に内蔵される誘導信号処理部を示すブロック図である。 図１のカプセル医療装置システムの外部装置を示すブロック図である。 図３のカプセル医療装置において磁界センサコイルに誘導される誘導信号の一例を示す波形図である。 図３のカプセル医療装置において誘導信号処理部に入力される誘導信号の一例を示す波形図である。 本発明の第２の実施形態に係るカプセル医療装置を示すブロック図である。 図９のカプセル医療装置を示す縦断面図である。 図１０のカプセル医療装置の変形例を示す縦断面図である。 図６のカプセル医療装置システムの外部装置の変形例を示すブロック図である。

符号の説明

Ｍ_１ ガイダンス用磁界
Ｍ_２ 位置検出用磁界
１，１′ カプセル医療装置
２ カプセル医療装置システム
３ 外部装置
５ 撮像部（生体情報検出装置）
７，７ａ，７ｂ コイル
８ フィルタ（フィルタ装置）
９ 誘導信号処理部（誘導信号処理装置）
１０ 無線送信機（無線送信装置）
１２ 永久磁石（磁石）
３０ ガイダンス用磁界発生部（ガイダンス用磁界発生装置）
３３ 無線受信機（無線受信装置）
３４ データ分離部（誘導信号抽出装置）
３８ 位置検出用磁界発生部（位置検出用磁界発生装置）
４３ 位置方向計算部（位置方向算出装置）
５２ 切替部（切替装置）

Claims (12)

1. 体腔内の生体情報を検出する生体情報検出装置と、
   体外から作用するガイダンス用磁界を受けて、駆動力を発生する磁石と、
   体外から作用する位置検出用磁界を受けて、誘導信号を発生するコイルと、
   該コイルに接続され、該コイルに入射された前記ガイダンス用磁界による誘導信号成分を減衰させるフィルタ装置と、
   該フィルタ装置を通過した前記誘導信号および前記生体情報検出装置により検出された生体情報を外部に送信する無線送信装置とを備え、
   前記コイルの開口方向と、該コイルの位置に前記磁石により形成される磁界の方向とがほぼ直交し、
   前記コイルが２以上備えられ、各コイルの開口方向が異なっているカプセル医療装置。
2. 前記コイルが同一位置に配置されている請求項１に記載のカプセル医療装置。
3. 体腔内の生体情報を検出する生体情報検出装置と、
   体外から作用するガイダンス用磁界を受けて、駆動力を発生する磁石と、
   体外から作用する位置検出用磁界を受けて、誘導信号を発生するコイルと、
   該コイルに接続され、該コイルに入射された前記ガイダンス用磁界による誘導信号成分を減衰させるフィルタ装置と、
   該フィルタ装置を通過した前記誘導信号および前記生体情報検出装置により検出された生体情報を外部に送信する無線送信装置とを備え、
   前記誘導信号により位置および方向を検出するのに必要な識別情報を保持し、
   前記コイルが２以上備えられ、前記識別情報が、該コイルの相対位置および開口方向の相対角度を含み、
   前記無線送信装置が、前記識別情報を外部に送信するカプセル医療装置。
4. 前記識別情報が、該コイルの相対位置、相対角度、前記コイルと前記磁石との相対位置および前記コイルの開口方向と前記磁石の磁化方向との相対角度を含む請求項３に記載のカプセル医療装置。
5. 前記２以上のコイルと前記フィルタ装置との接続を切り替える切替装置を備える請求項１に記載のカプセル医療装置。
6. 前記フィルタ装置を通過した前記誘導信号を処理して無線送信装置に入力する誘導信号処理装置を備え、
   該誘導信号処理装置と、前記生体情報検出装置とが同期して動作させられる請求項１または請求項２に記載のカプセル医療装置。
7. 前記切替装置と前記生体情報検出装置とが同期して動作させられる請求項６に記載のカプセル医療装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれかに記載のカプセル医療装置と、
   体外に配置される外部装置とを備え、
   該外部装置が、前記無線送信装置から送信されてきた信号を受信する無線受信装置と、
   該無線受信装置により受信された信号から前記誘導信号を抽出する誘導信号抽出装置と、
   該誘導信号抽出装置により抽出された誘導信号に基づいて前記カプセル医療装置の位置または向きを算出する位置方向算出装置と、
   前記ガイダンス用磁界を発生するガイダンス用磁界発生装置と、
   前記位置検出用磁界を発生する位置検出用磁界発生装置とを備えるカプセル医療装置システム。
9. 前記位置方向算出装置が、前記誘導信号抽出装置により抽出された誘導信号を処理して、前記位置検出用磁界発生装置が発生させた位置検出用磁界の周波数と略同一の周波数の特定周波数信号を抽出し、抽出された特定周波数信号に基づいて前記カプセル医療装置の位置および向きを算出する請求項８に記載のカプセル医療装置システム。
10. 請求項３または請求項４に記載のカプセル医療装置と、
    体外に配置される外部装置とを備え、
    該外部装置が、前記無線送信装置から送信されてきた信号を受信する無線受信装置と、
    該無線受信装置により受信された信号から前記誘導信号および前記識別情報を抽出する情報抽出装置と、
    該情報抽出装置により抽出された誘導信号および識別情報に基づいて前記カプセル医療装置の位置、向きおよび磁石の磁化方向を算出する位置方向算出装置と、
    前記ガイダンス用磁界を発生するガイダンス用磁界発生装置と、
    前記位置検出用磁界を発生する位置検出用磁界発生装置とを備えるカプセル医療装置システム。
11. 請求項１に記載のカプセル医療装置と、
    体外に配置される外部装置とを備え、
    該外部装置が、前記無線送信装置から送信されてきた信号を受信する無線受信装置と、
    該無線受信装置により受信された信号から前記誘導信号を抽出する情報抽出装置と、
    前記カプセル医療装置の２以上のコイルの相対位置および開口方向の相対角度を含む識別情報を保持する識別情報保持装置と、
    該識別情報保持装置から読み出した識別情報と、前記情報抽出装置により抽出された誘導信号とに基づいて前記カプセル医療装置の位置、向きおよび磁石の磁化方向を算出する位置方向算出装置と、
    前記ガイダンス用磁界を発生するガイダンス用磁界発生装置と、
    前記位置検出用磁界を発生する位置検出用磁界発生装置とを備えるカプセル医療装置システム。
12. 前記位置方向算出装置により算出されたカプセル医療装置の位置、向きおよび磁石の磁化方向に基づいて、前記ガイダンス用磁界発生装置を制御する請求項８から請求項１１のいずれかに記載のカプセル医療装置システム。

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