JP6028132B1 - 誘導装置及びカプセル型医療装置誘導システム - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本発明の実施の形態1に係るカプセル型医療装置誘導システムの一構成例を示す模式図である。図2は、図1に示す誘導装置の外観の一例を模式的に示す斜視図である。図1に示すように、本実施の形態1におけるカプセル型医療装置誘導システム1は、被検体の体腔内に導入されるカプセル型医療装置であって、内部に永久磁石が設けられたカプセル型内視鏡10と、磁界MGを発生して、被検体内に導入されたカプセル型内視鏡10を磁気誘導する誘導装置20とを備える。
次に、本実施の形態1の変形例1−1について説明する。誘導装置20は、体外永久磁石25aの仰角を変更した際の体外永久磁石25aの鉛直方向における磁気引力を一定に保つために、体外永久磁石25aの相対的な変位量を予め規定しておいても良い。この場合、制御部26は、カプセル型内視鏡10の位置情報及び姿勢情報が得られない場合であっても、操作指示情報に基づく体外永久磁石25aの仰角の変化量に応じて、予め規定された相対的な変位量をもとに鉛直位置変更部25cを制御することができる。
次に、本実施の形態1の変形例1−2について説明する。誘導装置20は、カプセル型内視鏡10を誘導する誘導モードであって、ユーザが選択可能な誘導モードを少なくとも2つ備えても良い。この場合、例えば、表示部23は、制御部26の制御の下で、カプセル型内視鏡10の誘導モードを表す複数の選択肢を画面表示する。
(a)カプセル型内視鏡10を鉛直下方向に引き付け、例えば腸壁に接触させた状態で誘導するモード
(b)カプセル型内視鏡10を鉛直上方向に引き付け、例えば腸壁又は液面に接触させた状態で誘導するモード
(c)カプセル型内視鏡10を腸壁又は液面に接触させることなく、液体中を漂わせるモード
次に、本実施の形態1の変形例1−3について説明する。図18の(a)は、変形例1−3に係る操作入力部24の正面図であり、図18の(b)は、操作入力部24の右側面図であり、図19は、操作入力部24の各構成部位の操作によって指示されるカプセル型内視鏡10の動作内容の他の例を示す図である。
次に、本実施の形態1の変形例1−4について説明する。被検体内におけるカプセル型内視鏡10の位置検出方法として、交流磁界を検出する方法を用いても良い。この場合、カプセル型内視鏡10の内部に、交流磁界を発生する交流磁界発生部を設ける。一方、誘導装置20側には、交流磁界を検出する磁界センサを複数設けておく。
次に、本実施の形態1の変形例1−5について説明する。被検体内におけるカプセル型内視鏡10の位置検出方法として、交流磁界を検出する別の方法を説明する。この場合、カプセル型内視鏡10の内部に、交流磁界によって共振するLC回路を設ける。一方、誘導装置20側には、交流磁界を検出する磁界センサを複数設けておく。
次に、本実施の形態1の変形例1−6について説明する。図20は、変形例1−6に係るカプセル型医療装置誘導システムの一構成例を示す図である。図20に示すように、変形例6に係るカプセル型医療装置誘導システム2は、図1に示す誘導装置20の代わりに、磁界生成部25−2を有する誘導装置40を備える。磁界生成部25−2は、図1に示す磁界生成部25に対して、第2平面位置変更部25fをさらに備える。なお、カプセル型医療装置誘導システム2における第2平面位置変更部25f以外の構成については、本実施の形態1において説明したものと同様である。
図22は、本発明の実施の形態2に係るカプセル型医療装置誘導システムの一構成例を示す模式図である。図23に示すように、実施の形態2に係るカプセル型医療装置誘導システム3は、被検体の体腔内に導入されるカプセル型医療装置であって、内部に第1の磁石である永久磁石が設けられたカプセル型内視鏡10と、磁界MGを発生して、被検体内に導入されたカプセル型内視鏡10を磁気誘導する誘導装置60とを備える。
カプセル型内視鏡10の幾何学中心C:浮力Ff
カプセル型内視鏡10の重心G:重力Fg
永久磁石18の幾何学中心(以下、単に中心という)Cm:磁気引力Fm
カプセル型内視鏡10と境界面B1との接触点Pc1:
境界面B1からの反力Fr1(Fr1=Fm+Fg−Ff)
Lf×Ff・cosαsinΔθ+Lm’×Fr1・cosαsinΔθ<Lg×Fg・cosαsinΔθ
Lf×Ff・cosαsinΔθ+Lm×Fr1・cosαsinΔθ<Lg×Fg・cosαsinΔθ
Lf×Ff+Lm×Fr1<Lg×Fg
Lf×Ff+Lm×(Fm+Fg−Ff)<Lg×Fg …(1)
ここで、角度Δθは微小であるため、Lm’=Lmとしても問題ない。
Fm<(Lg×Fg−Lf×Ff)/Lm+Ff−Fg …(2)
従って、磁気引力Fmの上限値Fmaxは、次式(3)によって与えられる。
Fmax=(Lg×Fg−Lf×Ff)/Lm+Ff−Fg …(3)
次に、本発明の実施の形態2の変形例2−1について説明する。カプセル型内視鏡10の比重が液体Wよりも大きい場合、図26に示すように、カプセル型内視鏡10に重力と反対方向(図の上向き)の磁気引力Fmを生じさせることにより、カプセル型内視鏡10を上方の境界面B2(臓器の内壁面又は液体の表面)に接触させて姿勢を制御しても良い。このとき、幾何学中心C及び重心Gは軸Rに対して下側に位置し、接触点Pc2は軸Rに対して上側に位置する。また、軸Rから重心Gまでの距離Lgと、軸Rから幾何学中心Cまでの距離Lfとの関係は、Lf<Lgとなる。さらに、カプセル型内視鏡10が接触点Pc2において境界面B2から受ける反力Fr2は、Fr2=Ff−Fg+Fmとなる。
Lf×Ff・cosαsinΔθ+Lm’×Fr2・cosαsinΔθ<Lg×Fg・cosαsinΔθ
Lf×Ff・cosαsinΔθ+Lm×Fr2・cosαsinΔθ<Lg×Fg・cosαsinΔθ
Lf×Ff+Lm×Fr2<Lg×Fg
Lf×Ff+Lm×(Ff−Fg+Fm)<Lg×Fg …(4)
ここで、角度Δθは微小であるため、Lm’=Lmとしても問題ない。
Fm<(Lg×Fg−Lf×Ff)/Lm+Fg−Ff…(5)
Fmax=(Lg×Fg−Lf×Ff)/Lm+Fg−Ff …(6)
この上限値Fmax未満の範囲で磁気引力Fmを制御すれば良い。
次に、本発明の実施の形態2の変形例2−2について説明する。カプセル型内視鏡10を構成する各部の配置は、図4に示すものに限定されない。例えば、図27に示すように、カプセル型内視鏡10の幾何学中心Cと重心Gとの間に永久磁石18の中心Cmを配置しても良い。このカプセル型内視鏡10の比重が液体Wよりも小さい場合において、該カプセル型内視鏡10を下方の境界面B1に接触させて姿勢を制御するとき、下向きの磁気引力Fmの上限値Fmaxは、以下のように算出される。
Lg×Fg・cosαsinΔθ+Lf×Ff・cosαsinΔθ>Lm’×Fr1・cosαsinΔθ
Lg×Fg・cosαsinΔθ+Lf×Ff・cosαsinΔθ>Lm×Fr1・cosαsinΔθ
Lg×Fg+Lf×Ff>Lm×Fr1
Lg×Fg+Lf×Ff>Lm×(Fm+Fg−Ff) …(7)
ここで、角度Δθは微小であるため、Lm’=Lmとしても問題ない。
Fm<(Lg×Fg+Lf×Ff)/Lm+Ff−Fg …(8)
従って、磁気引力Fmの上限値Fmaxを{(Lg×Fg+Lf×Ff)/Lm+Ff−Fg}とし、この上限値Fmax未満の範囲で磁気引力Fmを制御すれば良い。
次に、本発明の実施の形態2の変形例2−3について説明する。図28に示すように、カプセル型内視鏡10において、幾何学中心Cと重心Gとの間に永久磁石18の中心Cmが配置され、且つカプセル型内視鏡10の比重が液体Wよりも大きい場合、カプセル型内視鏡10を上方の境界面B2に接触させて姿勢を制御するときには、上向きの磁気引力Fmの上限値Fmaxは、以下のように算出される。
Lm’×Fr2・cosαsinΔθ<Lf×Ff・cosαsinΔθ+Lg×Fg・cosαsinΔθ
Lm×Fr2・cosαsinΔθ<Lf×Ff・cosαsinΔθ+Lg×Fg・cosαsinΔθ
Lm×Fr2<Lf×Ff+Lg×Fg
Lm×(Ff−Fg+Fm)<Lf×Ff+Lg×Fg …(9)
ここで、角度Δθは微小であるため、Lm’=Lmとしても問題ない。
Fm<(Lf×Ff+Lg×Fg)/Lm+Fg−Ff …(10)
従って、磁気引力Fmの上限値Fmaxを{(Lf×Ff+Lg×Fg)/Lm+Fg−Ff}とし、この上限値Fmax未満の範囲で磁気引力Fmを制御すれば良い。
次に、本発明の実施の形態2の変形例2−4について説明する。カプセル型内視鏡10を構成する各部の配置としては、図29に示すように、カプセル型内視鏡10の幾何学中心Cと永久磁石18の中心Cmとの間に重心Gを配置しても良い。このカプセル型内視鏡10の比重が液体Wよりも小さい場合において、該カプセル型内視鏡10を下方の境界面B1に接触させて姿勢を制御するとき、下向きの磁気引力Fmの上限値Fmaxは、以下のように算出される。
Lg×Fg・cosαsinΔθ+Lm’×Fr1・cosαsinΔθ<Lf×Ff・cosαsinΔθ
Lg×Fg・cosαsinΔθ+Lm×Fr1・cosαsinΔθ<Lf×Ff・cosαsinΔθ
Lg×Fg+Lm×Fr1<Lf×Ff
Lg×Fg+Lm×(Fm+Fg−Ff)<Lf×Ff …(11)
ここで、角度Δθは微小であるため、Lm’=Lmとしても問題ない。
Fm<(Lf×Ff−Lg×Fg)/Lm+Ff−Fg …(12)
従って、磁気引力Fmの上限値Fmaxを{(Lf×Ff−Lg×Fg)/Lm+Ff−Fg}とし、この上限値Fmax未満の範囲で磁気引力Fmを制御すれば良い。
次に、本発明の実施の形態2の変形例2−5について説明する。図30に示すように、カプセル型内視鏡10において、幾何学中心Cと永久磁石18の中心Cmとの間に重心Gが配置され、且つカプセル型内視鏡10の比重が液体Wよりも大きい場合、カプセル型内視鏡10を上方の境界面B2に接触させて姿勢を制御するときには、上向きの磁気引力Fmの上限値Fmaxは、以下のように算出される。
Lm’×Fr2・cosαsinΔθ+Lg×Fg・cosαsinΔθ<Lf×Ff・cosαsinΔθ
Lm×Fr2・cosαsinΔθ+Lg×Fg・cosαsinΔθ<Lf×Ff・cosαsinΔθ
Lm×Fr2+Lg×Fg<Lf×Ff
Lm×(Ff−Fg+Fm)+Lg×Fg<Lf×Ff …(13)
ここで、角度Δθは微小であるため、Lm’=Lmとしても問題ない。
Fm<(Lf×Ff−Lg×Fg)/Lm+Fg−Ff …(14)
従って、磁気引力Fmの上限値Fmaxを{(Lf×Ff−Lg×Fg)/Lm+Fg−Ff}とし、この上限値Fmax未満の範囲で磁気引力Fmを制御すれば良い。
次に、実施の形態2の変形例2−6について説明する。図22に示す誘導装置60においては、カプセル型内視鏡10のタイプ(内部における各構成部の配置、図26〜図30参照)に応じて、磁気引力Fmの上限値Fmaxを切り替えて使用することとしても良い。
次に、実施の形態2の変形例2−7について説明する。変形例2−7に係る操作入力部24の外観構成は、図18に示す構成と同じである。操作入力部24から、図18の(a)に示すジョイスティック32の矢印Y23jの傾動操作に対応する操作情報が制御部26Aに入力された場合、制御部26Aは、この操作情報をもとに、ジョイスティック32の傾動方向に対応させてカプセル型内視鏡10先端の絶対座標系上における誘導方向及び誘導量を算出し、これらの誘導方向及び誘導量に応じて磁気勾配を変化させた磁界を生成するよう磁界生成部25Aを制御する。
次に、実施の形態2の変形例2−8について説明する。被検体内におけるカプセル型内視鏡10の位置検出方法として、交流磁界を検出する方法を用いても良い。この場合、上述した変形例1−4と同様、カプセル型内視鏡10の内部に、交流磁界を発生する交流磁界発生部を設ける。一方、誘導装置60側には、交流磁界を検出する磁界センサを複数設けておく。
次に、実施の形態2の変形例2−9について説明する。被検体内におけるカプセル型内視鏡10の位置検出方法として、交流磁界を検出する別の方法を説明する。この場合、上述した変形例1−5と同様、カプセル型内視鏡10の内部に、交流磁界によって共振するLC回路を設ける。一方、誘導装置60側には、交流磁界を検出する磁界センサを複数設けておく。
次に、本発明の実施の形態3について説明する。
図31は、本発明の実施の形態3に係るカプセル型医療装置誘導システムの一構成例を示す模式図である。図31に示すように、実施の形態3に係るカプセル型医療装置誘導システム4は、カプセル型内視鏡10及び誘導装置80を備える。このうち、カプセル型内視鏡10の構成及び動作は、実施の形態1と同様である。
以上説明した実施の形態1〜3及びこれらの変形例においては、カプセル型内視鏡10の両端に撮像部11A、11Bが設けられた複眼カプセルを用いたが、カプセル型内視鏡のいずれか一端に撮像部が設けられた単眼カプセルを用いても良い。この場合、撮像部が設けられた側の端部にカプセル型内視鏡の重心Gの位置を近づけることにより、水面下(水中)のみを撮像するカプセル型内視鏡を実現することができる。一方、撮像部が設けられていない側の端部にカプセル型内視鏡の重心Gを近づけることにより、水面よりも上側の空間のみを撮像するカプセル型内視鏡を実現することができる。
10 カプセル型内視鏡
11A、11B 撮像部
12A、12B 照明部
13A、13B 光学系
14A、14B 撮像素子
15 制御部
16 無線通信部
16a アンテナ
17 電源部
18 永久磁石
20、40、60、80 誘導装置
20a、40a ベッド
21 受信部
21a アンテナ
22 位置及び姿勢検出部
23 表示部
24 操作入力部
25、25A、25−1、25−2 磁界生成部
25a 体外永久磁石
25b 第1平面位置変更部
25c 鉛直位置変更部
25d 仰角変更部
25e 旋回角変更部
25f 第2平面位置変更部
26、26A、26−1 制御部
27 記憶部
31、32 ジョイスティック
34U アップボタン
34B ダウンボタン
35 キャプチャボタン
36 アプローチボタン
100 カプセル型筐体
101 筒状筐体
102、103 ドーム状筐体
Claims (10)
- 被検体内に導入された磁石を有するカプセル型医療装置を誘導する誘導装置において、
前記カプセル型医療装置を誘導する磁界を発生する磁界発生部と、
前記磁界発生部を鉛直方向に移動させる移動機構と、
前記磁界発生部を、前記磁界発生部の磁化方向を含む鉛直面内において回転させる回転機構と、
前記カプセル型医療装置の姿勢を変化させる第1の操作情報を入力する入力部と、
前記第1の操作情報に基づいて前記回転機構に前記磁界発生部を回転させることにより、前記カプセル型医療装置の姿勢を変化させるとともに、前記移動機構を制御して前記磁界発生部と前記カプセル型医療装置との距離を変化させることにより、前記回転機構による前記磁界発生部の回転に起因する前記カプセル型医療装置の鉛直方向に発生する磁気引力を補正する制御部と、
を備えることを特徴とする誘導装置。 - 前記入力部は、前記カプセル型医療装置を鉛直方向に移動させる第2の操作情報をさらに入力し、
前記制御部は、前記第2の操作情報に基づいて前記カプセル型医療装置に発生する鉛直方向の磁気引力と、前記回転機構による前記磁界発生部の回転に起因する前記カプセル型医療装置の鉛直方向に発生する磁気引力の補正量とに基づいて、前記移動機構が前記磁界発生部を鉛直方向に移動させるよう制御する、ことを特徴とする請求項1に記載の誘導装置。 - 前記カプセル型医療装置の位置及び姿勢を検出する検出部をさらに備え、
前記制御部は、前記第1の操作情報に基づく前記磁界発生部の回転方向及び回転量と、前記入力部が入力した前記第1の操作情報を受け付けた時点において前記検出部が検出した前記カプセル型医療装置の姿勢と、前記時点における前記磁界発生部の磁化方向と鉛直方向とのなす角度とに基づいて、前記移動機構を制御する、ことを特徴とする請求項1に記載の誘導装置。 - 前記制御部は、前記時点における前記磁界発生部の磁化方向と鉛直方向とのなす角度が大きいほど、前記磁界発生部と前記カプセル型医療装置との間の距離が長くなるように前記移動機構を制御する、ことを特徴とする請求項3に記載の誘導装置。
- 前記回転機構による前記磁界発生部の回転速度の上限値である回転上限値と、前記移動機構による前記磁界発生部の移動速度の上限値である移動上限値とが予め決定されており、
前記制御部は、前記第1の操作情報に基づく前記回転速度が前記回転上限値を超える場合、または前記第2の操作情報に基づく前記移動速度が前記移動上限値を超える場合の少なくともいずれかの場合に、前記回転上限値で前記磁界発生部を回転させる制御、または前記移動上限値で前記磁界発生部を移動させる制御の少なくともいずれかを行う、ことを特徴とする請求項2に記載の誘導装置。 - 前記制御部は、前記入力部が入力した前記第1または第2の操作情報の少なくともいずれかの操作情報を受け付けた後でさらに前記第1または第2の操作情報の少なくともいずれかの操作情報を受け付けた場合、先に受け付けた前記操作情報に基づく前記回転機構または前記移動機構の少なくともいずれかの動作により生じた前記カプセル型医療装置の動きが停止したか否かを判定し、前記動きが停止したと判定した後で、後に受け付けた前記操作情報に基づく前記回転機構または前記移動機構の少なくともいずれかに対する動作を開始させる、ことを特徴とする請求項2に記載の誘導装置。
- 前記制御部は、先に受け付けた前記操作情報に基づいて前記回転機構または前記移動機構の少なくともいずれかを動作させ、前記回転機構または前記移動機構の少なくともいずれかの動作が停止してから所定時間が経過した際に、前記カプセル型医療装置の動きが停止したと判断する、ことを特徴とする請求項6に記載の誘導装置。
- 前記カプセル型医療装置の位置及び姿勢に関する情報を検出する検出部をさらに備え、
前記制御部は、前記位置及び姿勢に関する情報に基づいて、前記カプセル型医療装置の動きが停止したか否かを判定する、ことを特徴とする請求項6に記載の誘導装置。 - 前記磁石が内部に配置されたカプセル型医療装置と、
請求項1に記載の誘導装置と、
を備えることを特徴とするカプセル型医療装置誘導システム。 - 前記カプセル型医療装置の重心は、前記カプセル型医療装置の幾何学中心から、前記磁石の磁化方向とは異なる方向にずれた位置に配置されている、ことを特徴とする請求項9に記載のカプセル型医療装置誘導システム。
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