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JP4757021B2 - 位置検出システム - Google Patents

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Description

本発明は、磁気誘導コイルを搭載した機器、特に医療に用いられる医療装置の位置検出システムに関する。
医療に用いられる機器である医療装置(特に、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
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場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場を発することができる。そして、この磁場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なることから、上述の技術は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に用いるのに適さな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場の強度が弱くなり、カプセル型医療装置の位置検出が難しくなることから、上述の技術をカプセル型医療装置に用いるのに適さない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が短くなることから、上述の技術をカプセル型医療装置に用いるのに適さない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場を検出する複数の磁気センサと、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場を発生する。そして、磁気センサが発生した誘導磁場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。
なお、カプセル型医療装置を検出する際、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場を作用させている。
しかしながら、上述の位置検出技術においては、磁気センサは駆動コイルが発生する駆動磁場と磁気誘導コイルが形成する誘導磁場とを同時に検出するため、そのままでは誘導磁場が駆動磁場に埋もれてしまい、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場および誘導磁場から駆動磁場のみを取り除くため、磁気誘導コイルが検出範囲外にある状態で駆動コイルの駆動磁場のみを予め測定(キャリブレーション測定)し、測定した駆動磁場を、同時に検出された駆動磁場および誘導磁場から差分することで、誘導磁場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場の周波数は、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場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場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。
このLC共振回路の共振周波数は、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により決まっている。これら磁気誘導コイルやコンデンサの特性は磁気誘導コイルやコンデンサの温度等により変化するため、LC共振回路の共振周波数は、カプセル型医療装置の周囲の環境(温度等)により変化するおそれがあった。
そのため、LC共振回路の共振周波数を定めた際のカプセル型医療装置の周囲の環境と、カプセル型医療装置が被検者の体内に投入された際のカプセル型医療装置の周囲の環境とが異なると、LC共振回路の共振周波数でない周波数の駆動磁場を用いてカプセル型医療装置の位置検出が行われることになる。
すると、駆動磁場により磁気誘導コイルが作る磁場の強さが弱くなるため、カプセル型医療装置の位置の測定精度が落ちるという問題があった。
上述の問題を解決する手段として、LC共振回路に容量を調節可能なコンデンサ(バリアブルコンデンサ)や、周波数特性を調節可能なコイル(コイルのコアの位置を調節できるコイル)などを用いて、LC共振回路の共振周波数を調節する技術が知られている。
しかしながら、これらの調節可能なコンデンサやコイルなどの素子には調節用の機構が備えられ、カプセル型医療装置の小型化が図りにくくなることから、上述の技術をカプセル型医療装置に用いるのに適さないという問題があった。
また、これら調節可能な素子を調節する際には、カプセル内部の電源を使用する必要があり、電源容量を大きくする必要があった。すると、カプセル型医療装置の小型化が図りにくくなることから、上述の技術をカプセル型医療装置に用いるのに適さないという問題があった。
電源容量を大きくしない場合には、カプセルの駆動時間が短くなることから、上述の技術をカプセル型医療装置に用いるのに適さない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、磁気誘導コイルの共振周波数が変動しても機器の位置測定の精度が低下しない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、前記磁気誘導コイルの共振周波数の近傍の位置算出用周波数を有し、前記磁気誘導コイルに印加する交番磁場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場を受けて発生した誘導磁場を検出する複数の磁気センサと、前記交番磁場のみを印加した際の前記位置算出用周波数における前記磁気センサの出力値に基づいて、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部と、前記交番磁場および前記誘導磁場を印加した際の前記磁気センサの出力値と前記測定基準値との差分である差分測定値の前記位置算出用周波数の成分に基づいて、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部と、所定のタイミングで前記位置算出用周波数を再設定する再設定部と、を備え、前記複数の磁気センサから得られた磁場情報から、前記磁気誘導コイルに係る周波数特性の変化を検出する周波数変化検出部を備え、前記再設定部が、前記周波数特性の変化に基づいて、前記位置算出用周波数の再設定を行い、前記共振周波数を記憶する記憶部を備え、前記周波数変化検出部が、前記記憶部から読み出された前記共振周波数において算出された前記差分測定値に基づいて、前記周波数特性の変化を検出する位置検出システムを提供する。
本発明によれば、機器の位置および向きの少なくとも一方を算出する場合には、まず、測定基準値算出部が、磁気センサに交番磁場のみが印加された場合に、位置算出用周波数に基づく測定基準値を求める。そして、交番磁場および誘導磁場が磁気センサに印加された際に、位置解析部が、磁気センサの出力値と測定基準値との差分である差分測定値の位置算出用周波数の成分に基づいて、機器の位置および向きの少なくとも一方を算出している。
所定のタイミングで位置算出用周波数を再設定する再設定部を備えるため、例えば、温度又は環境などの変化により、磁気誘導コイルに係る周波数特性(なお、周波数特性の一つとして共振周波数がある。)が変化した場合でも、その変化した周波数特性に基づいた位置算出用周波数において、機器の位置または方向の検出を行うことができる。つまり、常に最適な位置算出用周波数を用いることができるため、機器の位置等の測定精度の低下を防止することができる。
また、本発明によれば、周波数変化検出部が、2つの異なる周波数における差分測定値の比に基づいて磁気コイルに係る周波数特性の変化を検出するため、上記周波数特性の変化を検出することができる。
上記周波数特性が変化する前における上記差分測定値の比と、後における上記差分測定値の比とは異なるため、周波数変化検出部は、上記周波数特性の変化を検出することができる。つまり、上記差分測定値の比は、共振周波数の近傍における2つの異なる周波数におけるそれぞれの差分測定値の比である。ここで、上記周波数特性が変化すると、上記2つの異なる周波数におけるそれぞれの差分測定値も変化し、差分測定値の比も変化する。周波数変化検出部は、この差分測定値の比の変化を検出することにより、上記周波数特性の変化を検出することができる。
また、本発明によれば、記憶部を備えることにより、周波数変化検出部が、記憶部から読み出された共振周波数における差分測定値に基づいて、磁気誘導コイルに係る周波数特性の変化を検出することができる。
例えば、磁気誘導コイルの共振周波数が記憶部に記憶された共振周波数と等しい場合には、上記共振周波数において算出された差分測定値は0となる。一方、磁気誘導コイルの共振周波数が変化して、磁気誘導コイルの共振周波数が記憶部に記憶された共振周波数と一致しない場合には、記憶部に記憶された共振周波数において算出された差分測定値は0以外の値を持つことになる。
そのため、周波数変化検出部は、記憶部に記憶された共振周波数において算出された差分測定値に基づいて、磁気誘導コイルに係る周波数特性変化を検出することができる。
上記記憶された共振周波数における差分測定値が、磁気誘導コイルの共振周波数と等しい場合おいては0となり、それ以外の場合においては0以外の値となる。そのため、例えば、上記共振周波数近傍の2つの異なる周波数における差分測定値の比を用いる方法と比較して、記憶部に記憶された共振周波数が磁気誘導コイルの共振周波数と等しいか否かを精度よく判定することができる。その結果、磁気誘導コイルの共振周波数の変化に対する追従性が向上する。
また、本発明は、磁気誘導コイルを搭載した機器と、前記磁気誘導コイルの共振周波数の近傍の位置算出用周波数を有し、前記磁気誘導コイルに印加する交番磁場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場を受けて発生した誘導磁場を検出する複数の磁気センサと、前記交番磁場のみを印加した際の前記位置算出用周波数における前記磁気センサの出力値に基づいて、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部と、前記交番磁場および前記誘導磁場を印加した際の前記磁気センサの出力値と前記測定基準値との差分である差分測定値の前記位置算出用周波数の成分に基づいて、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部と、所定のタイミングで前記位置算出用周波数を再設定する再設定部と、を備え、前記複数の磁気センサから得られた磁場情報から、前記磁気誘導コイルに係る周波数特性の変化を検出する周波数変化検出部を備え、前記再設定部が、前記周波数特性の変化に基づいて、前記位置算出用周波数の再設定を行い、前記位置解析部が、前記磁気センサの出力値および前記測定基準値に基づいて、前記磁気誘導コイルにおける前記交番磁場に係る第1の磁場強度を算出するとともに、前記機器と前記駆動コイルとの位置関係を算出し、前記周波数変化検出部が、前記第1の磁場強度と、前記機器と前記駆動コイルとの位置関係から求められる前記磁気誘導コイルにおける前記交番磁場に係る第2の磁場強度と、の差分に基づいて前記周波数特性の変化を検出する位置検出システムを提供する。
本発明によれば、磁気誘導コイルの位置が位置解析部により算出される際に、位置解析部によって第1の磁場強度が算出される。周波数変化検出部は、上記算出された磁気誘導コイルの位置および向きと、駆動コイルの位置および向きとの関係から、第2の磁場強度を算出する。ここで、磁気誘導コイルの周波数特性が変化した場合には、第1の磁場強度と、第2の磁場強度とが異なる値となる。そのため、周波数変化検出部が、第1および第2の磁場強度を比較することにより、磁気誘導コイルの周波数特性の変化を検出することができる。
ここで、第1の磁場強度は、磁気誘導コイルに生じる磁場強度のうち、駆動コイルと磁気誘導コイルの実際の位置関係に係る情報を有する磁場強度である。第2の磁場強度は、駆動コイルの位置および算出された磁気誘導コイルの位置の位置関係と、共振周波数の値とから算出される磁場強度である。
また、本発明は、磁気誘導コイルを搭載した機器と、前記磁気誘導コイルの共振周波数の近傍の位置算出用周波数を有し、前記磁気誘導コイルに印加する交番磁場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場を受けて発生した誘導磁場を検出する複数の磁気センサと、前記交番磁場のみを印加した際の前記位置算出用周波数における前記磁気センサの出力値に基づいて、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部と、前記交番磁場および前記誘導磁場を印加した際の前記磁気センサの出力値と前記測定基準値との差分である差分測定値の前記位置算出用周波数の成分に基づいて、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部と、所定のタイミングで前記位置算出用周波数を再設定する再設定部と、を備え、前記複数の磁気センサから得られた磁場情報から、前記磁気誘導コイルに係る周波数特性の変化を検出する周波数変化検出部を備え、前記再設定部が、前記周波数特性の変化に基づいて、前記位置算出用周波数の再設定を行い、前記位置算出用周波数が、前記共振周波数の近傍における2つの異なる周波数であり、前記周波数変化検出部が、前記2つの異なる周波数における前記差分測定値の比を算出し、算出された前記差分測定値の比に基づいて前記周波数特性の変化を検出する位置検出システムを提供する。
本発明によれば、周波数変化検出部が、2つの異なる周波数における差分測定値の比に基づいて磁気コイルに係る周波数特性の変化を検出するため、上記周波数特性の変化を検出することができる。
上記周波数特性が変化する前における上記差分測定値の比と、後における上記差分測定値の比とは異なるため、周波数変化検出部は、上記周波数特性の変化を検出することができる。つまり、上記差分測定値の比は、共振周波数の近傍における2つの異なる周波数におけるそれぞれの差分測定値の比である。ここで、上記周波数特性が変化すると、上記2つの異なる周波数におけるそれぞれの差分測定値も変化し、差分測定値の比も変化する。周波数変化検出部は、この差分測定値の比の変化を検出することにより、上記周波数特性の変化を検出することができる。
上記発明においては、前記再設定部が、所定の時間間隔をあけて前記位置算出用周波数の再設定を行うことが望ましい。
本発明によれば、再設定部が所定の時間間隔をあけて位置算出用周波数の再設定を行うため、温度または環境等の変化によって磁気誘導コイルに係る周波数特性が変化した場合でも、その変化した周波数特性に基づいた最適な位置算出用周波数において、機器の位置または方向の検出を行うことができる。
位置算出用周波数の再設定を行うタイミングを所定の時間間隔に基づいて決定するため、例えば、磁気誘導コイルに係る周波数特性の変化に基づいて再設定を行う方法と比較して、システムの構成を簡略化することができる。
上記発明においては、前記周波数変化検出部が、前記位置算出用周波数を含む所定の周波数帯域をスイープして得られた前記磁場情報に基づいて、前記周波数特性の変化を検出することが望ましい。
本発明によれば、周波数変化検出部が、位置算出用周波数を含む所定の周波数帯域をスイープして得られた磁場情報に基づいて磁気誘導コイルに係る周波数特性の変化を検出するため、上記周波数特性の変化を検出することができる。
磁気誘導コイルに係る周波数特性が変化しても、周波数変化検出部は、変化後の上記周波数特性に係る周波数を含む上記所定の周波数帯域をスイープしている。そのため、周波数変化検出部は、変化後の上記周波数特性を検出することができる。
上記発明においては、前記2つの異なる周波数における前記差分測定値に基づいて、前記共振周波数を算出する演算部を備えることが望ましい。
本発明によれば、演算部を備えることにより、例えば、2つの異なる周波数における差分測定値に基づいて磁気誘導コイルに係る変化後の共振周波数を求めることができる。そのため、上記変化後の共振周波数の近傍における2つの異なる周波数である位置算出用周波数を求めることができる。
2つの周波数における差分測定値は、上記共振周波数の変化に基づいて変化する。さらに、2つの周波数は異なる周波数であるため、共振周波数の変化に基づく変化の割合が一方の周波数における差分測定値と、他方の周波数における差分測定値とで異なる。そのため、演算部は、一方および他方の周波数における差分測定値の変化に基づいて、変化した後の上記共振周波数を算出して求めることができる。
上記発明においては、前記記憶部に記憶される前記共振周波数を演算する演算部を備え、該演算部が、前記記憶部から読み出された前記共振周波数における前記差分測定値と、複数の前記位置算出用周波数におけるそれぞれの前記差分測定値と、に基づいて前記共振周波数を算出することが望ましい。
本発明によれば、演算部が、記憶部から読み出された共振周波数における差分測定値と、複数の位置算出用周波数における各差分測定値と、に基づいて磁気誘導コイルの共振周波数を算出するため、変化後の上記共振周波数を演算部により算出することができる。その結果、再設定部は、再設定された共振周波数に基づいて、位置算出用周波数を再設定することができる。
演算部は、記憶部から読み出された共振周波数における差分測定値の他に、複数の位置算出用周波数における各差分測定値を用いて変化後の共振周波数を算出している。そのため、例えば、記憶部から読み出された共振周波数における差分測定値のみを用いて変化後の共振周波数を算出する方法と比較して、変化後の共振周波数を精度よく算出することができる。
上記発明においては、前記演算部が、前記記憶部に記憶された共振周波数における前記差分測定値と、前記複数の位置算出用周波数における前記差分測定値のうち前記記憶された共振周波数における差分測定値と異なる符号を持つ差分測定値と、に基づいて前記共振周波数を算出することが望ましい。
本発明によれば、演算部が、記憶部に記憶された共振周波数における差分測定値と、位置算出用周波数における差分測定値であって、上記記憶された共振周波数における差分測定値と異なる符号を持つ差分測定値と、に基づいて磁気誘導コイルの共振周波数を算出するため、磁気誘導コイルの共振周波数が大きく変化した場合でも、演算部は変化後の共振周波数を精度よく再設定することができる。その結果、再設定部は、再設定された共振周波数に基づいて、位置算出用周波数を再設定することができる。
磁気誘導コイルに係る周波数特性を表すグラフ上において、上記記憶された共振周波数における差分測定値と、位置算出用周波数における差分測定値であって、上記記憶された共振周波数における差分測定値と異なる符号を持つ差分測定値と、をむすぶ線分を形成することができる。この線分は、磁気誘導コイルの共振周波数の変化の割合が大きい場合には、磁気誘導コイルの共振周波数の近傍における周波数特性を表す曲線を近似する線分となる。そのため、上記線分を用いることにより、演算部は、磁気誘導コイルの共振周波数の大きい変化に対して、共振周波数をよりよく再設定することができる。
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、機器を被検者の体内に導入し、被検者の体腔内において観察や、投薬などの治療行為を行うことができる。
本発明の参考例は、機器に搭載された磁気誘導コイルが位置算出用周波数を有する交番磁場を受けて発生した誘導磁場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検出する位置検出方法であって、前記誘導磁場に基づいて、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ステップと、前記磁気誘導コイルの共振周波数の変化を検出するステップと、前記共振周波数の変化から前記位置算出用周波数を再設定するステップと、再設定された前記位置算出用周波数を有する交番磁場を前記磁気誘導コイルに印加して誘導磁場を発生させるステップと、を有する位置検出方法を提供する。
本発明の参考例によれば、磁気誘導コイルの共振周波数の変化を検出するステップと、共振周波数の変化から位置算出用周波数を再設定するステップと、再設定された位置算出用周波数を有する交番磁場を磁気誘導コイルに印加して誘導磁場を発生させるステップと、を有するため、機器の位置または向きの検出精度を高い状態で維持することができる。
つまり、磁気誘導コイルの共振周波数の変化を検出するステップを有するため、温度または環境などの変化により、磁気誘導コイルの共振周波数が変化した場合でもその変化を検出することができる。共振周波数の変化から位置算出用周波数を再設定するステップを有するため、常にその変化した周波数特性に基づいた最適な位置算出用周波数を用いることができる。再設定された位置算出用周波数を有する交番磁場を磁気誘導コイルに印加して誘導磁場を発生させるステップを有するため、最適な位置算出用周波数で、機器の位置または向きの検出を行うことができる。
そのため、本発明の位置検出方法によれば、温度または環境などの変化により、磁気誘導コイルの共振周波数が変化した場合でも、常にその変化した周波数特性に基づいた最適な位置算出用周波数で、機器の位置または向きの検出を行うことができる。この結果、機器の位置または向きの検出精度を高い状態で維持することができる。
上記発明の参考例においては、前記誘導磁場に基づいて、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ステップが、前記位置算出用周波数において、前記交番磁場のみを作用させた際に検出される磁場強度を測定基準値として求めるステップと、前記交番磁場および前記誘導磁場の合成磁場に係る磁場強度と、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ステップと、を有することが望ましい。
本発明の参考例によれば、機器の位置および向きの少なくとも一方を算出するステップが、位置算出用周波数において、交番磁場のみを作用させた際に検出される磁場強度を測定基準値として求めるステップと、交番磁場および誘導磁場の合成磁場に係る磁場強度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するステップと、を有するため、機器の位置および向きの少なくとも一方を精度よく算出することができる。
上記合成磁場に係る磁場強度から上記測定基準値の差分を求めることにより、誘導磁場のみに係る磁場強度を求めることができる。そのため、誘導磁場のみに係る磁場強度に基づいて機器の位置および向きの少なくとも一方を精度よく算出することができる。
本発明の位置検出システムによれば、所定のタイミングで位置算出用周波数を再設定する再設定部を備えるため、例えば、温度又は環境などの変化により、磁気誘導コイルに係る周波数特性が変化した場合でも、その変化した周波数特性に基づいた位置算出用周波数において、機器の位置または方向の検出を行うことができる。つまり、常に最適な位置算出用周波数を用いることができるため、機器の位置等の測定精度の低下を防止することができるという効果を奏する。
〔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(位置解析部)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場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場を検知するセンスコイル(磁気センサ)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が検知した誘導磁場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場を制御している。
図3は、図1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50には、図3に示すように、交番磁場検出部50aと、位置算出用周波数決定部(再設定部)50bと、基準値算出用周波数決定部50cと、測定基準値算出部50dと、位置解析部50eと、タイミング決定部50fと、記憶部50gとが設けられている。
ここで、交番磁場検出部50aは、センスコイル52から出力された交流電圧(磁場情報)から交番磁場の振幅値を検出するものである。
位置算出用周波数決定部50b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f,fの周波数の決定や再設定をするものである。
基準値算出用周波数決定部50cは、測定基準値の算出に用いる基準値算出用周波数fの周波数を決定するものである。
測定基準値算出部50dは、位置算出用周波数f,fおよび基準値算出用周波数f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ものである。
位置解析部50eは、カプセル型内視鏡20の位置等を算出するものである。
タイミング決定部50fは、共振周波数fの周波数を設定し直すタイミングを位置算出用周波数決定部50bに指示するものである。
記憶部50gは、測定基準値算出部50dにより算出された基準値などを記憶するものである。
位置検出装置50からドライブコイル51までの間には、図1に示すように、交流電流を発生させる正弦波発生回路53と、交流電流を増幅するドライブコイルドライバ54と、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。
ここで、正弦波発生回路53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ものである。ドライブコイルドライバ54は、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ものである。ドライブコイルセレクタ55は位置検出装置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ものである。
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ものである。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へ出力するものである。
位置検出装置50には、カプセル型内視鏡20との間で画像信号や共振周波数の値などを送受信等する送受信部59が設けられている。
図4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4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5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5に示すように、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、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。
ここで、バンドパスフィルタ61は、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ものである。アンプ62は、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ものである。
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。
図6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6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により誘導磁場を発生させる誘導磁場発生部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、単に本体と略記する)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から送受信部59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。
さらに、信号処理部34には、誘導磁場発生部40におけるLC共振回路43(磁気誘導コイル42)の共振周波数fの周波数が記憶されている。共振周波数fの周波数の記憶は、カプセル型内視鏡20の使用前に行われている。例えば、カプセル型内視鏡20の製造時または出荷時の検査と同時に、共振周波数fの周波数が記憶される場合を例示できる。
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。
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。
無線素子35は、信号処理部34において圧縮された画像信号を送受信部59に送信するとともに、信号処理部34に予め記憶されたLC共振回路43に係る共振周波数fの周波数を送受信部59に送信する。
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。
無線素子35の後端部24側には誘導磁場発生部40が配置されている。誘導磁場発生部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。
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、カプセル型内視鏡20の信号処理部34に予め記憶されたLC共振回路43に係る共振周波数fの周波数を読み込む。具体的には、位置検出装置50は、送受信部59および無線素子35を介して、信号処理部34(図6参照)に予め記憶された共振周波数fの周波数を取得する。
位置検出装置50は共振周波数fの周波数を取得すると、正弦波発生回路53に向けて信号を出力する。正弦波発生回路53は、取得した共振周波数fの周波数に基づいて交流電流を発生し、発生された交流電流はドライブコイルドライバ54へ出力される。
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場を形成する。
交番磁場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、交番磁場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場が形成される。
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、交番磁場の周期が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、形成される誘導磁場も強くなる。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、誘導磁場が芯部材41に集められやすく、形成される誘導磁場は更に強くなる。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。
上記誘導磁場はセンスコイル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5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7は、図1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50に入力された上記交流電圧は、図3に示すように、交番磁場検出部50aに入力される。交番磁場検出部50aでは、フーリエ変換によって、交番磁場の振幅値を検出する。検出された交番磁場の振幅値は、位置算出用周波数決定部50bに入力される。
位置算出用周波数決定部50bは、図7に示すように、共振周波数fの周波数の近傍領域において、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f,fとする。ここで、位置算出用周波数fの周波数は、共振周波数fの周波数より高い周波数であり、位置算出用周波数fの周波数は、共振周波数fの周波数より低い周波数である。
一方、基準値算出用周波数決定部50cは、基準値算出用周波数fの周波数を決定する。基準値算出用周波数fの周波数は、交流電圧の周波数特性曲線において、共振周波数fに対する低周波数側の変曲点Pよりも低い周波数側に離れた周波数であるとともに、商用電源周波数(60Hzまたは50Hz)よりも高い周波数である。なお、上述の交流電圧の周波数特性曲線とは、後述する位置解析部50eにおいて得られる誘導磁場による交流電圧の周波数特性曲線である。
図8は、図1のセンスコイル52に交番磁場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50dは、位置算出用周波数f,fの周波数、および、基準値算出用周波数fの周波数において、センスコイル52から出力された交流電圧の値に基づいて測定基準値を算出する。具体的には、まず、位置算出用周波数f,fの各周波数において、センスコイル52から出力された交流電圧の値をそれぞれ求め、これらの値の平均値を求める。そして、位置算出用周波数f,fの周波数の中間値((f+f)/2)と上記平均値とから定まる点を求め、基準値算出用周波数fとその交流電圧の値から定まる点を求める。さらに、これら2つの点に基づいて測定基準値を求める。このように算出された測定基準値は記憶部50gに記憶される。
測定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測定基準値は、図8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。測定基準値は、ドライブコイル51が形成した交番磁場によりセンスコイル51から出力される交流電圧の値とみなすことができる値である。
なお、上述のように2点に基づいて測定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9は、図1のセンスコイル52に誘導磁場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。
まず、記憶部50gに記憶された測定基準値は位置解析部50eに呼び出される。位置解析部50e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、測定基準値を差分する演算を行い、図9に示すような、誘導磁場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50e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f,fの周波数における交流電圧の差分を行い、差分測定値を求める。ここで、差分測定値とは誘導磁場のみがセンスコイル52に作用したときの周波数特性曲線の振幅のことであり、位置解析部50eはこの振幅を算出する。
各センスコイル52において上記振幅値が得られたら、位置解析部50eは、これらの振幅値に基づいてカプセル型内視鏡20の位置等を算出する。
ここで、本実施形態の特徴であるLC共振回路43の共振周波数の再測定について図10を参照しながら説明する。
図10は、共振周波数の再測定におけるタイミングを説明するフローチャートである。
位置検出装置50は、図10に示すように、カプセル型内視鏡20の位置測定を開始する際に、送受信部59および無線素子35を介して、信号処理部34(図6参照)に予め記憶された共振周波数fの周波数を取得する(ステップS1)。
その後、位置検出装置50は、上述のように、取得した共振周波数fの周波数に基づいてカプセル型内視鏡20の位置等を算出する(ステップS2)。
同時に、位置検出装置50のタイミング決定部50fは、時間の計測を開始し、所定時間が経過したか否かを判断する(ステップS3)。
タイミング決定部50fは所定時間が経過したと判断すると、位置算出用周波数決定部50bに信号を出力する。位置算出用周波数決定部50bは、タイミング決定部50fから信号が入力されると共振周波数fの周波数の近傍領域において、新たな位置算出用周波数f,fの周波数を再設定する(ステップS4)。
位置検出装置50は、新たな位置算出用周波数f,fの周波数が再設定されると、新たな位置算出用周波数f,fの周波数を用いてカプセル型内視鏡20の位置等の算出を行う(ステップS2)。
以後、カプセル型内視鏡20の位置等の検出を終了するまで、上述の制御が繰り返される。
なお、上述の所定時間は、LC共振回路43の共振周波数fの周波数が、カプセル型内視鏡20の位置等の検出精度に影響を与える程度に変化するのに要する時間である。共振周波数fの周波数が変化する要因としては、LC共振回路43自身の温度変化などを例示することができる。
次に、位置算出用周波数決定部50bにおける新たな位置算出用周波数f,fの周波数の再設定について説明する。
位置検出装置50は、タイミング決定部50fから出力された信号が位置算出用周波数決定部50bに入力されると、位置算出用周波数決定部50bからの出力に基づいて新たな共振周波数fの周波数の取得を開始する。
位置検出装置50は、図1に示すように、ドライブコイル51からカプセル型内視鏡20の作動空間に交番磁場を形成する。そして、位置検出装置50は、正弦波発生回路53を制御することにより、交番磁場の周波数を所定の周波数帯域内で変化(スイープ)させる。
周波数の変化は、低周波数から高周波数へ変化させても良いし、高周波数から低周波数へ変化させてもよく、特に限定するものではない。周波数を変化させる帯域は、数kHzから100kHzまでの帯域を例示することができるが、上述の帯域よりも狭い帯域であってもよいし、広い帯域であってもよく、特に限定するものではない。
位置検出装置50は、交番磁場の周波数をスイープさせた際に得られた交番磁場の振幅値に基づいて、新たな共振周波数fの周波数を算出する。上記交番磁場の振幅値は、センスコイル52の出力がセンスコイル受信回路57により処理された後に位置検出装置50に入力されたものである。
新たな共振周波数fの周波数が算出されると、位置算出用周波数決定部50bにおいて新たな位置算出用周波数f,fの周波数が再設定される(図3参照)。
上記の構成によれば、位置算出用周波数f,fを再設定する位置算出用周波数決定部50bを備えるため、例えば、温度又は環境などの変化により、LC共振回路43の(磁気誘導コイル43に係る)周波数特性が変化した場合でも、その変化した周波数特性に基づいた位置算出用周波数f,fにおいて、カプセル型内視鏡20の位置または方向の検出を行うことができる。つまり、常に最適な位置算出用周波数f,fを用いることができるため、カプセル型内視鏡20の位置等の測定精度の低下を防止することができる。
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場合には、まず、測定基準値算出部50dが、磁気センサ52に交番磁場のみが作用した場合に、位置算出用周波数f,fに基づく測定基準値を求める。そして、交番磁場および誘導磁場が磁気センサ25に作用した際に、位置解析部50eが、磁気センサ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の位置および向きの少なくとも一方を算出している。
位置算出用周波数決定部50bが、タイミング決定部50fの指示により、所定の時間間隔をあけて位置算出用周波数f,fの再設定を行うため、温度または環境等の変化によってLC共振回路43の周波数特性が変化した場合でも、その変化した周波数特性に基づいた最適な位置算出用周波数f,fにおいて、カプセル型内視鏡20の位置または方向の検出を行うことができる。
位置算出用周波数f,fの再設定を行うタイミングを所定の時間間隔に基づいて決定するため、例えば、LC共振回路43の周波数特性の変化に基づいて再設定を行う方法と比較して、位置検出システム10の構成を簡略化することができる。
図11は、図10の共振周波数の再測定における別の実施例を説明するフローチャートである。
なお、上述のように、カプセル型内視鏡20の位置測定を開始する際に、予め記憶された共振周波数fの周波数を取得してもよいし、図11に示すように、周波数設定部50gにより共振周波数の周波数を測定し(ステップS11)、測定された共振周波数に基づいて、カプセル型内視鏡20の位置測定を行ってもよく、特に限定するものではない。
なお、上述のように、共振周波数fの周波数の測定を、交番磁場の周波数を変化させるスイープ測定により行ってもよいし、複数の周波数を重ね合わせた波形を有する交番磁場をLC共振回路42に作用させ、磁気誘導コイルから発生した誘導磁界を測定し、その出力をフーリエ変換(BPF)等で周波数成分分離を行い、複数の周波数を同時に測定しても良い。
その際に、一度に重ね合わせる波形の周波数は、成分分離の際に影響しない周波数間隔をあける必要がある。
〔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12および図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および位置検出方法が異なっている。よって、本実施の形態においては、図12および図13を用いて位置検出装置および位置検出方法周辺のみを説明し、カプセル型内視鏡等の説明を省略する。
図12は、本実施形態におけ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。
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12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(位置解析部)150と、から概略構成されている。
位置検出装置150には、図12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場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場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150は、センスコイル52が検知した誘導磁場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場を制御している。
図13は、図12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150には、図13に示すように、交番磁場検出部50aと、位置算出用周波数決定部50bと、基準値算出用周波数決定部50cと、測定基準値算出部50dと、位置解析部50eと、周波数変化検出部150fと、記憶部50gと、演算部150hとが設けられている。
ここで、周波数変化検出部150fは、位置算出用周波数f,fを含む所定の周波数帯域をスイープして得られた差分測定値に基づいて、LC共振回路43の共振周波数fの変化を検出するものである。また、周波数変化検出部150fは、検出した共振周波数fの変化に基づいて、演算部150hに変化後の共振周波数fの周波数を算出するタイミングと、位置算出用周波数決定部50bに位置算出用周波数f,fの再設定のタイミングと、を指示するものである。
演算部150hは、位置算出用周波数f,fにおける差分測定値に基づいて、LC共振回路43における変化後の共振周波数fの周波数を算出するものである。
次に、上記の構成からなる位置検出システム110の作用について説明する。
ここで、位置検出システム110の作用については第1の実施形態と同様であるのでその説明を省略する。また、位置検出装置150の作用、位置算出用周波数f,fの周波数および測定基準値を算出については第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LC共振回路43の共振周波数の再測定について説明する。
まず、図13に示すように、周波数変化検出部150fは、カプセル型内視鏡20の位置測定の際に、位置解析部50eにおいて算出された位置算出用周波数f,fの周波数における差分測定値のバランスを算出する。算出されたバランスは記憶部50gに記憶される。これら差分測定値のバランスとしては、両差分測定値の比や差などを例示することができる。
なお、LC共振回路43の共振周波数fと、位置算出用周波数f,fに係る共振周波数とは略等しい場合には、位置算出用周波数fの差分測定値と、位置算出用周波数fの差分測定値とは略等しい値となる。通常、位置検出装置150による位置検出が開始された直後においては、LC共振回路43の共振周波数fと、位置検出に用いられる共振周波数fとは略等しくなっている。
その後、周波数変化検出部150fは、カプセル型内視鏡20の位置測定が行われると、位置算出用周波数f,fの周波数における差分測定値のバランスを算出し、記憶部50gに記憶されたバランスとの対比を行う。対比の結果、両バランスの間に所定の値より大きな差があった場合には、周波数変化検出部150fは、演算部150hおよび位置算出用周波数決定部50bに周波数の再設定の指示を出力する。一方、両バランスの間の差が所定の値以下の場合には、カプセル型内視鏡20の位置測定が続行される。
周波数変化検出部150fからの指示が入力された演算部150hは、位置算出用周波数f,fにおける差分測定値に基づいて、LC共振回路43における変化後の共振周波数fの周波数を算出する。そして、位置算出用周波数決定部50bは、演算部150hの演算結果に基づいて、新たな位置算出用周波数f,fの周波数を再設定する。
具体的には、位置算出用周波数決定部50bは、上記変化後の共振周波数fを中心とする所定の周波数帯域内で交番磁場の周波数を変化(スイープ)させることにより、新たな位置算出用周波数f,fの周波数を再設定する。
位置検出装置150は、新たな位置算出用周波数f,fの周波数が再設定されると、新たな位置算出用周波数f,fの周波数を用いてカプセル型内視鏡20の位置等の算出を行う。
以後、カプセル型内視鏡20の位置等の検出を終了するまで、上述の制御が繰り返される。
上記の構成によれば、LC共振回路43の共振周波数の変化を検出する周波数変化検出部150fを備え、位置算出用周波数決定部50bが、検出された上記共振周波数の変化に基づいて位置算出用周波数f,fの再設定を行うため、温度または環境等の変化によってLC共振回路43の共振周波数が変化した場合でも、その変化した共振周波数に基づいた最適な位置算出用周波数f,fにおいて、カプセル型内視鏡20の位置または方向の検出を行うことができる。
位置算出用周波数f,fの再設定のタイミングをLC共振回路43の共振周波数の変化に基づいて決定するため、例えば、所定の時間間隔に基づいて再設定を行う方法と比較して、LC共振回路43の共振周波数が急激に変化した場合でも、最適な位置算出用周波数f,fにおいて、カプセル型内視鏡20の位置または方向の検出を行うことができる。
周波数変化検出部150fが、位置算出用周波数f,fを含む所定の周波数帯域をスイープして得られた差分測定値に基づいてLC共振回路43の共振周波数の変化を検出するため、上記共振周波数の変化を検出することができる。
LC共振回路43の共振周波数が変化しても、周波数変化検出部150fは、変化後の上記共振周波数に係る周波数を含む上記所定の周波数帯域をスイープしている。そのため、周波数変化検出部150fは、変化後の上記共振周波数を検出することができる。
周波数変化検出部150fが、位置算出用周波数fにおける差分測定値と位置算出用周波数fにおける差分測定値との比に基づいて、LC共振回路43の共振周波数の変化を検出するため、上記共振周波数の変化を検出することができる。
上記共振周波数が変化する前における上記差分測定値の比と、上記共振周波数が変化した後における上記差分測定値の比とは異なる。そのため、周波数変化検出部150fは、上記共振周波数の変化を検出することができる。つまり、上記差分測定値の比は、共振周波数の近傍における位置算出用周波数f,fにおけるそれぞれの差分測定値の比である。ここで、上記共振周波数が変化すると、位置算出用周波数f,fにおけるそれぞれの差分測定値も変化し、差分測定値の比も変化する。周波数変化検出部150fは、この差分測定値の比の変化を検出することにより、上記共振周波数の変化を検出することができる。
演算部150hを備えることにより、位置算出用周波数f,fにおける差分測定値に基づいてLC共振回路43に係る変化後の共振周波数を求めることができる。そのため、上記変化後の共振周波数の近傍における2つの異なる周波数である位置算出用周波数f,fを求めることができる。
位置算出用周波数f,fにおける差分測定値は、上記共振周波数の変化に基づいて変化する。さらに、位置算出用周波数f,fは異なる周波数であるため、共振周波数の変化に基づく変化の割合が位置算出用周波数fにおける差分測定値と、位置算出用周波数fにおける差分測定値とで異なる。そのため、演算部150hは、位置算出用周波数f,fにおける差分測定値の変化に基づいて、変化した後の上記共振周波数を算出して求めることができる。
〔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14から図16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および位置検出方法が異なっている。よって、本実施の形態においては、図14から図16を用いて位置検出装置および位置検出方法周辺のみを説明し、カプセル型内視鏡等の説明を省略する。
図14は、本実施形態におけ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。
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14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(位置解析部)250と、から概略構成されている。
位置検出装置250には、図14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場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場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250は、センスコイル52が検知した誘導磁場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場を制御している。
図15は、図14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250には、図15に示すように、交番磁場検出部50aと、位置算出用周波数決定部50bと、基準値算出用周波数決定部50cと、測定基準値算出部50dと、位置解析部50eと、周波数変化検出部250fと、記憶部250gと、演算部250hとが設けられている。
ここで、周波数変化検出部250fは、位置算出用周波数f,fを含む所定の周波数帯域をスイープして得られた差分測定値に基づいて、LC共振回路43の共振周波数fの変化を検出するものである。また、周波数変化検出部250fは、検出した共振周波数fの変化に基づいて、演算部250hに変化後の共振周波数fの周波数を算出するタイミングと、位置算出用周波数決定部50bに位置算出用周波数f,fの再設定のタイミングと、を指示するものである。
演算部250hは、記憶部250gに記憶された共振周波数fにおける差分測定値と、位置算出用周波数f,fにおける差分測定値と、に基づいて変化後の共振周波数fの周波数を算出するものである。
記憶部250gは、LC共振回路43の共振周波数fと、測定基準値算出部50dが算出した測定基準値とを記憶するものである。
次に、上記の構成からなる位置検出システム210の作用について説明する。
ここで、位置検出システム210の作用については第1の実施形態と同様であるのでその説明を省略する。また、位置検出装置250の作用、位置算出用周波数f,fの周波数および測定基準値を算出については第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LC共振回路43の共振周波数の再測定について説明する。
まず、図15に示すように、位置検出装置250は、LC共振回路43の共振周波数fの周波数を記憶部250gに記憶させる。通常、位置検出装置250による位置検出が開始された直後においては、LC共振回路43の共振周波数fと、位置検出に用いられる共振周波数fとは略等しくなっている。そのため、記憶部250gに記憶された共振周波数fにおける差分測定値は0となる。
その後、周波数変化検出部250fは、カプセル型内視鏡20の位置測定が行われる際に、記憶部250gに記憶された共振周波数fにおける差分測定値を算出する。算出された差分測定値が0以外の値であれば、周波数変化検出部250fは、演算部250hおよび位置算出用周波数決定部50bに周波数の再設定の指示を出力する。一方、算出された差分測定値が0であれば、カプセル型内視鏡20の位置測定が続行される。
周波数変化検出部250fからの指示が入力された演算部250hは、記憶された共振周波数fにおける差分測定値、および、位置算出用周波数f,fにおける差分測定値のうち、記憶された共振周波数fにおける差分測定値と異なる符号を有する差分測定値に基づいて、LC共振回路43における変化後の共振周波数fの周波数を算出する。そして、位置算出用周波数決定部50bは、演算部250hの演算結果に基づいて、新たな位置算出用周波数f,fの周波数を再設定する。
具体的には、位置算出用周波数決定部50bは、上記変化後の共振周波数fを中心とする所定の周波数帯域内で交番磁場の周波数を変化(スイープ)させることにより、新たな位置算出用周波数f,fの周波数を再設定する。
図16は、図15の演算部における変化後の共振周波数fの算出方法を説明する図である。
上述の演算部250hにおける、変化後の共振周波数fの算出方法について説明する。
演算部250hは、図16に示すように、記憶された共振周波数fにおける差分測定値(A)と、位置算出用周波数f,fにおける差分測定値であって、上記記憶された共振周波数における差分測定値と異なる符号を持つ差分測定値(B)と、をむすぶ線分(C)を算出する。この線分(C)は、LC共振回路43の共振周波数fの変化の割合が大きい場合には、LC共振回路43の共振周波数fの近傍におけるLC共振回路43の周波数特性を表す曲線を近似する線分となる。演算部250hは、この線分(C)におけるゲイン変化が0となる周波数を求め、これを変化後の共振周波数fとしている。
上記の構成によれば、記憶部250gを備えることにより、周波数変化検出部250fが、記憶部250gから読み出された共振周波数fにおける差分測定値に基づいて、LC共振回路43の共振周波数fの変化を検出することができる。
例えば、LC共振回路43の共振周波数fが記憶部250gに記憶された共振周波数fと等しい場合には、上記共振周波数fにおいて算出された差分測定値は0となる。一方、LC共振回路43の共振周波数fが変化して、LC共振回路43の共振周波数fが記憶部250gに記憶された共振周波数fと一致しない場合には、記憶部250gに記憶された共振周波数fにおいて算出された差分測定値は0以外の値を持つことになる。
そのため、周波数変化検出部250fは、記憶部250gに記憶された共振周波数fにおいて算出された差分測定値に基づいて、LC共振回路43の共振周波数fの変化を検出することができる。
記憶された共振周波数fにおける差分測定値が、LC共振回路43の共振周波数fと等しい場合おいては0となり、それ以外の場合においては0以外の値となる。そのため、例えば、上記共振周波数f近傍の位置算出用周波数f,fにおける差分測定値の比を用いる方法と比較して、記憶部250gに記憶された共振周波数fがLC共振回路43の共振周波数fと等しいか否かを精度よく判定することができる。その結果、LC共振回路43の共振周波数fの変化に対する追従性が向上する。
演算部250hが、記憶部250gに記憶された共振周波数fにおける差分測定値と、位置算出用周波数f,fにおける差分測定値であって、上記記憶された共振周波数fにおける差分測定値と異なる符号を持つ差分測定値と、に基づいてLC共振回路43の共振周波数fを算出するため、LC共振回路43の共振周波数fが大きく変化した場合でも、演算部250hは変化後の共振周波数fを精度よく再設定することができる。その結果、位置算出用周波数決定部50bは、再設定された共振周波数fに基づいて、位置算出用周波数f,fを再設定することができる。
図16に示すように、上記記憶された共振周波数fにおける差分測定値(A)と、位置算出用周波数f,fにおける差分測定値であって、上記記憶された共振周波数fにおける差分測定値と異なる符号を持つ差分測定値(B)と、をむすぶ線分(C)を形成することができる。この線分(C)は、LC共振回路43の共振周波数fの変化の割合が大きい場合には、LC共振回路43の共振周波数fの近傍におけるLC共振回路43の周波数特性を表す曲線を近似する線分となる。そのため、上記線分(C)を用いることにより、演算部250hは、LC共振回路43の共振周波数fの大きい変化に対して、共振周波数fをよりよく再設定することができる。
〔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17および図18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および位置検出方法が異なっている。よって、本実施の形態においては、図17および図18を用いて位置検出装置および位置検出方法周辺のみを説明し、カプセル型内視鏡等の説明を省略する。
図17は、本実施形態におけ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。
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(位置解析部)350と、から概略構成されている。
位置検出装置250には、図17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場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場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350は、センスコイル52が検知した誘導磁場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場を制御している。
図18は、図17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350には、図18に示すように、交番磁場検出部50aと、位置算出用周波数決定部50bと、基準値算出用周波数決定部50cと、測定基準値算出部50dと、位置解析部350eと、周波数変化検出部350fと、記憶部350gとが設けられている。
ここで、位置解析部350eは、磁気センサ52の出力値および測定基準値に基づいて、磁気誘導コイル52における交番磁場に係る第1の磁場強度を算出するとともに、カプセル型内視鏡20とドライブコイル51との位置関係を算出するものである。周波数変化検出部350fは、上記第1の磁場強度と、カプセル型内視鏡20とドライブコイル51との位置関係から求められる磁気誘導コイルにおける交番磁場に係る第2の磁場強度との差分に基づいて共振周波数の変化を検出するものである。記憶部350gは、上記第1および第2の磁場強度を比較したものを記憶するものである。
第1の磁場強度は、磁気誘導コイル52に生じる磁場強度のうち、ドライブコイル51と磁気誘導コイル52の実際の位置関係に係る情報を有する磁場強度である。第2の磁場強度は、ドライブコイル51の位置および算出された磁気誘導コイル52の位置の位置関係と、共振周波数fの値とから算出される磁場強度である。
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。
ここで、位置検出システム310の作用については第1の実施形態と同様であるのでその説明を省略する。また、位置検出装置350の作用、位置算出用周波数f,fの周波数および測定基準値を算出については第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LC共振回路43の共振周波数の再測定について説明する。
まず、図18に示すように、位置解析部350eは、磁気センサ52の出力値および測定基準値に基づいて、磁気誘導コイル52における交番磁場に係る上記第1の磁場強度を算出する。また、位置解析部350eは、カプセル型内視鏡20とドライブコイル51との位置関係を算出する。周波数変化検出部350fは、カプセル型内視鏡20とドライブコイル51との上記算出された位置関係から求められる磁気誘導コイルにおける交番磁場に係る上記第2の磁場強度を算出し、上記算出された第1の磁場強度と、上記算出された上記第2の磁場強度との差分を算出する。上記算出された差分は、記憶部350gに記憶される。
その後、カプセル型内視鏡20の位置測定が行われると、再び、位置解析部350eは第1の磁場強度を算出し、位置解析部350eは、第2の磁場強度を算出するとともに第1および第2の磁場強度の差分を算出する。新たな差分が算出されると、位置検出装置350は、記憶部350gに記憶された差分と、上記新たな差分とを比較する。上記記憶された差分と上記新たな差分との間に所定値より大きな差があった場合には、位置検出装置350は、位置算出用周波数決定部50bに周波数の再設定の指示を出力する。一方、上記記憶された差分と上記新たな差分との間に所定値以下の差しかない場合には、カプセル型内視鏡20の位置測定が続行される。
位置検出装置350は、新たな位置算出用周波数f,fの周波数が再設定されると、新たな位置算出用周波数f,fの周波数を用いてカプセル型内視鏡20の位置等の算出を行う。
以後、カプセル型内視鏡20の位置等の検出を終了するまで、上述の制御が繰り返される。
上記の構成によれば、磁気誘導コイル42の位置が位置解析部350eにより算出される際に、位置解析部350eによって第1の磁場強度が算出される。周波数変化検出部350fは、上記算出された磁気誘導コイル42の位置および向きと、ドライブコイル51の位置および向きとの関係から、第2の磁場強度を算出する。ここで、磁気誘導コイル42の共振周波数fが変化した場合には、第1の磁場強度と、第2の磁場強度とが異なる値となる。そのため、周波数変化検出部350fが、第1および第2の磁場強度を比較することにより、磁気誘導コイル42の共振周波数fの変化を検出することができる。
ここで、第1の磁場強度は、磁気誘導コイル42に生じる磁場強度のうち、ドライブコイル51と磁気誘導コイル42の実際の位置関係に係る情報を有する磁場強度である。第2の磁場強度は、ドライブコイル51の位置および算出された磁気誘導コイル42の位置の位置関係と、共振周波数fの値とから算出される磁場強度である。
上記に述べた全ての実施形態は、本発明をカプセル型内視鏡またはカプセル型医療装置に適用した実施形態であるが、これらの実施形態にとらわれるものではなく、内視鏡装置や、カテーテル装置や、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、本実施形態の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。
本発明の第1の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1の位置検出システムの外観を示す斜視図である。 図1の位置検出装置内の構成を説明するブロック図である。 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。 図1のセンスコイル受信回路の回路構成を示す概略図である。 図1のカプセル型内視鏡の構成を示す概略図である。 図1のセンスコイル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。 図1のセンスコイル52に交番磁場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。 図1のセンスコイル52に誘導磁場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。 共振周波数の再測定におけるタイミングを説明するフローチャートである。 図10の共振周波数の再測定における別の実施例を説明するフローチャートである。 本発明の第2の実施形態におけ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12の位置検出装置内の構成を説明するブロック図である。 本発明の第2の実施形態におけ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14の位置検出装置内の構成を説明するブロック図である。 図15の演算部における変化後の共振周波数の算出方法を説明する図である。 本発明の第3の実施形態におけ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17の位置検出装置内の構成を説明するブロック図である。
符号の説明
10,110,210,310 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)
42 磁気誘導コイル
50,150,250,350 位置検出装置(位置解析部)
50b 位置算出用周波数決定部
50d 測定基準値算出部
50e,350e 位置解析部
51 ドライブコイル(駆動コイル)
52 センスコイル(磁気センサ)
150f,250f,350f 周波数変化検出部
250g,350g 記憶部
150h,250h 演算部
,f 位置算出用周波数
共振周波数

Claims (9)

  1. 磁気誘導コイルを搭載した機器と、
    前記磁気誘導コイルの共振周波数の近傍の位置算出用周波数を有し、前記磁気誘導コイルに印加する交番磁場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場を受けて発生した誘導磁場を検出する複数の磁気センサと、
    前記交番磁場のみを印加した際の前記位置算出用周波数における前記磁気センサの出力値に基づいて、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部と、
    前記交番磁場および前記誘導磁場を印加した際の前記磁気センサの出力値と前記測定基準値との差分である差分測定値の前記位置算出用周波数の成分に基づいて、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部と、
    所定のタイミングで前記位置算出用周波数を再設定する再設定部と、を備え
    前記複数の磁気センサから得られた磁場情報から、前記磁気誘導コイルに係る周波数特性の変化を検出する周波数変化検出部を備え、
    前記再設定部が、前記周波数特性の変化に基づいて、前記位置算出用周波数の再設定を行い、
    前記共振周波数を記憶する記憶部を備え、
    前記周波数変化検出部が、前記記憶部から読み出された前記共振周波数において算出された前記差分測定値に基づいて、前記周波数特性の変化を検出する位置検出システム。
  2. 磁気誘導コイルを搭載した機器と、
    前記磁気誘導コイルの共振周波数の近傍の位置算出用周波数を有し、前記磁気誘導コイルに印加する交番磁場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場を受けて発生した誘導磁場を検出する複数の磁気センサと、
    前記交番磁場のみを印加した際の前記位置算出用周波数における前記磁気センサの出力値に基づいて、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部と、
    前記交番磁場および前記誘導磁場を印加した際の前記磁気センサの出力値と前記測定基準値との差分である差分測定値の前記位置算出用周波数の成分に基づいて、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部と、
    所定のタイミングで前記位置算出用周波数を再設定する再設定部と、を備え
    前記複数の磁気センサから得られた磁場情報から、前記磁気誘導コイルに係る周波数特性の変化を検出する周波数変化検出部を備え、
    前記再設定部が、前記周波数特性の変化に基づいて、前記位置算出用周波数の再設定を行い、
    前記位置解析部が、前記磁気センサの出力値および前記測定基準値に基づいて、前記磁気誘導コイルにおける前記交番磁場に係る第1の磁場強度を算出するとともに、前記機器と前記駆動コイルとの位置関係を算出し、
    前記周波数変化検出部が、前記第1の磁場強度と、前記機器と前記駆動コイルとの位置関係から求められる前記磁気誘導コイルにおける前記交番磁場に係る第2の磁場強度と、の差分に基づいて前記周波数特性の変化を検出する位置検出システム。
  3. 磁気誘導コイルを搭載した機器と、
    前記磁気誘導コイルの共振周波数の近傍の位置算出用周波数を有し、前記磁気誘導コイルに印加する交番磁場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場を受けて発生した誘導磁場を検出する複数の磁気センサと、
    前記交番磁場のみを印加した際の前記位置算出用周波数における前記磁気センサの出力値に基づいて、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部と、
    前記交番磁場および前記誘導磁場を印加した際の前記磁気センサの出力値と前記測定基準値との差分である差分測定値の前記位置算出用周波数の成分に基づいて、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部と、
    所定のタイミングで前記位置算出用周波数を再設定する再設定部と、を備え
    前記複数の磁気センサから得られた磁場情報から、前記磁気誘導コイルに係る周波数特性の変化を検出する周波数変化検出部を備え、
    前記再設定部が、前記周波数特性の変化に基づいて、前記位置算出用周波数の再設定を行い、
    前記位置算出用周波数が、前記共振周波数の近傍における2つの異なる周波数であり、
    前記周波数変化検出部が、前記2つの異なる周波数における前記差分測定値の比を算出し、算出された前記差分測定値の比に基づいて前記周波数特性の変化を検出する位置検出システム。
  4. 前記再設定部が、所定の時間間隔をあけて前記位置算出用周波数の再設定を行う請求項1から請求項3のいずれかに記載の位置検出システム。
  5. 前記周波数変化検出部が、前記位置算出用周波数を含む所定の周波数帯域をスイープして得られた前記磁場情報に基づいて、前記周波数特性の変化を検出する請求項1から請求項3のいずれかに記載の位置検出システム。
  6. 前記2つの異なる周波数における前記差分測定値に基づいて、前記共振周波数を算出する演算部を備える請求項記載の位置検出システム。
  7. 前記記憶部に記憶される前記共振周波数を演算する演算部を備え、
    該演算部が、前記記憶部から読み出された前記共振周波数における前記差分測定値と、複数の前記位置算出用周波数におけるそれぞれの前記差分測定値と、に基づいて前記共振周波数を算出する請求項記載の位置検出システム。
  8. 前記演算部が、前記記憶部に記憶された共振周波数における前記差分測定値と、前記複数の位置算出用周波数における前記差分測定値のうち前記記憶された共振周波数における差分測定値と異なる符号を持つ差分測定値と、に基づいて前記共振周波数を算出する請求項記載の位置検出システム。
  9. 前記機器がカプセル型医療装置である請求項1から請求項のいずれかに記載の位置検出システム。
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