JP4914634B2 - カプセル型医療装置 - Google Patents

Description

本発明は、生体内に挿入され、撮像等を行うカプセル型医療装置に関する。

挿入部を体腔内に挿入することにより、体腔内を診断或いは必要に応じて処置を行うことができる内視鏡は、医療用分野その他で広く普及している。
また、最近においては、口から飲み込むことにより、体腔内を撮像して内視鏡検査を行うことができるカプセル形状にしたカプセル型体内装置（カプセルと略記）を備えたカプセル型医療装置も実用化される状況になっている。
カプセルは、体腔内に挿入された場合には、通常は蠕動運動などにより体腔内を移動するため、カプセルにより得られる情報が、体腔内のどの位置に相当するものであるかを知ることが望ましい場合がある。
このため、例えば第１の従来例として特表２００３−５２４４４８号公報においては、体腔内のカプセルからアンテナを介して無線送信した信号を体外に配置した複数のアンテナで受信して、その受信信号の強度等によりカプセルの位置を算出するものを開示している。
また、第２の従来例としての特開２００５−１９８７８９号公報には、体腔内のカプセルのアンテナを介して無線送信した信号を体外に配置した複数のアンテナで受信して、その受信信号の強度等によりカプセルの位置及び向きを算出するものを開示している。
特表２００３−５２４４４８号公報 特開２００５−１９８７８９号公報 データ構造とアルゴリズム コロナ社（株） 斎藤、西原 共著ｐ１２４−ｐ１２９

カプセルの位置を推定する場合において、ノイズ等のために複数の位置を推定してしまう可能性がある。このように、カプセルの位置が複数推定或いは検出されたような場合、上記第１及び第２の従来例では、適切に軌跡を算出する手段或いは方法を開示していない。
このように複数の位置が推定されたような場合には、カプセル内のアンテナの各時刻での位置が定まらないと、カプセルの移動の軌跡も定めにくくなり、カプセルにより得られる体内の情報等の利用価値が低くなってしまう。

（発明の目的）
本発明は上述した点に鑑みてなされたもので、カプセル型体内装置の位置が複数推定された場合においても信頼性の高い軌跡及び位置を算出できるカプセル型医療装置を提供することを目的とする。

本発明のカプセル型医療装置は、生体内に挿入され、アンテナを備えたカプセル型体内装置と、
前記カプセル型体内装置のアンテナから電磁波の信号を無線で送信する無線送信手段と、
前記生体外に配置される複数の体外アンテナと、
前記複数の体外アンテナによって受信した時刻における前記電磁波の信号から前記アンテナ若しくはカプセル型体内装置の位置を推定する推定手段と、
前記推定手段により推定された互いに異なる時刻の位置のものが複数推定された場合に対して設定される条件に従って前記カプセル型体内装置の移動した軌跡を算出する軌跡算出手段と、
を具備したことを特徴とする。
上記構成により、カプセル型体内装置に内蔵されたアンテナ若しくはカプセル型体内装置の位置を推定手段により推定し、異なる時刻で推定された位置に対して、設定される条件に従ってその条件を満たすものを用いて、軌跡を算出することにより、複数の位置が推定された場合にも信頼性が高い軌跡及び位置を算出できるようにしている。

本発明によれば、複数の位置が推定された場合にも信頼性の高い軌跡及び位置を算出できる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

図１ないし図１２は本発明の実施例１に係り、図１は本発明の実施例１のカプセル型内視鏡装置等の構成を示し、図２はカプセル型内視鏡の内部構成を示し、図３はアンテナユニットを構成する複数のアンテナの配置例とそのアンテナに設定した座標系を示し、図４はカプセル型内視鏡と体外装置における送受信する電気系の構成を示す。
また、図５はカプセル型内視鏡から無線で送信する画像信号等を示し、図６はカプセル型内視鏡の円形コイルによるアンテナから任意の位置における電磁界の成分などを示し、図７は図６のアンテナが発生した電界を受信するアンテナユニットを構成する棒状のアンテナの向きＤａとの関係を示す。

また、図８は経時的に隣接する時刻で推定された複数の位置を示し、図９は隣接する時刻で推定された位置が予め設定された値の半径ｒ_ｄの球内にあるか否かの様子を示し、図１０は隣接する時刻で推定された位置により軌跡の候補となる接続関係を決定する処理内容を示し、図１１は図１０の処理後に軌跡を算出する処理内容を示し、図１２はカプセル型内視鏡により撮像された画像を、算出された軌跡を形成する位置と共に表示した表示例を示す。
図１（Ａ）に示すように本発明の実施例１のカプセル型内視鏡装置１は、患者２が口から飲み込むことにより体腔内に挿入されるカプセル型体内装置として、例えば体腔内を撮像するカプセル型内視鏡３と、この患者２の体外に配置され、カプセル型内視鏡３で撮像した画像情報を無線で受信するアンテナユニット４に接続される体外装置（或いは外部装置）５とを備えている。
図１（Ｂ）に示すようにこの体外装置５はクレードル６に装着することにより、パーソナルコンピュータ等により構成される端末装置７に電気的に接続され、端末装置７は体外装置５に蓄積した画像をキーボード８ａやマウス８ｂ等の入力・操作デバイスの操作によりこの端末装置７内に取り込み、取り込んだ画像をモニタ部８ｃで表示すること等ができる。
図１（Ａ）に示すようにカプセル型内視鏡３を飲み込んで内視鏡検査を行う場合に使用される患者２が着るジャケット１０には、複数のアンテナ１１が取り付けられたアンテナユニット４が設けてある。

カプセル型内視鏡３により撮像され、それに内蔵されたアンテナ２３（図２参照）から送信された信号は、アンテナユニット４の複数のアンテナ１１で受信され、このアンテナユニット４に接続された体外装置５に撮像した画像を保存することができるようにしている。
また、この体外装置５は、例えば箱形状であり、その前面には画像表示を行う液晶モニタ１２と、指示操作等を行う操作部１３とが設けてある。
なお、体外装置５には、バッテリ残量に関する警告表示用のＬＥＤや操作部１３としての電源スイッチなどのみを設ける構成としてもよい。また、第２の体外装置として、カプセル型内視鏡３から送信される画像信号を処理し、備え付けの液晶モニタ画像表示させるような図示しない携帯型の表示装置（ビュワー） が接続されるようにしても良い。
図２に示すようにカプセル型内視鏡３は、円筒の後端側を閉塞した形状を有する外装部材１４と、この円筒の先端側に接着剤によって接続されて閉塞する略半球形状に丸みを付けたドーム型カバー１４ａにて、全体としてカプセル形状で水密構造となっている。
この透明なドーム型カバー１４ａ内で、円筒の中央付近には、ドーム型カバー１４ａを介して入射された像を結像する対物レンズ１５がレンズ枠１６に取り付けられて配置され、その結像位置には撮像素子としてここではＣＣＤイメージャ１７が配置されている。

また、対物レンズ１５の周囲には、照明系として、ここでは白色ＬＥＤ１８が４つ、同一平面上に配置されている。また、例えばＣＣＤイメージャ１７の裏面側には、白色ＬＥＤ１８を発光駆動させると共に、ＣＣＤイメージャ１７を駆動してＣＣＤイメージャ１７から入力される撮像信号から画像信号を生成する信号処理を行う処理回路１９、画像信号を送信すると共に、体外装置５からの信号を受信する機能を持つ送受信回路２０、これらの回路１９、２０に電源を供給するボタン型電池２１が外装部材１４の内部に配置されている。
また、ボタン型電池２１の後端側、つまり他方の半球形状内側には送受信回路２０と接続され、電波を送受信する円形コイル（円形のループコイル）状のアンテナ２３が配置されている。なお、ＣＣＤイメージャ１７、白色ＬＥＤ１８や各回路は、図示しない基板上に設けられ、各基板はフレキシブル基板にて接続されている。

カプセル型内視鏡３の処理回路１９は、ＣＣＤイメージャ１７の撮像のタイミングを制御する制御信号を発生し、通常の撮像では１秒間に２フレームの画像を撮像し、食道のようにカプセル型内視鏡３が比較的高速に移動するような部位では例えば１５から３０フレームの画像を撮像する。
また、アンテナ２３は、体外装置５から送られてく信号を受信し、受信した信号は送受信回路２０により処理され、処理回路１９に送られる。処理回路１９は送られてきた信号によってＣＣＤイメージャ１７の撮像のタイミングや白色ＬＥＤ１８の点灯のＯＮ／ＯＦＦ等を制御する。カプセル型内視鏡３の処理回路１９に磁石等の磁性体を近づけるとカプセル型内視鏡３内の電源がＯＮ／ＯＦＦ可能な回路を組み込み、患者がカプセル型内視鏡３を飲み込む前にカプセル型内視鏡３の電源を入れて画像を撮影しても良い。
図１（Ａ）に示した患者２が着るジャケット１０に取り付けたアンテナユニット４は、拡大して示すと、図３に示すようにアンテナ１１ａ、１１ｂ、…、１１ｉによって構成される。

カプセル型内視鏡３及び体外装置５における送受信する部分の構成は、図４に示すようになる。 図４に示すようにカプセル型内視鏡３は、（白色ＬＥＤ１８及びＣＣＤイメージャ１７からなる）撮像回路３１により撮像され、処理回路１９により処理された信号は、送受信回路２０を経て高周波で変調され、円形のループコイルからなるアンテナ２３から電波で送信される。
このアンテナ２３から送信される信号は、体外のアンテナユニット４を構成する複数のアンテナ１１ａ、１１ｂ、…、１１ｉにより受信される。そして、複数のアンテナ１１ａ、１１ｂ、…、１１ｉに接続された送受信回路３３により復調され、信号処理回路３４に入力される。この信号処理回路３４により画像信号に変換されて液晶モニタ１２で表示されると共に、画像データ等がメモリ３５に格納される。
また、メモリ３５に格納された画像データは、ユーザによる操作部１３からの指示操作により液晶モニタ１２に送ることができ、その表示面に過去の画像を表示させることもできる。

また、本実施例においては、体外装置５には、例えばＣＰＵ３６を用いて構成されるアンテナ位置＆向き推定部３６ａが設けてあり、このアンテナ位置＆向き推定部３６ａは、カプセル型内視鏡３に内蔵されたアンテナ２３の位置及び向きを推定する推定処理を行いその位置及び向きを算出する。
後述するようにこの推定処理は、初期状態では適宜に位置及び向きを設定して、それらに対してＧａｕｓｓ−Ｎｅｗｔｏｎ法で位置及び向きの推定処理を反復して行う。その際、推定処理により、推定前の値とのずれ量が小さい値以下となるまで反復推定する。
換言すると、推定処理を行う推定手段と、その推定手段により推定された推定値（具体的には位置及び向き）が推定前の値と比較してその差分値が所定値以下となるように推定値を更新補正する更新補正手段とを備えている。

また、体外装置５に設けられた操作部１３を操作して、撮像周期を変更させる等の指示信号を信号処理回路３４に入力すると、この信号処理回路３４は、送受信回路３３に指示信号を送り、送受信回路３３は指示信号を変調してアンテナ１１ａ、１１ｂ、…、１１ｉから送信する。
アンテナ１１ａ、１１ｂ、…、１１ｉから送信された信号は、アンテナ２３により受信され、送受信回路２０により復調され、送受信回路２０は、指示信号に対応して、例えば撮像周期を変更する動作等を行う。
本実施例においては、カプセル型内視鏡３のアンテナ２３から体外装置５に撮像回路３１で撮像した画像信号を送信する場合には、例えば図５（Ａ）に示すように画像信号と共に、受信強度を検出し易くする受信強度検出信号を送る。

つまり、各１フレーム期間中には、受信強度検出用信号を送信する検出期間Ｔａと、画像信号を送信する画像信号期間Ｔｂを設けており、強度検出期間Ｔａには一定の強度（振幅）の受信強度検出用信号を送信する。
そして、この受信強度検出用信号はアンテナユニット４のアンテナ１１ａ、１１ｂ、…、１１ｉにより受信され、送受信回路３３に入力される。送受信回路３３は、受信強度検出用信号を復調して信号処理回路３４に送り、信号処理回路３４は各アンテナ１１ｓ（ｓ＝ａ、ｂ、…、ｉ）により受信された受信強度検出用信号の強度を比較し、比較結果からカプセル型内視鏡３が送信した画像信号を受信するのに適したアンテナを選択して受信する。尚、図５（Ｂ）のように受信強度検出信号を省いて画像信号のみで同様に行うようにしても良い。
また、信号処理回路３４は、受信するのに適したアンテナによって得られた画像信号及び各アンテナ１１ｓの受信強度検出用信号を信号処理回路３４に接続されているコンパクトフラッシュ（登録商標）等の不揮発性のメモリ３５に送り、メモリ３５に格納（記憶）する。

この場合、画像信号を受信するアンテナとして複数、例えば２つのアンテナを選択して、同時に同じ内容の画像信号を２つ記録するようにしても良い。また、その際、記録する画像信号の強度を１フレーム分積算してその積算結果の大きい方をメモリ３５に残し、他方を消去するようにしても良い。
また、信号処理回路３４は、受信に最も適したアンテナによって得られた画像信号を信号処理回路３４に接続される液晶モニタ１２に送り、カプセル型内視鏡３で撮影された画像を表示する。
本実施例においては、上記のように体外装置５には、例えばＣＰＵ３６により構成されるアンテナ位置＆向き推定部３６ａが設けてあり、このアンテナ位置＆向き推定部３６ａによって、カプセル型内視鏡３に内蔵されたアンテナ２３の位置及び向きを算出する。
また、本実施例では、ＣＰＵ３６は、アンテナ位置＆向き推定部３６ａの処理機能により算出された時系列的（経時的）に得られたアンテナ２３の各位置をカプセル型内視鏡３の位置として、それら位置に対して、隣接する位置の間の距離が所定値以下の条件を満たすか否かの判定を行い、条件を満たすものを用いてより精度の高い軌跡（経路）を算出する軌跡推定部（軌跡算出部）３６ｂの機能も持つ。
このアンテナ位置＆向き推定部３６ａは、後述するようにアンテナ２３の初期状態の位置及び向きの初期値（例えば、測定空間の中心位置とＸＹＺ軸方向のいずれかの方向）を設定する。
そして、その０番目の更新値を用いて体外アンテナ１１ａ、１１ｂ、…、１１ｉに発生する電磁界の検出値を推定し、実際に検出（測定）される検出値との差の二乗和から０番目の位置及び向きに対する更新量を算出する。０番目の位置、向き及び０番目の位置、向きの更新値から１番目の位置及び／向きを算出する。

この１番目の位置及び／向きに対して同様の推定処理を繰り返し行い、各推定前後の更新値の変化量が十分に小さな値以下になった更新値をアンテナ２３の位置及び向きとする推定値補正処理を行う。このようにして、精度の高い位置及び向きを算出する。算出された位置及び向きの情報は例えばメモリ３５に格納される。
本実施例において、アンテナユニット４の複数のアンテナ１１ａ、１１ｂ、…、１１ｉを用いて検出した受信強度信号からカプセル型内視鏡３の位置と向きを推定する推定手法について説明する。
図６（Ａ）に示すようにカプセル型内視鏡３内に配置された円形コイル或いは円形ループによるアンテナ２３を基準とした座標系Ｘ_ＬＹ_ＬＺ_Ｌにおいて、任意の位置Ｐ（ｘ_Ｌ、ｙ_Ｌ、ｚ_Ｌ）における電磁界（静電界、放射電磁界、誘導電磁界の成分）Ｈ_ｒ、Ｈ_θ、Ｅ_φは次の式で表される。

Ｈ_ｒ＝（ＩＳ/２π）（ｊｋ/ｒ^２＋１/ｒ^３）exp（-ｊｋｒ）cosθ
Ｈ_θ＝（ＩＳ/４π）（-ｋ^２/ｒ＋ｊｋ/ｒ^２＋１/ｒ^３）exp（-ｊｋｒ）sinθ （１）
Ｅ_ψ＝ -（ｊωμＩＳ/４π）（ｊｋ/ｒ＋１/ｒ^２）exp（-ｊｋｒ）sinθ
ここで、Ｈ_ｒ及びＨ_θは磁界成分、Ｅ_ψは電界成分を表し、またＩとＳはアンテナ２３に流れる電流とそのアンテナ２３を構成する円形コイルの面積である。また、ｒは、アンテナ２３と任意の位置までの距離ｒ＝（ｘ^２＋ｙ^２＋ｚ^２）^1/2、ｋはｋ＝ω（εμ）^1/2（εは誘電率、μは透磁率）、ｊは虚数単位である。

カプセル型内視鏡３内に配置されたアンテナ２３により発生する電磁界の周波数が高く、図１（Ａ）に示すようにカプセル型内視鏡３と、患者２の体表に取り付けられたアンテナ１１ｓとの距離が十分離れている場合には、アンテナ１１ｓに到達する電磁界は、放射電磁界の成分が最も大きくなる（従って、静電界及び誘導電磁界の成分は、放射電磁界の成分より小さくなり、これらを無視することができる）。よって、式（１）は、次の式（２）のようになる。
Ｈ_ｒ＝０
Ｈ_θ＝（ＩＳ/４π）（-ｋ^２/ｒ）exp（-ｊｋｒ）sinθ （２）
Ｅ_ψ＝−（ｊωμＩＳ/４π）（ｊｋ/ｒ）exp（-ｊｋｒ）sinθ
患者２の体表に取り付けられたアンテナ１１ｓが電界を検出するアンテナであるとすると、式（２）でその検出に必要な式は電界Ｅ_ψとなる。
式（２）の電界Ｅ_ψは、放射電界を表し、交流理論による結果と考えられる。従って、電界Ｅ_ψの瞬時値は、式（２）の電界Ｅ_ψに両辺にexp（ｊωｔ）を掛けて実部を抽出することにより求められる。

Ｅ_ψexp（ｊωｔ）＝-（ｊωμＩＳ/４π）（ｊｋ/ｒ）exp（-ｊｋｒ）sinθexp（ｊωｔ）
＝（ωμＩＳｋ/４πｒ）（cosＵ＋ｊsinＵ）sinθ （３）
但し、Ｕ＝ωｔ−ｋｒである。
ここで、式（３）の実部を抽出すると、電界Ｅ′_ψの瞬時値は次のようになる。
Ｅ′_ψ＝（ωμＩＳｋ/４πｒ）cosＵsinθ （４）
また、式（４）を図６（Ｂ）に示すように極座標系（ｒ，θ，ψ）から直交座標系（Ｘ_Ｌ，Ｙ_Ｌ，Ｚ_Ｌ）に変換すると、そのＸ_Ｌ，Ｙ_Ｌ，Ｚ_Ｌの電界成分Ｅ_Ｌｘ、Ｅ_Ｌｙ、Ｅ_Ｌｚは、
Ｅ_Ｌｘ、＝Ｅ′_ψsinψ＝（ωμＩＳｋ/４πｒ^２）cosＵ・（-ｙ_Ｌ）
Ｅ_Ｌｙ、＝Ｅ′_ψcosψ＝（ωμＩＳｋ/４πｒ^２）cosＵ・ｘ_Ｌ （５）
Ｅ_Ｌｚ＝０
となる。

また、カプセル型内視鏡３のアンテナ２３を基準とした座標系 Ｘ_ＬＹ_ＬＺ_Ｌにおいて、位置Ｐ（ｘ_Ｌ、ｙ_Ｌ、ｚ_Ｌ） を患者２の体を基準とした座標系Ｘ_ＷＹ_ＷＺ_Ｗに変換する式は、
［数１］

となる。ただし、（ｘ_ｗｐ、ｙ_ｗｐ、ｚ_ｗｐ）と（ｘ_ＷＧ、ｙ_ＷＧ、ｚ_ＷＧ）は座標系Ｘ_ＷＹ_ＷＺ_Ｗでの位置Ｐ及びアンテナ２３の位置をそれぞれ表す。また、式（６）における右辺第１項に用いられるＲは、座標系Ｘ_ＷＹ_ＷＺ_Ｗと座標系Ｘ_ＬＹ_ＬＺ_Ｌの回転マトリクスを表し、次の式で求められる。
［数２］

ただし、α、βは極座標系の回転量である。

従って、患者２の体を基準とした座標系Ｘ_ＷＹ_ＷＺ_Ｗにおける任意の位置Ｐ（ｘ_ＷＰ、ｙ_ＷＰ、ｚ_ＷＰ） の電界Ｅ_Ｗは、
［数３］

となり、式（５）、（６）、（７）を式（８）に代入することにより以下のような電界Ｅ_Ｗの式（９）が得られる。

［数４］

但し、ｋ_１は定数、（ｇ_ｘ、ｇ_ｙ、ｇ_ｚ）は、アンテナ２３の向きを表す。
上記アンテナ２３が発生した電界Ｅ_Ｗをアンテナユニット４を構成する例えばアンテナ１１ａ、例えば図７に示すような棒状のアンテナ、つまりダイポールアンテナで受けたとき検出される起電力Ｖａは、以下の式で算出できる。

Ｖａ＝ｋ_２Ｅ_Ｗcosγ＝ｋ_２（（Ｅ_ＷｘＤ_ｘａ＋Ｅ_ＷｙＤ_ｙａ＋Ｅ_ＷｚＤ_ｚａ）（１０）
ただし、ｋ_２は定数、Ｄａ（図７参照）は患者を基準とした座標系でのアンテナユニット４のアンテナ１１ａの向き（Ｄ_ｘａ、Ｄ_ｙａ、Ｄ_ｚａ）を表す。
図３に示すように、アンテナユニット４の各アンテナ１１ｓを患者の体に複数配置し、アンテナ２３の位置と向きを反復改良により求める（Ｇａｕｓｓ−Ｎｅｗｔｏｎ法を用いる）。
ｘをアンテナ２３の位置（ｘ_ＷＧ、ｙ_ＷＧ、ｚ_ＷＧ）と、向き（ｇ_ｘ、ｇ_ｙ、ｇ_ｚ）のパラメータとし、そのパラメータの初期値をｘ^（０）とする。

いま、反復改良によりｋ次の推定値x^（ｋ）が得られ、アンテナ１１ｓのコイルに発生する起電力のモデル関数Ｖ（ｘ）をx^（ｋ）のまわりでＴａｙｌｏｒ展開すると、その一次近似は、
［数５］

となる。
このとき、Ｖｍをアンテナ１１ｓのコイルによって測定された起電力とすると、観測方程式は、
［数６］

と表される。ここで、近似等号は誤差σを含む。

等式（８）の右辺第１項を左辺に移動すると、
［数７］

となる。但し、
ΔＶｍ^（ｋ）＝Ｖｍ−Ｖ（ｘ^（ｋ））＝Ｖｍ−Ｖｍ^（ｋ） （１４）
Δｘ^（ｋ）＝ｘ−ｘ^（ｋ） （１５）
Ａ_ｊｓ＝［∂Ｖ_ｊ（ｘ）／∂ｘ_ｓ］_ｘ＝ｘ ^（ｋ）（ｊ＝１〜ｎ、ｓ＝１〜ｉ）（１６）
（行方向）：未知数の数ｎ、列方向：アンテナ１１ｓのコイルの数ｉ）
である。解Δx^（ｋ）は、式（１５）より
Δｘ^（ｋ）＝（Ａ^ｔ（ｋ）ＷＡ^（ｋ））^−１Ａ^ｔ（ｋ）ＷΔＶｍ^（ｋ） （１７）
と表される。ただし、Ａ^ｔはＡの転置行列、Ｗは重み行列である。

よって、式（１４）より改良したパラメータの推定値は、
ｘ^{（ｋ＋１）}＝ｘ^（ｋ）＋Δｘ^（ｋ） （１８）
と求められる。
図３に示すように、患者に９個のアンテナ１１ａ、１１ｂ、…、１１ｉを設置した場合、行列Ａは、
［数８］

重み行列Ｗは、
［数９］

と表される。ただし、重み行列Ｗのσ_ｊ（ｊ＝０、１、…、８）は、アンテナ１１ｊの測定電圧の変動量で、例えば環境ノイズ等である。

また、第ｋ番目のΔＶｍは、
［数１０］

となることから、カプセル型内視鏡３内のアンテナ２３の位置と向きは、次の手順（ａ）〜（ｄ）で求められる。
（ａ）ｋ＝０とし、アンテナ２３の初期値を位置（ｘ_Ｗｇ ^（０）、ｙ_Ｗｇ ^（０）、ｚ_Ｗｇ ^（０））、向き（ｇ_ｘ ^（０）、ｇ_ｙ ^（０）、ｇ_ｚ ^（０））とする（例えばアンテナ２３を測定する空間の中心位置とＺ軸方向のベクトル（０、０、１）とする）。

（ｂ）式（１９）、（２０）、（２１）により第ｋ番目の行列を計算する。
（ｃ）式（１８）により第ｋ番目更新量Δx^（ｋ）を計算する。
（ｄ）更新量Δx^（ｋ）が小さくなるまでの処理（ｂ）から（ｄ）を繰り返す。
このような推定処理を行うことにより、精度の高い位置及び向きの推定（算出）ができることになる。

また、本実施例では以下に説明するようにして、時系列的に推定して算出された位置に対して、軌跡推定部３６ｂにより軌跡推定の処理を行うことにより複数の位置が推定されたような場合においても、精度の高い或いは信頼性の高い軌跡を算出する。
上記位置及び向きの推定処理の手順において、受信するアンテナ１１の個数、配置位置、アンテナ２３の初期値の位置（ｘ_Ｗｇ、ｙ_Ｗｇ、ｚ_Ｗｇ）^（０）の与え方、ノイズ等によってアンテナ２３若しくはカプセル型内視鏡３の位置が複数推定される。なお、アンテナ２３はカプセル型内視鏡３内に固定されているので、アンテナ２３の位置が推定されれば、カプセル型内視鏡３の位置も決定される。
体腔内においてカプセル型内視鏡３の動きは比較的小さく、画像を撮影する間隔が短い為、特定の時刻に推定された位置と時間的に前後する時刻に推定された位置は、ほぼ同一位置または近接した位置に存在すると考えられている。

従って、時間的に前後する時刻に推定された複数の位置から近接した条件を満たす位置を抽出することにより各時刻で推定された位置の接続関係を求め、さらに全体的な接続関係の経路が最小となるものを算出して最終的な軌跡及び各時刻の正しいカプセル型内視鏡３の位置を算出する。
図８に示すように時刻ｔ−１に推定された各位置をＰ(t-1)1、Ｐ(t-1)2、…、時刻ｔに推定された各位置をＰt1、Ｐt2、…とする。
図９に示すように時刻ｔで推定された各位置Ｐti（ｉ＝１、２、３、…）に対して、カプセル型内視鏡３の位置推定を行う時間間隔の間にカプセル型内視鏡３が移動可能な距離に対応して、その値が予め設定された半径ｒ_ｄの球を設定する。
そして、その球の中に存在する時刻ｔ−１の推定位置Ｐ(t-1)j（j＝１、２、３、…）を検出する。時刻ｔで推定された位置Ｐtiと検出された時刻ｔ−１の推定位置Ｐ(t-1)jとの距離ｄijを算出し、この距離ｄijが最小となる時刻ｔ−１の推定位置Ｐ(t-1)jを求める。

時刻ｔの各推定位置Ｐti（i＝１、２、３、…）に最も近接した時刻ｔ−１の推定位置を求め、その接続関係を記憶する。例えば、時刻ｔ−１の推定位置が記憶されているアドレス情報等を関連付けして接続情報として記憶する。
図８において推定位置Ｐt3に最も近接した時刻ｔ−１の推定位置はＰ(t-1)3であるが、この２点間の距離がｒ_ｄより大きい場合、推定位置Ｐt3に接続される時刻ｔ−１の推定位置は、ノイズ等に起因するものと判断し、推定位置Ｐt3の接続関係に用いる情報として保存しない。
このようにして、記録された全てのデータに対して位置推定を行い、接続関係を求める。そして、最後に記憶された推定位置を始点、最初の記憶された推定位置を終点とし、各推定位置と共に記憶された接続情報を用いて始点から終点までの接続関係の経路を探索する。そして、得られる経路が最小となるものを軌跡として算出すると共に、その軌跡から各時刻の推定位置を決定する。
なお、変形例として、得られた経路に含まれる点（推定位置）の数が最大となる経路を求め、それを軌跡とすると共に、その軌跡から各時刻の推定位置を決定するようにしても良い。この場合においては、経路に含まれる点の数が最大となる経路が複数算出された場合には、経路全体の距離が最小となるものを軌跡とするようにしても良い。

次に軌跡推定の動作を説明する。軌跡推定を行う前処理として隣接する２つの位置が軌跡を形成する場合の条件を満たす接続関係の位置となるか否かを算出（判定）する処理を行う。図１０に沿ってこの接続関係を算出する処理を説明する。なお、図１０では、時系列的に撮像した動作も含めた内容にしている。
接続関係を算出する処理が開始すると、図１０のステップＳ１に示すように体外装置５のＣＰＵ３６は、時刻ｔをその初期値１、つまりｔ＝１にセットする。このように、ここでは時刻ｔを整数化したパラメータを用いて簡略化して説明する。
そして、ステップＳ２に示すように体外装置５側のアンテナ１１により、その時刻ｔで得られた起電力Ｖｍｔ（上述した起電力Ｖｍにおいて時刻ｔの値であることを明示した表記にしている）を取得し、記憶手段としてのメモリ３５にその起電力Ｖｍｔの値が記憶される。

ステップＳ３に示すようにＣＰＵ３６は、メモリ３５に格納された（複数のアンテナ１１により時刻ｔで取得された）起電力Ｖｍｔの値を用いて、カプセル型内視鏡３の時刻ｔでの位置Ｐtiを推定し、メモリ３５に記憶する。
以下で説明するように時刻ｔでの位置Ｐtiが複数推定される場合があり、その場合には複数の位置Ｐtiがメモリ３５に格納される。また、この複数は時刻ｔが異なると一般的には異なる。このため、時刻ｔの場合に得られる位置の数をＮi、時刻ｔ−１の場合の数をＮjとする。
そして、次のステップＳ４において、ＣＰＵ３６は、時刻ｔのパラメータ値が初期値１であるかの判定を行う。

この場合には、時刻ｔのパラメータ値が１であるので、ステップＳ５に進み、パラメータ値を１つ増大した後、ステップＳ１及びステップＳ２の処理を行い、ステップＳ４の判定処理によりステップＳ６に進む。そして、ステップＳ６以降の処理において、各時刻ｔで推定（算出）されたノイズの影響を受けたものを含む位置Ｐtiに対して、その時刻ｔの１つ前の時刻ｔ−１で推定された位置Ｐ(t-1)jのものとを経路として接続する処理を行う。
ステップＳ６においては、時刻ｔにおいて推定された各位置Ｐｔの全体、つまり複数Ni個の位置Ｐti（i＝１〜Ni）において、その位置を表すパラメータｉを初期値１、つまりｉ＝１に設定する。
そして、次のステップＳ７において、図９に示すようにＣＰＵ３６は、最小距離ｄｍｉｎの値として規定の半径ｒ_ｄを設定し、さらに次のステップＳ８においてＣＰＵ３６は、時刻ｔ−１において推定された位置Ｐ(t-1)jのもの、つまり複数Nj個の位置Ｐ(t-1)j （j＝１〜Nj）の各位置を表すパラメータｊを初期値１、つまりｊ＝１に設定する。

そして、次のステップＳ９においてＣＰＵ３６は、時刻ｔで推定されたカプセル型内視鏡３の位置Ｐtiと時刻ｔ−１で推定された位置Ｐ(t-1)jの距離ｄｉｊを算出する。
さらに次のステップＳ１０においてＣＰＵ３６は、算出された距離ｄｉｊがステップＳ７で予め設定した値の最小距離ｄｍｉｎより小さいか否かの判定を行う。そして、その判定結果がｄｉｊ＜ｄｍｉｎの条件を満たさない場合には、ステップＳ１４においてＣＰＵ３６は、パラメータｊが時刻ｔ−１で推定された位置Ｐ(t-1)jの数Ｎｊ未満かの判定を行う。この条件に該当する場合にはステップＳ１１に示すようにパラメータｊの値を１つ大きくしてステップＳ９に戻り、同様の処理を繰り返す。なお、ステップＳ１０の条件を満たさないものは、以下の手順から分かるようにカプセル型内視鏡３の移動した軌跡の算出処理には使用しない。
一方、ステップＳ１０の条件を満たすと判定された場合には、ステップＳ１２に示すようにＣＰＵ３６は、最小距離ｄｍｉｎの値を距離ｄｉｊで更新する。さらに次のステップＳ１３においてＣＰＵ３６は、カプセル型内視鏡３の時刻ｔで推定された位置Ｐtiに、この時刻ｔより１つ前の時刻ｔ−１で推定された位置Ｐ(t-1)jの位置情報を関連付け、接続情報としてメモリ３５に記憶する。なお、図１０中（図１１等でも同様）においては、カプセル型内視鏡を単にカプセルと略記する。

次のステップＳ１４においてＣＰＵ３６は、パラメータｊが時刻ｔ−１で推定された位置Ｐ(t-1)jの数Nj未満かの判定を行い、これに該当する場合には、ステップＳ１１を経てｊの値を１つ大きくしてステップＳ９に戻り、同じ処理を繰り返す。
そして、このｊの値が数Njに一致した場合には、次のステップＳ１５に進み、ＣＰＵ３６は、パラメータｉが時刻ｔで推定された位置Ｐtiの数Ni未満かの判定を行い、これに該当する場合には、ステップＳ１６に進み、ｉの値を１つ大きくしてステップＳ７に戻り、同じ処理を繰り返す。
そして、このｉの値が数Niに一致した場合には、ステップＳ１７に進み、ＣＰＵ３６は、パラメータｔが最後に測定された時刻ｔend未満か否かの判定を行い、この時刻ｔend未満に該当する場合にはステップＳ５に戻り、ｔの値を１つ大きくしてステップＳ２に戻る。そして同様の処理を繰り返す。

このようにして、時刻ｔが最後の時刻ｔendに一致すると、この処理を終了し、図１１に示すように（図１０の処理で判定された）接続関係を満たす位置のものの探索、つまり経路探索（軌跡算出）の処理を行うことにより、軌跡を算出（推定）する。
図１１に示す経路探索の処理が開始すると、最初のステップＳ２１において処理を行う時刻ｔとして最後の時刻ｔendの１つ前の時刻ｔend−１とする。次のステップＳ２２において、時刻ｔにおいてＣＰＵ３６は、推定された位置Ｐtiの１つを表すパラメータｉを初期値１にセットする。
次のステップＳ２３においてＣＰＵ３６は、カプセル型内視鏡３の位置Ｐtiと接続情報をメモリ３５から読み出す。そして、次のステップＳ２４においてＣＰＵ３６は、読み出した情報において接続情報が存在するかの判定を行う。

接続情報が存在しない場合には、ステップＳ２９においてＣＰＵ３６は、位置のパラメータｉがＮｉ未満かの判定を行う。この条件に該当する場合には、ステップＳ２５に示すように位置のパラメータｉを１つ大きくして、そのパラメータｉ＋１においてステップＳ２３，Ｓ２４の処理を行う。ステップＳ２４の判定処理において、接続情報が存在する場合には、ステップＳ２６の処理に進む。
ステップＳ２６においてＣＰＵ３６は、時刻ｔの次の時刻ｔ＋１（時刻ｔ=tend-1では、ｔ＋１=ｔend）のカプセル型内視鏡３の位置Ｐt+1と接続があるかの判定を行う。そして、接続が存在しない場合には、ステップＳ２７に移る。このステップＳ２７においてＣＰＵ３６は、新たな経路情報（例えば接続がとぎれているという経路情報）としてメモリ３５に記憶した後、ステップＳ２９の条件に応じてステップＳ２５を経てステップＳ２３の処理に戻る。
一方、ステップＳ２６の判定処理において、次の時刻ｔ＋１のカプセル型内視鏡３の位置Ｐt+1と接続があるとＣＰＵ３６により判定された場合には、ステップＳ２８に進み、このステップＳ２８においてＣＰＵ３６は、この場合には接続された関係となっている情報を経路情報としてメモリ３５に記憶する。

次のステップＳ２９においてＣＰＵ３６は、位置のパラメータｉがNi未満かの判定を行う。そして、位置のパラメータｉがNi未満の場合には、ステップＳ２５を経てその値を１つ大きくしてステップＳ２２の処理に戻る。
このようにしてパラメータｉを１つ大きくしてステップＳ２２〜Ｓ２９の処理を繰り返し行う。そして、パラメータｉがNiに一致すると、ステップＳ３０に進む。このステップＳ３０においてＣＰＵ３６は、時刻ｔが初期値２以下かの判定を行う。
時刻ｔが２以下でない場合（つまり３以上の場合）には、ステップＳ３１に示すようにその時刻ｔの値を１つ小さくして、ステップＳ２２の処理に戻る。そして、１つ前の時刻ｔ−１に設定して同様の処理を繰り返す。このようにして、時刻ｔが初期値２になった場合にはこの処理を終了する。

このようにして、時刻ｔが初期値１のカプセル型内視鏡３の位置Ｐtiから最後の時刻ｔendのカプセル型内視鏡３の位置Ｐｔendまでの経路が算出される。

そして、上述したようにこのようにして始点から終点に渡って得られた経路における最小となる経路を求め、それを軌跡とすると共に、その軌跡から各時刻の推定位置を決定する。

なお、本実施例の変形例として、始点から終点に渡って得られた経路に含まれる推定された位置の数が最大となる経路を軌跡に設定しても良い。また、予め設定した距離ｒ_ｄの値等により、経路に含まれる点の数が最大となる経路が複数算出された場合には、経路全体の距離が最小となるものを軌跡とするようにしても良い。また、その場合に、最小となる経路、つまり軌跡から各時刻の推定位置を決定してもよい。
或いは、経路に含まれる点の数により経路の順位付けを行い、順位付けの上位側となるいくつかの経路に対してのみ経路全体の距離を求め、経路全体の距離が最小となる経路を、軌跡として決定するようにしても良い。また、その場合の軌跡から各時刻での推定位置を決定するようにしても良い。

或いは、経路に含まれる点の数により経路の順位付けした場合の上位側となるいくつかの経路に対して、位置推定を行ったときに得られるコスト値（測定値と計算値の残差の２乗和等）の総和を求め、経路全体のコスト値の総和が最小となる経路を軌跡とし、その軌跡から各時刻の推定位置を決定してもよい。
このようにして、１つの軌跡を求められた場合には、図１（Ｂ）に示すモニタ部８ｃ等で、その軌跡を表示する。
図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）は、モニタ部８ｃでの表示例を示す。図１２（Ａ）では、表示面における左側には、体腔内におけるカプセル型内視鏡３における推定された各位置を直線で接続し、体腔内を移動したカプセル型内視鏡３の軌跡を示し、この表示面の右側には、（例えば左側でカーソルなどにより）指定された推定位置Ｐｔiで撮像された画像が表示されるようにしている。

また、表示面の左側の推定された位置による軌跡の右側に示す符号Ａ，Ｂ，Ｃは体腔内における臓器の概略の位置を示し、具体的には符号Ａは食道、Ｂは小腸、Ｃは大腸を表す。
図１２（Ａ）に示す表示法の他に、例えば図１２（Ｂ）に示すように表示しても良い。この場合には、隣接する各位置間をスプライン補間のような補間処理を行い、各フレームで推定されたカプセル型内視鏡３の各位置を滑らかな曲線で接続するように表示している。
このように体腔内における推定された各位置とそれに対応して撮像された画像を表示できるようにしているので、撮像された画像が体腔内におけるどの位置で撮像されたかを容易に判断することができ、効率良く診断を行うことができる。
また、得られた画像から病変部の可能性があり、その部位をより詳細に内視鏡検査する必要があるような場合にも、その位置を精度良く推定できるため、円滑かつ短時間にその部位にアプローチすることができ、再検査や処置等を効率良く行うことができる。

本実施例は、以下の効果を有する。
受信アンテナ１１の個数、配置位置、アンテナ２３の初期値の位置（ｘ_Ｗｇ、ｙ_Ｗｇ、ｚ_Ｗｇ）^（０）の与え方、ノイズ等によってカプセル型内視鏡３の位置が複数推定された場合でもカプセル型内視鏡３の位置を適切な方法で一意に決定でき、軌跡を算出できる。
また、所定の条件を満たすものを選択して軌跡を算出するようにしているので、算出された軌跡及び軌跡中の各位置は、信頼性が高いものとなり、診断等に有効に利用できる。

次に図１３から図１５を参照して本発明の実施例２を説明する。本実施例の構成は、実施例１と同様であり、実施例１とは軌跡推定部による軌跡を推定するプログラムの処理内容が異なる。
本実施例では以下に説明するようにカプセル型内視鏡３に対する位置推定を行う生体を複数の領域に分割して、カプセル型内視鏡３の推定された各位置が属する領域を時系列的に求める。そして、推定された各位置に対して、始点から終点までの経路を求め、得られる経路に含まれる領域の数が最大となる経路を軌跡とする処理を行うようにしている。
次に図１３以降を参照して本実施例の作用を説明する。
図１３（Ａ）は人体を基準とした座標系Ｘ_ｗＹ_ｗＺ_ｗを示し、図１３（Ｂ）はカプセル型内視鏡３が存在する空間を複数の領域（ｘ＝１、２、３、…、ｙ＝１、２、３、…、ｚ＝１、２、３、…）（例えば一辺が２ｃｍの立方体）に分割した状態を示す。
実施例１においては、図９に示したように隣接する時刻ｔとｔ−１における位置ＰｔiとＰ(t-1)jとの距離ｄijが距離ｒ_ｄ以下である条件を満たすものを抽出して、経路或いは軌跡を決定する接続情報としていた。
これに対して、本実施例ではさらに演算処理を高速化するため、若しくは接続情報として残すものをより絞る。カプセル型内視鏡３が存在する空間を複数の領域Ｒ_ｘｙｚに分割して、時刻ｔで推定された位置Ｐｔｉが属する領域Ｒ_ｘｙｚを調べ、推定された位置が多く含まれる領域を経路探索（若しくは軌跡推定）に用いる接続領域とする。
この場合、時刻ｔで推定された位置Ｐｔｉが複数の領域に分散した場合、最も多く存在する領域を接続領域として、その領域とは異なる領域に属する位置は経路探索に使用しない。このようにして、ノイズ等により推定された位置の数が多くなった場合においても、経路探索に用いる位置の数を削減して、短時間で軌跡を算出することを可能にする。
また、時刻ｔとｔ−１で推定された位置ＰｔiとＰ(t-1)jがそれぞれ属する領域Ｒ_ｘｙｚの位置関係により接続領域とする条件ともする。

具体的には、時刻ｔとｔ−１で推定された位置ＰｔiとＰ(t-1)jがそれぞれ属する２つの領域が同じ領域内に存在しない場合には、隣接する領域の関係を満たす領域、換言すると近接した小さな距離以内となるような特定の領域関係の条件を満たす領域のみをカプセル型内視鏡３の移動による接続領域とする。そして、隣接する関係になく、例えば離れた関係の領域間に対しては接続領域としない。
図１４は時刻ｔ−１、時刻ｔで得られたアンテナ１１の複数の出力値からカプセル型内視鏡３の位置として推定された各位置Ｐ(t-1)j（ｊ＝１、２、３、…）、Ｐｔi（ｉ＝１、２、３、…）を示す。
体外装置５のＣＰＵ３６は、推定された各位置Ｐｔi（ｉ＝１、２、３、…）が含まれる領域Ｒ_ｘｙｚを求める。

図１４では時刻ｔでは推定された位置としてＰt1〜Ｐt4となり、時刻ｔ−１では推定された位置としてＰ(t-1)1〜Ｐ(t-1)3となっている。この場合、位置Ｐt1、Ｐt4は領域Ｒ122に含まれ、位置Ｐt2は領域Ｒ121に、位置Ｐt3は領域Ｒ211に含まれている。また、位置Ｐ(t-1)1、Ｐ(t-1)2は、領域Ｒ112に含まれ、位置Ｐ(t-1)3は領域Ｒ111に含まれている。
また、ＣＰＵ３６は、時刻ｔ−１と時刻ｔの推定位置の空間的な関係が接続情報として残す接続領域の接続関係の条件を満たすか否かの判定を行う。この場合、隣接する領域であるか否かにより接続領域であるか否かを決定する。
そして、ＣＰＵ３６は、時刻ｔで得られた領域と時刻ｔ−１に得られた領域とで、接続される接続領域の情報をメモリ３５に記憶する。また、ＣＰＵ３６は、記憶された全てのデータに対して抽出された領域と接続情報を記録する。

最後に記憶された領域を始点、最初の記憶された領域を終点とし、抽出された領域とともに記憶された接続情報を用いて、実施例１で説明した軌跡推定の処理と類似した処理により始点から終点までの経路を求める。
得られた経路に含まれる領域の数が最大となる経路を求め、得られたその経路から各時刻の推定位置を決定する。この場合の推定位置は領域の中心位置（重心位置）とする。
図１４の具体例では、上述したように時刻ｔでは位置Ｐｔ1、Ｐｔ4が領域Ｒ122に最も多く存在し、かつ時刻ｔ−１ではＰ(t-1)1、Ｐ(t-1)2が領域Ｒ122に隣接する領域Ｒ112に最も多く存在している。

そして、これらの領域Ｒ122、Ｒ112が接続領域と見なされる。他の領域に属する位置Ｐｔ2、Ｐｔ3と、Ｐ(t-1)3は、経路探索には使用しない。
また、これらの領域Ｒ122、Ｒ112は互いに隣接しているため、経路探索に使用される接続領域となる。
図１５は、図１４の状態に対して、具体的に接続領域を決定した様子を示すものである。つまり、図１５は時刻ｔに得られた領域から時刻ｔ−１の領域との接続関係を決定する様子を示す。
図１５では推定された位置が最大数となり、互いに隣接する接続領域Ｒ122、Ｒ112の場合には、時刻ｔでの推定位置は領域Ｒ122の中心位置（重心位置）Ｑｔ1となり、また時刻ｔ−１での推定位置は領域Ｒ112の中心位置（重心位置）Ｑ(t-1)1となる。なお、図１５ではこれら２つの接続領域Ｒ112、Ｒ122を実線で示している。

このようにして始点から終点までの経路探索を行い、最終的に１つの軌跡を算出する。
次に図１６を参照して接続領域を決定する処理を説明する。動作が開始すると、最初のステップＳ４１においてＣＰＵ３６は、カプセル型内視鏡が存在する空間を複数の領域Ｒ_ｘｙｚに分割する処理を行う。
そして、次のステップＳ４２においてＣＰＵ３６は、時刻ｔを初期値１にした後、次のステップＳ４３においてアンテナ１１により、その時刻ｔで得られる起電力Ｖｍｔを取得する。
次のステップＳ４４においてＣＰＵ３６は、時刻ｔでの起電力Ｖｍｔの値を用いてカプセル型内視鏡３の位置Ｐｔiを推定し、メモリ３５に記憶する。位置Ｐtiは複数存在する場合があり、それを添え字ｉで示している。
次のステップＳ４５においてＣＰＵ３６は、推定されたカプセル型内視鏡３の位置Ｐtiが最も多く含まれる領域Ｒ_{ｘｙｚｔｋ}を検出してメモリ３５内の例えば第１メモリに記憶する。この場合、領域Ｒ_{ｘｙｚｔｋ}は複数存在する可能性がある。ここで、添え字のｔは時刻を示し、ｋは時刻ｔで検出された複数の領域Ｒ_ｘｙｚｔを区別するパラメータｋ（ｋ＝１，２，…Ｎ_ｋ）を表す。
次のステップＳ４６においてＣＰＵ３６は、時刻ｔが初期値か否か、つまりｔ＝１か否かの判定を行う。そして、ｔ＝１の場合には、ステップＳ４７においてＣＰＵ３６は、メモリ３５の第１メモリに記憶した領域Ｒ_{ｘｙｚｔｋ}の情報を第２メモリに記憶した後、次のステップＳ４８において時刻ｔをｔ＋１とした後、ステップＳ４３に戻る。
そして、ステップＳ４３からＳ４６の処理を行う。この場合にはステップＳ４６の判定処理によりｔ＝１ではないと判定されてステップＳ４９の処理に進む。
ステップＳ４９においてＣＰＵ３６は、上記パラメータｋを初期値、つまりｋ＝１にセットした後、次のステップＳ５０においてＣＰＵ３６は、さらにパラメータｊを初期値、つまりｊ＝１にセットする。

そして、次のステップＳ５１においてＣＰＵ３６は、領域Ｒ_{ｘｙｚｔｋ}と領域Ｒ_{ｘｙｚｔ―１ｊ}が隣接しているか否かの判定を行う。ここで、領域Ｒ_{ｘｙｚｔ−１ｊ}は、時刻ｔ−１でカプセル型内視鏡３が検出された位置Ｐ_t-1jが最も多く含まれると推定された複数の領域Ｒ_{ｘｙｚｔ−１}を区別するパラメータｊ（ｊ＝１，２，…、Ｎ_ｊ）を示している。
ステップＳ５１においてＣＰＵ３６は、領域Ｒ_{ｘｙｚｔｋ}と領域Ｒ_{ｘｙｚｔ―１ｊ}が隣接していないと判定した場合には、ステップＳ５４においてＣＰＵ３６は、ｊ＜Ｎ_ｊの判定を行う。この条件に該当する場合は、ステップＳ５２においてｊを１つ増大させた後、ステップＳ５１の処理を行う。
そして、領域Ｒ_{ｘｙｚｔｋ}と領域Ｒ_{ｘｙｚｔ―１ｊ}が隣接していると判定した場合には、ステップＳ５３においてＣＰＵ３６は、領域Ｒ_{ｘｙｚｔｋ}と領域Ｒ_{ｘｙｚｔ―１ｊ}が隣接している場合の接続関係をメモリ３５の第２メモリに記憶する。図１７は、第２メモリに領域Ｒ_{ｘｙｚｔｋ}と領域Ｒ_{ｘｙｚｔ―１ｊ}の接続関係を、２次元配列で記憶した１例を示す。
図１７では、領域Ｒ_ｘｙｚと時刻ｔ、パラメータｋの関係を２次元配列とすることにより、時刻ｔとｔ−１における２つの領域Ｒ_{ｘｙｚｔｋ}と領域Ｒ_{ｘｙｚｔ―１ｊ}が隣接しているか否かの接続関係が簡単に分かるようにしている。図１７において、時間軸（時間の配列方向となる縦軸）方向にライン状に並んだ場合には、それらは隣接している領域となる。

ステップＳ５３においてこのように処理した後、次のステップＳ５４においてＣＰＵ３６は、ｊ＜Ｎ_ｊか否かの判定を行う。そして、この条件に該当すると判定した場合には、ステップＳ５２の処理を行った後、ステップＳ５１に戻る。
このようにして、ｊ＜Ｎ_ｊまでの処理が繰り返し行われた後、ｊ＞Ｎ_ｊとなるため、ステップＳ５４の判定処理を経て次のステップＳ５５に進む。このステップＳ５５においてＣＰＵ３６は、ｋ＜Ｎ_ｋかの判定処理を行い、この条件に該当する場合には次のステップＳ５６においてＣＰＵ３６は、ｋを１つ増大させてステップＳ５０の処理に戻る。
このようにしてステップＳ５０からステップＳ５６までの処理を繰り返し行う。そして、ｋ＞Ｎ_ｋとなるため、ステップＳ５５の判定処理を経てステップＳ５７に進む。

このステップＳ５７においてＣＰＵ３６は、ｔ＜ｔｅｎｄか否かの判定を行い、この条件に該当する場合にはステップＳ４８に戻り、このステップＳ４８においてｔをｔ＋１にしてステップＳ４３に戻る。
このようにして、ステップＳ４３からステップＳ５７の処理を繰り返す。そして、ｔ＜ｔｅｎｄの条件に該当しない時刻になるとこの処理を終了する。
このようにして隣接する時刻における全ての接続関係の情報がメモリ３５の第２メモリに記憶される。そして、図１８に示すように接続関係の情報から軌跡探索の処理に進む。この処理が開始すると、最初のステップＳ６１においてＣＰＵ３６は、処理を行う時刻ｔとして最後の時刻ｔend、つまりｔ＝ｔendとする。
次のステップＳ６２においてＣＰＵ３６は、ｔ＝ｔendの条件を満たすかの判定を行い、この条件を満たす場合には次のステップＳ６３において、その時刻ｔendでの接続関係の情報を、新たな経路情報としてメモリ３５の第２メモリに記憶された全て領域Ｒ_{ｘｙｚｔｅｎｄｋ}（ｋ＝１，２，３…）をメモリ３５の第３メモリに記憶する。その後、ステップＳ６４において、時刻ｔを１つ前の時刻つまりｔ＝ｔ−１に設定してステップＳ６２の処理に戻る。

このステップＳ６２においてＣＰＵ３６は、ｔ＝ｔendの条件を満たさないと判定してステップＳ６５に進み、パラメータｋをｋ＝１にセットした後、次のステップＳ６６に進む。
このステップＳ６６においてＣＰＵ３６は、第２メモリに、領域Ｒ_{ｘｙｚｔｋ}に隣接する領域Ｒ_{ｘｙｚｔ-１ｊ}が存在するか否かの判定を行う。
そして、隣接していないと判定した場合にはステップＳ７３に進み、ＣＰＵ３６は、さらに第２メモリに領域Ｒ_{ｘｙｚｔｋ}に隣接する領域Ｒ_{ｘｙｚｔ+１ｍ}が存在するか否かの判定を行う。ここでｍは、時刻ｔ＋１の場合における領域Ｒ_{ｘｙｚｔ+１}が複数存在する場合、それらを区別するパラメータを表す。

そして、隣接していないと判定した場合にはステップＳ７１に進む。一方、ステップＳ７３においてＣＰＵ３６は、隣接する領域Ｒ_{ｘｙｚｔ+１ｍ}が存在すると判定した場合にはステップＳ７０に進むみ、ＣＰＵ３６は、この情報を経路情報として第３メモリに記憶した後、次のステップＳ７１に進む。

一方、ステップＳ６６において隣接する領域Ｒ_{ｘｙｚｔ-１ｊ}が存在すると判定した場合には、ステップＳ６８に進み、ＣＰＵ３６は、さらに第２メモリに、領域Ｒ_{ｘｙｚｔｋ}に隣接する領域Ｒ_{ｘｙｚｔ+１ｍ}が存在するか否かの判定を行う。ここで、ｍは時刻ｔ＋１の場合における領域Ｒ_{ｘｙｚｔ＋１}が複数存在する場合、それらを区別するパラメータを表す。

そして、隣接していないと判定した場合には、次のステップＳ６９においてＣＰＵ３６は、その情報を新たな経路情報として第３メモリに記憶した後、ステップＳ６７の処理を経てステップＳ６６に戻る。
一方、ステップＳ６８においてＣＰＵ３６は、隣接する領域Ｒ_{ｘｙｚｔ＋１ｍ}が存在すると判定した場合には、ステップＳ７０に進み、ＣＰＵ３６は、この情報を経路情報として第３メモリに記憶した後、次のステップＳ７１に進む。
そして、ステップＳ７１においてＣＰＵ３６は、ｋ＜Ｎ_ｋの条件を満たすかの判定を行い、この条件を満たす場合にはステップＳ６７を経てステップＳ６６に戻る。
一方、ｋ＜Ｎ_ｋの条件を満たさないと判定した場合には次のステップＳ７２に進み、ＣＰＵ３６は、さらに２＜ｔの条件を満たすか否かの判定を行う。そして、この条件を満たす場合にはステップＳ６４を経てステップＳ６２に戻る。
そして、１つ前の時刻ｔ−１に設定して同様の処理を繰り返す。このようにして、時刻ｔが最初の時刻ｔ＝１になった場合にはこの処理を終了する。
このような処理を行うことにより、第３メモリには例えば図１９に示すような経路情報が記憶される。図１９においては、各行で記載された領域が最も多い行を抽出し、領域を各時刻として接続（連結）したものがカプセル型内視鏡３の時間的な経路、つまり軌跡となる。
この他に以下のようにして経路（軌跡）を算出しても良い。
隣接する領域が複数存在する場合、各領域内に含まれる推定位置のコスト値（測定値と計算値の残差の２乗和等）の最小値を求め、抽出した領域のコスト値が最小の領域を接続領域とする。
各領域のコスト値が最小の推定位置の情報を、抽出された領域と接続情報とともに記録する。経路に含まれる領域の数により経路の順位付けを行い、上位いくつかの経路に対して経路全体の距離を求め、経路全体の距離が最小となる経路を軌跡として求める。また、コスト値の総和が最小となる経路を求め、それを軌跡としてもよい。
本実施例は以下の効果を有する。
本実施例は領域を設定することによって、推定する位置の数が少なくなり、実施例１よりも高速に経路の探索ができる。その他は、実施例１と同様に精度よく、カプセル型内視鏡３の位置及び軌跡を推定できる。

次に本発明の実施例３を説明する。本実施例の構成は実施例１と同様であり、軌跡推定部のプログラムの処理内容が異なる。本実施例では、以下に説明するように、ダイクストラ法で軌跡推定の処理を行う。
次に本実施例の作用を説明する。推定位置または領域と接続情報を求め、記録するまでは、実施例１或いは２と同様である。本実施例では、経路を決定する手法としてダイクストラ法を適用する。このダイクストラ法は、例えば非特許文献１に記載されている。
このダイクストラ法においては、例えば実施例１において時刻ｔ＝１からｔendまでにおいて隣接する時刻ｔ、ｔ−１でそれぞれ推定された各位置をノードとしてそれらをラインＬで結ぶ複数の経路を設定する。

そして、それらにおけるラインＬの長さ等に対して適当に重み付けを行い（勿論、１のように同じ重み付けでもよい）、可能となる全ての経路に対してそれぞれ途中の経路の値を加算した累積値（コスト値）が最小となるものを最終的な経路、つまり軌跡とする。
本実施例では、位置が推定された場合、それらに対してコスト値を算出して、比較する処理を行えば、最終的な経路を算出することができる。このため、以下の効果を有する。
ダイクストラ法を用いることにより、実施例１または実施例２よりも高速に経路の探索が出来る。

次に本発明の実施例４を説明する。本実施例の構成は実施例１と同様であり、軌跡推定部のプログラムの処理内容が異なる。
本実施例の作用としては、始点から終点までの経路が途中で切れた場合には、一方の経路の終点と他方の経路の始点との距離が最小になるように経路を接続する。
本実施例の効果として、経路が途中で途切れた場合でも始点から終点まで経路を探索することができる。

次に本発明の実施例５を説明する。本実施例の構成は実施例１と同様であり、軌跡推定部のプログラムの処理内容が異なる。
本実施例の作用としては、生体の部位に関する先見情報から推定位置／領域を拘束する。例えば、食道のような部位では、カプセル型内視鏡３が口から胃にほぼ直線的に移動すると考えられることから、推定される位置をほぼ予測でき、予測される範囲外で推定された位置は、処理の対象から外すようにする。
また、カプセル型内視鏡の移動方向（口から胃へ向かう方向）を予測できることから、推定位置または領域を接続する場合も、胃から口に向かう方向に接続するものは処理対象から除外する。
本実施例の効果として、高速に経路の探索ができる。

次に本発明の実施例６を説明する。本実施例の構成は実施例１と同様であり、軌跡推定部のプログラムの処理内容が異なる。
次に本実施例の作用を説明する。
受信するアンテナ１１の個数、配置位置、アンテナ２３の位置（ｘ_ｗｇ，ｙ_ｗｇ，ｚ_ｗｇ）^（０）の初期値の与え方、ノイズ等によってカプセル型内視鏡３の位置が複数推定される。体腔内において画像を撮像する間隔が短時間でカプセル型内視鏡３の動きが比較的小さい為、特定の時刻に推定されたカプセル型内視鏡３の位置と時間的に前後する時刻に推定されたカプセル型内視鏡３の位置は、ほぼ同一位置または近接した位置として求められると考えられる。

従って時間的に前後する時刻に推定された複数のカプセル型内視鏡３の位置を距離や推定時のコスト値等を条件として各時刻で推定されたカプセル型内視鏡３の位置を接続し、全体的な接続状態から各時刻のカプセル型内視鏡３の位置を求める。
図８に示したように時刻ｔ−１に推定された位置をＰ(t-1)j (j=1,2,…、Nj)、時刻ｔに推定された位置をＰti (i=1,2,…，Ni) とする。時刻ｔ−１、時刻ｔで推定された位置Ｐ(t-1)j、Ｐtiに対して評価関数ｈ_(t-1)j，tiを以下のように設定する。
ｈ_(t-1)j,ti＝ｄ_(t-1)j,ti+ｗ(cosｔ_(t-1)j+ cosｔ_ti)
ｄ_(t-1)j,ti＝［（Ｐ_xti−Ｐ_x(t-1)j）²＋（Ｐ_yti−Ｐ_y(t-1)j）²＋（Ｐ_zti−Ｐ_z(t-1)j）²］^1/2 .
ただし、ｄ_(t-1)j,tiは各推定された位置の距離、ｃｏｓｔ_(t-1)j、ｃｏｓｔ_tiは位置を推定するときに得られるコスト値、ｗは重み係数で、このｗは、例えば距離３ｃｍと位置推定時の最小コストcost_ｍｉｎの３倍の値によって求める。

つまり、
ｗ＝０．０３／（３cost_ｍｉｎ）
としている。時刻ｔ−１、時刻ｔで推定された位置Ｐ(t-1)j、Ｐtiの全ての組合せに対して評価関数の値を求める。そして、評価関数の値の小さい順に並べ、その場合の最も小さい値のものから上位いくつかを抽出して、記憶する。
例えば、評価関数に対して閾値を評定し、評価関数の値が閾値以上の場合、接続情報と評価関数の値は記憶しない。また、２点間の距離が大きい場合、例えば、５ｃｍ以上となる場合には評価関数の算出を中止し、接続情報等の記憶を行わない。
最後に、接続情報と共に記憶されたカプセル型内視鏡３の位置を始点として、接続情報に従って各時刻の推定位置を接続し、評価関数の値の合計を算出する。接続が最も長いルートを抽出することにより各時刻のカプセル型内視鏡３の位置として軌跡を求める。

また、ルートが複数求められた場合、評価関数の合計の小さいルートから各時刻のカプセル型内視鏡３の位置を推定する。ルートが全て途中で切れた場合（評価関数が全て閾値以上、又は距離が５ｃｍ以上等）は、切れた時刻を始点にして前記同様の処理を行い、切れた部分間の接続は実施例４と同様に一方の経路の終点と他方の始点との距離が最短になるように接続する。

時刻ｔ−１、時刻ｔで推定された位置Ｐ(t-1)j、Ｐtiの全ての組合せに対して評価関数の値を求める。そして、評価関数の値の小さい順に並べ、その場合の最も小さい値のものから上位いくつかを抽出して、記憶する。
例えば、評価関数に対して閾値を評定し、評価関数の値が閾値以上の場合、接続情報と評価関数の値は記憶しない。また、２点間の距離が大きい場合、例えば、５ｃｍ以上となる場合には評価関数の算出を中止し、接続情報等の記憶を行わない。
本実施例は以下の効果を有する。
受信するアンテナ１１の個数、配置位置、アンテナ２３の初期の位置（ｘ_ｗｇ，ｙ_ｗｇ，ｚ_ｗｇ）^（０）の与え方、ノイズ等によってカプセル型内視鏡３の位置が複数推定された場合でもカプセル型内視鏡３の位置を一意に決定できる。また、２点間の距離、コスト値を用いて評価関数を設定している為、この評価関数により正確なカプセル型内視鏡３の位置を推定できる。

次に本発明の実施例７を説明する。本実施例の構成は実施例１と同様であり、軌跡推定部の処理内容が異なる。
次に本実施例の作用を説明する。
上述したように図１３（Ｂ）は、カプセル型内視鏡３が存在する空間を複数の領域Ｒ_ｘｙｚ（ｘ＝１，２，３…、ｙ＝１，２，３，…、ｚ＝１，２，３，…）に分割した状態を示す。
また、図１４は時刻ｔ−１、時刻ｔで得られたアンテナ１１の複数の出力値からカプセル型内視鏡３の推定された各位置ｐ(t-1)j（ｊ＝１，２，３，…）、Ｐti（ｉ＝１，２，３，…）を示す。

時刻ｔにおいて推定された位置Ｐti（ｉ＝１，２，３，…）が含まれる領域Ｒ_ｘｙｚを求める。また、時刻ｔ−１で得られた領域と接続する場合、以下の評価関数を算出する。
ｈ_(t-1)j,ti＝ｄ_(t-1)j,ti+ｗ_１(cosｔ_(t-1)j+ cosｔ_ti + ｗ_２／(ｎ_Ｑｌｍｎ、+ ｎ_{Ｑｌｍ＋１ｎ}）
ｄ_(t-1)j,ti＝［（Ｑ_xlmn−Ｑ_xlm+ln）²＋（Ｑ_ylmn−Ｑ_ylm+ln）²＋（Ｑ_zlmn−Ｑ_zlm+ln）²］^1/2 .
ただし、ｄ_(t-1)j,tiは各推定された位置が含まれる領域Ｒ_ｘｙｚの重心位置Ｑ_t-1，Ｑ_ttの距離、cosｔ_(t-1)j、cosｔ_tiは位置を推定するときに得られるコスト値、ｗ_１，ｗ_２は重み係数で、例えば、ｗ_１は距離３ｃｍと位置推定時の最小コストの３倍の値によって求められ、ｗ_２は分割した領域の数と各領域に含まれる推定位置の数（ｎ_Ｑｌｍｎ、ｎ_{Ｑｌｍ＋１ｎ}）によって求められる。

つまり、
ｗ１＝０．０３／（３cost_ｍｉｎ）
ｗ２＝１０００．０
上記評価関数によって抽出された時刻ｔ−１と時刻ｔの推定位置の接続関係を分割された領域間で決定する。接続は隣接する領域間の移動のみとし、隣接する領域が複数存在する場合は領域内に含まれる推定位置の数が多い領域を接続領域とする。図１５は時刻ｔに得られた領域から時刻ｔ−１の接続の状態を示す。時刻ｔで得られた領域と時刻ｔ−１に接続される領域の情報を記録する。記録された全てのデータに対して抽出された領域と接続情報を記録する。

実施例２と同様に最後に記憶された領域を始点、最初に記憶された領域を終点とし、抽出された領域とともに記憶された接続情報を用いて始点から終点までの経路を求める。得られた経路に含まれる領域の数が最大となる経路を求め、得られた経路から各時刻の推定位置を決定する。この場合の推定位置は、領域の中心位置（重心位置）とする。

隣接する領域が複数存在する場合、各領域内に含まれる推定位置のコスト値（測定値の計算値の残差の２乗和等）の最小値を求め、抽出した領域のコスト値が最小の領域を接続領域とする。

各領域のコスト値が最小の推定位置の情報を抽出された領域と接続情報とともに記録する。経路に含まれる領域の数により経路の順位付けを行い、上位いくつかの経路に対して経路全体の距離を求め、経路全体の距離が最小となる経路を求める。また、コスト値の総和が最小となる経路を求めてもよい。
本実施例は以下の効果を有する。
領域を設定することにより推定位置の数が少なくなり、実施例１よりも高速に経路の探索ができる。

なお、上述した各実施例等において、推定されたアンテナ２３（或いはカプセル型内視鏡３）の位置の他に、向きの情報を用いて軌跡を算出する処理に利用しても良い。このように向きの情報も用いると、位置のみの場合よりも精度が高い或いは信頼性が高い軌跡及び位置の算出が可能となる。
なお、上述した各実施例において、異なる実施例を部分的に組み合わせる等して構成される実施例も本発明に属する。また、本発明の要旨を変更することなく、一部を変形したものも本発明に属する。
なお、上述した例では、生体内での生体情報として、体腔内を光学的に撮像した画像情報を取得する場合で説明したが、本発明はこれに限定されるものでなく、例えばｐＨセンサを設けてｐＨを算出するようなカプセル型医療装置にも適用できる。この他に、薬液とその薬液を散布する手段を設けて医療行為を行えるようにしても良い。

［付記］
１．請求項６において、前記複数の経路の長さが最小となるものを算出する場合、ダイクストラ法で算出する。
２．請求項８において、前記評価関数における前記推定情報は、前記２つの位置を推定する際に得られるコスト値（測定値と計算値の残差の２乗和）である。
３．請求項８において、前記評価関数は、前記推定情報としてコスト値を重み付け係数で重み付けしたものを用いた。
４．請求項９において、前記判定手段は、前記２つの位置間の距離が前記条件として所定値以下を満たすか否かにより判定する。
５．請求項９において、前記算出手段は、前記接続関係にあると判定された位置のみに対して始点となる時刻から終点となる時刻までに得られる２点間の距離の総和を求め、前記総和が最小となるものを前記軌跡として算出する。

口から飲み込まれることにより体内を撮像等して生体情報を取得するカプセル型医療装置において、内部に設けたアンテナから電磁波で体外に信号を送信し、その信号を体外に設けた複数のアンテナを用いて受信することにより、生体情報を取得した体内での位置を推定し、複数の位置が推定された場合にもさらに所定の条件を満たすものを抽出する等することにより、信頼性が高い軌跡と位置を算出して、診断に有効利用できるようにしている。

本発明の実施例１のカプセル型内視鏡装置等の構成を示す図。 カプセル型内視鏡の内部構成を示す概略の断面図。 アンテナユニットを構成する複数のアンテナの配置例とそのアンテナに設定した座標系を示す図。 カプセル型内視鏡と体外装置における送受信する電気系の構成を示すブロック図。 カプセル型内視鏡から無線で送信する画像信号等を示す説明図。 カプセル型内視鏡の円形コイルによるアンテナによる任意の位置Ｐにおける電磁界等の成分を示す図。 図６のアンテナが発生した電界をアンテナユニットの棒状のアンテナで受けたとき検出される起電力を示す図。 経時的に隣接する時刻で推定された位置を示す図。 隣接する時刻で推定された位置が予め設定された半径ｒの球内にあるか否かの様子を示す図。 隣接する時刻で推定された位置により軌跡を構成する経路の候補となる接続関係を決定する処理のフローチャート図。 図１０の処理後に、軌跡を算出する処理内容を示すフローチャート図。 カプセル型内視鏡により撮像された画像を算出された軌跡を形成する位置と共に表示する表示例を示す図。 本発明の実施例２における生体に設定した座標系及び生体を複数に分割した小領域を示す図。 隣接する時刻で推定された位置と小領域との関係を示す図。 隣接する時刻において推定された複数の位置から軌跡を算出する候補となる接続関係を決定する様子を示す図。 隣接する時刻において推定された複数の位置から軌跡を算出する候補となる接続関係を決定する処理内容のフローチャート図。 図１６の処理により第２メモリに記憶される２次元配列の情報を示す図。 図１６の処理後に軌跡を算出する処理内容のフローチャート図。 図１８の処理により第３メモリに記憶される２次元配列の情報を示す図。

符号の説明

１…カプセル型内視鏡装置
２…患者
３…カプセル型内視鏡
４…アンテナユニット
５…体外装置
１１…アンテナ
１２…液晶モニタ
１５…対物レンズ
１７…ＣＣＤイメージャ
２０…送受信回路
２３…アンテナ
３３…送受信回路
３５…メモリ
３６…ＣＰＵ
３６ａ…アンテナ位置＆向き推定部
３６ｂ…軌跡推定部

Claims (8)

1. 生体内に挿入され、アンテナを備えたカプセル型体内装置と、
   前記カプセル型体内装置のアンテナから電磁波の信号を無線で送信する無線送信手段と、
   前記生体外に配置される複数の体外アンテナと、
   前記複数の体外アンテナによって受信した時刻における前記電磁波の信号から前記アンテナ若しくはカプセル型体内装置の位置を推定する推定手段と、
   前記推定手段により推定された互いに異なる時刻の位置のものが複数推定された場合に対して設定される条件に従って前記カプセル型体内装置の移動した軌跡を算出する軌跡算出手段と、
   を具備したことを特徴とするカプセル型医療装置。
2. 前記軌跡算出手段は、経時的に隣接する２つの時刻においてそれぞれ推定された２つの位置間の距離が所定値以下のものを前記条件として前記軌跡を算出することを特徴とする請求項１に記載のカプセル型医療装置。
3. 前記軌跡算出手段は、経時的に最初の時刻で推定された始点となる位置と最終の時刻で推定された終点となる位置との間において、始点と終点との間で推定された各位置を結ぶ複数の経路における所定値以下のものを前記条件として前記軌跡を算出することを特徴とする請求項１に記載のカプセル型医療装置。
4. 前記軌跡算出手段は、前記カプセル型医療装置が挿入される前記生体を複数の小領域に分割し、経時的に隣接する２つの時刻においてそれぞれ推定された２つの位置が近接した関係の小領域内にあるか否かを前記条件として前記軌跡を算出することを特徴とする請求項１に記載のカプセル型医療装置。
5. 前記軌跡算出手段は、前記始点と終点との間で推定された各位置を結ぶ複数の経路の長さが最小となるものを前記軌跡として算出することを特徴とする請求項３に記載のカプセル型医療装置。
6. 前記軌跡算出手段は、前記始点と終点との間で推定された各位置を結ぶ複数の経路に含まれる推定された位置が最大となるものを前記軌跡として算出することを特徴とする請求項３に記載のカプセル型医療装置。
7. 前記軌跡算出手段は、経時的に隣接して推定された２つの位置に対して、前記２つの位置間の距離情報と、２つの位置を推定する際に得られる推定情報とを含む評価関数を定義し、この評価関数の値が所定値以下となるものを前記条件として、前記軌跡を算出することを特徴とする請求項１に記載のカプセル型医療装置。
8. 前記軌跡算出手段は、経時的に隣接する２つの時刻においてそれぞれ推定された２つの位置が前記軌跡の候補となる接続関係にある位置となるものを前記条件に従って判定する判定手段と、前記接続関係にある位置と判定された情報を用いて接続関係の経路を調べることにより前記軌跡を算出する算出手段とを有することを特徴とする請求項１に記載のカプセル型医療装置。

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