JP5096034B2

JP5096034B2 - 位置検出装置および医療装置誘導システム

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Publication number: JP5096034B2
Application number: JP2007118133A
Authority: JP
Inventors: 淳千葉; 昭夫内山; 敦志木村; 良次佐藤
Original assignee: Olympus Medical Systems Corp
Current assignee: Olympus Medical Systems Corp
Priority date: 2007-04-27
Filing date: 2007-04-27
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2027-04-27
Also published as: EP2163182A1; JP2008272150A; EP2163182A4; US8446147B2; WO2008136281A1; CN101668472A; CN101668472B; US20100134096A1

Description

本発明は、位置検出装置および医療装置誘導システムに関するものである。

近年、被検者等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カプセル型内視鏡等に代表されるカプセル型医療装置（検知体）が実用化に向けて研究開発されている。
このようなカプセル型医療装置を体腔管路内の所定位置に誘導するためには、カプセル型医療装置の体腔管路内における位置を精度よく検出する必要がある。

体腔管路内のカプセル型医療装置の位置を精度よく検出するための位置検出装置として、被検者等の外部から磁界を作用させ、検知体に備えられた内蔵コイルから発生される誘導磁界を外部の磁気センサにより検出するものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

この特許文献１に開示されている位置検出装置は、被検者を配置する検出空間を挟んで対向配置された一対のヘルムホルツ型の磁界発生用コイルを有する第１の磁界発生部と、該第１の磁界発生部により発生される第１の磁界の方向と略一致する方向に検出方向を有するように配列された複数の検出コイルを有する磁界検出部と、第１の磁界に対して略逆位相の第２の磁界を発生する第２の磁界発生部とを有している。

特許文献１の位置検出装置によれば、第２の磁界発生部を磁界検出部の近傍に配置して、該第２の磁界発生部から発生される第２の磁界によって、磁界検出部に入射する第１の磁界発生部からの第１の磁界をキャンセルすることができる。その結果、カプセル型医療装置内の内蔵コイルから発生される誘導磁界を際立たせて磁界検出部により検出させることができ、カプセル型医療装置の位置検出精度を向上することができるという利点がある。

特開２００７−５４２４６号公報

この場合において、検知体の内蔵コイルの開口方向が第１の磁界に対して直交してしまうと誘導磁界が発生しないので検知体を見失ってしまう不都合がある。そのような不都合を解決するためには、内蔵コイルがいずれの方向を向いても検知体の内蔵コイルの開口方向が第１の磁界に対して直交してしまわないように、第１の磁界を同一平面内に配されず相互に交差する３方向から検出空間に向けて発生可能であることが必要となる。

しかしながら、特許文献１に開示されているように、第１の磁界発生部および第２の磁界発生部による磁界発生方向と磁界検出部による検出方向とを一致させたものを３組使用する場合、直方体状の検出空間の外側全てを取り囲むように、第１の磁界発生部、第２の磁界発生部および磁界検出部を配置することが必要となる。このため、被検者のような検査対象物全体を収容する検出空間に適用する場合、装置が大型化してしまうことが考えられる。

装置が大型化した場合、検出空間が大きくなって磁界検出部が検知体から離れてしまうので、検出コイルとして高感度のものが必要となったり、磁界発生部として強大な磁界を発生させることができるものが必要となったりする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、磁界検出部を検知体に近接して配置でき、装置の小型化、低コスト化を図りつつ、検知体の位置を精度よく検出することができる位置検出装置および医療装置誘導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、少なくとも１つの内蔵コイルを含む回路を備える検知体が配置される検出空間に対し、少なくとも１つの磁界発生コイルを備え第１の磁界を発生させる第１の磁界発生部と、該第１の磁界発生部により発生された前記第１の磁界により前記内蔵コイルから発生される誘導磁界を検出するよう配列された複数の検出コイルを備える磁界検出部と、前記第１の磁界発生部により発生され前記検出コイルに入射する第１の磁界に対して略逆位相の磁界成分を有する少なくとも１つの磁界発生コイルを備え第２の磁界を発生させる第２の磁界発生部とを備え、前記第１の磁界発生部と前記検出コイルとが、前記第１の磁界の発生方向と、前記誘導磁界の検出方向とを交差させるように配置され、前記第２の磁界発生部は、前記複数の検出コイルのうちの前記第１の磁界発生部に隣接する位置に配置された検出コイルが配置された位置に配置され、当該前記第１の磁界発生部に隣接する位置に配置された検出コイルよりも前記第１の磁界発生部から遠い位置に配置された検出コイルが配置された位置には配置されない位置検出装置を提供する。

本発明によれば、第２の磁界発生部により発生した第２の磁界の検出コイルに入射する第１の磁界とは略逆位相の磁界成分により、検出コイルに入射する第１の磁界がキャンセルされるので、検知体の内蔵コイルから発生する誘導磁界を際立たせて、精度よく位置検出を行うことができる。この場合において、第１の磁界の発生方向と、誘導磁界の検出方向とを交差させるように第１の磁界発生部と検出コイルとを配置することにより、相互に交差する複数方向の第１の磁界による検知体からの誘導磁界を同一の磁界検出部によって検出することが可能となる。その結果、第１の磁界の方向毎に磁界検出部を配置する必要がなく、検知体に最も近接する位置に配置された単一の磁界検出部によって複数方向の第１の磁界に対する内蔵コイルからの誘導磁界を検出でき、検出空間の大型化を防止して、装置の小型化および低コスト化を図ることができる。

上記発明においては、前記第１の磁界発生部と前記検出コイルとが、前記第１の磁界発生方向と前記誘導磁界の検出方向とを略直交させるように配置されていることが好ましい。

上記発明においては、前記第２の磁界発生部が、前記第１の磁界発生部に対する各検出コイルの配置に応じて異なる強度の第２の磁界を発生させることとしてもよい。
第１の磁界の発生方向と、誘導磁界の検出方向とを交差させるように第１の磁界発生部と検出コイルとを配置することにより、配列された複数の検出コイルに入射する第１の磁界の強度は検出コイルの配置に応じて相違するようになる。このようにすることで、各検出コイルに入射する異なる強度の第１の磁界を効果的にキャンセルすることができ、より精度よく検知体の位置検出を行うことができる。

また、上記発明においては、前記第２の磁界発生部が、前記第１の磁界発生部に対する配置に応じてグループ分けされた複数の検出コイル群に対して異なる強度の第２の磁界を発生させることとしてもよい。
このようにすることで、同等の強度の第１の磁界が入射する検出コイルを同一の検出コイル群にグループ分けし、グループ単位で同一の第２の磁界により第１の磁界をキャンセルすることができ、第２の磁界発生部を簡略化することができる。

また、上記発明においては、前記第２の磁界発生部が、各検出コイルに対して個別に設けられていることとしてもよい。
このようにすることで、検出コイル毎に異なる強度および方向で入射する第１の磁界を個別に効果的にキャンセルして、検知体の位置検出精度を向上することができる。

また、上記発明においては、前記第１の磁界発生部の少なくとも１つの磁界発生コイルが、前記検出空間を取り囲む略円筒面に沿って配置され、前記略円筒面の半径方向一方向に前記第１の磁界を発生させる半径方向磁界発生コイルであることとしてもよい。
このようにすることで、半径方向磁界発生コイルの作動により、検出空間を取り囲む略円筒面の半径方向一方向に第１の磁界を発生し、該第１の磁界に交差する他の半径方向に検出方向を有する磁界検出部により検知体の内蔵コイルからの誘導磁界を精度よく検出することができる。第１の磁界発生部の半径方向磁界発生コイルを検出空間を取り囲む略円筒面に沿って配置することにより、検出空間に収容する被検査対象、例えば、人体と干渉しないように半径方向磁界発生コイルを近接させることができる。

また、上記発明においては、前記第１の磁界発生部の少なくとも１つの磁界発生コイルが、前記検出空間を取り囲む略円筒面に沿って配置され、前記略円筒面の半径方向一方向に第１の磁界を発生させる第１の半径方向磁界発生コイル、および、前記略円筒面に沿って配置され、前記第１の半径方向磁界発生コイルにより発生される第１の磁界と交差する前記略円筒面の半径方向に半径方向磁界を発生させる第２の半径方向磁界発生コイルであることとしてもよい。
このようにすることで、第１の半径方向磁界発生コイルおよび第２の半径方向磁界発生コイルの作動により、相互に交差する半径方向２方向からの磁界を検出空間に発生し、両半径方向磁界のそれぞれによる検知体の内蔵コイルからの誘導磁界を同一の磁界検出部により精度よく検出することができる。

また、上記発明においては、前記第２の半径方向磁界発生コイルにより発生される半径方向磁界の発生方向が、前記検出コイルによる前記誘導磁界の検出方向に一致し、前記第２の半径方向磁界発生コイルにより発生され、全ての検出コイルに入射する半径方向磁界に対して略逆位相の第３の磁界を発生させる第３の磁界発生部を備えることとしてもよい。

このようにすることで、第２の半径方向磁界発生コイルにより発生される半径方向磁界により検知体の内蔵コイルに誘導される誘導磁界が、前記半径方向磁界と同一方向に検知方向を有する前記検出コイルにより検出される。検出コイルには第２の半径方向磁界発生コイルにより発生される半径方向磁界と、該半径方向磁界に対して略逆位相となる第３の磁界が入射されるので、半径方向磁界がキャンセルされて内蔵コイルからの誘導磁界を精度よく検出することができる。

また、上記発明においては、前記第１の磁界発生部の少なくとも１つの磁界発生コイルが、前記検出空間を取り囲む略円筒面に沿って配置され、前記略円筒面の軸方向に軸方向磁界を発生する軸方向磁界発生コイルであることとしてもよい。
このようにすることで、検知体の内蔵コイルの開口方向が検出空間の軸方向に一致してもこの軸方向磁界発生コイルの作動により、内蔵コイルに誘導磁界を発生させ、検知体の位置を精度よく検出することが可能となる。

また、上記発明においては、前記第２の磁界発生部の少なくとも１つの磁界発生コイルが、前記検出空間を取り囲む略円筒面に沿って配置され、前記略円筒面の半径方向一方向に前記第２の磁界を発生させることとしてもよい。
また、上記発明においては、前記検知体の位置および方向の少なくとも一方に応じて、前記第１の磁界発生部に備えられた少なくとも１つの磁界発生コイルと、前記第２の磁界発生部に備えられた少なくとも１つの磁界発生コイルのうち、動作させる磁界発生コイルを選択する切換部を備えることとしてもよい。

また、上記発明においては、前記第３の磁界発生部が少なくとも１つの磁界発生コイルを備え、前記検知体の位置および方向の少なくとも一方に応じて、前記第１の磁界発生部に備えられた少なくとも１つの磁界発生コイルと、前記第２の磁界発生部に設けられた少なくとも１つの磁界発生コイルと、前記第３の磁界発生部に備えられた少なくとも１つの磁界発生コイルのうち、動作させる磁界発生コイルを選択する切換部を備えることとしてもよい。

また、上記発明においては、前記第１の磁界発生部に備えられた少なくとも１つの磁界発生コイルと、前記第２の磁界発生部に備えられた少なくとも１つの磁界発生コイルのうちの少なくとも２つの磁界発生コイル間の相互インダクタンスの値に応じて、前記第１の磁界発生部の出力と、前記第２の磁界発生部の出力とを制御する制御部を備えることとしてもよい。

また、上記発明においては、前記第３の磁界発生部が少なくとも１つの磁界発生コイルを備え、前記第１の磁界発生部に備えられた少なくとも１つの磁界発生コイルと、前記第２の磁界発生部に備えられた少なくとも１つの磁界発生コイルと、前記第３の磁界発生部に備えられた少なくとも１つの磁界発生コイルのうちの少なくとも２つの磁界発生コイル間の相互インダクタンスの値に応じて、前記第１の磁界発生部の出力と、前記第２の磁界発生部の出力と、前記第３の磁界発生部の出力とを制御する制御部を備えることとしてもよい。

また、上記発明においては、前記第１の磁界発生部に備えられた少なくとも１つの磁界発生コイルと、前記第２の磁界発生部に備えられた少なくとも１つの磁界発生コイルとが直列に接続されていることとしてもよい。
また、上記発明においては、前記第３の磁界発生部が少なくとも１つの磁界発生コイルを備え、前記第１の磁界発生部に備えられた少なくとも１つの磁界発生コイルと、前記第３の磁界発生部に備えられた少なくとも１つの磁界発生コイルとが直列に接続されていることとしてもよい。
このようにすることで、相互に逆位相となる２つの磁界発生コイルから発生される磁界を簡易に同期させることができる。

また、本発明は、前記検知体が、前記内蔵コイルを含む回路と磁石とを備える医療装置であり、上記いずれかの位置検出装置と、前記磁石に作用させて前記医療装置を誘導する第４の磁界を発生する少なくとも１つの磁界発生コイルを備える第４の磁界発生部とを備える医療装置誘導システムを提供する。
本発明によれば、第４の磁界発生部により発生される第４の磁界を医療装置内の磁石に作用させることにより、医療装置を検出空間内において移動させることができる。この場合に、上記いずれかの位置検出装置により、医療装置に近接して配置した磁界検出部により、高精度に位置検出を行い、医療装置を精度よく誘導することができる。

また、本発明は、前記検知体が、前記内蔵コイルを含む回路と磁石とを備える医療装置であり、上記いずれかの位置検出装置と、前記磁石に作用させて前記医療装置を誘導する第４の磁界を発生する少なくとも１つの磁界発生コイルを備える第４の磁界発生部とを備え、前記位置検出装置が、前記第１の磁界発生部に備えられた少なくとも１つの磁界発生コイルと、前記第２の磁界発生部に備えられた少なくとも１つの磁界発生コイルと、前記第４の磁界発生部に備えられた少なくとも１つの磁界発生部のうちの少なくとも２つの磁界発生コイル間の相互インダクタンスの値に応じて、前記第１の磁界発生部の出力と、前記第２の磁界発生部の出力とを制御する制御部を備える医療装置誘導システムを提供する。

また、本発明は、前記検知体が、前記内蔵コイルを含む回路と磁石とを備える医療装置であり、上記位置検出装置と、前記磁石に作用させて前記医療装置を誘導する第４の磁界を発生する少なくとも１つの磁界発生コイルを備える第４の磁界発生部とを備え、前記位置検出装置は、前記第３の磁界発生部が少なくとも１つの磁界発生コイルを備え、前記第１の磁界発生部に備えられた少なくとも１つの磁界発生コイルと、前記第２の磁界発生部に備えられた少なくとも１つの磁界発生コイルと、前記第３の磁界発生部に備えられた少なくとも１つの磁界発生コイルと、前記第４の磁界発生部に備えられた少なくとも１つの磁界発生部のうちの少なくとも２つの磁界発生コイル間の相互インダクタンスの値に応じて、前記第１の磁界発生部の出力と、前記第２の磁界発生部の出力とを制御する制御部を備える医療装置誘導システムを提供する。

磁界検出部を検知体に近接して配置でき、装置の小型化、低コスト化を図りつつ、検知体の位置を精度よく検出することができるという効果を奏する。

以下、本発明の第１の実施形態に係る位置検出装置１について図１〜図５を参照して説明する。
本実施形態に係る位置検出装置１は、図１に示されるように、検出空間Ｓを一方向に貫通する交番磁界（以下、第１の磁界Ｍ_１という。）を発生する磁界発生コイル（第１の磁界発生部）２と、検知体３に搭載された内蔵コイル３ａが発生した誘導磁界を検知する磁界センサ（磁界検出部）４と、磁界発生コイル２を駆動制御する駆動部５と、磁界センサ１２から出力された信号を処理する検出部（磁界検出部）５と、逆位相磁界（第２の磁界Ｍ_２）を発生する逆位相磁界発生コイル（第２の磁界発生部）６とを備えている。

検知体３としては、被検者等の体内に投入され医療行為を行なうカプセル型医療装置などを例示することができる。
検知体３内には、図１に示すように、内蔵コイル３ａと所定容量のコンデンサ（図示せず）とを有する検知体閉回路（図示せず）によって、所定の周波数で共振を起こすＬＣ型共振回路が設けられている。
なお、上述のようにＬＣ型共振回路を検知体閉回路として用いてもよいし、内蔵コイル３ａにおける寄生容量により所定の共振周波数を実現できる場合には、両端を開放された内蔵コイル３ａのみでも検知体閉回路が形成される。

磁界発生コイル２は、図１に示す例では、例えば、平面的な矩形状に巻かれ、検出空間を挟んで対向するように２カ所に配置されている。これにより、磁界発生コイル２は、図２に示されるように、対向方向に沿う方向に磁界を発生させるヘルムホルツコイル状に構成されている。

また、磁界発生コイル２は、前記駆動部５に電気的に接続されている。
駆動部５は、磁界発生コイル２で発生する第１の磁界の周波数の交流信号を出力する信号発生部７と、該信号発生部７から入力された交流信号を増幅して磁界発生コイル２を駆動する増幅器８とを備えている。

磁界センサ４は、図１に示す例では、平面上に２次元的に配列された複数（例えば、１５個）の検出コイル４ａを備えている。各検出コイル４ａは、その検出方向をそれらの配列平面に直交する方向に向けて配置されている。また、各検出コイル４ａは、検出部９に電気的に接続されている。

また、磁界センサ４は、前記磁界発生コイル２による磁界発生方向に対して、各検出コイル４ａの検出方向が直交するように配置されている。
すなわち、図２に示されるように、略平行間隔を空けて対向配置される一対の磁界発生コイル２の間に形成される直方体状の検出空間Ｓの一面に磁界センサ４が配置されている。

検出部９は、検出コイル４ａからの出力信号（磁界強度信号）に含まれる不要な周波数成分をカットするフィルタ１０と、不要成分がカットされた出力信号を増幅する増幅器１１と、増幅された出力信号をアナログ信号からデジタル信号へ変換するＡ／Ｄ変換器１２と、デジタル信号に変換された出力信号に基づいてＦＦＴ演算処理するＦＦＴ演算部１３とを備えている。

また、ＦＦＴ演算部１３には制御部１４が接続されている。制御部１４、ＦＦＴ演算部１３による演算結果を受けると、これを位置情報演算部１５に送って内蔵コイル３ａの位置、すなわち、カプセル医療装置のような検知体４の位置および方向を演算させるようになっている。演算された検知体３の位置および方向は表示部１６に表示されるとともに、メモリ１７に記憶されるようになっている。

また、制御部１４は、前記磁界センサ４に備えられた複数の検出コイル４ａの出力信号から所定の検出コイル３ａの出力信号を選択するようになっている。これにより、位置検出に必要な検出コイル３ａの出力信号のみを選択して位置情報演算部１５における演算負荷を低減させることができるようになっている。位置検出に必要な出力信号としては、信号強度の強い出力信号や、検知体３との距離が近い位置に存在する検出コイル３ａからの出力信号などを採用することができる。

前記逆位相磁界発生コイル６は、略平面状に形成されたコイルであり、前記磁界センサ４を構成する検出コイル４ａの内、前記２つの磁界発生コイル２に近接して配置されている複数の検出コイル４ａ（図１に示す例では、６個ずつ２つの検出コイル４ａ群）にそれぞれ対向する２カ所に配置されている。
各逆位相磁界発生コイル６は、対向する検出コイル４ａの検出方向に沿って第２の磁界Ｍ_２を発生するようになっている。

また、本実施形態においては、２つの磁界発生コイル２と２つの逆位相磁界発生コイル６とは相互に直列に接続されている。これにより、これら４つの磁界発生コイル２，６から発生する第１の磁界Ｍ_１および第２の磁界Ｍ_２を、位相を完全に同期させた状態で発生させることができるようになっている。

このように構成された、本実施形態に係る位置検出装置１の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る位置検出装置１を用いて、被検者の体内に導入したカプセル型医療装置等の検知体３の位置を検出するには、まず、駆動部５において、図１に示すように、信号発生部７が所定周波数の交流信号を生成する。生成された交流信号は増幅器８に出力される。増幅器８は入力された交流信号を所定の強さに増幅し、増幅された交流信号は磁界発生コイル２に出力される。磁界発生コイル２は、増幅された交流信号が供給されることにより、第１の磁界を周囲に形成する。

検知体３に上記第１の磁界の磁束が通過すると、その内部に搭載された内蔵コイル３ａを有する検知体閉回路に所定周波数の共振電流が誘起される。検知体閉回路に共振電流が誘起されると、共振電流により内蔵コイル３ａは周囲に所定周波数の誘導磁界を形成する。

磁界センサ４の検出コイル４ａには、上述の第１の磁界および誘導磁界による磁束が通過するため、検出コイル４ａは両磁界を加算した合成磁界を捉え、通過する磁束の変化に基づいた誘導電流である出力信号を発生する。検出コイル４ａの出力信号は、検出部９に向けて出力される。

検出部９においては、入力された出力信号は、増幅器１１において増幅された後に、Ａ／Ｄ変換器１２によりディジタル信号に変換され、その後、ＦＦＴ演算部１３においてＦＦＴ処理される。そして、ＦＦＴ処理結果は、制御部１４を介して位置情報演算部１５に送られて、検知体３の位置および方向が算出される。

この場合において、本実施形態に係る位置検出装置１は、逆位相磁界発生コイル６を備えているので、以下の効果を有する。
すなわち、図２に示されるように、逆位相磁界発生コイル６を有しない場合には、磁界発生コイル２は、その中央近傍において、約直線状の第１の磁界Ｍ_１を形成し、その周縁近傍において磁界発生コイル１１の線材を回り込む湾曲した第１の磁界Ｍ_１を形成する。

仮に、検出空間Ｓに対して磁界発生コイル２を十分に大きく構成できる場合には、検出空間Ｓの全域に、理想的な直線状の第１の磁界Ｍ_１を形成することができる。しかしながら、この場合には、装置が大型化してしまう問題がある。

検出空間Ｓを大きく確保し、かつ、装置の大型化を防止するためには、磁界発生コイル２により発生する第１の磁界Ｍ_１が湾曲した領域にも検査空間Ｓを配置すること、すなわち、第１の磁界Ｍ_１が湾曲した領域に磁界センサ４を配置する必要がある。しかしながら、この場合には、磁界発生コイル２により発生された湾曲した磁界が、直接磁界センサ４の検出コイル４ａを通過することになる。磁界発生コイル２からの第１の磁界Ｍ_１は、検知体３内の内蔵コイル３ａから発生する誘導磁界に対して極めて大きいため、磁界発生コイル２からの磁界信号に内蔵コイル３ａからの誘導磁界信号が埋もれてしまうことになる。

さらに、本実施形態におけるように、磁界発生コイル２による第１の磁界Ｍ_１の発生方向と磁界センサ４の検出コイル４ａによる誘導磁界の検出方向とが交差している場合には、一方の磁界発生コイル２に隣接する検出コイル４ａに入射する第１の磁界Ｍ_１の方向と、他方の磁界発生コイル２に隣接する検出コイル４ａに入射する第１の磁界Ｍ_１の方向とが相違する。

本実施形態に係る位置検出装置１によれば、図３に示されるように、方向の異なる第１の磁界Ｍ_１がそれぞれ入射する検出コイル４ａにそれぞれ対向するように逆位相磁界発生コイル６を配置しているので、検出コイル４ａに入射しようとする第１の磁界Ｍ_１とは逆位相の磁界成分を有する第２の磁界Ｍ_２が発生される。これにより、検出コイル４ａに入射する第１の磁界Ｍ_１の少なくとも一部がキャンセルされて軽減される。

最も理想的には、図４に示されるように、検出コイル４ａに入射する第１の磁界Ｍ_１が完全にキャンセルされ、磁界発生コイル２の周縁近傍においても、直線状の第１の磁界Ｍ_１が形成されるようになる。
このように、本実施形態に係る位置検出装置１によれば、磁界発生コイル２の磁界発生方向に対して直交する方向に検出方向を有するように検出コイル４ａを配置しても、磁界発生コイル２からの第１の磁界Ｍ_１が直接検出コイル４ａに入射するのを抑制し、あるいは消滅させて、検出コイル４ａにより検出される信号内における誘導磁界信号のＳＮ比を向上し、検知体３の位置を精度よく検出することができるという利点がある。

そして、このように磁界発生コイル２の磁界発生方向と磁界センサ４の検出方向とを直交させて配置することにより、図５に示されるように、磁界発生方向を遮るように磁界センサ４を配置する必要がなく、磁界発生コイル２を貫通させて被検査対象Ｐを配置することも可能となる。また、このように磁界発生コイル２の磁界発生方向と磁界センサ４の検出方向とを直交させて配置することにより、図６に示されるように、同一の磁界センサ４により、異なる複数の方向に発生させた第１の磁界Ｍ_１１，Ｍ_１２に基づく誘導磁界を検出することができる。

図６に示す例では、内蔵コイル３ａの位置および方向の少なくとも一方に応じて、動作させる磁界発生コイル２および逆位相磁界発生コイル６を選択する切換部１８が備えられ、制御部１４の作動により切換部１８が作動されるようになっている。

なお、本実施形態においては、磁界発生コイル２と磁界センサ４とを直交させた場合を例示して説明したが、これに限定されるものではなく、９０°以外の角度をなして交差させることにしてもよい。
また、磁界発生コイル２として２つのコイルを対向させたヘルムホルツ型のものを例示したが、これに代えて、単一の磁界発生コイル２により第１の磁界Ｍ_１を発生させることとしてもよい。

また、本実施形態においては、単一の磁界センサ４により誘導磁界を検出することとしたが、これに代えて、図７に示されるように、２以上の磁界センサ４を配置することにしてもよい。この場合においても、各磁界センサ４の検出コイル４ａによる検出方向を磁界発生コイル２による磁界発生方向と交差させるとともに、逆位相磁界発生コイル６を磁界センサ４毎に設けることにすればよい。このようにすることで、さらに検出精度を向上することができる。

また、上記発明においては、各逆位相磁界発生コイル４が、６個の検出コイル４ａ群に対向して配置される場合を例示して説明したが、これに代えて、図８に示されるように、各検出コイル４ａに個別に逆位相磁界発生コイル４を対向させて配置し、その発生する第２の磁界Ｍ_２の強度を異ならせることとしてもよい。磁界発生コイル２に対する配置に応じて検出コイル４ａに入射する第１の磁界Ｍ_１の強度が異なるので、個別に逆位相磁界発生コイル６を設けることで、より厳密に、検出コイル４ａに入射する第１の磁界Ｍ_１をキャンセルすることができる。

また、検出コイル４ａ毎に逆位相磁界発生コイル６を設ける場合には、図９に示されるように、各位置に相互に直交する３方向の誘導磁界を検出可能な検出コイル４ａを配置することにしてもよい。

また、本実施形態に係る位置検出装置１を備えた医療装置誘導システム２０においては、図１０に示されるように磁界発生コイル２の他に医療装置３を誘導するための誘導磁界を発生する誘導用磁界発生コイル２１が配置される。例えば、カプセル医療装置や内視鏡の挿入部先端のような医療装置３内に磁石（図示略）を配置して、制御部１４からの指令により、誘導用磁界制御部２２および駆動部２３を介して、誘導用磁界発生コイル２１を作動させ、外部から誘導磁界を磁石に作用させることにより、磁石に磁気吸引力または磁気反発力を発生させて、医療装置３を所望の方向に誘導することができる。

この場合に、医療装置３の位置検出を行うための第１の磁界Ｍ_１を磁界発生コイル２から発生させると、第１の磁界Ｍ_１が逆位相発生コイル６に作用することによる磁気誘導によって、逆位相発生コイル６から相互インダクタンスなどの電気的結合により干渉磁界が発生する。したがって、逆位相磁界発生コイル６により発生する第２の磁界Ｍ_２は、磁界発生コイル２からの第１の磁界Ｍ_１のみならず、逆位相発生コイル６自体により発生される干渉磁界をも考慮してその強度を設定することが必要となる。また、干渉磁界は磁界発生コイル２、逆位相磁界発生コイル６と誘導用磁界発生コイル２１との電気的結合からも発生するので、全ての干渉磁界を考慮してその強度を設定する必要がある。具体的に各コイル間の相互インダクタンスを考慮して各コイルに流す電流、各コイルに印加する電圧または各コイルの出力を制御すればよい。

なお、干渉磁界の発生源は、誘導用磁界発生コイル２１に限定されるものではなく、医療装置３の内部に備えられる電力発生用コイルや、外部に配置される無線給電用磁界発生コイル等、他の発生源も存在する可能性がある。また、誘導用磁界発生コイル２１はコア材を有していてもよい。これらの場合には、その全てを考慮して逆位相磁界発生コイル６からの第２の磁界Ｍ_２の強度を調節する必要がある。相互インダクタンスは予め測定して値を持っていてもよいし、測定中に随時計算することにより求めてもよい。

また、本実施形態に係る位置検出装置１においては、磁界発生コイル２と逆位相磁界発生コイル６とを直列に接続することにより、発生する第１の磁界Ｍ_１および第２の磁界Ｍ_２を簡易に確実に同期させることとしたが、これに代えて、並列接続を採用し、他の手段により第１の磁界Ｍ_１および第２の磁界Ｍ_２を同期させることとしてもよい。

次に、本発明の第２の実施形態に係る位置検出装置３０について、図１１〜図１５を参照して以下に説明する。
本実施形態の説明において、第１の実施形態に係る位置検出装置１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。

本実施形態に係る位置検出装置３０は、図１１に示されるように、磁界発生コイル６，３１ａ〜３１ｃ，３３を円筒面に沿って配置している点において、第１の実施形態に係る位置検出装置１と相違している。
本実施形態に係る位置検出装置３０においては、図１１に示されるように、略水平方向に中心線を有する検出空間Ｓを半径方向に挟む位置に配置され、Ｘ方向に沿う略水平な第１の磁界Ｍ_１１を発生する磁界発生コイル３１ａと、検出空間Ｓを半径方向に挟む位置に配置され、Ｙ方向に沿う略鉛直な第１の磁界Ｍ_１２を発生する磁界発生コイル３１ｂと、検出空間Ｓを軸方向に挟む位置に配置され、軸方向（Ｚ方向）に沿う第１の磁界Ｍ_１３を発生する磁界発生コイル３１ｃとが備えられている。

また、検出空間Ｓには、図１２および図１３に示されるように、軸方向に沿って略水平なベッド３２が配置され、被検査対象である被検者を水平に寝かせた状態で配置することができるようになっている。
図１２は、説明の簡略のために、第１の磁界Ｍ_１１を発生する磁界発生コイル３１ａと、これに関連する逆位相磁界発生コイル６の配置を示した図である。
また、図１３は、第１の磁界Ｍ_１２を発生する磁界発生コイル３１ｂと、これに関連する逆位相磁界発生コイル３３の配置を示した図である。

そして、磁界センサ４は、ベッド３２の下部およびベッドの上方に配置されている。図１２中、上方の磁界センサ４は、第１の磁界Ｍ_１１の逆位相となる第２の磁界Ｍ_２１が必要ない位置に配置されているので図示を省略している。

さらに磁界センサ４の下方には、図１２に示されるように、該磁界センサ４に備えられる複数の検出コイル４ａをグループ分けした部分的な検出コイル４ａ群に対して磁界発生コイル３１ａにより発生される第１の磁界Ｍ_１１とは逆位相となる第２の磁界Ｍ_２１を発生させる逆位相磁界発生コイル６が２箇所に設けられている。

図１４および図１５に、図１２の鎖線Ａに沿うＹ方向の磁界強度および鎖線Ｂに沿うＹ方向の磁界強度をそれぞれ示す。図１４によれば、逆位相磁界発生コイル６が存在しない場合（破線で示すグラフの場合）には、検出コイル４ａの検出範囲（センサ検出範囲）を越えた合成磁界が検出コイル４ａに入射していることがわかる。一方、逆位相磁界発生コイル６を作動させた場合（実線で示すグラフの場合）には、検出コイル４ａに入射する合成磁界を抑制し、検出コイル４ａの検出範囲内に合成磁界の磁界強度を抑制することができる。

また、図１５によれば、逆位相磁界発生コイル６の有無にかかわらず、ベッド３２の上方の磁界強度のＸ方向の分布がほぼ一定に維持されていることがわかる。その結果、検出空間Ｓにおける磁界強度を維持しつつ、検出コイル４ａに入射する合成磁界の強度を低減することができる。すなわち、検出精度を悪化させることなく、検出空間Ｓに必要な強度の磁界を発生させることができるという利点がある。

また、図１３に示されるように、下方の磁界センサ４のさらに下方には、Ｙ方向に沿う第１の磁界Ｍ_１２を発生する磁界発生コイル３１ｂと、磁界センサ４の検出コイル４ａの近傍における第１の磁界Ｍ_１２をキャンセルするための逆位相の磁界Ｍ_２２（第３の磁界）を発生する逆位相磁界発生コイル３３とが配置されている。また、上方の磁界センサ４のさらに上方にも、Ｙ方向に沿う第１の磁界Ｍ_１２を発生する磁界発生コイル３１ｂと、検出コイル４ａの近傍における第１の磁界Ｍ_１２をキャンセルするための逆位相の磁界Ｍ_２２を発生する逆位相磁界発生コイル３３とが配置されている。

第１の磁界Ｍ_１２は、磁界センサ４を構成する検出コイル４ａの検出方向であるＹ方向に発生されるので、全ての検出コイル４ａに対して同等に作用する。したがって、これをキャンセルするための逆位相の磁界Ｍ_２２も全ての検出コイル４ａに同等に作用するように、単一の逆位相磁界発生コイル３３が磁界センサ４毎に配置されている。
これら、磁界発生コイル３１ａ，３１ｂ、逆位相磁界発生コイル６，３３は、いずれも、ほぼ同径の円筒面に沿って、検出空間Ｓを取り囲むように設けられている。

また、Ｚ方向に沿う第１の磁界Ｍ_１３を発生する磁界発生コイル３１ｃは、検出空間の軸方向の両側に配置された略円形のコイルからなる。磁界発生コイル３１ｃは、その開口内に被検者を貫通させる必要から、検査空間Ｓに対して比較的大きなヘルムホルツコイルとして形成されるので、第１の磁界Ｍ_１３が軸方向にほぼ直線状に形成される。このため、第１の磁界Ｍ_１３に対しては逆位相磁界発生コイルを設ける必要がない。
また、検出空間Ｓは略円柱状に限定されるものではなく略直方体状に形成されていてもよい。

このように、本実施形態に係る位置検出装置３０によれば、磁界発生コイル３１ａ〜３１ｃが検出空間Ｓを取り囲む円筒面上に沿って配置され、かつ、検出空間Ｓ内に配置したベッド３２の下方に近接させて磁界センサ４を配置している。したがって、磁界センサ４によって検出空間Ｓが遮られることがなく、被検者のような被検出対象の収容スペースを大きく確保しつつ、装置全体をコンパクトに構成することができる。

その結果、磁界センサ４を検知体３に近い位置に配置して、検出コイル３ａとして比較的感度の低いものを採用することができる。また、検出空間Ｓを必要最小限に抑えて、磁界発生コイル３１ａ，３１ｂ，３１ｃに加える電力を軽減することができる。

また、Ｘ方向に沿う第１の磁界Ｍ_１１、Ｙ方向に沿う第１の磁界Ｍ_１２およびＺ方向に沿う第１の磁界Ｍ_１３を検出空間Ｓに形成し、検知体３の位置に応じてＭ_１１，Ｍ_１２，Ｍ_１３を切り換えることで、検出空間Ｓ内に配置される検知体３がいずれの方向を向いていても、これを見失うことなく、その位置および方向を精度よく検出することができる。

本発明における第１の実施形態に係る位置検出装置を説明する模式的な全体構成図である。図１の位置検出装置の磁界発生コイルと磁界センサとの配置および逆位相磁界発生コイルを有しない場合の磁界発生コイルによる第１の磁界を模式的に示す側面図である。図１の位置検出装置の磁界発生コイルと磁界センサとの配置および逆位相磁界発生コイルによる第２の磁界を模式的に示す側面図である。図１の位置検出装置の磁界発生コイルと磁界センサとの配置および逆位相磁界発生コイルを有する場合の理想的な合成磁界を模式的に示す側面図である。図１の位置検出装置の効果を説明する斜視図である。図１の位置検出装置の第１の変形例を説明する斜視図である。図１の位置検出装置の第２の変形例を説明する斜視図である。図１の位置検出装置の第３の変形例を説明する側面図である。図１の位置検出装置の第４の変形例を説明する斜視図である。図１の位置検出装置を備える本実施形態に係る医療装置誘導システムを模式的に示す全体構成図である。本発明の第２の実施形態に係る位置検出装置を示す斜視図である。図１１の位置検出装置のＸ方向に沿う第１の磁界を発生する磁界発生コイル、磁界センサおよび逆位相磁界発生コイルの配置を説明する正面図である。図１１の位置検出装置のＹ方向に沿う第１の磁界を発生する磁界発生コイル、磁界センサおよび逆位相磁界発生コイルの配置を説明する正面図である。図１２の鎖線Ａに沿うＹ方向の磁界強度分布を示すグラフである。図１２の鎖線Ｂに沿うＹ方向の磁界強度分布を示すグラフである。

符号の説明

Ｍ_１，Ｍ_１１，Ｍ_１２，Ｍ_１３第１の磁界
Ｍ_２第２の磁界
Ｍ_２１逆位相の磁界（第２の磁界）
Ｍ_２２逆位相の磁界（第３の磁界）
Ｓ検出空間
１，３０位置検出装置
２磁界発生コイル（第１の磁界発生部：第１の磁界発生コイル）
３検知体
３ａ内蔵コイル
４磁界センサ（磁界検出部）
４ａ検出コイル
５検出部
６，３３逆相磁界発生コイル（第２の磁界発生部：第２の磁界発生コイル）
２０医療装置誘導システム
２１誘導用磁界発生コイル（第４の磁界発生部）
３１ａ磁界発生コイル（第１の半径方向磁界発生コイル）
３１ｂ磁界発生コイル（第２の半径方向磁界発生コイル）
３１ｃ磁界発生コイル（軸方向磁界発生コイル）

Claims

少なくとも１つの内蔵コイルを含む回路を備える検知体が配置される検出空間に対し、少なくとも１つの磁界発生コイルを備え第１の磁界を発生させる第１の磁界発生部と、
該第１の磁界発生部により発生された前記第１の磁界により前記内蔵コイルから発生される誘導磁界を検出するよう配列された複数の検出コイルを備える磁界検出部と、
前記第１の磁界発生部により発生され前記検出コイルに入射する第１の磁界に対して略逆位相の磁界成分を有する少なくとも１つの磁界発生コイルを備え第２の磁界を発生させる第２の磁界発生部とを備え、
前記第１の磁界発生部と前記検出コイルとが、前記第１の磁界の発生方向と、前記誘導磁界の検出方向とを交差させるように配置され、
前記第２の磁界発生部は、前記複数の検出コイルのうちの前記第１の磁界発生部に隣接する位置に配置された検出コイルが配置された位置に配置され、当該前記第１の磁界発生部に隣接する位置に配置された検出コイルよりも前記第１の磁界発生部から遠い位置に配置された検出コイルが配置された位置には配置されない位置検出装置。
前記第１の磁界発生部と前記検出コイルとが、前記第１の磁界発生方向と前記誘導磁界の検出方向とを略直交させるように配置されている請求項１に記載の位置検出装置。
前記第２の磁界発生部が、前記第１の磁界発生部に対する各検出コイルの配置に応じて異なる強度の第２の磁界を発生させる請求項１または請求項２に記載の位置検出装置。
前記第２の磁界発生部が、前記第１の磁界発生部に対する配置に応じてグループ分けされた複数の検出コイル群に対して異なる強度の第２の磁界を発生させる請求項３に記載の位置検出装置。
前記第２の磁界発生部が、各検出コイルに対して個別に設けられている請求項３に記載の位置検出装置。
前記第１の磁界発生部の少なくとも１つの磁界発生コイルが、前記検出空間を取り囲む略円筒面に沿って配置され、前記略円筒面の半径方向一方向に前記第１の磁界を発生させる半径方向磁界発生コイルである請求項１から請求項５のいずれかに記載の位置検出装置。
前記第１の磁界発生部の少なくとも１つの磁界発生コイルが、前記検出空間を取り囲む略円筒面に沿って配置され、前記略円筒面の半径方向一方向に第１の磁界を発生させる第１の半径方向磁界発生コイル、および、前記略円筒面に沿って配置され、前記第１の半径方向磁界発生コイルにより発生される第１の磁界と交差する前記略円筒面の半径方向に半径方向磁界を発生させる第２の半径方向磁界発生コイルである請求項１から請求項５のいずれかに記載の位置検出装置。
前記第２の半径方向磁界発生コイルにより発生される半径方向磁界の発生方向が、前記検出コイルによる前記誘導磁界の検出方向に一致し、
前記第２の半径方向磁界発生コイルにより発生され、全ての検出コイルに入射する半径方向磁界に対して略逆位相の第３の磁界を発生させる第３の磁界発生部を備える請求項７に記載の位置検出装置。
前記第１の磁界発生部の少なくとも１つの磁界発生コイルが、前記検出空間を取り囲む略円筒面に沿って配置され、前記略円筒面の軸方向に軸方向磁界を発生する軸方向磁界発生コイルである請求項１から請求項８のいずれかに記載の位置検出装置。
前記第２の磁界発生部の少なくとも１つの磁界発生コイルが、前記検出空間を取り囲む略円筒面に沿って配置され、前記略円筒面の半径方向一方向に前記第２の磁界を発生させる請求項１から請求項９のいずれかに記載の位置検出装置。
前記検知体の位置および方向の少なくとも一方に応じて、前記第１の磁界発生部に備えられた少なくとも１つの磁界発生コイルと、前記第２の磁界発生部に備えられた少なくとも１つの磁界発生コイルのうち、動作させる磁界発生コイルを選択する切換部を備える請求項１から請求項１０のいずれかに記載の位置検出装置。
前記第３の磁界発生部が少なくとも１つの磁界発生コイルを備え、
前記検知体の位置および方向の少なくとも一方に応じて、前記第１の磁界発生部に備えられた少なくとも１つの磁界発生コイルと、前記第２の磁界発生部に設けられた少なくとも１つの磁界発生コイルと、前記第３の磁界発生部に備えられた少なくとも１つの磁界発生コイルのうち、動作させる磁界発生コイルを選択する切換部を備える請求項８に記載の位置検出装置。
前記第１の磁界発生部に備えられた少なくとも１つの磁界発生コイルと、前記第２の磁界発生部に備えられた少なくとも１つの磁界発生コイルのうちの少なくとも２つの磁界発生コイル間の相互インダクタンスの値に応じて、前記第１の磁界発生部の出力と、前記第２の磁界発生部の出力とを制御する制御部を備える請求項１から請求項１２のいずれかに記載の位置検出装置。
前記第３の磁界発生部が少なくとも１つの磁界発生コイルを備え、
前記第１の磁界発生部に備えられた少なくとも１つの磁界発生コイルと、前記第２の磁界発生部に備えられた少なくとも１つの磁界発生コイルと、前記第３の磁界発生部に備えられた少なくとも１つの磁界発生コイルのうちの少なくとも２つの磁界発生コイル間の相互インダクタンスの値に応じて、前記第１の磁界発生部の出力と、前記第２の磁界発生部の出力と、前記第３の磁界発生部の出力とを制御する制御部を備える請求項８に記載の位置検出装置。
前記第１の磁界発生部に備えられた少なくとも１つの磁界発生コイルと、前記第２の磁界発生部に備えられた少なくとも１つの磁界発生コイルと、前記第３の磁界発生部に備えられた少なくとも１つの磁界発生コイルのうちの少なくとも２つの磁界発生コイル間の相互インダクタンスの値に応じて、前記第１の磁界発生部の出力と、前記第２の磁界発生部の出力と、前記第３の磁界発生部の出力とを制御する制御部を備える請求項１２に記載の位置検出装置。
前記第１の磁界発生部に備えられた少なくとも１つの磁界発生コイルと、前記第２の磁界発生部に備えられた少なくとも１つの磁界発生コイルとが直列に接続されている請求項１から請求項１５のいずれかに記載の位置検出装置。
前記第３の磁界発生部が少なくとも１つの磁界発生コイルを備え、
前記第１の磁界発生部に備えられた少なくとも１つの磁界発生コイルと、前記第３の磁界発生部に備えられた少なくとも１つの磁界発生コイルとが直列に接続されている請求項８に記載の位置検出装置。
前記第１の磁界発生部に備えられた少なくとも１つの磁界発生コイルと、前記第３の磁界発生部に備えられた少なくとも１つの磁界発生コイルとが直列に接続されている請求項１２、請求項１４または請求項１５のいずれかに記載の位置検出装置。
前記検知体が、前記内蔵コイルを含む回路と磁石とを備える医療装置であり、
請求項１から請求項１６のいずれかに記載の位置検出装置と、
前記磁石に作用させて前記医療装置を誘導する第４の磁界を発生する少なくとも１つの磁界発生コイルを備える第４の磁界発生部とを備える医療装置誘導システム。
前記検知体が、前記内蔵コイルを含む回路と磁石とを備える医療装置であり、
請求項１から請求項１２のいずれかに記載の位置検出装置と、
前記磁石に作用させて前記医療装置を誘導する第４の磁界を発生する少なくとも１つの磁界発生コイルを備える第４の磁界発生部とを備え、
前記位置検出装置が、前記第１の磁界発生部に備えられた少なくとも１つの磁界発生コイルと、前記第２の磁界発生部に備えられた少なくとも１つの磁界発生コイルと、前記第４の磁界発生部に備えられた少なくとも１つの磁界発生部のうちの少なくとも２つの磁界発生コイル間の相互インダクタンスの値に応じて、前記第１の磁界発生部の出力と、前記第２の磁界発生部の出力とを制御する制御部を備える医療装置誘導システム。
前記検知体が、前記内蔵コイルを含む回路と磁石とを備える医療装置であり、
請求項８に記載の位置検出装置と、
前記磁石に作用させて前記医療装置を誘導する第４の磁界を発生する少なくとも１つの磁界発生コイルを備える第４の磁界発生部とを備え、
前記位置検出装置は、前記第３の磁界発生部が少なくとも１つの磁界発生コイルを備え、前記第１の磁界発生部に備えられた少なくとも１つの磁界発生コイルと、前記第２の磁界発生部に備えられた少なくとも１つの磁界発生コイルと、前記第３の磁界発生部に備えられた少なくとも１つの磁界発生コイルと、前記第４の磁界発生部に備えられた少なくとも１つの磁界発生部のうちの少なくとも２つの磁界発生コイル間の相互インダクタンスの値に応じて、前記第１の磁界発生部の出力と、前記第２の磁界発生部の出力とを制御する制御部を備える医療装置誘導システム。