JP5101513B2 - 医療用誘導システム - Google Patents

Description

本発明は、体腔内に挿入される医療装置を誘導する医療用誘導システムに関する。

カプセル内視鏡等の医療装置を体腔内で誘導する方法として、医療装置に磁石を内蔵させ、外部から磁石に磁界を加えることにより、医療装置の位置および向きを制御する医療装置の磁気誘導技術が開発されている（例えば、特許文献１から３参照。）。
特開２００６−０７５５３７号公報 特開２００５−０５８４３０号公報 特開２００６−１４９６６８号公報

上述の誘導制御を行う際には、磁石の磁化方向と、医療装置の配置位置における加えられた磁界の方向がそろうことが望ましい。
しかしながら、医療装置の向きを変化させるために磁石にトルクを発生させる場合や、医療装置と体腔組織との間の摩擦によりカプセルの動きが制約を受ける場合などのように、磁石の磁化方向と、加えられた磁界の方向が一致しない状況が生じることがあり、医療装置を意図する方向へ誘導できない可能性があるという問題があった。

これまでの位置検出部では、医療装置における長手軸線周りの位相が測定できなかった。そのため、医療装置の位置検出と、医療装置の周囲に形成された誘導磁界と、に基づいて長手軸線周りの位相を推定していた。
しかしながら、医療装置における長手軸線まわりの位相は、常に誘導磁界の方向と同一方向を向くわけではないため、実際の位相と推定された位相との間に位相差が生じていた。この位相差によって、医療装置を駆動する磁気引力が低下したり、医療装置を回転駆動する磁気トルクが低下したり、医療装置の誘導が不安定になったりする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、医療装置の駆動力向上および制御性向上を図ることができる医療用誘導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。
本発明の第１の態様は、体腔内の生体情報を取得する生体情報取得部と、体外から作用する磁界を受けて駆動力を発生する磁石と、を備えた医療装置と、体外から前記磁石に作用させる磁界を発生する磁界発生部と、前記磁石の磁化方向と、前記医療装置の位置における前記磁界発生部により発生された磁界の磁界方向とのなす角度であるズレ量を検出するズレ量検出部と、が設けられ、前記ズレ量に基づいて、前記磁界発生部が制御される医療用誘導システムを提供する。
本発明の第２の態様は、体腔内の生体情報を取得する生体情報取得部と、体外から作用する磁界を受けて駆動力を発生する磁石と、を備えた医療装置の制御方法であって、前記磁石の磁化方向と、体外から前記磁石に作用させる磁界の磁界方向とのなす角度であるズレ量を検出し、検出された前記ズレ量に基づいて、体外から前記磁石に作用させる磁界が制御される医療装置の制御方法を提供する。

本発明の第１の態様および第２の態様によれば、磁石の磁化方向と、体外から磁石に加えられる磁界の磁界方向とのなす角度であるズレ量に基づき、磁石に作用させる磁界の磁界方向が制御される。上記ズレ量により磁石に引力やトルク等が働き、医療装置が誘導される。
このように、上記ズレ量に基づき磁石に作用させる磁界の磁界方向を制御することで、磁化方向と磁界方向との不一致により、医療装置の誘導が不安定になることが回避される。つまり、上記ズレ量を所定範囲内に抑えることにより、医療装置を駆動する磁気引力の低下や、医療装置を回転駆動する磁気トルクの低下が防止され、医療装置が安定して誘導される。
上記ズレ量や磁石に作用させる磁界の強度等により医療装置に働く引力やトルクが決まるため、磁石に作用させる磁界を制御することで、医療装置に働く引力やトルクが制御でき、医療装置を安定して誘導できる。

上記発明の第１の態様においては、前記医療装置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部をさらに備え、前記磁界発生部が、前記ズレ量、および、前記医療装置の位置および向きの少なくとも一方に基づいて制御されることが望ましい。
上記発明の第２の態様においては、前記医療装置の位置および向きの少なくとも一方を検出し、前記ズレ量、および、前記医療装置の位置および向きの少なくとも一方に基づいて体外から前記磁石に作用させる磁界が制御されることが望ましい。

このようにすることにより、磁石に作用させる磁界の磁界方向は、上記ズレ量の他に、医療装置の位置および向きの少なくとも一方にも基づいて制御される。磁石は医療装置に備えられているため、医療装置の位置および向きを容易に磁石の位置および向きに変換できる。磁石に作用させる磁界の磁界方向は、磁石と、磁界が発生される場所、つまり磁界発生部との相対位置関係によっても変化する。そのため、医療装置の位置および向きの少なくとも一方に基づいて磁石に作用させる磁界の磁界方向を制御することで、医療装置の位置および向きの少なくとも一方に基づかない場合と比較して、磁石に作用させる磁界の磁界方向はより適切に制御され、医療装置は安定して誘導される。
医療装置の位置としては、例えば直交座標系であるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸における座標値を例示することができ、方向としては上述のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸周りの位相などを例示することができる。

上記発明の第１の態様においては、前記ズレ量検出部が、前記磁界発生部により前記医療装置の位置に形成された磁界の磁界強度を検出する磁界検出部と、前記検出された磁界強度と、前記医療装置の位置に形成された磁界の磁界強度とに基づいて、前記ズレ量を算出するズレ量算出部と、を備えることが望ましい。
上記発明の第２の態様においては、前記ズレ量を検出する際に、前記医療装置の位置に形成された磁界の磁界強度を検出し、該検出された磁界強度と、前記医療装置の位置に形成された磁界の磁界強度とに基づいて、前記ズレ量を算出することが望ましい。

このようにすることにより、磁界が、磁界強度を検出する感度軸に対して所定角度から入射すると、入射した磁界強度に対して余弦を乗じた値の磁界強度が検出される。そのため、検出された磁界強度、および、医療装置の位置に形成された磁界の磁界強度が判れば、磁界の方向と感度軸とのなす角度が算出される。上記感度軸の方向と、磁石の磁化方向とは所定の位置関係にあるため、磁石の磁化方向と、体外から磁石に加えられる磁界の磁界方向とのなす角度であるズレ量を算出できる。

上記発明の第１の態様においては、前記ズレ量検出部が、前記医療装置の外部において、前記磁石により形成される磁界を検出する外部磁界検出部と、該外部磁界検出部により検出された磁界情報から前記磁石の磁化方向を算出し、該算出された磁化方向に基づいて前記ズレ量を算出するズレ量算出部と、を備えることが望ましい。
上記発明の第２の態様においては、前記ズレ量を検出する際に、前記医療装置の外部において、前記磁石により形成される磁界を検出し、該検出された磁界から前記磁石の磁化方向を算出し、該算出された磁化方向に基づいて前記ズレ量を算出することが望ましい。

このようにすることにより、磁石により医療装置の周囲に形成された磁界が検出され、検出された磁界情報に基づいて磁石の磁化方向が算出される。算出された磁化方向は磁石の磁化方向と略一致するため、算出された磁化方向に基づいて上記ズレ量を算出できる。

上記発明の第１の態様においては、前記ズレ量検出部が、外部から前記医療装置の動作領域に交番磁界を形成する交番磁界発生部と、前記医療装置において前記交番磁界の磁界強度を検出する交番磁界検出部と、前記検出された交番磁界の磁界強度と、前記医療装置における前記交番磁界の磁界強度とに基づいて、前記ズレ量を算出するズレ量算出部と、を備えることが望ましい。
上記発明の第２の態様においては、前記ズレ量を検出する際に、外部から前記医療装置の動作領域に交番磁界を形成し、前記医療装置において前記交番磁界の磁界強度を検出し、該検出された交番磁界の磁界強度と、前記医療装置における前記交番磁界の磁界強度とに基づいて、前記ズレ量を算出することが望ましい。

このようにすることにより、交番磁界が、磁界強度を検出する感度軸に対して所定角度から入射すると、入射した磁界強度に対して余弦を乗じた値の磁界強度が検出される。そのため、検出された磁界強度、および、医療装置の位置に形成された交番磁界の磁界強度が判れば、磁界の方向と感度軸とのなす角度が算出される。上記感度軸の方向と、磁石の磁化方向とは所定の位置関係にあるため、磁石の磁化方向と、体外から磁石に加えられる磁界の磁界方向とのなす角度であるズレ量を算出できる。

上記発明の第１の態様においては、前記ズレ量検出部が、外部から前記医療装置の動作領域に交番磁界を形成する交番磁界発生部と、前記医療装置において前記交番磁界を検出する交番磁界検出部と、該交番磁界検出部により検出された交番磁界情報に基づいて前記磁石の向きを算出し、該算出された磁石の向きに基づいて前記ズレ量を算出するズレ量算出部と、を備えることが望ましい。
上記発明の第２の態様においては、前記ズレ量を検出する際に、外部から前記医療装置の動作領域に交番磁界を形成し、前記医療装置において前記交番磁界を検出し、該検出された交番磁界情報に基づいて前記磁石の向きを算出し、該算出された磁石の向きに基づいて前記ズレ量を算出することが望ましい。
このようにすることにより、検出された交番磁界情報に基づいて磁石の磁化方向が算出される。算出された磁化方向は磁石の磁化方向と略一致するため、算出された磁化方向に基づいて上記ズレ量を算出できる。

上記発明の第１の態様においては、前記ズレ量に基づいて、前記磁界発生部から発生する磁界の強度が変更されることが望ましい。
上記発明の第２の態様においては、前記ズレ量に基づいて、体外から前記磁石に作用させる磁界の強度が変更されることが望ましい。
このようにすることにより、ズレ量に基づいて体外から前記磁石に作用させる磁界の強度の強度を変更することにより、医療装置に働く引力やトルクを制御することができ、医療装置は安定して誘導される。

本発明の医療用誘導システムおよび医療装置の制御方法によれば、磁石の磁化方向と、体外から磁石に加えられる磁界の磁界方向とのなす角度であるズレ量に基づき、磁石に作用させる磁界の磁界方向を制御することで、医療装置に働く引力やトルクが制御され、医療装置の駆動力向上および制御性向上を図ることができるという効果を奏する。

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を示すブロック図である。 図１の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１のカプセル医療システムにおけるカプセル医療装置の制御方法を説明するフローチャートである。 図１のカプセル医療システムにおけるカプセル医療装置の制御方法を説明するフローチャートである。 本発明の第１の実施形態の第１変形例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。 本発明の第１の実施形態の第１変形例に係る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。 本発明の第１の実施形態の第２変形例に係る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。 本発明の第１の実施形態の第３変形例に係るカプセル医療装置システムのカプセル医療装置のブロック図が示されている。 本発明の第１の実施形態の第３変形例に係るカプセル医療装置システムの外部装置のブロック図が示されている。 本発明の第２の実施形態に係るカプセル医療装置のブロック図が示されている。 本発明の第２の実施形態に係るカプセル医療装置システムの外部装置のブロック図が示されている。 本発明の第２の実施形態における磁化方向と磁界方向とのなす角の算出方法を説明するフローチャートである。 算出されたなす角θに基づく、ガイダンスコイルからの磁界の制御を説明するフローチャートである。 本発明の第２の実施形態の変形例に係るカプセル医療装置のブロック図が示されている。 本発明の第２の実施形態の実施例に係るカプセル医療装置システムの外部装置のブロック図が示されている。 本発明の第２の実施形態の実施形態における磁化方向と磁界方向とのなす角の算出方法を説明するフローチャートである。

符号の説明

１，２０１，３０１，４０１，５０１，６０１ カプセル医療装置システム（医療用誘導システム）
３，２０３，４０３，５０３，６０３ カプセル医療装置（医療装置）
９ 撮像部（生体情報取得部）
１３ 磁気センサ（磁界検出部）
２７ 永久磁石（磁石）
７９ 位置検出用磁界発生部（交番磁界発生部）
９１ 位置方向計算部（位置検出部）
９３ 磁界−磁化方向角度差算出部（ズレ量検出部）
１０１ ガイダンスコイル（磁界発生部）
１０５ 磁界−磁化ズレ判断部（ズレ量検出部）
２１３ 磁化方向検出コイル（交番磁界検出部）
４１３ 磁化方向検出コイル（磁界検出部）
５６８ 磁界センサ（外部磁界検出部）

〔第１の実施形態〕
以下、本発明の第１の実施形態について図１から図８を参照して説明する。
図１には、本実施形態に係るカプセル医療装置システムの全体構成図が示され、図２には、図１のカプセル医療装置システムのブロック図が示されている。
本実施形態に係るカプセル医療装置システム（医療用誘導システム）１は、図１および図２に示されるように、被検者（図示せず）の体腔内に投入されるカプセル医療装置３と、被検者の体外に配置される外部装置５とを備えている。

図３には、本実施形態に係るカプセル医療装置のブロック図が示され、図４には、図３のカプセル医療装置の縦断面図が示されている。
カプセル医療装置（医療装置）３は、図３および図４に示されるように、内部に各種の機器を収納する外装７と、体腔内の画像（生体情報）を取得する撮像部（生体情報取得部）９と、外装７内部の各種機器に動力を供給する電源部１１と、磁界Ｍ２に応じて検出信号を発生する磁気センサ（磁界検出部）１３と、検出信号を濾波するセンサフィルタ１５と、磁界Ｍ１，Ｍ２に応じて誘導信号を発生する磁界センサコイル（以下、単にコイルと表記する。）１７と、誘導信号を濾波するコイルフィルタ１９と、誘導信号および検出信号を処理する磁界受信部２１と、処理された誘導信号および検出信号を体外に向けて送信する無線送信機２３と、電源部１１、撮像部９、誘導信号処理部９および無線送信機２３を制御する制御部２５と、磁界Ｍ１，Ｍ２に応じて駆動力を発生する永久磁石（磁石）２７とを備えている。

外装７は、カプセル医療装置３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７ａと、カプセル本体７ａの前端を覆う透明で半球形状の先端部７ｂと、カプセル本体７ａの後端を覆う半球形状の後端部７ｃ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。
外装７のカプセル本体７ａ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２９が備えられている。

撮像部９は、被検者の体腔内を撮影して画像（生体情報）を取得するものである。撮像部９には、長手軸Ｒに対して略垂直に配置された基板３１ａの先端部７ｂ側の面に配置されたイメージセンサ３３と、被検者の体腔内面の像をイメージセンサ３３に結像させるレンズ群３５と、体腔内面を照明するＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）３７とが備えられている。

イメージセンサ３３は、先端部７ｂおよびレンズ群３５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２５へ出力している。このイメージセンサ３３としては、例えば、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）やＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）などの撮像素子を用いることができる。
ＬＥＤ３７は基板３１ａより先端部７ｂに配置された支持部材３９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。

磁気センサ１３は外部装置５から受ける磁界Ｍ２に応じて検出信号を発生するセンサであり、コイル１７の内部に配置され、感度軸が長手軸Ｒに対して直交方向（例えば、図における上下方向）に沿うように配置されている。そのため、磁気センサ１３は感度軸が永久磁石２７の磁化方向に沿うように配置されている。磁気センサの検出信号は、センサフィルタ１５に入力される。

なお、磁気センサ１３としては、ＭＩセンサ（磁気インピーダンスセンサ）や、ＭＲ素子（磁気抵抗素子）や、ＧＭＲセンサ（巨大磁気抵抗センサ）や、フラックスゲートセンサや、ホール素子などの公知の磁気センサを用いることができ、特に限定するものではない。

上述のように、磁気センサ１３は感度軸が１軸のものを用いてもよいし、２軸や３軸の磁気センサ１３を用いてもよく、特に限定するものではない。このように、２軸や３軸の磁気センサ１３を用いることで、磁界のズレ方向をより正確に検出することができ、以後の制御をより高度に行うことができる。

センサフィルタ１５は、例えば、基板３１ａ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。センサフィルタ１５には磁気センサ１３から検出信号が入力され、センサフィルタ１５からＡ／Ｄ変換器４３に検出信号が出力されている。

コイル１７は、外部装置５から受ける磁界Ｍ１，Ｍ２に応じて誘導信号を発生するものであり、外装７のカプセル本体７ａ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４１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ボビンである。ボビン４１の外周面にはコイル１７が巻きつけられている。

これにより、コイル１７の開口方向は、永久磁石２７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２７により形成される磁界がコイル１７の内部を通過することが防止され、永久磁石２７の形成する磁界によりコイル１７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。
コイル１７において発生した誘導信号はコイルフィルタ１９に入力されている。

コイルフィルタ１９は、例えば、前記基板３１ａ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。コイルフィルタ１９にはコイル１７から誘導信号が入力され、コイルフィルタ１９からＡ／Ｄ変換器４３に誘導信号が出力されている。

磁界受信部２１は、コイルフィルタ１９およびセンサフィルタ１５を通過した誘導信号および検出信号を処理するものである。磁界受信部２１には、Ａ／Ｄ変換器（図においてＡＤＣと表記する。）４３と、Ａ／Ｄ変換器制御部（図においてＡＤＣ制御部と表記する。）４５と、識別情報保持部４７と、が備えられている。
Ａ／Ｄ変換器４３は、コイルフィルタ１９およびセンサフィルタ１５を通過した誘導信号および検出信号をデジタル信号に変換するものである。

Ａ／Ｄ変換器制御部４５は、Ａ／Ｄ変換器４３を制御するとともに、Ａ／Ｄ変換器４３から出力された誘導信号、検出信号およびイメージセンサ３３により取得された画像信号を所定のタイミングで無線送信機２３に引き渡すものである。
識別情報保持部４７は、コイル１７の位置、開口方向の相対角度、永久磁石２７の磁化方向、コイル１７と永久磁石２７との相対位置等の情報を記憶しているものである。カプセル医療装置３が作動させられると、識別情報保持部４７に記憶されている情報が、無線送信機２３を介して、少なくとも１回、体外装置６１に向けて送信されるようになっている。

図５には、図３のカプセル医療装置に内蔵される誘導信号処理部のブロック図が示されている。
さらに具体的には、Ａ／Ｄ変換器制御部４５は、図５に示されるように、タイミング生成回路４９と、メモリ５１と、マルチプレクサ５３とを備え、制御部２５に接続されている。

タイミング生成回路４９は、制御部２５から受信するクロック信号Ｃｌｏｃｋおよび制御部２５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ものである。タイミング生成回路４９は、Ａ／Ｄ変換器４３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。
メモリ５１は、Ａ／Ｄ変換器４３から出力されたデジタルの誘導信号を記憶するものである。
マルチプレクサ５３は、該メモリ５１、タイミング生成回路４９および制御部２５に接続され、制御部２５からの画像信号と、メモリ５１からの誘導信号とをタイミング生成回路４９からのタイミング信号により切り替えて出力するものである。

制御部２５は、基板３１ａから基板３１ｄおよびフレキシブル基板５５ａ，５５ｂを介して電池５７に電気的に接続されているとともに、基板３１ａを介してイメージセンサ３３と電気的に接続され、基板３１ａ、フレキシブル基板５５ａおよび支持部材３９を介してＬＥＤ３７と電気的に接続されている。制御部２５は、イメージセンサ３３が取得した画像信号をＡ／Ｄ変換器制御部４５に出力するとともに、イメージセンサ３３およびＬＥＤ３７のオン・オフを制御している。

制御部２５は、無線送信機２３を制御して、Ａ／Ｄ変換器制御部４５のマルチプレクサ５３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２３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２７は、外部装置５から受ける磁界Ｍ１，Ｍ２に応じて駆動力を発生するものである。永久磁石２７は、無線送信機２３の後端部７ｃ側に配置されている。永久磁石２７は、長手軸Ｒに対して直交方向（例えば、図における上下方向）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２７の先端部７ｂ側には、基板３１ｃ上に配置されたスイッチ部５９が備えられている。スイッチ部５９は赤外線センサ５９ａを有し、電源部１１と電気的に接続されているとともに、基板３１ｃおよびフレキシブル基板５５ａを介して電池５７と電気的に接続されている。

スイッチ部５９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５９ａ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５９が４つ配置されている例を説明するが、スイッチ部５９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５９の先端部７ｂ側には、電池５７が基板３１ｂ、３１ｃに挟まれて配置されている。

図６には、図１のカプセル医療装置システムの外部装置のブロック図が示されている。
外部装置５は被検者の体外に配置され、カプセル医療装置３の位置検出、誘導を行い、カプセル医療装置３が撮像した映像を表示するものである。外部装置５には、図２および図６に示されるように、位置検出用の磁界Ｍ２を発生する体外装置６１と、カプセル医療装置３の位置および向きを算出する外部制御部６３と、ガイダンス用磁界Ｍ１を発生するガイダンス用磁界発生部６５と、外部制御部６３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６７とが備えられている。

体外装置６１は、カプセル医療装置３から送られてくる信号を受信し、位置検出用の磁界Ｍ２を発生するものである。体外装置６１には、無線受信機６９と、データ抽出部７１と、画像データ圧縮部７３と、データ合成部７５と、メモリ７７と、位置検出用磁界発生部７９とが備えられている。

無線受信機６９は、アンテナユニット８１を介してカプセル医療装置３から送られてくる画像信号、誘導信号および検出信号を受信するものである。
データ抽出部７１は、無線受信機６９が受信した信号から誘導信号と検出信号とを抽出するものである。ここで、無線受信機６９により受信される信号には、画像信号と誘導信号と検出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、データ抽出部７１は、画像信号とそれに続く誘導信号および検出信号とを容易に分離することができる。

画像データ圧縮部７３は、データ抽出部７１により分離された画像信号を圧縮するものである。
データ合成部７５は、画像データ圧縮部７３により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ものである。
メモリ７７は、データ合成部７５により合成されたデータを記憶するものである。

位置検出用磁界発生部７９は、無線受信機６９により受信された信号に基づいて位置検出用の磁界Ｍ２を発生するものである。位置検出用磁界発生部７９には、トリガ検出部８３と、位置検出用信号発生部８５と、複数の信号発生コイル８７と、が備えられている。
トリガ検出部８３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を検出するものである。

位置検出用信号発生部８５は、トリガ検出部８３により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ものである。
信号発生コイル８７は、位置検出用信号発生部８５により出力された信号に基づいて位置検出用の磁界Ｍ２を発生させるものである。

外部制御部６３は、体外装置６１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３の位置および向きを算出するものである。外部制御部６３には、画像伸張処理部８９と、位置方向計算部（位置検出部）９１と、磁界−磁化方向角度差算出部（ズレ量検出部）９３と、操作部９５とが備えられている。

画像伸張処理部８９は、体外装置６１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６７に出力するものである。
位置方向計算部９１は、体外装置６１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３の位置および向き等を算出し、表示装置６７に出力するものである。位置方向計算部９１は、送られてきた誘導信号を処理して、誘導信号から、位置検出用信号発生部８５が発生させた位置検出用磁界Ｍ２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３の位置および向きを算出するようになっている。

磁界−磁化方向角度差算出部９３は、カプセル医療装置３の位置におけるガイダンス用磁界Ｍ１の磁界方向と永久磁石２７の磁化方向とのズレ（なす角θ）を算出するものである。
操作部９５は、表示装置６７に表示された体腔内面の画像およびカプセル医療装置３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３の進行方向および／または進行速度を指示させるものである。

ガイダンス用磁界発生部６５は、外部制御部６３から出力されるカプセル医療装置３の位置および向きの情報に基づいてガイダンス用磁界Ｍ１を発生するものである。ガイダンス用磁界発生部６５には、ガイダンス用磁界制御部９７と、複数のガイダンスコイルドライバ９９と、複数のガイダンスコイル（磁界発生部）１０１と、が備えられている。

ガイダンス用磁界制御部９７は、外部制御部６３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３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Ｍ１の制御信号を発生するものである。ガイダンス用磁界制御部９７には、操作情報判断部１０３と、磁界−磁化ズレ判断部（ズレ量検出部）１０５と、カプセル方向ズレ判断部１０７と、発生磁界計算部１０９と、が備えられている。

操作情報判断部１０３は、操作部９５が出力した進行方向および進行速度に基づいて指令信号を検出するものである。
磁界−磁化ズレ判断部１０５は、磁界−磁化方向角度差算出部９３により算出されたガイダンス用磁界Ｍ１の磁界方向と永久磁石２７の磁化方向とのなす角θが、所定値以下か否かの判断を行うものである。

カプセル方向ズレ判断部１０７は、制御目標であるカプセル医療装置３の向きと、検出された現在のカプセル医療装置３の向きとのなす角αが、所定値以下か否かの判断を行うものである。
発生磁界計算部１０９は、ガイダンスコイル１０１から発生させるガイダンス用磁界Ｍ１の計算を行うものである。

ガイダンスコイルドライバ９９は、ガイダンス用磁界制御部９７からの制御信号に基づいて、ガイダンス用磁界Ｍ１をガイダンスコイル１０１から発生させる電流を供給するものである。
ガイダンスコイル１０１は、ガイダンスコイルドライバ９９から供給された電流により、ガイダンス用磁界Ｍ１を発生させるものである。

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システム１およびカプセル医療装置３について、最初に作用の概略を説明し、その後に本実施形態の特徴について説明する。
本実施形態に係るカプセル医療装置システム１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１０１によるガイダンス用磁界Ｍ１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３の赤外線センサ５９ａに、赤外線発生装置（図示せず）で赤外線を当て、カプセル医療装置３の電源を入れる。そして、カプセル医療装置３を被検者の口部または肛門から体腔内に投入する。外部装置５においても体外装置６１の電源スイッチ１１１を電池１１３により作動させて電源部１１５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３においては、所定時間後に撮像部９の作動が開始され、ＬＥＤ３７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３３により取得される。取得された画像信号は、制御部２５を介してＡ／Ｄ変換器制御部４５に送られ、制御部２５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４９により設定されたタイミングで、無線送信機２３に引き渡され、無線送信機２３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６１に設けられたアンテナユニット８１を介して無線受信機６９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７９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８５が起動され、信号発生コイル８７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Ｍ２が発生する。

発生した位置検出用磁界Ｍ２がカプセル医療装置３に作用すると、位置検出用磁界Ｍ２がカプセル医療装置３内のコイル１７内を通過することにより、コイル１７に誘導信号が誘導される。一方、位置検出用磁界Ｍ２は磁気センサ１３も通過し、磁気センサ１３は、検出した磁界強度に基づく検出信号を出力する。

誘導信号および検出信号は、コイルフィルタ１９およびセンサフィルタ１５を介して磁界受信部２１に入力され、タイミング生成回路４９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５１に記憶される。そして、タイミング生成回路４９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（図においてＭＵＸと表記する。）５３を介して無線送信機２３に引き渡され、無線送信機２３を介して体外に送信される。

送信された誘導信号および検出信号は、体外装置６１に設けられたアンテナユニット８１を介して無線受信機６９により受信される。受信された誘導信号および検出信号は、データ抽出部７１により画像信号から抽出、分離される。分離された誘導信号および検出信号は、そのまま外部制御部６３に送られ、画像信号は画像データ圧縮部７３において圧縮処理された後に外部制御部６３に送られる。
誘導信号、検出信号および圧縮された画像信号はデータ合成部７５において、相互に対応づけられた形態に合成され、メモリ７７に記憶される。

外部制御部６３に送られた画像信号は、画像伸張処理部８９において伸張処理され、表示装置６７に送られて表示される。
一方、外部制御部６３に送られた誘導信号は、位置方向計算部９１に送られて、カプセル医療装置３の位置および向きを算出するために使用される。外部制御部６３に送られた検出信号は、磁界−磁化方向角度差算出部９３に送られて、永久磁石２７の磁化方向と、カプセル医療装置３の位置におけるガイダンス用磁界Ｍ１の磁界方向とのなす角度の算出に用いられる。

算出されたカプセル医療装置３の位置および向きと、永久磁石２７の磁化方向とガイダンス用磁界Ｍ１の磁界方向とのなす角度は、表示装置６７に送られて表示される一方、ガイダンス用磁界発生部６５に送られて、発生すべきガイダンス用磁界Ｍ１の算出に用いられる。

表示装置６７に表示された体腔内面の画像およびカプセル医療装置３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６３の操作部９５を操作することにより、カプセル医療装置３の進行方向および進行速度をガイダンス用磁界発生部６５に入力する。ガイダンス用磁界発生部６５は、操作部９５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９１から入力されたカプセル医療装置３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Ｍ１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９９を作動させる。
これにより、ガイダンスコイル１０１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Ｍ１が発生する。

ガイダンス用磁界Ｍ１がカプセル医療装置３に作用すると、カプセル医療装置３内に配置されている永久磁石２７が、その磁化方向をガイダンス用磁界Ｍ１の方向に一致させるようにカプセル医療装置３を回転させる駆動力が発生する。ガイダンス用磁界Ｍ１が永久磁石２７の磁化方向に対して、カプセル医療装置３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３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２７の磁化方向に対して、カプセル医療装置３の周方向に傾斜して発生すると、カプセル医療装置３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３の外装の外周面には螺旋部２９が設けられているので、駆動力によりカプセル医療装置３がその長手軸Ｒ回りに回転すると、螺旋部２９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３が長手軸Ｒ方向に推進されることになる。

つぎに、本実施形態の特徴である、永久磁石２７の磁化方向と、カプセル医療装置３の位置におけるガイダンス用磁界Ｍ１の磁界方向とのなす角度の算出方法、および、算出された角度に基づくカプセル医療装置３の制御方法について説明する。
図７には、図１のカプセル医療システムにおけるカプセル医療装置の制御方法を説明するフローチャートが示されている。

オペレータは、カプセル医療装置３の進行方向および進行速度を操作部９５に入力し、操作部９５は、入力された進行方向および進行速度に基づいて指令信号を出力する。ガイダンス用磁界発生部６５の操作情報判断部１０３は出力された指令信号を検出する（ステップＳ１）。

操作情報判断部１０３で検出された進行方向および進行速度の指令信号は、発生磁界計算部１０９に入力され、発生磁界計算部１０９において制御目標とされるカプセル医療装置３の向き（長手軸Ｒの方向）が算出される。算出されたカプセル医療装置３の向き（制御目標）は、カプセル方向ズレ判断部１０７に入力される。一方、位置方向計算部９１において算出されたカプセル医療装置３の位置および向きも、カプセル方向ズレ判断部１０７に入力される。
カプセル方向ズレ判断部１０７は、制御目標であるカプセル医療装置３の向きと、検出された現在のカプセル医療装置３の向きとのなす角αを算出する（ステップＳ２）。

磁界−磁化方向角度差算出部９３は、磁気センサ１３が検出した磁界の強度と、カプセル医療装置３の位置に形成されたガイダンス用磁界Ｍ１の磁界強度とに基づいて、カプセル医療装置３の位置におけるガイダンス用磁界Ｍ１の磁界方向と永久磁石２７の磁化方向とのズレ（なす角θ）を算出する。

具体的には、磁界−磁化方向角度差算出部９３は、下記の式（１）に基づいて、ガイダンス用磁界Ｍ１の磁界方向と永久磁石２７の磁化方向とのなす角θを算出する。
ＢＳＥＮＣＥ＝Ｂｉｎｔ＋Ｂｅｘｔｃｏｓθ ・・・（１）
ここで、Ｂｉｎｔは、永久磁石２７が医療装置１の位置に形成する磁界の磁界強度である。Ｂｅｘｔは、カプセル医療装置３の位置におけるガイダンス用磁界Ｍ１の磁界強度であり、θは、磁気センサ１３の感度軸の方向とガイダンス用磁界Ｍ１の磁界方向とのなす角であるため、Ｂｅｘｔｃｏｓθは、磁気センサ１３により検出されるガイダンス用磁界Ｍ１の磁界強度成分である。

Ｂｉｎｔは、永久磁石２７と磁気センサ１３との相対位置関係で求まる所定の一定値である。Ｂｅｘｔは、カプセル医療装置３と信号発生コイル８７との相対位置関係で求まる値である。カプセル医療装置３の位置は位置方向計算部９１により求められているため、Ｂｅｘｔは求められる値である。
そのため、磁界−磁化方向角度差算出部９３は、式（１）からｃｏｓθを算出し、ｃｏｓθからθを求めることができる。

なす角αおよびなす角θが算出されると、カプセル方向ズレ判断部１０７は、なす角αが所定値以下か否かを判断する（ステップＳ４）。
なす角αが所定値以下の場合には、磁界−磁化ズレ判断部１０５はさらになす角θが所定値以下か否かを判断する（ステップＳ５）。ここで、所定値としては、３０°を例示することができる。
なす角αおよびなす角θが共に所定値以下である場合には、発生磁界計算部１０９はガイダンスコイル１０１から発生させるガイダンス用磁界Ｍ１の計算を行う（ステップＳ６）。

なす角αが所定値以下であり、なす角θが所定値より大きい場合には、発生磁界計算部１０９は、発生させるガイダンス用磁界Ｍ１の磁界強度を大きく設定し（ステップＳ７）、ガイダンス用磁界Ｍ１の計算を行う（ステップＳ６）。

図８には、図１のカプセル医療システムにおけるカプセル医療装置の制御方法を説明するフローチャートが示されている。
なす角αが所定値より大きい場合には、ステップＳ５と同様に、磁界−磁化ズレ判断部１０５はさらになす角θが所定値以下か否かを判断する（ステップＳ８）。
なす角αが所定値より大きく、なす角θが所定値以下の場合には、発生磁界計算部１０９は、発生磁界計算部１０９で設定するカプセル医療装置３の向き情報を、位置方向計算部９１で検出したカプセル医療装置３の向きに更新する。つまり、なす角αの値を０とし（ステップＳ９）、ガイダンスコイル１０１から発生させるガイダンス用磁界Ｍ１の計算を行う（ステップＳ６）。

なす角αおよびなす角θが共に所定値よりも大きく、なす角θがなす角αと同程度の場合には、発生磁界計算部１０９は、発生させるガイダンス用磁界Ｍ１の磁界強度を大きくする（ステップＳ１０）。このようにすることで、カプセル医療装置３に働くトルクを増やすことができる。

その後、ステップＳ１からステップＳ３と同様に、操作部９５の入力を検出し（ステップＳ１１）、なす角αを算出し（ステップＳ１２）、なす角θを算出する（ステップＳ１３）。
なす角αがステップＳ２で求めた値より減少した場合には、発生磁界計算部１０９は、制御を継続し、ガイダンスコイル１０１から発生させるガイダンス用磁界Ｍ１の計算を行う（ステップＳ１４）。

なす角αがステップＳ２で求めた値より減少しない場合には、発生磁界計算部１０９は、ガイダンス用磁界Ｍ１の発生を停止し（ステップＳ１５）、カプセル医療装置３の誘導に必要な各パラメータ等の初期化を行う（ステップＳ１６）。
パラメータ等の初期化が行われた後は、再び上述の制御がステップＳ１から繰り返される。

上記の構成によれば、永久磁石２７の磁化方向と、体外から永久磁石２７に加えられるガイダンス用磁界Ｍ１の磁界方向とのなす角θに基づき、ガイダンス用磁界Ｍ１の磁界方向が制御される。なす角θにより永久磁石２７に引力やトルク等が働き、カプセル医療装置３が誘導される。
このように、なす角θに基づきガイダンス用磁界Ｍ１の磁界方向を制御することで、磁化方向と磁界方向との不一致により、カプセル医療装置３の誘導が不安定になることが回避される。つまり、なす角θを所定範囲内（例えば３０°以内）に抑えることにより、カプセル医療装置３を駆動する引力の低下や、カプセル医療装置３を回転駆動するトルクの低下が防止され、カプセル医療装置３が安定して誘導される。
なす角θやガイダンス用磁界Ｍ１の強度等によりカプセル医療装置３に働く引力やトルクが決まるため、ガイダンス用磁界Ｍ１を制御することで、カプセル医療装置３に働く引力やトルクが制御でき、カプセル医療装置３を安定して誘導できる。

ガイダンス用磁界Ｍ１の磁界方向は、なす角θの他に、カプセル医療装置３の位置および向きにも基づいて制御される。永久磁石２７はカプセル医療装置３に備えられているため、カプセル医療装置３の位置および向きを容易に永久磁石２７の位置および向きに変換できる。ガイダンス用磁界Ｍ１の磁界方向は、永久磁石２７と、ガイダンスコイル１０１との相対位置関係によっても変化する。そのため、カプセル医療装置３の位置および向きの少なくとも一方に基づいてガイダンス用磁界Ｍ１の磁界方向を制御することで、カプセル医療装置３の位置および向きの少なくとも一方に基づかない場合と比較して、ガイダンス用磁界Ｍ１の磁界方向はより適切に制御され、カプセル医療装置３は安定して誘導される。

磁気センサ１３は、ガイダンス用磁界Ｍ１が磁気センサ１３の感度軸に対して所定角度から入射すると、入射した磁界強度Ｂｅｘｔに対して余弦を乗じた値の磁界強度Ｂｅｘｔｃｏｓθを出力する。そのため、検出された磁界強度ＢＳＥＮＣＥ、および、カプセル医療装置３の位置に形成された磁界の磁界強度Ｂｅｘｔが判れば、磁界の方向と感度軸とのなす角θが算出される。磁気センサ１３の感度軸の方向と、磁石の磁化方向とは所定の位置関係にあるため、磁界−磁化方向角度差算出部９３において磁石の磁化方向と、ガイダンス用磁界Ｍ１の磁界方向とのなす角θを算出できる。

なお、上述の実施形態で説明したように、ガイダンスコイル１０１から発生するガイダンス用磁界Ｍ１の磁界強度を制御してもよいし、ガイダンス用磁界Ｍ１の磁界強度をコントロールする上で次のように制御してもかまわない。

例えば、カプセル医療装置３を長手軸Ｒ周りに回転させる場合に、回転が継続している場合は、ガイダンス用磁界Ｍ１の磁界強度を、入力装置からの出力に対して弱めに設定する。これにより発生させるガイダンス用磁界Ｍ１の磁界強度を弱くでき、ガイダンス用磁界Ｍ１を発生させるのに用いるエネルギを削減することができる。

入力装置からの入力が小さくなってきた際には、ガイダンス用磁界Ｍ１の磁界強度を強くする。このように制御することで、ガイダンス用磁界Ｍ１の磁界方向と、カプセル医療装置３の永久磁石２７の磁化方向と間のずれを小さくすることができる。これにより低速回転におけるカプセル医療装置３の制御性を上げることができる。

さらに、ガイダンス用磁界Ｍ１の回転を止める際にも、一旦、ガイダンス用磁界Ｍ１の磁界強度を強くし、カプセル医療装置３の回転が止まってからガイダンス用磁界Ｍ１の磁界強度を落とす操作を行う。このように操作することで、カプセル医療装置３に設けられた永久磁石２７の磁化方向を、ガイダンスコイル１０１が形成したガイダンス用磁界Ｍ１の磁界方向とほとんど一致させてカプセル医療装置３の運動を止めることができる。そのため、カプセル医療装置３を再度動作させるときの制御性を向上させることができる。
カプセル医療装置３の方向を変える動作を行う際にも同様の制御をすることで同様の効果を得ることができる。

〔第１の実施形態の第１変形例〕
次に、本発明の第１の実施形態の第１変形例について図９から図１１を参照して説明する。
本変形例のカプセル医療装置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、カプセル医療装置に搭載された永久磁石の磁化方向の検出方法が異なっている。よって、本変形例においては、図９から図１１を用いてガイダンス用磁界Ｍ１の検出方法周辺のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
図９には、本変形例に係るカプセル医療装置のブロック図が示され、図１０には、図９のカプセル医療装置の縦断面図を示すものである。
なお、第１の実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。

本変形例のカプセル医療装置システム（医療用誘導システム）２０１のカプセル医療装置（医療装置）２０３は、図９および図１０に示されるように、外装７と、撮像部９と、電源部１１と、磁化方向検出コイル（交番磁界検出部）２１３と、磁化方向検出コイル２１３の検出信号を濾波するセンサフィルタ１５と、コイル１７と、コイルフィルタ１９と、誘導信号および検出信号を処理する磁界受信部２１と、無線送信機２３と、制御部２５と、永久磁石２７とを備えている。
磁化方向検出コイル２１３は、第１の実施例の磁気センサ１３と同様に、永久磁石２７の磁化方向に沿う磁界方向を有する磁界を検出するコイルである。

図１１には、本変形例に係るカプセル医療装置システムの外部装置のブロック図が示されている。
外部装置２０５には、図１１に示されるように、位置検出用の磁界Ｍ２を発生する体外装置２６１と、カプセル医療装置３の位置および向きを算出する外部制御部６３と、ガイダンス用磁界Ｍ１を発生するガイダンス用磁界発生部６５と、外部制御部６３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６７とが備えられている。

体外装置２６１は、カプセル医療装置２０３から送られてくる信号を受信し、位置検出用の磁界Ｍ２を発生するものである。体外装置２６１には、無線受信機６９と、データ抽出部２７１と、画像データ圧縮部７３と、データ合成部７５と、メモリ７７と、位置検出用磁界発生部（交番磁界発生部）７９とが備えられている。

データ抽出部２７１は、無線受信機６９が受信した信号からコイルからの信号である誘導信号と検出信号とを抽出するものである。ここで、無線受信機６９により受信される信号には、画像信号と誘導信号と検出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、データ抽出部２７１は、画像信号とそれに続く誘導信号および検出信号とを容易に分離することができる。

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システム２０１およびカプセル医療装置２０３における、永久磁石２７の磁化方向と、カプセル医療装置２０３の位置におけるガイダンス用磁界Ｍ１の磁界方向とのなす角度の算出方法は、磁化方向検出コイル２１３が検出した磁界の強度を用いて算出する点が第１の実施形態と異なるだけであり、その他の作用については第１の実施形態と同じであるので、その説明を省略する。

上記の構成によれば、磁化方向検出コイル２１３は、交番磁界であるガイダンス用磁界Ｍ１が感度軸に対して所定角度から入射すると、入射した磁界強度に対して余弦を乗じた値の磁界強度を出力する。そのため、検出された磁界強度、および、カプセル医療装置２０３の位置に形成されたガイダンス用磁界Ｍ１の磁界強度が判れば、磁界の方向と感度軸とのなす角度が算出される。磁化方向検出コイル２１３の感度軸の方向と、永久磁石２７の磁化方向とは所定の位置関係にあるため、磁界−磁化方向角度差算出部９３は、永久磁石２７の磁化方向と、ガイダンス用磁界Ｍ１の磁界方向とのなす角θを算出できる。

〔第１の実施形態の第２変形例〕
次に、本発明の第１の実施形態の第２変形例について図１２を参照して説明する。
本変形例のカプセル医療装置システムの基本構成は、第１変形例と同様であるが、第１変形例とは、磁化方向検出コイルにおいて検出する磁界が異なっている。よって、本変形例においては、図１２を用いてカプセル医療装置に搭載された永久磁石の磁化方向の検出方法のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
図１２には、本変形例に係るカプセル医療装置システムの外部装置のブロック図が示されている。
なお、第１の実施形態の第１変形例と同一の構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。

本変形例のカプセル医療装置システム（医療用誘導システム）３０１の外部装置３０５には、図１２に示されるように、位置検出用の磁界Ｍ２を発生する体外装置３６１と、カプセル医療装置３の位置および向きを算出する外部制御部６３と、ガイダンス用磁界Ｍ１を発生するガイダンス用磁界発生部３６５と、外部制御部６３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６７とが備えられている。

体外装置３６１は、カプセル医療装置２０３から送られてくる信号を受信し、位置検出用の磁界Ｍ２を発生するものである。体外装置３６１には、無線受信機６９と、データ抽出部２７１と、画像データ圧縮部７３と、データ合成部７５と、メモリ７７と、位置検出用磁界発生部３７９と、が備えられている。

位置検出用磁界発生部３７９には、画像情報に含まれるトリガ信号を検出するトリガ検出部８３と、位置検出用の信号を出力するとともに、カプセル医療装置に搭載された永久磁石２７の磁化方向検出用の信号を出力する位置検出用信号発生部３８５と、位置検出用の磁界Ｍ２を発生させる複数の信号発生コイル８７と、が備えられている。

ガイダンス用磁界発生部３６５は、外部制御部６３から出力されるカプセル医療装置２０３の位置および向きの情報に基づいてガイダンス用磁界Ｍ１を発生するものである。ガイダンス用磁界発生部３６５には、ガイダンス用磁界制御部９７と、複数の交流信号発生部３９７と、複数のガイダンスコイルドライバ９９と、ヘルムホルツコイルからなる複数のガイダンスコイル（交番磁界発生部）１０１と、が備えられている。
交流信号発生部３９７は、位置検出用信号発生部３８５からの信号に基づいて、ガイダンスコイル１０１から永久磁石２７の磁化方向検出に用いるガイダンス用磁界Ｍ１を発生させるものである。

このように構成されたガイダンス用磁界発生部３６５における、永久磁石２７の磁化方向と、カプセル医療装置２０３の位置におけるガイダンス用磁界Ｍ１の磁界方向とのなす角度の算出時の作用について説明する。
位置検出用信号発生部３８５は、位置検出用磁界Ｍ２を信号発生コイル８７から発生させるタイミングとは異なるタイミングで、ガイダンスコイル１０１から交流信号（１ｋＨｚ以上）をガイダンス用磁界Ｍ１に重畳させて発生させる。ガイダンスコイル１０１は、３軸の異なる方向に磁界を発生する３軸ヘルムホルツコイルの構成を有しているため、場所にかかわらず均一な平行磁界を形成する。

このように、ガイダンス用磁界Ｍ１を均一な平行磁界として形成することができるため、より確実に磁化方向検出コイル２１３の向きを検出することができ、永久磁石２７の磁化方向を検出できる。

なお、本変形例のカプセル医療装置システム３０１における、永久磁石２７の磁化方向と、カプセル医療装置３の位置におけるガイダンス用磁界Ｍ１の磁界方向とのなす角度の算出方法、および、算出された角度に基づくカプセル医療装置３の制御方法は、第１変形例と同様であるので、その説明を省略する。

上記の構成によれば、磁化方向検出コイル２１３により検出された交番磁界情報に基づいて永久磁石２７の磁化方向が算出される。算出された磁化方向は永久磁石２７の磁化方向と略一致するため、磁界−磁化方向角度差算出部９３は、算出された磁化方向に基づいてなす角θを算出できる。

〔第１の実施形態の第３変形例〕
次に、本発明の第１の実施形態の第３変形例について図１３および図１４を参照して説明する。
本変形例のカプセル医療装置システムの基本構成は、第１の実施形態の第２変形例と同様であるが、第１の実施形態の第２変形例とは、磁化方向検出コイルにおいて検出する磁界が異なっている。よって、本変形例においては、図１３および図１４を用いてカプセル医療装置に搭載された永久磁石の磁化方向の検出方法のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
図１３には、本変形例に係るカプセル医療装置システムのカプセル医療装置のブロック図が示されている。
なお、第１の実施形態の第１変形例と同一の構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。

本変形例のカプセル医療装置システム（医療用誘導システム）４０１のカプセル医療装置（医療装置）４０３は、図１３に示されるように、外装７と、撮像部９と、電源部１１と、磁化方向検出コイル４１３と、磁化方向検出コイル４１３とＬＣ共振回路を構成するコンデンサ４１５と、コイル１７と、コイルフィルタ１９と、誘導信号および検出信号を処理する磁界受信部２１と、無線送信機２３と、制御部２５と、永久磁石２７とを備えている。

磁化方向検出コイル４１３は、第１の実施例の磁気センサ１３と同様に、永久磁石２７の磁化方向に沿う磁界方向を有する磁界を検出するコイルである。磁化方向検出コイル４１３とコンデンサ４１５とはＬＣ共振回路を構成し、共振周波数と等しい周波数の磁界に対して共振するものである。

図１４には、本変形例に係るカプセル医療装置システムの外部装置のブロック図が示されている。
外部装置４０５には、図１４に示されるように、カプセル医療装置４０３から送られてくる信号を受信し、その位置および向きを算出するのに必要なデータを外部制御部４６３に送信する体外装置４６１と、カプセル医療装置３の位置および向きを検出する位置検出部４６２と、カプセル医療装置３の位置および向きを算出する外部制御部４６３と、ガイダンス用磁界Ｍ１を発生するガイダンス用磁界発生部４６５と、外部制御部４６３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６７と、が備えられている。

体外装置４６１には、無線受信機６９と、データ抽出部７１と、画像データ圧縮部７３と、データ合成部７５と、メモリ７７と、が備えられている。
位置検出部４６２には、複数の磁界受信回路４７１と、位置方向計算部４７３と、交流信号発生回路４７５と、切替回路４７７と、複数のドライブコイル４７９Ｘ，４７９Ｙ，４７９Ｚと、が備えられている。

磁界受信回路４７１は、ドライブコイル４７９Ｘ，４７９Ｙ，４７９Ｚから発生された位置検出用の交番磁界Ｍ３と、磁化方向検出コイル４１３から発生された共振磁界Ｍ４とを検出するものである。磁界受信回路４７１は、カプセル医療装置４０３の動作範囲の周囲に複数配置されている。

位置方向計算部４７３は、永久磁石２７の磁化方向を算出するとともに、交番磁界Ｍ３を発生させる指示信号を出力するものである。具体的には、位置方向計算部４７３は、磁界受信回路４７１から入力される検出信号から共振磁界Ｍ４に関する信号を抽出し、磁化方向検出コイル４１３のコイル軸線方向、つまり、永久磁石２７の磁化方向を算出する。
位置方向計算部４７３においては、コイル１７からの共振磁界に関する検出信号に基づいて、カプセル医療装置４０３の位置および方向を算出している。ここで算出されるのは、長手軸Ｒ周りの位相以外の５つの値である。

交流信号発生回路４７５は、位置方向計算部４７３から入力された指示信号に基づいて、例えば、ＬＣ共振回路の共振周波数を有する交流信号を生成するものである。
切替回路４７７は、位置方向計算部４７３から入力された指示信号に基づいて、交流信号をドライブコイル４７９Ｘ，４７９Ｙ，４７９Ｚのうちの所定のコイルに入力させるものである。

ドライブコイル４７９Ｘ，４７９Ｙ，４７９Ｚは、入力された交流信号に基づいてＬＣ共振回路の共振周波数と同一の周波数を有する位置検出用の交番磁界Ｍ３を生成するものである。ドライブコイル４７９Ｘ，４７９Ｙ，４７９Ｚはヘルムホルツコイル構成を有したコイルであり、３つのドライブコイル４７９Ｘ，４７９Ｙ，４７９Ｚで３軸ヘルムホルツコイルを構成している。

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システム４０１について、永久磁石２７の磁化方向と、カプセル医療装置４０３の位置におけるガイダンス用磁界Ｍ１の磁界方向とのなす角度の算出方法、および、算出された角度に基づくカプセル医療装置３の制御方法について説明する。なお、カプセル医療装置システム１およびカプセル医療装置３における作用の概略は、第１の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。

位置検出部４６２は、位置検出用の交番磁界Ｍ３の発生を指示する指示信号を交流信号発生回路４７５に出力する。交流信号発生回路４７５は、指示信号に基づいて交流信号を生成し、交流信号を切替回路４７７に出力する。切替回路４７７は、指示信号に基づいて交流信号を所定のドライブコイル４７９Ｘ，４７９Ｙ，４７９Ｚに入力させる。ドライブコイル４７９Ｘ，４７９Ｙ，４７９Ｚは入力された交流信号により、カプセル医療装置４０３の動作範囲に位置検出用の交番磁界Ｍ３を形成する。

カプセル医療装置４０３における磁化方向検出コイル４１３とコンデンサ４１５とからなるＬＣ共振回路は共振を起こし、共振磁界Ｍ４を発生する。
磁界受信回路４７１は位置検出用の交番磁界Ｍ３および共振磁界Ｍ４を検出し、検出信号を位置方向計算部４７３に出力する。位置方向計算部４７３は検出信号から共振磁界Ｍ４に係る信号を抽出し、共振磁界Ｍ４に係る信号から永久磁石２７の磁化方向を算出する。算出された永久磁石２７の磁化方向は、ガイダンス用磁界発生部４６５に出力される。
なお、永久磁石２７の磁化方向の算出方法は、第１の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。

以後のガイダンス用磁界発生部４６５におけるなす角の算出方法は、第１の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。

上記の構成によれば、カプセル医療装置４０３における永久磁石２７の磁化方向を検出するために、外部のコイルを新たに設ける必要がない。永久磁石２７の磁化方向を求めるアルゴリズムが単純なので、効率のよいカプセル医療装置４０３の制御を行うことができる。

〔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１５から図１８を参照して説明する。
本実施形態のカプセル医療装置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、カプセル医療装置に搭載された永久磁石の磁化方向の検出方法が異なっている。よって、本実施形態においては、図１５から図１８を用いて永久磁石の磁化方向の検出方法のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
図１５には、本実施形態に係るカプセル医療装置のブロック図が示されている。
なお、第１の実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。

カプセル医療装置システム（医療用誘導システム）５０１のカプセル医療装置（医療装置）５０３は、図１５に示されるように、外装７と、撮像部９と、電源部１１と、コイル１７と、コイルフィルタ１９と、磁界受信部２１と、無線送信機２３と、制御部２５と、永久磁石２７とを備えている。

図１６には、本実施形態に係るカプセル医療装置システムの外部装置のブロック図が示されている。
外部装置５０５には、図１６に示されるように、位置検出用の磁界Ｍ２を発生する体外装置６１と、カプセル医療装置５０３の位置および向きを算出する外部制御部６３と、ガイダンス用磁界Ｍ１を発生するガイダンス用磁界発生部６５と、外部制御部６３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６７と、カプセル医療装置５０３の永久磁石２７の磁界方向を検出する磁界センサ（外部磁界検出部）５６８と、が備えられている。

磁界センサ５６８は、永久磁石２７の磁界強度およびガイダンス用磁界Ｍ１の磁界強度を検出するものであり、カプセル医療装置５０３の動作範囲の周囲に複数配置されている。
なお、上述のように、カプセル医療装置５０３の動作範囲の周囲に複数の磁界センサ５６８が配置されていてもよいし、１個の３軸の磁界センサ５６８を用いてもよく、特に限定するものではない。

このように構成された外部装置５０５における、永久磁石２７の磁化方向と、カプセル医療装置５０３の位置におけるガイダンス用磁界Ｍ１の磁界方向とのなす角の算出方法について説明する。
図１７は、本実施形態における磁化方向と磁界方向とのなす角の算出方法を説明するフローチャートである。
まず、カプセル医療装置５０３の電源を入れた後、カプセル医療装置５０３を被検者の口部または肛門から体腔内に投入する（ステップＳ１０１）。
その後、外部装置５０５によりカプセル医療装置５０３の位置および向き（初期位置情報）が取得される（ステップＳ１０２）。なお、カプセル医療装置５０３の位置等の検出方法は第１の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。

カプセル医療装置５０３が動作範囲内に配置されると、磁界センサ５６８は下記の式（２）で表される磁界Ｂｔｏｔａｌを検出し、磁界Ｂｔｏｔａｌの強度に基づいた検出信号を出力する（ステップＳ１０３）。
Ｂｔｏｔａｌ＝Ｂｉｎｔ＋Ｂｅｘｔ ・・・（２）
ここで、Ｂｉｎｔは永久磁石２７が形成する磁界強度であり、Ｂｅｘｔはガイダンスコイル１０１が形成するガイダンス用磁界Ｍ１の磁界強度である。

磁界センサ５６８の出力信号は、外部制御部６３の磁界−磁化方向角度差算出部９３に入力され、永久磁石２７が形成する磁界Ｂｉｎｔが算出される（ステップＳ１０４）。この段階で、ガイダンスコイル１０１からガイダンス用磁界Ｍ１は発生されていないため、Ｂｅｘｔ＝０であり、式（２）はＢｉｎｔ＝Ｂｔｏｔａｌとなる。
そして、第１の実施形態と同様に、永久磁石２７の磁化方向と、カプセル医療装置２０３の位置におけるガイダンス用磁界Ｍ１の磁界方向とのなす角θが、磁界−磁化方向角度差算出部９３において算出される。

算出されたなす角θは、取得されたカプセル医療装置５０３の位置等の情報と同様にガイダンス用磁界発生部６５に出力される。
ガイダンス用磁界発生部６５の発生磁界計算部１０９は、入力された位置等の情報となす角θとに基づき、必要とされるガイダンス用磁界Ｍ１の磁界Ｂｅｘｔを算出する（ステップＳ１０５）。

図１８は、算出されたなす角θに基づく、ガイダンスコイルからの磁界の制御を説明するフローチャートである。
発生磁界計算部１０９は、算出した磁界Ｂｅｘｔのガイダンス用磁界Ｍ１を発生させる指令信号をガイダンスコイルドライバ９９に出力し、ガイダンスコイル１０１からガイダンス用磁界Ｍ１を発生させる（ステップＳ１０６）。

その後、磁界センサ５６８は、磁界センサ５６８の位置に形成された磁界Ｂｔｏｔａｌを検出する（ステップＳ１０７）。
磁界センサ５６８の検出信号は、磁界−磁化方向角度差算出部９３に入力され、下記の式（３）に基づいて永久磁石２７が形成する磁界Ｂｉｎｔが求められる（ステップＳ１０８）。
Ｂｉｎｔ＝Ｂｔｏｔａｌ−Ｂｅｘｔ ・・・（３）

そして、再び外部装置５０５によりカプセル医療装置５０３の位置および向き（初期位置情報）が取得される（ステップＳ１０９）。
磁界−磁化方向角度差算出部９３は、ステップＳ１０８で算出した磁界ＢｉｎｔとステップＳ１０９で取得したカプセル医療装置５０３の位置などの情報に基づき、永久磁石２７の磁化方向と、カプセル医療装置５０３の位置におけるガイダンス用磁界Ｍ１の磁界方向とのなす角θを算出する（ステップＳ１１０）。

操作部９５に入力されたカプセル医療装置５０３の進行方向および進行速度の情報は、カプセル方向ズレ判断部１０７に出力される（ステップＳ１１１）。
カプセル方向ズレ判断部１０７は、入力されたカプセル医療装置５０３の進行方向等の情報と位置および方向の情報とに基づいて、カプセル医療装置５０３の進行方向（制御目標方向）と、カプセル医療装置５０３の長手軸Ｒの方向とのなす角αを算出する。発生磁界計算部１０９は、算出されたなす角αと、入力されたカプセル医療装置５０３の進行方向等の情報とにより必要とされるガイダンス用磁界Ｍ１の磁界Ｂｅｘｔを算出し、更新する（ステップＳ１１２）。

発生磁界計算部１０９は、更新された磁界Ｂｅｘｔに基づいて、ガイダンスコイル１０１からガイダンス用磁界Ｍ１を発生させる（ステップＳ１０６）。
以後、上述の制御が繰り返し行われる。

上記の構成によれば、カプセル医療装置５０３の永久磁石２７の磁化方向を検出することで、カプセル医療装置５０３のガイダンス用磁界Ｍ１と永久磁石２７の磁化方向とのズレ（なす角θ）を修正することができる。その結果、最適なガイダンス用磁界Ｍ１と内部の永久磁石２７とを設定することができるため、ガイダンス用磁界発生部６５の消費電力を抑えることや、カプセル医療装置５０３の内部の永久磁石２７を小型化することができ、カプセル医療装置５０３の安定した制御も可能となる。

永久磁石２７によりカプセル医療装置５０３の周囲に形成された磁界が磁界センサ５６８に検出され、検出された磁界情報に基づいて永久磁石２７の磁化方向が算出される。算出された磁化方向は永久磁石２７の磁化方向と略一致するため、磁界−磁化方向角度差算出部９３は、算出された磁化方向に基づいてなす角θを算出できる。

〔第２の実施形態の変形例〕
次に、本発明の第２の実施形態の変形例について図１９から図２１を参照して説明する。
本変形例のカプセル医療装置システムの基本構成は、第２の実施形態と同様であるが、第２の実施形態とは、カプセル医療装置に搭載された永久磁石の磁化方向の検出方法が異なっている。よって、本変形例においては、図１９から図２１を用いて永久磁石の磁化方向の検出方法のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
図１９には、本変形例に係るカプセル医療装置のブロック図が示されている。
なお、第２の実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。

カプセル医療装置システム（医療用誘導システム）６０１のカプセル医療装置（医療装置）６０３は、図１９に示されるように、外装７と、撮像部９と、電源部１１と、磁化方向信号発信部６１３と、信号フィルタ６１５と、コイル１７と、コイルフィルタ１９と、磁界受信部２１と、無線送信機２３と、制御部２５と、永久磁石２７とを備えている。

磁化方向信号発信部６１３は、永久磁石２７の磁化方向にかかる信号を生成し、無線送信機２３から磁化方向にかかる信号（電磁波）を送信させるものである。
なお、上述のように、無線送信機２３が磁化方向にかかる信号を送信してもよいし、別の送信機を設けて磁化方向にかかる信号を送信させてもよく、特に限定するものではない。別の送信機を設ける場合には、永久磁石２７の磁化方向と、磁化方向にかかる信号の送信方向が平行であることが好ましい。このように配置することで、磁化方向の算出が容易になるからである。

カプセル医療装置システム６０１から出力される磁化方向にかかる信号は電磁波であってもよいし、光による信号であってもよいし、熱による信号であってもよいし、音による信号であってもよいし、超音波による信号であってもよく、特に限定するものではない。
これらにあわせて、カプセル医療装置システム６０１から信号を出力する機器は、無線送信機２３であってもよいし、発光部であってもよいし、発熱部であってもよいし、スピーカ部であってもよいし、超音波発振部であってもよく、特に限定するものではない。

図２０には、本実施例に係るカプセル医療装置システムの外部装置のブロック図が示されている。
外部装置６０５には、図２０に示されるように、位置検出用の磁界Ｍ２を発生する体外装置６１と、カプセル医療装置６０３の位置および向きを算出する外部制御部６３と、ガイダンス用磁界Ｍ１を発生するガイダンス用磁界発生部６５と、外部制御部６３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６７と、カプセル医療装置６０３の永久磁石２７の磁界方向にかかる信号を受信する磁化方向信号受信部６６８と、が備えられている。

磁化方向信号受信部６６８は、無線送信機２３から送信された磁化方向にかかる信号を受信するものである。
なお、上述のように磁化方向信号受信部６６８は、電磁波を受信する受信機であってもよいし、カプセル医療装置６０３から送信される信号の種類に応じて、光や、熱や、音や、超音波などからなる信号を受信するものであってもよく、特に限定するものではない。

このように構成された外部装置６０５における、永久磁石２７の磁化方向と、カプセル医療装置６０３の位置におけるガイダンス用磁界Ｍ１の磁界方向とのなす角の算出方法について説明する。
図２１は、本実施形態における磁化方向と磁界方向とのなす角の算出方法を説明するフローチャートである。

まず、カプセル医療装置６０３の電源を入れた後、カプセル医療装置６０３を被検者の口部または肛門から体腔内に投入する（ステップＳ２０１）。
その後、外部装置６０５によりカプセル医療装置６０３の位置および向き（初期位置情報）が取得される（ステップＳ２０２）。なお、カプセル医療装置６０３の位置等の検出方法は第１の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。

その後、カプセル医療装置６０３の磁化方向信号発信部６１３は、永久磁石２７の磁化方向にかかる信号を生成する。生成された信号は、信号フィルタ６１５に出力されノイズ等が除去される。信号フィルタ６１５を通過した信号は、磁化方向信号受信部６６８を介して無線送信機２３に入力される。無線送信機２３は、入力された信号に基づいて電磁波を送信する。

無線送信機２３から送信された電磁波は、外部装置６０５の磁化方向信号受信部６６８に受信される（ステップＳ２０３）。
カプセル医療装置６０３の進行方向および進行速度の情報は、操作部９５から入力される（ステップＳ２０４）。

発生磁界計算部１０９は、上述のカプセル医療装置６０３の位置等の情報、永久磁石２７の磁化方向にかかる情報、および、カプセル医療装置６０３の進行方向等の情報に基づき、ガイダンスコイル１０１から発生させるガイダンス用磁界Ｍ１の磁界Ｂｅｘｔを算出する（ステップＳ２０５）。

発生磁界計算部１０９は、算出された磁界Ｂｅｘｔに基づいて、ガイダンスコイル１０１からガイダンス用磁界Ｍ１を発生させる（ステップＳ２０６）。
その後、再びステップＳ２０１に戻り、カプセル医療装置６０３の位置および向きの取得を行い、上述の制御を繰り返す。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上述の実施形態においては、本発明をカプセル型医療装置に適用して説明を行ったが、無線通信を行うカプセル型医療装置に限らず、例えば内視鏡やカテーテルの先端に永久磁石を設け体腔内を推進させたり、誘導したりする医療装置システムにも応用可能である。

Claims (4)

1. 体腔内の生体情報を取得する生体情報取得部と、体外から作用する磁界を受けて駆動力を発生する磁石と、を備えた医療装置と、
   体外から前記磁石に作用させる磁界を発生する磁界発生部と、
   前記磁石の磁化方向と、前記医療装置の位置における前記磁界発生部により発生された磁界の磁界方向とのなす角度であるズレ量を検出するズレ量検出部と、
   が設けられ、
   前記ズレ量に基づいて、前記磁界発生部が制御され、
   前記ズレ量検出部が、
   前記磁界発生部により前記医療装置の位置に形成された磁界の磁界強度を検出する磁界検出部と、
   前記検出された磁界強度と、前記医療装置の位置に形成された磁界の磁界強度とに基づいて、前記ズレ量を算出するズレ量算出部と、
   を備える医療用誘導システム。
2. 体腔内の生体情報を取得する生体情報取得部と、体外から作用する磁界を受けて駆動力を発生する磁石と、を備えた医療装置と、
   体外から前記磁石に作用させる磁界を発生する磁界発生部と、
   前記磁石の磁化方向と、前記医療装置の位置における前記磁界発生部により発生された磁界の磁界方向とのなす角度であるズレ量を検出するズレ量検出部と、
   が設けられ、
   前記ズレ量に基づいて、前記磁界発生部が制御され、
   前記ズレ量検出部が、
   外部から前記医療装置の動作領域に交番磁界を形成する交番磁界発生部と、
   前記医療装置において前記交番磁界の磁界強度を検出する交番磁界検出部と、
   前記検出された交番磁界の磁界強度と、前記医療装置における前記交番磁界の磁界強度とに基づいて、前記ズレ量を算出するズレ量算出部と、
   を備える医療用誘導システム。
3. 前記医療装置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部をさらに備え、
   前記磁界発生部が、前記ズレ量、および、前記医療装置の位置および向きの少なくとも一方に基づいて制御される請求項１または２に記載の医療用誘導システム。
4. 前記ズレ量検出部が、
   前記医療装置の外部において、前記磁石により形成される磁界を検出する外部磁界検出部と、
   該外部磁界検出部により検出された磁界情報から前記磁石の磁化方向を算出し、該算出された磁化方向に基づいて前記ズレ量を算出するズレ量算出部と、
   を備える請求項１から３のいずれかに記載の医療用誘導システム。

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