位置检测装置、胶囊型内窥镜系统以及位置检测程序的制作方法
位置检测装置、胶囊型内窥镜系统以及位置检测程序的制作方法
【专利摘要】提供一种能够抑制计算量且以比以往高的精度进行胶囊型内窥镜的位置检测的位置检测装置等。信息处理装置(6)具备：存在区域获取部(621)，其根据多个接收天线接收到的信号的各接收强度，求出各接收天线与胶囊型内窥镜之间的距离，获取以各接收天线为中心将与各接收天线对应的距离设为半径的多个球中的至少两个球重叠的区域；朝向估计部(622)，其根据区域内的多个点的各点与各接收天线之间的位置关系以及各接收天线接收到的信号的接收强度，对胶囊型内窥镜在各点的朝向进行估计；以及位置决定部(623)，其根据上述各点的位置和胶囊型内窥镜的朝向，决定胶囊型内窥镜在被检体内的位置。
【专利说明】位置检测装置、胶囊型内窥镜系统以及位置检测程序
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种对胶囊型内窥镜在被检体内的位置进行检测的位置检测装置、具备该位置检测装置的胶囊型内窥镜系统以及位置检测程序。
【背景技术】
[0002]以往，在内窥镜的领域中，已知一种在大小形成为能够导入到患者等被检体的消化管内的胶囊形状的壳体内内置了摄像功能、无线通信功能等的胶囊型内窥镜。胶囊型内窥镜被从被检体的口中吞服之后，通过蠕动运动等在消化管内等被检体内部进行移动。而且，依次拍摄被检体内部而生成图像数据，以无线方式依次发送该图像数据。
[0003]从胶囊型内窥镜以无线方式发送的图像数据被设置于被检体的外部的接收装置接收，被存储到内置于接收装置的存储器。在检查结束之后，存储在接收装置的存储器内的图像数据被取入到图像显示装置。医生等观察者对图像显示装置所显示的脏器图像等进行观察而进行被检体的诊断。
[0004]另外，胶囊型内窥镜通过蠕动运动等在体腔内进行移动，因此需要正确地识别从胶囊型内窥镜以无线方式发送的图像数据是在体腔内的哪一个位置拍摄得到的。因此，已知以下一种医疗系统:使用设置于体腔外的多个接收天线来接收胶囊型内窥镜发送的电磁波，使用接收到的多个无线信号的接收强度等来对胶囊型内窥镜的位置进行估计等(例如参照专利文献I?3)。
[0005]例如在专利文献I中公开了以下技术:根据天线的接收强度来估计胶囊型内窥镜的位置，在接收状况差等规定的状况下，对胶囊型内窥镜的移动速度和移动方向进行估计，根据这些移动速度和移动方向以及接收强度对胶囊型内窥镜的位置进行估计。
[0006]另外，在专利文献2中公开了一种通过磁场对胶囊型医疗装置在体内的位置、姿势进行控制的磁引导医疗系统。在该磁引导医系统中，根据从胶囊型医疗装置发送的无线信号的接收强度，应用三角法来计算胶囊型医疗装置的三维位置。
[0007]另外，在专利文献3中公开了一种对胶囊型内窥镜在体内的位置进行估计而计算轨迹的胶囊型医疗装置。在该胶囊型医疗装置中，通过高斯-牛顿法来反复对内置于胶囊型内窥镜的天线的位置和朝向进行估计。
[0008]专利文献1:日本特开2008-99734号公报
[0009]专利文献2:日本特开2006-68501号公报
[0010]专利文献3:日本特开2007-283001号公报
【发明内容】
[0011]发明要解决的问题
[0012]然而，内置于胶囊型内窥镜而发送无线信号的发送天线通常具有指向性，因此为了进行高精度的位置估计，需要考虑发送天线的朝向、即胶囊型内窥镜的朝向。
[0013]关于这一点，在专利文献3中记载了除了胶囊型内窥镜的天线的位置信息以外还能够将朝向信息利用于轨迹计算处理这种意思。然而，在专利文献3中没有公开如何利用朝向信息。
[0014]另外，通常，在进行高精度的运算的情况下计算量增加，因此难以高速地进行位置估计的运算。
[0015]本发明是鉴于上述情况而完成的，目的在于提供一种能够抑制计算量且以比以往高的精度进行胶囊型内窥镜的位置检测的位置检测装置、胶囊型内窥镜系统以及位置检测程序。
[0016]用于解决问题的方案
[0017]为了解决上述问题而达到目的，本发明所涉及的位置检测装置根据从被导入到被检体而在该被检体的内部移动的胶囊型内窥镜发送的信号的多个接收天线中的接收强度，对上述胶囊型内窥镜在上述被检体内的位置进行检测，该位置检测装置的特征在于，具备:区域获取部，其根据上述多个接收天线接收到的信号的各接收强度，来求出各接收天线与上述胶囊型内窥镜之间的距离，获取以各接收天线为中心将与各接收天线对应的上述距离设为半径的多个球中的至少两个球重叠的区域；朝向估计部，其根据上述区域内的多个点中的各点与上述各接收天线之间的位置关系以及上述各接收天线接收到的信号的接收强度，来对上述胶囊型内窥镜在各点处的朝向进行估计；以及位置决定部，其根据上述各点的位置与上述胶囊型内窥镜的朝向，来决定上述胶囊型内窥镜在上述被检体内的位置。
[0018]特征在于，在上述位置检测装置中，上述朝向估计部根据上述各接收天线的方向、从上述各点朝向上述各接收天线的方向以及上述各接收天线中的上述接收强度，获取表示上述胶囊型内窥镜的朝向的向量通过的点的候选区域，将针对上述多个接收天线分别获取到的上述向量通过的点的候选区域彼此重叠的位置决定为上述向量通过的点。
[0019]特征在于，在上述位置检测装置中，上述位置决定部对上述多个点中的各点，根据各点的位置与上述胶囊型内窥镜的朝向，在假设为在各点处存在上述胶囊型内窥镜的情况下对上述各点计算上述多个接收天线接收的信号的接收强度的理论值，并且获取上述多个接收天线中的接收强度的测量值，从上述多个点内检测使上述理论值与上述测量值之间的误差最小的点。
[0020]特征在于，在上述位置检测装置中，上述误差为上述理论值与上述测量值之间的差的绝对值之和或者残差平方和。
[0021]特征在于，上述位置检测装置还具备轨迹计算部，该轨迹计算部根据上述位置决定部决定的胶囊型内窥镜的位置，计算上述胶囊型内窥镜的移动轨迹。
[0022]特征在于，上述位置检测装置还具备图像显示部，该图像显示部显示上述轨迹计算部计算出的上述胶囊型内窥镜在上述被检体内的移动轨迹。
[0023]本发明所涉及的胶囊型内窥镜系统的特征在于，具备:胶囊型内窥镜，其被导入到被检体，在该被检体的内部移动并获取上述被检体内的图像信息；以及上述位置检测装置。
[0024]特征在于，在上述胶囊型内窥镜系统中，上述接收天线为仅利用主极化波的天线。
[0025]特征在于，在上述胶囊型内窥镜系统中，上述接收天线为偶极天线。
[0026]本发明所涉及的胶囊型内窥镜系统的特征在于，具备:胶囊型内窥镜，其被导入到被检体，在该被检体的内部移动并获取上述被检体内的图像信息；接收装置，该接收装置具有:多个天线，其接收从上述胶囊型内窥镜发送的包含图像信息的信号；区域获取部，其根据上述多个接收天线接收到的信号的各接收强度，求出各接收天线与上述胶囊型内窥镜之间的距离，获取以各接收天线为中心将与各接收天线对应的上述距离设为半径的多个球中的至少两个球重叠的区域；朝向估计部，其根据上述区域内的多个点中的各点与上述各接收天线之间的位置关系以及上述各接收天线接收到的信号的接收强度，来对上述胶囊型内窥镜在各点处的朝向进行估计；以及位置决定部，其根据上述各点的位置与上述胶囊型内窥镜的朝向，决定上述胶囊型内窥镜在上述被检体内的位置；以及图像显示部，其从上述接收装置获取上述图像信息以及与该图像信息对应的表示上述胶囊型内窥镜的位置的位置信息，显示与上述图像信息对应的图像以及上述胶囊型内窥镜的位置。
[0027]本发明所涉及的位置检测程序使根据从被导入到被检体并在该被检体的内部移动的胶囊型内窥镜发送的信号的多个接收天线中的接收强度来对上述胶囊型内窥镜在上述被检体内的位置进行检测的位置检测装置执行以下步骤:区域获取步骤，根据上述多个接收天线接收到的信号的各接收强度，求出各接收天线与上述胶囊型内窥镜之间的距离，获取以各接收天线为中心将与各接收天线对应的上述距离设为半径的多个球中的至少两个球重叠的区域；朝向估计步骤，根据上述区域内的多个点中的各点与上述各接收天线之间的位置关系以及上述各接收天线接收到的信号的接收强度，来对上述胶囊型内窥镜在各点处的朝向进行估计；以及位置决定步骤，根据上述各点的位置与上述胶囊型内窥镜的朝向，来决定上述胶囊型内窥镜在上述被检体内的位置。
[0028]发明的效果
[0029]根据本发明，对胶囊型内窥镜的朝向进行估计，使用该朝向，从根据各接收天线中的接收强度而获取到的区域中进一步锁定胶囊型内窥镜的位置，因此能够抑制计算量并以比以往高的精度对胶囊型内窥镜的位置进行检测。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]图1是表示本发明的实施方式I所涉及的胶囊型内窥镜系统的概要结构的示意图。
[0031]图2是表示图1示出的胶囊型内窥镜内部的概要结构的示意图。
[0032]图3是表示图1示出的信息处理装置的概要结构的框图。
[0033]图4是表示图1示出的信息处理装置的动作的流程图。
[0034]图5是表示图4示出的位置决定处理的详细的流程图。
[0035]图6是用于说明存在区域的获取处理的示意图。
[0036]图7是图6示出的存在区域的放大图。
[0037]图8是表示胶囊型内窥镜的朝向估计处理的详细的流程图。
[0038]图9是用于说明胶囊型内窥镜的朝向估计处理的示意图。
[0039]图10是用于说明胶囊型内窥镜的朝向估计处理的示意图。
[0040]图11是用于说明各接收天线中的接收强度的理论值的计算原理的图。
[0041]图12是用于说明各接收天线中的接收强度的理论值的计算原理的图。
[0042]图13是用于说明各接收天线中的接收强度的理论值的计算原理的图。
[0043]图14是用于说明各接收天线中的接收强度的理论值的计算原理的图。
[0044]图15是用于说明胶囊型内窥镜的移动轨迹的校正处理的图。
[0045]图16是用于说明胶囊型内窥镜的移动轨迹的校正处理的图。
[0046]图17是用于说明获取胶囊型内窥镜的存在区域的另一方法的示意图。
[0047]图18是表示本发明的实施方式I所涉及的胶囊型内窥镜系统的其它结构例的示意图。
[0048]图19是表示本发明的实施方式2所涉及的胶囊型内窥镜系统所具备的接收装置的结构例的框图。
【具体实施方式】
[0049]下面，参照【专利附图】
【附图说明】本发明的实施方式所涉及的位置检测装置、胶囊型内窥镜系统以及胶囊型内窥镜的位置检测程序。此外，在以下说明中，作为本发明所涉及的位置检测装置和胶囊型内窥镜系统的一例，例示包含被导入到被检体的体内而拍摄被检体的体内图像的胶囊型内窥镜的胶囊型内窥镜系统，但是本发明并不限定于该实施方式。
[0050](实施方式I)
[0051]图1是表示本发明的实施方式I所涉及的胶囊型内窥镜系统I的概要结构的示意图。如图1所示，胶囊型内窥镜系统I具备:胶囊型内窥镜3，其对被检体2内的体内图像进行拍摄；接收装置5，其经由接收天线单元4接收从被导入到被检体2的内部的胶囊型内窥镜3以无线方式发送的无线信号；以及信息处理装置6，其对由胶囊型内窥镜3对被检体2内进行拍摄而得到的图像的摄像位置进行估计，并且根据由胶囊型内窥镜3拍摄而得到的图像数据来显示被检体2内的图像。
[0052]图2是表示胶囊型内窥镜3内部的概要结构的示意图。如图2所示，胶囊型内窥镜3被收容在胶囊型容器30 (壳体)内，该胶囊型容器30 (壳体)包含:一端呈半球状的圆顶罩形状、另一端打开开口的大致圆筒形状或者半椭圆球状的容器30a;以及半球形状的光学圆顶罩30b，其通过嵌入容器30a的开口来不透水地密封容器30a内。该胶囊型容器30(30a、30b)例如具有被检体2能够吞服程度的大小。另外，在实施方式I中，至少光学圆顶罩30b由透明的材料形成。
[0053]胶囊型内窥镜3具备:物镜32，其使经由光学圆顶罩30b入射的光成像；透镜框33，其用于安装物镜32 ;摄像部34，其将通过物镜32入射的光信号变换为电信号而形成摄像信号；照明部35，其在摄像时照明被检体2的内部；电路基板36，其分别驱动摄像部34和照明部35，并且形成有根据从摄像部34输入的摄像信号来生成图像信号的处理电路等；发送和接收电路37，其发送图像信号，并且接收来自体腔外的接收装置5等的信号；以及多个纽扣型电池38，其将电源提供给这些各功能部；以及例如圆形线圈状或者圆形环状的天线39。
[0054]胶囊型内窥镜3在被吞服到被检体2之后，通过被检体2内的食道，通过消化管腔的蠕动运动在体腔内进行移动。胶囊型内窥镜3 —边在体腔内进行移动一边以微小的时间间隔、例如0.5秒钟间隔在被检体2的体腔内依次进行拍摄而生成图像数据，依次发送到接收装置5。在实施方式I中，还能够根据胶囊型内窥镜3的摄像部34进行拍摄而生成的图像数据的图像信号来执行位置估计处理，但是更优选生成包含所生成的图像信号和胶囊型内窥镜3的位置检测用的接收强度检测信号的发送信号，根据容易检测接收强度的接收强度检测信号来执行位置检测处理。
[0055]接收装置5通过天线线缆43与配置了多个(在图1中三个)接收天线40(1)?40(3)的片状的接收天线单元4进行连接。接收装置5经由各接收天线40(1)?40 (3)来接收从胶囊型内窥镜3发送的无线信号，针对每个接收天线40(1)?40(3)来检测无线信号的接收电场强度，并且根据接收到的无线信号来获取被检体2内的图像数据。接收装置5将各接收天线40 (I)?40 (3)的接收电场强度信息和表示时刻的时刻信息等与接收到的图像数据对应地存储到后述的存储部(参照图15)。另外，接收装置5也可以具备显示部54和操作部55，该显示部54显示与从胶囊型内窥镜3接收到的图像数据对应的图像，该操作部55在对该接收装置5输入指示操作时使用。
[0056]作为各接收天线40 (I)?40 (3)，优选为仅使用主极化波(即不使用交叉极化波)的天线。在本实施方式中，作为接收天线40(1)?40(3)使用偶极天线。以下，还将这些接收天线40⑴?40(3)记载为接收天线40 (η) (η = I?N,在图1中N = 3)。
[0057]接收装置5在由胶囊型内窥镜3进行拍摄期间、换言之例如被从被检体2的口中导入而通过消化管内直到从被检体2排出期间由被检体2携带。接收装置5在胶囊型内窥镜3的检查结束之后被从被检体2取下，为了传送从胶囊型内窥镜3接收到的图像数据等信息而将其与信息处理装置6相连接。
[0058]各接收天线40 (η)被配置在薄片44的规定的位置、例如在将接收天线单元4安装到被检体2时与作为胶囊型内窥镜3的通过路径的被检体2内的各脏器对应的位置。此外，各接收天线40 (η)的配置也可以根据检查或者诊断等目的而任意地变更。
[0059]信息处理装置6使用具备液晶显示器等显示部66c的工作站或者个人计算机构成。信息处理装置6为显示与经由接收装置5获取到的被检体2内的图像数据对应的图像的图像显示装置，并且为对拍摄该图像时的胶囊型内窥镜3的位置进行检测的位置检测装置。
[0060]在信息处理装置6上连接有从接收装置5的存储部中读取图像数据等的托架6a以及键盘、鼠标等操作输入设备6b。托架6a在安装了接收装置5时从接收装置5的存储器中获取图像数据、与该图像数据相关联的接收电场强度信息、时刻信息以及胶囊型内窥镜3的识别信息等关联信息，将获取到的各种信息传送到信息处理装置6。操作输入设备6b接收用户的输入。由此，用户一边操作操作输入设备6b —边查看信息处理装置6依次显示的被检体2内的图像，来观察被检体2内部的生物体部位、例如食道、胃部、小肠和大肠等并诊断被检体2。
[0061]接着，详细说明图1示出的信息处理装置6的结构。图3是表示图1示出的信息处理装置6的结构的框图。如图3所示，信息处理装置6具备:控制部61，其统一控制信息处理装置6整体；位置信息估计部62，其对接收到包含图像数据的无线信号的定时的胶囊型内窥镜3的位置进行估计来生成位置信息；轨迹计算部63，其根据位置信息估计部62针对每个图像数据生成的胶囊型内窥镜3的位置信息，计算胶囊型内窥镜3在被检体2内的移动轨迹；存储部64，其用于存储从胶囊型内窥镜3接收到的图像数据和信号强度；输入部65，其获取来自键盘、鼠标等操作输入设备6b等的信息；以及输出部66，其具有由显示器构成的显示部66c，并且使用打印机、扬声器等构成。存储部64使用硬盘和存储器构成，该硬盘对信息进行磁存储，该存储器在胶囊型内窥镜系统I执行处理时从硬盘下载与该处理有关的各种程序、参数等并进行电存储。
[0062]位置信息估计部62分别获取接收天线单元4的多个接收天线40 (η)接收到的信号的强度(接收电场强度，以下还简称为接收强度)，根据这些信号的强度对胶囊型内窥镜3的位置(内置的天线39的位置)进行估计。位置信息估计部62具备存在区域获取部621、朝向估计部622以及位置决定部623。
[0063]存在区域获取部621根据各接收天线40 (η)中的接收强度对胶囊型内窥镜3在位置检测定时时的存在区域进行估计。
[0064]朝向估计部622根据存在区域内的多个点与各接收天线40 (η)的位置关系以及各接收天线40 (η)中的接收强度，对假设为胶囊型内窥镜3存在于上述多个点的各点的情况下的胶囊型内窥镜3的朝向、即胶囊型内窥镜3内置的天线39的朝向进行估计。
[0065]位置决定部623根据上述存在区域内的各点的位置以及朝向估计部622估计出的胶囊型内窥镜3的朝向，来对胶囊型内窥镜3在存在区域内的更详细的位置进行检测。
[0066]接着，说明图1示出的信息处理装置6的动作。图4是表示信息处理装置6的动作的流程图。
[0067]首先，在步骤SI中，位置信息估计部62从存储部64获取使用于胶囊型内窥镜3的位置估计的参数。后述参数的内容。
[0068]在后续步骤S2中，信息处理装置6获取在位置检测定时各接收天线40 (η)接收到的信号的信号强度。
[0069]在后续步骤S3中，位置信息估计部62根据各接收天线40 (η)中的接收强度，决定胶囊型内窥镜3在被检体2内的位置，制作位置信息。
[0070]图5是表示位置信息估计部62所执行的位置决定处理的详细的流程图。
[0071]首先，在步骤Sll中，位置信息估计部62判断与输入到信息处理装置6的图像数据对应的图像是否为要显示在显示部66c中的图像。例如，在图像数据内包含的噪声的比率大于规定阈值的情况下，判断为与该图像数据对应的图像并非是要显示在显示部66c中的图像。在与所输入的图像数据对应的图像并非是要显示在显示部66c中的图像的情况下(步骤Sll 否”)，处理返回到主例程。这是由于，这种图像被判断为不适合于用户观察的图像。
[0072]在与所输入的图像数据对应的图像为要显示在显示部66c中的图像的情况下(步骤Sll 是”)，存在区域获取部621根据各接收天线40 (η)中的接收强度来获取各接收天线40 (η)与胶囊型内窥镜3之间的距离rn(步骤S12)。
[0073]更详细地说，存在区域获取部621根据接收天线40(n)中的接收电场强度来求出接收信号的电压Vn，使用以下式(I)来计算距离rn。
[0074][数I]
[0075]￥() = K—e ttr*…(i)
[0076]在式(I)中，参数K为根据接收天线40 (η)的特性来决定的常数，参数α为生物体组织的衰减系数。这些参数K和α是从预先测量出的实测值导出的，在步骤SI中从存储部64获取。
[0077]在后续步骤S13中，存在区域获取部621根据各接收天线40 (η)与胶囊型内窥镜3之间的距离rn，获取存在胶囊型内窥镜3的区域(存在区域)T。更详细地说，作为存在区域T而获取以各接收天线40 (η)为中心将距离rn设为半径的多个球中至少两个以上的球重叠的区域。例如在接收天线40 (I)?40 (3)的情况下，如图6所示，作为胶囊型内窥镜3的存在区域T而获取以接收天线40 (I)为中心将距离Γι设为半径的球B1、以接收天线40 (2)为中心将距离r2设为半径的球Β2以及以接收天线40(3)为中心将距离r3设为半径的球B3重叠的区域。此外，在图6示出的XY平面上取接收天线40(1)?40(3)的坐标的情况下，也可以将估计为胶囊型内窥镜3所处的球BI?B3例如考虑为ZS O侧(被检体2侧)的半球。
[0078]图7是图6示出的存在区域T的放大图。接在步骤S13之后，位置信息估计部62对将存在区域T分割为格子状而得到的多个局部区域内的点(例如中心点。以下称为格子点)Pi分别执行环A的处理。
[0079]在步骤S14中，朝向估计部622进行假设为胶囊型内窥镜3存在于格子点Pi的情况下的胶囊型内窥镜3的朝向估计处理。
[0080]图8是表示朝向估计部622所执行的胶囊型内窥镜3的朝向估计处理的详细的流程图。另外，图9和图10是用于说明胶囊型内窥镜3的朝向估计处理的示意图。
[0081]如图8所示，朝向估计部622对接收天线40 (η) (η = I?N, η为自然数)分别执行环B的处理。
[0082]首先，在步骤S21中，如图9所示，朝向估计部622获取表示处理对象的接收天线40 (η)的朝向的向量a。此外，在图9中，将使向量a平行移动到胶囊型内窥镜3的中心(即格子点Pi)的向量作为向量a’而一并不出。
[0083]在后续步骤S22中，朝向估计部622根据胶囊型内窥镜3与接收天线40 (η)的位置关系来获取从胶囊型内窥镜3 (格子点Pi)朝向接收天线40(η)的向量b。
[0084]在后续步骤S23中，朝向估计部622获取作为向量a(即向量a’)与向量b的外积的向量c (c = a Xb) ο
[0085]并且，在步骤S24中，朝向估计部622根据接收天线40 (η)中的接收强度，从将向量c设为半径的球面SP获取与向量c正交的圆的圆周Cn。在此，如图10所示，胶囊型内窥镜3的朝向(即内置于胶囊型内窥镜3的天线39的朝向)能够以从与向量c同一起点(格子点Pi)起始且将球面SP上的任一点作为终点的向量(以下设为向量X)来表示。此时，在与向量c正交的圆的圆周(例如圆周Rl、R2、…等)中，向量X通过一个圆周上的任一位置，天线40 (η)中的接收强度的理论值也不改变。因此，朝向估计部622根据天线40 (η)的接收强度，获取与向量c正交的一个圆周Cn作为向量X的终点候选的集合。
[0086]在针对全部(N个)接收天线40 (η)获取圆周Cn之后，在步骤S25中，朝向估计部622求出N个圆周Cn的交叉点，从该交叉点获取胶囊型内窥镜3 (天线39)的朝向Vc。之后，处理返回到主例程。
[0087]在接在步骤S14之后的步骤S15(参照图5)中，位置决定部623根据格子点Pi的位置和胶囊型内窥镜3的朝向Vc来计算各接收天线40 (η)中的接收强度的理论值Vtn (i)。
[0088]在此，如图11所示，用以下式(2-1)?(2-3)表示在以内置于胶囊型内窥镜3内的圆形线圈或者圆形环状的天线39为基准的坐标系XJJJ原点P)中任意的位置Q(xL>yL>Zl)处的电磁场(包含静电场、放射电磁场、感应电磁场的成分)的磁场成分扎和H0以及电场成分Εψ。
[0089][数2]
[0090]H, = ---? + —r I.e'ikf.cos0*.*{2-1)
2nU- r'J
, ^.|^ j、.[009 ? ] J J|j zzz ―***?*?* ~~? ?*~?—e 』* * S美n 0* * * (2?~~2?》
4π{^ r r2 r1 J
[0092]% =I1I + 1.] * e -1kr.sill Θ -(2-3)
# 4π Ir r)
[0093]在式(2-1)?(2-3)中，标记I表示流过天线39的电流，标记S表示构成天线39的圆形线圈的面积。标记r表示天线39到任意位置为止的距离(r= (x2+y2+z2)1/2)。另外，k = ω ( ε μ )1/2 ( ε为介电常数、μ为磁导率)，标记j表示虚数单位。
[0094]在由配置于胶囊型内窥镜3内的天线39产生的电磁场的频率高、胶囊型内窥镜3与安装于被检体2的体表的接收天线40 (η)之间的距离充分分离的情况下，在到达各接收天线40 (η)的电磁场(电磁波)中，放射电磁场的成分最大。因而，静电场和感应电磁场的成分小于放射电磁场的成分，从而能够忽略这些。因此，式(2-1)?(2-3)能够变形为以下式(3-1)?(3-3)ο
[0095][数3]
[0096]Hr = 0...(3-1)
Ig『2 \
[0097]Ha ----- e 抑? sin Θ …(3-2)
4歧 r J
[0098]E,, = -1(l,B!S/ik.1.e^Jkr.Sine…《3-3》.4π I r J
[0099]当设为安装于被检体2的体表的各接收天线40 (η)为用于检测电场的电场检测用天线时，其检测所需的式为式(3-3)。用式(3-3)提供的电场Εψ表示放射电场，考虑为交流理论的结果。因而，如以下式(4)所示，通过将式(3-3)的两边乘以exp(j?t)而提取实部来求出电场Εψ的瞬时值。
[0100][数4]
cjk _j|r: Q ?j?t
VjaQ =——---*e.sin X).e
4π r
[0101]'…(4)
=(cos U + j sin U).sin Θ
4ir
[0102]在式(4)中，U= cot-kr。
[0103]当提取式(4)的实部时，用以下式(5)提供电场的瞬时值Ε’ ψ。
[0104][数5]
?~~11 OJ LJ.J,
[0105]Ejfc =---------cosu-smy ,"(5)
*' 4πι.
[0106]另外，如图12所示，当将式(4)从极坐标系(r、θ、ψ)变换为正交坐标系Zl)时，用以下式(6-1)?(6-3)提供电场的瞬时值Ε’ ψ的各坐标成分(Eu、Eljy、E1J。
[0107][数6]
[0108]Elx = El?sin φ =.cosU-(-yL) ---(6-1)
'‘4πΓ
?couISk
[0109]ELv =Ed - cos# = --「-.cos U.xL.*.(β-2)
'4πι*~"
[0110]Elz = 0...(6-3)
[0111]如图13所示，在电磁波Ey、Hz在介质中传播的情况下，根据导电率等介质的特性，电磁波的能量被介质吸收。例如，如以下式⑵和⑶所示，在X方向上传播的电磁波Ey、Hz的能量4以衰减因子a d呈指数函数地衰减。
[0112][数7]
[0113]Ar=e—￥ …(7)
I
I ^-j'.....(Id2Eu')2 ( k22
[0114]a _J ι — _|t...(8)
I 2 J |l ω2ε2 J J
[0115]在式(8)中，ε = ε。ε J ε。:真空的介电常数、ε—介质的介电常数)，μ =
μ。:真空的磁导率、μ,:介质的磁导率)，ω为角频率，K为导电率。
[0116]因而，用以下式(9-1)?(9-3)提供考虑了生物体内的特性的情况下的电场的瞬时值El。
[0117][数8]
[0118]E1,.= ArHl sin φ = Cuf.* cos U.(- Y1) …(9-1)
# '■4ir'
T I
ψ.%t ι—ι f.—-1f ? Γ LU ^ K,* ** ?
[0119]Elv = ArE(,COsclfJ = e d.^__.CoSu*xL -?{1-2}
—4ir■'
[0120]Elz = 0...(9-3)
[0121]另外，将以胶囊型内窥镜3的天线39为基准的坐标系中的位置Q (^，K，
变换为以被检体2为基准的坐标系XwYwZw的式如以下式(10)那样。
[0122][数9]
[0123]
xLPxWP I'm I ^OO R-OI 民02、 xWP) xWG^l
>?.Ρ =R^1 ywp — ywc = R1 Ru Rn Vwp ~ Ywe…
^z1.!* / Lv2Wpi I2WG JJ \K-20 ^-21 ^22/[\Ζ*Τ/ \ZW(J JJ
[0124]在式(10)中，(xffP, yffP, Zwp)和(xwe，yffG, zffG)分别表示坐标系XwYwZw中的位置Q和天线39的位置。
[0125]式(10)的右边示出的以Rcitl~R22为成分的矩阵表示坐标系XwYwZw和坐标系的旋转矩阵，用以下式(11)提供。
[0126][数10]
【权利要求】
1.一种位置检测装置，根据从被导入到被检体而在该被检体的内部移动的胶囊型内窥镜发送的信号的多个接收天线中的接收强度，对上述胶囊型内窥镜在上述被检体内的位置进行检测，该位置检测装置的特征在于，具备: 区域获取部，其根据上述多个接收天线接收到的信号的各接收强度，来求出各接收天线与上述胶囊型内窥镜之间的距离，获取以各接收天线为中心将与各接收天线对应的上述距离设为半径的多个球中的至少两个球重叠的区域； 朝向估计部，其根据上述区域内的多个点中的各点与上述各接收天线之间的位置关系以及上述各接收天线接收到的信号的接收强度，来对上述胶囊型内窥镜在各点处的朝向进行估计；以及 位置决定部，其根据上述各点的位置与上述胶囊型内窥镜的朝向，来决定上述胶囊型内窥镜在上述被检体内的位置。
2.根据权利要求1所述的位置检测装置，其特征在于， 上述朝向估计部根据上述各接收天线的方向、从上述各点朝向上述各接收天线的方向以及上述各接收天线中的上述接收强度，获取表示上述胶囊型内窥镜的朝向的向量通过的点的候选区域，将针对上述多个接收天线分别获取到的上述向量通过的点的候选区域彼此重叠的位置决定为上述向量通过的点。
3.根据权利要求1所述的位置检测装置，其特征在于， 上述位置决定部对上述多个点中的各点，根据各点的位置与上述胶囊型内窥镜的朝向，在假设为在各点处存在上述胶囊型内窥镜的情况下对上述各点计算上述多个接收天线接收的信号的接收强度的理论值，并且获取上述多个接收天线中的接收强度的测量值，从上述多个点内检测使上述理论值与上述测量值之间的误差最小的点。
4.根据权利要求3所述的位置检测装置，其特征在于， 上述误差为上述理论值与上述测量值之间的差的绝对值之和或者残差平方和。
5.根据权利要求1所述的位置检测装置，其特征在于， 还具备轨迹计算部，该轨迹计算部根据上述位置决定部决定的胶囊型内窥镜的位置，计算上述胶囊型内窥镜的移动轨迹。
6.根据权利要求5所述的位置检测装置，其特征在于， 还具备图像显示部，该图像显示部显示上述轨迹计算部计算出的上述胶囊型内窥镜在上述被检体内的移动轨迹。
7.一种胶囊型内窥镜系统，其特征在于，具备: 胶囊型内窥镜，其被导入到被检体，在该被检体的内部移动并获取上述被检体内的图像信息；以及 根据权利要求1所述的位置检测装置。
8.根据权利要求7所述的胶囊型内窥镜系统，其特征在于， 上述接收天线为仅利用主极化波的天线。
9.根据权利要求8所述的胶囊型内窥镜系统，其特征在于， 上述接收天线为偶极天线。
10.一种胶囊型内窥镜系统，其特征在于，具备: 胶囊型内窥镜，其被导入到被检体，在该被检体的内部移动并获取上述被检体内的图像息; 接收装置，该接收装置具有:多个天线，其接收从上述胶囊型内窥镜发送的包含图像信息的信号；区域获取部，其根据上述多个接收天线接收到的信号的各接收强度，求出各接收天线与上述胶囊型内窥镜之间的距离，获取以各接收天线为中心将与各接收天线对应的上述距离设为半径的多个球中的至少两个球重叠的区域；朝向估计部，其根据上述区域内的多个点中的各点与上述各接收天线之间的位置关系以及上述各接收天线接收到的信号的接收强度，来对上述胶囊型内窥镜在各点处的朝向进行估计；以及位置决定部，其根据上述各点的位置与上述胶囊型内窥镜的朝向，决定上述胶囊型内窥镜在上述被检体内的位置；以及 图像显示部，其从上述接收装置获取上述图像信息以及与该图像信息对应的表示上述胶囊型内窥镜的位置的位置信息，显示与上述图像信息对应的图像以及上述胶囊型内窥镜的位置。
11.一种位置检测程序，使根据从被导入到被检体并在该被检体的内部移动的胶囊型内窥镜发送的信号的多个接收天线中的接收强度来对上述胶囊型内窥镜在上述被检体内的位置进行检测的位置检测装置执行以下步骤: 区域获取步骤，根据上述多个接收天线接收到的信号的各接收强度，求出各接收天线与上述胶囊型内窥镜之间的距离，获取以各接收天线为中心将与各接收天线对应的上述距离设为半径的多个球中的至少两个球重叠的区域； 朝向估计步骤，根据上述区域内的多个点中的各点与上述各接收天线之间的位置关系以及上述各接收天线接收到的信号的接收强度，来对上述胶囊型内窥镜在各点处的朝向进行估计；以及 位置决定步骤，根据上述各点的位置与上述胶囊型内窥镜的朝向，来决定上述胶囊型内窥镜在上述被检体内的位置。
【文档编号】A61B5/06GK104168811SQ201380012755
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2013年4月26日 优先权日:2012年4月26日
【发明者】桧垣直哉, 穗满政敏, 长谷川润 申请人:奥林巴斯医疗株式会社
【专利摘要】提供一种能够抑制计算量且以比以往高的精度进行胶囊型内窥镜的位置检测的位置检测装置等。信息处理装置(6)具备：存在区域获取部(621)，其根据多个接收天线接收到的信号的各接收强度，求出各接收天线与胶囊型内窥镜之间的距离，获取以各接收天线为中心将与各接收天线对应的距离设为半径的多个球中的至少两个球重叠的区域；朝向估计部(622)，其根据区域内的多个点的各点与各接收天线之间的位置关系以及各接收天线接收到的信号的接收强度，对胶囊型内窥镜在各点的朝向进行估计；以及位置决定部(623)，其根据上述各点的位置和胶囊型内窥镜的朝向，决定胶囊型内窥镜在被检体内的位置。
【专利说明】位置检测装置、胶囊型内窥镜系统以及位置检测程序
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种对胶囊型内窥镜在被检体内的位置进行检测的位置检测装置、具备该位置检测装置的胶囊型内窥镜系统以及位置检测程序。
【背景技术】
[0002]以往，在内窥镜的领域中，已知一种在大小形成为能够导入到患者等被检体的消化管内的胶囊形状的壳体内内置了摄像功能、无线通信功能等的胶囊型内窥镜。胶囊型内窥镜被从被检体的口中吞服之后，通过蠕动运动等在消化管内等被检体内部进行移动。而且，依次拍摄被检体内部而生成图像数据，以无线方式依次发送该图像数据。
[0003]从胶囊型内窥镜以无线方式发送的图像数据被设置于被检体的外部的接收装置接收，被存储到内置于接收装置的存储器。在检查结束之后，存储在接收装置的存储器内的图像数据被取入到图像显示装置。医生等观察者对图像显示装置所显示的脏器图像等进行观察而进行被检体的诊断。
[0004]另外，胶囊型内窥镜通过蠕动运动等在体腔内进行移动，因此需要正确地识别从胶囊型内窥镜以无线方式发送的图像数据是在体腔内的哪一个位置拍摄得到的。因此，已知以下一种医疗系统:使用设置于体腔外的多个接收天线来接收胶囊型内窥镜发送的电磁波，使用接收到的多个无线信号的接收强度等来对胶囊型内窥镜的位置进行估计等(例如参照专利文献I?3)。
[0005]例如在专利文献I中公开了以下技术:根据天线的接收强度来估计胶囊型内窥镜的位置，在接收状况差等规定的状况下，对胶囊型内窥镜的移动速度和移动方向进行估计，根据这些移动速度和移动方向以及接收强度对胶囊型内窥镜的位置进行估计。
[0006]另外，在专利文献2中公开了一种通过磁场对胶囊型医疗装置在体内的位置、姿势进行控制的磁引导医疗系统。在该磁引导医系统中，根据从胶囊型医疗装置发送的无线信号的接收强度，应用三角法来计算胶囊型医疗装置的三维位置。
[0007]另外，在专利文献3中公开了一种对胶囊型内窥镜在体内的位置进行估计而计算轨迹的胶囊型医疗装置。在该胶囊型医疗装置中，通过高斯-牛顿法来反复对内置于胶囊型内窥镜的天线的位置和朝向进行估计。
[0008]专利文献1:日本特开2008-99734号公报
[0009]专利文献2:日本特开2006-68501号公报
[0010]专利文献3:日本特开2007-283001号公报
【发明内容】
[0011]发明要解决的问题
[0012]然而，内置于胶囊型内窥镜而发送无线信号的发送天线通常具有指向性，因此为了进行高精度的位置估计，需要考虑发送天线的朝向、即胶囊型内窥镜的朝向。
[0013]关于这一点，在专利文献3中记载了除了胶囊型内窥镜的天线的位置信息以外还能够将朝向信息利用于轨迹计算处理这种意思。然而，在专利文献3中没有公开如何利用朝向信息。
[0014]另外，通常，在进行高精度的运算的情况下计算量增加，因此难以高速地进行位置估计的运算。
[0015]本发明是鉴于上述情况而完成的，目的在于提供一种能够抑制计算量且以比以往高的精度进行胶囊型内窥镜的位置检测的位置检测装置、胶囊型内窥镜系统以及位置检测程序。
[0016]用于解决问题的方案
[0017]为了解决上述问题而达到目的，本发明所涉及的位置检测装置根据从被导入到被检体而在该被检体的内部移动的胶囊型内窥镜发送的信号的多个接收天线中的接收强度，对上述胶囊型内窥镜在上述被检体内的位置进行检测，该位置检测装置的特征在于，具备:区域获取部，其根据上述多个接收天线接收到的信号的各接收强度，来求出各接收天线与上述胶囊型内窥镜之间的距离，获取以各接收天线为中心将与各接收天线对应的上述距离设为半径的多个球中的至少两个球重叠的区域；朝向估计部，其根据上述区域内的多个点中的各点与上述各接收天线之间的位置关系以及上述各接收天线接收到的信号的接收强度，来对上述胶囊型内窥镜在各点处的朝向进行估计；以及位置决定部，其根据上述各点的位置与上述胶囊型内窥镜的朝向，来决定上述胶囊型内窥镜在上述被检体内的位置。
[0018]特征在于，在上述位置检测装置中，上述朝向估计部根据上述各接收天线的方向、从上述各点朝向上述各接收天线的方向以及上述各接收天线中的上述接收强度，获取表示上述胶囊型内窥镜的朝向的向量通过的点的候选区域，将针对上述多个接收天线分别获取到的上述向量通过的点的候选区域彼此重叠的位置决定为上述向量通过的点。
[0019]特征在于，在上述位置检测装置中，上述位置决定部对上述多个点中的各点，根据各点的位置与上述胶囊型内窥镜的朝向，在假设为在各点处存在上述胶囊型内窥镜的情况下对上述各点计算上述多个接收天线接收的信号的接收强度的理论值，并且获取上述多个接收天线中的接收强度的测量值，从上述多个点内检测使上述理论值与上述测量值之间的误差最小的点。
[0020]特征在于，在上述位置检测装置中，上述误差为上述理论值与上述测量值之间的差的绝对值之和或者残差平方和。
[0021]特征在于，上述位置检测装置还具备轨迹计算部，该轨迹计算部根据上述位置决定部决定的胶囊型内窥镜的位置，计算上述胶囊型内窥镜的移动轨迹。
[0022]特征在于，上述位置检测装置还具备图像显示部，该图像显示部显示上述轨迹计算部计算出的上述胶囊型内窥镜在上述被检体内的移动轨迹。
[0023]本发明所涉及的胶囊型内窥镜系统的特征在于，具备:胶囊型内窥镜，其被导入到被检体，在该被检体的内部移动并获取上述被检体内的图像信息；以及上述位置检测装置。
[0024]特征在于，在上述胶囊型内窥镜系统中，上述接收天线为仅利用主极化波的天线。
[0025]特征在于，在上述胶囊型内窥镜系统中，上述接收天线为偶极天线。
[0026]本发明所涉及的胶囊型内窥镜系统的特征在于，具备:胶囊型内窥镜，其被导入到被检体，在该被检体的内部移动并获取上述被检体内的图像信息；接收装置，该接收装置具有:多个天线，其接收从上述胶囊型内窥镜发送的包含图像信息的信号；区域获取部，其根据上述多个接收天线接收到的信号的各接收强度，求出各接收天线与上述胶囊型内窥镜之间的距离，获取以各接收天线为中心将与各接收天线对应的上述距离设为半径的多个球中的至少两个球重叠的区域；朝向估计部，其根据上述区域内的多个点中的各点与上述各接收天线之间的位置关系以及上述各接收天线接收到的信号的接收强度，来对上述胶囊型内窥镜在各点处的朝向进行估计；以及位置决定部，其根据上述各点的位置与上述胶囊型内窥镜的朝向，决定上述胶囊型内窥镜在上述被检体内的位置；以及图像显示部，其从上述接收装置获取上述图像信息以及与该图像信息对应的表示上述胶囊型内窥镜的位置的位置信息，显示与上述图像信息对应的图像以及上述胶囊型内窥镜的位置。
[0027]本发明所涉及的位置检测程序使根据从被导入到被检体并在该被检体的内部移动的胶囊型内窥镜发送的信号的多个接收天线中的接收强度来对上述胶囊型内窥镜在上述被检体内的位置进行检测的位置检测装置执行以下步骤:区域获取步骤，根据上述多个接收天线接收到的信号的各接收强度，求出各接收天线与上述胶囊型内窥镜之间的距离，获取以各接收天线为中心将与各接收天线对应的上述距离设为半径的多个球中的至少两个球重叠的区域；朝向估计步骤，根据上述区域内的多个点中的各点与上述各接收天线之间的位置关系以及上述各接收天线接收到的信号的接收强度，来对上述胶囊型内窥镜在各点处的朝向进行估计；以及位置决定步骤，根据上述各点的位置与上述胶囊型内窥镜的朝向，来决定上述胶囊型内窥镜在上述被检体内的位置。
[0028]发明的效果
[0029]根据本发明，对胶囊型内窥镜的朝向进行估计，使用该朝向，从根据各接收天线中的接收强度而获取到的区域中进一步锁定胶囊型内窥镜的位置，因此能够抑制计算量并以比以往高的精度对胶囊型内窥镜的位置进行检测。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]图1是表示本发明的实施方式I所涉及的胶囊型内窥镜系统的概要结构的示意图。
[0031]图2是表示图1示出的胶囊型内窥镜内部的概要结构的示意图。
[0032]图3是表示图1示出的信息处理装置的概要结构的框图。
[0033]图4是表示图1示出的信息处理装置的动作的流程图。
[0034]图5是表示图4示出的位置决定处理的详细的流程图。
[0035]图6是用于说明存在区域的获取处理的示意图。
[0036]图7是图6示出的存在区域的放大图。
[0037]图8是表示胶囊型内窥镜的朝向估计处理的详细的流程图。
[0038]图9是用于说明胶囊型内窥镜的朝向估计处理的示意图。
[0039]图10是用于说明胶囊型内窥镜的朝向估计处理的示意图。
[0040]图11是用于说明各接收天线中的接收强度的理论值的计算原理的图。
[0041]图12是用于说明各接收天线中的接收强度的理论值的计算原理的图。
[0042]图13是用于说明各接收天线中的接收强度的理论值的计算原理的图。
[0043]图14是用于说明各接收天线中的接收强度的理论值的计算原理的图。
[0044]图15是用于说明胶囊型内窥镜的移动轨迹的校正处理的图。
[0045]图16是用于说明胶囊型内窥镜的移动轨迹的校正处理的图。
[0046]图17是用于说明获取胶囊型内窥镜的存在区域的另一方法的示意图。
[0047]图18是表示本发明的实施方式I所涉及的胶囊型内窥镜系统的其它结构例的示意图。
[0048]图19是表示本发明的实施方式2所涉及的胶囊型内窥镜系统所具备的接收装置的结构例的框图。
【具体实施方式】
[0049]下面，参照【专利附图】
【附图说明】本发明的实施方式所涉及的位置检测装置、胶囊型内窥镜系统以及胶囊型内窥镜的位置检测程序。此外，在以下说明中，作为本发明所涉及的位置检测装置和胶囊型内窥镜系统的一例，例示包含被导入到被检体的体内而拍摄被检体的体内图像的胶囊型内窥镜的胶囊型内窥镜系统，但是本发明并不限定于该实施方式。
[0050](实施方式I)
[0051]图1是表示本发明的实施方式I所涉及的胶囊型内窥镜系统I的概要结构的示意图。如图1所示，胶囊型内窥镜系统I具备:胶囊型内窥镜3，其对被检体2内的体内图像进行拍摄；接收装置5，其经由接收天线单元4接收从被导入到被检体2的内部的胶囊型内窥镜3以无线方式发送的无线信号；以及信息处理装置6，其对由胶囊型内窥镜3对被检体2内进行拍摄而得到的图像的摄像位置进行估计，并且根据由胶囊型内窥镜3拍摄而得到的图像数据来显示被检体2内的图像。
[0052]图2是表示胶囊型内窥镜3内部的概要结构的示意图。如图2所示，胶囊型内窥镜3被收容在胶囊型容器30 (壳体)内，该胶囊型容器30 (壳体)包含:一端呈半球状的圆顶罩形状、另一端打开开口的大致圆筒形状或者半椭圆球状的容器30a;以及半球形状的光学圆顶罩30b，其通过嵌入容器30a的开口来不透水地密封容器30a内。该胶囊型容器30(30a、30b)例如具有被检体2能够吞服程度的大小。另外，在实施方式I中，至少光学圆顶罩30b由透明的材料形成。
[0053]胶囊型内窥镜3具备:物镜32，其使经由光学圆顶罩30b入射的光成像；透镜框33，其用于安装物镜32 ;摄像部34，其将通过物镜32入射的光信号变换为电信号而形成摄像信号；照明部35，其在摄像时照明被检体2的内部；电路基板36，其分别驱动摄像部34和照明部35，并且形成有根据从摄像部34输入的摄像信号来生成图像信号的处理电路等；发送和接收电路37，其发送图像信号，并且接收来自体腔外的接收装置5等的信号；以及多个纽扣型电池38，其将电源提供给这些各功能部；以及例如圆形线圈状或者圆形环状的天线39。
[0054]胶囊型内窥镜3在被吞服到被检体2之后，通过被检体2内的食道，通过消化管腔的蠕动运动在体腔内进行移动。胶囊型内窥镜3 —边在体腔内进行移动一边以微小的时间间隔、例如0.5秒钟间隔在被检体2的体腔内依次进行拍摄而生成图像数据，依次发送到接收装置5。在实施方式I中，还能够根据胶囊型内窥镜3的摄像部34进行拍摄而生成的图像数据的图像信号来执行位置估计处理，但是更优选生成包含所生成的图像信号和胶囊型内窥镜3的位置检测用的接收强度检测信号的发送信号，根据容易检测接收强度的接收强度检测信号来执行位置检测处理。
[0055]接收装置5通过天线线缆43与配置了多个(在图1中三个)接收天线40(1)?40(3)的片状的接收天线单元4进行连接。接收装置5经由各接收天线40(1)?40 (3)来接收从胶囊型内窥镜3发送的无线信号，针对每个接收天线40(1)?40(3)来检测无线信号的接收电场强度，并且根据接收到的无线信号来获取被检体2内的图像数据。接收装置5将各接收天线40 (I)?40 (3)的接收电场强度信息和表示时刻的时刻信息等与接收到的图像数据对应地存储到后述的存储部(参照图15)。另外，接收装置5也可以具备显示部54和操作部55，该显示部54显示与从胶囊型内窥镜3接收到的图像数据对应的图像，该操作部55在对该接收装置5输入指示操作时使用。
[0056]作为各接收天线40 (I)?40 (3)，优选为仅使用主极化波(即不使用交叉极化波)的天线。在本实施方式中，作为接收天线40(1)?40(3)使用偶极天线。以下，还将这些接收天线40⑴?40(3)记载为接收天线40 (η) (η = I?N,在图1中N = 3)。
[0057]接收装置5在由胶囊型内窥镜3进行拍摄期间、换言之例如被从被检体2的口中导入而通过消化管内直到从被检体2排出期间由被检体2携带。接收装置5在胶囊型内窥镜3的检查结束之后被从被检体2取下，为了传送从胶囊型内窥镜3接收到的图像数据等信息而将其与信息处理装置6相连接。
[0058]各接收天线40 (η)被配置在薄片44的规定的位置、例如在将接收天线单元4安装到被检体2时与作为胶囊型内窥镜3的通过路径的被检体2内的各脏器对应的位置。此外，各接收天线40 (η)的配置也可以根据检查或者诊断等目的而任意地变更。
[0059]信息处理装置6使用具备液晶显示器等显示部66c的工作站或者个人计算机构成。信息处理装置6为显示与经由接收装置5获取到的被检体2内的图像数据对应的图像的图像显示装置，并且为对拍摄该图像时的胶囊型内窥镜3的位置进行检测的位置检测装置。
[0060]在信息处理装置6上连接有从接收装置5的存储部中读取图像数据等的托架6a以及键盘、鼠标等操作输入设备6b。托架6a在安装了接收装置5时从接收装置5的存储器中获取图像数据、与该图像数据相关联的接收电场强度信息、时刻信息以及胶囊型内窥镜3的识别信息等关联信息，将获取到的各种信息传送到信息处理装置6。操作输入设备6b接收用户的输入。由此，用户一边操作操作输入设备6b —边查看信息处理装置6依次显示的被检体2内的图像，来观察被检体2内部的生物体部位、例如食道、胃部、小肠和大肠等并诊断被检体2。
[0061]接着，详细说明图1示出的信息处理装置6的结构。图3是表示图1示出的信息处理装置6的结构的框图。如图3所示，信息处理装置6具备:控制部61，其统一控制信息处理装置6整体；位置信息估计部62，其对接收到包含图像数据的无线信号的定时的胶囊型内窥镜3的位置进行估计来生成位置信息；轨迹计算部63，其根据位置信息估计部62针对每个图像数据生成的胶囊型内窥镜3的位置信息，计算胶囊型内窥镜3在被检体2内的移动轨迹；存储部64，其用于存储从胶囊型内窥镜3接收到的图像数据和信号强度；输入部65，其获取来自键盘、鼠标等操作输入设备6b等的信息；以及输出部66，其具有由显示器构成的显示部66c，并且使用打印机、扬声器等构成。存储部64使用硬盘和存储器构成，该硬盘对信息进行磁存储，该存储器在胶囊型内窥镜系统I执行处理时从硬盘下载与该处理有关的各种程序、参数等并进行电存储。
[0062]位置信息估计部62分别获取接收天线单元4的多个接收天线40 (η)接收到的信号的强度(接收电场强度，以下还简称为接收强度)，根据这些信号的强度对胶囊型内窥镜3的位置(内置的天线39的位置)进行估计。位置信息估计部62具备存在区域获取部621、朝向估计部622以及位置决定部623。
[0063]存在区域获取部621根据各接收天线40 (η)中的接收强度对胶囊型内窥镜3在位置检测定时时的存在区域进行估计。
[0064]朝向估计部622根据存在区域内的多个点与各接收天线40 (η)的位置关系以及各接收天线40 (η)中的接收强度，对假设为胶囊型内窥镜3存在于上述多个点的各点的情况下的胶囊型内窥镜3的朝向、即胶囊型内窥镜3内置的天线39的朝向进行估计。
[0065]位置决定部623根据上述存在区域内的各点的位置以及朝向估计部622估计出的胶囊型内窥镜3的朝向，来对胶囊型内窥镜3在存在区域内的更详细的位置进行检测。
[0066]接着，说明图1示出的信息处理装置6的动作。图4是表示信息处理装置6的动作的流程图。
[0067]首先，在步骤SI中，位置信息估计部62从存储部64获取使用于胶囊型内窥镜3的位置估计的参数。后述参数的内容。
[0068]在后续步骤S2中，信息处理装置6获取在位置检测定时各接收天线40 (η)接收到的信号的信号强度。
[0069]在后续步骤S3中，位置信息估计部62根据各接收天线40 (η)中的接收强度，决定胶囊型内窥镜3在被检体2内的位置，制作位置信息。
[0070]图5是表示位置信息估计部62所执行的位置决定处理的详细的流程图。
[0071]首先，在步骤Sll中，位置信息估计部62判断与输入到信息处理装置6的图像数据对应的图像是否为要显示在显示部66c中的图像。例如，在图像数据内包含的噪声的比率大于规定阈值的情况下，判断为与该图像数据对应的图像并非是要显示在显示部66c中的图像。在与所输入的图像数据对应的图像并非是要显示在显示部66c中的图像的情况下(步骤Sll 否”)，处理返回到主例程。这是由于，这种图像被判断为不适合于用户观察的图像。
[0072]在与所输入的图像数据对应的图像为要显示在显示部66c中的图像的情况下(步骤Sll 是”)，存在区域获取部621根据各接收天线40 (η)中的接收强度来获取各接收天线40 (η)与胶囊型内窥镜3之间的距离rn(步骤S12)。
[0073]更详细地说，存在区域获取部621根据接收天线40(n)中的接收电场强度来求出接收信号的电压Vn，使用以下式(I)来计算距离rn。
[0074][数I]
[0075]￥() = K—e ttr*…(i)
[0076]在式(I)中，参数K为根据接收天线40 (η)的特性来决定的常数，参数α为生物体组织的衰减系数。这些参数K和α是从预先测量出的实测值导出的，在步骤SI中从存储部64获取。
[0077]在后续步骤S13中，存在区域获取部621根据各接收天线40 (η)与胶囊型内窥镜3之间的距离rn，获取存在胶囊型内窥镜3的区域(存在区域)T。更详细地说，作为存在区域T而获取以各接收天线40 (η)为中心将距离rn设为半径的多个球中至少两个以上的球重叠的区域。例如在接收天线40 (I)?40 (3)的情况下，如图6所示，作为胶囊型内窥镜3的存在区域T而获取以接收天线40 (I)为中心将距离Γι设为半径的球B1、以接收天线40 (2)为中心将距离r2设为半径的球Β2以及以接收天线40(3)为中心将距离r3设为半径的球B3重叠的区域。此外，在图6示出的XY平面上取接收天线40(1)?40(3)的坐标的情况下，也可以将估计为胶囊型内窥镜3所处的球BI?B3例如考虑为ZS O侧(被检体2侧)的半球。
[0078]图7是图6示出的存在区域T的放大图。接在步骤S13之后，位置信息估计部62对将存在区域T分割为格子状而得到的多个局部区域内的点(例如中心点。以下称为格子点)Pi分别执行环A的处理。
[0079]在步骤S14中，朝向估计部622进行假设为胶囊型内窥镜3存在于格子点Pi的情况下的胶囊型内窥镜3的朝向估计处理。
[0080]图8是表示朝向估计部622所执行的胶囊型内窥镜3的朝向估计处理的详细的流程图。另外，图9和图10是用于说明胶囊型内窥镜3的朝向估计处理的示意图。
[0081]如图8所示，朝向估计部622对接收天线40 (η) (η = I?N, η为自然数)分别执行环B的处理。
[0082]首先，在步骤S21中，如图9所示，朝向估计部622获取表示处理对象的接收天线40 (η)的朝向的向量a。此外，在图9中，将使向量a平行移动到胶囊型内窥镜3的中心(即格子点Pi)的向量作为向量a’而一并不出。
[0083]在后续步骤S22中，朝向估计部622根据胶囊型内窥镜3与接收天线40 (η)的位置关系来获取从胶囊型内窥镜3 (格子点Pi)朝向接收天线40(η)的向量b。
[0084]在后续步骤S23中，朝向估计部622获取作为向量a(即向量a’)与向量b的外积的向量c (c = a Xb) ο
[0085]并且，在步骤S24中，朝向估计部622根据接收天线40 (η)中的接收强度，从将向量c设为半径的球面SP获取与向量c正交的圆的圆周Cn。在此，如图10所示，胶囊型内窥镜3的朝向(即内置于胶囊型内窥镜3的天线39的朝向)能够以从与向量c同一起点(格子点Pi)起始且将球面SP上的任一点作为终点的向量(以下设为向量X)来表示。此时，在与向量c正交的圆的圆周(例如圆周Rl、R2、…等)中，向量X通过一个圆周上的任一位置，天线40 (η)中的接收强度的理论值也不改变。因此，朝向估计部622根据天线40 (η)的接收强度，获取与向量c正交的一个圆周Cn作为向量X的终点候选的集合。
[0086]在针对全部(N个)接收天线40 (η)获取圆周Cn之后，在步骤S25中，朝向估计部622求出N个圆周Cn的交叉点，从该交叉点获取胶囊型内窥镜3 (天线39)的朝向Vc。之后，处理返回到主例程。
[0087]在接在步骤S14之后的步骤S15(参照图5)中，位置决定部623根据格子点Pi的位置和胶囊型内窥镜3的朝向Vc来计算各接收天线40 (η)中的接收强度的理论值Vtn (i)。
[0088]在此，如图11所示，用以下式(2-1)?(2-3)表示在以内置于胶囊型内窥镜3内的圆形线圈或者圆形环状的天线39为基准的坐标系XJJJ原点P)中任意的位置Q(xL>yL>Zl)处的电磁场(包含静电场、放射电磁场、感应电磁场的成分)的磁场成分扎和H0以及电场成分Εψ。
[0089][数2]
[0090]H, = ---? + —r I.e'ikf.cos0*.*{2-1)
2nU- r'J
, ^.|^ j、.[009 ? ] J J|j zzz ―***?*?* ~~? ?*~?—e 』* * S美n 0* * * (2?~~2?》
4π{^ r r2 r1 J
[0092]% =I1I + 1.] * e -1kr.sill Θ -(2-3)
# 4π Ir r)
[0093]在式(2-1)?(2-3)中，标记I表示流过天线39的电流，标记S表示构成天线39的圆形线圈的面积。标记r表示天线39到任意位置为止的距离(r= (x2+y2+z2)1/2)。另外，k = ω ( ε μ )1/2 ( ε为介电常数、μ为磁导率)，标记j表示虚数单位。
[0094]在由配置于胶囊型内窥镜3内的天线39产生的电磁场的频率高、胶囊型内窥镜3与安装于被检体2的体表的接收天线40 (η)之间的距离充分分离的情况下，在到达各接收天线40 (η)的电磁场(电磁波)中，放射电磁场的成分最大。因而，静电场和感应电磁场的成分小于放射电磁场的成分，从而能够忽略这些。因此，式(2-1)?(2-3)能够变形为以下式(3-1)?(3-3)ο
[0095][数3]
[0096]Hr = 0...(3-1)
Ig『2 \
[0097]Ha ----- e 抑? sin Θ …(3-2)
4歧 r J
[0098]E,, = -1(l,B!S/ik.1.e^Jkr.Sine…《3-3》.4π I r J
[0099]当设为安装于被检体2的体表的各接收天线40 (η)为用于检测电场的电场检测用天线时，其检测所需的式为式(3-3)。用式(3-3)提供的电场Εψ表示放射电场，考虑为交流理论的结果。因而，如以下式(4)所示，通过将式(3-3)的两边乘以exp(j?t)而提取实部来求出电场Εψ的瞬时值。
[0100][数4]
cjk _j|r: Q ?j?t
VjaQ =——---*e.sin X).e
4π r
[0101]'…(4)
=(cos U + j sin U).sin Θ
4ir
[0102]在式(4)中，U= cot-kr。
[0103]当提取式(4)的实部时，用以下式(5)提供电场的瞬时值Ε’ ψ。
[0104][数5]
?~~11 OJ LJ.J,
[0105]Ejfc =---------cosu-smy ,"(5)
*' 4πι.
[0106]另外，如图12所示，当将式(4)从极坐标系(r、θ、ψ)变换为正交坐标系Zl)时，用以下式(6-1)?(6-3)提供电场的瞬时值Ε’ ψ的各坐标成分(Eu、Eljy、E1J。
[0107][数6]
[0108]Elx = El?sin φ =.cosU-(-yL) ---(6-1)
'‘4πΓ
?couISk
[0109]ELv =Ed - cos# = --「-.cos U.xL.*.(β-2)
'4πι*~"
[0110]Elz = 0...(6-3)
[0111]如图13所示，在电磁波Ey、Hz在介质中传播的情况下，根据导电率等介质的特性，电磁波的能量被介质吸收。例如，如以下式⑵和⑶所示，在X方向上传播的电磁波Ey、Hz的能量4以衰减因子a d呈指数函数地衰减。
[0112][数7]
[0113]Ar=e—￥ …(7)
I
I ^-j'.....(Id2Eu')2 ( k22
[0114]a _J ι — _|t...(8)
I 2 J |l ω2ε2 J J
[0115]在式(8)中，ε = ε。ε J ε。:真空的介电常数、ε—介质的介电常数)，μ =
μ。:真空的磁导率、μ,:介质的磁导率)，ω为角频率，K为导电率。
[0116]因而，用以下式(9-1)?(9-3)提供考虑了生物体内的特性的情况下的电场的瞬时值El。
[0117][数8]
[0118]E1,.= ArHl sin φ = Cuf.* cos U.(- Y1) …(9-1)
# '■4ir'
T I
ψ.%t ι—ι f.—-1f ? Γ LU ^ K,* ** ?
[0119]Elv = ArE(,COsclfJ = e d.^__.CoSu*xL -?{1-2}
—4ir■'
[0120]Elz = 0...(9-3)
[0121]另外，将以胶囊型内窥镜3的天线39为基准的坐标系中的位置Q (^，K，
变换为以被检体2为基准的坐标系XwYwZw的式如以下式(10)那样。
[0122][数9]
[0123]
xLPxWP I'm I ^OO R-OI 民02、 xWP) xWG^l
>?.Ρ =R^1 ywp — ywc = R1 Ru Rn Vwp ~ Ywe…
^z1.!* / Lv2Wpi I2WG JJ \K-20 ^-21 ^22/[\Ζ*Τ/ \ZW(J JJ
[0124]在式(10)中，(xffP, yffP, Zwp)和(xwe，yffG, zffG)分别表示坐标系XwYwZw中的位置Q和天线39的位置。
[0125]式(10)的右边示出的以Rcitl~R22为成分的矩阵表示坐标系XwYwZw和坐标系的旋转矩阵，用以下式(11)提供。
[0126][数10]
【权利要求】
1.一种位置检测装置，根据从被导入到被检体而在该被检体的内部移动的胶囊型内窥镜发送的信号的多个接收天线中的接收强度，对上述胶囊型内窥镜在上述被检体内的位置进行检测，该位置检测装置的特征在于，具备: 区域获取部，其根据上述多个接收天线接收到的信号的各接收强度，来求出各接收天线与上述胶囊型内窥镜之间的距离，获取以各接收天线为中心将与各接收天线对应的上述距离设为半径的多个球中的至少两个球重叠的区域； 朝向估计部，其根据上述区域内的多个点中的各点与上述各接收天线之间的位置关系以及上述各接收天线接收到的信号的接收强度，来对上述胶囊型内窥镜在各点处的朝向进行估计；以及 位置决定部，其根据上述各点的位置与上述胶囊型内窥镜的朝向，来决定上述胶囊型内窥镜在上述被检体内的位置。
2.根据权利要求1所述的位置检测装置，其特征在于， 上述朝向估计部根据上述各接收天线的方向、从上述各点朝向上述各接收天线的方向以及上述各接收天线中的上述接收强度，获取表示上述胶囊型内窥镜的朝向的向量通过的点的候选区域，将针对上述多个接收天线分别获取到的上述向量通过的点的候选区域彼此重叠的位置决定为上述向量通过的点。
3.根据权利要求1所述的位置检测装置，其特征在于， 上述位置决定部对上述多个点中的各点，根据各点的位置与上述胶囊型内窥镜的朝向，在假设为在各点处存在上述胶囊型内窥镜的情况下对上述各点计算上述多个接收天线接收的信号的接收强度的理论值，并且获取上述多个接收天线中的接收强度的测量值，从上述多个点内检测使上述理论值与上述测量值之间的误差最小的点。
4.根据权利要求3所述的位置检测装置，其特征在于， 上述误差为上述理论值与上述测量值之间的差的绝对值之和或者残差平方和。
5.根据权利要求1所述的位置检测装置，其特征在于， 还具备轨迹计算部，该轨迹计算部根据上述位置决定部决定的胶囊型内窥镜的位置，计算上述胶囊型内窥镜的移动轨迹。
6.根据权利要求5所述的位置检测装置，其特征在于， 还具备图像显示部，该图像显示部显示上述轨迹计算部计算出的上述胶囊型内窥镜在上述被检体内的移动轨迹。
7.一种胶囊型内窥镜系统，其特征在于，具备: 胶囊型内窥镜，其被导入到被检体，在该被检体的内部移动并获取上述被检体内的图像信息；以及 根据权利要求1所述的位置检测装置。
8.根据权利要求7所述的胶囊型内窥镜系统，其特征在于， 上述接收天线为仅利用主极化波的天线。
9.根据权利要求8所述的胶囊型内窥镜系统，其特征在于， 上述接收天线为偶极天线。
10.一种胶囊型内窥镜系统，其特征在于，具备: 胶囊型内窥镜，其被导入到被检体，在该被检体的内部移动并获取上述被检体内的图像息; 接收装置，该接收装置具有:多个天线，其接收从上述胶囊型内窥镜发送的包含图像信息的信号；区域获取部，其根据上述多个接收天线接收到的信号的各接收强度，求出各接收天线与上述胶囊型内窥镜之间的距离，获取以各接收天线为中心将与各接收天线对应的上述距离设为半径的多个球中的至少两个球重叠的区域；朝向估计部，其根据上述区域内的多个点中的各点与上述各接收天线之间的位置关系以及上述各接收天线接收到的信号的接收强度，来对上述胶囊型内窥镜在各点处的朝向进行估计；以及位置决定部，其根据上述各点的位置与上述胶囊型内窥镜的朝向，决定上述胶囊型内窥镜在上述被检体内的位置；以及 图像显示部，其从上述接收装置获取上述图像信息以及与该图像信息对应的表示上述胶囊型内窥镜的位置的位置信息，显示与上述图像信息对应的图像以及上述胶囊型内窥镜的位置。
11.一种位置检测程序，使根据从被导入到被检体并在该被检体的内部移动的胶囊型内窥镜发送的信号的多个接收天线中的接收强度来对上述胶囊型内窥镜在上述被检体内的位置进行检测的位置检测装置执行以下步骤: 区域获取步骤，根据上述多个接收天线接收到的信号的各接收强度，求出各接收天线与上述胶囊型内窥镜之间的距离，获取以各接收天线为中心将与各接收天线对应的上述距离设为半径的多个球中的至少两个球重叠的区域； 朝向估计步骤，根据上述区域内的多个点中的各点与上述各接收天线之间的位置关系以及上述各接收天线接收到的信号的接收强度，来对上述胶囊型内窥镜在各点处的朝向进行估计；以及 位置决定步骤，根据上述各点的位置与上述胶囊型内窥镜的朝向，来决定上述胶囊型内窥镜在上述被检体内的位置。
【文档编号】A61B5/06GK104168811SQ201380012755
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2013年4月26日 优先权日:2012年4月26日
【发明者】桧垣直哉, 穗满政敏, 长谷川润 申请人:奥林巴斯医疗株式会社
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