专利名称：磁引导医疗系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种磁性地引导被插入到活体中的医疗装置的磁引导医疗系统。
背景技术：
美国专利公报No.3358676公开了一种用于通过体腔等进行引导的磁推进装置，在该磁推进装置中，在平面上设置有九个电磁体，并在彼此相对的平面上设置有其它电磁体。
此外，PCT WO 02/49705的说明书公开了一种三维磁场生成装置，该装置通过正交地层叠平行的两对电磁体并设置一个电磁体以包围所述两对电磁体中的一对电磁体，从而在所述两对电磁体的顶部产生三维磁场。
在传统示例中，通过其中将电磁体设置在平面上并在其顶部产生三维磁场的结构，极大地限制了用于理想地产生磁场的空间。
因此，在磁引导医疗系统中，在通过磁产生装置对具有插入到体内的插入单元以及插入到体内的该插入单元中的永磁体的医疗装置进行引导时，存在这样的问题，即，不能充分确保用于引导插入单元的区域，并且在用于产生磁场的位置处产生的磁场的精度降低。
发明内容
根据本发明，一种磁引导医疗系统包括医疗装置，该医疗装置具有被插入到活体的体腔内的插入单元；位置/姿态检测单元，该位置/姿态检测单元检测所述插入单元的位置和姿态中的至少一个；磁场产生单元，该磁场产生单元具有至少三个电磁体，所述电磁体轴对称地布置在大致的平面上，并且具有沿所述平面的正交方向的磁化方向；磁场控制单元，该磁场控制单元控制所述磁场产生单元产生的磁场；位置/姿态变化单元，该位置/姿态变化单元根据与所述位置/姿态检测单元获得的所述插入单元的位置和姿态有关的信息，改变所述磁场产生单元和所述插入单元之间的相对位置/姿态；以及磁场操作的单元，该磁场操作的单元设置在所述插入单元上；其中，所述磁场产生单元产生的磁场对所述磁场操作的单元进行操作，从而引导所述医疗装置。
通过上述结构，对所述磁场产生单元和所述插入单元之间的相对位置/姿态的改变操作进行控制，从而识别所述医疗装置的插入单元的位置，并在所识别的位置处产生最佳磁场，由此在活体内设置宽的可控制区域。
图1为表示根据本发明第一实施例的磁引导医疗系统的整体结构的图；图2为表示图1中所示的平面运动机构和控制单元的内部结构的框图；图3为表示囊状医疗装置的内部结构的图；图4为表示接收从囊状医疗装置以无线方式发送的电磁场的接收天线单元的图；图5为表示体外的控制单元中的信号处理系统的结构的框图；图6为表示图4所示的接收天线单元的详细结构的图；图7为表示根据一变型例的接收天线单元的结构的示例的图；图8为表示磁场产生单元的结构的图，通过电流控制单元提供给该磁场产生单元的电流受到控制；图9为表示磁场产生单元的具体结构的平面图；图10为表示磁场产生单元的具体结构的立体图；图11为表示磁场产生单元的具体结构的剖面图；
图12为表示由构成磁场产生单元的、用于沿轴向方向产生磁场的电磁体在中心轴上产生的磁场的强度的特性图；图13为表示相对于在轴线上原始产生的磁场的强度偏差对实际产生的磁场方向与原始产生的磁场方向之间的偏差角的影响的特性图；图14表示可磁性引导的区域的示意图；图15为表示通过向囊状医疗装置施加旋转磁场而推进囊状医疗装置的状态的说明图；图16为表示控制操作的状态的说明图，该控制操作用于通过来自囊状医疗装置的无线电磁波，根据位置信息，使磁场产生单元运动，从而将囊状医疗装置保持在可引导区域内；图17为表示将囊状医疗装置正好保持在磁场产生单元的顶部上的状态的图；图18为表示存储在所产生磁场存储单元内的每单位电流的所产生磁场相对于电磁体3至5的磁极与磁场产生单元之间的距离的特性的图；图19A为表示根据第一变型例的平面运动机构单元的结构的侧视图；图19B为表示根据第一变型例的平面运动机构单元的结构的正视图；图20为表示根据第二变型例的平面运动机构单元的结构的立体图；图21A为表示用于通过利用多个超声波探头来计算位置信息的结构的平面图；图21B为表示用于通过利用多个超声波探头来计算位置信息的结构的正视图；图21C为表示通过多个超声波探头来获得超声波图像的图；图22A为表示通过旋转超声波探头来计算三维位置的状态的图；图22B为通过利用阵列超声波探头来计算三维位置的状态的图；图23为表示用于通过将超声波探头安装到床中的磁场产生单元上来计算位置的结构的图；图24为表示可拆卸的超声波探头的安装结构的图；
图25为表示通过被安装成覆盖病人的体表面的超声波探头阵列来计算位置的结构的图；图26为表示在囊状医疗装置上具有用于反射超声波的材料的结构的图；图27为表示将磁场产生单元设置在椅子中的示例的图；图28为表示平面运动机构的示例的立体图；图29为表示在改变流向处于中央的电磁体的电流的情况下的所产生磁场的测量结果的图；图30为表示根据本发明第二实施例的磁引导医疗系统的整体结构的图；图31A为表示磁场产生单元的结构的平面图；图31B为表示磁场产生单元的结构的剖面图；图32A为表示内窥镜在其远端侧的结构的图；图32B为表示根据一变型例的内窥镜在其远端侧的结构的图；图33为用于在可引导区域内引导内窥镜的远端的操作的说明图；图34为通过移动处于中央的电磁体而在可引导区域内进行引导操作的说明图；图35为表示具有用于移动处于中央的电磁体的结构的磁场产生单元的剖面图；图36为表示在改变处于中央的电磁体的高度的情况下所产生磁场的测量结果的图；图37为示意性地表示根据本发明第三实施例的磁引导医疗系统的结构的图；图38A为表示包括沿轴向(纵向)方向磁化的磁体的囊状医疗装置的图；图38B为表示包括沿直径方向磁化的磁体的囊状医疗装置的图；图39为表示磁场产生单元的结构的平面图；图40为表示根据第三实施例的变型例的磁场产生单元的结构的平面图；
图41A为示意性地表示形成磁场产生单元的电磁体的剖面图；图41B为示意性地表示图41A所示的电磁体的剖面图，其中在底部侧上设置有铁磁构件；图41C为示意性地表示图41A所示的电磁体的剖面图，其中，在底部侧上设置有大小与底部大小相同的铁磁构件；图42为表示设置有铁磁构件和图41A所示的没有设置铁磁构件的情况下所产生磁场的测量结果的图；图43为示意性地表示磁场产生单元的剖面图，该磁场产生单元在整个电磁体的底部侧上具有铁磁构件；图44为示意性地表示磁场产生单元的剖面图，该磁场产生单元在其磁场产生侧的中央处的电磁体的顶部上具有铁磁构件；图45为表示在电磁体的顶面的中央设置有铁磁构件和没有设置铁磁构件的情况下所产生磁场的测量结果的图；图46为示意性地表示处于中央的电磁体的剖面图，该电磁体在其磁芯的沿其纵向方向的中央具有内凹部分；图47为示意性地表示处于中央的电磁体的剖面图，该电磁体在其磁场产生侧的顶部具有较大的磁芯截面积；图48为示意性地表示磁场产生单元的剖面图，该磁场产生单元在其磁场产生侧的周边侧上的电磁体的顶面上具有铁磁构件；图49为表示根据本发明第四实施例的磁引导医疗系统的结构的图；图50为表示相对设置的一对磁场产生单元的结构的图；图51为表示该对磁场产生单元中的一个磁场产生单元的图，该磁场产生单元只有图50所示的位于中央的电磁体处于相对设置；图52为表示在图51所示情况下的所产生磁场的示意特性的图；图53A为表示电磁体的磁化方向的剖面图；图53B为示意性地表示电磁体的磁化方向的图；图54A为表示导管的包括沿轴向方向磁化的磁体的远端的结构的图；图54B为表示导管的包括沿直径方向磁化的磁体的远端的图；
图55为表示根据本发明第五实施例的磁引导医疗系统的结构的图；图56A为表示床的周边部分的结构的侧视图；图56B为表示床的周边部分的结构的正视图；图57为表示包括标记线圈的囊状医疗装置的图；图58为表示磁场产生单元、驱动线圈等的布置结构的示例的图；图59为表示囊状医疗装置的位置/姿态检测机构的结构的说明图；图60A为表示根据图58所示情况的一个变型例的设置在床侧的驱动线圈的图；图60B为表示根据图58所示情况的另一变型例的设置在床侧的感测线圈的图；图60C为表示根据图58所示情况的另一变型例的设置在床侧的驱动线圈和感测线圈的图；图61为表示根据实施例的磁引导方法的操作的流程图；图62为通过利用校准数据对床的位置进行控制操作的说明图；图63为通过根据一个变型例的磁场控制单元对磁场产生单元进行反馈控制的操作的说明图；图64A为表示根据一变型例的磁场产生单元的结构的图；以及图64B为表示图64A所示的磁芯部分和辅助磁极部分的结构的平面图。
具体实施例方式
以下将参照附图描述本发明的实施例。
(第一实施例)将参照图1至图29描述本发明的第一实施例。
参照图1，磁引导医疗系统71包括囊状医疗装置72，其通过内窥镜对躺在床31的顶部上的病人23(由双点划线表示)进行检查；磁场产生单元2，其产生用于引导囊状医疗装置72和设置在床31内部的壳体中的接收天线单元73的磁场；平面运动机构单元74(用作位置/姿态变化单元)，其使接收天线单元73和磁场产生单元2在平面上运动；以及控制单元76，其设置在床31的外部，对由磁场产生单元2产生的磁场进行控制，并具有用作用户接口的指令/操作单元10。
参照图1，在具有作为床31的顶面上的宽度方向的X轴、作为床31的顶面上的纵向方向的Y轴以及沿床31的顶面的垂直方向向上的Z轴的三维正交坐标系中，形成平面运动机构单元74的平面运动机构77包括X轴方向运动平台77A以及Y轴方向运动平台77B。接收天线单元73以及磁场产生单元2设置在沿X轴方向运动的X轴方向运动平台77A上，而X轴方向运动平台77A设置在沿Y轴方向运动的Y轴方向运动平台77B上。
接收天线单元73以及磁场产生单元2通过平面运动机构77保持为可以沿X轴方向和Y轴方向运动。接收天线单元73以及磁场产生单元2可容纳在共同的壳体内。
平面运动机构单元74包括X轴方向运动平台77A；Y轴方向运动平台77B；以及平面内位置控制单元78，该平面内位置控制单元78对X轴方向运动平台77A和Y轴方向运动平台77B在平面上的位置进行控制。
如以下将描述的那样，根据第一实施例，可以通过单个磁场产生单元2产生的磁场进行控制的磁场产生区域受到极大限制。然而，平面运动机构77使磁场产生单元2运动，从而扩展了可引导区域。
对流向形成磁场产生单元2的电磁体单元3至5的电流进行的控制操作在插入到病人23体内的囊状医疗装置72附近产生最佳磁场，并进一步扩展了可引导区域，该囊状医疗装置72是引导和控制目标。
平面内位置控制单元78通过单根电缆79连接到外部控制单元76。
图2表示平面运动机构单元74和控制单元76的内部结构。
参照图2，囊状医疗装置72对通过采集体腔的图像而获得的图像信息进行调制，并通过无线的方式将图像发送到身体的外部。
参照图3，囊状医疗装置72包括囊状容器81，其用作插入到体腔内的插入单元，并且其一端具有半球形透明构件；物镜82，其设置在该容器81的中心附近；以及图像采集装置84，例如CCD，其位于物镜82的图像形成位置处。用作照明装置的多个发光装置(简写为LED)83设置在物镜82周围。
控制单元85对LED 83和图像采集装置84的驱动操作进行控制。控制单元85对由图像采集装置84采集的信号进行信号处理。例如，控制单元85对该信号进行压缩、然后对该信号进行调制，并经由天线86通过无线的方式发送该信号。容器81包括电池87，其用于向控制单元85提供电力；以及磁体88，其用作磁场操作的装置(磁场操作的单元)，该磁体根据在容器81沿其纵向方向的中心附近的、磁场产生单元2产生的磁场进行操作。
在容器81外部设置有螺旋结构89，该螺旋结构89从容器81的圆柱形外表面螺旋突出。通过旋转与体腔的内壁接触的螺旋结构89来有效推进囊状医疗装置72。
图2所示的接收天线单元73接收从囊状医疗装置72的天线86发送的无线信号，即电磁波。参照图4，接收天线单元73包括多个天线73a、73b、…、73n。
参照图2，信号处理单元91接收由所述多个天线73a、73b、…、73n接收的信号。参照图2或图5，信号处理单元91对信号进行解调，图像显示单元92显示所发送的图像，并且图像记录单元93记录该图像。
信号处理单元91将接收天线单元73接收的信号或作为接收天线单元73接收的信号的强度的天线强度信号发送到位置检测单元(位置/姿态检测单元)94。
位置检测单元94根据天线强度信号检测囊状医疗装置72的三维位置和姿态。在这种情况下，图4所示的接收天线单元73(设置在图1所示的磁场产生单元2的顶部)包括如图6所示二维布置的多个天线73a、73b、…、73n。
在这种情况下，在磁场产生单元2的中心轴O上设置作为一个基准的天线73e，并且所述多个天线73a至77d和73f至73i设置在其周围。
所述多个天线73a至73i接收从囊状医疗装置72的天线86发送的信号，并根据电磁场强度(天线强度信号)检测囊状医疗装置72的位置。
即，利用天线73j(j＝a至i)的位置作为基准的接收信号的电磁场的强度与距离的平方成比例。然后，利用三角法来计算囊状医疗装置72的三维位置。此外，检测囊状医疗装置72的方向，例如磁体88的方向。可独立于用于检测位置(和姿态)的天线形成用于检测来自囊状医疗装置72的图像信号的天线。
根据第一实施例，囊状医疗装置72的位置是通过利用电磁场来检测的，从而可以高精度地计算位置，而不与引导磁场干涉。此外，因为利用电磁场来发送图像数据，从而可以共享并有效使用这些功能。
如图2所示，位置检测单元94检测到的囊状医疗装置72的位置信息和姿态信息(方向信息)被发送到平面运动机构单元74和磁场控制单元95。
平面运动机构单元74的平面内位置控制单元78根据位置信息对平面运动机构77的二维位置进行控制。即，平面内位置控制单元78控制平面运动机构77，使得磁场产生单元2的中心与位置检测单元94检测到的位置信息的X坐标和Y坐标上的位置相匹配。根据囊状医疗装置72的姿态信息对在施加旋转磁场的情况下的旋转磁场的产生方向进行控制。如上所述，位置检测单元94和平面内位置控制单元78形成相对位置检测机构，该相对位置检测机构获得囊状医疗装置72和磁场产生单元2之间的位置关系(相对位置)。平面内位置控制单元78根据该相对位置检测机构获得的相对位置来控制磁场产生单元2的位置。
为了使磁场产生单元2在任意方向上产生磁场，磁场控制单元95包括电磁电流控制单元(简写为电流控制单元)96，其用于控制流向电磁体的电流的值(磁场的级别)；以及所产生磁场存储单元97，其存储所产生磁场的方向和级别。磁场产生单元2包括第一电磁体单元，其具有电磁体4a和4b；第二电磁体单元，其具有电磁体3a和3b；以及第三电磁体单元5，其具有电磁体5。
接收天线单元73与磁场产生单元2一起二维地运动。即，通常，平面运动机构77使接收天线单元73运动并将其设置在作为基准的天线73e的位置处，以使接收强度最大。
当囊状医疗装置72正好位于具有最大接收强度的天线73e的顶部时，可以进行近似。这样，因为囊状医疗装置72始终位于天线73e的顶部，从而可以稳定而有效地发送图像，并且提高了检测位置的精度。此外，有利的是，减少了天线的数量，并且用于控制磁场产生单元的位置的算法较为简单。
如图1等所示，接收天线单元73设置在磁场产生单元2的顶部，因此接收天线单元73可与磁场产生单元2一起运动。此外，参照图7，根据一变型例，接收天线单元73可以安装在床31的顶部的内部。
参照图2，磁场控制单元95连接到指令/操作单元10。
参照图1及其放大视图，指令/操作单元10包括用于控制方向的操纵杆98以及用于前进和后退操作的操纵杆99。
此外，指令/操作单元10包括用于设置磁场的键盘100，其根据指令操作通过磁场控制单元95来设置所产生磁场的方向和级别。
图8表示磁场产生单元2和电流控制单元96的结构，该电流控制单元96向磁场产生单元2提供用于产生磁场的电流。
参照图8，电流控制单元96连接到电源装置6至8，并对由形成磁场产生单元2的用于沿上/下方向产生磁场的电磁体3a和3b、用于沿水平方向产生磁场的电磁体4a和4b、以及用于沿垂直方向产生磁场的电磁体5产生的磁场进行控制，电流从电源装置6至8提供给该磁场产生单元2。电流控制单元96可以包括电源装置6至8。
此外，用户通过操作连接到电流控制单元96的指令/操作单元10来控制所产生的磁场。
根据第一实施例，参照图9和图10，磁场产生单元2包括用于沿Y方向(上/下方向)产生磁场的电磁体3a和3b、用于沿X方向(水平方向)产生磁场的电磁体4a和4b、用于沿Z方向(垂直方向)产生磁场的电磁体5，这些电磁体对称地布置在同一平面上。
成对的电磁体3a和3b具有相匹配的特性。优选的是，成对的电磁体4a和4b具有相匹配的特性。优选的是，电磁体3a(3b)和电磁体4a(4b)具有相匹配的特性。
换言之，在制造根据第一实施例的磁场产生单元2的情况下，成对的电磁体3a、3b、4a、4b可以具有相同电磁体的对称布置。有利地降低了成本。
参照图10，假定设置X、Y和Z的正交坐标系，用于沿Z方向(垂直方向)产生磁场的电磁体5设置在平面基座11的中心处，用于沿X方向产生磁场的电磁体3a和3b沿X方向(上/下方向)对称布置，从而沿与Z轴正交的方向将用于沿Z方向产生磁场的电磁体5夹在中间，并且用于沿Y方向产生磁场的电磁体4a和4b对称布置在与用于沿X方向产生磁场的电磁体3a和3b正交的方向上，即，在Y方向(水平方向)上。根据第一实施例，这三组电磁体3a和3b、4a和4b、以及5具有相同的高度。
图11表示用于沿Y方向产生磁场的电磁体4a和4b的截面结构以及产生磁场的原理图。
参照图11，具有相同特性的电磁体4a和4b线性对称地布置在中心轴O的两侧。在这种情况下，缠绕到方形棱柱的铁芯部分12(其含有铁磁构件)上的线圈13分别形成有电磁体4a和4b，电磁体4a和4b具有串联连接的相同数量的布线(分别具有相对的布线)。这样，电源6向电磁体4a和4b的线圈13提供DC电流。因此，电磁体4a和4b沿相反的方向磁化，并具有相等强度的磁场。
参照图11，一个电磁体4a被极化为沿与中心线O平行的Z方向的N极和S极，而另一电磁体4b被磁化为S极和N极。因此，在电磁体4a和4b的一个磁极的高度位置的顶部的在中心线O上的位置处，沿着相对于中心轴O的垂直方向和电磁体4a、4b的布置方向，即水平方向(X方向)产生磁场Hx。
如图11的箭头的长度所示，中心轴O上的磁场Hx的级别随着顶端到两个磁极N和S的距离(高度)的增大而减小。然而，因为两个电磁体4a和4b具有相同的特性，并且相对于中心轴O线性对称地布置，从而中心轴O上的磁场Hx的级别根据距离的增大而减小。然而，中心轴O上的磁场Hx的方向不变。
参照图10，在设置有电磁体3a、3b、4a、4b和5的情况下，由电磁体3a和3b在作为中心轴O的Z轴上产生沿Y方向的磁场Hy，由电磁体4a和4b产生沿X方向的磁场Hx，并且由电磁体5产生沿Z方向的磁场Hz，如图10所示。
图8所示的指令/操作单元10的(键盘100的)操作改变了由电源装置6至8向电磁体3a、3b、4a、4b和5提供的DC电流的极性和值，从而可以任意设定在电磁体3a、3b、4a、4b和5(在电磁体的高度相等时，在电磁体5上)的顶部上在Z轴上产生的磁场的级别和方向。即，在电磁体5的顶部位置上沿任意方向产生具有任意级别的三维磁场。
如上所述，根据第一实施例，这三组电磁体3a和3b、4a和4b、以及5设置在平面上，从而在中心轴上在电磁体3a、3b、4a、4b、和5的顶部上的空间中产生三维磁场。
即，磁场产生单元2在平面运动机构单元74的控制操作下在空间内沿任意方向接近要施加三维磁场的位置或空间，并且将磁场产生单元2设置在所述位置或空间附近，从而在所述空间中产生三维磁场。
电流控制单元96具有在中心轴O上的位置(高度)处的每1A沿各方向(X、Y和Z方向)产生的磁场的强度，作为校准数据。
此外，用户对指令/操作单元10的操作将从电源装置6至8流向电磁体3a、3b、4a、4b和5的电流控制为DC电流、振动电流、旋转电流(由具有相位差的振动电流而产生)，从而产生静态磁场、振动磁场和旋转磁场。
根据第一实施例，有利的是，可以容易地接近要施加磁场的位置或空间，从而可以高精度地任意施加(产生)三维磁场。具体地说，在沿轴向方向产生具有较大磁场变化量的磁场(诸如具有较低位置移动速度的普通医疗装置中的旋转磁场和振动磁场)的情况下，医疗设备的运动量较小，而不会根据所产生的磁场的方向而改变磁场产生单元的位置/姿态。因此，位置/姿态变化单元的驱动速度较低。有利的是，稳定地控制该医疗装置，减小位置/姿态变化单元的尺寸，功耗较低，结构简化，并且磁引导医疗系统具有有效的结构。
此外，电磁体设置在平面上，并且磁场产生单元仅在电磁体的设置平面上运动。在活体接近用于产生磁场的空间时，磁场产生单元或运动机构与活体没有干涉。因此，可容易地控制运动机构，并且有利的是，提高了可控制性和稳定性。此外，重量大的磁场产生单元设置在床的下方，从而降低了整个装置的重心。因此提高了机械稳定性。
电磁体3a、3b、4a、4b和5集中在一个方向上。在中心轴O附近，因为电磁体3a、3b、4a、4b和5远离极面，从而减小了沿各个方向的全部所产生的磁场(Hx、Hy、Hz)。在电磁体5的中心轴O附近，磁场的方向不会很大地改变(如果强度变化，则产生方向不变的磁场)。
参照图9和图10，对通过磁场产生单元2产生的电磁体3a、3b、4a、4b和5的磁场进行测量。图12和图13示出了的测量结果。
图12表示电磁体3a、3b、4a、4b和5在中心轴O产生的磁场相对于到极面(具体而言为磁场表面(具体而言，电磁体5的顶部上的极面))的距离的测量结果。参照图12，电磁体3a和3b被简写为电磁体3，而电磁体4a和4b被简写为电磁体4。电磁体3a和3b以及电磁体4a和4b具有相同的特性，但具有不同的布置方向。因此，电磁体3a和3b以及电磁体4a和4b具有相同的曲线图。
根据特性，电磁体3a和3b、电磁体4a和4b以及电磁体5在极面附近的距离处具有不同的磁场强度。然而，在距离大到一定程度时，电磁体3a和3b、电磁体4a和4b以及电磁体5具有相同强度的相同特性。
图13表示由于一个磁场的强度相对于具有如图12所示特性的电磁体(具有相同特性的两组电磁体3a和3b及电磁体4a和4b、以及电磁体5)中的指令值的偏差而对相对于磁场的原始方向的偏差的影响。即，其通过角度(角度差)表示了所产生磁场的强度的偏差对磁场方向的偏差的影响有多大。
根据图13示出的结果，可以理解，即使磁场的强度与磁场的指令强度大不相同，也可以将相对于所产生磁场的方向偏差的角度保持为相对较小。
在允许相对于要产生的指令目标磁场的角度的偏差达到10[度]时，允许沿各方向产生的磁场的强度的差异达到40％。因此，即使在通过简单的控制操作粗略地控制所产生磁场的状态下使用时，磁场产生单元2也可以在较宽的许可范围下产生三维磁场。
根据第一实施例，根据位置检测单元94如上所述检测到的位置信息来移动磁场产生单元2的位置，并且将该位置控制为使得磁场产生单元2基本上始终位于病人23的体腔内的囊状医疗装置72的正下方。换言之，参照图14，将该位置控制为使得囊状医疗装置72定位在磁场产生单元2正上方附近的可引导区域R内。
如上所述，具有插入到体腔中的插入单元的囊状医疗装置72被控制成在囊状医疗装置72的位置附近产生最佳的磁场。
在这种状态下，磁场产生单元2向囊状医疗装置72施加旋转磁场，从而有效地向前推进囊状医疗装置72，并且如果需要则使其后退。
图14示意性地示出了可以通过由磁场产生单元2产生的磁场进行磁性引导的可引导区域R。该可引导区域R与沿磁场产生单元2中的第三电磁体单元5产生的磁场的方向O的大致圆柱形或椭圆形部分相对应。
如上所述，因为可引导区域R被限制为磁场产生单元2的顶部上的一部分区域，所以可以根据位置检测单元94的位置信息来控制磁场产生单元2的位置，使得囊状医疗装置72位于可引导区域R内。
根据第一实施例，进行控制以使囊状医疗装置72位于在磁场产生单元2中的第三电磁体单元5的顶部的正上方附近的可引导区域R内。在这种状态下，磁场产生单元2向囊状医疗装置72施加旋转磁场。
参照图15，对囊状医疗装置72施加旋转磁场，从而螺旋结构89将该旋转转换为推进力。于是，旋转磁场的产生表面的方向控制了沿囊状医疗装置72的推进方向的推进，即，向前或向后。
作为对精确产生的磁场的方向和级别进行控制的示例，考虑以下控制操作。
如上所述，尽管实际产生的磁场的方向与目标磁场方向的差(磁场方向的偏差)较小，但是产生了旋转磁场，于是，观察到作为囊状医疗装置72的旋转的旋转偏差的上述磁场方向的偏差。
在通过施加旋转磁场而使囊状医疗装置72旋转并运动时，体外的信号处理单元91通过模式匹配根据连续获得的图像来计算囊状医疗装置72的旋转角速度。将图像的旋转角速度与要产生的旋转磁场的旋转角速度进行比较，并计算要产生的磁场的方向与实际产生的磁场的方向之间的偏差。
反馈所获得的偏差量，然后对流向磁场产生单元2的电磁体3、4和5的电流进行控制。根据所获得的图像来计算囊状医疗装置72的旋转角速度。因此，不必将用于检测所产生磁场的磁传感器设置在囊状医疗装置72上。这样，高精度地产生了磁场，并且平稳地控制了囊状医疗装置72。
图16示出了其中平面运动机构77使磁场产生单元2在二维表面上运动，使得囊状医疗装置72位于图14所示的可引导区域R中的状态。
即，接收天线单元73的天线73j(j＝a至i)接收通过无线方式从囊状医疗装置72发送的信号，并且根据天线73j接收到的电磁场的强度(简称为天线强度)来检测囊状医疗装置72的位置。平面运动机构77根据所述位置信息使磁场产生单元2运动，使得囊状医疗装置72位于可引导区域R内。
在图16所示的情况下，检测到囊状医疗装置72从可引导区域R向右侧稍微偏离，因此根据该位置信息进行控制，使得磁场产生单元2向右运动。
参照图17，囊状医疗装置72保持在第三电磁体5的顶部的正上方。
图28表示平行运动机构15的结构，通过将磁场产生单元2安装到平面运动机构77的顶部，来通过平面运动机构77使该平行运动机构15在平面上平行运动。
参照图28，平行运动机构15使基座11运动并设定在任意的二维位置处。在图28示出的示例中，驱动电动机16旋转，从而通过滚珠丝杠17或类似装置的旋转而使基座11沿X方向运动。驱动电动机18旋转，从而通过滚珠丝杠19的旋转而使基座11沿Y方向运动。即，驱动电动机16和18旋转，从而将安装在基座11上的磁场产生单元2设定在任意的二维位置处。
设置高度方向的运动装置，从而将磁场产生单元2设定在任意的三维位置处。
在图17所示的状态下，可以根据与从磁场产生单元2的顶面或接收天线单元73到囊状医疗装置72的距离D有关的信息、以及与存储在图2所示的所产生磁场的存储单元97的存储器单元中的如图18所示的电磁体的每单位电流的所产生磁场有关的数据，来获得必要的信息，用于在囊状医疗装置72的当前位置处沿任意方向移动囊状医疗装置72的情况下产生最佳磁场的级别和方向。
即，可以根据囊状医疗装置72的当前位置来获得从囊状医疗装置72到电磁体3至5的距离。此外，可以根据与所获得的距离处的每单位电流的所产生磁场有关的数据(图18所示)，计算在沿任意方向产生磁场时流向电磁体3至5的电流的值。
根据要产生的磁场的方向和级别来计算磁场沿Z方向的分量，并通过参照与每单位电流的所产生磁场有关的数据来确定流向电磁体5的电流。类似的是，针对X方向和Y方向确定流向电磁体3和4的电流。
图29示出了在改变流向中央电磁体5的电流的值的情况下对中央轴O上的所产生磁场的测量结果。
如参照图29将理解的那样，在距离D较大时，流向中央电磁体5的电流的值根据磁场沿垂直方向的分量与磁场沿水平方向的分量的比值而增大。因此，在远离极面的距离处所产生磁场的方向偏差减小。相反的是，在距离D较小时，流向中央电磁体5的电流的值根据磁场沿垂直方向的分量与磁场沿水平方向的分量的比值而减小，从而所产生磁场的偏差在近距离侧减小。
此外，可以改变流向周边电磁体3a和3b以及电磁体4a和4b的电流值，由此控制所产生的磁场。
如上所述，仅通过距离D(Z坐标)来确定电磁体的电流，并且可以仅存储中心轴O上的磁场数据。因此，减少了存储在存储器单元中的数据的量。有利的是，简化了控制算法，结构简单，并且可控制性稳定。
此外，在产生旋转磁场或振动磁场的重复模式的磁场时，仅电磁体的电流模式的最大值(幅值)可以根据距离D而变化。因此，有利的是，进一步简化了该系统和控制算法。
在这种情况下，囊状医疗装置72如上所述保持在电磁体5的顶部的正上方。这种情况下的磁场产生单元2和囊状医疗装置72之间的距离D大致为最小。因此，有效地利用了磁场产生单元2在近距离侧产生的磁场，并且可以在具有相匹配的磁场的区域内引导囊状医疗装置72。
此外，在囊状医疗装置72位于磁场产生单元2附近，并且充分确保了磁场的强度时，可以提供所产生磁场的强度的上限。因此，降低了功耗，因为不必使不需要的电流流向电磁体。
根据第一实施例，具有多个天线的接收天线单元73从囊状医疗装置72接收无线信号，并且在这种情况下，根据天线强度信号来计算囊状医疗装置72的位置。
通过根据位置信息对流向磁场产生单元2的电磁体的电流进行控制，并且通过移动磁场产生单元2，来确保可引导区域R，对囊状医疗装置72进行控制，使得由磁场产生单元2产生的磁场被设定在可引导区域R内，以用于磁引导操作。当在这种状态下向囊状医疗装置72施加旋转磁场，从而使囊状医疗装置72在体腔中的宽范围内运动时，控制了囊状医疗装置72和磁场产生单元2之间的相对位置，从而将囊状医疗装置72保持在容易连续地进行引导操作的位置处。这样，高平稳度地对囊状医疗装置72进行磁性推进。
在通过如图1所示的用于控制方向的操纵杆98和用于前进和后退操作的操纵杆99向囊状医疗装置72施加旋转磁场时，囊状医疗装置72旋转。因此，位置检测单元94检测位置信息，并进一步检测囊状医疗装置72的姿态，并且信号处理单元91根据检测信号进行处理，以使从囊状医疗装置72接收到的图像沿旋转的相反方向旋转，从而产生静态图像。
然后，图像显示单元92显示静态图像。
在使囊状医疗装置72旋转时，图像显示单元92使该旋转停止，并显示图像。然后，用户观察显示在图像显示单元92上的图像，该图像不具有由于囊状医疗装置72的旋转而导致的图像旋转，并且用户通过操作用于控制方向的操纵杆98来指示将方向改变为垂直和水平方向中的任意方向。
通过操作用于前进和后退操作的操纵杆99来指示向前或向后推进图像。
在通过用于前进和后退操作的操纵杆99指示推进并且设置在囊状医疗装置72的外周面上的螺旋结构89右螺旋地设置，并且沿向上的方向倾斜用于前进和后退操作的操纵杆99的情况下，相对于屏幕的正面方向沿右旋转方向产生旋转磁场，从而使囊状医疗装置72在屏幕上向前运动。
此外，在向下倾斜用于前进和后退操作的操纵杆99时，相对于屏幕的正面方向沿左旋转的方向产生旋转磁场，从而使囊状医疗装置72在屏幕上向后运动。
根据第一实施例，在体腔中的宽范围内移动囊状医疗装置72的位置时，对囊状医疗装置72与磁场产生单元2之间的相对位置进行控制，从而连续地将它们保持在容易进行磁引导操作的位置处，并且磁性地推进囊状医疗装置72。
根据第一实施例，平面运动机构单元74具有如图1所示的沿X方向和Y方向移动磁场产生单元2的平面运动机构77。作为替代方案，参照图19A和图19B，根据第一变型例，平面运动机构单元74可以具有使床31沿X方向运动的床水平运动机构174以及使磁场产生单元2只沿Y方向运动的Y方向运动机构175。
参照图19B，床31通过设置在床支承基座104的顶部上的床水平运动机构174沿X方向运动。
参照图19A，Y方向运动机构175设置在床支承基座104中，并且设置在Y方向运动机构175的顶面上的磁场产生单元2通过Y方向运动机构175只沿Y方向运动。
通过上述结构可以获得以下优点。
即，在相对于床31的宽度增加磁场产生单元2的宽度时，磁场产生单元2相对于矩形床31仅沿纵向方向运动。因此减小了装置的横向宽度。此外，因为减少了重量大的磁场产生单元2的驱动轴的数量，并减少了大量的布线，从而驱动部分简单，并且减小了整个装置的尺寸和重量，并提高了效率。
图20表示根据第二变型例的平面运动机构单元74B的结构。如上所述，在图1和图2所示的平面运动机构单元74中，磁场产生单元2根据囊状医疗装置72的位置信息运动。然而，根据第二变型例，床31根据位置信息运动。
即，设置在床支承基座104的顶面上的平面运动机构77支承躺有病人23的床31的主体。在这种情况下，磁场产生单元2设置在床31的底部侧的下方。在这种情况下，因为具有较大重量的磁场产生单元以及大量布线是固定的，从而驱动部分的结构简单。因此，减小了整个装置的尺寸和重量，并提高了效率。具体而言，当相对于床的宽度增大了运动范围和磁场产生单元的宽度的总和时，减小了装置的横向宽度。
根据第一实施例，采用了平面运动机构单元74来使磁场产生单元2沿X和Y方向运动(沿X和Y方向改变床上方的所产生磁场的区域)。作为替代方案，可以采用倾斜运动机构(可替代平面运动机构单元74)。该倾斜运动机构使磁场产生单元2倾斜，以改变所产生磁场的方向。通过改变磁场产生单元2的倾斜角，可以将在床上方的所产生磁场的区域改变为覆盖整个引导区域。该倾斜运动机构可以按照两个自由度(即，球状地)倾斜，从而使得能够沿X和Y方向改变在床上方的所产生磁场的区域。该倾斜运动机构也可以是单自由度类型的(仅在平面内倾斜)，并与床水平运动机构进行组合，来实现所产生磁场的区域沿X和Y方向的运动。通过仅倾斜磁场产生单元2，可以减小用于移动磁场产生单元2的空间。
根据所述实施例等，位置检测装置通过利用从囊状医疗装置72以无线方式发送的信号对位置进行检测。然而，如以下所述，可以通过利用超声波来获得位置信息。
参照图21A和图21B，在床31上的病人23的体表的侧面附近设置有多个超声波探头101a、101b、…，并且所述多个超声波探头101a、101b、…的用于接收和发送超声波的远端表面与病人23的体表的侧面接触。
所述多个超声波探头101a、101b、…通过调节装置102来调节位置和角度，以获得与病人23的体表相接触的状态。该调节装置102具有传感器103，该传感器103用于检测与所述多个超声波探头101a、101b、…与病人23的接触状态的位置和角度有关的信息。传感器103包括编码器和线性编码器，以检测探头101a、101b、…与病人23的接触位置和角度。
传感器103将检测到的信息输出到如图2所示的平面运动机构单元74和磁场控制单元95，并且调节装置102对所述多个超声波探头101a、101b、…与病人23的接触位置和角度的反馈操作进行控制。
所述多个超声波探头101a、101b、…获得的超声波图像如图21C所示。提取囊状医疗装置72的超声波图像，并根据多个超声波图像来计算囊状医疗装置72在床31的坐标系上的位置。
将从多个超声波图像获得的与囊状医疗装置72的计算位置有关的信息输出到如图2所示的平面运动机构单元74和磁场控制单元95，并将所述信息用于磁场产生单元2的位置控制操作和所产生磁场的控制操作。
可以采用如图22A所示的超声波探头105和106来替代所述多个超声波探头101a、101b、…。
参照图22A，使超声波探头105旋转，由此获得与三维超声波有关的信息。然后，根据由超声波探头105获得的与三维超声波有关的信息来计算囊状医疗装置72的位置。此外，还使用所计算的与位置有关的信息。
参照图22B，利用阵列超声波探头106，从而获得与三维超声波有关的信息。然后，根据与三维超声波有关的信息来计算囊状医疗装置72的位置。此外，还使用所计算的与位置有关的信息。
可以采用图23所示的结构。参照图23，平面运动机构单元74C具有位于设置在如图21B所示的磁场产生单元2的顶部的接收天线单元73的顶部上的超声波探头107。平面运动机构77自由地使平面运动机构单元74C运动。
在这种情况下，在床31的底部使超声波探头107运动的运动范围被阻断(cut-off)，从而保持超声波探头107的顶部与病人23的背部相接触的状态。
此外，根据由超声波探头107获得的超声波图像来计算囊状医疗装置72的位置，并使用所计算的与位置有关的信息。
参照图24，除了在稍微靠近背部的位置而不是在图21B所示的侧面与病人23接触的超声波探头101a、101b、…之外，在直立在病人23的顶部的安装基部109的顶端处的旋转构件110具有可旋转的超声波探头111a和111b。超声波探头111a和111b被固定为与相对于病人23的侧面稍微靠近顶面(正面)的位置接触。
使旋转构件110旋转，从而自由地打开和闭合与病人23接触和与病人分离的超声波探头111a和111b。
可以改变超声波探头101a的超声波频率。
可以依次驱动所述多个超声波探头101a，从而获得与超声波图像有关的信息。
参照图25，沿圆柱形表面布置的超声波探头阵列113被设置为覆盖病人23的腹部。
然后，通过用于处理超声波探头阵列113的信号的超声波观测装置114将超声波探头阵列113获得的超声波图像依次输出到超声波图像显示装置115。此外，可以根据超声波图像来计算囊状医疗装置72的位置，并且可以采用所计算的与位置有关的信息。
在通过利用超声波探头101a根据图像来检测位置信息的情况下，图26所示的囊状医疗装置72的容器81可以具有用于反射超声波的材料117。
因此，可以容易地根据超声波图像来计算囊状医疗装置72的位置。
尽管如图27所示，磁场产生单元2设置在床31中，但是磁场产生单元2也可以设置在椅子36中。
(第二实施例)接下来，将参照图30给出对本发明第二实施例的描述。图30表示根据本发明第二实施例的磁引导医疗系统121。
根据该第二实施例，用于在体外对病人23进行引导的磁场产生单元51向设置在被插入到病人23体内的内窥镜123上的磁体137施加静态磁场。因此，用户(例如操作者)控制由磁场产生单元51产生的静态磁场，并将磁体137的方向改变为期望方向，由此控制内窥镜123的方向。
磁引导医疗系统121包括内窥镜123，其被插入到躺在床122上的病人23的体内；机械臂124，其设置在床122的一个侧面上；磁场产生单元51，其安装在机械臂124上；以及磁传感器126，其设置在传感器保持基座125上，该传感器保持基座125设置在床122的另一侧面上。
内窥镜123的通用电缆127连接到磁引导医疗系统121，该磁引导医疗系统121包括机械臂124、保持基座125以及通过电缆连接到机械臂124和保持基座125上的控制单元128。
根据第一实施例，磁场产生单元2包括三组电磁体。然而，根据第二实施例，参照图31A和图31B，该二维磁场产生单元51包括两组电磁体，并通过这两组电磁体来产生二维磁场。顺便提及，图31A为平面图，而图31B为剖面图。
如果需要，则电动机52使具有上述组件的基座11绕中央电磁体5的中心轴O旋转，从而提供用于产生三维磁场的三维磁场产生单元的功能。
优选的是，用于驱动该旋转的电动机52为施加有磁屏蔽的电磁电动机，或者为不受磁力影响的电动机(超声波电动机等)。
不管是否旋转，与第一实施例类似的是，电磁体是平面布置的，并且磁场产生单元仅在具有电磁体的平面上运动。因此，在活体靠近用于产生磁场的空间时，不存在磁场产生单元和运动机构与活体之间的干涉的危险。这样，容易控制运动机构，而且有利的是，提高了可控制性和稳定性。此外，重量大的磁场产生单元设置在床的下方，从而降低了整个设备的重心，并提高了机械稳定性。
此外，该旋转产生了旋转磁场。
此外，因为减少了电磁体的数量，从而减小了设备的尺寸。
内窥镜123包括细长的插入单元131，其容易插入到体腔内；操作单元132，其设置在插入单元131的后端；以及通用电缆127，其从操作单元132延伸。通用电缆127后端的连接器连接到设置在控制单元128上的视频处理器133。
参照图32A，内窥镜123在插入单元131的远端部分134处包括照明窗口135，其发出照明光并对诸如病人体内的感染部分的对象进行照明；以及观察窗口136，其采集被照明对象的图像。
根据第二实施例，远端部分134在其外周上包括沿远端部分134的轴向方向磁化的磁体137。通过利用由磁场产生单元51产生的磁场，磁力作用在磁体137上，从而改变远端部分134的方向。
此外，在远端部分134的外周附近设置有用于产生交变磁场的线圈138。交流电流流向线圈138，从而产生交变磁场。磁位置检测机构通过图30所示的磁传感器126检测交变磁场，来检测线圈138的位置和方向。
磁传感器126包括多个磁传感器装置，并检测线圈138的位置以及线圈38的轴向方向，即，内窥镜123的远端部分134沿轴向方向的方向(姿态)。磁传感器126检测由二维磁场产生单元51产生的磁场，以及线圈138产生的交变磁场。这两个磁场信号可以通过滤波处理来分离，因为它们具有不同的频率。
由磁传感器126检测到的基于二维磁场产生单元51产生的磁场的信号被输入到控制单元128中的磁场控制单元。该磁场控制单元检测在远端部分134的位置处实际产生的磁场，并根据检测到的信息来控制流向磁场产生单元51的电磁体的电流，从而始终产生最佳的磁场，以在远端部分134附近磁性地引导远端部分134。这样，精确地产生了磁场。
由线圈138产生的交变磁场信号(由磁传感器126检测到)被用来检测远端部分134的运动速度，并用来检测加速度。该信息被发送到控制单元128，从而实现高水平的控制操作。
参照图32A，远端部分134具有圆形的可拆卸磁体137。在这种情况下，该磁体安装在现有的内窥镜上，并且采用传统的内窥镜。此外，内窥镜具有较小的直径。
根据一个变型例，参照图32B，可以在远端部分134中设置磁体139，并且磁体139可以可旋转地容纳在远端部分134的中心轴周围。
图32B所示的磁体139沿直径方向被磁化为N极和S极。图30所示的视频处理器133包括用于提供照明光的光源装置(未示出)。视频处理器133还包括信号处理装置，该信号处理装置对由设置在观测窗口136的物镜光学系统的图像形成位置处的固态图像采集装置采集的图像采集信号的信号进行处理。该信号处理装置产生的视频信号被发送到显示单元238，从而将由该内窥镜123的固态图像采集装置采集的图像显示在显示单元238的显示表面上。
设置在床31的侧部的机械臂124在主体部分141处具有垂直运动机构142，并且机械臂124可以主体部分141的顶端侧沿垂直方向运动，如箭头所示。
此外，主体部分141的顶端141a可绕主体部分141的轴向方向旋转。形成平面运动机构144的旋转构件可旋转地保持在从该主体部分沿水平方向延伸的第一臂143的端部处。
在从该旋转构件沿水平方向延伸的第二臂145的端部处可旋转地保持有形成旋转机构146的旋转构件。磁场产生单元51安装在该旋转构件上。
指令/操作单元147设置在控制单元128的顶面。通过操作指令/操作单元147来控制机械臂124的操作，并改变磁场产生单元51产生的静态磁场的方向和级别。换言之，根据磁位置检测机构检测到的内窥镜123的远端部分134的位置以及发送给垂直运动机构142和平面运动机构144的控制信息，来获得内窥镜123的远端部分134的位置与磁场产生单元51的位置之间的位置关系(相对位置)。磁位置检测机构以及控制单元128形成用于获得内窥镜123的远端部分134与磁场产生单元51之间的相对位置的相对位置检测机构。控制单元128根据该相对位置检测机构获得的与相对位置有关的信息，通过垂直运动机构142和平面运动机构144来控制磁场产生单元51的位置。
图33表示通过控制磁场产生单元51的位置来将内窥镜123的远端部分134保持在可引导区域R内的引导方法的状态。
参照图33，当内窥镜123的远端部分134偏离磁场产生单元51的可引导区域R时，根据来自磁传感器126的输出来计算远端部分134的位置，并根据该位置信息通过控制单元128来控制垂直运动机构142和平面运动机构144，使内窥镜123的远端部分134位于磁场产生单元51的可引导区域R内。
在图33所示的情况下，磁场产生单元51沿包括白色部分的粗箭头所示的方向运动，从而使内窥镜123的远端部分134位于可引导区域R内。
作为沿垂直方向移动磁场产生单元的组件的替代，如图34中的磁场产生单元2G所示，可以通过移动第三电磁体5使可引导区域R沿垂直方向运动。
图35中示出了这种情况下的磁场产生单元2G的结构。
图35示出了磁场产生单元2G，其用于调节设置在中心处的第三电磁体5沿中心轴O的方向的位置(调节其运动)。例如，基座11中的中央电磁体5下面的底部部分11a被装配到一个孔内，并且可以沿上/下方向运动。
底部部分11a通过螺钉62的远端保持，该螺钉62被拧到在外周上连接到该底部部分的保持单元61的螺纹孔内。在螺钉62的底端处设置有电动机63。电动机63根据位置信息正转或反转，由此使底部部分11a升降，从而改变中央电磁体5的高度位置，以调节所产生的磁场。
图36表示在改变设置在中心处的第三电磁体5的高度的情况下对所产生磁场的测量结果。通过改变第三电磁体5的高度，可以根据周围的电磁体3a和3b产生的磁场来调节所产生的磁场的值。
即，因为所产生的磁场相对于到极面的距离的特性在中央电磁体5与周围电磁体3a和3b之间略有不同，所以通过根据所产生的磁场相对于到极面的距离的值来调节中央电磁体5的高度，可以容易地根据目标距离来产生沿着期望方向并且具有期望强度的磁场。在这种情况下，获得了与根据第一实施例的根据距离D来控制电磁体的电流的情况相同的优点。
顺便提及，根据第一实施例，通过改变电磁体5相对于电磁体3a和3b以及电磁体4a和4b的高度获得了同样的优点。此外，根据第二实施例，与第一实施例类似，可以通过距离D来控制电磁体的电流。
如上所述，根据第二实施例，通过向设置在内窥镜123上的磁体137或139施加静态磁场，来将静态磁力施加给磁体137或139，从而将内窥镜123的方向改变为期望方向。
因此，用户控制静态磁场的方向，从而将内窥镜123的远端部分134改变为期望方向。此外，容易插入到体腔内，并且观测方向也被改变为期望方向。
(第三实施例)接下来，将参照图37给出对本发明第三实施例的描述。图37表示根据本发明第三实施例的磁引导医疗系统161。根据该第三实施例，与第二实施例类似，设置在体外的用于引导操作的磁场产生单元51B向囊状医疗装置162中的磁体164或166(参照图38A和图38B)施加磁场，从而通过作用在囊状医疗装置162中的磁体164(或166)上的磁力来控制囊状医疗装置162的方向。
磁引导医疗系统161包括囊状医疗装置162，其被插入到体内，并采集体内的图像；以及体外装置163，其接收从囊状医疗装置162以无线方式发送的图像信息。
参照图38A，囊状医疗装置162包括磁体164和发送天线165。与图3示出的囊状医疗装置72类似，囊状医疗装置162还包括照明装置和图像采集装置。尽管磁体164的磁化方向与囊状医疗装置162的轴向方向相对应，如图38A所示，但是可以如图38B所示采用处于可绕囊状医疗装置162的中心轴旋转的状态下的沿直径方向磁化的磁体166。
体外装置163在主体167内具有控制单元(未示出)，该主体167大致为方形棱柱形，并沿上/下方向直立。平面运动机构169设置在该方形棱柱的前方，并且平面运动机构169将可沿上/下方向运动的磁场产生单元51B和接收天线单元150保持在其前方。在这种情况下，磁场产生单元51B和接收天线单元150沿上/下方向(即一个轴向方向)运动。保持磁场产生单元51B和接收天线单元150的平面状态，同时，它们可以沿上/下方向滑动。接收天线单元150具有与根据第一实施例的接收天线单元73类似的功能。与第一实施例类似，接收天线单元150具有检测囊状医疗装置162的位置的功能。接收天线单元150被磁场产生单元51B保持。因此，通过利用接收天线单元150而获得的囊状医疗装置162的检测位置表示囊状医疗装置162和磁场产生单元51B之间的位置和姿态关系(相对位置/姿态)。通过检测到的位置/姿态关系对磁场产生单元51B的位置/姿态进行控制。
图39表示根据第三实施例的磁场产生单元51B的结构。
图39所示的磁场产生单元51B为用于产生二维磁力的装置。在该二维磁场产生单元51B中，电磁体具有相同的特性，例如，四个电磁体5中的两个分别沿上/下(纵向)和水平(横向)方向相邻地布置，从而产生如图39中的箭头所示的二维磁场。
与图31A所示的磁场产生单元51相比，磁场产生单元51B具有高度对称的两组电磁体。因此在中心轴处产生方向更加一致的磁场。
根据第三实施例，可以通过磁场平稳地引导被插入到体腔内的囊状医疗装置162的方向，以进行诸如利用内窥镜进行检查的医疗操作。
接着，将给出对根据变型例的磁场产生单元的描述。这些变型例是通过修改或改进根据第一实施例的磁场产生单元2而获得的。首先，将给出对通过有效利用空间而增加所产生磁场的情况的描述。
图40表示根据第一变型例的磁场产生单元2B。该磁场产生单元2B采用电磁体3c和3d以及电磁体4c和4d，这些电磁体是通过使图9所示的磁场产生单元2中的电磁体3a和3b以及电磁体4a和4b成形为梯形而获得的。
处于中心的电磁体5是通过将线圈13缠绕到铁磁构件单元12a上而形成的，该铁磁构件单元12a含有截面为方形、具有高磁引导率的柱形铁磁构件。顺便提及，通过去除铁磁构件单元12a的四个角而形成区域R。
在这种情形下，区域R的半径为形成线圈13的布线的最小弯曲半径，从而布线具有高密度。
呈等边梯形形状的电磁体3c和3d以及电磁体4c和4d设置在处于中心的电磁体5的周围，并靠近线圈13的大致为平面的外表面。即，电磁体3c和3d以及电磁体4c和4d被对称地设置为使得短边与内侧相对应。电磁体3c和3d以及电磁体4c和4d的倾斜部分被设置成彼此平行地靠近(电磁体3c和3d以及电磁体4c和4d中的)相邻的倾斜部分。
形成电磁体3c和3d以及电磁体4c和4d的铁磁构件单元(磁芯部分)12b包括等边梯形形状的柱形构件，这些柱形构件包含铁磁构件。线圈13缠绕在铁磁构件单元12b上，从而形成电磁体。
如上所述，电磁体3c、3d、4c、4d和5在平面上为紧密结构(formation)，紧密结构的区域几乎没有不被电磁体共享的任何空间。有效地产生了强磁场。
接下来，将给出对通过添加铁磁构件来增强所产生的磁场的情况的说明。图41A示出了根据第一实施例的电磁体5的截面。例如，参照图41B，在电磁体5的一端(在产生磁场的相对侧上)设置有铁磁构件41a。或者，所设置的铁磁构件41a与电磁体5的外形相匹配。
参照图41C，铁磁构件41b的外形基本上与电磁体5在其底部侧的外形相匹配。
图42示出了在如图41A所示没有设置铁磁构件的情况下(根据第一实施例)产生的磁场，以及在设置有铁磁构件41b的情况下产生的磁场。如参照图42将理解到的那样，与没有铁磁构件41b的情况相比，在具有铁磁构件41b的情况下所产生的磁场增强了两倍。
顺便提及，除了参照图41B和图41C的情况之外，参照图43，可以通过将多个电磁体5、4a、4b等设置在具有整个电磁体的外形的铁磁构件41c的板上来构造磁场产生单元2C。尽管在图43中没有示出，但在电磁体3a和3b的下方设置有铁磁构件41c的板。图43表示根据第一实施例的情况。参照图40，根据第一变型例，电磁体4a和4b对应于电磁体4c和4d。
顺便提及，可独立于包含铁磁构件的磁芯部分12设置铁磁构件41a。然而，与磁芯部分12一体设置的铁磁构件41a可以容易地抑制磁通量的泄漏。因此，进一步增强了所产生的磁场。
接下来，给出对使磁场一致化的有利结构的说明。
处于中心处的电磁体5的包含铁磁构件的磁芯部分的截面积大于设置在周边的电磁体3a和3b(或者3c和3d)以及电磁体4a和4b(或者4c和4d)的铁磁构件的截面积。根据第一实施例采用该结构。
此外，在处于中心的电磁体5的磁场产生侧设置有截面积大于电磁体的磁芯部分的截面积的铁磁构件41d。图44表示在这种情况下的磁场产生单元2D。顺便提及，磁场产生单元2D应用于图43所示的磁场产生单元2C的情况。
图45表示在如图44所示将铁磁构件41d设置在处于中心的电磁体5的顶部上的情况下的测量结果(没有表示在将铁磁构件41c设置在底部侧的情况下的效率)。参照图45，与没有设置铁磁构件41d的情况相比，在设置有铁磁构件41d的情况下，磁场强度在磁极附近的较大变化受到抑制，而且在远离附近部分的距离处磁场强度增加。
此外，使包含位于中心的电磁体5的铁磁构件的磁芯的中央部分内凹。图46表示在这种情况下的位于中心的电磁体5。电磁体5包括内凹部分45，该内凹部分45在高度方向上的中央处具有最小的截面积。随着靠近该部分在高度方向上的端部，截面积增加。
此外，位于中心的电磁体5的铁磁构件朝向产生磁场的一侧而变宽。图47表示在这种情况下的位于中心的电磁体5。在电磁体5中，在该纸面(sheet)的顶部侧产生磁场，因此形成在磁芯部分12的顶端的具有最大截面积的最大面积部分46。
有利的是，可以通过图44所示的结构使所产生的磁场均匀化。此外，可以采用如图48所示的磁场产生单元2E。
在磁场产生单元2E中，铁磁构件41e被设置在周边电磁体的磁场产生侧上的极面上(尽管示出了电磁体4a和4b，但以上也适用于电磁体3a和3b)。
图45表示设置有铁磁构件41e和没有设置铁磁构件41e对测量结果的影响。
如参照图45可理解的那样，在具有铁磁构件41e的情况下，磁场强度在极面附近增加，而且在距极面足够远的距离处产生均匀的磁场。
(第四实施例)接下来，将参照图49给出对本发明第四实施例的描述。第四实施例基本上采用第二实施例，从而仅描述根据第四实施例的特征。图49表示根据本发明第四实施例的磁引导医疗系统151。根据第四实施例，在体外彼此相对设置的用于引导操作的磁场产生单元2F向导管153中的磁体158(或者是指图54A和图54B中的磁体160)施加静态磁场，通过作用在导管153中的磁体158(或者160)上的磁力来控制导管153的方向。
磁引导医疗系统151包括导管153，其被插入到躺在床152上的病人23的体内；磁场产生单元2F，这些磁场产生单元2F被设置为面向床152侧；平面运动机构154，其设置在床152上以使磁场产生单元2F彼此平行地运动；荧光检查装置155，例如用于病人23的身体的X射线荧光检查装置；以及控制单元(未示出)。
通过荧光检查装置155观察病人23，并检测导管153的远端的位置。使用位置信息来将导管153的远端的方向控制为期望方向。即，荧光检查装置155用作对导管153的远端的位置/姿态进行检测的荧光检查型位置检测机构。此外，根据来自该荧光检查型位置检测机构的输出以及来自控制单元(根据第二实施例为128)的用于对改变磁场产生单元2F的位置的平面运动机构154进行控制的控制信息，获得导管153的远端与磁场产生单元2F之间的位置/姿态关系(相对位置/姿态)。即，荧光检查装置155以及控制单元形成相对位置/姿态检测机构。根据相对位置/姿态信息，通过控制单元来控制磁场产生单元2F的位置/姿态。
图50表示磁场产生单元2F的结构。
参照图50，磁场产生单元2F可以彼此相对地设置，从而在中央产生期望的三维磁场。尽管这种情况要求在中央位置的两侧具有用于相对设置磁场产生单元2F的空间，但是在具有该空间时该结构非常有利。
顺便提及，参照图50，作为相对设置两个磁场产生单元2F的替代方式，磁场产生单元2F之一可以是第三电磁体5。图51示出了这种情况下的磁场产生单元。
图52表示图51所示情况下的所产生磁场的特性。
实线表示磁通密度对第一、第二和第三电磁体单元的位置的关系。另一方面，虚线表示第三电磁体单元5面向一个部分的设置。如根据虚线所示的特性可理解的，在距离磁场产生单元较远的位置处，磁场增强并产生平滑的磁场(磁场强度和磁场角度相对于空间的变化较小)。
参照图52，与其他的电磁体相比，第三电磁体单元5在距离第三电磁体单元5较远的位置处具有较弱的磁场。因此，利用相对的电磁体在该区域中对磁场减弱的补偿产生了平滑的磁场，并扩展了可引导区域。
顺便提及，图53A和图53B表示相对的电磁体的磁化方向。图53A通过截面图表示磁化方向，而图53B示意性地表示沿上下方向相对的电磁体的磁化方向。图53A和图53B表示图50所示的情况，包括图51所示的情况。
此外，图54A表示导管153在其远端侧的结构。导管153的远端157包括磁传感器159和沿轴向方向磁化的磁体158。
磁传感器159高精度地控制磁场。因为导管的远端的方向在一定程度上受到身体中的内腔的限制，所以所产生磁场的方向不必与导管153的方向匹配。这样，根据来自磁传感器159的输出值以及由荧光检查装置155获得的位置/姿态，高精度地计算在导管的远端处实际产生的磁场。因此，通过对将要实际产生的磁场与实际产生的磁场的方向之间的差异进行反馈操作，从而高精度并稳定地产生磁场。
顺便提及，磁传感器159检测所产生磁场(即，磁场产生单元2F产生的用于引导操作的静态磁场)的强度和方向。通过将从导管153的后端延伸的信号线(未示出)连接到控制单元，来将检测到的信号输入到控制单元的位置检测单元。在显示单元(未示出)上显示所计算的位置和方向，从而使得能够替代荧光检查装置155。
用户参照显示在显示单元上的信息，并操作指令/操作单元，从而控制导管153的远端部分的方向。
顺便提及，参照图54B，沿直径方向磁化的磁体160可以沿导管153B的轴向方向可旋转地容纳在导管153B中。
(第五实施例)接着，将参照图55至图64B给出对本发明第五实施例的描述。第五实施例对应于第一和第二实施例的变型例。将描述根据第五实施例的特征。图55表示根据第五实施例的磁引导医疗系统180的结构。
根据第一实施例，尽管位置/姿态变化单元主要使磁场产生单元2运动，从而改变位置/姿态，但是根据第五实施例，磁场产生单元2是固定的，并且床31的位置/姿态变化单元74D改变磁引导医疗系统180的位置/姿态，从而磁性地引导该系统。通过形成控制单元191的位置/姿态控制单元192对位置/姿态变化单元74D进行控制。通过磁场控制单元95对磁场产生单元2进行控制。
具体地说，参照图56A和图56B，位置/姿态变化单元74D包括用于在水平平面上移动其上躺有病人23的床31的床水平移动机构176。
参照图56A和图56B，设置在床支承基座104的顶面上的床水平移动机构176沿Y方向和X方向移动用作目标放置单元的床31，病人23躺在床31上。在床31下方，固定有磁场产生单元2。根据第五实施例，尽管目标放置单元包括床31，但是它可以是椅子形状、浴缸形状或抽水马桶形状。
此外，根据第五实施例，参照图55，囊状医疗装置72B包括标记线圈172a。驱动线圈181以及感测线圈182检测标记线圈172a的位置/姿态。
驱动信号产生单元183驱动该驱动线圈181，并且感测线圈182检测到的信号被输入到位置/姿态检测单元184。
位置/姿态检测单元184检测到的信号被输出到磁场控制单元95以及控制单元191的位置/姿态控制单元192，从而用于它们的控制操作。
使用校准数据来精确地检测标记线圈172a的位置/姿态。因此，根据第五实施例，设置有用于存储校准数据的校准数据存储单元185，并且校准数据用于利用位置/姿态检测单元184检测位置/姿态。
图57表示囊状医疗装置72B。囊状医疗装置72B包括磁体88B，该磁体88B设置在囊状容器81内，使得磁体88B的磁化方向与容器81的轴向方向匹配。囊状医疗装置72B的方向被控制为沿磁场的方向。
如上所述，容器81包括用于检测囊状医疗装置72B的位置的标记线圈172a。标记线圈172a以及电容器172b构成在预定频率下谐振的谐振电路172。顺便提及，容器81中容纳有图3等所示的图像采集装置84(未示出)。
图58表示磁场产生单元2以及用作驱动和检测装置的用于检测囊状医疗装置72B的位置的驱动线圈181和感测线圈182的布置示例。
在床31的下方，设置有磁场产生单元2。磁场产生单元2包括设置在平面上的五个电磁体，并具有图9所示的结构。
此外，在床31的下方，用于产生交变磁场的驱动线圈181固定在磁场产生单元2的顶面上。
驱动线圈181的上述布置始终将标记线圈172a和驱动线圈181之间的相对位置关系保持在稳定且高检测精度的状态下，在该状态下，标记线圈172a位于驱动线圈181产生的强磁场中。这是因为进行了控制操作来防止在磁场产生单元2中的电磁体与囊状医疗装置72B之间的相对位置产生较大变化。
参照图58，在磁场产生单元2的顶面上(具体地说，在驱动线圈181的顶面上)固定有多个感测线圈182。感测线圈182的上述布置控制跟踪囊状医疗装置72B的磁场产生单元2的电磁体。因此，标记线圈172a和感测线圈182之间的相对位置被控制在稳定且高精度的状态下。
磁场产生单元2的铁磁构件影响驱动线圈181和感测线圈182的线圈特性。然而，如果磁场产生单元2的位置变化，则上述结构防止了磁场产生单元2与感测线圈182和驱动线圈181之间的位置关系的改变。因此，感测线圈182和驱动线圈181的特性没有改变，从而提高了检测精度。
在控制操作(在该控制操作下，磁场产生单元2的电磁体与囊状医疗装置72B之间的相对位置关系没有改变)下，标记线圈172a与驱动线圈181和感测线圈182之间的相对位置关系没有改变。因此，通过用作基准的感测线圈182，控制操作不会在用于通过位置/姿态检测单元184检测囊状医疗装置72B的位置或姿态的窄检测区域中存在任何问题。因此，减少了感测线圈182的数量，减少了用于获得位置/姿态的计算量，从而用于获得位置/姿态的算法简单。
具体地说，在驱动线圈181被固定到磁场产生单元2上时，影响用于检测位置的磁场的磁场产生单元2集成了这两种线圈(驱动线圈181和感测线圈182)，用于检测位置。因此，校准数据由于平面运动机构(位置/姿态变化单元)的变化而产生的变化较小。稳定地对位置进行检测(因为驱动线圈的输出的变化相对于标记线圈的输出较小)。
此外，校准数据受到驱动线圈181、感测线圈182以及腔室中的铁磁构件之间的相对位置的变化的影响。根据第五实施例，在驱动线圈181和感测线圈182与磁场产生单元2一起固定在基座上时，平面运动机构(位置/姿态变化单元)的变化不会改变驱动线圈181、感测线圈182和磁场产生单元2、以及腔室中的铁磁构件之间的相对位置。因此，平面运动机构(位置/姿态变化单元)的变化不会改变腔室中的铁磁构件的影响，并且校准数据由于平面运动机构(位置/姿态变化单元)的变化而产生的变化量较小。因此，稳定地对位置进行检测。
参照图55和图59，驱动线圈181连接到用于产生用作交变信号的驱动信号的驱动信号产生单元183。驱动线圈181接收该驱动信号，从而产生如图59所示的交变磁场。该交变磁场被施加给囊状医疗装置72B。囊状医疗装置72B中的标记线圈172a接收该交变磁场，并产生引导电流。此外，标记线圈172a产生由引导电流产生的交变磁场(引导磁场)。
所述多个感测线圈182接收由驱动线圈181产生的交变磁场以及由标记线圈172a产生的交变磁场，并输出检测数据。这里，通过利用校准数据的处理对与驱动线圈181产生的交变磁场有关的信息进行处理(稍后描述)，从而消除该信息。结果，通过所述多个感测线圈182的检测数据仅获得与标记线圈172a产生的交变磁场有关的信息。
参照图59，所述多个感测线圈182连接到位置/姿态检测单元184，所述多个感测线圈182检测到的检测数据被输出到位置/姿态检测单元184。位置/姿态检测单元184根据所输入的检测数据来检测(计算)囊状医疗装置72B的位置/姿态。
图59表示根据第五实施例的用于检测囊状医疗装置72B的位置和姿态的位置/姿态检测机构171的结构和检测原理。
位置/姿态检测机构171包括设置在被插入到作为活体的病人23内的囊状医疗装置72B中的标记线圈172a；设置在病人23外部的驱动线圈181以及多个感测线圈182(或者可以是磁传感器)；用于为驱动线圈181产生交变磁场的驱动信号产生单元183；用于根据来自感测线圈182的输出信号计算囊状医疗装置72B的位置或姿态的位置/姿态检测单元184；以及用于存储校准数据的校准数据存储单元185。
这里，校准是指，在将包括标记线圈172a的囊状医疗装置72B引导(插入)至病人23体内之前，即在标记线圈172a没有设置在检测区域中的状态下，仅驱动该驱动线圈181，产生交变磁场，并接着测量磁场的强度。校准数据是指与在这种情况下测量的磁场的强度有关的数据。
通过从驱动信号产生单元183提供驱动信号，驱动线圈181产生交变磁场。引导电流通过利用该交变磁场而流向标记线圈172a，并另外产生交变磁场。设置多个感测线圈182，该多个感测线圈182在其布置位置处检测由驱动线圈181和感测线圈182产生的磁场的强度。
位置/姿态检测单元184根据感测线圈182的输出与在将囊状医疗装置72B引导到病人23体内之前测量的仅由驱动线圈181产生的磁场的强度的数据(校准数据)之间的差异，通过对标记线圈172a的磁场的偶极近似等来检测标记线圈172a的位置或姿态。
通过使用图59中所示的结构以及位置/姿态检测原理来获得以下优点。
即，利用磁场的位置检测抑制了由于活体而导致的衰减的影响，从而高精度地检测位置。由于利用交变磁场来检测位置，所以由磁场产生单元2产生的另一频率的交变磁场不会影响通过设置滤波器而进行的位置检测，该滤波器用于限制到感测线圈182的频带。
顺便提及，驱动线圈181产生的磁场可以是脉冲磁场。所产生的脉冲磁场将电流引导到标记线圈172a，并在谐振电路172使该电流衰减的同时产生交变磁场。感测线圈182检测这种情况下的磁场。在这种情况下，因为感测线圈182只检测到标记线圈172a的磁场，所以不需要校准，并简化了系统结构。
图60A表示根据一个变型例的图58所示的磁场产生单元2、驱动线圈181以及感测线圈182的布置位置。
参照图60A，驱动线圈181固定在床31上。因此，驱动线圈181的尺寸增加。由于驱动线圈181的尺寸增加，因此有效地产生了宽的磁场。
此外，因为磁场产生单元2和驱动线圈181不一起移动，所以驱动线圈181的尺寸的增加不会影响床31的尺寸(宽度和长度)，从而减小了装置的尺寸。
参照图60B，通过将感测线圈182固定在床31的内部和床31的两侧来改变了图58所示的结构。根据这一个变型例，增加了感测线圈182的数量。
通过将感测线圈182设置在床31上，使磁场产生单元2和感测线圈182分开。如果在宽的范围内布置感测线圈182以增大检测范围，则这不会影响床31的尺寸和可移动范围(宽度和长度)，从而减小了装置的尺寸。
感测线圈182具有作为铁磁构件的线圈，该线圈检测在磁场产生单元2附近变化的特性。参照图60B，感测线圈182设置在床31上，从而增大了感测线圈182到磁场产生单元2的距离。此外，抑制了由于位置/姿态变化单元的变化而导致的感测线圈182的特性的变化，从而以更高的精度来检测位置。
参照图60C，在图60A所示的结构中还将感测线圈182固定在床31的两侧。根据图60C所示的结构，驱动线圈181设置在床31的两侧。在这种情况下，获得了与参照图60A和60B的情况相同的优点。
当将驱动线圈181沿垂直方向设置在床31上时，平面运动机构的变化不会移动感测线圈182。容易产生三维磁场，并稳定地对位置/姿态进行检测。
接下来，将给出对图55所示的磁引导医疗系统180的磁引导方法的操作的描述。
参照图61，在步骤S1中，当开始引导磁场时，执行用于确定磁场产生单元2和囊状医疗装置72B(在图61中简称为囊)之间的相对位置的处理，该囊状医疗装置72B具有用作病人23体腔内的插入单元的囊状容器81。具体地说，在将囊状医疗装置72B引导到床31上的病人23体内之前，在具有标记线圈172a的囊状医疗装置72B不在系统附近的情况下对数据进行校准。
在校准中，位置/姿态变化单元74D改变床31的位置，并且同时，感测线圈182在其各个位置(典型位置)检测驱动线圈181的输出。
感测线圈182的输出与床31的位置相关联地存储在校准数据存储单元185内。
参照图61，在位置/姿态检测单元184的校准之后，在步骤S2中，将囊状医疗装置72B引导到床31上的病人23的体内。在步骤S3中，移动床31的位置(例如象格子一样移动)，从而在其多个位置处进行位置检测。在步骤S4中，根据在床31的多个位置处的位置检测结果，预测囊状医疗装置72B的当前位置。在步骤S5中，位置/姿态控制单元192通过位置/姿态变化单元74D来移动床31，从而使囊状医疗装置72B与磁场产生单元2的中心轴匹配。
如上所述，控制单元191和磁场控制单元95根据位置/姿态检测单元184的位置/姿态检测信息，对床31和所产生的磁场进行控制，从而稳定地进行对囊状医疗装置72B的磁引导操作。具体地说，根据床31的当前位置附近的校准数据，通过近似和估计在当前位置处获得校准值。
图62表示上面产生的校准值。
位置/姿态检测单元184根据感测线圈182的输出和所获得的校准值之间的差来计算囊状医疗装置72B的位置/姿态。
移动床31，使得磁场产生单元2的中心轴位于所计算的位置。
与第一实施例类似，根据与囊状医疗装置72B的所获得的位置有关的信息以及磁场产生单元2的高度方向的距离信息来控制流向电磁体的电流的平衡，使得磁场控制单元95在囊状医疗装置72B的位置处产生期望的磁场。
根据第五实施例，通过上述控制操作获得了以下优点。
即，因为驱动线圈181和感测线圈182固定在磁场产生单元2上，所以在不将囊状医疗装置72B设置在磁场产生单元2上的情况下，不能精确地检测位置。于是，移动床31，并扫描适于检测的位置，从而检测用于精确位置检测的位置，并设定磁场产生单元2。从引导操作的开始定时起就可以进行稳定的控制。
在从磁场产生单元2产生磁场之前，使磁场产生单元2和囊状医疗装置72B的位置/姿态处于相对位置/姿态的预定范围内，从而产生适于从引导操作的开始定时起进行引导操作的磁场，并实现稳定的控制操作。
接下来，将参照图63给出对根据另一变型例的从囊状医疗装置72B到磁场控制单元95的位置/姿态信息的反馈方法的描述。顺便提及，参照图63，囊状医疗装置被简写为囊。
与上述控制方法类似，移动床31的位置，使得磁场产生单元2的中心轴与囊状医疗装置72B匹配。然后，再次检测位置/姿态。这里，所获得的囊状医疗装置72B的姿态(方向)与实际产生的磁场的方向匹配。
磁场控制单元95根据要实际产生的磁场的方向与原始产生的方向之间的差对流向电磁体的电流进行控制和补偿，以产生期望的磁场。
此外，给出对根据另一变型例的在开始引导操作之前的序列的描述。
在将囊状医疗装置72B引导入床31上的病人23体内时，预先确定病人23的初始位置/初始姿态，并且将囊状医疗装置72B引导到处于预定位置/姿态的病人23体内。在这种情况下，对床31进行标记，并使用该标记来确定病人23的初始位置或初始姿态。作为标记，可以为床31提供用作基准的线，或者可以采用激光。此外，床31的运动可以确定病人23的初始位置和初始姿态。
在这种情况下，移动床31，使得磁场产生单元2的中心轴定位在囊状医疗装置72B的引导位置附近。此外，在移动磁场产生单元2之后可检测位置，并且可以进行精细的控制操作，使得磁场产生单元2的中心轴与囊状医疗装置72B匹配。
这样，最佳位置的检测不需要移动床31，从而有利的是，可以在短时间内移动到初始位置。此外，有利的是，精细控制操作将床31的位置设定为最佳初始位置。
顺便提及，作为引导床31上的病人23体内的囊状医疗装置72B的替代方式，可以将囊状医疗装置72B设置在床31上的预定位置处。在这种情况下，囊状医疗装置72B的设置位置可以与磁场产生单元2的中心轴匹配。此外，在囊状医疗装置72B的预定设置位置与磁场产生单元2的中心轴匹配之后，开始位置检测，并移动床31，使得囊状医疗装置72B的位置与磁场产生单元2的中心轴匹配。在这种状态下，在病人23的体内引导囊状医疗装置72B，从而开始引导操作。这样，获得了以下优点。
即，因为相对于床31确定囊状医疗装置72B的初始位置，所以可以容易地将床31的位置设定为最佳初始位置。
在将驱动线圈181和感测线圈182固定到床31上以检测位置时，在引导囊状医疗装置72B时检测位置。可以移动床，使得磁场产生单元2的中心轴与所检测的位置匹配。
然后，因为位置检测范围宽，所以不用移动床31来搜索囊状医疗装置72B的位置。有利的是，在短时间内将床移动到初始位置。
顺便提及，根据第五实施例，固定磁场产生单元2而移动床31。本发明可应用于根据第一实施例的移动磁场产生单元2的情况。
上述方法在利用电波或超声波的其它位置检测的情况下具有类似的优点。
图64A表示根据另一变型例的磁场产生单元2H。磁场产生单元2H的特征在于形成电磁体的铁磁构件单元。
参照图64B，例如，电磁体5的磁芯部分和用作辅助磁极部分的铁磁构件(导体)195被绝缘体196精细地隔开。其它的电磁体4a和4b以及磁芯部分和用作电磁体3(在图64A中未示出)的辅助磁极部分的铁磁构件(导体)195采用相同的结构。
上述结构具有以下优点。
即，电磁体磁芯构件以及辅助磁极部分包括含有铁或镍的导电铁磁构件。在这种情况下，在由位置检测(位置/姿态检测单元184)利用的交变磁场中产生涡流，从而影响了交变磁场的空间分布。因此，降低了位置检测精度。这样，绝缘体196精细地隔开磁芯部分和用作辅助磁极部分的铁磁构件195，从而抑制了涡流，而不需要改变所产生磁场的强度，并提高了位置/姿态检测的稳定性和精度。结果，用于反馈操作的位置/姿态的稳定性和精度的改善提高了在插入单元附近产生的所产生磁场的精度，并使得能够进行稳定的控制操作。
顺便提及，通过部分地组合上述实施例而构造的其它实施例属于本发明。
工业适用性一种诸如插入到体内的囊状医疗装置的活体插入医疗装置包括通过磁场进行操作的磁体等。在通过设置在体外的磁场产生单元来磁性地引导该活体插入医疗装置时检测该活体插入医疗装置的位置，从而检测和控制磁场产生单元的位置移动。因此，即使该活体插入医疗装置在体内较宽范围地运动，也可以利用磁场产生单元来产生用于引导操作的磁场。
权利要求
1.一种磁引导医疗系统，该磁引导医疗系统包括医疗装置，该医疗装置具有插入到活体的体腔内的插入单元；位置/姿态检测单元，该位置/姿态检测单元检测所述插入单元的位置和姿态中的至少一个；磁场产生单元，该磁场产生单元具有至少三个电磁体，所述电磁体轴对称地设置在大致的平面上，并且具有沿所述平面的正交方向的磁化方向；磁场控制单元，该磁场控制单元控制由所述磁场产生单元产生的磁场；位置/姿态变化单元，该位置/姿态变化单元根据与所述位置/姿态检测单元获得的所述插入单元的位置和姿态有关的信息，改变所述磁场产生单元和所述插入单元之间的相对位置/姿态；以及磁场操作的单元，该磁场操作的单元设置在所述插入单元上；其中，所述磁场产生单元产生的磁场被施加到所述磁场操作的单元上，从而引导所述医疗装置。
2.根据权利要求1所述的磁引导医疗系统，其中，所述磁场产生单元包括第一电磁体单元，该第一电磁体单元包括两个电磁体；以及第二电磁体单元，该第二电磁体单元包括一个电磁体，构成所述第一电磁体单元的所述两个电磁体以预定间隔设置在所述平面上，以具有彼此相反的磁化方向，并且构成所述第二电磁体单元的所述一个电磁体设置在构成所述第一电磁体单元的所述两个电磁体的大致中心处。
3.根据权利要求2所述的磁引导医疗系统，其中，所述磁场产生单元还包括第三电磁体单元，该第三电磁体单元包括两个电磁体，并且构成所述第三电磁体单元的所述两个电磁体以预定间隔设置在所述平面上，以具有彼此相反的磁化方向，并且所述第三电磁体单元和所述第一电磁体单元在所述平面上基本上彼此正交，并且所述第三电磁体单元的中央部分被设置为与所述第二电磁体单元基本匹配。
4.根据权利要求2所述的磁引导医疗系统，其中，所述磁场控制单元包括相对位置控制单元，该相对位置控制单元根据所述位置/姿态检测单元获得的所述插入单元的位置信息，沿与所述平面垂直的方向改变所述第二电磁体单元和其它电磁体单元的相对位置。
5.根据权利要求2所述的磁引导医疗系统，其中，所述磁场控制单元包括旋转机构，该旋转机构使所述磁场产生单元在所述平面上转动。
6.根据权利要求1所述的磁引导医疗系统，其中，所述磁场产生单元包括第一电磁体单元，该第一电磁体单元包括两个电磁体；以及第三电磁体单元，该第三电磁体单元包括两个电磁体，构成所述第一电磁体单元的所述两个电磁体以预定间隔设置在所述平面上，以具有彼此相反的磁化方向，构成所述第三电磁体单元的所述两个电磁体以预定间隔设置在所述平面上，以具有彼此相反的磁化方向，并且所述第一电磁体单元和所述第三电磁体单元在所述平面上基本上彼此正交，并且它们的中央部分被设置为彼此匹配。
7.根据权利要求1所述的磁引导医疗系统，其中，所述磁场产生单元还包括与所述电磁体中的至少一个相对的至少一个电磁体，从而将所述插入单元夹在中间。
8.根据权利要求1所述的磁引导医疗系统，其中，所述位置/姿态变化单元包括使所述磁场产生单元和所述活体在所述平面上相对平面运动的平面运动机构。
9.根据权利要求8所述的磁引导医疗系统，其中，所述位置/姿态变化单元包括平面内位置控制单元，该平面内位置控制单元根据所述位置/姿态检测单元获得的所述插入单元的位置信息，控制所述平面运动机构，以使所述插入单元位于所述磁场产生单元的对称轴上。
10.根据权利要求1所述的磁引导医疗系统，其中，所述位置/姿态变化单元包括垂直运动机构，该垂直运动机构使所述磁场产生单元和所述活体沿相对于所述平面的垂直方向相对运动。
11.根据权利要求10所述的磁引导医疗系统，其中，所述位置/姿态变化单元包括垂直位置控制单元，该垂直位置控制单元根据所述位置/姿态检测单元获得的所述插入单元的位置信息，控制所述垂直运动机构，以将所述磁场产生单元与所述插入单元之间沿相对于所述平面的垂直方向的距离设置为恒定。
12.根据权利要求1所述的磁引导医疗系统，其中，所述磁场控制单元包括电磁体电流控制单元，该电磁体电流控制单元控制流向所述多个电磁体的电流，并且所述电磁体电流控制单元控制流向所述电磁体的电流，从而在所述位置/姿态检测单元检测到的插入单元的位置处沿任意方向产生磁场。
13.根据权利要求1所述的磁引导医疗系统，其中，所述磁场控制单元包括所产生磁场存储单元，该所产生磁场存储单元彼此相关联地存储流向所述多个电磁体中的每一个电磁体的电流的信息以及在所述对称轴上的位置处的所产生磁场的信息，并且所述磁场控制单元根据所述位置/姿态检测单元获得的所述插入单元的位置信息、所述所产生磁场存储单元存储的所述电磁体的电流信息、以及在所述对称轴上的所产生磁场的信息，对所述磁场产生单元进行控制。
14.根据权利要求1所述的磁引导医疗系统，其中，所述插入单元包括磁场测量单元，并且所述磁场控制单元根据所述位置/姿态检测单元获得的所述插入单元的位置和姿态以及所述磁场测量单元获得的所述磁场对所述磁场产生单元产生的磁场进行控制。
15.根据权利要求1所述的磁引导医疗系统，其中，所述磁场控制单元根据要产生的磁场的方向与所述位置/姿态检测单元获得的所述插入单元的姿态之间的差异来控制所述磁场产生单元。
16.根据权利要求1所述的磁引导医疗系统，其中，所述位置/姿态检测单元包括设置在所述插入单元上的电磁波产生单元，用于产生电磁波；以及至少一个接收单元，该至少一个接收单元在所述活体外部接收电磁波，并且根据所述接收单元接收的电磁波的强度来检测位置和姿态中的至少一个。
17.根据权利要求16所述的磁引导医疗系统，其中，设置一框架，该框架通过所述位置/姿态变化单元的操作来改变所述框架相对于所述磁场产生单元的位置，并且所述接收单元固定在所述框架上。
18.根据权利要求16所述的磁引导医疗系统，其中，所述接收单元相对于所述磁场产生单元固定。
19.根据权利要求1所述的磁引导医疗系统，其中，所述位置/姿态检测单元包括标记线圈，该标记线圈设置在所述插入单元上；多个磁传感器，该多个磁传感器设置在所述活体的外部，并检测所述标记线圈产生的磁场的强度；以及位置/姿态计算单元，该位置/姿态计算单元用于根据所述多个磁传感器检测到的磁场来计算所述插入单元的位置和姿态中的至少一个。
20.根据权利要求19所述的磁引导医疗系统，其中，所述磁传感器相对于所述磁场产生单元固定。
21.根据权利要求19所述的磁引导医疗系统，其中，设置一框架，该框架通过所述位置/姿态变化单元的操作来改变所述框架相对于所述磁场产生单元的位置，并且所述磁传感器固定在所述框架上。
22.根据权利要求19所述的磁引导医疗系统，其中，所述位置/姿态检测单元还包括驱动线圈，该驱动线圈设置在所述活体的外部，并产生可变磁场，使得所述标记线圈产生感应磁场。
23.根据权利要求22所述的磁引导医疗系统，其中，所述位置/姿态检测单元还包括校准数据存储单元，该校准数据存储单元存储校准数据，所述校准数据用作在只将所述驱动线圈产生的所述可变磁场施加给所述多个磁传感器时所述多个磁传感器的输出，并且在将由所述驱动线圈产生的可变磁场以及在所述可变磁场的感应下由所述标记线圈产生的感应磁场施加给所述多个磁传感器时，根据所述多个磁传感器的输出和存储在所述校准数据存储单元中的校准数据来计算所述插入单元的位置/姿态。
24.根据权利要求22所述的磁引导医疗系统，其中，所述校准数据存储单元彼此间相关联地存储所述位置/姿态变化单元的多个位置和姿态以及根据所述位置和姿态的校准数据，所述位置/姿态计算单元根据存储在所述校准数据存储单元中的所述校准数据来获得根据所述位置/姿态变化单元的位置和姿态的校准数据，并且根据所述磁传感器的输出和所述位置/姿态计算单元获得的校准数据来计算所述插入单元的位置和姿态中的至少一个。
25.根据权利要求22所述的磁引导医疗系统，其中，所述驱动线圈相对于所述磁场产生单元固定。
26.根据权利要求22所述的磁引导医疗系统，其中，设置一框架，该框架通过所述位置/姿态变化单元的操作来改变所述框架相对于所述磁场产生单元的位置，并且所述驱动线圈固定在所述框架上。
27.根据权利要求1所述的磁引导医疗系统，其中，所述三个电磁体中的至少任何一个电磁体的磁芯包括铁磁构件，并且在与所述磁芯的磁化方向垂直的平面上的截面积在所述活体附近的端面上最大。
28.一种医疗装置的磁引导方法，该医疗装置具有插入到活体的体腔内的插入单元，所述插入单元由磁场产生单元产生的磁场在可引导空间内引导，所述磁引导方法包括以下步骤在开始磁引导操作时，确定所述插入单元和所述磁场产生单元之间的相对位置；以及通过所述磁场产生单元产生磁场并开始所述插入单元的引导操作。
29.根据权利要求28所述的医疗装置的磁引导方法，其中，在开始引导操作时确定所述插入单元和所述磁场产生单元之间的相对位置的所述步骤包括以下步骤将所述插入单元引入到所述活体的体腔内。
30.根据权利要求28所述的医疗装置的磁引导方法，其中，在开始引导操作时确定所述插入单元和所述磁场产生单元之间的相对位置的所述步骤包括以下步骤将所述插入单元引入到所述可引导空间中的预定位置附近。
31.根据权利要求30所述的医疗装置的磁引导方法，其中，将所述插入单元引入到所述可引导空间中的预定位置附近的所述步骤包括以下步骤将所述活体设定在所述医疗装置的预定位置和姿态下；以及将所述插入单元引入到所述活体的体腔内。
32.根据权利要求30所述的医疗装置的磁引导方法，其中，在开始磁引导操作时确定所述插入单元和所述磁场产生单元之间的相对位置的所述步骤包括以下步骤将在所述可引导空间内的预定位置处引导的所述插入单元和所述磁场产生单元改变为预定的相对位置。
33.根据权利要求28所述的医疗装置的磁引导方法，其中，在开始磁引导操作时确定所述插入单元和所述磁场产生单元之间的相对位置的所述步骤包括以下步骤将所述插入单元引导到所述可引导空间内；检测所述插入单元的位置和姿态中的至少一个；以及根据所检测到的位置和姿态将所述插入单元和所述磁场产生单元之间的相对位置改变为预定位置。
34.根据权利要求28所述的医疗装置的磁引导方法，其中，在开始磁引导操作时确定所述插入单元和所述磁场产生单元之间的相对位置的所述步骤包括以下步骤将所述插入单元引入到所述可引导空间内；将所述插入单元和所述磁场产生单元之间的相对位置和姿态改变为多个位置和姿态，并检测在所述位置和姿态下所述插入单元的位置和姿态中的至少一个；根据所述检测结果确定所述插入单元的位置和姿态；以及根据所述插入单元的所确定的位置和姿态，将所述插入单元和所述磁场产生单元改变为预定的相对位置。
35.根据权利要求28所述的医疗装置的磁引导方法，其中，通过利用磁场来开始所述插入单元的引导操作的所述步骤包括以下步骤将所述插入单元引入到所述活体的体腔内。
36.一种医疗装置的磁引导方法，该磁引导方法包括以下步骤将插入单元引入到可引导区域内；以及通过使用由磁场产生单元产生的磁场将所述插入单元引导到活体的体腔内，其中，通过利用由所述磁场产生单元产生的磁场将所述插入单元引导到活体的体腔内的所述步骤包括以下步骤通过位置/姿态检测单元检测所述插入单元的位置和姿态中的至少一个；以及根据所述插入单元的位置和姿态来改变所述活体和所述磁场产生单元之间的相对位置和姿态中的至少一个。
37.根据权利要求36所述的医疗装置的磁引导方法，该方法还包括以下步骤在将所述插入单元引入到所述可引导空间内的步骤之前，在所述插入单元不位于所述可引导空间内时执行校准，以存储所述位置/姿态检测单元的状态(校准数据)，其中，检测所述插入单元的位置和姿态中的至少一个的步骤与通过参照所述校准数据来检测所述位置和姿态的步骤相对应。
38.根据权利要求36所述的医疗装置的磁引导方法，其中，通过使用所述医疗装置进行所述校准的步骤重复以下步骤改变所述位置/姿态检测单元与所述磁场产生单元之间的相对位置和姿态中的至少一个；以及彼此相关联地存储所述相对位置和姿态以及该情况下的校准数据，并且通过参照所述校准数据来检测所述位置和所述姿态的所述步骤包括以下步骤根据所述位置/姿态检测单元和所述磁场产生单元之间的当前相对位置以及通过所述校准获得的校准数据，计算所述位置/姿态检测单元和所述磁场产生单元之间的当前相对位置的校准数据；以及通过参照所述计算的校准数据来检测所述位置和所述姿态。
39.根据权利要求1所述的磁引导医疗系统，其中，所述位置/姿态变化单元包括倾斜运动机构，该倾斜运动机构相对地倾斜所述磁场产生单元和所述活体。
全文摘要
本发明提供了一种磁引导医疗系统。医疗装置具有插入到活体的体腔内的插入单元。位置/姿态检测单元检测所述插入单元的位置和姿态中的至少一个。磁场产生单元以轴对称的方式布置在大致的平面上，并且包括至少三个电磁体，所述电磁体的磁化方向基本上与所述平面正交。磁场控制单元控制所述磁场产生单元产生的磁场。位置/姿态变化单元根据所述位置/姿态检测单元获得的所述插入单元的位置和姿态信息，改变所述磁场产生单元和所述插入单元之间的相对位置/姿态。所述磁场控制单元对所述磁场产生单元产生的、施加给设置在所述插入单元上的磁场操作的单元的磁场进行控制，从而引导所述医疗装置。
文档编号A61B19/00GK101035484SQ20058003365
公开日2007年9月12日 申请日期2005年8月3日 优先权日2004年8月3日
发明者河野宏尚, 佐藤良次 申请人:奥林巴斯株式会社