胶囊型医疗装置引导系统及其控制方法

专利名称：胶囊型医疗装置引导系统及其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种用于插入体腔内来获取体内信息的胶嚢 型医疗装置的引导系统及其控制方法。
背景技术：
目前，在获取体内信息的医疗装置中，已知一边在体腔内 移动一边定期发送图像信息的胶嚢型医疗装置。
作为该胶嚢型医疗装置，提出了如日本特开2004-255174 号公报所公开的能够进行磁感应的医疗装置引导系统。在该方 案中，插入到体腔内、外表面设置有螺旋状突起的胶嚢主体内 置有沿与其长度方向垂直的方向磁化的磁铁，医疗装置引导系 统能够通过由磁场控制装置以及旋转磁场产生装置根据操作指 示而产生的磁场来平滑地改变胶嚢主体的行进方向。通过自由 地改变胶嚢主体的行进方向，能够在拍摄时改变胶嚢主体的朝 向，拍摄期望部位。
另外，特开2003-111720号公报中提出了如下装置为了在 体内通过远程控制使承载体(carrier head)移动并决定位置而产 生3D梯度磁场来拍摄患者的检查区域，其中该承载体装载测量 工具、检体采取工具等，具备线状磁铁，成为自由移动的体内 机器人。

发明内容
根据本发明实施方式的第l胶嚢型医疗装置引导系统，具 备胶嚢型医疗装置，其具有获取体内信息的体内信息获取部、 将获取的体内信息作为输出信号输出到外部的通信部、以及磁
铁；；兹场产生部，其产生》兹场，该》兹场作用于上述》兹铁，使上 述胶嚢型医疗装置向目的方向移动；以及控制部，其与由上述 通信部发送的上述输出信号同步地控制上述磁场产生部。
并且，第2胶嚢型医疗装置引导系统具备胶嚢型医疗装 置，其具有获取体内信息的体内信息获取部、将获取的体内信 息作为输出信号向外部输出的通信部、以及磁铁；位置检测部， 其检测上述胶囊型医疗装置的位置；以及磁场产生部，其产生 磁场，该磁场作用于上述磁铁，使上述胶嚢型医疗装置向目的 方向移动，上述控制部与上述输出信号同步地控制上述磁场产 生部，上述位置才全测部与上述输出信号同步地;险测上述月交嚢型 医疗装置的位置。
另外，第3胶嚢型医疗装置引导系统具备胶嚢型医疗装 置，其具有获取体内信息的体内信息获取部、将获取的体内信 息作为输出信号向外部输出的通信部、以及磁铁；位置检测部， 其检测上述胶嚢型医疗装置的位置；磁场产生部，其产生磁场， 该磁场作用于上述磁铁，使上述胶嚢型医疗装置向目的方向移 动；控制部，其与上述输出信号同步地控制上述磁场产生部， 当发送上述输出信号时，上述控制部接受由上述位置检测部检 测出的与上述胶嚢型医疗装置的位置以及姿势相关的信息，根 据上述信息对从上述》兹场产生部产生的》兹场的方向以及大小计 算处理，当没有发送上述输出信号时，上述控制部进行控制使 得从上述》兹场产生部产生^兹场。
并且，第4胶嚢型医疗装置引导系统具备具备胶嚢型 医疗装置，其具有获取体内信息的体内信息获取部、将获取的 体内信息作为输出信号向外部输出的通信部、以及磁铁；第l 磁场产生部，其产生；兹场，该磁场作用于上述》兹铁，使上述胶 嚢型医疗装置向目的方向移动；第2磁场产生部，其产生磁场，
该磁场作用于上述磁铁，使作用在上述胶嚢型医疗装置上的重
力减轻；以及控制部，其与上述输出信号同步地控制上述第1 以及第2》兹场产生部。
另外，第5胶嚢型医疗装置引导系统具备具备胶嚢型 医疗装置，其具有获取体内信息的体内信息获取部、将获取的 体内信息作为输出信号向外部输出的通信部、以及磁4失；磁场 产生部，其产生将作用于上述磁铁、用于使上述胶嚢型医疗装 置向目的方向移动的磁场、和作用于上述磁铁、用于^f吏作用在 上述胶嚢型医疗装置上的重力减轻的磁场合成得到到^兹场；以 及控制部，其与上述输出信号同步地控制上述磁场产生部。
第6胶嚢型医疗装置引导系统的控制方法，是通过作用于 设置在胶嚢型医疗装置内的磁铁的磁场、引导在体腔内 一边向 目的方向移动一边对该体腔内进行观察的胶嚢型医疗装置的系 统的控制方法，当上述胶嚢型医疗装置将在上述体腔内获取的 体内信息作为输出信号向外部输出时，与发送的上述输出信号 同步地在发送上述输出信号的期间内停止上述磁场的产生。
第7胶嚢型医疗装置引导系统的控制方法，是通过作用于 设置在胶嚢型医疗装置内的磁铁的磁场、根据检测出的位置引 导在体腔内 一边向目的方向移动一边对该体腔内进行观察的胶 嚢型医疗装置的系统的控制方法，当上述胶嚢型医疗装置将在 上述体腔内获取的体内信息作为输出信号向外部发送时，与发 送的上述输出信号同步地在发送上述输出信号的期间停止上述 磁场的产生、并且检测上述胶嚢型医疗装置的位置。
第8胶嚢型医疗装置引导系统的控制方法，是通过作用于 设置在胶嚢型医疗装置内的磁铁的磁场、根据检测出的位置以 及姿势引导在体腔内 一边向目的方向移动一边对该体腔内进行 观察的胶嚢型医疗装置的系统的控制方法，当发送上述输出信
号时，根据与检测出的上述胶嚢型医疗装置的位置以及姿势相 关的信息，计算出产生的上述磁场的方向以及大小，当没有发 送上述输出信号时，根据计算结果产生上述磁场。
第9胶嚢型医疗装置引导系统的控制方法，是通过作用于 设置在胶嚢型医疗装置内的磁铁的磁场、根据检测出的位置以 及姿势引导在体腔内 一边向目的方向移动一边对该体腔内进行 观察的胶嚢型医疗装置的系统的控制方法，通过调整产生磁场 的持续时间来控制所产生的上述磁场的大小。
第IO胶嚢型医疗装置引导系统的控制方法，是通过作用于 设置在胶嚢型医疗装置内的磁铁的磁场、根据检测出的位置以 及姿势引导在体腔内一边向目的方向移动一边对该体腔内进行 观察的胶嚢型医疗装置的系统的控制方法，通过调整磁场脉冲 的个数来控制产生的上述磁场的大小。


图l是表示本发明的一个实施方式所涉及的胶嚢型医疗装 置引导系统的结构的图。
图2是表示本实施方式中的第l胶嚢内窥镜的截面结构的图。
图3是表示本实施方式中的第2胶嚢内窥镜的截面结构的图。
图4是表示本实施方式中的第3胶嚢内窥镜的截面结构的图。
图5是表示本实施方式中的第4胶嚢内窥镜的截面结构的图。
图6是表示本实施方式中的第5胶嚢内窥镜的截面结构的图。
图7是表示从Y轴方向观察的与对第l胶嚢内窥镜进行的引 导有关的》兹场的一例的图。
图8是用于说明胶囊型医疗装置引导系统的第l控制方法的 时序图(time chart)。
图9是用于说明胶嚢型医疗装置引导系统的第2控制方法的 时序图。
图IO是用于说明胶嚢型医疗装置引导系^^的第3控制方法 的、从Y轴方向观察的与引导有关的磁场的一例的图。
图ll是用于说明胶囊型内窥镜中考虑了重力的姿势控制的图。
图12是用于说明胶嚢型内窥镜中考虑了浮力的姿势控制的图。
具体实施例方式
下面参照附图详细说明本发明的实施方式。 说明图l所示的本发明一个实施方式所涉及的胶嚢型医疗 装置引导系统。该胶嚢型医疗装置引导系统大致分为图2至图6 所示的胶嚢型医疗装置21、以及产生用于引导月交嚢内窺镜的磁 场的磁性引导装置l。作为本实施方式中的胶嚢型医疗装置，将 胶嚢内窥4竟21作为 一例进行说明。
磁性引导装置l主要由以下部分构成感应线圏群(X1、 X2、 Yl、 Y2、 Zl、 Z2、 Dl、 D2、 D3、 D4、 D5、 D6、 D7、 D8)、感 应线圏用电源2、引导控制装置3、控制器4、检测线圈(sense coil) 部5(5a 5i)、位置检测装置6、接收天线部7(7a、 7b、 7c)、天线 选择器8、接收装置9、显示装置IO、传动线圏ll、以及传动线 圏驱动部12。
另夕卜，14个感应线圈群X1、 X2、 Yl、 Y2、 Zl、 Z2、 Dl至
D8分別具有空芯电i兹铁，形成感应》兹场产生部。本实施方式中 的感应线圈配置在长方体的各面上。在此，如图l的箭头所示， 将胶嚢内窥镜21前后行进的方向(或者成为被检体的人体所移 动的方向)设为X轴方向，将与该X轴方向水平正交的方向设为Y 轴方向，以及将与X轴垂直正交的上下方向(重力方向)设为Z轴 方向。
在这些轴方向中，感应线圈X1、 X2相向并在X轴方向上形 成磁力线，分别配置在垂直于该X轴方向的前后面的周围。在 以下的方向中，纟夸感应线圏X1侧:没为前方，将感应线圏XS侧i殳 为后方。另外，将从感应线圈X2朝向感应线圏X1的移动设为前 进，向其反方向移动设为后退。
另外，感应线圏Y1、 Y2相向并在Y轴方向上形成^兹力线， 分别配置在垂直于Y轴方向的两侧面的周围。在这些两侧面的 一个面中，在感应线圈Y1的内侧配置有两个感应线圏D3、 D7 对面进行2分割，在另一个相对面中，在感应线圈Y2的内侧配 置有两个感应线圈D1、 D5对面进行2分割。
同样地，感应线圏Z1、 Z2相向并在Z轴方向上形成^兹力线， 分别配置在相对于该Z轴方向的上下面的周围。在其中的上表 面中，在感应线圈Z1的内侧配置有两个感应线圈D4、 D8对面进 行2分割，在相对的下表面中，在感应线圈Z2的内侧配置有两 个感应线圈D2、 D6对面进行2分割。在以下的方向中，将感应 线圈Zl侧i殳为上方，感应线圏Z2侧i殳为下方。另外，将乂人感应 线圈Z2朝向感应线圈Z1的移动设为上升，向其反方向移动设为 下降。
另外，由传动线圏11形成的交变磁场作用在磁感应线圈31 上生成感应电流，乂人/磁感应线圈产生^兹场。该交变》兹场包4舌一 个或者多个由设置在胶嚢内窺镜21内的后述线圏(磁感应线圏
31)和电容器33形成的谐振频率附近的频率成分。
通过多个检测线圏5a 5i检测该产生的感应磁场，生成包括 位置信息的信号，并发送到位置检测装置6。在位置检测装置中， 根据该信号算出胶嚢内窥镜21中的位置以及姿势信息。将该位 置以及姿势信息发送到引导控制装置3 ,使用在求出应该由感应 线圏群产生的磁场的计算中。
感应线圏群X1、 X2、 Yl、 Y2、 Zl、 Z2、以及D1至D8是第 1磁梯度产生单元，其产生作用于胶嚢内窥镜21内磁铁的磁梯度 (第l磁梯度)，通过前进后退、上升下降、以及左右移动来向期
望的方向牵引。
另外，在通过上述感应线圏群使胶嚢内窥镜21上升从而向
期望的方向牵引时，感应线圏Z1产生作用于胶嚢内窥镜21内的 磁铁的磁梯度(第2磁梯度)，使得抵消由重力造成的使胶嚢内窥 镜21下降的力，从而排除重力带来的影响。此外，在感应线圏 D4、 D8中也能够产生与感应线圈Z1相同的作用。该感应线圏 Zl是第2磁梯度产生单元，其排除向期望方向移动时作用的重 力带来的影响。另一方面，在通过上述感应线圏群使胶嚢内窥 镜21下降从而向期望的方向牵引时，感应线圈Z2产生作用于胶 嚢内窺镜21内磁铁的磁梯度，使得抵消通过浮力作用使胶嚢内 窥镜21浮起的浮力，排除浮力带来的影响。此外，在感应线圏 D2、 D6中也能够产生与感应线圏Z1相同的作用。
具体地说，相向配置的感应线圈X1和X2、 Y1和Y2、 Zl和 Z2在向相同方向产生磁场的情况下能够在被这些感应线圏包 围的空间内形成均匀^f兹场，在分别向相反方向产生^t场的情况 下能够形成倾斜磁场。另外，D1 D8线圏同样能够通过适当驱 动而形成均匀性高的磁场、或者倾斜磁场等。因而，通过分别 控制这些14个感应线圈，能够在期望的空间位置上产生具有期
望的磁场强度、期望的磁梯度的磁场。
根据这种感应线圏群的配置，不仅能够相对于胶嚢内窥镜
21前进后退、上升下降以及左右移动，还能够通过感应线圈群 XI、 X2、 Yl、 Y2、 Zl、 Z2以及D1至D8的组合，产生使胶囊内 窥镜21倾在+的、例如<吏前端侧为上方并4吏后端侧为下方的,兹场， 得到前方升高的倾斜姿势。
这些感应线圈连"l姿到单独驱动的感应线圈用电源2上。该 感应线圈用电源2由来自引导控制装置3的指令进行控制，通过 对磁场形成所需的感应线圏适当通电，在期望的空间中生成期 望的,兹场。
在本实施方式中，用于检测胶嚢内窥镜21的位置信息(空间 位置)的位置检测系统(位置检测单元)由如下部分构成传动线 圏11,其用于形成使设置在胶嚢内窥镜21内的线圈中产生感应 磁场的磁场；检测线圏群5，其用于检测胶嚢内窥镜21所产生的 感应磁场；位置检测装置6，其从基于由检测线圏群5得到的感 应磁场的信号生成胶嚢内窥镜21的位置信息(3维空间中的位置 和胶嚢内窺镜的朝向)；以及传动线圏驱动部12，其通过位置检 测装置6的指示来驱动传动线圈11 。
构成检测线圈群5的9个检测放大器5 a 5 i相对于设置有感 应线圏Yl的侧面平行且在面内均匀地^皮配置，以求出月交嚢内窥 镜21的正确位置和姿势。此外，在本实施方式中示出了设置相 向配置的 一对4企测线圏群5和传动线圏11来4企测与Z轴相关的 位置的例子，但是为了对位置以及姿势进行3维检测，优选为在 交叉的两面，例如上面和侧面分别设置一对。并且，为了提高 检测精度，检测线圏的数量在某种程度上也是越多越好。
位置检测装置6从引导控制装置3接收指示检测位置信息 的时机，根据该指示驱动传动线圈驱动部12。传动线圈驱动部
12对传动线圈ll提供交流电流来形成磁场，从磁场内的胶嚢内 窺镜21产生感应磁场。检测线圏群5的各检测线圈检测基于胶嚢 内窺镜21所产生的感应磁场的信号，并输出到位置检测装置6。 位置检测装置6从基于感应磁场的信号生成胶嚢型内窥镜21的 位置以及姿势信息，输出到引导控制装置3。引导控制装置3考 虑由位置检测装置3得到的胶嚢内窥镜21的位置以及姿势信,t、 来决定期望的移动方向，对感应线圏用电源2进^f亍指示，来生成 适合该移动的磁场。感应线圏用电源2根据引导控制装置3的指 示对感应线圏群X1、 X2、 Yl、 Y2、 Zl、 Z2以及D1至D8流通电 流。由此，能够通过感应线圈群生成适合该移动的磁场，平稳 地引导胶嚢内窺镜21。
控制器4是输入装置，其通过将操作员所操作的输入操作 部、例如操纵杆倒向任意方向，由此指示胶嚢型内窥镜21的行 进方向以及倾斜度。作为控制器4的输入用操作部，除了操纵杆 之外，还可以使用配置为能够在全方位的行进方向上进行指示 的按钮、触摸面板、视线输入装置等各种部件。
引导控制装置3接受来自控制器4的指示信号、来自位置检 测装置6的位置和姿势信息、以及来自接收装置9的与各个感应 线圈的驱动状况相关的信号，算出用于将胶嚢内窥镜21移动到 期望位置的磁力(磁场)，求出为了产生该磁力、各个感应线圏 XI、 X2、 Yl、 Y2、 Zl、 Z2以及D1至D8所承担的磁力，向各感 应线圈用电源发送指令。
另外，引导控制装置3在将胶嚢内窥镜21所拍摄的图像数 据向接收装置9发送的通信期间，进行停止产生磁场的处置。同 时在通信期间，位置检测装置6根据引导控制装置的指示来驱动 传动线圈ll,获取来自检测线圏群5的位置信息。
三个接收天线7通过进行选择动作的天线选择器8而连接
到接收装置。这些接收天线7由从X轴方向接收通信数据(包含 图像数据的体内信息)的接收天线7 a (A X)、从Y轴方向接收体内 信息的接收天线7b(AY)、以及从Z轴方向接收体内信息的接收 天线7c(AZ)构成，能够检测3轴方向上的体内信息。
天线选择器8选择在通信中使用的天线7a、 7b、 7c。该天线 选择器8接受各个接收天线的位置中感应线圏群所产生的磁场 强度、方向以及磁场倾斜的量，识别最不受磁场影响的接收天 线，并选择该接收天线。通过选择该接收天线7，能够使胶嚢内 窥镜21和接收装置9之间的通信稳定。
接收装置9将接收来自胶嚢内窥镜21的体内信息的时机发 送到引导控制装置3。如前所述，引导控制装置3在对体内信息 (图像数据)进行通信的通信期间，使感应线圈群以及传动线圈 ll停止产生感应磁场。通过该停止处置，能够由接收装置不受 感应,兹场的影响而/人月交嚢内窥镜21^妾收体内信息。通过该停止 处置，通信期间和移动动作以及位置检测期间不重叠，因此能 够排除感应磁场对体内信息造成的噪声、感应》兹场对接收天线 的影响。
因此，在胶嚢内窺镜21附近生成的磁场的强度、磁场倾斜 量较大的情况下、或者在接收天线7附近生成的磁场的强度、磁 场倾斜量较大的情况下，该停止处置有助于不向图像数据造成 噪声影响、能够排除感应磁场对接收天线的影响。另外，即使 在从感应线圈产生的磁场强度较高的情况下，也能够使位置检 测装置6正确地动作。
显示装置10例如由液晶显示器等构成，对由接收装置9生 成的由胶嚢型内窥镜21拍摄的图像进行屏幕显示。进行该图像 显示时，也可以将与显示图像相关的数据、例如拍摄状况等与 图像一并显示在显示屏幕上。接着，参照图2至图5说明本实施
方式中的胶嚢内窥镜21中的第l至第5结构例。
图2表示本实施方式中的第1胶嚢内窥镜的的截面结构。 该第l胶嚢内窥镜21的胶嚢容器23由前端容器23a以及后端 容器23b构成，其中该前端容器23a为透明的半球形状，配置在 前端侧，该后端容器23b为可透过红外线的正圆柱形状且后端成 半球形状。该胶嚢容器23收纳后述的胶嚢内窥镜主体，以水密 结构密封。该胶嚢内窺镜21的推进方向例如设为由图2的C表示 的圓；f主轴方向。
说明胶嚢内窥镜主体。
胶嚢内窥镜主体大致由以下部分构成拍摄被检体体腔内 管路的内壁面的摄像部、驱动摄像部的电源部、通过上述传动 线圈11产生感应i兹场的感应》兹场产生部、驱动胶囊型内窥镜21 的驱动用磁铁、以及将包含所拍摄的图像数据的体内信息发送 到接收天线7的发送部。
首先，摄像部具备摄影光学系26，其具有固定焦点透镜； 摄像元件25,其由安装在摄像侧基板24a上的CMOS或者CCD等 构成；照明部39,其由设置在摄影光学系26附近的可调光的LED 构成；以及图像处理电路27，其被安装在相对于摄像元件25反 面侧的摄像侧基板24a上，对来自摄像元件25的图像信号实施规 定的图像处理。另外，摄像侧基板24a、电源侧基板24b以及前 方的电池用基板43a作为连接固定部29而用粘接剂密封并固定 为 一体。
并且，电源部具备小型电池32,其由纽扣电池等构成； 一对电池用基板43(43a、 43b),其设置有从小型电池取出电源 的未图示的电源端子；热收縮管34,其通过使电池用基板夹住 小型电池32来进行固定；电源侧基板24b，其电路布线通过弹性 基板等与摄像侧基板2 4 a的电路布线电气连接；以及电源电路
28,其被设置在电源侧基板24b上，并提供小型电池32的电源。 磁场产生部具备磁性体30,其设置在连接固定部29的外 周上；感应线圈31,其通过磁性体30设置；以及电容器33,其 被设置前端侧的电池用基板上，与感应线圈31构成CL谐振电路。
该感应线圈31形成为具有比胶囊容器23的内径略小的最 大外径的环形状。磁性体30具有使来自外部的磁场收敛到感应 线圏31内的作用。磁性体30适用非晶质磁性体、FINE MET(日 立金属)等饱和磁通密度、导磁率都高的材料。另外，当使用整 形为薄膜的材料时，配置在胶嚢内窥镜内时得到能够减小磁性 体的体积的效果。
并且，在后方的电池用基板43b上配置有圆盘形状的驱动 用磁铁42。作为磁铁42的材质优选钕钴等，但是并不限定于此。 对该磁铁42的上方磁化为N极，下方磁化为S极，使得磁力线的 方向沿着Z轴方向。通过这样设定极性，胶嚢内窥镜21相对于 磁性引导装置l的感应线圏群始终朝向固定方向。因而，能够决 定拍摄的图像中的绝对的上下。
发送部具备通信电路36,其安装在发送用基板40的里面 侧(磁铁42侧)；天线37,其配置在发送用基板40的表面侧(后端 容器23b);屏蔽部35，其覆盖露出的通信电路36，屏蔽磁铁42 的磁力；以及光开关38,其安装在设置有天线37—侧的发送用 基板40上，对胶嚢内窥镜驱动进行导通截止。
在这种配置中，磁铁42的磁化方向和连接导发送电路36的 天线37的朝向为改变90度角进行配置。这是为了使从磁铁42产 生的磁场与天线37的朝向偏差90度而入射的条件成立。由此将 来自磁铁的磁场对天线37的影响抑制为较小。
屏蔽部35的材料由磁性材料构成，具有吸收天线37附近的
磁场的效果。因而，能够减轻向天线37入射的磁场强度，能够 将》兹场对发送电路3 6和天线3 7间的无线通信的影响抑制为较 低，从而实现稳定的无线通信。
另外，光开关38对红外线等具有灵敏度。胶嚢容器23的后 端容器23b至少在光开关附近由透过红外线(在光开关具有灵敏 度的波长中)的材料构成。当从未图示的红外线发光装置对光开 关38照射红外线时，光开关38导通，从小型电池32通过电源电 路通电从而起动，开始才聂像处理以及发送处理。该光开关38构 成进行触发动作的电路，当照射一次红外线时胶嚢内窥镜维持 导通状态。另外，也可以追加在导通状态时再次照射红外线则 截止的结构。
通过由该屏蔽部35覆盖通信电路36的结构，能够将磁铁42 中的强力磁场对发送电路、无线电路的影响(例如叠加噪声、或 者可通信距离变短等)抑制为较低。由此，能够对接收装置9发 送噪声少的鲜明的图像数据。
图3示出本实施方式中的第2胶嚢内窥镜的截面结构。
该第2胶嚢内窥镜相对于上述第1胶嚢内窥镜，在胶嚢容器 23的外周上具备将截面为圆形的线材螺旋状缠绕而成的螺旋部 25。除此之外的结构部位与第l胶嚢内窺镜相同，附加相同的附 图标记并省略i兌明。
通过该结构，乂人感应线圏用电源2对感应线圈群形成对第2 胶嚢内窺镜的旋转磁场，使第2胶嚢内窺镜21以图3所示轴C为 中心向R方向旋转。第2胶嚢内窥镜21才艮据螺旋部25的旋转方向 沿着轴C方向前进或者后退。并且，还能够控制感应线圏群， 使第2胶嚢内窥镜21以实现倾斜姿势的状态进行旋转，因此也能 相对于倾斜方向前进或者后退。这样构成的第2胶嚢内窥镜能够 得到与上述第l胶嚢内窥镜所得到的作用效果相同的作用效果。
图4示出了本实施方式中的第3胶嚢内窥镜的截面结构。 该第3胶嚢内窥镜配置为对上述第l胶囊内窥镜结构中的磁 铁4 2和感应线圏31进行了替换。除此之外的结构部位与第1胶嚢 内窥镜相同，附加相同的附图标记并省略说明。
相对于在第1胶嚢内窥镜中为环形状的感应线圏31 ，在第3 胶嚢内窥镜中交叉地配置两根直线的棒状感应线圈52、 53。图4 示出了分别在Z轴方向和Y轴方向配置有感应线圈52、 53的结构 例。另外，在这些感应线圏52、 53的附近配置有用于连接到各 个线闺两端来形成LC谐振电路的电容器54、 55,进行调整使其 谐振频率不同。该交叉的感应线圈52、 53通过由传动线圏11形 成的》兹场产生感应》兹场。由此感应线圈52、 53都相对于轴C垂 直地朝向各自不同的方向，因此能够用各自的谐振频率求出各 自的感应线圈的朝向，从而才全测轴C的方向(也就是胶嚢内窥镜 的推进方向)。另外，第3胶嚢内窥镜使磁铁51的磁极朝向沿着 胶嚢内窺#:的圆柱轴(轴C方向)的方向(N才及为前方，S才及为后方) 配置。另外，替换上述第l胶嚢内窥镜中的圆盘形状的磁铁42， 例如将环形或者条形磁铁排列为樽状的结构，设置在连接固定 部29的外周上。这样构成的第3胶嚢内窥镜也能够得到与上述第 1胶嚢内窥镜所得到的作用效果相同的作用效果。
图5示出了本实施方式中的第4胶嚢内窥镜的的截面结构。 该第4胶嚢内窥镜配置为对上述第l胶嚢内窥镜的结构中的 磁铁42、发送电路36以及天线37进行了替换。除此之外的结构 部位与第l胶嚢内窥镜相同，附加相同的附图标记并省略说明。 第4胶嚢内窥镜通过屏蔽部62包围除天线37的电磁波发射 方向之外的发送电路36以及天线37,在一部分中开口为光开关 窗，并配置有光开关38。也可以在不同方向上设置多个光开关 38。将该屏蔽部62设置为连接到电池用基板43b上，其后方设
置与第l胶嚢内窥镜的磁铁42相同的磁铁63。胶嚢容器23的后 端容器61的后端不形成半球形状而形成平坦面。但是，后端也 可以是半球形状。
这样构成的第4胶嚢内窥镜能够起到与上述第l胶嚢内窥 镜所起到的作用效果相同的作用效果。并且，根据这种结构， 天线37附近的磁力线将贯穿屏蔽部62内，从而能够降低强度。 因而，能够减少磁铁62所生成的磁场带给天线37的影响，防止 发送性能的下降。
另外，使用蒸镀或者喷镀等薄膜形成技术在基板上形成成 为屏蔽构件的磁性体，由此能够减少进入基板内的磁通量。因 而，能够防止形成在胶嚢内窥镜21内的电路受到磁铁的磁场以 及感应线圏的》兹场带来的坏影响而发生误动作的情况。
图6表示本实施方式中的第5胶嚢内窥镜的的截面结构。
上述第l胶嚢内窥镜结构中的体内信息(图像数据)是使用 通信电路36以及天线37通过无线(使用电波的无线)发送的，但 是该第5胶嚢内窥镜设置有在胶嚢容器表面露出的电极64、 65, 有时通过作为被检体的体腔组织流过成为体内信息的电流信 号，从而在生物体内产生电场。该第5胶嚢内窥镜是使用如下所 谓电场通信方式的结构，其替代接收天线，而通过安装在患者 体表面上的电场传感器来接收该体内信息。除此之外的结构部 位与第l胶嚢内窥镜相同，附加相同的附图标记并省略说明。
根据该结构，除了上述第1胶嚢内窥镜所得到的作用效果 之外，不将无线用作通信媒体，因此能够消除与接收装置以及 它们之间的传输通路有关的影响，难以叠加噪声，从而能够获 取稳定的清晰的图像。由于能够省略通信电路以及天线，因此 结构变得简单，能够实现胶嚢容器的进一步小型化。另外，如 果在发送电路上设置扬声器并且在接收装置侧连接麦克风，通
过声波的通信也能够得到同样的作用效果。
下面说明这样构成的胶嚢型内窥镜医疗装置引导系统的 第1控制方法。
图7是表示相对于图2示出的第l胶嚢内窥镜引导时的从Y 轴方向7见察的/f兹场中的》兹力线的一例。该-磁场形成在由感应线 圈Z1、 Z2、 D2、 D4、 D6以及D8包围的空间内，在该空间内月交 嚢内窥镜的前端朝向从图6所示感应线圏X2到感应线圏X1的方
向(X轴方向)。
该》兹场内的感应线圈Z1中产生在如图所示的Z轴方向中向 上的磁力。胶嚢内窥镜21的下方(感应线圈Z 2侧)磁场强度较弱， 上方产生较强的磁场强度。这样在存在磁梯度的空间内，胶嚢 内窺镜21内的磁铁42产生向磁场较强的方向、即向上方牵引的 引力(在此称为上升引力)。
当受到该上升引力时，胶嚢内窥镜21在空间内上升。通过 由引导控制装置3控制该上升引力的强度，能够作出抵消作用于 胶嚢内窥镜21的重力的状态。此时，例如在感应线圈D2、 D4 中形成如图7所示的磁场来产生前进的牵引力。由此，当在感应 线圈Z1的磁场中叠加感应线圏D2、 D4的磁场时，胶嚢内窺镜21 抵消对内窺镜本身起作用的重力并且前进。
也就是说，以往，胶嚢内窥镜21在体腔组织内带着自身重 量(胶嚢内窥镜的质量x重力加速度)的状态下移动。与此相对， 在本实施方式中，胶嚢内窺镜21在减轻自身重量、粘性的反作 用力减弱的状态下移动，因此用比以往更弱的磁场强度也能够 进行同样的移动。但是，当该上升引力过强时，会使胶嚢内窥 镜21从体腔组织上浮至需要以上。当胶嚢内窥镜21 —旦从体腔 组织浮起时，接近感应线圈Z1，因此引力会进一步变强，此时 被感应线圈Z1剧烈吸引，可能会导致上浮至用户期望以上。
如图8的时序图所示进行控制，防止这种上浮状态并且进 行移动，并且稳定地进行体内信息的通信。图8(a)表示通过感 应线圏Zl向Z轴方向产生上升引力的磁场强度的大小和产生时 机，图8(b)表示感应线圏D2、 D4向X轴方向产生牵引力的》兹场 强度大小和产生时机。并且，图8(c)表示位置才企测装置6从^r测 线圏群5的各检测线圈获取基于感应磁场的信号(位置以及姿势 信息信号)的时机，图8(d)表示从胶嚢内窺镜21向接收装置9发 送体内信息和暂停或者进行拍摄的时机，图8(e)表示体腔表面 和内窥镜的Z方向的位置关系。
在本实施方式中，用由胶嚢内窥镜21进行拍摄和进行图像 数据的发送的时机为基准而设定图8中的各动作的时机。当然， 不限于这种发送时机，也可以适当地i殳定成为基准的时机。
首先，对胶嚢内窥镜21的位置进行检测，在胶嚢内窥镜21 的位置沉入体腔表面(图8(e)的nl)、磁场强度低于目标值的情况 下，在下一个时机加强感应线圏Zl的磁场强度来使其上升(n2)。 此时，在胶嚢内窥镜21过度上升的情况下，减弱在下一个时机 中产生的磁场强度(n3)。此外，概念性地表示图8(e)所示的体腔 表面和胶嚢内窥镜21的Z方向的位置关系，实际上，胶嚢内窺 镜21是大致接触体腔表面的状态，是重量不施加于体腔表面的 状态(或者没有由于重量而沉入的状态)。
此时，对感应线圈D2、 D4产生如图7所示的Z方向的向上 的磁场。该f兹场的磁梯度在从感应线圏X2朝向感应线圏XI的方 向上变大，对于胶嚢内窥镜21成为沿着X轴方向上向前方牵引 的引力。因而，胶嚢内窥镜21在通过感应线圏Z1的电场抵消重 力的状态下由感应线圏D2、 D4向前方牵引，与体腔表面的摩擦 專交少而顺利i也移动。
随着其胶嚢内窥镜21的前进，感应线圈D2、 D4造成的胶嚢
内窺镜的位置中的磁场梯度变大，牵引力增大。即、移动速度
加快。为了使胶囊内窺镜21以固定速度移动，需要恒定地保持 推进力，因此，如图8(b)所示，逐渐减少在感应线圈D2、 D4中 产生的磁场强度。
如上所述，根据胶嚢内窺镜21的位置信息来控制磁场强 度，维持抵消所受到的重力的状态，减轻作用于胶嚢内窥镜21 和体腔内组织之间的摩擦力。在抵消其重力的状态下，通过产 生向要使胶嚢内窥镜21移动的方向倾斜的梯度磁场，能够减少 伴随移动而产生的阻力而容易地进行引导的操作，并且在比以 往更弱的磁场强度下也能够同样地进行移动。
下面说明胶嚢型医疗装置引导系统的第2控制方法。
如图9(a)、 (b)所示，该第2控制方法是根据在一个磁场形成 期间内对施加到感应线圏Z1、D2以及D4的驱动信号施加预先确 定的短时脉宽的导通信号的次数来控制磁场强度的方法。利用 该方法，通过使各个感应线圏脉冲性地产生磁场并控制其产生 的磁场的间隔来控制磁场强度。能够通过对感应线圏用电源2 附加公知的开关电路来实现这种控制。
通过这种结构，通过各感应线圏Z1、 D2以及D4分别脉冲 性地产生磁场并控制其产生的磁场的间隔来控制磁场强度。通 过这种控制，能够使感应线圈用电源的结构简单。另外，作为 相同的控制方式，应用控制导通时间(脉宽)的PWM(Pulse Width Modulation:脉宽调制)控制方式也能够同样地实现这种控制。
下面说明胶嚢型医疗装置引导系统的第3控制方法。
相对于上述第l控制方法，图10所示的第3控制方法分别驱 动不同的感应线圈的组合来实现同样的胶嚢内窥镜21的移动。 图4示出的第3胶嚢内窥镜适合于第3控制方法。
将上述的第3胶嚢内窥镜的磁铁51沿着胶嚢内窥镜的圆柱 轴(X轴方向)朝向磁极(N极为前方，S极为后方)而配置。磁感应 线圏52、 53交叉(在此是正交)，相对于磁铁51的磁力线的方向 也彼此正交配置。另外，本实施方式中的感应线圈52、 53是在 由针状磁性体形成的铁心上巻绕绕线，并且分别连接有电容器 54、 55。调整L成分或者C成分，^f吏得该两个感应线圈52、 53具 有不同的谐振频率。
通过这种结构，能够将来自磁铁51的磁力线的指向配置为 与感应线圏52、 53的长度方向的指向垂直，因此能够将来自磁 铁51的磁场的影响抑制到最小，并且能够通过分别检测两个磁 感应线圏52、 53的方向来求出月交嚢内窥4竟的方向。
另外，内置在图IO所示的胶嚢内窥镜21中的磁铁的指向朝 向胶嚢内窥镜21的推进方向(图IO所示的X方向)，但是通过施加 如图10所示的磁场能够与图7所示的状态同样地进行控制。也就 是说，由感应线圈D4、 D8产生沿Z方向(向上)》兹场强度变强的 梯度磁场，由此形成与重力相反的引力，产生随着从感应线圈 XI向X方向(纸面左方向)移动而磁场强度变强的梯度磁场，能 够使胶嚢内窥镜21在减轻重力的状态下向X方向推进。
下面参照图ll说明胶嚢内窥镜21的姿势控制。
使用上述的图l中的磁性引导装置1和图4示出的第3胶嚢内 窺镜21来进行说明。
说明将胶嚢内窺镜21的姿势从水平方向斜向倾斜的姿势的 情况，例如内窥镜前端部上升而后端部接触消化管内壁那样的 倾斜姿势。为了实现这种姿势，在14个感应线圏群X1、 X2、 Yl、 Y2、 Zl、 Z2以及D1至D8中，例如使用感应线圈Z1、 Z2的 组形成朝向Z轴方向的上方的第W兹场、和由感应线圏X1、 X2 形成的沿X轴方向的纸面左方向的第2石兹场。此外，也可以仅通 过感应线圈Z1、 Z2形成的第l磁场使其倾斜。在此，由第l磁场
和第2,兹场合成的磁场成为图11所示的外部/磁场H。然而，胶嚢 内窥镜21受到重力作用，因此胶嚢内窥镜21不会与外部磁场H 平行，而会朝向胶嚢内窺镜21的指向的方向。此时，将磁铁42 的》兹化i殳为M,外部/磁场i殳为H， M和H所形成的角度设为S， 胶嚢内窥镜21的质量设为m,重力加速度设为g， Z方向与胶嚢 内窥镜21的指向之间形成的角度设为0，胶嚢内窥镜21的重心设
为G，使胶嚢内窥镜21指向上方向而改变e时成为转动中心的支
点设为P,与支点P之间的距离设为l。此时，可以为了简单而将 支点P设为胶嚢内窥镜21内没有设置摄像光学系2 6 —侧的外壳 端部的半球状形状的中心。通过使用上述定义的事项，能够表 示为
由此，为了使胶嚢内窺镜21朝向e方向，只要向0=0-5方向 施加磁场即可。这样地控制由感应线圈群产生的磁场。通过施 加该 方向的磁场，由此能够不受施加到胶嚢内窥镜21的重力
的影响而朝向期望的方向(e方向)。在这种^兹场中月交嚢内窺4竟21
以倾斜姿势存在的情况下，例如当在感应线圈X1中形成向前方 产生牵引力的电场时，胶嚢内窥镜2在仅使胶嚢容器23的后端部 接触消化管内壁、保持倾斜姿势的状态下向前方移动。这种移 动即使在消化管内上的壁移动路径中存在一些凹凸，也能够容 易地跨越并移动。并且，通过叠加上述使用感应线圈Z1抵消重 力的电场，还能够减少摩擦力而进行移动。
另一方面，在体腔内残留有水等的情况下，存在产生超过 重力的浮力的情况。当成为这种状态时，可能变成相对于水比 重较重的 一 侧朝向下方的倾斜姿势，从而难以拍摄期望的部位。
与此相对，在本实施方式中，通过感应线圈群形成^兹场来实现
期望的姿势。例如，在消化管内壁上残留水、胶嚢内窥镜21前 端部上浮的情况下，《吏用感应线圈X1、 X2和感应线圈Z1、 Z2 的组作出如图12所示的倾斜姿势。即，使用这些感应线圈，形 成感应线圏Z1、Z2引起的朝向Z轴下方向的第3》兹场和感应线圏 XI、 X2引起的朝向X轴方向的第4/f兹场。通过这种》兹场，即橫_ 由于浮力而成为胶嚢内窥镜21的前端部或者后端部上浮的姿 势，也能够容易地控制姿势，从而拍摄期望的部位。
如上所述，本发明的胶嚢内窥镜系统形成用于抵消对胶嚢 内窥镜产生的重力的磁场，叠加到使其移动或者改变姿势的磁 场，使装置整体上浮，减少接触体腔表面的胶嚢内窥镜的接触 面积，减少摩^"阻抗，由此能够容易地控制胶嚢内窥镜动作， 并且能够排除移动时以及姿势指向操作时由于重力的影响而产 生的与操作员的感觉之间的移动误差，能够实现与操作量对应
的动作。
并且，与胶嚢内窺镜的数据发送同步地控制从位置检测装 置以及感应线圈群产生的磁场，因此不受感应线圏所产生的^兹 场影响，就能够进行数据发送和位置检测，由此提高胶嚢型医 疗装置引导系统的稳定性。
另外，通过控制胶嚢内窥镜的姿势，能够在采取前端向上 方上升的倾斜姿势的状态下进行移动，从而即使在位于通过路 径上的体腔表面存在凹凸而难以移动的部位，也能够容易地跨 越。另外，与用于使胶嚢内窺镜整体上浮的磁场相比，能够利 用较弱的磁场强度来实现以这种倾斜姿势使后端部或者前端部 接触到体腔表面的状态下进行的移动，因此不需要感应线圏用 电源的较大的输出，从而能够实现小型化。
此外，本发明不限于上述实施方式，在不改变发明的宗旨的范围内可以进行各种变更。另外，本发明中说明的实施方式 的结构部位不需要全部安装，可以仅利用可实施的结构部位。
本发明能够提供一种胶囊型内窺镜医疗装置引导系统，其 能够对胶嚢型医疗装置生成朝向期望的方向的磁场环境，排除 重力对操作带来的移动误差，并且减少对胶嚢型医疗装置产生 的摩擦阻力，能够在低引力下正确地进行动作。
权利要求
1.一种胶囊型医疗装置引导系统，其特征在于，具备胶囊型医疗装置，其具有获取体内信息的体内信息获取部、将获取的体内信息作为输出信号向外部输出的通信部、以及磁铁；磁场产生部，其产生磁场，该磁场作用于上述磁铁，使上述胶囊型医疗装置向目的方向移动；以及控制部，其与由上述通信部发送的上述输出信号同步地控制上述磁场产生部。
2. 根据权利要求l所述的胶嚢型医疗装置引导系统，其特 征在于，上述控制部在发送上述输出信号的期间使上述磁场产生部 的驱动停止。
3. —种胶嚢型医疗装置引导系统，其特征在于，具备 胶嚢型医疗装置，其具有获取体内信息的体内信息获取部、将获取的体内信息作为输出信号向外部输出的通信部、以及磁 铁；位置检测部，其检测上述胶嚢型医疗装置的位置；以及 磁场产生部，其产生磁场，该磁场作用于上述》兹铁，使上述胶嚢型医疗装置向目的方向移动，上述控制部与上述输出信号同步地控制上述磁场产生部， 上述位置检测部与上述输出信号同步地检测上述胶嚢型医疗装置的位置。
4. 根据权利要求3所述的胶嚢型医疗装置引导系统，其特 征在于，上述控制部在发送上述输出信号的期间使上述磁场产生部 的驱动停止，上述位置检测部仅在发送上述输出信号的期间检 测上述胶嚢型医疗装置的位置。
5. 根据权利要求3所述的胶嚢型医疗装置引导系统，其特 征在于，通过调整产生》兹场的持续时间来控制从上述》兹场产生部产 生的磁场的大小。
6. 根据权利要求3所述的胶嚢型医疗装置引导系统，其特 征在于，通过调整》兹场脉冲的个数来控制从上述》兹场产生部产生的 磁场的大小。
7. —种胶嚢型医疗装置引导系统，其特征在于，具备 胶嚢型医疗装置，其具有获取体内信息的体内信息获取部、将荻取的体内信息作为输出信号以固定的间隔向外部输出的通信部、以及万兹4失；位置检测部，其检测上述胶嚢型医疗装置的位置； 磁场产生部，其产生磁场，该磁场作用于上述磁铁，使上述胶嚢型医疗装置向目的方向移动；以及控制部，其与上述输出信号同步地控制上述磁场产生部，当发送上述输出信号时，上述控制部接受由上述位置检测 部检测出的与上述胶嚢型医疗装置的位置以及姿势相关的信 息，根据上述信息对从上述磁场产生部产生的磁场的方向以及 大小进行计算处理，当没有发送上述输出信号时，上述控制部进行控制使得从 上述万兹场产生部产生f兹场。
8. 根据权利要求7所述的胶嚢型医疗装置引导系统，其特 征在于，上述磁场产生部所产生的磁场具有^f兹梯度。
9. 根据权利要求7所述的胶嚢型医疗装置引导系统，其特 征在于， 上述磁场产生部所产生的磁场是旋转磁场。
10. 根据权利要求7所述的胶囊型医疗装置引导系统，其特 征在于，通过调整产生磁场的持续时间来控制从上述磁场产生部产 生的；兹场的大小。
11. 根据权利要求7所述的胶嚢型医疗装置引导系统，其特 征在于，通过调整磁场脉冲的个数来控制从上述^兹场产生部产生的 磁场的大小。
12. —种胶嚢型医疗装置引导系统，其特征在于，具备 胶嚢型医疗装置，其具有获取体内信息的体内信息获取部、将获取的体内信息作为输出信号向外部输出的通信部、以及磁 铁；第l磁场产生部，其产生磁场，该磁场作用于上述磁铁，使 上述胶嚢型医疗装置向目的方向移动；第2》兹场产生部，其产生,磁场，该/磁场作用于上述磁铁，使 作用在上述胶嚢型医疗装置上的重力减轻；以及控制部，其与上述输出信号同步地控制上述第l以及第2磁 场产生部。
13. 根据权利要求12所述的胶嚢型医疗装置引导系统，其 特征在于，上述第2》兹场产生部产生/f兹场，该^磁场用于减轻作用在上述 胶嚢型医疗装置上的浮力。
14. 根据权利要求12所述的胶嚢型医疗装置引导系统，其 特征在于，通过调整产生磁场的持续时间来控制从上述第1磁场产生 部和上述第2磁场产生部中的至少 一个产生的磁场的大小。
15. 根据权利要求12所述的胶嚢型医疗装置引导系统，其 特征在于，通过调整万兹场脉沖的个数来控制从上述第1 i兹场产生部和 上述第2磁场产生部中的至少一个产生的磁场的大小。
16. —种胶嚢型医疗装置引导系统，其特征在于，具备 胶嚢型医疗装置，其具有获取体内信息的体内信息获取部、将获取的体内信息作为输出信号向外部输出的通信部、以及磁 铁；磁场产生部，其产生将作用于上述磁铁以使上述胶嚢型医疗装置向目的方向移动的》兹场、和作用于上述,IH失以〗吏作用在 上述胶嚢型医疗装置上的重力减轻的磁场合成得到的磁场；以 及控制部，其与上述输出信号同步地控制上述磁场产生部。
17. 根据权利要求16所述的胶嚢型医疗装置引导系统，其 特征在于，上述磁场产生部构成为产生将作用于上述磁铁以使上述 胶嚢型医疗装置向目的方向移动的磁场、和作用于上述磁铁以 使作用在上述胶嚢型医疗装置上的重力减轻的磁场合成得到的 磁场。
18. —种胶嚢型医疗装置引导系统的控制方法，是通过作 用于设置在胶嚢型医疗装置内的磁铁的磁场、引导在体腔内一 边向目的方向移动一边对该体腔内进行观察的胶嚢型医疗装置 的系统的控制方法，其特征在于，当上述胶嚢型医疗装置将在上述体腔内获取的体内信息作 为输出信号向外部发送时，与发送的上述输出信号同步地在发送上述输出信号的期间 内停止上述磁场的产生。
19. 一种胶嚢型医疗装置引导系统的控制方法，是通过作 用于设置在胶嚢型医疗装置内的磁铁的磁场、根据检测出的位 置引导在体腔内 一边向目的方向移动一边对该体腔内进行观察 的胶嚢型医疗装置的系统的控制方法，其特征在于，当上述胶嚢型医疗装置将在上述体腔内获取的体内信息作 为输出信号向外部发送时，与发送的上述输出信号同步地在发 送上述输出信号的期间停止上述磁场的产生、并且检测上述胶 嚢型医疗装置的位置。
20. —种胶嚢型医疗装置引导系统的控制方法，是通过作 用于设置在胶嚢型医疗装置内的磁铁的磁场、根据检测出的位 置以及姿势引导在体腔内一边向目的方向移动一边对该体腔内 进行观察的胶嚢型医疗装置的系统的控制方法，其特征在于，当发送上述输出信号时，根据与检测出的上述胶嚢型医疗 装置的位置以及姿势相关的信息，计算出产生的上述磁场的方 向以及大小，当没有发送上述输出信号时，根据计算结果产生上述磁场。
21. —种胶嚢型医疗装置引导系统的控制方法，是通过作 用于设置在胶嚢型医疗装置内的磁铁的磁场、根据检测出的位 置以及姿势引导在体腔内 一边向目的方向移动一边对该体腔内 进行观察的胶嚢型医疗装置的系统的控制方法，其特征在于，通过调整产生磁场的持续时间来控制所产生的上述磁场的 大小。
22. —种胶嚢型医疗装置引导系统的控制方法，是通过作 用于设置在胶嚢型医疗装置内的磁铁的磁场、根据检测出的位 置以及姿势引导在体腔内 一边向目的方向移动一边对该体腔内 进行观察的胶嚢型医疗装置的系统的控制方法，其特征在于，通过调整磁场脉冲的个数来控制产生的上述磁场的大小。
全文摘要
本发明提供一种胶囊型医疗装置引导系统及其控制方法，其配置感应线圈，使得将产生感应磁场的面至少分割为前后两个区域，形成用于抵消施加到胶囊内窥镜主体的重力的磁场，并且叠加到使其移动或者改变姿势的磁场上，减少接触体腔表面的内窥镜的接触面积，从而减少摩擦阻力并进行移动。
文档编号A61B1/00GK101351143SQ20068004963
公开日2009年1月21日 申请日期2006年12月27日 优先权日2005年12月27日
发明者内山昭夫, 木村敦志, 青木勲 申请人:奥林巴斯株式会社;奥林巴斯医疗株式会社