专利名称：胶囊型医疗装置系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种胶囊型医疗装置系统，该胶囊型医疗装置系统能够使被导入生物体内的胶囊型医疗装置旋转来将针穿刺期望的内腔表面，并向患部注入药液。
背景技术：
近年来，在内窥镜领域中开发了一种吞服式的胶囊型内窥镜。该胶囊型内窥镜具有如下功能具备摄像功能和无线功能，为了进行体腔内部的观察，在经患者口服后直到从人体自然排出为止的期间，该胶囊型内窥镜例如在食道、胃、小肠等脏器的内部随着其蠕动运动而进行移动，并依次进行拍摄。近年来，作为这种胶囊型内窥镜提出了如下一种胶囊型内窥镜该胶囊型内窥镜中设置有与药液罐相连接的针和使该针突出的驱动器，能够向病变部位等注入药液。此外，在专利文献1和2中记载了如下一种情况对胶囊型内窥镜施加旋转磁场而使胶囊型内窥镜进行旋转，在移动该胶囊型内窥镜时，根据所拍摄的生物体内图像的变化来检测胶囊型内窥镜的旋转相对于旋转磁场的旋转的偏差等的旋转状态。专利文献1 日本特开2004-255174号公报专利文献2 日本特开2006-068501号公报
发明内容
发明要解决的问题另外，在向病变部位等注入药液时，需要使针穿刺肠壁等内腔表面，但是仅使针从胶囊型内窥镜向作为穿刺对象的肠壁突出的情况下，由于肠壁的弯曲、来自肠壁的反作用而无法将针刺入肠壁的情况较多，从而不能可靠地注入药液。如果使针朝向通过外部旋转磁场使胶囊型内窥镜旋转时的旋转方向从胶囊型内窥镜倾斜地突出，并在该针突出的状态下通过外部旋转磁场来使胶囊型内窥镜进行旋转，则通过胶囊型内窥镜的旋转力能够容易地向肠壁穿刺针。然而，在利用通过该外部旋转磁场产生的胶囊型内窥镜的旋转力穿刺针时，有可能存在如下问题如果在将针穿刺肠壁的状态下继续施加外部旋转磁场，则由于针的穿刺而使胶囊型内窥镜停止旋转，从而导致胶囊型内窥镜不能跟随外部旋转磁场的旋转而呈现出失步状态，当外部旋转磁场再继续旋转时，胶囊型内窥镜会反向旋转致使针被拔出。具体地说，首先如图9B所示，在体腔内，当胶囊型医疗装置10的磁铁18追随旋转的外部磁场Rf而使胶囊型医疗装置10旋转时，如图9C所示，向旋转方向倾斜地突出的针 16抵接至内腔表面S，在该状态下，通过继续旋转胶囊型装置10使针16穿刺内腔表面S。 并且，当继续施加外部磁场Rf时，如图9D所示，内腔表面S的组织发生伸展，伸展后的组织产生反作用力，因此胶囊型医疗装置10无法继续旋转。如果再继续施加外部磁场Rf，胶囊型医疗装置10内的磁铁18的磁化方向与外部磁场Rf的方向之间的偏差变大，当该偏差变大到大于某一角度时，如图9E所示，胶囊型医疗装置10会向相反的方向旋转以使磁铁18的磁化方向与外部磁场Rf的方向一致，由此使已刺入的针16被拔出。将胶囊型医疗装置 10无法跟随外部磁场Rf的旋转而停止旋转起进行反向旋转直到结束反向旋转为止的动作称为“失步动作(脱調動作)”。相反，当利用外部旋转磁场进行的胶囊型内窥镜的旋转不充分时，无法使针穿刺肠壁。另一方面，由于通过旋转胶囊型内窥镜而使针穿刺的操作是在生物体内进行的，因此不容易获知通过旋转胶囊型内窥镜而使针穿刺的穿刺状态，从而难以使胶囊型内窥镜进行适当的旋转。本发明是鉴于上述问题而完成的，目的在于提供一种胶囊型医疗装置系统，该胶囊型医疗装置系统能够通过外部旋转磁场使胶囊型医疗装置进行旋转，通过该旋转能够可靠地穿刺针。用于解决问题的方案为了解决上述问题，达到发明目的，本发明所涉及的胶囊型医疗装置系统的特征在于，具备旋转磁场产生装置，其在三维方向上产生期望的旋转磁场；胶囊型医疗装置， 其被导入生物体内，具有能够在上述旋转磁场的旋转方向上突出或退回并穿刺内腔表面的针以及磁铁，在对上述磁铁施加上述旋转磁场时该胶囊型医疗装置向该旋转磁场的方向旋转；失步动作检测单元，其在上述针相对于上述内腔表面倾斜地突出并穿刺上述内腔表面的情况下，检测失步动作，该失步动作是如下动作上述胶囊型医疗装置停止向上述旋转磁场的旋转方向旋转后上述胶囊型医疗装置以大于上述旋转磁场的旋转速度的旋转速度进行反向旋转；以及磁场控制单元，其根据上述失步动作检测单元得到的检测结果来控制上述旋转磁场产生装置。另外，本发明所涉及的胶囊型医疗装置系统的特征在于，在上述发明中，还具备还具备失步预测单元，该失步预测单元根据上述失步动作检测单元得到的检测结果来预测上述胶囊型医疗装置在下一个失步动作中的反向旋转发生时刻，上述磁场控制单元根据通过上述失步预测单元预测出的上述下一个失步动作中的反向旋转发生时刻，在上述反向旋转发生时刻的规定时间之前对上述旋转磁场产生装置进行控制。另外，本发明所涉及的胶囊型医疗装置系统的特征在于，在上述发明中，在上述下一个失步动作中的反向旋转发生时刻的规定时间之前，上述磁场控制单元控制上述旋转磁场产生装置以停止产生磁场。另外，本发明所涉及的胶囊型医疗装置系统的特征在于，在上述发明中，在上述下一个失步动作中的反向旋转发生时刻的规定时间之前，上述磁场控制单元控制上述旋转磁场产生装置以停止磁场的旋转。另外，本发明所涉及的胶囊型医疗装置系统的特征在于，在上述发明中，在上述下一个失步动作中的反向旋转发生时刻的规定时间之前，上述磁场控制单元控制上述旋转磁场产生装置以使上述旋转磁场的旋转速度降低。另外，本发明所涉及的胶囊型医疗装置系统的特征在于，在上述发明中，上述失步动作检测单元检测在上述反向旋转发生时刻之前上述胶囊型医疗装置停止旋转的旋转停止时刻，上述失步预测单元根据上述失步动作检测单元得到的检测结果来预测上述胶囊型医疗装置在下一个失步动作中的反向旋转发生时刻前的旋转停止时刻，上述磁场控制单元将上述规定时间设为从上述下一个失步动作中的反向旋转发生时刻追溯到上述下一个旋转停止时刻为止的期间。另外，本发明所涉及的胶囊型医疗装置系统的特征在于，在上述发明中，上述旋转磁场的旋转速度为固定速度，上述失步预测单元求出上述失步动作检测单元检测出的两次以上的相邻的失步动作中的上述反向旋转发生时刻之间的失步发生周期，根据该失步发生周期来预测上述胶囊型医疗装置在下一个失步动作中的反向旋转发生时刻。另外，本发明所涉及的胶囊型医疗装置系统的特征在于，在上述发明中，还具备旋转角度检测单元，该旋转角度检测单元检测上述胶囊型医疗装置的旋转角度，上述失步动作检测单元根据上述旋转角度检测单元检测出的上述胶囊型医疗装置的旋转角度的变化来检测上述失步动作。另外，本发明所涉及的胶囊型医疗装置系统的特征在于，在上述发明中，上述胶囊型医疗装置具备依次获取生物体内图像的图像获取单元，上述旋转角度检测单元根据从上述图像获取单元依次输出的按时间序列相邻的生物体内图像之间的差异，来检测上述胶囊型医疗装置的旋转角度。另外，本发明所涉及的胶囊型医疗装置系统的特征在于，在上述发明中，上述旋转角度检测单元是设置于上述胶囊型医疗装置内的陀螺传感器(gyro sensor)。另外，本发明所涉及的胶囊型医疗装置系统的特征在于，在上述发明中，还具备旋转速度检测单元，该旋转速度检测单元检测上述胶囊型医疗装置的旋转速度，上述失步动作检测单元根据上述旋转速度检测单元检测出的上述胶囊型医疗装置的旋转速度的变化来检测上述失步动作。另外，本发明所涉及的胶囊型医疗装置系统的特征在于，在上述发明中，上述胶囊型医疗装置具备依次获取生物体内图像的图像获取单元，上述旋转速度检测单元根据从上述图像获取单元依次输出的按时间序列相邻的生物体内图像之间的差异，来检测上述胶囊型医疗装置的旋转速度。另外，本发明所涉及的胶囊型医疗装置系统的特征在于，在上述发明中，上述旋转速度检测单元是设置于上述胶囊型医疗装置内的陀螺传感器。另外，本发明所涉及的胶囊型医疗装置系统的特征在于，在上述发明中，还具备角加速度检测单元，该角加速度检测单元检测上述胶囊型医疗装置的角加速度，上述失步动作检测单元根据上述角加速度检测单元检测出的上述胶囊型医疗装置的角加速度的变化来检测上述失步动作。另外，本发明所涉及的胶囊型医疗装置系统的特征在于，在上述发明中，上述胶囊型医疗装置具备依次获取生物体内图像的图像获取单元，上述角加速度检测单元根据从上述图像获取单元依次输出的按时间序列相邻的三个生物体内图像之间的差异，来检测上述胶囊型医疗装置的角加速度。另外，本发明所涉及的胶囊型医疗装置系统的特征在于，在上述发明中，上述角加速度检测单元是设置于上述胶囊型医疗装置内的陀螺传感器。另外，本发明所涉及的胶囊型医疗装置系统的特征在于，在上述发明中，还具备 磁场放出部，其设置于上述胶囊型医疗装置内，从该胶囊型医疗装置向外部方向放出磁场； 磁场检测部，其设置于上述胶囊型医疗装置外的周围，检测从上述磁场放出部放出的磁场； 以及旋转检测单元，其根据上述磁场检测部检测出的磁场来检测上述胶囊型医疗装置的旋转状态，其中，上述失步动作检测单元根据由上述旋转检测单元检测出的上述胶囊型医疗装置的旋转状态来检测上述失步动作。另外，本发明所涉及的胶囊型医疗装置系统的特征在于，在上述发明中，上述磁场控制单元根据上述失步动作检测单元已检测出上述胶囊型医疗装置进行反向旋转前的旋转停止，来控制上述旋转磁场产生装置。另外，本发明所涉及的胶囊型医疗装置系统的特征在于，在上述发明中，上述胶囊型医疗装置在上述针的穿刺状态稳定的状态下，从上述针喷出药液。发明的效果根据本发明，在使胶囊型医疗装置的针相对于内腔表面倾斜地突出并进行穿刺的情况下，失步动作检测单元检测胶囊型医疗装置的失步动作，磁场控制单元根据失步动作检测单元检测到的检测结果来控制旋转磁场产生装置，因此能够通过外部旋转磁场使胶囊型医疗装置旋转从而可靠地进行针的穿刺。
图1是表示本发明的实施方式1所涉及的胶囊型医疗装置系统的整体结构的示意图。图2是表示图1示出的胶囊型内窥镜的内部结构的示意图。图3是表示图1示出的胶囊型内窥镜的针的突出或退回状态的A-A线截面示意图。图4是表示图1示出的胶囊型内窥镜的针的穿刺状态以及药液的注入状态的截面图。图5是表示图1示出的胶囊型医疗装置系统的体外控制部的详细结构的框图。图6是表示由图1示出的胶囊型医疗装置系统的图像比较部进行的图像比较的一例的示意图。图7是表示由图1示出的胶囊型医疗装置系统的旋转角度检测部进行的旋转角度检测的一例的图。图8是表示在图1示出的胶囊型医疗装置系统中胶囊型内窥镜不发生失步而胶囊型内窥镜的旋转与外部旋转磁场的旋转互相同步时的旋转角度随时间的变化的图。图9A是表示在图1示出的胶囊型医疗装置系统中胶囊型内窥镜发生失步时的旋转速度随时间的变化的图。图9B是表示在图9A所示的时刻t0对胶囊型内窥镜施加旋转磁场时的状态的图。图9C是表示从图9A所示的时刻t0起胶囊型内窥镜与所施加的旋转磁场同步地旋转时的状态的图。图9D是表示在图9A所示的时间刻tla胶囊型内窥镜停止旋转时的状态的图。图9E是表示在图9A所示的时刻tl由于胶囊型内窥镜开始反向旋转而针从内腔表面被拔出的状态的图。图10是表示在图1示出的胶囊型医疗装置系统中检测出的反向旋转发生时刻与所预测的下一个反向旋转发生时刻之间的关系的时序图。图11是表示通过图1示出的胶囊型医疗装置系统中的体外控制部进行的旋转穿刺控制处理过程的流程图。图12是表示图1示出的胶囊型医疗装置系统中的从体内观察到药液注入的处理概要的示意图。图13是表示本发明的实施方式2所涉及的胶囊型内窥镜的结构的截面示意图。图14是表示在使用了图13示出的胶囊型内窥镜的情况下所使用的磁场检测装置的大致结构的示意图。图15是表示本发明的实施方式2的体外控制部的结构的框图。图16是表示本发明的实施方式3所涉及的胶囊型内窥镜的结构的截面示意图。图17是表示本发明的实施方式3的体外控制部的结构的框图。图18是表示本发明的实施方式4的胶囊型内窥镜的旋转速度随时间的变化的时序图。图19是表示本发明的实施方式4的变形例的胶囊型内窥镜的旋转速度随时间的变化的时序图。图20是表示如下处理内容的图在本发明的胶囊型医疗装置系统中，根据基于按时序序列相邻的生物体内图像之间的差异得到的旋转角度随时间的变化，通过对旋转角度进行时间一次微分处理来求出旋转速度。图21是表示如下处理内容的图在本发明的胶囊型医疗装置系统中，根据旋转速度随时间的变化对旋转速度进行时间一次微分处理来求出角加速度。图22是表示本发明的实施方式7的旋转磁场的旋转速度随时间变化的时序图。图23A是表示从图22所示的时刻t0到时刻t3a的胶囊型内窥镜的旋转速度的示意图。图2 是表示从图22所示的时刻t3a到时刻ts的胶囊型内窥镜的旋转速度的示意图。图23C是表示在图22所示的时刻t3之后进行的药液注入时的胶囊型内窥镜的旋转速度的示意图。附图标记说明1 胶囊型医疗装置系统；2 磁场产生部；3 收发部；4、4a、4b 体外控制部；5 显示部；6 输入部；7 存储部；8 磁场控制部；9 电力供给部；10、10a、10b 胶囊型内窥镜； 11 天线；12 摄像部；12a 照明部；13 球囊；14 开闭阀；15 线性驱动器；16 针；17,51 控制部；18 磁铁；19 电池；20 体内组织；21 患部；31 图像接收部；32 图像比较部；33、 33a 旋转角度检测部；34 失步发生检测部；35 失步发生预测部；36 磁场控制指示部； 40 磁场产生用线圈；41 检测线圈组；42 磁场检测装置；50 陀螺传感器。
具体实施例方式下面，参照附图对作为用于实施本发明的方式的胶囊型医疗装置系统进行说明。 此外，本发明并不限定于本实施方式。另外，在附图的记述中，对相同部分附加了相同的附图标记。(实施方式1)首先，说明本发明的实施方式1。图1是表示本发明的实施方式1所涉及的胶囊
9型医疗装置系统的整体结构的示意图。如图1所示，本实施方式1中的胶囊型医疗装置系统1具备作为胶囊型医疗装置的胶囊型内窥镜10，其通过从被检体的口吞服而被导入被检体内的体腔内，并与外部装置进行通信；以及作为旋转磁场产生装置的磁场产生部2，其设置在被检体周围，能够在三维方向上产生期望的旋转磁场。另外，胶囊型医疗装置系统1 还具备收发部3，其与胶囊型内窥镜10之间进行无线通信，接收包含胶囊型内窥镜10所拍摄到的图像的无线信号，并且发送针对胶囊型内窥镜10的操作信号；以及体外控制部4， 其对胶囊型医疗装置系统1的各结构部位进行控制。另外，胶囊型医疗装置系统1还具备 显示部5，其显示输出由胶囊型内窥镜10拍摄到的图像；输入部6，其向体外控制部4输入用于指示胶囊型医疗装置系统1中的各种操作的指示信息；以及存储部7，其存储胶囊型内窥镜10所拍摄到的图像信息等。并且，胶囊型医疗装置系统1还具备磁场控制部8，其控制磁场产生部2产生磁场；以及电力供给部9，其将按照磁场控制部8的控制的电力提供给磁场产生部2。此外，收发部3根据从胶囊型内窥镜10发送来的信号的接收电场强度来检测胶囊型内窥镜10在被检体内的位置和姿势。当然，也可以另外具备检测胶囊型内窥镜10的位置和姿势的位置检测装置。例如，也可以在胶囊型内窥镜10中设置磁场产生部或磁场反射部，以与磁场产生部2同样地覆盖胶囊型内窥镜10的周围的方式设置多个磁场传感器，根据该磁场传感器的检测结果来检测胶囊型内窥镜10的位置和姿势。接着，对图1示出的胶囊型内窥镜10进行说明。图2是表示图1示出的胶囊型内窥镜10的内部结构的示意图。另外，图3是表示针的突出或退回状态的A-A线截面示意图。 如图2所示，胶囊型内窥镜10的壳体H内具有天线11，其通过无线方式与收发部3之间发送和接收信号；照明部12a，其向观察视场照射光；以及摄像部12，其包括聚集反射光的透镜和拍摄被检体的体腔内的摄像元件。该摄像部12作为依次获取生物体内图像的图像获取单元而发挥作用。另外，胶囊型内窥镜10还具有球囊(balloon) 13，其具有储存要注入被检体内患部等的药液的药液罐功能，并且由弹性材料等伸缩膜形成，具有生成药液喷射压的喷射功能；以及开闭阀14，其通过未图示的驱动部件的驱动来打开/关闭球囊13的开口。并且，胶囊型内窥镜10还具有内置有发动机等的线性驱动器15以及针16，该针16 经由设置于壳体H的开口部16a向胶囊型内窥镜10的外部突出或向胶囊型内窥镜10的内部退回，该针16用于将球囊13内储存的药液注入内腔表面附近的患部等。并且，胶囊型内窥镜10还具有控制部17，其根据天线11接收到的来自收发部3的无线信号(操作信号) 对胶囊型内窥镜10的各结构部位进行控制；圆板状的磁铁18，其产生径向磁场；以及电池 19，其对胶囊型内窥镜10的各结构部位提供电力。针16能够相对于胶囊型内窥镜10的壳体H的表面突出以及收纳。并且，磁铁18 的磁化方向是径向的，该磁铁18以构成胶囊型内窥镜10的壳体H的长轴中心C与磁化方向互相垂直的方式设置于胶囊型内窥镜10内。另外，为了能够通过照明部12a向观察视场照射光，胶囊型内窥镜10的摄像部12侧的壳体H的前端用透明部件构成。线性驱动器15和针16的后端互相连接。如图3所示，针16能够通过线性驱动器 15的驱动在胶囊型内窥镜10的径向上突出或退回。另外，针16在突出的状态下，相对于胶囊型内窥镜10的壳体H的切线向外侧倾斜，针的前端朝向绕长轴中心C旋转的旋转方向。 此外，线性驱动器15由控制部17控制。
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在该胶囊型医疗装置系统1中，向作为检查对象的生物体(被检体)导入胶囊型内窥镜10后，医生等操作者在体外观察由设置于胶囊型内窥镜10的摄像部12获取到的生物体内图像。并且，操作者一边观察该生物体内图像，一边根据从输入部6输入的操作信息，控制磁场控制部8对磁场产生部2提供的电力，通过改变要由磁场产生部2产生的磁场来控制胶囊型内窥镜10的位置、方向。当胶囊型内窥镜10到达患部附近时，通过输入部6 的操作来发送用于驱动胶囊型内窥镜10内的线性驱动器15的操作信号，从而使针16向胶囊型内窥镜10外突出。如图4所示，在针16已突出的状态下，使磁场产生部2产生旋转磁场以使胶囊型内窥镜10绕长轴中心C、并且沿着针16的倾斜方向(箭头Al方向)旋转，从而使针16穿刺体内组织20的患部21中。然后，通过打开开闭阀14来能够将药液Lq注入患部21ο在此，如图5所示，体外控制部4具有图像接收部31，其依次获取由收发部3依次接收到的生物体内图像；图像比较部32，其对图像接收部31所接收到的按时间序列相邻的生物体内图像进行比较，提取图像之间的共同的特征部分；以及旋转角度检测部33，其根据图像比较部32所提取出的特征部分在图像内的位置来求出胶囊型内窥镜10的旋转角度。另外，体外控制部4还具有失步发生检测部34，该失步发生检测部34根据旋转角度检测部33检测出的旋转角度来检测因胶囊型内窥镜10与外部的旋转磁场之间的旋转偏差而产生的胶囊型内窥镜10的失步动作，并且根据失步动作中的胶囊型内窥镜10的反向旋转发生时刻的时间间隔来检测失步发生周期。并且，体外控制部4还具有失步发生预测部35， 其根据失步发生检测部；34得到的失步动作的检测结果来预测下一个失步动作中的胶囊型内窥镜10的反向旋转发生时刻；以及磁场控制指示部36，其在失步发生预测部35预测出的下一个失步动作发生时刻之前向磁场控制部8发出停止外部旋转磁场的指示。失步发生检测部34作为检测胶囊型内窥镜10的失步动作的失步动作检测单元而发挥作用，失步发生预测部35作为预测胶囊型内窥镜10的失步动作的失步预测单元而发挥作用，磁场控制指示部36作为磁场控制单元发挥作用，即根据失步动作检测单元得到的检测结果，在失步动作中的胶囊型内窥镜10的反向旋转发生之前对旋转磁场产生装置进行控制。磁场控制指示部36在下一个失步动作中的胶囊型内窥镜10的反向旋转发生时刻之前，指示磁场控制部8停止外部旋转磁场，由此能够使胶囊型内窥镜10不发生反向旋转而使针维持可靠的穿刺状态。图像比较部32将如上述那样依次接收到的生物体内图像中按时间序列相邻的两个生物体内图像进行比较。例如，如图6所示，在按时间序列输入图像 [Α] — [B] — [C] — [D]的情况下，比较图像[Α]和图像[B]，之后比较图像[B]和图像[C]， 之后比较图像[C]和图像[D]。在这种情况下，将已进行一次比较处理的图像[B]、[C]、[D] 等存储到未图示的临时存储部中，在下一个比较处理时读出这些图像。如图7所示，图像比较部32提取图像[A]、[B]内的特征部分E。例如，如图7所示，旋转角度检测部33将所比较的两个图像[A]、[B]进行重合，根据图像比较部32所提取出的特征部分E在图像[A]、[B]上的位置差异来检测图像B的旋转角度θ、即胶囊型内窥镜10的旋转角度θ。旋转角度检测部33作为检测胶囊型内窥镜 10的旋转角度的旋转角度检测单元而发挥作用。在此，在胶囊型内窥镜10旋转的情况下，所拍摄的生物体内图像也继续旋转。并且，如果胶囊型内窥镜10以固定的旋转速度旋转而生物体内图像也以固定的帧频被拍摄， 则旋转角度检测部33所检测出的旋转角度为固定角度，如图8所示，旋转角度与时间成比例地发生变化。另外，当发生失步动作时，如图9A所示，胶囊型内窥镜10的旋转角度随时间的变化不会达到360°，即胶囊型内窥镜10不会旋转一圈而是在某一时刻进行反向旋转。如图 9B所示，首先在针16突出的状态下，从图9A所示的时刻t0起胶囊型内窥镜10被施加旋转的外部磁场(旋转磁场)Rf。并且，从时刻t0起胶囊型内窥镜10与旋转磁场Rf的旋转同步地进行旋转(图9C)。接着，随着逐渐接近图9A所示的时刻tla，由于来自内腔表面的反作用力，胶囊型内窥镜10的旋转慢于旋转磁场Rf的旋转，在图9A所示的时刻tla胶囊型内窥镜10停止旋转(图9D)。之后，在胶囊型内窥镜10停止旋转的状态下，如果旋转磁场 Rf继续旋转，则在图9A所示的时刻t 1胶囊型内窥镜10突然开始反向旋转，结果是针16 从内腔表面S被拔出(图9E)。然后，当旋转磁场Rf再继续旋转时，胶囊型内窥镜10再次与该旋转磁场Rf的旋转同步地进行旋转。失步发生检测部34根据图9A所示的胶囊型内窥镜10的旋转角度的变化，特别是检测反向旋转发生时刻tl、t2。优选的是还检测胶囊型内窥镜10停止旋转的旋转停止时亥Ij tla、t2a。在由该失步发生检测部34检测两次反向旋转发生时刻tl、t2的情况下，如图10 所示，失步发生预测部35求出失步发生周期T、即反向旋转发生时刻tl与t2之间的时间间隔，根据该失步发生周期T来预测当旋转磁场Rf以固定的旋转速度继续旋转时发生的下一个失步动作中的反向旋转发生时刻t3。当求出了该预测出的下一个失步动作中的反向旋转发生时刻t3时，磁场控制指示部36向磁场控制部8输出指示，以使在反向旋转发生时刻t3之前停止产生旋转磁场Rf。 磁场控制部8接收该指示，控制电力供给部9以停止磁场产生部2的磁场产生动作。由此， 胶囊型内窥镜10不会反向旋转而是维持将针16可靠且稳定地刺入内腔表面S的状态。从而，在该穿刺状态下从针16喷射出药液Lq，由此能够可靠地向患部21注入药液Lq。此外，下一个失步动作中的反向旋转发生时刻t3之前是指比反向旋转发生时刻 t3提前规定时间△ t的时刻ts，该时刻ts被设定为从胶囊型内窥镜10停止向旋转磁场Rf 的旋转方向旋转的旋转停止时刻t3a起直到达到反向旋转发生时刻t3之前的期间内的时刻。该期间的胶囊型内窥镜10处于停止旋转的状态。在此，参照图11所示的流程图和图12来说明药液注入处理过程。在图11中，首先使被导入生物体内的胶囊型内窥镜10获取生物体内图像(图12的(a))，收发部3接收该获取到的生物体内图像并在显示部5中进行显示以能够观察体腔内部(步骤S101)。此外，胶囊型内窥镜10在此之后也继续以固定的帧频获取并发送生物体内图像。之后，操作者观察体腔内图像，当发现患部21时，从输入部6输入用于使针16或开口部16a与患部21 的位置对准的操作信息，当输入该操作信息时，体外控制部4进行处理(步骤S102)以使针 16或开口部16a与患部21的位置对准(图12的(b))。之后，体外控制部4将用于使针16向外部突出的指示发送到胶囊型内窥镜10，胶囊型内窥镜10接收该指示后驱动线性驱动器15来使针16突出(步骤S103、图12的(c))。 之后，体外控制部4通过磁场控制部8来控制磁场产生部2，使磁场产生部2产生用于以固定速度旋转胶囊型内窥镜10的旋转磁场Rf，并对胶囊型内窥镜10施加该旋转磁场Rf (步骤S 104、图12的(d))。通过施加该旋转磁场Rf使胶囊型内窥镜10开始旋转。之后，体外控制部4根据依次接收到的生物体内图像来检测胶囊型内窥镜10的旋转角度(步骤S105)。另外，体外控制部4即使检测到失步动作也继续施加旋转磁场Rf来使失步动作至少发生两次(步骤S106)。并且，体外控制部4根据所检测出的多个失步动作中的胶囊型内窥镜10的反向旋转发生时刻来算出失步发生周期T，并且预测接着发生的失步动作中的胶囊型内窥镜10的反向旋转发生时刻(步骤S107)。之后，体外控制部4控制磁场产生部2以在下一个失步动作中的胶囊型内窥镜10 的反向旋转发生时刻之前停止施加旋转磁场Rf (步骤S108)。在针16的穿刺稳定的状态下，使胶囊型内窥镜10将药液注入患部21 (步骤S109)。之后，体外控制部4使胶囊型内窥镜10关闭开闭阀14(步骤S110)，控制磁场产生部2来对胶囊型内窥镜10施加反向旋转磁场来进行拔出针16的处理(步骤S111)，并且使胶囊型内窥镜10进行收纳针16的处理 (步骤S112)，之后结束本处理。此外，对于拔出针16的处理，也可以以如下方式进行不施加反向旋转磁场，而是继续施加正向旋转磁场以使胶囊型内窥镜10进行失步动作。另外，由体外控制部4自发地进行步骤S108中的停止施加旋转磁场的处理，但是并不限于此，也可以将穿刺状态稳定的意思显示输出到显示部5，基于操作者经由输入部6 输入的操作信号来停止施加旋转磁场。在本实施方式1中，在生物体内使胶囊型内窥镜10旋转来将针16穿刺的情况下， 基于胶囊型内窥镜10的反向旋转动作进行稳定的穿刺以避免发生该反向旋转动作，因此即使在不能直接观察胶囊型内窥镜10的旋转的情况下也能够可靠且稳定地将针16穿刺。 结果是能够可靠地对患部21注入药液。(实施方式2)接着，说明本发明的实施方式2。在上述实施方式1中，旋转角度检测部33根据胶囊型内窥镜10所获取到的生物体内图像来检测胶囊型内窥镜10的旋转，但在实施方式 2中，能够从外部直接检测胶囊型内窥镜10的旋转。图13是表示本发明的实施方式2所涉及的胶囊型医疗装置系统所使用的胶囊型内窥镜IOa的结构的截面示意图。如图13所示，该胶囊型内窥镜IOa具有向外部方向放出磁场的磁场放出部，具体地说具有在胶囊型内窥镜IOa的径向上产生磁场的磁场产生用线圈40。其它的结构与胶囊型内窥镜10相同，对相同的结构部分附加了相同的附图标记。另一方面，在本实施方式2中，如图14所示，具有磁场检测装置42，该磁场检测装置42中以与磁场产生部2同样地在胶囊型内窥镜IOa的外部覆盖胶囊型内窥镜IOa的方式设置有多个用于检测磁场的检测线圈组41。检测线圈组41作为检测从胶囊型内窥镜IOa 的磁场放出部放出的磁场、即从磁场产生用线圈40放出的磁场的磁场检测部而发挥作用， 磁场检测装置42将检测线圈组41检测出的磁场强度发送到体外控制部4。在磁场产生部2产生旋转磁场来使胶囊型内窥镜IOa旋转的情况下，磁场产生用线圈40在控制部17的控制下被施加电流并产生磁场。该产生的磁场随着胶囊型内窥镜 IOa的旋转而旋转，并且具有定向性，因此体外控制部4根据检测线圈组41检测出的磁场强度能够检测胶囊型内窥镜IOa的旋转角度。在这种情况下，如图15所示，在与体外控制部4对应的体外控制部如中，由于不需要进行用于检测旋转角度的图像处理，因此可以删除图像比较部32的结构。另外，设置旋转角度检测部33a来作为旋转检测单元，该旋转角度检测部33a取代实施方式1中的旋转角度检测部33，根据检测线圈组41检测出的磁场强度来检测胶囊型内窥镜IOa的旋转状态、具体为旋转角度。为了能够不用观察体腔内图像而将胶囊型内窥镜IOa的针16与患部 21进行位置对准，对胶囊型医疗装置系统附加检测胶囊型内窥镜IOa的位置、方向、旋转角度以及患部21的位置的功能，在这种情况下，能够从体外控制部如中删除图像接收部31。此外，通过使用磁场检测装置42，能够以高精确度检测胶囊型内窥镜IOa的位置和姿势，能够以高精确度引导胶囊型内窥镜10a。(实施方式3)接着，说明本发明的实施方式3。在上述实施方式1中，旋转角度检测部33根据胶囊型内窥镜10所获取到的生物体内图像来检测胶囊型内窥镜10的旋转，但是在本实施方式3中，由胶囊型内窥镜10自身直接检测胶囊型内窥镜10的旋转并发送旋转信息。图16是表示本发明的实施方式3所涉及的胶囊型医疗装置系统所使用的胶囊型内窥镜IOb的结构的截面示意图。如图13所示，该胶囊型内窥镜IOb具有检测胶囊型内窥镜IOb自身的旋转角度的陀螺传感器50。陀螺传感器50作为旋转角度检测单元而发挥作用。另外，与控制部17对应的控制部51进行控制以将该陀螺传感器50所获取到的旋转角度发送到外部。其它结构与胶囊型内窥镜10相同，对相同的结构部分附加了相同的附图标记。在这种情况下，如图17所示，在与体外控制部4对应的体外控制部4b中，由于不需要进行用于检测旋转角度的图像处理以及旋转角度检测处理，因此可以删除图像比较部 32和旋转角度检测部33的结构。另外，为了能够不用观察体腔内图像而将胶囊型内窥镜 IOb的针16与患部21进行位置对准，对胶囊型医疗装置系统附加检测胶囊型内窥镜IOb的位置、方向、旋转角度以及患部21的位置的功能，在这种情况下，能够从体外控制部4b中删除图像接收部31。在本实施方式3中，由于陀螺传感器50直接检测胶囊型内窥镜IOb的旋转角度， 因此不会产生伴随旋转角度检测处理而发生的时间滞后，从而能够大致实时地掌握胶囊型内窥镜IOb的旋转角度。(实施方式4)接着，说明本发明的实施方式4。在上述实施方式1 3中，失步发生检测部34都是根据胶囊型内窥镜10、10a、10b的旋转角度来检测失步动作的发生。但在本实施方式4 中，失步发生检测部根据胶囊型内窥镜的旋转速度来检测失步动作的发生。在本实施方式4中，图16所示的胶囊型内窥镜IOb的陀螺传感器50不检测胶囊型内窥镜IOb的旋转角度，而是直接检测旋转速度，失步发生检测部根据该旋转速度的变化来检测失步动作的发生。陀螺传感器50作为检测胶囊型内窥镜IOb的旋转速度的旋转速度检测单元而发挥作用。在胶囊型内窥镜IOb不发生失步动作而与旋转磁场同步地进行旋转的情况下，胶囊型内窥镜IOb的旋转速度为固定速度。与此相对，在发生失步动作的情况下，周期性地产生如图18所示的旋转速度随时间的变化。该旋转速度随时间的变化与图 9所示的旋转角度随时间的变化对应，将旋转角度进行时间微分而得到的值为旋转速度。即，在施加旋转磁场的最初阶段，从时刻t0起胶囊型内窥镜IOb与旋转磁场的旋转同步地进行旋转且旋转速度固定，但之后由于来自内腔表面S的反作用力而旋转速度逐渐降低，在时刻tla旋转速度变为0，胶囊型内窥镜IOb停止旋转。之后，继续施加旋转磁场，在时刻tl胶囊型内窥镜IOb突然反向旋转，显示出负的较大的旋转速度。之后，胶囊型内窥镜IOb再次恢复与旋转磁场同步的旋转速度，重复上述的随时间的变化。即使在检测出该旋转速度的情况下，也能够检测出如图18所示那样旋转速度急剧变化的反向旋转发生时刻tl、t2，根据该反向旋转发生时刻tl、t2还能够容易地求出失步发生周期T，并能够容易地预测下一个反向旋转发生时刻t3。在这种情况下，由于反向旋转发生时刻的旋转速度急剧变化，因此易于通过失步发生检测部检测反向旋转发生时刻。此外，也可以是，由陀螺传感器50检测角加速度来取代检测旋转角度，失步发生检测部根据该角加速度的变化来检测失步动作的发生。陀螺传感器50作为检测胶囊型内窥镜IOb的角加速度的角加速度检测单元而发挥作用。在这种情况下，胶囊型内窥镜IOb 的角加速度呈现如图19所示的随时间的变化。在这种情况下，也由于反向旋转发生时刻 tl、t2的角加速度急剧变化，因此失步发生检测部能够容易地检测反向旋转发生时刻。此外，在检测角加速度的情况下，由于角加速度是角度的时间二次微分，因此反向旋转发生时刻角加速度对应于零交叉点。因此，使反向旋转发生时刻的检测变得更容易且精确度更高。另外，在上述实施方式4中，使用陀螺传感器50来检测旋转速度或角加速度，但不限于此，也可以是，旋转速度检测部根据实施方式1的基于图像之间的差异得到的旋转角度的检测结果或实施方式2的通过磁场的外部检测而得到的旋转角度的检测结果，通过时间一次微分处理来求出旋转速度，或者角加速度检测部通过旋转角度的时间二次微分处理或旋转速度的时间一次微分处理来求出角加速度。旋转速度检测部作为旋转速度检测单元而发挥作用，角加速度检测部作为角加速度检测单元而发挥作用。图20表示如下处理内容旋转速度检测部根据基于按时间序列相邻的生物体内图像之间的差异得到的旋转角度随时间的变化，通过旋转角度的时间一次微分处理来求出旋转速度。此外，在这种情况下，所获取的生物体内图像是以固定的帧频被拍摄的，以固定的图像获取周期FR间隔输出生物体内图像。旋转速度检测部通过将所获取的生物体内图像之间的旋转角度差除以固定的图像获取周期FR来计算并输出旋转速度Μ。另外，图21是表示根据旋转速度随时间的变化进行旋转速度的时间一次微分处理来求出角加速度的处理内容的图。角加速度检测部通过对图20中所得到的旋转速度进一步进行时间微分处理来计算并输出角加速度Sb。在这种情况下，为了根据图像的旋转角度来获取角加速度，至少需要按时间序列相邻的三个以上的图像的旋转角度。(实施方式5)接着，说明本发明的实施方式5。在上述实施方式1 4中，失步发生检测部34都是检测两次以上的连续的反向旋转发生时刻tl、t2，失步发生预测部35预测下一个反向旋转发生时刻t3，在反向旋转发生时刻t3之前体外控制装置4停止通过磁场产生部2对胶囊型内窥镜施加旋转磁场，但在本实施方式5中，通过一次失步动作来停止施加旋转磁场。S卩，在反向旋转发生时刻tl、t2之前的期间内胶囊型内窥镜为停止旋转的状态， 在该状态期间即从旋转停止时刻tla到反向旋转发生时刻tl为止的期间、或从旋转停止时刻^a到反向旋转发生时刻t2为止的期间，旋转角度为固定，旋转速度固定为0，角加速度也固定为0。从而，能够检测胶囊型内窥镜停止旋转的旋转停止时刻tla。在本实施方式5中，当失步发生检测部检测旋转停止时刻tla时，体外控制部4、具体为磁场控制指示部36 在该旋转停止时刻tla，与反向旋转发生时刻之前的时刻同样地向磁场控制部8输出指示以停止施加旋转磁场。由此，仅检测一次旋转停止时刻，就能够获得可靠且稳定的穿刺状态，能够缩短针的穿刺动作所花费的时间。(实施方式6)接着，说明本发明的实施方式6。在上述实施方式1 5中，在下一个失步动作中的反向旋转发生时刻t3之前或在旋转停止时刻tla停止对胶囊型内窥镜施加旋转磁场，但是在本实施方式6中，为了在下一个失步动作中的反向旋转发生时刻t3之前或在旋转停止时刻tla使旋转磁场停止旋转，体外控制部4仅控制磁场控制部8，由此不停止对胶囊型内窥镜施加磁场而维持施加磁场。在本实施方式6中，能够积极地保持胶囊型内窥镜的停止状态，从而能够使针的穿刺状态更稳定。(实施方式7)接着，说明本发明的实施方式7。在上述实施方式1 5中，在下一个失步动作中的反向旋转发生时刻t3之前或在旋转停止时刻tla停止对胶囊型内窥镜施加旋转磁场，但在本实施方式7中，在下一个失步动作中的反向旋转发生时刻t3之前或从旋转停止时刻tla 起，体外控制部、具体为磁场控制指示部控制磁场产生部，使旋转磁场的旋转速度变为极低速度，由此实质上保持胶囊型内窥镜的针的穿刺状态。图22表示本实施方式7中的旋转磁场的旋转速度随时间的变化。从通过图22的 (a)所示的胶囊型内窥镜的旋转角度与图22的(b)所示的旋转磁场的旋转速度(旋转磁场速度)之间的对比明显可知，体外控制部4从下一个失步动作中的反向旋转发生时刻t3之前的时刻ts起控制磁场控制部8，磁场控制部8接收该控制来对磁场产生部2进行控制，使外部磁场(旋转磁场)Rf的旋转速度(旋转磁场速度)从在此之前的旋转磁场速度(正常速度)SPa降低到极低速的旋转磁场速度SPb。在图22所示的时刻t0到时刻ts，将旋转磁场Rf的旋转速度设为旋转磁场速度 SPa,由此胶囊型内窥镜的旋转速度也设为SPa(图23A、图23B)。另外，从图22所示的时刻 ts起降低旋转磁场Rf的旋转速度而在时刻t3之前将该旋转磁场Rf的旋转速度设为旋转磁场速度SPb，由此胶囊型内窥镜的旋转速度也为SPb (图23C)，从而使胶囊型内窥镜以极慢的速度缓慢旋转。即，尽量延长达到下一个反向旋转发生时刻t3所用的时间，在达到该反向旋转发生时刻t3之前从胶囊型内窥镜向患部等注入药液。根据本实施方式7也能够稳定地保持胶囊型内窥镜的停止状态，从而能够使针的穿刺状态稳定。此外，与实施方式5同样地，也可以是，从第一次失步动作中的旋转停止时刻tla 起，通过突然设为极低速的旋转磁场速度Sin3来实质上停止胶囊型内窥镜的旋转，从而使针的穿刺状态稳定。
权利要求
1.一种胶囊型医疗装置系统，其特征在于，具备旋转磁场产生装置，其在三维方向上产生期望的旋转磁场；胶囊型医疗装置，其被导入生物体内，具有能够在上述旋转磁场的旋转方向上突出或退回并穿刺内腔表面的针以及磁铁，在对上述磁铁施加上述旋转磁场时该胶囊型医疗装置向该旋转磁场的方向旋转；失步动作检测单元，其在上述针相对于上述内腔表面倾斜地突出并穿刺上述内腔表面的情况下，检测失步动作，该失步动作是如下动作上述胶囊型医疗装置停止向上述旋转磁场的旋转方向旋转后上述胶囊型医疗装置以大于上述旋转磁场的旋转速度的旋转速度进行反向旋转；以及磁场控制单元，其根据上述失步动作检测单元得到的检测结果来控制上述旋转磁场产生装置。
2.根据权利要求1所述的胶囊型医疗装置系统，其特征在于，还具备失步预测单元，该失步预测单元根据上述失步动作检测单元得到的检测结果来预测上述胶囊型医疗装置在下一个失步动作中的反向旋转发生时刻，上述磁场控制单元根据通过上述失步预测单元预测出的上述下一个失步动作中的反向旋转发生时刻，在上述反向旋转发生时刻的规定时间之前对上述旋转磁场产生装置进行控制。
3.根据权利要求2所述的胶囊型医疗装置系统，其特征在于，在上述下一个失步动作中的反向旋转发生时刻的规定时间之前，上述磁场控制单元控制上述旋转磁场产生装置以停止产生磁场。
4.根据权利要求2所述的胶囊型医疗装置系统，其特征在于，在上述下一个失步动作中的反向旋转发生时刻的规定时间之前，上述磁场控制单元控制上述旋转磁场产生装置以停止磁场的旋转。
5.根据权利要求2所述的胶囊型医疗装置系统，其特征在于，在上述下一个失步动作中的反向旋转发生时刻的规定时间之前，上述磁场控制单元控制上述旋转磁场产生装置以使上述旋转磁场的旋转速度降低。
6.根据权利要求2所述的胶囊型医疗装置系统，其特征在于，上述失步动作检测单元检测在上述反向旋转发生时刻之前上述胶囊型医疗装置停止旋转的旋转停止时刻，上述失步预测单元根据上述失步动作检测单元得到的检测结果来预测上述胶囊型医疗装置在下一个失步动作中的反向旋转发生时刻前的旋转停止时刻，上述磁场控制单元将上述规定时间设为从上述下一个失步动作中的反向旋转发生时刻追溯到上述下一个旋转停止时刻为止的期间。
7.根据权利要求2所述的胶囊型医疗装置系统，其特征在于，上述旋转磁场的旋转速度为固定速度，上述失步预测单元求出上述失步动作检测单元检测出的两次以上的相邻的失步动作中的上述反向旋转发生时刻之间的失步发生周期，根据该失步发生周期来预测上述胶囊型医疗装置在下一个失步动作中的反向旋转发生时刻。
8.根据权利要求2所述的胶囊型医疗装置系统，其特征在于，还具备旋转角度检测单元，该旋转角度检测单元检测上述胶囊型医疗装置的旋转角度，上述失步动作检测单元根据上述旋转角度检测单元检测出的上述胶囊型医疗装置的旋转角度的变化来检测上述失步动作。
9.根据权利要求8所述的胶囊型医疗装置系统，其特征在于， 上述胶囊型医疗装置具备依次获取生物体内图像的图像获取单元，上述旋转角度检测单元根据从上述图像获取单元依次输出的按时间序列相邻的生物体内图像之间的差异，来检测上述胶囊型医疗装置的旋转角度。
10.根据权利要求8所述的胶囊型医疗装置系统，其特征在于，上述旋转角度检测单元是设置于上述胶囊型医疗装置内的陀螺传感器。
11.根据权利要求2所述的胶囊型医疗装置系统，其特征在于，还具备旋转速度检测单元，该旋转速度检测单元检测上述胶囊型医疗装置的旋转速度，上述失步动作检测单元根据上述旋转速度检测单元检测出的上述胶囊型医疗装置的旋转速度的变化来检测上述失步动作。
12.根据权利要求11所述的胶囊型医疗装置系统，其特征在于， 上述胶囊型医疗装置具备依次获取生物体内图像的图像获取单元，上述旋转速度检测单元根据从上述图像获取单元依次输出的按时间序列相邻的生物体内图像之间的差异，来检测上述胶囊型医疗装置的旋转速度。
13.根据权利要求11所述的胶囊型医疗装置系统，其特征在于，上述旋转速度检测单元是设置于上述胶囊型医疗装置内的陀螺传感器。
14.根据权利要求2所述的胶囊型医疗装置系统，其特征在于，还具备角加速度检测单元，该角加速度检测单元检测上述胶囊型医疗装置的角加速度，上述失步动作检测单元根据上述角加速度检测单元检测出的上述胶囊型医疗装置的角加速度的变化来检测上述失步动作。
15.根据权利要求14所述的胶囊型医疗装置系统，其特征在于， 上述胶囊型医疗装置具备依次获取生物体内图像的图像获取单元，上述角加速度检测单元根据从上述图像获取单元依次输出的按时间序列相邻的三个生物体内图像之间的差异，来检测上述胶囊型医疗装置的角加速度。
16.根据权利要求14所述的胶囊型医疗装置系统，其特征在于，上述角加速度检测单元是设置于上述胶囊型医疗装置内的陀螺传感器。
17.根据权利要求2所述的胶囊型医疗装置系统，其特征在于， 还具备磁场放出部，其设置于上述胶囊型医疗装置内，从该胶囊型医疗装置向外部方向放出磁场；磁场检测部，其设置于上述胶囊型医疗装置外的周围，检测从上述磁场放出部放出的磁场；以及旋转检测单元，其根据上述磁场检测部检测出的磁场来检测上述胶囊型医疗装置的旋转状态，其中，上述失步动作检测单元根据由上述旋转检测单元检测出的上述胶囊型医疗装置的旋转状态来检测上述失步动作。
18.根据权利要求1所述的胶囊型医疗装置系统，其特征在于，上述磁场控制单元根据上述失步动作检测单元已检测出上述胶囊型医疗装置进行反向旋转前的旋转停止，来控制上述旋转磁场产生装置。
19.根据权利要求1所述的胶囊型医疗装置系统，其特征在于，上述胶囊型医疗装置在上述针的穿刺状态稳定的状态下，从上述针喷出药液。
全文摘要
通过在期望的三维方向上旋转的旋转磁场而使被导入生物体内的胶囊型医疗装置进行旋转、并向内腔表面穿刺设置于胶囊型医疗装置内的针，在该情况下，通过失步动作检测单元检测在胶囊型医疗装置停止向旋转磁场的旋转方向旋转后以大于旋转磁场的旋转速度的旋转速度进行反向旋转的失步动作，根据失步动作检测单元得到的检测结果来控制产生旋转磁场的旋转磁场产生装置。
文档编号A61B5/07GK102196763SQ201080002991
公开日2011年9月21日 申请日期2010年1月27日 优先权日2009年1月28日
发明者田中慎介 申请人:奥林巴斯医疗株式会社