位置検出システム、医療装置誘導システムおよび位置検出方法
【課題】外部からの電力供給により交番磁界を発生する一のマーカと、該交番磁界の周波数と同一またはその近傍に共振周波数を有する共振回路を備えた他のマーカとが共に存在した場合であっても、一のマーカの位置または方向を正確に検出する。
【解決手段】外部からの電力供給により第１の位置算出用周波数を有する第１の交番磁界を発生する第１のマーカ４と、位置算出用周波数と同一の共振周波数を有する磁気誘導コイル５を搭載した第２のマーカ３と、該第２のマーカ３の作動範囲の外部に配置され、第１の位置算出用周波数において磁界を検出する磁界検出部１３と、検出された磁界から、第１の位置算出用周波数を有するとともに第１の交番磁界と同一の位相を有する第１の検出磁界成分を抽出する抽出部２４と、抽出された第１の検出磁界成分の強度に基づいて第１のマーカ４の位置および方向の少なくとも一方を算出する位置方向解析部２２とを備える位置検出システム１を提供する。
【解決手段】外部からの電力供給により第１の位置算出用周波数を有する第１の交番磁界を発生する第１のマーカ４と、位置算出用周波数と同一の共振周波数を有する磁気誘導コイル５を搭載した第２のマーカ３と、該第２のマーカ３の作動範囲の外部に配置され、第１の位置算出用周波数において磁界を検出する磁界検出部１３と、検出された磁界から、第１の位置算出用周波数を有するとともに第１の交番磁界と同一の位相を有する第１の検出磁界成分を抽出する抽出部２４と、抽出された第１の検出磁界成分の強度に基づいて第１のマーカ４の位置および方向の少なくとも一方を算出する位置方向解析部２２とを備える位置検出システム１を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置検出システム、医療装置誘導システムおよび位置検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、外部からの電力供給により交番磁界を発生するマーカを体腔内に挿入し、該マーカの発生した交番磁界を体外において検出することにより、体腔内におけるマーカの位置を検出する位置検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
また、外部からの位置検出用の磁界を作用させ、被検者の体内に投入されたカプセル型医療装置内に配置される磁気誘導コイルにおいて発生した誘導磁界の絶対値強度を検出することにより、カプセル型医療装置の位置および方向を検出するカプセル型医療装置の位置検出システムも知られている（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−８１３０３号公報
【非特許文献１】徳永他７名，「ＬＣ共振型磁気マーカを用いた高精度位置検出システム」，日本応用磁気学会誌，Ｖｏｌ．２９，Ｎｏ．２，２００５，ｐ１５３〜１５６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、外部からの電力供給により交番磁界を発生する一のマーカと、該交番磁界の周波数の近傍に共振周波数を有する共振回路を備えた他のマーカとが共に存在した場合、一のマーカが発生した交番磁界により、他のマーカの共振回路から誘導磁界が発生する。これにより、該交番磁界の周波数において単に磁界の絶対値強度を検出したのでは、誘導磁界も同時に検出することになるため、検出される磁界強度が、交番磁界のみを検出した場合とは相違する。その結果、一のマーカの位置または方向を正確に算出することが困難であった。
【０００５】
本発明は、外部からの電力供給により交番磁界を発生する一のマーカと、該交番磁界の周波数と同一またはその近傍に共振周波数を有する共振回路を備えた他のマーカとが共に存在した場合であっても、一のマーカの位置または方向を正確に検出することができる位置検出システム、医療装置誘導システムおよび位置検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、外部からの電力供給により第１の位置算出用周波数を有する第１の交番磁界を発生する第１のマーカと、前記位置算出用周波数と同一の共振周波数を有する磁気誘導コイルを搭載した第２のマーカと、該第２のマーカの作動範囲の外部に配置され、前記第１の位置算出用周波数において磁界を検出する磁界検出部と、該磁界検出部で検出された磁界から、前記第１の位置算出用周波数を有するとともに前記第１の交番磁界と同一の位相を有する第１の検出磁界成分を抽出する抽出部と、該抽出部により抽出された前記第１の検出磁界成分の強度に基づいて前記第１のマーカの位置および方向の少なくとも一方を算出する位置方向解析部とを備える位置検出システムを提供する。
【０００７】
本発明によれば、第１のマーカが、外部からの電力供給により第１の位置算出用周波数を有する第１の交番磁界を発生する。第２のマーカに搭載された磁気誘導コイルは、第１のマーカから発生した第１の交番磁界を受ける。磁気誘導コイルを含む回路の共振周波数が、第１の位置算出用周波数と同一であるため、磁気誘導コイルは第１の交番磁界を受けて誘導磁界を発生する。そして、磁界検出部は、第１の位置算出用周波数において、第１の交番磁界と誘導磁界とが混合した磁界を検出する。
【０００８】
抽出部は、磁界検出部で検出された磁界から、第１の位置算出用周波数を有するとともに第１の交番磁界と同一の位相を有する第１の検出磁界成分を抽出する。位置方向解析部は、抽出部により抽出された第１の検出磁界成分の強度に基づいて、第１のマーカの位置および方向の少なくとも一方を算出する。
【０００９】
ここで、第１の交番磁界を受けて磁気誘導コイルから発生した誘導磁界は、第１の位置算出用周波数を有するとともに第１の交番磁界に対してπ／２ずれた位相を有する。一方、第１の検出磁界成分は、第１の交番磁界と同一の周波数および同一の位相を有する磁界成分である。
【００１０】
そのため、第１の検出磁界成分は、検出された磁界のうち、誘導磁界に係る情報を含まず、第１の交番磁界に係る情報のみを含む。よって、抽出部は、磁界検出部で検出された磁界から、第１の交番磁界に係る情報のみを抽出できる。これにより、位置方向解析部は、第１のマーカから発生した第１の交番磁界に係る強度の情報のみを用いて、第１のマーカの位置および方向の少なくとも一方を算出することができる。
【００１１】
その結果、外部からの電力供給により磁界を発生する第１のマーカと、磁気誘導コイルを有する第２のマーカとが共存した場合においても、誘導磁界に影響されることなく、第１のマーカの位置または方向を精度よく算出することができる。
【００１２】
上記発明においては、前記抽出部が、前記磁界検出部で検出された磁界から、前記第１の位置算出用周波数を有するとともに前記第１の交番磁界の位相に対してπ／２ずれた位相を有する第２の検出磁界成分を抽出し、前記位置方向解析部が、さらに前記第２の検出磁界成分の強度に基づいて前記第２のマーカの位置および方向の少なくとも一方を算出することとしてもよい。
【００１３】
このようにすることで、抽出部は、磁界検出部で検出された磁界から、第１の検出磁界成分と第２の検出磁界成分とを抽出する。位置方向解析部は、抽出部により抽出された第１の検出磁界成分の強度に基づいて、第１のマーカの位置および方向の少なくとも一方を算出するとともに、抽出部により抽出された第２の検出磁界成分の強度に基づいて、第２のマーカの位置および方向の少なくとも一方を算出する。
【００１４】
ここで、第１の交番磁界を受けて磁気誘導コイルから発生した誘導磁界は、第１の交番磁界に対して、同一の周波数を有するとともに、π／２ずれた位相を有する。また、第２の検出磁界成分も、第１の交番磁界に対して、同一の周波数を有するとともに、π／２ずれた位相を有する磁界成分である。そのため、第２の検出磁界成分は、第１の交番磁界の情報を含まず、誘導磁界の情報のみを含む。よって、抽出部は、磁界検出部で検出された磁界から、誘導磁界の情報のみを抽出できる。
【００１５】
これにより、位置方向解析部は、第２のマーカから発生した誘導磁界の強度情報のみを用いて、第２のマーカの位置および方向の少なくとも一方を算出することができる。
その結果、外部からの電力供給により磁界を発生する第１のマーカと、磁気誘導コイルを有する第２のマーカとが共存した場合においても、第１のマーカおよび第２のマーカの両方について、位置および方向の少なくとも一方を同時に精度よく算出することができる。
【００１６】
また、上記発明においては、前記第２のマーカの作動範囲の外部に配置され、前記第１の位置算出用周波数を有するとともに、前記第１の交番磁界と同一の位相を有する第２の交番磁界を発生する磁界発生部を備え、前記位置方向解析部が、前記第１の交番磁界の発生時に抽出された前記第１の検出磁界成分の強度と前記第１の交番磁界の発生前に抽出された前記第１の検出磁界成分の強度との差分に基づいて前記第１のマーカの位置および方向の少なくとも一方を算出することとしてもよい。
【００１７】
このようにすることで、第２のマーカの作動範囲の外部に配置された磁界発生部が、第２の交番磁界を発生する。第１の交番磁界および第２の交番磁界は、周波数および位相ともに同一であるため、磁気誘導コイルは、第１の交番磁界および第２の交番磁界を受けて誘導磁界を発生する。磁界検出部は、第１の位置算出用周波数において、第１の交番磁界と第２の交番磁界と誘導磁界とが混合した磁界を検出する。
【００１８】
第１の交番磁界の発生時における第１の検出磁界成分は、第１の交番磁界および第２の交番磁界の情報を含む。一方、第１の交番磁界の発生前に抽出された第１の検出磁界成分は、第２の交番磁界の情報のみを含む。したがって、位置方向解析部の作動により、これらの差分を演算することにより、第１の交番磁界の強度の情報のみが得られる。
【００１９】
第２の検出磁界成分は、上述した理由と同様の理由から、第１の交番磁界および第２の交番磁界の情報を含まず、誘導磁界の情報のみを含む。よって、抽出部は、磁界検出部で検出された磁界から、誘導磁界の情報のみを抽出できる。これにより、位置方向解析部は、第１の交番磁界の強度の情報のみを用いて、第１のマーカの位置および方向の少なくとも一方を算出し、第２のマーカから発生した誘導磁界の強度情報のみを用いて、第２のマーカの位置および方向の少なくとも一方を算出することができる。
【００２０】
その結果、外部からの電力供給により磁界を発生する第１のマーカと、磁気誘導コイルを有する第２のマーカとが共存した場合においても、第１のマーカおよび第２のマーカの両方について、位置および方向の少なくとも一方を同時に精度よく算出することができる。また、第１の交番磁界に加えて第２の交番磁界も、第２のマーカから誘導磁界を発生させているので、誘導磁界の強度を大きくすることができる。
【００２１】
また、上記発明においては、前記第２のマーカの作動範囲の外部に配置され、前記第１の位置算出用周波数の近傍であって、前記第１の位置算出用周波数を挟み該第１の位置算出用周波数に対して所定の周波数だけ離れた少なくとも一組の第２の位置算出用周波数を有する第２の交番磁界を発生する磁界発生部を備え、前記磁界検出部が、さらに前記第２の位置算出用周波数において磁界を検出し、前記抽出部が、前記磁界検出部で検出された磁界から、前記一組の第２の位置算出用周波数を有する少なくとも一組の第２の検出磁界成分の強度の差分を抽出し、前記位置方向解析部が、さらに抽出された前記差分に基づいて前記第２のマーカの位置および方向の少なくとも一方を算出することとしてもよい。
【００２２】
第２のマーカの作動範囲の外部に配置された磁界発生部は、第２の交番磁界を発生する。磁気誘導コイルは、第１の交番磁界を受けて第１の位置算出用周波数を有する誘導磁界を発生し、第２の交番磁界を受けて第２の位置算出用周波数を有する誘導磁界を発生する。磁界検出部は、第１の位置算出用周波数において、第１の交番磁界と、第１の交番磁界により発生した誘導磁界とが混合した磁界を検出し、第２の位置算出用周波数において、第２の交番磁界と、第２の交番磁界により発生した誘導磁界とが混合した磁界を検出する。
【００２３】
抽出部は、磁界検出部で検出された磁界から、第１の検出磁界成分の強度と、少なくとも一組の第２の検出磁界成分の強度の差分とを抽出する。位置方向解析部は、抽出部により抽出された第１の検出磁界成分の強度に基づいて、第１のマーカの位置および方向の少なくとも一方を算出するとともに、さらに抽出された少なくとも一組の第２の検出磁界成分の強度の差分に基づいて、第２のマーカの位置および方向の少なくとも一方を算出する。
【００２４】
ここで、第２の交番磁界を受けて磁気誘導コイルから発生した誘導磁界は、一組の第２の位置算出用周波数を有するとともに、それぞれの周波数において第２の交番磁界に対する強度の大小が互いに異なっている。一方、第２の検出磁界成分は、第２の位置算出用周波数を有する磁界成分であるため、第２の交番磁界と同一の周波数を有している。
【００２５】
そのため、第２の検出磁界成分は、第１の交番磁界の情報を含まず、第２の交番磁界と第２の交番磁界により発生した誘導磁界（以後、第２の交番磁界に係る誘導磁界とする）の情報のみを含む。よって、抽出部は、一組の第２の検出磁界成分の強度の差分を演算することにより、磁界検出部で検出された磁界から、第２の交番磁界の強度の情報を減じて第２の交番磁界に係る誘導磁界の強度の情報を多く抽出できる。
【００２６】
これにより、位置方向解析部は、第２の交番磁界に係る誘導磁界の強度の情報を用いて、第２のマーカの位置および方向の少なくとも一方を算出することができる。その結果、外部からの電力供給により磁界を発生する第１のマーカと、磁気誘導コイルを有する第２のマーカとが共存した場合においても、第１のマーカおよび第２のマーカの両方について、位置および方向の少なくとも一方を同時に精度よく算出することができる。
【００２７】
また、上記発明においては、前記第２の検出磁界成分の強度が絶対値強度であることとしてもよい。
第２の検出磁界成分の絶対値強度は、第２の交番磁界と第２の交番磁界に係る誘導磁界の情報のみを含む。よって、抽出部は、一組の第２の検出磁界成分の強度の差分を演算することにより、磁界検出部で検出された磁界から、第２の交番磁界の強度の情報を減じて第２の交番磁界に係る誘導磁界の強度の情報を多く抽出できる。
【００２８】
また、上記発明においては、前記第２のマーカがカプセル医療装置に設けられていることとしてもよい。
また、上記発明においては、前記第１のマーカが内視鏡の先端部に設けられていることとしてもよい。
【００２９】
また、本発明は、上記いずれかの位置検出システムを備え、前記第２のマーカが、さらに磁界作用部を備え、該磁界作用部に作用させる推進用磁界を発生させる推進用磁界発生部と、前記位置方向解析部により算出された前記第２のマーカの位置および方向の少なくとも一方に基づいて、前記推進用磁界の強度および方向を制御する推進用磁界制御部とを備える医療装置誘導システムを提供する。
【００３０】
本発明によれば、推進用磁界発生部は、第２のマーカの磁界作用部に作用させる推進用磁界を発生させる。推進用磁界制御部は、位置方向解析部により算出された第２のマーカの位置および方向の少なくとも一方に基づいて、推進用磁界発生部を制御して、推進用磁界の強度および方向を制御する。その結果、第２のマーカの位置または方向に基づいて、第２のマーカの推進を制御することができる。
【００３１】
また、本発明は、外部からの電力供給により第１のマーカが第１の位置算出用周波数を有する第１の交番磁界を発生する磁界発生ステップと、磁気誘導コイルを搭載した第２のマーカが前記第１の交番磁界を受けて誘導磁界を発生する誘導磁界発生ステップと、前記第１の位置算出用周波数において磁界を検出する磁界検出ステップと、検出された磁界から、前記第１の位置算出用周波数を有するとともに前記第１の位置算出用周波数において第１の交番磁界と同一の位相を有する第１の検出磁界成分を抽出する抽出ステップと、抽出された前記第１の検出磁界成分の強度に基づいて前記第１のマーカの位置および方向の少なくとも一方を算出する位置方向解析ステップとを有する位置検出方法を提供する。
【００３２】
上記発明においては、前記抽出ステップが、検出された磁界から、前記第１の位置算出用周波数を有するとともに前記第１の交番磁界の位相に対してπ／２ずれた位相を有する第２の検出磁界成分を抽出するステップを有し、前記位置方向解析ステップが、さらに抽出された前記第２の検出磁界成分の強度に基づいて前記第２のマーカの位置および方向の少なくとも一方を算出するステップを有することとしてもよい。
【００３３】
また、上記発明においては、前記磁界発生ステップが、前記第１の位置算出用周波数を有するとともに、前記第１の交番磁界と同一の位相を有する第２の交番磁界を発生するステップを有し、前記誘導磁界発生ステップが、前記第２のマーカが前記第２の交番磁界を受けて誘導磁界を発生するステップを有し、前記位置方向解析ステップが、前記第１の交番磁界の発生時に抽出された前記第１の検出磁界成分の強度と前記第１の交番磁界の発生前に抽出された前記第１の検出磁界成分の強度との差分に基づいて前記第１のマーカの位置および方向の少なくとも一方を算出するステップであることとしてもよい。
【００３４】
また、上記発明においては、前記磁界発生ステップが、前記第１の位置算出用周波数の近傍であって、前記第１の位置算出用周波数を挟み該第１の位置算出用周波数に対して所定の周波数だけ離れた少なくとも一組の第２の位置算出用周波数を有する第２の交番磁界を発生するステップを有し、前記誘導磁界発生ステップが、前記第２のマーカが前記第２の交番磁界を受けて誘導磁界を発生するステップを有し、前記磁界検出ステップが、前記第２の位置算出用周波数において磁界を検出するステップを有し、前記抽出ステップが、検出された磁界から、前記一組の第２の位置算出用周波数を有する少なくとも一組の第２の検出磁界成分の強度の差分を抽出するステップを有し、前記位置方向解析ステップが、さらに抽出された前記差分に基づいて前記第２のマーカの位置および方向の少なくとも一方を算出するステップを有することとしてもよい。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、外部からの電力供給により交番磁界を発生する一のマーカと、該交番磁界の周波数と同一またはその近傍に共振周波数を有する共振回路を備えた他のマーカとが共に存在した場合であっても、一のマーカの位置または方向を正確に検出することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る位置検出システム１について、図１〜図３を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る位置検出システム１は、体腔内に挿入される挿入部２ａを有する内視鏡装置２と、体腔内に投入されるカプセル医療装置３とを含む医療装置誘導システムに備えられるシステムであって、内視鏡装置２の挿入部２ａの先端位置に備えられるマーカコイル（第１のマーカ）４と、カプセル医療装置３に備えられる磁気誘導コイル（第２のマーカ）５と、マーカコイル４の位置を検出する位置検出装置６と、これらを制御する制御部７と、位置検出装置６による検出結果を表示する表示装置８とを備えている。
【００３７】
内視鏡装置２には、図２に示されるように、制御部７からの指示信号を受けて、マーカコイル４に第１の交番磁界を発生させるマーカ駆動回路９が設けられている。マーカ駆動回路９は、マーカコイル４により発生する第１の交番磁界の磁界波形を記憶する波形データメモリ１０、Ｄ／Ａ変換器１１および増幅器１２を備えている。
前記マーカコイル４は、マーカ駆動回路９により駆動されることにより、第１の位置算出用周波数ｆ０を有する第１の交番磁界を発生するようになっている。
【００３８】
カプセル医療装置３には、前記磁気誘導コイル５を含み、第１の位置算出用周波数ｆ０を共振周波数とする共振回路が備えられている。磁気誘導コイル５は、外部からの交番磁界を受けて誘導磁界を発生するようになっている。
【００３９】
前記位置検出装置６は、内視鏡装置２およびカプセル医療装置３が挿入される被検者の体外に配置され、マーカコイル４および磁気誘導コイル５から発生される磁界を検出する磁界検出部１３と、磁界検出部１３により検出された磁界に基づいて内視鏡装置２およびカプセル医療装置３の位置および方向を算出する位置計算部１４とを備えている。
【００４０】
前記磁界検出部１３は、複数のセンスコイル１３ａと、各センスコイル１３ａからの出力信号を受信する受信回路１３ｂとを備えている。
センスコイル１３ａは、空芯コイルであり、内視鏡装置２の挿入部２ａ先端およびカプセル医療装置３の作動空間に面して、９個１組が正方配列されている。
【００４１】
受信回路１３ｂは、内視鏡装置２の位置情報を含む交流電圧に含まれる高周波成分を取り除くローパスフィルタ（ＬＰＦ）１５、高周波成分を取り除かれた交流電圧を増幅するアンプ（ＡＭＰ）１６と、増幅された交流電圧の所定周波数帯域のみを通過させるバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１７と、バンドパスフィルタ１７を通過した交流電圧をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１８とを備えている。これにより、磁界検出部１３において検出された磁界は、デジタル信号からなる磁界信号として出力されるようになっている。
【００４２】
前記位置計算部１４は、磁界検出部１３の受信回路１３ｂから出力された磁界信号を記憶する第１のメモリ１９と、該磁界信号を周波数解析処理するＦＦＴ処理回路２０と、磁界信号の周波数解析処理結果から所定の磁界情報を抽出する抽出部２１と、抽出された磁界情報に基づいて内視鏡装置２およびカプセル医療装置３の位置および方向を算出する位置方向解析部２２と、算出された内視鏡装置２およびカプセル医療装置３の位置および方向を記憶する第２のメモリ２３とを備えている。
【００４３】
前記抽出部２１は、マーカ駆動回路９が発生した信号の周波数成分である第１の位置算出用周波数ｆ０を制御部７から受けて、磁界信号の周波数解析処理により得られた磁界情報のうち、第１の位置算出用周波数ｆ０を有する磁界情報を抽出する周波数選択部２４と、該周波数選択部２４により抽出された第１の位置算出用周波数ｆ０における磁界情報を記憶する第３のメモリ２５とを備えている。
【００４４】
ここで、第１の位置算出用周波数ｆ０における磁界情報とは、第１の位置算出用周波数ｆ０における磁界の絶対値、実数部（第１の検出磁界成分）および虚数部（第２の検出磁界成分）である。実数部は、第１の位置算出用周波数ｆ０を有しかつ前記第１の交番磁界と同一の位相を有する磁界成分であり、虚数部は、第１の位置算出用周波数ｆ０を有しかつ第１の交番磁界の位相に対してπ／２ずれた位相を有する磁界成分である。
【００４５】
前記位置方向解析部２２は、第３のメモリ２５に記憶されている磁界情報のうち、全てのセンスコイル１３ａにおいて検出された磁界の虚数部に基づいて、カプセル医療装置３の位置および方向を算出し、全てのセンスコイル１３ａにおいて検出された磁界の実数部およびキャリブレーション値に基づいて、内視鏡装置２先端の位置および方向を算出するようになっている。
【００４６】
前記制御部７は、各種入力を行う入力装置２６と、該入力装置２６により入力された磁気誘導コイル５の共振周波数に基づいてマーカコイル４から発生する磁界波形を計算する波形データ生成器２７と、入力された共振周波数を波形データ生成器２７へ転送する制御回路２８とを備えている。また、制御部７には、所定のクロック信号を発生するクロック２９と、クロック信号に基づいて周波数解析に用いる磁界信号の読出しタイミングを位置計算部１４のＦＦＴ処理回路２０に指示する読出しタイミング生成器３０と、クロック信号に基づいてトリガ信号を発生するトリガ発生器３１とが備えられている。
【００４７】
制御回路２８は、トリガ発生器３１に対し、読出しタイミング生成器３０およびマーカ駆動回路９へのトリガ信号を発生させるようになっている。また、前記波形データ生成器２７は、生成した磁界波形をマーカ駆動回路９の波形データメモリ１０に転送するようになっている。
【００４８】
このように構成された本実施形態に係る位置検出システム１を用い内視鏡装置２の先端およびカプセル医療装置３の位置検出方法について、以下に説明する。
本実施形態に係る位置検出システム１により内視鏡装置２の先端およびカプセル医療装置３の位置および方向を検出するには、内視鏡装置２の先端のマーカコイル４およびカプセル医療装置３内の磁気誘導コイル５の位置および方向を検出する。
【００４９】
まず、マーカコイル４から発生する磁界波形を生成し、マーカ駆動回路９の波形データメモリ１０内に記憶する。次いで、各センスコイル１３ａについてキャリブレーションを行い、キャリブレーション値の取得と読出しタイミングの設定を行う。その後、取得されたキャリブレーション値および設定された読出しタイミングに基づいてマーカコイル４および磁気誘導コイル５の位置および方向を算出する実測定を行う。
【００５０】
磁界波形の生成は、図３に示されるように、入力装置２６から磁気誘導コイル５の共振周波数を入力し（ステップＳ１）、制御回路２８が入力された共振周波数を波形データ生成器２７へ転送する（ステップＳ２）ことにより開始される。波形データ生成器２７においては、送られてきた磁気誘導コイル５の共振周波数に基づいてマーカコイル４から発生する磁界波形が算出され（ステップＳ３）、算出された波形データがマーカ駆動回路９の波形データメモリ１０内に記憶される（ステップＳ４）。
【００５１】
キャリブレーションは、図４および図５に示されるように、内視鏡装置２の挿入部２ａ先端が体腔内に挿入され、カプセル医療装置３が体腔内に投入されていない状態で、入力装置２６からキャリブレーションの指示が入力されることにより開始される（ステップＳ１１）。制御回路２８は、マーカ駆動回路９および読出しタイミング生成器３０に対してトリガ信号を発生するようにトリガ発生器３１に指示を与える。これによりトリガ発生器３１からトリガ信号が発せられる（ステップＳ１２）。
【００５２】
トリガ信号を受けたマーカ駆動回路９は、波形データメモリ１０内に記憶されている波形データに基づいて、磁界発生駆動信号をクロック２９からのクロック信号に同期して順次生成し、マーカコイル４に出力する。マーカコイル４は入力された磁界発生駆動信号により第１の交番磁界を発生する（ステップＳ１３）。
【００５３】
受信回路１３ｂは、各センスコイル１３ａで検出したマーカコイル４からの第１の交番磁界に係る磁界信号を受信して、ローパスフィルタ１５によるローパスフィルタ処理、増幅器１６による増幅処理およびバンドパスフィルタ１７によるバンドパスフィルタ処理を行った後に、クロック信号に同期してＡ／Ｄ変換を行う（ステップＳ１４）。
【００５４】
Ａ／Ｄ変換された磁界信号は、位置計算部１４の第１のメモリ１９に記憶される（ステップＳ１５）。そして、周波数解析処理を行うのに必要なデータ数が第１のメモリ１９内に蓄積されたか否かが判断され、蓄積された場合にはＦＦＴ処理回路２０により周波数解析処理が行われる（ステップＳ１６）。
【００５５】
周波数解析処理の結果に基づいて、周波数選択部２４は、マーカコイル４から発生させた第１の交番磁界の周波数である第１の位置算出用周波数ｆ０における磁界情報のみを抽出して第３のメモリ２５に記憶する（ステップＳ１７）。
制御回路２８は第３のメモリ２５に記憶された磁界情報を読み出し、虚数部の値を内部メモリ（図示略）に記憶する（ステップＳ１８）。
【００５６】
そして、制御回路２８は、読出しタイミング生成器３０で生成する読出しタイミングを１クロック分遅らせる指示を読出しタイミング生成器３０へ送る（ステップＳ１９）。
その後、ステップＳ１２〜Ｓ１９を繰り返しながら、制御回路２８は、第３のメモリ２５に記憶された磁界情報の虚数部と、内部メモリに記憶されている虚数部とを比較する。そして、制御回路２８は、ステップＳ１８で記憶する周波数解析処理結果の虚数部の値が最もゼロに近くなる読出しタイミングを実測定に使用する読出しタイミングとして読出しタイミング生成器３０に設定する（ステップＳ２０）。
【００５７】
このようにして、周波数解析処理結果の虚数部の値が最もゼロに近くなる読出しタイミングが読出しタイミング生成器３０に設定された状態で、キャリブレーション値の測定が行われる。
具体的には、制御回路２８がトリガ発生器３１にマーカ駆動回路９と読出しタイミング生成器３０へのトリガ信号の発生を指示する（ステップＳ２１）。そして、マーカ駆動回路９が波形データメモリ１０に記憶されている波形データに基づいて、磁界発生駆動信号をクロック信号に同期して順次発生し、マーカコイル４に出力する。マーカコイル４は、入力された磁界発生駆動信号により第１の交番磁界を発生する（ステップＳ２２）。
【００５８】
次いで、受信回路１３ｂが、全てのセンスコイル１３ａで受信したマーカコイル４からの磁界信号をローパスフィルタ処理、増幅処理およびバンドパスフィルタ処理し、クロック信号に同期してＡ／Ｄ変換を行う（ステップＳ２３）。Ａ／Ｄ変換された磁界信号は位置計算部１４の第１のメモリ１９に蓄えられる（ステップＳ２４）。
【００５９】
そして、ＦＦＴ処理回路２０が、全てのセンスコイル１３ａにより検出された磁界信号について、上記読出しタイミングで磁界信号を第１のメモリ１９から読み出し、周波数解析処理を行う（ステップＳ２５）。周波数解析処理の結果、得られた磁界情報のうち、第１の位置算出用周波数ｆ０における磁界強度の実数部、虚数部および絶対値のそれぞれの値を周波数選択部２４が抽出し（ステップＳ２６）、抽出された値をそれぞれのセンスコイル１３ａに対応したキャリブレーション値として第３のメモリ２５に記憶する（ステップＳ２７）。これによりキャリブレーション処理が終了し、この後に実測定が行われる。
【００６０】
次に、実測定は、図６〜図８に示されるように、体腔内に内視鏡装置２およびカプセル医療装置３が挿入配置された状態で（ステップＳ３１）、入力装置２６において実測定の開始が指示されることにより開始される（ステップＳ３２）。
制御回路２８は、トリガ発生器３１にマーカ駆動回路９および読出しタイミング生成器３０へのトリガ信号の発生を指示し、トリガ発生器３１がトリガ信号を発生する（ステップＳ３３）。
【００６１】
マーカ駆動回路９は、波形データメモリ１０内に記憶されている波形データに基づいて、磁界発生駆動信号をクロック信号に同期しながら順次生成し、マーカコイル４に出力する。マーカコイル４は入力された磁界発生駆動信号により第１の交番磁界を発生させる（ステップＳ３４）。
【００６２】
受信回路１３ｂは、各センスコイル１３ａで検出したマーカコイル４からの第１の交番磁界に係る磁界信号をローパスフィルタ１５によるローパスフィルタ処理、増幅器１６による増幅処理およびバンドパスフィルタ１７によるバンドパスフィルタ処理を行った後に、クロック信号に同期してＡ／Ｄ変換を行う（ステップＳ３５）。
【００６３】
Ａ／Ｄ変換された磁界信号は、位置計算部１４の第１のメモリ１９に記憶される（ステップＳ３６）。そして、周波数解析処理を行うのに必要なデータ数が第１のメモリ１９内に蓄積されたか否かが判断され、蓄積された場合にはＦＦＴ処理回路２０により周波数解析処理が行われる（ステップＳ３７）。その後、この周波数解析処理が全てのセンスコイル１３ａからのデータに対して行われたか否かが判断され（ステップＳ３８）、全てのセンスコイル１３ａからのデータが処理されていない場合にはステップＳ３２〜Ｓ３７が繰り返される。
【００６４】
全てのセンスコイル１３ａからのデータの周波数解析処理が行われた場合には、図７に示されるように、その処理結果に基づいて、周波数選択部２４は、マーカコイル４から発生させた第１の交番磁界の周波数における磁界情報のみを抽出し、第３のメモリ２５に記憶する（ステップＳ３９）。この処理は全てのセンスコイル１３ａからの磁界信号に対して行われる（ステップＳ４０）。
【００６５】
位置方向解析部２２は、第３のメモリ２５に記憶されている磁界情報の内、周波数解析処理結果の虚数部を第３のメモリ２５から読み出し（ステップＳ４１）、該虚数部に基づいて、磁気誘導コイル５の位置および向きを繰り返し演算により算出する（ステップＳ４２）。周波数解析処理の結果の虚数部には、マーカコイル４の発生する第１の交番磁界と同一の第１の位置算出用周波数ｆ０を有し、かつ、第１の交番磁界の位相に対してπ／２だけずれた位相を有する磁気誘導コイル５に発生した誘導磁界の磁界信号（第２の検出磁界成分）のみが含まれているので、この虚数部を抽出して用いることにより、磁気誘導コイル５の位置および方向を精度よく算出することができる。
算出された磁気誘導コイル５の位置および方向は、制御回路２８に送られて、表示装置８により表示される（ステップＳ４３）とともに、第２のメモリ２３に記憶される（ステップＳ４４）。
【００６６】
また、位置方向解析部２２は、全てのセンスコイル１３ａからの磁界信号の周波数解析処理の結果の実数部および記憶されていたキャリブレーション値を読み出して（ステップＳ４５，Ｓ４６）、図８に示されるように、その差分値を算出する（ステップＳ４７）。そして、算出された差分値に基づいてマーカコイル４の位置および方向が繰り返し演算により算出される（ステップＳ４８）。
【００６７】
周波数解析処理の結果の実数部には、マーカコイル４の発生する第１の交番磁界と同一の第１の位置算出用周波数ｆ０を有し、かつ、第１の交番磁界と同一の位相を有する磁界信号（第１の検出磁界成分）のみが含まれているので、この実数部を抽出して用いることにより、カプセル医療装置３がセンスコイル１３ａによる検出範囲内に存在していても、カプセル医療装置３の影響を受けることなく、マーカコイル４の位置および方向を精度よく算出することができる。
【００６８】
また、周波数解析処理の結果の実数部からキャリブレーション値を減算した差分に基づいてマーカコイル４の位置および方向を算出するので、カプセル医療装置３以外からの磁界の影響をもなくして、さらに精度よくマーカコイル４の位置および方向を算出することができる。
算出されたマーカコイル４の位置および方向は、制御回路２８に送られて、表示装置８により表示される（ステップＳ４９）とともに、第２のメモリ２３に記憶される（ステップＳ５０）。
【００６９】
そして、入力装置２６において位置検出終了の指示が入力されたか否かが確認され（ステップＳ５１）、入力された場合には、トリガ発生器３１からのトリガ信号の発生を終了させ、位置検出システム１の動作を停止する（ステップＳ５２）。一方、終了の指示が入力されていない場合には、ステップＳ２３に戻り、位置検出動作を継続する。
【００７０】
この場合において、磁気誘導コイル５およびマーカコイル４の位置および方向の繰り返し演算における初期値としては、前回に算出され第２のメモリ２３に記憶されている磁気誘導コイル５およびマーカコイル４の位置および方向の計算結果が利用される。これにより、繰り返し演算の収束時間を短縮し、位置および方向を迅速に算出することができる。
【００７１】
このように、本実施形態に係る位置検出システム１およびこれを用いた位置検出方法によれば、マーカコイル４からの信号と磁気誘導コイル５からの信号とを、両方の信号の位置情報に基づいて完全に分離することができる。その結果、マーカコイル４および磁気誘導コイル５の位置および向き、すなわち、体腔内に挿入した状態の内視鏡装置２の挿入部２ａの先端およびカプセル医療装置３の位置および方向を正確に求めることができる。
【００７２】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態に係る位置検出システム４０について、図９〜図１７を参照して以下に説明する。
本実施形態の説明において、上述した第１の実施形態に係る位置検出システム１と構成を共通とする箇所には同一符号を付して説明を省略する。
【００７３】
本実施形態に係る位置検出システム４０は、図９に示されるように、医療装置誘導システム１００に備えられている。医療装置誘導システム１００は、被験者の口部または肛門から体腔内に投入される内視鏡装置２およびカプセル医療装置３と、位置検出システム４０と、検出された位置および方向ならびに施術者の支持に基づきカプセル医療装置３を誘導する磁気誘導装置１０１と、カプセル医療装置３から送信された画像信号を表示する画像表示装置１０２とを備えている。
【００７４】
磁気誘導装置１０１は、図９に示すように、カプセル医療装置３を駆動する平行な外部磁界（回転磁界）を発生させる３軸ヘルムホルツコイルユニット（推進用磁界発生部）７１と、３軸ヘルムホルツコイルユニット７１に供給する電流を増幅制御するヘルムホルツコイルドライバ７２と、カプセル医療装置３を駆動する外部磁界の方向を制御する磁界制御回路（推進用磁界制御部）７３と、施術者が入力したカプセル医療装置３の進行方向を磁界制御回路７３に出力する入力装置７４とを備えている。
【００７５】
なお、本実施形態では、３軸ヘルムホルツコイルユニット７１と標記したが、ヘルムホルツコイルの条件を厳密に満たすものでなくてもよい。例えば、コイルは円形でなく、図１０に示されるように略四角をしていてもよく、また、対向するコイルの間隔も本実施形態の機能を満たす範囲でヘルムホルツコイルの条件から外れていてもかまわない。
【００７６】
３軸ヘルムホルツコイルユニット７１は、図９に示されるように、略矩形形状に形成されている。また、３軸ヘルムホルツコイルユニット７１は、互いに対向する３対のヘルムホルツコイル（電磁石）７１Ｘ，７１Ｙ，７１Ｚを備えるとともに、各対のヘルムホルツコイル７１Ｘ，７１Ｙ，７１Ｚが図９のＸ，Ｙ，Ｚ軸に対して略垂直となるように配置されている。Ｘ，Ｙ，Ｚ軸に対して略垂直に配置されたヘルムホルツコイルを順にそれぞれヘルムホルツコイル７１Ｘ，７１Ｙ，７１Ｚと表記する。
【００７７】
また、ヘルムホルツコイル７１Ｘ，７１Ｙ，７１Ｚは、その内部に略直方体状の空間Ｓを形成するように配置されている。空間Ｓは、図９に示されるように、カプセル医療装置３の作動空間（作動空間Ｓとも言う。）になるとともに、被検者が配置される空間にもなっている。
【００７８】
ヘルムホルツコイルドライバ７２は、それぞれヘルムホルツコイル７１Ｘ，７１Ｙ，７１Ｚを制御するヘルムホルツコイルドライバ７２Ｘ，７２Ｙ，７２Ｚを備えている。
磁界制御回路７３には、後述する位置検出システム４０からカプセル医療装置３の現在向いている方向（カプセル医療装置３の長手軸Ｒの方向）データが入力されるとともに、施術者が入力装置７４から入力したカプセル医療装置３の進行方向指示が入力されるようになっている。そして、磁界制御回路７３からは、ヘルムホルツコイルドライバ７２Ｘ，７２Ｙ，７２Ｚを制御する信号が出力されるとともに、画像表示装置８０にカプセル医療装置３の回転位相データが出力され、また、各ヘルムホルツコイルドライバ７２Ｘ，７２Ｙ，７２Ｚに供給する電流データが出力されるようになっている。
【００７９】
また、入力装置７４としては、例えば、ジョイスティック（図示略）を備え、ジョイスティックを倒すことによりカプセル医療装置３の進行方向を指示するようになっている。
なお、入力装置７４は、上述のようにジョイスティック方式のものを用いてもよいし、進行方向のボタンを押すことにより進行方向を指示する入力装置など、他の方式の入力装置を用いてもよい。
【００８０】
カプセル医療装置３は、図１０に示すように、その内部に各種の機器を収納する外装１１０と、被験者１の体腔内管路の内壁面を撮像する撮像部１２０と、撮像部１２０を駆動する電池１３０と、後述する磁界発生装置４１により交流磁界を発生させる誘導磁界発生部１４０と、磁気誘導装置７０で発生する外部磁界を受け、カプセル医療装置３を駆動する永久磁石（磁界作用部）１５０とを備えている。
【００８１】
外装１１０は、カプセル医療装置３の長手軸Ｒを中心軸とする赤外線を透過する円筒形状のカプセル本体（以下、単に本体と略記）１１１と、本体１１１の前端を覆う透明な半球形状の先端部１１２と、本体の後端を覆う半球形状の後端部１１３とから構成され、水密構造で密閉されたカプセル容器を形成している。
【００８２】
また、外装１１０の本体１１１の外周面には、長手軸Ｒを中心として断面円形の線材を螺旋状に巻いた螺旋部１１４が備えられている。
磁気誘導装置７０で発生させた回転する外部磁界を受け、永久磁石１５０が回転させられると、本体１１１とともに螺旋部１１４が長手軸Ｒ回りに回転させられる結果、螺旋部１１４により本体１１１の長手軸Ｒ回りの回転運動が長手軸Ｒに沿う方向の直線運動に変換され、管腔内でカプセル医療装置３を長手軸Ｒ方向に誘導することができるようになっている。
【００８３】
撮像部１２０は、長手軸Ｒに対して略垂直に配置された基板１２０Ａと、基板１２０Ａの先端部１１２側の面に配置されたイメージセンサ１２１と、被験者の体腔内管路の内壁面の画像をイメージセンサ１２１に結像させるレンズ群１２２と、体腔内管路の内壁面を照明するＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）１２３と、基板１２０Ａの後端部１１３側の面に配置された信号処理部１２４と、画像信号を画像表示装置１０２に発信する無線素子１２５とを備えている。
【００８４】
信号処理部１２４は、電池１３０に電気的に接続されているとともに、イメージセンサ１２１およびＬＥＤ１２３と電気的に接続されている。また、信号処理部１２４は、イメージセンサ１２１が取得した画像信号を圧縮して一時的に格納（メモリ）し、圧縮した画像信号を無線素子１２５から外部に送信するとともに、後述するスイッチ部１２６からの信号に基づきイメージセンサ１２１およびＬＥＤ１２３のオン・オフを制御している。
【００８５】
イメージセンサ１２１は、先端部１１２およびレンズ群１２２を介して結像された画像を電気信号（画像信号）に変換して信号処理部１２４へ出力している。このイメージセンサ１２１としては、例えば、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）やＣＣＤを用いることができる。
また、ＬＥＤ１２３は、基板１２０Ａより先端部１１２側に配置された支持部材１２８に、長手軸Ｒを中心として周方向に間隔をあけて複数配置されている。
画像表示装置１０２は、カプセル医療装置３から送られてくる画像データを受信する画像受信回路８１と、受信された画像データを表示する表示装置８とを備えている。
【００８６】
永久磁石１５０は、信号処理部１２４の後端部１１３側に配置されている。永久磁石１５０は、長手軸Ｒに対して直行方向に磁化方向（磁極）を有するように配置または着磁されている。
永久磁石１５０の後端部１１３側には、スイッチ部１２６が備えられている。スイッチ部１２６は赤外線センサ１２７を有し、信号処理部１２４および電池１３０と電気的に接続されている。
【００８７】
また、スイッチ部１２６は長手軸Ｒを中心として周方向に等間隔に複数配置されるとともに、赤外線センサ１２７が直径方向外側に面するように配置されている。本実施形態においては、スイッチ部１２６が４つ配置されている例を説明するが、スイッチ部１２６の数は４つに限られることなく、その個数がいくつであってもよい。
【００８８】
無線素子１２５の後端部１１３側に配置された誘導磁界発生部１４０は、中心軸が長手軸Ｒと略一致する円柱形状に形成されたフェライトからなる芯部材（磁性体コア）１４１と、芯部材１４１の外周部に配置された磁気誘導コイル５と、磁気誘導コイル５と電気的に接続され、共振回路を形成するコンデンサ（図示略）とから形成されている。
また、芯部材１４１はフェライトの他、磁性材料が適しており、鉄、ニッケル、パーマロイ、コバルトなどを使用することもできる。
【００８９】
本実施形態に係る位置検出システム４０は、図９〜図１２に示されるように、磁気誘導コイル５の作動範囲の外部に配置され、前記第１の位置算出用周波数ｆ０を有するとともに、前記第１の交番磁界と同一の位相を有する第２の交番磁界を発生する磁界発生装置４１および磁界発生装置駆動回路４２を備える点および位置方向解析部２２における演算処理において、上述した第１の実施形態に係る位置検出システム１と相違している。図１２中、符号４３は波形データメモリ、符号４４はＤ／Ａ変換器、符号４５は増幅器、符号５５は磁界発生装置４１を選択するセレクタ、符号５６はセンスコイル１３ａを選択するセンスコイルセレクタである。
【００９０】
図１１および図１２に本実施形態に係る位置検出システム４０を簡略化して示す。
本実施形態に係る位置検出システム４０により、内視鏡装置２の先端のマーカコイル４およびカプセル医療装置３内の磁気誘導コイル５の位置および方向を検出するには、第１の実施形態と同様にして、発生する第１，第２の交番磁界の波形データを生成して波形データメモリ１０，４３に記憶し、カプセル医療装置３が作動範囲内に存在しない状態で、キャリブレーションを行う。
【００９１】
マーカコイル４から第１の交番磁界を発生するのみならず磁界発生装置４１からも第２の交番磁界を発生するので、生成された磁界波形データは、マーカ駆動回路９および磁界発生装置駆動回路４２の波形データメモリ１０，４３にそれぞれ転送される。なお、マーカコイル４および磁界発生装置４１から発生する第１，第２の交番磁界は、磁気誘導コイル５の共振周波数である第１の位置算出用周波数ｆ０に一致し、かつ同一の位相を有している。
【００９２】
キャリブレーションは、図１３および図１４に示されるように、内視鏡装置２の挿入部２ａ先端が体腔内に挿入され、カプセル医療装置３が体腔内に投入されていない状態で、入力装置２６からキャリブレーションの指示が入力されることにより開始される（ステップＳ４１）。制御回路２８は、磁界発生装置駆動回路４２および読出しタイミング生成器３０に対してトリガ信号を発生するようにトリガ信号発生器３１に指示を与える。これによりトリガ信号発生器３１からトリガ信号が発せられる（ステップＳ４２）。
【００９３】
トリガ信号を受けた磁界発生装置駆動回路４２は、波形データメモリ４３内に記憶されている波形データに基づいて、磁界発生駆動信号をクロック２９からのクロック信号に同期して順次生成し、磁界発生装置４１に出力する。磁界発生装置４１は入力された磁界発生駆動信号により第２の交番磁界を発生する（ステップＳ４３）。
【００９４】
受信回路１３ｂは、各センスコイル１３ａで検出した磁界発生装置４１からの第２の交番磁界に係る磁界信号を受信して、ローパスフィルタ処理、増幅処理およびバンドパスフィルタ処理を行った後に、クロック信号に同期してＡ／Ｄ変換を行う（ステップＳ４４）。
【００９５】
Ａ／Ｄ変換された磁界信号は、位置計算部１４の第１のメモリ１９に記憶される（ステップＳ４５）。そして、周波数解析処理を行うのに必要なデータ数が第１のメモリ１９内に蓄積されたか否かが判断され、蓄積された場合にはＦＦＴ処理回路２０により周波数解析処理が行われる（ステップＳ４６）。
【００９６】
周波数解析処理の結果に基づいて、周波数選択部２４は、磁界発生装置４１から発生させた第２の交番磁界の周波数である第１の位置算出用周波数ｆ０における磁界情報のみを抽出して第３のメモリ２５に記憶する（ステップＳ４７）。
制御回路２８は第３のメモリ２５に記憶された磁界情報を読み出し、虚数部の値を記憶する（ステップＳ４８）。
【００９７】
そして、制御回路２８は、読出しタイミング生成器３０で生成する読出しタイミングを１クロック分遅らせる指示を読出しタイミング生成器３０へ送る（ステップＳ４９）。
その後、ステップＳ４２〜Ｓ４９を繰り返し、ステップＳ４８で記憶する周波数解析処理結果の虚数部の値が最もゼロに近くなる読出しタイミングを実測定に使用する読出しタイミングとして読出しタイミング生成器３０に設定する（ステップＳ５０）。
【００９８】
このようにして、周波数解析処理結果の虚数部の値が最もゼロに近くなる読出しタイミングが読出しタイミング生成器３０に設定された状態で、キャリブレーション値の測定が行われる。
具体的には、制御回路２８がトリガ発生器３１に磁界発生装置駆動回路４２と読出しタイミング生成器３０へのトリガ信号の発生を指示し（ステップＳ５１）、磁界発生装置駆動回路４２が波形データメモリ４３に記憶されている波形データに基づいて、磁界発生駆動信号をクロック信号に同期して順次発生し、磁界発生装置４１に出力する。磁界発生装置４１は、入力された磁界発生駆動信号により第２の交番磁界を発生する（ステップＳ５２）。
【００９９】
次いで、受信回路１３ｂが、全てのセンスコイル１３ａで受信した磁界発生装置４１からの磁界信号をローパスフィルタ処理、増幅処理およびバンドパスフィルタ処理し、クロック信号に同期してＡ／Ｄ変換を行う（ステップＳ５３）。Ａ／Ｄ変換された磁界信号は位置計算部１４の第１のメモリ１９に蓄えられる（ステップＳ５４）。
【０１００】
そして、全てのセンスコイル１３ａにより検出された磁界信号について、上記読出しタイミングで磁界信号を第１のメモリ１９から読み出し、周波数解析処理を行う（ステップＳ５５）。周波数解析処理の結果、得られた磁界情報のうち、第１の位置算出用周波数ｆ０における磁界強度の実数部、虚数部および絶対値のそれぞれの値を抽出し（ステップＳ５６）、抽出された値をそれぞれのセンスコイル１３ａに対応したキャリブレーション値として記憶する（ステップＳ５７）。これによりキャリブレーション処理が終了し、この後に実測定が行われる。
【０１０１】
次に、実測定は、体腔内に内視鏡装置２およびカプセル医療装置３が挿入配置された状態で（ステップＳ６１）、入力装置２６において実測定の開始が指示されることにより開始される（ステップＳ６２）。
制御回路２８は、トリガ発生器３１にマーカ駆動回路９、磁界発生装置駆動回路４２および読出しタイミング生成器３０へのトリガ信号の発生を指示し、トリガ発生器３１がトリガ信号を発生する（ステップＳ６３）。
【０１０２】
マーカ駆動回路９は、波形データメモリ１０内に記憶されている波形データに基づいて、磁界発生駆動信号をクロック信号に同期しながら順次生成し、マーカコイル４に出力する。マーカコイル４は入力された磁界発生駆動信号により第１の交番磁界を発生させる（ステップＳ６４）。
また、磁界発生装置駆動回路４２は、波形データメモリ４３内に記憶されている波形データに基づいて、磁界発生駆動信号をクロック信号に同期しながら順次生成し、磁界発生装置４１に出力する。磁界発生装置４１は入力された磁界発生駆動信号により第２の交番磁界を発生させる（ステップＳ６５）。
【０１０３】
受信回路１３ｂは、各センスコイル１３ａで検出したマーカコイル４からの第１の交番磁界および磁界発生装置４１からの第２の交番磁界に係る磁界信号をローパスフィルタ処理、増幅処理およびバンドパスフィルタ処理を行った後に、クロック信号に同期してＡ／Ｄ変換を行う（ステップＳ６６）。
【０１０４】
Ａ／Ｄ変換された磁界信号は、位置計算部１４の第１のメモリ１９に記憶される（ステップＳ６７）。そして、周波数解析処理を行うのに必要なデータ数が第１のメモリ１９内に蓄積されたか否かが判断され、蓄積された場合にはＦＦＴ処理回路２０により周波数解析処理が行われる（ステップＳ６８）。その後、この周波数解析処理が全てのセンスコイル１３ａからのデータに対して行われたか否かが判断され（ステップＳ６９）、全てのセンスコイル１３ａからのデータが処理されていない場合にはステップＳ６３〜Ｓ６８が繰り返される。
【０１０５】
全てのセンスコイル１３ａからのデータの周波数解析処理が行われた場合には、図１６に示されるように、その処理結果に基づいて、周波数選択部２４は、マーカコイル４から発生させた第１の交番磁界の周波数における磁界情報および磁界発生装置４１から発生させた第２の交番磁界の周波数における磁界情報のみを抽出し、第３のメモリ２５に記憶する（ステップＳ７０）。この処理は全てのセンスコイル１３ａからの磁界信号に対して行われる（ステップＳ７１）。
【０１０６】
位置方向解析部２２は、まず、第３のメモリ２５に記憶されている磁界情報の内、周波数解析処理結果の虚数部を第３のメモリ２５から読み出し（ステップＳ７２）、該虚数部に基づいて、磁気誘導コイル５の位置および向きを繰り返し演算により算出する（ステップＳ７３）。周波数解析処理の結果の虚数部には、マーカコイル４の発生する第１、第２の交番磁界と同一の第１の位置算出用周波数ｆ０を有し、かつ、第１、第２の交番磁界の位相に対してπ／２だけずれた位相を有する磁気誘導コイル５に発生した誘導磁界の磁界信号（第２の検出磁界成分）のみが含まれているので、この虚数部を抽出して用いることにより、磁気誘導コイル５の位置および方向を精度よく算出することができる。
算出された磁気誘導コイル５の位置および方向は、制御回路２８に送られて、表示装置８により表示されるとともに（ステップＳ７４）、第２のメモリ２３に記憶される（ステップＳ７５）。
【０１０７】
また、位置方向解析部２２は、全てのセンスコイル１３ａからの磁界信号の周波数解析処理の結果の実数部およびキャリブレーション値として記憶していた磁界発生装置４１からの第２の交番磁界のみが発生しているときの各センスコイル１３ａからの磁界信号の周波数解析処理結果の実数部を読み出して（ステップＳ７６，Ｓ７７）、その差分値を算出する（ステップＳ７８）。そして、算出された差分値に基づいてマーカコイル４の位置および方向が繰り返し演算により算出される（ステップＳ７９）。
【０１０８】
周波数解析処理の結果の実数部には、第１、第２の交番磁界と同一の第１の位置算出用周波数ｆ０を有し、かつ、第１の交番磁界と同一の位相を有する磁界信号（第１の検出磁界成分）のみが含まれているので、この実数部を抽出して用いることにより、カプセル医療装置３がセンスコイル１３ａによる検出範囲内に存在していても、カプセル医療装置３の磁気誘導コイル５の影響を受けることなく、マーカコイル４の位置および方向を精度よく算出することができる。
【０１０９】
また、キャリブレーション値として、第２の交番磁界のみが作用している場合のを減算した差分に基づいてマーカコイル４の位置および方向を算出するので、磁界発生装置４１からの磁界を排除して、さらに精度よくマーカコイル４の位置および方向を算出することができる。
算出されたマーカコイル４の位置および方向は、制御回路２８に送られて、表示装置８により表示されるとともに（ステップＳ８０）、第２のメモリに記憶される（ステップＳ８１）。
【０１１０】
そして、入力装置２６において位置検出終了の指示が入力されたか否かが確認され（ステップＳ８２）、入力された場合には、トリガ発生器３１からのトリガ信号の発生を終了させ、位置検出システム１の動作を停止する（ステップＳ８３）。一方、終了の指示が入力されていない場合には、ステップＳ６３に戻り、位置検出動作を継続する。
【０１１１】
この場合において、マーカコイル４および磁気誘導コイル５の位置および方向の繰り返し演算における初期値としては、前回に算出され第２のメモリ２３に記憶されているマーカコイル４および磁気誘導コイル５の位置および方向の計算結果が利用される。これにより、繰り返し演算の収束時間を短縮し、位置および方向を迅速に算出することができる。
【０１１２】
このように、本実施形態に係る位置検出システム４０およびこれを用いた位置検出方法によれば、外部からの電力供給により磁界を発生するマーカコイル４を有する内視鏡装置２と、磁気誘導コイル５を有するカプセル医療装置３とが共存した場合においても、内視鏡装置２およびカプセル医療装置３の両方について、位置および方向の少なくとも一方を同時に精度よく算出することができる。また、第１の交番磁界に加えて第２の交番磁界も、第２のマーカから誘導磁界を発生させているので、誘導磁界の強度を大きくすることができる。
【０１１３】
［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態に係る位置検出システム５０について、図１８〜図２４を参照して以下に説明する。
本実施形態の説明において、上述した第２の実施形態に係る位置検出システム４０と構成を共通とする箇所には同一符号を付して説明を省略する。
【０１１４】
本実施形態に係る位置検出システム５０は、図１８に示されるように、内視鏡装置２の先端に設けたマーカコイル４に代えて、第１のカプセル医療装置５１内に配置されたマーカコイル５２を採用している点、該第１のカプセル医療装置５１への信号の送信部５３を備える点、磁気誘導コイル５を第２のカプセル医療装置３′内に配置している点、磁界発生装置４１の発生する第２の交番磁界の周波数が異なる点、および位置計算部１４における演算処理において、上述した第２の実施形態に係る位置検出システム４０と相違している。
【０１１５】
第１のカプセル医療装置５１は、図１９に示されるように、第１の位置算出用周波数ｆ０を有する第１の交番磁界を発生するマーカコイル５２と、該マーカコイル５２を駆動するマーカ駆動回路５４と、クロック５５と、ＰＬＬ回路５６と、受信部５７と、図示しない電源とを備えている。マーカ駆動回路５４は、送信部５３から無線送信され、受信部５７で受信された指令信号に応じてマーカコイル５２に第１の交番磁界を発生させるようになっている。
【０１１６】
前記磁界発生装置４１は、第２のカプセル医療装置３′内の磁気誘導コイル５の共振周波数（第１の位置算出用周波数ｆ０）の近傍であって、該共振周波数ｆ０を挟んで略等しい周波数だけ離れた少なくとも一組の第２の位置算出用周波数ｆ１，ｆ２を有する第２の交番磁界を発生するようになっている。
【０１１７】
本実施形態に係る位置検出システム５０により、第１のカプセル医療装置５１内のマーカコイル５２および第２のカプセル医療装置３′内の磁気誘導コイル５の位置および方向を検出するには、発生する交番磁界の波形データを生成して波形データメモリ１０，４３に記憶し、第２のカプセル医療装置３′が作動範囲内に存在しない状態で、キャリブレーションを行う。
生成された磁界波形データは、第１のカプセル医療装置５１内のマーカ駆動回路５４および磁界発生装置駆動回路４２の波形データメモリ１０，４３にそれぞれ転送される。
【０１１８】
磁界波形の生成は、入力装置２６から磁気誘導コイル５の共振周波数ｆ０を入力することにより開始される（ステップＳ１０１）。制御回路２８は、入力された共振周波数ｆ０を第１のカプセル医療装置５１内のマーカコイル５２から発生する第１の交番磁界の第１の位置算出用周波数ｆ０として設定する。また、制御回路２８は、共振周波数ｆ０を挟んで略等しい周波数だけ離れた一組の第２の位置算出用周波数ｆ１，ｆ２を磁界発生装置４１から発生する第２の交番磁界の周波数として設定する（ステップＳ１０２）。
【０１１９】
制御回路２８は、設定された周波数ｆ０，ｆ１，ｆ２を波形データ生成器２７へ転送する（ステップＳ１０３）。
波形データ生成器２７においては、送られてきた第２の位置算出用周波数ｆ１，ｆ２に基づいて磁界発生装置４１から発生する第２の交番磁界の磁界波形ＢＧを次式により算出する（ステップＳ１０４）
ＢＧ＝Ｂ１×ｓｉｎ（２πｆ１ｔ）＋Ｂ２×ｓｉｎ（２πｆ２ｔ）
【０１２０】
また、波形データ生成器２７においては、送られてきた第１の位置算出用周波数ｆ０に基づいてマーカコイル５２から発生する第１の交番磁界の磁界波形Ｂｍ１を次式により算出する。
Ｂｍ１＝Ｂ３×ｓｉｎ（２πｆ０ｔ）
【０１２１】
波形データ生成器２７において生成された磁界波形Ｂｍ１のデータは、磁界発生装置駆動回路４２の波形データメモリ４３に記憶される。また、磁界波形ＢＧのデータは制御部７に設けられた送信部５３から第１のカプセル医療装置５１に設けられた受信部５７へ送信される。受信部５７で受信された磁界波形データは、波形データメモリ１０に記憶される（ステップＳ１０６）。
【０１２２】
キャリブレーションは、第１のカプセル医療装置５１が体腔内に投入され、第２のカプセル医療装置３′が体腔内に投入されていない状態で、入力装置２６からキャリブレーションの指示が入力されることにより開始される（ステップＳ１１１）。制御回路２８は、磁界発生装置駆動回路４２および読出しタイミング生成器３０に対してトリガ信号を発生するようにトリガ発生器３１に指示を与える。これによりトリガ発生器３１からトリガ信号が発せられる（ステップＳ１１２）。
【０１２３】
トリガ信号を受けた磁界発生装置駆動回路４２は、波形データメモリ４３内に記憶されている磁界波形Ｂｍ１のデータに基づいて、磁界発生駆動信号をクロック信号に同期して順次生成し、磁界発生装置４１に出力する。磁界発生装置４１は入力された磁界発生駆動信号により第２の交番磁界を発生する（ステップＳ１１３）。
【０１２４】
受信回路１３ｂは、各センスコイル１３ａで検出した磁界発生装置４１からの第２の交番磁界に係る磁界信号を受信して、ローパスフィルタ処理、増幅処理およびバンドパスフィルタ処理を行った後に、クロック信号に同期してＡ／Ｄ変換を行う（ステップＳ１１４）。
【０１２５】
Ａ／Ｄ変換された磁界信号は、位置計算部１４の第１のメモリ１９に記憶される（ステップＳ１１５）。そして、周波数解析処理を行うのに必要なデータ数が第１のメモリ１９内に蓄積されたか否かが判断され、蓄積された場合にはＦＦＴ処理回路２０により周波数解析処理が行われる（ステップＳ１１６）。
【０１２６】
周波数解析処理の結果に基づいて、周波数選択部２４は、磁界発生装置４１から発生させた第２の交番磁界の周波数である第２の位置算出用周波数ｆ１，ｆ２における磁界情報のみを抽出して第３のメモリ２５に記憶する（ステップＳ１１７）。
ここで記憶された各周波数ｆ１，ｆ２における磁界信号の強度をＶ０ｆ１−１，Ｖ０ｆ１−２，・・・，Ｖ０ｆ１−Ｎ，Ｖ０ｆ２−１，Ｖ０ｆ２−２，・・・，Ｖ０ｆ２−Ｎとする。ここで、上付きの添え字ｆ１，ｆ２は周波数成分を示し、その後の添え字１，２，・・・Ｎはセンスコイル１３ａの番号を示す。この場合の磁界情報は、周波素解析処理結果の絶対値情報である。そして、周波数ｆ１，ｆ２の磁界情報をキャリブレーション値として第３のメモリ２５に記憶する。
【０１２７】
なお、この場合に、全てのセンスコイル１３ａで検出された周波数ｆ１の磁界信号と、周波数ｆ２の磁界信号を補正することにしてもよい。具体的には、全てのセンスコイル１３ａで検出された周波数ｆ１の信号成分の和Σ（Ｖ０ｆ１−Ｎ）と、全てのセンスコイル１３ａで検出された周波数ｆ２の信号成分の和Σ（Ｖ０ｆ２−Ｎ）とを求める。そして、Ｖ０ｆ２−１，Ｖ０ｆ２−２，・・・，Ｖ０ｆ２−Ｎを次のように書き換えて第１のメモリ１９に上書きする。
【０１２８】
Ｖ０ｆ２−１をＶ０ｆ２−１×Σ（Ｖ０ｆ１−Ｎ）／Σ（Ｖ０ｆ２−Ｎ）
Ｖ０ｆ２−２をＶ０ｆ２−２×Σ（Ｖ０ｆ１−Ｎ）／Σ（Ｖ０ｆ２−Ｎ）
・・・
Ｖ０ｆ２−ＮをＶ０ｆ２−Ｎ×Σ（Ｖ０ｆ１−Ｎ）／Σ（Ｖ０ｆ２−Ｎ）
【０１２９】
また、Σ（Ｖ０ｆ１−Ｎ）／Σ（Ｖ０ｆ２−Ｎ）を第１のメモリ１９に保存しておく。このようにすることで、第１のメモリ１９に記憶されているＶ０ｆ１−１と、置き換えられたＶ０ｆ２−１とはほぼ等しい値を持つ。言い換えれば、各センスコイル１３ａの周波数ｆ１の信号に対するゲインと、周波数ｆ２の信号に対するゲインとをほぼ等しくすることができる。
【０１３０】
なお、第１のカプセル医療装置５１に設けられたクロック（第１のクロック）５５と、制御部７に設けられたクロック（第２のクロック）２９とは同期するように制御されている。具体的には、第２のクロック２９の同期信号とトリガ発生器３１からのトリガ信号とが、制御部７に設けられた送信部５３から第１のカプセル医療装置５１に設けられた受信部５７へ送信されるようになっている。そして、第１のクロック５５は、ＰＬＬ回路５６等により第２のクロック２９の同期信号を用いて位相制御されるようになっている。このような制御はキャリブレーションおよび後述する実測定において、定常的または断続的に実行されるようになっている。
【０１３１】
次に、実測定は、体腔内に第１，第２のカプセル医療装置５１，３′が配置された状態で（ステップＳ１２０）、入力装置２６において実測定の開始が指示されることにより開始される（ステップＳ１２１）。
制御回路２８は、トリガ発生器３１にマーカ駆動回路５４、磁界発生装置駆動回路４２および読出しタイミング生成器３０へのトリガ信号の発生を指示し、トリガ発生器３１がトリガ信号を発生する（ステップＳ１２２）。
【０１３２】
マーカ駆動回路５４は、波形データメモリ１０内に記憶されている波形データに基づいて、磁界発生駆動信号をクロック信号に同期しながら順次生成し、マーカコイル５２に出力する。マーカコイル５２は入力された磁界発生駆動信号により第１の交番磁界を発生させる（ステップＳ１２３）。
また、磁界発生装置駆動回路４２は、波形データメモリ４３内に記憶されている波形データに基づいて、磁界発生駆動信号をクロック信号に同期しながら順次生成し、磁界発生装置４１に出力する。磁界発生装置４１は入力された磁界発生駆動信号により第２の交番磁界を発生させる（ステップＳ１２４）。
【０１３３】
受信回路１３ｂは、各センスコイル１３ａで検出したマーカコイル５２からの第１の交番磁界および磁界発生装置４１からの第２の交番磁界に係る磁界信号をローパスフィルタ処理、増幅処理およびバンドパスフィルタ処理を行った後に、クロック信号に同期してＡ／Ｄ変換を行う（ステップＳ１２５）。
【０１３４】
Ａ／Ｄ変換された磁界信号は、位置計算部１４の第１のメモリ１９に記憶される（ステップＳ１２６）。そして、周波数解析処理を行うのに必要なデータ数が第１のメモリ１９内に蓄積されたか否かが判断され、蓄積された場合にはＦＦＴ処理回路２０により周波数解析処理が行われる（ステップＳ１２７）。その後、この周波数解析処理が全てのセンスコイル１３ａからのデータに対して行われたか否かが判断され（ステップＳ１２８）、全てのセンスコイル１３ａからのデータが処理されていない場合には、ステップＳ１２２〜Ｓ１２７が繰り返される。
【０１３５】
全てのセンスコイル１３ａからのデータの周波数解析処理が行われた場合には、図２３に示されるように、その処理結果に基づいて、周波数選択部２４は、磁界発生装置駆動回路４２で発生させた磁界の周波数成分、すなわち第２の位置算出用周波数ｆ１，ｆ２の磁界強度の絶対値を抽出し周波数ｆ１，ｆ２と対応づけて第３のメモリ２５に記憶する（ステップＳ１２９）。この処理は全てのセンスコイル１３ａからの磁界信号に対して行われる（ステップＳ１３０）。
【０１３６】
位置方向解析部２２は、磁気誘導コイル５の位置計算を行うための各センスコイル１３ａの信号を以下の計算式から算出する（ステップＳ１３１）。
Ｖｍ２１＝（Ｖｆ１−１−Ｖ０ｆ１−１）−（Ｖｆ２−１−Ｖ０ｆ２−１）
Ｖｍ２２＝（Ｖｆ１−２−Ｖ０ｆ１−２）−（Ｖｆ２−２−Ｖ０ｆ２−２）
・・・
Ｖｍ２Ｎ＝（Ｖｆ１−Ｎ−Ｖ０ｆ１−Ｎ）−（Ｖｆ２−Ｎ−Ｖ０ｆ２−Ｎ）
【０１３７】
そして、位置方向解析部２２は、算出されたＶｍ２１，Ｖｍ２２，・・・，Ｖｍ２Ｎに基づいて磁気誘導コイル５の位置および向きを繰り返し演算により算出する（ステップＳ１３２）。
算出された磁気誘導コイル５の位置および方向は、制御回路２８に送られて、表示装置８により表示されるとともに（ステップＳ１３３）、第２のメモリ２３に記憶される（ステップＳ１３４）。
【０１３８】
また、周波数選択部２４は、周波数解析処理の結果に基づいて、マーカ駆動回路５４で発生させた磁界の周波数成分、すなわち、第１の位置算出用周波数ｆ０の磁界強度の実数部の値を抽出し、第３のメモリ２５に記憶する。
位置方向解析部２２は、第３のメモリ２５に記憶されている第１の位置算出用周波数ｆ０の磁界強度の実数部の値に基づいて、マーカコイル５２の位置および方向を算出する（ステップＳ１３５）。
【０１３９】
算出されたマーカコイル５２の位置および方向は、制御回路２８に送られて、表示装置８により表示されるとともに（ステップＳ１３６）、第２のメモリ２３に記憶される（ステップＳ１３７）。
【０１４０】
そして、入力装置２６において位置検出終了の指示が入力されたか否かが確認され（ステップＳ１３８）、入力された場合には、トリガ発生器３１からのトリガ信号の発生を終了させ、位置検出システム５０の動作を停止する（ステップＳ１３９）。一方、終了の指示が入力されていない場合には、ステップＳ１２３に戻り、位置検出動作を継続する。この場合において、磁気誘導コイル５およびマーカコイル５２の位置および方向の繰り返し演算における初期値としては、前回に算出され第２のメモリ２３に記憶されている磁気誘導コイル５およびマーカコイル５２の位置および方向の計算結果が利用される。これにより、繰り返し演算の収束時間を短縮し、位置および方向を迅速に算出することができる。
【０１４１】
このように、本実施形態に係る位置検出システム５０および位置検出方法によれば、マーカコイル５２からの信号と、磁気誘導コイル５からの信号とを、両方の信号の位相情報を元に完全に分離できる。したがって、マーカコイル５２の位置および方向を正確に算出することができる。また、磁気誘導コイル５の位置および方向に関して、２つの周波数信号強度の差により求めているので、マーカコイル５２による誘導磁界が発生していない信号から計算することができる。その結果、磁気誘導コイル５の位置および方向をマーカコイル５２の干渉を抑えて正確に求めることができる。
【０１４２】
なお、本実施形態においては、マーカコイル５２が複数個存在する場合には、時分割で各マーカコイル５２を順次駆動してステップＳ１２２〜Ｓ１３７を繰り返すことにすればよい。
すなわち、マーカコイル５２で発生した磁界は、磁気誘導コイル５の共振周波数と等しい周波数ｆ０を有する磁界である。このため、磁気誘導コイル５がマーカコイル５２からの磁界を受けて発生する誘導磁界は、マーカコイル５２で発生する磁界に対してπ／２だけ位相がずれたものとなっている。
【０１４３】
このため、センスコイル１３ａで取得した信号を周波数解析処理した結果としては、マーカコイル５２と磁気誘導コイル５が作った磁界による信号はπ／２だけずれて観測される。マーカコイル５２で発生させる磁界の位相は、受信回路１３ｂのＡ／Ｄ変換器１８のサンプリングクロックと、マーカコイル駆動回路５４のＡ／Ｄ変換器１１のサンプリングクロックが同期していることにより、あらかじめ調節しておくことができる。本実施形態においては、マーカコイル５２の磁界による信号が全て実数部に現れるように、読出しタイミング生成器３０で調整してある。
【０１４４】
この調整方法はマーカコイル５２だけを駆動させ、センスコイル１３ａで取得された磁界信号を周波数解析処理を行った結果の実数部が最大で、虚数部が最小となるように読出しタイミング生成器３０で発生させる信号を調整すればよい。これは一度行っておけば再度調整する必要はない。この手順は第３の実施形態で示したキャリブレーションの手順を、磁界発生装置４１をマーカコイル５２に置き換えて行うことで実施できる。
【図面の簡単な説明】
【０１４５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る位置検出システムの全体構成を示すブロック図である。
【図２】図１の位置検出システムの詳細な構成を示すブロック図である。
【図３】図１の位置検出システムを用いた位置検出方法における波形生成動作を説明するフローチャートである。
【図４】図３の位置検出方法におけるキャリブレーション動作の前半を説明するフローチャートである。
【図５】図３の位置検出方法におけるキャリブレーション動作の後半を説明するフローチャートである。
【図６】図３の位置検出方法における実測定動作の前半を説明するフローチャートである。
【図７】図６の続きの実測定動作を説明するフローチャートである。
【図８】図７の続きの実測定動作を説明するフローチャートである。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る位置検出システムを備える医療装置誘導システムを説明する全体構成図である。
【図１０】図９の医療装置誘導システムに用いられるカプセル医療装置の一例を示す縦断面図である。
【図１１】図９の医療装置誘導システムに備えられる本実施形態に係る位置検出システムの全体構成を示すブロック図である。
【図１２】図１１の位置検出システムの詳細な構成を示すブロック図である。
【図１３】図１１の位置検出システムを用いた位置検出方法におけるキャリブレーション動作の前半を説明するフローチャートである。
【図１４】図１３に続くキャリブレーション動作の後半を説明するフローチャートである。
【図１５】図１１の位置検出方法における実測定動作の前半を説明するフローチャートである。
【図１６】図１５の続きの実測定動作を説明するフローチャートである。
【図１７】図１６の続きの実測定動作を説明するフローチャートである。
【図１８】本発明の第３の実施形態に係る位置検出システムの全体構成を示すブロック図である。
【図１９】図１８の位置検出システムの詳細な構成を示すブロック図である。
【図２０】図１８の位置検出システムを用いた位置検出方法における波形生成動作を説明するフローチャートである。
【図２１】図２０の位置検出方法におけるキャリブレーション動作を説明するフローチャートである。
【図２２】図１８の位置検出システムを用いた位置検出方法における実測定動作の前半を説明するフローチャートである。
【図２３】図２２の続きの実測定動作を説明するフローチャートである。
【図２４】図２３の続きの実測定動作を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【０１４６】
ｆ０ 第１の位置算出用周波数
ｆ１，ｆ２ 第２の位置算出用周波数
１，４０，５０ 位置検出システム
２ 内視鏡装置（内視鏡）
２ａ 挿入部
３ カプセル医療装置（第２のマーカ）
３′ 第２のカプセル医療装置（カプセル医療装置）
４，５２ マーカコイル（第１のマーカ）
５ 磁気誘導コイル
６ 磁界検出部
２１ 周波数選択部（抽出部）
２２ 位置方向解析部
４１ 磁界発生装置（磁界発生部）
５１ 第１のカプセル医療装置（カプセル医療装置）
７１ ３軸ヘルムホルツコイルユニット
７２ ヘルムホルツコイルドライバ（推進用磁界制御部）
１００ 医療装置誘導システム
１５０ 永久磁石（磁界作用部）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置検出システム、医療装置誘導システムおよび位置検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、外部からの電力供給により交番磁界を発生するマーカを体腔内に挿入し、該マーカの発生した交番磁界を体外において検出することにより、体腔内におけるマーカの位置を検出する位置検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
また、外部からの位置検出用の磁界を作用させ、被検者の体内に投入されたカプセル型医療装置内に配置される磁気誘導コイルにおいて発生した誘導磁界の絶対値強度を検出することにより、カプセル型医療装置の位置および方向を検出するカプセル型医療装置の位置検出システムも知られている（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−８１３０３号公報
【非特許文献１】徳永他７名，「ＬＣ共振型磁気マーカを用いた高精度位置検出システム」，日本応用磁気学会誌，Ｖｏｌ．２９，Ｎｏ．２，２００５，ｐ１５３〜１５６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、外部からの電力供給により交番磁界を発生する一のマーカと、該交番磁界の周波数の近傍に共振周波数を有する共振回路を備えた他のマーカとが共に存在した場合、一のマーカが発生した交番磁界により、他のマーカの共振回路から誘導磁界が発生する。これにより、該交番磁界の周波数において単に磁界の絶対値強度を検出したのでは、誘導磁界も同時に検出することになるため、検出される磁界強度が、交番磁界のみを検出した場合とは相違する。その結果、一のマーカの位置または方向を正確に算出することが困難であった。
【０００５】
本発明は、外部からの電力供給により交番磁界を発生する一のマーカと、該交番磁界の周波数と同一またはその近傍に共振周波数を有する共振回路を備えた他のマーカとが共に存在した場合であっても、一のマーカの位置または方向を正確に検出することができる位置検出システム、医療装置誘導システムおよび位置検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、外部からの電力供給により第１の位置算出用周波数を有する第１の交番磁界を発生する第１のマーカと、前記位置算出用周波数と同一の共振周波数を有する磁気誘導コイルを搭載した第２のマーカと、該第２のマーカの作動範囲の外部に配置され、前記第１の位置算出用周波数において磁界を検出する磁界検出部と、該磁界検出部で検出された磁界から、前記第１の位置算出用周波数を有するとともに前記第１の交番磁界と同一の位相を有する第１の検出磁界成分を抽出する抽出部と、該抽出部により抽出された前記第１の検出磁界成分の強度に基づいて前記第１のマーカの位置および方向の少なくとも一方を算出する位置方向解析部とを備える位置検出システムを提供する。
【０００７】
本発明によれば、第１のマーカが、外部からの電力供給により第１の位置算出用周波数を有する第１の交番磁界を発生する。第２のマーカに搭載された磁気誘導コイルは、第１のマーカから発生した第１の交番磁界を受ける。磁気誘導コイルを含む回路の共振周波数が、第１の位置算出用周波数と同一であるため、磁気誘導コイルは第１の交番磁界を受けて誘導磁界を発生する。そして、磁界検出部は、第１の位置算出用周波数において、第１の交番磁界と誘導磁界とが混合した磁界を検出する。
【０００８】
抽出部は、磁界検出部で検出された磁界から、第１の位置算出用周波数を有するとともに第１の交番磁界と同一の位相を有する第１の検出磁界成分を抽出する。位置方向解析部は、抽出部により抽出された第１の検出磁界成分の強度に基づいて、第１のマーカの位置および方向の少なくとも一方を算出する。
【０００９】
ここで、第１の交番磁界を受けて磁気誘導コイルから発生した誘導磁界は、第１の位置算出用周波数を有するとともに第１の交番磁界に対してπ／２ずれた位相を有する。一方、第１の検出磁界成分は、第１の交番磁界と同一の周波数および同一の位相を有する磁界成分である。
【００１０】
そのため、第１の検出磁界成分は、検出された磁界のうち、誘導磁界に係る情報を含まず、第１の交番磁界に係る情報のみを含む。よって、抽出部は、磁界検出部で検出された磁界から、第１の交番磁界に係る情報のみを抽出できる。これにより、位置方向解析部は、第１のマーカから発生した第１の交番磁界に係る強度の情報のみを用いて、第１のマーカの位置および方向の少なくとも一方を算出することができる。
【００１１】
その結果、外部からの電力供給により磁界を発生する第１のマーカと、磁気誘導コイルを有する第２のマーカとが共存した場合においても、誘導磁界に影響されることなく、第１のマーカの位置または方向を精度よく算出することができる。
【００１２】
上記発明においては、前記抽出部が、前記磁界検出部で検出された磁界から、前記第１の位置算出用周波数を有するとともに前記第１の交番磁界の位相に対してπ／２ずれた位相を有する第２の検出磁界成分を抽出し、前記位置方向解析部が、さらに前記第２の検出磁界成分の強度に基づいて前記第２のマーカの位置および方向の少なくとも一方を算出することとしてもよい。
【００１３】
このようにすることで、抽出部は、磁界検出部で検出された磁界から、第１の検出磁界成分と第２の検出磁界成分とを抽出する。位置方向解析部は、抽出部により抽出された第１の検出磁界成分の強度に基づいて、第１のマーカの位置および方向の少なくとも一方を算出するとともに、抽出部により抽出された第２の検出磁界成分の強度に基づいて、第２のマーカの位置および方向の少なくとも一方を算出する。
【００１４】
ここで、第１の交番磁界を受けて磁気誘導コイルから発生した誘導磁界は、第１の交番磁界に対して、同一の周波数を有するとともに、π／２ずれた位相を有する。また、第２の検出磁界成分も、第１の交番磁界に対して、同一の周波数を有するとともに、π／２ずれた位相を有する磁界成分である。そのため、第２の検出磁界成分は、第１の交番磁界の情報を含まず、誘導磁界の情報のみを含む。よって、抽出部は、磁界検出部で検出された磁界から、誘導磁界の情報のみを抽出できる。
【００１５】
これにより、位置方向解析部は、第２のマーカから発生した誘導磁界の強度情報のみを用いて、第２のマーカの位置および方向の少なくとも一方を算出することができる。
その結果、外部からの電力供給により磁界を発生する第１のマーカと、磁気誘導コイルを有する第２のマーカとが共存した場合においても、第１のマーカおよび第２のマーカの両方について、位置および方向の少なくとも一方を同時に精度よく算出することができる。
【００１６】
また、上記発明においては、前記第２のマーカの作動範囲の外部に配置され、前記第１の位置算出用周波数を有するとともに、前記第１の交番磁界と同一の位相を有する第２の交番磁界を発生する磁界発生部を備え、前記位置方向解析部が、前記第１の交番磁界の発生時に抽出された前記第１の検出磁界成分の強度と前記第１の交番磁界の発生前に抽出された前記第１の検出磁界成分の強度との差分に基づいて前記第１のマーカの位置および方向の少なくとも一方を算出することとしてもよい。
【００１７】
このようにすることで、第２のマーカの作動範囲の外部に配置された磁界発生部が、第２の交番磁界を発生する。第１の交番磁界および第２の交番磁界は、周波数および位相ともに同一であるため、磁気誘導コイルは、第１の交番磁界および第２の交番磁界を受けて誘導磁界を発生する。磁界検出部は、第１の位置算出用周波数において、第１の交番磁界と第２の交番磁界と誘導磁界とが混合した磁界を検出する。
【００１８】
第１の交番磁界の発生時における第１の検出磁界成分は、第１の交番磁界および第２の交番磁界の情報を含む。一方、第１の交番磁界の発生前に抽出された第１の検出磁界成分は、第２の交番磁界の情報のみを含む。したがって、位置方向解析部の作動により、これらの差分を演算することにより、第１の交番磁界の強度の情報のみが得られる。
【００１９】
第２の検出磁界成分は、上述した理由と同様の理由から、第１の交番磁界および第２の交番磁界の情報を含まず、誘導磁界の情報のみを含む。よって、抽出部は、磁界検出部で検出された磁界から、誘導磁界の情報のみを抽出できる。これにより、位置方向解析部は、第１の交番磁界の強度の情報のみを用いて、第１のマーカの位置および方向の少なくとも一方を算出し、第２のマーカから発生した誘導磁界の強度情報のみを用いて、第２のマーカの位置および方向の少なくとも一方を算出することができる。
【００２０】
その結果、外部からの電力供給により磁界を発生する第１のマーカと、磁気誘導コイルを有する第２のマーカとが共存した場合においても、第１のマーカおよび第２のマーカの両方について、位置および方向の少なくとも一方を同時に精度よく算出することができる。また、第１の交番磁界に加えて第２の交番磁界も、第２のマーカから誘導磁界を発生させているので、誘導磁界の強度を大きくすることができる。
【００２１】
また、上記発明においては、前記第２のマーカの作動範囲の外部に配置され、前記第１の位置算出用周波数の近傍であって、前記第１の位置算出用周波数を挟み該第１の位置算出用周波数に対して所定の周波数だけ離れた少なくとも一組の第２の位置算出用周波数を有する第２の交番磁界を発生する磁界発生部を備え、前記磁界検出部が、さらに前記第２の位置算出用周波数において磁界を検出し、前記抽出部が、前記磁界検出部で検出された磁界から、前記一組の第２の位置算出用周波数を有する少なくとも一組の第２の検出磁界成分の強度の差分を抽出し、前記位置方向解析部が、さらに抽出された前記差分に基づいて前記第２のマーカの位置および方向の少なくとも一方を算出することとしてもよい。
【００２２】
第２のマーカの作動範囲の外部に配置された磁界発生部は、第２の交番磁界を発生する。磁気誘導コイルは、第１の交番磁界を受けて第１の位置算出用周波数を有する誘導磁界を発生し、第２の交番磁界を受けて第２の位置算出用周波数を有する誘導磁界を発生する。磁界検出部は、第１の位置算出用周波数において、第１の交番磁界と、第１の交番磁界により発生した誘導磁界とが混合した磁界を検出し、第２の位置算出用周波数において、第２の交番磁界と、第２の交番磁界により発生した誘導磁界とが混合した磁界を検出する。
【００２３】
抽出部は、磁界検出部で検出された磁界から、第１の検出磁界成分の強度と、少なくとも一組の第２の検出磁界成分の強度の差分とを抽出する。位置方向解析部は、抽出部により抽出された第１の検出磁界成分の強度に基づいて、第１のマーカの位置および方向の少なくとも一方を算出するとともに、さらに抽出された少なくとも一組の第２の検出磁界成分の強度の差分に基づいて、第２のマーカの位置および方向の少なくとも一方を算出する。
【００２４】
ここで、第２の交番磁界を受けて磁気誘導コイルから発生した誘導磁界は、一組の第２の位置算出用周波数を有するとともに、それぞれの周波数において第２の交番磁界に対する強度の大小が互いに異なっている。一方、第２の検出磁界成分は、第２の位置算出用周波数を有する磁界成分であるため、第２の交番磁界と同一の周波数を有している。
【００２５】
そのため、第２の検出磁界成分は、第１の交番磁界の情報を含まず、第２の交番磁界と第２の交番磁界により発生した誘導磁界（以後、第２の交番磁界に係る誘導磁界とする）の情報のみを含む。よって、抽出部は、一組の第２の検出磁界成分の強度の差分を演算することにより、磁界検出部で検出された磁界から、第２の交番磁界の強度の情報を減じて第２の交番磁界に係る誘導磁界の強度の情報を多く抽出できる。
【００２６】
これにより、位置方向解析部は、第２の交番磁界に係る誘導磁界の強度の情報を用いて、第２のマーカの位置および方向の少なくとも一方を算出することができる。その結果、外部からの電力供給により磁界を発生する第１のマーカと、磁気誘導コイルを有する第２のマーカとが共存した場合においても、第１のマーカおよび第２のマーカの両方について、位置および方向の少なくとも一方を同時に精度よく算出することができる。
【００２７】
また、上記発明においては、前記第２の検出磁界成分の強度が絶対値強度であることとしてもよい。
第２の検出磁界成分の絶対値強度は、第２の交番磁界と第２の交番磁界に係る誘導磁界の情報のみを含む。よって、抽出部は、一組の第２の検出磁界成分の強度の差分を演算することにより、磁界検出部で検出された磁界から、第２の交番磁界の強度の情報を減じて第２の交番磁界に係る誘導磁界の強度の情報を多く抽出できる。
【００２８】
また、上記発明においては、前記第２のマーカがカプセル医療装置に設けられていることとしてもよい。
また、上記発明においては、前記第１のマーカが内視鏡の先端部に設けられていることとしてもよい。
【００２９】
また、本発明は、上記いずれかの位置検出システムを備え、前記第２のマーカが、さらに磁界作用部を備え、該磁界作用部に作用させる推進用磁界を発生させる推進用磁界発生部と、前記位置方向解析部により算出された前記第２のマーカの位置および方向の少なくとも一方に基づいて、前記推進用磁界の強度および方向を制御する推進用磁界制御部とを備える医療装置誘導システムを提供する。
【００３０】
本発明によれば、推進用磁界発生部は、第２のマーカの磁界作用部に作用させる推進用磁界を発生させる。推進用磁界制御部は、位置方向解析部により算出された第２のマーカの位置および方向の少なくとも一方に基づいて、推進用磁界発生部を制御して、推進用磁界の強度および方向を制御する。その結果、第２のマーカの位置または方向に基づいて、第２のマーカの推進を制御することができる。
【００３１】
また、本発明は、外部からの電力供給により第１のマーカが第１の位置算出用周波数を有する第１の交番磁界を発生する磁界発生ステップと、磁気誘導コイルを搭載した第２のマーカが前記第１の交番磁界を受けて誘導磁界を発生する誘導磁界発生ステップと、前記第１の位置算出用周波数において磁界を検出する磁界検出ステップと、検出された磁界から、前記第１の位置算出用周波数を有するとともに前記第１の位置算出用周波数において第１の交番磁界と同一の位相を有する第１の検出磁界成分を抽出する抽出ステップと、抽出された前記第１の検出磁界成分の強度に基づいて前記第１のマーカの位置および方向の少なくとも一方を算出する位置方向解析ステップとを有する位置検出方法を提供する。
【００３２】
上記発明においては、前記抽出ステップが、検出された磁界から、前記第１の位置算出用周波数を有するとともに前記第１の交番磁界の位相に対してπ／２ずれた位相を有する第２の検出磁界成分を抽出するステップを有し、前記位置方向解析ステップが、さらに抽出された前記第２の検出磁界成分の強度に基づいて前記第２のマーカの位置および方向の少なくとも一方を算出するステップを有することとしてもよい。
【００３３】
また、上記発明においては、前記磁界発生ステップが、前記第１の位置算出用周波数を有するとともに、前記第１の交番磁界と同一の位相を有する第２の交番磁界を発生するステップを有し、前記誘導磁界発生ステップが、前記第２のマーカが前記第２の交番磁界を受けて誘導磁界を発生するステップを有し、前記位置方向解析ステップが、前記第１の交番磁界の発生時に抽出された前記第１の検出磁界成分の強度と前記第１の交番磁界の発生前に抽出された前記第１の検出磁界成分の強度との差分に基づいて前記第１のマーカの位置および方向の少なくとも一方を算出するステップであることとしてもよい。
【００３４】
また、上記発明においては、前記磁界発生ステップが、前記第１の位置算出用周波数の近傍であって、前記第１の位置算出用周波数を挟み該第１の位置算出用周波数に対して所定の周波数だけ離れた少なくとも一組の第２の位置算出用周波数を有する第２の交番磁界を発生するステップを有し、前記誘導磁界発生ステップが、前記第２のマーカが前記第２の交番磁界を受けて誘導磁界を発生するステップを有し、前記磁界検出ステップが、前記第２の位置算出用周波数において磁界を検出するステップを有し、前記抽出ステップが、検出された磁界から、前記一組の第２の位置算出用周波数を有する少なくとも一組の第２の検出磁界成分の強度の差分を抽出するステップを有し、前記位置方向解析ステップが、さらに抽出された前記差分に基づいて前記第２のマーカの位置および方向の少なくとも一方を算出するステップを有することとしてもよい。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、外部からの電力供給により交番磁界を発生する一のマーカと、該交番磁界の周波数と同一またはその近傍に共振周波数を有する共振回路を備えた他のマーカとが共に存在した場合であっても、一のマーカの位置または方向を正確に検出することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る位置検出システム１について、図１〜図３を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る位置検出システム１は、体腔内に挿入される挿入部２ａを有する内視鏡装置２と、体腔内に投入されるカプセル医療装置３とを含む医療装置誘導システムに備えられるシステムであって、内視鏡装置２の挿入部２ａの先端位置に備えられるマーカコイル（第１のマーカ）４と、カプセル医療装置３に備えられる磁気誘導コイル（第２のマーカ）５と、マーカコイル４の位置を検出する位置検出装置６と、これらを制御する制御部７と、位置検出装置６による検出結果を表示する表示装置８とを備えている。
【００３７】
内視鏡装置２には、図２に示されるように、制御部７からの指示信号を受けて、マーカコイル４に第１の交番磁界を発生させるマーカ駆動回路９が設けられている。マーカ駆動回路９は、マーカコイル４により発生する第１の交番磁界の磁界波形を記憶する波形データメモリ１０、Ｄ／Ａ変換器１１および増幅器１２を備えている。
前記マーカコイル４は、マーカ駆動回路９により駆動されることにより、第１の位置算出用周波数ｆ０を有する第１の交番磁界を発生するようになっている。
【００３８】
カプセル医療装置３には、前記磁気誘導コイル５を含み、第１の位置算出用周波数ｆ０を共振周波数とする共振回路が備えられている。磁気誘導コイル５は、外部からの交番磁界を受けて誘導磁界を発生するようになっている。
【００３９】
前記位置検出装置６は、内視鏡装置２およびカプセル医療装置３が挿入される被検者の体外に配置され、マーカコイル４および磁気誘導コイル５から発生される磁界を検出する磁界検出部１３と、磁界検出部１３により検出された磁界に基づいて内視鏡装置２およびカプセル医療装置３の位置および方向を算出する位置計算部１４とを備えている。
【００４０】
前記磁界検出部１３は、複数のセンスコイル１３ａと、各センスコイル１３ａからの出力信号を受信する受信回路１３ｂとを備えている。
センスコイル１３ａは、空芯コイルであり、内視鏡装置２の挿入部２ａ先端およびカプセル医療装置３の作動空間に面して、９個１組が正方配列されている。
【００４１】
受信回路１３ｂは、内視鏡装置２の位置情報を含む交流電圧に含まれる高周波成分を取り除くローパスフィルタ（ＬＰＦ）１５、高周波成分を取り除かれた交流電圧を増幅するアンプ（ＡＭＰ）１６と、増幅された交流電圧の所定周波数帯域のみを通過させるバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１７と、バンドパスフィルタ１７を通過した交流電圧をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１８とを備えている。これにより、磁界検出部１３において検出された磁界は、デジタル信号からなる磁界信号として出力されるようになっている。
【００４２】
前記位置計算部１４は、磁界検出部１３の受信回路１３ｂから出力された磁界信号を記憶する第１のメモリ１９と、該磁界信号を周波数解析処理するＦＦＴ処理回路２０と、磁界信号の周波数解析処理結果から所定の磁界情報を抽出する抽出部２１と、抽出された磁界情報に基づいて内視鏡装置２およびカプセル医療装置３の位置および方向を算出する位置方向解析部２２と、算出された内視鏡装置２およびカプセル医療装置３の位置および方向を記憶する第２のメモリ２３とを備えている。
【００４３】
前記抽出部２１は、マーカ駆動回路９が発生した信号の周波数成分である第１の位置算出用周波数ｆ０を制御部７から受けて、磁界信号の周波数解析処理により得られた磁界情報のうち、第１の位置算出用周波数ｆ０を有する磁界情報を抽出する周波数選択部２４と、該周波数選択部２４により抽出された第１の位置算出用周波数ｆ０における磁界情報を記憶する第３のメモリ２５とを備えている。
【００４４】
ここで、第１の位置算出用周波数ｆ０における磁界情報とは、第１の位置算出用周波数ｆ０における磁界の絶対値、実数部（第１の検出磁界成分）および虚数部（第２の検出磁界成分）である。実数部は、第１の位置算出用周波数ｆ０を有しかつ前記第１の交番磁界と同一の位相を有する磁界成分であり、虚数部は、第１の位置算出用周波数ｆ０を有しかつ第１の交番磁界の位相に対してπ／２ずれた位相を有する磁界成分である。
【００４５】
前記位置方向解析部２２は、第３のメモリ２５に記憶されている磁界情報のうち、全てのセンスコイル１３ａにおいて検出された磁界の虚数部に基づいて、カプセル医療装置３の位置および方向を算出し、全てのセンスコイル１３ａにおいて検出された磁界の実数部およびキャリブレーション値に基づいて、内視鏡装置２先端の位置および方向を算出するようになっている。
【００４６】
前記制御部７は、各種入力を行う入力装置２６と、該入力装置２６により入力された磁気誘導コイル５の共振周波数に基づいてマーカコイル４から発生する磁界波形を計算する波形データ生成器２７と、入力された共振周波数を波形データ生成器２７へ転送する制御回路２８とを備えている。また、制御部７には、所定のクロック信号を発生するクロック２９と、クロック信号に基づいて周波数解析に用いる磁界信号の読出しタイミングを位置計算部１４のＦＦＴ処理回路２０に指示する読出しタイミング生成器３０と、クロック信号に基づいてトリガ信号を発生するトリガ発生器３１とが備えられている。
【００４７】
制御回路２８は、トリガ発生器３１に対し、読出しタイミング生成器３０およびマーカ駆動回路９へのトリガ信号を発生させるようになっている。また、前記波形データ生成器２７は、生成した磁界波形をマーカ駆動回路９の波形データメモリ１０に転送するようになっている。
【００４８】
このように構成された本実施形態に係る位置検出システム１を用い内視鏡装置２の先端およびカプセル医療装置３の位置検出方法について、以下に説明する。
本実施形態に係る位置検出システム１により内視鏡装置２の先端およびカプセル医療装置３の位置および方向を検出するには、内視鏡装置２の先端のマーカコイル４およびカプセル医療装置３内の磁気誘導コイル５の位置および方向を検出する。
【００４９】
まず、マーカコイル４から発生する磁界波形を生成し、マーカ駆動回路９の波形データメモリ１０内に記憶する。次いで、各センスコイル１３ａについてキャリブレーションを行い、キャリブレーション値の取得と読出しタイミングの設定を行う。その後、取得されたキャリブレーション値および設定された読出しタイミングに基づいてマーカコイル４および磁気誘導コイル５の位置および方向を算出する実測定を行う。
【００５０】
磁界波形の生成は、図３に示されるように、入力装置２６から磁気誘導コイル５の共振周波数を入力し（ステップＳ１）、制御回路２８が入力された共振周波数を波形データ生成器２７へ転送する（ステップＳ２）ことにより開始される。波形データ生成器２７においては、送られてきた磁気誘導コイル５の共振周波数に基づいてマーカコイル４から発生する磁界波形が算出され（ステップＳ３）、算出された波形データがマーカ駆動回路９の波形データメモリ１０内に記憶される（ステップＳ４）。
【００５１】
キャリブレーションは、図４および図５に示されるように、内視鏡装置２の挿入部２ａ先端が体腔内に挿入され、カプセル医療装置３が体腔内に投入されていない状態で、入力装置２６からキャリブレーションの指示が入力されることにより開始される（ステップＳ１１）。制御回路２８は、マーカ駆動回路９および読出しタイミング生成器３０に対してトリガ信号を発生するようにトリガ発生器３１に指示を与える。これによりトリガ発生器３１からトリガ信号が発せられる（ステップＳ１２）。
【００５２】
トリガ信号を受けたマーカ駆動回路９は、波形データメモリ１０内に記憶されている波形データに基づいて、磁界発生駆動信号をクロック２９からのクロック信号に同期して順次生成し、マーカコイル４に出力する。マーカコイル４は入力された磁界発生駆動信号により第１の交番磁界を発生する（ステップＳ１３）。
【００５３】
受信回路１３ｂは、各センスコイル１３ａで検出したマーカコイル４からの第１の交番磁界に係る磁界信号を受信して、ローパスフィルタ１５によるローパスフィルタ処理、増幅器１６による増幅処理およびバンドパスフィルタ１７によるバンドパスフィルタ処理を行った後に、クロック信号に同期してＡ／Ｄ変換を行う（ステップＳ１４）。
【００５４】
Ａ／Ｄ変換された磁界信号は、位置計算部１４の第１のメモリ１９に記憶される（ステップＳ１５）。そして、周波数解析処理を行うのに必要なデータ数が第１のメモリ１９内に蓄積されたか否かが判断され、蓄積された場合にはＦＦＴ処理回路２０により周波数解析処理が行われる（ステップＳ１６）。
【００５５】
周波数解析処理の結果に基づいて、周波数選択部２４は、マーカコイル４から発生させた第１の交番磁界の周波数である第１の位置算出用周波数ｆ０における磁界情報のみを抽出して第３のメモリ２５に記憶する（ステップＳ１７）。
制御回路２８は第３のメモリ２５に記憶された磁界情報を読み出し、虚数部の値を内部メモリ（図示略）に記憶する（ステップＳ１８）。
【００５６】
そして、制御回路２８は、読出しタイミング生成器３０で生成する読出しタイミングを１クロック分遅らせる指示を読出しタイミング生成器３０へ送る（ステップＳ１９）。
その後、ステップＳ１２〜Ｓ１９を繰り返しながら、制御回路２８は、第３のメモリ２５に記憶された磁界情報の虚数部と、内部メモリに記憶されている虚数部とを比較する。そして、制御回路２８は、ステップＳ１８で記憶する周波数解析処理結果の虚数部の値が最もゼロに近くなる読出しタイミングを実測定に使用する読出しタイミングとして読出しタイミング生成器３０に設定する（ステップＳ２０）。
【００５７】
このようにして、周波数解析処理結果の虚数部の値が最もゼロに近くなる読出しタイミングが読出しタイミング生成器３０に設定された状態で、キャリブレーション値の測定が行われる。
具体的には、制御回路２８がトリガ発生器３１にマーカ駆動回路９と読出しタイミング生成器３０へのトリガ信号の発生を指示する（ステップＳ２１）。そして、マーカ駆動回路９が波形データメモリ１０に記憶されている波形データに基づいて、磁界発生駆動信号をクロック信号に同期して順次発生し、マーカコイル４に出力する。マーカコイル４は、入力された磁界発生駆動信号により第１の交番磁界を発生する（ステップＳ２２）。
【００５８】
次いで、受信回路１３ｂが、全てのセンスコイル１３ａで受信したマーカコイル４からの磁界信号をローパスフィルタ処理、増幅処理およびバンドパスフィルタ処理し、クロック信号に同期してＡ／Ｄ変換を行う（ステップＳ２３）。Ａ／Ｄ変換された磁界信号は位置計算部１４の第１のメモリ１９に蓄えられる（ステップＳ２４）。
【００５９】
そして、ＦＦＴ処理回路２０が、全てのセンスコイル１３ａにより検出された磁界信号について、上記読出しタイミングで磁界信号を第１のメモリ１９から読み出し、周波数解析処理を行う（ステップＳ２５）。周波数解析処理の結果、得られた磁界情報のうち、第１の位置算出用周波数ｆ０における磁界強度の実数部、虚数部および絶対値のそれぞれの値を周波数選択部２４が抽出し（ステップＳ２６）、抽出された値をそれぞれのセンスコイル１３ａに対応したキャリブレーション値として第３のメモリ２５に記憶する（ステップＳ２７）。これによりキャリブレーション処理が終了し、この後に実測定が行われる。
【００６０】
次に、実測定は、図６〜図８に示されるように、体腔内に内視鏡装置２およびカプセル医療装置３が挿入配置された状態で（ステップＳ３１）、入力装置２６において実測定の開始が指示されることにより開始される（ステップＳ３２）。
制御回路２８は、トリガ発生器３１にマーカ駆動回路９および読出しタイミング生成器３０へのトリガ信号の発生を指示し、トリガ発生器３１がトリガ信号を発生する（ステップＳ３３）。
【００６１】
マーカ駆動回路９は、波形データメモリ１０内に記憶されている波形データに基づいて、磁界発生駆動信号をクロック信号に同期しながら順次生成し、マーカコイル４に出力する。マーカコイル４は入力された磁界発生駆動信号により第１の交番磁界を発生させる（ステップＳ３４）。
【００６２】
受信回路１３ｂは、各センスコイル１３ａで検出したマーカコイル４からの第１の交番磁界に係る磁界信号をローパスフィルタ１５によるローパスフィルタ処理、増幅器１６による増幅処理およびバンドパスフィルタ１７によるバンドパスフィルタ処理を行った後に、クロック信号に同期してＡ／Ｄ変換を行う（ステップＳ３５）。
【００６３】
Ａ／Ｄ変換された磁界信号は、位置計算部１４の第１のメモリ１９に記憶される（ステップＳ３６）。そして、周波数解析処理を行うのに必要なデータ数が第１のメモリ１９内に蓄積されたか否かが判断され、蓄積された場合にはＦＦＴ処理回路２０により周波数解析処理が行われる（ステップＳ３７）。その後、この周波数解析処理が全てのセンスコイル１３ａからのデータに対して行われたか否かが判断され（ステップＳ３８）、全てのセンスコイル１３ａからのデータが処理されていない場合にはステップＳ３２〜Ｓ３７が繰り返される。
【００６４】
全てのセンスコイル１３ａからのデータの周波数解析処理が行われた場合には、図７に示されるように、その処理結果に基づいて、周波数選択部２４は、マーカコイル４から発生させた第１の交番磁界の周波数における磁界情報のみを抽出し、第３のメモリ２５に記憶する（ステップＳ３９）。この処理は全てのセンスコイル１３ａからの磁界信号に対して行われる（ステップＳ４０）。
【００６５】
位置方向解析部２２は、第３のメモリ２５に記憶されている磁界情報の内、周波数解析処理結果の虚数部を第３のメモリ２５から読み出し（ステップＳ４１）、該虚数部に基づいて、磁気誘導コイル５の位置および向きを繰り返し演算により算出する（ステップＳ４２）。周波数解析処理の結果の虚数部には、マーカコイル４の発生する第１の交番磁界と同一の第１の位置算出用周波数ｆ０を有し、かつ、第１の交番磁界の位相に対してπ／２だけずれた位相を有する磁気誘導コイル５に発生した誘導磁界の磁界信号（第２の検出磁界成分）のみが含まれているので、この虚数部を抽出して用いることにより、磁気誘導コイル５の位置および方向を精度よく算出することができる。
算出された磁気誘導コイル５の位置および方向は、制御回路２８に送られて、表示装置８により表示される（ステップＳ４３）とともに、第２のメモリ２３に記憶される（ステップＳ４４）。
【００６６】
また、位置方向解析部２２は、全てのセンスコイル１３ａからの磁界信号の周波数解析処理の結果の実数部および記憶されていたキャリブレーション値を読み出して（ステップＳ４５，Ｓ４６）、図８に示されるように、その差分値を算出する（ステップＳ４７）。そして、算出された差分値に基づいてマーカコイル４の位置および方向が繰り返し演算により算出される（ステップＳ４８）。
【００６７】
周波数解析処理の結果の実数部には、マーカコイル４の発生する第１の交番磁界と同一の第１の位置算出用周波数ｆ０を有し、かつ、第１の交番磁界と同一の位相を有する磁界信号（第１の検出磁界成分）のみが含まれているので、この実数部を抽出して用いることにより、カプセル医療装置３がセンスコイル１３ａによる検出範囲内に存在していても、カプセル医療装置３の影響を受けることなく、マーカコイル４の位置および方向を精度よく算出することができる。
【００６８】
また、周波数解析処理の結果の実数部からキャリブレーション値を減算した差分に基づいてマーカコイル４の位置および方向を算出するので、カプセル医療装置３以外からの磁界の影響をもなくして、さらに精度よくマーカコイル４の位置および方向を算出することができる。
算出されたマーカコイル４の位置および方向は、制御回路２８に送られて、表示装置８により表示される（ステップＳ４９）とともに、第２のメモリ２３に記憶される（ステップＳ５０）。
【００６９】
そして、入力装置２６において位置検出終了の指示が入力されたか否かが確認され（ステップＳ５１）、入力された場合には、トリガ発生器３１からのトリガ信号の発生を終了させ、位置検出システム１の動作を停止する（ステップＳ５２）。一方、終了の指示が入力されていない場合には、ステップＳ２３に戻り、位置検出動作を継続する。
【００７０】
この場合において、磁気誘導コイル５およびマーカコイル４の位置および方向の繰り返し演算における初期値としては、前回に算出され第２のメモリ２３に記憶されている磁気誘導コイル５およびマーカコイル４の位置および方向の計算結果が利用される。これにより、繰り返し演算の収束時間を短縮し、位置および方向を迅速に算出することができる。
【００７１】
このように、本実施形態に係る位置検出システム１およびこれを用いた位置検出方法によれば、マーカコイル４からの信号と磁気誘導コイル５からの信号とを、両方の信号の位置情報に基づいて完全に分離することができる。その結果、マーカコイル４および磁気誘導コイル５の位置および向き、すなわち、体腔内に挿入した状態の内視鏡装置２の挿入部２ａの先端およびカプセル医療装置３の位置および方向を正確に求めることができる。
【００７２】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態に係る位置検出システム４０について、図９〜図１７を参照して以下に説明する。
本実施形態の説明において、上述した第１の実施形態に係る位置検出システム１と構成を共通とする箇所には同一符号を付して説明を省略する。
【００７３】
本実施形態に係る位置検出システム４０は、図９に示されるように、医療装置誘導システム１００に備えられている。医療装置誘導システム１００は、被験者の口部または肛門から体腔内に投入される内視鏡装置２およびカプセル医療装置３と、位置検出システム４０と、検出された位置および方向ならびに施術者の支持に基づきカプセル医療装置３を誘導する磁気誘導装置１０１と、カプセル医療装置３から送信された画像信号を表示する画像表示装置１０２とを備えている。
【００７４】
磁気誘導装置１０１は、図９に示すように、カプセル医療装置３を駆動する平行な外部磁界（回転磁界）を発生させる３軸ヘルムホルツコイルユニット（推進用磁界発生部）７１と、３軸ヘルムホルツコイルユニット７１に供給する電流を増幅制御するヘルムホルツコイルドライバ７２と、カプセル医療装置３を駆動する外部磁界の方向を制御する磁界制御回路（推進用磁界制御部）７３と、施術者が入力したカプセル医療装置３の進行方向を磁界制御回路７３に出力する入力装置７４とを備えている。
【００７５】
なお、本実施形態では、３軸ヘルムホルツコイルユニット７１と標記したが、ヘルムホルツコイルの条件を厳密に満たすものでなくてもよい。例えば、コイルは円形でなく、図１０に示されるように略四角をしていてもよく、また、対向するコイルの間隔も本実施形態の機能を満たす範囲でヘルムホルツコイルの条件から外れていてもかまわない。
【００７６】
３軸ヘルムホルツコイルユニット７１は、図９に示されるように、略矩形形状に形成されている。また、３軸ヘルムホルツコイルユニット７１は、互いに対向する３対のヘルムホルツコイル（電磁石）７１Ｘ，７１Ｙ，７１Ｚを備えるとともに、各対のヘルムホルツコイル７１Ｘ，７１Ｙ，７１Ｚが図９のＸ，Ｙ，Ｚ軸に対して略垂直となるように配置されている。Ｘ，Ｙ，Ｚ軸に対して略垂直に配置されたヘルムホルツコイルを順にそれぞれヘルムホルツコイル７１Ｘ，７１Ｙ，７１Ｚと表記する。
【００７７】
また、ヘルムホルツコイル７１Ｘ，７１Ｙ，７１Ｚは、その内部に略直方体状の空間Ｓを形成するように配置されている。空間Ｓは、図９に示されるように、カプセル医療装置３の作動空間（作動空間Ｓとも言う。）になるとともに、被検者が配置される空間にもなっている。
【００７８】
ヘルムホルツコイルドライバ７２は、それぞれヘルムホルツコイル７１Ｘ，７１Ｙ，７１Ｚを制御するヘルムホルツコイルドライバ７２Ｘ，７２Ｙ，７２Ｚを備えている。
磁界制御回路７３には、後述する位置検出システム４０からカプセル医療装置３の現在向いている方向（カプセル医療装置３の長手軸Ｒの方向）データが入力されるとともに、施術者が入力装置７４から入力したカプセル医療装置３の進行方向指示が入力されるようになっている。そして、磁界制御回路７３からは、ヘルムホルツコイルドライバ７２Ｘ，７２Ｙ，７２Ｚを制御する信号が出力されるとともに、画像表示装置８０にカプセル医療装置３の回転位相データが出力され、また、各ヘルムホルツコイルドライバ７２Ｘ，７２Ｙ，７２Ｚに供給する電流データが出力されるようになっている。
【００７９】
また、入力装置７４としては、例えば、ジョイスティック（図示略）を備え、ジョイスティックを倒すことによりカプセル医療装置３の進行方向を指示するようになっている。
なお、入力装置７４は、上述のようにジョイスティック方式のものを用いてもよいし、進行方向のボタンを押すことにより進行方向を指示する入力装置など、他の方式の入力装置を用いてもよい。
【００８０】
カプセル医療装置３は、図１０に示すように、その内部に各種の機器を収納する外装１１０と、被験者１の体腔内管路の内壁面を撮像する撮像部１２０と、撮像部１２０を駆動する電池１３０と、後述する磁界発生装置４１により交流磁界を発生させる誘導磁界発生部１４０と、磁気誘導装置７０で発生する外部磁界を受け、カプセル医療装置３を駆動する永久磁石（磁界作用部）１５０とを備えている。
【００８１】
外装１１０は、カプセル医療装置３の長手軸Ｒを中心軸とする赤外線を透過する円筒形状のカプセル本体（以下、単に本体と略記）１１１と、本体１１１の前端を覆う透明な半球形状の先端部１１２と、本体の後端を覆う半球形状の後端部１１３とから構成され、水密構造で密閉されたカプセル容器を形成している。
【００８２】
また、外装１１０の本体１１１の外周面には、長手軸Ｒを中心として断面円形の線材を螺旋状に巻いた螺旋部１１４が備えられている。
磁気誘導装置７０で発生させた回転する外部磁界を受け、永久磁石１５０が回転させられると、本体１１１とともに螺旋部１１４が長手軸Ｒ回りに回転させられる結果、螺旋部１１４により本体１１１の長手軸Ｒ回りの回転運動が長手軸Ｒに沿う方向の直線運動に変換され、管腔内でカプセル医療装置３を長手軸Ｒ方向に誘導することができるようになっている。
【００８３】
撮像部１２０は、長手軸Ｒに対して略垂直に配置された基板１２０Ａと、基板１２０Ａの先端部１１２側の面に配置されたイメージセンサ１２１と、被験者の体腔内管路の内壁面の画像をイメージセンサ１２１に結像させるレンズ群１２２と、体腔内管路の内壁面を照明するＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）１２３と、基板１２０Ａの後端部１１３側の面に配置された信号処理部１２４と、画像信号を画像表示装置１０２に発信する無線素子１２５とを備えている。
【００８４】
信号処理部１２４は、電池１３０に電気的に接続されているとともに、イメージセンサ１２１およびＬＥＤ１２３と電気的に接続されている。また、信号処理部１２４は、イメージセンサ１２１が取得した画像信号を圧縮して一時的に格納（メモリ）し、圧縮した画像信号を無線素子１２５から外部に送信するとともに、後述するスイッチ部１２６からの信号に基づきイメージセンサ１２１およびＬＥＤ１２３のオン・オフを制御している。
【００８５】
イメージセンサ１２１は、先端部１１２およびレンズ群１２２を介して結像された画像を電気信号（画像信号）に変換して信号処理部１２４へ出力している。このイメージセンサ１２１としては、例えば、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）やＣＣＤを用いることができる。
また、ＬＥＤ１２３は、基板１２０Ａより先端部１１２側に配置された支持部材１２８に、長手軸Ｒを中心として周方向に間隔をあけて複数配置されている。
画像表示装置１０２は、カプセル医療装置３から送られてくる画像データを受信する画像受信回路８１と、受信された画像データを表示する表示装置８とを備えている。
【００８６】
永久磁石１５０は、信号処理部１２４の後端部１１３側に配置されている。永久磁石１５０は、長手軸Ｒに対して直行方向に磁化方向（磁極）を有するように配置または着磁されている。
永久磁石１５０の後端部１１３側には、スイッチ部１２６が備えられている。スイッチ部１２６は赤外線センサ１２７を有し、信号処理部１２４および電池１３０と電気的に接続されている。
【００８７】
また、スイッチ部１２６は長手軸Ｒを中心として周方向に等間隔に複数配置されるとともに、赤外線センサ１２７が直径方向外側に面するように配置されている。本実施形態においては、スイッチ部１２６が４つ配置されている例を説明するが、スイッチ部１２６の数は４つに限られることなく、その個数がいくつであってもよい。
【００８８】
無線素子１２５の後端部１１３側に配置された誘導磁界発生部１４０は、中心軸が長手軸Ｒと略一致する円柱形状に形成されたフェライトからなる芯部材（磁性体コア）１４１と、芯部材１４１の外周部に配置された磁気誘導コイル５と、磁気誘導コイル５と電気的に接続され、共振回路を形成するコンデンサ（図示略）とから形成されている。
また、芯部材１４１はフェライトの他、磁性材料が適しており、鉄、ニッケル、パーマロイ、コバルトなどを使用することもできる。
【００８９】
本実施形態に係る位置検出システム４０は、図９〜図１２に示されるように、磁気誘導コイル５の作動範囲の外部に配置され、前記第１の位置算出用周波数ｆ０を有するとともに、前記第１の交番磁界と同一の位相を有する第２の交番磁界を発生する磁界発生装置４１および磁界発生装置駆動回路４２を備える点および位置方向解析部２２における演算処理において、上述した第１の実施形態に係る位置検出システム１と相違している。図１２中、符号４３は波形データメモリ、符号４４はＤ／Ａ変換器、符号４５は増幅器、符号５５は磁界発生装置４１を選択するセレクタ、符号５６はセンスコイル１３ａを選択するセンスコイルセレクタである。
【００９０】
図１１および図１２に本実施形態に係る位置検出システム４０を簡略化して示す。
本実施形態に係る位置検出システム４０により、内視鏡装置２の先端のマーカコイル４およびカプセル医療装置３内の磁気誘導コイル５の位置および方向を検出するには、第１の実施形態と同様にして、発生する第１，第２の交番磁界の波形データを生成して波形データメモリ１０，４３に記憶し、カプセル医療装置３が作動範囲内に存在しない状態で、キャリブレーションを行う。
【００９１】
マーカコイル４から第１の交番磁界を発生するのみならず磁界発生装置４１からも第２の交番磁界を発生するので、生成された磁界波形データは、マーカ駆動回路９および磁界発生装置駆動回路４２の波形データメモリ１０，４３にそれぞれ転送される。なお、マーカコイル４および磁界発生装置４１から発生する第１，第２の交番磁界は、磁気誘導コイル５の共振周波数である第１の位置算出用周波数ｆ０に一致し、かつ同一の位相を有している。
【００９２】
キャリブレーションは、図１３および図１４に示されるように、内視鏡装置２の挿入部２ａ先端が体腔内に挿入され、カプセル医療装置３が体腔内に投入されていない状態で、入力装置２６からキャリブレーションの指示が入力されることにより開始される（ステップＳ４１）。制御回路２８は、磁界発生装置駆動回路４２および読出しタイミング生成器３０に対してトリガ信号を発生するようにトリガ信号発生器３１に指示を与える。これによりトリガ信号発生器３１からトリガ信号が発せられる（ステップＳ４２）。
【００９３】
トリガ信号を受けた磁界発生装置駆動回路４２は、波形データメモリ４３内に記憶されている波形データに基づいて、磁界発生駆動信号をクロック２９からのクロック信号に同期して順次生成し、磁界発生装置４１に出力する。磁界発生装置４１は入力された磁界発生駆動信号により第２の交番磁界を発生する（ステップＳ４３）。
【００９４】
受信回路１３ｂは、各センスコイル１３ａで検出した磁界発生装置４１からの第２の交番磁界に係る磁界信号を受信して、ローパスフィルタ処理、増幅処理およびバンドパスフィルタ処理を行った後に、クロック信号に同期してＡ／Ｄ変換を行う（ステップＳ４４）。
【００９５】
Ａ／Ｄ変換された磁界信号は、位置計算部１４の第１のメモリ１９に記憶される（ステップＳ４５）。そして、周波数解析処理を行うのに必要なデータ数が第１のメモリ１９内に蓄積されたか否かが判断され、蓄積された場合にはＦＦＴ処理回路２０により周波数解析処理が行われる（ステップＳ４６）。
【００９６】
周波数解析処理の結果に基づいて、周波数選択部２４は、磁界発生装置４１から発生させた第２の交番磁界の周波数である第１の位置算出用周波数ｆ０における磁界情報のみを抽出して第３のメモリ２５に記憶する（ステップＳ４７）。
制御回路２８は第３のメモリ２５に記憶された磁界情報を読み出し、虚数部の値を記憶する（ステップＳ４８）。
【００９７】
そして、制御回路２８は、読出しタイミング生成器３０で生成する読出しタイミングを１クロック分遅らせる指示を読出しタイミング生成器３０へ送る（ステップＳ４９）。
その後、ステップＳ４２〜Ｓ４９を繰り返し、ステップＳ４８で記憶する周波数解析処理結果の虚数部の値が最もゼロに近くなる読出しタイミングを実測定に使用する読出しタイミングとして読出しタイミング生成器３０に設定する（ステップＳ５０）。
【００９８】
このようにして、周波数解析処理結果の虚数部の値が最もゼロに近くなる読出しタイミングが読出しタイミング生成器３０に設定された状態で、キャリブレーション値の測定が行われる。
具体的には、制御回路２８がトリガ発生器３１に磁界発生装置駆動回路４２と読出しタイミング生成器３０へのトリガ信号の発生を指示し（ステップＳ５１）、磁界発生装置駆動回路４２が波形データメモリ４３に記憶されている波形データに基づいて、磁界発生駆動信号をクロック信号に同期して順次発生し、磁界発生装置４１に出力する。磁界発生装置４１は、入力された磁界発生駆動信号により第２の交番磁界を発生する（ステップＳ５２）。
【００９９】
次いで、受信回路１３ｂが、全てのセンスコイル１３ａで受信した磁界発生装置４１からの磁界信号をローパスフィルタ処理、増幅処理およびバンドパスフィルタ処理し、クロック信号に同期してＡ／Ｄ変換を行う（ステップＳ５３）。Ａ／Ｄ変換された磁界信号は位置計算部１４の第１のメモリ１９に蓄えられる（ステップＳ５４）。
【０１００】
そして、全てのセンスコイル１３ａにより検出された磁界信号について、上記読出しタイミングで磁界信号を第１のメモリ１９から読み出し、周波数解析処理を行う（ステップＳ５５）。周波数解析処理の結果、得られた磁界情報のうち、第１の位置算出用周波数ｆ０における磁界強度の実数部、虚数部および絶対値のそれぞれの値を抽出し（ステップＳ５６）、抽出された値をそれぞれのセンスコイル１３ａに対応したキャリブレーション値として記憶する（ステップＳ５７）。これによりキャリブレーション処理が終了し、この後に実測定が行われる。
【０１０１】
次に、実測定は、体腔内に内視鏡装置２およびカプセル医療装置３が挿入配置された状態で（ステップＳ６１）、入力装置２６において実測定の開始が指示されることにより開始される（ステップＳ６２）。
制御回路２８は、トリガ発生器３１にマーカ駆動回路９、磁界発生装置駆動回路４２および読出しタイミング生成器３０へのトリガ信号の発生を指示し、トリガ発生器３１がトリガ信号を発生する（ステップＳ６３）。
【０１０２】
マーカ駆動回路９は、波形データメモリ１０内に記憶されている波形データに基づいて、磁界発生駆動信号をクロック信号に同期しながら順次生成し、マーカコイル４に出力する。マーカコイル４は入力された磁界発生駆動信号により第１の交番磁界を発生させる（ステップＳ６４）。
また、磁界発生装置駆動回路４２は、波形データメモリ４３内に記憶されている波形データに基づいて、磁界発生駆動信号をクロック信号に同期しながら順次生成し、磁界発生装置４１に出力する。磁界発生装置４１は入力された磁界発生駆動信号により第２の交番磁界を発生させる（ステップＳ６５）。
【０１０３】
受信回路１３ｂは、各センスコイル１３ａで検出したマーカコイル４からの第１の交番磁界および磁界発生装置４１からの第２の交番磁界に係る磁界信号をローパスフィルタ処理、増幅処理およびバンドパスフィルタ処理を行った後に、クロック信号に同期してＡ／Ｄ変換を行う（ステップＳ６６）。
【０１０４】
Ａ／Ｄ変換された磁界信号は、位置計算部１４の第１のメモリ１９に記憶される（ステップＳ６７）。そして、周波数解析処理を行うのに必要なデータ数が第１のメモリ１９内に蓄積されたか否かが判断され、蓄積された場合にはＦＦＴ処理回路２０により周波数解析処理が行われる（ステップＳ６８）。その後、この周波数解析処理が全てのセンスコイル１３ａからのデータに対して行われたか否かが判断され（ステップＳ６９）、全てのセンスコイル１３ａからのデータが処理されていない場合にはステップＳ６３〜Ｓ６８が繰り返される。
【０１０５】
全てのセンスコイル１３ａからのデータの周波数解析処理が行われた場合には、図１６に示されるように、その処理結果に基づいて、周波数選択部２４は、マーカコイル４から発生させた第１の交番磁界の周波数における磁界情報および磁界発生装置４１から発生させた第２の交番磁界の周波数における磁界情報のみを抽出し、第３のメモリ２５に記憶する（ステップＳ７０）。この処理は全てのセンスコイル１３ａからの磁界信号に対して行われる（ステップＳ７１）。
【０１０６】
位置方向解析部２２は、まず、第３のメモリ２５に記憶されている磁界情報の内、周波数解析処理結果の虚数部を第３のメモリ２５から読み出し（ステップＳ７２）、該虚数部に基づいて、磁気誘導コイル５の位置および向きを繰り返し演算により算出する（ステップＳ７３）。周波数解析処理の結果の虚数部には、マーカコイル４の発生する第１、第２の交番磁界と同一の第１の位置算出用周波数ｆ０を有し、かつ、第１、第２の交番磁界の位相に対してπ／２だけずれた位相を有する磁気誘導コイル５に発生した誘導磁界の磁界信号（第２の検出磁界成分）のみが含まれているので、この虚数部を抽出して用いることにより、磁気誘導コイル５の位置および方向を精度よく算出することができる。
算出された磁気誘導コイル５の位置および方向は、制御回路２８に送られて、表示装置８により表示されるとともに（ステップＳ７４）、第２のメモリ２３に記憶される（ステップＳ７５）。
【０１０７】
また、位置方向解析部２２は、全てのセンスコイル１３ａからの磁界信号の周波数解析処理の結果の実数部およびキャリブレーション値として記憶していた磁界発生装置４１からの第２の交番磁界のみが発生しているときの各センスコイル１３ａからの磁界信号の周波数解析処理結果の実数部を読み出して（ステップＳ７６，Ｓ７７）、その差分値を算出する（ステップＳ７８）。そして、算出された差分値に基づいてマーカコイル４の位置および方向が繰り返し演算により算出される（ステップＳ７９）。
【０１０８】
周波数解析処理の結果の実数部には、第１、第２の交番磁界と同一の第１の位置算出用周波数ｆ０を有し、かつ、第１の交番磁界と同一の位相を有する磁界信号（第１の検出磁界成分）のみが含まれているので、この実数部を抽出して用いることにより、カプセル医療装置３がセンスコイル１３ａによる検出範囲内に存在していても、カプセル医療装置３の磁気誘導コイル５の影響を受けることなく、マーカコイル４の位置および方向を精度よく算出することができる。
【０１０９】
また、キャリブレーション値として、第２の交番磁界のみが作用している場合のを減算した差分に基づいてマーカコイル４の位置および方向を算出するので、磁界発生装置４１からの磁界を排除して、さらに精度よくマーカコイル４の位置および方向を算出することができる。
算出されたマーカコイル４の位置および方向は、制御回路２８に送られて、表示装置８により表示されるとともに（ステップＳ８０）、第２のメモリに記憶される（ステップＳ８１）。
【０１１０】
そして、入力装置２６において位置検出終了の指示が入力されたか否かが確認され（ステップＳ８２）、入力された場合には、トリガ発生器３１からのトリガ信号の発生を終了させ、位置検出システム１の動作を停止する（ステップＳ８３）。一方、終了の指示が入力されていない場合には、ステップＳ６３に戻り、位置検出動作を継続する。
【０１１１】
この場合において、マーカコイル４および磁気誘導コイル５の位置および方向の繰り返し演算における初期値としては、前回に算出され第２のメモリ２３に記憶されているマーカコイル４および磁気誘導コイル５の位置および方向の計算結果が利用される。これにより、繰り返し演算の収束時間を短縮し、位置および方向を迅速に算出することができる。
【０１１２】
このように、本実施形態に係る位置検出システム４０およびこれを用いた位置検出方法によれば、外部からの電力供給により磁界を発生するマーカコイル４を有する内視鏡装置２と、磁気誘導コイル５を有するカプセル医療装置３とが共存した場合においても、内視鏡装置２およびカプセル医療装置３の両方について、位置および方向の少なくとも一方を同時に精度よく算出することができる。また、第１の交番磁界に加えて第２の交番磁界も、第２のマーカから誘導磁界を発生させているので、誘導磁界の強度を大きくすることができる。
【０１１３】
［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態に係る位置検出システム５０について、図１８〜図２４を参照して以下に説明する。
本実施形態の説明において、上述した第２の実施形態に係る位置検出システム４０と構成を共通とする箇所には同一符号を付して説明を省略する。
【０１１４】
本実施形態に係る位置検出システム５０は、図１８に示されるように、内視鏡装置２の先端に設けたマーカコイル４に代えて、第１のカプセル医療装置５１内に配置されたマーカコイル５２を採用している点、該第１のカプセル医療装置５１への信号の送信部５３を備える点、磁気誘導コイル５を第２のカプセル医療装置３′内に配置している点、磁界発生装置４１の発生する第２の交番磁界の周波数が異なる点、および位置計算部１４における演算処理において、上述した第２の実施形態に係る位置検出システム４０と相違している。
【０１１５】
第１のカプセル医療装置５１は、図１９に示されるように、第１の位置算出用周波数ｆ０を有する第１の交番磁界を発生するマーカコイル５２と、該マーカコイル５２を駆動するマーカ駆動回路５４と、クロック５５と、ＰＬＬ回路５６と、受信部５７と、図示しない電源とを備えている。マーカ駆動回路５４は、送信部５３から無線送信され、受信部５７で受信された指令信号に応じてマーカコイル５２に第１の交番磁界を発生させるようになっている。
【０１１６】
前記磁界発生装置４１は、第２のカプセル医療装置３′内の磁気誘導コイル５の共振周波数（第１の位置算出用周波数ｆ０）の近傍であって、該共振周波数ｆ０を挟んで略等しい周波数だけ離れた少なくとも一組の第２の位置算出用周波数ｆ１，ｆ２を有する第２の交番磁界を発生するようになっている。
【０１１７】
本実施形態に係る位置検出システム５０により、第１のカプセル医療装置５１内のマーカコイル５２および第２のカプセル医療装置３′内の磁気誘導コイル５の位置および方向を検出するには、発生する交番磁界の波形データを生成して波形データメモリ１０，４３に記憶し、第２のカプセル医療装置３′が作動範囲内に存在しない状態で、キャリブレーションを行う。
生成された磁界波形データは、第１のカプセル医療装置５１内のマーカ駆動回路５４および磁界発生装置駆動回路４２の波形データメモリ１０，４３にそれぞれ転送される。
【０１１８】
磁界波形の生成は、入力装置２６から磁気誘導コイル５の共振周波数ｆ０を入力することにより開始される（ステップＳ１０１）。制御回路２８は、入力された共振周波数ｆ０を第１のカプセル医療装置５１内のマーカコイル５２から発生する第１の交番磁界の第１の位置算出用周波数ｆ０として設定する。また、制御回路２８は、共振周波数ｆ０を挟んで略等しい周波数だけ離れた一組の第２の位置算出用周波数ｆ１，ｆ２を磁界発生装置４１から発生する第２の交番磁界の周波数として設定する（ステップＳ１０２）。
【０１１９】
制御回路２８は、設定された周波数ｆ０，ｆ１，ｆ２を波形データ生成器２７へ転送する（ステップＳ１０３）。
波形データ生成器２７においては、送られてきた第２の位置算出用周波数ｆ１，ｆ２に基づいて磁界発生装置４１から発生する第２の交番磁界の磁界波形ＢＧを次式により算出する（ステップＳ１０４）
ＢＧ＝Ｂ１×ｓｉｎ（２πｆ１ｔ）＋Ｂ２×ｓｉｎ（２πｆ２ｔ）
【０１２０】
また、波形データ生成器２７においては、送られてきた第１の位置算出用周波数ｆ０に基づいてマーカコイル５２から発生する第１の交番磁界の磁界波形Ｂｍ１を次式により算出する。
Ｂｍ１＝Ｂ３×ｓｉｎ（２πｆ０ｔ）
【０１２１】
波形データ生成器２７において生成された磁界波形Ｂｍ１のデータは、磁界発生装置駆動回路４２の波形データメモリ４３に記憶される。また、磁界波形ＢＧのデータは制御部７に設けられた送信部５３から第１のカプセル医療装置５１に設けられた受信部５７へ送信される。受信部５７で受信された磁界波形データは、波形データメモリ１０に記憶される（ステップＳ１０６）。
【０１２２】
キャリブレーションは、第１のカプセル医療装置５１が体腔内に投入され、第２のカプセル医療装置３′が体腔内に投入されていない状態で、入力装置２６からキャリブレーションの指示が入力されることにより開始される（ステップＳ１１１）。制御回路２８は、磁界発生装置駆動回路４２および読出しタイミング生成器３０に対してトリガ信号を発生するようにトリガ発生器３１に指示を与える。これによりトリガ発生器３１からトリガ信号が発せられる（ステップＳ１１２）。
【０１２３】
トリガ信号を受けた磁界発生装置駆動回路４２は、波形データメモリ４３内に記憶されている磁界波形Ｂｍ１のデータに基づいて、磁界発生駆動信号をクロック信号に同期して順次生成し、磁界発生装置４１に出力する。磁界発生装置４１は入力された磁界発生駆動信号により第２の交番磁界を発生する（ステップＳ１１３）。
【０１２４】
受信回路１３ｂは、各センスコイル１３ａで検出した磁界発生装置４１からの第２の交番磁界に係る磁界信号を受信して、ローパスフィルタ処理、増幅処理およびバンドパスフィルタ処理を行った後に、クロック信号に同期してＡ／Ｄ変換を行う（ステップＳ１１４）。
【０１２５】
Ａ／Ｄ変換された磁界信号は、位置計算部１４の第１のメモリ１９に記憶される（ステップＳ１１５）。そして、周波数解析処理を行うのに必要なデータ数が第１のメモリ１９内に蓄積されたか否かが判断され、蓄積された場合にはＦＦＴ処理回路２０により周波数解析処理が行われる（ステップＳ１１６）。
【０１２６】
周波数解析処理の結果に基づいて、周波数選択部２４は、磁界発生装置４１から発生させた第２の交番磁界の周波数である第２の位置算出用周波数ｆ１，ｆ２における磁界情報のみを抽出して第３のメモリ２５に記憶する（ステップＳ１１７）。
ここで記憶された各周波数ｆ１，ｆ２における磁界信号の強度をＶ０ｆ１−１，Ｖ０ｆ１−２，・・・，Ｖ０ｆ１−Ｎ，Ｖ０ｆ２−１，Ｖ０ｆ２−２，・・・，Ｖ０ｆ２−Ｎとする。ここで、上付きの添え字ｆ１，ｆ２は周波数成分を示し、その後の添え字１，２，・・・Ｎはセンスコイル１３ａの番号を示す。この場合の磁界情報は、周波素解析処理結果の絶対値情報である。そして、周波数ｆ１，ｆ２の磁界情報をキャリブレーション値として第３のメモリ２５に記憶する。
【０１２７】
なお、この場合に、全てのセンスコイル１３ａで検出された周波数ｆ１の磁界信号と、周波数ｆ２の磁界信号を補正することにしてもよい。具体的には、全てのセンスコイル１３ａで検出された周波数ｆ１の信号成分の和Σ（Ｖ０ｆ１−Ｎ）と、全てのセンスコイル１３ａで検出された周波数ｆ２の信号成分の和Σ（Ｖ０ｆ２−Ｎ）とを求める。そして、Ｖ０ｆ２−１，Ｖ０ｆ２−２，・・・，Ｖ０ｆ２−Ｎを次のように書き換えて第１のメモリ１９に上書きする。
【０１２８】
Ｖ０ｆ２−１をＶ０ｆ２−１×Σ（Ｖ０ｆ１−Ｎ）／Σ（Ｖ０ｆ２−Ｎ）
Ｖ０ｆ２−２をＶ０ｆ２−２×Σ（Ｖ０ｆ１−Ｎ）／Σ（Ｖ０ｆ２−Ｎ）
・・・
Ｖ０ｆ２−ＮをＶ０ｆ２−Ｎ×Σ（Ｖ０ｆ１−Ｎ）／Σ（Ｖ０ｆ２−Ｎ）
【０１２９】
また、Σ（Ｖ０ｆ１−Ｎ）／Σ（Ｖ０ｆ２−Ｎ）を第１のメモリ１９に保存しておく。このようにすることで、第１のメモリ１９に記憶されているＶ０ｆ１−１と、置き換えられたＶ０ｆ２−１とはほぼ等しい値を持つ。言い換えれば、各センスコイル１３ａの周波数ｆ１の信号に対するゲインと、周波数ｆ２の信号に対するゲインとをほぼ等しくすることができる。
【０１３０】
なお、第１のカプセル医療装置５１に設けられたクロック（第１のクロック）５５と、制御部７に設けられたクロック（第２のクロック）２９とは同期するように制御されている。具体的には、第２のクロック２９の同期信号とトリガ発生器３１からのトリガ信号とが、制御部７に設けられた送信部５３から第１のカプセル医療装置５１に設けられた受信部５７へ送信されるようになっている。そして、第１のクロック５５は、ＰＬＬ回路５６等により第２のクロック２９の同期信号を用いて位相制御されるようになっている。このような制御はキャリブレーションおよび後述する実測定において、定常的または断続的に実行されるようになっている。
【０１３１】
次に、実測定は、体腔内に第１，第２のカプセル医療装置５１，３′が配置された状態で（ステップＳ１２０）、入力装置２６において実測定の開始が指示されることにより開始される（ステップＳ１２１）。
制御回路２８は、トリガ発生器３１にマーカ駆動回路５４、磁界発生装置駆動回路４２および読出しタイミング生成器３０へのトリガ信号の発生を指示し、トリガ発生器３１がトリガ信号を発生する（ステップＳ１２２）。
【０１３２】
マーカ駆動回路５４は、波形データメモリ１０内に記憶されている波形データに基づいて、磁界発生駆動信号をクロック信号に同期しながら順次生成し、マーカコイル５２に出力する。マーカコイル５２は入力された磁界発生駆動信号により第１の交番磁界を発生させる（ステップＳ１２３）。
また、磁界発生装置駆動回路４２は、波形データメモリ４３内に記憶されている波形データに基づいて、磁界発生駆動信号をクロック信号に同期しながら順次生成し、磁界発生装置４１に出力する。磁界発生装置４１は入力された磁界発生駆動信号により第２の交番磁界を発生させる（ステップＳ１２４）。
【０１３３】
受信回路１３ｂは、各センスコイル１３ａで検出したマーカコイル５２からの第１の交番磁界および磁界発生装置４１からの第２の交番磁界に係る磁界信号をローパスフィルタ処理、増幅処理およびバンドパスフィルタ処理を行った後に、クロック信号に同期してＡ／Ｄ変換を行う（ステップＳ１２５）。
【０１３４】
Ａ／Ｄ変換された磁界信号は、位置計算部１４の第１のメモリ１９に記憶される（ステップＳ１２６）。そして、周波数解析処理を行うのに必要なデータ数が第１のメモリ１９内に蓄積されたか否かが判断され、蓄積された場合にはＦＦＴ処理回路２０により周波数解析処理が行われる（ステップＳ１２７）。その後、この周波数解析処理が全てのセンスコイル１３ａからのデータに対して行われたか否かが判断され（ステップＳ１２８）、全てのセンスコイル１３ａからのデータが処理されていない場合には、ステップＳ１２２〜Ｓ１２７が繰り返される。
【０１３５】
全てのセンスコイル１３ａからのデータの周波数解析処理が行われた場合には、図２３に示されるように、その処理結果に基づいて、周波数選択部２４は、磁界発生装置駆動回路４２で発生させた磁界の周波数成分、すなわち第２の位置算出用周波数ｆ１，ｆ２の磁界強度の絶対値を抽出し周波数ｆ１，ｆ２と対応づけて第３のメモリ２５に記憶する（ステップＳ１２９）。この処理は全てのセンスコイル１３ａからの磁界信号に対して行われる（ステップＳ１３０）。
【０１３６】
位置方向解析部２２は、磁気誘導コイル５の位置計算を行うための各センスコイル１３ａの信号を以下の計算式から算出する（ステップＳ１３１）。
Ｖｍ２１＝（Ｖｆ１−１−Ｖ０ｆ１−１）−（Ｖｆ２−１−Ｖ０ｆ２−１）
Ｖｍ２２＝（Ｖｆ１−２−Ｖ０ｆ１−２）−（Ｖｆ２−２−Ｖ０ｆ２−２）
・・・
Ｖｍ２Ｎ＝（Ｖｆ１−Ｎ−Ｖ０ｆ１−Ｎ）−（Ｖｆ２−Ｎ−Ｖ０ｆ２−Ｎ）
【０１３７】
そして、位置方向解析部２２は、算出されたＶｍ２１，Ｖｍ２２，・・・，Ｖｍ２Ｎに基づいて磁気誘導コイル５の位置および向きを繰り返し演算により算出する（ステップＳ１３２）。
算出された磁気誘導コイル５の位置および方向は、制御回路２８に送られて、表示装置８により表示されるとともに（ステップＳ１３３）、第２のメモリ２３に記憶される（ステップＳ１３４）。
【０１３８】
また、周波数選択部２４は、周波数解析処理の結果に基づいて、マーカ駆動回路５４で発生させた磁界の周波数成分、すなわち、第１の位置算出用周波数ｆ０の磁界強度の実数部の値を抽出し、第３のメモリ２５に記憶する。
位置方向解析部２２は、第３のメモリ２５に記憶されている第１の位置算出用周波数ｆ０の磁界強度の実数部の値に基づいて、マーカコイル５２の位置および方向を算出する（ステップＳ１３５）。
【０１３９】
算出されたマーカコイル５２の位置および方向は、制御回路２８に送られて、表示装置８により表示されるとともに（ステップＳ１３６）、第２のメモリ２３に記憶される（ステップＳ１３７）。
【０１４０】
そして、入力装置２６において位置検出終了の指示が入力されたか否かが確認され（ステップＳ１３８）、入力された場合には、トリガ発生器３１からのトリガ信号の発生を終了させ、位置検出システム５０の動作を停止する（ステップＳ１３９）。一方、終了の指示が入力されていない場合には、ステップＳ１２３に戻り、位置検出動作を継続する。この場合において、磁気誘導コイル５およびマーカコイル５２の位置および方向の繰り返し演算における初期値としては、前回に算出され第２のメモリ２３に記憶されている磁気誘導コイル５およびマーカコイル５２の位置および方向の計算結果が利用される。これにより、繰り返し演算の収束時間を短縮し、位置および方向を迅速に算出することができる。
【０１４１】
このように、本実施形態に係る位置検出システム５０および位置検出方法によれば、マーカコイル５２からの信号と、磁気誘導コイル５からの信号とを、両方の信号の位相情報を元に完全に分離できる。したがって、マーカコイル５２の位置および方向を正確に算出することができる。また、磁気誘導コイル５の位置および方向に関して、２つの周波数信号強度の差により求めているので、マーカコイル５２による誘導磁界が発生していない信号から計算することができる。その結果、磁気誘導コイル５の位置および方向をマーカコイル５２の干渉を抑えて正確に求めることができる。
【０１４２】
なお、本実施形態においては、マーカコイル５２が複数個存在する場合には、時分割で各マーカコイル５２を順次駆動してステップＳ１２２〜Ｓ１３７を繰り返すことにすればよい。
すなわち、マーカコイル５２で発生した磁界は、磁気誘導コイル５の共振周波数と等しい周波数ｆ０を有する磁界である。このため、磁気誘導コイル５がマーカコイル５２からの磁界を受けて発生する誘導磁界は、マーカコイル５２で発生する磁界に対してπ／２だけ位相がずれたものとなっている。
【０１４３】
このため、センスコイル１３ａで取得した信号を周波数解析処理した結果としては、マーカコイル５２と磁気誘導コイル５が作った磁界による信号はπ／２だけずれて観測される。マーカコイル５２で発生させる磁界の位相は、受信回路１３ｂのＡ／Ｄ変換器１８のサンプリングクロックと、マーカコイル駆動回路５４のＡ／Ｄ変換器１１のサンプリングクロックが同期していることにより、あらかじめ調節しておくことができる。本実施形態においては、マーカコイル５２の磁界による信号が全て実数部に現れるように、読出しタイミング生成器３０で調整してある。
【０１４４】
この調整方法はマーカコイル５２だけを駆動させ、センスコイル１３ａで取得された磁界信号を周波数解析処理を行った結果の実数部が最大で、虚数部が最小となるように読出しタイミング生成器３０で発生させる信号を調整すればよい。これは一度行っておけば再度調整する必要はない。この手順は第３の実施形態で示したキャリブレーションの手順を、磁界発生装置４１をマーカコイル５２に置き換えて行うことで実施できる。
【図面の簡単な説明】
【０１４５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る位置検出システムの全体構成を示すブロック図である。
【図２】図１の位置検出システムの詳細な構成を示すブロック図である。
【図３】図１の位置検出システムを用いた位置検出方法における波形生成動作を説明するフローチャートである。
【図４】図３の位置検出方法におけるキャリブレーション動作の前半を説明するフローチャートである。
【図５】図３の位置検出方法におけるキャリブレーション動作の後半を説明するフローチャートである。
【図６】図３の位置検出方法における実測定動作の前半を説明するフローチャートである。
【図７】図６の続きの実測定動作を説明するフローチャートである。
【図８】図７の続きの実測定動作を説明するフローチャートである。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る位置検出システムを備える医療装置誘導システムを説明する全体構成図である。
【図１０】図９の医療装置誘導システムに用いられるカプセル医療装置の一例を示す縦断面図である。
【図１１】図９の医療装置誘導システムに備えられる本実施形態に係る位置検出システムの全体構成を示すブロック図である。
【図１２】図１１の位置検出システムの詳細な構成を示すブロック図である。
【図１３】図１１の位置検出システムを用いた位置検出方法におけるキャリブレーション動作の前半を説明するフローチャートである。
【図１４】図１３に続くキャリブレーション動作の後半を説明するフローチャートである。
【図１５】図１１の位置検出方法における実測定動作の前半を説明するフローチャートである。
【図１６】図１５の続きの実測定動作を説明するフローチャートである。
【図１７】図１６の続きの実測定動作を説明するフローチャートである。
【図１８】本発明の第３の実施形態に係る位置検出システムの全体構成を示すブロック図である。
【図１９】図１８の位置検出システムの詳細な構成を示すブロック図である。
【図２０】図１８の位置検出システムを用いた位置検出方法における波形生成動作を説明するフローチャートである。
【図２１】図２０の位置検出方法におけるキャリブレーション動作を説明するフローチャートである。
【図２２】図１８の位置検出システムを用いた位置検出方法における実測定動作の前半を説明するフローチャートである。
【図２３】図２２の続きの実測定動作を説明するフローチャートである。
【図２４】図２３の続きの実測定動作を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【０１４６】
ｆ０ 第１の位置算出用周波数
ｆ１，ｆ２ 第２の位置算出用周波数
１，４０，５０ 位置検出システム
２ 内視鏡装置（内視鏡）
２ａ 挿入部
３ カプセル医療装置（第２のマーカ）
３′ 第２のカプセル医療装置（カプセル医療装置）
４，５２ マーカコイル（第１のマーカ）
５ 磁気誘導コイル
６ 磁界検出部
２１ 周波数選択部（抽出部）
２２ 位置方向解析部
４１ 磁界発生装置（磁界発生部）
５１ 第１のカプセル医療装置（カプセル医療装置）
７１ ３軸ヘルムホルツコイルユニット
７２ ヘルムホルツコイルドライバ（推進用磁界制御部）
１００ 医療装置誘導システム
１５０ 永久磁石（磁界作用部）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部からの電力供給により第１の位置算出用周波数を有する第１の交番磁界を発生する第１のマーカと、
前記位置算出用周波数と同一の共振周波数を有する磁気誘導コイルを搭載した第２のマーカと、
該第２のマーカの作動範囲の外部に配置され、前記第１の位置算出用周波数において磁界を検出する磁界検出部と、
該磁界検出部で検出された磁界から、前記第１の位置算出用周波数を有するとともに前記第１の交番磁界と同一の位相を有する第１の検出磁界成分を抽出する抽出部と、
該抽出部により抽出された前記第１の検出磁界成分の強度に基づいて前記第１のマーカの位置および方向の少なくとも一方を算出する位置方向解析部とを備える位置検出システム。
【請求項２】
前記抽出部が、前記磁界検出部で検出された磁界から、前記第１の位置算出用周波数を有するとともに前記第１の交番磁界の位相に対してπ／２ずれた位相を有する第２の検出磁界成分を抽出し、
前記位置方向解析部が、さらに前記第２の検出磁界成分の強度に基づいて前記第２のマーカの位置および方向の少なくとも一方を算出する請求項１に記載の位置検出システム。
【請求項３】
前記第２のマーカの作動範囲の外部に配置され、前記第１の位置算出用周波数を有するとともに、前記第１の交番磁界と同一の位相を有する第２の交番磁界を発生する磁界発生部を備え、
前記位置方向解析部が、前記第１の交番磁界の発生時に抽出された前記第１の検出磁界成分の強度と前記第１の交番磁界の発生前に抽出された前記第１の検出磁界成分の強度との差分に基づいて前記第１のマーカの位置および方向の少なくとも一方を算出する請求項２に記載の位置検出システム。
【請求項４】
前記第２のマーカの作動範囲の外部に配置され、前記第１の位置算出用周波数の近傍であって、前記第１の位置算出用周波数を挟み該第１の位置算出用周波数に対して所定の周波数だけ離れた少なくとも一組の第２の位置算出用周波数を有する第２の交番磁界を発生する磁界発生部を備え、
前記磁界検出部が、さらに前記第２の位置算出用周波数において磁界を検出し、
前記抽出部が、前記磁界検出部で検出された磁界から、前記一組の第２の位置算出用周波数を有する少なくとも一組の第２の検出磁界成分の強度の差分を抽出し、
前記位置方向解析部が、さらに抽出された前記差分に基づいて前記第２のマーカの位置および方向の少なくとも一方を算出する請求項１に記載の位置検出システム。
【請求項５】
前記第２の検出磁界成分の強度が絶対値強度である請求項４に記載の位置検出システム。
【請求項６】
前記第２のマーカがカプセル医療装置に設けられている請求項１から請求項５のいずれかに記載の位置検出システム。
【請求項７】
前記第１のマーカが内視鏡の先端部に設けられている請求項１から請求項６のいずれかに記載の位置検出システム。
【請求項８】
請求項２から請求項７のいずれかに記載の位置検出システムを備え、
前記第２のマーカが、さらに磁界作用部を備え、
該磁界作用部に作用させる推進用磁界を発生させる推進用磁界発生部と、
前記位置方向解析部により算出された前記第２のマーカの位置および方向の少なくとも一方に基づいて、前記推進用磁界の強度および方向を制御する推進用磁界制御部とを備える医療装置誘導システム。
【請求項９】
外部からの電力供給により第１のマーカが第１の位置算出用周波数を有する第１の交番磁界を発生する磁界発生ステップと、
磁気誘導コイルを搭載した第２のマーカが前記第１の交番磁界を受けて誘導磁界を発生する誘導磁界発生ステップと、
前記第１の位置算出用周波数において磁界を検出する磁界検出ステップと、
検出された磁界から、前記第１の位置算出用周波数を有するとともに前記第１の位置算出用周波数において第１の交番磁界と同一の位相を有する第１の検出磁界成分を抽出する抽出ステップと、
抽出された前記第１の検出磁界成分の強度に基づいて前記第１のマーカの位置および方向の少なくとも一方を算出する位置方向解析ステップとを有する位置検出方法。
【請求項１０】
前記抽出ステップが、検出された磁界から、前記第１の位置算出用周波数を有するとともに前記第１の交番磁界の位相に対してπ／２ずれた位相を有する第２の検出磁界成分を抽出するステップを有し、
前記位置方向解析ステップが、さらに抽出された前記第２の検出磁界成分の強度に基づいて前記第２のマーカの位置および方向の少なくとも一方を算出するステップを有する請求項９に記載の位置検出方法。
【請求項１１】
前記磁界発生ステップが、前記第１の位置算出用周波数を有するとともに、前記第１の交番磁界と同一の位相を有する第２の交番磁界を発生するステップを有し、
前記誘導磁界発生ステップが、前記第２のマーカが前記第２の交番磁界を受けて誘導磁界を発生するステップを有し、
前記位置方向解析ステップが、前記第１の交番磁界の発生時に抽出された前記第１の検出磁界成分の強度と前記第１の交番磁界の発生前に抽出された前記第１の検出磁界成分の強度との差分に基づいて前記第１のマーカの位置および方向の少なくとも一方を算出するステップである請求項９に記載の位置検出方法。
【請求項１２】
前記磁界発生ステップが、前記第１の位置算出用周波数の近傍であって、前記第１の位置算出用周波数を挟み該第１の位置算出用周波数に対して所定の周波数だけ離れた少なくとも一組の第２の位置算出用周波数を有する第２の交番磁界を発生するステップを有し、
前記誘導磁界発生ステップが、前記第２のマーカが前記第２の交番磁界を受けて誘導磁界を発生するステップを有し、
前記磁界検出ステップが、前記第２の位置算出用周波数において磁界を検出するステップを有し、
前記抽出ステップが、検出された磁界から、前記一組の第２の位置算出用周波数を有する少なくとも一組の第２の検出磁界成分の強度の差分を抽出するステップを有し、
前記位置方向解析ステップが、さらに抽出された前記差分に基づいて前記第２のマーカの位置および方向の少なくとも一方を算出するステップを有する請求項９に記載の位置検出方法。
【請求項１】
外部からの電力供給により第１の位置算出用周波数を有する第１の交番磁界を発生する第１のマーカと、
前記位置算出用周波数と同一の共振周波数を有する磁気誘導コイルを搭載した第２のマーカと、
該第２のマーカの作動範囲の外部に配置され、前記第１の位置算出用周波数において磁界を検出する磁界検出部と、
該磁界検出部で検出された磁界から、前記第１の位置算出用周波数を有するとともに前記第１の交番磁界と同一の位相を有する第１の検出磁界成分を抽出する抽出部と、
該抽出部により抽出された前記第１の検出磁界成分の強度に基づいて前記第１のマーカの位置および方向の少なくとも一方を算出する位置方向解析部とを備える位置検出システム。
【請求項２】
前記抽出部が、前記磁界検出部で検出された磁界から、前記第１の位置算出用周波数を有するとともに前記第１の交番磁界の位相に対してπ／２ずれた位相を有する第２の検出磁界成分を抽出し、
前記位置方向解析部が、さらに前記第２の検出磁界成分の強度に基づいて前記第２のマーカの位置および方向の少なくとも一方を算出する請求項１に記載の位置検出システム。
【請求項３】
前記第２のマーカの作動範囲の外部に配置され、前記第１の位置算出用周波数を有するとともに、前記第１の交番磁界と同一の位相を有する第２の交番磁界を発生する磁界発生部を備え、
前記位置方向解析部が、前記第１の交番磁界の発生時に抽出された前記第１の検出磁界成分の強度と前記第１の交番磁界の発生前に抽出された前記第１の検出磁界成分の強度との差分に基づいて前記第１のマーカの位置および方向の少なくとも一方を算出する請求項２に記載の位置検出システム。
【請求項４】
前記第２のマーカの作動範囲の外部に配置され、前記第１の位置算出用周波数の近傍であって、前記第１の位置算出用周波数を挟み該第１の位置算出用周波数に対して所定の周波数だけ離れた少なくとも一組の第２の位置算出用周波数を有する第２の交番磁界を発生する磁界発生部を備え、
前記磁界検出部が、さらに前記第２の位置算出用周波数において磁界を検出し、
前記抽出部が、前記磁界検出部で検出された磁界から、前記一組の第２の位置算出用周波数を有する少なくとも一組の第２の検出磁界成分の強度の差分を抽出し、
前記位置方向解析部が、さらに抽出された前記差分に基づいて前記第２のマーカの位置および方向の少なくとも一方を算出する請求項１に記載の位置検出システム。
【請求項５】
前記第２の検出磁界成分の強度が絶対値強度である請求項４に記載の位置検出システム。
【請求項６】
前記第２のマーカがカプセル医療装置に設けられている請求項１から請求項５のいずれかに記載の位置検出システム。
【請求項７】
前記第１のマーカが内視鏡の先端部に設けられている請求項１から請求項６のいずれかに記載の位置検出システム。
【請求項８】
請求項２から請求項７のいずれかに記載の位置検出システムを備え、
前記第２のマーカが、さらに磁界作用部を備え、
該磁界作用部に作用させる推進用磁界を発生させる推進用磁界発生部と、
前記位置方向解析部により算出された前記第２のマーカの位置および方向の少なくとも一方に基づいて、前記推進用磁界の強度および方向を制御する推進用磁界制御部とを備える医療装置誘導システム。
【請求項９】
外部からの電力供給により第１のマーカが第１の位置算出用周波数を有する第１の交番磁界を発生する磁界発生ステップと、
磁気誘導コイルを搭載した第２のマーカが前記第１の交番磁界を受けて誘導磁界を発生する誘導磁界発生ステップと、
前記第１の位置算出用周波数において磁界を検出する磁界検出ステップと、
検出された磁界から、前記第１の位置算出用周波数を有するとともに前記第１の位置算出用周波数において第１の交番磁界と同一の位相を有する第１の検出磁界成分を抽出する抽出ステップと、
抽出された前記第１の検出磁界成分の強度に基づいて前記第１のマーカの位置および方向の少なくとも一方を算出する位置方向解析ステップとを有する位置検出方法。
【請求項１０】
前記抽出ステップが、検出された磁界から、前記第１の位置算出用周波数を有するとともに前記第１の交番磁界の位相に対してπ／２ずれた位相を有する第２の検出磁界成分を抽出するステップを有し、
前記位置方向解析ステップが、さらに抽出された前記第２の検出磁界成分の強度に基づいて前記第２のマーカの位置および方向の少なくとも一方を算出するステップを有する請求項９に記載の位置検出方法。
【請求項１１】
前記磁界発生ステップが、前記第１の位置算出用周波数を有するとともに、前記第１の交番磁界と同一の位相を有する第２の交番磁界を発生するステップを有し、
前記誘導磁界発生ステップが、前記第２のマーカが前記第２の交番磁界を受けて誘導磁界を発生するステップを有し、
前記位置方向解析ステップが、前記第１の交番磁界の発生時に抽出された前記第１の検出磁界成分の強度と前記第１の交番磁界の発生前に抽出された前記第１の検出磁界成分の強度との差分に基づいて前記第１のマーカの位置および方向の少なくとも一方を算出するステップである請求項９に記載の位置検出方法。
【請求項１２】
前記磁界発生ステップが、前記第１の位置算出用周波数の近傍であって、前記第１の位置算出用周波数を挟み該第１の位置算出用周波数に対して所定の周波数だけ離れた少なくとも一組の第２の位置算出用周波数を有する第２の交番磁界を発生するステップを有し、
前記誘導磁界発生ステップが、前記第２のマーカが前記第２の交番磁界を受けて誘導磁界を発生するステップを有し、
前記磁界検出ステップが、前記第２の位置算出用周波数において磁界を検出するステップを有し、
前記抽出ステップが、検出された磁界から、前記一組の第２の位置算出用周波数を有する少なくとも一組の第２の検出磁界成分の強度の差分を抽出するステップを有し、
前記位置方向解析ステップが、さらに抽出された前記差分に基づいて前記第２のマーカの位置および方向の少なくとも一方を算出するステップを有する請求項９に記載の位置検出方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【公開番号】特開２００８−１３２０４７（Ｐ２００８−１３２０４７Ａ）
【公開日】平成２０年６月１２日（２００８．６．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３１９０９５（Ｐ２００６−３１９０９５）
【出願日】平成１８年１１月２７日（２００６．１１．２７）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年６月１２日（２００８．６．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月２７日（２００６．１１．２７）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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