位置検出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とも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、所定の周波数だけ離れた一組の第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、一組の第１の位置算出用周波数に挟まれた略中心の周波数を共振周波数とする磁気誘導コイル５を搭載した第２のマーカ３と、そ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一組の第１の位置算出用周波数を有する一組の第１の検出磁界成分の強度の加算値を抽出する抽出部３０と、抽出された加算値に基づいて第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、所定の周波数だけ離れた一組の第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、一組の第１の位置算出用周波数に挟まれた略中心の周波数を共振周波数とする磁気誘導コイル５を搭載した第２のマーカ３と、そ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一組の第１の位置算出用周波数を有する一組の第１の検出磁界成分の強度の加算値を抽出する抽出部３０と、抽出された加算値に基づいて第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ともに存在した場合、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場合に、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とも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、所定の周波数だけ離れた一組の第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、前記一組の第１の位置算出用周波数に挟まれた略中心の周波数を共振周波数とする磁気誘導コイルを搭載した第２のマーカと、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において磁界を検出する磁界検出部と、前記磁界検出部で検出された磁界から、前記一組の第１の位置算出用周波数を有する一組の第１の検出磁界成分の強度の加算値を抽出する抽出部と、抽出された前記加算値に基づいて前記第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、外部からの電力供給により、第１のマーカから発せられた、所定の周波数だけ離れた一組の第１の位置算出用周波数を有する第１の交番磁界が、第２のマーカに搭載された磁気誘導コイルによって受けられる。磁気誘導コイルは、共振特性によっては、第１の交番磁界を受けて誘導磁界（以下、第１の交番磁界に係る誘導磁界とする）を発生する場合がある。このとき、磁界検出部は、一組の第１の位置算出用周波数において、第１の交番磁界と、第１の交番磁界に係る誘導磁界とが混合した磁界を検出する。
【０００８】
ここで、第１の交番磁界に係る誘導磁界は、第１の交番磁界と同じく一組の第１の位置算出用周波数を有している。一方、第１の検出磁界成分は、一組の第１の位置算出用周波数を有する磁界成分であるため、第１の交番磁界に係る誘導磁界が発生した場合は、第１の交番磁界の情報に加えて当該誘導磁界の情報を含む。また、磁気誘導コイルの共振周波数は、一組の第１の位置算出用周波数に挟まれた略中心の周波数であるため、第１の交番磁界に係る誘導磁界は、第１の交番磁界に対する強度の大小関係が互いに異なるとともに、該強度の絶対値が略同一となる特性を有している。
【０００９】
よって、抽出部の作動により、一組の第１の検出磁界成分の強度の和が演算されると、第１の交番磁界に係る誘導磁界の情報が相殺され、磁界検出部で検出された磁界から第１の交番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のマーカから発生した第１の交番磁界の強度情報のみを用いて、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。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。
【００１０】
上記発明においては、前記一組の第１の位置算出用周波数が、さらに前記共振周波数の近傍の周波数であり、前記抽出部が、さらに前記磁界検出部で検出された磁界から、前記一組の第１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、さらに前記差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。
【００１１】
このようにすることで、位置方向解析部は、抽出部により抽出された加算値に基づいて、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、抽出された差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。
ここで、一組の第１の位置算出用周波数は、共振周波数の近傍の周波数であるため、磁気誘導コイルは、第１の交番磁界を受けると誘導磁界を発生する。また、第１の交番磁界に係る誘導磁界は、前記のとおり、一組の第１の位置算出用周波数において、第１の交番磁界に対する強度の大小関係が互いに異なる特性を有している。
【００１２】
一方、第１の検出磁界成分は、一組の第１の位置算出用周波数を有する磁界成分であるため、第１の交番磁界の情報および第１の交番磁界に係る誘導磁界の情報を含む。よって、抽出部の作動により、一組の第１の検出磁界成分の強度の差分が演算されることで、第１の交番磁界の情報が相殺されるので、磁界検出部で検出された磁界から第１の交番磁界に係る誘導磁界の情報のみを抽出できる。
【００１３】
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精度よく算出することができる。
【００１４】
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、前記一組の第１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、前記一組の第１の検出磁界成分が、前記第１の交番磁界の発生時に検出された前記第１の位置算出用周波数を有する磁界と前記第１の交番磁界の発生前に検出された前記第１の位置算出用周波数を有する磁界との差分であることとしてもよい。
【００１５】
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により発生される第２の交番磁界は、前記第１の交番磁界と同一の周波数を有するため、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（以下、第１および第２の交番磁界に係る誘導磁界とする）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。
【００１６】
ここで、第１および第２の交番磁界の発生時に第１の位置算出用周波数において検出される磁界は、第１の交番磁界、第２の交番磁界、および第１および第２の交番磁界に係る誘導磁界の情報を含む。
一方、第２の交番磁界のみ発生している場合、磁気誘導コイルは、第２の交番磁界を受けて誘導磁界（以下、第２の交番磁界に係る誘導磁界とする）を発生する。このとき、第１の位置算出用周波数において検出される磁界は、第２の交番磁界、および第２の交番磁界に係る誘導磁界の情報を含む。
【００１７】
よって、第１の交番磁界の発生時と発生前におけるそれぞれの磁界情報の差分を第１の検出磁界成分とすると、各周波数における第１の検出磁界成分は、第１の交番磁界の情報、および第１の交番磁界に係る誘導磁界の情報のみを含むこととなる。
したがって、抽出部の作動により、一組の第１の検出磁界成分の強度の和が演算されると、第１の交番磁界に係る誘導磁界の情報が相殺されるので、磁界検出部で検出された磁界から第１の交番磁界の強度の情報のみを抽出できる。
【００１８】
また、一組の第１の検出磁界成分の強度の差分は、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、第１および第２の交番磁界に係る誘導磁界の情報のみを含む。
よって、抽出部の作動により、一組の第１の検出磁界成分の強度の差分を演算すると、第１および第２の交番磁界に係る誘導磁界の情報のみを抽出できる。
【００１９】
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、前記共振周波数の近傍であって前記第１の位置算出用周波数と異なるとともに、前記共振周波数を挟み前記共振周波数に対して所定の周波数だけ離れた一組の第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、さらに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、さらに前記差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。
【００２２】
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発生する第２の交番磁界の一組の第２の位置算出用周波数は、共振周波数の近傍の周波数であるため、磁気誘導コイルは、第１の交番磁界を受けて第１の交番磁界に係る誘導磁界を発生するとともに、第２の交番磁界を受けて一組の第２の位置算出用周波数を有する誘導磁界（第２の交番磁界に係る誘導磁界）を発生する。磁界検出部は、一組の第１の位置算出用周波数において、第１の交番磁界と、第１の交番磁界に係る誘導磁界とが混合した磁界を検出し、一組の第２の位置算出用周波数において、第２の交番磁界と、第２の交番磁界に係る誘導磁界とが混合した磁界を検出する。
【００２３】
そして、抽出部の作動により、磁界検出部で検出された磁界から、一組の第１の検出磁界成分の強度の加算値が抽出されるとともに、一組の第２の検出磁界成分の強度の差分が抽出される。さらに、位置方向解析部の作動により、抽出部により抽出された加算値に基づいて、第１のマーカの位置および方向の少なくとも一方が算出されるとともに、抽出された差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が算出される。
【００２４】
ここで、第２の交番磁界に係る誘導磁界は、上述した理由と同様の理由から、一組の第２の位置算出用周波数において、第２の交番磁界に対する強度の大小関係が互いに異なる特性を有している。一方、第２の検出磁界成分は、一組の第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の交番磁界の情報および第２の交番磁界に係る誘導磁界の情報を含む。よって、抽出部の作動により、一組の第２の検出磁界成分の強度の差分が演算されると、第２の交番磁界の情報が相殺されるので、磁界検出部で検出された磁界から第２の交番磁界に係る誘導磁界の情報のみを抽出できる。
【００２５】
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精度よく算出することができる。
【００２６】
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、前記共振周波数を有する第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、さらに前記共振周波数において磁界を検出し、前記抽出部が、さらに前記磁界検出部で検出された磁界から、前記共振周波数を有するとともに前記第２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。
【００２７】
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のマーカに搭載された磁気誘導コイルの共振周波数を有する第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の交番磁界に係る誘導磁界を発生するとともに、第２の交番磁界を受けて第２の交番磁界に係る誘導磁界を発生する。磁界検出部は、一組の第１の位置算出用周波数において、第１の交番磁界と、第１の交番磁界に係る誘導磁界とが混合した磁界を検出し、共振周波数において、第２の交番磁界と、第２の交番磁界に係る誘導磁界とが混合した磁界を検出する。
【００２８】
抽出部は、磁界検出部で検出された磁界から、一組の第１の検出磁界成分の強度の加算値を抽出するとともに、第２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加算値に基づいて、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。
【００２９】
ここで、第２の交番磁界に係る誘導磁界は、第２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。一方、第２の検出磁界成分も、第２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ため、第２の交番磁界の情報を含まず、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、抽出部の作動により、第２の検出磁界成分を抽出すると、磁界検出部で検出された磁界から第２の交番磁界に係る誘導磁界の情報のみを抽出できる。
【００３０】
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精度よく算出することができる。
【００３１】
また、上記発明においては、前記磁気誘導コイルを含む共振回路が、前記第１の位置算出用周波数において、以下の関係式を満たすこととしてもよい。
【数２】
【００３２】
このようにすることで、各周波数における同一のセンスコイルにおいて検出される第１の交番磁界に係る誘導磁界の検出強度を等しくすることができる。その結果、一組の第１の検出磁界成分の強度について簡単な加算演算を行うことにより誘導磁界の情報を相殺させて、第１の交番磁界の情報のみを抽出することができる。
【００３３】
また、上記発明においては、前記第１のマーカが、複数設けられ、複数の前記第１の位置算出用周波数が、互いに異なる周波数であることとしてもよい。
このようにすることで、複数の第１のマーカを識別することができる。
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。
【００３４】
また、上記発明においては、前記複数の第１のマーカが、内視鏡の挿入部の長手方向に沿って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。
【００３５】
また、上記発明においては、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こととしてもよい。
【００３６】
このようにすることで、推進用磁界発生部により発生された、第２のマーカの磁界作用部に作用させる推進用磁界の強度および方向が、推進用磁界制御部の作動により、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、制御される。これにより、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。
【００３７】
また、本発明は、外部からの電力供給により、第１のマーカが所定の周波数だけ離れた一組の第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、前記一組の第１の位置算出用周波数を有する一組の第１の検出磁界成分の強度の加算値を抽出する抽出ステップと、抽出された前記加算値に基づいて前記第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。
【００３８】
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、前記一組の第１の検出磁界成分の強度の差分を抽出するステップを含み、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含むこととしてもよい。
【００３９】
また、上記発明においては、前記磁界発生ステップが、前記一組の第１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含み、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含み、前記一組の検出磁界成分が、前記第１の交番磁界の発生時に検出された前記第１の位置算出用周波数を有する磁界と前記第１の交番磁界の発生前に検出された前記第１の位置算出用周波数を有する磁界との差分であることとしてもよい。
【００４０】
また、上記発明においては、前記磁界発生ステップが、前記一組の第１の位置算出用周波数の近傍の一組の第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含み、前記磁界検出ステップが、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するステップを含み、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含み、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含むこととしてもよい。
【００４１】
また、上記発明においては、前記磁界発生ステップが、前記共振周波数を有する第２の交番磁界を発生するステップを含み、前記磁界検出ステップが、さらに前記共振周波数において磁界を検出するステップを含み、前記抽出ステップが、検出された磁界から、前記共振周波数を有するとともに前記第２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含み、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こととしてもよい。
【発明の効果】
【００４２】
本発明に係る位置検出システムおよび位置検出方法によれば、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とも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】
【００４３】
［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６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。
【００４４】
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、後述する入力装置から入力された共振周波数ｆ０を挟み、該共振周波数ｆ０に対して略等しい周波数だけ離れた一組の第１の位置算出用周波数ｆ１，ｆ２を有する第１の交番磁界を発生するようになっている。
【００４５】
カプセル医療装置３には、前記磁気誘導コイル５を含み、前記一組の第１の位置算出用周波数ｆ１，ｆ２に挟まれた略中心の周波数を共振周波数ｆ０とする共振回路が備えられている。磁気誘導コイル５は、外部からの第１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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。また、位置計算部１４には、前記受信回路１３ｂ内の全てのＡ／Ｄ変換器１８と位置計算部１４とを同期させるためのクロック信号を発振するクロック３２が備えられている。
【００５０】
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ｆ１，ｆ２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ｆ１，ｆ２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ｆ１，ｆ２における一組の磁界情報を記憶する第３のメモリ２５と、マーカコイル４および磁気誘導コイル５の位置計算を行うための各センスコイル１３ａの信号を抽出する抽出計算部３０とを備えている。
ここで、第１の位置算出用周波数ｆ１，ｆ２における磁界情報とは、第１の位置算出用周波数ｆ１，ｆ２における磁界の絶対値である。
【００５１】
前記抽出計算部３０は、第３のメモリ２５に記憶されている、前記周波数選択回路により抽出された第１の位置算出用周波数ｆ１における磁界情報（第１の検出磁界成分）の強度と、第１の位置算出用周波数ｆ２における磁界情報（第１の検出磁界成分）の強度との加算値と差分とを算出するようになっている。
【００５２】
前記位置方向解析部２２は、前記抽出計算部３０において算出された一組の磁界情報の強度の加算値に基づいて内視鏡装置２のマーカコイル４の位置および方向を算出し、一組の磁界情報の強度の差分に基づいてカプセル医療装置の磁気誘導コイル５の位置および方向を算出するようになっている。
【００５３】
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部２７と、入力された共振周波数に基づいて第１の位置算出用周波数を設定し、波形データ生成部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。
【００５４】
制御回路２８は、トリガ発生器３１に対し、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部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。
【００５５】
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を用いた内視鏡装置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。
【００５６】
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。磁界波形の生成は、図３に示されるフローに従って開始される。まず、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（ステップＳ１）。制御回路２８は、入力された共振周波数ｆ０を挟み、該共振周波数ｆ０に対して略等しい周波数だけ離れた一組の第１の位置算出用周波数ｆ１，ｆ２を設定する（ステップＳ２）。そして、制御回路２８は、設定された第１の位置算出用周波数ｆ１，ｆ２を波形データ生成部２７へ転送する（ステップＳ３）。これにより、磁界波形の生成が開始される。
【００５７】
波形データ生成部２７においては、送られてきた一組の第１の位置算出用周波数ｆ１，ｆ２に基づいてマーカコイル４から発生する磁界波形が、下式（１）を用いて算出される（ステップＳ４）。そして、算出された波形データがマーカ駆動回路９へ転送されて、波形データメモリ１０内に記憶される（ステップＳ５）。
【００５８】
Ｂｍ１＝Ｂ１×ｓｉｎ（２πｆ１ｔ）＋Ｂ２×ｓｉｎ（２πｆ２ｔ） （１）
ここで、Ｂ１、Ｂ２は、センスコイル１３ａの特性に合わせて設定され、センスコイル１３ａで周波数ｆ１，ｆ２の磁界成分を検出した際に同レベルの信号強度になるように設定されている。（センスコイル１３ａが理想的コイルであるならば、Ｂ１×ｆ１＝Ｂ２×ｆ２となるように設定する。また、センスコイル１３ａの周波数特性をあらかじめ測定しておき、その特性に合わせてＢ１、Ｂ２を設定してもよい。）
【００５９】
次に、図４〜図６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Ｓ１１）、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Ｓ１２）。
制御回路２８は、トリガ発生器３１にマーカ駆動回路９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Ｓ１３）。
【００６０】
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Ｓ１４）。
【００６１】
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３２のクロック信号に同期してＡ／Ｄ変換を行う（ステップＳ１５）。
【００６２】
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Ｓ１６）。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が、位置計算部１４の第１のメモリ１９から磁界信号データを読み出して周波数解析処理が行われる（ステップＳ１７）。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Ｓ１８）、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Ｓ１３〜Ｓ１７が繰り返される。
【００６３】
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５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の交番磁界の第１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、第１の位置算出用周波数ｆ１，ｆ２と対応づけて第３のメモリ２５に記憶する（ステップＳ１９）。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Ｓ２０）。
【００６４】
抽出計算部３０においては、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により抽出する（ステップＳ２１）。
Ｖｍ２１＝Ｖｆ１−１−Ｖｆ２−１
Ｖｍ２２＝Ｖｆ１−２−Ｖｆ２−２
・・・
Ｖｍ２Ｎ＝Ｖｆ１−Ｎ−Ｖｆ２−Ｎ
【００６５】
ここで、Ｖｆ１−Ｎは、Ｎ番目のセンスコイル１３ａにより検出された第１の位置算出用周波数ｆ１における磁界強度の絶対値を示し、Ｖｆ２−ＮはＮ番目のセンスコイル１３ａにより検出された第１の位置算出用周波数ｆ２における磁界強度の絶対値を示す。また、Ｖｍ２Ｎは、Ｎ番目のセンスコイル１３ａにより検出した磁界強度の絶対値に基づき算出された、磁気誘導コイル５の位置計算を行うための信号を示す。
この場合において、Ｖｍ２１からＶｍ２Ｎの計算式の第１項は、第１の位置算出用周波数ｆ１における磁界情報（第１の検出磁界成分）に相当する。ここで、Ｖｍ２１の計算式の第１項、すなわち周波数ｆ１の１番目のセンスコイル１３ａによる検出信号には、マーカコイル４から出力された第１の交番磁界の周波数ｆ１の信号とともに、磁気誘導コイル５がマーカコイル４からの第１の交番磁界を受けて発生した誘導磁界（第１の交番磁界に係る誘導磁界）の周波数ｆ１の信号が含まれている。
また、Ｖｍ２１からＶｍ２Ｎの計算式の第２項は、第１の位置算出用周波数ｆ２における磁界情報（第１の検出磁界成分）に相当する。ここで、Ｖｍ２１の計算式の第２項、すなわち周波数ｆ２の２番目のセンスコイル１３ａによる検出信号には、マーカコイル４から出力された第１の交番磁界の周波数ｆ２の信号とともに、磁気誘導コイル５がマーカコイル４からの第１の交番磁界を受けて発生した誘導磁界（第１の交番磁界に係る誘導磁界）の周波数ｆ２の信号が含まれている。
【００６６】
ここで、磁気誘導コイル５の共振周波数ｆ０は、一組の位置算出用周波数ｆ１，ｆ２に挟まれた略中心の周波数であるため、第１の交番磁界に係る誘導磁界の周波数ｆ１，ｆ２の信号は、第１の交番磁界に対する強度の大小関係が互いに異なるとともに、該強度の絶対値が略同一となる特性を有している。一方で、第１の交番磁界の周波数ｆ１，ｆ２の信号は、前述したように、磁界波形の生成過程のステップ４において、センスコイル１３ａで周波数ｆ１，ｆ２の磁界成分を検出した際に、同レベルの信号強度となるように設定されている。これにより、Ｖｍ２１からＶｍ２Ｎの計算式の第１項と第２項との差分、すなわち一組の第１の検出磁界成分の差分を演算することにより、第１の交番磁界の信号は相殺され、第１の交番磁界に係る誘導磁界の信号は相殺されずに残る。
このようにして、共振周波数ｆ０を挟み、該共振周波数ｆ０から略等しい周波数だけ離れた一組の第１の位置算出用周波数ｆ１，ｆ２における磁界強度の絶対値の差分を演算することにより、第１の交番磁界の信号を相殺することができる。その結果、第１の交番磁界により発生した誘導磁界の信号を容易に抽出することができる。
【００６７】
位置方向解析部２２は、抽出計算部３０で求めたＶｍ２１、Ｖｍ２２、・・・Ｖｍ２Ｎより磁気誘導コイル５の位置および方向を算出する（ステップＳ２２）。
算出された磁気誘導コイル５の位置および方向のデータは制御回路２８に送られ、表示装置８に表示される（ステップＳ２３）。そして、算出された位置および方向データは第２のメモリ２３に蓄えられる（ステップＳ２４）。
【００６８】
次に、抽出計算部３０においては、マーカコイル４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により算出する（ステップＳ２５）。
Ｖｍ１１＝Ｖｆ１−１＋Ｖｆ２−１、
Ｖｍ１２＝Ｖｆ１−２＋Ｖｆ２−２、
・・・
Ｖｍ１Ｎ＝Ｖｆ１−Ｎ＋Ｖｆ２−Ｎ
ここで、Ｖｍ１Ｎは、Ｎ番目のセンスコイル１３ａにより検出した磁界強度の絶対値に基づき算出された、マーカコイル４の位置計算を行うための信号を示す。
【００６９】
この場合において、Ｖｍ１１からＶｍ１Ｎの計算式の第１項は、第１の位置算出用周波数ｆ１における磁界情報（第１の検出磁界成分）に相当する。ここで、Ｖｍ１１の計算式の第１項、すなわち周波数ｆ１の１番目のセンスコイル１３ａによる検出信号には、マーカコイル４から出力された第１の交番磁界の周波数ｆ１の信号とともに、磁気誘導コイル５がマーカコイル４からの第１の交番磁界を受けて発生した誘導磁界（第１の交番磁界に係る誘導磁界）の周波数ｆ１の信号が含まれている。
また、Ｖｍ１１からＶｍ１Ｎの計算式の第２項は、第１の位置算出用周波数ｆ２における磁界情報（第１の検出磁界成分）に相当する。ここで、Ｖｍ１１の計算式の第２項、すなわち周波数ｆ２の２番目のセンスコイル１３ａによる検出信号には、マーカコイル４から出力された第１の交番磁界の周波数ｆ２の信号とともに、磁気誘導コイル５がマーカコイル４からの第１の交番磁界を受けて発生した誘導磁界（第１の交番磁界に係る誘導磁界）の周波数ｆ２の信号が含まれている。
【００７０】
ここで、第１の交番磁界に係る誘導磁界の周波数ｆ１，ｆ２の信号は、第１の交番磁界に対する強度の大小関係が互いに異なるとともに、該強度の絶対値が略同一となる特性を有している。これにより、Ｖｍ１１からＶｍ１Ｎの計算式の第１項と第２項との加算値、すなわち一組の第１の検出磁界成分の加算値を算出することにより、第１の交番磁界に係る誘導磁界の信号は相殺され、第１の交番磁界の信号は相殺されずに残る。
このようにして、共振周波数ｆ０を挟み、該共振周波数ｆ０から略等しい周波数だけ離れた一組の第１の位置算出用周波数ｆ１，ｆ２における磁界強度の絶対値を加算することにより、第１の交番磁界に係る誘導磁界の信号を相殺することができる。その結果、第１の交番磁界の信号を容易に抽出することができる。
【００７１】
位置方向解析部２２は、抽出計算部３０で求めたＶｍ１１、Ｖｍ１２、・・・Ｖｍ１Ｎよりマーカコイル４の位置および方向を算出する（ステップＳ２６）。
算出されたマーカコイル４の位置および方向のデータは制御回路２８に送られ、表示装置８に表示される（ステップＳ２７）。そして、算出された位置および方向データは第２のメモリ２３に蓄えられる（ステップＳ２８）。
【００７２】
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Ｓ２９）、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Ｓ３０）。一方、終了の指示が入力されていない場合には、ステップＳ１３に戻り、位置検出動作を継続する。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
［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７〜図１４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。
【００７６】
本実施形態に係る位置検出システム４０は、図７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。
【００７７】
磁気誘導装置１０１は、図７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。
【００７８】
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７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。
【００７９】
３軸ヘルムホルツコイルユニット７１は、図７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７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。
【００８０】
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７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。
【００８１】
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、表示装置８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。
【００８２】
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。
【００８３】
カプセル医療装置３は、図８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、被検者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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。また、磁気誘導コイル５が磁性体コアを有しない空芯コイルで構成されていてもよい。
【００９２】
本実施形態に係る位置検出システム４０は、図７および図１０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の交番磁界と同一の周波数および位相を有する第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１０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は増幅器である。また、図７中において、符号４６は磁界発生装置４１を選択するセレクタ、符号４７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。
【００９３】
図９および図１０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、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。
【００９４】
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。
波形データ生成部２７においては、送られてきた一組の第１の位置算出用周波数ｆ１，ｆ２に基づいてマーカコイル４から発生させる磁界波形が、下式（１）を用いて算出される。
Ｂｍ１＝Ｂ１×ｓｉｎ（２πｆ１ｔ）＋Ｂ２×ｓｉｎ（２πｆ２ｔ） （１）
【００９５】
また、波形データ生成部２７においては、送られてきた一組の第１の位置算出用周波数ｆ１，ｆ２に基づいて磁界発生装置４１から発生させる磁界波形が、下式（２）を用いて算出される。
ＢＧ＝Ｂ３×ｓｉｎ（２πｆ１ｔ）＋Ｂ４×ｓｉｎ（２πｆ２ｔ） （２）
【００９６】
そして、算出された磁界波形Ｂｍ１のデータがマーカ駆動回路９へ転送されて、波形データメモリ１０内に記憶される。さらに、算出された磁界波形ＢＧのデータが磁界発生装置駆動回路４２へ転送されて、波形データメモリ４３内に記憶される。
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ｆ０を挟み、該共振周波数ｆ０から略等しい周波数だけ離れた一組の第１の位置算出用周波数ｆ１，ｆ２に一致し、かつ同一の位相を有している。
【００９７】
キャリブレーションは、図１１および図１２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Ｓ３１）。制御回路２８は、磁界発生装置駆動回路４２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Ｓ３２）。
【００９８】
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Ｓ３３）。
【００９９】
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３２からのクロック信号に同期してＡ／Ｄ変換を行う（ステップＳ３４）。
【０１００】
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Ｓ３５）。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Ｓ３６）。
【０１０１】
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の交番磁界の第１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、周波数ｆ１，ｆ２と対応づけて第３のメモリ２５に記憶させる（ステップＳ３７）。
【０１０２】
このとき、記憶された各第１の位置算出用周波数ｆ１，ｆ２における磁界情報の信号強度を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の番号を表す。また、磁界情報とはＦＦＴ処理結果の絶対値である。そして、この第１の位置算出用周波数ｆ１，ｆ２における磁界情報がキャリブレーション値として第３のメモリ２５に記憶されることになる。
【０１０３】
ここで、全てのセンスコイル１３ａで検出された周波数ｆ１の信号強度と、周波数ｆ２の信号強度を補正する。
具体的には、まず、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）を求める。次いで、信号成分の和の比Σ（Ｖ０ｆ１―Ｎ）／Σ（Ｖ０ｆ２―Ｎ）を補正係数として求める。
【０１０４】
そして、求められた補正係数を用いて、Ｖ０ｆ２―１，Ｖ０ｆ２―２，・・・，Ｖ０ｆ２―Ｎを次のように置き換えて第３のメモリ２５に上書き保存する。
Ｖ０ｆ２―１を、Ｖ０ｆ２―１×Σ（Ｖ０ｆ１―Ｎ）／Σ（Ｖ０ｆ２―Ｎ）に置き換える。
Ｖ０ｆ２―２を、Ｖ０ｆ２―２×Σ（Ｖ０ｆ１―Ｎ）／Σ（Ｖ０ｆ２―Ｎ）に置き換える。
・・・
Ｖ０ｆ２―Ｎを、Ｖ０ｆ２―Ｎ×Σ（Ｖ０ｆ１―Ｎ）／Σ（Ｖ０ｆ２―Ｎ）に置き換える。
また、補正係数Σ（Ｖ０ｆ１―Ｎ）／Σ（Ｖ０ｆ２―Ｎ）も第３のメモリ２５に保存しておく（ステップＳ３８）。
【０１０５】
これにより、第３のメモリ２５に保存されているＶ０ｆ１―１と、Ｖ０ｆ２―１（置き換えられたことによりＶ０ｆ２―１×（Ｖ０ｆ１―Ｎ）／Σ（Ｖ０ｆ２―Ｎ））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をほぼ等しくする操作を行ったことになる。
【０１０６】
次に、実測定は、図１２〜図１４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Ｓ４１）、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Ｓ４２）。
制御回路２８は、トリガ発生器３１にマーカ駆動回路９および磁界発生装置駆動回路４２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Ｓ４３）。
【０１０７】
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Ｓ４４）。
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Ｓ４５）。
【０１０８】
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３２からのクロック信号に同期してＡ／Ｄ変換を行う（ステップＳ４６）。
【０１０９】
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Ｓ４７）。
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は第１のメモリ１９から信号データを読み出して周波数解析処理を行う（ステップＳ４８）。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Ｓ４９）、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Ｓ４３〜Ｓ４８が繰り返される。
【０１１０】
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１４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の交番磁界の第１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、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Ｓ５０）。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Ｓ５１）。
【０１１１】
抽出計算部３０では、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からの信号を以下の計算式から抽出する（ステップＳ５２）。
Ｖｍ２１＝（Ｖｆ１−１−Ｖ０ｆ１―１）−（Ｖｆ２−１× Σ（Ｖ０ｆ１―Ｎ）／Σ（Ｖ０ｆ２―Ｎ）−Ｖ０ｆ２―１）
Ｖｍ２２＝（Ｖｆ１−２−Ｖ０ｆ１―２）−（Ｖｆ２−２× Σ（Ｖ０ｆ１―Ｎ）／Σ（Ｖ０ｆ２―Ｎ）−Ｖ０ｆ２―２）
・・・
Ｖｍ２Ｎ＝（Ｖｆ１−Ｎ−Ｖ０ｆ１―Ｎ）−（Ｖｆ２−Ｎ× Σ（Ｖ０ｆ１―Ｎ）／Σ（Ｖ０ｆ２―Ｎ）−Ｖ０ｆ２―Ｎ）
【０１１２】
この場合において、Ｖｍ２１からＶｍ２Ｎの計算式の第１項は、第１の位置算出用周波数ｆ１における磁界情報（第１の検出磁界成分）に相当する。ここで、Ｖｍ２１の計算式の第１項（Ｖｆ１−１−Ｖ０ｆ１―１）のうちＶｆ１−１、すなわち第１の交番磁界の発生後かつカプセル医療装置３の体腔内への投入後における周波数ｆ１のセンスコイル１３ａによる検出信号には、マーカコイル４から出力された第１の交番磁界および磁界発生装置４１から出力された第２の交番磁界の周波数ｆ１の信号とともに、磁気誘導コイル５が第１の交番磁界および第２の交番磁界を受けて発生した誘導磁界（第１の交番磁界に係る誘導磁界・第２の交番磁界に係る誘導磁界）の周波数ｆ１の信号が含まれている。
【０１１３】
また、Ｖ０ｆ１―１、すなわち第１の交番磁界の発生前かつカプセル医療装置３の体腔内への投入前における周波数ｆ１のセンスコイル１３ａによる検出信号には、磁界発生装置４１から出力された第２の交番磁界の周波数ｆ１の信号が含まれている。
よって、これらの差分（Ｖｆ１−１−Ｖ０ｆ１―１）を算出することにより、第２の交番磁界の周波数ｆ１の信号が相殺される。したがって、Ｖｍ２１からＶｍ２Ｎの計算式の第１項（第１の検出磁界成分）には、第１の交番磁界の周波数ｆ１の信号とともに、第１の交番磁界に係る誘導磁界および第２の交番磁界に係る誘導磁界の周波数ｆ１の信号が含まれることになる。
【０１１４】
また、Ｖｍ２１からＶｍ２Ｎの計算式の第２項は、第１の位置算出用周波数ｆ２における磁界情報（第１の検出磁界成分）に相当する。ここで、Ｖｍ２１の計算式の第２項（Ｖｆ２−１× Σ（Ｖ０ｆ１―Ｎ）／Σ（Ｖ０ｆ２―Ｎ）−Ｖ０ｆ２―１）のうちＶｆ２−１× Σ（Ｖ０ｆ１―Ｎ）／Σ（Ｖ０ｆ２―Ｎ）、すなわち第１の交番磁界の発生後かつカプセル医療装置３の体腔内への投入後における周波数ｆ２のセンスコイル１３ａによる検出信号には、マーカコイル４から出力された第１の交番磁界および磁界発生装置４１から出力された第２の交番磁界の周波数ｆ２の信号とともに、磁気誘導コイル５が第１の交番磁界および第２の交番磁界を受けて発生した誘導磁界（第１の交番磁界に係る誘導磁界・第２の交番磁界に係る誘導磁界）の周波数ｆ２の信号が含まれている。
【０１１５】
また、Ｖ０ｆ２―１、すなわち第１の交番磁界の発生前かつカプセル医療装置３の体腔内への投入前における周波数ｆ２のセンスコイル１３ａによる検出信号には、磁界発生装置４１から出力された第２の交番磁界の周波数ｆ２の信号が含まれている。
よって、これらの差分（Ｖｆ２−１× Σ（Ｖ０ｆ１―Ｎ）／Σ（Ｖ０ｆ２―Ｎ）−Ｖ０ｆ２―１）を算出することにより、第２の交番磁界の周波数ｆ２の信号が相殺される。したがって、Ｖｍ２１からＶｍ２Ｎの計算式の第２項（第１の検出磁界成分）には、第１の交番磁界の周波数ｆ２の信号とともに、第１の交番磁界に係る誘導磁界および第２の交番磁界に係る誘導磁界の周波数ｆ２の信号が含まれることになる。
【０１１６】
ここで、第１の交番磁界に係る誘導磁界の周波数ｆ１，ｆ２の信号は、第１の交番磁界に対する強度の大小関係が互いに異なるとともに、該強度の絶対値が略同一となる特性を有している。一方で、第１の交番磁界の周波数ｆ１，ｆ２の信号は、前述したように、各センスコイル１３ａの周波数ｆ１の信号に対するゲインとｆ２の信号に対するゲインをほぼ等しくする操作がなされているので、同レベルの信号強度を有している。これにより、Ｖｍ２１からＶｍ２Ｎの計算式の第１項と第２項との差分、すなわち一組の第１の検出磁界成分の差分を演算することにより、さらに第１の交番磁界の信号は相殺され、第１の交番磁界に係る誘導磁界および第２の交番磁界に係る誘導磁界の信号は相殺されずに残る。
【０１１７】
このようにして、共振周波数ｆ０を挟み、該共振周波数ｆ０から略等しい周波数だけ離れた一組の第１の位置算出用周波数ｆ１，ｆ２における磁界強度の絶対値の差分を算出することにより、第１の交番磁界の信号および第２の交番磁界の信号がそれぞれ相殺される。その結果、第１の交番磁界および第２の交番磁界により発生した誘導磁界（第１および第２の交番磁界に係る誘導磁界）の信号を容易に抽出することができる。
【０１１８】
位置方向解析部２２は、抽出計算部で求めた、Ｖｍ２１，Ｖｍ２２，・・・，Ｖｍ２Ｎから磁気誘導コイル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Ｓ５３）。
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Ｓ５４）、第２のメモリ２３に記憶される（ステップＳ５５）。
【０１１９】
また、抽出計算部では、マーカコイル４の位置計算を行うための各センスコイル１３ａからの信号を以下の計算式から抽出する（ステップＳ５６）。
Ｖｍ１１＝（Ｖｆ１−１−Ｖ０ｆ１―１）＋（Ｖｆ２−１× Σ（Ｖ０ｆ１―Ｎ）／Σ（Ｖ０ｆ２―Ｎ）−Ｖ０ｆ２―１）
Ｖｍ１２＝（Ｖｆ１−２−Ｖ０ｆ１―２）＋（Ｖｆ２−２× Σ（Ｖ０ｆ１―Ｎ）／Σ（Ｖ０ｆ２―Ｎ）−Ｖ０ｆ２―２）
・・・
Ｖｍ１Ｎ＝（Ｖｆ１−Ｎ−Ｖ０ｆ１―Ｎ）＋（Ｖｆ２−Ｎ× Σ（Ｖ０ｆ１―Ｎ）／Σ（Ｖ０ｆ２―Ｎ）−Ｖ０ｆ２―Ｎ）
【０１２０】
この場合において、Ｖｍ１１からＶｍ１Ｎの計算式の第１項は、第１の位置算出用周波数ｆ１における磁界情報（第１の検出磁界成分）に相当する。ここで、Ｖｍ１１の計算式の第１項（Ｖｆ１−１−Ｖ０ｆ１―１）、すなわち周波数ｆ１のセンスコイル１３ａによる検出信号には、前述したように、マーカコイル４から出力された第１の交番磁界の周波数ｆ１の信号とともに、磁気誘導コイル５が第１の交番磁界および第２の交番磁界を受けて発生した誘導磁界（第１の交番磁界に係る誘導磁界・第２の交番磁界に係る誘導磁界）の周波数ｆ１の信号が含まれている。すなわち、磁界発生装置４１から出力された第２の交番磁界の周波数ｆ１の信号が相殺されている。
【０１２１】
また、Ｖｍ１１からＶｍ１Ｎの計算式の第２項は、第１の位置算出用周波数ｆ２における磁界情報（第１の検出磁界成分）に相当する。ここで、Ｖｍ１１の計算式の第２項（Ｖｆ２−１× Σ（Ｖ０ｆ１―Ｎ）／Σ（Ｖ０ｆ２―Ｎ）−Ｖ０ｆ２―１）、すなわち周波数ｆ２のセンスコイル１３ａによる検出信号には、マーカコイル４から出力された第１の交番磁界の周波数ｆ２の信号とともに、磁気誘導コイル５が第１の交番磁界および第２の交番磁界を受けて発生した誘導磁界（第１の交番磁界に係る誘導磁界・第２の交番磁界に係る誘導磁界）の周波数ｆ２の信号が含まれている。すなわち、磁界発生装置４１から出力された第２の交番磁界の周波数ｆ２の信号とが相殺されている。
【０１２２】
ここで、第１の交番磁界に係る誘導磁界および第２の交番磁界に係る誘導磁界の周波数ｆ１，ｆ２の信号は、第１の交番磁界に対する強度の大小関係が互いに異なるとともに、該強度の絶対値が略同一となる特性を有している。これにより、Ｖｍ１１からＶｍ１Ｎの計算式の第１項と第２項との加算値、すなわち一組の第１の検出磁界成分の加算値を算出することにより、さらに第１および第２の交番磁界に係る誘導磁界の信号が相殺され、第１の交番磁界の信号は相殺されずに残る。
【０１２３】
このようにして、第１の位置算出用周波数ｆ１における磁界強度のうち、第１の交番磁界の発生時に抽出された磁界強度の絶対値と、第１の交番磁界の発生前に抽出された磁界強度の絶対値との差分と、第１の位置算出用周波数ｆ２における磁界強度のうち、第１の交番磁界の発生時に抽出された磁界強度の絶対値と、第１の交番磁界の発生前に抽出された磁界強度の絶対値との差分との加算値を算出することにより、第２の交番磁界の信号と、第１および第２の交番磁界に係る誘導磁界の信号とが相殺される。その結果、第１の交番磁界の信号を容易に抽出することができる。
【０１２４】
位置方向解析部２２は、抽出計算部３０で求めたＶｍ１１、Ｖｍ１２、・・・Ｖｍ１Ｎよりマーカコイル４の位置および方向を算出する（ステップＳ５７）。
算出されたマーカコイル４の位置および方向のデータは制御回路２８に送られ、表示装置８に表示される（ステップＳ５８）。そして、算出された位置および方向データは第２のメモリ２３に蓄えられる（ステップＳ５９）。
【０１２５】
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Ｓ６０）、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Ｓ６１）。一方、終了の指示が入力されていない場合には、ステップＳ４３に戻り、位置検出動作を継続する。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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、磁気誘導コイル５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。
【０１２８】
なお、本実施形態においては、磁気誘導装置１０１が回転磁界を発生させることとしているが、この方式に限らず、磁気誘導装置１０１が勾配磁界を発生させ、該勾配磁界によりカプセル医療装置３の永久磁石１５０に生じる磁気引力を利用して、カプセル医療装置３を誘導することとしてもよい。
【０１２９】
［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１５〜図１９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。
【０１３０】
本実施形態に係る位置検出システム５０は、図１５に示されるように、磁界発生装置４１から発生する第２の交番磁界の周波数が、第１の交番磁界の周波数ｆ１，ｆ２とは異なる一組の第２の位置算出用周波数ｆ３，ｆ４である点において、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。
【０１３１】
本実施形態に係る位置検出システム５０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、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。
【０１３２】
入力装置２６から磁気誘導コイル５の共振周波数ｆ０が入力されると、制御回路２８は、マーカコイル４から発生する第１の交番磁界の周波数として、入力された共振周波数ｆ０を挟み、該共振周波数ｆ０に対して略等しい周波数だけ離れた一組の第１の位置算出用周波数ｆ１，ｆ２を設定する。また、制御回路２８は磁界発生装置４１から発生する第２の交番磁界の第２の位置算出用周波数として、周波数ｆ１，ｆ２とは異なる周波数で、共振周波数ｆ０を挟み、該共振周波数ｆ０に対して略等しい周波数だけ離れた一組の周波数ｆ３，ｆ４を設定する。そして、制御回路２８が、設定された第１の位置算出用周波数ｆ１，ｆ２および第２の位置算出用周波数ｆ３，ｆ４を波形データ生成部２７へ転送することにより、磁界波形の生成が開始される。
【０１３３】
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からは第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。
波形データ生成部２７においては、送られてきた一組の第１の位置算出用周波数ｆ１，ｆ２に基づいてマーカコイル４から発生させる磁界波形が、下式（１）を用いて算出される。
【０１３４】
Ｂｍ１＝Ｂ１×ｓｉｎ（２πｆ１ｔ）＋Ｂ２×ｓｉｎ（２πｆ２ｔ） （１）
ここで、Ｂ１，Ｂ２は、センスコイル１３ａの特性に合わせて設定され、センスコイル１３ａで周波数ｆ１，ｆ２の磁界成分を検出した際に同レベルの信号強度になるように設定されている。（センスコイル１３ａが理想的コイルであるならば、Ｂ１×ｆ１＝Ｂ２×ｆ２となるように設定する。また、センスコイル１３ａの周波数特性をあらかじめ測定しておき、その特性に合わせてＢ１，Ｂ２を設定してもよい。）
【０１３５】
また、波形データ生成部２７においては、送られてきた一組の第２の位置算出用周波数ｆ３，ｆ４に基づいて磁界発生装置４１から発生させる磁界波形が、下式（２′）を用いて算出される。
ＢＧ＝Ｂ３×ｓｉｎ（２πｆ３ｔ）＋Ｂ４×ｓｉｎ（２πｆ４ｔ） （２′）
【０１３６】
そして、算出された磁界波形Ｂｍ１のデータがマーカ駆動回路９へ転送されて、波形データメモリ１０内に記憶される。さらに、算出された磁界波形ＢＧのデータが磁界発生装置駆動回路４２へ転送されて、波形データメモリ４３内に記憶される。
【０１３７】
キャリブレーションは、図１６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Ｓ７１）。制御回路２８は、磁界発生装置駆動回路４２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Ｓ７２）。
【０１３８】
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Ｓ７３）。
【０１３９】
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３２からのクロック信号に同期してＡ／Ｄ変換を行う（ステップＳ７４）。
【０１４０】
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Ｓ７５）。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Ｓ７６）。
【０１４１】
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の交番磁界の第２の位置算出用周波数ｆ３，ｆ４における磁界情報のみを抽出し、周波数ｆ３，ｆ４と対応づけて第３のメモリ２５に記憶させる（ステップＳ７７）。
【０１４２】
このとき、記憶された各第２の位置算出用周波数ｆ３，ｆ４における磁界情報の信号強度をＶ０ｆ３―１、Ｖ０ｆ３―２、・・・Ｖ０ｆ３―Ｎ、Ｖ０ｆ４―１、Ｖ０ｆ４―２、・・・Ｖ０ｆ４―Ｎとする。ここで、上付きの添え字ｆ３，ｆ４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の番号を表す。また、磁界情報とはＦＦＴ処理結果の絶対値である。そして、この第２の位置算出用周波数ｆ３，ｆ４における磁界情報がキャリブレーション値として第３のメモリ２５に記憶されることになる。
【０１４３】
ここで、全てのセンスコイル１３ａで検出された周波数ｆ３の信号強度と、周波数ｆ４の信号強度を補正する。
具体的には、まず、全てのセンスコイル１３ａで検出された周波数ｆ３の信号成分の和Σ（Ｖ０ｆ３―Ｎ）と、全てのセンスコイル１３ａで検出された周波数ｆ４の信号成分の和Σ（Ｖ０ｆ４―Ｎ）を求める。次いで、信号成分の和の比Σ（Ｖ０ｆ３―Ｎ）／Σ（Ｖ０ｆ４―Ｎ）を補正係数として求める。
【０１４４】
そして、求められた補正係数を用いて、Ｖ０ｆ４―１，Ｖ０ｆ４―２，・・・，Ｖ０ｆ４―Ｎを次のように置き換えて第３のメモリ２５に上書き保存する。
Ｖ０ｆ４―１を、Ｖ０ｆ４―１×Σ（Ｖ０ｆ３―Ｎ）／Σ（Ｖ０ｆ４―Ｎ）に置き換える。
Ｖ０ｆ４―２を、Ｖ０ｆ４―２×Σ（Ｖ０ｆ３―Ｎ）／Σ（Ｖ０ｆ４―Ｎ）に置き換える。
・・・
Ｖ０ｆ４―Ｎを、Ｖ０ｆ４―Ｎ×Σ（Ｖ０ｆ３―Ｎ）／Σ（Ｖ０ｆ４―Ｎ）に置き換える。
また、補正係数Σ（Ｖ０ｆ３―Ｎ）／Σ（Ｖ０ｆ４―Ｎ）も第３のメモリ２５に保存しておく（ステップＳ７８）。
【０１４５】
これにより、第３のメモリ２５に保存されているＶ０ｆ３―１と、Ｖ０ｆ４―１（置き換えられたことによりＶ０ｆ４―１×（Ｖ０ｆ３―Ｎ）／Σ（Ｖ０ｆ４―Ｎ））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ｆ３の信号に対するゲインと、周波数ｆ４の信号に対するゲインをほぼ等しくする操作を行ったことになる。
【０１４６】
次に、実測定は、図１７〜図１９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Ｓ８１）、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Ｓ８２）。
制御回路２８は、トリガ発生器３１にマーカ駆動回路９および磁界発生装置駆動回路４２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Ｓ８３）。
【０１４７】
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Ｓ８４）。
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Ｓ８５）。
【０１４８】
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３２からのクロック信号に同期してＡ／Ｄ変換を行う（ステップＳ８６）。
【０１４９】
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Ｓ８７）。
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は第１のメモリ１９から信号データを読み出して周波数解析処理を行う（ステップＳ８８）。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Ｓ８９）、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Ｓ８３〜Ｓ８８が繰り返される。
【０１５０】
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１８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の交番磁界の第１の位置算出用周波数ｆ３，ｆ４における磁界情報のみを抽出し、周波数ｆ３，ｆ４と対応づけて第３のメモリ２５に記憶する（ステップＳ９０）。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Ｓ９１）。
【０１５１】
抽出計算部３０では、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からの信号を以下の計算式から抽出する（ステップＳ９２）。
Ｖｍ２１＝（Ｖｆ３−１−Ｖ０ｆ３―１）−（Ｖｆ４−１×Σ（Ｖ０ｆ３―Ｎ）／Σ（Ｖ０ｆ４―Ｎ）−Ｖ０ｆ４―１）
Ｖｍ２２＝（Ｖｆ３−２−Ｖ０ｆ３―２）−（Ｖｆ４−２×Σ（Ｖ０ｆ３―Ｎ）／Σ（Ｖ０ｆ４―Ｎ）−Ｖ０ｆ４―２）
・・・
Ｖｍ２Ｎ＝（Ｖｆ３−Ｎ−Ｖ０ｆ３―Ｎ）−（Ｖｆ４−Ｎ×Σ（Ｖ０ｆ３―Ｎ）／Σ（Ｖ０ｆ４―Ｎ）−Ｖ０ｆ４―Ｎ）
【０１５２】
この場合において、Ｖｍ２１からＶｍ２Ｎの計算式の第１項は、第２の位置算出用周波数ｆ３における磁界情報（第２の検出磁界成分）に相当する。また、Ｖｍ２１からＶｍ２Ｎの計算式の第２項は、第２の位置算出用周波数ｆ４における磁界情報（第２の検出磁界成分）に相当する。
このようにして、共振周波数ｆ０を挟み、該共振周波数ｆ０から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ｆ３，ｆ４における磁界強度の絶対値の差分を算出することにより、第２の交番磁界の信号を相殺することができる。その結果、第２の交番磁界により発生した誘導磁界（第２の交番磁界に係る誘導磁界）の信号を容易に抽出することができる。
【０１５３】
位置方向解析部２２は、抽出計算部で求めた、Ｖｍ２１，Ｖｍ２２，・・・，Ｖｍ２Ｎから磁気誘導コイル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Ｓ９３）。
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Ｓ９４）、第２のメモリ２３に記憶される（ステップＳ９５）。
【０１５４】
また、抽出計算部では、マーカコイル４の位置計算を行うための各センスコイル１３ａからの信号を以下の計算式から抽出する（ステップＳ９６）。
Ｖｍ１１＝Ｖｆ１−１＋Ｖｆ２−１
Ｖｍ１２＝Ｖｆ１−２＋Ｖｆ２―２
・・・
Ｖｍ１Ｎ＝Ｖｆ１−Ｎ＋Ｖｆ２―Ｎ
【０１５５】
この場合において、Ｖｍ１１からＶｍ１Ｎの計算式の第１項は、第１の位置算出用周波数ｆ１における磁界情報（第１の検出磁界成分）に相当する。ここで、Ｖｍ１１の計算式の第１項、すなわち周波数ｆ１のセンスコイル１３ａによる検出信号には、マーカコイル４から出力された第１の交番磁界の周波数ｆ１の信号とともに、磁気誘導コイル５が第１の交番磁界を受けて発生した誘導磁界（第１の交番磁界に係る誘導磁界）の周波数ｆ１の信号が含まれている。
また、Ｖｍ１１からＶｍ１Ｎの計算式の第２項は、第１の位置算出用周波数ｆ２における磁界情報（第１の検出磁界成分）に相当する。ここで、Ｖｍ１１の計算式の第２項、すなわち周波数ｆ２のセンスコイル１３ａによる検出信号には、マーカコイル４から出力された第１の交番磁界の周波数ｆ２の信号とともに、磁気誘導コイル５が第１の交番磁界を受けて発生した誘導磁界（第１の交番磁界に係る誘導磁界）の周波数ｆ２の信号が含まれている。
【０１５６】
ここで、前述したように、マーカコイル４から発生させる磁界波形の算出過程において、Ｂ１，Ｂ２が、センスコイル１３ａで周波数ｆ１，ｆ２の磁界成分を検出した際に同レベルの信号強度になるように設定されている。よって、第１の交番磁界に係る誘導磁界の周波数ｆ１，ｆ２の信号は、第１の交番磁界に対する強度の大小関係が互いに異なるとともに、該強度の絶対値が略同一となる特性を有している。これにより、Ｖｍ１１からＶｍ１Ｎの計算式の第１項と第２項との加算値、すなわち一組の第１の検出磁界成分の加算値を算出することにより、第１の交番磁界に係る誘導磁界の信号を相殺することができる。
このようにして、共振周波数ｆ０を挟み、該共振周波数ｆ０から略等しい周波数だけ離れた一組の第１の位置算出用周波数ｆ１における磁界強度の絶対値と、第１の位置算出用周波数ｆ２における磁界強度の絶対値との加算値を算出することにより、第１の交番磁界に係る誘導磁界の信号を相殺することができる。その結果、第１の交番磁界の信号を容易に抽出することができる。
【０１５７】
位置方向解析部２２は、抽出計算部３０で求めたＶｍ１１、Ｖｍ１２、・・・Ｖｍ１Ｎよりマーカコイル４の位置および方向を算出する（ステップＳ９７）。
算出されたマーカコイル４の位置および方向のデータは制御回路２８に送られ、表示装置８に表示される（ステップＳ９８）。そして、算出された位置および方向データは第２のメモリ２３に蓄えられる（ステップＳ９９）。
【０１５８】
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Ｓ１００）、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Ｓ１０１）。一方、終了の指示が入力されていない場合には、ステップＳ４３に戻り、位置検出動作を継続する。
【０１５９】
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。
【０１６０】
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、磁気誘導コイル５の作動範囲の外部に配置された磁界発生装置４１から発生する第２の交番磁界の出力を大きくすることは容易であるので、第２の交番磁界に係る誘導磁界の強度を大きくすることができる。
【０１６１】
なお、本実施形態においては、内視鏡装置２が単一のマーカコイル４を有する場合について説明したが、これに代えて、互いに異なる複数組の第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複数のマーカコイル４を有する場合には、以下のように取り扱うことができる。
【０１６２】
すなわち、この場合には、波形データ生成部２７が、複数のマーカコイル４から発生させる磁界波形を計算する。発生させる磁界は、以下の通りである。
第１のマーカコイル４：
Ｂｍ１１＝Ｂ１１×ｓｉｎ（２πｆ１１ｔ）＋Ｂ２１×ｓｉｎ（２πｆ２１ｔ）
第２のマーカコイル４
Ｂｍ１２＝Ｂ１２×ｓｉｎ（２πｆ１２ｔ）＋Ｂ２２×ｓｉｎ（２πｆ２２ｔ）
・・・
第ｎのマーカコイル４
Ｂｍ１ｎ＝Ｂ１ｎ×ｓｉｎ（２πｆ１ｎｔ）＋Ｂ２２×ｓｉｎ（２πｆ２ｎｔ）
【０１６３】
ここで、Ｂ１１、Ｂ２１は、センスコイル１３ａの特性に合わせて設定され、センスコイル１３ａで周波数ｆ１１，ｆ２１の磁界成分を検出した際に同レベルの信号強度になるように設定されている（センスコイル１３ａが理想的コイルであるならば、Ｂ１１×ｆ１１＝Ｂ２１×ｆ２１となるように設定する。また、センスコイル１３ａの周波数特性をあらかじめ測定しておき、その特性に合わせてＢ１１、Ｂ２１を設定してもよい。）。以下、Ｂ１２，Ｂ２２，ｆ１２，ｆ２２の関係、・・・、Ｂ１ｎ，Ｂ２ｎ，ｆ１ｎ，ｆ２ｎの関係についても同様になるように設定する。
【０１６４】
また、実測定においては、抽出計算部３０は、第１〜第ｎのマーカコイル４の一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抽出する。
Ｖｍ１１１＝Ｖｆ１１−１＋Ｖｆ２１−１，Ｖｍ１１２＝Ｖｆ１１−２＋Ｖｆ２１−２，…，Ｖｍ１１Ｎ＝Ｖｆ１１−Ｎ＋Ｖｆ２１−Ｎ
Ｖｍ１２１＝Ｖｆ１２−１＋Ｖｆ２２−１，Ｖｍ１２２＝Ｖｆ１２−２＋Ｖｆ２２−２，…，Ｖｍ１２Ｎ＝Ｖｆ１２−Ｎ＋Ｖｆ２２−Ｎ
・・・
Ｖｍ１ｎ１＝Ｖｆ１ｎ−１＋Ｖｆ２ｎ−１，Ｖｍ１ｎ２＝Ｖｆ１ｎ−２＋Ｖｆ２ｎ−２，…，Ｖｍ１ｎＮ＝Ｖｆ１ｎ−Ｎ＋Ｖｆ２ｎ−Ｎ
【０１６５】
また、位置方向解析部２２は、抽出計算部３０で求めた、Ｖｍ１１１，Ｖｍ１１２，・・・，Ｖｍ１１Ｎより第１のマーカコイル４の位置および方向を計算し、Ｖｍ１ｎ１，Ｖｍ１ｎ２，・・・，Ｖｍ１ｎＮより第ｎのマーカコイル４の位置および方向を計算することにすればよい。
また、単一の内視鏡装置２内に複数のマーカコイル４を備える場合に代えて、複数の内視鏡装置２内にそれぞれ異なる複数組の第１の位置算出用周波数を有するマーカコイル４が備えられる場合においても同様の処理を行うことで対応することができる。
【０１６６】
［第４の実施形態］
次に、本発明の第４の実施形態に係る位置検出システム６０について、図２０〜図２６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。
【０１６７】
本実施形態に係る位置検出システム６０は、図２０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６１内に配置されたマーカコイル６２を採用している点、該第１のカプセル医療装置６１への信号の送信部６３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。
【０１６８】
また、本実施形態に係る位置検出システム６０においては制御部７内に、クロック２９の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に指示する読出タイミング生成器６７を備えている。
【０１６９】
第１のカプセル医療装置６１は、図２１に示されるように、第１の位置算出用周波数ｆ１，ｆ２を有する第１の交番磁界を発生するマーカコイル６２と、該マーカコイル６２を駆動するマーカ駆動回路６４と、クロック６５と、受信部６６と、図示しない電源とを備えている。マーカ駆動回路６４は、送信部６３から無線送信され、受信部６６で受信された指令信号に応じてマーカコイル６２に第１の交番磁界を発生させるようになっている。
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ｆ０を有する第２の交番磁界を発生するようになっている。
【０１７０】
本実施形態に係る位置検出システム６０により、第１のカプセル医療装置６１内のマーカコイル６２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、読み出しタイミングの設定を行う。
生成された磁界波形データは、第１のカプセル医療装置６１内のマーカ駆動回路６４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。
【０１７１】
磁界波形の生成は、図２２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ｆ０を入力することにより開始される（ステップＳ１１１）。制御回路２８は、入力された共振周波数ｆ０をはさみ、該共振周波数ｆ０に対して略等しい周波数だけ離れた一組の周波数ｆ１，ｆ２を、第１のカプセル医療装置６１内のマーカコイル６２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ｆ１，ｆ２として設定する。また、制御回路２８は、共振周波数ｆ０を磁気誘導コイル５から発生する第２の交番磁界の第２の位置算出用周波数ｆ０として設定する（ステップＳ１１２）。
【０１７２】
制御回路２８は、設定された周波数ｆ０，ｆ１，ｆ２を波形データ生成部２７へ転送する（ステップＳ１１３）。
波形データ生成部２７においては、送られてきた第１の位置算出用周波数ｆ１，ｆ２に基づいて、マーカコイル４から発生する磁界波形が計算される。発生させる磁界は、下式（１）により算出される（ステップＳ１１４）。
Ｂｍ１＝Ｂ１×ｓｉｎ（２πｆ１ｔ）＋Ｂ２×ｓｉｎ（２πｆ２ｔ） （１）
ここで、Ｂ１，Ｂ２は、センスコイル１３ａの特性に合わせて設定され、センスコイル１３ａで周波数ｆ１，ｆ２の磁界成分を検出した際に同レベルの信号強度になるように設定されている。（センスコイル１３ａが理想的コイルであるならば、Ｂ１×ｆ１＝Ｂ２×ｆ２となるように設定する。また、センスコイル１３ａの周波数特性をあらかじめ測定しておき、その特性に合わせてＢ１，Ｂ２を設定してもよい。）
【０１７３】
また、波形データ生成部２７は、磁界発生装置４１から発生させる磁界波形を計算する。発生させる磁界は、下式（２″）により算出される（ステップＳ１１５）。
ＢＧ＝Ｂ３×ｓｉｎ（２πｆ０ｔ） （２″）
【０１７４】
波形データ生成部２７において生成された磁界波形Ｂｍ１のデータは、制御部７に設けられた送信部６３から第１のカプセル医療装置６１に設けられた受信部６６へ送信される。受信部６６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Ｓ１１６）。また、磁界波形ＢＧ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（ステップＳ１１７）。
【０１７５】
次に、読出タイミング生成器６７における読み出しタイミングの設定について、図２３を参照して以下に説明する。
第１のカプセル医療装置６１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から読み出しタイミングの設定の指示が入力されることにより開始される（ステップＳ１２１）。
【０１７６】
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６７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Ｓ１２２）。
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ＢＧのデータに基づいて、磁界発生駆動信号をクロック２９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Ｓ１２３）。
【０１７７】
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２９のクロック信号に同期してＡ／Ｄ変換を行う（ステップＳ１２４）。
【０１７８】
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Ｓ１２５）。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Ｓ１２６）。
【０１７９】
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ｆ０の磁界情報（第２の検出磁界成分）のみを抽出して第３のメモリ２５に記憶する（ステップＳ１２７）。ここで、磁界情報は、周波数解析処理の結果の虚数部の値である。
【０１８０】
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に記憶する（ステップＳ１２８）。そして、制御回路２８は読出タイミング生成器６７において生成する読み出しタイミングを１クロック分遅らせる指示を読出タイミング生成器６７に送る（ステップＳ１２９）。
【０１８１】
その後、ステップＳ１２２〜Ｓ１２９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Ｓ１２８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み出しタイミングを実測定に使用する読み出しタイミングとして読出タイミング生成器６７に設定する（ステップＳ１３０）。
以上により、読み出しタイミングの設定が完了する。これにより、周波数解析処理結果の虚数部には、磁界発生装置４１からの磁界情報がない状態を実現できる。
【０１８２】
次に、実測定は、図２４に示されるように、体腔内に第１，第２のカプセル医療装置６１，３′が配置された状態で（ステップＳ１３１）、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Ｓ１３２）。
制御回路２８は、トリガ発生器３１にマーカ駆動回路６４、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６７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Ｓ１３３）。
【０１８３】
マーカ駆動回路６４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６２に出力する。マーカコイル６２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Ｓ１３４）。
【０１８４】
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Ｓ１３５）。
【０１８５】
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６２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２９からのクロック信号に同期してＡ／Ｄ変換を行う（ステップＳ１３６）。
【０１８６】
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Ｓ１３７）。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は、読出タイミング生成器６７からの信号に基づき、位置計算部１４の第１のメモリ１９から信号データを読み出して、周波数解析処理を行う（ステップＳ１３８）。
【０１８７】
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Ｓ１３９）、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Ｓ１３３〜Ｓ１３８が繰り返される。
【０１８８】
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２５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の交番磁界の第１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、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Ｓ１４０）。
また、周波数選択部２４は、磁界発生装置４１から発生させた第２の交番磁界の第２の位置算出用周波数ｆ０における磁界情報のみを抽出し、第３のメモリ２５に保存する（ステップＳ１４１）。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Ｓ１４２）。
【０１８９】
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、周波数解析処理結果の虚数部（第２の検出磁界成分）を読み出し、該虚数部に基づいて磁気誘導コイル５の位置および方向を算出する（ステップＳ１４３）。
周波数解析結果の虚数部は、第２の交番磁界に対してπ／２だけずれた位相を有しているので、これを抽出することにより、第２の交番磁界により発生した誘導磁界の信号を抽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Ｓ１４４）、第２のメモリ２３に記憶される（ステップＳ１４５）。
【０１９０】
抽出計算部３０では、マーカコイル４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抽出する（ステップＳ１４６）。
Ｖｍ１１＝Ｖｆ１−１＋Ｖｆ２−１
Ｖｍ１２＝Ｖｆ１−２＋Ｖｆ２−２
・・・
Ｖｍ１Ｎ＝Ｖｆ１−Ｎ＋Ｖｆ２−Ｎ
【０１９１】
この場合において、Ｖｍ１１からＶｍ１Ｎの計算式の第１項は、第１の位置算出用周波数ｆ１における磁界情報（第１の検出磁界成分）に相当する。ここで、Ｖｍ１１の計算式の第１項、すなわち周波数ｆ１の１番目のセンスコイル１３ａによる検出信号には、マーカコイル４から出力された第１の交番磁界の周波数ｆ１の信号とともに、磁気誘導コイル５がマーカコイル４からの第１の交番磁界を受けて発生した誘導磁界（第１の交番磁界に係る誘導磁界）の周波数ｆ１の信号が含まれている。
【０１９２】
また、Ｖｍ１１からＶｍ１Ｎの計算式の第２項は、第１の位置算出用周波数ｆ２における磁界情報（第１の検出磁界成分）に相当する。ここで、Ｖｍ１１の計算式の第２項、すなわち周波数ｆ２の２番目のセンスコイル１３ａによる検出信号には、マーカコイル４から出力された第１の交番磁界の周波数ｆ２の信号とともに、磁気誘導コイル５がマーカコイル４からの第１の交番磁界を受けて発生した誘導磁界（第１の交番磁界に係る誘導磁界）の周波数ｆ２の信号が含まれている。
【０１９３】
ここで、第１の交番磁界に係る誘導磁界の周波数ｆ１，ｆ２の信号は、第１の交番磁界に対する強度の大小関係が互いに異なるとともに、該強度の絶対値が略同一となる特性を有している。これにより、Ｖｍ１１からＶｍ１Ｎの計算式の第１項と第２項との加算値、すなわち一組の第１の検出磁界成分の加算値を算出することにより、第１の交番磁界に係る誘導磁界の信号は相殺され、第１の交番磁界の信号は相殺されずに残る。
このようにして、共振周波数ｆ０を挟み、該共振周波数ｆ０から略等しい周波数だけ離れた一組の第１の位置算出用周波数ｆ１，ｆ２における磁界強度の絶対値を加算することにより、第１の交番磁界に係る誘導磁界の信号を相殺することができる。その結果、第１の交番磁界の信号を容易に抽出することができる。
【０１９４】
位置方向解析部２２は、抽出計算部３０で求めたＶｍ１１、Ｖｍ１２、・・・Ｖｍ１Ｎよりマーカコイル４の位置および方向を算出する（ステップＳ１４７）。
算出されたマーカコイル４の位置および方向のデータは制御回路２８に送られ、表示装置８に表示される（ステップＳ１４８）。そして、算出された位置および方向データは第２のメモリ２３に蓄えられる（ステップＳ１４９）。
【０１９５】
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Ｓ１５０）、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Ｓ１５１）。一方、終了の指示が入力されていない場合には、ステップＳ１３３に戻り、位置検出動作を継続する。
【０１９６】
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。
【０１９７】
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。
【０１９８】
なお、本実施形態においては、第１のカプセル医療装置６１に設けられたクロック６５と制御部７に設けられたクロック２９とは同期するように制御されているので、マーカ駆動回路６４が無線で制御される場合であっても、マーカコイル６２から発生する第１の交番磁界と磁界発生装置４１から発生する第２の交番磁界との位相の関係を維持することができる。
【０１９９】
また、上記各実施形態における磁界波形の生成の際に設定する位置算出用周波数ｆ１，ｆ２は、図２７および数３の関係になるように設定されることが好ましい。
【数３】
【０２００】
この場合、磁気誘導コイル５から発生する誘導磁界の強度信号は、周波数ｆ１，ｆ２では同じ強度で極性が逆の信号となっている。このため、実測定においてＶｆ１−１とＶｆ２−１とをそのまま加算することにより、マーカコイル４からの信号成分を残して、磁気誘導コイル５からの信号成分を除去することができる。
【０２０１】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の設計変更等も含まれる。
【図面の簡単な説明】
【０２０２】
【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実測定動作の前半を説明するフローチャートである。
【図５】図４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６】図５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７】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８】図７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９】図７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１０】図９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１１】図９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を説明するフローチャートである。
【図１２】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１３】図１２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１４】図１３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１５】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１６】図１５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を説明するフローチャートである。
【図１７】図１６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１８】図１７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１９】図１８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２０】本発明の第４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２１】図２０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２２】図２１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２３】図２２の位置検出方法における読出しタイミングの設定動作を説明するフローチャートである。
【図２４】図２２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２５】図２４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２６】図２５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２７】各実施形態における位置算出用周波数の設定方法を説明するための磁気誘導コイルを含む共振回路を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【０２０３】
ｆ０ 共振周波数（第１の位置算出用周波数）
ｆ１，ｆ２ 第１の位置算出用周波数
ｆ３，ｆ４ 第２の位置算出用周波数
１，４０，５０，６０ 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、第２のマーカ）
４，６２ 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
２４ 周波数選択部（抽出部）
２２ 位置方向解析部
３０ 抽出計算部（抽出部）
４１ 磁界発生装置（磁界発生部）
６１ 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（推進用磁界発生部）
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ともに存在した場合、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場合に、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とも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、所定の周波数だけ離れた一組の第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、前記一組の第１の位置算出用周波数に挟まれた略中心の周波数を共振周波数とする磁気誘導コイルを搭載した第２のマーカと、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において磁界を検出する磁界検出部と、前記磁界検出部で検出された磁界から、前記一組の第１の位置算出用周波数を有する一組の第１の検出磁界成分の強度の加算値を抽出する抽出部と、抽出された前記加算値に基づいて前記第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、外部からの電力供給により、第１のマーカから発せられた、所定の周波数だけ離れた一組の第１の位置算出用周波数を有する第１の交番磁界が、第２のマーカに搭載された磁気誘導コイルによって受けられる。磁気誘導コイルは、共振特性によっては、第１の交番磁界を受けて誘導磁界（以下、第１の交番磁界に係る誘導磁界とする）を発生する場合がある。このとき、磁界検出部は、一組の第１の位置算出用周波数において、第１の交番磁界と、第１の交番磁界に係る誘導磁界とが混合した磁界を検出する。
【０００８】
ここで、第１の交番磁界に係る誘導磁界は、第１の交番磁界と同じく一組の第１の位置算出用周波数を有している。一方、第１の検出磁界成分は、一組の第１の位置算出用周波数を有する磁界成分であるため、第１の交番磁界に係る誘導磁界が発生した場合は、第１の交番磁界の情報に加えて当該誘導磁界の情報を含む。また、磁気誘導コイルの共振周波数は、一組の第１の位置算出用周波数に挟まれた略中心の周波数であるため、第１の交番磁界に係る誘導磁界は、第１の交番磁界に対する強度の大小関係が互いに異なるとともに、該強度の絶対値が略同一となる特性を有している。
【０００９】
よって、抽出部の作動により、一組の第１の検出磁界成分の強度の和が演算されると、第１の交番磁界に係る誘導磁界の情報が相殺され、磁界検出部で検出された磁界から第１の交番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のマーカから発生した第１の交番磁界の強度情報のみを用いて、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。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。
【００１０】
上記発明においては、前記一組の第１の位置算出用周波数が、さらに前記共振周波数の近傍の周波数であり、前記抽出部が、さらに前記磁界検出部で検出された磁界から、前記一組の第１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、さらに前記差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。
【００１１】
このようにすることで、位置方向解析部は、抽出部により抽出された加算値に基づいて、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、抽出された差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。
ここで、一組の第１の位置算出用周波数は、共振周波数の近傍の周波数であるため、磁気誘導コイルは、第１の交番磁界を受けると誘導磁界を発生する。また、第１の交番磁界に係る誘導磁界は、前記のとおり、一組の第１の位置算出用周波数において、第１の交番磁界に対する強度の大小関係が互いに異なる特性を有している。
【００１２】
一方、第１の検出磁界成分は、一組の第１の位置算出用周波数を有する磁界成分であるため、第１の交番磁界の情報および第１の交番磁界に係る誘導磁界の情報を含む。よって、抽出部の作動により、一組の第１の検出磁界成分の強度の差分が演算されることで、第１の交番磁界の情報が相殺されるので、磁界検出部で検出された磁界から第１の交番磁界に係る誘導磁界の情報のみを抽出できる。
【００１３】
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精度よく算出することができる。
【００１４】
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、前記一組の第１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、前記一組の第１の検出磁界成分が、前記第１の交番磁界の発生時に検出された前記第１の位置算出用周波数を有する磁界と前記第１の交番磁界の発生前に検出された前記第１の位置算出用周波数を有する磁界との差分であることとしてもよい。
【００１５】
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により発生される第２の交番磁界は、前記第１の交番磁界と同一の周波数を有するため、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（以下、第１および第２の交番磁界に係る誘導磁界とする）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。
【００１６】
ここで、第１および第２の交番磁界の発生時に第１の位置算出用周波数において検出される磁界は、第１の交番磁界、第２の交番磁界、および第１および第２の交番磁界に係る誘導磁界の情報を含む。
一方、第２の交番磁界のみ発生している場合、磁気誘導コイルは、第２の交番磁界を受けて誘導磁界（以下、第２の交番磁界に係る誘導磁界とする）を発生する。このとき、第１の位置算出用周波数において検出される磁界は、第２の交番磁界、および第２の交番磁界に係る誘導磁界の情報を含む。
【００１７】
よって、第１の交番磁界の発生時と発生前におけるそれぞれの磁界情報の差分を第１の検出磁界成分とすると、各周波数における第１の検出磁界成分は、第１の交番磁界の情報、および第１の交番磁界に係る誘導磁界の情報のみを含むこととなる。
したがって、抽出部の作動により、一組の第１の検出磁界成分の強度の和が演算されると、第１の交番磁界に係る誘導磁界の情報が相殺されるので、磁界検出部で検出された磁界から第１の交番磁界の強度の情報のみを抽出できる。
【００１８】
また、一組の第１の検出磁界成分の強度の差分は、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、第１および第２の交番磁界に係る誘導磁界の情報のみを含む。
よって、抽出部の作動により、一組の第１の検出磁界成分の強度の差分を演算すると、第１および第２の交番磁界に係る誘導磁界の情報のみを抽出できる。
【００１９】
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、前記共振周波数の近傍であって前記第１の位置算出用周波数と異なるとともに、前記共振周波数を挟み前記共振周波数に対して所定の周波数だけ離れた一組の第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、さらに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、さらに前記差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。
【００２２】
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発生する第２の交番磁界の一組の第２の位置算出用周波数は、共振周波数の近傍の周波数であるため、磁気誘導コイルは、第１の交番磁界を受けて第１の交番磁界に係る誘導磁界を発生するとともに、第２の交番磁界を受けて一組の第２の位置算出用周波数を有する誘導磁界（第２の交番磁界に係る誘導磁界）を発生する。磁界検出部は、一組の第１の位置算出用周波数において、第１の交番磁界と、第１の交番磁界に係る誘導磁界とが混合した磁界を検出し、一組の第２の位置算出用周波数において、第２の交番磁界と、第２の交番磁界に係る誘導磁界とが混合した磁界を検出する。
【００２３】
そして、抽出部の作動により、磁界検出部で検出された磁界から、一組の第１の検出磁界成分の強度の加算値が抽出されるとともに、一組の第２の検出磁界成分の強度の差分が抽出される。さらに、位置方向解析部の作動により、抽出部により抽出された加算値に基づいて、第１のマーカの位置および方向の少なくとも一方が算出されるとともに、抽出された差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が算出される。
【００２４】
ここで、第２の交番磁界に係る誘導磁界は、上述した理由と同様の理由から、一組の第２の位置算出用周波数において、第２の交番磁界に対する強度の大小関係が互いに異なる特性を有している。一方、第２の検出磁界成分は、一組の第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の交番磁界の情報および第２の交番磁界に係る誘導磁界の情報を含む。よって、抽出部の作動により、一組の第２の検出磁界成分の強度の差分が演算されると、第２の交番磁界の情報が相殺されるので、磁界検出部で検出された磁界から第２の交番磁界に係る誘導磁界の情報のみを抽出できる。
【００２５】
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精度よく算出することができる。
【００２６】
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、前記共振周波数を有する第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、さらに前記共振周波数において磁界を検出し、前記抽出部が、さらに前記磁界検出部で検出された磁界から、前記共振周波数を有するとともに前記第２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。
【００２７】
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のマーカに搭載された磁気誘導コイルの共振周波数を有する第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の交番磁界に係る誘導磁界を発生するとともに、第２の交番磁界を受けて第２の交番磁界に係る誘導磁界を発生する。磁界検出部は、一組の第１の位置算出用周波数において、第１の交番磁界と、第１の交番磁界に係る誘導磁界とが混合した磁界を検出し、共振周波数において、第２の交番磁界と、第２の交番磁界に係る誘導磁界とが混合した磁界を検出する。
【００２８】
抽出部は、磁界検出部で検出された磁界から、一組の第１の検出磁界成分の強度の加算値を抽出するとともに、第２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加算値に基づいて、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。
【００２９】
ここで、第２の交番磁界に係る誘導磁界は、第２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。一方、第２の検出磁界成分も、第２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ため、第２の交番磁界の情報を含まず、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、抽出部の作動により、第２の検出磁界成分を抽出すると、磁界検出部で検出された磁界から第２の交番磁界に係る誘導磁界の情報のみを抽出できる。
【００３０】
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精度よく算出することができる。
【００３１】
また、上記発明においては、前記磁気誘導コイルを含む共振回路が、前記第１の位置算出用周波数において、以下の関係式を満たすこととしてもよい。
【数２】
【００３２】
このようにすることで、各周波数における同一のセンスコイルにおいて検出される第１の交番磁界に係る誘導磁界の検出強度を等しくすることができる。その結果、一組の第１の検出磁界成分の強度について簡単な加算演算を行うことにより誘導磁界の情報を相殺させて、第１の交番磁界の情報のみを抽出することができる。
【００３３】
また、上記発明においては、前記第１のマーカが、複数設けられ、複数の前記第１の位置算出用周波数が、互いに異なる周波数であることとしてもよい。
このようにすることで、複数の第１のマーカを識別することができる。
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。
【００３４】
また、上記発明においては、前記複数の第１のマーカが、内視鏡の挿入部の長手方向に沿って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。
【００３５】
また、上記発明においては、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こととしてもよい。
【００３６】
このようにすることで、推進用磁界発生部により発生された、第２のマーカの磁界作用部に作用させる推進用磁界の強度および方向が、推進用磁界制御部の作動により、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、制御される。これにより、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。
【００３７】
また、本発明は、外部からの電力供給により、第１のマーカが所定の周波数だけ離れた一組の第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、前記一組の第１の位置算出用周波数を有する一組の第１の検出磁界成分の強度の加算値を抽出する抽出ステップと、抽出された前記加算値に基づいて前記第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。
【００３８】
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、前記一組の第１の検出磁界成分の強度の差分を抽出するステップを含み、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含むこととしてもよい。
【００３９】
また、上記発明においては、前記磁界発生ステップが、前記一組の第１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含み、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含み、前記一組の検出磁界成分が、前記第１の交番磁界の発生時に検出された前記第１の位置算出用周波数を有する磁界と前記第１の交番磁界の発生前に検出された前記第１の位置算出用周波数を有する磁界との差分であることとしてもよい。
【００４０】
また、上記発明においては、前記磁界発生ステップが、前記一組の第１の位置算出用周波数の近傍の一組の第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含み、前記磁界検出ステップが、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するステップを含み、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含み、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含むこととしてもよい。
【００４１】
また、上記発明においては、前記磁界発生ステップが、前記共振周波数を有する第２の交番磁界を発生するステップを含み、前記磁界検出ステップが、さらに前記共振周波数において磁界を検出するステップを含み、前記抽出ステップが、検出された磁界から、前記共振周波数を有するとともに前記第２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含み、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こととしてもよい。
【発明の効果】
【００４２】
本発明に係る位置検出システムおよび位置検出方法によれば、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とも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】
【００４３】
［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６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。
【００４４】
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、後述する入力装置から入力された共振周波数ｆ０を挟み、該共振周波数ｆ０に対して略等しい周波数だけ離れた一組の第１の位置算出用周波数ｆ１，ｆ２を有する第１の交番磁界を発生するようになっている。
【００４５】
カプセル医療装置３には、前記磁気誘導コイル５を含み、前記一組の第１の位置算出用周波数ｆ１，ｆ２に挟まれた略中心の周波数を共振周波数ｆ０とする共振回路が備えられている。磁気誘導コイル５は、外部からの第１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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。また、位置計算部１４には、前記受信回路１３ｂ内の全てのＡ／Ｄ変換器１８と位置計算部１４とを同期させるためのクロック信号を発振するクロック３２が備えられている。
【００５０】
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ｆ１，ｆ２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ｆ１，ｆ２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ｆ１，ｆ２における一組の磁界情報を記憶する第３のメモリ２５と、マーカコイル４および磁気誘導コイル５の位置計算を行うための各センスコイル１３ａの信号を抽出する抽出計算部３０とを備えている。
ここで、第１の位置算出用周波数ｆ１，ｆ２における磁界情報とは、第１の位置算出用周波数ｆ１，ｆ２における磁界の絶対値である。
【００５１】
前記抽出計算部３０は、第３のメモリ２５に記憶されている、前記周波数選択回路により抽出された第１の位置算出用周波数ｆ１における磁界情報（第１の検出磁界成分）の強度と、第１の位置算出用周波数ｆ２における磁界情報（第１の検出磁界成分）の強度との加算値と差分とを算出するようになっている。
【００５２】
前記位置方向解析部２２は、前記抽出計算部３０において算出された一組の磁界情報の強度の加算値に基づいて内視鏡装置２のマーカコイル４の位置および方向を算出し、一組の磁界情報の強度の差分に基づいてカプセル医療装置の磁気誘導コイル５の位置および方向を算出するようになっている。
【００５３】
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部２７と、入力された共振周波数に基づいて第１の位置算出用周波数を設定し、波形データ生成部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。
【００５４】
制御回路２８は、トリガ発生器３１に対し、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部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。
【００５５】
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を用いた内視鏡装置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。
【００５６】
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。磁界波形の生成は、図３に示されるフローに従って開始される。まず、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（ステップＳ１）。制御回路２８は、入力された共振周波数ｆ０を挟み、該共振周波数ｆ０に対して略等しい周波数だけ離れた一組の第１の位置算出用周波数ｆ１，ｆ２を設定する（ステップＳ２）。そして、制御回路２８は、設定された第１の位置算出用周波数ｆ１，ｆ２を波形データ生成部２７へ転送する（ステップＳ３）。これにより、磁界波形の生成が開始される。
【００５７】
波形データ生成部２７においては、送られてきた一組の第１の位置算出用周波数ｆ１，ｆ２に基づいてマーカコイル４から発生する磁界波形が、下式（１）を用いて算出される（ステップＳ４）。そして、算出された波形データがマーカ駆動回路９へ転送されて、波形データメモリ１０内に記憶される（ステップＳ５）。
【００５８】
Ｂｍ１＝Ｂ１×ｓｉｎ（２πｆ１ｔ）＋Ｂ２×ｓｉｎ（２πｆ２ｔ） （１）
ここで、Ｂ１、Ｂ２は、センスコイル１３ａの特性に合わせて設定され、センスコイル１３ａで周波数ｆ１，ｆ２の磁界成分を検出した際に同レベルの信号強度になるように設定されている。（センスコイル１３ａが理想的コイルであるならば、Ｂ１×ｆ１＝Ｂ２×ｆ２となるように設定する。また、センスコイル１３ａの周波数特性をあらかじめ測定しておき、その特性に合わせてＢ１、Ｂ２を設定してもよい。）
【００５９】
次に、図４〜図６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Ｓ１１）、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Ｓ１２）。
制御回路２８は、トリガ発生器３１にマーカ駆動回路９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Ｓ１３）。
【００６０】
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Ｓ１４）。
【００６１】
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３２のクロック信号に同期してＡ／Ｄ変換を行う（ステップＳ１５）。
【００６２】
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Ｓ１６）。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が、位置計算部１４の第１のメモリ１９から磁界信号データを読み出して周波数解析処理が行われる（ステップＳ１７）。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Ｓ１８）、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Ｓ１３〜Ｓ１７が繰り返される。
【００６３】
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５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の交番磁界の第１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、第１の位置算出用周波数ｆ１，ｆ２と対応づけて第３のメモリ２５に記憶する（ステップＳ１９）。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Ｓ２０）。
【００６４】
抽出計算部３０においては、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により抽出する（ステップＳ２１）。
Ｖｍ２１＝Ｖｆ１−１−Ｖｆ２−１
Ｖｍ２２＝Ｖｆ１−２−Ｖｆ２−２
・・・
Ｖｍ２Ｎ＝Ｖｆ１−Ｎ−Ｖｆ２−Ｎ
【００６５】
ここで、Ｖｆ１−Ｎは、Ｎ番目のセンスコイル１３ａにより検出された第１の位置算出用周波数ｆ１における磁界強度の絶対値を示し、Ｖｆ２−ＮはＮ番目のセンスコイル１３ａにより検出された第１の位置算出用周波数ｆ２における磁界強度の絶対値を示す。また、Ｖｍ２Ｎは、Ｎ番目のセンスコイル１３ａにより検出した磁界強度の絶対値に基づき算出された、磁気誘導コイル５の位置計算を行うための信号を示す。
この場合において、Ｖｍ２１からＶｍ２Ｎの計算式の第１項は、第１の位置算出用周波数ｆ１における磁界情報（第１の検出磁界成分）に相当する。ここで、Ｖｍ２１の計算式の第１項、すなわち周波数ｆ１の１番目のセンスコイル１３ａによる検出信号には、マーカコイル４から出力された第１の交番磁界の周波数ｆ１の信号とともに、磁気誘導コイル５がマーカコイル４からの第１の交番磁界を受けて発生した誘導磁界（第１の交番磁界に係る誘導磁界）の周波数ｆ１の信号が含まれている。
また、Ｖｍ２１からＶｍ２Ｎの計算式の第２項は、第１の位置算出用周波数ｆ２における磁界情報（第１の検出磁界成分）に相当する。ここで、Ｖｍ２１の計算式の第２項、すなわち周波数ｆ２の２番目のセンスコイル１３ａによる検出信号には、マーカコイル４から出力された第１の交番磁界の周波数ｆ２の信号とともに、磁気誘導コイル５がマーカコイル４からの第１の交番磁界を受けて発生した誘導磁界（第１の交番磁界に係る誘導磁界）の周波数ｆ２の信号が含まれている。
【００６６】
ここで、磁気誘導コイル５の共振周波数ｆ０は、一組の位置算出用周波数ｆ１，ｆ２に挟まれた略中心の周波数であるため、第１の交番磁界に係る誘導磁界の周波数ｆ１，ｆ２の信号は、第１の交番磁界に対する強度の大小関係が互いに異なるとともに、該強度の絶対値が略同一となる特性を有している。一方で、第１の交番磁界の周波数ｆ１，ｆ２の信号は、前述したように、磁界波形の生成過程のステップ４において、センスコイル１３ａで周波数ｆ１，ｆ２の磁界成分を検出した際に、同レベルの信号強度となるように設定されている。これにより、Ｖｍ２１からＶｍ２Ｎの計算式の第１項と第２項との差分、すなわち一組の第１の検出磁界成分の差分を演算することにより、第１の交番磁界の信号は相殺され、第１の交番磁界に係る誘導磁界の信号は相殺されずに残る。
このようにして、共振周波数ｆ０を挟み、該共振周波数ｆ０から略等しい周波数だけ離れた一組の第１の位置算出用周波数ｆ１，ｆ２における磁界強度の絶対値の差分を演算することにより、第１の交番磁界の信号を相殺することができる。その結果、第１の交番磁界により発生した誘導磁界の信号を容易に抽出することができる。
【００６７】
位置方向解析部２２は、抽出計算部３０で求めたＶｍ２１、Ｖｍ２２、・・・Ｖｍ２Ｎより磁気誘導コイル５の位置および方向を算出する（ステップＳ２２）。
算出された磁気誘導コイル５の位置および方向のデータは制御回路２８に送られ、表示装置８に表示される（ステップＳ２３）。そして、算出された位置および方向データは第２のメモリ２３に蓄えられる（ステップＳ２４）。
【００６８】
次に、抽出計算部３０においては、マーカコイル４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により算出する（ステップＳ２５）。
Ｖｍ１１＝Ｖｆ１−１＋Ｖｆ２−１、
Ｖｍ１２＝Ｖｆ１−２＋Ｖｆ２−２、
・・・
Ｖｍ１Ｎ＝Ｖｆ１−Ｎ＋Ｖｆ２−Ｎ
ここで、Ｖｍ１Ｎは、Ｎ番目のセンスコイル１３ａにより検出した磁界強度の絶対値に基づき算出された、マーカコイル４の位置計算を行うための信号を示す。
【００６９】
この場合において、Ｖｍ１１からＶｍ１Ｎの計算式の第１項は、第１の位置算出用周波数ｆ１における磁界情報（第１の検出磁界成分）に相当する。ここで、Ｖｍ１１の計算式の第１項、すなわち周波数ｆ１の１番目のセンスコイル１３ａによる検出信号には、マーカコイル４から出力された第１の交番磁界の周波数ｆ１の信号とともに、磁気誘導コイル５がマーカコイル４からの第１の交番磁界を受けて発生した誘導磁界（第１の交番磁界に係る誘導磁界）の周波数ｆ１の信号が含まれている。
また、Ｖｍ１１からＶｍ１Ｎの計算式の第２項は、第１の位置算出用周波数ｆ２における磁界情報（第１の検出磁界成分）に相当する。ここで、Ｖｍ１１の計算式の第２項、すなわち周波数ｆ２の２番目のセンスコイル１３ａによる検出信号には、マーカコイル４から出力された第１の交番磁界の周波数ｆ２の信号とともに、磁気誘導コイル５がマーカコイル４からの第１の交番磁界を受けて発生した誘導磁界（第１の交番磁界に係る誘導磁界）の周波数ｆ２の信号が含まれている。
【００７０】
ここで、第１の交番磁界に係る誘導磁界の周波数ｆ１，ｆ２の信号は、第１の交番磁界に対する強度の大小関係が互いに異なるとともに、該強度の絶対値が略同一となる特性を有している。これにより、Ｖｍ１１からＶｍ１Ｎの計算式の第１項と第２項との加算値、すなわち一組の第１の検出磁界成分の加算値を算出することにより、第１の交番磁界に係る誘導磁界の信号は相殺され、第１の交番磁界の信号は相殺されずに残る。
このようにして、共振周波数ｆ０を挟み、該共振周波数ｆ０から略等しい周波数だけ離れた一組の第１の位置算出用周波数ｆ１，ｆ２における磁界強度の絶対値を加算することにより、第１の交番磁界に係る誘導磁界の信号を相殺することができる。その結果、第１の交番磁界の信号を容易に抽出することができる。
【００７１】
位置方向解析部２２は、抽出計算部３０で求めたＶｍ１１、Ｖｍ１２、・・・Ｖｍ１Ｎよりマーカコイル４の位置および方向を算出する（ステップＳ２６）。
算出されたマーカコイル４の位置および方向のデータは制御回路２８に送られ、表示装置８に表示される（ステップＳ２７）。そして、算出された位置および方向データは第２のメモリ２３に蓄えられる（ステップＳ２８）。
【００７２】
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Ｓ２９）、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Ｓ３０）。一方、終了の指示が入力されていない場合には、ステップＳ１３に戻り、位置検出動作を継続する。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
［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７〜図１４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。
【００７６】
本実施形態に係る位置検出システム４０は、図７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。
【００７７】
磁気誘導装置１０１は、図７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。
【００７８】
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７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。
【００７９】
３軸ヘルムホルツコイルユニット７１は、図７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７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。
【００８０】
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７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。
【００８１】
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、表示装置８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。
【００８２】
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。
【００８３】
カプセル医療装置３は、図８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、被検者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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。また、磁気誘導コイル５が磁性体コアを有しない空芯コイルで構成されていてもよい。
【００９２】
本実施形態に係る位置検出システム４０は、図７および図１０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の交番磁界と同一の周波数および位相を有する第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１０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は増幅器である。また、図７中において、符号４６は磁界発生装置４１を選択するセレクタ、符号４７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。
【００９３】
図９および図１０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、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。
【００９４】
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。
波形データ生成部２７においては、送られてきた一組の第１の位置算出用周波数ｆ１，ｆ２に基づいてマーカコイル４から発生させる磁界波形が、下式（１）を用いて算出される。
Ｂｍ１＝Ｂ１×ｓｉｎ（２πｆ１ｔ）＋Ｂ２×ｓｉｎ（２πｆ２ｔ） （１）
【００９５】
また、波形データ生成部２７においては、送られてきた一組の第１の位置算出用周波数ｆ１，ｆ２に基づいて磁界発生装置４１から発生させる磁界波形が、下式（２）を用いて算出される。
ＢＧ＝Ｂ３×ｓｉｎ（２πｆ１ｔ）＋Ｂ４×ｓｉｎ（２πｆ２ｔ） （２）
【００９６】
そして、算出された磁界波形Ｂｍ１のデータがマーカ駆動回路９へ転送されて、波形データメモリ１０内に記憶される。さらに、算出された磁界波形ＢＧのデータが磁界発生装置駆動回路４２へ転送されて、波形データメモリ４３内に記憶される。
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ｆ０を挟み、該共振周波数ｆ０から略等しい周波数だけ離れた一組の第１の位置算出用周波数ｆ１，ｆ２に一致し、かつ同一の位相を有している。
【００９７】
キャリブレーションは、図１１および図１２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Ｓ３１）。制御回路２８は、磁界発生装置駆動回路４２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Ｓ３２）。
【００９８】
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Ｓ３３）。
【００９９】
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３２からのクロック信号に同期してＡ／Ｄ変換を行う（ステップＳ３４）。
【０１００】
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Ｓ３５）。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Ｓ３６）。
【０１０１】
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の交番磁界の第１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、周波数ｆ１，ｆ２と対応づけて第３のメモリ２５に記憶させる（ステップＳ３７）。
【０１０２】
このとき、記憶された各第１の位置算出用周波数ｆ１，ｆ２における磁界情報の信号強度を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の番号を表す。また、磁界情報とはＦＦＴ処理結果の絶対値である。そして、この第１の位置算出用周波数ｆ１，ｆ２における磁界情報がキャリブレーション値として第３のメモリ２５に記憶されることになる。
【０１０３】
ここで、全てのセンスコイル１３ａで検出された周波数ｆ１の信号強度と、周波数ｆ２の信号強度を補正する。
具体的には、まず、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）を求める。次いで、信号成分の和の比Σ（Ｖ０ｆ１―Ｎ）／Σ（Ｖ０ｆ２―Ｎ）を補正係数として求める。
【０１０４】
そして、求められた補正係数を用いて、Ｖ０ｆ２―１，Ｖ０ｆ２―２，・・・，Ｖ０ｆ２―Ｎを次のように置き換えて第３のメモリ２５に上書き保存する。
Ｖ０ｆ２―１を、Ｖ０ｆ２―１×Σ（Ｖ０ｆ１―Ｎ）／Σ（Ｖ０ｆ２―Ｎ）に置き換える。
Ｖ０ｆ２―２を、Ｖ０ｆ２―２×Σ（Ｖ０ｆ１―Ｎ）／Σ（Ｖ０ｆ２―Ｎ）に置き換える。
・・・
Ｖ０ｆ２―Ｎを、Ｖ０ｆ２―Ｎ×Σ（Ｖ０ｆ１―Ｎ）／Σ（Ｖ０ｆ２―Ｎ）に置き換える。
また、補正係数Σ（Ｖ０ｆ１―Ｎ）／Σ（Ｖ０ｆ２―Ｎ）も第３のメモリ２５に保存しておく（ステップＳ３８）。
【０１０５】
これにより、第３のメモリ２５に保存されているＶ０ｆ１―１と、Ｖ０ｆ２―１（置き換えられたことによりＶ０ｆ２―１×（Ｖ０ｆ１―Ｎ）／Σ（Ｖ０ｆ２―Ｎ））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をほぼ等しくする操作を行ったことになる。
【０１０６】
次に、実測定は、図１２〜図１４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Ｓ４１）、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Ｓ４２）。
制御回路２８は、トリガ発生器３１にマーカ駆動回路９および磁界発生装置駆動回路４２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Ｓ４３）。
【０１０７】
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Ｓ４４）。
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Ｓ４５）。
【０１０８】
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３２からのクロック信号に同期してＡ／Ｄ変換を行う（ステップＳ４６）。
【０１０９】
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Ｓ４７）。
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は第１のメモリ１９から信号データを読み出して周波数解析処理を行う（ステップＳ４８）。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Ｓ４９）、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Ｓ４３〜Ｓ４８が繰り返される。
【０１１０】
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１４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の交番磁界の第１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、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Ｓ５０）。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Ｓ５１）。
【０１１１】
抽出計算部３０では、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からの信号を以下の計算式から抽出する（ステップＳ５２）。
Ｖｍ２１＝（Ｖｆ１−１−Ｖ０ｆ１―１）−（Ｖｆ２−１× Σ（Ｖ０ｆ１―Ｎ）／Σ（Ｖ０ｆ２―Ｎ）−Ｖ０ｆ２―１）
Ｖｍ２２＝（Ｖｆ１−２−Ｖ０ｆ１―２）−（Ｖｆ２−２× Σ（Ｖ０ｆ１―Ｎ）／Σ（Ｖ０ｆ２―Ｎ）−Ｖ０ｆ２―２）
・・・
Ｖｍ２Ｎ＝（Ｖｆ１−Ｎ−Ｖ０ｆ１―Ｎ）−（Ｖｆ２−Ｎ× Σ（Ｖ０ｆ１―Ｎ）／Σ（Ｖ０ｆ２―Ｎ）−Ｖ０ｆ２―Ｎ）
【０１１２】
この場合において、Ｖｍ２１からＶｍ２Ｎの計算式の第１項は、第１の位置算出用周波数ｆ１における磁界情報（第１の検出磁界成分）に相当する。ここで、Ｖｍ２１の計算式の第１項（Ｖｆ１−１−Ｖ０ｆ１―１）のうちＶｆ１−１、すなわち第１の交番磁界の発生後かつカプセル医療装置３の体腔内への投入後における周波数ｆ１のセンスコイル１３ａによる検出信号には、マーカコイル４から出力された第１の交番磁界および磁界発生装置４１から出力された第２の交番磁界の周波数ｆ１の信号とともに、磁気誘導コイル５が第１の交番磁界および第２の交番磁界を受けて発生した誘導磁界（第１の交番磁界に係る誘導磁界・第２の交番磁界に係る誘導磁界）の周波数ｆ１の信号が含まれている。
【０１１３】
また、Ｖ０ｆ１―１、すなわち第１の交番磁界の発生前かつカプセル医療装置３の体腔内への投入前における周波数ｆ１のセンスコイル１３ａによる検出信号には、磁界発生装置４１から出力された第２の交番磁界の周波数ｆ１の信号が含まれている。
よって、これらの差分（Ｖｆ１−１−Ｖ０ｆ１―１）を算出することにより、第２の交番磁界の周波数ｆ１の信号が相殺される。したがって、Ｖｍ２１からＶｍ２Ｎの計算式の第１項（第１の検出磁界成分）には、第１の交番磁界の周波数ｆ１の信号とともに、第１の交番磁界に係る誘導磁界および第２の交番磁界に係る誘導磁界の周波数ｆ１の信号が含まれることになる。
【０１１４】
また、Ｖｍ２１からＶｍ２Ｎの計算式の第２項は、第１の位置算出用周波数ｆ２における磁界情報（第１の検出磁界成分）に相当する。ここで、Ｖｍ２１の計算式の第２項（Ｖｆ２−１× Σ（Ｖ０ｆ１―Ｎ）／Σ（Ｖ０ｆ２―Ｎ）−Ｖ０ｆ２―１）のうちＶｆ２−１× Σ（Ｖ０ｆ１―Ｎ）／Σ（Ｖ０ｆ２―Ｎ）、すなわち第１の交番磁界の発生後かつカプセル医療装置３の体腔内への投入後における周波数ｆ２のセンスコイル１３ａによる検出信号には、マーカコイル４から出力された第１の交番磁界および磁界発生装置４１から出力された第２の交番磁界の周波数ｆ２の信号とともに、磁気誘導コイル５が第１の交番磁界および第２の交番磁界を受けて発生した誘導磁界（第１の交番磁界に係る誘導磁界・第２の交番磁界に係る誘導磁界）の周波数ｆ２の信号が含まれている。
【０１１５】
また、Ｖ０ｆ２―１、すなわち第１の交番磁界の発生前かつカプセル医療装置３の体腔内への投入前における周波数ｆ２のセンスコイル１３ａによる検出信号には、磁界発生装置４１から出力された第２の交番磁界の周波数ｆ２の信号が含まれている。
よって、これらの差分（Ｖｆ２−１× Σ（Ｖ０ｆ１―Ｎ）／Σ（Ｖ０ｆ２―Ｎ）−Ｖ０ｆ２―１）を算出することにより、第２の交番磁界の周波数ｆ２の信号が相殺される。したがって、Ｖｍ２１からＶｍ２Ｎの計算式の第２項（第１の検出磁界成分）には、第１の交番磁界の周波数ｆ２の信号とともに、第１の交番磁界に係る誘導磁界および第２の交番磁界に係る誘導磁界の周波数ｆ２の信号が含まれることになる。
【０１１６】
ここで、第１の交番磁界に係る誘導磁界の周波数ｆ１，ｆ２の信号は、第１の交番磁界に対する強度の大小関係が互いに異なるとともに、該強度の絶対値が略同一となる特性を有している。一方で、第１の交番磁界の周波数ｆ１，ｆ２の信号は、前述したように、各センスコイル１３ａの周波数ｆ１の信号に対するゲインとｆ２の信号に対するゲインをほぼ等しくする操作がなされているので、同レベルの信号強度を有している。これにより、Ｖｍ２１からＶｍ２Ｎの計算式の第１項と第２項との差分、すなわち一組の第１の検出磁界成分の差分を演算することにより、さらに第１の交番磁界の信号は相殺され、第１の交番磁界に係る誘導磁界および第２の交番磁界に係る誘導磁界の信号は相殺されずに残る。
【０１１７】
このようにして、共振周波数ｆ０を挟み、該共振周波数ｆ０から略等しい周波数だけ離れた一組の第１の位置算出用周波数ｆ１，ｆ２における磁界強度の絶対値の差分を算出することにより、第１の交番磁界の信号および第２の交番磁界の信号がそれぞれ相殺される。その結果、第１の交番磁界および第２の交番磁界により発生した誘導磁界（第１および第２の交番磁界に係る誘導磁界）の信号を容易に抽出することができる。
【０１１８】
位置方向解析部２２は、抽出計算部で求めた、Ｖｍ２１，Ｖｍ２２，・・・，Ｖｍ２Ｎから磁気誘導コイル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Ｓ５３）。
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Ｓ５４）、第２のメモリ２３に記憶される（ステップＳ５５）。
【０１１９】
また、抽出計算部では、マーカコイル４の位置計算を行うための各センスコイル１３ａからの信号を以下の計算式から抽出する（ステップＳ５６）。
Ｖｍ１１＝（Ｖｆ１−１−Ｖ０ｆ１―１）＋（Ｖｆ２−１× Σ（Ｖ０ｆ１―Ｎ）／Σ（Ｖ０ｆ２―Ｎ）−Ｖ０ｆ２―１）
Ｖｍ１２＝（Ｖｆ１−２−Ｖ０ｆ１―２）＋（Ｖｆ２−２× Σ（Ｖ０ｆ１―Ｎ）／Σ（Ｖ０ｆ２―Ｎ）−Ｖ０ｆ２―２）
・・・
Ｖｍ１Ｎ＝（Ｖｆ１−Ｎ−Ｖ０ｆ１―Ｎ）＋（Ｖｆ２−Ｎ× Σ（Ｖ０ｆ１―Ｎ）／Σ（Ｖ０ｆ２―Ｎ）−Ｖ０ｆ２―Ｎ）
【０１２０】
この場合において、Ｖｍ１１からＶｍ１Ｎの計算式の第１項は、第１の位置算出用周波数ｆ１における磁界情報（第１の検出磁界成分）に相当する。ここで、Ｖｍ１１の計算式の第１項（Ｖｆ１−１−Ｖ０ｆ１―１）、すなわち周波数ｆ１のセンスコイル１３ａによる検出信号には、前述したように、マーカコイル４から出力された第１の交番磁界の周波数ｆ１の信号とともに、磁気誘導コイル５が第１の交番磁界および第２の交番磁界を受けて発生した誘導磁界（第１の交番磁界に係る誘導磁界・第２の交番磁界に係る誘導磁界）の周波数ｆ１の信号が含まれている。すなわち、磁界発生装置４１から出力された第２の交番磁界の周波数ｆ１の信号が相殺されている。
【０１２１】
また、Ｖｍ１１からＶｍ１Ｎの計算式の第２項は、第１の位置算出用周波数ｆ２における磁界情報（第１の検出磁界成分）に相当する。ここで、Ｖｍ１１の計算式の第２項（Ｖｆ２−１× Σ（Ｖ０ｆ１―Ｎ）／Σ（Ｖ０ｆ２―Ｎ）−Ｖ０ｆ２―１）、すなわち周波数ｆ２のセンスコイル１３ａによる検出信号には、マーカコイル４から出力された第１の交番磁界の周波数ｆ２の信号とともに、磁気誘導コイル５が第１の交番磁界および第２の交番磁界を受けて発生した誘導磁界（第１の交番磁界に係る誘導磁界・第２の交番磁界に係る誘導磁界）の周波数ｆ２の信号が含まれている。すなわち、磁界発生装置４１から出力された第２の交番磁界の周波数ｆ２の信号とが相殺されている。
【０１２２】
ここで、第１の交番磁界に係る誘導磁界および第２の交番磁界に係る誘導磁界の周波数ｆ１，ｆ２の信号は、第１の交番磁界に対する強度の大小関係が互いに異なるとともに、該強度の絶対値が略同一となる特性を有している。これにより、Ｖｍ１１からＶｍ１Ｎの計算式の第１項と第２項との加算値、すなわち一組の第１の検出磁界成分の加算値を算出することにより、さらに第１および第２の交番磁界に係る誘導磁界の信号が相殺され、第１の交番磁界の信号は相殺されずに残る。
【０１２３】
このようにして、第１の位置算出用周波数ｆ１における磁界強度のうち、第１の交番磁界の発生時に抽出された磁界強度の絶対値と、第１の交番磁界の発生前に抽出された磁界強度の絶対値との差分と、第１の位置算出用周波数ｆ２における磁界強度のうち、第１の交番磁界の発生時に抽出された磁界強度の絶対値と、第１の交番磁界の発生前に抽出された磁界強度の絶対値との差分との加算値を算出することにより、第２の交番磁界の信号と、第１および第２の交番磁界に係る誘導磁界の信号とが相殺される。その結果、第１の交番磁界の信号を容易に抽出することができる。
【０１２４】
位置方向解析部２２は、抽出計算部３０で求めたＶｍ１１、Ｖｍ１２、・・・Ｖｍ１Ｎよりマーカコイル４の位置および方向を算出する（ステップＳ５７）。
算出されたマーカコイル４の位置および方向のデータは制御回路２８に送られ、表示装置８に表示される（ステップＳ５８）。そして、算出された位置および方向データは第２のメモリ２３に蓄えられる（ステップＳ５９）。
【０１２５】
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Ｓ６０）、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Ｓ６１）。一方、終了の指示が入力されていない場合には、ステップＳ４３に戻り、位置検出動作を継続する。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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、磁気誘導コイル５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。
【０１２８】
なお、本実施形態においては、磁気誘導装置１０１が回転磁界を発生させることとしているが、この方式に限らず、磁気誘導装置１０１が勾配磁界を発生させ、該勾配磁界によりカプセル医療装置３の永久磁石１５０に生じる磁気引力を利用して、カプセル医療装置３を誘導することとしてもよい。
【０１２９】
［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１５〜図１９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。
【０１３０】
本実施形態に係る位置検出システム５０は、図１５に示されるように、磁界発生装置４１から発生する第２の交番磁界の周波数が、第１の交番磁界の周波数ｆ１，ｆ２とは異なる一組の第２の位置算出用周波数ｆ３，ｆ４である点において、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。
【０１３１】
本実施形態に係る位置検出システム５０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、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。
【０１３２】
入力装置２６から磁気誘導コイル５の共振周波数ｆ０が入力されると、制御回路２８は、マーカコイル４から発生する第１の交番磁界の周波数として、入力された共振周波数ｆ０を挟み、該共振周波数ｆ０に対して略等しい周波数だけ離れた一組の第１の位置算出用周波数ｆ１，ｆ２を設定する。また、制御回路２８は磁界発生装置４１から発生する第２の交番磁界の第２の位置算出用周波数として、周波数ｆ１，ｆ２とは異なる周波数で、共振周波数ｆ０を挟み、該共振周波数ｆ０に対して略等しい周波数だけ離れた一組の周波数ｆ３，ｆ４を設定する。そして、制御回路２８が、設定された第１の位置算出用周波数ｆ１，ｆ２および第２の位置算出用周波数ｆ３，ｆ４を波形データ生成部２７へ転送することにより、磁界波形の生成が開始される。
【０１３３】
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からは第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。
波形データ生成部２７においては、送られてきた一組の第１の位置算出用周波数ｆ１，ｆ２に基づいてマーカコイル４から発生させる磁界波形が、下式（１）を用いて算出される。
【０１３４】
Ｂｍ１＝Ｂ１×ｓｉｎ（２πｆ１ｔ）＋Ｂ２×ｓｉｎ（２πｆ２ｔ） （１）
ここで、Ｂ１，Ｂ２は、センスコイル１３ａの特性に合わせて設定され、センスコイル１３ａで周波数ｆ１，ｆ２の磁界成分を検出した際に同レベルの信号強度になるように設定されている。（センスコイル１３ａが理想的コイルであるならば、Ｂ１×ｆ１＝Ｂ２×ｆ２となるように設定する。また、センスコイル１３ａの周波数特性をあらかじめ測定しておき、その特性に合わせてＢ１，Ｂ２を設定してもよい。）
【０１３５】
また、波形データ生成部２７においては、送られてきた一組の第２の位置算出用周波数ｆ３，ｆ４に基づいて磁界発生装置４１から発生させる磁界波形が、下式（２′）を用いて算出される。
ＢＧ＝Ｂ３×ｓｉｎ（２πｆ３ｔ）＋Ｂ４×ｓｉｎ（２πｆ４ｔ） （２′）
【０１３６】
そして、算出された磁界波形Ｂｍ１のデータがマーカ駆動回路９へ転送されて、波形データメモリ１０内に記憶される。さらに、算出された磁界波形ＢＧのデータが磁界発生装置駆動回路４２へ転送されて、波形データメモリ４３内に記憶される。
【０１３７】
キャリブレーションは、図１６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Ｓ７１）。制御回路２８は、磁界発生装置駆動回路４２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Ｓ７２）。
【０１３８】
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Ｓ７３）。
【０１３９】
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３２からのクロック信号に同期してＡ／Ｄ変換を行う（ステップＳ７４）。
【０１４０】
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Ｓ７５）。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Ｓ７６）。
【０１４１】
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の交番磁界の第２の位置算出用周波数ｆ３，ｆ４における磁界情報のみを抽出し、周波数ｆ３，ｆ４と対応づけて第３のメモリ２５に記憶させる（ステップＳ７７）。
【０１４２】
このとき、記憶された各第２の位置算出用周波数ｆ３，ｆ４における磁界情報の信号強度をＶ０ｆ３―１、Ｖ０ｆ３―２、・・・Ｖ０ｆ３―Ｎ、Ｖ０ｆ４―１、Ｖ０ｆ４―２、・・・Ｖ０ｆ４―Ｎとする。ここで、上付きの添え字ｆ３，ｆ４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の番号を表す。また、磁界情報とはＦＦＴ処理結果の絶対値である。そして、この第２の位置算出用周波数ｆ３，ｆ４における磁界情報がキャリブレーション値として第３のメモリ２５に記憶されることになる。
【０１４３】
ここで、全てのセンスコイル１３ａで検出された周波数ｆ３の信号強度と、周波数ｆ４の信号強度を補正する。
具体的には、まず、全てのセンスコイル１３ａで検出された周波数ｆ３の信号成分の和Σ（Ｖ０ｆ３―Ｎ）と、全てのセンスコイル１３ａで検出された周波数ｆ４の信号成分の和Σ（Ｖ０ｆ４―Ｎ）を求める。次いで、信号成分の和の比Σ（Ｖ０ｆ３―Ｎ）／Σ（Ｖ０ｆ４―Ｎ）を補正係数として求める。
【０１４４】
そして、求められた補正係数を用いて、Ｖ０ｆ４―１，Ｖ０ｆ４―２，・・・，Ｖ０ｆ４―Ｎを次のように置き換えて第３のメモリ２５に上書き保存する。
Ｖ０ｆ４―１を、Ｖ０ｆ４―１×Σ（Ｖ０ｆ３―Ｎ）／Σ（Ｖ０ｆ４―Ｎ）に置き換える。
Ｖ０ｆ４―２を、Ｖ０ｆ４―２×Σ（Ｖ０ｆ３―Ｎ）／Σ（Ｖ０ｆ４―Ｎ）に置き換える。
・・・
Ｖ０ｆ４―Ｎを、Ｖ０ｆ４―Ｎ×Σ（Ｖ０ｆ３―Ｎ）／Σ（Ｖ０ｆ４―Ｎ）に置き換える。
また、補正係数Σ（Ｖ０ｆ３―Ｎ）／Σ（Ｖ０ｆ４―Ｎ）も第３のメモリ２５に保存しておく（ステップＳ７８）。
【０１４５】
これにより、第３のメモリ２５に保存されているＶ０ｆ３―１と、Ｖ０ｆ４―１（置き換えられたことによりＶ０ｆ４―１×（Ｖ０ｆ３―Ｎ）／Σ（Ｖ０ｆ４―Ｎ））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ｆ３の信号に対するゲインと、周波数ｆ４の信号に対するゲインをほぼ等しくする操作を行ったことになる。
【０１４６】
次に、実測定は、図１７〜図１９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Ｓ８１）、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Ｓ８２）。
制御回路２８は、トリガ発生器３１にマーカ駆動回路９および磁界発生装置駆動回路４２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Ｓ８３）。
【０１４７】
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Ｓ８４）。
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Ｓ８５）。
【０１４８】
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３２からのクロック信号に同期してＡ／Ｄ変換を行う（ステップＳ８６）。
【０１４９】
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Ｓ８７）。
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は第１のメモリ１９から信号データを読み出して周波数解析処理を行う（ステップＳ８８）。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Ｓ８９）、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Ｓ８３〜Ｓ８８が繰り返される。
【０１５０】
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１８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の交番磁界の第１の位置算出用周波数ｆ３，ｆ４における磁界情報のみを抽出し、周波数ｆ３，ｆ４と対応づけて第３のメモリ２５に記憶する（ステップＳ９０）。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Ｓ９１）。
【０１５１】
抽出計算部３０では、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からの信号を以下の計算式から抽出する（ステップＳ９２）。
Ｖｍ２１＝（Ｖｆ３−１−Ｖ０ｆ３―１）−（Ｖｆ４−１×Σ（Ｖ０ｆ３―Ｎ）／Σ（Ｖ０ｆ４―Ｎ）−Ｖ０ｆ４―１）
Ｖｍ２２＝（Ｖｆ３−２−Ｖ０ｆ３―２）−（Ｖｆ４−２×Σ（Ｖ０ｆ３―Ｎ）／Σ（Ｖ０ｆ４―Ｎ）−Ｖ０ｆ４―２）
・・・
Ｖｍ２Ｎ＝（Ｖｆ３−Ｎ−Ｖ０ｆ３―Ｎ）−（Ｖｆ４−Ｎ×Σ（Ｖ０ｆ３―Ｎ）／Σ（Ｖ０ｆ４―Ｎ）−Ｖ０ｆ４―Ｎ）
【０１５２】
この場合において、Ｖｍ２１からＶｍ２Ｎの計算式の第１項は、第２の位置算出用周波数ｆ３における磁界情報（第２の検出磁界成分）に相当する。また、Ｖｍ２１からＶｍ２Ｎの計算式の第２項は、第２の位置算出用周波数ｆ４における磁界情報（第２の検出磁界成分）に相当する。
このようにして、共振周波数ｆ０を挟み、該共振周波数ｆ０から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ｆ３，ｆ４における磁界強度の絶対値の差分を算出することにより、第２の交番磁界の信号を相殺することができる。その結果、第２の交番磁界により発生した誘導磁界（第２の交番磁界に係る誘導磁界）の信号を容易に抽出することができる。
【０１５３】
位置方向解析部２２は、抽出計算部で求めた、Ｖｍ２１，Ｖｍ２２，・・・，Ｖｍ２Ｎから磁気誘導コイル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Ｓ９３）。
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Ｓ９４）、第２のメモリ２３に記憶される（ステップＳ９５）。
【０１５４】
また、抽出計算部では、マーカコイル４の位置計算を行うための各センスコイル１３ａからの信号を以下の計算式から抽出する（ステップＳ９６）。
Ｖｍ１１＝Ｖｆ１−１＋Ｖｆ２−１
Ｖｍ１２＝Ｖｆ１−２＋Ｖｆ２―２
・・・
Ｖｍ１Ｎ＝Ｖｆ１−Ｎ＋Ｖｆ２―Ｎ
【０１５５】
この場合において、Ｖｍ１１からＶｍ１Ｎの計算式の第１項は、第１の位置算出用周波数ｆ１における磁界情報（第１の検出磁界成分）に相当する。ここで、Ｖｍ１１の計算式の第１項、すなわち周波数ｆ１のセンスコイル１３ａによる検出信号には、マーカコイル４から出力された第１の交番磁界の周波数ｆ１の信号とともに、磁気誘導コイル５が第１の交番磁界を受けて発生した誘導磁界（第１の交番磁界に係る誘導磁界）の周波数ｆ１の信号が含まれている。
また、Ｖｍ１１からＶｍ１Ｎの計算式の第２項は、第１の位置算出用周波数ｆ２における磁界情報（第１の検出磁界成分）に相当する。ここで、Ｖｍ１１の計算式の第２項、すなわち周波数ｆ２のセンスコイル１３ａによる検出信号には、マーカコイル４から出力された第１の交番磁界の周波数ｆ２の信号とともに、磁気誘導コイル５が第１の交番磁界を受けて発生した誘導磁界（第１の交番磁界に係る誘導磁界）の周波数ｆ２の信号が含まれている。
【０１５６】
ここで、前述したように、マーカコイル４から発生させる磁界波形の算出過程において、Ｂ１，Ｂ２が、センスコイル１３ａで周波数ｆ１，ｆ２の磁界成分を検出した際に同レベルの信号強度になるように設定されている。よって、第１の交番磁界に係る誘導磁界の周波数ｆ１，ｆ２の信号は、第１の交番磁界に対する強度の大小関係が互いに異なるとともに、該強度の絶対値が略同一となる特性を有している。これにより、Ｖｍ１１からＶｍ１Ｎの計算式の第１項と第２項との加算値、すなわち一組の第１の検出磁界成分の加算値を算出することにより、第１の交番磁界に係る誘導磁界の信号を相殺することができる。
このようにして、共振周波数ｆ０を挟み、該共振周波数ｆ０から略等しい周波数だけ離れた一組の第１の位置算出用周波数ｆ１における磁界強度の絶対値と、第１の位置算出用周波数ｆ２における磁界強度の絶対値との加算値を算出することにより、第１の交番磁界に係る誘導磁界の信号を相殺することができる。その結果、第１の交番磁界の信号を容易に抽出することができる。
【０１５７】
位置方向解析部２２は、抽出計算部３０で求めたＶｍ１１、Ｖｍ１２、・・・Ｖｍ１Ｎよりマーカコイル４の位置および方向を算出する（ステップＳ９７）。
算出されたマーカコイル４の位置および方向のデータは制御回路２８に送られ、表示装置８に表示される（ステップＳ９８）。そして、算出された位置および方向データは第２のメモリ２３に蓄えられる（ステップＳ９９）。
【０１５８】
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Ｓ１００）、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Ｓ１０１）。一方、終了の指示が入力されていない場合には、ステップＳ４３に戻り、位置検出動作を継続する。
【０１５９】
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。
【０１６０】
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、磁気誘導コイル５の作動範囲の外部に配置された磁界発生装置４１から発生する第２の交番磁界の出力を大きくすることは容易であるので、第２の交番磁界に係る誘導磁界の強度を大きくすることができる。
【０１６１】
なお、本実施形態においては、内視鏡装置２が単一のマーカコイル４を有する場合について説明したが、これに代えて、互いに異なる複数組の第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複数のマーカコイル４を有する場合には、以下のように取り扱うことができる。
【０１６２】
すなわち、この場合には、波形データ生成部２７が、複数のマーカコイル４から発生させる磁界波形を計算する。発生させる磁界は、以下の通りである。
第１のマーカコイル４：
Ｂｍ１１＝Ｂ１１×ｓｉｎ（２πｆ１１ｔ）＋Ｂ２１×ｓｉｎ（２πｆ２１ｔ）
第２のマーカコイル４
Ｂｍ１２＝Ｂ１２×ｓｉｎ（２πｆ１２ｔ）＋Ｂ２２×ｓｉｎ（２πｆ２２ｔ）
・・・
第ｎのマーカコイル４
Ｂｍ１ｎ＝Ｂ１ｎ×ｓｉｎ（２πｆ１ｎｔ）＋Ｂ２２×ｓｉｎ（２πｆ２ｎｔ）
【０１６３】
ここで、Ｂ１１、Ｂ２１は、センスコイル１３ａの特性に合わせて設定され、センスコイル１３ａで周波数ｆ１１，ｆ２１の磁界成分を検出した際に同レベルの信号強度になるように設定されている（センスコイル１３ａが理想的コイルであるならば、Ｂ１１×ｆ１１＝Ｂ２１×ｆ２１となるように設定する。また、センスコイル１３ａの周波数特性をあらかじめ測定しておき、その特性に合わせてＢ１１、Ｂ２１を設定してもよい。）。以下、Ｂ１２，Ｂ２２，ｆ１２，ｆ２２の関係、・・・、Ｂ１ｎ，Ｂ２ｎ，ｆ１ｎ，ｆ２ｎの関係についても同様になるように設定する。
【０１６４】
また、実測定においては、抽出計算部３０は、第１〜第ｎのマーカコイル４の一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抽出する。
Ｖｍ１１１＝Ｖｆ１１−１＋Ｖｆ２１−１，Ｖｍ１１２＝Ｖｆ１１−２＋Ｖｆ２１−２，…，Ｖｍ１１Ｎ＝Ｖｆ１１−Ｎ＋Ｖｆ２１−Ｎ
Ｖｍ１２１＝Ｖｆ１２−１＋Ｖｆ２２−１，Ｖｍ１２２＝Ｖｆ１２−２＋Ｖｆ２２−２，…，Ｖｍ１２Ｎ＝Ｖｆ１２−Ｎ＋Ｖｆ２２−Ｎ
・・・
Ｖｍ１ｎ１＝Ｖｆ１ｎ−１＋Ｖｆ２ｎ−１，Ｖｍ１ｎ２＝Ｖｆ１ｎ−２＋Ｖｆ２ｎ−２，…，Ｖｍ１ｎＮ＝Ｖｆ１ｎ−Ｎ＋Ｖｆ２ｎ−Ｎ
【０１６５】
また、位置方向解析部２２は、抽出計算部３０で求めた、Ｖｍ１１１，Ｖｍ１１２，・・・，Ｖｍ１１Ｎより第１のマーカコイル４の位置および方向を計算し、Ｖｍ１ｎ１，Ｖｍ１ｎ２，・・・，Ｖｍ１ｎＮより第ｎのマーカコイル４の位置および方向を計算することにすればよい。
また、単一の内視鏡装置２内に複数のマーカコイル４を備える場合に代えて、複数の内視鏡装置２内にそれぞれ異なる複数組の第１の位置算出用周波数を有するマーカコイル４が備えられる場合においても同様の処理を行うことで対応することができる。
【０１６６】
［第４の実施形態］
次に、本発明の第４の実施形態に係る位置検出システム６０について、図２０〜図２６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。
【０１６７】
本実施形態に係る位置検出システム６０は、図２０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６１内に配置されたマーカコイル６２を採用している点、該第１のカプセル医療装置６１への信号の送信部６３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。
【０１６８】
また、本実施形態に係る位置検出システム６０においては制御部７内に、クロック２９の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に指示する読出タイミング生成器６７を備えている。
【０１６９】
第１のカプセル医療装置６１は、図２１に示されるように、第１の位置算出用周波数ｆ１，ｆ２を有する第１の交番磁界を発生するマーカコイル６２と、該マーカコイル６２を駆動するマーカ駆動回路６４と、クロック６５と、受信部６６と、図示しない電源とを備えている。マーカ駆動回路６４は、送信部６３から無線送信され、受信部６６で受信された指令信号に応じてマーカコイル６２に第１の交番磁界を発生させるようになっている。
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ｆ０を有する第２の交番磁界を発生するようになっている。
【０１７０】
本実施形態に係る位置検出システム６０により、第１のカプセル医療装置６１内のマーカコイル６２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、読み出しタイミングの設定を行う。
生成された磁界波形データは、第１のカプセル医療装置６１内のマーカ駆動回路６４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。
【０１７１】
磁界波形の生成は、図２２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ｆ０を入力することにより開始される（ステップＳ１１１）。制御回路２８は、入力された共振周波数ｆ０をはさみ、該共振周波数ｆ０に対して略等しい周波数だけ離れた一組の周波数ｆ１，ｆ２を、第１のカプセル医療装置６１内のマーカコイル６２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ｆ１，ｆ２として設定する。また、制御回路２８は、共振周波数ｆ０を磁気誘導コイル５から発生する第２の交番磁界の第２の位置算出用周波数ｆ０として設定する（ステップＳ１１２）。
【０１７２】
制御回路２８は、設定された周波数ｆ０，ｆ１，ｆ２を波形データ生成部２７へ転送する（ステップＳ１１３）。
波形データ生成部２７においては、送られてきた第１の位置算出用周波数ｆ１，ｆ２に基づいて、マーカコイル４から発生する磁界波形が計算される。発生させる磁界は、下式（１）により算出される（ステップＳ１１４）。
Ｂｍ１＝Ｂ１×ｓｉｎ（２πｆ１ｔ）＋Ｂ２×ｓｉｎ（２πｆ２ｔ） （１）
ここで、Ｂ１，Ｂ２は、センスコイル１３ａの特性に合わせて設定され、センスコイル１３ａで周波数ｆ１，ｆ２の磁界成分を検出した際に同レベルの信号強度になるように設定されている。（センスコイル１３ａが理想的コイルであるならば、Ｂ１×ｆ１＝Ｂ２×ｆ２となるように設定する。また、センスコイル１３ａの周波数特性をあらかじめ測定しておき、その特性に合わせてＢ１，Ｂ２を設定してもよい。）
【０１７３】
また、波形データ生成部２７は、磁界発生装置４１から発生させる磁界波形を計算する。発生させる磁界は、下式（２″）により算出される（ステップＳ１１５）。
ＢＧ＝Ｂ３×ｓｉｎ（２πｆ０ｔ） （２″）
【０１７４】
波形データ生成部２７において生成された磁界波形Ｂｍ１のデータは、制御部７に設けられた送信部６３から第１のカプセル医療装置６１に設けられた受信部６６へ送信される。受信部６６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Ｓ１１６）。また、磁界波形ＢＧ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（ステップＳ１１７）。
【０１７５】
次に、読出タイミング生成器６７における読み出しタイミングの設定について、図２３を参照して以下に説明する。
第１のカプセル医療装置６１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から読み出しタイミングの設定の指示が入力されることにより開始される（ステップＳ１２１）。
【０１７６】
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６７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Ｓ１２２）。
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ＢＧのデータに基づいて、磁界発生駆動信号をクロック２９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Ｓ１２３）。
【０１７７】
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２９のクロック信号に同期してＡ／Ｄ変換を行う（ステップＳ１２４）。
【０１７８】
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Ｓ１２５）。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Ｓ１２６）。
【０１７９】
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ｆ０の磁界情報（第２の検出磁界成分）のみを抽出して第３のメモリ２５に記憶する（ステップＳ１２７）。ここで、磁界情報は、周波数解析処理の結果の虚数部の値である。
【０１８０】
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に記憶する（ステップＳ１２８）。そして、制御回路２８は読出タイミング生成器６７において生成する読み出しタイミングを１クロック分遅らせる指示を読出タイミング生成器６７に送る（ステップＳ１２９）。
【０１８１】
その後、ステップＳ１２２〜Ｓ１２９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Ｓ１２８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み出しタイミングを実測定に使用する読み出しタイミングとして読出タイミング生成器６７に設定する（ステップＳ１３０）。
以上により、読み出しタイミングの設定が完了する。これにより、周波数解析処理結果の虚数部には、磁界発生装置４１からの磁界情報がない状態を実現できる。
【０１８２】
次に、実測定は、図２４に示されるように、体腔内に第１，第２のカプセル医療装置６１，３′が配置された状態で（ステップＳ１３１）、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Ｓ１３２）。
制御回路２８は、トリガ発生器３１にマーカ駆動回路６４、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６７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Ｓ１３３）。
【０１８３】
マーカ駆動回路６４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６２に出力する。マーカコイル６２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Ｓ１３４）。
【０１８４】
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Ｓ１３５）。
【０１８５】
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６２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２９からのクロック信号に同期してＡ／Ｄ変換を行う（ステップＳ１３６）。
【０１８６】
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Ｓ１３７）。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は、読出タイミング生成器６７からの信号に基づき、位置計算部１４の第１のメモリ１９から信号データを読み出して、周波数解析処理を行う（ステップＳ１３８）。
【０１８７】
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Ｓ１３９）、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Ｓ１３３〜Ｓ１３８が繰り返される。
【０１８８】
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２５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の交番磁界の第１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、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Ｓ１４０）。
また、周波数選択部２４は、磁界発生装置４１から発生させた第２の交番磁界の第２の位置算出用周波数ｆ０における磁界情報のみを抽出し、第３のメモリ２５に保存する（ステップＳ１４１）。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Ｓ１４２）。
【０１８９】
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、周波数解析処理結果の虚数部（第２の検出磁界成分）を読み出し、該虚数部に基づいて磁気誘導コイル５の位置および方向を算出する（ステップＳ１４３）。
周波数解析結果の虚数部は、第２の交番磁界に対してπ／２だけずれた位相を有しているので、これを抽出することにより、第２の交番磁界により発生した誘導磁界の信号を抽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Ｓ１４４）、第２のメモリ２３に記憶される（ステップＳ１４５）。
【０１９０】
抽出計算部３０では、マーカコイル４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抽出する（ステップＳ１４６）。
Ｖｍ１１＝Ｖｆ１−１＋Ｖｆ２−１
Ｖｍ１２＝Ｖｆ１−２＋Ｖｆ２−２
・・・
Ｖｍ１Ｎ＝Ｖｆ１−Ｎ＋Ｖｆ２−Ｎ
【０１９１】
この場合において、Ｖｍ１１からＶｍ１Ｎの計算式の第１項は、第１の位置算出用周波数ｆ１における磁界情報（第１の検出磁界成分）に相当する。ここで、Ｖｍ１１の計算式の第１項、すなわち周波数ｆ１の１番目のセンスコイル１３ａによる検出信号には、マーカコイル４から出力された第１の交番磁界の周波数ｆ１の信号とともに、磁気誘導コイル５がマーカコイル４からの第１の交番磁界を受けて発生した誘導磁界（第１の交番磁界に係る誘導磁界）の周波数ｆ１の信号が含まれている。
【０１９２】
また、Ｖｍ１１からＶｍ１Ｎの計算式の第２項は、第１の位置算出用周波数ｆ２における磁界情報（第１の検出磁界成分）に相当する。ここで、Ｖｍ１１の計算式の第２項、すなわち周波数ｆ２の２番目のセンスコイル１３ａによる検出信号には、マーカコイル４から出力された第１の交番磁界の周波数ｆ２の信号とともに、磁気誘導コイル５がマーカコイル４からの第１の交番磁界を受けて発生した誘導磁界（第１の交番磁界に係る誘導磁界）の周波数ｆ２の信号が含まれている。
【０１９３】
ここで、第１の交番磁界に係る誘導磁界の周波数ｆ１，ｆ２の信号は、第１の交番磁界に対する強度の大小関係が互いに異なるとともに、該強度の絶対値が略同一となる特性を有している。これにより、Ｖｍ１１からＶｍ１Ｎの計算式の第１項と第２項との加算値、すなわち一組の第１の検出磁界成分の加算値を算出することにより、第１の交番磁界に係る誘導磁界の信号は相殺され、第１の交番磁界の信号は相殺されずに残る。
このようにして、共振周波数ｆ０を挟み、該共振周波数ｆ０から略等しい周波数だけ離れた一組の第１の位置算出用周波数ｆ１，ｆ２における磁界強度の絶対値を加算することにより、第１の交番磁界に係る誘導磁界の信号を相殺することができる。その結果、第１の交番磁界の信号を容易に抽出することができる。
【０１９４】
位置方向解析部２２は、抽出計算部３０で求めたＶｍ１１、Ｖｍ１２、・・・Ｖｍ１Ｎよりマーカコイル４の位置および方向を算出する（ステップＳ１４７）。
算出されたマーカコイル４の位置および方向のデータは制御回路２８に送られ、表示装置８に表示される（ステップＳ１４８）。そして、算出された位置および方向データは第２のメモリ２３に蓄えられる（ステップＳ１４９）。
【０１９５】
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Ｓ１５０）、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Ｓ１５１）。一方、終了の指示が入力されていない場合には、ステップＳ１３３に戻り、位置検出動作を継続する。
【０１９６】
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。
【０１９７】
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。
【０１９８】
なお、本実施形態においては、第１のカプセル医療装置６１に設けられたクロック６５と制御部７に設けられたクロック２９とは同期するように制御されているので、マーカ駆動回路６４が無線で制御される場合であっても、マーカコイル６２から発生する第１の交番磁界と磁界発生装置４１から発生する第２の交番磁界との位相の関係を維持することができる。
【０１９９】
また、上記各実施形態における磁界波形の生成の際に設定する位置算出用周波数ｆ１，ｆ２は、図２７および数３の関係になるように設定されることが好ましい。
【数３】
【０２００】
この場合、磁気誘導コイル５から発生する誘導磁界の強度信号は、周波数ｆ１，ｆ２では同じ強度で極性が逆の信号となっている。このため、実測定においてＶｆ１−１とＶｆ２−１とをそのまま加算することにより、マーカコイル４からの信号成分を残して、磁気誘導コイル５からの信号成分を除去することができる。
【０２０１】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の設計変更等も含まれる。
【図面の簡単な説明】
【０２０２】
【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実測定動作の前半を説明するフローチャートである。
【図５】図４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６】図５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７】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８】図７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９】図７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１０】図９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１１】図９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を説明するフローチャートである。
【図１２】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１３】図１２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１４】図１３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１５】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１６】図１５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を説明するフローチャートである。
【図１７】図１６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１８】図１７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１９】図１８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２０】本発明の第４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２１】図２０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２２】図２１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２３】図２２の位置検出方法における読出しタイミングの設定動作を説明するフローチャートである。
【図２４】図２２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２５】図２４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２６】図２５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２７】各実施形態における位置算出用周波数の設定方法を説明するための磁気誘導コイルを含む共振回路を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【０２０３】
ｆ０ 共振周波数（第１の位置算出用周波数）
ｆ１，ｆ２ 第１の位置算出用周波数
ｆ３，ｆ４ 第２の位置算出用周波数
１，４０，５０，６０ 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、第２のマーカ）
４，６２ 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
２４ 周波数選択部（抽出部）
２２ 位置方向解析部
３０ 抽出計算部（抽出部）
４１ 磁界発生装置（磁界発生部）
６１ 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（推進用磁界発生部）
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、所定の周波数だけ離れた一組の第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、
前記一組の第１の位置算出用周波数に挟まれた略中心の周波数を共振周波数とする磁気誘導コイルを搭載した第２のマーカと、
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において磁界を検出する磁界検出部と、
前記磁界検出部で検出された磁界から、前記一組の第１の位置算出用周波数を有する一組の第１の検出磁界成分の強度の加算値を抽出する抽出部と、
抽出された前記加算値に基づいて前記第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】
前記一組の第１の位置算出用周波数が、さらに前記共振周波数の近傍の周波数であり、
前記抽出部が、さらに前記磁界検出部で検出された磁界から、前記一組の第１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、さらに前記差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、前記一組の第１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、
前記一組の第１の検出磁界成分が、前記第１の交番磁界の発生時に検出された前記第１の位置算出用周波数を有する磁界と前記第１の交番磁界の発生前に検出された前記第１の位置算出用周波数を有する磁界との差分である請求項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、前記共振周波数の近傍であって前記第１の位置算出用周波数と異なるとともに、前記共振周波数を挟み前記共振周波数に対して所定の周波数だけ離れた一組の第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、さらに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、さらに前記差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５】
前記第２のマーカの作動範囲の外部に配置され、前記共振周波数を有する第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、さらに前記共振周波数において磁界を検出し、
前記抽出部が、さらに前記磁界検出部で検出された磁界から、前記共振周波数を有するとともに前記第２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６】
前記磁気誘導コイルを含む共振回路が、前記第１の位置算出用周波数において、以下の関係式を満たす請求項１から請求項５のいずれかに記載の位置検出システム。
【数１】
【請求項７】
前記第１のマーカが、複数設けられ、
複数の前記第１の位置算出用周波数が、互いに異なる周波数である請求項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】
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９】
前記複数の第１のマーカが、内視鏡の挿入部の長手方向に沿って設けられている請求項７に記載の位置検出システム。
【請求項１０】
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９に記載の位置検出システム。
【請求項１１】
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請求項２から請求項１０のいずれかに記載の位置検出システム。
【請求項１２】
外部からの電力供給により、第１のマーカが所定の周波数だけ離れた一組の第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、前記一組の第１の位置算出用周波数を有する一組の第１の検出磁界成分の強度の加算値を抽出する抽出ステップと、
抽出された前記加算値に基づいて前記第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１３】
前記抽出ステップが、検出された磁界から、前記一組の第１の検出磁界成分の強度の差分を抽出するステップを含み、
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含む請求項１２に記載の位置検出方法。
【請求項１４】
前記磁界発生ステップが、前記一組の第１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含み、
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含み、
前記一組の検出磁界成分が、前記第１の交番磁界の発生時に検出された前記第１の位置算出用周波数を有する磁界と前記第１の交番磁界の発生前に検出された前記第１の位置算出用周波数を有する磁界との差分である請求項１３に記載の位置検出方法。
【請求項１５】
前記磁界発生ステップが、前記一組の第１の位置算出用周波数の近傍の一組の第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含み、
前記磁界検出ステップが、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するステップを含み、
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含み、
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含む請求項１２に記載の位置検出方法。
【請求項１６】
前記磁界発生ステップが、前記共振周波数を有する第２の交番磁界を発生するステップを含み、
前記磁界検出ステップが、さらに前記共振周波数において磁界を検出するステップを含み、
前記抽出ステップが、検出された磁界から、前記共振周波数を有するとともに前記第２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含み、
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請求項１２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、所定の周波数だけ離れた一組の第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、
前記一組の第１の位置算出用周波数に挟まれた略中心の周波数を共振周波数とする磁気誘導コイルを搭載した第２のマーカと、
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において磁界を検出する磁界検出部と、
前記磁界検出部で検出された磁界から、前記一組の第１の位置算出用周波数を有する一組の第１の検出磁界成分の強度の加算値を抽出する抽出部と、
抽出された前記加算値に基づいて前記第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】
前記一組の第１の位置算出用周波数が、さらに前記共振周波数の近傍の周波数であり、
前記抽出部が、さらに前記磁界検出部で検出された磁界から、前記一組の第１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、さらに前記差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、前記一組の第１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、
前記一組の第１の検出磁界成分が、前記第１の交番磁界の発生時に検出された前記第１の位置算出用周波数を有する磁界と前記第１の交番磁界の発生前に検出された前記第１の位置算出用周波数を有する磁界との差分である請求項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、前記共振周波数の近傍であって前記第１の位置算出用周波数と異なるとともに、前記共振周波数を挟み前記共振周波数に対して所定の周波数だけ離れた一組の第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、さらに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、さらに前記差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５】
前記第２のマーカの作動範囲の外部に配置され、前記共振周波数を有する第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、さらに前記共振周波数において磁界を検出し、
前記抽出部が、さらに前記磁界検出部で検出された磁界から、前記共振周波数を有するとともに前記第２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６】
前記磁気誘導コイルを含む共振回路が、前記第１の位置算出用周波数において、以下の関係式を満たす請求項１から請求項５のいずれかに記載の位置検出システム。
【数１】
【請求項７】
前記第１のマーカが、複数設けられ、
複数の前記第１の位置算出用周波数が、互いに異なる周波数である請求項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】
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９】
前記複数の第１のマーカが、内視鏡の挿入部の長手方向に沿って設けられている請求項７に記載の位置検出システム。
【請求項１０】
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９に記載の位置検出システム。
【請求項１１】
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請求項２から請求項１０のいずれかに記載の位置検出システム。
【請求項１２】
外部からの電力供給により、第１のマーカが所定の周波数だけ離れた一組の第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、前記一組の第１の位置算出用周波数を有する一組の第１の検出磁界成分の強度の加算値を抽出する抽出ステップと、
抽出された前記加算値に基づいて前記第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１３】
前記抽出ステップが、検出された磁界から、前記一組の第１の検出磁界成分の強度の差分を抽出するステップを含み、
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含む請求項１２に記載の位置検出方法。
【請求項１４】
前記磁界発生ステップが、前記一組の第１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含み、
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含み、
前記一組の検出磁界成分が、前記第１の交番磁界の発生時に検出された前記第１の位置算出用周波数を有する磁界と前記第１の交番磁界の発生前に検出された前記第１の位置算出用周波数を有する磁界との差分である請求項１３に記載の位置検出方法。
【請求項１５】
前記磁界発生ステップが、前記一組の第１の位置算出用周波数の近傍の一組の第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含み、
前記磁界検出ステップが、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するステップを含み、
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含み、
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含む請求項１２に記載の位置検出方法。
【請求項１６】
前記磁界発生ステップが、前記共振周波数を有する第２の交番磁界を発生するステップを含み、
前記磁界検出ステップが、さらに前記共振周波数において磁界を検出するステップを含み、
前記抽出ステップが、検出された磁界から、前記共振周波数を有するとともに前記第２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含み、
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請求項１２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２５】
【図２６】
【図２７】
【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２５】
【図２６】
【図２７】
【公開番号】特開２００８−２８４３０３（Ｐ２００８−２８４３０３Ａ）
【公開日】平成２０年１１月２７日（２００８．１１．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１３４６４３（Ｐ２００７−１３４６４３）
【出願日】平成１９年５月２１日（２００７．５．２１）
【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１１月２７日（２００８．１１．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年５月２１日（２００７．５．２１）
【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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