通信機能付き着衣、内視鏡システム、および位置推定方法
【課題】カプセル型内視鏡の推定位置情報の精度を向上させる。
【解決手段】外部機器と無線通信可能な素子が複数実装されており、素子の各々と通信可能な制御部を備える着衣において、素子が識別情報保持手段と、発信信号を受信する外部信号受信手段と、受信したタイミングを検知し、タイミングに基づいたタイミング信号を生成する信号生成手段と、タイミング信号に該識別情報を関連付けて制御部に送信する送信手段とを有し、制御部が、各素子の位置情報を該識別情報に関連付けて保持する位置情報保持手段と、タイミング信号を受信する受信手段と、該受信したタイミング信号に関連付けられた該識別情報に基づいて送信元素子の位置情報を取得する位置情報取得手段と、該受信されたタイミング信号の各々と、当該の各タイミング信号に対応する該位置情報に基づいて、該外部機器の位置情報を算出する位置算出手段とを有する構成である。
【解決手段】外部機器と無線通信可能な素子が複数実装されており、素子の各々と通信可能な制御部を備える着衣において、素子が識別情報保持手段と、発信信号を受信する外部信号受信手段と、受信したタイミングを検知し、タイミングに基づいたタイミング信号を生成する信号生成手段と、タイミング信号に該識別情報を関連付けて制御部に送信する送信手段とを有し、制御部が、各素子の位置情報を該識別情報に関連付けて保持する位置情報保持手段と、タイミング信号を受信する受信手段と、該受信したタイミング信号に関連付けられた該識別情報に基づいて送信元素子の位置情報を取得する位置情報取得手段と、該受信されたタイミング信号の各々と、当該の各タイミング信号に対応する該位置情報に基づいて、該外部機器の位置情報を算出する位置算出手段とを有する構成である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、外部機器と無線通信可能な素子が複数実装されており、該素子の各々と通信可能な制御部を備える通信機能付き着衣に関する。また、このような通信機能付き着衣を備える内視鏡システムに関する。また、カプセル型内視鏡と無線通信可能な素子が複数実装された着衣を用いて、患者の体腔内に投入されたカプセル型内視鏡の位置を推定する位置推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
患者の体内を診断するための機器として、可撓性ケーブルの先端に撮像素子を搭載した電子内視鏡が広く知られ実用に供されている。上記電子内視鏡は、撮像素子によって得られた画像信号をホスト機器に送出する。ホスト機器は、当該の画像信号を受け取ると所定の処理を施してモニタに出力する。これによりモニタに患者の体腔内が表示され、術者は、患者の体内を診断することができる。
【０００３】
ここで、近年、上記電子内視鏡とは別の形態の、ホスト機器との通信を無線で行うカプセル形状の内視鏡（以下、「カプセル型内視鏡」という）が提案され、国によっては実用化されている。例えば下記特許文献１に、カプセル型内視鏡を備えたシステムの一例が開示されている。
【０００４】
下記特許文献１には、カプセル型内視鏡と無線通信するためのホスト側の機器として、複数のアンテナ素子およびデータレコーダを搭載したアンテナアレーベルトが示されている。下記特許文献１によれば、各アンテナ素子がカプセル型内視鏡から発信された信号を受信すると、データレコーダは、それらの信号に基づいて患者の体内の情報を取得すると共にその各々の受信強度を測定する。そして、データレコーダは、その測定結果に基づいてカプセル型内視鏡の位置を推定し、推定結果に応じた処理を実行する。
【特許文献１】特開２００３−１９１１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、患者の体内は、骨や水、脂肪等の種々の物質で構成されており、電波を伝搬させる媒体として一様でない。従って、カプセル型内視鏡からの発信信号の減衰率がカプセル型内視鏡とアンテナ素子との間に介在する体内の構成物質に応じて変化する。このため、カプセル型内視鏡−アンテナ素子間の疑似距離と、受信強度との関係が一定でなくばらついたものとなる。結果として、カプセル型内視鏡の位置によっては上記疑似距離が誤差を多く含むものとなり、この場合、高精度の推定位置情報を得ることができない。
【０００６】
そこで、本発明は上記の事情に鑑みて、カプセル型内視鏡の推定位置情報の精度を向上させることが可能な通信機能付き着衣、内視鏡システム、および位置推定方法を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決する本発明の一態様に係る通信機能付き着衣は、外部機器と無線通信可能な素子が複数実装されており、素子の各々と通信可能な制御部を備える着衣である。本発明の通信機能付き着衣の素子は、自己の識別情報を保持した識別情報保持手段と、該外部機器から発信された発信信号を受信する外部信号受信手段と、該発信信号を受信したタイミングを検知し、該検知されたタイミングに基づいたタイミング信号を生成する信号生成手段と、該生成されたタイミング信号に該識別情報を関連付けて制御部に送信する送信手段とを有することを特徴としたものである。また、本発明の通信機能付き着衣の制御部は、各素子の位置情報を該識別情報に関連付けて保持する位置情報保持手段と、素子の各々から送信されたタイミング信号を受信する受信手段と、位置情報保持手段から、該受信したタイミング信号に関連付けられた該識別情報に基づいて送信元素子の位置情報を取得する位置情報取得手段と、該受信されたタイミング信号の各々と、当該の各タイミング信号に対応する該位置情報に基づいて、該外部機器の位置情報を算出する位置算出手段とを有することを特徴としたものである。
【０００８】
このような構成によれば、外部機器と各素子との疑似距離を電波の伝搬時間に基づいて算出して当該外部機器の位置情報を得ることができる。電波の伝搬速度は、媒体に対する依存性が比較的低い。従って、外部機器からの信号が如何なる場所を通過する場合であっても、外部機器−素子間の疑似距離と、伝搬時間との関係は比較的一定に保たれる。このため上記疑似距離の誤差が小さくなり、結果、外部機器の位置を高い精度で推定することが可能となる。
【０００９】
なお、上記信号生成手段は、例えば該検知されたタイミングと所定のタイミングとの時間差を検出し、該検出結果に基づいてタイミング信号を生成する構成であっても良い。
【００１０】
上記所定のタイミングは、例えば素子の内部クロックの立ち上がりのタイミングであっても良い。
【００１１】
また、上記通信機能付き着衣において、制御部は、例えば素子の各々に所定の信号を配信するように構成されても良い。この場合、素子の内部クロックが制御部からの該所定の信号に基づいて補正され、全ての素子の該内部クロックが同期した状態になる。
【００１２】
また、上記通信機能付き着衣において、制御部は、例えば所定の条件を満たす素子を基準素子として設定する基準設定手段を更に備えたものであっても良い。この場合、位置算出手段は、基準素子のタイミング信号と他の素子のタイミング信号の各々とにおける該発信信号の受信タイミングの位相差を算出する。次いで、該算出された位相差に基づいて該外部機器に対する基準素子と他の素子の各々との疑似距離差を算出する。そして、該算出された疑似距離差の各々と、位置情報保持手段に保持された位置情報の各々を用いて該外部機器の位置情報を算出する。
【００１３】
また、上記通信機能付き着衣において、素子および制御部は、例えば信号伝送可能なシート上に実装され、各素子間および各素子と制御部との通信が２Ｄ−ＤＳＴのアルゴリズムに基づいて実施されるよう構成されたものであっても良い。
【００１４】
また、上記通信機能付き着衣において、位置算出手段は、例えば受信手段に受信された該タイミング信号が所定数以上であるときには該外部機器の位置情報を算出し、当該タイミング信号が該所定数に満たないときにはエラーと判断して該外部機器の位置情報を算出しないよう構成されたものであっても良い。
【００１５】
また、上記通信機能付き着衣は、例えば素子の各々の位置を測定する位置測定手段を更に備えたものであっても良い。この場合、位置情報保持手段は、該測定された位置の情報を各素子の該識別情報に関連付けて保持する。
【００１６】
また、上記の課題を解決する本発明の一態様に係る内視鏡システムは、患者の体腔内に投入され、該患者の体内の情報を無線で発信するカプセル型内視鏡と、上記通信機能付き着衣であって、素子によりカプセル型内視鏡と無線通信する通信機能付き着衣とを備えることを特徴としたシステムである。
【００１７】
このような構成によれば、カプセル型内視鏡と各素子との疑似距離を電波の伝搬時間に基づいて算出して当該カプセル型内視鏡の位置情報を得ることができる。電波の伝搬速度は、媒体に対する依存性が比較的低い。従って、カプセル型内視鏡からの信号が如何なる場所を通過する場合であっても、カプセル型内視鏡−素子間の疑似距離と、伝搬時間との関係は比較的一定に保たれる。このため上記疑似距離の誤差が小さくなり、結果、カプセル型内視鏡の位置を高い精度で推定することが可能となる。
【００１８】
なお、上記カプセル型内視鏡は、例えば該体腔内を撮像して画像信号を生成する画像信号生成手段を有し、該画像信号を無線で発信するよう構成されたものであっても良い。この場合、素子が有する信号生成手段は、該画像信号を受信するタイミングを検知する。
【００１９】
また、上記の課題を解決する本発明の一態様に係る位置推定方法は、カプセル型内視鏡と無線通信可能な素子が複数実装された着衣を用いて、患者の体腔内に投入されたカプセル型内視鏡の位置を推定する方法である。本発明に係る位置推定方法は、規定位置に設置されたカプセル型内視鏡の送信電力をモニタして第一の信号を発信するタイミングと、素子の各々の受信電力をモニタして素子の各々において該第一の信号が受信されるタイミングとを検知するタイミング検知ステップと、該検知結果に基づいて該規定位置と素子の各々との疑似距離を算出する疑似距離算出ステップと、該算出された疑似距離に基づいて素子の各々の位置情報を取得する位置情報取得ステップと、該体腔内に投入されたカプセル型内視鏡から素子の各々が第二の信号を受信してその受信タイミングを検知する受信タイミング検知ステップと、該検知された受信タイミングに関する情報を収集するタイミング情報収集ステップと、該収集された受信タイミングに関する情報と各素子の位置情報に基づいて、カプセル型内視鏡の位置情報を算出する位置算出ステップとを含む方法である。
【００２０】
このような方法によれば、カプセル型内視鏡と各素子との疑似距離を電波の伝搬時間に基づいて算出して当該カプセル型内視鏡の位置情報を得ることができる。電波の伝搬速度は、媒体に対する依存性が比較的低い。従って、カプセル型内視鏡からの信号が如何なる場所を通過する場合であっても、カプセル型内視鏡−素子間の疑似距離と、伝搬時間との関係は比較的一定に保たれる。このため上記疑似距離の誤差が小さくなり、結果、カプセル型内視鏡の位置を高い精度で推定することが可能となる。また、上記方法によれば、患者の体型に依存して変わる各素子の位置の情報をカプセル型内視鏡投入前に予め取得できるため、カプセル型内視鏡の推定位置情報の精度が更に向上する。また、上記方法によれば、各素子の位置情報をカプセル型内視鏡を利用して取得することができる。従って、各素子の位置を測定するために専用の機器を用意する必要がなくコスト面でメリットがある。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、カプセル型内視鏡の推定位置情報の精度を向上させることが可能な通信機能付き着衣、内視鏡システム、および位置推定方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態の内視鏡システムについて説明する。
【００２３】
図１は、本発明の実施の形態の内視鏡システム１０の構成を示したブロック図である。図１に示されるように、内視鏡システム１０は、カプセル型内視鏡１００、アンテナ付きジャケット２００、およびモニタ付きＰＣ（Personal Computer）を含む外部処理システム３００を備える。術者は、本実施形態の内視鏡システム１０を用いることにより、患者１の体内の様相を観察・診断することができる。
【００２４】
図２に、カプセル型内視鏡１００の構成をブロック図で示す。図２を参照して、カプセル型内視鏡１００の構成およびその機能について説明する。
【００２５】
図２に示されるように、カプセル型内視鏡１００は、患者１の体腔内に投入されるカプセル形状の内視鏡である。カプセル型内視鏡１００は、電源部１０２、制御部１０４、メモリ１０６、２つの照明部１０８、対物光学系１１０、固体撮像素子１１２、送受信部１１４、およびアンテナ部１１６を備える。
【００２６】
電源部１０２は、各構成要素に電源を供給する内蔵バッテリである。制御部１０４は、各構成要素を統括的に制御するためのＩＣチップである。メモリ１０６は、各種データやプログラムを格納する記憶媒体である。照明部１０８は、体腔内を照明する光源である。対物光学系１１０は、体腔内を観察するための対物レンズである。固体撮像素子１１２は、体腔内を撮像するものであり、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Devices）やＣ−ＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）である。送受信部１１４は、外部機器との間で通信を行うための通信インターフェースである。アンテナ部１１６は、電波を送受信するためのエレメントである。
【００２７】
カプセル型内視鏡１００は、電源がオンされて患者１の体腔内に投入されると、照明部１０８によって当該の体腔内を照明する。体腔内の壁部等で反射された光は、対物光学系１１０に入射して像を結ぶ。
【００２８】
固体撮像素子１１２は、その受光面が対物光学系１１０の像側焦点面上に位置するように設置されている。従って、対物光学系１１０のパワーにより結像した光は、固体撮像素子１１２に受光される。固体撮像素子１１２は、受光した光を光電変換して画像信号を生成する。
【００２９】
送受信部１１４は、生成された画像信号を変調して、アンテナ部１１６を介して外部に発信する。アンテナ部１１６から発信された画像信号は、アンテナ付きジャケット２００に受信される。
【００３０】
次に、アンテナ付きジャケット２００について説明する。
【００３１】
アンテナ付きジャケット２００は、体内を診断するために患者１に着用させるジャケットであり、例えば特開２００４−３２８４０９号公報や、特開２００５−２４５９３７号公報、非特許文献（株式会社セルクロス、[平成１９年１月検索]、インターネット、〈http://www.cellcross.co.jp/technology.html〉）等に開示された２Ｄ−ＤＳＴ（2 Dimension- Diffusive Signal-Transmission）を実行可能に構成されている。これらの刊行物に記載されるように、２Ｄ−ＤＳＴテクノロジでは、シート上に散在された複数の素子（以下、「ＤＳＴチップ」という）の各々が、信号の中継点となり、当該の信号を目的地に向けてパケットで伝送する。
【００３２】
図１に示されるように、アンテナ付きジャケット２００には、ＤＳＴチップ２３０がその全域に渡ってマトリクス状に配置されている。ＤＳＴチップ２３０は、２Ｄ−ＤＳＴを実行するためのチップであり、他の素子と通信するのに有線ケーブルや銅箔のパターンを必要としない。従って、アンテナ付きジャケット２００では、ＤＳＴチップ２３０を高い自由度で配置することが可能であると共に、その柔軟性や耐久性が通常の衣服に比べて遜色のないものとなっている。また、ＤＳＴチップ２３０は、微小なサイズで構成されたチップであることから高密度実装が可能となっている。
【００３３】
図３に、図１のＡ−Ａ断面図を示す。Ａ−Ａ断面図は、ＤＳＴチップ２３０を含む、アンテナ付きジャケット２００の側断面図である。図３に示されるように、アンテナ付きジャケット２００は、二つの信号層（信号層２１０およびグランド層２１２）、これらの信号層を互いに絶縁するための絶縁層２１４、およびこれらの信号層と外部とを絶縁するための絶縁層２１６および２１８の計五つの層から構成されている。これらの層は、絶縁層２１６、グランド層２１２、絶縁層２１４、信号層２１０、絶縁層２１８の順に積層されている。ＤＳＴチップ２３０は、グランド層２１２および絶縁層２１４に跨るように、これらの層構造内に埋設されている。なお、アンテナ付きジャケット２００の積層構造には種々の形態があり、例えば各ＤＳＴチップ２３０に電源を供給するための層が独立したものもある。
【００３４】
なお、信号層２１０およびグランド層２１２は、例えば導電ゴムや導電体が織り込まれた布等で構成されており、柔軟性および導電性を有する。また、絶縁層２１４、２１６、および２１８は、例えば絶縁ゴムや絶縁フィルム、絶縁性を有した布等で構成されており、柔軟性および絶縁性を有する。各ＤＳＴチップ２３０は、グランド層２１２により接地されており、信号層２１０を媒体として他の素子に信号を伝送することができる。
【００３５】
図４に、ＤＳＴチップ２３０の構成をブロック図で示す。図４に示されるように、ＤＳＴチップ２３０は、制御部２３１、アンテナ２３２、送受信部２３３、メモリ２３４、および通信部２３５を備える。ＤＳＴチップ２３０は、これらの構成要素を用いて所定の機能を達成する。
【００３６】
ＤＳＴチップ２３０で達成される機能は、大別すると２つある。１つは通信機能である。通信機能は、制御部２３１と送受信部２３３が連携して動作することにより達成される。具体的には、送受信部２３３が、制御部２３１の制御下でアンテナ２３２を介してカプセル型内視鏡１００と通信する。これにより、例えばＤＳＴチップ２３０からカプセル型内視鏡１００に電源が供給され、カプセル型内視鏡１００からＤＳＴチップ２３０には上記画像信号が受け渡される。制御部２３１は、カプセル型内視鏡１００からの画像信号をメモリ２３４に一時的に保持させる。
【００３７】
ＤＳＴチップ２３０で達成されるもう１つの機能は、２Ｄ−ＤＳＴを実行する機能である。この機能は、制御部２３１、メモリ２３４、および通信部２３５が連携して動作することにより達成される。メモリ２３４は、例えば２Ｄ−ＤＳＴを実行するためのアルゴリズムや自己のアドレス等を記憶している。通信部２３５は、各ＤＳＴチップ２３０を接続する通信インターフェースである。制御部２３１は、上記アルゴリズムを実行させて２Ｄ−ＤＳＴを行い、通信部２３５を介して上記画像信号を他のＤＳＴチップ２３０に伝送する。各ＤＳＴチップ２３０において２Ｄ−ＤＳＴが実行されることにより、上記画像信号は、所定の目的地に向けて伝送されていく。ここで、本実施形態における所定の目的地とは、制御ユニット２２０のことである。
【００３８】
制御ユニット２２０について説明する。図１に示されるように、制御ユニット２２０は、アンテナ付きジャケット２００に備えられる。図５に、制御ユニット２２０の構成をブロック図で示す。制御ユニット２２０は、制御部２２１、電源２２２、通信部２２３、メモリ２２４、信号処理部２２５、およびインターフェース部２２６を備える。
【００３９】
制御ユニット２２０は、各ＤＳＴチップ２３０に対する統括的な制御を実行する。これは、制御部２２１、電源２２２、通信部２２３、およびメモリ２２４が連携して動作することにより達成される。制御部２２１は、制御ユニット２２０の統括的な制御を実行する。通信部２２３は、制御ユニット２２０をＤＳＴチップ２３０と通信させるための通信インターフェースである。メモリ２２４は、例えば２Ｄ−ＤＳＴを実行するためのアルゴリズムや各種データを格納したものである。制御部２２１は上記アルゴリズムを実行し、通信部２２３を制御してＤＳＴチップ２３０と通信する。そして、当該の通信において、各ＤＳＴチップ２３０に対してアドレスを割り当てたり上記画像信号を伝送する経路の情報を提供したりする。また、制御部２２１は、電源２２２からの駆動電流を、信号層２１０を介して各ＤＳＴチップ２３０に供給する。
【００４０】
また、制御ユニット２２０は、ＤＳＴチップ２３０からの伝送信号、すなわち画像信号を処理して所定の形式のビデオ信号を生成する。そして、生成されたビデオ信号を外部処理システム３００に出力する。これは、制御部２２１、信号処理部２２５、およびインターフェース部２２６が連携して動作することにより達成される。信号処理部２２５は、制御部２２１の制御下で上記画像信号に所定の処理を施して、外部処理システム３００で表示可能なビデオ信号に変換する。信号処理部２２５により生成されたビデオ信号は、インターフェース部２２６を介して外部処理システム３００に出力される。
【００４１】
外部処理システム３００は例えば周知のＰＣであり、制御ユニット２２０からのビデオ信号を用いて患者１の体腔内の様相をモニタに表示させたり、解析処理を行ってその解析結果をモニタに表示させたりすることができる。なお、ここでいう解析とは、例えば上記ビデオ信号から得られる画像情報に基づいて、体腔内の表面形状や画像情報の色成分毎の分布等を分析し、通常状態（正常部分）と異なる状態の部分を抽出することを示す。これにより、大量に取得された画像情報に基づき、異常がありそうな部分の候補を予めピックアップすることができ、診断の高速化等が可能となる。
【００４２】
ここで、本実施形態のアンテナ付きジャケット２００では、各ＤＳＴチップ２３０で受信された画像信号に基づいてカプセル型内視鏡１００の位置を推定することが可能である。以下、これについて詳説する。
【００４３】
カプセル型内視鏡１００の位置を推定する処理（以下、「位置推定処理」という）を実行するためには、先ず、各ＤＳＴチップ２３０の座標情報を診断前に測定する必要がある。これは、アンテナ付きジャケット２００が患者の身体にフィットするように着用されており、患者の体型に依存して各ＤＳＴチップ２３０の位置関係が変わるためである。図６に、各ＤＳＴチップ２３０の座標情報を測定する処理（以下、「チップ位置測定処理」という）を説明するための図を示す。また、図７に、チップ位置測定処理のフローチャートを示す。チップ位置測定処理は、制御ユニット２２０により実行される。
【００４４】
なお、チップ位置測定処理の対象はアンテナ付きジャケット２００に実装された全てのＤＳＴチップ２３０であるが、ここでは図面を分かり易くするため、２つのＤＳＴチップ（より正確には２つのＤＳＴチップの位置）のみを図示して説明を行うものとする。また、実際のチップ位置測定処理はＤＳＴチップ２３０の三次元の座標情報を測定するものであるが、図６では図面を明瞭にするため、二次元の座標情報を説明する内容に留まる。また、図６において、点Ａ、Ｂのそれぞれに１つのＤＳＴチップ２３０が位置するものとする。説明の便宜上、点Ａ、Ｂに位置するＤＳＴチップ２３０に対してそれぞれ「ＤＳＴチップ２３０Ａ」、「ＤＳＴチップ２３０Ｂ」の符番を記す。以降の段落および図面においても同様のルールで符番を記す。
【００４５】
先ず、患者１を例えば診察台等に寝かせた後（すなわち患者１の姿勢を診断時の状態にさせた後）、術者は、所定の発信源を規定位置Ｐ１に設置する。所定の発信源は、制御ユニット２２０と通信可能な機器であり、リファレンス信号を発信する機能を有する。所定の発信源は、ユーザ・オペレーションに呼応して、或いは所定のタイミング毎にリファレンス信号を発信する。
【００４６】
なお、所定の発信源は、例えば各ＤＳＴチップ２３０の位置を測定するための専用の機器であっても良く、或いはカプセル型内視鏡１００そのものであっても良い。後者の場合、専用の機器を用意する必要がなく、コスト面でメリットがある。また、規定位置Ｐ１、および後述するその他の規定位置は、制御ユニット２２０にとって既知の位置であるものとする。
【００４７】
図７に示されるように、制御ユニット２２０は、所定の発信源がリファレンス信号を発信する発信タイミングと、各ＤＳＴチップ２３０がそのリファレンス信号を受信する受信タイミングをモニタする（ステップ１、以下、明細書及び図面においてステップを「Ｓ」と略記）。
【００４８】
具体的には、Ｓ１の処理において制御ユニット２２０は、所定の発信源の送信電力と各ＤＳＴチップ２３０の受信電力をモニタし、送信電力が第一の閾値以上となった時点の情報を上記発信タイミング、受信電力が第二の閾値以上となった時点の情報を上記受信タイミングとして取得する。次いで、取得された各タイミングの情報に基づいて、所定の発信源から各ＤＳＴチップ２３０へのリファレンス信号の伝搬時間を算出する。なお、制御ユニット２２０は、各ＤＳＴチップ２３０から上記受信タイミングの情報と共にアドレスも取得する。制御ユニット２２０は、各ＤＳＴチップ２３０のアドレスを取得することにより、各受信タイミングが何れのＤＳＴチップ２３０のものであるかを識別することができる。
【００４９】
制御ユニット２２０は、各伝搬時間を算出すると、その算出結果に基づいて所定の発信源と各ＤＳＴチップ２３０との疑似距離を算出する（Ｓ２）。これにより、図６（ａ）に示されるように、ＤＳＴチップ２３０Ａは、規定位置Ｐ１から疑似距離ｄＡだけ離れた円周ＣＡ上に位置することが分かる。また、ＤＳＴチップ２３０Ｂは規定位置Ｐ１から疑似距離ｄＢだけ離れた円周ＣＢ上に位置することが分かる。
【００５０】
次に、術者は、所定の発信源を規定位置Ｐ２に設置する。そして、制御ユニット２２０により、上記と同様に、所定の発信源と各ＤＳＴチップ２３０のタイミングがモニタされ（Ｓ３）、次いで、そのモニタ結果に基づいて疑似距離が算出される（Ｓ４）。これにより、図６（ｂ）に示されるように、制御ユニット２２０は、ＤＳＴチップ２３０Ａの位置が、円周ＣＡと、規定位置Ｐ２から疑似距離ｄＡ’だけ離れた円周ＣＡ’との交点、すなわち点Ａ又は点Ａ’の何れかであることを算出結果から得る。また、ＤＳＴチップ２３０Ｂの位置が、円周ＣＢと、規定位置Ｐ２から疑似距離ｄＢ’だけ離れた円周ＣＢ’との交点、すなわち点Ｂ又は点Ｂ’の何れかであることを算出結果から得る。
【００５１】
ここで、点Ａ又は点Ａ’（および点Ｂ又は点Ｂ’）の何れか一方がアンテナ付きジャケット２００上の位置を示し、もう一方がアンテナ付きジャケット２００から明らかに離れた位置を示すものとなる。ここでは、点ＡおよびＢがアンテナ付きジャケット２００上の位置を示し、点Ａ’およびＢ’がアンテナ付きジャケット２００とは明らかに離れた位置を示すものとする。この場合、制御ユニット２２０は、点Ａ’およびＢ’の位置情報を切り捨てて、ＤＳＴチップ２３０Ａ、２３０Ｂそれぞれの位置を点Ａ、Ｂに特定する（Ｓ５）。
【００５２】
制御ユニット２２０は、Ｓ５の処理に次いで、各ＤＳＴチップ２３０の位置情報を所定の座標系に適合させるよう、周知の座標変換処理を施して（Ｓ６）、チップ位置測定処理を終了させる。
【００５３】
以上説明した処理により、制御ユニット２２０は、全てのＤＳＴチップ２３０の座標情報を取得する。なお、取得された各座標情報は、対応するアドレスと関連付けられて例えばメモリ２２４に保存される。
【００５４】
なお、三次元の座標情報を求めるためには、所定の発信源を更に別の規定位置に設置して、Ｓ１および２（又はＳ３および４）と同様の処理を実行すれば良い。この場合、制御ユニット２２０は、更に得られる疑似距離に基づいて各ＤＳＴチップ２３０の位置を三次元空間内の２点に絞り込むことができる。制御ユニット２２０は、ここでもアンテナ付きジャケット２００とは明らかに離れた位置の情報を切り捨てることにより、各ＤＳＴチップ２３０の位置を一点に特定することができる。
【００５５】
なお、Ｓ５の処理の代替として、Ｓ１および２（又はＳ３および４）と同様の処理を更にもう一回実行することにより、各ＤＳＴチップ２３０の位置を２点から１点に絞り込むことができる。
【００５６】
また、上記実施形態では所定の発信源を各規定位置に順々に設置しているが、別の実施の形態では、所定の発信源が各規定位置に予め設置されていても良い。この場合、所定の発信源を設置する作業が省略されるため、チップ位置測定処理が迅速に実行されるようになる。
【００５７】
チップ位置測定処理が完了して各ＤＳＴチップ２３０の位置が測定されると、カプセル型内視鏡１００が患者１の体腔内に投入されて診断が開始される。そして診断開始と共に位置推定処理も実行される。図８に、各ＤＳＴチップ２３０で実行されるチップ側位置推定処理のフローチャートを示す。また、図９に、制御ユニット２２０で実行されるユニット側位置推定処理のフローチャートを示す。本実施形態では、各ＤＳＴチップ２３０と制御ユニット２２０が連携して動作することより、カプセル型内視鏡１００の推定位置を得ることができる。
【００５８】
本実施形態では、各ＤＳＴチップ２３０の内部クロックを利用してカプセル型内視鏡１００の推定位置情報を取得する。従って、より精度の高い推定位置情報を得るためには各内部クロックの同期が取れていることが望ましい。しかし、内部クロックには個体差がある。このため、各内部クロックは、通常は同期が取れてない状態にあり、また、同期が取れていても時間の経過と共に徐々にずれる。本実施形態では、上記問題を解消するため、以下に説明されるクロック調整信号を用いて各ＤＳＴチップ２３０の内部クロックのタイミングを定期的に同期させる。
【００５９】
図９に示されるように、制御ユニット２２０は、自己に内蔵された第一のカウンタ（不図示）を参照して、クロック調整信号を送信するタイミングか否かを判定する（Ｓ２１）。そして、第一のカウンタのカウント値が所定値であるとき、クロック調整信号を送信するタイミングであると判定する（Ｓ２１：ＹＥＳ）。次いで、各ＤＳＴチップ２３０にクロック調整信号を送信する（Ｓ２２）。なお、第一のカウンタは、図９のユニット側位置推定処理実行中は常にカウントアップされ、当該のユニット側位置推定処理開始時およびリターン時にリセットされる。
【００６０】
図８に示されるように、各ＤＳＴチップ２３０は、制御ユニット２２０からのクロック調整信号を受信したか否かを判定する（Ｓ１１）。そして、クロック調整信号を受信したと判定した場合には（Ｓ１１：ＹＥＳ）、受信したクロック調整信号に基づいて内部クロック（より正確には制御部２３１の内部クロック）を調整して（Ｓ１２）、Ｓ１３の処理に進む。また、ＤＳＴチップ２３０は、クロック調整信号を受信していないと判定した場合には（Ｓ１１：ＮＯ）、Ｓ１２の処理を実行することなくＳ１３の処理に進む。
【００６１】
ここで、図１０に、クロック調整信号と、各ＤＳＴチップ２３０の内部クロックとの関係を示す。図１０では、ＤＳＴチップ２３０Ａ、２３０Ｂ、２３０Ｃの３つのＤＳＴチップを代表して示す。また、図１０において縦軸が振幅を示し、横軸が時間を示す。また、図１０（ａ）がクロック調整信号の波形を示し、図１０（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）がそれぞれ、ＤＳＴチップ２３０Ａ、２３０Ｂ、２３０Ｃの内部クロックの波形を示す。
【００６２】
なお、各ＤＳＴチップ２３０は、制御ユニット２２０からの距離がそれぞれ異なる。従って、各ＤＳＴチップ２３０において信号伝送の遅延量がそれぞれ異なる。本実施形態では、各ＤＳＴチップ２３０が自己に対応する遅延量のオフセット値を予め保持し、当該のオフセット値を参照して各種処理を実行するものとする。以降の段落では、説明の煩雑さを避けるため、遅延量がオフセットされている前提で（すなわち遅延量を考慮せず）、各処理についての説明を行う。
【００６３】
図１０の時刻Ｔ１は、各ＤＳＴチップ２３０がクロック調整信号を受信したタイミングである。図１０（ｂ）乃至（ｄ）に示されるように、時刻Ｔ１以前は、各内部クロックの個体差が原因で同期が取れていない状態にある。しかし、時刻Ｔ１に各ＤＳＴチップ２３０でクロック調整信号が受信されると、各ＤＳＴチップ２３０は、内部クロックとクロック調整信号の両方の立ち上がりのタイミングを一致させるようにクロック補正を行う。これにより、各ＤＳＴチップ２３０の内部クロックは同期の取れた状態となる。
【００６４】
なお、第一のカウンタにおける上記所定値は、各内部クロックのずれ量が所定の許容範囲を超えないように考慮された値である。従って、各内部クロックは、互いのずれ量が所定の許容範囲を超える前に補正される。この結果、各内部クロックは、実質的に常に同期が取れた状態となる。
【００６５】
カプセル型内視鏡１００は、患者１の体腔内に投入された後、所定の信号を定期的に発信している。図８に示されるように、各ＤＳＴチップ２３０は、内部クロックの同期が取れている状態で該所定の信号を受信待機する（Ｓ１３）。なお、ここでいう所定の信号とは、例えば上記画像信号であっても良く、或いは位置推定処理用のリファレンス信号であっても良い。
【００６６】
各ＤＳＴチップ２３０は、カプセル型内視鏡１００から該所定の信号を受信すると（Ｓ１３：ＹＥＳ）、その受信タイミングと内部クロックとを比較して位相差を検出する。具体的には、ＤＳＴチップ２３０は内部クロックよりも高い別のクロックを生成し、当該クロックをカウントして受信タイミングと内部クロックとを比較し、その位相差検出を行う。次いで、検出された位相差の情報と自己のアドレスとを関連付けた信号を生成する（Ｓ１４、なお、ここで生成された信号を「位相差信号」という）。各ＤＳＴチップ２３０は、生成した位相差信号を制御ユニット２２０に向けて伝送し（Ｓ１５）、図８のチップ側位置推定処理をリターンする。
【００６７】
図１１は、各ＤＳＴチップ２３０で検出される位相差を説明するための図である。図１１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）にはそれぞれ、ＤＳＴチップ２３０Ａ、２３０Ｂ、２３０Ｃの該所定の信号の受信電力と内部クロックとの関係が示される。図１１において縦軸が振幅を示し、横軸が時間を示す。また、図１１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の各々において上段が内部クロックを示し、下段が該所定の信号の受信電力を示す。
【００６８】
図１１に示されるように、上記位相差は、内部クロックの立ち上がりのタイミングと、該所定の信号の受信開始時の立ち上がりのタイミングとの位相の差である。ＤＳＴチップ２３０Ａ、２３０Ｂ、２３０Ｃはそれぞれ、位相差ｐｄａ、ｐｄｂ、ｐｄｃを検出する。なお、内部クロックは、全てのＤＳＴチップ２３０が時間的に同一の周期内に該所定の信号を受信するよう、その周期が十分に長く設定されている。
【００６９】
制御ユニット２２０は、１つの位相差信号を受信する毎に第二のカウンタ（不図示）を１インクリメントする。そして、図９に示されるように、上記カウンタを参照してｎ個以上の位相差信号を受信したか否か（すなわち上記カウンタのカウント値がｎ以上か否か）を所定のタイミング毎に判定する（Ｓ２３）。なお、ここでの所定のタイミングは、同じＤＳＴチップ２３０から位相差信号を複数回受信することのないように設定されたタイミングである。従って、ｎは、位相差信号の発信元のＤＳＴチップ２３０の数と必ず一致する。
【００７０】
制御ユニット２２０は、受信した位相差信号がｎ個以上であると判定した場合には（Ｓ２３：ＹＥＳ）、Ｓ２４の位置算出処理を実行する。一方、受信した位相差信号がｎ個に満たないと判定した場合には（Ｓ２３：ＮＯ）、図９のユニット側位置推定処理がエラーであると判断して（Ｓ２５）、当該のユニット側位置推定処理をリターンする。なお、上記カウンタは、ユニット側位置推定処理がリターンされると「０」にリセットされる。また、上記ｎは、三次元の推定位置情報を得る場合には例えば「４」である。
【００７１】
図１２は、Ｓ２４の位置算出処理を説明するための図である。Ｓ２４の処理において制御ユニット２２０は、受信した各位相差信号に基づいてカプセル型内視鏡１００の現在の推定位置を算出する。なお、実際の位置算出処理は三次元位置を算出するものであるが、図１２では図６と同様に、二次元位置を説明する内容に留まる。図１２を参照して、Ｓ２４の位置算出処理について説明する。
【００７２】
Ｓ２４の処理において制御ユニット２２０は、先ず、所定の条件を満たすＤＳＴチップ２３０を基準チップに設定する。本実施形態では、ＤＳＴチップ２３０Ａが基準チップとして設定されるものとする。なお、ここでいう所定の条件には、例えば規定のＤＳＴチップ２３０であること、制御ユニット２２０に最初に受信された位相差信号に対応するＤＳＴチップ２３０であること、受信強度が最も高いＤＳＴチップ２３０であること等がある。なお、最後に挙げた条件の場合、例えば上記位相差信号に受信強度の情報を関連付ける必要がある。
【００７３】
制御ユニット２２０は、基準チップ設定に次いで、基準チップと各ＤＳＴチップ２３０の位相差信号および座標情報に基づいてカプセル型内視鏡１００が位置し得る仮想的な双曲線を求める。図１２（ａ）に、ＤＳＴチップ２３０Ａと２３０Ｂの位相差信号に基づいて得られる双曲線ｈ１を示す。図１２（ｂ）に、ＤＳＴチップ２３０Ａと２３０Ｃの位相差信号に基づいて得られる双曲線ｈ２を示す。双曲線ｈ１は、点Ａ、Ｂからの距離の差が一定となる点の軌跡である。また、双曲線ｈ２は、点Ａ、Ｃからの距離の差が一定となる点の軌跡である。
【００７４】
詳細には、制御ユニット２２０は、位相差ｐｄａとｐｄｂの差分（すなわちＤＳＴチップ２３０Ａにカプセル型内視鏡１００からの電波が到来した時刻と、ＤＳＴチップ２３０Ｂに当該の電波が到来した時刻との差）を疑似距離に変換して、カプセル型内視鏡１００からＤＳＴチップ２３０Ａまでの距離と、カプセル型内視鏡１００からＤＳＴチップ２３０Ｂまでの距離との差を算出する。次いで、ＤＳＴチップ２３０Ａと２３０Ｂの座標情報および上記距離差に基づいて第一の関数、すなわち双曲線ｈ１を取得する。また、制御ユニット２２０は、ＤＳＴチップ２３０Ａと２３０Ｃとに対しても同様の処理を行い、第二の関数すなわち双曲線ｈ２を取得する。
【００７５】
カプセル型内視鏡１００は、双曲線ｈ１上に位置し、且つ双曲線ｈ２上にも位置する。すなわちカプセル型内視鏡１００は、交点Ｐ’１又はＰ’２の何れかに位置する。ここで、通常、一方の交点の座標情報が患者１の体腔内に位置を示し、もう一方の交点の座標情報が患者１から明らかに離れた位置を示すものとなる。制御ユニット２２０は、カプセル型内視鏡１００が患者１の体腔内に位置することから、後者の座標情報を除外する。そして、前者の座標情報をカプセル型内視鏡１００の現在の推定位置情報として取得して、図９のユニット側位置推定処理をリターンする。
【００７６】
制御ユニット２２０は、ユニット側位置推定処理で取得した推定位置情報を外部処理システム３００に送信する。外部処理システム３００は、受信した推定位置情報を用いて各種処理を実行する。
【００７７】
なお、カプセル型内視鏡１００の三次元の推定位置情報を取得するためには、ＤＳＴチップ２３０Ａと更に別のＤＳＴチップ２３０の双曲線を求めれば良い。この場合、制御ユニット２２０は、双曲線ｈ１、ｈ２、および更に得られる双曲線に基づいて、カプセル型内視鏡１００の推定位置を三次元空間内の２点に絞り込むことができる。制御ユニット２２０は、ここでも患者１とは明らかに離れた交点の座標情報を切り捨てることにより、カプセル型内視鏡１００の推定位置を一点に特定することができる。
【００７８】
以上のように本実施形態においては、カプセル型内視鏡１００と各ＤＳＴチップ２３０との疑似距離を算出するのに電波の伝搬時間を採用している。電波の伝搬速度は、媒体に対する依存性が比較的低い。従って、カプセル型内視鏡１００からの発信信号が体内の如何なる場所を通過する場合であっても、カプセル型内視鏡１００−ＤＳＴチップ２３０間の疑似距離と、伝搬時間との関係は比較的一定に保たれる。このため上記疑似距離の誤差が小さくなり、結果、カプセル型内視鏡１００の位置を高い精度で推定することが可能となる。
【００７９】
また、本実施形態においては、診断に先立って図７のチップ位置測定処理を実行する。これにより、上述したように、各ＤＳＴチップ２３０の高精度な位置情報を用いてカプセル型内視鏡１００の位置推定処理を実行することができる。このため、カプセル型内視鏡１００の位置をより高い精度で推定することが可能となる。
【００８０】
以上が本発明の実施の形態である。本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではなく様々な範囲で変形が可能である。例えば図７のチップ位置測定処理の対象は、本実施形態のように全てのＤＳＴチップ２３０でなくても良く、特定のＤＳＴチップ２３０のみであっても良い。
【００８１】
図９のＳ２３の処理における位相差信号の受信数が多ければ多いほど、より多くの双曲線を求めることができる。また、Ｓ２４の処理において位置推定を算出するのに用いる双曲線が多ければ多いほど、疑似距離の誤差を低減させて高精度の推定位置を得ることが可能となる。従って、各ＤＳＴチップ２３０の受信状態が良好な場合は、全てのＤＳＴチップ２３０の位相差信号を用いてカプセル型内視鏡１００の推定位置情報を算出するようにしても良い。
【００８２】
また、図１０ではクロック調整信号と各内部クロックの周波数が同一であるが、クロック調整信号の周波数はこれに限定されない。クロック調整信号の周波数は、一周期が全ＤＳＴチップ２３０中の最も長い遅延時間（最も大きな遅延量）よりも長い周波数であれば良い。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の実施の形態の内視鏡システムの構成を示したブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態のカプセル型内視鏡の構成を示したブロック図である。
【図３】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図４】本発明の実施の形態のＤＳＴチップの構成を示したブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態の制御ユニットの構成を示したブロック図である。
【図６】本発明の実施の形態において制御ユニットが実行するチップ位置測定処理を説明するための図である。
【図７】本発明の実施の形態において制御ユニットが実行するチップ位置測定処理を示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施の形態においてＤＳＴチップが実行するチップ側位置推定処理を示すフローチャートである。
【図９】本発明の実施の形態において制御ユニットが実行するユニット側位置推定処理を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の実施の形態のクロック調整信号と、各ＤＳＴチップの内部クロックとの関係を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態のＤＳＴチップで検出される位相差を説明するための図である。
【図１２】図９のＳ２４の位置算出処理を説明するための図である。
【符号の説明】
【００８４】
１００ カプセル型内視鏡
２００ アンテナ付きジャケット
２３０ ＤＳＴチップ
３００ 外部処理システム
【技術分野】
【０００１】
この発明は、外部機器と無線通信可能な素子が複数実装されており、該素子の各々と通信可能な制御部を備える通信機能付き着衣に関する。また、このような通信機能付き着衣を備える内視鏡システムに関する。また、カプセル型内視鏡と無線通信可能な素子が複数実装された着衣を用いて、患者の体腔内に投入されたカプセル型内視鏡の位置を推定する位置推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
患者の体内を診断するための機器として、可撓性ケーブルの先端に撮像素子を搭載した電子内視鏡が広く知られ実用に供されている。上記電子内視鏡は、撮像素子によって得られた画像信号をホスト機器に送出する。ホスト機器は、当該の画像信号を受け取ると所定の処理を施してモニタに出力する。これによりモニタに患者の体腔内が表示され、術者は、患者の体内を診断することができる。
【０００３】
ここで、近年、上記電子内視鏡とは別の形態の、ホスト機器との通信を無線で行うカプセル形状の内視鏡（以下、「カプセル型内視鏡」という）が提案され、国によっては実用化されている。例えば下記特許文献１に、カプセル型内視鏡を備えたシステムの一例が開示されている。
【０００４】
下記特許文献１には、カプセル型内視鏡と無線通信するためのホスト側の機器として、複数のアンテナ素子およびデータレコーダを搭載したアンテナアレーベルトが示されている。下記特許文献１によれば、各アンテナ素子がカプセル型内視鏡から発信された信号を受信すると、データレコーダは、それらの信号に基づいて患者の体内の情報を取得すると共にその各々の受信強度を測定する。そして、データレコーダは、その測定結果に基づいてカプセル型内視鏡の位置を推定し、推定結果に応じた処理を実行する。
【特許文献１】特開２００３−１９１１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、患者の体内は、骨や水、脂肪等の種々の物質で構成されており、電波を伝搬させる媒体として一様でない。従って、カプセル型内視鏡からの発信信号の減衰率がカプセル型内視鏡とアンテナ素子との間に介在する体内の構成物質に応じて変化する。このため、カプセル型内視鏡−アンテナ素子間の疑似距離と、受信強度との関係が一定でなくばらついたものとなる。結果として、カプセル型内視鏡の位置によっては上記疑似距離が誤差を多く含むものとなり、この場合、高精度の推定位置情報を得ることができない。
【０００６】
そこで、本発明は上記の事情に鑑みて、カプセル型内視鏡の推定位置情報の精度を向上させることが可能な通信機能付き着衣、内視鏡システム、および位置推定方法を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決する本発明の一態様に係る通信機能付き着衣は、外部機器と無線通信可能な素子が複数実装されており、素子の各々と通信可能な制御部を備える着衣である。本発明の通信機能付き着衣の素子は、自己の識別情報を保持した識別情報保持手段と、該外部機器から発信された発信信号を受信する外部信号受信手段と、該発信信号を受信したタイミングを検知し、該検知されたタイミングに基づいたタイミング信号を生成する信号生成手段と、該生成されたタイミング信号に該識別情報を関連付けて制御部に送信する送信手段とを有することを特徴としたものである。また、本発明の通信機能付き着衣の制御部は、各素子の位置情報を該識別情報に関連付けて保持する位置情報保持手段と、素子の各々から送信されたタイミング信号を受信する受信手段と、位置情報保持手段から、該受信したタイミング信号に関連付けられた該識別情報に基づいて送信元素子の位置情報を取得する位置情報取得手段と、該受信されたタイミング信号の各々と、当該の各タイミング信号に対応する該位置情報に基づいて、該外部機器の位置情報を算出する位置算出手段とを有することを特徴としたものである。
【０００８】
このような構成によれば、外部機器と各素子との疑似距離を電波の伝搬時間に基づいて算出して当該外部機器の位置情報を得ることができる。電波の伝搬速度は、媒体に対する依存性が比較的低い。従って、外部機器からの信号が如何なる場所を通過する場合であっても、外部機器−素子間の疑似距離と、伝搬時間との関係は比較的一定に保たれる。このため上記疑似距離の誤差が小さくなり、結果、外部機器の位置を高い精度で推定することが可能となる。
【０００９】
なお、上記信号生成手段は、例えば該検知されたタイミングと所定のタイミングとの時間差を検出し、該検出結果に基づいてタイミング信号を生成する構成であっても良い。
【００１０】
上記所定のタイミングは、例えば素子の内部クロックの立ち上がりのタイミングであっても良い。
【００１１】
また、上記通信機能付き着衣において、制御部は、例えば素子の各々に所定の信号を配信するように構成されても良い。この場合、素子の内部クロックが制御部からの該所定の信号に基づいて補正され、全ての素子の該内部クロックが同期した状態になる。
【００１２】
また、上記通信機能付き着衣において、制御部は、例えば所定の条件を満たす素子を基準素子として設定する基準設定手段を更に備えたものであっても良い。この場合、位置算出手段は、基準素子のタイミング信号と他の素子のタイミング信号の各々とにおける該発信信号の受信タイミングの位相差を算出する。次いで、該算出された位相差に基づいて該外部機器に対する基準素子と他の素子の各々との疑似距離差を算出する。そして、該算出された疑似距離差の各々と、位置情報保持手段に保持された位置情報の各々を用いて該外部機器の位置情報を算出する。
【００１３】
また、上記通信機能付き着衣において、素子および制御部は、例えば信号伝送可能なシート上に実装され、各素子間および各素子と制御部との通信が２Ｄ−ＤＳＴのアルゴリズムに基づいて実施されるよう構成されたものであっても良い。
【００１４】
また、上記通信機能付き着衣において、位置算出手段は、例えば受信手段に受信された該タイミング信号が所定数以上であるときには該外部機器の位置情報を算出し、当該タイミング信号が該所定数に満たないときにはエラーと判断して該外部機器の位置情報を算出しないよう構成されたものであっても良い。
【００１５】
また、上記通信機能付き着衣は、例えば素子の各々の位置を測定する位置測定手段を更に備えたものであっても良い。この場合、位置情報保持手段は、該測定された位置の情報を各素子の該識別情報に関連付けて保持する。
【００１６】
また、上記の課題を解決する本発明の一態様に係る内視鏡システムは、患者の体腔内に投入され、該患者の体内の情報を無線で発信するカプセル型内視鏡と、上記通信機能付き着衣であって、素子によりカプセル型内視鏡と無線通信する通信機能付き着衣とを備えることを特徴としたシステムである。
【００１７】
このような構成によれば、カプセル型内視鏡と各素子との疑似距離を電波の伝搬時間に基づいて算出して当該カプセル型内視鏡の位置情報を得ることができる。電波の伝搬速度は、媒体に対する依存性が比較的低い。従って、カプセル型内視鏡からの信号が如何なる場所を通過する場合であっても、カプセル型内視鏡−素子間の疑似距離と、伝搬時間との関係は比較的一定に保たれる。このため上記疑似距離の誤差が小さくなり、結果、カプセル型内視鏡の位置を高い精度で推定することが可能となる。
【００１８】
なお、上記カプセル型内視鏡は、例えば該体腔内を撮像して画像信号を生成する画像信号生成手段を有し、該画像信号を無線で発信するよう構成されたものであっても良い。この場合、素子が有する信号生成手段は、該画像信号を受信するタイミングを検知する。
【００１９】
また、上記の課題を解決する本発明の一態様に係る位置推定方法は、カプセル型内視鏡と無線通信可能な素子が複数実装された着衣を用いて、患者の体腔内に投入されたカプセル型内視鏡の位置を推定する方法である。本発明に係る位置推定方法は、規定位置に設置されたカプセル型内視鏡の送信電力をモニタして第一の信号を発信するタイミングと、素子の各々の受信電力をモニタして素子の各々において該第一の信号が受信されるタイミングとを検知するタイミング検知ステップと、該検知結果に基づいて該規定位置と素子の各々との疑似距離を算出する疑似距離算出ステップと、該算出された疑似距離に基づいて素子の各々の位置情報を取得する位置情報取得ステップと、該体腔内に投入されたカプセル型内視鏡から素子の各々が第二の信号を受信してその受信タイミングを検知する受信タイミング検知ステップと、該検知された受信タイミングに関する情報を収集するタイミング情報収集ステップと、該収集された受信タイミングに関する情報と各素子の位置情報に基づいて、カプセル型内視鏡の位置情報を算出する位置算出ステップとを含む方法である。
【００２０】
このような方法によれば、カプセル型内視鏡と各素子との疑似距離を電波の伝搬時間に基づいて算出して当該カプセル型内視鏡の位置情報を得ることができる。電波の伝搬速度は、媒体に対する依存性が比較的低い。従って、カプセル型内視鏡からの信号が如何なる場所を通過する場合であっても、カプセル型内視鏡−素子間の疑似距離と、伝搬時間との関係は比較的一定に保たれる。このため上記疑似距離の誤差が小さくなり、結果、カプセル型内視鏡の位置を高い精度で推定することが可能となる。また、上記方法によれば、患者の体型に依存して変わる各素子の位置の情報をカプセル型内視鏡投入前に予め取得できるため、カプセル型内視鏡の推定位置情報の精度が更に向上する。また、上記方法によれば、各素子の位置情報をカプセル型内視鏡を利用して取得することができる。従って、各素子の位置を測定するために専用の機器を用意する必要がなくコスト面でメリットがある。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、カプセル型内視鏡の推定位置情報の精度を向上させることが可能な通信機能付き着衣、内視鏡システム、および位置推定方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態の内視鏡システムについて説明する。
【００２３】
図１は、本発明の実施の形態の内視鏡システム１０の構成を示したブロック図である。図１に示されるように、内視鏡システム１０は、カプセル型内視鏡１００、アンテナ付きジャケット２００、およびモニタ付きＰＣ（Personal Computer）を含む外部処理システム３００を備える。術者は、本実施形態の内視鏡システム１０を用いることにより、患者１の体内の様相を観察・診断することができる。
【００２４】
図２に、カプセル型内視鏡１００の構成をブロック図で示す。図２を参照して、カプセル型内視鏡１００の構成およびその機能について説明する。
【００２５】
図２に示されるように、カプセル型内視鏡１００は、患者１の体腔内に投入されるカプセル形状の内視鏡である。カプセル型内視鏡１００は、電源部１０２、制御部１０４、メモリ１０６、２つの照明部１０８、対物光学系１１０、固体撮像素子１１２、送受信部１１４、およびアンテナ部１１６を備える。
【００２６】
電源部１０２は、各構成要素に電源を供給する内蔵バッテリである。制御部１０４は、各構成要素を統括的に制御するためのＩＣチップである。メモリ１０６は、各種データやプログラムを格納する記憶媒体である。照明部１０８は、体腔内を照明する光源である。対物光学系１１０は、体腔内を観察するための対物レンズである。固体撮像素子１１２は、体腔内を撮像するものであり、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Devices）やＣ−ＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）である。送受信部１１４は、外部機器との間で通信を行うための通信インターフェースである。アンテナ部１１６は、電波を送受信するためのエレメントである。
【００２７】
カプセル型内視鏡１００は、電源がオンされて患者１の体腔内に投入されると、照明部１０８によって当該の体腔内を照明する。体腔内の壁部等で反射された光は、対物光学系１１０に入射して像を結ぶ。
【００２８】
固体撮像素子１１２は、その受光面が対物光学系１１０の像側焦点面上に位置するように設置されている。従って、対物光学系１１０のパワーにより結像した光は、固体撮像素子１１２に受光される。固体撮像素子１１２は、受光した光を光電変換して画像信号を生成する。
【００２９】
送受信部１１４は、生成された画像信号を変調して、アンテナ部１１６を介して外部に発信する。アンテナ部１１６から発信された画像信号は、アンテナ付きジャケット２００に受信される。
【００３０】
次に、アンテナ付きジャケット２００について説明する。
【００３１】
アンテナ付きジャケット２００は、体内を診断するために患者１に着用させるジャケットであり、例えば特開２００４−３２８４０９号公報や、特開２００５−２４５９３７号公報、非特許文献（株式会社セルクロス、[平成１９年１月検索]、インターネット、〈http://www.cellcross.co.jp/technology.html〉）等に開示された２Ｄ−ＤＳＴ（2 Dimension- Diffusive Signal-Transmission）を実行可能に構成されている。これらの刊行物に記載されるように、２Ｄ−ＤＳＴテクノロジでは、シート上に散在された複数の素子（以下、「ＤＳＴチップ」という）の各々が、信号の中継点となり、当該の信号を目的地に向けてパケットで伝送する。
【００３２】
図１に示されるように、アンテナ付きジャケット２００には、ＤＳＴチップ２３０がその全域に渡ってマトリクス状に配置されている。ＤＳＴチップ２３０は、２Ｄ−ＤＳＴを実行するためのチップであり、他の素子と通信するのに有線ケーブルや銅箔のパターンを必要としない。従って、アンテナ付きジャケット２００では、ＤＳＴチップ２３０を高い自由度で配置することが可能であると共に、その柔軟性や耐久性が通常の衣服に比べて遜色のないものとなっている。また、ＤＳＴチップ２３０は、微小なサイズで構成されたチップであることから高密度実装が可能となっている。
【００３３】
図３に、図１のＡ−Ａ断面図を示す。Ａ−Ａ断面図は、ＤＳＴチップ２３０を含む、アンテナ付きジャケット２００の側断面図である。図３に示されるように、アンテナ付きジャケット２００は、二つの信号層（信号層２１０およびグランド層２１２）、これらの信号層を互いに絶縁するための絶縁層２１４、およびこれらの信号層と外部とを絶縁するための絶縁層２１６および２１８の計五つの層から構成されている。これらの層は、絶縁層２１６、グランド層２１２、絶縁層２１４、信号層２１０、絶縁層２１８の順に積層されている。ＤＳＴチップ２３０は、グランド層２１２および絶縁層２１４に跨るように、これらの層構造内に埋設されている。なお、アンテナ付きジャケット２００の積層構造には種々の形態があり、例えば各ＤＳＴチップ２３０に電源を供給するための層が独立したものもある。
【００３４】
なお、信号層２１０およびグランド層２１２は、例えば導電ゴムや導電体が織り込まれた布等で構成されており、柔軟性および導電性を有する。また、絶縁層２１４、２１６、および２１８は、例えば絶縁ゴムや絶縁フィルム、絶縁性を有した布等で構成されており、柔軟性および絶縁性を有する。各ＤＳＴチップ２３０は、グランド層２１２により接地されており、信号層２１０を媒体として他の素子に信号を伝送することができる。
【００３５】
図４に、ＤＳＴチップ２３０の構成をブロック図で示す。図４に示されるように、ＤＳＴチップ２３０は、制御部２３１、アンテナ２３２、送受信部２３３、メモリ２３４、および通信部２３５を備える。ＤＳＴチップ２３０は、これらの構成要素を用いて所定の機能を達成する。
【００３６】
ＤＳＴチップ２３０で達成される機能は、大別すると２つある。１つは通信機能である。通信機能は、制御部２３１と送受信部２３３が連携して動作することにより達成される。具体的には、送受信部２３３が、制御部２３１の制御下でアンテナ２３２を介してカプセル型内視鏡１００と通信する。これにより、例えばＤＳＴチップ２３０からカプセル型内視鏡１００に電源が供給され、カプセル型内視鏡１００からＤＳＴチップ２３０には上記画像信号が受け渡される。制御部２３１は、カプセル型内視鏡１００からの画像信号をメモリ２３４に一時的に保持させる。
【００３７】
ＤＳＴチップ２３０で達成されるもう１つの機能は、２Ｄ−ＤＳＴを実行する機能である。この機能は、制御部２３１、メモリ２３４、および通信部２３５が連携して動作することにより達成される。メモリ２３４は、例えば２Ｄ−ＤＳＴを実行するためのアルゴリズムや自己のアドレス等を記憶している。通信部２３５は、各ＤＳＴチップ２３０を接続する通信インターフェースである。制御部２３１は、上記アルゴリズムを実行させて２Ｄ−ＤＳＴを行い、通信部２３５を介して上記画像信号を他のＤＳＴチップ２３０に伝送する。各ＤＳＴチップ２３０において２Ｄ−ＤＳＴが実行されることにより、上記画像信号は、所定の目的地に向けて伝送されていく。ここで、本実施形態における所定の目的地とは、制御ユニット２２０のことである。
【００３８】
制御ユニット２２０について説明する。図１に示されるように、制御ユニット２２０は、アンテナ付きジャケット２００に備えられる。図５に、制御ユニット２２０の構成をブロック図で示す。制御ユニット２２０は、制御部２２１、電源２２２、通信部２２３、メモリ２２４、信号処理部２２５、およびインターフェース部２２６を備える。
【００３９】
制御ユニット２２０は、各ＤＳＴチップ２３０に対する統括的な制御を実行する。これは、制御部２２１、電源２２２、通信部２２３、およびメモリ２２４が連携して動作することにより達成される。制御部２２１は、制御ユニット２２０の統括的な制御を実行する。通信部２２３は、制御ユニット２２０をＤＳＴチップ２３０と通信させるための通信インターフェースである。メモリ２２４は、例えば２Ｄ−ＤＳＴを実行するためのアルゴリズムや各種データを格納したものである。制御部２２１は上記アルゴリズムを実行し、通信部２２３を制御してＤＳＴチップ２３０と通信する。そして、当該の通信において、各ＤＳＴチップ２３０に対してアドレスを割り当てたり上記画像信号を伝送する経路の情報を提供したりする。また、制御部２２１は、電源２２２からの駆動電流を、信号層２１０を介して各ＤＳＴチップ２３０に供給する。
【００４０】
また、制御ユニット２２０は、ＤＳＴチップ２３０からの伝送信号、すなわち画像信号を処理して所定の形式のビデオ信号を生成する。そして、生成されたビデオ信号を外部処理システム３００に出力する。これは、制御部２２１、信号処理部２２５、およびインターフェース部２２６が連携して動作することにより達成される。信号処理部２２５は、制御部２２１の制御下で上記画像信号に所定の処理を施して、外部処理システム３００で表示可能なビデオ信号に変換する。信号処理部２２５により生成されたビデオ信号は、インターフェース部２２６を介して外部処理システム３００に出力される。
【００４１】
外部処理システム３００は例えば周知のＰＣであり、制御ユニット２２０からのビデオ信号を用いて患者１の体腔内の様相をモニタに表示させたり、解析処理を行ってその解析結果をモニタに表示させたりすることができる。なお、ここでいう解析とは、例えば上記ビデオ信号から得られる画像情報に基づいて、体腔内の表面形状や画像情報の色成分毎の分布等を分析し、通常状態（正常部分）と異なる状態の部分を抽出することを示す。これにより、大量に取得された画像情報に基づき、異常がありそうな部分の候補を予めピックアップすることができ、診断の高速化等が可能となる。
【００４２】
ここで、本実施形態のアンテナ付きジャケット２００では、各ＤＳＴチップ２３０で受信された画像信号に基づいてカプセル型内視鏡１００の位置を推定することが可能である。以下、これについて詳説する。
【００４３】
カプセル型内視鏡１００の位置を推定する処理（以下、「位置推定処理」という）を実行するためには、先ず、各ＤＳＴチップ２３０の座標情報を診断前に測定する必要がある。これは、アンテナ付きジャケット２００が患者の身体にフィットするように着用されており、患者の体型に依存して各ＤＳＴチップ２３０の位置関係が変わるためである。図６に、各ＤＳＴチップ２３０の座標情報を測定する処理（以下、「チップ位置測定処理」という）を説明するための図を示す。また、図７に、チップ位置測定処理のフローチャートを示す。チップ位置測定処理は、制御ユニット２２０により実行される。
【００４４】
なお、チップ位置測定処理の対象はアンテナ付きジャケット２００に実装された全てのＤＳＴチップ２３０であるが、ここでは図面を分かり易くするため、２つのＤＳＴチップ（より正確には２つのＤＳＴチップの位置）のみを図示して説明を行うものとする。また、実際のチップ位置測定処理はＤＳＴチップ２３０の三次元の座標情報を測定するものであるが、図６では図面を明瞭にするため、二次元の座標情報を説明する内容に留まる。また、図６において、点Ａ、Ｂのそれぞれに１つのＤＳＴチップ２３０が位置するものとする。説明の便宜上、点Ａ、Ｂに位置するＤＳＴチップ２３０に対してそれぞれ「ＤＳＴチップ２３０Ａ」、「ＤＳＴチップ２３０Ｂ」の符番を記す。以降の段落および図面においても同様のルールで符番を記す。
【００４５】
先ず、患者１を例えば診察台等に寝かせた後（すなわち患者１の姿勢を診断時の状態にさせた後）、術者は、所定の発信源を規定位置Ｐ１に設置する。所定の発信源は、制御ユニット２２０と通信可能な機器であり、リファレンス信号を発信する機能を有する。所定の発信源は、ユーザ・オペレーションに呼応して、或いは所定のタイミング毎にリファレンス信号を発信する。
【００４６】
なお、所定の発信源は、例えば各ＤＳＴチップ２３０の位置を測定するための専用の機器であっても良く、或いはカプセル型内視鏡１００そのものであっても良い。後者の場合、専用の機器を用意する必要がなく、コスト面でメリットがある。また、規定位置Ｐ１、および後述するその他の規定位置は、制御ユニット２２０にとって既知の位置であるものとする。
【００４７】
図７に示されるように、制御ユニット２２０は、所定の発信源がリファレンス信号を発信する発信タイミングと、各ＤＳＴチップ２３０がそのリファレンス信号を受信する受信タイミングをモニタする（ステップ１、以下、明細書及び図面においてステップを「Ｓ」と略記）。
【００４８】
具体的には、Ｓ１の処理において制御ユニット２２０は、所定の発信源の送信電力と各ＤＳＴチップ２３０の受信電力をモニタし、送信電力が第一の閾値以上となった時点の情報を上記発信タイミング、受信電力が第二の閾値以上となった時点の情報を上記受信タイミングとして取得する。次いで、取得された各タイミングの情報に基づいて、所定の発信源から各ＤＳＴチップ２３０へのリファレンス信号の伝搬時間を算出する。なお、制御ユニット２２０は、各ＤＳＴチップ２３０から上記受信タイミングの情報と共にアドレスも取得する。制御ユニット２２０は、各ＤＳＴチップ２３０のアドレスを取得することにより、各受信タイミングが何れのＤＳＴチップ２３０のものであるかを識別することができる。
【００４９】
制御ユニット２２０は、各伝搬時間を算出すると、その算出結果に基づいて所定の発信源と各ＤＳＴチップ２３０との疑似距離を算出する（Ｓ２）。これにより、図６（ａ）に示されるように、ＤＳＴチップ２３０Ａは、規定位置Ｐ１から疑似距離ｄＡだけ離れた円周ＣＡ上に位置することが分かる。また、ＤＳＴチップ２３０Ｂは規定位置Ｐ１から疑似距離ｄＢだけ離れた円周ＣＢ上に位置することが分かる。
【００５０】
次に、術者は、所定の発信源を規定位置Ｐ２に設置する。そして、制御ユニット２２０により、上記と同様に、所定の発信源と各ＤＳＴチップ２３０のタイミングがモニタされ（Ｓ３）、次いで、そのモニタ結果に基づいて疑似距離が算出される（Ｓ４）。これにより、図６（ｂ）に示されるように、制御ユニット２２０は、ＤＳＴチップ２３０Ａの位置が、円周ＣＡと、規定位置Ｐ２から疑似距離ｄＡ’だけ離れた円周ＣＡ’との交点、すなわち点Ａ又は点Ａ’の何れかであることを算出結果から得る。また、ＤＳＴチップ２３０Ｂの位置が、円周ＣＢと、規定位置Ｐ２から疑似距離ｄＢ’だけ離れた円周ＣＢ’との交点、すなわち点Ｂ又は点Ｂ’の何れかであることを算出結果から得る。
【００５１】
ここで、点Ａ又は点Ａ’（および点Ｂ又は点Ｂ’）の何れか一方がアンテナ付きジャケット２００上の位置を示し、もう一方がアンテナ付きジャケット２００から明らかに離れた位置を示すものとなる。ここでは、点ＡおよびＢがアンテナ付きジャケット２００上の位置を示し、点Ａ’およびＢ’がアンテナ付きジャケット２００とは明らかに離れた位置を示すものとする。この場合、制御ユニット２２０は、点Ａ’およびＢ’の位置情報を切り捨てて、ＤＳＴチップ２３０Ａ、２３０Ｂそれぞれの位置を点Ａ、Ｂに特定する（Ｓ５）。
【００５２】
制御ユニット２２０は、Ｓ５の処理に次いで、各ＤＳＴチップ２３０の位置情報を所定の座標系に適合させるよう、周知の座標変換処理を施して（Ｓ６）、チップ位置測定処理を終了させる。
【００５３】
以上説明した処理により、制御ユニット２２０は、全てのＤＳＴチップ２３０の座標情報を取得する。なお、取得された各座標情報は、対応するアドレスと関連付けられて例えばメモリ２２４に保存される。
【００５４】
なお、三次元の座標情報を求めるためには、所定の発信源を更に別の規定位置に設置して、Ｓ１および２（又はＳ３および４）と同様の処理を実行すれば良い。この場合、制御ユニット２２０は、更に得られる疑似距離に基づいて各ＤＳＴチップ２３０の位置を三次元空間内の２点に絞り込むことができる。制御ユニット２２０は、ここでもアンテナ付きジャケット２００とは明らかに離れた位置の情報を切り捨てることにより、各ＤＳＴチップ２３０の位置を一点に特定することができる。
【００５５】
なお、Ｓ５の処理の代替として、Ｓ１および２（又はＳ３および４）と同様の処理を更にもう一回実行することにより、各ＤＳＴチップ２３０の位置を２点から１点に絞り込むことができる。
【００５６】
また、上記実施形態では所定の発信源を各規定位置に順々に設置しているが、別の実施の形態では、所定の発信源が各規定位置に予め設置されていても良い。この場合、所定の発信源を設置する作業が省略されるため、チップ位置測定処理が迅速に実行されるようになる。
【００５７】
チップ位置測定処理が完了して各ＤＳＴチップ２３０の位置が測定されると、カプセル型内視鏡１００が患者１の体腔内に投入されて診断が開始される。そして診断開始と共に位置推定処理も実行される。図８に、各ＤＳＴチップ２３０で実行されるチップ側位置推定処理のフローチャートを示す。また、図９に、制御ユニット２２０で実行されるユニット側位置推定処理のフローチャートを示す。本実施形態では、各ＤＳＴチップ２３０と制御ユニット２２０が連携して動作することより、カプセル型内視鏡１００の推定位置を得ることができる。
【００５８】
本実施形態では、各ＤＳＴチップ２３０の内部クロックを利用してカプセル型内視鏡１００の推定位置情報を取得する。従って、より精度の高い推定位置情報を得るためには各内部クロックの同期が取れていることが望ましい。しかし、内部クロックには個体差がある。このため、各内部クロックは、通常は同期が取れてない状態にあり、また、同期が取れていても時間の経過と共に徐々にずれる。本実施形態では、上記問題を解消するため、以下に説明されるクロック調整信号を用いて各ＤＳＴチップ２３０の内部クロックのタイミングを定期的に同期させる。
【００５９】
図９に示されるように、制御ユニット２２０は、自己に内蔵された第一のカウンタ（不図示）を参照して、クロック調整信号を送信するタイミングか否かを判定する（Ｓ２１）。そして、第一のカウンタのカウント値が所定値であるとき、クロック調整信号を送信するタイミングであると判定する（Ｓ２１：ＹＥＳ）。次いで、各ＤＳＴチップ２３０にクロック調整信号を送信する（Ｓ２２）。なお、第一のカウンタは、図９のユニット側位置推定処理実行中は常にカウントアップされ、当該のユニット側位置推定処理開始時およびリターン時にリセットされる。
【００６０】
図８に示されるように、各ＤＳＴチップ２３０は、制御ユニット２２０からのクロック調整信号を受信したか否かを判定する（Ｓ１１）。そして、クロック調整信号を受信したと判定した場合には（Ｓ１１：ＹＥＳ）、受信したクロック調整信号に基づいて内部クロック（より正確には制御部２３１の内部クロック）を調整して（Ｓ１２）、Ｓ１３の処理に進む。また、ＤＳＴチップ２３０は、クロック調整信号を受信していないと判定した場合には（Ｓ１１：ＮＯ）、Ｓ１２の処理を実行することなくＳ１３の処理に進む。
【００６１】
ここで、図１０に、クロック調整信号と、各ＤＳＴチップ２３０の内部クロックとの関係を示す。図１０では、ＤＳＴチップ２３０Ａ、２３０Ｂ、２３０Ｃの３つのＤＳＴチップを代表して示す。また、図１０において縦軸が振幅を示し、横軸が時間を示す。また、図１０（ａ）がクロック調整信号の波形を示し、図１０（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）がそれぞれ、ＤＳＴチップ２３０Ａ、２３０Ｂ、２３０Ｃの内部クロックの波形を示す。
【００６２】
なお、各ＤＳＴチップ２３０は、制御ユニット２２０からの距離がそれぞれ異なる。従って、各ＤＳＴチップ２３０において信号伝送の遅延量がそれぞれ異なる。本実施形態では、各ＤＳＴチップ２３０が自己に対応する遅延量のオフセット値を予め保持し、当該のオフセット値を参照して各種処理を実行するものとする。以降の段落では、説明の煩雑さを避けるため、遅延量がオフセットされている前提で（すなわち遅延量を考慮せず）、各処理についての説明を行う。
【００６３】
図１０の時刻Ｔ１は、各ＤＳＴチップ２３０がクロック調整信号を受信したタイミングである。図１０（ｂ）乃至（ｄ）に示されるように、時刻Ｔ１以前は、各内部クロックの個体差が原因で同期が取れていない状態にある。しかし、時刻Ｔ１に各ＤＳＴチップ２３０でクロック調整信号が受信されると、各ＤＳＴチップ２３０は、内部クロックとクロック調整信号の両方の立ち上がりのタイミングを一致させるようにクロック補正を行う。これにより、各ＤＳＴチップ２３０の内部クロックは同期の取れた状態となる。
【００６４】
なお、第一のカウンタにおける上記所定値は、各内部クロックのずれ量が所定の許容範囲を超えないように考慮された値である。従って、各内部クロックは、互いのずれ量が所定の許容範囲を超える前に補正される。この結果、各内部クロックは、実質的に常に同期が取れた状態となる。
【００６５】
カプセル型内視鏡１００は、患者１の体腔内に投入された後、所定の信号を定期的に発信している。図８に示されるように、各ＤＳＴチップ２３０は、内部クロックの同期が取れている状態で該所定の信号を受信待機する（Ｓ１３）。なお、ここでいう所定の信号とは、例えば上記画像信号であっても良く、或いは位置推定処理用のリファレンス信号であっても良い。
【００６６】
各ＤＳＴチップ２３０は、カプセル型内視鏡１００から該所定の信号を受信すると（Ｓ１３：ＹＥＳ）、その受信タイミングと内部クロックとを比較して位相差を検出する。具体的には、ＤＳＴチップ２３０は内部クロックよりも高い別のクロックを生成し、当該クロックをカウントして受信タイミングと内部クロックとを比較し、その位相差検出を行う。次いで、検出された位相差の情報と自己のアドレスとを関連付けた信号を生成する（Ｓ１４、なお、ここで生成された信号を「位相差信号」という）。各ＤＳＴチップ２３０は、生成した位相差信号を制御ユニット２２０に向けて伝送し（Ｓ１５）、図８のチップ側位置推定処理をリターンする。
【００６７】
図１１は、各ＤＳＴチップ２３０で検出される位相差を説明するための図である。図１１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）にはそれぞれ、ＤＳＴチップ２３０Ａ、２３０Ｂ、２３０Ｃの該所定の信号の受信電力と内部クロックとの関係が示される。図１１において縦軸が振幅を示し、横軸が時間を示す。また、図１１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の各々において上段が内部クロックを示し、下段が該所定の信号の受信電力を示す。
【００６８】
図１１に示されるように、上記位相差は、内部クロックの立ち上がりのタイミングと、該所定の信号の受信開始時の立ち上がりのタイミングとの位相の差である。ＤＳＴチップ２３０Ａ、２３０Ｂ、２３０Ｃはそれぞれ、位相差ｐｄａ、ｐｄｂ、ｐｄｃを検出する。なお、内部クロックは、全てのＤＳＴチップ２３０が時間的に同一の周期内に該所定の信号を受信するよう、その周期が十分に長く設定されている。
【００６９】
制御ユニット２２０は、１つの位相差信号を受信する毎に第二のカウンタ（不図示）を１インクリメントする。そして、図９に示されるように、上記カウンタを参照してｎ個以上の位相差信号を受信したか否か（すなわち上記カウンタのカウント値がｎ以上か否か）を所定のタイミング毎に判定する（Ｓ２３）。なお、ここでの所定のタイミングは、同じＤＳＴチップ２３０から位相差信号を複数回受信することのないように設定されたタイミングである。従って、ｎは、位相差信号の発信元のＤＳＴチップ２３０の数と必ず一致する。
【００７０】
制御ユニット２２０は、受信した位相差信号がｎ個以上であると判定した場合には（Ｓ２３：ＹＥＳ）、Ｓ２４の位置算出処理を実行する。一方、受信した位相差信号がｎ個に満たないと判定した場合には（Ｓ２３：ＮＯ）、図９のユニット側位置推定処理がエラーであると判断して（Ｓ２５）、当該のユニット側位置推定処理をリターンする。なお、上記カウンタは、ユニット側位置推定処理がリターンされると「０」にリセットされる。また、上記ｎは、三次元の推定位置情報を得る場合には例えば「４」である。
【００７１】
図１２は、Ｓ２４の位置算出処理を説明するための図である。Ｓ２４の処理において制御ユニット２２０は、受信した各位相差信号に基づいてカプセル型内視鏡１００の現在の推定位置を算出する。なお、実際の位置算出処理は三次元位置を算出するものであるが、図１２では図６と同様に、二次元位置を説明する内容に留まる。図１２を参照して、Ｓ２４の位置算出処理について説明する。
【００７２】
Ｓ２４の処理において制御ユニット２２０は、先ず、所定の条件を満たすＤＳＴチップ２３０を基準チップに設定する。本実施形態では、ＤＳＴチップ２３０Ａが基準チップとして設定されるものとする。なお、ここでいう所定の条件には、例えば規定のＤＳＴチップ２３０であること、制御ユニット２２０に最初に受信された位相差信号に対応するＤＳＴチップ２３０であること、受信強度が最も高いＤＳＴチップ２３０であること等がある。なお、最後に挙げた条件の場合、例えば上記位相差信号に受信強度の情報を関連付ける必要がある。
【００７３】
制御ユニット２２０は、基準チップ設定に次いで、基準チップと各ＤＳＴチップ２３０の位相差信号および座標情報に基づいてカプセル型内視鏡１００が位置し得る仮想的な双曲線を求める。図１２（ａ）に、ＤＳＴチップ２３０Ａと２３０Ｂの位相差信号に基づいて得られる双曲線ｈ１を示す。図１２（ｂ）に、ＤＳＴチップ２３０Ａと２３０Ｃの位相差信号に基づいて得られる双曲線ｈ２を示す。双曲線ｈ１は、点Ａ、Ｂからの距離の差が一定となる点の軌跡である。また、双曲線ｈ２は、点Ａ、Ｃからの距離の差が一定となる点の軌跡である。
【００７４】
詳細には、制御ユニット２２０は、位相差ｐｄａとｐｄｂの差分（すなわちＤＳＴチップ２３０Ａにカプセル型内視鏡１００からの電波が到来した時刻と、ＤＳＴチップ２３０Ｂに当該の電波が到来した時刻との差）を疑似距離に変換して、カプセル型内視鏡１００からＤＳＴチップ２３０Ａまでの距離と、カプセル型内視鏡１００からＤＳＴチップ２３０Ｂまでの距離との差を算出する。次いで、ＤＳＴチップ２３０Ａと２３０Ｂの座標情報および上記距離差に基づいて第一の関数、すなわち双曲線ｈ１を取得する。また、制御ユニット２２０は、ＤＳＴチップ２３０Ａと２３０Ｃとに対しても同様の処理を行い、第二の関数すなわち双曲線ｈ２を取得する。
【００７５】
カプセル型内視鏡１００は、双曲線ｈ１上に位置し、且つ双曲線ｈ２上にも位置する。すなわちカプセル型内視鏡１００は、交点Ｐ’１又はＰ’２の何れかに位置する。ここで、通常、一方の交点の座標情報が患者１の体腔内に位置を示し、もう一方の交点の座標情報が患者１から明らかに離れた位置を示すものとなる。制御ユニット２２０は、カプセル型内視鏡１００が患者１の体腔内に位置することから、後者の座標情報を除外する。そして、前者の座標情報をカプセル型内視鏡１００の現在の推定位置情報として取得して、図９のユニット側位置推定処理をリターンする。
【００７６】
制御ユニット２２０は、ユニット側位置推定処理で取得した推定位置情報を外部処理システム３００に送信する。外部処理システム３００は、受信した推定位置情報を用いて各種処理を実行する。
【００７７】
なお、カプセル型内視鏡１００の三次元の推定位置情報を取得するためには、ＤＳＴチップ２３０Ａと更に別のＤＳＴチップ２３０の双曲線を求めれば良い。この場合、制御ユニット２２０は、双曲線ｈ１、ｈ２、および更に得られる双曲線に基づいて、カプセル型内視鏡１００の推定位置を三次元空間内の２点に絞り込むことができる。制御ユニット２２０は、ここでも患者１とは明らかに離れた交点の座標情報を切り捨てることにより、カプセル型内視鏡１００の推定位置を一点に特定することができる。
【００７８】
以上のように本実施形態においては、カプセル型内視鏡１００と各ＤＳＴチップ２３０との疑似距離を算出するのに電波の伝搬時間を採用している。電波の伝搬速度は、媒体に対する依存性が比較的低い。従って、カプセル型内視鏡１００からの発信信号が体内の如何なる場所を通過する場合であっても、カプセル型内視鏡１００−ＤＳＴチップ２３０間の疑似距離と、伝搬時間との関係は比較的一定に保たれる。このため上記疑似距離の誤差が小さくなり、結果、カプセル型内視鏡１００の位置を高い精度で推定することが可能となる。
【００７９】
また、本実施形態においては、診断に先立って図７のチップ位置測定処理を実行する。これにより、上述したように、各ＤＳＴチップ２３０の高精度な位置情報を用いてカプセル型内視鏡１００の位置推定処理を実行することができる。このため、カプセル型内視鏡１００の位置をより高い精度で推定することが可能となる。
【００８０】
以上が本発明の実施の形態である。本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではなく様々な範囲で変形が可能である。例えば図７のチップ位置測定処理の対象は、本実施形態のように全てのＤＳＴチップ２３０でなくても良く、特定のＤＳＴチップ２３０のみであっても良い。
【００８１】
図９のＳ２３の処理における位相差信号の受信数が多ければ多いほど、より多くの双曲線を求めることができる。また、Ｓ２４の処理において位置推定を算出するのに用いる双曲線が多ければ多いほど、疑似距離の誤差を低減させて高精度の推定位置を得ることが可能となる。従って、各ＤＳＴチップ２３０の受信状態が良好な場合は、全てのＤＳＴチップ２３０の位相差信号を用いてカプセル型内視鏡１００の推定位置情報を算出するようにしても良い。
【００８２】
また、図１０ではクロック調整信号と各内部クロックの周波数が同一であるが、クロック調整信号の周波数はこれに限定されない。クロック調整信号の周波数は、一周期が全ＤＳＴチップ２３０中の最も長い遅延時間（最も大きな遅延量）よりも長い周波数であれば良い。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の実施の形態の内視鏡システムの構成を示したブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態のカプセル型内視鏡の構成を示したブロック図である。
【図３】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図４】本発明の実施の形態のＤＳＴチップの構成を示したブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態の制御ユニットの構成を示したブロック図である。
【図６】本発明の実施の形態において制御ユニットが実行するチップ位置測定処理を説明するための図である。
【図７】本発明の実施の形態において制御ユニットが実行するチップ位置測定処理を示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施の形態においてＤＳＴチップが実行するチップ側位置推定処理を示すフローチャートである。
【図９】本発明の実施の形態において制御ユニットが実行するユニット側位置推定処理を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の実施の形態のクロック調整信号と、各ＤＳＴチップの内部クロックとの関係を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態のＤＳＴチップで検出される位相差を説明するための図である。
【図１２】図９のＳ２４の位置算出処理を説明するための図である。
【符号の説明】
【００８４】
１００ カプセル型内視鏡
２００ アンテナ付きジャケット
２３０ ＤＳＴチップ
３００ 外部処理システム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部機器と無線通信可能な素子が複数実装されており、前記素子の各々と通信可能な制御部を備える通信機能付き着衣において、
前記素子は、
自己の識別情報を保持した識別情報保持手段と、
該外部機器から発信された発信信号を受信する外部信号受信手段と、
該発信信号を受信したタイミングを検知し、該検知されたタイミングに基づいたタイミング信号を生成する信号生成手段と、
該生成されたタイミング信号に該識別情報を関連付けて前記制御部に送信する送信手段と、を有し、
前記制御部は、
各前記素子の位置情報を該識別情報に関連付けて保持する位置情報保持手段と、
前記素子の各々から送信されたタイミング信号を受信する受信手段と、
前記位置情報保持手段から、該受信したタイミング信号に関連付けられた該識別情報に基づいて送信元素子の位置情報を取得する位置情報取得手段と、
該受信されたタイミング信号の各々と、当該の各タイミング信号に対応する該位置情報に基づいて、該外部機器の位置情報を算出する位置算出手段と、を有すること、を特徴とする通信機能付き着衣。
【請求項２】
前記信号生成手段は、該検知されたタイミングと所定のタイミングとの時間差を検出し、該検出結果に基づいてタイミング信号を生成すること、を特徴とする請求項１に記載の通信機能付き着衣。
【請求項３】
該所定のタイミングは、前記素子の内部クロックの立ち上がりのタイミングであること、を特徴とする請求項２に記載の通信機能付き着衣。
【請求項４】
前記制御部は前記素子の各々に所定の信号を配信し、
前記素子の内部クロックが前記制御部からの該所定の信号に基づいて補正され、全ての前記素子の該内部クロックが同期した状態になること、を特徴とする請求項３に記載の通信機能付き着衣。
【請求項５】
前記制御部は、所定の条件を満たす素子を基準素子として設定する基準設定手段を更に備え、
前記位置算出手段は、
前記基準素子のタイミング信号と他の前記素子のタイミング信号の各々とにおける該発信信号の受信タイミングの位相差を算出し、
該算出された位相差に基づいて該外部機器に対する前記基準素子と前記他の素子の各々との疑似距離差を算出し、
該算出された疑似距離差の各々と、前記位置情報保持手段に保持された位置情報の各々を用いて該外部機器の位置情報を算出すること、を特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の通信機能付き着衣。
【請求項６】
前記素子および前記制御部は信号伝送可能なシート上に実装され、各前記素子間および各前記素子と前記制御部との通信は２Ｄ−ＤＳＴのアルゴリズムに基づいて実施されること、を特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の通信機能付き着衣。
【請求項７】
前記位置算出手段は、前記受信手段に受信された該タイミング信号が所定数以上であるときには該外部機器の位置情報を算出し、当該タイミング信号が該所定数に満たないときにはエラーと判断して該外部機器の位置情報を算出しないこと、を特徴とする請求項１から請求項６の何れかに記載の通信機能付き着衣。
【請求項８】
前記素子の各々の位置を測定する位置測定手段を更に備え、
前記位置情報保持手段は、該測定された位置の情報を各前記素子の該識別情報に関連付けて保持すること、を特徴とする請求項１から請求項７の何れかに記載の通信機能付き着衣。
【請求項９】
患者の体腔内に投入され、該患者の体内の情報を無線で発信するカプセル型内視鏡と、
請求項１から請求項８の何れかに記載の通信機能付き着衣であって、前記素子により前記カプセル型内視鏡と無線通信する通信機能付き着衣と、を備えたこと、を特徴とする内視鏡システム。
【請求項１０】
前記カプセル型内視鏡は、該体腔内を撮像して画像信号を生成する画像信号生成手段を有し、該画像信号を無線で発信し、
前記信号生成手段は、該画像信号を受信するタイミングを検知すること、を特徴とする請求項９に記載の内視鏡システム。
【請求項１１】
カプセル型内視鏡と無線通信可能な素子が複数実装された着衣を用いて、患者の体腔内に投入されたカプセル型内視鏡の位置を推定する位置推定方法において、
規定位置に設置されたカプセル型内視鏡の送信電力をモニタして第一の信号を発信するタイミングと、前記素子の各々の受信電力をモニタして前記素子の各々において該第一の信号が受信されるタイミングとを検知するタイミング検知ステップと、
該検知結果に基づいて該規定位置と前記素子の各々との疑似距離を算出する疑似距離算出ステップと、
該算出された疑似距離に基づいて前記素子の各々の位置情報を取得する位置情報取得ステップと、
該体腔内に投入されたカプセル型内視鏡から前記素子の各々が第二の信号を受信してその受信タイミングを検知する受信タイミング検知ステップと、
該検知された受信タイミングに関する情報を収集するタイミング情報収集ステップと、
該収集された受信タイミングに関する情報と各前記素子の位置情報に基づいて、カプセル型内視鏡の位置情報を算出する位置算出ステップと、を含む、位置推定方法。
【請求項１】
外部機器と無線通信可能な素子が複数実装されており、前記素子の各々と通信可能な制御部を備える通信機能付き着衣において、
前記素子は、
自己の識別情報を保持した識別情報保持手段と、
該外部機器から発信された発信信号を受信する外部信号受信手段と、
該発信信号を受信したタイミングを検知し、該検知されたタイミングに基づいたタイミング信号を生成する信号生成手段と、
該生成されたタイミング信号に該識別情報を関連付けて前記制御部に送信する送信手段と、を有し、
前記制御部は、
各前記素子の位置情報を該識別情報に関連付けて保持する位置情報保持手段と、
前記素子の各々から送信されたタイミング信号を受信する受信手段と、
前記位置情報保持手段から、該受信したタイミング信号に関連付けられた該識別情報に基づいて送信元素子の位置情報を取得する位置情報取得手段と、
該受信されたタイミング信号の各々と、当該の各タイミング信号に対応する該位置情報に基づいて、該外部機器の位置情報を算出する位置算出手段と、を有すること、を特徴とする通信機能付き着衣。
【請求項２】
前記信号生成手段は、該検知されたタイミングと所定のタイミングとの時間差を検出し、該検出結果に基づいてタイミング信号を生成すること、を特徴とする請求項１に記載の通信機能付き着衣。
【請求項３】
該所定のタイミングは、前記素子の内部クロックの立ち上がりのタイミングであること、を特徴とする請求項２に記載の通信機能付き着衣。
【請求項４】
前記制御部は前記素子の各々に所定の信号を配信し、
前記素子の内部クロックが前記制御部からの該所定の信号に基づいて補正され、全ての前記素子の該内部クロックが同期した状態になること、を特徴とする請求項３に記載の通信機能付き着衣。
【請求項５】
前記制御部は、所定の条件を満たす素子を基準素子として設定する基準設定手段を更に備え、
前記位置算出手段は、
前記基準素子のタイミング信号と他の前記素子のタイミング信号の各々とにおける該発信信号の受信タイミングの位相差を算出し、
該算出された位相差に基づいて該外部機器に対する前記基準素子と前記他の素子の各々との疑似距離差を算出し、
該算出された疑似距離差の各々と、前記位置情報保持手段に保持された位置情報の各々を用いて該外部機器の位置情報を算出すること、を特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の通信機能付き着衣。
【請求項６】
前記素子および前記制御部は信号伝送可能なシート上に実装され、各前記素子間および各前記素子と前記制御部との通信は２Ｄ−ＤＳＴのアルゴリズムに基づいて実施されること、を特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の通信機能付き着衣。
【請求項７】
前記位置算出手段は、前記受信手段に受信された該タイミング信号が所定数以上であるときには該外部機器の位置情報を算出し、当該タイミング信号が該所定数に満たないときにはエラーと判断して該外部機器の位置情報を算出しないこと、を特徴とする請求項１から請求項６の何れかに記載の通信機能付き着衣。
【請求項８】
前記素子の各々の位置を測定する位置測定手段を更に備え、
前記位置情報保持手段は、該測定された位置の情報を各前記素子の該識別情報に関連付けて保持すること、を特徴とする請求項１から請求項７の何れかに記載の通信機能付き着衣。
【請求項９】
患者の体腔内に投入され、該患者の体内の情報を無線で発信するカプセル型内視鏡と、
請求項１から請求項８の何れかに記載の通信機能付き着衣であって、前記素子により前記カプセル型内視鏡と無線通信する通信機能付き着衣と、を備えたこと、を特徴とする内視鏡システム。
【請求項１０】
前記カプセル型内視鏡は、該体腔内を撮像して画像信号を生成する画像信号生成手段を有し、該画像信号を無線で発信し、
前記信号生成手段は、該画像信号を受信するタイミングを検知すること、を特徴とする請求項９に記載の内視鏡システム。
【請求項１１】
カプセル型内視鏡と無線通信可能な素子が複数実装された着衣を用いて、患者の体腔内に投入されたカプセル型内視鏡の位置を推定する位置推定方法において、
規定位置に設置されたカプセル型内視鏡の送信電力をモニタして第一の信号を発信するタイミングと、前記素子の各々の受信電力をモニタして前記素子の各々において該第一の信号が受信されるタイミングとを検知するタイミング検知ステップと、
該検知結果に基づいて該規定位置と前記素子の各々との疑似距離を算出する疑似距離算出ステップと、
該算出された疑似距離に基づいて前記素子の各々の位置情報を取得する位置情報取得ステップと、
該体腔内に投入されたカプセル型内視鏡から前記素子の各々が第二の信号を受信してその受信タイミングを検知する受信タイミング検知ステップと、
該検知された受信タイミングに関する情報を収集するタイミング情報収集ステップと、
該収集された受信タイミングに関する情報と各前記素子の位置情報に基づいて、カプセル型内視鏡の位置情報を算出する位置算出ステップと、を含む、位置推定方法。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００９−４０１（Ｐ２００９−４０１Ａ）
【公開日】平成２１年１月８日（２００９．１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１６５９３１（Ｐ２００７−１６５９３１）
【出願日】平成１９年６月２５日（２００７．６．２５）
【出願人】（０００１１３２６３）ＨＯＹＡ株式会社 (3,820)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１月８日（２００９．１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月２５日（２００７．６．２５）
【出願人】（０００１１３２６３）ＨＯＹＡ株式会社 (3,820)
【Ｆターム（参考）】
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