專利名稱：位置檢測系統(tǒng)、引導(dǎo)系統(tǒng)、位置檢測方法、醫(yī)用裝置、和醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及位置檢測系統(tǒng)、引導(dǎo)系統(tǒng)、位置檢測方法、醫(yī)用裝置、以及醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近來，已經(jīng)研究并開發(fā)了以囊狀內(nèi)窺鏡等為代表的由患者吞下以進(jìn)入患者體內(nèi)的可吞咽囊狀醫(yī)用裝置，在患者體內(nèi)，它們穿過體腔中的通道以捕捉體腔中的通道內(nèi)部的目標(biāo)位置的圖像。上述囊狀內(nèi)窺鏡具有這樣的構(gòu)造其中設(shè)置有可以執(zhí)行上述醫(yī)學(xué)過程的圖像形成裝置(例如可以獲取圖像等的CCD(電荷耦合器件))，并且在體腔中的通道內(nèi)部的目標(biāo)位置處執(zhí)行圖像獲取。
然而，上述囊狀醫(yī)用裝置簡單地隨著蠕動而沿消化道移動，不能控制該囊狀醫(yī)用裝置的位置和取向。為了使這種囊狀醫(yī)用裝置可靠地到達(dá)體腔中的通道內(nèi)的目標(biāo)位置、或者使其停留在目標(biāo)位置處以執(zhí)行詳細(xì)的檢查等(這需要一段時間)，必須執(zhí)行對該囊狀醫(yī)用裝置的引導(dǎo)控制而不是依賴于體腔中的通道的蠕動。因而，已經(jīng)提出了這樣一種解決方案通過在囊狀醫(yī)用裝置內(nèi)部安裝磁體并從外部施加磁場來引導(dǎo)該裝置，以控制該裝置的位置等。此外，還已經(jīng)提出了用于在體腔中的通道內(nèi)部驅(qū)動囊狀醫(yī)用裝置的技術(shù)(例如，參見日本特開2002-187100號公報(下文中稱為文獻(xiàn)1))。
為了易于使用囊狀醫(yī)用裝置進(jìn)行診斷，必須引導(dǎo)這種囊狀醫(yī)用裝置以檢測該囊狀醫(yī)用裝置位于體腔內(nèi)的通道中的什么位置；由此，已經(jīng)提出了在已將囊狀醫(yī)用裝置引導(dǎo)到不能用視覺確認(rèn)其位置的部位(如體腔中的通道內(nèi)部)時對該裝置的位置進(jìn)行檢測的技術(shù)(例如，參見國際公報2004/014225號小冊子(下文中稱為文獻(xiàn)2)、日本特許3321235號公報(下文中稱為文獻(xiàn)3)、日本特開2004-229922號公報(下文中稱為文獻(xiàn)4)、以及日本特開2001-179700號公報(下文中稱為文獻(xiàn)5))。磁位置檢測方法也是一種用于檢測醫(yī)用裝置的位置的公知方法。作為用磁性方式檢測位置的一種方法，存在通過向其中安裝有線圈的檢測對象施加外部磁場并檢測因其感應(yīng)電動勢而產(chǎn)生的磁場來識別檢測對象的位置的公知技術(shù)(例如，參見日本特開昭6-285044號公報(下文中稱為文獻(xiàn)6)，以及Tokunaga，Hashi，Yabukami，Kouno，Toyoda，Ozawa，Okazaki，和Arai的“High-resolution position detection system using LC resonantmagnetic marker”，Magnetics Society of Japan，2005，29，p.153-156(下文中稱為文獻(xiàn)7))。
上述文獻(xiàn)2公開了這樣一種技術(shù)通過使用多個外部檢測器來檢測從設(shè)置有其中AC電源連接到LC諧振電路的磁場產(chǎn)生電路的囊狀醫(yī)用裝置發(fā)出的電磁，從而檢測該囊狀醫(yī)用裝置的位置。
然而，在上述LC諧振電路中使用的線圈的頻率特性因在制造該線圈時出現(xiàn)的變化而在預(yù)定范圍內(nèi)出現(xiàn)變化。此外，LC諧振電路的頻率特性還受線圈和電容器的特性的變化的影響，導(dǎo)致在預(yù)定范圍內(nèi)出現(xiàn)變化的問題。
針對上述問題的一種公知解決方案是使用可以調(diào)節(jié)其電容的電容器(可變電容器)、可以調(diào)節(jié)其頻率特性的線圈(可以調(diào)節(jié)線圈的芯的位置的線圈)等的技術(shù)。
然而，因為對元件設(shè)置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(例如這些可調(diào)電容器和線圈)，所以存在難以減小囊狀醫(yī)用裝置的尺寸的問題。
此外，還公知可以通過對具有不同電容的多個電容器進(jìn)行選擇以匹配線圈特性來抑制LC諧振電路的頻率特性的變化的技術(shù)。
然而，如果根據(jù)單獨LC諧振電路來選擇電容器的電容，則LC諧振電路的制造步驟的數(shù)量增加，導(dǎo)致囊狀醫(yī)用裝置的制造成本增加的問題。
此外，因為必須在囊內(nèi)部使用電源，并且因為必須增加電源容量，所以難以減小囊尺寸。此外，還存在囊的工作時間減少的問題。

發(fā)明內(nèi)容
構(gòu)想了本發(fā)明以解決上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種位置檢測系統(tǒng)、引導(dǎo)系統(tǒng)和位置檢測方法，其不需要對諸如囊狀醫(yī)用裝置等的裝置的位置檢測中使用的交變磁場進(jìn)行頻率調(diào)節(jié)，并且可以減小該裝置的尺寸和成本。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了下面的解決方案。
本發(fā)明的第一方面是一種位置檢測系統(tǒng)，該位置檢測系統(tǒng)包括配備有磁感應(yīng)線圈的裝置；驅(qū)動線圈，用于產(chǎn)生交變磁場；多個磁場傳感器，用于檢測當(dāng)磁感應(yīng)線圈接收到交變磁場時產(chǎn)生的感應(yīng)磁場；頻率確定部，用于確定基于磁感應(yīng)線圈的諧振頻率的位置計算頻率；以及位置分析單元，用于基于在僅施加交變磁場時磁場傳感器的輸出與在施加交變磁場和感應(yīng)磁場時磁場傳感器的輸出之間的差，在位置計算頻率計算裝置的位置和取向中的至少一個，其中，基于位置計算頻率，限制交變磁場的頻率范圍和磁場傳感器的輸出頻率范圍中的至少一個。
根據(jù)這個方面，因為可以通過檢測感應(yīng)磁場來確定磁感應(yīng)線圈的頻率特性(諧振頻率就是這樣一個頻率特性)，所以即使單個磁感應(yīng)線圈的頻率特性改變，頻率確定部也可以基于這些改變的頻率特性來確定位置計算頻率。因此，即使磁感應(yīng)線圈的頻率特性改變，這個方面的位置檢測系統(tǒng)也始終可以基于位置計算頻率來計算裝置的位置和取向。
結(jié)果，不需要安裝用于調(diào)節(jié)磁感應(yīng)線圈等的頻率特性的元件，這使得可以減小裝置的尺寸。更具體地說，為了調(diào)節(jié)諧振頻率，不必對諸如與磁感應(yīng)線圈一起組成諧振電路的電容器的元件進(jìn)行選擇或調(diào)節(jié)，這可以防止裝置的制造成本增加。
因為在計算裝置的位置和取向時僅僅使用按位置計算頻率的交變磁場，所以與例如交變磁場的頻率在預(yù)定范圍內(nèi)發(fā)生擺動的方法相比，可以縮短用于計算位置和取向所需要的時間。
此外，其中磁感應(yīng)線圈的諧振頻率改變的情況的示例是這樣一種情況在用于控制裝置的運動的構(gòu)造中，通過將磁體內(nèi)置到裝置中并且施加外部磁場以控制該內(nèi)置磁體的移動，因該內(nèi)置磁體的影響而使得磁感應(yīng)線圈的諧振頻率改變。
同樣在這種情況下，因為頻率確定部可以基于受內(nèi)置磁體影響的諧振頻率來確定位置計算頻率，所以可以計算裝置的位置和取向而不需要使用用于調(diào)節(jié)諧振頻率等的元件。
在上述的本發(fā)明的第一方面中，優(yōu)選的是，頻率確定部基于在施加感應(yīng)磁場時從磁場傳感器的輸出來確定位置計算頻率。
根據(jù)這個構(gòu)造，基于因感應(yīng)磁場而來自磁場傳感器的輸出來確定磁感應(yīng)線圈的諧振頻率，并且基于該諧振頻率來確定位置計算頻率。因此，可以使用恰當(dāng)?shù)奈恢糜嬎泐l率來計算單獨裝置的位置和取向。結(jié)果，可以防止對裝置的位置和取向的計算精度的下降，并且可以防止計算所需要的時間的增加。
此外，上述第一方面優(yōu)選地還包括磁場頻率改變部，該磁場頻率改變部用于周期性地改變交變磁場的頻率，其中，頻率確定部基于在施加通過接收頻率隨時間改變的交變磁場而產(chǎn)生的感應(yīng)磁場時來自磁場傳感器的輸出，確定位置計算頻率。
根據(jù)這個構(gòu)造，因為使用頻率隨時間改變的交變磁場來確定磁感應(yīng)線圈的諧振頻率，所以即使磁感應(yīng)線圈的諧振頻率的變化很大，也可以確定諧振頻率。因此，可以使用恰當(dāng)?shù)奈恢糜嬎泐l率來計算單獨裝置的位置和取向，這使得能夠防止對裝置的位置和取向的計算精度的下降，并且能夠防止計算所需要的時間增加。
上述的第一方面優(yōu)選地還包括脈沖磁場產(chǎn)生部，該脈沖磁場產(chǎn)生部用于向驅(qū)動線圈施加脈沖驅(qū)動電壓以產(chǎn)生脈沖磁場，其中，頻率確定部基于在施加通過接收脈沖磁場而產(chǎn)生的感應(yīng)磁場時來自磁場傳感器的輸出，確定位置計算頻率。
根據(jù)這個構(gòu)造，因為脈沖磁場具有許多頻率分量，所以與例如磁場的頻率發(fā)生擺動的方法相比，可以在較短的時段內(nèi)確定磁感應(yīng)線圈的頻率特性，此外，可以在較寬的頻率范圍上確定諧振頻率。結(jié)果，可以使用恰當(dāng)?shù)奈恢糜嬎泐l率來計算單獨裝置的位置和取向，這使得可以防止對裝置的位置和取向的計算精度的降低，并且使得可以防止計算所需要的時間增加。
上述第一方面優(yōu)選地還包括混合磁場產(chǎn)生部，該混合磁場產(chǎn)生部用于產(chǎn)生混合了多個不同頻率的交變磁場；和可變頻帶限制部，該可變頻帶限制部用于限制磁場傳感器的輸出頻率范圍，并且用于改變限制的范圍，其中，頻率確定部基于通過可變頻帶限制部從在施加通過接收混合了所述多個不同頻率的交變磁場而產(chǎn)生的感應(yīng)磁場時所述多個磁場傳感器的多個輸出中獲得的輸出，來確定位置計算頻率。
根據(jù)這個構(gòu)造，因為使用混合有多個不同頻率的交變磁場來確定磁感應(yīng)線圈的諧振頻率，所以即使磁感應(yīng)線圈的諧振頻率的變化很大，與使用具有隨時間改變的預(yù)定頻率的交變磁場的情況相比，也可以較容易地確定諧振頻率。
此外，通過使用可變頻帶限制部，可以基于在向所述多個磁場傳感器施加通過接收上述交變磁場而產(chǎn)生的感應(yīng)磁場時所述多個磁場傳感器的多個輸出中的預(yù)定頻率范圍內(nèi)的輸出，來確定位置計算頻率。
上述第一方面優(yōu)選地還包括存儲器部，該存儲器部用于存儲關(guān)于磁感應(yīng)線圈的諧振頻率的信息，其中，頻率確定部接收該信息，并且基于該信息來確定位置計算頻率。
根據(jù)這個構(gòu)造，通過基于保持在存儲器部中的關(guān)于磁感應(yīng)線圈的諧振頻率的信息來確定位置計算頻率，與每次執(zhí)行對裝置的位置檢測時都測量諧振頻率以確定位置計算頻率的方法相比，可以減小計算裝置的位置和取向所需要的時間。
上述第一方面還可以包括驅(qū)動線圈控制部，該驅(qū)動線圈控制部用于基于位置計算頻率來控制驅(qū)動線圈。
根據(jù)這個構(gòu)造，因為可以基于位置計算頻率來控制驅(qū)動線圈，所以可以控制由驅(qū)動線圈產(chǎn)生的交變磁場的頻率。
在上述第一方面中，位置檢測系統(tǒng)優(yōu)選地還包括頻帶限制部，該頻帶限制部用于基于位置計算頻率來限制磁場傳感器的輸出頻帶。
根據(jù)這個構(gòu)造，可以基于位置計算頻率來控制磁場傳感器檢測的感應(yīng)磁場等的輸出頻帶。因此，可以在低噪聲的情況下獲得在包括位置計算頻率在內(nèi)的頻率范圍中的磁場傳感器輸出，并且可以基于此來計算裝置的位置和取向。
在上述第一方面中，頻帶限制部優(yōu)選地使用傅立葉變換。
根據(jù)這個構(gòu)造，頻帶限制部通過使用傅立葉變換而使得能夠更有效地消除噪聲。
在上述第一方面中，所述多個磁場傳感器優(yōu)選地被設(shè)置為面對裝置的工作區(qū)域的多個取向。
根據(jù)這個構(gòu)造，無論裝置的位置如何，具有可檢測強(qiáng)度的感應(yīng)磁場都會作用在按上述多個方向設(shè)置的所述多個磁場傳感器中的按至少一個方向設(shè)置的磁場傳感器上。
作用于磁場傳感器上的感應(yīng)磁場的強(qiáng)度受裝置與磁場傳感器之間的距離、以及裝置與驅(qū)動線圈之間的距離的影響。因此，即使裝置處于作用于沿一個方向設(shè)置的磁場傳感器上的感應(yīng)磁場很弱的位置，在沿其他方向設(shè)置的磁場傳感器中，作用于其的感應(yīng)磁場也并不弱。
結(jié)果，無論裝置的位置如何，磁場傳感器都始終可以檢測到感應(yīng)磁場。
因為獲取的磁場信息的條數(shù)與設(shè)置在不同位置處的磁場傳感器的數(shù)量相同，所以可以根據(jù)這些條數(shù)的磁場信息來獲取裝置的位置信息等。
例如，關(guān)于裝置獲取的信息包含總計6條信息，即，該裝置的X、Y、Z坐標(biāo)，關(guān)于與內(nèi)置線圈的中心軸正交并且還彼此正交的兩個軸的旋轉(zhuǎn)相位和θ，以及感應(yīng)磁場的強(qiáng)度。因此，如果獲取了6條或更多條磁場信息，則可以確定上述6條位置信息，并且可以確定裝置的位置和取向以及感應(yīng)磁場的強(qiáng)度。
上述第一方面優(yōu)選地還包括磁場傳感器選擇單元，該磁場傳感器選擇單元用于選擇信號輸出在所述多個磁場傳感器的輸出信號中很強(qiáng)的磁場傳感器。
根據(jù)這個構(gòu)造，因為可以通過選擇具有強(qiáng)信號輸出的磁場傳感器來獲取噪聲分量相對于信號強(qiáng)度來說很小的信號輸出，所以可以減小要進(jìn)行計算處理的信息量，這使得能夠減小計算負(fù)荷。此外，因為減小了計算負(fù)荷，所以可以縮短計算所需要的時間。
在上述第一方面中，驅(qū)動線圈和所述多個磁場傳感器優(yōu)選地設(shè)置在裝置的工作區(qū)域的任一側(cè)上的相對位置處。
根據(jù)這個構(gòu)造，因為驅(qū)動線圈和磁場傳感器設(shè)置在上述工作區(qū)域的任一側(cè)上的相對位置處，所以可以將驅(qū)動線圈和磁場傳感器定位為以使他們在結(jié)構(gòu)上不發(fā)生干擾。
上述第一方面還可以包括相對位置測量單元，該相對位置測量單元用于測量驅(qū)動線圈與磁場傳感器之間的相對位置；信息存儲部，該信息存儲部用于將作為在僅施加交變磁場時來自磁場傳感器的輸出值的基準(zhǔn)值與此時來自相對位置檢測單元的輸出彼此關(guān)聯(lián)地存儲；以及當(dāng)前基準(zhǔn)值產(chǎn)生部，該當(dāng)前基準(zhǔn)值產(chǎn)生部用于基于相對位置測量單元的輸出和信息存儲部中的信息，產(chǎn)生在僅施加交變磁場時磁場傳感器的當(dāng)前輸出值作為當(dāng)前基準(zhǔn)值。
根據(jù)這個構(gòu)造，即使驅(qū)動線圈和磁場傳感器可以發(fā)生相對移動，也可以確定裝置的位置和取向。
因為存儲了裝置的基準(zhǔn)值和相對位置，所以即使驅(qū)動線圈和磁場傳感器的相對位置在檢測裝置的位置時出現(xiàn)不同，也不需要重新測量基準(zhǔn)值等。
在上述第一方面中，當(dāng)前基準(zhǔn)值產(chǎn)生部優(yōu)選地產(chǎn)生與最接近于相對位置測量單元的當(dāng)前輸出的相對位置相關(guān)聯(lián)的基準(zhǔn)值，作為當(dāng)前基準(zhǔn)值。
根據(jù)這個構(gòu)造，因為將與最接近于相對位置測量單元的輸出的相對位置相關(guān)聯(lián)的基準(zhǔn)值定義為當(dāng)前基準(zhǔn)值，所以可以縮短產(chǎn)生當(dāng)前基準(zhǔn)值所需要的時間。
在上述第一方面中，當(dāng)前基準(zhǔn)值產(chǎn)生部優(yōu)選地確定將相對位置與基準(zhǔn)值相關(guān)聯(lián)的預(yù)定近似式，并且基于該預(yù)定近似式和來自相對位置測量單元的當(dāng)前輸出而產(chǎn)生當(dāng)前基準(zhǔn)值。
根據(jù)這個構(gòu)造，因為基于預(yù)定近似式來產(chǎn)生當(dāng)前基準(zhǔn)值，所以與例如由基準(zhǔn)值直接限定當(dāng)前基準(zhǔn)值的方法相比，可以產(chǎn)生更準(zhǔn)確的當(dāng)前基準(zhǔn)值。
在上述第一方面中，所述裝置被優(yōu)選地用作囊狀醫(yī)用裝置。
此外，本發(fā)明的第二方面是一種引導(dǎo)系統(tǒng)，該引導(dǎo)系統(tǒng)包括根據(jù)上述第一方面的位置檢測系統(tǒng)；安裝在裝置中的引導(dǎo)磁體；引導(dǎo)磁場產(chǎn)生單元，該引導(dǎo)磁場產(chǎn)生單元用于產(chǎn)生要施加到引導(dǎo)磁體的引導(dǎo)磁場；以及引導(dǎo)磁場方向控制單元，該引導(dǎo)磁場方向控制單元用于控制引導(dǎo)磁場的方向。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，通過對施加到內(nèi)置于裝置中的引導(dǎo)磁體的磁場的方向進(jìn)行控制，可以控制施加在引導(dǎo)磁體上的力的方向，并且可以控制裝置的運動方向。
此外，同時，可以檢測裝置的位置并且將裝置引導(dǎo)到預(yù)定位置。
在上述第二方面中，優(yōu)選的是，引導(dǎo)磁場產(chǎn)生單元包括按相互正交的方向彼此相對地設(shè)置的三對框形電磁體；在這些電磁體的內(nèi)側(cè)設(shè)置有患者可以位于其中的空間；并且驅(qū)動線圈和磁場傳感器設(shè)置在患者可以位于其中的所述空間的周圍。
根據(jù)該構(gòu)造，通過對從按相互正交方向相對設(shè)置的三對框形電磁體產(chǎn)生的各個磁場強(qiáng)度進(jìn)行控制，可以按預(yù)定方向控制在這些電磁體的內(nèi)側(cè)產(chǎn)生的平行磁場的方向。因此，可以向裝置施加預(yù)定方向的磁場，這使得裝置可以沿預(yù)定方向移動。
此外，在裝置為囊狀醫(yī)用裝置的情況下，電磁體的內(nèi)側(cè)的空間是患者可以位于其中的空間，驅(qū)動線圈和磁場傳感器設(shè)置在該空間周圍；因此，可以將裝置(囊狀醫(yī)用裝置)引導(dǎo)到患者體內(nèi)的預(yù)定位置。
在上述第二方面中，優(yōu)選地在裝置的外表面上設(shè)置有螺旋部，該螺旋部用于將圍繞裝置的縱軸的旋轉(zhuǎn)力轉(zhuǎn)換為沿縱軸方向的推力。
根據(jù)這個構(gòu)造，當(dāng)將圍繞縱軸的旋轉(zhuǎn)力施加到裝置時，通過該螺旋部的作用而產(chǎn)生沿裝置縱向推動該裝置的力。因為螺旋部產(chǎn)生了推力，所以通過對圍繞縱軸的旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)行控制，可以控制作用于裝置上的推力的方向。
在上述第二方面中，如果裝置為囊狀醫(yī)用裝置，則引導(dǎo)系統(tǒng)優(yōu)選地還包括圖像捕捉單元，該圖像單元位于所述裝置(囊狀醫(yī)用裝置)中，具有沿該裝置的縱軸的光軸；顯示單元，該顯示單元用于顯示由圖像捕捉單元捕捉的圖像；以及圖像控制單元，該圖像控制單元基于通過引導(dǎo)磁場方向控制單元對于裝置縱軸的旋轉(zhuǎn)信息，沿相反方向旋轉(zhuǎn)由圖像捕捉單元捕捉的圖像，并且將它們顯示在顯示單元上。
根據(jù)這個構(gòu)造，因為基于旋轉(zhuǎn)信息(關(guān)于縱軸的旋轉(zhuǎn)相位信息)對上述獲取的圖像進(jìn)行處理以使其沿與裝置(囊狀醫(yī)用裝置)的旋轉(zhuǎn)方向相反的方向旋轉(zhuǎn)，所以無論裝置的旋轉(zhuǎn)相位如何，都始終可以在顯示單元上顯示它們，就像它們是按預(yù)定旋轉(zhuǎn)相位獲得的圖像一樣。
例如，當(dāng)在操作員觀看顯示在顯示單元上的圖像的同時對囊狀醫(yī)用裝置進(jìn)行引導(dǎo)時，與顯示圖像和囊狀醫(yī)用裝置的旋轉(zhuǎn)一起旋轉(zhuǎn)的情況相比，如上所述的將顯示圖像轉(zhuǎn)換為具有預(yù)定旋轉(zhuǎn)相位的圖像使得更容易將囊狀醫(yī)用裝置引導(dǎo)到預(yù)定位置。
本發(fā)明的第三方面是一種用于裝置的位置檢測方法，該位置檢測方法包括以下步驟特性獲取步驟，該特性獲取步驟獲取安裝在裝置中的磁感應(yīng)線圈的特性；頻率確定步驟，該頻率確定步驟根據(jù)所述特性確定位置計算頻率；限制步驟，該限制步驟基于位置計算頻率來限制交變磁場的頻率范圍和磁傳感器的頻率范圍中的至少一個；交變磁場產(chǎn)生步驟，該交變磁場產(chǎn)生步驟產(chǎn)生包括位置計算頻率分量的交變磁場；測量步驟，該測量步驟獲取來自磁場傳感器的輸出；以及位置計算步驟，該位置計算步驟確定磁感應(yīng)線圈的位置和取向中的至少一個。
根據(jù)上述第三方面，不必設(shè)置用于調(diào)節(jié)磁感應(yīng)線圈的諧振頻率的元件等，這使得可以減小裝置的尺寸。更具體地說，不必為了調(diào)節(jié)諧振頻率而對與磁感應(yīng)線圈一起組成諧振電路的諸如電容器等的元件進(jìn)行選擇或調(diào)節(jié)，這防止了裝置的制造成本增加。
因為僅僅使用位置計算頻率的交變磁場來計算裝置的位置和取向，所以與例如每次執(zhí)行對裝置的位置檢測時交變磁場的頻率都在預(yù)定范圍內(nèi)擺動的方法相比，可以縮短計算位置和取向所需要的時間。
此外，根據(jù)上述第三方面，因為可以例如通過檢測感應(yīng)磁場來確定磁感應(yīng)線圈的特性，所以即使磁感應(yīng)線圈的特性存在一些變化，也可以基于具有這種變化的特性來確定位置計算頻率。因此，即使磁感應(yīng)線圈的特性改變，也始終可以基于位置計算頻率來計算裝置的位置和取向。
此外，根據(jù)上述第三方面，可以例如基于預(yù)先存儲在裝置中的磁感應(yīng)線圈的特性來確定位置計算頻率。因此，與每次執(zhí)行對裝置的位置檢測時都獲取該特性以確定位置計算頻率的方法相比，可以縮短計算裝置的位置和取向所需要的時間。
在上述第三方面中，優(yōu)選地重復(fù)進(jìn)行測量步驟和位置計算步驟。
根據(jù)這個構(gòu)造，通過重復(fù)進(jìn)行測量步驟和位置計算步驟，可以重復(fù)地確定磁感應(yīng)線圈的位置和取向中的至少一個。
根據(jù)上述第一到第三方面中所述的本發(fā)明的位置檢測系統(tǒng)、引導(dǎo)系統(tǒng)和裝置位置檢測方法，因為頻率確定部可以基于其變化的諧振頻率來確定計算頻率，并且可以基于該計算頻率來計算裝置的位置和取向，所以提供的優(yōu)點在于可以不需要對在裝置位置檢測中使用的交變磁場等的頻率調(diào)節(jié)。
由此，不必設(shè)置用于調(diào)節(jié)磁感應(yīng)線圈的諧振頻率的元件等，這是有利的，因為可以減小裝置的尺寸。更具體地說，不必為了調(diào)節(jié)諧振頻率而對與磁感應(yīng)線圈一起組成諧振電路的諸如電容器等的元件進(jìn)行選擇或調(diào)節(jié)，由此提供如下優(yōu)點可以減小裝置的制造成本。
本發(fā)明的第四方面是一種醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)，該醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)包括醫(yī)用裝置，該醫(yī)用裝置被插入患者體內(nèi)，并且具有至少一個磁體和包括內(nèi)置線圈的電路；第一磁場產(chǎn)生部，該第一磁場產(chǎn)生部用于產(chǎn)生第一磁場；磁場檢測部，該磁場檢測部用于檢測由于第一磁場而在內(nèi)置線圈中感應(yīng)出的感應(yīng)磁場；以及一組或更多組相對線圈(opposing coil)，所述一組或更多組相對線圈用于產(chǎn)生要施加到磁體的第二磁場，其中，組成相對線圈的兩個線圈被分開驅(qū)動。
根據(jù)第四方面，通過分開地驅(qū)動組成相對線圈的兩個相應(yīng)的線圈，即使在相對線圈的線圈之一中感應(yīng)出針對第一磁場的互感應(yīng)的情況下，也可以防止因互感應(yīng)而造成的電動勢所引起的電流從一個線圈流動到另一線圈。因此，另一線圈不產(chǎn)生與互感應(yīng)磁場(其與第一磁場反相)同相的磁場，僅產(chǎn)生第二磁場。
結(jié)果，因為可以防止從另一線圈產(chǎn)生抵消第一磁場的磁場，所以可以防止形成第一磁場大致變?yōu)榱愕膮^(qū)域，這使得可以避免在內(nèi)置線圈中形成沒有產(chǎn)生感應(yīng)磁場的區(qū)域。
本發(fā)明的第五方面是一種醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)，該醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)包括醫(yī)用裝置，該醫(yī)用裝置被插入患者體內(nèi)，并且具有至少一個磁體和包括內(nèi)置線圈的電路；第一磁場產(chǎn)生部，該第一磁場產(chǎn)生部用于產(chǎn)生第一磁場；磁場檢測部，該磁場檢測部用于檢測由于第一磁場而在內(nèi)置線圈中感應(yīng)出的感應(yīng)磁場；一組或更多組相對線圈，所述一組或更多組相對線圈用于產(chǎn)生要施加到磁體的第二磁場；以及開關(guān)部，該開關(guān)部電連接到相對線圈，其中，開關(guān)部僅在磁場檢測部檢測內(nèi)置線圈的位置時進(jìn)入斷開狀態(tài)。
根據(jù)上述第五方面，通過僅在磁場檢測部正在檢測內(nèi)置線圈的位置時斷開開關(guān)部，即使在相對線圈中感應(yīng)出針對第一磁場的互感應(yīng)的情況下，也可以防止形成互感應(yīng)磁場。另一方面，通過在磁場檢測部沒有對內(nèi)置線圈的位置進(jìn)行檢測時接通開關(guān)部，可以在相對線圈中產(chǎn)生第二磁場。
本發(fā)明的第六方面是一種醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)，該醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)包括醫(yī)用裝置，該醫(yī)用裝置被插入患者體內(nèi)，并且具有至少一個磁體和包括內(nèi)置線圈的電路；第一磁場產(chǎn)生部，該第一磁場產(chǎn)生部用于產(chǎn)生第一磁場；磁場檢測部，該磁場檢測部用于檢測由于第一磁場而在內(nèi)置線圈中感應(yīng)出的感應(yīng)磁場；以及一組或更多組相對線圈，所述一組或更多組相對線圈用于產(chǎn)生要施加到磁體的第二磁場，其中，組成相對線圈的兩個線圈被并聯(lián)驅(qū)動。
根據(jù)上述第六方面，通過對組成相對線圈的兩個線圈進(jìn)行并聯(lián)驅(qū)動，即使在兩個線圈中的一個線圈中感應(yīng)出針對第一磁場的互感應(yīng)的情況下，也可以防止因互感應(yīng)而造成的電動勢所引起的電流從一個線圈流動到另一線圈。因此，另一線圈不產(chǎn)生與互感應(yīng)磁場(其與第一磁場反相)同相的磁場，僅產(chǎn)生第二磁場。
結(jié)果，因為可以防止從另一線圈產(chǎn)生抵消第一磁場的磁場，所以可以防止形成第一磁場大致變?yōu)榱愕膮^(qū)域，并且可以防止在內(nèi)置線圈中形成沒有產(chǎn)生感應(yīng)磁場的區(qū)域。
在上述第四方面到第六方面中，優(yōu)選的是，在磁體所在的區(qū)域周圍設(shè)置有至少三組相對線圈；第一磁場產(chǎn)生部包括磁場產(chǎn)生線圈，該磁場產(chǎn)生線圈設(shè)置在至少一組相對線圈中的一個線圈附近；磁場檢測部包括磁場傳感器，該磁場傳感器設(shè)置在所述至少一組相對線圈中的另一線圈附近；并且在所述至少三組相對線圈中，至少一組相對線圈的中心軸的方向被設(shè)置為與由另兩組相對線圈的中心軸形成的平面相交的方向。
根據(jù)這個方面，磁場產(chǎn)生線圈產(chǎn)生第一磁場，第一磁場在醫(yī)用裝置中包括的內(nèi)置線圈中感應(yīng)出感應(yīng)磁場。磁場傳感器檢測從內(nèi)置線圈產(chǎn)生的感應(yīng)磁場，使用該感應(yīng)磁場來檢測具有該內(nèi)置線圈的醫(yī)用裝置的位置和取向。此外，在所述至少三組相對線圈中產(chǎn)生的第二磁場施加到醫(yī)用裝置中包括的磁體，以控制該醫(yī)用裝置的位置和取向。因此，因為至少一組相對線圈的中心軸的方向被設(shè)置為對應(yīng)于與由另兩組相對線圈的中心軸形成的表面相交的方向，所以第二磁場的磁力線可以三維地取向為任何方向。由此，可以三維地控制具有該磁體的醫(yī)用裝置的位置和取向。
此外，通過從設(shè)置在相對線圈中的一個線圈附近的磁場產(chǎn)生線圈產(chǎn)生的第一磁場，即使在相對線圈中的所述一個線圈中感應(yīng)出互感應(yīng)的情況下，至少另一線圈不會產(chǎn)生與互感應(yīng)磁場(其與第一磁場反相)同相的磁場，僅產(chǎn)生第二磁場。結(jié)果，因為可以防止從相對線圈中的另一線圈產(chǎn)生抵消第一磁場的磁場，所以可以防止形成第一磁場大致變?yōu)榱愕膮^(qū)域。
使用根據(jù)上述的本發(fā)明第四方面到第六方面的醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)，即使在組成相對線圈的兩個線圈中的一個線圈中感應(yīng)出互感應(yīng)的情況下，因為可以防止在至少另一線圈中產(chǎn)生互感應(yīng)磁場，所以可以防止形成抵消第一磁場并且磁場強(qiáng)度大致變?yōu)榱愕膮^(qū)域，這提供如下優(yōu)點可以防止用于位置檢測的磁場強(qiáng)度下降。
本發(fā)明的第七方面是一種醫(yī)用裝置，該醫(yī)用裝置包括至少一個磁體和包括內(nèi)置線圈的電路，所述內(nèi)置線圈具有由磁性材料形成的芯，其中，通過設(shè)置在患者體外的磁位置檢測單元來檢測內(nèi)置線圈的位置，并且其中，芯設(shè)置在由磁體產(chǎn)生的磁場沒有形成磁飽和的位置處。
根據(jù)上述第七方面，通過內(nèi)置線圈中使用由磁性材料制成的芯，可以改進(jìn)內(nèi)置線圈的性能，由此可以防止在對醫(yī)用裝置的位置檢測期間出現(xiàn)問題。
例如，當(dāng)向內(nèi)置線圈施加用于位置檢測的外部磁場(例如，交變磁場)時，與在內(nèi)置線圈中不使用由磁性材料制成的芯的情況相比，內(nèi)置線圈產(chǎn)生的磁場的強(qiáng)度較強(qiáng)。因此，位置檢測單元可以更容易地檢測到內(nèi)置線圈產(chǎn)生的磁場，這防止在檢測醫(yī)用裝置的位置時出現(xiàn)問題。
此外，因為將芯設(shè)置在由磁體產(chǎn)生的磁場在芯內(nèi)部造成的磁通量密度沒有磁飽和的位置處，所以可以防止內(nèi)置線圈的性能劣化。
例如，當(dāng)向內(nèi)置線圈施加用于位置檢測的交變磁場和用于位置控制的穩(wěn)定磁場時，與將芯設(shè)置在內(nèi)部磁通量密度磁飽和的位置處的情況相比，內(nèi)置線圈響應(yīng)于交變磁場的強(qiáng)度變化而產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度的變化量更大。因此，位置檢測單元可以更容易地檢測到上述的磁場強(qiáng)度的變化量，可以防止在對醫(yī)用裝置的位置進(jìn)行檢測時出現(xiàn)問題。
在上述第七方面中，優(yōu)選的是，芯具有如下形狀使得在芯中對于內(nèi)置線圈的中心軸方向的去磁因數(shù)小于對于其他方向的去磁因數(shù)，并且磁體在芯位置處產(chǎn)生的磁場的方向是與中心軸方向相交的方向。
根據(jù)這個構(gòu)造，因為芯具有使得內(nèi)置線圈的中心軸方向的去磁因數(shù)小于其他方向的去磁因數(shù)并且在芯位置處的磁體的磁場方向與中心軸方向相交的形狀，所以可以進(jìn)一步改進(jìn)內(nèi)置線圈的性能。
更具體地說，因為磁體的磁場從不同于去磁因數(shù)最小的方向的方向作用于芯，所以可以增大使芯磁飽所需要的磁場強(qiáng)度。因此，即使將外部磁場施加到內(nèi)置線圈，也可以防止芯磁飽和。
在上述第七方面中，優(yōu)選的是，磁體在內(nèi)置線圈的位置處產(chǎn)生的磁場的方向不同于芯中的去磁因數(shù)最小化的方向。
根據(jù)這個構(gòu)造，因為磁體在內(nèi)置線圈的位置處的磁場方向不同于芯中的去磁因數(shù)最小化的方向，所以磁體的磁場從不同于去磁因數(shù)最小的方向的方向作用于芯。因此，可以增大使該芯磁飽和所需要的磁場強(qiáng)度。由此，即使將外部磁場施加到內(nèi)置線圈，也可以防止芯磁飽和。
在上述第七方面中，特別優(yōu)選的是，磁體在內(nèi)置線圈的位置處產(chǎn)生的磁場的方向與芯中的去磁因數(shù)最小化的方向之間形成的角度為約90度。
根據(jù)這個構(gòu)造，因為磁體的在內(nèi)置線圈的位置處的磁場方向與在芯中的去磁因數(shù)最小化的方向形成大致90度的角度，所以磁體的磁場從不同于去磁因數(shù)最小化的方向的方向作用于芯。
例如，當(dāng)芯的形狀為板形或桿形時，因為磁體的磁場從去磁因數(shù)最大化的方向作用于芯，所以可以最大化在芯內(nèi)部產(chǎn)生的去磁場。因此，可以最小化芯內(nèi)部的有效磁場，并且可以防止芯磁飽和。
在上述第七方面，優(yōu)選的是，芯被定位為使得對于中心軸方向的去磁因數(shù)小于對于其他方向的去磁因數(shù)，并且磁體在內(nèi)置線圈的位置處產(chǎn)生的磁場的方向與中心軸方向大致正交。
根據(jù)這個構(gòu)造，因為將芯設(shè)置為使得對于中心軸方向的去磁因數(shù)小于對于其他方向的去磁因數(shù)，并且因為磁體的磁場方向與中心軸方向大致正交，所以磁體的磁場從不同于去磁因數(shù)最小化的方向的方向作用于芯。因此，可以防止芯內(nèi)部產(chǎn)生的去磁場被最小化，并且可以防止芯內(nèi)部的有效磁場被最大化，這使得能夠防止芯的磁飽和。
優(yōu)選的是，磁體按照如下方式設(shè)置在上述位置處使得重心位于中心軸上，并且磁體的磁化方向與中心軸大致正交。
根據(jù)這個構(gòu)造，因為磁體的重心位于中心軸上并且磁體的磁化方向與中心軸大致正交，所以磁體在芯的位置處的磁場方向與中心軸大致正交。
在上述第七方面中，優(yōu)選的是，內(nèi)置線圈設(shè)置在使得由于磁體的磁場而在芯的內(nèi)部產(chǎn)生的磁通量密度是芯的飽和磁通量密度的1/2或更小的位置處。
根據(jù)這個構(gòu)造，因為內(nèi)置線圈設(shè)置在使得由于磁體的磁場而在芯的內(nèi)部形成的磁通量密度是芯的飽和磁通量密度的一半或更小的位置處，所以可以抑制芯中的可逆磁化率的下降。因此，對于磁體的另一磁場來說，即使在芯的位置處形成了在對內(nèi)置線圈的位置檢測中使用的交變磁場，也可以防止在芯內(nèi)部形成的磁通量密度超出飽和磁通量密度，并且可以防止內(nèi)置線圈的性能的劣化。
在上述第七方面中，優(yōu)選的是，電路為諧振電路。
根據(jù)這個方面，通過在對內(nèi)置線圈的位置檢測中例如使用頻率等于該諧振電路的諧振頻率的交變磁場，可以增加從內(nèi)置線圈產(chǎn)生的磁場的強(qiáng)度等。更具體地說，可以減小電路的電功耗。
在上述第七方面中，內(nèi)置線圈可以具有中空結(jié)構(gòu)，芯可以形成為與中心軸方向垂直的剖面為大致C形，并且芯可以設(shè)置在中空結(jié)構(gòu)的內(nèi)部。
根據(jù)這個構(gòu)造，通過將芯設(shè)置在內(nèi)置線圈的中空結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，與沒有施加磁場的情況相比，可以增加在內(nèi)置線圈中產(chǎn)生的磁場的強(qiáng)度。更具體地說，內(nèi)置線圈可以接收具有較弱強(qiáng)度的磁場。
此外，通過將芯的剖面形狀大致形成為字母C的形狀，可以防止在芯的剖面中產(chǎn)生大致按環(huán)的形式流動的屏蔽電流(渦流)。因此，可以防止因屏蔽電流而屏蔽磁場，并且可以防止在內(nèi)置線圈中產(chǎn)生磁場或者抑制對磁場的接收。
因為芯的剖面為大致C形，所以與剖面形狀為實心的芯相比，可以減小使用的磁性材料的體積。
在芯內(nèi)部可以設(shè)置其他元件，這使得可以減小醫(yī)用裝置的尺寸。
例如，通過減小芯的大致C形剖面中的徑向的厚度以形成薄層，可以抑制產(chǎn)生沿層的厚度方向流動的渦流。或者，即使出現(xiàn)渦流，也可以將渦流抑制到使其不會影響對內(nèi)置線圈的位置檢測的程度。
例如，當(dāng)磁體的磁場作用于芯的方向為芯的大致C形剖面中的厚度方向時，因為對于芯的厚度方向的去磁因數(shù)較大，所以形成在芯內(nèi)部的去磁場得到最大化。因此，可以最小化芯內(nèi)部的有效磁場，并且可以防止芯磁飽和。
在上述第七方面中，在其中內(nèi)置線圈設(shè)置在使得由磁體的磁場在芯內(nèi)部產(chǎn)生的磁通量密度為芯的飽和磁通量密度的一半或更小的位置處的結(jié)構(gòu)中，醫(yī)用裝置可以包括生物信息獲取單元，該生物信息獲取單元用于獲取關(guān)于患者身體內(nèi)部的信息，磁體可以具有中空結(jié)構(gòu)，并且生物信息獲取單元的至少一部分可以設(shè)置在中空結(jié)構(gòu)的內(nèi)部。
根據(jù)這個構(gòu)造，因為生物信息獲取單元設(shè)置在中空結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，所以可以減小醫(yī)用裝置的尺寸。
在上述第七方面中，優(yōu)選的是，磁體是由多個磁片的組件形成的，并且在所述多個磁片之間設(shè)置有絕緣體。
根據(jù)這個構(gòu)造，因為在所述多個磁片之間設(shè)置有絕緣體，所以可以使得屏蔽電流難以在由多個磁片的組件形成的磁體中流動。因此，可以防止內(nèi)置線圈產(chǎn)生或接收的磁場被在磁體中流動的屏蔽電流屏蔽。更具體地說，可以減小屏蔽電流對內(nèi)置線圈的影響，這使得可以防止內(nèi)置線圈的性能劣化。
在上述第七方面中，所述磁體被優(yōu)選地形成為大致板形。
根據(jù)這個構(gòu)造，因為所述多個磁片形成為板形，所以可以容易地通過層疊所述多個磁片來形成其組件。此外，因為將它們形成為板形，所以可以容易地在這些磁片之間夾入絕緣體。
在上述第七方面中，可以使得形成為大致板形的所述多個磁片沿其厚度方向極化。
根據(jù)這個構(gòu)造，通過使所述多個磁片沿其厚度方向發(fā)生極化，因為所述多個磁片吸引在一起，所以更容易層疊這些磁片，并且容易構(gòu)成作為其組件的磁體。
在上述第七方面中，可以使得形成為大致板形的所述多個磁片按沿其表面的方向極化。
根據(jù)這個構(gòu)造，因為使所述多個磁片按沿其表面的方向極化，所以與使所述多個磁片沿其厚度方向極化的情況相比，可以加強(qiáng)所述多個磁片的磁力，并且可以加強(qiáng)作為其組件的磁體的磁力。
在上述第七方面中，作為所述多個磁片的組件的磁體優(yōu)選地形成為大致圓柱狀。
根據(jù)這個構(gòu)造，例如，可以將醫(yī)用裝置的其他構(gòu)成元件設(shè)置在上述的大致圓柱狀磁體內(nèi)部，這使得可以減小該醫(yī)用裝置的尺寸。
在上述第七方面中，可以設(shè)置有兩個內(nèi)置線圈，并且可以將這兩個內(nèi)置線圈定位為使得其各自的中心軸對準(zhǔn)，此外，可以將它們定位為在其中心軸方向上分離，并且可以將磁體設(shè)置在這兩個內(nèi)置線圈之間。
根據(jù)這個構(gòu)造，因為磁體設(shè)置在醫(yī)用裝置中央的附近，所以例如當(dāng)在對醫(yī)用裝置的驅(qū)動控制中使用磁體時，與磁體被設(shè)置為朝向醫(yī)用裝置的一端的情況相比，可以有利于對醫(yī)用裝置的驅(qū)動。
在上述情況中，可以設(shè)置兩個磁體，可以將這兩個磁體定位為在內(nèi)置線圈的中心軸方向上分離，并且可以將內(nèi)置線圈設(shè)置在這兩個磁體之間。
根據(jù)這個構(gòu)造，因為可以將內(nèi)置線圈設(shè)置在醫(yī)用裝置中央的附近，所以與將內(nèi)置線圈設(shè)置為朝向醫(yī)用裝置的一端的情況相比，可以更準(zhǔn)確地檢測醫(yī)用裝置的位置。
在上述第七方面中，優(yōu)選的是，醫(yī)用裝置為放入患者體內(nèi)的囊狀醫(yī)用裝置，并且具有用于獲取關(guān)于患者身體內(nèi)部的信息的生物信息獲取單元。
根據(jù)這個構(gòu)造，因為醫(yī)用裝置具有生物信息獲取單元并且被放入患者體內(nèi)，所以這種醫(yī)用裝置可以獲取關(guān)于患者身體內(nèi)部的信息。
在上述第七方面中，在醫(yī)用裝置為囊狀醫(yī)用裝置的情況下，內(nèi)置線圈可以具有中空結(jié)構(gòu)，生物信息獲取單元的至少一部分可以設(shè)置在該中空結(jié)構(gòu)的內(nèi)部。
根據(jù)這個構(gòu)造，因為生物信息獲取單元的至少一部分設(shè)置在內(nèi)置線圈的中空結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，所以可以減小醫(yī)用裝置的尺寸，并且可以更容易地將醫(yī)用裝置插入患者體內(nèi)。
在上述第七方面中，在醫(yī)用裝置為囊狀醫(yī)用裝置的情況下，可以設(shè)置有用于驅(qū)動電路和生物信息獲取單元中的至少一個的電源單元，內(nèi)置線圈可以具有中空結(jié)構(gòu)，電源單元可以設(shè)置在該中空結(jié)構(gòu)的內(nèi)部。
根據(jù)這個構(gòu)造，因為電源單元設(shè)置在內(nèi)置線圈的中空結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，所以可以減小醫(yī)用裝置的尺寸。
在上述第七方面中，在醫(yī)用裝置為囊狀醫(yī)用裝置的情況下，可以設(shè)置有用于驅(qū)動電路和生物信息獲取單元中的至少一個的電源單元，磁體可以具有中空結(jié)構(gòu)，電源單元可以設(shè)置在該中空結(jié)構(gòu)的內(nèi)部。
根據(jù)這個構(gòu)造，因為電源單元設(shè)置在磁體的中空結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，所以可以減小醫(yī)用裝置的尺寸。
本發(fā)明的第八方面是一種醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)，該醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)包括根據(jù)上述第七方面的醫(yī)用裝置；和位置檢測單元，該位置檢測單元包括用于在內(nèi)置線圈中產(chǎn)生感應(yīng)磁場的驅(qū)動部、以及用于檢測由內(nèi)置線圈產(chǎn)生的感應(yīng)磁場的磁場檢測部，其中，電路是產(chǎn)生從內(nèi)置線圈指向位置檢測單元的磁場的磁場產(chǎn)生電路。
根據(jù)本發(fā)明的第八方面，位置檢測單元可以基于驅(qū)動部在內(nèi)置線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)磁場來檢測內(nèi)置線圈的位置。
更具體地說，使用設(shè)置在位置檢測單元中的磁場檢測部來檢測產(chǎn)生的磁場使得可以基于有關(guān)檢測到的磁場等的信息來估計內(nèi)置線圈的位置。
在上述第八方面中，優(yōu)選的是，位置檢測單元的驅(qū)動部在內(nèi)置線圈所在的區(qū)域中形成磁場，磁場產(chǎn)生單元通過內(nèi)置線圈接收位置檢測單元產(chǎn)生的磁場，并從內(nèi)置線圈產(chǎn)生感應(yīng)磁場。
根據(jù)這個構(gòu)造，位置檢測單元可以基于從磁場產(chǎn)生單元的內(nèi)置線圈產(chǎn)生的感應(yīng)磁場來檢測內(nèi)置線圈的位置。
更具體地說，可以通過使用位置檢測單元的磁場檢測部檢測在內(nèi)置線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)磁場來估計內(nèi)置線圈的位置。
在上述第八方面中，位置檢測單元優(yōu)選地包括多個磁場檢測部、和基于所述多個磁場檢測部的輸出來計算內(nèi)置線圈的位置和取向中的至少一個的計算裝置。
根據(jù)這個構(gòu)造，因為計算裝置基于所述多個磁場檢測部的輸出來計算內(nèi)置線圈的位置和取向中的至少一個，所以可以估計內(nèi)置線圈的位置和取向中的至少一個。
因為存在多個磁場檢測部，所以在對內(nèi)置線圈的位置和取向進(jìn)行計算時還使用多個輸出。例如，通過對在計算裝置中的計算時使用的輸出進(jìn)行選擇，可以增加對內(nèi)置線圈的位置和取向的計算結(jié)果的精度。
本發(fā)明的第九方面是一種醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)，該醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)包括根據(jù)上述的第七方面的醫(yī)用裝置；和位置檢測單元，該位置檢測單元包括驅(qū)動部，該驅(qū)動部用于在內(nèi)置線圈所在的區(qū)域中從多個方向形成磁場，其中，電路包括用于接收位置檢測單元形成的所述多個磁場的內(nèi)部磁場檢測部、和用于向位置檢測單元發(fā)送關(guān)于接收到的所述多個磁場的信息的位置信息發(fā)送單元。
根據(jù)本發(fā)明第九方面，位置檢測單元可以基于從位置信息發(fā)送單元發(fā)送來的多條磁場信息而檢測內(nèi)置線圈的位置。
更具體地說，內(nèi)部磁場檢測部接收由驅(qū)動部從多個方向形成的磁場，通過位置信息發(fā)送部將從內(nèi)部磁場檢測部輸出的多條磁場信息發(fā)送到位置檢測單元。位置檢測單元可以基于所述多條磁場信息來估計內(nèi)置線圈的位置。
在上述第九方面中，位置檢測單元優(yōu)選地包括計算裝置，該計算裝置用于基于在內(nèi)部磁場檢測部處的關(guān)于接收到的所述多個磁場的信息來計算內(nèi)置線圈的位置和取向中的至少一個。
根據(jù)這個構(gòu)造，因為計算裝置可以基于通過內(nèi)部磁場檢測部檢測到的磁場信息來計算內(nèi)置線圈的位置和取向中的至少一個，所以可以估計內(nèi)置線圈的位置和取向中的至少一個。
因為存在多條磁場信息，所以可以例如通過對計算裝置中的計算所使用的磁場信息進(jìn)行選擇來增加對內(nèi)置線圈的位置和取向的計算結(jié)果的精度。
在具有計算裝置的上述第八方面或上述第九方面中，優(yōu)選的是，醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)包括引導(dǎo)磁場產(chǎn)生單元，該引導(dǎo)磁場產(chǎn)生單元設(shè)置在醫(yī)用裝置的工作區(qū)域的外部，用于產(chǎn)生要施加到磁體的引導(dǎo)磁場；和磁場方向控制單元，該磁場方向控制單元用于控制引導(dǎo)磁場產(chǎn)生單元來控制引導(dǎo)磁場的方向。
根據(jù)這個構(gòu)造，通過設(shè)置引導(dǎo)磁場產(chǎn)生單元和磁場方向控制單元，醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)可以產(chǎn)生引導(dǎo)磁場并且可以控制引導(dǎo)磁場的方向。因此，可以將包括受引導(dǎo)磁場控制的磁體的醫(yī)用裝置引導(dǎo)到預(yù)定位置。
根據(jù)上述的本發(fā)明第七到第九方面的醫(yī)用裝置以及醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)，可以通過在內(nèi)置線圈中使用由磁性材料制成的芯來改進(jìn)內(nèi)置線圈的性能。因此，提供了如下優(yōu)點磁位置檢測系統(tǒng)可以更有效地工作，并且可以防止在醫(yī)用裝置的位置檢測期間出現(xiàn)問題。
此外，因為將芯設(shè)置使得因磁體產(chǎn)生的磁場而在芯內(nèi)部造成的磁通量密度沒有磁飽和的位置處，所以提供了如下優(yōu)點磁位置檢測系統(tǒng)可以更有效地工作，并且可以防止內(nèi)置線圈的性能的下降。


圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)的示意圖。
圖2是圖1中的醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)的立體圖。
圖3是示出圖1中的醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)的剖面的示意圖。
圖4是示出圖1中的感測線圈(sense-coil)接收電路的電路結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖5是示出圖1中的囊狀內(nèi)窺鏡的構(gòu)造的示意圖。
圖6是示出根據(jù)本實施例的怎樣確定計算頻率和用于檢測囊狀內(nèi)窺鏡的位置和取向的過程的流程圖。
圖7是示出根據(jù)本實施例的怎樣確定計算頻率和用于檢測囊狀內(nèi)窺鏡的位置和取向的過程的流程圖。
圖8是示出諧振電路的頻率特性的曲線圖。
圖9是示出驅(qū)動線圈和感測線圈的另一位置關(guān)系的圖。
圖10是示出驅(qū)動線圈和感測線圈的另一位置關(guān)系的圖。
圖11是示出驅(qū)動線圈和磁感應(yīng)線圈的位置關(guān)系的圖。
圖12是示出驅(qū)動線圈與感測線圈之間的位置關(guān)系的圖。
圖13A是描繪施加到驅(qū)動線圈的脈沖驅(qū)動電壓的圖。圖13B是描繪脈沖磁場的圖。
圖14是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)的示意圖。
圖15是示出圖14中的囊狀內(nèi)窺鏡的構(gòu)造的示意圖。
圖16是示出用于確定磁感應(yīng)線圈的頻率特性、直到存儲在存儲器部134A中為止的過程的流程圖。
圖17是示出用于檢測囊狀內(nèi)窺鏡的位置和取向的過程的流程圖。
圖18是示出用于檢測囊狀內(nèi)窺鏡的位置和取向的過程的流程圖。
圖19是示出根據(jù)本發(fā)明第三實施例的驅(qū)動線圈和感測線圈的位置關(guān)系的圖。
圖20是示出醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)的剖面的示意圖。
圖21示出了根據(jù)本發(fā)明第四實施例的驅(qū)動線圈和感測線圈。
圖22是示出根據(jù)本發(fā)明第四實施例的變型例的驅(qū)動線圈與感測線圈之間的位置關(guān)系的圖。
圖23示出了根據(jù)本發(fā)明第五實施例的醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)的概要圖。
圖24是示出圖23中的驅(qū)動線圈單元、感測線圈等之間的位置關(guān)系的圖。
圖25示出了圖24中的驅(qū)動線圈單元的構(gòu)造的概要圖。
圖26是示出根據(jù)本實施例的用于檢測囊狀內(nèi)窺鏡的位置和取向的過程的流程圖。
圖27是示出根據(jù)本實施例的用于檢測囊狀內(nèi)窺鏡的位置和取向的過程的流程圖。
圖28是示出根據(jù)本實施例的用于檢測囊狀內(nèi)窺鏡的位置和取向的過程的流程圖。
圖29是根據(jù)本發(fā)明的囊狀內(nèi)窺鏡的位置檢測系統(tǒng)的概要圖。
圖30是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明第一變型例的醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)的構(gòu)造的圖。
圖31是描繪圖30中的引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈的構(gòu)造的連接圖。
圖32是示出圖30中的醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)的另一變型例的圖。
圖33是用于說明圖30中的醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)中形成的磁場強(qiáng)度的圖。
圖34是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明第二變型例的醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)的構(gòu)造的圖。
圖35是示出圖34中的引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈的構(gòu)造的連接圖。
圖36是示出圖34中的醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)的另一變型例的圖。
圖37是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明第三變型例的醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)的圖。
圖38是用于說明圖37中的引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈的構(gòu)造的連接圖。
圖39是示出圖37中的醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)的另一變型例的圖。
圖40是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明第四變型例的醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)的構(gòu)造的圖。
圖41是示意性地描繪圖40中的引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈的構(gòu)造的框圖。
圖42是描繪常規(guī)醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)中形成的磁場強(qiáng)度的圖。
圖43是根據(jù)本發(fā)明第六實施例的醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)的示意圖。
圖44是醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)的立體圖。
圖45是示出醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)的剖面的示意圖。
圖46是示出圖43中的感測線圈接收電路的電路結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖47是示出圖43中的囊狀內(nèi)窺鏡的構(gòu)造的示意圖。
圖48A是圖47中的囊狀內(nèi)窺鏡中的引導(dǎo)磁體的從端部觀看時的圖。圖48B是引導(dǎo)磁體的從側(cè)面觀看時的圖。
圖49是描繪圖47中的囊狀內(nèi)窺鏡中的感應(yīng)磁場產(chǎn)生部的圖。
圖50是示出圖47中的囊狀內(nèi)窺鏡中的感應(yīng)磁場產(chǎn)生部的頻率特性的曲線圖。
圖51是示出驅(qū)動線圈和磁感應(yīng)線圈的位置關(guān)系的圖。
圖52是示出驅(qū)動線圈和感測線圈的位置關(guān)系的圖。
圖53是示出驅(qū)動線圈和感測線圈的另一位置關(guān)系的圖。
圖54是示出驅(qū)動線圈和感測線圈的另一位置關(guān)系的圖。
圖55是描繪實際上使用的實驗裝置的概要的圖。
圖56A是描繪磁感應(yīng)線圈和電池的位置關(guān)系的圖。圖56B是描繪磁感應(yīng)線圈、電池和引導(dǎo)磁體的位置關(guān)系的圖。
圖57是示出圖55中的實驗裝置中的感測線圈的增益變化與相位變化之間的關(guān)系的圖。
圖58是示出圖55中的實驗裝置中的感測線圈的增益變化與相位變化之間的關(guān)系的圖。
圖59是示出圖55中的實驗裝置中的磁感應(yīng)線圈與引導(dǎo)磁體的位置關(guān)系的圖。
圖60A是描繪圖55中的實驗裝置中使用的實心芯引導(dǎo)磁體的構(gòu)造的正面圖。圖60B是描繪圖55中的實驗裝置中使用的實心芯引導(dǎo)磁體的構(gòu)造的側(cè)面圖。
圖61A是描繪圖55中的實驗裝置中使用的中空引導(dǎo)磁體的構(gòu)造的側(cè)面圖。圖61B是大中空引導(dǎo)磁體的側(cè)面圖。
圖62是示出由五個單獨磁片形成的引導(dǎo)磁體中的感測線圈的頻率特性的圖。
圖63是示出在引導(dǎo)磁體由五個單獨磁片形成并且在這些單獨磁片之間夾有絕緣體的情況下的感測線圈的頻率特性的圖。
圖64是示出在引導(dǎo)磁體由三個單獨磁片形成并且在這些單獨磁片之間夾有絕緣體的情況下的感測線圈的頻率特性的圖。
圖65是示出在引導(dǎo)磁體由單個磁片形成的情況下的感測線圈的頻率特性的圖。
圖66是示出在引導(dǎo)磁體與磁感應(yīng)線圈之間的距離為0mm的情況下感測線圈的頻率特性的圖。
圖67是示出在引導(dǎo)磁體與磁感應(yīng)線圈之間的距離為5mm的情況下感測線圈的頻率特性的圖。
圖68是示出在引導(dǎo)磁體與磁感應(yīng)線圈之間的距離為10mm的情況下感測線圈的頻率特性的圖。
圖69是示出在中空引導(dǎo)磁體中的感測線圈的頻率特性的圖。
圖70是示出在大中空引導(dǎo)磁體中的感測線圈的頻率特性的圖。
圖71是示出引導(dǎo)磁體與磁感應(yīng)線圈之間的距離與磁感應(yīng)線圈的輸出振蕩的幅度之間的關(guān)系的圖。
圖72是示出用于測量引導(dǎo)磁體產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度的裝置的概要圖的圖。
圖73是示出在磁感應(yīng)線圈的中央由引導(dǎo)磁體產(chǎn)生的磁場的強(qiáng)度與磁感應(yīng)線圈的輸出振蕩的強(qiáng)度之間的關(guān)系的圖。
圖74是示出圖49中的坡莫合金層的磁滯曲線的圖。
圖75是示出圖49中的坡莫合金層中的可逆磁化率的曲線圖。
圖76是描繪坡莫合金層中的有效磁場的強(qiáng)度的示意圖。
圖77是描繪坡莫合金層中的去磁因數(shù)的強(qiáng)度的示意圖。
圖78是示出根據(jù)本發(fā)明第二實施例的囊狀內(nèi)窺鏡的構(gòu)造的圖。
圖79A是示出圖78所示的囊狀內(nèi)窺鏡中的引導(dǎo)磁體的構(gòu)造的正面圖。圖79B是示出該引導(dǎo)磁體的構(gòu)造的側(cè)面圖。
圖80是示出根據(jù)本發(fā)明第八實施例的囊狀內(nèi)窺鏡的構(gòu)造的圖。
圖81是示出根據(jù)本發(fā)明第九實施例的囊狀內(nèi)窺鏡的構(gòu)造的圖。
圖82是示出根據(jù)本發(fā)明第十實施例的囊狀內(nèi)窺鏡的構(gòu)造的圖。
圖83A是示出圖82所示的囊狀內(nèi)窺鏡中的引導(dǎo)磁體的構(gòu)造的正面圖。圖83B是示出引導(dǎo)磁體的構(gòu)造的側(cè)面圖。
圖84是示出根據(jù)本發(fā)明第十一實施例的囊狀內(nèi)窺鏡的構(gòu)造的圖。
圖85是示出根據(jù)本發(fā)明第十二實施例的位置檢測單元中的驅(qū)動線圈和感測線圈的位置的示意圖。
圖86是示出醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)的剖面的示意圖。
圖87是示出根據(jù)本發(fā)明第十三實施例的位置檢測單元中的驅(qū)動線圈和感測線圈的位置關(guān)系的圖。
圖88是示出根據(jù)本發(fā)明第十三實施例的變型例的位置檢測單元中的驅(qū)動線圈和感測線圈的位置關(guān)系的示意圖。
圖89是根據(jù)本發(fā)明第十四實施例的醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)的示意圖。
圖90是根據(jù)本發(fā)明第十五實施例的醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)的示意圖。
圖91是示出用做磁場產(chǎn)生單元的電磁體系統(tǒng)的構(gòu)造的圖。
具體實施例方式
第一到第五實施例(醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng))第一實施例現(xiàn)在，參照圖1到13B對根據(jù)本發(fā)明的醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)的第一實施例進(jìn)行說明。
圖1是示意性地示出根據(jù)該實施例的醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)的圖。圖2是醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)的立體圖。
如圖1和2所示，醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)10主要由以下部件形成囊狀內(nèi)窺鏡(醫(yī)用裝置)20，其以口服或肛入方式導(dǎo)入患者1的體腔中，以對體腔中的通道的內(nèi)表面進(jìn)行光學(xué)成像，并且無線地發(fā)送圖像信號；位置檢測單元(位置檢測系統(tǒng)、位置檢測器、計算裝置)50，其檢測囊狀內(nèi)窺鏡20的位置；磁感應(yīng)裝置70，其基于檢測到的囊狀內(nèi)窺鏡20的位置和來自操作員的指令引導(dǎo)囊狀內(nèi)窺鏡20；以及圖像顯示裝置80，其顯示從該囊狀內(nèi)窺鏡20發(fā)送的圖像信號。
如圖1所示，磁感應(yīng)裝置70主要由以下部件形成三軸引導(dǎo)磁場產(chǎn)生單元(引導(dǎo)磁場產(chǎn)生單元、電磁體)71，其產(chǎn)生用于驅(qū)動囊狀內(nèi)窺鏡20的平行磁場；赫爾姆霍茨線圈驅(qū)動器72，其控制向三軸引導(dǎo)磁場產(chǎn)生單元71提供的電流的增益；旋轉(zhuǎn)磁場控制電路(磁場取向控制單元)73，其控制用于驅(qū)動囊狀內(nèi)窺鏡20的平行磁場的方向；以及輸入裝置74，其向旋轉(zhuǎn)磁場控制電路73輸出操作員輸入的囊狀內(nèi)窺鏡20的移動方向。
盡管在這個實施例中采用假定滿足赫爾姆霍茨線圈條件的三軸引導(dǎo)磁場產(chǎn)生單元71，但是三軸引導(dǎo)磁場產(chǎn)生單元71不必嚴(yán)格地滿足赫爾姆霍茨線圈條件。例如，如圖1所示，線圈可以為大致矩形，而非圓形。此外，只要實現(xiàn)這個實施例的功能，相對線圈之間的間隙不滿足赫爾姆霍茨線圈條件也是可接受的。
如圖1和2所示，三軸引導(dǎo)磁場產(chǎn)生單元71形成為大致矩形形狀。三軸引導(dǎo)磁場產(chǎn)生單元71包括三對相互面對的赫爾姆霍茨線圈(電磁體、相對線圈)71X、71Y和71Z，每一對赫爾姆霍茨線圈71X、71Y和71Z都設(shè)置為大致正交于圖1中的X、Y和Z軸。將設(shè)置為大致正交于X、Y和Z軸的赫爾姆霍茨線圈分別表示為赫爾姆霍茨線圈71X、71Y和71Z。
將赫爾姆霍茨線圈71X、71Y和71Z設(shè)置為在其內(nèi)部形成大致矩形的空間S。如圖1所示，空間S用作囊狀內(nèi)窺鏡20的工作空間，并且如圖2所示，空間S是患者1所處的空間。
赫爾姆霍茨線圈驅(qū)動器72包括分別控制赫爾姆霍茨線圈71X、71Y和71Z的赫爾姆霍茨線圈驅(qū)動器72X、72Y和72Z。
將操作員從輸入裝置74輸入的針對囊狀內(nèi)窺鏡20的移動方向指令與稍后說明的來自位置檢測裝置的表示囊狀內(nèi)窺鏡20當(dāng)前指向的方向(囊狀內(nèi)窺鏡20的旋轉(zhuǎn)軸(縱軸)R的方向)的數(shù)據(jù)一起輸入到旋轉(zhuǎn)磁場控制電路73。接著，從旋轉(zhuǎn)磁場控制電路73輸出用于控制赫爾姆霍茨線圈驅(qū)動器72X、72Y和72Z的信號，囊狀內(nèi)窺鏡20的旋轉(zhuǎn)相位數(shù)據(jù)輸出到圖像顯示裝置80。
將用于通過移動操縱桿來指定囊狀內(nèi)窺鏡20的移動方向的輸入裝置用作輸入裝置74。
如上所述，輸入裝置74可以使用操縱桿型裝置，或者可以使用另一類型的輸入裝置，如通過推動移動方向按鈕來指定移動的方向的輸入裝置。
如圖1所示，位置檢測單元50主要由以下部件形成驅(qū)動線圈(驅(qū)動線圈)51，其在囊狀內(nèi)窺鏡20中的磁感應(yīng)線圈(后面要說明)中產(chǎn)生感應(yīng)磁場；感測線圈(磁場傳感器、磁場檢測部)52，其檢測在磁感應(yīng)線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)磁場；以及位置檢測裝置(位置分析單元、磁場頻率改變部、驅(qū)動線圈控制部)50A，其基于感測線圈52檢測到的感應(yīng)磁場來計算囊狀內(nèi)窺鏡20的位置，并且控制由驅(qū)動線圈51形成的交變磁場。
位置檢測裝置50A設(shè)置有計算頻率確定部(頻率確定部)50B，以接收來自后面要說明的感測線圈接收電路的信號。
在位置檢測裝置50A與驅(qū)動線圈51之間設(shè)置有以下部件信號發(fā)生電路53，其基于來自位置檢測裝置50A的輸出而產(chǎn)生AC電流；驅(qū)動線圈驅(qū)動器54，其基于來自位置檢測裝置50A的輸出而放大從信號發(fā)生電路53輸入的AC電流；以及驅(qū)動線圈選擇器55，其將AC電流提供給基于來自位置檢測裝置50A的輸出而選擇的驅(qū)動線圈51。
在感測線圈52與位置檢測裝置50A之間設(shè)置有以下部件感測線圈選擇器(磁場傳感器選擇單元)56，其基于來自位置檢測裝置50A的輸出，從感測線圈52中選擇包括囊狀內(nèi)窺鏡20的位置信息等的AC電流；和感測線圈接收電路57，其從通過感測線圈選擇器56的AC電流提取幅值，并將該幅值輸出到位置檢測裝置50A。
圖3示出醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)的剖面的示意圖。
在此，如圖1和3所示，驅(qū)動線圈51有角度地位于由赫爾姆霍茨線圈71X、71Y和71Z形成的大致矩形工作空間的四個上部(在Z軸的正向上)角處。驅(qū)動線圈51形成連接方形赫爾姆霍茨線圈71X、71Y和71Z的角的大致三角形線圈。通過按這種方式將驅(qū)動線圈51設(shè)置在頂部，可以防止驅(qū)動線圈51與患者1之間發(fā)生干擾。
如上所述，驅(qū)動線圈51可以為大致三角形線圈，或者可以使用多種形狀的線圈，如圓形線圈等。
感測線圈52被形成為空氣芯線圈，由三個平面線圈支承部件58支承在赫爾姆霍茨線圈71X、71Y和71Z的內(nèi)側(cè)，這三個平面線圈支承部件58被設(shè)置在面對驅(qū)動線圈51的位置以及沿Y軸方向彼此相對的位置，囊狀內(nèi)窺鏡20的工作空間位于其間。在每一個線圈支承部件58中按矩陣形式排列有9個感測線圈52，由此在位置檢測單元50中設(shè)置有總計27個感測線圈52。
可以自由排列感測線圈52。例如，可以將感測線圈52設(shè)置在與赫爾姆霍茨線圈71X、71Y和71Z相同的表面上，或者可以將其設(shè)置在赫爾姆霍茨線圈71X、71Y和71Z的外部。
圖4是示出感測線圈接收電路57的電路結(jié)構(gòu)的示意圖。
如圖4所示，感測線圈接收電路57由以下部件形成高通濾波器(HPF)59，其去除包括囊狀內(nèi)窺鏡20的位置信息的輸入AC電壓中的低頻分量；前置放大器60，其放大所述AC電壓；帶通濾波器(BPF、頻帶限制部)61，其去除放大的AC電壓中包括的高頻；放大器(AMP)62，其放大已經(jīng)去除了高頻的AC電壓；均方根檢測電路(真實RMS轉(zhuǎn)換器)63，其檢測AC電壓的振幅，并且提取并輸出幅值；A/D轉(zhuǎn)換器64，其將該幅值轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；以及存儲器65，其用于臨時地存儲數(shù)字化的幅值。
在此，高通濾波器(HPF)59還用于消除由于赫爾姆霍茨線圈71X、71Y和71Z中出現(xiàn)的旋轉(zhuǎn)磁場而感應(yīng)出的并且被感測線圈52檢測到的低頻信號。這樣，位置檢測單元50可以在操作磁感應(yīng)裝置70的同時正常地工作。
高通濾波器59由以下部件形成設(shè)置在從感測線圈52延伸的一對導(dǎo)線66A中的一對電容器68；連接到所述一對導(dǎo)線66A并且大致在其中央處接地的導(dǎo)線66B；以及導(dǎo)線66B中的接地點處于其間地彼此相對的電阻器67。在所述一對導(dǎo)線66A中分別設(shè)置有前置放大器60，從前置放大器60輸出的AC電壓輸入到單個帶通濾波器61。存儲器65臨時存儲從9個感測線圈52獲得的幅值，并且將存儲的幅值輸出到位置檢測裝置50A。
除了上述元件以外，還可以設(shè)置能夠去除共模噪聲的共模濾波器。
如上所述，帶通濾波器61可以去除AC電壓的高頻分量；然而，頻帶限制部也可以是執(zhí)行傅立葉變換的部件。
如上所述，可以使用均方根檢測電路63來提取AC電壓的幅值，可以通過使用整流電路來平滑磁場信息并檢測電壓從而檢測幅值，或者可以使用檢測AC電壓中的峰值的峰值檢測電路來檢測幅值。
關(guān)于檢測到的AC電壓的波形，對于施加到驅(qū)動線圈51的波形的相位隨著磁感應(yīng)線圈42的存在和位置而變化?？梢允褂面i定放大器等來檢測這種相位變化。
如圖1所示，圖像顯示裝置80由以下部件形成圖像接收電路81，其接收從囊狀內(nèi)窺鏡20發(fā)送來的圖像；和顯示部(顯示單元、圖像控制單元)82，其基于接收的圖像信號以及來自旋轉(zhuǎn)磁場控制電路73的信號而顯示圖像。
圖5是示出囊狀內(nèi)窺鏡的構(gòu)造的示意圖。
如圖5所示，囊狀內(nèi)窺鏡20主要由以下部件形成外殼21，其在其內(nèi)部容納了多種裝置；圖像形成部(生物信息獲取單元)30，其形成患者體腔中的通道的內(nèi)表面的圖像；電池39，其用于驅(qū)動圖像形成部30；感應(yīng)磁場產(chǎn)生部40，其通過上述驅(qū)動線圈51產(chǎn)生感應(yīng)磁場；以及引導(dǎo)磁體(永磁體)45，其通過接收在磁感應(yīng)裝置70中出現(xiàn)的磁場來驅(qū)動囊狀內(nèi)窺鏡20。
外殼21由以下部件形成紅外線透射圓柱形囊狀主體(下文中簡寫為主體)22，其中心軸限定了囊狀內(nèi)窺鏡20的旋轉(zhuǎn)軸(縱軸)R；透明半球狀前端部23，其覆蓋主體22的前端部；以及半球狀后端部24，其覆蓋主體22的后端部，從而形成具有水密結(jié)構(gòu)的密封囊狀容器。
在外殼21的主體的外周面上設(shè)置有螺旋部(螺旋機(jī)構(gòu))25，在該螺旋部25中圍繞旋轉(zhuǎn)軸R按螺旋形式纏繞有剖面為圓形的導(dǎo)線。
當(dāng)引導(dǎo)磁體接收到磁感應(yīng)裝置70中產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場而旋轉(zhuǎn)時，該螺旋部也旋轉(zhuǎn)，以在患者體腔中的通道中沿旋轉(zhuǎn)軸R的方向引導(dǎo)囊狀內(nèi)窺鏡20。
圖像形成部30主要由以下部件形成板36A，其被設(shè)置為與旋轉(zhuǎn)軸R大致正交；圖像傳感器31，其被設(shè)置在板36A的前端部23側(cè)的表面上；透鏡組32，其將患者體腔內(nèi)的通道的內(nèi)表面的像形成在圖像傳感器31上；LED(發(fā)光二極管)33，其照亮體腔內(nèi)的通道的內(nèi)表面；信號處理部34，其被設(shè)置在板36A的后端部24側(cè)的表面上；以及無線電裝置35，其向圖像顯示裝置80發(fā)送圖像信號。
信號處理部34經(jīng)由板36A、板36B、36C和36D以及柔性板37A、37B和37C而電連接到電池39，經(jīng)由板36A而電連接到圖像傳感器31，并且經(jīng)由板36A、柔性板37A以及支承部件38而電連接到LED 33。此外，信號處理部34壓縮圖像傳感器31獲取的圖像信號，對其進(jìn)行臨時存儲(存儲器)，并且將經(jīng)壓縮的圖像信號從無線電裝置35向外部發(fā)送，此外，它基于來自后面要說明的開關(guān)部46的信號來控制圖像傳感器31和LED 33的開/關(guān)狀態(tài)。
圖像傳感器31將經(jīng)由前端部23和透鏡組32形成的像轉(zhuǎn)換為電信號(圖像信號)并且將它輸出到信號處理部34。例如可以將CMOS(互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體)器件或CCD(電荷耦合器件)用作這種圖像傳感器31。
此外，在支承部件38上，圍繞旋轉(zhuǎn)軸R沿周向按其間設(shè)置有間隙的方式從板36A朝向前端部23地設(shè)置有多個LED 33。
在信號處理部34的后端部24側(cè)設(shè)置有引導(dǎo)磁體45。引導(dǎo)磁體45被設(shè)置或極化得使其磁化方向沿著與旋轉(zhuǎn)軸R正交的方向(例如，沿圖5中的垂直方向)。
在引導(dǎo)磁體45的后端部24側(cè)設(shè)置有設(shè)置在板36B上的開關(guān)部46。開關(guān)部46具有紅外線傳感器47，經(jīng)由板36B和柔性板37A而電連接到信號處理部34，并且經(jīng)由板36B、36C和36D以及柔性板37B和37C而電連接到電池39。
此外，按規(guī)則的間隔圍繞旋轉(zhuǎn)軸R沿周向設(shè)置有多個開關(guān)部46，紅外線傳感器47被設(shè)置為面對徑向的外側(cè)。在這個實施例中，已經(jīng)描述了在其中設(shè)置有4個開關(guān)部46的示例，但是開關(guān)部46的數(shù)量不限于4個，而是可以設(shè)置任何數(shù)量。
在開關(guān)部46的后端部24側(cè)，電池39被設(shè)置為由板36C和36夾住。
在后端部24側(cè)的板36D的表面上設(shè)置有無線電裝置35。無線電裝置35經(jīng)由板36A、36B、36C和36D以及柔性板37A、37B和37C而電連接到信號處理部34。
在無線電裝置35的后端部24側(cè)設(shè)置有感應(yīng)磁場產(chǎn)生部40。該感應(yīng)磁場產(chǎn)生部40由以下部件形成芯部件41，其由形成為圓柱形的鐵氧體制成，其中心軸與旋轉(zhuǎn)軸R大致相同；磁感應(yīng)線圈42，其設(shè)置在芯部件41的外周部分；以及電容器(該圖中未示出)，其電連接到磁感應(yīng)線圈42，并形成諧振電路43。
電容器的電容是根據(jù)磁感應(yīng)線圈42的電感來確定的，以使得諧振電路43的諧振頻率接近于由位置檢測單元50的驅(qū)動線圈51產(chǎn)生的交變磁場的頻率。此外，可以根據(jù)諧振電路43的諧振頻率來確定由驅(qū)動線圈51產(chǎn)生的交變磁場的頻率。
除了鐵氧體以外，磁性材料也適用于芯部件；鐵、鎳、坡莫合金、鈷等也可以用于芯部件。
接下來，對具有上述構(gòu)造的醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)10的操作進(jìn)行說明。
首先，對醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)10的操作的概況進(jìn)行說明。
如圖1和2所示，囊狀內(nèi)窺鏡20以口服或肛入方式插入躺在位置檢測單元50和磁感應(yīng)裝置70內(nèi)的患者1的體腔中。通過位置檢測單元50檢測插入的囊狀內(nèi)窺鏡20的位置，并且通過磁感應(yīng)裝置70將它引導(dǎo)到患者1的體腔中的通道內(nèi)的感染區(qū)附近。囊狀內(nèi)窺鏡20在被引導(dǎo)到感染區(qū)以及在感染區(qū)附近時，形成體腔中的通道的內(nèi)表面的圖像。接著，將針對體腔內(nèi)部通道的形成了圖像的內(nèi)表面的數(shù)據(jù)和針對感染區(qū)附近的數(shù)據(jù)發(fā)送到圖像顯示裝置80。圖像顯示裝置80在顯示部82上顯示發(fā)送來的圖像。
現(xiàn)在，對獲得用于檢測囊狀內(nèi)窺鏡20的位置和方向的計算頻率的過程以及檢測囊狀內(nèi)窺鏡20的位置和方向的過程進(jìn)行說明。
圖6和7是例示獲得計算頻率的過程以及檢測囊狀內(nèi)窺鏡20的位置和方向的過程的流程圖。
首先，如圖6所示，執(zhí)行對位置檢測單元50的校準(zhǔn)(步驟1；預(yù)備測量步驟)。更具體地說，測量在空間S中沒有設(shè)置囊狀內(nèi)窺鏡20時感測線圈52的輸出，即，由于驅(qū)動線圈51形成的交變磁場的作用而導(dǎo)致的感測線圈52的輸出。
圖1中例示了形成交變磁場的具體過程。即，信號發(fā)生電路53產(chǎn)生AC信號，該AC信號接著輸出到驅(qū)動線圈驅(qū)動器54。驅(qū)動線圈驅(qū)動器54對該AC信號進(jìn)行功率放大，以經(jīng)由驅(qū)動線圈選擇器55向驅(qū)動線圈51提供AC電流。所產(chǎn)生的AC電流的頻率處于從幾kHz到100kHz的頻率范圍內(nèi)，并且該頻率在上述范圍內(nèi)隨時間而變化(擺動)，從而包括后面要說明的諧振頻率?？梢酝ㄟ^根據(jù)磁感應(yīng)線圈42、電容器等的特性值進(jìn)行估計來獲得在這個階段的諧振頻率。此外，如下所述，可以將這個頻率設(shè)置為任何值。
擺動范圍不限于上述范圍；它可以是更窄的范圍或者可以是更寬的范圍，并沒有特別限制。
在驅(qū)動線圈驅(qū)動器54中基于來自位置檢測裝置50A的指令而放大AC信號，并將其輸出到驅(qū)動線圈選擇器55作為AC電流。在驅(qū)動線圈選擇器55中，將放大的AC電流提供給由位置檢測裝置50A選擇的驅(qū)動線圈51。接著，提供給驅(qū)動線圈51的AC電流在囊狀內(nèi)窺鏡20的工作空間S中產(chǎn)生交變磁場。
如圖4所示，形成的交變磁場在感測線圈52中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，從而在感測線圈52中引起AC電壓。該AC電壓經(jīng)由感測線圈選擇器56輸入到感測線圈接收電路57，在感測線圈接收電路57中提取AC電壓的幅值。
如圖4所示，首先，通過高通濾波器59去除輸入到感測線圈接收電路57的AC電壓中包括的低頻分量，接著，通過前置放大器60放大該AC電壓。此后，通過帶通濾波器61去除高頻，并且通過放大器62將AC電壓放大。通過均方根檢測電路63提取已經(jīng)按這種方式去除了不想要的分量的AC電壓的幅值。通過A/D轉(zhuǎn)換器64將提取的幅值轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并將該數(shù)字信號存儲在存儲器65中。此時，對于每一次操作，將帶通濾波器61的通過頻率調(diào)節(jié)為交變磁場的頻率。
存儲器65例如存儲與其中信號發(fā)生電路53中產(chǎn)生的信號擺動得接近諧振電路43的諧振頻率的一個時段對應(yīng)的幅值，并且將對于一個時段的幅值一次輸出給位置檢測裝置50A的頻率確定部50B。將此時的輸出的值表示為Vc(f，N)，其中，Vc為交變磁場的頻率f和感測線圈的編號N的函數(shù)。
接下來，將囊狀內(nèi)窺鏡20放入空間S(步驟2)中。放置囊狀內(nèi)窺鏡20的過程沒有進(jìn)行具體限制。例如，如果在空間S中設(shè)置有用于支承囊狀內(nèi)窺鏡的支架，則可以將囊狀內(nèi)窺鏡20放置在該支架上。
此外，該支架可以直接支承囊狀內(nèi)窺鏡20，或者可以支承容納在封裝(圖中未示出)中的囊狀內(nèi)窺鏡。這種構(gòu)造是衛(wèi)生的。
接著，對囊狀內(nèi)窺鏡20中安裝的磁感應(yīng)線圈42的頻率特性進(jìn)行測量(步驟3；測量步驟)。更具體地說，按照與步驟1相同的方式，使驅(qū)動線圈51產(chǎn)生頻率在預(yù)定頻帶內(nèi)變化的交變磁場，并且在頻率改變(擺動)的同時，對該交變磁場和磁感應(yīng)線圈42感應(yīng)出的磁場所導(dǎo)致的感測線圈52的輸出進(jìn)行測量。這時，將該輸出表示為V0(f，N)，其中，f是交變磁場的頻率，而N是感測線圈52的編號。
因為磁感應(yīng)線圈42和電容器一起形成了諧振電路43，所以當(dāng)交變磁場的周期對應(yīng)于諧振電路43的諧振頻率時，在諧振電路43(磁感應(yīng)線圈42)中流動的感應(yīng)電流增大，并且產(chǎn)生的感應(yīng)磁場變強(qiáng)。此外，因為在磁感應(yīng)線圈42的中央設(shè)置有由電介質(zhì)鐵氧體(dielectric ferrite)構(gòu)成的芯部件41，所以感應(yīng)磁場更容易集中在芯部件41中，這使得產(chǎn)生的感應(yīng)磁場甚至更強(qiáng)。
此后，頻率確定部50B計算在步驟1中測量出的感測線圈52的輸出與在步驟3中測量出的感測線圈52的輸出之間的差，基于計算出的差獲得用于檢測囊狀內(nèi)窺鏡20的位置和取向而使用的計算頻率(步驟4；頻率確定步驟)。
圖8是描繪磁感應(yīng)線圈42的頻率特性的圖，并且例示了與交變磁場的頻率變化相關(guān)的感測線圈52的輸出增益和相位的變化。這個曲線圖中的增益V(f，N)表示為V(f，N)＝V0(f，N)-Vc(f，N)。即，增益V(f，N)由在各個頻率下步驟1中的測量結(jié)果與步驟3中的測量結(jié)果之間的差來表示。
如圖8所示，作為感測線圈52的輸出的AC電壓的幅值隨著由磁感應(yīng)線圈42產(chǎn)生的交變磁場的頻率特性(即與諧振電路43的諧振頻率的關(guān)系)而很大地變化。圖8在橫軸上示出了交變磁場的頻率，在縱軸上示出了在諧振電路43中流動的AC電壓的增益(dBm)和相位(度)的變化。在圖8中，示出了由實線表示的增益變化在小于諧振頻率的頻率處出現(xiàn)最大值，在諧振頻率處為零，在高于諧振頻率的頻率處出現(xiàn)最小值。此外，它示出了由虛線表示的相位變化在諧振頻率處下降最多。在此，通過使用網(wǎng)絡(luò)分析器、阻抗分析器等來測量諧振電路的阻抗特性，已經(jīng)確認(rèn)了諧振電路43的諧振頻率對應(yīng)于引起最大相位滯后的頻率并且對應(yīng)于引起增益過0的頻率。
根據(jù)測量條件，可能存在增益在比諧振頻率低的頻率處出現(xiàn)最小值并且在比諧振頻率高的頻率處出現(xiàn)最大值的情況，以及相位在諧振頻率處達(dá)到峰值的情況。
更具體地說，獲得上述感測線圈52的增益的變化出現(xiàn)最大值和最小值的頻率，并且將這兩個頻率用作計算頻率較低的頻率用作低頻側(cè)計算頻率，較高的頻率用作高頻側(cè)計算頻率。如圖8所示，增益變化分別在大約18kHz和大約20.5kHz的頻率處出現(xiàn)最大值和最小值。前者是低頻側(cè)計算頻率，而后者是高頻側(cè)計算頻率。
按這種方式，使用步驟1中的感測線圈52的輸出與步驟2中的感測線圈52的輸出之間的差，通過消除不利的影響(例如，與感測線圈接收電路57的溫度特性有關(guān)的輸出值的偏移)，使得可以獲得高精度計算頻率。
在此，將針對所有感測線圈的Vc(fLOW，N)、Vc(fHIGH，N)，(N感測線圈的編號1、2、3、…)存儲為基準(zhǔn)值，其中，fLOW表示低頻側(cè)計算頻率，fHIGH表示高頻側(cè)計算頻率。在步驟5和隨后的步驟中，通過下面的計算公式來計算針對用于位置計算的值而基于感測線圈52的輸出計算的Vs(fLOW，N)和Vs(fHIGH，N)，其中，V(fLOW，N)(N為感測線圈的編號)表示在低頻側(cè)計算頻率(fLOW)測量出的感測線圈52的輸出，V(fHIGH，N)(N為感測線圈的編號)表示在高頻側(cè)計算頻率(fHIGH)測量出的感測線圈52的輸出。
Vs(fLOW，N)＝V(fLOW，N)-Vc(fLOW，N)Vs(fHIGH，N)＝V(fHIGH，N)-Vc(fHIGH，N)由此，在隨后的步驟中，將Vs(fLOW，N)和Vs(fHIGH，N)表示為“基于感測線圈52的輸出而計算出的值”。
當(dāng)要獲得上述計算頻率時，至少一個感測線圈52的輸出足夠以獲得低頻側(cè)計算頻率和高頻側(cè)計算頻率。更具體地說，盡管在步驟1中測量所有感測線圈52的輸出頻率特性，但是在步驟3中針對特定感測線圈52進(jìn)行測量并且執(zhí)行步驟4的處理就足以獲得計算頻率。
首先，選擇一個感測線圈52。接著，在頻率擺動的同時從驅(qū)動線圈51產(chǎn)生交變磁場。這時，連接到所選擇感測線圈52的帶通濾波器61的中心頻率根據(jù)由驅(qū)動線圈51產(chǎn)生的交變磁場的頻率而擺動(改變)。在由驅(qū)動線圈51產(chǎn)生的交變磁場發(fā)生擺動的同時測量感測線圈52的輸出(通過帶通濾波器61、放大器62，以及真實RMS轉(zhuǎn)換器63的輸出)。
此后，將囊狀內(nèi)窺鏡20置于空間S中。按照與上述相同的方式，在頻率擺動的同時從驅(qū)動線圈51產(chǎn)生交變磁場，連接到所選擇感測線圈52的帶通濾波器61的中心頻率根據(jù)從驅(qū)動線圈51產(chǎn)生的交變磁場的頻率而擺動，以測量感測線圈52的輸出。
接著，獲得在沒有將囊狀內(nèi)窺鏡20置于空間S中時的測量結(jié)果(感測線圈52的輸出)與在將囊狀內(nèi)窺鏡20置于空間S中時的測量結(jié)果(感測線圈52的輸出)之間的差。
該結(jié)果如上述圖8所示，由此可以獲得計算頻率。
如下地執(zhí)行對所有感測線圈52的校準(zhǔn)。在確定了計算頻率之后，再次將囊狀內(nèi)窺鏡20從空間S中去除，將帶通濾波器61的中心頻率調(diào)節(jié)成低頻側(cè)計算頻率。接著，將驅(qū)動線圈51形成的交變磁場的頻率調(diào)節(jié)成低頻側(cè)計算頻率。驅(qū)動線圈51產(chǎn)生具有低頻側(cè)計算頻率的交變磁場，并且測量所有感測線圈52的輸出。將這些測量結(jié)果保存為Vc(fLOW，N)。
在隨后的步驟中，將帶通濾波器61的中心頻率調(diào)節(jié)成高頻側(cè)計算頻率。接著，將驅(qū)動線圈51形成的交變磁場的頻率調(diào)節(jié)成高頻側(cè)計算頻率，驅(qū)動線圈51產(chǎn)生具有高頻側(cè)計算頻率的交變磁場。測量所有感測線圈52的輸出。將這些測量結(jié)果保存為Vc(fHIGH，N)。
在獲得了這些計算頻率之后，檢測囊狀內(nèi)窺鏡20的位置和方向。
首先，將帶通濾波器61的中心頻率調(diào)節(jié)成低頻側(cè)計算頻率(步驟5)。此外，將帶通濾波器61的通過頻率范圍設(shè)置為可以提取感測線圈52的增益變化的局部極值的范圍。
接著，將驅(qū)動線圈51形成的交變磁場的頻率調(diào)節(jié)成低頻側(cè)計算頻率(步驟6)。更具體地說，通過將信號發(fā)生電路53產(chǎn)生的AC電流的頻率控制成低頻側(cè)計算頻率，來控制驅(qū)動線圈51形成的交變磁場的頻率。
接著，通過驅(qū)動線圈51產(chǎn)生具有低頻側(cè)計算頻率的交變磁場，以使用感測線圈52來檢測由磁感應(yīng)線圈42感應(yīng)出的磁場(步驟7；檢測步驟)。簡單地說，測量感測線圈52的輸出，獲得Vs(fLOW，N)，這是基于感測線圈52的輸出而計算出的值，其中，N表示選擇的感測線圈52的編號。
接下來，將帶通濾波器61的中心頻率調(diào)節(jié)成高頻側(cè)計算頻率(步驟8)。
接著，將驅(qū)動線圈51形成的交變磁場的頻率調(diào)節(jié)成高頻側(cè)計算頻率(步驟9)。
通過驅(qū)動線圈51產(chǎn)生具有高頻側(cè)計算頻率的交變磁場，以使用感測線圈52來檢測由磁感應(yīng)線圈42感應(yīng)出的磁場(步驟10；檢測步驟)。簡單地說，測量感測線圈52的輸出，以獲得Vs(fHIGH，N)，這是基于感測線圈52的輸出而計算出的值，其中，N表示選擇的感測線圈52的編號。
如上所述，可以首先執(zhí)行使用低頻側(cè)計算頻率的檢測，隨后執(zhí)行使用高頻側(cè)計算頻率的檢測。另選的是，可以首先執(zhí)行使用高頻側(cè)計算頻率的檢測，隨后執(zhí)行使用低頻側(cè)計算頻率的檢測。
此后，位置檢測裝置50A計算Vs(fLOW，N)-Vs(fHIGH，N)，這表示各個感測線圈52在低頻側(cè)計算頻率與高頻側(cè)計算頻率之間的輸出差(振幅差)，接著，選擇要使用其輸出差來估計囊狀內(nèi)窺鏡20的位置的感測線圈52(步驟11)。
選擇感測線圈52的方法不限于特定的方法，只要可以選擇具有大輸出差的感測線圈52即可。例如，如圖9所示，可以選擇面對驅(qū)動線圈51并且囊狀內(nèi)窺鏡20位于驅(qū)動線圈51與其之間的感測線圈52。另選的是，如圖10所示，可以選擇設(shè)置在與驅(qū)動線圈51所在平面相鄰的相互面對平面中的感測線圈52。
位置檢測裝置50A向感測線圈選擇器56發(fā)出從選擇的感測線圈52向感測線圈接收電路57輸入AC電流的命令，從而選擇感測線圈52。
接著，位置檢測裝置50A基于選擇的感測線圈52的輸出差來計算囊狀內(nèi)窺鏡20的位置和取向(步驟12；位置計算步驟)，以確定位置和取向(步驟13)。
更具體地說，位置檢測單元50A基于從選擇的感測線圈52計算出的振幅差，通過對包含囊狀內(nèi)窺鏡20的位置、方向和磁場強(qiáng)度的聯(lián)立方程進(jìn)行求解，獲得囊狀內(nèi)窺鏡20的位置。
由此，基于感測線圈52的輸出差，可以消除例如因環(huán)境條件(例如溫度)而造成的感測線圈接收電路的特性的變化，由此可以按可靠的精度獲得囊狀內(nèi)窺鏡20的位置，而不會受環(huán)境條件的影響。
關(guān)于囊狀內(nèi)窺鏡20的位置等的信息包括6條信息，例如，X、Y和Z位置坐標(biāo)，囊狀內(nèi)窺鏡20的縱軸(旋轉(zhuǎn)軸)的方向φ和θ，以及磁感應(yīng)線圈42產(chǎn)生的感應(yīng)磁場的強(qiáng)度。
為了通過計算來估計這6條信息，需要至少6個感測線圈52的輸出。因此，優(yōu)選的是，在步驟11的選擇中選擇至少6個感測線圈52。
接著，如圖7中所示，選擇用于后繼控制的感測線圈52(步驟14)。
更具體地說，位置檢測裝置50A基于在步驟13中計算出的囊狀內(nèi)窺鏡20的位置和取向，通過計算來獲得從磁感應(yīng)線圈42產(chǎn)生的磁場在各個感測線圈52的位置處的強(qiáng)度，并且選擇設(shè)置在磁場強(qiáng)度高的位置處的必要數(shù)量的感測線圈52。當(dāng)重復(fù)獲取囊狀內(nèi)窺鏡的位置和取向時，基于在后面要說明的步驟22中計算出的囊狀內(nèi)窺鏡20的位置和取向來選擇感測線圈52。
盡管在這個實施例中，選擇的感測線圈52的數(shù)量應(yīng)當(dāng)為至少6個，但是，在最小化位置計算誤差的方面，選擇大約10到15個感測線圈52是有利的。另選的是，可以按如下方式來選擇感測線圈52基于在步驟13(或者后面要說明的步驟22)中獲得的囊狀內(nèi)窺鏡20的位置和取向來計算由于從磁感應(yīng)線圈42產(chǎn)生的磁場而導(dǎo)致的所有感測線圈52的輸出，接著選擇具有大輸出的必要數(shù)量的感測線圈52。
此后，將帶通濾波器61的中心頻率重新調(diào)節(jié)成低頻側(cè)計算頻率(步驟15)。
接著，將驅(qū)動線圈51形成的交變磁場的頻率調(diào)節(jié)成低頻側(cè)計算頻率(步驟16)。
接著，由驅(qū)動線圈51產(chǎn)生具有低頻側(cè)計算頻率的交變磁場，以使用步驟14中選擇的感測線圈52來檢測由磁感應(yīng)線圈42感應(yīng)出的磁場(步驟17；檢測步驟)。采用與步驟7相同的方式，獲得Vs(fLOW，N)，其是基于感測線圈52的輸出而計算出的值。
接下來，將帶通濾波器61的中心頻率調(diào)節(jié)成高頻側(cè)計算頻率(步驟18)。
接著，將驅(qū)動線圈51形成的交變磁場的頻率調(diào)節(jié)成高頻側(cè)計算頻率(步驟19)。
接著，由驅(qū)動線圈51產(chǎn)生具有高頻側(cè)計算頻率的交變磁場，以使用步驟13中選擇的感測線圈52來檢測由磁感應(yīng)線圈42感應(yīng)出的磁場(步驟20；檢測步驟)。接著，采用與步驟10相同的方式，獲得Vs(fHIGH，N)，其是基于感測線圈52的輸出而計算出的值。
接著，位置檢測裝置50A基于在步驟14中選擇的感測線圈52的輸出差來計算囊狀內(nèi)窺鏡20的位置和取向(步驟21；位置計算步驟)，以確定位置和取向(步驟22)。
在步驟22中，可以將針對計算出的囊狀內(nèi)窺鏡裝置20的位置和取向的數(shù)據(jù)輸出到另一裝置或顯示部82。
此后，如果繼續(xù)檢測囊狀內(nèi)窺鏡裝置20的位置和取向，則流程返回到步驟14，其中執(zhí)行對位置和取向的檢測。
此外，位置檢測裝置50A與上述控制操作并行地選擇用于產(chǎn)生磁場的驅(qū)動線圈51，并且向驅(qū)動線圈選擇器55輸出用于向選擇的驅(qū)動線圈51提供AC電流的指令。如圖11所示，在選擇驅(qū)動線圈51的方法中，排除連接其和磁感應(yīng)線圈42的直線(驅(qū)動線圈51的取向)與磁感應(yīng)線圈42的中心軸(囊狀內(nèi)窺鏡20的旋轉(zhuǎn)軸R)大致正交的驅(qū)動線圈51。此外，如圖12所示，選擇驅(qū)動線圈51以使得按作用于磁感應(yīng)線圈42上的磁場的取向線性無關(guān)的方式向三個驅(qū)動線圈51提供AC電流。
更優(yōu)選的方法是如下的方法省略由其產(chǎn)生的磁力線的取向與磁感應(yīng)線圈42的中心軸大致正交的驅(qū)動線圈51。
如上所述，可以使用驅(qū)動線圈選擇器55來限制形成交變磁場的驅(qū)動線圈51的數(shù)量，或者，可以不使用驅(qū)動線圈選擇器55，而將驅(qū)動線圈51的數(shù)量初始設(shè)置為三個。
如上所述，可以選擇三個驅(qū)動線圈51來形成交變磁場，或者，如圖9所示，可以通過全部的驅(qū)動線圈51來產(chǎn)生交變磁場。
現(xiàn)在，更具體地對驅(qū)動線圈51的切換進(jìn)行說明。
執(zhí)行在驅(qū)動線圈中進(jìn)行切換的操作，作為防止如下的可能問題的措施如果在囊狀內(nèi)窺鏡20的位置處驅(qū)動線圈51產(chǎn)生的磁場的方向與磁感應(yīng)線圈42的取向正交，則磁感應(yīng)線圈42產(chǎn)生的感應(yīng)磁場變小，由此降低位置檢測的精度。
可以從位置檢測裝置50A的輸出來識別磁感應(yīng)線圈42的方向，即囊狀內(nèi)窺鏡20的方向。此外，可以通過計算獲得在囊狀內(nèi)窺鏡20的位置處由驅(qū)動線圈51產(chǎn)生的磁場的方向。
因此，可以通過計算獲得囊狀內(nèi)窺鏡20的取向與在囊狀內(nèi)窺鏡20的位置處由驅(qū)動線圈51產(chǎn)生的磁場的方向之間的角度。
按相同的方式，還可以通過計算獲得在囊狀內(nèi)窺鏡20的位置處的磁場(即按不同位置和取向設(shè)置的單獨驅(qū)動線圈51產(chǎn)生的磁場)的方向。按相同的方式，可以通過計算獲得囊狀內(nèi)窺鏡20的取向與在囊狀內(nèi)窺鏡20的位置處由各個驅(qū)動線圈51產(chǎn)生的磁場的方向之間的角度。
這樣，可以通過僅僅選擇在囊狀內(nèi)窺鏡20的位置處在囊狀內(nèi)窺鏡20的取向與由其產(chǎn)生的磁場的方向之間為銳角的驅(qū)動線圈51，來使得磁感應(yīng)線圈42產(chǎn)生的感應(yīng)磁場保持為較大。這對于位置檢測是有利的。
為了執(zhí)行在驅(qū)動線圈51中進(jìn)行切換的操作，在步驟1的校準(zhǔn)中執(zhí)行下述處理。
首先，選擇一個驅(qū)動線圈51，并且在頻率改變(擺動)時由該驅(qū)動線圈51產(chǎn)生交變磁場。這時，在將設(shè)置在各個感測線圈52的下游的帶通濾波器61的中心頻率調(diào)節(jié)成由該驅(qū)動線圈51產(chǎn)生的交變磁場的頻率時測量所有感測線圈52的輸出，以獲得這些感測線圈52與該驅(qū)動線圈51相關(guān)聯(lián)的頻率特性。
接著，將所有感測線圈的頻率特性與所選擇的驅(qū)動線圈51相關(guān)聯(lián)地存儲。
接下來，選擇另一驅(qū)動線圈51，并且在頻率改變(擺動)時由該驅(qū)動線圈51產(chǎn)生交變磁場。這時，在將設(shè)置在各個感測線圈52的下游的帶通濾波器61的中心頻率調(diào)節(jié)成由該驅(qū)動線圈51產(chǎn)生的交變磁場的頻率時測量所有感測線圈52的輸出，以獲得這些感測線圈52與該驅(qū)動線圈51相關(guān)聯(lián)的頻率特性。
接著，將所有感測線圈的頻率特性與新選擇的驅(qū)動線圈51相關(guān)聯(lián)地存儲。
可以針對所有驅(qū)動線圈重復(fù)進(jìn)行這個操作，以存儲針對驅(qū)動線圈51和感測線圈52的所有組合的感測線圈52的頻率特性。
接下來，如上所述，將囊狀內(nèi)窺鏡20放入空間S中(步驟2)，并且在囊狀內(nèi)窺鏡20位于空間S中時測量頻率特性。為了在這時進(jìn)行測量，在選擇任一驅(qū)動線圈51和任一感測線圈52之后，針對該組合計算感測線圈52的輸出的頻率特性(步驟3)。
在各個頻率分量，獲得在步驟3中獲取的結(jié)果與在步驟1中針對在步驟3中選擇的驅(qū)動線圈51和感測線圈52的組合而存儲的感測線圈52的頻率特性之間的差。該結(jié)果如圖8中所示。接著，如上所述地選擇計算頻率。
接著，從在步驟1中獲得的針對驅(qū)動線圈51和感測線圈52的所有組合的感測線圈52的頻率特性，提取在囊狀內(nèi)窺鏡20處于空間S之外時感測線圈針對驅(qū)動線圈51和感測線圈52的所有組合在計算頻率的輸出。盡管這對應(yīng)于上述的Vc(fLOW，N)、Vc(fHIGH，N)，但是考慮到與所有驅(qū)動線圈的關(guān)聯(lián)，在此使用符號Vc(fLOW，N，M)和Vc(fHIGH，N，M)，其中N表示感測線圈的編號，而M表示驅(qū)動線圈的編號。
步驟5已經(jīng)說明過了，因此，這里不再進(jìn)行說明。
在步驟6中，將信號發(fā)生電路的頻率設(shè)置為低頻側(cè)計算頻率，此外，通過位置檢測裝置50A操作驅(qū)動線圈選擇器55，以選擇作為輸出用驅(qū)動線圈的驅(qū)動線圈51。
在步驟7中，測量所有感測線圈52的輸出。如上所述地執(zhí)行這時的測量。
接著，獲得Vs(fLOW，N)＝V(fLOW，N)-Vc(fLOW，N，M)，這是基于感測線圈52的輸出而計算出的值，其中M是步驟6中選擇的驅(qū)動線圈的編號。步驟5已經(jīng)說明過了，因此，這里不再進(jìn)行說明。
在步驟9中，按照原樣，使用步驟6中選擇的驅(qū)動線圈52執(zhí)行上述操作。
在步驟10中，測量所有感測線圈的輸出。這時的測量結(jié)果與上述V(fHIGH，N)相同。
接著，獲得Vs(fHIGH，N)＝V(fHIGH，N)-Vc(fHIGH，N，M)，這是基于感測線圈52的輸出而計算出的值，其中M是步驟6中選擇的驅(qū)動線圈的編號。
步驟11、步驟12以及步驟13已經(jīng)說明過了，因此，這里不再進(jìn)行說明。
在步驟14中，選擇用于后繼位置計算的感測線圈，并且選擇用于后繼測量的驅(qū)動線圈。
對感測線圈的選擇與上述情況相同，由此不再重復(fù)?，F(xiàn)在，對選擇驅(qū)動線圈的過程進(jìn)行說明。
首先，通過計算獲得在囊狀內(nèi)窺鏡20的位置處由驅(qū)動線圈51產(chǎn)生的磁場的方向。接著，計算囊狀內(nèi)窺鏡20的取向與在囊狀內(nèi)窺鏡20的位置處由驅(qū)動線圈51產(chǎn)生的磁場的方向之間的角度。
按相同的方式，還可以通過計算獲得在囊狀內(nèi)窺鏡20的位置處的磁場(即按不同位置和取向設(shè)置的單獨驅(qū)動線圈51產(chǎn)生的磁場)的方向。按相同的方式，可以通過計算獲得囊狀內(nèi)窺鏡20的取向與在囊狀內(nèi)窺鏡20的位置處由各個驅(qū)動線圈51產(chǎn)生的磁場的方向之間的角度。
根據(jù)這些計算結(jié)果，選擇在囊狀內(nèi)窺鏡20的位置處在囊狀內(nèi)窺鏡20的取向與由其產(chǎn)生的磁場的方向之間具有最銳的角的驅(qū)動線圈51。通過按這種方式選擇驅(qū)動線圈51，可以使由磁感應(yīng)線圈42產(chǎn)生的感應(yīng)磁場保持為較大，確保了位置檢測的優(yōu)良條件。
步驟15已經(jīng)說明過了，因此，這里不再進(jìn)行說明。
在步驟16，將信號發(fā)生電路的頻率設(shè)置為低頻側(cè)計算頻率，此外，通過位置檢測裝置50A操作驅(qū)動線圈選擇器55，以選擇作為輸出用驅(qū)動線圈的驅(qū)動線圈51。
在步驟17中，對步驟14中選擇的所有感測線圈52的輸出進(jìn)行測量。這對應(yīng)于V(fLOW，N)。接著，如下地計算獲得的Vc(fLOW，N，M)(這是在囊狀內(nèi)窺鏡20處于空間S之外時感測線圈在計算頻率針對驅(qū)動線圈51和感測線圈52的所有組合的輸出)與表示對應(yīng)的感測線圈和驅(qū)動線圈的組合的數(shù)據(jù)之間的差，以獲得Vs(fLOW，N)。
Vs(fLOW，N)＝V(fLOW，N)-Vc(fLOW，N，M)步驟18已經(jīng)說明過了，因此，這里不再進(jìn)行說明。
在步驟19中，將信號發(fā)生電路的頻率設(shè)置為高頻側(cè)計算頻率，而不對步驟16中設(shè)置的驅(qū)動線圈55進(jìn)行切換。
在步驟20中，測量在步驟14中選擇的所有感測線圈52的輸出。這對應(yīng)于V(fHIGH，N)。接著，如下地計算獲得的Vc(fHIGH，N，M)(這是在囊狀內(nèi)窺鏡20處于空間S之外時感測線圈在計算頻率針對驅(qū)動線圈51和感測線圈52的所有組合的輸出)與表示對應(yīng)的感測線圈和驅(qū)動線圈的組合的數(shù)據(jù)之間的差，以獲得Vs(fHIGH，N)。
Vs(fHIGH，N)＝V(fHIGH，N)-Vc(fHIGH，N，M)
在步驟21中，位置檢測裝置50A計算Vs(fLOW，N)-Vs(fHIGH，N)(這表示各個選擇的感測線圈52在低頻側(cè)計算頻率與高頻側(cè)計算頻率之間的輸出差(振幅差))，以基于該值執(zhí)行用于估計囊狀內(nèi)窺鏡20(即，磁感應(yīng)線圈42)的位置和方向的計算。
步驟22和23已經(jīng)說明過了，因此，這里不再進(jìn)行說明。
根據(jù)上述處理(選擇驅(qū)動線圈51和感測線圈52)，在確保來自磁感應(yīng)線圈42的感應(yīng)磁場盡可能大的情況下，可以通過感測線圈52有效地檢測由磁感應(yīng)線圈42產(chǎn)生的感應(yīng)磁場。這減小了對囊狀內(nèi)窺鏡20(磁感應(yīng)線圈42)的位置計算所使用的數(shù)據(jù)量，而不會犧牲精度。因此可以減小計算量，并且可以按較低的成本構(gòu)建系統(tǒng)。還提供了其他優(yōu)點，如系統(tǒng)速度加快。
此外，在選擇驅(qū)動線圈51時，可以選擇兩個或更多個驅(qū)動線圈51。在這種情況下，計算所有選擇的驅(qū)動線圈在囊狀內(nèi)窺鏡20(磁感應(yīng)線圈42)的位置處產(chǎn)生的磁場，并且將各個驅(qū)動線圈51的輸出調(diào)節(jié)成使得合成磁場的方向與囊狀內(nèi)窺鏡20(磁感應(yīng)線圈42)的方向之間的角度為銳角。作為代替，可以將通過對所選擇感測線圈52的校準(zhǔn)而獲得的值計算為輸出驅(qū)動線圈51的輸出值與通過將基于單獨驅(qū)動線圈的輸出的因數(shù)乘以Vc(fLOW，N，M)而獲得的值的和，以及計算為輸出驅(qū)動線圈51的輸出值與通過將基于單獨驅(qū)動線圈的輸出的因數(shù)乘以Vc(fHIGH，N，M)而獲得的值的和，其中，Vc(fLOW，N，M)和Vc(fHIGH，N，M)是上述的測量結(jié)果。此外，可以準(zhǔn)備驅(qū)動線圈的輸出率已經(jīng)確定了的一些輸出模式，從而在步驟1中可以基于這些輸出模式來執(zhí)行校準(zhǔn)。按這種方式，可以更靈活地設(shè)置囊狀內(nèi)窺鏡20(磁感應(yīng)線圈42)的位置處的磁場的取向。因此，可以實現(xiàn)更加準(zhǔn)確和有效的位置檢測。
此外，可以將驅(qū)動線圈51的輸出調(diào)節(jié)成使得由驅(qū)動線圈51產(chǎn)生的在囊狀內(nèi)窺鏡20(磁感應(yīng)線圈42)的位置處的磁場落入磁場強(qiáng)度的預(yù)定或確定范圍內(nèi)。同樣，在這種情況下，可以代替地將通過對所選擇感測線圈52的校準(zhǔn)而獲得的值計算為輸出驅(qū)動線圈51的輸出值與通過將基于單獨驅(qū)動線圈的輸出的因數(shù)乘以Vc(fLOW，N，M)而獲得的值的和，以及計算為輸出驅(qū)動線圈51的輸出值與通過將基于單獨驅(qū)動線圈的輸出的因數(shù)乘以Vc(fHIGH，N，M)而獲得的值的和，其中，Vc(fLOW，N，M)和Vc(fHIGH，N，M)是上述的測量結(jié)果。
按這種方式，可以輸出由磁感應(yīng)線圈42產(chǎn)生的更穩(wěn)定的感應(yīng)磁場。因此，可以實現(xiàn)更加準(zhǔn)確和有效的位置檢測。
接下來，對磁感應(yīng)裝置70的操作進(jìn)行說明。
如圖1所示，在磁感應(yīng)裝置70中，首先，操作員經(jīng)由輸入裝置74向旋轉(zhuǎn)磁場控制電路73輸入針對囊狀內(nèi)窺鏡20的引導(dǎo)方向。在旋轉(zhuǎn)磁場控制電路73中，基于輸入的引導(dǎo)方向和從位置檢測裝置50A輸入的囊狀內(nèi)窺鏡20的取向(旋轉(zhuǎn)軸方向)，確定要向囊狀內(nèi)窺鏡20施加的平行磁場的取向和旋轉(zhuǎn)方向。
接著，為了產(chǎn)生平行磁場的取向，計算需要由赫爾姆霍茨線圈71X、71Y和71Z產(chǎn)生的磁場的強(qiáng)度，并且計算產(chǎn)生這些磁場所需要的電流。
將向單個赫爾姆霍茨線圈71X、71Y和71Z提供的電流數(shù)據(jù)輸出到對應(yīng)的赫爾姆霍茨線圈驅(qū)動器72X、72Y和72Z，并且赫爾姆霍茨線圈驅(qū)動器72X、72Y和72Z基于輸入數(shù)據(jù)執(zhí)行對電流的放大控制，并將電流提供給對應(yīng)的赫爾姆霍茨線圈71X、71Y和71Z。
向其提供了電流的赫爾姆霍茨線圈71X、71Y和71Z根據(jù)各自的電流值產(chǎn)生磁場，通過合成這些磁場，產(chǎn)生具有由旋轉(zhuǎn)磁場控制電路73確定的磁場取向的平行磁場。
囊狀內(nèi)窺鏡20中設(shè)置有引導(dǎo)磁體45，并且如下所述，基于作用于引導(dǎo)磁體45上的力和轉(zhuǎn)矩以及上述平行磁場來控制囊狀內(nèi)窺鏡20的取向(旋轉(zhuǎn)軸方向)。此外，通過將平行磁場的旋轉(zhuǎn)周期控制成大約0Hz到幾Hz并且對平行磁場的旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)行控制，從而控制圍繞囊狀內(nèi)窺鏡20的旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)方向，并且控制囊狀內(nèi)窺鏡20的移動方向和移動速度。
接下來，對囊狀內(nèi)窺鏡20的操作進(jìn)行說明。
如圖5所示，在囊狀內(nèi)窺鏡20中，首先，將紅外光照射到開關(guān)部46的紅外線傳感器47上，開關(guān)部46向信號處理部34輸出信號。當(dāng)信號處理部34接收到來自開關(guān)部46的信號時，從電池39向內(nèi)置于囊狀內(nèi)窺鏡20中的圖像傳感器31、LED 33、無線電裝置35以及信號處理部34本身提供電流，這些部件啟動。
圖像傳感器31形成患者1的體腔中的通道內(nèi)部的被LED 33照亮的壁面的圖像，將該圖像轉(zhuǎn)換為電信號，并將其輸出到信號處理部34。信號處理部34壓縮輸入的圖像，臨時存儲它，并且將它輸出到無線電裝置35。將輸入到無線電裝置35的壓縮圖像信號作為電磁波發(fā)送到圖像顯示裝置80。
囊狀內(nèi)窺鏡20可以通過借助于設(shè)置在外殼21的外周上的螺旋部25圍繞旋轉(zhuǎn)軸R旋轉(zhuǎn)而向前端部23或后端部24移動。通過圍繞旋轉(zhuǎn)軸R的旋轉(zhuǎn)方向和螺旋部25的旋轉(zhuǎn)方向來確定移動的方向。
接下來，對圖像顯示裝置80的操作進(jìn)行說明。
如圖1所示，在圖像顯示裝置80中，首先，圖像接收電路81接收從囊狀內(nèi)窺鏡20發(fā)送來的壓縮圖像信號，并將該圖像信號輸出到顯示部82。在圖像接收電路81或顯示部82中對壓縮圖像信號進(jìn)行進(jìn)行重構(gòu)，并且通過顯示部82對其進(jìn)行顯示。
此外，顯示部82基于從旋轉(zhuǎn)磁場控制電路73輸入的囊狀內(nèi)窺鏡20的旋轉(zhuǎn)相位數(shù)據(jù)，沿與囊狀內(nèi)窺鏡20的旋轉(zhuǎn)方向相反的方向執(zhí)行對圖像信號的旋轉(zhuǎn)處理，并顯示它。
使用上述結(jié)構(gòu)，因為磁感應(yīng)線圈42的諧振頻率是使用頻率隨時間改變的交變磁場來獲得的，所以可以不考慮磁感應(yīng)線圈42的諧振頻率的大變化地獲得該諧振頻率，從而可以基于該諧振頻率獲得計算頻率。為此，不管磁感應(yīng)線圈42的諧振頻率的變化如何，都可以基于計算頻率來計算囊狀內(nèi)窺鏡20的位置和取向。
結(jié)果，不必設(shè)置用于調(diào)節(jié)磁感應(yīng)線圈42的諧振頻率的元件等，因此，可以減小囊狀內(nèi)窺鏡20的尺寸。此外，不再需要為了調(diào)節(jié)諧振頻率而對與磁感應(yīng)線圈42一起組成諧振電路43的諸如電容器等的元件進(jìn)行選擇或調(diào)節(jié)。這防止了囊狀內(nèi)窺鏡20的制造成本的增加。
因為僅使用具有低頻側(cè)計算頻率和高頻側(cè)計算頻率的交變磁場來計算囊狀內(nèi)窺鏡20的位置和取向，所以與例如使交變磁場的頻率在預(yù)定范圍內(nèi)擺動的方法相比，可以減小計算位置和取向所需要的時間。
因為帶通濾波器61可以基于低頻側(cè)計算頻率和高頻側(cè)計算頻率來限制感測線圈52的輸出頻率的頻帶，所以可以基于頻率范圍在低頻側(cè)計算頻率和高頻側(cè)計算頻率附近的感測線圈輸出來計算囊狀內(nèi)窺鏡20的位置和取向，因此，可以減小計算位置和取向所需要的時間。
從線性無關(guān)的三個或更多個不同方向?qū)⒔蛔兇艌鍪┘拥侥覡顑?nèi)窺鏡20的磁感應(yīng)線圈42。因此，無論磁感應(yīng)線圈42的取向如何，都可以通過至少一個方向的交變磁場在磁感應(yīng)線圈42中產(chǎn)生感應(yīng)磁場。
結(jié)果，無論囊狀內(nèi)窺鏡20的取向(旋轉(zhuǎn)軸R的軸方向)如何，都始終可以在磁感應(yīng)線圈42中產(chǎn)生感應(yīng)磁場；因此，提供了如下優(yōu)點始終可以通過感測線圈52檢測到感應(yīng)磁場，這使得可以始終精確地檢測其位置。
此外，因為相對于囊狀內(nèi)窺鏡20在三個不同方向上都設(shè)置有感測線圈52，所以無論囊狀內(nèi)窺鏡20所在的位置如何，都有可檢測強(qiáng)度的感應(yīng)磁場作用于沿三個方向設(shè)置的感測線圈52中的沿至少一個方向設(shè)置的感測線圈52上，這使得感測線圈52始終可以檢測到感應(yīng)磁場。
此外，如上所述，因為在一個方向上設(shè)置的感測線圈52的數(shù)量為9個，所以確保了足以通過計算獲取總計6條信息的數(shù)量個輸入，其中這6條信息包括囊狀內(nèi)窺鏡20的X、Y和Z坐標(biāo)，關(guān)于彼此正交并且與囊狀內(nèi)窺鏡20的旋轉(zhuǎn)軸R正交的兩個軸的旋轉(zhuǎn)相位φ和θ，以及感應(yīng)磁場的強(qiáng)度。
通過將交變磁場的頻率設(shè)置為接近于諧振電路43發(fā)生諧振的頻率(諧振頻率)，與使用另一頻率的情況相比，可以產(chǎn)生具有較大振幅的感應(yīng)磁場。因為感應(yīng)磁場的振幅較大，所以感測線圈52可以容易地檢測該感應(yīng)磁場，這使得容易檢測囊狀內(nèi)窺鏡20的位置。
此外，因為交變磁場的頻率在諧振頻率附近的頻率范圍內(nèi)進(jìn)行擺動，所以，即使諧振電路43的諧振頻率因環(huán)境條件(例如，溫度條件)的變化而改變，或者即使存在因諧振電路43的個體差異而造成的諧振頻率偏移，只要改變的諧振頻率或偏移的諧振頻率包括在上述頻率范圍中，就可以在諧振電路43中引起諧振。
因為位置檢測裝置50A通過感測線圈選擇器56來選擇檢測高強(qiáng)度感應(yīng)磁場的感測線圈52，所以可以減小位置檢測裝置50A必須計算并處理的信息量，而不會犧牲精度，這使得可以減小計算負(fù)荷。同時，因為可以同時減小計算處理量，所以可以縮短計算所需要的時間。
因為驅(qū)動線圈51和感測線圈52位于囊狀內(nèi)窺鏡20的工作區(qū)域的任一側(cè)上的彼此相對的位置處，所以可以將驅(qū)動線圈51和感測線圈52定位為使得它們在其構(gòu)造方面不會彼此發(fā)生干擾。
通過控制作用于內(nèi)置于囊狀內(nèi)窺鏡20中的引導(dǎo)磁體45上的平行磁場的取向，可以控制作用于引導(dǎo)磁體45上的力的取向，這使得可以控制囊狀內(nèi)窺鏡20的移動方向。因為同時可以檢測囊狀內(nèi)窺鏡20的位置，所以可以將囊狀內(nèi)窺鏡20引導(dǎo)到預(yù)定位置，由此，提供了如下優(yōu)點可以基于檢測到的囊狀內(nèi)窺鏡20的位置來準(zhǔn)確地引導(dǎo)囊狀內(nèi)窺鏡。
通過對被設(shè)置為沿相互正交方向彼此面對的三對赫爾姆霍茨線圈71X、71Y和71Z產(chǎn)生的磁場的強(qiáng)度進(jìn)行控制，可以將在赫爾姆霍茨線圈71X、71Y和71Z內(nèi)部產(chǎn)生的平行磁場的取向控制為預(yù)定方向。因此，可以將沿預(yù)定取向的平行磁場施加到囊狀內(nèi)窺鏡20，并且可以使得囊狀內(nèi)窺鏡20沿預(yù)定方向移動。
因為驅(qū)動線圈51和感測線圈52設(shè)置在赫爾姆霍茨線圈71X、71Y和71Z的內(nèi)側(cè)空間(該空間是患者1可以位于其中的空間)的周圍，所以可以將囊狀內(nèi)窺鏡20引導(dǎo)到患者1體內(nèi)的預(yù)定部位。
通過使囊狀內(nèi)窺鏡20圍繞旋轉(zhuǎn)軸R旋轉(zhuǎn)，螺旋部25產(chǎn)生沿旋轉(zhuǎn)軸的軸方向推動囊狀內(nèi)窺鏡20的力。因為螺旋部25產(chǎn)生推力，所以可以通過控制囊狀內(nèi)窺鏡20圍繞旋轉(zhuǎn)軸R的旋轉(zhuǎn)方向來控制作用于囊狀內(nèi)窺鏡20上的推力的方向。
因為圖像顯示裝置80基于有關(guān)囊狀內(nèi)窺鏡20圍繞旋轉(zhuǎn)軸R的旋轉(zhuǎn)相位的信息來執(zhí)行使顯示圖像沿與囊狀內(nèi)窺鏡20的旋轉(zhuǎn)方向相反的旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)的處理，所以無論囊狀內(nèi)窺鏡20的旋轉(zhuǎn)相位如何，都可以在顯示部82上顯示始終固定在預(yù)定旋轉(zhuǎn)相位的圖像，換句話說，囊狀內(nèi)窺鏡20看起來沒有圍繞旋轉(zhuǎn)軸R發(fā)生旋轉(zhuǎn)地沿旋轉(zhuǎn)軸R行進(jìn)的圖像。
因此，當(dāng)操作員在視覺地觀察顯示在顯示部82上的圖像的同時對囊狀內(nèi)窺鏡20進(jìn)行引導(dǎo)時，與顯示圖像是隨同囊狀內(nèi)窺鏡20的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)的圖像的情況相比，顯示按上述方式顯示為預(yù)定旋轉(zhuǎn)相位圖像的圖像使得操作員可以更容易地觀看，并且還使得更容易將囊狀內(nèi)窺鏡20引導(dǎo)到預(yù)定部位。
如上所述，可以使得用于獲得計算頻率(步驟1、步驟3)的交變磁場的頻率發(fā)生擺動。另選的是，通過使用位置檢測裝置50A作為從驅(qū)動線圈51產(chǎn)生脈沖磁場的脈沖磁場產(chǎn)生部，可以采用脈沖磁場來獲得計算頻率。
通過向驅(qū)動線圈51施加脈沖驅(qū)動電壓而產(chǎn)生的脈沖磁場(如圖13A所示)包括如圖13B所示的多個頻率分量。因此，與例如使磁場的頻率擺動的方法相比，可以在更短的時間段內(nèi)獲得磁感應(yīng)線圈42的諧振頻率，此外，可以在寬得多的頻率范圍內(nèi)獲得諧振頻率。在這種情況下，通過將可以對頻率分量進(jìn)行分析的頻譜分析儀(圖中未示出)連接到與感測線圈接收電路57相連接的感測線圈52，可以檢測在向驅(qū)動線圈51施加脈沖驅(qū)動電壓時從感測線圈52輸出的信號的頻率分量。
此外，可以通過使用作為混合磁場產(chǎn)生部(其通過驅(qū)動線圈51產(chǎn)生包含多個不同頻率的交變磁場)的位置檢測裝置50A以在要獲得計算頻率時采用包含多個不同頻率的交變磁場、還通過使用作為可以改變通過頻率范圍的可變帶寬限制部的帶通濾波器61，從而控制輸入到頻率確定部50B的頻率范圍。
使用這種結(jié)構(gòu)，即使磁感應(yīng)線圈42的諧振頻率存在大的變化，與使用具有預(yù)定頻率的交變磁場的情況相比，也更容易獲得諧振頻率。
第二實施例現(xiàn)在，參照圖14和15，對本發(fā)明的第二實施例進(jìn)行說明。
根據(jù)這個實施例的醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)的基本構(gòu)造與第一實施例的基本構(gòu)造相同；然而，計算頻率的確定方法和確定機(jī)制與第一實施例的情況不同。因而，在該實施例中，參照圖14和15，僅對計算頻率的確定方法和確定機(jī)制進(jìn)行說明，省略對磁感應(yīng)裝置等的說明。
圖14是示意性地示出根據(jù)該實施例的醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)的圖。
使用相同標(biāo)號來表示與第一實施例的部件相同的部件，由此不再進(jìn)行說明。
如圖14所示，醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)110主要由以下部件形成囊狀內(nèi)窺鏡(醫(yī)用裝置)120，其對體腔中的通道的內(nèi)表面進(jìn)行光學(xué)成像，并且無線地發(fā)送圖像信號；位置檢測單元(位置檢測系統(tǒng)、位置檢測器、計算裝置)150，其檢測囊狀內(nèi)窺鏡120的位置；磁感應(yīng)裝置70，其基于檢測到的囊狀內(nèi)窺鏡120的位置和來自操作員的指令而引導(dǎo)囊狀內(nèi)窺鏡120；以及圖像顯示裝置180，其顯示從該囊狀內(nèi)窺鏡120發(fā)送來的圖像信號。
如圖14所示，位置檢測單元150主要由以下部件形成驅(qū)動線圈51，其在囊狀內(nèi)窺鏡120中的磁感應(yīng)線圈(后面要說明)中產(chǎn)生感應(yīng)磁場；感測線圈52，其檢測在磁感應(yīng)線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)磁場；以及位置檢測裝置(位置分析單元、磁場頻率改變部、驅(qū)動線圈控制部)150A，其基于感測線圈52檢測到的感應(yīng)磁場計算囊狀內(nèi)窺鏡120的位置，并且控制由驅(qū)動線圈51形成的交變磁場。
位置檢測裝置150A設(shè)置有計算頻率確定部(頻率確定部)150B，以接收來自感測線圈接收電路和后面要說明的囊信息接收電路的信號。
圖像顯示裝置180由以下部件形成囊信息接收電路181，其接收從囊狀內(nèi)窺鏡120發(fā)送來的圖像和計算頻率的值；以及顯示部82，其基于接收的圖像信號和來自旋轉(zhuǎn)磁場控制電路73的信號顯示圖像。
圖15是示出囊狀內(nèi)窺鏡的構(gòu)造的示意圖。
如圖15所示，囊狀內(nèi)窺鏡120主要由以下部件形成外殼21，其在內(nèi)部容納了多種裝置；圖像形成部30，其形成患者體腔中的通道的內(nèi)表面的圖像；電池39，其用于驅(qū)動圖像形成部30；感應(yīng)磁場產(chǎn)生部40，其通過上述驅(qū)動線圈51產(chǎn)生感應(yīng)磁場；以及引導(dǎo)磁體45，其驅(qū)動囊狀內(nèi)窺鏡120。
圖像形成部30主要由以下部件形成板36A，其被設(shè)置為與所述旋轉(zhuǎn)軸R大致正交；圖像傳感器31，其設(shè)置在板36A的前端部23側(cè)的表面上；透鏡組32，其將患者體腔內(nèi)的通道的內(nèi)表面的像形成在圖像傳感器31上；LED(發(fā)光二極管)33，其照亮體腔內(nèi)的通道的內(nèi)表面；信號處理部34，其設(shè)置在板36A的后端部24側(cè)的表面上；以及無線電裝置(通信部)135，其向圖像顯示裝置80發(fā)送圖像信號。
在信號處理部34中，還設(shè)置有存儲器部134A，該存儲器部134A用于存儲基于感應(yīng)磁場產(chǎn)生部40的諧振電路43的諧振頻率的計算頻率。存儲器部134A電連接到無線電裝置135，被構(gòu)造成在其中存儲計算頻率，并經(jīng)由無線電裝置135向外發(fā)送其中存儲的計算頻率。
現(xiàn)在，對具有上述構(gòu)造的醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)110的操作進(jìn)行說明。
在第一實施例中已經(jīng)對醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)110的操作的概要進(jìn)行了說明，因此，這里不再進(jìn)行說明。
現(xiàn)在，對獲得用于檢測囊狀內(nèi)窺鏡120的位置和方向的計算頻率的過程和用于檢測囊狀內(nèi)窺鏡120的位置和方向的過程進(jìn)行說明。
圖16是例示從獲取磁感應(yīng)線圈42的頻率特性到將獲得的頻率特性存儲在存儲器部134A中的過程的流程圖。
首先，如圖16所示，執(zhí)行對位置檢測單元150的校準(zhǔn)(步驟31；預(yù)備測量步驟)。更具體地說，測量在沒有將囊狀內(nèi)窺鏡設(shè)置在空間S中時感測線圈52的輸出，即，由于驅(qū)動線圈51形成的交變磁場的作用而導(dǎo)致的感測線圈52的輸出。
在第一實施例中已經(jīng)對形成交變磁場等的具體過程進(jìn)行了說明，由此，這里不再進(jìn)行說明。
接下來，將囊狀內(nèi)窺鏡120置于空間S中(步驟32)。
接著，對囊狀內(nèi)窺鏡120中安裝的磁感應(yīng)線圈42的頻率特性進(jìn)行測量(步驟33；測量步驟)。此后，在頻率確定部150B中，從測量出的磁感應(yīng)線圈42的頻率特性中減去僅交變磁場作用于感測線圈52上時感測線圈52的輸出，即步驟31中測量出的輸出(計算差)。
此后，頻率確定部150B經(jīng)由無線電裝置135將磁感應(yīng)線圈42的頻率特性存儲在存儲器部134A中(步驟34)。
在制造囊狀內(nèi)窺鏡120時執(zhí)行將上述頻率特性存儲在存儲器部134A中的處理。為此，在實際使用囊狀內(nèi)窺鏡120的現(xiàn)場既不需要獲得頻率特性也不需要存儲頻率特性。
此外，對于從步驟31到步驟34的處理，并不需要醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)110的所有部件。換句話說，能夠控制一個驅(qū)動線圈51和一個感測線圈52的操作的系統(tǒng)就足夠了。
圖17和18是例示獲取存儲在存儲器部134A的頻率特性并檢測囊狀內(nèi)窺鏡120的位置和取向的過程的流程圖。
現(xiàn)在，對檢測其中存儲了頻率特性的囊狀內(nèi)窺鏡120的位置和方向的過程進(jìn)行說明。
首先，如圖17所示，當(dāng)接通囊狀內(nèi)窺鏡120的開關(guān)時，無線電裝置135向外發(fā)送存儲在存儲器部134A中的頻率特性的數(shù)據(jù)，囊信息接收電路181接收發(fā)送的頻率特性的數(shù)據(jù)，接著該數(shù)據(jù)輸入到頻率確定部150B(步驟41)。
此后，頻率確定部150B基于獲得的頻率特性來獲取用于檢測囊狀內(nèi)窺鏡120的位置和取向的計算頻率(步驟42；頻率確定步驟)。
如同第一實施例一樣，對于計算頻率，選擇感測線圈52的增益變化出現(xiàn)最大值和最小值的頻率。將較低的頻率稱為低頻側(cè)計算頻率，而將較高的頻率稱為高頻側(cè)計算頻率。
另選的是，可以在步驟34中將用于檢測位置和方向的頻率(低頻側(cè)計算頻率、高頻側(cè)計算頻率)存儲在存儲器部134A中。按這種方式，僅僅通過讀取存儲在存儲器部134A中的數(shù)據(jù)就可以確定計算頻率。
接著，如第一實施例中的步驟1，通過使用按照獲得的低頻側(cè)計算頻率和高頻側(cè)計算頻率的交變磁場來執(zhí)行對位置檢測單元150的校準(zhǔn)(步驟43；預(yù)備測量步驟)，以測量在施加交變磁場時所有感測線圈52的輸出。如同第一實施例一樣，將測量到的輸出表示為Vc(fLOW，N)和Vc(fHIGH，N)。
此后，將帶通濾波器61的中心頻率調(diào)節(jié)成低頻側(cè)計算頻率(步驟44)。此外，將帶通濾波器61的通過頻率范圍設(shè)置為可以提取感測線圈52的增益變化的局部極值的范圍。
接著，將驅(qū)動線圈51形成的交變磁場的頻率調(diào)節(jié)成低頻側(cè)計算頻率(步驟45)。更具體地說，通過將信號發(fā)生電路53產(chǎn)生的AC電流的頻率控制成低頻側(cè)計算頻率，來控制驅(qū)動線圈51形成的交變磁場的頻率。
接著，通過驅(qū)動線圈51產(chǎn)生具有低頻側(cè)計算頻率的交變磁場，以使用感測線圈52來檢測由磁感應(yīng)線圈42感應(yīng)出的磁場(步驟46；檢測步驟)。此外，在此，如同第一實施例一樣，基于獲得的V(fLOW，N)來計算Vs(fLOW，N)＝V(fLOW，N)-Vc(fLOW，N)，并且存儲Vs(fLOW，N)作為基于感測線圈52的輸出而計算出的值。
接下來，將帶通濾波器61的中心頻率調(diào)節(jié)成高頻側(cè)計算頻率(步驟47)。
接著，將驅(qū)動線圈51形成的交變磁場的頻率調(diào)節(jié)成高頻側(cè)計算頻率(步驟48)。
通過驅(qū)動線圈51產(chǎn)生具有高頻側(cè)計算頻率的交變磁場，以使用感測線圈52來檢測由磁感應(yīng)線圈42感應(yīng)出的磁場(步驟49；檢測步驟)。這時，檢測到V(fHIGH，N)，并且，如同在步驟46中，計算Vs(fHIGH，N)＝V(fHIGH，N)-Vc(fHIGH，N)，以存儲Vs(fHIGH，N)作為基于感測線圈52的輸出而計算出的值。
如上所述，可以首先執(zhí)行使用低頻側(cè)計算頻率的檢測，隨后執(zhí)行使用高頻側(cè)計算頻率的檢測。另選的是，可以首先執(zhí)行使用高頻側(cè)計算頻率的檢測，隨后執(zhí)行使用低頻側(cè)計算頻率的檢測。
此后，位置檢測裝置150A計算各個感測線圈52在低頻側(cè)計算頻率與高頻側(cè)計算頻率之間的輸出差(振幅差)，接著，選擇要使用其輸出差來估計囊狀內(nèi)窺鏡120的位置的感測線圈52(步驟50)。
在第一實施例中已經(jīng)對用于選擇感測線圈52的過程進(jìn)行了說明，由此，這里不再進(jìn)行說明。
接著，位置檢測裝置150A基于選擇的感測線圈52的輸出差來計算囊狀內(nèi)窺鏡20的位置和取向(步驟51；位置計算步驟)，以確定位置和取向(步驟52)。
接著，如圖18所示，選擇用于后繼控制的感測線圈52(步驟53)。
更具體地說，位置檢測裝置150A基于在步驟52中計算出的囊狀內(nèi)窺鏡120的位置和取向，通過計算獲得從磁感應(yīng)線圈42產(chǎn)生的磁場在各個感測線圈52的位置處的強(qiáng)度，并且選擇設(shè)置在磁場強(qiáng)度高的位置處的必要數(shù)量的感測線圈52。當(dāng)重復(fù)獲取囊狀內(nèi)窺鏡120的位置和取向時，基于在后面要說明的步驟61中計算出的囊狀內(nèi)窺鏡120的位置和取向來選擇感測線圈52。
盡管在這個實施例中，選擇的感測線圈52的數(shù)量應(yīng)當(dāng)為至少6個，但是，在最小化位置計算誤差的方面，選擇大約10到15個感測線圈52是有利的。另選的是，可以按如下的方式來選擇感測線圈52基于在步驟52(或者后面要說明的步驟61)中獲得的囊狀內(nèi)窺鏡120的位置和取向來計算由于從磁感應(yīng)線圈42產(chǎn)生的磁場而導(dǎo)致的所有感測線圈52的輸出，接著，選擇具有較大輸出的必要數(shù)量的感測線圈52。
此后，將帶通濾波器61的中心頻率重新調(diào)節(jié)成低頻側(cè)計算頻率(步驟54)。
接著，將驅(qū)動線圈51形成的交變磁場的頻率調(diào)節(jié)成低頻側(cè)計算頻率(步驟55)。
接著，由驅(qū)動線圈51產(chǎn)生具有低頻側(cè)計算頻率的交變磁場，以使用選擇的感測線圈52來檢測由磁感應(yīng)線圈42感應(yīng)出的磁場(步驟56；檢測步驟)。
接下來，將帶通濾波器61的中心頻率調(diào)節(jié)成高頻側(cè)計算頻率(步驟57)。
接著，將驅(qū)動線圈51形成的交變磁場的頻率調(diào)節(jié)成高頻側(cè)計算頻率(步驟58)。
接著，由驅(qū)動線圈51產(chǎn)生具有高頻側(cè)計算頻率的交變磁場，以使用選擇的感測線圈52來檢測由磁感應(yīng)線圈42感應(yīng)出的磁場(步驟59；檢測步驟)。
接著，位置檢測裝置150A基于在步驟53中選擇的感測線圈52的輸出差來計算囊狀內(nèi)窺鏡120的位置和取向(步驟60；位置計算步驟)，以確定位置和取向(步驟61)。
在步驟61中，可以將計算出的囊狀內(nèi)窺鏡120的位置和取向的數(shù)據(jù)輸出到另一裝置或顯示部82。
此后，如果要繼續(xù)檢測囊狀內(nèi)窺鏡裝置120的位置和取向，則流程返回到步驟53，其中執(zhí)行對位置和取向的檢測。
使用上述結(jié)構(gòu)，在要計算囊狀內(nèi)窺鏡120的位置和取向時，獲取預(yù)先存儲在存儲器部134A中的磁感應(yīng)線圈42的頻率特性，以獲得低側(cè)計算頻率和高頻側(cè)計算頻率。為此，與每次要執(zhí)行對囊狀內(nèi)窺鏡120的位置檢測時都測量諧振頻率以獲得計算頻率的方法相比，可以減小計算囊狀內(nèi)窺鏡120的位置和取向所需要的時間。
如上所述，可以將磁感應(yīng)線圈42的頻率特性存儲在存儲器部134A中，從而可以經(jīng)由無線電裝置135和囊信息接收電路181將存儲的頻率特性自動發(fā)送給頻率確定部150B。另選的是，可以將頻率特性的值寫在例如囊狀內(nèi)窺鏡裝置120的外殼21上，從而操作員可以將該值輸入頻率確定部150B。作為對外殼21的替代，可以將該值寫在封裝的包殼上。
此外，在存儲器部134A中，可以存儲磁感應(yīng)線圈42的頻率特性，或者可以存儲基于頻率特性計算出的計算頻率。
此外，可以將頻率特性等的值本身寫在例如外殼21上，或者可以將頻率特性等的值分類為幾個等級以將等級寫在例如外殼21上。
第三實施例現(xiàn)在，參照圖19和20，對本發(fā)明第三實施例進(jìn)行說明。
根據(jù)這個實施例的醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)的基本構(gòu)造與第一實施例的基本構(gòu)造相同；然而，位置檢測單元的構(gòu)造與第一實施例的情況不同。因此，在該實施例中，僅使用圖19和20對位置檢測單元附近的情況進(jìn)行說明，省略對磁感應(yīng)裝置等的說明。
圖19是示出位置檢測單元的驅(qū)動線圈和感測線圈的布局的示意圖。
因為位置檢測單元的除了驅(qū)動線圈和感測線圈以外的其他部件與第一實施例的情況相同，所以省略對它們的說明。
如圖19所示，將位置檢測單元(位置檢測系統(tǒng)、位置檢測器、計算裝置)250的驅(qū)動線圈(驅(qū)動線圈)251和感測線圈52設(shè)置為使得三個驅(qū)動線圈251分別與X、Y和Z軸正交、并且感測線圈52設(shè)置在分別與Y和Z軸正交的兩個平面線圈支承部件258上。
可以使用如該圖所示的矩形線圈或者赫爾姆霍茨線圈作為驅(qū)動線圈251。
如圖19所示，在具有上述構(gòu)造的位置檢測單元250中，驅(qū)動線圈251產(chǎn)生的交變磁場的取向與X、Y和Z軸方向平行并且線性無關(guān)，具有相互正交的關(guān)系。
使用這種構(gòu)造，可以從線性無關(guān)且相互正交的方向向囊狀內(nèi)窺鏡20中的磁感應(yīng)線圈42施加交變磁場。因此，無論磁感應(yīng)線圈42的取向如何，與第一實施例相比，在磁感應(yīng)線圈42中都更容易產(chǎn)生感應(yīng)磁場。
此外，因為將驅(qū)動線圈151設(shè)置為彼此大致正交，所以簡化了由驅(qū)動線圈選擇器55對驅(qū)動線圈的選擇。
如上所述，可以將感測線圈52設(shè)置在垂直于Y和Z軸的線圈支承部件258上，或者，如圖20所示，可以將感測線圈52設(shè)置在位于囊狀內(nèi)窺鏡20的工作區(qū)域的上部的傾斜線圈支承部件259上。
通過按這種方式來設(shè)置它們，可以將感測線圈52設(shè)置為不與患者1發(fā)生干擾。
第四實施例現(xiàn)在，參照圖21，對本發(fā)明的第四實施例進(jìn)行說明。
根據(jù)這個實施例的醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)的基本構(gòu)造與第一實施例的基本構(gòu)造相同；然而，位置檢測單元的構(gòu)造與第一實施例的情況不同。因此，在該實施例中，僅使用圖21對位置檢測單元附近的情況進(jìn)行說明，省略對磁感應(yīng)裝置等的說明。
圖21是示出位置檢測單元的驅(qū)動線圈和感測線圈的布局的示意圖。
因為位置檢測單元的除了驅(qū)動線圈和感測線圈以外的其他部件與第一實施例的情況相同，所以省略對它們的說明。
如圖21所示，關(guān)于位置檢測單元(位置檢測系統(tǒng)、位置檢測器、計算裝置)350的驅(qū)動線圈(驅(qū)動線圈)351和感測線圈52，將四個驅(qū)動線圈351設(shè)置在同一平面中，將感測線圈52設(shè)置在位于與驅(qū)動線圈351所在位置相對的位置處的平面線圈支承部件358、以及位于與驅(qū)動線圈351所在側(cè)相同一側(cè)的平面線圈支承部件358上，囊狀內(nèi)窺鏡20的工作區(qū)域位于這兩個平面線圈支承部件之間。
將驅(qū)動線圈351設(shè)置為使得驅(qū)動線圈351產(chǎn)生的交變磁場的取向彼此線性無關(guān)，如該圖中箭頭所示。
根據(jù)這個構(gòu)造，不管囊狀內(nèi)窺鏡20相對于驅(qū)動線圈351位于近區(qū)還是遠(yuǎn)區(qū)，兩個線圈支承部件358中的一個都始終位于囊狀內(nèi)窺鏡20附近。因此，在確定囊狀內(nèi)窺鏡20的位置時，可以從感測線圈52獲得足夠強(qiáng)度的信號。
第四實施例的變型例接下來，參照圖22，對本發(fā)明第四實施例的變型例進(jìn)行說明。
這個變型例的醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)的基本構(gòu)造與第三實施例的基本構(gòu)造相同；然而，位置檢測單元的構(gòu)造與第三實施例的情況不同。因此，在該變型例中，僅使用圖22對位置檢測單元附近的情況進(jìn)行說明，省略對磁感應(yīng)裝置等的說明。
圖22是示出位置檢測單元的驅(qū)動線圈和感測線圈的定位的示意圖。
因為位置檢測單元的除了驅(qū)動線圈和感測線圈以外的其他部件與第三實施例的情況相同，所以這里省略對它們的說明。
如圖22所示，關(guān)于位置檢測單元(位置檢測系統(tǒng)、位置檢測器、計算裝置)450的驅(qū)動線圈351和感測線圈52，將四個驅(qū)動線圈351設(shè)置在同一平面中，將感測線圈52設(shè)置在位于與驅(qū)動線圈351所在位置相對的位置處的曲面線圈支承部件458、以及位于與驅(qū)動線圈351所在側(cè)相同一側(cè)的曲面線圈支承部件458上，囊狀內(nèi)窺鏡20的工作區(qū)域位于這兩個曲面線圈支承部件之間。
線圈支承部件458形成為朝著相對于囊狀內(nèi)窺鏡20的工作區(qū)域的外側(cè)凸起的曲面形狀，感測線圈52設(shè)置在曲表面上。
如上所述，線圈支承部件458的形狀可以是朝著相對于工作區(qū)域的外側(cè)凸起的曲表面，或者它們可以是任何其他形狀的曲表面，并沒有具體限制。
使用上述構(gòu)造，因為提高了設(shè)置感測線圈52的自由度，所以可以防止感測線圈52與患者1發(fā)生干擾。
第五實施例現(xiàn)在，參照圖23到28，對本發(fā)明的第五實施例進(jìn)行說明。
根據(jù)這個實施例的醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)的基本構(gòu)造與第二實施例的基本構(gòu)造相同；然而，位置檢測單元的構(gòu)造與第二實施例的情況不同。因此，在該實施例中，僅使用圖23到24對位置檢測單元附近的情況進(jìn)行說明，省略對磁感應(yīng)裝置等的說明。
圖23是示意性地示出根據(jù)該實施例的醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)的圖。
使用相同標(biāo)號來表示與第二實施例中的部件相同的部件，由此這里不再進(jìn)行說明。
如圖23所示，醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)510主要由以下部件形成囊狀內(nèi)窺鏡120，其對體腔中的通道的內(nèi)表面進(jìn)行光學(xué)成像，并且無線地發(fā)送圖像信號；位置檢測單元(位置檢測系統(tǒng)、位置檢測器、計算裝置)550，其檢測囊狀內(nèi)窺鏡120的位置；磁感應(yīng)裝置70，其基于檢測到的囊狀內(nèi)窺鏡120的位置和來自操作員的指令而引導(dǎo)囊狀內(nèi)窺鏡120；以及圖像顯示裝置180，其顯示從囊狀內(nèi)窺鏡120發(fā)送來的圖像信號。
如圖23所示，位置檢測單元550主要由以下部件形成驅(qū)動線圈51，其在囊狀內(nèi)窺鏡120中的磁感應(yīng)線圈(后面要說明)中產(chǎn)生感應(yīng)磁場；感測線圈52，其檢測在磁感應(yīng)線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)磁場；相對位置改變部(相對位置改變單元)561，其用于改變驅(qū)動線圈51和感測線圈52的相對位置；相對位置測量部(相對位置測量單元)562，其用于測量這種相對位置；以及位置檢測裝置(位置分析單元、磁場頻率改變部、驅(qū)動線圈控制部)550A，其基于感測線圈52檢測到的感應(yīng)磁場來計算囊狀內(nèi)窺鏡120的位置，并且控制由驅(qū)動線圈51形成的交變磁場。
位置檢測裝置550A設(shè)置有頻率確定部150B，用于獲得計算頻率；和當(dāng)前基準(zhǔn)值產(chǎn)生部550B，用于產(chǎn)生基準(zhǔn)值，以接收來自后面要說明的感測線圈接收電路和囊信息接收電路的信號。此外，當(dāng)前基準(zhǔn)值產(chǎn)生部550B設(shè)置有存儲部(存儲器部)550C，存儲部550C用于將關(guān)于驅(qū)動線圈51和感測線圈52的相對位置的信息與關(guān)于感測線圈52的輸出的信息相關(guān)聯(lián)以將這些信息存儲在其中。
在位置檢測裝置550A與驅(qū)動線圈51之間設(shè)置有信號發(fā)生電路53，其基于來自位置檢測裝置550A的輸出而產(chǎn)生AC電流；和驅(qū)動線圈驅(qū)動器54，其基于來自位置檢測裝置550A的輸出而放大從信號發(fā)生電路53輸入的AC電流。
在位置檢測裝置550A與驅(qū)動線圈51之間設(shè)置有相對位置改變部561，在相對位置改變部561與位置檢測裝置550A之間設(shè)置有相對位置測量部562。位置檢測裝置550A的輸出經(jīng)由相對位置改變部561輸入到后面要說明的驅(qū)動線圈單元。相對位置測量部562經(jīng)由相對位置改變部561從驅(qū)動線圈單元獲取關(guān)于驅(qū)動線圈51和感測線圈52的相對位置的信息，并且將獲取的信息輸入到位置檢測裝置550A。
圖24是例示設(shè)置有圖23的驅(qū)動線圈51的驅(qū)動線圈單元與感測線圈52之間的位置關(guān)系的圖。
如圖24所示，在位置檢測單元550中，設(shè)置有由大致球形的外框571A和內(nèi)框571B組成的框部件571、可移動地設(shè)置在外框571A與內(nèi)框571B之間的驅(qū)動線圈單元551、以及設(shè)置在內(nèi)框571B的內(nèi)表面上的感測線圈52。
圖25是示意性地示出圖24的驅(qū)動線圈單元551的結(jié)構(gòu)的圖。
如圖25所示，驅(qū)動線圈單元551主要由以下部件構(gòu)成大致矩形的殼552；設(shè)置在殼552的表面的四個角的、面對外框571A和內(nèi)框571B的驅(qū)動部553；驅(qū)動線圈51；用于控制驅(qū)動線圈單元551的移動方向的方向改變部555；以及形成為索狀的連接部件556，其用于電連接驅(qū)動線圈單元551、驅(qū)動線圈驅(qū)動器54以及相對位置改變部561。
方向改變部555主要由從面對外框571A的表面突出地設(shè)置在該表面上的球形部557、用于控制球形部557的旋轉(zhuǎn)的電動機(jī)558、以及用于控制電動機(jī)558的驅(qū)動的電動機(jī)電路559組成。
具有上述結(jié)構(gòu)的醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)510的操作的概要與第二實施例的情況相同，由此，這里省略它們的說明。
現(xiàn)在，對根據(jù)該實施例的檢測囊狀內(nèi)窺鏡120的位置和取向的過程進(jìn)行說明。
獲取用于檢測檢測囊狀內(nèi)窺鏡120的位置和方向的計算頻率的過程(換句話說，直到將磁感應(yīng)線圈42的頻率特性存儲在存儲器部134A(參照圖15)中的操作)與第二實施例的情況相同，由此，這里省略對它們的說明。
圖26、27以及28是例示根據(jù)該實施例的檢測囊狀內(nèi)窺鏡120的位置和取向的過程的流程圖。
首先，如圖26所示，無線電裝置135向外發(fā)送針對存儲在存儲器部134A中的頻率特性的數(shù)據(jù)，囊信息接收電路181接收所發(fā)送的頻率特性的數(shù)據(jù)，接著將該數(shù)據(jù)輸入到頻率確定部150B(步驟71)。
此后，頻率確定部150B基于獲得的頻率特性而獲取用于檢測囊狀內(nèi)窺鏡120的位置和取向的計算頻率(步驟72；頻率確定步驟)。
如同第一實施例一樣，針對計算頻率，選擇感測線圈52的增益變化出現(xiàn)最大值和最小值的頻率。將較低的頻率稱為低頻側(cè)計算頻率，而將較高的頻率稱為高頻側(cè)計算頻率。
使驅(qū)動線圈單元551移動到可移動范圍的一端(步驟73)。更具體地說，如圖23和25所示，從當(dāng)前基準(zhǔn)值產(chǎn)生部550B向相對位置改變部561輸出控制信號，相對位置改變部561控制對驅(qū)動部553和方向改變部555的驅(qū)動，以使驅(qū)動線圈單元551移動。
此后，如圖26所示，將帶通濾波器61的中心頻率調(diào)節(jié)成低頻側(cè)計算頻率(步驟74)。此外，將帶通濾波器61的通過頻率范圍設(shè)置為可以提取感測線圈52的增益變化的局部極值的范圍。
接著，將驅(qū)動線圈51形成的交變磁場的頻率調(diào)節(jié)成低頻側(cè)計算頻率(步驟75)。
接著，通過驅(qū)動線圈51產(chǎn)生具有低頻側(cè)計算頻率的交變磁場，以使用感測線圈52檢測交變磁場(步驟76)。
接下來，將帶通濾波器61的中心頻率調(diào)節(jié)成高頻側(cè)計算頻率(步驟77)。
接著，將驅(qū)動線圈51形成的交變磁場的頻率調(diào)節(jié)成高頻側(cè)計算頻率(步驟78)。
通過驅(qū)動線圈51產(chǎn)生具有高頻側(cè)計算頻率的交變磁場，以使用感測線圈52檢測交變磁場(步驟79)。
此后，將關(guān)于驅(qū)動線圈51和感測線圈52的相對位置的信息與感測線圈52的輸出相關(guān)聯(lián)，接著將其存儲在當(dāng)前基準(zhǔn)值產(chǎn)生部550B的存儲部550C中，作為基準(zhǔn)值(步驟80)。
接著，使驅(qū)動線圈單元551移動到后繼預(yù)定位置(步驟81)。該預(yù)定位置處于驅(qū)動線圈單元551的可移動范圍內(nèi)，并且隔開預(yù)定間隔。
如果存在沒有獲取基準(zhǔn)值的預(yù)定位置，則流程進(jìn)行到上述步驟74，以重復(fù)獲取基準(zhǔn)值。當(dāng)針對所有預(yù)定位置都獲取了基準(zhǔn)值時，流程進(jìn)行到后繼步驟(步驟82)。
當(dāng)針對所有預(yù)定位置都獲取了基準(zhǔn)值時，設(shè)置囊狀內(nèi)窺鏡120，并且使驅(qū)動線圈單元551移動到可以檢測囊狀內(nèi)窺鏡120的位置的位置處。
此后，如圖27所示，將帶通濾波器61的中心頻率調(diào)節(jié)成低頻側(cè)計算頻率(步驟83)。
接著，將驅(qū)動線圈51形成的交變磁場的頻率調(diào)節(jié)成低頻側(cè)計算頻率(步驟84)。
接著，通過驅(qū)動線圈51產(chǎn)生具有低頻側(cè)計算頻率的交變磁場，以使用感測線圈52來檢測由磁感應(yīng)線圈42感應(yīng)出的磁場(步驟85)。
接下來，將帶通濾波器61的中心頻率調(diào)節(jié)成高頻側(cè)計算頻率(步驟86)。
接著，將驅(qū)動線圈51形成的交變磁場的頻率調(diào)節(jié)成高頻側(cè)計算頻率(步驟87)。
通過驅(qū)動線圈51產(chǎn)生具有高頻側(cè)計算頻率的交變磁場，以使用感測線圈52來檢測由磁感應(yīng)線圈42感應(yīng)出的磁場(步驟88)。
如上所述，可以首先執(zhí)行低頻側(cè)計算頻率的檢測，隨后執(zhí)行高頻側(cè)計算頻率的檢測。另選的是，可以首先執(zhí)行高頻側(cè)計算頻率的檢測，隨后執(zhí)行低頻側(cè)計算頻率的檢測。
此后，位置檢測裝置550A計算各個感測線圈52在低頻側(cè)計算頻率與高頻側(cè)計算頻率之間的輸出差(振幅差)，接著，選擇要使用其輸出差來估計囊狀內(nèi)窺鏡120的位置的感測線圈52(步驟89)。
選擇感測線圈52的過程與第一實施例的情況相同，這里省略對其的說明。
接著，當(dāng)前基準(zhǔn)值產(chǎn)生部550B基于驅(qū)動線圈51的當(dāng)前位置選擇存儲在存儲部550C中的基準(zhǔn)值，并且將其設(shè)置為當(dāng)前基準(zhǔn)值(步驟90)。作為要選擇的基準(zhǔn)值，針對最接近于驅(qū)動線圈51和感測線圈52的當(dāng)前相對位置的相對位置而獲取的基準(zhǔn)值是理想的。通過按這種方式進(jìn)行選擇，可以減小產(chǎn)生當(dāng)前基準(zhǔn)值所需要的時間。
位置檢測裝置550A基于當(dāng)前基準(zhǔn)值和在步驟89中選擇的感測線圈52的輸出來計算囊狀內(nèi)窺鏡120的位置和方向(步驟91)，并且確定位置和取向(步驟92)。
接著，如圖28所示，選擇用于后繼控制的感測線圈52(步驟93)。
更具體地說，位置檢測裝置550A基于在步驟92中確定的囊狀內(nèi)窺鏡120的位置和取向，估計囊狀內(nèi)窺鏡120的移動方向以及囊狀內(nèi)窺鏡120在移動之后的位置和取向，并且選擇在囊狀內(nèi)窺鏡120的估計位置和取向處具有最大輸出的感測線圈52。
此后，將帶通濾波器61的中心頻率重新調(diào)節(jié)成低頻側(cè)計算頻率(步驟94)。
接著，將驅(qū)動線圈51形成的交變磁場的頻率調(diào)節(jié)成低頻側(cè)計算頻率(步驟95)。
接著，由驅(qū)動線圈51產(chǎn)生具有低頻側(cè)計算頻率的交變磁場，以使用選擇的感測線圈52來檢測由磁感應(yīng)線圈42感應(yīng)出的磁場(步驟96)。
接下來，將帶通濾波器61的中心頻率調(diào)節(jié)成高頻側(cè)計算頻率(步驟97)。
接著，將驅(qū)動線圈51形成的交變磁場的頻率調(diào)節(jié)成高頻側(cè)計算頻率(步驟98)。
接著，由驅(qū)動線圈51產(chǎn)生具有高頻側(cè)計算頻率的交變磁場，以使用選擇的感測線圈52來檢測由磁感應(yīng)線圈42感應(yīng)出的磁場(步驟99)。
基于驅(qū)動線圈51的當(dāng)前位置來選擇存儲在存儲部550C中的基準(zhǔn)值，并且將其設(shè)置為當(dāng)前基準(zhǔn)值(步驟100)。作為要選擇的基準(zhǔn)值，針對最接近于驅(qū)動線圈51和感測線圈52的當(dāng)前相對位置的相對位置獲取的基準(zhǔn)值是理想的。
位置檢測裝置550A基于步驟100中的當(dāng)前基準(zhǔn)值和在步驟93中選擇的感測線圈52的輸出來計算囊狀內(nèi)窺鏡120的位置和取向(步驟101)，并且確定位置和取向(步驟102)。
此后，如果繼續(xù)檢測囊狀內(nèi)窺鏡120的位置和取向，則流程返回到上述步驟93，以檢測位置和取向(步驟103)。
使用上述結(jié)構(gòu)，即使驅(qū)動線圈51和感測線圈52的相對位置是可變的，也可以獲得囊狀內(nèi)窺鏡120的位置和取向。
因為預(yù)先存儲了上述基準(zhǔn)值和驅(qū)動線圈51的位置和相對位置，所以即使驅(qū)動線圈51和感測線圈52的相對位置在檢測囊狀內(nèi)窺鏡120的位置時出現(xiàn)不同，也不必重新測量上述基準(zhǔn)值等。
作為對上述的產(chǎn)生當(dāng)前基準(zhǔn)值的過程的替代，當(dāng)前基準(zhǔn)值產(chǎn)生部550B可以獲取將相對位置與基準(zhǔn)值相關(guān)聯(lián)的預(yù)定近似式，以基于該預(yù)定近似式和當(dāng)前相對位置來產(chǎn)生當(dāng)前基準(zhǔn)值。根據(jù)這種產(chǎn)生方法，因為基于預(yù)定近似式來產(chǎn)生當(dāng)前基準(zhǔn)值，所以與例如將存儲在存儲部550C中的基準(zhǔn)值設(shè)置為當(dāng)前基準(zhǔn)值的方法相比，可以產(chǎn)生更精確的當(dāng)前基準(zhǔn)值。此外，所述預(yù)定近似式?jīng)]有特別限制，可以使用任何公知的近似式。
(用于囊狀內(nèi)窺鏡的位置檢測系統(tǒng))現(xiàn)在，參照圖29，對根據(jù)本發(fā)明的用于囊狀內(nèi)窺鏡的位置檢測系統(tǒng)進(jìn)行說明。
圖29是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的用于囊狀內(nèi)窺鏡的位置檢測系統(tǒng)的圖。
根據(jù)本發(fā)明的用于囊狀內(nèi)窺鏡的位置檢測系統(tǒng)610僅由上述醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)110的位置檢測單元150構(gòu)成。因此，用于囊狀內(nèi)窺鏡的位置檢測系統(tǒng)610的部件、操作以及優(yōu)點與醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)110的情況相同省略對它們的說明，并僅示出圖29。
此外，如上所述，將本發(fā)明應(yīng)用于用于囊狀內(nèi)窺鏡的位置檢測系統(tǒng)、醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)、以及用于囊狀醫(yī)用裝置的位置檢測方法。然而，被患者(如受檢者)吞服的裝置不僅可以用作囊狀內(nèi)窺鏡，而且可以用作囊狀醫(yī)用裝置(各種類型的囊狀醫(yī)用裝置，例如容納有藥品并且在體腔中的目標(biāo)位置釋放該藥品的DDS囊；設(shè)置有化學(xué)傳感器、血液傳感器、DNA探針等以獲取體腔中的信息的傳感器囊；以及留在身體內(nèi)以例如測量pH的留置囊)。此外，可以將磁感應(yīng)線圈設(shè)置在內(nèi)窺鏡的端部導(dǎo)管、鑷子的端部等，并且可以將本發(fā)明所述的位置檢測系統(tǒng)用作用于在體腔中起作用的醫(yī)用裝置的位置檢測系統(tǒng)。
此外，感測線圈52是可以檢測磁場的磁場傳感器就足夠了，并且可以使用諸如GMR傳感器、MI傳感器、霍爾(Hall)元件，以及SQUID磁通計的多種傳感器。
第一到第五實施例的其他變型例在上述第一到第五實施例中的每一個實施例中，必須防止用于位置檢測的磁場強(qiáng)度在醫(yī)用裝置的工作區(qū)域中下降。
例如，上述文獻(xiàn)6中，公開了如下的技術(shù)在外部設(shè)置具有三個三軸正交磁場產(chǎn)生線圈的大致矩形磁場源(位置檢測磁場產(chǎn)生線圈)，并且在醫(yī)用囊中設(shè)置具有三個三軸正交磁場接收線圈的磁場檢測線圈。根據(jù)這種技術(shù)，由于磁場源產(chǎn)生的交變磁場，在磁場檢測線圈中可以產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而基于產(chǎn)生的感應(yīng)電流來檢測磁場檢測線圈的位置，即醫(yī)用囊的位置。
另一方面，在上述文獻(xiàn)7中，公開了一種位置檢測系統(tǒng)，該位置檢測系統(tǒng)包括產(chǎn)生交變磁場的勵磁線圈(位置檢測磁場產(chǎn)生線圈)、接收該交變磁場以產(chǎn)生感應(yīng)磁場的LC諧振磁性標(biāo)記器(magnetic marker)、以及檢測感應(yīng)磁場的檢測線圈。根據(jù)這種位置檢測系統(tǒng)，因為LC諧振磁性標(biāo)記器因寄生電容而在預(yù)定頻率下引起諧振，所以使上述交變磁場的頻率與上述預(yù)定頻率相匹配可以使感應(yīng)磁場的強(qiáng)度顯著地高于其他頻率下的強(qiáng)度，由此增加檢測有效性。
然而，對于在上述文獻(xiàn)6和7中公開的技術(shù)，如果組合使用磁場來例如引導(dǎo)醫(yī)用囊的技術(shù)、并且將用于產(chǎn)生引導(dǎo)磁場的引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈設(shè)置為使其中心軸與上述位置檢測磁場產(chǎn)生線圈的中心軸大致相同，則存在如下的危險根據(jù)由位置檢測磁場產(chǎn)生線圈產(chǎn)生的交變磁場的隨著時間的變化，在位置檢測磁場產(chǎn)生線圈與引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈之間出現(xiàn)互感應(yīng)。
簡言之，存在這樣的問題引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈中的上述互感應(yīng)而產(chǎn)生的電動勢使得電流在由引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈和引導(dǎo)線圈驅(qū)動裝置形成的閉合電路中流動并且由于該電流而產(chǎn)生抵消上述交變磁場的磁場。
此外，因為引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈使得感應(yīng)空間中磁場分布均勻，所以通常將其構(gòu)建成提供赫爾姆霍茨或類似功能，并且典型地通過將兩個引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈串聯(lián)連接到引導(dǎo)線圈驅(qū)動裝置來進(jìn)行驅(qū)動。在這種情況下，即使僅在引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈中的一個線圈中出現(xiàn)因互感應(yīng)而造成的電動勢，因為引導(dǎo)線圈驅(qū)動裝置形成了閉合電路，所以電流也在另一引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈中流動。因為這個原因，所以在感應(yīng)空間中廣泛地分布有相位與位置檢測磁場的相位大致相反的磁場。
這時，如圖42所示，由位置檢測磁場產(chǎn)生線圈產(chǎn)生的位置檢測磁場(虛線A)和由感應(yīng)磁場產(chǎn)生線圈產(chǎn)生的感應(yīng)磁場(虛線B)的合成磁場(實線C)與例如內(nèi)置于囊中的線圈相交。具體地講，根據(jù)位置檢測磁場產(chǎn)生線圈與感應(yīng)磁場產(chǎn)生線圈之間的相對位置關(guān)系，存在如下的危險即使在例如醫(yī)用囊的工作區(qū)域內(nèi)，上述位置檢測磁場(虛線A)的某些區(qū)域(L)也幾乎被上述互感應(yīng)磁場(虛線B)完全抵消。結(jié)果，出現(xiàn)這樣的問題因為由于沒有磁場與例如內(nèi)置于囊中的線圈相交而導(dǎo)致沒有感應(yīng)電流流動，所以沒有產(chǎn)生感應(yīng)磁場，因此，在該區(qū)域中不能檢測例如醫(yī)用囊的位置。
為了解決上述問題，可以采用下面的變型例來防止用于位置檢測的磁場強(qiáng)度在醫(yī)用裝置的工作區(qū)域內(nèi)下降。
第一變型例現(xiàn)在，參照圖30到33，對根據(jù)本發(fā)明的醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)的第一變型例進(jìn)行說明。
圖30是示出根據(jù)該變型例的醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)的概要結(jié)構(gòu)的示意圖。
如圖30所示，醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)701主要由以下部件組成位置檢測磁場產(chǎn)生線圈(第一磁場產(chǎn)生部、驅(qū)動線圈)711，用于產(chǎn)生位置檢測磁場(第一磁場)；感測線圈(磁場傳感器、磁場檢測部)712，用于檢測由安裝在囊狀內(nèi)窺鏡(醫(yī)用裝置)710中的磁感應(yīng)線圈(內(nèi)置線圈)710a產(chǎn)生的感應(yīng)磁場；以及引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈(引導(dǎo)磁場產(chǎn)生單元、電磁體、相對線圈)713A和713B，用于產(chǎn)生將囊狀內(nèi)窺鏡引導(dǎo)到體腔中的預(yù)定位置的引導(dǎo)磁場(第二磁場)。
囊狀內(nèi)窺鏡710設(shè)置有包括磁感應(yīng)線圈710a和具有預(yù)定電容的電容器的閉合電路；和用于結(jié)合引導(dǎo)磁場來控制囊狀內(nèi)窺鏡710的位置和取向的磁體(該圖中未示出)。上述閉合電路形成在預(yù)定頻率發(fā)生諧振的LC諧振電路?？梢詫⑸鲜鲩]合電路構(gòu)成為LC諧振電路，或者，如果可以用磁感應(yīng)線圈710a中的寄生電容來實現(xiàn)預(yù)定的諧振頻率，則兩端開路的磁感應(yīng)線圈710a可以(等效地)獨自形成閉合電路。
作為囊狀內(nèi)窺鏡710，可以列出多種類型的醫(yī)用裝置，包括其中安裝有電子成像元件(如CMOS器件或CCD)的囊狀內(nèi)窺鏡、和用于將藥品輸送到患者的體腔中的預(yù)定位置并且釋放該藥品的裝置。囊狀內(nèi)窺鏡710沒有特定限制。
位置檢測磁場產(chǎn)生線圈711由形成為大致平面形狀的線圈構(gòu)成，并且電連接到位置檢測磁場產(chǎn)生線圈驅(qū)動部715。
感測線圈712由設(shè)置為大致平面形狀的多個檢測線圈712a構(gòu)成，各個檢測線圈712a都電連接到位置檢測控制部716，從而將檢測線圈712a的輸出輸入到位置檢測控制部716。
位置檢測控制部716電連接到位置檢測磁場產(chǎn)生線圈驅(qū)動部715，從而將位置檢測控制部716產(chǎn)生的控制信號輸入到位置檢測磁場產(chǎn)生線圈驅(qū)動部715。
圖31是例示圖30所示的引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈的結(jié)構(gòu)的連接圖。
如圖30和31所示，引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈713A和713B由形成為大致平面形狀的線圈構(gòu)成，并且分別電連接到引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈驅(qū)動部717A和717B。引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈驅(qū)動部717A和717B電連接到感應(yīng)控制部718，感應(yīng)控制部718產(chǎn)生的控制信號輸入到引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈驅(qū)動部717A和717B。
將引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈713A設(shè)置為面對位置檢測磁場產(chǎn)生線圈711的附近并且位于位置檢測磁場產(chǎn)生線圈711的相對于囊狀內(nèi)窺鏡710的相對側(cè)。將引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈713B設(shè)置為面對感測線圈712的附近并且位于感測線圈712的相對于囊狀內(nèi)窺鏡710的相對側(cè)。
可以切換引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈713A與位置檢測磁場產(chǎn)生線圈711之間的位置關(guān)系或者引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈713B與感測線圈712之間的位置關(guān)系。此外，如果引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈713A具有空氣芯并且形狀為在其中容納位置檢測磁場產(chǎn)生線圈711，則如圖32所示，可以將引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈713A和位置檢測磁場產(chǎn)生線圈711設(shè)置在大致同一平面上。此外，如果引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈713B具有空氣芯并且形狀為在其中容納感測線圈712，則可以將引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈713B和感測線圈712設(shè)置在大致同一平面上。
現(xiàn)在，對具有上述結(jié)構(gòu)的醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)701的操作進(jìn)行說明。
首先，如圖30所示，在位置檢測控制部716中產(chǎn)生作為具有預(yù)定頻率的AC信號的位置檢測控制信號，并將該位置檢測控制信號輸出到位置檢測磁場產(chǎn)生線圈驅(qū)動部715。位置檢測磁場產(chǎn)生線圈驅(qū)動部715將輸入的位置檢測控制信號放大至預(yù)定強(qiáng)度，并且產(chǎn)生用于驅(qū)動位置檢測磁場產(chǎn)生線圈711的驅(qū)動電流。將該驅(qū)動電流輸出到位置檢測磁場產(chǎn)生線圈711，由于被提供了驅(qū)動電流，磁場產(chǎn)生線圈11在其周圍形成位置檢測磁場。
當(dāng)位置檢測磁場的磁通量與囊狀內(nèi)窺鏡710相交時，在其中安裝有磁感應(yīng)線圈710a的閉合電路中感應(yīng)出具有預(yù)定頻率的諧振電流。當(dāng)在閉合電路中感應(yīng)出諧振電流時，該諧振電流使磁感應(yīng)線圈710a在其周圍形成具有預(yù)定頻率的感應(yīng)磁場。
因為位置檢測磁場和感應(yīng)磁場的磁通量與感測線圈712的檢測線圈712a相交，所以檢測線圈712a捕捉到通過將這兩個磁場的磁通量相加而產(chǎn)生的磁通量，并且基于相交磁通量的變化來產(chǎn)生作為感應(yīng)電流的輸出信號。各個檢測線圈712a的輸出信號輸出到位置檢測控制部716。
位置檢測控制部716控制在位置檢測磁場產(chǎn)生線圈711中形成的位置檢測磁場的頻率。更具體地說，通過改變在位置檢測控制部716中產(chǎn)生的上述控制信號的頻率來改變位置檢測磁場的頻率。當(dāng)位置檢測磁場的頻率發(fā)生變化時，與囊狀內(nèi)窺鏡710中的閉合電路的諧振頻率的相對關(guān)系發(fā)生變化，并且在磁感應(yīng)線圈710a中形成的感應(yīng)磁場的強(qiáng)度發(fā)生變化。在這個示例中，出于位置計算的目的，對諧振頻率附近的檢測電壓的變化進(jìn)行檢測。
此外，在位置檢測控制部716中，使用公知的計算方法，基于來自檢測線圈712a的輸出信號，估計磁感應(yīng)線圈710a(即囊狀內(nèi)窺鏡710)的位置。
如圖30和31所示，感應(yīng)控制部718產(chǎn)生作為具有預(yù)定頻率的AC信號的引導(dǎo)控制信號，并將該引導(dǎo)控制信號輸出到引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈驅(qū)動部717A和717B。
引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈驅(qū)動部717A和717B將輸入的引導(dǎo)控制信號放大至預(yù)定強(qiáng)度，并且產(chǎn)生用于驅(qū)動引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈713A和713B的驅(qū)動電流。將該驅(qū)動電流輸出到引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈713A和713B，由于被提供了驅(qū)動電流，引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈713A和713B在其周圍形成引導(dǎo)磁場。
因為將引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈連接到輸出阻抗低得多的引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈驅(qū)動部，所以當(dāng)位置檢測磁場與引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈相交時在兩個線圈之間出現(xiàn)互感應(yīng)。結(jié)果，產(chǎn)生的電動勢使電流在由引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈和引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈驅(qū)動部形成的閉合電路中流動。因為這個原因，引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈沿抵消位置檢測磁場的方向產(chǎn)生磁場。
圖33是例示在圖30的醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)中形成的磁場強(qiáng)度的圖。
上述位置檢測磁場產(chǎn)生線圈711和引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈713A和713B形成具有圖33所示磁場強(qiáng)度分布的磁場。圖33中的虛線A表示由位置檢測磁場產(chǎn)生線圈711形成的位置檢測磁場的強(qiáng)度分布，圖33中的鏈狀線B表示由引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈713A形成的互感應(yīng)磁場的強(qiáng)度分布，而圖33中的實線C表示位置檢測磁場和由引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈產(chǎn)生的互感應(yīng)磁場的合成磁場。
位置檢測磁場的強(qiáng)度分布如下強(qiáng)度在位置檢測磁場產(chǎn)生線圈711所在的位置L11處最大，并且強(qiáng)度隨著離開該位置而下降。由引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈產(chǎn)生的互感應(yīng)磁場的強(qiáng)度分布如下強(qiáng)度在引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈713A所在的位置L13A處最大，并且強(qiáng)度隨著離開該位置而下降。此外，因為位置檢測磁場和互感應(yīng)磁場具有彼此相反的相位，所以位置檢測磁場和互感應(yīng)磁場的合成磁場抵消。在此，互感應(yīng)磁場的強(qiáng)度變成最大的位置L13A靠近或位于位置檢測磁場的強(qiáng)度變成最大的位置L11，并且互感應(yīng)磁場的最大強(qiáng)度低于位置檢測磁場的最大強(qiáng)度。因此，至少在介于引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈713A和713B之間的空間中，互感應(yīng)磁場的強(qiáng)度大致等于或小于位置檢測磁場的強(qiáng)度。因此，合成磁場呈現(xiàn)強(qiáng)度低于位置檢測磁場的強(qiáng)度的磁場強(qiáng)度分布。更具體地說，強(qiáng)度在位置檢測磁場產(chǎn)生線圈711所在的位置L11和引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈713A所在的位置L13A附近變?yōu)樽畲?，并且隨著離開這些位置而下降。
使用上述結(jié)構(gòu)，如圖42所示，因為防止了出現(xiàn)合成磁場大致變?yōu)榱愕膮^(qū)域，所以防止了在安裝于囊狀內(nèi)窺鏡710中的磁感應(yīng)線圈710a中出現(xiàn)不產(chǎn)生感應(yīng)磁場的區(qū)域。因此，防止了出現(xiàn)不能檢測到囊狀內(nèi)窺鏡710的位置的區(qū)域。
因為分別通過引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈驅(qū)動部717A和717B單獨地控制對引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈713A和713B的驅(qū)動，所以通過使用引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈驅(qū)動部717B來控制對引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈713B的驅(qū)動，使得來源于線圈713A中產(chǎn)生的電動勢的電流不在引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈713B中流動。因此，防止了在感測線圈的附近出現(xiàn)大致抵消位置檢測磁場的磁場。
此外，因為可以通過使用引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈驅(qū)動部717A來控制對引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈713A的驅(qū)動從而連續(xù)形成引導(dǎo)磁場，所以可以連續(xù)引導(dǎo)囊狀內(nèi)窺鏡710。
第二變型例現(xiàn)在，參照圖34到36，對根據(jù)本發(fā)明的第二變型例進(jìn)行說明。
根據(jù)這個變型例的醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)的基本構(gòu)造與第一變型例的基本構(gòu)造相同；然而，感應(yīng)磁場產(chǎn)生線圈驅(qū)動部的結(jié)構(gòu)與第一變型例的結(jié)構(gòu)不同。因此，在該變型例中，僅使用圖34到36對感應(yīng)磁場產(chǎn)生線圈驅(qū)動部的結(jié)構(gòu)附近的情況進(jìn)行說明，省略了對其他部件的說明。
圖34是描繪根據(jù)這個變型例的醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)的概要結(jié)構(gòu)的示意圖。
使用相同的標(biāo)號表示與第一變型例中的部件相同的部件，由此，這里不再對它們進(jìn)行說明。
如圖34所示，醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)801主要由以下部件構(gòu)成位置檢測磁場產(chǎn)生線圈711，用于產(chǎn)生位置檢測磁場；感測線圈712，用于檢測由安裝在囊狀內(nèi)窺鏡710中的磁感應(yīng)線圈710a產(chǎn)生的感應(yīng)磁場；以及引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈(引導(dǎo)磁場產(chǎn)生單元、電磁體、相對線圈)813A和813B，用于產(chǎn)生引導(dǎo)磁場。
圖35是例示圖34中的引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈的結(jié)構(gòu)的連接圖。
引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈813A和813B由形成為大致平面形狀的線圈構(gòu)成，并且，如圖34和35所示，電連接到引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈驅(qū)動部817。引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈813A和813B并聯(lián)電連接到引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈驅(qū)動部817。引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈驅(qū)動部817電連接到感應(yīng)控制部718，感應(yīng)控制部718產(chǎn)生的控制信號輸入到引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈驅(qū)動部817。
將引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈813A設(shè)置為面對位置檢測磁場產(chǎn)生線圈711的附近并且位于位置檢測磁場產(chǎn)生線圈711的相對于囊狀內(nèi)窺鏡710的相對側(cè)。將引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈813B設(shè)置為面對感測線圈712的附近并且位于感測線圈712的相對于囊狀內(nèi)窺鏡710的相對側(cè)。
可以切換引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈813A與位置檢測磁場產(chǎn)生線圈711之間的位置關(guān)系或者引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈813B與感測線圈712之間的位置關(guān)系。此外，如果引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈813A具有空氣芯并且形狀為在其中容納位置檢測磁場產(chǎn)生線圈711，則如圖36所示，可以將引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈813A和位置檢測磁場產(chǎn)生線圈711設(shè)置在大致同一平面上。此外，如果引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈813B具有空氣芯并且形狀為在其中容納感測線圈712，則可以將引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈813B和感測線圈712設(shè)置在大致同一平面上。
現(xiàn)在，對具有上述結(jié)構(gòu)的醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)801的操作進(jìn)行說明。
與檢測囊狀內(nèi)窺鏡710的位置有關(guān)的操作(例如在位置檢測磁場產(chǎn)生線圈711中形成位置檢測磁場，以及在磁感應(yīng)線圈710a中形成感應(yīng)磁場)與第一變型例中的操作相同，由此，這里省略了對它們的說明。
如圖34和35所示，感應(yīng)控制部718產(chǎn)生作為具有預(yù)定頻率的AC信號的引導(dǎo)控制信號，并將該引導(dǎo)控制信號輸出到引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈驅(qū)動部817。
引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈驅(qū)動部817將輸入的引導(dǎo)控制信號放大至預(yù)定強(qiáng)度，并且產(chǎn)生用于驅(qū)動引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈813A和813B的驅(qū)動電流。將該驅(qū)動電流輸出到引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈813A和813B，由于被提供了驅(qū)動電流，引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈813A和813B在其周圍形成引導(dǎo)磁場。
由上述位置檢測磁場產(chǎn)生線圈711形成的位置檢測磁場和引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈813A和813B、從引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈發(fā)出的互感應(yīng)磁場、以及這些磁場的合成磁場的磁場強(qiáng)度分布與第一變型例的情況相同，由此，這里省略對它們的說明。
使用上述結(jié)構(gòu)，因為防止了出現(xiàn)合成磁場大致變?yōu)榱愕膮^(qū)域，所以防止了在安裝于囊狀內(nèi)窺鏡710中的磁感應(yīng)線圈710a中出現(xiàn)不產(chǎn)生感應(yīng)磁場的區(qū)域。因此，防止了出現(xiàn)不能檢測到囊狀內(nèi)窺鏡710的位置的區(qū)域。
因為引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈813A和813B是并聯(lián)電連接的，所以防止了位置檢測磁場在引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈813B中產(chǎn)生互感應(yīng)磁場。
此外，因為可以在引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈813A中連續(xù)形成引導(dǎo)磁場，所以可以連續(xù)引導(dǎo)囊狀內(nèi)窺鏡710。
第三變型例現(xiàn)在，參照圖37到39，對根據(jù)本發(fā)明的第三變型例進(jìn)行說明。
根據(jù)這個變型例的醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)的基本構(gòu)造與第一變型例的基本構(gòu)造相同；然而，感應(yīng)磁場產(chǎn)生線圈驅(qū)動部的結(jié)構(gòu)與第一變型例的情況不同。因此，在該變型例中，僅使用圖37到39對感應(yīng)磁場產(chǎn)生線圈驅(qū)動部的結(jié)構(gòu)附近的情況進(jìn)行說明，省略對其他部件的說明。
圖37是描繪根據(jù)這個變型例的醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)的概要結(jié)構(gòu)的示意圖。
使用相同的標(biāo)號表示與第一變型例中的部件相同的部件，因此，這里不再對它們進(jìn)行說明。
如圖37所示，醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)901主要由以下部件構(gòu)成位置檢測磁場產(chǎn)生線圈711，用于產(chǎn)生位置檢測磁場；感測線圈712，用于檢測由安裝在囊狀內(nèi)窺鏡710中的磁感應(yīng)線圈710a產(chǎn)生的感應(yīng)磁場；以及引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈(引導(dǎo)磁場產(chǎn)生單元、電磁體、相對線圈)913A和913B，用于產(chǎn)生引導(dǎo)磁場。
圖38是例示圖37中的引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈的結(jié)構(gòu)的連接圖。
引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈913A和913B由形成為大致平面形狀的線圈組成，并且，如圖37和38所示，經(jīng)由開關(guān)部919電連接到引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈驅(qū)動部917。開關(guān)部919設(shè)置在由引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈913A和913B以及引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈驅(qū)動部917組成的閉合電路中。
引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈913A和913B串聯(lián)電連接。引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈驅(qū)動部917電連接到感應(yīng)控制部918，由感應(yīng)控制部918產(chǎn)生的控制信號輸入到引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈驅(qū)動部917。感應(yīng)控制部918電連接到開關(guān)部919，將感應(yīng)控制部918產(chǎn)生的開/關(guān)信號輸入到開關(guān)部919。此外，感應(yīng)控制部918還電連接到位置檢測控制部716，從而將從位置檢測控制部716輸出的操作信號輸入到感應(yīng)控制部918。
將引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈913A設(shè)置為面對位置檢測磁場產(chǎn)生線圈711的附近并且位于位置檢測磁場產(chǎn)生線圈711的相對于囊狀內(nèi)窺鏡710的相對側(cè)。將引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈913B設(shè)置為面對感測線圈712的附近并且位于感測線圈712的相對于囊狀內(nèi)窺鏡710的相對側(cè)。
可以切換引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈913A與位置檢測磁場產(chǎn)生線圈711之間的位置關(guān)系或者引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈913B與感測線圈712之間的位置關(guān)系。此外，如果引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈913A具有空氣芯并且形狀為在其中容納位置檢測磁場產(chǎn)生線圈711，則如圖39所示，可以將引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈913A和位置檢測磁場產(chǎn)生線圈711設(shè)置在大致同一平面上。此外，如果引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈913B具有空氣芯并且形狀為在其中容納感測線圈712，則可以將引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈913B和感測線圈712設(shè)置在大致同一平面上。
現(xiàn)在，對具有上述結(jié)構(gòu)的醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)901的操作進(jìn)行說明。
與檢測囊狀內(nèi)窺鏡710的位置有關(guān)的操作(例如，在位置檢測磁場產(chǎn)生線圈711中形成位置檢測磁場，以及在磁感應(yīng)線圈710a中形成感應(yīng)磁場)與第一變型例中的操作相同，因此，這里省略對它們的說明。
如圖37和38所示，感應(yīng)控制部918產(chǎn)生作為具有預(yù)定頻率的AC信號的引導(dǎo)控制信號，并將該引導(dǎo)控制信號輸出到引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈驅(qū)動部917。
引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈驅(qū)動部917將輸入的引導(dǎo)控制信號放大至預(yù)定強(qiáng)度，并且產(chǎn)生用于驅(qū)動引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈913A和913B的驅(qū)動電流。將該驅(qū)動電流輸出到引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈913A和913B，由于被提供了驅(qū)動電流，引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈913A和913B在其周圍形成引導(dǎo)磁場。
將用于基于從位置檢測控制部716輸入的操作信號來控制開關(guān)部919的開/關(guān)信號輸出到感應(yīng)控制部918?；谙蛭恢脵z測磁場產(chǎn)生線圈驅(qū)動部715輸出的控制信號來產(chǎn)生所述操作信號。更具體地說，當(dāng)將用于形成位置檢測磁場的控制信號輸出到位置檢測磁場產(chǎn)生線圈驅(qū)動部715時，輸出用于斷開(開路)開關(guān)部919的操作信號。
另一方面，當(dāng)沒有輸出所述控制信號時，輸出用于接通(閉合)開關(guān)部919的操作信號。
感應(yīng)控制部918基于如上所述地輸入的控制信號向開關(guān)部919輸出開/關(guān)信號，基于該開/關(guān)信號來控制開關(guān)部919的開/關(guān)狀態(tài)。
當(dāng)要接通/斷開開關(guān)部919時，可以如上所述地簡單地控制開關(guān)部919的開/關(guān)狀態(tài)，或者，感應(yīng)控制部918可以基于操作信號而逐漸地改變向感應(yīng)磁場產(chǎn)生線圈驅(qū)動部917輸入的信號的振幅。通過如上所述地執(zhí)行控制，防止了因引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈913A和913B的自感應(yīng)而造成的反電動勢損壞引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈驅(qū)動部917。
另選的是，如下方案也是可以接受的當(dāng)要斷開開關(guān)部919時，感應(yīng)控制部918基于操作信號逐漸地將向引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈驅(qū)動部917輸入的信號的振幅變成零，在振幅達(dá)到零時斷開開關(guān)部。
使用上述結(jié)構(gòu)，可以按時分方式驅(qū)動位置檢測磁場產(chǎn)生線圈711以及引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈913A和913B。因此，防止了在位置檢測磁場產(chǎn)生線圈711與引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈913A和913B之間出現(xiàn)互感應(yīng)，由此防止了出現(xiàn)位置檢測磁場和由引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈產(chǎn)生的互感應(yīng)磁場的合成磁場的強(qiáng)度大致變?yōu)榱愕膮^(qū)域。結(jié)果，防止了位置檢測磁場的強(qiáng)度在囊狀內(nèi)窺鏡710的工作區(qū)域中下降。
第四變型例現(xiàn)在，參照圖40和41對根據(jù)本發(fā)明的第四變型例進(jìn)行說明。
根據(jù)這個變型例的醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)的基本構(gòu)造與第一變型例的基本構(gòu)造相同；然而，感應(yīng)磁場產(chǎn)生線圈附近的結(jié)構(gòu)與第一變型例中的情況不同。因此，在該變型例中，僅使用圖40和41對感應(yīng)磁場產(chǎn)生線圈附近的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明，省略對其他部件的說明。
圖40是描繪根據(jù)這個變型例的醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)的概要結(jié)構(gòu)的示意圖。
使用相同的標(biāo)號表示與第一變型例中的部件相同的部件，因此，這里不再對它們進(jìn)行說明。
如圖40所示，醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)1001主要由以下部件構(gòu)成位置檢測磁場產(chǎn)生線圈711，用于產(chǎn)生位置檢測磁場；感測線圈712，用于檢測由安裝在囊狀內(nèi)窺鏡710中的磁感應(yīng)線圈710a產(chǎn)生的感應(yīng)磁場；以及引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈(引導(dǎo)磁場產(chǎn)生單元、電磁體、相對線圈)1013A、1013B、1014A、1014B、1015A和1015B，用于產(chǎn)生將囊狀內(nèi)窺鏡引導(dǎo)到體腔中的預(yù)定位置的引導(dǎo)磁場。
位置檢測磁場產(chǎn)生線圈711設(shè)置有用于控制對位置檢測磁場產(chǎn)生線圈711的驅(qū)動的驅(qū)動部1003，感測線圈712設(shè)置有用于處理從感測線圈712輸出的信號的檢測部1005。
驅(qū)動部1003主要由以下部件構(gòu)成信號發(fā)生部1023，用于輸出具有在位置檢測磁場產(chǎn)生線圈711中產(chǎn)生的交變磁場的頻率的AC信號；以及磁場產(chǎn)生線圈驅(qū)動部1024，用于放大從信號發(fā)生部1023輸入的AC信號并且驅(qū)動位置檢測磁場產(chǎn)生線圈711。
檢測部1005主要由以下部件構(gòu)成濾波器1025，用于截除來自檢測線圈712a的輸出信號中包含的不想要的頻率分量；放大器1026，用于放大截除了不想要分量的輸出信號DC轉(zhuǎn)換器1027，用于將經(jīng)放大的輸出信號從AC信號轉(zhuǎn)換為DC信號；A/D轉(zhuǎn)換器1028，用于將經(jīng)DC轉(zhuǎn)換的輸出信號從模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；CPU 1029，用于基于轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的輸出信號來執(zhí)行計算處理；以及感測線圈選擇器(磁場傳感器選擇單元)1040，用于從所有感測線圈712的輸出信號中選擇預(yù)定感測線圈712的輸出信號。
用于保存不存在囊狀內(nèi)窺鏡710時獲取的輸出信號的存儲器1041連接到CPU 1029。通過設(shè)置存儲器1041，更容易從存在囊狀內(nèi)窺鏡710時獲取的輸出信號中減去不存在囊狀內(nèi)窺鏡710時獲取的輸出信號。因此，可以容易地僅僅檢測到與由囊狀內(nèi)窺鏡710的磁感應(yīng)線圈710a產(chǎn)生的感應(yīng)磁場相關(guān)聯(lián)的輸出信號。
此外，DC轉(zhuǎn)換器1027的示例為RMS轉(zhuǎn)換器；然而，它沒有特定限制。也可以使用公知的AC-DC轉(zhuǎn)換器。
引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈1013A和1013B、引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈1014A和1014B、以及引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈1015A和1015B被設(shè)置為彼此面對，其間具有滿足赫爾姆霍茨條件的距離或類似距離。因此，由引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈1013A和1013B、引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈1014A和1014B、以及引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈1015A和1015B產(chǎn)生的磁場的空間強(qiáng)度梯度可以被消除或者小得可忽略。
此外，引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈1013A和1013B、引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈1014A和1014B、以及引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈1015A和1015B的中心軸被設(shè)置為彼此正交并且還在其中形成矩形空間。如圖40所示，該矩形空間用作囊狀內(nèi)窺鏡710的工作空間。
圖41是例示圖40的引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈的概要結(jié)構(gòu)的框圖。
引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈1014A和1014B串聯(lián)電連接，引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈1015A和1015B串聯(lián)電連接。另一方面，因為引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈1013A和1013B連接到不同的感應(yīng)磁場產(chǎn)生線圈驅(qū)動部，所以它們和其他線圈對不同，并不是串聯(lián)電連接。更具體地說，引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈1013A和1013B分別電連接為使得不同引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈驅(qū)動部1013C-1和1013C-2的輸出輸入到相應(yīng)的引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈1013A和1013B。此外，引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈1014A和1014B串聯(lián)電連接到引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈驅(qū)動部1014C，引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈1015A和1015B串聯(lián)電連接到引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈驅(qū)動部1015C。將電連接設(shè)置為使得來自信號發(fā)生器1013D的同一控制信號輸入到引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈1013C-1和1013C-2。此外，將電連接設(shè)置為使得來自信號發(fā)生器1014D和1015D的信號分別輸入到引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈驅(qū)動部1014C和1015C。將電連接設(shè)置為使得來自感應(yīng)控制部1016的控制信號輸入到信號發(fā)生器1013D、1014D和1015D。將電連接設(shè)置為使得來自輸入裝置1017(關(guān)于囊狀內(nèi)窺鏡710的引導(dǎo)方向的指令從外部輸入到該輸入裝置1017)的信號輸入到感應(yīng)控制部1016。
現(xiàn)在，對具有上述結(jié)構(gòu)的醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)1001的操作進(jìn)行說明。
首先，對檢測醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)1001中的囊狀內(nèi)窺鏡710的位置的操作進(jìn)行說明。
如圖40所示，在驅(qū)動部1003中，信號發(fā)生部1023產(chǎn)生具有預(yù)定頻率的AC信號，并且將該AC信號輸出到磁場產(chǎn)生線圈驅(qū)動部1024。磁場產(chǎn)生線圈驅(qū)動部1024將輸入的AC信號放大至預(yù)定強(qiáng)度，并且將放大的AC信號輸出到位置檢測磁場產(chǎn)生線圈711。由于被提供了放大的AC信號，位置檢測磁場產(chǎn)生線圈711在其周圍形成交變磁場。
當(dāng)上述交變磁場的磁通量與囊狀內(nèi)窺鏡710相交時，在其中安裝有磁感應(yīng)線圈710a的檢測器閉合電路中感應(yīng)出具有預(yù)定頻率的諧振電流。當(dāng)在囊狀內(nèi)窺鏡71的閉合電路中感應(yīng)出諧振電流時，該諧振電流使磁感應(yīng)線圈710a在其周圍形成具有預(yù)定頻率的感應(yīng)磁場。
因為交變磁場和感應(yīng)磁場的磁通量與感測線圈712相交，所以感測線圈712捕捉到由兩個磁場的磁通量相加而產(chǎn)生的磁通量，并且基于相交磁通量的變化而產(chǎn)生作為感應(yīng)電流的輸出信號。感測線圈712的輸出信號輸出到檢測部1005。
在檢測部1005中，首先，將已經(jīng)輸入的輸出信號輸入到感測線圈選擇器1040。感測線圈選擇器1040僅讓用于對囊狀內(nèi)窺鏡710的位置檢測的輸出信號從其通過，并且截除其他輸出信號。
用于選擇輸出信號的方法的示例包括選擇具有高信號強(qiáng)度的輸出信號、來自靠近囊狀內(nèi)窺鏡710的感測線圈712的輸出信號等。
如上所述，通過在感測線圈712與濾波器1025之間設(shè)置感測線圈選擇器1040，可以僅僅選擇用于位置檢測的輸出信號。另選的是，通過使感測線圈選擇器1040從多個感測線圈712中切換連接，可以按時分方式將來自所有感測線圈712的輸出信號輸入到檢測部1005。此外，通過將濾波器1025與A/D轉(zhuǎn)換器1028之間的線路連接到多個感測線圈712，不必使用感測線圈選擇器1040或選擇輸出信號。因而，并沒有施加特定的限制。
將選擇的輸出信號輸入到濾波器1025，并且去除該輸出信號中的不能用于位置檢測的頻率分量，例如低頻分量。將去除了不想要的分量的輸出信號輸入到放大器1026，接著將其放大為具有適合于其下游側(cè)的A/D轉(zhuǎn)換器1028的輸入電平。
經(jīng)放大的輸出信號輸入到DC轉(zhuǎn)換器1027，將作為AC信號的輸出信號轉(zhuǎn)換為DC信號。此后，將輸出信號輸入到A/D轉(zhuǎn)換器1028，將作為模擬信號的輸出信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。
已轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的輸出信號輸入到CPU 1029。另一方面，將從連接到CPU 1029的存儲器1041獲得的不存在囊狀內(nèi)窺鏡710時的輸出信號輸入到CPU 1029。
在CPU 1029中，通過計算輸入的兩個輸出信號之間的差來獲得與感應(yīng)磁場相關(guān)聯(lián)的輸出信號，并且，基于獲得的與感應(yīng)磁場相關(guān)聯(lián)的輸出信號，執(zhí)行用于識別磁感應(yīng)線圈710a的位置(即囊狀內(nèi)窺鏡710的位置)的計算。針對用于識別位置的計算，可以使用公知的計算方法，而不施加特定的限制。
現(xiàn)在，對引導(dǎo)囊狀內(nèi)窺鏡的操作進(jìn)行說明。
首先，向輸入裝置1017輸入用于遙控囊狀內(nèi)窺鏡710的要對囊狀內(nèi)窺鏡710施加的移動。輸入裝置1017基于輸入的信息向感應(yīng)控制部1016輸出一信號。基于輸入的信號，感應(yīng)控制部1016產(chǎn)生用于產(chǎn)生使囊狀內(nèi)窺鏡710移動的磁場的控制信號，并且將該控制信號輸出到信號發(fā)生器1013D、1014D和1015D。
在信號發(fā)生器1013D、1014D和1015D中，基于輸入的控制信號，產(chǎn)生向引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈驅(qū)動部1013C、1014C和1015C輸出的信號。引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈驅(qū)動部1013C、1014C和1015C對輸入信號的電流進(jìn)行放大，并且分別使電流在引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈1013A和1013B、引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈1014A和1014B、以及引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈1015A和1015B中流動。
如上所述，通過使電流在引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈1013A和1013B、引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈1014A和1014B、以及引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈1015A和1015B中流動，可以在囊狀內(nèi)窺鏡710附近的區(qū)域中產(chǎn)生引導(dǎo)磁場。使用這種產(chǎn)生的磁場，可以使囊狀內(nèi)窺鏡710中的磁體移動，由此可以通過使磁體移動而使囊狀內(nèi)窺鏡710移動。
現(xiàn)在，對由引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈1013A和1013B、引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈1014A和1014B、以及引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈1015A和1015B產(chǎn)生互感應(yīng)磁場時的操作進(jìn)行說明。
由位置檢測磁場產(chǎn)生線圈711產(chǎn)生的交變磁場的磁通量與設(shè)置在位置檢測磁場產(chǎn)生線圈711附近的引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈1013A相交。這時，由于相交的磁通量，在引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈1013A中產(chǎn)生如下的感應(yīng)電動勢，即，形成具有抵消磁場強(qiáng)度的變化的方向的磁場(即，相位與上述交變磁場的相位相反的反相磁場)的電動勢。因為引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈1013A和1013B分別由不同的引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈驅(qū)動部1013C-1和1013C-2驅(qū)動，所以在1013A中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢使電流在由引導(dǎo)線圈驅(qū)動部1013C-1和引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈1013A形成的閉合電路中流動并且形成相位與位置檢測磁場的相位相反的反相磁場。另一方面，因為在引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈1013B中沒有電流流動，所以在感測線圈712附近不形成相位與位置檢測磁場的相位相反的反相磁場。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，位置檢測磁場產(chǎn)生線圈711產(chǎn)生在囊狀內(nèi)窺鏡710的磁感應(yīng)線圈710a中感應(yīng)出感應(yīng)磁場的位置檢測磁場。通過感測線圈712來檢測由磁感應(yīng)線圈710a產(chǎn)生的感應(yīng)磁場，并且使用其來檢測具有磁感應(yīng)線圈710a的囊狀內(nèi)窺鏡710的位置或取向。
此外，由三組引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈1013A和1013B、引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈1014A和1014B、以及引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈1015A和1015B產(chǎn)生的引導(dǎo)磁場作用于設(shè)置在囊狀內(nèi)窺鏡710中的磁體上，以控制囊狀內(nèi)窺鏡710的位置和取向。在此，因為將三組引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈1013A和1013B、引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈1014A和1014B、以及引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈1015A和1015B設(shè)置為使其中心軸方向彼此正交，所以引導(dǎo)磁場的磁力線可以取向為任何的三維方向。結(jié)果，可以三維地控制具有磁體的囊狀內(nèi)窺鏡710的位置和取向。
此外，因為兩個引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈1013A和1013B由不同的引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈驅(qū)動部1013C-1和1013C-2驅(qū)動，所以即使出現(xiàn)位置檢測磁場在引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈1013A中感應(yīng)出互感應(yīng)磁場的情況，因引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈1013A感應(yīng)出的電動勢而造成的電流也不會在引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈1013B中流動。因此，引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈1013B不會產(chǎn)生相位與位置檢測磁場的相位相反的互感應(yīng)磁場，僅僅產(chǎn)生引導(dǎo)磁場。結(jié)果，因為防止了在引導(dǎo)磁場產(chǎn)生線圈1013B中出現(xiàn)抵消位置檢測磁場的磁場，所以防止了出現(xiàn)位置檢測磁場大致變?yōu)榱愕膮^(qū)域。
本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域不限于上述變型例。
例如，盡管上述變型例應(yīng)用于包括設(shè)置在大致同一直線上的一個磁場產(chǎn)生線圈、一個感測線圈、一個反相磁場產(chǎn)生線圈等的結(jié)構(gòu)，但是變型例不限于這種結(jié)構(gòu)。變型例還可以應(yīng)用于包括設(shè)置在多條直線上的多個磁場產(chǎn)生線圈等的結(jié)構(gòu)，其中，設(shè)置部件的數(shù)量和位置沒有限制。
此外，作為醫(yī)用裝置，已經(jīng)對使用捕捉患者體腔內(nèi)部的圖像的囊狀內(nèi)窺鏡的裝置進(jìn)行了說明；然而，本發(fā)明不限于這種使用囊狀內(nèi)窺鏡的裝置。本發(fā)明可以應(yīng)用于多種其他類型的醫(yī)用裝置，例如，在患者體腔內(nèi)釋放藥品的醫(yī)用裝置；設(shè)置有用于獲取關(guān)于體腔內(nèi)部的數(shù)據(jù)的傳感器的醫(yī)用裝置；可以留在體腔內(nèi)較長時間段的醫(yī)用裝置；將用于交換信息等的導(dǎo)線連接到外部的醫(yī)用裝置；等等。
第六到第十五實施例在上述文獻(xiàn)2中，公開了如下的技術(shù)使用多個外部檢測裝置來檢測從設(shè)置有LC諧振電路的囊狀醫(yī)用裝置發(fā)出的電磁，從而檢測該囊狀醫(yī)用裝置的位置。
然而，在文獻(xiàn)2中，存在如下的危險例如設(shè)置在囊狀醫(yī)用裝置中的感應(yīng)驅(qū)動或切換用磁體不利地影響LC諧振電路，從而改變LC諧振電路的特性，或者，該磁體屏蔽從LC諧振電路發(fā)出的電磁場(感應(yīng)磁場)，從而降低位置檢測精度甚至使得不能進(jìn)行位置檢測。此外，存在囊狀醫(yī)用裝置為了位置檢測而消耗電功率的問題。
在上述文獻(xiàn)3中，公開了如下的技術(shù)通過其中安裝有磁感應(yīng)線圈的囊狀內(nèi)窺鏡、用于在磁感應(yīng)線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流的驅(qū)動線圈、以及基于感應(yīng)電流來獲取磁感應(yīng)線圈和驅(qū)動線圈的相對位置的檢測裝置，檢測囊狀醫(yī)用裝置的位置。
然而，在上述位置檢測技術(shù)中，存在如下危險例如設(shè)置在囊狀醫(yī)用裝置中的感應(yīng)驅(qū)動或切換用磁體不利地影響磁感應(yīng)線圈從而改變磁感應(yīng)線圈的特性，或者屏蔽從磁感應(yīng)線圈發(fā)出的感應(yīng)磁場從而降低位置檢測精度甚至使得不能進(jìn)行位置檢測。此外，存在囊狀醫(yī)用裝置為了位置檢測而消耗電功率的問題。
在上述文獻(xiàn)4中，公開了如下的技術(shù)通過在大致圓柱形的囊狀醫(yī)用裝置的圓柱面上形成螺旋突起并且使該囊狀醫(yī)用裝置圍繞縱軸旋轉(zhuǎn)來驅(qū)動該囊狀醫(yī)用裝置。通過設(shè)置在囊狀醫(yī)用裝置中的磁體并且通過外部施加的旋轉(zhuǎn)磁場來旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動該囊狀醫(yī)用裝置。
然而，在上述文獻(xiàn)1中，沒有說明用于檢測囊狀醫(yī)用裝置的位置，由此，不能將囊狀醫(yī)用裝置驅(qū)動并引導(dǎo)到預(yù)定位置。
此外，較容易提出一種將上述文獻(xiàn)4中描述的囊狀醫(yī)用裝置的驅(qū)動技術(shù)與上述文獻(xiàn)2或文獻(xiàn)3中公開的位置檢測技術(shù)相結(jié)合的方法，即，與其中內(nèi)置有引導(dǎo)磁體的囊狀醫(yī)用裝置一起采用使用磁感應(yīng)線圈的磁位置檢測系統(tǒng)的方法。
然而，在該方法中，存在如下的危險引導(dǎo)磁體與磁位置檢測系統(tǒng)發(fā)生干擾，這使得位置檢測系統(tǒng)的性能劣化或者使得不能進(jìn)行位置檢測。此外，用于除了驅(qū)動以外的其他目的的磁體也出現(xiàn)相同問題。
上述文獻(xiàn)1和5公開了一種用于可移動微型機(jī)械的運動控制系統(tǒng)，該運動控制系統(tǒng)包括產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的磁場產(chǎn)生部；設(shè)置有磁體的自動裝置(robot)主體，所述磁體接收磁場產(chǎn)生部產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場以通過旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生推力；檢測自動裝置主體的位置的位置檢測器；以及磁場重新取向單元，其基于由位置檢測器檢測到的自動裝置主體的位置來改變由磁場產(chǎn)生部產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場的取向，以使其取向為自動裝置主體應(yīng)當(dāng)沿其移動以到達(dá)目標(biāo)的方向。在上述技術(shù)中，在控制自動裝置主體(囊狀內(nèi)窺鏡)的取向時引導(dǎo)了自動裝置主體。
然而，在上述位置檢測技術(shù)中，因為檢測與自動裝置主體的旋轉(zhuǎn)軸正交地設(shè)置的磁體的極化方向，所以為了識別自動裝置主體的取向(例如旋轉(zhuǎn)軸方向)，需要使用磁體的不同極化方向而執(zhí)行位置檢測兩次或更多次。此外，因為自動裝置主體的實際方向并不總是跟隨控制自動裝置主體的位置和方向的磁場，所以對自動裝置主體的引導(dǎo)精度可能下降。
此外，如果在囊狀醫(yī)用裝置中設(shè)置有用于例如經(jīng)由磁場與外部裝置進(jìn)行信息交換的線圈，那么，因為磁體改變線圈特性或者磁體屏蔽從線圈發(fā)出的磁場，所以存在妨礙這種信息交換等的危險。
為了解決上述問題，可以采用下面的實施例來提供能夠在內(nèi)置有磁體的醫(yī)用裝置中有效地操作磁位置檢測系統(tǒng)的醫(yī)用裝置以及醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)。
第六實施例現(xiàn)在，參照圖43到73，對根據(jù)本發(fā)明的醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)的第六實施例進(jìn)行說明。
圖43是示意性地示出根據(jù)該實施例的醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測裝置系統(tǒng)的圖。圖44是醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測裝置系統(tǒng)的立體圖。
如圖43和44所示，醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)1110主要由以下部件形成囊狀內(nèi)窺鏡(醫(yī)用裝置)1120，其以口服或肛入方式進(jìn)入患者1的體腔中，以對體腔中的通道的內(nèi)表面進(jìn)行光學(xué)成像，并且無線地發(fā)送圖像信號；位置檢測單元(位置檢測系統(tǒng)、位置檢測裝置、位置檢測器、計算裝置)1150，其檢測囊狀內(nèi)窺鏡1120的位置；磁感應(yīng)裝置1170，其基于檢測到的囊狀內(nèi)窺鏡1120的位置和來自操作員的指令而引導(dǎo)囊狀內(nèi)窺鏡1120；以及圖像顯示裝置1180，其顯示從囊狀內(nèi)窺鏡1120發(fā)送來的圖像信號。
如圖43所示，磁感應(yīng)裝置1170主要由以下部件形成三軸引導(dǎo)磁場產(chǎn)生單元(引導(dǎo)磁場產(chǎn)生單元、電磁體)1171，其產(chǎn)生用于驅(qū)動并引導(dǎo)囊狀內(nèi)窺鏡1120的平行磁場；赫爾姆霍茨線圈驅(qū)動器1172，其控制向三軸引導(dǎo)磁場產(chǎn)生單元1171提供的電流的增益；旋轉(zhuǎn)磁場控制電路(磁場取向控制單元)1173，其控制用于驅(qū)動并引導(dǎo)囊狀內(nèi)窺鏡1120的平行磁場的方向；以及輸入裝置1174，其向旋轉(zhuǎn)磁場控制電路1173輸出操作員輸入的囊狀內(nèi)窺鏡1120的移動方向。
在這個實施例中，三軸引導(dǎo)磁場產(chǎn)生單元1171被描述為應(yīng)用于其中線圈對彼此相對并且用于產(chǎn)生平行磁場的電磁體沿三個軸方向設(shè)置的線圈單元。此線圈的優(yōu)選示例可以包括具有沿三個軸方向設(shè)置的三個赫爾姆霍茨線圈的赫爾姆霍茨線圈單元。
盡管在這個實施例中假定線圈為赫爾姆霍茨線圈單元來進(jìn)行說明。但是電磁體的結(jié)構(gòu)不限于赫爾姆霍茨線圈單元，例如圖43所示的大致矩形的相對線圈也是可接受的。此外，除了將線圈之間的距離設(shè)置為線圈直徑的一半以外，也可以自由設(shè)置該距離，只要可以在目標(biāo)空間中獲得希望的磁場即可。
此外，除了相對線圈以外，也可以接受任何結(jié)構(gòu)的磁體，只要可以獲得希望的磁場即可。
例如，如圖91所示，可以通過將電磁體2301到2305各自設(shè)置在目標(biāo)區(qū)的一側(cè)、隨后在電磁體2301與電磁體2302之間產(chǎn)生磁場來產(chǎn)生沿X軸方向的磁場。類似的是，可以在電磁體2303與電磁體2304之間產(chǎn)生沿Y軸方向的磁場，并且可以在電磁體2305中產(chǎn)生沿Z軸方向的磁場。
使用具有上述結(jié)構(gòu)的電磁體系統(tǒng)，可以提供類似的優(yōu)點。
如圖43和44所示，將三軸引導(dǎo)磁場產(chǎn)生單元1171形成為大致矩形形狀。三軸引導(dǎo)磁場產(chǎn)生單元1171包括三對相互相對的赫爾姆霍茨線圈1171X、1171Y和1171Z，赫爾姆霍茨線圈1171X、1171Y和1171Z中的各對被設(shè)置為大致正交于圖43中的X、Y和Z軸。將被設(shè)置為大致正交于X、Y和Z軸的赫爾姆霍茨線圈分別表示為赫爾姆霍茨線圈1171X、1171Y和1171Z。
將赫爾姆霍茨線圈1171X、1171Y和1171Z設(shè)置為在其內(nèi)部形成大致矩形的空間。如圖43所示，該矩形空間用作囊狀內(nèi)窺鏡1120的工作空間，并且如圖44所示，該矩形空間是患者1所處的空間。
赫爾姆霍茨線圈驅(qū)動器1172包括分別控制赫爾姆霍茨線圈1171X、1171Y和1171Z的赫爾姆霍茨線圈驅(qū)動器1172X、1172Y和1172Z。
將操作員從輸入裝置1174輸入的針對囊狀內(nèi)窺鏡1120的移動方向指令和來自位置檢測單元1150的表示囊狀內(nèi)窺鏡1120當(dāng)前指向的方向(囊狀內(nèi)窺鏡1120的旋轉(zhuǎn)軸(中心軸)R(參照圖47)的方向)的數(shù)據(jù)一起輸入到旋轉(zhuǎn)磁場控制電路1173。接著，從旋轉(zhuǎn)磁場控制電路1173輸出用于控制赫爾姆霍茨線圈驅(qū)動器1172X、1172Y和1172Z的信號，并且將囊狀內(nèi)窺鏡1120的旋轉(zhuǎn)相位數(shù)據(jù)輸出到圖像顯示裝置1180。
將用于通過移動操縱桿來指定囊狀內(nèi)窺鏡1120的移動方向的輸入裝置用作輸入裝置1174。
如上所述，輸入裝置1174可以使用操縱桿型裝置、或者可以使用另一類型的輸入裝置，如通過推動移動方向按鈕來指定移動的方向的輸入裝置。
如圖43所示，位置檢測單元1150主要由以下部件形成驅(qū)動線圈(驅(qū)動部)1151，其在囊狀內(nèi)窺鏡1120中的磁感應(yīng)線圈(后面要說明)中產(chǎn)生感應(yīng)磁場；感測線圈(磁場傳感器、磁場檢測部)1152，其檢測在磁感應(yīng)線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)磁場；以及位置檢測裝置1150A，其基于感測線圈1152檢測到的感應(yīng)磁場來計算囊狀內(nèi)窺鏡1120的位置，并且控制由驅(qū)動線圈1151形成的交變磁場。
在位置檢測裝置1150A與驅(qū)動線圈1151之間設(shè)置有正弦波信號發(fā)生電路1153，其基于來自位置檢測裝置1150A的輸出而產(chǎn)生AC電流；驅(qū)動線圈驅(qū)動器1154，其基于來自位置檢測裝置1150A的輸出而放大從正弦波信號發(fā)生電路1153輸入的AC電流；以及驅(qū)動線圈選擇器1155，其將AC電流提供給基于來自位置檢測裝置1150A的輸出而選擇的驅(qū)動線圈1151。
在感測線圈1152與位置檢測裝置1150A之間設(shè)置有感測線圈選擇器(磁場傳感器選擇單元)1156，其基于來自位置檢測裝置1150A的輸出，從感測線圈1152中選擇根據(jù)包括囊狀內(nèi)窺鏡1120的位置信息等的AC電流；和感測線圈接收電路1157，其從通過感測線圈選擇器1156的AC電流提取幅值，并將該幅值輸出到位置檢測裝置1150A。
圖45是示出醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)的剖面的示意圖。
在此，如圖43和45所示，驅(qū)動線圈1151有角度地位于由赫爾姆霍茨線圈1171X、1171Y和1171Z形成的大致矩形工作空間的四個上部(在Z軸的正向上)角處。驅(qū)動線圈1151形成連接方形赫爾姆霍茨線圈1171X、1171Y和1171Z的角的大致三角形線圈。通過按這種方式將驅(qū)動線圈1151設(shè)置在頂部，可以防止驅(qū)動線圈1151與患者1之間的干擾。(參見圖3)。
如上所述，驅(qū)動線圈1151可以為大致三角形線圈，或者可以使用多種形狀的線圈，如圓形線圈等。
感測線圈1152被形成為空氣芯線圈，由三個平面線圈支承部件1158支承在赫爾姆霍茨線圈1171X、1171Y和1171Z的內(nèi)側(cè)，這三個平面線圈支承部件1158被設(shè)置在面對驅(qū)動線圈1151的位置以及沿Y軸方向彼此相對的位置，囊狀內(nèi)窺鏡1120的工作空間位于其間。在每一個線圈支承部件1158中按矩陣形式排列有9個感測線圈1152，由此在位置檢測單元1150中設(shè)置有總計27個感測線圈1152。
圖46是示出感測線圈接收電路1157的電路結(jié)構(gòu)的示意圖。
如圖46所示，感測線圈接收電路1157由以下部件形成高通濾波器(HPF)1159，其去除包括囊狀內(nèi)窺鏡1120的位置信息的輸入AC電壓中的低頻分量；前置放大器1160，其放大所述AC電壓；帶通濾波器(BPF)1161，其去除經(jīng)放大的AC電壓中包括的高頻；放大器(AMP)1162，其放大已經(jīng)從其去除了高頻的AC電壓；均方根檢測電路(真實RMS轉(zhuǎn)換器)1163，其檢測AC電壓的振幅，并且提取并輸出幅值；A/D轉(zhuǎn)換器1164，其將幅值轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；以及存儲器1165，其用于臨時地存儲數(shù)字化的幅值。
高通濾波器1159由以下部件形成設(shè)置在從感測線圈1152延伸的一對導(dǎo)線1166A中的電阻器1167；導(dǎo)線1166B，其連接到所述一對導(dǎo)線1166A并且大致在其中央處接地；以及在導(dǎo)線1166B中設(shè)置為彼此相對的一對電容器1168，這一對電容器1168之間具有接地點。前置放大器1160分別設(shè)置在所述一對導(dǎo)線1166A中，從前置放大器1160輸出的AC電壓輸入到單個帶通濾波器1161。存儲器1165臨時存儲從9個感測線圈1152獲得的幅值，并且將存儲的幅值輸出到位置檢測單元1150。
如上所述，可以使用均方根檢測電路1163來提取AC電壓的幅值，可以通過使用整流電路來平滑磁場信息并且檢測電壓從而檢測該幅值，或者，可以使用檢測AC電壓的峰值的峰值檢測電路來檢測該幅值。
關(guān)于檢測到的AC電壓的波形，對于施加到驅(qū)動線圈1151的波形的相位隨著囊狀內(nèi)窺鏡1120中的磁感應(yīng)線圈1142(后面要說明)的存在和位置而變化?？梢允褂面i定放大器等來檢測這種相位變化。
如圖43所示，圖像顯示裝置1180由以下部件形成圖像接收電路1181，其接收從囊狀內(nèi)窺鏡1120發(fā)送來的圖像；和顯示部1182，其基于接收的圖像信號以及來自旋轉(zhuǎn)磁場控制電路1173的信號而顯示圖像。
圖47是示出囊狀內(nèi)窺鏡1120的構(gòu)造的示意圖。
如圖47所示，囊狀內(nèi)窺鏡1120主要由以下部件形成外殼1121，其在其內(nèi)部容納了多種裝置；圖像形成部(生物信息獲取單元)1130，其形成患者體腔中的通道的內(nèi)表面的圖像；電池(電源單元)1139，其用于驅(qū)動圖像形成部1130；感應(yīng)磁場產(chǎn)生部(感應(yīng)磁場產(chǎn)生單元)1140，其通過上述驅(qū)動線圈1151而產(chǎn)生感應(yīng)磁場；以及引導(dǎo)磁體(磁體)1145，其驅(qū)動并引導(dǎo)囊狀內(nèi)窺鏡1120。
外殼1121由以下部件形成紅外線透射圓柱形囊狀主體(下文中簡寫為主體)1122，其中心軸限定了囊狀內(nèi)窺鏡1120的旋轉(zhuǎn)軸(中心軸)R；透明半球狀前端部1123，其覆蓋主體1122的前端部；以及半球狀后端部1124，其覆蓋主體的后端部，從而形成具有水密結(jié)構(gòu)的密封囊狀容器。
在外殼1121的主體的外周面上設(shè)置有螺旋部1125，在該螺旋部1125中圍繞旋轉(zhuǎn)軸R按螺旋形式纏繞有剖面為圓形的導(dǎo)線。
圖像形成部1130主要由以下部件形成板1136A，其被設(shè)置為與旋轉(zhuǎn)軸R大致正交；圖像傳感器1131，其被設(shè)置在板1136A的前端部1123側(cè)的表面上；透鏡組1132，其將患者體腔內(nèi)的通道的內(nèi)表面的像形成在圖像傳感器1131上；LED(發(fā)光二極管)1133，其照亮體腔內(nèi)的通道的內(nèi)表面；信號處理部1134，其被設(shè)置在板1136A的后端部1124側(cè)的表面上；以及無線電裝置1135，其向圖像顯示裝置1180發(fā)送圖像信號。
信號處理部1134經(jīng)由板1136A、1136B和1136C以及柔性板1137A電連接到電池1139，經(jīng)由板1136A電連接到圖像傳感器1131，經(jīng)由板1136A、柔性板1137A以及支承部件1138電連接到LED 1133。此外，信號處理部1134壓縮圖像傳感器1131獲取的圖像信號，臨時存儲它(存儲器)，并且將壓縮的圖像信號從無線電裝置1135向外部發(fā)送，此外，它基于來自后面要說明的開關(guān)部1146的信號來控制圖像傳感器1131和LED 1133的開/關(guān)狀態(tài)。
圖像傳感器1131將經(jīng)由前端部1123和透鏡組1132形成的圖像轉(zhuǎn)換為電信號(圖像信號)并且將其輸出到信號處理部1134。例如可以將CMOS(互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體)器件或CCD(電荷耦合器件)用作這種圖像傳感器1131。
此外，在支承部件1138上，圍繞旋轉(zhuǎn)軸R沿周向按其間設(shè)置有間隙的方式從板1136A朝向前端部1123地設(shè)置有多個LED 1133。
在信號處理部1134的后端部1124側(cè)，在板1136B與1136C之間設(shè)置有電池1139。
在電池1139的后端部1124側(cè)，設(shè)置有設(shè)置在板1136C上的開關(guān)部1146。開關(guān)部1146具有紅外線傳感器1147，經(jīng)由板1136A和1136C以及柔性板1137A電連接到信號處理部1134，并且經(jīng)由板1136B、1136C以及柔性板1137A電連接到電池1139。
此外，圍繞旋轉(zhuǎn)軸R沿周向按規(guī)則的間隔設(shè)置有多個開關(guān)部1146，紅外線傳感器1147被設(shè)置為面對徑向的外側(cè)。在這個實施例中，已經(jīng)描述了在其中設(shè)置有4個開關(guān)部1146的示例，但是開關(guān)部1146的數(shù)量不限于4個；可以設(shè)置任何數(shù)量。
在板1136D的后端部1124側(cè)的表面上設(shè)置有無線電裝置1135。無線電裝置1135經(jīng)由板1136A、1136C和1136D以及柔性板1137A和1137B電連接到信號處理部1134。
圖48是例示設(shè)置在囊狀內(nèi)窺鏡1120中的引導(dǎo)磁體1145的結(jié)構(gòu)的圖。圖48A是從囊狀內(nèi)窺鏡1120的前端部1123側(cè)看到的引導(dǎo)磁體1145的圖，而圖48B是從側(cè)面看到的引導(dǎo)磁體1145的圖。
如圖47所示，引導(dǎo)磁體1145設(shè)置在無線電裝置1135的后端部1124側(cè)處。將引導(dǎo)磁體1145設(shè)置為使其重心位于旋轉(zhuǎn)軸R上并且使其沿與旋轉(zhuǎn)軸R正交的方向(例如，圖47中的上下方向)磁化。
因此，引導(dǎo)磁體1145在后面要說明的坡莫合金的位置處形成的磁場與旋轉(zhuǎn)軸R大致正交。
如圖48A和48B所示，引導(dǎo)磁體1145包括形成為大致板狀的一個大尺寸磁片(磁片)1145a、兩個中尺寸磁片(磁片)1145b、兩個小尺寸磁片(磁片)1145c、以及插在磁片1145a、1145b和1145c之間的諸如乙烯基片的絕緣體(絕緣材料)1145d，并且被構(gòu)建得具有大致圓柱形狀。此外，使磁片1145a、1145b和1145c沿板厚度方向(圖中的上下方向)磁化，圖中箭頭所指的方向代表磁化方向。更具體地說，箭頭所指的側(cè)對應(yīng)于北極，相對側(cè)對應(yīng)于南極。
根據(jù)囊狀內(nèi)窺鏡1120的尺寸，引導(dǎo)磁體1145的典型形狀和尺寸如下圓柱體直徑為大約6mm到大約8mm，圓柱體高度為大約6mm到大約8mm。更具體地說，可以將直徑為8mm且高度為6mm的圓柱體或者直徑為6mm且高度為8mm的圓柱用于引導(dǎo)磁體1145。此外，磁片1145a的材料例如是釹-鈷，但不限于釹-鈷。
如上所述，引導(dǎo)磁體可以由磁片1145a、1145b和1145c以及絕緣體1145d組成。另選的是，引導(dǎo)磁體1145可以僅由磁片1145a、1145b和1145c組成。此外，引導(dǎo)磁體1145可以由單個圓柱形磁體形成。
如圖47所示，將感應(yīng)磁場產(chǎn)生部1140設(shè)置在主體1122與電池1139等之間的圓柱形空間中。
如圖47和49所示，感應(yīng)磁場產(chǎn)生部1140由以下部件形成芯部件1141A，其形成為中心軸與旋轉(zhuǎn)軸R大致一致的圓柱形狀；磁感應(yīng)線圈(內(nèi)置線圈)1142，其設(shè)置在芯部件1141A的外周部上；坡莫合金膜(芯)1141B，其設(shè)置在芯部件1141A與磁感應(yīng)線圈1142之間；以及電容器(該圖中未示出)，其電連接到磁感應(yīng)線圈1142，并構(gòu)成LC諧振電路(電路)1143。
線圈1142和坡莫合金膜1141B位于由引導(dǎo)磁體1145的磁場在坡莫合金膜1141B中形成的磁通量密度等于或小于坡莫合金膜1145B中的飽和磁通量密度的一半的位置處。更具體地說，線圈1142和坡莫合金膜1141B設(shè)置在離開引導(dǎo)磁體1145至少大約5mm、優(yōu)選為大約10mm或更多的位置處。如圖49所示，通過將作為磁性材料的坡莫合金形成為片狀薄膜來產(chǎn)生坡莫合金膜1141B。此外，當(dāng)將坡莫合金膜1141B卷繞在芯部件1141A周圍時，產(chǎn)生一間隙t。
如圖49所示，因為坡莫合金膜1141B形成為以旋轉(zhuǎn)軸R作為其中心軸的大致圓柱狀薄膜，所以在坡莫合金膜1141B中沿旋轉(zhuǎn)軸R的方向的去磁因數(shù)小于沿其他方向的去磁因數(shù)。
如上所述，坡莫合金膜1141B可以由坡莫合金形成，或者可以由同樣是磁性材料的鐵或鎳形成。
如上所述，LC諧振電路1143可以由磁感應(yīng)線圈1142和電容器形成，或者，LC諧振電路1143可以是基于因磁感應(yīng)線圈1142的自諧振的諧振電路，而不使用電容器。
接下來，對具有上述構(gòu)造的醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)1110的操作進(jìn)行說明。
首先，對醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)1110的操作的概況進(jìn)行說明。
如圖43和44所示，囊狀內(nèi)窺鏡1120以口服或肛入方式插入躺在位置檢測單元1150和磁感應(yīng)裝置1170內(nèi)部的患者1的體腔中。通過位置檢測單元1150檢測插入的囊狀內(nèi)窺鏡1120的位置，并且通過磁感應(yīng)裝置1170將它引導(dǎo)到患者1的體腔中的通道內(nèi)部的感染區(qū)附近。囊狀內(nèi)窺鏡1120在被引導(dǎo)到感染區(qū)以及在感染區(qū)附近時，形成體腔中的通道的內(nèi)表面的圖像。接著，將針對體腔內(nèi)部通道的形成了圖像的內(nèi)表面的數(shù)據(jù)和針對感染區(qū)附近的數(shù)據(jù)發(fā)送到圖像顯示裝置1180。圖像顯示裝置1180在顯示部1182上顯示發(fā)送來的圖像。
現(xiàn)在，對位置檢測單元1150的操作進(jìn)行說明。
如圖43所示，在位置檢測單元1150中，正弦波發(fā)生電路1153基于來自位置檢測裝置1150A的輸出而產(chǎn)生AC電流，并將該AC電流輸出到驅(qū)動線圈驅(qū)動器1154。產(chǎn)生的AC電流的頻率處于幾kHz到100KHz的頻率范圍內(nèi)，并且頻率在上述范圍內(nèi)隨時間而變化(擺動)，從而包括后面要說明的諧振頻率。擺動范圍不限于上述范圍；它可以是更窄的范圍，或者它可以是更寬的范圍，并沒有特定限制。
作為對每次都執(zhí)行擺動的替代，可以首先通過擺動而確定測量頻率，接著將頻率固定于該測量頻率。通過這樣做，可以提高測量速度。此外，可以周期性地執(zhí)行擺動以更新確定的測量頻率。這用作針對諧振頻率隨溫度而變化的措施。
在驅(qū)動線圈驅(qū)動器1154中基于來自位置檢測裝置1150A的指令放大AC信號，并將其輸出到驅(qū)動線圈選擇器1155。在驅(qū)動線圈選擇器1155中將放大的AC電流提供給由位置檢測裝置1150A選擇的驅(qū)動線圈1151。接著，向驅(qū)動線圈1151提供的AC電流在囊狀內(nèi)窺鏡1120的工作空間中產(chǎn)生交變磁場。
由于該交變磁場，在位于該交變磁場中的囊狀內(nèi)窺鏡1120的磁感應(yīng)線圈1142中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，并且感應(yīng)電流在其中流動。當(dāng)感應(yīng)電流在磁感應(yīng)線圈1142中流動時，該感應(yīng)電流產(chǎn)生感應(yīng)磁場。
因為磁感應(yīng)線圈1142和電容器一起形成諧振電路1143，所以當(dāng)交變磁場的周期對應(yīng)于諧振電路1143的諧振頻率時，在諧振電路1143(磁感應(yīng)線圈1142)中流動的感應(yīng)電流增大，并且產(chǎn)生的感應(yīng)磁場變強(qiáng)。此外，因為坡莫合金膜1141B設(shè)置在磁感應(yīng)線圈1142的內(nèi)側(cè)，所以由磁感應(yīng)線圈1142產(chǎn)生的感應(yīng)磁場甚至變得更強(qiáng)。
上述感應(yīng)的磁場在感測線圈1152中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，在感測線圈1152中產(chǎn)生包括囊狀內(nèi)窺鏡1120的位置信息等的AC電壓(磁場信息)。該AC電壓經(jīng)由感測線圈選擇器1156輸入到感測線圈接收電路1157，在感測線圈接收電路1157提取AC電壓的幅值(振幅信息)。
如圖46所示，首先，通過高通濾波器1159去除向感測線圈接收電路1157輸入的AC電壓中包括的低頻分量，接著通過前置放大器1160放大該AC電壓。此后，通過帶通濾波器1161去除高頻，并且通過放大器1162將AC電壓放大。通過均方根檢測電路1163提取已經(jīng)按這種方式從其去除了不想要分量的AC電壓的幅值。通過A/D轉(zhuǎn)換器1164將提取的幅值轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并將其存儲在存儲器1165中。
存儲器1165例如存儲與其中正弦波信號發(fā)生電路1153中產(chǎn)生的正弦波信號擺動得接近LC諧振電路1143的諧振頻率的一個時段對應(yīng)的幅值，并且將對于一個時段的幅值一次輸出給位置檢測裝置1150A。
如圖50所示，AC電壓的幅值根據(jù)驅(qū)動線圈1151產(chǎn)生的交變磁場與諧振電路1143的諧振頻率之間的關(guān)系而劇烈變化。圖50在橫軸上示出了交變磁場的頻率，并且在縱軸上示出了在諧振電路1143中流動的AC電壓的增益(dBm)和相位(度)的變化。其示出了由實線表示的增益變化在比諧振頻率低的頻率處出現(xiàn)最大值，在諧振頻率處為零，在比諧振頻率高的頻率處出現(xiàn)最小值。此外，它示出了由虛線表示的相位變化在諧振頻率處下降最多。
根據(jù)測量條件，可能存在增益在比諧振頻率低的頻率處出現(xiàn)最小值并且在比諧振頻率高的頻率處出現(xiàn)最大值的情況，以及相位在諧振頻率處達(dá)到峰值的情況。
將提取的幅值輸出到位置檢測裝置1150A，位置檢測裝置1150A采用諧振頻率附近的幅值的最大值與最小值之間的振幅差作為來自感測線圈1152的輸出。接著，位置檢測裝置1150A通過基于從多個感測線圈1152獲得的振幅差對涉及囊狀內(nèi)窺鏡1120的位置、方向以及磁場強(qiáng)度的聯(lián)立方程進(jìn)行求解，從而獲得囊狀內(nèi)窺鏡1120的位置等。
由此，通過按這種方式將感測線圈1152的輸出設(shè)置為振幅差，可以抵消因環(huán)境條件(例如溫度)造成的磁場強(qiáng)度變化而導(dǎo)致的振幅變化，由此可以按可靠的精度獲得囊狀內(nèi)窺鏡1120的位置，而不會受環(huán)境條件的影響。
關(guān)于囊狀內(nèi)窺鏡1120的位置等的信息包括6條信息，例如，X、Y和Z位置坐標(biāo)，關(guān)于彼此正交并且與囊狀內(nèi)窺鏡1120的中心軸(旋轉(zhuǎn)軸)正交的軸的旋轉(zhuǎn)相位φ和θ，以及磁感應(yīng)線圈1142產(chǎn)生的感應(yīng)磁場的強(qiáng)度。
為了通過計算來估計這6條信息，至少6個感測線圈1152的輸出是必要的。因為使用設(shè)置在至少一個平面中的9個感測線圈1152的輸出來估計囊狀內(nèi)窺鏡1120的位置，所以可以通過計算獲得上述6條信息。
位置檢測裝置1150A基于通過計算獲得的囊狀內(nèi)窺鏡1120的位置，向驅(qū)動線圈驅(qū)動器1154報告提供給驅(qū)動線圈1151的AC電流的放大因數(shù)。將該放大因數(shù)設(shè)置為使得感測線圈1152可以檢測到由磁感應(yīng)線圈1142產(chǎn)生的感應(yīng)磁場。
此外，位置檢測裝置1150A選擇用于產(chǎn)生磁場的驅(qū)動線圈1151，并且向驅(qū)動線圈選擇器1155輸出用于向選擇的驅(qū)動線圈1151提供AC電流的指令。如圖51所示，在選擇驅(qū)動線圈1151的方法中，排除這樣的驅(qū)動線圈1151連接該驅(qū)動線圈1151和磁感應(yīng)線圈1142的直線(驅(qū)動線圈1151的取向)與磁感應(yīng)線圈1142的中心軸(囊狀內(nèi)窺鏡1120的旋轉(zhuǎn)軸R)大致正交。此外，如圖52所示，選擇驅(qū)動線圈1151以使得按作用于磁感應(yīng)線圈4112上的磁場的取向線性無關(guān)的方式向三個驅(qū)動線圈1151提供AC電流。
一種更優(yōu)選的方法是如下的方法忽略由其產(chǎn)生的磁力線的取向與磁感應(yīng)線圈1142的中心軸大致正交的驅(qū)動線圈1151。
如上所述，可以使用驅(qū)動線圈選擇器1155來限制形成交變磁場的驅(qū)動線圈1151的數(shù)量，或者，可以不使用驅(qū)動線圈選擇器1155，而將驅(qū)動線圈1151的數(shù)量初始設(shè)置為三個。
如上所述，可以選擇三個驅(qū)動線圈1151來形成交變磁場，或者如圖53所示，可以通過所有的驅(qū)動線圈1151來產(chǎn)生交變磁場。
此外，位置檢測裝置1150A選擇要使用其檢測到的振幅差來估計囊狀內(nèi)窺鏡1120的位置的感測線圈1152，并且向感測線圈選擇器1156輸出用于將來自所選擇的感測線圈1152的AC電流輸入到感測線圈接收電路1157的指令。
選擇感測線圈1152的方法沒有特定限制。例如，如圖51所示，可以選擇與驅(qū)動線圈1151相對并且囊狀內(nèi)窺鏡1120位于驅(qū)動線圈1151與其之間的感測線圈1152，或者，如圖54所示，可以選擇設(shè)置在與驅(qū)動線圈1151所在平面相鄰的相互面對的平面中的感測線圈1152。
此外，可以選擇基于獲得的囊狀內(nèi)窺鏡1120的位置和方向而有望感應(yīng)出大AC電流的感測線圈1152，如位于囊狀內(nèi)窺鏡1120附近的感測線圈1152。
如上所述，可以通過感測線圈選擇器1156來選擇設(shè)置在三個線圈支承部件1158上的感測線圈1152中感應(yīng)出的AC電流，或者，如圖53和54所示，可以預(yù)先將提供的線圈支承部件1158的數(shù)量設(shè)置為一個或者兩個，而不使用感測線圈選擇器1156。
接下來，對磁感應(yīng)裝置1170的操作進(jìn)行說明。
如圖43所示，在磁感應(yīng)裝置1170中，首先，操作員經(jīng)由輸入裝置1174向旋轉(zhuǎn)磁場控制電路1173輸入針對囊狀內(nèi)窺鏡1120的引導(dǎo)方向。在旋轉(zhuǎn)磁場控制電路1173中，基于輸入的引導(dǎo)方向和從位置檢測單元1150輸入的囊狀內(nèi)窺鏡1120的取向(旋轉(zhuǎn)軸方向)來確定要向囊狀內(nèi)窺鏡1120施加的平行磁場的取向和旋轉(zhuǎn)方向。
接著，為了產(chǎn)生平行磁場的取向，計算需要由赫爾姆霍茨線圈1171X、1171Y和1171Z產(chǎn)生的磁場的強(qiáng)度，并且計算產(chǎn)生這些磁場所需要的電流。
將向單個赫爾姆霍茨線圈1171X、1171Y和1171Z提供的電流數(shù)據(jù)輸出到對應(yīng)的赫爾姆霍茨線圈驅(qū)動器1172X、1172Y和1172Z，赫爾姆霍茨線圈驅(qū)動器1172X、1172Y和1172Z基于輸入的數(shù)據(jù)執(zhí)行對電流的放大控制，并且將電流提供給對應(yīng)的赫爾姆霍茨線圈1171X、1171Y和1171Z。
向其提供了電流的赫爾姆霍茨線圈1171X、1171Y和1171Z根據(jù)相應(yīng)的電流值產(chǎn)生磁場，通過合成這些磁場，產(chǎn)生具有由旋轉(zhuǎn)磁場控制電路1173確定的磁場取向的平行磁場。
在囊狀內(nèi)窺鏡1120中設(shè)置有引導(dǎo)磁體1145，并且如下所述，基于作用于引導(dǎo)磁體1145上的力和上述平行磁場來控制囊狀內(nèi)窺鏡1120的取向(旋轉(zhuǎn)軸方向)。此外，通過將平行磁場的旋轉(zhuǎn)周期控制成大約0Hz到幾Hz并且對平行磁場的旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)行控制，從而控制圍繞囊狀內(nèi)窺鏡1120的旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)方向，并且還控制囊狀內(nèi)窺鏡1120的移動方向和移動速度。
接下來，對囊狀內(nèi)窺鏡1120的操作進(jìn)行說明。
如圖47所示，在囊狀內(nèi)窺鏡1120中，首先，將紅外光照射到開關(guān)部1146的紅外線傳感器1147上，開關(guān)部1146向信號處理部1134輸出信號。當(dāng)信號處理部1134接收到來自開關(guān)部1146的信號時，從電池1139向內(nèi)置于囊狀內(nèi)窺鏡1120中的圖像傳感器1131、LED 1133、無線電裝置1135以及信號處理部1134本身提供電流，這些部件啟動。
圖像傳感器1131形成患者1的體腔中的通道內(nèi)的被LED 1133照亮的壁面的圖像，將該圖像轉(zhuǎn)換為電信號，并將該電信號輸出到信號處理部1134。信號處理部1134壓縮輸入的圖像，臨時存儲它，并且將它輸出到無線電裝置1135。輸入到無線電裝置1135的壓縮圖像信號作為電磁波發(fā)送到圖像顯示裝置1180。
囊狀內(nèi)窺鏡1120可以通過借助于設(shè)置在外殼1121的外周上的螺旋部1125圍繞旋轉(zhuǎn)軸R旋轉(zhuǎn)而向前端部1123或后端部1124移動。通過圍繞旋轉(zhuǎn)軸R的旋轉(zhuǎn)方向和螺旋部1125的旋轉(zhuǎn)方向來確定移動的方向。
接下來，對圖像顯示裝置1180的操作進(jìn)行說明。
如圖43所示，在圖像顯示裝置1180中，首先，圖像接收電路1181接收從囊狀內(nèi)窺鏡1120發(fā)送來的壓縮圖像信號，并將該圖像信號輸出到顯示部1182。在圖像接收電路1181或顯示部1182中對該壓縮圖像信號進(jìn)行重構(gòu)，并且通過顯示部1182對其進(jìn)行顯示。
此外，顯示部1182基于從旋轉(zhuǎn)磁場控制電路1173輸入的囊狀內(nèi)窺鏡1120的旋轉(zhuǎn)相位數(shù)據(jù)，沿與囊狀內(nèi)窺鏡1120的旋轉(zhuǎn)方向相反的方向執(zhí)行對圖像信號的旋轉(zhuǎn)處理，并顯示圖像信號。
現(xiàn)在說明對于磁感應(yīng)線圈的輸出隨著設(shè)置在磁感應(yīng)線圈中的物體而變化的測試。
圖55是例示用于當(dāng)前測試的實驗裝置的概要的圖。
如圖55所示，實驗裝置1201包括要測試的磁感應(yīng)線圈1142；用于向磁感應(yīng)線圈1142施加磁場的驅(qū)動線圈1151；用于檢測在磁感應(yīng)線圈1142中產(chǎn)生的感應(yīng)磁場的感測線圈1152；用于分析由感測線圈1152檢測到的信號的網(wǎng)絡(luò)分析器1202；以及用于放大網(wǎng)絡(luò)分析器1202的輸出并且將它輸出到驅(qū)動線圈1151的放大器1203。
圖56是例示用于當(dāng)前測試的磁感應(yīng)線圈1142和設(shè)置在磁感應(yīng)線圈1142中的物體的圖。圖56A是例示磁感應(yīng)線圈1142和電池1139的圖，圖56B是例示磁感應(yīng)線圈1142、電池1139以及引導(dǎo)磁體1145的圖。
如圖56A和56B所示，磁感應(yīng)線圈1142設(shè)置在內(nèi)徑為大約10mm的圓柱狀坡莫合金膜1141B的周面上，并且形成為具有大約30mm的長度。
用于當(dāng)前測試的電池1139由三個串聯(lián)設(shè)置的紐扣式電池形成。
如圖56B所示，用于當(dāng)前測試的引導(dǎo)磁體1145是直徑為大約8mm且長度為大約6mm的大致圓柱狀物體，并且由釹-鈷形成。
在該測試中，磁感應(yīng)線圈1142與電池1139之間的位置關(guān)系以及磁感應(yīng)線圈1142、電池1139和引導(dǎo)磁體1145之間的位置關(guān)系如圖56A和56B所示。
圖57和58是描繪由驅(qū)動線圈1151形成的交變磁場的頻率與增益和相位的變化之間的關(guān)系的圖。
在圖57和58中，A1和A2分別表示當(dāng)僅有磁感應(yīng)線圈1142時測量到的增益變化和相位變化；B1和B2分別表示當(dāng)在磁感應(yīng)線圈1142中設(shè)置有電池1139(參照圖56A)時測量到的增益變化和相位變化；C1和C2分別表示當(dāng)在磁感應(yīng)線圈1142中設(shè)置有電池1139和引導(dǎo)磁體1145(參照圖56B)時測量到的增益變化和相位變化。
如圖57和58所示，在僅有磁感應(yīng)線圈1142時的測量情況(A1、A2)與在磁感應(yīng)線圈1142中設(shè)置有電池1139的情況(B1、B2)之間沒有發(fā)現(xiàn)差異。另一方面，在磁感應(yīng)線圈1142中設(shè)置有電池1139和引導(dǎo)磁體1145的情況(C1、C2)下，與其他情況相比，出現(xiàn)增益變化和相位變化的頻率變得更接近高頻側(cè)，并且增益變化的范圍更小。
結(jié)果，發(fā)現(xiàn)了在磁感應(yīng)線圈1142中設(shè)置電池1139不會影響磁感應(yīng)線圈1142的特性，而設(shè)置引導(dǎo)磁體1145往往使得磁感應(yīng)線圈1142的輸出變?nèi)酢?br> 現(xiàn)在說明對于磁感應(yīng)線圈的輸出隨著距引導(dǎo)磁體的距離而變化的測試。
如同上述測試一樣，將圖55所示的實驗裝置1201用于該測試。
圖59是例示在當(dāng)前測試中磁感應(yīng)線圈1142與引導(dǎo)磁體1145之間的位置關(guān)系的圖。圖60是例示用于當(dāng)前測試的實心引導(dǎo)磁體的結(jié)構(gòu)的圖。圖60A是引導(dǎo)磁體的正面圖，圖60B是引導(dǎo)磁體的側(cè)面圖。
如圖59所示，磁感應(yīng)線圈1142設(shè)置在內(nèi)徑為大約10mm的圓柱狀坡莫合金膜1141B的周面上，并且形成為具有大約30mm的長度。
如圖60A和60B所示，實心引導(dǎo)磁體1145形成為大致圓柱形狀，并且由大致形成為板狀的一個大尺寸磁片1145a、兩個中尺寸磁片1145b以及兩個小尺寸磁片1145c構(gòu)成。大尺寸磁片1145a、中尺寸磁片1145b以及小尺寸磁片1145c的寬度分別為大約9mm、大約7mm以及大約5mm。磁片的厚度和長度相同，更具體地說，分別為大約1.5mm和大約8mm。此外，磁片由釹-鈷形成并且沿其厚度方向磁化。圖中的箭頭所指的側(cè)對應(yīng)于北極，相對側(cè)對應(yīng)于南極。
圖61A是示出用于當(dāng)前測試的中空引導(dǎo)磁體的結(jié)構(gòu)的側(cè)面圖。圖61B是大尺寸中空引導(dǎo)磁體的側(cè)面圖。
如圖61A所示，中空引導(dǎo)磁體1145形成為外徑大約13mm、內(nèi)徑大約11mm、長度大約18mm的圓柱狀，并且由釹-鈷形成。如圖61B所示，大尺寸引導(dǎo)磁體1145形成為外徑大約16mm、內(nèi)徑大約11mm、長度大約18mm的圓柱體，并且由釹-鈷形成。
圖62是描繪在由五個磁片1145a、1145b、1145b、1145c和1145c構(gòu)成的引導(dǎo)磁體1145中由驅(qū)動線圈1151形成的交變磁場的頻率與感測線圈輸出之間的關(guān)系的圖。
在該圖中，D1是示出當(dāng)去除了引導(dǎo)磁體1145時的感測線圈輸出的曲線圖；D2是當(dāng)引導(dǎo)磁體1145與磁感應(yīng)線圈1142之間的距離為10mm時的感測線圈輸出的曲線圖；D3是示出當(dāng)上述距離為5mm時的感測線圈輸出的曲線圖；D4是示出當(dāng)上述距離為0mm時的感測線圈輸出的曲線圖；D5是示出當(dāng)上述距離為-5mm(引導(dǎo)磁體1145在磁感應(yīng)線圈1142內(nèi)部)時的感測線圈輸出的曲線圖；D6是示出當(dāng)上述距離為-10mm時的感測線圈輸出的曲線圖；D7是示出當(dāng)上述距離為-15mm時的感測線圈輸出的曲線圖；D8是示出當(dāng)上述距離為-18mm時的感測線圈輸出的曲線圖。
如圖62所示，隨著引導(dǎo)磁體1145與磁感應(yīng)線圈1142之間的距離變小，輸出變化范圍減小，并且輸出發(fā)生變化的頻率向高頻側(cè)移動。
圖63是示出在引導(dǎo)磁體1145由五個磁片1145a、1145b、1145b、1145c和1145c構(gòu)成并且在磁片1145a、1145b和1145c之間插有用作絕緣體的乙烯基片的情況下感測線圈輸出與由驅(qū)動線圈1151形成的交變磁場的頻率之間的關(guān)系的圖。
在該圖中，E1是示出當(dāng)去除了引導(dǎo)磁體1145時的感測線圈輸出的曲線圖；E2是當(dāng)引導(dǎo)磁體1145與磁感應(yīng)線圈1142之間的距離為10mm時的感測線圈輸出的曲線圖；E3是示出當(dāng)上述距離為5mm時的感測線圈輸出的曲線圖；E4是示出當(dāng)上述距離為0mm時的感測線圈輸出的曲線圖；E5是示出當(dāng)上述距離為-5mm(引導(dǎo)磁體1145在磁感應(yīng)線圈1142內(nèi)部)時的感測線圈輸出的曲線圖；E6是示出當(dāng)上述距離為-10mm時的感測線圈輸出的曲線圖；E7是示出當(dāng)上述距離為-15mm時的感測線圈輸出的曲線圖；E8是示出當(dāng)上述距離為-18mm時的感測線圈輸出的曲線圖。
如圖63所示，隨著將絕緣體插入磁片1145a、1145b和1145c之間，當(dāng)距離為10mm時(E2)的輸出變化范圍的減小變小，并且輸出發(fā)生變化的頻率向高頻側(cè)的移動減小。
圖64是示出在引導(dǎo)磁體1145由一個大尺寸磁片1145a以及兩個中尺寸磁片1145b和1145b構(gòu)成并且在磁片1145a和1145b之間插有用作絕緣體的乙烯基片的情況下感測線圈輸出與由驅(qū)動線圈1151形成的交變磁場的頻率之間的關(guān)系的圖。
在該曲線圖中，F(xiàn)1是示出當(dāng)去除了引導(dǎo)磁體1145時的感測線圈輸出的曲線圖；F2是當(dāng)引導(dǎo)磁體1145與磁感應(yīng)線圈1142之間的距離為10mm時的感測線圈輸出的曲線圖；F3是示出當(dāng)上述距離為5mm時的感測線圈輸出的曲線圖；F4是示出當(dāng)上述距離為0mm時的感測線圈輸出的曲線圖；F5是示出當(dāng)上述距離為-5mm(引導(dǎo)磁體1145在磁感應(yīng)線圈1142內(nèi)部)時的感測線圈輸出的曲線圖；F6是示出當(dāng)上述距離為-10mm時的感測線圈輸出的曲線圖；F7是示出當(dāng)上述距離為-15mm時的感測線圈輸出的曲線圖；F8是示出當(dāng)上述距離為-18mm時的感測線圈輸出的曲線圖。
如圖64所示，隨著引導(dǎo)磁體1145的體積變小，當(dāng)距離為10mm時(F2)的輸出變化范圍的減小變小，并且輸出發(fā)生變化的頻率向高頻側(cè)的移動減小得更多。
圖65是示出在由一個大尺寸磁片1145a構(gòu)成的引導(dǎo)磁體1145中由驅(qū)動線圈1151形成的交變磁場的頻率與感測線圈輸出之間的關(guān)系的圖。
在該圖中，G1是示出當(dāng)去除了引導(dǎo)磁體1145時的感測線圈輸出的曲線圖；G2是當(dāng)引導(dǎo)磁體1145與磁感應(yīng)線圈1142之間的距離為10mm時的感測線圈輸出的曲線圖；G3是示出當(dāng)上述距離為5mm時的感測線圈輸出的曲線圖；G4是示出當(dāng)上述距離為0mm時的感測線圈輸出的曲線圖；G5是示出當(dāng)上述距離為-5mm(引導(dǎo)磁體1145在磁感應(yīng)線圈1142內(nèi)部)時的感測線圈輸出的曲線圖；G6是示出當(dāng)上述距離為-10mm時的感測線圈輸出的曲線圖；G7是示出當(dāng)上述距離為-15mm時的感測線圈輸出的曲線圖；G8是示出當(dāng)上述距離為-18mm時的感測線圈輸出的曲線圖。
如圖65所示，隨著引導(dǎo)磁體1145的體積變得甚至更小，在距離為10mm的情況下(G2)的曲線圖變得與去除了引導(dǎo)磁體1145的情況下(G1)的曲線圖幾乎相同，在其他條件下(例如，G3)的輸出變化范圍的減小變小，并且輸出發(fā)生變化的頻率向高頻側(cè)的移動減小。
圖66到68是示出按照引導(dǎo)磁體1145與磁感應(yīng)線圈1142之間的距離分類的上述結(jié)果的圖。
圖66是示出當(dāng)引導(dǎo)磁體1145與磁感應(yīng)線圈1142之間的距離為0mm時的結(jié)果的圖。在該圖中，H1是示出當(dāng)不存在引導(dǎo)磁體1145時的結(jié)果的曲線圖；H2是示出引導(dǎo)磁體1145由五個磁片1145a、1145b、1145b、1145c和1145c構(gòu)成時的結(jié)果的曲線圖；H3是示出引導(dǎo)磁體1145在五個磁片1145a、1145b、1145b、1145c和1145c之間設(shè)置有絕緣體時的結(jié)果的曲線圖H4是示出引導(dǎo)磁體1145由其間設(shè)置有絕緣體的三個磁片1145a、1145b和1145b構(gòu)成時的結(jié)果的曲線圖；H5是示出引導(dǎo)磁體1145由一個磁片1145a構(gòu)成時的結(jié)果的曲線圖。
如圖66所示，當(dāng)存在引導(dǎo)磁體1145時，輸出變化范圍減小，并且輸出發(fā)生變化的頻率向高頻側(cè)移動。
圖67是示出當(dāng)引導(dǎo)磁體1145與磁感應(yīng)線圈1142之間的距離為5mm時的結(jié)果的圖。在該圖中，J1是示出當(dāng)不存在引導(dǎo)磁體1145時的結(jié)果的曲線圖；J2是示出引導(dǎo)磁體1145由五個磁片1145a、1145b、1145b、1145c和1145c構(gòu)成時的結(jié)果的曲線圖；J3是示出引導(dǎo)磁體1145在五個磁片1145a、1145b、1145b、1145c和1145c之間設(shè)置有絕緣體時的結(jié)果的曲線圖J4是示出引導(dǎo)磁體1145由其間設(shè)置有絕緣體的三個磁片1145a、1145b和1145b構(gòu)成時的結(jié)果的曲線圖；J5是示出引導(dǎo)磁體1145由一個磁片1145a構(gòu)成時的結(jié)果的曲線圖。
如圖67所示，當(dāng)上述距離變大時，輸出變化范圍的減小變小，并且輸出發(fā)生變化的頻率向高頻側(cè)的移動減小。
圖68是示出當(dāng)引導(dǎo)磁體1145與磁感應(yīng)線圈1142之間的距離為10mm時的結(jié)果的圖。在該圖中，K1是示出當(dāng)不存在引導(dǎo)磁體1145時的結(jié)果的曲線圖；K2是示出引導(dǎo)磁體1145由五個磁片1145a、1145b、1145b、1145c和1145c構(gòu)成時的結(jié)果的曲線圖；K3是示出引導(dǎo)磁體1145在五個磁片1145a、1145b、1145b、1145c和1145c之間設(shè)置有絕緣體時的結(jié)果的曲線圖K4是示出引導(dǎo)磁體1145由其間設(shè)置有絕緣體的三個磁片1145a、1145b和1145b構(gòu)成時的結(jié)果的曲線圖；K5是示出引導(dǎo)磁體1145由一個磁片1145a構(gòu)成時的結(jié)果的曲線圖。
如圖68所示，當(dāng)上述距離變大時，輸出變化范圍的減小變得更小，并且輸出發(fā)生變化的頻率向高頻側(cè)的移動減小得更多。
圖69是描繪在中空引導(dǎo)磁體1145(參照圖61A)中由驅(qū)動線圈1151形成的交變磁場的頻率與感測線圈輸出之間的關(guān)系的圖。
在該圖中，L1是示出當(dāng)去除了引導(dǎo)磁體1145時的感測線圈輸出的曲線圖；L2是示出當(dāng)中空引導(dǎo)磁體1145與磁感應(yīng)線圈1142之間的距離為15mm時的感測線圈輸出的曲線圖；L3是示出當(dāng)上述距離為12mm時的感測線圈輸出的曲線圖；L4是示出當(dāng)上述距離為10mm時的感測線圈輸出的曲線圖；L5是示出當(dāng)上述距離為8mm時的感測線圈輸出的曲線圖；L6是示出當(dāng)上述距離為5mm時的感測線圈輸出的曲線圖；L7是示出當(dāng)上述距離為2mm時的感測線圈輸出的曲線圖。
如圖69所示，隨著中空引導(dǎo)磁體1145與磁感應(yīng)線圈1142之間的距離變大，輸出變化范圍變大，并且輸出發(fā)生變化的頻率向低頻側(cè)移動。
圖70是描繪在大尺寸中空引導(dǎo)磁體1145(參照圖61B)中由驅(qū)動線圈1151形成的交變磁場的頻率與感測線圈之間的關(guān)系的圖。
在該圖中，M1是示出當(dāng)去除了引導(dǎo)磁體1145時的感測線圈輸出的曲線圖；M2是示出當(dāng)大尺寸中空引導(dǎo)磁體1145與磁感應(yīng)線圈1142之間的距離為15mm時的感測線圈輸出的曲線圖；M3是示出當(dāng)上述距離為12mm時的感測線圈輸出的曲線圖；M4是示出當(dāng)上述距離為10mm時的感測線圈輸出的曲線圖；M5是示出當(dāng)上述距離為8mm時的感測線圈輸出的曲線圖；M6是示出當(dāng)上述距離為5mm時的感測線圈輸出的曲線圖；M7是示出當(dāng)上述距離為2mm時的感測線圈輸出的曲線圖。
如圖70所示，隨著大尺寸中空引導(dǎo)磁體1145與磁感應(yīng)線圈1142之間的距離變大，輸出變化范圍變大，并且輸出發(fā)生變化的頻率向低頻側(cè)移動。
圖71是示出按照引導(dǎo)磁體1145與磁感應(yīng)線圈1142之間的距離以及磁感應(yīng)線圈1142的輸出振幅的幅度分類的上述結(jié)果的圖。在此，引導(dǎo)磁體1145與磁感應(yīng)線圈1142之間的距離表示從引導(dǎo)磁體1145的端面到磁感應(yīng)線圈1142的中心的距離。此外，磁感應(yīng)線圈1142的輸出振幅的幅度是相對于不存在引導(dǎo)磁體1145時的輸出振幅來表示的。
在該圖中，N1是示出引導(dǎo)磁體1145由五個磁片1145a、1145b、1145b、1145c和1145c構(gòu)成時的結(jié)果的曲線圖；N2是示出引導(dǎo)磁體1145由其間設(shè)置有絕緣體的五個磁片1145a、1145b、1145b、1145c和1145c構(gòu)成時的結(jié)果的曲線圖；N3是示出引導(dǎo)磁體1145由其間設(shè)置有絕緣體的三個磁片1145a、1145b和1145b構(gòu)成時的結(jié)果的曲線圖；N4是示出引導(dǎo)磁體1145由一個磁片1145a構(gòu)成時的結(jié)果的曲線圖；N5是示出中空引導(dǎo)磁體1145時的結(jié)果的曲線圖；N6是示出大尺寸中空引導(dǎo)磁體1145時的結(jié)果的曲線圖。
如圖71所示，在所有情況中，隨著上述距離變大，磁感應(yīng)線圈1142的輸出振幅變大。此外，隨著引導(dǎo)磁體1145的體積變小，磁感應(yīng)線圈1142的輸出振幅變大。
更具體地說，即使使用由五個磁片1145a、1145b、1145b、1145c和1145c構(gòu)成的引導(dǎo)磁體1145(其是內(nèi)置在囊狀內(nèi)窺鏡1120中的相對較大的組件)或者大尺寸中空引導(dǎo)磁體1145，通過將引導(dǎo)磁體1145與磁感應(yīng)線圈1142之間的距離設(shè)置為10mm，也可以將感測線圈1152的輸出的減小控制到大約50％。
此外，因為圓柱形引導(dǎo)磁體(中空引導(dǎo)磁體、大尺寸中空引導(dǎo)磁體)使得磁感應(yīng)線圈1142中的磁場變得弱于實心引導(dǎo)磁體，所以可以使用圓柱形引導(dǎo)磁體來使得引導(dǎo)磁體1145與磁感應(yīng)線圈1142之間的距離更小。另選的是，可以增大圓柱形磁體的體積。
結(jié)合上述結(jié)果來說明對由引導(dǎo)磁體1145形成的磁場在磁感應(yīng)線圈1142的中心處的強(qiáng)度的測量。
圖72是概括地例示用于測量由引導(dǎo)磁體1145形成的磁場強(qiáng)度的裝置的圖。如圖72所示，將用于測量引導(dǎo)磁體1145的磁場強(qiáng)度的高斯計1211設(shè)置為使其傳感器部1212大致對應(yīng)于引導(dǎo)磁體1145的中心。因此，引導(dǎo)磁體1145的磁場與高斯計1211的傳感器部1212正交地相交。
此外，當(dāng)前測量中的距離表示從引導(dǎo)磁體1145的端面到傳感器部1212的中心的距離。
圖73是描繪由引導(dǎo)磁體形成的磁場在磁感應(yīng)線圈1142的中央處的強(qiáng)度與磁感應(yīng)線圈1142的輸出振幅的幅度之間的關(guān)系的圖。輸出振幅的幅度是相對于不存在引導(dǎo)磁體1145時的振幅來表示的。
在該圖中，菱形(◇)表示引導(dǎo)磁體1145由五個磁片1145a、1145b、1145b、1145c和1145c構(gòu)成時的測量結(jié)果；方形(□)表示引導(dǎo)磁體1145由其間設(shè)置有絕緣體的五個磁片1145a、1145b、1145b、1145c和1145c構(gòu)成時的測量結(jié)果；三角形(△)表示引導(dǎo)磁體1145由其間設(shè)置有絕緣體的三個磁片1145a、1145b和1145b構(gòu)成時的測量結(jié)果；倒三角形()表示引導(dǎo)磁體1145由一個磁片1145a構(gòu)成時的測量結(jié)果；圓形(○)表示中空引導(dǎo)磁體1145時的測量結(jié)果；雙圓形(◎)表示大尺寸中空引導(dǎo)磁體1145時的測量結(jié)果。圖中的P表示根據(jù)上述測量點獲得的近似曲線。
如圖73所示，無論引導(dǎo)磁體1145的形狀和體積如何，磁感應(yīng)線圈1142的輸出振幅的幅度都隨著磁感應(yīng)線圈1142的中央處的磁場強(qiáng)度增大而減小。更具體地說，如果在磁感應(yīng)線圈1142的中央處產(chǎn)生的磁場的強(qiáng)度為大約5mT，則可以將感測線圈1152的輸出的減小控制到大約50％。
因此，通過根據(jù)在磁感應(yīng)線圈1142的中央處由引導(dǎo)磁體1145形成的磁場強(qiáng)度來確定引導(dǎo)磁體1145與磁感應(yīng)線圈1142之間的設(shè)置距離，可以防止磁感應(yīng)線圈1142的輸出振幅下降，由此，可以在要使用感測線圈1152檢測磁感應(yīng)線圈1142的位置時更可靠地防止出現(xiàn)問題。
現(xiàn)在，對當(dāng)在磁感應(yīng)線圈1142的位置處形成有引導(dǎo)磁體1145的靜態(tài)磁場和驅(qū)動線圈1151的交變磁場時在坡莫合金膜1141B中形成的磁場等進(jìn)行說明。
圖74是描繪坡莫合金膜1141B中的磁滯回線等的圖。
在圖74中，由實曲線P1和P2代表的磁化曲線表示當(dāng)在坡莫合金膜1141B的位置處形成有引導(dǎo)磁體1145的靜態(tài)磁場時的特性。
磁化曲線P1是初始磁化曲線P1，其表示當(dāng)最初使引導(dǎo)磁體1145靠近坡莫合金膜1141B時坡莫合金膜1141B中的靜態(tài)磁場與磁通量密度之間的關(guān)系。磁化曲線P2表示磁滯回線。
在圖74中的磁滯回線中，橫軸表示在坡莫合金膜1141B的位置處形成的磁場的強(qiáng)度，縱軸表示在坡莫合金膜1141B中形成的磁通量密度。
此外，在圖74中，由虛直線Q1、Q2和Q3代表的磁化曲線表示當(dāng)在坡莫合金膜1141B的位置處形成有驅(qū)動線圈1151的交變磁場時的特性。
直線Q1表示當(dāng)在坡莫合金膜1141B的位置處沒有形成靜態(tài)磁場的情況下形成有交變磁場時的磁化曲線。直線Q2表示當(dāng)在坡莫合金膜1141B的位置處形成有大約一半飽和磁場強(qiáng)度(Hc)的靜態(tài)磁場的情況下形成有交變磁場時的磁化曲線。直線Q2表示當(dāng)在坡莫合金膜1141B的位置處形成有飽和磁場強(qiáng)度(Hc)的靜態(tài)磁場的情況下形成有交變磁場時的磁化曲線。直線Q1、Q2和Q3中的每一個的斜度表示可逆磁化率。
圖75是示出坡莫合金膜1141B中的可逆磁化率的曲線圖。在圖75中，橫軸表示在坡莫合金膜1141B的位置處形成的磁場的強(qiáng)度，縱軸表示與在坡莫合金膜1141B的位置處形成的磁場相對的可逆磁化率。
如圖75所示，可逆磁化率在坡莫合金膜1141B的位置處沒有形成磁場的狀態(tài)下出現(xiàn)最大值Xα，并且隨著磁場強(qiáng)度上升而下降。在坡莫合金膜1141B的位置處形成有飽和磁場強(qiáng)度(Hc)的磁場的狀態(tài)下，可逆磁化率為0。
因此，在圖74中，因為直線Q1對應(yīng)于在坡莫合金膜1141B的位置處沒有形成靜態(tài)磁場的情況，所以它對于橫軸來說是梯度等于可逆磁化率Xα的直線。直線Q1在縱軸上的投影長度t1表示因坡莫合金膜1141B中的交變磁場而出現(xiàn)的磁通量密度變化范圍。
如圖74和75所示，直線Q2和Q3的斜率隨著在坡莫合金膜1141B的位置處形成的磁場的強(qiáng)度變高而變小。因此，直線Q2和Q3在縱軸上的投影長度t2和t3也變小，表示因坡莫合金膜1141B中的交變磁場而出現(xiàn)的磁通量密度變化范圍也變小。
這些直線Q1、Q2和Q3的投影長度t1、t2和t3與磁感應(yīng)線圈1142形成的感應(yīng)磁場的強(qiáng)度相關(guān)，由此與感測線圈輸出相關(guān)。更具體地說，作為圖62所示的感測線圈輸出的示例，隨著上述投影長度t1、t2和t3變小，感測線圈輸出從D1變化到D8，表示感測線圈輸出的最大值與最小值之間的差變小。
當(dāng)坡莫合金膜1141B的位置處的磁場強(qiáng)度等于飽和磁場強(qiáng)度時，如上述投影長度t3和感測線圈輸出D8所示，坡莫合金膜1141B幾乎不起作用，并且，磁感應(yīng)線圈1142表現(xiàn)出與空氣芯線圈的性能相似的性能。
圖76是例示坡莫合金膜1141B中的有效磁場的強(qiáng)度的示意圖。
如圖76所示，當(dāng)在坡莫合金膜1141B的位置處形成有引導(dǎo)磁體1145的外部靜態(tài)磁場(Hex)時，坡莫合金膜1141B被磁化(I)，并在其表面上出現(xiàn)N(+)極和S(-)極。
同時，由于在表面上產(chǎn)生N(+)極和S(-)極，在坡莫合金膜1141B中形成有由如下等式表示的去磁場(Hd)。
Hd＝N(I/μ0) …(1)其中，N為坡莫合金膜1141B中的沿靜態(tài)磁場(Hex)方向的去磁因數(shù)，μ0為真空中的導(dǎo)磁率。
通過從引導(dǎo)磁體1145的靜態(tài)磁場(Hex)減去去磁場(Hd)，獲得在坡莫合金膜1141B中有效工作的有效磁場(Heff)，如下面的等式所表示。
Heff＝Hex-N(I/μ0) …(2)只要上述有效磁場(Heff)不超出飽和磁場強(qiáng)度(Hc)，坡莫合金膜1141B就不會磁飽和。
圖77是例示坡莫合金膜1141B中的去磁因數(shù)的示意圖。
去磁因數(shù)(N)是取決于諸如坡莫合金膜1141B的由磁性材料形成的部件的形狀的因數(shù)。更具體地說，去磁因數(shù)在諸如坡莫合金膜1141B的膜部件的厚度方向上最大化，去磁因數(shù)在桿形部件的軸方向上最小化。
在圖77所示的結(jié)構(gòu)的情況下，因為引導(dǎo)磁體1145的靜態(tài)磁場(Hex)沿著坡莫合金膜1141B的厚度方向入射，所以去磁因數(shù)(N)最大化。因此，坡莫合金膜1141B中的去磁場(Hd)最大化，有效磁場(Heff)最小化。因為坡莫合金膜1141B中的有效磁場(Heff)變小，所以在圖75中的具有高可逆磁化率的區(qū)域中使用坡莫合金膜1141B。
使用上述結(jié)構(gòu)，因為可以通過對磁感應(yīng)線圈1142采用由磁性材料構(gòu)成的坡莫合金膜1141B來改進(jìn)磁感應(yīng)線圈1142的性能，所以可以防止在要檢測醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)1110的位置時出現(xiàn)問題。
更具體地說，當(dāng)將驅(qū)動線圈1151的交變磁場施加到磁感應(yīng)線圈1142時，與沒有將坡莫合金膜1141B用于磁感應(yīng)線圈1142的情況相比，由磁感應(yīng)線圈1142形成的感應(yīng)磁場的強(qiáng)度變高。因此，位置檢測單元1150可以更容易地檢測到上述感應(yīng)磁場，由此，可以防止在要檢測醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)1110的位置時出現(xiàn)問題。
此外，因為將坡莫合金膜1141B設(shè)置在因引導(dǎo)磁體1145的靜態(tài)磁場而在其中引起的磁通量密度沒有磁飽和的位置處，所以可以防止磁感應(yīng)線圈1142的性能劣化。
更具體地說，當(dāng)將驅(qū)動線圈1151的交變磁場和引導(dǎo)磁體1145的靜態(tài)磁場施加到磁感應(yīng)線圈1142時，與將坡莫合金膜1141B設(shè)置在使得其中的磁通量密度發(fā)生磁飽和的位置處的情況相比，磁感應(yīng)線圈1142響應(yīng)于交變磁場的強(qiáng)度變化響應(yīng)而形成的感應(yīng)磁場強(qiáng)度的變化范圍變大。因此，位置檢測單元1150可以更容易地檢測到上述感應(yīng)磁場強(qiáng)度的變化范圍，由此，可以防止在要檢測醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)1110的位置時出現(xiàn)問題。
因為在磁感應(yīng)線圈1142的位置處引導(dǎo)磁體1145的磁場取向與坡莫合金膜1141B中的去磁因數(shù)最小化的方向之間的角度為大約90度，所以引導(dǎo)磁體1145的磁場從與去磁因數(shù)最小化的方向不同的方向入射在坡莫合金膜1141B上。
更具體地說，因為坡莫合金膜1141B的形狀為大致圓柱狀膜，所以引導(dǎo)磁體1145的磁場從去磁因數(shù)最大化的方向入射在坡莫合金膜1141B上。因此，可以使坡莫合金膜1141B中形成的去磁場最大化，并且可以使坡莫合金膜1141B中的有效磁場最小化。
因為磁感應(yīng)線圈1142設(shè)置在由引導(dǎo)磁體1145的磁場在坡莫合金膜1141B中形成的磁通量密度等于或小于坡莫合金膜1141B的飽和通量密度的一半的位置處，所以可以抑制坡莫合金膜1141B中的可逆磁化率的下降。因此，即使在坡莫合金膜1141B的位置處除了引導(dǎo)磁體1145的磁場以外還形成有驅(qū)動線圈1151的交變磁場，也可以防止坡莫合金膜1141B中形成的磁通量密度超出飽和通量密度，并且可以防止磁感應(yīng)線圈1142的性能的劣化。
因為沿著磁感應(yīng)線圈1142的軸方向按一距離設(shè)置引導(dǎo)磁體1145和磁感應(yīng)線圈1142，所以可以防止在要使用位置檢測單元1150檢測磁感應(yīng)線圈1142的位置(即囊狀內(nèi)窺鏡1120的位置)時出現(xiàn)問題。
更具體地說，當(dāng)因驅(qū)動線圈1151形成的交變磁場而在磁感應(yīng)線圈1142中感應(yīng)出電動勢時，防止了由于引導(dǎo)磁體1145屏蔽上述交變磁場而減弱在磁感應(yīng)線圈1142中感應(yīng)出的電動勢。此外，防止了由于磁感應(yīng)線圈1142感應(yīng)出的磁場被引導(dǎo)磁體1145屏蔽而使得感測線圈1152對感應(yīng)磁場的檢測劣化或不能進(jìn)行。因此，可以按改進(jìn)的精度來檢測囊狀內(nèi)窺鏡1120的位置，并且防止了出現(xiàn)諸如不能檢測到囊狀內(nèi)窺鏡1120的問題。
因為將圖像形成部1130設(shè)置在囊狀內(nèi)窺鏡1120中，所以可以獲取患者1體內(nèi)的圖像作為生物信息。此外，使用LED 1133，可以通過照亮患者1的體內(nèi)而獲得容易視覺識別的圖像。
因為將圖像形成部1130、電池1139等設(shè)置在磁感應(yīng)線圈1142的中空結(jié)構(gòu)中，所以與沒有將圖像形成部1130等設(shè)置在磁感應(yīng)線圈1142中的情況相比，可以減小囊狀內(nèi)窺鏡1120的尺寸。因此，可以更容易地將囊狀內(nèi)窺鏡1120導(dǎo)入到患者1的體腔中。
可以通過在芯部件1141A與磁感應(yīng)線圈1142之間設(shè)置作為磁性材料的坡莫合金膜1141B來增強(qiáng)出現(xiàn)在感應(yīng)磁場產(chǎn)生部1140中的感應(yīng)磁場的強(qiáng)度。
此外，通過將坡莫合金膜1141B形成為具有大致C形的剖面，防止了在坡莫合金膜1141B的剖面中出現(xiàn)按大致圓形流動的屏蔽電流。因此，可以防止因屏蔽電流而造成對磁場的屏蔽，并且可以防止對磁感應(yīng)線圈1142中的磁場出現(xiàn)或接收的抑制。
因為將多個磁片1145a、1145b以及1145c形成為板形，所以可以容易地將它們彼此層疊以構(gòu)建引導(dǎo)磁體1145。此外，因為使1145a、1145b以及1145c沿它們的板厚度方向磁化，所以可以更容易地將它們彼此層疊，由此，可以更容易地制造引導(dǎo)磁體1145。
此外，可以更容易地將絕緣體1145d插入磁片之間。此外，通過插入絕緣體1145d，可以使得屏蔽電流更難以在引導(dǎo)磁體1145中流動，由此，防止了磁感應(yīng)線圈1142產(chǎn)生或接收的磁場被在引導(dǎo)磁體1145中流動的這種屏蔽電流所屏蔽。
通過使驅(qū)動線圈1151形成的交變磁場的頻率與LC諧振電路1143的諧振頻率(LC諧振頻率)相同，與使用另一頻率的情況相比，可以產(chǎn)生具有更大振幅的感應(yīng)磁場。因此，感測線圈1152可以容易地檢測到感應(yīng)磁場，這使得容易檢測囊狀內(nèi)窺鏡1120的位置。
此外，因為交變磁場的頻率在LC諧振頻率附近的頻率范圍內(nèi)變化，所以即使LC諧振電路1143的諧振頻率因環(huán)境條件(例如，溫度條件)的變化而改變，或者即使存在因LC諧振電路1143的個體差異而造成的諧振頻率偏移，也可以在LC諧振電路1143中造成諧振。
將交變磁場從三個或更多個線性無關(guān)的不同方向施加到囊狀內(nèi)窺鏡1120的磁感應(yīng)線圈1142。因此，無論磁感應(yīng)線圈1142的取向如何，都可以通過來自至少一個方向的交變磁場而在磁感應(yīng)線圈1142中產(chǎn)生感應(yīng)磁場。
結(jié)果，無論囊狀內(nèi)窺鏡1120的取向(旋轉(zhuǎn)軸R的軸方向)如何，始終可以在磁感應(yīng)線圈1142中產(chǎn)生感應(yīng)磁場；由此，提供了如下優(yōu)點始終可以通過感測線圈1152檢測到感應(yīng)磁場，這使得可以始終準(zhǔn)確地檢測其位置。
此外，因為將感測線圈1152設(shè)置在相對于囊狀內(nèi)窺鏡1120的三個不同方向上，所以強(qiáng)度可檢測的感應(yīng)磁場作用于在三個方向上設(shè)置的感測線圈1152中的至少一個方向上設(shè)置的感測線圈1152上，這使得無論囊狀內(nèi)窺鏡1120所在的位置如何，感測線圈1152都始終可以檢測到感應(yīng)磁場。
此外，如上所述，因為設(shè)置在一個方向上的感測線圈1152的數(shù)量為9個，所以確保了足夠數(shù)量的輸入以通過計算獲取總計六條信息，其中，這六條信息包括囊狀內(nèi)窺鏡1120的X、Y和Z坐標(biāo)、關(guān)于彼此正交并且與囊狀內(nèi)窺鏡1120的旋轉(zhuǎn)軸R正交的兩個軸的旋轉(zhuǎn)相位φ和θ，以及感應(yīng)磁場的強(qiáng)度。
通過將交變磁場的頻率設(shè)置為LC諧振電路1143發(fā)生諧振的頻率(諧振頻率)，與使用另一頻率的情況相比，可以產(chǎn)生具有較大振幅的感應(yīng)磁場。因為感應(yīng)磁場的振幅較大，所以感測線圈1152可以容易地檢測到感應(yīng)磁場，這使得容易檢測囊狀內(nèi)窺鏡1120的位置。
此外，因為交變磁場的頻率在諧振頻率附近的頻率范圍內(nèi)擺動，所以，即使LC諧振電路1143的諧振頻率因環(huán)境條件(例如，溫度條件)的變化而改變，或者即使存在因LC諧振電路1143的個體差異而造成的諧振頻率偏移，只要變化的諧振頻率或偏移的諧振頻率包括在上述頻率范圍中，也可以在LC諧振電路1143中造成諧振。
因為位置檢測單元1150通過感測線圈選擇器1156來選擇檢測到高強(qiáng)度感應(yīng)磁場的感測線圈1152的輸出，所以可以減小位置檢測單元1150必須計算的信息量，并且可以減小計算負(fù)荷。同時，因為可以同時減小計算處理量，所以可以縮短計算所需要的時間。
因為驅(qū)動線圈1151和感測線圈1152位于囊狀內(nèi)窺鏡1120的工作區(qū)域的任一側(cè)上的彼此相對的位置處，所以可以將驅(qū)動線圈1151和感測線圈1152設(shè)置為使得它們在其構(gòu)造方面彼此不發(fā)生干擾。
通過控制作用于內(nèi)置在囊狀內(nèi)窺鏡1120中的引導(dǎo)磁體1145上的平行磁場的取向，可以控制作用于引導(dǎo)磁體1145上的力的取向，這使得可以控制囊狀內(nèi)窺鏡1120的移動方向。因為同時可以檢測到囊狀內(nèi)窺鏡1120的位置，所以可以將囊狀內(nèi)窺鏡1120引導(dǎo)到預(yù)定位置，由此，提供了如下優(yōu)點可以基于檢測到的囊狀內(nèi)窺鏡1120的位置來精確地引導(dǎo)囊狀內(nèi)窺鏡1120。
通過控制由在相互正交方向上彼此面對地設(shè)置的三對赫爾姆霍茨線圈1171X、1171Y和1171Z產(chǎn)生的磁場的強(qiáng)度，可以將在赫爾姆霍茨線圈1171X、1171Y和1171Z內(nèi)部產(chǎn)生的平行磁場的取向控制為預(yù)定方向。因此，可以將按預(yù)定取向的平行磁場施加到囊狀內(nèi)窺鏡1120，并且可以使囊狀內(nèi)窺鏡1120沿預(yù)定方向移動。
因為驅(qū)動線圈1151和感測線圈1152設(shè)置在赫爾姆霍茨線圈1171X、1171Y和1171Z的內(nèi)側(cè)空間(其是患者1可以位于其中的空間)的周圍，所以可以將囊狀內(nèi)窺鏡1120引導(dǎo)到患者1的體內(nèi)的預(yù)定部位。
通過使囊狀內(nèi)窺鏡1120圍繞旋轉(zhuǎn)軸R旋轉(zhuǎn)，螺旋部1125產(chǎn)生沿旋轉(zhuǎn)軸的軸方向推動囊狀內(nèi)窺鏡1120的力。因為螺旋部1125產(chǎn)生推力，所以可以通過控制囊狀內(nèi)窺鏡1120的圍繞旋轉(zhuǎn)軸R的旋轉(zhuǎn)方向來控制作用于囊狀內(nèi)窺鏡1120上的推力的方向。
因為圖像顯示裝置1180基于關(guān)于囊狀內(nèi)窺鏡1120的圍繞旋轉(zhuǎn)軸R的旋轉(zhuǎn)相位的信息來執(zhí)行用于使顯示圖像沿與囊狀內(nèi)窺鏡1120的旋轉(zhuǎn)方向相反的旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)的處理，所以無論囊狀內(nèi)窺鏡1120的旋轉(zhuǎn)相位如何，都可以在顯示部1182上顯示始終固定在預(yù)定旋轉(zhuǎn)相位的圖像，換句話說，囊狀內(nèi)窺鏡1120看起來沒有圍繞旋轉(zhuǎn)軸R發(fā)生旋轉(zhuǎn)地沿旋轉(zhuǎn)軸R行進(jìn)的圖像。
因此，當(dāng)操作員在視覺地觀察顯示在顯示部1182上的圖像的同時對囊狀內(nèi)窺鏡1120進(jìn)行引導(dǎo)時，與顯示圖像是隨同囊狀內(nèi)窺鏡1120的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)的圖像的情況相比，顯示按上述方式顯示為預(yù)定旋轉(zhuǎn)相位圖像的圖像使得操作員可以更容易地觀看，并且還使得更容易將囊狀內(nèi)窺鏡1120引導(dǎo)到預(yù)定部位。
第七實施例現(xiàn)在，參照圖78和79對本發(fā)明的第七實施例進(jìn)行說明。
根據(jù)這個實施例的醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)的基本構(gòu)造與第六實施例的基本構(gòu)造相同；然而，囊狀內(nèi)窺鏡的引導(dǎo)磁體的構(gòu)造與第六實施例中的構(gòu)造不同。因此，在該實施例中，僅參照圖78到79對囊狀內(nèi)窺鏡的引導(dǎo)磁體附近的情況進(jìn)行說明，省略對磁感應(yīng)裝置等的說明。
圖78是例示根據(jù)該實施例的囊狀內(nèi)窺鏡的結(jié)構(gòu)的圖。
使用相同標(biāo)號來表示與第六實施例中的部件相同的部件，由此不進(jìn)行說明。
如圖78所示，囊狀內(nèi)窺鏡(醫(yī)用裝置)1320A主要由以下部件形成外殼1121，其在內(nèi)部容納了多種裝置；圖像形成部1130，其形成患者體腔中的通道的內(nèi)表面的圖像；電池1139，其用于驅(qū)動圖像形成部1130；感應(yīng)磁場產(chǎn)生部1140，其通過上述驅(qū)動線圈1151產(chǎn)生感應(yīng)磁場；以及引導(dǎo)磁體(磁體)1345，其驅(qū)動并引導(dǎo)囊狀內(nèi)窺鏡1320A。
圖79A是例示圖78所示的囊狀內(nèi)窺鏡1320A中的引導(dǎo)磁體1345的結(jié)構(gòu)的正面圖。圖79B是引導(dǎo)磁體1345的側(cè)面圖。
如圖79A和79B所示，引導(dǎo)磁體1345包括大致形成為板狀的一個大尺寸磁片(磁片)1345a、兩個中尺寸磁片(磁片)1345b、兩個小尺寸磁片(磁片)1345c、以及插在磁片1345a、1345b和1345c之間的諸如乙烯基片的絕緣體(絕緣材料)1345d，并且被構(gòu)建為具有大致圓柱形狀。此外，使磁片1345a、1345b、1345c沿其表面方向(圖中的上下方向)磁化。更具體地說，箭頭所指的側(cè)對應(yīng)于北極，相對側(cè)對應(yīng)于南極。
將磁片1345a、1345b和1345c用諸如粘合劑或模架(former)的固定部件1346固定，以使得它們不會因它們的磁力而彼此分離。
因為具有上述結(jié)構(gòu)的醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)和囊狀內(nèi)窺鏡的操作與第六實施例中的操作相同，所以省略對它們的說明。
使用上述結(jié)構(gòu)，因為使磁片1345a、1345b和1345c沿其表面方向磁化，所以與使它們沿厚度方向磁化的情況相比，可以增大磁片1345a、1345b和1345c的磁力。從而，可以增大作為磁片1345a、1345b和1345c的集合體的引導(dǎo)磁體1345的磁力。
第八實施例現(xiàn)在，參照圖80，對本發(fā)明的第八實施例進(jìn)行說明。
根據(jù)這個實施例的醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)的基本構(gòu)造與第六實施例的基本構(gòu)造相同；然而，囊狀內(nèi)窺鏡的感應(yīng)磁場產(chǎn)生部的結(jié)構(gòu)與第六實施例中的結(jié)構(gòu)不同。因此，在該實施例中，僅參照圖80對囊狀內(nèi)窺鏡的感應(yīng)磁場產(chǎn)生部附近的情況進(jìn)行說明，省略對磁感應(yīng)裝置等的說明。
圖80是例示根據(jù)該實施例的囊狀內(nèi)窺鏡的結(jié)構(gòu)的圖。
根據(jù)該實施例的囊狀內(nèi)窺鏡(醫(yī)用裝置)1420B具有結(jié)構(gòu)不同的感應(yīng)磁場產(chǎn)生部(感應(yīng)磁場產(chǎn)生單元)1440，并且其他裝置具有不同布局。因此，僅對這兩點進(jìn)行說明，省略對其他裝置的說明。
在囊狀內(nèi)窺鏡1420B的外殼1121內(nèi)部，從前端部1123起按順序設(shè)置有透鏡組1132、LED 1133、圖像傳感器1131、信號處理部1134、開關(guān)部1146、引導(dǎo)磁體1145、電池1139以及無線電裝置1135。引導(dǎo)磁體1145設(shè)置為靠近囊狀內(nèi)窺鏡1420B的重心。
感應(yīng)磁場產(chǎn)生部1440按如下方式設(shè)置在外殼1121與電池1139等之間覆蓋從LED 1133的支承部件1138到電池1139的部件。
如圖80所示，感應(yīng)磁場產(chǎn)生部1440由以下部件形成芯部件1441A，其形成為中心軸與旋轉(zhuǎn)軸R大致一致的圓柱形狀；磁感應(yīng)線圈(內(nèi)置線圈)1442，其設(shè)置在芯部件1441A的外周部上；坡莫合金膜(磁性物體)1441B，其設(shè)置在芯部件1441A與磁感應(yīng)線圈1442之間；以及電容器(該圖中未示出)，其電連接到磁感應(yīng)線圈1442并且構(gòu)成LC諧振電路(電路)1443。
磁感應(yīng)線圈1442稀疏地纏繞在引導(dǎo)磁體1145所在的區(qū)域，密集地纏繞在前端部1123側(cè)和后端部1124側(cè)。
因為具有上述結(jié)構(gòu)的醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)和囊狀內(nèi)窺鏡的操作與第六實施例的操作相同，所以省略對它們的說明。
使用上述結(jié)構(gòu)，因為可以將引導(dǎo)磁體1145設(shè)置為靠近囊狀內(nèi)窺鏡1420B的重心，所以與將引導(dǎo)磁體1145設(shè)置為略微朝向囊狀內(nèi)窺鏡1420B的前端部1123側(cè)或后端部1124側(cè)的情況相比，可以容易地驅(qū)動并引導(dǎo)囊狀內(nèi)窺鏡1420B。
第九實施例現(xiàn)在，參照圖81，對本發(fā)明的第九實施例進(jìn)行說明。
根據(jù)這個實施例的醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)的基本構(gòu)造與第六實施例的基本構(gòu)造相同；然而，囊狀內(nèi)窺鏡的感應(yīng)磁場產(chǎn)生部的結(jié)構(gòu)與第六實施例中的結(jié)構(gòu)不同。因此，在該實施例中，僅參照圖81對囊狀內(nèi)窺鏡的感應(yīng)磁場產(chǎn)生部附近的情況進(jìn)行說明，省略對磁感應(yīng)裝置等的說明。
圖81是例示根據(jù)該實施例的囊狀內(nèi)窺鏡的結(jié)構(gòu)的圖。
根據(jù)該實施例的囊狀內(nèi)窺鏡(醫(yī)用裝置)1520C具有結(jié)構(gòu)不同的感應(yīng)磁場產(chǎn)生部(感應(yīng)磁場產(chǎn)生單元)1540，并且其他裝置具有不同布局。因此，僅對這兩點進(jìn)行說明，省略對其他裝置的說明。
如圖81所示，在囊狀內(nèi)窺鏡1520C的外殼1121內(nèi)部，從前端部1123起按順序設(shè)置有透鏡組1132、LED 1133、圖像傳感器1131、信號處理部1134、引導(dǎo)磁體1145、開關(guān)部1146、電池1139、無線電裝置1135以及感應(yīng)磁場產(chǎn)生部1540。
感應(yīng)磁場產(chǎn)生部1540由以下部件形成芯部件1541，其由鐵氧體形成為中心軸與旋轉(zhuǎn)軸R大致一致的圓柱形狀；磁感應(yīng)線圈(內(nèi)置線圈)1542，其設(shè)置在芯部件1541的外周部上；以及電容器(該圖中未示出)，其電連接到磁感應(yīng)線圈1542并且構(gòu)成LC諧振電路(電路)1543。
作為對上述鐵氧體的替代，芯部件1541可以由諸如鐵、坡莫合金或鎳的材料形成。
因為具有上述結(jié)構(gòu)的醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)和囊狀內(nèi)窺鏡的操作與第六實施例中的操作相同，所以省略對它們的說明。
使用上述結(jié)構(gòu)，因為將由電介質(zhì)鐵氧體形成的芯部件1541設(shè)置在磁感應(yīng)線圈1542的中央處，所以更容易使感應(yīng)磁場集中在芯部件1541中，因此，產(chǎn)生的感應(yīng)磁場甚至變得更強(qiáng)。
第十實施例現(xiàn)在，參照圖82和83，對本發(fā)明的第十實施例進(jìn)行說明。
根據(jù)這個實施例的醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)的基本構(gòu)造與第九實施例的基本構(gòu)造相同；然而，囊狀內(nèi)窺鏡的引導(dǎo)磁體的結(jié)構(gòu)與第九實施例的結(jié)構(gòu)不同。因此，在該實施例中，僅參照圖82和83對囊狀內(nèi)窺鏡的引導(dǎo)磁體附近的情況進(jìn)行說明，省略對磁感應(yīng)裝置等的說明。
圖82是例示根據(jù)該實施例的囊狀內(nèi)窺鏡的結(jié)構(gòu)的圖。
根據(jù)該實施例的囊狀內(nèi)窺鏡(醫(yī)用裝置)1620D具有結(jié)構(gòu)不同的引導(dǎo)磁體(磁體)1645，并且其他裝置具有不同布局。因此，僅對這兩點進(jìn)行說明，省略對其他裝置的說明。
如圖82所示，在囊狀內(nèi)窺鏡1620D的外殼1121內(nèi)部，從前端部1123起按順序設(shè)置有透鏡組1132、LED 1133、圖像傳感器1131、信號處理部1134、電池1139、開關(guān)部1146、無線電裝置1135以及感應(yīng)磁場產(chǎn)生部1540。
引導(dǎo)磁體1645按如下方式設(shè)置在外殼1121與電池1139等之間覆蓋從LED 1133的支承部件1138到電池1139的部件。
圖83A是例示圖82所示的囊狀內(nèi)窺鏡1620D中的引導(dǎo)磁體1645的結(jié)構(gòu)的正面圖。圖83B是引導(dǎo)磁體1645的側(cè)面圖。
如圖83A和83B所示，引導(dǎo)磁體1645包括設(shè)置在上部區(qū)和下部區(qū)的磁片1645a；設(shè)置在右側(cè)和左側(cè)的磁片1645b；設(shè)置在斜區(qū)的磁片1645c；以及設(shè)置在磁片1645a、1645b和1645c之間的絕緣體(絕緣材料)1645d，并且該引導(dǎo)磁體1645被構(gòu)建成具有圓柱形狀。
使磁片1645a沿板厚度方向磁化，使磁片1645b沿其表面方向磁化，使磁片1645c沿斜向磁化。在該圖中，箭頭所指的側(cè)對應(yīng)于北極，相對側(cè)對應(yīng)于南極。
因為具有上述結(jié)構(gòu)的醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)和囊狀內(nèi)窺鏡的操作與第九實施例中的操作相同，所以省略對它們的說明。
使用上述結(jié)構(gòu)，因為將圖像形成部1130、電池1139等設(shè)置在引導(dǎo)磁體1645的中空結(jié)構(gòu)中，所以可以減小囊狀內(nèi)窺鏡1620D的尺寸。
第十一實施例現(xiàn)在，參照圖84，對本發(fā)明的第十一實施例進(jìn)行說明。
根據(jù)這個實施例的醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)的基本構(gòu)造與第十實施例的基本構(gòu)造相同；然而，囊狀內(nèi)窺鏡的引導(dǎo)磁體的結(jié)構(gòu)與第十實施例中的結(jié)構(gòu)不同。因此，在該實施例中，僅參照圖84對囊狀內(nèi)窺鏡的引導(dǎo)磁體附近的情況進(jìn)行說明，省略對磁感應(yīng)裝置等的說明。
圖84是例示根據(jù)該實施例的囊狀內(nèi)窺鏡的結(jié)構(gòu)的圖。
根據(jù)該實施例的囊狀內(nèi)窺鏡(醫(yī)用裝置)1720E具有結(jié)構(gòu)不同的引導(dǎo)磁體(磁體)1745，并且其他裝置具有不同布局。因此，僅對這兩點進(jìn)行說明，省略對其他裝置的說明。
如圖84所示，在囊狀內(nèi)窺鏡1720E的外殼1121內(nèi)部，從前端部1123起按順序設(shè)置有透鏡組1132、LED 1133、圖像傳感器1131、信號處理部1134、開關(guān)部1146、電池1139、感應(yīng)磁場產(chǎn)生部1540以及無線電裝置1135。感應(yīng)磁場產(chǎn)生部1540大致設(shè)置在囊狀內(nèi)窺鏡1720E的中央處。
在外殼1121與電池1139等之間的兩個位置處設(shè)置有引導(dǎo)磁體1745，更具體地說，將引導(dǎo)磁體1745設(shè)置為覆蓋從LED 1133的支承部件1138到信號處理部1134和電池1139的部件。
因為具有上述結(jié)構(gòu)的醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)和囊狀內(nèi)窺鏡的操作與第九實施例中的操作相同，所以省略對它們的說明。
使用上述結(jié)構(gòu)，因為可以將感應(yīng)磁場產(chǎn)生部1540設(shè)置為靠近囊狀內(nèi)窺鏡1720E的中央，所以與將感應(yīng)磁場產(chǎn)生部1540設(shè)置為略微朝向囊狀內(nèi)窺鏡1720E的前端部1123或后端部1124的情況相比，無需進(jìn)行校正就可以檢測到囊狀內(nèi)窺鏡1720E的正確位置。
第十二實施例現(xiàn)在，參照圖85和86，對本發(fā)明的第十二實施例進(jìn)行說明。
根據(jù)這個實施例的醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)的基本構(gòu)造與第六實施例的基本構(gòu)造相同；然而，位置檢測單元的結(jié)構(gòu)與第六實施例中的結(jié)構(gòu)不同。因此，在該實施例中，僅參照圖85和86對位置檢測單元附近的情況進(jìn)行說明，省略對磁感應(yīng)裝置等的說明。
圖85是示出位置檢測單元中的驅(qū)動線圈和感測線圈的布置的示意圖。
因為位置檢測單元的除了驅(qū)動線圈和感測線圈以外的其他部件與第六實施例中的情況相同，所以這里省略對它們的說明。
如圖85所示，將位置檢測單元(位置檢測系統(tǒng)、位置檢測裝置、位置檢測器、計算裝置)1850的驅(qū)動線圈(驅(qū)動部)1851和感測線圈1152設(shè)置為使得三個驅(qū)動線圈1851分別與X、Y和Z軸正交，并且感測線圈1152設(shè)置在分別與Y和Z軸正交的兩個平面線圈支承部件1858上。
可以將如圖所示的矩形線圈、赫爾姆霍茨線圈或相對線圈用作驅(qū)動線圈1851。
如圖85所示，在具有上述結(jié)構(gòu)的位置檢測單元1850中，驅(qū)動線圈1851產(chǎn)生的交變磁場的取向平行于X、Y和Z軸方向并且線性無關(guān)，具有相互正交的關(guān)系。
使用該結(jié)構(gòu)，可以從線性無關(guān)且相互正交的方向向囊狀內(nèi)窺鏡1120中的磁感應(yīng)線圈1142施加交變磁場。因此，無論磁感應(yīng)線圈1142的取向如何，與第六實施例相比，都更容易在磁感應(yīng)線圈1142中產(chǎn)生感應(yīng)磁場。
此外，因為將驅(qū)動線圈1851設(shè)置為彼此大致正交，所以簡化了由驅(qū)動線圈選擇器1155對驅(qū)動線圈的選擇。
如上所述，可以將感測線圈1152設(shè)置在垂直于Y和Z軸的線圈支承部件1858上，或者，如圖86所示，可以將感測線圈1152設(shè)置在位于囊狀內(nèi)窺鏡1120的工作區(qū)域的上部中的傾斜線圈支承部件1859上。
通過按這種方式來設(shè)置它們，可以將感測線圈1152設(shè)置為不與患者1發(fā)生干擾。
第十三實施例現(xiàn)在，參照圖87，對本發(fā)明的第十三實施例進(jìn)行說明。
根據(jù)這個實施例的醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)的基本構(gòu)造與第六實施例的基本構(gòu)造相同；然而，位置檢測單元的結(jié)構(gòu)與第六實施例中的結(jié)構(gòu)不同。因此，在該實施例中，僅參照圖87對位置檢測單元附近的情況進(jìn)行說明，省略對磁感應(yīng)裝置等的說明。
圖87是示出位置檢測單元中的驅(qū)動線圈和感測線圈的布置的示意圖。
因為位置檢測單元的除了驅(qū)動線圈和感測線圈以外的其他部件與第六實施例中的情況相同，所以這里省略對它們的說明。
關(guān)于位置檢測單元(位置檢測系統(tǒng)、位置檢測裝置、位置檢測器、計算裝置)1950的驅(qū)動線圈(驅(qū)動部)1951和感測線圈1152，如圖87所示，四個驅(qū)動線圈1951設(shè)置在同一平面中，感測線圈1152設(shè)置在位于與驅(qū)動線圈1951所在位置相對的位置處的平面線圈支承部件1958、以及位于與驅(qū)動線圈1951所在側(cè)相同一側(cè)的平面線圈支承部件1958上，囊狀內(nèi)窺鏡1120的工作區(qū)域位于這兩個平面線圈支承部件之間。
將驅(qū)動線圈1951設(shè)置為使得任何三個驅(qū)動線圈1951產(chǎn)生的交變磁場的取向彼此線性無關(guān)，如該圖中箭頭所示。
根據(jù)這個構(gòu)造，不管囊狀內(nèi)窺鏡1120相對于驅(qū)動線圈1951位于近區(qū)還是遠(yuǎn)區(qū)，兩個線圈支承部件1958中的一個都始終位于囊狀內(nèi)窺鏡1120附近。因此，在確定囊狀內(nèi)窺鏡1120的位置時，可以從感測線圈1152獲得足夠強(qiáng)度的信號。
第十三實施例的變型例接下來，參照圖88，對本發(fā)明第十三實施例的變型例進(jìn)行說明。
這個變型的醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)的基本構(gòu)造與第十三實施例的基本構(gòu)造相同；然而，位置檢測單元的結(jié)構(gòu)與第十三實施例中的結(jié)構(gòu)不同。因此，在該實施例中，僅使用圖88對位置檢測單元附近的情況進(jìn)行說明，省略對磁感應(yīng)裝置等的說明。
圖88是示出位置檢測單元中的驅(qū)動線圈和感測線圈的定位的示意圖。
因為位置檢測單元的除了驅(qū)動線圈和感測線圈以外的其他部件與第八實施例中的情況相同，所以這里省略對它們的說明。
如圖88所示，關(guān)于位置檢測單元(位置檢測系統(tǒng)、位置檢測裝置、位置檢測器、計算裝置)2050的驅(qū)動線圈1951和感測線圈1152，四個驅(qū)動線圈1951設(shè)置在同一平面中，感測線圈1152設(shè)置在位于與驅(qū)動線圈1951所在位置相對的位置處的曲面線圈支承部件2058、以及位于與驅(qū)動線圈1951所在側(cè)相同一側(cè)的曲面線圈支承部件2058上，囊狀內(nèi)窺鏡1120的工作區(qū)域位于這兩個曲面線圈支承部件之間。
線圈支承部件2058形成為朝著相對于囊狀內(nèi)窺鏡1120的工作區(qū)域的外側(cè)凸起的曲面形狀，感測線圈1152設(shè)置在曲表面上。
如上所述，線圈支承部件2058的形狀可以是朝著相對于工作區(qū)域的外側(cè)凸起的曲表面，或者它們可以是任何其他形狀的曲表面，并沒有具體限制。
使用上述結(jié)構(gòu)，因為提高了設(shè)置感測線圈1152的自由度，所以可以防止感測線圈1152與患者1發(fā)生干擾。
第十四實施例接下來，參照圖89，對本發(fā)明的第十四實施例進(jìn)行說明。
根據(jù)這個實施例的醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)的基本構(gòu)造與第六實施例的基本構(gòu)造相同；然而，位置檢測單元的結(jié)構(gòu)與第六實施例中的結(jié)構(gòu)不同。因此，在該實施例中，僅參照圖89對位置檢測單元附近的情況進(jìn)行說明，省略對磁感應(yīng)裝置等的說明。
圖89是描繪根據(jù)該實施例的醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)的概況的圖。
因為位置檢測單元的除了驅(qū)動線圈和感測線圈以外的其他部件與第六施例中的情況相同，所以這里省略對它們的說明。
如圖89所示，醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)2110主要由以下部件形成囊狀內(nèi)窺鏡(醫(yī)用裝置)2120，其對體腔中的通道的內(nèi)表面進(jìn)行光學(xué)成像，并且無線地發(fā)送圖像信號；位置檢測單元(位置檢測系統(tǒng)、位置檢測裝置、位置檢測器、計算裝置)2150，其檢測囊狀內(nèi)窺鏡2120的位置；磁感應(yīng)裝置1170，其基于檢測到的囊狀內(nèi)窺鏡2120的位置和來自操作員的指令而引導(dǎo)囊狀內(nèi)窺鏡2120；以及圖像顯示裝置1180，其顯示從囊狀內(nèi)窺鏡2120發(fā)送來的圖像信號。
如圖89所示，位置檢測單元2150包括感測線圈1152，該感測線圈1152用于檢測在囊狀內(nèi)窺鏡2120的磁感應(yīng)線圈(內(nèi)部磁場檢測器)中產(chǎn)生的感應(yīng)磁場。
在感測線圈1152與位置檢測裝置2150A之間設(shè)置有感測線圈選擇器1156，其基于來自位置檢測裝置2150A的輸出，從感測線圈1152中選擇包括囊狀內(nèi)窺鏡2120的位置信息等的AC電流；和感測線圈接收電路1157，其從通過感測線圈選擇器1156的AC電流提取幅值，并將該幅值輸出到位置檢測裝置2150A。
將一振蕩電路連接到囊狀內(nèi)窺鏡2120的磁感應(yīng)線圈。通過將振蕩電路連接到磁感應(yīng)線圈，無需使用驅(qū)動線圈等即可由磁感應(yīng)線圈產(chǎn)生磁場，并且可以使用感測線圈1152來檢測產(chǎn)生的磁場。
第十五實施例現(xiàn)在，參照圖90，對本發(fā)明的第十五實施例進(jìn)行說明。
根據(jù)這個實施例的醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)的基本構(gòu)造與第六實施例的基本構(gòu)造相同；然而，位置檢測單元的結(jié)構(gòu)與第六實施例中的結(jié)構(gòu)不同。因此，在該實施例中，僅參照圖90對位置檢測單元附近的情況進(jìn)行說明，省略對磁感應(yīng)裝置等的說明。
圖90是示出位置檢測單元的驅(qū)動線圈和感測線圈的布局的示意圖。
因為位置檢測單元的除了驅(qū)動線圈和感測線圈以外的其他部件與第六施例中的情況相同，所以這里省略對它們的說明。
如圖90所示，醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)2210主要由以下部件形成囊狀內(nèi)窺鏡(醫(yī)用裝置)2220，其對體腔中的通道的內(nèi)表面進(jìn)行光學(xué)成像，并且無線地發(fā)送圖像信號；位置檢測單元(位置檢測系統(tǒng)、位置檢測裝置、位置檢測器、計算裝置)2250，其檢測囊狀內(nèi)窺鏡2220的位置；磁感應(yīng)裝置1170，其基于檢測到的囊狀內(nèi)窺鏡2220的位置和來自操作員的指令而引導(dǎo)囊狀內(nèi)窺鏡2220；以及圖像顯示裝置1180，其顯示從囊狀內(nèi)窺鏡2220發(fā)送來的圖像信號。
如圖90所示，位置檢測單元2250主要由以下部件構(gòu)成驅(qū)動線圈(驅(qū)動部)2251，其用于在囊狀內(nèi)窺鏡2220內(nèi)的后面要說明的磁感應(yīng)線圈中產(chǎn)生感應(yīng)磁場；和驅(qū)動線圈選擇器1155，其用于基于后面要說明的感應(yīng)電動勢信息來計算囊狀內(nèi)窺鏡2220的位置，并且用于控制由驅(qū)動線圈2251產(chǎn)生的交變磁場。
此外，驅(qū)動線圈2251形成為空氣芯線圈，并且由如圖所示的三個平面線圈支承部件1158支承在赫爾姆霍茨線圈1171X、1171Y和1171Z的內(nèi)側(cè)。在每一個線圈支承部件1158中按矩陣形式排列有9個驅(qū)動線圈2251，由此在位置檢測單元2250中設(shè)置有總計27個驅(qū)動線圈2251。
如圖90所示，圖像形成裝置1180由以下部件形成圖像接收電路2281，其接收從囊狀內(nèi)窺鏡2220發(fā)送來的圖像和后面要說明的感應(yīng)電動勢信息；和顯示部1182，其基于接收的圖像信號和來自旋轉(zhuǎn)磁場控制電路1173的信號而顯示圖像。
將用于檢測感應(yīng)電動勢的電動勢檢測電路連接到囊狀內(nèi)窺鏡2220的磁感應(yīng)線圈。
現(xiàn)在，對上述醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)2210的操作進(jìn)行說明。
驅(qū)動線圈選擇器1155通過基于來自位置檢測單元2250的信號而在驅(qū)動線圈2251中按時間順序進(jìn)行切換，從而產(chǎn)生交變磁場。產(chǎn)生的交變磁場作用于囊狀內(nèi)窺鏡2220的磁感應(yīng)線圈上，從而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。
連接到磁感應(yīng)線圈的電動勢檢測電路基于上述感應(yīng)電動勢來檢測感應(yīng)電動勢信息。
當(dāng)向圖像接收電路2281無線地發(fā)送獲得的圖像數(shù)據(jù)時，囊狀內(nèi)窺鏡2220將檢測到的感應(yīng)電動勢信息疊加在圖像數(shù)據(jù)上。接收到了圖像數(shù)據(jù)和感應(yīng)電動勢信息的圖像接收電路2281將圖像數(shù)據(jù)發(fā)送給顯示部1180，并將感應(yīng)電動勢信息發(fā)送給位置檢測部2250A。位置檢測部2250A基于感應(yīng)電動勢信息來計算囊狀內(nèi)窺鏡的位置和取向。
使用上述結(jié)構(gòu)，無需在位置檢測單元2250中設(shè)置感測線圈即可檢測囊狀內(nèi)窺鏡的位置和方向。此外，通過將感應(yīng)電動勢信息疊加在要發(fā)送的圖像數(shù)據(jù)上，位置檢測單元2250可以在無需在囊狀內(nèi)窺鏡中設(shè)置新發(fā)送器的情況下工作。
本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域不限于前述第六到第十五實施例，可以在不脫離本發(fā)明的要旨的情況下在其范圍內(nèi)應(yīng)用各種變型例。
例如，在對前述第六到第十五實施例的說明中，采用設(shè)置有圖像形成部1130的囊狀內(nèi)窺鏡(醫(yī)用裝置)作為生物信息獲取單元。作為對圖像形成部1130的替代，可以采用多種裝置作為生物信息獲取單元，包括設(shè)置有用于檢查出血位置的血液傳感器的囊狀醫(yī)用裝置；設(shè)置有用于執(zhí)行基因診斷的基因傳感器的囊狀醫(yī)用裝置；設(shè)置有用于釋放藥品的藥品釋放單元的囊狀醫(yī)用裝置；設(shè)置有用于在體腔中設(shè)標(biāo)記的標(biāo)記單元的囊狀醫(yī)用裝置；以及設(shè)置有用于在體腔中收集體液和組織的體液及組織收集單元的囊狀醫(yī)用裝置。
此外，盡管已經(jīng)通過獨立于外部的囊狀內(nèi)窺鏡的示例對第六到第十五實施例進(jìn)行了說明，但是也可以適用于具有線纜以通過線纜連接到外部的囊狀內(nèi)窺鏡。
權(quán)利要求
1.一種位置檢測系統(tǒng)，該位置檢測系統(tǒng)包括配備有磁感應(yīng)線圈的裝置；驅(qū)動線圈，該驅(qū)動線圈用于產(chǎn)生交變磁場；多個磁場傳感器，所述多個磁場傳感器用于檢測由所述磁感應(yīng)線圈接收所述交變磁場而產(chǎn)生的感應(yīng)磁場；頻率確定部，該頻率確定部用于確定基于所述磁感應(yīng)線圈的諧振頻率的位置計算頻率；以及位置分析單元，該位置分析單元用于在所述位置計算頻率，基于在僅施加所述交變磁場時所述多個磁場傳感器的輸出與在施加所述交變磁場和所述感應(yīng)磁場時所述多個磁場傳感器的輸出之間的差，計算所述裝置的位置和取向中的至少一個，其中，基于所述位置計算頻率，限制所述交變磁場的頻率范圍和所述多個磁場傳感器的輸出頻率范圍中的至少一個。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的位置檢測系統(tǒng)，其中，所述頻率確定部基于在施加所述感應(yīng)磁場時來自所述多個磁場傳感器的輸出，確定所述位置計算頻率。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的位置檢測系統(tǒng)，所述位置檢測系統(tǒng)還包括磁場頻率改變部，該磁場頻率改變部用于隨時間改變所述交變磁場的頻率，其中，所述頻率確定部基于在施加通過接收所述頻率隨時間改變的交變磁場而產(chǎn)生的感應(yīng)磁場時來自所述多個磁場傳感器的輸出，確定所述位置計算頻率。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的位置檢測系統(tǒng)，所述位置檢測系統(tǒng)還包括脈沖磁場產(chǎn)生部，該脈沖磁場產(chǎn)生部用于向所述驅(qū)動線圈施加脈沖驅(qū)動電壓以產(chǎn)生脈沖磁場，其中，所述頻率確定部基于在施加通過接收所述脈沖磁場而產(chǎn)生的感應(yīng)磁場時來自所述多個磁場傳感器的輸出，確定所述位置計算頻率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的位置檢測系統(tǒng)，所述位置檢測系統(tǒng)還包括混合磁場產(chǎn)生部，該混合磁場產(chǎn)生部用于產(chǎn)生混合了多個不同頻率的交變磁場；以及可變頻帶限制部，該可變頻帶限制部用于限制所述多個磁場傳感器的輸出頻率范圍，并且用于改變限制的范圍，其中，所述頻率確定部基于在施加通過接收所述混合了多個不同頻率的交變磁場而產(chǎn)生的感應(yīng)磁場時通過所述可變頻帶限制部從所述多個磁場傳感器的多個輸出中獲得的輸出，來確定所述位置計算頻率。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的位置檢測系統(tǒng)，所述位置檢測系統(tǒng)還包括存儲器部，該存儲器部用于存儲關(guān)于所述磁感應(yīng)線圈的諧振頻率的信息，其中，所述頻率確定部接收該信息，并且基于該信息來確定所述位置計算頻率。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的位置檢測系統(tǒng)，所述位置檢測系統(tǒng)還包括頻帶限制部，該頻帶限制部用于基于所述位置計算頻率來限制所述多個磁場傳感器的輸出頻帶。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的位置檢測系統(tǒng)，其中，所述頻帶限制部使用傅立葉變換。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的位置檢測系統(tǒng)，其中，所述多個磁場傳感器被設(shè)置為面對所述裝置的工作區(qū)域的多個取向。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的位置檢測系統(tǒng)，所述位置檢測系統(tǒng)還包括磁場傳感器選擇單元，該磁場傳感器選擇單元用于選擇信號輸出在所述多個磁場傳感器的輸出信號中較強(qiáng)的預(yù)定數(shù)量個磁場傳感器。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的位置檢測系統(tǒng)，其中，所述驅(qū)動線圈以及所述多個磁場傳感器設(shè)置在所述裝置的工作區(qū)域的任一側(cè)上的相對位置。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的位置檢測系統(tǒng)，所述位置檢測系統(tǒng)還包括相對位置測量單元，該相對位置測量單元用于測量所述驅(qū)動線圈與所述多個磁場傳感器之間的相對位置；信息存儲部，該信息存儲部用于將作為在僅施加所述交變磁場時來自所述多個磁場傳感器的輸出值的基準(zhǔn)值與此時來自所述相對位置檢測單元的輸出彼此關(guān)聯(lián)地存儲；以及當(dāng)前基準(zhǔn)值產(chǎn)生部，該當(dāng)前基準(zhǔn)值產(chǎn)生部用于基于所述相對位置測量單元的輸出和所述信息存儲部中的信息，產(chǎn)生在僅施加所述交變磁場時所述多個磁場傳感器的當(dāng)前輸出值作為當(dāng)前基準(zhǔn)值。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的位置檢測系統(tǒng)，其中，所述當(dāng)前基準(zhǔn)值產(chǎn)生部產(chǎn)生與最接近于所述相對位置測量單元的當(dāng)前輸出的相對位置相關(guān)聯(lián)的基準(zhǔn)值，作為當(dāng)前基準(zhǔn)值。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的位置檢測系統(tǒng)，其中所述當(dāng)前基準(zhǔn)值產(chǎn)生部確定將相對位置與基準(zhǔn)值相關(guān)聯(lián)的預(yù)定近似式，并且基于所述預(yù)定近似式和來自所述相對位置測量單元的當(dāng)前輸出而產(chǎn)生當(dāng)前基準(zhǔn)值。
15.一種引導(dǎo)系統(tǒng)，該引導(dǎo)系統(tǒng)包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的位置檢測系統(tǒng)；安裝在所述裝置中的引導(dǎo)磁體；引導(dǎo)磁場產(chǎn)生單元，該引導(dǎo)磁場產(chǎn)生單元用于產(chǎn)生要施加到所述引導(dǎo)磁體的引導(dǎo)磁場；以及引導(dǎo)磁場方向控制單元，該引導(dǎo)磁場方向控制單元用于控制所述引導(dǎo)磁場的方向。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的引導(dǎo)系統(tǒng)，其中所述引導(dǎo)磁場產(chǎn)生單元包括在相互正交方向上彼此相對設(shè)置的三對框形電磁體；在這些電磁體的內(nèi)側(cè)設(shè)置有患者可以位于其中的空間；并且所述驅(qū)動線圈和所述多個磁場傳感器設(shè)置在所述患者可以位于其中的空間的周圍。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的引導(dǎo)系統(tǒng)，其中，在所述裝置的外表面上設(shè)置有螺旋部，該螺旋部用于將圍繞所述裝置的縱軸的旋轉(zhuǎn)力轉(zhuǎn)換為沿所述縱軸的方向的推力。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的位置檢測系統(tǒng)，其中，所述裝置是囊狀醫(yī)用裝置。
19.一種用于裝置的位置檢測方法，該位置檢測方法包括以下步驟特性獲取步驟，該特性獲取步驟獲取安裝在所述裝置中的磁感應(yīng)線圈的特性；頻率確定步驟，該頻率確定步驟根據(jù)所述特性來確定位置計算頻率；限制步驟，該限制步驟基于所述位置計算頻率來限制交變磁場的頻率范圍和磁場傳感器的頻率范圍中的至少一個；交變磁場產(chǎn)生步驟，該交變磁場產(chǎn)生步驟產(chǎn)生包括位置計算頻率分量的交變磁場；測量步驟，該測量步驟獲取來自所述磁場傳感器的輸出；以及位置計算步驟，該位置計算步驟確定所述磁感應(yīng)線圈的位置和取向中的至少一個。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的位置檢測方法，其中，重復(fù)進(jìn)行所述測量步驟和所述位置計算步驟。
全文摘要
本發(fā)明提供位置檢測系統(tǒng)、引導(dǎo)系統(tǒng)、位置檢測方法、醫(yī)用裝置、和醫(yī)用磁感應(yīng)及位置檢測系統(tǒng)。所述位置檢測系統(tǒng)使得無需調(diào)整即可對裝置進(jìn)行位置檢測并且使得裝置可以制造得更緊湊且更便宜，該位置檢測系統(tǒng)包括具有磁感應(yīng)線圈的裝置，即囊狀內(nèi)窺鏡(20)；用于產(chǎn)生交變磁場的驅(qū)動線圈(51)；磁場傳感器(52)；用于位置計算頻率的頻率確定部(50B)；以及位置分析單元(50A)，其用于在位置計算頻率，基于在僅施加交變磁場時來自磁場傳感器(52)的輸出與在施加交變磁場和感應(yīng)磁場時來自磁場傳感器(52)的輸出之間的差，計算裝置(20)的位置或取向或這兩者；并且，基于位置計算頻率來限制交變磁場的頻率范圍或磁場傳感器的輸出頻率范圍或這兩者。
文檔編號A61B5/06GK101080198SQ200580042938
公開日2007年11月28日 申請日期2005年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月17日
發(fā)明者佐藤良次, 內(nèi)山昭夫, 木村敦志, 河野宏尚 申請人:奧林巴斯株式會社