JP6028271B2 - 自走式カプセル内視鏡のヒレ部材および走行制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、体内において自走可能なカプセル内視鏡および当該カプセル内視鏡の自走を体外において制御する走行制御装置に関する。

近年においては、体内において自走可能なカプセル内視鏡を用いて体内を検査する医療装置が知られている。この医療装置におけるカプセル内視鏡は、一般に、旧来の内視鏡のように内視鏡を操作するための食道等を通過する管を必要としないために、被検査者への負担が少なくなる。カプセル内視鏡は、これを被検査者が飲み込むと、胃や腸の蠕動運動により体内を進行しながら内蔵されているカメラで周囲を撮影し、撮影された画像が体外においてカプセル内視鏡の自走を制御するカプセル制御装置に送信され記憶媒体に記憶される。その後、カプセル内視鏡は、肛門から外部に排出される。

このような自走可能なカプセル内視鏡は、蠕動運動によって受動的に移動する他に、自ら検査したいところに移動することができる。例えば、特許文献１には、軸方向（長手方向）と直交方向に磁化方向を有する磁石が搭載され、また、軸方向後端部に螺旋構造の推力発生部が設けられたカプセル内視鏡が記載されている。このカプセル内視鏡は、体外のカプセル制御装置で発生させた回転する磁場を受けて磁石が回転し、それにより推力発生部が回転することにより軸方向の推進力が生じる。

特許文献２には、軸方向（長手方向）に磁化方向を有する磁石が搭載され、また、軸方向後端部にヒレ部が設けられたカプセル内視鏡が記載されている。このカプセル内視鏡は、体外のカプセル制御装置で発生させた交流磁場を受けて磁石が振動し、それによりヒレ部が曲がって振動して周囲の液体を後方に押し出すことにより軸方向の推進力が生じる。
なお、特許文献２では、一方向の交流磁場を発生する電磁石の位置をガイドレールとリフトによって制御することにより、カプセル内視鏡を検査したいところに移動させている。

特許文献２のカプセル内視鏡は、交流磁場の方向にヒレ部が曲がるように姿勢が安定するので、特許文献１のカプセル内視鏡のように推力発生部の回転にともなって内蔵されているカメラによって撮影された画像の回転又は不安定な傾きが発生し易いものに比べ、画像が安定して検査し易いものとなる。また、特許文献２のカプセル内視鏡は、ヒレ部によって多量の液体を強い力で後方に移動させることができるので、特許文献１のように推力発生部の回転によって推進力を得るものに比べ、小型であっても推進力を大きくすることが容易であり、また、摩擦により体壁（体内の壁面）を傷付ける可能性を低減することが可能である。

特開２００１−１７９７００号公報 特開２００８−２７９０１９号公報

このように特許文献２に記載されているようなヒレ部の振動により推進するカプセル内視鏡は、幾つかの利点を有している。ところで、体内のカプセル内視鏡が進んでいく経路は、胃のように比較的広い場所や腸のように屈曲しているところが様々に存在しているため、カプセル内視鏡の進行方向の制御は重要である。ヒレ部の振動により推進するカプセル内視鏡は、交流磁場に平行なバイアス磁場を加えることで進行方向を変えて行くことが可能である。

しかし、交流磁場に平行なバイアス磁場を加える方法では、カプセル内視鏡は移動しながらその進行方向を徐々に変えて行くので、検査したいところに正確に移動させることは必ずしも容易ではない。

本発明は係る事由に鑑みてなされたものであり、カプセル内視鏡本体部に一体に設けられたヒレ部材の振動によりカプセル内視鏡を自走させる制御において、カプセル内視鏡の進行方向の精密な制御を容易に実施できるようにすることを目的とする。

請求項１に記載のヒレ部材は、カメラおよびこのカメラにより撮影された画像を送信する無線通信部が収容されたカプセル内視鏡本体部を自走させるために、当該カプセル内視鏡本体部の後端部に一体に設けられて成るものである。このヒレ部材は、前後方向の中間位置の内部に磁石が搭載され、この磁石搭載箇所より後の部分の幅が後端に向かうにつれてしだいに広がる形状の弾力性を有する部材である。

前記磁石はその磁化方向を前記ヒレ部材の前後方向に合わせて配備され、周囲の静磁場の方向の変化に応じて当該磁石が回動することにより前記カプセル内視鏡本体部の進行方向が変更される。また、静磁場に直交する交流磁場を受けた当該磁石の振動に従って前記ヒレ部材が振動することにより前記カプセル内視鏡本体部を前進させるための推進力が発生する。

請求項２に記載の自走制御装置は、上記のカプセル内視鏡本体部の後端部に磁化方向を前後方向に向けて搭載された磁石を含むヒレ部材が一体に設けられて成る自走式カプセル内視鏡を走行させるためのもので、自走式カプセル内視鏡が含まれる３次元空間に静磁場および交流磁場を発生させる磁場発生部と、この磁場発生部を駆動して、前記３次元空間内の任意の方向を向く静磁場とこの静磁場に直交する交流磁場との合成磁場を当該磁場発生部から発生させる磁場制御部と、前記自走式カプセル内視鏡の進行方向および進行速度を調整する操作を行うための操作部とを備える。

前記磁場制御部は、前記操作部において自走式カプセル内視鏡の進行方向を調整する操作が行われたことに応じてその調整後の進行方向に前記静磁場の方向を合わせ、前記操作部において自走式カプセル内視鏡の進行速度を調整する操作が行われたことに応じて、前記交流磁場の振幅または周波数を当該操作に応じた大きさに調整する。

請求項３に記載の走行制御装置は、請求項２の構成に加えて、前記カプセル内視鏡本体部の無線通信部と通信を行って前記カメラにより撮影された画像を取得し、取得した画像をディスプレイ装置に出力する通信部を備える。

本発明によれば、体内のカプセル内視鏡の進行方向を静磁場により制御し、それと独立に、静磁場に直交する交流磁場によりカプセル内視鏡の推進力を制御するので、カプセル内視鏡の進行方向及び進行速度の精密な制御が容易になる。

本発明が適用された医療装置の構成を示す模式図である。 同上の医療装置のカプセル内視鏡の構成の概略を示す図である。 同上の医療装置のカプセル内視鏡の推進の例を模式的に示す図である。 同上の医療装置の磁場発生部の構成を示す模式的な立体図である。 同上の医療装置の磁場発生部が発生する磁場の例を示す波形図である。 同上の医療装置の操作部のハンドルの状態とカプセル内視鏡の状態の関係の一例を示す模式図である。 同上の医療装置の操作部のハンドルの傾斜の一例を示す模式図である。 同上の医療装置の別の操作部のジョイスティックの状態とカプセル内視鏡の状態の関係の一例を示す模式図である。 同上の医療装置の操作部のジョイスティック台の傾斜の一例を示す模式図である。 同上の医療装置の磁場発生部の変形例に用いるために求めた１組のコイル対の特性図である。 図１０の特性を求めるときの１組のコイル対を示す模式的な立体図である。 同上の医療装置の磁場発生部の変形例の構成を示す模式的な立体図である。 同上の医療装置の磁場発生部の別の変形例の構成を示す模式的な立体図である。

以下、本発明を実施するための好ましい形態について図面を参照しながら説明する。本発明の実施形態に係る医療装置１は、被検査者の体内の検査等を行うもので、図１に示すように、被検査者の体内において自走可能なカプセル内視鏡２と、体外においてカプセル内視鏡２の自走を制御するカプセル制御装置３と、を備えている。被検査者は、通常、後述するカプセル制御装置３の磁場発生部３１が画定する所要範囲の内方に胴部を位置させ、カプセル内視鏡２を口から飲み込んだ上で検査を受ける。肛門からカプセル内視鏡２を逆走させることも可能である。

カプセル内視鏡２は、軸方向（長手方向）に進行する全体的に大略円柱状のものであって、図２に示すように、内部にカメラ２２などを搭載する内視鏡本体部２ａと、内部に軸方向に磁化方向を有する磁石２１を搭載するヒレ部２ｂと、を有している。ヒレ部２ｂは、内視鏡本体部２ａの軸方向後端部に設けられており、詳しくはヒレ部２ｂの前端が内視鏡本体部２ａの後端に固定されるか或いはキャップ形状の媒体などを介して固定されている。カプセル内視鏡２は、本実施形態では、例えば、軸方向の長さが例えば４．５ｃｍ前後程度、直径が１ｃｍ前後程度の大きさである。

内視鏡本体部２ａの構造は本発明の要旨ではなく、従来のカプセル内視鏡で用いられている公知のものが流用可能である。このような内視鏡本体部２ａは、一般的には、図２に示すように、前述のカメラ２２の他に、カプセル内視鏡２の各部に電源を供給する電源供給部２３、カメラ２２による撮影のために外部を照射する照射部２４、カメラ２２が撮影した画像を処理して無線でカプセル制御装置３に送信する無線通信部２５、などが含まれる。内視鏡本体部２ａの前部（図２においては左方）は光が通過できる程度に透明である。カメラ２２はＣＣＤなどから、電源供給部２３は電池などから、照射部２４はＬＥＤなどから、それぞれ構成される。無線通信部２５は、カプセル制御装置３から無線で制御信号を受信し、カメラ２２や照射部２４などを制御できるようにしてもよい。

ヒレ部２ｂの磁石２１は、棒状の磁石であり、前述したように、カプセル内視鏡２の軸方向と同じ磁化方向を有している。磁石２１は、シリコン樹脂などのように弾力性のある部材の内部に搭載されている。磁石２１は、後述するようにカプセル制御装置３の磁場発生部３１で発生する静磁場とそれと直交する交流磁場を受ける。磁石２１は、静磁場を受けると、その静磁場の方向に平行になるように回動する。そして、その回動に従ってカプセル内視鏡２が回動する。また、磁石２１は、交流磁場を受けるとそれに応動して振動する。そして、それにより、図３に示すように、ヒレ部２ｂが曲がって振動し、周囲の液体を後方に押し出すことにより軸方向の推進力が生じる。

磁石２１は、ヒレ部２ｂの前端が内視鏡本体部２ａに固定され後端が開放されているので、振動するときは交流磁場に応じて後端（図２ではＳ極側）が大きく移動し、前端（図２ではＮ極側）はきわめて小さく振動する（図３参照）。

ヒレ部２ｂは、魚のヒレのように曲がって効率良く液体を後方に押し出せるような幅広の側面を有している。その側面の形状は、適宜適切なものにすればよいが、例えば、図２（ａ）に示すような後部半分くらい台形形状になるようにしたり、全体的に丸みを帯びた形状にしたり、長方形状にしたりすることができる。また、ヒレ部２ｂの厚み（幅広の側面に直交する面の幅）は、図２（ｂ）に示すように前部半分くらいを薄く、後部半分くらいを更に薄くしてもよい。また、ヒレ部２ｂ全体の厚みを同じくらいの薄さにしてもよい。カプセル内視鏡２は、交流磁場により、ヒレ部２ｂの幅広の側面に交流磁場が垂直に入射してヒレ部２ｂが曲がるような姿勢が安定姿勢となる。

次に、カプセル制御装置３を説明する。カプセル制御装置３は、図１及び図４に示すように、カプセル内視鏡２を互いに直交する３方向から取り囲む磁場発生部３１、すなわち、３組のヘルムホルツコイルであるｘ軸方向（図１では左右方向）の磁場を生成する一組のｘ軸ヘルムホルツコイル３１ｘ、３１ｘ’、ｙ軸方向（図１では上下方向）の磁場を生成する一組のｙ軸ヘルムホルツコイル３１ｙ、３１ｙ’、ｚ軸方向の磁場（図１では紙面に垂直方向）を生成する一組のｚ軸ヘルムホルツコイル３１ｚ、３１ｚ’を有している。なお、図１においては、被検査者はｙ軸方向と平行に横たわったり又は立ったりしている。また、図１においては、他方のｚ軸ヘルムホルツコイル３１ｚ’は、一方のｚ軸ヘルムホルツコイル３１ｚの背後に位置している。

磁場発生部３１は、磁場制御部３２からの制御電流により、時間的に変化しない静磁場を発生したり、所定の周波数及び振幅で時間的に変化する交流磁場を発生したりすることができ、また、静磁場と交流磁場を合成して発生することができる。静磁場と交流磁場は、３次元のどの方向にでも向かせることが可能である。具体的には、後述する操作部３３からの制御信号に基づいて、磁場制御部３２のｘ軸磁場制御部３２ｘがｘ軸方向の磁場成分を生成するような電流をｘ軸ヘルムホルツコイル３１ｘ、３１ｘ’に流し、ｙ軸磁場制御部３２ｙがｙ軸方向の磁場成分を生成するような電流をｙ軸ヘルムホルツコイル３１ｙ、３１ｙ’に流し、ｚ軸磁場制御部３２ｚがｚ軸方向の磁場成分を生成するような電流をｚ軸ヘルムホルツコイル３１ｚ、３１ｚ’に流す。

ｘ軸ヘルムホルツコイル３１ｘ、３１ｘ’は、中心軸において一様な磁場を発生するように、導線を多重に巻いた円周形状のコイルがその半径の大きさＲと同じ距離Ｒ’だけ離して同軸かつ平行に設置される構造であり、ｘ軸ヘルムホルツコイル３１ｘ、３１ｘ’に同方向の電流を流すことで、中心軸において一様なｘ軸の方向の磁場を発生することができるものである。磁場を発生するのには、電磁石で用いられるような鉄芯は用いられない。実際上は、導線を多重に円周形状に巻いたコイルには幅や太さがあり、また、設置条件などもあるので多少のバラツキが生じるのが普通であるが、中心軸近傍の空間においてほぼ一様なｘ軸の方向の磁場を発生することができる。例えば、コイルの平均半径の大きさＲに対する平均距離Ｒ’の許容バラツキを１０％以内或いは２０％以内とすることも可能である。中心軸近傍の空間においてほぼ一様な磁場を発生する点は、中心軸方向の位置に応じて磁場が大きく変わる電磁石と異なる点である。ｙ軸ヘルムホルツコイル３１ｙ、３１ｙ’及びｚ軸ヘルムホルツコイル３１ｚ、３１ｚ’についても同様である。よって、磁場発生部３１の中央近傍のある範囲においては、合成された磁場はどの方向でもほぼ一様な磁場となり、基本的にはこの範囲又はその近くでカプセル内視鏡２がカプセル制御装置３によって制御される。なお、ｘ軸ヘルムホルツコイル３１ｘ、３１ｘ’の半径、ｙ軸ヘルムホルツコイル３１ｙ、３１ｙ’の半径、ｚ軸ヘルムホルツコイル３１ｚ、３１ｚ’は、通常は、半径及び間隔（距離）を大きくしながら順に外側に配置して行く必要がある。また、それらの半径及び間隔の大きさは、限定されるものではなく、また、半径及び間隔の大きさの順番が限定されるものではない。

静磁場は、カプセル内視鏡２の進行方向を制御するのに用いられる。磁場制御部３２は、磁場発生部３１の３組のヘルムホルツコイルのそれぞれに直流電流を流して静磁場を発生させ、合成された静磁場の方向が目標の進行方向になるようにする。そうすると、カプセル内視鏡２の磁石２１は静磁場の方向に平行になるようにすばやく回動し、その回動に従ってカプセル内視鏡２が回動して目標の進行方向に一致するようになる。

また、交流磁場は、カプセル内視鏡２を推進させるのに用いられる。磁場制御部３２は、磁場発生部３１の３組のヘルムホルツコイルのそれぞれに交流電流を流して交流磁場の成分を発生させ、その成分が合成された交流磁場の方向が前記静磁場と直交するようにする。そうすると、カプセル内視鏡２の磁石２１は目標の進行方向に対し略直交する方向に振動し、その振動に従ってヒレ部２ｂが目標の進行方向に対し略直交する方向に振動し、その結果、カプセル内視鏡２は目標の進行方向に推進されて自走することとなる。

ここで、磁場発生部３１の中央近傍ではカプセル内視鏡２に作用する静磁場はほぼ一様であるので、カプセル内視鏡２は、その軸が静磁場の方向に平行になるように回動するのみで、特定の方向に引き寄せられることはほとんどない。従って、進行方向の制御がし易いものとなる。また、磁場発生部３１の中央近傍ではカプセル内視鏡２に作用する交流磁場の大きさの位置依存性は非常に少ないので、進行速度の制御がし易いものとなる。

静磁場と交流磁場を発生させるタイミングは特に限定されることはないが、通常は、静磁場によりすばやく進行方向は決まるので、静磁場を交流磁場の発生よりも少し前に発生させるか、或いは同時に発生させ、発生後はこれらを同時に発生させて合成するようにすればよい。例えば、ｘ軸に対して４５度、ｙ軸に対して４５度、ｚ軸に対して９０度を進行方向とすると、図５に示すように、ｘ軸方向の磁場成分とｙ軸方向の磁場成分は等しい値の静磁場の成分とし、ｚ軸方向の磁場は、交流磁場とすればよい。

交流磁場の振幅や周波数を可変にして、後述する操作部３３からの制御信号に応じて進行速度を緩めてカプセル内視鏡２からの画像を詳しく観察できるようにしたり、推進力を強めて通過し難いところを通過し易くしたりすることも可能である。また、静磁場の大きさを可変にして、後述する操作部３３からの制御信号に応じて進行方向に向く力の大きさを制御できるようにして、障害物等により目標の進行方向に向き難いところを向かせ易くしたりすることも可能である。交流磁場の振幅や周波数を可変にするには、後述する端子３３ａ’（図１参照）の回す角度や後述するジョイスティック３３ｂの倒す角度に応じた大きさになるようにすることができ、また、手で動かすレバー（図示せず）又は足で踏むアクセル（図示せず）を用意して、レバーの移動距離又はアクセルの踏込量に応じた大きさになるようにすることができる。また、静磁場の大きさを可変にするには、交流磁場の振幅や周波数が変わるときに変わるようにしたり、又は、端子３３ａ’やレバーなどにより独立に変わるようにしたりすることができる。

また、交流磁場の発生し始めは、ヒレ部２ｂの振動する方向と交流磁場の方向が垂直に近くてヒレ部２ｂが振動し難い場合も有り得るので、その場合は、操作部３３からの制御信号に応じて前記静磁場と直交する範囲内で交流磁場の方向を変更するようにすることも可能である。

このように、カプセル内視鏡２の進行方向と推進力（進行速度）が独立に制御できるので、検査したいところに正確に移動させることが容易になる。

また、カプセル制御装置３は、前述したように検査者が操作する操作部３３を有している。操作部３３は、図１及び図６に示すようなハンドル３３ａ又は図８に示すようなジョイスティック３３ｂなどの操作デバイスを用いてカプセル内視鏡２の進行方向などを制御するものである。操作部３３が出力する信号に基づいて静磁場の方向が制御される。その他に、交流磁場の振幅又は周波数或いは方向を制御するデバイスや静磁場の大きさを制御するデバイスなどを設けることも可能である。また、本実施形態では、カプセル内視鏡２から送信されてきた体内の画像を通信部３４で受信し、それをディスプレイ装置３５に表示するようにしている。検査者は、その画像を見ながらハンドル３３ａやジョイスティック３３ｂなどの操作デバイスを操作することができる。

ハンドル３３ａを用いた操作部３３は、以下のようにすることができる。ハンドル３３ａは、その回転位置が保持されるものである。例えば、ハンドル３３ａの基準点Ｇが上側（Ａ’方向）に有るとき、Ａ方向に静磁場が向いているとし（図６（ａ）参照）、Ａ方向から９０度ごとに順にＢ方向、Ｃ方向、Ｄ方向とする。Ａ方向に静磁場が向いていると、Ａ方向にカプセル内視鏡２は向いている。カプセル内視鏡２からの画像はＡ方向の画像となっている。検査者は、カプセル内視鏡２からの画像を観察し、直進する場合、ハンドル３３ａを回さず、端子３３ａ’（図１参照）などで進行速度を調整する。

画像を観察しカプセル内視鏡２の方向を変える場合、ハンドル３３ａを右又は左に回す。例えば、画像を観察し進行方向に対し右回り９０度にカプセル内視鏡２の方向を変えたい場合、ハンドル３３ａを右に９０度回す。そうすると、ハンドル３３ａの基準点Ｇが右側（Ｂ’方向）にあることになり、Ｂ方向に静磁場が向き（図６（ｂ）参照）、Ｂ方向にカプセル内視鏡２は向く。同様に、Ｂ方向にカプセル内視鏡２は向いた状態で、画像を観察し進行方向に対し右回り９０度にカプセル内視鏡２の方向を変えたい場合、ハンドル３３ａを右に９０度回す。そうすると、ハンドル３３ａの基準点Ｇが下側（Ｃ’方向）にあることになり、Ｃ方向に静磁場が向き（図６（ｃ）参照）、Ｃ方向にカプセル内視鏡２は向く。同様に、Ｃ方向にカプセル内視鏡２は向いた状態で、画像を観察し進行方向に対し右回り９０度にカプセル内視鏡２の方向を変えたい場合、ハンドル３３ａを右に９０度回す。そうすると、ハンドル３３ａの基準点Ｇが左側（Ｄ’方向）にあることになり、Ｄ方向に静磁場が向き（図６（ｄ）参照）、Ｄ方向にカプセル内視鏡２は向く。

このようにして、ハンドル３３ａを用いた操作部３３は、基準点Ｇに応じた方向に静磁場を向かすことにより、ハンドル３３ａの操作（回転操作）で、観察される画面の左右の進行方向制御が可能である。観察される画面の上下の進行方向制御は、図１に示すようなスライダー３３ａ’’の可動部の移動距離を変えたり、或いは、図７に示すように、ハンドル３３ａの軸３３ａａの傾斜角度を変えたりして、静磁場が水平面に対して−９０度〜９０度の範囲で任意の角度に制御されるようにすればよい。例えば、図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のハンドル３３ａの軸３３ａａの状態をそれぞれ、静磁場が水平面に対して−９０度、０度、９０度傾斜するときに対応させるようにできる。なお、上記端子３３ａ’やスライダー３３ａ’’は更に別の形態のデバイスを用いることができるのは勿論である。例えば、スライダー３３ａ’’のかわりにレバーを用いることができる。また、基準点Ｇは、目視できるようなものでなくても構わない。

ジョイスティック３３ｂを用いた操作部３３は、以下のようにすることができる。ジョイスティック３３ｂは、それを倒した方向に対応する角度だけジョイスティック台３３ｂ’の基準点Ｈが自動的に回転するように又は場合によっては手動で回転するようにし、Ａ’から基準点Ｈまでの角度だけ静磁場の方向を回転させる。例えば、ジョイスティック台３３ｂ’の基準点Ｈが上側（Ａ’方向）に有るとき、Ａ方向に静磁場が向いているとし（図８（ａ）参照）、Ａ方向から９０度ごとに順にＢ方向、Ｃ方向、Ｄ方向とする。Ａ方向に静磁場が向いていると、Ａ方向にカプセル内視鏡２は向いている。カプセル内視鏡２からの画像はＡ方向の画像となっている。検査者は、カプセル内視鏡２からの画像を観察し、直進する場合、ジョイスティック３３ｂを上側（Ａ’方向）に倒す。そうすると、ジョイスティック３３ｂの倒す角度に応じた進行速度でカプセル内視鏡２は直進する。

画像を観察しカプセル内視鏡２の方向を変える場合、ジョイスティック３３ｂを変えたい方向に倒す。例えば、画像を観察し進行方向に対し右回り９０度にカプセル内視鏡２の方向を変えたい場合、ジョイスティック３３ｂを右に倒す。そうすると、ジョイスティック台３３ｂ’が回転し基準点Ｈが右側（Ｂ’方向）にあることになり、Ｂ方向に静磁場が向き（図８（ｂ）参照）、Ｂ方向にカプセル内視鏡２は向く。同様に、Ｂ方向にカプセル内視鏡２は向いた状態で、画像を観察し進行方向に対し右回り９０度にカプセル内視鏡２の方向を変えたい場合、ジョイスティック３３ｂを一旦戻して起立させ、再度ジョイスティック３３ｂを右に倒す。そうすると、ジョイスティック台３３ｂ’が回転し基準点Ｈが下側（Ｃ’方向）にあることになり、Ｃ方向に静磁場が向き（図８（ｃ）参照）、Ｃ方向にカプセル内視鏡２は向く。同様に、Ｃ方向にカプセル内視鏡２は向いた状態で、画像を観察し進行方向に対し右回り９０度にカプセル内視鏡２の方向を変えたい場合、ジョイスティック３３ｂを一旦戻して起立させ、再度ジョイスティック３３ｂを右に倒す。そうすると、ジョイスティック台３３ｂ’が回転し基準点Ｈが左側（Ｄ’方向）にあることになり、Ｄ方向に静磁場が向き（図８（ｄ）参照）、Ｄ方向にカプセル内視鏡２は向く。

このようにして、ジョイスティック３３ｂを用いた操作部３３は、基準点Ｈに応じた方向に静磁場を向かすことにより、ジョイスティック３３ｂの操作で、観察される画面の左右の進行方向制御が可能である。観察される画面の上下の進行方向制御は、前述したスライダー３３ａ’’などを用いたり、或いは、図９に示すように、ジョイスティック台３３ｂ’の傾斜角度を変えたりして、静磁場が水平面に対して−９０度〜９０度の範囲で任意の角度に制御されるようにすればよい。例えば、図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のジョイスティック台３３ｂ’の状態をそれぞれ、静磁場が水平面に対して−９０度、０度、９０度傾斜するときに対応させるようにできる。なお、図９では、ジョイスティック３３ｂが起立しているときを示している。また、スライダー３３ａ’’は更に別の形態のデバイス（例えば、レバーなど）を用いることができるのは勿論である。また、基準点Ｈは、目視できるようなものでなくても構わない。

以上、磁場発生部３１を用いてカプセル制御装置３を構成した実施形態を説明した。３組のヘルムホルツコイルを有する磁場発生部３１を用いると、上述したように磁場がほぼ一様になるので、進行方向及び推進力（進行速度）の制御がし易いものとなっている。それぞれ１組のヘルムホルツコイルは、同軸かつ平行に設置された２個のコイルから構成される１組のコイル対である。小型化などを優先する場合などでは、３組のヘルムホルツコイルを有する磁場発生部３１のいずれか１組又は２組のコイル対、或いは３組のコイル対のコイルの形状を変えたり、コイルの大きさを変えたり、コイル対を構成する２個のコイル間の距離を変えたりすることが可能である。この場合、磁場は、次に述べるように、不均一であり（一様ではなく）、場所に依存して変化する。

図１０に示す特性は、ｙ軸方向の磁場を生成するように１組のコイル対を配置したときの磁場のｙ軸方向の磁束密度をシミュレーションで求めたものである。横軸は、２個のコイル間の真ん中を中心としたｙ軸座標値であり、単位長さをＬとしている。図１０の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、２個のコイル間の距離を、Ｌ、０．５Ｌ、２Ｌとして１組のコイル対を配置したものを示している。それぞれの図中の曲線ａは、半径Ｌの円周形状のコイルでの特性を示す（図１１（ａ）参照）。図中の曲線ｂは、一辺が２Ｌの正方形、曲線ｃは短辺が２Ｌ、長辺が３Ｌの長方形、曲線ｄは短辺が２Ｌ、長辺が４Ｌの長方形、曲線ｅは短辺が２Ｌ、長辺が５Ｌの長方形、の外周形状のコイルでの特性を示す（図１１（ｂ）参照）。図中の曲線ｆ、ｇ、ｈ、ｉは、四角形の全ての角を長さ０．５Ｌだけ削除することによって作製した八角形の外周形状のコイルでの特性を示すものであって（図１１（ｃ）参照）、曲線ｆは一辺が２Ｌの正方形から、曲線ｇは短辺が２Ｌ、長辺が３Ｌの長方形から、曲線ｈは短辺が２Ｌ、長辺が４Ｌの長方形から、曲線ｉは短辺が２Ｌ、長辺が５Ｌの長方形から、それぞれ作製した八角形のものである。なお、図１０（ａ）の曲線ａは、１組のヘルムホルツコイルの特性ということになる。

図１０（ａ）〜（ｃ）より、コイルの形状を四角形や八角形などの多角形にしたり、２個のコイル間の距離をヘルムホルツコイルの距離（ヘルムホルツコイルを構成する２個のコイル間の距離）から違えたりすると、磁場は、場所に依存して変化し、ヘルムホルツコイルの特性から離れたものになる。その一方、図１０（ａ）より、２個のコイル間の距離がヘルムホルツコイルの距離の場合、コイルの一方向（長辺方向）のサイズがそれと直交する他方向（短辺方向）のサイズに近いほど、及び、コイルの形状が四角形よりも角の多い多角形になるほど（つまり、円形又は楕円形に近づくほど）、ヘルムホルツコイルの特性に近くなっていることが分かる。また、図１０（ａ）〜（ｃ）より、コイルの形状が四角形よりも角の多い多角形になるほど（つまり、円形又は楕円形に近づくほど）、大きな磁束密度が得られることが分かる。また、図１０（ｃ）より、２個のコイル間の距離がヘルムホルツコイルの距離よりも長い場合、多角形の一方向（長辺方向）のサイズを、それを２個のコイル間の距離に近づけるように、他方向（短辺方向）のサイズよりも大きくした方（曲線ｆよりも曲線ｇ、ｈ、ｉの方）が、磁場の場所に依存する変化が小さいことが分かる。本願では、一方向のサイズがそれと直交する他方向のサイズよりも大きい多角形を、長形の多角形と呼ぶものとする。

磁場発生部３６は、カプセル内視鏡２を互いに直交する３方向から取り囲むように、１組のヘルムホルツコイルと、ヘルムホルツコイルの構造（コイルの形状と大きさ及び２個のコイルの間の距離）を変えた２組のコイル対と、を有したものである。図１２に示すように、ここでは、この１組のヘルムホルツコイルは、ｚ軸方向の磁場を生成する一組のｚ軸ヘルムホルツコイル３６ｚ、３６ｚ’である。また、その他の２組のコイル対は、ｘ軸方向の磁場を生成する一組のｘ軸コイル対３６ｘ、３６ｘ’と、ｙ軸方向の磁場を生成する一組のｙ軸コイル対３６ｙ、３６ｙ’と、で構成されている。

磁場発生部３６は、３組のヘルムホルツコイルを有する磁場発生部３１と比べ、ｘ軸方向及びｙ軸方向の場所による磁場の変化が大きくなる一方、複数の直交するヘルムホルツコイル同士が重ならないようにして構成する必要がないので、全体のサイズを小さくすることができる。この磁場発生部３６は、ｚ軸方向の磁場が一様であるもののｘ軸方向及びｙ軸方向の磁場が一様ではないために、制御が少し難しくなる傾向にあるが、上述した磁場発生部３１と同様にして静磁場及び交流磁場を発生させ、カプセル内視鏡２の進行方向及び進行速度を制御することが可能である。

コイル対を構成するコイル３６ｘ、３６ｘ’、３６ｙ、３６ｙ’は、多角形の外周形状、或いは、よりヘルムホルツコイルの形状に近い楕円又は円の外周形状、などが可能である。コイル対を構成する２個のコイル間の距離が長い場合、コイル３６ｘ、３６ｘ’、３６ｙ、３６ｙ’は、ｙ軸方向又はｘ軸方向のサイズがｚ軸方向のサイズよりも大きい長形の多角形又は楕円の外周形状であると、ｚ軸方向のサイズを小さくしつつ、ｘ軸方向及びｙ軸方向について、磁場の場所に依存する変化を抑制することができる。

この磁場発生部３６に限られず、様々な態様で、３組のヘルムホルツコイルを有する磁場発生部３１のいずれか１組又は２組のコイル対、或いは３組のコイル対のコイルの形状を変えたり、コイルの大きさや２個のコイル間の距離を変えたりすることが可能である。この場合、３組のそれぞれのコイル対は、それを構成するコイルが、多角形、楕円又は円の外周形状のうちから選ばれる。コイルが多角形の外周形状の場合は、四角形又は上述した特性の点で好ましい、四角形よりも角の多い多角形の外周形状を用いることができる。また、３組のコイル対のうちのいずれか１組又は２組のコイル対、或いは３組のコイル対について、それを構成するコイルは、上述した特性の点で好ましい長形の多角形又は楕円の外周形状を用いることができる。

また、磁場発生部３７として、カプセル内視鏡２を互いに直交する３方向から取り囲む１組のヘルムホルツコイルと２組の電磁石を用いることも可能である。この磁場発生部３７は、図１３に示すように、ｘ軸方向の磁場を生成する一組のｘ軸電磁石３７ｘ、３７ｘ’、ｙ軸方向の磁場を生成する一組のｙ軸ヘルムホルツコイル３７ｙ、３７ｙ’、ｚ軸方向の磁場を生成する一組のｚ軸電磁石３７ｚ、３７ｚ’を有している。なお、被検査者はｙ軸方向と平行に横たわったり又は立ったりすればよい。

このような１組のヘルムホルツコイルと２組の電磁石からなる磁場発生部３７は、重くなったり磁場が非常に不均一に（一様でなく）なったりするが、電磁石の大きさが小さく、また、１組のヘルムホルツコイルの半径及び間隔の大きさを自由に小さくできるので、全体の大きさを小さくすることが可能である。この磁場発生部３７は、ｘ軸方向及びｚ軸方向の磁場が一様でないために制御が難しくなる傾向にあるが、静磁場及び交流磁場を発生させ、カプセル内視鏡２の進行方向及び進行速度を制御することができる。

本発明は、上記の実施形態に記載したものに限られることなく、特許請求の範囲に記載した事項の範囲内での様々な設計変更が可能である。例えば、カプセル内視鏡２の内視鏡本体部２ａの構造や形状は、様々なものが可能である。また、カプセル制御装置３の操作部３３は、ハンドル３３ａやジョイスティック３３ｂについては、特定の形状には限定されず、例えば、ハンドル３３ａは、図６で示した形状の他、ダイヤルの形状、摘みの形状、起立しないジョイスティックの形状、などが可能である。また、カプセル制御装置３の操作部３３は、ハンドル３３ａやジョイスティック３３ｂ（及びジョイスティック台３３ｂ’）などのかわりに、パソコンのキーボード、マウス、タッチパネルなどを用い、ハンドル３３ａやジョイスティック３３ｂ（及びジョイスティック台３３ｂ’）などの操作によって操作部３３から出力される制御信号と同様の信号をソフトウェアに従って出力させるようにすることも可能である。

１ 医療装置
２ カプセル内視鏡
２１ 磁石
２ｂ ヒレ部
３ カプセル制御装置
３１、３６ 磁場発生部
３３ 操作部
３３ａ ハンドル
３３ｂ ジョイスティック

Claims (3)

1. カメラおよびこのカメラにより撮影された画像を送信する無線通信部が収容されたカプセル内視鏡本体部を自走させるために、当該カプセル内視鏡本体部の後端部に一体に設けられるヒレ部材であって、
   前記ヒレ部材は、前後方向の中間位置の内部に磁石が搭載され、この磁石搭載箇所より後の部分の幅が後端に向かうにつれてしだいに広がる形状の弾力性を有する部材であり、
   前記磁石はその磁化方向を前記ヒレ部材の前後方向に合わせて配備され、周囲の静磁場の方向の変化に応じて当該磁石が回動することにより前記カプセル内視鏡本体部の進行方向が変更され、前記静磁場に直交する交流磁場を受けた当該磁石の振動に従って前記ヒレ部材が振動することにより前記カプセル内視鏡本体部を前進させるための推進力が発生する、ことを特徴とする自走式カプセル内視鏡のヒレ部材。
2. カメラおよびこのカメラにより撮影された画像を送信する無線通信部が収容されたカプセル内視鏡本体部の後端部に、磁化方向を前後方向に向けて搭載された磁石を含むヒレ部材が一体に設けられて成る自走式カプセル内視鏡を対象として、その走行を制御する装置であって、
   前記自走式カプセル内視鏡が含まれる３次元空間に静磁場および交流磁場を発生させる磁場発生部と、この磁場発生部を駆動して、前記３次元空間内の任意の方向を向く静磁場とこの静磁場に直交する交流磁場との合成磁場を当該磁場発生部から発生させる磁場制御部と、前記自走式カプセル内視鏡の進行方向および進行速度を調整する操作を行うための操作部とを備え、
   前記磁場制御部は、前記操作部において自走式カプセル内視鏡の進行方向を調整する操作が行われたことに応じてその調整後の進行方向に前記静磁場の方向を合わせ、前記操作部において自走式カプセル内視鏡の進行速度を調整する操作が行われたことに応じて、前記交流磁場の振幅または周波数を当該操作に応じた大きさに調整する、
   ことを特徴とする自走式カプセル内視鏡の走行制御装置。
3. 請求項２に記載された装置において、前記カプセル内視鏡本体部の無線通信部と通信を行って前記カメラにより撮影された画像を取得し、取得した画像をディスプレイ装置に出力する通信部を、さらに備える自走式カプセル内視鏡の走行制御装置。

Images