专利名称：位置检测系统、医疗装置引导系统以及位置检测方法
技术领域：
本发明涉及一种位置检测系统、医疗装置引导系统以及位 置检测方法。
背景技术：
以往，已知如下一种位置检测装置将利用来自外部的电 力供给来产生交变》兹场的标记插入体腔内，在体外4企测该标记 所产生的交变磁场，由此检测标记在体腔内的位置(例如参照专 利文献l)。
另外，还已知如下一种胶嚢型医疗装置的位置检测系统 使来自外部的位置检测用的磁场进行作用，通过检测在配置于 投入到被检查者体内的胶嚢型医疗装置内的磁感应线圏中产生 的感应磁场的绝对值强度，检测胶嚢型医疗装置的位置和方向 (例如参照非专利文献l)。
专利文献l:日本特开2000-81303号/>才艮
非专利文献l:徳永他7名，「LC共振型磁気7 —力全用V、 t高精度位置検出、乂7亍厶」，日本応用磁気学会誌，Vol.29, No.2， 2005, pl53~15
发明内容
发明要解决的问题
然而，在利用来自外部的电力供给来产生交变磁场的第一 标记装置与具备在该交变磁场的频率附近具有谐振频率的谐振 电路的其它标记共存的情况下，通过第一标记装置所产生的交 变磁场，从其它标记的谐振电路产生感应》兹场。由此，在该交变磁场的频率下仅;险测磁场的绝对值强度的情况下，由于也同 时检测感应磁场，因此所检测的磁场强度与仅检测出交变磁场 的情况不同。其结果是难以正确算出第 一 标记装置的位置或方 向。
本发明的目的在于提供一种即使在利用来自外部的电力 供给来产生交变磁场的第一标记装置和具备与该交变磁场的频 率相同或在该交变磁场的频率附近具有谐振频率的谐振电路的 其它标记共存的情况下也能够正确检测第一标记装置的位置或 方向的位置检测系统、医疗装置引导系统以及位置检测方法。
用于解决问题的方案
为了达到上述目的，本发明提供如下的办法。
本发明的第 一方式是一种位置检测系统，该位置检测系统
具备第一标记装置，其利用来自外部的电力供给来产生具有 第一位置算出用频率的第一交变磁场；第二标记装置，其装载 有》兹感应线圏，该》兹感应线圏具有与上述位置算出用频率相同 的谐振频率；f兹场;险测部，其被配置在该第二标记装置的动作 范围的外部，在上述第一位置算出用频率下检测磁场；提取部， 其从由该磁场枱r观'J部;险测出的磁场中提取第 一 抬r须'J磁场成分， 该第一检测磁场成分具有上述第一位置算出用频率并且具有与 上述第一交变^t场相同的相位；以及位置方向分析部，其根据 由该提取部提取出的上述第一检测磁场成分的强度算出上述第 一标记装置的位置和方向中的至少一个。
根据本发明的第一方式，第一标记装置利用来自外部的电 力供给来产生具有第一位置算出用频率的第一交变磁场。第二 标记装置所装载的磁感应线圏接受从第一标记装置产生的第一 交变磁场。包含磁感应线圈的电路的谐振频率与第一位置算出 用频率相同，因此》兹感应线圈4妾受第一交变f兹场而产生感应^"兹场。并且，^磁场;险测部在第一位置算出用频率下^r测混合了第 一交变》兹场与感应石兹场的》兹场。
提取部从由磁场检测部检测出的磁场中提取第 一检测磁 场成分，该第一检测磁场成分具有第一位置算出用频率并且具 有与第 一 交变磁场相同的相位。位置方向分析部根据由提取部 提取出的第一检测磁场成分的强度算出第一标记装置的位置和 方向中的至少 一 个。
在此，接受第一交变f兹场而从J兹感应线圈产生的感应f兹场 具有第一位置算出用频率并且具有相对于第一交变磁场偏移了 ti/2的相位。另一方面，第一检测磁场成分是具有与第一交变磁 场相同的频率和相同的相位的》兹场成分。
因此，第 一检测磁场成分不包含所检测出的磁场中与感应 磁场有关的信息，而仅包含与第一交变磁场有关的信息。因而， 提取部能够从由磁场检测部检测出的磁场中仅提取与第一交变
磁场有关的信息。由此，位置方向分析部能够仅使用与从第一 标记装置产生的第一交变磁场有关的强度信息来算出第一标记 装置的位置和方向中的至少一个。
其结果，即使在利用来自外部的电力供给来产生磁场的第 一标记装置与具有磁感应线圈的第二标记装置共存的情况下， 也不会受到感应磁场影响，而能够高精确度地算出第一标记装 置的位置或方向。
在上述第一方式中，也可以设为上述提取部从由上述磁场 检测部检测出的磁场中提取第二检测磁场成分，该第二检测磁 场成分具有上述第一位置算出用频率并且具有相对于上述第一 交变^f兹场的相位偏移了 71 / 2的相位，上述位置方向分析部还^^艮据 上述第二检测磁场成分的强度算出上述第二标记装置的位置和 方向中的至少 一 个。这样，提取部从由磁场检测部检测出的磁场中提取第 一检 测磁场成分和第二纟企测 -磁场成分。位置方向分析部根据由提取 部提取出的第一检测磁场成分的强度算出第一标记装置的位置 和方向中的至少一个，并且根据由提取部提取出的第二检测磁 场成分的强度算出第二标记装置的位置和方向中的至少一个。
在此，接受第一交变磁场而从磁感应线圈产生的感应磁场
相对于第 一交变^f兹场具有相同的频率并且具有偏移了兀/2的相
位。另外，第二检测磁场成分也是相对于第一交变磁场具有相
同的频率并且具有偏移了7l/2的相位的》兹场成分。因此，第二检
测磁场成分不包含第 一交变i兹场的信息而仅包含感应磁场的信 息。因而，提取部能够从由磁场检测部检测出的磁场中仅提取 感应i兹场的信息。
由此，位置方向分析部能够仅使用从第二标记装置产生的 感应磁场的强度信息来算出第二标记装置的位置和方向中的至
少一个。
其结果，即使在利用来自外部的电力供给来产生磁场的第 一标记装置与具有磁感应线圈的第二标记装置共存的情况下， 也能够同时高精确度地算出第一标记装置和第二标记装置两者 的位置和方向中的至少一个。
另外，在上述第一方式中，也可以设为具备磁场产生部， 该磁场产生部被配置在上述第二标记装置的动作范围的外部， 产生第二交变磁场，所述第二交变磁场具有上述第一位置算出 用频率并且具有与上述第一交变磁场相同的相位，其中，上述 位置方向分析部根据产生上述第一交变磁场时提取出的上述第 一检测磁场成分的强度与产生上述第一交变磁场之前提取出的 上述第 一 检测磁场成分的强度之间的差分，算出上述第 一 标记 装置的位置和方向中的至少一个。这样，被配置在第二标记装置的动作范围的外部的磁场产 生部产生第二交变磁场。第 一 交变磁场与第二交变磁场的频率 以及相位都相同，因此》兹感应线圏接受第 一 交变万兹场和第二交 变磁场而产生感应石兹场。磁场检测部在第一位置算出用频率下 才全测混合了第 一 交变^兹场、第二交变f兹场以及感应》兹场的^兹场。
产生第 一 交变》兹场时的第一4企测磁场成分包含第 一 交变 磁场和第二交变》兹场的信息。另一方面，产生第一交变^兹场之 前提取出的第一检测磁场成分仅包含第二交变磁场的信息。因 而，通过位置方向分析部的动作来对它们的差分进行运算，能 够得到仅是第 一 交变磁场的强度信息。
由于与上述原因同样的原因，第二检测磁场成分不包含第 一交变^兹场和第二交变》兹场的信息而 <又包含感应^兹场的信息。 因而，提取部能够从由磁场检测部检测出的磁场中仅提取感应 磁场的信息。由此，位置方向分析部能够仅使用第一交变磁场 的强度信息算出第一标记装置的位置和方向中的至少一个，仅 使用从第二标记装置产生的感应磁场的强度信息算出第二标记 装置的位置和方向中的至少一个。
其结果，即使在利用来自外部的电力供给来产生磁场的第 一标记装置与具有磁感应线圏的第二标记装置共存的情况下， 也能够同时高精确度地算出第一标记装置和第二标记装置两者 的位置和方向中的至少一个。另外，除了第一交变磁场以外， 第二交变磁场也使第二标记装置产生感应磁场，因此能够增大 感应》兹场的强度。
另外，在上述第一方式中，也可以i殳为具备磁场产生部， 该磁场产生部被配置在上述第二标记装置的动作范围的外部， 产生具有至少 一 组第二位置算出用频率的第二交变磁场，所述 一组第二位置算出用频率在上述第一位置算出用频率附近，在上述第一位置算出用频率的两边并相对于该第一位置算出用频 率离开规定的频率，其中，上述磁场检测部还在上述第二位置 算出用频率下检测磁场，上述提取部从由上述磁场检测部检测 出的磁场中提取具有上述一组第二位置算出用频率的至少一组 第二检测磁场成分的强度的差分，上述位置方向分析部还根据 所提取出的上述差分算出上述第二标记装置的位置和方向中的 至少一个。
被配置在第二标记装置的动作范围的外部的磁场产生部 产生第二交变》兹场。》兹感应线圈接受第一交变f兹场而产生具有 第一位置算出用频率的感应磁场，接受第二交变磁场而产生具 有第二位置算出用频率的感应磁场。磁场检测部在第 一位置算 出用频率下检测混合了第一交变磁场与由于第一交变磁场而产 生的感应磁场的磁场，在第二位置算出用频率下检测混合了第 二交变石兹场与由于第二交变》兹场而产生的感应》兹场的^兹场。
提取部从由磁场检测部检测出的磁场中提取第 一检测磁 场成分的强度以及至少一组第二检测磁场成分的强度的差分。 位置方向分析部根据由提取部提取出的第 一 检测磁场成分的强 度算出第一标记装置的位置和方向中的至少一个，并且还根据 所提取出的至少一组第二检测磁场成分的强度的差分算出第二 标记装置的位置和方向中的至少一个。
在此，接受第二交变,兹场而从磁感应线圈产生的感应磁场 具有一组第二位置算出用频率，并且在各频率下对第二交变磁 场的强度大小互不相同。另一方面，第二检测磁场成分是具有 第二位置算出用频率的磁场成分，因此具有与第二交变磁场相 同的频率。
因此，第二检测磁场成分不包含第 一 交变磁场的信息而仅 包含第二交变^兹场和由于第二交变^兹场而产生的感应^兹场(以后，设为第二交变磁场所涉及的感应磁场)的信息。因而，提取 部通过对一组第二检测磁场成分的强度的差分进行运算，能够 从由磁场检测部检测出的磁场中减去第二交变磁场的强度信息 而较多地提取第二交变磁场所涉及的感应磁场的强度信息。
由此，位置方向分析部能够使用与第二交变磁场有关的感 应磁场的强度信息来算出第二标记装置的位置和方向中的至少 一个。其结果，即使在利用来自外部的电力供给来产生磁场的 第 一标记装置与具有磁感应线圈的第二标记装置共存的情况 下，也能够同时高精确度地算出第一标记装置以及第二标记装 置两者的位置和方向中的至少一个。
另外，在上述第一方式中，也可以设为上述第二检测磁场 成分的强度是绝对值强度。
第二检测磁场成分的绝对值强度仅包含第二交变磁场和与
第二交变磁场有关的感应磁场的信息。因而，4是取部通过对一 组第二检测磁场成分的强度的差分进行运算，能够从由磁场检 测部检测出的磁场中减去第二交变磁场的强度信息而较多地提 取与第二交变磁场有关的感应磁场的强度信息。
另外，在上述第一方式中，也可以设为上述第二标记装置 被设置在胶嚢医疗装置中。
另外，在上述第一方式中，也可以设为上述第一标记装置 被设置在内窥镜的前端部。
另外，本发明的第二方式是一种医疗装置引导系统，该医 疗装置引导系统具备上述任一个位置检测系统，其中，上述第
二标记装置还具备磁场作用部，该医疗装置引导系统具备推 进用磁场产生部，其产生对该磁场作用部进行作用的推进用磁 场；以及推进用磁场控制部，其根据由上述位置方向分析部算 出的上述第二标记装置的位置和方向中的至少一个来控制上述推进用》兹场的强度和方向。
根据本发明的第二方式，推进用磁场产生部产生对第二标 记装置的磁场作用部进行作用的推进用磁场。推进用磁场控制 部根据由位置方向分析部算出的第二标记装置的位置和方向中 的至少 一 个来控制推进用磁场产生部，控制推进用磁场的强度 和方向。其结果，能够根据第二标记装置的位置或方向控制第 二标记装置的推进。
另外，本发明的第三方式是位置检测方法，具有如下步骤 磁场产生步骤，第一标记装置利用来自外部的电力供给来产生 具有第一位置算出用频率的第一交变磁场；感应磁场产生步骤， 装载有磁感应线圈的第二标记装置接受上述第一交变磁场而产 生感应磁场；磁场检测步骤，在上述第一位置算出用频率下检 测磁场；提取步骤，从所检测出的磁场中提取第一检测磁场成 分，该第一检测磁场成分具有上述第一位置算出用频率并且在 上述第一位置算出用频率下具有与第一交变磁场相同的相位； 以及位置方向分析步骤，根据所提取出的上述第一检测磁场成 分的强度算出上述第一标记装置的位置和方向中的至少一个。
在上述第三方式中，也可以设为上述提取步骤具有从所检 测出的磁场中提取第二检测磁场成分的步骤，该第二检测磁场 成分具有上述第一位置算出用频率并且具有相对于上述第一交 变磁场的相位偏移了兀/2的相位，上述位置方向分析步骤还具有 根据所提取出的上述第二检测磁场成分的强度算出上述第二标 记装置的位置和方向中的至少一个的步骤。
另外，在上述第三方式中，也可以设为上述磁场产生步骤 具有产生第二交变磁场的步骤，该第二交变磁场具有上述第一 位置算出用频率并且具有与上述第一交变磁场相同的相位，上 述感应磁场产生步骤具有由上述第二标记装置接受上述第二交变^兹场而产生感应f兹场的步骤，上述位置方向分析步骤是如下
步骤根据产生上述第一交变磁场时提取出的上述第一检测磁 场成分的强度与产生上述第一交变磁场之前提取出的上述第一 检测磁场成分的强度之间的差分，算出上述第 一 标记装置的位 置和方向中的至少一个。
另外，在上述第三方式中，也可以设为上述磁场产生步骤 具有产生具有至少一组第二位置算出用频率的第二交变磁场， 所述一组第二位置算出用频率在上述第一位置算出用频率附 近，在上述第一位置算出用频率的两边并相对于该第一位置算 出用频率离开规定的频率，上述感应磁场产生步骤具有由上述 第二标记装置接受上述第二交变磁场而产生感应磁场的步骤， 上述磁场检测步骤具有在上述第二位置算出用频率下检测磁场 的步骤，上述提取步骤具有从所检测出的磁场中提取具有上述 一组第二位置算出用频率的至少一组第二检测磁场成分的强度 的差分，上述位置方向分析步骤还具有根据所提取出的上述差 分算出上述第二标记装置的位置和方向中的至少一个的步骤。
发明的效果
根据本发明，起到如下效果即使在利用来自外部的电力 供给来产生交变磁场的第 一标记装置与具备谐振电路的其它标 记共存的情况下，也能够正确检测第 一标记装置的位置或方向， 上述谐振电路具有与该交变磁场的频率相同或在其附近的谐振 频率。
图l是表示本发明的第 一实施方式所涉及的位置检测系统 的整体结构的框图。
图2是表示图1的位置检测系统的详细结构的框图。图3是说明使用了图l的位置检测系统的位置检测方法中的 波形生成动作的流程图。
图4是说明图3的位置检测方法中的校准动作的前半部分的
流程图。
图5是说明图3的位置检测方法中的校准动作的后半部分的 流程图。
图6是说明图3的位置检测方法中的实际测量动作的前半部 分的流程图。
图7是接着图6说明实际测量动作的流程图。
图8是接着图7说明实际测量动作的流程图。
图9是说明具备本发明的第二实施方式所涉及的位置检测 系统的医疗装置引导系统的整体结构图。
图IO是表示使用于图9的医疗装置引导系统的胶嚢医疗装 置的一例的纵截面图。
图11是表示图9的医疗装置引导系统所具备的本实施方式 所涉及的位置检测系统的整体结构的框图。
图12是表示图11的位置检测系统的详细结构的框图。
图13是说明使用了图ll的位置检测系 的校准动作的前半部分的流程图。
图14是接着图13说明校准动作的后半
图15是说明图ll的位置检测方法中的 部分的流程图。
图16是接着图15说明实际测量动作的
图17是接着图16说明实际测量动作的
图18是表示本发明的第三实施方式所涉及的位置检测系统 的整体结构的框图。
图19是表示图18的位置检测系统的详细结构的框图。
统的位置检测方法中
部分的流程图。
实际测量动作的前半
流程图。 流程图。图20是说明使用了图18的位置检测系统的位置检测方法中
的波形生成动作的流程图。
图21是说明图20的位置检测方法中的校准动作的流程图。 图22是说明使用了图18的位置检测系统的位置检测方法中
的实际测量动作的前半部分的流程图。
图23是接着图22说明实际测量动作的流程图。 图24是接着图23说明实际测量动作的流程图。 附图标记"i兌明
f0:第一位置算出用频率；fi、 f2:第二位置算出用频率； 1、 40、 50:位置检测系统；2:内窥镜装置(内窺镜)；2a:插 入部；3:胶嚢医疗装置(第二标记装置)；3。第二胶嚢医疗装 置(胶嚢医疗装置)；4、 52:标记线圏(第 一标记装置)；5:磁感 应线圏；6:》兹场〗全测部；21:频率选4奪部(才是取部)；22:位置 方向分析部；41:磁场产生装置(磁场产生部)；51:第一胶嚢 医疗装置(胶嚢医疗装置)；71:三轴亥姆霍兹线圏单元；72: 亥姆霍兹线圈驱动器(推进用磁场控制部)；100:医疗装置引导 系统；150:永》兹l失(石兹场作用部)。
具体实施例方式
下面参照图1~图3说明本发明的第 一 实施方式所涉及的位 置检测系统l。
本实施方式所涉及的位置检测系统l被设置在包含具有被 插入到体腔内的插入部2a的内窥镜装置2和被投入到体腔内的 胶嚢医疗装置3的医疗装置引导系统内，具备标记线圈(第一 标记装置)4,其被设置于内窥镜装置2的插入部2a的前端位置； 磁感应线圈(第二标记装置)5，其被设置在胶嚢医疗装置3中；位置^r测装置6，其纟企测标记线圈4的位置；控制部7，其对它们 进行控制；以及显示装置8，其显示位置检测装置6的检测结果。
如图2所示，在内窥镜装置2中设置有标记驱动电路9，该 标记驱动电路9接受来自控制部7的指示信号，使标记线圏4产生 第一交变磁场。标记驱动电路9具备波形数据存储器10、 D/A变 换器11以及放大器12,其中，上述波形数据存储器10存储由标 记线圏4产生的第 一 交变磁场的磁场波形。
通过由标记驱动电路9进行驱动，上述标记线圏4产生具有
第一位置算出用频率fo的第一交变磁场。
在胶嚢医疗装置3中设置有包含上述磁感应线圈5、以第一 位置算出用频率f。为谐振频率的谐振电路。磁感应线圏5接受来 自外部的交变》兹场而产生感应》兹场。
上述位置一企测装置6具备 -磁场;险测部13,其^皮配置在被 插入内窺镜装置2以及胶嚢医疗装置3的被检查者的体外，检测 从标记线圏4和》兹感应线圈5产生的》兹场；以及位置计算部14， 其根据由磁场检测部13检测出的磁场来算出内窥镜装置2以及 胶嚢医疗装置3的位置以及方向。
上述》兹场;险测部13具备多个4全测线圈13a、以及4妻收来自各 检测线圏13 a的输出信号的接收电路13 b 。
-险测线圈13a是空芯线圈，面向内窥4竟装置2的插入部2a前 端以及胶嚢医疗装置3的动作空间，排列成9个1组的正方形。
接收电路13b具备低通滤波器(LPF)15，其去除包含有内 窥镜装置2的位置信息的交流电压所包含的高频成分；放大器 (AMP)16，其》文大去除了高频成分的交流电压；带通滤波器 (BPF) 17, 其仅使被放大的叉流 电压的规定频带通过；以及A/D 变换器18，其将通过了带通滤波器17的交流电压变换为数字信 号。由此，将在磁场检测部13中检测出的磁场输出为由数字信号构成的磁场信号。
上述位置计算部14具备第一存储器19,其存储从磁场检 测部13的接收电路13b输出的磁场信号；FFT处理电路20,其对 该磁场信号进行频率分析处理；提取部21,其从磁场信号的频 率分析处理结果中提取规定的磁场信息；位置方向分析部22， 其根据所提取的磁场信息算出内窥镜装置2以及胶嚢医疗装置3 的位置和方向；以及第二存储器23，其存储所算出的内窺镜装 置2以及胶嚢医疗装置3的位置和方向。
上述提取部21具备频率选择部24,其从控制部7接受作 为标记驱动电路9所产生的信号的频率成分的第一位置算出用 频率f。，从通过磁场信号的频率分析处理而得到的磁场信息中 提取具有第 一 位置算出用频率fo的磁场信息；以及第三存储器 25,其存储由该频率选择部2 4提取出的第 一 位置算出用频率fo 下的^f兹场信息。
在此，第 一 位置算出用频率fo下的磁场信息是指第 一 位置 算出用频率f 。下的磁场的绝对值、实数部(第 一 枱，观'J磁场成分) 以及虚数部(第二检测磁场成分)。实数部是具有第一位置算出 用频率fo并且具有与上述第 一 交变磁场相同的相位的磁场成 分，虚数部是具有第一位置算出用频率f。并且具有相对于第一 交变磁场的相位偏移了兀/2的相位的磁场成分。
上述位置方向分析部2 2根据第三存储器2 5所存储的磁场 信息中在所有检测线圈13a中检测出的磁场的虚数部来算出胶 嚢医疗装置3的位置和方向，根据在所有检测线圈13a中检测出 的磁场的实数部以及校准值来算出内窥镜装置2前端的位置和 方向。
上述控制部7具备输入装置26，其进行各种输入；波形 数据生成器27,其根据由该输入装置26输入的磁感应线圈5的谐振频率计算>^人标记线圏4产生的石兹场波形；以及控制电^各28，其 向波形数据生成器27传送所输入的谐振频率。另外，控制部7 中具备有时钟29，其产生规定的时钟信号；读出定时生成器 30,其根据时钟信号对位置计算部14的F F T处理电路2 0指示用 于频率分析的磁场信号的读出定时；以及触发产生器31,其根 据时钟信号产生触发信号。
控制电路28使触发产生器31产生对读出定时生成器30和 标记驱动电路9的触发信号。另外，上述波形数据生成器27将所 生成的磁场波形传送到标记驱动电路9的波形数据存储器10 。
下面说明使用了这样构成的本实施方式所涉及的位置检 测系统l的内窺镜装置2的前端以及胶嚢医疗装置3的位置检测 方法。
在利用本实施方式所涉及的位置检测系统l来检测内窥镜 装置2的前端以及胶嚢医疗装置3的位置和方向时，检测内窥镜 装置2的前端的标记线圏4以及胶嚢医疗装置3内的》兹感应线圏5 的4立置#口方向。
首先，生成由标记线圏4产生的磁场波形，存储到标记驱 动电路9的波形数据存储器10内。接着，对各检测线圈13a进行 校准，进行校准值的获取和读出定时的设定。之后，根据所获 取的校准值和所设定的读出定时来进行算出标记线圏4以及磁
感应线圏5的位置和方向的实际测量。
如图3所示，从输入装置26输入磁感应线圏5的谐振频率(步 骤S1),控制电路28将所输入的谐振频率传送给波形数据生成器 27(步骤S2),由此开始生成磁场波形。在波形数据生成器27中， 根据发送过来的磁感应线圏5的谐振频率算出从标记线圏4产生 的磁场波形(步骤S3)，将所算出的波形数据存储到标记驱动电 路9的波形数据存储器10内(步骤S4)。如图4和图5所示，在内窥镜装置2的插入部2a前端被插入体 腔内而胶嚢医疗装置3未被投入体腔内的状态下，通过从输入装 置26输入校准指示来开始校准(步骤S11)。控制电路28指示触发 产生器31对标记驱动电路9和读出定时生成器30产生触发信号。 由此，从触发产生器31发出触发信号(步骤S12)。
接受到触发信号的标记驱动电路9根据存储在波形数据存 储器10内的波形数据，与来自时钟29的时钟信号同步地依次生 成磁场产生驱动信号，输出到标记线圈4。标记线圈4根据所输 入的磁场产生驱动信号产生第一交变磁场(步骤S13)。
接收电路13b接收由各检测线圈13a检测出的与来自标记线 圈4的第一交变磁场有关的磁场信号，在进行低通滤波器15的低 通滤波处理、放大器16的放大处理以及带通滤波器17的带通滤 波处理之后，与时钟信号同步地进行A/D变换(步骤S14)。
将A/D变换后的磁场信号存储到位置计算部14的第一存储 器19中(步骤S15)。然后，判断在第一存储器19内是否存储了进 行频率分析处理所需的数据数，在已存储的情况下，由FFT处 理电路20进行频率分析处理(步骤S16)。
基于频率分析处理的结果，频率选择部24仅提取在从标记 线圏4产生的第 一 交变磁场的频率即第 一位置算出用频率fo下 的磁场信息，存储到第三存储器25(步骤S17)。
控制电路28读出存储在第三存储器25中的磁场信息，将虚 数部的值存储到内部存储器(省略图示)(步骤S18)。
然后，控制电路28向读出定时生成器30发送使读出定时生 成器30生成的读出定时推迟一个时钟的指示(步骤S19)。
之后，重复步骤S12 S19,同时控制电路28对存储在第三 存储器2 5中的磁场信息的虚数部与存储在内部存储器中的虚数 部进行比较。然后，控制电路28在读出定时生成器30中将在步骤S18中存储的频率分析处理结果的虚数部的值最接近零的读
出定时设定为实际测量所使用的读出定时(步骤S20)。
这样，在读出定时生成器30中设定了频率分析处理结果的 虚数部的值最接近零的读出定时的状态下，进行校准值的测量。 具体地说，控制电路28指示触发产生器31对标记驱动电路9 和读出定时生成器30产生触发信号(步骤S21)。然后，标记驱动 电路9根据存储在波形数据存储器10中的波形数据，与时钟信号 同步地依次产生^f兹场产生驱动信号，输出到标记线圈4。标记线 圏4根据所输入的磁场产生驱动信号产生第 一 交变磁场(步骤 S22)。
接着，接收电路13b对所有由检测线圈13a接收到的来自标 记线圈4的磁场信号进行低通滤波处理、放大处理以及带通滤波 处理，与时钟信号同步地进行A/D变换(步骤S23)。 A/D变换后 的磁场信号被存储到位置计算部14的第一存储器19(步骤S24)。
然后，关于所有由检测线圏13a检测出的磁场信号，FFT处 理电路20在上述读出定时从第一存储器19中读出磁场信号，进 行频率分析处理(步骤S25)。由频率选择部24从频率分析处理的 结果所得到的磁场信息中提取第一位置算出用频率fo下的磁场 强度的实数部、虚数部以及绝对值的各个值(步骤S26),将所提 取出的值作为与各个检测线圏13a对应的校准值而存储到第三 存储器25(步骤S27)。由此校准处理结束，之后进行实际测量。
接着，如图6 图8所示，在将内窥镜装置2和胶嚢医疗装置 3插入配置到体腔内的状态下(步骤S31),通过在输入装置26中 指示实际测量的开始来开始实际测量(步骤S 3 2)。
控制电路28指示触发产生器31对标记驱动电路9和读出定 时生成器30产生触发信号，从而触发产生器31产生触发信号(步 骤S33)。标记驱动电路9根据存储在波形数据存储器1 0内的波形数 据，与时钟信号同步并且依次生成磁场产生驱动信号，输出到
标记线圏4。标记线圏4根据所输入的磁场产生驱动信号来产生 第一交变磁场(步骤34)。
接收电路13b在对由各冲企测线圏13a4全测出的与来自标记线 圏4的第一交变磁场有关的磁场信号进行低通滤波器15的低通 滤波处理、放大器16的放大处理以及带通滤波器17的带通滤波 处理之后，与时钟信号同步地进行A/D变换(步骤S35)。
A / D变换后的磁场信号被存储到位置计算部14的第 一 存储 器19(步骤S36)。然后，判断在第一存储器19内是否存储了进行 频率分析处理所需的数据数，在已存储的情况下，由FFT处理 电路20进行频率分析处理(步骤S37)。之后，判断是否对所有来 自检测线圏13a的数据进行了该频率分析处理(步骤S38)，在没 有对所有来自检测线圏13 a的数据进行处理的情况下重复步骤 S32 S37。
在对所有来自检测线圈13a的数据进行了频率分析处理的 情况下，如图7所示，基于该处理结果，频率选择部24仅提取在 从标记线圏4产生的第 一 交变磁场的频率下的磁场信息，存储到 第三存储器25(步骤S39)。对所有来自检测线圈13a的磁场信号 进行该处理(步骤S40)。
位置方向分析部22从第三存储部25中读出存储在第三存 储器25中的磁场信息内的频率分析处理结果的虚数部(步骤 S41),根据该虚数部，通过反复运算算出磁感应线圏5的位置和 方向(步骤S42)。频率分析处理的结果的虚数部中仅包含在磁感 应线圏5中产生的感应》兹场的磁场信号(第二 #r测磁场成分)，因 此通过提取并使用该虚数部能够高精确度地算出磁感应线圏5 的位置和方向，其中，上述在磁感应线圈5中产生的感应》兹场的磁场信号具有与标记线圏4所产生的第一交变磁场相同的第一 位置算出用频率f。，并且具有相对于第 一交变磁场的相位偏移了兀/2的相位。所算出的磁感应线圏5的位置和方向被发送到控制电路28 由显示装置8进行显示(步骤S43),并且存储到第二存储器23(步 骤S44)。另夕卜，位置方向分析部22读出所有来自才全测线圏13a的磁场 信号的频率分析处理结果的实数部和被存储的校准值(步骤 S45、 S46)，如图8所示，算出其差分值(步骤S47)。然后，根据 所算出的差分值，通过反复运算算出标记线圏4的位置和方向 (步骤S48)。频率分析处理结果的实数部中仅包含具有与标记线圏4所 产生的第一交变磁场相同的第一位置算出用频率f。、并且具有 与第 一交变磁场相同的相位的磁场信号(第 一一全测磁场成分)， 因此通过提取并使用该实数部，即使胶嚢医疗装置3存在于检测 线圈13a的检测范围内，也能够不受胶嚢医疗装置3的影响而高 精确度地算出标记线圏4的位置和方向。另外，根据从频率分析处理结果的实数部中减去校准值而 得到的差分来算出标记线圏4的位置和方向，因此，也消除了来 自胶嚢医疗装置3以外的磁场的影响，能够更高精确度地算出标 记线圏4的位置和方向。所算出的标记线圏4的位置和方向被发送到控制电路28由 显示装置8进行显示(步骤S49),并且存储到第二存储器23(步骤 S50)。然后，确认是否在输入装置2 6中输入了位置检测结束的指 示(步骤S51)，在已输入的情况下，结束来自触发产生器31的触 发信号的产生，停止位置检测系统1的动作(步骤S52)。另一方面，在没有输入结束指示的情况下，返回到步骤S23,继续进 行位置检测动作。在这种情况下，利用上一次算出并存储在第二存储器23中 的磁感应线圈5以及标记线圏4的位置和方向的计算结果作为》兹 感应线圏5以及标记线圏4的位置和方向的反复运算中的初始 值。由此，能够缩短反复运算的收敛时间，迅速算出位置和方 向。这样，根据本实施方式所涉及的位置检测系统l以及使用 了该位置^r测系统l的位置^r测方法，能够#>据来自标记线圈4 的信号与来自磁感应线圏5的信号的位置信息完全分离两者的 信号。其结果，能够正确求出标记线圈4以及磁感应线圈5的位 置和朝向、即插入到体腔内的状态下的内窺镜装置2的插入部2a 的前端以及胶嚢医疗装置3的位置和方向。[第二实施方式]接着，下面参照图9 图17说明本发明的第二实施方式所涉 及的位置4全测系统40。在本实施方式的说明中，对与上述第一实施方式所涉及的 位置;f全测系统1结构共用的地方附加同 一 附图标记，省略说明。如图9所示，本实施方式所涉及的位置冲全测系统40被设置 在医疗装置引导系统100中。医疗装置引导系统100具备内窥 镜装置2和胶嚢医疗装置3，其从被检查者的口部或肛门投入到 体腔内；位置检测系统40;磁性引导装置IOI，其根据所检测出 的位置和方向以及操作者的指示来引导胶嚢医疗装置3;以及图 像显示装置102,其显示从胶嚢医疗装置3发送过来的图像信号。如图9所示，磁性引导装置101具备三轴亥姆霍兹线圈单 元(推进用磁场产生部)71，其产生驱动胶嚢医疗装置3的平行的 外部磁场(旋转磁场)；亥姆霍兹线圈驱动器72，其对提供给三轴亥姆霍兹线圈单元71的电流进行放大控制； -磁场控制电路(推 进用磁场控制部)73，其对驱动胶嚢医疗装置3的外部磁场的方 向进行控制；以及输入装置74，其将操作者所输入的胶嚢医疗 装置3的前进方向输出到磁场控制电路73。此外，在本实施方式中，标记为三轴亥姆霍兹线圈单元71, 但是也可以不严格满足亥姆霍兹线圈的条件。例如，线圈也可 以不是圆形，如图9所示那样形成为大致四方形，另外，在满足 本实施方式的功能的范围内，相向的线圈间隔也可以偏离亥姆 霍兹线圏的条件。如图9所示，三轴亥姆霍兹线圏单元71形成为大致矩形形 状。另外，三轴亥姆霍兹线圏单元71具备互相相向的三对亥姆 霍兹线圏(电磁铁)71X、 71Y、 71Z,并且各对亥姆霍兹线圏71X、 71Y、 71Z被配置成与图9的X、 Y、 Z轴大致垂直。将配置成与X、 Y、 Z轴大致垂直的亥姆霍兹线圏按顺序分别表述为亥姆霍兹线 圈71X、 71Y、 71Z。另外，亥姆霍兹线圏71X、 71Y、 71Z被配置成在其内部形 成大致为长方体状的空间S。如图9所示，空间S为胶嚢医疗装 置3的动作空间(也称为动作空间S),并且还是安置被检查者的 空间。亥姆霍兹线圏驱动器72具备分别控制亥姆霍兹线圏71X、 71Y、 71Z的亥姆霍兹线圈驱动器72X、 72Y、 72Z。从后述的位置检测系统40对磁场控制电路73输入胶嚢医疗 装置3当前朝向的方向(胶嚢医疗装置3的纵长轴R的方向)数据， 并且对磁场控制电路73输入由操作者从输入装置74输入的胶嚢 医疗装置3的前进方向指示。然后，从磁场控制电路73输出控制 亥姆霍兹线圈驱动器72X、 72Y、 72Z的信号，并且对图像显示 装置80输出胶嚢医疗装置3的旋转相位数据，另外，输出提供给流数据。另外，作为输入装置74，例如具备操纵杆(省略图示)，通 过推倒操纵杆来指示胶嚢医疗装置3的前进方向。此外，输入装置7 4可以如上述那样使用操纵杆方式的输入 装置，也可以4吏用通过按下前进方向的按钮来指示前进方向的 输入装置等其它方式的输入装置。如图10所示，胶嚢医疗装置3具备外包装IIO，在其内部 容纳各种设备；摄像部120,其拍摄被检查者l的体腔内管路的 内壁面；电池130，其驱动4聂像部120;感应》兹场产生部140，其 通过后述的磁场产生装置41来产生交流磁场；以及永磁铁(磁场 作用部)150，其接受由磁性引导装置70产生的外部磁场，对胶 嚢医疗装置3进行驱动。外包装IIO由圆筒形状的胶嚢主体(下面，仅简记为主 体)l 11 、覆盖主体111的前端的透明半球形状的前端部112以及 覆盖主体的后端的半球形状的后端部113构成，以水密构造形成 密闭的胶嚢容器，其中，上述胶嚢主体lll以胶嚢型医疗装置3 的纵长轴R为中心轴，透射红外线。另外，在外包装110的主体111的外周面上具备以纵长轴R 为中心螺旋状地缠绕了截面为圆形的线材的螺旋部114。当永磁铁15 0接受由磁性引导装置7 0产生的旋转的外部磁 场而进行旋转时，螺旋部114与主体111一起绕纵长轴R进行旋 转，其结果，由于螺旋部114而主体111的绕纵长轴R的旋转运 动变换为沿纵长轴R的方向的直线运动，从而能够在管腔内在 纵长轴R方向上引导胶嚢医疗装置3。摄像部120具备基板120A，其被配置成与纵长轴R大致垂 直；图像传感器(image sensor)121，其被配置在基板U0A的前 端部112侧的面上；透镜群122，其使被检查者的体腔内管路的内壁面图像在图4象传感器121上成^(象；LED(Light Emitting Diode:发光二极管)123,其对体腔内管路的内壁面进行照明； 信号处理部124，其被配置在基板120A的后端部113侧的面上； 以及无线元件125，其将图像信号发送给图像显示装置102。信号处理部124被电连接在电池130上，并且与图像传感器 121和LED 123电连接。另外，信号处理部124对图像传感器121 所获取到的图像信号进行压缩并暂时保存(存储器)，将压缩后 的图像信号从无线元件125发送到外部，并且根据来自后述的开 '关部126的信号来控制图像传感器121和LED 123的开启/关闭。图像传感器121将通过前端部112和透镜群122而成像的图 像变换为电信号(图像信号)并输出到信号处理部124。例如，能 够4吏用CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor:互才卜 金属氧化物半导体)、CCD作为该图像传感器121。另外，在配置在比基板120A更靠近前端部112侧的支撑部 件128上，以纵长轴R为中心在圆周方向上隔开间隔地配置多个 LED 123。图像显示装置102具备图像接收电路81,其接收从胶嚢医 疗装置3发送过来的图像数据；以及显示装置8，其显示所接收 到的图像数据。永/ 兹铁150#1配置在信号处理部124的后端部113侧。永》兹 铁150被配置或磁化为在与纵长轴R直行方向上具有磁化方向 (磁极)。在永磁4失150的后端部113侧具备开关部126。开关部126具 有红外线传感器127，与信号处理部124和电池130电连接。另外，以纵长轴R为中心在圆周方向上等间隔地配置多个 开关部126,并且配置成红外线传感器127面向直径方向外侧。 在本实施方式中，说明配置有四个开关部126的例子，但是开关部126的数量不限于四个，其个数可以是任意个。被配置在无线元件12 5的后端部113侧的感应^兹场产生部 140由如下部分形成芯部件(》兹芯)141,其由中心轴与纵长轴R 大致一致的形成为圆柱形状的铁氧体构成；磁感应线圏5，其被 配置在芯部件141的外周部；以及电容器(省略图示)，其与磁感 应线圏5电连接，形成谐振电路。另外，磁性材料适合于芯部件141,除了铁氧体之外，还能 够使用铁、镍、坡莫合金、钴等。如图9 图12所示，本实施方式所涉及的位置才企测系统40在 具备磁场产生装置41以及》兹场产生装置驱动电^各42这一点以及 位置方向分析部22中的运算处理方面与上述第一实施方式所涉 及的位置检测系统l不同，其中，上述^t场产生装置41被配置在 磁感应线圈5的动作范围的外部，产生第二交变磁场，该第二交 变磁场具有上述第一位置算出用频率f。、并且具有与上述第一 交变磁场相同的相位。在图12中，附图标记43是波形数据存储 器，附图标记44是D/A变换器，附图标记45是放大器，附图标 记55是选择磁场产生装置41的选择器，附图标记56是选择检测 线圈13a的检测线圈选择器。图ll和图12简化示出了本实施方式所涉及的位置检测系 统40。在利用本实施方式所涉及的位置检测系统40对内窥镜装置 2的前端的标记线圈4以及胶嚢医疗装置3内的^兹感应线圈5的位 置和方向进行;险测时，与第一实施方式同样地，生成要产生的 第 一 、第二交变磁场的波形数据并存储到波形数据存储器10、 43，在胶嚢医疗装置3不存在于动作范围内的状态下进行校准。不仅从标记线圈4产生第一交变磁场，还从磁场产生装置 41产生第二交变磁场，因此将所生成的磁场波形数据分别传送到标记驱动电路9以及磁场产生装置驱动电路42的波形数据存 储器IO、 43。此外，从标记线圈4以及磁场产生装置41产生的第 一 、第二交变磁场与作为磁感应线圏5的谐振频率的第 一 位置算 出用频率fo—致，并且具有相同的相位。如图13和图14所示，在内窥镜装置2的插入部2a前端被插入 到体腔内而胶嚢医疗装置3未被投入到体腔内的状态下，通过从 输入装置26输入校准指示来开始校准(步骤S41)。控制电路28指 示触发信号产生器31对磁场产生装置驱动电路42和读出定时生 成器30产生触发信号。由此从触发信号产生器31发出触发信号 (步骤S42)。接受了触发信号的磁场产生装置驱动电路42根据存储在 波形数据存储器43内的波形数据，与来自时钟29的时钟信号同 步地依次生成磁场产生驱动信号，输出到磁场产生装置41。磁 场产生装置41根据所输入的磁场产生驱动信号产生第二交变磁 场(步骤S43)。接收电路13b接收由各检测线圏13a检测出的与来自磁场产 生装置41的第二交变磁场有关的磁场信号，在进行低通滤波处 理、放大处理以及带通滤波处理之后，与时钟信号同步地进行 A/D变换(步骤S44)。将A/D变换后的磁场信号存储到位置计算部14的第一存储 器19(步骤S45)。然后，判断在第一存储器19内是否已存储了进 行频率分析处理所需的数据数，在已存储的情况下，由FFT处 理电路20进行频率分析处理(步骤S46)。基于频率分析处理的结果，频率选择部24仅提取在从磁场 产生装置41产生的第二交变磁场的频率即第一位置算出用频率 fo下的磁场信息，存储到第三存储器25(步骤S47)。控制电路2 8读出存储在第三存储器2 5中的磁场信息，存储虚数部的值(步骤S48)。然后，控制电路28向读出定时生成器30发送使由读出定时 生成器30生成的读出定时延迟一个时钟的指示(步骤S49)。之后，重复步骤S42 S49,在读出定时生成器30中将在步 骤S48中存储的频率分析处理结果的虚数部的值最接近零的读 出定时设定为实际测量所使用的读出定时(步骤S50)。这样，在读出定时生成器30中设定了频率分析处理结果的 虚数部的值最接近零的读出定时的状态下，进行校准值的测量。具体地说，控制电路28指示触发产生器31产生对磁场产生 装置驱动电路42和读出定时生成器30的触发信号(步骤S51),磁 场产生装置驱动电路4 2根据存储在波形数据存储器4 3中的波形 数据，与时钟信号同步地依次产生磁场产生驱动信号，输出到 磁场产生装置41。磁场产生装置41根据所输入的磁场产生驱动 信号产生第二交变磁场(步骤S52)。接着，接收电路13b对所有由检测线圏13a接收到的来自磁 场产生装置41的磁场信号进行低通滤波处理、放大处理以及带 通滤波处理，与时钟信号同步地进行A/D变换(步骤S53)。 A/D 变换后的磁场信号被存储到位置计算部14的第 一存储器19(步 骤S54)。然后，关于所有由检测线圈13a检测出的磁场信号，在上述 读出定时从第一存储器19中读出磁场信号，进行频率分析处理 (步骤S55)。从频率分析处理的结果即所得到的磁场信息中提取 第 一位置算出用频率f。下的磁场强度的实数部、虛数部以及绝 对值的各个值(步骤S56)，将提取出的值作为与各个检测线圏 13a对应的校准值进行存储(步骤S57)。由此校准处理结束，之 后进行实际测量。接着，在将内窥镜装置2和胶嚢医疗装置3插入配置到体腔内的状态下(步骤S61)，通过在输入装置26中指示实际测量的开 始来开始实际测量(步骤S62)。控制电路28指示触发产生器31产生对标记驱动电路9、磁场 产生装置驱动电路42以及读出定时生成器30的触发信号，从而 触发产生器31产生触发信号(步骤S63)。标记驱动电路9根据存储在波形数据存储器10内的波形数 据，与时钟信号同步并且依次生成磁场产生驱动信号，输出到 标记线圈4。标记线圏4根据所输入的磁场产生驱动信号产生第 一交变f兹场(步骤64)。另外，磁场产生装置驱动电路42根据存储在波形数据存储 器4 3内的波形数据，与时钟信号同步并且依次生成磁场产生驱 动信号，输出到磁场产生装置41。磁场产生装置41根据所输入 的磁场产生驱动信号产生第二交变磁场(步骤S 6 5)。接收电路13b在对由各检测线圈13a检测出的与来自标记线 圈4的第 一 交变^兹场以及与来自磁场产生装置41的第二交变磁 场有关的磁场信号进行低通滤波处理、》支大处理以及带通滤波 处理之后，与时钟信号同步地进行A/D变换(步骤S66)。A/D变换后的磁场信号被存储到位置计算部14的第 一存储 器19(步骤S67)。然后，判断在第一存储器19内是否存储了进行 频率分析处理所需的数据数，在已存储的情况下，由FFT处理 电路20进行频率分析处理(步骤S68)。之后，判断是否对所有来 自检测线圈13a的数据进行了该频率分析处理(步骤S69)，在没 有对所有来自检测线圈13 a的数据进行处理的情况下重复步骤 S63 S68。在对所有来自检测线圈13a的数据进行了频率分析处理的 情况下，如图16所示，基于该处理结果，频率选择部24仅提取 从标记线圏4产生的第 一 交变^兹场的频率下的》兹场信息以及从磁场产生装置41产生的第二交变磁场的频率下的磁场信息，并 存储到第三存储器25(步骤S70)。对所有来自检测线圏13a的磁 场信号进行该处理(步骤S71)。
位置方向分析部22首先从第三存储器25中读出存储在第 三存储器25中的磁场信息内的频率分析处理结果的虚数部(步 骤S72)，根据该虚数部，通过反复运算算出磁感应线圏5的位置 和朝向(步骤S73)。频率分析处理结果的虚数部中仅包含在磁感 应线圈5中产生的感应》兹场的磁场信号(第二4企测》兹场成分)，因 此通过提取并使用该虚数部，能够高精确度地算出磁感应线圏5 的位置和方向，其中，上述在磁感应线圈5中产生的感应磁场的 磁场信号具有与标记线圏4所产生的第 一 、第二交变磁场相同的 第一位置算出用频率f。，并且具有相对于第一、第二交变磁场 的相位偏移了兀/2的相^f立。
所算出的》兹感应线圏5的位置和方向被发送到控制电路28 由显示装置8进行显示(步骤S74)，并且存储到第二存储器23(步 骤S75)。
另夕卜，位置方向分析部22读出所有来自检测线圏13a的磁场 信号的频率分析处理结果的实数部以及作为校准值而被存储 的、仅从磁场产生装置41产生第二交变磁场时的来自各检测线 圈13a的磁场信号的频率分析处理结果的实数部(步骤S76、 S77)，算出其差分值(步骤S78)。然后，根据所算出的差分值， 通过反复运算算出标记线圈4的位置和方向(步骤S79)。
频率分析处理结果的实数部中仅包含具有与第一、第二交 变磁场相同的第一位置算出用频率fo、并且具有与第一交变磁 场相同的相位的磁场信号(第一检测磁场成分)，因此通过提取 并使用该实数部，即使胶嚢医疗装置3存在于检测线圏13a的检 测范围内，也能够不受胶嚢医疗装置3的磁感应线圈5的影响而高精确度地算出标记线圏4的位置和方向。
另外，根据减去作为校准值的仅第二交变磁场作用时来自
各检测线圈13a的磁场信号的频率分析处理结果的实数部而得 到的差分来算出标记线圈4的位置和方向，因此排除了来自磁场 产生装置41的磁场，能够更高精确度地算出标记线圈4的位置和 方向。
所算出的标记线圏4的位置和方向被发送到控制电路28由 显示装置8进行显示(步骤S80)，并且存储到第二存储器(步骤 S81)。
然后，确认是否在输入装置2 6中输入了位置检测结束的指 示(步骤S82)，在已输入的情况下，使来自触发产生器31的触发 信号的产生结束，停止位置检测系统1的动作(步骤S83)。另一 方面，在没有输入结束指示的情况下，返回到步骤S63，继续 进行位置检测动作。
在这种情况下，利用上一次算出并被存储在第二存储器23 中的标记线圈4以及》兹感应线圈5的位置和方向的计算结果作为 标记线圈4以及磁感应线圏5的位置和方向的反复运算的初始 值。由此，能够缩短反复运算的收敛时间，迅速算出位置和方 向。
这样，根据本实施方式所涉及的位置检测系统40以及使用 了该位置检测系统40的位置检测方法，即使在具有利用来自外 部的电力供给而产生磁场的标记线圈4的内窥镜装置2与具有磁 感应线圈5的胶嚢医疗装置3共存的情况下，也能够同时高精确 度地算出内窥镜装置2和胶嚢医疗装置3两者的位置和方向中的 至少一个。另外，除了第一交变磁场以外，第二交变磁场也使 第二标记装置产生感应磁场，因此能够增大感应磁场的强度。接着，下面参照图18 图2 4说明本发明的第三实施方式所 涉及的位置4企测系统50。
在本实施方式的说明中，对与上述第二实施方式所涉及的 位置检测系统4 0结构共用的位置附加同 一 附图标记，省略说明。
如图18所示，本实施方式所涉及的位置检测系统50与上述 第二实施方式所涉及的位置#全测系统40的不同点在于代替设 置在内窥镜装置2的前端的标记线圈4而采用配置在第 一胶嚢医 疗装置51内的标记线圈52;具备对该第一胶嚢医疗装置51发送 信号的发送部53;将磁感应线圈5配置在第二胶嚢医疗装置3' 内；磁场产生装置41所产生的第二交变磁场的频率不同以及位 置计算部14中的运算处理不同。
如图19所示，第一胶嚢医疗装置51具备标记线圈52,其 产生具有第 一 位置算出用频率f。的第 一 交变磁场；标记驱动电 路54,其驱动该标记线圈52;时钟55; PLL电i 各56;接收部57; 以及未图示的电源。标记驱动电路5 4根据从发送部5 3无线发送、 并被接收部57接收到的指令信号，使标记线圏52产生第 一 交变 磁场。
上述磁场产生装置41产生具有至少一组第二位置算出用 频率fi、 f2的第二交变磁场，该一组第二位置算出用频率f。 f2 在第二胶嚢医疗装置3'内的磁感应线圈5的谐振频率(第一位置 算出用频率f"附近，在该谐振频率fo的两边并离开大致相等的频率。
在利用本实施方式所涉及的位置检测系统50对第 一胶嚢 医疗装置51内的标记线圏52以及第二胶嚢医疗装置3'内的磁感 应线圈5的位置和方向进行4企测时，生成要产生的交变磁场的波 形数据并存储到波形数据存储器10、43,在第二胶嚢医疗装置3'
不存在于动作范围内的状态下进行校准。将所生成的磁场波形数据分别传送到第 一 胶嚢医疗装置5 1
内的标记驱动电路54以及磁场产生装置驱动电路42的波形数据 存储器IO、 43中。
通过从输入装置2 6输入磁感应线圈5的谐振频率fQ来开始 磁场波形的生成(步骤SIOI)。控制电路28将所输入的谐振频率 fo设定为从第 一胶嚢医疗装置51内的标记线圏52产生的第 一 交 变磁场的第一位置算出用频率fo。另外，控制电路28将在谐振 频率fo的两边并离开大致相等的频率的 一组第二位置算出用频
率f!、 f2设定为从磁场产生装置41产生的第二交变磁场的频率
(步骤S102)。
控制电路2 8向波形数据生成器2 7传送所设定的频率fo 、 f i 、 f2(步骤S103)。
在波形数据生成器27中，根据发送过来的第二位置算出用 频率fi、 f2,通过下式算出从磁场产生装置41产生的第二交变磁 场的》兹场波形Bcj(步骤S104)。
BG二BiXsin(2兀f^)+B2xsin(^兀f2t)
另外，在波形数据生成器27中，根据发送过来的第一位置 算出用频率fo,通过下式算出从标记线圈52产生的第一交变磁 场的磁场波形B^(步骤S105)。
Bmi=B3xsin(2af0t)
在波形数据生成器2 7中生成的磁场波形B m i的数据被存储 到磁场产生装置驱动电路42的波形数据存储器43。另外，磁场 波形Bg的数据从设置在控制部7中的发送部53发送到设置在第 一胶嚢医疗装置51中的接收部5 7 。由接收部5 7接收到的磁场波 形数据被存储到波形数据存储器10(步骤S106)。
在第一胶嚢医疗装置51被投入到体腔内而第二胶嚢医疗 装置3'未被投入到体腔内的状态下，通过从输入装置26输入校准的指示来开始校准(步骤Slll)。控制电路28指示触发产生器 3 l对磁场产生装置驱动电路42以及读出定时生成器30产生触发 信号。由此从触发产生器31发出触发信号(步骤S112)。
接受了触发信号的磁场产生装置驱动电路42根据存储在 波形数据存储器4 3内的磁场波形B m t的数据，与时钟信号同步地 依次生成磁场产生驱动信号，并输出到磁场产生装置41。磁场 产生装置41根据所输入的磁场产生驱动信号产生第二交变磁场 (步骤S113)。
接收电路13b接收由各^r测线圈13a检测出的与来自磁场产 生装置41的第二交变磁场有关的磁场信号，在进行低通滤波处 理、放大处理以及带通滤波处理之后，与时钟信号同步地进行 A/D变换(步骤S114)。
A/D变换后的磁场信号被存储到位置计算部14的第一存储 器19(步骤S115)。然后，判断在第一存储器19内是否已存储进 行频率分析处理所需的数据数，在已存储的情况下，由FFT处 理电路20进行频率分析处理(步骤S116)。
基于频率分析处理的结果，频率选择部24仅提取在从磁场 产生装置41产生的第二交变磁场的频率即第二位置算出用频率 f\、 f2下的磁场信息并存储到第三存储器25(步骤S117)。
在此将所存储的各频率f i 、 f2下的磁场信号的强度设为
V0fl-\V。"—2、…、V。f'—N、V。f2—!、V。f2—2、…、V0f2-N。在此，
上标fl、 f2表示频率成分，之后的上标l、 2、…N表示检测线圏 13 a的编号。这种情况下的磁场信息是频率分析处理结果的绝对 值信息。并且，将频率f^ f2的磁场信息作为校准值存储到第三 存储器25中。
此外，在这种情况下，也可以对所有由检测线圈13a检测出
的频率fi的磁场信号、频率f2的磁场信号进行校正。具体地说，求出所有由检测线圏13a检测出的频率f\的信号成分之和 Z(V/1—,以及所有由检测线圏13a检测出的频率f2的信号成分之
和1:(￥ 。然后，如下那样改写V()f2—1、V。f"、…、V。f2—N并
覆盖到第一存储器19。
将v。f2—v文写为v。f2 i:(v,N)/i:(v。f2-N)
将v。f2—2改写为v。f2-2xi;(v。fl—N)/ z(v。f2—N) 将v。c改写为v。f2—Nxi;(v。fl-N)/ i;(v。f2一N)
另外，将z(v。f 1 _N)/1:(v。f2_N)事先保存在第一存储器i9中。
这样，存储在第 一存储器19中的V。fH与置换后的V。f2—i具有大致 相等的值。换言之，能够使各检测线圏13a对频率f!的信号的增
益与对频率f2的信号的增益大致相等。
此外，进行控制使得设置在第 一 胶嚢医疗装置51中的时钟 (第 一 时钟)5 5与设置在控制部7中的时钟(第二时钟)2 9同步。具 体地说，从设置在控制部7中的发送部53向设置在第一胶嚢医疗 装置51中的接收部57发送第二时钟29的同步信号和来自触发产 生器31的触发信号。然后，使用第二时钟29的同步信号、通过 PLL电路56等对第 一 时钟55进行相位控制。在校准以及后述的 实际测量中，恒定或间歇地执行这种控制。
接着，在将第一、第二胶嚢医疗装置51、 3'配置到体腔 内的状态下(步骤S120),通过在输入装置26中指示实际测量的 开始来开始实际测量(步骤S121)。
控制电路2 8指示触发产生器31产生对标记驱动电路5 4 、磁 场产生装置驱动电路42以及读出定时生成器30的触发信号，从 而触发产生器31产生触发信号(步骤S122)。
标记驱动电路54根据存储在波形数据存储器10内的波形 数据，与时钟信号同步地依次生成磁场产生驱动信号，并输出到标记线圈5 2 。标记线圏5 2根据所输入的磁场产生驱动信号产 生第一交变磁场(步骤S123)。
另外，磁场产生装置驱动电路4 2根据存储在波形数据存储 器43内的波形数据，与时钟信号同步并且依次生成磁场产生驱 动信号，并输出到磁场产生装置41。磁场产生装置41根据所输 入的磁场产生驱动信号产生第二交变磁场(步骤S124)。
接收电路13b在对由各才全测线圈13a冲企测出的与来自标记线 圏52的第一交变》兹场以及来自磁场产生装置41的第二交变磁场 有关的磁场信号进行低通滤波处理、放大处理以及带通滤波处 理之后，与时钟信号同步地进行A/D变换(步骤S125)。
将A/D变换后的磁场信号存储到位置计算部14的第一存储 器19(步骤S126)。然后，判断在第一存储器19内是否存储了进 行频率分析处理所需的数据数，在已存储的情况下，由FFT处 理电路20进行频率分析处理(步骤S127)。之后，判断是否对所 有来自检测线圈13a的数据进行了该频率分析处理(步骤S128)， 在没有对所有来自检测线圈13a的数据进行处理的情况下，重复 步骤S122 S127。
如图23所示，在对所有来自检测线圏13a的数据进行了频率 分析处理的情况下，基于其处理结果，频率选择部24提取由磁 场产生装置驱动电路42驱动而产生的磁场的频率成分、即第二 位置算出用频率f!、 f2的磁场强度的绝对值，与频率f!、 f2相对 应地存储到第三存储器25中(步骤S129)。对所有来自检测线圏 13a的磁场信号进行该处理(步骤S130)。
位置方向分析部22根据下面的计算式算出用于进行磁感 应线圏5的位置计算的各检测线圏13a的信号(步骤S131)。
Vw」(Vf1-1-V。f卜1)-( Vf2-1-Vof2-1)
Vm22=(Vfl—2- V0fl_2)-( Vf2_2- V0f2_2)<formula>formula see original document page 39</formula>然后，位置方向分析部22根据所算出的Vw1、 Vm22、、 Vm2N,通过反复运算算出磁感应线圏5的位置和朝向(步骤
S132)。
所算出的磁感应线圈5的位置和方向被发送到控制电路28 由显示装置8进行显示(步骤S133),并且存储到第二存储器 23(步骤S134)。
另外，频率选择部24基于频率分析处理的结果，提取由标 记驱动电路5 4驱动而产生的磁场的频率成分、即第 一 位置算出 用频率f。的磁场强度的实数部的值，存储到第三存储器25中。
位置方向分析部22根据存储在第三存储器25中的第一位置 算出用频率f。的磁场强度的实数部的值，算出标记线圈5 2的位 置和方向(步骤S135)。
所算出的标记线圏52的位置和方向被发送到控制电路28 由显示装置8进行显示(步骤S136)，并且被存储到第二存储器 23(步骤S137)。
然后，确认是否在输入装置2 6中输入了位置检测结束的指 示(步骤S138)，在已输入的情况下，使来自触发产生器31的触 发信号的产生结束，停止位置检测系统50的动作(步骤S139)。 另一方面，在没有输入结束指示的情况下，返回到步骤S123, 继续进行位置检测动作。在这种情况下，利用上一次算出并被 存储在第二存储器23中的磁感应线圈5以及标记线圈52的位置 和方向的计算结果作为磁感应线圈5以及标记线圏52的位置和 方向的反复运算的初始值。由此，能够缩短反复运算的收敛时 间，迅速算出位置和方向。
这样，根据本实施方式所涉及的位置检测系统50以及位置检测方法，能够根据来自标记线圏52的信号与来自磁感应线圈5 的信号的相位信息完全分离上述两者的信号。因而，能够正确 算出标记线圈52的位置和方向。另外，根据两个频率信号强度 的差来求出磁感应线圏5的位置和方向，因此能够根据不产生由 标记线圈52引起的感应磁场的信号进行计算。其结果，能够抑 制标记线圏52的干涉而正确求出i兹感应线圈5的4立置和方向。
此外，在本实施方式中，在存在多个标记线圈52的情况下， 只要分时地依次驱动各标记线圈52并重复步骤S122 S137即 可。
即，由标记线圏52产生的磁场是具有与磁感应线圈5的谐振 频率相等的频率f。的磁场。因此，磁感应线圈5接受来自标记线 圏52的磁场而产生的感应磁场相对于由标记线圈52产生的磁 场，相位偏移兀/2。
因此，作为对由检测线圈13 a获取到的信号进行频率分析处 理的结果，偏移;r/2来观测标记线圏52与磁感应线圏5所作出的 磁场的信号。通过使接收电路13b的A/D变换器18的采样时钟与 标记线圈驱动电路54的A/D变换器11的采样时钟同步，能够预 先调节由标记线圈52产生的；兹场的相位。在本实施方式中，在 读出定时生成器30中进行调整使得由标记线圏52产生的磁场的 信号全部表现为实数部。
该调整方法只要调整读出定时生成器30产生的信号即可， 使得仅驱动标记线圏5 2 、对由检测线圈13 a获取到的磁场信号进 行频率分析处理得到的结果的实数部最大而虚数部最小。此操 作只要进行一次就不需要再次调整。通过将磁场产生装置41置 换为标记线圈5 2来进行第三实施方式中示出的校准步骤，能够 实施该步骤。
权利要求
1.一种位置检测系统，具备第一标记装置，其利用来自外部的电力供给来产生具有第一位置算出用频率的第一交变磁场；第二标记装置，其装载有磁感应线圈，该磁感应线圈具有与上述位置算出用频率相同的谐振频率；磁场检测部，其被配置在该第二标记装置的动作范围的外部，在上述第一位置算出用频率下检测磁场；提取部，其从由该磁场检测部检测出的磁场中提取第一检测磁场成分，该第一检测磁场成分具有上述第一位置算出用频率并且具有与上述第一交变磁场相同的相位；以及位置方向分析部，其根据由该提取部提取出的上述第一检测磁场成分的强度算出上述第一标记装置的位置和方向中的至少一个。
2. 根据权利要求l所述的位置检测系统，其特征在于， 上述提取部从由上述磁场检测部检测出的磁场中提取第二检测磁场成分，该第二检测磁场成分具有上述第一位置算出用 频率并且具有相对于上述第 一交变》兹场的相位偏移了兀/2的相 位，上述位置方向分析部还根据上述第二检测磁场成分的强度 算出上述第二标记装置的位置和方向中的至少一个。
3. 根据权利要求2所述的位置检测系统，其特征在于， 具备^兹场产生部，该》兹场产生部纟皮配置在上述第二标记装置的动作范围的外部，产生第二交变^t场，所述第二交变^t场 具有上述第一位置算出用频率并且具有与上述第一交变磁场相 同的相位，其中，上述位置方向分析部根据产生上述第一交变磁场时 提取出的上述第一检测磁场成分的强度与产生上述第一交变磁场之前提取出的上述第 一 检测磁场成分的强度之间的差分，算 出上述第一标记装置的位置和方向中的至少一个。
4. 根据权利要求l所述的位置检测系统，其特征在于， 具备磁场产生部，该磁场产生部被配置在上述第二标记装置的动作范围的外部，产生具有至少 一组第二位置算出用频率 的第二交变磁场，上述每一组第二位置算出用频率在上述第一 位置算出用频率附近，在上述第一位置算出用频率的两边并相 对于该第一位置算出用频率偏离规定的频率，其中，上述磁场检测部还在上述第二位置算出用频率下检 测/磁场，上述提耳又部/人由上述f兹场检测部才全测出的》兹场中提取具有 上述一组第二位置算出用频率的至少一组第二检测磁场成分的 强度的差分，上述位置方向分析部还根据所提取出的上述差分算出上述 第二标记装置的位置和方向中的至少一个。
5. 根据权利要求4所述的位置检测系统，其特征在于， 上述第二检测磁场成分的强度是绝对值强度。
6. 根据权利要求1至5中的任一项所述的位置检测系统，其 特征在于，上述第二标记装置被设置在胶嚢医疗装置中。
7. 根据权利要求1至6中的任一项所述的位置检测系统，其 特征在于，上述第一标记装置被设置在内窥镜的前端部。
8. —种医疗装置引导系统，具备权利要求2至7中的任 一 项所述的位置检测系统， 其中，上述第二标记装置还具备磁场作用部， 该医疗装置引导系统具备推进用磁场产生部，其产生对该磁场作用部进行作用的推进用》兹场；以及推进用磁场控制部，其根据由上述位置方向分析部算出的 上述第二标记装置的位置和方向中的至少一个来控制上述推进 用》兹场的强度和方向。
9. 一种位置检测方法，具有如下步骤 磁场产生步骤，第一标记装置利用来自外部的电力供给来产生具有第一位置算出用频率的第一交变磁场；感应磁场产生步骤，装载有磁感应线圈的第二标记装置接受上述第一交变f兹场而产生感应磁场；磁场检测步骤，在上述第一位置算出用频率下检测磁场； 提取步骤，从所检测出的磁场中提取第一检测磁场成分，该第一检测磁场成分具有上述第一位置算出用频率并且在上述第 一位置算出用频率下具有与第一交变磁场相同的相位；以及 位置方向分析步骤，根据所提取出的上述第一检测磁场成分的强度算出上述第一标记装置的位置和方向中的至少一个。
10. 根据权利要求9所述的位置4全测方法，其特征在于， 上述提取步骤具有从所检测出的磁场中提取第二检测磁场成分的步骤，该第二检测磁场成分具有上述第 一 位置算出用频 率并且具有相对于上述第一交变^t场的相位偏移了兀/2的相位， 上述位置方向分析步骤还具有根据所提取出的上述第二检 测磁场成分的强度算出上述第二标记装置的位置和方向中的至 少一个的步骤。
11. 根据权利要求9所述的位置检测方法，其特征在于， 上述磁场产生步骤具有产生第二交变磁场的步骤，该第二交变磁场具有上述第一位置算出用频率并且具有与上述第一交 变f兹场相同的相位，上述感应磁场产生步骤具有由上述第二标记装置接受上述 第二交变磁场而产生感应磁场的步骤，上述位置方向分析步骤是如下步骤根据产生上述第一交 变磁场时提取出的上述第一检测磁场成分的强度与产生上述第 一交变磁场之前提取出的上述第一 #r测》兹场成分的强度之间的 差分，算出上述第一标记装置的位置和方向中的至少一个。
12.根据权利要求9所述的位置检测方法，其特征在于，上述磁场产生步骤具有产生具有至少一组第二位置算出用 频率的第二交变磁场的步骤上述每一组第二位置算出用频率 在上述第一位置算出用频率附近，在上述第一位置算出用频率 的两边并相对于该第 一 位置算出用频率偏离规定的频率，上述感应磁场产生步骤具有由上述第二标记装置接受上述 第二交变》兹场而产生感应》兹场的步骤，上述磁场检测步骤具有在上述第二位置算出用频率下检测 磁场的步骤，上述提取步骤具有从所检测出的磁场中提取具有上述一组 第二位置算出用频率的至少 一 组第二检测磁场成分的强度的差 分的步骤，上述位置方向分析步骤还具有根据所提取出的上述差分来 算出上述第二标记装置的位置和方向中的至少一个的步骤。
全文摘要
提供一种位置检测系统(1)，具备第一标记装置(4)，其利用来自外部的电力供给来产生具有第一位置算出用频率的第一交变磁场；第二标记装置(3)，其装载有具有与位置算出用频率相同的谐振频率的磁感应线圈(5)；磁场检测部(13)，其被配置在该第二标记装置(3)的动作范围的外部，在第一位置算出用频率下检测磁场；提取部(24)，其从所检测出的磁场中提取具有第一位置算出用频率并且具有与第一交变磁场相同的相位的第一检测磁场成分；以及位置方向分析部(22)，其根据所提取出的第一检测磁场成分的强度算出第一标记装置(4)的位置和方向中的至少一个。
文档编号G01B7/00GK101553159SQ200780043639
公开日2009年10月7日 申请日期2007年11月27日 优先权日2006年11月27日
发明者佐藤良次, 内山昭夫, 木村敦志 申请人:奥林巴斯株式会社