(57)【要約】  体腔内のカプセル型内視鏡の位置および向きの推定処理を高速に行いうる位置検出装置およびカプセル型内視鏡システムを提供する。本発明のカプセル型内視鏡の位置検出装置は、被検体内のカプセル型内視鏡から画像データ信号とともに送信された無線信号を複数の受信アンテナ（４０）により受信する受信アンテナユニットと、受信アンテナ（４０）が受信した画像と、該画像を受信する直前に受信した画像との相関度を算出する相関度算出部（５９３）と、相関度算出部（５９３）が算出した相関度に基づき、前記カプセル型内視鏡の位置および／または向きが変化したか否かを判定する判定部（５９４）と、判定部（５９４）により前記カプセル型内視鏡の位置および／または向きが変化したと判定された画像が撮像された時点の前記カプセル型内視鏡の位置について、位置および／または向きの推定処理を行う推定部（５９５）と、を備える。
2012117816.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体内のカプセル型内視鏡から画像データ信号とともに送信された無線信号を複数の受信アンテナにより受信する受信アンテナユニットと、
前記受信アンテナが受信した画像と、該画像を受信する直前に受信した画像との相関度を算出する相関度算出手段と、
前記相関度算出手段が算出した相関度に基づき、前記カプセル内視鏡の位置および／または向きが変化したか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段により前記カプセル内視鏡の位置および／または向きが変化したと判定された画像が撮像された時点の前記カプセル内視鏡について、位置および／または向きの推定処理を行う推定手段と、
を備えたことを特徴とするカプセル型内視鏡の位置検出装置。
【請求項２】
前記相関度算出手段は、相関度として正規化相互相関値または残差二乗和を算出することを特徴とする請求項１に記載のカプセル型内視鏡の位置検出装置。
【請求項３】
前記相関度算出手段は、相関度として画像内の所定領域の移動量を算出することを特徴とする請求項１に記載のカプセル型内視鏡の位置検出装置。
【請求項４】
前記相関度算出手段は、ブロックマッチング法またはオプティカルフローを用いて画像処理により前記移動量を算出することを特徴とする請求項３に記載のカプセル型内視鏡の位置検出装置。
【請求項５】
前記カプセル型内視鏡の被検体内での位置および向きに応じた、前記各受信アンテナが受信する前記無線信号の理論電界強度を記憶する記憶手段を備え、
前記推定手段は、
前記記憶手段から理論電界強度を取得し、前記各受信アンテナが受信した前記無線信号の受信電界強度と前記理論電界強度との差から算出した所定値を比較する電界強度比較手段と、
前記電界強度比較手段の比較結果に基づいて、前記画像データが撮影された前記カプセル型内視鏡の位置、または位置および向きを決定する位置決定手段と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載のカプセル型内視鏡の位置検出装置。
【請求項６】
前記受信アンテナユニットは、前記複数の受信アンテナを配置したシート状をなすことを特徴とする請求項１に記載のカプセル型内視鏡の位置検出装置。
【請求項７】
前記位置決定手段が決定したカプセル型内視鏡の位置からカプセル型内視鏡の軌跡を算出する軌跡算出手段を備えることを特徴とする請求項５に記載のカプセル型内視鏡の位置検出装置。
【請求項８】
被検体内の画像データを取得するカプセル型内視鏡と、
前記カプセル型内視鏡から送信される画像データを受信し、前記カプセル型内視鏡の位置および／向きが変化したと判定した場合に、前記カプセル内視鏡の位置および向きを推定する請求項１〜７のいずれか一つに記載の位置検出装置と、
前記受信装置から画像データおよび該画像データの位置情報を取得し、取得した前記画像データおよび位置情報を表示する画像表示手段と、
を備えることを特徴とするカプセル型内視鏡システム。
【請求項９】
前記画像表示手段は、前記画像データを表示するとともに、前記軌跡算出手段が算出したカプセル型内視鏡の被検体内での移動軌跡を表示することを特徴とする、請求項８に記載のカプセル型内視鏡システム。
【請求項１０】
被検体内のカプセル型内視鏡から送信される画像データを受信し、受信した画像データが撮像された前記カプセル型内視鏡の位置および向きを推定する位置検出装置に、
受信アンテナユニットの複数の受信アンテナが受信した前記カプセル型内視鏡が送信する無線信号を取得する無線信号取得手順と、
前記受信アンテナが受信した無線信号から画像を抽出し、該抽出した画像と、該画像を受信する直前に受信した画像との相関度を算出する相関度算出手順と、
前記相関度算出手順で算出した相関度に基づき、前記カプセル内視鏡の位置および／または向きが変化したか否かを判定する判定手順と、
前記判定手順により前記カプセル内視鏡の位置および／または向きが変化したと判定された画像が撮影された前記カプセル内視鏡について、位置および／または向きを推定する推定手順と、
を実行させることを特徴とするカプセル型内視鏡の位置決定プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体内のカプセル型内視鏡から送信される無線信号を被検体外の受信装置により受信し、受信した無線信号に基づきカプセル型内視鏡の位置を検出する位置検出装置およびカプセル型内視鏡システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、内視鏡の分野では、患者等の被検体の消化管内に導入可能な大きさに形成されたカプセル形状の筐体内に撮像機能や無線通信機能等を内蔵したカプセル型内視鏡が知られている。このカプセル型内視鏡は、被検体の口から飲み込まれた後、蠕動運動等によって消化管内等の被検体内部を移動する。そして、被検体内部を順次撮像して画像データを生成し、この画像データを順次無線送信する。【０００３】
このようにしてカプセル型内視鏡から無線送信された画像データは、被検体の外部に設けられた受信装置に受信され、受信装置が受信した画像データは、受信装置に内蔵されたメモリに記憶される。検査終了後、受信装置のメモリに蓄積された画像データは、画像表示装置に取り込まれる。医師や看護師等の観察者は、画像表示装置が表示する臓器画像等を観察し、被検体の診断が行なわれる。【０００４】
このカプセル型内視鏡は、蠕動運動等により体腔内を移動するため、カプセル型内視鏡により送信された画像データが、腔内のどの位置で撮影されたか正しく認識することが必要となる。【０００５】
このため、カプセル型内視鏡から送信された無線信号の強度信号に基づきカプセル型内視鏡の被検体内の位置を検出するカプセル型内視鏡システムが開示されている（例えば、特許文献１および２参照）。【０００６】
また、被検体内の情報を収集するセンサを設けて、該センサが収集した情報からカプセル型内視鏡の被検体内での位置等を把握するカプセル型内視鏡が開示されている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−２８８８０８号公報
【特許文献２】特開２００７−０００６０８号公報
【特許文献３】特表２０１０−５２４５５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１および２のカプセル型内視鏡システムでは、カプセル型内視鏡が撮像した全ての画像について位置を推定すると、推定処理に多くの時間が必要になる一方で、撮像した画像のうち数枚おきに位置を推定すると、カプセル型内視鏡の被検体内の位置により、カプセル型内視鏡が大きく移動する場合があり、カプセル型内視鏡の移動軌跡を正確に推定できないという問題を有する。【０００９】
また、特許文献３のカプセル型内視鏡システムでは、カプセル型内視鏡内にセンサを設けるため、カプセル型内視鏡内部の構成が複雑となり、小型化を図ることが困難であるとともに、センサに対する電力供給が必要となるため、消費電力の増加という問題を有していた。【００１０】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、カプセル型内視鏡を小型化しながら、体腔内のカプセル型内視鏡の位置および向きの推定処理を、適切なタイミングで短時間に行いうる受信装置およびカプセル型内視鏡システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるカプセル型内視鏡の位置検出装置は、被検体内のカプセル型内視鏡から画像データ信号とともに送信された無線信号を複数の受信アンテナにより受信する受信アンテナユニットと、前記受信アンテナが受信した画像と、該画像を受信する直前に受信した画像との相関度を算出する相関度算出手段と、前記相関度算出手段が算出した相関度に基づき、前記カプセル内視鏡の位置および／または向きが変化したか否かを判定する判定手段と、前記判定手段により前記カプセル内視鏡の位置および／または向きが変化したと判定された画像が撮像された時点の前記カプセル内視鏡について、位置および／または向きの推定処理を行う推定手段と、を備えたことを特徴とする。【００１２】
また、本発明にかかるカプセル型内視鏡の位置検出装置は、上記発明において、前記相関度算出手段は、相関度として正規化相互相関値または残差二乗和を算出することを特徴とする。【００１３】
また、本発明にかかるカプセル型内視鏡の位置検出装置は、上記発明において、前記相関度算出手段は、相関度として画像内の所定領域の移動量を算出することを特徴とする。【００１４】
また、本発明にかかるカプセル型内視鏡の位置検出装置は、上記発明において、前記相関度算出手段は、ブロックマッチング法またはオプティカルフローを用いて画像処理により前記移動量を算出することを特徴とする。【００１５】
また、本発明にかかるカプセル型内視鏡の位置検出装置は、上記発明において、前記カプセル型内視鏡の被検体内での位置および向きに応じた、前記各受信アンテナが受信する前記無線信号の理論電界強度を記憶する記憶手段を備え、前記推定手段は、前記記憶手段から理論電界強度を取得し、前記各受信アンテナが受信した前記無線信号の受信電界強度と前記理論電界強度との差から算出した所定値を比較する電界強度比較手段と、前記電界強度比較手段の比較結果に基づいて、前記画像データが撮影された前記カプセル型内視鏡の位置、または位置および向きを決定する位置決定手段と、を備えることを特徴とする。【００１６】
また、本発明にかかるカプセル型内視鏡の位置検出装置は、上記発明において、前記受信アンテナユニットは、前記複数の受信アンテナを配置したシート状をなすことを特徴とする。【００１７】
また、本発明にかかるカプセル型内視鏡の位置検出装置は、上記発明において、前記位置決定手段が決定したカプセル型内視鏡の位置からカプセル型内視鏡の軌跡を算出する軌跡算出手段を備えることを特徴とする。【００１８】
また、本発明にかかるカプセル型内視鏡システムは、被検体内の画像データを取得するカプセル型内視鏡と、前記カプセル型内視鏡から送信される画像データを受信し、前記カプセル型内視鏡の位置および／向きが変化したと判定した場合に、前記カプセル内視鏡の位置および向きを推定する上記に記載の位置検出装置と、前記受信装置から画像データおよび該画像データの位置情報を取得し、取得した前記画像データおよび位置情報を表示する画像表示手段と、備えることを特徴とする。【００１９】
また、本発明にかかるカプセル型内視鏡システムは、上記発明において、前記画像表示手段は、前記画像データを表示するとともに、前記軌跡算出手段が算出したカプセル型内視鏡の被検体内での移動軌跡を表示することを特徴とする。【００２０】
また、本発明にかかるカプセル型内視鏡の位置検出プログラムは、上記発明において、被検体内のカプセル型内視鏡から送信される画像データを受信し、受信した画像データが撮像された前記カプセル型内視鏡の位置および向きを推定する位置検出装置に、受信アンテナユニットの複数の受信アンテナが受信した前記カプセル型内視鏡が送信する無線信号を取得する無線信号取得手順と、前記受信アンテナが受信した無線信号から画像を抽出し、該抽出した画像と、該画像を受信する直前に受信した画像との相関度を算出する相関度算出手順と、前記相関度算出手順で算出した相関度に基づき、前記カプセル内視鏡の位置および／または向きが変化したか否かを判定する判定手順と、前記判定手順により前記カプセル内視鏡の位置および／または向きが変化したと判定された画像が撮影された前記カプセル内視鏡について、位置および／または向きを推定する推定手順と、を実行させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、時間的に前後する画像間の相関度に基づき、カプセル型内視鏡の位置および／または向きが変化したか否かを判定し、カプセル型内視鏡の位置および／または向きが変化したと判定された画像データについてのみ、撮像された位置および向きを推定することにより、カプセル型内視鏡の位置推定処理に要する時間を短縮するとともに、カプセル型内視鏡の被検体内での移動軌跡の正確な推定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１にかかる受信装置を用いたカプセル型内視鏡システムの概略構成を示す模式図である。
【図２】図２は、カプセル型内視鏡の内部の概略構成を示す断面図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態１にかかる受信装置の概略構成を示すブロック図である。
【図４】図４は、カプセル型内視鏡が撮像した画像とその相関度の関係を示す図である。
【図５Ａ】図５Ａは、カプセル型内視鏡の位置検出を説明するための模式図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図５Ａの領域をｘｙｚ方向に各４分割した模式図である。
【図６】図６は、カプセル型内視鏡のアンテナ（円形コイルを使用）を基準とした任意の位置における電磁界の成分を示す図である。
【図７】図７は、電磁界が媒質中を伝播する際に減衰する様子を示す図である。
【図８】図８は、カプセル型内視鏡は発生する電界と受信アンテナユニットの１の受信アンテナの向きとの関係を示す図である。
【図９Ａ】図９Ａは、カプセル型内視鏡の被検体内での軌跡を画像表示装置で表示した図の一例である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、カプセル型内視鏡の被検体内での軌跡を画像表示装置で表示した図の一例である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、特定画像内の所定領域にテンプレートを設定した場合を示す図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、相関度を算出する特定画像内の所定領域にテンプレートを配置した場合を示す図である。
【図１０Ｃ】図１０Ｃは、相関度を算出する画像内で設定したテンプレートと最も類似するテンプレートを探索する例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に、本発明の実施の形態にかかる受信装置およびカプセル型内視鏡システムについて、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明においては、本発明にかかる受信装置およびカプセル型内視鏡システムの一例として、被検体の体内に導入されて被検体の体内画像を撮像するカプセル型内視鏡を含むカプセル型内視鏡システムを例示するが、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２４】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１にかかる受信装置５を用いたカプセル型内視鏡システム１の概略構成を示す模式図である。図１に示すように、カプセル型内視鏡システム１は、被検体２内の体内画像を撮像するカプセル型内視鏡３と、被検体２内部に導入されたカプセル型内視鏡３によって無線送信された無線信号を、受信アンテナユニット４を介して受信するとともに、カプセル型内視鏡３によって撮像された被検体２内の画像データの撮像位置を推定する受信装置５と、カプセル型内視鏡３によって撮像された被検体２内の画像データに対応する画像を表示する画像表示装置６と、を備える。
【００２５】
図２は、カプセル型内視鏡３の内部の概略構成を示す断面図である。図２に示すように、カプセル型内視鏡３は、一方の端が半球状のドーム形状をしており他方の端が開口した略円筒形状又は半楕円球状の容器３０ａと、容器３０ａの開口に嵌められることで容器３０ａ内を水密に封止する半球形状の光学ドーム３０ｂとからなるカプセル型容器３０（筐体）内に収容される。このカプセル型容器３０（３０ａ、３０ｂ）は、例えば被検体２が飲み込める程度の大きさである。また、本実施の形態１において、少なくとも光学ドーム３０ｂは透明な材料により形成される。
【００２６】
また、カプセル型内視鏡３は、光学ドーム３０ｂを介して入射された光を結像する対物レンズ３２と、対物レンズ３２を取り付けるレンズ枠３３と、対物レンズ３２により入射された光信号を電気信号に変換して撮像信号を形成する撮像部３４と、撮像時に被検体２内部を照明する照明部３５と、撮像部３４及び照明部３５をそれぞれ駆動するとともに、撮像部３４から入力される撮像信号から画像信号を生成する処理回路等が形成された回路基板３６と、画像信号を送信するとともに、体腔外の受信装置５等からの信号を受信する送受信回路３７と、前記各機能部に電源を供給する複数のボタン型電池３８と、アンテナ３９と、を備える。
【００２７】
カプセル型内視鏡３は、被検体２内に飲み込まれることによって被検体２内の食道を通過し、消化管腔の蠕動運動によって体腔内を移動する。カプセル型内視鏡３は、体腔内を移動しながら微小な時間間隔、たとえば０．５秒間隔で被検体２の体腔内を逐次撮像し、撮像した被検体２内の画像データを生成して受信装置５に順次送信する。本実施の形態１では、カプセル型内視鏡３の撮像部３４で撮像した画像データの画像信号により位置推定処理を行うことも可能であるが、撮像した画像信号とカプセル型内視鏡３の位置検出用の受信強度検出信号を含む送信信号を生成し、受信強度が検出し易い受信強度検出信号により位置検出処理を行うことが好ましい。
【００２８】
位置検出装置は、複数の受信アンテナ４０（４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ、４０ｅ、４０ｆ、４０ｇ、４０ｈ）を配置したシート状の受信アンテナユニット４と、受信装置とを備える。受信装置５は、受信アンテナユニット４とアンテナケーブル４３で接続される。受信装置５は、各受信アンテナ４０ａ〜４０ｈを介してカプセル型内視鏡３から送信された無線信号を受信する。受信装置５は、カプセル型内視鏡３から受信した無線信号５の受信電界強度を受信アンテナ４０ａ〜４０ｈごとに検出するとともに、受信した無線信号をもとに被検体２内の画像データを取得する。受信装置５は、各受信アンテナ４０ａ〜４０ｈの受信電界強度情報および時刻を示す時刻情報等を、受信した画像データに対応付けて後述する記憶部（図３参照）に記憶する。
【００２９】
受信装置５は、カプセル型内視鏡３により撮像が行われている間、たとえば被検体２の口から導入され、消化管内を通過して被検体２から排出されるまでの間、被検体２に携帯される。受信装置５は、カプセル型内視鏡３による検査の終了後、被検体２から取り外され、カプセル型内視鏡３から受信した画像データ等の情報の転送のため、画像表示装置６に接続される。
【００３０】
各受信アンテナ４０ａ〜４０ｈは、シート４４の所定の位置、たとえば受信アンテナユニット４を被検体２に装着したときに、カプセル型内視鏡３の通過経路である被検体２内の各臓器に対応した位置に配置される。なお、受信アンテナ４０ａ〜４０ｈの配置は、検査または診断等の目的に応じて任意に変更してもよい。本実施の形態では、８個の受信アンテナを使用しているが、受信アンテナの数は８個に限定して解釈する必要はなく、８個より少なくても多くてもよい。
【００３１】
画像表示装置６は、液晶ディスプレイ等のモニタ部６ｃを備えたワークステーションまたはパーソナルコンピュータを用いて構成される。画像表示装置６は、受信装置５を介して取得した被検体２内の画像データに対応する画像を表示する。画像表示装置６には、受信装置５のメモリから画像データを読み取るクレードル６ａと、キーボード、マウス等の操作入力デバイス６ｂとが接続される。クレードル６ａは、受信装置５が装着された際に受信装置５のメモリから画像データや、この画像データに関連付けされた受信電界強度情報、時刻情報およびカプセル型内視鏡３の識別情報等の関連情報を取得し、取得した各種情報を画像表示装置６に転送する。操作入力デバイス６ｂは、ユーザによる入力を受け付ける。これにより、ユーザは、操作入力デバイス６ｂを操作しつつ、画像表示装置６が順次表示する被検体２内の画像を見ながら、被検体２内部の生体部位、たとえば食道、胃、小腸および大腸等を観察し、被検体２を診断する。
【００３２】
つぎに、図１に示した受信装置５の構成について詳細に説明する。図３は、図１に示した受信装置５の構成を示すブロック図である。
【００３３】
図３に示すように、受信装置５は、上述した各受信アンテナ４０ａ〜４０ｈと、受信アンテナ４０ａ〜４０ｈを択一的に切り替えるアンテナ切替選択スイッチ部４９と、アンテナ切替選択スイッチ部４９によって選択された各受信アンテナ４０ａ〜４０ｈのいずれか一つを介して受信した無線信号に対して復調等の処理を行う送受信回路５０と、送受信回路５０から出力される無線信号から画像データ等を抽出する信号処理を行う信号処理回路５１と、送受信回路５０から出力される無線信号の強度に基づいて受信電界強度を検出する受信電界強度検出部５２と、受信アンテナ４０ａ〜４０ｈを択一的に切り替えて受信アンテナ４０ａ〜４０ｈのいずれかに電力を供給するアンテナ電源切替選択部５３と、カプセル型内視鏡３から受信した画像データに対応する画像を表示する表示部５４と、指示操作を行う操作部５５と、カプセル型内視鏡３から受信した画像データを含む各種情報を記憶する記憶部５６と、クレードル６ａを介して画像表示装置６と相互方向に送受信を行うＩ／Ｆ部５７と、受信装置５の各部に電力を供給する電源部５８と、受信装置５の動作を制御する制御部５９と、を有する。
【００３４】
受信アンテナ４０ａは、アンテナ部４１ａと、能動回路４２ａと、アンテナケーブル４３ａとを有する。アンテナ部４１ａは、たとえば開放型のアンテナやループアンテナを用いて構成され、カプセル型内視鏡３から送信される無線信号を受信する。能動回路４２ａは、アンテナ部４１ａに接続され、アンテナ部４１ａのインピーダンスマッチングおよび受信した無線信号の増幅や減衰等を行う。アンテナケーブル４３ａは、同軸ケーブルを用いて構成され、一端が能動回路４２ａに接続され、他端が受信装置５のアンテナ切替選択スイッチ部４９およびアンテナ電源切替選択部５３にそれぞれ電気的に接続される。アンテナケーブル４３ａは、アンテナ部４１ａが受信した無線信号を受信装置５に伝送するとともに、受信装置５から供給される電力を能動回路４２ａに伝送する。なお、受信アンテナ４０ｂ〜４０ｈは、受信アンテナ４０ａと同様の構成を有するので、説明を省略する。
【００３５】
アンテナ切替選択スイッチ部４９は、機械式スイッチまたは半導体スイッチ等を用いて構成される。アンテナ切替選択スイッチ部４９は、各受信アンテナ４０ａ〜４０ｈにコンデンサＣ１をそれぞれ介して電気的に接続される。アンテナ切替選択スイッチ部４９は、制御部５９から無線信号を受信する受信アンテナ４０ａ〜４０ｈを切り替る切替信号Ｓ１が入力された場合、切替信号Ｓ１が指示する受信アンテナ４０を選択し、この選択した受信アンテナ４０ａ〜４０ｈを介して受信された無線信号を送受信回路５０に出力する。なお、各受信アンテナ４０ａ〜４０ｈそれぞれに接続されるコンデンサの容量は、コンデンサＣ１の容量と等しい。
【００３６】
送受信回路５０は、アンテナ切替選択スイッチ部４９によって選択された受信アンテナ４０（４０ａ〜４０ｈ）を介して受信された無線信号に対して所定の処理、たとえば復調や増幅等の処理を行って信号処理回路５１と受信電界強度検出部５２とにそれぞれ出力する。
【００３７】
信号処理回路５１は、送受信回路５０から入力された無線信号の中から画像データを抽出し、抽出した画像データに対して所定の処理、たとえば各種の画像処理やＡ／Ｄ変換処理等を行って制御部５９に出力する。
【００３８】
受信電界強度検出部５２は、送受信回路５０から入力された無線信号の強度に応じた受信電界強度を検出し、検出した受信電界強度に対応する受信電界強度信号（ＲＳＳＩ：Received  Signal  Strength  Indicator）を制御部５９に出力する。
【００３９】
アンテナ電源切替選択部５３は、各受信アンテナ４０ａ〜４０ｈにコイルＬ１をそれぞれ介して電気的に接続される。アンテナ電源切替選択部５３は、アンテナ切替選択スイッチ部４９によって選択された受信アンテナ４０ａ〜４０ｈに対して電力をアンテナケーブル４３（４３ａ〜４３ｈ）を介して供給する。アンテナ電源切替選択部５３は、電源切替選択スイッチ部５３１と、異常検出部５３２とを有する。なお、各受信アンテナ４０ａ〜４０ｈそれぞれに接続されるコイルの電気的特性は、コイルＬ１の電気的特性と等しい。
【００４０】
電源切替選択スイッチ部５３１は、機械式スイッチまたは半導体スイッチ等を用いて構成される。電源切替選択スイッチ部５３１は、制御部５９から電力を供給する受信アンテナ４０ａ〜４０ｈを選択する選択信号Ｓ２が入力された場合、選択信号Ｓ２が指示する受信アンテナ４０ａ〜４０ｈを選択し、この選択した受信アンテナ４０ａ〜４０ｈのみに電力を供給する。
【００４１】
異常検出部５３２は、電力を供給する受信アンテナ４０ａ〜４０ｈに異常が生じている場合、電力を供給する受信アンテナ４０ａ〜４０ｈに異常が生じていることを示す異常信号を制御部５９に出力する。
【００４２】
表示部５４は、液晶または有機ＥＬ（Electro  Luminescence）等からなる表示パネルを用いて構成される。表示部５４は、カプセル型内視鏡３が撮像した画像データに対応する画像、受信装置５の動作状態、被検体２の患者情報および検査日時等の各種情報を表示する。
【００４３】
操作部５５は、カプセル型内視鏡３の撮像周期を変更させる等の指示信号を入力することができる。操作部５５により指示信号を入力すると、信号処理回路５１は、送受信回路５０に指示信号を送り、送受信回路５０は指示信号を変調して受信アンテナ４０ａ〜４０ｈから送信する。受信アンテナ４０ａ〜４０ｈから送信された信号は、アンテナ３９により受信され、送受信回路３７により復調され、回路基板３６は、指示信号に対応して、例えば撮像周期を変更する動作等を行う。
【００４４】
記憶部５６は、受信装置５の内部に固定的に設けられるフラッシュメモリやＲＡＭ（Random  Access  Memory）等の半導体メモリを用いて構成される。記憶部５６は、画像データを撮像した被検体内２でのカプセル型内視鏡３の位置および向きを推定処理するための、理論電界強度データ５６１を有する。理論電界強度データ５６１は、カプセル型内視鏡３の被検体２内での位置および向きに応じた、各受信アンテナ４０ａ〜４０ｈが受信する無線信号の受信電界強度の理論値データである。また、記憶部５６は、カプセル型内視鏡３が撮像した画像データやこの画像データに対応付けされた各種情報、たとえば推定したカプセル型内視鏡３の位置および向き情報、受信電界強度情報および無線信号を受信した受信アンテナを識別する識別情報等を記憶する。さらに、記憶部５６は、受信装置５が実行する各種プログラム等を記憶する。なお、記憶部５６に対し、外部からメモリカード等の記録媒体に対して情報を記憶する一方、記録媒体が記憶する情報を読み出す記録媒体インターフェースとしての機能を具備させてもよい。
【００４５】
Ｉ／Ｆ部５７は、通信インターフェースとしての機能を有し、クレードル６ａを介して画像表示装置６と相互方向に送受信を行う。
【００４６】
電源部５８は、受信装置５に着脱自在なバッテリとオンオフ状態を切り替えるスイッチ部とを用いて構成される。電源部５８は、オン状態において受信装置５の各構成部に必要な駆動電力を供給し、オフ状態において受信装置５の各構成部に供給する駆動電力を停止する。
【００４７】
制御部５９は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）等を用いて構成される。制御部５９は、記憶部５６からプログラムを読み出して実行し、受信装置５を構成する各部に対する指示やデータの転送等を行って受信装置５の動作を統括的に制御する。制御部５９は、選択制御部５９１と、異常情報付加部５９２と、相関度算出部５９３と、判定部５９４と、推定部５９５と、軌跡算出部５９８とを有する。
【００４８】
選択制御部５９１は、カプセル型内視鏡３から送信される無線信号を受信する一つの受信アンテナ４０ａ〜４０ｈを選択するとともに、選択した受信アンテナ４０ａ〜４０ｈのみに電力を供給する制御を行う。具体的には、選択制御部５９１は、受信電界強度検出部５２が検出した各受信アンテナ４０ａ〜４０ｈの電界受信強度に基づいて、カプセル型内視鏡３から送信される無線信号を受信する一つの受信アンテナ４０を選択するとともに、選択した受信アンテナ４０ａ〜４０ｈのみに電力を供給する制御を行う。選択制御部５９１は、所定のタイミング毎、たとえば１００ｍｓｅｃ毎にアンテナ切替選択スイッチ部４９を駆動させ、各受信アンテナ４０ａ〜４０ｈの中から無線信号を受信する受信アンテナ４０ａ〜４０ｈを順次選択して受信電界強度検出部５２に受信電界強度を検出させる。
【００４９】
異常情報付加部５９２は、異常検出部５３２が各受信アンテナ４０ａ〜４０ｈのいずれか一つで異常を検出した場合、受信アンテナ４０が受信した無線信号に対し、各受信アンテナ４０ａ〜４０ｈのいずれか一つに異常が生じていることを示す異常情報を付加して記憶部５６に出力する。具体的には、異常情報付加部５９２は、受信アンテナ４０ａ〜４０ｈが受信した無線信号に対して信号処理回路５１が信号処理を行った画像データに、異常情報（フラグ）を付加して記憶部５６に出力する。
【００５０】
相関度算出部５９３は、各受信アンテナ４０ａ〜４０ｈが受信した画像について、直前に受信した画像との相関度を算出する。
【００５１】
判定部５９４は、相関度算出部５９３が算出した画像間の相関度に基づき、カプセル型内視鏡３の被検体２内での位置および／または向きが変化したか否かを判定する。判定部５９４が、画像の位置または向きが変化したと判定した場合、後述する推定部５９５が画像の位置および向きの推定処理を行う。
【００５２】
推定部５９５は、電界強度比較部５９６と、位置決定部５９７とを備える。電界強度比較部５９６は、各受信アンテナ４０ａ〜４０ｈが受信した無線信号の受信電界強度と記憶部５６に記憶された理論電界強度との残差二乗和を、カプセル型内視鏡３が被検体２内で存在しうる被検体内での位置および向き毎に算出する。
【００５３】
位置決定部５９７は、電界強度比較部５９６が算出した残差二乗和または絶対残差の和に基づいて、画像データが撮像されたカプセル型内視鏡３の位置および向きを決定する。位置決定部５９７は、残差二乗和が最も小さい領域および向きを、画像データが撮影されたカプセル型内視鏡３の位置および向きとして決定する。
【００５４】
軌跡算出部５９８は、各画像データについて位置決定部５９７が決定したカプセル型内視鏡３の位置情報に基づき、カプセル型内視鏡３の被検体２内での移動軌跡を算出する。
【００５５】
本実施の形態１では、受信装置５が、直前に受信した画像との間の相関度を算出する相関度算出部５９３と、相関度算出部５９３が算出した相関度に基づき、カプセル内視鏡３の位置および／または向きが変化したか否かを判定する判定部５９４と、位置検出処理を行う推定部５９５とを備え、判定部５９４がカプセル型内視鏡３の位置および向きが変化したと判定した画像について、推定部５９５が位置および向きの推定処理を行う。以下、本実施の形態１の受信装置５におけるカプセル型内視鏡３の位置および向きの推定処理について、詳細に説明する。
【００５６】
本実施の形態１では、まず、相関度算出部５９３が、カプセル型内視鏡３が撮像した画像に対して、直前に撮像された画像との間の相関度を算出する。図４は、カプセル型内視鏡３が撮像した画像とその相関度の関係を示す図である。
【００５７】
図４に示すように、カプセル型内視鏡３が被検体２の口から導入されて肛門から排出される間に、画像Ａ１〜Ａｎを撮像した場合、相関度算出部５９３は、最初に撮像された画像Ａ１を除くすべての画像Ａ２〜Ａｎに対して、直前に撮像された画像との間の相関度Ｓ１〜Ｓｎ−１（Ｓｎ−１はＡｎのＡｎ−１に対する相関度）を算出する。
【００５８】
例えば、相関度Ｓ１を算出する場合、まず、画像Ａ２および画像Ａ１に属する画素について領域Ｈ２（ｉ，ｊ）、領域Ｈ１（ｉ，ｊ）（ｉ＝１，２，・・・，ｐ；ｊ＝１，２，・・・，ｑ）を設定する。そして、領域Ｈ２（ｉ，ｊ）、領域Ｈ１（ｉ，ｊ）の画素値に基づき、下記式（１）および（２）に示す数式から正規化相互相関値を算出する。
【数１】
2012117816.tif 000003
【００５９】
正規化相互相関値は、−１〜１の値をとり、１に近いほど画像間の類似性が高くなる。したがって、時間的に前後して撮像された２枚の画像間の正規化相互相関値が、所定の閾値より大きければ、シーンチェンジしていない（カプセル型内視鏡３の位置や向きが変化していない）と判断する。また、正規化相互相関値が所定の閾値より小さければシーンチャンジした（カプセル型内視鏡３の位置や向きが変化した）と判断する。
【００６０】
図４では、相関度Ｓ４、Ｓｎ−３、Ｓｎ−２、およびＳｎ−１の値が−１に近く、シーンチェンジしたと判断できるため、画像Ａ５、Ａｎ−２、Ａｎ−１およびＡｎについてカプセル型内視鏡３の位置および向きを推定する。なお、画像全体でなく、中心部の特定の領域についての正規化相互相関値を算出して相関度を判定したり、画像を複数の領域に分割し、分割した領域毎に正規化相互相関値を算出して、カプセル型内視鏡３の動き（カプセル型内視鏡３の位置／向きの変化）を判断してもよい。
【００６１】
また、正規化相互相関に換えて、画素値の残差二乗和により相関度を判断してもよい。残差二乗和は、画像Ａ２および画像Ａ１に属する画素について領域Ｈ２（ｉ，ｊ）、領域Ｈ１（ｉ，ｊ）（ｉ＝１，２，・・・，ｐ、ｊ＝１，２，・・・，ｑ）を設定し、各領域Ｈ１（ｉ，ｊ）、領域Ｈ２（ｉ，ｊ）の画素値から、下記式（３）に示す数式から残差二乗和を算出する。
【数２】
2012117816.tif 000004
【００６２】
残差二乗和は、０に近いほど画像間の類似性が高くなる。したがって、残差二乗和が０に近いほど類似していると判断できる。したがって、残差二乗和が所定の閾値より小さければ、シーンチェンジしていない（カプセル型内視鏡３の位置や向きが変化していない）と判断する。また、残差二乗和が所定の閾値より大きければシーンチャンジした（カプセル型内視鏡３の位置や向きが変化した）と判断する。
【００６３】
さらに、各画像は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色成分に対する画素値を持つため、正規化相互相関値および残差二乗和も各色成分で算出できる。したがって、各色成分の正規化相互相関値または残差二乗和の平均値から画像間の相関度を判断してもよい。
【００６４】
以下、判定部５９４がカプセル型内視鏡３の位置および向きが変化したと判定した場合に、カプセル型内視鏡３の位置および向きを算出する方法を説明する。
【００６５】
本実施の形態１では、電界強度比較部５９６が、受信アンテナ４０ａ〜４０ｈが受信した無線信号の受信電界強度と記憶部５６に記憶された理論電界強度との残差二乗和をカプセル型内視鏡３が被検体２内で存在しうる被検体２内での位置および向き毎に算出し、位置決定部５９７が、電界強度比較部５９６が算出した残差二乗和が最も小さい領域および向きを、画像データが撮影されたカプセル型内視鏡３の位置および向きとして決定する。
【００６６】
ここで、記憶部５６に予め記憶される理論電界強度データ５６１の算出方法について説明する。まず、カプセル型内視鏡３が導入される被検体２内で、検査または診断等の目的に応じてカプセル型内視鏡３が存在しうる所定の存在可能領域Ｔを設定する。この存在可能領域Ｔは、被検体２の身体の大きさに応じて設定され、例えば図５Ａに示すように３００ｍｍ×３００ｍｍ×３００ｍｍの立方体からなる領域である。存在可能領域Ｔは、受信アンテナユニット４のシート状の表面が一つの境界面と一致するように設定される。図５Ａに示す場合、受信アンテナユニット４は、存在可能領域Ｔの一つの境界面であるＸＹ平面上に設けられる。
【００６７】
カプセル型内視鏡３の存在可能領域は、所望する精度に応じて、複数の部分領域に分割される。図５Ｂにおいては、受信アンテナユニット４が位置する境界面の中心を原点とし、存在可能領域Ｔのいずれかの辺と平行で互いに直交する３つの軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）を有する直交座標系ＸＹＺに対し、各軸方向に４分割した場合を示している。この場合、存在可能領域Ｔは、６４（＝４×４×４）個の部分領域に分割される。各部分領域は、Ｐ１１１、Ｐ１１２、Ｐ１１３、Ｐ１１４、Ｐ１２１、Ｐ１２２、・・・、Ｐ１４４、Ｐ２１１、Ｐ２１２、・・・、Ｐ４４４とラベル付けされる。なお、カプセル型内視鏡３が部分領域Ｐｉｊｋに存在する場合には、その部分領域Ｐｉｊｋの中心Ｇｘｙｚに位置するものと仮定する。
【００６８】
以下の説明では、図６に示すように、カプセル型内視鏡３内に配置された円形ループ状をなすアンテナ３９の重心を原点（ＯL）とし、円形ループの開口面の法線方向をＺL軸とする直交座標系ＸLＹLＺLを考える。この直交座標系ＸLＹLＺLにおいて、アンテナ３９を流れる電流が任意の位置Ｐに形成する電磁界の極座標成分は、次の式（４）で表される。
Ｈｒ＝（ＩＳ/２π）（ｊｋ/ｒ２＋１/ｒ３）exp（-ｊｋｒ）cosθ
Ｈθ＝（ＩＳ/４π）（-ｋ２/ｒ＋ｊｋ/ｒ２＋１/ｒ３）exp（-ｊｋｒ）sinθ  ・・・（４）
Ｅψ＝−（ｊωμＩＳ/４π）（ｊｋ/ｒ＋１/ｒ２）exp（-ｊｋｒ）sinθ
ここで、ＨｒおよびＨθは磁界成分、Ｅψは電界成分を表し、またＩとＳはアンテナ３９に流れる電流とそのアンテナ３９を構成する円形ループの開口面の面積である。また、ｋ＝ω（εμ）１／２（εは誘電率、μは透磁率）は波数、ｊは虚数単位である。ここで、式（４）中、ｒ−１の項は放射電磁界、ｒ−２の項は誘導電磁界、ｒ−３の項は静電磁界の成分である。
【００６９】
カプセル型内視鏡３内に配置されたアンテナ３９により発生する電磁界の周波数が高く、図１に示すようにカプセル型内視鏡３と、被検体２の体表面に取り付けられた各受信アンテナ４０（４０ａ〜４０ｈ）との距離が十分離れている場合には、受信アンテナ４０（４０ａ〜４０ｈ）に到達する電磁界（電磁波）は、放射電磁界の成分が最も大きくなる。従って、静電磁界および誘導電磁界の成分は、放射電磁界の成分より小さくなり、これらを無視することができる。よって、式（４）は、次の式（５）のようになる。
Ｈｒ＝０
Ｈθ＝（ＩＳ/４π）（-ｋ２/ｒ）exp（-ｊｋｒ）sinθ      ・・・（５）
Ｅψ＝−（ｊωμＩＳ/４π）（ｊｋ/ｒ）exp（-ｊｋｒ）sinθ
【００７０】
被検体２の体表面に取り付けられた受信アンテナ４０が電界を検出する電界検出用のアンテナであるとすると、式（５）でその検出に必要な式は電界Ｅψとなる。したがって、電界Ｅψの瞬時値は、交流理論を用いて、式（５）の電界Ｅψの両辺にexp（ｊωｔ）を掛けて実部を抽出することにより求められる。
Ｅψexp（ｊωｔ）
＝−（ｊωμＩＳ/４π）（ｊｋ/ｒ）exp（-ｊｋｒ）sinθexp（ｊωｔ）
＝（ωμＩＳｋ/４πｒ）（cosＵ＋ｊsinＵ）sinθ    ・・・（６）
但し、Ｕ＝ωｔ−ｋｒである。ここで、式（６）の実部を抽出すると、電界の瞬時値Ｅ′ψは次のようになる。
Ｅ′ψ＝（ωμＩＳｋ/４πｒ）cosＵsinθ          ・・・（７）
【００７１】
また、式（７）を直交座標系ＸＬＹＬＺＬで表示すると、成分ＥＬｘ，ＥＬｙ，ＥＬｚは、
ＥＬｘ＝Ｅ′ψsinψ＝（ωμＩＳｋ/４πｒ２）cosＵ・（-ｙＬ）
ＥＬｙ＝Ｅ′ψcosψ＝（ωμＩＳｋ/４πｒ２）cosＵ・ｘＬ    ・・・（８）
ＥＬｚ＝０
となる。
【００７２】
電磁波が媒質中を伝搬する場合、図７に示すように、媒質の特性（導電率など）により電磁波のエネルギーが伝搬していく媒質により吸収される。電磁波が例えばｘ方向に伝搬していくに従って減衰因子αｄで指数関数的に減衰し、以下に示す式（９）で表すことができる。
Ａｒ＝exp（-αｄｘ）                                    ・・・（９）
αｄ＝（ω２εμ／２）１／２［（１＋κ２／（ω２ε２））１／２−１］１／２
但し、ε＝εｏεｒ（εｏ：真空の誘電率、εｒ：比誘電率）、μ＝μｏμｒ（μｏ：真空の透磁率、μｒ：比透磁率）、ωは角周波数、κは導電率である。
【００７３】
従って、生体内の特性を考慮した場合の電界の瞬時値ＥＬの直交座標系ＸＬＹＬＺＬの各成分ＥＬｘ，ＥＬｙ，ＥＬｚは、次の式（１０）のようになる。
ＥＬｘ＝ＡｒＥ′ψsinψ＝exp（-αｄｒ）（ωμＩＳｋ/４πｒ２）cosＵ・（-ｙＬ）
ＥＬｙ＝ＡｒＥ′ψcosψ＝exp（-αｄｒ）（ωμＩＳｋ/４πｒ２）cosＵ・ｘＬ  ・・・（１０）
ＥＬｚ＝０
となる。
【００７４】
また、カプセル型内視鏡３のアンテナ３９を基準とした座標系ＸＬＹＬＺＬにおいて、位置Ｐ（ＸＬ、ＹＬ、ＺＬ）を被検体２に貼り付けられた受信アンテナユニット４の中心（図５ＡのＯ）を原点とする座標系ＸＷＹＷＺＷに変換する式は、
【数３】
2012117816.tif 000005
となる。ただし、（ｘＷＰ，ｙＷＰ，ｚＷＰ）と（ｘＷＧ，ｙＷＧ，ｚＷＧ）とは座標系ＸＷＹＷＺＷでの位置Ｐおよびアンテナ３９の位置Ｇをそれぞれ表す。また、式（１２）の右辺Ｒは、座標系ＸＷＹＷＺＷと座標系ＸＬＹＬＺＬとの回転マトリクスを表し、次の式で求められる。
【数４】
2012117816.tif 000006
ただし、αはＺ軸まわりの回転角、βはＹ軸まわりの回転角である。
【００７５】
したがって、被検体２に貼り付けられた受信アンテナユニット４の中心（図５ＡのＯ）を原点とした座標系ＸＷＹＷＺＷにおける任意の位置Ｐ（ｘＷＰ，ｙＷＰ，ｚＷＰ）の電界ＥＷは、
【数５】
2012117816.tif 000007
となり、式（１０）〜（１２）を式（１３）に代入することにより以下のような電界ＥＷの式（１４）が得られる。
【数６】
2012117816.tif 000008
但し、ｋ１は定数、ベクトル（ｇｘ、ｇｙ、ｇｚ）は、アンテナ３９の向きｇを表す。本実施の形態１では、アンテナ３９の向き（ｇｘ、ｇｙ、ｇｚ）もカプセル型内視鏡３の位置とともに事前に設定して、カプセル型内視鏡３が所定の領域に位置し、所定の向きをとる場合の各受信アンテナ４０の理論電界強度を算出する。アンテナ３９の向きは、所望の精度に応じて、例えば、水平軸および鉛直軸から１°きざみで設定すればよい。
【００７６】
また、アンテナ３９が発生した電界ＥＷを、受信アンテナユニット４を構成する受信アンテナ４０ａで受信したときに検出される起電力Ｖｔａは、電界ＥＷと、被検体２を基準とした座標系での受信アンテナユニット４の受信アンテナ４０ａ（アンテナ部４１ａ）の向きを表すベクトルＤａ＝（Ｄｘａ，Ｄｙａ，Ｄｚａ）（図８参照）との内積を用いて以下の式で算出できる。
Ｖｔａ＝ｋ２（ＥＷｘＤｘａ＋ＥＷｙＤｙａ＋ＥＷｚＤｚａ）        ・・・（１５）
ただし、ｋ２は定数。同様に、被検体２の体に複数配置された受信アンテナユニット４の各受信アンテナについて、受信アンテナ４０ｂ〜受信アンテナ４０ｈで受信したときの起電力Ｖｔｂ、・・・、Ｖｔｈも求められる。
【００７７】
以上のようにして各受信アンテナ４０が受信する理論電界強度Ｖｔｉを算出し、分割領域の中心位置Ｇ毎に記憶部５６に理論電界強度データ５６１として記憶する。
【００７８】
電界強度比較部５９６は、カプセル型内視鏡３が存在しうる各領域の中心位置Ｇについて、アンテナ３９の向きｇ毎に、各受信アンテナ４０が受信した受信電界強度と、上記のようにして算出され理論電界強度データ５６１として記憶部５６に記憶された理論電界強度との残差二乗和を算出する。受信アンテナ４０で受信した電界強度をＶｍｉ（ｉは受信アンテナの番号、本実施の形態ではｉ＝ａ〜ｈ）とすると、残差二乗和Ｓは、以下の式で算出できる。
【数７】
2012117816.tif 000009
【００７９】
電界強度比較部５９６は、カプセル型内視鏡３が存在しうる各領域の中心位置Ｇについて、アンテナ３９の向きｇ毎に、各受信アンテナ４０が受信した受信電界強度Ｖｍｉと、上記のようにして算出され理論電界強度データ５６１として記憶部に記憶された理論電界強度Ｖｔｉとの残差二乗和を算出しているため、例えば、推定する中心位置Ｇの総数と同数（あるいは推定する中心位置Ｇの総数の因数、または因数以下の数でもよい）のＣＰＵを電界強度比較部５９６として同時に推定処理に使用することにより、カプセル型内視鏡３の位置および向きの推定処理の高速化を図ることが可能となる。
【００８０】
位置決定部５９７は、電界強度比較部５９６が上記のようにして算出した残差二乗和Ｓのうち、最小となるカプセル型内視鏡３の中心位置Ｇ、およびアンテナ３９の向きｇを、カプセル型内視鏡３の位置および向きとして決定する。
【００８１】
推定部５９５は、上記のようにしてカプセル型内視鏡３の被検体２内での位置および向きを推定することができるが、ほかにも、例えば、特開２００７−２８３００１号公報に記載するように、ガウス−ニュートン法を用いてカプセル型内視鏡３の位置および向きを反復改良により求めてもよい。
【００８２】
このようにして受信装置５の記憶部５６には、推定されたカプセル型内視鏡３の位置及び向きの情報が、画像データおよび各画像データのフレーム番号Ｎｆと共に順次（経時的に）格納される。軌跡算出部５９８は、順次格納されたカプセル型内視鏡３の位置から、カプセル型内視鏡３の被検体２内での移動軌跡を推定（算出）する。
【００８３】
このようにして算出された移動軌跡は、画像表示装置６で表示される。具体的には、図１に示すように受信装置５をクレードル６ａに接続し、この受信装置５から、記憶部５６に格納された画像データ及びフレーム番号Ｎｆ及びカプセル型内視鏡３の位置及び向きの情報を画像表示装置６に転送し、モニタ部６ｃにそれらの情報を表示させることができる。
【００８４】
図９Ａ及び図９Ｂは、モニタ部６ｃでのカプセル型内視鏡３の被検体２内での移動軌跡の表示例を示す。図９Ａに示すように、モニタ部６ｃは、被検体２内におけるカプセル型内視鏡３の撮像位置を直線で接続して、被検体２内でのカプセル型内視鏡３の移動軌跡を示す副画像領域６１と、カプセル型内視鏡３が撮像した画像データを表示する主画像表示領域６２とを備える。
【００８５】
また、副画像領域６１の右側に示す符号Ａ，Ｂ，Ｃは体腔内における臓器の概略の位置を示し、具体的には符号Ａは食道、Ｂは小腸、Ｃは大腸を表す。また、位置Ｐｉは、主画像表示領域６２に表示する画像データの撮像位置として推定された位置を示している。推定した撮像位置Ｐｉを直線で接続し、これを軌跡として示す図９Ａの他に、例えば図９Ｂに示すように、隣接する各撮像位置の間をスプライン補間のような補間処理を行い、推定したカプセル型内視鏡３の撮像位置を滑らかな曲線で接続するように表示してもよい。
【００８６】
上記のように、カプセル型内視鏡３の存在しうる領域を複数の小領域に分割し、分割した領域毎にカプセル型内視鏡３の向きに応じた理論電界強度Ｖｔｉを予め記憶しているため、理論電界強度Ｖｔｉ算出のための処理負荷を軽減することができる。また、記憶された理論電界強度Ｖｔｉと、実際に各受信アンテナ４０が受信した受信電界強度Ｖｍｉとの残差二乗和という簡易な演算処理により得られる数値に基づき、画像データが撮像されたカプセル型内視鏡３の位置および向きを決定するため、位置推定処理を高速化することが可能となる。
【００８７】
さらに、複数の受信アンテナ４０を配置したシート状の受信アンテナユニット４を使用しているため、検査のたびに各受信アンテナ４０の配置位置を調整する必要がなく、さらに、予め各受信アンテナ４０の配置位置が決められた受信アンテナユニット４を使用するため、各受信アンテナ４０の配置ずれに伴うカプセル型内視鏡３の位置および向きの推定処理における精度低下という問題も回避できる。
【００８８】
実施の形態１では、相関度算出部５９３が時間的に前後する画像間の相関度を算出し、判定部５９４が、算出された相関度に基づきカプセル型内視鏡３の被検体２内での位置および向きの変化を判定し、カプセル型内視鏡３の位置および向きが変化したと判定した画像データについてのみ、カプセル型内視鏡３の位置および向きを推定するため、カプセル型内視鏡３の位置推定処理に要する時間を短縮するとともに、カプセル型内視鏡３の被検体２内での移動軌跡の正確な推定が可能となる。
【００８９】
本実施の形態１では、カプセル型内視鏡３の位置及び向きの推定処理を行う受信装置について説明したが、カプセル型内視鏡３の位置または向きのいずれか一方のみを推定する受信装置としてもよい。また、本実施の形態１では、受信装置５が、相関度算出部５９３と、判定部５９４と、推定部５９５と、軌跡算出部５９８とを備え、受信装置５内で、撮像された画像データについて、撮像時のカプセル型内視鏡３の位置および向きを推定するか否かを判定し、位置を推定し、軌跡を算出しているが、カプセル型内視鏡システム１の画像表示装置６が、相関度算出部と、判定部と、推定部と、軌跡算出部とを備え、受信装置から送信された画像データを受信するとともに、該画像データが撮像されたカプセル型内視鏡の位置および向きを推定させる構成としてもよい。
【００９０】
（実施の形態２）
実施の形態１では、画像間の相関度を画像全体の画素値の正規化相互相関により判断するが、実施の形態２では、画像中の所定領域をテンプレートとして抽出し、相関度を算出する他の画像の領域の中から最も類似する領域をブロックマッチングにより探索し、探索した領域の移動量からカプセル型内視鏡の位置および向きの変化を検出する。
【００９１】
例として、画像Ａ３と画像Ａ４との間の相関度をブロックマッチング法により算出する場合について説明する。図１０Ａは、画像Ａ３内の所定領域にテンプレートを設定した場合を示す図である。図１０Ｂは、画像Ａ４内に対応する領域を設定した場合を示す図である。図１０Ｃは、画像Ａ４内で画像Ａ３のテンプレートと最も類似する領域を探索した例を示す図である。
【００９２】
図１０Ａに示すように、画像Ａ３内の所定領域に、検出対象をあらわすテンプレートｔ３（ｘ，ｙ）を、画像Ａ３中の点Ｐ３（ｉ，ｊ）にその中心が重なるように設定する。同様に、図１０Ｂに示すように、画像Ａ４中の点Ｐ４（ｉ，ｊ）に、テンプレートｔ３（ｘ，ｙ）と同様の大きさ及び位置に領域ｔ４（ｘ，ｙ）を設定する。
【００９３】
相関度算出部５９３は、テンプレートｔ３（ｘ，ｙ）と領域ｔ４（ｘ，ｙ）との間の相関度Ｓ３（ｉ，ｊ）を算出する。ここで、相関度Ｓ３（ｉ，ｊ）は正規化相互相関であり、上記式（１）の右辺でｍ＝４としたものである。
【００９４】
次に、相関度算出部５９３は、画像Ａ４中の点Ｐ４（ｉ，ｊ）からｘ軸方向に１移動した点Ｐ４（ｉ＋１，ｊ）にテンプレートｔ３（ｘ，ｙ）と同様の大きさ及び位置に領域ｔ４（ｘ，ｙ）を設定し、相関度Ｓ３（ｉ＋１，ｊ）を算出する。
【００９５】
同様に、領域ｔ４（ｘ，ｙ）が画像Ａ４からはみ出さない範囲で、点Ｐ４（ｉ，ｊ）をｘ軸方向および／またはｙ軸方向に移動させ、移動させた点Ｐ４（ｉ＋ａ，ｊ＋ｂ）を中心とする領域ｔ４（ｘ，ｙ）とテンプレートｔ３（ｘ，ｙ）との間の相関度Ｓ３（ｉ＋ａ，ｊ＋ｂ）をそれぞれ算出する（ａ，ｂ＝１，２，３・・・）。ここで、Ｓ３（ｉ＋ａ，ｊ＋ｂ）は、式（１）の右辺で、ｉ→ｉ＋ａ、ｊ→ｊ＋ｂとし、ｍ＝４としたものである。
【００９６】
相関度算出部５９３は、相関度Ｓ３（ｉ＋ａ，ｊ＋ｂ）が最大となった点Ｐ４（ｉ＋ａ０，ｊ＋ｂ０）を中心とする領域ｔ４（ｘ，ｙ）を、テンプレートｔ３（ｘ，ｙ）と最も類似する領域として決定し、下記の式によりカプセル型内視鏡３の移動量Ｍを算出する。
【数８】
2012117816.tif 000010
【００９７】
判定部５９４は、算出された移動量Ｍの値が設定した閾値より大きい場合は、カプセル型内視鏡３の位置および向きが変化したと判定し、閾値以下の場合は位置および向きが変化しないと判定する。
【００９８】
判定部５９４が、カプセル型内視鏡３の位置および向きが変化したと判定した場合は、推定部５９５は、受信アンテナ４０が受信した受信強度に基づき、カプセル型内視鏡３の位置および向きを推定する。
【００９９】
実施の形態２では、画像中の所定領域をテンプレートとして設定し、画像間における該テンプレートの移動量をブロックマッチング法により算出し、移動量が大きいと判定した場合にのみ位置推定処理を行う。このため、位置推定処理および位置推定処理の結果に基づき算出される軌跡表示処理を高速化することが可能となる。また、ブロックマッチング法により、相関度Ｓが最小の値となる領域を類似領域として決定し移動量Ｍを算出するため、位置推定処理を行うか否かの判断について、システムのノイズや、カプセル型内視鏡３の微妙な動きによる影響を排除でき、より正確に判断することができる。
【０１００】
本実施の形態２では、カプセル型内視鏡３の位置および向きの変化の指標として、ブロックマッチング法により画像間の動きを算出したが、オプティカルフロー法等により画像間の動きを算出することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
本発明の受信装置およびカプセル型内視鏡システムは、被検体内に導入したカプセル型内視鏡の位置検出に有用であり、特に、該カプセル型内視鏡が撮像した画像データを画像処理装置で診断処理する場合に適している。
【符号の説明】
【０１０２】
１                          カプセル型内視鏡システム
２                          被検体
３                          カプセル型内視鏡
４                          受信アンテナユニット
５                          受信装置
６                          画像表示装置
６ａ                        クレードル
６ｂ                        操作入力デバイス
６ｃ                        モニタ部
４０ａ〜４０ｈ              受信アンテナ
４１ａ〜４１ｈ              アンテナ部
４２ａ〜４２ｈ              能動回路
４３ａ〜４３ｈ              アンテナケーブル
４４                        シート
４９                        アンテナ切替選択スイッチ部
５０                        送受信回路
５１                        信号処理回路
５２                        受信電界強度検出部
５３                        アンテナ電源切替選択部
５４                        表示部
５５                        操作部
５６                        記憶部
５７                        Ｉ／Ｆ部
５８                        電源部
５９                        制御部
５３１                      電源切替選択スイッチ部
５３２                      異常検出部
５９１                      選択制御部
５９２                      異常情報付加部
５９３                      相関度算出部
５９４                      判定部
５９５                      推定部
５９６                      電界強度比較部
５９７                      位置決定部
５９８                      軌跡算出部
【図１】
2012117816.tif 000011
【図２】
2012117816.tif 000012
【図３】
2012117816.tif 000013
【図４】
2012117816.tif 000014
【図５Ａ】
2012117816.tif 000015
【図５Ｂ】
2012117816.tif 000016
【図６】
2012117816.tif 000017
【図７】
2012117816.tif 000018
【図８】
2012117816.tif 000019
【図９Ａ】
2012117816.tif 000020
【図９Ｂ】
2012117816.tif 000021
【図１０Ａ】
2012117816.tif 000022
【図１０Ｂ】
2012117816.tif 000023
【図１０Ｃ】
2012117816.tif 000024
【手続補正書】
【提出日】平成25年2月14日(2013.2.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体内のカプセル型内視鏡から画像データ信号とともに送信された無線信号を複数の受信アンテナにより受信する受信アンテナユニットと、
前記受信アンテナが受信した第１の画像を記憶する第１の記憶部と、
前記第１の画像の後に受信した第２の画像を記憶する第２の記憶部と、
前記第１の記憶部に記憶された前記第１の画像と前記第２の記憶部に記憶された前記第２の画像との相関度を算出する相関度算出部と、
前記相関度算出部が算出した第１の画像と第２の画像の相関度と所定の閾値との比較に基づき、カプセル内視鏡の位置および／または向きが変化したか否かを判定する判定部と、
前記判定部により前記相関度が所定の閾値よりも低いと判定された場合には、前記カプセル内視鏡の撮像部によって撮像された前記第２の画像を撮像した時点の前記カプセル内視鏡について、位置および／または向きの推定処理を行う推定部と、
前記第２の記憶部に記憶された前記第２の画像と、前記推定部で推定した位置および／または向きの推定した情報とを関連付けて記憶する第３の記憶部と、
を備えたことを特徴とするカプセル型内視鏡の位置検出装置。
【請求項２】
前記相関度算出部は、相関度として正規化相互相関値または残差二乗和を算出することを特徴とする請求項１に記載のカプセル型内視鏡の位置検出装置。
【請求項３】
前記相関度算出部は、相関度として画像内の所定領域の移動量を算出することを特徴とする請求項１に記載のカプセル型内視鏡の位置検出装置。
【請求項４】
前記相関度算出部は、ブロックマッチング法またはオプティカルフローを用いて画像処理により前記移動量を算出することを特徴とする請求項３に記載のカプセル型内視鏡の位置検出装置。
【請求項５】
前記カプセル型内視鏡の被検体内での位置および向きに応じた、前記各受信アンテナが受信する前記無線信号の理論電界強度を記憶する第４の記憶部を備え、
前記推定部は、
前記第４の記憶部から理論電界強度を取得し、前記各受信アンテナが受信した前記無線信号の受信電界強度と前記理論電界強度との差から算出した所定値を比較する電界強度比較部と、
前記電界強度比較部の比較結果に基づいて、前記画像データが撮影された前記カプセル型内視鏡の位置、または位置および向きを決定する位置決定部と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載のカプセル型内視鏡の位置検出装置。
【請求項６】
前記受信アンテナユニットは、前記複数の受信アンテナを配置したシート状をなすことを特徴とする請求項１に記載のカプセル型内視鏡の位置検出装置。
【請求項７】
前記位置決定部が決定したカプセル型内視鏡の位置からカプセル型内視鏡の軌跡を算出する軌跡算出部を備えることを特徴とする請求項５に記載のカプセル型内視鏡の位置検出装置。
【請求項８】
被検体内の画像データを取得するカプセル型内視鏡と、
前記カプセル型内視鏡から送信される画像データを受信し、前記カプセル型内視鏡の位置および／向きが変化したと判定した場合に、前記カプセル内視鏡の位置および向きを推定する請求項１〜７のいずれか一つに記載の位置検出装置と、
前記位置検出装置から画像データおよび該画像データの位置情報を取得し、取得した前記画像データおよび位置情報を表示する画像表示部と、
を備えることを特徴とするカプセル型内視鏡システム。
【請求項９】
前記画像表示部は、前記画像データを表示するとともに、前記軌跡算出部が算出したカプセル型内視鏡の被検体内での移動軌跡を表示することを特徴とする、請求項８に記載のカプセル型内視鏡システム。
【請求項１０】
被検体内のカプセル型内視鏡から送信される画像データを受信し、受信した画像データが撮像された前記カプセル型内視鏡の位置および向きを推定する位置検出装置に、
受信アンテナユニットの複数の受信アンテナが受信した前記カプセル型内視鏡が送信する無線信号を取得する無線信号取得手順と、
前記受信アンテナが受信した無線信号から画像を抽出し、該抽出した画像と、該画像を受信する直前に受信した画像との相関度を算出する相関度算出手順と、
前記相関度算出手順で算出した相関度に基づき、前記カプセル内視鏡の位置および／または向きが変化したか否かを判定する判定手順と、
前記判定手順により前記カプセル内視鏡の位置および／または向きが変化したと判定された画像が撮影された前記カプセル内視鏡について、位置および／または向きを推定する推定手順と、
を実行させることを特徴とするカプセル型内視鏡の位置決定プログラム。
【手続補正書】
【提出日】平成25年6月24日(2013.6.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体内の画像データを取得するカプセル型内視鏡から画像データとともに送信された無線信号を複数の受信アンテナにより受信する受信アンテナユニットと、
前記受信アンテナが受信した第１の画像を記憶する第１の記憶部と、
前記第１の画像の後に受信した第２の画像を記憶する第２の記憶部と、
前記第１の記憶部に記憶された前記第１の画像と前記第２の記憶部に記憶された前記第２の画像との相関度を算出する相関度算出部と、
前記相関度算出部が算出した第１の画像と第２の画像の相関度と所定の閾値との比較に基づき、前記カプセル型内視鏡の位置および／または向きが変化したか否かを判定する判定部と、
前記判定部により前記相関度が所定の閾値よりも低いと判定された場合のみに、前記カプセル内視鏡の撮像部によって撮像された前記第２の画像を撮像した時点の前記カプセル型内視鏡について、位置および／または向きの推定処理を行う推定部と、
前記第２の記憶部に記憶された前記第２の画像と、前記推定部で推定した位置および／または向きの推定した情報とを関連付けて記憶する第３の記憶部と、
を備えたことを特徴とするカプセル型内視鏡の位置検出装置。
【請求項２】
前記相関度算出部は、相関度として正規化相互相関値または残差二乗和を算出することを特徴とする請求項１に記載のカプセル型内視鏡の位置検出装置。
【請求項３】
前記相関度算出部は、前記相関度として画像内の所定領域の移動量を算出することを特徴とする請求項１に記載のカプセル型内視鏡の位置検出装置。
【請求項４】
前記相関度算出部は、ブロックマッチング法またはオプティカルフローを用いて画像処理により前記移動量を算出することを特徴とする請求項３に記載のカプセル型内視鏡の位置検出装置。
【請求項５】
前記カプセル型内視鏡の被検体内での第１の位置を示す情報と、前記第１の位置に応じた前記各受信アンテナが受信する前記無線信号の第１の理論電界強度を示す情報とを関連付けて予め記憶し、かつ、
前記カプセル型内視鏡の被検体内での第２の位置を示す情報と、前記第２の位置に応じた前記各受信アンテナが受信する前記無線信号の第２の理論電界強度を示す情報とを関連付けて予め記憶する第４の記憶部を備え、
前記推定部は、
前記各受信アンテナが受信した前記無線信号の受信電界強度と前記第１の理論電界強度、及び前記受信電界強度と前記第２の理論電界強度とを比較する電界強度比較部と、
前記電界強度比較部の比較結果に基づいて、前記画像データが撮影された前記カプセル型内視鏡の位置を前記第１の位置若しくは前記第２の位置のどちらかに決定する位置決定部と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載のカプセル型内視鏡の位置検出装置。
【請求項６】
前記受信アンテナユニットは、前記複数の受信アンテナを配置したシート状をなすことを特徴とする請求項１に記載のカプセル型内視鏡の位置検出装置。
【請求項７】
前記位置決定部が決定した前記カプセル型内視鏡の位置から前記カプセル型内視鏡の軌跡を算出する軌跡算出部を備えることを特徴とする請求項５に記載のカプセル型内視鏡の位置検出装置。
【請求項８】
被検体内の画像データを取得するカプセル型内視鏡と、
前記カプセル型内視鏡から送信される画像データを受信し、前記カプセル型内視鏡の位置および／向きが変化したと判定した場合に、前記カプセル型内視鏡の位置および向きを推定する請求項１〜７のいずれか一つに記載の位置検出装置と、
前記位置検出装置から画像データおよび該画像データの位置情報を取得し、取得した前記画像データおよび位置情報を表示する画像表示部と、
を備えることを特徴とするカプセル型内視鏡システム。
【請求項９】
前記位置検出装置は、前記カプセル型内視鏡の位置から前記カプセル型内視鏡の軌跡を算出する軌跡算出部を備え、
前記画像表示部は、前記画像データを表示するとともに、前記軌跡算出部が算出した前記カプセル型内視鏡の被検体内での移動軌跡を表示することを特徴とする、請求項８に記載のカプセル型内視鏡システム。
【請求項１０】
被検体内のカプセル型内視鏡から送信される画像データを受信し、受信した画像データが撮像された前記カプセル型内視鏡の位置および向きを推定する位置検出装置に、
受信アンテナユニットの複数の受信アンテナが受信した前記カプセル型内視鏡が送信する無線信号を取得する無線信号取得手順と、
前記受信アンテナが受信した無線信号から画像を抽出し、該抽出した画像と、該画像を受信する直前に受信した画像との相関度を算出する相関度算出手順と、
前記相関度算出手順で算出した相関度に基づき、前記カプセル型内視鏡の位置および／または向きが変化したか否かを判定する判定手順と、
前記判定手順により前記カプセル型内視鏡の位置および／または向きが変化したと判定された場合のみに、前記画像が撮影された前記カプセル型内視鏡について、位置および／または向きを推定する推定手順と、
を実行させることを特徴とするカプセル型内視鏡の位置決定プログラム。
【国際調査報告】
2012117816.tif 000025
2012117816.tif 000026