(57)【要約】【課題】計算量を抑えつつ、従来よりも高い精度でカプセル型内視鏡装置の位置を検出することができるカプセル型内視鏡システム、位置決定方法およびプログラムを提供する。【解決手段】カプセル型内視鏡システムは、向き検出部５６１が検出した受信アンテナユニットに対するカプセル型内視鏡装置の向きと受信強度算出部が算出した各受信アンテナの受信強度とに基づいて、各受信アンテナとカプセル型内視鏡装置との距離を算出する距離算出部５６２と、領域算出部５６３が取得した領域内における複数の点の各々に基づいて、各点にカプセル型内視鏡装置が存在すると想定した場合に各受信アンテナが受信する無線信号の受信強度の理論値を算出する理論値算出部５６４と、複数の点の中から、理論値算出部５６４が算出した理論値と受信強度算出部が算出した受信強度との差が最小となる点を、カプセル型内視鏡装置の位置として決定する位置決定部５６５と、を備える。【選択図】図３
2015231495.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体を撮像して、該被写体の体内を撮像して画像データを生成し、該画像データを含む無線信号を外部へ送信するカプセル型内視鏡装置と、複数の受信アンテナを有し、該複数の受信アンテナを介して前記カプセル型内視鏡装置から送信された前記無線信号を受信する受信アンテナユニットと、前記受信アンテナユニットを介して前記無線信号に含まれる前記画像データに対応する画像を表示または記録する画像処理装置と、を備えたカプセル型内視鏡システムにおいて、
各受信アンテナが受信した前記無線信号の受信強度を算出する受信強度算出部と、
前記受信アンテナユニットに対する前記カプセル型内視鏡装置の向きを検出する向き検出部と、
前記受信強度算出部が算出した前記各受信アンテナの前記受信強度と前記向き検出部が検出した前記向きとに基づいて、前記各受信アンテナと前記カプセル型内視鏡装置との距離を算出する距離算出部と、
前記複数の受信アンテナに対して前記距離を半径とする複数の球のうち少なくとも３つの球の表面が重なり合う交点を含む領域をそれぞれ算出する領域算出部と、
前記領域算出部が算出した前記領域内で設定される複数の点の各々に基づいて、該複数の点の各々に前記カプセル型内視鏡装置が存在すると想定した場合に前記各受信アンテナが受信する前記無線信号の受信強度の理論値を算出する理論値算出部と、
前記複数の点の中から、前記理論値算出部が算出した前記理論値と前記受信強度算出部が算出した前記受信強度との差が最小となる点を、前記カプセル型内視鏡装置の位置として決定する位置決定部と、
を備えたことを特徴とするカプセル型内視鏡システム。
【請求項２】
前記理論値算出部は、前記領域算出部が算出した前記領域内における複数の点の各々と前記向き検出部が検出した前記向きとに基づいて、前記理論値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システム。
【請求項３】
前記領域内の複数の点の各々と前記各受信アンテナとの位置関係、および前記各受信アンテナが受信した前記無線信号の受信強度に基づいて、前記複数の点の各々における前記カプセル型内視鏡装置の向きを推定する向き推定部をさらに備え、
前記理論値算出部は、前記領域算出部が取得した前記領域内における複数の点の各々と、前記向き推定部が推定した前記向きとに基づいて、前記理論値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システム。
【請求項４】
前記位置決定部は、前記複数の点の中から、各点の位置に応じて前記各受信アンテナの測定誤差を加味したパラメータが付与された前記受信強度と前記理論値との差が最小となる点を、前記カプセル型内視鏡装置の位置として決定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のカプセル型内視鏡システム。
【請求項５】
前記受信アンテナユニットに設けられ、地磁気を検出して第１の地磁気データを生成する第１の地磁気センサと、
前記カプセル型内視鏡装置に設けられ、地磁気を検出して第２の地磁気データを生成する第２の地磁気センサと、
をさらに備え、
前記向き検出部は、前記第１の地磁気センサが生成した前記第１の地磁気データと前記第２の地磁気センサが生成した前記第２の地磁気データとに基づいて、前記受信アンテナユニットに対する前記カプセル型内視鏡装置の向きを検出することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のカプセル型内視鏡システム。
【請求項６】
前記第１の地磁気センサが地磁気を検出する検出タイミングおよび前記第２の地磁気センサが地磁気を検出する検出タイミングは、前記カプセル型内視鏡装置が前記被検体の体内を撮像する撮像タイミングと同期す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システム。
【請求項７】
前記画像データと、前記第１の地磁気データと、前記第２の地磁気データと、前記各受信アンテナが受信した前記無線信号の受信強度と、を関連付けて記録する記録部をさらに備えたことを特徴とする請求項５または６に記載のカプセル型内視鏡システム。
【請求項８】
前記記録部は、前記位置決定部が決定した前記カプセル型内視鏡装置の位置を示す位置情報と、前記画像データと、を関連付けて記録することを特徴とする請求項７に記載のカプセル型内視鏡システム。
【請求項９】
被検体を撮像して、該被写体の体内を撮像して画像データを生成し、該画像データを含む無線信号を外部へ送信するカプセル型内視鏡装置と、複数の受信アンテナを有し、該複数の受信アンテナを介して前記カプセル型内視鏡装置から送信された前記無線信号を受信する受信アンテナユニットと、前記受信アンテナユニットを介して前記無線信号に含まれる前記画像データに対応する画像を表示または記録する画像処理装置と、を備えたカプセル型内視鏡システムが実行する位置決定方法であって、
各受信アンテナが受信した前記無線信号の受信強度を算出する受信強度算出ステップと、
前記受信アンテナユニットに対する前記カプセル型内視鏡装置の向きを検出する向き検出ステップと、
前記受信強度算出ステップにおいて算出した前記各受信アンテナの前記受信強度と前記向き検出ステップにおいて検出した前記向きとに基づいて、前記各受信アンテナと前記カプセル型内視鏡装置との距離を算出する距離算出ステップと、
前記複数の受信アンテナに対して前記距離を半径とする複数の球のうち少なくとも３つの球の表面が重なり合う交点を含む領域をそれぞれ算出する領域算出ステップと、
前記領域算出ステップにおいて算出した前記領域内で設定される複数の点の各々に基づいて、該複数の点の各々に前記カプセル型内視鏡装置が存在すると想定した場合に前記各受信アンテナが受信する前記無線信号の受信強度の理論値を算出する理論値算出ステップと、
前記複数の点の中から、前記理論値算出ステップにおいて算出した前記理論値と前記受信強度算出ステップにおいて算出した前記受信強度との差が最小となる点を、前記カプセル型内視鏡装置の位置として決定する位置決定ステップと、
を含むことを特徴とする位置決定方法。
【請求項１０】
被検体を撮像して、該被写体の体内を撮像して画像データを生成し、該画像データを含む無線信号を外部へ送信するカプセル型内視鏡装置と、複数の受信アンテナを有し、該複数の受信アンテナを介して前記カプセル型内視鏡装置から送信された前記無線信号を受信する受信アンテナユニットと、前記受信アンテナユニットを介して前記無線信号に含まれる前記画像データに対応する画像を表示または記録する画像処理装置と、を備えたカプセル型内視鏡システムに、
各受信アンテナが受信した前記無線信号の受信強度を算出する受信強度算出ステップと、
前記受信アンテナユニットに対する前記カプセル型内視鏡装置の向きを検出する向き検出ステップと、
前記受信強度算出ステップにおいて算出した前記各受信アンテナの前記受信強度と前記向き検出ステップにおいて検出した前記向きとに基づいて、前記各受信アンテナと前記カプセル型内視鏡装置との距離を算出する距離算出ステップと、
前記複数の受信アンテナに対して前記距離を半径とする複数の球のうち少なくとも３つの球の表面が重なり合う交点を含む領域をそれぞれ算出する領域算出ステップと、
前記領域算出ステップにおいて算出した前記領域内で設定される複数の点の各々に基づいて、該複数の点の各々に前記カプセル型内視鏡装置が存在すると想定した場合に前記各受信アンテナが受信する前記無線信号の受信強度の理論値を算出する理論値算出ステップと、
前記複数の点の中から、前記理論値算出ステップにおいて算出した前記理論値と前記受信強度算出ステップにおいて算出した前記受信強度との差が最小となる点を、前記カプセル型内視鏡装置の位置として決定する位置決定ステップと、
を実行させることを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体に導入され、被検体の体腔内を移動して被検体の情報を取得するカプセル型内視鏡装置を備えたカプセル型内視鏡システム、位置決定方法およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、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装置が知られている。このカプセル型内視鏡装置は、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しながら、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】
カプセル型内視鏡装置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よって受信され、受信装置に内蔵されたメモリに記録される。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、画像を表示する処理装置に取り込まれる。医師等の観察者は、処理装置が表示する臓器画像等を観察して被検体の診断を行う。
【０００４】
ところで、カプセル型内視鏡装置は、蠕動運動等により体腔内を移動するため、受信装置は、カプセル型内視鏡装置から無線送信された画像データが体腔内のどの位置で撮影されたかを正しく認識することが必要となる。このため、カプセル型内視鏡装置が送信した電磁波を体腔外に設けた複数の受信アンテナにより受信し、受信した複数の無線信号の受信強度等を用いてカプセル型内視鏡装置の位置を推定する医療システムが知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００５】
例えば、特許文献１には、受信アンテナの受信強度に基づいてカプセル型内視鏡装置の位置を推定し、受信状況が悪い等の所定の状況では、カプセル型内視鏡装置の移動速度および移動方向を推定し、これらの移動速度および移動方向並びに受信強度に基づいてカプセル型内視鏡装置の位置を推定する技術が開示されている。
【０００６】
また、特許文献２には、体内におけるカプセル型内視鏡装置の位置や姿勢を磁気により制御する磁気誘導医療システムが開示されている。この磁気誘導医療システムにおいては、カプセル型内視鏡装置から送信された無線信号の受信強度に基づき、三角法を応用してカプセル型内視鏡装置の３次元位置を算出する。
【０００７】
また、特許文献３には、体内におけるカプセル型内視鏡装置の位置を推定して軌跡を算出するカプセル型内視鏡装置が開示されている。このカプセル型内視鏡装置においては、ガウス−ニュートン法により、カプセル型内視鏡装置に内蔵されたアンテナの位置および向きの推定を反復して行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−９９７３４号公報
【特許文献２】特開２００６−６８５０１号公報
【特許文献３】特開２００７−２８３００１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、カプセル型内視鏡装置に内蔵された送信アンテナには、指向性があるため、高精度な位置推定を行うには、送信アンテナの向き、即ち、カプセル型内視鏡装置の向きを考慮する必要がある。
【００１０】
この点について、特許文献３には、カプセル型内視鏡装置のアンテナの位置情報の他に、カプセル型内視鏡装置の向きの情報を軌跡算出処理に利用し得る旨が記載されている。しかしながら、特許文献３には、カプセル型内視鏡装置の向きの情報をどのように利用するかについては開示されていない。
【００１１】
また、一般に、高精度な演算を行う場合には、計算量が増加するため、体内におけるカプセル型内視鏡装置の位置推定の演算を高速に行うことが困難である。
【００１２】
本発明は、上記に鑑みてされたものであって、計算量を抑えつつ、従来よりも高い精度でカプセル型内視鏡装置の位置を検出することができるカプセル型内視鏡システム、位置決定方法およびプログラ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】
【００１３】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るカプセル型内視鏡システムは、被検体を撮像して、該被写体の体内を撮像して画像データを生成し、該画像データを含む無線信号を外部へ送信するカプセル型内視鏡装置と、複数の受信アンテナを有し、該複数の受信アンテナを介して前記カプセル型内視鏡装置から送信された前記無線信号を受信する受信アンテナユニットと、前記受信アンテナユニットを介して前記無線信号に含まれる前記画像データに対応する画像を表示または記録する画像処理装置と、を備えたカプセル型内視鏡システムにおいて、各受信アンテナが受信した前記無線信号の受信強度を算出する受信強度算出部と、前記受信アンテナユニットに対する前記カプセル型内視鏡装置の向きを検出する向き検出部と、前記受信強度算出部が算出した前記各受信アンテナの前記受信強度と前記向き検出部が検出した前記向きとに基づいて、前記各受信アンテナと前記カプセル型内視鏡装置との距離を算出する距離算出部と、前記複数の受信アンテナに対して前記距離を半径とする複数の球のうち少なくとも３つの球の表面が重なり合う交点を含む領域をそれぞれ算出する領域算出部と、前記領域算出部が算出した前記領域内で設定される複数の点の各々に基づいて、該複数の点の各々に前記カプセル型内視鏡装置が存在すると想定した場合に前記各受信アンテナが受信する前記無線信号の受信強度の理論値を算出する理論値算出部と、前記複数の点の中から、前記理論値算出部が算出した前記理論値と前記受信強度算出部が算出した前記受信強度との差が最小となる点を、前記カプセル型内視鏡装置の位置として決定する位置決定部と、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係るカプセル型内視鏡システムは、上記発明において、前記理論値算出部は、前記領域算出部が算出した前記領域内における複数の点の各々と前記向き検出部が検出した前記向きとに基づいて、前記理論値を算出することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係るカプセル型内視鏡システムは、上記発明において、前記領域内の複数の点の各々と前記各受信アンテナとの位置関係、および前記各受信アンテナが受信した前記無線信号の受信強度に基づいて、前記複数の点の各々における前記カプセル型内視鏡装置の向きを推定する向き推定部をさらに備え、前記理論値算出部は、前記領域算出部が取得した前記領域内における複数の点の各々と、前記向き推定部が推定した前記向きとに基づいて、前記理論値を算出することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係るカプセル型内視鏡システムは、上記発明において、前記位置決定部は、前記複数の点の中から、各点の位置に応じて前記各受信アンテナの測定誤差を加味したパラメータが付与された前記受信強度と前記理論値との差が最小となる点を、前記カプセル型内視鏡装置の位置として決定することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係るカプセル型内視鏡システムは、上記発明において、前記受信アンテナユニットに設けられ、地磁気を検出して第１の地磁気データを生成する第１の地磁気センサと、前記カプセル型内視鏡装置に設けられ、地磁気を検出して第２の地磁気データを生成する第２の地磁気センサと、をさらに備え、前記向き検出部は、前記第１の地磁気センサが生成した前記第１の地磁気データと前記第２の地磁気センサが生成した前記第２の地磁気データとに基づいて、前記受信アンテナユニットに対する前記カプセル型内視鏡装置の向きを検出することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明に係るカプセル型内視鏡システムは、上記発明において、前記第１の地磁気センサが地磁気を検出する検出タイミングおよび前記第２の地磁気センサが地磁気を検出する検出タイミングは、前記カプセル型内視鏡装置が前記被検体の体内を撮像する撮像タイミングと同期することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明に係るカプセル型内視鏡システムは、上記発明において、前記画像データと、前記第１の地磁気データと、前記第２の地磁気データと、前記各受信アンテナが受信した前記無線信号の受信強度と、を関連付けて記録する記録部をさらに備えたことを特徴とする。
【００２０】
また、本発明に係るカプセル型内視鏡システムは、上記発明において、前記記録部は、前記位置決定部が決定した前記カプセル型内視鏡装置の位置を示す位置情報と、前記画像データと、を関連付けて記録することを特徴とする。
【００２１】
また、本発明に係る位置決定方法は、被検体を撮像して、該被写体の体内を撮像して画像データを生成し、該画像データを含む無線信号を外部へ送信するカプセル型内視鏡装置と、複数の受信アンテナを有し、該複数の受信アンテナを介して前記カプセル型内視鏡装置から送信された前記無線信号を受信する受信アンテナユニットと、前記受信アンテナユニットを介して前記無線信号に含まれる前記画像データに対応する画像を表示または記録する画像処理装置と、を備えたカプセル型内視鏡システムが実行する位置決定方法であって、各受信アンテナが受信した前記無線信号の受信強度を算出する受信強度算出ステップと、前記受信アンテナユニットに対する前記カプセル型内視鏡装置の向きを検出する向き検出ステップと、前記受信強度算出ステップにおいて算出した前記各受信アンテナの前記受信強度と前記向き検出ステップにおいて検出した前記向きとに基づいて、前記各受信アンテナと前記カプセル型内視鏡装置との距離を算出する距離算出ステップと、前記複数の受信アンテナに対して前記距離を半径とする複数の球のうち少なくとも３つの球の表面が重なり合う交点を含む領域をそれぞれ算出する領域算出ステップと、前記領域算出ステップにおいて算出した前記領域内で設定される複数の点の各々に基づいて、該複数の点の各々に前記カプセル型内視鏡装置が存在すると想定した場合に前記各受信アンテナが受信する前記無線信号の受信強度の理論値を算出する理論値算出ステップと、前記複数の点の中から、前記理論値算出ステップにおいて算出した前記理論値と前記受信強度算出ステップにおいて算出した前記受信強度との差が最小となる点を、前記カプセル型内視鏡装置の位置として決定する位置決定ステップと、を含むことを特徴とする。
【００２２】
また、本発明に係るプログラムによれば、被検体を撮像して、該被写体の体内を撮像して画像データを生成し、該画像データを含む無線信号を外部へ送信するカプセル型内視鏡装置と、複数の受信アンテナを有し、該複数の受信アンテナを介して前記カプセル型内視鏡装置から送信された前記無線信号を受信する受信アンテナユニットと、前記受信アンテナユニットを介して前記無線信号に含まれる前記画像データに対応する画像を表示または記録する画像処理装置と、を備えたカプセル型内視鏡システムに、各受信アンテナが受信した前記無線信号の受信強度を算出する受信強度算出ステップと、前記受信アンテナユニットに対する前記カプセル型内視鏡装置の向きを検出する向き検出ステップと、前記受信強度算出ステップにおいて算出した前記各受信アンテナの前記受信強度と前記向き検出ステップにおいて検出した前記向きとに基づいて、前記各受信アンテナと前記カプセル型内視鏡装置との距離を算出する距離算出ステップと、前記複数の受信アンテナに対して前記距離を半径とする複数の球のうち少なくとも３つの球の表面が重なり合う交点を含む領域をそれぞれ算出する領域算出ステップと、前記領域算出ステップにおいて算出した前記領域内で設定される複数の点の各々に基づいて、該複数の点の各々に前記カプセル型内視鏡装置が存在すると想定した場合に前記各受信アンテナが受信する前記無線信号の受信強度の理論値を算出する理論値算出ステップと、前記複数の点の中から、前記理論値算出ステップにおいて算出した前記理論値と前記受信強度算出ステップにおいて算出した前記受信強度との差が最小となる点を、前記カプセル型内視鏡装置の位置として決定する位置決定ステップと、を実行させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、カプセル型内視鏡の向きを取得し、この向きを用いて、各受信アンテナにおける受信強度から取得された領域の中からカプセル型内視鏡の位置をさらに絞り込むので、計算量を抑えつつ、従来よりも高い精度でカプセル型内視鏡の位置を検出することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１に係る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、図１に示すカプセル型内視鏡装置の機能構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、図１に示す画像処理装置の機能構成を示すブロック図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態１に係るカプセル型内視鏡システムの画像処理装置が実行する処理の概要を示すフローチャートである。
【図５】図５は、図４の位置決定処理の概要を示すフローチャートである。
【図６】図６は、カプセル型内視鏡装置の撮像タイミング、第１の地磁気センサの検出タイミングおよび第２の地磁気センサの検出タイミングを説明するための模式図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態１に係る画像処理装置の領域算出部が取得するカプセル型内視鏡装置の存在領域を説明するための模式図である。
【図８】図８は、図７に示す存在領域の拡大図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態１に係る画像処理装置の理論値算出部が各受信アンテナにおける受信強度の理論値を算出する算出方法を説明するための図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態１に係る画像処理装置の理論値算出部が各受信アンテナにおける受信強度の理論値を算出する算出方法を説明するための図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施の形態１に係る画像処理装置の理論値算出部が各受信アンテナにおける受信強度の理論値を算出する算出方法を説明するための図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施の形態１に係る画像処理装置の理論値算出部が各受信アンテナにおける受信強度の理論値を算出する算出方法を説明するための図である。
【図１３】図１３は、本発明の実施の形態１に係る画像処理装置の軌跡算出部が行うカプセル型内視鏡装置の移動軌跡の補正処理を説明するための図である。
【図１４】図１４は、本発明の実施の形態１に係る画像処理装置の軌跡算出部が行うカプセル型内視鏡装置の移動軌跡の補正処理を説明するための図である。
【図１５】図１５は、本発明の実施の形態１に係る画像処理装置の領域算出部がカプセル型内視鏡装置の存在領域を取得する別の方法を説明するための模式図である。
【図１６】図１６は、本発明の実施の形態２に係る画像処理装置の機能構成を示すブロック図である。
【図１７】図１７は、本発明の実施の形態２に係る画像処理装置が実行する位置決定処理の概要を示すフローチャートである。
【図１８】図１８は、図１７に示す向き推定処理の概要を示すフローチャートである。
【図１９】図１９は、本発明の実施の形態２に係る画像処理装置の向き推定部によるカプセル型内視鏡装置の向き推定処理を説明するための模式図である。
【図２０】図２０は、本発明の実施の形態２に係る画像処理装置の向き推定部によるカプセル型内視鏡装置の向き推定処理を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、以下の説明において参照する各図は、本発明の内容を理解でき得る程度に形状、大きさ、および位置関係を概略的に示してあるに過ぎない。即ち、本発明は、各図で例示された形状、大きさ、および位置関係のみに限定されるものではない。また、以下の説明において、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装置から無線信号を受信して被検体の体内画像を表示する処理装置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。また、同一の構成には同一の符号を付して説明する。
【００２６】
（実施の形態１）
〔カプセル型内視鏡システムの概略構成〕
図１は、本発明の実施の形態１に係る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。
【００２７】
図１に示すカプセル型内視鏡システム１は、被検体１００内の体内画像を撮像するカプセル型内視鏡装置２と、被検体１００内に導入されるカプセル型内視鏡装置２から送信される無線信号を受信する受信アンテナユニット３と、受信アンテナユニット３が着脱自在に接続され、受信アンテナユニット３が受信した無線信号に所定の処理を行って記録または表示する受信装置４と、カプセル型内視鏡装置２によって撮像された被検体１００内の画像データに対応する画像の処理および／または表示する画像処理装置５と、を備える。
【００２８】
カプセル型内視鏡装置２は、被検体１００内を撮像する撮像機能と、被検体１００内の体を撮像して得られた画像データを含む無線信号を受信アンテナユニット３へ送信する無線通信機能と、を有する。カプセル型内視鏡装置２は、被検体１００内に飲み込まれることによって被検体１００内の食道を通過し、消化管腔の蠕動運動によって被検体１００の体腔内を移動する。カプセル型内視鏡装置２は、被検体１００の体腔内を移動しながら微小な時間間隔、例えば０.５秒間隔（２ｆｐｓ）で被検体１００の体腔内を逐次撮影し、撮影した被検体１００内の画像データを生成して受信アンテナユニット３へ順次送信する。なお、カプセル型内視鏡装置２の詳細な構成は、後述する。
【００２９】
受信アンテナユニット３は、略八角形をなすシート部３０と、シート部３０上に配置され、カプセル型内視鏡装置２から無線信号を受信する受信アンテナ３１（１）〜３１（８）と、受信アンテナ３１（１）〜３１（８）が受信した無線信号を受信装置４へ伝播するアンテナケーブル３２と、地磁気を検出して第１の地磁気データを生成する第１の地磁気センサ３３と、を備える。受信アンテナ３１（１）〜３１（８）は、主偏波を用いるアンテナが好ましく、例えばダイポールアンテナを用いて構成される。なお、以下においては、受信アンテナ３１（１）〜３１（８）を受信アンテナ３１（ｎ）（ｎ＝１〜８）として説明する。また、受信アンテナ３１（ｎ）は、シート部３０における所定の位置、例えば受信アンテナユニット３を被検体１００の体外表面上に装着させた場合に、カプセル型内視鏡装置２の通過径路である被検体１００内の各臓器に対応した位置に配置される。さらに、第１の地磁気センサ３３は、シート部３０の略中心に配置される。なお、図１においては、受信アンテナ３１（ｎ）の数が８本であったが、本実施の形態１では、受信アンテナ３１（ｎ）が少なくとも３本以上あればよい。
【００３０】
受信装置４は、受信アンテナ３１（１）〜３１（８）を介してカプセル型内視鏡装置２から送信された無線信号に含まれる被検体１００内の画像データを記録または被検体１００内の画像データに対応する画像を表示する。受信装置４は、画像データに対応する受信表示部４１と、受信装置４を操作するための指示信号の入力を受け付ける操作部４２と、を備える。また、受信装置４は、受信アンテナ３１（１）〜３１（８）を介して、カプセル型内視鏡装置２から送信された無線信号を受信し、この受信した無線信号の受信強度（受信電界強度）を受信アンテナ３１（１）〜３１（８）毎に算出して記録する。受信装置４は、カプセル型内視鏡装置２から受信した画像データと、受信アンテナ３１（１）〜３１（８）それぞれの受信強度と、カプセル型内視鏡装置２が生成した画像データの時刻情報と、第１の地磁気センサ３３が生成した第１の地磁気データと、を関連付けて記録する。なお、本実施の形態１では、受信装置４が受信強度算出部として機能する。
【００３１】
画像処理装置５は、受信装置４を介して取得した被検体１００内の画像データに対応する画像を表示する。画像処理装置５は、受信装置４から画像データ等を読み取るクレードル５１と、キーボードやマウス等の操作入力部５２と、画像データに対応する画像を表示する表示部５３と、を備える。クレードル５１は、受信装置４が装着される際に、受信装置４から画像データ、この画像データに関連付けられた受信アンテナ３１（ｎ）の受信強度、第１の地磁気データ、カプセル型内視鏡装置２が生成した画像データの時間情報およびカプセル型内視鏡装置２の識別情報等を取得し、取得した各種情報を画像処理装置５へ転送する。操作入力部５２は、ユーザによる入力を受け付ける。ユーザは、操作入力部５２を操作しつつ、画像処理装置５が順次表示する被検体１００内の画像を見ながら、被検体１００内部の生体部位、例えば食道、胃、小腸および大腸等を観察し、被検体１００を診断する。なお、画像処理装置５の詳細な構成は、後述する。
【００３２】
〔カプセル型内視鏡装置の構成〕
次に、図１で説明したカプセル型内視鏡装置２の詳細な構成について説明する。図２は、カプセル型内視鏡装置２の機能構成を示すブロック図である。
【００３３】
図２に示すカプセル型内視鏡装置２は、筐体２００と、電源部２０１と、光学系２０２と、撮像部２０３と、照明部２０４と、信号処理部２０５と、送信部２０６と、送信アンテナ２０７と、受信アンテナ２０８と、復調部２０９と、記録部２１０と、タイマ２１１と、第２の地磁気センサ２１２と、を備える。
【００３４】
筐体２００は、被検体１００に挿入し易い大きさに形成されたカプセル型の形状をなす。筐体２００は、筒状の筒部２００ａ、筒部２００ａの両側開口端をそれぞれ塞ぐドーム形状のドーム部２００ｂおよびドーム部２００ｃを有する。筒部２００ａおよびドーム部２００ｂは、可視光を遮光する不透明な有色の部材を用いて形成される。ドーム部２００ｃは、可視光等の所定の波長帯域の光を透過可能な光学部材を用いて構成される。これらの筒部２００ａ、ドーム部２００ｂおよびドーム部２００ｃによって形成される筐体２００は、図２に示すように、電源部２０１と、光学系２０２と、撮像部２０３と、照明部２０４と、信号処理部２０５と、送信部２０６と、送信アンテナ２０７と、受信アンテナ２０８と、復調部２０９と、記録部２１０と、タイマ２１１と、第２の地磁気センサ２１２と、を収容する。
【００３５】
電源部２０１は、カプセル型内視鏡装置２内の各部に電源を供給する。電源部２０１は、ボタン電池等の一次電池または二次電池と、ボタン電池から供給された電力の昇圧等を行う電源回路と、を用いて構成される。また、電源部２０１は、磁気スイッチを有し、外部から印加された磁界によって電源のオンオフ状態を切り替える。
【００３６】
光学系２０２は、複数のレンズを用いて構成され、照明部２０４が照射した照明光の反射光を撮像部２０３の撮像面に集光して被写体像を結像する。光学系２０２は、光軸が筐体２００の長手方向の中心軸と一致するように筐体２００内に配置される。
【００３７】
撮像部２０３は、カプセル制御部２１３の制御のもと、所定のフレームレート（例えば２ｆｐｓ）に基づいて、光学系２０２が受光面に結像した被写体像を受光して光電変換を行うことによって、被検体１００の画像データを生成する。撮像部２０３は、ＣＣＤ（Charge  Coupled  Device）やＣＭＯＳ（Complementary  Metal  Oxide  Semiconductor）等の撮像素子を用いて構成される。
【００３８】
信号処理部２０５は、撮像部２０３から入力された画像データに対して所定の画像処理を行って送信部２０６へ出力する。ここで、所定の画像処理とは、ノイズ低減処理やゲインアップ処理等である。
【００３９】
送信部２０６は、信号処理部２０５から入力された画像データ等に対して変調等の信号処理を施して無線信号に生成して送信アンテナ２０７へ出力する。
【００４０】
送信アンテナ２０７は、送信部２０６から入力される無線信号を外部へ送信する。送信アンテナ２０７は、円形コイル状または円形ループ状のアンテナを用いて構成される。
【００４１】
受信アンテナ２０８は、外部から送信された無線信号を受信して復調部２０９へ出力する。受信アンテナ２０８は、円形コイル状または円形ループ状のアンテナを用いて構成される。
【００４２】
復調部２０９は、受信アンテナ２０８から入力される無線信号を復調等の信号処理を行ってカプセル制御部２１３へ出力する。
【００４３】
記録部２１０は、カプセル型内視鏡装置２が実行する各種動作を示すプログラム、撮像部２０３が生成した画像データ、第２の地磁気センサ２１２が生成した第２の地磁気データおよびカプセル型内視鏡装置２を識別する識別情報等を記録する。
【００４４】
タイマ２１１は、計時機能および撮影日時の判定機能を有する。タイマ２１１は、撮像部２０３によって生成された画像データに日時データを付加するため、日時データをカプセル制御部２１３へ出力する。また、タイマ２１１は、時刻データをカプセル制御部２１３へ出力する。
【００４５】
第２の地磁気センサ２１２は、地磁気を検出して第２の地磁気データを生成し、この生成した第２の地磁気データをカプセル制御部２１３へ出力する。
【００４６】
カプセル制御部２１３は、カプセル型内視鏡装置２の各部の動作を制御する。カプセル制御部２１３は、第２の地磁気センサデータを画像データと関連付けて送信部２０６によって外部へ送信させる。また、カプセル制御部２１３は、撮像部２０３の撮影タイミングと第２の地磁気センサ２１２が検出する検出タイミングとを同期させて画像データおよび第２の地磁気データを生成させる。具体的には、カプセル制御部２１３は、受信アンテナ２０８から入力される第１の地磁気センサ３３の検出タイミングまたはタイマ２１１から入力される時刻データに基づいて、撮像部２０３の撮影タイミングと第２の地磁気センサ２１２の検出タイミングとを同期させることによって、撮像部２０３に画像データを生成させるとともに、第２の地磁気センサ２１２に第２の地磁気データを生成させる。即ち、カプセル制御部２１３は、第１の地磁気センサ３３の検出タイミングと撮像部２０３の撮像タイミングと第２の地磁気センサ２１２の検出タイミングとを同期させる。カプセル制御部２１３は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）等を用いて構成される。
【００４７】
〔画像処理装置の構成〕
次に、図１で説明した画像処理装置５の構成について説明する。図３は、画像処理装置５の機能構成を示すブロック図である。
【００４８】
図３に示す画像処理装置５は、クレードル５１と、操作入力部５２と、表示部５３と、記録部５４と、出力部５５と、制御部５６と、を備える。
【００４９】
記録部５４は、画像処理装置５が実行する各種動作を示すプログラム、クレードル５１を介して受信装置４が記録する画像データを含む各種情報を記録する。具体的には、記録部５４は、撮像部２０３が撮像した画像データと、第１の地磁気センサ３３が検出した第１の地磁気データと、第２の地磁気センサ２１２が検出した第２の地磁気データと、受信装置４によって算出された各受信アンテナ３１（ｎ）が受信した無線信号の受信強度と、を関連付けて記録する。具体的には、記録部５４は、時刻が同じ画像データ、第１の地磁気データ、第２の地磁気データおよび各受信アンテナ３１（ｎ）が受信した受信強度を１つのデータとして関連付けて記録する。また、記録部５４は、同じ時刻に、第１の地磁気センサ３３が検出した第１の地磁気データと第２の地磁気センサ２１２が検出した第２の地磁気データと、を関連付けて記録する。記録部５４は、ＳＤＲＡＭ（Synchronous  Dynamic  Random  Access  Memory）およびＦｌａｓｈメモリの記録媒体を用いて構成される。
【００５０】
出力部５５は、外部から入力されるメモリカードに対して、操作入力部５２の操作に応じて指定されたデータの書き込みを行うことによって外部へデータを出力する。
【００５１】
制御部５６は、画像処理装置５の各部の動作を制御する。制御部５６は、ＣＰＵ等を用いて構成される。
【００５２】
ここで、制御部５６の詳細な構成について説明する。制御部５６は、向き検出部５６１と、距離算出部５６２と、領域算出部５６３と、理論値算出部５６４と、位置決定部５６５と、軌跡算出部５６６と、を有する。
【００５３】
向き検出部５６１は、受信アンテナユニット３に対するカプセル型内視鏡装置２の向きを検出する。具体的には、向き検出部５６１は、第１の地磁気センサ３３が検出した第１の地磁気データと第２の地磁気センサ２１２が検出した第２の地磁気データとに基づいて、受信アンテナユニット３に対するカプセル型内視鏡装置２の向きを検出する。より詳細には、向き検出部５６１は、第１の地磁気センサ３３が検出した第１の地磁気データと第２の地磁気センサ２１２が検出した第２の地磁気データとに基づいて、第１の地磁気センサ３３に対する第２の地磁気センサ２１２の相対的な向きを検出する。
【００５４】
距離算出部５６２は、向き検出部５６１が検出した受信アンテナユニット３に対するカプセル型内視鏡装置２の向きと受信装置４が算出した各受信アンテナ３１（ｎ）の受信強度とに基づいて、各受信アンテナ３１（ｎ）とカプセル型内視鏡装置２との距離を算出する。
【００５５】
領域算出部５６３は、各受信アンテナ３１（ｎ）を中心として各受信アンテナ３１（ｎ）に対応する距離を半径とする複数の球のうち少なくとも３つの球の表面が重なり合う点領域を取得する。
【００５６】
理論値算出部５６４は、領域算出部５６３が取得した領域内における複数の点の各々と受信アンテナユニット３に対するカプセル型内視鏡装置２の向きとに基づいて、各点にカプセル型内視鏡装置２が存在すると想定した場合に各受信アンテナ３１（ｎ）が受信する無線信号の受信強度の理論値を算出する。具体的には、理論値算出部５６４は、領域算出部５６３が取得した領域内における複数の点の各々の各位置と向き検出部５６１が検出した受信アンテナユニット３に対するカプセル型内視鏡装置２の向きとに基づいて、各点にカプセル型内視鏡装置２が存在すると想定した場合に各受信アンテナ３１（ｎ）が受信する無線信号の受信強度の理論値を算出する。
【００５７】
位置決定部５６５は、領域算出部５６３が取得した領域内における複数の点の中から、理論値算出部５６４が算出した各受信アンテナ３１（ｎ）の無線信号の理論値と各受信アンテナ３１（ｎ）の受信強度との差が最小となる点を、カプセル型内視鏡装置２の位置として決定する。
【００５８】
軌跡算出部５６６は、位置決定部５６５が決定したカプセル型内視鏡装置２の位置に基づいて、カプセル型内視鏡装置２の移動軌跡を算出する。
【００５９】
〔画像処理装置の処理〕
次に、上述した画像処理装置５が実行する処理について説明する。図４は、画像処理装置５が実行する処理の概要を示すフローチャートである。
【００６０】
図４に示すように、まず、制御部５６は、カプセル型内視鏡装置２の位置の推定に用いるパラメータを記録部５４から取得する（ステップＳ１０１）。なお、パラメータの内容については、後述する。
【００６１】
続いて、制御部５６は、位置検出タイミングにおいて各受信アンテナ３１（ｎ）が受信した無線信号の受信強度を記録部５４から取得する（ステップＳ１０２）。具体的には、制御部５６は、クレードル５１を介して受信装置４から取得した位置検出タイミングにおいて各受信アンテナ３１（ｎ）が受信した無線信号の受信強度を記録する記録部５４から取得する。
【００６２】
その後、画像処理装置５は、各受信アンテナ３１（ｎ）における受信強度に基づいて、被検体１００内におけるカプセル型内視鏡装置２の位置を決定し、位置情報を作成する位置決定処理を実行する（ステップＳ１０３）。
【００６３】
図５は、図４のステップＳ１０３の位置決定処理の概要を示すフローチャートである。図５に示すように、制御部５６は、クレードル５１を介して受信装置４から入力された画像データに対応する画像が表示部５３に表示する画像であるか否かを判断する（ステップＳ２０１）。例えば、制御部５６は、画像データに含まれるノイズの比率が所定の閾値よりも大きい場合、その画像データに対応する画像を表示部５３に表示する画像でないと判断する。制御部５６がクレードル５１を介して受信装置４から入力された画像データに対応する画像が表示部５３に表示する画像であると判断した場合（ステップＳ２０１：Ｙｅｓ）、画像処理装置５は、後述するステップＳ２０２へ移行する。これに対して、制御部５６がクレードル５１を介して受信装置４から入力された画像データに対応する画像が表示部５３に表示する画像でないと判断した場合（ステップＳ２０１：Ｎｏ）、画像処理装置５は、図４のメインルーチンへ戻る。
【００６４】
ステップＳ２０２において、向き検出部５６１は、画像データに関連付けられた第１の地磁気データと第２の地磁気データとに基づいて、受信アンテナユニット３に対するカプセル型内視鏡装置２の向きを検出する。具体的には、図６に示すように、向き検出部５６１は、カプセル型内視鏡装置２の画像データの撮像タイミング（取得タイミング）に同期して、第１の地磁気センサ３３が検出した第１の地磁気データと第２の地磁気センサ２１２が検出した第２の地磁気データとに基づいて、受信アンテナユニット３に対するカプセル型内視鏡装置２の向きを検出する。なお、図６において、横軸が時間を示し、図６（ａ）がカプセル型内視鏡装置の画像データの撮像タイミングを示し、図６（ｂ）が第１の地磁気センサ３３の地磁気データの検出タイミングを示し、図６（ｃ）が第２の地磁気センサ２１２の地磁気データの検出タイミングを示す。
【００６５】
続いて、距離算出部５６２は、向き検出部５６１が検出した受信アンテナユニット３に対するカプセル型内視鏡装置２の向きと各受信アンテナ３１（ｎ）における受信強度とに基づいて、各受信アンテナ３１（ｎ）とカプセル型内視鏡装置２との距離ｒnを算出する（ステップＳ２０３）。具体的には、距離算出部５６２は、受信アンテナ３１（ｎ）における受信強度（受信電界強度）と、受信アンテナ３１（ｎ）の向きに対するカプセル型内視鏡装置２の向きの傾きνとに基づいて、受信信号の電圧Ｖnを算出し、次式（１）を用いて距離ｒnを算出する。
【数１】
2015231495.tif 000003
式（１）において、パラメータＫは、受信アンテナ３１（ｎ）の特性によって決まる定数であり、パラメータαは、生体組織の減衰係数である。これらのパラメータＫおよびパラメータαは、予め測定された実測値に基づいて導出されたものであり、ステップＳ１０１において記録部５４から取得される。
【００６６】
その後、領域算出部５６３は、カプセル型内視鏡装置２が存在する存在領域Ｔを算出する（ステップＳ２０４）。具体的には、領域算出部５６３は、各受信アンテナ３１（ｎ）を中心として、距離算出部５６２が算出した距離ｒnを半径とする複数の球のうち少なくとも３以上の球の表面が重なりあう交点を含む領域を存在領域Ｔとして算出（取得）する。
【００６７】
図７は、領域算出部５６３が取得するカプセル型内視鏡装置２の存在領域を説明するための模式図である。図７においては、３つの球の表面が重なり合う交点を中心にして切断した断面の模式図を示す。
【００６８】
図７に示すように、例えば、領域算出部５６３は、受信アンテナ３１（１）〜３１（３）の場合、受信アンテナ３１（１）を中心とし、距離ｒ1を半径とする球Ｂ１の表面と、受信アンテナ３１（２）を中心とし、距離ｒ2を半径とする球Ｂ２の表面と、受信アンテナ３１（３）を中心とし、距離ｒ3を半径とする球Ｂ３の表面とが重なり合う交点を含む領域をカプセル型内視鏡装置２の存在領域Ｔとして算出する。具体的には、領域算出部５６３は、受信アンテナ３１（ｎ）の受信強度による測定誤差を防止するため、球Ｂ１〜Ｂ３それぞれの距離に所定の幅を持たせ、これらの幅が重なる合う領域をカプセル型内視鏡装置２の存在領域Ｔとして算出する。
【００６９】
即ち、領域算出部５６３は、球Ｂ１〜球Ｂ３それぞれの距離に所定のパラメータを付与した球殻Ｂ１’〜Ｂ３  ’が重なり合う領域をカプセル型内視鏡装置２の存在領域Ｔとして算出する。なお、受信アンテナ３１（１）〜３１（３）の座標を、図７に示すようなＸＹ平面上に取る場合、カプセル型内視鏡装置２が位置すると推定される球Ｂ１〜Ｂ３は、例えばＺ≦０側（被検体１００側）の半球と考えて良い。
【００７０】
また、図７においては、３つの球の表面が重なり合う交点を例に説明したが、カプセル型内視鏡装置２が少なくとも３つ以上の球の表面が重なり合う交点を含む領域に位置することが確実であるため、例えば８つの受信アンテナ３１（ｎ）のうち３つの受信アンテナ３１（ｎ）に対応する３つの球の表面が重なり合う領域をカプセル型内視鏡装置２の存在領域Ｔとして取得してもよい。
【００７１】
続いて、画像処理装置５は、存在領域Ｔ内の全格子点Ｐｉについて、ループＡの処理を実行する。図８は、図７に示す存在領域Ｔの拡大図である。図８に示すように、理論値算出部５６４は、存在領域Ｔを格子状に分割した複数の部分領域内の点、例えば中心点Ｐｉ（以下、「格子点Ｐｉ」という）の各々について、ループＡの処理を実行する。
【００７２】
ステップＳ２０５において、理論値算出部５６４は、格子点Ｐｉの位置および向き検出部５６１が検出したカプセル型内視鏡装置２の向きＶｃに基づいて、各受信アンテナ３１（ｎ）における受信強度の理論値Ｖｔn（i）を算出する。
【００７３】
図９は、理論値算出部５６４が各受信アンテナ３１（ｎ）における受信強度の理論値Ｖｔn（i）を算出する算出方法を説明するための図である。図９に示すように、カプセル型内視鏡装置２の送信アンテナ２０７を基準とする標系ＸLＹLＺL（原点Ｐ）おいて、任意の位置Ｑ（ｘL、ｙL、ｚL）における電磁界（静電界、放射電磁界、誘導電磁界の成分を含む）の磁界成分ＨｒおよびＨθ、並びに電界成分Ｅψは、次式（２−１）〜（２−３）によって表される。
【数２】
2015231495.tif 000004
式（２−１）〜（２−３）において、記号Ｉは、送信アンテナ２０７に流れる電流を表し、記号Ｓは、送信アンテナ２０７を構成する円形コイルの面積を表す。また、記号ｒは、送信アンテナ２０７と任意の位置までの距離（ｒ＝（ｘ2＋ｙ2＋ｚ2）1/2）を表す。また、ｋ＝ω（εμ）1/2（εは、誘電率、μは、透磁率）であり、記号ｊは、虚数単位を表す。
【００７４】
カプセル型内視鏡装置２内の送信アンテナ２０７により発生する電磁界の周波数が高く、カプセル型内視鏡装置２と被検体１００の体表に取り付けられた受信アンテナ３１（ｎ）との距離が十分離れている場合、各受信アンテナ３１（ｎ）に到達する電磁界（電磁波）の内では、放射電磁界の成分が最も大きくなる。従って、静電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（２−１）〜（２−３）は、次式（３−１）〜（３−３）のように変形することができる。
【数３】
2015231495.tif 000005
【００７５】
被検体１００の体表に取り付けられた各受信アンテナ３１（ｎ）が電界を検出する電界検出用のアンテナである場合、その検出に必要な式は式（３−３）である。式（３−３）によって与えられる電界成分Ｅψは、放射電界を表し、交流理論による結果と考えられる。従って、電界成分Ｅψの瞬時値は、次式（４）のように、式（３−３）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。
【数４】
2015231495.tif 000006
式（４）において、Ｕ＝ωｔ−ｋｒである。
【００７６】
式（４）の実部を抽出すると、電界の瞬時値Ｅ’ψは次式（５）によって与えられる。
【数５】
2015231495.tif 000007
【００７７】
図１０は、理論値算出部５６４が各受信アンテナ３１（ｎ）における受信強度の理論値Ｖｔn（i）を算出する算出方法を説明するための図である。図１０に示すように、式（４）を、極座標系（ｒ，θ，ψ）から直交座標系（ＸL，ＹL，ＺL）に変換すると、電界の瞬時値Ｅ’ψの各座標成分（ＥLx，ＥLy，ＥLz）は、次式（６−１）〜（６−３）によって与えられる。
【数６】
2015231495.tif 000008
【００７８】
図１１は、理論値算出部５６４が各受信アンテナ３１（ｎ）における受信強度の理論値Ｖｔn（i）を算出する算出方法を説明するための図である。図１１に示すように、電磁波Ｅｙ、Ｈｚが媒質中を伝搬する場合、導電率等の媒質の特性に応じて、電磁波のエネルギーは媒質に吸収される。例えば、ｘ方向に伝搬する電磁波Ｅｙ、ＨｚのエネルギーＡｒは、次式（７）および（８）に示すように、減衰因子αｄで指数関数的に減衰する。
【数７】
2015231495.tif 000009
式（８）において、ε＝εｏεｒ（εｏ：真空の誘電率、εｒ：媒質の誘電率）、μ＝μｏμｒ（μｏ：真空の透磁率、μｒ：媒質の透磁率）、ωは角周波数、κは導電率である。
【００７９】
従って、生体内の特性を考慮した場合の電界の瞬時値ＥＬは、次式（９−１）〜（９−３）によって与えられる。
【数８】
2015231495.tif 000010
【００８０】
また、カプセル型内視鏡装置２の送信アンテナ２０７を基準とする座標系ＸLＹLＺLにおける位置Ｑ（ｘL，ｙL，ｚL）を、被検体１００を基準とする座標系ＸWＹWＺWに変換する式は、次式（１０）のとおりである。
【数９】
2015231495.tif 000011
式（１０）において、（ｘWP，ｙWP，ｚWP）および（ｘWG，ｙWG，ｚWG）は、座標系ＸWＹWＺWにおける位置Ｑおよび送信アンテナ２０７の位置をそれぞれ表す。
【００８１】
式（１０）の右辺に示すＲ00〜Ｒ22を成分とするマトリックスは、座標系ＸWＹWＺWと座標系ＸLＹLＺLの回転マトリクスを表し、次式（１１）によって与えられる。
【数１０】
2015231495.tif 000012
式（１１）において、αおよびβは、それぞれ、極座標系における回転量を表す。
【００８２】
これより、被検体１００を基準とする座標系ＸWＹWＺW内の位置Ｑ（ｘWP，ｙWP，ｚWP）における電界ＥWは、次式（１２）によって与えられる。
【数１１】
2015231495.tif 000013
【００８３】
式（９−１）〜（１１）を式（１２）に代入することにより、電界ＥWを与える式（１３）が得られる。
【数１２】
2015231495.tif 000014
式（１３）において、Ｋ1は定数である。また、（ｇx，ｇy，ｇz）は、向き検出部５６１が検出したカプセル型内視鏡装置２のアンテナの向きを表す。
【００８４】
図１２は、理論値算出部５６４が各受信アンテナ３１（ｎ）における受信強度の理論値Ｖｔn（i）を算出する算出方法を説明するための図である。図１２に示すように、送信アンテナ２０７から発生した電界ＥWを、ダイポールアンテナからなる受信アンテナ３１（ｎ）で受信したときに検出される受信強度の理論値Ｖｔn（ｉ）は、次式（１４）によって与えられる。
【数１３】
2015231495.tif 000015
式（１４）において、ｋ2は定数である。また、（Ｄｘａ、Ｄｙａ、Ｄｚａ）は、被検体１００を基準とする座標系における受信アンテナ３１（ｎ）の向きを表す。このように、理論値算出部５６４は、式（１４）を用いて格子点Ｐｉの位置およびカプセル型内視鏡装置２の向きＶｃに基づいて、受信アンテナ３１（ｎ）おける受信強度の理論値Ｖｔn（ｉ）を算出する。
【００８５】
図５に戻り、ステップＳ２０６以降の説明を続ける。
ステップＳ２０６において、位置決定部５６５は、理論値算出部５６４が算出した各受信アンテナ３１（ｎ）の受信強度の理論値Ｖｔn（ｉ）と、各受信アンテナ３１（ｎ）における現実の受信強度（測定値）Ｖnとの差の絶対値の和Ｍ（ｉ）を、次式（１５）によって算出する。
【数１４】
2015231495.tif 000016
なお、実施の形態１においてはＮ＝８である。
【００８６】
ループＡの処理を全ての格子点Ｐｉについて繰り返した後、ステップＳ２０７において、位置決定部５６５は、存在領域Ｔ内で差の絶対値の和Ｍ（ｉ）が最小となる格子点Ｐｉの位置と、そのときのカプセル型内視鏡装置２の向きＶｃとを取得する。
【００８７】
続いて、位置決定部５６５は、取得した格子点Ｐｉの位置を、カプセル型内視鏡装置２の位置として決定する（ステップＳ２０８）。この場合、位置決定部５６５は、決定した位置を示す位置情報と、画像データとを関連付けて記録部５４に記録する。その後、画像処理装置５は、図４のメインルーチンへ戻る。
【００８８】
図４に戻り、ステップＳ１０４以降の説明を続ける。
ステップＳ１０４において、軌跡算出部５６６は、位置決定部５６５が決定したカプセル型内視鏡装置２の位置と、これまでに記録部５４に格納されたカプセル型内視鏡装置２の位置とをもとに、時間的に前後するカプセル型内視鏡装置２の位置を接続することにより、カプセル型内視鏡装置２の被検体１００内における移動軌跡を算出する移動軌跡算出処理を実行する。
【００８９】
ここで、カプセル型内視鏡装置２の検出位置には、各受信アンテナ３１（ｎ）の配置誤差やノイズ等によって、誤差が含まれることがある。例えば図１３に示すように、カプセル型内視鏡装置２の検出位置を繋げた移動軌跡Ｌｐは、実際のカプセル型内視鏡装置２の移動軌跡Ｌｃからずれたものとなってしまう場合がある。しかしながら、カプセル型内視鏡装置２は、被検体１００内の臓器内部を移動するため、実際には、短時間で大きく移動することはないと考えられる。
【００９０】
そこで、軌跡算出部５６６は、時間的に前後する座標（例えば前後１つずつを含む３つの座標）から中央値を求めるメディアンフィルタ処理等により補正処理を行いながら軌跡を算出する。その結果、軌跡算出部５６６は、図１４に示すように、実際の移動軌跡Ｌｃにより近い移動軌跡Ｌｐを取得することができる。この移動軌跡Ｌｅは、各受信アンテナ３１（ｎ）の配置誤差やノイズ等に起因して実際の移動軌跡Ｌｃから大きくずれてしまった検出位置Ａ1の影響が低減されたものとなる。また、補正処理としては、メディアンフィルタ処理に限らず、例えば前後２つを含む５つの座標の平均値を求める移動平均処理を用いても良い。算出された移動軌跡は、被検体１００の内部が写った画像と一緒に表示部５３に表示されると共に、記録部５４に記憶される。
【００９１】
以上説明した本発明の実施の形態１によれば、向き検出部５６１がカプセル型内視鏡装置２の向きを算出し、この算出した向きを用いて、各受信アンテナ３１（ｎ）における受信強度から取得された存在領域の中からカプセル型内視鏡装置２の位置をさらに絞り込むので、従来よりも精度の高い位置検出を行うことができる。
【００９２】
また、本発明の実施の形態１によれば、各受信アンテナ３１（ｎ）の受信強度が被検体１００内のカプセル型内視鏡装置２の位置だけでなく、カプセル型内視鏡装置２の向きによって大きく変わるので、測定誤差がない場合であっても、各受信アンテナ３１（ｎ）の受信強度のみでカプセル型内視鏡装置２までの距離を一意に決めることができないが、向き検出部５６１が第１の地磁気センサ３３による第１の地磁気データおよび第２の地磁気センサ２１２による第２の地磁気データによって求めたカプセル型内視鏡装置２の向きを用いることで、１本の受信アンテナ３１（ｎ）の受信強度からカプセル型内視鏡装置２までの距離を一意に決めることができる。この結果、被検体１００内におけるカプセル型内視鏡装置２の位置を推定する精度を向上させることができるうえ、位置決定処理の計算量を抑えるので、位置決定処理の高速化を行うことができる。
【００９３】
また、本発明の実施の形態１によれば、シート部３０に複数の受信アンテナ３１（ｎ）を配置した受信アンテナユニット３を用いているため、被検体１００の検査毎に各受信アンテナ３１（ｎ）の配置を調整する必要がないうえ、各受信アンテナ３１（ｎ）の配置ずれに伴うカプセル型内視鏡装置２の位置を高い精度で推定することができる。
【００９４】
また、本発明の実施の形態１では、位置決定部５６５が位置検出タイミング毎に、各受信アンテナ３１（ｎ）をもとに存在領域Ｔを取得していたが、カプセル型内視鏡装置２が被検体１００内に短時間で大きく移動することはないと考えられるため、直前に取得した存在領域Ｔをもとに、今回の存在領域Ｔを指定してもよい。例えば、位置決定部５６５は、図１５に示すように、前回の位置決定処理ｎおいてカプセル型内視鏡装置２の存在領域Ｔが取得された場合、その次の回では、存在領域Ｔに対してカプセル型内視鏡装置２が移動可能である範囲を加えた存在領域Ｔ’内について、ループＡ（図５を参照）の処理を実行してもよい。
【００９５】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態２に係るカプセル型内視鏡システムは、上述した実施の形態１に係るカプセル型内視鏡システム１の画像処理装置５の構成が異なるうえ、実行する処理が異なる。具体的には、本実施の形態２に係る画像処理装置が実行する位置決定処理が異なる。このため、以下においては、本実施の形態２に係る画像処理装置の構成を説明後、画像処理装置が実行する位置決定処理について説明する。なお、上述した実施の形態１に係るカプセル型内視鏡システム１の構成と同一の部分には同一の符号を付して説明を省略する。
【００９６】
〔画像処理装置の構成〕
図１６は、本実施の形態２に係る画像処理装置の機能構成を示すブロック図である。図１６に示す画像処理装置５ａは、上述した実施の形態１に係る画像処理装置５の制御部５６に換えて、制御部５６ａを備える。
【００９７】
制御部５６ａは、画像処理装置５ａの各種の動作を制御する。制御部５６ａは、ＣＰＵ等を用いて構成される。制御部５６ａは、上述した制御部５６の構成に加えて、向き推定部５６７を有する。
【００９８】
向き推定部５６７は、領域算出部５６３が取得した領域内における複数の点の各々と各受信アンテナ３１（ｎ）との位置関係、および各受信アンテナ３１（ｎ）が受信した無線信号の受信強度に基づいて、領域算出部５６３が取得した領域内における複数の点の各々の各点におけるカプセル型内視鏡装置２の向きを推定する。
【００９９】
〔画像処理装置の処理〕
図１７は、画像処理装置５ａが実行する位置決定処理の概要を示すフローチャートである。
【０１００】
図１７において、ステップＳ３０１〜ステップＳ３０４は、上述したステップＳ２０１〜ステップＳ２０４にそれぞれ対応する。
【０１０１】
ステップＳ３０４の後、画像処理装置５ａは、存在領域Ｔ内の全格子点Ｐｉについて、ループＢの処理を実行する。
【０１０２】
ステップＳ３０５において、向き推定部５６７は、格子点Ｐｉにカプセル型内視鏡装置２が存在すると想定した場合のカプセル型内視鏡装置２の向きを推定する向き推定処理を実行する。
【０１０３】
図１８は、図１７の向き推定処理の概要を示すフローチャートである。図１９および図２０は、向き推定部５６７によるカプセル型内視鏡装置２の向き推定処理を説明するための模式図である。
【０１０４】
図１８に示すように、まず、向き推定部５６７は、受信アンテナ３１（ｎ）の各々について、ループＣの処理を実行する。
【０１０５】
ステップＳ４０１において、向き推定部５６７は、図１９に示すように、処理対象の受信アンテナ３１（ｎ）の向きに基づいて、受信アンテナ３１（ｎ）の向きを示すベクトルａを取得する。なお、図１９においては、ベクトルａをカプセル型内視鏡装置２の中心（即ち、格子点Ｐｉ）に平行移動させたベクトルａ’として併せて示している。
【０１０６】
続いて、向き推定部５６７は、カプセル型内視鏡装置２と受信アンテナ３１（ｎ）との位置関係に基づいて、カプセル型内視鏡装置２（格子点Ｐｉ）から受信アンテナ３１（ｎ）に向かうベクトルｂを取得する（ステップＳ４０２）。
【０１０７】
その後、向き推定部５６７は、ベクトルａ’とベクトルｂとの外積であるベクトルｃ（ｃ＝ａ’×ｂ）を取得する（ステップＳ４０３）。
【０１０８】
続いて、向き推定部５６７は、受信アンテナ３１（ｎ）における受信強度に基づいて、ベクトルｃを半径とする球面ＳＰからベクトルｃと直交する円の円周Ｃｎを取得する（ステップＳ４０４）。
【０１０９】
図２０は、向き推定部５６７による円周Ｃｎを取得する取得方法を説明するための模式図である。図２０に示すように、カプセル型内視鏡装置２の向き、即ち、カプセル型内視鏡装置２内の送信アンテナ２０７の向きは、ベクトルｃと同一の始点（格子点Ｐｉ）から出発し、球面ＳＰ上のいずれかの点を終点とするベクトルｘ（以下、単に「ベクトルｘ」という）によって表すことができる。この場合、ベクトルｃと直交する円の円周（例えば円周Ｒ１、円周Ｒ２、・・・等）では、ベクトルｘが１つの円周上のどの位置を通過したとしても、各受信アンテナ３１（ｎ）の受信強度の理論値が変わらない。そこで、向き推定部５６７は、各受信アンテナ３１（ｎ）の受信強度に基づいて、ベクトルｃと直交する１つの円周Ｃｎを、ベクトルｘの終点候補の集合として取得する。
【０１１０】
ループＣの処理を全ての受信アンテナ３１（ｎ）を行うことによって、受信アンテナ３１（ｎ）の各々の円周Ｃｎを取得した後、向き推定部５６７は、Ｎ個の円周Ｃｎの交点を求め、この求めた交点からカプセル型内視鏡装置２の向きＶｃを取得する（ステップＳ４０５）。ステップ４０５の後、画像処理装置５ａは、図１７の位置決定処理へ戻る。
【０１１１】
図１７に戻り、ステップＳ３０６以降の説明を続ける。
ステップＳ３０６において、理論値算出部５６４は、格子点Ｐｉの位置および向き推定部５６７が検出したカプセル型内視鏡装置２の向きＶｃに基づいて、各受信アンテナ３１（ｎ）における受信強度の理論値Ｖｔn（i）を算出する。
【０１１２】
続いて、位置決定部５６５は、理論値算出部５６４が算出した各受信アンテナ３１（ｎ）の受信強度の理論値Ｖｔn（ｉ）と、各受信アンテナ３１（ｎ）における現実の受信強度（測定値）Ｖnとの差の絶対値の和Ｍ（ｉ）を、上述した式（１５）によって算出する。
【０１１３】
ループＢの処理を全ての格子点Ｐｉについて繰り返した後、画像処理装置５ａは、後述するステップＳ３０８へ移行する。
【０１１４】
ステップＳ３０８およびステップＳ３０９は、上述した図５のステップＳ２０７およびステップＳ２０８にそれぞれ対応する。ステップＳ３０９の後、画像処理装置５ａは、上述した図４のメインルーチンへ戻る。
【０１１５】
以上説明した本発明の実施の形態２によれば、領域算出部５６３が向き検出部５６１によって検出されたカプセル型内視鏡装置２の向きと各受信アンテナ３１（ｎ）の受信強度とを用いて取得したカプセル型内視鏡装置２の存在領域Ｔを取得し、理論値算出部５６４が向き推定部５６７によって存在領域Ｔ内の複数の各々と各受信アンテナ３１（ｎ）との位置関係および各受信アンテナ３１（ｎ）の受信強度に基づいて推定した各点におけるカプセル型内視鏡装置の向きを用いて理論値を算出し、この理論値を用いて位置決定部５６５がカプセル型内視鏡装置の位置を決定する。より詳細には、本実施の形態２によれば、最初に大まかなカプセル型内視鏡装置２の存在領域Ｔを検出した後に、各受信アンテナ３１（ｎ）の受信強度を用いてより細かい領域でカプセル型内視鏡装置２の位置をさらに絞り込むことによって、カプセル型内視鏡装置２の位置を決定するので、より精度の高い位置検出を行うことができる。
【０１１６】
（実施の形態１，２の変形例）
また、上述した本発明の実施の形態１，２では、画像処理装置に、向き検出部、距離算出部、領域算出部、理論値算出部、位置決定部、軌跡算出部および向き推定部が設けられていたが、これらの機能を受信装置に設けてもよい。即ち、受信装置は、各受信アンテナが受信した無線信号の受信強度を算出する受信強度算出部と、受信アンテナユニットに対するカプセル型内視鏡装置の向きを検出する向き検出部と、受信強度算出部が算出した各受信アンテナの受信強度と向き検出部が検出した向きとに基づいて、各受信アンテナとカプセル型内視鏡装置との距離を算出する距離算出部と、複数の受信アンテナに対して距離算出部が算出した距離を半径とする複数の球のうち少なくとも３つの球の表面が重なり合う交点を含む領域をそれぞれ算出する領域算出部と、領域算出部が算出した領域内で設定される複数の点の各々に基づいて、この複数の点の各々にカプセル型内視鏡装置が存在すると想定した場合に各受信アンテナが受信する無線信号の受信強度の理論値を算出する理論値算出部と、複数の点の中から、理論値算出部が算出した理論値と受信強度算出部が算出した受信強度との差が最小となる点を、カプセル型内視鏡装置の位置として決定する位置決定部と、を備えてもよい。
【０１１７】
第１の地磁気センサ３３が検出する第１地磁気データの検出タイミング、カプセル型内視鏡装置２の撮像部２０３が撮像する画像データの撮像タイミング、および第２の地磁気センサ２１２が検出する第２の地磁気データの検出タイミングは、単方向通信によって同期させてもよい。
【０１１８】
具体的には、受信装置において、カプセル型内視鏡装置２の撮像部２０３が撮像する画像データのフレームレート以上のフレームレート（周期）で第１の地磁気センサ３３が検出した第１の地磁気データを一時記録部に記録し、第１の地磁気センサ３３が新たな第１の地磁気データを検出する毎に一時記録部に記録した第１の地磁気データを更新する。
【０１１９】
この場合、受信装置は、第２の地磁気センサ２１２が検出した第２の地磁気データを含むカプセル型内視鏡装置２の画像データを各受信アンテナ３１（ｎ）で受信したタイミングで一時記録部に記録している第１の地磁気センサ３３の第１の地磁気データと、カプセル型内視鏡装置２から受信した画像データと、受信装置によって算出された各受信アンテナ３１（ｎ）が受信した無線信号の受信強度と、を関連付けて記録する。カプセル型内視鏡装置２の向きを検出する向き検出部は、カプセル型内視鏡装置２から受信した画像データ、この画像データに関連付けられた第１の地磁気データ、およびカプセル型内視鏡装置２から受信した画像データに含まれる第２の地磁気センサ２１２が検出した第２の地磁気データに基づいて、カプセル型内視鏡装置２の向きを検出する。これにより、第１の地磁気センサ３３が検出する第１の地磁気データの検出タイミングと、カプセル型内視鏡装置２の撮像部２０３が撮像する画像データの撮像タイミングと、第２の地磁気センサ２１２が検出する第２の地磁気データの検出タイミングとを同期させて受信アンテナユニット３に対するカプセル型内視鏡装置２の向きを検出することができる。
【０１２０】
以上説明した本発明の実施の形態１，２の変形例によれば、計算量を抑えつつ、従来よりも高い精度でカプセル型内視鏡装置２の位置を検出することができる。
【０１２１】
（その他の実施の形態）
また、上述した実施の形態１，２では、位置決定部が領域算出部によって取得された領域内における複数の点の中から、各点の理論値算出部が算出した理論値と受信装置が算出した各受信アンテナの受信強度との誤差が最小となる点を、カプセル型内視鏡装置の位置として決定していたが、領域算出部によって取得された領域内における複数の点の中から、各点の位置に応じて各受信アンテナの測定誤差を加味したパラメータが付与された受信強度と理論値との誤差が最小となる点を、カプセル型内視鏡装置の位置として決定してもよい。これにより、より精度の高い位置検出を行うことができる。
【０１２２】
また、上述した実施の形態１，２では、向き検出部は、第１の地磁気センサが生成した第１の地磁気データと第２の地磁気センサが生成した第２の地磁気データとに基づいて、受信アンテナユニットに対するカプセル型内視鏡装置の向きを検出していたが、例えば、カプセル型内視鏡装置に３軸の加速度センサを設け、この加速度センサが検出する検出結果に基づいて、受信アンテナユニットに対するカプセル型内視鏡装置の向きを検出してもよい。
【０１２３】
このように、本発明は、ここでは記載していない様々な実施の形態を含みうるものであり、特許請求の範囲によって特定される技術的思想の範囲内で種々の設計変更等を行うことが可能である。
【符号の説明】
【０１２４】
１  カプセル型内視鏡システム
２  カプセル型内視鏡装置
３  受信アンテナユニット
４  受信装置
５，５ａ  画像処理装置
３０  シート部
３１  受信アンテナ
３２  アンテナケーブル
３３  第１の地磁気センサ
４１  受信表示部
４２  操作部
５１  クレードル
５２  操作入力部
５３  表示部
５４，２１０  記録部
５５  出力部
５６，５６ａ  制御部
１００  被検体
２００  筐体
２００ａ  筒部
２００ｂ，２００ｃ  ドーム部
２０１  電源部
２０２  光学系
２０３  撮像部
２０４  照明部
２０５  信号処理部
２０６  送信部
２０７  送信アンテナ
２０８  受信アンテナ
２０９  復調部
２１１  タイマ
２１２  第２の地磁気センサ
２１３  カプセル制御部
５６１  向き検出部
５６２  距離算出部
５６３  領域算出部
５６４  理論値算出部
５６５  位置決定部
５６６  軌跡算出部
５６７  向き推定部
【図１】
2015231495.tif 000017
【図２】
2015231495.tif 000018
【図３】
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【図４】
2015231495.tif 000020
【図５】
2015231495.tif 000021
【図６】
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【図７】
2015231495.tif 000023
【図８】
2015231495.tif 000024
【図９】
2015231495.tif 000025
【図１０】
2015231495.tif 000026
【図１１】
2015231495.tif 000027
【図１２】
2015231495.tif 000028
【図１３】
2015231495.tif 000029
【図１４】
2015231495.tif 000030
【図１５】
2015231495.tif 000031
【図１６】
2015231495.tif 000032
【図１７】
2015231495.tif 000033
【図１８】
2015231495.tif 000034
【図１９】
2015231495.tif 000035
【図２０】
2015231495.tif 000036