(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平方向の第１の軸（ｘ）と、水平方向の第２の軸（ｚ）と、垂直方向の第３の軸（ｙ）とを含む３つの軸（ｘ，ｙ，ｚ）を有するデカルト座標系の作業空間内で、磁気双極子モーメント（ｍ）を有する磁気物体を、無接触で案内するためのコイル構造において、
前記コイル構造は、前記３つの軸（ｘ，ｙ，ｚ）のそれぞれに所属した磁界（Ｂ）の成分（Ｂx，Ｂy，Ｂz）および勾配磁界を生起するための、１２個以下の複数の個別コイル（１，２，．．．，１２）と、前記個別コイル（１，２，．．．，１２）への通電を制御するための１つまたは複数の制御ユニットとを含んでおり、
前記１２個以下の複数の個別コイル（１，２，．．．，１２）は、複数の第１の個別コイル（１，２，．．．，６）を含んでおり、前記作業空間は、それぞれの第１の個別コイル（１，２，．．．，６）の長軸の方向から見て前記それぞれの第１の個別コイル（１，２，．．．，６）の周回の内部に位置しており、
前記軸（ｘ，ｙ，ｚ）の１つまたは複数には、それぞれの軸（ｘ，ｙ，ｚ）に沿って前記作業空間の向かい合う側で実質的に平行な平面に配置された２つの第１の個別コイル（１，２，．．．，６）からなる少なくとも１つの第１のコイル対が、それぞれ付属しており、
前記軸（ｘ，ｙ，ｚ）の１つまたは複数にそれぞれ付属する第１のコイル対の代わりに、それぞれ１つの第１の個別コイル（５’）が付属しており、もしくは、前記軸（ｘ，ｙ，ｚ）の１つまたは複数にそれぞれ付属する第１のコイル対が省略されていると共に当該省略された第１のコイル対の代わりの前記１つの第１の個別コイル（５’）も付属しておらず、前記作業空間はそれぞれの前記第１の個別コイル（１，２，．．．，６）の周回によって少なくとも部分的に取り囲まれており、
前記１２個以下の複数の個別コイルは、前記複数の第１の個別コイル（１，２，．．．，６）以外に、複数の第２の個別コイル（７，８，．．．，１２）を含んでおり、前記作業空間は、それぞれの前記第２の個別コイル（７，８，．．．，１２）の長軸の方向から見て前記それぞれの第２の個別コイルの周回の外部に位置しており、
前記軸（ｘ，ｙ，ｚ）の１つまたは複数に、実質的に１つの共通の平面でそれぞれの軸（ｘ，ｙ，ｚ）に沿って前記作業空間の向かい合う側に配置された２つの第２の個別コイル（７，８，．．．，１２）からなる少なくとも１つの第２のコイル対が、それぞれ付属している
ことを特徴とするコイル構造。
【請求項２】
請求項１記載のコイル構造において、
少なくとも２つの個別コイル（１，２，．．．，１２）は、１つの共通の制御ユニットによって制御可能であるコイル構造。
【請求項３】
請求項１または２記載のコイル構造において、
ちょうど１１個の個別コイル（１，２，３，４，５’，７，８，９，１０，１１，１２）を含んでおり、
２つの第１のコイル対（１，２，３，４）が設けられており、前記第１のコイル対のうちの一方（１，２）は前記第１の軸（ｘ）に付属しており、前記第１のコイル対のうちの他方（３，４）は前記第３の軸（ｙ）に付属しており、
前記第２の軸（ｚ）に付属する１つの第１の個別コイル（５’）が設けられており、
前記第１の軸（ｘ）に付属し、前記第１および第３の軸（ｘ，ｙ）によって広がる平面に配置された第２のコイル対（１１，１２）が設けられており、
前記第３の軸（ｙ）に付属し、実質的に互いに垂直な平面に配置された２つの第２のコイル対（７，８，９，１０）が設けられており、これらの平面の一方は前記第１および第３の軸（ｘ，ｙ）を通って広がっており、これらの平面の他方は前記第２および第３の軸（ｚ，ｙ）を通って広がっているコイル構造。
【請求項４】
請求項１記載のコイル構造において、
ちょうど１１個の個別コイル（１，２，３，４，５’，７，８，９，１０，１１，１２）を含んでおり、
２つの第１のコイル対（１，２，３，４）が設けられており、前記第１のコイル対のうちの一方（１，２）は、前記第１の軸（ｘ）に付属しており、前記第１のコイル対のうちの他方（３，４）は、前記第３の軸（ｙ）に付属しており、
前記第２の軸（ｚ）に付属する１つの第１の個別コイル（５’）が設けられており、
前記第１の軸（ｘ）に付属し、前記第１および第３の軸（ｘ，ｙ）によって広がる平面に配置された、第２のコイル対（１１，１２）が設けられており、
前記第１の軸（ｘ）に付属し、前記第１および第２の軸（ｘ，ｚ）によって広がる平面に配置された、第２のコイル対（７，８）が設けられており、
前記第３の軸（ｙ）に付属し、前記第１および第３の軸（ｘ，ｙ）によって広がる平面に配置された、第２のコイル対（９，１０）が設けられているコイル構造。
【請求項５】
請求項３または４記載のコイル構造において、
ちょうど８個の制御ユニットを含んでおり、
全ての第１の個別コイル（１，２，．．．，６）は、別々の制御ユニットによって制御可能であり、
前記第２のコイル対（７，８，．．．，１２）は、それぞれ１つの共通の制御ユニットによって制御可能であるコイル構造。
【請求項６】
請求項１または２記載のコイル構造において、
ちょうど９個の個別コイル（１，２，３，４，５’，７，８，９，１０）を含んでおり、
２つの第１のコイル対（１，２，３，４）が設けられており、前記第１のコイル対のうちの一方（１，２）は、前記第１の軸（ｘ）に付属しており、前記第１のコイル対のうちの他方（３，４）は、前記第３の軸（ｙ）に付属しており、
前記第２の軸（ｚ）に付属する第１の個別コイルとして、１つのみの第１の個別コイル（５’）が設けられており、
前記第３の軸（ｙ）に付属し、実質的に互いに垂直な平面に配置された２つの第２のコイル対（７，８，９，１０）が設けられており、これらの平面の一方は、前記第１および第３の軸（ｘ，ｙ）を通って広がっており、これらの平面の他方は、前記第２および第３の軸（ｚ，ｙ）を通って広がっているコイル構造。
【請求項７】
請求項１または２記載のコイル構造において、
ちょうど９個の個別コイル（１，２，３，４，５’，７，８，９，１０）を含んでおり、
２つの第１のコイル対（１，２，３，４）が設けられており、前記第１のコイル対のうちの一方（１，２）は、前記第１の軸（ｘ）に付属しており、前記第１のコイル対のうちの他方（３，４）は、前記第３の軸（ｙ）に付属しており、
前記第２の軸（ｚ）に付属する１つの第１の個別コイル（５’）が設けられており、
前記第１の軸（ｘ）に付属し、前記第１および第２の軸（ｘ，ｚ）によって広がる平面に配置された、第２のコイル対（７，８）が設けられており、
前記第３の軸（ｙ）に付属し、前記第１および第３の軸（ｘ，ｙ）によって広がる平面に配置された、第２のコイル対（９，１０）が設けられているコイル構造。
【請求項８】
請求項６または７記載のコイル構造において、
ちょうど７個の制御ユニットを含んでおり、
全ての第１の個別コイル（１，２，．．．，６）は、別々の制御ユニットによって制御可能であり、
前記第２のコイル対（７，８，．．．，１２）は、それぞれ１つの共通の制御ユニットによって制御可能であるコイル構造。
【請求項９】
請求項１または２記載のコイル構造において、
ちょうど８個の個別コイル（３，４，７，８，９，１０，１１，１２）を含んでおり、
前記第３の軸（ｙ）に付属する第１のコイル対（３，４）が設けられており、
前記第１の軸（ｘ）に付属し、前記第１および第３の軸（ｘ，ｙ）によって広がる平面に配置された第２のコイル対（１１，１２）が設けられており、
前記第３の軸（ｙ）に付属し、実質的に互いに垂直な平面に配置された２つの第２のコイル対（７，８，９，１０）が設けられており、これらの平面の一方は、前記第１および第３の軸（ｘ，ｙ）を通って広がっており、これらの平面の他方は、前記第２および第３の軸（ｚ，ｙ）を通って広がっているコイル構造。
【請求項１０】
請求項１または２記載のコイル構造において、
ちょうど８個の個別コイル（１，２，７，８，９，１０，１１，１２）を含んでおり、
前記第１の軸（ｙ）に付属する第１のコイル対（１，２）が設けられており、
前記第１の軸（ｘ）に付属し、前記第１および第３の軸（ｘ，ｙ）によって広がる平面に配置された、第２のコイル対（１１，１２）が設けられており、
前記第１の軸（ｘ）に付属し、前記第１および第２の軸（ｘ，ｚ）によって広がる平面に配置された、第２のコイル対（７，８）が設けられており、
前記第３の軸（ｙ）に付属し、前記第１および第３の軸（ｘ，ｙ）によって広がる平面に配置された、第２のコイル対（９，１０）が設けられているコイル構造。
【請求項１１】
請求項９または１０記載のコイル構造において、
ちょうど７個の制御ユニットを含んでおり、全ての第２の個別コイル（７，８，．．．，１２）は、別々の制御ユニットによって制御可能であり、前記第１のコイル対の２つの第１の個別コイル（１，２；３，４）は、１つの共通の制御ユニットによって制御可能であるコイル構造。
【請求項１２】
請求項９または１０記載のコイル構造において、
ちょうど６個の制御ユニットを含んでおり、
前記第１の軸（ｘ）に付属し、前記第１および第３の軸（ｘ，ｙ）によって広がる平面に配置された、前記第２のコイル対（１１，１２）の第２の個別コイルは、１つの共通の制御ユニットによって制御可能であり、
前記第１のコイル対の２つの第１の個別コイル（１，２；３，４）は、１つの共通の制御ユニットによって制御可能であり、
残りの個別コイル（７，８，９，１０）は、別々の制御ユニットによって制御可能であるコイル構造。
【請求項１３】
請求項１記載のコイル構造において、
前記１２個以下の複数の個別コイル（１，２，．．．，１２）は、複数の第１の個別コイル（１，２，．．．，６）を含んでいるが、前記複数の第２の個別コイル（７，８，．．．，１２）は含まず、前記作業空間は、それぞれの第１の個別コイル（１，２，．．．，６）の長軸の方向から見て前記それぞれの第１の個別コイル（１，２，．．．，６）の周回の内部に位置しており、
前記軸（ｘ，ｙ，ｚ）の１つまたは複数には、それぞれの軸（ｘ，ｙ，ｚ）に沿って前記作業空間の向かい合う側で実質的に平行な平面に配置された２つの第１の個別コイル（１，２，．．．，６）からなる少なくとも１つの第１のコイル対が、それぞれ付属しており、
少なくとも１つの第１のコイル対（５，６）の前記第１の個別コイル（１，２，．．．，６）は、１つの共通の制御ユニットによって制御可能であるコイル構造。
【請求項１４】
請求項１３記載のコイル構造において、
ちょうど６個の第１の個別コイル（１，２，．．．，６）を含んでおり、前記３つの軸（ｘ，ｙ，ｚ）のそれぞれに第１のコイル対（１，２；３，４；５，６）が１対ずつ付属しているコイル構造。
【請求項１５】
請求項１４記載のコイル構造において、
ちょうど５個の制御ユニットを含んでおり、一つの第１のコイル対の前記２つの第１の個別コイル（１，２，３，４）は、１つの共通の制御ユニットによって制御可能であり、残りの第１の個別コイル（５，６）は、別々の制御ユニットによって制御可能であるコイル構造。
【請求項１６】
請求項１３記載のコイル構造において、
前記３つの軸（ｘ，ｙ，ｚ）の１つまたは複数に付属する前記第１のコイル対（１，２；３，４；５，６）の代わりに、それぞれ１つの第１の個別コイル（５’）が付属しており、前記作業空間は、それぞれの１つの第１の個別コイル（１，２，．．．，６）の周回によって少なくとも部分的に取り囲まれているコイル構造。
【請求項１７】
請求項１６記載のコイル構造において、
全ての第１の個別コイル（１，２，．．．，６）が、別々の制御ユニットによって制御可能であるコイル構造。
【請求項１８】
請求項１６または１７記載のコイル構造において、
前記３つの軸（ｘ，ｙ，ｚ）の１つに付属する前記第１のコイル対（５，６）の代わりに１つの第１の個別コイル（５’）が付属していて、全部でちょうど５個の第１の個別コイル（１，２，３，４，５’）を含んでいるコイル構造。
【請求項１９】
請求項１から１８のいずれか１項に記載のコイル構造において、
前記制御ユニットが、出力増幅器を含んでいるコイル構造。
【請求項２０】
請求項１から１９のいずれか１項に記載のコイル構造において、
前記個別コイル（１，２，．．．，１２）が、環状コイルおよび／またはサドル型コイルを少なくとも部分的に含んでいるコイル構造。
【請求項２１】
請求項１から２０のいずれか１項に記載のコイル構造において、
前記１２個以下の複数の個別コイル（１，２，．．．，１２）は、コイルの厚みよりも大きい幅を長手方向に有する平型コイルを少なくとも部分的に含んでおり、前記幅は、前記厚みの少なくとも５倍であるコイル構造。
【請求項２２】
請求項１から２１のいずれか１項に記載のコイル構造において、
前記コイル構造の作動時に検査されるべき患者が上に載る患者台を有しており、前記患者台は、前記患者台の上の患者の長軸が実質的に前記第２の軸（ｚ）の方向に延びるように配置されているコイル構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気物体を、特に内視鏡カプセルを、作業空間内で無接触式に案内するためのコイル構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
内視鏡やカテーテルの使用は、医療において、患者の体内の診断や治療のためにいっそう幅広く適用されるようになっている。このような器具は、身体の開口部や切断口を通じて身体へ挿入され、外部から案内されながら長手方向に変位させることができるが、そのためには、器具との機械式の結合部が必要である。しかし、身体の中へ器具を前進運動させる際に、その方向を探るにあたって曲線や分岐部の位置で困難が生じるのが通常であり、このため操作者は場合によっては幾度か試行することによって器具を意図する方向へと操作しなければならず、さらに続けてその正しい方向を探るためには器具に対する組織の支持力が必要である。このことは、操作者にとってはいっそう高い時間コストと結びついており、患者にとっては痛みと結びついている。最悪のケースでは、予定していた方向への案内が全く成功せず、あるいは組織穿孔のリスクが生じるという可能性も排除できない。さらに、内視鏡検査の場合、カメラを装備した内視鏡ヘッドを特定の方向で回転させて、例えば胃腸管の一区域の粘膜を万遍なく観察することが関心の対象となることがある。このことは、現在のカテーテル内視鏡によっては限定的にしか可能でない。カテーテル先端部は、制約付きでしか動作することができないからである。これに加えて、通常のカテーテル内視鏡は、離れて位置している内部器官に到達するのが難しく、もしくは全く到達できないという欠点を有している。
【０００３】
胃腸管の自然な蠕動によって動く受動的な内視鏡カプセルは、カテーテル内視鏡の前述した欠点を有していないが、ナビゲーションが可能ではない、つまり胃腸管内部の特定個所の的確な観察が可能ではない。そこで、磁気双極子モーメントを含む内視鏡カプセルをカテーテルないしワイヤなしで案内することを可能にする、磁気式のナビゲーションシステムないし案内システムが提案されている。カテーテルないしワイヤなしでの案内のことを、以下においては「無接触式」とも呼ぶ。
【０００４】
特許文献１および特許文献２は、内視鏡カプセル、ビデオカプセル、またはその他のゾンデをナビゲーションするための１４個の個別コイルからなる磁気コイル構造を、それぞれ開示している。この場合、カプセルは、磁気部材、例えば永久磁石もしくは強磁性体を備えている。磁気コイル構造は、内視鏡カプセルの無接触式の案内を可能にする、デカルト座標系の軸ｘ，ｙ，ｚに沿った磁界成分Ｂx，Ｂy，Ｂzならびに勾配磁界を生起する。
【０００５】
この場合、磁気部材すなわち磁気双極子モーメントｍをもつ物体がデカルト座標系の各軸に沿った方向の磁界成分Ｂx，Ｂy，Ｂzからなる磁界Ｂの方向に対して平行に向こうとする性質が、利用される。磁気部材は内視鏡カプセルと固定的に結合されているので、そのようにしてカプセルの向きに影響を及ぼすことができる。これに加えて、勾配磁界∂Ｂx／∂ｘ等により惹起されて、勾配磁界を包含する勾配マトリクスＧを有する力Ｆ＝Ｇ・ｍが、次式に従って磁気双極子モーメントｍに作用する。
【数１】
0005345241.tif 000002
【０００６】
ここで力Ｆおよび磁気モーメントｍは、磁界Ｂに準じて、相応のｘ成分、ｙ成分、およびｚ成分を有する三次元ベクトルである。３×３勾配マトリクスＧは、マクスウェル方程式に基づいてrotＨ＝０およびdivＢ＝０であり、ならびにＢ＝μ0・Ｈにより対称かつトレースフリーである、すなわち、∂Ｂx／∂ｙ（＝∂Ｂy／∂ｘ）、∂Ｂx／∂ｚ（＝∂Ｂz／∂ｘ）、∂Ｂy／∂ｚ（＝∂Ｂz／∂ｙ）および３つの対角線要素のうちの２つ（例えば∂Ｂx／∂ｘと∂Ｂy／∂ｙ）で５つの独立した勾配磁界を含んでいる。
【０００７】
磁気コイル構造の個別コイルを的確に制御することで、磁界Ｂおよび勾配磁界を任意に調整することができる。これにより、一方では、磁気物体を回転させ、そのようにして磁気物体を磁気コイル構造内部の作業空間で任意の方向に向けることが可能である。また他方では、磁気物体に対して力Ｆを及ぼして、回転に加えて並進的に変位させることが可能である。そのために８つの準静的な磁気自由度が具体化される、すなわち、磁界成分Ｂx，Ｂy，Ｂzならびに勾配マトリクスＧの対角線要素の３つの項目のうちの２つ（例えば∂Ｂx／∂ｘと∂Ｂy／∂ｙ）および第二対角線要素のうちの３つ（例えば∂Ｂx／∂ｙ，∂Ｂz／∂ｘ，∂Ｂz／∂ｙ）が具体化される。
【０００８】
特許文献１および特許文献２に記載されているシステムは、そこで必要とされる１４個の個別制御されるコイルに基づいた多数のコイルおよび出力増幅器の形態の制御ユニットによって、製造と設置に関して比較的コスト集中的であるという欠点を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】ドイツ特許第１０３４０９２５Ｂ３号明細書
【特許文献２】国際公開第２００６／０９２４２１Ａ１号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで本発明の課題は、コイル構造と、コイルに付属する複数の制御ユニットとで構成される、低コストな磁気案内システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この課題は、請求項１に記載のコイル構造によって解決され、もしくは、請求項１３に記載のコイル構造、請求項１６に記載のコイル構造によって解決される。本発明の発展例は、従属請求項に示されている。
【００１２】
本発明によるコイル構造は、水平方向の第１の軸と、水平方向の第２の軸と、垂直方向の第３の軸とを含む３つの軸を有するデカルト座標系が設定された作業空間内で、磁気双極子モーメントを有する磁気物体を案内する役目を果たすものである。このコイル構造は、磁界の成分および勾配磁界を生起するための複数の個別コイルを含んでおり、勾配磁界は上記の勾配マトリクスＧによって記述される。さらに、特に相応の出力増幅器として具体化される複数の制御ユニットが設けられている。
【００１３】
本発明の第１の実施形態によると、あらゆる空間方向への磁気物体の運動を少数の個別コイルで実現するために、次のような個別コイルの構成と配置が適用される：
【００１４】
複数の個別コイルは複数の第１の個別コイルを含んでおり、作業空間は、それぞれの第１の個別コイルの長軸の方向から見て、それらの第１の個別コイルによって囲まれたその内側に位置している。ここにおいて、および以下において、個別コイルの長軸とは、その長軸自体の周囲にコイルの巻線が延びているものである、ということを意味している。この場合、巻線は、そのコイルの周回を形成している。以下において、個別コイルの幅とは、そのコイルの長軸方向における巻線の幅を意味している。
【００１５】
本発明によれば、デカルト座標系の１つまたは複数の軸に、それぞれの軸に沿って作業空間の向かい合う側で実質的に平行な平面に配置された、２つの第１の個別コイルからなる少なくとも１つの第１のコイル対が、それぞれ付属している。コイルの個数をできるだけ少なく抑えるために、デカルト座標系の１つまたは複数の軸において、第１のコイル対に代えて１つの第１の個別コイルが付属しており、もしくは第１の個別コイルが付属しておらず、ここで「第１の個別コイルが付属しない」ケースとは、軸に沿って第１の個別コイルからなるコイル対が設けられておらず、第１の個別コイルも設けられていないことを意味している。コイル対に代えて１つの第１の個別コイルが使用されるとき、作業空間は、それぞれの１つの第１の個別コイルの周回によって少なくとも部分的に取り囲まれている、すなわち、そのコイルの幅が、作業空間を少なくとも部分的に覆うこととなる。
【００１６】
さらに、第１の個別コイルに加えて、複数の第２の個別コイルが設けられており、作業空間は、それぞれの第２の個別コイルの長軸の方向で、それぞれの第２の個別コイルの周回の外部に位置している。この場合、デカルト座標系の１つまたは複数の軸に、実質的に１つの共通の平面でそれぞれの軸に沿って作業空間の向かい合う側に配置された２つの第２の個別コイルからなる、少なくとも１つの第２のコイル対が、それぞれ付属している。ここにおいて、および以下において、共通の平面とは、それぞれのコイル対の第２のコイルで囲まれた面を通ってその外に広がる平面を意味している。云うなればこれは、作業空間の周囲に、第２のコイル対に相応した第２の個別コイルを翼状に配置することである。
【００１７】
本発明によるコイル構造の、上述した実施形態は、２つの第１の個別コイルからなる少なくとも１つのコイル対が、１つの第１の個別コイルで置き換えられることによって、使用する個別コイルの個数が削減されるという利点を有している。さらに、特に好ましい態様では、少なくとも２つの個別コイルが１つの共通の制御ユニットにより制御可能であることによって、使用する制御ユニットの個数も削減される。
【００１８】
本発明の第１の実施形態の特別な構成は、ちょうど１１個の個別コイルを含んでいる。ここでは２つの第１のコイル対が設けられており、第１のコイル対のうちの一方は第１の軸に付属しており、第１のコイル対のうちの他方は第３の軸に付属している。それに対するに、第２の軸には、１つの第１の個別コイルが付属している。さらに、第１の軸に付属し、第１および第３の軸によって広がる平面に配置された、１つの第２のコイル対が設けられている。これに加えて、第３の軸に付属し、実質的に互いに垂直な各平面に配置された２つの第２のコイル対が設けられており、これらの平面のうちの一方の平面は、第１および第３の軸を通って広がっており、他方の平面は、第２および第３の軸を通って広がっている。このようにして、コイル構造によって力が及ぼされる磁気物体を、ただ１１個のコイルによって、空間内で任意の方向に向けることができ、また、任意の力を磁気物体に及ぼすことができる。
【００１９】
同じく磁気物体の任意の向きと力作用とを可能にする別案の態様では、直ぐ上に述べた実施形態に準じて、同じ第１のコイル対と同じ第１の個別コイルとが含まれている。さらに、第１の軸に付属し、第１および第３の軸によって広がる平面に配置された第２のコイル対が、同様に設けられている。第３の軸に付属し、第１および第３の軸によって広がる平面に配置された第２のコイル対が、同様に設けられている。前述した実施形態とは異なり、第１の軸に付属し、第１および第２の軸によって広がる平面に配置された、別の第２のコイル対が設けられている。
【００２０】
上に説明した特別な両方の実施例の特別に好ましい態様では、最小個数で８つの制御ユニットが、コイルの制御のために用いられる。この場合、そのコイル構造の作動時には、全ての第１の個別コイルが別々の制御ユニットによって制御されると共に、第２のコイル対がそれぞれ１つの共通の制御ユニットによって制御される。
【００２１】
本発明の第２の実施形態は、磁気物体を空間内で任意の方向に向け、磁気物体の磁気双極子モーメントの方向と垂直軸とによって広がる平面でのみ、磁力を磁気物体に及ぼすために役立つ。この態様は、特に、例えば国際公開第２００７／０７７９２２Ａ１号パンフレットの刊行物に記載されているような、胃スクリーニングのためのカプセル内視鏡検査の分野で適用される。その場合、内視鏡カプセルは、患者の胃の中で、患者があらかじめ飲んでおいた水の中を動く。
【００２２】
第２の実施形態の１つの構成では、コイル構造はちょうど９個の個別コイルを含んでいる。この場合、２つの第１のコイル対が設けられており、第１のコイル対のうちの一方は第１の軸に付属しており、第１のコイル対のうちの他方は第３の軸に付属している。さらに、第２の軸に付属する１つの第１の個別コイルが設けられている。それに加えて、このコイル構造は、第３の軸に付属し、実質的に互いに垂直な平面に配置された２つの第２のコイル対を含んでおり、これらの平面のうちの一方は第１および第３の軸を通って広がっており、他方の平面は第２および第３の軸を通って広がっている。
【００２３】
９個のコイルを備えた上述の実施形態の別案の態様では、同じ第１のコイル対と、同じ１つの第１の個別コイルと、第３の軸に付属していて第１および第３の軸の平面に位置する同じ第２のコイル対とが設けられる。但し、上述の実施形態とは異なり、第１の軸に付属していて第１および第２の軸によって広がる平面に配置された、第２のコイル対が設けられる。
【００２４】
第２の実施形態の上記に説明した構成の、特別に好ましい態様では、ちょうど７個の制御ユニットが用いられ、全ての第１の個別コイルは、別々の制御ユニットによって制御可能であり、第２のコイル対は、それぞれ共通する１つの制御ユニットによって制御可能である。
【００２５】
本発明によるコイル構造の、第３の実施形態は、磁気物体を空間内で任意の方向に向け、その磁気物体に対してその長軸の方向でのみ磁力を及ぼすために役立つ。この場合、物体の磁気双極子モーメントは、物体の長軸に対して垂直になっている。この実施形態は、カプセル内視鏡検査を適用するにあたり、特に検査されるべき患者の小腸および／または大腸を通してホースナビゲーションのような形式で内視鏡カプセルを動かすために役立つ。
【００２６】
この第３の実施形態の１つの態様では、コイル構造は、ちょうど８個の個別コイルを含んでいる。この場合、第３の軸に付属する第１のコイル対が設けられており、ならびに、第１の軸に付属し、第１および第３の軸によって広がる平面に配置された第２のコイル対が設けられている。さらに、第３の軸に付属し、実質的に互いに垂直な平面に配置された２つの別の第２のコイル対が設けられており、これらの平面のうちの一方の平面は、第１および第３の軸を通って広がっており、他方の平面は、第２および第３の軸を通って広がっている。
【００２７】
第３の実施形態のさらに別の態様では、８個の個別コイルからなるコイル構造は、第１の軸に付属する第１のコイル対と、第１の軸に付属し、第１および第３の軸によって広がる平面に配置された第２のコイル対と、第１の軸に付属し、第１および第２の軸によって広がる平面に配置された別の第２のコイル対とを含んでいる。これに加えて、第３の軸に付属し、第１および第３の軸によって広がる平面に配置された、別の第２のコイル対が、さらに設けられている。
【００２８】
第３の実施形態の直ぐ上に述べた態様では、ちょうど７個の制御ユニットが設けられているようにしてもよく、その場合、全ての第２の個別コイルが別々の制御ユニットによって制御可能であり、第１のコイル対の２つの第１の個別コイルは１つの共通の制御ユニットによって制御可能である。別案として、制御ユニットの個数を６個に減らすことができるが、この場合には、第１の軸に付属し、第１および第３の軸によって広がる平面に配置された第２のコイル対の第２の個別コイルは、１つの共通の制御ユニットによって制御可能である。さらに、第１のコイル対の２つの第１の個別コイルは、同じく１つの共通の制御ユニットによって制御可能である。コイル構造の残りの全ての個別コイルは、この実施形態では、別々の制御ユニットによって制御可能である。
【００２９】
本発明によるコイル構造の第４の実施形態では、磁気物体を空間内で任意の方向に向け、磁気物体の長軸の方向でのみ磁力を印加可能であることが意図される。この場合、磁気物体の磁気部材の磁気双極子モーメントは、磁気物体の長軸に沿った方向を向いているのが好ましく、このことは（前述した実施形態とは異なり）、例えばカプセルの形態の磁気物体がその長軸を中心として回転可能ではないという制約につながる。この実施形態は、カプセル内視鏡検査の分野で、詳しく言えば小腸ないし大腸を通してカプセルの「ホース・ナビゲーション」を行う場合に、適用するのが好ましい。
【００３０】
第４の実施形態の第１の態様では、第１の個別コイルからなる第１のコイル対だけが設けられており、少なくとも１つの第１のコイル対の第１の個別コイルは、１つの共通の制御ユニットによって制御可能である。この態様では、翼状に配置された第２のコイル対を全面的に省略することができ、少なくとも１つの第１のコイル対が１つの共通の制御ユニットによって制御されることにより、出力増幅器の個数が削減される。この場合、特別に好ましい態様では、６個の第１の個別コイルが設けられており、２つの第１の個別コイルからなる第１のコイル対が各々の軸に付属している。この態様は、ちょうど５個の制御ユニットを含んでいるのが好ましく、第１のコイル対の２つの第１の個別コイルは、１つの共通の制御ユニットによって制御可能であり、残りの第１の個別コイルは、別個の制御ユニットによって制御可能である。
【００３１】
本発明によるコイル構造の第４の実施形態の別の態様では、同じく第１の個別コイルだけが設けられているが、デカルト座標系の１つまたは複数の軸に、第１のコイル対に代えて、１つの第１の個別コイルがそれぞれ付属しており、作業空間は、それぞれの１つの第１の個別コイルの周回によって少なくとも部分的に取り囲まれる。このとき、全ての第１の個別コイルが別々の制御ユニットによって制御可能であるのが好ましい。この場合、１つの好ましい態様では、コイル構造はちょうど５個の第１の個別コイルを含んでおり、すなわち２つの第２のコイル対が設けられており、ちょうど１つの第１のコイル対が、１つの第１の個別コイルで置き換えられる。
【００３２】
本発明によるコイル構造の上記に説明した実施形態の、１つの好ましい構成では、個別コイルは少なくとも部分的に環状コイルおよび／またはサドル型コイルを含んでいる。同様に、個別コイルは少なくとも部分的に平型コイルを含むこともでき、特にこれはコイルの厚みよりも大きい長手方向の幅を有しており、幅は厚みの少なくとも１０倍であるのが好ましい。特に、１０２００８００４８７１．２−３５という出願番号のドイツ特許出願に記載されているコイルの実施形態の各々の態様を、本発明による構造にも採用することができる。この場合、前掲のドイツ特許出願の開示内容全体は、本件出願の内容の一部として受け継がれることとなる。
【００３３】
既に述べたとおり、本発明によるコイル構造は、磁気カプセル内視鏡検査の分野で適用されるのが好ましい。１つの好ましい態様では、コイル構造は、コイル構造の作動時に検査されるべき患者が上に載る患者台を含んでおり、この患者台は、その患者台上に載っている患者の長軸が、実質的に、デカルト座標系の第２の軸の方向に延びるように配置されている。
【００３４】
次に、本発明の実施例について、添付の図面を参照しながら詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本出願人の先の特許出願に基づく８つの出力増幅器を備える１２コイルシステムを示す模式図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に基づく８つの出力増幅器を備える１１コイルシステムを示す模式図である。
【図３】出願人の以前の特許出願に基づく７つの出力増幅器を備える１０コイルシステムを示す模式図である。
【図４】出願人の以前の特許出願に基づく７つの出力増幅器を備える１０コイルシステムを示す模式図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に基づく７つの出力増幅器を備える９コイルシステムを示す図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に基づく６つないし７つの出力増幅器を備える８コイルシステムを示す図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に基づく６つないし７つの出力増幅器を備える８コイルシステムを示す図である。
【図８】本発明の第４の実施形態に基づく５つの出力増幅器を備える６コイルシステムないし５コイルシステムを示す図である。
【図９】本発明の第４の実施形態に基づく５つの出力増幅器を備える６コイルシステムないし５コイルシステムを示す図である。
【図１０】図３のコイルシステムの具体的な実施例を示す斜視図である。
【図１１】図１０のコイル構造のコイル９および１０からなるコイル対を通る電流の流れを示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
個々の実施形態について述べる前に、まず、本発明のコイル構造により案内される物体の磁気双極子モーメントと、本発明によるコイルシステムの電流もしくは相応に生起される磁界との間の関係について説明する。磁気物体として例えば永久磁石のような磁気部材を含み、例えば患者がカプセルを飲み込むことによってその患者（図示せず）の体内で位置決めされる、内視鏡カプセルが用いられることが好ましい。このようなカプセルは、通常、患者の体内器官の画像を撮影するためのカメラを含んでおり、ならびに、相応の受信機を備える処理ユニットへ撮影された画像を送信する相応の送信モジュールを含んでいる。以下において、磁気双極子モーメントを符号ｍで表す。これは三次元のベクトルである。双極子モーメントは、例えば永久磁石によって生起され、カプセル内でそのカプセルの長軸方向に向いていてよく、もしくは場合により、カプセル長軸に対して垂直に向いていてもよい。永久磁石は内視鏡カプセルと固定的に結合され、これにより、本発明のコイル構造によって生起される永久磁石の力およびトルクは、内視鏡カプセルに直接的に伝えられる。
【００３７】
一般に、このコイルシステムにはｎ個のコイルが設けられており、それらのコイルに電流Ｉ1〜Ｉnが流れることが前提となる。ベクトル表記では、磁気モーメントｍ、コイル電流ベクトルＩは、次のようになる：
【数２】
0005345241.tif 000003
【数３】
0005345241.tif 000004
ここに、ｍx，ｍy，ｍzは、コイルシステムに付属するデカルト座標系のｘ軸，ｙ軸，ｚ軸の方向における磁気双極子モーメントの成分を各々表している。
【００３８】
コイル電流によって内視鏡カプセルにトルクを及ぼす磁界が生成され、その結果、内視鏡カプセルは磁界の磁力線の方向を向く。さらに、コイルシステムによって生起される磁界の勾配により、内視鏡カプセルに対する磁力が生じる。この力を、以下においては符号Ｆで表すが、これをベクトル表記すると次のようになる：
【数４】
0005345241.tif 000005
ここでＦx，ＦyおよびＦzは、ｘ方向ないしｙ方向ないしｚ方向における相応の力成分を表している。
【００３９】
マトリクス表記によれば、コイルシステムによって場所ｒで生起される磁界Ｂおよび力Ｆと、コイル電流ベクトルＩとの間に、次のような関係が得られる：
【数５】
0005345241.tif 000006
ここで、次式が成り立つ：
【数６】
0005345241.tif 000007
【数７】
0005345241.tif 000008
ここに、Ｖ1およびＶ2は、場所ｒおよびコイルシステムの、具体的な実施形態によって設定されるマトリクスである。
【００４０】
磁力Ｆは、５つの勾配磁界∂Ｂx／∂ｘ，∂Ｂy／∂ｘ，∂Ｂz／∂ｚ，∂Ｂz／∂ｙおよび∂Ｂy／∂ｙにのみ依存して決まることがわかり、このことは、勾配マトリクスがマクスウェル方程式に基づいて対称かつトレースフリーであるという冒頭に説明した事実から明らかである。
【００４１】
式Ｆ＝Ｇ・ｍに基づき、マトリクスＵ2について次の値が得られる：
【数８】
0005345241.tif 000009
【００４２】
内視鏡カプセルが動くとき、様々な医療上の用途にとって重要な、その運動方向と双極子モーメントの設定可能な向きとの様々な状況が想定され得る。これに基づき、コイルシステムおよびコイルシステムを制御するための相応の出力増幅器の異なった形態が得られる。設定された周辺条件に基づき、特定のシナリオでは対を成すコイルを同じ出力増幅器で制御することができ、また、特定のコイル対を省略したり、もしくは１つのコイルで置き換えることができる。以下においては、様々な要求事項に依存して最小のコイルシステム形態が実現される、すなわち、コイルと出力増幅器の個数をできる限り少なくした形態が実現される、その実施形態について説明する。
【００４３】
まず、図１から図３を参照して、内視鏡カプセルを空間内で任意の方向に向けることを可能にし、磁力を任意の空間方向でカプセルに及ぼすことを可能にすることが意図される、コイルシステム形態について説明する。このようなナビゲーション要求事項を事例（Ａ）と呼ぶ。上で述べたとおり、磁力Ｆは、カプセルの磁気双極子モーメントｍに線形依存する。従って、以下の事例（Ａ）については、および以後の全ての事例（Ｂ）〜（Ｄ）についても、次のようなシナリオを分析するだけで足りる：
（Ｘ）双極子モーメントがｘ方向に向いている。
（Ｙ）双極子モーメントがｙ方向に向いている。
（Ｚ）双極子モーメントがｚ方向に向いている。
【００４４】
双極子モーメントがｘ成分ｍxだけを有している事例（Ａ．Ｘ）では、上記のマトリクスＵ2の番号１，２および３を付した列だけが関与しており、これらが勾配磁界∂Ｂx／∂ｘ，∂Ｂy／∂ｙおよび∂Ｂz／∂ｘと組み合わされる。事例（Ａ．Ｙ)については、双極子モーメントｍyのゆえに上記のマトリクスＵ2の列２，４および５だけが関与する。成分ｍzを有する双極子モーメントだけが存在する事例（Ａ．Ｚ）については、マトリクスＵ2の番号３，４および５を付した列だけが役割を演じる。上述した全ての事例の組み合わせから判るように、事例（Ａ）については、５つの全ての勾配磁界が、３つの基本磁界成分との関連で必要となる、すなわち、このコイルシステムのコイルを制御するために、少なくとも８つの出力増幅器が必要である。
【００４５】
図１は、８つの出力増幅器を備えた相応の１２コイルシステムを模式図として示しており、その構造は、出願番号１０２００８００４８７１．２−３５のドイツ特許出願を踏まえている。この特許出願の中で述べられた使用可能なコイルの実施形態は全て、以下に説明するコイルシステムの本発明による態様にも適用することができる。図１に示すコイルシステムは、１２個の個別コイル１から１２を含んでおり、上に挙げた先のドイツ特許出願に準じて、第１から第４のコイル１から４は同一に成形されたサドル型コイルとして構成されていてよく、これらのコイルは、水平方向のｘ軸ないしｚ軸と垂直方向のｙ軸とを有する図示したデカルト座標系の領域に配置された作業空間を取り囲んでいる。
【００４６】
カプセル内視鏡検査のためのコイルシステムを使用するときには、図１およびその他のどの図面の実施形態においても、内視鏡検査の実施の際には、患者の身体の一部がコイル１〜４によって取り囲まれる、すなわち、患者の長軸はｚ軸と平行に延びている。このように、患者の身体は、上に挙げた先のドイツ特許出願に準じて、環状コイルとして構成されることが可能な他のコイル５および６の内部に挿通される。作業空間内で相応の磁気物体ないし内視鏡カプセルの運動が行われる、すなわち、作業空間は患者身体の内部に位置している。サドル型コイル１から４ないし環状コイル５および６を使用する代わりに、サドル型コイルとは違って平坦に構成され、好ましくは長方形の断面を有する、平型コイルを用いることもできる。この場合、平型コイルは、巻線パッケージの高さよりも幅が大きい幅広の平型コイルとして構成されているのが好ましい、すなわち、コイルの長軸に沿った幅は基本的にコイルの厚みないし巻線高さよりも大きい。
【００４７】
図１を見ると判るように、コイル１〜６は作業空間を取り囲んでおり、作業空間の原点は、図示している座標系の原点によって表示されている。この場合、作業空間は、コイル１〜６によって形成される容積内にセンタリングされて配置されると共に、直方体を成しており、その向かい合う面は、対応する向かい合うコイルのほぼ半分の間隔を有している。このようにコイル１〜６は、特許請求の範囲に記載された第１の個別コイルを成しており、これらのコイルでは、それぞれの個別コイルの長軸の方向から見たとき、それらのコイルの周回の内部に作業空間が位置している。相応に向かい合うコイル１と２、３と４、５と６は各々第１のコイル対を成しており、デカルト座標系の対応する軸がそれらに付属しており、各コイル対の個々のコイルは、作業空間の向かい合う面で、実質的に平行な平面に配置されている。コイル１および２からなるコイル対は、生起される磁界Ｂの磁界成分Ｂxを生成する役目を果たし、これら両方のコイルがそれぞれ１つの出力増幅器によって別々に制御される場合には、さらに勾配磁界∂Ｂx／∂ｘを生成することが可能である。コイル３および４は、磁界成分Ｂyを調整する役目を果たし、これら両方のコイルが別々の出力増幅器によって制御される場合には、さらに勾配磁界∂Ｂy／∂ｙを生成することが可能である。コイル５および６は、磁界成分Ｂzを生成する役目を果たし、このコイル対の両方のコイルが別々の出力増幅器によって制御されるならば、さらに勾配磁界∂Ｂz／∂ｚを生成することが可能である。以下のいずれの実施形態においても、相応のコイル１〜６に言及するときには、これらのコイルは図１に準じて配置されると共に、磁界成分もしくは勾配磁界を生成する同じ機能を有している。
【００４８】
さらに、冒頭に述べた勾配マトリクスＧの第二対角線要素を生起するために、図１の例では、特許請求の範囲の意味における第２の個別コイルを成すコイル８〜１２が、さらに設けられている。コイル７と８は、これら両方のコイルがｙ軸に沿って作業空間からオフセットされてｙ−ｚ平面に配置されたコイル対を形成する。同様に、コイル９と１０も、ｙ軸に沿ってオフセットされて作業空間の周囲に配置されたコイル対を形成するが、コイル７と８とからなるコイル対に対して９０°だけ回転してｘ−ｙ平面に配置されている。さらに、コイル１１と１２とからなるコイル対が設けられており、これらのコイルは、ｘ軸に沿って互いにオフセットされてｘ−ｙ平面で作業空間の向かい合う側に配置されている。特許請求の範囲に記載の第２の個別コイルの定義に合わせて、作業空間は、個別コイル７〜１２のそれぞれのコイルの長軸の方向から見て、それぞれのコイルの外側に位置している。
【００４９】
勾配マトリクスＧの第二対角線要素に基づく相応の勾配磁界を生起するために、それぞれのコイル対の個々のコイル７と８、９と１０、１１と１２を、各々１つの共通の出力増幅器により制御することができる。この場合、個別コイル７と８とからなるコイル対は、勾配磁界∂Ｂy／∂ｘ（＝∂Ｂx／∂ｙ）を生起する役目を果たし、個別コイル９と１０とからなるコイル対は、勾配磁界∂Ｂz／∂ｙ（＝∂Ｂy／∂ｚ）を生起し、個別コイル１１と１２とからなるコイル対は、勾配磁界∂Ｂx／∂ｚ（＝∂Ｂz／∂ｘ）を生起する役目を果たす。勾配磁界∂Ｂx／∂ｙを生起するために、場合によってコイル対７と８は、図７に示すとおり、両方のコイル７と８とがｘ軸に沿ってｘ−ｙ平面に配置されるように配置されていてもよい。ここにおいて、および以下の実施形態においても、コイル７〜１２に言及するときには、勾配磁界の生成に対する、相応のコイル番号の上述と同様の対応関係が成立する。通常の場合、個々のコイルは、座標系に対して図１と同じ幾何学的な位置でも配置される。コイル７および８についてのみ、勾配磁界∂Ｂx／∂ｙを生起するための２つの別案の配置が存在する。
【００５０】
既に述べたとおり、３つの磁界成分Ｂx，Ｂy，Ｂzと５つの勾配磁界とを生起するために、８個の出力増幅器が必要であるが、これは上記の事例（Ａ）によれば、磁気物体を作業空間内で任意に動かせるようにするため、もしくは任意の方向に向けるためである。第１の態様では、番号１から８をもつ相応の出力増幅器が、コイル１〜１２に、次のように割り当てられる：
出力増幅器１：コイル１
出力増幅器２：コイル２
出力増幅器３：コイル３
出力増幅器４：コイル４
出力増幅器５：コイル５および６
出力増幅器６：コイル９および１０
出力増幅器７：コイル７および８
出力増幅器８：コイル１１および１２
【００５１】
これに準じて、別の態様では出力増幅器とコイルとの割当関係は、次のように構成されていてよい：
出力増幅器１：コイル１および２
出力増幅器２：コイル３
出力増幅器４：コイル６
出力増幅器５：コイル５
出力増幅器６：コイル９および１０
出力増幅器７：コイル７および８
出力増幅器８：コイル１１および１２
【００５２】
これに準じて、コイル１〜６の集合の中からコイル３および４を、１つの共通の出力増幅器によって作動させ、これらのコイルのうちの残りは、別々の出力増幅器によって作動させ、コイル７〜１２は、上に説明したものと同様の仕方で出力増幅器によって制御されるようにすることも可能である。
【００５３】
図２は、図１のコイルシステムの変形例を示しており、このコイルシステムは、本発明によるコイル構造の第１の実施形態を成している。ここでは、第１の個別コイルからなるコイル対のうち、図１の実施形態の態様に基づいて１つの共通の出力増幅器によって作動するものを、１つのコイルで置き換えることができることが開示されている。それに応じて、図２の実施形態では、コイル５および６からなるコイル対の代わりに、１つの個別コイル５’が用いられており、この個別コイルは、両方の（省略される）コイル５とコイル６との間の中心位置に配置されている。個別コイル５’は、基本的に巻線の厚みがｚ方向の幅よりも小さい、幅の広い平型コイルであることが好ましい。このように、図２に示すコイル構造では、使用するコイルの個数を１２個から１１個に減らすことができ、それによってコイルシステムのコストが削減される。図２のコイルシステムにおいては、そのような各コイルへの個々の出力増幅器１〜８の割当は、次のとおりである：
出力増幅器１：コイル１
出力増幅器２：コイル２
出力増幅器３：コイル３
出力増幅器４：コイル４
出力増幅器５：コイル５’
出力増幅器６：コイル９および１０
出力増幅器７：コイル７および８
出力増幅器８：コイル１１および１２
【００５４】
次に、図３〜図５を参照しつつ、空間内で任意の方向に向けることを可能にすることが意図されるが磁気物体の磁気双極子モーメントと垂直軸すなわちコイルシステムのｙ軸とによって広がる平面でのみ磁力を生成することが意図される磁気物体との組み合わせで適用される実施形態について、説明する。このことは、カプセル内視鏡検査の分野では、例えばカプセルが患者の胃の中で水中を動き、その検査にあたって患者はあらかじめ大量の水を飲んでいるというケースに相当する。水中でカプセルに作用する浮力によって、カプセルは磁気による力作用をまったく受けずに、もしくはわずかしか受けずに、水の表面に浮かぶことになる。このような適用ケースを、以下においては事例（Ｂ）と呼ぶ。双極子モーメントが成分ｍxのみを有している事例（Ｂ．Ｘ）については、力はｘ−ｙ平面に位置していなければならない。このことは、力成分Ｆzは生成され得ず、従ってマトリクスＵ2の列１および列２だけが勾配磁界∂Ｂx／∂ｘおよび∂Ｂy／∂ｘと組み合わされることを意味している。双極子モーメントがｙ方向に向いている事例（Ｂ．Ｙ）については、力がｙ方向に向いていなければならない。すなわち、力の生成のためにマトリクスＵ2の列５だけが関与する。カプセルの双極子モーメントがｚ方向を向いている事例（Ｂ．Ｚ）については、力はｙ−ｚ平面に位置していなくてはならない。この場合、力成分Ｆxは生起されず、マトリクスＵ2の番号４および５の列だけが、力の生成に関与する。要約すると、事例（Ｂ）については列１，２，４および５の要素だけが関与しており、このことは、勾配磁界∂Ｂx／∂ｘ，∂Ｂy／∂ｘ，∂Ｂz／∂ｙおよび∂Ｂy／∂ｙだけが必要であって、∂Ｂz／∂ｘは必要ないことを意味している。このように、３つの基本磁界成分との関連では、７個の出力増幅器があれば、そのコイル構造の制御のためには十分である。
【００５５】
図３および図４はそれぞれ、上述した事例（Ｂ）に基づくナビゲーション要求事項のための磁界を生起するためのコイルシステムの、２つの実施例を示している。図示した実施例は、上に挙げた出願番号１０２００８００４８７１．２−３５の先のドイツ特許出願に記載された実施形態に実質的に相当している。図示されているコイルシステムは、１０個のコイルしか含んでいない。図１および図２の実施形態に示すコイル１１および１２は必要なくなっているのである。これは、それらのコイルが、事例（Ｂ）では制御しなくてよい勾配磁界∂Ｂz／∂ｘを生成する役目を果たすものだからである。従って、その図３の各コイルの幾何学的な配置は図１の配置に相当しているが、コイル９および１０は省略されている。各コイルに対する出力増幅器の割当も、図１を参照して説明した両方の態様に従って行うことができ、コイル１１および１２からなるコイル対を制御するための番号８の出力増幅器が省略されるに過ぎない。
【００５６】
図４は、同じく上に掲げた先のドイツ特許出願に基づく、図３のコイルシステムの改変例を示している。図３の実施形態に対するこの実施形態の唯一の相違は、コイル７および８が別様に配置されているという点にある。これらのコイルは、ｘ−ｚ平面に位置しており、ｘ軸に沿って作業空間の向かい合う側に配置されている。このようなコイル構造によって、図３のコイル７および８を配置したのと同じ効果が実現される、すなわち、これらのコイルも磁界成分∂Ｂx／∂ｙを調整する役目を果たす。図４の個々のコイルの制御も、同様に、図２を参照して説明したような、各コイルへの出力増幅器の割当に基づいて行うことができる。
【００５７】
図５は、図３および図４の実施形態に準じて事例（Ｂ）を踏まえた内視鏡カプセルのナビゲーションが可能となる、本発明によるコイルシステムの第２の実施形態を示している。同じく図５の実施形態の根底にある知見は、コイル１と２、３と４、５と６からなるコイル対のうち、１つの出力増幅器によって制御されるコイル対を、１つのコイルで置き換えることができるというものである。図５には、図３の実施形態のコイル５および６が１つのコイル５’で置き換えられた態様が示されている。残りのコイルは、図３の実施形態に示すのと全く同様に配置されている。しかし、このコイルシステムは、９個のコイルしか含んでおらず、図５の実施形態については、次のように各コイルに割り当てられた７個の出力増幅器が用いられる：
出力増幅器１：コイル１
出力増幅器２：コイル２
出力増幅器３：コイル３
出力増幅器４：コイル４
出力増幅器５：コイル５’
出力増幅器６：コイル９および１０
出力増幅器７：コイル７および８
【００５８】
図５の実施形態の改変例では、コイル１および２からなるコイル対か、またはコイル３および４からなるコイル対のいずれかを、１つのコイルで置き換えることもでき、その場合には、ｙ軸に沿ってコイル５および６からなるコイル対が維持される。この場合も、図５の実施形態に準じて、請求項１の意味における第１の個別コイルに相当する全てのコイルが１つの出力増幅器によって制御され、それに対するに、コイル７と８、および９と１０は、それぞれ１つの共通の出力増幅器によって制御される。
【００５９】
図６と図７は、磁気物体を空間内で任意の方向に向けることが意図され、カプセルの長軸の方向でのみ磁力が及ぼされ、カプセル内の永久磁石の磁気モーメントがカプセル長軸に対して垂直方向に向くようにした、本発明の実施形態に関わるものである。以下において事例（Ｃ）と呼ぶこのナビゲーション要求事項は、特に、小腸ないし大腸での内視鏡カプセルの「ホースナビゲーション」のために適用される。カプセル長軸に対して垂直方向の磁気モーメントの向きに基づき、カプセルの長軸を中心とする回転を生成することができ、これにより、例えば螺旋形のカプセルの場合には、その相応の回転運動によって、腸内を通るカプセルの良好な前進運動が可能となる。特に、図６および図７の実施形態に基づく以下のコイル形態は、米国特許出願公開第２００３／００２０８１０Ａ１号明細書ないし米国特許出願公開第２００３／０１８１７８８Ａ１号明細書に開示されている螺旋形のカプセルについて適用することができる。
【００６０】
ｘ方向を向く双極子モーメントｍxの事例（Ｃ．Ｘ）については、生成される力はｙ−ｚ平面に位置していなくてはならない。このことは、力成分Ｆxが発生せず、マトリクスＵ2の番号２および３を付した列の要素だけが関与することを意味しており、これらが相応の勾配磁界∂Ｂy／∂ｘおよび∂Ｂz／∂ｘと乗算される。事例（Ｃ．Ｙ）に相当する、ｙ方向に向く双極子モーメントｍyのケースについては、力はｘ−ｚ平面に位置していなければならない。その場合には、力成分Ｆyは発生しないので、マトリクスＵ2のうちで関与するのは列２および４の要素だけである。磁気双極子モーメントがｚ方向を向いている事例（Ｃ．Ｚ）については、力はｘ−ｙ平面に位置していなければならない。すなわち、Ｆz力成分は発生せず、マトリクスＵ2の列３および４だけが関与する。このように全体として、事例（Ｃ）については３つの勾配磁界しか必要なく、すなわち∂Ｂy／∂ｘ，∂Ｂz／∂ｘ，および∂Ｂz／∂ｙしか必要ない。この場合、これら３つの基本磁界成分との関連で、少なくとも６個の出力増幅器が必要である。
【００６１】
図６は、事例（Ｃ）のナビゲーション要求事項を満たすための本発明によるコイル構造の実施形態を示している。図６の実施形態の構造は、図１に示す実施形態の構造に類似しているが、コイル１と２およびコイル５と６が、省略されている。３つの勾配磁界∂Ｂy／∂ｘ，∂Ｂz／∂ｘおよび∂Ｂz／∂ｙと、３つの基本磁界成分とを生起するために、６個または７個の出力増幅器で供給を行うことができる。７個の出力増幅器が用いられるケースでは、番号１〜７の相応の出力増幅器が、次のように各コイルに割り当てられる：
出力増幅器１：コイル９
出力増幅器２：コイル１０
出力増幅器３：コイル７
出力増幅器４：コイル８
出力増幅器５：コイル１１
出力増幅器６：コイル１２
出力増幅器７：コイル３および４
【００６２】
図６の８コイルシステムを制御するために６個の出力増幅器だけが用いられる態様では、出力増幅器と各コイルとの間の割り当ては、次のように行われる：
出力増幅器１：コイル９
出力増幅器２：コイル１０
出力増幅器３：コイル７
出力増幅器４：コイル８
出力増幅器５：コイル１１および１２
出力増幅器６：コイル３および４
【００６３】
図７は、上述の事例（Ｃ）のナビゲーション要求事項を満たすための８コイルシステムの、さらに別の態様を示している。
【００６４】
図７に示す実施形態が図６に示す実施形態と相違しているのは、磁界成分∂Ｂy／∂ｘを生起するために用いられるコイル７および８が、ｘ軸に沿ってｘ−ｚ平面に配置されていることである。さらに、コイル対３，４の代わりに、作業空間の向かい合う側でｘ軸に沿って平行な平面に配置されたコイル対１，２が用いられている。
【００６５】
コイルを制御するために、同じく６個ないし７個の出力増幅器を使用することができる。７個の出力増幅器を有する態様では、これらの出力増幅器が次のように各コイルに割り当てられる：
出力増幅器１：コイル９
出力増幅器２：コイル１０
出力増幅器３：コイル７
出力増幅器４：コイル８
出力増幅器５：コイル１１
出力増幅器６：コイル１２
出力増幅器７：コイル１および２
【００６６】
各コイルを制御するために６個の出力増幅器だけが用いられる態様では、番号１〜６の出力増幅器が、次のように各コイルに割り当てられる：
出力増幅器１：コイル９
出力増幅器２：コイル１０
出力増幅器３：コイル７
出力増幅器４：コイル８
出力増幅器５：コイル１１および１２
出力増幅器６：コイル１および２
【００６７】
以下において事例（Ｄ）と呼ぶ、さらに別のナビゲーション要求事項では、磁気カプセルを空間内で任意の方向に向けることが可能であり、カプセル長軸の方向でのみ磁力をカプセルに印加可能であることが意図されており、カプセルの磁気モーメントはカプセル長軸に沿う方向を向いている。この事例（Ｄ）も、特に、小腸および／または大腸でのホースナビゲーションのために内視鏡カプセルを磁気で案内する態様に関わるものである。但し、この態様（Ｄ）では、カプセルは、長軸と平行に向く磁気双極子モーメントに基づき、その長軸を中心として回転することはできない。
【００６８】
ｘ方向に向く双極子モーメントｍxの事例（Ｄ．Ｘ）については、力成分Ｆxだけが生成され、すなわちマトリクスＵ2の列１だけが関与し、これが勾配磁界∂Ｂx／∂ｘと組み合わされる。ｙ方向に向く双極子モーメントｍyの場合については（事例（Ｄ．Ｙ））、力はｙ方向に向いており、すなわち力成分Ｆyだけが発生する。この事例ではマトリクスＵ2の列５だけが関与し、これが勾配磁界∂Ｂy／∂ｙと組み合わされる。ｚ方向を向く双極子モーメントｍzの場合については（事例（Ｄ．Ｚ））、力は成分Ｆzだけを含んでおり、すなわちマトリクスＵ2の列１および５だけが関与し、これが相応の勾配磁界∂Ｂx／∂ｘないし∂Ｂy／∂ｙと組み合わされる。このように事例（Ｄ）では、３つの基本磁界成分の他に、勾配マトリクスＧのさらに別の２つの対角線要素だけが生起されなくてはならない。というのは、勾配マトリクスがトレースフリーであることに基づき、式∂Ｂz／∂ｚ＝−∂Ｂx／∂ｘ−∂Ｂy／∂ｙが成り立つからである。従って、事例（Ｄ）の具体化のためには、５個の出力増幅器が必要である。
【００６９】
図８と図９は、事例（Ｄ）のナビゲーション要求事項を満たすためのコイルシステムの相応の態様を示している。図８の態様では、特許請求の範囲の用語法に則して第１の個別コイルに相当する６個の個別コイル１〜６が用いられる。５個の出力増幅器だけしか必要ないので、コイル１と２、３と４、５と６という各コイル対のうちの１つを、１つの共通の出力増幅器によって制御することができる。従って、番号１〜５の出力増幅器を相応のコイルに、次のように割り当てることが可能である：
態様ａ）：
出力増幅器１：コイル１および２
出力増幅器２：コイル３
出力増幅器３：コイル４
出力増幅器４：コイル５
出力増幅器５：コイル６
態様ｂ）：
出力増幅器１：コイル１
出力増幅器２：コイル２
出力増幅器３：コイル３および４
出力増幅器４：コイル５
出力増幅器５：コイル６
態様ｃ）：
出力増幅器１：コイル１
出力増幅器２：コイル２
出力増幅器３：コイル３
出力増幅器４：コイル４
出力増幅器５：コイル５および６
【００７０】
図９は、事例（Ｄ）のナビゲーション要求事項を満たすための、別の実施形態を示している。図８の実施形態で１つの共通の出力増幅器によって制御されるコイル対が、１つのコイルで置き換えられている。図９は、コイル５と６とからなるコイル対が、個別コイル５’で置き換えられた態様を示している。同様に、コイル１と２とからなるコイル対またはコイル３と４とからなるコイル対を、それぞれ省略されるべきコイル対の間の中央に配置された１つのコイルで置き換えることも可能である。図９の実施形態では、全てのコイルが個別に別々の出力増幅器から供給を受ける。すなわち、番号１〜５の出力増幅器と各コイルとの間には、次のような割当関係がある：
出力増幅器１：コイル１
出力増幅器２：コイル２
出力増幅器３：コイル３
出力増幅器４：コイル４
出力増幅器５：コイル５’
【００７１】
図１０は、図３のコイル構造の具体的な実施例を斜視図として示したものであり、この図１０で使用されているコイルは、先行する図１〜図９のいずれの実施形態のものとしても適用可能である。この図から判るとおり、本実施例では、個々のコイル１〜１０は平型コイルとして構成されており、コイル７および８に加えて、特にコイル９および１０も、幅の広い平型コイルとして構成されており、その幅ｂは、それぞれコイルの厚みないし巻線の高さよりも明らかに大きくなっている。この幅の広い平型コイルは、１つのコイル対が中央に配置された１つのコイルで置き換えられる実施形態においても、好ましく適用される。少なくとも、先行する実施例で符号５’が付されている、この中央に配置されるコイルは、幅の広い平型コイルとして構成される。
【００７２】
図１１は、図１０に示すコイル９および１０を通る相応の電流を示している。ここでは、勾配マトリクスの対応する第二対角線要素の勾配磁界は、図１１に符号Ｌで示す一次導体によってのみ、惹起される。コイルの残りの導体は、すなわち帰線は、作業空間からできるだけ遠く離して配置されているのがよい。さらに、そのコイルの通電部分は、できるだけ作業空間の近傍に配置されているのがよく、それに基づいて、幅の広い平型コイルとしてのコイル９ないし１０の好ましい構成がもたらされる。
【００７３】
以上に説明した本発明の各態様に基づき、特に永久磁石を備える内視鏡カプセルである磁気物体の動きの自由度に関する要求事項に応じて、少ないコストで以て、すなわちできる限り少ない個数の出力増幅器ないしコイルで以て具体化することが可能な最小のコイルシステム形態が創出される。これは特に、本発明によれば、相応のナビゲーション要求事項において、コイルを制御するための出力増幅器の個数を減らすことができる、もしくはコイルの個数を減らすことができる、という知見に依拠している。
【符号の説明】
【００７４】
１−１２,５'   個別コイル
ｘ，ｙ，ｚ    三次元直交座標系における各軸
ｂ            コイルの幅
Ｌ            一次導体（の長さ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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