JP2000079170A - Energy transmitting and/or information transmitting system to device for implantation into body - Google Patents

Energy transmitting and/or information transmitting system to device for implantation into body

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JP2000079170A
JP2000079170A JP10267417A JP26741798A JP2000079170A JP 2000079170 A JP2000079170 A JP 2000079170A JP 10267417 A JP10267417 A JP 10267417A JP 26741798 A JP26741798 A JP 26741798A JP 2000079170 A JP2000079170 A JP 2000079170A
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light
receiving element
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transmission system
small device
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Yukifumi Murakawa
幸史 村川
Makoto Kobayashi
誠 小林
Osamu Nakamura
収 中村
Satoshi Kawada
聡 河田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a system for supplying (transmitting) energy and/or transmitting information to a small device for implantation into a body such as a heat pacemaker without giving troubles to organic tissues and/or for receiving information obtained by the small device for implantation into the body outside the body. SOLUTION: Basically, a light-receiving element 4 is disposed within a living body, and is irradiated with near infrared laser beams. When energy is transmitted, the small device for implantation into a body is directly operated by electric energy photoelectrically converted by the light-receiving element, or a second battery is charged. When an information is transmitted, signals are sent to an information system of the small device by irradiating the laser beams modulated by the information. When the information is received, an information light from a luminous element provided within the body is detected by the light-receiving element 4 disposed outside the body. This system does not need a surgical operation for exchanging a first battery and special ways for obtaining the information.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、体内埋込み型機器に対
するエネルギ伝送システムおよび/または情報の伝送シ
ステムに関する。ここに、体内埋込み型機器とは、能動
形式の人工心臓、人工肺、人工すい臓、人工肝臓等の臓
器代替と動力義手、義足などの運動代替物、および典型
例としての心臓ペースメーカ等と、受動形式のいわゆる
マイクロセンサと称され体内の各種状態をモニタする例
えば血中ヘモグロビン濃度モニタ、インシュリン濃度モ
ニタに係る小機器とを総称している。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an energy transmission system and / or information transmission system for an implantable device. Here, the implantable device means an active type artificial heart, an artificial lung, an artificial pancreas, an artificial liver, and other organ replacements and power prostheses, exercise substitutes such as artificial legs, and a typical example of a cardiac pacemaker and the like. For example, small devices related to blood hemoglobin concentration monitor and insulin concentration monitor that monitor various states in the body are referred to as so-called microsensors of a type.

【0002】[0002]

【従来の技術とその問題点】外科的手術を用いた治療に
頼らない手法として、体内埋込み型の医療機器の利用機
会が増大している。人工心臓は、動物実験を終え人間に
も実際に適用されているし、米国を中心に発展してきた
心臓ペースメーカは、広汎に普及しており、人々のよく
知るところである。
2. Description of the Related Art Opportunities for using an implantable medical device are increasing as a method that does not rely on treatment using a surgical operation. Artificial hearts have been applied to humans after animal experiments, and cardiac pacemakers, which have developed mainly in the United States, are widely spread and are well known to people.

【0003】ところで、このような体内埋込み型の医療
機器を、体内で自立して作動させるために、体外でケー
ブル接続して直接に駆動する他は、例外なく、電池が用
いられている。
[0003] In order to operate such an implantable medical device independently in a body, a battery is used without exception except that the device is connected directly to a cable outside the body and driven directly.

【0004】心臓ペースメーカについて具体的に示せ
ば、ペースメーカ本体への電力供給について、水銀電池
やリチウム電池、さらには原子力電池のいずれかが機器
と併せて体内に埋込まれている。前記原子力電池は、5
0W以上の高エネルギを供給可能であることと30〜4
0年の長寿命をねらって採用されたものであるが、安全
性に問題があり、現在ではその適用例は少ない。現実に
安全で適用が容易なために、水銀電池、リチウム電池を
用いた設計にされるのが一般的である。
[0004] Specifically, regarding a cardiac pacemaker, as for power supply to the pacemaker body, any one of a mercury battery, a lithium battery, and a nuclear battery is implanted in the body together with a device. The nuclear battery is 5
Able to supply high energy of 0 W or more and 30 to 4
Although adopted with the aim of a long service life of 0 years, there are problems with safety, and there are few application examples at present. In practice, it is generally designed to use a mercury battery or a lithium battery because it is safe and easy to apply.

【0005】しかしながら、これら電池(原子力電池を
含む)は、1次電池であるゆえに、有限の寿命があり、
水銀電池やリチウム電池では、5〜10年毎に電池交換
をしなければならない問題があり、この事実は、患者に
とって外科的な手術を強いることとなり、身体的にも経
済的にも負担が大きい。
[0005] However, these batteries (including nuclear batteries) have a limited life because they are primary batteries.
Mercury and lithium batteries have the problem of having to change batteries every 5 to 10 years, which forces patients to undergo surgical operations, which is physically and economically burdensome. .

【0006】そこで、電力エネルギ供給において、上記
の問題を解決するため、あるいは他の小機器において、
利便性(携帯の良好性)を追求するべく、電池を2次電池
とし、体外からリモートで体内2次電池にエネルギを供
給する無線的エネルギ供給手法が提案されている。しか
しながら、この手法は、電磁誘導を利用するために、強
力な電磁波を発生し、それ自身がノイズの発生源となる
ばかりでなく、機器や生体組織への電磁障害を惹起する
という大きな問題を抱えている。
[0006] In order to solve the above-mentioned problems in power energy supply, or in other small devices,
In order to pursue convenience (good portability), a wireless energy supply method has been proposed in which a battery is a secondary battery and energy is supplied from outside the body to the in-vivo secondary battery remotely. However, this method has a serious problem in that it generates strong electromagnetic waves due to the use of electromagnetic induction, which not only becomes a source of noise but also causes electromagnetic interference to equipment and living tissues. ing.

【0007】また、上記の無線的エネルギ供給と対照的
に、皮膚部にコンセント(ケーブルで体内小機器と接続)
を埋設しておき、体外から直接、電力を供給するという
有線的エネルギ供給手法もあるが、皮膚貫通部での感染
症や炎症を引き起こすため、医療上、この手法は現実的
には認められていない。
[0007] In contrast to the above-mentioned wireless energy supply, an outlet (connected to a small body device by a cable) is provided on the skin.
There is also a wired energy supply method in which the power is supplied directly from outside of the body, but this method is practically accepted in medical practice because it causes infection and inflammation at the skin penetration. Absent.

【0008】もう一つ、2次電池へのエネルギ供給にお
いて、安全かつ半永久的に利用可能な、生体の濃度差や
生物電流、さらには筋収縮力等に基づく生体エネルギ利
用方法も考えられているが、発生するエネルギは高々1
mW、1V程度と小さく、研究の域を出ず、この方法は
現実的でない。
[0008] Another method of supplying energy to a secondary battery, which can be used safely and semi-permanently, is a method of utilizing bioenergy based on the concentration difference of living organisms, bioelectric current, muscle contraction force, and the like. However, the energy generated is at most 1
This method is impractical because it is as small as about 1 mV and about 1 V, so that it is out of the scope of research.

【0009】以上のように、1次電池の寿命の問題を2
次電池をもって解決しようと試みても、考えられた従来
の手法はその利便性を超える大きな問題を抱えており、
事実上の実施化は困難にすぎる。
As described above, the problem of the life of the primary battery is considered to be two.
Even if you try to solve it with a secondary battery, the conceived conventional method has a big problem that exceeds its convenience,
Practical implementation is too difficult.

【0010】他方、電池の問題の他に、近時、情報化の
進展とあいまって、各種の生体センサが開発されるに至
り、生体埋込み型機器にもこれらセンサの利用が試みら
れている。センサを介して体内の状態の情報を取り出し
たり、埋込まれた機器の状態をモニタしたり、あるい
は、機器(多くは、マイクロコンピュータ等のマイクロ
チップを内蔵)に指令を与えたり、制御したり、プログ
ラミングするために、体外から体内に情報を送り込む必
要性が高まっている。そこで、生体組織に対し無侵襲、
安全で、正確に作動する、体外と体内の小機器との間で
情報を送/受信する手法が要望されるに至った。
On the other hand, in addition to the problem of batteries, recently, with the progress of computerization, various biosensors have been developed, and the use of these sensors in bioimplantable devices has been attempted. Retrieves information about the state of the body through sensors, monitors the status of implanted devices, or gives commands to and controls devices (often with a built-in microchip such as a microcomputer) There is a growing need to send information from outside the body into the body for programming. Therefore, non-invasive to living tissue,
A need has arisen for a safe and accurate working method for transmitting and receiving information between external and internal small devices.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、生
体組織に障害を及ぼさず、かつ、体内埋込み型機器にお
ける電池交換を不要にするエネルギ伝送システムを提供
することを一つの課題とする。本発明の他の課題は、生
体組織に障害を及ぼさず、かつ、適正に体外と体内埋込
み型機器との間で情報を送信および/または受信するこ
とができる情報の伝送システムを提供することである。
本発明のまた別の課題は、体内埋込み型機器が体内の内
方深く設置されるような場合にも、エネルギ伝送または
情報の送受信を充分良好に行えるようにするシステムを
提供することである。本発明のさらに別の課題は、利便
性や携帯性を考慮したエネルギ伝送システム、または情
報の送信/受信システムを提供することである。本発明
のもう一つ別の課題は、エネルギ伝送と情報の伝送を統
合する形にして、システム全体としての形式を簡潔な形
態に構築する(シンプルなものとする)ことである。
SUMMARY OF THE INVENTION It is, therefore, an object of the present invention to provide an energy transmission system which does not impair a living tissue and which does not require replacement of a battery in an implantable device. Another object of the present invention is to provide an information transmission system capable of transmitting and / or receiving information between an extracorporeal device and an implantable device without causing any obstacle to living tissue. is there.
Still another object of the present invention is to provide a system that can sufficiently transmit energy or transmit and receive information even when the implantable device is installed deep inside the body. Still another object of the present invention is to provide an energy transmission system or information transmission / reception system in consideration of convenience and portability. It is another object of the present invention to integrate the energy transmission and the information transmission so as to construct the system as a simple form (to make it simple).

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記の課題を達成するた
め、本発明のエネルギ伝送システムは、動物の体内に埋
込むべき小機器にこの小機器を駆動する電源系と電気的
に結合された受光素子を備えると共に、前記受光素子に
向けて近赤外レーザ光を投射する近赤外レーザ光投射光
学系を備え、動物の体外から、動物の体内に埋込んだ前
記小機器の前記受光素子に向けて近赤外レーザ光を投射
し、前記受光素子により光電変換された電気エネルギを
もって前記小機器を駆動可能にしたことを基本的な特徴
としている。
In order to achieve the above object, an energy transmission system according to the present invention is electrically connected to a small device to be implanted in an animal body and a power supply system for driving the small device. A light-receiving element, and a near-infrared laser light projection optical system for projecting near-infrared laser light toward the light-receiving element, from outside the body of the animal, the light-receiving element of the small device embedded in the body of the animal A fundamental feature is that a near-infrared laser beam is projected toward the device and the small device can be driven with the electric energy photoelectrically converted by the light receiving element.

【0003】また、本発明の体内埋込み型機器に対する
情報の伝送システムは、動物の体内に埋込むべき小機器
にこの小機器を作動させる情報系と情報の受信において
結合された受光素子を備えると共に、前記受光素子に向
けて情報を担った近赤外レーザ光を投射する近赤外レー
ザ光投射光学系を備え、動物の体外から、動物の体内に
埋込んだ前記小機器の前記受光素子に向けて外部情報に
より変調された近赤外レーザ光を投射し、前記受光素子
により光電変換された電気信号に基づいて前記小機器を
作動可能にしたことを基本的な特徴としている。
Further, the information transmission system for an implantable device according to the present invention comprises a small device to be implanted in an animal body and a light receiving element coupled to an information system for operating the small device and receiving information. A near-infrared laser light projection optical system for projecting near-infrared laser light carrying information toward the light-receiving element, from outside the body of the animal, to the light-receiving element of the small device embedded in the body of the animal A fundamental feature is that near-infrared laser light modulated by external information is projected toward the small device and the small device can be operated based on an electric signal photoelectrically converted by the light receiving element.

【0014】そして、本発明の体内埋込み型機器におけ
る情報伝送システムは、動物の体内に埋込むべき小機器
にこの小機器を作動させる情報系と情報の送信において
結合された発光素子を備えると共に、前記発光素子から
の光を受けかつ集光するレンズ系とこの集光光を電気信
号に変換する受光素子とを有する情報光検出系を備え、
動物の体内に埋込んだ前記小機器の前記発光素子に前記
小機器が保有する情報に応じて発光させ、前記情報光検
出系の前記受光素子によりこの発光を電気信号に変換す
ることにより、前記小機器が動物の体内で作動した結果
としての各種情報を外部に取り出し可能にしたことを基
本的な特徴としている。
The information transmission system of the implantable device according to the present invention comprises a small device to be implanted in an animal body, a light emitting element coupled to an information system for operating the small device and information transmission, An information light detection system including a lens system that receives and condenses light from the light emitting element and a light receiving element that converts the condensed light into an electric signal,
By causing the light emitting element of the small device embedded in the body of an animal to emit light according to the information held by the small device, and converting the light emission into an electric signal by the light receiving element of the information light detection system, The basic feature is that various kinds of information as a result of the operation of the small device in the animal body can be taken out to the outside.

【0015】上記エネルギ伝送システムにおいて、近赤
外光は、生体組織に対する透過性に優れ、またレーザ光
はエネルギ効率が高く、近赤外レーザ光はエネルギ供給
の効率を高い。前記電源系には2次電池を含み、受光素
子からの電気エネルギはこの2次電池を充電するので小
機器を継続して使用するにあたり、電池を交換する必要
はない。なお、前記小機器の電源系には1次電池を備え
ることを妨げるものではない。
In the above-mentioned energy transmission system, near-infrared light has excellent transparency to living tissue, laser light has high energy efficiency, and near-infrared laser light has high energy supply efficiency. The power supply system includes a secondary battery, and the electric energy from the light receiving element charges the secondary battery. Therefore, the battery does not need to be replaced when the small device is continuously used. In addition, it does not prevent providing the primary battery in the power supply system of the small device.

【0016】上記エネルギ伝送システムにおいて、伝送
光エネルギの受光効率上、受光素子は可能な限り体表面
に近いところに埋設されるべきであるが、小機器が体内
の内方奥に設置されるような場合は、受光素子は小機器
から切り離して体表近傍に置き、小機器とは生体適合膜
で被覆された導線により接続する。
In the above energy transmission system, the light receiving element should be buried as close to the body surface as possible for the efficiency of receiving the transmitted light energy. In such a case, the light receiving element is separated from the small device and placed near the body surface, and is connected to the small device by a conductor covered with a biocompatible film.

【0017】上記エネルギ伝送システムにおいて、光投
射光学系に光ファイバを含む場合、光投射光学系は携帯
可能な大きさにできるので、小機器を埋込まれた動物は
自由に行動ができることになる。換言すれば、光投射光
学系が据え置かれた所定の場所に動物(もちろん人間を
含む)を留置することがないということである。また、
光ファイバの先端から受光素子に向けて直接、光を放射
することに替えて、光ファイバ(バンドル)の横断面が小
径であることを利用して(1万本の単体光ファイバを集
束した光ファイババンドルで外径が0.5mm程度のも
のが実用可能である)、注射針またはカテーテルを挿通
する形で、光ファイバの先端を動物の体内に位置させ、
この体内から受光素子に光を投射するようにしてもよ
い。このように光を投射すると、エネルギ効率が指数関
数的に向上できる。
In the above energy transmission system, when the light projection optical system includes an optical fiber, the light projection optical system can be made to have a portable size, so that the animal in which the small equipment is embedded can freely move. . In other words, this means that animals (including humans, of course) are not placed in a predetermined place where the light projection optical system is kept stationary. Also,
Instead of emitting light directly from the tip of the optical fiber toward the light-receiving element, utilizing the small diameter of the cross section of the optical fiber (bundle) A fiber bundle having an outer diameter of about 0.5 mm is practically usable), and the tip of the optical fiber is positioned in the body of the animal by inserting a syringe needle or a catheter.
Light may be projected from the body to the light receiving element. By projecting light in this manner, energy efficiency can be improved exponentially.

【0018】上記の体外から体内へ情報を送信する体内
埋込み型機器に対する情報の伝送システムによれば、体
内に埋込まれた機器に対し体外から自在に作動信号、制
御信号、データ信号等を送り込め、小機器の機能性を著
しく向上させることができる。なお、小機器は、受光素
子で光を受光したときだけ作動するようにしてもよい。
つまり、小機器は常時は不作動(一切機能しない)で、受
光素子を介して信号が付与されて初めて能動化する利用
の仕方である。
According to the information transmission system for an implantable device that transmits information from outside the body to the inside of the body, an operation signal, a control signal, a data signal, and the like are freely transmitted from the outside of the body to the implanted device. In addition, the functionality of small devices can be significantly improved. The small device may be operated only when light is received by the light receiving element.
In other words, the small device is always inactive (does not function at all), and is activated only when a signal is given through the light receiving element.

【0019】上記の体内から体外へ情報を送信する体内
埋込み型機器における情報の伝送システムによれば、体
内に埋込まれた小機器、例えばマイクロセンサが収集し
た種々の体内情報を簡易に体外に取り出すことができ、
この取り出した情報を解析、分析、利用することを通し
て、医学、生物学上の研究に資すると同時に、人間を含
む動物の治療等に役立てることが可能となる。
According to the information transmission system in the implantable device for transmitting information from the inside of the body to the outside of the body, the small device embedded in the body, for example, various kinds of in-vivo information collected by the microsensor can be easily placed outside the body. Can be taken out,
By analyzing, analyzing, and using the extracted information, it is possible to contribute to medical and biological research, and at the same time, to treatment of animals including humans.

【0020】前記の受光素子は、コストを捨象すれば、
技術的に可能な限り高感度のもの、例えばアバランシェ
ホトダイオードやPINホトダイオードを採用するのが
好ましく、反面、コストの低廉化を指向するなら、シリ
コンホトダイオードや太陽電池を利用することができ
る。
The above-mentioned light receiving element can be reduced in cost.
It is preferable to employ a sensor as sensitive as technically possible, for example, an avalanche photodiode or a PIN photodiode. On the other hand, a silicon photodiode or a solar cell can be used if the cost is reduced.

【0021】最も好ましい形態としては、エネルギ伝送
と情報の送受信システムを一体に構築することであり、
体内および体外の受光・発光素子群をモジュール化する
とより好ましい。
The most preferable form is to integrally construct an energy transmission and information transmission / reception system.
It is more preferable that the light receiving / light emitting element group inside and outside the body be modularized.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の例
を、図面に基づいて説明する。図1は、第1の実施例を
模式的に示し、斜線を施した部分は、生体組織1を表し
ている。生体組織1の内部に小型の体内埋込み機器2が
埋設されている。体内埋込み機器2の体表3側には、体
内埋込み機器2に固定して受光素子4が設けられてい
る。受光素子4は、この体内埋込み機器2を駆動する電
源系の回路(図示せず)と電気的に結合されている。電源
系には、1次電池とともに充電可能な2次電池を備えて
いる。受光素子4は2次電池に所定の回路を介して接続
されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 schematically shows the first embodiment, and a hatched portion represents a living tissue 1. A small implantable device 2 is embedded in a living tissue 1. On the body surface 3 side of the implantable device 2, a light receiving element 4 is provided fixed to the implantable device 2. The light receiving element 4 is electrically connected to a power supply circuit (not shown) for driving the implantable device 2. The power supply system includes a secondary battery that can be charged together with the primary battery. The light receiving element 4 is connected to a secondary battery via a predetermined circuit.

【0023】生体の表皮3の外側の自由空間には、近赤
外レーザ5を備えた近赤外レーザ光投射光学系6が設置
され、この近赤外レーザ光投射光学系6には、凸レンズ
7を備えて、近赤外レーザ5から射出する近赤外レーザ
光8を平行光9にする。
A near-infrared laser light projection optical system 6 having a near-infrared laser 5 is provided in a free space outside the skin 3 of the living body. The near-infrared laser light projection optical system 6 has a convex lens. 7, the near-infrared laser light 8 emitted from the near-infrared laser 5 is converted into parallel light 9.

【0024】近赤外レーザ光投射光学系6から、前記体
内埋込み機器2に固定した受光素子4に向けて平行光9
を投射する。近赤外平行光9は、表皮3を通り、生体組
織1中で散乱、吸収を受け、投射光量の一定割合の光量
が受光素子4により受光される。受光素子4は受光光を
光電変換して回路に電流を流し、接続された2次電池を
充電する。
The parallel light 9 from the near-infrared laser light projection optical system 6 is directed to the light receiving element 4 fixed to the implantable device 2.
To project. The near-infrared parallel light 9 passes through the epidermis 3, is scattered and absorbed in the living tissue 1, and the light receiving element 4 receives a fixed amount of the projected light amount. The light receiving element 4 performs photoelectric conversion of the received light to supply current to the circuit, and charges the connected secondary battery.

【0025】2次電池は1次電池の補助のために利用さ
れる。体内埋込み機器2は、安全のため、常時は1次電
池で作動し、1次電池のパワーが所定値を下回るとき、
2次電池に切り替わる。なお、1次電池を備えず、2次
電池だけの構成としてもよい。このとき、2次電池のパ
ワーが低下したとき、あるいは任意の時に、近赤外レー
ザ光投射光学系6を作動させ、2次電池を充電して、体
内埋込み機器2を継続して動作させ続けることができ
る。なお、2次電池に充電したときだけ体内埋込み機器
2を作動させるような使い方をしてもよい。
The secondary battery is used to assist the primary battery. The implantable device 2 always operates with a primary battery for safety, and when the power of the primary battery falls below a predetermined value,
Switch to secondary battery. In addition, it is good also as a structure which does not have a primary battery but only a secondary battery. At this time, when the power of the secondary battery is reduced or at an arbitrary time, the near-infrared laser light projection optical system 6 is operated to charge the secondary battery, and to continuously operate the implantable device 2. be able to. It should be noted that the implantable device 2 may be operated only when the secondary battery is charged.

【0026】近赤外レーザ5は、生体組織1が近赤外光
を透過し易いために、この光源が選ばれている。また、
平行光9は、皮膚3のレーザ放射に対する最大許容露光
量である0.2mW/cm2以下のエネルギ密度となるよ
うに光源5の出力を設定している。
The near-infrared laser 5 is selected as the light source because the living tissue 1 easily transmits near-infrared light. Also,
The output of the light source 5 is set so that the parallel light 9 has an energy density of 0.2 mW / cm 2 or less, which is the maximum allowable exposure to the laser radiation of the skin 3.

【0027】受光素子4は、近赤外レーザ5の発振波長
に高い感度を有するものが選ばれている。一般には、ホ
トダイオードが好ましく、Siホトダイオード、PIN
ホトダイオード、アバランシェホトダイオードのうち、
光電変換効率の高い後2者、すなわちPINホトダイオ
ード、アバランシェホトダイオードは特に好ましい。ま
た、太陽電池を利用することも可能であり、ここにいう
受光素子には太陽電池を含む。コストの面で、太陽電池
は最も低廉である。尤も、太陽電池は、図2に示される
ように、Siホトダイオードよりも光電変換効率が劣
る。光電変換効率が劣る分、太陽電池を使った受光素子
4は、受光面積が幾分かは広くされなければならない。
しかし、PINホトダイオード、アバランシェホトダイ
オードの高価さと比較にならない低価格であるから、太
陽電池の適用はこの点で大変好ましいといえる。
The light receiving element 4 is selected to have a high sensitivity to the oscillation wavelength of the near-infrared laser 5. Generally, a photodiode is preferable, and a Si photodiode, PIN
Of photodiodes and avalanche photodiodes,
The latter two having high photoelectric conversion efficiency, that is, a PIN photodiode and an avalanche photodiode are particularly preferable. Further, a solar cell can be used, and the light receiving element mentioned here includes a solar cell. In terms of cost, solar cells are the cheapest. However, as shown in FIG. 2, the solar cell has lower photoelectric conversion efficiency than the Si photodiode. Since the photoelectric conversion efficiency is inferior, the light receiving element 4 using a solar cell must have a somewhat larger light receiving area.
However, it can be said that the application of the solar cell is very preferable in this point because the price is inexpensive which is incomparable with the cost of the PIN photodiode and the avalanche photodiode.

【0028】なお、体内埋込み機器2を埋設する体表3
からの深さDは、5〜10mmとしている。
The body surface 3 on which the implantable device 2 is embedded
Is 5 to 10 mm.

【0029】図3には、第2の実施例を示している。体
内埋込み機器21、22が、ともに体表31より体内の
内方、奥深いところに設置される場合を模式的に示して
いる。受光素子41は体表31に近いところ、例えばD
=10mmのところに埋設されている。受光素子41は
導電線23により体内埋込み機器21の電源系と接続さ
れ、内部に設けた2次電池の回路系と接続されている。
また、体内埋込み機器22も同じ受光素子41と導電線
24で接続されている。
FIG. 3 shows a second embodiment. FIG. 2 schematically shows a case where the implantable devices 21 and 22 are both installed inside the body and deeper than the body surface 31. The light receiving element 41 is located near the body surface 31, for example, D
= 10 mm. The light receiving element 41 is connected to the power supply system of the implantable device 21 via the conductive wire 23 and to the circuit system of the secondary battery provided inside.
The implantable device 22 is also connected to the same light receiving element 41 by the conductive wire 24.

【0030】近赤外レーザ51、コリメータレンズ52
および集光レンズ53を備えた近赤外レーザ光投射光学
系60は、受光素子41に向けて集光された近赤外レー
ザ光91を投射する。集光された光でも同様に生体組織
11において散乱、吸収は平行光と同程度に受ける。し
かし、集束されようとする光束は指向性を有するので、
受光素子11のターゲットとして位置合わせはやり易
く、また、受光素子11の受光面を小径にできる利点を
有している。
Near-infrared laser 51, collimator lens 52
The near-infrared laser light projection optical system 60 including the condenser lens 53 projects the converged near-infrared laser light 91 toward the light receiving element 41. Similarly, the collected light is scattered and absorbed in the living tissue 11 to the same extent as the parallel light. However, since the light beam to be focused has directivity,
There is an advantage that positioning can be easily performed as a target of the light receiving element 11 and the light receiving surface of the light receiving element 11 can be reduced in diameter.

【0031】もちろんこの図3の実施例でも、皮膚31
に対するレーザ放射に対する最大許容露光量である0.
2mW/cm2以下の露光量で照射を行っている。
Of course, in the embodiment shown in FIG.
Is the maximum allowable exposure to laser radiation for
Irradiation is performed at an exposure amount of 2 mW / cm 2 or less.

【0032】導線23、24は適切な生体適合膜のチュ
ーブを被せてあることはもちろんである。当然のことで
あるが、体内埋込み機器21,22(図1の体内埋込み
機器2も同様)は、生体適合膜をコーティングしてあ
り、生体11が異物拒否反応を呈することはない。
The conductors 23, 24 are of course covered by a tube of a suitable biocompatible membrane. As a matter of course, the implantable devices 21 and 22 (similarly, the implantable device 2 in FIG. 1) are coated with a biocompatible film, and the living body 11 does not exhibit a foreign body rejection reaction.

【0033】図4は、また別の実施例を示している。こ
の例は、先に示した実施例と比較し、光ファイバ99を
用いていることに特徴がある。近赤外レーザ62、結像
レンズ63光ファイババンドル99によって近赤外レー
ザ光投射光学系61を構成している。近赤外レーザ62
の射出光を結像レンズ63により、光ファイバ99の一
方の端面に結像し、近赤外レーザ光をここに入光する。
光ファイバ99は入光された光を導光し、他端面から射
出し、生体組織12に埋設された体内埋込み機器25に
設けた受光素子42に向けて、射出光を投射する。体内
埋込み機器25には図示しない2次電池を備え、受光素
子42で光電変換された電力エネルギはこの2次電池を
充電することができる。したがって、体内埋込み機器2
5は、外科手術等によって体外に取り出して、電池交換
を行うなどの操作が一切必要とされず、継続して体内で
動作し続けることができる。
FIG. 4 shows another embodiment. This embodiment is characterized in that an optical fiber 99 is used as compared with the above-described embodiment. The near-infrared laser 62 and the imaging lens 63 constitute the near-infrared laser light projection optical system 61 with the optical fiber bundle 99. Near infrared laser 62
Is imaged on one end face of the optical fiber 99 by the imaging lens 63, and near-infrared laser light enters here.
The optical fiber 99 guides the incident light, emits the light from the other end surface, and projects the emitted light toward the light receiving element 42 provided in the implantable device 25 embedded in the living tissue 12. The implantable device 25 includes a secondary battery (not shown), and the power energy photoelectrically converted by the light receiving element 42 can charge the secondary battery. Therefore, the implantable device 2
5 does not require any operation such as taking out the body by a surgical operation or the like and replacing the battery, and can continue to operate inside the body.

【0034】なお、光ファイバ99は、外径が1mm以
下の光ファイババンドルを利用するのが好ましい。外径
が0.5mmの光ファイババンドルで、単体の光ファイ
バを1万本以上バンドルされたものが市販されており、
このような光ファイバを利用する。
Preferably, the optical fiber 99 uses an optical fiber bundle having an outer diameter of 1 mm or less. An optical fiber bundle having an outer diameter of 0.5 mm and bundled with 10,000 or more single optical fibers is commercially available.
Such an optical fiber is used.

【0035】図4の実施例のように、光投射を光ファイ
バ99とすることによって、光ファイバ99のフレキシ
ビリティを合わせ活用して、動物の活動の自由度を確保
できる利点をもたらすことができる。すなわち、光源6
2を例えばレーザダイオードなどの小型のものを採用す
ると、光投射光学系61は極めてコンパクトな構成とな
り、しかも光ファイバ99は柔軟に曲げ得るから、例え
ば、筺体に収容した近光投射光学系61全体を、人間で
あれば着衣の上の適宜箇所、例えば腰ベルトに装着する
などしても、受光素子に向けて光を投射できるので、動
物、人間は装置に束縛されず自由に行動、活動が行える
ようになる。
As in the embodiment shown in FIG. 4, by using the optical fiber 99 for the light projection, it is possible to provide an advantage that the flexibility of the optical fiber 99 can be utilized and the degree of freedom of the activity of the animal can be secured. . That is, the light source 6
For example, if a small one such as a laser diode is used for the light projection optical system 2, the light projection optical system 61 has an extremely compact configuration and the optical fiber 99 can be flexibly bent. Even if it is a human, even if it is worn at an appropriate place on clothes, for example, worn on a waist belt, light can be projected toward the light receiving element, so that animals and humans can freely act and act without being restricted by the device. Will be able to do it.

【0036】これに対し、図1、図2に示した実施例に
おいて、仮に、レーザ光源5または51が据え置き型の
レーザとするなら、投射光9または91を投射する操作
は、生体1または生体11はその時活動を束縛され、充
電操作は、所定の場所でしか行えない行為となる。尤
も、レーザ光源5または51をレーザダイオード等の小
型のものとすれば、近赤外レーザ光投射光学系6、60
は手でもち得る大きさとなるから、図4の実施例と比べ
て、利便性において大きな差はないものとも考えられ
る。
On the other hand, in the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, if the laser light source 5 or 51 is a stationary laser, the operation of projecting the projection light 9 or 91 is performed on the living body 1 or the living body 1. 11 is bound at that time, and the charging operation becomes an act that can be performed only in a predetermined place. However, if the laser light source 5 or 51 is a small one such as a laser diode, the near-infrared laser light projection optical system 6, 60
Since is large enough to be held by hand, it can be considered that there is no great difference in convenience as compared with the embodiment of FIG.

【0037】図5は、光ファイバを用いた例において、
特に、体内埋込み機器25を皮膚32の下方、深い場所
に設置した場合に、先述した導線を利用する構成より
も、より簡便にかつ効率よく光投射を行える手法を説明
している。同図(A)は同図(B)との対比のために掲
げたものであり、図4と構成上は同等であるので同一の
参照符号をもって構成素を明示している。
FIG. 5 shows an example using an optical fiber.
In particular, a method is described in which, when the implantable device 25 is installed in a deep place below the skin 32, light projection can be performed more easily and more efficiently than in the configuration using the above-described conductor. FIG. 4A is provided for comparison with FIG. 4B, and is structurally equivalent to FIG.

【0038】図5(B)において、生体組織12の内方
奥に埋設された体内機器26に対して、注射針またはカ
テーテル98を差し込み、光ファイバー99の先端をこ
の注射針またはカテーテル98に沿って差し入れる。光
ファイバ99の先端面から射出されるレーザ光は生体組
織12内で拡散し、生体組織12中で大きく吸収、散乱
されるが、受光素子42の受光面が比較的大きければ、
射出光束は吸収される分を除いてほぼ全量受光されるこ
ととなる。したがって、この注射針またはカテーテル9
8を用いる手法は、若干の程度生体を傷めるが、導線を
使わない(安全性が高い)、かつ受光効率の高い優れた方
法であると考えられる。また、光ファイバ99の先端を
皮膚32上で直立させて固定するのは多少とも困難であ
るが、注射針またはカテーテル98はこの直立固定手段
となり得る。
In FIG. 5B, an injection needle or catheter 98 is inserted into the in-vivo device 26 embedded inside the living tissue 12, and the tip of the optical fiber 99 is inserted along the injection needle or catheter 98. Insert. Laser light emitted from the distal end surface of the optical fiber 99 is diffused in the living tissue 12 and is greatly absorbed and scattered in the living tissue 12, but if the light receiving surface of the light receiving element 42 is relatively large,
Almost all of the emitted light flux is received except for the amount absorbed. Therefore, this injection needle or catheter 9
The method using No. 8 is considered to be an excellent method that does not use a conductive wire (has high safety) and has high light receiving efficiency, although the living body is slightly damaged. Further, although it is somewhat difficult to fix the tip of the optical fiber 99 upright on the skin 32, the injection needle or the catheter 98 can be the upright fixing means.

【0039】次に、以下に、検証例を示して上記の各実
施例の有効性を担保する。検証例は、体内埋込み型機器
の典型である心臓ペースメーカをもって行い、これが生
体組織を介した光照射により正しくパルス駆動されるこ
とを確認した。
Next, a verification example will be shown below to secure the effectiveness of each of the above embodiments. The verification example was performed using a cardiac pacemaker, which is a typical example of an implantable device, and it was confirmed that the pulse was correctly driven by light irradiation through a living tissue.

【0040】まず、生体内にどれだけ光エネルギを送る
ことができるかということを調べるために、生体試料に
近赤外レーザ光を入射させた。用いた光学系は、図6に
示すように、光源として波長810nmの半導体レーザ
71、生体試料として厚みが均一な鶏肉73、ホトディ
テクタ74、データ取得のためのコンピュータ75より
なる。光源71からでた光は、レンズ72によりビーム
径10mmの平行光となり、生体試料73に入射され
る。試料73の背後にホトディテクタ74を密着させ
て、試料73を透過した光を検出する。ホトディテクタ
74を走査することにより、生体試料73を透過した光
の散乱分布を測定する。さらに、生体試料73の厚みを
5mmから30mmまで5mm刻みで厚みを変え、光の
透過率を調べた。
First, in order to examine how much light energy can be transmitted into a living body, near-infrared laser light was incident on a biological sample. As shown in FIG. 6, the optical system used includes a semiconductor laser 71 having a wavelength of 810 nm as a light source, a chicken 73 having a uniform thickness as a biological sample, a photodetector 74, and a computer 75 for acquiring data. The light emitted from the light source 71 is converted into parallel light having a beam diameter of 10 mm by the lens 72 and is incident on the biological sample 73. The photodetector 74 is brought into close contact with the back of the sample 73, and the light transmitted through the sample 73 is detected. By scanning the photodetector 74, the scattering distribution of the light transmitted through the biological sample 73 is measured. Further, the thickness of the biological sample 73 was changed from 5 mm to 30 mm in steps of 5 mm, and the light transmittance was examined.

【0041】図7に、生体試料による、入射光の拡がり
を示す。横軸は、入射レーザ光の光軸中心からの距離を
表し、縦軸は各位置における透過光強度(mW/cm2)
を表す。エネルギ透過率を求めるために、図7の各グラ
フをある関数f(x)でフィッティングした。tは生体試
料の厚みで、xは位置を表す。生体を透過した光の全パ
ワーE(t)は、f(t,x)を空間全域で積分することに
より、次式のように表わされる。 E(t)=∫0 f(t,x)2πdx 入射光のパワーをEiとすると、エネルギの透過率η
(t)は、 η(t)=E(t)/Ei となる。生体試料の厚みを変えたときのη(t)を図8に
示す。試料の厚みが10mmのとき、η(t)=38%と
なることが分かった。また、生体を透過したエネルギの
うち80%が、半径15mm以内の円形の領域に集中し
ている。
FIG. 7 shows the spread of incident light due to a biological sample. The horizontal axis represents the distance from the optical axis center of the incident laser light, and the vertical axis represents the transmitted light intensity (mW / cm 2 ) at each position.
Represents In order to determine the energy transmittance, each graph in FIG. 7 was fitted with a certain function f (x). t is the thickness of the biological sample, and x represents the position. The total power E (t) of the light transmitted through the living body is expressed by the following equation by integrating f (t, x) over the entire space. E (t) = ∫ 0 ∞ f (t, x) when the power of the 2πdx incident light is Ei, the transmittance of the energy η
(t) becomes η (t) = E (t) / Ei. FIG. 8 shows η (t) when the thickness of the biological sample was changed. It was found that when the thickness of the sample was 10 mm, η (t) = 38%. In addition, 80% of the energy transmitted through the living body is concentrated in a circular area within a radius of 15 mm.

【0041】前段では、生体においてどのように光が伝
送されるかということを説明したが、今度は伝送した光
をどれだけ電気エネルギに変換できるかということを評
価する。受光素子の種類とエネルギ変換効率をまとめて
みると、近赤外線波長域では、シリコンホトダイオー
ド、太陽電池などが高い感度をもっており、それぞれ2
0%、10%程度となる(図2参照)。
In the preceding paragraph, how the light is transmitted in the living body has been described. Now, how much the transmitted light can be converted into electric energy will be evaluated. A summary of the types of light-receiving elements and energy conversion efficiency shows that silicon photodiodes and solar cells have high sensitivity in the near-infrared wavelength range.
It is about 0% and 10% (see FIG. 2).

【0042】図9に示すように、生体試料を透過した光
エネルギを極力有効に利用するには、1000mm2
度の受光面が必要となる。そこで、この検証例では、安
価で広面積を得ることができる太陽電池を用いることに
し、太陽電池アレイを作成した。
As shown in FIG. 9, a light receiving surface of about 1000 mm 2 is required in order to utilize the light energy transmitted through the biological sample as effectively as possible. Therefore, in this verification example, a solar cell which is inexpensive and can obtain a large area was used, and a solar cell array was created.

【0043】前段及び後段の結果を総合すると、生体を
通して近赤外レーザをエネルギとして供給する場合、生
体試料の透過率は約40%、検証に供した太陽電池アレ
イによる光電変換効率は10%であることから、総合し
て4%のエネルギ伝達効率があることが分かった。
When the results of the first and second stages are combined, when the near-infrared laser is supplied as energy through the living body, the transmittance of the biological sample is about 40%, and the photoelectric conversion efficiency of the solar cell array used for verification is 10%. As a result, it was found that there was a total energy transfer efficiency of 4%.

【0044】上記の結果を踏まえて、体内埋込み型機器
を駆動する実験を試みた。実験に用いた機器は、心臓ペ
ースメーカ((株)日本メドトロニック社製)である。2〜
5Vで動作し、平均電力は0.1mW、パルスレートは
65ppmで、ペースメーカを駆動するために最低限必
要な入射光パワーは、0.1mW/4%=2.5mWであ
る。
Based on the above results, an experiment was conducted to drive an implantable device. The device used for the experiment was a cardiac pacemaker (manufactured by Nippon Medtronic Co., Ltd.). Two
Operating at 5V, the average power is 0.1 mW, the pulse rate is 65 ppm, and the minimum required incident light power to drive the pacemaker is 0.1 mW / 4% = 2.5 mW.

【0045】用いた光学系を図10に示す。光源71
は、図6と同じ半導体レーザで、レンズ72により直径
10mmの平行ビームとなり、生体試料73に入射され
る。生体試料73の厚みは10mmである。生体試料7
3の背後には、作成した太陽電池アレイ80を置き、生
体73を通した光を電力エネルギに変換する。得られた
電力は、ペースメーカ81に導かれる。ペースメーカ8
0からはパルスが発生する電極には、生体のもつインピ
ーダンスと等価な500Ωの抵抗82を接続してある。
パルス電極から発生したパルス波形をオシロスコープ8
3により出力した。
FIG. 10 shows the optical system used. Light source 71
6 is the same semiconductor laser as that of FIG. The thickness of the biological sample 73 is 10 mm. Biological sample 7
Behind 3, the created solar cell array 80 is placed, and the light passing through the living body 73 is converted into electric energy. The obtained electric power is guided to the pacemaker 81. Pacemaker 8
From 0, a resistor 82 of 500Ω equivalent to the impedance of a living body is connected to the electrode from which a pulse is generated.
The pulse waveform generated from the pulse electrode is converted to an oscilloscope 8
3 output.

【0046】図11にオシロスコープからの出力波形を
示す。パルスのVppは5Vで、パルス幅0.5mse
c、パルス間隔は920msecであった。また、太陽
電池が駆動している平均電力は、0.17mWである。
これらのことから、実施例で示した各エネルギ伝送シス
テムが、体内埋込み型機器に対して有効であることが例
証される。
FIG. 11 shows an output waveform from the oscilloscope. Vpp of pulse is 5V and pulse width is 0.5mse
c, The pulse interval was 920 msec. The average power that the solar cell is driving is 0.17 mW.
These facts demonstrate that each of the energy transmission systems described in the embodiments is effective for an implantable device.

【0047】ちなみに、図12には、心臓ペースメーカ
に対して本発明に係るエネルギ伝送システムを適用した
ものを図解により示しておく。患者84の心臓85には
図示しないペースメーカ本体が装置され、このペースメ
ーカ本体をリード線を介して制御体87から制御・駆動
する。制御体87には、受光素子87が固定して設けら
れており、人間84の体内に手術により埋設されてい
る。光源である近赤外レーザ89から、光ファイバ88
を介して、近赤外光を前記受光素子87に向けて投射す
る。ペースメーカの制御体86には2次電池を備え受光
素子87の光電変換電力はこの2次電池を充電する。し
たがって、従来のように、電池を取り出す外科手術は必
要がなくなる。
FIG. 12 shows an illustration of an example in which the energy transmission system according to the present invention is applied to a cardiac pacemaker. A pacemaker body (not shown) is provided on the heart 85 of the patient 84, and the pacemaker body is controlled and driven by a control body 87 via a lead wire. A light receiving element 87 is fixedly provided on the control body 87 and is buried by surgery in a human body 84. From a near infrared laser 89 as a light source, an optical fiber 88
, The near infrared light is projected toward the light receiving element 87. The controller 86 of the pacemaker is provided with a secondary battery, and the photoelectric conversion power of the light receiving element 87 charges this secondary battery. Therefore, it is not necessary to perform a surgical operation for removing the battery as in the related art.

【0048】上述では、エネルギ伝送について実施例を
もって説明してきたが、体内機器との情報の伝達にも、
エネルギ伝送と同様な態様で光を用いることができる。
現在、マイクロセンサ、例えば、血中ヘモグロビン濃度
モニタやインシュリン濃度モニタなどが研究、開発中で
あるが、このような体内埋込み型機器のマイクロセンサ
が収集した体内の状態をモニタした情報を光を使って体
外へ取り出す。
In the above description, the energy transmission has been described by way of the embodiment.
Light can be used in a manner similar to energy transmission.
At present, microsensors such as blood hemoglobin concentration monitor and insulin concentration monitor are under research and development.However, the information obtained by monitoring the state of the body collected by the microsensor of such an implantable device using light is used. And take it out of the body.

【0049】情報の伝送システムは、図1、図3、図
4、図5に示した実施例における受光素子を発光素子に
置き換え、この発光素子はマイクロセンサ等の体内埋込
み型機器の情報系の送信部に接続されており、体外に
は、体表から放射される光を集光するレンズ系と、ホト
ディテクタとを設けたシステムで構築される。ちょう
ど、図1、図3、図4、図5に示した実施例において光
の進行方向を逆にして、光源をホトディテクタに置き換
えた形の構成である。情報の伝送システムは、その構想
を示すだけで、当業者には容易に知得できうる内容であ
るので、上の実施例と関連づけて言及するのみで詳細な
説明は割愛する。
In the information transmission system, the light receiving element in the embodiment shown in FIGS. 1, 3, 4, and 5 is replaced with a light emitting element, and this light emitting element is used for an information system of an implantable device such as a microsensor. It is connected to a transmission unit and is constructed outside the body with a system provided with a lens system for condensing light emitted from the body surface and a photodetector. In this embodiment, the light source is replaced by a photodetector with the light traveling direction reversed in the embodiment shown in FIGS. 1, 3, 4, and 5. Since the information transmission system has a content that can be easily known to those skilled in the art only by showing its concept, a detailed description thereof will be omitted only by referring to the above embodiment.

【0050】また、体外から体内埋込み型機器に向けて
情報の送信システムも光を用いて構築できる。図1、図
3、図4、図5に示した各実施例において、電源系に結
合した受光素子に代えて、情報送信用の受光素子を体内
埋込み型機器の情報系に結合し、近赤外レーザ光投射光
学系が投射する光を外部情報に応じて変調(アナログま
たはディジタル変調)させて情報受信用の受光素子に受
光させるシステムである。この体内埋込み型機器におけ
る情報の受信システムも、その構想を示すだけで、当業
者には容易に知得できうる内容であるので、上の実施例
と関連づけて言及するに止め、詳細な説明は割愛する。
A system for transmitting information from outside the body to the implantable device can also be constructed using light. In each of the embodiments shown in FIGS. 1, 3, 4 and 5, instead of the light receiving element coupled to the power supply system, a light receiving element for transmitting information is coupled to the information system of the implantable device, This is a system in which the light projected by the external laser light projection optical system is modulated (analog or digital modulation) according to external information and received by a light receiving element for receiving information. The information receiving system in this implantable device is also a content that can be easily known to those skilled in the art only by showing its concept. Omit.

【0051】上記のすべての実施例において、光源は、
近赤外レーザとしたが、必ずしもレーザに限定されるも
のでない。また、生体組織への透過性がよいことから、
近赤外光を用いるようにしたが、必ずしも近赤外光の利
用のみに限定されるものでもない。マウスを使った実験
によれば、可視域の光の方が、むしろ近赤外光よりもよ
いという結果が得られているからである。
In all of the above embodiments, the light source is
Although the near-infrared laser is used, it is not necessarily limited to a laser. In addition, because of good permeability to living tissue,
Although the near-infrared light is used, it is not necessarily limited to the use of the near-infrared light. Experiments using mice have shown that light in the visible range is better than near-infrared light.

【0052】[0052]

【発明の効果】本発明に係る体内埋込み型機器に対する
エネルギ伝送システムによれば、生体に何らの障害を及
ぼすことなく、体内に埋込んだ小機器を継続して使用す
るにあたり、1次電池交換のための外科手術が不要とな
る効果がある。
According to the energy transmission system for an implantable device according to the present invention, when the small device implanted in the body is continuously used without causing any obstacle to the living body, the primary battery must be replaced. This has the effect of eliminating the need for surgical operations.

【0053】本発明に係る情報の伝送システムによれ
ば、生体に何らの障害を及ぼすことなく、体内に埋込ん
だ小機器を取り出すための、生体に対する特別な施術を
まったく不要にできる効果がある。
According to the information transmission system of the present invention, there is an effect that no special treatment is required on the living body to remove the small device embedded in the body without causing any obstacle to the living body. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係るシステムの一実施例の説明図であ
る。
FIG. 1 is an explanatory diagram of one embodiment of a system according to the present invention.

【図2】Siフォトダイオードと太陽電池との光電変換
効率をプロットしたグラフである。
FIG. 2 is a graph in which the photoelectric conversion efficiency of a Si photodiode and a solar cell is plotted.

【図3】本発明に係るシステムの他の実施例の説明図で
ある。
FIG. 3 is an explanatory diagram of another embodiment of the system according to the present invention.

【図4】本発明に係るシステムのさらに別の実施例の説
明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram of still another embodiment of the system according to the present invention.

【図5】図4に示した実施例の特異な使用方法を対比し
て示した説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a specific use of the embodiment shown in FIG. 4 in comparison.

【図6】生体組織への光照射を検証するための光学系を
示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing an optical system for verifying light irradiation on a living tissue.

【図7】厚みを変えて得た入射光の広がりを示すグラフ
である。
FIG. 7 is a graph showing the spread of incident light obtained by changing the thickness.

【図8】厚みに対するエネルギ透過率をプロットしたグ
ラフである。
FIG. 8 is a graph plotting energy transmittance with respect to thickness.

【図9】入力パワーに対する効率をプロットしたグラフ
である。
FIG. 9 is a graph plotting efficiency with respect to input power.

【図10】検証例の光学系の構成図である。FIG. 10 is a configuration diagram of an optical system of a verification example.

【図11】オシロスコープで得られた波形に具体的な数
値を付記した出力波形説明図である。
FIG. 11 is an explanatory diagram of an output waveform obtained by adding specific numerical values to a waveform obtained by an oscilloscope.

【図12】心臓ペースメーカに対し本発明に係るエネル
ギ伝送システムを適用した場合の説明図である。
FIG. 12 is an explanatory diagram in a case where the energy transmission system according to the present invention is applied to a cardiac pacemaker.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、11、12……生体組織 2、21、22、25、26……体内埋込み機器 4、41、42、87……受光素子 5、51、62、89……近赤外レーザ 99、88……光ファイバー 1, 11, 12 ... living tissue 2, 21, 22, 25, 26 ... implantable device 4, 41, 42, 87 ... light receiving element 5, 51, 62, 89 ... near infrared laser 99, 88 …… Optical fiber

Claims (15)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 動物の体内に埋込むべき小機器にこの小
機器を駆動する電源系と電気的に結合された受光素子を
備えると共に、前記受光素子に向けて近赤外レーザ光を
投射する近赤外レーザ光投射光学系を備え、動物の体外
から、動物の体内に埋込んだ前記小機器の前記受光素子
に向けて近赤外レーザ光を投射し、前記受光素子により
光電変換された電気エネルギをもって前記小機器を駆動
可能にしたことを特徴とする体内埋込み型機器に対する
エネルギ伝送システム。
A small device to be implanted in an animal body includes a light receiving element electrically connected to a power supply system for driving the small device, and projects near-infrared laser light toward the light receiving element. Providing a near-infrared laser light projection optical system, from outside the body of the animal, projected near-infrared laser light toward the light-receiving element of the small device embedded in the body of the animal, photoelectrically converted by the light-receiving element An energy transmission system for an implantable device, wherein the small device can be driven by electric energy.
【請求項2】 前記小機器の前記電源系には2次電池を
有し、前記受光素子の光電変換電気エネルギはこの2次
電池を充電する、請求項1記載の体内埋込み型機器に対
するエネルギ伝送システム。
2. The energy transmission for an implantable device according to claim 1, wherein the power supply system of the small device has a secondary battery, and the photoelectric conversion electric energy of the light receiving element charges the secondary battery. system.
【請求項3】 前記受光素子は、前記小機器に固定され
たものである、請求項1または請求項2記載の体内埋込
み型機器に対するエネルギ伝送システム。
3. The energy transmission system for an implantable device according to claim 1, wherein the light receiving element is fixed to the small device.
【請求項4】 前記受光素子は、動物の体表近傍に固定
され、前記小機器とは導線で接続された、請求項1また
は請求項2記載の体内埋込み型機器に対するエネルギ伝
送システム。
4. The energy transmission system for an implantable device according to claim 1, wherein the light receiving element is fixed near the body surface of the animal, and is connected to the small device by a conducting wire.
【請求項5】 前記近赤外レーザ光投射光学系に光ファ
イバを含む、請求項1ないし請求項4記載の体内埋込み
型機器に対するエネルギ伝送システム。
5. The energy transmission system for an implantable device according to claim 1, wherein the near-infrared laser light projection optical system includes an optical fiber.
【請求項6】 動物の体内に埋込むべき小機器にこの小
機器を作動させる情報系と情報の受信において結合され
た受光素子を備えると共に、前記受光素子に向けて情報
を担った近赤外レーザ光を投射する近赤外レーザ光投射
光学系を備え、動物の体外から、動物の体内に埋込んだ
前記小機器の前記受光素子に向けて外部情報により変調
された近赤外レーザ光を投射し、前記受光素子により光
電変換された電気信号に基づいて前記小機器を作動可能
にしたことを特徴とする体内埋込み型機器に対する情報
伝送システム。
6. A small device to be implanted in an animal body, comprising a light receiving element coupled to an information system for operating the small device and receiving information, and a near-infrared light carrying information toward the light receiving element. Providing a near-infrared laser light projection optical system for projecting laser light, from outside the body of the animal, the near-infrared laser light modulated by external information toward the light-receiving element of the small device embedded in the body of the animal An information transmission system for an implantable device, wherein the small device is made operable based on an electric signal that is projected and photoelectrically converted by the light receiving element.
【請求項7】 前記受光素子は、前記小機器に固定され
たものである、請求項1または請求項2記載の体内埋込
み型機器に対する情報伝送システム。
7. The information transmission system for an implantable device according to claim 1, wherein the light receiving element is fixed to the small device.
【請求項8】 前記受光素子は、動物の体表近傍に固定
され、前記小機器とは導線で接続されている、請求項6
または請求項7記載の体内埋込み型機器に対するエネル
ギ伝送システム。
8. The light receiving element is fixed near the body surface of an animal, and is connected to the small device by a conducting wire.
An energy transmission system for an implantable device according to claim 7.
【請求項9】 前記近赤外レーザ光投射光学系に光ファ
イバを含む、請求項6ないし請求項8記載の体内埋込み
型機器に対するエネルギ伝送システム。
9. The energy transmission system for an implantable device according to claim 6, wherein the near-infrared laser light projection optical system includes an optical fiber.
【請求項10】 請求項1記載の受光素子と請求項6記
載の受光素子とを単一の受光素子をもって構成したこと
を特徴とする体内埋込み型機器に対するエネルギ伝送及
び情報伝送システム。
10. An energy transmission and information transmission system for an implantable device, wherein the light receiving element according to claim 1 and the light receiving element according to claim 6 are constituted by a single light receiving element.
【請求項11】 動物の体内に埋込むべき小機器にこの
小機器を作動させる情報系と情報の送信において結合さ
れた発光素子を備えると共に、前記発光素子からの光を
受けかつ集光するレンズ系とこの集光光を電気信号に変
換する受光素子とを有する情報光検出系を備え、動物の
体内に埋込んだ前記小機器の前記発光素子に前記小機器
が保有する情報に応じて発光させ、前記情報光検出系の
前記受光素子によりこの発光を電気信号に変換すること
により、前記小機器が動物の体内で作動した結果として
の各種情報を外部に取り出し可能にしたことを特徴とす
る体内埋込み型機器における情報伝送システム。
11. A lens having a small device to be implanted in an animal body, a light emitting device coupled to an information system for operating the small device and transmitting information, and receiving and condensing light from the light emitting device. An information light detection system having a system and a light receiving element that converts the collected light into an electric signal is provided, and the light emitting element of the small device embedded in an animal body emits light in accordance with information held by the small device. The light receiving element of the information light detection system converts the light emission into an electric signal, thereby enabling various information as a result of the small device operating in an animal body to be taken out to the outside. Information transmission system for implantable devices.
【請求項12】 前記発光素子は、近赤外域で動作する
発光ダイオードである請求項11に記載の体内埋込み型
機器における情報伝送システム。
12. The information transmission system according to claim 11, wherein the light emitting element is a light emitting diode that operates in a near infrared region.
【請求項13】 前記発光素子は、近赤外域で動作する
レーザダイオードである請求項11に記載の体内埋込み
型機器における情報伝送システム。
13. The information transmission system according to claim 11, wherein the light-emitting element is a laser diode operating in a near-infrared region.
【請求項14】 前記受光素子は、光電子増倍管、アバ
ランシェホトダイオード、またはPINホトダイオード
のいずれかから選ばれた一つである、請求項11ないし
請求項13記載の体内埋込み型機器における情報伝送シ
ステム。
14. The information transmission system in an implantable device according to claim 11, wherein said light receiving element is one selected from a photomultiplier tube, an avalanche photodiode, and a PIN photodiode. .
【請求項15】 請求項1のエネルギ伝送システム、請
求項6の情報伝送システムおよび請求項11の情報伝送
システムの組合わせからなる体内埋込み型機器に対する
エネルギおよび情報伝送システム。
15. An energy and information transmission system for an implantable device, comprising a combination of the energy transmission system according to claim 1, the information transmission system according to claim 6, and the information transmission system according to claim 11.
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