JP2007275451A - In vivo apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、生体内に植え込む装置に関するものであり、特に、生体外無線通信装置との通信を行うための生体内医療装置のアンテナに関するものである。 The present invention relates to a device implanted in a living body, and more particularly to an antenna of an in-vivo medical device for performing communication with an in-vitro wireless communication device.
現在、生体内に植え込み、医療を行う生体内医療装置において、医療従事者の行動や患者の姿勢に関わらずに各種医療データ(例えば心電図)の伝送を可能とするために、生体外に配置した無線装置との通信を行う機能を搭載した生体内医療装置の開発が行われている。その中で、世界各国において、使用周波数帯域を402MHz〜405MHzとする規定が整備されつつある。 Currently, in-vivo medical devices that are implanted in vivo and perform medical care are placed outside the body in order to enable transmission of various medical data (eg, electrocardiogram) regardless of the behavior of the medical staff and the posture of the patient. Development of an in-vivo medical device equipped with a function of communicating with a wireless device has been performed. In the world, regulations for setting the used frequency band to 402 MHz to 405 MHz are being prepared in various countries around the world.
一方、一般的に生体内医療装置は、患者の負担をできるだけ小さくするために、装置自体の小型化が急速に進んでいる。 On the other hand, in general, in-vivo medical devices are rapidly becoming smaller in order to reduce the burden on the patient as much as possible.
ここで、アンテナの性能を確保するためには、一般にアンテナ長を半波長とすればよいが、生体内に植え込み、小型化が望まれている生体内医療装置に搭載するには、アンテナは50mm以下程度であることが要求される。これは、400MHz帯の波長約750mmに対して10分の1程度と微小であり、そのため、アンテナの放射抵抗が小さくなり、放射性能が劣化してしまう(感度が悪くなる)という問題点がある。 Here, in order to ensure the performance of the antenna, it is generally sufficient to set the antenna length to a half wavelength. However, in order to be mounted in an in vivo medical device that is implanted in a living body and is desired to be downsized, the antenna is 50 mm. The following is required. This is as small as about one-tenth of a wavelength of about 750 mm in the 400 MHz band. Therefore, there is a problem that the radiation resistance of the antenna is reduced and the radiation performance is deteriorated (sensitivity is deteriorated). .
これらの背景より、アンテナの放射特性を改善する方法としては、例えば特許文献1に記載されているように、図6では従来の生体内医療装置として、植え込み型除細動器におけるアンテナの構成が示されている。図6において、植え込み型除細動器600は、パルス発生部609の一方の端子を、樹脂ヘッダ606に支持されたアンテナ601(アンテナワイヤ602、リード線604)に接続し、他方の端子を金属筐体603に筐体接地点607で接続することで、アンテナ601と金属筐体603をパルス発生部609の電極として動作させ、筐体接地点607ではなく無線回路接地608に接地した無線回路105(二次巻線613側)と、アンテナ601(一次巻線612側)の間に、変圧器611を配置した構成であった。
From these backgrounds, as a method for improving the radiation characteristics of an antenna, for example, as described in Patent Document 1, in FIG. 6, the configuration of an antenna in an implantable defibrillator is shown as a conventional in-vivo medical device. It is shown. In FIG. 6, an implantable cardioverter defibrillator 600 connects one terminal of a pulse generator 609 to an antenna 601 (antenna wire 602, lead wire 604) supported by a resin header 606, and connects the other terminal to a metal. By connecting to the housing 603 at the housing ground point 607, the antenna 601 and the metal housing 603 are operated as electrodes of the pulse generator 609, and the
この構成により、最も大きな構成要素であるリード線604(パルス発生部609の電極)をアンテナ601としても使用できるため、アンテナの放射特性を改善することができる。 With this configuration, the lead wire 604 (the electrode of the pulse generator 609), which is the largest component, can be used as the antenna 601, so that the radiation characteristics of the antenna can be improved.
また、例えば、特許文献2に記載されているように、図7では生体組織のマイクロ波切断に使用される放射線適用装置において、生体に放射線を結合させる放射線アプリケータ先端部のアンテナの構成が示されている。図7において、放射線アプリケータ先端部700は、同軸ケーブルの端部を示しており、同軸ケーブルは、コア導体705から間隔を置いて設けられた外部導体を有し、コア導体及び外側導体の間の空間には、誘電材料707が充填され、同軸ケーブルによって伝搬された放射線を放出するためのアンテナ701は同軸ケーブルの遠方の終端で外側導体706を超えて延びる、同軸ケーブルのコア導体705により形成され、誘電素子702によって放射線の近傍界フィールドを覆うように覆われている構成であった。
Further, for example, as described in
この構成により、アンテナ近傍でのエネルギー消費を抑え、生体にエネルギーが伝達させることができる。
しかしながら、前記特許文献1に記載されている従来の構成では、リード線として使用されるアンテナの周辺の構成が不明確で、アンテナ周辺の媒質の誘電率が最適化されていないために、生体内に植え込まれる場合において、不整合損失やアンテナ利得などの放射性能が低いという課題があった。 However, in the conventional configuration described in Patent Document 1, the configuration around the antenna used as the lead wire is unclear, and the dielectric constant of the medium around the antenna is not optimized. However, there is a problem that radiation performance such as mismatch loss and antenna gain is low.
また、前記特許文献2に記載されている従来の構成では、アンテナ近傍でのエネルギー消費を抑え、生体にエネルギーを伝搬させることを目的としているため、アンテナ性能が低く、生体外に配置された装置との通信性能が低いという課題があった。
In addition, the conventional configuration described in
本発明は、上記課題を解決するために、アンテナを誘電体で覆うことにより、生体内においてアンテナ性能が高く、生体外に配置した無線装置との通信性能が高いアンテナを備えた生体内装置を提供するものである。 In order to solve the above problems, the present invention provides an in-vivo device provided with an antenna that has high antenna performance in vivo and high communication performance with a radio device placed outside the living body by covering the antenna with a dielectric. It is to provide.
前記従来の課題を解決するため、本発明の生体内装置は、生体内部に配置される装置に搭載されるアンテナと、アンテナを覆う所定の誘電率を有する誘電体とを備え、生体外部に配置される装置と通信を行うことを特徴としている。 In order to solve the above-described conventional problems, an in-vivo device of the present invention includes an antenna mounted on a device disposed inside a living body, and a dielectric having a predetermined dielectric constant that covers the antenna, and is disposed outside the living body. It is characterized in that it communicates with a device to be operated.
この構成により、生体内でのアンテナ性能を高くすることができ、生体外に配置した装置との通信性能を高くすることができる。 With this configuration, the in-vivo antenna performance can be increased, and the communication performance with an apparatus disposed outside the living body can be increased.
また、本発明の生体内装置は、前記アンテナと前記誘電体との間が、誘電体で充填される構成を有する。 The in-vivo device of the present invention has a configuration in which a space between the antenna and the dielectric is filled with a dielectric.
この構成により、アンテナを誘電体で覆うことによる生体内でのアンテナ性能改善効果を高くすることができ、生体外に配置した装置との通信性能を高くすることができる。 With this configuration, the antenna performance improvement effect in vivo by covering the antenna with a dielectric can be increased, and the communication performance with an apparatus placed outside the living body can be increased.
また、本発明の生体内装置は、前記アンテナが前記誘電体の中心に配置されるような構成を有する。 The in-vivo device of the present invention has a configuration in which the antenna is arranged at the center of the dielectric.
この構成により、誘電体の厚さを厚くすることによる生体内アンテナ性能改善効果が高くなり、生体外に配置した装置との通信性能を高くすることができる。 With this configuration, the effect of improving the in-vivo antenna performance by increasing the thickness of the dielectric is increased, and the communication performance with an apparatus placed outside the living body can be increased.
また、本発明の生体内装置は、前記アンテナがループアンテナなどの磁界型アンテナで構成される。 In the in-vivo device of the present invention, the antenna is formed of a magnetic field antenna such as a loop antenna.
この構成により、誘電体で覆われることによる生体内アンテナ性能改善効果が高くなり、生体外に配置した装置との通信性能を高くすることができる。 With this configuration, the effect of improving the in-vivo antenna performance by being covered with a dielectric is increased, and the communication performance with an apparatus placed outside the living body can be increased.
以上のように、本発明によれば、生体内部に配置される装置に搭載されるアンテナを、所定の誘電率を有する誘電体で覆うことにより、生体内でのアンテナ性能を高くすることができ、生体外に配置した装置との通信性能を高くすることができる。 As described above, according to the present invention, the antenna performance in the living body can be enhanced by covering the antenna mounted on the device disposed inside the living body with the dielectric having a predetermined dielectric constant. The communication performance with the device arranged outside the living body can be improved.
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1における生体内装置のアンテナ構成図、図2は、本発明の実施の形態1における生体内装置の人体内配置例、図3は、本発明の実施の形態1における誘電体ケースの比誘電率変化に対するアンテナ性能変化を示している。なお、動作周波数を例えば、403.5MHzに設定して説明する。
(Embodiment 1)
1 is an antenna configuration diagram of an in-vivo device according to Embodiment 1 of the present invention, FIG. 2 is an arrangement example of the in-vivo device according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 3 is an embodiment of the present invention. The antenna performance change with respect to the dielectric constant change of the dielectric material case in the form 1 is shown. Note that the operation frequency is set to 403.5 MHz, for example.
図2において、生体内装置100を例えば心臓2の心電図などを観測する装置であるとすると、図2に示すように、人体1の内部に配置され、生体内装置100に搭載されたリード線104が心臓2に固定され、心臓2からの情報を観測し、生体外に配置されたアンテナ素子111を搭載した生体外無線通信装置110と通信を行い、心電図などのデータを転送する。
In FIG. 2, if the in-
図1において、生体内装置100の筐体103は、例えば縦50mm、横50mm、厚み15mm程度に設定する。ループ素子101は、例えば長辺50mm、短辺15mm程度とし、その一方はアンテナ接地点108でグラウンド109に接続され、他方は整合回路106を介して無線回路105に接続される。ループ素子101を覆う誘電体ケース102は、例えば縦52mm、横25mm、厚みdが15mm程度、比誘電率が5程度に設定され、誘電体ケース102の端にループ素子101が配置され、密着している。整合回路106はループ素子101と無線回路105のインピーダンス整合をとる機能を持つ。検出装置107は心臓からの情報(心電図など)を観測するリード線104に接続される。
In FIG. 1, the
このように構成された生体内装置のアンテナ性能改善効果について説明する。図3に示すように、ループ素子101を誘電体ケース102で覆わない場合と、ループ素子101を覆う誘電体ケース102(この場合は縦が52mm、横が25mm、厚みd15mm)の比誘電率を変化させた場合では、アンテナの生体内性能に最大14dBの差が生じる。したがって、誘電体ケース102の比誘電率を調整し、生体内性能が最大になる比誘電率を決定することにより(この場合は比誘電率が5)、ループ素子101の生体内性能が、比誘電率を1とする場合よりも7dB、誘電体ケース102で覆わない場合よりも14dB改善することができる。
The antenna performance improvement effect of the in-vivo device configured as described above will be described. As shown in FIG. 3, the relative permittivity of the case where the
このように本実施の形態1によれば、アンテナを所定の誘電率を有した誘電体ケースで覆う構成にすることにより、生体内装置のアンテナ性能が改善し、生体外無線通信装置との通信性能を改善することができる。 As described above, according to the first embodiment, the antenna performance of the in-vivo device is improved by covering the antenna with the dielectric case having a predetermined dielectric constant, and communication with the in-vitro wireless communication device is performed. The performance can be improved.
(実施の形態2)
図4は本発明の実施の形態2における生体内装置のアンテナ構成図、図5は本発明の実施の形態2におけるアンテナの片面と両面を誘電体ケースで覆う場合におけるケースの片面の厚みdに対する生体内アンテナ性能の変化を示している。
(Embodiment 2)
FIG. 4 is a diagram of the antenna configuration of the in-vivo device according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a diagram illustrating the thickness d on one side of the case when the antenna according to the second embodiment of the present invention is covered with a dielectric case. The change of in-vivo antenna performance is shown.
図4において、ループ素子101を覆う誘電体ケース102は、例えば縦52mm、横25mm、厚み15mm程度、比誘電率5程度に設定され、誘電体ケースの厚み方向の中心にループ素子101が配置されるように構成する。
In FIG. 4, a
このように構成された生体内装置のアンテナ性能改善効果について説明する。図5に示すように、ループ素子101を誘電体ケース102で覆う構成として、誘電体ケース102の厚み方向に対して、ループ素子101の片面のみを厚さdの誘電体ケース102で覆った(誘電体ケース102の厚み方向の端にループ素子101が配置される)場合より、各面を厚さd、つまり両面で厚さ2dの誘電体ケース102で覆った(誘電体ケース102の厚み方向の中心にループ素子101が配置される)場合が、誘電体ケースの片面の厚さdに対する生体内アンテナ性能改善効果が高くなる。誘電体ケース102の片面の厚さd=7mmの場合を考えると、ループ素子101の片面を誘電体ケース102で覆うより、両面を覆うほうが、誘電体でアンテナを覆うことによる生体内装置のアンテナ性能改善効果が10dB高くすることができる。また、誘電体ケースの大きさが同じになる場合として、全体の厚さが3mmの場合を考えると、片面のd=3mmより、両面のd=1.5mmのほうが、アンテナ性能改善効果が7dB高くすることができる。
The antenna performance improvement effect of the in-vivo device configured as described above will be described. As shown in FIG. 5, the
このように実施の形態2によれば、アンテナを覆う誘電体ケースの厚み方向の中心にアンテナを配置するように構成することにより、生体内装置のアンテナ性能改善効果が高くなり、生体内におけるアンテナ性能が改善し、生体外無線通信装置との通信性能を改善することができる。 As described above, according to the second embodiment, by arranging the antenna at the center in the thickness direction of the dielectric case covering the antenna, the antenna performance improvement effect of the in-vivo device is enhanced, and the in-vivo antenna is improved. The performance is improved, and the communication performance with the in vitro wireless communication device can be improved.
本発明の生体内装置は、生体内部に配置される装置に搭載されるアンテナと、前記アンテナを覆う所定の誘電率を有する誘電体とを備え、生体外部に配置される生体外無線装置と通信を行うことを特徴としており、アンテナで誘電体を覆うことにより、生体内におけるアンテナ性能を改善することができ、生体外部に配置される生体外無線装置との通信性能が改善することができるため、ペースメーカーや、植え込み型除細動器など、生体に植込まれる装置に搭載するアンテナの構成として有用である。 An in-vivo device of the present invention includes an antenna mounted on a device disposed inside a living body, and a dielectric having a predetermined dielectric constant that covers the antenna, and communicates with an in-vitro wireless device disposed outside the living body. The antenna performance in the living body can be improved by covering the dielectric with the antenna, and the communication performance with the in-vitro wireless device arranged outside the living body can be improved. It is useful as a configuration of an antenna mounted on a device implanted in a living body, such as a pacemaker or an implantable defibrillator.
1 人体
2 心臓
100 生体内装置
101 ループ素子
102 誘電体ケース
103 筐体
104 リード線
105 無線回路
106 整合回路
107 検出装置
108 アンテナ接地点
109 グラウンド
110 生体外無線通信装置
111 アンテナ素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (3)
前記アンテナを覆う所定の誘電率を有する誘電体とを備え、
生体外部に配置される生体外無線装置と通信を行うことを特徴とした生体内装置。 An antenna mounted on a device disposed inside the living body;
A dielectric having a predetermined dielectric constant covering the antenna,
An in-vivo device that communicates with an in-vitro wireless device disposed outside a living body.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2006108454A JP2007275451A (en) | 2006-04-11 | 2006-04-11 | In vivo apparatus |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019162453A (en) * | 2019-04-26 | 2019-09-26 | ニュースペラ メディカル インク | Midfield coupler |
US11338148B2 (en) | 2015-05-15 | 2022-05-24 | NeuSpera Medical Inc. | External power devices and systems |
-
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- 2006-04-11 JP JP2006108454A patent/JP2007275451A/en active Pending
Cited By (3)
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US11338148B2 (en) | 2015-05-15 | 2022-05-24 | NeuSpera Medical Inc. | External power devices and systems |
JP2019162453A (en) * | 2019-04-26 | 2019-09-26 | ニュースペラ メディカル インク | Midfield coupler |
JP7223628B2 (en) | 2019-04-26 | 2023-02-16 | ニュースペラ メディカル インク | midfield coupler |
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