JP2007325621A - 体外ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の体外ユニットは、生体内の電子機器の位置検出精度を向上させることを目的とする。
【解決手段】上記目的を達成するために、本発明の体外ユニット１は、生体の内部の電子機器に対して信号を送信または受信するアンテナ素子１と、このアンテナ素子１に接続されたケーブル２と、生体の外部に装着される帯部とを有し、ケーブル２の少なくとも一部は、帯部４，５と生体との間に配置される。高誘電率の誘電体である生体にケーブルの一部が近接配置されるため、ケーブル２にコモンモードノイズが発生しにくくなり、ケーブル２がアンテナとして動作しにくくなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、生体内の電子機器と無線通信を行う体外ユニットに関するものである。

体腔内の温度やｐＨ値等の物理量の長時間にわたる測定や観察を行うために、センサと無線機とを備え、生体内に留置されて生体内の生体情報を無線によって体外に伝送するラジオカプセル等の電子機器及びその無線信号を受信する体外ユニットが知られている。

従来の体外ユニットを図１０、図１１に示す。図１０は特許文献１の体外ユニット１００の概略図が示されている。この体外ユニット１００は、被験者が装着するベスト型であり、複数のアンテナ１０１を配置したアンテナアレイと、受信機１０２と、体外ユニット１００から着脱可能なメモリ１０３と、電源１０４とをベストの表面に有する。アンテナ１０１で受信された生体情報は、受信機１０２が加工され、メモリ１０３に記憶される。電源１０４は、体外ユニット１００から取り外して充電できる充電池であって、受信機１０２に接続されてこれに電力を供給する。

図１１には、従来のラジオカプセル１０５の概略が示されている。図１１に示すラジオカプセル１０５は、生体情報を検出するセンサ１０５ａと、このセンサ１０５ａによって検出された後変調された生体情報を送信する送信機１０５ｂと、これらセンサ１０５ａと送信機１０５ｂとに電力を供給するバッテリー１０５ｃと、送信機１０５ｂに接続された送信アンテナ１０５ｄとを備えている。上記センサ１０５ａは、体腔内におけるｐＨ値や温度等の測定や撮影を行うものである。

体内のラジオカプセル１０５から送信された信号は、被験者の着用している体外ユニット１００に設けられたアンテナアレイ１０１にて受信（スキャン）され、受信機１０２に設けられた復調回路（図示せず）と位置特定部（図示せず）とに送られる。生体情報は復調回路において復調されると共に、ラジオカプセルの位置情報は、位置特定部において、強い信号を受信したアンテナ１０１の位置およびその周辺のアンテナ１０１の受信状態などから特定される。これら生体情報とラジオカプセルの位置情報とは、時刻情報とともに、メモリ１０３に記憶される。
特開２００１−４６３５７号公報

上記従来の体外ユニットにおいて、アンテナ１０１と受信機１０２とを接続するケーブルが、アンテナの一部として動作し、生体内の電子機器からの無線信号を受信してしまうため、複数のアンテナ１０１の受信電力値から精度良く電子機器の生体内位置を検出することができなくなる。

そこで本発明の体外ユニットは、生体内の電子機器の位置検出精度を向上させることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の体外ユニットは、生体の内部の電子機器に対して信号を送信または受信するアンテナ素子と、このアンテナ素子に接続されたケーブルと、生体の外部に装着される帯部とを有し、ケーブルの少なくとも一部は、帯部と生体との間に配置された特徴を備える。

以上の特徴を備えた体外ユニットより、高誘電率の誘電体である生体にケーブルの一部が近接配置されるため、ケーブルにコモンモードノイズが発生しにくくなり、ケーブルがアンテナとして動作しにくくなる。これにより、生体内の電子機器の位置検出精度を向上させることが可能となる。

（実施の形態１）
以下、本発明における実施の形態１について図１を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態１における体外ユニットの外観図である。

図１において、生体内に留置された電子機器（図示せず）から送信された無線信号は、生体に直接貼り付けられた複数のアンテナ素子１で受信され、各アンテナ素子１に接続された同軸ケーブル２により受信機３に送られる。受信機３では、各アンテナ素子１から得られた受信信号を基に、生体情報を復元し、受信機３内のメモリ（図示せず）に生体情報を蓄積すると共に、各アンテナ素子１から得られた受信信号の強度から、生体内の電子機器の位置を推定し、生体情報と共にメモリに蓄積される。生体内の電子機器の位置推定方法は、受信機３が各アンテナ素子１の生体上の貼付け位置座標をあらかじめ保有しておき、各アンテナ素子１の受信電力値から各アンテナ素子１から体内の電子機器までの距離をそれぞれ導出し（受信機３があらかじめ保有している電子機器からアンテナ素子１までの距離とアンテナ素子１の受信電力値の関係を表わすテーブルに基づいて導出）、当該距離を半径として各アンテナ素子を中心に円を描いた時の各円の交点が、電子機器の存在位置とするものである。

上記体外ユニットにおいて、同軸ケーブル２を肩ひも４と人体との間及び腰ベルト５と人体との間に配置することで（図１中において、点線で図示）、アンテナ素子１に比べて物理的形状が大きい同軸ケーブル２がアンテナとして動作することを抑制する効果を得ている。尚、特許請求の範囲における「帯部」とは、図１中の肩ひも４や腰ベルト５のようなものを指し、人体に面して配置される帯状のものであれば何でもよい。

以下、図１のように、同軸ケーブル２を肩ひも４及び腰ベルト５と人体の間に配置することで、同軸ケーブル２がアンテナとして動作することを抑制することができる理由について説明する。

人体を含む生体は、一般的に、高誘電率の誘電体であるが、磁性体としての性質を有していない。よって、この人体の性質を考慮し、生体に使用するアンテナを設計してゆく必要がある。

同軸ケーブル２がアンテナとして動作する場合、同軸ケーブル２の信号線とグランド線にコモンモードノイズが生じることとなる。通常、同軸ケーブル２にコモンモードノイズが生じた場合、同軸ケーブル２は、電流型アンテナとして動作することとなる（図１にも示すように、同軸ケーブル２は、通常、コイル状に巻かれて配置されないため）。これに対し、アンテナ素子１は、図２又は図３に示すような磁流型アンテナにより構成される。図２及び図３に示したアンテナは共にループアンテナである。

図２に示すアンテナは、同軸ケーブル２とバラン６の不平衡端子を接続し、ロール上のアンテナエレメント７の端部とバラン６の平衡端子を接続することで構成されている。このようなアンテナ構成を取ることで、図２に示すＹ軸方向に磁気ダイポールを有する磁流型アンテナを実現することができる。

図３に示すアンテナは、同軸ケーブル２とバラン６の不平衡端子を接続し、ループ上のアンテナエレメント８の端部とバラン６の平衡端子を接続することで構成されている。このようなアンテナ構成を取ることで、図３に示すＺ軸方向に磁気ダイポールを有する磁流型アンテナを実現することができる。

図２及び図３に示した磁流型アンテナは、アンテナ素子１として用いることができる磁流型アンテナの一例を示すものであり、アンテナ素子１としてこれら以外の磁流型アンテナ（例えば、板状逆Ｆアンテナ等）を用いてもよい。

電流型アンテナとして動作する同軸ケーブル２と、磁流型アンテナとして動作するアンテナ素子１の周囲に分布する電界・磁界の分布は、それぞれ異なるものとなる。

電流型アンテナである微小ダイポールアンテナの周囲に形成される電界・磁界を示す式を（数１）〜（数４）に示す。これら（数１）〜（数４）は、図４に基づいたものである。尚、同軸ケーブル２については、微小ダイポールアンテナの条件であるＬ＜＜λを満たさないことが想定されるが、同軸ケーブル２をＬ＜＜λの条件が満たされる範囲に分割し、それぞれの分割部位での電流値Ｉを（数１）〜（数４）の電流値として用いて考えればよい。

又、磁流型アンテナである微小ループアンテナの周囲に形成される電界・磁界を示す式を（数５）〜（数８）に示す。これら（数５）〜（数８）は、図５に基づいたものである。

微小ダイポールアンテナの周囲の電界・磁界分布を示す（数１）〜（数４）において、距離ｒの３乗に反比例する項を有しているのは電界のみであるのに対し、微小ループアンテナの周囲の電界・磁界分布を示す（数５）〜（数８）において、距離ｒの３乗に反比例する項を有しているのは磁界のみである。高誘電率の誘電体である人体の影響を受けるのが電界成分である為、電界式が距離ｒの３乗の項を有している微小ダイポールアンテナは、人体の影響を受けやすいことが分かる。つまり、微小ダイポールアンテナを含む電流型アンテナとして動作している同軸ケーブル２は、磁流型アンテナであるアンテナ素子１に比べて人体の影響を受けることとなる。更に、アンテナ周囲の電界強度が距離ｒの３乗に反比例しているため、アンテナとして動作している同軸ケーブル２が人体に近づくほど、人体の影響は大きくなる。よって、人体に同軸ケーブル２を近づける程、同軸ケーブル２がアンテナとして動作することを抑制できることとなる。図６に図１中の腰ベルトの断面図を示し、図７に図１中の肩ひもの断面図をそれぞれ示す。

図６において、人体９に巻かれた腰ベルト５が、表裏２枚の布部１０と、この２枚の布部１０の間に挟まれた２枚の磁性体シート１１により構成されており、この２枚の磁性体シート１１の間に同軸ケーブル２が配置されると共に、２枚の磁性体シート１１の間に配置された固定治具１２により同軸ケーブル２が固定されている。このような形態を取ることにより、同軸ケーブル２が人体９に近接して配線されることとなり、同軸ケーブル２にコモンモードノイズが発生しにくくなり、同軸ケーブル２がアンテナとして動作することを抑制することができる。また、同軸ケーブル２が磁性体シート１１に密着して包まれているため、更に同軸ケーブル２にコモンモードノイズが発生しにくくなり、更に同軸ケーブル２がアンテナとして動作することを抑制することができる。尚、磁性体シート１１が誘電体シートに置き換えても、同様の効果が得られる。

図７において、肩ひも４が布部１３とこの布部１３の人体９側に配置された磁性体シート１４により構成されており、同軸ケーブル２が人体９と磁性体シート１４との間に配置されている。また、同軸ケーブル２は布部１３の人体９側に配置された固定治具１５により肩ひも４に固定され、人体９に近接されるように配置される。このように、同軸ケーブル２が人体９と磁性体シート１４に近接して配線されることにより、同軸ケーブル２にコモンモードノイズが発生しにくくなり、同軸ケーブル２がアンテナとして動作することを回避しやすくなる。

以上の結果、同軸ケーブル２がアンテナとして動作せず、アンテナ素子１のみにより体内に留置された電子機器からの無線信号を受信するため、体内の電子機器の位置検出精度を向上させることができる。

更に、アンテナ素子１の一例として図２及び図３に示した磁流型アンテナは、図中の面１６に対して面対称の形状を採用しているため、それぞれのアンテナが有する磁気ダイポールの向きと同じ方向の磁界を受信する場合には、同軸ケーブル７にコモンモードノイズがほとんど発生しない。また、図２及び図３の各アンテナが有する磁気ダイポールの向きと異なる向きの磁界を受信した場合にも、アンテナ直下に取り付けられているバラン６により、同軸ケーブル７にコモンモードノイズが発生しにくい。このようなアンテナ構成を採用することにより、放射に寄与する電流をアンテナ素子１に集中させることができ、結果、体内に留置された電子機器の位置検出精度を更に向上させることができる。

また、体内に留置された電子機器とアンテナ素子１の距離をλ／２π以内とすると、（数１）〜（数８）の距離ｒの３乗及び２乗に反比例する電界強度及び磁界強度が、距離ｒの１乗に反比例する電界強度、磁界強度よりも大きくなるため、距離を対する受信電力変化が大きくなり、更に精度良く、電子機器の位置検出を行うことが可能となる。

また、波長に比べて十分小さいサイズ（例えばλ／４以下）の磁流型のアンテナ素子１を用いて、同軸ケーブルを人体に密着させた状態で、λ／２π以内の近傍界領域で無線通信を行う場合、遠方から到来するノイズを受信せず、体内からの無線信号のみを受信可能な体外ユニットを構築することが可能となる。これは、アンテナ素子１に対して同軸ケーブル２のサイズが大きいため、遠方界放射利得の形成に多大な影響を与えるのは同軸ケーブル２であり、当該同軸ケーブル２を人体に近接させて配置することにより、同軸ケーブル２のアンテナ化を抑制することができるためである。一方、体内の電子機器とアンテナ素子１は近傍界通信により信号のやり取りを行うため、アンテナ素子１における電子機器からの無線信号の受信電力が大きく低減されることはない。

（実施の形態２）
以下、本発明における実施の形態２について図８を用いて説明する。なお、実施の形態１と同様の構成については、同一の符号をつけてその説明を省略し、相違点について詳述する。図８は、本発明の実施の形態２における体外ユニットの外観図である。

図８において、体内に留置された電子機器（図示せず）から送信された無線信号は、人体に直接貼り付けられた複数のアンテナ素子１で受信され、各アンテナ素子１に接続された同軸ケーブル２により受信機３に送られる。尚、図８においては、便宜上１つのアンテナ素子のみ図示している。受信機３では、各アンテナ素子１から得られた受信信号を基に、生体情報を復元し、受信機３内のメモリ（図示せず）に当該生体情報を蓄積すると共に、各アンテナ素子１から得られた受信信号の強度から、生体内の電子機器の位置を推定し、生体情報と共にメモリに蓄積される。

同軸ケーブル２は、貼付けシート１７により人体上に直接貼り付けられており、これにより、同軸ケーブル２を人体に近接して配線させることが可能となり、同軸ケーブル２がアンテナとして動作することを回避することができる。貼付けシート１７は、磁性体または誘電体が混合されたゴムにより形成することにより、更に、同軸ケーブル２のアンテナ動作抑制を向上させることも可能である。

また、図９の同軸ケーブル２の断面形状により示されるように、同軸ケーブル２の外皮１８を磁性体シートまたは誘電体シートにより構成しても、同軸ケーブル２のアンテナ動作抑制を向上させることが可能である。

本発明にかかる本発明の体外ユニットは、体外ユニットを構成するアンテナと受信機を接続する同軸ケーブルをアンテナとして動作しにくくすることで、生体内の電子機器の位置検出精度を向上させることができる。このようなことから当該発明は、小型のラジオカプセルを人が飲むことで人体内部の生体情報を容易に取得できるカプセル内視鏡等の医療機器に用いるのに最適である。

本発明の実施の形態１における体外ユニットを示す斜視図 同体外ユニットを構成するアンテナ素子の斜視図 同体外ユニットを構成するアンテナ素子の斜視図 微小ダイポールアンテナの斜視図 微小ループアンテナの斜視図 同体外ユニットを構成する腰ベルトの断面図 同体外ユニットを構成する肩ひもの断面図 本発明の実施の形態２における体外ユニットを示す斜視図 同体外ユニットを構成する同軸ケーブルの断面図 従来の体外ユニットを示す図 従来のラジオカプセルを示す図

符号の説明

１ アンテナ素子
２ 同軸ケーブル
３ 受信機
４ 肩ひも
５ 腰ベルト
６ バラン
９ 人体
１０、１３ 布部
１１、１４ 磁性体シート
１２、１５ 固定治具
１７ 貼付けシート

Claims (11)

1. 生体の内部の電子機器に対して信号を送信または受信するアンテナ素子と、
   このアンテナ素子に接続されたケーブルと、
   前記生体の外部に装着される帯部とを有し、
   前記ケーブルの少なくとも一部は、前記帯部と前記生体との間に配置された体外ユニット。
2. 生体の内部の電子機器に対して信号を送信または受信するアンテナ素子と、
   このアンテナ素子に接続されたケーブルとを有し、
   前記ケーブルの少なくとも一部は、前記生体の表面に密着配置された体外ユニット。
3. 前記ケーブルの少なくとも一部に設けられた貼付けシートにより、前記ケーブルは前記生体の表面に貼り付けられた請求項２に記載の体外ユニット。
4. 前記貼付けシートの少なくとも一部が磁性体または誘電体により構成された請求項３に記載の体外ユニット。
5. 前記生体の内部の電子機器と前記アンテナ素子との間隔がλ／２π以下（λは無線信号の波長を表わす）である請求項１または請求項２に記載の体外ユニット。
6. 前記帯部の少なくとも一部に磁性体または誘電体を配置した請求項１に記載の体外ユニット。
7. 前記帯部が前記ケーブルを保持するための固定治具を有する請求項１に記載の体外ユニット。
8. 前記ケーブルが磁性体または誘電体で覆われた請求項１または請求項２に記載の体外ユニット。
9. 前記アンテナ素子が磁流型アンテナである請求項１または請求項２に記載の体外ユニット。
10. 前記アンテナ素子と前記ケーブルとの間に接続されたバランを有する請求項１または請求項２に記載の体外ユニット。
11. 前記アンテナ素子が面対称な形状を有し、バランス動作をする請求項１または請求項２に記載の体外ユニット。

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