JP2010115363A - 無線給電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被検者５の内部に導入されて被検者５の体内情報を取得するカプセル型内視鏡２０に対して、被検者５の外部から安定した効率的な電力供給をする無線給電装置１を提供する。
【解決手段】磁界を発生する送電コイル１４と、送電コイル１４が巻回され、ギャップ部からの磁界をカプセル型内視鏡２０に印加するギャップ長Ｇが可変の可撓性部を有する磁気コア１１と、送電コイル１４に電力を供給する電力供給部２とを有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、被検体内に導入されたカプセル型医療装置、例えば飲み込み型のカプセル型内視鏡に、被検体の外部から電力を供給する無線給電装置に関する。

近年、内視鏡の分野では、撮像機能と無線機能とが装備されたカプセル型内視鏡が登場している。このカプセル型内視鏡は、観察（検査）のために被検体である被検者に飲み込まれた後、被検者から自然排出されるまでの間、胃、小腸などの臓器の内部をその蠕動運動に伴って移動し、撮像機能を用いて臓器の内部を順次撮像する構成である。

また、これら臓器内を移動する間にカプセル型内視鏡によって被検者内で撮像された画像データは、順次無線通信などの無線機能により、被検体の外部に設けられた外部装置に送信され、メモリに蓄積される。被検者がこの無線機能とメモリ機能を備えた外部装置を携帯することにより、被検者は、カプセル型内視鏡を飲み込んだ後、排出されるまでの観察期間、不自由を被ることなく行動が可能になる。カプセル型内視鏡による観察後は、医者によって、外部装置のメモリに蓄積された画像データに基づいて、臓器の画像をディスプレイなどに表示させて診断を行うことができる。

特表２００４−５２８８９０号公報にはカプセル型内視鏡を初めとするカプセル型医療装置に被検体の外部から電力を供給する無線給電装置が開示されている。すなわち、図１に示すカプセル型医療装置に配設されたエネルギ受容ユニット１２２は、受電コイルである３軸コイルアセンブル１２１を有している。そして図２に示すように、被検者１０５の体内のカプセル型医療装置１２０に対して、ＡＣ誘導コイル１１０Ｃと磁気コア１１１とを介してギャップ部１１０Ｇから変動磁界１１２を印加している。

磁気コアのギャップ部内のカプセル型医療装置に磁界を印加する無線給電装置は給電効率が高いが、磁気コアのギャップ部内に被検者を配置することが容易ではないことがあった。
特表２００４−５２８８９０号公報

本発明は、被検体の内部に導入されて被検体内情報を取得するカプセル型医療装置に対して、被検体の外部から安定した効率的な電力供給をする無線給電装置を提供することを目的とする。

本発明の無線給電装置は、被検者の体内に導入されるカプセル型医療装置に無線給電する無線給電装置であって、磁界を発生するコイルと、前記コイルが巻回されギャップ部からの前記磁界を前記カプセル型医療装置に印加するギャップ長が可変の可撓性部を有する磁気コアと、前記コイルに電力を供給する電力供給部と、を有することを特徴とする無線給電装置である。

本発明は、被検体の内部に導入されて被検体内情報を取得するカプセル型医療装置に対して、被検体の外部から安定した効率的な電力供給をする無線給電装置を提供するものである。

＜第１の実施の形態＞
以下、図面を参照して本発明の第１の実施の形態の無線給電装置１について説明する。
図３は、本実施の形態にかかる無線給電装置を有する無線給電システムの構成を示す構成図である。図３に示すように、本実施の形態の無線給電装置１は、電源３および駆動回路４を有する電力供給部２と、磁気コア１１に巻回された送電コイル１４を有する送電アンテナ１０とを有する。電源３からの直流電流は駆動回路４で駆動用の高周波電流に変換される。

交流電流が印加された送電コイル１４は、磁気コア１１の磁路に交流磁界を印加する。そして磁気コア１１のギャップ部（図４等参照）に配置されたカプセル型内視鏡２０の受電アンテナ２１には交流磁界による誘導起電力が発生する。受電アンテナ２１で受電された電流は電力再生回路２２において整流され、撮像処理回路２３および撮像素子であるＣＣＤ２４等の駆動電力として使用される。受電コイルの受電コイル（不図示）は、例えば、導電線を巻回した所定のターン数のソレノイド型コイルであり、細長いカプセル型筐体の胴部内に、コイルの軸がカプセルの長手方向となるように配設されている
すなわち、カプセル型内視鏡２０は、被検者の体腔内に導入可能な細長いカプセル型筐体内に内蔵されている前端方向の撮影が可能な撮像光学系を備えるカプセル型内視鏡である。カプセル型内視鏡２０は、被検者の口腔から体内に飲み込み可能な大きさのものであり、略半球状で透明性あるいは透光性を有する先端カバーと、可視光が不透過な有色材質からなる一端部が略半球状筒形状の胴部カバーとを弾性的に嵌合させることで、内部を液密に封止するカプセル型筐体を形成している。そしてカプセル型筐体内には、照明光を出射するＬＥＤなどの照明部と、照明光による反射光を受光して体腔内撮像部位を撮像するＣＣＤ２４やＣＭＯＳなどの撮像素子と、この撮像素子に被写体の像を結像させる結像レンズとを備え、撮像した画像を体外に無線で送信する情報伝達部等も有している。

なお、後述するように磁気コア１１はギャップ長が可変であるため、送電アンテナ１０は、所定のギャップ長に固定するためのギャップ固定部１５を有している。

次に、図４は第１の実施の形態の無線給電装置の磁気コアの構造を説明するための斜めから見た模式図であり、図５は第１の実施の形態の無線給電装置の磁気コアの構造を説明するための横から見た模式図である。

図４に示すように本実施の形態の無線給電装置１の送電アンテナ１０の磁気コア１１は、細長い矩形の磁性薄板１０Ｍが、絶縁体１０Ｉを介して積層されている。なお、図４等では図示を容易にするために磁性薄板１０Ｍの厚さに対して絶縁体１０Ｉの厚さを厚く表示しているが、体積当たりの飽和磁束密度を高く維持するために、絶縁体１０Ｉの厚さは所定の絶縁性が確保できる範囲で薄い程、好ましい。

磁性薄板１０Ｍを構成する磁性体の材料としては、公知の高飽和磁束密度軟磁性材料、例えば、パーマロイ等の結晶金属合金、Ｆｅ系アモルファス合金、または鉄等を用いることが好ましく、バルク材の圧延加工処理、電気めっき法、真空成膜法等の公知の方法により作成され、また、異なる種類の磁性体を複合して用いてもよい。しかし比較的低飽和磁束密度の酸化物磁性体、例えばフェライト、と異なり前記の高飽和磁束密度磁性体は導電性を有する。導電性磁性体に交流磁界が印加されると渦電流が発生し、いわゆる渦損によるエネルギ送電効率の低下のおそれがある。しかし、磁性薄板１０Ｍは磁性体を薄い平板状とし、かつ、隣り合う磁性薄板１０Ｍとの間は絶縁体１０Ｉにより絶縁されているため、渦電流が流れにくい。このため、本実施の形態の無線給電装置１は送電効率が高い。

そして、図５に示すように、送電コイル１４が発生した磁界は磁気コア１１のギャップ部１０Ｇを介して、漏れ磁界としてベッド６に横たわる被検者５の体内に印加される。ここで、磁気コア１１のギャップ長Ｇは長いほど、磁界１２は周囲の空間により大きく広がるが、磁界強度は弱くなり送電効率が低下する。

本実施の形態の無線給電装置１では、磁気コア１１の少なくとも一部が可撓性の可撓性部を有しギャップ長が可変である。すなわち、磁気コア１１の少なくとも一部の可撓性部を構成する磁性薄板１０Ｍは薄い平板状であるため可撓性を有する。絶縁体１０Ｉは例えば樹脂、または薄層の酸化物等であるため可撓性を有する。絶縁体１０Ｉとしては樹脂中に磁性粉を分散させた磁性塗料や、磁性体の周囲を酸化させた酸化物層であってもよい。そして磁性薄板１０Ｍは互いに他の湾曲を妨げないように一体化されている。

このため、図６および図７に示すように、無線給電装置１では被検者５の体型または姿勢の少なくともいずれかに応じて磁気コア１１のギャップ長を最適に調整することができる。図６および図７は本実施の形態の無線給電装置における磁気コアのギャップ長の調整を説明するための横から見た模式図である。

すなわち、本実施の形態の無線給電装置１では、図６に示すように小柄な被検者５Ａの場合には、磁気コア１１の可撓性を有する可撓性部１１Ｗ１および１１Ｗ２を曲げることにより、ギャップ長をＧ１と短く調整することができる。図７に示すように反対に大柄な被検者５Ｂの場合はギャップ長をＧ２と長く調整することができる。また、被検者５の体位が側臥位の場合に、仰臥位または腹臥位の場合よりもギャップ長を長く調整することができる。ギャップ固定部１５は調整されたギャップ長を固定するために使用される。

本実施の形態の無線給電装置１は被検者５の体型または姿勢の少なくともいずれかに応じてギャップ長Ｇが調整できるために送電効率が高い。また、被検者５が長いギャップ長の状態の磁気コアのギャップ部内に入ってから、ギャップ長Ｇが調整できるために、作業性がよい。

次に図８および図９は本実施の形態の一例の磁気コアの可撓性部の断面構造を説明するための模式図である。図８は絶縁体１０Ｉ１を介して積層された磁性薄板１０Ｍ１が可撓性を有する収納容器１６Ａに収納されている磁気コア１１Ａを示している。図９は外周部に絶縁体１０Ｉ２が形成された磁性線１０Ｍ２が可撓性を有する収納容器１６Ｂに収納されている磁気コア１１Ｂを示している。

磁気コア１１Ａおよび磁気コア１１Ｂは、いずれも複数の可撓性を有する磁性体が、互いに他の湾曲を妨げないように一体化されている。このため、磁気コア１１Ａおよび磁気コア１１Ｂは、可撓性を有しギャップ長が可変である。なお、磁気コアとしては、図８および図９に例示した形状等に限られるものではなく、断面が矩形もしくは楕円径の磁性線を有する磁気コア、または断面が円形の収納容器に収納されている磁気コア等も用いることができる。

以上の説明のように、本実施の形態の無線給電装置１は、被検者５の体内に導入されるカプセル型内視鏡２０に無線給電する無線給電装置であって、磁界を発生する送電コイル１４と、送電コイル１４が巻回され、ギャップ部Ｇからの磁界をカプセル型内視鏡２０に印加するギャップ長が可変の可撓性部１１Ｗ１および１１Ｗ２を有する磁気コア１１と、送電コイル１４に交流電力を供給する電力供給部２とを有する。このため、本実施の形態の無線給電装置１は、安定した効率的な電力供給をすることができる。

なお、上記説明では磁気コア１１の一部である２つの可撓性部１１Ｗ１および１１Ｗ２が可撓性を有する磁気コア１１について説明したが、可撓性部１１Ｗ１または１１Ｗ２を有する磁気コアでもよいし、もちろん磁気コアの磁路全長に渡って可撓性を有する磁気コアであってもよい。磁気コアの磁路全長に渡って可撓性を有する磁気コアを有する無線給電装置１は渦電流低減効果が特に高く、効率的な電力供給ができる。また、磁気コアの磁束が集中するギャップ部近傍のみ、単位体積当たりの飽和磁束密度を高くするために可撓性を有していない非可撓性部としてもよい。

＜第２の実施の形態＞
以下、図面を参照して本発明の第２の実施の形態の無線給電装置１Ｂについて説明する。本実施の形態の無線給電装置１Ｂは第１の実施の形態の無線給電装置１と類似しているため同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。

図１０および図１１は、本実施の形態にかかる無線給電装置を有する無線給電システムの使用状態を説明するための説明図であり、図１０（Ａ）は本実施の形態にかかる無線給電装置の送電アンテナが配設された着衣であるベストを着用した被検者の外観を示しており、図１０（Ｂ）および図１１は図１０（Ａ）のＸ−Ｂ、Ｘ−Ｂ線での断面構造を示している。

図１０（Ａ）および図１０（Ｂ）に示すように、本実施の形態にかかる無線給電装置１Ｂは、可撓性を有する２つの磁気コア１１Ｃ、１１Ｄと、それぞれの磁気コアに巻回された送電コイル１４Ａ、１４Ｂとを有する２つの送電アンテナ１０Ａと１０Ｂとを有している。磁気コア１１Ｃと１１Ｄのギャップ部１０Ｇ１と１０Ｇ２は互いに対向配置されている。そして、送電コイル１４Ａと１４Ｂとは、磁気コア１１Ｃと１１Ｄとの略全長に渡って巻回されている。

送電コイル１４Ａと１４Ｂとは、一端同士が接続されているため、駆動回路４から同じ電流が印加され同期して駆動される。このため、図１０（Ｂ）に示すように、磁界１２はギャップ部１０Ｇ１と１０Ｇ２との間を集中して流れる。このため無線給電装置１Ｂは、カプセル型内視鏡２０に効率的に給電することができる。さらに無線給電装置１Ｂでは、被検者５の外側に向かって流れる磁界１２がほとんど存在せず、狭い空間内で閉磁路を形成している。このため無線給電装置１Ｂでは周囲の他の医療機器に影響を及ぼすことも周囲の磁性体との干渉の影響もない。

そして、２つの磁気コア１１Ｃおよび１１Ｄは可撓性を有するため、送電アンテナ１０Ａおよび１０Ｂも可撓性を有し、図１１に示すように、被検者５はベスト１３の着脱が容易である。

さらに図１０（Ｂ）および図１１に示すように、２つの磁気コア１１Ｃおよび１１Ｄはギャップ部の端面、例えば、１０Ｅが磁路直交面に対して傾斜を有し、磁路外周部のギャップ長Ｇ４が、磁路内周部のギャップ長Ｇ３よりも長いため、より磁界を所望の範囲に集中することができる。このため、無線給電装置１Ｂは給電効率がよい。

以上の説明のように、本実施の形態の無線給電装置１Ｂでは送電アンテナ１０Ａおよび１０Ｂが被検者５が着用するベスト１３に配設されている。また、本実施の形態の無線給電装置１Ｂでは送電アンテナを複数組有する。さらに、本実施の形態の無線給電装置１Ｂでは磁気コアのギャップ部の端面が磁路直交面に対して傾斜を有し、磁気コアの磁路外周部のギャップ長が、磁路内周部の前記ギャップ長よりも長い。

なお、既に説明した第１の実施の形態の無線給電装置１においても、第２の実施の形態の無線給電装置１Ｂと同様に、送電アンテナを複数組有していてもよいし、磁気コアのギャップ部の端面が磁路直交面に対して傾斜を有し、磁気コアの磁路外周部のギャップ長が、磁路内周部の前記ギャップ長よりも長くてもよい。かかる無線給電装置１はさらに給電効率がよい。

＜第２の実施の形態の変形例＞
以下、図面を参照して本発明の第２の実施の形態の変形例の無線給電装置１Ｃおよび１Ｄについて説明する。

図１２は本発明の第２の実施の形態の変形例１の無線給電装置の送電アンテナを有するベストを着用した被検者を示しており、図１２（Ａ）は正面から見た図であり、図１２（Ｂ）は背面から見た図である。図１３は本発明の第２の実施の形態の変形例２の無線給電装置の送電アンテナを有するベストを着用した被検者を示しており、図１２（Ａ）は正面から見た図であり、図１２（Ｂ）は図１２（Ａ）のＶＩＩＩ−Ｂ、ＶＩＩＩ−Ｂ線の断面構造を示す図である。

図１２に示す変形例１の無線給電装置１Ｃは、４組の送電アンテナ１０Ｃ〜１０Ｆが配設されたベスト１３Ｃを有している。２組の送電アンテナ１０Ｃおよび１０Ｄは、ギャップ部１０Ｇ３および１０Ｇ５で対向しており、２組の送電アンテナ１０Ｅおよび１０Ｆは、ギャップ部１０Ｇ４および１０Ｇ６で対向している。

変形例１の無線給電装置１Ｃは、第２の実施の形態の無線給電装置１Ｂと同様の効果を有し、特に、４組の送電アンテナ１０Ｃ〜１０Ｆは、水平で端部が正面または背面を向いているカプセル型内視鏡２０に効率的に給電することができる。

次に、図１３に示す変形例２の無線給電装置１Ｄは、２組の送電アンテナ１０Ｈおよび１０Ｉが配設されたベスト１３Ｄを有している。２組の送電アンテナ１０Ｈおよび１０Ｉ、ギャップ部１０Ｇ７および１０Ｇ８で対向している。

変形例２の無線給電装置１Ｄは、第２の実施の形態の無線給電装置１Ｂと同様の効果を有し、特に、水平で端部が横方向を向いているカプセル型内視鏡２０に効率的に給電することができる。

また、本発明の無線給電装置としては、本発明の第２の実施の形態の無線給電装置１Ｂの送電アンテナ１０Ａおよび１０Ｂと、第２の実施の形態の変形例１の無線給電装置１Ｃの送電アンテナ１０Ｃ〜１０Ｆと、第２の実施の形態の変形例２の無線給電装置１Ｄの送電アンテナ１０Ｈおよび１０Ｉとを全て有する無線給電装置であってもよい。

なお、上記説明は、カプセル型内視鏡を例に説明したが、本発明の無線給電装置は、カプセル型内視鏡への無線給電に限られるものではなく、消化液採取用カプセル型医療装置、嚥下型のｐＨセンサ、またはドラッグデリバリーシステムのような各種カプセル型医療装置に適用可能である。

本発明は、上述した実施の形態または変形例に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。

公知のカプセル型医療装置のエネルギ受容ユニットである 公知の無線給電装置を説明するための模式図である。 第１の実施の形態にかかる無線給電装置を有する無線給電システムの概要を示す概要図である。 第１の実施の形態の無線給電装置の磁気コアの構造を説明するための斜めから見た模式図である。 第１の実施の形態の無線給電装置の磁気コアの構造を説明するための横から見た模式図である。 第１の実施の形態の無線給電装置における磁気コアのギャップ長の調整を説明するための横から見た模式図である。 第１の実施の形態の無線給電装置における磁気コアのギャップ長の調整を説明するための横から見た模式図である。 第１の実施の形態の磁気コアの可撓性部の断面構造を説明するための模式図である。 第１の実施の形態の磁気コアの可撓性部の断面構造を説明するための模式図である。 第２の実施の形態の無線給電装置を有する無線給電システムの使用状態を説明するための説明図である。 第２の実施の形態の無線給電装置を有する無線給電システムの使用状態を説明するための説明図である。 第２の実施の形態の変形例１の無線給電装置の送電アンテナを有するベストを着用した被検者を示した説明図である。 第２の実施の形態の変形例１の無線給電装置の送電アンテナを有するベストを着用した被検者を示した説明図である。

符号の説明

１、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ…無線給電装置
２…電力供給部
３…電源
４…駆動回路
５、５Ａ、５Ｂ…被検者
６…ベッド
１０、１０Ａ〜１０Ｆ、１０Ｉ…送電アンテナ
１０Ｇ１〜１０Ｇ８…ギャップ部
１０Ｉ、１０Ｉ１、１０Ｉ２…絶縁体
１０Ｍ、１０Ｍ１…磁性薄板
１０Ｍ２…磁性線
１１、１１Ａ〜１１Ｃ…磁気コア
１１Ｗ１、１１Ｗ２…可撓性部
１２…磁界
１３、１３Ｃ、１３Ｄ…ベスト
１４、１４Ａ、１４Ｂ…送電コイル
１５…ギャップ固定部
１６Ａ、１６Ｂ…収納容器
２０…カプセル型内視鏡
２１…受電アンテナ
２２…電力再生回路
２３…撮像処理回路
１０５…被検者
１１０Ｃ…誘導コイル
１１０Ｇ…ギャップ部
１１１…磁気コア
１１２…変動磁界
１２０…カプセル型医療装置
１２１…軸コイルアセンブル
１２２…エネルギ受容ユニット

Claims (11)

1. 被検者の体内に導入されるカプセル型医療装置に無線給電する無線給電装置であって、
   磁界を発生するコイルと、
   前記コイルが巻回され、ギャップ部からの前記磁界を前記カプセル型医療装置に印加するギャップ長が可変の可撓性部を有する磁気コアと、
   前記コイルに電力を供給する電力供給部とを有することを特徴とする無線給電装置。
2. 前記可撓性部が、複数の可撓性を有する磁性体が、互いに他の湾曲を妨げないように一体化されていることを特徴とする請求項１に記載の無線給電装置。
3. 前記磁性体が磁性薄板であり、前記磁気コアが複数の前記磁性薄板を絶縁体を介して積層していることを特徴とする請求項２に記載の無線給電装置。
4. 前記磁性体が磁性線であり、前記磁気コアが複数の前記磁性線を絶縁体を介して束ねられていることを特徴とする請求項２に記載の無線給電装置。
5. 前記複数の可撓性を有する磁性体が、可撓性を有する収納容器に収納されていることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の無線給電装置。
6. 前記ギャップ長が、前記被検者の体型または姿勢の少なくともいずれかに応じて調整されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の無線給電装置。
7. 前記磁気コアの前記ギャップ長を固定するギャップ長固定部を有することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の無線給電装置。
8. 前記磁気コアおよび前記コイルを有する送電アンテナが、前記被検者が着用する着衣に配設されていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の無線給電装置。
9. 前記磁気コアおよび前記コイルを有する送電アンテナを、複数組有することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の無線給電装置。
10. 前記磁気コアの前記ギャップ部の端面が磁路直交面に対して傾斜を有し、前記磁気コアの磁路外周部の前記ギャップ長が、磁路内周部の前記ギャップ長よりも長いことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の無線給電装置。
11. 前記カプセル型医療装置が、カプセル型内視鏡であることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の無線給電装置。

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