JP2013255114A - Design method for medical rfid tag and medical rfid tag, and sanitary material with rfid tag - Google Patents

Design method for medical rfid tag and medical rfid tag, and sanitary material with rfid tag Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a design method for a medical RFID tag and the medical RFID tag capable of appropriately performing communication in air and in a liquid.SOLUTION: A design method for a medical RFID tag comprises the steps of: determining and graphing a communication distance of an RFID tag in air for each resonance frequency; forming a mathematical expression of change in a resonance frequency for an antenna area of the RFID tag in a liquid; determining a magnitude of attenuation of the resonance frequency of an antenna in a liquid having an area selected as a medical RFID tag based on the above expression; determining and graphing a communication distance of the RFID tag in a liquid for each resonance frequency; determining a range of the resonance frequency which satisfies both the communication distances required in air and in a liquid on the basis of the graphed communication distance characteristics of the RFID tag in air and in a liquid; and designing the resonance frequency of the RFID tag so as to be within the range of the resonance frequency.

Description

本発明は、電磁波による無線通信によって近距離で情報の読み取りを行うRFIDタグに関し、特に、医療分野における使用済みガーゼ、不織布等の衛生材料(以下、ガーゼと総称する)の管理システムに好適な医療用RFIDタグの設計方法及び医療用RFIDタグ並びにRFIDタグ付き衛生材料に関するものである。   The present invention relates to an RFID tag that reads information at a short distance by radio communication using electromagnetic waves, and particularly suitable for a management system of used sanitary materials (hereinafter collectively referred to as gauze) such as used gauze and nonwoven fabric in the medical field. The present invention relates to an RFID tag design method, a medical RFID tag, and a sanitary material with an RFID tag.

手術時に使用したガーゼの体内遺残事故を防止する目的で、RFIDタグをガーゼに貼り付けて管理するガーゼ管理システムが知られている。   A gauze management system is known in which an RFID tag is attached to a gauze and managed for the purpose of preventing an in-vivo accident of the gauze used at the time of surgery.

この種のガーゼ管理システムでは、手術に使用するガーゼのすべてにRFIDタグが取り付けられており、手術前のガーゼのRFIDタグから予め識別情報等を読み取っておき、術後のガーゼのRFIDタグから識別情報等を読み取り、両識別情報の照合されたガーゼをカウントすることにより、ガーゼ枚数の人為的カウントミスを防止することができるようになっている(例えば、特許文献1参照)。   In this type of gauze management system, RFID tags are attached to all gauze used for surgery, and identification information is read in advance from RFID tags of gauze before surgery, and identification information is identified from RFID tags of gauze after surgery. Etc. and counting the gauze in which both identification information are collated, it is possible to prevent an artificial counting error of the number of gauze sheets (see, for example, Patent Document 1).

ところで、RFIDタグに関し、一般に利用されている周波数としては、135kHz未満(長波帯)、13.56MHz(短波帯)、860〜960MHz(UHF帯)、2.45GHz(マイクロ波帯)等があるが、水分の多い場所では長波帯のRFIDタグが使用され、短波帯のRFIDタグも比較的水分に対して強いため一部の分野で使用されている。   By the way, generally used frequencies for RFID tags include less than 135 kHz (long wave band), 13.56 MHz (short wave band), 860 to 960 MHz (UHF band), 2.45 GHz (microwave band), and the like. Long wave band RFID tags are used in places with a lot of moisture, and short wave band RFID tags are also used in some fields because they are relatively resistant to moisture.

なお、比較的水分に強いとされている短波帯のRFIDタグであっても、水中に浸漬させた場合の通信距離は空気中と比較して大きく減衰し、マイクロ波帯のRFIDタグは水中に沈めた場合、RFIDリーダーとの間で通信ができなくなる。   Even for short-wave RFID tags that are relatively resistant to moisture, the communication distance when immersed in water is greatly attenuated compared to air, and microwave-band RFID tags are When submerged, communication with the RFID reader becomes impossible.

このような理由からRFIDタグを医療分野において血液・体液・生理食塩液等の液体(以下、液体と総称する)の多い環境で読み取る場合には、長波帯のRFIDタグを使用すればよいことになる。   For these reasons, when reading RFID tags in an environment where there are many liquids such as blood, body fluids, and physiological saline (hereinafter collectively referred to as liquids) in the medical field, long-wave band RFID tags may be used. Become.

しかし、長波帯のRFIDタグは、水分に対して優れた通信特性を示す反面、電磁ノイズ(高圧線、蛍光灯等)に弱いという欠点があり、加えて薄型化(フィルム状)することができない、交信速度が遅い、RFIDタグを構成する部品点数が多いことから高コストであり、また、フェライト等のコア材を使用するため柔軟性がない等の問題がある。   However, while long wave band RFID tags exhibit excellent communication characteristics against moisture, they have the drawback of being vulnerable to electromagnetic noise (high voltage lines, fluorescent lamps, etc.), and in addition, they cannot be thinned (film-like). The communication speed is slow, the number of parts constituting the RFID tag is large, the cost is high, and the use of a core material such as ferrite is inflexible.

特開2011−15395号公報JP 2011-15395 A

ガーゼ管理システムのRFIDタグに要求される通信特性としては、空気中及び液体中のいずれの環境下においても過不足なく通信の行えることが求められるが、水分の多い環境、特に液体中での読み取りが確実に行え、しかも電磁ノイズの影響を受けにくいRFIDタグは実現されていない。   Communication characteristics required for RFID tags of gauze management systems are required to be able to communicate without excess or deficiency in both air and liquid environments. RFID tags that can be reliably processed and are not easily affected by electromagnetic noise have not been realized.

本発明は以上のような従来のRFIDタグにおける課題を考慮してなされたものであり、空気中及び液体中においても過不足なく通信を行うことができ、RFIDタグの情報を確実に読み取ることができる医療用RFIDタグの設計方法及び医療用RFIDタグ並びにRFIDタグ付き衛生材料を提供するものである。   The present invention has been made in consideration of the problems in the conventional RFID tag as described above, and can communicate without excess or deficiency even in the air or in the liquid, and can reliably read the information of the RFID tag. The present invention provides a method for designing a medical RFID tag, a medical RFID tag, and a sanitary material with an RFID tag.

本発明の医療用RFIDタグの設計方法は、空気中でのRFIDタグの通信距離を、各共振周波数毎に求めてグラフ化し、
液体中でのRFIDタグのアンテナ面積に対する共振周波数の変化を数式化し、
医療用RFIDタグとして選択する面積からなるアンテナの液体中での上記共振周波数の減衰量を上記数式から求め、
液体中でのRFIDタグの通信距離を、各共振周波数毎に求めてグラフ化し、
上記グラフ化された空気中及び液体中での上記RFIDタグの通信距離特性のそれぞれについて、空気中及び液体中で必要とされる通信距離をともに満足する共振周波数の範囲を求め、
上記共振周波数の範囲内に収まるように上記RFIDタグの共振周波数を設計することを要旨とする。
The method for designing a medical RFID tag of the present invention is obtained by graphing the communication distance of the RFID tag in the air for each resonance frequency,
Formulate the change in resonance frequency with respect to the antenna area of the RFID tag in liquid,
The attenuation amount of the resonance frequency in the liquid of the antenna having an area selected as a medical RFID tag is obtained from the above formula,
The communication distance of the RFID tag in the liquid is graphed for each resonance frequency,
For each of the communication distance characteristics of the RFID tag in the air and liquid graphed above, a resonance frequency range that satisfies both the communication distance required in the air and liquid is obtained,
The gist is to design the resonance frequency of the RFID tag so as to be within the range of the resonance frequency.

本発明の対象となるRFIDタグは、電源を内蔵せずRFIDリーダーからの電磁波を駆動電源として通信を行ういわゆるパッシブ型RFIDタグである。   The RFID tag that is the subject of the present invention is a so-called passive RFID tag that performs communication using an electromagnetic wave from an RFID reader as a driving power source without incorporating a power source.

上記設計方法において、空気中及び液体中で必要とされる通信距離をともに満足する上記共振周波数は14.2〜15.1MHzとすることが好ましい。   In the above design method, it is preferable that the resonance frequency satisfying both the communication distance required in air and liquid is 14.2 to 15.1 MHz.

また、上記アンテナ面積は250〜700mmの範囲内とすることが好ましい。 The antenna area is preferably in the range of 250 to 700 mm 2 .

本発明の医療用RFIDタグは、上記医療用RFIDタグの設計方法によって製作されていることを要旨とする。   The medical RFID tag of the present invention is manufactured by the above-described medical RFID tag design method.

本発明のRFIDタグ付き衛生材料は、上記医療用RFIDタグが貼着されていることを要旨とする。   The gist of the sanitary material with RFID tag of the present invention is that the medical RFID tag is attached.

本発明の医療用RFIDタグの設計方法によれば、空気中及び液体中のいずれの環境下においても過不足なく通信することができる医療用RFIDタグを設計することができる。   According to the method for designing a medical RFID tag of the present invention, it is possible to design a medical RFID tag that can communicate without excess or deficiency in any environment of air or liquid.

本発明の医療用RFIDタグ及びRFIDタグ付き衛生材料によれば、空気中及び液体中のいずれの環境下においても過不足なく確実にRFIDタグの情報を読み取ることができるという長所を有する。   According to the medical RFID tag and the sanitary material with an RFID tag of the present invention, there is an advantage that information on the RFID tag can be reliably read without excess or deficiency in any environment in air or liquid.

本発明の医療用RFIDタグを製作するにあたり、共振周波数の違いによる通信距離の変化を空気中で測定したグラフである。When manufacturing the medical RFID tag of this invention, it is the graph which measured the change of the communication distance by the difference in the resonant frequency in the air. 本発明の医療用RFIDタグを製作するにあたり、アンテナ素材によって変化する周波数の変化量を疑似血液中で測定したグラフである。6 is a graph showing the frequency of change in the pseudo blood measured in the antenna material when the medical RFID tag of the present invention is manufactured. 本発明の医療用RFIDタグを製作するにあたり、空気中の通信距離と生理食塩液中での通信距離の違いを測定したグラフである。6 is a graph showing a difference between a communication distance in air and a communication distance in physiological saline when the medical RFID tag of the present invention is manufactured. (a)は本発明のRFIDタグの構成を示す平面図、(b)はその側面断面図である。(a) is a top view which shows the structure of the RFID tag of this invention, (b) is the side sectional drawing. (a)は本発明の防水加工を施したRFIDタグの構成を示す平面図、(b)はそのRFIDタグを分解して示した側面拡大断面図である。(a) is a top view which shows the structure of the RFID tag which gave the waterproof process of this invention, (b) is the side surface expanded sectional view which decomposed | disassembled and showed the RFID tag. 本発明に係るRFIDタグの通信距離の測定方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the measuring method of the communication distance of the RFID tag which concerns on this invention. (a)〜(c)は本発明に係るRFIDタグの通信特性を、アンテナ素材別に測定したグラフである。(a)-(c) is the graph which measured the communication characteristic of the RFID tag based on this invention according to the antenna material.

以下、図面に示した実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
〔1〕医療用RFIDタグの形状
本実施形態ではRFIDタグ付き衛生材料としてRFIDタグ付きガーゼを例に取り説明する。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on the embodiments shown in the drawings.
[1] Shape of Medical RFID Tag In this embodiment, a gauze with an RFID tag will be described as an example of a sanitary material with an RFID tag.

医療用RFIDタグが100%の通信性能を発揮するためには、RFIDタグの形状は折れ曲がらずにフラットな状態を維持することが望ましい。しかしながらRFIDタグ付きガーゼは、手術時に臓器の隙間に挿入されたり、また、鉗子によって圧縮されたり、さらにまた、術者や看護師の手によって塊状に圧縮されることが常である。   In order for the medical RFID tag to exhibit 100% communication performance, it is desirable to keep the RFID tag in a flat state without bending. However, gauze with an RFID tag is usually inserted into a gap between organs during surgery, compressed with forceps, or compressed into a lump by the hands of an operator or nurse.

そのため、細長い形状(一般的にUHF帯やマイクロ波を使用するRFIDタグ)のRFIDタグでは折れ曲がることが避けられないため、安定した通信特性を得ることが困難になる。   For this reason, it is unavoidable that the RFID tag having an elongated shape (in general, an RFID tag using a UHF band or a microwave) is bent, so that it is difficult to obtain stable communication characteristics.

これに対し、HF帯のRFIDタグは、ループ状のアンテナであるため折り曲げられる可能性が低く最適な通信が得られる。また、ループ状の中でも矩形のものよりは円形のものの方が折れ曲がりにくく、しかも円形のものは矩形のものと比較して角部を持たないため、繊細な作業を必要とする手術において体内組織に対する影響が少ないという利点もある。   On the other hand, since the RFID tag of the HF band is a loop-shaped antenna, it is less likely to be bent and optimal communication can be obtained. In addition, the circular shape is less likely to bend than the rectangular shape among the loop shapes, and the circular shape does not have corners as compared to the rectangular shape, so that it can be applied to the body tissue in a surgery that requires delicate work. There is also an advantage that there is little influence.

さらに、アンテナの形成パターンについては巻き線アンテナよりもエッチングアンテナやプリントアンテナの方がアンテナの厚みを薄くできるため屈曲性に優れている。なお、アンテナに使用する素材としては銅、アルミニウム、銀等の導電性の高い素材を選択することができる。   Further, with respect to the antenna formation pattern, the etching antenna and the printed antenna are more flexible than the wound antenna because the thickness of the antenna can be reduced. In addition, as a material used for the antenna, a highly conductive material such as copper, aluminum, or silver can be selected.

なお、RFIDタグは直接、水に濡れると通信ができなくなるため、防水加工を施す必要がある。手術での使用に妨げとならない防水処理としては、伸縮性のフィルムによってRFIDタグを密閉することが望ましい。   Note that the RFID tag cannot be communicated directly with water, so it needs to be waterproofed. As a waterproof treatment that does not hinder the use in surgery, it is desirable to seal the RFID tag with a stretchable film.

密閉方法としては、パウチ方式、ラミネート方式等が例示される。手術での使用に妨げとならないようにするには、フィルムをできる限り薄くする必要があることから、ラミネート方式によって密閉することが望ましい。   Examples of the sealing method include a pouch method and a laminate method. In order not to interfere with the use in surgery, the film needs to be as thin as possible.

上記フィルムは、生体適合性のあるものを使用し、ガーゼに対し接着剤もしくは熱融着によって固定することができる。   The film is biocompatible and can be fixed to gauze with an adhesive or heat fusion.

なお、接着剤を使用すると、接着剤の硬化後に接着剤塗布部分が硬くなる可能性が高く、ガーゼ本来の目的である臓器の保護性が低下するおそれがある。したがって、熱可塑性フィルムを防水フィルムとして使用し熱融着によってガーゼに固定することが望ましい。   If an adhesive is used, there is a high possibility that the adhesive-applied portion will become hard after the adhesive is cured, and the protection of the organ, which is the original purpose of gauze, may be reduced. Therefore, it is desirable to use a thermoplastic film as a waterproof film and fix it to the gauze by thermal fusion.

また、上記フィルムは手術中に体内組織を傷付けることがなく、また、鋭利な手術器具が接触しても耐えられるように、突き刺し強度の高い素材を使用することが望ましい。   In addition, it is desirable to use a material having a high puncture strength so that the film does not damage the body tissue during surgery and can withstand even if a sharp surgical instrument comes into contact.

このような事情から本実施形態では医療用RFIDタグとして、円形の巻き線アンテナを採用することが好ましく、より好ましくは円形のエッチングアンテナ、円形のプリントアンテナを採用することである。   In this embodiment, a circular wound antenna is preferably employed as the medical RFID tag in this embodiment, and a circular etching antenna and a circular printed antenna are more preferably employed.

〔2〕医療用RFIDタグの共振周波数
本実施形態の医療用RFIDタグは、術者、看護師の手元付近の約20〜30cm四方(少なくとも一方向より14cm以上の距離について読み取ることが可能)の範囲内でのみ通信可能とし、それにより、手術室内に保管してある対象外のRFIDタグ付きガーゼを間違って読み取ることがないようにしている。さらに、空気中であっても液体中であっても過不足なく通信が行えることを目標としている。
[2] Resonant frequency of medical RFID tag The medical RFID tag of this embodiment is approximately 20 to 30 cm square near the hand of the operator and nurse (can read at least a distance of 14 cm from one direction). Communication is possible only within the range, so that an unintended RFID tag gauze stored in the operating room is not erroneously read. Furthermore, the goal is to be able to communicate without excess or deficiency in air or liquid.

このような通信特性を有するRFIDタグの周波数帯としては短波帯の周波数を選択することが好ましい。   As a frequency band of the RFID tag having such communication characteristics, it is preferable to select a frequency in a short wave band.

一般的にRFIDタグの交信範囲は、使用する周波数が高くなるほどビームのように狭くなる。各周波数別の交信範囲として135kHz未満及び13.56MHzではおわんを伏せたような形の左右に広い範囲まで交信が可能であり、周波数が高くなると左右の広がりは狭くなり、UHF帯では葉巻のような形状の範囲で可能であり、2.45GHzではビームのような鋭い形状の範囲で交信が可能である。   Generally, the communication range of an RFID tag becomes narrower like a beam as the frequency used increases. The communication range for each frequency is less than 135 kHz and 13.56 MHz, and it is possible to communicate up to a wide range of left and right sides. The higher the frequency, the narrower the left and right spreads. In the UHF band, it looks like a cigar. It is possible in a range of a simple shape, and communication is possible in a range of a sharp shape such as a beam at 2.45 GHz.

RFIDタグの通信距離は、使用するRFIDリーダー及びRFIDタグの種類により大きく異なるが、一般的に13.56MHzでは0〜0.7m程度であり、人の手が届く範囲が通信可能な範囲である。また、出力によっても通信距離は異なるが、UHF帯では0〜5m、2.45GHzでは0〜1.5mとなり、高出力では人の手元以外のRFIDタグを読み取る可能性が生じてくる。   The communication distance of the RFID tag varies greatly depending on the type of RFID reader and RFID tag to be used, but is generally about 0 to 0.7 m at 13.56 MHz, and the reachable range of human hands is a communicable range. . Although the communication distance varies depending on the output, it is 0 to 5 m in the UHF band and 0 to 1.5 m in 2.45 GHz. At high output, there is a possibility of reading RFID tags other than human hands.

図1は、共振周波数の違いによる通信距離の変化を表したグラフであり、横軸は共振周波数(MHz)を示し、縦軸は通信距離(cm)を示している。   FIG. 1 is a graph showing a change in communication distance due to a difference in resonance frequency. The horizontal axis indicates the resonance frequency (MHz), and the vertical axis indicates the communication distance (cm).

同グラフに示すように、RFIDタグの通信距離は共振周波数(MHz)によって変化し、共振周波数13.8MHzのときに通信特性のピークが現われ、13.8MHzから外れるにつれて通信特性が低下していく。   As shown in the graph, the communication distance of the RFID tag varies depending on the resonance frequency (MHz), the peak of the communication characteristic appears at the resonance frequency of 13.8 MHz, and the communication characteristic decreases as the frequency deviates from 13.8 MHz. .

本実施形態の試験に使用したRFIDタグ(Cuエッチングアンテナ、アンテナ面積380mm)では、13.8MHzでの通信距離を100とした場合、共振周波数が約0.1MHzズレる毎に通信距離が約5〜6%低下する。このような共振周波数のズレと通信距離の低下は、RFIDタグのQ値が高いほど急減に低下し、Q値が低ければ緩やかに低下する。 In the RFID tag (Cu etching antenna, antenna area 380 mm 2 ) used in the test of this embodiment, when the communication distance at 13.8 MHz is 100, the communication distance is about 5 every time the resonance frequency is shifted by about 0.1 MHz. Decrease by ~ 6%. Such a shift in resonance frequency and a decrease in communication distance decrease rapidly as the Q value of the RFID tag increases, and gradually decrease as the Q value decreases.

具体的には、共振周波数が13.8MHzのRFIDタグと比較して、共振周波数が13.5MHzでは79%、14.3MHzでは77%、15.5MHzでは44%となる。   Specifically, compared to an RFID tag having a resonance frequency of 13.8 MHz, the resonance frequency is 79% at 13.5 MHz, 77% at 14.3 MHz, and 44% at 15.5 MHz.

図2は、アンテナ素材別に擬似血液(馬保存血液:(株)日本バイオテスト研究所)中での周波数の変化量を示したグラフであり、横軸はアンテナ面積(mm)、縦軸は周波数の変化量(MHz)を示している。なお、図1および図3において通信距離の測定は後述する図6の方法と同様の方法にて測定を行った。 FIG. 2 is a graph showing the amount of change in frequency in simulated blood (horse-preserved blood: Japan Biotest Laboratories Co., Ltd.) for each antenna material. The horizontal axis represents the antenna area (mm 2 ), and The amount of change in frequency (MHz) is shown. 1 and 3, the communication distance was measured by the same method as that of FIG. 6 described later.

同グラフにおいて、特性L1はCu巻き線アンテナによる周波数特性を示し、特性L2はCuエッチングアンテナによる周波数特性を示し、特性L3はAlエッチングアンテナによる周波数特性を示している。   In the graph, the characteristic L1 indicates the frequency characteristic by the Cu winding antenna, the characteristic L2 indicates the frequency characteristic by the Cu etching antenna, and the characteristic L3 indicates the frequency characteristic by the Al etching antenna.

[ 特性L1]
Cu巻き線アンテナは擬似血液中でも周波数特性が安定しており、周波数の変化量はわずかである。
[Characteristic L1]
The frequency characteristics of the Cu-wound antenna are stable even in pseudo blood, and the amount of change in frequency is small.

[ 特性L2]
Cuエッチングアンテナではアンテナ面積の増加と周波数の変化量(減衰量)との間に相関関係が認められ、回帰式を求めると、
y=−0.0016x−0.7795 ……式(1)
となる。因みに相関係数は0.9723である。
[Characteristic L2]
In the Cu etching antenna, there is a correlation between the increase in antenna area and the amount of change in frequency (attenuation).
y = −0.0016x−0.7795 Equation (1)
It becomes. Incidentally, the correlation coefficient is 0.9723.

[ 特性L3]
Alエッチングアンテナについてもアンテナ面積の増加と周波数の変化量(減衰量)との間に相関関係が認められ、回帰式を求めると、
y=−0.0026x−0.0555 ……式(2)
となる。相関係数は0.9799である。
[Characteristic L3]
For Al etched antennas, there is a correlation between the increase in antenna area and the amount of change in frequency (attenuation).
y = −0.0026x−0.0555 Equation (2)
It becomes. The correlation coefficient is 0.9799.

したがって、例えば、Cuエッチングアンテナで構成され、アンテナ面積400mmのRFIDタグを擬似血液中に入れた場合、そのアンテナ面積を上記式(1)に代入することにより、周波数の変化量は約1.4(MHz)減衰することが分かる。 Therefore, for example, when an RFID tag composed of a Cu-etched antenna and having an antenna area of 400 mm 2 is put in the simulated blood, the amount of change in frequency is about 1 by substituting the antenna area into the above equation (1). 4 (MHz) attenuation is seen.

そこで、図2の測定結果を基にしてさらに、生体成分に近い生理食塩液中でのRFIDタグの通信距離を測定し、空気中での通信距離と比較した。   Therefore, based on the measurement result of FIG. 2, the communication distance of the RFID tag in a physiological saline solution close to a biological component was measured and compared with the communication distance in air.

図3のグラフは、RFIDタグについて、空気中の通信距離と生理食塩液中での通信距離の違いを測定したものである。また、同グラフは、共振周波数と通信距離との関係を条件別に表したものであり、横軸は二次加工(防水)前の共振周波数(MHz)を示し、縦軸は通信距離(cm)を示している。図3の解析については後述する。   The graph of FIG. 3 is obtained by measuring the difference between the communication distance in air and the communication distance in physiological saline for the RFID tag. The graph shows the relationship between resonance frequency and communication distance according to the conditions. The horizontal axis shows the resonance frequency (MHz) before secondary processing (waterproofing), and the vertical axis shows the communication distance (cm). Is shown. The analysis of FIG. 3 will be described later.

図4は、測定に使用したRFIDタグの構成を示したものであり、同図(a)はRFIDタグの構成を示す平面図、同図(b)はその側面断面図である。   4A and 4B show the configuration of the RFID tag used for measurement. FIG. 4A is a plan view showing the configuration of the RFID tag, and FIG. 4B is a side sectional view thereof.

図4において、RFIDタグ1は、25±0.5mmの樹脂フィルム(本実施形態ではポリエチレンテレフタレートフィルムを使用)からなるベース基材2の一方表面上に、φ22±0.5mmのアンテナパターン3を銅エッチングによって形成したものであり、上記アンテナパターン3は、極細銅線パターンを同心円状に複数巻回したものからなり、アンテナパターン3の外周終端と内周終端はジャンパー部4で接続されている。   In FIG. 4, an RFID tag 1 has an antenna pattern 3 of φ22 ± 0.5 mm on one surface of a base substrate 2 made of a resin film of 25 ± 0.5 mm (in this embodiment, a polyethylene terephthalate film is used). The antenna pattern 3 is formed by copper etching, and the antenna pattern 3 is formed by winding a plurality of ultrafine copper wire patterns concentrically, and the outer peripheral end and the inner peripheral end of the antenna pattern 3 are connected by a jumper portion 4. .

上記アンテナパターン3の内周側の端部にはICチップ(フィリップス社製のI−CODE SLI)5が搭載されており、上記アンテナパターン3と電気的に接続されている。また、図中の符号6は上記アンテナパターン3の裏面に形成された銀ペーストからなるコンデンサパターンである。   An IC chip (I-CODE SLI manufactured by Philips) 5 is mounted on the inner peripheral end of the antenna pattern 3 and is electrically connected to the antenna pattern 3. Reference numeral 6 in the figure denotes a capacitor pattern made of silver paste formed on the back surface of the antenna pattern 3.

RFIDタグの共振周波数を所望の値に設定するには、アンテナ特性に影響するインダクタンスを調整するか、またはインダクタンスとキャパシタンスの両方を調整する。   To set the resonance frequency of the RFID tag to a desired value, the inductance that affects the antenna characteristics is adjusted, or both the inductance and the capacitance are adjusted.

詳しくは、インダクタンスはアンテナのターン数、外形サイズ、全周長さ等を変えることで変化させることができ、ターン数が多い、外形サイズが大きい、全周長さが長いほどインダクタンスは高くなり、共振周波数は低くなる。   Specifically, the inductance can be changed by changing the number of turns of the antenna, the outer size, the total circumference, etc., the inductance becomes higher as the number of turns, the outer size is larger, and the total circumference is longer, The resonance frequency is lowered.

キャパシタンスについては、例えば、インレット基材の表裏に、エッチングパターンを対向配置させることでパターンコンデンサを設けることができるが、そのパターンコンデンサの面積が大きいほどキャパシタンスが高くなり共振周波数は低くなる。   As for the capacitance, for example, a pattern capacitor can be provided by opposingly arranging the etching patterns on the front and back of the inlet base material. However, the larger the area of the pattern capacitor, the higher the capacitance and the lower the resonance frequency.

なお、巻き線アンテナについては一般的にインダクタンスを調整する方法が採られ、エッチングアンテナについてはインダクタンスとキャパシタンスを調整する方法が採用されている。   Note that a method of adjusting the inductance is generally adopted for the wound antenna, and a method of adjusting the inductance and the capacitance is adopted for the etching antenna.

図5は二次加工(防水加工)を施したRFIDタグを示しており、同図(a)は平面図、同図(b)は分解拡大側面図である。   5A and 5B show an RFID tag subjected to secondary processing (waterproofing). FIG. 5A is a plan view and FIG. 5B is an exploded enlarged side view.

図5において、RFIDタグ1を二枚のフィルム(本実施形態ではポリウレタンフィルムを使用)7及び8の間に入れ、加熱することによってラミネート加工を施し防水性を確保した。RFIDタグ1の外径寸法は上記した通りφ25mm±0.5mmであり、二次加工フィルムサイズはφ33mm±1mm、シール幅を4mmとした。   In FIG. 5, the RFID tag 1 is placed between two films (a polyurethane film is used in this embodiment) 7 and 8, and is laminated to ensure waterproofness by heating. As described above, the outer diameter of the RFID tag 1 is φ25 mm ± 0.5 mm, the secondary processing film size is φ33 mm ± 1 mm, and the seal width is 4 mm.

なお、一方側のフィルム7は厚み100μmの単層耐熱層として機能する熱可塑性フィルムであり、他方側のフィルムは厚み60μmの耐熱層として機能する熱可塑性フィルムと厚み50μmのホットメルト層として機能する熱可塑性フィルムとの積層体(2層)から構成されている。   The film 7 on one side is a thermoplastic film that functions as a single-layer heat-resistant layer having a thickness of 100 μm, and the film on the other side functions as a thermoplastic film that functions as a heat-resistant layer having a thickness of 60 μm and a hot-melt layer having a thickness of 50 μm. It is comprised from the laminated body (2 layers) with a thermoplastic film.

構成が同じであり共振周波数のみが異なる各種RFIDタグを用いることで、RFIDタグにおける共振周波数の違いによる性能を検証した。なお、共振周波数の測定にはデジタルティップメータ(DMC−200A:三田無線研究所製)を使用した。   By using various RFID tags having the same configuration and different only resonance frequencies, the performance due to the difference in resonance frequency in the RFID tags was verified. In addition, a digital tip meter (DMC-200A: manufactured by Mita Radio Laboratory) was used for the measurement of the resonance frequency.

使用したRFIDリーダーは、1W出力のISO15693仕様のリーダーライタ装置(TR3−LD003D−4 タカヤ(株)製)にA4サイズの平面アンテナ(TR3−LA201 タカヤ(株)製)を接続して使用した。   The RFID reader used was used by connecting an A4 size planar antenna (TR3-LA201 Takaya Co., Ltd.) to a reader / writer device (TR3-LD003D-4 Takaya Co., Ltd.) with 1W output of ISO15693 specifications.

図6に示すように、通信距離の測定は、平面アンテナの中央部から垂直方向にRFIDタグを置いた時の最大通信距離を測定した。生理食塩液中で測定する場合は、プラスチック製シャーレ(φ90mm)に生理食塩液を溜め、RFIDタグをその生理食塩液に完全に沈めた状態で測定を行った。   As shown in FIG. 6, the communication distance was measured by measuring the maximum communication distance when the RFID tag was placed in the vertical direction from the center of the planar antenna. When measuring in physiological saline, the measurement was performed with the physiological saline stored in a plastic petri dish (φ90 mm) and the RFID tag completely submerged in the physiological saline.

図3に戻って説明する。   Returning to FIG.

グラフ中のL4は二次加工(防水加工)したRFIDタグについて空気中での通信距離を測定した結果を示し、L5は二次加工したRFIDタグを生理食塩液中に浸漬させて通信距離を測定した結果を示し、L6は二次加工を施していないRFIDタグについて空気中での通信距離を測定した結果を示している。   L4 in the graph shows the result of measuring the communication distance in air for the RFID tag that has been secondary processed (waterproof), and L5 measures the communication distance by immersing the RFID tag that has been secondary processed in physiological saline. L6 shows the result of measuring the communication distance in air for an RFID tag that has not been subjected to secondary processing.

なお、共振周波数はL4、L5、L6のそれぞれの状態で異なり、それぞれの状態での共振周波数と通信距離の関係をそのままプロットすると、当然、13.8MHz前後がピークとなるグラフになる。そのため、横軸の共振周波数は未加工時における共振周波数を基準とし、二次加工後、生理食塩液中での通信距離をプロットしている。   The resonance frequency is different in each of the states L4, L5, and L6, and when the relationship between the resonance frequency and the communication distance in each state is plotted as it is, a graph of about 13.8 MHz is naturally obtained. Therefore, the resonance frequency on the horizontal axis is based on the resonance frequency when not processed, and the communication distance in physiological saline is plotted after secondary processing.

本発明の医療用RFIDタグの判定基準については、空気中及び生理食塩液中で20〜30cm、少なくとも一方向より14cm(空気中及び液体中で必要とされる通信距離)以上通信が可能なものを合格とした。   Regarding the determination criteria of the medical RFID tag of the present invention, communication is possible in air and physiological saline solution at 20 to 30 cm, at least 14 cm from at least one direction (communication distance required in air and liquid) or more. Was passed.

上記通信距離は、一般社団法人 人間生活工学研究センター発行の「人体寸法データベース」をもとに算出している。   The above communication distance is calculated based on the “human body size database” published by the Research Center for Human Life Engineering.

詳しくは、胸部前後最大距離を対象部位とした場合、最も平均値が高い世代は60〜69歳であり、この世代の95%が胸部前後最大距離275.9mmに含まれる。   Specifically, when the maximum distance before and after the chest is the target site, the generation with the highest average value is 60 to 69 years old, and 95% of this generation is included in the maximum distance before and after the chest 275.9 mm.

そこで、上記世代のサイズを対象にしてRFIDタグによる通信を想定しているが、読取り側のRFIDリーダーのアンテナは任意の位置に移動させることができRFIDタグに対して向きを変えてアプローチすることができるため、上記胸部前後最大距離の1/2、すなわち14cmが、本発明のRFIDタグにとって必要とされる通信距離となる。   Therefore, although communication with an RFID tag is assumed for the above generation sizes, the antenna of the RFID reader on the reading side can be moved to an arbitrary position, and approaching the RFID tag by changing its orientation Therefore, ½ of the maximum distance before and after the chest, that is, 14 cm, is a communication distance required for the RFID tag of the present invention.

同グラフにおいて、二次加工したRFIDタグ(特性L4)は、空気中では共振周波数がほぼ13.7MHzで通信距離のピークを迎え、共振周波数が増加するにつれて通信距離が低下していき、15.1MHzを超えると通信距離の合格基準である14cmを下回る。   In the graph, the RFID tag (characteristic L4) subjected to the secondary processing reaches a peak of the communication distance in the air at a resonance frequency of approximately 13.7 MHz, and the communication distance decreases as the resonance frequency increases. If it exceeds 1 MHz, it will be below 14 cm, which is the acceptance standard for communication distance.

一方、生理食塩液中では共振周波数が13.7MHzから増加するにつれて通信距離も増加し、14.2MHzで通信距離の合格基準である14cmを満足し、15.1MHzでピークを迎え、さらに共振周波数が増加すると通信距離が逆に低下していく。   On the other hand, in physiological saline, the communication distance increases as the resonance frequency increases from 13.7 MHz, satisfies the communication distance acceptance standard of 14 cm at 14.2 MHz, reaches a peak at 15.1 MHz, and further reaches the resonance frequency. As the number increases, the communication distance decreases.

したがって、14.2〜15.1MHzの範囲内であれば、空気中及び生理食塩液中の双方の環境で過不足なく通信が行えることになることが検証された。なお、液体の種類によって共振周波数は僅かに変化するが、誤差の範囲内であった。   Therefore, it was verified that communication can be performed without excess or deficiency in both air and physiological saline environments within the range of 14.2 to 15.1 MHz. The resonance frequency slightly changed depending on the type of liquid, but was within the error range.

〔3〕医療用RFIDタグのアンテナ面積
RFIDタグは、ICチップ、アンテナ素材、共振周波数が同じであれば、空気中においてはアンテナ面積に比例して通信距離が長くなることは知られている。
[3] Antenna area of medical RFID tag It is known that the RFID tag has a communication distance that increases in proportion to the antenna area in the air if the IC chip, the antenna material, and the resonance frequency are the same.

しかしながら、液体中のRFIDタグについて通信性能を調べると、アンテナ素材によっては空気中の特性とは異なりアンテナ面積と通信距離は必ずしも比例しなくなることが分かった。   However, when examining the communication performance of the RFID tag in liquid, it was found that the antenna area and the communication distance are not always proportional to the antenna material, unlike the characteristics in the air.

図7は、RFIDタグのアンテナ素材別に、空気中の通信特性と血液中の通信特性とを比較したグラフであり、各グラフの横軸はアンテナ面積(mm)を示し、縦軸は通信距離(cm)を示している。 FIG. 7 is a graph comparing the communication characteristics in air and the communication characteristics in blood for each RFID tag antenna material. The horizontal axis of each graph indicates the antenna area (mm 2 ), and the vertical axis indicates the communication distance. (Cm).

図7(a)のグラフはCu巻き線アンテナによるRFIDタグ通信特性を示し、同図(b)のグラフはCuエッチングアンテナによるRFIDタグ通信特性を示し、同図(c)のグラフはAl(アルミニウム)エッチングアンテナによるRFIDタグ通信特性を示している。   The graph in FIG. 7A shows the RFID tag communication characteristics by the Cu winding antenna, the graph in FIG. 7B shows the RFID tag communication characteristics by the Cu etching antenna, and the graph in FIG. 7C shows Al (aluminum). ) The RFID tag communication characteristic by the etching antenna is shown.

図7(a)のグラフに示されるように、Cu巻き線アンテナでは空気中(自由空間)、擬似血液中ともにアンテナ面積の増加につれて通信距離が長くなる。   As shown in the graph of FIG. 7A, in the Cu wound antenna, the communication distance increases as the antenna area increases in the air (free space) and in the simulated blood.

ところが、同図(b)のCuエッチングアンテナのグラフでは、空気中についてはアンテナ面積の増加につれて通信距離が長くなるものの、疑似血液中ではアンテナ面積が増加しても通信距離はほとんど変化しないことが確認された。   However, in the graph of the Cu-etched antenna in FIG. 5B, the communication distance becomes longer as the antenna area increases in the air, but in the pseudo blood, the communication distance hardly changes even if the antenna area increases. confirmed.

また、同図(c)のAlエッチングアンテナグラフでは、空気中については上記Cu巻き線アンテナ、Cuエッチングアンテナと同様に、アンテナ面積の増加につれて通信距離が長くなるものの、疑似血液中では通信距離は極めてなだらかに低下する傾向のあることが確認された。   Also, in the Al etching antenna graph of FIG. 6C, the communication distance becomes longer as the antenna area increases in the air, but in the pseudo blood, the communication distance is longer in the pseudo blood as in the case of the Cu winding antenna and the Cu etching antenna. It was confirmed that there was a tendency to decrease very gently.

液体中でも空気中でも過不足なく通信が可能な医療用RFIDタグとしては、共振周波数が14.2〜15.1MHzの範囲内で且つアンテナサイズは小さい方が好ましい。しかし、アンテナサイズが小さくなり過ぎても、大きくなりすぎても所望の通信特性が得られない。   As a medical RFID tag capable of communicating without excess or deficiency in liquid or air, it is preferable that the resonance frequency is in the range of 14.2 to 15.1 MHz and the antenna size is small. However, the desired communication characteristics cannot be obtained if the antenna size becomes too small or too large.

必要とされる通信距離は上述したように14cm以上であるから、その場合のアンテナ面積を図7(a)〜(c)のグラフから求めると、アンテナ面積の下限は250mmとすることが好ましい。一方、医療用ガーゼに貼着するRFIDタグが大きくなり過ぎると、ガーゼを折り畳んだ時にRFIDタグが折れ曲がってしまう虞がある。そのため、アンテナ面積の上限は700mmとすることが好ましい。 Since the required communication distance is 14 cm or more as described above, when the antenna area in that case is obtained from the graphs of FIGS. 7A to 7C, the lower limit of the antenna area is preferably 250 mm 2. . On the other hand, if the RFID tag attached to the medical gauze becomes too large, the RFID tag may be bent when the gauze is folded. Therefore, the upper limit of the antenna area is preferably 700 mm 2 .

よって、医療用RFIDタグのアンテナ面積は、250〜700mmの範囲内で設計することが望ましい。 Therefore, it is desirable to design the antenna area of the medical RFID tag within a range of 250 to 700 mm 2 .

Claims (5)

空気中でのRFIDタグの通信距離を、各共振周波数毎に求めてグラフ化し、
液体中でのRFIDタグのアンテナ面積に対する共振周波数の変化を数式化し、
医療用RFIDタグとして選択する面積からなるアンテナの液体中での上記共振周波数の減衰量を上記数式から求め、
液体中でのRFIDタグの通信距離を、各共振周波数毎に求めてグラフ化し、
上記グラフ化された空気中及び液体中での上記RFIDタグの通信距離特性のそれぞれについて、空気中及び液体中で必要とされる通信距離をともに満足する共振周波数の範囲を求め、
上記共振周波数の範囲内に収まるように上記RFIDタグの共振周波数を設計することを特徴とする医療用RFIDタグの設計方法。
The communication distance of the RFID tag in the air is graphed for each resonance frequency,
Formulate the change in resonance frequency with respect to the antenna area of the RFID tag in liquid,
The attenuation amount of the resonance frequency in the liquid of the antenna having an area selected as a medical RFID tag is obtained from the above formula,
The communication distance of the RFID tag in the liquid is graphed for each resonance frequency,
For each of the communication distance characteristics of the RFID tag in the air and liquid graphed above, a resonance frequency range that satisfies both the communication distance required in the air and liquid is obtained,
A method for designing a medical RFID tag, wherein the resonance frequency of the RFID tag is designed so as to be within the range of the resonance frequency.
空気中及び液体中で必要とされる通信距離をともに満足する上記共振周波数が14.2〜15.1MHzである請求項1に記載の医療用RFIDタグの設計方法。   The method for designing a medical RFID tag according to claim 1, wherein the resonance frequency satisfying both a communication distance required in air and liquid is 14.2 to 15.1 MHz. 上記アンテナ面積が250〜700mmの範囲内である請求項1または2に記載の医療用RFIDタグの設計方法。 The method for designing a medical RFID tag according to claim 1, wherein the antenna area is in a range of 250 to 700 mm 2 . 請求項1〜3のいずれか1項に記載の上記医療用RFIDタグの設計方法によって製作されたことを特徴とする医療用RFIDタグ。   A medical RFID tag manufactured by the method for designing a medical RFID tag according to any one of claims 1 to 3. 請求項4に記載の医療用RFIDタグが貼着されていることを特徴とするRFIDタグ付き衛生材料。   A sanitary material with an RFID tag, wherein the medical RFID tag according to claim 4 is attached.
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