JP2019041986A - 受信器及び受信システム - Google Patents

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Abstract

【課題】施術を受ける被術者の負荷を小さくし、高い受信感度を得ることができる受信器を提供する。
【解決手段】生体に貼り付けられて、生体内に導入された発信器が発信する信号を受信する受信器1を構成する。そして、この受信器1を、伸縮性を有する伸縮性基板11と、伸縮性基板11の主面11cに形成され、伸縮性基板11と共に伸縮し、かつ発信器から発信された信号を受信する受信アンテナ12と、を含むように構成する。
【選択図】図2

Description

本発明は、受信器及びこの受信器を用いた受信システムに関する。
現在、生体の体内において画像を撮影する等して情報を収集し、この情報をデータとして体外へ送信するシステムが実用化されている。このようなシステムでは、生体内において情報を取得するセンサと、このセンサによって取得された情報を体外に送信する機能を有する送信器を嚥下する等して体内に導入する。また、体表面近くには送信器によって送信された情報を受信する受信器が配置される。
このようなシステムは、例えば、特許文献1、特許文献2、特許文献3及び特許文献4に記載されている。
上記特許文献のうち、特許文献1には、送信装置及びビデオカメラを有する嚥下可能なカプセルを人体内に導入し、カプセルから送られてくる画像信号を体外で受信することが記載されている。特許文献2には、生体に送信機能を有するカプセル型内視鏡を導入することが記載されている。特許文献2に記載の受信システムは、カプセル型内視鏡によって送信された信号を受信する受信装置と、カプセル型内視鏡と受信装置との間で信号を中継する無線中継装置を有している。特許文献2には、無線中継装置を被術者が装着するジャケットに分散して配置することが記載されている。また、特許文献2には、無線中継装置がフレキシブルな基板を用いて構成されていることが記載されている。
特許文献3には、カプセル型内視鏡診療システムの発明が記載されている。特許文献3に記載のシステムは、内視鏡から送信されてくる信号を検知する検知装置を有している。検知装置は、生体に直接貼り付けられた複数のループアンテナによって受信された信号を電気的変位量として検知している。
また、特許文献4には、生体の消化器官に導入される識別子装置と、生体の任意の位置に固定される受信機と、を使って消化管の機能を判断することが記載されている。
特許文献1に記載のカプセルから送信された画像信号等は、その強度が微弱であって、受信機を生体の近くに設けることが好ましい。このため、特許文献2に記載の受信システムは、無線中継装置をジャケットに取り付けて被術者の体の近傍に配置している。特許文献3に記載のカプセル型内視鏡診療システムでは、ループアンテナを被術者の体に直接貼り付けることによってループアンテナをいっそう被術者の体近くに配置している。
国際公開第02002/054932号 国際公開第02011/024560号 特開2006−223567号公報 国際公開第02010/068818号
しかしながら、特許文献3に記載のように、ループアンテナ等の受信機を生体に直接貼り付けた場合、被術者が体を動かした際にループアンテナが折れ曲がってループアンテナの受信状態が変化する、あるいは貼り付けられたループアンテナが体の動きに追随できずに剥がれ落ちることが考えられる。このため、特許文献3に記載の受信システムは、施術の間の被術者の動作が制限されるという不具合が生じる。特許文献4には、被術者の運動に関する違和感を低減するために、受信機の寸法形状を小さくすることが記載されている。しかし、受信機の寸法形状を制限することは、ループアンテナの実効長に影響するために好ましくない。
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、施術を受ける被術者の負荷を小さくし、高い受信感度を得ることができる受信器及びこの受信器を用いた受信システムに関する。
本発明の一態様の受信器は、生体に貼り付けられて、前記生体内に導入された発信器が発信する信号を受信する受信器であって、伸縮性を有する伸縮性基板と、前記伸縮性基板の主面に形成され、前記伸縮性基板と共に伸縮し、かつ前記発信器から発信された前記信号を受信する第一アンテナと、を含む。
本発明の一態様の受信システムは、生体に貼り付けられて、前記生体内に導入された発信器が発信する信号を受信する受信システムであって、上記受信器と、前記受信器が有する複数の第一アンテナの各々の位置及び受信信号に基づいて、前記受信器が受信した信号を発信した前記発信器の前記生体内における位置を検出する発信器位置検出部と、を含む。
本発明は、施術を受ける被術者の負荷を小さくし、高い受信感度を得ることができる受信器及びこの受信器を用いた受信システムを提供することができる。
本発明の第一実施形態の受信器を被術者の体に装着した状態を示した図である。 図2(a)は図1に示した受信器を拡大して示した図である。図2(b)は、図2(a)に示した受信器の断面図である。 第一実施形態の受信アンテナと配線との接続方法を例示して説明するための図である。 図4(a)は第二実施形態の受信器の上面図である。図4(b)は、図4(a)に示した受信器の断面図である。 図5(a)は、製造過程にある第二実施形態の受信器の上面図である。図5(b)は第二実施形態の受信器を一方の主面から見た図である。図5(c)は、図5(b)に示した受信器の断面図である。 第三実施形態の受信器の上面視を示した図である。 図6に示した受信器を生体に複数貼り付けた状態を示した図である。 第三実施形態の発信器位置検出部を説明するための機能ブロック図である。 図8に示した発信器位置検出部が実行する演算処理の一例を説明するための図である。 図9に示した球の表面を破線で示し、二つの球の交差円を実線で示した図である。
以下、本発明の第一実施形態、第二実施形態及び第三実施形態を説明する。第一実施形態から第三実施形態の図面においては、いずれも同一の部材は同一の符号を付して示し、その説明の一部を略す。また、第一実施形態から第三実施形態の図面は、主に図面中に示される各構成の関係や配置等を説明するものである。このため、図面は、構成の縦、横、幅及び高さ等の寸法形状を正確に表すものとは限らない。
[第一実施形態]
図1は、本発明の第一実施形態の受信器1を被術者の体(以下、「生体」)Sに装着した状態を示した図である。図2(a)は、図1に示した受信器1を拡大して示し、この各構成を説明するための図である。図2(b)は、図2(a)に示した受信器1を、矢線b、bが示す方向に見た断面図である。
第一実施形態の受信器1は、図1に示すように、生体Sに複数貼り付けられて、生体S内に導入された発信器2(図9)が発信する信号を受信する。受信器1は、図2(b)に示すように、伸縮性を有する伸縮性基板11と、伸縮性基板11の主面11cに形成され、伸縮性基板11と共に伸縮し、かつ発信器2から発信された信号を受信する第一アンテナである受信アンテナ12と、を含んでいる。図1、図2に示した受信器1では、伸縮性基板11及び受信アンテナ12上に伸縮性カバー15が形成されている。伸縮性カバー15は、伸縮性基板11上の受信アンテナ12を保護する部材である。
ここで、受信アンテナ12が伸縮性基板11と共に伸縮するとは、受信アンテナ12と伸縮性基板11とが共に伸縮性を有することを指し、その伸縮性が等しいことまでは要求されない。なお、伸縮性基板11が伸縮することにより受信アンテナ12が破断することを防ぐには、受信アンテナ12が伸縮性基板11と同等あるいはより高い伸縮性を有することが好ましい。
第一実施形態では、受信アンテナ12と端子21との間の導電性の部位を配線13と記す。第一実施形態の配線13は、伸縮性を有する伸縮性配線である。伸縮性基板11は、受信アンテナ12及び配線13の一部が形成される基部11a、配線13の他の一部が形成される配線基板11bを含んでいて、基部11a及び配線基板11bは上面視において矩形を有している。配線基板11bの一方の端部には端子21が形成されている。第一実施形態では、端子21を図1に示すコネクタ22に挿入し、受信器1と図1に示す信号ケーブル20とを電気的に接続する。なお、第一実施形態では、コネクタ22に挿抜される端子21の周囲を伸縮性基板11よりも充分伸縮性の低い(硬い)非伸縮部21aとしてもよい。
受信器1は、伸縮性基板11の主面11cの裏面にあたる主面11dを密着させて生体Sに貼り付けられる。伸縮性基板11は、タック性を有していて、接着材等を用いることなく生体Sに密着して貼り付くことが可能である。ただし、第一実施形態は、伸縮性基板11のタック性を使って受信器1を生体Sに貼り付けることに限定されるものではない。例えば、第一実施形態は、主面11dに粘着性を有する層を形成するものであってもよい。さらに、第一実施形態は、生体Sにゼリーを塗付して生体Sと受信器1との間隙を埋めるものであってもよい。
第一実施形態では、受信アンテナ12が受信した受信信号を、配線13、端子21及び信号ケーブル20を介してコントローラ30に送るものとする。コントローラ30は、複数の受信器1がそれぞれ受信した受信信号を入力し、受信器1ごとに記録及び蓄積するメモリ装置33(図8)を有している。メモリ装置33に蓄積された受信信号の記録は、コントローラ30から外部メモリに出力されるものであってもよいし、コントローラ30が通信機能を有し、無線通信によって外部に送信されるものであってもよい。第一実施形態では、コントローラ30を、生体S(被術者)の腰部分にベルト31を使って固定している。
上記構成において、配線基板11bは、伸縮性を有して生体Sに貼り付けられればよく、その長さや形状は任意である。したがって、図1に示した配線基板11bの長さは更に長くてもよく、短くてもよい。配線基板11bの長さを短くすることにより、第一実施形態は、受信器1の貼り付け時における配線基板11bの取り扱いを簡易にすることができる。反対に、第一実施形態は、配線基板11bの長さを長くすることによって信号ケーブル20の長さを短くし、被術者の動作に与える信号ケーブル20の影響を小さくすることができる。
以下、上記構成について順に説明する。
(伸縮性基板)
伸縮性基板11は、面内方向の少なくとも一方向に伸縮が可能なシート状の部材であり、面内方向の二方向に伸縮が可能であることが好ましい。伸縮性基板11の面内方向の伸縮性は等方性でもよく、または面内の複数方向への伸縮性が互いに異なる異方性でもよい。伸縮性基板11を構成する好ましい素材としては、ニトリルゴム、ラテックスゴム、ウレタン系エラストマー、またはシリコーン系エラストマー等のエラストマー材料を挙げることができるが、これに限定されない。特に、医療用に用いられるウレタン系エラストマーシートを用いることで、人体の皮膚に貼り付けた場合でも高い安全性を得ることができる。ここで、「シート状」とは、厚さに比べて広さが充分大きい形状を指していて、シート状の厚さや広さについては特に定義されるものではない。伸縮性基板11は、一枚のシート状の部材でなる単層のものであってもよいし、複数のシート状の伸縮性基板で構成される多層のものであってもよい。
伸縮性基板11は、最大伸び率が、10%以上であることが好ましく、50%以上であることがより好ましく、100%以上であることがさらに好ましく、200%以上であることが特に好ましい。上述する素材からなる伸縮性基板11であれば、例えば、最大伸び率300%以上を発揮することが可能である。ここで伸縮性基板11の最大伸び率とは、面内方向の一方向に弾性変形可能な伸び率の最大値のことをいう。
なお、本明細書において伸び率とは、外力が付加されていない場合の寸法(伸び率0%寸法)に対し、力が加えられることで面内方向の一方向に伸びた割合を意味する。例えば伸び率50%であれば伸び率0%寸法の1.5倍の伸び率であり、伸び率100%であれば伸び率0%寸法の2倍の伸び率である。
伸縮性基板11の厚みは特に限定されない。ただし、伸縮性基板11が貼り付けられる対象物(対象面、例えば、生体表面)の伸縮や動きを阻害しないという観点から、伸縮性基板11の厚みは100μm以下であることが好ましい。伸縮性基板11の厚みは、より望ましくは25μm以下であり、更に望ましくは10μm以下である。
第一実施形態は、このように、伸縮性を有し、かつ薄いシート状の伸縮性基板11を使用することにより、受信器1が貼り付けられた被術者の動作が阻害されず、受信器1を使った施術を受ける被術者の負荷を小さくすることができる。また、エラストマー材料は通気性を有するため、受信器1が貼り付けられた被術者に与える違和感を低減することができる。
また、配線基板11bの先端にある端子21周辺の非伸縮部21aは、例えば、伸縮性基板11上に図示しないフィルム基材を貼り合わせて形成することができる。フィルム基材は、可撓性を有する部材であって、伸縮性基板11よりも大きなヤング率を有している。第一実施形態では、フィルム基材を伸縮性基板11よりも伸縮性が低く、実質的に伸縮しない部材とする。フィルム基材の材質は特に限定されないが、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリイミド(PI)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)またはフッ素樹脂等の、低摺動性、耐食性かつ高強度の合成樹脂を用いることができる。この他、フィルム基材には、セルロースナノファイバーペーパー等相応の耐久性を備えた紙素材を用いてもよい。
フィルム基材の厚みは、10μm以上200μm以下とすることができ、望ましくは25μm以上150μm以下であり、より望ましくは50μm以上100μm以下である。また、フィルム基材の厚みは伸縮性基板11の厚みよりも厚いことが好ましい。フィルム基材の厚みを上記範囲とすることで、非伸縮部21aの面内剛性を十分に高めることができるとともに、受信器1の全体の厚みを抑制することができる。
(アンテナ、伸縮性配線)
配線13及び受信アンテナ12は、一続きの層で形成された伸縮性の導電パターンである。第一実施形態では、導電パターンのうち、信号の送信にかかる環状の部分を受信アンテナ12と記し、他の部分を配線13と記す。第一実施形態では、配線13及び受信アンテナ12を単層の伸縮性基板11の最表面に形成している。しかし、第一実施形態は、このような構成に限定されるものではない。伸縮性基板11が多層である場合、配線13及び受信アンテナ12は、伸縮性基板11を構成する複数の伸縮性基板の少なくとも一つの主面に形成されるものであればよい。
また、第一実施形態は、受信アンテナ12が図1、図2に示したループアンテナに限定されるものではない。受信アンテナ12は、例えば、複数回巻き回されたループアンテナであってもよいし、円環状ではなく矩形形状に巻き回されたものであってもよい。さらに、受信アンテナ12は、例えば、直線を組み合わせた枝状や櫛形状のものであってもよく、信号を受信できる機能ものであればどのような形状を有するものであってもよい。
なお、複数回巻き回されたループアンテナを用いる場合、第一実施形態では、アンテナの内側にある部分と伸縮性の配線を接続するにあたり、アンテナと配線とを、別層に形成された接続用配線部で接続するようにしてもよい。
図3は、このような受信アンテナ122と配線133との接続方法を例示して説明するための図である。図3では、伸縮性基板112の基部112aに2回巻き回された形状の受信アンテナ122、配線133及び接続用配線部123が形成されている。受信アンテナ122の接続用配線部123と接続される端部を端部122a、端部122aと接続される配線133の端部を端部133aと記す。また、接続用配線部123の二つの端部をそれぞれ端部123a、端部123bと記す。端部123a、端部123bとの間の配線部分123c上には絶縁カバー118が形成されて配線部分123cの全体を覆っている。
絶縁カバー118には、例えばエラストマー材料を用いることができ、伸縮性基板11と共通の樹脂材料を用いてもよい。絶縁カバー118は、エラストマー材料のシートであってもよいし、エラストマー系のポッティング材を用いて配線部分123cをコーティングするものであってもよい。
図3に示した基部112aは、図中の中心線Lcを中心にして端部122aと端部123aとが重なり、端部133aと端部123bとが重なるように谷折りされる。このとき、端部122a及び端部123aは互いに接触し、端部133a及び端部123bは互いに接触する。そして、配線部分123cは絶縁カバー118によって受信アンテナ122と接触することがない。このため、図3に示した接続方法によれば、受信アンテナ122と配線133とを、ショートさせることなく電気的に接続することができる。なお、絶縁カバー118をポッティングによって形成することは、配線部分123cと絶縁カバー118との位置合わせ及び加熱回数低減の観点から好ましい。
なお、受信アンテナ122と配線133と別層の接続用配線部で構成する方法は、伸縮性基板112の同一面上に受信アンテナ122、配線133及び接続用配線部123を形成して重ねるものに限定されるものではない。例えば、受信アンテナ122及び配線133が形成された伸縮性基板に絶縁カバー118及び接続用配線部123が形成された別の伸縮性基板を重ねて端部122aと端部123a、端部133aと端部123aとを接続してもよい。
受信アンテナ12及び配線13は、導電材料を含んで構成されており導電性を有する。導電材料としては、銀、金、白金、カーボン、銅、アルミニウム、コバルトもしくはニッケル、またはこれらの合金等の導電性の良好な材料を選択することができる。導電材料の形状は特に限定されないが、顆粒または粉体等の粒子状とすることができる。粒子形状は特に限定されず、球状、針状、フレーク状、ナノワイヤ状等とすることができる。粒子のアスペクト比は、例えば1以上100以下、特には1以上50以下とすることができる。ここで、アスペクト比とは、三次元体の最長寸法と最短寸法の比を意味する。受信アンテナ12及び配線13を構成する粒子のアスペクト比を5以上20以下とすることで、伸縮性基板11が面内方向に伸長して長さ方向に変形した場合の抵抗変化を低く抑制することができる。
受信アンテナ12及び配線13は、さらに樹脂バインダを含むことが好ましい。即ち、第一実施形態の受信アンテナ12及び配線13は、樹脂材料に導電性粒子が分散して配合された導電性材料で形成されている。受信アンテナ12及び配線13が樹脂バインダを含むことにより、受信アンテナ12及び配線13が伸縮によって破断することが抑制される。樹脂バインダとしては、例えばウレタンやポリエステル等の樹脂を主成分とするバインダ、シリコーンゴム等の熱可塑性のエラストマー材料を挙げることができるが、これに限定されない。樹脂バインダとしては、塗膜化された状態における受信アンテナ12及び配線13の弾性率が伸縮性基板11の弾性率に比して同等、またはより小さくなるように低ヤング率のものを選定することが望ましい。エラストマー材料は一種類で用いてもよく、または複数種類のエラストマー材料を混合して用いてもよい。
受信アンテナ12及び配線13の製造方法は特に限定されないが、第一実施形態では、受信アンテナ12及び配線13を印刷法により形成した。即ち、受信アンテナ12及び配線13は、伸縮性を有する導電性ペーストを主面11cに印刷塗布して形成された印刷パターンである。具体的な印刷法は特に限定されないが、例えば、スクリーン印刷方法、インクジェット印刷方法、グラビア印刷方法、オフセット印刷方法等を例示することができる。このうち、微細解像性や厚膜安定性の観点から、スクリーン印刷が好適に用いられる。印刷法で受信アンテナ12及び配線13を形成する場合、上述した導電性粒子および樹脂バインダならびに有機溶剤を含む導電性ペーストを調製して用いることが好ましい。受信アンテナ12及び配線13に、銀等の金属粒子を主成分とする伸縮性の導電性ペーストを用いることによって、例えば50%以上70%以下程度の伸び率を実現することができ、伸長特性に優れた配線の形成が可能となる。
受信アンテナ12及び配線13の厚み寸法及び幅寸法は、無負荷時の抵抗率及び伸縮性基板11の伸張時の抵抗変化のほか、伸縮性基板11の全体の厚み寸法および幅寸法の制約に基づいて決定することができる。伸縮性基板11の伸張時の寸法変化に追従させて良好な伸縮性を確保するという観点からは、受信アンテナ12及び配線13の幅寸法は、1000μm以下であることが好ましく、500μm以下であることがより好ましく、200μm以下であることがさらに好ましい。受信アンテナ12及び配線13の厚み寸法は、25μm以下とすることができ、望ましくは10μm以上15μm以下である。
(端子)
図2に示したように、受信器1は、配線基板11bの一方の端部に端子21を備えている。端子21は、カーボンペースト等の耐摩耗性かつ導電性の被膜を積層して作成することができる。第一実施形態では、端子21に金めっきが施されている。
なお、第一実施形態の端子21のめっきは、金を材料とするものに限定されるものでなく、例えば、錫(Pb)、ニッケル(Ni)、亜鉛(Zn)及びはんだ材料であってもよい。
端子21は前記したようにカーボンペースト製で高い硬度を有している。このような端子21の下に柔らかい金属でなる配線13を設けると、端子21が割れやすくなることが公知である。このため、第一実施形態では、配線13が端子21に乗り上げるようにして重なって、端子21が欠損することを抑えている。
(伸縮性カバー)
伸縮性カバー15は、伸縮性基板11の主面11cを覆う伸縮性のシート状のカバーである。第一実施形態の伸縮性カバー15は、基部11aのみならず配線基板11bに至る大きさで形成されている。ただし、伸縮性カバー15は、端子21が露出してコネクタ22内で信号ケーブル20と導通するように、端子21上に図示しない開口部を有している。
伸縮性カバー15は、絶縁性かつ伸縮性の材料から構成されることが好ましい。伸縮性カバー15には、例えばエラストマー材料を用いることができ、伸縮性基板11と共通の樹脂材料を用いてもよい。これにより、第一実施形態は、受信器1の伸縮性基板11の伸縮性を損なうことなく配線13を保護することができる。伸縮性カバー15は、エラストマー系のペーストを伸縮性基板11及び非伸縮部21aに塗布及び乾燥させて作成することができる。このほか、予めシート状に作成された伸縮性カバー15を、伸縮性基板11及び非伸縮部21aに貼付してもよく、または接着剤を用いて接合してもよい。
伸縮性カバー15の厚みは特に限定されないが、伸縮性基板11の伸縮性を妨げないという観点からは、100μm以下であることが好ましく、50μm以下であることがより好ましく、30μm以下であることがさらに好ましい。
以上説明したように、第一実施形態の受信器1は、薄い伸縮性基板11上に伸縮性を有する受信アンテナ12を形成し、受信器1としている。このため、受信器1は、生体Sに貼り付けられた後、生体Sの動きに合わせて伸縮し、その受信状態を一定に保つことができる。また、伸縮性基板11及び受信アンテナ12が伸縮性を有する受信器1は、生体Sの動きに合わせて伸縮することによって生体Sとの密着性が良好で、生体S内の発信器2の発信信号を高い感度で受信できると共に、生体Sから剥がれ落ち難い。このような第一実施形態の受信器1は、施術を受ける被術者の負荷を小さくし、高い受信感度を得ることができるものである。
[第二実施形態]
次に、本発明の第二実施形態の受信器3を説明する。第二実施形態の受信器3は、受信アンテナ12の他に送信アンテナ121を有し、発信器2から受信した受信信号を無線で外部に送信する点で第一実施形態と相違している。
図4(a)は、第二実施形態の受信器3の上面図である。図4(b)は、受信器3を図4(a)中の矢線b、bの方向に見た断面図である。図4(a)、図4(b)に示すように、第二実施形態の受信器3は、第一実施形態の受信器1の構成に加えて、さらに、受信アンテナ12によって受信された信号の転送に使用される送信アンテナ121を含んでいる。
送信アンテナ121は、受信アンテナ12と同様の材料及び同様の方法で伸縮性基板111の主面111c上に形成されている。主面111cの裏面を主面111dとする。伸縮性基板111は、伸縮性基板11と同様の素材で形成されているが、基部と配線基板とを有するものでなく、上面視の全体が略正方形の形状を有する点で第一実施形態の伸縮性基板11と相違する。送信アンテナ121は、耐電圧等、適用される電力の範囲が受信アンテナ12と相違している。このため、第一実施形態では、受信アンテナ12と送信アンテナ121とを別個に形成している。ただし、受信アンテナ12は、その設計によっては送信アンテナと併用することができる。
また、図4(a)、図4(b)に示した受信器3は、制御回路25を備えている。制御回路25は、受信アンテナ12が受信した受信信号の転送(送信)を制御する1チップマイコン等の小型のIC(Integrated Circuit)である。制御回路25は、一対の端子25a、25aと、他の一対の端子25b、25bを備えている。第一実施形態では、端子25aが受信アンテナ12の配線13下に重ねて固定される。また、端子25bが送信アンテナ121の配線131下に重ねて固定される。配線13と端子25aの固定及び配線131と端子25bとの固定は、例えば、導電性を有する高柔軟性の接着材等によって行われる。
第二実施形態においても、伸縮性基板111上には伸縮性カバー115が形成されていて、伸縮性カバー115は受信アンテナ12及び送信アンテナ121を保護している。
以上説明した第二実施形態の受信器3は、受信信号を無線で転送することができるために信号ケーブル20が不要になる。このような受信器3は、受信器3を使った施術中において被術者が信号ケーブル20を意識することなく動作できるので、いっそう被術者にかかる負荷を軽減することが可能になる。さらに、第二実施形態の受信器3は、伸縮性基板111に信号ケーブル20の重さが加わることがないために、受信器3を生体Sからいっそう剥がれ難くすることができる。
図5(a)、図5(b)及び図5(c)は、第二実施形態の他の構成例である受信器4を説明するための図である。受信器4は、受信器3と同様の構成を、伸縮性基板111を折りたたんでその両面に形成したものである。
図5(a)は製造過程の第二実施形態の受信器4の上面図、図5(b)は受信器4を一方の主面から見た図、図5(c)は、受信器4を図5(b)中に示した矢線c、cの方向に見た断面図である。図5(a)に示したように、第二実施形態では、先ず、受信アンテナ12、配線13、送信アンテナ221及び配線231を伸縮性基板111上に形成する。ここで、図5(a)に示すように、受信器4は、送信アンテナ221と端子25bとを接続する配線231の形状が図4(a)と相違している。配線231は、送信アンテナ221と端子25bとを接続し、かつ、平行に配置される二つの配線部分が互いに交わることがないように形成されている。
図5(a)に示した状態の伸縮性基板111は、伸縮性基板111の中心線Lcを中心にして、主面111dが内側に入るように山折にされる。伸縮性基板111が折り曲げられることにより、伸縮性基板111の送信アンテナ221及び配線231の一部が形成される側は、図5(b)、図5(c)に示すように受信アンテナ12が形成される側の裏側になる。
以上のように、第二実施形態の受信器4では、受信アンテナ12と、送信アンテナ221とが表裏の関係に配置される。ここで、表裏の関係とは、受信アンテナ12または送信アンテナ221が図5(c)に示した主面111cの側に形成され、主面111c上に形成されていない受信アンテナ12または送信アンテナ221が主面111dの側に形成されていることを指す。表裏の関係の受信アンテナ12または送信アンテナ221の位置は一方の主面111cまたは主面111dから見て重なっていることまでは要求されず、受信アンテナ12または送信アンテナ221が主面111c、111dにおいて互いに別の場所に形成されていてもよい。また、第二実施形態は、受信アンテナ12または送信アンテナ221が一方の主面111cまたは主面111dから見て一部重なっていてもよいし、完全に重なっていてもよい。さらに、受信アンテナ12及び送信アンテナ221の一方の一部または全部が他方の外縁の内部にあってもよい。
また、受信器4は、図5(a)の状態において伸縮性基板111の主面111c上を伸縮性カバー115が覆っている。このため、図5(c)に示したように、受信器4の表裏は伸縮性カバー115によって覆われている。伸縮性カバー15は、主面111c上に形成される単層のシート部材であってもよい。また、伸縮性カバー15は、制御回路25が搭載される以前の主面111c上に形成される層と、制御回路25の搭載後、制御回路25をカバーする層との多層構造であってもよい。制御回路25をカバーする層としては、例えば、伸縮性のあるエラストマー系のポッティング材が使用できる。
第二実施形態では、受信器4を伸縮性カバー115のタック性により生体Sに貼り付けてもよい。また、第二実施形態は、伸縮性カバー115に粘着層を設ける、ゼリーを塗布する等して受信器4を生体Sに貼り付けてもよい。
このような受信器4によれば、受信器3と同様に受信信号を無線で送信することができ、かつ、受信器3よりも貼付面積を小さくすることができる。貼付面積が小さい受信器4は、受信器が貼り付けられていることを被術者にさらに意識させず、施術中に被術者にかかる負荷をいっそう低減することができる。
[第三実施形態]
(受信器)
次に、本発明の第三実施形態の受信器5を説明する。第三実施形態の受信器5では、一つの伸縮性基板11に複数の受信アンテナが形成されている。
図6及び図7は、受信器5を説明するための図である。図6は、受信器5の上面視を示した図であって、図7は、図6に示した受信器5を生体Sに複数貼り付けた状態を示している。図7では、複数の受信器5をそれぞれ5a、5b、5c、5dとして示す。第三実施形態では、受信器5aから受信器5dの各々が有する一つの伸縮性基板11(図6)に9つの受信アンテナ12aから受信アンテナ12iが形成されている。伸縮性基板11には、伸縮性カバー15が形成され、受信アンテナ12aから受信アンテナ12i及び配線13は伸縮性カバー15によって保護されている。
また、伸縮性基板11は、第一実施形態と同様に、基部11a及び配線基板11bを含んでいて、配線基板11bの長さは任意である。配線基板11bの一方の端部には端子21が形成され、受信アンテナ12aから受信アンテナ12iの配線13は、全て端子21に接続される。
なお、第三実施形態は、このように、受信器5を有線で受信信号を外部に送信する構成としたが、第三実施形態は、このような構成に限定されるものではない。第三実施形態では、受信アンテナ12aから受信アンテナ12iを有する受信器5を、第二実施形態のように受信信号を無線で飛ばす構成にすることもできる。また、伸縮性基板の一方の片面に受信アンテナを、他方の片面に送信アンテナを有するように構成することができる。
第三実施形態の受信器5では、受信アンテナ12aから受信アンテナ12iが規則的に配置されている。ここでいう規則的とは、例えば、格子状、あるいは千鳥格子状等の、同じパターンが繰り返し表れる配置をいう。また、第三実施形態では、受信アンテナ12aから受信アンテナ12iの少なくとも一部の例えば中心点同士の間隔が等しいものとする。
このような受信器5は、複数の受信アンテナ12aから受信アンテナ12iを、生体S上において常に規則的に配置することができる。このため、受信器5は、例えば受信器1よりも受信アンテナ12aから受信アンテナ12iを生体Sの適正な位置に配置しやすいものとなる。
また、受信器5は、受信器1よりも接着面積が大きいため、受信器1よりも生体Sから剥がれ落ち難くなる。このため、第三実施形態は、第一実施形態よりも被術者が動くことによるアンテナの位置ずれが起こり難くなる。
さらに、第三実施形態は、図7に示すように、生体S上の広い範囲を規則的に配列する受信アンテナ12aから受信アンテナ12iで覆うことができる。このような第三実施形態によれば、生体内の送信器をシームレスに検出することができる。
(受信システム)
また、上記したように、複数の受信アンテナ12aから受信アンテナ12iが規則的に配置される第三実施形態では、生体S内の発信器の位置をより高い精度で検出する受信システムを構築することができる。第三実施形態の受信システムは、生体Sに貼り付けられて、生体S内に導入された発信器2が発信する信号を受信する受信システムである。そして、この受信システムは、第三実施形態の受信器5と、受信器5が有する複数の受信アンテナ12aから受信アンテナ12iの各々の位置及び受信信号に基づいて、受信器5が受信した受信信号を発信した発信器2の生体S内における位置を検出する発信器位置検出部を有している。また、第三実施形態では、受信信号が生体S内を撮影した画像信号である例をあげて受信システムを説明するものとする。
図8は、第三実施形態の発信器位置検出部32を説明するための機能ブロック図である。発信器位置検出部32は、メモリ装置33、受信信号解析部34及び演算部35を有している。メモリ装置33は、前記したように受信信号を記録及び蓄積する。受信信号解析部34は、受信信号の強度を解析し、強度から受信信号を送受信している発信器2と受信アンテナ12との距離を決定する。演算部35は、受信信号解析部34が決定した距離から受信アンテナ12に対する発信器2の角度を決定する。距離及び角度は、発信器2の生体S内における位置情報となる。発信器位置検出部32によって検出された位置情報は、画像信号である受信信号と共にメモリ装置33に蓄積される。
以上の機能を有する発信器位置検出部32は、各処理に必要な図示しないCPU(Central Processing Unit)やワークメモリ等を有している。
図9は、発信器位置検出部32が実行する演算処理の一例を説明するための図であり、受信器5と、発信器2とを示している。受信器5は受信アンテナ12aから受信アンテナ12iを有している。生体S内を撮影して画像信号を送信する発信器2は、図示しないカメラや送信部を備えるカプセル内視鏡である。このようなカプセル内視鏡は公知であるので、これ以上の説明を省くものとする。第三実施形態は、一つの発信器2が送信した信号を受信した複数の受信アンテナの位置(中心点)と、受信アンテナごとの受信信号の強度とを使って発信器2の位置を求めている。
図中に示した直線dα1、dα2、dβ1、dβ2は、いずれも発信器2の位置(あるいは発信器2における所定の位置)と円環状の受信アンテナ12a、12b、12e、12hの中心点とを結ぶ直線である。直線Lαは受信アンテナ12aの中心点と受信アンテナ12hの中心点とを結ぶ直線である。直線Lβは受信アンテナ12bの中心点と受信アンテナ12eの中心点とを結ぶ直線である。
具体的には、例えば、受信アンテナ12b、12e、12g、12hが有意な受信信号を受信した場合、受信信号解析部34では、その信号強度を受信アンテナ12bと発信器2、受信アンテナ12eと発信器2、受信アンテナ12gと発信器2、受信アンテナ12hと発信器2との距離に変換する。変換の処理は、例えば、受信信号の強度が高い方が発信器2と受信アンテナとの距離が近く、受信信号の強度が低い方が発信器2と受信アンテナとの距離が遠いものとして行われる。信号の強度は、生体Sの骨、脂肪及び筋肉といった組織によっても変化する。ただし、第三実施形態では、受信アンテナが一つの伸縮性基板11において比較的近接して配置されている。このため、第三実施形態では、一つの伸縮性基板11上の複数の受信アンテナが概ね同じ体組織を通って送信されてきた信号を受信すると考えられる。
第三実施形態では、以上の処理によって直線d、d、d、dの長さが決定する。発信器2は、直線dを半径とする球Bの表面、直線dを半径とする球Eの表面、直線dを半径とする球Gの表面及び直線dを半径とする球Hの表面の交点に位置すると考えられる。
図10は、図9に示した球B、E、G、Hの表面を破線で示し、二つの球の表面の連続する交点によって形成される線(以下、「交差円」と記す)を実線で示した図である。図10では、例えば球Bの表面と球Eの表面との交差円をB・Eで示す。また、球Bの表面と球Gの表面との交差円をB・G、球Bの表面と球Hの表面との交差円をB・H、球Eの表面と球Gの表面との交差円をE・G、球Eの表面と球Hの表面との交差円をE・H、球Gの表面と球Hの表面との交差円をG・H、と記す。発信器2は、交差円上のいずれかの位置にあることになり、二つの受信アンテナの受信信号のみからは発信器2の位置を特定することができない。
次に、交差円E・Gと球Bの表面との交点について考えると、交差円E・Gと球Bの表面とは点p1、p2において交差する。つまり、第三実施形態では、三つの受信アンテナの受信信号から発信器2の位置を二点にまで絞り込むことができる。さらに、点p1、点p2と球Hの関係に着目すると、球Hの表面上に点p2があることが分かる。このことから、第三実施形態の演算部35は、四つの受信アンテナの受信信号を使い、四つの受信アンテナと発信器2との距離を決定する。そして、各受信アンテナの中心位置を中心とし、かつ、半径が上記距離の4つの球の表面の交点を演算によって求めることにより、発信器2の位置を特定している。
以上説明したように、第三実施形態は、生体S内における発信器2の位置を三次元的に特定することができる。そして、受信アンテナ12aから受信アンテナ12hの位置決めの精度を高めることにより、特定される発信器2の位置の精度を高めることができる。このような第三実施形態において、複数の受信アンテナ12aから受信アンテナ12iを高精度に位置決めできる受信器5は、発信器2の位置を三次元的に検出することに有効である。
また、第三実施形態は、より多くの受信アンテナを使って同時に発信器2の位置を検出することにより、発信器2の位置検出精度をいっそう高めることができる。
発信器位置検出部32によって検出された発信器2の位置は、例えば、位置検出に用いられた受信信号が示す画像に対応付けてメモリ装置33に保存するようにしてもよい。このようにすれば、第三実施形態は、発信器2の位置とその位置において撮影された生体S内の画像とを対応付けて保存しておくことができる。したがって、第三実施形態は、生体S内の状態を目視することができるばかりでなく、その状態にある位置を三次元的に特定することができる。
上記実施形態および実施例は以下の技術思想を包含するものである。
<1>生体に貼り付けられて、前記生体内に導入された発信器が発信する信号を受信する受信器であって、伸縮性を有する伸縮性基板と、前記伸縮性基板の主面に形成され、前記伸縮性基板と共に伸縮し、かつ前記発信器から発信された前記信号を受信する第一アンテナと、を含む、受信器。
<2>さらに、前記第一アンテナによって受信された前記信号の転送に使用される第二アンテナを含む、<1>の受信器。
<3>前記第一アンテナと、前記第二アンテナとが表裏の関係に配置される、<2>の受信器。
<4> 前記第一アンテナが、一つの前記伸縮性基板に複数形成されている、<1>から<3>のいずれか一つの受信器。
<5>複数の前記第一アンテナが、規則的に配置されている、<4>の受信器。
<6> 生体に貼り付けられて、前記生体内に導入された発信器が発信する信号を受信する受信システムであって、<4>または<5>の受信器と、前記受信器が有する複数の第一アンテナの各々の位置及び受信信号に基づいて、前記受信器が受信した信号を発信した発信器の前記生体内における位置を検出する発信器位置検出部と、を含む、受信システム。
1、3、4、5・・・受信器
2・・・発信器
11、111、112・・・伸縮性基板
11a、112a・・・基部
11b・・・配線基板
11c、11d、111c・・・主面
12、12a、12b、12c、12d、12e、12f、12g、12h、12i、122・・・受信アンテナ
13、131、133、231・・・配線
15、115・・・伸縮性カバー
20・・・信号ケーブル
21、25a、25b・・・端子
21a・・・非伸縮部
22・・・コネクタ
25・・・制御回路
30・・・コントローラ
31・・・ベルト
32・・・発信器位置検出部
33・・・メモリ装置
34・・・受信信号解析部
35・・・演算部
118・・・絶縁カバー
121、221・・・送信アンテナ
122a、123a、123b、133a・・・端部
123・・・接続用配線部
123c・・・配線部分
S・・・生体
(端子)
図2に示したように、受信器1は、配線基板11bの一方の端部に端子21を備えている。端子21は、カーボンペースト等の耐摩耗性かつ導電性の被膜を積層して作成することができる。第一実施形態では、端子21に金めっきが施されている。
なお、第一実施形態の端子21のめっきは、金を材料とするものに限定されるものでなく、例えば、錫(Sn)、ニッケル(Ni)、亜鉛(Zn)及びはんだ材料であってもよい。
端子21は前記したようにカーボンペースト製で高い硬度を有している。このような端子21の下に柔らかい金属でなる配線13を設けると、端子21が割れやすくなることが公知である。このため、第一実施形態では、配線13が端子21に乗り上げるようにして重なって、端子21が欠損することを抑えている。
図9は、発信器位置検出部32が実行する演算処理の一例を説明するための図であり、受信器5と、発信器2とを示している。受信器5は受信アンテナ12aから受信アンテナ12iを有している。生体S内を撮影して画像信号を送信する発信器2は、図示しないカメラや送信部を備えるカプセル内視鏡である。このようなカプセル内視鏡は公知であるので、これ以上の説明を省くものとする。第三実施形態は、一つの発信器2が送信した信号を受信した複数の受信アンテナの位置(中心点)と、受信アンテナごとの受信信号の強度とを使って発信器2の位置を求めている。
図中に示した直線d 、d 、d 、d は、いずれも発信器2の位置(あるいは発信器2における所定の位置)と円環状の受信アンテナ12b、12e、12g、12hの中心点とを結ぶ直線である

Claims (6)

  1. 生体に貼り付けられて、前記生体内に導入された発信器が発信する信号を受信する受信器であって、
    伸縮性を有する伸縮性基板と、
    前記伸縮性基板の主面に形成され、前記伸縮性基板と共に伸縮し、かつ前記発信器から発信された前記信号を受信する第一アンテナと、を含む、受信器。
  2. さらに、前記第一アンテナによって受信された前記信号の転送に使用される第二アンテナを含む、請求項1に記載の受信器。
  3. 前記第一アンテナと、前記第二アンテナとが表裏の関係に配置される、請求項2に記載の受信器。
  4. 前記第一アンテナが、一つの前記伸縮性基板に複数形成されている、請求項1から3のいずれか一項に記載の受信器。
  5. 複数の前記第一アンテナが、規則的に配置されている、請求項4に記載の受信器。
  6. 生体に貼り付けられて、前記生体内に導入された発信器が発信する信号を受信する受信システムであって、
    請求項4または請求項5の受信器と、
    前記受信器が有する複数の第一アンテナの各々の位置及び受信信号に基づいて、前記受信器が受信した信号を発信した前記発信器の前記生体内における位置を検出する発信器位置検出部と、を含む、受信システム。
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