JP2019041986A - 受信器及び受信システム - Google Patents
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Abstract
【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
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。
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。
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。
[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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
第三実施形態では、以上の処理によって直線db、de、dg、dhの長さが決定する。発信器2は、直線dbを半径とする球Bの表面、直線deを半径とする球Eの表面、直線dgを半径とする球Gの表面及び直線dh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。
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。
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。
<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。
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
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。
図中に示した直線d b 、d e 、d g 、d h 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)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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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