JP2024078465A - Measuring equipment and antenna set - Google Patents

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Abstract

【課題】心臓を透過した電磁波以外の電磁波の受信を抑制できる計測装置、およびアンテナセットを提供する。【解決手段】心拍出量計測センサ100は、送信アンテナ12および受信アンテナ21を有するアンテナセットと、算出部32とを備える。送信アンテナ12は、被検者90の胸部側および背部側の一方に心臓91に対向して設置される。受信アンテナ21は、患者の胸部側および背部側の他方に心臓に対向して設置され、送信アンテナから放射された電磁波が被検者の生体を透過した透過波を受信する。算出部は、透過波に基づいて、血液量を算出する。送信アンテナおよび受信アンテナはそれぞれ、アンテナ素子を含むアンテナ面が配置された基板と、該基板上のアンテナ面と反対側にグランド面とを有し、アンテナセットのうち患者の背部側に設置される背部側アンテナのグランド面の面積は、患者の胸部側に設置される胸部アンテナのグランド面の面積よりも大きい。【選択図】図2[Problem] To provide a measuring device and an antenna set capable of suppressing reception of electromagnetic waves other than those transmitted through the heart. [Solution] A cardiac output measuring sensor 100 includes an antenna set having a transmitting antenna 12 and a receiving antenna 21, and a calculation unit 32. The transmitting antenna 12 is placed on one of the chest side and the back side of a subject 90 facing the heart 91. The receiving antenna 21 is placed on the other of the chest side and the back side of the patient facing the heart, and receives a transmitted wave of the electromagnetic wave radiated from the transmitting antenna transmitted through the subject's living body. The calculation unit calculates the blood volume based on the transmitted wave. The transmitting antenna and the receiving antenna each have a substrate on which an antenna surface including an antenna element is disposed, and a ground surface on the substrate opposite to the antenna surface, and the area of the ground surface of the back antenna placed on the back side of the antenna set is larger than the area of the ground surface of the chest antenna placed on the chest side of the patient. [Selected Figure] Figure 2

Description

本発明は、計測装置、およびアンテナセットに関する。 The present invention relates to a measurement device and an antenna set.

被検者の心臓によって送り出される血液量である心拍出量は、医師が被検者を診療する上で重要な生体パラメーターである。近年、心拍出量を非侵襲的に計測する方法として、マイクロ波等の電磁波を用いた計測技術の開発が進められている(例えば、下記特許文献1)。特許文献1には、送信アンテナと、受信アンテナと、推定部と、を備えた装置が開示されている。この装置では、送信アンテナは患者の胸部にマイクロ波等の電磁波を送信し、受信アンテナは送信アンテナから送信された電磁波を受信し、推定部は、受信アンテナが受信した電磁波の位相または振幅強度に基づいて、測定対象者の心拍出量を検出する。 Cardiac output, which is the amount of blood pumped out by a subject's heart, is an important biological parameter for doctors to treat the subject. In recent years, measurement techniques using electromagnetic waves such as microwaves have been developed as a method for non-invasively measuring cardiac output (for example, see Patent Document 1 below). Patent Document 1 discloses a device equipped with a transmitting antenna, a receiving antenna, and an estimating unit. In this device, the transmitting antenna transmits electromagnetic waves such as microwaves to the patient's chest, the receiving antenna receives the electromagnetic waves transmitted from the transmitting antenna, and the estimating unit detects the cardiac output of the subject based on the phase or amplitude intensity of the electromagnetic waves received by the receiving antenna.

国際公開第2018/194093号International Publication No. 2018/194093

しかし、受信アンテナには被検者の心臓またはその近傍を透過した電磁波以外の電磁波も到来しうる。例えば、心臓以外の臓器を透過した電磁波や、体内を透過せずに体表面近傍を回折した回折波や、体表面で反射した後に周囲の物体で再反射された反射波等を、受信アンテナが受信した場合、推定部において心拍出量の計測誤差が発生する可能性がある。 However, electromagnetic waves other than those that have passed through the subject's heart or its vicinity may also arrive at the receiving antenna. For example, if the receiving antenna receives electromagnetic waves that have passed through organs other than the heart, diffracted waves that do not pass through the body but are diffracted near the body surface, or reflected waves that are reflected off the body surface and then re-reflected by surrounding objects, an error in measuring cardiac output may occur in the estimation unit.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、心臓を透過した電磁波以外の電磁波の受信を抑制できる計測装置、およびアンテナセットを提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of the above circumstances, and aims to provide a measurement device and antenna set that can suppress the reception of electromagnetic waves other than those that have passed through the heart.

本発明の上記目的は、下記の手段によって達成される。 The above object of the present invention is achieved by the following means:

上記目的を達成するため本発明の計測装置は、被検者の心臓によって送り出される血液量を非観血的に計測する。計測装置は、前記被検者の胸部側および背部側の一方に前記心臓に対向して設置された送信アンテナと、前記被検者の胸部側および背部側の他方に前記心臓に対向して設置され、前記送信アンテナから放射された電磁波が前記被検者の生体を透過した透過波を受信する受信アンテナと、を有するアンテナセットと、前記透過波に基づいて、前記血液量を算出する算出部と、を備え、前記送信アンテナおよび前記受信アンテナはそれぞれ、アンテナ素子を含むアンテナ面が配置された基板と、該基板上の前記アンテナ面と反対側にグランド面とを有し、前記アンテナセットのうち前記被検者の前記背部側に設置される背部側アンテナの前記グランド面の面積は、前記被検者の前記胸部側に設置される胸部アンテナの前記グランド面の面積よりも大きい。 To achieve the above object, the measuring device of the present invention non-invasively measures the amount of blood pumped by the heart of a subject. The measuring device includes an antenna set having a transmitting antenna installed on one of the chest side and the back side of the subject facing the heart, and a receiving antenna installed on the other of the chest side and the back side of the subject facing the heart and receiving a transmitted wave of an electromagnetic wave radiated from the transmitting antenna that has passed through the living body of the subject, and a calculation unit that calculates the amount of blood based on the transmitted wave, and the transmitting antenna and the receiving antenna each have a substrate on which an antenna surface including an antenna element is arranged, and a ground surface on the substrate opposite to the antenna surface, and the area of the ground surface of the back side antenna installed on the back side of the subject of the antenna set is larger than the area of the ground surface of the chest antenna installed on the chest side of the subject.

また、上記目的を達成するため本発明のアンテナセットは、前記被検者の胸部側および背部側の一方に前記心臓に対向して設置された送信アンテナと、前記被検者の胸部側および背部側の他方に前記心臓に対向して設置され、前記送信アンテナから放射された電磁波が前記被検者の生体を透過した透過波を受信するおよび受信アンテナを有し、前記送信アンテナおよび受信アンテナはそれぞれ、アンテナ素子を含むアンテナ面が配置された基板と、該基板上の前記アンテナ面と反対側にグランド面とを有し、前記受信アンテナの前記グランド面の面積は、前記送信アンテナの前記グランド面の面積よりも大きい。 In order to achieve the above object, the antenna set of the present invention has a transmitting antenna installed on one of the chest side and back side of the subject facing the heart, and a receiving antenna installed on the other of the chest side and back side of the subject facing the heart, and receives transmitted waves of electromagnetic waves radiated from the transmitting antenna that have passed through the subject's living body, and each of the transmitting antenna and receiving antenna has a substrate on which an antenna surface including an antenna element is arranged, and a ground surface on the substrate opposite the antenna surface, and the area of the ground surface of the receiving antenna is larger than the area of the ground surface of the transmitting antenna.

本発明に係る計測装置、およびアンテナセットによれば、アンテナセットのうち被検者の背部側に設置される背部側アンテナのグランド面の面積は、被検者の胸部側に設置される胸部アンテナのグランド面の面積よりも大きいので、被検者の心臓またはその近傍を透過した電磁波以外の電磁波の受信を抑制し、心臓もしくはその近傍を透過する電磁波の送信、および/または心臓もしくはその近傍を透過した電磁波の受信を増大できる。その結果、計測装置は、心拍出量の計測精度の低下を防止または抑制できる。 According to the measuring device and antenna set of the present invention, the area of the ground surface of the back antenna installed on the back side of the subject of the antenna set is larger than the area of the ground surface of the chest antenna installed on the chest side of the subject, so that it is possible to suppress the reception of electromagnetic waves other than those that have passed through the subject's heart or its vicinity, and to increase the transmission of electromagnetic waves that have passed through the heart or its vicinity, and/or the reception of electromagnetic waves that have passed through the heart or its vicinity. As a result, the measuring device can prevent or suppress a decrease in the measurement accuracy of cardiac output.

本発明の第1の実施形態に係る心拍出量計測センサ全体を示す概略図である。1 is a schematic diagram showing an entire cardiac output measuring sensor according to a first embodiment of the present invention; 図1に示す心拍出量計測センサ全体を示す概略ブロック図である。FIG. 2 is a schematic block diagram showing the entire cardiac output measuring sensor shown in FIG. 1 . 図2に示す送信アンテナを例示する模式図である。3 is a schematic diagram illustrating the transmitting antenna shown in FIG. 2; 図3Aに示す送信アンテナを-X方向から視た模式図である。FIG. 3B is a schematic diagram of the transmitting antenna shown in FIG. 3A as viewed from the −X direction. 図3Aの送信アンテナのアンテナ素子を部分的に拡大した模式図である。FIG. 3B is a partially enlarged schematic diagram of an antenna element of the transmitting antenna of FIG. 3A. ダミーのアンテナ素子の配置を例示する模式図である。1A and 1B are schematic diagrams illustrating the arrangement of dummy antenna elements; 送信アンテナのX方向およびY方向におけるVSWR特性の測定結果の一部を例示する図である。10 is a diagram illustrating a portion of measurement results of VSWR characteristics in the X and Y directions of a transmitting antenna. 送信アンテナのZ方向におけるVSWR特性の測定結果の一部を例示する図である。11 is a diagram illustrating a portion of the measurement results of the VSWR characteristics in the Z direction of the transmitting antenna. 送信アンテナの放射特性を例示する図である。1 is a diagram illustrating radiation characteristics of a transmitting antenna; 図2に示す受信アンテナを例示する模式図である。3 is a schematic diagram illustrating the receiving antenna shown in FIG. 2; 図7Aに示す受信アンテナをX方向から視た模式図である。7B is a schematic diagram of the receiving antenna shown in FIG. 7A as viewed from the X direction. 図7Aに示す受信アンテナのX方向およびY方向におけるVSWR特性の測定結果の一部を例示する図である。7B is a diagram illustrating a portion of the measurement results of the VSWR characteristics in the X direction and the Y direction of the receiving antenna shown in FIG. 7A. 図7Aに示す受信アンテナのZ方向におけるVSWR特性の測定結果の一部を例示する図である。7B is a diagram illustrating a portion of the measurement results of the VSWR characteristics in the Z direction of the receiving antenna shown in FIG. 7A. 受信アンテナの放射特性を例示する図である。1 is a diagram illustrating radiation characteristics of a receiving antenna; 電磁波シールドの設置を例示する模式図である。1A and 1B are schematic diagrams illustrating the installation of an electromagnetic wave shield. 図7Aに示す受信アンテナのグランド面の大きさと透過マイクロ波の大きさとの関係を説明する模式図である。7B is a schematic diagram for explaining the relationship between the size of the ground plane of the receiving antenna shown in FIG. 7A and the size of the transmitted microwave. FIG. 比較例として、受信アンテナのグランド面を小さくした場合を例示する模式図である。FIG. 13 is a schematic diagram illustrating, as a comparative example, a case in which the ground surface of the receiving antenna is made smaller. 第2の実施形態の心拍出量計測センサ全体を示す概略ブロック図である。FIG. 11 is a schematic block diagram showing the entire cardiac output measuring sensor according to the second embodiment. 図13に示す送信アンテナを例示する模式図である。14 is a schematic diagram illustrating the transmitting antenna shown in FIG. 13 . 図14Aに示す送信アンテナを-X方向に沿って視た模式図である。FIG. 14B is a schematic diagram of the transmitting antenna shown in FIG. 14A viewed along the −X direction. 図14Aに示す送信アンテナの放射強度のシミュレーション結果を例示する図である。14B is a diagram illustrating a simulation result of the radiation intensity of the transmitting antenna shown in FIG. 14A. 比較例として、幅広のアンテナ素子を有する送信アンテナの放射強度のシミュレーション結果を例示する図である。FIG. 11 is a diagram illustrating, as a comparative example, a simulation result of the radiation intensity of a transmitting antenna having a wide antenna element. 図13に示す受信アンテナを例示する模式図である。14 is a schematic diagram illustrating the receiving antenna shown in FIG. 13 . 図16Aに示す受信アンテナをX方向に沿って視た模式図である。16B is a schematic diagram of the receiving antenna shown in FIG. 16A as viewed along the X direction. 第3の実施形態の送信アンテナを例示する模式図である。FIG. 13 is a schematic diagram illustrating a transmitting antenna according to a third embodiment. 図17Aに示す送信アンテナを-X方向に沿って視た模式図である。17B is a schematic diagram of the transmitting antenna shown in FIG. 17A viewed along the −X direction.

以下、添付した図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the attached drawings. Note that in the description of the drawings, the same elements are given the same reference numerals, and duplicate explanations will be omitted. Also, the dimensional ratios in the drawings have been exaggerated for the convenience of explanation, and may differ from the actual ratios.

(第1の実施形態)
図1は本発明の第1の実施形態に係る心拍出量計測センサ100全体を示す概略図であり、図2は図1に示す心拍出量計測センサ100の構成を示すブロック図である。
First Embodiment
FIG. 1 is a schematic diagram showing an entire cardiac output measuring sensor 100 according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the cardiac output measuring sensor 100 shown in FIG.

図1では、X-Y平面に対して水平に設置されたベッド95上に被検者90(患者ともいう)が横たわっている状態(仰臥位)を示している。心拍出量計測センサ100は、計測装置として機能し、被検者90の心拍出量等の心臓から拍出される血液量を測定(推定)する。例えば、心拍出量計測センサ100は、心不全の検査、心臓手術後の経過観察、心臓病の投薬効果・副作用等の検証、等で用いられる。 Figure 1 shows a subject 90 (also called a patient) lying (supine position) on a bed 95 placed horizontally with respect to the X-Y plane. The cardiac output measurement sensor 100 functions as a measurement device and measures (estimates) the amount of blood pumped from the heart, such as the cardiac output, of the subject 90. For example, the cardiac output measurement sensor 100 is used in testing for heart failure, monitoring the progress after cardiac surgery, verifying the effectiveness and side effects of medication for heart disease, etc.

測定時には、看護師、医師等のユーザーにより、送信アンテナ12と受信アンテナ21の中心を結ぶ線が、心臓91に対応するように、両アンテナユニット(以下、単に「送受信アンテナ」ともいう)は、心臓91を挟んで互いに対向するように配置される。なお、外部電磁波による影響を減少させるために、測定中は、布製の電磁波シールド等の電磁波を反射可能なものや(後述)、電波吸収体等の電磁波を吸収可能なもので、被検者90の胸部および送受信アンテナ全体を覆うようにしてもよい。例えば、受信アンテナ21は、被検者90の下に配置され、送信アンテナ12は、被検者90の上方に配置される。具体的には、受信アンテナ21はベッド95の上に配置され、その受信アンテナ21の上に被検者90が仰向けに寝る。上方の送信アンテナ12は、側面視でコの字型の移動式の固定台(図示せず)に取り付けられる。この固定台は、手動で送信アンテナ12の水平方向(X方向およびY方向)、および高さ(Z方向)を調整可能である。送信アンテナ12は、固定台により、被検者90からわずかに離間した状態で、被検者90の上方に配置される。離間させるのは、被検者90の呼吸動作を妨げないことと、被検者90との接触による、意図しない送信アンテナ12の移動を防止するためである。なお、送受信アンテナの配置は、図1等の配置に限定されない。例えば、上下を逆にし、送信アンテナ12を被検者90の下方(背部側)に配置し、受信アンテナ21を被検者90の上方側(胸部側)に配置してもよい。送信アンテナ12および受信アンテナ21は、アンテナセットを構成する。 During measurement, the user, such as a nurse or doctor, places both antenna units (hereinafter, simply referred to as "transmitting and receiving antennas") facing each other across the heart 91 so that the line connecting the centers of the transmitting antenna 12 and the receiving antenna 21 corresponds to the heart 91. In order to reduce the influence of external electromagnetic waves, the chest of the subject 90 and the entire transmitting and receiving antennas may be covered with something capable of reflecting electromagnetic waves, such as a cloth electromagnetic shield (described later), or something capable of absorbing electromagnetic waves, such as a radio wave absorber, during measurement. For example, the receiving antenna 21 is placed under the subject 90, and the transmitting antenna 12 is placed above the subject 90. Specifically, the receiving antenna 21 is placed on a bed 95, and the subject 90 lies on his back on the receiving antenna 21. The upper transmitting antenna 12 is attached to a movable fixed base (not shown) that is U-shaped in side view. This fixed base can be manually adjusted in the horizontal direction (X direction and Y direction) and height (Z direction) of the transmitting antenna 12. The transmitting antenna 12 is placed above the subject 90, slightly separated from the subject 90 by a fixed base. The reason for the separation is to not interfere with the breathing of the subject 90 and to prevent unintended movement of the transmitting antenna 12 due to contact with the subject 90. The arrangement of the transmitting and receiving antennas is not limited to that shown in FIG. 1, etc. For example, the transmitting antenna 12 may be placed upside down, below the subject 90 (on the back side), and the receiving antenna 21 may be placed above the subject 90 (on the chest side). The transmitting antenna 12 and the receiving antenna 21 constitute an antenna set.

図2に示すように、心拍出量計測センサ100は、送信部10、受信部20、および装置本体30を有する。装置本体30は、移動式の架台(図示せず)に載せられてベッド95の脇に配置される。装置本体30は、内蔵バッテリまたは、商用電源から供給された電力により動作する。また、送信部10および受信部20は、信号ケーブル13を通じて、装置本体30と接続されており、この信号ケーブル13を通じて、データ信号の送受信および電力供給が行われる。送信部10および受信部20の詳細については後述する。 As shown in FIG. 2, the cardiac output measurement sensor 100 has a transmitting unit 10, a receiving unit 20, and a device main body 30. The device main body 30 is placed on a mobile stand (not shown) and placed beside the bed 95. The device main body 30 operates using power supplied from an internal battery or a commercial power source. The transmitting unit 10 and the receiving unit 20 are also connected to the device main body 30 via a signal cable 13, and data signals are transmitted and received and power is supplied via this signal cable 13. Details of the transmitting unit 10 and the receiving unit 20 will be described later.

(装置本体30)
装置本体30は、送受信コントローラー31、制御部32、記憶部33、入出力I/F(インターフェース)34、および通信I/F35を備える。
(Device body 30)
The device main body 30 includes a transmission/reception controller 31 , a control unit 32 , a storage unit 33 , an input/output I/F (interface) 34 , and a communication I/F 35 .

(送受信コントローラー31)
送受信コントローラー31は、信号ケーブル13を介して、送信部10および受信部20と電気的に接続する。制御部32の制御の下で、送受信コントローラー31は、送信部10および受信部20の送受信のタイミングを制御したり、受信部20からの計測値(受信信号)を取得したりする。
(Transmission/reception controller 31)
The transmission/reception controller 31 is electrically connected to the transmission unit 10 and the reception unit 20 via the signal cable 13. Under the control of the control unit 32, the transmission/reception controller 31 controls the timing of transmission and reception of the transmission unit 10 and the reception unit 20, and acquires measurement values (reception signals) from the reception unit 20.

(制御部32)
制御部32は、CPU、RAM、ROM、等を含みROMまたは記憶部33に記憶されたプログラムにしたがって、装置本体30内の各部の制御を行う。制御部32は、プログラムを実行することにより、受信部20が受信したマイクロ波に対応する受信信号を、送受信コントローラー31から受信し、受信信号の振幅や位相を解析し、被検者90の心拍出量、すなわち心臓91から拍出される血液量を推定(算出)する。制御部32は、算出部として機能する。算出部は、心拍出量から、さらに心係数を算出するように構成されてもよい。心係数は、心拍出量を被検者90の体表面積当たりに換算した指標である。算出部は、心拍出量から、さらに1回拍出量を算出するように構成されてもよい。1回拍出量は、心拍出量を被検者90の心拍数当たりに換算した指標である。また、算出部は、1回拍出量を先に算出し、そこから心拍数を用いて心拍出量に換算するように構成されてもよい。本明細書では、心拍出量は、心係数や1回拍出量を含む、心臓91から拍出される血液量を表すパラメーターとして定義される。
(Control unit 32)
The control unit 32 includes a CPU, a RAM, a ROM, etc., and controls each unit in the device main body 30 according to a program stored in the ROM or the storage unit 33. By executing the program, the control unit 32 receives a reception signal corresponding to the microwave received by the receiving unit 20 from the transmission/reception controller 31, analyzes the amplitude and phase of the reception signal, and estimates (calculates) the cardiac output of the subject 90, that is, the amount of blood pumped out from the heart 91. The control unit 32 functions as a calculation unit. The calculation unit may be configured to further calculate a cardiac index from the cardiac output. The cardiac index is an index obtained by converting the cardiac output per body surface area of the subject 90. The calculation unit may be configured to further calculate a stroke volume from the cardiac output. The stroke volume is an index obtained by converting the cardiac output per heart rate of the subject 90. The calculation unit may also be configured to first calculate the stroke volume, and then convert it to the cardiac output using the heart rate. As used herein, cardiac output is defined as parameters that describe the amount of blood pumped from the heart 91, including cardiac index and stroke volume.

(記憶部33)
記憶部33は、予め各種プログラムや各種データを格納しておく半導体メモリや、ハードディスク等の磁気メモリから構成される。また記憶部33には、点データ、および波形データ等が記憶される。
(Memory unit 33)
The storage unit 33 is composed of a semiconductor memory that stores various programs and various data in advance, a magnetic memory such as a hard disk, etc. The storage unit 33 also stores point data, waveform data, etc.

(入出力I/F34)
入出力I/F34は、入出力部として機能し、USB、DVIの規格等に準拠した入出力端子を備え、キーボード、マウス、マイク等の入力装置およびディスプレイ、スピーカ、プリンタ等の出力装置と接続するインターでフェースである。図1、図2に示す例では、入出力I/F34には、タッチパネル41が接続されている。タッチパネル41は、液晶パネルおよびこれに重畳させたタッチパッドで構成され、これを介して、ユーザーからアンテナ素子決定処理、および心拍出量測定の開始指示を受け付ける。なお、タッチパネル41等の入出力装置を、装置本体30の構成に含めてもよい。
(Input/output I/F 34)
The input/output I/F 34 functions as an input/output unit, and is an interface that has input/output terminals conforming to USB and DVI standards and connects to input devices such as a keyboard, mouse, and microphone, and output devices such as a display, speaker, and printer. In the example shown in Figs. 1 and 2, a touch panel 41 is connected to the input/output I/F 34. The touch panel 41 is composed of a liquid crystal panel and a touch pad superimposed thereon, and receives an instruction from a user to start an antenna element determination process and cardiac output measurement through the touch panel 41. Note that the input/output device such as the touch panel 41 may be included in the configuration of the device main body 30.

(通信I/F35)
通信I/F24は、PC(パーソナルコンピュータ)、タブレット端末、等の外部の端末装置とネットワーク経由、またはピアツーピアで、有線または無線通信によるデータの送受信を行うインターフェースである。有線通信では、イーサネット(登録商標)、SATA、PCI Express、IEEE1394、等の規格によるネットワークインターフェースを用いてもよく、無線通信では、Bluetooth(登録商標)、IEEE802.11、4G等の無線通信インターフェースを用いてもよい。図1、図2に示す例では、通信I/F35には、PC51が接続されている。
(Communication I/F 35)
The communication I/F 24 is an interface for transmitting and receiving data via wired or wireless communication with an external terminal device such as a PC (personal computer) or tablet terminal via a network or peer-to-peer. For wired communication, a network interface based on a standard such as Ethernet (registered trademark), SATA, PCI Express, IEEE 1394, etc. may be used, and for wireless communication, a wireless communication interface such as Bluetooth (registered trademark), IEEE 802.11, 4G, etc. may be used. In the example shown in Figs. 1 and 2, a PC 51 is connected to the communication I/F 35.

(送信部10)
送信部10は、送信回路11および送信アンテナ12を含む。送信部10は、電磁波を被検者90に対して放射する。電磁波の周波数は、生体の心臓91を電離作用なく透過することができれば特に限定されない。例えば、周波数300MHz~30GHzのマイクロ波が好ましく、より好ましくは400M~1.0GHzのマイクロ波である。以下、電磁波がマイクロ波である場合を例示して説明する。マイクロ波は、生体透過性と、心臓91の収縮/拡張における誘電率変化による感度(電界強度の変化率)が高いため、心拍出量の測定に好適である。生成するマイクロ波の電力は、受信アンテナ21において十分な電力が検出できれば特に限定されないが、例えば、数mW~数十mWとしてもよい。また、生成するマイクロ波は、連続波、パルス波、または位相変調、もしくは周波数変調を施したマイクロ波のいずれでもよい。
(Transmitter 10)
The transmitter 10 includes a transmission circuit 11 and a transmission antenna 12. The transmitter 10 radiates electromagnetic waves to the subject 90. The frequency of the electromagnetic waves is not particularly limited as long as it can pass through the heart 91 of the living body without ionization. For example, microwaves with a frequency of 300 MHz to 30 GHz are preferable, and microwaves with a frequency of 400 MHz to 1.0 GHz are more preferable. Hereinafter, a case where the electromagnetic waves are microwaves will be described as an example. Microwaves are suitable for measuring cardiac output because of their high biological permeability and high sensitivity (rate of change in electric field intensity) due to the change in dielectric constant during contraction/expansion of the heart 91. The power of the generated microwaves is not particularly limited as long as sufficient power can be detected by the receiving antenna 21, and may be, for example, several mW to several tens of mW. The generated microwaves may be continuous waves, pulse waves, or microwaves that have been subjected to phase modulation or frequency modulation.

送信回路11は、図示しない発振器によって、マイクロ波に対応する高周波信号を生成し、送信アンテナ12へ供給する。より具体的には、本実施形態では、以下で説明するように、送信アンテナ12が複数のアンテナ素子を有するため、図示しないスイッチング回路により、複数のアンテナ素子のいずれかを選択し、選択されたアンテナ素子に高周波信号を供給する。なお、選択されていないアンテナ素子は終端され、マイクロ波送信に関与しない状態となる。 The transmission circuit 11 generates a high-frequency signal corresponding to microwaves using an oscillator (not shown) and supplies it to the transmission antenna 12. More specifically, in this embodiment, as described below, the transmission antenna 12 has multiple antenna elements, so a switching circuit (not shown) selects one of the multiple antenna elements and supplies the high-frequency signal to the selected antenna element. Note that the unselected antenna elements are terminated and are not involved in microwave transmission.

図3Aは図2に示す送信アンテナ12を例示する模式図であり、図3Bは図3Aに示す送信アンテナ12を-X方向(X方向と反対の方向)から視た模式図である。 Figure 3A is a schematic diagram illustrating the transmitting antenna 12 shown in Figure 2, and Figure 3B is a schematic diagram of the transmitting antenna 12 shown in Figure 3A viewed from the -X direction (the direction opposite to the X direction).

送信アンテナ12は、被検者90の胸部側アンテナとして機能する。送信アンテナ12は、基板120、アンテナアレイ121、およびグランド板122を含む。アンテナアレイ121は、各辺が数十mm~二百mm、全体が矩形板状の基板120上に形成される。 The transmitting antenna 12 functions as a chest-side antenna for the subject 90. The transmitting antenna 12 includes a substrate 120, an antenna array 121, and a ground plate 122. The antenna array 121 is formed on the substrate 120, which is an entirely rectangular plate with each side measuring several tens of millimeters to two hundred millimeters.

アンテナアレイ121は、複数のアンテナ素子t1~tx(以下、これらを総称して、「アンテナ素子t」ともいう)で構成され、これらは平面状の基板120の表面に、同一平面(X-Y平面)上で格子状に配置される。アンテナアレイ121は、例えば、略正方形の格子型アレイ構造を有する。アンテナアレイ121の表面を送信アンテナ12のアンテナ面と称する。 The antenna array 121 is composed of multiple antenna elements t1 to tx (hereinafter collectively referred to as "antenna element t"), which are arranged in a lattice pattern on the same plane (X-Y plane) on the surface of the planar substrate 120. The antenna array 121 has, for example, a substantially square lattice array structure. The surface of the antenna array 121 is referred to as the antenna surface of the transmitting antenna 12.

また、基板120上のアンテナ面と反対側には、基板120の全面または一部にグランド板122が形成されている。グランド板122の表面を送信アンテナ12のグランド面と称する。グランド板122は、例えば、基板120の厚みに相当する距離だけアンテナ面から離間して形成されており、グランド板122とアンテナ面との間隔(図3BのA2で示す)は、好ましくは5mm程度である。これにより、心臓91またはその近傍を透過したマイクロ波(以下、「透過マイクロ波(透過波)」という)を増大させ、送信アンテナ12の出力を向上させる効果がある。 In addition, on the side of the substrate 120 opposite the antenna surface, a ground plate 122 is formed on the entire surface or part of the substrate 120. The surface of the ground plate 122 is referred to as the ground surface of the transmitting antenna 12. The ground plate 122 is formed, for example, at a distance equivalent to the thickness of the substrate 120 away from the antenna surface, and the distance between the ground plate 122 and the antenna surface (shown as A2 in FIG. 3B) is preferably about 5 mm. This has the effect of increasing the microwaves that have passed through the heart 91 or its vicinity (hereinafter referred to as "transmitted microwaves (transmitted waves)"), and improving the output of the transmitting antenna 12.

本実施形態においては、各アンテナ素子tとして、微小ループアンテナ、またはダイポール形式の線状アンテナを適用できる。図3A、図3Bに示す例では、アンテナ素子tそれぞれは、一辺がa1の略矩形の微小ループアンテナ素子である。微小ループアンテナ素子のサイズは心臓91のサイズ(例えば、110mm)に対して小さく、一辺a1は、例えば、20mm以内、好ましくは12mm以内である。このような構成とすることにより、透過マイクロ波を増大させる効果がある。 In this embodiment, a small loop antenna or a dipole-type linear antenna can be applied as each antenna element t. In the example shown in Figures 3A and 3B, each antenna element t is a small loop antenna element that is approximately rectangular with one side a1. The size of the small loop antenna element is small compared to the size of the heart 91 (e.g., 110 mm), and one side a1 is, for example, within 20 mm, preferably within 12 mm. This configuration has the effect of increasing the transmitted microwaves.

アンテナアレイ121全体のサイズとしては、被検者90の背面側から視たときの心臓91のサイズと同程度、またはそれよりも大きいサイズに設定されている。アンテナアレイ121は、例えば、一辺A1が数十mm~百数十mmの矩形形状でありうる。 The overall size of the antenna array 121 is set to be approximately the same as or larger than the size of the heart 91 when viewed from the rear side of the subject 90. The antenna array 121 may be, for example, rectangular with a side A1 of several tens of mm to several hundred mm.

また、アンテナ素子tの総数は、好ましくは4個以上150個以下である。図3Aに示す例では、アンテナアレイ121は、縦横7個ずつの総数49個のアンテナ素子t1~t49で構成される。 The total number of antenna elements t is preferably 4 to 150 inclusive. In the example shown in FIG. 3A, the antenna array 121 is composed of 49 antenna elements t1 to t49, 7 in each direction.

例えば、図3Cに示すように、本実施形態では、アンテナ素子tそれぞれは、一周の合計の長さ(実効長)Lがλg/10の微小ループアンテナ素子でありうる。ここで、λgは、自由空間における周波数fのマイクロ波の1波長の長さλを、誘電体としての基板120により波長短縮した1波長の長さであり、基板120の実効誘電率をεとすると、次の数式(1)で表される。 For example, as shown in FIG. 3C, in this embodiment, each antenna element t can be a minute loop antenna element with a total length (effective length) L of λg/10. Here, λg is the length of one wavelength λ of a microwave with frequency f in free space, shortened by the substrate 120 as a dielectric, and is expressed by the following formula (1) where ε is the effective dielectric constant of the substrate 120.

また、隣接するアンテナ素子t同士は、密着することなく配置されている。隣接するアンテナ素子t同士の間隔は、例えば、2mm程度でありうる。 Furthermore, adjacent antenna elements t are arranged without being in close contact with each other. The distance between adjacent antenna elements t can be, for example, about 2 mm.

また、図3Dに示すように、アンテナアレイ121の外郭に沿った近傍に、ダミーのアンテナ素子dが複数配置されるように構成してもよい。すなわち、送信アンテナ12は、アンテナ面に隣接する基板120上にアンテナアレイ121を取り囲むように配置された複数のダミーアンテナ素子dを有する。これにより、アンテナアレイ121の最も外側のアンテナ素子と内側のアンテナ素子との間において、隣接するアンテナ素子の存在によるアンテナ素子の周辺環境(条件)を同等にすることができる。
さらに、アンテナ面の全体を覆うように薄厚の樹脂層を設置し、計測時に被検者90にアンテナ素子が直接接触せず、樹脂層が接触する構成としてもよい。このような構成とすることで、計測後に被検者90と接触した箇所を清拭用アルコール等で簡便に清拭することができると共に、計測時にアンテナ素子が損傷することを抑制することができる。なお、樹脂としては一般的な樹脂を用いることができ、例えばABSを用いることができる。また厚みは、例えば1mm程度でありうる。
3D, a configuration may be adopted in which a plurality of dummy antenna elements d are arranged in the vicinity of the outer periphery of the antenna array 121. That is, the transmitting antenna 12 has a plurality of dummy antenna elements d arranged so as to surround the antenna array 121 on the substrate 120 adjacent to the antenna surface. This makes it possible to equalize the surrounding environment (conditions) of the antenna elements due to the presence of adjacent antenna elements between the outermost antenna element and the innermost antenna element of the antenna array 121.
Furthermore, a thin resin layer may be provided to cover the entire antenna surface, and the antenna element may be in contact with the subject 90 during measurement, but not directly. With such a configuration, the area that has been in contact with the subject 90 after measurement can be easily wiped clean with alcohol or the like, and damage to the antenna element during measurement can be suppressed. As the resin, a general resin, such as ABS, may be used. The thickness may be, for example, about 1 mm.

このように、アンテナ素子tを格子状に配置し、計測に適したアンテナ素子tを選択可能な構成とすることにより、アンテナの位置決め操作を簡略化できる。アンテナ素子tは、例えば、心臓91またはその近傍を透過するマイクロ波の量が最大となる素子が送信部10によって選択される。本発明者は、上述のように格子状に配置されたアンテナ素子tの中から、計測に最適なアンテナ素子tを選択可能とするためには、心臓91のサイズを考慮してアンテナ素子tを配置することが有効であることを見出した。 In this way, by arranging the antenna elements t in a lattice pattern and configuring it so that the antenna element t suitable for measurement can be selected, the antenna positioning operation can be simplified. For example, the antenna element t that maximizes the amount of microwaves that pass through the heart 91 or its vicinity is selected by the transmitting unit 10. The inventor has found that in order to be able to select the antenna element t most suitable for measurement from the antenna elements t arranged in a lattice pattern as described above, it is effective to arrange the antenna elements t taking into consideration the size of the heart 91.

<送信アンテナ12の設計例>
例えば、周波数f=430MHz、基板120の実効誘電率ε=4.3とした場合、上記数式(1)により、アンテナ素子tの一辺a1は約10.8mmと計算できる。また、隣接するアンテナ素子t同士の間隔を1.7mmとすると、アンテナアレイ121全体のサイズは約100mm角と計算できる。
<Design example of transmitting antenna 12>
For example, when the frequency f is 430 MHz and the effective dielectric constant ε of the substrate 120 is 4.3, the side a1 of the antenna element t can be calculated to be about 10.8 mm from the above formula (1). If the interval between adjacent antenna elements t is 1.7 mm, the overall size of the antenna array 121 can be calculated to be about 100 mm square.

また、アンテナ素子tの一辺a1を10.8mmよりも小さくし、アンテナアレイ121のアンテナ素子tの総数を多くすることもできる。例えば、アンテナ素子tの一辺a1を6.7mmとし、縦横11個ずつの総数121個のアンテナ素子t1~t121でアンテナアレイ121を構成することもできる。 It is also possible to make one side a1 of the antenna element t smaller than 10.8 mm and increase the total number of antenna elements t in the antenna array 121. For example, the antenna array 121 can be configured with one side a1 of the antenna element t being 6.7 mm and with a total of 121 antenna elements t1 to t121, 11 in each direction.

<送信アンテナ12のアンテナ特性>
アンテナ特性は、インピーダンス特性、および放射特性の少なくともいずれかを含む。図4は送信アンテナ12のX方向およびY方向におけるVSWR特性の測定結果の一部を例示する図であり、図5は送信アンテナ12のZ方向におけるVSWR特性の測定結果の一部を例示する図である。また、図6は、送信アンテナの放射特性を例示する図である。同図において、測定の基準は-60dBである。
<Antenna characteristics of transmitting antenna 12>
The antenna characteristics include at least one of impedance characteristics and radiation characteristics. Fig. 4 is a diagram illustrating a portion of the measurement results of the VSWR characteristics in the X-direction and Y-direction of the transmitting antenna 12, and Fig. 5 is a diagram illustrating a portion of the measurement results of the VSWR characteristics in the Z-direction of the transmitting antenna 12. Fig. 6 is a diagram illustrating the radiation characteristics of the transmitting antenna. In the diagram, the measurement standard is -60 dB.

本発明者は、設計した送信アンテナ12のアンテナ特性としてインピーダンス特性(VSWR特性)を測定した。より具体的には、被検者90の胸部表面の中心を原点として、X方向、Y方向、およびZ方向の位置変化に対するVSWR特性を測定した。VSWR値は、ネットワークアナライザを用いて測定した。 The inventors measured the impedance characteristics (VSWR characteristics) as antenna characteristics of the designed transmitting antenna 12. More specifically, the VSWR characteristics were measured with respect to positional changes in the X, Y, and Z directions, with the center of the chest surface of the subject 90 as the origin. The VSWR values were measured using a network analyzer.

図4には、X-Y座標系における第二象限、すなわちX座標が0および負値(-20mm~-100mm)、Y座標が0および正値(20mm~100mm)の領域の測定結果が例示されている。また、図5には、Z方向の距離、すなわち送信アンテナ12と被検者90の体表との距離が0mm~50mmの測定結果が例示されている。 Figure 4 illustrates the measurement results for the second quadrant of the X-Y coordinate system, i.e., the region where the X coordinate is 0 and negative values (-20 mm to -100 mm) and the Y coordinate is 0 and positive values (20 mm to 100 mm). Figure 5 illustrates the measurement results for the distance in the Z direction, i.e., the distance between the transmitting antenna 12 and the body surface of the subject 90, which is 0 mm to 50 mm.

図4、図5に示すように、VSWRの値は、被検者90の胸部表面中央を中心とする100mm×100mmの平面と該平面から-5mmから50mmの高さの空間内において2.0以下であり、X方向、Y方向、およびZ方向の位置変化に対する変動は小さい。 As shown in Figures 4 and 5, the VSWR value is 2.0 or less within a 100 mm x 100 mm plane centered on the center of the chest surface of the subject 90 and within a space from -5 mm to 50 mm above the plane, and there is little variation with respect to positional changes in the X, Y, and Z directions.

なお、X-Y座標系における第一象限、第三象限、および第四象限については、測定結果を図示していないが、VSWRの値は、2.0以下である。また、Z方向における-5mmの場合については図示していないが、VSWRの値は、2.0以下である。例えばVSWRが2.0以下であれば約90%の効率で伝送できていることになる。 Note that although the measurement results are not shown for the first, third, and fourth quadrants in the X-Y coordinate system, the VSWR values are 2.0 or less. Furthermore, although the results are not shown for -5 mm in the Z direction, the VSWR value is also 2.0 or less. For example, if the VSWR is 2.0 or less, transmission is approximately 90% efficient.

このように、送信アンテナ12は、アンテナ面に平行な方向の位置変化に対して、VSWR値の変動が所定の第1の範囲(例えば、2.0)内となり、かつ、アンテナ面に垂直なZ方向の位置変化に対して、VSWR値の変動が所定の第2の範囲(例えば、2.0)内となるように構成されている。 In this way, the transmitting antenna 12 is configured so that the VSWR value fluctuation with respect to position change in a direction parallel to the antenna plane is within a predetermined first range (e.g., 2.0), and the VSWR value fluctuation with respect to position change in the Z direction perpendicular to the antenna plane is within a predetermined second range (e.g., 2.0).

また、図5に示すように、ミスマッチロス(リターンロス)についても、送信アンテナ12と被検者90の体表との距離が0mm~50mmで0.5未満であり、Z方向の位置変化に対する変動は小さい。 As shown in FIG. 5, the mismatch loss (return loss) is also less than 0.5 when the distance between the transmitting antenna 12 and the body surface of the subject 90 is between 0 mm and 50 mm, and the variation with respect to the position change in the Z direction is small.

さらに、図6に示すように、アンテナ特性としての放射特性については、送信アンテナ12と被検者90の体表との間の距離が10mm以下の場合、利得、および外部の漏れの変動は小さい。Z方向の利得の変動は、概ね10dB程度である。しかし、距離が10mmを超える場合、特に、X-Y座標系における第一象限の水平偏波の利得が低下している。 Furthermore, as shown in FIG. 6, regarding the radiation characteristics as antenna characteristics, when the distance between the transmitting antenna 12 and the body surface of the subject 90 is 10 mm or less, the fluctuation in gain and external leakage is small. The fluctuation in gain in the Z direction is approximately 10 dB. However, when the distance exceeds 10 mm, the gain of the horizontally polarized wave in the first quadrant of the X-Y coordinate system is particularly reduced.

(受信部20)
図2に示すように、受信部20は、受信アンテナ21および受信回路22を有する。受信アンテナ21は、被検者90の背部側アンテナとして機能し、送信アンテナ12から放射されたマイクロ波が心臓91またはその近傍を透過した透過マイクロ波を受信する。受信回路22は、不図示の復調部を有し、復調部において、例えば包絡線検波(振幅検波)、または位相検波によって、受信アンテナ21が受信したマイクロ波信号を復調する。また、受信回路22は、周波数解析によって特定の周波数成分を取り出してマイクロ波信号の復調を行ってもよい。受信回路22は、復調したマイクロ波信号を受信信号として送受信コントローラー31に出力する。
(Receiving unit 20)
As shown in Fig. 2, the receiving unit 20 has a receiving antenna 21 and a receiving circuit 22. The receiving antenna 21 functions as an antenna on the back side of the subject 90, and receives microwaves radiated from the transmitting antenna 12 that have passed through the heart 91 or its vicinity. The receiving circuit 22 has a demodulation unit (not shown), which demodulates the microwave signal received by the receiving antenna 21, for example, by envelope detection (amplitude detection) or phase detection. The receiving circuit 22 may also extract a specific frequency component by frequency analysis to demodulate the microwave signal. The receiving circuit 22 outputs the demodulated microwave signal to the transmission/reception controller 31 as a reception signal.

図7Aは図2に示す受信アンテナ21を例示する模式図であり、図7Bは図7Aに示す受信アンテナをX方向から視た模式図である。 Figure 7A is a schematic diagram illustrating the receiving antenna 21 shown in Figure 2, and Figure 7B is a schematic diagram of the receiving antenna shown in Figure 7A viewed from the X direction.

受信アンテナ21は、基板210、アンテナ素子211、給電部212、およびグランド板213を含む。基板210は、各辺B1が数十mm~二百mmの全体が矩形板状の部材であり、この基板210上の一面(X-Y平面)に単一のアンテナ素子211が配置されている。アンテナ素子211の表面を受信アンテナ21のアンテナ面と称する。アンテナ素子211として、一辺AL1が数十mm~百数十mmのパッチアンテナ(マイクロストリップアンテナ)、ダイポール形式の線状アンテナ、またはループアンテナを適用できる。例えば、アンテナ素子211は、アンテナ長がAL1のパッチアンテナである。パッチアンテナのアンテナ長AL1は、下記の数式(2)により求められる。 The receiving antenna 21 includes a substrate 210, an antenna element 211, a power supply section 212, and a ground plate 213. The substrate 210 is a generally rectangular plate-shaped member with each side B1 measuring several tens of mm to two hundred mm, and a single antenna element 211 is disposed on one surface (X-Y plane) of the substrate 210. The surface of the antenna element 211 is referred to as the antenna surface of the receiving antenna 21. The antenna element 211 may be a patch antenna (microstrip antenna) with one side AL1 measuring several tens of mm to one hundred and several tens of mm, a dipole-type linear antenna, or a loop antenna. For example, the antenna element 211 is a patch antenna with an antenna length AL1. The antenna length AL1 of the patch antenna is calculated using the following formula (2).

ここで、λgは、自由空間における周波数fのマイクロ波の1波長の長さλを、誘電体としての基板120により波長短縮した1波長の長さである。また、アンテナ素子211の全体形状は、パッチアンテナのサイズ、給電部212、インピーダンスマッチング(50Ω)等を考慮して決定される。給電部212は、単一のアンテナ素子211から高周波信号を受信回路22に伝送するための導電部材であり、アンテナ素子211と受信回路22とを接続している。 Here, λg is the length of one wavelength obtained by shortening the length λ of one wavelength of a microwave of frequency f in free space by the substrate 120 as a dielectric. The overall shape of the antenna element 211 is determined taking into consideration the size of the patch antenna, the power supply 212, impedance matching (50 Ω), etc. The power supply 212 is a conductive member for transmitting a high-frequency signal from the single antenna element 211 to the receiving circuit 22, and connects the antenna element 211 and the receiving circuit 22.

また、基板210上のアンテナ面と反対側には、基板210の全面または一部にグランド板213が形成されている。グランド板213の表面をグランド面と称する。グランド板213は、例えば、基板210の厚みに相当する距離だけアンテナ面から離れて形成されており、グランド板213とアンテナ面との間隔(図7BのB2で示す)は、好ましくは2mm程度である。また、グランド面は、平均的な体格の被検者90の背部を全体的に覆う面積を有する。グランド面は、矩形状であり、一辺の長さは、被検者90の肩幅よりも短い。例えば、一辺の長さは、200~300mmの範囲内の長さでありうる。一辺の長さは、好適には、250mmでありうる。これにより、透過マイクロ波を増大させ、受信アンテナ21の入力を増大させる効果がある。 In addition, on the opposite side of the antenna surface on the substrate 210, a ground plate 213 is formed on the entire surface or part of the substrate 210. The surface of the ground plate 213 is called the ground surface. The ground plate 213 is formed, for example, at a distance equivalent to the thickness of the substrate 210 away from the antenna surface, and the distance between the ground plate 213 and the antenna surface (shown as B2 in FIG. 7B) is preferably about 2 mm. In addition, the ground surface has an area that covers the entire back of a subject 90 of average build. The ground surface is rectangular, and the length of one side is shorter than the shoulder width of the subject 90. For example, the length of one side can be within the range of 200 to 300 mm. The length of one side can be preferably 250 mm. This has the effect of increasing the transmitted microwaves and increasing the input to the receiving antenna 21.

<受信アンテナ21の設計例>
例えば、周波数f=430MHz、基板210の実効誘電率ε=4.3とした場合、上記数式(2)により、受信アンテナ21のアンテナ長AL1は、130mmと計算できる。
<Design example of receiving antenna 21>
For example, when the frequency f is 430 MHz and the effective dielectric constant ε of the substrate 210 is 4.3, the antenna length AL1 of the receiving antenna 21 can be calculated to be 130 mm using the above formula (2).

<受信アンテナ21のアンテナ特性>
アンテナ特性は、インピーダンス特性、および放射特性の少なくともいずれかを含む。図8は受信アンテナ21のX方向およびY方向の位置変化に対するVSWR特性の測定結果の一部を例示する図であり、図9は受信アンテナ21のZ方向の位置変化に対するVSWR特性の測定結果の一部を例示する図である。図10は、受信アンテナ21の放射特性を例示する図である。同図において、測定の基準は-40dBである。
<Antenna characteristics of receiving antenna 21>
The antenna characteristics include at least one of impedance characteristics and radiation characteristics. Fig. 8 is a diagram illustrating a portion of the measurement results of the VSWR characteristics with respect to the positional changes in the X and Y directions of the receiving antenna 21, and Fig. 9 is a diagram illustrating a portion of the measurement results of the VSWR characteristics with respect to the positional changes in the Z direction of the receiving antenna 21. Fig. 10 is a diagram illustrating the radiation characteristics of the receiving antenna 21. In the diagram, the measurement standard is -40 dB.

本発明者は、設計した受信アンテナ21のアンテナ特性としてインピーダンス特性(VSWR特性)を測定した。より具体的には、被検者90の胸部表面の中心を原点として、X方向、Y方向、およびZ方向の位置変化に対するVSWR特性を測定した。図8には、X-Y座標系におけるX座標が0mm、40mm,および80mm、Y座標が-40mm,0mm,40mmの領域の測定結果が例示されている。また、図9には、Z方向の距離、すなわち受信アンテナ21と被検者90の体表との距離が0mm~50mmの測定結果が例示されている。 The inventors measured the impedance characteristics (VSWR characteristics) as the antenna characteristics of the designed receiving antenna 21. More specifically, the VSWR characteristics were measured with respect to position changes in the X, Y, and Z directions, with the center of the subject's 90 chest surface as the origin. Figure 8 illustrates the measurement results in the region where the X coordinate in the X-Y coordinate system is 0 mm, 40 mm, and 80 mm, and the Y coordinate is -40 mm, 0 mm, and 40 mm. Figure 9 also illustrates the measurement results for the distance in the Z direction, i.e., the distance between the receiving antenna 21 and the body surface of the subject 90, ranging from 0 mm to 50 mm.

図8に示すように、VSWRの値は、被検者90の背部表面中央を中心とする80mm×80mmの平面内において2.0以下であり、X方向およびY方向の位置変化に対する変動は小さい。なお、X座標が負値の場合については、測定結果を図示していないが、VSWRの値は、2.0以下である。 As shown in Figure 8, the VSWR value is 2.0 or less within an 80 mm x 80 mm plane centered on the center of the back surface of the subject 90, and there is little variation with respect to positional changes in the X and Y directions. Note that, although the measurement results are not shown when the X coordinate is a negative value, the VSWR value is 2.0 or less.

このように、受信アンテナ21は、アンテナ面に平行な方向の位置変化に対して、VSWR値の変動が所定の第1の範囲(例えば、2.0)内となるように構成されている。 In this way, the receiving antenna 21 is configured so that the VSWR value fluctuates within a predetermined first range (e.g., 2.0) in response to position changes in a direction parallel to the antenna surface.

一方、図9に示すように、アンテナ面に垂直なZ方向の位置変化に対しては、VSWRの値およびミスマッチロスは、受信アンテナ21と被検者90の体表との距離が大きくなるにつれて大きくなる。 On the other hand, as shown in FIG. 9, with respect to a change in position in the Z direction perpendicular to the antenna surface, the VSWR value and mismatch loss increase as the distance between the receiving antenna 21 and the body surface of the subject 90 increases.

さらに、図10に示すように、アンテナ特性としての放射特性については、受信アンテナ21と被検者90の体表との間の距離が5mm以下の場合、利得、および外部の漏れは小さい。一方、距離が5mmを超える場合、利得、および外部の漏れが増大する。ミスマッチロスが増大するにもかかわらず、利得が増大するのは、受信アンテナ21のグランド面よりも被検者90の身体がグランドとして機能しているためと考えられる。 Furthermore, as shown in FIG. 10, regarding the radiation characteristics as antenna characteristics, when the distance between the receiving antenna 21 and the body surface of the subject 90 is 5 mm or less, the gain and external leakage are small. On the other hand, when the distance exceeds 5 mm, the gain and external leakage increase. The reason why the gain increases despite the increase in mismatch loss is thought to be because the body of the subject 90 functions as a ground rather than the ground surface of the receiving antenna 21.

したがって、受信アンテナ21に、より大きなグランド面を設置することにより、受信アンテナ21の放射特性が改善すると考えられる。また、VSWRの値(ミスマッチロス)、外部の漏れの増大の抑制には、以下で説明する電磁波シールドも有効である。 Therefore, it is believed that the radiation characteristics of the receiving antenna 21 can be improved by providing a larger ground surface to the receiving antenna 21. In addition, the electromagnetic wave shield described below is also effective in suppressing increases in the VSWR value (mismatch loss) and external leakage.

<電磁波シールド>
図11は、電磁波シールドの設置を例示する模式図である。電磁波シールド14は、例えば、被検者90の胸部および送受信アンテナ全体を覆うように配置される第1の電磁波シールド14aと、ベッド95と受信アンテナ21との間に配置される第2の電磁波シールド14bとからなる。すなわち、被検者90の胸部側から背部側へ、第1の電磁波シールド14a、送信アンテナ12、被検者90の身体、受信アンテナ21、および第2の電磁波シールド14bの順にベッド95上に配置されている。
<Electromagnetic wave shield>
11 is a schematic diagram illustrating the installation of an electromagnetic shield. The electromagnetic shield 14 is composed of, for example, a first electromagnetic shield 14a arranged so as to cover the entire chest of the subject 90 and the transmitting/receiving antenna, and a second electromagnetic shield 14b arranged between the bed 95 and the receiving antenna 21. That is, the first electromagnetic shield 14a, the transmitting antenna 12, the body of the subject 90, the receiving antenna 21, and the second electromagnetic shield 14b are arranged on the bed 95 in this order from the chest side to the back side of the subject 90.

電磁波シールド14は、マイクロ波を遮蔽する機能を有し、被検者90の身体の外側を回り込んで受信アンテナ21へ向かう、透過マイクロ波以外のマイクロ波(以下、「非透過マイクロ波」という)の進行を遮断する。被検者90の胸部側だけではなく、被検者90の背部側、すなわち受信アンテナ21の患者の身体と接触していない方に電磁波シールド14を設置することにより、非透過マイクロ波を遮断する効果が向上する。 The electromagnetic wave shield 14 has the function of blocking microwaves, and blocks the passage of microwaves other than transmitted microwaves (hereinafter referred to as "non-transmitted microwaves") that go around the outside of the subject's 90 body toward the receiving antenna 21. By installing the electromagnetic wave shield 14 not only on the chest side of the subject 90 but also on the back side of the subject 90, i.e., on the side of the receiving antenna 21 that is not in contact with the patient's body, the effect of blocking non-transmitted microwaves is improved.

また、電磁波シールド14に加えて、マイクロ波を吸収する電波吸収体(不図示)を配置することもできる。この場合、被検者90の胸部側から背部側へ、第1の電磁波シールド14a、電波吸収体、送信アンテナ12、被検者90の身体、受信アンテナ21、電波吸収体、および第2の電磁波シールド14bの順にベッド95上に配置される。電波吸収体を配置することにより、非透過マイクロ波を含む、心拍出量の算出に不要な電磁波が電波吸収体によって吸収され、受信アンテナ21へ到達し難くなる。これにより、受信アンテナ21による非透過マイクロ波の受信をさらに抑制できる。 In addition to the electromagnetic shield 14, a radio wave absorber (not shown) that absorbs microwaves can also be arranged. In this case, the following are arranged on the bed 95 from the chest side to the back side of the subject 90: first electromagnetic shield 14a, radio wave absorber, transmitting antenna 12, the body of the subject 90, receiving antenna 21, radio wave absorber, and second electromagnetic shield 14b. By arranging the radio wave absorber, electromagnetic waves that are not necessary for calculating cardiac output, including non-penetrating microwaves, are absorbed by the radio wave absorber and are less likely to reach the receiving antenna 21. This can further suppress the reception of non-penetrating microwaves by the receiving antenna 21.

なお、電波吸収体は、例えば、受信アンテナ21のケーシングの材料として使用されうる。しかし、電波吸収体によって不要な電磁波を十分に吸収するには、電波吸収体にある程度の厚みが必要であり、電波吸収体のみにより非透過マイクロ波を十分に抑制する効果を得ることは現実的ではない。したがって、電磁波シールド14、および電波吸収体をケーシングの材料として併用することにより、ケーシングの厚みを抑制しつつ、非透過マイクロ波を十分に抑制できる。 The radio wave absorber can be used, for example, as a material for the casing of the receiving antenna 21. However, in order for the radio wave absorber to adequately absorb unnecessary electromagnetic waves, the radio wave absorber needs to have a certain thickness, and it is not realistic to obtain the effect of adequately suppressing non-penetrating microwaves using only the radio wave absorber. Therefore, by using the electromagnetic wave shield 14 and the radio wave absorber together as the material for the casing, it is possible to adequately suppress non-penetrating microwaves while suppressing the thickness of the casing.

<グランド面による透過マイクロ波の増大>
図12Aは、図7Aに示す受信アンテナ21のグランド面の大きさと透過マイクロ波の大きさとの関係を説明する模式図であり、図12Bは比較例として、受信アンテナ21のグランド面を小さくした場合を例示する模式図である。なお、図12A、図12Bにおいては、説明の都合上、受信アンテナ21と被検者90の身体との間が空いてあるが、実際は受信アンテナ21のパッチアンテナと被検者90の身体とは密着している。
<Increasing microwave transmission through the ground plane>
Fig. 12A is a schematic diagram for explaining the relationship between the size of the ground surface of the receiving antenna 21 shown in Fig. 7A and the size of the transmitted microwave, and Fig. 12B is a schematic diagram illustrating, as a comparative example, a case in which the ground surface of the receiving antenna 21 is made small. Note that in Figs. 12A and 12B, for convenience of explanation, there is a gap between the receiving antenna 21 and the body of the subject 90, but in reality, the patch antenna of the receiving antenna 21 and the body of the subject 90 are in close contact with each other.

受信アンテナ21を被検者90の身体に密着させて使用する場合、可能な限りグランド面を大きくすることが好ましい。図12Aに示すように、本実施形態では、受信アンテナ21のグランド面の面積は、少なくとも送信アンテナ12のグランド面の面積よりも大きい。 When the receiving antenna 21 is used in close contact with the body of the subject 90, it is preferable to make the ground surface as large as possible. As shown in FIG. 12A, in this embodiment, the area of the ground surface of the receiving antenna 21 is at least larger than the area of the ground surface of the transmitting antenna 12.

本発明者は、送信アンテナ12および、受信アンテナ21のグランド面をこのように構成することにより、送信部10によって放射されたマイクロ波のうち、非透過マイクロ波の受信を抑制できることを見出した。これは、受信アンテナ21のグランド面の面積が、送信アンテナ12のグランド面の面積よりも大きいことにより、受信アンテナ21が透過マイクロ波を送受信する能力W1Aが、非透過マイクロ波を送受信する能力W2Aよりも大きくなるためである。 The inventors discovered that by configuring the ground planes of the transmitting antenna 12 and the receiving antenna 21 in this way, it is possible to suppress the reception of non-penetrating microwaves among the microwaves radiated by the transmitting unit 10. This is because the area of the ground plane of the receiving antenna 21 is larger than the area of the ground plane of the transmitting antenna 12, and therefore the ability W1A of the receiving antenna 21 to transmit and receive transmitted microwaves is larger than the ability W2A of the receiving antenna 21 to transmit and receive non-penetrating microwaves.

なお、例えば、透過マイクロ波について、受信アンテナ21が送信する能力と受信する能力は概ね等しいため、図12Aにおいては、上向き矢印で送受信する能力W1Aを例示している。非透過マイクロ波を送受信する能力W2Aについても同様である。非透過マイクロ波には、例えば、被検者90の心臓91またはその近傍以外の臓器を透過したマイクロ波、被検者90の体内を透過せずに体表面近傍を回折した回折波、体表面で反射した後に周囲の物体で再反射された反射波等が含まれる。 For example, since the transmitting and receiving capabilities of the receiving antenna 21 for penetrating microwaves are roughly equal, the transmitting and receiving capability W1A is illustrated by an upward arrow in FIG. 12A. The same is true for the transmitting and receiving capability W2A for non-penetrating microwaves. Non-penetrating microwaves include, for example, microwaves that have passed through organs other than the heart 91 or its vicinity of the subject 90, diffracted waves that do not pass through the body of the subject 90 but are diffracted near the body surface, and reflected waves that are reflected off the body surface and then re-reflected by surrounding objects.

一方、図12Bに示すように、比較例では、受信アンテナ23のグランド板233の表面積が小さいため、グランド板233よりも、被検者90の身体がグランドとしての機能を果たすようになる。このため、非透過マイクロ波を送受信する能力W2Bが透過マイクロ波を送受信する能力W1Bを上回り、受信アンテナ23が受信する非透過マイクロ波が増大する。その結果、比較例では、受信部20が出力する受信信号のノイズ成分が増加したり、基線レベルが変動したりして、心拍出量の計測精度が低下する。例えば、心臓91またはその近傍以外の臓器を透過したマイクロ波を受信アンテナ23が受信することにより、被検者90の体動や呼吸に起因する、心拍出量の計測誤差が発生する可能性がある。また、回折波や反射波を受信アンテナ23が受信することにより、計測者等の周囲の動きに起因する、心拍出量の計測誤差が発生する可能性もある。 On the other hand, as shown in FIG. 12B, in the comparative example, the surface area of the ground plate 233 of the receiving antenna 23 is small, so that the body of the subject 90 functions as the ground rather than the ground plate 233. Therefore, the capacity W2B for transmitting and receiving non-penetrating microwaves exceeds the capacity W1B for transmitting and receiving penetrating microwaves, and the non-penetrating microwaves received by the receiving antenna 23 increase. As a result, in the comparative example, the noise components of the received signal output by the receiving unit 20 increase and the baseline level fluctuates, resulting in a decrease in the measurement accuracy of the cardiac output. For example, when the receiving antenna 23 receives microwaves that have passed through organs other than the heart 91 or its vicinity, there is a possibility that a measurement error in the cardiac output will occur due to the body movement or breathing of the subject 90. In addition, when the receiving antenna 23 receives diffracted waves or reflected waves, there is a possibility that a measurement error in the cardiac output will occur due to the surrounding movements of the person measuring, etc.

したがって、本実施形態では、非透過マイクロ波を抑制し、受信部20の受信信号への影響を軽減するため、受信アンテナ21のグランド面を可能な限り大きくすることが好ましい。 Therefore, in this embodiment, it is preferable to make the ground surface of the receiving antenna 21 as large as possible in order to suppress non-transmitting microwaves and reduce their effect on the received signal of the receiving unit 20.

その一方で、本発明者は、受信アンテナ21のグランド面を、被検者90の身体からはみ出るほど大きくした場合、アンテナ面のはみ出した箇所に直接、非透過マイクロ波が到達するため、受信信号に含まれる非透過マイクロ波が増大することを見出した。この場合についても、非透過マイクロ波が増大するので、心拍出量の計測精度は低下しうる。したがって、受信部20の受信信号への影響を軽減するために、受信アンテナ21のグランド面は、被検者90の身体からはみ出ない範囲内で大きくすることが好ましい。 On the other hand, the inventors have found that if the ground surface of the receiving antenna 21 is made large enough to extend beyond the body of the subject 90, the non-penetrating microwaves reach the protruding parts of the antenna surface directly, and the non-penetrating microwaves contained in the received signal increase. In this case as well, the non-penetrating microwaves increase, and the measurement accuracy of the cardiac output may decrease. Therefore, in order to reduce the effect on the received signal of the receiving unit 20, it is preferable to make the ground surface of the receiving antenna 21 large, but within a range that does not extend beyond the body of the subject 90.

本発明者は、被検者90が平均的な体格の成人であり、受信周波数が430MHzである場合について、グランド板213のサイズを、被検者の身体からはみ出ない250mm角として実測した結果、非透過マイクロ波を抑制できる効果が得られることを確認した。また、グランド板213のサイズを、被検者90の頭から足の方向を長手方向として縦長となる、250mm×320mmとして実測した結果、非透過マイクロ波をさらに抑制できる効果が得られることを確認した。このように、グランド板213を縦長の構成とすることにより、被検者の身体からはみ出ることなく、受信アンテナ21のグランド面をさらに大きくできる。 The inventors measured the size of the ground plate 213 as 250 mm square, which does not extend beyond the subject's body, when the subject 90 is an adult of average build and the receiving frequency is 430 MHz, and confirmed that this provides an effect of suppressing non-transmitted microwaves. In addition, the inventors measured the size of the ground plate 213 as 250 mm x 320 mm, which is vertically long with the longitudinal direction extending from the head to the feet of the subject 90, and confirmed that this provides an effect of further suppressing non-transmitted microwaves. In this way, by configuring the ground plate 213 vertically long, the ground surface of the receiving antenna 21 can be further enlarged without it extending beyond the subject's body.

以上で説明した本実施形態の計測装置、およびアンテナセットによれば、下記の効果を奏する。 The measurement device and antenna set of this embodiment described above provide the following advantages:

アンテナセットのうち被検者90の背部側に設置される受信アンテナ21のグランド面の面積は、被検者90の胸部側に設置される送信アンテナ12のグランド面の面積よりも大きいので、非透過マイクロ波の受信を抑制し、透過マイクロ波の送信、および/または透過マイクロ波の受信を増大できる。その結果、心拍出量計測センサ100は、心拍出量の計測精度の低下を防止または抑制できる。 The area of the ground surface of the receiving antenna 21 of the antenna set, which is installed on the back side of the subject 90, is larger than the area of the ground surface of the transmitting antenna 12, which is installed on the chest side of the subject 90, so that the reception of non-penetrating microwaves can be suppressed and the transmission of penetrating microwaves and/or the reception of penetrating microwaves can be increased. As a result, the cardiac output measurement sensor 100 can prevent or suppress a decrease in the measurement accuracy of cardiac output.

(第2の実施形態)
第1の実施形態では、複数のアンテナ素子を有する送信アンテナ(第2アンテナ)と、単一のアンテナ素子を有する受信アンテナ(第1アンテナ)とから構成されるアンテナセットを使用する場合について説明した。第2の実施形態では、単一のアンテナ素子を有する送信アンテナ(第1アンテナ)と、複数のアンテナ素子を有する受信アンテナ(第2アンテナ)とから構成されるアンテナセットを使用する場合について説明する。なお、説明の重複を避けるため、第1の実施形態と同一の構成については詳細な説明を省略する。
Second Embodiment
In the first embodiment, a case where an antenna set consisting of a transmitting antenna (second antenna) having a plurality of antenna elements and a receiving antenna (first antenna) having a single antenna element is used is described. In the second embodiment, a case where an antenna set consisting of a transmitting antenna (first antenna) having a single antenna element and a receiving antenna (second antenna) having a plurality of antenna elements is used is described. In order to avoid duplication of explanation, detailed explanation of the same configuration as in the first embodiment is omitted.

図13は、第2の実施形態の心拍出量計測センサ100全体を示す概略ブロック図である。また、図14Aは図13に示す送信アンテナ62を例示する模式図であり、図14Bは図14Aに示す送信アンテナ62を-X方向に沿って視た模式図である。 Figure 13 is a schematic block diagram showing the entire cardiac output measurement sensor 100 of the second embodiment. Also, Figure 14A is a schematic diagram illustrating the transmitting antenna 62 shown in Figure 13, and Figure 14B is a schematic diagram of the transmitting antenna 62 shown in Figure 14A viewed along the -X direction.

(送信部60)
図13に示すように、送信部60は、送信回路61および送信アンテナ62を有する。本実施形態の送信部60の機能は、第1の実施形態の送信部10と基本的に同じであるが、送信回路61は、単一のアンテナ素子を有する送信アンテナ62に高周波信号を供給するように構成されている。
(Transmitter 60)
13, the transmitting unit 60 has a transmitting circuit 61 and a transmitting antenna 62. The function of the transmitting unit 60 of this embodiment is basically the same as that of the transmitting unit 10 of the first embodiment, but the transmitting circuit 61 is configured to supply a high-frequency signal to a transmitting antenna 62 having a single antenna element.

送信アンテナ62は、被検者90の胸部側アンテナとして機能する。図14A、図14Bに示すように、送信アンテナ62は、基板620、アンテナ素子621、給電部622、およびグランド板623を含む。アンテナ素子621および給電部622は、例えば、短辺C1が40mm~80mm、長辺C2が100mm~300mm、全体が矩形板状の基板620上に形成される。 The transmitting antenna 62 functions as a chest-side antenna for the subject 90. As shown in Figures 14A and 14B, the transmitting antenna 62 includes a substrate 620, an antenna element 621, a power supply section 622, and a ground plate 623. The antenna element 621 and the power supply section 622 are formed on the substrate 620, which is an overall rectangular plate with a short side C1 of 40 mm to 80 mm and a long side C2 of 100 mm to 300 mm, for example.

アンテナ素子621は、X方向に沿って細幅(短冊状)のパッチアンテナである。アンテナ素子621の表面を送信アンテナ62のアンテナ面と称する。給電部622は、送信回路61からアンテナ素子621に高周波信号を供給するための導電部材であり、アンテナ素子621と送信回路61とを接続している。給電部622は、アンテナ素子621よりもさらに細い幅でアンテナ素子621と一体的に形成されている。 The antenna element 621 is a patch antenna that is narrow (strip-shaped) along the X direction. The surface of the antenna element 621 is called the antenna surface of the transmitting antenna 62. The power supply unit 622 is a conductive member for supplying a high-frequency signal from the transmitting circuit 61 to the antenna element 621, and connects the antenna element 621 to the transmitting circuit 61. The power supply unit 622 is even narrower than the antenna element 621 and is formed integrally with the antenna element 621.

また、基板620上のアンテナ面と反対側には、基板620の全面または一部にグランド板623が形成されている。グランド板623の表面をグランド面と称する。グランド板623は、例えば、基板610の厚みに相当する距離だけアンテナ面から離れて形成されており、グランド板623とアンテナ面との間隔(図14BのC3で示す)は、好ましくは2mm程度である。 In addition, on the side of the substrate 620 opposite the antenna surface, a ground plate 623 is formed on the entire surface or part of the substrate 620. The surface of the ground plate 623 is called the ground surface. The ground plate 623 is formed, for example, at a distance equivalent to the thickness of the substrate 610 away from the antenna surface, and the distance between the ground plate 623 and the antenna surface (shown by C3 in FIG. 14B) is preferably about 2 mm.

<送信アンテナ62の設計例>
例えば、周波数f=430MHz、基板620の実効誘電率ε=4.3とした場合、アンテナ長AL2=λg/2により、受信アンテナ21のアンテナ長AL2は、130mmと計算できる。また、幅方向の長さAL3は、例えば、20mm~40mm(例えば、30mm)でありうる。
<Design Example of Transmitting Antenna 62>
For example, when the frequency f is 430 MHz and the effective dielectric constant ε of the substrate 620 is 4.3, the antenna length AL2 of the receiving antenna 21 can be calculated to be 130 mm from the antenna length AL2=λg/2. The length AL3 in the width direction can be, for example, 20 mm to 40 mm (e.g., 30 mm).

本発明者は、アンテナ素子621をX方向に沿って細幅の構成とすることにより、アンテナ利得(すなわち、送信出力)を損なうことなく、非透過マイクロ波を低減し、心臓またはその近傍を透過した透過マイクロ波を増大させる効果があることを見出した。 The inventors have discovered that by configuring the antenna element 621 to have a narrow width along the X direction, it is possible to reduce non-penetrating microwaves and increase transmitted microwaves that have penetrated the heart or its vicinity without compromising the antenna gain (i.e., transmission output).

送信アンテナ62は、被検者90の胸部の中心付近に配置されることが好ましい。送信アンテナ62は、X方向に細幅の形状であるので、被検者90の胸部の胸の形状、特に乳房の有無や乳房の形状にかかわらず、受信アンテナ71に対して平行に維持された状態で、心臓91に近い体表近傍に設置されうる。 The transmitting antenna 62 is preferably placed near the center of the chest of the subject 90. Since the transmitting antenna 62 has a narrow shape in the X direction, it can be placed near the body surface close to the heart 91 while being maintained parallel to the receiving antenna 71, regardless of the shape of the subject 90's chest, particularly the presence or absence of breasts and the shape of the breasts.

<送信アンテナ62の放射特性>
図15Aは図14Aに示す送信アンテナ62の放射強度のシミュレーション結果を例示する図であり、図15Bは比較例として、幅広のアンテナ素子を有する送信アンテナの放射強度のシミュレーション結果を例示する図である。図15A、図15Bにおいて、マイクロ波の強度が強い部分は濃いグレーで示され、強度が弱い部分は薄いグレーで示されている。
<Radiation characteristics of transmitting antenna 62>
Fig. 15A is a diagram illustrating a simulation result of the radiation intensity of the transmitting antenna 62 shown in Fig. 14A, and Fig. 15B is a diagram illustrating a simulation result of the radiation intensity of a transmitting antenna having a wide antenna element as a comparative example. In Fig. 15A and Fig. 15B, the parts where the microwave intensity is strong are shown in dark gray, and the parts where the microwave intensity is weak are shown in light gray.

図15Aに示すように、本実施形態では、マイクロ波は、送信アンテナ62から放射状に拡がり、心臓91またはその近傍を透過している。心臓またはその近傍を透過した透過マイクロ波は、強度が十分に保たれたまま、被検者90の背部に設置された受信アンテナ71によって受信されている。 As shown in FIG. 15A, in this embodiment, microwaves radiate from the transmitting antenna 62 and pass through the heart 91 or its vicinity. The transmitted microwaves that pass through the heart or its vicinity are received by the receiving antenna 71 installed on the back of the subject 90 while maintaining sufficient intensity.

一方、図15Bに示すように、比較例では、送信アンテナ62よりも幅広のアンテナ素子を有する送信アンテナ63から放射されたマイクロ波は、体内の心臓またはその近傍以外の箇所にも拡散しており、心臓またはその近傍に到達するマイクロ波の強度が低下すると共に、受信アンテナ71に到達するまでに強度が大幅に低下している。 On the other hand, as shown in FIG. 15B, in the comparative example, the microwaves radiated from the transmitting antenna 63, which has a wider antenna element than the transmitting antenna 62, are diffused to places in the body other than the heart or its vicinity, and the strength of the microwaves reaching the heart or its vicinity is reduced, and the strength is significantly reduced by the time they reach the receiving antenna 71.

(受信部70)
図13に示すように、受信部70は、受信アンテナ71および受信回路72を有する。図16Aは図13に示す受信アンテナ71を例示する模式図であり、図16Bは図16Aに示す受信アンテナをX方向に沿って視た模式図である。
(Receiving unit 70)
As shown in Fig. 13, the receiving unit 70 has a receiving antenna 71 and a receiving circuit 72. Fig. 16A is a schematic diagram illustrating the receiving antenna 71 shown in Fig. 13, and Fig. 16B is a schematic diagram of the receiving antenna shown in Fig. 16A as viewed along the X direction.

受信アンテナ71は、被検者90の背部側アンテナとして機能する。受信アンテナ71は、基板710、アンテナアレイ711、およびグランド板712を含む。アンテナアレイ721は、各辺D1が200mm~250mm、全体が矩形板状の基板710上に形成される。 The receiving antenna 71 functions as an antenna on the back side of the subject 90. The receiving antenna 71 includes a substrate 710, an antenna array 711, and a ground plate 712. The antenna array 721 is formed on the substrate 710, which is an overall rectangular plate with each side D1 being 200 mm to 250 mm.

アンテナアレイ711は、複数のアンテナ素子r1~rx(以下、これらを総称して、「アンテナ素子r」ともいう)で構成され、これらは平面状の基板710の表面に、同一平面(X-Y平面)上で格子状に配置される。アンテナアレイ711は、例えば、略正方形の格子型アレイ構造を有する。アンテナアレイ711の表面を受信アンテナ71のアンテナ面と称する。 The antenna array 711 is composed of multiple antenna elements r1 to rx (hereinafter collectively referred to as "antenna elements r"), which are arranged in a lattice pattern on the same plane (X-Y plane) on the surface of the planar substrate 710. The antenna array 711 has, for example, a substantially square lattice array structure. The surface of the antenna array 711 is referred to as the antenna surface of the receiving antenna 71.

また、基板710上のアンテナ面と反対側には、基板710の全面または一部にグランド板712が形成されている。グランド板712の表面を受信アンテナ71のグランド面と称する。受信アンテナ71のグランド面は、平均的な体格の被検者90の背部を全体的に覆う面積を有しうる。グランド面は、矩形状であり、一辺の長さは、被検者90の肩幅よりも短い。例えば、一辺の長さは、200~300mmの範囲内の長さでありうる。受信アンテナ71のグランド面の面積は、被検者90の胸部側に設置される送信アンテナ62のグランド面の面積よりも大きいので、非透過マイクロ波の受信を抑制できる。 In addition, on the opposite side of the antenna surface on the substrate 710, a ground plate 712 is formed on the entire surface or part of the substrate 710. The surface of the ground plate 712 is referred to as the ground surface of the receiving antenna 71. The ground surface of the receiving antenna 71 can have an area that covers the entire back of a subject 90 of average build. The ground surface is rectangular, and the length of one side is shorter than the shoulder width of the subject 90. For example, the length of one side can be within the range of 200 to 300 mm. Since the area of the ground surface of the receiving antenna 71 is larger than the area of the ground surface of the transmitting antenna 62 installed on the chest side of the subject 90, reception of non-penetrating microwaves can be suppressed.

また、グランド板712は、例えば、基板710の厚みに相当する距離だけアンテナ面から離れて形成されており、グランド板712とアンテナ面との間隔(図16BのD2で示す)は、好ましくは5mm程度である。これにより、透過マイクロ波を増大させ、受信アンテナ71の入力を向させる効果がある。 The ground plate 712 is formed, for example, at a distance equivalent to the thickness of the substrate 710 away from the antenna surface, and the distance between the ground plate 712 and the antenna surface (shown as D2 in FIG. 16B) is preferably about 5 mm. This has the effect of increasing the transmitted microwaves and directing the input of the receiving antenna 71.

本実施形態においては、各アンテナ素子rとして、微小ループアンテナ素子、またはダイポール形式の線状アンテナを適用できる。図16A、図16Bに示す例では、アンテナ素子rそれぞれは、略矩形の微小ループアンテナ素子である。アンテナ素子rのサイズは、心臓91のサイズよりも小さく、アンテナ素子rの各辺は、例えば、20mm以内、好ましくは12mm以内である。このような構成とすることにより、透過マイクロ波を増大させる効果がある。アンテナアレイ711全体のサイズとしては、被検者90の背面側から視たときの心臓91のサイズと同程度かそれ以上のサイズに設定している。例えば、一辺E1が100~150mmの矩形形状である。 In this embodiment, a small loop antenna element or a dipole-type linear antenna can be applied as each antenna element r. In the example shown in Figures 16A and 16B, each antenna element r is a substantially rectangular small loop antenna element. The size of the antenna element r is smaller than the size of the heart 91, and each side of the antenna element r is, for example, within 20 mm, preferably within 12 mm. This configuration has the effect of increasing the transmitted microwaves. The overall size of the antenna array 711 is set to a size equal to or larger than the size of the heart 91 when viewed from the back side of the subject 90. For example, it is a rectangular shape with one side E1 of 100 to 150 mm.

また、アンテナ素子rの総数は、好ましくは4個以上150個以下である。例えば図16Aに示す例では、アンテナアレイ711は、縦横7個ずつの総数49個のアンテナ素子r1~r49で構成される。 The total number of antenna elements r is preferably 4 to 150 inclusive. For example, in the example shown in FIG. 16A, the antenna array 711 is composed of 49 antenna elements r1 to r49, 7 in each direction.

このように、アンテナ素子rを格子状に配置し、計測に適したアンテナ素子rを選択可能な構成とすることで、アンテナの位置決め操作を簡略化できる。アンテナ素子rは、心臓91またはその近傍を透過したマイクロ波の強度が最大となる素子が受信部70によって選択される。本発明者は、上述のように、格子状に配置されたアンテナ素子rの中から、計測に最適なアンテナ素子rを選択可能とするためには、心臓91のサイズを考慮してアンテナ素子rを配置することが有効であることを見出した。 In this way, by arranging the antenna elements r in a lattice pattern and configuring it so that the antenna element r suitable for measurement can be selected, the antenna positioning operation can be simplified. The antenna element r that maximizes the strength of the microwaves transmitted through the heart 91 or its vicinity is selected by the receiving unit 70. The inventor has found that, in order to be able to select the antenna element r most suitable for measurement from the antenna elements r arranged in a lattice pattern as described above, it is effective to arrange the antenna elements r taking into consideration the size of the heart 91.

また、本実施形態では、第1の実施形態と異なり、送信アンテナではなく、受信アンテナ側をアレイ状とする構成とした。この様な構成とすることで、送信アンテナの被検者90に対する相対位置が固定されるため、計測時の体内におけるマイクロ波の透過状態(強度分布)を一定とすることができ、より精度良く透過マイクロ波を受信可能となった。また、受信アンテナをアレイ状とすることで、アンテナの位置決め操作の簡略化も同時に達成できることを見出した。 In addition, unlike the first embodiment, in this embodiment, the receiving antenna side is configured in an array rather than the transmitting antenna. With this configuration, the relative position of the transmitting antenna with respect to the subject 90 is fixed, so that the transmission state (intensity distribution) of the microwaves inside the body during measurement can be made constant, making it possible to receive the transmitted microwaves with greater accuracy. It has also been found that by configuring the receiving antenna in an array, it is possible to simultaneously simplify the operation of positioning the antenna.

例えば図16Aに示す例では、アンテナ素子rそれぞれは、一辺がa1の略矩形の微小ループアンテナ素子であり、アンテナアレイ711は、縦横7個ずつの総数49個のアンテナ素子r1~r49で構成される。 For example, in the example shown in FIG. 16A, each antenna element r is a small loop antenna element having a roughly rectangular shape with one side measuring a1, and the antenna array 711 is composed of 49 antenna elements r1 to r49, seven in each direction.

また、アンテナアレイ711の外郭に沿った近傍に、ダミーのアンテナ素子を配置するように構成してもよい。すなわち、受信アンテナ71は、アンテナ面に隣接する基板710上にアンテナアレイ711を取り囲むように配置された複数のダミーアンテナ素子dを有する。これにより、アンテナアレイ711の最も外側のアンテナ素子と内側のアンテナ素子との間において、隣接するアンテナ素子の存在によるアンテナ素子の周辺環境(条件)を同等にすることができる。 Dummy antenna elements may also be arranged in the vicinity of the outer periphery of the antenna array 711. That is, the receiving antenna 71 has multiple dummy antenna elements d arranged to surround the antenna array 711 on the substrate 710 adjacent to the antenna surface. This makes it possible to equalize the surrounding environment (conditions) of the antenna elements due to the presence of adjacent antenna elements between the outermost antenna element and the innermost antenna element of the antenna array 711.

受信回路72は、受信アンテナ71が受信したマイクロ波信号を復調する。本実施形態では、受信アンテナ71が複数のアンテナ素子を有するため、図示しないスイッチング回路により、複数のアンテナ素子のいずれかを選択し、選択されたアンテナ素子でマイクロ波信号を受信する。なお、選択されていないアンテナ素子は、グランドに接続される。 The receiving circuit 72 demodulates the microwave signal received by the receiving antenna 71. In this embodiment, since the receiving antenna 71 has multiple antenna elements, one of the multiple antenna elements is selected by a switching circuit (not shown), and the microwave signal is received by the selected antenna element. Note that the unselected antenna element is connected to ground.

<受信アンテナ71の設計例>
例えば、周波数f=430MHz、基板710の実効誘電率ε=4.3とした場合、アンテナ素子rの一周の合計の長さ(実効長)は、λg/10となる。これにより、アンテナ素子rの一辺は、約10.8mmと計算できる。また、隣接するアンテナ素子r同士の間隔を1.7mmとすると、アンテナアレイ711全体のサイズは約100mm角と計算できる。
<Design example of receiving antenna 71>
For example, when the frequency f is 430 MHz and the effective dielectric constant ε of the substrate 710 is 4.3, the total length (effective length) of the circumference of the antenna element r is λg/10. As a result, one side of the antenna element r can be calculated to be about 10.8 mm. In addition, when the interval between adjacent antenna elements r is 1.7 mm, the overall size of the antenna array 711 can be calculated to be about 100 mm square.

なお、上述の例では、基板710の各辺D1が200mm~250mmである場合を例示したが、このような場合に限定されず、基板710およびグランド板712は、被検者90の頭から足の方向を長手方向として縦長の形状でありうる。グランド板712の短手方向の長さは、被検者90の肩幅よりも短い。例えば、短手方向の長さは、200mm~300mmの範囲内の長さでありうる。また、長手方向の長さは、200mm~320mmの範囲内の長さでありうる。基板710およびグランド板712は、例えば250mm×320mmのサイズとすることができる。さらに、アンテナアレイ711は、縦横9個ずつの総数81個のアンテナ素子r1~r81で構成されるようにすることもできる。 In the above example, the side D1 of the substrate 710 is 200 mm to 250 mm, but the present invention is not limited to this. The substrate 710 and the ground plate 712 may be elongated with the longitudinal direction extending from the head to the feet of the subject 90. The short-side length of the ground plate 712 is shorter than the shoulder width of the subject 90. For example, the short-side length may be within a range of 200 mm to 300 mm. The long-side length may be within a range of 200 mm to 320 mm. The substrate 710 and the ground plate 712 may be sized, for example, 250 mm by 320 mm. Furthermore, the antenna array 711 may be configured to have a total of 81 antenna elements r1 to r81, 9 in each direction.

(第3の実施形態)
第2の実施形態では、単一のパッチアンテナ素子を有する送信アンテナ(第1アンテナ)と、複数の微小ループアンテナ素子を有する受信アンテナ(第2アンテナ)とから構成されるアンテナセットを使用する場合について説明した。第3の実施形態では、単一の微小ループアンテナ素子を有する送信アンテナ(第1アンテナ)と、複数の微小ループアンテナ素子を有する受信アンテナ(第2アンテナ)とから構成されるアンテナセットを使用する場合について説明する。第3の実施形態は、送信アンテナの構成を除いて、第2の実施形態と同一の構成を有する。説明の重複を避けるため、第2の実施形態と同一の構成については詳細な説明を省略する。
Third Embodiment
In the second embodiment, a case where an antenna set consisting of a transmitting antenna (first antenna) having a single patch antenna element and a receiving antenna (second antenna) having a plurality of small loop antenna elements is used is described. In the third embodiment, a case where an antenna set consisting of a transmitting antenna (first antenna) having a single small loop antenna element and a receiving antenna (second antenna) having a plurality of small loop antenna elements is used is described. The third embodiment has the same configuration as the second embodiment except for the configuration of the transmitting antenna. In order to avoid duplication of explanation, detailed explanation of the same configuration as the second embodiment is omitted.

図17Aは第3の実施形態の送信アンテナを例示する模式図であり、図17Bは図17Aに示す送信アンテナを-X方向に沿って視た模式図である。 Figure 17A is a schematic diagram illustrating a transmitting antenna of the third embodiment, and Figure 17B is a schematic diagram of the transmitting antenna shown in Figure 17A viewed along the -X direction.

送信アンテナ82は、基板820、アンテナ素子821、およびグランド板822を含む。送信アンテナ82は、被検者90の胸部側アンテナとして機能する。アンテナ素子821は、特に限定されるものではないが、好ましくは、短辺F1が90mm~110mm、長辺C2が180mm~200mm、全体が矩形板状の基板820上に形成される。 The transmitting antenna 82 includes a substrate 820, an antenna element 821, and a ground plate 822. The transmitting antenna 82 functions as an antenna on the chest side of the subject 90. The antenna element 821 is not particularly limited, but is preferably formed on the substrate 820, which is an entirely rectangular plate with a short side F1 of 90 mm to 110 mm and a long side C2 of 180 mm to 200 mm.

アンテナ素子821は、一辺がa1の略矩形の微小ループアンテナ素子である。微小ループアンテナ素子のサイズは心臓91のサイズに対して小さく、一辺a1は、例えば、20mm以内、好ましくは12mm以内である。アンテナ素子821の表面を送信アンテナ82のアンテナ面と称する。 The antenna element 821 is a small loop antenna element that is approximately rectangular with one side a1. The size of the small loop antenna element is small compared to the size of the heart 91, with one side a1 being, for example, within 20 mm, preferably within 12 mm. The surface of the antenna element 821 is referred to as the antenna surface of the transmitting antenna 82.

また、基板820上におけるアンテナ素子821の配置は、特に限定されるものではないが、例えば、アンテナ素子821は、基板820の短手方向について、基板820の概ね中央に配置されうる。例えば、F1が100mmである場合、b1は50mm程度に設定されうる。また、アンテナ素子821は、基板820の長手方向について、基板820の端部以外の位置に配置されることが好ましい。 The arrangement of the antenna element 821 on the substrate 820 is not particularly limited, but for example, the antenna element 821 may be arranged approximately in the center of the substrate 820 in the short direction of the substrate 820. For example, when F1 is 100 mm, b1 may be set to approximately 50 mm. In addition, it is preferable that the antenna element 821 is arranged at a position other than the end of the substrate 820 in the long direction of the substrate 820.

また、基板820上のアンテナ面と反対側には、基板820の全面または一部に略短冊状のグランド板822が形成されている。グランド板822の表面をグランド面と称する。送信アンテナ82のグランド面の面積は、被検者90の背部側に設置される受信アンテナのグランド面の面積よりも小さい。すなわち、被検者90の背部側アンテナのグランド面の面積は、胸部側アンテナのグランド面の面積よりも大きいので、非透過マイクロ波の受信を抑制できる。 In addition, on the side of the substrate 820 opposite the antenna surface, a roughly rectangular ground plate 822 is formed on the entire surface or part of the substrate 820. The surface of the ground plate 822 is referred to as the ground surface. The area of the ground surface of the transmitting antenna 82 is smaller than the area of the ground surface of the receiving antenna installed on the back side of the subject 90. In other words, the area of the ground surface of the antenna on the back side of the subject 90 is larger than the area of the ground surface of the antenna on the chest side, so that reception of non-penetrating microwaves can be suppressed.

またグランド板822は、例えば、基板820の厚みに相当する距離だけアンテナ面から離れて形成されており、グランド板822とアンテナ面との間隔(図17BのF3で示す)は、好ましくは2mm程度である。 The ground plate 822 is formed, for example, at a distance equivalent to the thickness of the substrate 820 away from the antenna surface, and the distance between the ground plate 822 and the antenna surface (indicated by F3 in FIG. 17B) is preferably about 2 mm.

なお、上述の例では、微小ループアンテナ素子を1つ有する送信アンテナ82を被検者90の胸部側に配置する場合について説明したが、送信アンテナ82を被検者90の背部側に配置することもできる。この場合、送信アンテナ82のグランド面の面積が、胸部側の受信アンテナのグランド面の面積よりも大きくなるように設計する。 In the above example, the transmitting antenna 82 having one small loop antenna element is placed on the chest side of the subject 90, but the transmitting antenna 82 can also be placed on the back side of the subject 90. In this case, the area of the ground surface of the transmitting antenna 82 is designed to be larger than the area of the ground surface of the receiving antenna on the chest side.

以上のように、実施形態において、本発明の計測装置、アンテナセットについて説明した。しかしながら、本発明は、その技術思想の範囲内において当業者が適宜に追加、変形、および省略することができることはいうまでもない。 As described above, the measurement device and antenna set of the present invention have been described in the embodiments. However, it goes without saying that a person skilled in the art can make additions, modifications, and omissions to the present invention as appropriate within the scope of its technical concept.

例えば、上述の実施形態では、アンテナセットの一方がアンテナアレイであり、他方がパッチアンテナである場合について説明した。しかしながら、本発明はこのような場合に限定されず、例えば、アンテナセットの双方がループアンテナである場合や、パッチアンテナである場合ついても適用できる。 For example, in the above embodiment, a case has been described in which one of the antenna sets is an antenna array and the other is a patch antenna. However, the present invention is not limited to such a case, and can also be applied, for example, to a case in which both of the antenna sets are loop antennas or patch antennas.

10 送信部、
11 送信回路、
12 送信アンテナ、
121 アンテナアレイ、
122 グランド板、
13 信号ケーブル、
14 電磁波シールド、
20 受信部、
21 受信アンテナ、
211 アンテナ素子、
212 給電部、
213 グランド板、
22 受信回路、
30 装置本体、
31 送受信コントローラー、
32 制御部、
33 記憶部、
34 入出力I/F、
35 通信I/F、
41 タッチパネル、
51 PC、
60 送信部、
61 送信回路、
62 送信アンテナ、
621 アンテナ素子、
622 給電部、
623 グランド板、
70 受信部、
71 受信アンテナ、
711 アンテナアレイ、
712 グランド板、
72 受信回路、
95 ベッド、
100 心拍出量計測センサ。
10 Transmission unit,
11 Transmission circuit,
12 transmitting antenna,
121 antenna array,
122 ground plate,
13 signal cable,
14 electromagnetic wave shielding,
20 receiving unit,
21 receiving antenna,
211 antenna element,
212 power supply unit,
213 Ground plate,
22 receiving circuit,
30 device body,
31 transmit/receive controller,
32 control unit,
33 memory unit,
34 Input/Output I/F,
35 communication I/F,
41 touch panel,
51 PC,
60 transmitting unit,
61 transmitting circuit,
62 transmitting antenna,
621 antenna element,
622 power supply unit,
623 Ground plate,
70 receiving unit,
71 receiving antenna,
711 Antenna Array,
712 Ground plate,
72 receiving circuit,
95 beds,
100 Cardiac output measurement sensor.

Claims (17)

被検者の心臓によって送り出される血液量を非観血的に計測する計測装置であって、
前記被検者の胸部側および背部側の一方に前記心臓に対向して設置された送信アンテナと、前記被検者の胸部側および背部側の他方に前記心臓に対向して設置され、前記送信アンテナから放射された電磁波が前記被検者の生体を透過した透過波を受信する受信アンテナと、を有するアンテナセットと、
前記透過波に基づいて、前記血液量を算出する算出部と、を備え、
前記送信アンテナおよび前記受信アンテナはそれぞれ、アンテナ素子を含むアンテナ面が配置された基板と、該基板上の前記アンテナ面と反対側にグランド面とを有し、
前記アンテナセットのうち前記被検者の前記背部側に設置される背部側アンテナの前記グランド面の面積は、前記被検者の前記胸部側に設置される胸部側アンテナの前記グランド面の面積よりも大きい、計測装置。
1. A measuring device for non-invasively measuring the amount of blood pumped by a subject's heart, comprising:
an antenna set including: a transmitting antenna installed on one of the chest side and the back side of the subject so as to face the heart; and a receiving antenna installed on the other of the chest side and the back side of the subject so as to face the heart, for receiving a transmitted wave which is an electromagnetic wave radiated from the transmitting antenna and transmitted through the living body of the subject;
A calculation unit that calculates the blood volume based on the transmitted wave,
Each of the transmitting antenna and the receiving antenna has a substrate on which an antenna surface including an antenna element is disposed, and a ground surface on the substrate opposite to the antenna surface;
A measuring device, wherein the area of the ground surface of a back-side antenna of the antenna set that is installed on the back side of the subject is larger than the area of the ground surface of a chest-side antenna that is installed on the chest side of the subject.
前記胸部側アンテナは、前記被検者の前記胸部側に配置した際の前記アンテナ面に平行な方向の位置変化に対して、アンテナ特性の変動が所定の第1の範囲内となり、かつ、前記被検者の前記胸部側に配置した際の前記アンテナ面に垂直な方向の位置変化に対して、前記アンテナ特性の変動が所定の第2の範囲内となるように構成されており、
前記背部側アンテナは、前記被検者の前記背部側に配置した際の前記アンテナ面に平行な方向の位置変化に対して、前記アンテナ特性の変動が所定の前記第1の範囲内となるように構成されている、請求項1に記載の計測装置。
the chest-side antenna is configured such that a variation in antenna characteristics falls within a predetermined first range with respect to a position change in a direction parallel to the antenna plane when the chest-side antenna is placed on the chest side of the subject, and a variation in the antenna characteristics falls within a predetermined second range with respect to a position change in a direction perpendicular to the antenna plane when the chest-side antenna is placed on the chest side of the subject,
The measurement device according to claim 1, wherein the back side antenna is configured such that a variation in the antenna characteristics falls within a predetermined first range with respect to a change in position in a direction parallel to the antenna surface when the back side antenna is placed on the back side of the subject.
前記アンテナ特性は、インピーダンス特性、および放射特性の少なくともいずれかを含む、請求項2に記載の計測装置。 The measurement device according to claim 2, wherein the antenna characteristics include at least one of impedance characteristics and radiation characteristics. 前記胸部側アンテナは、前記アンテナ特性であるVSWRの値が、前記被検者の胸部表面中央を中心とする100mm×100mmの平面と該平面から-5mmから50mmの高さの空間内において2.0以下であり、
前記背部側アンテナは、前記アンテナ特性であるVSWRの値が、前記被検者の背部表面中央を中心とする80mm×80mmの平面内において2.0以下である、請求項3に記載の計測装置。
the chest-side antenna has an antenna characteristic VSWR value of 2.0 or less within a 100 mm×100 mm plane centered on the center of the subject's chest surface and within a space ranging from −5 mm to 50 mm above the plane;
4. The measurement device according to claim 3, wherein the VSWR value, which is the antenna characteristic of the back-side antenna, is 2.0 or less within a plane of 80 mm x 80 mm centered at the center of the subject's back surface.
前記受信アンテナの前記グランド面は、平均的な体格の前記被検者の胸部、または背部を全体的に覆う面積を有する、請求項1~4のいずれか1項に記載の計測装置。 The measurement device according to any one of claims 1 to 4, wherein the ground surface of the receiving antenna has an area that entirely covers the chest or back of the subject of average build. 前記受信アンテナの前記グランド面は、矩形状であり、短手方向の長さは、前記被検者の肩幅よりも短い、請求項5に記載の計測装置。 The measurement device according to claim 5, wherein the ground surface of the receiving antenna is rectangular and the length of the short side is shorter than the shoulder width of the subject. 前記短手方向の長さは、200mm~300mmの範囲内の長さである、請求項6に記載の計測装置。 The measuring device according to claim 6, wherein the short-side length is within a range of 200 mm to 300 mm. 前記送信アンテナおよび受信アンテナのいずれか一方のアンテナは、前記アンテナ素子を1つのみ含む第1アンテナであり、他方のアンテナは、前記アンテナ素子を複数含むアレイ構造を前記アンテナ面に有する第2アンテナである、請求項1~7のいずれか1項に記載の計測装置。 The measurement device according to any one of claims 1 to 7, wherein one of the transmitting antenna and the receiving antenna is a first antenna including only one of the antenna elements, and the other antenna is a second antenna having an array structure including a plurality of the antenna elements on the antenna surface. 前記第2アンテナは、複数の微小ループアンテナ素子を含む前記アレイ構造を前記アンテナ面に有する、請求項8に記載の計測装置。 The measurement device according to claim 8, wherein the second antenna has an array structure on the antenna surface that includes a plurality of small loop antenna elements. 前記第2アンテナの前記グランド面は、前記アンテナ面に対して離間して配置されている、請求項9に記載の計測装置。 The measurement device according to claim 9, wherein the ground plane of the second antenna is spaced apart from the antenna plane. 前記第2アンテナは、前記アレイ構造として前記アンテナ素子が格子状に複数配列された格子型アレイ構造を前記アンテナ面に有し、前記アンテナ面に隣接する前記基板上に前記格子型アレイ構造を取り囲むように配置された複数のダミーアンテナ素子を有する、請求項8~10のいずれか1項に記載の計測装置。 The measurement device according to any one of claims 8 to 10, wherein the second antenna has a lattice array structure on the antenna surface in which the antenna elements are arranged in a lattice pattern, and has a plurality of dummy antenna elements arranged on the substrate adjacent to the antenna surface so as to surround the lattice array structure. 前記送信アンテナは、前記アンテナ素子としてパッチアンテナを含む前記第1アンテナであり、
前記送信アンテナの前記アンテナ面および前記グランド面は、略短冊状であり、
前記受信アンテナの前記グランド面の面積は、前記送信アンテナの前記アンテナ面の面積よりも大きい、請求項8~11のいずれか1項に記載の計測装置。
the transmitting antenna is the first antenna including a patch antenna as the antenna element,
the antenna surface and the ground surface of the transmitting antenna are substantially rectangular;
12. The measurement device according to claim 8, wherein an area of the ground plane of the receiving antenna is larger than an area of the antenna plane of the transmitting antenna.
前記送信アンテナは、前記アンテナ素子として微小ループアンテナを含む前記第1アンテナであり、
前記送信アンテナの前記グランド面は、略短冊状であり、
前記受信アンテナの前記グランド面の面積は、前記送信アンテナの前記アンテナ面の面積よりも大きい、請求項8~11のいずれか1項に記載の計測装置。
the transmitting antenna is the first antenna including a small loop antenna as the antenna element,
The ground plane of the transmitting antenna is substantially rectangular.
12. The measurement device according to claim 8, wherein an area of the ground plane of the receiving antenna is larger than an area of the antenna plane of the transmitting antenna.
前記受信アンテナは、前記アンテナ面に前記アンテナ素子が格子状に複数配列された略正方形の格子型アレイ構造と、250mm角以上の前記グランド面を有し、
前記送信アンテナの前記アンテナ素子の短手方向の幅は、前記格子型アレイ構造の幅より小さい、請求項12または13に記載の計測装置。
The receiving antenna has a substantially square lattice array structure in which a plurality of antenna elements are arranged in a lattice on the antenna surface, and the ground surface is 250 mm square or larger,
The measurement device according to claim 12 or 13, wherein a width in a short side direction of the antenna element of the transmitting antenna is smaller than a width of the lattice array structure.
前記送信アンテナは、前記アンテナ素子として微小ループアンテナを複数含む前記アレイ構造を前記アンテナ面に有する前記第2アンテナであり、
前記受信アンテナは、前記アンテナ素子としてパッチアンテナを含む前記第1アンテナであり、
前記受信アンテナの前記グランド面の面積は、前記送信アンテナの前記アンテナ面の面積よりも大きい、請求項8~11のいずれか1項に記載の計測装置。
the transmitting antenna is the second antenna having the array structure including a plurality of small loop antennas as the antenna elements on the antenna surface,
the receiving antenna is the first antenna including a patch antenna as the antenna element,
12. The measurement device according to claim 8, wherein an area of the ground plane of the receiving antenna is larger than an area of the antenna plane of the transmitting antenna.
前記アンテナセットは、前記送信アンテナを胸部側アンテナとして、前記受信アンテナを前記背部側アンテナとして有する、請求項1~15のいずれか1項に記載の計測装置。 The measurement device according to any one of claims 1 to 15, wherein the antenna set has the transmitting antenna as a chest-side antenna and the receiving antenna as a back-side antenna. 被検者の心臓によって送り出される血液量を非観血的に計測する計測装置のアンテナセットであって、
前記アンテナセットは、前記被検者の胸部側および背部側の一方に前記心臓に対向して設置された送信アンテナと、前記被検者の胸部側および背部側の他方に前記心臓に対向して設置され、前記送信アンテナから放射された電磁波が前記被検者の生体を透過した透過波を受信する受信アンテナを有し、
前記送信アンテナおよび受信アンテナはそれぞれ、アンテナ素子を含むアンテナ面が配置された基板と、該基板上の前記アンテナ面と反対側にグランド面とを有し、
前記受信アンテナの前記グランド面の面積は、前記送信アンテナの前記グランド面の面積よりも大きい、アンテナセット。
1. An antenna set for a measurement device for non-invasively measuring the amount of blood pumped by a subject's heart, comprising:
the antenna set includes a transmitting antenna installed on one of the chest side and the back side of the subject so as to face the heart, and a receiving antenna installed on the other of the chest side and the back side of the subject so as to face the heart, and for receiving a transmitted wave which is an electromagnetic wave radiated from the transmitting antenna and transmitted through the living body of the subject;
Each of the transmitting antenna and the receiving antenna has a substrate on which an antenna surface including an antenna element is disposed, and a ground surface on the substrate opposite the antenna surface;
An antenna set, wherein an area of the ground plane of the receiving antenna is greater than an area of the ground plane of the transmitting antenna.
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