(57)【要約】【課題】生体内装置のアンテナを誘電体で覆い、アンテナと誘電体との間に空気層の間隙を備えることで、生体外空間へのアンテナ放射性能が高く、生体外に配置した無線装置との通信性能が高いアンテナを備えた生体内装置を提供するものである。【解決手段】生体内部に配置される生体内装置１００において、生体内装置１００に搭載されるループ素子１０１と、ループ素子１０１を覆う所定の誘電率を有するアンテナケース１０４と、ループ素子１０１とアンテナケース１０４との間に所定の空気層１０４の間隙を備える。この構成により、電力密度が高いループ素子１０１の近傍が、無損失媒質である空気層１０４で覆われ、損失媒質である生体組織がループ素子１０１に近接しないため、生体によるアンテナ放射性能劣化への影響が小さくなり、生体外空間へのアンテナ放射性能を高くすることができ、生体外に配置した無線装置との通信性能を高くすることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体内部に配置される生体内装置に搭載されるアンテナ素子と、
前記アンテナ素子を覆い所定の誘電率を有する誘電体と、
前記アンテナ素子と前記誘電体との間に所定の空気層の間隙を備えることを特徴とした生体内装置。
【請求項２】
前記アンテナ素子が、磁界型アンテナで構成された、請求項１記載の生体内装置。
【請求項３】
前記アンテナ素子の素子長が半波長で構成された、請求項１記載の生体内装置。
【請求項４】
前記生体内装置を構成する金属の筐体を備え、
前記筐体の少なくとも一部が前記誘電体で覆われ、前記筐体と前記誘電体との間に所定の空気層の間隙を備えるように構成された、請求項１、２又は３記載の生体内装置。
【請求項５】
空気層の間隙が１５００分の１波長以上で構成された、請求項１、２、３又は４記載の生体内装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体内に植え込む装置に関するものであり、特に、生体外装置との通信を行うための生体内医療装置のアンテナに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、生体内に植え込み、医療を行う生体内医療装置において、医療従事者の行動や患者の姿勢を制限せずに各種医療データ（例えば心電図）の伝送を可能とするために、生体外に配置した無線装置との通信を行う機能を搭載した生体内医療装置の開発が行われている。その中で、世界各国において、このシステムの使用周波数帯域を４０２ＭＨｚ〜４０５ＭＨｚとする規定が整備されている。
【０００３】
一方、一般的に生体内医療装置は、患者の負担をできるだけ小さくするために、装置自体の小型化が急速に進んでいる。アンテナの性能を高くするためには、一般にアンテナ長と筐体の長さが合わせて半波長以上必要であるが、生体内に植え込み、小型化が望まれている生体内医療装置に搭載するには、アンテナは５０ｍｍ以下程度であることが要求される。これは、４００ＭＨｚ帯の波長約７５０ｍｍに対して１０分の１程度と微小であり、そのため、アンテナの放射抵抗が小さくなり、放射性能が低く感度が低くなるという問題点がある。
【０００４】
以上の背景より、アンテナの放射性能を改善する方法としては、例えば特許文献１に記載されているように、図６では生体組織のマイクロ波切断に使用されている放射線適用装置において、生体に放射線を結合させる放射線アプリケータ先端部のアンテナ構成が示されている。図６において、放射線アプリケータ先端部６００は、同軸ケーブルの端部を示しており、同軸ケーブルは、コア導体６０５から間隔を置いて設けられた外側導体６０６を有し、コア導体６０５及び外側導体６０６の間の空間には、誘電材料６０７が充填され、同軸ケーブルによって伝搬された放射線を放出するためのアンテナ６０１は同軸ケーブルの遠方の終端で外側導体６０６を超えて延びる、同軸ケーブルのコア導体６０５により形成され、誘電素子６０２によって放射線の近傍界フィールドを覆うように覆われている構成であった。
【０００５】
この構成により、アンテナ近傍でのエネルギー損失を抑えることで、生体へのアンテナ放射性能を改善し、生体にエネルギーを伝達させることができる。
【特許文献１】特表２００２−５４１８８４号公報（第１６頁、第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記特許文献１に記載されている従来の構成では、アンテナ近傍でのエネルギー消費を抑え、生体にエネルギーを伝搬させることを目的としているため、生体外空間へのアンテナ放射性能が低く、生体外に配置された装置との通信性能が低いという課題があった。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するために、生体内装置のアンテナを誘電体で覆い、アンテナと誘電体との間に空気層の間隙を備えることで、生体外空間へのアンテナ放射性能が高く、生体外に配置した無線装置との通信性能が高いアンテナを備えた生体内装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するため、本発明の生体内装置は、生体内部に配置されるアンテナ素子と、前記アンテナ素子を覆う所定の誘電率を有する誘電体と、前記アンテナ素子と前記誘電体との間に所定の空気層の間隙を備える。
【０００９】
この構成により、電力密度が高いアンテナ素子の近傍が、無損失媒質である空気層で覆われ、損失媒質である生体組織がアンテナ素子に近接しないため、生体によるアンテナ放射性能劣化への影響が小さくなり、生体外空間へのアンテナ放射性能を高くすることができ、生体外に配置した無線装置との通信性能を高くすることができる。
【００１０】
また、本発明の生体内装置は、前記アンテナ素子が、磁界型アンテナで構成される。
【００１１】
この構成により、アンテナ電流がアンテナ素子に集中して分布するため、生体によるアンテナ放射性能劣化影響がより小さくなり、生体外空間へのアンテナ放射性能を高くすることができ、生体外に配置した無線装置との通信性能を高くすることができる。
【００１２】
また、本発明の生体内装置は、前記アンテナ素子の素子長が半波長で構成される。
【００１３】
この構成により、アンテナ電流がアンテナ素子に集中してアンテナ素子に分布するため、生体によるアンテナ放射性能劣化影響がより小さくなり、生体外空間へのアンテナ放射性能を高くすることができ、生体外に配置した無線装置との通信性能を高くすることができる。
【００１４】
また、本発明の生体内装置は、金属筐体を備え、前期金属筐体の少なくとも一部が前記誘電体で覆われ、前記金属筐体と前記誘電体の間に所定の空気層の間隙を備えるように構成される。
【００１５】
この構成により、電力密度が高いアンテナ素子の近傍及び金属筐体の近傍が、無損失媒質である空気層で覆われ、損失媒質である生体組織がアンテナ素子に近接しないため、生体によるアンテナ放射性能劣化への影響が小さくなり、生体外空間へのアンテナ放射性能を高くすることができ、生体外に配置した無線通信との通信性能を高くすることができる。
【００１６】
また、本発明の生体内装置は、前記空気層の間隙が１５００分の１波長以上で構成される。
【００１７】
この構成により、電力密度が高いアンテナ素子に、損失媒質である生体組織が近接しないため、生体によるアンテナ放射性能劣化への影響が小さくなり、生体外空間へのアンテナ放射性能を高くすることができ、生体外に配置した無線通信との通信性能を高くすることができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように、本発明によれば、生体内装置は、生体内部に配置されるアンテナ素子と、前記アンテナ素子を覆う所定の誘電率を有する誘電体と、前記アンテナ素子と前記誘電体との間に所定の空気層の間隙を備えることにより、電力密度が高いアンテナ素子の近傍が、無損失媒質である空気層で覆われ、損失媒質である生体組織がアンテナ素子に近接しないため、生体によるアンテナ放射性能劣化への影響が小さくなり、生体外空間へのアンテナ放射性能を高くすることができ、生体外に配置した無線装置との通信性能を高くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
（実施の形態１）
図１、図３は本発明の実施の形態１における生体内装置のアンテナ構成図、図２は本発明の実施の形態１における生体内装置の使用状態図を示している。なお、動作周波数は例えば４００ＭＨｚに設定して説明する。
【００２１】
図１において、生体内装置１００の金属筐体１０２を、例えば縦５０ｍｍ、横５０ｍｍ、厚み１５ｍｍ程度に設定し、金属筐体１０２の内部に配置される基板グラウンド１１１を、例えば縦４５ｍｍ、横４５ｍｍと設定する。ループ素子１０１は、例えば長辺５０ｍｍ、短辺１５ｍｍ、線幅１ｍｍ程度（ループ長１３０ｍｍ、０．１７波長）に設定され、金属筐体１０２の外部に例えば距離１２ｍｍ程度だけ離して配置される。ループ素子１０１は、誘電体を材料としたアンテナケース１０４（例えば比誘電率が３程度、肉厚３ｍｍ程度）で覆われ、ループ素子１０１とアンテナケース１０４との間には、例えば２ｍｍ程度の空気層１０３の間隙を設ける。ループ素子１０１の一方は、接地点１０５で基板グラウンド１１１に接地され、接地点１０８を介して金属筐体１０２に接地される。他方は整合回路１０６を介して無線回路１０７に接続される。整合回路１０６は、ループ素子１０１と無線回路１０７とのインピーダンスを５０オームに整合をとる機能を持つ。基板グラウンド１１１は、金属筐体１０２の内部に設けられる突起１１２により挟みこまれ、固定される。生体活動による電気信号（例えば心電図など）を観測するリード線１１０は検出回路１０９に接続される。整合回路１０６及び無線回路１０７、検出回路１０９は、基板グラウンド１１１に接地される。
【００２２】
図２において、生体内装置１００は、人体１の内部に配置され、心臓２の情報を観測するリード線１１０は心臓２に固定される。生体内装置１００は生体外アンテナ素子２０１を搭載した生体外装置２００と通信を行い、リード線１１０が観測した情報の転送及び、生体内装置１００のプログラムの書き換えを行う。
【００２３】
このように構成された生体内装置のアンテナの動作原理について説明する。アンテナの近傍は電力密度が高いため、生体組織（損失媒質）を近接させると大きな損失が発生する。しかし、この構成においては、誘電体を材料としたアンテナケース１０４の中に、空気層１０３の間隙を設けているため、その中に配置されるループ素子１０１の近傍（電力密度が高い部分）に生体組織は存在せず、無損失媒質である空気層１０３が存在する。これにより、アンテナ近傍では損失が発生せず、生体によるアンテナ放射性能劣化の影響が小さくなり、空気層１０３を備えたアンテナケース１０４で覆わない場合よりも放射効率が２ｄＢ改善する。
【００２４】
このように本実施の形態１によれば、生体内装置１００に搭載されたループ素子１０１は、誘電体を材料としたアンテナケース１０４に覆われ、ループ素子１０１とアンテナケース１０４との間に、空気層１０３の間隙を設けるよう構成にする。これにより、生体によるアンテナ放射性能劣化への影響が小さくなり、生体外空間へのアンテナ放射性能を高くすることができ、生体外に配置した無線装置との通信性能を高くすることができる。
【００２５】
なお、本実施の形態では、生体内装置１００に搭載するアンテナをループ素子１０１としているが、図３に示すように、モノポール素子をミアンダ形状にして、素子長が例えば半波長の半波長モノポール素子３０１で構成することにより、ループ素子で構成した場合とほぼ同等の効果が得られる。
【００２６】
なお、本実施の形態では、空気層１０３の間隙を２ｍｍ程度、アンテナケース１０４の肉厚を３ｍｍ程度としているが、それぞれ０．５ｍｍ（１５００分の１波長）以上であれば同様の効果が得られる。
【００２７】
なお、本実施の形態では、アンテナケース１０４の比誘電率を３程度としているが、２以上５０以下でも良い。
【００２８】
なお、本実施の形態では、アンテナ素子の全体が空気層１０３で覆われているが、素子全体の３０％以上が空気層１０３で覆われていれば、完全に空気層１０３で覆われた場合よりは効果は低いが、効果を奏することができる。
【００２９】
（実施の形態２）
図４、図５は本発明の実施の形態２における生体内装置のアンテナ構成を示している。以下の説明では、図１〜図３と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００３０】
図４において、生体内装置１００に搭載する微小モノポール素子４０１を、例えば横２７ｍｍ、縦５０ｍｍ（素子長７７ｍｍ）のＬ字型構造とする。微小モノポール素子４０１は、誘電体を材料としたアンテナケース１０４で覆われ、微小モノポール素子４０１とアンテナケース１０４との間には、例えば２ｍｍ程度の空気層１０３の間隙を設ける。金属筐体１０２は、誘電体を材料とした筐体ケース４０４（例えば比誘電率が３程度、肉厚３ｍｍ程度）に覆われ、金属筐体１０２と筐体ケース４０４との間には、空気層１０３の間隙を設ける。
【００３１】
このように構成された生体内装置のアンテナの動作原理について説明する。微小モノポール素子４０１は、上述したように素子長が７７ｍｍ程度であり、４００ＭＨｚにおいて１０分の１波長と微小であるため、アンテナ電流は微小モノポール素子４０１だけでなく、金属筐体１０２にも分布し、金属筐体１０２もアンテナとして動作する。したがって、微小モノポール素子４０１だけでなく、金属筐体１０２の近傍も電力密度が高くなる。微小モノポール素子４０１及び金属筐体１０２を、誘電体を材料としたアンテナケース１０４及び筐体ケース４０４で覆い、微小モノポール素子４０１とアンテナケース１０４との間及び、金属筐体１０２と筐体ケース４０４との間に、空気層１０３の間隙を設けることにより、微小モノポール素子４０１及び金属筐体１０２の近傍（電力密度が高い部分）に生体組織は存在せず、無損失媒質である空気層１０３が存在する。これにより、アンテナ及び金属筐体近傍では損失が発生せず、生体によるアンテナ放射性能劣化の影響が小さくなり、微小モノポール素子４０１だけを覆った場合よりも放射効率が５ｄＢ改善する。
【００３２】
このように本実施の形態２によれば、生体内装置１００に搭載された微小モノポール素子４０１及び金属筐体１０２が、誘電体を材料としたケースに覆われ、微小モノポール素子４０１及び金属筐体１０２とケースとの間に、空気層１０３の間隙を設けるよう構成する。これにより、生体によるアンテナ放射性能劣化への影響が小さくなり、生体外空間へのアンテナ放射性能を高くすることができ、生体外に配置した無線装置との通信性能を高くすることができる。
【００３３】
なお、植え込み型除細動器のような、治療のために人体（心臓）へ高電圧パルスによる電気的刺激を与える装置の場合、金属筐体を電極として使用することがある。図５において、パルス発生部５０３の一方は、接地点５０５で金属筐体１０２に接続され、他方はリード線（電極）５０４に接続される。基板グラウンド１１１は、高周波スイッチ５０６を介して接地点１０８で金属筐体１０２に接続される。制御部５０１は、制御信号５０２により、高周波スイッチ５０６及びパルス発生部スイッチ５０７を制御する。また、制御部５０１は、基板グラウンド１１１に接地されている。金属筐体１０２の、例えば＋Ｘ方向側（人体正面側）のみを筐体ケース４０４で覆い、金属筐体１０２と筐体ケース４０４の間に空気層１０３の間隙を設け、−Ｘ方向側（心臓側）は覆わないように構成する。
【００３４】
このように構成された生体内装置のスイッチ動作及びスイッチ動作による構成要素の絶縁関係とアンテナ動作について説明する。
【００３５】
高電圧パルスを発生させるとき、パルス発生部スイッチ５０７は導通状態、高周波スイッチ５０６は遮断状態になる。このとき、リード線（電極）５０４と金属筐体１０２の間に高電圧パルスが発生するが、高周波スイッチ５０６が遮断状態であるため、金属筐体１０２と基板グラウンド１１１が電気的に絶縁され、金属筐体に発生している高電圧パルスは、基板グラウンド１１１に設置されている無線回路１０７などの回路に達しない。これにより高電圧パルスによる回路の破壊を防止することができる。
【００３６】
一方、高電圧パルスを発生させないとき、パルス発生部スイッチ５０７は遮断状態、高周波スイッチ５０６は導通状態になる。これにより、アンテナ電流は微小モノポール素子４０１だけでなく、接地点１０８を介して金属筐体１０２にも分布する。したがって、微小モノポール素子４０１だけでなく、金属筐体１０２もアンテナとして動作する。
【００３７】
この金属筐体１０２に対し、＋Ｘ方向側のみを筐体ケース４０４で覆い、金属筐体１０２と筐体ケース４０４の間に空気層１０３の間隙を設け、−Ｘ方向側は覆わないように構成することにより、金属筐体１０２の電極としての機能を保ちながら、金属筐体１０２の＋Ｘ方向側の近傍（電力密度が高い部分）に生体組織は存在せず、無損失媒質である空気層１０３が存在するため、その部分での損失が発生せず、生体によるアンテナ放射性能劣化の影響が小さくなり、金属筐体１０２の全体を覆う場合よりは効果は低いが、全く覆わない場合よりは放射効率が３ｄＢ改善する。
【００３８】
なお、金属筐体１０２のアンテナ給電部から１０ｍｍ（７５分の１波長）以上の部分が、筐体ケース４０４に覆われ、金属筐体１０２と筐体ケース４０４との境界面のアンテナ給電部からの５ｍｍ（１５０分の１波長）以上の部分に、空気層１０３の間隙が設けられていれば、金属筐体１０２の全てを覆った場合及び、金属筐体１０２と筐体ケース４０４との境界面の全てに空気層１０３の間隙を設けた場合よりは効果は低いが、効果を奏することはできる。
【００３９】
なお、実施の形態１で述べたのと同様に、空気層１０３の間隙及び、筐体ケース４０４の肉厚は、それぞれ０．５ｍｍ（１５００分の１波長）以上とすれば良い。筐体ケース４０４の比誘電率を２以上５０以下とすれば良い。微小モノポール素子４０１と金属筐体１０２に対しそれぞれ全体の３０％以上が空気層１０３で覆われていれば良い。
【００４０】
なお、本実施の形態２では、アンテナを微小モノポール素子４０１としているが、アンテナの素子長が半波長に満たない微小なアンテナであれば、同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明の生体内装置は、生体内部に配置されるアンテナ素子と、前記アンテナ素子を覆う所定の誘電率を有する誘電体と、前記アンテナ素子と前記誘電体との間に所定の空気層の間隙を備えることにより、電力密度が高いアンテナ素子の近傍が無損失媒質である空気層で覆われ、損失媒質である生体組織がアンテナ素子に近接しないため、生体によるアンテナ放射性能劣化への影響が小さくなり、生体外空間へのアンテナ放射性能を高くすることができ、生体外に配置した無線通信装置との通信性能を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施の形態１における生体内装置のループアンテナ構成図
【図２】本発明の実施の形態１における生体内装置の使用状態図
【図３】本発明の実施の形態１における生体内装置のミアンダ形状の半波長モノポールアンテナ構成図
【図４】本発明の実施の形態２における生体内装置の金属筐体全体が誘電体で覆われたモノポールアンテナ構成図
【図５】本発明の実施の形態２における生体内装置の金属筐体の一部が誘電体で覆われたモノポールアンテナ構成図
【図６】従来の生体内医療装置におけるアンテナ構成概略図
【符号の説明】
【００４３】
１    人体
２    心臓
１００    生体内装置
１０１    ループ素子
１０２    金属筐体
１０３    空気層
１０４    アンテナケース
１０５    接地点
１０６    整合回路
１０７    無線回路
１０８    接地点
１０９    検出回路
１１０    リード線
１１１    基板グラウンド
１１２    突起
２００    生体外装置
２０１    生体外アンテナ素子
３０１    半波長モノポール素子
４０１    微小モノポール素子
４０４    筐体ケース
５０１    制御部
５０２    制御信号
５０３    パルス発生部
５０４    リード線（電極）
５０５    接地点
５０６    高周波スイッチ
５０７    パルス発生部スイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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