(57)【要約】【課題】伝送損失を抑制し、被検体の体内と体外とでの情報伝送に好適な通信システムを提供する。【解決手段】被検体の体内に導入され、被検体内情報を取得し、前記被検体内情報に基づく送信信号を生成する信号生成部１１１と、前記送信信号が印加されこの送信信号に対応する第１の電位を発生する第１の電極１１２と、を有する送信機１１０と、前記被検体の外表面に配置され前記被検体を介して前記第１の電極との間で形成された電界により前記第１の電位に対応する第２の電位が伝達される第２の電極１２２と、前記第２の電位を検出し、検出した第２の電位に基づいて前記被検体内情報を抽出する検出器１２１と、を有する受信機１２０と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体の体内に導入され、被検体内情報を取得し、前記被検体内情報に基づく送信信号を生成する信号生成部と、前記送信信号が印加され、この送信信号に対応する第１の電位を発生する第１の電極と、を有する送信機と、
前記被検体の外表面に配置され前記被検体を介して前記第１の電極との間で形成された電界により前記第１の電位に対応する第２の電位が伝達される第２の電極と、前記第２の電位を検出し、検出した第２の電位に基づいて前記被検体内情報を抽出する検出器と、を有する受信機と、
を備える通信システム。
【請求項２】
被検体の体内に導入され、被検体内を撮影し画像情報を作成する撮影部と、前記画像情報の圧縮処理を行う第１の符号化部と、前記圧縮処理された画像情報の誤り訂正符号化を行う第２の符号化部と、前記誤り訂正符号化された画像情報をパルス信号に変換するパルス送信部と、前記パルス信号が印加されこのパルス信号に対応する第１の電位を発生する第１の電極と、を有する送信機と、
前記被検体の外表面に配置され前記被検体を介して前記第１の電極との間で形成された電界により前記第１の電位に対応する第２の電位が伝達される第２の電極と、前記第２の電位を受信して情報を抽出するパルス受信部と、前記抽出された情報の誤り訂正を行い前記圧縮処理された画像情報を生成する第１の復号部と、前記圧縮処理された画像情報の伸長処理を行い前記画像情報を生成する第２の復号部と、を有する受信機と、
を備える通信システム。
【請求項３】
前記受信機は、前記第２の復号部により生成された前記画像情報が与えられ、この画像情報の表示を行う表示部をさらに有することを特徴とする請求項２に記載の通信システム。
【請求項４】
前記受信機は、前記第２の電極を複数有し、異なる第２の電極の電位をダイバーシチ合成することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の通信システム。
【請求項５】
前記送信機及び前記受信機は２．４５ＧＨｚ以下の周波数帯域を用いることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の通信システム。
【請求項６】
前記送信機及び前記受信機は１００ＧＨｚ以上の周波数帯域を用いることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の通信システム。
【請求項７】
被検体の体内に信号生成部及び第１の電極を有する送信機を導入し、
前記信号生成部により被検体内情報を取得し、前記被検体内情報に基づく送信信号を生成して前記第１の電極に印加し、
前記第１の電極により第１の電位を発生させ、
前記被検体の外表面に配置した第２の電極と前記第１の電極との間に前記被検体を介して形成された電界により前記第２の電極に前記第１の電位に対応する第２の電位を発生させ、
前記第２の電位を検出し、
前記検出した第２の電位に基づいて前記被検体内情報を抽出することを特徴とする通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信システム及び通信方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、人体を介したデータ通信技術が各種提供されている。一例として、飲み込み型のカプセル内視鏡がある。カプセル内視鏡は飲み込まれて被検体に投入されると、消化器系の蠕動運動により体内を進みながら撮影を行い、被検体内画像を無線送信する。送信された画像は被検体の身に付けられている受信装置によって受信、記録される。
【０００３】
しかし、無線信号を用いて体内から体外へ情報伝送した場合、伝搬ロスが大きく、体外の受信装置が受信する情報の品質劣化が生じるという問題があった。情報の受信品質を改善するために、受信状況の良好な時にだけ情報伝送する方法も提案されているが、伝送できない時間に撮影した画像のメモリへの退避や、これに伴うコントローラ等の動作によりカプセル内視鏡の消費電力が増大するという問題が生じる。
【０００４】
人体を介したデータ通信技術の別の例として、信号源、信号源のグランド系に接続された電極、及び信号源の信号系に接続された電極を有する送信機と、検出器、検出器のグランド系に接続された電極、及び検出器の信号系に接続された電極を有する受信機と、を備える人体通信システムが提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
この人体通信システムは、人体を誘電体とみなし、送信機の２つの電極で送信データに応じた電界を発生させ、この電界による電位差を受信機の２つの電極で読み取ることでデータ通信を行うものである。
【０００６】
しかし、このような人体通信システムは、送信機に２つの電極が必要となり、小型化を実現する場合、信号系とグランド系の間のキャパシタが大きくなり、受信機側の電極で取り出せる電位差が小さくなるという問題がある。また、送信機を被検体の体内へ投入するものとする場合、電極の取り付けなど製造上の問題がある。
【特許文献１】特開２００６−３０３７３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、伝送損失を抑制し、被検体の体内と体外とでの情報伝送に好適な通信システム及び通信方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様による通信システムは、被検体の体内に導入され、被検体内情報を取得し、前記被検体内情報に基づく送信信号を生成する信号生成部と、前記送信信号が印加されこの送信信号に対応する第１の電位を発生する第１の電極と、を有する送信機と、前記被検体の外表面に配置され前記被検体を介して前記第１の電極との間で形成された電界により前記第１の電位に対応する第２の電位が伝達される第２の電極と、前記第２の電位を検出し、検出した第２の電位に基づいて前記被検体内情報を抽出する検出器と、を有する受信機と、を備えるものである。
【０００９】
また、本発明の一態様による通信システムは、被検体の体内に導入され、被検体内を撮影し画像情報を作成する撮影部と、前記画像情報の圧縮処理を行う第１の符号化部と、前記圧縮処理された画像情報の誤り訂正符号化を行う第２の符号化部と、前記誤り訂正符号化された画像情報をパルス信号に変換するパルス送信部と、前記パルス信号が印加されこのパルス信号に対応する第１の電位を発生する第１の電極と、を有する送信機と、前記被検体の外表面に配置され前記被検体を介して前記第１の電極との間で形成された電界により前記第１の電位に対応する第２の電位が伝達される第２の電極と、前記第２の電位を受信して情報を抽出するパルス受信部と、前記抽出された情報の誤り訂正を行い前記圧縮処理された画像情報を生成する第１の復号部と、前記圧縮処理された画像情報の伸長処理を行い前記画像情報を生成する第２の復号部と、を有する受信機と、を備えるものである。
【００１０】
本発明の一態様による通信方法は、被検体の体内に信号生成部及び第１の電極を有する送信機を導入し、前記信号生成部により被検体内情報を取得し、前記被検体内情報に基づく送信信号を生成して前記第１の電極に印加し、前記第１の電極により第１の電位を発生させ、前記被検体の外表面に配置した第２の電極と前記第１の電極との間に前記被検体を介して形成された電界により前記第２の電極に前記第１の電位に対応する第２の電位を発生させ、前記第２の電位を検出し、前記検出した第２の電位に基づいて前記被検体内情報を抽出するものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、伝送損失を抑制し、被検体の体内と体外とでの情報伝送に好適な通信システム及び通信方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１に本発明の実施形態に係る通信システムの概念図を示す。送信機１１０は信号生成部１１１及び電極１１２を有し、被検体の内部に取り込まれているとする。受信機１２０は検出器１２１及び電極１２２を有し、被検体の表面部分に取り付けられているとする。
【００１４】
信号生成部１１１で生成された信号レベルに対応する電位が電極１１２に発生する。例えば信号生成部１１１はプラスの電位＋Ｖと、マイナスの電位−Ｖをスイッチ１１３で切り替えて出力する。
【００１５】
人体（被検体）１００の大部分は水（水分子）で構成されており、誘電体としての性質を持っている。電極１１２に発生した電位は、電極１１２と電極１２２との間に形成される電界により、電極１２２に伝達する。検出器１２１は電極１２２の電位を検出する。検出器１２１は検出した電位差に基づいて送信された情報を取り出すため、送信機１１０と受信機１２０とでグランド電位は異なっていてもよい。
【００１６】
本実施形態による通信システムをカプセル内視鏡に適用した場合の例について説明する。図２に示すように、カプセル内視鏡２１０は飲み込むなどして被検体２００の内部に導入される。被検体２００の外表面には受信装置２２０の電極２２１が取り付けられており、カプセル内視鏡２１０の表面に設けられた電極２１１に発生した電位が、誘電体としての被検体２００を経由して、電極２２１に伝達する。
【００１７】
被検体内部のカプセル内視鏡２１０からの情報伝送の概念図を図３に示す。電極２１１と電極２２１との間には、被検体内部の細胞組織（例えば小腸の内壁）２０１、被検体内部の細胞組織群（例えば骨、筋肉、内臓等）２０２、及び被検体の表面組織（例えば皮膚等）２０３が存在し、これらは情報伝送の通信路（媒体）となる誘電体とみなすことができる。さらに、電極２２１と表面組織２０３との間に接触用部材（例えばジェル等）２０４を設けるようにしてもよい。
【００１８】
図４にカプセル内視鏡２１０及び受信装置２２０の概略構成を示す。カプセル内視鏡２１０は撮影部２１２、情報源符号化部２１３、通信路符号化部２１４、パルス送信部２１５、及び電極２１１を有する。受信装置２２０は電極２２１、パルス受信部２２２、通信路復号部２２３、情報源復号部２２４、及び表示部２２５を有する。
【００１９】
撮影部２１２、情報源符号化部２１３、通信路符号化部２１４、及びパルス送信部２１５が図１に示す信号生成部１１１に相当する。また、パルス受信部２２２、通信路復号部２２３、情報源復号部２２４（及び表示部２２５）が図１に示す検出器１２１に相当する。
【００２０】
撮影部２１２は被検体内部を撮影するＣＭＯＳイメージセンサ又はＣＣＤイメージセンサと、被検体内部の撮影部位に光を照射するＬＥＤ等の発光素子と、を含む。撮影部２１２で撮影された画像情報は情報源符号化部２１３へ出力される。
【００２１】
情報源符号化部２１３は、撮影部２１２で撮影された画像情報の圧縮処理を行う。例えばＭＰＥＧ等の圧縮技術を用いることができる。圧縮された画像情報は、通信路符号化部２１４へ出力される。
【００２２】
通信路符号化部２１４は、圧縮された画像情報を伝送する際に伝送誤りが生じた場合、その誤りを訂正できるようにするために、畳込み符号、リードソロモン符号、ＬＤＰＣ符号等の誤り訂正符号を用いて誤り訂正符号化を行う。誤り訂正符号化された情報はパルス送信部８０４へ出力される。
【００２３】
パルス送信部８０４は誤り訂正符号化された情報を、通信路（被検体２００）を介した情報伝送に適した形式のパルス信号に変換する。パルス変換には例えばＰＡＭ（Pulse Amplitude Modulation：パルス振幅変調）を用いる。パルス信号は電極２１１へ出力される。
【００２４】
電極２１１にはパルス送信部２１５で生成されたパルス信号に対応する電位が発生し、この電位が誘電体とみなされる通信路としての被検体２００を介して電極２２１に伝達する。
【００２５】
パルス受信部２２２は電極２２１で検出された電位（電位差）を受信し、パルス送信部２１５と逆の操作（復調）を行うことで、伝送された情報を取り出す。取り出された情報は通信路復号部２２３へ出力される。
【００２６】
通信路復号部２２３は、取り出された情報の誤り訂正を行う。誤り訂正として例えばビタビ復号が行われる。誤り訂正された信号は情報源復号部２２４へ出力される。
【００２７】
情報源復号部２２４は、誤り訂正された信号である圧縮画像の伸長処理を行い、撮影部２１２で撮影された画像情報を生成し、表示部２２５へ出力する。表示部２２５はこの画像情報を視認できるように表示する。
【００２８】
カプセル内視鏡２１０と受信装置２２０は、被検体を誘電体とみなし静電界を用いて情報伝送を行っているため、電波による情報伝送よりも伝搬ロスが小さく、通信品質が良好である。伝搬ロスが小さいことで、消費電力を低減することもできる。
【００２９】
また、送信機となるカプセル内視鏡２１０に電極を１つだけ設ければ良いため、小型化が容易であり、体内への投入に適したものとなる。
【００３０】
（比較例）図５に比較例による通信システムの概念図を示す。送信機４１０は信号源４１１、信号源４１１の信号系に接続された電極４１２、及び信号源４１１のグランド系に接続された電極４１３を有する。受信機４２０は、検出器４２１、検出器４２１の信号系に接続された電極４２２、及び検出器４２１のグランド系に接続された電極４２３を有する。電極４１２、４１３間及び電極４２２、４２３間には誘電体としての性質を持つ人体４００がある。この通信システムは人体４００の介在により形成される電界を通じてデータ通信を行う。
【００３１】
信号源４１１で生成された信号レベルに対応する電界を電極４１２及び４１３が発生させる。そして、この電界における電位差信号を電極４２２及び４２３が読み取ってデータ受信を行う。
【００３２】
この通信システムでは、送信機４１０側と受信機４２０側とで同じ基準電位を持つことが通信品質を確保する上で重要である。しかし、送信機４１０を体内に投入することを考慮した場合、これは極めて困難である。
【００３３】
また、送信機４１０、受信機４２０それぞれに信号電極とグランド電極の２つの電極が必要になるが、カプセル内視鏡などの小型送信機にこれら２つの電極を取り付けることは製造上困難である。
【００３４】
また、電極４１２、４１３間よりも、送信機４１０、受信機４２０間における人体４００のインピーダンスが高い場合、受信機４２０側の電極４２２、４２３で取り出せる電位差が小さくなり、通信品質が劣化する。
【００３５】
一方、上記実施形態による通信システムでは、送信機側と受信機側とで基準電位が異なっていてもよいため、グランド電極が不要となる。従って、送信機、受信機それぞれ単一の電極（信号電極）を設ければよいため、小型化が可能である。
【００３６】
このように、本実施形態による通信システムは、伝送損失を抑制し、小型化が容易であり、体内と体外での情報伝送に好適なものとなる。
【００３７】
上記実施形態では通信システムの一例としてカプセル内視鏡について説明したが、カプセル内視鏡以外にも被検体の体内と体外とで通信を行う通信システムに適用することができる。例えば被検体の体内において被検体組織の分析を行い、分析情報を体外の受信装置へ送信するような通信システムにも適用し得る。
【００３８】
また、受信機側では図６に示すように複数の電極を備えるようにしてもよい。送信機６１０の信号生成部６１１で生成された電気信号が電極６１２に印加される。この電気信号に対応する電位が誘電体（人体）６００を介して受信機６２０のｎ個の電極６２１１〜６２１ｎに伝達する。
【００３９】
電圧検出部６２２１〜６２２ｎはそれぞれ電極６２１１〜６２１ｎにおける電位（電位差）を検出して信号検出部６２３へ出力する。信号検出部６２３はダイバーシチ合成等の信号処理を行い、送信機６１０からの送信信号を検出する。受信機側の電極を複数にすることで、信号の受信品質をさらに向上させることができる。
【００４０】
ｎ個の電極６２１１〜６２１ｎは、例えば図７に示すように、被検体６００の外表面にベルト等で巻き付けるようにして取り付けることができる。
【００４１】
上記実施形態による通信システムにおいて通信路となる被検体は、大部分が水分子で構成されている。水の誘電損失のピークは２５ＧＨｚ付近にあり、２．４５ＧＨｚ以下又は１００ＧＨｚ以上で誘電損失が十分に小さくなることが知られている。従って、送信機及び受信機は２．４５ＧＨｚ以下の周波数帯域又は１００ＧＨｚ以上の周波数帯域を用いることが好適である。
【００４２】
上記実施形態では被検体内部から被検体外部へ情報を伝送する例を用いて説明したが、被検体内部から外部へと、外部から内部へとの２つの情報伝送ルートを有していてもよい。この場合、ＦＤＤ（周波数分割複信）、ＣＤＭ（符号分割多重）、ＴＤＤ（時分割複信）等の方法を適宜選択して使用する。
【００４３】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施形態に係る通信システムの概念図である。
【図２】同実施形態に係る通信システムを用いたカプセル内視鏡の被検体への適用例を示す図である。
【図３】同実施形態に係るカプセル内視鏡からの情報伝送の概念図である。
【図４】同実施形態に係るカプセル内視鏡及び受信装置の概略構成図である。
【図５】比較例による通信システムの概念図である。
【図６】変形例による通信システムの概略構成図である。
【図７】変形例による通信システムにおける受信機側電極の被検体への取り付けの一例を示す図である。
【符号の説明】
【００４５】
１００  人体
１１０  送信機
１１１  信号生成部
１１２  電極
１１３  スイッチ
１２０  受信機
１２１  検出器
１２２  電極
【図１】
2010004443.tif 000003
【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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【図７】
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