(57)【要約】【課題】生体内のアンテナ素子を大きくすることなく、また、生体内のアンテナ配置に対して影響されない高い放射特性を有する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に搭載されるモノポール素子１０１と、モノポール素子１０１に近接して生体外部に配置される無給電素子１０４とを備える。この構成により、モノポール素子１０１と無給電素子１０４が容量結合し、無給電素子１０４がアンテナ素子として動作することで、アンテナ性能を高くすることができる。また、これによって生体内に配置されたモノポール素子１０１を小さくすることができ、生体への負担を軽減することができる。【選択図】図１
2008178447.tif 000002
【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、
前記アンテナ素子に近接して生体外部に配置される無給電素子とを備え、
前記生体内装置と生体外部に配置される生体外装置とが通信を行うことを特徴とした生体内装置。
【請求項２】
前記生体内装置に搭載され、生体内から生体表面にわずかに突起した第１アンテナ素子と、
生体表面に配置された第２アンテナ素子とを備え、
前記第１アンテナ素子の生体表面上の突起部分と第２アンテナ素子とが接続することを特徴とした請求項１記載の生体内無線装置。
【請求項３】
前記無給電素子及び前記第２アンテナ素子は、可撓性を持った導電性材料の粘着シートで構成し、
生体表面の所定の位置に前記無給電素子及び前記第２アンテナ素子を配置することを特徴とした請求項１、又は２記載の生体内装置。
【請求項４】
前記無給電素子及び前記第２アンテナ素子を、衣類の所定の位置に備え付けることを特徴とした請求項１、又は２記載の生体内装置。
【請求項５】
前記無給電素子及び前記第２アンテナ素子が、前記衣類の内部に埋設されるように構成されることを特徴とした請求項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に関わら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、使用周波数帯域を４０２ＭＨｚ〜４０５ＭＨｚとする規定が整備されつつある。
【０００３】
生体内医療装置に搭載するアンテナとしては、例えば特許文献１に記載されているように、生体内医療装置にＲＦＩＤタグを搭載したアンテナ構成が示されている。ＲＦＩＤタグには、数ｍｍ程度の小型な基板にＲＦＩＤチップとアンテナが搭載されており、このＲＦＩＤタグが生体内医療装置に搭載される構成であった。
【０００４】
この構成により、生体内にあるＲＦＩＤタグと、生体外にある質問器との、生体内外通信が可能となる。
【０００５】
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。アンテナの性能を確保するためには、一般にアンテナ長を波長の半分とすればよいが、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、放射性能が劣化してしまう（感度が悪くなる）という問題点がある。
【０００６】
これらの背景より、アンテナの放射特性を改善する方法としては、例えば特許文献２に記載されているように、図９では従来の生体内医療装置として、植え込み型除細動器におけるアンテナの構成が示されている。図９において、植え込み型除細動器３００は、パルス発生部３０６の一方の端子を、樹脂ヘッダ３０２に支持されたアンテナ３０１（アンテナワイヤ３０９、リード線１０２）に接続し、他方の端子を金属筐体１１１に筐体接地点３０７で接続することで、アンテナ３０１と金属筐体１１１をパルス発生部３０６の電極として動作させ、筐体接地点３０７ではなく無線回路接地３０８に接地した無線回路１０８（二次巻線３０５側）と、アンテナ３０１（一次巻線３０４側）の間に、変圧器３０３を配置した構成であった。
【０００７】
この構成により、生体内装置の中で最も大きな構成要素であるリード線１０２（パルス発生部３０６の電極）をアンテナ３０１としても使用できるため、アンテナの放射特性を改善することができる。
【特許文献１】特開２００６−２６３４６８号公報
【特許文献２】米国特許第６，５０５，０７２号明細書（第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前記特許文献１に記載されている従来構成では、生体内のＲＦＩＤタグに搭載されたアンテナ構成の詳細が記載されておらず、また、アンテナが数ｍｍ程度と小さく、生体内でのアンテナ利得が低く、通信距離が短いため、生体外にある質問器を生体内医療装置が植え込まれた場所に近づける必要があり、患者の姿勢に関わらず質問器の位置を固定して生体内外通信をするのは困難である。したがって、通信距離を長くするためにはアンテナを大きくする必要があるという課題があった。
【０００９】
また、前記特許文献２に記載されている従来構成では、リード線をアンテナとして使用するために、生体内に植え込まれる場合において形状及び配線位置に個人差が生じ、不整合損失やアンテナ利得などの放射性能が劣化し、安定したアンテナ性能の確保が困難であるという課題があった。
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するために、生体外に配置した無給電素子を、生体内のアンテナ素子に近接させることで、生体内のアンテナ素子を小さくでき、生体内のアンテナ配置に対して影響されない高い放射特性を有する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】
【００１１】
前記従来の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、前記アンテナ素子に近接して生体外部に配置される無給電素子とを備える。
【００１２】
この構成により、アンテナ素子と無給電素子が容量結合し、無給電素子がアンテナ素子として動作することで、アンテナ性能を高くすることができる。また、これによって生体内に配置されたアンテナ素子を小さくすることができ、生体への負担を軽減することができる。
【００１３】
また、本発明の生体内装置は、生体内装置に配置され生体内から生体表面にわずかに突起した第１アンテナ素子と、生体表面に配置された第２アンテナ素子とを備え、第１アンテナ素子の突起部分と第２アンテナ素子とが接続するように構成する。
【００１４】
この構成により、第２アンテナ素子は生体による放射性能劣化の影響が小さくなり、アンテナ性能を高くすることができる。また、これによって、生体内に配置された第１アンテナ素子を小さくすることができ、生体への負担を軽減することができる。
【００１５】
また、本発明の生体内装置は、前記無給電素子および第２アンテナ素子を、可撓性を持った導電性の粘着シートで構成する。
【００１６】
この構成により、生体表面の所定の位置に前記無給電素子および第２アンテナ素子を配置することができる。
【００１７】
また、本発明の生体内装置は、前記無給電素子及び前記第２アンテナ素子を、衣類の所定の位置に備え付けて構成する。
【００１８】
この構成により、生体に粘着物を接触させることなく、所定の位置に前記無給電素子及び前記第２アンテナ素子を配置することができる。
【００１９】
また、本発明の生体内装置は、前記無給電素子及び前記第２アンテナ素子を、前記衣類に埋設して構成する。
【００２０】
この構成により、上記と同様に、生体に粘着物を接触させることなく、所定の位置に前記無給電素子及び前記第２アンテナ素子を配置することができる。
【発明の効果】
【００２１】
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、前記アンテナ素子に近接して生体外部に配置される無給電素子とを備えることにより、アンテナ素子と無給電素子が容量結合し、無給電素子がアンテナ素子として動作することで、アンテナ性能を高くすることができる。また、これによって生体内に配置されたアンテナ素子を小さくすることができ、生体への負担を軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
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。
【００２３】
（実施の形態１）
図１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、図２〜５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を示している。なお、動作周波数を例えば４００ＭＨｚに設定して説明する。
【００２４】
図１において、生体内装置１００は、人体１の内部に配置され、生体内装置１００の筐体１０３に搭載されたモノポール素子１０１は、人体１の表面から例えば４ｍｍ程度の深さに配置され、心臓２の情報（心電図などのデータ）を観測するためのリード線１０２は心臓２に固定される。無給電素子１０４は可撓性を持った導電性の粘着シートで構成され、モノポール素子１０１に近接した人体１の表面に密着して配置される。生体内装置１００は、生体外アンテナ素子３を搭載した生体外装置４と通信を行い、リード線１０２が観測した情報の転送および、生体内装置１００のプログラムの書き換えを行う。
【００２５】
図２において、生体内装置１００の筐体である樹脂筐体１０６は樹脂で構成されており、例えば縦５０ｍｍ、横５０ｍｍ、厚み１５ｍｍ程度に設定する。モノポール素子１０１は、例えば縦１５ｍｍ、横１２ｍｍのＬ字型構造とし、整合回路１０７を介して無線回路１０８に接続される。整合回路１０７は、モノポール素子１０１と無線回路１０８のインピーダンス整合をとる機能を持つ。リード線１０２は、心電図などの観測データを検出する検出回路１０９に接続される。基板グラウンド１１０は、例えば縦４５ｍｍ、横４５ｍｍに設定する。整合回路１０７および無線回路１０８、検出回路１０９は、基板グラウンド１１０に接地される。無給電素子１０４は、例えば縦３０ｍｍ、横３０ｍｍ、厚み１ｍｍ程度の矩形板形状に設定し、（基板グラウンド１１０に重ならないように）ＹＺ面において、モノポール素子１０１と重なるように、例えば無給電素子１０４の中心が、モノポール素子１０１の＋Ｙ方向に伸びた素子（横１２ｍｍ）の中心に重なるように配置し、＋Ｘ方向においては、モノポール素子１０１にできるだけ近接させるために、＋Ｘ方向に４ｍｍ（図１で示す人体１の表面からモノポール素子１０１までの距離）程度の距離に配置される。
【００２６】
このように構成された生体内装置のアンテナの動作を説明する。モノポール素子１０１の素子長は上述したように２７ｍｍ程度であり、４００ＭＨｚの波長７５０ｍｍに比べ０．０４波長と微小であるため、アンテナ電流は、モノポール素子１０１だけでなく基板グラウンド１１０にも分布する。これらのアンテナ電流が分布するモノポール素子１０１および基板グラウンド１１０が、無給電素子１０４と容量結合することによって、無給電素子１０４に励振電流が分布する。これにより、生体外に配置した無給電素子１０４が容量結合したアンテナ素子として動作し、無給電素子１０４を配置していない場合よりも放射効率が３ｄＢ改善する。
【００２７】
このように本実施の形態１によれば、生体内に配置されたモノポール素子１０１に近接して、生体外に無給電素子１０４を配置する構成により、モノポール素子１０１および基板グラウンド１１０と無給電素子１０４が容量結合し、無給電素子１０４がアンテナ素子として動作することで、アンテナ性能を高くすることができる。また、これによって生体内に配置されたモノポール素子１０１を小さくすることができ、生体への負担を軽減することができる。
【００２８】
なお、植え込み型除細動器のような、治療のために人体へ電気的刺激を与える装置の場合、金属で構成した筐体を電極として使用することがある。このような場合においては、図３に示すように（無給電素子１０４を金属筐体１１１に重ならないように配置し）、基板グラウンド１１０を金属筐体１１１に接地点１１２で接地することで、金属筐体１１１にアンテナ電流が分布するため、筐体が樹脂である場合と同等の効果が得られる。
【００２９】
なお、図４に示すように、無給電素子１０４を中心の位置を変えずに、例えば直径３０ｍｍ、厚さ１ｍｍ程度の円板形状とする。これにより、無給電素子１０４を配置していない場合よりも放射効率が４ｄＢ改善し、図２で説明した矩形板形状の場合よりも１ｄＢ改善する。また、金属筐体１１１に重ならないように、無給電素子１０４を大型化することで、アンテナ性能をさらに高くすることができる。
【００３０】
なお、無給電素子１０４は、人体１の表面に配置するため、小型であることが望まれる。無給電素子１０４をミアンダ形状とすることで、体積一定のまま半波長（３７５ｍｍ）の長さを確保できるため、無給電素子１０４をミアンダ形状にせずに半波長とした場合の放射効率と同様の効果が得られる。
【００３１】
なお、本実施の形態では、無給電素子１０４は可撓性を持った導電性の粘着シートで構成しているが、図５に示すように、人体１に固定して装着できる衣類２０５において、無給電素子１０４を衣類裏面２０６と衣類表面２０７とで挟むように衣類２０５の所定の位置に埋設しても良い。この構成により人体１に接着物を接触させることなく、人体１に対して所定の位置に無給電素子１０４を配置することが可能となり、導電性粘着シート構成の場合の放射効率と同様の効果が得られる。
【００３２】
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モノポール素子１０１としているが、ループアンテナ、逆Ｆアンテナ、パッチアンテナなどを用いても良い。
【００３３】
（実施の形態２）
図６は本発明の実施の形態２における生体内装置の使用状態図、図７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図、図８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を衣類に備え付ける手段を示している。以下の説明では、図１、図２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。
【００３４】
図６において、生体内装置１００の筐体１０３に搭載された第1アンテナ素子２０１は、人体１の表面から例えば２ｍｍ程度突起して配置される。第２アンテナ素子２０２は可撓性を持った導電性粘着シートで構成され、第１アンテナ素子２０１の突起部２０４で電気的に接続される。
【００３５】
図７において、第１アンテナ素子２０１は、例えば、縦１５ｍｍ、横１２ｍｍのＬ字型構造とし、開放端が＋Ｘ方向になるように、整合回路１０７を介して無線回路１０８に接続される。第２アンテナ素子２０２は、例えば、直径３０ｍｍ、厚さ１ｍｍ程度の円板形状に設定し、第１アンテナ素子２０１の開放端と第２アンテナ素子２０２の中心が電気的に接続されるように第２アンテナ素子２０２を配置する。
【００３６】
このように構成された生体内装置のアンテナの動作を説明する。生体内に配置された第１アンテナ素子２０１に分布するアンテナ電流は、生体外に配置された第２アンテナ素子２０２にも分布する。これにより、第２アンテナ素子２０１は、生体による放射性能劣化の影響が小さくなり、第２アンテナ素子２０２を配置しない場合よりも放射効率が９ｄＢ改善する。
【００３７】
このように、本実施の形態２によれば、生体内に配置した第１アンテナ素子２０１と、生体外に配置した第２アンテナ素子２０２を電気的に接続する構成により、第２アンテナ素子２０１は、生体による放射性能劣化の影響が小さくなり、アンテナ性能を高くすることができる。また、これによって、生体内に配置された第１アンテナ素子２０１を小さくすることもでき、生体への負担を軽減することができる。また、第１アンテナ素子２０１を大きくすることなく、第２アンテナ素子２０２を大きくすることによって、更にアンテナ性能を改善することができる。
【００３８】
なお、本実施の形態では、第２アンテナ素子２０２は可撓性を持った導電性粘着シートで構成しているが、図８に示すように、実施の形態１で述べたのと同様に、衣類に埋設し、さらに第１アンテナ素子２０１と第２アンテナ素子２０２とを接続するために、衣類裏面２０６に穴２０８を開けるように構成しても良い。
【００３９】
なお、実施の形態１で述べたのと同様に、筐体は金属筐体でも良い。第２アンテナ素子２０２をミアンダ形状にしても良い。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明の生体内装置は、生体内装置は、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、前記アンテナ素子に近接して生体外部に配置される無給電素子とを備えることにより、アンテナ素子と無給電素子が容量結合し、無給電素子がアンテナ素子として動作することで、アンテナ性能を高くすることができる。また、これによって生体内に配置されたアンテナ素子を小さくすることができ、生体への負担を軽減することができる。したがって、ペースメーカや、植え込み型除細動器などに搭載するアンテナの構成として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】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２】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３】本発明の実施の形態１における生体内装置の筐体が金属である場合のアンテナ構成図
【図４】本発明の実施の形態１における生体内装置の無給電素子が円板形状である場合のアンテナ構成図
【図５】本発明の実施の形態１における生体内装置のアンテナを衣類に備え付ける手段を示す図
【図６】本発明の実施の形態２における生体内装置の使用状態図
【図７】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図
【図８】本発明の実施の形態２における生体内装置のアンテナを衣類に備え付ける手段を示す図
【図９】従来の生体内医療装置のアンテナ構成概略図
【符号の説明】
【００４２】
１    人体
２    心臓
３    生体外アンテナ素子
４    生体外装置
１００    生体内装置
１０１    モノポール素子
１０３    筐体
１０４    無給電素子
１０５    粘着シート
１０６    樹脂筐体
１０７    整合回路
１０９    検出回路
１１０    基板グラウンド
１１２    接地点
２０１    第１アンテナ素子
２０２    第２アンテナ素子
２０４    突起部
２０５    衣類
２０６    衣類裏面
２０７    衣類表面
２０８    穴
【図１】
2008178447.tif 000003
【図２】
2008178447.tif 000004
【図３】
2008178447.tif 000005
【図４】
2008178447.tif 000006
【図５】
2008178447.tif 000007
【図６】
2008178447.tif 000008
【図７】
2008178447.tif 000009
【図８】
2008178447.tif 000010
【図９】
2008178447.tif 000011