(57)【要約】【課題】外来不要電波をフィルタリングする機能を設けることなく、外来不要電波の影響の少ない、すなわち、雑音耐性を有する生体植込型電子機器を提供する。【解決手段】信号形成部１は、中継器３でパルス信号を生成するための制御データを生成し、これをスペクトラム拡散して拡散信号にしデータ通信リード線２を介して中継器３に伝送する。中継器３は、上記拡散信号を逆拡散し、これによって得た制御データに基づいてパルス信号を生成し、このパルス信号をリード線４を通じて被植込者の心筋部に印加するようにしたものである。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の機器よりリード線を通じて生体内に埋め込まれた第２の機器を制御する生体植込型電子機器であって、
前記第１の機器は、
制御信号を生成する制御信号生成手段と、
この制御信号生成手段が生成した制御信号をスペクトラム拡散方式の拡散信号に変換し前記リード線を通じて送信する送信手段とを備え、
前記第２の機器は、
前記リード線を通じて前記拡散信号を受信する受信手段と、
この受信手段が受信した拡散信号を逆拡散して前記制御信号を検出する検出手段と、
この検出手段が検出した制御信号に基づいて動作する被制御手段とを備えることを特徴とする生体植込型電子機器。
【請求項２】
さらに前記第１の機器は、動作電力を出力する電力供給手段を備え、
前記送信手段は、前記電力供給手段が出力する動作電力に前記拡散信号を重畳して、前記リード線を通じて送信し、
さらに前記第２の機器は、前記受信手段が受信した拡散信号から電力を取り出す電力取得手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の生体植込型電子機器。
【請求項３】
前記制御信号生成手段は、生体の心筋運動に基づく制御信号を生成し、
前記被制御手段は、前記検出手段が検出した制御信号に基づいてパルス信号を生成し、このパルス信号を生体の心筋に印加することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の生体植込型電子機器。
【請求項４】
リード線を通じて生体内に埋め込まれた被制御機器を制御する電子機器であって、
制御信号を生成する制御信号生成手段と、
この制御信号生成手段が生成した制御信号をスペクトラム拡散方式の拡散信号に変換し前記リード線を通じて送信する送信手段とを具備することを特徴とする電子機器。
【請求項５】
さらに、動作電力を出力する電力供給手段を備え、
前記送信手段は、前記電力供給手段が出力する動作電力に前記拡散信号を重畳して、前記リード線を通じて送信することをことを特徴とする請求項４に記載の電子機器。
【請求項６】
前記制御信号生成手段は、生体の心筋運動に基づく制御信号を生成することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の電子機器。
【請求項７】
生体内に埋め込まれ、リード線を通じて制御される生体植込型電子機器であって、
前記リード線を通じて前記拡散信号を受信する受信手段と、
この受信手段が受信した拡散信号を逆拡散して前記制御信号を検出する検出手段と、
この検出手段が検出した制御信号に基づいて動作する被制御手段とを備えることを特徴とする生体植込型電子機器。
【請求項８】
さらに、前記受信手段が受信した拡散信号から電力を取り出す電力取得手段を備えることを特徴とする請求項７に記載の生体植込型電子機器。
【請求項９】
前記被制御手段は、前記検出手段が検出した制御信号に基づいてパルス信号を生成し、このパルス信号を生体の心筋に印加することを特徴とする請求項７または請求項８に記載の生体植込型電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば医療電子機器の分野で、主として人体等に装着して、心機能を適切に維持しかつそれを助長することの可能な心機能補助装置、いわゆるペースメーカに代表される生体植込型電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ペースメーカは、人体の心近傍、例えば胸部に埋め込んだ本体部で発生した制御信号を、アンテナ機能を有するリード線を通じて心筋部に伝達して、被植込者の正常な心機能、すなわち正常な心筋の収縮および伸張の運動がなされるように、それを助長する機能を有するものである。
【０００３】
従来のペースメーカでは、制御信号を心筋部へ効果的に伝達するために、上記リード線を500〜700mmの比較的長いものとなる（例えば、特許文献１参照）。ところが、上記リード線が長いことで、外部から不要な電波信号を拾ってしまう、いわゆる受信アンテナの機能をも持つことになる。特許文献１によれば、上記リード線での信号は心室側で10mV、心房側で5mVしかなく、上記リード線への外部電波信号の重畳等により正常動作からのずれ、すなわち不整ないしは不安定動作を生じることがある。
【０００４】
これに対し従来は、特許文献1によれば、ペースメーカ本体とリード線の接続部に静電容量を取り付け、有害雑音を効果的に減少させている。しかし、このような対処では、外来電波の状況に応じてフィルタリング特性を最適化する必要があるが、近年の無線LAN、携帯電話などの多様化した無線機器が公衆にあふれており、これらに十分に対処することは困難であった。
【特許文献１】特開２００２−２６３２０１公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ペースメーカなどの従来の生体植込型電子機器は、制御信号を伝達するためのリード線が長く、これが外部から不要電波信号を拾ってしまう。このため、上記リード線上で制御信号に不要電波信号の重畳し、正常な情報を伝達することができず、ペースメーカなどの生体植込型電子機器の場合、本来の正常な心筋運動の助長機能が失われ、心機能の不整あるいは不安定動作を惹き起しかねないという問題がある。
【０００６】
この発明は上記の問題を解決すべくなされたもので、外来不要電波をフィルタリングする機能を設けることなく、外来不要電波の影響の少ない、すなわち、雑音耐性を有する生体植込型電子機器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】
【０００７】
上記の目的を達成するために、この発明は、第１の機器よりリード線を通じて生体内に埋め込まれた第２の機器を制御する生体植込型電子機器であって、第１の機器は、制御信号を生成する制御信号生成手段と、この制御信号生成手段が生成した制御信号をスペクトラム拡散方式の拡散信号に変換しリード線を通じて送信する送信手段とを備え、第２の機器は、リード線を通じて拡散信号を受信する受信手段と、この受信手段が受信した拡散信号を逆拡散して制御信号を検出する検出手段と、この検出手段が検出した制御信号に基づいて動作する被制御手段とを具備して構成するようにした。
【発明の効果】
【０００８】
以上述べたように、この発明では、被制御手段を有する第２の機器に対し、第１の機器が被制御手段を制御するための信号をリード線を通じてスペクトラム拡散方式で伝送するようにしている。  
したがって、この発明によれば、第１の機器と第２の機器との間のリード線が外来不要電波にさらされても、スペクトラム拡散方式で伝送するため、その影響は極めて少なく、外来不要電波をフィルタリングする機能を設けていないにもかかわらず信頼性の高い制御信号を伝送可能な生体植込型電子機器を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、この発明の一実施形態について説明する。なお、以下の説明では、データを振幅変調（ＡＳＫ；Amplitude Shift Keying）通信技術で動作させる場合について述べる。
【００１０】
図１は、この発明の一実施形態に係わるペースメーカの構成を示すものである。この図に示すように上記ペースメーカは、信号形成部１と、データ通信リード線２と、中継器３と、リード線４とを備え、これらは人体内に埋め込まれている。Ｈは心臓を示す。
【００１１】
図２は、図１に示した信号形成部１の回路構成例を示すブロック図である。この図に示すように信号形成部１は、電源回路１１と、制御信号発生回路１２と、拡散符号発生回路１３と、アナログ乗算器１４と、結合コンデンサ１５と、信号線１６と、電極（ＰＡＤ）１７とを備えている。
【００１２】
電源回路１１は、バッテリを内蔵し、当該ペースメーカの各部に対して動作電力を供給するものであって、制御信号発生回路１２、拡散符号発生回路１３および電極１７に対しては直接電力を供給する。  
制御信号発生回路１２は、後述する中継器３でパルス信号を生成するための制御データ（Ｄ）を生成し、これをアナログ乗算器１４に出力する。  
拡散符号発生回路１３は、Ｍ系列の多元拡散符号（Ｓ）を生成し、アナログ乗算器１４に出力する。
【００１３】
アナログ乗算器１４は、制御信号発生回路１２にて生成した制御データ（Ｄ）と、拡散符号発生回路１３にて生成した多元拡散符号（Ｓ）とをアナログ乗算し、これにより制御データ（Ｄ）を多元拡散符号（Ｓ）に重畳する。この乗算によって得られる拡散信号は、結合コンデンサ１５を介して、電極１７に出力される。すなわち、スペクトラム拡散された信号で、電源回路１１の出力が振幅変調され、電極１７を通じて出力される。
【００１４】
図３は、図１に示した中継器３の回路構成例を示すブロック図である。この図に示すように中継器３は、電極（ＰＡＤ）３１と、フィルタ回路３２と、拡散符号発生回路３３と、相関回路３４と、パルス発生回路３５と、電極（ＰＡＤ）３６とを備えている。
【００１５】
電極３１は、図１に示したデータ通信リード線２を介して、図２に示した電極１７に接続される。これにより電極３１は、データ通信リード線２を通じて、信号形成部１から上記拡散信号が重畳された電力が供給される。
【００１６】
フィルタ回路３２は、電極３１を通じて供給される信号を電力として拡散符号発生回路３３、相関回路３４およびパルス発生回路３５に供給するとともに、上記信号から拡散信号を抽出して相関回路３４に出力する。
【００１７】
拡散符号発生回路３３は、前述の拡散符号発生回路１３で生成した拡散符号と同じＭ系列の多元拡散符号（Ｒ）を生成し、相関回路３４に出力する。  
相関回路３４は、フィルタ回路３２で抽出された拡散信号と、上記多元拡散符号（Ｒ）との相関を求め、この相関から制御データ（Ｄ）を復元する。この制御データ（Ｄ）は、パルス発生回路３５に出力される。
【００１８】
パルス発生回路３５は、相関回路３４から与えられる制御データ（Ｄ）を起動信号として用いて、パルス信号を生成する。このパルス信号は、電極３６を通じてリード線４に出力される。なお、リード線４は、被植込者の心筋部、すなわち心機能の運動を統御する系統部に電気的に接続され、上記パルス信号が心筋に印加される。
【００１９】
次に、上記構成の生体植込型電子機器の動作について説明する。  
制御信号発生回路１２で生成された制御データ（Ｄ）は、拡散符号発生回路１３で生成されたＭ系列の多元拡散符号（Ｓ）に重畳されて伝送される。Ｍ系列を下式で示す。なお、Ｌは符号長である。
【数１】
2005152338.tif 000003
【００２０】
多元拡散符号（Ｓ）および拡散符号発生回路３３で生成される多元拡散符号（Ｒ）は、それぞれ下式で示される。
【数２】
2005152338.tif 000004
【００２１】
そこで、信号形成部１の多元拡散符号（Ｓｉ）が中継器３に伝送されて拡散符号（Ｒｊ）として受信されるときは、両信号の積（Ｓｉ・Ｒｊ）として判定され、下式のようになる。
【数３】
2005152338.tif 000005
【００２２】
信号形成部１内の信号線１６で伝送される拡散信号、すなわち送信信号は（Ｄ・Ｓｉ）であり、一方、中継器３でフィルタ回路３２で抽出される拡散信号と、信号形成部１と同じ拡散符号との内積（Ｄ・Ｓｉ・Ｒｊ）であるので、下式のようになる。
【数４】
2005152338.tif 000006
【００２３】
したがって上記送信信号（Ｄ・Ｓｉ）は、下式で示される。  
【数５】
2005152338.tif 000007
【００２４】
図３に示した中継器３では、フィルタ回路３２を介して相関回路３４で制御データ（Ｄ）を得る。なお、この相関回路３４には、信号中の受信データを分離するために、下式で示す手続きを必要とするので、二系列の積分器および加算器等の回路構成が適宜使用されることになる。
【数６】
2005152338.tif 000008
【００２５】
この相関回路３４で得られる制御データ（Ｄ）は、実質的には信号形成部１で生成された制御データ（Ｄ）であるが、パルス発生回路３５で発生させるパルス信号の起動信号として用いられる。
【００２６】
以上のように、上記構成の生体植込型電子機器では、パルス信号を生成する中継器３（パルス発生回路３５）に対し、これを制御するための信号を信号形成部１がスペクトラム拡散方式で伝送するようにしている。
【００２７】
したがって、上記構成の生体植込型電子機器によれば、信号形成部１と中継器３との間のデータ通信リード線２が外来不要電波にさらされても、スペクトラム拡散方式で伝送するため、その影響は極めて少なく、外来不要電波をフィルタリングする機能を設けていないにもかかわらず安定した心筋運動を助長することができる。
【００２８】
また、上記パルス信号は、信号形成部１で設定される制御データ（Ｄ）によく対応したものであるため、制御データ（Ｄ）を調整することで、被植込者毎に異なる適用条件にも柔軟に対応でき、医療機器として好適する。
【００２９】
さらに、上記電極３６と心筋部を結ぶリード線４は、心筋部に密接できる最小寸法であればよく、経験によっても１０ミリメートル以下でよいため、このリード線４が外来不要波を受信するアンテナとしては機能せず、心筋部に与えるパルス信号への外来不要電波の影響はきわめで小さい。
【００３０】
なお、この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を適宜組み合わせることによって種々の発明を形成できる。また例えば、実施形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除した構成も考えられる。さらに、異なる実施形態に記載した構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【００３１】
その一例として例えば、上記実施の形態では、生体植込型電子機器の例としてペースメーカを例に挙げて説明したがこれに限定されるものではなく、同様の構成を持った医療電子機器、すなわち、外来不要電波の影響を避けたい種々の医療電子機器装置に適用することも可能である。
【００３２】
また上記実施の形態では、信号形成部１と中継器３のように一対の回路がデータ伝送する場合を例に挙げて説明したが、複数対の回路がリード線４を共用してデータ伝送するようにしてもよい。この例を図４に示す。この例では、リード線４に相当するデータライン３１０を介して、複数の送信器３２１〜３２ｎと複数の受信器３３１〜３３ｍをそれぞれ対応結合させている。
【００３３】
回路間をそれぞれ対応結合させるためには、対応させる送信器３２１〜３２ｎと受信器３３１〜３３ｍとの間で、同じ拡散符号を用いて拡散・逆拡散を行わせる。データライン３１０上において、異なる拡散符号を用いて生成された拡散信号は、周知のように互いに雑音と見なすことができ、その伝送に影響しない。この特性を生かすことで、１つのデータライン３１０を用いる場合でも、複数対の回路間でデータ伝送を行うことができる。
【００３４】
そしてまた人間に限らず、動物に適用することも可能であり、また医療機器に限らず、生体内において他の用途で用いられる電子機器に適用することも可能である。また臓器の機能低下を補助する目的に限らず、治療などの医療行為に適用することも可能である。
【００３５】
さらにまた、上記実施の形態では、図１に示した構成をすべて生体内に埋め込む場合を例に挙げて説明したが、少なくとも信号形成部１は生体外に設けるようにしてもよい。  
また、上記実施の形態では、スペクトラム拡散技術を用いて制御データを伝送するようにしたが、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplex）方式など、その他の通信方式であっても、雑音耐性の高い通信方式であれば適用することが可能である。  
その他、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を施しても同様に実施可能であることはいうまでもない。
【００３６】
なお、図２に示した信号形成部１および図３に示した中継器３の各回路は、概ね大規模集積回路技術で実現されるが、とりわけその回路要素にＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）デバイスを用いて、弱反転動作領域での動作で信号形成を行うこと、すなわち弱反転ＭＯＳ使用のアナログ回路技術を用いることにより、制御信号の低振幅デタ通信が可能であり、ペースメーカとして低消費電力化が実現できる。また、図３の回路は数ｍｍ角以内で集積化可能であるので、リード線４との一体化も可能であり、現状のペースメーカの人体植込技術を適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】この発明に係わる生体植込型電子機器の一実施形態の構成を示す回路ブロック図。
【図２】図１に示した生体植込型電子機器の信号形成部の構成を示す回路ブロック図。
【図３】図１に示した生体植込型電子機器の中継器の構成を示す回路ブロック図。
【図４】この発明に係わる生体植込型電子機器の回路間のデータ伝送の概念を説明するための図。
【符号の説明】
【００３８】
１…信号形成部、２…データ通信リード線、３…中継器、４…リード線、１１…電源回路、１２…制御信号発生回路、１３…拡散符号発生回路、１４…アナログ乗算器、１５…結合コンデンサ、１６…信号線、１７…電極（ＰＡＤ）、３１…電極（ＰＡＤ）、３２…フィルタ回路、３３…拡散符号発生回路、３４…相関回路、３５…パルス発生回路、３６…電極（ＰＡＤ）、３１０…データライン、３２１〜３２ｎ…送信器、３３１〜３２ｍ…受信器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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