ラジオカプセル送受信システムとこれに用いられる体外ユニット
【課題】本発明は、生体内に留置されるラジオカプセルと、このラジオカプセルから送信される生体情報を受信する体外ユニットとを有するラジオカプセル送受信システムのアンテナに関するものであり、アンテナ間通過損を大幅に低減することが可能となるラジオカプセル送受信システムを提供することを目的とする。
【解決手段】上記目的を達成するために、本発明のラジオカプセル送受信システムは、生体情報を検出するセンサ、及びこのセンサによって検出された後変調された生体情報を磁流型アンテナにより送信する送信器を有するラジオカプセルと、このラジオカプセルの磁流型アンテナから送信される信号を受信する磁流型アンテナを有する体外ユニットとを備える。
【解決手段】上記目的を達成するために、本発明のラジオカプセル送受信システムは、生体情報を検出するセンサ、及びこのセンサによって検出された後変調された生体情報を磁流型アンテナにより送信する送信器を有するラジオカプセルと、このラジオカプセルの磁流型アンテナから送信される信号を受信する磁流型アンテナを有する体外ユニットとを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体内に留置されるラジオカプセルと、このラジオカプセルから送信される生体情報を受信する体外ユニットとを有するラジオカプセル送受信システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
体腔内の温度やｐＨ値等の物理量の長時間にわたる測定や観察を行うために、センサと小型発信器とを備え、生体内に留置されて生体内の生体情報を無線によって体外に伝送するラジオカプセル及びその無線信号を受信する体外ユニットが知られている。
【０００３】
このようなラジオカプセル及び体外ユニットに関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３などが存在している。
【０００４】
特許文献１の車載アンテナの代表例を図１３及び図１４に示す。図１３は特許文献１の体外ユニット１００の概略図が示されている。この体外ユニット１００は被験者が装着するベスト型であり、複数のアンテナ１０１を配置したアンテナアレイ、受信モジュール１０２、体外ユニット１００から着脱可能なメモリ１０３および電源１０４を有する。アンテナ１０１で受信された生体情報は、受信モジュール１０２で加工され、メモリ１０３に記憶される。電源１０４は体外ユニット１００から取り外して充電できる充電池であって、受信モジュール１０２に接続されてこれに電力を供給する。
【０００５】
図１４は、特許文献１のラジオカプセル１０５の概略が示されている。図１４に示すラジオカプセル１０５は、生体情報を検出するセンサ１０５ａ、センサ１０５ａによって検出された後変調された生体情報を送信する送信器１０５ｂ、これらに電力を供給するバッテリー１０５ｃ、および送信アンテナ１０５ｄを備えている。このセンサ１０５ａは体腔内におけるｐＨ値や温度等の測定や撮影を行うもので、この測定・観察した生体情報が送信器１０５ｂから送信される。
【０００６】
体内のラジオカプセル１０５から送信された信号は、被験者の着用している体外ユニット１００に設けられたアンテナアレイにて受信（スキャン）され、受信モジュール１０２に設けられた復調回路と位置特定手段とに送られる。生体情報は復調回路において復調されると共に、ラジオカプセルの位置情報については位置特定手段において、強い信号を受信したアンテナ１０１の位置およびその周辺のアンテナ１０１の受信状態などから特定される。これら生体情報、ラジオカプセル位置情報は、時刻情報とともに、メモリ１０３に記憶される。測定観察された動的生体情報信号は全てメモリ１０３に記憶されるので、被験者はベッドに固定されたり測定機器のそばから離れられないなどの不自由を被ることなく行動できる。
【０００７】
特許文献２では、ラジオカプセルからの生体情報を体外ユニットのアンテナで受信すると共に、ラジオカプセルの位置情報をアレイ状に並んだ受光素子を用いて行う例が示されている。また特許文献３では、特許文献１の体外ユニットに電力供給用の電力送信アンテナアレイが設けられたものが示されており、ラジオカプセルの位置情報を基に、その位置に最も近い電力送信アンテナからラジオカプセルへ電力を送信するものである。
【特許文献１】特開２００１−４６３５７号公報
【特許文献２】特開２００１−４６３５８号公報
【特許文献３】特開２００５−５２５０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
生体内に留置されるラジオカプセルと体外ユニットの間における無線信号のやり取りは、一般的な携帯電話と基地局の無線信号のやり取りと比較すると、以下の点で非常に特徴的なものとなっている。
１．ラジオカプセルと体外ユニットの間の通信距離が約１０ｃｍ以内と極めて短い距離である。
２．ラジオカプセルは人体内に留置されており、通過損の大きな誘電体である人体を介する。
【０００９】
以上の特殊な条件下での無線通信となるため、当該特殊条件を考慮した最適アンテナを用いないと、ラジオカプセルと体外ユニットの間の無線通信における通過損が極めて大きなものとなってしまう。通過損が極めて大きなものとなると、ラジオカプセルのアンテナの送信電力を大きなものにする必要が生じ、これにより、ラジオカプセルに内蔵する電池容量を大きくするか、又は、生体情報の取得回数を減らす等の弊害が発生してしまう。
【００１０】
上記の特許文献１〜３においては、体外ユニットのアンテナの詳細内容が記載されておらず、上記の無線通信における特殊条件への配慮が為されていない。また、ラジオカプセルのアンテナに関しては、図面においてメアンダ形状のアンテナが使用されていることが伺えるが、このような電流型アンテナを人体内で使用した場合には、アンテナ自体において大きな電力ロスが生じることが想定され、上記の無線通信における特殊条件への配慮が為されているとは考えにくい。
【００１１】
そこで本発明のラジオカプセル送受信システムは、ラジオカプセルと体外ユニットとの間の無線通信における通過損を小さくすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明のラジオカプセル送受信システムは、生体情報を検出するセンサ、及びこのセンサによって検出された前記生体情報を磁流型アンテナにより送信する送信器を有するラジオカプセルと、このラジオカプセルの前記磁流型アンテナから送信される信号を受信する磁流型アンテナを有する体外ユニットとを備える。
【００１３】
本発明の最も重要な点は、ラジオカプセルに内蔵されたアンテナと体外ユニットを構成するアンテナを、共に磁流型アンテナにした点である。このように、磁流型アンテナをラジオカプセル及び体外ユニットに用いる事により、ラジオカプセルと体外ユニット間の無線通信における通過ロスを大きく低減できるという極めて大きな効果が得られる事となる。磁流型アンテナとは、アンテナの動作に基づいて付けられたあるアンテナのグループの総称であり、具体的なアンテナとしては、ループアンテナ、マイクロストリップアンテナ、板状逆Ｆアンテナ等が挙げられる。
【００１４】
以下に、何故、磁流型アンテナをラジオカプセル及び体外ユニットに用いると、上記の特殊条件での無線通信において、通過損を低減できるのかを説明する。
【００１５】
まず最初に、ラジオカプセルに内蔵されたアンテナが磁流型アンテナであった場合、電流型アンテナ（ダイポールアンテナ、モノポールアンテナ等の総称）であった場合に、それぞれのアンテナの周囲に生じる電界、磁界を考えてみる。ラジオカプセルと体外ユニット間の通信に使用される周波数を最も一般的な３００ＭＨｚ〜５００ＭＨｚの間の周波数だとした場合に、ラジオカプセルに内蔵されるアンテナサイズは、その波長に対して極めて小さなものとなる。なぜなら、ラジオカプセルは人が口より飲み込む事ができるサイズ（直径１０ｍｍ、長さ２５ｍｍ程度）に抑える必要があるためである。故に、アンテナ周囲の電界・磁界を考えるに当たっては、磁流型アンテナに関しては微小ループアンテナ（ループ周囲長＜＜波長）、電流型アンテナに関しては微小ダイポールアンテナ（ダイポールエレメント長＜＜波長）をその対象とするのが最良である。
【００１６】
図１に示す微小ループアンテナの周囲の電界・磁界を表す（数１）〜（数４）を以下に示す。
【００１７】
【数１】
【００１８】
【数２】
【００１９】
【数３】
【００２０】
【数４】
【００２１】
図２に示す微小ダイポールアンテナの周囲の電界・磁界を表す（数５）〜（数８）を以下に示す。
【００２２】
【数５】
【００２３】
【数６】
【００２４】
【数７】
【００２５】
【数８】
【００２６】
微小ループアンテナにおいて、波長と比較して十分遠方な領域へ放射され、微小ループアンテナにエネルギーが戻ってこない電界・磁界の成分は、（数２）、（数３）の１／ｒに比例する成分のみである。（数１）〜（数３）の１／ｒ2及び１／ｒ3の成分は、そのエネルギーが遠方に放射されて消費されるものではなく、微小ループアンテナの周囲に存在する無効電力の成分である。この成分は微小ループアンテナに近づくにつれ、距離の２乗及び３乗に反比例してその成分が大きくなる。このため、微小ループアンテナ近傍にｔａｎδ値の良好でない誘電体や磁性体が存在している場合には、これらの誘電体、磁性体によりエネルギーが消費され、本来、微小ループアンテナに戻ってくるべき（数１）〜（数３）の１／ｒ2及び１／ｒ3のエネルギーがアンテナに帰らず、微小ループアンテナの放射効率の大幅な劣化を招いてしまう。
【００２７】
微小ダイポールアンテナにおいても、微小ループアンテナの場合と同様であり、波長と比較して十分遠方な領域へ放射され、微小ダイポールアンテナにエネルギーが戻ってこない電界・磁界の成分は、（数６）、（数７）の１／ｒに比例する成分のみである。そして、（数５）〜（数７）の１／ｒ2及び１／ｒ3の成分は、そのエネルギーが遠方に放射されて消費されるものではなく、微小ダイポールアンテナの周囲に存在する無効電力の成分である。
【００２８】
ここで、着目すべきは、それぞれのアンテナの近傍における電界と磁界の比率である。図３に示したのは、微小ループアンテナと微小ダイポールアンテナのθ＝９０度における電界と磁界の比率（＝Ｅ／Ｈ）を示したものである。そして、図３は、ラジオカプセルが人体内に留置される事を考慮し、３００ＭＨｚにおける脂肪の比誘電率：５.７において、（数２）、（数３）及び（数６）、（数７）から算出したものである。図３において、横軸はアンテナからの距離を波長で正規化して表したものである。図３より、アンテナから１波長以上離れた空間においては、微小ダイポールアンテナと微小ループアンテナの電界と磁界の比率はほぼ同一値を取ることが分かる。これは、アンテナから１波長以上離れた空間では、（数２）、（数３）及び（数６）、（数７）における１／ｒの有効電力成分が主流となり、１／ｒ2及び１／ｒ3の無効電力成分が放射に寄与している有効電力に比べて極めて小さい事を意味している。一方、アンテナから１波長以内の空間、特に０．３波長以内の空間においては、様相が一変する。微小ダイポールアンテナに関しては、アンテナに近づくにつれて電界Ｅの比率が指数関数的に増加する。また、微小ループアンテナの場合には、アンテナに近づくにつれて磁界Ｈの比率が指数関数的に増加してゆく。これは、アンテナ近傍においてアンテナからの距離に最も大きな感度を持つ１／ｒ3の項を、微小ダイポールアンテナは電界Ｅが有しており（（数１）、（数２）参照）、微小ループアンテナは磁界Ｈが有している（（数５）、（数６）参照）為である。
【００２９】
ここで、着目すべき点は、ラジオカプセルが人体内に留置される点である。前述の通り、人体は大きなロスを持った誘電体と考える事ができるが（脂肪の３００ＭＨｚにおける比誘電率：５．７、ｔａｎδ：０．７３）、磁性体としては扱われない点である（磁性体として敢えて人体を考えた場合、比透磁率はほぼ１、ｔａｎδはほぼ０とみなされる）。つまり、人体において、電界に関しては極めて大きな減衰を生じてしまうが、磁界の場合は、人体による減衰をほとんど考える必要がない。
【００３０】
故に、人体内部に留置されるラジオカプセル内のアンテナについては、アンテナ周囲のＥ／Ｈの値が小さなアンテナを使用することにより、１／ｒ2及び１／ｒ3の無効電力成分が人体により減衰する割合を低減する事が可能になる事が分かる。よって、本発明におけるラジオカプセル送受信システムのラジオカプセルに内蔵されるアンテナには、微小ループアンテナのような性質を有する磁流型アンテナを用いている。これにより、ラジオカプセルに内蔵されるアンテナの放射効率を極めて大きく向上させることが可能となり、結果として、ラジオカプセルの送信電力を大きく低減でき、電池サイズの縮小化、ラジオカプセルの動作時間の長期化を図る事が可能となる。
【００３１】
図３より、アンテナから０．３波長程度離れるとＥ／Ｈのカーブの傾きが緩やかになり、定常値に近づいているのが分かる。そこで、人体内に留置されるラジオカプセルと体外ユニット間の距離が約１０ｃｍであることを考えると、０．３波長が１０ｃｍとなる約１ＧＨｚ以下の周波数を無線通信に使用すれば、アンテナ間伝搬損を効果的に低減できる。
【００３２】
次に、体外ユニットを構成するアンテナに磁流型アンテナを用いることにより、ラジオカプセルと体外ユニット間の通過損を低減できる理由を述べる。
【００３３】
上述したが、ラジオカプセルと体外ユニットのアンテナ間距離は約１０ｃｍ以内と極めて近距離である。今、ラジオカプセルと体外ユニット間を周波数３００ＭＨｚで無線通信を行う場合、ラジオカプセルと体外ユニットのアンテナ間距離は、０.１波長以下となる。図３からも分かるように、０．１波長以内の空間においては、微小ダイポールアンテナに比べて微小ループアンテナ（磁流型アンテナ）の磁界Ｈの比率は極めて高いことが分かる。つまり、体外ユニットのアンテナについても、０.１波長以内の領域において磁界Ｈに対する感度が高い磁流型アンテナを採用した方が、受信電力を大きくできることが分かる。
【００３４】
図４に、体外ユニットのアンテナに電流型アンテナであるダイポールアンテナを使用した場合と磁流型アンテナであるループアンテナを使用した場合の、ラジオカプセルから体外ユニット間の通過損をモーメント法シミュレーション（シミュレータ：Ｉｅ３ｄ，Ｚｅｌａｎｄ社）により導出した結果を示す。このシミュレーションにおける人体モデルは、比誘電率：５．７、ｔａｎδ：０．７３の誘電体で表現した。人体モデルの厚みは１５０ｍｍ、１００ｍｍ、５０ｍｍの３種で検討を行い、ラジオカプセル側のアンテナは人体モデルの厚み方向の中間位置に配置した。また、ラジオカプセル側のアンテナには、磁流型アンテナであるループアンテナを用いた。更に、アンテナ間通過損の値は、ラジオカプセル側のループアンテナの向きにより変化するため、直交するＸ，Ｙ，Ｚ軸の３軸方向にループアンテナをそれぞれ置いた場合の通過損を導出し、それらの平均値を図４に示した。
【００３５】
図４より、体外ユニットのアンテナとして磁流型アンテナであるループアンテナを用いた場合に、電流型アンテナであるダイポールアンテナを用いた場合に比べてアンテナ間の通過損を大きく低減できる事が分かる。
【発明の効果】
【００３６】
以上の理由より、ラジオカプセルに内蔵されるアンテナ、体外ユニットを構成するアンテナ共に、磁流型アンテナを採用する事により、人体を介した無線通信時のアンテナ間通過損を著しく低減する事が可能となる。その結果、ラジオカプセル及び体外ユニットの送信出力を低減する事が可能となる事から、ラジオカプセル及び体外ユニットの電源を小さいものに変更することが可能となり、ラジオカプセル及び体外ユニットの小型化、軽量化、動作時間の長期化を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
（実施の形態１）
図５（ａ）及び図５（ｂ）は、本発明の体外ユニットのブロック図である。
【００３８】
図５（ａ）は、ラジオカプセルと体外ユニットの間で双方向の信号のやり取りを行うことを想定した体外ユニットのブロック図である。ラジオカプセルから送信された信号は複数のアンテナをアレイ状に並べて構成されたアンテナユニット１で受信されることになるが、どのアンテナを受信アンテナとして選択するかは、アンテナ切り替えスイッチ２において各アンテナが受信した電力値を比較して、決定される。受信電力が最大となるアンテナから得られた受信信号は、受信モジュール３に送られ、ダウンコンバージョンされた後、復調されて、ラジオカプセルが得た生体情報が体外ユニットにおいて復元される事となる。この生体情報は、一時的にメモリ４に記録され、一定時間経過後、外部のパソコン等により吸い上げられ、生体情報の分析を行う事となる。また、ラジオカプセルにコントロール信号を送信する場合、コントロール信号は、送信モジュールにおいて、無線通信を行いやすい形に変換された後、アンテナ切り替えスイッチにおいて選択された最適なアンテナによりラジオカプセルに送信される。本ブロック図においては、複数のアンテナをアレイ状に配置したアンテナユニットにより体外ユニットを構成したが、単数のアンテナで構成し、アンテナ切り替えスイッチを削除した構成にしても良い。
【００３９】
図５（ｂ）は、ラジオカプセルからの生体情報を体外ユニットにおいて受信のみ行う場合の体外ユニットのブロック図である。ラジオカプセルからの信号を単数のアンテナにて構成されたアンテナユニット１により受信し、その受信信号を受信モジュール３においてダウンコンバージョンし、復調することによりラジオカプセルが得た生体情報が体外ユニットにおいて復元される事となる。図５（ａ）の場合と異なり、アンテナユニットが単数のアンテナにより構成されているため、アンテナユニット１と受信モジュール３を結ぶ同軸ケーブルの本数が１本ですみ、装着感向上、軽量化を図ることが可能となる。但し、ラジオカプセルの体内位置により、体外ユニットのアンテナが良好な受信電力を確保できない場合には、複数のアンテナをアレイ化したアンテナユニットを用いた方が良い。
【００４０】
図５（ａ）の送受信ユニット７及び図５（ｂ）の受信ユニット８は、アンテナユニット１と分離して構成することもできる。コルセットや衣服にはアンテナユニット１のみを装着し、送受信ユニット７及び受信ユニット８は腰にベルト等により固定することで、コルセットや衣服の重量を下げる事ができ、人の装着感が向上する。人が体外ユニットを装着した様子を図６及び図７に示す。
【００４１】
図６は、シャツにアンテナユニット１を装着した場合を示す。ラジオカプセルにより生体情報を得ることを考えている体内部位を覆うようにアンテナユニット１が配設されており、このアンテナユニット１の設置位置は、シャツ９の人体に対して内側、外側のどちらでも良い。但し、シャツ９の人体に対して内側に設置する場合は、シャツ９に設けられたポケット等にアンテナを挿入して保持し、人体に直接的にアンテナユニット１が取り付けられることがないようにする。アンテナユニット１と送受信ユニット７は同軸ケーブル１０で接続されると共に、送受信ユニット７はベルト１１により、腰に固定される。
【００４２】
このようにシャツにアンテナユニット１を取り付けた場合には、アンテナユニット１が直接的に人体に密着設置されないため、体外ユニットを長時間装着した場合の人の負担、装着感を向上させることができる。
【００４３】
図７は、コルセット１２にアンテナユニット１を装着した場合を示す。図６のシャツの場合と同様に、ラジオカプセルにより生体情報を得ることを考えている体内部位を覆うようにアンテナユニット１が配設されており、このアンテナユニット１の設置位置は、コルセット１２の人体に対して内側、外側のどちらでも良い。アンテナユニット１と送受信ユニット７は同軸ケーブル１０で接続されると共に、送受信ユニット７はベルト１１により、腰に固定される。
【００４４】
コルセット１２にアンテナユニット１を設置した場合には、人の体形に合わせてコルセットの締め方を随時調整可能であるため、人体とアンテナユニットの間のギャップ幅が刻一刻と変化することが無く、人体とアンテナユニットの間の距離が変わることによるアンテナインピーダンスの変化を防止する事ができる。
【００４５】
図８（ａ）〜図８（ｃ）において、アンテナユニット１のシャツ９又はコルセット１２への取り付け方法の一例が示されている。図８（ａ）はコルセット１２の人体に対して内側にポケット１４を設け、そのポケット１４にアンテナユニット１を構成するアンテナ１３を挿入する様子を示したものである。ポケット１４に挿入固定するような方法を採用し、アンテナユニット１や同軸ケーブル１０を随時取り外す事ができれば、コルセット１２やシャツ９を容易に洗濯することが可能となる。
【００４６】
ポケット１４にアンテナ１３が配置されている状態におけるポケット１４の断面図を図８（ｂ）に示す。アンテナ１３は詳細を記載していないが、磁流型アンテナを樹脂ケースでカバーしたものである。コルセット１２を装着した時の装着感を向上させるため、アンテナ１３に接するポケット１４には緩衝材１５が設けられている。また、アンテナ１３がポケット１４の内部で移動しないように、ポケット１４のふたはマジックテープ（登録商標）１６で閉じられている。アンテナ１３から伸びる同軸ケーブル１０は、コルセット１２に設けられた貫通穴１７を通して人体に対して外側に引き回される。その様子を図８（ｃ）に示す。図８（ｃ）は人体に対して外側からコルセット１２を外観した図である。貫通穴１７から引き出された同軸ケーブル１０は、同軸ケーブル留め治具１８でコルセット１２の表面に固定されながら、送受信ユニット又は受信ユニットまで引き回され、接続される。同軸ケーブル１０をコルセット１２の人体側表面に引き回すと、コルセットの装着感が損なわれる可能性があるためである。尚、図８（ｃ）において図示してはいないが、面状の導体に関しては、人体に対して同軸ケーブル１０の更に外側に配置するのが好ましい。同軸ケーブルに対する外部からのノイズの影響を面状の導体により低減することが可能となるためである。
【００４７】
図８（ａ）〜図８（ｃ）においては、コルセット１２の人体側にポケット１４を設け、アンテナ１３を配置したが、人体に対してコルセット１２の外側表面にポケット１４を設けても問題ない。こうする事により、体外ユニットを装着した時の人体装着感が向上する。また、アンテナ１３のコルセット１２又はシャツ９への取り付け方法は、ポケット１４を設けて挿入する方法以外に、マジックテープ（登録商標）等で取り付けても良い。
【００４８】
図９にシャツ９又はコルセット１２へアンテナユニットを取り付けるための別の方法を示す。これは、布等の形状が柔軟に変化する材料から成るアンテナユニット取り付け治具１９の表面にポケット１４を設け、そこにアンテナユニット１を構成するアンテナ１３を挿入し、固定する。そして、このアンテナユニット取付け治具１９を、マジックテープ（登録商標）等の固定治具を介してシャツ９又はコルセット１２に取り付けるものである。このような方法でアンテナユニット１をシャツ９又はコルセット１２に固定できれば、人の体型によるアンテナユニット１の位置調整を容易に行う事が可能となると共に、洗濯時のアンテナユニット１の取り外しが容易になる。
【００４９】
（実施の形態２）
図１０は、本発明のラジオカプセル送受信システムを示した断面図である。人体２０の腹部内部に留置されたラジオカプセル２１の中に、磁流型アンテナであるラジオカプセル側ループアンテナ２２が設けられている。人体２０の腹側には、アンテナユニット１を構成する対外ユニット側ループアンテナ２３が、シャツ９の人体側に設けられた第１のポケット２６の中に挿入され、固定されている。腹側に体外ユニット側ループアンテナ２３を設置したのは、ｔａｎδの高く通過損の大きい筋肉が背中に比べて腹側は少なく、アンテナ間通過損を低減できるためである。
【００５０】
人体２０の背中側に設けられた第３のポケット２８の中には第２の面状の導体２５が設置されると共に、第１の面状の導体２４が、シャツ９の人体に対して外側に設けられた第２のポケット２７に挿入され、体外ユニット側ループアンテナ２３を覆うように設置されている。第１の面状の導体２４及び第２の面状の導体２５を図１０に示すように配置する事により、ラジオカプセル側ループアンテナ２２と体外ユニット側ループアンテナ２３の間の通過損を低減する事が可能となる。そのメカニズムを図１１（ａ）、図１１（ｂ）、図１１（ｃ）に示す。
【００５１】
図１１（ａ）は、人体２０の内部に留置されたラジオカプセル２１に内蔵されたラジオカプセル側ループアンテナ２２の近傍の電界・磁界の流れを示した概略図であり、電界・磁界の放射パターンを表すものではない。図１１（ａ）において、ラジオカプセル側ループアンテナ２２から体外ユニット側ループアンテナ２３への信号の無線送信において利用される電界・磁界は、ラジオカプセル側ループアンテナ２２から体外ユニット側ループアンテナ２３へ向かう１／ｒの項の電界・磁界と１／ｒ2、１／ｒ3の項の電界・磁界である。ラジオカプセル側ループアンテナ２２から体外ユニット側ループアンテナ２３へ向かう方向以外の方向へ放射される１／ｒの項の電界・磁界に関しては、無線通信に利用されず、通過損の一部となる。そこで、図１１（ｂ）に示すように、第１の面状の導体２４を設置すると、これまで無線通信に利用されていなかったラジオカプセル側ループアンテナ２２から放射された１／ｒの項の電界・磁界により第１の面状の導体２４に誘起電流Ｉ1が流れ、この誘起電流により再放射された電界・磁界の一部（図１１（ｂ）中の点線矢印）を体外ユニット側ループアンテナ２３が受信する事により、通過損の低減を図ることが可能となる。図１１（ｃ）においては更に、体外ユニット側ループアンテナ２３の人体に対して外側にも第２の面状の導体２５を配置した実施の形態を示す。本実施の形態においても、図１１（ｂ）の場合と同様に、これまで無線通信に利用されていなかったラジオカプセル側ループアンテナ２２から放射された１／ｒの項の電界・磁界により第２の面状の導体２５にも誘起電流Ｉ2が流れ、この誘起電流により再放射された電界・磁界の一部（図１１（ｃ）中の点線矢印）を体外ユニット側ループアンテナ２３が受信する事により、通過損の更なる低減を図ることが可能となる。又、第２の面状の導体２５により、体外ユニット側ループアンテナ２３が外部からのノイズを受信しにくくなるため、良好な通信品質を実現できる。
【００５２】
図１０においては、面状の導体を腹側、背中側の両方に設置したが、一方のみに設置しても良い事は言うまでも無い。また、図１０においては、面状の導体をポケットに挿入する事で固定したが、マジックテープ（登録商標）やフォック等の脱着機構を用いて固定してもよい。また、面状の導体を用いる代わりに、シャツ９自体の繊維に導電性を持たせても良い。第２のポケット２７及び第３のポケット２８を無くすことができると共に、第１の面状の導体２４及び第２の面状の導体２５に柔軟性を持たせることができ、体外ユニットの装着感を向上させることができる。また、シャツに面状の導体を取り付ける手間を削減することができる。但し、体外ユニット側ループアンテナ２３の人体と接する面には、導電性の繊維が使用されないように配慮する必要がある。ラジオカプセル側ループアンテナ２２と体外ユニット側ループアンテナ２３の間の通過損が劣化するためである。
【００５３】
図１０においては、体外ユニット側のアンテナをループアンテナで構成したが、マイクロストリップアンテナや板状逆Ｆアンテナを用いてもよい。但し、ループアンテナは、アンテナ部分のみでバランス動作しているため、アンテナから伸びる同軸ケーブルのグランド部分に放射に寄与する電流が分布することがないため、体外ノイズの影響を低減できるという有利な点がある。
【００５４】
図１２は、体外ユニット側のアンテナに磁流型アンテナの一種である板状逆Ｆアンテナを使用した場合の実施の形態を示したものである。背中側に設置された面状の導体３０はコルセット１２にマジックテープ（登録商標）で固定されている。尚、面状の導体３０を設置する代わりに、コルセット１２の生地全体に導電性の繊維を貼付けておいても良い。但し、板状逆Ｆアンテナ２９の人体と接する面には、導電性の繊維が使用されないように配慮する必要がある。ラジオカプセル側ループアンテナ２２と板状逆Ｆアンテナ２９の間の通過損が劣化するためである。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明にかかるラジオカプセル送受信ユニットは、アンテナ間通過損を大幅に低減する事ができる。その結果、ラジオカプセルに内蔵される電池サイズを小さくする事ができ、ラジオカプセル自体の小型化が図れると共に、ラジオカプセルの使用時間の長期化をも図れるという効果を有している。また、体外ユニットを構成するアンテナをシャツ、コルセット等の衣服に配置する事で、アンテナを直接人体に張付ける事を回避でき、体外ユニットの装着間を向上させることができ、人が長時間、体外ユニットを装着しても、苦痛を与える事は無い。このようなことから当該発明は、小型のラジオカプセルを人が飲む事で人体内部の生体情報を容易に取得できるカプセル内視鏡等の医療機器に用いるのに最適である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】微小ループアンテナモデル図
【図２】微小ダイポールアンテナモデル図
【図３】Ｅ／Ｈのアンテナからの距離変化を示すグラフ
【図４】体外アンテナを変更したときのアンテナ間通過損を示す図
【図５】（ａ）、（ｂ）体外ユニットのブロック図
【図６】シャツに体外ユニットを装着した図
【図７】コルセットに体外ユニットを装着した図
【図８】（ａ）アンテナ設置方法を示す上面斜視図、（ｂ）アンテナ設置方法を示す断面図、（ｃ）アンテナ設置方法を示す背面斜視図
【図９】アンテナ設置方法を示す上面図
【図１０】本発明のラジオカプセル送受信システム例を示す断面図
【図１１】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）ラジオカプセル側アンテナ周囲の電界・磁界の流れの概略を示す図
【図１２】本発明のラジオカプセル送受信システム例を示す断面図
【図１３】従来の体外ユニットの図
【図１４】従来のラジオカプセルの図
【符号の説明】
【００５７】
１ アンテナユニット
２ アンテナ切り替えスイッチ
３ 受信モジュール
４ メモリ
５ 送信モジュール
６ 電池
７ 送受信ユニット
８ 受信ユニット
９ シャツ
１２ コルセット
２１ ラジオカプセル
２２ ラジオカプセル側ループアンテナ
２３ 体外ユニット側ループアンテナ
２４ 第１の面状の導体
２５ 第２の面状の導体
２９ 板状逆Ｆアンテナ
１００ 体外ユニット
１０１ アンテナ
１０２ 受信モジュール
１０３ メモリ
１０４ 電源
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体内に留置されるラジオカプセルと、このラジオカプセルから送信される生体情報を受信する体外ユニットとを有するラジオカプセル送受信システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
体腔内の温度やｐＨ値等の物理量の長時間にわたる測定や観察を行うために、センサと小型発信器とを備え、生体内に留置されて生体内の生体情報を無線によって体外に伝送するラジオカプセル及びその無線信号を受信する体外ユニットが知られている。
【０００３】
このようなラジオカプセル及び体外ユニットに関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３などが存在している。
【０００４】
特許文献１の車載アンテナの代表例を図１３及び図１４に示す。図１３は特許文献１の体外ユニット１００の概略図が示されている。この体外ユニット１００は被験者が装着するベスト型であり、複数のアンテナ１０１を配置したアンテナアレイ、受信モジュール１０２、体外ユニット１００から着脱可能なメモリ１０３および電源１０４を有する。アンテナ１０１で受信された生体情報は、受信モジュール１０２で加工され、メモリ１０３に記憶される。電源１０４は体外ユニット１００から取り外して充電できる充電池であって、受信モジュール１０２に接続されてこれに電力を供給する。
【０００５】
図１４は、特許文献１のラジオカプセル１０５の概略が示されている。図１４に示すラジオカプセル１０５は、生体情報を検出するセンサ１０５ａ、センサ１０５ａによって検出された後変調された生体情報を送信する送信器１０５ｂ、これらに電力を供給するバッテリー１０５ｃ、および送信アンテナ１０５ｄを備えている。このセンサ１０５ａは体腔内におけるｐＨ値や温度等の測定や撮影を行うもので、この測定・観察した生体情報が送信器１０５ｂから送信される。
【０００６】
体内のラジオカプセル１０５から送信された信号は、被験者の着用している体外ユニット１００に設けられたアンテナアレイにて受信（スキャン）され、受信モジュール１０２に設けられた復調回路と位置特定手段とに送られる。生体情報は復調回路において復調されると共に、ラジオカプセルの位置情報については位置特定手段において、強い信号を受信したアンテナ１０１の位置およびその周辺のアンテナ１０１の受信状態などから特定される。これら生体情報、ラジオカプセル位置情報は、時刻情報とともに、メモリ１０３に記憶される。測定観察された動的生体情報信号は全てメモリ１０３に記憶されるので、被験者はベッドに固定されたり測定機器のそばから離れられないなどの不自由を被ることなく行動できる。
【０００７】
特許文献２では、ラジオカプセルからの生体情報を体外ユニットのアンテナで受信すると共に、ラジオカプセルの位置情報をアレイ状に並んだ受光素子を用いて行う例が示されている。また特許文献３では、特許文献１の体外ユニットに電力供給用の電力送信アンテナアレイが設けられたものが示されており、ラジオカプセルの位置情報を基に、その位置に最も近い電力送信アンテナからラジオカプセルへ電力を送信するものである。
【特許文献１】特開２００１−４６３５７号公報
【特許文献２】特開２００１−４６３５８号公報
【特許文献３】特開２００５−５２５０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
生体内に留置されるラジオカプセルと体外ユニットの間における無線信号のやり取りは、一般的な携帯電話と基地局の無線信号のやり取りと比較すると、以下の点で非常に特徴的なものとなっている。
１．ラジオカプセルと体外ユニットの間の通信距離が約１０ｃｍ以内と極めて短い距離である。
２．ラジオカプセルは人体内に留置されており、通過損の大きな誘電体である人体を介する。
【０００９】
以上の特殊な条件下での無線通信となるため、当該特殊条件を考慮した最適アンテナを用いないと、ラジオカプセルと体外ユニットの間の無線通信における通過損が極めて大きなものとなってしまう。通過損が極めて大きなものとなると、ラジオカプセルのアンテナの送信電力を大きなものにする必要が生じ、これにより、ラジオカプセルに内蔵する電池容量を大きくするか、又は、生体情報の取得回数を減らす等の弊害が発生してしまう。
【００１０】
上記の特許文献１〜３においては、体外ユニットのアンテナの詳細内容が記載されておらず、上記の無線通信における特殊条件への配慮が為されていない。また、ラジオカプセルのアンテナに関しては、図面においてメアンダ形状のアンテナが使用されていることが伺えるが、このような電流型アンテナを人体内で使用した場合には、アンテナ自体において大きな電力ロスが生じることが想定され、上記の無線通信における特殊条件への配慮が為されているとは考えにくい。
【００１１】
そこで本発明のラジオカプセル送受信システムは、ラジオカプセルと体外ユニットとの間の無線通信における通過損を小さくすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明のラジオカプセル送受信システムは、生体情報を検出するセンサ、及びこのセンサによって検出された前記生体情報を磁流型アンテナにより送信する送信器を有するラジオカプセルと、このラジオカプセルの前記磁流型アンテナから送信される信号を受信する磁流型アンテナを有する体外ユニットとを備える。
【００１３】
本発明の最も重要な点は、ラジオカプセルに内蔵されたアンテナと体外ユニットを構成するアンテナを、共に磁流型アンテナにした点である。このように、磁流型アンテナをラジオカプセル及び体外ユニットに用いる事により、ラジオカプセルと体外ユニット間の無線通信における通過ロスを大きく低減できるという極めて大きな効果が得られる事となる。磁流型アンテナとは、アンテナの動作に基づいて付けられたあるアンテナのグループの総称であり、具体的なアンテナとしては、ループアンテナ、マイクロストリップアンテナ、板状逆Ｆアンテナ等が挙げられる。
【００１４】
以下に、何故、磁流型アンテナをラジオカプセル及び体外ユニットに用いると、上記の特殊条件での無線通信において、通過損を低減できるのかを説明する。
【００１５】
まず最初に、ラジオカプセルに内蔵されたアンテナが磁流型アンテナであった場合、電流型アンテナ（ダイポールアンテナ、モノポールアンテナ等の総称）であった場合に、それぞれのアンテナの周囲に生じる電界、磁界を考えてみる。ラジオカプセルと体外ユニット間の通信に使用される周波数を最も一般的な３００ＭＨｚ〜５００ＭＨｚの間の周波数だとした場合に、ラジオカプセルに内蔵されるアンテナサイズは、その波長に対して極めて小さなものとなる。なぜなら、ラジオカプセルは人が口より飲み込む事ができるサイズ（直径１０ｍｍ、長さ２５ｍｍ程度）に抑える必要があるためである。故に、アンテナ周囲の電界・磁界を考えるに当たっては、磁流型アンテナに関しては微小ループアンテナ（ループ周囲長＜＜波長）、電流型アンテナに関しては微小ダイポールアンテナ（ダイポールエレメント長＜＜波長）をその対象とするのが最良である。
【００１６】
図１に示す微小ループアンテナの周囲の電界・磁界を表す（数１）〜（数４）を以下に示す。
【００１７】
【数１】
【００１８】
【数２】
【００１９】
【数３】
【００２０】
【数４】
【００２１】
図２に示す微小ダイポールアンテナの周囲の電界・磁界を表す（数５）〜（数８）を以下に示す。
【００２２】
【数５】
【００２３】
【数６】
【００２４】
【数７】
【００２５】
【数８】
【００２６】
微小ループアンテナにおいて、波長と比較して十分遠方な領域へ放射され、微小ループアンテナにエネルギーが戻ってこない電界・磁界の成分は、（数２）、（数３）の１／ｒに比例する成分のみである。（数１）〜（数３）の１／ｒ2及び１／ｒ3の成分は、そのエネルギーが遠方に放射されて消費されるものではなく、微小ループアンテナの周囲に存在する無効電力の成分である。この成分は微小ループアンテナに近づくにつれ、距離の２乗及び３乗に反比例してその成分が大きくなる。このため、微小ループアンテナ近傍にｔａｎδ値の良好でない誘電体や磁性体が存在している場合には、これらの誘電体、磁性体によりエネルギーが消費され、本来、微小ループアンテナに戻ってくるべき（数１）〜（数３）の１／ｒ2及び１／ｒ3のエネルギーがアンテナに帰らず、微小ループアンテナの放射効率の大幅な劣化を招いてしまう。
【００２７】
微小ダイポールアンテナにおいても、微小ループアンテナの場合と同様であり、波長と比較して十分遠方な領域へ放射され、微小ダイポールアンテナにエネルギーが戻ってこない電界・磁界の成分は、（数６）、（数７）の１／ｒに比例する成分のみである。そして、（数５）〜（数７）の１／ｒ2及び１／ｒ3の成分は、そのエネルギーが遠方に放射されて消費されるものではなく、微小ダイポールアンテナの周囲に存在する無効電力の成分である。
【００２８】
ここで、着目すべきは、それぞれのアンテナの近傍における電界と磁界の比率である。図３に示したのは、微小ループアンテナと微小ダイポールアンテナのθ＝９０度における電界と磁界の比率（＝Ｅ／Ｈ）を示したものである。そして、図３は、ラジオカプセルが人体内に留置される事を考慮し、３００ＭＨｚにおける脂肪の比誘電率：５.７において、（数２）、（数３）及び（数６）、（数７）から算出したものである。図３において、横軸はアンテナからの距離を波長で正規化して表したものである。図３より、アンテナから１波長以上離れた空間においては、微小ダイポールアンテナと微小ループアンテナの電界と磁界の比率はほぼ同一値を取ることが分かる。これは、アンテナから１波長以上離れた空間では、（数２）、（数３）及び（数６）、（数７）における１／ｒの有効電力成分が主流となり、１／ｒ2及び１／ｒ3の無効電力成分が放射に寄与している有効電力に比べて極めて小さい事を意味している。一方、アンテナから１波長以内の空間、特に０．３波長以内の空間においては、様相が一変する。微小ダイポールアンテナに関しては、アンテナに近づくにつれて電界Ｅの比率が指数関数的に増加する。また、微小ループアンテナの場合には、アンテナに近づくにつれて磁界Ｈの比率が指数関数的に増加してゆく。これは、アンテナ近傍においてアンテナからの距離に最も大きな感度を持つ１／ｒ3の項を、微小ダイポールアンテナは電界Ｅが有しており（（数１）、（数２）参照）、微小ループアンテナは磁界Ｈが有している（（数５）、（数６）参照）為である。
【００２９】
ここで、着目すべき点は、ラジオカプセルが人体内に留置される点である。前述の通り、人体は大きなロスを持った誘電体と考える事ができるが（脂肪の３００ＭＨｚにおける比誘電率：５．７、ｔａｎδ：０．７３）、磁性体としては扱われない点である（磁性体として敢えて人体を考えた場合、比透磁率はほぼ１、ｔａｎδはほぼ０とみなされる）。つまり、人体において、電界に関しては極めて大きな減衰を生じてしまうが、磁界の場合は、人体による減衰をほとんど考える必要がない。
【００３０】
故に、人体内部に留置されるラジオカプセル内のアンテナについては、アンテナ周囲のＥ／Ｈの値が小さなアンテナを使用することにより、１／ｒ2及び１／ｒ3の無効電力成分が人体により減衰する割合を低減する事が可能になる事が分かる。よって、本発明におけるラジオカプセル送受信システムのラジオカプセルに内蔵されるアンテナには、微小ループアンテナのような性質を有する磁流型アンテナを用いている。これにより、ラジオカプセルに内蔵されるアンテナの放射効率を極めて大きく向上させることが可能となり、結果として、ラジオカプセルの送信電力を大きく低減でき、電池サイズの縮小化、ラジオカプセルの動作時間の長期化を図る事が可能となる。
【００３１】
図３より、アンテナから０．３波長程度離れるとＥ／Ｈのカーブの傾きが緩やかになり、定常値に近づいているのが分かる。そこで、人体内に留置されるラジオカプセルと体外ユニット間の距離が約１０ｃｍであることを考えると、０．３波長が１０ｃｍとなる約１ＧＨｚ以下の周波数を無線通信に使用すれば、アンテナ間伝搬損を効果的に低減できる。
【００３２】
次に、体外ユニットを構成するアンテナに磁流型アンテナを用いることにより、ラジオカプセルと体外ユニット間の通過損を低減できる理由を述べる。
【００３３】
上述したが、ラジオカプセルと体外ユニットのアンテナ間距離は約１０ｃｍ以内と極めて近距離である。今、ラジオカプセルと体外ユニット間を周波数３００ＭＨｚで無線通信を行う場合、ラジオカプセルと体外ユニットのアンテナ間距離は、０.１波長以下となる。図３からも分かるように、０．１波長以内の空間においては、微小ダイポールアンテナに比べて微小ループアンテナ（磁流型アンテナ）の磁界Ｈの比率は極めて高いことが分かる。つまり、体外ユニットのアンテナについても、０.１波長以内の領域において磁界Ｈに対する感度が高い磁流型アンテナを採用した方が、受信電力を大きくできることが分かる。
【００３４】
図４に、体外ユニットのアンテナに電流型アンテナであるダイポールアンテナを使用した場合と磁流型アンテナであるループアンテナを使用した場合の、ラジオカプセルから体外ユニット間の通過損をモーメント法シミュレーション（シミュレータ：Ｉｅ３ｄ，Ｚｅｌａｎｄ社）により導出した結果を示す。このシミュレーションにおける人体モデルは、比誘電率：５．７、ｔａｎδ：０．７３の誘電体で表現した。人体モデルの厚みは１５０ｍｍ、１００ｍｍ、５０ｍｍの３種で検討を行い、ラジオカプセル側のアンテナは人体モデルの厚み方向の中間位置に配置した。また、ラジオカプセル側のアンテナには、磁流型アンテナであるループアンテナを用いた。更に、アンテナ間通過損の値は、ラジオカプセル側のループアンテナの向きにより変化するため、直交するＸ，Ｙ，Ｚ軸の３軸方向にループアンテナをそれぞれ置いた場合の通過損を導出し、それらの平均値を図４に示した。
【００３５】
図４より、体外ユニットのアンテナとして磁流型アンテナであるループアンテナを用いた場合に、電流型アンテナであるダイポールアンテナを用いた場合に比べてアンテナ間の通過損を大きく低減できる事が分かる。
【発明の効果】
【００３６】
以上の理由より、ラジオカプセルに内蔵されるアンテナ、体外ユニットを構成するアンテナ共に、磁流型アンテナを採用する事により、人体を介した無線通信時のアンテナ間通過損を著しく低減する事が可能となる。その結果、ラジオカプセル及び体外ユニットの送信出力を低減する事が可能となる事から、ラジオカプセル及び体外ユニットの電源を小さいものに変更することが可能となり、ラジオカプセル及び体外ユニットの小型化、軽量化、動作時間の長期化を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
（実施の形態１）
図５（ａ）及び図５（ｂ）は、本発明の体外ユニットのブロック図である。
【００３８】
図５（ａ）は、ラジオカプセルと体外ユニットの間で双方向の信号のやり取りを行うことを想定した体外ユニットのブロック図である。ラジオカプセルから送信された信号は複数のアンテナをアレイ状に並べて構成されたアンテナユニット１で受信されることになるが、どのアンテナを受信アンテナとして選択するかは、アンテナ切り替えスイッチ２において各アンテナが受信した電力値を比較して、決定される。受信電力が最大となるアンテナから得られた受信信号は、受信モジュール３に送られ、ダウンコンバージョンされた後、復調されて、ラジオカプセルが得た生体情報が体外ユニットにおいて復元される事となる。この生体情報は、一時的にメモリ４に記録され、一定時間経過後、外部のパソコン等により吸い上げられ、生体情報の分析を行う事となる。また、ラジオカプセルにコントロール信号を送信する場合、コントロール信号は、送信モジュールにおいて、無線通信を行いやすい形に変換された後、アンテナ切り替えスイッチにおいて選択された最適なアンテナによりラジオカプセルに送信される。本ブロック図においては、複数のアンテナをアレイ状に配置したアンテナユニットにより体外ユニットを構成したが、単数のアンテナで構成し、アンテナ切り替えスイッチを削除した構成にしても良い。
【００３９】
図５（ｂ）は、ラジオカプセルからの生体情報を体外ユニットにおいて受信のみ行う場合の体外ユニットのブロック図である。ラジオカプセルからの信号を単数のアンテナにて構成されたアンテナユニット１により受信し、その受信信号を受信モジュール３においてダウンコンバージョンし、復調することによりラジオカプセルが得た生体情報が体外ユニットにおいて復元される事となる。図５（ａ）の場合と異なり、アンテナユニットが単数のアンテナにより構成されているため、アンテナユニット１と受信モジュール３を結ぶ同軸ケーブルの本数が１本ですみ、装着感向上、軽量化を図ることが可能となる。但し、ラジオカプセルの体内位置により、体外ユニットのアンテナが良好な受信電力を確保できない場合には、複数のアンテナをアレイ化したアンテナユニットを用いた方が良い。
【００４０】
図５（ａ）の送受信ユニット７及び図５（ｂ）の受信ユニット８は、アンテナユニット１と分離して構成することもできる。コルセットや衣服にはアンテナユニット１のみを装着し、送受信ユニット７及び受信ユニット８は腰にベルト等により固定することで、コルセットや衣服の重量を下げる事ができ、人の装着感が向上する。人が体外ユニットを装着した様子を図６及び図７に示す。
【００４１】
図６は、シャツにアンテナユニット１を装着した場合を示す。ラジオカプセルにより生体情報を得ることを考えている体内部位を覆うようにアンテナユニット１が配設されており、このアンテナユニット１の設置位置は、シャツ９の人体に対して内側、外側のどちらでも良い。但し、シャツ９の人体に対して内側に設置する場合は、シャツ９に設けられたポケット等にアンテナを挿入して保持し、人体に直接的にアンテナユニット１が取り付けられることがないようにする。アンテナユニット１と送受信ユニット７は同軸ケーブル１０で接続されると共に、送受信ユニット７はベルト１１により、腰に固定される。
【００４２】
このようにシャツにアンテナユニット１を取り付けた場合には、アンテナユニット１が直接的に人体に密着設置されないため、体外ユニットを長時間装着した場合の人の負担、装着感を向上させることができる。
【００４３】
図７は、コルセット１２にアンテナユニット１を装着した場合を示す。図６のシャツの場合と同様に、ラジオカプセルにより生体情報を得ることを考えている体内部位を覆うようにアンテナユニット１が配設されており、このアンテナユニット１の設置位置は、コルセット１２の人体に対して内側、外側のどちらでも良い。アンテナユニット１と送受信ユニット７は同軸ケーブル１０で接続されると共に、送受信ユニット７はベルト１１により、腰に固定される。
【００４４】
コルセット１２にアンテナユニット１を設置した場合には、人の体形に合わせてコルセットの締め方を随時調整可能であるため、人体とアンテナユニットの間のギャップ幅が刻一刻と変化することが無く、人体とアンテナユニットの間の距離が変わることによるアンテナインピーダンスの変化を防止する事ができる。
【００４５】
図８（ａ）〜図８（ｃ）において、アンテナユニット１のシャツ９又はコルセット１２への取り付け方法の一例が示されている。図８（ａ）はコルセット１２の人体に対して内側にポケット１４を設け、そのポケット１４にアンテナユニット１を構成するアンテナ１３を挿入する様子を示したものである。ポケット１４に挿入固定するような方法を採用し、アンテナユニット１や同軸ケーブル１０を随時取り外す事ができれば、コルセット１２やシャツ９を容易に洗濯することが可能となる。
【００４６】
ポケット１４にアンテナ１３が配置されている状態におけるポケット１４の断面図を図８（ｂ）に示す。アンテナ１３は詳細を記載していないが、磁流型アンテナを樹脂ケースでカバーしたものである。コルセット１２を装着した時の装着感を向上させるため、アンテナ１３に接するポケット１４には緩衝材１５が設けられている。また、アンテナ１３がポケット１４の内部で移動しないように、ポケット１４のふたはマジックテープ（登録商標）１６で閉じられている。アンテナ１３から伸びる同軸ケーブル１０は、コルセット１２に設けられた貫通穴１７を通して人体に対して外側に引き回される。その様子を図８（ｃ）に示す。図８（ｃ）は人体に対して外側からコルセット１２を外観した図である。貫通穴１７から引き出された同軸ケーブル１０は、同軸ケーブル留め治具１８でコルセット１２の表面に固定されながら、送受信ユニット又は受信ユニットまで引き回され、接続される。同軸ケーブル１０をコルセット１２の人体側表面に引き回すと、コルセットの装着感が損なわれる可能性があるためである。尚、図８（ｃ）において図示してはいないが、面状の導体に関しては、人体に対して同軸ケーブル１０の更に外側に配置するのが好ましい。同軸ケーブルに対する外部からのノイズの影響を面状の導体により低減することが可能となるためである。
【００４７】
図８（ａ）〜図８（ｃ）においては、コルセット１２の人体側にポケット１４を設け、アンテナ１３を配置したが、人体に対してコルセット１２の外側表面にポケット１４を設けても問題ない。こうする事により、体外ユニットを装着した時の人体装着感が向上する。また、アンテナ１３のコルセット１２又はシャツ９への取り付け方法は、ポケット１４を設けて挿入する方法以外に、マジックテープ（登録商標）等で取り付けても良い。
【００４８】
図９にシャツ９又はコルセット１２へアンテナユニットを取り付けるための別の方法を示す。これは、布等の形状が柔軟に変化する材料から成るアンテナユニット取り付け治具１９の表面にポケット１４を設け、そこにアンテナユニット１を構成するアンテナ１３を挿入し、固定する。そして、このアンテナユニット取付け治具１９を、マジックテープ（登録商標）等の固定治具を介してシャツ９又はコルセット１２に取り付けるものである。このような方法でアンテナユニット１をシャツ９又はコルセット１２に固定できれば、人の体型によるアンテナユニット１の位置調整を容易に行う事が可能となると共に、洗濯時のアンテナユニット１の取り外しが容易になる。
【００４９】
（実施の形態２）
図１０は、本発明のラジオカプセル送受信システムを示した断面図である。人体２０の腹部内部に留置されたラジオカプセル２１の中に、磁流型アンテナであるラジオカプセル側ループアンテナ２２が設けられている。人体２０の腹側には、アンテナユニット１を構成する対外ユニット側ループアンテナ２３が、シャツ９の人体側に設けられた第１のポケット２６の中に挿入され、固定されている。腹側に体外ユニット側ループアンテナ２３を設置したのは、ｔａｎδの高く通過損の大きい筋肉が背中に比べて腹側は少なく、アンテナ間通過損を低減できるためである。
【００５０】
人体２０の背中側に設けられた第３のポケット２８の中には第２の面状の導体２５が設置されると共に、第１の面状の導体２４が、シャツ９の人体に対して外側に設けられた第２のポケット２７に挿入され、体外ユニット側ループアンテナ２３を覆うように設置されている。第１の面状の導体２４及び第２の面状の導体２５を図１０に示すように配置する事により、ラジオカプセル側ループアンテナ２２と体外ユニット側ループアンテナ２３の間の通過損を低減する事が可能となる。そのメカニズムを図１１（ａ）、図１１（ｂ）、図１１（ｃ）に示す。
【００５１】
図１１（ａ）は、人体２０の内部に留置されたラジオカプセル２１に内蔵されたラジオカプセル側ループアンテナ２２の近傍の電界・磁界の流れを示した概略図であり、電界・磁界の放射パターンを表すものではない。図１１（ａ）において、ラジオカプセル側ループアンテナ２２から体外ユニット側ループアンテナ２３への信号の無線送信において利用される電界・磁界は、ラジオカプセル側ループアンテナ２２から体外ユニット側ループアンテナ２３へ向かう１／ｒの項の電界・磁界と１／ｒ2、１／ｒ3の項の電界・磁界である。ラジオカプセル側ループアンテナ２２から体外ユニット側ループアンテナ２３へ向かう方向以外の方向へ放射される１／ｒの項の電界・磁界に関しては、無線通信に利用されず、通過損の一部となる。そこで、図１１（ｂ）に示すように、第１の面状の導体２４を設置すると、これまで無線通信に利用されていなかったラジオカプセル側ループアンテナ２２から放射された１／ｒの項の電界・磁界により第１の面状の導体２４に誘起電流Ｉ1が流れ、この誘起電流により再放射された電界・磁界の一部（図１１（ｂ）中の点線矢印）を体外ユニット側ループアンテナ２３が受信する事により、通過損の低減を図ることが可能となる。図１１（ｃ）においては更に、体外ユニット側ループアンテナ２３の人体に対して外側にも第２の面状の導体２５を配置した実施の形態を示す。本実施の形態においても、図１１（ｂ）の場合と同様に、これまで無線通信に利用されていなかったラジオカプセル側ループアンテナ２２から放射された１／ｒの項の電界・磁界により第２の面状の導体２５にも誘起電流Ｉ2が流れ、この誘起電流により再放射された電界・磁界の一部（図１１（ｃ）中の点線矢印）を体外ユニット側ループアンテナ２３が受信する事により、通過損の更なる低減を図ることが可能となる。又、第２の面状の導体２５により、体外ユニット側ループアンテナ２３が外部からのノイズを受信しにくくなるため、良好な通信品質を実現できる。
【００５２】
図１０においては、面状の導体を腹側、背中側の両方に設置したが、一方のみに設置しても良い事は言うまでも無い。また、図１０においては、面状の導体をポケットに挿入する事で固定したが、マジックテープ（登録商標）やフォック等の脱着機構を用いて固定してもよい。また、面状の導体を用いる代わりに、シャツ９自体の繊維に導電性を持たせても良い。第２のポケット２７及び第３のポケット２８を無くすことができると共に、第１の面状の導体２４及び第２の面状の導体２５に柔軟性を持たせることができ、体外ユニットの装着感を向上させることができる。また、シャツに面状の導体を取り付ける手間を削減することができる。但し、体外ユニット側ループアンテナ２３の人体と接する面には、導電性の繊維が使用されないように配慮する必要がある。ラジオカプセル側ループアンテナ２２と体外ユニット側ループアンテナ２３の間の通過損が劣化するためである。
【００５３】
図１０においては、体外ユニット側のアンテナをループアンテナで構成したが、マイクロストリップアンテナや板状逆Ｆアンテナを用いてもよい。但し、ループアンテナは、アンテナ部分のみでバランス動作しているため、アンテナから伸びる同軸ケーブルのグランド部分に放射に寄与する電流が分布することがないため、体外ノイズの影響を低減できるという有利な点がある。
【００５４】
図１２は、体外ユニット側のアンテナに磁流型アンテナの一種である板状逆Ｆアンテナを使用した場合の実施の形態を示したものである。背中側に設置された面状の導体３０はコルセット１２にマジックテープ（登録商標）で固定されている。尚、面状の導体３０を設置する代わりに、コルセット１２の生地全体に導電性の繊維を貼付けておいても良い。但し、板状逆Ｆアンテナ２９の人体と接する面には、導電性の繊維が使用されないように配慮する必要がある。ラジオカプセル側ループアンテナ２２と板状逆Ｆアンテナ２９の間の通過損が劣化するためである。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明にかかるラジオカプセル送受信ユニットは、アンテナ間通過損を大幅に低減する事ができる。その結果、ラジオカプセルに内蔵される電池サイズを小さくする事ができ、ラジオカプセル自体の小型化が図れると共に、ラジオカプセルの使用時間の長期化をも図れるという効果を有している。また、体外ユニットを構成するアンテナをシャツ、コルセット等の衣服に配置する事で、アンテナを直接人体に張付ける事を回避でき、体外ユニットの装着間を向上させることができ、人が長時間、体外ユニットを装着しても、苦痛を与える事は無い。このようなことから当該発明は、小型のラジオカプセルを人が飲む事で人体内部の生体情報を容易に取得できるカプセル内視鏡等の医療機器に用いるのに最適である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】微小ループアンテナモデル図
【図２】微小ダイポールアンテナモデル図
【図３】Ｅ／Ｈのアンテナからの距離変化を示すグラフ
【図４】体外アンテナを変更したときのアンテナ間通過損を示す図
【図５】（ａ）、（ｂ）体外ユニットのブロック図
【図６】シャツに体外ユニットを装着した図
【図７】コルセットに体外ユニットを装着した図
【図８】（ａ）アンテナ設置方法を示す上面斜視図、（ｂ）アンテナ設置方法を示す断面図、（ｃ）アンテナ設置方法を示す背面斜視図
【図９】アンテナ設置方法を示す上面図
【図１０】本発明のラジオカプセル送受信システム例を示す断面図
【図１１】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）ラジオカプセル側アンテナ周囲の電界・磁界の流れの概略を示す図
【図１２】本発明のラジオカプセル送受信システム例を示す断面図
【図１３】従来の体外ユニットの図
【図１４】従来のラジオカプセルの図
【符号の説明】
【００５７】
１ アンテナユニット
２ アンテナ切り替えスイッチ
３ 受信モジュール
４ メモリ
５ 送信モジュール
６ 電池
７ 送受信ユニット
８ 受信ユニット
９ シャツ
１２ コルセット
２１ ラジオカプセル
２２ ラジオカプセル側ループアンテナ
２３ 体外ユニット側ループアンテナ
２４ 第１の面状の導体
２５ 第２の面状の導体
２９ 板状逆Ｆアンテナ
１００ 体外ユニット
１０１ アンテナ
１０２ 受信モジュール
１０３ メモリ
１０４ 電源
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体情報を検出するセンサ、及びこのセンサによって検出された前記生体情報を磁流型アンテナにより送信する送信器を有するラジオカプセルと、
このラジオカプセルの前記磁流型アンテナから送信される信号を受信する磁流型アンテナを有する体外ユニットとを備えたラジオカプセル送受信システム。
【請求項２】
請求項１に記載のラジオカプセル送受信システムにおける前記体外ユニットであって、
前記体外ユニットを構成する前記磁流型アンテナが配置される位置を除く場所に面状の導体を有する体外ユニット。
【請求項３】
請求項１に記載のラジオカプセル送受信システムにおける前記体外ユニットであって、
人体に対し、前記体外ユニットを構成する前記磁流型アンテナが配置される位置の外側を覆う状態で面状の導体が配置された体外ユニット。
【請求項４】
請求項１に記載のラジオカプセル送受信システムにおける前記体外ユニットであって、
前記ラジオカプセルに内蔵された前記磁流型アンテナ及び前記体外ユニットの前記磁流型アンテナが、ループアンテナ又はマイクロストリップアンテナ又は板状逆Ｆアンテナにより構成された体外ユニット。
【請求項５】
請求項１に記載のラジオカプセル送受信システムにおける前記体外ユニットであって、
コルセット又は衣服に配置された体外ユニット。
【請求項６】
コルセット又は衣服に前記面状の導体が配置された請求項２または請求項３に記載の体外ユニット。
【請求項７】
前記面状の導体が導電性を有する繊維により織られた導電性生地により構成された請求項２または請求項３に記載の体外ユニット。
【請求項８】
前記体外ユニットの前記磁流型アンテナは、前記コルセット又は前記衣服に取り外し可能な構成で配置された請求項５に記載の体外ユニット。
【請求項９】
前記コルセット又は前記衣服及び前記面状の導体に脱着機構が設けられた請求項６に記載の体外ユニット。
【請求項１０】
前記体外ユニットを構成する前記磁流型アンテナと送受信ユニット又は受信ユニットとを接続するケーブルが、人体に対して前記コルセット又は前記衣服の外側に引き回された請求項６に記載の体外ユニット。
【請求項１１】
前記体外ユニットを構成する前記磁流型アンテナと送受信ユニット又は受信ユニットとを接続するケーブルが、人体からみて面状の導体の内側を引き回された請求項６に記載の体外ユニット。
【請求項１２】
前記ラジオカプセルと前記体外ユニットの無線による信号のやり取りに１ＧＨｚ以下の周波数の信号が使用された請求項１に記載のラジオカプセル送受信システム。
【請求項１】
生体情報を検出するセンサ、及びこのセンサによって検出された前記生体情報を磁流型アンテナにより送信する送信器を有するラジオカプセルと、
このラジオカプセルの前記磁流型アンテナから送信される信号を受信する磁流型アンテナを有する体外ユニットとを備えたラジオカプセル送受信システム。
【請求項２】
請求項１に記載のラジオカプセル送受信システムにおける前記体外ユニットであって、
前記体外ユニットを構成する前記磁流型アンテナが配置される位置を除く場所に面状の導体を有する体外ユニット。
【請求項３】
請求項１に記載のラジオカプセル送受信システムにおける前記体外ユニットであって、
人体に対し、前記体外ユニットを構成する前記磁流型アンテナが配置される位置の外側を覆う状態で面状の導体が配置された体外ユニット。
【請求項４】
請求項１に記載のラジオカプセル送受信システムにおける前記体外ユニットであって、
前記ラジオカプセルに内蔵された前記磁流型アンテナ及び前記体外ユニットの前記磁流型アンテナが、ループアンテナ又はマイクロストリップアンテナ又は板状逆Ｆアンテナにより構成された体外ユニット。
【請求項５】
請求項１に記載のラジオカプセル送受信システムにおける前記体外ユニットであって、
コルセット又は衣服に配置された体外ユニット。
【請求項６】
コルセット又は衣服に前記面状の導体が配置された請求項２または請求項３に記載の体外ユニット。
【請求項７】
前記面状の導体が導電性を有する繊維により織られた導電性生地により構成された請求項２または請求項３に記載の体外ユニット。
【請求項８】
前記体外ユニットの前記磁流型アンテナは、前記コルセット又は前記衣服に取り外し可能な構成で配置された請求項５に記載の体外ユニット。
【請求項９】
前記コルセット又は前記衣服及び前記面状の導体に脱着機構が設けられた請求項６に記載の体外ユニット。
【請求項１０】
前記体外ユニットを構成する前記磁流型アンテナと送受信ユニット又は受信ユニットとを接続するケーブルが、人体に対して前記コルセット又は前記衣服の外側に引き回された請求項６に記載の体外ユニット。
【請求項１１】
前記体外ユニットを構成する前記磁流型アンテナと送受信ユニット又は受信ユニットとを接続するケーブルが、人体からみて面状の導体の内側を引き回された請求項６に記載の体外ユニット。
【請求項１２】
前記ラジオカプセルと前記体外ユニットの無線による信号のやり取りに１ＧＨｚ以下の周波数の信号が使用された請求項１に記載のラジオカプセル送受信システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００７−５４４７４（Ｐ２００７−５４４７４Ａ）
【公開日】平成１９年３月８日（２００７．３．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２４５６１０（Ｐ２００５−２４５６１０）
【出願日】平成１７年８月２６日（２００５．８．２６）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年３月８日（２００７．３．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年８月２６日（２００５．８．２６）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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