JP5466171B2 - 人体通信システム及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、人体通信システム及び方法に関し、より詳細には、人体内に投入された無線カプセルを用いることによって人体内で獲得した情報を、人体を伝送媒質として用いることによって体外の記録装置に伝送するための人体通信システム及び方法に関する。

この研究は、ＭＩＣ／ＩＩＴＡのＩＴ Ｒ＆Ｄプログラム［２００６−Ｓ−０７２−０２、人体通信に関するコントローラＳｏＣ］によってサポートされた。

近年、被検者の痛みを減らし、内視鏡検査及び治療を自動に行うことができる装置に対する関心が高まっている。このような関心により、自動化ビジョン装置と無線データ伝送装置とを小さな錠剤に統合させたシステムが開発された。このシステムはアメリカ合衆国（ＵＳ）の医学的評価の承認を受けた。このシステムを適用した高価の製品が既に市場に出回り、使用されている。

関連する従来技術の１つとして、特許文献１には、口で飲み込むカプセル型無線内視鏡システムが開示されている。カプセル型無線内視鏡システムは、撮像装置（画像装置）、送信器、照明装置、バッテリーからなる電源で構成される。撮像装置は、カプセル内にマイクロカメラを含む。マイクロカメラは、送信器を用いることにより、胃腸の鮮明な画像を被検者の腰に固定されている画像記録装置に伝送し続ける。次に、記録デバイスは記録後に保存されたデータを病院に伝送する。すると、医者は病院でコンピュータを用いることによりイメージデータを判読し分析する。このようにして、医者は被検者の胃腸の状態がチェックすることができる。カプセル型内視鏡を用いることによって、被検者が病院に留まる必要がなく、苦痛を軽減させ、さらに、１回の服用で全ての消化器官を確認することができる。

一般的に、情報取得は周期的に行われる。カプセル内の通信デバイスと外部機器と間の双方向通信は、より正確なデータの獲得を可能にする。それ故に、これに関連する機能が追加されつつある。さらに、関連する従来技術は、正確な検査のためにカプセル型内視鏡が所定の位置に留まることを可能にするか、又は消化系において蠕動と呼ばれる、リズミカルな収縮によって引き起こされる運動と逆方向に移動することを可能にする電気推進装置及び電気刺激を用いた収縮によって引き起こされる前方運動及び後方運動を促進する。

しかし、このような従来技術において、体内で取得した情報は、カプセル内の通信デバイスと外部機器との間の通信を介して伝送することはできるが、このような体内で取得した情報は高解像度の画像である。高解像度の画像を外部機器に伝送するためには多くの電力が消耗される。しかし、従来の技術は、カプセル内部の限定された電源を使用するため、高解像度の画像を円滑に伝送できないこともある。

また、図１に示されるように、既存の人体通信を利用したカプセル型内視鏡１０は、電位差を有する２つ以上の電極１１を利用するため、体内で取得した情報を人体外部の機器２０に伝送するためには２つ以上の電極１１が安定的に人体と接触する必要がある。この目的を達成するために、図２は、電極配置の例のように接触を安定的に維持するために、電位差を有する２つの電極を必要とする既存のカプセル型内視鏡の様々な電極配置の例を示す。

しかし、カプセル型内視鏡は自立した電力供給を有さないため、２つ以上の電極を安定的に維持することは困難である。さらに、従来のカプセル型内視鏡が外部機器と通信のために既存のＲＦ通信装置を使用するとき、搬送周波数が高くなければならず、それによりＡ／Ｄ変換器の周辺回路も多くの消費電力消費を必要とする。

米国特許５６０４５３１号明細書

本発明の態様は、人体内の無線カプセルと人体外に位置付けられる記録装置間の通信を実行するために使用される既存のＲＦ方式に代わって、より良好な品質の情報を長期間にわたって獲得するために人体通信を適用することで消費電力を減らし、且つ高速の通信を得るための人体通信システム及び方法を提供する。

本発明の態様によると、人体の内部に投入されて人体内部の映像情報を取得し、電極を通じて前記取得した情報に関する信号を人体内部から外部に伝送する無線カプセルと、人体の外部から、人体を媒質にして前記無線カプセルと無線通信し、人体と接した電極を通じて前記無線カプセルから伝送される前記信号を受信し、受信した前記信号を無線データ処理して保存するポータブルデータ記録器を含むことを特徴とする人体通信システムが提供される。

前記無線カプセルは、人体内部の映像情報を取得する情報取得部と、前記取得した情報に関する信号を変調する人体通信部と、表面に形成されて前記変調された信号を人体に印加し外部に伝送する電極と、電源を供給するバッテリーを含み、前記情報取得部は光源を有する照光部と、前記映像情報を取得するためのイメージセンサーと、前記取得した情報を処理するマイクロプロセッサーを含むことを特徴とする。

前記ポータブルデータ記録器は、人体の表面に接触し人体を通じて伝送される前記信号を受信する電極と、前記電極を通じて受信した前記信号を復調する人体通信部と、前記復調された信号に対するデータを保存部に記録するデータ処理部を含むことを特徴とする。

本発明の他の態様によると、人体の内部に投入される無線カプセルと、人体の外部に形成されるポータブル記録装置を含む人体通信システムにおける前記無線カプセルと前記ポータブル記録装置間の人体通信をするための方法において、前記無線カプセルにおいて人体内部で感知した映像情報を取得するステップと、前記無線カプセルで前記取得した情報に対する信号を変調するステップと、前記無線カプセルで前記変調された信号を人体に接触した電極を通じて人体に印加するステップと、前記ポータブル記録装置で人体に印加された信号を人体を媒質にして受信するステップと、前記ポータブル記録装置で前記受信した信号を復調し、保存装置に記録するステップを含むことを特徴とする人体通信方法が提供される。

従って、本発明の例示的な実施形態によると、人体を媒質にして周波数変調方式を使用せず周波数選択的拡散方式を使用することで、変復調過程で必要とする回路を取り除き消費する電力を減らすことができ、広帯域のデジタル信号（基底帯域信号）を直接人体に伝送することで高い伝送率を得ることができ、双方向通信を通じて所望するデータを安定的に確保することができる。

また、人体内部に投入される無線カプセルに同じ位相を有する信号を出力する電極を構成することで既存の複数の電極を形成することより安定した接点を維持する上、同じ位相を有する信号を出力する電極の多様な配置を通じて通信のための安定した接点を維持することができる。

従来のカプセル型内視鏡と外部装置間の通信を示した図である。 従来のカプセル型内視鏡の電極配置構造を示した図である。 本発明の実施例による人体通信を利用した感知装置の構造を示した図である。 本発明の実施例による無線カプセルの電極配置図である。 本発明の実施例による無線カプセルの電極配置図の他の例を示した図である。

以下では、本発明の好ましい実施例を添付の図面を参照して詳しく説明する。本発明を説明するにおいて、関連する公知機能あるいは構成に対する具体的な説明が本発明の要旨を不要に不明確にすると判断される場合はその詳細な説明を省略する。

本発明の実施例による人体通信システムは、人体に投入されるカプセル型内視鏡などの医療装置に適用されることができ、このような本発明の実施例による人体通信システムの構造を添付の図面を参照して具体的に説明する。

図３は、本発明の実施例による人体通信システムの構造を図示した図面である。

図３を参照すると、人体通信システムは、無線カプセル１００と、ポータブルデータ記録器２００を含むことができる。無線カプセル１００は、人体に投入される。ポータブルデータ記録器２００は、人体の外部に位置付けられ、データを記録する。無線カプセル１００及びポータブルデータ記録器２００は、人体を媒質にしてデータを送／受信する双方向通信を行う。電力消費を最小化するために、無線カプセルは人体通信の送信部のみを有し、ポータブルデータ記録器２００は人体通信の受信部のみを有する。

無線カプセル１００は、情報取得部１１０と、人体通信部１２０と、電極１３０と、バッテリー１４０と、スイッチモジュール１５０を含むことができる。

情報取得部１１０は、光源を有する照光部１１１と、光源を利用し、映像情報を取得するためのイメージセンサー１１２と、取得した映像情報を処理するマイクロプロセッサー１１３を含む。

人体通信部１２０は、マイクロプロセッサー１１３から送信された取得情報に関する信号を変調して、電極１３０を通じて人体に印加する。人体通信部１２０は、様々な周辺電子機器からの電磁的な干渉下で安全な通信を実行することができる。さらに、制限されたバッテリー１４０でより高いデータ伝送率を得るために、人体通信部１２０は、連続周波数変調方法を使用せず、周波数選択的拡散方法を使用することによって信号を変調する。それにより、人体通信部１２０は、広帯域のデジタル信号（基底帯域信号）をＲＦ変調することなく、人体を通じてポータブルデータ記録器と通信することができる。

電極１３０は、無線カプセル１００の表面に形成され、人体と接触しており、信号を人体に印加する。本発明の実施例では、電極１３０が１つで構成されたものを例に挙げて説明したが、体内で安定した接点を維持するために、同じ位相を有する信号を出力する複数の電極で構成されることもできる。図４は、無線カプセル１００に形成された１または複数の電極の例を示す。図４（ａ）及び（ｂ）は、１つの電極で構成されたものを示し、図４（ｃ）及び（ｄ）は、同じ位相を有する信号を出力する複数の電極配置の例を示す。また、電極は、図５に示されるような形態にも可変できる。

ポータブルデータ記録器２００は、表面に形成され、人体に印加された信号を受信する電極２１０と、電極を通じて受信した信号を復調する人体通信部２２０と、復調された信号に対するデータを記録するデータ処理部２３０と、内部または外部に形成された保存部２４０と、電源部２５０とを含む。

このように構成された人体通信システムは、人体内部の無線カプセルと外部のポータブルデータ記録器の通信を通じて人体内部で取得した情報を高い伝送率で安定的に確保することができる。このような人体通信システムで人体通信をするための方法を具体的に説明する。

無線カプセル１００が人体に投入され、スイッチモジュール１５０が作動し、ＯＮ状態になると、バッテリー１４０を通じて電源が印加され、無線カプセル１００が動作する。

電源が印加されると、照光部１１１で光源が発生する。イメージセンサー１１２は、光源を利用することによって人体の内部で必要な映像情報を取得し、マイクロプロセッサー１１３に伝達する。これにより、マイクロプロセッサー１１３は、伝達された映像情報を処理し、人体通信部１２０に伝達する。

人体通信部１２０は、周波数選択的拡散方式を利用することによって伝達された映像情報を変調した後、変調された信号を電極１３０に伝達し、電極１３０と接触した人体に印加する。電極１３０を通じて出力された変調信号は、胃腸管内部から人体を通じて人体の外部に位置したポータブルデータ記録器２００に伝送される。

次に、ポータブルデータ記録器２００は、人体と接触している電極２１０を通じて信号を受信する。このとき、受信する信号は微弱な信号で、人体通信部２２０に伝達される。これにより、人体通信部２２０は、受信した微弱な信号を復元してデータ処理部２３０に伝達する。

データ処理部２３０は、復元された信号を内部または外部の保存部２４０に記録する。

一方、本発明の詳細な説明では具体的な実施例に関して説明したが、本発明の範囲から外れない限度内で様々な変形が可能である。従って、本発明の範囲は説明した実施例に制限されるものではなく、添付の発明の請求の範囲及びこの発明請求の範囲と均等なものなどにより制限されるべきである。

Claims (4)

1. 人体の内部に投入されて人体内部の映像情報を取得し、複数の電極を通じて前記取得した情報に対する信号を人体内部から外部に伝送する無線カプセルであって、前記複数の電極から出力される前記信号の各々は同じ位相を有する、無線カプセルと、
   人体の外部で前記人体を媒質にして前記無線カプセルと無線通信し、人体と接した電極を通じて前記無線カプセルから伝送される前記信号を受信し、受信した前記信号を無線データ処理して保存するポータブルデータ記録器と
   を含み、
   前記無線カプセルは、
   前記映像情報を取得する情報取得部と、前記取得した情報に対する信号を変調する人体通信部と、表面に形成され、前記変調された信号を人体に印加して外部に伝送する電極と、電源を供給するバッテリーとを含み、
   前記人体通信部は、周波数選択的拡散方式を利用することにより、前記取得した情報に関する信号を変調し、広帯域の基底帯域信号を前記人体に直接伝送することを特徴とする人体通信システム。
2. 前記情報取得部は光源を有する照光部と、
   前記映像情報を取得するためのイメージセンサーと、
   前記取得した情報を処理するマイクロプロセッサーと
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の人体通信システム。
3. 前記ポータブルデータ記録器は、
   人体の表面に接触して人体を通じて伝送される前記信号を受信する電極と、
   前記電極を通じて受信した前記信号を復調する人体通信部と、
   前記復調された信号に対するデータを保存部に記録するデータ処理部と
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の人体通信システム。
4. 人体の内部に投入される無線カプセルと、人体の外部に形成されるポータブル記録装置を含む人体通信システムにおける前記無線カプセルと前記ポータブル記録装置間の人体通信のための方法において、
   前記無線カプセルで人体内部で感知した映像情報を取得するステップと、
   前記無線カプセルで前記取得した情報に対する信号を変調するステップと、
   前記無線カプセルで前記変調された信号を人体に接触した複数の電極を通じて人体に印加するステップであって、前記複数の電極から出力される前記信号の各々は同じ位相を有する、ステップと、
   前記ポータブル記録装置で人体に印加された信号を人体を媒質にして受信するステップと、
   前記ポータブル記録装置で前記受信した信号を復調して保存装置に記録するステップと
   を含み、
   前記無線カプセルで前記取得した情報に対する信号を変調するステップは、周波数選択的拡散方式を利用して前記取得した情報に対する信号を変調し、広帯域の基底帯域信号を前記人体に直接伝送することを特徴とする人体通信システムにおける人体通信方法。

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