2019 Fiscal Year Research-status Report
Real-time location estimation technique for in-body devices using advanced human body phantom
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18K04123
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
高橋 応明 千葉大学, フロンティア医工学センター, 准教授 (70267342)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 体内無線電力伝送 / 位置推定 / 体内アンテナ / リアル人体ファントム / カプセル内視鏡 / 角度補正 / ヘリカルアンテナ / 脂肪・筋肉・大腸・小腸ファントム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
現在のカプセル内視鏡は内蔵された電池を動力源としており，撮像回数や解像度に限界がある．また，電池には有害物質が含まれており，人体内部での漏洩を考慮すると，カプセル内視鏡の動力源として好ましくない．そこで本研究では，電池による問題の解決を目的とした，電波方式を採用したカプセル内視鏡への無線電力伝送技術の開発を行っている．提案している方法は画像データの送受信と無線による電力の供給を同一のアンテナで行えるため，カプセル内視鏡の省スペース化に貢献できることもメリットとして挙げられる．
今年度は，最終的な目標である高精細人体ファントムを用いたカプセル内視鏡への電力伝送実測および位置推定の実測に向けた，送信・受信アンテナの作製や各部位の人体ファントムの開発を行った．
まず，カプセル内視鏡用アンテナの開発について述べる．先行研究より提案されているヘリカルアンテナを参考に，より反射係数の優れた折り返し構造を有するヘリカルアンテナを設計した．また，本アンテナは従来のアンテナに対して，安価・作製が容易といった特徴も持つ．実際に折り返し構造を有するヘリカルアンテナの作製を行い，筋肉と脂肪ファントムで構成される簡易的な人体モデルを用いて実測したところ，解析値と同等な，使用可能と判断できる性能を得られた．
次に高精細人体モデルを再現するための脂肪・筋肉・大腸・小腸ファントムの開発を行った．脂肪・筋肉は，液体小腸を入れる型でもあるので，電気定数のみでなく液体を入れても耐えうる強度にする必要がある．今までの脂肪は，脂肪の比誘電率の低さを達成するべくポリエチレンパウダーを大量に使用していたため，崩れやすく強度に問題があった．今回は新たにエマルジョン型離型剤（シリコーン）を材料としたことで粘性が増し，強度が高まった．これにより高精細人体ファントムを使用した実測に向けて，課題を抽出し対策を検討した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
無線電力伝送システムで使用する2線式スパイラルアンテナと折り返し構造を有するヘリカルアンテナの作製を終え，簡易的な人体モデルで実測したところ解析値とほぼ同等な結果が得られたことから，アンテナの有用性が確認できた．簡易的な人体モデルは筋肉と脂肪のみで構成されるが，今年度はそれらに加え小腸・大腸のファントムを開発し，実測に使用可能であることを確認した．
人体簡易モデルにおける位置推定アルゴリズムはほぼ完成したため，アルゴリズムのコーディングに移った．同時に，高精細人体モデルを用いた位置推定アルゴリズムに関する解析を行った．腹部の湾曲や内臓の複雑な形等の理由から，アルゴリズムにおける課題が得られた．特にカプセル内視鏡が小腸の端に位置する時の位置推定精度を高める必要がある．対策としてカプセル内視鏡からの電波を受信するアンテナの配置箇所の拡大や個数を増やすことが考えられる．
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| Strategy for Future Research Activity |
来年度は，まず送電アンテナであるスパイラルアンテナのアレーシステムを構築し，伝送効率の向上を目指す．アレー化にあたり，必要であれば小形化に向けた送電アンテナの再設計も行う．高精細人体モデルを用いた解析を通して，送電側のアレーアンテナの性能を評価し，完成し次第実測に移る．
位置推定アルゴリズムの改良も行う．高精細人体モデルによる解析で判明した，内臓の複雑な形等を原因とした推定誤差を減らす対策を講じる．また，改良した送受電アンテナと既存のアルゴリズムを用いて位置推定の解析を行う．
高精細人体モデルを用いた実測として，電力伝送効率の測定と位置推定アルゴリズムの検証の二つが挙げられる．来年度はこれら二つの実測を目標とし，カプセル内視鏡への無線電力伝送システム全体の評価に向けて研究を進める予定である．
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