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2015 Fiscal Year Research-status Report

体内無線電力伝送システムの開発

Research Project

Project/Area Number 26420338
Research InstitutionChiba University

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)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 伊藤 公一  千葉大学, フロンティア医工学センター, 教授 (90108225)
齊藤 一幸  千葉大学, フロンティア医工学センター, 准教授 (80334168)
Project Period (FY) 2014-04-01 – 2017-03-31
Keywords無線電力伝送 / アンテナ / 医療応用 / 人体内
Outline of Annual Research Achievements

人体埋込型医療機器への電力伝送を目的に研究をしている.昨年まで行っていたカプセル内視鏡への電力伝送の他に,皮下に埋め込んだ固定型医療センサへの電力伝送の検討も新たに行った.
皮下に埋め込んだ固定型医療センサへの電力伝送については,外部の装置を小形化することも重要であるため,昨年では検討していなかった5.8GHzでの回線設計,電磁界シミュレーションおよび実験を行った.その結果,人体防護指針を順守した送信電力の場合でも,マイコンなどを駆動するのに必要な電力が送信できることが分かった.
カプセル内視鏡への電力伝送については,カプセル内視鏡内のアンテナの改良,電力伝送の効率を上げるためのカプセルの位置推定技術の検討,人体外部アンテナの検討を行った.まず,カプセル内視鏡内のアンテナとして,ヘリカルアンテナの検討を行ってきたが,特性の向上を図るためには,μmでの製作精度の向上や安定性が必要なことから,フレキシブル基板を用いたアンテナの設計,回析を行った.所望の特性が得られることが分かったため,来年度は試作実験を行う予定である.次に,電力伝送のためのカプセル内視鏡の位置推定は,リアルタイム性が必要とある.画像の位置特定には遺伝的アルゴリズムなどを用いた方法が提案されているが,時間がかかる.位置と深さ,外部アンテナの送信角度特性などを基に近似曲線を用い,カプセルの3次元位置推定を行うアルゴリズムを提案した.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

昨年度の報告で今後の研究方策として挙げた事項,μmオーダーの設計精度のための課題,電力伝送をるためにカプセルの位置推定,小腸ファントムの開発,カプセル内視鏡以外の体内電力伝送などは,今年度検討を行った.個々の要素技術にはまだ残された課題があるが,要素技術の設計はほぼ完了した.
皮下埋込型医療機器に関しては,シミュレーションで設計した内部・外部アンテナが,人体の層構造を模したファントムで機能していることを実験により確認できており,今後は具体的なアプリケーションとしての課題などが残されている.
カプセル内視鏡の位置推定に関しては,外部アンテナの配置や人体組織による位置精度のゆらぎなど検証する課題が残されており,検討していく予定である.
カプセル内視鏡内のアンテナについては,アンテナ内に組み込まれるカメラや電子回路の影響について検証する必要が残されており,この評価方法も検討していく予定である.

Strategy for Future Research Activity

来年度は最終年度にあたるため,要素技術を組み合わせたシステムとしての評価を行う計画である.
システム評価として,フレキシブル基板を用いたアンテナを外注試作し,それを3D プリンタで作製したカプセルに入れて,筋肉や小腸を模したファントム内での電力伝送評価を行う予定である.
カプセル内視鏡の位置推定に関しては,従来カプセル内視鏡の画像伝送に使用している外部アンテナ配置で,電力伝送に必要な位置精度が達成できるのか,湾曲した腹部でも適応可能かかど検証していく予定である.
カプセル内視鏡内に組み込まれるカメラや電子回路の影響については,シミュレーションによる検証を行っていく予定である.
以上の研究成果を国際会議及び国内学会で発表するとともに,学術論文の執筆を行う.

Causes of Carryover

今年度,成果発表として国内発表だけに留まってしまい,旅費の使用が想定したほどではなかった.また,アンテナの外注試作までできなかった.

Expenditure Plan for Carryover Budget

次年度は最終年度でもあり,シミュレーションの確認のため,試作実験が多く材料費や外注での製作費が多く必要となる.また,成果発表のため,旅費や印刷費が多くかかる予定である.

  • Research Products

    (6 results)

All 2016 2015

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (4 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] Small antennas used in the vicinity of human body2016

    • Author(s)
      K.Ito, M.Takahashi and K.Saito
    • Journal Title

      IEICE Trans. Commun.

      Volume: vol.E99-B, no.1 Pages: pp.9-18

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 体内無線電力伝送用外部アンテナの検討2016

    • Author(s)
      塩井慎侑,高橋応明
    • Organizer
      電子情報通信学会総合大会
    • Place of Presentation
      九州大学(福岡県福岡市)
    • Year and Date
      2016-03-15 – 2016-03-18
  • [Presentation] カプセル内視鏡用無線電力伝送アンテナの開発2016

    • Author(s)
      甲斐重洋,高橋応明
    • Organizer
      電子情報通信学会総合大会
    • Place of Presentation
      九州大学(福岡県福岡市)
    • Year and Date
      2016-03-15 – 2016-03-18
  • [Presentation] 受信強度を用いたカプセル内視鏡位置推定2016

    • Author(s)
      小池侑紀,高橋応明
    • Organizer
      電子情報通信学会総合大会
    • Place of Presentation
      九州大学(福岡県福岡市)
    • Year and Date
      2016-03-15 – 2016-03-18
  • [Presentation] 体内無線電力伝送インプラントアンテナ2015

    • Author(s)
      長谷川裕斗,高橋応明
    • Organizer
      電子情報通信学会ソサイエティ大会
    • Place of Presentation
      東北大学(宮城県仙台市)
    • Year and Date
      2015-09-08 – 2015-09-11
  • [Book] IoT時代の極小アンテナ設計技術2015

    • Author(s)
      川上春夫,森下久,高橋応明
    • Total Pages
      157
    • Publisher
      科学情報出版

URL: 

Published: 2017-01-06  

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