实现胶囊内窥镜的高质量图像传输和体内医疗机器人的高速控制---成功开发每秒1000万位的体内高速无线通信设备

　V体育在总务省战略信息通信研究开发推进项目（SCOPE）的支持下，成功开发出一种高速无线通信装置，可从身体深处向体外传输每秒1000万比特（10Mbps）的数据。
与挪威奥斯陆大学医院合作，通过猪体内实验，展示了体内深达26厘米的高速通信。该成果是世界上信号到达身体深处最快的通信速度，并被电气和电子工程师协会（IEEE）接受为论文。

研究详情

　使用从体内到体外的高速无线通信设备的一个例子是远程诊断，例如胶囊内窥镜，它可以长时间留在体内，并将捕获的图像高质量地传输到体外。此外，人们期望通过外部无线控制体内医疗机器人，在体内移动，向受影响区域注射药物、采集样本、进行切除，这将应用于以医疗领域为中心的广泛领域。
目前，人体内部与外部的无线通信采用400MHz左右的窄频段，通信速度约为每秒数十万比特，难以传输高速、大容量、高质量的图像和视频。另一方面，10～60MHz的微弱无线频带与400MHz频带相比，在人体内的传播损耗小得多，可以深入人体进行通信，而且还具有无需总务省认证即可使用宽频带的特点。V体育教授王建庆领导的研究小组针对这一特点，成功开发出一种高速通信设备，采用10-60MHz宽带脉冲传输方式，以每秒1000万比特的速度到达人体深处。首先，我们开发了波形整形技术，将宽带信号通过人体传输时出现的信号波形失真恢复到原来的形状，解决了使用该频段进行高速通信时出现的码间干扰问题。接下来，我们利用磁性材料的波长缩短效应，解决了该频段天线小型化的难题。结果，我们实现了体内深处的高速通信，速度比传统方法快 30 倍以上。
目前，我们正在与千叶大学前沿医学工程中心合作，开发一种小到可以被吞咽的超小型天线，以实现整个通信设备的小型化，这对于实用化至关重要。我们还正在推动整个通信设备电路的集成电路（IC）的使用。
　这项研究的结果在体内26厘米深处实现了每秒1000万比特的通信速度，这意味着几乎所有体型都可以在身体任何部位与体外进行高速通信。随着通信设备的实际应用，我们可以期待在各种医疗、福利和保健领域的应用。例如，
(1)如果将这种通信设备应用在胶囊内窥镜中，将一张一张地传输到体外的图像的图像质量将得到显着提高，从而提高肿瘤诊断和早期检测的可靠性，并且使用视频进行实时诊断将成为现实。 （图1）

(2) 通过将此通信设备与生物传感器集成，无论生物传感器放置在体内的哪个位置，来自该位置的生物识别信息都可以高速传输到体外或体内的其他位置，并可用于监测、诊断和处理医疗状况。例如，安装在心脏病患者身上的心脏起搏器由起搏器本身和插入心脏的电极组成，起搏器本身带有脉冲发生器。利用这种通信技术，可以使脉冲发生器和电极之间实现无线连接，显着提高了使用的多功能性和便利性。 （图2）

(3)一旦这种通信装置在体内医疗机器人中实现，就可以同时从体外向身体各个部位传输大量控制信号，还可以同时操作许多电机，采集大量患病样本并发送给体外，对医疗机器人的运动进行更细致的控制成为可能。
(4)不仅可以应用于从身体深处到体外的沟通，还可以应用于身体表面的沟通。例如，可以从身体表面的多个点获取肌电信号，并将其高速发送到附着在人体上的机器人假手，从而以低延迟同时控制多个假手驱动电机。这使得人类可穿戴假肢机器人能够像人类一样熟练地移动，并执行比人类（工业机器人）需要更多力量的任务以及比人类的手和手指（精密机器人）更复杂的任务。它还可以应用于对因事故失去手臂或腿的人的假肢进行无线控制，或者对因病而无法将大脑命令传输到肢体的患者的肢体进行无线控制。 （图3）

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