JP2006026406A - 生理学的変数の無線による通信 - Google Patents

Abstract

【課題】 センサーの位置に対する感受性および電磁干渉に対する感受性が低減され、かつ費用効率の高い仕方で提供される、生理学的変数の侵襲的測定用の、被験者の体内に配置されたセンサーと通信する、改善された通信システムを提供すること。
【解決手段】 生理学的変数の体内測定システムおよび方法は、生理学的変数を測定するために体内に配置されるように構成されたセンサー（３１４）を用いて体内で生理学的変数を測定する。体外に配置された制御装置（３２２）がセンサーにこのセンサーを操作するための供給電圧を供給する。制御装置はセンサーから有線結合（３１１）を介して、測定された生理学的変数を表す信号を受信する。制御装置は通信インターフェース（４０１、７０１）と、表示のための測定された生理学的変数の無線通信用の変調器（３０１）とを備える。
【選択図】 図３

Description

本発明は、生理学的変数の体内測定システムおよび方法に関するものである。

従来、生理学的変数の侵襲的測定が広く必要とされている。例えば、心臓血管疾患を検査する場合、血圧と血流の局所的測定値を得て被測定者の状態を評価することが強く望まれている。そこで、測定を行うべき位置に小型センサーを配置し、この小型センサーと通信するための方法と装置が開発されている。

頭蓋内圧力モニタの一例が知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１には、自然周波数が周囲の圧力により影響を受ける受動共振回路を含む装置が記載されている。局所圧力は、頭蓋の外部に配置・負荷された電磁界からエネルギーが吸収される周波数を観察することにより測定される。

生理学的変数の測定された表象を通信するために、音響的並びに電気機械的相互作用に基づく装置が開発されている。いずれの場合も、センサーは共振要素を含み、その共振周波数は決定すべき生理学的変数の関数である。エネルギーが音波または電磁波の外部送信機から共振要素に向けて放射される。伝達されたエネルギーの周波数が予め選択された範囲にわたって掃引され、モニタ装置により記録される。周波数掃引の間、記録装置は共振要素の共振周波数を検知する。その理由は、監視している伝達エネルギーがこの周波数で低下するからである。

生理学的変数の侵襲的測定装置の上記の例は受動的システム、すなわち体内のセンサーがバッテリーや導線から提供される電気のようなエネルギー源を必要としないシステムの一例である。心臓血管疾患を検査する際にセンサーを特定の測定点に案内するために、ガイドワイヤまたはカテーテルの遠位端に小型センサーを載置することが知られている。このガイドワイヤまたはカテーテルは大腿動脈のような血管内に挿入され、蛍光透視診断法により、心臓血管系内の適切に機能していないことが疑われる局所的部位に案内される。

血圧、血流、温度等を含む多数の生理学的変数用の小型センサーまたはマイクロセンサーの開発は医療技術の歴史において画期的な出来事である。しかしながら、センサーと関連するケーブルやコネクタの組立は、物理的サイズが小さいこと、機械的精度が必要とされることおよび患者の安全性についての要求は妥協が許されないことから、費用効率の高い仕方で行うことが困難である。さらに詳しくは、概算では、そのような装置の総製造コストの約３分の１以上はコネクタとケーブルに帰属可能である。従って、これらの機能を奏する装置は依然として高価であり、そのため、それらの装置の使用の普及は臨床上の優先度がもっとも高い分野に限定されている。コスト面でさらに強調すべきことは、侵襲的手順のための装置は、感染性疾患を伝達するリスクがあることから、使い捨て品であると見なす必要があるということである。ケーブルとコネクタのコストを低減または省くことができるならば、大きな節約が可能となる。

特許文献１に記載されたタイプの受動的センサーのもう１つの問題は送受信機とセンサーとの間に望ましくない電磁気的カップリングが起きることである。このカップリングは、電力供給と信号伝達が機能的に分離されていないことによる。この問題の現れは、システムの出力信号がセンサーの位置により影響されることであるが、このことは明かに望ましくない性質である。この問題は、センサーと回路に電力を供給するために用いる周波数以外の周波数で操作されるローカル送信機能を含む動電子回路を追加することにより克服することができる。それによって、無線電源の機能は信号送信の機能から分離しなければならないため、出力信号はセンサーの位置により影響を受けてはならない。このような解決策は、例えば非特許文献１に記載されている。しかしながら、この解決策の欠点は、ガイドワイヤを用いる医療用途に望まれる大きさまで小型化することが困難なことである。さらに、この種の広帯域システムは電磁干渉と妨害を受け易い。

したがって、生理学的変数の侵襲的測定用の、被験者の体内に配置されたセンサーと通信するための改善された通信システムであって、センサーの位置に対する感受性および電磁干渉に対する感受性が低減された通信システムが必要とされている。

例えば、特許文献２は、生体内で生理学的変数を測定する方法および装置であって、送信機を対外に配置して無線周波エネルギーを送信し、かつ受信機を対外に配置して無線周波エネルギーを受信するようにしたものを開示している。生理学的変数に感受性のセンサーを有するトランスポンダ装置と、上記生理学的変数を表す時系列に従ってトランスポンダの無線周波エネルギーの吸収を制御する変調装置が体内に導入される。送信機は無線周波エネルギーをトランスポンダ装置に送り、受信機はトランスポンダ装置の無線周波エネルギーの吸収を監視して生理学的変数を表す時系列を決定する。この時系列は復号されて生理学的変数の測定値として解釈される。このようにして、無線電源が提供され、電磁干渉に対する感受性が低減される。

米国特許第４、０２６、２７６号明細書 米国特許第６、６９２、４４６号明細書 アール．ピュアーズ著 「センサーとテレメトリーの結合：システムデザインに対する影響」、第８回固体センサー・アクチュエータ国際会議、トランスジューサ−９５、ストックホルム、スウェーデン、１９９５年６月２５〜２９日、第１巻第４７−５０頁（Ｒ．Ｐｕｅｒｓ，"Ｌｉｎｋｉｎｇ ｓｅｎｓｏｒｓ ｗｉｔｈ ｔｅｌｅｍｅｔｒｙ： Ｉｍｐａｃｔ ｏｎ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｄｅｓｉｇｎ"，Ｐｒｏｃ． ８ｔｈ Ｉｎｔ．Ｃｏｎｆ． Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ， Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ−９５、Ｓｔｏｃｋｈｏｌｍ Ｓｗｅｄｅｎ，Ｊｕｎ．２５−２６，１９９５，Ｖｏｌ．１，ｐｐ４７−５０）

しかしながら、問題はまだ残っている。すなわち、変調装置と関連する回路が体内に配置されたトランスポンダ装置内のセンサーに直接近接して配置されていることである。トランスポンダ装置についての寸法上の要求が厳格であるために、トランスポンダ装置内に含まれる電子装置は近づけて配置せざるを得ない。さらに、これらの寸法上の要求のために、トランスポンダ装置に標準的な電子機器を使用することができない。このため、トランスポンダ装置の電子機器を製造することがかえって複雑になり、したがって非常に高価になってしまうという望ましくない影響がある。

したがって、生理学的変数の侵襲的測定用の、被験者の体内に配置されたセンサーと通信するためのさらに改善された通信システムであって、センサーの位置に対する感受性および電磁干渉に対する感受性が低減され、かつ費用効率の高い仕方で提供される通信システムが必要とされている。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、最小限の電子機器、好ましくは測定用センサーのみを体内に配置し、システムの残りの電子機器を対外に配置したシステムを用いることにより、測定された生理学的変数を表す信号の無線通信を行うシステムおよび方法を提供することを目的とする。

上述した本発明の課題は、請求項１に記載の、生理学的変数の体内測定システムおよび請求項１５に記載の生理学的変数の体内測定方法により解決される。

本発明の第１の形態によれば、本システムは、体内に配置されて生理学的変数を測定し、測定された生理学的変数を表す信号を提供するように構成されたセンサーと、体外に配置されるように構成された制御装置と、上記センサーと上記制御装置の間に配された配線であって、上記制御装置から上記センサーに電圧を供給するとともに、上記センサーから上記制御装置に信号を通信する配線とを備える。上記制御装置は、さらに、搬送信号を測定された生理学的変数を表す受信信号で変調する変調器と、この変調信号を無線通信するための通信インターフェースとを有する。

本発明の第２の形態によれば、本方法は、体内に配置されるように構成されたセンサーを用いて生理学的変数を測定する工程、上記センサーから体外の位置に配線を経由して上記測定された生理学的変数を通信する工程、上記センサーに上記配線を経由して電圧を供給する工程、体外の上記位置で搬送信号を上記測定された生理学的変数を表す信号で変調する工程、および上記変調された信号を離隔した位置に無線で送信する工程を備える。

本発明の基本的な思想は、体内に配置されて体の生理学的変数を測定するように構成されたセンサーを用いて体の生理学的変数を測定することである。上記センサーは上記センサーを体内に位置決めするためのガイドワイヤの遠位端に配するのが好ましい。上記センサーは上記ガイドワイヤにより人や動物の生体の血管内に挿入されるので、上記センサーの寸法上の要求は自明の理由により非常に厳格である。上記センサーは測定される変数、例えば温度、血流または血圧等に感受性の要素を含む。上記センサー自体は当技術において知られている。上記センサーは操作可能であるためには供給電圧を供給しなければならない。従って、制御装置を体外に配置してこの供給電圧を上記センサーに供給するようにしている。上記制御装置は、また、測定された生理学的変数を表す信号を上記センサーから受信する。上記センサーと上記制御装置との間の通信は、配線、例えば上記センサーが配されるガイドワイヤを用いて行われる。

上記制御装置は上記測定された生理学的変数を表示するための無線通信用インターフェースを備えている。無線通信用インターフェースを経由する通信は、例えば無線周波（ＲＦ）信号または赤外（ＩＲ）信号、その他の無線通信用の公知の技術を用いて行うことができる。以下、ＲＦ信号を用いるものとする。したがって、上記制御装置は、無線用インターフェースを経由してディスプレイ装置、コンピュータ、モニタその他の適当な、表示、記録、処理等のための装置に測定された生理学的変数を渡す。上記制御装置は、さらに、無線周波インターフェースを通して無線通信するために、搬送信号を、測定された生理学的変数を表す受信信号で変調する変調器を備える。

本発明は多くの理由で有利である。例えば、搬送信号を、測定された生理学的変数を表す信号で変調する変調器を、センサーの直ぐ近くの体内に配置する代わりに、従前のシステムと同様に、制御装置に配置することができる。このため、変調器を体外に配置すると、標準的な変調回路を用いることができ、体内に変調器を配置するのと比べて寸法上の要求を大いに緩和される。また、標準的な回路は通常在庫がある、比較的低価格の製品であり、この種の回路は一般に短時間で配達される。本発明による測定システムの全体的な複雑さは、特に製造、組立および据えつけの面を考慮すると、顕著に減っている。さらに、供給電圧がガイドワイヤを経由してセンサーに供給されるので、供給電圧の供給に関する効率が向上している。従来技術では、供給電圧を体の組織を通して送られるときは、効率は一般に低下する。

本発明の一実施の形態によれば、本システムは、さらに、上記変調された信号を復号するように構成されたモニタ装置を備える。この変調された信号は無線周波インターフェースを経由して受信され、ここに上記測定された生理学的変数の表象が提供される。上記モニタ装置は、さらに、上記無線周波インターフェースを経由して上記制御装置に供給電圧と制御データを供給するように構成されている。

このタイプの生理学的測定を行うときは、一般にモニタ装置、例えばコンピュータと関連するコンピュータ・スクリーンが、変調後の測定された変数をモニタするのに必要である。典型的には、このモニタ装置は上記測定された変数に対して種々の数学的操作と信号処理アルゴリズムを行うことができるソフトウェアを備えているとともに、上記変数を意味のある仕方で表示することができる、図、座標軸、表、曲線等を含む環境を提供する。この装置は普通上記制御装置、センサーおよび対象自身、例えば人体からある距離のところに配置されている。さらに、上記モニタ装置は典型的には２３０Ｖの交流電圧が提供される主電源に接続される。測定が実施される対象の近傍に配置される本発明のシステムの部品、すなわち、制御装置、センサーとその関連回路は操作中の測定システムを簡単に操作するために、なるべく小さくすることが好ましいので、モニタ装置がシステムに十分な供給電圧を供給することができれば有利である。これは制御装置に配されるいかなる電源も省略することができるからである。

上記モニタ装置から上記測定システムに制御データを送ることも可能である。例えば、上記モニタ装置のオペレータはセンサーから取得した信号の数、データの伝達速度、上記制御装置に配されることのあるマイクロコントローラへの制御信号等を制御しようと思うことがある。上記制御信号を上記モニタ装置において上記モニタ装置の搬送信号の変調処理に使用する際に、上記制御データが、無線インターフェースを経由して上記モニタ装置から上記制御装置に送られる供給電圧信号と干渉を起こさないようにしなければならない。

上記モニタ装置と上記制御装置との間のインターフェースは無線であるため、上記制御装置を上記モニタ装置に接続するケーブルやコネクタをすべて省略することができる。このことは本システムを操作する際に特に有利である。したがって、上記モニタ装置は無線周波インターフェースを通して伝送される信号に変調操作を行うために変調回路を備えていなければならない。実際は、本システムは病院のような環境において患者の生理学的変数を体内で測定するために使用することができる。本発明のシステムを用いて測定を行う要員が患者の近傍で移動する自由なスペースを必要とするので、ケーブルを省略できることは大いに有利である。

上記モニタ装置を、複数の制御装置から変調された信号を受信し、かつこの受信した変調された信号に対応する測定された生理学的変数の表象を提供するように構成することができる。その場合、特定の制御装置から送信された信号に識別子を付して上記モニタ装置がその特定の制御装置から生起した信号を識別することができるように各制御装置を構成する。これは、例えば、上記制御装置から上記モニタ装置に特定の周波数で信号を送信することで、または上記制御装置を識別する特定の信号で搬送信号を変調することで行うことができる。このように、１つのモニタ装置を用いて複数の制御装置から生起する測定された生理学的変数の複数の表象を提供することができて有利である。

本発明の別の実施形態によれば、上記制御装置は電力供給インターフェースを経由して電力を供給することができるように構成される。典型的には、ＤＣバッテリーの形の電源が上記制御装置に配置され、上記制御装置に上記電力供給インターフェースを経由して十分な供給電圧を供給する。このようにすることの利点は、上記測定システムは供給電圧を上記モニタ装置に依存しなくてすむことである。また別の実施の形態によれば、上記制御装置は上記無線周波インターフェースと上記電力供給インターフェースとを備える。さらに、スイッチを配して上記制御装置に上記無線周波インターフェースまたは上記電力供給インターフェースからの供給電圧を選択的に与えるように構成される。このように、上記バッテリーを上記モニタ装置により送られた電力のバックアップまたは補完として使用することができる。上記モニタ装置の電力は、上記バッテリーを充電するのに用いることもできる。

本発明のさらなる実施の形態によれば、上記制御装置の無線周波インターフェースは、上記制御装置の供給電圧の通信が上記制御装置と、上記制御装置が上記無線周波インターフェースを経由して通信する装置との間の誘導結合により行われるように構成される。無線インターフェースにおける誘導結合を用いることにより、システム内で比較的に低い操作周波数を用いることができる。このことは、上記システムの電磁妨害に対する感受性が低下する点で有利である。

本発明のさらに別の実施の形態によれば、上記制御装置の無線周波インターフェースは、上記測定された生理学的変数と上記制御データの通信が上記制御装置と、上記制御装置が無線周波インターフェースを経由して通信する装置との間の容量性結合（静電結合）を用いて行われるように構成される。無線インターフェースにおいて容量性結合を用いることにより、インダクタを用いた場合に比べ、小型の部品を用いることができる。

上記２つの実施の形態を鑑みると、無線周波インターフェースは誘導性または容量性のいずれでもよく、またこれらの組み合わせでもよい。したがって、無線通信インターフェースを通して伝送される信号のうちあるものは誘導的に伝送することができ、一方他のものは容量的に伝送することができる。

本発明はＲＦＩＤ（無線周波識別）用途において有利に実施することができる。この用途では、電磁または静電結合を用いてタグ／トランスポンダ（すなわち、モニタ装置）とリーダー／トランシーバ（すなわち、モニタ装置）の間にエネルギーを伝送する。上記トランシーバは上記トランスポンダを作動させるＲＦエネルギーを送信する。作動させられると、上記トランスポンダは典型的にはデータを上記トランシーバに送り戻す。

さらに、本発明の特徴と利点は添付の特許請求の範囲および以下の説明を検討すると明かになるであろう。当業者には、本発明の種々の特徴を組み合わせて以下に説明されている態様と異なる態様を創出することができることがわかる。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。

従来技術において、センサーをガイドワイヤに載置し、上記ガイドワイヤを介して生体の血管内に上記センサーを配置して、血圧または温度のような生理学的パラメータを検知することは知られている。上記センサーは上記パラメータに直接または間接に感受性である要素を含む。本出願人は生理学的パラメータを測定するための種々のタイプのセンサーを記載した多くの特許を所有している。例えば、米国特許第６、６１５、０６７号明細書に記載されている様に、温度は温度感受性抵抗を有する導体の抵抗を観察することにより測定することができる。別の例示的センサーは米国特許第６、１６７、７６３号明細書に記載されており、このセンサーでは、血流がセンサーに圧力を及ぼし、このセンサーはこの及ぼされた圧力を表す信号を送る。これらの米国特許の明細書の記載内容はいずれも本明細書において参照されることによってその一部を構成する。

上記センサーに電力を供給し上記測定された生理学的変数を表す信号を体外に配置された制御装置に通信するために、上記信号を送信する１つ以上のケーブルが上記センサーに接続され、容器からコネクタアッセンブリを介して外部制御装置に通過されるガイドワイヤに沿って経路がとられる。加えて、上記ガイドワイヤは典型的には上記センサーの支持体となる中心金属ワイヤ（コアワイヤ）を備える。

図１はガイドワイヤに載置された例示的センサー、すなわち、センサー案内構造１０１を示す。上記センサー案内構造１０１は、図１では、説明の便宜上５つのセクション１０２〜１０６に分割されている。セクション１０２は最も遠位の部分、すなわち、最も遠く容器内に挿入される部分であり、セクション１０６は最も近位である部分、すなわち、図示しない制御装置に最も近く位置している部分である。セクション１０２は、弧状先端部１０７を設けた、例えば白金性の放射線不透過性コイル１０８を備える。上記白金コイルと先端部には、不銹性固体金属ワイヤ１０９も取り付けられており、セクション２においては細い円錐上先端部のように形成されており、白金コイル１０８のためのセキュリティ・スレッドとして機能する。金属ワイヤ１０９がセクション１０２において弧状先端部１０７に向けて漸次細くなっているので、センサー案内構造の前部は漸次柔軟になっている。

セクション１０２とセクション１０３の間の遷移部において、上記コイル１０８の下端は上記ワイヤ１０９に糊あるいは半田を用いて取り付けられており、それにより継手１１０を形成している。継手１１０では、細い外管１１１が始点を有し、この外管１１０は生体適合性材料、例えばポリイミドからなり、下方にセクション１０６まで延びている。外管１１１はセンサー案内構造に低摩擦の平滑な外表面を与えるように処理されている。金属ワイヤ１０９はセクション１０３では大いに拡大され、この拡大部に例えば圧力計のようなセンサーエレメント１１４が配置されるスロット１１２が設けられている。上記センサーはその操作のために電気エネルギーを必要とする。センサーエレメント１１４が取り付けられている金属ワイヤ１０９は容器の急激な屈曲部においてセンサーエレメント１１４に及ぼされる応力を減少させる。

センサーエレメント１１４から信号送信ケーブル１１６が配置されている。信号送信ケーブル１１６は１つ以上の電気ケーブルを備える。信号送信ケーブル１１６はセンサーエレメント１１４からセクション１０６の下方で体外に配置された、図示しない制御装置に延びている。供給電圧は送信ケーブル１１６（または複数のケーブル）を通って供給される。上記測定された生理学的変数を表す信号も送信ケーブル１１６に沿って伝送される。金属ワイヤ１０９はセクション１０４の始まり部分では実質的に細められてセンサー案内構造の前部がよく撓むようになっている。セクション１０４の終わりの部分とセクション１０５の全体において、金属ワイヤ１０９を太くしてセンサー案内構造１０１を容器内で前進させるのが容易になるようにしている。セクション１０６では、金属ワイヤ１０９をできるだけ粗くして取り扱い易くしてあり、かつここにスロット１１２を設けて送信ケーブル１１６を、例えば、糊を用いて取り付ける。

本発明の好ましい実施の形態では、送信ケーブル１１６がガイドワイヤのコアワイヤ１１９と一体化される。コアワイヤ１１９を送信ケーブルとして用いると、図１に示す別個の送信ケーブルを省略することができるので、部品の数を減らせる。しかしながら、本明細書に記載されたセンサーを用いて送信する方法は、図１に示す様に、上記ガイドワイヤに沿ってまたは別の経路に沿って延びる別個の、単一または複数の送信ケーブルを用いて実施することができることは明らかである。コアワイヤ１１９を送信ケーブルとして用いる場合、コアワイヤ１１９自体は第１の電極を構成し、細い外管１１１は第２の電極を構成する。

図１に示す様な、本発明によるガイドワイヤ２０１の使用方法を図２に概略的に示す。ガイドワイヤ２０１は患者２２５の大腿動脈に挿入される。体内のガイドワイヤの部分２０１およびセンサー２１４を点線で示す。ガイドワイヤ２０１、さらに詳しくはそのコアワイヤ２１１も、コアワイヤ２１１に接続されたワイヤ２２６を介して、ワニ口クリップ型コネクタその他の公知のコネクタのような任意の適当なコネクタ手段（図示しない）を用いて制御装置２２２に接続されている。ワイヤ２２６は、ガイドワイヤ２０１の取り扱いを容易にするためにできるだけ短くするのが好ましい。好ましくは、ワイヤ２２６を省略し、制御装置２２２を適当なコネクタを介して直接にコアワイヤ２１１に取り付けるようにする。制御装置２２２はワイヤ２２６、ガイドワイヤ２０１のコアワイヤ２１１およびセンサー２１４を含む回路に電圧を供給する。さらに、測定された生理学的変数を表す信号をセンサー２１４からコアワイヤ２１１を介して制御装置２２２に伝送する。ガイドワイヤ２０１を導入する方法は当業者には周知である。

上記制御装置により上記センサーに供給される電圧はＡＣ電圧であっても、あるいはＤＣ電圧であってもよい。一般に、ＡＣ電圧を印加する場合、上記センサーは、典型的には、検査する物理的パラメータに感受性であるように選択されたセンサーを駆動するためのＤＣ電圧にＡＣ電圧を変形する整流器を含む回路に接続される。

図３は本発明の好ましい実施の形態による生理学的変数の体内測定システムの主要部ブロック図である。このシステムは制御装置３２２、コアワイヤ３１１およびセンサー３１４を含む。上記制御装置は変調器（Ｍ）３０１を備え、変調器３０１は、典型的には、デジタル論理シーケンス回路からなり、このデジタル論理シーケンス回路は消費電力を低減するためにＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）技術により設計されたものであることが好ましい。上記制御装置は、さらに、スイッチ３０２を備える。スイッチ３０２は単一のトランジスタであってもよく、変調のタイプ、操作周波数等に応じてバイポーラトランジスタまたは電界効果トランジスタのいずれであってもよい。以下、上記スイッチの機能を詳細に説明する。上記制御装置はまたＲＦ信号を送受信するアンテナ３０３を備える。ＲＦ操作周波数は、典型的には、以下に説明する様に誘導性結合を用いる場合は約１２５ｋＨｚである。図４の概略図は非スカラー的方法で受信したＲＦ電圧４０１を時間の関数として示している。

図３の制御装置３２２は、さらに、アンテナ３０３を介して受信した電力を局部電圧に転換する手段を含む。図４のＲＦ電圧は整流器３０６、例えば、超短波（ＶＨＦ）の場合はショットキー・ダイオード、またはそれより低い周波数の場合はｐｎ−半導体に入力される。整流された電圧は低域濾波回路（ＬＰ）３０７を通過し、マイクロセンサー３１４のための供給電圧となる。なお、図３には図示しないが、制御装置３２２もＲＦ電圧４０１から供給電圧を抽出しその電子回路に供給する。低域濾波回路３０７とマイクロセンサー３１４の間の信号５０１の概略図を図５に示す。同図は一定の整流された電圧５０１を時間の関数として示す。

マイクロセンサー３１４は測定される血圧、血流、温度等のような生理学的変数に応答して上記生理学的変数に対応する出力信号を与える。マイクロセンサー３１４は、センサー設計の確立されたプラクチスにしたがって、抵抗性、容量性、圧電性または光学的原理に基づいて操作することができる。変調器３０１は、特定の仕組みまたはアルゴリズム、例えばパルス幅変調（ＰＷＭ）、周波数変調（ＦＭ）等、または他の確立された変調方法に従って、マイクロセンサー３１４の上記出力信号を一時的に暗号化された信号に転換する。この変調された信号はガイドワイヤ３１１とスイッチ３０２を介してアンテナ３０３にフィードバックされる。変調器３０１の出力信号６０１の概略図を図６に示す。図６に示す様に、出力信号は時刻Ｔ１までＯＦＦである。時刻Ｔ１とＴ２の間、出力信号はＯＮであり、その後、出力信号は再びＯＦＦとなる。時刻Ｔ３で、再びＯＮになり、以後同様である。

このように、センサー３１４の吸収する電力はスイッチ３０２の動作により影響を受け、スイッチがＯＮの状態にあるときとＯＦＦの状態にあるときとでは吸収が異なる。レシーバー（図示しない）により検知された無線周波電圧７０１は、図７に示す様に、Ｔ１とＴ２の間の時間間隔の間、高レベルＨＬを示し、Ｔ１前とＴ２とＴ３の時間間隔では低レベルＬＬを示す。これにより、送信された電磁界に重畳された測定された変数の情報を信号７０１のレシーバーの変調器により抽出することが可能になり、それによって、図８に示す様に、変調器３０１からの出力信号６０１と実質的に同じ時間特性を持つ、すなわち、「高」から「低」へのそれぞれの変化が上記変調器からの信号６０１および上記復調器と実質的に同じ時刻に起きる、信号８０１が生成される。それによって、上記信号に含まれる時間情報を抽出することができる。

生理学的変数の測定値を無線周波電圧４０１の高または低吸収の１つ以上の間隔を用いて表される特性値に変換するのに有用なアルゴリズムであればどれを選択してもよい。例えば、測定された変数に正比例する時間間隔の間スイッチ３０２を閉じる様に変調器３０１を適合してもよい。もちろん、上記変数は選ばれた間隔で繰り返し測定し、それらの測定毎に上記変調器を初期化して適当な時間上記スイッチを閉じるようにしてもよい。あるいはまた、変調器３０１が上記測定された変数の所定のレベルに対応する、選ばれた回数、所定の時間間隔で、スイッチ３０２を閉じるようにして、測定された変数を周波数で暗号化することができる。

なお、上述したように、図３のブロック図は本発明の例示的実施の形態を説明するものである。実地では、標準的な回路を用いることが想定される。例えば、制御装置３２２としては、アトメル（Ａｔｍｅｌ）社製の、マイクロコントローラ用Ｕ３２８０Ｍトランスポンダ・インターフェースを使用することができる。そのタイプの標準的な回路を用いると、マイクロコントローラも、典型的には、上記Ｕ３２８０Ｍ回路との通信を取り扱い、Ｕ３２８０回路の制御をするのに使用される。このようにするには、一般にＡ／Ｄコンバータ、メモリおよび他の周辺電子機器を必要とすることが、当業者には理解される。

図９に本発明の別の実施の形態を示す。この実施の形態では、生理学的変数の体内測定システムは、さらに、ＲＦインターフェースを介して受信される変調された信号７０１を復調し、従って測定された生理学的変数の表象を与えるように構成されたモニタ装置３０９を備える。上記モニタ装置は、さらに、供給電圧４０１と制御データとをＲＦインターフェースを介して上記制御装置に供給するように構成されていてもよい。このタイプの生理学的測定を行う際、変調後の測定された変数を表す信号をモニタするための測定装置、例えばコンピュータおよび関連するコンピュータ・スクリーンが一般に必要とされる。上記測定装置は典型的には主電源に接続され、そこから２３０ＶのＡＣ電圧を提供することができる。測定が行われる対象の近傍に配置される本発明のシステムの部品、すなわち、制御装置、センサーとその関連回路はなるべく小さくして操作中に上記測定システムの管理が単純化される様にするのが好ましいので、上記モニタ装置が上記システムに十分な供給電圧を供給することができるならば有用である。その理由は、制御装置において配置されているどのような電源も省略することができるからである。モニタ装置３０９から制御装置３２２に送信されるデータは典型的には制御装置においてマイクロコントローラ（図示しない）によって処理される。

モニタ装置３０９は通信インターフェースを超えて変調／復調された信号の無線送受信用の送信経路および受信経路を備える。モニタ装置３０９の送信経路は狭帯域発振器（ＯＳＣ）３０４、増幅器３０５およびアンテナ３１０を備える。実質的に一定の振幅と周波数のＲＦ波４０１がアンテナ３１０により発振器３０４の操作周波数で発信される。上記発信周波数を一定または制御し得る周波数に制御・維持するために、水晶発振子３１２のような十分な信号発生手段が備えられている。水晶発振子を用いると、１０^-6またはそれより良い周波数安定性を保証することができる。これはシステムを電磁干渉に対して保護するとともに、システムから他の電子装置に望ましくない干渉が誘導されることを防ぐために重要である。図４の概略図は、送信されたＲＦ電圧４０１を時間の関数として非スカラー方式で示す。

モニタ装置３０９は、さらに、復調器（Ｄ）３１３を備える。復調器３１３は時間または周波数で暗号化された信号７０１を変調器３０１のアルゴリズムと逆のアルゴリズムに従ってセンサー信号に戻す。モニタ装置３０９は、また、信号処理提示手段（Ｐ）３１５を備える。増幅器３０５は位相感受性、位相追跡または同期型として文献公知のタイプのものであることが好ましい。そのような増幅器の帯域幅は極端に小さくすることができる。本発明のシステムは、電磁障害の影響を最小にする、極端に小さい帯域幅において操作することが好ましい。

図１０は本発明の他の実施の形態を示す。この実施の形態では、制御装置３２２、従ってセンサー１１４が電力供給インターフェースを介してバッテリー３１６の形の電源により電力を供給される。この場合、ガイドワイヤ３１１を介してセンサー３１４に供給される供給電圧はＤＣ電圧である。従って、整流器と低域（ＬＰ）濾波器を制御装置３２２に配置する必要がない。制御装置の電子機器はバッテリー３１６によっても電力を供給される。電源はバッテリーを必ず備えている必要はないが、例えば充放電可能なコンデンサーを備えていてもよいことは明かである。

図１１において、制御装置３２２がセンサー３１４にバッテリーから電力を供給するか、またはＲＦ信号４０１を用いて電力を供給するか選択可能である様にスイッチ３１８を設ける。有利なことに、アトメル社製のＵ３２８０Ｍトランスポンダ・インターフェースはこの特徴を実装している。バッテリー３１６は、その場合、制御装置３２２とセンサー３１４用の主電源として必ず用いる必要はないが、バックアップまたはＲＦ信号４０１の補完として考えることができる。バッテリー３１６をＲＦ信号４０１で充電してもよい。

図１２は本発明の一実施の形態を示す。この実施の形態では、制御装置供給電圧３３０と制御データおよび測定された変数を表す信号３４０の通信が、上記制御装置と、上記制御装置がＲＦインターフェースを介して通信する装置、例えばモニタ装置３０９との間の誘導性結合を用いて行われるように、制御装置３２２のＲＦインターフェースが構成されている。無線インターフェースに誘導性結合を用いることにより、比較的低い操作周波数をシステムで用いることができる。このことは、システムが電磁障害を受けにくくなるという利点を有する。さらに、誘導性結合は距離が大きくなっても送信が可能である。

図１３は本発明の一実施の形態を示す。この実施の形態では、制御装置の供給電圧３３０の通信が誘導性結合により行われ、制御データと測定された変数を表す信号３４０の通信が制御装置と、上記制御装置がＲＦインターフェース、例えばモニタ装置３０９を介して通信する装置との間の容量性結合を用いて行われるように、制御装置３２２のＲＦインターフェースが構成されている。無線インターフェースに容量性結合を用いることにより、インダクタを用いる場合と比べて小型の部品を用いることができる。

上記２つの実施の形態に鑑みると、無線周波インターフェースは誘導性、容量性またはこれらの組み合わせのいずれでもよいことが明かである。従って、無線通信インターフェースを通して送られる信号のあるものは誘導的に送られてもよく、他のものは容量的に送られてもよい。

特定の例示的実施の形態を参照して本発明を説明したが、本発明に種々の変更、改変等をすることができることは当業者には明らかである。従って、上記の実施の形態は添付の特許請求の範囲に記載された本発明の範囲を限定することを意図するものではない。

以上のように、本発明にかかる生理学的変数の体内測定システムおよび方法は、生理学的変数の侵襲的測定に有用であり、特に心臓血管疾患の検査に適している。

本発明に使用することができる例示的なセンサー案内構造を示す縦断面図である。 本発明の一実施の形態による生理学的変数の体内測定システムを示す図である。 本発明の好適な実施の形態による生理学的変数の体内測定システムを示す主要部ブロック図である。 センサーに供給電圧を供給するのに用いられるＲＦ電力信号の概略図である。 センサーに供給される整流電圧の概略図である。 本発明の一実施の形態による制御装置における変調装置からの出力信号の概略図である。 本発明の一実施の形態によるレシーバーにおける変調装置により受信される信号の概略図である。 変調された信号の概略図である。 本発明の一実施の形態による生理学的変数の体内測定システムであって、測定された生理学的変数の表象を与えるモニタ装置を含むシステムを示す主要部ブロック図である。 本発明の一実施の形態による生理学的変数の体内測定システムであって、電力供給インターフェースを経由する供給電圧供給用の電源を含むシステムを示す主要部ブロック図である。 本発明の一実施の形態による生理学的変数の体内測定システムであって、制御装置にＲＦインターフェースまたは電力供給インターフェースからの供給電圧を選択的に与えるように構成されたスイッチを含むシステムを示す主要部ブロック図である。 誘導性結合を用いた本発明の一実施の形態を示す図である。 誘導性結合と容量性結合とを組み合わせて用いた本発明の一実施の形態を示す図である。

符号の説明

１０１ センサー案内構造
１０２、１０３、１０４、１０５、１０６ セクション
１０７ 弧状先端部
１０８ 放射線不透過性コイル（白金コイル）
１０９ 不銹性固体金属ワイヤ
１１０ 継手
１１１ 外管
１１２ スロット
１１４ センサーエレメント
１１６ 信号送信ケーブル
１１９ コアワイヤ
２０１ ガイドワイヤ
２１１ コアワイヤ
２１４ センサー
２２５ 患者
２２６ ワイヤ
２２２ 制御装置
３０１ 変調器
３０２ スイッチ
３０３ アンテナ
３０４ 狭帯域発振器（発振器）
３０５ 増幅器
３０６ 整流器
３０７ 低域濾波回路
３０９ モニタ装置
３１１ コアワイヤ
３１４ センサー（マイクロセンサー）
３１５ 信号処理提示手段
３１６ バッテリー
３１８ スイッチ
３２２ 制御装置
３３０ 制御装置供給電圧
３４０ 信号
４０１ 供給電圧、（ＲＦ電圧、無線周波電圧、ＲＦ信号）
５０１ 信号
６０１ 出力信号
７０１ 信号（無線周波電圧、通信インターフェース）
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３ 時刻
ＨＬ 高レベル
ＬＬ 低レベル

Claims (20)

1. 生理学的変数の体内測定システムであって、
   体内に配置され、前記生理学的変数を測定し、かつ測定された生理学的変数を表す信号を提供するように構成されたセンサー（３１４）と、
   体外に配置されるように構成された制御装置（３２２）と、
   前記センサーと前記制御装置の間の有線結合（３１１）であって、前記制御装置から前記センサーに供給電圧を供給し、かつ前記センサーから前記制御装置に前記信号を通信する有線結合とを備え、
   前記制御装置は、測定された生理学的変数を表す受信された信号で搬送信号を変調する変調器（３０１）と、変調された信号の無線通信のための通信インターフェース（４０１、７０１）とを有することを特徴とするシステム。
2. 前記無線通信インターフェース（４０１、７０１）を介して通信し、前記通信インターフェースを介して無線受信された、前記変調された信号を復調（３１３）し、かつ前記測定された生理学的変数の表象を提供するように構成されたモニタ装置（３０９）をさらに備えることを特徴とする請求項１記載のシステム。
3. 前記モニタ装置（３０９）は、前記無線通信インターフェース（４０１、７０１）を介して通信し、前記通信インターフェースを介して複数の制御装置（３２２）から無線受信された複数の変調された信号を復号（３１３）し、かつ前記受信された変調された信号に対応する前記測定された生理学的変数の表象を提供するように構成されたことを特徴とする請求項２記載のシステム。
4. 前記通信インターフェースを介して複数の制御装置（３２２）から無線受信された変調された信号は各制御装置をその変調された信号を用いて同定できる様に識別子を設けられていることを特徴とする請求項３記載のシステム。
5. 前記モニタ装置（３０９）は、前記制御装置に前記通信インターフェース（４０１、７０１）を介して供給電圧と制御データとが供給されるように、構成されていることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載のシステム。
6. 前記制御装置（３２２）は、電力供給インターフェースを介して電力が供給されるように構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のシステム。
7. 前記制御装置において、前記電力供給インターフェースを介して前記制御装置（３２２）に供給電圧が供給されるように構成された電源（３１６）をさらに備えたことを特徴とする請求項６記載のシステム。
8. 前記通信インターフェース（４０１、７０１）または前記電力供給インターフェースからの供給電圧を前記制御装置に選択的に供給するように構成されたスイッチ（３１８）をさらに備えることを特徴とする請求項５〜７のいずれか一項に記載のシステム。
9. 前記制御装置（３２２）の無線周波インターフェース（３３０、３４０）は、前記制御装置（３０９）と、前記制御装置（３０９）が前記通信インターフェースを介して通信を行う装置との間の誘導性結合を用いて行われる様に、構成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のシステム。
10. 前記制御装置（３２２）の前記無線周波インターフェースは、前記制御装置の供給電圧の通信が前記制御装置（３０９）と、前記制御装置（３０９）が前記通信インターフェースを介して通信する装置との間の誘導性結合（３３０）を用いて行われるように、構成されていることを特徴とする請求項９記載のシステム。
11. 前記制御装置（３２２）の無線周波インターフェースは、前記測定された生理学的変数および前記制御データの通信が前記制御装置（３０９）と、前記制御装置（３０９）が前記通信インターフェースを介して通信する装置との間の通信が容量性結合（３４０）を用いて行われる様に、構成されていることを特徴とする請求項９または１０記載のシステム。
12. 前記制御装置（３２２）の無線周波インターフェースは、前記測定された生理学的変数および前記制御データの通信が前記制御装置（３０９）と、前記制御装置（３０９）が前記通信インターフェースを介して通信する装置との間の通信が容量性結合（３４０）を用いて行われる様に、構成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のシステム。
13. 前記有線結合は、体内に前記センサー（３１４）を配置する様に構成されたガイドワイヤ（３１１）を備えることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載のシステム。
14. 前記ガイドワイヤ（３１１）のコアワイヤ（１１９）が第１の電極を構成し、前記ガイドワイヤの外管（１１１）が第２の電極を構成することを特徴とする請求項１３記載のシステム。
15. 生理学的変数の体内測定方法であって、
    体内に配置されるように構成されたセンサー（３１４）を用いて前記生理学的変数を測定する工程、
    前記センサーから体外の位置まで前記測定された生理学的変数を表す信号を有線結合（３１１）を介して通信する工程、
    前記センサーに、前記有線結合を介して、供給電圧を供給する工程、
    前記体外の位置において、前記測定された生理学的変数を表す信号で搬送信号を変調（３１１）する工程、および
    前記変調された信号を無線で離隔した位置に送る（７０１）工程
    を備えることを特徴とする方法。
16. 前記変調された信号を前記離隔した位置において受信する工程、
    前記受信された変調された信号を復調（３１３）する工程、および
    さらに使用するために前記測定された生理学的変数の表象を提供する工程
    をさらに備えることを特徴とする請求項１５記載の方法。
17. 前記体外の位置は無線インターフェース（４０１、７０１）を備えた制御装置（３２２）を含むことを特徴とする請求項１５または１６記載の方法。
18. 前記離隔した位置から無線で前記制御装置（３２２）に供給電圧と制御データを供給する工程
    をさらに備えることを特徴とする請求項１７記載の方法。
19. 電力供給インターフェースを介して前記制御装置に供給電圧（３１６）を供給する工程
    をさらに備えることを特徴とする請求項１７記載の方法。
20. スイッチ（３１８）を介して前記無線通信インターフェース（４０１）または前記電力供給インターフェースから前記制御装置（３２２）に供給電圧を選択的に供給する工程
    をさらに備えることを特徴とする請求項１８または１９記載の方法。

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