JP2013506491A - 経皮アンテナ - Google Patents

Abstract

生体の内側に位置する装置から無線データ伝送を受け生体の外側に位置する装置にデータを伝えるために哺乳類の生体内の体腔内に経皮アンテナが部分的に挿入されてよい。経皮アンテナは体腔の内側に挿入され生体内に位置する装置からの無線周波数データ送信を受信してもよい第１のアンテナを含んで良い。経皮アンテナは同軸ケーブル、導波管又は両方の組み合わせを用いて生体の外側に位置するリレー機構に受信したデータ伝送を伝導して良い。リレー機構は、同軸ケーブルのような、結線又は第２のアンテナに連結された送受信機経由の無線通信リンクを用いて生体の外側に位置する受信装置に伝導されたデータ伝送を伝えて良い。
【選択図】図１

Description

本発明は一般にアンテナに関し、より具体的には患者の体腔内の装置と体の外の装置との間のデータの伝達及び制御コミュニケーションが可能な経皮アンテナに関する。

実施される腹腔鏡手術の数は増加している。腹腔鏡手術の実施の際に、外科医はより小さい皮膚切開を行い場合によって失血を削減し術後の回復を促進し術後の痛みを削減することがある特殊な機器及び技術を使用する。それゆえ、可能な場合、患者とその医師は開創手術より腹腔鏡手術を選ぶ。

腹腔鏡手術の成功は高機能なビデオカメラ技術、精密な手術装置及び経験のある外科医に依存する。腹腔鏡手術の間、カメラは外科医の目の役割を、機器は外科医の手と指の働きをする。それゆえ、腹腔鏡手術の間に用いられる装置の技術的利点はより成功する手術及びより良い術後の予後につながることがある。しかしながら、哺乳類の体は特定の技術の使用を制限することがある特異な環境を呈する。例えば、データ送信のための結線を用いる器具はケーブルによる動きの制限のために体腔内で外科医が自由に手術する能力を制限する。又、高周波信号は組織に吸収され体を通るデータの送信を制限又は妨害するので、高周波信号を用いるワイヤレス技術は制限されることがある。

様々な実施形態のある経皮アンテナは患者の体内に位置する装置と生体の外側に位置する受信機又は制御装置との間のデータ及び制御通信を可能にする。様々な実施形態において、経皮アンテナは軸、軸の第１の端に位置する第１のアンテナ及び軸の第２の端に位置する第２のアンテナ又は送受信機を含んで良い。経皮アンテナの第１の端は第１のアンテナが体内に位置する装置からのデータ送信を受信できるように哺乳類の体内に挿入されて良い。第１のアンテナによって受信された高周波信号は軸を通じて同軸ケーブル、導波管又は同軸ケーブルと導波管との組み合わせ経由で第２に伝導されて良い。第２の端で、高周波信号は同軸ケーブルのようなケーブル経由で外部受信装置に伝導される、又は外部受信装置によって受信のために送受信機によって受信され再送信されてよい。

本明細書に取り入れられると共にその一部を構成する添付の図面は本発明の本発明の典型的な実施形態を示し、上記の一般的な記述と下記の詳細な説明と共に本発明の特長を説明する役割をなす。

様々な実施形態によるシステムコンポーネントを示す図である。 実施形態による結線経由で外部受信装置に接続された経皮アンテナの断面図である。 実施形態による経皮アンテナの基部の詳細な断面図である。 実施形態による経皮アンテナの端部の詳細な断面図である。 実施形態による外部受信装置に連結された送受信機付きの経皮アンテナの断面図である。 実施形態による送受信機を含む経皮アンテナの端部の詳細な断面図である。 実施形態による無線送受信機を含む経皮アンテナの断面図である。 実施形態による無線送受信機を含む経皮アンテナの端部の詳細な断面図である。 実施形態による外部アンテナを含む経皮アンテナの断面図である。 実施形態による外部アンテナを含む経皮アンテナの端部の詳細な断面図である。 別の実施形態による経皮アンテナの断面図である。 実施形態による高周波信号を伝導するための同軸ケーブルと導波管との組み合わせを含む経皮アンテナの断面図である。 図１２に示される経皮アンテナの基部の詳細な断面図である。 図１２に示される経皮アンテナの端部の詳細な断面図である。 実施形態による手術手順内の１つの空洞内の複数の経皮アンテナを含む手術システムのシステムコンポーネントの図である。 実施形態による複数の空洞内の複数の経皮アンテナを含む手術システムのシステムコンポーネントの図である。 実施形態によるトロカール内の経皮アンテナを含む手術システムのシステムコンポーネントの図である。 実施形態による経皮アンテナ及び外部受信装置への結線を含むトロカールの断面図である。 実施形態による経皮アンテナを含むトロカールの断面図である。 導波管を含む代替実施形態の経皮アンテナの断面図である。 実施形態による経皮アンテナを含むインフレーション針の断面図及び詳細図である。 経皮アンテナの使用による患者の治療のための実施形態の方法のためのプロセスフロー図である。

詳細な説明
様々な実施形態が添付の図面を参照して詳細に記載される。可能な限り、同一又は同様な部品を参照するのに図面を通じて同一の参照番号が用いられる。特定の実施例及び運用になされる参照は例示の目的のためであり、本発明の範囲又は特許請求の範囲を制限することを意図しない。

「例示の」という用語は本明細書では「実施例、例又は図」の意味に用いられる。「例示」として本明細書に記載されるいかなる運用も必ずしも他の運用より好ましい又は有利であると解釈されるものではない。

腹腔鏡手術の間、カメラは外科医の目の役割を、機器は外科医の手と指の働きをする。それゆえ、腹腔鏡手術の成功は高機能なビデオカメラ技術、精密な手術装置及び経験のある外科医に依存する。技術の進歩は外科医により高機能で精密な器具をもたらし外科手術の全体的な質を向上しうる。例えば、高度なカメラシステムは手術中に外科医に高品質の高画質映像を提供するように開発されうる。しかしながら、これらの高解像度カメラからのデータ送信は外科医に画像を示しうる外部受信装置へ画像データを供給するためのケーブル又は無線送信の使用に依存する。

今日の最小侵襲手術に用いられる現在の高解像度ビデオカメラはケーブル経由で生体の外部の受信装置に接続される。各カメラ視野は制限され各カメラは専用トロカール又はロボットアームを必要とする。これは手術において非常に制限的でありうる。こうした制限を克服するために、外科医は手術のために膨らませられた空洞内のどこにでも配置されうるケーブルフリーの高解像度テレビカメラを思い描いている。

ワイヤーが当たり不意にカメラが動くことなしに動く工具上のワイヤーによって課される不便及び制限によって、多くの理由でテレビカメラをケーブルで外部受信機に接続することは不利である。又、ケーブルは患者に対する電気ショックのもとになることがあるので、体腔内に位置する高性能装置を外部の装置に接続するケーブルは、特に電機故障状態で、安全性リスクをもたらすことがある。それゆえ、生体の外側に位置する受信装置にデータを送信するために無線カメラが開発されるであろうことが考えられる。

体の内側から体の外側に位置する受信装置にデータを送信するための、無線高解像度カメラのような、無線技術の使用は限定的である。高解像度カメラは高解像度テレビデータを送るのに高帯域の使用の必要がある。しかしながら、体内組織は高帯域送波を吸収する。生体組織を透過可能な遥かにより低い搬送周波数を中心とする信号は高解像度テレビデータを送ることができないので、そうした信号を用いる無線データリンクもまた有益ではない。

生体組織を通る高容量データ信号の送信を可能にするために、様々な実施形態は、本明細書で「経皮アンテナ」と称される、生体の皮層及び皮下層を通して無線周波数信号を伝導するアンテナを提供する。生体の内側に位置する装置から無線データ伝送を受け、生体組織境界を通りデータ伝送を行い、生体の外側に位置する受信装置にデータ伝送を伝えるために、体腔内に経皮アンテナが部分的に挿入されうる。

「伝える」という言葉は本明細書ではそれによって経皮アンテナによって受信された無線周波数信号が外部受信装置に送られる機構を一般にさす。様々な実施形態において記載されるように、経皮アンテナによって受信される無線周波数信号は：経皮アンテナからの信号を受信し外部受信装置による受信のために外部アンテナから信号を無線で送信する送受信機経由の「再送信」によって；又は信号を増幅する又は改善することなく外部受信装置による受信のための外部アンテナからの「再放射」によって、外部受信装置に接続されるケーブル（例えば、同軸ケーブル）を通じる「伝導」によって伝えられて良い。参照を簡単にするために、経皮アンテナによって受信された無線周波数信号を外部受信装置に伝える機構を本明細書で一般に「リレー機構」と称する。様々な実施形態において記載されるように、リレー機構は送受信機、ケーブル、ケーブルへの接続、外部アンテナ、及びその組み合わせを含んで良い。

様々な実施形態の経皮アンテナは腹腔鏡手術のために作られた膨らんだ体腔内の無線信号の低損失伝播を利用して良い。例えばトロカール又はＮＯＴＥＳロボットアームを用いて生体内に無線カメラが挿入されて良い。第１の端が膨らんだ腔内に位置し第２の端が生体の外側に位置するように経皮アンテナが体腔内に部分的に挿入されて良い。参照を簡単にするために、経皮アンテナの使用目的に一致して第１の端は又「内端」又は「近位端」（すなわち、患者の近位にある）と呼ばれることがあり、第２の端は「外端」又は「遠心端」と呼ばれることがある。腔内の部分は挿入されたカメラからデータ伝送を受信可能な第１のアンテナを含んで良い。第１の（内側の）アンテナは受信されたデータ伝送をリレー機構が低損失の信号強度で生体の外側の受信装置にデータ伝送を伝える第２の端に伝導する同軸ケーブル又は導波管に接続される。第１の実施形態において、リレー機構はデータ伝送が経皮アンテナに接続されたケーブル又は導波管によって経皮アンテナの第２の端から受信装置に伝導されるようにケーブル又はケーブル接続であってよい。この実施形態は経皮アンテナの第２の端上にケーブル接続及び任意選択でデータ伝送をケーブル又は導波管に結合するリレー回路を含んで良い。第２の実施形態において、外部受信装置による受信を可能にするように十分な出力で経皮アンテナの第２の端に連結された送受信機によってデータ伝送が無線で再送信されるようにリレー機構は無線送受信機であってよい。第３の実施形態において、データ伝送が外部アンテナから受動的に再放射されるようにリレー機構は外部アンテナであってよい。

図１は実施形態の経皮アンテナ１１０を含む通信システムを示す。体腔１０８の内側に位置するカメラ１０６からデータ伝送を受け外側の受信装置１１９にデータ伝送を伝えるために体腔１０８内に経皮アンテナ１１０が部分的に挿入される。図１に示されるように、哺乳類の生体１００は皮膚層１０１、脂肪層１０４、筋層１０２、及びインフレーション針（図示せず）経由で腔内に空気を注入することにより手術のために作られた生体内の膨らんだ腔１０８を含んで良い。腹腔鏡手術の間のような、いくつかの手術手順の間、患者の皮膚を通して大きな外科的切開を行う必要なしに外科医が手術を行う器官を見ることができるように体腔１０８の内側にカメラ１０６のような装置が配置されてよい。カメラ１０６は体腔１０８の内側からの画像を撮って良い。高性能カメラ１０６に必要とされるような大量のデータを送信するために、カメラ１０６は高周波無線通信リンクを通じて毎秒１．５Ｇｂｉｔのデータ流を出力して良い。

体腔１０８の内側に配置された装置から送信されることがある高周波信号を受信するために、部分１１３が生体の外側に広がるように経皮アンテナ１１０が体腔１０８の内側に部分的に挿入されて良い。経皮アンテナ１１０はデータ伝送１０９を内部のカメラ１０６から内部アンテナ１１５経由で受信し無線周波エネルギーを外部送受信機１１２又はデータ伝送を生体１００の外側の受信装置１１９に伝える結合回路に伝導して良い。経皮アンテナ１１０によって伝えられるデータ伝送は外部送受信機１１９において受信され外科医のためにカメラ画像を表示するディスプレイ１２２に供給されて良い。

経皮アンテナ１１０は体腔１０８内に挿入される近位端１１１及び哺乳類の生体１００の外側に留まる遠心端１１３を有する軸２００を含んで良い。参照を簡単にするために、生体１００内に挿入される経皮アンテナ１１０の端は本明細書で（患者に近位である）近位端と称されもう一方の端は（患者から遠心の）遠心端と称される。内部のアンテナ１１５によって受信されたデータ伝送は同軸ケーブル、導波管又は同軸ケーブルと導波管との組み合わせ経由で外部のアンテナ１１６に伝導されて良い。内部アンテナ１１５は内部カメラ１０６によって発せられる範囲の周波数の無線周波エネルギーの受信に適するいかなる形式のアンテナでも良い。例えば、図は全方向性アンテナとして機能して良い簡単なモノポールアンテナとしての内部アンテナ１１５を示す。しかしながら、図示のアンテナ構造は例示の目的のみで内部装置（例えば、内部カメラ１０６）によって発せられる周波数及び経皮アンテナ１１０の寸法及び構造にふさわしいいかなる既知のアンテナの種類又は構造が用いられて良い。

受信されたデータ伝送は受信装置１１９に無線又は結線によって伝えられて良い。図１に示されるように、経皮アンテナ１１０は経皮アンテナ１００の遠心端１１３を外部受信装置１１９に直接接続して良いケーブル１１８（例えば、同軸ケーブル）又は導波管を用いて受信されたデータ伝送を伝導して良い。いくつかの実施形態において送受信機１１２は受信装置１１９への伝導のために受信された無線周波エネルギーを受信し、増幅しケーブル１１８に伝導するための回路を含む経皮アンテナに連結されて良い。他の実施形態において、受信された無線周波エネルギーが外部受信機１１９への伝導のためにケーブル１１８に連結されるように単純な導体接続が提供される。

内部アンテナ１１５付き経皮アンテナ１１０及び外部送受信機１１２も又体腔１０８内の無線カメラに外部カメラ制御パネルから制御信号を送信するために用いられて良い。こうした制御信号はズーム、フォーカス及びライティングのようなカメラパラメータを制御して良く、カメラ視角及び位置（例えば、磁気浮遊カメラの場合）も制御して良い。体腔内に入るデータのデータ率は一般的に出てくるビデオのデータ率よりずっと低い。

ある代替の実施形態において、経皮アンテナ１１０は外部アンテナ１１６に連結された送受信機１１２を用いて無線で受信されたデータを再送信して良い。この実施形態において、送受信機１１２は無線周波エネルギーを経皮アンテナから受け外部受信機１１９によって受信のために十分な出力で信号を再送信する。軸２００の遠心端に付けられた外部アンテナ１１６の使用は図９〜図１１を参照して以下により詳細に記載される。

経皮アンテナ１１０は経皮アンテナ１１４全体が何かの事情で体腔１０８内に落ちることを防ぐためにストッパー１１４を含んで良い。ストッパー１１４は又外科医による使用のために取っ手を提供して良い。

経皮アンテナ１１０は違うやり方で設計されて良い。図２は外部ケーブル１１８によって伝導することでデータ信号を外部受信装置１１９に伝える経皮アンテナ１１０の断面図を示す、第１の実施形態を示す。図２に示されるように、経皮アンテナ１１０は内腔２０４、近位端１１１、及び遠心端１１３を有する軸２００を含んで良い。上述のように、経皮アンテナ１００は軸２００の遠心端で結線によって外部受信装置１１９に接続されて良い。経皮アンテナ１１０は更に軸２００の近位端１１１に先端部２０６を含んで良い。先端部２０６の遠心端は軸２００の近位端１１１に固定的に取り付けられて良い。先端部２０６の近位端は経皮アンテナ１１０の生体１００内への押しを促進するように点２０８まで先細にされてよい。先端部２０６は近位端１１１で軸２００を先細にすることで形成されてよい。

経皮アンテナ１１０は更に軸２００の内腔２０４内に同軸ケーブル２０２を含んで良い。同軸ケーブル２０２は近位部から経皮アンテナ１１０の遠位部に伸びて良い。近位端で、同軸ケーブル２０２は軸２００の近位端１１１を超えて先端部２０６内に伸びて良い内部アンテナ１１５を形成して良い。内部アンテナ１１５は体腔１０８内に位置する装置からデータ伝送を受信し内部同軸ケーブル２０２経由でデータ伝送を外部ケーブル１１８に伝導する構成であってよい。軸２００の遠心端１１３で、同軸ケーブル２０２は生体１００の外部に位置する受信装置にデータ信号を伝導する外部ケーブル１１８（例えば、同軸ケーブル）と接続して良い。図２に示される実施形態において、外部ケーブル１１８は経皮アンテナ１１０の遠心端１１３に（図４Ｂにより詳しく示されるような）コネクター経由で接続される又は外部ケーブル１１８及び経皮アンテナ１１０は外部ケーブル１１８に続く内部同軸ケーブル２０２付きのユニットとして構成されて良い。外部受信装置１１９は受信されたデータを処理し外科医のために画像を表示するディスプレイ１２２に画像データを供給して良い。

図３は経皮アンテナ１１０のある実施形態の近位部の詳細な断面図である。軸２００の内腔２０４内に位置する同軸ケーブル２０２は導体コア３０８、導体コア３０８を覆う内部絶縁体３０６、内部絶縁体３０６を覆う伝導性スクリーン３０４及び同軸ケーブル２０２の全体を覆う外部プラスチック被覆０２を含むいくつかの層を備えて良い。同軸ケーブル２０２が先端部２０６に近づくにつれ、外部プラスチック被覆３０２、内部３０４及び伝導性スクリーン３０６は導体コア３０８の前で終わり、導体コア３０８は先端２０６内に続いて良い。同軸ケーブル２０２の導体コア３０８のこうした伸長は先端２０６内に内部アンテナ１１５を形成するために用いられて良い。上記のように、導体コア３０８の伸長により形成されるモノポールアンテナとしての内部アンテナ１１５の図は使用されて良い適切なアンテナ構成の１つの実施例に過ぎず、内部アンテナ１１５はいかなる既知のアンテナの形式又は構成であってよい。別の実施形態において、同軸ケーブル２０２は外部伝導性チューブ、内部導体コア及びその間のスペースを埋める誘電体を備えて良い。

先端２０６は異なる設計を有して良い。例えば、先端２０６はその近位端２０６ａにおいて先細であってよい。こうした構成は近位端２０６ａにて鋭利な針端２０８を形成するための先端２０６を可能にする。鋭利な点２０８は体腔１０８内に経皮アンテナ１１０を挿入するために生体１００の皮膚、脂肪及び筋肉に外科医が簡単に突き刺すことを可能にしてよい。代替方法として、先端は鈍くてもよく（図示せず）、その場合経皮アンテナ１１０を生体１００内に挿入するのに切開が必要なことがある。

先端２０６領域は軸２００の一部であってもなくてもよい。先端２０６が軸２００の一部である場合、軸２００がプラスチックのような誘電体から成るのであれば軸２００に用いられるものと同じ材料から作られて良い。先端２０６が軸２００の付属品である場合、近位端１１１に固定的又は取り外し可能に付けられ軸２００の材料とは異なる材料から構成されて良い。例えば、先端２０６は樹脂又はプラスチックのような、誘電体から構成されて良い。

生体１００の貫通を簡単にするために、先端２０６及び軸２００の近位部はシリコンのような潤滑材料によって覆われて良い。潤滑被膜は針点２０８付き経皮アンテナ１１０が生体１００を通りより簡単に突き刺さり手術をより効率的及び安全にするのを可能にしてよい。

図４Ａ〜図４Ｃは、同軸ケーブル又は導波管のような、経皮アンテナ１１０から受信装置１１９へのデータの伝導を可能にするいかなる既知の物理接続であってよい結線１１８によって受信装置１１９に接続する経皮アンテナ１１０の２つの実施形態の遠位（すなわち、外の）部の詳細を示す。

図４Ａに示されるように、経皮アンテナ１１０が外部ケーブル１１８に連結されることを可能にするために、内部同軸ケーブル２０２は経皮アンテナ１１０を超えて伸び外部ケーブル１１８を形成して良い。こうした構成において、外部ケーブル１１８は外部受信装置１１６への接続のために電気コネクタ２０２ａ内で終結してよい。電気コネクタ２０２ａは従来型の同軸ケーブルコネクタを含むいかなる既知の電気コネクタであってよい。

図４Ｂに示される更なる実施形態において、外部同軸ケーブル１１８は外部ケーブル１１８上のケーブルコネクタ１１８ａに連結する内部同軸ケーブル上のケーブルコネクタ２０２ｂ経由で経皮アンテナ１１０に接続されて良い。この実施形態において、遠心端ケーブルコネクタ２０２ｂに電気伝導接続を形成することにより内部同軸ケーブル２０２は軸２００の遠心端１１３で終結してよい。同様に同軸ケーブル１１８の近位端は経皮アンテナ１１０ケーブルコネクタ２０２ｂに接続する構成のケーブルコネクタ１１８ａ内で終端する。２つのケーブルコネクタ２０２ｂ、１１８ａの間に接続が確立されると、内部アンテナ１１５によって受信され経皮アンテナ１１０の同軸ケーブル２０２を通じて伝導されるデータ伝送は外部受信装置１１９に伝導されうる。

図４Ｃに示されるさらなる実施形態において、導波管は外部ケーブル１１８として使用されて良い。こうした実施形態において、導体コア３０８は同軸ケーブル２０２の終端を超えて伸びて良い。経皮アンテナ１１０の導体コア３０８は外部導波管ケーブル１１８内に伸びて良い。内部アンテナ１１５によって受信され同軸ケーブル２０２の長さに沿って伝導されるデータ伝送は延長導体コア３０８に連結されたケーブル対導波管遷移アンテナ３０９によって導波管１１８内に伝導される。別の実施形態設計は丸い導波管としての経皮軸全体を用いる。この実施形態において軸は空気又は誘電体で充填されてよい。軸の両端で信号を導波管から近位端のアンテナへ及び導波管から遠心端の同軸ケーブルに連結するようにアダプタが含まれて良い。

図５及び図６はアンテナの外端上の中で送受信機１１２が受信した伝送信号を連結する外部ケーブル１１８に信号を伝える代替実施形態経皮アンテナ１１０の断面図を示す。

図５は中で遠位部において経皮アンテナ１１０が送受信機１１２を含む実施形態経皮アンテナ１１０を示す。送受信機１１２は同軸ケーブル２０２から高データレート映像データ伝送を受け信号を受信装置１２２に伝導する結線１１８にこれらの信号を伝え及びコントロールパネルから同軸ケーブル２０２内により低いデータレート制御信号を伝送する構成である。この実施形態において、送受信機１１２は（例えば信号の増幅により）伝送信号を受け及び強め及び低損失での伝導のために効率的にこれらを外部ケーブルに印加する回路を含んで良い。

図６は図５を参照した上記の経皮アンテナ１１０実施形態の遠位部の詳細を示す。送受信機１１２は軸２００の遠心端１１３に付けられ接続装置５０２経由で同軸ケーブル２０２に接続されて良い。患者の生体１００内の装置から受信されたデータ伝送は内部同軸ケーブル２０２経由で伝導され送受信機１１２によって受信されて良い。送受信機１１２は外部ケーブル１１８に伝導することで外部受信装置にデータ伝送を伝えて良い。送受信機１１２は又、増幅回路に電力を供給するためのような、ケーブル１１８を通じて外部電源から出力を受信して良い。任意選択で、送受信機は出力を送受信機１１２内に格納された、電池のような、内部電源５０４から受信して良い。

図７及び図８は外端上の中で外部アンテナ１１６から発せられた無線信号としての受信された伝送信号を送受信機１１２が再送信する代替実施形態経皮アンテナ１１０の断面図を示す。図７を参照して、内部同軸ケーブル２０２からデータ伝送を受信するために経皮アンテナ１１０の遠位部に送受信機１１２が接続されて良い。送受信機１１２は外部アンテナ１１６経由で無線で日付伝送を増幅し再送信して良い。送受信機１１２は既知の高データレート無線通信プロトコルを用いて外部受信装置１１９との無線データリンク接続を確立する構成であってよい。更に、送受信機１１２は外部無線データリンク接続経由の再送信を簡単にするために受信されたデータ伝送を再フォーマットまたはトンネルする構成であってよい。

図８は図７を参照した上記の経皮アンテナ１１０の遠位部の詳細を示す。軸２００の遠心端１１３に位置する送受信機１１２は接続装置５０２経由で同軸ケーブル２０２に接続される。送受信機１１２は高いアップストリーム・データレート及びより低いダウンストリーム・レートをサポート可能ないかなる既知の電子受信及び送信回路であってよい。更に、送受信機１１２は、送受信機１１２内に格納された、電池のような、内部電源５０４から出力を受信して良い。

図９〜図１１は内部アンテナ１１５経由で伝送信号を再放射する構成の軸２００の遠心端で同軸ケーブル２０２に連結された外部アンテナ１１６を含む代替の実施形態経皮アンテナ１１０を示す。伝送信号の伝えが外部アンテナ１１６からの再放射によって受動的に達成されるのでこの実施形態は単純な（及びかくしてより安価になりうる）経皮アンテナを提供する。この実施形態は送受信機１１２を含む実施形態と比較して生体の外のより小さい強さの無線信号を生じる。それゆえこの実施形態は外部受信装置１１９が、経皮アンテナ１１０の直接隣接又は覆う患者の皮膚上にとどまるような、経皮アンテナの近くに位置することが必要とされることがある。更に、十分な再放射された信号強度を提供するために、内部アンテナ１１５は高利得の構成を有する必要があることがある及び／又は患者の生体内に位置する無線装置がより高い信号強度でデータを伝送する必要があることがある。

図１０は図９に示される経皮アンテナ１１０の遠位部の詳細を示す。この実施形態経皮アンテナ１１０は軸２００の遠心端に固定的に付けられた外部アンテナ１１６を含む。外部アンテナ１１６を形成するのに、導体コア３０８は同軸ケーブル２０２の残りの終端を越えて尾部内に伸びて良い。生体１００の内部の装置から受信され同軸ケーブル２０２を通じて伝導されるデータ伝送は外部アンテナ１１６から再放射される。受信装置アンテナ（図示せず）は再放射された信号を受信し外部受信装置１１９に伝達するように外部アンテナ１１６に近接して配置されてよい。受信装置１１９にデータ伝送を確実に再放射するために十分なリンクバジェットを供給するために、カメラ１０６のような、生体の内部に位置する装置は図２〜図８を参照して上述される実施形態の場合より高い出力信号を送る必要があることがある。又、経皮アンテナ１１０は高利得内部アンテナ１１５を含んで良い。更に、外部受信装置アンテナは全ての発せられた放射が受信アンテナによって受信されるようにアンテナを含むキャップ（図示せず）のような、経皮アンテナの頂上の上に合う構成でよい。こうしたキャップは又経皮アンテナによって形成される穿刺を覆うことにより衛生目的に役立って良い。

再放射経皮アンテナの頂部は外部アンテナ１１６を損傷から防ぐために覆い９００を含んで良い。覆い９００は樹脂又はプラスチックのような、誘電体から構成されて良い。

図１１は中で内部アンテナ１１５及び外部アンテナ１１６が保護覆いによって覆われない実施形態経皮アンテナ１１０を示す。こうした実施形態において生体内に挿入中に内部アンテナ１１５を損傷から保護するために、経皮アンテナ１１０の近位部を生体１００内に挿入する前に外科用メスを用いて切開が行われて良い。

図１２は遠心端上の送受信機１１２に近位端の開口１２０２経由で受信されたデータ伝送を伝導するための同軸ケーブル２０２及び導波管１２００の組み合わせを含む実施形態経皮アンテナ１１０を示す。体腔１０８の内部の装置からのデータ伝送は無線周波放射が導波管１２００内に入ることを可能にする構成の開口１２０２によって受信されて良い。経皮アンテナ１１０の近位端は生体内への挿入を簡単にするために尖端１２０４を形成する構成であってよい。導波管１２００は受信した信号を内部同軸ケーブル２０２に伝導する導波管−同軸転移１２０６に受信したデータ伝送を伝導して良い。同軸ケーブル２０２は外部アンテナ１１６経由で受信され再伝送される又は外部受信装置１１６にケーブル１１８（図１２に示されない）経由で伝導されてよい送受信機１１２にデータ伝送を伝導する。

図１３は図１２を参照した上記の経皮アンテナ１１０の近位部の詳細を示す。導波管１２００は無線周波数放射が導波管１２００内に入る構成の開口１２１３内で終結して良い。体腔１０８の内部の装置からのデータ伝送は無線周波エネルギーが導波管１２００の遠心端に伝送されるように導波管開口１２１３経由で受信されて良い。上記のように、経皮アンテナ１１０の外部は又患者の生体内への挿入中に導波管開口１２１３の端が損傷することを防ぐ尖端１２０４内に作られて良い。

図１４は図１２を参照した上記の経皮アンテナ１１０の遠位部の詳細を示す。遠位部で導波管１２００は送受信機１１２（又は外部同軸ケーブル１１８）への伝導のために導波管から無線周波数エネルギーを受信し信号を遠位の内部同軸ケーブル２０２に伝導する導波管−同軸ケーブル転移１２０６に連結される。導波管−同軸ケーブル転移１２０６は通信技術分野で周知であり、いかなる数の適する周知の転移が様々な実施形態において用いられて良い。一般的に、導波管−同軸ケーブル転移１２０６は無線周波数エネルギーを受信するために導波管経路内に延びる探針１２２２を含む導波管１２００の端で室１２２０を含む。探針１２２２は同軸ケーブル２０２の中心導体１２２６に接続される。導波管−同軸ケーブル転移は更に導波管１２００から無線周波数エネルギー高利得受信を達成するために適切な露出長さで探針１２２２を適位に保持する支持構造物１２２４を含んで良い。

様々な実施形態の経皮アンテナ１１０は様々な仕組みで生体内に挿入されて良い。図１に示されるように、単一の経皮アンテナ１１０が用いられて良い。図１５Ａ及び１５Ｂは生体１００の内側の装置から外部受信装置１１９にデータ伝送を伝えるために複数の経皮アンテナ１１０が用いられる２つの代替の仕組みを示す。図１５Ａに示されるように、複数の経皮アンテナ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃは単一の体腔１０８内に部分的に挿入されてよい。こうした仕組みにおいて、体腔１０８内に位置するカメラ１０６による画像データ伝送１０９は外部アンテナ１１６経由で受信信号を再送信する又はケーブル１１８（図１５Ａに示されない）経由で受信信号を外部受信装置１１９に伝導する各々が受信した信号を送受信機１１２に伝導する内部アンテナ１１５の１つ以上によって受信されて良い。複数の経皮アンテナ１１０の使用は信号利得の利点を有し別のアンテナが組織によって遮られたときに１つのアンテナによって信号が伝導されることを可能にする。

図１５Ｂに示される第２の仕組みにおいて、複数の経皮アンテナ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃは異なる及び別個の体腔１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ内に部分的に挿入されてよい。例えば、第１の経皮アンテナ１１０ａは腹腔１０８ａ内に挿入されて良く、別の経皮アンテナ１１０ｂは胸腔１０８ｂ内に挿入されて良く、及び第３の経皮アンテナ１１０ｃは心膜腔１０８ｃ内に挿入されてよい。各体腔１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ内で、経皮アンテナ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃは各体腔１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ内に位置するカメラ１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃから画像データ伝送を受信する。各経皮アンテナ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃは体腔１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃの内側からカメラ１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃからデータ伝送を外部受信装置１１９に無線送受信機１１２又は有線ケーブル１１８（図示せず）経由で伝導して良い。この構成内の複数の経皮アンテナ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの使用は外科医が異なる腔内に位置するカメラからの画像を同時に見ることを可能にする。

手術中に患者の体に入る器具の数を減らすために、経皮アンテナ１１０はいずれにせよ生体１００の中に挿入されなければならない他の器具と組み合わされて良い。図１６はトロカール１６００に付けられた又は内に構成された実施形態経皮アンテナ１１０を示す。こうしたトロカール１６００が体腔１０８内に部分的に挿入されるとき、統合された経皮アンテナ１１０はカメラ１０６のような、生体１００内に位置する装置から外部受信装置１１９にデータ伝送が伝えられて良い。経皮アンテナ１１０によって受信されるデータ伝送はトロカール１６００に直接接続されて良い送受信機１１２に伝導されてよい。送受信機１１２はデータ伝送を受信しデータ伝送を無線で再送信する、又はデータ伝送を結線１１８経由で、外部受信装置１１９に伝導して良い。

図１及び図１６は複数の位置から伝送する複数のカメラの実施形態を示す。伝送は異なる搬送周波数によって又は同じ周波数だが異なるタイムスロットによってであってよい。無線ネットワークは全てのカメラからの画像データの同時伝送を可能にする同期、協調及びリソース割り当てのために作られる。

図１７は結線１１８が経皮アンテナ１１０を外部受信装置に接続するトロカールに付いた又は内に構成される経皮アンテナ１１０の実施形態を示す。図１８はリレー機構が送受信機１１２であるトロカール１６００に付けられた又は内に構成された実施形態経皮アンテナ１１０を示す。この構成において、トロカール１６００が体腔１０８内に挿入されるとき、内部アンテナ１１５によって受信された体腔１０８の内側の装置１０６からのデータ伝送は外部アンテナ１１６経由の再伝送のために送受信機１１２に伝導される。

経皮アンテナ１１０実施形態は内部アンテナで受信された無線周波数信号をケーブルに又は内部導波管１９００経由で遠心端で送受信機に伝導して良い。図１９Ａ及び１９ｂは使用されて良い２つの実施例導波管１９００を示す。導波管１９００は６００内腔６０２、波収集先端６０４及びストッパー６１０を含んで良い。軸６００は軸６００を通じて軸６００の近位部から遠心端に無線周波エネルギーの伝送を可能にするように、金メッキのステンレス鋼又はアルミニウムのような、金属製であってよい。６０ＧＨｚの 周波数範囲の無線周波数信号の送信のために、内腔６０２の内部は直径約３ｍｍであってよい。ヒト組織のような、他の非誘電物質が内腔６０２に入ることを防ぐために、内腔６０２は中空又は誘電体物質で充填されて良い。軸６００の近位端上に位置する波収集先端６０４は体腔１０８の内側に位置する装置からデータ伝送を受信するために用いられて良い。

波収集先端６０４は様々な構成で形成されて良い。例えば、図示のように、波収集先端６０４の近位端で尖端が形成できるように波収集先端６０４は軸６００の近位端を先細りにすることで形成されて良い。波収集先端６０４の近位端の尖端は体腔１０８内に導波管１９００を挿入するときに皮膚、脂肪及び筋肉に外科医が簡単に突き刺すことを可能にしてよい。ストッパー６１０は導波管１９００が何かの事情で患者の体１００内に落ちることを防いで良い。

導波管１９００は様々な構成で形成されて良い。図１９Ａに示されるように、導波管１９００ａは受信し外部アンテナ１１６経由でデータ伝送を再伝送可能な送受信機１１２に信号を伝導する導波管−同軸ケーブル転移１２０６に連結して良い。上記のように、導波管−同軸ケーブル転移１２０６は無線周波エネルギーを受信するために導波管１９００ａ内に伸びる探針１２２２を含む。任意選択で、送受信機１１２は外部受信装置１１９に外部同軸ケーブル１１８経由で接続されて良い。

図１９Ｂに示される更なる構成において、導波管１９００ｂは同軸ケーブル１１８に接続される導波管−同軸ケーブル転移１２０６に終結してよい。例えば、導波管−同軸ケーブル転移１２０６は無線周波エネルギーを受信する探針を形成するために同軸ケーブル１１８の中心導体１１８ａを導波管１９００ｂ内に伸ばすことで形成されて良い。探針１１８ａによって受信されたデータ伝送はそれから同軸ケーブル１１８経由で外部受信装置１１９に伝導される。

図２０は実施形態による経皮アンテナ１１０を含むインフレーション針２０００を示す。体腔１０８内に気体を導入するためにインフレーション針２０００が患者の体内に挿入されてよい。気体の導入は組織を分離し外科医が中で解剖構造を確認できる膨らんだ腔を生じさせて良い。図示のように、単一の穿刺のみが腔を膨らませ皮層経由で無線信号を伝導することの両方のために必要であるように経皮アンテナ１１０はインフレーション針２０００内に構成されて良い。経皮アンテナ１１０はインフレーション針２０００に付けられる又はインフレーション針２００２の内腔内で移動自由でよい。経皮アンテナ１１０がインフレーション針２０００に付けられる場合、体内の経皮アンテナ１１０の深さはインフレーション針２０００の深さを調整することで調整されて良い。経皮アンテナ１１０がインフレーション針２０００の内腔内に自由に位置する場合、経皮アンテナ１１０の深さは経皮アンテナ１１０をインフレーション針２０００の内側又は外側に移動することで調整されて良い。

例えば、図２０に示される経皮アンテナ１１０はインフレーション針の内側に自由に配置される同軸経皮アンテナ１１０である。インフレーション針２０００が体内に挿入されると、外科医は経皮アンテナ１１０を体腔内で伸ばしたり縮めたりしてよい。

様々な実施形態の経皮アンテナ１１０の軸２００は様々な医学的に安全な材料からなって良い。経皮アンテナ１１０の軸を構成するのに用いられて良い材料の種類の選択にいくつかの基準が用いられて良い。例えば、経皮アンテナ１１０を構成するのに用いられる材料は非アレルギー性であるべきである。加えて、体腔１０８内に挿入されることがある経皮アンテナ１１０は手術中の組織に穿透する応力に耐えるために、ステンレス鋼のような、強い材料を必要とすることがある。軸の材料は金属でも非金属（例えばプラスチック）であってよい。導波管を備える経皮アンテナ１１０において、軸の材料は無線周波エネルギーの効果的な伝送を可能にするために、金属合金のような、伝導性の金属であるべきである。

異なる外部アンテナ１１６もまた様々な実施形態において用いられて良い。例えば、外部アンテナ１１６はモノポール、無指向性又は指向性（高利得）アンテナであってよい。モノポールアンテナはダイポールアンテナの半分を残りの半分に直角なグランドプレーンと置換することで形成される無線アンテナの種類である。無指向性アンテナは垂直平面状で指向性パターン形状の１つの平面上の出力を均一に放射するアンテナシステムである。高利得アンテナは収束する、細い電波ビーム幅のアンテナである。

表１は送受信機が直接遠心端に付けられた図５に示される場合の実施例のリンクバジェットである。表は経皮アンテナ１１０の実施形態のアンテナパラメータを含む。

図２１は様々な実施形態の経皮アンテナ１１０を用いた患者の処置のための実施形態方法を示す。生体内に位置する装置１０６からデータが受信されなければならない状況で、経皮アンテナ１１０は体腔１０８内に部分的に挿入されてよい、ステップ８００。体腔１０８内に位置し、経皮アンテナは体腔の内側に位置する装置１０６から生体の外側の受信装置１１９に無線周波数信号を伝導してよい。この伝導性経路を用いて、内部装置１０６及び外部受信装置１１９は双方向性データリンクを設定可能である、ステップ８０２。こうしたリンクは既知の通信プロトコルを用いて確立されて良い。外部受信装置１１９はデータ伝送を経皮アンテナ経由で受信可能である、ステップ８０４。外部受信装置１１９はデータを受信し受信されたデータに基づいて画像を表示してよいディスプレイ１２２にデータを供給可能である、ステップ８０６。

様々な実施形態の先の記述は内部無線装置１０６から外部受信装置１１９に伝達されつつある無線周波数信号を言及するが、経皮アンテナ１１０は又制御信号を外部装置から内部無線装置１０６に伝達する。かくして、様々な実施形態の経皮アンテナ１１０が２方向（双方向）データを確立し通信リンクを制御するのに使用可能である。かくして、経皮アンテナ１１０は内部無線装置１０６に制御信号を伝達すること及びそうした装置からデータ伝送を伝えることが可能である。

先の方法の記述及びプロセスフロー図は例示的実施例としてのみ提供され様々な実施形態のステップが示された順序で行われなければならないことを必要とする又は含意することを意図するものではない。当業者には理解いただけるであろうが先の実施形態のステップの順番はいかなる順序で行われて良い。「その後」、「それから」、「次に」等のような言葉はステップの順番の制限を意図するものではない；これらの言葉は方法の記述を通じて読者を案内するのに単に用いられるだけである。更に、単数の特許請求の範囲の要素の参照、例えば「ある」又は「その」の冠詞は要素を単数に制限して解釈されるべきではない。

開示された実施形態の先の記述は当業者が本発明をする又は使用することを可能にするために提供される。これらの実施形態の様々な変更形態は当業者にはすぐに分かるものであり、本明細書に定義される一般的原理は本発明の精神又は範囲から逸脱することなく他の実施形態に適用されて良い。かくして、本発明は本明細書に示される実施形態に制限されることを意図されるものではなく以下の特許請求の範囲及び本明細書で開示される原理及び新規特長に一致する最も広い範囲で認められるべきものである。

Claims (25)

1. 経皮アンテナであって、
   近位端及び遠心端を有する軸と；
   前記近位端に付けられた内部アンテナと；
   無線周波エネルギー導体であって、前記無線周波エネルギー導体は、ラジオコンダクタが前記近位端から前記遠心端に延びる、無線周波エネルギー導体と；
   前記遠心端に連結され無線周波数信号を外部受信装置に伝える構成のリレー機構とを備え、
   前記経皮アンテナは、前記経皮アンテナの前記近位端が生体内に挿入されたときに前記リレー機構が前記生体の外側にとどまるように構成される、経皮アンテナ。
2. 前記無線周波エネルギー導体が同軸ケーブルを備える請求項１に記載の経皮アンテナ。
3. 前記内部アンテナが前記軸の前記近位端を越えて前記同軸ケーブルの導体コアを伸ばすことで形成される請求項２に記載の経皮アンテナ。
4. 前記軸は、無線周波エネルギーが導波管に入ることを可能にする構成の近位端上の開口を備える前記導波管を形成し、前記経皮アンテナが前記導波管及び前記リレー機構に連結された導波管−同軸ケーブル転移を更に備える請求項１に記載の経皮アンテナ。
5. 前記リレー機構が前記無線周波エネルギー導体に連結された同軸ケーブルを備える、請求項１に記載の経皮アンテナ。
6. 前記リレー機構が前記無線周波エネルギー導体に連結され外部同軸ケーブルと電気接続を確立する構成の同軸ケーブルを備える、請求項１に記載の経皮アンテナ。
7. リレー機構が無線周波エネルギー導体に連結され外部同軸ケーブル経由で外部受信装置に無線周波エネルギーを伝導する構成の送受信機を備える、請求項１に記載の経皮アンテナ。
8. 前記リレー機構が、
   前記無線周波エネルギー導体に連結された送受信機と；
   前記送受信機に連結された外部アンテナとを備え、
   前記送受信機が前記無線周波エネルギー導体からデータ伝送を受信し前記外部アンテナ経由で前記データ伝送を再伝送する構成の、請求項１に記載の経皮アンテナ。
9. 前記軸に固定して付けられたストッパーを更に備え、前記ストッパーが前記経皮アンテナの一部が前記生体内に挿入されることを防ぐ構成である、請求項１に記載の経皮アンテナ。
10. 前記近位端に連結された先端を更に備え、前記先端が前記軸の前記近位端及び近位先細端に固定して付けられた平らな遠位端を含む、請求項１に記載の経皮アンテナ。
11. 前記先端が誘電体からなる、請求項１０に記載の経皮アンテナ。
12. 前記無線周波エネルギー導体が同軸ケーブルを備え、前記同軸ケーブルの導体コアが前記先端内に延びる、請求項１１に記載の経皮アンテナ。
13. 前記リレー機構が前記同軸ケーブルの導体コアを尾部内に伸ばすことで形成される外部アンテナを備える、請求項２に記載の経皮アンテナ。
14. 経皮アンテナであって、
    前記アンテナは遠心端に近位端を有し、哺乳類の生体内に前記経皮アンテナを挿入するための手段と；
    前記哺乳類の生体内に位置する装置からデータ伝送を受信するための手段と；
    前記受信されたデータ伝送を前記哺乳類の生体の外側に位置する受信装置に伝導するための手段とを備える経皮アンテナ。
15. 前記受信されたデータ伝送を伝導するための手段が同軸ケーブルを備える、請求項１４に記載の経皮アンテナ。
16. 前記生体内に位置する装置から前記データ伝送を受信するための手段が前記近位端を越えて前記同軸ケーブルの導体コアを伸ばすことで形成される、請求項１５に記載の経皮アンテナ。
17. 前記受信されたデータ伝送を前記哺乳類の生体の外側に位置する受信装置に伝導するための手段が同軸ケーブル経由で前記受信されたデータ伝送を前記受信装置に伝導するための手段を備える、請求項１４に記載の経皮アンテナ。
18. 前記受信されたデータ伝送を前記哺乳類の生体の外側に位置する受信装置に伝導するための手段が前記受信されたデータ伝送を前記受信装置に無線で再伝送するための手段を備える、請求項１４に記載の経皮アンテナ。
19. 前記経皮アンテナが前記哺乳類の生体内に完全に挿入されることを防ぐための手段を更に備える、請求項１４に記載の経皮アンテナ。
20. 哺乳類の生体の外側に位置する受信装置に前記哺乳類の生体上の手順を行うための方法であって、
    経皮アンテナを前記哺乳類の生体の体腔内に部分的に挿入することであって、
    前記経皮アンテナが、
    近位端及び遠心端を有する軸と；
    前記近位端に付けられた内部アンテナと；
    無線周波エネルギー導体であって、前記無線周波エネルギー導体は、ラジオコンダクタが前記近位端から前記遠心端に延びる、無線周波エネルギー導体と；
    前記遠心端に連結され無線周波数信号を外部受信装置に伝える構成のリレー機構とを備え、
    前記経皮アンテナは、前記経皮アンテナの前記近位端が前記生体内に挿入されたときに前記リレー機構が前記生体の外側にとどまるように構成される経皮アンテナ、を挿入することと；
    前記経皮アンテナを通じて伝導される無線周波数信号による内部送信機と外部受信装置との間のデータリンクの確立と；
    前記内部送信機から前記外部受信装置へのデータ伝送を伝えることとを備える方法。
21. 医療システムであって、
    哺乳類の生体の内側に置かれデータを伝送する装置であって、
    少なくとも１つのカメラと；
    無線データリンクを通じて少なくとも１つのカメラから画像データを伝送する構成の伝送機とを備える装置と、
    前記送信機からのデータ伝送を処理する構成の外部受信装置と、
    経皮アンテナであって、
    近位端及び遠心端を有する軸と；
    前記近位端に付けられた内部アンテナと；
    無線周波エネルギー導体であって、前記無線周波エネルギー導体は、ラジオコンダクタが前記近位端から前記遠心端に延びる、無線周波エネルギー導体と；
    前記遠心端に連結され無線周波数信号を外部受信装置に伝える構成のリレー機構とを備え、
    前記経皮アンテナは、前記経皮アンテナの前記近位端が前記生体内に挿入されたときに前記リレー機構が前記生体の外側にとどまるように構成される経皮アンテナとを備える医療システム。
22. 前記リレー機構が同軸ケーブルを備える、請求項２１に記載の医療システム。
23. 前記リレー機構が無線送受信機を備える、請求項２１に記載のシステム。
24. 少なくとも１つのカメラが哺乳類の生体の内側の複数の観測点からの画像データの伝送のために同時に使用されるのに適した複数の無線カメラを備え、前記システムが加えて無線ネットワークを備える、請求項２１に記載のシステム。
25. 前記無線ネットワークが哺乳類の生体の内側に作られ、前記ネットワークが前記複数のカメラの同期、協調及びリソース割り当てに適している、請求項２４に記載のシステム。

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