JP2014507910A - 平面アンテナ装置およびその構造 - Google Patents

Abstract

本発明は、アンテナ装置を外部装置に結合する通信インターフェースと、接着面を有するパッケージハウジングとを含んだアンテナ装置を提供する。パッケージハウジング内の基板上に平面アンテナパターンを製造することができ、このアンテナパターンは、超広帯域信号を送信するように、この送信信号の反射を受信するように構成されている。

Description

本発明は、マイクロパワーインパルスレーダ（ＭＩＲ）技術を使用して病状を監視するためのアンテナ装置に関する。

病状は、身体組成の変化として出現する。例えば、気胸は、肺周囲の胸膜腔内に空気のポケットが捕えられ、呼吸を困難にさせる病状である。いくつかの症例では、気胸は肺の虚脱を引き起こしたり、ひいては死亡につながったりする可能性もある。気胸は、なんらかの車両事故で負った外傷などの、胸部への鈍的外傷が原因で起こることが最も多い。

気胸は、セントラルライン（中心静脈カテーテル）の位置決めなどの医療処置を誤ることによっても起こり得る。典型的に、患者は、セントラルライン位置決めの後に、気胸の可能性を検出するための予防的なＸ線撮影または超音波撮影を受ける。この際、例えば、携帯型Ｘ線装置を運び込み、患者の姿勢を変えて画像撮影を行う必要がある。超音波画像診断システムは、携帯型であり臨床設置されるが、ハンドヘルド型プローブを患者の身体と接合させるためにカップリングゲルが必要である。しかし、Ｘ線撮影または超音波撮影による気胸の診断は厄介である。また、通常、熟練した専門家（すなわち医師）が気胸診断のためにＸ線または超音波画像を解釈しなければならない。さらに、Ｘ線撮影または超音波撮影は、気胸の医療処置中、あるいはその後の継続的な監視には適していない。

したがって、本分野において、使い易く、非侵襲性の病状監視システムが必要である。

本発明の実施形態による病状監視システムの簡略化したブロック図である。 本発明の一実施形態によるアンテナ装置を示す。 本発明の一実施形態によるリジッド基板を設けたアンテナ装置を示す。 本発明の一実施形態によるフレキシブル基板を設けたアンテナ装置を示す。 本発明の一実施形態によるアンテナ装置構成を示す。 本発明の一実施形態による例示的な反射率パターンを示す。 本発明の一実施形態による病状監視システムの簡略ブロック図である。 本発明の一実施形態によるアンテナ装置の簡略ブロック図である。 本発明の一実施形態によるアンテナ装置の簡略ブロック図である。 本発明の一実施形態による病状監視システムの簡略ブロック図である。

本発明の実施形態は、アンテナ装置を外部装置と結合するための通信インターフェースと、接着面を有するパッケージハウジングとを含んだアンテナ装置を提供する。パッケージハウジング内の基板上に平面アンテナパターンを製造でき、このアンテナパターンは、超広帯域信号を送信し、この送信信号の反射を受信するように構成されている。

アンテナ装置は、ＭＩＲ技術を利用している患者の非侵襲性の病状監視システムに使用できる。病状とは、疾病、機能障害、またはその他の異常であってもよい。患者はヒトまたは他の哺乳類の被検者（体）であってもよい。例示的なシステムは、検出器およびアンテナ装置を含む。検出器は、１つ以上のＭＩＲパルスを生成し、このパルスがアンテナ装置を介して患者身体内に送信されることで、走査を実行する。アンテナ装置は、患者の特定の場所に付着させることができる。アンテナ装置は、患者の様々な身体部位（例えば、筋肉、組織、体液）からのパルスの反射またはエコーを捕捉できる。疾病、機能障害、またはその他の異常の有無、場所、程度、体積を検出するために、１つ以上のアンテナ装置が生成した電気信号をプロセッサによって解釈してもよい。

本発明の実施形態によれば、アンテナ装置はモジュール式（つまり、検出器装置に接続可能）であってもよい。最初の基準走査の後に、アンテナ装置は、患者の身体に付着させたままの状態で、検出器装置から簡単に取り外すことができる。後続の対象走査（１つ以上）を実施する際には、アンテナ装置を検出器装置に再接続できる。アンテナ装置は、比較的安価な構成部品によって製造できる。滅菌状態の維持が最重要である医療環境においては、低コストの使い捨てアンテナ装置が有利である。そのため、アンテナ装置は「１回使用の」使い捨て装置として提供される。「１回使用」とは、最初の基準走査と、それ以降の任意の対象走査（１つ以上）とを含む、１被検者に対して行う全手順を意味する。

本発明のシステムは、様々な病状の検出または監視に使用でき、これには、治療結果が有効であったかどうかの確認が含まれる。本発明のシステムの例示的な監視および診断には、次の検出および監視が含まれる。気胸（医原性および外傷性の気胸を含む）、血腫、腸管穿孔、心外膜液や胸水などの組織内外における体液貯留、胃内容物の変化または膨張、骨成長の変化、麻酔送達中の呼吸機能、腫瘍進行、出血または動脈瘤、腎臓結石または胆石の発症。

本システムを別のシステムおよび装置に組み込み、統合的な診断または監視システムを提供することもできる。例示的な装置には、血管内装置を含む、移植または挿入可能な医療装置が含まれる。移植可能な装置の非限定的な実施例には電気刺激装置が含まれ、血管内装置の非限定的な実施例にはカテーテルが含まれる。本発明のシステムは、医療介入監視システムに統合することもできる。

図１は、本発明の実施形態を内蔵できる病状監視システム１００の簡略化したブロック図である。システム１００は、検出器装置１１０、接続装置１３０、およびアンテナ装置１２０を含んでもよい。検出器装置１１０は、接続装置１３０により、コネクタ１３１を介してアンテナ装置１２０に接続できる。

検出器装置１１０は、インターフェース１１２、メモリ１１４、プロセッサ１１６、送受信（Ｔｘ／Ｒｘ）回路１１８を含んでもよい。インターフェース１１２は、検出器装置１１０を、ラップトップ、ノートブック、タブレットコンピュータ、デスクトップコンピュータなどのリモートホストシステムに接続することができる。一実施形態では、インターフェース１１２はＵＳＢポートであってもよい。別の実施形態では、インターフェース１１２は、長距離通信（例えばセルラー）、短距離通信（例えばＷｉＦｉ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標））、またはこれらの組み合わせによるもののように、ホストシステムとの無線通信を促進することができる。

メモリ１１４は揮発性メモリ、不揮発性メモリ、またはこれらの組み合わせとして提供される。メモリ１１４は、システム１００の要求に応じて、プロセッサ１１６へのプログラム命令、システム１００が生成した走査データ、および任意のパターンデータ（以降に記載する）を格納することができる。

プロセッサ１１６はマイクロコントローラまたはマイクロプロセッサであってもよい。プロセッサ１１６は、メモリ１１６に格納された命令を実行し、検出器装置１１０の動作を制御することができる。

Ｔｘ／Ｒｘ回路１１８はＭＩＲパルス（１つ以上）を生成し、これをアンテナ装置１２０へ送ることができ、次に、アンテナ装置がこのパルスを電磁波として患者の身体内に送信する。Ｔｘ／Ｒｘ回路１１８はまた、アンテナ装置が捕捉した、送信された電磁波の対応する反射を受信することもできる。Ｔｘ／Ｒｘ回路１１８の構成部品および動作は、２０１０年２月２６日に出願された米国特許出願第１２／７１３、６１６号明細書（米国特許出願公開第２０１０／０２２２６６３号明細書として発行）に記載されているとおりに提供することがで、この特許は、参照によりその全内容が本明細書に援用されるものとする。

接続装置１３０は、検出器装置１１０を、コネクタ１３１を介してアンテナ装置１２０に接続できる。一実施形態では、接続装置１３０は同軸ケーブルとして提供されてもよい。別の実施形態では、接続装置１３０は、ＷｉＦｉ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの無線通信ネットワークとして提供されてもよい。

アンテナ装置１２０は、検出器装置１１０によって生成されたＭＩＲパルス（１つ以上）に反応して、ＭＩＲパルス（１つ以上）に対応した電磁波を送信できる。アンテナ装置１１０は、送信された電磁波の患者身体からの対応する反射を捕捉することもできる。アンテナ装置１２０は、検出器装置１１０からの取り外しが可能である。アンテナ装置１２０は、超広帯域（ＵＷＢ）平面アンテナとして提供できる。アンテナ装置１２０の実施形態について、以降でより詳細に述べる。

図２（ａ）〜図２（ｃ）は、本発明の一実施形態によるアンテナ装置２００を示す。図２（ａ）は、アンテナ装置２００の上面を示す斜視図であり、図２（ｂ）は、アンテナ装置２００の下面を示す斜視図であり、図２（ｃ）はアンテナ装置２００の破断図である。アンテナ装置２００は、ハウジング２０５、コネクタ２１０、接着面２１５、回路基板２２０（基板）、スペーサ２２５、吸収材２３０、反射体２３５を含んでもよい。アンテナ装置２００は、図２には示されていないが、ここで記載されているその他の構成部品も含むことができる。

ハウジング２０５は、保護カバーを提供し、かつ、アンテナ放射に一致する整合インピーダンスを提供するために、アンテナ装置２００のその他の構成部品を封入するパッケージハウジングであってもよい。一実施形態では、ハウジング２０５はプラスチック製のカバーとして提供できる。ハウジング２０５は、アンテナ装置２００の構成部品が封入された、上方ハウジング部および下方ハウジング部を含んでもよい。代替的に、ハウジング２０５は、アンテナ装置２００の構成部品の周囲に形成された鋳造物として提供されてもよい。ハウジング２０５は、アンテナ装置２００を患者に貼り付け、アンテナ装置を検出器装置に接続する（図１）ための、布カバー、接着剤、コネクタなどの他のパッケージング要素を含むことができる。例えば、接着面２１５はハウジング２０５の下面に設けることができる。接着面２１５は、患者に貼り付ける結合面を提供できる。一実施形態では、アンテナ装置２００を患者身体に取り付けるために、接着面２１５は自己接着性の電極粘着剤を含んでもよい。接着面２１５を利用することで、検出器装置をアンテナ装置２００から取り外した後に再度取り付ける場合に、アンテナ装置２００が或る期間、患者身体上に留まることができる。

一実施形態では、アンテナ装置２００は、機能不可にする短絡機構（図示せず）を含んでいてよく、これには、無認可の再使用を防止するためのヒュージブルリンクや他の類似装置などがある。一実施形態では、アンテナ装置は、アンテナについて記述したデータを格納するための読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）（図示せず）を含んでもよい。例えば、アンテナメモリは、アンテナの製造業者、モデル番号、シリアル番号を示すデータを格納でき、このデータは、診断オペレーションを実行するために、必要に応じて検出器装置によって読み取ることができる。

回路基板２２０は、アンテナ装置２００内部の電気構成部品（つまり基板）に対し機械的サポートを提供できる。構成部品は回路基板２６０上に実装することができたり（例えば抵抗器）、回路基板上に望み通りに印刷することもできる（例えばアンテナパターン）。回路基板２２０は２つの主要な対向面を含むことができる。アンテナパターンは、接着面２１５と対向した、回路基板２２０の第１主面上に製造してもよい。回路基板２２０の、第１主面と反対側に位置する第２主面上には、スペーサ２２５、吸収材２３０、反射体２３５を実装することができる。

スペーサ２２５は、回路基板２６０と他の構成部品（例えば吸収材２３０）との間に物理的な隔離を提供できる。スペーサ２２５は、回路基板２２０の他面上のアンテナパターンと他の構成部品との間にインピーダンス絶縁を提供できる。吸収材２３０は、双方向放射アンテナパターンの片面からの不所望の放射線を吸収できる。一実施形態では、吸収材２３０は、抵抗装荷ポリマー、フェライト装荷ポリマー、多層抵抗膜、周波数選択面、調整された共振材料、およびその他の同等の材料を備えていてもよい。反射体２３５は導電性シールドとして提供できる。スペーサ２２５、吸収材２３０、および反射体２３５の少なくとも一つは、以下で述べるように、アンテナパターンからの不要な背面放射の低減に寄与することができる。

本発明のアンテナ装置の実施形態には、リジッド回路基板またはフレキシブル回路基板を設けることができる。図３（ａ）および図３（ｂ）は、本発明の一実施形態によるリジッド回路基板を設けたアンテナ装置３００を示す。図３（ａ）は、アンテナ装置３００の簡略化した回路基板図であり、図３（ｂ）は、アンテナ装置３００の簡略断面図である。

アンテナ装置３００は、片面に接着面３１５を設けたハウジング３０５、コネクタ３１０、回路基板３２０、スペーサ３２５、吸収材３３０、反射体３３５、アンテナパターン３４０、抵抗器３４５．１〜３４５．４、１組の伝送線３５０、およびバラン回路３５５を含んでもよい。

片面に接着面３１５を設けたハウジング３０５は、先に図２の、アンテナ装置２００およびその各構成部品の説明において述べたとおりに提供できる。そのため、ここではその説明を省略する。

コネクタ３１０は、アンテナ装置３００から、これにつながれた検出器装置（図１）までの接続を提供し、ならびに、これら２つの装置間にインピーダンス整合を提供できる。コネクタ３１０は、バラン回路３５５と、終端抵抗器３４５．１〜３４５．４とに結合される。一実施形態では、コネクタ３５０は３つの導電性パッドとして提供できる。ここで、１つのパッドはバラン回路３５５に、２つのパッドは終端抵抗器３４５．１〜３４５．４に接続している。コネクタ３１０は、サブミニチュアバージョンＡ（ＳＭＡ）、小型サブミニチュアバージョンＢ（ＳＳＭＢ）、マイクロミニチュア同軸（ＭＭＣ）などの、多様なケーブルに対し機械的サポートを提供できる。図３では、特定の機械構成を示していない。

回路基板３２０は、ガラス、ＰＣＢ（ポリ塩化ビフェニル）、ＦＲ４（難燃性タイプ４）などのリジッド回路基板として提供できる。回路基板３２０は反対側に位置する２つの主面を備える。回路基板３２０の一方の主面上には、スペーサ３２５、吸収材３３０、および反射体３３５を実装できる。スペーサ３２５、吸収材３３０、反射体３３５は、先に図２の、図２中のアンテナ装置２００およびその各構成部品の説明において述べたとおりに提供できる。そのため、ここではその説明を省略する。

アンテナパターン３４０は、スペーサ３２５、吸収材３３０、および反射体３３５と反対側の回路基板３２０の主面（つまり、接着面３１５と対向した面）に製造されてもよい。アンテナパターン３４０は超広帯域放射素子として提供でき、また、アンテナパターン３４０は双方向放射体であってもよい。図３（ａ）のアンテナパターン３４０は蝶ネクタイ形として示されている。一実施形態では、アンテナパターン３４０は「シェルピンスキーのざるパターン」（図３（ａ）には示されていない）を有してもよい。シェルピンスキーのざるパターンは、例えば、アンテナ装置の所望の動作波長を維持し、共振周波数を低減しつつ、アンテナ装置３００のサイズを有利に縮小できる。アンテナパターン３４０はその他の広帯域放射体として提供でき、これには例えば、メアンダライン、フラクタル経路、らせん、または他の適切な折り畳まれた導電形式などがある。アンテナパターン３４０は直線偏光を提供できるが、アンテナパターン３４０は同時または交換型の交差偏光、あるいは円形偏光を提供することも可能である。

典型的な動作周波数範囲は１００〜２０００ＭＨｚであってよく、典型的に、５００ＭＨｚ付近で共振が生じる。広帯域は、身体内の誘電率断続性からの対象反射のエッジ特徴を保持する助けをすることができる。広帯域はアンテナの共振周波数の数倍であってよく、また、蝶ネクタイの幅は所望の共振周波数に調整できる。蝶ネクタイの幅は、パッケージハウジング２０５の対称性、トポロジ、材料に基づいて、幾何学的に設定される。

終端抵抗器３４５．１〜３４５．４はアンテナパターン３４０の角に提供され、アンテナパターン３４０からの不要な反射を最小化することができる。伝送線３５０は、アンテナパターン３４０と他の電気部品との間で電磁エネルギーを伝導できる。伝送線３５０はまた、アンテナ３４０と他の電気部品との間でインピーダンスを平衡化することもできる。バラン回路３５５は、アンテナパターン３４０とコネクタ３１０との間に（伝送線３５０を介して）、平衡‐不平衡の整合、ならびにインピーダンス整合を提供できる。バラン回路３５５はバラントランスとして提供され得る。図３（ａ）では、伝送線３５０をバラントランスと同様に先細り型の伝送線として提供することで、蝶ネクタイ要素の特徴インピーダンスを１：１のバラン回路３５５のインピーダンス（典型的に５０オーム）と一致させることができる。アンテナ装置３００は比較的小型（例えば、７×８ｃｍ未満）で、背が低い（例えば、約１ｃｍ）。そのため、アンテナ装置３００を患者の身体（胸部など）に接着させ、長期間にわたってそのまま放置しても、患者は比較的不便を感じることがない。一実施形態では、アンテナ装置は患者に接着したままで、検出器装置および接続装置（例えばケーブル）をアンテナ装置から取り外すことができる。その後、後続の対象走査を実施する際に、検出器装置をアンテナ装置に再接続できる。

図４（ａ）および図４（ｂ）は、本発明の一実施形態によるフレキシブル回路基板を設けたアンテナ装置４００を示す。図４（ａ）はアンテナ装置４００の簡略化した回路基板図であり、図４（ｂ）はアンテナ装置４００の簡略断面図である。フレキシブル回路基板は、接続性を向上させるべく患者の身体により密着できるよう、身体に合わせて曲げられるようになっている。

アンテナ装置４００は、片側に接着面４１５を設けたハウジング４０５、回路基板４２０、スペーサ４２５、吸収材４３０、反射体４３５、アンテナパターン４４０、抵抗器４４５．１〜４４５．４、１組の伝送線４５０、バラン回路４４５を含んでいてよい。

片側に接着面４１５を設けたハウジング４０５は、先に図２の、アンテナ装置２００およびその各構成部品の説明において述べたとおりに提供できる。そのため、ここではその説明を省略する。

コネクタ４１０は、アンテナ装置４００から、これにつながれた検出器装置（図１）までの接続を提供し、ならびに、これら２つの装置間にインピーダンス整合を提供できる。コネクタ４１０は、バラン回路４５５と、終端抵抗器４４５．１〜４４５．４とに結合される。一実施形態では、コネクタ４５０は３つの導電性パッドとして提供できる。ここで、１つのパッドはバラン回路４５５に、２つのパッドは終端抵抗器４４５．１〜４４５．４に接続している。コネクタ４１０は、サブミニチュアバージョンＡ（ＳＭＡ）、小型サブミニチュアバージョンＢ（ＳＳＭＢ）、マイクロミニチュア同軸（ＭＭＣ）などの、多様なケーブルに対し機械的サポートを提供できる。図４では、特定の機械構成を示していない。

回路基板４２０はフレキシブル回路基板として提供できる。回路基板４２０は２つの主要な対向面を設けていてよい。回路基板３２０の一方の主面上に、スペーサ４２５、吸収材４３０、反射体４３５を実装できる。スペーサ４２５、吸収材４３０、反射体４３５は、先に図２の、アンテナ装置２００およびその各構成部品の説明において述べたとおりに提供できる。そのため、ここではその説明を省略する。

アンテナパターン４４０は、対向する主面（つまり、接着面４１５と対向した面）４２０上に、スペーサ４２５、吸収材４３０、反射体４３５として製造できる。アンテナパターン４４０は超広帯域放射素子として提供でき、また、アンテナパターン４４０は双方向放射体であってもよい。図４（ａ）中のアンテナパターン４４０は、シェルピンスキーのざるパターンを設けた蝶ネクタイ形として示される。シェルピンスキーのざるパターンは、例えば、アンテナ装置の所望の動作波長を維持し、共振周波数を低減しつつ、アンテナ装置サイズ４００のサイズを有利に縮小できる。アンテナパターン４４０はその他の広帯域放射体として提供でき、これには例えば、メアンダライン、フラクタル経路、らせん、または他の適切な折り畳まれた導電形式などがある。アンテナパターン４４０は直線偏光を提供できるが、アンテナパターン４４０は同時または交換型の交差偏光、あるいは円形偏光を提供することも可能である。

典型的な動作周波数範囲は１００〜２０００ＭＨｚであってよく、典型的に、５００ＭＨｚ付近で共振が生じる。広帯域は、目的とする、身体内の誘電率断続性からの反射のエッジ特徴を保持する助けをすることができる。広帯域はアンテナの共振周波数の数倍であってよく、また、蝶ネクタイの幅は所望の共振周波数に調整することができる。蝶ネクタイの幅は、パッケージハウジング２０５の対称性、トポロジ、材料に基づいて、幾何学的に設定される。シェルピンスキーのざるパターンでは、共振は約２０％低減される。

終端抵抗器４４５．１〜４４５．４はアンテナパターン４４０の角に提供され、アンテナパターン４４０からの不要な反射を最小化することができる。伝送線４５０は、およびアンテナパターン４４０と他の電気部品との間で電磁エネルギーを伝導できる。伝送線４５０はまた、アンテナ４４０と他の電気部品との間でインピーダンスを平衡化することもできる。バラン回路４５５は、アンテナパターン４４０とコネクタ４１０との間に（伝送線４５０を介して）、平衡‐不平衡の整合、ならびにインピーダンス整合を提供できる。バラン回路４５５はバラントランスとして提供され得る。図４（ａ）では、伝送線４５０を平行伝送線として提供することができ、この平行伝送線のインピーダンスは、その全長に沿って、バラン回路４５５と接続する蝶ネクタイの特徴インピーダンス（１：４の巻線比を介して、５０オームと一致する）と一致する。

アンテナ装置４００は比較的小型（例えば、７×８ｃｍ未満）で、背が低くてよい（例えば、約１ｃｍ）。そのため、アンテナ装置４００を患者の身体（胸部など）に接着させ、長期間にわたってそのまま放置しても、患者は比較的不便を感じることがない。一実施形態では、アンテナ装置を患者に接着したままで、検出器装置および接続装置（例えばケーブル）をアンテナ装置から取り外すことができる。その後、後続の対象走査を実施する際に、検出器装置をアンテナ装置に再接続できる。

図５は、不要な背面放射を遮断できるアンテナ装置５００の部品構成を示す。アンテナ装置５００は、アンテナパターン５４０を設けた回路基板５２０、スペーサ５２５、吸収材５３０、反射体５３５を含んでもよい。回路基板５２０は、ここで述べているように、リジッドまたはフレキシブル回路基板であってもよい。アンテナパターン５４０は回路５２０上に製造され、また、パターンはここで述べている任意のパターンであってもよい。スペーサ５２５、吸収材５３０、反射体５３５は、アンテナパターン５４０と対向した回路基板５２０の片側に実装されてもよい。スペーサ５２５、吸収材５３０、反射体５３５は、先に図２の、アンテナ装置２００およびその各構成部品の説明において述べたとおりに提供できる。そのため、ここではその説明を省略する。

回路基板５２０上に製造されるアンテナパターン５４０は、回路基板５２０に対して垂直な両方向に、電磁波形式の放射を生成できる。背面放射は、装置が患者に搭載されているときに患者から離れた場所から送信される電磁波であるが、この背面放射は、スペーサ５２５を通って伝播され、その多くが吸収材５３０によって吸収される。残留している全ての背面放射は、反射体５３５によって吸収材５３０内へ反射して戻され、反射された残留背面放射はここで再度吸収される。したがって、反射体５３５は、背面放射を吸収材５３０に通し強制的に往復移動させることで、背面放射（つまり、不要な放射）と、他の電子機器（例えば検出器装置）による干渉、ＭＩＲ受信信号における複数反射の生成などの、任意の関連する損傷影響とを大幅に削減することができる。

アンテナ装置用の保護カバーの提供に加えて、ハウジング（例えば、それぞれ図２、図３、図４のハウジング２０５、３０５、４０５）によっても、アンテナ機能性を向上できる。図６（ａ）および図６（ｂ）は、露出アンテナと封入アンテナのそれぞれの、周波数分布試験反射率パターンを示す。人体の構成成分のほとんどが水およびその他の体液であるため、反射媒体として水を使用した。図面からわかるように、封入アンテナは、アンテナの反射率パターンにおいて共振ヌルを改善する。プラスチックは、露出した回路基板よりも水との整合性に優れているため、ヌルの改善が得られる。アンテナのインピーダンスと、水媒体（つまり人体）のインピーダンスとは大きく異なるが、封入化によってその中間の誘電媒体ができ、アンテナから水媒体へのより効率的な電力伝達を提供すると予測される。したがって、封入化は、誘電率の異なる２つの構成部品間のインピーダンストランスとして機能することができる。

一実施形態では、アンテナ装置内にバッテリを設けてもよい。例えば、このバッテリはアンテナ装置、さらにこれにつながれた検出器装置にも給電できる。図７は、本発明の一実施形態によるアンテナ電力バッテリを設けた病状監視システム７００を示す。このシステム７００は、検出器装置７１０、アンテナ装置７２０、及びコネクタ７３０を含んでもよい。検出器装置７１０は、コネクタ７３０を介してアンテナ装置７２０に接続される。

アンテナ装置７２０は、バッテリ７２２、低パスフィルタ（ＬＰＦ）７２４、フィルタリングコンデンサ７２６、アンテナブロック７２８を含んでもよい。アンテナブロック７２８は、ここで説明しているアンテナパターンおよびこれに関連したＲＦ回路を含んでいてよい。アンテナブロック７２８への入来ＲＦ信号と、アンテナブロック７２８からの送出ＲＦ信号とは、フィルタリングコンデンサ７２６を通って高パスフィルタリングされてもよい。一実施形態では、バッテリ７２２は、アンテナブロック７２８のアンテナ回路基板上に半田付けされていてよい。バッテリ７２２を支持するために、追加の表面実装技術（ＳＭＴ）部品をアンテナ回路基板上に提供してもよい。

バッテリ７２２からの直流電力を、ＬＰＦ７２４を介してコネクタ７３０上に多重化することができる。コネクタ７３０は、ここで述べているとおり、例えば同軸コネクタであってもよい。多重化された直流電力は、検出器装置７１０内でＬＰＦ７１２によって逆多重化することができる。ＬＰＦ７１２でフィルタリングされた直流電力は、次に検出器回路に給電される。コネクタ７２０からのＲＦ信号も検出器装置７２０によって受信され、フィルタリングコンデンサ７１４を通って高パスフィルタリングされた後、検出器回路によって処理される。

この実施形態では、検出器装置７２０は個別の電源を含んでいないため、検出器装置７１０の動作（電源入／切）は、アンテナ装置７２０との接続状態に従って行われる。そのため、接続状態において、検出器装置７１０は、アンテナ装置７２０内のバッテリ７２２から直流電力を受電した時点で電源投入となる。これ以外の非接続状態においては、検出器装置７２０は電源切のままである。

一実施形態において、病状監視システムは位置検出部もしくは運動検出部またはその両方を含んでよく、これは、患者の身体に本システムのアンテナ装置を配置する際の案内として使用され得る。位置／運動検出部は、病状監視システムとは個別に設けても、あるいはこれに統合してもよい。例えば、位置／運動検出部はアンテナ装置内に統合できる。

図８は、本発明の一実施形態による位置／運動感知部を統合したアンテナ装置８００の簡略ブロック図である。アンテナ装置８００は、位置／運動センサ８１０、ＬＰＦ８１６、アンテナブロック８２０、フィルタリングコンデンサ８２２、コネクタ８３０を含んでもよい。アンテナブロック８２０は、アンテナパターンと、ここで説明するこれに関連したＲＦ回路を含んでもよい。アンテナブロック８２０への入来ＲＦ信号、およびアンテナブロック８２０からの送出ＲＦ信号は、フィルタリングコンデンサ８２２を通って高パスフィルタリングされてもよい。

一実施形態では、位置／運動センサ８１０は加速度計８１２およびジャイロスコープ８１４を含んでもよい。例えば、位置／運動センサ８１０は６軸（ジャイロのヨー／ピッチ／ロールと、加速度計のＸ／Ｙ／Ｚ）センサとして提供されてもよい。一実施形態では、位置／運動センサ８１０は、例えばＭＰＵ−６０００（ＩｎｖｅｎＳｅｎｓｅ（商標）社製）などのパッケージ処理ユニットを含んだＭＥＭＳ運動センサとして提供できる。位置／運動センサ８１０は、アンテナブロック８２０へのＲＦ信号またはアンテナブロック８２０からのＲＦ信号を絶縁するためにＬＰＦ８１６を介して、コネクタ８３０に接続できる。

位置／運動センサ８１０は、アンテナ装置８００の患者への装着における正確性および精度を向上させ得る。例えば、アンテナ装置８００を、位置／運動センサ８１０からの位置／運動データに基づいて、患者上の所望の検出点へ移動させることができる。位置／運動データは、接続している検出器装置によって処理されて、移動命令を提供することができる。この命令は、位置／運動データに基づいて再構築された３Ｄマップの形式で提供されてもよい。

図９は、本発明の一実施形態による無線通信コネクタを統合したアンテナ装置９００の簡略ブロック図を示す。アンテナ装置９００は、無線通信コネクタ９１０、クロック９１４、バッテリ９１６、アンテナブロック９２０、フィルタリングコンデンサ９２２を含んでもよい。アンテナブロック９２０は、ここで説明しているアンテナパターンおよびこれに関連したＲＦ回路を含んでもよい。アンテナブロック９２０への入来ＲＦ信号と、アンテナブロック９２０からの送出ＲＦ信号とは、フィルタリングコンデンサ９２２を通って高パスフィルタリングされる。

無線通信コネクタ９１０は、ＷｉＦｉ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの無線通信を実現するための送受信回路を含んでもよい。一実施形態では、無線通信コネクタ９１０はメモリ９１０．１、プロセッサ１１６、Ｔｘ／Ｒｘ回路１１８を含んでもよい。メモリ９１０．１は、揮発性メモリ、不揮発性メモリ、またはこれらの組み合わせとして提供され得る。プロセッサ９１０．２は、マイクロコントローラまたはマイクロプロセッサであってもよい。Ｔｘ／Ｒｘ回路９１０．３は、送受信機およびデジタイザを含んでよく、デジタイザは、反射データと、対応する無線通信変調器とをデジタル化する。さらに、メモリ９１０．１は、データを送信のためにバッファリングし、無線接続した検出器装置から受信した命令を格納することができる。

クロック９１４は、アンテナ装置９００内の様々な構成部品にタイミング信号を提供でき、バッテリ９１６はアンテナ装置９００内の様々な構成部品に給電することができる。
一実施形態では、複数のアンテナ装置が患者の複数の位置から読み取った値が、病状監視または画像化システムを向上させる。この複数の読み取り値は、監視対象である病状（気胸など）の画像（例えば、１Ｄ奥行画像、２Ｄ位置画像、３Ｄ体積画像）を再構築するための情報を提供できる。１つのアンテナ装置を使用して、各読み取り値が取られた位置を記述した暗示的情報を必要とする、複数の読み取りを実行することができる。

代替的に、アンテナアレイを使用しても複数の読み取りを実行できる。一実施形態において、アンテナアレイは、１つのアンテナを使用する場合よりも有効奥行（または利得）が増す。別の実施形態では、アンテナアレイは、１つのアンテナを使用する場合よりも、有効網羅範囲および付随する位置解像が増す。

図１０は、本発明の一実施形態によるアンテナアレイを設けた病状監視システム１０００を示す。システム１０００は、検出器装置１０１０およびアンテナアレイ１０２０を含んでもよい。検出器装置１０１０は、ここで記載している、マルチプレクサ１０１２、アレイスイッチ制御部１０１４、および他の演算回路を含むことができる。アンテナアレイ１０２０は、各々がアンテナブロック１０２４を含んだ複数のアンテナモジュール１０２２を含んでもよい。アンテナブロック１０２４は、ここで説明しているアンテナパターンおよび関連するＲＦ回路を含んでもよい。アンテナモジュール１０２２はコネクタ１０３０で検出器装置につながれてよい。

検出器装置１０１０は、それぞれのスイッチ１０２６を介して個々のアンテナモジュール１０２２に結合することができる。例えば、スイッチ１０２６は交換型の伝送線として提供でき、またアレイスイッチ制御部１０１４によって制御できる。伝送線は、送信パルスおよび受信パルスが総伝達長を横断する際に同等の時間遅延が生じる方式で画定できる。代替として、伝送線を任意の長さに設け、較正手順を実行して、アンテナモジュール間の異なる送信時間を調整することができる。これにより、アレイの多様なアンテナモジュールを使用して実行された各走査について、データ取得の遅延が補正される。

一実施形態では、アンテナモジュール１０２２を検出器装置１０１０に連続的に（つまり、１つずつ）接続し、接続された各アンテナモジュール１０２２を１つ以上の走査に使用することができる。アレイスイッチ制御部１０１４の構成に応じて、各アンテナモジュール１０２２を送信アンテナ素子および受信アンテナ素子の両方として使用したり（モノスタティックＭＩＲ）、または、１対のアンテナモジュール１０２２を、一方を送信アンテナ、他方を受信アンテナとして使用したりする（バイスタティックＭＩＲ）ことができる。アンテナモジュールからの（または１つのアンテナからの）読み取り値を所定の間隔で取ることができる。この間隔は、対象領域にかけてグリッドした距離に対応している。対象領域は、六角形格子またはデカルト格子などの、便利なトポロジ形式で定義することができる。個々の読み取り値は、監視中である病状の特徴に関する情報を含んでいてよい。例えば、読み取り値の時間情報と振幅情報は、監視対象である気胸の位置およびサイズに対応してよい。適切な数学的インバージョン技術を採用して、病状の形状、位置、体積のグラフ画像（例えば２Ｄまたは３Ｄ）を再構築することができる。

当業者は、これまでの記述から、本発明は様々な形式にて実施でき、様々な実施形態を単独で、または組み合わせて実施できることを理解する。したがって、本発明の実施形態をその特定の実施例に関連して述べたが、当業者には、図面、明細書、以降の請求項を研究することでその他の修正が自明となるため、本発明の実施形態および方法の真の範囲は特定の実施形態に限定されるべきではない。

Claims (27)

1. アンテナ装置であって、
   前記アンテナ装置を外部装置に結合する通信インターフェースと、
   接着面を有するパッケージハウジングと、
   前記パッケージハウジング内の基板上に製造された平面アンテナパターンとを備え、
   前記アンテナパターンは、超広帯域信号を送信し、送信された信号の反射を受信するように構成されている、アンテナ装置。
2. 前記基板はリジッド基板である、請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記基板はフレキシブル基板である、請求項１に記載のアンテナ装置。
4. 前記アンテナパターンは折り畳まれた導電パターンである、請求項１に記載のアンテナ装置。
5. 前記アンテナパターンはシェルピンスキーのざるパターンを含む、請求項４に記載のアンテナ装置。
6. 前記アンテナパターンの角に実装された抵抗器をさらに備える請求項１に記載のアンテナ装置。
7. 回路基板上に実装されたバラントランスをさらに備える請求項１に記載のアンテナ装置。
8. 前記通信インターフェースは機械的なコネクタである、請求項１に記載のアンテナ装置。
9. 前記通信インターフェースは無線通信機である、請求項１に記載のアンテナ装置。
10. 前記基板上の前記アンテナパターンと対向する側に放射遮断部材をさらに備える請求項１に記載のアンテナ装置。
11. 前記放射遮断部材は吸収材および反射体を含む、請求項１０に記載のアンテナ装置。
12. 前記パッケージハウジングは、伝送媒体に対して空気よりも近いインピーダンス整合を提供する、請求項１に記載のアンテナ装置。
13. 前記ハウジング内に配置された電源をさらに備える請求項１に記載のアンテナ装置。
14. 運動センサをさらに備える請求項１に記載のアンテナ装置。
15. 前記運動センサは加速度計およびジャイロスコープを含む、請求項１４に記載のアンテナ。
16. アンテナ装置の動作方法であって、
    外部装置からのマイクロ波インパルスレーダパルスに対応した入力信号を受信するステップと、
    ハウジング内に設けられた平面アンテナを介し、前記入力信号に基づいて、超広帯域放射信号を生成するステップであって、前記放射信号は伝送媒体を横断する、ステップと、
    前記伝送媒体内の物体からの前記放射信号の反射を、前記平面アンテナを介して捕捉するステップと、
    前記反射を前記外部装置へ送信するステップと、を備える方法。
17. 前記伝送媒体と反対方向に向かう前記放射信号を遮断するステップをさらに備える請求項１６に記載の方法。
18. 前記アンテナ装置は内部給電される、請求項１６に記載の方法。
19. 前記アンテナ装置の位置を感知するステップをさらに備える請求項１６に記載の方法。
20. アンテナ装置であって、
    接着面を有するハウジングと、
    前記ハウジング内に設けられたアンテナアレイであって、前記アンテナアレイにおける各アンテナ素子は、超広帯域信号を送受信するための平面アンテナパターンを含む、アンテナアレイとを備える、アンテナ装置。
21. 前記アンテナ素子の動作を制御するための複数のスイッチをさらに備える請求項２０に記載のアンテナ装置。
22. 前記複数のスイッチは、アンテナ素子をモノスタティックモードで動作させる、請求項２１に記載のアンテナ装置。
23. 前記複数のスイッチは、前記アンテナ素子をバイスタティックモードで動作させる、請求項２１に記載のアンテナ装置。
24. アンテナ装置であって、
    前記アンテナ装置を外部検出器に対して容易に接続および取り外すための機械的コネクタと、
    前記アンテナ装置を被検者に付着させるための接着面を有するプラスチック製パッケージハウジングと、
    前記プラスチック製パッケージハウジング内の基板であって、反対側に位置する２つの主面を有する、基板と、
    前記基板の第１主面上に印刷された平面アンテナパターンであって、前記アンテナパターンは、前記外部検出器からの受信されたマイクロ波インパルスレーダパルス信号に応答して、双方向の超広帯域信号を前記被検者内に送信するように、これに対応した、前記被検者の様々な身体部位からの信号の反射を受信するように構成されており、前記アンテナパターンは折り畳まれた導電パターンである、平面アンテナパターンと、
    前記基板の第２主面上に実装された放射ブロックシステムとを備える、アンテナ装置。
25. 前記基板はリジッド回路基板である、請求項２４に記載のアンテナ装置。
26. 前記基板はフレキシブル回路基板である、請求項２４に記載のアンテナ装置。
27. 前記アンテナパターンはシェルピンスキーのざるパターンを含む、請求項２４に記載のアンテナ装置。