JP2015507945A - 流体変化を検出するための診断システム - Google Patents
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Abstract
Description
脳液診断における誘導位相シフト測定ベースのシステム100に適切な1つの電磁周波数範囲は、約20MHz〜300MHzの無線周波数(RF)であるが、1MHzと500MHzの間、3MHzと300MHzの間、及びその他など、別の周波数を用いることもできる。選択された周波数は、人間の組織における比較的低い吸収率、静電結合及び信号線クロストークなどの良好な信号対ノイズ係数、並びに正確な位相測定の容易さを提供することができる。
上記に示されるように、診断システム100は、一部の実施例において、送信器120を個々に、受信器124を個々に、送信器120及び受信器124を互いに、並びに送信器120及び受信器124を他の関連する電子回路と共になどで較正するよう初期化することができる。例えば、リード長の変動並びに送信器120及び受信器124からの信号経路における増幅器時間遅延を初期化中に検出し、信号処理中に信号から除去して、データの固定オフセット誤差を防ぐことができる。また、シングルターンループ250における(測定した)電圧及び電流間のあらゆる位相シフトを検出することができる。
上述のように、診断システム100は、種々の組織型及び体液によってもたらされる位相シフトは周波数と共に変化する可能性があるので、複数の周波数の送信された時間的に変化する磁場についての位相シフトデータを収集する。図1に例示する診断システム100は、プロセッシングユニット104内にフレキシブル周波数合成器100を設けているが、周波数合成器110は、例えば、ヘッドピース106内に設けてもよい。この周波数合成器110は、一部の実施例において、約20MHz〜200MHz(或いは、代替として、約20MHz〜300MHz、又は約10MHz〜300MHz、或いは、幾つかの他の好適な範囲の何れか)の範囲にわたって最小1MHzの分解能を有することができる。標準のデジタル位相ロックループ技法を用いて、単一安定水晶クロック発振器から選択可能な周波数を得ることができる。上述のように、合成器110のデジタル部分は、プロセッシングユニット104のFPGA110のうちの1つで実施することができる。合成器110は、送信器120において磁場を発生させるための方形波基本クロック信号とサンプリング信号の両方を生成することができる。サンプリング信号は、一部の実施形態において、磁場発生信号から僅かにオフセット(例えば、10KHz)した周波数とすることができる。磁場を発生させるための方形波信号は、一部の実施形態において、そのレベルを補正するために増幅することができ、またより高次の調波を除去して、1又はそれ以上の基本周波数の低歪み正弦波を得ることができる。
一部の実施形態において、送信及び受信信号間の電子位相シフト測定は、アナログ信号処理法を用いて実施することができるが、他の実施例では、位相シフト測定は、上述のように、1又はそれ以上のADコンバータ122、126を介してアナログデータをデジタルデータに変換した後に実施することができる。次いで、デジタル波形を処理して関連する位相シフト情報を得ることができる。アナログデータではなくデジタルデータを処理することにより、例えば、ランダムノイズの影響を低減するため、更に、適切な技法を用いて60Hz付近の周波数のAC線路ピックアップのような非ランダム周期的ノイズを低減するために、多くの波形サイクルのサンプリング及び平均化を容易にすることができる。また、波形データのノイズを低減した後、デジタル信号処理を用いて正確な位相測定を得るのに利用できる相関などの多くの方法がある。
再度図1を参照すると、波形データ(一部の実施形態において、アンダーサンプリングすることができる)は、送信及び受信磁場の両方において取り込むことができ、取り込んだ波形は、リアルタイム(又は実質的にリアルタイム)で少なくとも部分的に処理することができる。本明細書で説明されるように、1つのFPGA112は、ノイズ低減のため多くのサイクルにわたり2つの波形の各々についてデータを平均化することができる。次いで、別のFPGA114は、相関技法を使用し、平均化波形データを用いた位相シフト測定を実施することができる。一部の実施形態において、複数の周波数サンプルにわたる位相データ収集のデータスループットを迅速化するために、パイプライン技法を用いることができる。送信器120は、第1の所望の周波数で時間的に変化する磁場を発生することができ、必要数の波形平均をこの第1の周波数で波形アベレージャFPGA112により実施することができる。
送信器120及び受信器124の比較的小さなサイズ、並びに送信磁場の比較的低い出力(送信磁場は、特に、RF放射線への曝露から患者を保護する必要性、及びシステム100からの電磁場放射を最小限にする必要性に起因して低出力である)に起因して、送信器120及び/又は受信器124にて測定した磁場は、比較的小さな振幅と比べて比較的多くのノイズ量を有する可能性がある。ノイズは、増幅器の入力サーマルノイズ、EMIピックアップからのバックグラウンドノイズなどを含むことができる。一部の実施例において、ノイズは、実際の位相シフトを基準とした位相シフト測定に対してかなりの割合をもたらす可能性がある。例えば、1mlの流体変化は、0.3度の位相シフトに相当することができ、従って、送信及び受信信号におけるノイズが予想される位相シフトの大部分であるか、又は予想位相シフトを超過する場合には、ノイズは、データを許容不能状態にする可能性がある。
ここで図5を参照すると、位相シフト測定FPGA114はまた、2つの循環シフトレジスタ401、402、乗算器403、及び加算器404を含むことができる。位相シフト測定FPGA114はまた、個々の送信平均波形データ点と受信平均波形データ点の積の和を2つの波形間の調整可能位相シフトを用いて計算するように構成された論理回路を含むことができる。FPGAを用いて、積の和がゼロに最も近く且つ位相シフトに対する積の和の傾きが負であるような位相シフトを見つけることができる。
=1/2[cos(Φ)−cos(2π(2f)t+(Φ)] (式2)
位相シフト=90°+(noffset/nt)*360° (式3)
上記で説明したように(位相シフトデータを得るために波形を共に平均化及び乗算するセクションを参照)、送信器120及び受信器124両方からの測定しデジタル化した磁場トレースの信号処理は、時間領域に進むことができる。しかしながら、他の実施形態において、信号は、例えば高速フーリエ変換(FFT)を用いて周波数領域で処理することもできる。
時間領域における1つの追加の代替信号処理法として、位相シフト測定は、1又はそれ以上の比較的低コストのアナログ位相検出器を介して、又は送信及び受信波動場信号のゼロ交差間の時間遅延を測定することにより実施することができる。例えば、積分位相検出器回路は、正弦波をクリッピング(例えば、追加の高利得で)することにより送信及び受信波動場の正弦波を方形波に変換し、次いで、アナログ排他的OR(XOR)ゲートを用いて送信器からのクリッピング/方形波を受信器からのクリッピング/方形波と比べる増幅器を含むことができ、ここでXORゲートによって提供されるパルス幅は、送信及び受信磁場間の位相シフトを表す。
位相測定誤差の原因となる要因の中で多くのものは、患者の動きから動き、送信器120の移動、受信器124の移動、接続又は伝送ケーブルの曲げ、その他に関連している。例えば、患者と送信器120/受信器124との間の相対移動は、磁力線が患者の頭部を通過するときの磁力線の経路長及び位置の変動をもたらす。送信器120付近及び/又は受信器124付近を移動する導電体又は磁性体はまた、磁力線が送信器120から受信器124に通過するときに磁力線の形状を変化させる可能性がある。
本明細書で記載されるシステム100は、とりわけ、例えば、患者の頭部内の流体含有量(「頭蓋内流体」)の変化によって誘起される位相シフトの変化を測定するのに用いることができる。位相データを分析して、流体の変化が臨床医のユーザに問題となっている組織変化を示すかどうかに関して決定する幾つかの方法を利用することができる。例えば、患者が最初に病院に到着したときに、1又はそれ以上の周波数についての患者の一方側に位置付けられた送信器120から送信される磁場と、患者の他方側に位置付けられた受信器124にて受け取った磁場との間の位相シフトのベースライン測定値を記録することができる。次いで、臨床医によって、後続のスキャン中に生じる測定位相シフトのあらゆる有意な変化を追跡して傾向を調べ、患者の臨床症状を理解する助けとすることができ、特定の閾値、パターン、又は傾向によって警報を起動することができる。最も有用な流体変化情報を臨床医に提供するために、多くの方法を利用し最適化することができる。例えば、位相が、特定の度数よりも多くシフトした場合、システムは、アラームを鳴らして、患者が臨床的に有意な出血又は浮腫を有する可能性があることを臨床医に警報することができる。一部の症状では、位相シフトの変化率が閾値を超えたかどうかを臨床医に警報することが有用とすることができる。
124 受信器
127 非導電性スペーサ材料
128 安定化装置
129 ヘッドセット
Claims (15)
- 媒体における変化を監視する診断システムであって、
第1の信号に応答して時間的に変化する磁場を発生させて媒体に送信するよう構成された送信器と、
前記送信器から前記媒体の反対側に位置付けられ、受信された磁場に応答した第2の信号を発生させるよう構成された受信器と、
前記送信された時間的に変化する磁場の複数の周波数に対して前記送信された磁場と前記受信された磁場との間の位相シフトを決定するよう構成されたプロセッシングユニットと、を備え、前記送信器又は前記受信器の少なくとも1つが、シールド伝送線路を用いて形成されたループを備える、診断システム。 - 前記伝送線路が、第2の導体を少なくとも部分的に囲むシールドとして第1の導体を備え、前記第2の導体が、変化する磁場に応答した信号を提供する、請求項1に記載の診断システム。
- 前記伝送線路が、同軸ケーブル、ツイストシールドペア線、二軸ケーブル、又は三軸ケーブルのうちの1つを含む、請求項2に記載の診断システム。
- 前記シールド伝送線路が、2つの接地平面間に結合されたプリント回路基板乗にストリップ線路を含む、請求項1に記載の診断システム。
- 前記2つの接地平面間に複数のバイアを更に備える、請求項4に記載の診断システム。
- 前記ループが、およそ1インチの直径を有する、請求項1に記載の診断システム。
- 前記ループが、シングルターンループである、請求項1に記載の診断システム。
- 前記ループが、200MHzを上回る最低固有共振周波数を有する、請求項1に記載の診断システム。
- 前記ループが、プリント回路基板の第1の層に位置付けられた第1のループを含み、前記システムが更に、前記プリント回路基板の第2の層に位置付けられ且つストリップ線路を用いて形成された第2のループを備え、前記第1及び第2のループからのリード線が差動増幅器に結合される、請求項1に記載の診断システム。
- 前記ループに結合され且つ前記ループの出力を平衡化するよう構成されたバランを更に備える、請求項1に記載の診断システム。
- 前記ループの出力が、50Ωの出力インピーダンスを効果的に有するように平衡化される、請求項1に記載の診断システム。
- 前記送信器に結合され且つ外送信器に近接して位置付けられた第1のアナログデジタルコンバータと、前記受信器に結合され且つ外受信器に近接して位置付けられた第2のアナログデジタルコンバータとを更に備える、請求項1に記載の診断システム。
- 前記送信器が第1の送信器であり、前記時間的に変化する磁場が第1の時間的に変化する磁場であり、第3の信号に応答して第2の時間的に変化する磁場を発生させて前記媒体に送信するよう構成された第2の送信器を更に備え、前記第2の送信器が前記第1の送信器からオフセットされている、請求項1に記載の診断システム。
- 前記受信器が第1の受信器であり、前記送信器に近接して位置付けられ且つ前記送信磁場に応答して前記送信器に近接する磁場の位相を示す第3の信号を発生するよう構成された第2の受信器を更に備える、請求項1に記載の診断システム。
- 前記第2の受信器が、前記第1の受信器と同心状にある、請求項14に記載の診断システム。
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