JP2020513955A

JP2020513955A - 体内の性質の測定

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Publication number: JP2020513955A
Application number: JP2019548405A
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Inventors: ゲラルドゥスヨハネスニコラースドーデマン; ワイスウィレム‐ヤンアレンドデ; ヨアヒムカーラート
Original assignee: Koninklijke Philips NV
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Priority date: 2017-03-09
Filing date: 2018-02-27
Publication date: 2020-05-21
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Abstract

体内の性質を測定するための測定回路は、第１の素子及び第２の素子を備える共振回路を備え、第１の素子及び第２の素子のうちの少なくとも１つは、その性質が体内の性質に依存するように構成され、非線形素子は、回路が第１の周波数に第１の成分を及び第２の周波数に第２の成分を含む入力信号によって駆動されたときに、相互変調積を生成するように配置される。体内の性質を測定するための測定システムは、上述されるような測定回路と、測定回路に駆動信号を提供するための駆動回路であって、駆動信号は第１の周波数に第１の成分を及び第２の周波数に第２の成分を含む、駆動回路と、性質の測定値を得るために測定回路の応答を分析するための分析器回路と、を備える。

Description

本発明は、体内の性質を測定するための、測定回路、測定システム、及び測定方法に関する。

ヒト又は他の動物の患者の体内の圧力測定は、少しだけ例を挙げるだけでも、冠状動脈狭窄症、肝門脈静脈圧、及び肺静脈圧のような多くの身体の病気にアクセスするために使用され得る。圧力を測定することができるためには、多くの場合、少なくとも２本のワイヤが、体内に位置決めされ得るデバイス内に統合されなければならず、これは、体外のデバイスの相互接続に条件を課す。

特許出願ＷＯ２０１２／１０９０３９、ＷＯ２０１４／１６４７３４及びＷＯ２０１５／０９９８４５において、感圧共振回路が記載されている。回路の共振周波数は、それが圧力依存性のインダクタンス及び／又はキャパシタンスを備えるので、圧力に依存する。共振回路は、片側で人体に、及び他の側上でガイドワイヤに接続される。共振周波数は、ガイドワイヤ及び体のリターンループを介して共振回路のインピーダンスを測定することによって決定される。

この測定方法の１つの不利な点は、体及びガイドワイヤを通過する信号パスが、共振回路の一部であることである。これは、共振回路の挙動が、体及びガイドワイヤの配向の全ての変化に伴い変化し、ドリフト及び環境的変化に伴い変化することを意味する。

図１は、特許出願ＷＯ２０１４／１６４７３４による測定システムを示す。インダクタンスは、圧力依存性のコンデンサと直列に接続されて、共振回路１０６を形成し、電極１０２及びガイドワイヤ９８に接続されて、図２に示される電気回路と電気的に等価である回路を形成する。図２において、Ｃ１は、圧力依存性のコンデンサであり、Ｌ１は、共振回路１０６内のインダクタンスであり、Ｒ１及びＣ２は、体の抵抗及びキャパシタンスをそれぞれ表し、並びにＣ３は、ガイドワイヤ９８の寄生キャパシタンスを表す。

共振回路１０６は、接地電極１０４を通して地電位に接続されている患者Ｐの体内に挿入される。

電圧源ＶＳ１は、掃引周波数信号を生成する。電圧源によって供給される電流は、測定され、電圧の電流に対する比は、周波数の関数としての回路のインピーダンスの基準である。共振周波数は、圧力の関数として変化し、共振周波数は、また、体のリターンパス内の何らかの寄生素子が、例えば、体の動き、温度変化又は成分特性のドリフトによって変えられたときに、変化することとなる。

体内の性質を測定するための改善された測定回路、測定システム及び測定方法を提供することが、本発明の目的である。

本発明は、先行技術における問題を軽減するために、体内の性質を測定するための測定回路、測定システム及び測定方法を提供する。

本発明の第１の態様において、体内の性質を測定するための測定システムが提供され、測定システムは、
体内の性質を測定するための測定回路であって、測定回路は、
第１の素子及び第２の素子を備える共振回路であって、第１の素子及び第２の素子のうちの少なくとも１つは、その性質が体内の性質に依存するように構成される、共振回路、及び
回路が第１の周波数に第１の成分を及び第２の周波数に第２の成分を含む入力信号によって駆動されたときに、相互変調積を生成するように配置される、非線形素子、
を備える測定回路と、
測定回路に駆動信号を提供するための駆動回路であって、駆動信号は第１の周波数に第１の成分を及び第２の周波数に第２の成分を含む、駆動回路と、
性質の測定値を得るために測定回路の応答を分析するための分析器回路であって、分析器回路は、駆動信号の第１の成分及び第２の成分に由来する奇数次の相互変調積の振幅の比を測定するように構成される、分析器回路と、
を備える。

幾つかの実施形態において、第１の素子及び第２の素子のうちの少なくとも１つは、その電気的性質が体内の性質に依存するように構成される。

幾つかの実施形態において、第１の素子はインダクタンスであり及び第２の素子はコンデンサである。

第１の素子及び第２の素子は、並列に配置される。

非線形素子は、２つの逆並列ダイオードを備える。

幾つかの実施形態において、第１の素子はインダクタンスであり及び第２の素子はコンデンサであり、インダクタンス及びコンデンサは並列に配置され、並びに２つの逆並列ダイオードはインダクタンス及びコンデンサと並列に接続される。

幾つかの実施形態において、第１の素子及び第２の素子のうちの少なくとも１つの電気的性質は、体内の圧力に依存する。

駆動回路は、第１の周波数に第１の成分を及び第２の周波数に第２の成分を含む駆動信号を提供するように配置され、第１の周波数は共振回路の共振周波数を超え及び第２の周波数は共振回路の共振周波数未満である。

駆動回路は、第１の周波数に第１の成分を及び第２の周波数に第２の成分を含む駆動信号を提供するように配置され、第１及び第２の周波数は共振回路の帯域幅の範囲に入る。

幾つかの実施形態において、分析器回路は周波数分析器を備える。

測定システムは、駆動回路及び測定回路を接続する配線接続を更に備える。

他の実施形態において、測定システムは、駆動回路から測定回路に駆動信号を無線で送信するように配置された送信機を更に備える。

幾つかの実施形態において、システムは、分析器回路に測定回路の応答を無線で送信するように配置される。

本発明の第２の態様において、体内の性質を測定する方法が適用され、方法は、
測定回路に駆動信号を適用するステップであって、駆動信号は第１の周波数に第１の成分を及び第２の周波数に第２の成分を含み、測定回路は、
第１の素子及び第２の素子を備える共振回路であって、第１の素子及び第２の素子のうちの少なくとも１つはその性質が体内の性質に依存するように構成される、共振回路、及び
回路が第１の周波数に第１の成分を及び第２の周波数に第２の成分を含む入力信号によって駆動されたときに、相互変調積を生成するように配置される非線形素子、
を備える、ステップと、
性質の測定値を得るために測定回路の応答を分析するステップであって、測定回路の応答を分析するステップは、駆動信号の第１の成分及び第２の成分に由来する奇数次の相互変調積の振幅の比を測定するステップを有する、ステップと、
を有する。

本発明のこれらの及び他の態様は、以下に記載される実施形態から明らかになり、以下に記載される実施形態を参照して説明される。

本発明のよりよい理解のために、及びそれがどのように実施されるかよりはっきりと示すために、単に例として、添付図面への参照が次になされる。

先行技術による測定システムを示す図である。図１の測定システムの等価概略回路図を示す図である。本発明による測定システムの実施形態を示す図である。本発明による測定システムの更なる実施形態を示す図である。本発明による測定システムの実施形態において生成される信号を示す図である。本発明による測定システムの実施形態において生成される更なる信号を示す図である。本発明による測定システムの実施形態における共振周波数のシフトの効果を示す図である。本発明の態様による方法を示すフローチャートである。

図３は、本発明に従う測定システムの第１の実施形態を示す。

図３に示される測定システム２００は、測定回路２０２、測定回路２０２に駆動信号を提供するための駆動回路２０４、及び周波数分析器回路２０６を備える。

測定回路２０２は、ガイドワイヤ２０８に接続され、これは、測定回路２０２を駆動回路２０４及び周波数分析器回路２０６に接続し、また、測定回路２０２をヒト又は動物の患者の体内における意図される作動位置にガイドするために使用される。

測定回路２０２は、共振回路２１０を備え、これは、インダクタンスＬ１を有するコイル２１２及びキャパシタンスＣ１を有するコンデンサ２１４を備える。この示される実施形態において、インダクタ２１２及びコンデンサ２１４は、並列に接続される。他の実施形態において、インダクタ及びコンデンサは、直列に接続される。インダクタ２１２及びコンデンサ２１４のうちの少なくとも１つは、その電気的性質が、測定されることが意図される体の内部の性質に依存するように、構成される。

１つの実施形態において、コンデンサ２１４は、そのキャパシタンスが体内部の作動位置で圧力に依存するように構成される。例えば、コンデンサ２１４は、可撓性の、可塑性のある誘電体層を含む。

他の実施形態において、共振回路２１０は、そのインダクタンスが圧力に依存するインダクタを備える。例えば、インダクタは、曲げることができ、若しくは可塑性のあるコイル、又は感圧可動導電性又は磁性コアを備えるコイルを備える。

他の実施形態において、インダクタ及びコンデンサのうちの少なくとも１つは、その電気的性質が例えば血液のような体液の誘電率又は透磁率のような体内部の異なる性質に依存するように構成され、測定されるべきこれらの性質のうちの１つの変動を可能にする。

測定回路２０２は、非線形素子２１６を更に備える。この示される実施形態において、非線形素子２１６は、逆並列に接続される第１及び第２のダイオード２１８、２２２を備える。即ち、電流は、ノード２２２からノード２２４まで第１のダイオード２１８の順方向に流れることができ、ノード２２４からノード２２２まで第２のダイオード２２０の順方向に流れることができる。

電気回路は、変換器回路が圧電接点及び隔離接着剤層を用いて構成される国際特許出願公開ＷＯ２０１７／０１３２２４及びＷＯ２０１６／２０７０４１に記載される方法により作られ得る。これらの方法、及び特に、電気素子（変換器）をガイドワイヤに適当な形状因子内の配線に統合し及び相互接続する方法は、圧力依存性のコンデンサを構成するために使用され得る。

或いはまた、変換器は、空気コンデンサ及び薄いダイオード（＜１５０μｍの厚さ、好ましくは＜５０μｍの厚さ、及び最も好ましくは＜１５μｍの厚さ）に置き換えられ、相互接続に使用されるワイヤは、コイル構造及び潜在的にアンテナ構造を、全て＜２００μｍ、好ましくは＜１００μｍ、及び最も好ましくは＜５０μｍの厚さの形状因子内に形成可能であり、その結果、ガイドワイヤ内における統合又は埋め込み可能なデバイスが実現可能となる。

図３は、また、使用中における測定回路２０２の電気的効果を示す。具体的には、図３は、測定回路２０２がヒト又は動物の患者の体内においてその意図される作動位置にあるときに、体は実効抵抗Ｒ１及び実効キャパシタンスＣ２を有することを示す。ガイドワイヤ２０８は、また、寄生キャパシタンスＣ３を有する。体の実効抵抗Ｒ１及び実効キャパシタンスＣ２は、中でも、体の動きに敏感である。

したがって、図３に示される実施形態において、共振回路２１０の共振周波数に対する体の抵抗Ｒ１及びキャパシタンスＣ２の何らかの変化の影響を低減させるために、共振回路２１０及び非線形素子２１６は体の抵抗Ｒ１及びキャパシタンスＣ２から隔離される。

具体的には、ガイドワイヤ２０８は、コイル２１２のタップにおいて、共振回路２１０に接続される。これは、可変のガイドワイヤインピーダンスの共振回路からの良好な程度の隔離を提供する。

駆動回路２０４は、第１の周波数に第１の成分を及び第２の周波数に第２の成分を含む駆動信号を生成するように構成される。これは、第１の駆動信号源２２６及び第２の駆動信号源２２８によって図３に表される。

駆動回路２０４の動作は、以下により詳細に記載される。

周波数分析器回路２０６は、駆動信号に対する測定回路２０２の応答を検出する。

周波数分析器回路２０６の動作は、以下により詳細に記載される。

過電流が体内へ駆動されるのを防止するために、抵抗は、ガイドワイヤ２０８内に又はそれがガイドワイヤに接続する測定回路２１０内に備えられ得る。

図４は、本発明に従う測定システムの第２の実施形態を示す。

図４に示される測定システム２４０は、図３に示される測定システム２００と幾つかの点で同様であり、及び同一の参照番号が、同一である特徴を示すために使用される。したがって、図４に示される測定システム２４０は、測定回路２０２、測定回路２０２に駆動信号を提供するための駆動回路２０４、及び周波数分析器回路２０６を備える。

電気回路は、変換器回路が圧電接点及び隔離接着剤層を用いて構成される国際特許出願公開ＷＯ２０１７／０１３２２４及びＷＯ２０１６／２０７０４１に記載される方法により作られ得る。これらの方法、及び特に、電気素子（変換器）をガイドワイヤに適当な形状因子内の配線に統合し及び相互接続する方法は、圧力依存性のコンデンサを構成するためにも使用され得る。

図４は、また、使用中における測定回路２０２の電気的効果を示す。具体的には、図４は、測定回路２０２がヒト又は動物の患者の体内においてその意図される作動位置にあるときに、体は実効抵抗Ｒ１及び実効キャパシタンスＣ２を有することを示す。ガイドワイヤ２０８は、また、寄生キャパシタンスＣ３を有する。体の実効抵抗Ｒ１及び実効キャパシタンスＣ２は、中でも、体の動きに敏感である。

したがって、図４に示される実施形態において、共振回路２１０の共振周波数に対する体の抵抗Ｒ１及びキャパシタンスＣ２の何らかの変化の影響を低減させるために、共振回路２１０及び非線形素子２１６は、体の抵抗Ｒ１及びキャパシタンスＣ２から隔離される。

具体的には、ガイドワイヤ２０８は、インダクタ２４２を備え、これは、コイル２１２へのインダクティブ接続を有する。高い抵抗Ｒ１及び低いキャパシタンスＣ２に起因して、非常に低い電流がガイドワイヤを通って流れるので、相互インダクタンスが、共振回路の共振周波数に対して最小の影響を生じさせることとなる。

駆動回路２０４は、第１の周波数に第１の成分を及び第２の周波数に第２の成分を含む駆動信号を生成させるように構成される。これは、第１の駆動信号源２２６及び第２の駆動信号源２２８によって図３に表される。

駆動回路２０４の動作は、以下により詳細に記載される。

したがって、図３及び図４は、駆動信号は共振回路に有線の方式で適用され、共振回路の応答は周波数分析器に有線の方式で返される実施形態を示す。

他の実施形態において、駆動信号は共振回路に無線で適用され、及び／又は応答は周波数分析器に無線で返される。例えば、駆動信号は、ガイドワイヤ内の電気伝導体を介して、患者の体によって提供される応答のためのリターンパスを用いて、共振回路に送信され得る。ガイドワイヤと測定回路との間の接触は、ブラシ接触によって取られる（接触抵抗の正確な値は重大な意味を持たないので）。体のリターンパスのために、標準心電図（ＥＣＧ）の導線は、システムに接続され得る（又はシステムを通して繋がれ得る）。

幾つかの実施形態において、２つの周波数を含む駆動信号は、また、体を通してガイドワイヤに無線で送られ、相互変調積もまたガイドワイヤを介して、それをアンテナとして使用して、駆動及び送信周波数の適当な選択を用いて、送り返され得る。

他の実施形態において、駆動信号の２つの周波数成分は、超音波変換器を用いて送信され（ＵＳ２０１３／００６０１３９Ａ１に記載されるように）、及び、反射された超音波エネルギーも受け取らなければならないことを回避するように、しかし変換された電気エネルギーをアンテナとして作用するガイドワイヤを通して受け取るように、例えばポリフッ化ビニリデン（ｐｖｄｆ）変換器又は圧電変換器（ＰＺＴ）を用いて電気信号に転換され得る。

同様に、他の実施形態において、同様のシステムは、光周波数及び光ダイオードを用いて構成され得る。

図３及び図４に示される実施形態、及び上述された更なる実施形態は、概して同じやり方で動作する。上述されるように、駆動回路２０４は、第１の周波数に第１の成分を及び第２の周波数に第２の成分を含む駆動信号を生成するように構成される。第１の成分及び第２の成分は、好ましくは正弦波信号である。別々の周波数での２つの正弦波信号の使用は、測定が必要とされるたびに対象の周波数範囲を通して掃引する必要を回避する。

以下により詳細に記載されるように、幾つかの実施形態において、第１及び第２の周波数は、共振回路２１０のベースライン共振周波数がそれらの中間になるように、設定される。したがって、これを設定するために、共振回路は、まず、共振周波数の予期される範囲にわたる周波数走査によって励起される。この範囲は比較的狭くあるべきであり、それ故、周波数走査は、周波数の広い範囲をカバーする必要がなくなる。これは、ベースライン共振周波数が決定されることを可能にする。次いで、使用中に駆動回路によって生成されるべき第１の周波数及び第２の周波数は、ベースライン共振周波数がそれらの中間になるように調節される。

ベースライン共振周波数、並びに第１の周波数及び第２の周波数は、例えば５０ＭＨｚから２ＧＨｚの間の、無線周波数である。

図５は、共振回路２１０の共振曲線が線２５０によって示される状況における、この操作の効果を示す。共振回路２１０は、例えば測定回路が患者の体内に挿入される前の時点における、ｆ_Ｒ１のベースライン共振周波数を有する。共振回路２１０がこの共振周波数ｆ_Ｒ１における信号によって励起されたときに、それは、最大出力を有する応答を生み出す。共振回路２１０が異なる周波数における信号によって励起されたとき、それは、共振曲線２５０の形状によって決定される、より低い出力を有する応答を生み出す。

測定回路２０２の共振周波数ｆ_Ｒ１は、インダクタ２１２のインダクタンスＬ１及びコンデンサ２１４のキャパシタンスＣ１に依存する。具体的には、

１つの例として、インダクタ２１２のインダクタンスＬ１が２０ｎＨに等しく、コンデンサ２１４のキャパシタンスＣ１が５ｐＦに等しい場合、その結果、測定回路２０２の共振周波数ｆ_Ｒ１は、およそ５００ＭＨｚである。

具体的には、図５は、駆動回路２０４が、第１の周波数ｆ_１に第１の成分を及び第２の周波数ｆ_２に第２の成分を含む駆動信号を生成するように構成されたときの状態を示す。第１の周波数ｆ_１及び第２の周波数ｆ_２は、ベースライン共振周波数ｆ_Ｒ１が第１の周波数ｆ_１と第２の周波数ｆ_２との間になるように選択される。

第１の周波数ｆ_１及び第２の周波数ｆ_２は、この例において、それらが１０％未満だけ異なるように選択される。より具体的には、第１の周波数ｆ_１及び第２の周波数ｆ_２は、この例において、それらが１％未満だけ異なるように選択される。更により具体的には、第１の周波数ｆ_１及び第２の周波数ｆ_２は、この例において、それらが０．１％未満だけ異なるように選択される。

例示的な例として、測定回路２０２の共振周波数ｆ_Ｒ１がおよそ５００ＭＨｚである場合、第１の周波数ｆ_１及び第２の周波数ｆ_２は、それらが１００ｋＨｚ（これは０．０２％である）だけ異なるように選択される。

共振回路２１０の品質係数（Ｑ値）は、共振回路の実効抵抗に依存する。この実効抵抗は、共振回路２１０が体の寄生抵抗から隔離される図３及び図４に示される実施形態において低減される。実効抵抗を低減することは、共振回路２１０のＱ値を増大させる効果を有し、したがって、共振回路の応答の出力が共振周波数における応答のピーク出力の２分の１である２つの周波数間の周波数差として定義される回路の有効帯域幅を低減させる。

第１の周波数ｆ_１及び第２の周波数ｆ_２は、この例において、それらが共に共振回路２１０の有効帯域幅の範囲内であるように選択される。

したがって、図５は、測定回路２０２が、第１の周波数ｆ_１に駆動信号の第１の成分に対する応答２５２を生み出し、第２の周波数ｆ_２に駆動信号の第２の成分に対する応答２５４を生み出すことを示す。図５に実例として示されるように、第１の周波数ｆ_１及び第２の周波数ｆ_２が、ベースライン共振周波数ｆ_Ｒ１が第１の周波数ｆ_１と第２の周波数ｆ_２との中間となるように選択される場合、応答２５２及び応答２５４は、同様の振幅のものである。

測定回路２０２内に非線形素子２１６を備えることの効果は、その応答が、また、高調波及び相互変調成分を含むことである。測定回路２０２の共振周波数に近い第１及び第２の周波数を選択することによって、第１及び第２の周波数の倍数における高調波、及び偶数次の相互変調成分は、周波数依存性の測定回路２０２によって、効果的に濾過して取り除かれ、それ故、対象の帯域幅において、関連があるのは、奇数次の相互変調成分である。共振回路２１０は、また、帯域外ノイズを抑制する効果を有する狭帯域の帯域通過システムとして作用する。

図５は、三次相互変調成分を示す。具体的には、図５は、周波数ｆ_Ａ（＝２×ｆ_１−ｆ_２）における第１の三次相互変調成分２５６及び周波数ｆ_Ｂ（＝２×ｆ_２−ｆ_１）における第２の三次相互変調成分２５８を示す。

図５に実例として示されるように、ベースライン共振周波数ｆ_Ｒ１は第１の周波数ｆ_１と第２の周波数ｆ_２との中間であるので、第１の三次相互変調成分２５６及び第２の三次相互変調成分２５８は、同様の振幅のものである。

第１の周波数ｆ_１及び第２の周波数ｆ_２は互いに近いので、第１の三次相互変調成分２５６の周波数ｆ_Ａ及び第２の三次相互変調成分２５８の周波数ｆ_Ｂは、共に共振回路２１０の有効帯域幅の範囲内である（又はそれに近い）。

図５は、また、五次相互変調成分を示す。具体的には、図５は、周波数ｆ_Ｃ（＝３×ｆ_１−２×ｆ_２）における第１の五次相互変調成分２６０及び周波数ｆ_Ｄ（＝３×ｆ_２−２×ｆ_１）における第２の五次相互変調成分２６２を示す。

図５に実例として示されるように、ベースライン共振周波数ｆ_Ｒ１は第１の周波数ｆ_１と第２の周波数ｆ_２との中間であるので、第１の五次相互変調成分２６０及び第２の五次相互変調成分２６２は、同様の振幅のものである。

第１の周波数ｆ_１及び第２の周波数ｆ_２が十分に互いに近い場合、第１の五次相互変調成分２６０の周波数ｆ_Ｃ及び第２の五次相互変調成分２６２の周波数ｆ_Ｄは、共に共振回路２１０の有効帯域幅の範囲内である（又はそれに近い）。

測定回路２０２が患者の体内に挿入されたとき、共振回路の電気的性質は変化する。前に述べたように、共振回路は、第１の素子及び第２の素子を備え、第１の素子及び第２の素子のうちの少なくとも１つは、その電気的性質が体内の性質に依存するように構成される。幾つかの実施形態において、共振回路は、コンデンサ及びインダクタを備え、コンデンサは、そのキャパシタンスが体内の圧力に依存するように構成される。

体内の圧力に起因してキャパシタンスが変化する場合、共振回路の共振周波数は変化する。

図６は、共振回路２１０の共振曲線が線２８０によって示される状況におけるこの操作の効果を示す。

共振周波数ｆ_Ｒ２は、依然として、インダクタ２１２のインダクタンス及びコンデンサ２１４のキャパシタンスに依存するが、体内の圧力に起因するキャパシタンスの変化は、共振回路の共振周波数が変化したことを意味する。

図６は、図５に示されるように、駆動回路２０４が、第１の周波数ｆ_１に第１の成分を及び第２の周波数ｆ_２に第２の成分を含む駆動信号を生成するように構成されたときの状態を示す。新しい共振周波数ｆ_Ｒ２は第２の周波数ｆ_２よりも高い。

したがって、図６は、測定回路２０２が第１の周波数ｆ_１において駆動信号の第１の成分に対する応答２８２を生み出し、第２の周波数ｆ_２において駆動信号の第２の成分に対する応答２８４を生み出すことを示す。図６に実例として示されるように、新しい共振周波数ｆ_Ｒ２は第２の周波数ｆ_２よりも高いので、応答２８４は応答２８２よりも大きい。

前のとおり、測定回路２０２内に非線形素子２１６を備えることの効果は、その応答が、また、相互変調成分を含むことであり、関連があるのは、奇数次の相互変調成分である。

図６は、三次相互変調成分を示す。具体的には、図６は、周波数ｆ_Ａ（＝２×ｆ_１−ｆ_２）における第１の三次相互変調成分２８６及び周波数ｆ_Ｂ（＝２×ｆ_２−ｆ_１）における第２の三次相互変調成分２８８を示す。

図６に実例として示されるように、新しい共振周波数ｆ_Ｒ２は第２の周波数ｆ_２よりも高いので、第２の三次相互変調成分２８８は、第１の三次相互変調成分２８６よりも大きい振幅を有する。

第１の周波数ｆ_１及び第２の周波数ｆ_２が十分に互いに近い場合、第１の三次相互変調成分２８６の周波数ｆ_Ａ及び第２の三次相互変調成分２８８の周波数ｆ_Ｂは、共に共振回路２１０の有効帯域幅の範囲内である（又はそれに近い）。

図６は、また、五次相互変調成分を示す。具体的には、図６は、周波数ｆ_Ｃ（＝３×ｆ_１−２×ｆ_２）における第１の五次相互変調成分２９０及び周波数ｆ_Ｄ（＝３×ｆ_２−２×ｆ_１）における第２の五次相互変調成分２９２を示す。

図６に実例として示されるように、新しい共振周波数ｆ_Ｒ２は第２の周波数ｆ_２よりも高いので、第２の五次相互変調成分２９２は、第１の五次相互変調成分２９０よりも大きい振幅を有する。

第１の周波数ｆ_１及び第２の周波数ｆ_２が十分に互いに近い場合、第１の五次相互変調成分２９０の周波数ｆ_Ｃ及び第２の五次相互変調成分２９２の周波数ｆ_Ｄは、共に共振回路２１０の有効帯域幅の範囲内である（又はそれに近い）。

駆動回路２０４によって生成される駆動信号に対する測定回路２０２の応答は、周波数分析器回路２０６によって測定される。

具体的には、周波数分析器回路２０６は、異なる周波数における信号成分の振幅を測定するスペクトル分析器を備える。

周波数分析器回路２０６は、したがって、駆動信号それ自体の成分から相互変調積を区別し得る。

異なる周波数における信号成分の測定された振幅に基づき、周波数分析器回路２０６は、測定回路２０２の共振周波数のシフトを決定することができ、したがって、共振回路の可変成分の電気的性質の値の変化を決定することができる。即ち、共振回路が、そのキャパシタンスが体内の圧力又は他のパラメーターに依存するコンデンサ、又はそのインダクタンスが体内の圧力又は他のパラメーターに依存するインダクタを備えるとき、測定回路の共振周波数のシフトは、可変のキャパシタンス又はインダクタンス（場合次第で）の値を決定するために使用され得、したがって、体内の圧力又は他のパラメーターの値を決定するために使用され得る。

例えば、共振周波数のシフトは、相互変調積の振幅の比を試験することによって決定され得る。

より具体的には、図６に示される共振曲線２８０の形状が知られている場合、それならば、第２の三次相互変調成分２８８の振幅の第１の三次相互変調成分２８６の振幅に対する比は、共振周波数のシフトを示すこととなる。

同様に、第２の五次相互変調成分２９２の振幅の第１の五次相互変調成分２９０の振幅に対する比は、共振周波数のシフトを示すこととなる。

したがって、三次相互変調成分、五次相互変調成分、又は同様に、検出されるのに十分に大きい任意の高奇数次の相互変調成分、のいずれかが使用され得る。２つ以上の奇数次の相互変調成分の振幅比が見出され、及び組み合わせられて（例えば、平均化されて）、測定結果が得られ得る。

共振周波数のこのシフトは、今度は、共振回路の可変成分の可変の性質のシフトを示すこととなる。最終的に、この可変成分の特徴の知識は、患者の体内で測定されるべき性質の決定を可能にすることとなる。

図７は、ベースライン共振周波数が約５００ＭＨｚである例を示す。具体的には、図７は、２つの三次相互変調積の振幅の比と共振周波数との間の関係を示す。したがって、共振周波数が、駆動回路２０４によって生成される駆動信号の周波数の中間であるとき（及び駆動回路２０４によって生成される２つの駆動信号が等しい振幅を有すると仮定して）、測定回路の応答は、等しい振幅のものであるこれらの２つの周波数における成分を含み、したがって、電力比は０ｄＢである。図７に示される例において、これは、共振周波数が約５０１ＭＨｚであるときに生じる。

共振周波数が増大するにつれて、電力比（これは、図６に示されるような、第２の三次相互変調成分２８８の出力の第１の三次相互変調成分２８６の出力に対する比である）は増大する。例えば、共振周波数が５１０ＭＨｚであるとき、電力比は、約６ｄＢである。同様に、共振周波数が低減するにつれて、電力比（これは、図６に示されるような、第２の三次相互変調成分２８８の出力の第１の三次相互変調成分２８６の出力に対する比である）は低減する。例えば、共振周波数が４９０ＭＨｚであるとき、電力比は、約−７ｄＢである。

したがって、電力比を測定することによって、共振周波数を決定することが可能であり（ただし、この例において、これは、約４８５〜５１５ＭＨｚの範囲内で変動する）、したがって、体内の圧力又は他のパラメーターに依存する共振回路の成分の電気的性質の値を決定することができる。この成分の特徴の知識に基づいて、次に、体内の圧力又は他のパラメーターの値を決定することができる。

同様に、共振周波数のシフトは、五次相互変調積、又は任意の適当な高次の相互変調積の振幅の比を試験することによって、決定され得る。

本明細書に記載されるような比の測定の使用は、患者の動き、温度の変化に起因する影響、及びデバイスの構成要素の劣化のような障害に対して強い。

図８は、体内の性質を測定する方法を示すフローチャートである。

ステップ３２０において、駆動信号は、測定回路に適用される。駆動信号は、第１の周波数に第１の成分を及び第２の周波数に第２の成分を含む。上述されるように、測定回路は、第１の素子及び第２の素子を備える共振回路を備え、第１の素子及び第２の素子のうちの少なくとも１つは、その性質が体内の性質に依存するように構成される。測定回路は、また、回路が第１の周波数に第１の成分を及び第２の周波数に第２の成分を含む入力信号によって駆動されたときに相互変調積を生成するように配置される非線形素子を備える。

ステップ３２２において、測定回路の応答は、体内の性質の測定値を得るために分析される。

上述された方法の例は、２つの異なる励起周波数を使用して、測定回路の可変の電気的性質を測定する。しかしながら、本発明は、電界に限定されず、しかしまた、超音波場又は光学場（非線形素子を用いる）に拡張され得る。例えば、測定回路は、機械的な非線形性を有する超音波共振器を備えることができ、これは、体内で測定されるべき性質に対して敏感であり、駆動回路は、次いで、超音波側波帯をもたらすこととなる超音波信号を適用し得る。上述されるように、相互変調成分の振幅は、共振回路の共振周波数の変化を検出するために使用され得る。また、上述されるように、これは、次いで、共振器の性質の変化、したがって、体内で測定されるべき性質の変化を決定するために使用され得る。

別の例として、測定回路は、例えば、異なる波長における２つのレーザー光がそれに適用されたときに相互変調積を生成することができる光学非線形素子を備える光学共振器を備え得る。上述されるように、相互変調成分の振幅は、共振回路の共振周波数の変化を検出するために使用され得る。また、上述されるように、これは、次いで、共振器の性質の変化を決定するために使用され得、したがって、体内で測定されるべき性質の変化は、新しい光波をもたらし得る。

したがって、体内の性質を測定するための方法及び回路が提供される。

開示される実施形態に対する変形は、特許請求の範囲に記載された発明を実施するにあたり、図面、開示、及び添付される特許請求の範囲の検討から、当業者によって理解され及び成し遂げられ得る。特許請求の範囲において、単語「備える／含む／有する（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、他の要素又はステップを除外するものではなく、不定冠詞「１つ（ａ又はａｎ）」は、複数を除外するものではない。単一の処理装置又は他のユニットは、特許請求の範囲に挙げられる幾つかの事項の機能を実現してもよい。ある手段が相互に異なる従属項に挙げられているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用され得ないことを示すものではない。コンピュータープログラムは、他のハードウェアと共に又は他のハードウェアの一部として供給される光記憶媒体又はソリッドステート媒体のような適当な媒体上に格納され又は分散されてもよいが、インターネット又は他の有線又は無線遠隔通信システムを介する等の他の形で分散されてもよい。特許請求の範囲におけるいずれの参照符号も、範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

Claims

体内の性質を測定するための測定システムであって、前記測定システムは、
体内の性質を測定するための測定回路であって、前記測定回路は、
第１の素子及び第２の素子を備える共振回路であって、前記第１の素子及び前記第２の素子のうちの少なくとも１つは、その性質が前記体内の前記性質に依存する、共振回路、及び
前記測定回路が第１の周波数に第１の成分を及び第２の周波数に第２の成分を含む入力信号によって駆動されたときに、相互変調積を生成する非線形素子、
を備える、測定回路と、
前記測定回路に駆動信号を提供するための駆動回路であって、前記駆動信号は第１の周波数に第１の成分を及び第２の周波数に第２の成分を含む、駆動回路と、
前記性質の測定値を得るため前記測定回路の応答を分析するための分析器回路であって、前記分析器回路は、前記駆動信号の前記第１の成分及び前記第２の成分に由来する奇数次の相互変調積の振幅の比を測定する、分析器回路と、
を備える、測定システム。
前記第１の素子及び前記第２の素子のうちの少なくとも１つは、その電気的性質が前記体内の前記性質に依存する、請求項１に記載の測定システム。
前記第１の素子はインダクタンスであり、前記第２の素子はコンデンサである、請求項２に記載の測定システム。
前記第１の素子及び前記第２の素子は並列に配置される、請求項２又は３に記載の測定システム。
前記非線形素子は２つの逆並列ダイオードを備える、請求項２乃至４のいずれか一項に記載の測定システム。
前記第１の素子はインダクタンスであり、前記第２の素子はコンデンサであり、前記インダクタンス及び前記コンデンサは並列に配置され、前記２つの逆並列ダイオードは前記インダクタンス及び前記コンデンサと並列に接続される、請求項５に記載の測定システム。
前記第１の素子及び前記第２の素子のうちの少なくとも１つの電気的性質は、前記体内の圧力に依存する、請求項２乃至６のいずれか一項に記載の測定システム。
前記駆動回路は前記第１の周波数に前記第１の成分を及び前記第２の周波数に前記第２の成分を含む前記駆動信号を提供し、前記第１の周波数は前記共振回路のベースライン共振周波数を超え及び前記第２の周波数は前記共振回路の前記ベースライン共振周波数未満である、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の測定システム。
前記駆動回路は前記第１の周波数に前記第１の成分を及び前記第２の周波数に前記第２の成分を含む前記駆動信号を提供し、前記第１の周波数及び前記第２の周波数は前記共振回路の帯域幅の範囲に入る、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の測定システム。
前記分析器回路は周波数分析器を備える、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の測定システム。
前記駆動回路及び前記測定回路を接続する配線接続を更に備える、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の測定システム。
前記駆動回路から前記測定回路に前記駆動信号を無線で送信する送信機を更に備える、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の測定システム。
前記測定システムは前記分析器回路に前記測定回路の前記応答を無線で送信する、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の測定システム。
体内の性質を測定する方法であって、前記方法は、
測定回路に駆動信号を適用するステップであって、前記駆動信号は第１の周波数に第１の成分を及び第２の周波数に第２の成分を含み、前記測定回路は、
第１の素子及び第２の素子を備える共振回路であって、前記第１の素子及び前記第２の素子のうちの少なくとも１つは、その性質が前記体内の前記性質に依存する、共振回路、及び
前記測定回路が第１の周波数に第１の成分を及び第２の周波数に第２の成分を含む入力信号によって駆動されたときに、相互変調積を生成する非線形素子、
を備える、ステップと、
前記性質の測定値を得るために前記測定回路の応答を分析するステップであって、前記測定回路の前記応答を分析するステップは、前記駆動信号の前記第１の成分及び前記第２の成分に由来する奇数次の相互変調積の振幅の比を測定するステップを有する、ステップと、
を有する、方法。