JP6355551B2 - 心臓機能のマイクロ波監視 - Google Patents
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Description
(項目1)
診断装置であって、
複数のアンテナであって、生体の胸部上の異なるそれぞれの場所に配置され、無線周波数(RF)電磁波を、異なるそれぞれの方向から身体内の心臓に向けて方向づけ、前記心臓から散乱される波に応答して、RF信号を出力するように構成されている複数のアンテナと、
処理回路と
を備え、
前記処理回路は、前記RF信号を経時的に処理し、前記心臓の運動の多次元測定を提供するように構成されている、装置。
(項目2)
前記複数のアンテナは、少なくとも3つのアンテナを備え、前記それぞれの場所は、少なくとも部分的に、前記胸部を囲むように選択される、項目1に記載の装置。
(項目3)
各アンテナは、正面表面を有し、前記正面表面は、前記身体の外側表面に接触するように構成され、平面アンテナ要素を備えている、項目1に記載の装置。
(項目4)
前記平面アンテナ要素は、伝導性スパイラルを備えている、項目3に記載の装置。
(項目5)
各アンテナは、前記正面表面の背後の接地板を備え、前記接地板と前記正面表面との間に電磁バンドギャップ(EBG)構造を有している、項目3に記載の装置。
(項目6)
前記アンテナと前記身体の外側表面との間に適用される誘電性ゲルを備えている、項目3に記載の装置。
(項目7)
各アンテナは、前記身体の外側表面に接触するように構成され、前記処理回路は、前記RF信号に加え、前記アンテナのうちの少なくとも1つによって、前記身体から受信される心電図信号を受信および処理するように構成されている、項目1−6のいずれかに記載の装置。
(項目8)
励起回路を備え、前記励起回路は、送信および受信アンテナとして役割を果たすための前記アンテナのうちの異なるものを選択し、選択された送信アンテナに複数の異なる周波数におけるRF励起波形を印加するように結合される一方で、前記処理回路は、選択された受信アンテナから前記RF信号を受信し、前記送信アンテナ、前記受信アンテナ、および前記異なる周波数は、所定の時間的パターンに従って選択される、項目1−6のいずれかに記載の装置。
(項目9)
前記励起回路は、可変周波数を有する前記RF励起波形を発生させるように構成されているドライバ回路と、切替マトリクスとを備え、
前記切替マトリクスは、前記アンテナのセットを交替に選択するように構成され、各セットは、少なくとも1つの送信アンテナと少なくとも1つの受信アンテナとを備え、前記切替マトリクスは、各選択されたセットに対して、前記ドライバ回路を結合することにより、選択された周波数において前記少なくとも1つの送信アンテナを励起する一方で、前記処理回路を結合することにより、前記少なくとも1つの受信アンテナから前記RF信号を受信する、項目8に記載の装置。
(項目10)
前記複数のアンテナは、少なくとも第1および第2のアンテナを備え、前記少なくとも第1および第2のアンテナは、前記胸部のそれぞれの対向する側に配置され、前記第2のアンテナは、前記第1のアンテナによって送信されたRF電磁波を、前記RF電磁波が前記身体内の少なくとも1つの肺を通過した後に受信し、
プロセッサが、前記第2のアンテナによって出力された前記RF信号を処理し、前記少なくとも1つの肺内の流体蓄積量を査定するように構成されている、項目1−6のいずれかに記載の装置。
(項目11)
少なくとも1つのペーシング電極を備え、前記処理回路は、前記心臓の運動の測定に応答して、前記心臓をペーシングするように、前記少なくとも1つのペーシング電極を駆動するように構成されている、項目1−6のいずれかに記載の装置。
(項目12)
前記アンテナは、前記アンテナによって出力される前記RF信号が、超広帯域信号を生成するように、複数の異なる周波数にわたり前記RF電磁波を掃引するように構成されている、項目1−6のいずれかに記載の装置。
(項目13)
前記処理回路は、心臓ストレスの前、間、および後の前記心臓の運動の測定を比較するように構成されている、項目1−6のいずれかに記載の装置。
(項目14)
診断装置であって、
アンテナであって、生体の胸部上に配置され、無線周波数(RF)電磁波を、複数の異なる周波数にわたり前記波を掃引しながら前記身体内の心臓に向けて方向づけ、前記心臓から散乱される波に応答して、超広帯域RF信号を出力するように構成されているアンテナと、
処理回路と
を備え、
前記処理回路は、前記RF信号を経時的に処理し、前記心臓の運動の測定を提供するように構成されている、装置。
(項目15)
パッケージを備え、前記パッケージは、前記アンテナと前記処理回路とを含み、前記身体の外側表面へのパッチとして添着されるように構成されている、項目14に記載の装置。
(項目16)
前記パッケージと関連付けられた伝導性要素を備え、前記伝導性要素は、前記身体の外側表面から、心電図(ECG)信号を受信するように構成されている、項目15に記載の装置。
(項目17)
遠隔コンソールと通信するための無線通信インターフェースを備えている、項目15または16に記載の装置。
(項目18)
診断装置であって、
1つ以上のアンテナであって、生体の胸部上に配置され、無線周波数(RF)電磁波を身体内の肺を通して方向づけ、前記肺を通過した前記波に応答して、RF信号を出力するように構成されている1つ以上のアンテナと、
処理回路と
を備え、
前記処理回路は、前記RF信号を経時的に処理し、前記RF電磁波のRF経路特性を測定し、前記経路特性に基づいて、前記肺の流体含有量を査定するように構成されている、
装置。
(項目19)
前記処理回路は、前記肺の1回以上の呼吸サイクルにわたり前記経路特性の変化を測定し、前記変化に応答して、前記流体含有量を査定するように構成されている、項目18に記載の装置。
(項目20)
前記経路特性は、前記身体を通る前記RF電磁波の有効RF経路長を含む、項目18に記載の装置。
(項目21)
前記処理回路は、前記胸部を通る前記RF電磁波によって横断される物理的距離の測定を受信し、前記有効RF経路長を前記物理的距離と比較することにより、前記流体の蓄積量を査定するように構成されている、項目20に記載の装置。
(項目22)
前記1つ以上のアンテナは、前記RF電磁波を前記肺を通して送信する前記胸部の第1の側の第1の場所における送信アンテナと、前記肺を通過した波を受信する前記第1の側と反対の前記胸部の第2の側の第2の場所における受信アンテナとを備え、前記物理的距離は、前記第1の場所と前記第2の場所との間で測定される、項目21に記載の装置。
(項目23)
前記1つ以上のアンテナは、前記RF電磁波を、前記身体内の心臓に向けて前記肺を通して方向づけ、前記心臓から反射された前記RF電磁波に応答して、前記RF信号を出力するように構成されている少なくとも1つのアンテナを備えている、項目21に記載の装置。
(項目24)
前記少なくとも1つのアンテナに隣接した超音波変換器を備え、前記超音波変換器は、超音波を前記心臓に向けて方向づけ、前記心臓から反射された前記超音波を受信することにより、前記物理的距離の測定を提供するように構成されている、項目23に記載の装置。
(項目25)
前記経路特性は、前記RF信号の振幅を含む、項目18−24のいずれかに記載の装置。
(項目26)
診断装置であって、
生体の外側表面と接触するように構成されている正面表面を有するアンテナユニットであって、
無線周波数(RF)電磁波を前記正面表面から前記身体中に方向づけ、前記身体内から散乱される波に応答して、RF信号を出力するように構成されている平面アンテナ要素と、
前記身体の外側表面から、心電図(ECG)信号を受信するように構成されている伝導性要素と
を備えているアンテナユニットと、
前記アンテナユニットに接続され、前記平面アンテナ要素および前記伝導性要素と通信するケーブルと、
前記ケーブルに接続され、前記RFおよびECG信号を受信し、処理する処理回路と
を備えている、
装置。
(項目27)
前記平面アンテナ要素は、伝導性スパイラルを備えている、項目26に記載の装置。
(項目28)
前記アンテナユニットは、前記正面表面の背後の接地板と、前記接地板と前記正面表面との間の電磁バンドギャップ(EBG)構造とを備えている、項目26に記載の装置。
(項目29)
前記ECG信号から前記RF信号を分離するために、前記ケーブルと前記処理回路との間に結合されているダイプレクサを備えている、項目26に記載の装置。
(項目30)
前記正面表面と前記身体の外側表面との間に拡散されるように構成されているゲルを備えている、項目26−29のいずれかに記載の装置。
(項目31)
前記アンテナユニットは、前記身体に取り付けるための接着性パッチを備えている、項目26−29のいずれかに記載の装置。
(項目32)
前記アンテナユニットは、衣類の一部として、前記身体に装着されるように構成されている、項目26−29のいずれかに記載の装置。
(項目33)
前記アンテナユニットは、金属および電解質でコーティングされている、項目26−29のいずれかに記載の装置。
(項目34)
診断装置であって、
生体の外側表面と接触するように構成されている正面表面を有するアンテナユニットであって、
前記正面表面上に形成され、無線周波数(RF)電磁波を、前記身体中に方向づけ、前記身体内から散乱される前記波に応答して、RF信号を出力するように構成されている平面アンテナ要素と、
前記正面表面の背後の接地板と、
前記接地板と前記正面表面との間の電磁バンドギャップ(EBG)構造と
を備えているアンテナユニットと、
前記アンテナユニットに結合され、前記RF信号を受信し、処理する処理回路と
を備えている、
装置。
(項目35)
前記平面アンテナ要素は、伝導性スパイラルを備えている、項目34に記載の装置。
(項目36)
治療装置であって、
ペーシング信号を生体内の心臓に印加するように構成されている少なくとも1つのペーシング電極と、
前記身体の胸部上に配置され、無線周波数(RF)電磁波を、前記心臓に向けて方向づけ、前記心臓から散乱される前記波に応答して、RF信号を出力するように構成されている1つ以上のアンテナと、
前記RF信号を経時的に処理し、前記心臓の運動を測定し、前記測定された運動に応答して、前記少なくとも1つのペーシング電極を駆動することにより、前記心臓をペーシングするように構成されている処理回路と
を備えている、
装置。
(項目37)
診断の方法であって、
無線周波数(RF)電磁波を、生体の胸部上の異なるそれぞれの場所に配置されている複数のアンテナから、異なるそれぞれの方向から、前記身体内の心臓に向けて方向づけ、前記心臓から散乱される前記波に応答して、RF信号を出力することと、
前記RF信号を経時的に処理し、前記心臓の運動の多次元測定を提供することと
を含む、方法。
(項目38)
前記複数のアンテナは、少なくとも3つのアンテナを備え、前記それぞれの場所は、少なくとも部分的に前記胸部を囲むように選択される、項目37に記載の方法。
(項目39)
各アンテナは、正面表面を有し、前記正面表面は、前記身体の外側表面に接触するように構成され、平面アンテナ要素を備えている、項目37に記載の方法。
(項目40)
前記平面アンテナ要素は、伝導性スパイラルを備えている、項目39に記載の方法。
(項目41)
各アンテナは、前記正面表面の背後の接地板を備え、前記接地板と前記正面表面との間に電磁バンドギャップ(EBG)構造を有している、項目39に記載の方法。
(項目42)
前記アンテナのうちの少なくとも1つから、前記RF信号に加え、前記身体からの心電図信号を受信することを含む、項目39に記載の方法。
(項目43)
前記RF電磁波を方向づけることは、送信および受信アンテナとしての役割を果たすための前記アンテナのうちの異なるものを選択することと、複数の異なる周波数におけるRF励起波形を選択された送信アンテナに印加する一方で、選択された受信アンテナから受信した前記RF信号を処理することとを含み、前記送信アンテナ、前記受信アンテナ、および前記異なる周波数は、所定の時間的パターン従って選択される、項目37−42のいずれかに記載の方法。
(項目44)
前記複数のアンテナは、少なくとも第1および第2のアンテナを備え、前記少なくとも第1および第2のアンテナは、前記胸部のそれぞれの対向する側に配置され、前記第2のアンテナは、前記第1のアンテナによって送信された前記RF電磁波を、前記RF電磁波が前記身体内の少なくとも1つの肺を通過した後に受信し、
前記RF信号を処理することは、前記第2のアンテナによって出力される前記RF信号を処理し、前記少なくとも1つの肺内の流体蓄積量を査定することを含む、項目37−42のいずれかに記載の方法。
(項目45)
前記心臓の運動の測定に応答して、前記心臓をペーシングすることを含む、項目37−42のいずれかに記載の方法。
(項目46)
前記RF信号を経時的に処理することは、ストレスの前、間、および後に、前記心臓の運動を測定することを含む、項目37−42のいずれかに記載の方法。
(項目47)
診断の方法であって、
生体の胸部に配置されているアンテナから、無線周波数(RF)電磁波を、複数の異なる周波数にわたり前記波を掃引しながら前記身体内の心臓に向けて方向づけ、前記心臓から散乱される波に応答して、超広帯域RF信号を出力することと、
前記RF信号を経時的に処理し、前記心臓の運動の測定を提供することと
を含む、方法。
(項目48)
診断の方法であって、
無線周波数(RF)電磁波を、前記波が前記身体内の肺を通過するように、生体の胸部上に配置されている1つ以上のアンテナから方向づけ、前記肺を通過した前記波に応答して、RF信号を出力することと、
前記RF電磁波のRF経路特性を測定し、前記経路特性に基づいて、前記肺の流体含有量を査定するために、前記RF信号を経時的に処理することと
を含む、方法。
(項目49)
前記RF信号を処理することは、前記肺の1回以上の呼吸サイクルにわたり前記経路特性の変化を測定し、前記変化に応答して、前記流体含有量を査定することを含む、項目48に記載の方法。
(項目50)
前記経路特性は、前記身体を通る前記RF電磁波の有効RF経路長を含む、項目48または49に記載の方法。
(項目51)
前記胸部を通る前記RF電磁波によって横断される物理的距離を測定し、前記有効RF経路長を前記物理的距離と比較することにより、前記流体の蓄積量を査定することを含む、項目50に記載の方法。
(項目52)
前記1つ以上のアンテナは、前記RF電磁波を前記肺を通して送信する前記胸部の第1の側の第1の場所における送信アンテナと、前記肺を通過した前記波を受信する前記第1の側と反対の前記胸部の第2の側の第2の場所における受信アンテナとを備え、前記物理的距離は、前記第1の場所と前記第2の場所との間で測定される、項目51に記載の方法。
(項目53)
前記1つ以上のアンテナは、前記RF電磁波を、前記身体内の心臓に向けて前記肺を通して方向づけ、前記心臓から反射された前記RF電磁波に応答して、前記RF信号を出力するように構成されている少なくとも1つのアンテナを備えている、項目51に記載の方法。
(項目54)
前記少なくとも1つのアンテナに隣接する場所において、超音波を前記心臓に向けて方向づけ、前記心臓から反射された超音波を受信することにより、前記物理的距離の測定を提供することを含む、項目53に記載の方法。
(項目55)
診断の方法であって、
アンテナユニットの正面表面を生体の外側表面に接触させることであって、
前記アンテナユニットは、
平面アンテナ要素と、
前記身体の外側表面から、心電図(ECG)信号を受信するように構成されている伝導性要素と
を備えている、ことと、
前記平面アンテナ要素を駆動し、無線周波数(RF)電磁波を、前記正面表面から前記身体中に方向づけ、前記身体内から散乱される波に応答して、RF信号を出力することと、
前記アンテナユニットから、前記RFおよび前記ECG信号の両方を受信し、処理することと
を含む、方法。
(項目56)
前記平面アンテナ要素は、伝導性スパイラルを備えている、項目55に記載の方法。
(項目57)
前記アンテナユニットは、前記正面表面の背後の接地板と、前記接地板と前記正面表面との間の電磁バンドギャップ(EBG)構造とを備えている、項目55に記載の方法。
(項目58)
前記正面表面と前記身体の外側表面との間にゲルを拡散させることを含む、項目55−57のいずれかに記載の方法。
(項目59)
治療方法であって、
無線周波数(RF)電磁波を、前記身体の胸部上に配置されている1つ以上のアンテナから生体内の心臓に向けて方向づけ、前記心臓から散乱される前記波に応答して、RF信号を出力することと、
前記RF信号を経時的に処理し、前記心臓の運動を測定することと、
前記測定された運動に応答して、前記心臓をペーシングすることと
を含む、方法。
本明細書に後述される本発明の実施形態は、身体を通るRF波の伝送および検出によって、心臓血管機能の査定のための方法およびデバイスを提供する。
PCT特許出願第PCT/IB2009/055438号(その開示は、参照することによって本明細書に組み込まれる)は、周囲組織の誘電率に対するその複素誘電率における差異に基づいて、身体内の特徴を識別およびその位置を特定するためのレーダ撮像技法の使用について説明している。開示される実施形態では、アンテナのアレイ(また、アンテナ要素とも称される)は、RF電磁波を心臓に向けて方向づけ、身体内から散乱される波を受信する。励起回路は、複数の異なる周波数におけるRF励起波形をアレイ内の異なる送信アンテナに印加する。処理回路は、着目特徴または複数の特徴の位置を特定し、可能性として、心臓サイクルの過程にわたって、そのような特徴の運動を追跡するために、異なる受信アンテナ要素からの信号を受信および処理する。送信および受信アンテナの選択ならびに励起周波数の選択は、アンテナ要素に接続された切替マトリクスによって実装され得る、所定の時間的パターンに従う。
図1は、本発明の実施形態による、心臓22の機能を監視するためのシステム20の概略図解例証である。複数のアンテナ24、26、28、30、32は、患者の胸部34の周囲の異なるそれぞれの場所に配置されている(胸部は、心臓22および肺36を可視化するように、図中では、透明であって、アンテナ28および30は、患者の横腹および背中にある)。アンテナは、本実施形態では、部分的に、胸部を囲む。代替実施形態では、多数のアンテナが、胸部を完全に囲み得る。他の実施形態では、少数のアンテナ、可能性として、1つまたは2つのみのアンテナが、使用され得る。しかしながら、3つ以上のアンテナの使用が、以下にさらに説明されるように、多次元の心臓の運動データを提供する際に有利である。
図4は、本発明の実施形態による、パッチアンテナユニット82の概略分解図である。図示されるアンテナ設計は、例えば、図1に示されるアンテナならびに以下の図におけるアンテナの一部または全部に対して、使用され得る。本設計は、好適な接着性によって、身体表面上に糊着することができる大型のECG電極と同様に、可撓性パッチとしての生産に好適である。しかしながら、アンテナユニット82は、一例として示されるに過ぎず、他の種類のアンテナも、同様に、システム20ならびに後述される実施形態において、使用され得る。
図1に戻って参照すると、アンテナ24、26、28、30および32のうちのいくつかは、それらが放出および/または受信するRF波が、肺36のうちの一つを通過するように、位置付けられる。例えば、アンテナ26は、モノスタティックモードで動作する場合、RF波を、左肺を通して、心臓24に向けて方向づけ、次いで、左肺を通して戻る心臓から反射された波を受信する。別の実施例として、バイスタティックモードでは、アンテナ30は、肺を通して伝送後、アンテナ24によって放出されたRF波を受信する。RF経路長は、いずれの場合も、肺が、空気で充填され、次いで、空になるにつれて、呼吸サイクルにわたって変動し、肺内の流体蓄積料に応じて、変動するであろう。処理回路44は、肺内の流体蓄積量を査定するために、これらの経路長変動を分析し得る。
心臓活動の機械的感知は、心臓ペーシング中のタイミング間隔を最適化する等、心臓刺激療法において使用するために提案されている。AV間隔を最適化するための右室心尖におけるピーク心内膜壁運動の検出は、臨床的に立証されている。心拍数およびAV間隔のための血行動態的最適値を提供するために、心臓壁運動センサ信号を使用するためのシステムおよび方法は、例えば、米国特許第5,549,650号(その開示は、参照することによって本明細書に組み込まれる)に説明されている。心臓加速等の心臓性能パラメータの最適化をもたらすように、ペーシングモードおよび1つ以上のペーシングサイクルパラメータの両方を自動的に最適化するように設計された心臓刺激システムは、概して、米国特許第5,540,727号(その開示もまた、参照することによって本明細書に組み込まれる)に説明されている。
図8は、本発明の別の実施形態による、パッチアンテナユニット130を図式的に例証する、ブロック図である。パッチ130は、事実上、典型的には、直径20×50mm以下である(より小さくてもよい)、パッチの形態を有する、統合されたパッケージ142の内側に含まれる構成要素を使用して、システム20の機能のほとんどを行う。前述の実施形態におけるように、パッケージ142は、それによって、ユニット130が、患者の皮膚に添着することができる、接着層(例えば、図4に示されるように)を含み得る。
Claims (7)
- 診断装置であって、
患者の身体の胸部上に配置され、無線周波数(RF)電磁波を前記身体内の肺を通して方向づけ、前記肺を通過した前記RF電磁波に応答して、信号を出力するように構成された1つ以上のアンテナと、
処理回路であって、
前記信号を処理して、前記RF電磁波の経路特性を決定することと、
前記経路特性を、肺の流体含有量の識別されたレベルに対応する1つ以上の基準経路特性値と比較することであって、前記基準経路特性値は、前記身体の前記胸部を通る前記RF電磁波によって横断される物理的距離を含む、ことと、
前記比較に基づいて、前記肺の流体含有量を決定することと
を行うように構成されている、処理回路と
を含み、
前記経路特性は、遅延および振幅の値を含み、前記基準経路特性値は、健康な肺および浮腫性肺と関連付けられたそれらまたは同一患者に対して以前に測定されたそれらに対応し、
前記1つ以上のアンテナは、
前記肺を通して前記RF電磁波を送信する、前記胸部の第1の側の第1の場所における送信アンテナと、
前記第1の側の反対の前記胸部の第2の側の第2の場所における、前記肺を通過した波を受信する受信アンテナと
を含み、
前記物理的距離は、前記第1の場所と前記第2の場所との間で測定される、装置。 - 前記処理回路は、前記肺の1回以上の呼吸サイクルにわたり前記経路特性の変化を測定し、前記変化に応答して、前記流体含有量を決定するようにさらに構成されている、請求項1に記載の装置。
- 前記経路特性は、前記身体を通る前記RF電磁波の有効RF経路長を含む、請求項1に記載の装置。
- 診断装置であって、
患者の身体の胸部上に配置され、無線周波数(RF)電磁波を前記身体内の肺を通して方向づけ、前記肺を通過した前記RF電磁波に応答して、信号を出力するように構成された1つ以上のアンテナと、
処理回路であって、
前記信号を処理して、前記RF電磁波の経路特性を決定することと、
前記経路特性を、肺の流体含有量の識別されたレベルに対応する1つ以上の基準経路特性値と比較することであって、前記基準経路特性値は、前記身体の前記胸部を通る前記RF電磁波によって横断される物理的距離を含む、ことと、
前記比較に基づいて、前記肺の流体含有量を決定することと
を行うように構成されている、処理回路と
を含み、
前記経路特性は、遅延および振幅の値を含み、前記基準経路特性値は、健康な肺および浮腫性肺と関連付けられたそれらまたは同一患者に対して以前に測定されたそれらに対応し、
前記1つ以上のアンテナは、前記身体内の心臓に向けて前記肺を通して前記RF電磁波を方向づけ、前記心臓から反射された前記RF電磁波に応答して、RF信号を出力するように構成された少なくとも1つのアンテナを含む、装置。 - 前記少なくとも1つのアンテナに隣接した超音波変換器をさらに含み、前記超音波変換器は、超音波を前記心臓に向けて方向づけ、前記心臓から反射された前記超音波を受信することにより、前記物理的距離の測定を提供するように構成されている、請求項4に記載の装置。
- 前記経路特性は、前記RF電磁波の振幅を含む、請求項1に記載の装置。
- 前記経路特性は、前記RF電磁波の位相を含む、請求項1に記載の装置。
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