JP7214399B2 - ヘテロダイン模倣アダプタ - Google Patents

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Description

本発明は、概して、医療機器における信号処理のための装置及び方法に関し、詳細にはプローブによって取得された信号を制御コンソールに伝送するためのアダプタに関する。
ヘテロダイニングは、よく確立された信号処理技術である。例えば、米国特許第7,860,189号は、通信システム又は他のシステムで使用するためのハイブリッドヘテロダイン送信機及び受信機、並びにハイブリッドヘテロダイン送受信のための対応する方法について記載している。連続時間変調信号を離散時間デジタルベースバンド信号に変換するためのヘテロダイン受信機は、RFキャリア周波数で変調信号を受信し、中間周波数で量子化出力を与える。次いで、デジタルミキサが、デジタル信号処理に適したベースバンド信号を表すデジタル信号を与える。
別の例として、米国特許第6,373,422号は、アナログ/デジタル変換器によって受信されてアナログ信号からデジタル信号に変換される無線周波数信号について記載している。次いで、このデジタル信号は間引きフィルタに与えられ、デジタル信号がベースバンド信号に変換される。間引きフィルタを用いることにより、第2のダウンコンバージョンミキサが不要となり、これによって第2のミキサを用いることに伴うあらゆる関連するノイズ、消費電力、歪みをなくす。
更に別の例として、米国特許出願公開第2013/0131755号は、生理学的信号の選択された周波数帯域をベースバンドに変換して分析を行うために適用されるヘテロダイニングアーキテクチャについて記載している。1つの例として、信号のベースバンド成分は数百ヘルツの範囲の周波数を有してもよく、キャリア周波数は数kHzの範囲である。信号の元のベースバンド成分は、より高い周波数帯域、例えば数kHzにチョッピングされる。これにより、低周波数のノイズ信号は信号の元のベースバンド成分から分離される。
本発明の一実施形態は、第1の医療器具を、異なる第2の医療器具に取り付けられるように構成されたコンソールレセプタクルを有する制御コンソールに連結するためのアダプタを提供する。アダプタは、ケースと、ケース上のレセプタクルと、ケース内に収容された回路と、ケース上の出力コネクタとを含む。ケース上のレセプタクルは、第1の医療器具からの変調されたアナログ入力信号を伝送する第1の医療器具の入力コネクタを受容するように構成されている。ケース内に収容された回路は、アナログ入力信号をサンプリング及びデジタル化してデジタルサンプルのストリームを生成するように連結されたアナログ/デジタル変換器(ADC)と、デジタルサンプルのストリームをデジタル的にダウンコンバートしてベースバンドデジタル信号を生成するように構成されたデジタル処理回路と、ベースバンドデジタル信号を、第2の医療器具の出力に適合するアナログベースバンド信号に変換するように構成されたデジタル/アナログ変換器(DAC)と、を含む。ケース上の出力コネクタは、コンソールレセプタクルに挿入され、アナログベースバンド信号をコンソールに伝送するように構成されている。
特定の実施形態では、アナログ入力信号は異なる搬送周波数に変調され、回路はアナログ入力信号を異なるベースバンド周波数を有する複数のベースバンド信号に変換するように構成される。一実施形態では、ADC、デジタル処理回路、及びDACは単一の回路基板上に集積される。特定の実施形態では、レセプタクルは、医療器具の遠位端に取り付けられた1つ以上の接触力センサからアナログ入力信号を受信するように構成される。別の実施形態では、制御コンソールは、カテーテルに基づくアブレーションシステムの一部である。
本発明の一実施形態によれば、第1の医療器具を、異なる第2の医療器具を取り付けるように構成された制御コンソールに連結するための方法が更に提供される。本方法は、アダプタにおいて、第1の医療器具から変調されたアナログ入力信号を受信することを含む。アダプタ内の回路は、アナログ入力信号をサンプリング及びデジタル化してデジタルサンプルのストリームを生成し、デジタルサンプルのストリームをデジタル的にダウンコンバートしてベースバンドデジタル信号を生成し、ベースバンドデジタル信号を、第2の医療器具の出力に適合するアナログベースバンド信号に変換するために使用される。アナログベースバンド信号は、アダプタからコンソールに伝送される。
本発明は、本発明の実施形態のより詳細な説明を図面と併せて考慮することにより、より完全に理解されよう。
本発明の一実施形態に基づくヘテロダイン模倣アダプタを備えた、カテーテルに基づいたアブレーションシステムの概略描図である。 本発明の一実施形態に基づくヘテロダイン模倣アダプタを概略的に示すブロック図である。 本発明の一実施形態に基づく、ヘテロダイン模倣アダプタにおける信号処理の方法を概略的に示したフローチャートである。
概要
カテーテルなどの医療器具に取り付けられたセンサは、一般的に複数の異なるアナログ信号を生成する。例えば、従来のアブレーションカテーテルの接触力センサは、比較的低い周波数のアナログ信号を生成するようにしばしば構成されているのに対して、より新しいアブレーションカテーテルのセンサは、より高い周波数の信号をしばしば生成する。ヘテロダイニングは、システムのコンソールに更に情報を送信する前に、比較的低い周波数信号からベースバンドコンテンツを抽出するために一般的に適用されている。しかしながら、新規な医療装置の中には極めて高い周波数を送信するものがあり、その場合、ヘテロダイニングは下記に説明するように信号破損を生じるおそれがある。
本明細書に述べられる本発明の各実施形態は、高い周波数を有するアナログ信号からアナログベースバンド信号をヘテロダイン的に抽出することができる医療器具用アダプタを提供する。開示されるヘテロダイン模倣アダプタは、高い周波数のアナログ信号をデジタル的にサンプリングした後、このサンプルをデジタル的にダウンコンバートしてデジタルベースバンド信号を生成し、このデジタルベースバンド信号を従来のシステムコンソールが従来の医療器具から受信するベースバンド信号と互換性を有するアナログベースバンド信号に再び変換する回路を備える。
特定の実施形態では、回路は、医療器具のケーブルと医療器具のコンソールとの間に接続されたアダプタに含まれる。アダプタは、従来のシステムコンソールと動作するうえでこのようなアダプタを必要とする新たな医療器具デザインを受容するレセプタクルと、従来のコンソールのレセプタクルに嵌合する出力コネクタとを有する。これにより、従来のシステムコンソールは、何らの変更も行うことなく、例えばカテーテルの遠位端に取り付けられた新たな高周波接触力センサと機能することができる。
特定の実施形態では、アダプタケース内の回路は、入力レセプタクルに連結された高周波アナログ/デジタル変換器(ADC)と、デジタル信号処理(DSP)回路と、出力プラグに連結された低周波デジタル/アナログ変換器(DAC)とを含む。ADCは、医療器具から受信した高周波信号をデジタル化する。DSP回路は、デジタル化された信号をベースバンドにダウンコンバートする。DACは、ベースバンド信号を従来のコンソールに与えられる低周波アナログ信号に変換する。
開示されるヘテロダイン模倣アダプタは、同様の機能を行おうとするアナログヘテロダインによる解決手段と比較して、ベースバンド信号を破損しないという明確な利点を有する。この性能は、信号周波数が高い場合に特に顕著となる。このような場合、アナログのヘテロダイン解決手段によるベースバンド信号の破損のため、かかる解決手段は非実用的なものとなりうる。
システムの説明
図1は、本発明の一実施形態に基づくヘテロダイン模倣アダプタを備えた、カテーテルに基づいたアブレーションシステム20の概略描図である。システム20は、テーブル29上に仰臥した患者28の心臓26内に医師30によって誘導される挿入管22を有するカテーテル21を含んでいる。図の例では、医師30は、カテーテルの近位端付近のマニピュレータ32を使用して挿入管22を操作しながら、シース23を通じて挿入管22を挿入している。
挿入図25に示されるように、挿入管22の遠位端には、システム20と接続及び動作するうえでヘテロダイン模倣アダプタ50を必要とする装置40が装着されている。挿入図45は、装置40内部の高周波接触力センサ48の構成を示している。センサ48は、高周波搬送波の緩やかに変調された振幅を有する信号を生成する。例えば、搬送波の振幅を100Hzの変調速度で変調することができるが、搬送周波数自体は100kHzのオーダーである。しかしながら、別の方法として、他の任意の適当な変調速度及び搬送周波数を使用することもできる。
従来の医療器具と使用される技術などのアナログヘテロダイニング技術は、搬送周波数よりも何桁も小さい処理変調周波数において劣っている。その理由の1つとして、アナログ増幅器自体がベースバンド周波数内の周波数で漂遊信号を導入し、アナログ増幅器はまた、搬送波自体の周波数ドリフトもやはりベースバンド周波数内の漂遊信号周波数に変換することがある。これらの漂遊信号はすべて、ベースバンド信号を破損する。
ヘテロダイン模倣アダプタがベースバンド信号に変換するように構成された高周波信号は、必ずしも図1に示されるような接触力センサでなく、他のあらゆる種類の高周波センサが発生するものであってよい。更に、このような信号は、医療器具に含まれる他の種類の高周波源のすべてから発生するものであってよい。
本明細書に述べられる実施形態では、カテーテル21は、心臓26内の組織のアブレーションなどの任意の適当な治療及び/又は診断目的で使用することができる。
図に見られるように、カテーテル21の近位端は、レセプタクル54を介してヘテロダイン模倣アダプタ50にその内蔵コネクタ35によって接続されており、レセプタクル54はその目的で構成されている。アダプタ50は、出力コネクタ56によって制御コンソール24に更に接続されており、出力コネクタはアダプタ50の一部をなし、その目的で構成されている。制御コンソール24は、カテーテル21からの信号を受信するとともに、カテーテル21を介してエネルギーを印加して心臓26内の組織を焼灼し、更にシステム20の他の構成要素を制御するための適当なフロントエンド及びインタフェース回路38を備えたプロセッサ41、通常は汎用コンピュータを備える。
プロセッサ41は、本明細書に述べられる機能を実施するために通常はソフトウェアにプログラムされる。そのソフトウェアは、例えば、ネットワークを介して電子形式でプロセッサにダウンロードされてもよく、あるいは、代替的に又は付加的に、磁気的、光学的、又は電子的メモリなどの非一時的な有形媒体上に提供及び/又は記憶されてもよい。
ヘテロダイン模倣アダプタの説明
図2は、本発明の一実施形態に基づくアダプタ50を概略的に示したブロック図である。アダプタ50は、外部から見た場合に、ケース52、レセプタクル54、及び出力コネクタ56を有している。ケース内部において、アダプタ50は、高周波アナログ/デジタル変換器(ADC)回路60、デジタル信号処理(DSP)回路62、及び低周波デジタル/アナログ変換器(DAC)回路64を有している。これに関して、ADC回路60、DSP回路62、及びDAC回路64を、アダプタのデジタル処理機能を実行する「回路」と総称する。
図2の例では、単一の高速ADCが、センサ48から受信された複数の信号をデジタル化する。代替的な一実施形態では、アダプタ50は、受信信号の各サブセットをデジタル化するようにそれぞれが構成された2つ以上のADCを含むことができる。同様に、図2の例では、単一のDACが、複数のベースバンド信号をアナログ信号に変換する。代替的な一実施形態では、アダプタ50は、ベースバンド信号の各サブセットを変換するようにそれぞれが構成された2つ以上のDACを含むことができる。
一実施形態では、ADC60、DSP62、及びDAC64はいずれも単一のプリント回路基板上に集積される。アダプタ50の様々な要素は、例えば、1つ以上の個別の構成要素、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、又は特定用途向け集積回路(ASIC)を使用してハードウェアとして実施することができる。特定の実施形態では、アダプタ50の特定の要素、例えばDSP62を、ソフトウェアとして、又はソフトウェア及びハードウェア要素の組み合わせを用いて実施することができる。図2に示されるアダプタ50の構成は、あくまで概念を明確化する目的で示される構成の一例である。代替的な実施形態では、アダプタ50は、他の任意の適当な構成要素又は構成を用いて実施することができる。
図3は、本発明の一実施形態に基づく、ヘテロダイン模倣アダプタ50における信号処理の方法を概略的に示したフローチャートである。図に見られるように、高周波アナログ入力信号70は、A/D変換ステップ72においてADC回路60によってデジタルサンプルのストリームを含む高周波デジタル信号74に変換される。デジタルサンプルのストリームは、ダウンコンバートステップ76において、DSP回路62により更に低周波デジタルベースバンド信号78にデジタル的にダウンコンバートされる。次いで、デジタルベースバンド信号は、D/A変換ステップ80においてDAC回路64によりアナログベースバンド出力信号82に再び変換される。
上記に述べたように、特定の実施形態では、制御コンソールは、従来の医療器具を取り付けるように構成されたコンソールレセプタクルを有する。このような従来の医療器具は、例えば上記に例示した100kHzの搬送周波数に対してわずかに10kHzの搬送周波数を有する、新しい医療器具と比較して低い周波数を有する信号を一般的に生成する。アダプタ50を介して新しい医療器具を制御コンソールに取り付ける必要がある場合、アダプタは従来の医療器具のアナログ出力ベースバンド信号に適合する出力ベースバンドアナログ信号を与える。これにより、アダプタ50を必要としない従来のカテーテルのような従来の医療器具から生じる信号と、アダプタ50を備えた新たなカテーテルのような新たな高周波医療器具からの信号とを、同一のコンソールで扱うことができる。
図2に示される構成例は、あくまで概念を明確化する目的で選択されたものである。代替的な実施形態では、開示される技術は、開示されるアダプタ/プラグレセプタクルによって連結される他の医療器具、例えば内視鏡と、アダプタ/プラグコネクタによって連結される他の医療システム、例えばプローブ位置検知システムと、を含む他の適当な構成を使用することができる。例えば、高周波数の値、ベースバンド周波数の値、及びアダプタが並行して変換することができる信号チャネル/周波数の数などの信号の特性、アダプタのアーキテクチャ及び機能性は異なりうる。
例示的な一実施形態では、高周波アナログ信号の搬送周波数は16.75kHzであってよく、より高い搬送周波数、例えば最大で60kHzを選択してもよい。この例示的な一実施形態における信号帯域幅は、約1kHz、例えば1060Hzである。しかしながら、他の実施形態では、高周波アナログ信号の搬送周波数は10~100kHzの範囲で選択することができる。ベースバンドアナログ信号は、最大で5kHzのオーダーの帯域幅を有することができる。別の方法では、他の任意の適当な値を使用することもできる。
別の例として、アダプタはアダプタが生成したベースバンド信号を分析して接触力値などの測定値を導出するように構成することもできる。
本明細書に記載される実施形態は、主に医療用センサを対象としたものであるが、本明細書に記載される方法及びシステムは、様々な軍事用途をはじめとする、センサを用いる他の任意の適当な用途で使用することもできる。
したがって、上記に述べた実施形態は、例として引用したものであり、また本発明は、上記に具体的に示し説明したものに限定されないことが理解されよう。むしろ本発明の範囲は、上述の様々な特徴の組み合わせ及びその一部の組み合わせの両方、並びに上述の説明を読むことで当業者により想到されるであろう、また従来技術において開示されていないそれらの変形及び修正を含むものである。参照により本特許出願に援用される文献は、これらの援用文献において、いずれかの用語が本明細書において明示的又は暗示的になされた定義と矛盾して定義されている場合には、本明細書における定義のみを考慮するものとする点を除き、本出願の一部とみなすものとする。
〔実施の態様〕
(1) 第1の医療器具を、異なる第2の医療器具を取り付けるように構成されたコンソールレセプタクルを有する制御コンソールに連結するためのアダプタであって、
ケースと、
前記第1の医療器具からの変調されたアナログ入力信号を伝送する前記第1の医療器具の入力コネクタを受容するように構成された、前記ケース上のレセプタクルと、
前記ケース内に収容された回路であって、
前記アナログ入力信号をサンプリング及びデジタル化してデジタルサンプルのストリームを生成するように連結されたアナログ/デジタル変換器(ADC)と、
前記デジタルサンプルのストリームをデジタル的にダウンコンバートしてベースバンドデジタル信号を生成するように構成されたデジタル処理回路と、
前記ベースバンドデジタル信号を、前記第2の医療器具の出力に適合するアナログベースバンド信号に変換するように構成されたデジタル/アナログ変換器(DAC)と、を含む、回路と、
前記コンソールレセプタクルに挿入され、前記アナログベースバンド信号を前記コンソールに伝送するように構成された、前記ケース上の出力コネクタと、を含む、アダプタ。
(2) 前記アナログ入力信号が異なる搬送周波数に変調され、前記回路が、前記アナログ入力信号を異なるベースバンド周波数を有する複数のベースバンド信号に変換するように構成されている、実施態様1に記載のアダプタ。
(3) 前記ADC、前記デジタル処理回路、及び前記DACが単一の回路基板上に集積されている、実施態様1に記載のアダプタ。
(4) 前記レセプタクルが、医療器具の遠位端に取り付けられた1つ以上の接触力センサから前記アナログ入力信号を受信するように構成されている、実施態様1に記載のアダプタ。
(5) 前記制御コンソールが、カテーテルに基づくアブレーションシステムの一部である、実施態様1に記載のアダプタ。
(6) 第1の医療器具を、異なる第2の医療器具を取り付けるように構成された制御コンソールに連結するための方法であって、
アダプタにおいて、前記第1の医療器具から変調されたアナログ入力信号を受信することと、
前記アダプタ内の回路を使用して、
前記アナログ入力信号をサンプリング及びデジタル化してデジタルサンプルのストリームを生成し、
前記デジタルサンプルのストリームをデジタル的にダウンコンバートしてベースバンドデジタル信号を生成し、
前記ベースバンドデジタル信号を、前記第2の医療器具の出力に適合するアナログベースバンド信号に変換することと、
前記アナログベースバンド信号を前記アダプタから前記コンソールに伝送することと、を含む、方法。
(7) 前記アナログ入力信号が異なる搬送周波数に変調され、前記ベースバンドデジタル信号を前記アナログベースバンド信号に変換することが、前記アナログ入力信号を異なるベースバンド周波数を有する複数のベースバンド信号に変換することを含む、実施態様6に記載の方法。
(8) 前記アナログ入力信号を受信することが、前記第1の医療器具の前記遠位端に取り付けられた1つ以上の接触力センサから前記アナログ入力信号を受信することを含む、実施態様6に記載の方法。
(9) 前記制御コンソールが、カテーテルに基づくアブレーションシステムの一部である、実施態様6に記載の方法。

Claims (7)

  1. 第1の医療器具を、異なる第2の医療器具を取り付けるように構成されたコンソールレセプタクルを有する制御コンソールに連結するためのアダプタであって、
    ケースと、
    前記第1の医療器具からの変調されたアナログ入力信号を伝送する前記第1の医療器具の入力コネクタを受容するように構成された、前記ケース上のレセプタクルと、
    前記ケース内に収容された回路であって、
    前記アナログ入力信号をサンプリング及びデジタル化してデジタルサンプルのストリームを生成するように連結されたアナログ/デジタル変換器(ADC)と、
    前記デジタルサンプルのストリームをデジタル的にダウンコンバートしてベースバンドデジタル信号を生成するように構成されたデジタル処理回路と、
    前記ベースバンドデジタル信号を、前記第2の医療器具の出力に適合するアナログベースバンド信号に変換するように構成されたデジタル/アナログ変換器(DAC)と、を含む、回路と、
    前記コンソールレセプタクルに挿入され、前記アナログベースバンド信号を前記制御コンソールに伝送するように構成された、前記ケース上の出力コネクタと、を含
    前記レセプタクルが、前記第1の医療器具の遠位端に取り付けられた1つ以上の接触力センサから前記アナログ入力信号を受信するように構成されている、アダプタ。
  2. 記回路が、前記アナログ入力信号を異なるベースバンド周波数を有する複数のベースバンド信号に変換するように構成されている、請求項1に記載のアダプタ。
  3. 前記ADC、前記デジタル処理回路、及び前記DACが単一の回路基板上に集積されている、請求項1に記載のアダプタ。
  4. 前記制御コンソールが、カテーテルに基づくアブレーションシステムの一部である、請求項1に記載のアダプタ。
  5. 第1の医療器具を、異なる第2の医療器具を取り付けるように構成された制御コンソールに連結するための方法であって、
    アダプタにおいて、前記第1の医療器具から変調されたアナログ入力信号を受信することと、
    前記アダプタ内の回路を使用して、
    前記アナログ入力信号をサンプリング及びデジタル化してデジタルサンプルのストリームを生成し、
    前記デジタルサンプルのストリームをデジタル的にダウンコンバートしてベースバンドデジタル信号を生成し、
    前記ベースバンドデジタル信号を、前記第2の医療器具の出力に適合するアナログベースバンド信号に変換することと、
    前記アナログベースバンド信号を前記アダプタから前記制御コンソールに伝送することと、を含
    前記アナログ入力信号を受信することが、前記第1の医療器具の遠位端に取り付けられた1つ以上の接触力センサから前記アナログ入力信号を受信することを含む、方法。
  6. 記ベースバンドデジタル信号を前記アナログベースバンド信号に変換することが、前記アナログ入力信号を異なるベースバンド周波数を有する複数のベースバンド信号に変換することを含む、請求項に記載の方法。
  7. 前記制御コンソールが、カテーテルに基づくアブレーションシステムの一部である、請求項に記載の方法。
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