JP7548536B2 - 測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、温度若しくは圧力のような別の物理量又は化学量を測定するための測定装置及び読出しシステムに関する。本発明は、また、この測定装置のセット、並びに温度若しくは他の物理量又は化学量を測定するための測定方法及びコンピュータプログラムに関する。

特に介入処置中に、例えば腫瘍の温度のような被検者の特定組織の部分の温度を正確に決定すること、又は圧力のような別の物理量又は化学量の測定に対する温度変化の影響を正確に考慮することがしばしば所望されている。しかしながら、多くの場合に、所望する必要な精度や、大抵の場合に必要とされる精度を提供することはできない。

本発明の目的は、温度若しくは圧力のような別の物理量又は化学量の正確な決定を可能にする測定装置及び読出しシステムを提供することである。本発明の更なる目的は、この測定装置のセットを提供し、温度若しくは他の物理量又は化学量を測定するための測定方法及びコンピュータプログラムを提供することである。

本発明の第１の態様では、測定装置が提示され、この測定装置は、
ケーシングと、
ケーシング内に配置された磁性体であって、外部磁気トルクが磁性体に作用している場合に、平衡定位から外れて回転可能である磁性体と、
外部磁気トルクにより励起された磁性体の共振周波数での回転振動を可能にするために、外部磁気トルクにより磁性体が平衡定位から外れるように回転された場合に、磁性体を平衡定位に強制的に戻すための復元トルクを与えるように適合される復元トルクユニットと、
ａ）温度及び／又はｂ）他の物理量又は化学量に応じて共振周波数を修正するように適合された測定要素であって、測定要素が他の物理的又は化学量に応じて共振周波数を修正するように適合される場合に、測定装置は、補償要素を含み、この補償要素は、温度変化に応じて、共振周波数を第２の周波数方向とは反対である第１の周波数方向に修正するように適合され、第２の周波数方向は、補償要素が測定装置の一部ではなかった場合に、温度変化に応じて、測定装置が共振周波数を修正しようとする方向である、測定要素と、を含む。

こうして、温度を測定するために、その測定装置は、測定要素が温度に応じて共振周波数を修正するために使用できる。こうして、磁場を生成することができる磁性体の共振周波数を決定することにより温度を測定することが可能であり、この磁場は、磁性体をその平衡定位から外れるように回転させ、それにより磁性体の共振周波数で振動する回転振動を励起するための磁気トルクを与え、そして磁性体の回転振動によって引き起こされる誘導信号が生成される。生成された誘導信号に基づいて、温度を決定できる。特に、異なる励起周波数で磁場を生成することができ、共振周波数は、誘導信号が最適化される励起周波数として決定できる。決定された共振周波数は、共振周波数と温度との間の既知の割当てに基づいて温度を決定するために使用できる。これにより、温度を非常に正確に決定できる。

さらに、測定要素が、圧力のような他の物理量又は化学量に応じて共振周波数を修正するように適合される場合に、この場合にも、共振周波数は、測定装置の磁性体を回転させるための磁気トルクを与える磁場を使用して、及び生成された誘導信号を使用して決定でき、決定された共振周波数は、他の物理量又は化学量を示す。ここでは、共振周波数と他の物理量又は化学量との間の既知の割当てが使用され得る。さらに、測定装置は、温度変化に応じて、共振周波数を第２の周波数方向と反対である第１の周波数方向に修正するように適合された補償要素を含み、第２の周波数方向は、補償要素が測定装置の一部ではなかった場合に、温度変化に応じて、測定装置が共振周波数を修正しようとする方向であるため、この場合に望ましくない温度誘起の共振周波数のシフトを低減するか、さらには排除することができる。第１の周波数方向は、より高い又はより低い周波数に向かう方向であり、反対の第２の周波数方向は、より低い又はより高い周波数にそれぞれ向かう方向である。

測定要素は、優先的に、ケーシング、磁性体、及び復元トルクユニットに加えて存在する追加要素である。その測定要素は、単一の素子でも、複数のサブ素子の組合せでもよい。測定要素は、温度を測定するように測定要素を適合させる必要がある場合に、例えば、温度に応じて磁化を変え且つ測定装置内に配置することができる１つ又はいくつかの磁性材料を含むことができ、それによって共振周波数が温度とともに変化する。しかしながら、これらの磁性材料は、他の物理量又は化学量を測定するために測定装置を使用する必要がある場合に、測定装置の共振周波数が温度に依存しないようにするために、測定装置の共振周波数の望ましくない温度依存性を補償するように選択され及び構成することもできる。

「外部磁気トルク」という用語は、測定装置の外部にある外部磁場提供ユニットによって引き起こされる磁気トルクを指すことに留意されたい。優先的には、測定装置が被検者内に配置される場合に、磁場提供ユニットはまた、被検者の外部にある。

優先的には、復元トルクユニットは、磁性体の位置に磁場を生成するための更なる磁性体を含み、その更なる磁性体は、復元トルク、及び／又はこの復元トルクを与えるためのねじりばね機構を提供する。一実施形態では、磁性体はフィラメントの一端に取り付けられ、フィラメントの他端はケーシングに取り付けられ、フィラメントは、磁性体が磁気吸引により更なる磁性体に触れることを防ぎ、磁性体が回転振動するように適合される。優先的には、更なる磁性体は、ケーシングに固定して取り付けられる。しかしながら、更なる磁性体は、ケーシングに対して回転可能に振動するようにケーシング内に配置することもできる。特に、更なる磁性体をフィラメントの一端に取り付けることができ、フィラメントの他端をケーシングに取り付けることができる。一実施形態では、更なる磁性体は、更なる磁性体を中心に横断する仮想回転軸線の周りで回転可能であり得、更なる磁性体は、仮想回転軸線に対して回転対称である。磁性体及び／又は更なる磁性体は、球体及び／又は磁気シリンダーであり得る。磁性体及び更なる磁性体の仮想軸線は、優先的には、互いに整列する。

これらの技術により、復元トルク、従って磁性体の回転振動を与えることができ、測定装置を比較的小さくすることができ、測定装置の共振周波数は、温度若しくは他の物理量又は化学量に応じて所望するように提供することができ、測定装置の構成は依然として比較的簡素にできる。

一実施形態では、測定装置は、外部磁気トルクが磁性体に作用している場合に、更なる磁性体が平衡定位から外れて回転可能になるように適合され、復元トルクユニットは、外部磁気トルクによって励起された更なる磁性体の回転振動を可能にするために、外部磁気トルクによって更なる磁性体が平衡定位から外れるように回転された場合に、更なる磁性体を平衡定位に強制的に戻す復元トルクも与えるように適合される。磁性体及び更なる磁性体の回転振動は、同じ共振周波数と１８０度の位相差とを有している。これにより、ケーシング上のトルクが減少し、最適にはキャンセルさえされる。復元トルクユニットは、磁性体を使用して更なる磁性体に復元力を与えることができる。特に、一実施形態では、磁性体は第１の磁気双極子を形成し、更なる磁性体は第２の磁気双極子を形成し、磁性体及び更なる磁性体は、平衡定位において、第１及び第２の磁気双極子が反対方向を指すように適合される。一実施形態では、磁性体及び更なる磁性体は、ねじりばねを介して互いに直接接続され、この場合に、復元トルクユニットはねじりばねを含む。

優先的に、磁性体及び／又は更なる磁性体は永久磁石である。さらに、ケーシングは優先的に円筒形である。ケーシングが円筒形である場合に、ガイドワイヤのような管状医療装置にその磁石を比較的容易に導入できる。

優先的に、測定装置は、ｉ）少なくとも１００のＱ係数、ｉｉ）少なくとも０．５μＡｍ^２の動的双極子モーメント、及びｉｉｉ）少なくとも１００Ｈｚの共振周波数から構成されるリストの少なくとも１つの条件を満たすように適合される。これらの条件のうちの少なくとも１つが満たされると、温度若しくは他の物理量又は化学量を決定する精度がさらに向上することが分かっている。

測定装置は放射線不透過性であることがさらに好ましい。これにより、コンピュータ断層撮影システム、Ｘ線透視システム、Ｘ線ＣアームシステムのようなＸ線イメージングシステムを使用して、測定装置を視覚化することもできる。

優先的に、測定要素は、磁性体の位置で生成された磁場の強度及び／又は磁性体の双極子モーメントがａ）温度及び／又はｂ）他の物理量又は化学量とともに変化するように適合される。磁性体の位置で生成された磁場の強度及び／又は磁性体の双極子モーメントを温度及び／又は他の物理量又は化学量とともに変更することにより、技術的に比較的簡素な方法で、温度若しくは他の物理量又は化学量に応じて、共振周波数を変更できる。

一実施形態では、測定要素は、更なる磁性体によって生成される磁場に影響を与える磁性材料を含み、磁性材料の影響は、温度が変化する場合に、磁性体の位置における磁場の強度を変化させるために、温度に依存する。磁性材料は、更なる磁性体に隣接して配置され得る。その磁性材料は、温度上昇に伴いその磁化が低下するように適合され得る。さらに、その磁性材料は、その磁化方向が更なる磁性体の磁化方向と反対になるように選択及び配置され得る。しかしながら、磁性材料は、その磁化方向が更なる磁性体の磁化方向と同じになるように選択され配置されることも可能である。磁性材料は、優先的には軟磁性材料である。この磁性材料を使用することにより、温度に応じて共振周波数を非常に正確に修正でき、スペースをあまり必要とせずに技術的に非常に簡素な方法で行える。

好ましい実施形態では、測定要素は、磁性体の位置における磁場の強度を変更するために、温度が変化し、及び／又は他の物理量又は化学量が変化する場合に、磁性体と更なる磁性体との間の距離が変化するように適合される。一実施形態では、他の物理量又は化学量は圧力であり、測定要素は、ケーシングの壁の可撓性部分を含み、磁性体／又は更なる磁性体は、ケーシングの外側から可撓性部分に作用する外圧が磁性体と更なる磁性体との間の距離の変化をもたらすように、可撓性部分に取り付けられる。

一実施形態では、測定要素は、更なる磁性体が配置される蒸気床（vapor bed）を含み、蒸気床のサイズ、従って磁性体と更なる磁性体との間の距離は温度とともに変化する。更なる実施形態では、測定要素はてこ構造を含み、このてこ構造を介して磁性体がケーシングに取り付けられる。てこ構造は、磁性体と更なる磁性体との間の距離が温度とともに変化するように、温度に応じてその長さが変化する材料を含む。また、これらの技術により、共振周波数の温度依存性を非常に正確に提供できる。

一実施形態では、測定要素は、磁性体に適用され、且つ磁性体の双極子モーメントに影響を与える磁性材料を含み、磁性材料の影響は、温度が変化する場合に、磁性体の双極子モーメントを変化させるために、温度に依存する。

優先的には、補償要素は、磁化を変化させ、それにより温度とともに共振周波数を変化させる磁性材料を含み、磁性材料は、共振周波数の修正の方向が第１の周波数方向になるように選択され、且つ測定装置内で配置される。補償磁性材料は、磁性体に隣接して及び／又は更なる磁性体に隣接して優先的に配置される。また、これにより、技術的に比較的簡素な方法で、ケーシング内に多くのスペースを必要とせずに、不要な温度依存性を大幅に低減又は排除できるように測定装置を設計できる。

本発明の更なる態様では、いくつかの測定装置から構成されるセットが提示され、各測定装置は、それぞれの測定装置が測定に使用されるときに、それぞれの周波数範囲において共振周波数を有するように適合され、異なる測定装置の周波数範囲は重複しない。いくつかの測定装置から構成されるこのセットを使用することにより、例えば、温度及び／又は他の物理量及び／又は化学量の測定を同時に行うことができるが、これらの測定値を区別することは依然として可能である。

本発明の一態様では、測定装置を読み出すための読出しシステムが提示され、読出しシステムは、
ａ）測定装置の磁性体をその平衡定位から外れるように回転させ、それにより磁性体の回転振動を励起するための磁気トルクを与える磁場を生成し、それによってその磁性体が共振周波数で振動し、及びｂ）磁性体の回転振動によって引き起こされる誘導信号を生成するように適合された励起及び誘導信号ユニットと、
生成された誘導信号に基づいて、温度若しくは他の物理量又は化学量を決定するように構成された決定ユニットと、を含む。

本発明の別の態様では、測定装置を使用して測定を行うための測定方法が提示され、この測定方法は、
測定装置の磁性体をその平衡定位から外れるように回転させ、それにより磁性体の回転振動を励起するための磁気トルクを与え、それによってその磁性体が共振周波数で振動し、且つ磁性体の回転振動により引き起こされる誘導信号を生成する磁場を生成するステップと、
生成された誘導信号に基づいて、温度若しくは他の物理量又は化学量を決定するステップと、を含む。

本発明の更なる態様では、コンピュータプログラムが読出しシステムを制御するコンピュータ上で実行されるときに、請求項１３に規定される読出しシステムに請求項１４に規定される測定方法のステップを実行させるプログラムコード手段を含むコンピュータプログラムが提示される。

請求項１の測定装置、請求項１２の測定装置のセット、請求項１３の読出しシステム、請求項１４の測定方法、及び請求項１５のコンピュータプログラムは、特に、従属請求項に規定されるように、類似及び／又は同一の好ましい実施形態類を有することを理解されたい。

本発明の好ましい実施形態は、従属請求項又は上記の実施形態とそれぞれの独立請求項との任意の組合せでもあり得ることを理解されたい。

本発明のこれらの態様及び他の態様は、以下で説明する実施形態を参照して解明され、明らかになるであろう。

圧力を測定するための測定装置の実施形態を概略的且つ例示的に示す図である。 温度を測定するための測定装置の更なる実施形態を概略的且つ例示的に示す図である。 温度を測定するための測定装置の更なる実施形態を概略的且つ例示的に示す図である。 測定装置を読み出すための読出しシステムの実施形態を概略的且つ例示的に示す図である。 温度若しくは別の物理量又は化学量を測定するための測定方法の実施形態を例示的に示すフローチャートを示す。

図１は、測定装置の実施形態を概略的且つ例示的に示している。測定装置１は、ケーシング２と、このケーシング２内に配置された磁性体４とを含み、外部磁気トルクが磁性体４に作用している場合に、その磁性体が平衡定位から外れて回転可能となる。測定装置１は、外部磁気トルクにより励起される磁性体４の回転振動を可能にするために、外部磁力によって磁性体４が平衡定位から外れて回転された場合に、磁性体４を平衡定位に強制的に戻す復元トルクを与えるように適合される復元トルクユニット３をさらに含む。この実施形態では、ケーシング２は円筒形であり、磁性体４は、磁性体４を中心に横断する仮想回転軸線の周りで回転可能であり、磁性体４は仮想回転軸線に対して回転対称である。特に、この実施形態では、磁性体４は磁性球体である。

復元トルクユニット３は、復元トルクを与えるための更なる磁性体３を含む。特に、磁性体４はフィラメント７の一端に取り付けられ、フィラメント７の他端はケーシング２に取り付けられる。フィラメント７は、磁性体４が磁気引力によって更なる磁性体３に触れることを防ぎ、且つ磁性体４が回転振動することを可能にするように適合される。この実施形態では、更なる磁性体３は、接着剤９を使用してケーシング２に固定して取り付けられる。

磁性体４は第１の磁気双極子を形成し、更なる磁性体３は第２の磁気双極子を形成し、磁性体４及び更なる磁性体３は、平衡定位において、第１及び第２の双極子が反対方向を指すように配置される。優先的に、第１の磁性体４及び第２の磁性体３は永久磁石であり、平衡定位において、磁性体４のＮ極は更なる磁性体３のＳ極に面しており、逆もまた同様である。

ケーシング２は円筒状であり、円筒状ケーシング２は２つの端面３０、３１を含み、更なる磁性体３は、第１の端面３０に固定して取り付けられ、磁性体４に取り付けられた端部の反対側であるフィラメント７の端部は、円筒形ケーシング２の第２の端面３１に取り付けられる。

この実施形態では、ケーシング２の第２の端面３１は、ケーシング２の壁の可撓性部分８によって形成され、磁性体４は、フィラメント７を介して可撓性部分８に取り付けられ、ケーシング２の外側から可撓性部分８に作用する外圧が、磁性体４と更なる磁性体３との間の距離の変化をもたらす。外圧によって引き起こされるこの距離変化のため、磁性体４の位置において更なる磁性体３によって生成される磁場の強度、従って共振周波数が変化する。こうして、共振周波数は、外圧に応じて変化するため、測定装置１は、外圧を他の物理量として測定するのに使用することができる。従って、ケーシング２の壁の可撓性部分８は、外圧に応じて共振周波数を修正するように適合された測定要素とみなすことができる。

測定装置１は、更なる磁性体３に隣接して配置される磁性材料５、６をさらに含む。この磁性材料５、６は、更なる磁性体３によって生成される磁場に影響を及ぼし、磁性材料５、６の影響は、温度が変化する場合に、磁性体４の位置における磁場の強度を変化させるために、従って共振周波数を変化させるために、温度に依存する。磁性材料５、６は、温度上昇に伴ってその磁化が低下するように適合される。さらに、磁性材料６は、その磁化方向が更なる磁性体３の磁化方向と反対になるように適合され、磁性材料５は、その磁化方向が更なる磁性体３の磁化方向と同じになるように適合される。従って、軟磁性材料である磁性材料５、６は、温度に応じて共振周波数を反対の周波数方向にさせる。つまり、これら磁性材料の一方は、温度上昇に応じてより高い周波数に向けた変化につながり、これら磁性材料の他方は、温度上昇に応じてより低い周波に向けた変化につながる。

この実施形態では、測定装置は、共振周波数が温度に依存しないように圧力を測定するために使用する必要がある。しかしながら、例えば、膜によって形成され得るケーシングの壁の可撓性部分８は、共振周波数が一般に温度にも依存するように、温度依存の可撓性を有し得る。また、測定装置の更なる部分が温度に依存する場合があり、この依存性は共振周波数にも影響を与える可能性がある。この望ましくない温度依存性の周波数シフトを補償するために、磁性材料５、６は、温度変化に応じて、同じ周波数シフトを反対の周波数方向に与えるように調整することができる。特に、磁性材料５、６は、測定装置１の共振周波数の温度依存性が排除されるように選択され及び配置され得る。また、磁性材料の１つのみ、つまり温度上昇に伴って共振周波数を低下させる磁性材料のみ、又は温度上昇に伴って共振周波数を上昇させる材料のみを使用して、測定装置１の共振周波数の温度依存性を低減又は排除することも可能である。

更なる実施形態では、第２の端面３１は、可撓性部分８を含まないが、剛性でもあり、温度測定のために測定装置を使用するために、共振周波数の温度依存性を高めるために軟磁性材料が適用される。また、この実施形態では、温度変化に応じて共振周波数を反対方向にシフトする説明した磁性材料のうちの１つのみを使用してもよい。特に、この実施形態では、優先的に、更なる磁性体３の磁化方向と整列した磁化方向を有する磁性材料６のみが使用される。

測定装置が温度を測定するために使用される場合に、磁性材料５、６は、温度に応じて共振周波数を修正するように適合された測定要素であるとみなすことができる。測定装置が圧力を測定するために使用される場合に、ケーシング２の壁の可撓性部分８は、圧力に応じて共振周波数を修正するように適合された測定要素とみなされ、磁性材料６は、温度変化に応じて、温度に依存する共振周波数を第２の周波数方向とは反対である第１の周波数方向に修正するように適合された補償要素とみなされ、第２の周波数方向は、補償要素６が測定装置の一部ではなかった場合に、温度変化に応じて、測定装置が共振周波数を修正しようとする方向である。

図２は、測定装置の別の実施形態を概略的且つ例示的に示している。測定装置１０１は、温度を測定するように適合され、この実施形態では、測定要素は、更なる磁性体１０３が配置される蒸気床１１３を含み、蒸気床１１３のサイズ、従って回転する磁性体１０４と更なる磁性体１０３との間の距離は温度とともに変化する。また、この実施形態では、測定装置１０１はケーシング１０２を含み、磁性体１０４は、外部磁気トルクが磁性体１０４に作用している場合に、その磁性体１０４が平衡定位から外れて回転できるようにケーシング１０２内に配置される。さらに、この実施形態でも、磁性体１０４は、フィラメント１０７を介してケーシング１０２の端面に取り付けられる。復元トルクは、更なる磁性体１０３によって与えられ、図１を参照して上述した実施形態と同様に、回転可能な磁性体１０４の平衡定位において、磁性体１０４及び更なる磁性体１０３の磁気双極子は、反対方向を指す。蒸気床１１３は、膜１１０、蒸気１１１、及び固体材料に吸着され得る液体１１２を含む。温度が変化すると、蒸気量、従って磁性体１０４と更なる磁性体１０３との間の距離が変化し、それにより温度変化とともに共振周波数が修正される。

図３は、測定装置の更なる実施形態を概略的且つ例示的に示している。測定装置２０１はまた、ケーシング２０２と、このケーシング２０２内に配置された磁性体２０４とを含み、外部磁気トルクが磁性体２０４に作用しており、復元トルクユニット２０３が更なる磁性体２０３を含む場合に、その磁性体２０４が平衡定位から外れて回転可能となる。また、この実施形態では、磁性体２０４の平衡定位において、磁性体２０４及び更なる磁性体２０３の磁気双極子は反対方向を指す。更なる磁性体２０３は、例えば接着剤２０９を使用してケーシング２０２の端面に取り付けられる。この実施形態では、温度に応じて共振周波数を修正するように適合された測定要素は、てこ構造２１３を含み、このてこ構造２１３を介して磁性体２０４がケーシング２０２に取り付けられる。てこ構造２１３は、温度に応じてその長さが変化する材料を含み、それによって磁性体２０４と更なる磁性体２０３との間の距離、従って共振周波数が、温度とともに変化する。

図４は、測定装置を読み出すための読出しシステムの実施形態を概略的且つ例示的に示している。この例では、被検者４０が患者テーブルのような支持手段４１上に配置され、コイル４２が支持手段４１に組み込まれている。別の方法でコイル４２を被検者４０の近くに配置することもできる。例えば、それらコイル４２は、支持手段４１上に配置され得るマットに組み込まれ得る。被検者４０内の圧力を測定するために、測定装置１が被検者４０内に導入されている。

コイル４２は、ａ）測定装置１の磁性体４をその平衡定位から外れるように回転させ、それにより磁性体４の回転振動を励起する磁気トルクを与える磁場を生成し、それによってその磁性体４が共振周波数で振動し、及びｂ）磁性体４の回転振動によって引き起こされる誘導信号を生成するように適合される。読出しシステムは、コイル４２の電流を供給及び制御することによりコイル４２を制御し、それにより所望の磁場が生成され、及び測定装置１の磁性体４の回転振動によって引き起こされるコイル内の電流への誘導の影響を示すデジタル誘導信号を生成するように構成された制御ユニット４３をさらに含む。コイル４２及び制御ユニット４３は、測定装置１を磁気的に励起し、且つ誘導信号を生成し、コイル４２及び制御ユニット４３は、励起及び誘導信号ユニット４２、４３を形成するとみなすことができる。

この実施形態では、同じコイルが、磁場の生成及び誘導信号の生成に使用されるが、他の実施形態では、ａ）第１のコイルが、磁場の生成に使用され、この磁場は、測定装置１の磁性体４をその平衡定位から外れるように回転させ、それにより磁性体３の回転振動を励起するための磁気トルクを与えること、及びｂ）第１のコイルとは別の第２のコイルが誘導信号を生成するために使用されることも可能である。

読出しシステムは、生成された誘導信号に基づいて、温度若しくは他の物理量又は化学量を決定するように適合された決定ユニット４４をさらに含む。特に、読出しシステムは、異なる励起周波数の磁場を提供するように適合されており、励起周波数は、生成された誘導信号が最大誘導を示すように決定され、この決定された励起周波数は、共振周波数とみなされる。さらに、決定ユニット４４は、ａ）共振周波数とｂ）温度若しくは他の物理量又は化学量との間のそれぞれの所定の割当てを含み、この割当てを現在測定された共振周波数とともに使用して、温度若しくは他の物理量又は化学量をそれぞれ決定することができる。

読出しシステムは、キーボード、コンピュータマウス、タッチパッド等の入力ユニット４５と、決定された温度若しくは他の物理量又は化学量をそれぞれ出力するためのモニタ等の出力ユニット４６とをさらに含む。

以下では、図５に示されるフローチャートを参照して、測定装置１を用いて測定を行うための測定方法の実施形態を例示的に説明する。

ステップ４０１において、被検者４０内の測定装置１の磁性体４をその平衡定位から外れるように回転させ、それにより磁性体４の回転振動を励起する磁気トルクを与える磁場が生成され、それによって、その磁性体４は、磁性体４の回転振動の共振周波数で振動する。さらに、ステップ４０１において、磁性体４の回転振動によって引き起こされる誘導信号が生成される。特に、磁場は、共振周波数を含む異なる励起周波数で生成される。こうして、共振周波数は最初未知であり、決定する必要があるが、どの周波数範囲で共振周波数が存在する可能性が高いかは既知である。磁場は、共振周波数が予想される既知の周波数範囲をカバーする励起周波数で生成される。ステップ４０２において、生成された誘導信号に基づいて、温度若しくは他の物理量又は化学量がそれぞれ決定され、ステップ４０３において、決定された温度若しくは他の物理量又は化学量がそれぞれ出力される。

ステップ４０１～４０３は、測定が中止されるまで、測定が実質的に連続的に行われ、例えば外科的処置を行う例えば医師に出力されるようにループで実行され得る。測定の所望の停止が入力ユニット４５を介して読出しシステムに示された後に、測定は中止される場合がある。

測定装置は、測定温度に応じて被検者に加えられる熱エネルギーを制御するために、特に熱焼灼処置で使用できる。測定装置は、優先的にサブミリメートルサイズを有しており、焼灼処置中に組織の温度を監視するために、焼灼される組織内／又は組織上に配置することができる。測定装置は、温度若しくは圧力のような他の物理量又は化学量を測定するための無線ソリューションを提供し、測定装置は、例えば、血流を介して被検者内の所望の位置に送達され得る。測定装置は、例えば、腫瘍の焼灼処置中に温度を監視するために、腫瘍に又は腫瘍内に配置することができる。測定装置は、非常に小さい、つまりサブミリメートルサイズであるだけでなく、非常に高感度で非常に正確でもあり、測定装置は、例えば上述したように、コイルシステムによって遠隔でプローブする（probed：調べる）ことができる。

図１を参照して上述した磁性材料５、６のように、測定装置の温度依存性を所望するように修正するために使用される磁性材料は、優先的に、低キュリー温度材料であり、この磁性材料は、図２及び図３を参照して上述した実施形態に適用し、共振周波数の温度依存性を所望するように調整することもできる。測定装置のケーシングは、例えば、金属製又はポリマー製ケーシングであり得る。さらに、ケーシング内にガスが存在する場合もあれば、真空を含む場合もある。

測定装置は、優先的には、互いに対して回転できる２つの磁性体を含み、一実施形態では、２つの磁性体の一方は、例えば接着剤によってケーシングに固定され、磁性体の他方は、細いワイヤー又はスレッドのようなフィラメントによって宙吊り状態にされる。振動周波数は、振動する磁性体（優先的には球体）の磁気強度に依存し、従って磁性体同士の間の距離に依存する。こうして、適切な測定構造によって測定される物理量又は化学量を距離変化に変換することにより、共振周波数のシフトを、取得し、物理量又は化学量の測定に使用できる。圧力測定の場合に、測定構造、つまり測定要素は、単なる膜であってもよい。温度を測定するための装置を使用する場合に、一般的にそれほど高くない共振周波数の自然な温度依存性を高めるように適合された測定要素が使用される。例えば、ケーシングの熱膨張により磁性体同士の間の距離が長くなる場合があるが、フィラメントの熱膨張によりこの距離が短くなる。こうして、温度変化によっては、共振周波数の全体的な変化はそれほど大きくない。測定要素として、温度上昇に伴って２つの磁性体の間の距離を増加させるために、温度上昇に伴って負の長さ変化を有するフィラメントを使用することができる。そのようなフィラメントは、炭素繊維又は延伸ポリマー繊維であるか、これらを含むことができる。しかしながら、優先的には、測定要素は、上述した磁性材料のような追加の要素である。磁性材料のキュリー温度は、測定装置の最大動作温度よりわずかに高いことが優先される。磁性材料は、測定装置内の多くの異なる位置に適用することができるが、優先的には、磁性材料は、更なる磁性体の近くに位置付けされ、優先的には固定される。典型的に、磁性材料は温度が上昇すると磁化を失う。ただし、この低キュリー温度の材料が存在する位置に応じて、周波数への影響は正又は負のいずれかである。つまり、周波数は、温度上昇に伴いより高い周波数又はより低い周波数に向けてシフトする。図１において、磁性材料６は、更なる磁性体３と比較して反対方向に磁化する軟磁性材料であり、こうして、回転する磁性体４の位置で磁場強度を常に低下させる。しかしながら、磁性材料５は、更なる磁性体３と同じ磁化方向を有しており、こうして磁場強度を常に増加させるため、共振周波数が温度上昇とともに低下する。こうして、磁性材料を使用することにより、共振周波数の温度依存性の方向と、この温度依存性の強度とを所望するように調整することが可能である。従って、磁性材料を使用して、広範囲の望ましくない温度ドリフトを補償できる。磁性材料は鉄ニッケル合金とすることができ、キュリー温度はこの合金の組成によって調整可能である。ただし、他の低キュリー材料も使用できる。

磁性材料は、例えば、測定装置の最大動作温度より高く、１００Ｋ以下のキュリー温度を有することができる。一実施形態では、キュリー温度は、測定装置の最大動作温度よりも１０Ｋ高い。磁性材料は、いくつかの磁性材料の組合せでもある可能性があり、これはサブ磁性材料と呼ばれ、異なるキュリー温度を有している。磁性材料がいくつかのサブ磁性材料の組合せである場合に、１つ又はいくつかのサブ磁性材料のキュリー温度が、最大動作温度よりも低くなる場合がある。

最大動作温度は、測定装置を使用する用途によって異なる。その最大動作温度は、５０℃以下、又は１００℃以下であり得る。一実施形態では、測定装置は、体温を測定するためだけに使用されるように適合される。その場合に、最高動作温度は５０℃にされ得る。焼灼モニタリングの場合に、最大動作温度は１００℃にされ得る。測定装置が非医療用途で使用される場合に、最大動作温度は、さらに高くなる可能性がある。

測定装置は、温度変化に対して共振周波数の高感度を提供するための他の測定要素も含み得る。例えば、図２を参照して上述したように、液体の蒸気圧を使用して、例えば磁性体同士の間の距離の変化を作動させることができる。また、例えば、図３を参照して上述したように、材料の熱膨張をてこの構造とともに使用して、温度変化に伴う高い距離の変化を生成することもできる。

測定中に、いくつかの測定装置が同時に使用される場合がある。これらのいくつかの測定装置は、それぞれの測定装置が測定に使用される場合に、それぞれの周波数範囲でそれぞれの共振周波数を有するように適合され、異なる測定装置の周波数範囲は重複しない。これにより、読出しシステムが、それぞれの共振周波数に基づいて異なる測定装置を区別し、それぞれの測定装置毎にそれぞれの温度若しくは他の物理的又は化学的特性をそれぞれ決定できる。

測定装置が温度を決定するために使用される場合に、上記の軟磁性材料のような測定要素は、温度に応じた共振周波数の変化が１０Ｈｚ／Ｋ以上、さらに好ましくは１００Ｈｚ／Ｋ以上となるように優先的に選択及び配置される。測定装置が他の物理的又は化学的特性を測定するように適合される場合に、測定要素は、温度に対する共振周波数の依存性が１Ｈｚ／Ｋ以下になるように優先的に選択及び配置される。さらに、０．１Ｈｚ／Ｋより小さいことが望ましい。

上記の測定装置の特定の実施形態について説明しているが、ケーシング、回転可能な磁性体、復元トルクを与えて磁性体を平衡定位に強制的に戻すための復元トルクユニット、及び温度及び／又は他の物理量又は化学量に応じて共振周波数を修正するように適合された測定要素を含む他の測定装置も使用できる。測定要素が他の物理量又は化学量に応じて共振周波数を修正するように適合される場合に、測定装置は、補償要素を含み、この補償要素は、温度変化に応じて、温度に依存する共振周波数を第２の周波数方向と反対である第１の周波数方向に修正するように適合され、第２の周波数方向は、補償要素が測定装置の一部ではなかった場合に、温度変化に応じて、測定装置が共振周波数を修正しようとする方向である。例えば、一実施形態では、図１に示されるケーシング２の可撓性部分８は剛性であり、ケーシング２は、固体材料に優先的に吸着される液体で部分的に満たされ、蒸気がケーシング内に存在する。この例では、ケーシングにはある程度の可撓性があり、例えば、その長さを変更したり、及び／又は湾曲したりできる。この可撓性は、ケーシング内の蒸気の温度依存性とともに、ケーシング内の２つの磁性体同士の間の距離の変化をもたらす可能性があり、こうして温度に応じた共振周波数のシフトをもたらす可能性がある。図３において、てこ構造は、温度感度を高めるために、この図に示されている１つの弧２１３よりも多くの弧を含むことも可能である。さらに、復元トルクユニットは、更なる磁性体に加えて、又は代替として、復元トルクを与えるためのねじりばね機構を含むことも可能である。例えば、図１に示されるフィラメント７の代わりに、ねじりばねが使用され得る。２つのねじりばねを使用することも可能であり、各ねじりばねは、回転する磁性体４を対向する表面３０、３１のそれぞれと接続する。また、測定装置において、測定要素は、磁性体に適用され、且つ磁性体の双極子モーメントに影響を与える磁気材料を含むことも可能である。温度が変化する場合に、磁性体の双極子モーメントを変化させるために、磁性体の影響は温度に依存する。こうして、温度に応じてその磁化が変化する磁性材料も、回転する磁性体に適用できる。

上述した実施形態では、測定装置は他の物理量又は化学量として圧力を測定するように適合されるが、他の実施形態では、測定装置は別の物理量又は化学量を測定するようにも適合できる。これは、例えば、所望の物理量又は化学量の変化が、磁性体と更なる磁性体との間の距離の変化をもたらし、又はより一般的には復元トルクユニットによって与えられる復元トルクの変化をもたらすように、測定装置を構築することによって達成され得る。

測定する別の化学パラメータの一例は、環境内の有機溶媒の存在下で機械的特性を変化させる材料（例えば、天然ゴム）で作製された膜を使用することである。ケーシングにある種の孔がある場合、つまり圧力が測定されない場合に、この装置は、環境内の有機溶媒の記録を与える。

測定装置の磁性体をその平衡定位から外れるように回転させ、それにより磁性体の回転振動を励起する磁気トルクを与え、それによってその磁性体が共振周波数で振動する磁場の生成は、多くの異なる方法で実施できる。例えば、励起は、磁場の個々の単一パルスを使用でき、パルス同士の間で誘導信号の周波数及び位相を測定できる。これから、次の短いパルスのタイミングを計算して、磁性体の振動振幅を増加させることができる。別の方法として、単一のパルスを、正及び負の振幅を有する少数パルスのパルス列に置き換えることができる。この短いパルス列は、比較的広い潜在的な励起スペクトルをカバーし、その中心は、予想される共振周波数にほぼ一致するように設計される。パルス列のタイミングは、磁性体の振動振幅が増加するように再び調整される。結果として生じる最適化された誘導信号の周波数は、共振周波数とみなすことができる。

一実施形態では、読出しシステムは、測定装置の空間位置及びオプションで向きにも依存する誘導信号を生成するように適合させることもでき、決定ユニットは、生成された誘導信号に基づいて、測定装置の位置及びオプションで向きも決定するように適合させることができる。特に、個々のコイルの空間感度プロファイルを使用して、測定装置の位置及びオプションで向きも決定できる。

開示された実施形態に対する他の変形は、図面、明細書の開示、及び添付の特許請求の範囲の検討から、特許請求の範囲記載された発明を実施する際に当業者によって理解及び達成され得る。

請求項において、「備える、有する、含む（comprising）」という用語は、他の要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞「１つの（a, an）」は複数を除外するものではない。

単一のユニット又は装置は、特許請求の範囲に列挙された、いくつかのアイテムの機能を果たし得る。特定の手段が互いに異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの手段の組合せが有利に使用できないことを示すものではない。

温度若しくは他の物理量又は化学量の決定、コイル内の電流の制御等による１つ又はいくつかの測定装置の励起の制御等の手順は、１つ又はいくつかのユニット又は装置によって実行され、他の数のユニット又は装置によって実行され得る。測定方法に従ってこれらの手順及び／又は読出しシステムの制御は、コンピュータプログラムのプログラムコード手段として、及び／又は専用ハードウェアとして実装することができる。

コンピュータプログラムは、他のハードウェアとともに、又は他のハードウェアの一部として提供される、光学記憶媒体又はソリッドステート媒体等の適切な媒体に格納する／この媒体で配布できるが、インターネットや、他の有線又は無線の通信システム等の他の形式で配布することもできる。

請求項中の参照符号は、範囲を限定するものとして解釈すべきではない。

本発明は、外部磁気トルクによって励起された場合に共振周波数で振動することができる回転可能な磁性体を含む測定装置に関する。測定装置は、外部磁気トルクを提供する外部磁場を介してワイヤレス温度測定や、他の物理量又は化学量の測定を可能にするために、共振周波数が温度若しくは圧力等の別の物理量又は化学量に依存するように適合される。この測定装置は比較的小さく、比較的長い距離に亘って読み出すことができ、非常に正確な測定が可能である。

Claims (14)

1. 測定装置であって、当該測定装置は、
   ケーシングと、
   該ケーシング内に配置された磁性体であって、外部磁気トルクが前記磁性体に作用している場合に、平衡定位から外れて回転可能である磁性体と、
   外部磁気トルクにより励起された前記磁性体の共振周波数での回転振動を可能にするために、前記外部磁気トルクにより前記磁性体が前記平衡定位から外れるように回転された場合に、前記磁性体を前記平衡定位に強制的に戻すための復元トルクを与えるように適合される復元トルクユニットと、
   ａ）温度及び／又はｂ）圧力又は有機溶媒の存在である他の物理量又は化学量に応じて前記共振周波数を修正するように適合された測定要素であって、該測定要素が前記他の物理量又は化学量に応じて前記共振周波数を修正するように適合される場合に、当該測定装置は、補償要素を含み、該補償要素は、温度変化に応じて、前記共振周波数を第２の周波数方向とは反対である第１の周波数方向に修正するように適合され、前記第２の周波数方向は、前記補償要素が当該測定装置の一部ではなかった場合に、温度変化に応じて、当該測定装置が前記共振周波数を修正しようとする方向である、測定要素と、を含み、
   前記復元トルクユニットは、前記磁性体の位置に磁場を生成するための更なる磁性体を含み、その磁性体は、前記復元トルクを提供する、
   測定装置。
2. 前記測定要素は、前記磁性体の前記位置で生成された前記磁場の強度及び／又は前記磁性体の双極子モーメントが、ａ）温度及び／又はｂ）他の物理量又は化学量とともに変化するように適合される、請求項１に記載の測定装置。
3. 前記測定要素は、前記更なる磁性体によって生成された前記磁場に影響を与える磁性材料を含み、前記磁性材料の前記影響は、前記温度が変化する場合に、前記磁性体の前記位置での前記磁場の強度を変化させるために、前記温度に依存する、請求項２に記載の測定装置。
4. 前記磁性材料は、前記更なる磁性体に隣接して配置される、請求項３に記載の測定装置。
5. 前記磁性材料は、その磁化が温度上昇とともに低下するように適合される、請求項３又は４に記載の測定装置。
6. 前記測定要素は、前記磁性体の前記位置での前記磁場の強度を変化させるために、前記温度が変化した場合に、及び／又は前記他の物理量又は化学量が変化した場合に、前記磁性体と前記更なる磁性体との間の距離が変化するように適合される、請求項２乃至５のいずれか一項に記載の測定装置。
7. 前記測定要素は、前記磁性体に適用され、且つ前記磁性体の前記双極子モーメントに影響を与える磁性材料を含み、該磁性材料の前記影響は、前記温度が変化した場合に、前記磁性体の前記双極子モーメントを変化させるために、前記温度に依存する、請求項２乃至６のいずれか一項に記載の測定装置。
8. 前記補償要素は、その磁化を変化させ、それにより温度とともに前記共振周波数を変化させる磁性材料を含み、該磁性材料は、前記共振周波数の修正の方向が前記第１の周波数方向であるように、選択され且つ前記測定装置内に配置される、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の測定装置。
9. 前記磁性材料は、前記磁性体に隣接して配置される、請求項８に記載の測定装置。
10. 前記磁性材料は、前記更なる磁性体に隣接して配置される、請求項８に記載の測定装置。
11. それぞれの測定装置が測定に使用されるときに、各測定装置がそれぞれの周波数範囲の共振周波数を有するように適合されており、異なる測定装置の前記周波数範囲は重複しない、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の複数の測定装置から構成されるセット。
12. 請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の測定装置を読み出すための読出しシステムであって、当該読出しシステムは、
    ａ）前記測定装置の前記磁性体をその平衡定位から外れるように回転させ、それにより前記磁性体の回転振動を励起するための磁気トルクを与える磁場を生成し、それによってその磁性体が前記共振周波数で振動し、及びｂ）前記磁性体の前記回転振動によって引き起こされる誘導信号を生成するように適合された励起及び誘導信号ユニットと、
    前記生成された誘導信号に基づいて、前記温度若しくは前記他の物理量又は化学量を決定するように適合された決定ユニットと、を含む、
    読出しシステム。
13. 請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の測定装置を使用して測定を行うための測定方法であって、当該測定方法は、
    前記測定装置の前記磁性体をその平衡定位から外れるように回転させ、それにより前記磁性体の回転振動を励起するための磁気トルクを与える磁場を生成し、それによってその磁性体が前記共振周波数で振動し、且つ前記磁性体の前記回転振動によって引き起こされる誘導信号を生成するステップと、
    前記生成された誘導信号に基づいて、前記温度若しくは前記他の物理量又は化学量を決定するステップと、を含む、
    測定方法。
14. コンピュータプログラムが読出しシステムを制御するコンピュータで実行されたときに、請求項１２に記載の読出しシステムに請求項１３に記載の測定方法のステップを実行させるプログラムコード手段を含むコンピュータプログラム。

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