JPH0566827B2 - - Google Patents

Description

発明の背景 本発明は埋め込み装置に用いる遠隔操作システ
ムに関する。そのような装置は体の中で広範囲な
目的に使用されている。そのような装置の最も広
く知られた例は、心臓のペースメーカである。他
の良く知られた装置は、脳、脊髄、筋肉、骨、神
経、腺その他の器管又は組織に使用する刺激若し
くは感知、又はそれら双方に使用する装置である 埋め込み装置はますます複雑化しつつあり、マ
イクロプロセツサ又はマイクロプロセツサに類似
の装置、ROM、RAMメモリ、LSI（大規模集積
回路）、その他コンピユータハードウエア及び関
連の技術等の複雑なデータ処理ハードウエアを含
む。これら埋め込み装置に伝送される、又は装置
から伝送される、情報には、装置の同定、生物学
的データ、（以前の設定に基づく）装置の現時点
の作動パラメータ、装置の適切な機能に関する技
術的情報、電池の状態、患者及び医者のデータ、
装置についての最新のプログラミング情報、及び
装置に伝送される若しくは装置から伝送される情
報の認定が含まれる。 処理すべき埋め込み装置内で使用されるデータ
が増えるに従つて、多量のデータが解析、埋め込
み装置再プログラミングその他の目的のために埋
め込み装置から外部装置に伝送される必要があ
る。この必要性は適当な時間の間に双方向に伝送
されるデータについていえる。 もちろん、新規な埋め込みシステムまたはその
部分の設計には限界がある。最も制限される局面
はエネルギーの保存である。埋め込み装置は通
例、長寿命の内部電池により電力供給されるの
で、遠隔操作システムの電力消費はそのような装
置の設計に考慮すべき最も重要な因子の一つであ
る。今ではAD変換器（低エネルギー消費を有す
る）が容易にLSI回路に連結することができれ
ば、それらを埋め込み装置内に含めることができ
る。これら変換器は、アナログ信号をデジタル信
号に変換するのにほとんど電流を消費しない。 先行技術の装置は、皮膚を通過しないで通信を
行なういろいろの方法を使用した。1980年９月23
日付けの組織刺激システム用の遠隔側的装置
（Telemetry，Means for Tissue Stimulator
System）と題する特許第4223679号は、誘導的に
結合された外部的LC又はLR回路によつて作動さ
れる内部的LC又はLR回路の反射インピーダンス
に依存して情報を送るのにほとんど又は全く電流
を消費しない装置を開示している。この外部回路
はRF（ラジオ周波数）磁場キヤリアを使用するこ
とができる。上記の特許においては、埋め込み装
置内で電圧制御発振器（vlotage controlled
oscillator，VCO）が遠隔操作される信号によつ
て制御される。このVCOは反射されたインピー
ダンスを変化させる。もしもVCOを制御してい
る信号が２進法のデジタル信号である（一つの値
から単一の別の値に変化する）ならば、その信号
はVCOによつて符号化され、一つの周波数から
別の周波数に変化する。この方法のFSK
（frequency shift keying，周波数シフトキーイ
ング）として知られる。各ビツトの期間中−−２
進法の桁（ビツト）が表示される時間−−は多数
のキヤリア周期を必要とする。それゆえビツト率
はVCO中央周波数の10ないし30％より高くはで
きない。他方、RFキヤリア周波数は埋め込み装
置金属容器が１ないし30キロHzの上部カツトオフ
周波数を有した単極ローパス・フイルタとして減
衰を起こすかぎり、RFキヤリア周波数は余り高
くできない。また、外部発振器LC回路は通常、
20ないし50のＱ値（クオリテイー因子）を有し、
このことが有用な変調帯域をRFキヤリア周波数
の２ないし５％に限定してしまう。FSK符号化
法を使用して、最大のビツト率は、したがつて
RFキヤリア周波数の0.2ないし1.5％に制限され
る。従つて36キロHzのキヤリア周波数は毎秒72な
いし540ビツトを伝送できよう。データ率は通常、
毎秒100ビツト以下程度である。数千ないし数万
ビツトのデータを伝送するためにはもつと非常に
高い遠隔操作速度が必要である。情報はしたがつ
て以前に必要とされた時間の数分の一内で読み取
ることができる。 もう一つの先行技術装置はアナログ式及びデジ
タルデータ用の埋め込み遠隔操作伝送システムに
関する1981年８月４日付けの特許第4281664号に
例示されている。このシステムはその中で上記第
１の特許と同一の方法でアナログ及びデジタルデ
ータをFM符号化するためにVCOを使用する。そ
れはVCOの各正の遷移がある度に埋め込みされ
たコイルにパルスを与える。各パルスのある度に
上記のコイルは、並列容量により決定される周波
数を有する減衰性振動を発生する。受信側では上
記の周波数に同調されたもう一つのコイルが、そ
の減衰されたパルスを受信し、受信回路がVCO
の正方向の遷移を再生する。デジタルデータはア
ナログデータについてその中で説明されているの
と同様の方法でVCOを使用して、FSKにより伝
送される。そのような方式はビツト率が約１％の
キヤリア周波数を超えることができないという欠
点を有する。埋め込まれた金属容器が高周波を減
衰するかぎり、キヤリア周波数は、コイル駆動電
力を相応に増大することなしには約10キロHz以上
に増加させることはできない。このことは電力消
費の増大を必然的に伴う。 この埋め込み装置伝送器（implanted device
transmitter）は、本発明の一実施例によれば、
固定周波数クロツクで位相シフトキーイング
（PSK、マンチエスター符号化法）を使用して伝
送されるべき連続的データを符号化する。その結
果得られる信号は、外部装置のRFキヤリア周波
数に同調されたLC回路にまたがつて接続された
オン・オフスイツチ（例えば半導体スイツチ）を
制御する。この誘導器（Ｌを与える）は、外部誘
導器（外部LC回路のＬを与える）に対し磁気的
に結合されている。埋め込み装置のこのスイツチ
が、伝送されるべきデータにしたがつて開閉され
るにともない、外部LC回路により受信される反
射インピーダンスの変化（変調）を起こす。電子
的な性質を有するこのスイツチは、閉じられてい
るときはほとんど若しくは全く抵抗（すなわちイ
ンピーダンス）を示さず、開状態ではより大きな
抵抗（インピーダンス）を示すようにされていて
よい。その背景思想は、このインピーダンス若し
くはLC回路の特性は伝送されるべき信号に応答
して変化されるようにされていることである。別
の実施例では、そのような回路における電荷を埋
め込み装置内で与えることができ、あるいは情報
を伝送するためにそのアンテナとしてLC回路を
使用するRF伝送器を使用できる。 本発明のシステムは第１のモードの動作では、
伝送器にVCOを必要とすることなくデジタルデ
ータを伝送することができ、最小限のハードウエ
アでより高いビツト率を実現することが可能であ
る。そのビツト率はRFキヤリア周波数の２ない
し５％にでき、又は上記のシステムより3.3ない
し10倍早くできる。 上記の代わりとなる実施例では、本埋め込みシ
ステムがアナログ信号を使用する第２のモードが
与えられるが、そのアナログ信号は、本遠隔操作
システムにより同様に伝送できる周波数変調信号
（frequency modulated signal）を与える電圧制
御発振器（VCO）の変調に必要とされる。 別の実施例では、アナログ信号の送信（周波数
変調信号を起こす）において、数ビツトのデジタ
ル情報又は“マーカー”を含みうるデジタル信号
を本埋め込みシステムが時折挿入する第３のモー
ドが与えられる。 さらに別の実施例では、デジタルデータの
PSK伝送用のキヤリアとして固定周波数クロツ
クを使用する代わりに、第４のモードとして、デ
ジタル信号用のクロツク（及びキヤリア）として
変調FMキヤリアが使用され、従つて、一つのチ
ヤンネルにおいて同時的にされたアナログ及びデ
ジタル情報両方の伝送が結合される。 上記実施例に対するさらに別の設計変更例は、
反射インピーダンス原理の代わりに、埋め込みコ
イル（コンデンサにより５ないし50キロHz周波数
に同調されたコイル）が第１３図及び第１４図に
示すように符号化されたデータの正のエツジに対
応する一連のインパルスにより励磁されるもので
ある。 高周波では埋め込み装置からの伝送に用いるア
ンテナは非常に短くなり、そのような高周波では
それ自身必要なインダクタンス及び容量を与える
ことができる。フエライトビーズ、フエライトコ
イル、トロイドその他の高周波成分が、適当なイ
ンピーダンスを得るため及びそれらのインピーダ
ンスを整合するために伝送部分及び受信部分に若
しくはアンテナに、使用できる。 本発明の概念を使用して、20メガHzの高さに至
る、あるいは場合によりそれを超える周波数に
て、伝送を行なうことが可能である。そのような
周波数の上では、体組織の塩気性の液が、RF加
熱及び伝送損失を含めたエネルギー損失等の問題
を起こし始める。 さらに別の設計変更は、埋め込み装置内にアン
テナとして埋め込みコイルを使用した、情報の伝
送のための能動的rf伝送器が使用される。 すべての適切な伝送形態はそれが能動的であ
れ、受動的であれ、本発明の概念に含まれること
が意図されている。従つてインピーダンスの反
射、トランスポワダ（応答器）、rf伝送器（又は
他の能動的伝送器）、遠隔操作装置、電流若しく
は電圧変化、超音速、光、赤外線その他の適当
な、直接的電線なしに一つの地点から他の地点に
情報を得る方法若しくはモードは本発明の概念内
にある。 従つて、「伝送」、「得る」、又は「与える」とい
う用語はここであるいは請求の範囲で、それらの
意味内においてそれらすべての方法又はモードを
含むものと解釈されたい。 本明細書に説明するPSK符号化に加えて、他
の多数のパルス符号化法、例えばFM（周波数変
調−−０に対して１パルス、１に対して２パル
ス）、MFM（修正されたFM−−１ビツト当たり
１バルス未満を使用するもの−−ミラー符号化法
として知られる）、MM（修正されたミラー）ある
いは種々の２位相符号化法、が使用できる。その
ような符号化法は当業者にはよく知られている。
そのような符号化法の任意の一つにより、余分の
電力を必要とせずに、PSK符号化法に関連して
説明した上記PSK符号化において説明したと同
一のデータ率増大が可能となる。このことは第１
３図及びその説明に関連して明らかとなろう。 外部LC回路により受信される信号はPSK（又は
前記他の符号化）から処理され、複合されて
NRZデータにされる。デジタルデータに加えて
アナログデータを伝送するのにFM変調（VCO）
が使用される実施例では、アナログデータに対す
る出力はFM復調器（demodulator）及びフイル
タから取り出される。 埋め込み装置内の適当なスイツチが利用可能な
モードの選択を与える。そのようなスイツチはも
ちろん、患者の体の外部から、又は内部的制御装
置から、伝送された情報によつて制御され、若し
くは設定されうる。 体の外部から埋め込み装置へ情報を伝送するの
に類似の伝送器と受信器が使用しうる。埋め込み
装置に伝送される情報は、性質上、デジタルとさ
れることが多いであろう。しかしアナログ及びデ
ジタルデータの両方が伝送的に入力できること
は、ちようど両方の種類のデータが伝送的に取り
出すことができることと同様である。成分のいく
つか、すなわち、外方向伝送システムのLC回路、
が埋め込み装置中に情報を伝送するのに共用でき
よう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のデジタル装置で、先行技術の
システムよりも大きなデータ伝送率を有する遠隔
操作システムを示す。 第２図は第１図のデジタル装置内の特定位置に
存在するデジタル信号及び波形の複合図である。 第３図は改良された位相シフト符号化回路であ
る。 第４図はアナログ及びデジタルデータの両方が
送れる別の実施例である。 第５図は本受信器の複合化及び複調化部分の実
施例である。 第６図は本受信器の複合化及び複調化部分のさ
らに別の実施例である。 第７図は第６図の実施例を使用した第３動作モ
ードにおいて、受信器内の特定位置にて起こる信
号の複合線図である。 第８図は本発明の装置で使用されうるモードス
イツチの一例についての電気的線図である。 第９図は本発明のLC回路で使用できる電子ス
イツチの一例についての電気的線図である。 第１０図はヒステリシス性比較器」としばしば
呼ばれる比較器又はビツトスライサの線図であ
る。 第１１図は本発明の一実施例の基本的素子を示
すブロツク線図である。 第１２図は如何にして情報が本発明装置に遠隔
通信されるかを示す線図である。 第１３図は第１図に示した遠隔通信システム
の、インパルス型コイル駆動を利用する設計変更
例を示す。 第１４図は第１３図に示したシステムにおい
て、もしもPSKが使用されるときのいろいろの
位置における信号を示す。 第１５図は第１３図の容量６を荷電する別の方
法を示す。 第１６図は本埋め込み装置内の能動的rf伝送器
を示す。 第１７図は、一つの周波数における埋め込み装
置への電力もしくはデータ伝送と、他の周波数に
おける埋め込み装置からのデータ伝送送力とを示
す図である。

【発明の詳細な説明】

本発明は埋め込み装置及び外部受信器間に情報
を伝送するための改良された遠隔操作システムを
与える。本改良はデータ伝送率を増大すること、
従つてシステムの能力を増大することにある。 ここで第１図を参照すると、受信用外部装置１
と埋め込みされた伝送装置２が示されている。そ
のような装置は各々誘導器３，４をそれぞれ有
し、これら誘導器は相互に磁気的に結合されてい
る。それら誘導器はそれぞれ容量５，６に接続さ
れており、同調回路を形成する。同調された回路
７（埋め込まれた誘導器４及び容量６）は印加さ
れる信号により制御されるスイツチ８を含む。そ
れは低インピーダンス半導体スイツチである。埋
め込み装置内ではCMOSスイツチを使用するこ
とが通例である。スイツチ８が閉じられると、誘
導器４及び容量６は短絡されて、誘導器３に対す
るその換算インピーダンスはスイツチ８が開のと
きよりも小さくなる。了解されることであろう
が、スイツチ８は全く開の回路である場合と異な
り、開状態の時には大きな抵抗又はインピーダン
スを与える装置で良い。このスイツチが開である
ときは、誘導器４及び容量６は誘導器３及び容量
５から、スイツチ８の閉のときと異なる量のエネ
ルギーを抽出する。従つて、換算インピーダンス
が変化し、従つて外部の同調された回路のインピ
ーダンスが変化する。このことが、外部発振器の
変調を起こす。特許第4223679号はいかにしてこ
のシステムがFM／FMシステムとして同様
FM／AMとして作動するかを指摘している。 ここに使用されている「遠隔操作」及び特に請
求の範囲における「ラジオ周波数伝送」という語
はそれらの意味のうちに電磁的エネルギーに因る
無線通信すべてを含むことが意図されている。ラ
ジオ波の伝送および受信と同様、一つのコイルか
ら他のコイルへの誘導結合が含まれると解された
い。 第９図は本同調回路に使用するに適したスイツ
チ８の電気的略線図である。一方のソースが他方
のドレーンに接続されている２個のCMOSトラ
ンジスタ９１，９２はLC回路内で接続されてい
る。トランジスタ９１のゲートは制御信号により
直接的に駆動され、トランジスタ９２のゲートは
２個のトランジスタ９３，９４（これらはインバ
ータを形成する）により駆動される。 再び第１図を参照すると任意の信号源から受信
したデジタル情報がシフトレジスタ１０にデジタ
ル入力を与える。特定の実施例では、デジタルデ
ータはRAMメモリから、又はAD変換器から、
シフトレジスタに直接送ることができる。シフト
レジスタへの入力は直列又は並列でよい。クロツ
ク１１は本例では2048Hzで働き、EXOR（排他的
OR）ゲート１２に出力を与えるシフトレジスタ
を介して、データをシフトする。ゲート１２はま
た、クロツク１１から直接にクロツク信号を受信
してPSK信号である出力を与える。本実施例で
は、データが“１”であるときはクロツク信号の
位相を180度シフトするが、データが“０”であ
るときはシフトは現われない。 簡単に言えば、シフトレジスタの出力（これは
伝送されるべきデータを含む）は、この変調信号
であり、クロツク信号はそのキヤリアである。デ
ータパルスの上昇側エツヂがシフトレジスタ１０
により与えられること（これはデルタ０からデル
タ１への変化を示す）、ゲート１２の出力におけ
るキヤリアパルスは180度シフトされる。出力は、
降下側エツヂが到着する（これはデジタル１から
デジタル０への変化を示す）までのそのようなシ
フト位相にとどまり、その到着時点でゲート１２
における出力キヤリアの位相が元に位相まで180
度戻る。このようにして、PSK信号が与えられ
る。上記の議論はもちろんシフトレジスタ１０で
のNRZ（non−return to zero）デジタル符号化
を仮定する。 第２図を参照すると直ちにこの概念がわかる。
最初の線はクロツク信号である。線ＡはNRZ符
号化された信号011000を表す。このPSK信号は
クロツク信号から180度位相が変化し、次のデジ
タル０が現われるまで変化したままにとどまり、
０出現時にpsk信号がその元の位相であるクロツ
ク位相に戻る。 EXORゲート１２は除去できることを指摘し
ておく。伝送器はこの設計変更により、データが
シフトレジスタを出る際に、データを伝送する。
そうすることにより、普通「主ローブ（lobe）」
と表示されるNRZ周波数スペクトルは、PSKに
対するビツト率の１ないし1.6倍と比較して、DC
ないしビツト率の1.0倍であるという小さな利点
がある。他方、この伝送はクロツクがデータと共
には伝送されず、また非常に長い０や１のストリ
ングに対しては本受信器は同期からはずれること
がある。と言う重要な不利点を有する。しかし、
もしもデータが長い０や１のストリングスを回避
すべく予め符号化されていれば、この不利点は部
分的に除去できる。ータはもちろん、パルス周波
数変調、パルス位置変調、又はパルス周波数変調
として符号化できよう。そのうちPSKが一つの
形式であり、その場合ただ二つの周波数が使用さ
れる。 再び第１図を参照すると、PSK信号が、誘導
器４と容量６を含んだ同調された回路のスイツチ
８を駆動し、前述のように（PSK情報に基付い
て）インピーダンスに変化を与え、これが（磁気
誘導を通して）外部同調回路、誘導器３及び容量
５により感知される。この感知に要する電力は外
部装置により与えられる。この同調された回路に
接続された発振器１３は主として誘導器３と容量
５を含む同調回路により決定されるRF領域内の
周波数にて振動する。十分にエネルギーを伝送す
るために、誘導器４と容量６はそれと同一の周波
数にほぼ同調されている。発振器１３は他のほと
んどの発振器でも良好に作動しうるが、コルピツ
ツ（Colpitts）回路とすればよい。この発振器は
例えば、36キロHzで作動する。この回路は前に引
用した特許第4223679号の第２図に示されるもの
でよい。 変調器１４は、場合によつては簡単なAM検出
器、同期検出器、又は他の場合には復調器でよ
く、バンドバス・フイルタ１５に情報を与える
（このバスバンドは200ないし2400Hz程度である）。
AM復調器は非線形素子として、すべての干渉信
号をキヤリア周波数と混合するので、それらは除
去されなければならない。このバンドバス・フイ
ルタの主要な目的はキヤリア周波数をろ波により
いかなる干渉信号も除去すべく十分に減衰させる
ことにある。このバンドバス・フイルタは伝送さ
れた信号を再構成するに厳密に必要に周波数のみ
を通過させる。通常31.5キロHzであるCRT水平
掃引周波数の、第２高周波を減衰させることが特
に重要である。もしもキヤリア周波数が36キロHz
であれば、これはバンドバス・フイルタが4.5（36
−31.5）キロHzにて顕著に減衰する必要があるこ
とを意味する。 このバンドバス・フイルタ１５は次に第１０図
に詳細に示した一実施例に図示した２進法スライ
サ（slicer）１６（比較器）に対し、第２図に
と記した信号を与える。２進法スライサ又は比較
器は単なる帰還付きの増幅器である。この２進法
スライサ１６は第２図にＤと記した元のPSKデ
ジタル信号を、その出力端に与える。初めはシフ
トレジスタ１０内に保持されていたこのデジタル
出力信号を複合器１７が与える。この実施例で
は、情報はNRGであると例示されており、複合
器１７はPSK複合器として例示されている。他
の符号化法ももちろん利用できる。 ある場合には、ビツト期間が−クロツク期間以
上にわたるように、第１図のシフトレジスタ回路
に対するクロツク内に周波数分割器を挿入でき
る。このようにして、いろいろの他の符号化法が
利用できる。 第１図は第１のモードの伝送を表す。そのよう
なモードはデジタルである。 第１図のEXORゲートは時折、シフトレジス
タ内の伝播遅延のため、誤信号を発生しかねない
ことを了解されたい。より大きな正確さ及び信頼
性を得るため、第３図の実施例を使用して、シフ
トレジスタデータ出力をクロツクにより良く同期
できる。形式Ｄのフリツプ・フロツプ１８は的確
に、シフトレジスタのシフトされた各ビツト出力
を保持し、このフリツプ・フロツプ１８の伝播遅
延に合わせるために遅延器（又はバツフア）１９
が含まれている。 第１図又は第４図のPSK複合器１７は信号対
ノイズ比に応じて多用な方法で与えることができ
る。低い値では、コヒーレントPSK検出器及び
PLLクロツク回復回路付きの一層手の込んだ回
路の使用が推奨される。より優れた信号対ノイズ
比のときは（15dB又はそれ以上の）単純な回路
が第５図に示すように使用できる。この図では
EXORゲート２８が短安定マルチバイプレータ
２９を駆動し、このマルチバイブレータがさらに
（デジタルデータを受信しつつ）規則的にフリツ
プ・フロツプ３９を刻時し、従つてそれがNRZ
デジタルデータ出力を与える。 第２図のタイミング図は第１図又は第４図のバ
ンドバス・フイルタ１５の出力端に存在する波形
を例示する。そのような波形は２進法スライサ
１６（ヒステリシスのある比較器）により再構成
されて第２図ので示される波形とされる。第５
図ではEXORゲート２８がそのような波形を第
２図のに示すパルスに変形する。フリツプ・フ
ロツプ２９はトリガしない（nonotriggerable）
ワンシヨツト・マルチバイブレータであり（第５
図）、そのようなバルスに基づいて第２図の新し
いクロツク信号Ｆを創成する。そのようなクロツ
ク信号Ｆはフリツプ・フロツプ３９により使用さ
れて、NRZのＤ入力端で受信されるパルスを
複合する。フリツプ・フロツプ３９の出力は
NRZデジタルデータである。伝送が開始したば
かりのときなどに生ずるビツト間遷移により誤つ
てトリガされれば、如何にこのマルチバイブレー
タがそれ自身を機能させるか、ということを第２
図の波形は示している。伝送の第２モードはア
ナログ的であるが前記特許第4223479号に示され
るものと類似である。これは第４図に示されてお
り、アナログデータの複数チヤンネルを入力とす
るマルチプレクサ２１（MUX）の出力を、電圧
制御発振器２９（VCO）が受信する。そのよう
なデータは、例えば、本埋め込み装置により感知
される右心房又は左心房、又は右心室若しくは左
心室又はその両方における電気ポテンシヤルのみ
ならず刺激バルスを表す情報である。そのような
情報は心電図（ECG又はEKG）により表示され
るような情報である。小脳用の装置では、情報は
脳波記録計で示されるような情報である。VCO
の周波数は入力信号により制御されるが、1200な
いし2200Hzに変調できる。 モード選択スイツチ２２の制御は、埋め込み装
置内で行なうこともでき、また外部からの命令に
よつても制御できる。使用に適したードスイツチ
２２が第８図に例示されており、この図でRSフ
リツプ・フロツプ２３は制御信号により制御され
る。そのようなフリツプ・フロツプの出力はアン
ドゲート２４，２５と共同してEXORゲート１
２又はVCO２０から来る信号のいずれが同調回
路スイツチ８に送られるかを決定する。 第４図を再び参照すると、この第２モードの作
動では、（デジタル情報を使用するモードの場合
に類似して）アナログ情報は復調器１４内で復調
され、フイルタにかけられ、さらに、２進法スラ
イサ１６によつて条件付けされる。しかし、それ
は次いで、VCOがFM変調された信号を与える場
合には、FM復調器２７に送られる。伝送される
べき周波数領域を除くすべての周波数を除去すべ
くローパス・フイルタ２８を通過した後、アナロ
グデータ出力が与えられる。FM変調されたこの
信号は当該技術分野において公知の他の周波数−
電圧変換法を使用して、復調できる。 例えば、FM伝送の復号化は、第５図に示され
るものでよい。ワンシヨツト・マルチバイブレー
タ３１はパルス（第２図）を受信してローバ
ス・フイルタ３２に出力信号を与え、このフイル
タが次いでアナログデータ出力を与える。第４モ
ードの作動（この場合変調されたVCO信号がシ
フトレジスタに対するクロツク信号である）が使
用されるならば、第５図の点線３３が（線３４の
代わりに）使用される。この第４モードの作動は
下に説明する。フイルタ３２は、Ｅの周波数とワ
ンシヨツト・マルチバイブレータ３１の作動周期
（duty cycle）との間の関係に基づいて作動する
ベツセルローバス・フイルタでよい。到来する周
波数を２倍化すること（からまでによつてこ
の変調器は各半周期が考慮に入れられるのでさら
に鋭敏である。ワンシヨツト及びローバス・フイ
ルタ３２の代わりに、図示したようにローバス・
フイルタを有する任意のFM復調器がアナログデ
ータを出力するために使用しうる。このフイルタ
３２はマルチバイブレータ３１の信号出力を平滑
するのに必要である。 再検討すると、もしもスイツチ２２（第４図）
がＡにあるように制御されると、情報はシフトレ
ジスタから出力されて、もしもスイツチ２６がＣ
にあるように制御されると、前述したように位相
変調を受ける。このモードでは、シフトレジスタ
におけるシフトはクロツクによつて起こされる。
これは、性質上デジタル的モードの作動であつ
て、モード１として前に説明したものである。 スイツチ２２がほとんどの時間Ｂにとどまるが
（この時スイツチ２６はＣにとどまる）、「デジタ
ルマーカー」として送られる数ビツトのデジタル
信号又はFM信号に挿入された他のデジタルビツ
トを伝送するために、断続的にＡ位置になるよう
にされた、第３モードの伝送が可能である。
PSK復号器はこのデジタルマーカーを認識する。
FM変調器はデジタルマーカーを「グリツチ
（glitch）」又はスパイク（spike）」として示すこ
と、あるいは元々期間的に短いマーカーの伝送の
間保持状態に置かれること、ができる。 第６図は、モード３によつてアナログ及びデジ
タル伝送された情報を得る実施例を例示する。第
７図の波形を使用して、波形ＤがEXORゲート
２８の入力端に現われることが示されている。ア
ンドゲート３５は、その信号をワンシヨツト・マ
ルチバイブレータ２９（第５図におけると同様）
に送り、このマルチバイブレータ２９が次いで出
力をフリツプ・フロツプ３０に与える。リセツト
フリツプ・フロツプ３６は出力フリツプ・フロツ
プ３０をリセツト（再設定）させ、アンドゲート
３５，３７を介してワンシヨツト・マルチバイブ
レータ２９の刻時（clocking）を可能ならしめ
る。RC結合３８は、Ｔをビツト継続時間とする
とき、0.75T又は１／1.5Tの周波数に設定され
る。第７図を参照すると、４個のデジタルビツト
（16個の可能な組み合わせがある）の「マーカー」
がいかにしてアナログ信号内に送られるかが示さ
れている。 そのような復号化されたモードでは、デジタル
モード（モード１）で伝送をするときにはFM周
波数の範囲にビツト率１／Ｔが含まれる。最大周
波数は伝送器（transmitter）のLC回路のＱ値に
よつて制限されるべきである。最小周波数は、到
来するFMアナログデータの受信期間中ワンシヨ
ツト・マルチバイブレータ２９が常に設定されて
いるように、制限されるべきである。 第４図に示す第４モードの作動では、スイツチ
２２がＡに設定され、スイツチ２６がＤに設定さ
れ、VCO２０の出力がクロツクの役割を果たし
てシフトレジスタにおけるシフトを起こさせる。
このマルチプレクサ（MUX）はVCOの中央周波
数が2048Hzに維持されるように入力によつて切替
えられる。このマルチプレクサは、2048Hz中央周
波数を維持するに必要な基本線に加えて、VCO
を低指数（low index）FM変調する。もしも
VCOの変調指数が低いと外部装置はデジタル
PSK信号及びアナログFM信号の両方を復調する
ことができ、これら両信号は同時的にかつ連続的
に伝送される。 第５図はそのような情報の復調が得られる方法
を示す。（デジタル及びアナログデータが同時的
に送られる）このモード４では、線結合３３が線
結合３４の代わりに利用される。これは中間ビツ
ト遷移（mid−bit transitions）のみが計数され
なければならないからであり、ビツト間遷移
（inter−bit transitions）はデータによつては存
在したりしなかつたりするからである。 第１０図は第１図及び第４図において１６と示
した２進法スライサを示す。それは、入力が増大
すると突然にオン状態になり、入力が低下すると
オフ状態になる通常の装置である。それは通常シ
ユミツト・トリとか、スナツプ動作増幅器とか、
あるいは付活性帯域（dead band）があるために
ヒステリシス付き比較器と呼ばれるものである。
これはアナログ信号を矩形化するのに有用であ
る。 第１１図は、本発明の伝送器４０及び受信器４
１を示す。この伝送器はもちろん、患者の体内に
おいても体外においてもよく、また受信器も同様
である。伝送器兼受信器を体内に置き、また伝送
器兼受信器を体外においてもよい。 第１２図は同様に、伝送器及び受信器成分が如
何に共用されるかを示している。埋め込み装置の
遠隔操作装置受信器４３が、VCO２０とEXOR
ゲート１２が利用するものと同一LC回路を利用
する。この外部ユニツトは受信ユニツトでもあ
り、またプログラミング・ユニツト、あるいは伝
送ユニツトでもあつても、受信及び伝送の両方に
使用されるハートレー発振器１３を有している。
他の発振器ももちろん使用することができる。復
調器又は検出器１４は埋め込み装置から得られる
情報を受信する。変調器４２は情報を埋め込み装
置に伝送する発振器１３を変調する。誘導コイル
４は遠隔操作装置用受信器４３内で検出されるそ
のような情報を受信する。 第１３図はインパルス型コイル駆動を使用する
本発明による装置である。第１図のEXORゲー
ト１２は前述した符号化法すなわち、PSK、
FM、MFMまたはMMに基づいて、シフトレジ
スタ１０の出力データを符号化する符号化器４５
によつて置換されている。復号器の出力が０であ
るとき、またはこの出力がコイル４にまたがつて
１であるときは、スイツチ４６が容量６を内部電
源に接続する。この電源に接続されたときは容量
６は電源との関係で帯電し、またスイツチ４６が
コイルにまたがつて容量６を接続するときは減衰
性の振動が発生される。これが外部コイル３によ
つて受信され、回路１４，１５，１６によつて
AM復調され、濾波され、２進法スライス
（binary slice）される。その結果得られる２進
法データは元のNRZデータを回復するデータ復
号器１７に入る。この作動方法においては発振器
１３はコイル３，４に駆動電力を与える必要がな
く、それ故発振器１３を回路から接続解除するた
めにスイツチ４７が与えられている。 コイル４と容量６は第１２図に関連して述べた
ように受信器４３に対する受信回路としても依存
使用できる。スイツチ４６は、（コイル４と容量
６を相互に並列に保持しうるように）その動作の
間中、下方位置に維持される。 第１３図の符号化器４５がPSK符号化器（第
１図におけるようにEXORゲート１２を使用す
るもの）である場合には、発生される信号は第１
４図に示されるものである。第１４図のパルス列
ＣはMFM符号化を表わすということができる。
受信された信号Ｄについても同様のことがいえ
る。そのような場合にはデータ復号器１７は
MFMデータをNRZデータに変換しなければなら
ない。二位相のミラー法または他のPCM法に対
するそのような複合器その他の可能な復号器につ
いての略線図は、当業者にはよく知られており、
種類も多いので、図示されていない。多数の文献
にいろいろの符号化法と復号化法が開示されてい
る。1980年５月号「コンピユータ・デザイン」誌
181ページ以下のリチード・H.セバートの記事、
及び1973年プレンテイス・ホール社刊リンゼイ及
びサイモン共著の「テレコミユニケーシヨンズ・
エンジニアリング」11ページを参照されたい。 第１５図はLCの組合せ４，６を充電させるや
や異なつた方法を示す。スイツチ４６は電池４９
によつて容量４８を充電すべく接続し、次いで容
量６を充電すべく容量４８を接続する。両容量は
次いでコイル４にまたがつて接続される。この形
状は伝達周波数が受信周波数と異なるときに有用
である。 第１６図は埋め込み装置内の能動的RF伝達器
の使用を例示する。増幅器５０はリードスイツチ
５１によつて作動されるとき（これは当該技術分
野で普通に知られるように外部的マグネツトによ
つて行うことができる）、コイル４を利用して患
者の体外の受信器に伝達を行う。この伝達された
信号は符号化器４５から受信されるものである。 いろいろの公知伝達法が利用できることを了解
されたい。非常に高い周波数（VHF）では複雑
な電池ドレーンは許容し難い。伝達を行う適当な
エネルギーを得る一つの方法は、一つの周波数で
埋め込み装置中に電気エネルギーを供給し、他の
周波数でデータをとり出して受信することであ
る。第１７図はそのような方法を示しており、入
力コイル５２（電力もしくはデータ、またはそれ
ら両方を与える）を示している。埋め込み装置の
一部であるコイル５３はエネルギーもしくはデー
タを受信する。そしてダイオード５４によつてそ
れを整流または復調する。埋め込み装置内の信号
経路を決定するのに復号器スイツチ５５が使用で
きる。そのような復号器スイツチはリードスイツ
チ（外部マグネツトによつて）設定でき、または
以後の伝達がどこに送られるべきかを同定すべく
符号化される初期伝達によつて設定できる。もし
もエネルギーが与えられているときであれば、そ
のエネルギーは埋め込み装置によつて与えられる
任意のデータを別の周波数で出力し、伝達するこ
とができる伝達器５６を作動させる。アンテナ５
７アンテナまたはコイルでよく、受信器４９に接
続されている外部アンテナまたはコイル５８によ
つて拾われるべきエネルギーを伝達する。フエラ
イトコイル、フエライトステイクス、またはフエ
ライトビーズを使用して埋め込み装置に電力を伝
送するのに使用して与えることができる。もちろ
ん、エネルギーは1976年３月９日付けジヨセフ・
Ｈ・シユルマンによつて発明された「充電可能な
組織刺激システム」に対する特許第3942535号に
示される方法で埋め込み電池を充電するためにの
み与えることができる。この埋め込み電池はさら
に、データの伝達のための電力を与えるのに使用
することができる。埋め込み装置内のそのような
エネルギーの入手（電池または外部的電源のいず
れかによる）は、電力損失が大きくなるけれど
も、はるかに高い周波数を使用してもよい。第１
７図に示した概念及び他の公知方法を使用してデ
ータが受信される間でも、データを得ることが可
能である。したがつて外部との埋め込み装置の通
信は完全に二重的であり得る。このことは外部シ
ステムのみならず埋め込みシステムにおいて別個
の伝達と受信を行うことによつても達成し得る。 データ伝送技術において普通に知られているよ
うに、データは誤データの検査及び誤データの訂
正のために符号化すること（たとえば冗長性
（redundancy）、パリテイー検査、ハミングコー
ド（（Hamining Code）その他のコードを使用す
ることにより）できる。また本システムはデジタ
ルデータ技術及び通信技術の当業者によく知られ
たハンドシエーキング（hand shaking）その他
のデジタルデータ伝送技術を使用することができ
る。 本発明を詳細に例示、説明したが、それらは例
示のためであつて、限定のためでなく、本発明の
趣旨及び請求の範囲によつてのみ本発明の趣旨及
び範囲が限定されることを了解されたい。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １請求の範囲 同時にデジタル及びアナログ情報を埋め込み装
   置から外部装置に伝送する装置であつて、 前記埋め込み装置内でキヤリア信号を発生し、 さらにアナログ情報によつて該キヤリア信号を
   変調する周波数のための周波数変調装置と、 前記埋め込み装置内でデジタルデータを保持す
   るシフトレジスタ装置であつて、クロツク信号に
   基づいて該シフトレジスタ装置から出力される前
   記デジタルデータの時間を順次計測する装置を含
   むシフトレジスタ装置と、 前記周波数変調キヤリア信号を前記周波数変調
   装置から前記シフトレジスタ装置へ供給する装置
   であつて、前記周波数変調キヤリア信号が前記シ
   フトレジスタ装置から出力されるデジタルデータ
   の時間を順次計測するために用いられるクロツク
   信号からなる装置と、 前記埋め込み装置内にあつて、前記シフトレジ
   スタ装置から出力されて時間が計測された前記デ
   ジタルデータを前記周波数変調装置によつて前記
   外部装置へ伝送する伝送装置とを備え、これによ
   り、前記周波数変調キヤリア信号を変調するのに
   用いられる前記デジタルデータ及びアナログ情報
   の両者が前記伝送装置によつて伝送された信号に
   含まれる装置。 ２ 前記周波数変調装置が複数のソースからのア
   ナログ情報によつて前記キヤリア信号を変調する
   装置を含む特許請求の範囲第１項記載の装置。 ３ 前記順次伝送装置がデジタル変調装置を含ん
   でおり、該デジタル変調装置が、デジタルデータ
   がデジタル１又はデジタル０であるか否かの作用
   としての２つの可能性あるデータ表示の間で前記
   シフトレジスタ装置から出力されて時間が計測さ
   れたデジタルデータを変調する特許請求の範囲第
   １項記載の装置。 ４ 前記デジタル変調装置がPSK変調装置を備
   えており、該PSK変調装置が、デジタルデータ
   がデジタル１又はデジタル０であるか否かの作用
   としての２つの位相値の間で前記シフトレジスタ
   装置から出力されて時間が計測されたデジタルデ
   ータの位相をシフトする特許請求の範囲第３項記
   載の装置。 ５ 前記PSK変調装置が排他的論理和ゲートを
   備えており、該排他的論理和ゲートがその第１入
   力端子に適用される前記シフトレジスタから出力
   されて時間が計測されたデジタルデータと、前記
   シフトレジスタから出力されるデジタルデータの
   時間を計測するのに用いられ、その第２入力端子
   に適用される周波数変調キヤリア信号とを有する
   特許請求の範囲第４項記載の装置。 ６ 前記外部装置が、前記伝送装置によつて前記
   埋め込み装置から順次伝送されるデータを受け取
   る受信装置と、前記受け取つたデータから前記デ
   ジタルデータ及び前記アナログ情報を元に戻す復
   調装置とを備える特許請求の範囲第１項記載の装
   置。 ７ 前記復調装置が、前記受信装置によつて受け
   取られたデータ内に含まれたデジタルデータを元
   に戻すデジタルデコーダと、前記受信装置によつ
   て受け取られたデータからFM信号を抽出し、該
   FM信号が前記埋め込み装置の前記周波数変調装
   置によつて発生した周波数変調キヤリア信号を表
   すFM復調装置と、前記FM信号から前記アナロ
   グ情報を回復する装置とを備える特許請求の範囲
   第６項記載の装置。 ８ 選択的にデジタル又はアナログデータを埋め
   込み可能な医療装置から伝送するための埋め込み
   可能な伝送ユニツトであつて、 キヤリア信号を発生するキヤリア信号発生装置
   と、 前記キヤリア信号をアナログデータによつて変
   調するアナログ変調装置と、 デジタルデータを保持するシフトレジスタ装置
   と、 クロツク信号に応答して前記シフトレジスタ装
   置を介して前記デジタルデータを順次シフトする
   クロツク装置と、 前記クロツク信号と前記クロツク装置によつて
   前記シフトレジスタ装置から出力されて時間が計
   測されたデータとを受け取り、さらに、前記デジ
   タルデータのPSK信号を表す変調信号を発生す
   る排他的論理和ゲートと、 伝送のための前記変調キヤリア信号又は前記
   PSK信号の一方又は他方を選択するスイツチ装
   置と、 該スイツチ装置によつて選択された信号を伝送
   する伝送装置とを備える伝送ユニツト。 ９ 前記アナログ変調装置が前記アナログデータ
   の作用として前記キヤリア信号を変調する周波数
   のための周波数変調装置を備える特許請求の範囲
   第８項記載の伝送ユニツト。 １０ 前記クロツク装置が前記FMキヤリア信号
   を前記シフトレジスタに前記クロツク信号として
   供給する装置を備え、前記FMキヤリア信号がさ
   らに前記排他的論理和ゲートに前記クロツク信号
   として供給される特許請求の範囲第９項記載の伝
   送ユニツト。