JPS62502666A - 埋め込み装置用のアナログ及びデジタル遠隔操作装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 埋め込み装置用の遠隔操作システム 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ーである。他の良く知られた装置は、脳、を髄、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、マイクロプロセッサ又はマイクロプ ロセッサに類似の装置、１？Ｏ）Ｉ　、　ＲＡＭメモリ、ＬＳＩ（大規模集積回 路）、その他コンピュータハードウェア及び関連の技術等の複雑なデータ処理ハ ードウェアを含む。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って、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（低いエネ 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測的装置（Ｔｅｌｅｃ ｅｔｒｙ、Ｍｅａｎｓ　ｆｏｒＴｉｓｓｕｅ　５ｔｉＩＩｌｕｌａｔｏｒ　Ｓｙ ｓｔｅｍ）と題する特許第４，２２３．８７９号は、誘導的に結合された外部的 ＬＣ又はＬＲ回路によっ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）磁場キャ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（ｖｌｏｔａｇ ｅ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ、ＶＣＯ）が遠隔操作される 信号によって制御される。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によって符号化され、一 つの周波数から別の周波数に変化する。この方法のＦＳＸ（ｆ’ｒｅｑｕｅｎｃ ｙ　５ｂ１ｆｔ　ｋｅｙｌｎｇ、周波数シフトキーイング）として知られる。各 ビットの期間中−２進法の桁（ビット）が表示される時間−は多数のキャリア周 期を必要とする。それゆえビット率は■ＣＯ中央周波数の１０ないし３０％より 高くはできない。他方、ＲＦキャリア周波数は埋め込み装置金属容器が１０ない し３０キロＨｚのコーナー周波数を有した単極ローパス・フィルタとして減衰を 起こすかぎり、ＲＦキャ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（クォリティー因子）を有し、このことが 有用な変調帯域をＲＦキャリア周波数の２ないし５％に限定してしまう。

ＦＳＫ符号化法を使用して、最大のビット率は、したがってＲＦキャリア周波数 の０．２ないし　１．５％に制限される。

従って３６キロＨｚのキャリア周波数は毎秒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。数千ないし致方ビ ットのデータを伝送するためにはもっと非常に高い遠隔操作速度が必要である。

情報はしたがっ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４．２８１，６６４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の名工の遷移があ 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、Ｆ ＳＸにより伝送される。そのような方式はビット率が約１％のキャリア周波数を 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、キャリア周波数は、フィル駆動電力を相応に増大することなしに は約ｌθ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（ｉａｐｌａｎｔｅｄ　ｄｅｖｌｃｅ　ｔｒａｎｓ−ｍ ｉｔｔｅｒ）は、本発明の一実施例によれば、固定周波数クロックで位相シフト キーイング（ＰＳＫ、マンチェスター符号化法）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キャリア周波 数に同調されたＬＣ回路にまたがって接続されたオン・オフスイッチ（例えば半 導体スイッチ）を制御する。この誘導器（Ｌを与える）は、外部誘導器（外部Ｌ ｅ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 ッチが、伝送されるべきデータにしたがっ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 を有するこのスイッチは、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、最小限のハードウェアでより高いビ ット率を実現することが可能である。そのビット率はＲＦキャリア周波数の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（ｒｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｍｏｄｕｌａｔｅｄｓ ｉｇｎａｌ）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 ビッ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伝送用のキャリアとして固定周 波数クロッ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 ック（及びキャリア）として変調ＰＭキャリアが使用され、従って、一つのチャ 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。

フェライトビーズ、フェライトコイル、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、２００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ニ損失等 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。従ってインピーダンスの反射、トランスポンダ （応答器）、「ｆ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。

従って、「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−〇に対して１パルス、１に対して２パルス）　、ＭＰＭ（ 修正されたＰＨ−１ビツト当たり１パルス未満を使用するもの一ミラー符号化法 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１３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Ｅ　（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）及びフィルタから取り 出される。

埋め込み装置内の適当なスイッチが利用可能なモードの選択を与える。そのよう なスイッチはもちろん、患者の体の外部から、又は内部的制御装置から、伝送さ れた情報によって制御され、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、ちょ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復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復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ッ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ッチの一例についての電気的線 図である。

第１Ｏ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ピットスライ 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ック線図である。

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符号化法が使用さ れるときのいろいろの位置における信号を示す。

Ｗ１５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「ｒ伝送器を示す。

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、従ってシステム 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）に回路内で接続されており、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ｆｆｉ　（８））は印加される信号により 制御されるスイッチ（８）を含む。それは低インピーダンス半導体スイッチであ る。埋め込み装置内では（’ＭＯ８′スイッチを使用することが通例である。ス イッチ（８）が閉じられると、誘導器（４）及び容ｆｆｉ　（６）は短絡されて 、誘導器（３）に対するその反射インピーダンスはスイッチ（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、スイッチ（８）は全く開の回路で ある場合と異なり、開状態の時に大きな抵抗又はインピーダンスを与える装置で 良い。このスイッチが開であるときは、誘導器（４）及び容量（Ｂ）は誘導器（ ３）及び容量（５）から、スイッチ（８）が閉のときと異なる量のエネルギーを 抽出する。従って、反射インピーダンスが変化し、従っ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 ４．２２３．６７’９号はいかにしてこのシステムがＦＭ／　ＦＭシステムとし てと同様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」及び特許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ッチ（８）の電気的路線図である。

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ＣＭＯ９）ランジスタ（ ９１，９２）はＬＣ回路内で接続されている。一方のトランジスタのゲートは制 御信号により直接的に駆動され、他方のゲートは２個のトランジスタ（９３，９ ４）（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Ｉ？ ＡＭ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。クロック（１１）は本例では ２０４８Ｈ２で動き、ＥＸＯＲ（排他的ＯＲ）ゲー）　（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、クロッ ク（１１）から直接にクロック信号を受信してＰＳＫ信号である出力を与える。

本実施例では、データが“１”であるときはクロック信号の位相を１８０度シフ トするが、データが“Ｏ”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、クロック信号はそのキャリアである。データパルスの上 昇側エッヂがシフトレジスタ（１０）により与えられると（これはデジタル０か らデジタル１への変化を示す）、ゲート（１２）の出力におけるキャリアパルス は１８０度シフトされる。出力は、降下側エッヂが到着する（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）における出力キャ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。最初の線はクロック信号である。

線ＡはＮＲＺ符号化された信号ｏｔｉｏｏｏを表す。このＰＳＫ信号はクロック 信号から　１００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、Ｏ出現時にｐｓｋ信号がその元の位相であ°るクロック位相に戻 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）Ｊと表示されるＮＲ２周波数スペクトル は、ＰＳＫに対するビット率の、■ないし　１．８倍と比較して、ＤＣないしビ ット率の１．０倍であるという小さな利点がある。他方、この伝送はクロックが 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をする。しかし、も しもデータが長いストリンゲ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。データはもちろん、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ッチ（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）は他のほとんどど の発振器でも良好に作動しうる・が、コルピッツ（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４．２２３．６７９号の第２図に示されるものでよい。

変調器（１４）は、場合によっては簡単なＡＭ検出器、同期検出器、又は他の場 合には復調器でよく、バンドパス・フィルタ（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ャ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。このバンドパス・フィルタの主要な目的はキャリア周波数をろ波 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 パス・フィルタは伝送された信号を再構成するに厳密に必要な周波数のみを通過 させる。通常３１．５キロＨｚであるＣＲＴ水平掃引周波数の、第２高調波を減 衰させることが特に重要である。もしもキャリア周波数が３６キロＨｚであれば 、これはバンドパス・フィルタが４．５（３Ｂ−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。

このバンドパス・フィルタ（１５）は次に第１Ｏ図に詳細に示した一実施例に図 示した２進法スライサ（ｓｌ　ｊｅｅｒ）　（１Ｂ）（比較器）に対し、第２図 にＣ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（ｌＯ）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、ビット期間が−クロッ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ッ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。そのようなモはんは性質上、デジタルであ る。

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 クロックにより良く同期できる。形式りのフリップ・フロップ（１Ｂ）は的確に 、シフトレジスタのシフトされた各ビット出力を保持し、このフリップ・フロッ プ（１８）の伝播遅延に合わせるために遅延器（又はバッファ）　（１９）が含 まれている。

第４図のＰＳＫ複合器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クロック回復回路付きの 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（２Ｂ）が短安定マルチバイブレーク（２９）を駆動し、こ のマルチバイブレークがさらに（デジタルデータを受信しつつ）規則的にフリッ プ・フロップ（３９）を刻時し、従ってそれが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４図のバンドパス・フィルタ（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（１，６）（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ＥＸＯＩ？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。フリップ・フロップ（２９）はトリガしない（ｎｏｎｏｔｒｉｇｇ ｅｒａｂｌｅ）ワンシＥｌ　ット・マルチバイブレークであり（第５図）、その ようなパルスに基づいて第２図の新しいクロック信号Ｆを創成する。そのような りロック信号Ｆはフリップ・フロップ（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。フリップ・フロップ（３９）の出力はＮ ＲＺデジタルデータである。伝送が開始したばかりのどきなどに生ずるビット間 遷移により誤ってトリガされれば、如何にこのマルチバイブレークがそれ自身を 機能さ４．２２３，４７９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ャンネルを入力とするマルチプレクサ（２１ ）　（ＭｔｌＸ）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ャルのみなら ず刺黴パ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、１２ ００ないし２２００Ｈｚに変調できる。

モード選択スイッチ（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っても制御できる。使用に適したモードスイッチ（２２） が第８図に例示されており、この図でＲＳフリップ・フロップ（２３）は制御信 号により制御される。そのようなフリップ・フロップの出力はアンドゲート（２ ４，２５）と共同してＢＸＯＲゲート（１２）又はＶＣＯ（２０）から来る信号 のいずれが同調回路スイッチ（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、フィ ルタにかけられ、２進法スライサ（１Ｂ）によって条件付けされる。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・フィルタ（２８）を通過した後、アナログデータ出力が与えられる。Ｆ Ｍ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低伝送復号化は、第５図に示されるものでよい。ワンショット・ マルチバイブレータ（３１）は■パルス（第２図）を受信してローパス・フィル タ（３２）に出力信号を与え、このフィ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ｖｃ。

信号がシフトレジスタに対するクロック信号である）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。フィルタ（３２）は、Ｅの周波数とワンショット・マルチバ イブレーク（３１）の作動周期（ｄｕｔｙ　ｃｙｃｌｅ）との間の関係に基ツい て作動するベッセルローパス・フィルタテよい。到来する周波数を２倍化するこ と（■から■までによっ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。ワンショット及びローパス・フィルタ（３２）の代わりに、図示し たようにローパス・フィルタを含めて任意のｐ＋復調器がアナログデータの出力 用に使用しうる。このフィルタ（３２）はマルチバイブレーク（３１）の信号出 力を平滑するのに必要である。

再検討すると、もしもスイッチ（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、もしもスイッチ（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ックによって起こされる。これは、性質上デ ジタル的モードの作動であって、モード１として前に説明したものである。

スイッチ（２２）がほとんどの時間Ｂにとどまるが（この時スイッチ（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ットのデジタル信号 又はＦＭ信号に挿入された他のデジタルビッ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。ＰＭ変調器はデジタルマーカーを「グリッチ（ｇｌ ｉ−ｔｃｈ）Ｊ又は「スパイク（ｓｐｉｋｅ）Ｊ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によっ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、波形りがＥＸＯＲゲート（２ｇ）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 ョット・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 マルチバイブレーク（２９）が次いで出力をフリップ・フロップ（３０）に与え る。リセットフリップ・フロップ（３Ｂ）は出力フリップ・フロップ（３０）を リセット（再設定）させ、アンドゲート（３５，３７）を介してワンショット・ マルチバイブレーク（２９）の刻時（ｃｌ。

ｃｋｌｎｇ）を可能ならしめる。Ｒｅ結合（３８）は、Ｔをビ・ノド継続時間と 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個のデジタルビット（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ｌ）で伝送をする ときにはＰＭ周波数の範囲にビット率１／Ｔが含まれる。最大周波数は伝送器（ ｔ　ｒａｎｓ−ａ＋１ｔｔｅｒ）のＬＣ回路のＱ値によっ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ョット・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、スイッチ（２２）がＡに設定され、スイッ チ（２Ｂ）がＤに設定され、ＶＣＯ（２０）の出力がクロッ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２０４８）１ｚに維持されるように人力を与えられる。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（ｌｏｖｉｎｄｅｘ）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。

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。これは中間ビット遷移（ ｍｉｄ−ｂｉｔ　ｔｒａｎ−ｓｉｔｉｏｎｓ）のみが計数されなければならない からであり、ビット間遷移（ｉｎｔｅｒ−ｂｉｔ　ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｓ）は データによっては存在したりしなかったりするからである。

第１Ｏ図は第１図及び第４図において１Ｇ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。それは通常シュミット・トリガとか、スナップ動作増幅器と 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（４１）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、ＶＣＯ（２０）とＥＸＯＲゲー ト（１２）が利用するものと同−ＬＣ回路を利用する。この外部ユニットは受信 ユニットでもあり、またプログラミング・ユニット、あるいは伝送ユニットでも あって、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。他の発振器ももちる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）　（１２）は前述した符号化法すなわち、ＰＳＫ、ＰＭ、ＭＦ Ｍ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）によって置換されている。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）にまたがって１であるときは、スイッチ（４Ｂ）が容量 ＣＢ）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、またスイッチ（４Ｂ）がコイルにまたがって容量（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）によって受信され、段（１４，１５，１Ｂ）によってＡ Ｍ復調され、濾波され、２進法スライス（ｂｌｎａｒｙ　５ｌｉｃｅ）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（１ ７）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、それ散発振器（１３）を回路から接続解除するためにスイッチ（４ ７）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然使用でき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１４図に 示されるものである。第１４図のパルス列ＣはＨＰ）４符号化を表わすというこ とができる。受信された信号り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ＭＰＭ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路線図は、当業者にはよく知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「コンピューター・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 ティス・ホール社刊すンゼイ及びサイモン共著の「テレコミュニケーションズ・ エンジニアリングＪ　１１ベージを参照されたい。

第１５図はＬＣの組合せ（４、Ｂ）を充電させるやや異なった方法を示す。スイ ッチ（４６）は電池（４９）によって容量（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） にまたがって接続される。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 ）はリードスイッチ（５１）によって作動されるとき（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ッ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（Ｖ 　ＨＦ　）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）によってそれを整 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ッチク５５）が使用できる 。そのような復号器スイッチはリードスイッチ（外部マグネットによって）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 伝達によって設定できる。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っ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（５Ｇ）を作動させる。アンテナ（５７）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）によって拾われるべきエネルギーを伝達する。フェライトコイ ル、フェライトコイクス、またはフェ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１９７ ６年３月９日付はジョセフ・Ｈ・シュルマンによって発明された「充電可能な組 織刺激システム」に対する特許第３．９４２，５３５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１７ 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。したがっ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っても達成し得る。

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（ｒｅｄｕｎｄａｎ ｃｙ）、パリティ・−検査、ハミングコード（ｌｌａｍ！ｎｉｎｇ　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ェーキング（ｈａｎｄ　ｓ ｈａｋｉｎｇ）その他のデジタル１−タ伝送技術を使用することができる。

めであって、限定のためでなく、本発明の趣旨及び請求の範囲によってのみ本発 明の趣旨及びｆｅ囲が限定されることを了解されたい。

クロック　・ ＦＩＧ、２ ＦＩＧ、５ ＦＩＧ、６ ＦＩＧ、１０ ＦＩＧ、Ｈ ＦＩＣ；、１５ 手続補正書（龍） 昭和６２年　８月！７日

Claims (37)

【特許請求の範囲】
1. １．埋め込み可能な装置における組み合わせであって、デジタル情報を保持して それを出力として連続形式に与えるようにされた第一の装置と、誘導回路と、該 連続デジタル情報及びアナログ情報に基づいて該誘導回路のインピーダンス信号 又は電気信号の一つを変調するための第二の装置との組み合わせにして、該埋め 込み装置から来る連続的デジタル情報及びアナログ情報を伝送するための装置が 与えられている組み合わせ。
2. ２．請求の範囲第１項に記載の組み合わせにおいて、伝送されるべき該デジタル 情報をパルスコード変調する装置が含まれている組み合わせ。
3. ３．請求の範囲第１項に記載の組み合わせにおいて、伝送されるべき該デジタル 情報を位相シフトキーイング符号化する装置が含まれている組み合わせ。
4. ４．請求の範囲第１項に記載の組み合わせにおいて、該誘導回路の変調時に又は その前に該デジタル信号を符号化する装置が含まれる組み合わせ。
5. ５．請求の範囲第１項に記載の組み合わせにおいて該誘導回路の該インピーダン ス又は電気信号を変調する該装置が、該回路と関連して作動されるスイッチ装置 を含み、かつ該スイッチ装置が伝送されるべき情報に応答して作動される、組み 合わせ。
6. ６．請求の範囲第５項に記載の組み合わせにおいて、該誘導化回路が容量器を含 み、該スイッチ装置が誘導回路と並列に接続されている組み合わせ。
7. ７．請求の範囲第１項に記載の組み合わせにおいて、該第一装置がシフトレジス タと、該シフトレジスタからデジタル情報をシフトするクロック装置とを含み、 該誘導回路のインピーダンス又は電気信号の一つを変調する該装置が、該回路と 関連して作動されるスイッチ装置を含み、該スイッチ装置は該情報及び該クロッ ク装置に基づいて作動されるようにされた組み合わせ。
8. ８．請求の範囲第７項に記載の組み合わせにおいて、該クロック装置が伝送され るべきＦＨ変調信号を与え、該デジタル情報を該シフトレジスタからシフトする ために該ＦＨ変調信号が使用され、その場合情報のＦＨチャンネル及びデジタル 情報のチャンネルが同時的に一通信チャンネルで与えられるようにされた、組み 合わせ。
9. ９．埋め込み装置における組み合わせであって、与えるべき情報に基づいて変調 されたＦＨ信号を与える装置と、該変調されたＦＨ信号を、与えたいデジタル情 報に基づいて位相変調する装置と、誘導回路と、該ＦＨ変調および位相変調され た信号に基づいて該誘導回路のインピーダンス、又は該誘導回路内の電気信号、 を変調する装置との組み合わせ。
10. １０．請求の範囲第９項に記載の組み合わせにおいて、該変調されたＦＨ信号の 該位相変調が位相シフトキーイング（ＰＳＫ）である、組み合わせ。
11. １１．埋め込み可能な装置における組み合わせであって、アナログ情報に基づい て周波数変調される信号を与える装置と、デジタル情報に基づいて位相変調され る信号を与える装置と、該周波数変調された信号及び該位相変調された信号の一 方又は他方の出力を与える装置と、それらを単一キャリア上に同時的に出力とし て与える装置と、の組み合わせ。
12. １２．請求の範囲第１１項に記載の組み合わせにおいて、該信号を出力として与 えるための該装置が出力回路又はラジオ周波数伝送装置のインピーダンスを変化 させる一装置を含む、組み合わせ。
13. １３．アナログ情報に基づいて変調される周波数変調されたキャリアを与える装 置と、デジタル情報と刻時信号とに基づいて位相変調を与える装置と、該周波数 変調されたキャリアを該刻時信号として利用する装置との組み合せ。
14. １４．請求の範囲第１３項に記載の組み合わせにおいて、位相変調を与える該装 置が位相シフト変調を与える、組み合わせ。
15. １５．請求の範囲第１３項の記載の組み合わせにおいて、位相変調を与える該装 置が位相シフトキーイング変調を与える、組み合わせ。
16. １６．請求の範囲第１３項に記載の組み合わせにおいて、該アナログ情報及びデ ジタル情報を受信するとともに復調する非埋め込み式装置、が含まれる組み合わ せ。
17. １７．請求の範囲第１３項に記載の組み合わせにおいて、該伝送された情報を受 信し、増幅し、又は位相復調する非埋め込み式装置が含まれ、該デジタル情報を 復号化する装置と該アナログ情報を復調する装置とがさらに含まれる、組み合わ せ。
18. １８．請求の範囲第１３項に記載の組み合わせにおいで、該伝送された情報を受 信し、増幅し、又は位相復調する非埋め込み式装置が含まれると共に、不要の周 波数を除去するためのバンドパス・フィルタ、ヒステリシス付きの比較器、該比 較器の出力を受信すべく接続された位相シフト復号器、該比較器の出力を同様に 受信すべく接続された周波数変調復調器、及び該周波数変調復調器の出力を受信 すべく接続されたローバス・フィルタがさらに含まれる、組み合わせ。
19. １９．アナログ情報及びデジタル情報を同時的に単一キャリア上に与える装置を 含む埋め込み可能な装置と、該キャリア上の該情報を得てこれを復調するように された非埋め込み式装置との組み合わせ。
20. ２０．請求の範囲第１９項に記載の組み合わせにおいて、該キャリアがＦＨ変調 されており、また該デジタル情報に基づいて位相変調もされている、組み合わせ 。
21. ２１．請求の範囲第１９項に記載の組み合わせにおいて、該キャリアが該デジタ ル情報に基づいてパルスコード変調されている、組み合わせ。
22. ２２．請求の範囲第１９項に記載の組み合わせにおいて、該キャリアが該デジタ ル情報に基づいて位相シフトキーイング変調されている、組み合わせ。
23. ２３．埋め込み装置における組み合わせであって、アナログ情報に基づいて低指 数（Ｌｏｗ　ｉｎｄｅｘ）周波数変調されるキャリアを発生する装置と、デジタ ル情報及びクロック信号に基づいてデジタル情報を位相シフトキーイング符号化 する装置と、該周波数変調されたキャリアを該クロック信号として利用する、組 み合わせ。
24. ２４．埋め込みされる装置における組み合わせであって、アナログ信号に基づい てキャリアを周波数変調する装置と、デジタル信号に基づいてキャリアを位相シ フトキーイング変調する装置と、該周波数変調されたキャリアを伝送すると共に 該位相シフトキーイングを受けたキャリアを断続的に伝送する装置と、の組み合 わせ。
25. ２５．埋め込みされる装置における組み合わせであって、アナログ信号に基づい て変調されるキャリア信号を与える装置と、デジタル信号に基づいて変調される キャリア信号を与える装置と、該キャリア信号を伝送すると共に受信するように された装置と、の組み合わせ。
26. ２６．請求の範囲第２５項に記載の組み合わせにおいて、同一のキャリアがアナ ログ信号に基づいて変調されると共にデジタル信号に基づいても変調される、組 み合わせ。
27. ２７．組み合わせであって、アナログ情報及びデジタル情報を同時的に一チャン ネルの通信で与える装置を有した埋め込み可能な装置と、該同時的に与えられる 情報を得てこれを復調する非埋め込み装置と、の組み合わせ。
28. ２８．伝送されるべき情報に基づいて周波数変調されるキャリアを与える装置と 、デジタル情報を受信すべく接続されたシフトレジスタ装置と、該デジタルデー タを該シフトレジスタを通してシフトさせるべく接続された装置と、該装置の出 力及び該シフトレジスタの出力を受信すべく接続された排他ＯＲゲート装置との 組み合わせであって、位相シフトキーイング（ＰＳＫ）を受けた信号と、該ＦＨ 信号又は該ＰＳＫ信号の一方又は他方を伝送のため選択する装置と、該信号を伝 送する装置と、が含まれる組み合わせ。
29. ２９．請求の範囲第２８項に記載の組み合わせにおいて、該デジタルデータを該 シフトレジスタを通してシフトすべく接続された該装置が、該周波数変調された キャリアを含み、該排他ＯＲゲートに対する入力の一つが該周波数変調されたキ ャリアを受信すべく接続されている、組み合わせ。
30. ３０．埋め込み装置において、伝送したい情報に基づいて周波数変調されるキャ リアを発生する装置と、伝送したい情報に基づいて該周波数変調されたキャリア をパルスコード変調する装置との組み合わせ。
31. ３１．埋め込み可能な装置においてアナログ情報に基づいてキャリアを周波数変 調する段と、デジタル情報に基づいてキャリアを位相シフト変調する段と、該周 波数変調されたキャリアを該位相シフト変調のためのキャリアとして使用する段 とを含む情報伝送法。
32. ３２．埋め込み可能な装置において、デジタル及びアナログ情報の両方を担持す る単一のキャリアを与える段を含む情報伝送法。
33. ３３．請求の範囲第３２項に記載の方法において、デジタル及びアナログ情報を 同時的に該単一キヤリア上に伝送する段を含む。
34. ３４．埋め込み可能な装置からアナログ及びデジタル情報を伝送する方法であっ て、該アナログ情報に基づいてキャリアを周波数変調する段と、該デジタル情報 に基づいて該周波数変調されたキャリアを位相変調する段とを含むことにより、 該アナログ及び該デジタル情報が同時的に与えられる方法。
35. ３５．請求の範囲第３４項に記載の方法にして、該キャリアを位相復調すると共 に該キャリアを周波数復調する段とをさらに含む方法。
36. ３６．請求の範囲第３４項に記載の方法において、該位相変調が位相シフトキー イングである方法。
37. ３７．請求の範囲第３４項に記載の方法において、該位相変調が位相コード変調 である方法。 発明の詳細な説■