KR20210105394A - 유도성 감지 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

유도성 감지 시스템(8)은 전자기 여기 신호들을 신체 내로 인가하도록 구성되며, 시스템은 루프 안테나(12)를 포함하는 공진기 회로(10)를 포함한다. 시스템은 공진기 회로의 전기적 특성들의 변동에 기초하여 동일한 안테나를 이용하여 신체로부터 다시 반송된 신호들을 감지한다. 시스템은 신체 내의 상이한 생리학적 소스들로부터 수신된 신호들을 분리하도록 구성된다. 이는 수신된 전자기 신호들에 의해 안테나에 추가된 추가적인 인덕턴스 성분의 실수부 및 허수부 둘 모두를 나타내는 전기적 특성들을 공진기 회로에서 검출하는 것에 기초하여 수행된다. 상이한 생리학적 소스들로부터의 신호들을 분리하는 것은 반송된 신호들에 의해 공진기 회로에 추가되는 상기 검출된 실수 및 허수 인덕턴스 성분들의 상대적 크기들에 기초한다.

Description

유도성 감지 시스템 및 방법

본 발명은 특히 전자기 여기 신호들의 신체 내로의 전파에 반응하여 신체로부터 방출된 전자기 신호들을 감지하기 위한 유도성 감지 시스템 및 방법에 관한 것이다.

통상적으로 심장, 폐 또는 동맥과 같은 내부 신체 구조물들의 기계적 이동들 및 동적 변화들을 측정하는 것이 필요하다. 예를 들어, 심장의 심실 또는 폐의 주기적으로 변동하는 내부 용적 또는 치수들, 또는 동맥의 기계적 활동, 예컨대 심장 주기에 따른 동맥 용적의 변화를 측정하는 것이 유용하다.

기계적 활동을 측정하는 센서들은 때때로 키모그래픽(kymographic) 센서들(임상 분야의 키모그래픽 생체측정 센서들)로 불린다. 키모그래픽 생체측정 센서들의 일부 예들은 가속도계-기반 바이오센서들, 흉부경유 임피던스 바이오센서들, 레이저-기반 바이오센서들, 용량성 센서들, 및 광용적맥파(PPG) 센서들이다.

자기 유도성 센서들은 또한 기계적 활동을 감지하기 위한 생체측정 센서들로서 사용될 가능성을 갖는다. 유도성 감지의 작동 원리는 패러데이의 법칙에 기초한다. 발진 일차 자기장은 발생 루프 안테나에 의해 발생되고, 이는 패러데이의 법칙을 통해 신호들에 의해 조사되는 조직 내의 와전류들을 유도한다. 와전류들은 이차 자기장을 발생시킨다. 이어서, 총 자기장은 일차 자기장 및 이차 자기장의 중첩이다. 생성 안테나의 전기적 특성들에 유도된 변화들(안테나 전류)이 측정될 수 있고, 이들은 2차 자기장 및 그에 따라, 자극된 조직의 특성들을 도출하기 위해 사용될 수 있다.

유도성 감지는 심장 및 폐 기계적 활성, 또는 사람 팔의 요골 동맥과 같은 혈관의 기계적 활성의 단순 비접촉 측정들에 대한 가능성을 제공한다.

일반적으로 (유도성 센서들 및 다른 유형의 센서들을 포함하여) 키모그래픽 바이오센서들의 매우 중요한 단점은 상이한 생리학적 소스들 또는 활동들로부터 유래하는 감지된 신호들을 구별하는 것이 현재 매우 상이하다는 것이다.

예를 들어, 단일 합성 반송된 신호 내에서, 심장의 기계적 활동(예컨대, 심장 맥박)과 관련된 신호 요소들과 폐의 기계적 활동(예컨대, 호흡)과 관련된 요소들을 구분하는 것은 매우 어렵다.

알려진 시스템들에서, 이는 종종 심박수가 호흡율보다 더 큰 것으로 가정함으로써 수행된다. 이러한 방식으로, 상이한 신호 성분들은 주파수에 기초하여 구별되고 분리될 수 있다.

그러나, 심박수와 맥박수에 대한 임상적으로 가능한 범위들은 겹친다. 예를 들어, 특히 높은 호흡율의 주파수들은 특히 낮은 맥박수의 주파수들과 겹치며, 그 반대도 마찬가지이다. 따라서, 최신 시스템들에 의해 감지된 (높은) 호흡율은 낮은 심박수로서 부정확하게 해석될 수 있으며, 그 반대도 마찬가지로서, 잘못된 임상 진단 및 개입을 초래할 수 있다.

예를 들어, 신생아 모니터링에서, 무호흡은 종종 임피던스 기반 측정들에 의해 검출되지 않는데, 그 이유는 이러한 질환의 심장 수축 특성이 환자의 호흡율로서 부정확하게 해석되기 때문이다.

알려진 시스템들과의 추가의 관련 문제는, 움직임 아티팩트들이 또한 맥박 신호 또는 호흡 신호와 같은 진정한 생물물리학적 신호들과 구별하기 어렵다는 것이다. 진정한 신호들로부터 움직임 아티팩트들을 구별하는 것은, 다시, 아티팩트의 주파수가 생체측정 신호의 주파수와 상이하고/하거나 아티팩트의 파형이 생체측정 신호의 파형과 (예컨대, 모양 특성들에서) 상이하다고 가정하여 종종 수행된다. 그러나, 이러한 방법들은 종종 신호 아티팩트의 주파수 및 파형 둘 모두가 종종 생체측정 신호의 주파수 및 파형과 유사하기 때문에 만족스럽지 못하다.

예를 들어, 도보 동안의 환자의 걸음 주파수가 맥박수에 가까운 경우(이는 일반적으로 사실임), 맥박 주파수의 측정들은 신뢰할 수 없게 된다. 또한, 주파수들이 상이한 경우에도, 환자의 걸음 주파수는 그럼에도 불구하고 예를 들어, 이 둘의 매우 유사한 파형으로 인해 맥박 주파수로서 해석될 수 있다. 이는 심박수의 부정확한 측정을 초래한다.

따라서, 상이한 생리학적 신호들을 서로로부터, 그리고 신호 아티팩트들로부터 더 신뢰성 있게 구별할 수 있는 유도성 감지에 대한 개선된 접근법이 요구된다.

본 발명은 청구범위에 의해 한정된다.

본 발명의 일 태양에 따른 예들에 따르면, 신체 내로의 전자기 여기 신호들의 인가에 응답하여 상기 신체로부터 반송된 전자기 신호들을 감지하기 위한 유도성 감지 시스템이 제공되며, 시스템은

루프 안테나를 포함하는 공진기 회로;

전자기 여기 신호들을 발생시키기 위해 루프 안테나를 여기시키도록 구성된 신호 발생 수단;

공진기 회로의 전기적 특성들의 변동들을 검출하는 것에 기초하여, 루프 안테나를 사용하여 신체로부터의 상기 반송된 신호들을 감지하도록 구성된 신호 감지 수단을 포함하며,

시스템은

감지된 반송된 신호들로부터, 수신된 전자기 신호들에 의해 공진기 회로에 유도된 추가적인 인덕턴스 성분의 실수부 및 허수부 둘 모두를 나타내는 측정치들을 검출하고,

실수 및 허수 인덕턴스 성분들을 나타내는 검출된 측정치들을 사용하여, 반송된 전자기 신호들로부터 상이한 각자의 생리학적 소스들에 대응하는 하나 이상의 개별 신호 성분들을 추출하도록 구성되고, 추출은 반송된 신호들에 의해 공진기 회로에 추가된 상기 검출된 실수 및 허수 인덕턴스 성분들의 상대적 크기들에 기초한다.

추출된 신호 성분들은 별개의 개별 신호 성분들이며, 각각은 신체 내의 상이한 각자의 알려진 생리학적 소스에 대응한다. 다시 말하면, 각각의 신호 성분은 상이한 생리학적 소스에 대응하는 임의의 다른 신호 성분으로부터 분리된 격리된 신호 성분이다.

본 발명의 실시예들은 신체 내의 상이한 생리학적 또는 해부학적 소스들로부터 유래하는 신호들이 해당 소스의 신호가 안테나에 도달할 때 감지 안테나에서 유도된 추가적인 인덕턴스 성분의 실수부 및 허수부의 서로 다른 특성 상대적 크기들을 나타낸다는 통찰에 기초한다.

제안된 접근법은 안테나의 전기적 특성들의 변화들로부터, 신체로부터 다시 수신된 전체 합성 신호에 의해 안테나 루프(또는 공진기 회로)에서 유도된 추가적인 인덕턴스 성분의 실수부 및 허수부 둘 모두에 관련되거나 그를 나타내는 측정치들을 측정하는 것에 기초한다.

일부 실시예들에서, 상이한 생리학적 소스들에 대응하는 별개의 개별 신호 성분들을 결정 및 추출하기 위해, 실수 및 허수 성분들을 표현하는 검출된 측정치들을 나타내는 신호들에 독립 성분 분석(independent component analysis) 방법이 적용될 수 있다. 이는 "온라인" 방식으로 수행될 수 있어서, 실수 및 허수 추가된 인덕턴스 성분들을 나타내는 상기 측정치들을 표현하는 검출된 신호들이 독립 성분 분석 절차로 실시간으로 처리되고, 이에 기초하여 상이한 성분 생리학적 신호들이 분리 및 추출된다.

추가 세트의 실시예들에 따르면, 상이한 특정 생리학적 신호 소스들에 대한 대응하는 인덕턴스 신호들(또는 그에 관련된 측정치들)의 실수부 및 허수부의 알려진 특성 상대적 크기들의 데이터세트가 참고될 수 있고, 이들은 합성 신호로부터 상이한 생리학적 소스들에 대응하는 신호 요소들을 추출하는 데 사용될 수 있다.

예를 들어, 실수 및 허수 인덕턴스 부분들의 상이한 특성 상대적 크기들에 관련된 실수 및 허수 추가적인 인덕턴스 부분들 및 저장된 측정치들 또는 정보를 나타내는 검출된 측정치들은 추가적인 유도 인덕턴스 성분에 대한 복소 평면 내의 벡터들로 생각되거나 이해될 수 있다. 상이한 생리학적 소스들에 대한 상이한 신호 성분들의 추출은 저장된 특성 벡터들을 실수부 및 허수부의 측정된 벡터 상으로 효과적으로 투영시킴으로써 실현될 수 있다. 복소 평면 내의 저장된 특성 벡터들 중 하나와 동일한 방향성을 갖는 합성 신호의 해당 부분 만이 이러한 투영으로부터 출력된다. 이어서, 이 부분은 그 벡터에 대응하는 생리학적 소스로부터 유래하는 신호 성분에 대응한다.

일반적으로, 루프 안테나가 신체와 근접하게 될 때, 인덕턴스 L은 여기 신호들을 인가한 결과로서 자극된 신체에서 유도된 와전류들로 인해 발생하는 추가적인 반사 인덕턴스 성분 L _r 을 획득한다.

이어서, 이들 와전류들은 2차 시변 자속의 발생으로 인해 루프 안테나의 인덕턴스에 효과적으로 기여한다. 이들 와전류 자속들은 안테나의 일차 자속과 조합되어, 안테나에서 더 큰 유도된 역 EMF를 생성하고, 따라서 더 큰 측정가능한 유효 인덕턴스를 생성한다.

와전류들로부터 발생하는 인덕턴스의 추가된 성분은 본 개시 내용에서 "반사 인덕턴스" L _r과 동의어로 지칭될 수 있다. 코일 안테나의 총 인덕턴스 L _t는 다음과 같이 표현될 수 있다:

여기서, L ₀ 은 자유 공간 내의 안테나의 자기 인덕턴스이고, L _r 은 자극된 신체 또는 매체의 근접성에 의해 야기되는 반사 인덕턴스이다.

반사 인덕턴스는 반사 임피던스 Z_r과 밀접한 관련이 있다. 관계는 L_r = Z_r / iω이며, 여기서 ω는 전자기 여기 신호들의 방사 주파수(신체에 인가되는 시변장)이다.

일반적으로, 반사 인덕턴스 L _r 은 복소수이고, 다음과 같이 표현될 수 있다:

여기서

은 안테나의 반응성 임피던스와 관련되고,

는 안테나의 저항성 임피던스와 관련된다.

인덕턴스 L _r의 반사 성분의 추가는 안테나(또는 공진기 회로)의 특성들의 디튜닝(detuning)으로 이어진다. 특히, 코일 안테나 회로의 자연 방사 주파수 및 코일 안테나 회로의 감쇠 인자 둘 모두가 변화한다.

특히, 추가적인 인덕턴스 성분 L _r의 실수부는 공진기 회로 또는 안테나의 주파수에서 자체적으로 나타난다. 추가적인 인덕턴스 성분의 허수부는 공진기 회로의 진폭에서 나타난다. 따라서, 하나의 세트의 예들에서, 추가적인 인덕턴스 성분들의 실수부 및 허수부는 공진기 회로(전류)의 주파수 및 진폭의 변화들을 측정하는 것에 각각 기초하여 검출될 수 있다. 그러나, 이하에서 논의되는 바와 같이, 다른 접근법들이 가능하다.

위에 언급된 공진기 회로는 반송된 전자기 신호들을 측정 또는 검출하는 목적을 위해 이들 신호들과 결합하기 위한 것이다.

따라서, 이 접근법에서 신호 감지는 신호 발생과 동시에 수행된다.

공진기 회로는 루프 안테나와 전기적으로 결합된 커패시터 성분을 포함할 수 있다.

공진기 회로는 전기적 공진 주파수를 갖는다. 이는 회로에 의해 포함된 제공된 커패시터 성분에 의해 적어도 부분적으로 정의될 수 있다.

전술된 바와 같이, 하나의 세트의 실시예들에 따르면, 개별 신호 성분들의 추출은 실수 및 허수 인덕턴스 성분들을 나타내는 검출된 측정치들에 대한 독립 성분 분석 절차의 적용에 기초할 수 있다.

추가 세트의 실시예들에 따르면, 추출은 상이한 생리학적 신호 소스들에 대해 실수 및 허수 추가된 인덕턴스 성분들의 알려진 상대적 크기들을 나타내는 정보의 데이터세트를 참고하는 것에 기초한다.

특히, 이러한 세트의 실시예들에서, 시스템은

상기 신체 내의 복수의 상이한 알려진 생리학적 소스들로부터의 신호들에 대해, 상기 생리학적 소스로부터 수신된 신호에 의해 공진기 회로에 추가된 실수 및 허수 인덕턴스 성분들의 특성 상대적 크기들을 나타내는 정보를 저장하는 데이터세트에 액세스하고,

실수 및 허수 인덕턴스 성분들을 나타내는 검출된 측정치들을 사용하여, 그리고 상기 데이터세트를 참고하는 것에 기초하여, 반송된 전자기 신호들로부터 상이한 각자의 알려진 생리학적 소스들에 대응하는 하나 이상의 개별 신호 성분들을 추출하도록 구성될 수 있다.

데이터세트는 상이한 생리학적 소스들로부터 유래하는 신호들에 의해 추가되는 인덕턴스 성분들의 실수부 및 허수부의 상대적 크기들을 나타내는 정보를 저장한다. 상대적 크기들이란 서로에 대해 상대적인 것을 의미할 수 있는데, 예컨대 크기들이 정규화되어 그들의 합계 또는 그들의 제곱의 합이 1이 된다.

특성 상대적 실수부 및 허수부 크기들을 나타내는 저장된 정보는 많은 상이한 특정 형태들 또는 표현들을 취할 수 있다. 일부 예들에서, 상대적 크기들은 수치 형태로 저장될 수 있다. 일부 예들에서, 상대적 크기들은 벡터 형태로 저장될 수 있는데, 예컨대, 각각의 상대적 크기는 하나의 벡터 요소 또는 성분을 형성할 수 있다.

일부 예들에서, 상이한 측정치가 저장될 수 있으며, 이 측정치는 예를 들어, 실수 및 허수 인덕턴스 부분들의 상대적 크기들을 나타내거나 그에 관련되거나 그에 비례할 수 있다. 예를 들어, 일부 예들에서, 생리학적 신호를 실수부 및 허수부 각각에 의해 나눌 수 있고, 이들 몫들 또는 비들은 저장될 수 있다. 일부 예들에서, 주어진 생리학적 소스로부터 수신된 신호에 의해 유도된 추가적인(복소수) 인덕턴스 성분의 복소 편각(argument) 또는 위상이 저장될 수 있다. 편각은 본질적으로 추가적인 인덕턴스 성분의 복소 평면 내의 방향을 나타내는데, 이 방향으로부터 추가적인 인덕턴스 부분의 실수부 및 허수부의 상대적 크기들이 직접 뒤따른다.

하나의 세트의 예들에 따르면, 각각의 생리학적 신호 소스에 대한 저장된 정보는 생리학적 소스로부터 수신된 신호에 의해 감지 공진기 회로에 추가된 추가적인 인덕턴스 성분에 대한 복소 평면 내의 벡터 또는 포인트의 형태를 취할 수 있다.

벡터 또는 포인트는 본 개시 내용에서 특성 벡터 또는 포인트로 지칭될 수 있다. 벡터 또는 포인트는 각자의 생리학적 소스로부터 수신된 신호에 의해 공진기 회로에 추가된 추가적인 인덕턴스 성분을 표현한다.

특성 벡터는 일부 예들에서 정규화될 수 있다(즉, 벡터는 복소 평면 내의 단위 벡터일 수 있다).

벡터 대신에, 저장된 정보는 다른 예들에서 단순히 복소 평면 내에서의 그러한 벡터의 방향의 표현의 형태를 취할 수 있다.

추가 예들에서, 저장된 정보는 (위에서 언급된 바와 같이) 생리학적 소스로부터 수신된 신호에 의해 유도된 추가적인 인덕턴스 성분의 특성 편각 또는 위상의 형태를 취할 수 있다.

하나의 세트의 예들에 따르면, 저장된 정보에 의해 표현되는 상기 특성 상대적 크기들은, 추가적인 감지된 인덕턴스 성분의 실수부 및 허수부를 나타내는 검출된 측정치들과 주어진 생리학적 소스에 대한 추출된 신호 성분 사이의 곱셈 매핑을 제공하도록 가중된다.

이는 실수부를 나타내는 저장된 측정치 및 허수부를 나타내는 저장된 측정치가 가중될 수 있어서, 각각을 측정된 추가적인 인덕턴스 성분의 대응하는 실수부 또는 허수부와 곱하면 대응하는 생리학적 소스로부터 유래하는 신호 성분을 표현하는 신호 출력을 직접 생성하는 것을 의미한다.

하나의 세트의 예들에 따르면, 각각의 생리학적 신호 소스에 대한 상기 저장된 정보는 다음을 갖는 특성 벡터를 포함할 수 있다:

상기 소스로부터 수신된 생리학적 신호와 상기 신호에 대한 수신된 추가적인 인덕턴스 성분의 실수부를 나타내는 측정치 사이의 비를 나타내는 제1 벡터 성분, 및

상기 소스로부터 수신된 생리학적 신호와 상기 신호에 대한 수신된 추가적인 인덕턴스 성분의 허수부를 나타내는 측정치 사이의 비를 나타내는 제2 벡터 성분.

여기서, 데이터세트에 저장된 특성 상대적 크기들은 실제 유도 신호 측정들 및 추출 프로세스를 수행함에 앞서 결정된다. 소스로부터 수신되는 생리학적 신호는 예를 들어, 측정된 생리학적 현상의 단위들의 진정한 생리학적 신호를 의미할 수 있다. 예를 들어, 폐 용적 신호는 리터 단위일 수 있다.

생리학적 신호는 측정되고 있는 생리학적 파라미터 또는 양을 의미한 것으로서, 즉, 이는 공진기 회로에 추가된 추가적인 인덕턴스 성분에 의해 표현된다. 따라서, 제1 벡터 성분은 생리학적 소스와 관련된 생리학적 파라미터 또는 양과 생리학적 소스로부터 수신된 신호에 의해 공진기 회로에 추가된 추가적인 인덕턴스 성분의 실수부를 나타내는 측정치 사이의 비를 나타낼 수 있고,

제2 벡터 성분은 생리학적 소스와 관련된 생리학적 파라미터 또는 양과 생리학적 소스로부터 수신된 신호에 의해 공진기 회로에 추가된 추가적인 인덕턴스 성분의 허수부를 나타내는 측정치 사이의 비를 나타낼 수 있다.

제1 및 제2 벡터 성분들은 실제 측정된 신호를 공진기 회로에서 발생되는 감지된 추가적인 인덕턴스 성분의 대응하는 측정된 실수 및 허수 성분들로 각각 나눈 것에 대응한다.

따라서, 각각의 벡터는 관련 생리학적 파라미터 측정치의 크기를 대응하는 추가적인 수신 인덕턴스 성분의 실수부로 나눈 것에 기초한 요소, 및 관련 생리학적 파라미터 측정치의 크기를 대응하는 추가적인 인덕턴스 성분의 허수부로 나눈 것에 기초한 요소를 포함한다.

상대적 실수 및 허수 인덕턴스 부분들에 관한 저장된 측정치 또는 정보가 (특성) 벡터의 형태로 저장 또는 표현되는 경우, 시스템은

각각의 생리학적 소스에 대응하는 저장된 벡터와 추가 벡터의 내적을 취하는 것에 기초하여, 상이한 알려진 생리학적 소스들로부터 하나 이상의 신호 성분들을 추출하도록 구성되며, 상기 측정치들을 표현하는 추가 벡터는 감지된 반송된 전자기 신호(들)의 실수부 및 허수부를 표현한다. 추가 벡터의 벡터 요소들은 예를 들어, 공진기 회로에서 유도된 측정된 추가적인 인덕턴스 성분 L _r의 실수부 및 허수부, 즉 (Re{L_r}, Im{L_r})일 수 있다. 벡터 요소들은 각각 시간의 함수로서 상기 실수 및 허수 성분들을 표현하는 신호들일 수 있다.

임의로, 베이스라인을 제거하기 위해 내적을 수행함에 앞서 저역 통과 필터가 상기 추가 벡터의 성분들에 적용될 수 있고/있거나 내적을 수행함에 앞서 대역 통과 필터가 상기 추가 벡터에 적용될 수 있다. 대역 통과 필터는 예를 들어, 고주파 잡음 성분들에 더하여 베이스라인을 제거할 수 있다.

위에 언급된 신호 감지 수단은 공진기 회로의 리액턴스의 변화를 검출하는 것에 기초하여 추가적인 인덕턴스 성분의 실수부를 나타내는 상기 측정치를 검출하도록 구성될 수 있다. 추가적인 인덕턴스 성분의 실수부 L_r은 크기의 수정된 안테나 리액턴스 ω·Re{L_r}로 이어진다. 이는 아래에서 추가로 설명될 것이다.

추가적으로 또는 대안적으로, 신호 감지 수단은 안테나 코일의 저항의 변화를 검출하는 것에 기초하여 추가적인 인덕턴스 성분의 허수부를 나타내는 상기 측정치를 검출하도록 구성될 수 있다. 추가적인 유도 인덕턴스 성분 L_r은 크기의 수정된 안테나 저항 -ω·Im{L_r}으로 이어진다. 이는 아래에서 추가로 설명될 것이다.

하나 이상의 실시예들에 따르면, 신호 감지 수단은 공진기 회로 전류의 주파수의 변화들을 결정하는 것에 기초하여 추가적인 인덕턴스 성분의 실수부를 나타내는 상기 측정치를 검출하도록 구성될 수 있다. 위에 언급된 바와 같이, 추가적인 인덕턴스 성분의 실수부는 공진기 회로 전류의 수정된 리액턴스에 나타난다. 이러한 수정된 리액턴스는 수정된 공진기 주파수로 이어진다. 이는 아래에서 추가로 설명될 것이다.

공진기 회로의 주파수의 변화들을 모니터링하는 것은 공진기 회로에서 유도된 추가적인 인덕턴스 성분의 실수부의 변화들을 검출하는 매우 단순하고 간단한 수단을 제공한다. 따라서, 여기서 검출된 측정치는 주파수이다.

추가적으로 또는 대안적으로, 신호 감지 수단은 안테나 코일 또는 공진기 회로(전류)에서의 전류의 진폭의 변화들을 결정하는 것에 기초하여 추가적인 인덕턴스 성분의 허수부를 나타내는 상기 측정치를 검출하도록 구성될 수 있다.

위에 언급된 바와 같이, 추가적인 인덕턴스 성분의 허수부는 공진기 회로 전류의 수정된 저항에 나타난다. 이러한 수정된 저항은 공진기 회로의 수정된 감쇠로 이어진다. 이어서, 이는 공진기 회로 전류의 수정된 진폭으로 이어진다. 이는 아래에서 추가로 설명될 것이다.

공진기 회로(전류)의 진폭의 변화들을 모니터링하는 것은 공진기 회로에서 유도된 추가적인 인덕턴스 성분의 허수부의 변화들을 검출하는 매우 단순하고 간단한 수단을 제공한다. 따라서, 여기서 검출된 측정치는 전류 진폭이다.

위에 언급된 바와 같이, 특정 예들에서, 각각의 생리학적 신호 소스에 대한 저장된 정보는 추가적인 인덕턴스 성분에 대한 복소 평면 내의 특성 벡터 또는 포인트의 형태를 취할 수 있다. 그러한 경우들에서의 소정 예들에서,

신호 발생 수단은 방사 주파수

를 갖는 여기 신호들을 발생시키기 위해 공진기를 여기시키도록 구성될 수 있고,

제어기는, 적어도 하나의 제어 모드에서, 상기 방사 주파수의 제1 주파수로부터 제2 주파수로의 조정을 수행하여, 이에 의해, 상이한 생리학적 소스들에 대한 추가적인 유도 인덕턴스 성분들의 상기 실수 및 허수 성분들에 의해 복소 평면 내에 형성된 벡터들 간의 직교성의 정도(예컨대, 평균 정도)를 증가시키도록 구성될 수 있다.

따라서, 주파수 조정은 상이한 각자의 생리학적 소스들로부터 수신된 신호들에 의해 공진기 회로에 추가된 추가적인 유도 인덕턴스 성분들에 의해 복소 평면 내에 형성된 각자의 벡터들 사이의 직교성의 정도를 증가시키는 것이다.

이러한 세트의 실시예들은 상이한 생리학적 소스들에 의해 유도된 반사 복소수 인덕턴스 성분들의 복소 평면 내의 상대적 방향들이 여기 신호들의 주파수에 따라 변동한다는 통찰에 기초한다. 따라서, 주파수를 조정함으로써, 상이한 생리학적 소스들에 대한 (벡터들로서 표현되는 바와 같은) 이들 각자의 인덕턴스 성분들 사이의 복소 평면 내의 상대 각도들(즉, 편각 각도들)이 변동한다. 이러한 방식으로, 주파수는 상이한 생리학적 신호들에 대한 복소 평면 내의 벡터들 사이의 제1 직교성(예컨대, 평균 직교성)과 연관된 제1 주파수로부터, 상이한 생리학적 소스들에 대한 복소 평면 내의 벡터들 사이의 보다 큰 제2 직교성과 연관된 제2 주파수로 변경될 수 있다.

상이한 생리학적 소스들에 대한 벡터들(상이한 대응하는 인덕턴스 성분들을 표현함)이 서로에 대해 더욱 직교할수록, 신호 추출 또는 분리 절차가 더욱 잘 작동한다. 이는 신호 추출 프로세스가 아티팩트들 및 다른 잡음 소스들에 덜 취약하게 만든다. 따라서, 벡터들의 직교성을 증가시키는 것이 유익하다.

다시 말하면, 적용된 여기 신호들의 주파수는 신체 내의 상이한 생리학적 소스들에 대해 안테나에서 유도된 반사 인덕턴스

성분들의 특성 벡터들을 더 잘 직교화시키기 위해 조정될 수 있다. 이러한 특성

신호들의 보다 커진 직교성은 상이한 생리학적 소스들에 대한 신호 성분들의 보다 신뢰성 있고 강건한 추출 및 분리로 이어진다. 따라서, 특성 벡터들 사이의 직교성을 최대화하기 위해 인가된 신호 주파수들을 조정하는 것이 유리하다.

시스템, 예컨대 제어기는 조정 절차를 수행하는 한편, 상이한 유도 인덕턴스 성분들을 표현하는 벡터들의 직교성의 정도를 모니터링할 수 있다. 주파수 조정이 모니터링된 벡터 직교성에 의해 안내되도록 피드백 루프를 구현할 수 있다.

하나 이상의 실시예들에 따르면, 시스템은 생리학적 소스들 각각에 대한 저장된 정보를 결정 또는 업데이트하는 것을 포함하는 학습 절차를 수행하도록 추가로 구성될 수 있다. 학습 절차는, 특정 환자에 대한 감지 시스템의 사용 전에, 예를 들어, 초기 절차, 예를 들어 교정 또는 셋업 절차로서 수행될 수 있다. 일부 예들에서, 학습 절차가 수행될 때까지 상이한 생리학적 소스들에 대한 저장된 정보는 없을 수 있다. 일부 예들에서, 학습 절차는 지문 벡터들을 학습 또는 결정 또는 업데이트하는 프로세스를 포함할 수 있다.

추가적으로 또는 대안적으로, 하나 이상의 실시예들에 따르면, 시스템은 상기 주파수 조정에 의해, 상이한 생리학적 소스들에 대한 추가적인 유도 인덕턴스 성분들의 실수 및 허수 성분들에서 유도된 변화들을 반영하기 위해 각각의 생리학적 소스에 대한 상기 저장된 정보를 업데이트하도록 추가로 구성될 수 있다.

학습 절차를 구현하는 상이한 방법들이 있다. 하나 이상의 실시예들에 따르면, 시스템은 각각의 추출된 신호 성분의 신호 특성들에 관련된 정보를 기록하도록 구성될 수 있고, 시스템은 기록된 정보에 기초하여 생리학적 소스들 각각에 대한 저장된 정보를 조정하는 것을 포함하는 학습 절차를 수행하도록 구성된다.

예를 들어, 시스템은 향후 추출된 신호 성분들에서 동일한 신호 특성들을 모니터링하고, 향후 출력 신호 성분들의 그러한 특성들에서의 분산을 감소시키거나 균일성을 증가시키기 위해 특성 측정치들을 조정하도록 구성될 수 있다.

기록된 정보는 예를 들어, 추출된 신호 성분들의 형상 특성들, 또는 진폭, 주파수 조성, 베이스라인, 또는 임의의 다른 신호 특성들과 같은 다른 신호 특성들에 관련된 것일 수 있다.

예를 들어, 시스템은 위의 절차를 수행하도록 구성된 제어기를 포함할 수 있거나, 또는 신호 처리 수단은 절차를 수행할 수 있다.

하나 이상의 실시예들에 따르면, 학습 절차는 안테나에서 감지된 반송된 신호들에 대한 독립 성분 분석(ICA) 절차를 수행하는 것을 포함할 수 있다. 이는 예를 들어, 반송된 신호들에 의해 공진기 회로에 추가되는 인덕턴스의 상기 실수 및 허수 성분들을 표현하는 신호들에 대한 ICA 절차를 수행하는 것을 포함할 수 있다. ICA는 신호 처리에서 알려진 방법론이지만, 유도성 감지 분야에서는 적용된 바가 없었다. 방법은 공진기 회로 안테나에서 감지된 (추가적인 인덕턴스 성분의 형태의) 반송된 신호들이 각각 상이한 생리학적 소스에 대응하는 복수의 신호 성분들로 형성된 합성 신호들이라는 가정에 기초한다. ICA는 감지된 유도 신호들에서 기본 생리학적 신호 성분들을 결정 또는 추출하도록 적용될 수 있다.

바람직한 예들에서, 안테나에서 감지되는 추가적인 인덕턴스의 실수 및 허수 성분들은 각각 개별 신호들로서 취해지고, 이들을 형성하는 성분 생리학적 신호들을 결정하기 위해 이들 실수 및 허수 인덕턴스 신호들에 ICA 절차가 적용된다.

하나 이상의 실시예들에 따르면, 시스템은 연속적인 방식으로 복수의 주파수들에서 안테나를 구동하는(여기시키는) 것을 포함하는 다중 주파수 구동 방식을 구현하도록 구성될 수 있다. 그것은 복수의 상이한 주파수들 사이에서 사이클링될 수 있다. 하나 이상의 실시예들에 따르면, 시스템은 시간 다중화 방식으로 복수의 구동 주파수들로 안테나를 구동하고 상기 구동 주파수들 각각에서 안테나에서 반송된 신호들을 감지하도록 구성될 수 있다. 시간 다중화는 안테나가 상이한 주파수들 사이에서 연속적으로 스위칭되는 것을 의미한다.

이에 의해, 이러한 다중 주파수 구동 방식은 각각의 개별 주파수에 대한 하나 이상의 측정 신호들을 각각의 듀티 사이클에서 획득할 수 있게 한다. 이에 의해, 획득된 신호들의 수를 증가시킨다.

안테나는 연속적인 방식으로 상이한 구동 주파수들을 통해 한 번에 하나의 주파수씩 교번되거나 사이클링되며, 유도 센서 측정들이 구동 주파수들 각각에서 신호 발생과 동시에 취해진다.

하나 이상의 세트들의 실시예들에 따르면, 시스템은 추출된 하나 이상의 신호 성분들을 처리하고 신호 성분(들)에 기초하여 하나 이상의 생리학적 파라미터 측정들을 도출하도록 구성된 신호 처리 수단을 포함할 수 있다.

신호 감지 수단은 예를 들어, 생리학적 파라미터 측정들의 결정(즉, 정량화)을 용이하게 하기 위해 하나 이상의 알고리즘들로 미리 프로그래밍될 수 있다.

신호 처리 수단은 일부 예들에서 신호 감지 수단에 의해 포함될 수 있거나, 또는 기능은 신호 감지 수단에 의해 용이해질 수 있다.

다른 예들에서, 파라미터 측정 도출 절차는 별개의 제공된 제어기에 의해, 또는 시스템의 임의의 다른 적합한 컴포넌트에 의해 수행될 수 있다.

본 발명의 추가의 태양에 따른 예들은 신체 내로의 전자기 여기 신호들의 인가에 응답하여 상기 신체로부터 반송된 전자기 신호들을 감지하는 것에 기초한 유도성 감지 방법을 제공하며, 방법은

루프 안테나 및 전기적으로 결합된 커패시터를 포함하는 공진기 회로를 사용하여 전자기 여기 신호들을 신체 내로 인가하는 단계;

공진기 회로의 전기적 특성들의 변동들을 검출하는 것에 기초하여, 루프 안테나를 사용하여 신체로부터의 상기 반송된 신호들을 감지하는 단계;

감지된 반송된 신호들로부터, 수신된 전자기 신호들에 의해 공진기 회로에 유도된 추가적인 인덕턴스 성분의 실수부 및 허수부 둘 모두를 나타내는 측정치들을 검출하는 단계;

반송된 전자기 신호들로부터, 실수 및 허수 인덕턴스 성분들을 나타내는 검출된 측정치들의 사용에 기초하여, 상이한 알려진 생리학적 소스들로부터 하나 이상의 개별 신호 성분들을 추출하는 단계를 포함하며, 추출하는 단계는 반송된 신호들에 의해 공진기 회로에 추가된 상기 검출된 실수 및 허수 인덕턴스 성분들의 상대적 크기들에 기초한다.

위의 단계들 각각에 대한 구현 옵션들 및 상세사항들은 본 발명의 장치 태양(즉, 시스템 태양)에 대해 위에 제공된 설명들 및 기술들에 따라 이해되고 해석될 수 있다.

본 발명의 장치 태양에 관하여(즉, 시스템에 관하여) 전술된 예들, 옵션들 또는 실시예 특징들 또는 상세사항들 중 임의의 것이 본 발명의 본 방법 태양에 적용되거나 조합되거나 포함될 수 있다.

하나 이상의 실시예들에 따르면, 추출은 시스템에 관하여 위에서 논의된 바와 같이 독립 성분 분석 절차의 수행에 기초할 수 있다.

추가 세트의 실시예들에 따르면, 방법은 데이터세트의 사용에 기초할 수 있다. 특히, 방법은

상기 신체 내의 복수의 상이한 알려진 생리학적 소스들로부터의 신호들에 대해, 생리학적 소스로부터 수신된 신호에 의해 공진기 회로에 추가된 실수 및 허수 인덕턴스 성분들의 특성 상대적 크기들을 나타내는 정보를 저장하는 데이터세트에 액세스하는 단계; 및

반송된 전자기 신호들로부터, 실수 및 허수 인덕턴스 성분들을 나타내는 검출된 측정치들의 사용에 기초하여, 그리고 상기 데이터세트를 참고하는 것에 기초하여, 상이한 알려진 생리학적 소스들로부터 하나 이상의 개별 신호 성분들을 추출하는 단계를 포함할 수 있다.

하나 이상의 실시예들에 따르면, 각각의 생리학적 신호 소스에 대한 저장된 정보는 생리학적 소스로부터 수신된 신호에 의해 감지 공진기 회로에 추가된 추가적인 인덕턴스 성분에 대한 복소 평면 내의 벡터 또는 포인트의 형태를 취할 수 있다. 벡터 또는 포인트는 본 개시 내용에서 특성 벡터 또는 포인트로 지칭될 수 있다.

따라서, 각각의 생리학적 신호 소스에 대한 저장된 정보는 복소 평면 내의 벡터 또는 포인트의 형태를 취할 수 있고, 벡터 또는 포인트는 각자의 생리학적 소스로부터 수신된 신호에 의해 공진기 회로에 추가된 추가적인 인덕턴스 성분을 표현할 수 있다.

하나 이상의 실시예들에 따르면, 추가적인 인덕턴스 성분의 실수부를 나타내는 상기 측정치를 검출하는 단계는 공진기 회로의 전류의 주파수의 변화들을 검출하는 것에 기초하여 수행될 수 있다.

추가적으로 또는 대안적으로, 하나 이상의 실시예들에 따르면, 추가적인 인덕턴스 성분의 허수부를 나타내는 상기 측정치를 검출하는 단계는 공진기 회로의 전류의 진폭의 변화들을 검출하는 것에 기초하여 수행된다.

하나 이상의 실시예들에 따르면, 공진기 회로는 방사 주파수

를 갖는 여기 신호들을 발생시키도록 제어될수 있고,

방법은, 적어도 하나의 제어 모드에서, 상기 방사 주파수의 제1 주파수로부터 제2 주파수로의 조정을 수행하여, 이에 의해, 상이한 생리학적 소스들에 대한 추가적인 유도 인덕턴스 성분들의 상기 실수 및 허수 성분들에 의해 형성된 복소 평면 내의 벡터들 간의 직교성의 정도(예컨대, 평균 정도)를 증가시키는 단계를 포함할 수 있다.

다시 말하면, 주파수 조정은 상이한 각자의 생리학적 소스들로부터 수신된 신호들에 의해 공진기 회로에 추가된 추가적인 유도 인덕턴스 성분들에 의해 복소 평면 내에 형성된 각자의 벡터들 사이의 직교성의 정도를 증가시키는 것이다.

본 발명의 이들 및 다른 태양이 이하에 설명되는 실시예(들)로부터 명백할 것이며 그것을 참조하여 설명될 것이다.

본 발명의 더 양호한 이해를 위해, 그리고 본 발명이 어떻게 실시될 수 있는지를 더욱 명확하게 보여주기 위해, 이제 단지 예로서 첨부 도면을 참조할 것이다.
도 1은 신체에 대한 여기 신호들의 인가 및 신체로부터 반송된 2차 신호들의 수신을 개략적으로 도시한다.
도 2는 중간 층 계면들에서의 우측 및 좌측 이동 벡터 전위장 성분들을 예시한다.
도 3은 감지 시스템의 예시적인 셋업 및 다층 매체에 대한 여기 신호들의 인가를 예시한다.
도 4는 신호 소스의 위치의 함수로서 안테나에서의 유도된 반사 인덕턴스의 복소 위상의 변동을 예시한다.
도 5는 본 발명의 하나 이상의 실시예들에 따른 예시적인 유도성 감지 시스템을 블록도 형태로 예시한다.
도 6은 상이한 생리학적 신호 소스들로부터 유래하는 신호 성분들의 추출을 위한 작업 흐름을 개략적으로 도시한다.
도 7은 독립 성분 분석 방법을 사용하여, 측정된 유도성 감지 신호들에 기초하여 생리학적 소스 신호들을 추출하는 것을 예시한 그래프를 도시한다.
도 8은 2개의 상이한 예시적인 생리학적 소스들로부터의 반사 인덕턴스 신호들에 대한 예시적인 특성 벡터들의 방향들을 예시한다.
도 9는 인가된 여기 신호들의 주파수를 변경하는 함수로서 반사 인덕턴스 신호들에 대한 특성 벡터들의 방향의 변동을 예시한다.
도 10은 인가된 여기 신호들의 주파수를 조정하는 것에 기초하여 상이한 생리학적 소스들에 대한 반사 인덕턴스 신호들에 대한 특성 벡터들의 직교안을 예시한다.
도 11은 하나 이상의 실시예들에 따른 예시적인 유도성 감지 방법의 블록도를 도시한다.

본 발명은 도면을 참조하여 기술될 것이다.

상세한 설명 및 구체적인 예들은, 장치, 시스템들 및 방법들의 예시적인 실시예들을 나타내지만, 단지 예시의 목적으로 의도되며 본 발명의 범주를 제한하도록 의도되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 본 발명의 장치, 시스템들 및 방법들의 이들 및 다른 특징들, 태양들, 및 이점들이 하기 설명, 첨부된 청구범위 및 첨부 도면들로부터 더 잘 이해될 것이다. 도면은 단지 개략적이고 축척에 맞게 도시되지는 않는다는 것이 이해되어야 한다. 동일한 도면 부호가 도면 전체에 걸쳐 동일하거나 유사한 부분을 나타내도록 사용된다는 것이 또한 이해되어야 한다.

본 발명은 신체에 전자기 여기 신호들을 인가하도록 구성된 유도성 감지 시스템을 제공하며, 시스템은 루프 안테나를 포함하는 공진기 회로를 포함한다. 시스템은 공진기 회로의 전기적 특성들의 변동에 기초하여 동일한 안테나를 이용하여 신체로부터 다시 반송된 신호들을 감지한다. 시스템은 신체 내의 상이한 생리학적 소스들로부터 수신된 신호들을 분리하도록 구성된다. 이는 수신된 전자기 신호들에 의해 안테나에 추가된 추가적인 인덕턴스 성분의 실수부 및 허수부 둘 모두를 나타내는 전기적 특성들을 공진기 회로에서 검출하는 것에 기초하여 수행된다. 상이한 생리학적 소스들로부터의 신호들을 분리하는 것은 특히, 반송된 신호들에 의해 공진기 회로에 추가되는 상기 검출된 실수 및 허수 인덕턴스 성분들의 상대적 크기들에 기초한다.

하나의 세트의 실시예들에서, 신체 내의 상이한 알려진 생리학적 소스들로부터의 상이한 신호들에 대해, 해당 소스로부터 유래하는 신호들에 의해 감지 안테나 회로에 추가되는 실수 및 허수 인덕턴스 성분들의 알려진 특성 상대적 크기들의 지시자를 저장하는 참조 데이터세트가 참고된다. 이러한 데이터세트를 참고하고, 실수 및 허수 인덕턴스 성분들을 나타내는 검출된 측정치들을 사용하여, 상이한 알려진 생리학적 소스들로부터의 하나 이상의 신호 성분들이 수신된 전자기 신호들로부터 추출된다.

다른 실시예들에서, 추가된 인덕턴스 성분의 검출된 실수 및 허수 성분들에 기초하여, 수신된 합성 신호로부터 상이한 생리학적 신호들을 추출하는 데 상이한 접근법들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 하나의 세트의 실시예들에서, 공진기 회로에 추가된 추가적인 인덕턴스 성분의 실수부 및 허수부를 나타내는 감지된 측정치들을 표현하는 신호들에 독립 성분 분석 절차가 적용될 수 있다. 이는 상이한 생리학적 소스들로부터 유래하는 실수 및 허수 인덕턴스 신호들에 기여하는 상이한 신호 성분들이 추출되는 것을 가능하게 한다. 이는 아래에서 더욱 상세하게 설명될 것이다.

상이한 생리학적 소스들에 대한 실수 및 허수의 추가된 인덕턴스 성분들의 알려진 특성 상대적 크기들을 나타내는 정보를 저장하는 데이터세트를 참고하는 것에 기초하는 다수의 예시적인 실시예들이 아래에서 논의될 것이다. 그러나, 이는 가능한 실시예들의 단지 하나의 예시적인 그룹을 나타내며, 데이터세트의 사용은 필수적인 것은 아니다.

본 발명은 반송된 신호로부터 상이한 생리학적 소스들로부터 유래한 상이한 신호 성분들, 예컨대, 심장 맥박, 폐 팽창 변화들, 동맥 거동을 분리하는 문제점에 대한 신규한 해결책을 제공한다.

본 발명은 상이한 생리학적 또는 키모그래픽 기원으로부터 신체로부터 반송된 전자기 신호들이, 반송된 신호들(반사 인덕턴스)에 의해 안테나에서 유도된 대응하는 인덕턴스 성분의 실수부 및 허수부의 상대적인 강도의 형태로 상이한 "지문"을 나타낸다는 통찰에 기초한다. 이러한 통찰은 상이한 생리학적 소스들로부터 신호 성분들을 분리하는 간단하고 효율적인 접근법을 제공한다.

이것을 수학적으로 적용 또는 표현하기 위한 하나의 간단한 접근법이 복소 평면 내의 벡터들의 사용이다. 신체로부터 반송된 완전한(합성) 신호는 2D 벡터로서 표현될 수 있으며, 이때 안테나에서 추가적인 유도 인덕턴스의 실수부 및 허수부(또는 안테나 전류 주파수 및 진폭과 같은, 그에 관련되거나 또는 그를 나타내는 측정치들)가 벡터 성분들을 구성한다. 상이한 생리학적 소스들에 대한 상이한 알려진 신호 "지문"이 각각 2D 벡터들로서 표현될 수 있는데, 벡터 성분들은 그 생리학적 소스로부터의 신호에 의해 유도된 인덕턴스의 실수부 및 허수부의 상대적 크기들(또는 그에 관련되거나 또는 그를 나타내는 측정치들)에 대응한다. 예시적인 실시예들에 대한 상세한 설명이 아래에서 더 설명될 것이다.

보다 광범위하게는, 신체 내의 상이한 생리학적 또는 해부학적 기원에서 유래하는 신호 성분들은 상이한 복소 위상(상이한 복소 편각)을 갖는 추가된 인덕턴스 성분들을 제공하는 것으로 이해될 수 있다.

이제 본 발명의 실시예들의 기초가 되는 일반적인 이론이 설명될 것이다.

본 발명의 실시예들은 유도성 감지 시스템 및 방법을 제공하고, 따라서 자기 유도의 원리들에 기초한다. 자기 유도의 기본 원리가 먼저 간략하게 약술될 것이다.

본 발명의 실시예들은 유도 결합의 원리에 따라 동작하며, 이에 의해 코일 또는 와이어가 시변 자기장에 대한 노출로 인해 그를 가로질러 전위차를 유도한다. 본 발명의 실시예들은 이러한 원리를 사용하여 신체에 근접하게 배치된 코일 또는 루프 안테나의 인덕턴스의 변화들을 감지함으로써 신체의 영역들 내에서 발생되는 전자기 신호들의 강도를 측정하며, 이들 변화들은 안테나 또는 공진기 회로의 공진 특성들을 변경하는 것에 기초하여 검출된다.

임의의 전기 도체는 자기 인덕턴스(self-inductance)의 특성을 나타낸다. 자기 인덕턴스는 도체를 통해 구동되는 전류의 변화가 도체에서의 기전력의 유도로 이어지는 전기 도체의 특성이다. 렌츠의 법칙(Lenz' law)에 따르면, 유도된 기전력은 이를 유도하는 전류의 변화에 저항하도록 하는 방향에 있다. 따라서, 이는 통상적으로 "역 EMF"로 지칭된다. 자기 인덕턴스는 전류의 변화의 결과로서 유도된 자속으로 인해 발생하는 것으로 이해될 수 있다(암페어의 법칙(Ampere's law)). 이어서, 이 자속은 도체 자체와 상호작용하여 역 EMF를 유도한다(패러데이의 유도 법칙 및 렌츠의 법칙).

회로의 자기 인덕턴스 L, 전압 v(t), 및 전류 I(t) 사이의 관계는 다음과 같이 표현될 수 있다:

패러데이의 유도 법칙을 사용하여 v(t)를 dΦB/dt(여기서, ΦB는 자속임)로서 표현하고 시간에 대해 적분함으로써(L을 시간 상수로 가정함), N턴의 코일에 대한 자유-공간 자기 인덕턴스 L은 다음과 같이 표현될 수 있다:

본 발명의 실시예들은 안테나(바람직한 실시예들에서 단일 턴 루프만을 포함할 수 있음)를 포함하는 공진기를 사용하여 신체를 전자기 신호들(파들)로 자극하거나 여기시키고 이러한 여기 신호들에 응답하여 신체로부터 다시 방출되는 신호들을 감지한다.

코일은 교류로 구동되어 신체에 인가하기 위한 여기 신호들을 발생시킬 수 있다. 이들은 일부 경우들에서 매체에 전파되는 전파 전자기 신호들일 수 있거나, 또는 신호들은, 즉 루프 안테나 소스를 목표 매체에 근접하게 가져감으로써 매체에 인가되는 비-전파 전자기장으로 이루어질 수 있다. 교류는 교번하는 전계 강도의 장을 발생시킨다.

코일이 신체와 근접하게 될 때, 인덕턴스 L은 여기 신호들을 인가한 결과로서 자극된 신체에서 유도된 와전류들로 인해 발생하는 추가적인 반사 인덕턴스 성분 L _r 을 획득한다.

이는, 예를 들어, 전자기 신호들(22)을 흉부에 인가하기 위해, 대상의 흉부(16)에 근접하여 교류로 구동되는 루프 안테나(12)를 예로서 도시하는 도 1에 개략적으로 예시되어 있다.

결과적으로, 와전류들(18)이 흉부 내에 유도된다.

이러한 와전류들은 이어서 루프 안테나(12)의 인덕턴스에 대해 효과적으로 기여한다. 그 이유는 그들 자체가 일차측 안테나(12)에 의해 발생되는 것과 동일한 주파수의 시변 자속(24)을 발생시키기 때문이다. 이들 와전류 자속들은 안테나의 일차 자속과 조합되어, 안테나에서 수정된 역 EMF를 생성하고, 따라서 더 큰 측정가능한 유효 인덕턴스를 생성한다.

와전류들로부터 발생하는 인덕턴스의 추가된 성분은 "반사 인덕턴스" L _r로 지칭된다. 코일 안테나(12)의 총 인덕턴스 L _t는 다음과 같이 표현될 수 있다:

여기서, L ₀ 은 자유 공간 내의 코일 안테나(12)의 자기 인덕턴스이고, L _r 은 인접 신체의 존재에 의해 야기되는 반사 인덕턴스이다.

반사 인덕턴스는 다음과 같이 정의될 수 있다:

여기서, A_r은 전자기 벡터 전위의 반사 부분(즉, 자극된 매체 내의 와전류들(18)에 의해 발생되는 부분)이고, I는 코일 전류이다. 반사 인덕턴스는 반사 임피던스 Z_r과 밀접한 관련이 있다. 관계는 L_r = Z_r / iω이며, 여기서 ω는 전자기 여기 신호들(22)의 방사 주파수(신체에 인가되는 시변장)이다.

위의 적분식은 아래의 관계를 적용함으로써 이해될 수 있다:

여기서, B _r 은 "반사" 자기장이며, 이어서 스토크스의 정리(Stokes' theorem)를 적용하여 방정식(6)을 다음과 같이 다시 표현한다:

여기서 N = 턴 수(number of turn)이다. 이는 방정식(4)에 약술된 인덕턴스에 대한 단순화된 식의 형태에 대응한다는 것을 알 수 있다.

반사 인덕턴스 성분의 크기는 신체로부터 다시 방출되는 "반사" 전자기 신호들의 강도의 표시를 제공한다.

일반적으로, 반사 인덕턴스 L _r 은 복소수이고, 다음과 같이 표현될 수 있다:

여기서

은 코일 안테나의 반응성 임피던스와 관련되고,

는 코일의 저항성 임피던스와 관련된다.

물론 복소수 L_r은 또한 아래와 같이 극형식(polar form)으로 표현될 수 있다:

여기서, φ는 복소수 L_r(일반적으로 φ=arctan(

에 의해 주어짐)의 편각 또는 위상이다.

인덕턴스 L_r의 반사 성분의 추가는 공진기 회로의 전기적 특성들의 디튜닝으로 이어진다. 특히, 공진기 회로의 자연 방사 주파수 및 공진기 회로의 감쇠 인자 둘 모두가 변경된다. 전기적 특성들의 이러한 디튜닝을 측정함으로써, 반사 인덕턴스 L _r의 실수부 및 허수부를 검출할 수 있다.

특히, 반사 인덕턴스의 추가의 결과로서인 코일의 특성들의 디튜닝은 다음과 같이 표현될 수 있다:

여기서,

은 자유 공간에서 코일 회로의 감쇠되지 않은 고유 방사 주파수이고,

는 매체 또는 신체의 존재 시의 코일 회로의 감쇠되지 않은 자연 방사 주파수이고(아래 첨자 t는 "총합(total)"을 의미함),

은 자유 공간에서의 감쇠 계수이고,

는 매체의 존재 시의 (총) 감쇠 계수이다.

는 방정식(9)에 정의된 반사 인덕턴스의 실수부이다.

는 방정식(9)에 정의된 반사 인덕턴스의 허수부이다.

디튜닝된 자연 방사 주파수는 반사 인덕턴스의 실수부

에만 의존한다는 것을 알 수 있다. 디튜닝된 감쇠 인자는 또한 반사 인덕턴스의 허수부

에 의존한다.

단순화를 위해, 기하학적으로 정규화된 양들로 작업하는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, "특성" 자기 인덕턴스(

) 및 특성 반사 인덕턴스

는 다음과 같이 정의될 수 있다:

여기서, l = 코일의 단일 턴의 원주, N = 코일 권선수, L ₀ 은 자유-공간 자기 인덕턴스(실수)이고, L_r은 반사 인덕턴스(복소수)이고, L _r은 위의 방정식(6)에서와 같이 정의된다. 기하학적으로 정규화된 양들을 사용하는 것의 이득은,

이 시스템 크기 및 안테나 코일의 턴수에 독립적이라는 사실에 있다.

이러한 특성 양들을 사용하여, 반사 인덕턴스의 추가의 결과로서인 코일의 특성들의 디튜닝이 다음과 같이 표현될 수 있다:

여기서,

은 자유 공간에서 코일 회로의 감쇠되지 않은 고유 방사 주파수이고,

는 매체 또는 신체의 존재 시의 코일 회로의 감쇠되지 않은 자연 방사 주파수이고(아래 첨자 t는 "총합(total)"을 의미함),

은 자유 공간에서의 감쇠 계수이고,

는 매체의 존재 시의 (총) 감쇠 계수이고,

는 방정식(9)에 정의된 특성 반사 인덕턴스의 실수부이며,

는 방정식(9)에 정의된 특성 반사 인덕턴스의 허수부이다.

위에서 본 발명의 실시예들의 감지 시스템이 의존하는 자기 유도의 기본 원리를 약술하였다.

위에 언급된 바와 같이, 본 발명은 추가적인 반사 인덕턴스 성분 L_r의 실수부 및 허수부의 상대적 크기들이 반사 신호가 유래되는 신체 내의 위치에 따라 달라진다는 통찰에 기초한다. 이를 표현하는 다른 방식은, L_r의 복소 위상 또는 편각이 대응하는 반사 신호 성분이 유래되는 신체 내의 위치에 따라 변한다는 것이다. 이러한 원리는 상이한 해부학적 위치들로부터의 신호 성분들이 식별될 수 있게 한다.

이러한 물리적 통찰 뒤의 이론이 이제 더 상세히 설명될 것이다. 이는 신체 내의 상이한 위치들로부터 유래하는 반사 인덕턴스 신호 L_r의 위상 또는 편각의 변동을 보여주는 공간 매핑이 어떻게 구축될 수 있는지를 보여줌으로써 수행될 것이다.

특히, 특성 반사 인덕턴스

(nH/m 단위)의 유래 소스들의 공간 매핑

에 어떻게 도달하는지를 보여줄 수 있으며, 여기서 총 특성 반사 인덕턴스는 하기에 의해 주어진다:

정의된 적분은 (자극된 신체 내의) 깊이 좌표

, 및 (자극된 신체 내의) 횡방향 반경 좌표

를 통해 일어난다. 공간 매핑 함수

는 신체를 가로질러 감지된 반사 인덕턴스의 소스들의 공간 매핑을 표현한다.

첫째, 기본 유도성 감지 방정식이 설정될 수 있다. 이는 맥스웰 방정식(Maxwell's equation)으로부터 도출될 수 있고, 원통형 좌표(r, z, φ)를 사용하여 표현된다. Z-축을 중심으로 하는 원형 대칭이 가정된다. 또한, (모델링된 "반사" 또는 2차 장들의 소스로서 간주될 것인) 신체 내의 유도된 와전류들은 반경방향 평면에 순수하게 구속되어 방위각 방향(즉, z-축을 중심으로 한 원주 방향)으로 순환하는 것으로 간주된다. 따라서 방정식은 순수 방위각의 전류 밀도 소스 J _{src, φ}에 의해 유도된 순수 방위각의 벡터 전위 A_φ(r, z)를 기술한다:

여기서,

은 공간적으로 변동하는 총 파수 제곱(total wavenumber squared)이고,

는 매체의 유전율이고,

는 매체의 전도율이고,

은 진공 투자율이고

는 와전류들의 방사 주파수이다. 공간적으로 의존적인

및

로 인해, 유도성 감지 방정식(17)은 불균질한 매체들을 허용하며, 따라서 계층화된 매체들에 한정되지 않는다. 생물학적 조직을 감지하기 위해, 중간 투과율 ㅅ은

로 근사화될 수 있다.

일반적으로, 매체를 수반하는 문제에 대한 맥스웰 방정식들의 해는 소스 항들 자체가 유도된 전류들 및 제1 문제의 유도 전하들 모두를 포함하는 동등한 자유-공간 문제의 해와 동일할 것이다. 이를 통해, 유도-감지 방정식(17)의 자유-공간 그린 함수(Green function) 및 총 방위각 전류 밀도를 이용한 해를 구성할 수 있다:

여기서,

는 소스 및 유도 전류들 둘 모두를 포함하는 총 방위각 전류 밀도이고,

은 하기에 의해 음적으로(implicitly) 정의되는 자유-공간 그린 함수이다.

여기서,

이다. 자유-공간 그린 함수에 대한 해는 z 단위의 푸리에 변환, 이후의 r 단위의 핸켈 변환(Hankel transform), 및 복소 평면 내의 등고선 통합을 사용하여 z 단위의 후속 역 푸리에 변환에 의해 발생되어, 다음을 산출할 수 있다.

여기서,

은 제1 종류의 1차 베셀 함수(first-order Bessel function)이고,

는 자유 공간에서 복소수 종방향 파수이고(4사분면에서 선택됨),

는 횡방향 파수(반경 r' 방향의 파수)이다.

방정식(18)에서의 총 전류 밀도

는 선형 합산에서 안테나 루프에서의 소스 전류 및 프로빙된 신체 내의 와전류들을 포함하며, 즉

이는 방정식(18)에서 소스 벡터 전위로부터의 반사 벡터 전위(추구되는 양)의 간단한 분리를 허용함으로써, 하기에 도달한다.

위에서 논의된 바와 같이, 반사 인덕턴스 그 자체 대신에 안테나 루프 길이 및 권선수에 의해 정규화된 반사 인덕턴스를 의미하는 "특성" 반사 인덕턴스

를 고려하는 것이 편리하다(위의 방정식(14) 참조). 단일 루프 권선(즉, 방정식(14)에서 N=1)을 갖는 안테나를 고려하면, 특성 반사 인덕턴스는 루프 와이어에서의 반사 벡터 전위

로부터, 그리고 방정식(14) 및 방정식(6)의 조합을 사용하여 다음과 같이 도출될 수 있다:

여기서, I는 루프 전류이고 a는 루프 반경이고, h는 루프와 프로빙된 매체 사이의 거리이다(프로빙된 매체의 표면이 z=0에 있고, 매체는 z>0인 영역에서 연장된다고 가정함).

방정식(22)과 방정식(23)을 조합하여, 특성 반사 인덕턴스 신호의 (구하고자 하는) 공간 매핑을 기술하는 방정식을, 프로빙된 신체 내의 반사 신호의 소스의 위치(r, z)의 함수로서 산출한다:

여기서, 자유-공간 그린 함수 G₀은 방정식(20)에 의해 주어진다.

방정식(24)의 우항은 위에 도입된 공간 매핑 방정식 16b의 우항에 대응하며, 즉:

. 따라서, 공간 매핑 함수 M(r', z')는 다음과 같이 표현될 수 있다:

이러한 공간 매핑 M은 자극된 신체 내의 특성 반사 인덕턴스

의 유래 소스들의 공간 분포이다.

방정식(24)(및 방정식(18))은 프로빙된 신체 내의 위치 (r', z')로부터 유래하는 반송된(반사된) 전자기 신호에 의해 공진기 회로에서 유도된 인덕턴스의 추가 성분(반사 인덕턴스 성분)의 예상 크기를 기술한다(여기서 방위각 방향(φ)에 대한 원형 대칭이 가정됨).

따라서 방정식(24)으로부터 알 수 있듯이, 신체로부터의 반환된(반사된) 전자기 신호의 정량화로 이해될 수 있는 특성 반사 인덕턴스

는, 루프 전류로 정규화된 와전류들

에 대한 "루프 감도 커널"의 합성곱

으로 표현될 수 있다.

루프 감도 커널 G₀은 자극된 신체 내의 위치 (r', z')의 함수이고, 공진기 회로에서 감지된 특성 반사 인덕턴스에 대해, 루프 전류에 대해 정규화된 위치 (r', z')에서의 와전류의 효과를 효과적으로 정량화한다. 이는 방정식(24)에서의 수학적 형태로 표현된다. 따라서, 정규화된 와전류들에 의한 루프 감도 커널의 단순 곱은 방정식(24b)에 도시된 바와 같이, 자극된 신체 내의 반사 인덕턴스의 기원의 공간 매핑 M (r', z')을 제공한다. 공간 매핑 M(r', z')은 신체 내의 특성 반사 인덕턴스

의 기원의 공간 분포로서 직접 해석될 수 있다.

(방정식(24)에 기술된 바와 같이) 반사 인덕턴스를 위치의 함수로서 정량적으로 모델링 또는 매핑하기 위해, 유도된 와전류들

를 계산하는 것이 필요하다. 와전류들은 전도 전류들 및 분극 전류들 둘 모두를 포함하며, 즉,

여기서,

은 전기적 감수율이고,

은 매체의 유전율이고,

는 매체의 전도율이고, ω는 와전류 방사 주파수이다.

특성 반사 인덕턴스 소스들의 공간 매핑 M(r', z')은 이제 방정식(25) 및 방정식(24b)을 조합함으로써 찾을 수 있으며, 다음을 산출한다:

매핑 함수 M(r, z')는 3개의 인자들로 이루어진다. 인자

는 루프 전류에 대해 정규화된 벡터 전위이다. 중간의 인자[...]를 곱한 이 마지막 인자는 루프 전류에 대해 정규화된 와전류 밀도를 산출한다. 이들 2개의 인자들에 루프-감도 커널

을 곱하면, 공간 맵핑

을 산출한다. 이어서, (방정식(16b)에 도시된 바와 같이) r'및 z'에 대해 간단히 적분함으로써, 특성 반사 인덕턴스

가 얻어질 수 있다.

위의 방정식(25b)으로부터, 공간 매핑 M(r', z')은 프로빙된 신체 내의 반사 인덕턴스 소스(r', z')의 위치에 각각 상이하게 의존하는 실수 및 허수 성분들을 갖는 것을 바로 알 수 있다. 따라서, 주어진

성분에 대한 M(r', z')의 실수 및 허수 성분들의 상대적 크기들은 그 성분을 발생시키는 신체 내의 와전류 소스의 위치에 의존한다. 특성 반사 인덕턴스

는 위의 방정식(16b)을 통해 M(r', z')에 직접 의존하므로, 주어진 와전류 소스에 대한

의 실수 및 허수 성분들의 상대적 크기들이 신체 내 해당 소스의 위치에 따라 달라진다는 것을 직접 알 수 있다.

이러한 관계는 신체 내의 상이한 생리학적 소스들로부터 유래하는 반송된 신호 성분들이,

의 실수 및 허수 성분들의 그들의 상이한 특성 상대적 크기들에 기초하여 구별될 수 있게 한다.

방정식(25b)에 의해 나타낸 바와 같이,

에 대한 최종 정량화된 해는

(방정식(17)) 자체에 대한 해를 필요로 한다.

에 대한 해는 적어도 2개의 상이한 방식들로 결정될 수 있다.

제1 방식은 더욱 일반적이며, 일반적인 섭동 접근법을 따른다. 방정식(25), 방정식(21) 및 방정식(18)을 조합함으로써, 방정식(17)에 대한 해가 섭동 시리즈로서 결정될 수 있다:

여기서,

는 시리즈들의 로컬 섭동이다. 이 해는 임의의 원형 대칭 기하학적 형상에 적용될 때 일반적(generic)이다. 그러나, 최종 결과를 얻으려면 일반적으로 비교적 계산 집약적이다.

이제,

에 대한 해를 결정하는 제2 방법이 기술된다. 이러한 접근법은 계산적으로 더 효율적이지만 적층된 매체들(즉, 각각이 상이한 밀도의 매체로 구성된 다수의 적층된 층들을 포함하는 매체들로서, 여기서 밀도는 각각의 개별 층 내에서 균질하다고 가정됨)에만 적용될 수 있다. 제1 단계는 해를 우측-이동(+) 및 좌측-이동(-) 부분으로 분해하는 것이다:

각각의 개별 균질 층에서, 우측-이동 및 좌측-이동 부분들은 균질한 유도성 감지 방정식(17)의 (r, z)-분리된 모드들로 추가로 분해될 수 있다. 이들 모드들은 반경방향(또는 횡방향) r 방향으로 실수 파수

에 의해 파라미터화되어, 다음을 산출한다.

여기서,

은 제1 종류의 1차 베셀 함수이고,

는 4사분면에서 선택된 종방향 파수(z 방향의 파수)이다.

진폭 프로파일

은 핸켈 변환에 의해 고유하게 결정될 수 있다.

진폭 프로파일

는 다음과 같이 (r,z)-분리 모드들에 관하여 표현될 수 있다:

여기서,

는 도 2에 도시된 바와 같이 층 계면들에서 우측 및 좌측 이동장들의 핸켈 변환 진폭 프로파일들이고,

는 층 번호 x, 및 층 번호들(1, 2,… n)의 z 방향 깊이에 대응하는 Z₁, Z_2,...Z_n의 종방향 파수이다.

다수의 적층된 층들, 및 층 계면들 상의 대응하는 우측 및 좌측 이동장들이 도 2에 예시되어 있다. x-축은 z-방향으로의 거리에 대응하며, 이때 Z₁, Z_2,..,Z_n은 층들(1, 2,... n)의 z-방향으로의 깊이에 대응한다.

인입 진폭 프로파일은 방정식(18) 및 방정식(20)으로부터, 그리고 소스 전류 밀도를 사용하여 결정될 수 있다:

여기서, I는 안테나 전류이고 a는 안테나 루프 반경이고, h는 안테나 루프와 프로빙된 매체 사이의 거리이다(프로빙된 매체의 표면이 z=0에 있고, 매체는 z>0인 영역에서 연장된다고 가정함). 이는 다음을 산출한다:

연속

및 연속

과 함께 전달 행렬 이론(예를 들어, 다층 매체들에서 광학 파들을 모델링하기 위해 현재 분야에서 잘 알려져 있음)을 사용하면, 위의 방정식(32) 및 도 2의 다른 모든 계수들을 방정식(34)에서 알려진

에 관하여 표현할 수 있다.

이러한 식들은 매우 길어지기 때문에, 간결함을 위해, 식들의 전체 세트는 본 목적들을 위해 생략된다. 그러나,

를 계산하는 제2 방법이 있으며, 이것이 계층화된 매체들에 대해 적용되며, 방정식(26)의 제1 섭동 접근법보다 계산적으로 더 효율적이라는 것을 알 수 있다. 이는 방정식(34)을 사용하여 방정식(32)의 총 핸켈 변환된 벡터 전위

를 계산하고 전달 행렬 이론을 적용하는 것에 기초한다. 실수 공간에서 벡터 전위

는 또한 방정식(31) 및 방정식(27)에 의해 정의되는 역 핸켈 변환을 통해 계산됨으로써, (방정식(25b)을 통해) 특성 반사 인덕턴스

의 공간 매핑

을 다음과 같이 더 명확하게 표현할 수 있게 한다:

여기서,

는 루프 전류로 정규화된, 방정식(32)에서 계산된 총 핸켈 변환된 벡터 전위이다.

위에서 논의된 바와 같이, M(r', z')의 실수 및 허수 성분들(및 따라서, 그의 복소 편각 또는 위상)의 상대적 크기들은 프로빙된 신체 내의 L_r 신호 소스들의 위치 (r', z')에 의존한다는 것을 알 수 있다. 따라서, M(r', z')에 직접 의존하는 반사 인덕턴스 자체에 대해서도 마찬가지로 성립한다. 따라서, 주어진 생리학적 신호 소스에 대한

의 실수 및 허수 성분들의 상대적 크기들은 프로빙된 신체 내 소스의 위치에 의존한다.

에 대해 그리고 따라서

(방정식(25))에 대해 도출된 해를 이용하여, 안테나(12)에서의 신호들에 대한 반사 인덕턴스 성분 L_r의 예상 진폭 및 위상의 공간 매핑을, 프로빙된 신체 내의 신호의 유래 위치의 함수로서 도출하는 것이 가능하다.

예시적인 공간 매핑이 도 3에 예시된 배열을 갖는 예시적인 시스템에 대해 도출되었다. 반경 d의 단일 루프 권선을 갖는 예시적인 안테나(12)를, 프로빙되고 있는 신체로부터의 이격 거리 h로 모델링하였다. 프로빙된 신체는 상이한 중간 전도도 σ 및 유전율 ε의 3개의 층들(42, 44, 46)을 포함하는 것으로 모델링한다. 층(42)은 깊이 10 mm의 지방 층으로서 모델링하고, 층(44)은 깊이 10 mm의 뼈 해면 층(bone cancellous layer)으로서 모델링하며, 추가 층은 팽창된 폐를 표현한다. 안테나 높이 h는 5 mm로 모델링하였고, 안테나 직경은 50 mm로 모델링하였다. 발생된 전자기 여기 신호들의 주파수 f를 f = 200 ㎒로 모델링하였다. 대응하는 정규화된 방사 주파수는

로, 여기서 c는 빛의 속도이고,

이고, 방사 주파수는 대략

이다.

도 4는, 매체 내의 깊이(z-방향) 및 반경방향 위치(r 방향)의 함수로서, 도 3의 설정에 대한 특성 반사 인덕턴스

(방정식(24)에 표현된 것과 같음)의 위상과 진폭을 예시한 등고선도를 도시한다. 좌측 플롯은 (복소수)

의 위상(편각)을 도시한다. 우측 플롯은

의 크기를 도시한다. x-축은 매체 내에서 z-방향으로의 깊이에 대응한다(단위: mm). y-축은 (r-방향을 따른) 반경방향 위치(단위: mm)에 대응한다.

예상 특성 반사 인덕턴스

의 위상은 매체 내에서 깊이 z 및 반경 위치 r의 함수로서 변동한다는 것을 알 수 있다. 위에 언급된 바와 같이, 특성 반사 인덕턴스

에 대한 참조는 편의를 위한 것일 뿐이며,

은

에 의해 정규화되지 않은 반사 인덕턴스 L_r과 관련되고, 여기서 l은 안테나 루프 권선들의 길이이고 N은 안테나 권선들의 수이다. 따라서, 위상은 또한 L_r에 대한 매체 내의 위치의 함수로서 변동한다는 것을 알 수 있다.

위의 약술된 이론 및 도 3의 플롯은 반사 인덕턴스 L_r(또는 특성 반사 인덕턴스)의 복소 편각 또는 위상이 신체 내의 반송된 전자기 신호의 소스의 위치에 따라 변동하고, 따라서, 검출된 반사 인덕턴스의 실수부 및 허수부의 상대적 크기들이 또한 신체 내의 반송된 전자기 신호의 소스의 위치에 따라 변동한다는 것을 증명한다(방정식(10) 참조).

따라서 결과적으로, 검출된 반사 인덕턴스의 실수부 및 허수부의 상대적 크기들이 상이한 생리학적 소스들로부터의 반송된 신호들을 구별하고 분리하는 데 사용될 수 있다. 본 발명의 실시예들은 이러한 원리에 기초한다.

하나 이상의 실시예들에 따른 하나의 예시적인 유도성 감지 시스템(8)이 도 3에 개략적인 형태로 도시된다. 이러한 예시적인 시스템이 이제 약술될 것이다.

유도성 감지 시스템(8)은 신체 내로의 전자기 여기 신호들의 인가에 응답하여 상기 신체로부터 반송된 전자기 신호들을 감지하기 위한 것이다.

시스템은 루프 안테나(12) 및 전기적으로 결합된 커패시터(13)를 포함하는 공진기 회로(10)를 포함한다. 커패시터(13)의 커패시턴스는 (강제 또는 감쇠가 없는 경우) 공진기 회로의 고유 공진 주파수를 적어도 부분적으로 정의한다. 안테나(12)가 여기되는 경우, 이는 정의된 공진 주파수에서 자연적으로 공진하는 경향이 있어서, 동일한 주파수에서 전자기 신호들을 발생시킬 것이다. 따라서, 커패시터의 커패시턴스를 선택하는 것은 발생된 전자기 신호들의 주파수의 적어도 부분적인 튜닝을 허용한다.

시스템(8)은 전자기 여기 신호들을 발생시키기 위해 루프 안테나를 여기시키도록 구성된 신호 발생 수단(14)을 더 포함한다. 신호 발생 수단은, 예를 들어, 방사 주파수

에서 안테나를 구동시키기 위한, 즉 주파수

의 교류로 안테나를 구동시키기 위한 드라이버 수단을 포함할 수 있다. 예를 들어, 구동 수단은 발진기일 수 있거나 그를 포함할 수 있다.

신호 발생 수단은 안테나 및 공진기 회로를 방사 주파수 ω의 전류로 구동할 수 있으며, 여기서 방사 주파수 ω의 여기 신호들이 요구된다.

공진기를 여기시킴으로써, 공진 전류가 루프 안테나를 통해 커패시터 내로 전후로 유동하도록 유도된다. 안테나를 통해 교류 전류를 구동함으로써 발진 전자기 신호들(파들)의 발생이 이에 의해 자극될 수 있다.

이에 응답하여 동일한 안테나가 신체로부터 수신된 전자기 신호들을 감지하는 데 사용되는 바와 같이 여기 신호들을 발생시키는 데 사용된다.

의심의 여지를 없애기 위해, "전자기 여기 신호들"은 단순히 신체 내의 와전류들의 발생을 여기시키거나 자극하고, 이어서 다시 신체 밖으로 감지 시스템에 의해 감지될 수 있는 전자기 신호들의 방출을 자극하기 위한 목적으로 신체에 인가하기 위한 전자기 신호들을 의미한다.

"전자기 신호들"은 일반적으로 전자기 방사 방출 또는 전자기 근접장 진동들 또는 전자기 진동들 및/또는 전자기파들을 의미할 수 있다.

시스템(8)은 공진기 회로(10)의 전기적 특성들의 변동들을 검출하는 것에 기초하여, 루프 안테나(12)를 사용하여 신체로부터의 상기 반송된 신호들을 감지하도록 구성된 신호 감지 수단(20)("신호 감지")을 더 포함한다. 신호 감지 수단은 공진기 회로(10)에서 전류의 전기적 특성들을 검출 또는 모니터링하기 위한 신호 처리 또는 분석 수단을 포함할 수 있다.

예를 들어, 신호 감지 수단(20)은 적어도 공진기 회로 전류의 주파수 및 공진기 회로 전류의 진폭을 모니터링하도록 구성될 수 있다. 전류의 이러한 특성들은 신체로부터 반송되고 안테나에서 검출된 반사 전자기 신호들의 강도에 따라 변화할 것이다. 이들 특성의 변화들은 수신된 반송된 전자기 신호들에 의해 공진기 회로에서 유도된 추가적인 인덕턴스 성분(반사 인덕턴스 L_r)의 실수부 및 허수부의 크기들을 나타낸다.

이러한 신호 특성들의 감지는 여기 신호들을 발생시키기 위한 안테나의 여기와 같은 시간에(즉, 그와 동시에) 수행된다. 따라서, 신호 전송 및 감지가 동시에 수행된다.

도 5에서, 신호 감지 수단(20)은 신호 발생 수단(14)을 통해 공진기 회로(10)에 연결된 것으로 도시되어 있다. 그러나, 이것은 필수적인 것은 아니며, 신호 감지 수단 및 신호 처리 수단은 공진기에 독립적으로 연결될 수 있다.

시스템(8)은 위의 컴포넌트들을 사용하여 일련의 단계들을 수행하도록 구성된다. 시스템은 이들 단계들을 수행하거나 용이하게 하도록 구성된 제어기 또는 마이크로프로세서(56)("MPU")를 포함할 수 있다. 예시적인 마이크로프로세서(56)가 예시를 위해 도 5의 예시적인 시스템 내에 예시되어 있다. 그러나, 전용 제어기 또는 마이크로프로세서가 필수적인 것은 아니다. 다른 예들에서, 신호 감지 수단(20) 및/또는 신호 발생 수단(14)과 같은 시스템의 다른 컴포넌트들 중 하나 이상이 단계들을 수행하도록 구성될 수 있다.

시스템(8)은 다음의 단계들:

감지된 반송된 신호들로부터, 수신된 전자기 신호들에 의해 공진기 회로(10)에 유도된 추가적인 인덕턴스 성분의 실수부 및 허수부 둘 모두를 나타내는 측정치들을 검출하는 단계, 및

실수 및 허수 인덕턴스 성분들을 나타내는 검출된 측정치들을 사용하여, 반송된 전자기 신호들로부터 상이한 각자의 생리학적 소스들에 대응하는 하나 이상의 개별 신호 성분들을 추출하는 단계를 수행하도록 구성되며, 추출은 반송된 신호들에 의해 공진기 회로(10)에 추가된 상기 검출된 실수 및 허수 인덕턴스 성분들의 상대적 크기들에 기초한다.

일부 실시예들에서, 시스템은 상기 신체 내의 복수의 상이한 알려진 생리학적 소스들로부터의 신호들에 대해, 상기 생리학적 소스로부터 수신된 신호에 의해 공진기 회로에 추가된 실수 및 허수 인덕턴스 성분들의 특성 상대적 크기들을 나타내는 정보를 저장하는 데이터세트에 액세스하고;

실수 및 허수 인덕턴스 성분들을 나타내는 검출된 측정치들을 사용하여, 그리고 데이터세트를 참고하는 것에 기초하여, 반송된 전자기 신호들로부터 상이한 각자의 알려진 생리학적 소스들에 대응하는 하나 이상의 개별 신호 성분들을 추출하도록 구성된다.

다른 실시예들에서, 상이한 생리학적 신호들을 분리하기 위한 상이한 수단, 예를 들어, 독립 성분 분석 방법이 사용될 수 있다.

위에서 언급된 추가적인 인덕턴스 성분은, 간결함을 위해, 반사 인덕턴스 L_r로 지칭될 수 있고, 위에서 상세히 논한 반사 인덕턴스에 대응한다. 복소수 L_r은

로 표현될 수 있고, 이때

는 실수부이고,

는 허수부이다.

추가적인 인덕턴스 성분의 실수부 및 허수부를 나타내는 감지된 측정치들은 상이한 형태들을 취할 수 있다. 그러나, 유리한 예들의 세트에서, 실수부를 나타내는 감지된 측정치는 공진기 회로(10) 전류의 주파수의 감지된 변화들일 수 있다. L_r의 허수부를 나타내는 감지된 측정치는 공진기 회로 전류의 진폭의 감지된 변화들일 수 있다.

아래의 표 1은 안테나에서의 반사 인덕턴스의 실수부 및 허수부의 변화들에 의존하여 변화하거나 변동하는 다양한 전기적 특성들을 정리한다. 따라서, 각각이 반사 인덕턴스 L_r의 실수부 또는 허수부 중 하나를 나타내는 전위 측정치를 제공한다. 상이한 특성들이 시스템(8) 컴포넌트들과 상이하게 측정가능하다.

[표 1]

따라서, 루프 안테나의 리액턴스 및 저항의 변화들을 각각 나타내는 임의의 측정치가 반사 인덕턴스의 실수부 및 허수부를 나타내는 측정치들로서 사용될 수 있다. 편리한 직접 측정치는 공진기 회로의 주파수 및 감쇠의 변화들에 대한 것이다.

공진기 회로의 감쇠의 변화는 공진기 회로의 전류 진폭의 변화로 이어진다. 따라서, L_r의 허수부는 공진기 회로 전류 진폭의 변화들을 측정함으로써 측정될 수 있다. 그것은 또한 공진기 회로의 전압 진폭의 변화들을 측정하는 것을 통해 측정될 수 있으며, 여기서 전류 진폭 I₀과 전압 진폭 V₀ 간의 관계는 I₀ = 2πCV₀에 의해 주어지며, 여기서 C는 공진기 회로의 총 커패시턴스이다.

이들은 예를 들어, 공진기 회로, 또는 신호 발생 수단(예컨대, 위의 예에 따른 발진기)을 포함하는 전체 회로의 전류의 주파수 및 진폭의 변화들을 감지함으로써 차례로 감지될 수 있다.

위에 언급된 바와 같이, 적어도 하나의 그룹의 실시예들에 따라, 시스템은 상이한 알려진 생리학적 소스들로부터 유래하는 신호들에 대해 안테나에서 검출된 반사 인덕턴스 성분 L_r의 실수부 및 허수부의 특성 상대적 크기들을 나타내는 정보를 저장하는 데이터세트를 참고하도록 구성된다.

데이터세트는 로컬로, 예를 들어, 시스템에 추가로 포함되는 메모리에 저장될 수 있거나, 또는 데이터세트는 외부에서, 예컨대, 시스템(8)으로부터 원격으로, 예컨대, 원격 컴퓨터 또는 서버 또는 데이터 저장소에 저장될 수 있다. 시스템은 그러한 원격 컴퓨터 또는 데이터 저장소와 통신하여 그에 저장된 정보에 액세스하도록 구성될 수 있다.

데이터세트는 예를 들어, 데이터베이스, 또는 표, 또는 데이터 구조의 임의의 다른 형태를 취할 수 있다.

하나의 유리한 세트의 예들에 따르면, 각각의 생리학적 소스에 대해 저장된 표시 정보는, 그 내용이 반사 인덕턴스 L_r의 실수부 및 허수부의 상기 특성 상대적 크기들을 나타내는 벡터 요소들을 갖는 벡터의 형태를 취할 수 있다.

따라서, 상이한 생리학적 소스들 X에 대한 이러한 저장된 특성 벡터들는 다음의 형태를 취할 수 있다.

여기서,

및

는 생리학적 소스 X로부터 유래하는 신호에 의해 유도될 것으로 예상되는 반사 인덕턴스 신호의 실수 및 허수 성분들의 상대적 크기들을 나타낸다.

이들 벡터들은 "지문 벡터들"로 지칭될 수 있는데, 그 이유는 이들이 각각의 생리학적 소스의 인덕턴스 신호 지문을 나타내기 때문이다.

상이한 생리학적 소스들의 예들은 비제한적인 예로서 "호흡", "맥박", "움직임" 또는 "요골 동맥 혈관 직경"을 포함한다. 소스들은 "말하는 것" 또는 "먹는 것"과 같은 훨씬 더 구체적인 소스들을 포함할 수 있다.

특성 지문 벡터들은 사전에 결정되어 데이터베이스 내에 정적으로 저장될 수 있거나, 또는 시스템의 사용 동안 동적으로 업데이트될 수 있다. 후자의 옵션이 하기의 구절들에 더 상세히 기술될 것이다.

초기에 지문 벡터들을 도출하는 것은 경험적으로 수행될 수 있거나, 또는 예를 들어, 모델링에 기초하여 수행될 수 있다. 경험적 도출은 상이한 가능한 벡터들을 시도하고, 생리학적 신호에 대응하는 신호 성분의 추출을 정확하게 생성하는 각각의 생리학적 소스에 대한 벡터를 향해 반복적으로 이동하는 반복적 샘플링 프로세스에 기초할 수 있다.

가장 간단한 경우에, 특성 지문 벡터들

는 생리학적 소스 X에서 유래하는 신호에 의해 안테나에서의 예상 유도 반사 인덕턴스 L_{r_X}를 표현하는 복소 평면 내의 정규화된 벡터의 형태를 취할 수 있다. 이 경우에,

이 예에서, 특성 벡터

는 실수 및 허수 성분들의 상대적 크기들만 표현한다. 이는 복소 평면 내의 예상 복소수 L_r의 방향을 효과적으로 표현하는 것으로 이해될 수 있다.

시스템(8)은 저장된 정보(즉, 이 예에서 특성 벡터들)를 사용하여, 상이한 알려진 생리학적 소스들로부터 감지된 전자기 신호들로부터 하나 이상의 신호 성분들을 추출하도록 추가로 구성된다.

전체 합성 반송된 신호들은 또한 안테나에서 감지되는 추가적인 인덕턴스 성분(반사 인덕턴스)의 실수부 및 허수부에 관하여 또한 벡터 형태로 표현될 수 있다. 따라서, 감지된 신호

는 다음과 같은 형태를 취할 수 있다.

여기서, 검출된 추가적인 인덕턴스 성분 L_r은

에 의해 주어진다.

이어서, 특정 생리학적 소스 X로부터의 신호 성분

의 추출은 감지된 신호

를 그 소스에 대한 저장된 특성 벡터

에 투영하는 단계를 포함할 수 있다. 수학적으로, 이는 감지된 신호

와 주어진 생리학적 소스에 대한 특성 벡터

의 간단한 내적을 수행함으로써 달성될 수 있다:

이는 인덕턴스 신호의 성분

을 생성할 것이며, 이는

로 표현되는 상대 L_r 실수부 및 허수부를 갖는 특정 생리학적 소스 X로부터 수신된 전자기 신호들에만 대응한다.

이러한 투영은 데이터세트에 저장된 특성 벡터들을 갖는 생리학적 소스들 중 임의의 하나 이상에 대해 수행될 수 있다.

임의로, 방정식(39)의 투영은 방정식(39)의 내적을 취하기 전에 먼저

의 베이스라인을 제거함으로서, 예컨대

에 고역 통과 필터를 적용함으로써 개선될 수 있다.

여기서,

는

의 느리게 변동하는 베이스라인 성분이다.

는 단지

)의 저역 통과 필터링된 버전이라는 점에 주목한다). 이 필터의 3-dB 포인트는, 바람직하게는 관련 생리학적 변화들이 사전처리된 신호

에 여전히 존재하는 것을 보장하도록 충분히 낮아야 한다.

임의로, 방정식(39)의 투영은 내적을 취하기 전에 대역 통과 필터를 적용함으로써 추가로 개선될 수 있다:

여기서,

는

)의 고역 통과 필터링된 버전이다. 이 필터의 3-dB 포인트는, 바람직하게는 관련 생리학적 정보가 사전처리된 신호

에 여전히 존재하는 것을 보장하도록 충분히 높아야 한다.

하나 이상의 세트들의 실시예들에 따르면, 시스템(8)은 추출된 신호 성분들 중 하나 이상이 대응하는 생리학적 파라미터 또는 현상을 정량화하기 위한 수단을 포함할 수 있다. 예를 들어, 폐로부터 유래하는 추출된 L_r 신호 성분은 폐 용적의 생리학적 파라미터에 대응할 수 있다. 시스템은 대응하는 신호 성분을 대응하는 생리학적 현상, 예컨대 폐 용적을 표현하는 신호로 전환 또는 변환 또는 매핑하기 위한 알고리즘 또는 연산자(operator) 또는 함수를 포함할 수 있다.

일부 경우들에서, 이는, 예를 들어, 도출된 (원시) 신호 성분에 적용되는 간단한 승수를 포함할 수 있다. 추가의 경우들에서, 이는 원시 도출 신호 성분을 물리적 현상 또는 파라미터들을 표현하는 신호로 처리 또는 변환하는 보다 복합적인 함수 또는 연산자를 포함할 수 있다.

생리학적 신호들에 대한 이러한 변환 또는 매핑을 수행하기 위한 알고리즘들, 연산자들 및/또는 함수들은 로컬로 또는 원격으로 미리 저장되고 시스템(8)에 의해 액세스될 수 있다.

일부 예들에서, 진정한 생리학적 신호들에 대한 매핑은 특성(지문) 벡터들

에 내장될 수 있다. 예를 들어, 방정식(36) 및 방정식(37)에 표현된 형태의 벡터 성분들을 갖는 단순 정규화된 L_r 벡터들을 사용하는 대신에, 하나 이상의 예들에 따라,

벡터들의 성분들은 대응하는 반사 인덕턴스의 실수부 및 허수부로 나눈 진정한 생리학적 파라미터 또는 현상 X 자체의 크기로 주어질 수 있다.

예를 들어, 생리학적 현상 X가 폐 용적 변동인 경우, 대응하는 지문 벡터 성분들

및

은 리터/헨리(liters / Henrys)의 단위를 가질 것이다. 이어서, 이는 내적이 지문 벡터와 감지된 L_r 벡터(단위 헨리) 사이에서 취해질 때, 생성된 출력 신호는 단순히 리터의 단위(즉, 진정한 생리학적 파라미터 단위)를 갖는 것을 의미한다.

상이한 신호 성분들을 추출함에 있어서 시스템(8)에 의해 수행되는 처리 단계들의 개략적인 표현이 도 6에 예시되어 있다. 도 6은 루프 안테나(12) 및 결합된 신호 처리 수단(14)을 도시한다. 발생된 여기 신호들은, 예로서, 대상 신체의 흉부 영역으로 전송되는 것으로 도시된다.

신체로부터 반송된 전자기 신호들이 동일한 안테나에서 수신된다. 수신된 전자기 신호들로 인해 공진기 회로에서 추가적인 인덕턴스 성분 L_r이 유도된다.

L_r의 실수부 및 허수부가 검출 및 결정되며, 이들은 2개의 독립적인 신호들로서 출력된다.

위에 언급된 바와 같이, 하나의 세트의 예들에 따르면, L_r의 실수부는 공진기 회로(안테나(12) 및 결합된 커패시터를 포함함)의 주파수, 또는 신호 발생 수단(14)(예컨대, 자유 구동 발진기)의 주파수를 측정함으로써 측정될 수 있다. 그 이유는 공진기의 방사 주파수가 다음의 관계를 통해 반사 인덕턴스의 실수부에 의존하기 때문이다.

여기서, L₀은 자유 공간에서 특성 자기 인덕턴스이고, ω_0,0은 자유 공간에서 공진기의 방사 주파수이다.

다른 예들에서, L_r의 실수부는 상이한 방식으로 측정될 수 있으며, 여기서 공진기 회로 및/또는 발진기의 주파수는 제어 회로를 통해 고정되어 유지되고, L_r의 실수부는 제어 회로로의 주파수 피드백 신호를 통해 측정된다. 그러한 회로부는 종종 주파수-고정-루프 회로(frequency-locked-loop circuit)로서 알려져 있다.

예를 들어, 제어 회로는 고정된 주파수에서 공진기 회로의 주파수를 유지하도록 구현될 수 있다. 이를 위해, 회로의 주파수는 지속적으로 반복적으로 측정 될 수 있고, 이러한 주파수는 (피드백 신호로서) 가변 커패시턴스 커패시터 컴포넌트로 피드백된다. 이 가변 커패시터는 측정된 주파수에 따라 공진기 회로의 커패시턴스를 조정하여 임의의 감지된 주파수 변화들을 보상하게 할 수 있고, 주파수를 정의된 값으로 유지할 수 있다. 이어서, 가변 커패시터에 대한 주파수 피드백 신호는 L_r의 실수부를 결정하는 데 사용될 수 있는데, 그 이유는 그것이 공진기(및 발진기) 회로들의 고유 주파수의 변화들을 표현하는 정보를 포함하기 때문이다.

이들과 같은 주파수-고정 루프 회로들은 예를 들어, 규제 준수를 가능하게 하는 이점들을 갖는데, 그 이유는 방출 주파수가 고정된 채로 유지되고, 예를 들어 법적으로 금지된 전자기 대역으로 이동할 수 없기 때문이다.

또한 위에 언급된 바와 같이, L_r의 허수부는 하나의 세트의 예들에 따라 공진기의 감쇠를 측정함으로써 측정될 수 있다. 예들에서, 공진기의 감쇠는 신호 발생 수단(본 예에서 발진기(14))의 진폭을 측정함으로써 측정될 수 있다. 그것은 또한 커패시터 위의 공진기 회로의 전압 진폭(종종 당업계에서 "탱크 스윙(tank swing)"으로 지칭됨), 또는 공진기 회로의 전류 진폭을 측정함으로써 측정될 수 있다.

그 이유는 발진기(14) 진폭이, 공진기 회로에서 그 크기를 갖는 추가적인 유도 저항 성분(R_r)으로 인해 반사 인덕턴스의 허수부에 적어도 부분적으로 의존하기 때문이다.

여기서, ω는 공진기 회로 전류의 각주파수이다. 이러한 추가적인 저항 성분은 발진기(14) 진폭의 감소를 야기하며, 진폭은 저항이 증가함에 따라 감소한다.

특정 예들에 따르면, 공진기의 감쇠는 L_r의 실수부를 측정하기 위한 앞서 논의된 고정 주파수 피드백 회로와 유사한 원리들로 동작하는 고정 전류 및 전압 진폭 제어 루프 회로를 사용함으로써 측정될 수 있다.

특히, 공진기 회로는 공진기 회로의 이득 또는 감쇠를 제어(설정)하기 위한 이득 제어기 또는 감쇠 제어기에 결합될 수 있다. 동작 동안, 공진기 회로의 전류 또는 전압 진폭이 모니터링되고 이는 피드백 신호를 통해 이득 제어기로 피드백될 수 있다. 이득 또는 감쇠 제어기는 전류 또는 전압 진폭의 임의의 감지된 변화들을 보상하고 정의된 고정된 레벨에서 전류 진폭 또는 전압 진폭을 유지하도록, 반송된 피드백 신호에 기초하여 공진기 회로의 이득 또는 감쇠를 조정하도록 구성될 수 있다. 이러한 정의된 레벨은 바람직한 예들에 따라 조정가능(예컨대, 사용자 조정가능)할 수 있다.

이어서, 이득 또는 감쇠 제어기에 공급되는 전류 또는 전압 진폭 피드백 신호는 L_r의 허수부를 측정하는 데 사용될 수 있으며, 그 이유는 그것이 공진기 회로의 순시 전류 또는 전압 진폭을 표현하는 정보를 포함하기 때문이다.

이득은 공진기 회로(또는 발진기 회로)의 테일 전류(tail-current) 또는 이득 회로의 콜렉터 전압(즉, Vcc)의 제어에 기초하여 제어될 수 있다. 공진기 회로의 감쇠는 공진기 회로 내의 가변 저항기 컴포넌트의 사용에 기초하여 조정될 수 있다.

다시, 피드백 루프를 사용하는 것의 이점은 규제 표준들, 예컨대 소정의 정의된 전압 또는 전류 진폭 한계들 내에서 회로들을 동작시키기 위한 요건들을 보다 쉽게 준수할 수 있다는 것이다.

위에서 약술된 절차들 및 접근법들 중 임의의 것에 기초하여 상이한 생리학적 배향들로부터의 신호들이 시스템(8)에 의해 추출된다.

논의된 바와 같이, 하나의 접근법은 벡터 표현을 사용하는 것이며, 여기서 시스템은, 각자의 소스들로부터 유래하는 신호들에 대한 실수 및 허수 L_r 성분들의 특성 상대적 크기들을 표현하는, 상이한 생리학적 소스들에 대해 저장된 특성(또는 지문) 벡터들

에 액세스한다.

하나의 세트의 예들에 따르면, 상이한 생리학적 소스들에 대한 지문 벡터들

은 예를 들어, 로컬 메모리에, 또는 원격 컴퓨터 또는 서버에 원격으로 미리 저장될 수 있다.

일부 예들에서, 시스템은 그에 대한 지문 벡터들이 데이터세트에 저장되어 있는 모든 생리학적 소스들에 대한 신호 성분들을 추출할 수 있으며, 즉 시스템은 데이터세트에 저장된 모든 지문 벡터들을 시스템(8)에 의해 감지된 합성 L_r 신호에 적용할 수 있다.

다른 예들에 따르면, 시스템은 사용자 인터페이스를 포함할 수 있고, 시스템은 그에 대한 지문 벡터들이 데이터세트에 저장되어 있는 생리학적 소스들 중 하나 이상의 생리학적 소스들의 세트의 사용자에 의한 선택을 허용하도록 구성될 수 있다.

하나 이상의 예들에 따르면, 시스템은 하나 이상의 환자 인구통계학적 파라미터들, 예컨대 체중, 연령, 키)를 나타내는 사용자 입력을 수신하도록 구성될 수 있고, 시스템은 입력된 환자 파라미터들로부터 그에 대한 신호 성분들을 도출하기 위한 하나 이상의 관련 생리학적 소스들을 결정하도록 구성된다. 이어서, 결정된 생리학적 소스들에 대응하는 관련 지문 벡터들은 데이터세트로부터 검색될 수 있고, 시스템(8)에 의해 사용되어 대응하는 신호 성분들을 추출할 수 있다.

일부 경우들에서, 주어진 생리학적 소스에 대해 하나 초과의 벡터가 데이터세트에 저장될 수 있거나, 또는 저장된 벡터들 중 하나 이상은 조정될 수 있는 환자 종속 파라미터들을 포함할 수 있다. 사용자 인터페이스는 이들 환자 파라미터들 중 하나 이상을 나타내는 사용자 입력을 수신하기 위해 사용될 수 있고, 이들은 벡터들을 튜닝하거나 조정하는 데 사용되거나, 또는 주어진 시나리오에서 적용하기 위해 가장 관련된 지문 벡터를 선택하는 데 사용될 수 있다. 이러한 옵션은 소정의 환자 인구통계학적 파라미터들이 지문 벡터들에 대한 최적의 설정들에 영향을 미칠 것으로 예상될 수 있다는 인식에 기초한다(예컨대, 지방 층의 두께는 지문 벡터의 복소 평면 내의 방향에 영향을 미칠 수 있음).

하나 이상의 예들에 따르면, 시스템(8)은 도출된 신호 성분들을 시스템의 사용자에게 전달하기 위한 디스플레이 또는 다른 감각 출력 디바이스를 포함할 수 있다.

위에 언급된 바와 같이, 시스템은 추출된 신호 성분이 대응하는 진정한 생리학적 현상 또는 파라미터에 대한 대응하는 신호를 추출된 신호 성분들로부터 도출하도록 추출된 신호 성분들을 추가로 처리하기 위한 수단을 포함할 수 있다. 예들은, 예를 들어, 호흡율 신호, 맥박수 신호, 혈관 직경, 혈압, 또는 임의의 다른 생리학적 파라미터 또는 측정 또는 신호를 포함할 수 있다. 추출된 파라미터들 또는 측정 신호들은 임의로, 디스플레이 출력을 사용하여 디스플레이될 수 있다.

하나 이상의 예들에 따르면, 시스템(8)은 주어진 환자에 대한 이전에 추출된 신호 성분들의 특성들 또는 특징들에 기초하여, 저장된 지문 벡터들

을 조정 또는 개선하기 위한 학습 절차를 수행하도록 추가로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상이한 환자들이 그들의 신체들과 연관된 상이한 기하학적 구조들을 가지며, 이들 상이한 기하학적 구조들은 단일 세트의 저장된 특성 지문 벡터들이 반드시 모든 개별 환자에게 최적으로 튜닝되는 것은 아닐 것임을 의미한다.

예를 들어, 각각의 환자는 약간 상이한 내부 및 외부 신체 형상(예컨대, 지방 층의 두께, 근육량, 심장의 위치, 폐의 팽창량, 호흡일(work of breathing))을 갖는다.

따라서, 시스템(8)은 당면한 특정 환자에 따라 (예컨대, 자동으로 그리고 동적으로) 지문 벡터들의 초기 학습 및/또는 업데이트를 허용하는 학습 알고리즘으로 구성될 수 있다. 최적의 지문 벡터들이 이 절차에 따라 특정 환자에 대해 식별될 수 있다. 이는 상이한 지문 벡터들을 시도하도록 구성된 학습 또는 조정 알고리즘의 적용을 수반할 수 있는데, 이는 소정의 타겟 생리학적 기원으로부터 유래하는 대응하는 추출된 신호 성분(예컨대, 맥박)의 가능성에 대한 출력 스코어를 생성할 수 있다.

지문 벡터들을 동적으로 학습하거나 업데이트하는 바람직한 방법은 독립 성분 분석(ICA)으로 불리는 카테고리 내의 다양한 알려진 방법들 중 하나를 적용하는 것일 것이다. 이 카테고리 내의 방법들은 유도성 감지의 맥락에서 사용된 바가 없다. 본 발명자들에 의해, 이들 방법들이 최적의 지문 벡터들을 동적으로 식별하는 데 매우 효과적인 것으로 밝혀졌다.

본질적으로, ICA 알고리즘들은 공진기 회로에서 검출된 신호들(차원 n > 1, 즉, 동시에 검출된 다수의 신호들)이 차원 m ≤ n의 (아직 알려지지 않았지만 결정될 것인 기본) 소스 신호들의 선형 혼합 또는 조합이라고 가정한다. 이를 추가로 설명하기 위해, 이제 2개의 소스 신호들 a ₁(t) 및 a ₂(t) 및 2개의 검출된 신호들 s ₁(t) 및 s ₂(t)가 있는 예가 고려된다. 이들 둘은 하기를 통해 관련된다.

또는 행렬 표기법으로는,

여기서, 가중 벡터 행렬

는 어떻게 소스들

및

가 감지된 신호들

및

에 매핑 또는 변환되는지를 기술한다. 독립 성분 분석은 알려지지 않은 기본 소스들

및

가 신호들

및

의 측정에 기초하여 획득될 수 있도록, 검출된 신호들

에 기초하여 행렬

을 결정하는 것에 관한 것이다.

특히 가중치 벡터 행렬

의 역을 도출하는 것이 가장 유용할 수 있는데, 그 이유는 이렇게 하는 것이 검출된 신호들

, 즉, 하기에 기초하여 알려지지 않은 소스

를 구성하는 방법을 보다 직접적으로 설명하기 때문이다.

따라서, 독립 성분 분석은, 기본 소스 신호들

를 계산하기 위해, 검출된 신호

에 기초하여 행렬

을 획득하는데 사용될 수 있다.

이러한 ICA 접근법은 본 발명의 실시예들에 대한 지문 벡터들의 결정에 직접 적용될 수 있다. 특히, 방정식(39)의 형태와 방정식(44)의 형태 간에 직접적인 매치가 있다. 검출된 신호들

및

는, 예를 들어, 유도 센서의 측정된 주파수 및 진폭(또는 각각 반사 인덕턴스의 실수부 및 허수부 또는 각각 루프 안테나의 리액턴스 및 저항 - 다른 옵션들에 대해서는 위의 표 1을 참조)에 의해 주어질 수 있고, 재구성될 기본 소스들인 소스들

및

는 안테나에 의해 포착되는 상이한 생리학적 신호 소스들, 예를 들어, 호흡 및 맥박(또는 호흡 및 움직임 또는 맥박 및 움직임)이다.

위의 방정식이 2개의 행들만을 갖는 행렬을 도시하지만, 이는 단지 예시를 위한 것이며, 행렬들은 2개 초과의 생리학적 소스 신호들, 즉 n개의 소스 신호들 a(t)를 추출하기 위한 2개 초과의 행들, 즉 n개의 행들을 가질 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예들에 대해 적용될 때, 행렬

내의 행들은 방정식(39)과 관련하여 위에서 논의된 유도성 감지 방법의 지문 벡터들에 대응한다. 따라서, 수학식(39)에 기술된 바와 같은 지문 벡터

는 행렬

내의 행들 중 하나이다. 측정된 신호들의 세트

로부터 추출될 소스 신호들의 수는 행렬

내의 행들의 수이다. 위에서 사용된 "지문" 벡터들의 명명법을 사용하여, 역행렬

이 "지문 행렬"로서 기술될 수 있다.

따라서, 독립 성분 분석은 행렬

을 도출하는 것에 관련된 신호 처리 방법들의 카테고리라는 것, 그리고 이는 감지된 신호들에 의해 포함된 2개 이상의 생리학적 신호 소스들의 감지된 유도 신호들의 세트로부터의 식별 및/또는 추출에 유리하게 적용될 수 있다는 것을 알 수 있다. 따라서, 이는 알려지지 않은 지문 벡터들을 동적으로 결정하기 위해 본 발명의 실시예들에 따라 사용될 수 있다.

방법은 당면한 특정 환자에 대한 상이한 생리학적 소스들과 연관된 지문 벡터들(또는 더 광범위하게는, 반사 인덕턴스의 실수 및 허수 성분들의 상대적 크기들)을 학습하기 위해 유도성 감지 시스템이 실제로 사용되기 전에 초기 절차, 예컨대, 초기 학습 또는 교정 절차로서 적용될 수 있다. 그것은 추가적으로 또는 대안적으로 지문 벡터들(또는 상대적 크기들)을 업데이트하는 데 사용될 수 있다.

독립 성분 분석의 방법론은 유도성 감지 분야에서는 적용된 바가 없었다. 이는 비자명한 발전으로서, 그 이유는 유도 센서들에 관한 50년간의 연구에도 불구하고, 주파수 및 감쇠가 그들의 상대적인 값들이 그들의 기원자인 특정 생리학적 소스를 식별하는 데 사용될 수 있는 2개의 독립적인 신호들로서 고려될 수 있다는 것이 인식된 바가 없기 때문이다.

ICA의 인기 있는 방법으로, 예를 들어, 문헌[

, A., & Oja, E. (2000). Independent component analysis : algorithms and applications. Neural Networks, 13, 411-430.]에 기술된 Fast ICA가 알려져 있다. 이는 기본 소스 신호

의 엔트로피에 대한 효율적인 근사치를 사용하고, 엔트로피를 최소화(비정규성(non-Gaussianity)을 최대화)하기 위해

를 최적화하는 효과적인 반복 방법을 갖는다.

본 발명의 하나 이상의 실시예들에 따른 지문 벡터들을 검출하기 위해 FastICA를 적용하는 것의 예시적인 결과가 도 7에 도시되어 있다. 지문 벡터들은 공진기 회로 전류의 진폭 및 주파수의 검출된 신호들에 FastICA를 (시간의 함수로서) 적용하는 것에 기초하여 결정된다. 식별된 지문 벡터들은 검출된 합성(혼합) 신호들(진폭 및 주파수)을 (예를 들어) 호흡 및 맥박에 의해 발생된 신호들에 대응하는 기본 성분들(또는 소스들)로 효과적으로 분해한다.

도 7에서, 검출된 신호들(102, 104)은 비교적 빨리 호흡하고 있는 지원자(분당 대략 36회의 호흡 - 기도 부피(airway volume) 신호(100) 참조)의 흉골에 배치된 유도성 센서로부터 획득되었다. 유도성 센서 진폭(신호(102)) 및 주파수(신호(104)) 둘 모두가 기록된다. 맥박 및 호흡의 기본 생리학적 신호 소스들(각각 신호들(108, 110))은 (검출된 유도성 감지 신호들(102, 104)에 적용된) 위에서 논의된 FastICA 방법을 사용하여 결정된 지문 벡터들에 기초하여 추출 또는 재구성된다.

따라서, ICA 방법은 진폭과 주파수 둘 모두가 동시에 기록되는 유도성 센서 내의 상이한 생리학적 소스들을 분리하는 데 매우 효과적이다.

위의 예가 상이한 생리학적 소스들에 대한 지문 벡터들을 검출하는 것에 관하여 기술되지만, 상이한 생리학적 소스들에 대한 반사 인덕턴스의 실수 및 허수 성분들의 상대적 크기를 검출하는 것에 보다 광범위하게 적용가능한 것으로 이해될 수 있다는 것에 유의한다. 지문 벡터들의 사용은 본 출원에서 논의되는 이러한 일반적인 개념의 하나의 표현이다.

보다 광범위하게, 지문 벡터들에 대한 학습 절차는 상이한 생리학적 소스들로부터 감지된 신호 성분들을 분리하기 위한 임의의 대안적인 방법의 일시적인 사용에 기초할 수 있다. 이어서, 대안적인 방법을 사용하는 이들 분리된 신호들은 일부 예들에 따라 분석되어 그들의 대응하는 실수 및 허수 L_r 성분들을 결정할 수 있고, 이어서 주어진 신호 소스에 대한 이들 성분들의 상대적 크기들이 예를 들어, 업데이트된 지문 벡터의 형태로 데이터세트에 저장될 수 있다. 대안적으로, 이들은 위의 ICA 방법에서와 같이, 직접 지문 벡터들의 결정으로 이어질 수 있다.

대안적인 방법은 신호 성분들의 상이한 주파수 조성들/스펙트럼들, 신호 성분들의 상이한 크기들/진폭들, 신호 성분들의 상이한 품질 측정치들에 기초하는 것과 같이, 상이한 생리학적 소스들로부터의 신호 성분들을 분리하거나 구별하기 위해 현재 당업계에 알려져 있는 임의의 방법일 수 있다. 이들 접근법들에 기초하여 신호들을 분리하는 것은, 비제한적인 예로서, 웨이블릿(wavelet)들, 신호 주파수 분석, 및/또는 시스템 품질 측정치들 중 임의의 것을 이용할 수 있다. ICA는 상이한 신호 성분들 또는 지문 벡터들을 결정하기 위한 하나의 예시적인 접근법이지만, 다른 접근법들이 다른 예들에서 대안적으로 사용될 수 있다.

보다 상세하게는, 방법들은 상이한 생리학적 기원들을 갖는 감지된 신호 성분들을, 그러한 소스들로부터 유래하는 신호들과 연관된 소정의 선험적 알려진 특성들에 기초하여 분리하기 위한 신호 처리의 기존의 기술 분야에 존재한다. 예를 들어, 호흡율은 (아주 자주) 맥박수보다 느리며, 따라서 안테나에서의 대응하는 유도 신호들은 상응하게 상이한 주파수들을 가질 것이다. 따라서, 이러한 신호 성분들은, 일부 예들에서, 안테나에서 감지된 전체 합성 신호의 주파수 분석에 기초하여 서로 분리될 수 있다.

다른 기존의 방법은 신호 성분 파형의 형상의 분석에 기초한다. 예를 들어, 전형적인 호흡 신호는 맥박수 신호와는 상이한 형상을 갖는다. 파형 기반 접근법들은 종종 웨이블릿들을 사용할 수 있다.

위에서 논의된 바와 같이, 최신 기술에서 이용되는 이들 방법들은, 특히 호흡율이 매우 높거나 심박수가 매우 느린 경우와 같이, 일반적으로 구별되는 신호들이 서로 보다 유사해지도록 하는 특정 병리가 존재하는 경우 오해의 소지가 있거나 신뢰할 수 없을 수 있다. 지문 벡터들의 사용은 모든 임상 시나리오들에 걸쳐 더 신뢰성이 있다.

위에서 논의된 알려진 고전적 신호 분리 접근법들을 이용하는 학습 절차는, 예들에서, 임상적으로 간단하고 신호들의 분리에서 혼동 또는 오류를 야기하지 않는 것으로 알려진 소정의 시나리오들로 수행될 수 있다. 일단 학습 절차가 지문 벡터들을 업데이트하면, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 실수 및 허수 L_r 성분들의 상대적 크기들의 사용에 기초하여 이용될 수 있다.

(그 동안에 학습 절차가 이용될 수 있는) 간단한 임상 시나리오들은 (비제한적인 예로서) 하기의 경우들 중 임의의 경우를 포함할 수 있다: 움직임 아티팩트가 낮은 경우들(예컨대, 정적 환자; 환자가 무호흡을 갖지 않는 경우들; 심장 부정맥이 없는 경우들; 호흡율 및 맥박수가 잘 분리되는 경우들; 맥박 파형이 비정상적이지 않은 경우들; 호흡 신호가 정상 파형을 갖는 경우들).

단순하지 않은 임상 시나리오들의 예들 - 이 동안 고전적인 신호 분리 접근법들을 이용하는 학습 절차의 구현은 회피될 수 있고, 대신에 본 발명의 실시예들의 개선된 접근법이 사용될 수 있음 -은 예를 들어, 다음 경우들 중 하나 이상을 포함한다: - 무호흡 에피소드가 있는 경우들.

여기서, 간헐적으로 호흡 신호가 전혀 없다. 특히, 예를 들어, 신생아 환자들의 경우들에서, 무호흡 중에 맥박수가 또한 떨어질 수 있다. 호흡 신호의 부재 동안, 고전적인 신호 분리 알고리즘은 맥박수를 호흡율로 오인할 수 있다.

- 호흡 주파수 및 맥박 주파수가 유사한 경우들. 주파수 분석 접근법은 이 경우에 2개의 신호들을 구별하는 데 실패할 수 있다.

- 움직임 아티팩트들(예컨대, 감지 동안 환자 또는 안테나의 이동)이 있는 경우들. 이러한 움직임 아티팩트들은 신뢰성있는 신호 분리를 방해할 수 있는 신호 잡음을 유발한다.

특정 예들에서, 지문 벡터들을 개선하거나 업데이트하기 위해 통상의 기계 학습 기법들이 또한 적용될 수 있다. 예를 들어, 논의된 고전적인 접근법들(예컨대, 주파수 또는 파형 분석)에 기초하여 상이한 생리학적 소스들로부터 신호 성분들을 분리하도록 훈련된 기계 학습 알고리즘이 이용될 수 있다.

위에 약술된 예들에서, 상이한 생리학적 소스들에 대한 L_r실수 및 허수 성분들의 상대적 크기들을 나타내는 저장된 정보가 벡터

의 형태이지만 필수적인 것은 아님에 유의한다. 다른 예들에서, 상대적 크기들 자체가 간단히 수치 형태로 저장될 수 있다. 다른 예들에서, 실수 및 허수 성분들의 상대적 크기들에 관련되거나 그로부터 도출되거나 달리 그를 나타내는 다른 측정치들, 즉 L_r의 실수 및 허수 성분들의 상대적 크기들의 대용이 사용될 수 있다.

일부 예들에서, 주어진 생리학적 소스에 의해 안테나에서 유도될 것으로 예상되는 복소수 L_r 성분의 복소 위상 또는 편각이 저장될 수 있다.

유리한 세트의 실시예들에 따르면, 시스템(8)은 신체 내의 상이한 생리학적 소스들에 대한 특성 벡터들

의 직교성을 증가시키기 위해, 발생된 여기 신호들의 주파수를 조정하기 위한 추가적인 유리한 기능을 갖도록 추가로 구성된다. 이제 이 옵션의 기초가 되는 이론에 대해 자세히 상세히 약술할 것이다.

위에서 도출된, 공진기 회로에 수신된 추가적인 인덕턴스 성분(특성 반사 인덕턴스

)에 대한 결정된 식으로부터, 신체의 상이한 영역들로부터 유래하는 신호들에 대한 유도 인덕턴스 성분의 편각 또는 위상은 인가된 여기 신호들의 주파수에 따라 변한다는 것이 도출될 수 있다 따라서, 인가된 여기 신호들의 주파수를 변경함으로써, 주어진 생리학적 영역에 대한 대응하는

신호 성분의 위상 또는 편각이 변화할 것이다.

특히, 안테나에서 유도된

신호의 위상의 깊이 의존성(z 방향)은 매우 주파수 의존적이다. 따라서, 인가된 여기 신호들의 주파수를 조정함으로써, 신체 내의 다른 위치들에서 유래하는 반사 인덕턴스

신호들의 상대적 위상들(즉, 편각들)을 조정할 수 있다.

이는 상이한 생리학적 소스들로부터의 신호들에 대한 복소 평면 내의 복소수

신호들의 상대적 방향들은 인가된 여기 신호들의 주파수를 조정함으로써 변동될 수 있음을 의미한다. 이를 표현하는 동등한 방법은 상이한 생리학적 소스들로부터 유래하는 신호들에 대한 복소수

신호의 실수 및 허수 성분들의 상대적 크기들은 인가된 여기 신호들의 주파수에 의존하여 변동한다는 것이다.

또한, 인가된 여기 신호들의 주파수를 조정하는 것은 또한 (이들 조직 유형들이 신체 내의 동일한 일반적인 위치에 있는 경우에도) 신체 내의 상이한 조직 유형들로부터 유래하는 신호들의 상대적 위상들 또는 편각들의 결과적인 변화로 이어질 수 있다.

이는 신체 내에서 유도된 와전류들의 위상이 전형적으로 조직 유형 경계들을 가로질러 비교적 큰 점프(jump)들 또는 불연속부를 만들 수 있다는 점에 기인한다. 이는 예를 들어, 손실 탄젠트 δ ≡ -Arg (-

)가 생성된 신호의 상대적 위상에 영향을 미치는 것을 나타내는 위의 방정식(25)으로부터 이해될 수 있다. 저주파수들에서, 모든 조직들은 δ=90°를 가질 것이다. 그러나, 일부 조직-의존성 임계 주파수

에서, 손실 탄젠트는 δ=0°에 더 가깝게 이동할 것이다. 모든 조직마다 상이한 전도도 및 유전율을 갖기 때문에, 손실 탄젠트가 상이한 값으로 변화하는 임계 주파수는 매우 조직 의존적이다. 따라서, 주파수를 변경함으로써, 신체 내의 상이한 조직들로부터 나오는 신호의 상대적 위상이 튜닝될 수 있다.

주어진 생리학적 소스에 대한 안테나에서의 유도된 반사 인덕턴스 성분

의 위상의 주파수 의존성이 도 8 및 도 9에 예시되어 있다.

도 8은 신체 내의 2개의 상이한 생리학적 소스들에 대한 2개의 특성 벡터들

의 복소 평면 내의 방향들의 예들을 개략적으로 예시한다. 예로서, 두 벡터들은 호흡에 대한 그리고 심장 맥박에 대한 신호들에 대응하는 것으로 예시된다. x-축은

의 실수부에 대응하고 y-축은

의 허수부에 대응한다.

각각의 벡터의 시작점은 각자의 생리학적 사이클의 시작(호흡 및 맥박 벡터들에 대해 각각 폐 상태가 수축되고 심장이 수축됨)에서의 특성 반사 인덕턴스에 대응한다. 종점들은 각자의 생리학적 프로세스들의 종료에 대응한다. 따라서, 각각의 벡터에서의 2개 사이의 차이는 각자의 생리학적 프로세스들의 표현을 제공한다.

각각의 벡터에 대해 종점에서 시작점을 뺀 값은 각각의 경우에 지문 벡터에 대응하는 것으로 간주될 수 있다.

도 9는 예시적인 환자의 상이한 폐 팽창 수준들에 대한 상이한 특성들 L_r 벡터들

을 예시한다. 각각의 화살표는 인가된 전자기 여기 신호들의 상이한 주파수에 대한 폐 팽창에 대한 벡터를 표현한다. x-축은 반사 인덕턴스

의 실수부에 대응하고, y-축은 반사 인덕턴스

의 허수부에 대응한다. 화살표는 폐가 팽창할 때의 반사 인덕턴스의 변화를 나타내며, 시작점은 폐가 수축될 때의 L_r이고, 종점은 폐가 팽창될 때의 L_r이다. 시작점들이 상이한 주파수들에 대해 변하고 종점들이 상이한 주파수들에 대해 변한다는 것을 알 수 있다. 따라서, 호흡 프로세스의 시작 및 종료 둘 모두에서 L_r의 실수 및 허수 성분들의 상대적 크기들은 주파수에 따라 변화한다.

또한, 복소 평면 내의 L_r 벡터의 방향은 인가된 여기 신호들의 선택된 주파수에 따라 변한다는 것을 알 수 있다.

주파수를 조정함으로써, 대응하는

지문 벡터의 방향이 변경될 수 있다.

지문 벡터는 시작점 또는 종점들 중 하나 또는 다른 하나(의 실수 및 허수 성분들의 상대적 크기들)에 의해 제공되거나, 또는 폐 팽창 프로세스에 걸친 실수 및 허수 성분들의 변화에 의해 제공될 수 있다.

따라서, 유리한 세트의 실시예들에 따르면, 인가된 여기 신호들의 주파수는 신체 내의 상이한 생리학적 소스들에 대해 안테나에서 유도된 반사 인덕턴스

성분들의 특성 벡터들

을 더 잘 직교화하기 위해 조정될 수 있다. 이러한 특성

신호들의 보다 커진 직교성은 상이한 생리학적 소스들에 대한 신호 성분들의 보다 신뢰성 있고 강건한 추출 및 분리로 이어진다. 따라서, 특성 벡터들 사이의 직교성을 최대화하기 위해 인가된 신호 주파수들을 조정하는 것이 유리하다.

이러한 프로세스는 제1 주파수("주파수 1") 및 제2 주파수("주파수 2")에서 2개의 예시적인 특징 지문 벡터들의 상대적인 방향들을 예시한 도 10에 개략적으로 예시되어 있다. 예시된 바와 같이, 제1 주파수에서 벡터들은 서로 제1 상대적 위상 분리에 있다. 주파수를 제2 주파수로 조정함으로써, 벡터들은 복소 평면 내에서 서로 직교하게 될 수 있다.

이러한 기능을 구현하기 위해, 시스템(8)은, 신체 내의 상이한 생리학적 소스들에 대해 공진기 회로(10)에서 유도된 복소수 L_r 성분들에 대응하는 벡터들 사이의 복소 평면 내의 직교성의 정도를 예를 들어 실시간으로 검출하도록 구성된 주파수 조정 알고리즘으로 구성될 수 있다.

피드백 루프가 신호 발생 수단(예컨대, 발진기)에 구현될 수 있으며, 이에 의해 발생된 전자기 여기 신호들의 주파수는 직교성을 개선하도록 조정되며, 이때 주파수 조정은 주파수 피드백 신호에 의해 안내되거나 통지된다. 이에 의해, 알고리즘은 상이한 생리학적 소스들에 대한 반사 인덕턴스 신호들의 특성 벡터들을 더 잘 직교화하도록 발진기의 자유 공간 주파수를 조정한다.

주파수 조정은 상이한 생리학적 소스들로부터의 감지된 신호 성분들을 분리하기 위한 대안적인 방법의 일시적인 사용에 기초할 수 있다. 이어서, 대안적인 방법을 사용하는 이들 분리된 신호들은 분석되어 그들의 대응하는 실수 및 허수 L_r 성분들을 결정할 수 있고, 따라서 각각의 신호 성분에 대한 대응하는 지문 벡터들을 결정할 수 있다.

이러한 대안적인 방법들은 주파수가 조정됨에 따라 지문 벡터 방향들이 변화하는 방식을 검출하기 위해 주파수 조정과 함께 이용될 수 있다. 이어서, 모든 수신된 신호 성분들에 대한 새로운 세트의 지문 벡터들 사이의 직교성의 정도가 각각의 새로운 주파수에서 결정될 수 있다. 이는 직교성을 최대화하기 위해 주파수를 추가로 조정하는 방법을 통지하는 데 사용될 수 있다. 피드백 루프가 구현될 수 있다.

하나 이상의 실시예들에 따라, 직교성을 증가시키기 위해 주파수들을 조정하는 것에 추가적으로 또는 대안적으로, 공진기 회로 안테나는 복수의 주파수들에서 준-동시적으로, 예를 들어, 2개 또는 3개의 주파수들에서 준-동시 방식으로 구동(여기)될 수 있다. 이는 예를 들어 주파수를 다중화(multiplexing)함으로써, 즉 2개 이상의 주파수들의 세트 사이에서 주파수를 교번 또는 사이클링함으로써, 예를 들어, 제1 주파수에서, 이어서 제2 주파수에서 등으로 루프를 여기시키고, 이어서 다시 상기 제1 주파수로 복귀함으로써 수행될 수 있다. 이는 다수의 상이한 여기 주파수들에서의 준-동시적인 유도성 센서 신호들의 측정을 허용한다.

이러한 주파수 스위칭은 바람직하게는 높은 주파수에서, 예컨대 기록된 주파수들 각각에 대한 나이퀴스트(Nyquist) 샘플 주파수가 기본 생리학적 소스들의 정보 대역폭보다 더 크도록 충분히 높은 주파수로 수행된다. 전형적인 소스 신호들의 정보 대역폭은 맥박 및 호흡에 대해 적어도 약 5 ㎐이다. 따라서, 바람직한 실시예들에서, 전체 주파수 선택 사이클이 자체 반복해야 하는 최소 주파수는 대략 10 ㎐이다.

따라서, 2개 이상의 주파수 설정들 사이에서 구동 신호의 주파수를 안테나로 스위칭하는 것(예컨대, 최대 대략 1/10 ㎐ = 0.1초 내에 다수의 주파수들의 전체 주파수 사이클을 완료함)은 다수의 주파수들에서의 준-동시적인 유도 센서 신호들의 측정을 허용할 것이다. 조직 움직임을 표현하는 신호들의 경우, 정보 대역폭이 더 클 수 있고, 이 경우에 더 높은 스위칭 주파수가 바람직할 수 있다. 복수의 상이한 주파수 설정들 사이에서 신속하게 스위칭하는 방법은 공진기 회로 또는 안테나의 구동 또는 여기 주파수의 시간 다중화로 지칭될 수 있다.

다수의 주파수들에서 준-동시 방식으로 유도성 감지 신호들을 기록하는 것은, 특히 지문 벡터들(또는 더 광범위하게는, 상이한 생리학적 소스들에 대한 반사 인덕턴스의 상대적 실수 및 허수 성분들)을 동적으로 결정하거나 학습하거나 업데이트하는 절차의 맥락에서 유용할 수 있다. 그 이유는, 기본 생리학적 소스들의 수가 검출된 신호들의 수를 초과할 때 이들 방법들이 부정확하게 수행될 수 있기 때문이다. 이는 종종 유도성 감지에 대해 사실일 수 있는데, 그 이유는 "움직임", "맥박", "호흡량", 및 "호흡 노력(breathing effort)"과 같은 소스들이 모두 동시에 존재할 수 있기 때문이다. 이 예에서, 단일 주파수에서 동작하는 유도성 센서에 대해 전형적으로 기록된 2개의 신호들(예컨대, 공진기 회로 전류의 진폭 및 주파수)보다 더 많은 4개의 상이한 소스들이 존재할 것이다.

이러한 문제는 전술된 바와 같이 다수의 주파수들에서 준-동시 방식으로 유도 센서 수신된 신호들 또는 판독치들을 측정함으로써(즉, 주파수들을 시간 다중화함) 적어도 부분적으로 해결될 수 있다. 예로서, 안테나의 구동 주파수들은 2개의 주파수들, 예컨대, 150 ㎒와 250 ㎒ 사이에서 교번되거나 다중화될 수 있다. 이것이 수행되면, 각각의 듀티 사이클에서 각각의 주파수에 대해 (예컨대, 주파수 및 진폭의) 2개의 유도 신호들이 측정되어, 각각의 다중화 듀티 사이클에 대한 총 4개의 독립적인 검출된 측정 신호들, 즉 "150 ㎒의 공진기 진폭", "150 ㎒의 공진기 주파수", "250 ㎒의 공진기 진폭", "250 ㎒의 공진기 주파수"로 이어진다. 이들 각각은 (통계적으로) 독립적인 신호이며, 따라서 각각의 추가 신호의 수집은 진정한 추가 정보를 추가한다. 이들의 독립성은 유도의 물리학으로부터 도시되고 이해될 수 있다: 상이한 주파수들은 신체 내에 상이한 기하학적 구조들 및/또는 위치들의 와전류들을 유도하여, 이는 통계적으로 독립적인 신호들의 반송을 유도할 것이다. 이들 신호들이 독립적이라는 점은 4개의 독립적인 지문 벡터들의 개선된 결정을 허용한다.

예로서, 유도 센서는 2개의 다중화된 주파수들, 즉 150 ㎒ 및 250 ㎒로 다중화된 방식으로 동작될 수 있다. 위에서 논의된 바와 같이, 이는 예를 들어, 4개의 검출된 신호들이 측정되게 한다. 이어서, FastICA 방법(위의 설명 참조)은 이러한 4개의 신호들의 세트에 적용되며, 이에 의해 상이한 생리학적 신호 소스들과 연관된 대응하는 4개의 지문 벡터들을 획득할 수 있다.

바람직하게는, 검출된 신호들의 수는 안테나에서 동시에 수신되는 생리학적 신호 소스들의 수와 일치하거나 그를 초과해야 한다. 이는 예를 들어, FastICA 방법이 가장 정확하게 동작하는 것을 보장한다. 따라서, 주파수 다중화가 사용되는 경우, 각각의 듀티 사이클에서의 다중화된 주파수들의 수는 바람직하게는 생리학적 신호 소스들을 2로 나눈 수와 동일하다.

ICA가 위에서 논의되었지만, 신호 성분들을 분리하기 위한 대안적인 방법은 신호 성분들의 상이한 주파수 조성들/스펙트럼, 신호 성분들의 상이한 크기들/진폭들, 신호 성분들의 상이한 품질 측정치들에 기초하는 것과 같이, 상이한 생리학적 소스들로부터의 신호 성분들을 분리하거나 구별하기 위해 현재 당업계에 알려져 있는 임의의 방법일 수 있다. 이들 접근법들에 기초하여 신호들을 분리하는 것은, 비제한적인 예로서, 웨이블릿들, 신호 주파수 분석, 및/또는 시스템 품질 측정치들 중 임의의 것을 이용할 수 있다. 이러한 대안적인 방법들 및 상이한 생리학적 소스들로부터의 신호들의 지문 벡터들을 검출하기 위한 이 방법들의 사용은 위에서 상세히 논의되었다.

데이터세트 내의 저장된 지문 벡터들은, 상이한 신호 성분들의 추출이 정확하게 유지되도록, 주파수가 조정되는 것과 동시에(그리고 그에 따라 진정한 물리적 L_r 벡터들이 변화하는 것과 동시에) 업데이트될 수 있다.

위의 주파수 조정 특징을 용이하게 하기 위해, 하나의 세트의 예들에 따라, 주파수 동조가능 발진기 회로를 포함하는 신호 발생 수단(14)을 갖는 시스템(8)이 제공될 수 있다. 이는 다수의 상이한 방식들로 구현될 수 있다.

하나의 접근법에 따르면, 커패시터들의 뱅크(bank)가 제공될 수 있고, 각각의 커패시터는 공진기에 대한 커패시터들의 연결 또는 연결 해제를 용이하게 하도록 고-Q(high-Q) 스위치들을 갖는다. 스위치들을 제어함으로써, 공진기의 총 커패시턴스가 튜닝될 수 있고, 그에 의해 여기 신호들이 발생되는 주파수가 또한 튜닝된다.

예들의 하나의 특정 세트에 따르면, 시스템은, 적어도 하나의 제어 모드에서 빠르게 상이한 주파수들 사이의 신호 발생 수단(예컨대, 발진기)의 주파수를 스위칭하도록 구성될 수 있다. 이러한 스위칭은 예를 들어, 5 내지 150 ㎐ 정도의 주파수들에서 수행될 수 있다. 이러한 방식으로, 신체 내의 모든 상이한 생리학적 소스들이 다수의 상이한 주파수들에서 짧은 시간 공간 내로(예컨대, 준-동시적으로) 프로빙된다. 이러한 방식으로, L_r 신호 성분들이 많은 상이한 주파수들에서 감지되어 더 큰 정보량을 제공할 수 있다. 많은 주파수들의 지문 벡터들을 조합함으로써, 신호 분리가 더욱 신뢰성있게 될 수 있다.

신체 내의 복수의 상이한 알려진 생리학적 소스들로부터의 신호들에 대해, 상기 생리학적 소스로부터 수신된 신호에 의해 공진기 회로에 추가된 실수 및 허수 인덕턴스 성분들의 특성 상대적 크기들을 나타내는 정보를 저장하는 데이터세트에 액세스하는 것을 수반하는 실시예들이 위에서 논의되었다. 그러나, 그러한 데이터세트의 사용은 필수적인 것은 아니다.

예로서, 추가 세트의 실시예들에 따르면, 개별 신호 성분들의 추출은 실수 및 허수 인덕턴스 성분들을 나타내는 검출된 측정치들에 대한 독립 성분 분석 절차의 적용에 기초할 수 있다. 특히, 독립 성분 분석은 안테나에서 감지되는 신호들에 "온-라인" 또는 실시간 방식으로 적용될 수 있어서, 감지된 측정 신호들로부터 상이한 생리학적 신호 성분들이 ICA를 사용하여 실시간으로 추출된다. 이러한 접근법에서, 상이한 생리학적 소스들에 대한 저장된 상대적 실수 및 허수 신호 성분들의 기준 데이터세트는 필요하지 않다.

수신된 측정 신호들에 대한 독립 성분 분석(ICA) 절차의 적용은 상이한 생리학적 신호 소스들에 대한 지문 벡터들의 결정과 관련하여 이미 설명되었다. 그러나, 동일한 ICA 절차가 인입 신호들에 온-라인 또는 실시간 방식으로 적용되어, 지문 벡터들에 대한 필요성 없이, 또는 적어도 지문 벡터들을 저장하기 위한 필요성 없이 상이한 성분 생리학적 신호들을 결정 및 추출할 수 있다. ICA 방법은 단순히 시간의 함수로서 공진기 회로에 추가된 측정된 추가적인 실수 및 허수 인덕턴스 성분들을 표현하는 감지된 신호들(예컨대, s ₁ , s ₂ )에 연속적으로 적용되는 것에 의할 수 있다. 가중치 벡터 행렬 W는 실시간으로 도출될 수 있고(위의 설명 참조), 이는 생리학적 신호 성분들(a₁, a_2,... 등)을 추출하는 데 사용된다. 지문 벡터가 실시간으로 도출되고 적용될 수 있거나(그러나 저장되지 않음), 가중 벡터 행렬이 지문 벡터를 명시적으로 추출함이 없이 직접 적용될 수 있다. ICA 절차가 이미 위에 상세히 설명되어 있기 때문에, 이는 본 명세서에서 다시 설명되지 않을 것이다. 위에서 논의된 것과 동일한 절차가 실시간으로 측정된 신호들에 그들의 수신과 함께 적용될 수 있으며, 성분 생리학적 신호들이 실시간으로 도출된다.

본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 유도성 감지 방법이 제공된다. 예시적인 방법이 도 11에 도시되어 있다.

방법(70)은 신체 내로의 전자기 여기 신호들의 전파에 응답하여 상기 신체로부터 반송된 전자기 신호들을 감지하는 단계에 기초한다.

방법은 공진기 회로를 사용하여 전자기 여기 신호들을 신체 내로 전파하는 단계(72)를 포함하며, 공진기 회로는 루프 안테나 및 전기적으로 결합된 커패시터를 포함한다.

방법은 공진기 회로의 전기적 특성들의 변동들을 검출하는 것에 기초하여, 루프 안테나를 사용하여 신체로부터의 상기 반송된 신호들을 감지하는 단계(74)를 더 포함한다.

방법은 감지된 반송된 신호들로부터 상이한 생리학적 소스들로부터의 신호 성분들을 추출하기 위한 다음의 단계들, 즉:

감지된 반송된 신호들로부터, 수신된 전자기 신호들에 의해 공진기 회로에 유도된 추가적인 인덕턴스 성분의 실수부 및 허수부 둘 모두를 나타내는 측정치들을 검출하는 단계(76),

반송된 전자기 신호들로부터, 실수 및 허수 인덕턴스 성분들을 나타내는 검출된 측정치들의 사용에 기초하여, 상이한 알려진 생리학적 소스들로부터 하나 이상의 개별 신호 성분들을 추출하는 단계(80)를 더 포함하며, 추출은 반송된 신호들에 의해 공진기 회로에 추가된 검출된 실수 및 허수 인덕턴스 성분들의 상대적 크기들에 기초한다.

하나의 세트의 실시예에 따르면, 방법은

상기 신체 내의 복수의 상이한 알려진 생리학적 소스들로부터의 신호들에 대해, 상기 생리학적 소스로부터 수신된 신호에 의해 공진기 회로에 추가된 실수 및 허수 인덕턴스 성분들의 특성 상대적 크기들을 나타내는 정보를 저장하는 데이터세트에 액세스하는 단계(78); 및

반송된 전자기 신호들로부터, 실수 및 허수 인덕턴스 성분들을 나타내는 검출된 측정치들의 사용에 기초하여, 그리고 상기 데이터세트를 참고하는 것에 기초하여, 상이한 알려진 생리학적 소스들로부터 하나 이상의 개별 신호 성분들을 추출하는 단계(80)를 포함한다.

본 발명의 실시예들은 유도성 감지 시스템 및 유도성 감지 방법에 관한 것이다.

유도성 센서들은 환자 모니터링 분야에서 매우 가치있는 기술이 될 가능성이 있는데, 왜냐하면 특히 생체측정 신호들은 비교적 움직임 내성(신호들이 환자 또는 측정 센서의 이동에 의해 상대적으로 영향을 받지 않음을 의미함)이기 때문이다. 가능한 응용들은 유리하게는 착용가능한 환자 모니터들, 운동 내성 호흡 측정들을 위한 용도, 비접촉 환자 모니터링, 및 스폿-체크 측정들을 포함한다.

바람직한 실시예들에서, 단일 루프(단일 권선)를 갖는 안테나가 제공되지만, 이는 필수적인 것은 아니다. 단일 루프 권선은 권선들 사이의 기생 용량 결합이 감소되기 때문에 신호 강도 측면에서 이점을 제공한다. 동일한 단일 루프 안테나가 여기 신호들을 발생시키고 또한 반송된 신호들을 감지하기 위해 사용된다. 반송된 신호들은 신호들이 발생되고 있는(그리고 반송된 신호들이 안테나에서 수신되고 있는) 동안 공진기 회로의 전기적 특성들의 변화들을 검출함으로써 신호 발생과 동시에 감지된다. 조합된 감지 및 발생 안테나는 고품질 감지 신호들의 제공을 가능하게 할 뿐만 아니라 저비용, 낮은 복잡성 및 낮은 전력의 이점들을 제공한다.

본 발명의 실시예들은 신체로부터 수신된(반송된) 전자기 신호들에 의해 안테나(12)에서 유도된 추가적인 인덕턴스 성분(반사 인덕턴스)의 실수부 및 허수부를 감지하는 것에 기초한다. 이들 부분들은 공진기 회로 전류의 주파수의 변화들 및 신호 발생기(예컨대, 발진기) 또는 공진기 회로 전류의 진폭의 변화들을 감지함으로써 검출될 수 있다.

본 발명의 실시예들에 대한 광범위한 잠재적인 응용들이 존재한다. 비제한적인 예로서, 응용들은: 환자 모니터링; 원격 측정; 스폿 체크 모니터링; 착용가능한 디바이스들(예컨대, 가슴 패치들 또는 손목 착용형 디바이스들)에서의 구현; 신생아 모니터링; 수면 모니터링; 산부인과 모니터링; 매트리스 기반 센서들에 대한 용도를 포함한다.

위에서 논의된 바와 같이, 소정의 실시예들은 제어기를 사용할 수 있다. 제어기는 요구되는 다양한 기능들을 수행하기 위해 소프트웨어 및/또는 하드웨어로 다수의 방식으로 구현될 수 있다. "프로세서"는 요구되는 기능들을 수행하기 위해 소프트웨어(예컨대, 마이크로코드)를 사용하여 프로그래밍될 수 있는 하나 이상의 마이크로프로세서들을 이용하는 제어기의 일례이다. 그러나, 제어기는 프로세서를 이용하여 또는 프로세서를 이용함이 없이 구현될 수 있으며, 또한 일부 기능을 수행하기 위한 전용 하드웨어와 다른 기능을 수행하기 위한 프로세서(예컨대, 하나 이상의 프로그래밍된 마이크로프로세서들 및 관련 회로부)의 조합으로서 구현될 수 있다.

본 발명의 다양한 실시예들에서 이용될 수 있는 제어기 구성요소들의 예들은 통상적인 마이크로프로세서, 주문형 집적 회로(ASIC), 및 필드-프로그램가능 게이트 어레이(FPGA)를 포함하지만 이로 한정되지 않는다.

다양한 구현예에서, 프로세서 또는 제어기는 RAM, PROM, EPROM, 및 EEPROM과 같은 휘발성 및 비휘발성 컴퓨터 메모리와 같은 하나 이상의 저장 매체들과 연관될 수 있다. 저장 매체들은, 하나 이상의 프로세서들 및/또는 제어기 상에서 실행될 때, 요구되는 기능을 수행하는 하나 이상의 프로그램들로 인코딩될 수 있다. 다양한 저장 매체들은 프로세서 또는 제어기 내에 고정될 수 있거나 운반가능할 수 있고, 따라서 그에 저장된 하나 이상의 프로그램은 프로세서 또는 제어기 내로 로딩될 수 있다.

개시된 실시예들에 대한 변형이 도면, 개시 내용 및 첨부된 청구범위의 검토로부터, 청구된 발명을 실시함에 있어서 당업자에 의해 이해되고 이루어질 수 있다. 청구범위에서, 단어 "포함하는"은 다른 요소들 또는 단계를 배제하지 않으며, 단수 형태(부정 관사 "a" 또는 "an")는 복수를 배제하지 않는다. 단일 프로세서 또는 다른 유닛이 청구범위에 열거된 수개의 항목들의 기능들을 충족시킬 수 있다. 소정의 측정치들이 서로 상이한 종속 청구항들에 열거된다는 단순한 사실이, 이들 측정치들의 조합이 유리하게 사용될 수 없다는 것을 나타내지는 않는다. 컴퓨터 프로그램은 다른 하드웨어와 함께 또는 다른 하드웨어의 일부로서 공급되는 광학 저장 매체 또는 솔리드 스테이트 매체와 같은 적합한 매체 상에 저장/분산될 수 있지만, 다른 형태로, 예를 들어, 인터넷 또는 다른 유선 또는 무선 통신 시스템들을 통해 또한 분산될 수 있다. 청구범위에서의 임의의 도면 부호는 범주를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

Claims (20)

1. 신체로의 전자기 여기 신호들의 인가에 응답하여 상기 신체로부터 반송된 전자기 신호들을 감지하기 위한 유도성 감지 시스템(8)으로서,
   루프 안테나(12)를 포함하는 공진기 회로(10);
   상기 전자기 여기 신호들을 발생시키기 위해 상기 루프 안테나를 여기시키도록 구성된 신호 발생 수단(14);
   상기 공진기 회로의 전기적 특성들의 변동들을 검출하는 것에 기초하여, 상기 루프 안테나를 사용하여 상기 신체로부터의 상기 반송된 신호들을 감지하도록 구성된 신호 감지 수단(20)을 포함하며,
   상기 시스템은
   상기 감지된 반송된 신호들로부터, 상기 수신된 전자기 신호들에 의해 상기 공진기 회로에 유도된 추가적인 인덕턴스 성분의 실수부 및 허수부 둘 모두를 나타내는 측정치들을 검출하고,
   실수 및 허수 인덕턴스 성분들을 나타내는 상기 검출된 측정치들을 사용하여, 상기 반송된 전자기 신호들로부터 상이한 각자의 생리학적 소스들에 대응하는 하나 이상의 개별 신호 성분들을 추출하도록 구성되고, 상기 추출은 상기 반송된 신호들에 의해 상기 공진기 회로에 추가된 상기 검출된 실수 및 허수 인덕턴스 성분들의 상대적 크기들에 기초하는, 유도성 감지 시스템(8).
2. 제1항에 있어서, 상기 개별 신호 성분들의 상기 추출은 실수 및 허수 인덕턴스 성분들을 나타내는 상기 검출된 측정치들에 대한 독립 성분 분석(Independent Component Analysis) 절차의 적용에 기초하는, 유도성 감지 시스템.
3. 제1항에 있어서, 상기 시스템은
   상기 신체 내의 복수의 상이한 알려진 생리학적 소스들로부터의 신호들에 대해, 상기 생리학적 소스로부터 수신된 신호에 의해 공진기 회로에 추가된 실수 및 허수 인덕턴스 성분들의 특성 상대적 크기들을 나타내는 정보를 저장하는 데이터세트에 액세스하고;
   실수 및 허수 인덕턴스 성분들을 나타내는 상기 검출된 측정치들을 사용하여, 그리고 상기 데이터세트를 참고하는 것에 기초하여, 상기 반송된 전자기 신호들로부터 상이한 각자의 알려진 생리학적 소스들에 대응하는 상기 하나 이상의 개별 신호 성분들을 추출하도록 구성되는, 유도성 감지 시스템.
4. 제3항에 있어서, 각각의 생리학적 소스에 대한 상기 저장된 정보는 복소 평면 내의 벡터 또는 포인트의 형태를 취하고, 상기 벡터 또는 포인트는 상기 각자의 생리학적 소스로부터 수신된 신호에 의해 공진기 회로에 추가된 추가적인 인덕턴스 성분을 표현하는, 유도성 감지 시스템(8).
5. 제4항에 있어서, 상기 저장된 정보에 의해 표현되는 상기 특성 상대적 크기들은, 상기 추가적인 감지된 인덕턴스 성분의 상기 실수부 및 상기 허수부를 나타내는 상기 검출된 측정치들과 주어진 생리학적 소스에 대한 추출된 신호 성분 사이의 곱셈 매핑을 제공하도록 가중되는, 유도성 감지 시스템.
6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 각각의 생리학적 소스에 대한 상기 저장된 정보는 벡터를 포함하며, 상기 벡터는
   상기 생리학적 소스와 관련된 생리학적 파라미터와 상기 생리학적 소스로부터 수신된 신호에 의해 공진기 회로에 추가된 추가적인 인덕턴스 성분의 상기 실수부를 나타내는 측정치 사이의 비를 나타내는 제1 벡터 성분, 및
   상기 생리학적 소스와 관련된 생리학적 파라미터와 상기 생리학적 소스로부터 수신된 신호에 의해 공진기 회로에 추가된 추가적인 인덕턴스 성분의 상기 허수부를 나타내는 측정치 사이의 비를 나타내는 제2 벡터 성분을 포함하는, 유도성 감지 시스템(8).
7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 주어진 신호 성분을 추출하는 것은 대응하는 저장된 벡터와 추가 벡터의 내적을 취하는 것을 포함하며, 상기 추가 벡터는 상기 감지된 반송된 전자기 신호(들)의 실수부 및 허수부를 나타내는 상기 측정치들을 표현하고,
   임의로, 베이스라인을 제거하기 위해 상기 내적을 수행함에 앞서 저역 통과 필터가 상기 추가 벡터의 성분들에 적용되고/되거나 상기 내적을 수행함에 앞서 대역 통과 필터가 상기 추가 벡터에 적용되는, 유도성 감지 시스템(8).
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 신호 감지 수단은 상기 공진기 회로의 리액턴스의 변화를 검출하는 것에 기초하여 상기 추가적인 인덕턴스 성분의 상기 실수부를 나타내는 상기 측정치를 검출하도록 구성되고/되거나,
   상기 신호 감지 수단은 상기 안테나의 전기 저항의 변화를 검출하는 것에 기초하여 상기 추가적인 인덕턴스 성분의 상기 허수부를 나타내는 상기 측정치를 검출하도록 구성되는, 유도성 감지 시스템(8).
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 신호 감지 수단은 상기 공진기 회로의 전류의 주파수의 변화들을 검출하는 것에 기초하여 상기 추가적인 인덕턴스 성분의 상기 실수부를 나타내는 상기 측정치를 검출하도록 구성되고/되거나,
   상기 신호 감지 수단은 상기 공진기 회로의 전류의 진폭의 변화들을 검출하는 것에 기초하여 상기 추가적인 인덕턴스 성분의 상기 허수부를 나타내는 상기 측정치를 검출하도록 구성되는, 유도성 감지 시스템(8).
10. 제4항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 신호 발생 수단은 방사 주파수

    

    를 갖는 여기 신호들을 발생시키기 위해 공진기를 여기시키도록 구성되고,
    상기 제어기는, 적어도 하나의 제어 모드에서, 상기 방사 주파수의 제1 주파수로부터 제2 주파수로의 조정을 수행하여, 이에 의해, 상기 상이한 각자의 생리학적 소스들로부터 수신된 신호들에 의해 상기 공진기 회로에 추가된 상기 추가적인 유도 인덕턴스 성분들에 의해 상기 복소 평면 내에 형성된 각자의 벡터들 간의 직교성의 정도를 증가시키도록 구성되는, 유도성 감지 시스템(8).
11. 제10항에 있어서, 상기 시스템은 상기 주파수 조정에 의해, 상기 상이한 생리학적 소스들에 대한 상기 추가적인 유도 인덕턴스 성분들의 상기 실수 및 허수 성분들에서 유도된 변화들을 반영하기 위해 각각의 생리학적 소스에 대한 상기 저장된 정보를 업데이트하도록 추가로 구성되는, 유도성 감지 시스템(8).
12. 제3항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시스템은 상기 생리학적 소스들 각각에 대한 상기 저장된 정보를 결정 또는 업데이트하는 것을 포함하는 학습 절차를 수행하도록 구성되는, 유도성 감지 시스템(8).
13. 제12항에 있어서, 상기 학습 절차는 상기 감지된 반송된 신호들에 대한 독립 성분 분석(ICA) 절차를 수행하는 것, 예를 들어, 상기 반송된 신호들에 의해 상기 공진기 회로에 추가된 상기 추가적인 인덕턴스 성분의 상기 실수부 및 상기 허수부를 표현하는 신호들에 대한 ICA 절차를 수행하는 것을 포함하는, 유도성 감지 시스템.
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시스템은 시간 다중화 방식으로 복수의 구동 주파수로 상기 안테나를 구동하고 상기 구동 주파수들 각각에서 상기 안테나에서 상기 반송된 신호들을 감지하도록 구성되는, 유도성 감지 시스템.
15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시스템은 상기 추출된 하나 이상의 신호 성분들을 처리하고 상기 신호 성분(들)에 기초하여 하나 이상의 생리학적 파라미터 측정들을 도출하도록 구성된 신호 처리 수단을 포함하는, 유도성 감지 시스템(8).
16. 신체로의 전자기 여기 신호들의 인가에 응답하여 상기 신체로부터 반송된 전자기 신호들을 감지하는 것에 기초한 유도성 감지 방법(70)으로서,
    루프 안테나를 포함하는 공진기 회로를 사용하여 전자기 여기 신호들을 신체에 인가하는 단계(72);
    상기 공진기 회로의 전기적 특성들의 변동들을 검출하는 것에 기초하여, 상기 루프 안테나를 사용하여 상기 신체로부터의 상기 반송된 신호들을 감지하는 단계(74);
    상기 감지된 반송된 신호들로부터, 상기 수신된 전자기 신호들에 의해 상기 공진기 회로에 유도된 추가적인 인덕턴스 성분의 실수부 및 허수부 둘 모두를 나타내는 측정치들을 검출하는 단계(76);
    상기 반송된 전자기 신호들로부터, 실수 및 허수 인덕턴스 성분들을 나타내는 상기 검출된 측정치들의 사용에 기초하여, 상이한 알려진 생리학적 소스들로부터 하나 이상의 개별 신호 성분들을 추출하는 단계(80)를 포함하며, 상기 추출하는 단계는 상기 반송된 신호들에 의해 상기 공진기 회로에 추가된 상기 검출된 실수 및 허수 인덕턴스 성분들의 상대적 크기들에 기초하는, 유도성 감지 방법(70).
17. 제16항에 있어서,
    상기 신체 내의 복수의 상이한 알려진 생리학적 소스들로부터의 신호들에 대해, 상기 생리학적 소스로부터 수신된 신호에 의해 공진기 회로에 추가된 실수 및 허수 인덕턴스 성분들의 특성 상대적 크기들을 나타내는 정보를 저장하는 데이터세트에 액세스하는 단계(78); 및
    상기 반송된 전자기 신호들로부터, 실수 및 허수 인덕턴스 성분들을 나타내는 상기 검출된 측정치들의 사용에 기초하여, 그리고 상기 데이터세트를 참고하는 것에 기초하여, 상이한 알려진 생리학적 소스들로부터 하나 이상의 개별 신호 성분들을 추출하는 단계(80)를 포함하는, 방법.
18. 제17항에 있어서, 각각의 생리학적 신호 소스에 대한 상기 저장된 정보는 복소 평면 내의 벡터 또는 포인트의 형태를 취하고, 상기 벡터 또는 포인트는 상기 각자의 생리학적 소스로부터 수신된 신호에 의해 공진기 회로에 추가된 추가적인 인덕턴스 성분을 표현하는, 유도성 감지 방법(70).
19. 제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 추가적인 인덕턴스 성분의 상기 실수부를 나타내는 상기 측정치를 검출하는 단계는 상기 공진기 회로의 전류의 주파수의 변화들을 검출하는 것에 기초하여 수행되고/되거나;
    상기 추가적인 인덕턴스 성분의 상기 허수부를 나타내는 상기 측정치를 검출하는 단계는 상기 공진기 회로의 전류의 진폭의 변화들을 검출하는 것에 기초하여 수행되는, 유도성 감지 방법(70).
20. 제18항 또는 제19항에 있어서,
    상기 공진기 회로는 방사 주파수

    

    를 갖는 여기 신호들을 발생시키도록 제어되고,
    상기 방법은, 적어도 하나의 제어 모드에서, 상기 방사 주파수의 제1 주파수로부터 제2 주파수로의 조정을 수행하여, 이에 의해, 상기 상이한 각자의 생리학적 소스들로부터 수신된 신호들에 의해 상기 공진기 회로에 추가된 상기 추가적인 유도 인덕턴스 성분들에 의해 상기 복소 평면 내에 형성된 각자의 벡터들 간의 직교성의 정도를 증가시키는 단계를 포함하는, 유도성 감지 방법(70).

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