KR20220100022A - 공진 회로 기반 혈관 모니터 및 관련 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
여기 신호 주파수 스윕을 사용하여 센서 공진 회로를 활성화하기 위한 개선된 기술, 센서 판독값을 검증하고 측정된 물리적 파라미터에 대한 센서 주파수 출력을 특성화하기 위한 기술 및 배경 전자기 잡음을 분리하고 센서 측정 신호와 지식을 구별하기 위한 개선된 기술을 포함하는 가변 인덕턴스, 공진 회로 모니터링 장치의 제어 및 신호 처리를 위한 시스템 및 방법이 개시된다.
Description
본 출원은 2019년 11월 12일에 출원된 미국 가특허 출원 제62/934,399호('공진 회로 기반 모니터 및 관련 시스템 및 방법')에 대한 우선권을 주장하며, 이는 본 명세서에 참조로 포함된다.
본 개시는 무선 혈관 모니터의 개선에 관한 것으로, 구체적으로는, 공진 회로 기반 모니터와 관련 시스템 및 방법의 개선에 관한 것이다.
공진 회로(Resonant circuit, RC) 기반 센서는 공진 주파수의 변화를 주변 환경의 물리적 파라미터의 변화의 결과로서 전달하는 센서이며, 이러한 변화로 인해 장치 내의 회로에 의해 생성된 공진 주파수가 변경된다. 회로에 전원이 공급될 때 "링백(ring-back)" 신호로 검출될 수 있는 공진 주파수의 변화는 감지된 파라미터 또는 그 변화를 지시한다. 잘 알려진 바와 같이, 기본 공진 회로는 인덕턴스와 커패시턴스를 포함한다. 사용 가능한 대부분의 RC 감지 장치에서, 공진 주파수의 변화는 회로의 커패시턴스 변화로 인해 발생한다. 압력 변화에 응답하여 함께 움직이거나 떨어져서 움직여서 압력 센서를 제공하는 커패시터 플레이트는 이러한 장치의 잘 알려진 예이다. 덜 일반적으로, 공진 주파수의 변화는 회로의 인덕턴스의 변화에 기초한다.
본 출원인은 혈관내 치수를 모니터링하고 이에 기초하여 환자의 체액 상태와 같은 생리학적 파라미터를 결정하기 위해 가변 인덕턴스를 사용하는 새로운 RC 모니터링 장치를 개시하는 다수의 특허 출원을 제출하였다. 예를 들어, 2017년 11월 29일에 출원된 제PCT/US17/63749호(공개번호 제WO2018/102435호) ('환자 혈관계 및 체액 상태를 모니터링하기 위한 무선 공진 회로 및 가변 인덕턴스 혈관 임플란트 및 이를 사용하는 시스템 및 방법') 및 2019년 5월 30일에 출원된 제PCT/US19/34657호(공개번호 제WO2019/232213호) (무선 공진 회로 및 가변 인덕턴스 혈관 모니터링 임플란트 및 이에 따른 고정 구조')를 참조하며, 이들 각각은 본 명에서에 참조로 포함되고, 그러한 장치와 관련된 다수의 상이한 실시예 및 기술을 개시한다.
이러한 선행 개시에 의해 대표되는 기술의 진보에도 불구하고, 그러한 장치에 대한 제어 및 신호 처리의 개선이 여전히 이루어질 수 있다. 따라서, 본 개시는 전술한 새로운 RC 모니터링 장치의 도입 및 테스트 후에만 직면했던 여기에서 설명된 일부 고유한 문제에 대한 해결수단을 제공한다.
일 구현에서, 본 개시는 무선 공진 회로 센서를 제어하기 위한 방법에 관한 것으로, 상기 센서는 모니터링되는 물리적 파라미터의 변화에 응답하여 공진 주파수를 변경하고 활성화되는 경우 상기 물리적 파라미터와 상관되는 주파수에서 링백(ring-back) 신호를 생성하는 가변 인덕턴스 코일을 포함한다. 이 방법은, 예상되는 임플란트 공진 주파수의 범위에 걸쳐 미리 정의된 주파수에서 미리 설정된 개수의 전송 펄스를 포함하는 적어도 하나의 여기 주파수 스윕(sweep)을 출력하는 단계; 순차적으로 출력되는 전송 펄스의 각각에 대한 링백 신호를 수신하는 단계; 미리 결정된 초기 기간 동안 적어도 하나의 초기 전송 펄스를 전송하는 단계 ― 상기 적어도 하나의 초기 전송 펄스는, 상기 적어도 하나의 주파수 스윕으로부터 수신되는 가장 높은 진폭의 링백 신호에 대응하는 펄스 주파수, 또는 복수의 여기 주파수 스윕 중 하나를 포함함 ―; 상기 초기 기간에 걸쳐 전송되는 적어도 하나의 초기 전송 펄스에 응답하여 복수의 테스트 링백 신호를 수신하는 단계; 선호하는 여기 펄스 주파수에 대응하는 초기 링백 신호를 식별하는 단계; 상기 선호하는 여기 펄스 주파수를 측정 전송 펄스 주파수로서 선택하는 단계; 및 후속 측정 기간 동안 상기 측정 전송 펄스 주파수에서 측정 전송 펄스를 출력하는 단계를 포함한다.
또 다른 구현에서, 본 개시는 무선 공진 회로 센서를 위한 제어 시스템에 관한 것으로, 상기 센서는 모니터링되는 물리적 파라미터의 변화에 응답하여 공진 주파수를 변경하고 활성화되는 경우 상기 물리적 파라미터와 상관되는 주파수에서 링백 신호를 생성하는 가변 인덕턴스 코일을 포함한다. 상기 제어 시스템은, 안테나로의 신호 전송 및 상기 안테나로부터의 신호 수신을 제어하도록 구성된 전송/수신 스위치, 여기 신호를 생성하도록 구성된 신호 생성 모듈 ― 상기 전송 수신 스위치는 상기 안테나로의 생성된 신호의 전송을 제어함 ―, 및 상기 안테나에 의해 수신되는 링백 신호를 수신하고 처리하도록 구성된 수신기-증폭기 모듈 ― 상기 링백 신호는 프로그램 명령을 실행하도록 구성된 프로세서와 통신하는 전송/수신 스위치에 의해 상기 수신기-증폭기 모듈로 전달됨 ―을 포함하고, 상기 시스템은, 예상되는 임플란트 공진 주파수의 범위에 걸쳐 미리 정의된 주파수에서 미리 설정된 개수의 전송 펄스를 포함하는 적어도 하나의 여기 주파수 스윕을 출력하고, 순차적으로 출력되는 전송 펄스의 각각에 대한 링백 신호를 수신하며, 미리 결정된 초기 기간 동안 적어도 하나의 초기 전송 펄스를 전송하고 ― 상기 적어도 하나의 초기 전송 펄스는, 상기 적어도 하나의 주파수 스윕으로부터 수신되는 가장 높은 진폭의 링백 신호에 대응하는 펄스 주파수, 또는 복수의 여기 주파수 스윕 중 하나를 포함함 ―, 상기 초기 기간에 걸쳐 전송되는 적어도 하나의 초기 전송 펄스에 응답하여 복수의 테스트 링백 신호를 수신하며, 선호하는 여기 펄스 주파수에 대응하는 초기 링백 신호를 식별하고, 상기 선호하는 여기 펄스 주파수를 측정 전송 펄스 주파수로서 선택하며, 후속 측정 기간 동안 상기 측정 전송 펄스 주파수에서 측정 전송 펄스를 출력하도록 구성된다.
또 다른 구현에서, 본 개시는 센서 출력을 측정된 물리적 파라미터와 상관시키기 위해 공진 회로 센서를 특성화하기 위한 방법에 관한 것으로, 상기 센서는 활성화되는 경우 상기 물리적 파라미터와 상관 가능한 주파수에서 링백 신호를 생성함으로써 상기 물리적 파라미터의 변화에 응답하여 공진 주파수를 변경하는 가변 인덕턴스를 포함한다. 이 방법은, 환자에게 배치되기 전에 적어도 하나의 센서에 대한 파라미터 값 및 주파수의 범위에 걸쳐 물리적 파라미터 값 대 주파수 데이터를 결정하는 단계; 및 곡선 피팅(fitting) 또는 보간 기술을 사용하여 상기 데이터로 곡선을 그림으로써 상기 적어도 하나의 센서에 대한 특성화 곡선을 생성하는 단계를 포함한다.
또 다른 구현에서, 본 개시는 공진 회로 센서로 측정을 수행하기 위한 여기 신호를 출력하기 전에 전자기 배경 잡음을 평가하기 위한 방법에 관한 것으로, 상기 센서는 활성화되는 경우 물리적 파라미터와 상관 가능한 주파수에서 링백 신호를 생성함으로써 상기 물리적 파라미터의 변화에 응답하여 공진 주파수를 변경하는 가변 인덕턴스를 포함한다. 이 방법은, 테스트 주파수에서 미리 결정된 테스트 펄스를 전송하는 단계 ― 상기 테스트 주파수는 상기 센서를 활성화하지 않기 위해 예상된 센서 여기 주파수로부터 충분히 떨어져 있도록 선택됨 ―; 센서 링백 신호 수신기로 테스트 신호를 수신하는 단계 ― 상기 수신된 테스트 신호는 상기 테스트 펄스와 배경 전자기 잡음으로 구성됨 ―; 상기 수신된 테스트 신호에 기초한 상기 배경 전자기 잡음을 알려진 테스트 펄스와 구별되는 신호 성분으로서 정의하는 단계; 및 상기 정의된 배경 전자기 잡음의 영향을 제거하거나 줄이기 위해 상기 수신된 측정 링백 신호의 신호 처리를 변조하는 단계를 포함한다.
추가 구현에서, 본 개시는 공진 회로 센서의 센서 신호를 검증하기 위한 방법에 관한 것으로, 상기 센서는 활성화되는 경우 물리적 파라미터와 상관 가능한 주파수에서 링백 신호를 생성함으로써 상기 물리적 파라미터의 변화에 응답하여 공진 주파수를 변경하는 가변 인덕턴스를 포함한다. 이 방법은, 알려진 고정된 주파수 및 고정된 진폭 신호를 전송하는 단계; 상기 알려진 신호를 상기 센서에 의해 생성된 링백 신호를 포함하는 캡처된 신호의 일부로서 캡처하는 단계; 상기 캡처된 알려진 신호 일부를 상기 전송된 알려진 신호와 비교하는 단계; 및 상기 캡처된 알려진 신호 일부가 미리 결정된 한계 내에서 상기 전송된 알려진 신호와 매칭되는 경우 상기 센서 링백 신호를 검증하는 단계를 포함한다.
본 발명을 예시할 목적으로, 도면은 본 발명의 하나 이상의 실시예의 측면을 도시한다. 그러나, 본 발명은 도면에 도시된 정확한 배치 및 수단에 제한되지 않는다는 것이 이해되어야 한다.
도 1은 공진 회로 기반 센서 임플란트를 사용하는 무선 혈관 모니터링 시스템의 실시예의 개략적인 시스템 개요이다.
도 2는 본 명세서에서 개시된 무선 혈관 모니터링 시스템을 위한 제어 시스템의 실시예의 블록도이다.
도 3a, 3b 및 3c는 본 명세서에서 개시된 프로토타입 RC-WVM 시스템을 사용하여 생체내 사전 임상 실험에서 획득되는 신호를 도시한다.
도 4a 및 4b는 본 명세서에서 개시된 실시예에 따른 전송-수신 여기 신호 누설이 있거나 없는 제어 시스템 수신기-증폭기 모듈을 통해 벤치 탑 테스트에서 수신된 예시적인 링백 신호를 도시한다.
도 5는 센서 특성화 곡선의 예이다.
도 1은 공진 회로 기반 센서 임플란트를 사용하는 무선 혈관 모니터링 시스템의 실시예의 개략적인 시스템 개요이다.
도 2는 본 명세서에서 개시된 무선 혈관 모니터링 시스템을 위한 제어 시스템의 실시예의 블록도이다.
도 3a, 3b 및 3c는 본 명세서에서 개시된 프로토타입 RC-WVM 시스템을 사용하여 생체내 사전 임상 실험에서 획득되는 신호를 도시한다.
도 4a 및 4b는 본 명세서에서 개시된 실시예에 따른 전송-수신 여기 신호 누설이 있거나 없는 제어 시스템 수신기-증폭기 모듈을 통해 벤치 탑 테스트에서 수신된 예시적인 링백 신호를 도시한다.
도 5는 센서 특성화 곡선의 예이다.
하대정맥(Inferior Vena Cava, IVC)의 고유한 생리학은 환자 체액 상태의 변화로 인해 발생하는 치수의 변화를 검출하고 해석하려는 시도에서 몇 가지 독특한 문제를 제시한다. 예를 들어, 일반적인 모니터링 영역(즉, 간정맥과 신정맥 사이)의 IVC 벽은 다른 혈관에 비해 상대적으로 유연하며, 이는 혈관 부피의 변화가 측면-내측 벽에 비해 전후벽 사이의 상이한 상대적인 거리 변화를 초래할 수 있다. 따라서, 체액 부피의 변화가 혈관의 기하학적 구조와 모션의 역설적인 변화를 초래하는 것이 매우 일반적이다. 즉, 혈액 부피가 감소함에 따라 IVC는 작아지고 호흡과 함께 쓰러지는 경향이 있으며, 혈액 부피가 증가함에 따라 IVC가 더 커지는 경향이 있고 호흡과 함께 쓰러지는 것이 감소된다. 본 출원인은 이러한 문제를 해결하고 임상적으로 효과적인 무선 혈관 모니터(wireless vascular monitor, "WVM")를 제공하기 위해 새로운 무선 센서 임플란트 및 관련 시스템 및 방법을 개발하였다. 그러한 일 실시예에서, WVM은 환자의 혈관계에 이식 가능한 코일로서 구성된 공진 회로를 포함한다("RC-WVM"). RC-WVM, 시스템 및 방법의 실시예에 대한 상세한 예는 특히 출원인의 동시 계류 중인 2020년 9월 11일에 출원된 미국 특허 출원 제17/018,194호 ('무선 공진 회로 및 가변 인덕턴스 혈관 모니터링 임플란트 및 이에 따른 고정 구조')에 개시되어 있으며, 그 전체가 본 명세서에 참조로 포함된다.
상기 참조된 출원에서 설명된 바와 같이 RC-WVM 실시예로 작업하는 과정에서, 출원인은 이전에 설명된 바와 같이 RC-WVM 임플란트, 시스템 및 방법의 정확성 및 유용성을 추가로 개선하는 본 명세서에 개시된 다수의 새로운 실시예를 개발하였다. 이러한 새로운 실시예는 RC-WVM 시스템 및 그 작동의 일 예에 대한 기본 개요 논의 후에 아래에서 설명된다.
도 1은 여기에서 개시된 실시예가 적용될 수 있는 RC-WVM 시스템(10)의 개요를 제공한다. 여기에서 도시된 바와 같이, 이러한 시스템은 일반적으로 환자의 하대정맥(IVC)에 배치를 위해 구성된 RC-WVM 임플란트(12), 제어 시스템(14), 안테나 모듈(16) 및 하나 이상의 데이터 링크(26)를 통해 제어 및 통신 모듈과 통신하는, 처리 시스템, 사용자 인터페이스/디스플레이, 데이터 저장 등과 같은 하나 이상의 원격 시스템(18)을 포함할 수 있다. 데이터 링크(26)는 유선 또는 원격/무선 데이터 링크일 수 있다. 많은 구현에서, 원격 시스템(18)은 컴퓨팅 장치 및 외부 인터페이스 장치의 역할을 하는 랩탑, 태블릿 또는 스마트폰과 같은 사용자 인터페이스를 포함할 수 있다.
RC-WVM 임플란트(12)는 일반적으로 접을 수 있고 확장 가능한 코일 구조로 형성된 가변 인덕턴스, 일정한 커패시턴스, 공진 L-C 회로를 포함하며, 이는 환자의 IVC 내의 모니터링 위치에 위치되는 경우, 확장될 때 IVC 벽과 함께 이동하고 체액 부피의 변화로 인해 수축한다. 가변 인덕턴스는 코일의 치수(예를 들어, 코일로 둘러싸인 영역 또는 "센서 영역")가 IVC 벽 이동에 따라 변하는 경우 인덕턴스가 변경될 수 있도록 임플란트의 코일 구조에 의해 제공된다. 회로의 용량성 요소는 개별 캐패시터에 의해 제공되거나 또는 임플란트 구조 자체의 특별히 설계된 고유 캐패시턴스에 의해 제공될 수 있다. 여기 신호가 RC-WVM 임플란트로 지향되는 경우, 공진 회로는 회로의 특성인 주파수에서 "링백" 신호를 생성한다. 특성 주파수는 인덕터, 즉 코일의 크기가 혈관벽에 따라 변화함에 따라 그 크기의 변화에 기초하여 변화한다. 인덕턴스 값은 체액 상태, 심박수 등에 대한 응답으로 IVC의 치수 변화에 기초하여 상기한 바와 같이 변화되는 임플란트의 기하학적 구조에 의존하기 때문에, 링백 신호는 IVC 기하학적 구조에 대한 정보 및 이에 따른 체액 상태와 호흡 및 심장 박동수와 같은 기타 생리학적 정보를 제공하기 위해 제어 시스템(14)에 의해 해석될 수 있다.
제어 시스템(14)은 예를 들어 신호 생성, 신호 처리 및 전원(일반적으로 도 2에 도시된 바와 같이 여기 및 피드백 모니터링("excitation and feedback monitoring, EFM") 회로를 포함하고 신호 생성 모듈(20a) 및 수신기-증폭기 모듈(20b)을 포함하는 모듈(20)로 지시됨)과 데이터 링크(26) 및 선택적으로 다른 로컬 또는 클라우드 기반 네트워크(28)를 통해 다양한 외부 또는 원격 시스템(18)으로의 통신 및 데이터 전송을 용이하게 하기 위한 통신 및 데이터 획득 모듈(22)을 포함한다. RC-WVM 임플란트(12)로부터 수신되는 신호를 분석한 후, 결과는 외부 또는 원격 시스템(18)을 통해 수동 또는 자동으로 환자, 간병인, 의료 전문가, 건강 보험 회사, 및/또는 임의의 다른 원하는 그리고 승인된 당사자에게 적절한 방식(예를 들어, 구두, 보고서 인쇄, 문자 메시지 또는 이메일 전송 등)으로 전달될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제어 시스템(14)의 컴포넌트는 전송/수신(transmit/receive, T/R) 스위치(92), 전송기 튜닝-매칭 회로(94), 수신기 튜닝-매칭 회로(96), 직접 디지털 합성기(direct digital synthesizer, DDS)(98), 앤티 앨리어싱(anti-aliasing) 필터(100), 전치 증폭기(102), 출력 증폭기(104), 단일 종단 차동 입력 증폭기(single ended to differential input amplifier, SE to DIFF)(106), 가변 이득 증폭기(variable gain amplifier, VGA)(108), 필터 증폭기(예를 들어, 능동 대역 통과 필터 증폭기)(110), 출력 필터(예를 들어, 수동, 고차 저역 통과 필터)(112), 고속 아날로그-디지털 변환기(analog-to-digital converter, ADC)(114), 마이크로컨트롤러(116) 및 통신 서브 모듈(118)을 포함할 수 있다. 증폭 및 필터링에 뒤이은 신호 식별, 선택 및 기타 신호 처리 기능이 마이크로컨트롤러(116) 내에 내장될 수 있거나 또는 여기에 개시된 단계들을 수행하기 위한 외부 컴퓨팅 시스템 실행 프로그램 명령과 같이 외부 인터페이스 장치(18)에서 실행될 수 있다.
안테나 모듈(16)은 유선 또는 무선 연결일 수 있는 전력 및 통신 링크(24)에 의해 제어 시스템(14)에 연결된다. 안테나 모듈(16)은 전술한 바와 같이 공진 회로를 여기시키기 위해 제어 시스템(14)의 신호 생성 모듈(20a)에 의해 제공되는 신호에 기초하여 RC-WVM 임플란트(12) 주위에 적절하게 형성되고 배향된 자기장을 생성한다. 따라서, 안테나 모듈(16)은 수신 기능/안테나 및 전송 기능/안테나 모두를 제공한다. 일부 실시예에서, 전송 및 수신 기능은 예를 들어 전송/수신 스위치(92)(단극, 이중 스로우 스위치(double throw switch)일 수 있음)에 의해 전송 및 수신 모드 사이에서 스위칭되는 단일 안테나에 의해 수행된다. 다른 실시예에서, 각각의 기능은 별도의 안테나에 의해 수행된다.
당업자라면 알 수 있는 바와 같이, 여기 신호가 회로의 고유 주파수에서 전달되는 경우 L-C 공진 회로의 최적의 여기가 발생한다. 그러나, 여기에서 설명된 RC-WVM 임플란트(12)에서, 임의의 주어신 시간에서의 회로의 고유 주파수는 RC-WVM 센서 크기가 의도된 용도에 따라 변하기 때문에 선험적으로 알려지지 않는다. 일 실시예에서, 전형적인 센서는 명목상 약 14 mm 내지 약 28 mm의 환자 IVC 직경에 대해 적격이다. 이것은 공칭 크기 범위의 위 및 아래의 IVC 치수의 변화를 검출하기 위해 전체 센서 직경 범위가 약 14 mm보다 다소 작은 것에서 28 mm보다 다소 클 것이라는 것을 의미한다. 센서 직경이 해당 크기 범위의 하단, 예를 들어, 약 19 mm 미만 또는 심지어 약 15 mm 미만인 경우, 센서에 의해 생성될 수 있는 링백 신호의 진폭은 감소된 유도 결합으로 인해 상대적으로 낮을 것이고, 따라서 검출 및 정확한 신호 분석과 관련하여 문제가 발생할 수 있다. 적절한 여기 신호를 결정하는 데 있어 또 다른 문제는 규제 요구사항에 의해 부과될 수 있으며, 일반적으로 이러한 신호에는 제한된 대역폭과 전력이 있어야 한다. 이러한 문제는 여러 가지 방법으로 해결될 수 있다.
일 실시예에서, 신호 생성 모듈(20a)에 의해 제공되고 안테나 모듈(16)에 의해 전달되는 여기 신호는 RC-WVM 센서를 활성화하기 위해 미리 정의된 전송 펄스(예를 들어, 단일 주파수 버스트(burst))로서 구성될 수 있다. 본 실시예에서, 전송 펄스 주파수는 더 작은 센서 직경이 더 낮은 링백 신호 진폭을 생성함에 따라 센서가 더 낮은 직경 범위에 있다는 가정 하에 센서를 최적으로 할성화하도록 선택된다. 하나의 대안에서, 전송 펄스 주파수는 센서가 가장 작은 직경에 있다는 가정 하에 선택될 수 있으며, 이는 가장 낮은 링백 신호 진폭을 가지므로, 링백 신호가 신뢰할 수 있는 판독값을 획득하기에 충분히 검출될 수 있음을 보장하기 위해 최적의 여기를 필요로 한다. 동일한 미리 정의된 전송 펄스 주파수는 신호 측정 기간, 예를 들어, 60 초 동안 센서를 활성화하는 데 사용된다. 그러나, 혈관이 확장하는 경우, 최적의 여기 주파수가 변경되고 링백 신호의 진폭이 감소하여 판독값의 신뢰성이 떨어질 수 있다.
다른 실시예에서, 주파수 스윕(sweep) 기능이 최적 주파수에서 또는 최적 주파수에 근접하여 여기 신호를 보다 확실하게 전송하는 데 사용될 수 있다. 일 예에서, 신호 생성 모듈(20a)은 예상되는 임플란트 고유 주파수의 범위에 걸쳐 미리 정의된 주파수에서 미리 설정된 개수의 전송 펄스(일 예에서, 5개의 전송 펄스가 사용됨)를 순차적으로 출력함으로써 주파수 스윕 기능을 수행한다. 주파수 스윕 기능 동안 캡처된 링백 센서 신호는 수신기-증폭기 모듈(20b), 통신 및 데이터 획득 모듈(22) 및 선택적으로 외부 장치(18)를 통해 처리된다. 모든 링백 신호(미리 설정된 전송 펄스의 개수에 대응함)가 수신되고 처리된다. 전송된 전송 펄스의 미리 설정된 개수에서 검출되는 공진 주파수 중 진폭이 가장 높은 것이 최적의 전송 주파수로서 선택된다. 그런 다음, 최적의 여기 주파수가 여기 전송 펄스로 사용되어 신호 측정 기간, 예를 들어, 60 초 동안 센서를 활성화할 수 있다. 전송 펄스 스윕 시 센서의 크기에 따라 미리 설정된 전송 펄스 개수의 모든 링백 신호가 검출되고 임의의 것이 최적의 공진 주파수로서 사용될 수 있다.
상기한 주파수 스윕 방법에서, 시스템은 주파수 스윕 기능의 실행 동안 검출된 가장 높은 진폭을 갖는 주파수를 선택한다. 설명된 바와 같이, 생성된 공진 주파수의 진폭은 모니터링 위치에서의 IVC 치수(예를 들어, 면적 또는 직경)에 따라 달라지며 치수가 클수록 신호 진폭이 커진다. 따라서, 이러한 방법론을 사용하면, 시스템은 더 큰 센서 크기에 더 최적인 여기 주파수를 선택하는 경향이 있을 수 있다. 결과적으로, 신호 획득 중에, 혈관의 치수가 감소하는 경우(예를 들어, 호흡 붕괴로 인해), 여기가 최적이 아닌 상태가 되어 혈관이 붕괴될 때 잠재적으로 신호 품질이 낮거나 불충분할 수 있다. 이를 해결하기 위해 다른 대안의 여기 주파수 결정 방법이 활용될 수 있다.
하나의 그러한 추가의 대안의 실시예에서, 여기 주파수는 2 단계의 접근방식을 사용하여 결정된다. 먼저, 예를 들어 상술한 주파수 스윕 기능을 사용하여 초기 여기 주파수가 결정된다. 따라서 신호 생성 모듈(20a)은 초기 관찰 기간 동안 주파수 스윕 기능에 의해 결정된 주파수에서 전송하도록 구성되며, 이는 적어도 하나의 호흡 사이클을 커버하기에 충분히 길어야 한다. 센서 공진 주파수는 이러한 기간 동안 평가되고 가장 높은 검출 주파수가 이후에 나머지 신호 측정에 대한 여기 주파수로 선택된다. 이러한 접근방식은 더 높은 주파수, 대응하는 더 작은 센서 면적(신호 품질에 대한 최악의 경우일 수 있음)의 선택을 선호할 수 있으며, 따라서 더 신뢰할 수 있는 여기를 제공할 수 있다.
호흡으로 인한 IVC의 심각한 붕괴 상황을 고려할 때 선행 단락에서 설명된 방법의 제한이 예상된다. 이 경우, 초기 주파수 스윕은 더 큰 센서/혈관 치수에 대응하는 공진 주파수를 선택하는 경향이 있으므로, IVC가 최대 붕괴 수준에 도달하는 경우, 센서의 공진 주파수가 여기 주파수에서 크게 벗어나 결과적으로 최선이 아닌 여기가 된다. 이것은 센서 응답의 감소된 진폭(작은 센서 면적으로 인함)과 결합되어 신뢰할 수 없는 공진 주파수 검출(낮은 신호 품질로 인함) 및 잠재적으로 부정확한 여기 주파수 결정을 초래할 수 있다.
이러한 문제를 극복하기 위해, 시스템이 적어도 한 호흡 사이클을 커버하기에 충분히 길어야 하는 미리 정의된 길이의 기간 동안 위에서 설명된 주파수 스윕 기능을 반복적으로 실행하는 추가 개선이 사용될 수 있다. 여기 주파수가 미리 정의된 주파수들(가장 작은 센서 면적에 대응하는 주파수 포함) 사이에서 순차적으로 변경되기 때문에, 큰 IVC 붕괴 및 작은 센서의 상황에서 보다 최적의 여기가 달성된다. 위의 방법에서와 같이, 시스템은 가장 높은 관찰된 공진 주파수를 나머지 신호 측정에 대한 여기 주파수로 선택한다.
다른 구현에서, 여기 신호의 주파수는 신호 획득 동안 동적으로 조정된다. 일 실시예에서, RC-WVM 센서로부터의 응답 신호의 진폭 또는 신호 대 잡음비(signal-to-noise ratio, SNR)는 연속적으로 (각각의 샘플에 대해) 또는 주기적으로 모니터링된다. 신호 진폭이 미리 정의된 임계값 아래로 떨어지는 것으로 검출되면(예를 들어, IVC의 더 큰 붕괴로 인해), 새로운 주파수 스윕(이전에 설명한 방법 중 하나 사용)이 실행되어 가장 최근의 센서 공진 주파수로 재조정할 수 있다.
추가 실시예에서, 신호 생성 모듈(20a)의 출력 주파수는 각각의 측정 포인트 후에 연속적으로 조정된다. 이 경우, 센서의 공진 주파수는 샘플 획득 사이에 획득된 각각의 샘플에 대해 계산된다. 따라서, 다음 샘플의 여기 주파수는 가장 최근에 측정된 공진 주파수로 조정된다. 시스템의 샘플링 속도가 IVC 붕괴의 동역학보다 빠르다면, 이러한 방법은 지속적으로 최적의 여기를 보장한다.
전술한 실시예는 통신 및 데이터 획득 모듈(22)에서 실시간으로 실행될 수 있는 주파수 검출을 위한 신호 처리 알고리즘을 필요로 한다. 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT)이 상기 목적을 위해 사용될 수 있다. 그러나, 검출된 IVC 치수의 고해상도가 필요한 경우, 필요한 FFT의 길이로 인해 엄청난 계산 시간이 발생할 수 있으므로, 샘플 획득 사이의 주파수 결정을 허용하는 데 적합하지 않을 것이다. 다르게는, 줌(Zoom) FFT와 같은 기존의 FFT의 변형이 사용될 수 있다. 이러한 기술은 스펙트럼의 주어진 부분에 초점을 맞춰 분석할 수 있으므로, 검출된 주파수의 해상도를 손상시키지 않으면서 FFT의 길이를 이와 같이 감소시키고 계산 시간을 줄일 수 있다.
안테나(16)를 통해 전송될 수 있는 RF 전력의 양이 주파수 스펙트럼의 효율적인 사용을 보장하기 위해 적용 가능한 규정에 의해 부과된 제한의 대상이 되는 경우, 위에서 설명된 방법 중 임의의 것을 사용하여 최적의 전송 주파수를 결정하는 것은 RC-WVM 센서의 효율적인 여기를 제공하는 데 있어서 키가 된다. 의도적인 RF 방출 수준을 최소화하기 위한 추가 수단으로, RC-WVM 센서 면적과 센서 응답 신호 강도 사이의 종속성이 고려될 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 더 큰 센서 면적은 일반적으로 안테나(16)와 RC-WVM 센서 사이에 더 큰 상호 인덕턴스(따라서, 자기장 결합)를 초래할 것이다. 이것을 고려하여, 신호 생성 모듈(20a)은 출력 RF 전력이 출력 주파수의 함수로서 조정되는 방식으로 제어될 수 있다. 특히, 검출된 센서의 공진 주파수가 가장 작은 센서 면적에 대응하여 가장 약한 응답에 대응하는 예상된 센서 대역폭의 상한에 있을 때 최대 전력이 전송된다. 따라서, 출력 전력은 주파수가 감소함에 따라 단조 감소되어, 적용가능한 무선 규정 준수를 용이하게 한다.
다른 구현에서, RC-WVM 센서 응답 신호의 진폭이 모니터링되고, 전송기의 출력이 예를 들어, 일정한 신호 진폭을 달성하기 위해 동적으로 조정된다(자동 이득 제어 애플리케이션과 유사함). 이전 단락에서 설명된 바와 같이, 이러한 방법론은 방출된 RF 전력의 더 엄격하게 제어를 허용할 수 있다. 또한, 이러한 방법론은 수신된 신호의 진폭이 수신기 단계의 포화를 일으키지 않도록 함을 보장하기 위한 수단을 제공하며, 그렇지 않으면 센서의 기본 컴포넌트를 결정하기 위해 후속적으로 적용되는 신호 처리 알고리즘의 부정확성을 초래할 수 있다.
도 3a, 3b 및 3c는 각각 생체 내 테스트로부터의 신호를 도시하며, 각각 원시 링백 신호, 공진 주파수의 검출 및 참조 특성화 곡선을 사용한 IVC 치수로의 변환의 예를 도시한다. 도 3a는 시간이 지남에 따라 감쇠하는 RC-WVM 임플란트의 공진 응답과 함께 시간 도메인의 원시 링백 신호를 도시한다. IVC 형상의 변화로 인한 임플란트 기하학 구조의 변조는 공진 주파수의 변화를 초래하며, 이는 2개의 상이한 도시된 트레이스 사이의 차이로 보여질 수 있다. 도 3b는 주파수 도메인으로 변환되고 시간이 지남에 따라 도시된 도 3a로부터의 RC-WVM 임플란트 신호를 도시한다. 도 3a로부터의 공진 주파수가 결정되고(예를 들어, 고속 푸리에 변환을 사용하여) 시간 경과에 따라 도시된다. 신호의 더 크고 더 느린 변조(즉, 3개의 넓은 피크)는 IVC 벽의 호흡 유도 모션을 나타내는 반면, 이러한 신호에 중첩된 더 빠르고 더 작은 변조는 심장 주기에 대한 응답으로 IVC 벽의 모션을 나타낸다. 도 3c는 센서 면적 대 시간 플롯으로 변환된 도 3a에 도시된 주파수 변조를 도시한다. (이 경우의 변환은 특성화 곡선에 기초하였으며, 이는 표준 실험실/테스트 절차에 따라 샘플 직경 내강(lumen)의 범위에 대한 벤치 테스트를 통해 결정되었다.) 따라서, 도 3c는 호흡 및 심장 주기에 대한 응답으로 모니터링 위치에서의 IVC 치수의 변화를 나타낸다.
통상의 기술자라면 알 수 있는 바와 같이, 도 3a 내지 3c에 도시된 바와 같은 복잡한 신호의 정확하고 신뢰할 수 있는 해석은 여기 신호와 RC-WVM으로부터의 링백 신호 모두에 대해 우수한 신호 충실도와 신뢰도를 필요로 한다. 따라서, 여기에서 개시된 실시예는 가능한 최상의 신호 충실도 및 신뢰도를 보장하는 것을 돕기 위해 잠재적인 문제에 대한 해결수단을 제공한다.
신호 충실도가 손상될 수 있는 한 가지 방법은 제어 시스템 내의 하드웨어 결함이 부정확한 판독으로 이어지는 경우이다. 따라서, 시스템에 의해 생성된 데이터의 정확성을 검증하기 위한 메커니즘이 필요하다. 일 실시예에서, 데이터 정확도는 수신기-증폭기 모듈(20b)과 함께 신호 생성 모듈(20a)에 의해 생성된 알려진 주파수 신호를 판독하고 시스템의 출력이 알려진 입력과 매칭되는지 확인함으로써 검증될 수 있다. 따라서, 실시예에서, 알려진 고정된 주파수 및 진폭 신호 부분은 원시 데이터 파일의 오프라인 검증을 허용하기 위해 캡처된 신호 내에 포함된다. 통신 및 데이터 획득 서브 모듈(22)과 관련된 수신기-증폭기(20b)는 전송 주기가 시작되자 마자 바로 생성된 신호를 캡처하기 시작한다. 전송 신호는 진폭이 크므로, 수신기 채널에 도달하는 전송/수신(T/R) 스위치(92)를 통해 작은 누설 신호를 생성한다. 후자는 매우 큰 이득을 가지므로, 수신기 출력에서의 결과 신호가 검출되고 그 주파수를 결정하기 위해 처리될 수 있으며, 이는 전송기가 그러한 주파수를 생성하도록 프로그램되었기 때문에 선험적으로 알려져 있기 때문이다. 다른 대안에서, 알려진 또는 고정된 주파수 신호 부분은 전송/수신 스위치(92)가 전송에서 수신으로 스위칭하는 경우 전송 측에서 수신 측으로 알려진 여기 신호를 잠시 누설하도록 허용함으로써 센서 원시 데이터 캡처에 포함될 수 있다.
이러한 방식에서, 수신기-증폭기 모듈(20b)이 수신된 신호를 캡처하기 시작하는 경우, 신호의 제1 부분은 알려진 주파수 부분이다. 짧은 신호 누설은 도 4a와 4b를 비교함으로써 설명된다. 도 4a는 RC-WVM 센서가 T/R 스위치(92)를 통한 임의의 신호 누설 없이 일반적인 작동에서 전송 측으로부터의 신호에 의해 활성화된 후 제어 시스템에 의해 수신될 수 있는 링백 신호를 도시한다. 도 4a에서 신호는 RC-WVM 코일이 처음으로 활성화되어 에너지가 소산되는 경우 왼쪽에서 최대 진폭에서 시작한다. 본 예에서, 링백 신호는 시간 14 μs에서 시작하며, 이는 전송 신호가 센서를 전송하고 활성화하기 위한 시간 지연을 나타낸다. (여기 신호는 도 4a에 도시되지 않았지만 도 4b에 도시된 시간 0에서 시작하여 전달된다.) 도 4b에서 신호는 전술한 실시예에서와 같이 스위치를 통한 누설이 허용되는 경우 수신된 신호를 도시한다. 신호의 누설 부분(LS)은 센서가 활성화될 때까지 기다리는 지연이 없기 때문에 대략 시간 0에서 시작된다. 그런 다음, 누설 신호(leakage signal, LS)를 센서 링백 신호가 예상되기 전의 시간으로 제한함으로써, 누설 신호가 센서의 판독값을 방해하지 않으면서, 동시에 제어 시스템 출력에 대해 확인될 수 있는 알려진 주파수 검증 신호를 제공한다.
일 실시예에서, 알려진 주파수 하드웨어 검증 신호로서 누설 신호를 제공하는 프로세스는 다음을 포함할 수 있다:
1. RF 전송기는 센서를 활성화하기 위해 안테나를 통해 알려진 펄스를 출력한다.
2. 전송/수신 스위치는 전송 측에서 수신 측으로 신호 누설을 허용하도록 구성된다. 수신기 전자 장치는 전송기가 활성 상태인 동안 수신기 데이터를 캡처하기 시작한다.
3. 전송/수신 스위치는 안테나 연결을 수신기 전자 장치로 완전히 변경하여 센서 RF 응답을 검출한다.
4. 수신기 전자 장치는 ADC를 통해 계속해서 센서 신호를 캡처한다.
5. 캡처된 ADC 데이터는 마이크로컨트롤러에 저장되고 장기 저장을 위해 랩탑으로 전송된다. 이제, 데이터는 데이터 패킷 내 전송/수신 주기의 전송 부분을 포함한다. 데이터 패킷은 RF 전송기에 프로그램된 주파수룰 포함한다.
6. 그런 다음, 데이터 신호 데이터의 전송 부분의 주파수 및 진폭을 예상된 진폭에 대해 프로그램된 주파수 및 미리 정의된 임계값과 비교함으로써 데이터가 검증될 수 있다.
여기에서 기술된 유형의 시스템에서 직면할 수 있는 추가 문제는 배경 잡음으로부터의 간섭이다. 주변 장치의 과도한 전자기 잡음 또는 외부 전자기 간섭으로 인해 시스템이 센서 신호와 관련이 없는 판독값을 검출할 수 있다. 정상 작동 중에, 시스템은 전송 주기 동안 센서에 전달되는 여기 신호에 응답하여 센서에 의해 발생되는 신호를 검출하려고 시도한다. 충분히 강한 외부 신호가 시스템에 결합되어 센서 신호를 마스킹하여 잠재적으로 부정확한 측정을 초래할 수 있다.
이러한 문제는 측정을 시작하기 전에 전자기 배경 잡음을 평가하는 메커니즘을 제공함으로써 본 개시에 따라 해결될 수 있다. 일 실시예에서, 시스템은 정상 모드에서 작동된다. 즉, 전송 모드가 작동되고 예상된 센서 대역폭/여기 주파수에서 충분히 떨어진 알려진 테스트 주파수가 전송된다. 이러한 방식으로, 센서가 활성화되지 않으므로 링백 신호 응답을 생성하지 않는다. 그런 다음, 제어 시스템은 정상 작동에서와 같이 수신기 모드로 전환되고 수신된 임의의 신호가 기록된다. 센서로부터의 응답이 없기 때문에("디튠드(detuned)" 전송 주파수 때문에), 수신된 신호는 완전히 배경 전자기 잡음으로 구성된다. 그런 다음, 검출된 배경 잡음에 기초하여 신호 처리에서 적절한 수정 또는 조정이 사용될 수 있다. 한 가지 옵션에서, 제어 시스템은 배경 잡음 신호의 가장 큰 성분의 전력을 평가한다. 프로세스는 미리 정의된 횟수만큼 반복되고 보다 일관된 측정을 위해 평균값이 획득된다. 그 다음, 계산된 신호 레벨은 배경 잡음으로 정의된다.
상술한 바와 같은 배경 잡음 평가 프로세스는 센서 신호 기록을 시작하기 이전으로 제한되지 않는다. 다른 실시예에서, 설명된 바와 같은 배경 잡음 평가는 또한 간헐적 잡음 소스 또는 환자 이동 등으로 인한 증가된 잡음 결합과 연관된 위험을 완화하기 위해 센서 신호 획득 프로세스의 상이한 단계 또는 다수의 포인트에서 수행될 수 있다.
배경 잡음의 평가에 이어, 센서 신호는 주파수 스윕을 통해 식별된다. 센서 응답 신호가 검출되면, 진폭이 평가되고 결과 값이 이전에 측정된 배경 잡음 진폭과 비교되어, 신호 대 잡음비(SNR)가 효과적으로 계산된다. SNR에 대한 최소 임계값 레벨이 설정된다. 이러한 한계 미만인 SNR은 외부 간섭이 신뢰할 수 있는 측정을 방해할 만큼 충분히 높다는 것을 나타낸다. 이것은 차례로 사용자에게 위치를 변경하거나 시스템 사용을 계속하기 위해 잠재적인 간섭 소스를 제거하도록 경고할 수 있다.
RC-WVM 센서의 원시 신호 출력을 혈관 크기 및 크기 변화에 대한 생리학적으로 관련된 판독값으로 변환하기 위한 특성화 곡선의 사용은 도 3a 및 3c와 관련하여 위에서 논의되었다. 일반적으로, 의료 제공자에게 유용한 생리학적으로 관련된 판독값을 제공하기 위한 원시 센서 신호의 특성화는 당업계에서 이해된다. 그러나, 여기에서 설명된 RC-WVM 센서는 그 특성 인덕턴스가 설계에 따라 의도적으로 달라지기 때문에 고유한 특성화 문제를 나타낼 수 있다. 또한, 공진 회로를 정의하는 인덕턴스 및 커패시턴스 특성은 센서 제조 변동성으로 인해 다르다. RC-WVM 센서의 특성화에서 이러한 문제를 해결하기 위해, 여러가지 새롭고 다양한 접근 방식이 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 도 5에 도시된 바와 같은 센서 특성화 곡선이 알려진 영역의 점진적으로 더 큰 일련의 튜브를 통해 순차적으로 통과시키고 대응하는 주파수를 기록함으로써 생성된다. 그런 다음, 다양한 방법을 사용하여 이러한 면적-주파수 측정으로부터 고유한 곡선이 생성될 수 있다. 예를 들어, 피팅(fit)과 원시 데이터 사이의 오차를 최소화함으로써 곡선이 원시 데이터에 피팅되는 곡선 피팅 방법이 사용될 수 있다. 곡선 피팅은 다음 함수:
로그 : 
지수 : 
에 기초하는 지수 및 로그 피팅을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 피팅 유형을 사용하여 수행될 수 있다.
다른 예에서, 곡선이 기록된 면적-주파수 데이터 사이를 보간함으로써 생성되는 보간이 사용될 수 있다. 다수의 보간 방법이,
선형 보간 : 
과 같은 선형 보간 함수를 포함하여 사용될 수 있다.
선택된 곡선 유형 외에도, 개별 센서 특정 면적-주파수 데이터로부터 또는 센서의 배치(batch)의 평균 면적-주파수 데이터로부터 특성화 곡선이 생성될 수 있다.
일반적으로, 각각의 RC-WVM 센서 특성화 곡선은 센서 제조 동안 클린룸에서 결정된다. 그러나, 이러한 곡선은 제조 및 살균 공정 후에 약간 이동할 수 있다. 임상용 센서는 살균 후에 다시 특성화될 수 없으므로, 센서/배치 특정 제조 곡선은 살균 전에만 생성될 수 있다. 다르게는, 참조 특성화 곡선은, 그들이 참조로서 사용될 임상 센서와 유사한 방식으로 제조되고 살균된 경우, 살균 후 임상 용도가 아닌 독립 센서로부터 생성될 수도 있다.
다른 실시예에서, 더 큰 특성화 정확도는 다음과 같이 달성될 수 있다. 첫째, 제조 동안, 각각의 센서에 대해 면적 대 주파수 데이터가 결정된다. 살균 전후에 위에서 설명된 바와 같이 곡선 피팅 또는 보간을 통해 이러한 센서 또는 배치 특정 면적-주파수 데이터로부터 특성화 곡선이 생성된다. 그 다음, 센서 측정이 수행되고, 그 결과는 이전 단계에서 생성된 특성화 곡선을 사용하여 IVC 치수로 변환된다. 따라서, 제조 변동성으로 인해 발생하는 측정 오류는 센서 또는 배치 특정 특성화 곡선의 사용을 통해 최소화된다. 미리 결정된 특성화 곡선을 사용하면, 더 넓은 치수 범위에서 보다 정확한 측정이 가능하며 다른 고유한 정확도 문제를 나타내는 혈관내 초음파(intravascular ultrasound, IVUS)와 같은 이미징 방식에 대한 생체 내 보정이 필요하지 않을 수 있다.
여기에서 개시된 실시예의 추가적인 특징, 이점 및 제한은 다음의 번호가 매겨진 하위 단락에서 설명된다:
1. 공진 회로 기반 센서로부터 수신되는 센서 신호를 검증하기 위한 방법 및 시스템으로, 센서로부터 수신되는 원시 데이터의 검증을 허용하기 위해 센서로부터 캡처되는 출력 신호 내에 알려진 고정된 주파수 및 진폭 부분 신호를 포함하는 단계를 포함하며, 여기서, 검증은 선택적으로 오프라인으로 수행될 수 있다.
2. 공진 회로 센서를 활성화하기 위한 최적의 전송 주파수를 결정하기 위한 방법 및 시스템으로서, 예상된 센서 주파수의 범위에 걸쳐 센서를 활성화하기 위해 복수의 미리 정의된 전송 펄스를 출력하는 단계; 최적의 여기 주파수에 대응하여 수신되는 최고의 진폭 센서 신호를 결정하는 단계; 및 신호 측정 기간 동안 결정된 최적의 전송 주파수에서 센서를 활성화하는 단계를 포함하며, 여기서 기간은 선택적으로 약 60 초일 수 있다.
3. 센서의 치수적으로 상관된 출력 신호를 특성화하기 위한 방법 및 시스템으로서, 센서 제조 동안 센서에 대한 치수 대 주파수 데이터를 결정하는 단계; 대응하는 하나 이상의 센서의 살균 전후에 곡선 피팅 또는 보간을 통해 센서 또는 배치 특정 치수-주파수 데이터에 대한 특성화 곡선을 생성하는 단계; 센서로 측정하는 단계; 생성된 특성화 곡선을 사용하여 센서 결과를 원하는 치수로 변환하는 단계; 센서 또는 배치 특정 특성화 곡선의 사용을 통해 제조 변동성에서 발생하는 치수 측정 오류를 최소화하는 단계를 포함하며, 여기서 선택적으로 미리 결정된 특성화 곡선을 사용하면 광범위한 치수에 걸쳐 정확한 측정이 가능하다.
4. 센서 시스템에서 전자기 배경 잡음을 평가하기 위한 방법 및 시스템으로서, 예를 들어 연결된 전송기를 사용하여 정상 모드에서 감지 시스템을 작동하고, 센서를 활성화하지 않고 센서 응답을 이끌어내지 않기 위해 예상된 센서 대역폭으로부터 충분히 떨어져 있는 테스트 주파수를 전송하는 단계; 센서를 수신기 모드로 토글하고 감지 시스템으로 수신된 신호를 기록하는 단계 ― 수신된 신호는 배경 전자기 잡음으로 구성됨 ―; 이러한 배경 잡음 신호의 가장 큰 성분의 전력을 평가하는 단계; 선택적으로 평균값을 획득하기 위해 미리 정의된 횟수만큼 프로세스를 반복하는 단계; 및 계산된 신호 레벨을 정의하는 단계가 배경 잡음으로 정의되는 단계를 포함한다.
이상은 본 발명의 예시적인 실시예에 대한 상세한 설명이었다. 본 명세서 및 여기에 첨부된 특허청구범위에서, "X, Y 및 Z 중 적어도 하나" 및 "X, Y 및 Z 중 하나 이상"이라는 구에서 사용되는 것과 같은 접속어는 특별히 언급되지 않는 한 또는 달리 지시되지 않는 한, 연결 목록의 각각의 항목이 목록의 다른 모든 항목을 제외한 임의의 개수로, 또는 연결 목록의 임의의 또는 모든 다른 항목(들)과 조합하여 임의의 개수로 존재할 수 있음을 의미하는 것으로 간주되어야 하며, 이들 각각은 또한 임의의 개수로 존재할 수 있다. 이러한 일반적인 규칙을 적용하면, 연결 목록이 X, Y 및 Z로 구성된 전술한 예에서 연결 구는 각각, X 중 하나 이상; Y 중 하나 이상; Z 중 하나 이상; X 중 하나 이상과 Y 중 하나 이상: Y 중 하나 이상과 Z 중 하나 이상; X 중 하나 이상과 Z 중 하나 이상; 및 X 중 하나 이상, Y 중 하나 이상 및 Z 중 하나 이상을 포함할 것이다.
본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 수정 및 추가가 이루어질 수 있다. 위에서 설명된 다양한 실시예 각각의 특징은 연관된 새로운 실시예에서 다수의 특징 조합을 제공하기 위해 적절하게 다른 설명된 실시예의 특징과 결합될 수 있다. 또한, 전술한 내용은 다수의 개별 실시예를 설명하지만, 여기에서 설명된 것은 단지 본 발명의 원리를 적용한 예시일 뿐이다. 추가적으로, 여기에서의 특정 방법이 특정 순서로 수행되는 것으로 예시되고 그리고/또는 설명될 수 있지만, 그 순서는 본 개시의 측면을 달성하기 위해 통상의 기술 내에서 매우 가변적이다. 따라서, 본 설명은 단지 예로서 취해져야 하며, 본 발명의 범위를 달리 제한하려는 것이 아니다.
예시적인 실시예가 위에 개시되었고 첨부 도면에서 예시되었다. 당업자는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 여기에서 구체적으로 개시된 것에 다양한 변경, 생략 및 추가가 이루어질 수 있음을 이해할 것이다.
Claims (35)
- 무선 공진 회로 센서를 제어하기 위한 방법으로서,
상기 센서는, 모니터링되는 물리적 파라미터의 변화에 응답하여 공진 주파수를 변경하고 활성화되는 경우 상기 물리적 파라미터와 상관되는 주파수에서 링백(ring-back) 신호를 생성하는 가변 인덕턴스 코일을 포함하고,
상기 무선 공진 회로 센서를 제어하기 위한 방법은,
예상되는 임플란트 공진 주파수의 범위에 걸쳐 미리 정의된 주파수에서 미리 설정된 개수의 전송 펄스를 포함하는 적어도 하나의 여기 주파수 스윕(sweep)을 출력하는 단계;
순차적으로 출력되는 전송 펄스의 각각에 대한 링백 신호를 수신하는 단계;
미리 결정된 초기 기간 동안 적어도 하나의 초기 전송 펄스를 전송하는 단계 ― 상기 적어도 하나의 초기 전송 펄스는,
상기 적어도 하나의 주파수 스윕으로부터 수신되는 가장 높은 진폭의 링백 신호에 대응하는 펄스 주파수, 또는
복수의 여기 주파수 스윕
중 하나를 포함함 ―;
상기 초기 기간에 걸쳐 전송되는 적어도 하나의 초기 전송 펄스에 응답하여 복수의 테스트 링백 신호를 수신하는 단계;
선호하는 여기 펄스 주파수에 대응하는 초기 링백 신호를 식별하는 단계;
상기 선호하는 여기 펄스 주파수를 측정 전송 펄스 주파수로서 선택하는 단계; 및
후속 측정 기간 동안 상기 측정 전송 펄스 주파수에서 측정 전송 펄스를 출력하는 단계
를 포함하는, 무선 공진 회로 센서를 제어하기 위한 방법. - 제1항에 있어서,
상기 측정 기간 동안 상기 측정 전송 펄스에 응답하여 상기 센서에 의해 생성되는 측정 링백 신호를 수신하는 단계; 및
상기 모니터링되는 물리적 파라미터의 특성을 결정하기 위해 상기 측정 링백 신호를 분석하는 단계
를 더 포함하는, 무선 공진 회로 센서를 제어하기 위한 방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 초기 기간 동안 적어도 하나의 초기 전송 펄스를 전송하는 단계는,
가장 높은 진폭을 갖는 링백 신호를 식별하는 단계;
상기 가장 높은 진폭의 링백 신호에 대응하는 전송 펄스 주파수를 상기 초기 전송 펄스 주파수로서 선택하는 단계; 및
상기 초기 펄스 주파수에서 복수의 초기 펄스를 전송하는 단계
를 포함하고,
상기 복수의 초기 링백 신호를 수신하는 단계 및 상기 초기 링백 신호를 식별하는 단계는,
상기 초기 기간 동안 상기 초기 전송 펄스 주파수에서 상기 센서 공진 회로를 여기시키는 단계;
상기 초기 기간 동안 상기 센서로부터 상기 초기 링백 신호를 수신하는 단계; 및
상기 가장 높은 주파수를 갖는 초기 링백 신호를 생성하는 초기 전송 펄스 주파수를 상기 측정 전송 펄스 주파수로서 선택하는 단계
를 포함하는, 무선 공진 회로 센서를 제어하기 위한 방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 초기 기간 동안 적어도 하나의 초기 전송 펄스를 전송하는 단계는 상기 초기 기간 동안 반복된 여기 주파수 스윕을 출력하는 단계를 포함하고,
상기 초기 링백 신호를 식별하는 단계는 상기 반복된 여기 주파수 스윕에 의해 생성되는 가장 높은 관찰된 링백 신호 주파수를 상기 선호하는 여기 펄스 주파수로서 식별하는 단계를 포함하는,
무선 공진 회로 센서를 제어하기 위한 방법. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 미리 결정된 초기 기간은 적어도 하나의 호흡 주기를 포함하기에 충분히 긴 시간을 포함하는,
무선 공진 회로 센서를 제어하기 위한 방법. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
대응하는 링백 신호의 획득 동안 상기 전송 펄스의 주파수를 동적으로 조정하는 단계
를 더 포함하는, 무선 공진 회로 센서를 제어하기 위한 방법. - 제6항에 있어서,
상기 동적으로 조정하는 단계는,
상기 대응하는 링백 신호의 진폭 또는 신호 대 잡음비 중 적어도 하나를 모니터링하는 단계; 및
미리 정의된 임계값 아래의 링백 신호 진폭의 검출에 응답하여, 새로운 측정 전송 펄스 주파수를 식별하기 위해 새로운 여기 주파수 스윕을 출력하는 단계
를 포함하는, 무선 공진 회로 센서를 제어하기 위한 방법. - 제2항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 측정 기간 동안 측정 링백 신호를 수신한 후에 각각의 측정 전송 펄스에 대한 새로운 측정 펄스 신호를 계산하는 단계
를 더 포함하는, 무선 공진 회로 센서를 제어하기 위한 방법. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
전송 펄스 출력 전력을 전송 펄스 출력 주파수의 함수로서 조정하는 단계
를 더 포함하는, 무선 공진 회로 센서를 제어하기 위한 방법. - 제9항에 있어서,
상기 조정하는 단계는 전송 펄스 주파수가 감소함에 따라 전송 펄스 출력 전력을 단조 감소시키는 단계
를 포함하는, 무선 공진 회로 센서를 제어하기 위한 방법. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 센서에 의해 생성되는 링백 신호를 모니터링하는 단계; 및
상기 모니터링되는 링백 신호에 기초하여 실질적으로 일정한 링백 신호 진폭을 달성하기 위해 전송 펄스 출력을 동적으로 조정하는 단계
를 더 포함하는, 무선 공진 회로 센서를 제어하기 위한 방법. - 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
알려진 고정된 주파수 및 고정된 진폭 신호를 전송하는 단계;
상기 알려진 신호를 캡처된 링백 신호의 일부로서 캡처하는 단계;
상기 캡처된 알려진 신호 부분을 상기 전송된 알려진 신호와 비교하여 신호 처리를 검증하는 단계
를 더 포함하는, 무선 공진 회로 센서를 제어하기 위한 방법. - 제12항에 있어서,
상기 알려진 신호를 전송하고 캡처하는 것은 신호 생성 및 수신 제어 시스템의 전송/수신 스위치를 통한 신호 누설을 허용하는 것을 포함하는,
무선 공진 회로 센서를 제어하기 위한 방법. - 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 여기 주파수 스윕을 출력하기 전에 전자기 배경 잡음을 평가하는 단계, 및 계산된 배경 잡음 신호 레벨에 기초하여 신호 처리를 조정하는 단계
를 더 포함하는, 무선 공진 회로 센서를 제어하기 위한 방법. - 제14항에 있어서,
상기 전자기 배경 잡음을 평가하는 단계는,
테스트 주파수에서 미리 결정된 테스트 펄스를 전송하는 단계 ― 상기 테스트 주파수는 상기 센서를 활성화하지 않기 위해 예상된 센서 여기 주파수로부터 충분히 떨어져 있도록 선택됨 ―;
센서 링백 신호 수신기로 테스트 신호를 수신하는 단계 ― 상기 수신된 테스트 신호는 상기 테스트 펄스와 배경 전자기 잡음으로 구성됨 ―;
상기 수신된 테스트 신호에 기초하여 배경 전자기 잡음을 정의하는 단계; 및
상기 정의된 배경 전자기 잡음의 영향을 제거하거나 줄이기 위해 상기 수신된 측정 링백 신호의 신호 처리를 변조하는 단계
를 포함하는, 무선 공진 회로 센서를 제어하기 위한 방법. - 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
환자에게 배치되기 전에 적어도 하나의 센서에 대한 물리적 파라미터 대 주파수 데이터를 결정하는 단계;
곡선 피팅(fitting) 또는 보간을 통해 상기 적어도 하나의 센서에 대한 특성화 곡선을 생성하는 단계;
상기 센서로 측정값을 취하는 단계; 및
상기 특성화 곡선을 사용하여 상기 센서 측정값을 상기 물리적 파라미터에 대한 값으로 변환하는 단계
를 더 포함하는, 무선 공진 회로 센서를 제어하기 위한 방법. - 제16항에 있어서,
상기 적어도 하나의 센서는 센서 배치(batch)를 포함하고, 상기 주파수 데이터는 배치 특정 파라미터-주파수 데이터를 포함하는,
무선 공진 회로 센서를 제어하기 위한 방법. - 제16항 또는 제17항에 있어서,
센서 또는 센서 배치 특정 특성화 곡선의 사용을 통해 센서 제조 변동성으로부터 발생하는 물리적 파라미터 측정 오차를 최소화하는 단계
를 더 포함하는, 무선 공진 회로 센서를 제어하기 위한 방법. - 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 공진 회로 센서는 환자의 혈관계에 배치되도록 구성되고 상기 물리적 파라미터는 혈관 치수인,
무선 공진 회로 센서를 제어하기 위한 방법. - 제19항에 있어서,
상기 센서는 구체적으로 대정맥에 배치되도록 구성되고 상기 혈관 치수는 상기 대정맥의 면적 또는 직경인,
무선 공진 회로 센서를 제어하기 위한 방법. - 제20항에 있어서,
상기 대정맥의 측정된 면적 또는 직경을 환자 체액 상태와 상관시키는 단계
를 더 포함하는, 무선 공진 회로 센서를 제어하기 위한 방법. - 무선 공진 회로 센서를 위한 제어 시스템으로서,
상기 센서는, 모니터링되는 물리적 파라미터의 변화에 응답하여 공진 주파수를 변경하고 활성화되는 경우 상기 물리적 파라미터와 상관되는 주파수에서 링백 신호를 생성하는 가변 인덕턴스 코일을 포함하고,
상기 제어 시스템은,
안테나로의 신호 전송 및 상기 안테나로부터의 신호 수신을 제어하도록 구성된 전송/수신 스위치,
여기 신호를 생성하도록 구성된 신호 생성 모듈 ― 상기 전송 수신 스위치는 상기 안테나로의 생성된 신호의 전송을 제어함 ―, 및
상기 안테나에 의해 수신되는 링백 신호를 수신하고 처리하도록 구성된 수신기-증폭기 모듈 ― 상기 링백 신호는 프로그램 명령을 실행하도록 구성된 프로세서와 통신하는 전송/수신 스위치에 의해 상기 수신기-증폭기 모듈로 전달됨 ―을 포함하며,
예상되는 임플란트 공진 주파수의 범위에 걸쳐 미리 정의된 주파수에서 미리 설정된 개수의 전송 펄스를 포함하는 적어도 하나의 여기 주파수 스윕을 출력하고,
순차적으로 출력되는 전송 펄스의 각각에 대한 링백 신호를 수신하며,
미리 결정된 초기 기간 동안 적어도 하나의 초기 전송 펄스를 전송하고 ― 상기 적어도 하나의 초기 전송 펄스는,
상기 적어도 하나의 주파수 스윕으로부터 수신되는 가장 높은 진폭의 링백 신호에 대응하는 펄스 주파수, 또는
복수의 여기 주파수 스윕
중 하나를 포함함 ―,
상기 초기 기간에 걸쳐 전송되는 적어도 하나의 초기 전송 펄스에 응답하여 복수의 테스트 링백 신호를 수신하며,
선호하는 여기 펄스 주파수에 대응하는 초기 링백 신호를 식별하고,
상기 선호하는 여기 펄스 주파수를 측정 전송 펄스 주파수로서 선택하며,
후속 측정 기간 동안 상기 측정 전송 펄스 주파수에서 측정 전송 펄스를 출력하도록
구성되는, 제어 시스템. - 제22항에 있어서,
상기 측정 기간 동안 상기 측정 전송 펄스에 응답하여 상기 센서에 의해 생성되는 측정 링백 신호를 수신하고,
상기 모니터링되는 물리적 파라미터의 특성을 결정하기 위해 상기 측정 링백 신호를 분석하도록
더 구성되는, 제어 시스템. - 제22항 또는 제23항에 있어서,
가장 높은 진폭을 갖는 상기 적어도 하나의 주파수 스윕으로부터의 링백 신호를 식별하고 상기 가장 높은 진폭의 링백 신호에 대응하는 전송 펄스 주파수를 상기 초기 전송 펄스 주파수로서 선택하며,
상기 초기 기간 동안 상기 초기 전송 펄스 주파수에서 여기 신호를 전송하고,
상기 초기 기간 동안 상기 센서로부터 상기 초기 링백 신호를 수신하며,
상기 가장 높은 주파수를 갖는 초기 링백 신호를 생성하는 초기 전송 펄스 주파수를 상기 측정 전송 펄스 주파수로서 선택하도록
더 구성되는, 제어 시스템. - 제22항 또는 제23항에 있어서,
상기 초기 기간 동안 반복된 여기 주파수 스윕을 출력함으로써 상기 초기 기간 동안 상기 적어도 하나의 초기 전송 펄스를 전송하고,
상기 반복된 여기 주파수 스윕에 의해 생성되는 가장 높은 관찰된 링백 신호 주파수를 상기 선호하는 여기 펄스 주파수로서 식별함으로써 초기 링백 신호를 식별하도록
더 구성되는, 제어 시스템. - 제22항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 대응하는 링백 신호의 진폭 또는 신호 대 잡음비 중 적어도 하나를 모니터링함으로써 대응하는 링백 신호의 획득 동안 전송 펄스의 주파수를 동적으로 조정하고,
미리 정의된 임계값 아래의 링백 신호 진폭의 검출에 응답하여, 새로운 측정 전송 펄스 주파수를 식별하기 위해 새로운 여기 주파수 스윕을 출력하도록
더 구성되는, 제어 시스템. - 제22항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
전송 펄스 주파수가 감소함에 따라 전송 펄스 출력 전력을 단조 감소시킴으로써 상기 전송 펄스 출력 전력을 전송 펄스 출력 주파수의 함수로서 조정하도록
더 구성되는, 제어 시스템. - 제22항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 센서에 의해 생성되는 링백 신호를 모니터링하고,
상기 모니터링되는 링백 신호에 기초하여 실질적으로 일정한 링백 신호 진폭을 달성하기 위해 상기 전송 펄스 출력을 동적으로 조정하도록
더 구성되는, 제어 시스템. - 센서 출력을 측정된 물리적 파라미터와 상관시키기 위해 공진 회로 센서를 특성화하기 위한 방법으로서,
상기 센서는, 활성화되는 경우 상기 물리적 파라미터와 상관 가능한 주파수에서 링백 신호를 생성함으로써 상기 물리적 파라미터의 변화에 응답하여 공진 주파수를 변경하는 가변 인덕턴스를 포함하고,
상기 공진 회로 센서를 특성화하기 위한 방법은,
환자에게 배치되기 전에 적어도 하나의 센서에 대한 파라미터 값 및 주파수의 범위에 걸쳐 물리적 파라미터 값 대 주파수 데이터를 결정하는 단계; 및
곡선 피팅 또는 보간 기술을 사용하여 상기 데이터로 곡선을 그림으로써 상기 적어도 하나의 센서에 대한 특성화 곡선을 생성하는 단계
를 포함하는, 공진 회로 센서를 특성화하기 위한 방법. - 제29항에 있어서,
상기 물리적 파라미터는 내강의 직경 또는 면적을 포함하는 내부 혈관 내강 치수이고, 상기 센서는 혈관 내강 내에 이식 가능하며 그와 함께 확장 가능하고 수축 가능하며,
상기 결정하는 단계는 알려진 치수의 점진적으로 크거나 작은 일련의 튜브에 상기 센서를 순차적으로 배치하고, 각각의 상이한 크기의 튜브에서 활성화되는 경우 대응하는 링백 신호 주파수를 기록하는 단계
를 포함하는, 공진 회로 센서를 특성화하기 위한 방법. - 제30항에 있어서,
제조 동안, 센서 배치(batch)의 각각의 센서에 대한 혈관 치수 대 주파수 데이터 세트를 결정하는 단계; 및
상기 센서의 살균 전에 곡선 피팅 또는 보간을 통해 상기 센서 배치 치수-주파수 데이터로부터 상기 특성화 곡선을 생성하는 단계
를 더 포함하는, 공진 회로 센서를 특성화하기 위한 방법. - 제30항에 있어서,
상기 센서의 배치를 제조하고 살균하는 단계;
상기 살균된 센서 배치로부터 센서 그룹을 선택하는 단계;
상기 선택된 센서 그룹을 임상용이 아닌 센서로 지정하는 단계; 및
임상용으로 지정되지 않은 센서 그룹에 대해서만 상기 결정하는 단계를 수행하는 단계; 및
상기 임상용으로 지정되지 않은 센서 그룹으로 생성된 치수 대 주파수 데이터에 기초하여 상기 살균된 센서 배치에 대한 특성화 곡선을 생성하는 단계
를 더 포함하는, 공진 회로 센서를 특성화하기 위한 방법. - 공진 회로 센서로 측정을 수행하기 위한 여기 신호를 출력하기 전에 전자기 배경 잡음을 평가하기 위한 방법으로서,
상기 센서는, 활성화되는 경우 물리적 파라미터와 상관 가능한 주파수에서 링백 신호를 생성함으로써 상기 물리적 파라미터의 변화에 응답하여 공진 주파수를 변경하는 가변 인덕턴스를 포함하고,
상기 전자기 배경 잡음을 평가하기 위한 방법은,
테스트 주파수에서 미리 결정된 테스트 펄스를 전송하는 단계 ― 상기 테스트 주파수는 상기 센서를 활성화하지 않기 위해 예상된 센서 여기 주파수로부터 충분히 떨어져 있도록 선택됨 ―;
센서 링백 신호 수신기로 테스트 신호를 수신하는 단계 ― 상기 수신된 테스트 신호는 상기 테스트 펄스와 배경 전자기 잡음으로 구성됨 ―;
상기 수신된 테스트 신호에 기초하여 상기 배경 전자기 잡음을 알려진 테스트 펄스와 구별되는 신호 성분으로서 정의하는 단계; 및
상기 정의된 배경 전자기 잡음의 영향을 제거하거나 줄이기 위해 상기 수신된 측정 링백 신호의 신호 처리를 변조하는 단계
를 포함하는, 전자기 배경 잡음을 평가하기 위한 방법. - 공진 회로 센서에서 센서 신호를 검증하기 위한 방법으로서,
상기 센서는, 활성화되는 경우 물리적 파라미터와 상관 가능한 주파수에서 링백 신호를 생성함으로써 상기 물리적 파라미터의 변화에 응답하여 공진 주파수를 변경하는 가변 인덕턴스를 포함하고,
상기 센서 신호를 검증하기 위한 방법은,
알려진 고정된 주파수 및 고정된 진폭 신호를 전송하는 단계;
상기 알려진 신호를 상기 센서에 의해 생성된 링백 신호를 포함하는 캡처된 신호의 일부로서 캡처하는 단계;
상기 캡처된 알려진 신호 일부를 상기 전송된 알려진 신호와 비교하는 단계; 및
상기 캡처된 알려진 신호 일부가 미리 결정된 한계 내에서 상기 전송된 알려진 신호와 매칭되는 경우 상기 센서 링백 신호를 검증하는 단계
를 포함하는, 센서 신호를 검증하기 위한 방법. - 제34항에 있어서,
상기 알려진 신호를 전송하고 상기 알려진 신호를 캡처하는 것은 신호 생성 및 수신 제어 시스템의 전송/수신 스위치를 통해 신호 누설을 허용하는 것을 포함하는,
센서 신호를 검증하기 위한 방법.
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