(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁信号の波長に比べて無視し得る程度に離れた別の場所に設置されて電磁信号の磁気成分に感応する複数の信号受信機と、
複数の信号受信機の一つにそれぞれ接続されて入力、調整可能なゲイン並びに増幅された出力を有する複数の増幅器と、
増幅された出力を加算して得られる加算信号出力を供給する手段と、
得られた加算信号のレベルを表す大きさを評価する手段と、
前記レベルの大きさを処理しかつ前記の複数の増幅器のゲインを調整して有用な信号が得られないとき、予備段階としてその大きさを最小にするとともに有用な信号が得られるときは第二段階として前記増幅器を前記調節したゲインに保持する手段とからなり、一定の波長を有しかつ寄生信号と混合された有用な信号を含む電磁信号において、移植医療機器から発せられる有用な信号を抽出する装置。
【請求項２】
複数の信号受信機は、第一の信号受信機と第二の信号受信機とからなる請求項１記載の装置。
【請求項３】
レベル表示の大きさは、得られる加算信号の絶対値か、二乗平均からなる有効値である請求項１記載の装置。
【請求項４】
処理手段は、線形方程式を解く線形演算装置からなり、系内のそれぞれの方程式は一個の未知数を有し、前記増幅ゲインも未知である請求項１記載の装置。
【請求項５】
一定の波長を有しかつ寄生信号と混合された有用な信号を含む電磁信号において、移植医療機器から発せられる有用な信号を抽出する方法において、
（ａ）予備工程として
（ｉ）移植機器からの有用な信号の発生を抑え、
（ｉｉ）異なる場所に設置された複数の信号受信機により寄生信号を受信し、それぞれの信号受信機は可調整ゲインと増幅された出力を有する組込増幅器を含みかつ電磁信号の磁気成分に感応し、しかも電磁信号の波長に比べて無視し得る程度の距離に離して配置され、
（ｉｉｉ）増幅器により発せられる増幅出力を加算して加算信号出力を供給し、
（ｉｖ）加算した信号の大きさを評価し、
（ｖ）各増幅器のゲインを最小の加算信号を得るに必要な程度に調整し、
（ｂ）次工程として
（ｉ）移植機器に有用な信号を出力させ、
（ｉｉ）複数の信号受信機において有用な信号と寄生信号とを含む電磁信号を回集し、
（ｉｉｉ）増幅器のゲイン値を、予備段階（ａ）（ｖ）で調整した値に保持する移植医療機器からの有用信号抽出方法。
【請求項６】
工程（ａ）、（ｂ）を順次繰り返し、工程（ａ）の実施にあたり必要に応じて、増幅器のゲインを再評価および再調整することからなる請求項５記載の方法。
【請求項７】
工程（ａ）においてゲインを調整する方法は、Ｐ＋１箇の未知数を含むＰ箇の方程式で表わされる線形システムを形成することからなり、この式において未知数は前記増幅器のゲインでありかつ係数は場とアンテナ間の結合係数とし、一つのゲインの値を任意に決め、Ｐ箇の他のゲイン値を、固定ゲインに関して演繹することからなる請求項５記載の方法。
【請求項８】
工程（ａ）、（ｂ）を順次繰り返し、工程（ａ）を実施する毎に増幅器のゲインを再評価および再調整する請求項７記載の方法。
【請求項９】
工程（ａ）を実施する毎に、任意に選定した増幅器のゲインを、前に実行した工程（ａ）の増幅器とは別の増幅器の値にし、その他の増幅器のゲインを前記の任意に選定したゲインに関して演繹する請求項８記載の方法。
【請求項１０】
工程（ａ）を実施する毎に、任意に選定した増幅器のゲインを、前に実行した工程（ａ）でのゲインとは別の値にし、その他の増幅器のゲインを前記の任意に選定したゲインに関して演繹する請求項８記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、活性移植医療機器に関し、より詳細には移植機器と外部の制御機器との間の交信中に発せられる信号の感応手段に関する。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
活性移植医療機器には、特に、心臓刺激器（ペースメーカ）、心臓細動除去器、神経刺激器、筋肉刺激器、投薬用ポンプ（例えばインシュリンポンプ）及び蝸牛移植片が含まれる。以下、この種の装置は、一般的に“インプラント”と称する。
【０００３】
一度移植されたこれらの機器は、典型的には“プログラマ”と称する外部制御機器によりプログラムされる。典型的にはプログラミングは、インプラントへの操作パラメータ、ソフトウエア指令およびその他の情報の伝送や、インプラントからプログラマへの応答伝送が含まれる。後者は、典型的には、しかし、これらには限定されないが、プログラムされたパラメータや、プリセットされたパラメータまたは固定されたパラメータを含むインプラント操作パラメータの確認や、インプラントにより記録されている情報の伝送を含む。これらの伝送は、当該技術分野における“テレメトリ”と呼ばれる電磁信号伝送である。
【０００４】
外部プログラマには、インプラント部位の近くに配置されたテレメトリ受信機が具備される。受信機の素子は、典型的にはテレメータ信号を受信するアンテナ、より典型的にはインプラントが発した電磁信号の磁場を捕獲するコイルである。
【０００５】
この種の受信コイルは、典型的には約２５ｃｍ２のスプールの表面の周囲に、電線を、約４０回巻いたもので形成される。このコイルは、受信コイルとインプラント送信器間の距離により、１０μＶから１０００μＶの有用な信号を収集する。これは、使用されている伝送周波数（典型的には１２８ｋＨｚ）と、それに対応した波長において、１．２５×１０−１０から１２５×１０−１０テスラ（１．２５から１２５マイクロガウス）の磁場の強さに相当する。
【０００６】
この磁場は極めて微弱である。従って、この受信システムは、少なくとも同程度の大きさの電磁摂動（雑音、ＥＭＴ等、ここでは“寄生信号”または“摂動信号”と呼ぶ）に感応する。例えば、同一の周波数と、４０から４０００ｍＶ／ｍの振幅を有する電界は、インプラントにより発せられた有用な信号により受信コイルに誘引される信号と同一の強さの信号を受信コイルに誘引させる。この様な摂動信号は、例えば、家庭用の電気を送っている送電線により（配電系統の周波数で）発生するか、あるいは計算機のビデオ表示システムの様な電子機器によっても（ビデオの掃行同期周波数で）発生する。
【０００７】
雑音問題解決の為に、いくつかの解決策が、単独でまたは組み合わせた形で具体化されている。
【０００８】
米国特許第４９４４２９９号は、外部の摂動信号による誤動作の危険を減らすため、情報を符号化するシステムと組み合わされるフィルタリングシステムについて言及している。雑音は、期待された信号の符号化した特性を含まないので、雑音は除去されるべきである。この技術の問題は、信号を受信するレベルでは動作せず、むしろ感知された雑音を除去するため、信号を検出した後で動作するという点にある。
【０００９】
ＤＥ第３９３６５４７号は、収集した雑音を選択的に除去することで、信号処理の工程に逆行して解決する一方法につき言及している。この装置には、二つのコイルが具備され、一方は、インプラントによって発生された信号のすぐ側に直接に配置され、他方は第一のコイルから離れて配置されており、これにより第二のコイルは、インプラントによって発生した信号の非常に弱い部分のみを受信する。理論上は、二つのコイルを適当に配置することにより、これらのコイルが、比較的離れた場所の雑音源からの、量も、大きさも本質的に同一の摂動信号を受信する。２個の同一のコイルを反対極性に接続して使用することで、遠くからの対を成す雑音信号を互いに相殺させ、その後で、電磁誘導された“和”信号が増幅回路に供給される。この方法において、近接した発信源により発せられた有用な信号のわずかな部分のみが減衰し、遠方の発信源からの摂動信号の大部分が除去される。
【００１０】
しかし、二つのコイルから実質上等距離にない発信源（中間発信源）からの摂動信号を完全には除去出来ないという問題がこのシステムには残る。この問題は典型的には、例えば、ビデオ表示モニタ（ＣＲＴ）が、プログラマ受信コイルから３０ｃｍ離れたときであるが、こうした状況は多くのプログラマで発生する。このような場合は、二個のコイルの各々と電磁干渉源との距離の差は無視出来ず、このシステムでは、寄生信号の一部を除去出来るに過ぎない。従って、ＤＥ  Ａ第３９３６５４７号の回路では、離れた地点にある雑音信号は十分に除去出来るが、いずれか一方のコイルに近接した地点の信号は、実際には、減衰せず、中間領域にある発信源からの信号が、部分的に除かれるのみである。
【００１１】
インプラントからのテレメトリ信号受信時の、雑音抑制方法を改善する事は、依然必要である。
【００１２】
従って、本発明の目的とするところは、離れた場所、及びやや離れた場所（即ち、近接の発信源と遠方の発信源との中間領域）での摂動信号を実質的に除去し、一方、近傍の有用な（好ましい）信号を、歪なく保持することにある。
【００１３】
本発明の他の目的は、異なる雑音源が存在する中から有用な信号を、雑音源とシステムとの距離や一時的な状況とは無関係に、最適な方法で抽出するシステムを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、移植活性医療機器から発生する有用な信号を、摂動（寄生）信号と混在された有用な信号を含む電磁信号から抽出する回路装置や方法に関する。この種の装置は異なった場所に配置された複数の信号受信機であって、受信機の各々は電磁信号の磁気成分に感応し、信号受信機の相互の距離が、電磁信号の波長に比べて無視出来る程度に離して配置した複数の信号受信機と、
複数の増幅器であって、各々の増幅器が各信号受信機と結合され、各増幅器のゲインが個別に調整可能な増幅器と、
増幅器の複数の出力信号を入力として受信し、増幅器の各入力の和に相当する出力信号を出力する加算回路と、
結果の和信号のレベルを代表的な大きさを評価する装置及び
有用な信号が存在しない時は、予備工程として増幅器のゲイン値を選択することで、その代表的な大きさを最小にし、有用な信号が存在する時は、次の工程として、増幅器のゲインを選択された値に保持する計算装置とから成る。
【００１５】
信号受信機の個数は、２箇が望ましい。有用な信号としては、インプラントが必要とするデータ（例えば、心臓の電気記録図の標本、ペースメーカの結果、ヒストグラムのデータ、ホルタデータ等）、または、インプラント操作パラメータ（即ち、プログラマによりプログラミングした値、または、固定値やデータ）のような情報を含んだインプラントから発せられるテレメータ信号が望ましい。
【００１６】
レベルを表す大きさは、加算信号の絶対値か、または、二乗平均のような得られる加算信号の有効値であり得る。
【００１７】
計算装置としては、増幅器のゲインが未知数である線形方程式で表わされる系を解くための線形計算を行う計算機や、コンピュータ、または、論理回路のような計算装置手段であり得る。
【００１８】
更に本発明は、摂動（寄生）信号と混在された有用な信号を含む電磁信号の中から、移植医療機器により発せられた有用な信号を抽出する方法に関する。この方法の一つは、
（ａ）（必要に応じて、有用な発信を抑制する）移植装置からの有用な信号の発信がないときは、電磁信号の波長に比べて、相互間の距離が無視出来る程度に離して配置した、電磁信号の磁気成分に感応する、少なくとも２台の信号受信機で、寄生信号を含んだ電磁信号を受信し、受信機で受信した各信号を個別に増幅し、増幅器からの増幅信号を加算し、加算した結果の和信号の大きさを評価し、結果の和信号の大きさが最小になるように各増幅器のゲインを選択する予備工程と、
（ｂ）移植装置に有用な信号を発生させ、前記の少なくとも２つの信号受信機で、寄生信号が混在した有用な信号を含む電磁信号を受信し、増幅器のゲインを予備工程で選択した値に維持する次工程とから成る。
【００１９】
工程（ａ）および（ｂ）は、交互に周期的に繰り返すのが望ましく、この時、増幅器のゲインは工程（ａ）の各実行段階で再評価され（そして必要に応じて再調整され）る。
【００２０】
工程（ａ）において、増幅器のゲインを決定または調整する工程を、Ｐ＋１箇の未知数を含む、Ｐ箇の線形方程式をたてて行うのが望ましい。ここで、未知数はゲインの値で、磁界とアンテナ間の結合係数は既知である。いずれか一つの増幅器ゲイン値を固定し、他のＰ箇のゲイン値をその固定値に従って演繹して決めることにより解が得られる。その結果、感応された雑音に相当する最小振幅和信号が得られる。その後システムを再評価する際に、増幅器の異なるゲインが任意に設定されることもあるし、新しく設定された増幅器ゲインに関連し演繹された他のゲインにより同一ゲイン値が、任意に、ある別の値に設定されることもある。
【００２１】
【実施例】
インプラントにより提供される情報をテレメトリする場合、有用な信号と同時に寄生信号が磁場の形で伝達される。信号受信機（コイルまたはボビンの形）で感知した（ベクトルで表される）全磁場信号ＢＴは、時間ｔと、位置ベクトルｒの与えられた空間における位置とに依存する。それは、有用な信号Ｂｓ（ｒ，ｔ）と、Ｐ箇の寄生信号Ｂｉ（ｒ，ｔ）との和であって、場所と時間の関数として以下の式で表される。
【００２２】
【数１】
0003618383.tif 000002
【００２３】
単一の受信コイルを使用した場合、有用な信号も、望ましくない摂動信号も、全て磁場ＢＴ（ｒ，ｔ）の形で受信してしまう。
【００２４】
本発明によれば、一台の受信機の代わりに、少なくとも２つ、または選択的に２つ以上の受信コイルを使用し、受信コイルによって発信された信号を線形結合することで有用信号成分Ｂｓのみを保持（保留）し、寄生信号成分Ｂｉを有効に除去（抑制）可能となる。
【００２５】
種々の受信コイルを空間的に異なった場所に配置し、装置の帯域幅から見て有効な寄生信号のスペクトル成分が、種々の信号受信機を格納している容器の寸法よりも、長い波長を有する場合を仮定する。従って、もし、２個の受信コイルが別々の２か所に配置され、同一の寄生信号を集めたとすると、寄生信号は同時に受信されることになる。
【００２６】
本願の移植活性医療機器において、研究されている電磁信号の波長は１キロメートルのオーダで、２つあるいはそれ以上の受信コイルの相互間の距離は、１０センチメートルのオーダである。後者の間隔は、外部プログラマの寸法の物理的制限による。従って、問題となっている前記仮定は、正しいといえる。
【００２７】
形式的手段として、摂動信号の磁場Ｂｉはｒとｔの変数に従って分離出来、寄生信号の磁場の方程式は、全てのｉに対して：
【数２】
0003618383.tif 000003
で表される。ここで、λｉ（ｒ）は、磁場の方位と振幅の関数であり、またμｉ（ｔ）はＢｉの時間依存性を表す関数である。
【００２８】
略図に示すごとく、本発明の装置は、誘導電磁束を拾い、Ｖ１からＶｎのＮ箇の電圧を発生させるＮ箇の受信コイルＡ１〜Ａｎ１００の複数から成り、これらの電圧は、可変ゲイン（ｇ１からｇＮ）を有するＮ箇の増幅器２００の複数に供給される。
【００２９】
より正確には、ｊ番目の受信コイルのレベルで生成される起電力は、受信コイルと交差する磁束の導関数の和であり、次式で表される：
【数３】
0003618383.tif 000004
ここで、Ｃｉｊは、磁場Ｂｉ（ｒ，ｔ）とｊ番目のコイル間の結合定数である。
【００３０】
Ｐ箇の寄生磁場Ｂｉ（ｒ，ｔ）にさらされるＮ箇の受信コイルの組立体であって、各コイルに電圧Ｖｊ（ｔ）が発生し、その電圧がゲインｇｊの増幅器で増幅される場合を考慮すると、Ｎ＝Ｐ＋１の条件で、積Ｖｊ（ｔ）＊ｇｊの和が相殺されるようなゲインｇｊの組合せが存在する。別の表現をすれば、Ｐ箇の異なった摂動信号は、寄生信号源よりも数が１個多い受信コイルで検出した際、自己消滅効果を持ちうる。この効果が１度得られさえすれば、磁場での寄生信号の和が完全に相殺されなくても、その和が最小になれば、インプラントによって発せられた有用な磁場Ｂｓを重畳し最適な方法でそれを検出出来る。
【００３１】
この為に、Ｎ箇の増幅器のゲインｇ１からｇＮは、計算手段５００により発生した制御信号５０１により個別に設定される。制御信号５０１は、ディジタル符号を設定するための並列データバスか、または、各増幅器を制御するＮ箇の信号線である。増幅された電圧は、次に、加算回路３００で加算され、結果の和信号Ｖを提供する。電圧Ｖで作動する処理装置４００は、絶対値か二乗平均のような有効値であり得る代表値｜Ｖ｜４０１を出力する。計算装置５００は、｜Ｖ｜の大きさを評価し、制御信号５０１によって、Ｎ箇の増幅器２００のゲインｇ１からｇＮを個別に調節し、｜Ｖ｜の最小値を得る。摂動信号の数Ｐが、受信コイルの数Ｎより少ないときは、信号４０１の｜Ｖ｜がゼロとなるように、異なったゲインｇＮを設定する。
【００３２】
摂動信号が相殺される状態になると、インプラントにより受信コイルに向って有用な信号が発せられる。この結果、ゼロでない信号Ｖが発生し、有用な信号の内容を処理する装置に入力される。この種処理装置や、有用な信号、またその内容は、本発明の一部ではなく、当該技術分野において既知のものでありここでは議論しない。
【００３３】
重要なことは、ゼロでない信号Ｖは、Ｎ箇の受信コイルのシステムでは相殺されないということである。それは、Ｐ＝Ｎ−１個の摂動信号はすでに相殺されており、有用な信号をも相殺するためには、Ｎ＋１個の受信コイルが必要になるからである。しかし、Ｎ箇のコイルしか無いため、有用な信号情報を相殺することは見込めない。
【００３４】
たった２個の同一コイル（Ｎ＝２）と、２箇の増幅器、及び増幅された電圧Ｖ１，Ｖ２を印加する回路を有する２基の受信システムで、本発明は簡単かつ便宜的に実現される。
【００３５】
前述の議論で、Ｐ箇の摂動信号は、時間に依存すると仮定した。このことは、Ｐ箇の雑音源は、寄生信号（例えば、帰線（同期パルス）に対応して、一連の寄生信号のピークを発生するビデオモニタ、電線、照明その他の装置で、セクタの周波数、即ち、５０Ｈｚ，６０Ｈｚ等の周波数の寄生信号）を個別に発信することで有用な信号の受信を妨害することを意味する。
【００３６】
人が、摂動信号源に接近すると、寄生信号のいくつかはその振幅を増し、システムは変位に極めて敏感になる。他方、人が信号源から十分離れると、受信した寄生信号の和の形は受信コイルシステムの位置にはほとんど依存せず、信号源を局所的には単一の場と見做しうる。別の表現をすれば、もし、人が摂動信号源から十分離れた位置で、それらに比べて動かないか、または、ほとんど動かないと摂動信号源の位置は特定出来ず、寄生信号は、単一源からのものと見做しうるということを意味する。従って、寄生信号は、Ｐ＝１の場合、種々の摂動信号源の実際の数Ｎにかかわらず、受信コイルに発生する。従って、２個の受信コイルで十分この種の“単一”摂動場を相殺出来る。
【００３７】
以下に、本発明のシステムを、２個の受信コイルのみを有する単純なシステムで実現する方法を述べる。２個のコイルの場合を、多くの受信コイルを有するシステムに一般化する事は、当業者にとって直ちに判ると思われる。
【００３８】
装置の機能の第一段階において、有用な信号の無い状態で、周囲の雑音測定を行う。計算装置５００は、｜Ｖ｜の値を最小にするよう、２個の増幅器のゲイン値ｇ１，ｇ２を調整する。この例では、摂動場は、均一の磁場Ｂ１（ｒ，ｔ）と一致すると仮定している。
【００３９】
しかし、磁場Ｂ１に対して受信コイルの位置を移動させると、電圧Ｖ１，Ｖ２は等しくはならず、ゲイン値ｇ１，ｇ２を個別に調整すると、各コイルへの磁場Ｂ１の非対象成分の影響は相殺される。
【００４０】
ｇ１の選定とｇ２の調整という予備調整が終わると、次の段階で移植機器から有用な信号Ｂｓを発生させ、２個のコイルよりなるシステムで受信する。この結果の信号値Ｖは、もはや雑音の影響は除かれており、出力３０１から有用な信号を処理する回路（図示せず）に送られる。（インプラントが休止している（Ｂｓ＝０）雑音信号受信の第一段階と、（雑音が存在するとき）Ｂｓ信号を発信させる段階）とを交互に繰り返すという便宜的な方法で、プログラマの受信コイル部か、または、雑音源を移動させた際の摂動信号の受信コイルへの影響の変化に対してさえも、このシステムは自動的に適合しうる。
【００４１】
本発明は、従来の電子回路やソフトウェア制御付のマイクロプロセッサを使用した信号処理回路を使用して実現出来る。特に、計算器５００は、全てのｊ∈〔１、Ｎ〕に対して、積Ｖｊ（ｔ）＊ｇｉの和をとり雑音信号を相殺することに対応するＮ箇の線形方程式を解くことが出来る計算モジュールで便宜的に構成される。ここで、Ｎ箇のゲインの一つｇＮは任意に決められ、その他の全ゲインは、この決められた一つのゲインに関連して選択される。この種の線形方程式を解く代表的な方法はＣ．Ｃａｇｎａｃ，Ｅ．ｅｔ．ａｌ．，Ｔｒａｉｔｅ  ｄｅ  ｍａｔｈｅｍａｔｉｑｕｅｓ  ｓｐｅｃｉａｌｅｓ，Ｖｏｌ．Ｉ．（Ａｌｇｅｂｒｅ），ｃｈａｐｔｅｒ  ＸＶ−２（Ｓｙｓｔｅｍｅｓ  ｄｅ  Ｋｒａｍｅｒ），ｐａｇｅｓ  １２３  ｅｔ  ｓｅｑ．，ｅｄｉｔｉｏｎ  Ｍａｓｓｏｎ，１９７０．に開示されている。代わりに、計算モジュールを、プログラムによらず配線回路で実施し方程式群を解くか、または、選定したゲイン値を交互に調整し、信号の加算結果を調べ、最小値が得れたことを確認することも出来る。
【００４２】
この発明が、限定の為ではなく、説明の為に示した前記の実施様態以外の方法で実施出来ることは、当業者には認識されよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施例を示すブロック線図である。
【図１】
0003618383.tif 000005