(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
診断装置であって、
複数のアンテナであって、生体の胸部上の異なるそれぞれの場所に配置され、無線周波数（ＲＦ）電磁波を、異なるそれぞれの方向から身体内の心臓に向けて方向づけ、前記心臓から散乱される波に応答して、ＲＦ信号を出力するように構成されている複数のアンテナと、
処理回路と
を備え、
前記処理回路は、前記ＲＦ信号を経時的に処理して、心臓の運動の多次元測定および肺の流体量を決定するように構成されており、前記流体量は、前記ＲＦ電磁波のＲＦ経路特性を決定することによって計算され、前記ＲＦ経路特性は、前記ＲＦ信号の有効ＲＦ経路長と、前記有効ＲＦ長と前記肺の流体量の識別されたレベルに対応する１つ以上の格納されたＲＦ経路長値との比較とを含む、装置。
【請求項２】
前記有効ＲＦ経路長は、前記ＲＦ電磁波がアンテナへと前記肺を通過してそこからアンテナへと反射するのに要求される時間の長さによって規定される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記複数のアンテナは、少なくとも３つのアンテナを備え、前記それぞれの場所は、少なくとも部分的に、前記胸部を囲むように選択される、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
各アンテナは、正面表面を有し、前記正面表面は、前記身体の外側表面に接触するように構成され、平面アンテナ要素を備えている、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記平面アンテナ要素は、伝導性スパイラルを備えている、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
各アンテナは、前記正面表面の背後の接地板を備え、前記接地板と前記正面表面との間に電磁バンドギャップ（ＥＢＧ）構造を有している、請求項４に記載の装置。
【請求項７】
前記アンテナと前記身体の外側表面との間に適用される誘電性ゲルを備えている、請求項４に記載の装置。
【請求項８】
各アンテナは、前記身体の外側表面に接触するように構成され、前記処理回路は、前記ＲＦ信号に加え、前記アンテナのうちの少なくとも１つによって、前記身体から受信される心電図信号を受信および処理するように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
励起回路を備え、前記励起回路は、送信および受信アンテナとして役割を果たすための前記アンテナのうちの異なるアンテナを選択し、選択された送信アンテナに複数の異なる周波数におけるＲＦ励起波形を印加するように結合される一方で、前記処理回路は、選択された受信アンテナから前記ＲＦ信号を受信し、前記送信アンテナ、前記受信アンテナ、および前記異なる周波数は、所定の時間的パターンに従って選択される、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記励起回路は、可変周波数を有する前記ＲＦ励起波形を発生させるように構成されているドライバ回路と、切替マトリクスとを備え、
前記切替マトリクスは、前記アンテナのセットを交替に選択するように構成され、各セットは、少なくとも１つの送信アンテナと少なくとも１つの受信アンテナとを備え、前記切替マトリクスは、各選択されたセットに対して、前記ドライバ回路を結合することにより、選択された周波数において前記少なくとも１つの送信アンテナを励起する一方で、前記処理回路を結合することにより、前記少なくとも１つの受信アンテナから前記ＲＦ信号を受信するように構成されている、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
少なくとも１つのペーシング電極を備え、前記処理回路は、前記心臓の運動の測定に応答して、前記心臓をペーシングするように、前記少なくとも１つのペーシング電極を駆動するように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記アンテナは、前記アンテナによって出力される前記ＲＦ信号が、超広帯域信号を生成するように、複数の異なる周波数にわたり前記ＲＦ電磁波を掃引するように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記処理回路は、心臓ストレスの前、間、および後の前記心臓の運動の測定を比較するように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
パッケージを備え、前記パッケージは、前記アンテナと前記処理回路とを含み、前記身体の外側表面へのパッチとして添着されるように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
前記パッケージと関連付けられた伝導性要素を備え、前記伝導性要素は、前記身体の外側表面から、心電図（ＥＣＧ）信号を受信するように構成されている、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
遠隔コンソールと通信するための無線通信インターフェースを備えている、請求項１４に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、医療診断測定および監視のための方法およびシステムに関し、具体的には、心臓の無線周波数（ＲＦ）ベースの測定および監視に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＲＦ撮像は、レーダシステムに関連して最も知られているが、ＲＦ診断撮像および測定システムもまた、医療用途のために開発されている。例えば、特許文献１（その開示は、参照することによって本明細書に組み込まれる）は、生体組織の画像を生成するために使用され得る、レーダを使用したコンピュータ断層撮影について説明している。
【０００３】
別の実施例として、特許文献２（その開示は、参照することによって本明細書に組み込まれる）は、生体上で動作するように適応されたレーダ検出器を使用して、生体内の金属物体の場所を決定および追跡するための方法および装置について説明している。本公開に説明される用途は、ステント内再狭窄の程度の決定、治療用血栓溶解の施行、および金属埋入物の動作特徴の決定を含む。
【０００４】
さらに別の実施例は、特許文献３（その開示は、参照することによって本明細書に組み込まれる）である。本特許は、反復モードにおいて採用され、それによって、多数の反射されたパルスが、可聴発振器を変調し、心臓の運動に対応する音調を生成する電圧を生成するように平均化される、非音響パルスエコーレーダモニタについて説明している。モニタ出力電位は、物理的心臓の運動を示す心臓の出力と、肺の物理的運動を示す肺の出力とに分離することができる。
【０００５】
特許文献４（その開示は、参照することによって本明細書に組み込まれる）は、心臓サイクル中の時間の関数として、胸部心臓血管構造、特に、心室を通して伝搬し、それによって散乱される、マイクロ波の複素場振幅に基づく、心血行動態監視のための方法および装置について説明している。装置は、ＵＨＦ帯域で動作する、コンフォーマルマイクロストリップアンテナを使用する。基本的測定技法は、電力波散乱パラメータのベクトルネットワーク分析である。
【０００６】
特許文献５（その開示は、参照することによって本明細書に組み込まれる）は、血行動態、呼吸、および／または他の心肺関連データの収集のために、対象の非侵襲的胸部無線照会のための無線装置および方法について説明している。無線送信機は、非変調無線照会信号を、アンテナから、対象に送信し、無線受信機は、アンテナを通して、対象から返された伝送した無線照会信号の反射を捕捉する。反射のドップラ成分は、捕捉された反射から抽出することができるデータを含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００８／０１６９９６１号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００９／０２９９１７５号明細書
【特許文献３】米国特許第５，７６６，２０８号明細書
【特許文献４】米国特許第４，９２６，８６８号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２００９／０２４０１３３号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、例えば、以下を提供する：
（項目１）
診断装置であって、
複数のアンテナであって、生体の胸部上の異なるそれぞれの場所に配置され、無線周波数（ＲＦ）電磁波を、異なるそれぞれの方向から身体内の心臓に向けて方向づけ、前記心臓から散乱される波に応答して、ＲＦ信号を出力するように構成されている複数のアンテナと、
処理回路と
を備え、
前記処理回路は、前記ＲＦ信号を経時的に処理し、前記心臓の運動の多次元測定を提供するように構成されている、装置。
（項目２）
前記複数のアンテナは、少なくとも３つのアンテナを備え、前記それぞれの場所は、少なくとも部分的に、前記胸部を囲むように選択される、項目１に記載の装置。
（項目３）
各アンテナは、正面表面を有し、前記正面表面は、前記身体の外側表面に接触するように構成され、平面アンテナ要素を備えている、項目１に記載の装置。
（項目４）
前記平面アンテナ要素は、伝導性スパイラルを備えている、項目３に記載の装置。
（項目５）
各アンテナは、前記正面表面の背後の接地板を備え、前記接地板と前記正面表面との間に電磁バンドギャップ（ＥＢＧ）構造を有している、項目３に記載の装置。
（項目６）
前記アンテナと前記身体の外側表面との間に適用される誘電性ゲルを備えている、項目３に記載の装置。
（項目７）
各アンテナは、前記身体の外側表面に接触するように構成され、前記処理回路は、前記ＲＦ信号に加え、前記アンテナのうちの少なくとも１つによって、前記身体から受信される心電図信号を受信および処理するように構成されている、項目１−６のいずれかに記載の装置。
（項目８）
励起回路を備え、前記励起回路は、送信および受信アンテナとして役割を果たすための前記アンテナのうちの異なるものを選択し、選択された送信アンテナに複数の異なる周波数におけるＲＦ励起波形を印加するように結合される一方で、前記処理回路は、選択された受信アンテナから前記ＲＦ信号を受信し、前記送信アンテナ、前記受信アンテナ、および前記異なる周波数は、所定の時間的パターンに従って選択される、項目１−６のいずれかに記載の装置。
（項目９）
前記励起回路は、可変周波数を有する前記ＲＦ励起波形を発生させるように構成されているドライバ回路と、切替マトリクスとを備え、
前記切替マトリクスは、前記アンテナのセットを交替に選択するように構成され、各セットは、少なくとも１つの送信アンテナと少なくとも１つの受信アンテナとを備え、前記切替マトリクスは、各選択されたセットに対して、前記ドライバ回路を結合することにより、選択された周波数において前記少なくとも１つの送信アンテナを励起する一方で、前記処理回路を結合することにより、前記少なくとも１つの受信アンテナから前記ＲＦ信号を受信する、項目８に記載の装置。
（項目１０）
前記複数のアンテナは、少なくとも第１および第２のアンテナを備え、前記少なくとも第１および第２のアンテナは、前記胸部のそれぞれの対向する側に配置され、前記第２のアンテナは、前記第１のアンテナによって送信されたＲＦ電磁波を、前記ＲＦ電磁波が前記身体内の少なくとも１つの肺を通過した後に受信し、
プロセッサが、前記第２のアンテナによって出力された前記ＲＦ信号を処理し、前記少なくとも１つの肺内の流体蓄積量を査定するように構成されている、項目１−６のいずれかに記載の装置。
（項目１１）
少なくとも１つのペーシング電極を備え、前記処理回路は、前記心臓の運動の測定に応答して、前記心臓をペーシングするように、前記少なくとも１つのペーシング電極を駆動するように構成されている、項目１−６のいずれかに記載の装置。
（項目１２）
前記アンテナは、前記アンテナによって出力される前記ＲＦ信号が、超広帯域信号を生成するように、複数の異なる周波数にわたり前記ＲＦ電磁波を掃引するように構成されている、項目１−６のいずれかに記載の装置。
（項目１３）
前記処理回路は、心臓ストレスの前、間、および後の前記心臓の運動の測定を比較するように構成されている、項目１−６のいずれかに記載の装置。
（項目１４）
診断装置であって、
アンテナであって、生体の胸部上に配置され、無線周波数（ＲＦ）電磁波を、複数の異なる周波数にわたり前記波を掃引しながら前記身体内の心臓に向けて方向づけ、前記心臓から散乱される波に応答して、超広帯域ＲＦ信号を出力するように構成されているアンテナと、
処理回路と
を備え、
前記処理回路は、前記ＲＦ信号を経時的に処理し、前記心臓の運動の測定を提供するように構成されている、装置。
（項目１５）
パッケージを備え、前記パッケージは、前記アンテナと前記処理回路とを含み、前記身体の外側表面へのパッチとして添着されるように構成されている、項目１４に記載の装置。
（項目１６）
前記パッケージと関連付けられた伝導性要素を備え、前記伝導性要素は、前記身体の外側表面から、心電図（ＥＣＧ）信号を受信するように構成されている、項目１５に記載の装置。
（項目１７）
遠隔コンソールと通信するための無線通信インターフェースを備えている、項目１５または１６に記載の装置。
（項目１８）
診断装置であって、
１つ以上のアンテナであって、生体の胸部上に配置され、無線周波数（ＲＦ）電磁波を身体内の肺を通して方向づけ、前記肺を通過した前記波に応答して、ＲＦ信号を出力するように構成されている１つ以上のアンテナと、
処理回路と
を備え、
前記処理回路は、前記ＲＦ信号を経時的に処理し、前記ＲＦ電磁波のＲＦ経路特性を測定し、前記経路特性に基づいて、前記肺の流体含有量を査定するように構成されている、
装置。
（項目１９）
前記処理回路は、前記肺の１回以上の呼吸サイクルにわたり前記経路特性の変化を測定し、前記変化に応答して、前記流体含有量を査定するように構成されている、項目１８に記載の装置。
（項目２０）
前記経路特性は、前記身体を通る前記ＲＦ電磁波の有効ＲＦ経路長を含む、項目１８に記載の装置。
（項目２１）
前記処理回路は、前記胸部を通る前記ＲＦ電磁波によって横断される物理的距離の測定を受信し、前記有効ＲＦ経路長を前記物理的距離と比較することにより、前記流体の蓄積量を査定するように構成されている、項目２０に記載の装置。
（項目２２）
前記１つ以上のアンテナは、前記ＲＦ電磁波を前記肺を通して送信する前記胸部の第１の側の第１の場所における送信アンテナと、前記肺を通過した波を受信する前記第１の側と反対の前記胸部の第２の側の第２の場所における受信アンテナとを備え、前記物理的距離は、前記第１の場所と前記第２の場所との間で測定される、項目２１に記載の装置。
（項目２３）
前記１つ以上のアンテナは、前記ＲＦ電磁波を、前記身体内の心臓に向けて前記肺を通して方向づけ、前記心臓から反射された前記ＲＦ電磁波に応答して、前記ＲＦ信号を出力するように構成されている少なくとも１つのアンテナを備えている、項目２１に記載の装置。
（項目２４）
前記少なくとも１つのアンテナに隣接した超音波変換器を備え、前記超音波変換器は、超音波を前記心臓に向けて方向づけ、前記心臓から反射された前記超音波を受信することにより、前記物理的距離の測定を提供するように構成されている、項目２３に記載の装置。
（項目２５）
前記経路特性は、前記ＲＦ信号の振幅を含む、項目１８−２４のいずれかに記載の装置。
（項目２６）
診断装置であって、
生体の外側表面と接触するように構成されている正面表面を有するアンテナユニットであって、
無線周波数（ＲＦ）電磁波を前記正面表面から前記身体中に方向づけ、前記身体内から散乱される波に応答して、ＲＦ信号を出力するように構成されている平面アンテナ要素と、
前記身体の外側表面から、心電図（ＥＣＧ）信号を受信するように構成されている伝導性要素と
を備えているアンテナユニットと、
前記アンテナユニットに接続され、前記平面アンテナ要素および前記伝導性要素と通信するケーブルと、
前記ケーブルに接続され、前記ＲＦおよびＥＣＧ信号を受信し、処理する処理回路と
を備えている、
装置。
（項目２７）
前記平面アンテナ要素は、伝導性スパイラルを備えている、項目２６に記載の装置。
（項目２８）
前記アンテナユニットは、前記正面表面の背後の接地板と、前記接地板と前記正面表面との間の電磁バンドギャップ（ＥＢＧ）構造とを備えている、項目２６に記載の装置。
（項目２９）
前記ＥＣＧ信号から前記ＲＦ信号を分離するために、前記ケーブルと前記処理回路との間に結合されているダイプレクサを備えている、項目２６に記載の装置。
（項目３０）
前記正面表面と前記身体の外側表面との間に拡散されるように構成されているゲルを備えている、項目２６−２９のいずれかに記載の装置。
（項目３１）
前記アンテナユニットは、前記身体に取り付けるための接着性パッチを備えている、項目２６−２９のいずれかに記載の装置。
（項目３２）
前記アンテナユニットは、衣類の一部として、前記身体に装着されるように構成されている、項目２６−２９のいずれかに記載の装置。
（項目３３）
前記アンテナユニットは、金属および電解質でコーティングされている、項目２６−２９のいずれかに記載の装置。
（項目３４）
診断装置であって、
生体の外側表面と接触するように構成されている正面表面を有するアンテナユニットであって、
前記正面表面上に形成され、無線周波数（ＲＦ）電磁波を、前記身体中に方向づけ、前記身体内から散乱される前記波に応答して、ＲＦ信号を出力するように構成されている平面アンテナ要素と、
前記正面表面の背後の接地板と、
前記接地板と前記正面表面との間の電磁バンドギャップ（ＥＢＧ）構造と
を備えているアンテナユニットと、
前記アンテナユニットに結合され、前記ＲＦ信号を受信し、処理する処理回路と
を備えている、
装置。
（項目３５）
前記平面アンテナ要素は、伝導性スパイラルを備えている、項目３４に記載の装置。
（項目３６）
治療装置であって、
ペーシング信号を生体内の心臓に印加するように構成されている少なくとも１つのペーシング電極と、
前記身体の胸部上に配置され、無線周波数（ＲＦ）電磁波を、前記心臓に向けて方向づけ、前記心臓から散乱される前記波に応答して、ＲＦ信号を出力するように構成されている１つ以上のアンテナと、
前記ＲＦ信号を経時的に処理し、前記心臓の運動を測定し、前記測定された運動に応答して、前記少なくとも１つのペーシング電極を駆動することにより、前記心臓をペーシングするように構成されている処理回路と
を備えている、
装置。
（項目３７）
診断の方法であって、
無線周波数（ＲＦ）電磁波を、生体の胸部上の異なるそれぞれの場所に配置されている複数のアンテナから、異なるそれぞれの方向から、前記身体内の心臓に向けて方向づけ、前記心臓から散乱される前記波に応答して、ＲＦ信号を出力することと、
前記ＲＦ信号を経時的に処理し、前記心臓の運動の多次元測定を提供することと
を含む、方法。
（項目３８）
前記複数のアンテナは、少なくとも３つのアンテナを備え、前記それぞれの場所は、少なくとも部分的に前記胸部を囲むように選択される、項目３７に記載の方法。
（項目３９）
各アンテナは、正面表面を有し、前記正面表面は、前記身体の外側表面に接触するように構成され、平面アンテナ要素を備えている、項目３７に記載の方法。
（項目４０）
前記平面アンテナ要素は、伝導性スパイラルを備えている、項目３９に記載の方法。
（項目４１）
各アンテナは、前記正面表面の背後の接地板を備え、前記接地板と前記正面表面との間に電磁バンドギャップ（ＥＢＧ）構造を有している、項目３９に記載の方法。
（項目４２）
前記アンテナのうちの少なくとも１つから、前記ＲＦ信号に加え、前記身体からの心電図信号を受信することを含む、項目３９に記載の方法。
（項目４３）
前記ＲＦ電磁波を方向づけることは、送信および受信アンテナとしての役割を果たすための前記アンテナのうちの異なるものを選択することと、複数の異なる周波数におけるＲＦ励起波形を選択された送信アンテナに印加する一方で、選択された受信アンテナから受信した前記ＲＦ信号を処理することとを含み、前記送信アンテナ、前記受信アンテナ、および前記異なる周波数は、所定の時間的パターン従って選択される、項目３７−４２のいずれかに記載の方法。
（項目４４）
前記複数のアンテナは、少なくとも第１および第２のアンテナを備え、前記少なくとも第１および第２のアンテナは、前記胸部のそれぞれの対向する側に配置され、前記第２のアンテナは、前記第１のアンテナによって送信された前記ＲＦ電磁波を、前記ＲＦ電磁波が前記身体内の少なくとも１つの肺を通過した後に受信し、
前記ＲＦ信号を処理することは、前記第２のアンテナによって出力される前記ＲＦ信号を処理し、前記少なくとも１つの肺内の流体蓄積量を査定することを含む、項目３７−４２のいずれかに記載の方法。
（項目４５）
前記心臓の運動の測定に応答して、前記心臓をペーシングすることを含む、項目３７−４２のいずれかに記載の方法。
（項目４６）
前記ＲＦ信号を経時的に処理することは、ストレスの前、間、および後に、前記心臓の運動を測定することを含む、項目３７−４２のいずれかに記載の方法。
（項目４７）
診断の方法であって、
生体の胸部に配置されているアンテナから、無線周波数（ＲＦ）電磁波を、複数の異なる周波数にわたり前記波を掃引しながら前記身体内の心臓に向けて方向づけ、前記心臓から散乱される波に応答して、超広帯域ＲＦ信号を出力することと、
前記ＲＦ信号を経時的に処理し、前記心臓の運動の測定を提供することと
を含む、方法。
（項目４８）
診断の方法であって、
無線周波数（ＲＦ）電磁波を、前記波が前記身体内の肺を通過するように、生体の胸部上に配置されている１つ以上のアンテナから方向づけ、前記肺を通過した前記波に応答して、ＲＦ信号を出力することと、
前記ＲＦ電磁波のＲＦ経路特性を測定し、前記経路特性に基づいて、前記肺の流体含有量を査定するために、前記ＲＦ信号を経時的に処理することと
を含む、方法。
（項目４９）
前記ＲＦ信号を処理することは、前記肺の１回以上の呼吸サイクルにわたり前記経路特性の変化を測定し、前記変化に応答して、前記流体含有量を査定することを含む、項目４８に記載の方法。
（項目５０）
前記経路特性は、前記身体を通る前記ＲＦ電磁波の有効ＲＦ経路長を含む、項目４８または４９に記載の方法。
（項目５１）
前記胸部を通る前記ＲＦ電磁波によって横断される物理的距離を測定し、前記有効ＲＦ経路長を前記物理的距離と比較することにより、前記流体の蓄積量を査定することを含む、項目５０に記載の方法。
（項目５２）
前記１つ以上のアンテナは、前記ＲＦ電磁波を前記肺を通して送信する前記胸部の第１の側の第１の場所における送信アンテナと、前記肺を通過した前記波を受信する前記第１の側と反対の前記胸部の第２の側の第２の場所における受信アンテナとを備え、前記物理的距離は、前記第１の場所と前記第２の場所との間で測定される、項目５１に記載の方法。
（項目５３）
前記１つ以上のアンテナは、前記ＲＦ電磁波を、前記身体内の心臓に向けて前記肺を通して方向づけ、前記心臓から反射された前記ＲＦ電磁波に応答して、前記ＲＦ信号を出力するように構成されている少なくとも１つのアンテナを備えている、項目５１に記載の方法。
（項目５４）
前記少なくとも１つのアンテナに隣接する場所において、超音波を前記心臓に向けて方向づけ、前記心臓から反射された超音波を受信することにより、前記物理的距離の測定を提供することを含む、項目５３に記載の方法。
（項目５５）
診断の方法であって、
アンテナユニットの正面表面を生体の外側表面に接触させることであって、
前記アンテナユニットは、
平面アンテナ要素と、
前記身体の外側表面から、心電図（ＥＣＧ）信号を受信するように構成されている伝導性要素と
を備えている、ことと、
前記平面アンテナ要素を駆動し、無線周波数（ＲＦ）電磁波を、前記正面表面から前記身体中に方向づけ、前記身体内から散乱される波に応答して、ＲＦ信号を出力することと、
前記アンテナユニットから、前記ＲＦおよび前記ＥＣＧ信号の両方を受信し、処理することと
を含む、方法。
（項目５６）
前記平面アンテナ要素は、伝導性スパイラルを備えている、項目５５に記載の方法。
（項目５７）
前記アンテナユニットは、前記正面表面の背後の接地板と、前記接地板と前記正面表面との間の電磁バンドギャップ（ＥＢＧ）構造とを備えている、項目５５に記載の方法。
（項目５８）
前記正面表面と前記身体の外側表面との間にゲルを拡散させることを含む、項目５５−５７のいずれかに記載の方法。
（項目５９）
治療方法であって、
無線周波数（ＲＦ）電磁波を、前記身体の胸部上に配置されている１つ以上のアンテナから生体内の心臓に向けて方向づけ、前記心臓から散乱される前記波に応答して、ＲＦ信号を出力することと、
前記ＲＦ信号を経時的に処理し、前記心臓の運動を測定することと、
前記測定された運動に応答して、前記心臓をペーシングすることと
を含む、方法。
本明細書に後述される本発明の実施形態は、身体を通るＲＦ波の伝送および検出によって、心臓血管機能の査定のための方法およびデバイスを提供する。
【０００９】
したがって、本発明の実施形態によると、無線周波数（ＲＦ）電磁波を、異なるそれぞれの方向から身体内の心臓に向けて方向づけ、心臓から散乱される波に応答して、ＲＦ信号を出力するように、生体の胸部上の異なるそれぞれの場所に配置されるように構成されている、複数のアンテナを含む、診断装置が提供される。処理回路は、心臓の運動の多次元測定を提供するように、ＲＦ信号を経時的に処理するように構成されている。
【００１０】
いくつかの実施形態では、複数のアンテナは、少なくとも３つのアンテナを含み、それぞれの場所は、少なくとも部分的に、胸部を囲むように選択される。
【００１１】
開示される実施形態では、各アンテナは、正面表面を有し、正面表面は、身体の外側表面に接触するように構成され、平面アンテナ要素を含む。平面アンテナ要素は、伝導性スパイラルを含み得る。加えて、または代替として、各アンテナは、正面表面の背後の接地板とともに、接地板と正面表面との間の電磁バンドギャップ（ＥＢＧ）構造を含み得る。典型的には、誘電性ゲルは、アンテナと身体の外側表面との間に適用される。
【００１２】
一実施形態では、各アンテナは、身体の外側表面に接触するように構成され、処理回路は、ＲＦ信号に加え、アンテナのうちの少なくとも１つによって、身体から受信される心電図信号を受信および処理するように構成されている。
【００１３】
開示される実施形態では、装置は、励起回路を含み、励起回路は、送信および受信アンテナおよびとしての役割を果たすためのアンテナのうちの異なるものを選択し、複数の異なる周波数におけるＲＦ励起波形を選択された送信アンテナに印加するように結合される一方、処理回路は、選択された受信アンテナから、ＲＦ信号を受信し、送信アンテナ、受信アンテナ、および異なる周波数は、所定の時間的パターンに従って、選択される。典型的には、励起回路は、可変周波数を有するＲＦ励起波形を発生させるように構成されている、ドライバ回路と、各セットが、少なくとも１つの送信アンテナと、少なくとも１つの受信アンテナとを含む、アンテナのセットを交替に選択し、選択されたセットに対して、ドライバ回路を結合し、選択された周波数において、少なくとも１つの送信アンテナを励起する一方、処理回路を結合し、少なくとも１つの受信アンテナから、ＲＦ信号を受信するように構成されている、切替マトリクスとを含む。
【００１４】
一実施形態では、複数のアンテナは、第２のアンテナが、第１のアンテナによって送信されたＲＦ電磁波を、ＲＦ電磁波が身体内の少なくとも１つの肺を通して通過後、受信するように、胸部のそれぞれの対向する側に配置されている少なくとも第１および第２のアンテナを含み、プロセッサは、少なくとも１つの肺内の流体蓄積量を査定するように、第２のアンテナによって出力されたＲＦ信号を処理するように構成されている。
【００１５】
別の実施形態では、装置は、少なくとも１つのペーシング電極を含み、処理回路は、心臓の運動の測定に応答して、心臓をペーシングするように、少なくとも１つのペーシング電極を駆動するように構成されている。
【００１６】
さらに別の実施形態では、処理回路は、心臓ストレスの前、間、および後の心臓の運動の測定を比較するように構成されている。
【００１７】
また、本発明の実施形態によると、無線周波数（ＲＦ）電磁波を、複数の異なる周波数にわたり波を掃引しながら、身体内の心臓に向けて方向づけ、心臓から散乱される波に応答して、超広帯域ＲＦ信号を出力するように、生体の胸部上に配置されるように構成されている、アンテナを含む、診断装置が提供される。処理回路は、心臓の運動の測定を提供するように、ＲＦ信号を経時的に処理するように構成されている。
【００１８】
いくつかの実施形態では、装置は、パッケージを含み、パッケージは、アンテナと、処理回路とを含み、身体の外側表面へのパッチとして、添着されるように構成されている。装置は、身体の外側表面から、心電図（ＥＣＧ）信号を受信するように構成されている、パッケージと関連付けられた伝導性要素を含み得る。加えて、または代替として、装置は、遠隔コンソールと通信するための無線通信インターフェースを含む。
【００１９】
加えて、本発明の実施形態によると、無線周波数（ＲＦ）電磁波を、身体内の肺を通して方向づけ、肺を通過した波に応答して、ＲＦ信号を出力するように、生体の胸部上に配置されるように構成されている、１つ以上のアンテナを含む、診断装置が提供される。処理回路は、ＲＦ電磁波のＲＦ経路特性を測定し、経路特性に基づいて、肺の流体含有量を査定するように、ＲＦ信号を経時的に処理するように構成されている。
【００２０】
処理回路は、肺の１回以上の呼吸サイクルにわたって、経路特性の変化を測定し、変化に応答して、流体含有量を査定するように構成され得る。
【００２１】
開示される実施形態では、経路特性は、身体を通るＲＦ電磁波の有効ＲＦ経路長を含む。いくつかの実施形態では、処理回路は、胸部を通るＲＦ電磁波によって横断される物理的距離の測定を受信し、流体の蓄積量を査定するために、有効ＲＦ経路長を物理的距離と比較するように構成されている。一実施形態では、１つ以上のアンテナは、肺を通して、ＲＦ電磁波を伝送する、胸部の第１の側の第１の場所における送信アンテナと、肺を通して波を受信する、第１の側と反対の胸部の第２の側の第２の場所における、受信アンテナとを含み、物理的距離は、第１と第２の場所との間で測定される。
【００２２】
代替として、１つ以上のアンテナは、ＲＦ電磁波を、肺を通して、身体内の心臓に向けて方向づけ、心臓から反射されたＲＦ電磁波に応答して、ＲＦ信号を出力するように構成されている、少なくとも１つのアンテナを含む。装置は、少なくとも１つのアンテナに隣接し、物理的距離の測定を提供するように、超音波を心臓に向けて方向づけ、心臓から反射された超音波を受信するように構成されている、超音波変換器を含み得る。
【００２３】
加えて、または代替として、経路特性は、ＲＦ信号の振幅を含む。
【００２４】
さらに、本発明の実施形態によると、生体の外側表面と接触するように構成されている正面表面を有する、アンテナユニットを含む、診断装置が提供される。アンテナユニットは、無線周波数（ＲＦ）電磁波を、正面表面から、身体中に方向づけ、身体内から散乱される波に応答して、ＲＦ信号を出力するように構成されている、平面アンテナ要素と、身体の外側表面から、心電図（ＥＣＧ）信号を受信するように構成されている、伝導性要素とを含む。ケーブルは、平面アンテナ要素および伝導性要素と通信するように、アンテナユニットに接続される。処理回路は、ＲＦおよびＥＣＧ信号を受信および処理するように、ケーブルに接続される。
【００２５】
典型的には、装置は、ＥＣＧ信号からのＲＦ信号を分離するために、ケーブルと処理回路との間に結合されている、ダイプレクサを含む。
【００２６】
アンテナユニットは、身体への取り付けのために、接着性パッチを含み得る。代替として、アンテナユニットは、衣類の一部として、身体に装着されるように構成され得る。
【００２７】
開示される実施形態では、アンテナユニットは、金属および電解質でコーティングされている。
【００２８】
さらに、本発明の実施形態によると、生体の外側表面と接触するように構成されている正面表面を有する、アンテナユニットを含む、診断装置が提供される。アンテナユニットは、正面表面上に形成され、無線周波数（ＲＦ）電磁波を、身体中に方向づけ、身体内から散乱される波に応答して、ＲＦ信号を出力するように構成されている、平面アンテナ要素とともに、正面表面の背後の接地板と、接地板と正面表面との間の電磁バンドギャップ（ＥＢＧ）構造とを含む。処理回路は、ＲＦ信号を受信および処理するように、アンテナユニットに結合されている。
【００２９】
さらに、本発明の実施形態によると、ペーシング信号を生体内の心臓に印加するように構成されている、少なくとも１つのペーシング電極を含む、治療装置が提供される。１つ以上のアンテナは、無線周波数（ＲＦ）電磁波を、心臓に向けて方向づけ、心臓から散乱される波に応答して、ＲＦ信号を出力するように、身体の胸部に配置されるように構成されている。処理回路は、心臓の運動を測定するように、経時的にＲＦ信号を処理し、測定された運動に応答して、心臓をペーシングするように、少なくとも１つのペーシング電極を駆動するように構成されている。
【００３０】
また、本発明の実施形態によると、無線周波数（ＲＦ）電磁波を、生体の胸部上の異なるそれぞれの場所に配置されている複数のアンテナから、異なるそれぞれの方向から身体内の心臓に向けて方向づけ、心臓から散乱される波に応答して、ＲＦ信号を出力するステップを含む、診断の方法が提供される。ＲＦ信号は、心臓の運動の多次元測定を提供するように、経時的に処理される。
【００３１】
加えて、本発明の実施形態によると、無線周波数（ＲＦ）電磁波を、複数の異なる周波数にわたり波を掃引しながら、生体の胸部に配置されているアンテナから、身体内の心臓に向けて方向づけ、心臓から散乱される波に応答して、超広帯域ＲＦ信号を出力することを含む、診断の方法が提供される。ＲＦ信号は、心臓の運動の測定を提供するように、経時的に処理される。
【００３２】
さらに、本発明の実施形態によると、無線周波数（ＲＦ）電磁波を、波が、身体内の肺を通過するように、生体の胸部上に配置されている１つ以上のアンテナから、方向づけ、肺を通過した波に応答して、ＲＦ信号を出力することを含む、診断の方法が提供される。ＲＦ信号は、ＲＦ電磁波のＲＦ経路特性を測定し、経路特性に基づいて、肺の流体含有量を査定するように、経時的に処理される。
【００３３】
さらに、本発明の実施形態によると、アンテナユニットの正面表面を生体の外側表面に接触させることを含む、診断の方法が提供される。アンテナユニットは、平面アンテナ要素と、身体の外側表面から、心電図（ＥＣＧ）信号を受信するように構成されている、伝導性要素を含む。平面アンテナ要素は、無線周波数（ＲＦ）電磁波を、正面表面から、身体中に方向づけ、身体内から散乱される波に応答して、ＲＦ信号を出力するように駆動される。アンテナユニットからのＲＦおよびＥＣＧ信号の両方が、受信および処理される。
【００３４】
さらに、本発明の実施形態によると、無線周波数（ＲＦ）電磁波を、生体内の心臓に向けて身体の胸部上に配置されている１つ以上のアンテナから方向づけ、心臓から散乱される波に応答して、ＲＦ信号を出力することを含む、治療方法が提供される。ＲＦ信号は、心臓の運動を測定するように、経時的に処理され、測定された運動に応答して、心臓は、ペーシングされる。
【００３５】
本発明は、図面と併せて、その実施形態の以下の発明を実施するための形態からより完全に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は、本発明の実施形態による、心臓機能の監視のためのシステムを示す、概略図解例証である。
【図２】図２は、本発明の実施形態による、心臓機能の監視のためのシステム内のディスプレイ画面の略図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態による、心臓機能の監視のためのシステムの機能的要素を図式的に示す、ブロック図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態による、パッチアンテナの概略分解図である。
【図５Ａ】図５Ａおよび５Ｂは、本発明の実施形態による、それぞれ、心臓から反射されたＲＦ波の伝搬遅延および振幅の概略プロットである。
【図５Ｂ】図５Ａおよび５Ｂは、本発明の実施形態による、それぞれ、心臓から反射されたＲＦ波の伝搬遅延および振幅の概略プロットである。
【図６】図６は、本発明の実施形態による、肺水腫の診断のためのシステムの要素を示す、概略図解例証である。
【図７】図７は、本発明の実施形態による、心臓をペーシングするためのシステムの要素を示す、概略図解例証である。
【図８】図８は、本発明の別の実施形態による、パッチアンテナユニットを図式的に例証する、ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
（概要）
ＰＣＴ特許出願第ＰＣＴ／ＩＢ２００９／０５５４３８号（その開示は、参照することによって本明細書に組み込まれる）は、周囲組織の誘電率に対するその複素誘電率における差異に基づいて、身体内の特徴を識別およびその位置を特定するためのレーダ撮像技法の使用について説明している。開示される実施形態では、アンテナのアレイ（また、アンテナ要素とも称される）は、ＲＦ電磁波を心臓に向けて方向づけ、身体内から散乱される波を受信する。励起回路は、複数の異なる周波数におけるＲＦ励起波形をアレイ内の異なる送信アンテナに印加する。処理回路は、着目特徴または複数の特徴の位置を特定し、可能性として、心臓サイクルの過程にわたって、そのような特徴の運動を追跡するために、異なる受信アンテナ要素からの信号を受信および処理する。送信および受信アンテナの選択ならびに励起周波数の選択は、アンテナ要素に接続された切替マトリクスによって実装され得る、所定の時間的パターンに従う。
【００３８】
本励起および受信方式の結果、処理回路は、各チャネルに対して、複数の異なる周波数において、複数の空間チャネル（異なる対のアンテナに対応する）からの信号を受信および処理する。時間領域において統合すると、これらの多重周波数信号は、ＲＦエネルギーの短パルスに匹敵する。身体の内部の３次元（３Ｄ）画像を再構築し、特徴または複数の特徴の場所を見つけるために、処理回路は、空間変換を受信した信号のセットに適用する。変換は、例えば、逆球面ラドン変換またはそのような変換の代数近似を含み得る。
【００３９】
本明細書に後述される、本発明の実施形態は、心臓血管診断および療法の目的のために、ＰＣＴ／ＩＢ２００９／０５５４３８号に説明されるものに類似する技法を適用する。一実施形態では、複数のアンテナは、典型的には、胸部の全部または少なくとも一部を囲む、患者の胸部上の異なるそれぞれの場所に配置されている。アンテナは、ＲＦ波を、異なるそれぞれの方向から、心臓に向けて方向づけ、かつ、それらが受信する散乱された波に応答して、ＲＦ信号を出力する。経時的に受信されたＲＦ信号は、心臓の運動の多次元（２次元またはさらに３次元）測定を提供するように、処理される。本アプローチは、心臓超音波撮像によって提供される情報の種類に類似する、心臓壁運動の写真をもたらすことができるが、専門オペレータの積極的関与を要求せず、患者は、歩行しながら、長期間にわたって、実行することさえできる。
【００４０】
本発明の実施形態によって測定される心臓壁運動は、心筋の機能に関する、詳細な診断情報を提供する。例えば、心臓の運動情報は、心虚血および心不全の診断および監視に有用であり、また、室体積または駆出率等、心臓性能の指標をもたらすことができる。本発明の実施形態によって提供される情報は、急性心筋梗塞等、虚血性疾患および／または虚血性事象の診断ならびに予測において使用することができる。心臓壁運動は、ＥＣＧベースのストレス試験と同様に、物理的運動または投薬によって生じる心臓ストレスの前、間、および後に比較され得る。
【００４１】
さらに別の実施例として、本発明の実施形態によって提供される心臓壁運動情報は、心臓の機械的機能の分析および診断において、超音波撮像データの代わりに使用され得る。例えば、レーダベースの測定は、Ｌａｒｓｓｏｎ、他「Ｓｔａｔｅ  Ｄｉａｇｒａｍｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｈｅａｒｔ−ａ  Ｎｅｗ  Ａｐｐｒｏａｃｈ  ｔｏ  Ｄｅｓｃｒｉｂｉｎｇ  Ｃａｒｄｉａｃ  Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ」Ｃａｒｄｉｏｖａｓｃｕｌａｒ  Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ  ７：２２（２００９）（参照することによって本明細書に組み込まれる）に説明されるドップラ撮像技法の代わりに、使用され得る。
【００４２】
加えて、または代替として、本発明の実施形態は、心臓状態の長期監視において、特に、冠動脈疾患における「無症候性虚血」の検出のための携帯型モニタとして使用することができる。したがって、本種類の心臓壁運動監視は、従来のストレス試験またはホルター監視に加え、またはその代わりに、診断ツールとして使用することができる。
【００４３】
本発明の実施形態によって提供される心臓の運動情報はまた、療法目的のために使用され得る。例えば、一実施形態では、ペースメーカーが、他のパラメータへの追加として、本種類の測定に基づいて、心臓をペーシングするために駆動され、ペーシング信号の振幅およびタイミングが、心筋の収縮の実際のプロファイルの観点から、最適な結果をもたらす。本種類のアプローチは、心臓再同期療法において、特に、有用であり得る。
【００４４】
いくつかの実施形態では、これらのＲＦベースの技法は、典型的には、肺水腫または肺鬱血の診断および経過観察のために、肺内の流体蓄積を査定するために使用される。これらの実施形態では、胸部上の１つ以上のアンテナが、ＲＦ波を肺の一方（または、両方）を通して方向づけ、肺を通過した波に応答して、ＲＦ信号を出力する。ＲＦ信号は、ＲＦ波の有効ＲＦ経路長等、身体を通過するＲＦ波の経路特性を測定するために、経時的に処理される。ＲＦ経路長は、実際の物理的距離とは対照的に、胸部を通過する（片側から他の側に直接、または、心臓からの反射およびアンテナへの戻りによる）波に対して要求される時間の長さによって規定される。本経路長は、経路に沿った組織の誘電率に依存する。肺内に流体が存在する場合、誘電率は、より大きく（正常な空気で充填された肺と比較して）、ＲＦ経路長は、したがって増加する。したがって、本ＲＦ経路長は、肺の流体含有量を査定するために使用され得る。
【００４５】
いくつかの実施形態では、監視情報は、患者の身体上のアンテナに取り付けられたローカルコントローラから、主治医、専門家、技術者、および／または患者自身によって、情報を査定することができる、センターに送信される。データは、携帯電話またはパーソナルコンピュータ等のローカルゲートウェイデバイスを介して、インターネットまたは電話ネットワーク等のネットワークを経由して、それが記憶されるセンターに流され得る。
【００４６】
第ＰＣＴ／ＩＢ２００９／０５５４３８号に説明される、キャビティ付アンテナの種類を含む、種々の種類のアンテナが、本発明の実施形態を実装する際に使用され得る。代替として、本発明のいくつかの実施形態は、アンテナの正面表面上に形成される、伝導性スパイラルを備えている、平面アンテナを使用する。アンテナは、アンテナ接地板と正面表面との間の電磁バンドギャップ（ＥＢＧ）構造に基づいて、同相反射構造によって支持される。本設計は、ゲルまたは他の接着剤によって、身体表面に固定することができる、平坦、かつ可能性として、可撓性であるアンテナを提供する（本目的のために好適な種類のゲルは、第ＰＣＴ／ＩＢ２００９／０５５４３８号に説明されている）。アンテナはまた、アンテナ自体によって出力されるＲＦ信号とともに、身体表面から心電図（ＥＣＧ）信号を受信する、伝導性要素を備え得る。したがって、アンテナは、２つの相補的測定を同時に行い、別個のＥＣＧ電極の必要性を排除する。
【００４７】
一実施形態では、アンテナはまた、レーダ処理回路および電源も含む内蔵式パッチの一部である。パッチはまた、モニタまたはゲートウェイへのデータの伝送のために、無線ユニット等の送信機を含み得る。
【００４８】
（システム説明）
図１は、本発明の実施形態による、心臓２２の機能を監視するためのシステム２０の概略図解例証である。複数のアンテナ２４、２６、２８、３０、３２は、患者の胸部３４の周囲の異なるそれぞれの場所に配置されている（胸部は、心臓２２および肺３６を可視化するように、図中では、透明であって、アンテナ２８および３０は、患者の横腹および背中にある）。アンテナは、本実施形態では、部分的に、胸部を囲む。代替実施形態では、多数のアンテナが、胸部を完全に囲み得る。他の実施形態では、少数のアンテナ、可能性として、１つまたは２つのみのアンテナが、使用され得る。しかしながら、３つ以上のアンテナの使用が、以下にさらに説明されるように、多次元の心臓の運動データを提供する際に有利である。
【００４９】
典型的には、良好なＲＦ結合のために、アンテナ２４、２６、２８、３０、３２は、胴体の皮膚に固定される。本目的のために、アンテナは、例えば、図４を参照して、さらに詳述されるように、接着性パッチの形態を有し得る。加えて、または代替として、結合の改善のために、例えば、前述の第ＰＣＴ／ＩＢ２００９／０５５４３８号に説明されるように、誘電性ゲルが、アンテナの正面表面と皮膚との間に拡散され得る。本ゲルは、マイクロ波周波数において、高誘電率を有し、良好なＲＦインピーダンス整合をもたらし、かつ低周波数において、高伝導性を有し、心電図信号取得を向上させ得る。さらに加えて、または代替として、アンテナは、監視手順の際、患者が装着する、ベスト（図示せず）等の好適な衣類によって、定位置に取り付けおよび保持され得る。典型的には、手順は、数時間以下のオーダーの短時間であるが、１日またはさらに数日にわたって、このように、患者を監視することも可能である。
【００５０】
アンテナ２４、２６、２８、３０、３２は、ケーブル３８によって、制御コンソール４０に接続される。コンソールは、アンテナを駆動し、ＲＦ電磁波を、異なるそれぞれの方向から、心臓２２に向けて方向づける、フロントエンド４２を備える。心臓（および、身体内の他の特徴）から散乱される波に応答して、アンテナは、ＲＦ信号を出力する。フロントエンド４２は、ケーブル３８を介して、これらの信号を受信し、信号をフィルタリングおよびデジタル化し、結果として生じたデジタルサンプルを処理回路４４にパスする。本処理回路は、以下に図示および説明されるように、心臓の運動の多次元測定を提供するように、ＲＦ信号を経時的に処理する。典型的には、処理回路４４は、本明細書に説明される機能を実行するように、ソフトウェア内にプログラムされる、汎用コンピュータプロセッサを備える。加えて、または代替として、処理回路４４は、専用またはプログラム可能ハードウェア論理回路を備え得る。
【００５１】
図示される実施形態では、処理回路４４は、ディスプレイ４６を駆動し、グラフィックまたは数値のいずれかで、または両方で、心臓の運動の測定を示す。加えて、または代替として、処理回路は、以下に詳述されるように、肺３６内に蓄積された流体の量の測定等、ＲＦ信号に基づいて、他の測定を行ない得る。さらに加えて、または代替として、フロントエンド４２は、身体表面上のアンテナから、ＥＣＧ信号を受信し、プロセッサ４４は、心臓の運動の測定に加え、ＥＣＧ情報を処理および出力し得る。単一ユニット内のＥＣＧおよび運動測定の組み合わせは、電気および機械的の両方の心臓の機能の全体像を提供する際に効率的および有用である。
【００５２】
いくつかの実施形態では、アンテナの精密な場所、および可能性として、また、配向を把握することが有用である。本目的のために、アンテナ２４および３０は、位置センサ４８を備えるものとして、図に示される（他のアンテナもまた、位置センサを備え得るが、これらのセンサは、単純化の目的のために、省略されている）。磁気、超音波、光学、またはさらに機械的位置センサ等、当技術分野において周知の種々の種類の位置センサが、本目的のために、使用され得る。第ＰＣＴ／ＩＢ２００９／０５５４３８号は、そのような位置センサおよびレーダベースの測定システム内へのその統合のさらなる詳細を含む。
【００５３】
図２は、本発明の実施形態による、システム２０内のディスプレイ４６の画面の略図である。典型的には、ディスプレイは、種々の異なる形式において、異なる測定を示すように、ユーザによって構成可能である。図２に示される実施例では、ディスプレイ４６は、システム２０によって測定される経時的に心臓壁上の選択された地点の運動を示す、トレース５０を示す。ＥＣＧトレース５２は、比較のために、壁運動トレースと並べて表示される（２つの運動トレースおよび１つのＥＣＧトレースのみ、簡略化の目的のために、図２には示されるが、代替として、より多数のトレースが、表示され得る）。
【００５４】
グラフィカルウィンドウ５４は、測定された心臓の運動の２次元（２Ｄ）ビューをもたらし、また、ユーザに、トレース５０によって示されるべき運動地点を選択可能にする。代替として、心臓の周囲の十分な数の測定地点を前提として、ウィンドウ５４は、心臓壁運動のリアルタイム３次元（３Ｄ）表現を示し得る。
【００５５】
ディスプレイ４６は、随意に、他の情報およびユーザインターフェース特徴を含み得る。例えば、パラメータウィンドウ５６は、グラフィカルまたは数値形態のいずれか（または、両方）において、心臓血管および／または呼吸パラメータ等、システム２０によって行われる測定から導出されるパラメータを示し得る。状態ウィンドウ５８は、アンテナのそれぞれの現在の状態を示す。本ウィンドウは、オペレータが、状況を補正することができるように、例えば、身体に適切に取り付けられていないアンテナを示し得る（アンテナと皮膚との間のインピーダンスの測定またはアンテナからのＲＦ信号の特性に基づいて）。制御ウィンドウ６０は、状態メッセージと、システム機能をオンおよびオフにするための操作ボタンとを表示する。
【００５６】
図３は、本発明の実施形態による、システム２０、具体的には、フロントエンド４２の機能的要素を図式的に示す、ブロック図である。フロントエンドの要素は、ブリッジ６４を経由して処理回路４４に接続される高速バス６２を介して、データおよび制御命令を交換する。ＥＣＧ測定を可能にするために、アンテナ２４、２６、２８、３０、３２は、ケーブル３８および切替マトリクス７８を介して、フロントエンド４２の入力において、ダイプレクサ６６に接続される。ダイプレクサは、低周波数ＥＣＧ信号をＲＦ信号から分離し、ＥＣＧ信号をＥＣＧ事前処理回路６８にパスする。本回路は、ＥＣＧ信号をフィルタリングおよびデジタル化し、ＥＣＧデータを、バス６２を介して、処理回路４４にパスする。
【００５７】
フロントエンド４２は、送信アンテナを励起するために、複数の異なる周波数において、信号を発生させるためのドライバ回路としての役割を果たす、ＲＦ発生器７０を備える。ＲＦデジタイザ７２は、受信アンテナによって受信した信号を復調およびデジタル化する。典型的には、信号は、約４００ＭＨｚから約４ＧＨｚの範囲内であるが、本範囲外のより高いおよびより低い周波数もまた、使用され得る。Ｉ／Ｑ相殺ユニット７４は、発信および着信信号の増幅ならびに受信した信号内の背景成分の相殺を含む、信号調整機能を果たす。ユニット７４の背景相殺機能は、以下にさらに詳細に説明されるように、Ｉ／Ｑコントローラ７６によって制御される。
【００５８】
切替マトリクス７８は、所定の時間的パターンにおいて、異なるアンテナのセットを選択し、異なるそれぞれの時間および周波数で信号を送信ならびに受信する。典型的には、セットは、対のアンテナ（１つは、送信、１つは、受信）を備える。代替として、切替マトリクスは、送信および受信の両方を行う、単一モノスタティックアンテナから成る、セットを選択し得る。さらに代替として、他のアンテナ群もまた、使用され得る。本種類の切替マトリクスの構造および動作は、第ＰＣＴ／ＩＢ２００９／０５５４３８号に詳細に説明されている。切替マトリクス７８およびＲＦ発生器７０はともに、励起回路としての役割を果たし、測定フレームのシーケンスを含む時間的励起パターンを発生させ、各フレームは、典型的には、周波数におけるおよび空間チャネル（アンテナまたはアンテナ対）にわたる両方の励起信号の広がりを規定する。各フレームの開始は、フロントエンド４２の他の構成要素にクロック入力も提供するトリガコントローラ８０によって、トリガされる。
【００５９】
複数の異なる周波数にわたる広がりは、事実上、信号処理領域において、非常に短いレーダパルスに匹敵する超広帯域信号を生成する。本種類の超広帯域信号の使用は、システム２０に、概して、当技術分野において周知の狭帯域方法を使用して、達成することができるより、より正確かつロバストに経路長および心臓壁範囲を測定することを可能にする。システム２０は、患者の胸部上の異なる場所において、複数のアンテナを備えるように図示および説明されるが、本明細書に説明される超広帯域アプローチは、代替として、有利には、単一アンテナのみを使用する心臓壁運動の測定において使用され得る。
【００６０】
Ｉ／Ｑ相殺ユニット７４の機能はまた、第ＰＣＴ／ＩＢ２００９／０５５４３８号に詳細に説明されている。概略すると、ユニット７４は、相殺されるべき背景成分に整合する逆位相信号を発生させるように、Ｉ／Ｑコントローラ７６の制御下、ＲＦデジタイザ７２からサンプリングされた信号の位相および振幅を修正する。本背景成分は、例えば、心臓の運動に起因する時変信号成分を向上させるために相殺される、着信信号の一定および／または緩やかに変化する部分であり得る。Ｉ／Ｑ相殺ユニットは、背景成分と振幅が等しいが、１８０°位相がずれた信号を発生させ、切替マトリクス７８およびデジタイザ７２から受信した信号に、本逆位相信号を加算する。したがって、Ｉ／Ｑ相殺ユニットは、身体からの実際のレーダ信号を劣化させることなく、背景成分を相殺する。
【００６１】
処理回路４４は、背景相殺後、受信した信号のサンプルを収集し、サンプルを処理し、心臓表面上の地点に対応する、胸部内の反射体積を識別し、位置を特定する。本目的のために使用され得る方法の１つは、逆球面ラドン変換である。より具体的には、第ＰＣＴ／ＩＢ２００９／０５５４３８号は、効率的かつ効果的に、サンプリングされたＲＦ信号に適用することができる、逆球面ラドン変換の一次近似について説明している。
【００６２】
代替として、処理回路４４は、他の変換技法を適用し得る。例えば、処理回路は、各対のアンテナに対して、周波数応答ベクトルを算出し、次いで、カイザー窓等の窓関数を各ベクトルに適用し、逆高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を使用して、窓関数処理された周波数データを時間領域に変換し得る。カルマンフィルタ等の時間領域フィルタが、心臓壁の場所および運動をモデル化するために、変換されたデータに適用され得る。処理回路は、異なるアンテナ対間の場所および運動データを相関させ、および、運動をＥＣＧ測定と相関させ得る。加えて、または代替として、回路４４は、ＥＣＧゲートまたはＥＣＧ位相背景減算を行い得、減算される背景信号は、心拍における異なる位相の組み合わせとして算出される。
【００６３】
心臓壁の場所を予測する際、回路４４は、各々が所定の速度および所定の様式において、移動しシンチレーションするいくつかの点反射体の重畳として戻り信号を処理し得る。点反射体の場所は、修正シンプレックス法等の最適化技法を使用して予測される。次いで、予測された場所は、経路長および振幅を計算し、それによって、心臓壁運動および／または肺の液体含有量を計算するために使用される。
【００６４】
さらに加えて、または代替として、処理回路４４は、ＲＦ信号と共に他の生理学的パラメータを受信および処理し得る。例えば、処理回路は、呼吸情報、ならびに患者の姿勢、患者の体重、および血圧に関するデータを受信し得る。
【００６５】
（アンテナ設計）
図４は、本発明の実施形態による、パッチアンテナユニット８２の概略分解図である。図示されるアンテナ設計は、例えば、図１に示されるアンテナならびに以下の図におけるアンテナの一部または全部に対して、使用され得る。本設計は、好適な接着性によって、身体表面上に糊着することができる大型のＥＣＧ電極と同様に、可撓性パッチとしての生産に好適である。しかしながら、アンテナユニット８２は、一例として示されるに過ぎず、他の種類のアンテナも、同様に、システム２０ならびに後述される実施形態において、使用され得る。
【００６６】
アンテナユニット８２は、その上に、伝導性スパイラル８６が、当技術分野において周知の印刷回路加工の方法を使用して、アンテナの放射要素としての役割を果たすように印刷される、平面印刷回路基板（ＰＣＢ）の形態の正面表面８４を備える。正面表面は、身体表面と接触させるために、好適な生体適合性材料から成る（ゲルの層が、前述のように、正面表面８４と身体表面との間に適用され得る）。正面表面の背後のアンテナの背面要素８８は、反射構造としての役割を果たす。要素８８は、接地板と正面表面との間に電磁バンドギャップ（ＥＢＧ）を生成する、接地板９０と周期的構造とを備える。本種類のアンテナの理論および設計の詳細は、Ｂｅｌｌ、他「Ａ  Ｌｏｗ−Ｐｒｏｆｉｌｅ  Ａｒｃｈｉｍｅｄｅａｎ  Ｓｐｉｒａｌ  Ａｎｔｅｎｎａ  Ｕｓｉｎｇ  ａｎＥＢＧ  Ｇｒｏｕｎｄ  Ｐｌａｎｅ」ＩＥＥＥ  Ａｎｔｅｎｎａｓ  ａｎｄ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ３、ｐａｇｅｓ  ２２３−２２６（２００４）（参照することによって本明細書に組み込まれる）に提供されている。
【００６７】
アンテナユニット８２内のＥＢＧ構造は、薄い誘電層（視覚的明確性のため、図から省略される）を通して、ビア９４によって、接地板９０に接続される、伝導性パッチ９２の周期的メッシュから成る。背面要素８８の周期的メッシュは、デカルトまたは円筒の対称性を有することができる。異なる周波数は、背面要素表面上の異なる場所において、異なる電力密度を呈するので、ＥＢＧ構造の構成要素は、それに応じて異なる周波数を反映する可変寸法を有することができる。前述の周波数範囲（４００ＭＨｚから４ＧＨｚ）の場合、正面表面８４を成すＰＣＢは、例えば、１．６ｍｍ厚であり得、組み立てられると、パッチ９２は、接地板９０から、１．６ｍｍ離間され、正面表面ＰＣＢの背面側に接触する。正面表面８４の厚さおよびＥＢＧの高さ（ビア９４によって規定されるように）は、標的ＶＳＷＲ性能、フロントローブパターン、および利得のために最適化することができる。これらの条件下、パッチ９２のメッシュは、指定された周波数範囲内において、完璧な磁気導体を模倣する、並列共振応答を有する空洞のアレイを生成する。したがって、ＥＢＧ構造は、前方ビームと同相で、スパイラル８６からの後方波を反射し、それによって、アンテナからの主要前方ビームを大きくする。
【００６８】
可撓性裏当て９６は、背面要素８８の背面側を覆う。裏当て９６は、アンテナユニット８２の身体表面への固着取り付けを促進するために、正面表面および背面要素の縁を覆って延在する。本目的のために、裏当て９６は、接着辺縁９８を備え得る。裏当て９６は、ＥＣＧ信号を身体表面から受信するための伝導性要素を備え得る。代替として、正面表面８４は、そのような伝導性要素（図示せず）を、スパイラル８６とともに含み得るか、または伝導性スパイラル自体、ＥＣＧ信号をピックアップする役割を果たし得る。加えて、または代替として、アンテナは、金属および電解質によってコーティングされ、ＲＦ性能に影響を及ぼすことなく、ＥＣＧ測定を可能にすることができる。ＲＦコネクタ１００は、アンテナユニット８２をケーブル３８に接続する。本コネクタは、ＲＦ励起信号をスパイラル８６に伝達し、アンテナユニットからケーブルに、ＲＦおよびＥＣＧ信号の両方を返す。
【００６９】
（肺水腫の査定）
図１に戻って参照すると、アンテナ２４、２６、２８、３０および３２のうちのいくつかは、それらが放出および／または受信するＲＦ波が、肺３６のうちの一つを通過するように、位置付けられる。例えば、アンテナ２６は、モノスタティックモードで動作する場合、ＲＦ波を、左肺を通して、心臓２４に向けて方向づけ、次いで、左肺を通して戻る心臓から反射された波を受信する。別の実施例として、バイスタティックモードでは、アンテナ３０は、肺を通して伝送後、アンテナ２４によって放出されたＲＦ波を受信する。ＲＦ経路長は、いずれの場合も、肺が、空気で充填され、次いで、空になるにつれて、呼吸サイクルにわたって変動し、肺内の流体蓄積料に応じて、変動するであろう。処理回路４４は、肺内の流体蓄積量を査定するために、これらの経路長変動を分析し得る。
【００７０】
図５Ａおよび５Ｂは、本発明の実施形態による、それぞれ、心臓から反射されたＲＦ波の伝搬遅延および振幅の概略プロットである。これらのプロットは、アンテナ２６と同様に構成および位置付けられたアンテナを使用して、健康な患者において行われた測定を表す。尺度は、任意である。遅延および、より少ない程度に、振幅は、特に、図５Ａにおける急激なピークによって示されるように、心臓サイクルに伴って、周期的に変動する。
【００７１】
水平尺度上のマーク２６０と２９０との間の両プロットの陥凹部分は、呼吸サイクル中の吸入の期間に対応する。図５Ａ内の本陥凹は、肺が空気で充満されている場合、アンテナ２４と心臓２２との間の物理的距離は略同一のままであるが、経路に沿った平均誘電率は低下するので、肺を通る有効ＲＦ経路長が短縮することを示す。呼気は、肺から空気を空にし、したがって、有効ＲＦ経路長を増加させる。図５Ｂにおける反射された波の振幅もまた、吸入中、恐らく、誘電率の変動増加のため、降下し、故に、肺が空気で充填された場合、肺を通るＲＦ経路に沿って、反射がより多くなる。
【００７２】
高流体含有量を伴う肺の場合、平均誘電率は、典型的には、健康な肺より高く、したがって、肺を横断するＲＦ波の経路遅延は、大きくなるであろう。全体的振幅もまた、波が肺を横断する場合、反射の減少のため、大きくなり得る。一方、呼吸サイクルにわたる空気充填された肺と空の肺との間の差異は、遅延および振幅の両方において、図５Ａおよび５Ｂに示される差異より小さくなることが予測される。したがって、肺水腫を診断および監視するために、処理回路４４は、例えば、反射された波の遅延および可能性として振幅を、健康な肺と浮腫性肺とによって提供される基準と、または同一患者で行われた以前の測定と比較し得る。加えて、または代替として、処理回路は、１つ以上の呼吸サイクルの過程にわたって、反射された波の遅延および／または振幅の変化を分析することによって、肺内の流体の量を査定し得る。
【００７３】
流体蓄積の査定を定量化するために、肺を通過するＲＦ波によって横断される実際の物理的距離が測定され、関係（比率等）が、有効ＲＦ経路長と物理的距離との間で算出され得る。例えば、図１に戻って参照すると、胸部の両側のアンテナ２４および３０が、肺３６を通るＲＦ経路長の伝送ベースの測定を行うために使用される場合、これらのアンテナ間の物理的距離もまた、測定され得る。物理的距離を測定するための方法の１つは、例えば、大型の測径器を使用した機械的測定によるものである。代替として、または加えて、アンテナに取り付けられた位置センサ４８は、各アンテナの空間座標を算出するために使用され、次いで、物理的距離が、単純に、座標点間のデカルト距離として、算出され得る。
【００７４】
図６は、本発明の実施形態による、肺水腫の診断のためのシステム１１０の要素を示す、概略図解例証である。本実施形態では、アンテナ２６は、肺３６を介して、心臓２２から反射される、ＲＦ波の有効経路長を測定するように、モノスタティック的に動作される。超音波変換器１１２とともに、アンテナ２６を使用して、心臓および背中までの物理的距離を測定する（アンテナ２６および変換器１１２は、明確性の目的のために、別個のユニットとして図示されるが、代替として、単一パッケージ内に統合され得る）。心臓壁は、最も有意に動く反射表面として、ＲＦおよび超音波データの両方において識別される。
【００７５】
処理回路４４は、超音波によって横断される物理的距離とＲＦ波によって横断される有効経路長との間の関係を算出する。異なる患者間および所与の患者に対する異なる時点における測定間の本関係の変動は、肺内の流体量を示す。
【００７６】
（治療用途）
心臓活動の機械的感知は、心臓ペーシング中のタイミング間隔を最適化する等、心臓刺激療法において使用するために提案されている。ＡＶ間隔を最適化するための右室心尖におけるピーク心内膜壁運動の検出は、臨床的に立証されている。心拍数およびＡＶ間隔のための血行動態的最適値を提供するために、心臓壁運動センサ信号を使用するためのシステムおよび方法は、例えば、米国特許第５，５４９，６５０号（その開示は、参照することによって本明細書に組み込まれる）に説明されている。心臓加速等の心臓性能パラメータの最適化をもたらすように、ペーシングモードおよび１つ以上のペーシングサイクルパラメータの両方を自動的に最適化するように設計された心臓刺激システムは、概して、米国特許第５，５４０，７２７号（その開示もまた、参照することによって本明細書に組み込まれる）に説明されている。
【００７７】
図７は、本発明の実施形態による、心臓壁運動の測定に基づく、心臓２２をペーシングするためのシステム１２０の要素を示す、概略図解例証である。簡略化の目的のために、本図は、心臓２２の運動を測定するために使用される、単一アンテナ２６を示すが、代替として、複数のアンテナが、多次元壁運動データを提供するために使用され得る（例えば、図１に示されるように）。ペーシング回路１２２は、心臓壁運動を測定するために、アンテナからのＲＦ信号を受信および処理する。本測定に基づいて、ペーシング回路は、ペーシング信号を発生させ、心臓内のペーシング電極１２４を駆動させる。ペーシング回路は、ペーシング信号のタイミングおよび／または振幅を適応的に調節する一方、最適治療結果を達成するために、壁運動を測定し得る。
【００７８】
前述のように、アンテナ２６はまた、肺の流体含有量を査定する際に使用され得る。次いで、流体含有量のレベルは、例えば、米国特許第７，１９１，０００号（その開示は、参照することによって本明細書に組み込まれる）に説明されるように、電極１２４のペーシング計画を調節する際に使用され得る。
【００７９】
（内蔵式アンテナパッチユニット）
図８は、本発明の別の実施形態による、パッチアンテナユニット１３０を図式的に例証する、ブロック図である。パッチ１３０は、事実上、典型的には、直径２０×５０ｍｍ以下である（より小さくてもよい）、パッチの形態を有する、統合されたパッケージ１４２の内側に含まれる構成要素を使用して、システム２０の機能のほとんどを行う。前述の実施形態におけるように、パッケージ１４２は、それによって、ユニット１３０が、患者の皮膚に添着することができる、接着層（例えば、図４に示されるように）を含み得る。
【００８０】
パッチユニット１３０は、前述の種類のうちの１つであり得る、平坦アンテナ１３２を備える。送受信機１３６は、アンテナ１３２による伝送のための駆動信号を発生させ、アンテナが患者の身体から受信する、反射された信号をフィルタリングおよびデジタル化する。能動的背景相殺回路１３４は、図３に示される、Ｉ／Ｑ相殺ユニット７４のものと同様に、反射された信号から背景成分を相殺する。プロセッサ１３８は、処理回路４４と同様に、心臓壁運動データを抽出するために、パッチ１３０の他の構成要素の動作を制御し、送受信機１３６によって出力されるデジタル化された信号を処理する。薄型バッテリ等の電力モジュール１４４は、パッチユニットの構成要素に電力を提供する。
【００８１】
パッチユニット１３０はまた、患者の皮膚と電気接触する、ＥＣＧ電極１４０と、プロセッサ１３８への入力のために、ＥＣＧ信号をフィルタリングおよびデジタル化する、ＥＣＧ取得回路１５０とを備える。
【００８２】
パッチユニット１３０は、パッチの動作状態（オン／オフ、および可能性として、バッテリレベル、皮膚接触の質、または信号強度等のパラメータ）を信号伝達する、１つ以上のインジケータＬＥＤ１４６等のユーザインターフェースを備え得る。代替として、または加えて、ユーザインターフェースは、ＬＣＤ等のより有益なディスプレイ、ならびにオン／オフおよび調節ボタン等のユーザ制御を備え得る。
【００８３】
通信インターフェース１４８は、レーダおよびＥＣＧ測定データを送信し、および可能性として、動作コマンドを受信するために、遠隔コンソール（図示せず）と通信する。通信インターフェースは、典型的には、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）ＴＭまたはＷｉＦｉリンク等の無線リンクを備える。コンソールは、患者の場所に近接して位置してもよく、したがって、インターフェース１４８から直接データを受信し得る。代替として、インターフェース１４８は、インターネットまたは電話ネットワーク等のネットワークを介して、コンソールと通信する、パーソナルコンピュータまたはスマートフォン等のローカルゲートウェイと通信し得る。本種類の実施形態では、例えば、コンソールは、医師または他の専門家による、後の視認および分析のために、データを記憶する、サーバを備え得る。本種類のシステム構成は、長期携帯型監視のために、特に、有用である。
【００８４】
前述の実施形態は、一例として引用されており、本発明は、特に、および本明細書に図示および前述されるものに限定されないことを理解されるであろう。むしろ、本発明の範囲は、本明細書に前述される種々の特徴の組み合わせおよび部分的組み合わせの両方、ならびに前述の説明の熟読によって、当業者に想起されるであろうものであって、かつ先行技術に開示されていない、それらの変形例および修正を含む。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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