(57)【要約】  観察システムは、心臓の心室、好ましくは左心室（ＬＶ）内の圧力および容積の両者を継続的に測定することによって、生物における心臓の観察を可能にすることを提供する。圧力および容積の測定値は、１つの感知チップを用いて取得され、受信装置へ無線で送信するために送信装置へと送信される。そこで、圧力および容積の測定値は、心臓を観察するために用いられる。また、システムには、観察するための更なるデータを提供するために、圧力および容積の測定値と共に送信することができる温度測定値を組み入れてもよい。また、システムは、圧力測定値から心電図（ＥＣＧ）シグナルを抽出してもよい。これは、心拍出量の拍動状態による収縮および、病状または治療によってもたらされる変化を測定するために用いることができる４つのシグナルまでの観察を可能にする。また、システムは、コンパクト設計に加え、取得サイクル毎に供給される電力を減少し、且つ、送信装置の稼動寿命を延ばす、エネルギー節約タイミング構想を組み入れてもよい。
2009504357.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生物の心臓を観察する方法であって、
上記心臓の心室内に、圧力感知装置および容積感知装置を含んでいる感知チップを配置する工程と、
上記圧力感知装置および上記容積感知装置を用いて、上記心室内の圧力測定値および容積測定値をそれぞれ求める工程と、
上記測定値を送信装置へ伝える工程と、
上記心臓を観察するために用いられている、上記測定値の電気的表現を無線で受信装置へ送信する工程と、を含む方法。
【請求項２】
上記送信装置は、上記心臓の外側に配置されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
上記心臓の健康状態を示すデータを生成するために、上記電気的表現を分析する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
上記データは上記電気的表現に基づいて算出された指数であることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
上記データは上記受信器に表示されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項６】
上記感知チップは、上記心室の長手方向軸の全長に沿って、実質的に伸びることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
上記圧力感知装置は、上記感知チップ上に配置されたピエゾ抵抗偏向センサを含んでおり、上記圧力測定値は上記センサの撓みによって感知されていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
上記容積感知装置は、上記心室を介して電気的なシグナルを送信および受信する第１の電極対を備えており、上記第１の電極対は上記感知チップにおける反対側の端であり、上記圧力感知装置の側面に位置している装置であって、
内部電極対のうち少なくとも１つの電極は、上記容積測定値を得るための第１の電極対によって送信および受信上記電気的なシグナルを感知する電極であり、内部電極対のうち少なくとも１つの上記電極は、上記圧力感知装置の側面に位置し、上記第１の電極対の１つと、上記圧力感知装置との間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
上記送信装置は、上記生物の一部に埋め込まれることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
上記電気的表現をコンピュータデバイスに送信する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
上記送信装置は、継続的な観察を可能にする供給エネルギーを得ることによって操作することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
温度感知装置を用いて内部温度測定値を得る工程と、上記温度測定値を上記送信装置へ伝える工程と、上記温度測定値の電気的表現を上記受信装置へ送信する工程と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
上記容積測定値の伝導性部分から、上記心電図測定値を含んでいる上記容積測定値のノイズ部分を分離するために上記容積測定値を調節することによって、上記容積測定値から心電図測定値を得る工程と、上記ノイズ部分から上記心電図測定値を抽出する工程と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
生物の心臓を観察するためのシステムであって、
圧力感知装置および容積感知装置を備え、上記心臓の心室内に配置されて心室中を伸びており、上記圧力感知装置は上記心室の圧力側定値を取得し、上記容積感知装置は上記心室の容積測定値を取得し、上記測定値を送信するように適応された感知チップと、
上記感知チップから上記測定値を受信し、当該測定値の電気的表現を無線で送信する送信装置と、
上記心臓を観察するために用いられる上記電気的表現を受信する受信装置と、
を含むことを特徴とするシステム。
【請求項１５】
上記送信装置は、上記心臓の外側にあることを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
上記心臓の健康状態を示すデータを生成するために、上記電気的表現を分析する上記受信装置と接続する処理装置をさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
【請求項１７】
上記データは、上記電気的表現に基づいて上記処理装置によって算出された指数であることを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
上記受信装置は、上記データを表示するディスプレイを備えていることを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項１９】
上記感知チップは、上記心室の長手方向軸の全長に沿って伸びていることを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
【請求項２０】
上記圧力感知装置は、上記感知チップ上に配置されるピエゾ抵抗偏向センサを含んでおり、上記圧力測定値は上記センサの撓みによって感知されていることを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
【請求項２１】
上記容積感知装置は、上記心室を介して電気的なシグナルを送信および受信する第１の電極対を備えており、上記第１の電極対が上記感知チップにおける反対側の端であり、上記圧力感知装置の側面に位置している装置であって、少なくとも内部電極対の１つは、上記容積測定値を得る上記第１の電極対によって送信および受信される上記電気的なシグナルを感知しており、上記第１の電極対の１つは上記圧力感知装置の側面に位置し、上記第１の電極対の１つと上記圧力感知装置との間に配置されていることを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
【請求項２２】
上記送信装置は、上記生物の一部に埋め込まれることを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
【請求項２３】
上記生物はヒトであり、上記送信装置は鎖骨近傍に埋め込まれることを特徴とする請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
上記電気的表現をアナログ・デジタルからアナログに変換するために用いられるアナログ・デジタル変換器を備えていることを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
【請求項２５】
上記受信装置から上記電気的表現を受信するコンピュータデバイスをさらに備えていることを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
【請求項２６】
上記送信装置は、継続的な観察を可能にする供給エネルギーを得ることを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
【請求項２７】
内部温度測定値を得る温度感知装置を備えており、上記温度測定値を上記送信装置へ伝え、上記温度測定値の電気的表現を上記受信装置へ送信していることを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
【請求項２８】
上記処理装置は、上記伝導性シグナルの伝導性部分から心電図測定値を含んでいる上記伝導性シグナルのノイズ部分を分離するために上記容積測定値を調節し、上記ノイズ部分から上記心電図測定値を抽出することによって、上記容積測定値から上記心電図測定値を取得することを特徴とする請求項１５に記載のシステム。
【請求項２９】
心臓内の心電図シグナルを取得する方法であって、
生物における心室から、上記心室の容積を示す伝導性シグナルを測定する工程と、
上記伝導性シグナルの伝導性部分から上記心電図シグナルを含む上記伝導性シグナルのノイズ部分を分離するための上記伝導性シグナルを調節する工程と、
上記ノイズ部分から上記心電図シグナルを抽出する工程と、を含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、データ取得システムに関し、より詳しくは生物の心臓からデータを取得することに関する。
【０００２】
〔背景技術〕
心臓研究の分野において、心臓効率を測定するための標準試験として圧力容積グラフがある。この試験は、心収縮時および拡張時における左心室（ＬＶ）の室内圧力および室内容積に関するものである。圧力値および容積値は、ポンプシステムにおける効率を定量化するために重要であり、当該システムの容積効率を測定するために用いることも可能である。病気の進行の定量化、および治療の効果を測定することによって、心臓効率は心臓病を研究するための有用な測定となる。
【０００３】
近年、心臓病の研究およびヒトの心臓病をモデル化するための手段として、一般的に、遺伝子組換えマウスが広く利用されている。主に、ＬＶデータはＬＶに挿入されるカテーテルを用いて測定する。カテーテルとは、主に、血圧および血液量を測定するための分離装置を有している。麻酔を投与されたマウスから採取したデータを用いているためにいくつかの問題点があり、最も注目すべきは、麻酔を投与された検体から採取した心臓血管のデータは、自由に動き回っている検体から採取した心臓血管のデータとは明らかに異なるということである。
【０００４】
自由に動き回っている検体から得られた心臓血管のデータを測定するためには、検体が活発であるときに操作可能であり、処理するために検体の体外へデータを送信することが可能である埋め込み装置が必要である。この要求にはいくつかの設計上の問題があり、とりわけ、サイズおよびバッテリーの寿命が問題となる。特に、縮小されたサイズでは、より少ない侵襲性装置を提供し、より長いバッテリー寿命では、装置を交換または再充電するために要求される外科手術の回数を減少させる。外科手術のための度重なる外傷および手術費用を減らす必要性は、生体移植物におけるバッテリー寿命を延長させる必要性を駆り立てている。ヒトに利用を拡大する際に、これらの関心は高まる。
【０００５】
生物試験において、生理的圧力を測定するために開発されている数多くの装置があり、例えば、このような装置として、米国特許第4,796,641号、第4,846,191号、および第6,033,366号に開示されている。これらの装置は、例えば、動脈のような生理的圧力を有する試験領域へ挿入される、圧力センサを有するカテーテルを含む。センサは、圧力送信流動体によって満たされた圧力送信カテーテルを含む。圧力変換器は、試験領域の外側へ送信可能な生理的圧力における変動を示す、電圧シグナルを供給するために液体と通じている。これらの装置は圧力測定に関するのみであり、カテーテルに満たされた液体の使用は好ましくない周波数特性を引き起こし、頭部圧力作用を示す可能性もある。
【０００６】
その他の装置として、例えば、米国特許第6,409,674号では、生物検体におけるＬＶ内壁へ固定されている埋め込み式センサを提供している。このセンサは、心臓内部からデータを取得し、外部データ受信機へ送信するものである。この装置は、単一パラメータを測定することのみに関連しており、具体的には、圧力測定を説明するものである。
【０００７】
より広範囲な心臓血管のデータを取得するために、埋め込み可能なデータ取得装置の必要性があり、そのような装置は最低限の侵襲性であり、延長されたバッテリー寿命を有する必要がある。
【０００８】
したがって、少なくとも上記課題の一つを防ぐか、または軽減することを本発明の目的とする。
【０００９】
〔本発明の概要〕
一実施形態において、本発明は、心臓の心室内を通って伸び、圧力感知装置および容積感知装置を備えている感知チップを配置する工程と、圧力感知装置および容積感知装置を用いて、心室内の圧力測定値および容積測定値をそれぞれ求める工程と、送信装置へ測定値を伝える工程と、心臓を観察するために用いている測定値の電気的表現を受信装置へ無線で送信する工程とを含んでいる、生物の心臓を観察するための方法を提供する。
【００１０】
別の実施形態において、本発明は、心臓の心室内に配置され、それを通って伸びている感知チップを含んでいる生物の心臓を観察するためのシステムを提供するものであり、感知チップは、心室内の圧力測定値を得るために導入された圧力感知装置、および心室内の容積測定値を得るために導入された容積感知装置を含み、これら測定値を送信するために備えられており、感知チップから測定値を受信し、測定値の電気的表現を無線で送信するために送信装置と、心臓を観察するために利用されている電気的表現を受信するための受信装置とを備えている。
【００１１】
さらに別の実施形態において、本発明は、生物の心室から得られる心室内の容積を表わす伝導性シグナルを測定する工程と、伝導性シグナルの伝導性部分から、心電図シグナルを含む伝導性シグナルのノイズ部分を分離するために、伝導性シグナルを処理する工程と、ノイズ部分から心電図シグナルを抽出する工程とを含む、心臓内の心電図シグナルを求める方法を提供する。
【発明の詳細な説明】
【００１２】
本発明に係る一実施形態ついて、図に基づいて詳細に説明する。
【００１３】
図１によれば、無線心臓血管データ取得システムの一実施形態は、通常、番号１０に示される。システム１０は、身体１４内に位置する心臓１２の生理的パラメータを測定する働きをする。心臓１２および身体１４は、例えば、遺伝子組換えマウスまたはヒトのような生物の一部を形成する。心臓１２は心室を有しており、この図の例においては、心臓弁１８を経由して身体１４と通じる部分である左心室（ＬＶ）１６を示す。感知チップ２２は、心臓弁１８を介して挿入されることによってＬＶ１６内に配置されており、本実施形態においては心臓１２の外側である身体１４の部位１５に埋め込まれる送信装置２０と繋がる通信路２４を有している。図１に示す例では、部位１５は身体の鎖骨近傍にある。送信装置２０が配置される位置は、特に限定されず、例えば、心臓１２または心室（例えば、ＬＶ１６）内に設計されるように配置してもよい。
【００１４】
本実施形態において、送信装置２０は、身体１４の外側のベルト２７に取り付けられている受信装置２６へ、無線でデータを送信する。受信装置２６は、図１に示すようにスクリーン２８にデータを表示してもよいし、いろいろなデータをスクロールするためにキーパッド３０を具備してもよい。図２にはシステム１０の概略図を示す。
【００１５】
図２に示すように、通信路２４は、感知チップ２２によって取得されたデータを、送信装置２０内の送信処理モジュール３２へ伝えている。送信装置２０は、送信機３６を備えており、バッテリー３４からエネルギーを得ることによって電力が供給されている。バッテリー３４の使用は、目的を説明するために過ぎず、送信装置２０に電力を供給する手段としては、特に限定されるものではなく、例えば、パワースカベンジング（power scavenging）（環境エネルギーを電力に変換する）、またはＲＦ送電（高周波シグナルを介して、外部の電源から送信装置２０へ送信されるエネルギー）等を用いてもよい。
【００１６】
送信処理モジュール３２は、身体１４に埋め込まれることが好ましい。そのため、送信機３６を介するシグナル送信は、外気に到達する前に身体組織を通り抜けなくてはならない。様々な身体構成要素によるＲＦシグナルの減弱化は、主として高周波数に依存している。したがって、送信機３６は、自身が送信するシグナルの減弱化を最小限にするように選択する必要がある。一般的に、低周波数は、周波数を下げて、浸透深度を大きくしてからシグナルを送信することが好ましい。しかしながら、周波数を下げると、受信側においてより高い波長およびより長いアンテナを要する。したがって、送信機３６は個々の用途に応じて、これら条件のバランスを保つように選択されればよい。このようなバランスを保つことができる周波数としては、４０ＭＨｚであることが好ましい。また、送信機３６によって消費される電力は、受信側においてエネルギーを貯蔵すると同時に、消費電力を正確に検出することができるように考慮されてもよい。
【００１７】
送信装置２０は、受信機４０を介して受信装置２６に無線で送信する。受信装置２６は、送信装置２０から受信したデータを処理するための、受信処理モジュール３８を有している。受信装置２６は、バッテリー４２または、適用可能なＡＣおよびＤＣ電源（図示しない）によって電力を供給される。受信装置２６は、感知チップ２２によって取得した測定値の電気的表現を供給する一連のシグナル（４４〜５０）を有しており、圧力シグナル４４、容積シグナル４６、温度シグナル４８、および心電図（ＥＣＧ）シグナル５０を含んでいる。
【００１８】
図２によれば、これらシグナルは受信処理モジュール３８の外側にあるように示しており、このシグナルに接続されるアナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ５４を有している外部のコンピュータデバイス５２と送信可能なように接続されている。しかしながら、Ａ／Ｄコンバータ５４は、受信処理モジュール３８または送信処理モジュール３２のどちらかに内蔵されていてもよい。また、コンピュータデバイス５２は、例えば、受信処理モジュール３８によってもたらされる処理能力に相当するものと置き換えてもよい。受信装置２６およびコンピュータデバイス５２および／またはＡ／Ｄコンバータ５４間の通信可能な繋がりは、例えば、ブルートゥーステクノロジーを用いるように、配線で接続しても、無線でチャンネルを接続してもよい。
【００１９】
受信装置２６の内側または外側にあるコンピュータデバイス５２としては、データを取得し、受信処理モジュール３８と接続することができる装置である限り、特に限定されない。図２に示すように、本実施形態におけるコンピュータデバイス５２は標準的なパーソナルコンピュータ（ＰＣ）であり、モニター、中央演算処理装置（ＣＰＵ）、キーボード、およびマウスを備えている。
【００２０】
図３では、感知チップ２２をより詳細に示している。感知チップ２２は、心臓弁１８を通り抜けて配置し易くするために、末端７０が丸みを帯びている。本実施形態において、感知チップ２２の周囲を取り巻いている身体の基部に近い電極６２および末端部の電極６０は、内部電極対６４，６６、圧力感知装置６８、および体温感知装置６９の側面に位置している。電極６０，６２，６４，および６６は、ＬＶ１６における血液量を測定するために用いられており、本明細書においては、容積感知装置６７としてまとめて説明する。身体の基部に近い電極６２はシグナルを送信し、末端部の電極はＬＶ１６の電界を作り出すために同じシグナルを受信する。内部電極６４，６６は、ＬＶ１６の血液量を表示する伝導測定を行なうために電界を感知する。理論上は、内部電極６４，６６は“レジスター”のどちらかの側面上に測定プローブとしてモデル化することができる。この“レジスター”では、ＬＶ１６における血液の抵抗性を表わしている。また、内部電極６４，６６は、レジスター”全域で電位を測定するように配列される。容積測定値および／または容積シグナルは、伝導性測定値および／または伝導性シグナルそれぞれとしてみなされてもよく、この名称は置き換えてもよい。
【００２１】
圧力感知装置６８は、ＬＶ１６における血圧を感知するために用いられる。また、身体１４の体温は、実質的には全身一定に保たれているので、体温感知装置６９はこの身体１４の体温を感知するために用いられる。体温感知装置６９は、サーミスタ（thermistor）または同等の構成から成ることが好ましい。容積感知装置６７、圧力感知装置６８および体温感知装置６９は、通信路２４を介して送信装置２０へデータを送信している。そのため、一般的には、感知チップ２２から送信装置２０へデータを送信することができるように、通信路２４は多数の配線を有している。通信路２４の長さは、心臓１２に対する送信装置２０の位置によって決まる。
【００２２】
図３では、体温感知装置６９が感知チップ２２の一部として示している。しかしながら、体温感知装置６９は、身体１４の内部温度を測定することが可能であるならば、配置される場所は特に限定されず、心臓１２の内側であっても外側であってもよい。
【００２３】
図４aおよび図４ｂでは、感知装置２２の一実施形態を示す。感知装置２２の相対方向は、説明の便宜のために強調して示しているに過ぎない。圧力感知装置６８としては、圧力を感知することが可能である限り限定されるものではない。本実施形態においては、圧力感知装置はピエゾ抵抗偏向センサを含んでおり、具体的には、感知装置２２の枠に取り付けられている基底部位８２を有する片持ち梁式センサ梁８０である。感知装置２２における基底枠８５では、片持ち梁式センサ梁８０の基部が外圧を受ける可能性があり、チップ枠８６では、片持ち梁式センサ梁８０のチップが外圧を受けることがある。密封層８８は、片持ち梁式センサ梁８０を周囲の環境との直接的な接触から妨げている。しかしながら、密封層８８は循環血液の圧力における変動によって、片持ち梁式センサ梁８０に撓みをもたらすための外圧を受け入れる。図４ｂでは、感知装置６７,６８,６９から通信路２４へと通る電気配線を示す。
【００２４】
片持ち梁式センサ梁８０の実装は図５に概略的に示す。この図に示すように、撓みゲージセンサ上に２つのレジスターＲｘ１およびＲｘ２が実装されている。片持ち梁式センサ梁８０が圧力を受けることによって屈曲するとき、これらレジスターの抵抗は反対方向に変化する。すなわち、１つのレジスターの抵抗は、もう１つのレジスターの抵抗が減少すると同時に増加する。結果として、付随する電子回路は、シングルエンド構造と比較して、より高いノイズ比へのシグナル（ＳＮＲ）を供給する全く異なる構造に設計してもよい。
【００２５】
圧力感知装置６８として好ましい形態を以下に示すが、これに限定されるものではない。すなわち、各レジスターＲｘ１およびＲｘ２の公称抵抗値は１０，０００オーム、７０〜８０のゲージファクター、レジスター製作時の合計許容誤差は＋／−１０〜１５％、レジスター間の最大抵抗値誤差は２．４％、抵抗の温度係数は＋５％／１００°Ｆ、および放電破壊電圧は２０Ｖである。
【００２６】
これら模範的な規格は、主に、これらが圧力感知装置６８にとって非理想的であってもよいことを説明する。圧力感知装置６８はこれらの回路を設計するときに扱われるのが好ましい。例えば、プロセス変動のため、Ｒｘ１およびＲｘ２レジスターは、すべての算定において等しくはない。これは、出力時に補正を引き起こす可能性がある。さらに、Ｒｘ１およびＲｘ２レジスターの抵抗は温度依存性パラメータであるため、抵抗温度係数（ＴＣＲ）は誤差による補正を引き起こし得る。したがって、たとえ当該補正が或る温度において取り消されるとしても、それが他の温度においてゼロにならないこともある。最終的に、ゲージファクターの温度係数（ＴＣＧＦ）は、圧力感知装置６８の温度依存性を増加させる。
【００２７】
上述のパラメータは、主に測定誤差に起因する。結果として、圧力感知装置６８の出力には、いくつかの補正エラーがあり、温度に依存することになり得る。上述のパラメータの補正をするために、主にシグナル調節構想が利用される。図５において示される例、２つの電源Ｉ１およびＩ２によって抵抗変動を測定するために用いるホイートストン・ブリッジ構造を示す。
【００２８】
上述したように、Ｒｘ１およびＲｘ２は心臓の収縮機能または、同等に血圧の機能のように反対方向に変化する。すなわち：Ｒｘ１＝Ｒ０１（１＋ＧＦ．ｘ）および、Ｒｘ２＝Ｒ０２（１＋ＧＦ．ｘ）である。なお、式中Ｒ０１およびＲ０２は、ゼロ収縮時のセンサ抵抗であり、ＧＦは圧力感知装置６８のゲージファクターであり、ｘは収縮である。２つの電源Ｉ１およびＩ２はブリッジを満たすものであり、図５に示すような送信処理モジュール３２に組み込まれることが好ましい。抵抗の誤差、ＴＣＲ、およびＴＣＧＦを相殺するために、下記の数式を適用してもよい。すなわち：Ｒ０１Ｉ０２−Ｒ０１Ｉ０１＝０；および、ＴＣＩ＝−（ＴＣＲ＋ＴＣＧＦ）である。なお、式中ＴＣＩは電源の温度係数を示すものであり、Ｒ０１およびＲ０２は基準温度における抵抗値を示す。また、Ｉ０１およびＩ０２は基準温度における２つの電源の電流を示す。送信処理モジュール３２を実装するために用いられる技術としては、電源を実装することが可能であれば、温度係数は特に限定されない。また、電源は、最低限の供給電圧感度を有するように設計されることが好ましい。
【００２９】
図６は、送信処理モジュール３２のブロック図を示す。送信処理モジュール３２は、タイミング制御装置９４に制御される感知ブロック９０および送信ブロック９２を含む。送信処理モジュール３２と接続されるバッテリー３４は、スイッチ９６によって制御されてもよい。バッテリー３４としては、適用可能なサイズの小型バッテリーであり、可能な限り長いバッテリー寿命があることが好ましい。適用可能なバッテリーとしては、１８０ｍＡｈの寿命を有し、重量が２．３ｇ、１．５Ｖｄｃ、および容積が０．５７ｃｃである。スイッチ９６としては、例えば、バッテリー３４から送信処理モジュール３２への主要電力供給を制御することが可能な装置を磁気または無線で制御されてもよい。タイミング制御装置９４とスイッチ９６との間には電圧調整器があり、感知ブロック９０および送信ブロック９２を制御するためのタイミング制御装置９４へ調節された電圧を供給する。上述のバッテリーの条件を有しているのであれば、適応可能な調節電圧は１Ｖ出力である。
【００３０】
感知ブロック９０では理想的でないセンサの補正をするために、圧力感知装置６８（上述の電源Ｉ１およびＩ２を有する）のための電源ブロック１００を備えており、圧力感知装置６８のための温度補正の基準である。また、感知ブロック９０は、電極６０および６２を用いて電界を発生させる伝導電源１０２、および温度感知装置６９のためのサーミスタ電流供給１０４を含む。なお、サーミスタ電流供給１０４は、電流の流出を最小限にするために高抵抗サーミスタを含むことが好ましい。これら電源（１００〜１０４）からの出力は、通信路２４を通って感知チップ２２に送られる。
【００３１】
感知装置６７、６８、および６９によって取得された測定値は、通信路２４を通って感知ブロック９０へ送り返される。温度シグナルは、増幅器１０６を通って、抽出および保持部１１２によって、送信のために抽出および保持される。同様に、圧力シグナルは、増幅器１１０を通って抽出および保持部１１６によって抽出および保持され、容積シグナルは、増幅器１０８を通って抽出および保持部１１４によって抽出および保持される。増幅器１０６、１０８、および１１０はシグナルの忠実度を促進するために用いられることが好ましい。抽出および保持部１１２、１１４、および１１６では、タイミング制御装置９４が感知ブロック９０から送信ブロック９２へと電力を切り替える間、シグナルサンプルを保持する。
【００３２】
送信ブロック９２はマルチプレクサ１１８および電圧制御発振器（ＶＣＯ）１２０を有する。マルチプレクサ１１８は、抽出および保持部１１２〜１１６からサンプルを読み取り、ＶＣＯ１２０によって送信のためのシグナルを配列する。例えば、マルチプレクサ１１８は、送信する順序にシグナルを配列してもよい。ＶＣＯ１２０はアンテナ１２１と接続され、また図２に示す送信機３６と共に構成される。ＶＣＯ１２０としては、平均で３２μＡの電流を消費するコルピットタイプが適している。アンテナ１２１は、ＶＣＯ１２０の周波数を決定する誘導原と平行して接続されることが好ましく、また、４２ＭＨｚの送信周波数を伴うＦＭ送信機のような役目を果たすことが好ましい。
【００３３】
図７は、受信処理モジュール３８のブロック図を示す。受信処理モジュール３８は、受信装置２６の受信機４０と接続されるデマルチプレクサ１２２を備えている。デマルチプレクサ１２２は、送信機３６によって送信され、受信機４０によって受信されるシグナルを分離する。例えば、シグナルがアナログシグナルとして送信される場合には、デマルチプレクサ１２２は、受信したシグナルを個々のアナログシグナルに分離する。なお、本実施形態においては、３つの異なるシグナル、すなわち、温度シグナル１２４、電圧シグナル１２６、および容積シグナル１２８を備えている。温度シグナル１２４は、温度出力４８として速やかに利用することが可能であり、電圧シグナル１２６は、コンピュータデバイス５２へのさらなる処理および／または送信のために圧力出力４４として速やかに利用することが可能である。また、受信処理モジュール３８は、例えば、表示のために、シグナル１２４、１２６、および１２８を処理および分析するための内部構成材をさらに備えてもよい。さらに、受信処理モジュール３８は、心臓の健康状態の異常を携帯する受信装置２６に知らせるために、警報装置またはその他の装置を含んでもよい。また、ディスプレイ２８は、心臓のパラメータまたは心臓の健康状態を表わす算出された指数を出力するための付加的な処理と共に用いられてもよい。
【００３４】
容積シグナル１２８は、緩衝装置１２９を通って送られ、容積出力４６として利用することが可能である。また、容積シグナル１２８は、ＥＣＧシグナルを抽出する更なる処理をするＥＣＧ処理ブロック１３０で保存されてもよい。ＥＣＧ処理ブロック１３０の予備シグナルは、元のシグナルのインテグリティを保存している間、シグナルを操作することができるアナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ１３２を用いて変換されることが好ましい。例えば、受信されたシグナルが既にデジタルシグナルに変換されている場合には、Ａ／Ｄコンバータ１３２は必ずしも必要ではない。Ａ／Ｄコンバータ１３２は、２つの同一の出力を有しており、その１つはデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）１３４にインプットされる。ＤＳＰ１３４は、容積シグナルからＥＣＧシグナルを取り除くために用いられており、複雑なシグナル処理を可能にする。ＥＣＧシグナルの抽出については、後で詳細に説明する。
【００３５】
ＤＳＰ１３４から発生するシグナルは、変換器１３６によって変換される。また、変換器１３６はＤＳＰ１３４の一部であってもよい。Ａ／Ｄコンバータ１３２から得られるその他の出力は、緩衝装置１３８によって一時的に蓄えられ、変換されたシグナルおよび緩衝されたシグナルは、ＥＣＧ出力４５として利用することが可能なＥＣＧシグナル１４２を生成するために、積算ブロック１４０において積算される。緩衝装置１３８は加工していない容積シグナルの共時性、およびデジタル処理で操作されるバージョン（例えば、ＤＳＰ１３４によって）を維持するために用いられる。ＤＳＰ１３４によって課された遅れは、積算ブロック１４０における合計値の結果を異なる作用をもたらすこともある。積算ブロック１４０では、２つの容積シグナルを積算しており、そのうちの１つのシグナルが変換されてから、容積シグナルの伝導性部分が取り除かれ、もう1つのシグナルはＥＣＧシグナル１４２に相当する。
【００３６】
感知ブロック９０および送信ブロック９２は電力を保存するために、タイミング制御装置９４を用いて選択的に電力が供給される。図８に示すタイミング図は、タイミング制御装置９４における制御を説明している。区間Ｔは、測定および送信を含むシステム１０の全体を観察するサイクルを示す。具体的に、Ｔ１では必然的な測定、抽出、および保持シグナルを得るための電力が供給される感知ブロック９０における区間を示し、Ｔ２では送信装置２０から受信装置２６へデータの送信を行なうための電力が供給される送信ブロック９２における区間を示す。
【００３７】
例えば、２ｋＨｚの抽出率では、データを抽出および送信するために区間Ｔは５００μｓとなる。例えば、取得区間Ｔ２が２０μｓであり、転送区間Ｔ３が５０μｓである場合には、感知ブロック９０または送信ブロック９２が待機している各サイクルの間は４３０μｓである。タイミング制御装置９４では、感知ブロック９０または送信ブロック９２どちらかを選択的に電源をオフにするためにタイミング構想を用いている。すなわち、バッテリー寿命を延長させるために、待機電力を使用しないということである。
【００３８】
このような電力節約タイミング構想を用いることによって生じるもう１つの利益とは、すなわち、ノイズの低減である。送信ブロック９２が電力を供給されない間、感知ブロック９０には電力が供給されるため、送信機３６はシグナル調節によって発生したノイズに影響を受ける可能性が低い。反対に、感知回路（感知ブロック９０）では、送信機３６から発生するノイズの対象ではない。Ｔ３として示す10μs区間では、１つの区間の終わりと次の区間の始まりとの間に存在する区間であり、如何なる回路も必要な安定化を可能にする。
【００３９】
したがって、主に送信ブロック９２ではデータが集積できていないことからデータを送信することができないため、感知ブロック９０が機能する間、電力を消費することになる。例えば、送信ブロック９２において電力が必要でない間、電源が切られているのであれば、電力は消費されず、保存されることになる。同様に、主に感知ブロック９０では送信機３６が以前抽出したものを送信している間、如何なるデータも追加することがなく、その間電力を消費する必要がない。
【００４０】
図９は、サイクルＴの全区間において、システム１０によって行なわれる工程と、それに続く受信装置２６による処理工程の一実施形態を示すフローチャートである。感知ブロック９０では、電源が測定装置６７、６８、および６９に電力を供給し、また、測定値を求めることができるようにする電力を供給する。次に、これらの側定値を増幅し、抽出および保持する。その後、これらの工程間の時間差が上述したＴ３として示す区間にあるとき、感知ブロック９０では電力を“オフ”にして、送信ブロック９２では電力を“オン”にする。一度、送信ブロック９２が電力を供給されれば、抽出および保持部１１２〜１１６に貯蔵されるシグナルを取得することが可能となり、これら送信シグナルを組み合わせることもできる。本実施形態において、マルチプレクサ１１８は、特定の順次配列にシグナルを配列することによって操作することが好ましく、その配列とは、デマルチプレクサ１２２が受信側でシグナルを分離することを可能にするためのデマルチプレクサ１２２であることが知られている。
【００４１】
マルチプレクサ１１８は、“組み合わされた”シグナルを受信装置２６へ送信するためのアンテナ１２１を用いて、この“組み合わされた”シグナルをＶＣＯ１２０へと送信する。この時点で、測定サイクルは一通り行なわれており、シグナルを、さらに処理および／または出力するために受信装置２６へ続けて送信する。その後、送信装置２０は、必要または要望に応じてこのサイクルを繰り返してよい。
【００４２】
受信装置２６では、受信機４０から“組み合わされた”シグナルを受信する。シグナルは、その構成要素の中に分離される場であるデマルチプレクサ１２２へ送信される。温度シグナル１２４および電圧シグナル１２６は、それぞれ出力することも可能であり、受信処理モジュール３８によるさらなる処理をしてもよい。容積シグナル１２８は緩衝され、容積出力４６において出力されてもよく、また、ＥＣＧシグナル１４２を抽出し、ＥＣＧ出力を供給するために取得されてもよい。加工されていない容積シグナル１２８からのＥＣＧシグナル１４２の抽出は、これと関連する図７において示すブロック図に基づいて、後で詳細に説明する。
【００４３】
上述したように、容積感知装置６７を用いて得られた、伝導性または容積シグナル１２８は、ＥＣＧシグナル１４２を抽出するために用いられる。
【００４４】
容積感知装置６７の電極を用いて得られた伝導性シグナルは、ＬＶ１６における血液の伝導値、システムまたは条件において発生されるノイズ、および周囲の構成要素として取得されるＥＣＧシグナル１４２とから構成される。上述したように、本実施形態において加工されていないシグナルは、例えば、如何なるシグナル調節も受けていない、組み合わされたアナログ波形として受信装置２６へ集められ、送信される。組み合わされたシグナルが受信装置２６によって受信されるとき、個々の圧力、容積、および温度シグナル（１２４、１２６、および１２８）は分離され、例えば、ＥＣＧ処理ブロック１３０における工程において、容積シグナル１２８を様々な要素に分離し始める。
【００４５】
伝導性の容積シグナル１２８は、電極６０、６２を用いて、心臓の尖端から頚動脈まで生成された電界の結果である。伝導性リングが心筋に接触するため、結果として生じた伝導性シグナルはＥＣＧシグナルも運ぶ。シグナル調節、および周囲のノイズとＥＣＧノイズとを除去するためのフィルタリングを用いるためには、通常の方法をもちいればよく、伝導性の容積シグナルを抽出するため構成される。本実施形態において、シグナル調節は、伝導性シグナルを抽出するためにＥＣＧシグナルのノイズを除去するだけでなく、当該シグナルの導電性部分を取り除くためにＥＣＧシグナル１４２だけを個別に調節するために用いてもよい。その結果、ＥＣＧシグナル１４２は、ＬＶ１６に追加装置を導入せずに集積することができる。したがって、感知チップ２２は１つの装置によって、より詳細な心臓病の評価を提供するために用いることができる。
【００４６】
一旦、シグナルがＥＣＧ処理ブロック１３０で取得されれば、受信処理モジュール３８におけるＡ／Ｄコンバータ１３２は、加工されていないシグナルをデジタルシグナルへ変換し、ＥＣＧデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）および緩衝装置１３８のそれぞれへシグナルを送信する。一旦、それぞれのシグナルが処理されれば、それらは積算され、最終的にＥＣＧシグナル１４２が生成される。
【００４７】
別の実施形態において、容積感知装置６７は複数の内部電極リングを含んでおり、例えば、図１０において示すように４つであってもよい。伝導性測定はＬＶ１６の全長に沿って送信することによって行なわれ、また各生物は異なるサイズの心臓１２を有するため、最適な伝導性測定としては、多様な内部電極対を内蔵することが好ましい。図１０は、図３において示したＬＶ１６を示す図である。この図では、破線によって示す、より小さな生物から得られたＬＶ１０１６も同様に示す。電極１６４、１６６の対は、上述した内部電極対６４，６６と類似している。しかしながら、ここでは、感知チップ２２は、電極対１６８，１７０、１７２，１７４、および１７６，１７８を含んでおり、これらは互いに徐々に近くなるように配置され、最も外側の電極対６０，６２の間に配置される。
【００４８】
上述の実施形態において、電極リングとしては、送信リングとして選択的に操作する可能であればよいが、一般的に電極６０は受信電極として維持されることがある。図１０に示す実施形態において、電極１７０はＬＶ１０１６のための送信電極として最適であるものが選択されていればよく、内部感知電極対は電極１６４および１７４を含んでいればよい。したがって、受信および感知電極の多様な構造は、例えば、ＬＶ１６またはＬＶ１０１６のような、ＬＶのサイズに依存する最適な伝導性シグナル得るために選択的に選ぶことができる。
【００４９】
したがって、システム１０は心臓の心室、より好ましくはＬＶ１６における圧力および容積の両方を測定することによって、生物の心臓を観察することができる。圧力および容積の測定値は、１つの感知チップ２２によって取得され、心臓を観察するために用いられる受信装置２６へ無線で送信されるように送信装置２０に伝えられる。また、システム１０には、温度測定値を組み入れてもよく、容積および圧力測定値と共に送信することができる温度測定値は、心臓を観察するための更なるデータを提供する。また、システム１０は、容積測定値からＥＣＧシグナルを抽出してもよい。これは、心臓の健康状態を判断するために用いることができる４つのシグナルまで観察することを可能にする。
【００５０】
また、システム１０は、コンパクト設計に加えて取得サイクル毎に必要とされる電力を削減し、送信装置２０の使用可能な寿命を増加させるエネルギー節約タイミング構想を取り入れてもよい。
【００５１】
本発明は、特定の実施形態に基づいて説明しているが、様々な変更は、本発明の特許請求の範囲における趣旨として、本発明の精神と範囲から逸脱することのない技術的分野に見られる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】図１は、無線心臓血管データ取得システムを示す図である。
【図２】図２は、図１のシステムを説明する概略図である。
【図３】図３は、図１において示す心臓部の拡大図である。
【図４ａ】図４ａは、図２の圧力感知装置の一部を示す平面図である。
【図４ｂ】図４ｂは、図４ａに示す感知装置の線分Ｂ−Ｂにおける断面図である。
【図５】図５は、圧力感知装置の電気回路図である。
【図６】図６は、図２の送信処理モジュールの概略図である。
【図７】図７は、図２の受信処理モジュールの概略図である。
【図８】図８は、図６のタイミング制御装置のタイミング図である。
【図９】図９は、取得および送信サイクルを示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、図３に示す感知チップにおける別の実施形態を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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