(57)【要約】  無線周波数識別技術を利用し、埋め込み可能な受動給電式オンチップ・トランスポンダと無線通信する遠隔トランスポンダを含むバイオセンサ・システムが提供される。バイオセンサ・システムは、特に、オンチップ・トランスポンダに含まれるセンサ・アセンブリに対して実質的に安定で、かつ、正確なセンサ基準電圧を提供するようになっている。遠隔トランスポンダはまた、患者の生理的パラメータを表すデータならびに識別データを遠隔で受信するように構成され、生理的パラメータのうちの１つまたは複数のパラメータの読み出しを可能にし、１つまたは複数のパラメータは、遠隔トランスポンダによる要求によって、オンチップ・トランスポンダによって測定され、処理され、送信される。センサ基準電圧の精度および安定性は、マイクロプロセッサを使用することなく、グルコース・センサによるグルコース濃度の測定などの、生理的パラメータの比較的正確な測定を可能にするグルコース・センサの特定の回路アーキテクチャによって高められる。
2007537841.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者の生理的パラメータが正確に測定されるように、前記患者に埋め込み可能なセンサ・アセンブリに実質的に安定した電圧を供給するようになっているバイオセンサ・システムであって、
スキャナ信号を前記センサに送信し、前記センサからデータ信号を受信するように構成された遠隔トランスポンダと、
前記遠隔トランスポンダと無線通信しており、前記スキャナ信号を受信し、前記データ信号を送信するように構成された埋め込み可能なオンチップ・トランスポンダと、からなり、前記オンチップ・トランスポンダは、
前記患者の前記生理的パラメータを表すセンサ信号を生成するように構成されたセンサと、
前記スキャナ信号を前記遠隔トランスポンダから受信し、前記オンチップ・トランスポンダを給電する電力信号を生成するように構成された電力受信機と、
前記電力受信機と前記センサとに接続されており、前記電力信号と前記センサ信号とをそれぞれ受信し、前記電力信号と前記センサ信号とに応答してデジタル信号を生成するように構成されたアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）アセンブリと、
前記Ａ／Ｄアセンブリと前記電力受信機とに接続されており、前記電力信号と前記デジタル信号とをそれぞれ受信し、前記電力信号と前記デジタル信号とに応答してデータ信号を生成するように構成されたデータ・プロセッサと、
前記電力受信機と前記データ・プロセッサとに接続されており、前記電力信号と前記データ信号とをそれぞれ受信し、前記データ信号を、変調し、増幅し、フィルタリングし、送信するように構成されたＲＦ送信機とを備え、
前記電力受信機は、前記生理的パラメータの正確な測定のために、前記センサに、実質的に偏位しないセンサ基準電圧を供給するように構成され、前記遠隔トランスポンダは、前記ＲＦ送信機から前記データ信号を受信し、前記生理的パラメータを表すデータを抽出するように構成される、バイオセンサ・システム。
【請求項２】
前記センサは、前記患者の血液と流体連通する電極アセンブリを有しており、前記患者の血液のグルコース・レベルを測定するように構成されたグルコース・センサであり、
前記センサ基準電圧は、正の約０．７ボルトの実質的に一定の値で、前記電極アセンブリに供給される請求項１に記載のバイオセンサ・システム。
【請求項３】
前記グルコース・センサは、前記電極アセンブリが前記患者の血液と流体連通する第１および第２端子を有する２ピン・グルコース・センサであり、前記グルコース・センサはさらに、
前記電力受信機に接続されており、前記グルコース・センサの励起のために、前記電力受信機から前記センサ基準電圧を受信するように構成された第１精密抵抗器と、
前記第１精密抵抗器に接続されており、前記第１精密抵抗器から前記センサ基準電圧を受信し、前記センサ基準電圧に応答して精密センサ基準電圧を生成するように構成された第１演算増幅器と、
前記第１演算増幅器と前記第１精密抵抗器とに接続されており、前記精密センサ基準電圧を監視し、センサ動作点を確立するように構成された電圧計と、前記第１演算増幅器および前記電圧計は、前記精密センサ基準電圧をバッファリングし、実質的に正確なセンサ基準電圧を前記第１端子に印加するように協働することと、
前記第２端子に接続されており、前記第１端子に印加される前記正確なセンサ基準電圧に応答して、前記第２端子から放出される電流を受信するように構成された第２演算増幅器と、
前記第２演算増幅器に接続されており、前記患者の血液の前記グルコース・レベルに実質的に比例するセンサ信号を生成するように、前記第２演算増幅器と協働する調節可能
な第２精密抵抗器と、
を含む請求項２に記載のバイオセンサ・システム。
【請求項４】
前記グルコース・センサは、前記電極アセンブリが、前記第１および第２端子と同じ場所に配置され、前記患者の血液と流体連通する第３端子をさらに含む３ピン・グルコース・センサであり、前記グルコース・センサはさらに、
前記第３端子と前記第２演算増幅器との間に接続されており、前記第３端子から放出される電流量を監視および制御するように構成された補助制御回路を含み、
前記第３端子は、前記グルコース・センサの動作寿命が長くなるように、前記第１端子に印加される前記正確なセンサ基準電圧の印加中に、前記第２電極と別の場所に電流をそらすように構成される請求項３に記載のバイオセンサ・システム。
【請求項５】
患者の生理的パラメータが正確に測定されるように、前記患者に埋め込み可能なセンサ・アセンブリに実質的に安定した電圧を供給するようになっているバイオセンサ・システムであって、
スキャナ信号を前記センサに送信し、前記センサからデータ信号を受信するように構成された遠隔トランスポンダと、
前記遠隔トランスポンダと無線通信しており、前記スキャナ信号を受信し、前記データ信号を送信するように構成された埋め込み可能なオンチップ・トランスポンダと、からなり、前記オンチップ・トランスポンダは、
前記患者の前記生理的パラメータを表すセンサ信号を生成するように構成されたセンサと、
前記遠隔トランスポンダから前記スキャナ信号を受信し、前記スキャナ信号を、フィルタリングし、増幅し、復調し、前記オンチップ・トランスポンダを制御するためのメッセージ信号を生成するように構成された無線周波数（ＲＦ）受信機と、
前記スキャナ信号を前記遠隔トランスポンダから受信し、前記オンチップ・トランスポンダを給電する電力信号を生成するように構成された電力受信機と、
前記電力受信機、前記ＲＦ受信機、および前記センサに接続されており、前記電力信号、前記センサ信号、および前記メッセージ信号をそれぞれ受信し、前記電力信号、前記センサ信号、および前記メッセージ信号に応答してデジタル信号を生成するように構成されたアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）アセンブリと、
前記Ａ／Ｄアセンブリ、前記電力受信機、および前記ＲＦ受信機に接続されており、前記電力信号、前記デジタル信号、および前記メッセージ信号をそれぞれ受信し、前記電力信号、前記デジタル信号、および前記メッセージ信号に応答してデータ信号を生成するように構成されたデータ・プロセッサと、
前記電力受信機、前記データ・プロセッサ、および前記ＲＦ受信機に接続されており、前記電力信号、前記データ信号、および前記メッセージ信号をそれぞれ受信し、前記データ信号を、変調し、増幅し、フィルタリングし、送信するように構成されたＲＦ送信機とを備え、
前記電力受信機は、前記生理的パラメータの正確な測定のために、前記センサに、実質的に偏位しないセンサ基準電圧を供給するように構成され、前記遠隔トランスポンダは、前記ＲＦ送信機から前記データ信号を受信し、前記生理的パラメータを表すデータを抽出するように構成されるバイオセンサ・システム。
【請求項６】
前記センサは、前記患者の血液と流体連通する電極アセンブリを有しており、前記患者の血液のグルコース・レベルを測定するように構成されたグルコース・センサであり、
前記センサ基準電圧は、正の約０．７ボルトの実質的に一定の値で、前記電極アセンブリに供給される請求項５に記載のバイオセンサ・システム。
【請求項７】
前記グルコース・センサは、前記電極アセンブリが前記患者の血液と流体連通する第１
および第２端子を有する２ピン・グルコース・センサであり、前記グルコース・センサはさらに、
前記電力受信機に接続されており、前記グルコース・センサの励起のために、前記電力受信機から前記センサ基準電圧を受信するように構成された第１精密抵抗器と、
前記第１精密抵抗器に接続されており、前記第１精密抵抗器から前記センサ基準電圧を受信し、前記センサ基準電圧に応答して精密センサ基準電圧を生成するように構成された第１演算増幅器と、
前記第１演算増幅器と前記第１精密抵抗器に接続されており、前記精密センサ基準電圧を監視し、センサ動作点を確立するように構成された電圧計と、前記第１演算増幅器および前記電圧計は、前記精密センサ基準電圧をバッファリングし、実質的に正確なセンサ基準電圧を前記第１端子に印加するように協働することと、
前記第２端子に接続されており、前記第１端子に印加される前記正確なセンサ基準電圧に応答して、前記第２端子から放出される電流を受信するように構成された第２演算増幅器と、
前記第２演算増幅器に接続されており、前記患者の血液の前記グルコース・レベルに実質的に比例するセンサ信号を生成するように、前記第２演算増幅器と協働する調節可能な第２精密抵抗器と、
を含む請求項６に記載のバイオセンサ・システム。
【請求項８】
前記グルコース・センサは、前記電極アセンブリが、前記第１および第２端子と同じ場所に配置され、前記患者の血液と流体連通する第３端子をさらに含む３ピン・グルコース・センサであり、前記グルコース・センサはさらに、
前記第３端子と前記第２演算増幅器との間に接続されており、前記第３端子から放出される電流量を監視し、制御するように構成された補助制御回路を含み、
前記第３端子は、前記グルコース・センサの動作寿命が長くなるように、前記第１端子に印加される前記正確なセンサ基準電圧の印加中に、前記第２電極と別の場所に電流をそらすように構成される請求項７に記載のバイオセンサ・システム。
【請求項９】
複数のセンサをさらに含み、前記センサのうちのそれぞれ１つのセンサは、前記患者の明瞭な生理的パラメータを検知し、前記明瞭な生理的パラメータを表すセンサ信号を生成するように動作する請求項５に記載のバイオセンサ・システム。
【請求項１０】
前記ＲＦ受信機は、前記センサのうちの１つまたは複数のセンサからのデータについての要求を調整して、前記データを前記遠隔トランスポンダにその後送信するように構成される請求項９に記載のバイオセンサ・システム。
【請求項１１】
前記データ・プロセッサは、前記センサ信号がそこから発生する前記センサを識別するために、デジタル信号にプリセット識別コードを割り当てるように構成される請求項１０に記載のバイオセンサ・システム。
【請求項１２】
前記Ａ／Ｄアセンブリは、
前記バイオセンサに接続されており、前記バイオセンサから前記センサ信号を受信し、前記センサ信号に応答してフィルタリング済み信号を生成するように構成されたプロセッサ−フィルタと、
前記プロセッサ−フィルタに接続されており、前記プロセッサ−フィルタから前記フィルタリング済み信号を受信し、前記フィルタリング済み信号に応答して増幅済み信号を生成するように構成された増幅器と、
前記電力受信機に接続されており、前記電力受信機から前記電力信号を受信し、前記電力信号に応答して、正規化済み電圧信号を生成するように構成された電圧比較器と、
前記増幅器と前記電圧比較器とに接続されており、前記増幅器と前記電圧比較器とから
前記増幅済み信号および前記正規化済み信号のそれぞれの１つの信号を受信し、前記増幅済み信号および前記正規化済み信号のそれぞれの１つの信号に応答して、変換器信号を生成するように構成されたＡ／Ｄ変換器と、
前記Ａ／Ｄ変換器に接続されており、前記Ａ／Ｄ変換器から前記変換器信号を受信し、前記変換器信号に応答して論理信号を生成するように構成されたコバート論理装置と、
前記ＲＦ受信機と双方向通信し、前記コバート論理装置に接続されたコントローラであって、前記メッセージ信号と前記論理信号を受信し、前記メッセージ信号と前記論理信号に応答して前記デジタル信号をその後生成するために、前記Ａ／Ｄ変換器を前記データ・プロセッサと同期させるように構成されたコントローラと、請求項５に記載のバイオセンサ・システム。
【請求項１３】
複数のセンサをさらに含み、前記センサのうちのそれぞれ１つのセンサは、前記患者の明瞭な生理的パラメータを検知し、前記明瞭な生理的パラメータを表すセンサ信号を生成するように動作し、
前記Ａ／Ｄアセンブリは、前記コントローラに接続されたスイッチをさらに含み、前記コントローラは、前記メッセージ信号に応答し、前記スイッチが、センサ信号の中から選択し、前記センサ信号を前記プロセッサフィルタへその後送信するようにさせるよう動作する請求項１２に記載のバイオセンサ・システム。
【請求項１４】
前記データ・プロセッサは、
前記Ａ／Ｄアセンブリに接続されており、前記Ａ／Ｄアセンブリからの前記デジタル化信号を受信し、好ましくないノイズを除去し、前記好ましくないノイズに応答してフィルタリング済み信号を生成するように構成された信号フィルタと、
前記信号フィルタに接続されており、前記フィルタリング済み信号を受信し、前記フィルタリング済み信号に応答して増幅済み信号を生成するように構成された増幅器と、
前記ＲＦ受信機と前記電力受信機に接続されており、前記ＲＦ受信機と前記電力受信機から前記メッセージ信号と前記電力信号のそれぞれの１つの信号を受信し、前記メッセージ信号と前記電力信号のそれぞれの１つの信号に応答してゲート制御信号を生成するように構成されたプログラム・カウンタと、
前記プログラム・カウンタに接続されており、前記プログラム・カウンタから前記ゲート制御信号を受信し、前記ゲート制御信号に応答して割り込み要求信号を生成するように構成された割り込み要求装置と、
前記信号フィルタ、前記増幅器、および前記割り込み要求装置に接続されており、前記信号フィルタ、前記増幅器、および前記割り込み要求装置から前記フィルタリング済み信号、前記増幅済み信号、および前記ゲート制御信号のそれぞれの１つの信号を受信し、前記フィルタリング済み信号、前記増幅済み信号、および前記ゲート制御信号のそれぞれの１つの信号に応答して、符号化信号を生成するように構成された計算器と、
前記計算器に接続されており、前記計算器から前記符号化信号を受信し、前記符号化信号に応答して前記データ信号を生成するように構成されたデジタル・フィルタと、
を含む請求項１３に記載のバイオセンサ・システム。
【請求項１５】
前記ＲＦ送信機は、
前記データ・プロセッサに接続されており、前記データ・プロセッサから前記データ信号を受信して、高周波数スペクトル成分をフィルタリング除去し、前記データ信号に応答してフィルタリング済みデータ信号を生成するように構成されたデータ入力フィルタと、
前記電力受信機、前記ＲＦ受信機、および前記データ入力フィルタに接続されており、前記電力受信機、前記ＲＦ受信機、および前記データ入力フィルタから前記メッセージ信号、前記電力信号、および前記フィルタリング済みデータ信号のそれぞれの１つの信号を受信し、前記フィルタリング済みデータ信号の振幅を変えることによって前記フィルタリング済みデータ信号をパルス・コード変調し、前記フィルタリング済みデータ信号に応答
して第１および第２変調済み信号を生成するように構成された変調器と、
前記変調器に接続されており、前記変調器から前記１変調済み信号を受信するように構成された第１送信機増幅器と、
前記第１送信機増幅器と協働し、無線伝送の所望の周波数で第１増幅済み信号を作成する送信機フィルタと、
前記変調器と前記第１送信機増幅器に接続されており、前記変調器と前記第１送信機増幅器から前記第２変調済み信号と前記第１増幅済み信号のそれぞれの１つの信号を受信し、前記遠隔トランスポンダに対して伝送するための所望の電力レベルを有する第２増幅済み信号を生成するように構成された第２送信機増幅器と、
前記第２送信機増幅器に接続されており、前記第２増幅済み信号を受信し、前記第２増幅済み信号から好ましくない調波を除去し、前記第２増幅済み信号に応答して、被送信信号を生成するように構成された表面音響波（ＳＡＷ）フィルタと，
前記ＳＡＷフィルタに接続されており、前記遠隔トランスポンダの受信アンテナによる受信のために、前記被送信信号を放射するように構成されたＲＦ送信機アンテナと、
を含む請求項５に記載のバイオセンサ・システム。
【請求項１６】
前記電力受信機は、
前記ＲＦ受信機アンテナに接続されており、前記ＲＦ受信機アンテナから前記スキャナ信号を受け取り、前記スキャナ信号に応答して交流（ＡＣ）電圧信号を生成するように構成された同調発振器と、
前記同調発振器に接続されており、前記同調発振器から前記ＡＣ電圧信号を受信し、前記ＡＣ電圧信号に応答して全体に粗い直流（ＤＣ）電圧信号を生成するように構成された整流器と、
前記整流器に接続されており、前記整流器から前記直流電圧信号を受信するように構成されたフィルタと、前記フィルタは、実質的に平滑なＤＣ電圧信号を放出するために、前記全体に粗いＤＣ電圧信号の複数周期からのエネルギーを格納するように構成されたコンデンサを有することと、
前記フィルタに接続されており、前記フィルタから前記ＤＣ電圧信号を受信し、第１電圧信号を生成して、前記Ａ／Ｄアセンブリ、前記データ・プロセッサ、および前記ＲＦ送信機を給電するように構成された第１レギュレータと、
前記フィルタに接続されており、前記フィルタから前記ＤＣ電圧信号を受信し、前記Ａ／Ｄアセンブリ、前記データ・プロセッサ、および前記ＲＦ送信機を給電する第２電圧信号を生成するように構成された第２レギュレータと、
前記フィルタに接続されており、前記フィルタから前記ＤＣ電圧信号を受信し、前記センサ・アセンブリに給電するセンサ基準電圧信号を生成するように構成されたセンサ基準電源と、
を含む請求項５に記載のバイオセンサ・システム。
【請求項１７】
前記ＲＦ受信機は、
前記遠隔トランスポンダから前記スキャナ信号を受信するように構成されたＲＦ受信機アンテナと、
前記ＲＦ受信機アンテナに接続されており、前記ＲＦ受信機アンテナから前記スキャナ信号を受信し、好ましくない信号からなる前記スキャナ信号をフィルタリングし、前記スキャナ信号に応答してフィルタリング済みスキャナ信号を生成するように構成された表面音響波（ＳＡＷ）フィルタと、
前記ＳＡＷフィルタに接続されており、前記ＳＡＷフィルタから前記フィルタリング済みスキャナ信号を受信し、前記フィルタリング済みスキャナ信号に応答して第１増幅済みスキャナ信号を生成するように構成された第１ＲＦ増幅器と、
前記第１ＲＦ増幅器に接続されており、前記第１ＲＦ増幅器から前記第１増幅済みスキャナ信号を受信し、比較信号を生成するように構成されたＳＡＷ遅延と、
前記ＳＡＷ遅延に接続されており、前記ＳＡＷ遅延から前記比較信号を受信するように構成された第２ＲＦ増幅器と、
前記ＳＡＷ遅延に並列に、前記第１および第２ＲＦ増幅器において接続されており、前記第１および第２ＲＦ増幅器と協働して、前記第１および第２ＲＦ増幅器のそれぞれの１つの増幅器によって受信される第１および第２パルス信号を生成し、それによって、前記第２ＲＦ増幅器が第２増幅済みＲＦ信号を生成する、パルス発生器と、
前記第２ＲＦ増幅器に接続されており、前記第２ＲＦ増幅器から前記第２増幅済みＲＦ信号を受信し、前記メッセージ信号を生成するように構成された検出器−フィルタと、
を含む請求項５に記載のバイオセンサ・システム。
【請求項１８】
前記遠隔トランスポンダは、
所定の周波数でアナログ信号を生成するように構成された発振器と、
前記発振器に接続されており、前記アナログ信号を受信し、変調し、前記アナログ信号に応答して符号化信号を生成するように構成されたエンコーダと、
前記エンコーダに接続されており、前記符号化信号を受信し、増幅し、前記スキャナ信号を生成するように構成された電力送信機と、
前記電力送信機に接続されており、前記オンチップ・トランスポンダに対する無線伝送のために前記電力送信機から前記スキャナ信号を受信するように構成された送信アンテナと、
を含む請求項５に記載のバイオセンサ・システム。
【請求項１９】
前記遠隔トランスポンダは、
前記ＲＦ送信機から前記データ信号を受信するように構成された受信アンテナと、
前記受信アンテナに接続されており、前記遠隔トランスポンダと干渉する可能性がある好ましくない信号からなる前記データ信号を受信し、フィルタリングし、好ましくない信号からなる前記データ信号に応答してフィルタリング済みデータ信号を生成するように構成された表面音響波（ＳＡＷ）フィルタと、
前記ＳＡＷフィルタに接続されており、前記ＳＡＷフィルタから前記フィルタリング済みデータ信号を受信し、前記フィルタリング済みデータ信号に応答して第１増幅済みデータ信号を生成するように構成された第１ＲＦ増幅器と、
前記第１ＲＦ増幅器に接続されており、前記第１ＲＦ増幅器から前記第１増幅済みデータ信号を受信し、比較信号を生成するように構成されたＳＡＷ遅延と、
前記ＳＡＷ遅延に接続されており、前記ＳＡＷ遅延から前記比較信号を受信するように構成された第２ＲＦ増幅器と、
前記ＳＡＷ遅延に並列に、前記第１および第２ＲＦ増幅器において接続されており、前記第１および第２ＲＦ増幅器と協働して、前記第１および第２ＲＦ増幅器のそれぞれの１つの増幅器によって受信される第１および第２パルス信号を生成し、それによって、前記第２ＲＦ増幅器が第２増幅済みＲＦ信号を生成する、パルス発生器と、
前記第２ＲＦ増幅器に接続されており、前記第２増幅済みＲＦ信号を受信して、前記第２増幅済みＲＦ信号からデジタル化データを抽出するように構成された検出器−フィルタと、
を含む請求項１８に記載のバイオセンサ・システム。
【請求項２０】
前記検出器−フィルタに接続されており、前記第２増幅済みＲＦ信号を受信して、前記第２増幅済みＲＦ信号からデジタル化データを抽出するように構成されたデコーダをさらに含む請求項１９に記載のバイオセンサ・システム。
【請求項２１】
複数のセンサをさらに含み、前記センサのうちのそれぞれ１つのセンサは、前記患者の明瞭な生理的パラメータを検知すると共に前記明瞭な生理的パラメータを表すセンサ信号を生成するように動作し、
前記デコーダは、前記複数のセンサのうちの、データを受信すべき１つまたは複数のセンサを選択するように構成される請求項２０に記載のバイオセンサ・システム。
【請求項２２】
遠隔トランスポンダおよび患者に埋め込み可能なセンサを有するオンチップ・トランスポンダからなるバイオセンサ・システムを使用して生理的パラメータを遠隔で監視する方法であって、
ａ．前記遠隔トランスポンダによって、無線信号電力とテレメトリ・データ要求を含むスキャナ信号を、遠隔で生成し、無線で送信する工程と、
ｂ．前記オンチップ・トランスポンダにおいて、前記スキャナ信号を受信し、前記スキャナ信号に応答してメッセージ信号を生成するように、前記スキャナ信号を、フィルタリングし、増幅し、復調する工程と、
ｃ．前記スキャナ信号から前記無線信号電力を収集し、前記スキャナ信号に応答して、電力信号を生成する工程と、
ｄ．前記センサにおいて、前記患者の少なくとも１つの生理的パラメータを検知し、前記少なくとも１つの生理的パラメータに応答してアナログ・センサ信号を生成する工程と、
ｅ．アナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）アセンブリにおいて、前記電力信号、前記アナログ・センサ信号、および前記メッセージ信号を受信し、前記アナログ・センサ信号を表すデジタル信号を生成する工程と、
ｆ．データ・プロセッサにおいて、前記電力信号、前記メッセージ信号、および前記デジタル信号を受信し、前記デジタル信号を表すデータ信号を変調し、生成するために、前記デジタル信号を調製する工程と、
ｇ．ＲＦ送信機において、前記電力信号、前記メッセージ信号、および前記データ信号を受信し、前記データ信号を、変調し、増幅し、フィルタリングし、無線送信する工程と、
ｈ．前記遠隔トランスポンダにおいて前記データ信号を受信し、前記患者の前記生理的パラメータを表すデータを抽出する工程と、を含む方法。
【請求項２３】
前記センサは、前記患者のグルコース・レベルを検知するために、第１および第２端子が前記患者の血液と流体連通する電極アセンブリを有する２ピン・グルコース・センサであり、工程（ｄ）はさらに、
前記グルコース・センサを励起するために、正の約０．７ボルトのセンサ基準電圧を生成するように第１精密抵抗器によって前記電力信号を調節する工程と、
前記センサ基準電圧を第１演算増幅器において受信し、精密センサ基準電圧を生成する工程と、
センサ動作点を確立するために、前記第１演算増幅器と前記第１精密抵抗器に接続された電圧計によって、前記精密センサ基準電圧を監視する工程と、
実質的に正確なセンサ基準電圧を生成するために、前記電圧計と協働して、前記第１演算増幅器によって前記精密センサ基準電圧をバッファリングする工程と、
前記第１および第２端子における、前記患者の血液との反応に応答して、前記第２端子から電流が放出されるように、前記第１端子に前記実質的に正確なセンサ基準電圧を印加する工程と、
前記第２演算増幅器において、前記患者の血液の前記グルコース・レベルに比例する前記放出電流を受信する工程と、
前記グルコース・センサによって電圧分割器を形成するために、前記第２演算増幅器に接続された第２精密抵抗器を調節する工程と、
前記第２演算増幅器と協働して、前記第２精密抵抗器によって前記放出電流を測定する工程と、
前記グルコース・レベルに実質的に比例する前記センサ信号を生成する工程と、を含む請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記センサは、前記電極アセンブリが、前記第１および第２端子と同じ場所に配置され、前記患者の血液と流体連通する第３端子をさらに含む３ピン・グルコース・センサであり、工程（ｄ）はさらに、
前記第１端子に対する前記実質的に正確なセンサ基準電圧の印加中に、前記第３端子において電流を放出することによって、前記第２端子と別の場所に前記電流の一部分をそらす工程と、
前記第３端子と前記第２演算増幅器との間に接続された補助制御回路において、前記放出電流を受け取る工程と、
前記第１端子に印加される前記実質的に正確なセンサ基準電圧を安定化し、前記グルコース・センサの動作寿命を増加させるために、前記第３端子から放出する電流量を監視し、制御する工程と、を含む請求項２３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
該当せず。
連邦政府による資金提供を受けた研究／開発に関する記述
該当せず。
【０００２】
本発明は、センサ装置に関し、より詳細には、センサを有し患者に埋め込み可能なオンチップ・トランスポンダから遠隔トランスポンダへデータを無線送信するように構成されたバイオセンサ・システムに関する。バイオセンサ・システムは、特に、患者のグルコース濃度レベルが正確に測定されるように、センサの電極システムに対して安定で、かつ、正確な電圧を印加するようになっている。
【背景技術】
【０００３】
患者の血中グルコース濃度レベルは、通常、膵臓によって制御される。しかし、糖尿病を患う患者の場合、膵臓は、食物を代謝して個体のためのエネルギーにするのに必要とされるインシュリンの産生を適切に調節しない。糖尿病患者の場合、グルコース濃度を正常レベルに維持するために、インシュリンが定期的に投与されるように、１日を通して数回、グルコース・レベルが、チェックされるか、または、監視されなければならない。よく使われる１つの方法では、指の穿刺によって血液サンプルを得ることによって、グルコース・レベルが監視される。そのグルコース・レベルの血液サンプルは、次に、グルコース測定ストリップ上に置かれ、その後の化学反応によって、色の変化が生じ、その色の変化を、基準チャートと比較することができる。こうして、血液サンプルとグルコース測定ストリップとの反応は、糖尿病患者が、所定範囲内にグルコース濃度を維持するために、適切な量のインシュリンを投与し得る程度に、グルコース・レベルが異常に低いかまたは高いかについての指標を与える。こうしたインシュリンの投与は、通常、注射器を使用した自己注入によって行われる。
【０００４】
残念ながら、血液穿刺採取とインシュリン注入が共に、苦痛でかつ時間がかかるために、グルコース試験の指穿刺法は不快であり、その結果、多くの糖尿病患者は、１日を通して定期的に自分のグルコース・レベルをチェックするのに消極的である。残念ながら、グルコース・レベルは、１日を通して変動することが多い。したがって、普通なら、１日を通して定期的に自分のグルコース・レベルをチェックするのに一貫性がある糖尿病患者でさえも、自分のグルコース・レベルが危険なほどに低いかまたは高い期間に気づかない場合がある。さらに、指穿刺法は、正確に試験を行うには患者の技量に依存し、その結果、患者は、インシュリンの投薬レベルを決定するときに誤ったデータに依存する場合がある。最後に、グルコース・レベルの自己監視は、若年者、壮年者、および精神に障害を持つ人などの、能力の乏しい個人に大きな負荷をかける。
【０００５】
これを執筆している時点で、米国の１，７００万人、すなわち、人口の約６％が、糖尿病にかかっていると推定されている。一部は、特に、子供の間での、食習慣および益々座ることが多い生活様式のために、糖尿病は、毎年、約７％の割合で増加することが予想され、その結果、糖尿病は最終的に蔓延することが予測される。さらに、米国のみにおける糖尿病の現在のコストは、１，２００億ドルを超えると推定され、グルコース測定ストリップだけの米国での総売上高は、約２０億ドルになると推定される。そのため、糖尿病と診断される人の数が増加しているため、糖尿病患者のグルコース・レベルについての、連続で、信頼性があり、低コストの監視についての要求が存在する。
【０００６】
連続的かつ信頼性があるグルコース監視のためのシステムを提供する試みとして、従来技術において、いくつかの埋め込み可能装置が開発された。こうした埋め込み可能装置では、電気化学センサが、患者の皮膚の下に埋め込まれる。電気化学センサは、グルコース濃度レベルを検出し、グルコース濃度レベルを表す信号を受信装置に送信する。残念ながら、こうした埋め込み可能装置は、いくつかの欠点を持つ。１つのこうした欠点は、埋め込み可能装置が、生体信号を検知し処理するときに、かなりの量の電力を消費する可能性があることである。こうした装置についての電力要件は、有効寿命を延ばすために、大きな電池の使用を必要とする。残念ながら、電力源として電池を有する埋め込み可能装置は、容量が最小レベル未満に低下すると、電池の交換のために定期的な手術を必要とする場合がある。
【０００７】
さらに、一部の電池は、患者に対する危害のリスクを呈する材料を含む。その理由は、埋め込み後に、患者の中に漏れる可能性がある有毒物質または化学薬品が電池内にあるためである。同様に、電池の電力容量が比較的制限されるため、埋め込み可能装置が実施することができる機能の範囲が、ある程度制限される場合がある。最後に、グルコース濃度レベル以外に、複数の生理的パラメータを監視することが望ましい場合がある。こうした場合、埋め込み可能装置は、各センサが患者の異なる生理的パラメータを同時に監視する、複数のセンサを必要とする場合がある。例えば、グルコース濃度レベルの監視以外に、患者の体温および心拍数が監視されてもよい。複数のセンサを有するこうした埋め込み可能装置は、埋め込み可能装置で使用するために小型化された電池が供給することができるよりも多くの電力を消費する場合がある。
【０００８】
従来技術の１つの埋め込み可能装置は、バイオセンサの動作寿命が、理論的に無制限になるように、受動的に給電されるバイオセンサ・システムを設けることによって、大きな電力要件に関連する上述の欠点を克服している。理解されるように、受動給電式バイオセンサ・システムは、患者に埋め込まれる少なくとも１つのセンサを含む。埋め込み式センサは、患者の生理的状況を監視する。埋め込み式受動トランスポンダは、センサからセンサ信号を受信し、センサ信号をデジタル化し、遠隔呼び掛け器からの呼び掛け信号を受けると、患者の体から外にデジタル化センサ信号を送信する。呼び掛け器はまた、バイオセンサ・システムが受動的に給電されるように、埋め込み式トランスポンダに電圧印加する。こうして、受動給電式バイオセンサ・システムは、電池をまったく必要とせず、その結果、システムは、本質的に、無制限の動作寿命を有する。
【０００９】
埋め込み可能装置の別の欠点は、患者の血液内のグルコース濃度レベルを測定するために、システム内で利用される電気化学センサに関するものである。こうしたセンサは、通常、物質濃度レベルを求めるために化合物の酸化または還元が作動電極において測定される、電流滴定検出法を使用する。基準電極に対して作動電極に一定電位または励起電圧を印加するのに、ポテンショスタットが使用される。血液中のグルコース濃度レベルを測定する際には、グルコース・オキシダーゼ（ＧＯＸ）が触媒として通常使用され、グルコースが酸化され、グルコン酸が形成され、２個の電子と２個の陽子が後に残され、ＧＯＸが還元される。患者の血液内に溶解する酸素は、次に、２個の電子と２個の陽子を受け入れることによって、ＧＯＸと反応して、過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）を形成し、酸化されたＧＯＸを再生する。
【００１０】
再生したＧＯＸがグルコースともう一度反応すると、このサイクルが繰り返される。その後、Ｏ2の消費またはＨ2Ｏ2の形成が、通常プラチナ電極である作動電極において測定
される。酸化は作動電極で起こり、還元も、通常銀／塩化銀電極である基準電極で起こる。消費される酸素が多ければ多いほど、患者の血液中のグルコース量が多い。同じ反応において、Ｈ2Ｏ2が生成される速度はまた、患者の血液中のグルコース濃度レベルを示す。ポテンショスタットは作動電極と基準電極との電圧差を制御するために、センサがグルコ
ース濃度レベルを測定する精度は、電圧が印加される精度に依存する。センサに印加される電圧が過剰である場合、銀または塩化銀基準電極は過剰に消費され、その結果、基準電極は損傷を受ける。さらに、グルコース濃度レベルの誤った測定がもたらされ、グルコース濃度レベルの異常を補正するためにインシュリンを投与する患者の能力が低下する場合がある。
【００１１】
２電極電気化学センサに関連する上述した欠点を克服しようと試みて、３つの電極からなる電気化学センサが開発されており、これには作動電極と基準電極と共に、補助電極が含まれる。補助電極を含むことは、基準電極を通って流れる電流の大きさを減少させることによって、銀および塩化銀の消費を低減し、それによって、電極電位を安定化させることであると理解されている。残念ながら、上述したタイプの３電極電気化学センサは、こうした電気化学センサの製造および動作の難しさが増加するために、バイオセンサ・システムに複雑さとコストを増大させる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
以上のことから明らかなように、作動電極に対する基準電極電位の安定性に関連する上述した欠点を克服する埋め込み可能バイオセンサ・システムについての必要性が存在する。より具体的には、グルコース濃度レベルを測定することができる精度を改善するために電気化学センサに安定で正確な電圧を提供する埋め込み可能バイオセンサ・システムについて、当該技術分野での必要性が存在する。電力要件と組み合わせて、埋め込み可能装置に含まれる複数バイオセンサの使用によって、患者の複数の生理的パラメータについての同時で選択的な監視を可能にする埋め込み可能バイオセンサ・システムについても、当該技術分野での必要性が存在する。さらに、データ（例えば患者の生理的パラメータ）についての要求と、こうしたデータの送信とを、同時に実施することができるように全２重通信動作を可能にする埋め込み可能バイオセンサ・システムについて、当該技術分野での必要性が存在する。最後に、遠隔装置においてデータの連続的な読み出しを可能にする埋め込み可能バイオセンサ・システムについて、当該技術分野での必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
無線周波数識別（ＲＦＩＤ）技術を利用し、受動給電式オンチップ・トランスポンダと無線通信する遠隔トランスポンダを含むテレメトリック・バイオセンサ・システムが提供される。バイオセンサ・システムは、特に、埋め込み可能オンチップ・トランスポンダにセンサ・アセンブリに、実質的に安定で正確な電圧を提供するようになっている。遠隔トランスポンダは、オンチップ・トランスポンダへ電力を供給し、オンチップ・トランスポンダからテレメトリ・データを要求するために、オンチップ・トランスポンダの所定距離内に設置される。遠隔トランスポンダはまた、患者の生理的パラメータを表すデータならびに識別データを遠隔で受信するように構成され、生理的パラメータのうちの１つまたは複数のパラメータの読み出しを可能にし、１つまたは複数のパラメータは、遠隔トランスポンダによる要求によって、オンチップ・トランスポンダによって、測定され、処理され、送信される。
【００１４】
とりわけ、電力受信機は、生理的パラメータが測定される精度を高めるために、実質的に偏位しないセンサ基準電圧をセンサに供給する。センサ基準電圧（すなわちセンサ電力）の精度と安定性は、グルコース・センサの特定の回路アーキテクチャによって高められる。実質的に安定な電圧をセンサ・アセンブリに印加することによって、グルコース・センサよるグルコース濃度レベルの測定などの、患者の生理的パラメータの比較的正確な測定が可能になる。安定で正確な電圧を生成する技法は、マイクロプロセッサを使用することなく、２ピン・グルコース・センサならびに３ピン・グルコース・センサに適用されてもよく、その結果、オンチップ・トランスポンダのコストと電力消費が低減される場合が
ある。有利には、センサ基準電圧の安定性と精度は、オンチップ・トランスポンダの電力消費を低減するだけでなくバイオセンサ・システムの総コストも低減するために、マイクロプロセッサを使用することなく達成される。
【００１５】
オンチップ・トランスポンダは、２ピンまたは３ピン・グルコース・センサであってよいセンサを有するセンサ・アセンブリを含む。しかし、任意の他のセンサが、オンチップ・トランスポンダに使用されてもよい。オンチップ・トランスポンダの部品は、センサ、電力受信機、アナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）アセンブリ、データ・プロセッサ、およびＲＦ送信機を含んでもよく、これら部品は、好ましくは、従来の集積回路技術を使用して相互接続されてもよく、その結果、オンチップ・トランスポンダは、患者への埋め込みのために、十分に小さなサイズにパッキングされ得る。複数のセンサの中での選択を可能にし、遠隔トランスポンダとオンチップ・トランスポンダとの間の連続的な、かつ／または、同時の双方向無線通信を可能にする全２重通信を可能にするために、オンチップ・トランスポンダにＲＦ受信機も含まれてもよい。
【００１６】
遠隔トランスポンダは、オンチップ・トランスポンダの電力受信機によって受信されるスキャナ信号を放出する。電力受信機は、Ａ／Ｄアセンブリ、データ・プロセッサ、およびＲＦ送信機に給電するために、スキャナ信号を電力信号に変換する。Ａ／Ｄアセンブリは、センサから出てくるアナログ電気信号に含まれる生理的パラメータを、デジタル信号のデジタル形式に変換する。Ａ／Ｄアセンブリはまた、センサ信号を発生する特定のセンサを識別するために、デジタル信号に固有の識別コードを付加してもよい。
【００１７】
データ・プロセッサは、Ａ／Ｄアセンブリからデジタル信号を受信し、処理済みデータ信号を生成するために、デジタル信号を、フィルタリングし、増幅し、かつ／または、符号化する。データ・プロセッサはまた、データ信号を送信すべき時を決定するように、データ信号をゲート制御してもよく、データ信号を他のデータ（すなわち他のセンサからの）と加算してもよい。ＲＦ送信機は所望の周波数の無線搬送波上にデータ信号を加え（すなわち変調し）、変調された搬送波を増幅し、遠隔トランスポンダに対して放射するために、搬送波をアンテナへ送出する。
【００１８】
本発明のこれらの特徴ならびに他の特徴は、図面を参照するとより明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
ここで、図面（図面で示すものは、本発明の種々の態様を示すためであり、本発明を制限するためではない）を参照すると、無線周波数識別（ＲＦＩＤ）技術を利用し、受動給電式オンチップ・トランスポンダ１００と無線通信する遠隔トランスポンダ８００を含む独自に構成されたテレメトリック・バイオセンサ・システム１０が提供される。バイオセンサ・システム１０は、特に、埋め込み可能オンチップ・トランスポンダ１００含まれるセンサ・アセンブリ２００に、実質的に安定で正確な電圧を提供するようになっている。オンチップ・トランスポンダ１００は、人の患者などのホストに埋め込まれる。
【００２０】
コンパクトな手持ち式装置であってよい遠隔トランスポンダ８００は、オンチップ・トランスポンダ１００へ電力を供給し、オンチップ・トランスポンダ１００からテレメトリ・データを要求するために、オンチップ・トランスポンダ１００の所定距離内（例えば、数フィート以内（１フィート＝３０．４８ｃｍ）に手で設置される。患者が、遠隔トランスポンダ８００に対して所定距離内で移動するとき、遠隔トランスポンダ８００は、別法として、固定して取付けられてもよく、患者、したがって、オンチップ・トランスポンダ１００へ電力およびテレメトリ要求データを自動的に送信するように構成されてもよい。遠隔トランスポンダ８００は、手持ち式か、固定して取付けられるか、または、その他の
方法で支持されるかどうかに無関係に、患者の生理的パラメータを表すデータならびに識別データを遠隔で受信し、該データが格納または表示されるように構成される。
【００２１】
とりわけ、実質的に安定な電圧をセンサ・アセンブリ２００に印加することによって、グルコース・センサ２１０よるグルコース濃度レベルの測定などの、患者の生理的パラメータの比較的正確な測定が可能になる。以下で説明されるように、安定で正確な電圧を生成する技法は、２ピン・グルコース・センサ２１０ならびに３ピン・グルコース・センサ２１０に適用されてもよい。とりわけ、バイオセンサ・システム１０は、オンチップ・トランスポンダ１００のコストと電力消費を低減するように、マイクロプロセッサを使用することなく、センサ・アセンブリ２００に安定で正確な電圧を提供する。
【００２２】
最も広い意味で、バイオセンサ・システム１０とバイオセンサ・システム１０を使用する動作方法とは、互いに無線通信する埋め込み可能オンチップ・トランスポンダ１００と遠隔トランスポンダ８００とを含む。上述したように、センサ・アセンブリ２００は、オンチップ・トランスポンダ１００に接続されるかまたは一体にされ、オンチップ・トランスポンダ１００と共に患者に埋め込まれ得る。遠隔トランスポンダ８００が、遠隔トランスポンダ８００による要求によってオンチップ・トランスポンダ１００によって測定され、処理され、送信された生理的パラメータのうちの１つまたは複数のパラメータの読み出しを可能にするように、バイオセンサ・システム１０が構成される。バイオセンサ・システム１０はまた、図１ａに示すように単方向通信モードで動作するように構成されてもよい。
【００２３】
別法として、バイオセンサ・システム１０は、図１ｂに示すように全２重通信モードで動作するように構成されてもよく、この場合オンチップ・トランスポンダ１００は、インテリジェント無線周波数（ＲＦ）受信機をさらに含む。ＲＦ受信機７００を備えると、バイオセンサ・システム１０は、患者のアイデンティティ、ならびに、患者の年齢、体重、医療履歴などに関する情報を含む患者データベースに関係付けされてもよい識別データの読み出し以外に、複数センサ２１０間での選択および／またはデータ（例えば、患者の生理的パラメータ）の連続的な読み出しなどの機能を可能にする。
【００２４】
ここで、より詳細に図１ａと図１ｂを参照すると、単方向通信動作と全２重通信動作を可能にするそれぞれの実施形態について、バイオセンサ・システム１０のオンチップ・トランスポンダ１００に接続されたセンサ・アセンブリ２００のブロック図が示される。オンチップ・トランスポンダ１００は、センサ２１０を有するセンサ・アセンブリ２００を含む。センサ２１０は、先に述べたように、２ピン・グルコース・センサ２１０または３ピン・グルコース・センサ２１０として構成されてもよい。しかし、任意の他のセンンサが、オンチップ・トランスポンダ１００と共に使用されてもよい。例えば、センサ２１０は、圧力トランスデューサ、血糖センサ、血液酸素センサ、心拍数モニタ、呼吸数センサなどのうちの少なくとも１つとして構成されてもよい。この点において、センサ２１０は、患者の任意のタイプの生理的パラメータを測定するか、監視するか、または検出する、任意のタイプのセンサとして構成されてもよい。
【００２５】
図２には、遠隔トランスポンダ８００のブロック図が示される。遠隔トランスポンダ８００は、スキャナ信号８８２をオンチップ・トランスポンダ１００に送信することによって、生理的パラメータに関するデータを無線で要求するように構成される。遠隔トランスポンダ８００はまた、オンチップ・トランスポンダ１００から生理的パラメータを表すデータ信号４６２を受信するように構成される。同様に、遠隔トランスポンダ８００とオンチップ・トランスポンダ１００が、両者間で無線通信を可能にするのに十分に近接した範囲内に入ると、オンチップ・トランスポンダ１００は、遠隔トランスポンダ８００と通信し、スキャナ信号８８２を受信し、オンチップ・トランスポンダ１００からデータ信号４
６２を送信するように構成される。
【００２６】
単方向通信動作を可能にするバイオセンサ・システム１０の実施形態について、オンチップ・トランスポンダ１００の構成要素は、図１ａに示すように、センサ２１０、電力受信機６００、アナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）アセンブリ３００、データ・プロセッサ４００、およびＲＦ送信機５００を含む。全２重通信動作を可能にするバイオセンサ・システム１０の実施形態の場合、ＲＦ送信機７００が図１ｂに示すオンチップ・トランスポンダ１００に含まれる。オンチップ・トランスポンダ１００の構成要素のそれぞれは、従来の導電性配線によって電気的に相互接続されてもよい。しかし、電気接続は、好ましくは、従来の集積回路技術を使用して行われてもよく、その結果、オンチップ・トランスポンダ１００は患者に埋め込むために十分に小さなサイズにパッケージされる。
【００２７】
センサ２１０は、図１ａと図１ｂに示すように、患者の生理的パラメータを表し、並列に送信される正信号と負信号からなり、センサ２１０からＡ／Ｄアセンブリ３００へ送出されるセンサ信号２３４を生成するように構成される。単方向通信動作を可能にするバイオセンサ・システム１０の実施形態の場合、電力受信機６００は、アンテナ６０１においてスキャナ信号８８２を受信し、オンチップ・トランスポンダ１００を受動給電するために電力信号６０２を生成するように構成される。全２重通信動作を可能にするバイオセンサ・システム１０の実施形態の場合、ＲＦ受信機７００は、電力受信機６００へ送り出すために、アンテナ７０１においてスキャナ信号８８２を受信する。Ａ／Ｄアセンブリ３００は、電力信号６０２を受信するために、電力線６０４を介して電力受信機６００に接続される。Ａ／Ｄアセンブリ３００はまた、センサ２１０からアナログ・センサ信号２３４を受信するために、センサ２１０に接続される。電力信号６０２によって給電されると、Ａ／Ｄアセンブリ３００は、センサ２１０から出てくるアナログ・センサ信号２３４に応答してデジタル信号３７２を生成するように構成される。
【００２８】
やはり図１ａと図１ｂを参照すると、データ・プロセッサ４００は、Ａ／Ｄアセンブリ３００と電力受信機６００に接続されており、電力線６０６を介して電力信号６０２、ならびに、Ａ／Ｄアセンブリ３００からのデジタル信号３７２を受信するように構成される。電力信号６０２によって給電されることによって、データ・プロセッサ４００は、デジタル信号３７２に応答してデータ信号４６２を生成するように構成される。一般に、データ・プロセッサ４００は、デジタル信号３７２を受信し、データ信号４６２を生成するために、デジタル信号３７２をフィルタリングし、増幅し、かつ／または、符号化する。データ・プロセッサ４００は、データ信号４６２を遠隔トランスポンダ８００に送信すべき時を決定するように、データ信号４６２をゲート制御するように構成されてもよい。さらに、データ・プロセッサ４００はまた、以下でより詳細に説明されるように、データ信号４６２を他のデータ（すなわち他のセンサ２１０からの）と加算するように構成されてもよい。
【００２９】
ＲＦ送信機５００は、電力信号６０２を受信するために、電力線６０８を介して電力受信機６００に接続されている。ＲＦ送信機５００はまた、データ・プロセッサ４００にも接続されており、データ・プロセッサ４００からデータ信号４６２を受信するように構成される。ＲＦ送信機５００はまた、遠隔トランスポンダ８００にとっての返答受信のために、データ信号４６２を、変調し、増幅し、フィルタリングし、送信するように構成される。一般に、ＲＦ送信機５００は、所望の周波数の無線搬送波上にデータ信号４６２を加え（すなわち変調し）、変調された信号を増幅し、遠隔トランスポンダ８００に対して放射するために、変調された信号をアンテナへ送出する。
【００３０】
電力受信機６００の回路要素は、当該技術分野でよく知られているように、電圧レギュレータの回路要素と同様に構成され、基準ダイオードと抵抗器とが適切な電源電圧を生成
するように配列される。しかし、電力受信機６００はまた、特に、複雑さを減らすために、大きな電流を送り出すことなく、センサ２１０の処理回路要素に適した電圧を供給するように構成される。そのため、Ａ／Ｄアセンブリ３００、データ・プロセッサ４００、およびＲＦ送信機５００に供給するために、電力を収集し、整流し、フィルタリングし、調節すること以外に、電力受信機６００はセンサ・アセンブリ２００にも実質的に安定で正確な電圧を提供する。
【００３１】
より具体的には、電力受信機６００は、生理的パラメータが測定される精度を高めるために、実質的に偏位しないセンサ基準電圧信号６４２をセンサ２１０に供給するように構成される。センサ基準電圧信号６４２（すなわちセンサ２１０の電力）の精度と安定性は、図８ａと図８ｂに示し、以下でより詳細に述べるように、グルコース・センサ２１０の特定の回路アーキテクチャによって高められる。こうして、グルコース・センサ２１０からの出力信号によって表されるグルコース濃度レベルの精度が改善される。先に述べたように、生理的パラメータが、センサ２１０によって測定されると、遠隔トランスポンダ８００は、格納および／または表示のために、ＲＦ送信機５００からデータ信号４６２を受信し、生理的パラメータを表すデータを抽出するように構成される。
【００３２】
全２重通信動作を可能にするバイオセンサ・システム１０の実施形態の場合、オンチップ・トランスポンダ１００は、さらに、図１ｂに示すように、遠隔トランスポンダ８００からスキャナ信号８８２を受信するように構成されたＲＦ受信機７００を含む。最も広い意味において、スキャナ信号８８２は、アンテナ７０１において受信され、ＲＦ受信機７００によって復号されて、データについて要求が行われたことを、メッセージ信号７０２によって、オンチップ・トランスポンダ１００に知らせる。電力受信機６００はまた、上述したように、電力線６０４、６０６、６０８のそれぞれの１本の電力線によってＡ／Ｄアセンブリ３００、データ・プロセッサ４００、およびＲＦ送信機５００へ中継するために、スキャナ信号８８２を電力信号６０２に変換する。ＲＦ受信機７００は、スキャナ信号８８２を、フィルタリングし、増幅し、復調し、オンチップ・トランスポンダ１００の構成要素を制御するために送り出すメッセージ信号７０２を生成するように構成される。より具体的には、メッセージ信号７０２は、図１ｂに示すように、メッセージ／制御線７０４、７０６、７０８のそれぞれの１本の線によって、Ａ／Ｄアセンブリ３００、データ・プロセッサ４００、およびＲＦ送信機５００へ送信される。ＲＦ受信機７００は、メッセージ信号７０２がそこを通って送信されるメッセージ／制御線７０４、７０６、７０８のそれぞれの１本の線によって、Ａ／Ｄアセンブリ３００、データ・プロセッサ４００、およびＲＦ送信機５００と双方向通信し得る。
【００３３】
複数のセンサ２１０を有するバイオセンサ・システム１０の構成の場合、センサ２１０のそれぞれの１つセンサは、患者の明瞭な生理的パラメータを検知し、その生理的パラメータを表すセンサ信号２３４を生成するように動作し得る。例えば、患者の内部体温を測定するために、センサ２１０の追加の１つのセンサが設けられてもよい。さらに、患者の血液圧力レベルを測定するために、センサ２１０の追加の１つのセンサが設けられてもよい。複数のセンサ２１０は複数のセンサ信号２３４を生成し得る。ＲＦ受信機７００は、以下でより詳細に述べるように、もとの遠隔トランスポンダ８００へデータをその後送信するために、複数のセンサ２１０のうちの１つまたは複数のセンサからのデータについての要求を調整するように構成されてもよい。複数のセンサ２１０を有するバイオセンサ・システム１０の実施形態の場合、データ・プロセッサ４００は、センサ信号２３４を発生するセンサ２１０を識別するために、プリセット識別コードをデジタル信号３７２に割り当てるように構成されてもよい。こうした実施形態では、Ａ／Ｄアセンブリ３００は、メッセージ信号７０２に応答し、センサ信号２３４のその後の送信のために複数のセンサ信号２３４の間で選択するように動作するスイッチ３１０を含んでもよい。
【００３４】
ここで、図８ａと図８ｂを参照すると、センサ２１０が、電極アセンブリ２０１を有するグルコース・センサ２１０であるバイオセンサ・システム１０の構成の場合、グルコース・センサ２１０の特定の回路アーキテクチャは、好ましくは、センサ基準電圧信号６４２が正の約０．７ボルトという実質的に一定値で電極アセンブリ２０１に供給されるようなものである。有利には、センサ基準電圧信号６４２の安定性と精度は、マイクロプロセッサを使用することなく達成される。回路アーキテクチャは、共に、患者の血液と流体連通するように設置される第１端子２０２（すなわち作動電極）と第２端子２０４（すなわち基準電極）を有する電極アセンブリ２０１を含む。
【００３５】
２ピン・グルコース・センサ２１０は、患者の血液内でグルコースの酸化をもたらし、それによって、グルコン酸が形成され、ＧＯＸが還元されるように、触媒としてグルコース・オキシダーゼ（ＧＯＸ）を使用して、グルコース・レベルを測定するように構成され得る。患者の血液内の酸素（Ｏ2）は、ＧＯＸと反応して、過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）が形成
され、酸化されたＧＯＸが再生される。Ｏ2の消費またはＨ2Ｏ2の形成は、プラチナで作
製されてもよい第１端子２０２で測定される。酸化は第１端子２０２で起こり、一方、還元は、銀／塩化銀で作製されてもよい第２端子２０４で測定される。Ｏ2が消費され、Ｈ2Ｏ2が形成される速度は、患者の血液内のグルコース濃度レベルを示す。有利には、セン
サ基準電圧信号６４２を正の約０．７ボルトという実質的に一定値で第１端子２０２に供給すると、グルコース濃度レベルを２ピン・グルコース・センサ２１０ならびに３ピン・グルコース・センサ２１０によって測定することができる精度が上がる。
【００３６】
やはり図８ａを参照すると、２ピン・グルコース・センサ２１０によるグルコース濃度レベルの測定精度は、グルコース・センサ２１０の回路アーキテクチャによって高められる。見てわかるように、２ピン・グルコース・センサ２１０は、第１精密抵抗器２２４、第１演算増幅器２２０、電圧計２５０、第２演算増幅器２３０、および調節可能な第２精密抵抗器２４０を含む。第１精密抵抗器２２４は電力受信機６００に接続されており、グルコース・センサ２１０の励起のために、電力受信機６００からセンサ基準電圧信号６４２を受信するように構成される。第１演算増幅器２２０は、第１信号線２１２によって第１精密抵抗器２２４に接続されており、センサ基準電圧信号６４２を受信するように構成される。第１演算増幅器２２０は、センサ基準電圧信号６４２に応答して、第１演算増幅器２２０の非反転入力２３２において精密センサ基準電圧信号２２３を発する。
【００３７】
電圧計２５０は、第１演算増幅器２２０の非反転入力と第１精密抵抗器２２４に接続されており、精密センサ基準電圧信号２２３を監視するように構成される。電圧計２５０は、センサ２１０の動作点を確立し、センサ２１０の応答をより正確に解釈するように構成される。電圧計２５０はまた、非反転第１演算増幅器２２０と協働して、精密センサ基準電圧信号２２３をバッファリングし、実質的に正確なセンサ基準電圧信号２２６を第１端子２０２に印加する。第２演算増幅器２３０は、第２信号線２１４によって第２端子２０４に接続されており、第１端子２０２に印加された正確なセンサ基準電圧信号２２６に応答して第２端子２０４から放出する電流を受信するように構成される。
【００３８】
調節可能な第２精密抵抗器２４０は、第２演算増幅器２３０の出力と反転入力との間に接続されており、第２演算増幅器２３０と協働して、患者の血液のグルコース・レベルに実質的に比例するセンサ信号２３４を生成する。図８ａに示すように、接地されている非反転入力２３２を有する第２演算増幅器２３０の反転端子に電流が送り出される。第２演算増幅器２３０における正確な電流測定値（例えば第２端子２０４から放出される）は、調節可能な第２精密抵抗器２４０によって確立される。このようにグルコース・センサ２１０を構成することによって、マイクロプロセッサについての必要性および関連する較正手順および電流ドレインがなくなる。精密センサ基準電圧２２３ならびにセンサ２１０の動作点（すなわちグルコース・レベル）および第２精密抵抗器２４０によって決まる第２
演算増幅器２３０の出力は、次に、処理され、遠隔トランスポンダ８００による要求によって、送信される。
【００３９】
手短に図８ｂを参照すると、電極アセンブリ２０１に第３端子２０６（すなわち補助電極）が付加された、図８ａに示す２ピン・グルコース・センサ２１０のブロック図と同様の３ピン・グルコース・センサ２１０のブロック図が示される。３ピン・グルコース・センサ２１０は補助制御回路２６０も含む。第３端子２０６は、第１および第２端子２０４，２０６と同じ場所に配置され、好ましくは、同様に、患者の血液と流体連通している。補助制御回路２６０は、第３信号線２１６によって、第３端子２０６と第２演算増幅器２３０との間に接続されており、第３端子２０６から放出される電流量を監視し、制御するように構成される。第３端子２０６は、第１端子２０２に印加される正確なセンサ基準電圧信号２２６の適用中に、電流を第２端子２０４と別の場所にそらすように構成される。３ピン・グルコース・センサ２１０の電極アセンブリ２０１に対する第３端子２０６の付加は、第２端子２０４と別の場所に電流の一部分を引き出すことによって、第２端子２０４に含まれる銀／塩化銀の消費を低減するのに役立ち得る。こうして、第３端子２０６は、電極電位を安定化するように働き、グルコース・センサ２１０の動作寿命は増大し得る。
【００４０】
ここで図５ａと図５ｂを参照して、Ａ／Ｄアセンブリ３００のアーキテクチャを詳細に述べる。一般に、Ａ／Ｄアセンブリ３００は、含まれる生理的パラメータを、電流または電圧として表され得るアナログ電気信号に変換するように構成される。Ａ／Ｄアセンブリ３００はまた、センサ信号２３４のメッセージ暗号化、（例えばセンサ信号（複数可）２３４を発生する特定のセンサ２１０（複数可）を識別するための）固有の識別コードまたはメッセージの付加を含む、符号化を実施してもよい。さらに、Ａ／Ｄアセンブリ３００は、センサ信号２３４のインテグリティを確保するために（すなわちセンサ２１０から送出されたデータが、受信されたデータと同じであることを確認するために）、センサ信号２３４に関するエラー検出および防止ビットを含んでもよい。
【００４１】
より具体的に図５ａを参照すると、グルコース・センサ２１０からなどの単一センサ２１０からのセンサ信号２３４を受信するように構成されたバイオセンサ・システム１０の実施形態についてのＡ／Ｄアセンブリ３００のブロック図が示される。図５ｂは、複数のセンサ２１０から送出される複数のセンサ信号２３４の間での選択を可能にするスイッチ３１０をさらに含む、バイオセンサ・システム１０の実施形態についてのＡ／Ｄアセンブリ３００のブロック図である。図５ａと図５ｂにおいて、Ａ／Ｄアセンブリ３００の共通下位要素は、プロセッサフィルタ３２０、増幅器３３０、電圧比較器３４０、Ａ／Ｄ変換器３５０、コバート論理装置３６０、およびコントローラ３７０を含む。プロセッサフィルタ３２０は、センサ２１０に接続されており、センサ２１０からセンサ信号２３４を受信するように構成される。センサ信号２３４は、グルコース・センサ２１０の場合、グルコース濃度に実質的に比例するアナログ電圧が特徴である。電圧は、遠隔トランスポンダ８００へ送信するのに備えて、処理されてもよいし、または、処理されていなくてもよい。いずれの場合も、さらなるセンサ信号２３４の調製が必要とされる場合がある。
【００４２】
図５ａと図５ｂに示すように、プロセッサフィルタ３２０は、センサ信号２３４を受信し、センサ信号２３４に応答して、フィルタリング済み信号３２２を生成する。プロセッサフィルタ３２０は、バイアス印加機能ならびにセンサ２１０の状態の測定を実施してもよい。プロセッサフィルタ３２０はまた、センサ信号２３４からスペクトル成分（例えば、高周波ノイズスパイク）を除去すると共に、オンチップ・トランスポンダ１００の能力に整合するように、電圧レベルの正規化を実施してもよい。平均化、および、センサ２１０のデータの正確なサンプリングを確保するのに必要とされる他の機能などの、さらなる機能が、プロセッサフィルタ３２０によって実施されてもよい。
【００４３】
増幅器３３０は、プロセッサフィルタ３２０に接続されており、プロセッサフィルタ３２０からフィルタリング済み信号３２２を受信し、信号の最小電圧と最大電圧が、Ａ／Ｄ変換器３５０の限界内になるように、フィルタリング済み信号３２２を増幅し、デジタル化信号の最大分解能を実現するように構成されている。フィルタリング済み信号３２２を受信することによって、増幅器３３０は、フィルタリング済み信号３２２に応答して増幅済み信号３３２を生成するように構成される。電圧比較器３４０は、電力受信機６００に接続されており、電力受信機６００から電力信号６０２を受信し、電力信号６０２に応答して正規化済み電圧信号３４２を生成するように構成される。より具体的には、電圧比較器３４０は、Ａ／Ｄアセンブリ３００の回路要素を正規化し、回路要素の動作条件を、デジタル化されるセンサ信号２３４の必要性に整合させる。
【００４４】
正規化済み電圧信号３４２は、次に、デジタル化の前に、Ａ／Ｄアセンブリ３００によって、初めにサンプリングされ、次に量子化される。この機能は、増幅器３３０と電圧比較器３４０との間に接続されたＡ／Ｄ変換器３５０によって実施される。Ａ／Ｄ変換器３５０は、増幅済み信号３３２と正規化済み電圧信号３４２とを受信し、これらの信号３３２，３４２に応答して変換器信号３５２を生成するように構成される。より正確な平均を提供するため、または、ある期間にわたって（例えば、センサ２１０がその中に埋め込まれる患者の数心拍動にわたって）センサ信号２３４の変動を追跡するために、単一サンプルが収集されてもよく、または、複数サンプルが収集されてもよい。コバート論理装置３６０は、Ａ／Ｄ変換器３５０から変換器信号３５２を受信する。コバート論理装置３６０はまた、コバート論理装置３６０が、変換器信号３５２を受信し、変換器信号３５２に応答して論理信号３６２を生成するように、コントローラ３７０と双方向通信している。コバート論理装置３６０はまた、エラー補正および／または電圧レベルシフト回路要素を含んでもよい。
【００４５】
コントローラ３７０は、データ・プロセッサ４００に関して信号伝送を同期させるために、Ａ／Ｄアセンブリ３００をゲート制御するように構成される。図５ａに示すように、コントローラ３７０は、コバート論理装置３６０と双方向通信している。図５ｂを参照すると、ＲＦ受信機７００を含むバイオセンサ・システム１０の実施形態の場合、コントローラ３７０は、ＲＦ受信機７００に接続されており、メッセージ／制御線７０４を介してＲＦ受信機７００からメッセージ信号７０２を受信する。ＲＦ受信機７００はまた、コバート論理装置３６０から論理信号３６２を受信し、メッセージ信号７０２と論理信号３６２に応答して、デジタル信号３７２をその後に生成するために、Ａ／Ｄ変換器３５０をデータ・プロセッサ４００と同期させるように構成される。
【００４６】
複数のセンサ２１０を含むバイオセンサ・システム１０の実施形態の場合、Ａ／Ｄアセンブリ３００は、さらに、センサ選択線３１４を介してコントローラ３７０に接続されるスイッチ３１０を含む。スイッチ３１０はまた、スイッチ信号線３１２を介してプロセッサフィルタ３２０に接続される。こうした実施形態では、コントローラ３７０は、メッセージ信号７０２に応答し、スイッチ３１０がプロセッサフィルタ３２０にセンサ信号２３４をその後に送信するように、スイッチ３１０に複数のセンサ信号２３４の間で選択させるよう動作する。先に述べたように、複数のセンサ２１０を有するバイオセンサ・システム１０の構成では、データ・プロセッサ４００は、センサ信号２３４を発生するセンサ２１０を識別するために、デジタル信号３７２にプリセット識別コードを割り当てるように構成されてもよい。デジタル信号３７２は、メッセージ／制御線７０４を介してコントローラ３７０に送信されるメッセージ信号７０２の内容に応じて、直列データのパケット（すなわち一定継続時間にわたるバースト）であってもよいし、情報が遠隔トランスポンダ８００によって要求される限り続くデータストリームであってもよい。
【００４７】
ここで、図３を参照して、データ・プロセッサ４００の特定のアーキテクチャを詳細に述べる。一般に、データ・プロセッサ４００は、Ａ／Ｄアセンブリ３００からデジタル信号３７２を受信し、処理済みデータ信号４６２を生成するために、デジタル信号３７２を、フィルタリングし、増幅し、かつ／または、符号化する。データ・プロセッサ４００への電力は、電力線６０６を介してプログラム・カウンタ４３０へ供給される。含まれる場合、ＲＦ受信機７００は、テレメトリ動作を制御し、同期させるために、メッセージ／制御線７０６を介してメッセージ信号７０２をプログラム・カウンタ４３０へ送信する。データ・プロセッサ４００は、データ信号４６２を遠隔トランスポンダ８００へ送信する時を決定するために、データ信号４６２をゲート制御するように構成されてもよい。さらに、データ・プロセッサ４００はまた、データ信号４６２と他のデータ（すなわち他のセンサ２１０からの）とを加算するように構成されてもよい。図３を見てわかるように、データ・プロセッサ４００は、信号フィルタ４１０、増幅器４２０、プログラム・カウンタ４３０、割り込み要求装置４４０、計算器４５０、およびデジタル・フィルタ４６０を含む。信号フィルタ４１０は、Ａ／Ｄアセンブリ３００に接続されており、デジタル信号３７２を受信し、好ましくないノイズまたはアナログからデジタルへのセンサ信号２３４の変換の結果として含まれる場合があるエイリアシング成分を除去するように構成される。信号フィルタ４１０は、最終的に、フィルタリング済み信号４１２を生成する。フィルタリング済み信号４１２は、デジタル形式であり、一連のｈｉｇｈ電圧とｌｏｗ電圧で構成される。
【００４８】
やはり図３を参照すると、増幅器４２０は、信号フィルタ４１０に接続されており、信号フィルタ４１０からフィルタリング済み信号４１２を受信し、フィルタリング済み信号４１２に応答して増幅済み信号４２２を生成するように構成される。増幅器４２０は、データ・プロセッサ４００を、アナログ−デジタル変換工程から分離させ、計算段階のための電圧レベルを調整する。先に述べたように、プログラム・カウンタ４３０は、ＲＦ受信機７００と電力受信機６００に接続されており、メッセージ信号７０２と電力信号６０２のそれぞれの１つの信号を受信するように構成される。プログラム・カウンタ４３０はまた、ゲート制御された信号４４３を生成する。割り込み要求装置４４０は、プログラム・カウンタ４３０に接続されており、ゲート制御された信号４４３を受信し、割り込み要求信号４４２を生成するように構成される。
【００４９】
計算器４５０は、信号フィルタ４１０、増幅器４２０、および割り込み要求装置４４０に接続されており、フィルタリング済み信号４１２、増幅済み信号４２２、および割り込み要求信号４４２のそれぞれの１つの信号を受信し、符号化信号４５２を生成するように構成される。この点で、プログラム・カウンタ４３０、割り込み要求装置４４０、および計算器４５０は、協働して、信号をゲート制御（すなわち開閉し）し、さらに、（例えば信号を発生する特定のセンサ（複数可）２１０を識別するために）固有のメッセージ識別コードを割り当ててもよい。さらに、同じデータパケットのメッセージの一部分またはすべてを繰り返すことによって信号の信頼性およびインテグリティを増すために、エラー検出および防止ビットが付加されてもよい。デジタル・フィルタ４６０は、計算器４５０に接続されており、計算器４５０から符号化信号４５２を受信し、データ信号４６２を生成するように構成される。デジタル・フィルタ４６０は、ＲＦ送信機５００による、その後の変調のために、デジタル信号３７２を構成する一連のｈｉｇｈ電圧とｌｏｗ電圧を成形する。
【００５０】
ここで図４を参照して、ＲＦ送信機５００のアーキテクチャを詳細に述べる。一般に、ＲＦ送信機５００は、所望周波数の無線搬送波上でデータ信号４６２を変調し、変調済み搬送波を増幅し、遠隔トランスポンダ８００に対して放射するために、変調済み搬送波をＲＦ送信機アンテナ５０１に送出する。図４には、データ入力フィルタ５７０、変調器５８０、第１送信機増幅器５３０、送信機フィルタ５４０、第２送信機増幅器５２０、表面
音響波（ＳＡＷ）フィルタ５１０、およびＲＦ送信機アンテナ５０１を備えるＲＦ送信機５００の下位要素が示される。ＲＦ送信機５００は、電力線６０８を介して電力受信機６００から、変調器５８０において電力信号６０２を受信することによって給電される。バイオセンサがＲＦ受信機７００を含む場合、メッセージ信号７０２もまた、メッセージ／制御線７０８を介して変調器５８０において、ＲＦ受信機７００から受信される。データ入力フィルタ５７０は、データ・プロセッサ４００に接続されており、データ・プロセッサ４００からデータ信号４６２を受信して、高周波数スペクトル成分をフィルタリング除去し、データ信号４６２に応答してフィルタリング済みデータ信号５８５を生成するように構成される。
【００５１】
やはり図４を参照すると、変調器５８０は、電力受信機６００、ＲＦ受信機７００、およびデータ入力フィルタ５７０に接続されており、フィルタリング済みデータ信号５８５を、フィルタリング済みデータ信号５８５の振幅を変えることによってパルス・コード変調し、フィルタリング済みデータ信号５８５に応答して第１および第２変調済み信号５８３、５８６を生成するように構成される。第１送信機増幅器５３０は、変調器５８０に接続されており、変調器５８０から第１変調済み信号５８３を受信するように構成される。送信機フィルタ５４０は、第１送信機増幅器５３０によって受信されるフィードバック信号５３２を生成する。送信機フィルタ５４０は、第１送信機増幅器５３０と協働して、所望の無線伝送周波数の第１増幅済み信号５２２を作成する。第２送信機増幅器５２０は、変調器５８０と第１送信機増幅器５３０に接続されており、変調器５８０と第１送信機増幅器５３０から第２変調済み信号５８６と第１増幅済み信号５２２のそれぞれの１つの信号を受信し、好ましくは、遠隔トランスポンダ８００に対する確実な送信に十分である所望の電力レベルを有する第２増幅済み信号５１２を生成するように構成される。
【００５２】
図４に示すように、変調器５８０はまた、変調機能を助けるために、イネーブル制御５８２入力と変調制御５８４入力からの入力を受信する。変調器５８０は、第１および第２送信機増幅器５３０，５２０を介して、無線搬送波上にデータ信号４６２の処理済みデータを加える（すなわちパルス・コード変調によって変調する）。無線搬送波の振幅は、第１および第２増幅済み信号５８３，５８６によって変わる。しかし、異なるコスト、レンジ、データ・レート、エラー・レート、および周波数帯域を実現するために、他の周知の変調法が使用されてもよい。ＳＡＷフィルタ５１０は、第２送信機増幅器５２０に接続されており、第２増幅済み信号５１２を受信し、バイオセンサ・システム１０によって利用される無線サービスのタイプについて、割り当てられた周波数スペクトル以外にある場合がある好ましくない調波を除去するように構成される。ＳＡＷフィルタ５１０は、第２増幅済み信号５１２に応答して被送信信号５０２を生成する。ＲＦ送信機アンテナ５０１は、ＳＡＷフィルタ５１０に接続される。被送信信号５０２は、ＲＦ送信機アンテナ５０１に送られ、ＲＦ送信機アンテナ５０１は、遠隔トランスポンダ８００の受信アンテナ８０１による受信のために、被送信信号５０２を放射するように構成される。
【００５３】
ここで図６を参照して、電力受信機６００の回路アーキテクチャを詳細に述べる。先に述べたように、電力受信機６００は、スキャナ信号８８２から電力を収集するように構成される。スキャナ信号８８２は、電力受信アンテナ６０１において受信される（ＲＦ受信機７００を欠く実施形態の場合）。電力は、電力線６０４，６０６，６０８を介して、Ａ／Ｄアセンブリ３００、データ・プロセッサ４００、およびＲＦ送信機５００に送り出される。図６に示すように、電力受信機６００の下位要素は、同調発振器６１０、整流器６２０、フィルタ６３０、第１レギュレータ６５０、第２レギュレータ６６０、およびセンサ基準電源６４０を含む。同調発振器６１０は、ＲＦ受信機アンテナ７０１または電力受信機アンテナ６０１に接続されてもよい。同調発振器６１０は、スキャナ信号８８２（正弦波形態）を受信し、直流（ＤＣ）電圧信号６３２へ変換するために、スキャナ信号８８２を調製するように構成される。
【００５４】
同調発振器６１０は、スキャナ信号８８２に応答して、交流（ＡＣ）電圧信号６１２を生成するように構成される。スキャナ信号８８２は、プラス電流とマイナス電流の間を循環し、ゼロ・マイクロアンペアの平均電流を有する。整流器６２０は、同調発振器６１０に接続されており、同調発振器６１０からＡＣ電圧信号６１２を受信するように構成される。整流器６２０は、正の電流を加算し、ダイオード接合によって負の電流を反転させ、その結果、すべての電流が、一方向で加算される。ダイオードは閾値電圧を有し、閾値電圧は、超えられなければならず、また、電流の流れに不連続性を生じる。こうして、整流器６２０は、半周期ごとに不連続性を有する粗い直流電圧信号６２２を生成する。
【００５５】
フィルタ６３０は、整流器６２０に接続されており、整流器６２０から直流電圧信号６２２を受信するように構成される。フィルタ６３０は、実質的に平滑なＤＣ電圧信号６３２を放出するために、全体が粗い直流電圧信号６２２の複数周期からのエネルギーを格納するように構成されたコンデンサ（図示せず）である。先に述べたように、電圧レベルは、遠隔トランスポンダ８００の近接度に依存し、好ましくは、オンチップ・トランスポンダ１００に給電するのに必要とされる電圧レベルより大きい。第１レギュレータ６５０は、フィルタ６３０に接続されており、フィルタ６３０からＤＣ電圧信号６３２を受信し、Ａ／Ｄアセンブリ３００、データ・プロセッサ４００、およびＲＦ送信機５００に給電するために、第１電圧信号６５２を生成するように構成される。
【００５６】
第２レギュレータ６６０は、フィルタ６３０に接続されており、フィルタ６３０からＤＣ電圧信号６３２を受信し、Ａ／Ｄアセンブリ３００、データ・プロセッサ４００、およびＲＦ送信機５００に給電するために、第２電圧信号６６２を生成するように構成される。第１および第２レギュレータ６５０，６６０は平滑な第１および第２電圧信号６５２，６６２を作成して、オンチップ・トランスポンダ１００に対する遠隔トランスポンダ８００の近接度に無関係に、オンチップ・トランスポンダ１００によって要求される特定の電圧レベルの電力信号６０２を形成する。電力信号６０２は、電力線６０４，６０６，６０８を介してＡ／Ｄアセンブリ３００、データ・プロセッサ４００、およびＲＦ送信機５００に送り出される。センサ基準電源６４０は、フィルタ６３０に接続されており、フィルタ６３０からＤＣ電圧信号６３２を受信し、センサ・アセンブリ２００に電力を供給するセンサ基準電圧信号６４２を生成するように構成される。
【００５７】
手短に図７を参照すると、オンチップ・トランスポンダ１００に含まれてもよいＲＦ受信機７００のブロック図が示される。一般に、ＲＦ受信機７００は、ＲＦ受信機７００によって復号されるスキャナ信号８８２を受信し、データについての要求が行われたことをオンチップ・トランスポンダ１００に報知する。復号データは、どのデータが送出されるべきか、また、何時データを送出すべきかについて、Ａ／Ｄアセンブリ３００、データ・プロセッサ４００、およびＲＦ送信機５００に知らせる。一般に、ＲＦ受信機７００は、ＲＦ送信機５００によって実施されるすべての送信機工程を逆に行う。ＲＦ受信機７００の下位要素は、ＲＦ受信機アンテナ７０１、ＳＡＷフィルタ７１０、第１ＲＦ増幅器７２０、ＳＡＷ遅延７３０、第２ＲＦ増幅器７４０、パルス発生器７５０、および検出器−フィルタ７９０を含む。ＲＦ受信機アンテナ７０１は、遠隔トランスポンダ８００からスキャナ信号８８２を受信するように構成される。ＳＡＷフィルタ７１０は、ＲＦ受信機アンテナ７０１に接続されており、ＲＦ受信機アンテナ７０１からスキャナ信号８８２を受信し、ＲＦ受信機７００の動作をオーバドライブするか、または、動作に干渉する場合がある、好ましくない信号からなるスキャナ信号８８２をフィルタリングするように構成される。
【００５８】
ＳＡＷフィルタ７１０は、スキャナ信号８８２に応答してフィルタリング済みスキャナ信号７１２を生成する。フィルタリング済みスキャナ信号７１２は、フィルタリング後に
弱い場合があり、したがって、復調回路要素が検出することができるレベルまで、第１ＲＦ増幅器７２０によってブーストされる（すなわち増幅される）。復調要素は、図７に示すように接続された、ＳＡＷ遅延７３０、第２ＲＦ増幅器７４０、およびパルス発生器７５０からなる。一般に、復調要素は、協働して、スキャナ信号８８２に含まれるデータを再生する。第１ＲＦ増幅器７２０は、ＳＡＷフィルタ７１０に接続されており、ＳＡＷフィルタ７１０からフィルタリング済みスキャナ信号７１２を受信し、フィルタリング済みスキャナ信号７１２に応答して第１増幅済みＲＦ信号７２２を生成するように構成される。ＳＡＷ遅延７３０は、第１ＲＦ増幅器７２０に接続されており、第１ＲＦ増幅器７２０から第１増幅済みＲＦ信号７２２を受信し、比較信号７３２を生成するように構成される。
【００５９】
第２ＲＦ増幅器７４０は、ＳＡＷ遅延７３０に接続されており、ＳＡＷ遅延７３０から比較信号７３２を受信するように構成される。パルス発生器７５０は、ＳＡＷ遅延７３０に並列に、第１および第２ＲＦ増幅器７２０，７４０で接続され、第１および第２ＲＦ増幅器７２０，７４０と協働して、第１および第２ＲＦ増幅器７２０，７４０のそれぞれの１つの増幅器によって受信される第１および第２パルス信号７５２，７５４を生成し、それによって、第２ＲＦ増幅器７４０は第２増幅済みＲＦ信号７４１を生成する。検出器−フィルタ７９０は、第２ＲＦ増幅器７４０に接続されており、第２ＲＦ増幅器７４０から第２増幅済みＲＦ信号７４１を受信し、スキャナ信号８８２からデータを抽出し、メッセージ信号７０２を生成するように構成される。メッセージ信号７０２は、メッセージ／制御線７０４，７０６，７０８を介して、Ａ／Ｄアセンブリ３００、データ・プロセッサ４００、およびＲＦ送信機５００のテレメトリ・ブロックに送られて、センサ２１０の読み取りが要求されたことを、ブロックに報知する。メッセージ／制御線７０４，７０６，７０８はまた、バイオセンサ・システム１０がセンサ２１０のうちの複数のセンサを含む構成のために、調整およびセンサ２１０の選択を運び、送受信する。
【００６０】
ここで図２を参照して、遠隔トランスポンダ８００の回路アーキテクチャを詳細に述べる。示すように、遠隔トランスポンダ８００は、オンチップ・トランスポンダ１００へデータを送信する送信用下位要素ならびにオンチップ・トランスポンダ１００によって送信されたデータ信号４６２に含まれるデータを受信する受信用下位要素を含み得る。送信用下位要素は、発振器８６０、エンコーダ８７０、電力送信機８８０、および送信アンテナ８８３を含んでもよい。発振器８６０は、所定周波数のアナログ信号８６２を生成するように構成される。エンコーダ８７０は、発振器８６０に接続されており、アナログ信号８６２を受信し、変調し、アナログ信号８６２に応答して符号化信号８７２を生成するように構成される。電力送信機８８０は、エンコーダ８７０に接続されており、符号化信号８７２を受信し、増幅し、スキャナ信号８８２を生成するように構成される。送信アンテナ８８３は、電力送信機８８０に接続されており、オンチップ・トランスポンダ１００に対して無線伝送するために、電力送信機８８０からスキャナ信号８８２を受信するように構成される。
【００６１】
やはり図２を参照すると、遠隔トランスポンダ８００はまた、オンチップ・トランスポンダ１００からのスキャナ信号８８２の受信を可能にする受信用下位要素も含み得る。遠隔トランスポンダ８００の受信用下位要素は、図７に示し、上述したように、ＲＦ受信機７００と構造的に、また、機能的に同じである。遠隔トランスポンダ８００の受信用下位要素は、受信機アンテナ８０１、ＳＡＷフィルタ８１０、第１ＲＦ増幅器８２０、ＳＡＷ遅延８３０、第２ＲＦ増幅器８４０、パルス発生器８５０、および検出器−フィルタ８９０を含む。受信機アンテナ８０１は、ＲＦ送信機５００から被送信信号５０２を受信するように構成される。ＳＡＷフィルタ８１０は、受信機アンテナ８０１に接続されており、遠隔トランスポンダ８００の動作に干渉する可能性がある好ましくない信号からなる被送信信号５０２を受信し、フィルタリングし、被送信信号５０２に応答してフィルタリング
されたＲＦ信号８１２を生成するように構成される。第１ＲＦ増幅器８２０は、ＳＡＷフィルタ８１０に接続されており、ＳＡＷフィルタ８１０からフィルタリング済みＲＦ信号８１２を受信し、フィルタリング済みＲＦ信号８１２に応答して第１増幅済みＲＦ信号８２２を生成するように構成される。
【００６２】
ＳＡＷ遅延は、第１ＲＦ増幅器８２０に接続されており、第１ＲＦ増幅器８２０から第１増幅済みＲＦ信号８２２を受信し、比較信号８３２を生成するように構成される。第２ＲＦ増幅器は、ＳＡＷ遅延８３０に接続されており、ＳＡＷ遅延８３０から比較信号８３２を受信するように構成される。パルス発生器は、ＳＡＷ遅延８３０に並列に、第１および第２ＲＦ増幅器８２０，８４０で接続され、第１および第２ＲＦ増幅器８２０，８４０と協働して、第１および第２ＲＦ増幅器８２０，８４０のそれぞれの１つの増幅器によって受信される、第１および第２パルス信号８５２，８５４を生成し、それによって、第２ＲＦ増幅器８４０は第２増幅済みＲＦ信号８４１を生成する。検出器−フィルタ８９０は、第２ＲＦ増幅器に接続されており、第２増幅済みＲＦ信号８４１を受信し、第２増幅済みＲＦ信号８４１からデジタル化データを抽出するように構成される。
【００６３】
図２でも示すように、バイオセンサ・システム１０は、さらに、データ出力線９０２，９０４によって、検出器−フィルタ８９０に接続されたデコーダ９００を含んでもよく、第２増幅済みＲＦ信号８４１を受信し、第２増幅済みＲＦ信号８４１からデジタル化データを抽出するように構成される。センサ２１０のそれぞれの１つのセンサが、患者の生理的パラメータを検知し、生理的パラメータに応答してセンサ信号２３４を生成するように動作する複数のセンサ２１０を有するバイオセンサ・システム１０の構成の場合、デコーダ９００は、データを受信すべき、複数のセンサ信号２３４の中から１つのセンサ信号を選択するように構成されてもよい。
【００６４】
デコーダ９００は、デジタル化データを元の生理的データに戻すように変換するように構成されてもよい。デコーダ９００はまた、テレメトリ・メッセージの受信が成功したか否かをオペレータが知らされるように、エラーについて第２増幅済みＲＦ信号８４１をチェックしてもよい。デコーダ９００は、センサ信号２３４のデータが、手持ち式装置などの遠隔トランスポンダ８００上に表示されることを可能にする。別法として、センサ信号２３４のデータは、コンピュータデータベースに記憶されてもよい。データベースは、テレメトリ・イベントの完全な記録を作成するために、タイム・スタンプおよび患者情報を付加してもよい。他の記録と組み合わせて、傾向および挙動がグラフ化され、解析されてもよい。
【００６５】
ここで図１と図２を参照して、バイオセンサ・システム１０の動作を次に全体的に述べる。より具体的には、バイオセンサ・システム１０を使用して、生理的パラメータを遠隔で監視する方法が述べられることになり、バイオセンサ・システム１０は、大きくは、遠隔トランスポンダ８００と、センサ２１０を有し、患者に埋め込み可能なオンチップ・トランスポンダ１００とを備える。この方法は、遠隔トランスポンダ８００によって、スキャナ信号８８２を遠隔で生成し、無線送信する工程を含み、スキャナ信号８８２は、無線信号電力とテレメトリ・データ要求とを含む。スキャナ信号８８２は、オンチップ・トランスポンダ１００において受信され、そこでスキャナ信号８８２はフィルタリングされ、増幅され、復調されて、メッセージ信号７０２が生成される。
【００６６】
次に、無線信号電力が、スキャナ信号８８２から収集され、スキャナ信号８８２に応答して電力信号６０２が生成される。同時に、センサ基準電圧信号６４２によって給電されることによって、センサ２１０は、上述した方法で、患者の少なくとも１つの生理的パラメータを検知し、アナログ・センサ信号２３４を生成する。電力信号６０２、アナログ・センサ信号２３４、およびメッセージ信号７０２は、すべて、Ａ／Ｄアセンブリ３００に
おいて受信され、Ａ／Ｄアセンブリ３００は、次に、アナログ・センサ信号を表すデジタル信号３７２を生成する。電力信号６０２、メッセージ信号７０２、およびデジタル信号３７２は、次に、データ・プロセッサ４００において受信され、データ・プロセッサ４００は、変調のためにデジタル信号３７２を調製する。データ・プロセッサ４００は、次に、デジタル信号３７２を表すデータ信号４６２を生成する。電力信号６０２、メッセージ信号７０２、およびデータ信号４６２は、ＲＦ送信機５００において受信され、ＲＦ送信機５００は、次に、被送信信号５０２を変調し、増幅し、フィルタリングし、オンチップ・トランスポンダ１００から無線送信する。遠隔トランスポンダ８００は、次に、オンチップ・トランスポンダ１００からの被送信信号５０２を受信し、患者の生理的パラメータを表すデータを抽出する。
【００６７】
センサ２１０が２ピン・グルコース・センサ２１０として構成される図８ａを手短に参照すると、この方法は、さらに、正の約０．７ボルトのレベルのセンサ基準電圧信号６４２を生成する電力信号６０２を第１精密抵抗器２２４によって最初に調節することによって、電極アセンブリ２０１に供給される電力の安定性および精度を高める工程を含んでもよい。センサ基準電圧信号６４２は、第１精密抵抗器２２４で受信され、第１精密抵抗器２２４は、精密センサ基準電圧信号２２３を生成する。電圧計２５０は、精密センサ基準電圧信号を監視して、センサ２１０動作点が確立される。第１演算増幅器２２０は、電圧計２５０と協働して、精密センサ基準電圧信号２２３をバッファリングし、実質的に正確なセンサ基準電圧信号２２６が生成される。
【００６８】
正確なセンサ基準電圧信号２２６は、第１端子２０２に印加されて、患者の血液との反応を引き起こし、反応によって、電流が、先に述べたように、第２端子２０４から放出される。電流は、第２端子２０４において、グルコース・レベルに比例して放出する。第２演算増幅器２３０に並列に接続される、第２精密抵抗器２４０を調節することによって、グルコース・センサ２１０に関して、電圧分割器が形成される。第２精密抵抗器２４０は、第２演算増幅器２３０と協働して、放出する電流のレベルを測定し、患者のグルコース・レベルに実質的に比例するセンサ信号２３４を生成する。
【００６９】
図８ｂを手短に参照すると、センサ２１０が第１および第２端子２０２，２０４と同じ場所に配置される第３端子２０６を含む３ピン・グルコース・センサ２１０である場合、グルコース・レベルを検知する方法は、さらに、電流の一部分を第２端子２０４と別の場所にそらす工程を含む。これは、正確なセンサ基準電圧信号２２６を第１端子２０２に印加中に、第３端子２０６において電流を放出することによって実施される。第３端子２０６から、電流は、第３電極と第２演算増幅器２３０の間に接続された補助制御回路２６０を通って流される。補助制御回路２６０は、第３端子２０６から放出する電流量を監視し、制御して、第１端子２０２に印加された正確なセンサ基準電圧信号２２６を安定させ、それによって、グルコース・センサ２１０の動作寿命が増加し得る。
【００７０】
本発明のさらなる変更および改良もまた、当業者に明らかになる場合がある。したがって、本明細書に述べられ、また、示されている要素の特定の組合せは、本発明のある実施形態のみを表すことを意図しており、本発明の精神および範囲内の代替装置を限定するものとしての役割を果たすことを意図しない。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１ａ】オンチップ・トランスポンダによって送信される信号の内容および継続時間が事前プログラムされている単方向通信動作を可能にする実施形態における、本発明の埋め込み可能なバイオセンサ・システムのセンサ・アセンブリおよびオンチップ・トランスポンダのブロック図。
【図１ｂ】オンチップ・トランスポンダによって遠隔トランスポンダに対して送信される信号の継続時間および内容、ならびに、その逆が選択可能である全２重通信動作を可能にする実施形態における、バイオセンサ・システムのセンサ・アセンブリおよびオンチップ・トランスポンダのブロック図。
【図２】埋め込み可能なバイオセンサ・システムの遠隔トランスポンダのブロック図。
【図３】オンチップ・トランスポンダに含まれ得るデータ・プロセッサのブロック図。
【図４】オンチップ・トランスポンダに含まれ得る無線周波数（ＲＦ）送信機のブロック図。
【図５ａ】センサ信号のうちの単一センサ信号を受信するように構成されたバイオセンサ・システムの実施形態についての、オンチップ・トランスポンダに含まれ得るアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）アセンブリのブロック図。
【図５ｂ】複数のセンサから送出されるセンサ信号を選択するスイッチを含んでもよいバイオセンサ・システムの実施形態についての、オンチップ・トランスポンダに含まれ得るＡ／Ｄアセンブリのブロック図。
【図６】オンチップ・トランスポンダに含まれ得る電力受信機のブロック図。
【図７】オンチップ・トランスポンダに含まれ得るＲＦ受信機のブロック図。
【図８ａ】センサ・アセンブリに組み込まれてもよい２ピン・グルコース・センサの略図。
【図８ｂ】センサ・アセンブリに組み込まれてもよい３ピン・グルコース・センサの略図。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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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８ａ】
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【図８ｂ】
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【国際調査報告】
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