(57)【要約】表面弾性波素子またはバルク弾性波素子は、人間または動物の身体の様々なパラメータをモニターするために、人間または動物の体内に植え込むまたは装着することができる。表面弾性波素子またはバルク弾性波素子（２）は、モニターするパラメータに作用を受ける圧電基板の表面上に互いに間隔をおいて配置された一対の櫛形電極（８、１０）を備える。表面弾性波素子またはバルク弾性波素子（２）は、櫛形電極（８、１０）のどちらか一方が受信した無線周波信号に応答するが、受信された無線周波信号は、櫛形電極（８、１０）のもう一方より反射されて検出される。受信信号と送信信号とを比較することにより、パラメータは測定される。【選択図】  図１
2007513669.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人間または動物の体内のパラメータをモニターするための、植込み型または装着型の表面弾性波素子またはバルク弾性波素子の使用方法。
【請求項２】
前記体内の圧力、温度、粘度または流速をモニターするための、請求項１に記載の植込み型または装着型の表面弾性波素子またはバルク弾性波素子の使用方法。
【請求項３】
前記体内の化学的変化をモニターするための、請求項１に記載の植込み型または装着型の表面弾性波素子またはバルク弾性波素子の使用方法。
【請求項４】
表面弾性波素子が体内に植え込まれているかまたは体外に装着されている人間または動物の身体のパラメータのモニター方法において、前記表面弾性波素子は、パラメータの作用を受ける圧電基板の表面上に互いに間隔をおいて配置された一対の櫛形電極と、該櫛形電極の一方に接続されたアンテナとを備え、体外からの無線周波信号は、該アンテナに受信され、前記基板表面を通ってもう一方の櫛形電極に送られ、そこから前記一方の櫛形電極に向けて反射され、該アンテナから受信器に送信されるが、受信／送信された信号を比較することによりパラメータの測定値が得られるパラメータのモニター方法。
【請求項５】
表面弾性波素子が体内に植え込まれているかまたは体外に装着されている数または動物の身体のパラメータのモニター方法において、前記表面弾性波素子は、パラメータの作用を受ける圧電基板の表面上に互いに間隔をおいて配置された一対の櫛形電極と、該櫛形電極各々に接続される各アンテナとを備え、体外からの無線周波信号は、該アンテナのいずれか一方に選択的に受信され、前記基板表面を通ってそのアンテナ側の櫛形電極からもう一方の櫛形電極に送られ、該もう一方の櫛形電極のアンテナから受信器に送信されるが、受信／送信された信号を比較することによりパラメータの測定値が得られるパラメータのモニター方法。
【請求項６】
バルク弾性波素子が体内に植え込まれているかまたは体外に装着されている人間または動物の身体のパラメータのモニター方法において、前記バルク弾性波素子は、パラメータの作用を受ける圧電基板の表面上に互いに間隔をおいて配置された一対の櫛形電極と、該櫛形電極の一方に接続されたアンテナとを備え、体外からの無線周波信号は、該アンテナに受信され、前記基板表面を通ってもう一方の櫛形電極に送られ、そこから前記一方の櫛形電極に向けて反射され、該アンテナから受信器に送信されるが、受信／送信された信号を比較することによりパラメータの測定値が得られるパラメータのモニター方法。
【請求項７】
バルク弾性波素子が体内に植え込まれているかまたは体外に装着されている人間または動物の身体のパラメータのモニター方法において、前記バルク弾性波素子は、パラメータの作用を受ける圧電基板の表面上に互いに間隔をおいて配置された一対の櫛形電極と、該櫛形電極各々に接続される各アンテナとを備え、体外からの無線周波信号は、該アンテナのいずれか一方に選択的に受信され、前記基板表面を通ってそのアンテナ側の櫛形電極からもう一方の櫛形電極に送られ、該もう一方の櫛形電極のアンテナから受信器に送信されるが、受信／送信された信号を比較することによりパラメータの測定値が得られるパラメータのモニター方法。
【請求項８】
請求項４から７までのいずれかに記載のパラメータのモニター方法において、圧電基板は、体内の圧力、温度、粘度または流速に対して応答性がある。
【請求項９】
請求項４から８までのいずれかに記載のパラメータのモニター方法において、パラメータは、弾性波の遅延を測定することよってモニターされる。
【請求項１０】
請求項４から９までのいずれかに記載のパラメータのモニター方法において、パラメータは、音波の共振周波数の変化を測定することによってモニターされる。
【請求項１１】
請求項４から１０までのいずれかに記載のパラメータのモニター方法において、前記弾性波素子は複数で用いられ、それらは異なる周波数で動作するようになっている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性波素子に関し、限定はしないものの特に、表面弾性波（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｗａｖｅ  （ＳＡＷ））素子に関する。表面弾性波素子は、約２０年の間、主に遠距離通信の信号処理で利用されていることが知られており、近年では、自動車産業における遠隔探知装置として知られている。表面弾性波素子の主な特長は、ａ)物理的および化学的測定用変換素子の働きをする機能、ｂ）完全に受動的な方法で、小型圧電基板上において複雑な信号処理を行う機能、ｃ）電磁波を用いて遠隔の電子装置と交信する機能である。
【０００２】
本発明の一態様は、植込み可能（体内に）または装着可能な（体外にであるが、必ずしも身体と接触している必要はない）生理学的モニター用表面弾性波素子の使用方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
生理学的モニターの設計目標は、安全かつ臨床上許容可能な方法で、継続的に、リアルタイムで、長期間、正確に、様々な変数をモニターすることができるシステムを実現することである。この目標を達成すべく非常に多くの試みがなされてきたが、実際問題としては、素子が大きかったり、電力を必要としたり（電力は電池の有効寿命により限られている）、正確さに欠けたり、感染リスクがあったり、性能が劣化したりといった理由により、様々な面で、順調に目標を達成するには全くもって及んでいない。
【０００４】
定期的な健康管理において、患者の健康状態のいくつかの面を示すパラメータを測定することが多くの場合望ましい。多くの測定においては、リスクはごく低いものであるため、測定を行う価値は間違いなくある。しかしながら、他の多くの測定においては、リスクを伴うものであるため、臨床検査技師が判断力と経験を働かせて、測定の可否を決定する。体内の信号測定には、通常、侵襲的な処置に伴うリスクと測定の価値とのバランスを取ることが必要となる。
【０００５】
例えば、血圧測定は多くの方法で実施することができるが、次に、リスクの低いものから順に述べる。
１．代表的な全身血圧測定において、膨らますことができるカフを前腕の外部に取り付けて、間接的に行う方法。
２．より正確な全身血圧測定において、カテーテル（カニューレ）を動脈に貫入させる方法。
３．左心室血圧の測定において、動脈にカテーテルを挿入し、カテーテルの先端が左心室に入るまで送る方法。
【０００６】
長期間患者をモニターするために侵襲的測定を繰り返し利用することによりリスクが高まり、最終的には、そのような処置は危険すぎて実施できないと臨床検査技師が決定することとなってしまう。
【０００７】
上述した既存の血圧測定技法の問題に対して、例えば、植込み型センサが代替として提案される。一旦これが植え込まれると、使用される度にリスクがもたらされることはなくなり、長期間にわたる情報提供が可能となる。
【０００８】
植込み物との通信は、患者の体外にある送受信器から、電磁結合または無線周波のリンクを介してなされる。特許文献１には、表面弾性波素子の使用が記載されており、表面弾性波素子の特性インピーダンスは、表面弾性波をロードする可変蓄電器型圧力変換素子によって変えられる。特許文献２には、植え込まれた電池式回路を、電磁結合を用いて充電するという別の取り組み方が開示されている。特許文献３には、植込み物において表面弾性波フィルタを用いることが記載されている。なぜなら、表面弾性波素子の持つ優れた安定性と高いＱは、電子機器の設計において有利であるとされているからである。
【０００９】
表面弾性波素子は利用実現にあたって好まれる一方、電力が大きい場合にはバルク弾性波素子がその代わりに必要となる。
【特許文献１】米国特許第６，２０６，８３５号
【特許文献２】米国特許第５，７０２，４３１号
【特許文献３】米国特許第６，５３９，２５３号
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様によれば、人間または動物の体内の圧力、温度、粘度、流速といったパラメータをモニターするための、植込み型または装着型の表面弾性波素子が得られる。
【００１１】
本発明の別の態様によれば、表面弾性波素子が体内に植え込まれているかまたは体外に装着されている人間または動物の身体のパラメータのモニター方法が得られるが、モニター方法において、表面弾性波素子は、パラメータの作用を受ける圧電基板の表面上に互いに間隔をおいて配置された一対の櫛形電極と、櫛形電極の一方に接続されたアンテナとを備え、体外からの無線周波信号は、アンテナに受信され、基板表面を通ってもう一方の櫛形電極に送られ、そこから前述の櫛形電極に向けて反射され、アンテナから受信器に送信されて、受信／送信された信号を比較することによりパラメータの測定値が得られる。
【００１２】
本発明のまた別の態様によれば、表面弾性波素子が体内に植え込まれているかまたは体外に装着されている数または動物の身体のパラメータのモニター方法が得られるが、モニター方法において、表面弾性波素子は、パラメータの作用を受ける圧電基板の表面上に互いに間隔をおいて配置された一対の櫛形電極と、櫛形電極各々に接続される各アンテナとを備え、体外からの無線周波信号は、アンテナのいずれか一方に選択的に受信され、基板表面を通ってそのアンテナ側の櫛形電極からもう一方の櫛形電極に送られ、その櫛形電極のアンテナから受信器に送信されて、受信／送信された信号を比較することによりパラメータの測定値が得られる。
【００１３】
本発明のまた別の態様によれば、バルク弾性波素子が体内に植え込まれているかまたは体外に装着されている人間または動物の身体のパラメータのモニター方法が得られるが、モニター方法において、バルク弾性波素子は、パラメータの作用を受ける圧電基板の表面上に互いに間隔をおいて配置された一対の櫛形電極と、櫛形電極の一方に接続されたアンテナとを備え、体外からの無線周波信号は、アンテナに受信され、基板表面を通ってもう一方の櫛形電極に送られ、そこから前述の櫛形電極に向けて反射され、アンテナから受信器に送信されて、受信／送信された信号を比較することによりパラメータの測定値が得られる。
【００１４】
本発明のまた別の態様によれば、バルク弾性波素子が体内に植え込まれているかまたは体外に装着されている人間または動物の身体のパラメータのモニター方法が得られるが、モニター方法において、バルク弾性波素子は、パラメータの作用を受ける圧電基板の表面上に互いに間隔をおいて配置された一対の櫛形電極と、櫛形電極各々に接続される各アンテナとを備え、体外からの無線周波信号は、アンテナのいずれか一方に選択的に受信され、基板表面を通ってそのアンテナ側の櫛形電極からもう一方の櫛形電極に送られ、その櫛形電極のアンテナから受信器に送信されるが、受信／送信された信号を比較することによりパラメータの測定値が得られる。
【００１５】
身体のパラメータは、弾性波の遅延や共振周波数の変化を測定することでモニターすることができる。
【００１６】
弾性波素子は複数用いてもよく、複数の弾性波素子は、周波数間の相違が求められるように、異なった周波数で動作するようになっている。
【発明の効果】
【００１７】
表面弾性波素子は、物理的および化学的変数に対する感度、非常に小型である点、固有安定性、現場で電力を要しない点によって、上記のような利用において特に有益であることがわかった。これにより、患者へのリスクを最小限にしつつ、臨床医が利用できる情報の質と量に著しい変化がもたらされる。また、表面弾性波素子は、他の植え込まれたシステムまたは装置との通信リンクとしても使用することができる。
【００１８】
このように、本発明は、例えば、センサとして用いられる医療用植込み型素子に関するものであり、医療用植込み型素子は、物理的な接続をすることなく体外から応答させることが可能である。センサからの送信信号には、患者の病状に関する情報が含まれており、その情報は、その後、診断のためにおよび／または用いられている素子の自動制御もしくは治療のため利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明は、所要の測定用の検出部と、測定値の遠隔取得用の通信部との両方の機能を果たす表面弾性波素子の使用に関する。
【００２０】
以下、添付の図面を参照しながら、圧力測定用表面弾性波素子の使用に関する本発明の用途の一例を説明する。
【００２１】
生理学的モニターにおいて最も難しく重要な作業の一つは、心臓および主要血管の進行状態の評価である。現在、心臓外科医または心臓血管外科医の有する唯一の情報は、間接的な測定値か、一回限りの侵襲性測定による測定値（侵襲性であるためリスクを伴う）によって得られる情報であるため、外科医は、用いられた治療の結果に関するフィードバックがほとんど得られない。本発明による、局所的な、心臓、動脈または静脈の圧力をモニターするための、侵襲性が最低限である応答器は、大躍進を遂げるものである。応答器は心腔内または心臓血管系の他の部位に植え込むことができ、器官全体にわたっての絶対圧または圧力差を測定するために局部圧力がモニターされる。
【００２２】
２つの可能な手法：
（１）遅延線としての使用（圧力は、表面弾性波が素子表面上を移動する時間に相関しているため）
（２）共振子としての使用（圧力は、表面弾性波素子の固有周波数を変えるため）
【００２３】
＜遅延線としての使用＞
モニターシステムは、表面弾性波素子とアンテナ４とにより構成される植込み型応答器２（図１）を備える。
【００２４】
表面弾性波素子２は、下部が食刻された基板によって封止された基準房を真空にするまたは加圧ガスで充填すべく形成することにより、圧力に対して感度を持つようになっている。図１を参照すると、表面弾性波素子応答器２は、圧電材料から成る略直線的な本体６を備える。二組の金属製の交差指（櫛形電極、インターディジタル変換器（ＩＤＴ））８、１０は、互いに間隔をあけて本体６の上面１２上に置かれている。図で示されているように、一方の櫛形電極８にはアンテナ４が接続されており、他方の櫛形電極１０にはアンテナは接続されていない。インターディジタル変換器本体６の反対側の下面１４は食刻されて、チャンバ１６が形成されており、チャンバ１６は密閉膜１８により閉じられている。チャンバ１６は真空であるか、基準圧力に加圧されたガスが充填されている。この構造により、櫛形電極８および１０を保持する上面１２は、外圧に対する応答性を得ることができる。
【００２５】
チャンバ１６と、表面弾性波素子の上面１２が作用を受ける被測定部位との圧力差により、応答器２の二つの端部にある上面１２上の表面弾性波素子の櫛形電極８および１０間の離隔距離は変化する。応答器２が植え込まれた患者の外部から発せられアンテナ４により受信された表面弾性波素子は、櫛形電極８から櫛形電極１０まで応答器２の上面１２に沿って伝達され、櫛形電極１０から櫛形電極８、アンテナ４へ向けて反射されて群遅延が起こるが、群遅延は離隔距離の変化により変化する。
【００２６】
図示されていない体外の発信源から、表面弾性波素子２のアンテナ４を介して受信された刺激ＲＦパルスによって櫛形電極８にて生じた音波は、表面弾性波素子２の端まで伝わった後、反射して表面弾性波素子２を伝わって櫛形電極８に戻るが、櫛形電極８において、そのエネルギーは再び無線周波数に変換され、アンテナ４を介して外部受信器に送信される。刺激ＲＦパルスと送信されたＲＦパルスとの時間差は圧力測定に用いられる。
【００２７】
また別の構成としては、応答器２の櫛形電極１０に接続されている図１の破線で示されている第２のアンテナ４’をさらに含んで二つのアンテナを備える。アンテナ４、４’のどちらか一方で受信された刺激ＲＦパルスは、表面弾性波に変換され、櫛形電極１０に達するまで応答器２を伝わり、櫛形電極１０で再び無線周波数に変換され、アンテナ４、４’のもう一方から送信される。ここでもまた、刺激ＲＦパルスと送信されたパルスとの時間差は、圧力測定に用いられる。
【００２８】
＜共振子としての使用＞
一つまたは二つの櫛形電極構造体と一つまたは二つのアンテナとを備えた上述の素子を用いる。基準房と被測定部位との圧力差により櫛形電極８および１０構造体の交差指の間隔が変わるため、ＲＦパルスの受信によって発生する表面弾性波の固有周波数も変わる。圧力が変わることにより表面弾性波素子の交差指の間隔が変わるため、表面弾性波素子２の出力周波数も変わる。温度、液体粘度、および平均流量といった他の物理的パラメータによってもまた周波数は変わる可能性があるため、センサが圧力専用となるよう注意を払う必要がある。すなわち、表面弾性波素子２の出力信号に対する、他パラメータの変化による不必要な影響を取り除くよう注意を払う必要がある。
【００２９】
出力周波数が変化していることにより、外部受信システムへ送信されたデータの検出は容易になる。検出装置に備えられた無線周波ＩＤタグといった従来のシステムにおける克服すべき主な障害は、応答器からのデータと、２つの種類の組織の境界で自然発生する反射とを区別することであるが、表面弾性波素子は出力周波数を変えるため、応答器からのデータを、自然発生の反射から容易に区別することができる。
【００３０】
外部システムは、植え込まれた表面弾性波素子を刺激し、送信信号を受信する、直交する複数の外部アンテナから成る。遅延線および共振子のどちらの手法においても、一対の表面弾性波素子（一方は、所望する測定パラメータに対する感度を持ち、もう一方は、意図的にそれらに対する感度を持たないようにされており、温度変化や温度差といった所望しないパラメータによる影響を取り消すための基準として用いられる）を用いることによって、システムが、他因子に対して感度を持たないようにすることができる。
【００３１】
本発明は、例えば、心臓機能に関する重要な情報を提供する左心室の圧力・体積関係の長期モニターに適用することができる。心臓補助装置植込み患者または心臓移植患者を、術後期間中継続的に、またその後も患者の生存中断続的にモニターしてもよい。手術時に生態適合性カプセル型表面弾性波センサを植え込むことによって、外科的処置に簡単かつ許容可能な付加をすることができ、侵襲的な処置（侵襲的であるためリスクを伴う）を全く必要とせずとも、その後に起こり得る心機能不全の早期診断に役立つ情報を提供することが可能である。
【００３２】
しかしながら、心臓のモニターは、本発明の一つの適用例にすぎない。その他の特に重要な適用例としては、心臓補助装置において閉ループ制御を利用する際に適用されるが、自然な心臓の働きと心臓補助装置との組み合わせによって引き起こされる圧力の瞬時測定による測定値は、患者の血液循環を良好に保つために心臓補助装置の設定を制御することに用いられる。
【００３３】
上記は、単一の可変圧力をモニターするために心臓血管系内に表面弾性波素子を植え込んだ場合の適用例である。しかしながら、他にも考えられるのは、同様の表面弾性波素子を体内の他の部位へ植え込んで、例えば、頭蓋内圧や胃腸管内の複数位置での圧力や膀胱内圧力をモニターすることである。表面弾性波素子は長期にわたって精度が良いため、その結果、十分に情報が提供された中で積極的な患者管理と患者ケアをすることができる。
【００３４】
他の適用例において、表面弾性波素子は、温度、応力、転力といった他の物理的変数に対して、または、酸素などの特定イオン、ペーハー値、二酸化炭素などの化合物、適切にコーティングされた場合には、ブドウ糖のようなタンパク質を含む特定の化合物といった化学的濃度に対して、選択的に感度を持つよう設計することができる。このように、非常に多数の応答器が考えられるが、これらはすべて、外部との通信には、上記圧力の適用例で述べられているゼロ出力応答器方式を用いる。
【００３５】
本発明による表面弾性波素子は、所望する物理的または化学的変数が測定できる場所であれば、植え込むのではなく、外部に装着することもできる。さらに、表面弾性波素子は、心臓ペースメーカーや心臓補助装置といった他に植え込まれているシステムと連動して、モニターおよび制御機能の両方のために使用される。
【００３６】
上記で述べたのは表面弾性波素子であるが、もう一つの選択肢として、バルク弾性波素子が生理学的モニターに使用可能であることも考えられ、バルク弾性波素子においては、音波はその表面に沿ってではなくその内部を伝搬する。    
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係る一表面弾性波素子の等角投影図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
２  表面弾性波素子
４  アンテナ
６  本体
８、１０  櫛形電極
【図１】
2007513669.tif 000003
【図２】
2007513669.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成19年1月10日(2007.1.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面弾性波素子が体内に植え込まれているかまたは体外に装着されている人間または動
物の体内の圧力のモニター方法において、前記表面弾性波素子は、
密閉房を封止し、被モニター圧力の作用を受ける圧電基板の表面上に、間隔をおいて配
置された一対の櫛形電極と、
該櫛形電極の一方に接続されたアンテナとを備え、
体外からの無線周波信号は、該アンテナに受信され、前記基板表面を通ってもう一方の
櫛形電極に送られ、そこから前記一方の櫛形電極に向けて反射され、該アンテナから受信
機に送信されるが、
受信／送信された信号を比較することにより圧力の測定値が得られる圧力のモニター方
法。
【請求項２】
表面弾性波素子が体内に植え込まれているかまたは体外に装着されている人間または動
物の体内の圧力のモニター方法において、前記表面弾性波素子は、
密閉房を封止し、被モニター圧力の作用を受ける圧電基板の表面上に、間隔をおいて配
置された一対の櫛形電極と、  
該櫛形電極各々に接続される各アンテナとを備え、
体外からの無線周波信号は、該アンテナのいずれか一方に選択的に受信され、前記基板
表面を通ってそのアンテナ側の櫛形電極からもう一方の櫛形電極に送られ、該もう一方の
櫛形電極のアンテナから受信機に送信されるが、
受信／送信された信号を比較することにより圧力の測定値が得られる圧力のモニター方
法。
【請求項３】
バルク弾性波素子が体内に植え込まれているかまたは体外に装着されている人間または
動物の体内の圧力のモニター方法において、前記バルク弾性波素子は、
密閉房を封止し、被モニター圧力の作用を受ける圧電基板の表面上に、間隔をおいて配
置された一対の櫛形電極と、
該櫛形電極の一方に接続されたアンテナとを備え、
体外からの無線周波信号は、該アンテナに受信され、前記基板を通ってもう一方の櫛形
電極に送られ、そこから前記一方の櫛形電極に向けて反射され、該アンテナから受信機に
送信されるが、
受信／送信された信号を比較することにより圧力の測定値が得られる圧力のモニター方
法。
【請求項４】
バルク弾性波素子が体内に植え込まれているかまたは体外に装着されている人間または
動物の体内の圧力のモニター方法において、前記バルク弾性波素子は、
密閉房を封止し、被モニター圧力の作用を受ける圧電基板の表面上に、間隔をおいて配
置された一対の櫛形電極と、  
該櫛形電極各々に接続される各アンテナとを備え、
体外からの無線周波信号は、該アンテナのいずれか一方に選択的に受信され、前記基板
を通ってそのアンテナ側の櫛形電極からもう一方の櫛形電極に送られ、該もう一方の櫛形
電極のアンテナから受信機に送信されるが、
受信／送信された信号を比較することにより圧力の測定値が得られる圧力のモニター方
法。
【請求項５】
前記いずれかの請求項に記載の圧力のモニター方法において、圧力は、弾性波の遅延を
測定することよってモニターされる。
【請求項６】
前記いずれかの請求項に記載の圧力のモニター方法において、圧力は、弾性波の共振周
波数の変化を測定することによってモニターされる。
【請求項７】
前記いずれかの請求項に記載の圧力のモニター方法において、前記弾性波素子は複数で
用いられ、それらは異なる周波数で動作するようになっている。
【請求項８】
一対の表面弾性波素子が体内に植え込まれているかまたは体外に装着されている人間ま
たは動物の体内の圧力のモニター方法において、前記一対の表面弾性波素子は、
前記いずれかの請求項にしたがって被モニター圧力に対して感度を持つようになってい
る第一の表面弾性波素子と、
圧力に対して感度を持たないようになっており、所望しないパラメータが圧力測定に及
ぼすあらゆる影響を取り消すための基準素子として動作する第二の表面弾性波素子とから
なる、圧力のモニター方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性波素子に関し、限定はしないものの特に、表面弾性波（Ｓｕｒｆａｃｅ
Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｗａｖｅ  （ＳＡＷ））素子に関する。表面弾性波素子は、約２０
年の間、主に遠距離通信の信号処理で利用されていることが知られており、近年では、自
動車産業における遠隔探知装置として知られている。表面弾性波素子の主な特長は、ａ)
物理的および化学的測定用変換素子の働きをする機能、ｂ）完全に受動的な方法で、小型
圧電基板上において複雑な信号処理を行う機能、ｃ）電磁波を用いて遠隔の電子装置と交
信する機能である。
【０００２】
本発明の一態様は、植込み可能（体内に）または装着可能な（体外にであるが、必ずし
も身体と接触している必要はない）生理学的モニター用表面弾性波素子の使用方法に関す
る。
【背景技術】
【０００３】
生理学的モニターの設計目標は、安全かつ臨床上許容可能な方法で、継続的に、リアル
タイムで、長期間、正確に、様々な変数をモニターすることができるシステムを実現する
ことである。この目標を達成すべく非常に多くの試みがなされてきたが、実際問題として
は、素子が大きかったり、電力を必要としたり（電力は電池の有効寿命により限られてい
る）、正確さに欠けたり、感染リスクがあったり、性能が劣化したりといった理由により
、様々な面で、順調に目標を達成するには全くもって及んでいない。
【０００４】
定期的な健康管理において、患者の健康状態のいくつかの面を示すパラメータを測定す
ることが多くの場合望ましい。多くの測定においては、リスクはごく低いものであるため
、測定を行う価値は間違いなくある。しかしながら、他の多くの測定においては、リスク
を伴うものであるため、臨床検査技師が判断力と経験を働かせて、測定の可否を決定する
。体内の信号測定には、通常、侵襲的な処置に伴うリスクと測定の価値とのバランスを取
ることが必要となる。
【０００５】
例えば、血圧測定は多くの方法で実施することができるが、次に、リスクの低いものか
ら順に述べる。
１．代表的な全身血圧測定において、膨らますことができるカフを前腕の外部に取り付
けて、間接的に行う方法。
２．より正確な全身血圧測定において、カテーテル（カニューレ）を動脈に貫入させる
方法。
３．左心室血圧の測定において、動脈にカテーテルを挿入し、カテーテルの先端が左心
室に入るまで送る方法。
【０００６】
長期間患者をモニターするために侵襲的測定を繰り返し利用することによりリスクが高
まり、最終的には、そのような処置は危険すぎて実施できないと臨床検査技師が決定する
こととなってしまう。
【０００７】
上述した既存の血圧測定技法の問題に対して、例えば、植込み型センサが代替として提
案される。一旦これが植え込まれると、使用される度にリスクがもたらされることはなく
なり、長期間にわたる情報提供が可能となる。
【０００８】
植込み物との通信は、患者の体外にある送受信器から、電磁結合または無線周波のリン
クを介してなされる。特許文献１には、表面弾性波素子の使用が記載されており、表面弾
性波素子の特性インピーダンスは、表面弾性波をロードする可変蓄電器型圧力変換素子に
よって変えられる。特許文献２には、植え込まれた電池式回路を、電磁結合を用いて充電
するという別の取り組み方が開示されている。特許文献３には、植込み物において表面弾
性波フィルタを用いることが記載されている。なぜなら、表面弾性波素子の持つ優れた安
定性と高いＱは、電子機器の設計において有利であるとされているからである。
【０００９】
表面弾性波素子は利用実現にあたって好まれる一方、電力が大きい場合にはバルク弾性
波素子がその代わりに必要となる。
【特許文献１】米国特許第６，２０６，８３５号
【特許文献２】米国特許第５，７０２，４３１号
【特許文献３】米国特許第６，５３９，２５３号
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の別の態様によれば、表面弾性波素子が体内に植え込まれているかまたは体外に
装着されている人間または動物の体内の圧力のモニター方法が得られるが、モニター方法
において、表面弾性波素子は、密閉房を封止し、被モニター圧力の作用を受ける圧電基板
の表面上に、間隔をおいて配置された一対の櫛形電極と、櫛形電極の一方に接続されたア
ンテナとを備え、体外からの無線周波信号は、アンテナに受信され、基板表面を通っても
う一方の櫛形電極に送られ、そこから前述の櫛形電極に向けて反射され、アンテナから受
信機に送信されるが、受信／送信された信号を比較することにより圧力の測定値が得られ
る。
【００１１】
本発明のまた別の態様によれば、表面弾性波素子が体内に植え込まれているかまたは体
外に装着されている人間または動物の体内の圧力のモニター方法が得られるが、モニター
方法において、表面弾性波素子は、密閉房を封止し、被モニター圧力の作用を受ける圧電
基板の表面上に、間隔をおいて配置された一対の櫛形電極と、櫛形電極各々に接続される
各アンテナとを備え、体外からの無線周波信号は、アンテナのいずれか一方に選択的に受
信され、基板表面を通ってそのアンテナ側の櫛形電極からもう一方の櫛形電極に送られ、
その櫛形電極のアンテナから受信機に送信されるが、受信／送信された信号を比較するこ
とにより圧力の測定値が得られる。
【００１２】
本発明のまた別の態様によれば、バルク弾性波素子が体内に植え込まれているかまたは
体外に装着されている人間または動物の体内の圧力のモニター方法が得られるが、モニタ
ー方法において、バルク弾性波素子は、密閉房を封止し、被モニター圧力の作用を受ける
圧電基板の表面上に、間隔をおいて配置された一対の櫛形電極と、櫛形電極の一方に接続
されたアンテナとを備え、体外からの無線周波信号は、アンテナに受信され、基板を通っ
てもう一方の櫛形電極に送られ、そこから前述の櫛形電極に向けて反射され、アンテナか
ら受信機に送信されるが、受信／送信された信号を比較することにより圧力の測定値が得
られる。
【００１３】
本発明のまた別の態様によれば、バルク弾性波素子が体内に植え込まれているかまたは
体外に装着されている人間または動物の体内の圧力のモニター方法が得られるが、モニタ
ー方法において、バルク弾性波素子は、密閉房を封止し、被モニター圧力の作用を受ける
圧電基板の表面上に、間隔をおいて配置された一対の櫛形電極と、櫛形電極各々に接続さ
れる各アンテナとを備え、体外からの無線周波信号は、アンテナのいずれか一方に選択的
に受信され、基板を通ってそのアンテナ側の櫛形電極からもう一方の櫛形電極に送られ、
その櫛形電極のアンテナから受信機に送信されるが、受信／送信された信号を比較するこ
とにより圧力の測定値が得られる。
【００１４】
身体の圧力は、弾性波の遅延や共振周波数の変化を測定することでモニターすることが
できる。
【００１５】
弾性波素子は複数用いてもよく、複数の弾性波素子は、周波数間の相違が求められるよ
うに、異なった周波数で動作するようになっている。
【００１６】
また、一対の表面弾性波素子が体内に植え込まれているかまたは体外に装着されている
人間または動物の体内の圧力のモニター方法が得られるが、モニター方法において、一対
の表面弾性波素子は、被モニター圧力に対して感度を持つように密閉房を有する第一の表
面弾性波素子と、圧力に対して感度を持たないようになっており、所望しないパラメータ
が圧力測定に及ぼすあらゆる影響を取り消すための基準素子として動作する第二の表面弾
性波素子と、からなる。
【発明の効果】
【００１７】
表面弾性波素子は、物理的および化学的変数に対する感度、非常に小型である点、固有
安定性、現場で電力を要しない点によって、上記のような利用において特に有益であるこ
とがわかった。これにより、患者へのリスクを最小限にしつつ、臨床医が利用できる情報
の質と量に著しい変化がもたらされる。また、表面弾性波素子は、他の植え込まれたシス
テムまたは装置との通信リンクとしても使用することができる。
【００１８】
このように、本発明は、例えば、センサとして用いられる医療用植込み型素子に関する
ものであり、医療用植込み型素子は、物理的な接続をすることなく体外から応答させるこ
とが可能である。センサからの送信信号には、患者の病状に関する情報が含まれており、
その情報は、その後、診断のためにおよび／または用いられている素子の自動制御もしく
は治療のため利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明は、所要の測定用の検出部と、測定値の遠隔取得用の通信部との両方の機能を果
たす表面弾性波素子の使用に関する。
【００２０】
以下、添付の図面を参照しながら、圧力測定用表面弾性波素子の使用に関する本発明の
用途の一例を説明する。
【００２１】
生理学的モニターにおいて最も難しく重要な作業の一つは、心臓および主要血管の進行
状態の評価である。現在、心臓外科医または心臓血管外科医の有する唯一の情報は、間接
的な測定値か、一回限りの侵襲性測定による測定値（侵襲性であるためリスクを伴う）に
よって得られる情報であるため、外科医は、用いられた治療の結果に関するフィードバッ
クがほとんど得られない。本発明による、局所的な、心臓、動脈または静脈の圧力をモニ
ターするための、侵襲性が最低限である応答器は、大躍進を遂げるものである。応答器は
心腔内または心臓血管系の他の部位に植え込むことができ、器官全体にわたっての絶対圧
または圧力差を測定するために局部圧力がモニターされる。
【００２２】
２つの可能な手法：
（１）遅延線としての使用（圧力は、表面弾性波が素子表面上を移動する時間に相関し
ているため）
（２）共振子としての使用（圧力は、表面弾性波素子の固有周波数を変えるため）
【００２３】
＜遅延線としての使用＞
モニターシステムは、表面弾性波素子とアンテナ４とにより構成される植込み型応答器
２（図１）を備える。
【００２４】
表面弾性波素子２は、下部が食刻された基板によって封止された基準房を真空にするま
たは加圧ガスで充填すべく形成することにより、圧力に対して感度を持つようになってい
る。図１を参照すると、表面弾性波素子応答器２は、圧電材料から成る略直線的な本体６
を備える。二組の金属製の交差指（櫛形電極、インターディジタル変換器（ＩＤＴ））８
、１０は、互いに間隔をあけて本体６の上面１２上に置かれている。図で示されているよ
うに、一方の櫛形電極８にはアンテナ４が接続されており、他方の櫛形電極１０にはアン
テナは接続されていない。インターディジタル変換器本体６の反対側の下面１４は食刻さ
れて、チャンバ１６が形成されており、チャンバ１６は密閉膜１８により閉じられている
。チャンバ１６は真空であるか、基準圧力に加圧されたガスが充填されている。この構造
により、櫛形電極８および１０を保持する上面１２は、外圧に対する応答性を得ることが
できる。
【００２５】
チャンバ１６と、表面弾性波素子の上面１２が作用を受ける被測定部位との圧力差によ
り、応答器２の二つの端部にある上面１２上の表面弾性波素子の櫛形電極８および１０間
の離隔距離は変化する。応答器２が植え込まれた患者の外部から発せられアンテナ４によ
り受信された表面弾性波素子は、櫛形電極８から櫛形電極１０まで応答器２の上面１２に
沿って伝達され、櫛形電極１０から櫛形電極８、アンテナ４へ向けて反射されて群遅延が
起こるが、群遅延は離隔距離の変化により変化する。
【００２６】
図示されていない体外の発信源から、表面弾性波素子２のアンテナ４を介して受信され
た刺激ＲＦパルスによって櫛形電極８にて生じた音波は、表面弾性波素子２の端まで伝わ
った後、反射して表面弾性波素子２を伝わって櫛形電極８に戻るが、櫛形電極８において
、そのエネルギーは再び無線周波数に変換され、アンテナ４を介して外部受信器に送信さ
れる。刺激ＲＦパルスと送信されたＲＦパルスとの時間差は圧力測定に用いられる。
【００２７】
また別の構成としては、応答器２の櫛形電極１０に接続されている図１の破線で示され
ている第２のアンテナ４’をさらに含んで二つのアンテナを備える。アンテナ４、４’の
どちらか一方で受信された刺激ＲＦパルスは、表面弾性波に変換され、櫛形電極１０に達
するまで応答器２を伝わり、櫛形電極１０で再び無線周波数に変換され、アンテナ４、４
’のもう一方から送信される。ここでもまた、刺激ＲＦパルスと送信されたパルスとの時
間差は、圧力測定に用いられる。
【００２８】
＜共振子としての使用＞
一つまたは二つの櫛形電極構造体と一つまたは二つのアンテナとを備えた上述の素子を
用いる。基準房と被測定部位との圧力差により櫛形電極８および１０構造体の交差指の間
隔が変わるため、ＲＦパルスの受信によって発生する表面弾性波の固有周波数も変わる。
圧力が変わることにより表面弾性波素子の交差指の間隔が変わるため、表面弾性波素子２
の出力周波数も変わる。温度、液体粘度、および平均流量といった他の物理的パラメータ
によってもまた周波数は変わる可能性があるため、センサが圧力専用となるよう注意を払
う必要がある。すなわち、表面弾性波素子２の出力信号に対する、他パラメータの変化に
よる不必要な影響を取り除くよう注意を払う必要がある。
【００２９】
出力周波数が変化していることにより、外部受信システムへ送信されたデータの検出は
容易になる。検出装置に備えられた無線周波ＩＤタグといった従来のシステムにおける克
服すべき主な障害は、応答器からのデータと、２つの種類の組織の境界で自然発生する反
射とを区別することであるが、表面弾性波素子は出力周波数を変えるため、応答器からの
データを、自然発生の反射から容易に区別することができる。
【００３０】
外部システムは、植え込まれた表面弾性波素子を刺激し、送信信号を受信する、直交す
る複数の外部アンテナから成る。遅延線および共振子のどちらの手法においても、一対の
表面弾性波素子（一方は、所望する測定パラメータに対する感度を持ち、もう一方は、意
図的にそれらに対する感度を持たないようにされており、温度変化や温度差といった所望
しないパラメータによる影響を取り消すための基準として用いられる）を用いることによ
って、システムが、他因子に対して感度を持たないようにすることができる。
【００３１】
本発明は、例えば、心臓機能に関する重要な情報を提供する左心室の圧力・体積関係の
長期モニターに適用することができる。心臓補助装置植込み患者または心臓移植患者を、
術後期間中継続的に、またその後も患者の生存中断続的にモニターしてもよい。手術時に
生態適合性カプセル型表面弾性波センサを植え込むことによって、外科的処置に簡単かつ
許容可能な付加をすることができ、侵襲的な処置（侵襲的であるためリスクを伴う）を全
く必要とせずとも、その後に起こり得る心機能不全の早期診断に役立つ情報を提供するこ
とが可能である。
【００３２】
しかしながら、心臓のモニターは、本発明の一つの適用例にすぎない。その他の特に重
要な適用例としては、心臓補助装置において閉ループ制御を利用する際に適用されるが、
自然な心臓の働きと心臓補助装置との組み合わせによって引き起こされる圧力の瞬時測定
による測定値は、患者の血液循環を良好に保つために心臓補助装置の設定を制御すること
に用いられる。
【００３３】
上記は、単一の可変圧力をモニターするために心臓血管系内に表面弾性波素子を植え込
んだ場合の適用例である。しかしながら、他にも考えられるのは、同様の表面弾性波素子
を体内の他の部位へ植え込んで、例えば、頭蓋内圧や胃腸管内の複数位置での圧力や膀胱
内圧力をモニターすることである。表面弾性波素子は長期にわたって精度が良いため、そ
の結果、十分に情報が提供された中で積極的な患者管理と患者ケアをすることができる。
【００３４】
他の適用例において、表面弾性波素子は、温度、応力、転力といった他の物理的変数に
対して、または、酸素などの特定イオン、ペーハー値、二酸化炭素などの化合物、適切に
コーティングされた場合には、ブドウ糖のようなタンパク質を含む特定の化合物といった
化学的濃度に対して、選択的に感度を持つよう設計することができる。このように、非常
に多数の応答器が考えられるが、これらはすべて、外部との通信には、上記圧力の適用例
で述べられているゼロ出力応答器方式を用いる。
【００３５】
本発明による表面弾性波素子は、所望する物理的または化学的変数が測定できる場所で
あれば、植え込むのではなく、外部に装着することもできる。さらに、表面弾性波素子は
、心臓ペースメーカーや心臓補助装置といった他に植え込まれているシステムと連動して
、モニターおよび制御機能の両方のために使用される。
【００３６】
上記で述べたのは表面弾性波素子であるが、もう一つの選択肢として、バルク弾性波素
子が生理学的モニターに使用可能であることも考えられ、バルク弾性波素子においては、
音波はその表面に沿ってではなくその内部を伝搬する。    
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係る一表面弾性波素子の等角投影図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
２  表面弾性波素子
４  アンテナ
６  本体
８、１０  櫛形電極
【国際調査報告】
2007513669.tif 000005
2007513669.tif 000006
2007513669.tif 000007
2007513669.tif 000008