(57)【要約】  たとえばマルチパスひずみによって生じたヌルの影響を緩和するＲＦ遠隔測定を介して埋込可能型医療装置と通信するためのシステムが開示される。一実施形態では、埋込可能型装置によって外部装置に送信された信号が、離れて配置された１組の別々の第１アンテナと第２アンテナで同時に受信される。アンテナは空間ダイバーシティおよび／または偏波ダイバーシティを提供することができる。埋込可能型装置の送信パターン内のヌルの存在は、各アンテナで埋込可能型装置から受信された信号の誤り率を検出することにより判定されることができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
埋込可能型医療装置と通信するための外部装置であって、
第１と第２アンテナを含むアンテナ・アレイと、
プログラムとデータの記憶のための関連メモリを有するマイクロプロセッサと、
前記マイクロプロセッサにインターフェースされ、第１送信／受信スイッチを通して前記第１アンテナに接続され、第２送信／受信スイッチを通して前記第２アンテナに接続されるＲＦ送信機と、
前記マイクロプロセッサにインターフェースされ、第１送信／受信スイッチを通して前記第１アンテナに接続される第１受信機と、
前記マイクロプロセッサにインターフェースされ、第２送信／受信スイッチを通して前記第２アンテナに接続される第２受信機と
を含み、
前記マイクロプロセッサが、両方の受信機が前記埋込可能型医療装置からのデータの受信中にそれぞれのアンテナに同時に接続されるように、前記第１と第２送信受信スイッチを動作させるようにプログラムされている、前記外部装置。
【請求項２】
前記第１と第２アンテナが空間ダイバーシティ構成とするために離れて配置されるダイポール・アンテナである請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１と第２アンテナが偏波ダイバーシティ構成とするために互いに直角に配置されたダイポール・アンテナである請求項１に記載の装置。
【請求項４】
表示スクリーンをさらに含み、各アンテナが前記表示スクリーンの両側から垂直に延びる請求項１に記載の装置。
【請求項５】
表示スクリーンをさらに含み、アンテナの一方が前記表示スクリーンの上縁部に水平に配置され埋め込まれ、他方が前記表示スクリーンの片側から垂直に延びる請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記埋込可能型医療装置へのデータの送信中に、前記送信機が１つの選択されたアンテナだけに接続されるように前記マイクロプロセッサがプログラムされる請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記第１と第２アンテナのそれぞれから受信されたデータ内の誤り率を検出するように前記マイクロプロセッサがプログラムされ、一方のアンテナの前記誤り率が指定されたしきい値を超える場合は、前記埋込可能型医療装置にデータを送信するために他方のアンテナに切り換える請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記第１と第２アンテナから受信された前記信号のデジタル化後、受信された各フレームに関して周期的冗長検査を行うことにより誤り率を検出するように前記マイクロプロセッサがプログラムされる請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記送信機と前記第１送信／受信スイッチとの間の送信パス内に位相シフタをさらに含み、前記第１と第２アンテナが互いにほぼ直角に配置され、前記埋込可能型医療装置へのデータの送信中に、前記送信機が両方のアンテナに接続されるように前記マイクロプロセッサがプログラムされる請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記位相シフタが遅延要素である請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
円偏波波形が前記埋込可能型装置に送信されるように前記位相シフタが９０度位相遅れを生じさせる請求項９に記載の装置。
【請求項１２】
埋込可能型医療装置と通信するための外部装置であって、
第１と第２アンテナを含むアンテナ・アレイと、
プログラムとデータの記憶のための関連メモリを有するマイクロプロセッサと、
前記マイクロプロセッサにインターフェースされ、第１送信／受信スイッチを通して前記第１アンテナに接続され、第２送信／受信スイッチを通して前記第２アンテナに接続されるＲＦ送信機と、
前記送信機と前記第１送信／受信スイッチとの間の送信パス内の位相シフタと
を含み、
前記送信機が前記埋込可能型医療装置へのデータの送信中に両方のアンテナに接続されるように前記マイクロプロセッサがプログラムされる、前記外部装置。
【請求項１３】
前記第１と第２アンテナが互いにほぼ直角に配置される請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記位相シフタが遅延要素である請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
円偏波波形が前記埋込可能型装置に送信されるように前記位相シフタが９０度位相遅れを生じさせる請求項１３に記載の装置。
【請求項１６】
表示スクリーンをさらに含み、前記アンテナの一方が前記表示スクリーンの上縁部に水平に配置され埋め込まれ、他方が前記表示スクリーンの片側から垂直に延びる請求項１３に記載の装置。
【請求項１７】
埋込可能型医療装置と通信する方法であって、
前記埋込可能型装置によって送信された信号を離れて配置された１組の別々の第１と第２アンテナで同時に受信するステップと、
前記埋込可能型装置から前記第１と第２アンテナで受信された前記信号内の誤り率を検出するステップと
を含む方法。
【請求項１８】
前記第１アンテナと選択されたアンテナのうち選択された１つだけを使用して前記埋込可能型医療装置に信号を送信するステップをさらに含む請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記誤り率が指定されたしきい値を超える場合は、前記埋込可能型医療装置に信号を送信するために一方のアンテナから他方アンテナに切り換えるステップをさらに含む請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１と第２アンテナから受信された信号のデジタル化後、受信された各フレームに対して周期的冗長検査行うことにより誤り率が検出される請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【優先権の主張】
【０００１】
参照により本明細書に組み込まれる２００５年２月２８日出願の米国特許出願第１１／０６８，４９７号に対する優先権の利益がここに請求される。
【関連出願】
【０００２】
（関連出願の相互引用）
本出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、同時係属中の、本発明の譲受人に譲渡された、「ＭＥＴＨＯＤ  ＡＮＤ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＦＯＲ  ＯＰＥＲＡＴＩＮＧ  Ａ  ＤＩＶＥＲＳＩＴＹ  ＡＮＴＥＮＮＡ  ＳＹＳＴＥＭ  ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＮＧ  ＷＩＴＨ  ＩＭＰＬＡＮＴＡＢＬＥ  ＭＥＤＩＣＡＬ  ＤＥＶＩＣＥ」という名称の２００５年２月２８日出願の米国特許出願第１１／０８６，４７６号に関する。
【技術分野】
【０００３】
本発明は、心臓ペースメーカと埋込可能型除細動器などの埋込可能型医療装置に関する。
【背景技術】
【０００４】
ペースメーカや埋込可能型除細動器などの心律動管理装置を含む埋込可能型医療装置（ＩＭＤ）は、通常、無線周波数遠隔測定リンクを介して外部装置（ＥＤ）とデータをやり取りする機能を有する。１つのそのような外部装置は、埋め込まれた医療装置の動作パラメータをプログラムするために使用される外部プログラマである。たとえば、ペースメーカのペーシング・モードやその他の動作特性は、通常、このようにして埋め込み後に変更される。現在の埋込可能型装置は、埋め込まれた装置からプログラマに情報を送信できるように双方向通信機能を含む。通常、埋込可能型装置から遠隔測定されるデータの中には、様々な動作パラメータや生理学的データがあり、生理学的データはリアルタイムで収集されるか、または前のモニタリング動作から蓄積される。外部装置はまた、埋込可能型装置からデータを収集し、それをネットワークを介してデータ収集センタに送信する遠隔監視ユニットでもよい。
【０００５】
一般に外部プログラマは誘導リンクを介してＩＭＤと通信するように構成される。外部プログラマ内のコイル・アンテナとＩＭＤ内のコイル・アンテナが、２つの結合されたコイルの共振周波数に対応する搬送波波形を変調することによりデータを送信できるように誘導的に結合される。誘導リンクは、外部装置のコイル・アンテナがＩＭＤに非常に接近していること、通常数インチ以内にあることを必要とする短距離通信チャネルである。他のタイプの遠隔測定システムは、無線媒体を介してＩＭＤとＥＤとの間で通信するために、遠距離電磁界無線周波数（ＲＦ）電磁放射を利用することができる。そのような長距離ＲＦ遠隔測定は、ＩＭＤが極近くに接近しなくても外部プログラマまたは遠隔監視などのＥＤと通信することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、遠距離電磁界遠隔測定を介しての通信は、外部装置または埋込可能型装置のどちらかの送信パターンでヌルになるマルチパスひずみの影響によって妨害されることがある。典型的な環境では、壁やその他の物体によって生じる送信波の反射は、定在波パターンになる。定在波パターンがノイズ・フロアの下の低振幅信号になる領域は、ヌルまたはヌル領域と呼ばれる。外部プログラマのアンテナが埋込可能型装置のアンテナに対してヌルにある場合、ＲＦリンクが失われ、さらなる通信は不可能である。患者は、通常、遠隔測定セッション中にあちこち動き回っている可能性があるので、そのようなヌルは一時的で短い間のものであるかもしれない。しかし、短い間のヌルでも、リアルタイム・エレクトログラムなどの埋込可能型装置からあるタイプのデータを収集している場合、障害を引き起こす。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示は、たとえばマルチパスひずみによって生じるヌルの影響を緩和するＲＦ遠隔測定を介して埋込可能型医療装置と通信するためのシステムに関する。一実施態様では、埋込可能型装置によって外部装置に送信された信号が、離れて配置された１組の別々の第１アンテナと第２アンテナで同時に受信される。これらのアンテナは空間ダイバーシティおよび／または偏波ダイバーシティを提供することができる。埋込可能型装置の送信パターン内のヌルの存在は、各アンテナで埋込可能型装置から受信される信号内の誤り率を検出することにより判定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は、埋込可能型医療装置と通信するように構成された外部装置の基本的ブロック図を示し、外部装置は外部プログラマでも遠隔監視リング装置でもよい。この例示的実施形態では、外部装置は、マイクロプロセッサ１０、メモリ１１、ハード・ディスク１２を含み、全体の装置の動作と遠隔測定を管理するデータとプログラムを記憶する。マイクロプロセッサによって実行されるコードが、以下で説明する様々な遠隔測定の構成要素の動作を制御するために使用される。臨床医などのユーザが外部装置の動作を指示するために、キーボードやディスプレイなどのユーザ入出力装置１３がマイクロプロセッサにインターフェースされている。遠隔測定を行うために、ＲＦ信号を送信し受信するための構成要素を含む長距離ＲＦトランシーバ１８０がマイクロプロセッサ１０にインターフェースされる。送信機構成要素と受信機構成要素が１つまたは複数の送信／受信スイッチを通してアンテナ・アレイ１００に結合される。送信／受信スイッチは、マイクロプロセッサによって制御され、ＲＦリンクを確立するために無線周波数信号を送信機からアンテナに渡すかまたはアンテナから受信機に渡す。以下で説明するように、アンテナ・アレイ１００はダイバーシティ・アンテナ構成とするために２つ以上のアンテナを含む。ＲＦリンクを介して装置間で通信を行うために、デジタル・データで変調された無線周波数搬送波信号が一方のアンテナから他方の装置へ無線で送信される。搬送波信号からデジタル・データを抽出するための復調器が受信機に組み込まれ、搬送波信号をデジタル・データで変調するための変調器が送信機に組み込まれる。ＲＦ送信機と受信機のためのマイクロプロセッサへのインターフェースがマイクロプロセッサによるデータ転送を可能にする。図１はまた、外部装置と埋込可能型装置が互いに物理的に非常に接近している場合、誘導リンクを介して通信が行われる誘導的に結合された送信機／受信機１４０とアンテナ１５０を示す。
【０００９】
ダイバーシティ・アンテナは、空間的に離れて配置されその結果として空間ダイバーシティになる、および／または極性が異なりその結果として偏波ダイバーシティになる２つ以上のアンテナのアレイである。図２は外部プログラマ用のダイバーシティ・アンテナ構成の一実施形態を示す。外部プログラマは、通常、埋込可能型装置と通信するために必要な遠隔測定装置を組み込んだラップトップ・コンピュータとして設計される。図２の外部プログラマは、図１に示されているような電子構成要素を入れるためのハウジング２１０を含む。ハウジング２１０は、キーボード２１１を備え、かつヒンジで開閉する表示スクリーン２１５が接続されている。この実施形態では、２０、３０で指示された２つのダイポール・アンテナが、上縁部から垂直に延びる表示スクリーンの両側に取り付けられているように示されている。２つのアンテナ２０、３０は表示スクリーンの幅だけ引き離されているので、このアンテナ構成は空間ダイバーシティを構成している。すなわち、一方のアンテナが埋込可能型装置の送信パターンのヌル領域に配置されている場合、他方のアンテナは、そこにはないので、受信を継続することができる。同様に、埋込可能型装置に送信している場合、埋込可能型装置は、一方のアンテナのヌル領域にあれば、他方のアンテナのヌル領域にはない。
【００１０】
図３は、アンテナ２０は図２のように垂直に延びているが、他方のアンテナ４０は表示スクリーンの上縁部に埋め込まれ水平に配置されている他の実施形態を示す。このアンテナ構成は２つのアンテナの引き離しにより空間ダイバーシティを提供し、２つのアンテナが異なる方向に配置されているので偏波ダイバーシティを構成している。モノポール・アンテナまたはダイポール・アンテナは、アンテナの配向に偏波された電磁波を放射する直線的に偏波するアンテナである。そのようなアンテナはまた、アンテナの配向と同じ方向に偏波された電磁放射を最も敏感に受信し、それと直角に偏波された放射にはまったく敏感でない。埋込可能型医療装置のアンテナは、通常、たとえば、埋込可能型装置のハウジングから延びるかまたは静脈内リードに組み込まれるダイポール・アンテナまたはモノポール・アンテナである。したがって、埋込可能型装置によって送信される波形は患者の位置に依存する方向に偏波される。さらに、送信される波形の偏波は、患者が移動するにつれて変わる。垂直に配置されたアンテナ２０と水平に配置されたアンテナ４０は、互いに直角を成し、任意選択で偏波された波形がそれらのアンテナの少なくとも１つによって敏感に受信されるので、偏波ダイバーシティを構成する。同様に、アンテナ２０または４０の少なくとも１つは、埋込可能型装置のアンテナの配向にかかわらず、埋込可能型装置のアンテナによって敏感に受信される偏波を有する波形を送信することができる。
【００１１】
ダイバーシティ・アンテナを動作させるために異なる方式が使用されてもよい。一実施形態では、図４によって示されているように、マイクロプロセッサ１０によって動作させられるアンテナ選択スイッチ１４０が、送信機１１０と受信機１２０に接続されている送信／受信スイッチ１３０と２つのアンテナ１００ａ、１００ｂとの間に配置されている。アンテナ１００ａ、１００ｂは、たとえば、それぞれ、図２、３に示されているアンテナ２０、３０、またはアンテナ２０、４０のどちらに対応してもよい。アンテナ選択スイッチ１４０は、送信機１１０または受信機１２０のどちらかに接続されることにより、アンテナ１００ａまたは１００ｂの一つだけがアクティブ化するように、マイクロプロセッサによって動作させられる。例示的方式では、マイクロプロセッサは送信と受信の両方で使用すべくアンテナの１つを選択し、アンテナ選択スイッチによってそのアンテナを送信／受信スイッチに接続する。次いで、マイクロプロセッサは、現在使用されているアンテナがヌル領域にあるかどうか判定するために、埋込可能型装置から受信された信号に関して誤り検出を行うようにプログラムされている。たとえば、受信された信号のデジタル化後、受信された各フレームに周期的冗長検査が適用される。誤り率が指定されたしきい値を超える場合、マイクロプロセッサが受信と送信の両方に対して他方のアンテナに切り換える。
【００１２】
図５は、アンテナ１００ａと１００ｂのそれぞれを別々の受信機１２０ａ、１２０ｂに接続して、それぞれのアンテナが受信中にアクティブであるように、ダイバーシティ・アンテナを動作させる他の方式を示す。この実施形態では、受信機１２０ａ、１２０ｂが、それぞれ、送信／受信スイッチ１３０ａ、１３０ｂによってアンテナ１００ａ、１００ｂに接続される。２つの送信／受信スイッチは、装置が同時に両方のアンテナから信号を受信することができるようにするが、送信のためには一度に１つのアンテナしか使用できないようにされている。受信中、二重受信パスが、誤り率を推論して、アンテナの１つがヌル領域にあるかどうか判定するために、両方のアンテナからの信号を同時にモニタリングする。たとえば、各アンテナからの信号がデジタル化され、次いで、周期的冗長検査が両方の信号パスから受信された各フレームに適用される。装置は、誤りが存在しない場合、どちらの信号から得られたデータでも使用することができる。たとえば、装置は、その信号に誤りが発見されない限り、送信するために現在選択されているアンテナから受信されたデータを単に使用することができる。誤り率が送信のために現在使用されているアンテナで指定されているしきい値を超える場合、マイクロプロセッサが次に続く送信のために他方のアンテナに切り換える。したがって、一方のアンテナがヌルにあって、他方のアンテナがヌルにない場合、両方のアンテナからの同時の受信が埋込可能型装置によるデータの再送信の必要性を排除する。さらに、代替のアンテナがヌルにあるかないかは同時に判定されるので、代替のアンテナへの切り換えを、そのアンテナのための再試行を必要とすることなくより、迅速に行うことができる。２つの別々の送信／受信スイッチを使用して、送信のために１つのアンテナしか選択されないようにしているので、前述の実施形態のにおけるようなアンテナ選択スイッチの必要はない。
【００１３】
図６は図３に示されているような偏波ダイバーシティを提供するダイバーシティ・アンテナを動作させるための他の方式を示す。送信機１１０、受信機１２０ａ、１２０ｂ、送信／受信スイッチ１３０ａ、１３０ｂ、アンテナ１００ａ、１００ｂの構成は、９０度位相シフタ１５０が送信機１１０と送信／受信スイッチ１３０ａとの間の送信パスに挿入されることを除いて、図５の構成と同じである。そのような位相シフタは、送信周波数で９０度位相遅れになる単なる遅延要素でよい。送信機によって両方のアンテナが同時に駆動されるように両方の送信／受信スイッチがスイッチ・オンされた場合、その結果は円偏波波形となる。円偏波波形は、それらの波形の間に９０度位相差を有する２つの直角に偏波された波形を含む。外部装置が通信を開始している場合などのように、埋込可能型装置のアンテナの配向が知られていないとき、送信された波形が、埋込可能型装置のアンテナによって確実に受信される成分を有する波形を送信することが望ましい。理想的には、円偏波波形が、このタイプの送信ダイバーシティを提供するので望ましいが、送信波形の１つにおいて、９０度より大きいまたは小さい位相シフトによって生成された楕円偏波波形は、同じ利益を提供することができる。たとえば、周波数ホッピング・スペクトラム拡散技法で発生するような送信周波数変化が発生した場合、そのような楕円偏波が生じる可能性がある。
【００１４】
前述の諸実施形態は、主に外部プログラマに関して議論されてきた。しかし、それらの実施形態は、遠隔監視を含む埋込可能型医療装置と通信するように構成されたいかなる種類の外部装置にでも組み込まれることを理解すべきである。
【００１５】
本発明は、前述の特定の実施形態に関連して説明されてきたが、多くの代替形態、変形形態、および変更形態が当業者には明らかであろう。そのような代替形態、変形形態、および変更形態は、添付の特許請求の範囲の範囲に含まれるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】外部装置の基本的構成要素のブロック図である。
【図２】空間ダイバーシティを提供する外部プログラマ用の例示的アンテナ構成を示す図である。
【図３】空間ダイバーシティと偏波ダイバーシティの両方を提供する外部プログラマ用の例示的アンテナ構成を示す図である。
【図４】１つの受信パスでダイバーシティ・アンテナを動作させる例示的方式を示す図である。
【図５】二重受信パスでダイバーシティ・アンテナを動作させる例示的方式を示す図である。
【図６】偏波送信ダイバーシティを提供するダイバーシティ・アンテナを動作させる例示的方式を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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