(57)【要約】一実施形態において、医療機器用、例えば植込み型医療機器（ＩＭＤ）用のアンテナは、渦巻き状になって直方体の３次元形状を形成する導電性ワイヤを備える。別の実施形態において、上記アンテナは渦巻き状になって、楕円形円柱、卵形円柱、細長五角柱、細長六角柱、またはその他の形状の３次元形状を形成する導電性ワイヤを備え、そのアンテナの長手方向直径はアンテナの横方向直径より大きい。上記のアンテナは、医療機器のヘッダの一部分内に納まる大きさである。これらのアンテナは、アンテナ利得およびアンテナ帯域幅の増加をもたらすように設計される。【選択図】図７Ａ
2014514088.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
医療機器であって、
合わせ面を有するハウジングと、
前記ハウジング内の遠隔測定回路と、
前記ハウジングの前記合わせ面に機械的に取り付けられるヘッダと、
１本以上のリード線の近位端を受け入れるように構成される、前記ヘッダ内の１つ以上のコネクタと、
前記ヘッダ内のアンテナとを備え、
前記アンテナは、前記ハウジング内の前記遠隔測定回路に電気的に接続され、
前記アンテナは中心軸の周りに渦巻き状になって、直方体の外周形状を有する、医療機器。
【請求項２】
前記ハウジング内にあり、前記ヘッダ内の前記１つ以上のコネクタに電気的に接続された治療回路をさらに備え、
前記治療回路は、前記１つ以上のコネクタに接続された１本以上のリード線の電極を介して伝達可能な刺激を制御するように構成されている、請求項１に記載の医療機器。
【請求項３】
前記アンテナの長手方向直径と横方向直径とが前記中心軸で互いに交差し、
前記長手方向直径は前記横方向直径より大きい、請求項１に記載の医療機器。
【請求項４】
前記アンテナの長手方向直径と横方向直径とが前記中心軸で互いに交差し、
前記長手方向直径は前記横方向直径と略等しい、請求項１に記載の医療機器。
【請求項５】
前記ハウジングは導電性であり、前記アンテナの接地面の役割を果たし、前記ハウジングの前記合わせ面が、前記接地面のうち前記アンテナに最も近い部分である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の医療機器。
【請求項６】
前記直方体の外周形状を有する前記アンテナのアンテナ利得およびアンテナ帯域幅が、前記ヘッダ内に納まりうる直円柱の外周形状を有する螺旋状アンテナのアンテナ利得およびアンテナ帯域幅より大きい、請求項１〜４のいずれか一項に記載の医療機器。
【請求項７】
前記直方体の外周形状を有する前記アンテナが占める体積は、前記ヘッダ内に納まりうる直円柱の外周形状を有する螺旋状アンテナが占めうる体積より大きい、請求項１〜４のいずれか一項に記載の医療機器。
【請求項８】
前記アンテナは直方体形状を有する心棒の周りに巻きつけられる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の医療機器。
【請求項９】
前記直方体形状の心棒は６面を有し、隣接する各面が相接して縁端部を形成し、当該縁端部の少なくともいくつかは曲線状である、請求項８に記載の医療機器。
【請求項１０】
前記アンテナは、前記心棒に巻きつけられた導電性ワイヤで形成される、請求項９に記載の医療機器。
【請求項１１】
前記アンテナを形成する前記ワイヤは、直線部分と曲線部分とを有する、請求項１０に記載の医療機器。
【請求項１２】
前記医療機器は植込み型である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の医療機器。
【請求項１３】
前記医療機器は植込み型神経刺激装置を備える、請求項１２に記載の医療機器。
【請求項１４】
医療機器であって、
合わせ面を有するハウジングと、
前記ハウジング内の遠隔測定回路と、
前記ハウジングの前記合わせ面に機械的に取り付けられるヘッダと、
１本以上のリード線の近位端を受け入れるように構成される、前記ヘッダ内の１つ以上のコネクタと、
前記ヘッダ内のアンテナとを備え、
前記アンテナは、前記ハウジング内の前記遠隔測定回路に電気的に接続され、
前記アンテナは渦巻き状になって、長手方向直径、横方向直径、および高さを有する３次元形状を形成し、
前記アンテナの前記長手方向直径は、前記アンテナの前記横方向直径より大きい、医療機器。
【請求項１５】
前記アンテナの前記３次元形状は直方体を含む、請求項１４に記載の医療機器。
【請求項１６】
前記アンテナの前記３次元形状は、
楕円形円柱、
卵形円柱、
細長五角柱、
細長六角柱、
細長七角柱、
細長八角柱、
細長九角柱、
細長十角柱、および
細長十一角柱からなる群から選択される、請求項１４に記載の医療機器。
【請求項１７】
前記ハウジングの少なくとも一部分は、導電性であり前記アンテナの接地面の役割を果たす、請求項１４〜１６のいずれか一項に記載の医療機器。
【請求項１８】
前記医療機器は植込み型である、請求項１４〜１６のいずれか一項に記載の医療機器。
【請求項１９】
前記医療機器は植込み型神経刺激装置を備える、請求項１８に記載の医療機器。
【請求項２０】
医療機器用のアンテナであって、
渦巻き状になって直方体の３次元形状を形成する導電性ワイヤを備えるアンテナ。
【請求項２１】
前記直方体の長手方向直径は前記直方体の横方向直径より大きい、請求項２０に記載のアンテナ。
【請求項２２】
前記直方体の長手方向直径は前記直方体の横方向直径に略等しい、請求項２０に記載のアンテナ。
【請求項２３】
前記アンテナは、植込み型医療機器のヘッダの一部分内に納まる大きさである、請求項２０〜２２のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項２４】
医療機器用のアンテナであって、
渦巻き状になって長手方向直径、横方向直径、および高さを有する３次元形状を形成する導電性ワイヤを備え、
前記アンテナの前記長手方向直径は、前記アンテナの前記横方向直径より大きいアンテナ。
【請求項２５】
前記アンテナの前記３次元形状は直方体を含む、請求項２４に記載のアンテナ。
【請求項２６】
前記アンテナの前記３次元形状は、
楕円形円柱、
卵形円柱、
細長五角柱、
細長六角柱、
細長七角柱、
細長八角柱、
細長九角柱、
細長十角柱、および
細長十一角柱からなる群から選択される、請求項２４に記載の医療機器。
【請求項２７】
前記アンテナは、植込み型医療機器のヘッダの一部分内に納まる大きさである、請求項２４〜２６のいずれか一項に記載のアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（優先権の主張）
本出願は、２０１２年２月１７日に出願された「ＴＥＬＥＭＥＴＲＹ  ＡＮＴＥＮＮＡＳ ＦＯＲ  ＭＥＤＩＣＡＬ  ＤＥＶＩＣＥＳ  ＡＮＤ  ＭＥＤＩＣＡＬ  ＤＥＶＩＣＥＳ  ＩＮＣＬＵＤＩＮＧ  ＴＥＬＥＭＥＴＲＹ  ＡＮＴＥＮＮＡＳ」と題された米国特許非仮出願第１３／３９９，６９３号、および２０１１年４月１３日に出願された「ＴＥＬＥＭＥＴＲＹ  ＡＮＴＥＮＮＡＳ  ＦＯＲ  ＭＥＤＩＣＡＬ  ＤＥＶＩＣＥＳ  ＡＮＤ  ＭＥＤＩＣＡＬ  ＤＥＶＩＣＥＳ  ＩＮＣＬＵＤＩＮＧ  ＴＥＬＥＭＥＴＲＹ  ＡＮＴＥＮＮＡＳ」と題された米国特許仮出願第６１／４７５，１９７号の優先権を主張する。
【０００２】
本発明の実施形態は一般に、医療機器が基地局と無線通信することを可能にするアンテナ、当該アンテナを含む医療機器、およびそれに関連する方法、装置、システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
医療機器（ＭＤ）は、これらに限らないが、生理学的状態の治療、生理学的状態の監視、神経学的状態の治療、神経学的状態の監視、病気の診断、病気の治療、または臓器や組織の機能の回復を含む様々な異なる目的で患者に植え込み可能である。ＭＤを植え込む場合は、植込み型医療機器（ＩＭＤ）と称することが多い。ＩＭＤの例としては、これらに限らないが、植込み型神経刺激装置、植込み型心調律管理装置（例えば植込み型除細動器およびペースメーカ）、ならびに薬物送達装置が挙げられる。このような装置は、患者に植え込まれる可能性があるため、装置のサイズには本質的に制約がある。この理由および他の理由で、一定の機能を実行する際にＩＭＤは、一般的に基地局（ＢＳ）と称する外部（すなわち非植込み型）システムに依存する可能性がある。このような非植込み型ＢＳとしては、患者プログラマ、臨床プログラマ、または遠隔モニタリング装置が考えられるが、これらに限らない。
【０００４】
植込み型神経刺激装置（ＩＮＳ）は、神経刺激を行うＩＭＤであり、これは背中および／または手足に慢性痛を持ち、他の治療法では痛みが緩和されなかった患者の治療法として一般に容認されるようになった。一般に神経刺激は、慢性痛の伝達経路内にある神経組織への通電を伴う。これにより、以前に感知した痛みを感じる脳の能力を遮断する感覚を生じさせる。慢性痛の治療に一般に用いられる従来型の電気刺激としては、脊髄刺激（ＳＣＳ）と周辺神経領域刺激（ＰＮＦＳ）との２種類がある。ＳＣＳでは、電気リード線を脊髄に沿って配置する。典型的にはプログラム可能なＩＮＳを臀部上方または腹部（の皮下）に植え込み、リード線の電極を経由して脊髄に電流を放出する。周辺神経領域刺激は脊髄刺激と同様であるが、周辺神経領域刺激は、痛みがある周辺神経の近接領域で皮膚直下にリード線を配置することを伴う。
【０００５】
リード線は、そのリード線の電極を経由して電気刺激を伝達するため、ＩＮＳ等のＩＭＤに取り付られることが多い。ＩＭＤは多くの場合、気密封止された機器ハウジングであって、内部に電気刺激を生成し制御するために用いられる電子回路を設置する機器ハウジングと、リード線をＩＭＤに接続するために用いられるヘッダとを有する。このヘッダは多くの場合、比較的硬質で誘電性の非導電性ポリマーで成形され、典型的には、機器ハウジングの厚さとほぼ同じ厚さを有する。ヘッダは典型的には、機器ハウジングの合わせ面である側壁に合致して、機械的に取り付けられる取付け面を有する。
【０００６】
ＩＭＤと外部ＢＳとの間の無線通信は、遠隔測定と称することが多い。具体的な遠隔測定の機能の例としては、これらに限らないが、ある治療用作業の実施および／またはある治療用パラメータの調整をＩＭＤにプログラムまたは指示すること、ＩＭＤにファームウェアのアップグレード版をダウンロードすること、ＩＭＤから運転状態情報（例えば電池および／またはインピーダンス測定）をアップロードすること、ならびにＩＭＤ内に記憶されたデータをアップロードすることが挙げられる。無線通信の種類としては高周波（ＲＦ）通信が有用であり、これはＢＳとＩＭＤとがさほど互いに接近する必要がないことによる。それどころかＲＦ通信では、ＢＳとＩＭＤとが何フィートも離れながら信頼性の高い通信が可能となる。
【０００７】
非植込み型ＢＳとＩＮＳ等のＩＭＤとは、連邦通信委員会（Ｕ．Ｓ．  Ｆｅｄｅｒａｌ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ：ＦＣＣ）および欧州電気通信標準化協会（Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｓｔａｎｄａｒｄｓ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ：ＥＴＳＩ）によって定義された体内植込型医療用データ伝送サービス（Ｍｅｄｉｃａｌ  Ｉｍｐｌａｎｔ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｅｒｖｉｃｅ：ＭＩＣＳ）規格を用いて通信できる。ＭＩＣＳ規格では４０２〜４０５ＭＨｚのＲＦ帯域を用いてＩＮＳ等のＩＭＤとの双方向無線通信を提供する。４０２〜４０５ＭＨｚのＲＦ帯域は、例えば１０個の３００ｋＨｚ幅のチャネル等の複数のチャネルに分けられるが、これに限らない。２００９年、ＦＣＣは４０２〜４０５ＭＨｚのＲＦ帯域を４０１〜４０６ＭＨｚのＭｅｄｉｃａｌ  Ｄｅｖｉｃｅ  Ｒａｄｉｏｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ（ＭｅｄＲａｄｉｏ）Ｓｅｒｖｉｃｅ帯域の一部として称し始めた。したがって以降の説明では、４０２〜４０５ＭＨｚのＲＦ帯域をＭＩＣＳ／ＭｅｄＲａｄｉｏ帯域と称し、ＭＩＣＳ／ＭｅｄＲａｄｉｏ帯域に関連する通信規格をＭＩＣＳ／ＭｅｄＲａｄｉｏ通信規格と称する。例えば、これに限らないが３００ＭＨｚ〜１ＧＨｚの範囲等の他の周波数を使用することもできる。さらに使用可能となりうる周波数は、これらに限らないが、２．４５ＧＨｚ帯域、５．８ＧＨｚ帯域、およびそれらよりはるかに低い周波数帯域等の工業、科学、医療（ＩＳＭ）用無線帯域を含む。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ＩＮＳ等のＩＭＤは、ＢＳからの信号の受信、およびＢＳへの信号の送信の際に使用するアンテナを有する。このアンテナは、例えばＩＭＤの気密な機器ハウジングの内部、またはＩＭＤのヘッダ内に配置できる。（気密な機器ハウジング内に対して）ヘッダ内にアンテナを配置することの利点は、アンテナがＩＭＤの電子回路から概ね隔離されることであり、従って概して電子回路による意図せぬ影響を受けないことである。気密な機器ハウジング内にアンテナを配置しない別の理由は、封止された金属ハウジングが、アンテナからの放射を防止できる、すなわち金属ハウジングがアンテナを遮蔽できることである。しかし、ヘッダ内にアンテナを配置する場合の問題は、ヘッダが小さく、そのヘッダの比較的多くの部分が、１本以上の治療用リード線の近位端との機械的かつ電気的な接続に充てられていることである。
【０００９】
図１は、気密封止された機器ハウジング１１０を有するＩＭＤ１１２の例を示し、この機器ハウジングは典型的には医療グレードの金属製である。このハウジング１１０は内部に電子回路１１８を含み、電気刺激を生成して制御し、ヘッダ１２０はリード線１１４をＩＭＤ１１２に相互接続するために用いられる。電子回路１１８は、治療回路１０８および遠隔測定回路１０６を有するものとして示される。またハウジング１１０は、電子回路１１８に電力を供給する電池１０４を含むものとして示される。
【００１０】
ヘッダ１２０は、典型的には医療グレードのポリマーまたは他のプラスチックで製造され、機器ハウジング１１０の合わせ面１１１に機械的に取り付けられる。図１に示すように、ヘッダ１２０の一部分１２２は、リード線１１４の近位端を受け入れる複数のコネクタ（例えば孔や受口）を有し、それらによりヘッダ１２０にリード線を機械的に接続する。各電気伝導体、例えばワイヤおよび／または導電性トレース等は、ヘッダ１２０から機器ハウジング１１０の合わせ面１１１のフィードスルー開口部１１３を通って延在し、リード線１１４上の電極を、電気的に治療回路１０８に接続する。
【００１１】
Ｖｏｎ  Ａｒｘらへの米国特許第６，７０８，０６５号（‘０６５特許）に開示されるように、螺旋状アンテナをヘッダに埋め込むことができる。０６５’特許では、２種類の一般的なアンテナは、ワイヤのダイポールアンテナおよびモノポールアンテナであると説明している。アンテナに伝達されるＲＦエネルギーのかなりの部分が、遠方界放射として放射される場合、アンテナの長さは、ＲＦ伝送器が供給するＲＦ搬送波信号の波長の１／４よりはるかに短いものであってはならない。植込み型医療機器用途の場合、３００ＭＨｚ〜１ＧＨｚの搬送波信号がもっとも望ましい。例えば、搬送波信号は１ＧＨｚであってもよく、これは約３０ｃｍの波長に相当する。３０ｃｍ波長の場合、１／２波長のダイポールアンテナは、最適には約１５ｃｍ（すなわち１５０ｍｍ）長となり、１／４波長のモノポールアンテナは最適には約７．５ｃｍ（すなわち７５ｍｍ）長を有して、このときハウジングが接地面の役割を果たす。植込み型機器のサイズによっては、機器の区画内に直線のワイヤアンテナを埋め込むことが不可能または不都合な場合がある。しかし患者の快適性の理由から、植込み型の機器はできるだけ小型であることが望ましく、そのためアンテナを機器の区画に埋め込む場合は、使用できるアンテナの長さが制約される。
【００１２】
‘０６５特許は、螺旋状アンテナを採用してＲＦ信号を送受信することを説明している。‘０６５特許はまた、ワイヤまたは他の伝導体の長さを特定の軸に沿って螺旋状に巻きつけて、その螺旋状アンテナを形成することを説明している。個々の螺旋の外周が駆動信号または受信信号の波長に比べて小さい場合、螺旋状アンテナの放射パターンは、接地面が存在する場合の、ダイポールアンテナまたはモノポールアンテナのいずれかとほぼ同じである。搬送周波数の１／２波長または１／４波長をわずかに超える長さのワイヤを螺旋状に巻いて、螺旋状のダイポールアンテナまたはモノポールアンテナを形成してもよい。ワイヤを螺旋状に巻くことにより、形成される螺旋状アンテナは、直線片のワイヤから形成されるモノポールやダイポールアンテナより物理的に短い。しかし、螺旋状アンテナの有効電気長はそれらより一層長く、それは、コイルに付加されたインダクタンスと、共振周波数を対応する直線状のワイヤアンテナのそれよりも減少させる巻線間の静電容量とによる。したがって螺旋状アンテナは、電気的には非常に長いアンテナのように挙動する、短縮型で省スペースのモノポールまたはダイポールアンテナを提供する。
【００１３】
図２Ａ、２Ｂ、および２Ｃはそれぞれ、‘０６５特許による（‘０６５特許の図１Ａ、１Ｂ、および１Ｃでの）ヘッダ１２０内での螺旋状アンテナ２００の設置および配置についての教示を示す。図２Ａ（‘０６５特許の図１Ａに類似する）では、螺旋状アンテナ２００は、機器ハウジング１１０の合わせ面１１１にほぼ平行して配置されている。図２Ｂ（‘０６５特許の図１Ｂに類似する）では、螺旋状アンテナ２００が機器ハウジング１１０の当該面に垂直に配置されている。図２Ｃ（‘０６５特許の図１Ｃに類似する）では、螺旋状アンテナ２００は、治療リード線の近位端が挿入される孔の一つに螺旋状に巻きつけられている。
【００１４】
‘０６５特許に開示されるアンテナ等の螺旋状アンテナ（例えば２００）は、螺旋形状を有するアンテナである。螺旋は、軸と呼ばれる定線に対して、接線がどの点においても一定角度をなすという事実によって特徴づけられる、３次元空間における滑らかな曲線である。別の説明の仕方では、螺旋は平面に直線を描き、当該平面を直円柱の周りに巻いたときに当該直線で形成される曲線である。
【００１５】
‘０６５特許は、螺旋状アンテナの直径または半径がアンテナの性能に影響を与えるかどうか、またはどのように影響を与えるかについて議論していない。むしろ‘０６５特許は、螺旋状アンテナの長さの選択方法についてのみ示唆している。さらに‘０６５特許の図１Ａ〜１Ｃから、そこに示す螺旋状アンテナの直径および半径は、図に例示する植込み型機器のヘッダ内にアンテナを設置するために利用可能な相対的空間と比べて短いようである。
【００１６】
Ｌｉｎｄｅｒらへの米国特許第６，５０５，０７２号（‘０７２特許）もまた、‘０７２特許の図３において、螺旋状アンテナをＩＭＤのヘッダに配置できると開示している。しかし‘０７２特許もまた、螺旋状アンテナの直径または半径が当該アンテナの性能に影響を与えるかどうか、またはどのような影響を与えるかについて議論していない。さらに‘０７２特許の図３から、螺旋状アンテナの直径および半径は、図に例示する植込み型機器のヘッダ内にアンテナを設置するために利用可能な相対的空間と比べて短いようである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の具体的な実施形態は、医療機器が基地局と無線通信することを可能にするアンテナ、そのようなアンテナを含む医療機器、ならびにそれに関連する方法、装置、およびシステムに向けられている。
【００１８】
本発明の一実施形態によれば、医療機器は、ハウジングと、ハウジングの合わせ面に機械的に取り付けられるヘッダとを有する。ヘッダ内には、１本以上のリード線の近位端を受け入れるように構成される１つ以上のコネクタがある。遠隔測定アンテナもまたヘッダ内に設置される。医療機器は例えば、これに限らないが植込み型神経刺激装置等の植込み型医療機器でありうる。さらに医療機器は、ハウジング内に遠隔測定回路を有し、アンテナは、アンテナからハウジングの合わせ面のフィードスルー開口部を通って延在する伝導体により、遠隔測定回路に電気的に接続される。一実施形態によれば、医療機器はまたハウジング内に治療回路を有し、この治療回路は、１つ以上のコネクタからハウジングの合わせ面の１つ以上のさらなるフィードスルー開口部を通って延在する１つ以上の伝導体によって、ヘッダ内の１つ以上のコネクタと電気的に接続される。治療回路は、ヘッダ内の１つ以上のコネクタに接続された１本以上のリード線の電極を介して伝達可能な刺激を制御するように構成される。ハウジングの少なくとも一部分は導電性であり、アンテナの接地面の役割を果たし、ハウジングの合わせ面が接地面のうちアンテナに最も近い部分となる。
【００１９】
コネクタ（複数可）はヘッダの一部分を占めるため、アンテナを設置し得るヘッダの部分は限られる。具体的な実施形態によれば、アンテナは、アンテナに利用可能な限られた空間を与えられたとして、アンテナ利得とアンテナ帯域幅を大きくし、最大化を試みるように形成されている。
【００２０】
一実施形態によれば、アンテナは中心軸の周りに渦巻き状になり、直方体の外周形状を有する。一実施形態において、この中心軸はハウジングの合わせ面に垂直である。アンテナの長手方向直径と横方向直径とは、中心軸で互いに交差する。一実施形態において、その長手方向直径は横方向直径より大きい。別の実施形態において、長手方向直径は横方向直径に略等しく、その場合、直方体の外周形状は正立方体の外周形状である。
【００２１】
直方体の外周形状を有するアンテナのアンテナ利得とアンテナ帯域幅は、ヘッダ内に納まりうる直円柱の外周形状を有する螺旋状アンテナのアンテナ利得とアンテナ帯域幅より大きい。これは、直方体の外周形状を有するアンテナが占める体積がヘッダ内に納まりうる直円柱の外周形状を有する螺旋状アンテナが占める体積より大きいためでもある。
【００２２】
別の実施形態によれば、アンテナの３次元形状は、ヘッダ内に納めることができ、かつ（ヘッダ内に納まりうる）直円柱の外周形状を有する螺旋状アンテナよりも体積が大きい、楕円形円柱、卵形円柱、細長五角柱、細長六角柱、または他の３次元形状でありうる。医療機器のヘッダ内における所与の利用可能空間に対して、これらの別の実施形態を用いて、ヘッダ内に納まりうる直円柱の外周形状を有する螺旋状アンテナを用いて実現しうるよりも大きいアンテナ利得とアンテナ帯域幅とを提供できる。これは、楕円形円柱、卵形円柱、細長五角柱、または細長六角柱の外周形状を有するアンテナが占める体積が、ヘッダ内に納まりうる直円柱の外周形状を有する螺旋状アンテナが占める体積より大きいためでもある。
【００２３】
本発明の実施形態は、例えば植込み型医療機器等の医療機器用のアンテナにも向けられている。一実施形態によれば、医療機器用のアンテナは、渦巻き状になって直方体の３次元形状を形成する導電性ワイヤを備える。一実施形態において、この直方体の長手方向直径は、直方体の横方向直径より大きい。別の実施形態では、直方体の長手方向直径は、直方体の横方向直径に略等しい。具体的な実施形態において、アンテナは、植込み型医療機器のヘッダの一部分内に納まる大きさである。
【００２４】
特定の実施形態によれば、医療機器用のアンテナは、渦巻き状になって、長手方向直径、横方向直径、および高さを有する３次元形状を形成する導電性ワイヤを備え、そのアンテナの長手方向直径は、アンテナの横方向直径より大きい。アンテナの３次元形状は直方体であってよい。あるいは、アンテナの３次元形状は、楕円形または卵形の円柱であってよい。
【００２５】
この概要は本発明の実施形態のすべてを要約することを意図したものではない。追加および代替の実施形態、発明の実施形態の特徴、局面、効果が、以下に述べる詳細な説明、図面、請求項からより明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】気密封止された機器ハウジングと、その機器ハウジングに機械的に取り付けられるヘッダとを有する植込み型医療機器（ＩＭＤ）の例を示す。
【００２７】
【図２Ａ】図１に例示するＩＭＤのヘッダ内に螺旋状アンテナが設置された様態の例を示す。
【図２Ｂ】図１に例示するＩＭＤのヘッダ内に螺旋状アンテナが設置された様態の例を示す。
【図２Ｃ】図１に例示するＩＭＤのヘッダ内に螺旋状アンテナが設置された様態の例を示す。
【００２８】
【図３】図３（Ａ）、３（Ｂ）、および３（Ｃ）はそれぞれ、本発明の一実施形態におけるアンテナを有するＩＭＤの前面図、側面図、および上面図を示す。
【００２９】
【図４】図３（Ａ）〜３（Ｃ）に示すアンテナの最大寸法を囲む球体の半径ａの描き方を示す。
【００３０】
【図５】図５（Ａ）、５（Ｂ）、および５（Ｃ）はそれぞれ、本発明の別の実施形態におけるアンテナを有するＩＭＤの前面図、側面図、および上面図を示す。
【００３１】
【図６】図５（Ａ）〜５（Ｃ）に示すアンテナの最大寸法を囲む球体の半径ａの描き方を示す。
【００３２】
【図７Ａ】図５（Ａ）〜５（Ｃ）で紹介された実施形態のアンテナの具体的な実装例の斜視図を示す。
【００３３】
【図７Ｂ】図７Ａに斜視図を示したアンテナの前面図を示す。
【００３４】
【図７Ｃ】図７Ａに斜視図を示したアンテナの側面図を示す。
【００３５】
【図７Ｄ】図７Ａに斜視図を示したアンテナの上面図を示す。
【００３６】
【図８】図８（Ａ）、８（Ｂ）、および８（Ｃ）はそれぞれ、本発明のさらなる実施形態におけるアンテナを有するＩＭＤの前面図、側面図、および上面図を示す。
【００３７】
【図９】図９（Ａ）、９（Ｂ）、および９（Ｃ）はそれぞれ、本発明の別のさらなる実施形態におけるアンテナを有するＩＭＤの前面図、側面図、および上面図を示す。
【００３８】
【図１０】本発明の別の実施形態におけるアンテナを有するＩＭＤの上面図を示す。
【００３９】
【図１１】本発明のさらに別の実施形態におけるアンテナを有するＩＭＤの上面図を示す。
【００４０】
【図１２】本発明の一実施形態のアンテナを使用しうる神経刺激システムの例を示す。
【００４１】
【図１３】本発明の実施形態におけるアンテナを有しうる植込み型神経刺激装置の電子回路の詳細な例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下の説明は本発明の各種実施形態の説明である。この説明は限定する趣旨で解釈されるべきではなく、本発明の一般原則を説明する目的で行われるにすぎない。本発明の範囲は請求項を参照して確認されるべきである。以下の本発明の説明では、同様の数字または参照符号は、一貫して同様の部分または要素を参照するために用いられる。また、参照番号の最初の桁で、その参照番号が初出する図面が特定される。
【００４３】
ＩＭＤ１１２の寸法の例を図３Ａ〜３Ｃに示す。図３ＡはＩＭＤの前面図を示し、図３ＢはＩＭＤの側面図を示し、図３ＣはＩＭＤ１１２の上面図を示す。ＩＭＤは、機器ハウジング１１０とヘッダ１２０とを有する。機器ハウジング１１０は、医療グレードの金属で製造できる。ヘッダ１２０は、比較的硬質で誘電性の非導電性ポリマー、または他のプラスチックから成形でき、機器ハウジング１１０の厚さに近い厚さを有する。図３Ａ〜３Ｃから理解できるように、ＩＭＤ１１２の幅は、ＩＭＤ１１２の厚さ（すなわち奥行き）よりかなり大きい。より具体的には、幅の例は４０ｍｍで、厚さの例は１２ｍｍである。ヘッダ１２０は取付け面を有し、この取付け面は機器ハウジング１２０の合わせ面１１１である側壁に合致して、機械的に取り付けられる。ヘッダ１２０の壁の最小厚さが（ヘッダの構造的一体性を維持するため）〜２ｍｍと仮定すると、ヘッダ１２０にアンテナを埋め込むための厚さはわずか約８ｍｍとなる。これは、アンテナ３００が真の螺旋状アンテナだった場合、すなわち真性螺旋の形状の場合、螺旋状アンテナ３００の直径は、図３Ｂおよび３Ｃに示すように約８ｍｍに制限されるであろうことを意味する。真の螺旋状アンテナの全体の外周形状は、図３Ａ〜３Ｃから理解できるように直円柱の外周形状である。
【００４４】
螺旋状アンテナ３００等のアンテナは、電気的小型アンテナ（ＥＳＡ）である。電気的小型アンテナは、ハロルド・ホイーラー（Ｈａｒｏｌｄ  Ｗｈｅｅｌｅｒ）が１９４７年に定義した最大寸法がλ／２π未満のものである。ランディ・バンクロフト（Ｒａｎｄｙ  Ｂａｎｃｒｏｆｔ）による論文「Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ  Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ  Ｌｉｍｉｔｓ  ｏｆ  Ａｎｔｅｎｎａｓ」，Ｃｅｎｔｕｒｉｏｎ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ、米国コロラド州ウェストミンスター、ｐｐ．１〜１４（日付不明）に説明される通り、この関係はｋ×ａ＜１として表されることが多い。
ｋ＝２π／λ，
λ＝自由空間波長（メートル）
ａ＝アンテナの最大寸法を囲む球体の半径（メートル）
【００４５】
自由空間波長λ＝ｖ／ｆにおいて、ｖは波の位相速度（位相速度の大きさ）で、ｆは波の周波数である。ＭＩＣＳ／ＭｅｄＲａｄｉｏ周波数帯域を通信に使用すると仮定すると、４０２〜４０５ＭＨｚのＲＦ帯域が使用され、ＭＩＣＳ／ＭｅｄＲａｄｉｏ周波数範囲の中心周波数は４０３．５ＭＨｚである。したがって、ｖ＝３×１０８、かつｆ＝４０３．５×１０６と仮定すると、λ＝３×１０８／４０３．５×１０６＝０．７４メートル（０．７４メートル＝７４ｃｍ＝７４０ｍｍ）となる。故に、４０３．５ＭＨｚの搬送波信号の場合、波長７４ｃｍに相当し、１／２波長のダイポールアンテナは、最適には約３７ｃｍ（すなわち３７０ｍｍ）長となり、１／４の波長モノポールアンテナは、最適には約１８．５ｃｍ（すなわち１８５ｍｍ）長を有して、このときハウジングが接地面の役割を果たす。
【００４６】
図３Ａ〜３Ｃを参照すると、長さ３７０ｍｍまたは１８５ｍｍの直線ワイヤアンテナは、明らかにヘッダ１２０内に納まらない。しかし、そのアンテナを螺旋状アンテナとして形成することによりそのような長さを実現できる可能性がある。
【００４７】
λ＝０．７４メートルの場合、ｋ＝２π／（０．７４）＝８．４９である。上記の通り、電気的小型アンテナの場合はｋ×ａ＜１である。したがって、ａ＜１／（８．４９）であれば、アンテナは電気的小型アンテナである。言換すれば、ａが０．１１８メートル未満（すなわち１１８ｍｍ未満）であれば、当該アンテナは電気的小型アンテナである。図４からわかるように、アンテナ３００の場合、ａは８ｍｍ以下である。故に、ｋ×ａ＝０．７４×８×１０−３＝０．００６で１未満である。したがってアンテナ３００は電気的小型アンテナである。上記分析は、誘電率＝１の空気中で行っている。波長は、１／（誘電率）２で減少する。同様の分析が、皮膚、脂肪、または筋肉等の高誘電率の組織でも成立する。ｋ×ａ＜１の関係は、より大きい体積＝より大きい利得およびより大きい帯域幅という概念に対するハードリミットではない。アンテナがモノポールのサイズにより近ければ（より大きければ）より良いと主張できるであろう。電気的小型アンテナの方程式から、小型アンテナの一次方程式分析により、形状に関係無く、体積がより大きければアンテナの利得（Ｇ）およびアンテナ帯域幅（ＢＷ）が向上することを立証することが可能となり、このアンテナ利得および帯域幅は、以下に説明するように主要な性能パラメータである。
【００４８】
アンテナ利得（Ｇ）がより低いほど、ＲＦ通信に利用可能な信号レベルがより低く、したがってＲＦ通信範囲もより短い。アンテナ帯域幅（ＢＷ）がより低いほど、アンテナは環境変化に対してより敏感である。逆に、アンテナＧがより高いほど、ＲＦ通信に利用可能な信号レベルはより高く、したがってＲＦ通信範囲もより長い。さらに、アンテナＢＷがより高いほど、アンテナは環境変化に対して耐性がある。したがって、ＩＭＤ等の医療機器に対して、好ましくはアンテナＢＷおよびアンテナＧの両方を最大化し、医療機器のアンテナがより容易に信号を受信できるようにする。アンテナＢＷは、ａに正比例する。さらにアンテナＧはａに正比例する。故に、アンテナＢＷとアンテナＧとを最大化するには、アンテナの配置に利用可能なヘッダの面積（すなわち部分）を考慮すると、ａが可能な限り大きいことが望ましい。さらにアンテナが３次元であることは、平面（すなわち２次元）であることと対照的に、放射パターンに関する利点がある。
【００４９】
本発明の第１の実施形態によれば、遠隔測定アンテナ３００は、ヘッダの奥行きとヘッダ１２０の各壁部の所望の厚さに対して実現可能な最大の直径を有する真の螺旋状アンテナである。例えば、ヘッダ１２０の壁部の所望の厚さは、ヘッダの構造的一体性を維持する最小の厚さにできるが、これに限らない。導電性ハウジング１１０は、アンテナ３００の接地面の役割を果たし、合わせ面１１１がアンテナ３００に対して最も近い接地面の面である。
【００５０】
アンテナ３００は、‘０６５特許に開示される螺旋状アンテナと区別でき、それは‘０６５特許の螺旋状アンテナの直径が、ヘッダの、リード線との接続用として使用していない部分と比べて非常に小さいからである。‘０６５特許のアンテナに対するアンテナ３００の優位性は、ａが大きくなっているため、アンテナＢＷおよびアンテナＧが大きくなることである。さらに本実施形態では、３次元のアンテナ３００を有することで放射パターンに関する利点を達成している。
【００５１】
ここで図５Ａ〜５Ｃを参照すると、本発明の第２の実施形態において、電気的小型遠隔測定アンテナ５００は、アンテナが中心軸５０２を中心に輪を作り（渦巻き状になるともいう）、３次元アンテナを形成するという点で螺旋状アンテナに類似する。しかし本実施形態において、遠隔測定アンテナ５００は螺旋状アンテナではなく、それはアンテナ５００が全体として円柱形の外周形状を有しないからである。むしろ、この第２の実施形態によれば、遠隔測定アンテナ５００の全体的な外周形状は、図５Ａ〜５Ｃから理解できるように、概ね直方体である。直方体は６面を有し、対向する面同士（例えば上と下、左と右、および前と後ろ）が同一のサイズで、全体の形状は長方形６面を有する箱形である。直方体形状の遠隔測定アンテナ５００の各面は、図５Ｃから理解できるように、完全な直角で交わらない可能性が高く、むしろ丸みを帯びていると考えられる。図５Ｃを参照すると、直方体形状アンテナ５００の長手方向の直径５０４と横方向の直径５０６とは、中心軸５０２で互いに交差し、長手方向の直径５０４が横方向の直径５０６より大きい。導電性ハウジング１１０は、アンテナ５００の接地面の役割を果たし、合わせ面１１１がアンテナ５００に最も近い接地面の面である。
【００５２】
アンテナ５００（全体が直方体の外周形状を有する）のアンテナ３００（全体が直円柱の外周形状を有する）に対する優位性は、図６から理解できるように、アンテナ５００がより大きいアンテナＢＷとより大きいアンテナＧとを有することである。これは、図６を図４と比較して理解できるように、アンテナ５００のａ（アンテナの最大寸法を囲む球体の半径）がアンテナ３００のａより大きいためである。換言すれば、アンテナ５００はアンテナ３００よりも、ヘッダ１１２内の利用可能な空間をより有効に利用している。半径ａを大きくすることによりアンテナ５００が占める体積が増し、これがＢＷおよびＧが大きくなる理由でもある。図４において、半径ａの値の例は８ｍｍで、図６では半径ａの値の例は１３．２ｍｍである。半球の体積は、体積＝（２／３）×π×（ｒ３）の方程式を用いて計算できる。この方程式のｒは半径ａに等しく、図６のアンテナ５００に対応する半球の体積は、約４，８１３ｍｍ３で、図４のアンテナ３００に対応する半球の体積１，０７４ｍｍ３の４倍超である。
【００５３】
図７Ａは、図５Ａ、５Ｂ、および５Ｃで紹介された実施形態のアンテナ５００を具体的に実装した斜視図を示し、ここではヘッダ１２０の部分が取り外されている。図７Ｂ、７Ｃ、および７Ｄはそれぞれ、図７Ａに斜視図が示されているアンテナ５００の前面図、側面図、および上面図を示す。一実施形態によれば、概ね直方体形状の中心ボビン７０２の周りに、アンテナが長手方向長さ（すなわち長手方向直径）、横方向幅（すなわち横方向直径）、および高さを有する概ね直方体の形状を有するように、導電性ワイヤをある角度で巻きつけて、遠隔測定アンテナ５００を形成することができる。中心ボビン７０２は、心棒７０２といってもよく、好ましくは非導電性の誘電性材料で製造される。例えば心棒７０２は、ヘッダ１２０の製造原料と同じ誘電性の非導電性ポリマーまたは他のプラスチックで製造できるが、そうである必要はない。
【００５４】
上述の通り、アンテナ２００よりもヘッダ１１２内の利用可能な空間をより有効に利用することにより、アンテナ３００はアンテナ２００よりも大きいアンテナＧとアンテナＢＷとを実現している。また上述の通りアンテナ５００は、アンテナ３００よりもヘッダ１１２内の利用可能な空間をより一層有効に利用することにより、アンテナ３００よりも大きいアンテナＧとアンテナＢＷとを実現している。より具体的には、長手方向直径５０４を横方向直径５０６より大きくし、円形断面に対して長方形断面を有することにより、アンテナ５００は、アンテナ３００よりもより大きい体積を占める。図８Ａ、８Ｂ、および８Ｃに示すさらなる実施形態では、アンテナ８００の全体の外周形状は、特殊な種類の直方体である正立方体で、長手方向直径８０４と横方向直径８０６とが等しい。アンテナ８００は、中心軸８０２の周りに渦巻き状になって３次元アンテナを形成し、その長手方向直径８０４と横方向直径８０６とが中心軸８０２に沿って互いに交差する。アンテナ８００は、アンテナ５００ほどの大きいアンテナＧとアンテナＢＷとを提供しないが、直円柱の外周形状を有するアンテナ３００よりは大きいアンテナＧとアンテナＢＷとを有する。これは、正立方体の長手方向の直径および横方向の直径が直円柱の直径と同じと仮定した場合に、正立方体の体積が直円柱の体積よりも大きいためでもある。遠隔測定アンテナ８００は、アンテナが長手方向長さ（すなわち長手方向直径）、横方向幅（すなわち横方向直径）、および高さを有する概ね正立方体の形状を有するように、導電性ワイヤを概ね正立方体形状の中心ボビンの周りにある角度で巻きつけて形成でき、このときその長手方向直径および横方向直径は等しい。
【００５５】
図９Ａ、９Ｂ、および９Ｃに示すさらなる実施形態において、アンテナ９００の全体の外周形状は、楕円形または卵形の円柱状で、その長手方向直径９０４は、横方向直径９０６より大きい。アンテナ９００は、中心軸９０２の周りに渦巻き状になって３次元アンテナを形成し、その長手方向直径９０４と横方向直径９０６とが中心軸９０２に沿って互いに交差する。アンテナ９００は、アンテナ５００ほどの大きいアンテナＧとアンテナＢＷとを提供しないが、直円柱外周形状を有するアンテナ３００よりは大きいアンテナＧとアンテナＢＷとを有する。これは、楕円形または卵形の円柱の横方向直径と直円柱の直径とが等しく、楕円形の円柱の長手方向直径がその横方向直径より大きいと仮定した場合に、楕円形または卵形の円柱の体積が、直円柱の体積より大きいためでもある。遠隔測定アンテナ９００は、アンテナが長手方向長さ（すなわち長手方向直径）、横方向幅（すなわち横方向直径）、および高さを有する概ね楕円形のまたは卵形の円柱形状を有するように、導電性ワイヤを概ね楕円形または卵形の円柱形状の中心ボビンの周りにある角度で巻きつけて形成でき、このときその長手方向直径は横方向直径より長い。
【００５６】
本発明のさらなる実施形態は、ヘッダ１２０内に納まり、かつ直円柱外周形状を有する螺旋状アンテナ３００より大きい体積を有しうる、他の３次元形状を含む。例えば、細長い六角柱様の形状を有するアンテナ１０００の上面図を図１０に示し、細長い五角柱様の形状を有するアンテナ１１００の上面図を図１１に示す。これらは、ヘッダ１２０内に納まり、かつ直円柱の外周形状を有する螺旋状アンテナ３００よりも大きい体積を有しうる、他の３次元形状の数例にすぎない。本明細書を読む当業者であれば、限定されないが、例えば細長七角柱、細長八角柱、細長九角柱、細長十角柱、細長十一角柱等の更なる形状が可能であり、本発明の範囲内にあると理解されよう。
【００５７】
図１０を参照すると、アンテナ１０００は、その横方向直径１００６より長い長手方向直径１００４を有する。アンテナ１０００は、中心軸１００２の周りに渦巻き状になって３次元アンテナを形成し、その長手方向直径１００４と横方向直径１００６とが中心軸１００２に沿って互いに交差する。
【００５８】
図１１を参照すると、アンテナ１１００は、その横方向直径１１０６より長い長手方向直径１１０４を有する。アンテナ１１００は、中心軸１１０２の周りに渦巻き状になって３次元アンテナを形成し、その長手方向直径１１０４と横方向直径１１０６とが中心軸１１０２に沿って互いに交差する。しかしアンテナの正確な形状によっては、アンテナが必ずしも中心軸を中心とした渦巻き状でなくてもよい。
【００５９】
アンテナ１０００および１１００は、アンテナ５００ほどの大きいアンテナＧとアンテナＢＷとを提供しないが、直円柱の外周形状を有するアンテナ３００よりは大きいアンテナＧとアンテナＢＷとを有する。これは、細長六角柱の横方向直径および細長五角柱の横方向直径が直円柱の直径と等しく、細長六角柱の長手方向直径および細長五角柱の長手方向直径がそれぞれの横方向直径より長いと仮定した場合に、細長六角柱の体積および細長五角柱の体積が直円柱の体積より大きいためでもある。
【００６０】
遠隔測定アンテナ１０００および１１００は、アンテナが長手方向長さ（すなわち長手方向直径）、横方向幅（すなわち横方向直径）、および高さを有する、それぞれ概ね細長い六角柱形状および細長い五角柱形状を有するように、導電性ワイヤを適宜成形された中心ボビンの周りにある角度で巻きつけて形成でき、その長手方向直径は横方向直径より長い。
【００６１】
ＭＩＣＳ／ＭｅｄＲａｄｉｏ周波数帯域を通信に使用すると仮定する場合、この中心周波数は４０３．５ＭＨｚであり、これは上述の通りλ＝０．７４メートル＝７４ｃｍ＝７４０ｍｍに対応する。したがって、アンテナ３００、５００、８００、または９００を形成するために使用するワイヤの（当該ワイヤがアンテナ３００、５００、８００、または９００を形成するために渦巻き状になる前の）長さは、約３７０ｍｍ（１／２波長ダイポールアンテナを提供する）と１８５ｍｍ（１／４波長モノポールアンテナを提供する）でありうる。長さがより短ければ、良好な性能であるがより少ない利得と小さい帯域幅を提供することも証明された。
【００６２】
ＩＭＤは、典型的には臀部上方、腹部、または胸部の人体組織の皮下に植え込まれる。人体組織は、空気よりも高い誘電特性（より高い誘電率を含む）を有する。上記のアンテナＧおよびアンテナＢＷの議論（理論と例を含む）では空気の誘電特性を仮定したが、同様の理論が人体組織に見られる、より高い誘電特性に対しても当てはまる。
【００６３】
（神経刺激システムの例）
本発明の上記の実施形態によれば、遠隔測定アンテナは、ＩＮＳを含むがそれに限定されないあらゆる種類のＩＭＤで使用できる。アンテナをいかにＩＮＳの一部として組み込むことができるかを示すために、図１２に神経刺激システム１２００の例を説明する。システム１２００はＩＮＳ１１２を有する。ＩＮＳ１１２は典型的には患者の体内において皮下ポケットに植え込み可能である。１本以上のリード線１１４がＩＮＳ１１２のヘッダ１２０に接続され、このときそれぞれのリード線は１つ以上の電極１２１６を有する。例えば４本のリード線１１４をＩＮＳ１１２に接続でき、このときそれぞれのリード線は４つの電極１１６を有する。あるいは、数を増減したリード線を使用でき、ここでリード線毎の電極の数は増減する。ＩＮＳ１１２は、ハウジング１１０内に電子回路１１８と電池１０４とを有する。電子回路１１８は、治療回路１０８と遠隔測定回路１０６とを有する。これに限らないが、１本以上のリード線１１４は、その電極が後根神経節（ＤＲＧ）の上や近くに配置されるように位置させることができる。このような刺激に関するさらなる詳細は、「Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａ  Ｇａｎｇｌｉｏｎ」と題された米国特許第７，４５０，９９３号と「Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ａｎｄ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ  ｆｏｒ  Ｍｅｄｉｃａｌ  Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ」と題された米国特許出願第１２／６０７，００９号とが提供しており、ともに参照によって本明細書に援用される。
【００６４】
治療回路１０８を用いて、電気的に刺激する信号（神経刺激信号、神経刺激波形、または単に刺激信号とも称する）を生成し、電極１２１６の少なくとも２つを介して神経組織に供給でき、このとき電極の少なくとも１つはアノードとして接続され、電極の少なくとも１つはカソードとして接続される。遠隔測定回路１０６はＩＮＳ１１２のアンテナ５００（または他のアンテナ、例えばアンテナ３００、８００、９００、１０００、もしくは１１００）と非植込み型プログラマもしくは遠隔モニタとの間のＲＦ通信または他の無線通信を支援するＲＦトランシーバを有する。ブロック１２２２が表すプログラマは「臨床医プログラマ」と称することが多く、ＩＮＳの製造業者の販売代理人、臨床医、医師、および／または他の医療関係者（以下、「プログラミングパーソン」と総称する）が使用してもよい。ブロック１２２６は別の種類のプログラマを表し、これを「患者プログラマ」と称することが多く、主にＩＮＳ１１２が植え込まれた患者による制御が意図される。ブロック１２３０は遠隔モニタ（例えばベッドサイドモニタ）を表し、遠隔モニタ１３０は所定の間隔で、所定の時点で、および／または１つ以上のトリガとなるイベントに応答してＩＮＳ１１２から情報のアップロードを試みることができる。
【００６５】
神経刺激パラメータ情報は、１本以上のリード線１１４を用いて神経刺激（単に刺激とも称する）をどのように伝達するかを定義できる。このような情報はリード線選択情報、電極構成情報、および刺激波形情報を含みうる。例えば、このような情報によってそれぞれのリード線（例えば４本のリード線）の複数の電極（例えば４つの電極）のそれぞれをどのように構成するか（すなわちアノード電極、カソード電極、不活性電極のいずれとするか）を指定したり、それぞれのリード線を用いて伝達する刺激波形の振幅、パルス幅、パルス繰り返し率を指定したりできる。
【００６６】
一実施形態によれば、外部プログラマ（例えば臨床プログラマ１２２２）は神経刺激パラメータ情報データをＩＮＳ１１２に無線送信する。より一般的には、外部プログラマからＩＮＳ１１２に送信されて、神経刺激信号を生成し伝達するためにＩＮＳが用いるデータを神経刺激データと称しうる。ＩＮＳは、アンテナ５００（または他のアンテナ、例えば３００、８００、９００、１０００、もしくは１１００）と、その遠隔測定回路１０６とを使用して、そのような神経刺激データを受信できる。適切な場合、外部プログラマ（例えば臨床プログラマ１２２２）もまた、神経刺激データの送信に使用する周波数帯域（例えばＭＩＣＳ／ＲａｄｉｏＭｅｄ帯域）と異なる周波数帯域（例えばＩＳＭ帯域）で、ＩＮＳ１１２にウェイクアップ信号を無線送信できる。ＩＮＳの同じアンテナを使用して、神経刺激データとウェイクアップ信号とを同時に、または別々の時間に受信できる。
【００６７】
ＩＮＳ１１２が外部プログラマから神経刺激データを受信するとＩＮＳ１１２は、これに限らないが、不揮発性メモリ（例えばフラッシュ）等のメモリの一部にこのデータを記憶できる。 
【００６８】
ここで図１３を用いてＩＮＳ１１２の電子回路１１８の詳細な例を説明する。図１３を参照すると、治療回路１０８は、コントローラ１３１０、メモリ１３１２、電力管理回路１３２０、充電エンジン回路１３３０、刺激エンジン回路１３４０、測定回路１３５０を有するものとして示される。コントローラ１３１０は、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、状態機械、または同様の個別および／もしくは集積論理回路を有しうる。具体的な一実施形態では、コントローラ１３１０は、１つ以上のプロセッサを有しうるマイクロコントローラユニット（ＭＣＵ）を用いて実装される。マイクロコントローラまたはＤＳＰも同様に１つ以上のプロセッサを有しうる。
【００６９】
メモリ１３１２は、これらに限らないが、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＮＶＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ等を含む揮発性および／または不揮発性メモリを有しうる。メモリ１３１２は、電極構成情報および刺激波形情報を含みうる神経刺激データを記憶できる。
【００７０】
電力管理回路１３２０は電池１０４に接続されるものとして示され、これを用いて、他の様々な回路に電力を供給するのに適切な電圧および／または電流レベルを生成する。したがって、電力管理回路１３２０は、これらに限らないが、昇圧および／または降圧コンバータ等の１つ以上のＤＣ−ＤＣコンバータを有しうる。加えてまたは代わりに、電力管理回路１３２０は、他の種類の電圧発生器を有しうる。電力管理回路１３２０は電池１０４の残りの電池寿命を監視することもでき、これにより、電池１０４の交換や場合によっては再充電が必要な場合に患者および／または医療関係者に通知できる。
【００７１】
図１３には示さないが、治療回路１０８は制御コンデンサを有することができ、これらの制御コンデンサは療法出力コンデンサが蓄積する電荷を維持、調整、および／または他の方法で制御するのに使用する電荷を蓄積し、このときこれらの療法出力コンデンサを用いて患者の組織に刺激を伝達する。充電エンジン１３３０はこれらのような制御コンデンサを有することができ、これらの充電に使用できる。充電エンジン１３３０を用いて、療法蓄積コンデンサに記憶された電圧をサンプリングして、必要に応じて適切な電荷の維持および／または変更が確実に行われるようにすることもできる。
【００７２】
刺激エンジン１３４０は１本以上のリード線１１４に電気的に接続されるものとして示され、このとき、それぞれのリード線は少なくとも２つの電極１２１６を有する。刺激エンジン１３４０はスイッチを有することができ、これらを用いて特定のリード線を選択し、選択されたリード線の電極をアノード、カソード、または不活性電極として構成する。
【００７３】
測定回路１３５０を用いて、例えばリード線のインピーダンス、リード線の出力電流、リード線の出力電圧、電池電圧、および電池電流を測定できるが、これらに限らない。
【００７４】
遠隔測定回路１０６は、例えば同軸ケーブルまたは他の伝送線でアンテナ（例えばアンテナ３００、８００、９００、１０００、もしくは１１００）に電気的に接続される高周波（ＲＦ）トランシーバ１３６２を有しうる。ＲＦトランシーバ１３６２は、アンテナを介して臨床プログラマ、患者プログラマ、ならびに／または遠隔モニタリングユニット（例えば１２２２、１２２６、および／もしくは１２３０）等の非植込み型機器のＲＦトランシーバとの間でＲＦ信号を送受信する任意の既知の回路を有しうる。これらのようなトランシーバとしては、これに限らないが、カナダのオタワに本社を置くザーリンク・セミコンダクター社等、各種会社のものが使用できる。
【００７５】
一般に、電子回路１１８を用いて、非植込み型ＢＳと通信し、神経刺激信号を生成し、スイッチを制御して、選択されたリード線の選択された電極に刺激エネルギーを結合できる。刺激パルスは、メモリ１３１２内に記憶された神経刺激データが指定するパラメータに応じて生成できる。指定できるプログラム可能なパラメータの例としては、上述のように、神経刺激波形（神経刺激信号としても知られる）のパルス振幅、パルス幅、およびパルス繰り返し率（パルス周波数としても知られる）が挙げられる。
【００７６】
アンテナ３００、５００、８００、９００、１０００、および１１００は、ＩＮＳの一部として記述したが、代わりに、植込み型の除細動器および／またはペースメーカ、ならびに植込み型薬剤ポンプを含むがそれらに限らない、他の種類の植込み型機器の一部であってもよい。さらなる実施形態において、アンテナ３００、５００、８００、９００、１０００、および１１００は、例えばこれに限定されないが、患者が（例えばポケットに入れてまたはベルトに装着して）持ち歩く非植込み型歩行用血行動態モニタ等の非植込み型医療機器の一部となりうる。別の例では、ＭＤは非植込み型神経刺激装置とすることができ、この非植込み型神経刺激装置はＩＮＳの機能の一部または全部を再現し、患者に接続されて提案された神経刺激療法の有効性を評価できる。このような非植込み型装置は試験用神経刺激（ＴＮＳ）装置と称することが多い。ＴＮＳ装置は患者の背中にテープで止めたり、患者のベルトに引っ掛けたり、他の何らかの方法で患者に装着したりできる。非植込み型神経刺激装置をＴＮＳと同様に長時間にわたって用いることもありえるが、この場合、この非植込み型装置はもはや「試験用」装置とはみなされない可能性もある。このようなＴＮＳまたは他の非植込み型神経刺激装置を用いる場合、装置の非植込み型ハウジングまたはヘッダから延在する刺激リード線（複数可）を（例えば経皮的に）患者に挿入でき、これによりリード線（複数可）の末端部分は、例えば脊髄に沿って適切な場所に位置する。非植込み型ＭＤは神経刺激以外の他の何らかの種類の療法にも使用できる。ＭＤが非植込み型ＭＤである場合、ＦＣＣが定義したＷｉｒｅｌｅｓｓ  Ｍｅｄｉｃａｌ  Ｔｅｌｅｍｅｔｒｙ  Ｓｅｒｖｉｃｅ（ＷＭＴＳ）規格を使用できる。しかし、本発明の実施形態はＷＭＴＳ通信規格の使用に限らない。これらはほんの数例にすぎず、限定する目的ではない。
【００７７】
指定される機能の働きとそれらの関係を説明する機能ビルディングブロックを用いて本発明の実施形態を上述した。説明の便宜上、これらの機能ビルディングブロックの境界を本明細書で定義した箇所もある。指定される機能の働きとそれらの関係が適切に実行される限り、代替の境界も定義できる。したがって、このようなあらゆる代替の境界が、請求項にかかる発明の範囲および精神内に含まれる。
【００７８】
前述の発明を、明確化および理解の目的で、説明および例示によって多少詳しく説明したが、各種代替案、変形、同等物を用いてもよく、上記の説明は本発明の範囲内に限定するものとして解釈されるべきでないことは明らかである。
【図１】
2014514088.tif 000003
【図２Ａ】
2014514088.tif 000004
【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年12月18日(2013.12.18)
【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】請求項２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２６】
前記アンテナの前記３次元形状は、
楕円形円柱、
卵形円柱、
細長五角柱、
細長六角柱、
細長七角柱、
細長八角柱、
細長九角柱、
細長十角柱、および
細長十一角柱からなる群から選択される、請求項２４に記載のアンテナ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
ＩＭＤ１１２の寸法の例を図３Ａ〜３Ｃに示す。図３ＡはＩＭＤの前面図を示し、図３ＢはＩＭＤの側面図を示し、図３ＣはＩＭＤ１１２の上面図を示す。ＩＭＤは、機器ハウジング１１０とヘッダ１２０とを有する。機器ハウジング１１０は、医療グレードの金属で製造できる。ヘッダ１２０は、比較的硬質で誘電性の非導電性ポリマー、または他のプラスチックから成形でき、機器ハウジング１１０の厚さに近い厚さを有する。図３Ａ〜３Ｃから理解できるように、ＩＭＤ１１２の幅は、ＩＭＤ１１２の厚さ（すなわち奥行き）よりかなり大きい。より具体的には、幅の例は４０ｍｍで、厚さの例は１２ｍｍである。ヘッダ１２０は取付け面を有し、この取付け面は機器ハウジング１１０の合わせ面１１１である側壁に合致して、機械的に取り付けられる。ヘッダ１２０の壁の最小厚さが（ヘッダの構造的一体性を維持するため）〜２ｍｍと仮定すると、ヘッダ１２０にアンテナを埋め込むための厚さはわずか約８ｍｍとなる。これは、アンテナ３００が真の螺旋状アンテナだった場合、すなわち真性螺旋の形状の場合、螺旋状アンテナ３００の直径は、図３Ｂおよび３Ｃに示すように約８ｍｍに制限されるであろうことを意味する。真の螺旋状アンテナの全体の外周形状は、図３Ａ〜３Ｃから理解できるように直円柱の外周形状である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
アンテナ５００（全体が直方体の外周形状を有する）のアンテナ３００（全体が直円柱の外周形状を有する）に対する優位性は、図６から理解できるように、アンテナ５００がより大きいアンテナＢＷとより大きいアンテナＧとを有することである。これは、図６を図４と比較して理解できるように、アンテナ５００のａ（アンテナの最大寸法を囲む球体の半径）がアンテナ３００のａより大きいためである。換言すれば、アンテナ５００はアンテナ３００よりも、ヘッダ１２０内の利用可能な空間をより有効に利用している。半径ａを大きくすることによりアンテナ５００が占める体積が増し、これがＢＷおよびＧが大きくなる理由でもある。図４において、半径ａの値の例は８ｍｍで、図６では半径ａの値の例は１３．２ｍｍである。半球の体積は、体積＝（２／３）×π×（ｒ３）の方程式を用いて計算できる。この方程式のｒは半径ａに等しく、図６のアンテナ５００に対応する半球の体積は、約４，８１３ｍｍ３で、図４のアンテナ３００に対応する半球の体積１，０７４ｍｍ３の４倍超である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５４】
上述の通り、アンテナ２００よりもヘッダ１２０内の利用可能な空間をより有効に利用することにより、アンテナ３００はアンテナ２００よりも大きいアンテナＧとアンテナＢＷとを実現している。また上述の通りアンテナ５００は、アンテナ３００よりもヘッダ１２０内の利用可能な空間をより一層有効に利用することにより、アンテナ３００よりも大きいアンテナＧとアンテナＢＷとを実現している。より具体的には、長手方向直径５０４を横方向直径５０６より大きくし、円形断面に対して長方形断面を有することにより、アンテナ５００は、アンテナ３００よりもより大きい体積を占める。図８Ａ、８Ｂ、および８Ｃに示すさらなる実施形態では、アンテナ８００の全体の外周形状は、特殊な種類の直方体である正立方体で、長手方向直径８０４と横方向直径８０６とが等しい。アンテナ８００は、中心軸８０２の周りに渦巻き状になって３次元アンテナを形成し、その長手方向直径８０４と横方向直径８０６とが中心軸８０２に沿って互いに交差する。アンテナ８００は、アンテナ５００ほどの大きいアンテナＧとアンテナＢＷとを提供しないが、直円柱の外周形状を有するアンテナ３００よりは大きいアンテナＧとアンテナＢＷとを有する。これは、正立方体の長手方向の直径および横方向の直径が直円柱の直径と同じと仮定した場合に、正立方体の体積が直円柱の体積よりも大きいためでもある。遠隔測定アンテナ８００は、アンテナが長手方向長さ（すなわち長手方向直径）、横方向幅（すなわち横方向直径）、および高さを有する概ね正立方体の形状を有するように、導電性ワイヤを概ね正立方体形状の中心ボビンの周りにある角度で巻きつけて形成でき、このときその長手方向直径および横方向直径は等しい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５５】
図９Ａ、９Ｂ、および９Ｃに示すさらなる実施形態において、アンテナ９００の全体の外周形状は、楕円形または卵形の円柱状で、その長手方向直径９０４は、横方向直径９０６より大きい。アンテナ９００は、中心軸９０２の周りに渦巻き状になって３次元アンテナを形成し、その長手方向直径９０４と横方向直径９０６とが中心軸９０２に沿って互いに交差する。アンテナ９００は、アンテナ５００ほどの大きいアンテナＧとアンテナＢＷとを提供しないが、直円柱外周形状を有するアンテナ３００よりは大きいアンテナＧとアンテナＢＷとを有する。これは、楕円形または卵形の円柱の横方向直径と直円柱の直径とが等しく、楕円形または卵形の円柱の長手方向直径がその横方向直径より大きいと仮定した場合に、楕円形または卵形の円柱の体積が、直円柱の体積より大きいためでもある。遠隔測定アンテナ９００は、アンテナが長手方向長さ（すなわち長手方向直径）、横方向幅（すなわち横方向直径）、および高さを有する概ね楕円形のまたは卵形の円柱形状を有するように、導電性ワイヤを概ね楕円形または卵形の円柱形状の中心ボビンの周りにある角度で巻きつけて形成でき、このときその長手方向直径は横方向直径より長い。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６６】
一実施形態によれば、外部プログラマ（例えば臨床医プログラマ１２２２）は神経刺激パラメータ情報データをＩＮＳ１１２に無線送信する。より一般的には、外部プログラマからＩＮＳ１１２に送信されて、神経刺激信号を生成し伝達するためにＩＮＳが用いるデータを神経刺激データと称しうる。ＩＮＳは、アンテナ５００（または他のアンテナ、例えば３００、８００、９００、１０００、もしくは１１００）と、その遠隔測定回路１０６とを使用して、そのような神経刺激データを受信できる。適切な場合、外部プログラマ（例えば臨床医プログラマ１２２２）もまた、神経刺激データの送信に使用する周波数帯域（例えばＭＩＣＳ／ＲａｄｉｏＭｅｄ帯域）と異なる周波数帯域（例えばＩＳＭ帯域）で、ＩＮＳ１１２にウェイクアップ信号を無線送信できる。ＩＮＳの同じアンテナを使用して、神経刺激データとウェイクアップ信号とを同時に、または別々の時間に受信できる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７１】
図１３には示さないが、治療回路１０８は制御コンデンサを有することができ、これらの制御コンデンサは療法出力コンデンサが蓄積する電荷を維持、調整、および／または他の方法で制御するのに使用する電荷を蓄積し、このときこれらの療法出力コンデンサを用いて患者の組織に刺激を伝達する。充電エンジン回路１３３０はこれらのような制御コンデンサを有することができ、これらの充電に使用できる。充電エンジン回路１３３０を用いて、療法蓄積コンデンサに記憶された電圧をサンプリングして、必要に応じて適切な電荷の維持および／または変更が確実に行われるようにすることもできる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７２】
刺激エンジン回路１３４０は１本以上のリード線１１４に電気的に接続されるものとして示され、このとき、それぞれのリード線は少なくとも２つの電極１２１６を有する。刺激エンジン回路１３４０はスイッチを有することができ、これらを用いて特定のリード線を選択し、選択されたリード線の電極をアノード、カソード、または不活性電極として構成する。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７４】
遠隔測定回路１０６は、例えば同軸ケーブルまたは他の伝送線でアンテナ（例えばアンテナ３００、８００、９００、１０００、もしくは１１００）に電気的に接続される高周波（ＲＦ）トランシーバ１３６２を有しうる。ＲＦトランシーバ１３６２は、アンテナを介して臨床医プログラマ、患者プログラマ、ならびに／または遠隔モニタリングユニット（例えば１２２２、１２２６、および／もしくは１２３０）等の非植込み型機器のＲＦトランシーバとの間でＲＦ信号を送受信する任意の既知の回路を有しうる。これらのようなトランシーバとしては、これに限らないが、カナダのオタワに本社を置くザーリンク・セミコンダクター社等、各種会社のものが使用できる。
【国際調査報告】
2014514088.tif 000021