(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナ組立体、電源回路、及び通信回路を含む無線装置であって、
前記アンテナ組立体が、
コアと、
第１の電力コイル軸を有する第１の電力コイルを少なくとも含む、それぞれの電力コイル軸方向に前記コアの周りに巻き付けられた１または複数の電力コイルと、
前記第１の電力コイル軸に実質的に平行な第１の信号コイル軸を有する第１の信号コイルを少なくとも含む、それぞれの信号コイル軸方向に前記コアの周りに巻き付けられた１または複数の信号コイルと、を含み、
前記電源回路が、前記電力コイルから第１の周波数帯域の第１の無線信号を受信して、前記第１の無線信号を整流して直流を生成するように前記電力コイルに結合され、
前記通信回路が、前記直流によって電力が供給され、前記信号コイルを介して第２の周波数帯域の第２の無線信号を送信または受信の少なくとも一方を実行できるように結合され、
前記第１の信号コイルは、少なくとも１つの別のコイルを間に介することによって前記第１の電力コイルから引き離されつつ、前記第１の電力コイルに重なるように巻き付けられることを特徴とする無線装置。
【請求項２】
前記第１の電力コイルが電力コイル幅を有し、前記第１の信号コイルが前記電力コイル幅よりも実質的に小さい信号コイル幅を有することを特徴とする請求項１に記載の無線装置。
【請求項３】
前記コアが表面幅を有する多面体を含み、前記第１の電力コイルが前記表面幅の少なくとも約８０％に等しい第１の電力コイル幅を有することを特徴とする請求項２に記載の無線装置。
【請求項４】
前記第１の信号コイル幅が前記第１の電力コイル幅の約５０％未満であることを特徴とする請求項２に記載の無線装置。
【請求項５】
前記第１の信号コイル幅が前記第１の電力コイル幅の約２０％未満であることを特徴とする請求項４に記載の無線装置。
【請求項６】
前記１または複数の電力コイルが、第２の電力コイル軸及び第３の電力コイル軸をそれぞれ有する第２の電力コイル及び第３の電力コイルを少なくとも含み、前記第１の電力コイル軸、前記第２の電力コイル軸、及び前記第３の電力コイル軸が実質的に相互に直交していることを特徴とする請求項１に記載の無線装置。
【請求項７】
前記１または複数の信号コイルが、第２の信号コイル軸及び第３の信号コイル軸をそれぞれ有する第２の信号コイル及び第３の信号コイルを少なくとも含み、前記第２の信号コイル軸及び前記第３の信号コイル軸がそれぞれ、前記第２の電力コイル軸及び前記第３の電力コイル軸に実質的に平行であることを特徴とする請求項６に記載の無線装置。
【請求項８】
前記電力コイルが、それぞれの電力コイル幅を有しており、前記信号コイルが、前記電力コイル幅よりも実質的に小さい信号コイル幅を有することを特徴とする請求項７に記載の無線装置。
【請求項９】
前記第１の電力コイルと前記第１の信号コイルの対の間、前記第２の電力コイルと前記第２の信号コイルの対の間、及び前記第３の電力コイルと前記第３の信号コイルの対の間に別の前記コイルが巻き付けられるように、前記電力コイルと前記信号コイルが巻き付けられていることを特徴とする請求項７に記載の無線装置。
【請求項１０】
前記第１の電力コイルと前記第１の信号コイルの対の間、前記第２の電力コイルと前記第２の信号コイルの対の間、及び前記第３の電力コイルと前記第３の信号コイルの対の間に別の前記電力コイルが巻き付けられるように、前記電力コイルと前記信号コイルが巻き付けられていることを特徴とする請求項７に記載の無線装置。
【請求項１１】
前記１または複数の電力コイルが、前記第１の電力コイル軸に対して実質的に非平行な第２の電力コイル軸を有する第２の電力コイルを少なくとも含み、前記第２の電力コイルが、前記第１の電力コイルと前記第１の信号コイルとの間に巻き付けられていることを特徴とする請求項１に記載の無線装置。
【請求項１２】
前記通信回路が、前記信号コイルを介して前記第２の無線信号を受信し、その第２の無線信号に応じて、前記無線装置の位置を示す第３の無線信号を送信するように適合されていることを特徴とする請求項１に記載の無線装置。
【請求項１３】
前記通信回路が、前記電力コイルを介して前記第３の無線信号を送信するように結合されていることを特徴とする請求項１２に記載の無線装置。
【請求項１４】
物体をトラッキングする装置であって、
第１の周波数帯域の無線周波（ＲＦ）エネルギーを前記物体に向けて放射するように適合された電力送信機と、
前記物体の近傍に第２の周波数帯域の電磁界を生成するように適合された１または複数の電磁界発生器と、
前記物体に固定するように適合された、アンテナ組立体、電源回路、及び通信回路を含む無線トランスポンダであって、
前記アンテナ組立体が、
コアと、
第１の電力コイル軸を有する第１の電力コイルを少なくとも含む、それぞれの電力コイル軸方向に前記コアの周りに巻き付けられた１または複数の電力コイルと、
前記第１の電力コイル軸に実質的に平行な第１の信号コイル軸を有する第１の信号コイルを少なくとも含む、それぞれの信号コイル軸方向に前記コアの周りに巻き付けられた１または複数の信号コイルと、を含み、
前記電源回路が、前記電力コイルから前記第１の周波数帯域の前記ＲＦエネルギーを受信して、前記ＲＦエネルギーを整流して直流を生成するように前記電力コイルに結合されており、
前記通信回路が、前記直流によって電力が供給され、前記第２の周波数帯域の電磁界によって前記信号コイルに流れる交流を検出し、前記交流を示す出力信号を送信するように結合された、前記無線トランスポンダと、
前記出力信号を受信し、その出力信号に応じて前記物体の座標を決定するように適合された信号受信機と、を含み、
前記第１の信号コイルは、少なくとも１つの別のコイルを間に介することによって前記第１の電力コイルから引き離されつつ、前記第１の電力コイルに重なるように巻き付けられることを特徴とする物体トラッキング装置。
【請求項１５】
前記トランスポンダが、前記物体と共に患者の体内に挿入するように適合されており、前記電力送信機及び前記１または複数の電磁界発生器が前記患者の体外に配置されていることを特徴とする請求項１４に記載の物体トラッキング装置。
【請求項１６】
前記第１の電力コイルが電力コイル幅を有し、前記第１の信号コイルが前記電力コイル幅よりも実質的に小さい信号コイル幅を有することを特徴とする請求項１４に記載の物体トラッキング装置。
【請求項１７】
前記１または複数の電力コイルが、第２の電力コイル軸及び第３の電力コイル軸をそれぞれ有する第２の電力コイル及び第３の電力コイルを少なくとも含み、前記第１の電力コイル軸、前記第２の電力コイル軸、及び前記第３の電力コイル軸が実質的に相互に直交していることを特徴とする請求項１４に記載の物体トラッキング装置。
【請求項１８】
前記１または複数の信号コイルが、第２の信号コイル軸及び第３の信号コイル軸をそれぞれ有する第２の信号コイル及び第３の信号コイルを少なくとも含み、前記第２の信号コイル軸及び前記第３の信号コイル軸がそれぞれ、前記第２の電力コイル軸及び前記第３の電力コイル軸に実質的に平行であることを特徴とする請求項１７に記載の物体トラッキング装置。
【請求項１９】
無線検出する方法であって、
第１の電力コイルを第１の電力コイル軸方向に少なくとも巻き付けることを含む、それぞれの電力コイル軸方向にコアの周りに１または複数の電力コイルを巻き付けるステップと、
前記第１の電力コイル軸に実質的に平行な第１の信号コイル軸を有する第１の信号コイルを巻き付けることを少なくとも含む、それぞれの信号コイル軸方向に前記コアの周りに１または複数の信号コイルを巻き付けるステップと、
前記電力コイルから第１の周波数帯域の第１の無線信号を受信し、前記第１の無線信号を整流して直流信号を生成するように電力回路を結合するステップと、
前記信号コイルを介して第２の周波数帯域の第２の無線信号の送信または受信の一方を実行するために通信回路を結合するステップと、
前記電源回路から前記直流を流して前記通信回路に電力を供給するステップと、を含み、
前記第１の信号コイルは、少なくとも１つの別のコイルを間に介することによって前記第１の電力コイルから引き離されつつ、前記第１の電力コイルに重なるように巻き付けられることを特徴とする無線検出する方法。
【請求項２０】
物体をトラッキングする方法であって、
アンテナ組立体、電源回路、及び通信回路を含む無線トランスポンダを物体に固定するステップであって、
前記アンテナ組立体が、
コアと、
第１の電力コイル軸を有する第１の電力コイルを少なくとも含む、それぞれの電力コイル軸方向に前記コアの周りに巻き付けられた１または複数の電力コイルと、
前記第１の電力コイル軸に実質的に平行な第１の信号コイル軸を有する第１の信号コイルを少なくとも含む、それぞれの信号コイル軸方向に前記コアの周りに巻き付けられた１または複数の信号コイルとを含み、
前記電源回路が、前記電力コイルから第１の周波数帯域のＲＦエネルギーを受信して、前記ＲＦエネルギーを整流して直流を生成するように前記電力コイルに結合されており、
前記通信回路が、前記直流によって電力が供給され、第２の周波数帯域の電磁界によって前記信号コイルに流れる交流を検出し、前記交流を示す出力信号を送信するように結合された、前記ステップと、
前記第１の周波数帯域の無線周波（ＲＦ）エネルギーを前記物体に向けて放射して、前記電力コイルを介して前記電源回路に前記ＲＦエネルギーを供給するステップと、
前記物体の近傍に第２の周波数帯域の電磁界を生成して、前記信号コイルに交流が流れるようにするステップと、
前記トランスポンダが送信した前記出力信号を受信して処理し、前記物体の座標を決定するステップと、を含み、
前記第１の信号コイルは、少なくとも１つの別のコイルを間に介することによって前記第１の電力コイルから引き離されつつ、前記第１の電力コイルに重なるように巻き付けられることを特徴とする無線検出する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線トランスポンダ装置に関し、詳細には、このような装置に用いる小型化アンテナ組立体に関する。
【背景技術】
【０００２】
受動無線トランスポンダは当分野で周知である。この文脈における「受動」は、トランスポンダがバッテリなどの内部エネルギーを含まないことを指す。一般に、このようなトランスポンダは、外部無線周波（ＲＦ）電磁界から誘導によって、動作に必要なエネルギーを受け取る。このために、トランスポンダは通常、電磁界からエネルギーを受け取るための電力アンテナと、外部基地局に対して通信信号を送信及び／または受信するための通信アンテナを含む。このようなトランスポンダは、特に、患者の体内における物体の位置を決定するために用いられる信号を送受信するために用いることができる。このタイプのトランスポンダは、例えば、言及することを以ってその開示の全てを本明細書の一部とする、本願の譲受人に譲渡された特許文献１に開示されている。
【０００３】
別の例として、言及することを以って本明細書の一部とする特許文献２を挙げることができる。この特許文献には、患者の体内から空間的位置情報を提供するテレメトリーシステムが開示されている。このシステムは、（ａ）テレメトリーユニットに電力を供給するために、体外から受け取った電力信号を電力に変換する第１のトランスデューサ、（ｂ）体外から位置検出電磁界信号を受信する第２のトランスデューサ、及び（ｃ）その位置検出電磁界信号に応じて、体外の部位に位置信号を送信する第３のトランスデューサを有する移植用テレメトリーユニットを含む。
【０００４】
言及することを以って開示内容を本明細書の一部とするイシカワ（Ishikawa）らによる特許文献３及び特許文献４に、１または複数の実質的に球状のトランスポンダを用いて相対位置及び相対距離を測定する解剖学的位置検出システムが開示されている。このトランスポンダは、別のＣＰＵと通信できるように無線周波（ＲＦ）信号を送受信できる。このＣＰＵは、広帯域アンテナを制御して低周波ＲＦ電力信号を送信し、トランスポンダに電力を供給する。電力が供給されると、トランスポンダは、別の周波数で全ての方向に所定帯域信号を送信する。これらの信号が、トランスポンダの位置決定に用いられる。
【０００５】
前記イシカワらによる特許文献に記載されている一実施形態では、トランスポンダは球状の基材上に形成され、３個が３セットで合計９個のコイルを含む。それぞれのセットは、他のコイルに対して直交しており、送信コイル、受信コイル、及び電力結合コイルの３つのコイルを含む。これらのコイルセットは、確実に少なくとも１つのコイルセットが最適な電力供給及び通信を提供できる向きになるように配置されている。電力結合コイルはそれぞれ、コイルが受け取る変化する電磁エネルギーを整流する電源回路に接続されている。電源回路は、他のトランスポンダ回路に電力を供給するべく直列に接続されている。
【特許文献１】米国特許出願公開第２００３／０１２０１５０号
【特許文献２】米国特許第６，２３９，７２４号
【特許文献３】国際公開第００／３８５７１  Ａ１号パンフレット
【特許文献４】米国特許第６，２６１，２４７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
無線トランスポンダに用いるのに適した、共通のコアに重ねて巻き付けられた電力コイル及び通信コイルを有するアンテナ組立体が提供される。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態は、無線トランスポンダ用の改良されたアンテナデザインを提供する。この実施形態では、アンテナ組立体は、共通のコアに重ねて巻き付けられた電力コイル及び通信コイルを含む。電力コイルは、それぞれ異なった方向にコアの比較的広い面積に巻き付けられた少なくとも２つのコイル、好ましくは３つのコイルを含む。好ましくは、３つの電力コイルは、コアの実質的に全面積に亘って直交する方向に巻き付けられる。この構成により、コイルの有効領域（そしてインダクタンス）が最大化され、送信機及びトランスポンダの向きにかかわらず、確実に少なくとも１つの電力コイルが外部送信機からエネルギーを受け取ることができる。電力コイルが、電源回路に結合されている。電源回路は、その電力コイルから受け取ったエネルギーを整流し、通信コイルを介して信号を送信または受信する通信回路に動作電力を供給する。
【０００８】
通常は、電力コイルが、２つまたは３つの異なった方向に、コアの全面積または殆どの面積に亘って巻き付けられているため、通信コイルと電力コイルが実質的に重なっている。別のコアを使用する方法や重ねないコイル構造とは異なり、このように１つのコアに通信コイルと電力コイルを巻き付けることにより、所定のアンテナ利得を得るために必要なアンテナ組立体の大きさを縮小することができ、従って、当分野で周知の受動トランスポンダよりも全体として小さいトランスポンダを達成することができる。一般に、通信コイルは、電源回路の共振の質の因子Ｑを悪くする寄生効果を低減するために、それぞれの巻き方向に、コアの面積の一部のみに巻き付けられる。同様の理由から、所定の方向にコアに巻き付ける通信コイルは、同じ方向に巻き付けられた電力コイルに対して直接巻き付けるのは好ましくない。むしろ、コアに巻き付けるコイルの順序は、通常は異なった方向に巻き付けられた電力コイルである別のコイルが、同じ方向に巻き付けられた通信コイルと電力コイルの間に配置されるようにする。
【０００９】
本発明の同じ実施形態では、無線トランスポンダは通常、患者の体内にあるトランスポンダが固定された物体の位置を決定するために電磁位置検出システムに用いられる。
【００１０】
従って、本発明の一実施形態に従った無線装置を提供する。この無線装置は、アンテナ組立体、電源回路、及び通信回路を含み、アンテナ組立体は、コアと、第１の電力コイル軸を有する第１の電力コイルを少なくとも含む、それぞれの電力コイル軸方向にコアの周りに巻き付けられた１または複数の電力コイルと、第１の電力コイルに重なるように巻き付けられた、第１の電力コイル軸に実質的に平行な第１の信号コイル軸を有する第１の信号コイルを少なくとも含む、それぞれの信号コイル軸方向にコアの周りに巻き付けられた１または複数の信号コイルとを含む。電源回路は、電力コイルから第１の周波数帯域の第１の無線信号を受信して、第１の無線信号を整流して直流を生成するように電力コイルに結合されている。通信回路は、直流によって電力が供給され、信号コイルを介して第２の周波数帯域の第２の無線信号を送信または受信の少なくとも一方を実行できるように結合されている。
【００１１】
ある実施形態では、第１の電力コイルが電力コイル幅を有し、第１の信号コイルがその電力コイル幅よりも実質的に小さい信号コイル幅を有す。コアは通常、表面幅を有する多面体を含む。第１の電力コイルは、その表面幅の少なくとも約８０％に等しい第１の電力コイル幅を有し、第１の信号コイル幅は、第１の電力コイル幅の約５０％未満である。一実施形態では、第１の信号コイル幅は、第１の電力コイル幅の約２０％未満である。
【００１２】
開示した実施形態では、１または複数の電力コイルは、第２の電力コイル軸及び第３の電力コイル軸をそれぞれ有する第２の電力コイル及び第３の電力コイルを少なくとも含み、第１の電力コイル軸、第２の電力コイル軸、及び第３の電力コイル軸が実質的に相互に直交している。一般に、１または複数の信号コイルは、第２の信号コイル軸及び第３の信号コイル軸をそれぞれ有する第２の信号コイル及び第３の信号コイルを少なくとも含み、第２の信号コイル軸及び第３の信号コイル軸がそれぞれ、第２の電力コイル軸及び第３の電力コイル軸に実質的に平行である。一実施形態では、第１の電力コイルと第１の信号コイルの対の間、第２の電力コイルと第２の信号コイルの対の間、及び第３の電力コイルと第３の信号コイルの対の間に、通常は別の電力コイルである別のコイルが巻き付けられるように、電力コイルと信号コイルが巻き付けられている。
【００１３】
一般に、１または複数の電力コイルは、第１の電力コイル軸に対して実質的に非平行な第２の電力コイル軸を有する第２の電力コイルを少なくとも含み、第２の電力コイルは、第１の電力コイルと第１の信号コイルとの間に巻き付けられている。
【００１４】
開示された実施形態では、通信回路は、信号コイルを介して第２の無線信号を受信し、その第２の無線信号に応じて、無線装置の位置を示す第３の無線信号を送信するように適合されている。通信回路は、電力コイルを介して第３の無線信号を送信するように結合することができる。
【００１５】
また、本発明の一実施形態に従って物体をトラッキングする装置を提供する。この装置は、第１の周波数帯域の無線周波（ＲＦ）エネルギーを物体に向けて放射するように適合された電力送信機と、その物体の近傍に第２の周波数帯域の電磁界を生成するように適合された１または複数の電磁界発生器と、物体に固定するように適合された、アンテナ組立体、電源回路、及び通信回路を含む無線トランスポンダと、出力信号を受信し、その出力信号に応じて物体の座標を決定するように適合された信号受信機とを含む。このアンテナ組立体は、コアと、第１の電力コイル軸を有する第１の電力コイルを少なくとも含む、それぞれの電力コイル軸方向にコアの周りに巻き付けられた１または複数の電力コイルと、第１の電力コイルに重なるように巻き付けられた、第１の電力コイル軸に実質的に平行な第１の信号コイル軸を有する第１の信号コイルを少なくとも含む、それぞれの信号コイル軸方向にコアの周りに巻き付けられた１または複数の信号コイルとを含む。電源回路は、電力コイルから第１の周波数帯域のＲＦエネルギーを受信して、ＲＦエネルギーを整流して直流を生成するように電力コイルに結合されている。通信回路は、この直流によって電力が供給され、第２の周波数帯域の電磁界によって信号コイルに流れる交流を検出し、この交流を示す出力信号を送信するように結合されている。
【００１６】
一般に、トランスポンダは、物体と共に患者の体内に挿入するように適合されており、電力送信機及び１または複数の電磁界発生器は患者の体外に配置されている。
【００１７】
通信回路は、電力コイルを介して出力信号を送信するように結合することができる。
【００１８】
本発明の一実施形態に従って無線検出する方法を提供する。この方法は、第１の電力コイルを第１の電力コイル軸方向に少なくとも巻き付けることを含む、それぞれの電力コイル軸方向にコアの周りに１または複数の電力コイルを巻き付けるステップと、第１の電力コイル軸に実質的に平行な第１の信号コイル軸を有する第１の信号コイルを、第１の電力コイルに重なるように巻き付けることを少なくとも含む、それぞれの信号コイル軸方向にコアの周りに１または複数の信号コイルを巻き付けるステップと、電力コイルから第１の周波数帯域の第１の無線信号を受信し、第１の無線信号を整流して直流信号を生成するように電力回路を結合するステップと、信号コイルを介して第２の周波数帯域の第２の無線信号の送信または受信の一方を実行するために通信回路を結合するステップと、電源回路から直流を流して通信回路に電力を供給するステップとを含む。
【００１９】
更に、本発明の一実施形態に従って物体をトラッキングする方法を提供する。この方法は、アンテナ組立体、電源回路、及び通信回路を含む無線トランスポンダを物体に固定するステップを含む。このアンテナ組立体は、コアと、第１の電力コイル軸を有する第１の電力コイルを少なくとも含む、それぞれの電力コイル軸方向にコアの周りに巻き付けられた１または複数の電力コイルと、第１の電力コイルに重なるように巻き付けられた、第１の電力コイル軸に実質的に平行な第１の信号コイル軸を有する第１の信号コイルを少なくとも含む、それぞれの信号コイル軸方向にコアの周りに巻き付けられた１または複数の信号コイルとを含む。電源回路は、電力コイルから第１の周波数帯域のＲＦエネルギーを受信して、ＲＦエネルギーを整流して直流を生成するように電力コイルに結合されている。通信回路は、直流によって電力が供給され、第２の周波数帯域の電磁界によって信号コイルに流れる交流を検出し、交流を示す出力信号を送信するように結合されている。この方法は更に、第１の周波数帯域の無線周波（ＲＦ）エネルギーを物体に向けて放射して、電力コイルを介して電源回路にＲＦエネルギーを供給するステップと、物体の近傍に第２の周波数帯域の電磁界を生成して、信号コイルに交流が流れるようにするステップと、トランスポンダが送信した出力信号を受信して処理し、物体の座標を決定するステップとを含む。
【００２０】
本発明は、添付の図面を参照しながら以下に示す詳細な実施形態の説明を読めばより良く理解できるであろう。
【発明の効果】
【００２１】
共通のコアに重ねて巻き付けられた電力コイル及び通信コイルを有するアンテナ組立体を含む無線装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１を参照すると、本発明の一実施形態に従った無線トランスポンダ２０の模式的な破断図が示されている。このトランスポンダは、コア３６に巻き付けられた電力コイル２４、２６、及び２８と通信コイル３０、３２、及び３４を有するアンテナ組立体を含む。一般に、コアは、フェライトやウィーガンド効果材料などの高透磁率材料を含む。このような材料は、例えば、言及することを以ってその開示の全てを本明細書の一部とする、本願の譲受人に譲渡された、ゴバリ（Govari）による米国特許出願第０９／８８２，１２５号（米国特許出願公開第２００３／０００６７９５  Ａ１号）に開示されている。別法では、コア３６は、当分野で周知の任意の他の好適な材料を含むことができる。電力コイル２４、２６、及び２８は通常、互いに直交する方向に、コア３６の実質的に全面積に亘って巻き付けられた比較的太い電線を含む。通信コイルは、比較的細い電線を含み、これらの電線は、図示されているように、通常はコア表面のほぼ中心に、コア表面の一部の電力コイルに巻き付けられている。
【００２３】
電力コイル２４、２６、及び２８は電源回路３８に接続されている。一般に、電源回路は、共振回路を構成するように各電力コイルに接続されたコンデンサ要素を含む。外部ＲＦ送信機（図示せず）からコイルに電力を効率的に送るために、共振回路は、通常は１３．５６ＭＨｚなどの認可されたＩＳＩ周波数である送信機の送信周波数で共振が鋭くなる（すなわち高いＱ、通常は約１５０の範囲）ようにデザインされるのが好ましい。通常は、それぞれの共振回路は整流器に接続され、整流された出力が直列に接続されてＤＣ出力される。このＤＣ出力を制御して、安定した電圧レベルを維持することができる。このような一般的な要求を満たす好適な電源回路は、例えば、特許文献３及び特許文献４に開示されている。
【００２４】
電源回路３８からのＤＣ出力により、通信回路４０に動作電力が供給される。通信回路は、外部受信機及び／または外部送信機（図示せず）に対して、信号を送信するか受信する、或いは送受信することができる。例えば、回路４０は、通信コイル３０、３２、及び３４を介して信号を送信するように接続された送信機を含む。外部受信機は、この場合、信号を受信して処理し、トランスポンダ２０の位置座標を決定する。このタイプの実施形態が図３に示されている。
【００２５】
これに加えて或いは別法では、回路４０は、コイル３０、３２、及び３４を介して１または複数の外部送信機から信号を受信する受信機を含むことができる。例えば、これらの信号は位置基準信号を含むことができる。位置基準信号は、固定位置に配置された一連の磁界発生器によって、通常は数ｋＨｚの範囲である様々な異なった周波数で送信される。これらの磁界は、電磁誘導によりコイル３０、３２、及び３４に電流を流す。この電流の振幅及び位相は、磁界発生器に対するコイル３０、３２、及び３４の空間的位置及び向きによって異なる。通信回路４０は、これらの電流を受信して処理し、外部の信号処理ユニット（図３を参照）に送信する信号を生成する。外部信号処理ユニットは、この信号を処理してトランスポンダ２０の位置座標を決定する。例えば、通信回路は、コイル３０、３２、及び３４からの電流を高周波信号に変換することができる。回路４０は、通信コイル３０、３２、及び３４、電力コイル２４、２６、及び２８、或いは同様にコア３６に巻き付けることができる別の一連の送信コイル（図示せず）を介して信号処理ユニットに信号を送信することができる。これに類似した原理で動作する例示的な位置検出システム（但し、本発明の新規のアンテナ組立体は備えていない）が、上記した米国特許出願第１０／０２９，４７３  Ａ１号及び特許文献２に開示されている。
【００２６】
更にこれに加えて或いは別法では、トランスポンダは、例えば、温度センサ、圧力センサ、または化学センサなどの別の種類のセンサ（図示せず）を含むことができる。このような場合、通信回路４０は、センサの測定値を示す信号をコイル３０、３２、及び３４を介して外部受信機に送信する。
【００２７】
図２を参照すると、本発明の一実施形態に従ったアンテナ組立体２２の模式的な断面図が示されている。コア３６は、通常は多面体である。この実施形態では、コア３６は、各表面の幅が約３ｍｍのフェライト材料からなる立方体を含む。別法では、コアは、球状、卵形、または当分野で周知の他の好適な形状にすることができる。電力コイル２４、２６、及び２８はそれぞれ、直径が約７０μｍ〜１２０μｍの約２０巻きの銅線を含む。電力コイルには、通常は５ｍＷのオーダーの比較的高い電力が流れるため、比較的太い銅線が用いられる。実質的に弱い電流が流れる通信コイル３０、３２、及び３４は、直径が約１０μｍ〜１６μｍの約５００巻きの銅線を含む。図示されているように、電力コイルは、実質的にコアの全幅、通常はコアの各表面の少なくとも８０％、好ましくはほぼ１００％を覆うように巻き付けられる。一方、通信コイルは、コアの各表面の中心にのみ、通常は約０．５ｍｍの幅のストリップになるように巻き付けられている。
【００２８】
好ましくは、通信コイルの幅はそれぞれ、同じコイルの軸に重なる電力コイルの幅の約５０％以下であり、最も好ましくは電力コイルの幅の約２０％以下である。本明細書及び添付の特許請求の範囲の文脈において、用語「幅」は、コイルについて用いる場合、その軸方向に沿ったコイルの範囲を指す。インダクタンスを増大させて、組立体２２の大きさの割に電源回路３８で生成される電力を増大させるべく、電力コイルはコア全体に亘って巻き付けるのが望ましい。通信コイルを細いストリップになるように巻き付けることによって、電力コイルに対する寄生効果を減少させることができる。この寄生効果は、共振電源回路の因子Ｑを小さくする傾向にある。別法では、他の巻き付け構造に通信コイルを巻き付けることもできる。
【００２９】
この実施形態では、電力コイル及び通信コイルは、次の順序で巻き付けられる。まず、コア３６から、電力コイル２８、通信コイル３０、電力コイル２６、通信コイル３４、電力コイル２４、及び通信コイル３２の順で外側に巻いていく。つまり、図示されているコイルの軸方向で示すと、Ｚ−電力、Ｘ−通信、Ｙ−電力、Ｚ−通信、Ｘ−電力、Ｙ−通信の順序となる。それぞれの通信コイルは、好ましくは少なくとも１つの他の電力コイルである少なくとも１つの他のコイルによって同じ軸の電力コイルから分離される。この分離は、重なる電力コイルと通信コイルの相互の寄生効果を低減するのに有効であることが分かった。別法では、他の順序でコイルを巻くこともできる。例えば、Ｚ−電力、Ｙ−電力、Ｘ−電力、Ｚ−通信、Ｙ−通信、Ｘ−通信の順である。
【００３０】
図３を参照すると、本発明の一実施形態に従った、患者の乳房５４の無線トランスポンダ２０の位置に外科プローブ５２を案内するためのシステム５０の模式的な絵画図が示されている。この図に示されている外科的用例では、トランスポンダ２０は、体内に移植するために好適に封入されて、通常は放射線観察下で乳房５４の疑いのある病変部位に移植されたものと仮定する。次いで、プローブ５２を用いて、生検のためにその部位から組織サンプルを採取する。トランスポンダ２０などの無線「タグ」のこのような適用例及び他の適用例の更なる詳細については、言及することを以ってその開示の全てを本明細書の一部とする、本願の譲受人に譲渡された、ゴバリ（Govari）による米国特許出願第１０／１７３，１９７号（米国特許出願公開第２００３／００１８２４６  Ａ１号）に開示されている。
【００３１】
通常は電力コイル５６の形態である電力送信機が、電力コイル２４、２６、及び２８の少なくとも１つに電流を流す高周波ＲＦ電磁界を生成する。この電流は、通信回路４０に電力を供給するために電源回路３８によって整流される。一方、磁界発生器コイル５８が、通常は１ｋＨｚ〜８ｋＨｚの範囲の電磁界を生成し、これにより通信コイル３０、３２、及び３４に交流が流れる。これらの電流は、発生器コイルを流れる駆動電流と同じ周波数の周波数成分を有する。電流成分は、センサコイル軸に平行な発生器コイルによって生成されるそれぞれの磁界成分の強度に比例する。従って、電流の振幅が、固定された発生器コイル５８に対するコイル３０、３２、及び３４（従ってトランスポンダ２０）の位置及び向きを示す。
【００３２】
回路４０が、コイル３０、３２、及び３４からの電流の振幅を周波数信号に符合化し、この周波数信号がこれらのコイルまたは電力コイル２４、２６、及び２８によって送信される。別法では、上記したように、トランスポンダ２０は、信号を送信するための更なるアンテナを含むことができる。符号化された信号は、コイル５６または別の受信アンテナによって受信され、処理ユニット６０に送られる。一般に、処理ユニットは汎用コンピュータを含む。このコンピュータは、トランスポンダ２０から無線で受信した位置信号を処理するための好適なソフトウエア及び入力回路を含む。処理ユニットは、トランスポンダの位置座標（場合によっては向きの座標も含む）を算出して、タグの座標をディスプレイ６２に表示する。
【００３３】
外科器具５２は位置センサ６４を含む。この位置センサは通常、トランスポンダ２０のコイル３０、３２、及び３４に形態及び機能が類似した１または複数のコイルを含む。磁界発生器コイル６８によって生成された磁界により、そのコイル６８に対する器具５２の位置及び向きに応じてセンサ６４に電流が流れる。従って、生成された電流信号が、トランスポンダ２０の場合と同様の無線または有線で処理ユニット６０に送られる。トランスポンダ２０からの信号とセンサ６４からの信号に基づいて、処理ユニット６０が、乳房５４のトランスポンダの位置に対する器具５２の位置及び向きを計算する。器具が標的に正確に向いているか否かを外科医に示すポインター及び／またはカーソルがディスプレイ６２に表示される。例えば、上記した米国特許出願第１０／１７３，１９７号及び米国特許第６，３３２，０９８号に開示されているような様々な座標表示法を用いることができる。
【００３４】
図３の実施形態は特定の外科処置についてのものであるが、当業者であれば、本発明のトランスポンダ２０及び方法を他の用途にも適用できることを理解できよう。本発明の原理は、特に、低侵襲性外科手術、内視鏡的非侵襲性処置、診断法、及び非医療目的を含め、他の種類の外科手術に同様に適用することができる。
【００３５】
従って、上記した実施形態は単なる例示目的であって、本発明は上記した特定の図示及び説明に限定されるものではない。むしろ、本発明の範囲は、上記した様々な特徴の組合せ及び部分的な組合せ、並びに当業者であれば上記説明を読めば容易に想到するが従来技術に開示されていない上記した実施形態の変更形態及び変形形態を含む。
【００３６】
本発明の実施態様は以下の通りである。
（１）アンテナ組立体、電源回路、及び通信回路を含む無線装置であって、前記アンテナ組立体が、コアと、第１の電力コイル軸を有する第１の電力コイルを少なくとも含む、それぞれの電力コイル軸方向に前記コアの周りに巻き付けられた１または複数の電力コイルと、前記第１の電力コイルに重なるように巻き付けられた、前記第１の電力コイル軸に実質的に平行な第１の信号コイル軸を有する第１の信号コイルを少なくとも含む、それぞれの信号コイル軸方向に前記コアの周りに巻き付けられた１または複数の信号コイルとを含み、前記電源回路が、前記電力コイルから第１の周波数帯域の第１の無線信号を受信して、前記第１の無線信号を整流して直流を生成するように前記電力コイルに結合されており、前記通信回路が、前記直流によって電力が供給され、前記信号コイルを介して第２の周波数帯域の第２の無線信号を送信または受信の少なくとも一方を実行できるように結合されていることを特徴とする無線装置。
（２）前記第１の電力コイルが電力コイル幅を有し、前記第１の信号コイルが前記電力コイル幅よりも実質的に小さい信号コイル幅を有することを特徴とする実施態様（１）に記載の無線装置。
（３）前記コアが表面幅を有する多面体を含み、前記第１の電力コイルが前記表面幅の少なくとも約８０％に等しい第１の電力コイル幅を有することを特徴とする実施態様（２）に記載の無線装置。
（４）前記第１の信号コイル幅が前記第１の電力コイル幅の約５０％未満であることを特徴とする実施態様（２）に記載の無線装置。
（５）前記第１の信号コイル幅が前記第１の電力コイル幅の約２０％未満であることを特徴とする実施態様（４）に記載の無線装置。
【００３７】
（６）前記１または複数の電力コイルが、第２の電力コイル軸及び第３の電力コイル軸をそれぞれ有する第２の電力コイル及び第３の電力コイルを少なくとも含み、前記第１の電力コイル軸、前記第２の電力コイル軸、及び前記第３の電力コイル軸が実質的に相互に直交していることを特徴とする実施態様（１）に記載の無線装置。
（７）前記１または複数の信号コイルが、第２の信号コイル軸及び第３の信号コイル軸をそれぞれ有する第２の信号コイル及び第３の信号コイルを少なくとも含み、前記第２の信号コイル軸及び前記第３の信号コイル軸がそれぞれ、前記第２の電力コイル軸及び前記第３の電力コイル軸に実質的に平行であることを特徴とする実施態様（６）に記載の無線装置。
（８）前記電力コイルが、それぞれの電力コイル幅を有しており、前記信号コイルが、前記電力コイル幅よりも実質的に小さい信号コイル幅を有することを特徴とする実施態様（７）に記載の無線装置。
（９）前記第１の電力コイルと前記第１の信号コイルの対の間、前記第２の電力コイルと前記第２の信号コイルの対の間、及び前記第３の電力コイルと前記第３の信号コイルの対の間に別の前記コイルが巻き付けられるように、前記電力コイルと前記信号コイルが巻き付けられていることを特徴とする実施態様（７）に記載の無線装置。
（１０）前記第１の電力コイルと前記第１の信号コイルの対の間、前記第２の電力コイルと前記第２の信号コイルの対の間、及び前記第３の電力コイルと前記第３の信号コイルの対の間に別の前記電力コイルが巻き付けられるように、前記電力コイルと前記信号コイルが巻き付けられていることを特徴とする実施態様（７）に記載の無線装置。
【００３８】
（１１）前記１または複数の電力コイルが、前記第１の電力コイル軸に対して実質的に非平行な第２の電力コイル軸を有する第２の電力コイルを少なくとも含み、前記第２の電力コイルが、前記第１の電力コイルと前記第１の信号コイルとの間に巻き付けられていることを特徴とする実施態様（１）に記載の無線装置。
（１２）前記通信回路が、前記信号コイルを介して前記第２の無線信号を受信し、その第２の無線信号に応じて、前記無線装置の位置を示す第３の無線信号を送信するように適合されていることを特徴とする実施態様（１）に記載の無線装置。
（１３）前記通信回路が、前記電力コイルを介して前記第３の無線信号を送信するように結合されていることを特徴とする実施態様（１２）に記載の無線装置。
（１４）物体をトラッキングする装置であって、第１の周波数帯域の無線周波（ＲＦ）エネルギーを前記物体に向けて放射するように適合された電力送信機と、前記物体の近傍に第２の周波数帯域の電磁界を生成するように適合された１または複数の電磁界発生器と、前記物体に固定するように適合された、アンテナ組立体、電源回路、及び通信回路を含む無線トランスポンダであって、前記アンテナ組立体が、コアと、第１の電力コイル軸を有する第１の電力コイルを少なくとも含む、それぞれの電力コイル軸方向に前記コアの周りに巻き付けられた１または複数の電力コイルと、前記第１の電力コイルに重なるように巻き付けられた、前記第１の電力コイル軸に実質的に平行な第１の信号コイル軸を有する第１の信号コイルを少なくとも含む、それぞれの信号コイル軸方向に前記コアの周りに巻き付けられた１または複数の信号コイルとを含み、前記電源回路が、前記電力コイルから前記第１の周波数帯域の前記ＲＦエネルギーを受信して、前記ＲＦエネルギーを整流して直流を生成するように前記電力コイルに結合されており、前記通信回路が、前記直流によって電力が供給され、前記第２の周波数帯域の電磁界によって前記信号コイルに流れる交流を検出し、前記交流を示す出力信号を送信するように結合された、前記無線トランスポンダと、前記出力信号を受信し、その出力信号に応じて前記物体の座標を決定するように適合された信号受信機とを含むことを特徴とする物体トラッキング装置。
（１５）前記トランスポンダが、前記物体と共に患者の体内に挿入するように適合されており、前記電力送信機及び前記１または複数の電磁界発生器が前記患者の体外に配置されていることを特徴とする実施態様（１４）に記載の物体トラッキング装置。
【００３９】
（１６）前記第１の電力コイルが電力コイル幅を有し、前記第１の信号コイルが前記電力コイル幅よりも実質的に小さい信号コイル幅を有することを特徴とする実施態様（１４）に記載の物体トラッキング装置。
（１７）前記１または複数の電力コイルが、第２の電力コイル軸及び第３の電力コイル軸をそれぞれ有する第２の電力コイル及び第３の電力コイルを少なくとも含み、前記第１の電力コイル軸、前記第２の電力コイル軸、及び前記第３の電力コイル軸が実質的に相互に直交していることを特徴とする実施態様（１４）に記載の物体トラッキング装置。
（１８）前記１または複数の信号コイルが、第２の信号コイル軸及び第３の信号コイル軸をそれぞれ有する第２の信号コイル及び第３の信号コイルを少なくとも含み、前記第２の信号コイル軸及び前記第３の信号コイル軸がそれぞれ、前記第２の電力コイル軸及び前記第３の電力コイル軸に実質的に平行であることを特徴とする実施態様（１７）に記載の物体トラッキング装置。
（１９）前記１または複数の電力コイルが、前記第１の電力コイル軸に対して実質的に非平行な第２の電力コイル軸を有する第２の電力コイルを少なくとも含み、前記第２の電力コイルが、前記第１の電力コイルと前記第１の信号コイルとの間に巻き付けられていることを特徴とする実施態様（１４）に記載の物体トラッキング装置。
（２０）前記通信回路が、前記電力コイルを介して前記出力信号を送信するように結合されていることを特徴とする実施態様（１４）に記載の物体トラッキング装置。
【００４０】
（２１）無線検出する方法であって、第１の電力コイルを第１の電力コイル軸方向に少なくとも巻き付けることを含む、それぞれの電力コイル軸方向にコアの周りに１または複数の電力コイルを巻き付けるステップと、前記第１の電力コイル軸に実質的に平行な第１の信号コイル軸を有する第１の信号コイルを、前記第１の電力コイルに重なるように巻き付けることを少なくとも含む、それぞれの信号コイル軸方向に前記コアの周りに１または複数の信号コイルを巻き付けるステップと、前記電力コイルから第１の周波数帯域の第１の無線信号を受信し、前記第１の無線信号を整流して直流信号を生成するように電力回路を結合するステップと、前記信号コイルを介して第２の周波数帯域の第２の無線信号の送信または受信の一方を実行するために通信回路を結合するステップと、前記電源回路から前記直流を流して前記通信回路に電力を供給するステップとを含むことを特徴とする無線検出する方法。
（２２）前記第１の電力コイルを電力コイル幅に巻き付け、前記第１の信号コイルを、前記電力コイル幅よりも実質的に小さい信号コイル幅に巻き付けることを特徴とする実施態様（２１）に記載の方法。
（２３）前記１または複数の電力コイルを巻き付ける前記ステップが、少なくとも第２の電力コイル及び第３の電力コイルをそれぞれ第２の電力コイル軸方向及び第３の電力コイル軸方向に巻き付けるステップを含み、前記第１の電力コイル軸、前記第２の電力コイル軸、及び前記第３の電力コイル軸が実質的に相互に直交していることを特徴とする実施態様（２１）に記載の方法。
（２４）前記１または複数の信号コイルを巻き付ける前記ステップが、少なくとも第２の信号コイル及び第３の信号コイルをそれぞれ、前記第２の電力コイル軸方向及び前記第３の電力コイル軸方向のそれぞれに実質的に平行な第２の信号コイル軸方向及び第３の信号コイル軸方向に巻き付けるステップを含むことを特徴とする実施態様（２３）に記載の方法。
（２５）前記電力コイルをそれぞれの電力コイル幅に巻き付け、前記信号コイルを、前記電力コイル幅よりも実質的に小さいそれぞれの信号コイル幅に巻き付けることを特徴とする実施態様（２４）に記載の方法。
【００４１】
（２６）前記第１の電力コイルと前記第１の信号コイルの対の間、前記第２の電力コイルと前記第２の信号コイルの対の間、及び前記第３の電力コイルと前記第３の信号コイルの対の間に別の前記電力コイルが巻き付けられるように、前記電力コイルと前記信号コイルを巻き付けることを特徴とする実施態様（２４）に記載の方法。
（２７）前記１または複数の電力コイルを巻き付ける前記ステップが、前記第１の電力コイルと前記第１の信号コイルとの間に少なくとも第２の電力コイルを巻き付けるステップを含み、前記第２の電力コイルを、前記第１の電力コイル軸方向に実質的に非平行な第２の電力コイル軸方向に巻き付けることを特徴とする実施態様（２１）に記載の方法。
（２８）前記通信回路を結合する前記ステップが、前記信号コイルを介して前記第２の無線信号を受信し、この第２の無線信号に応じて無線装置の位置を示す第３の無線信号を送信するように前記通信回路を結合するステップを含むことを特徴とする実施態様（２１）に記載の方法。
（２９）第３の無線信号を送信するように前記通信回路を結合する前記ステップが、前記電力コイルを介して前記第３の無線信号を送信するように前記通信回路を結合するステップを含むことを特徴とする実施態様（２８）に記載の方法。
（３０）物体をトラッキングする方法であって、アンテナ組立体、電源回路、及び通信回路を含む無線トランスポンダを物体に固定するステップであって、前記アンテナ組立体が、コアと、第１の電力コイル軸を有する第１の電力コイルを少なくとも含む、それぞれの電力コイル軸方向に前記コアの周りに巻き付けられた１または複数の電力コイルと、前記第１の電力コイルに重なるように巻き付けられた、前記第１の電力コイル軸に実質的に平行な第１の信号コイル軸を有する第１の信号コイルを少なくとも含む、それぞれの信号コイル軸方向に前記コアの周りに巻き付けられた１または複数の信号コイルとを含み、前記電源回路が、前記電力コイルから第１の周波数帯域のＲＦエネルギーを受信して、前記ＲＦエネルギーを整流して直流を生成するように前記電力コイルに結合されており、前記通信回路が、前記直流によって電力が供給され、第２の周波数帯域の電磁界によって前記信号コイルに流れる交流を検出し、前記交流を示す出力信号を送信するように結合された、前記ステップと、前記第１の周波数帯域の無線周波（ＲＦ）エネルギーを前記物体に向けて放射して、前記電力コイルを介して前記電源回路に前記ＲＦエネルギーを供給するステップと、前記物体の近傍に第２の周波数帯域の電磁界を生成して、前記信号コイルに交流が流れるようにするステップと、前記トランスポンダが送信した前記出力信号を受信して処理し、前記物体の座標を決定するステップとを含むことを特徴とする方法。
【００４２】
（３１）前記トランスポンダが前記物体と共に患者の体内に挿入するように適合されており、前記ＲＦエネルギーを放射する前記ステップが前記患者の体外で前記ＲＦエネルギーを放射するステップを含み、前記電磁界を生成する前記ステップが前記患者の体外で前記電磁界を生成するステップを含むことを特徴とする実施態様（３０）に記載の方法。
（３２）前記第１の電力コイルが電力コイル幅を有し、前記第１の信号コイルが前記電力コイル幅よりも実質的に小さい信号コイル幅を有することを特徴とする実施態様（３０）に記載の方法。
（３３）前記１または複数の電力コイルが、第２の電力コイル軸及び第３の電力コイル軸をそれぞれ有する第２の電力コイル及び第３の電力コイルを少なくとも含み、前記第１の電力コイル軸、前記第２の電力コイル軸、及び前記第３の電力コイル軸が実質的に相互に直交していることを特徴とする実施態様（３０）に記載の方法。
（３４）前記１または複数の信号コイルが、第２の信号コイル軸及び第３の信号コイル軸をそれぞれ有する第２の信号コイル及び第３の信号コイルを少なくとも含み、前記第２の信号コイル軸及び前記第３の信号コイル軸がそれぞれ、前記第２の電力コイル軸及び前記第３の電力コイル軸に実質的に平行であることを特徴とする実施態様（３３）に記載の方法。
（３５）前記１または複数の電力コイルが、前記第１の電力コイル軸に対して実質的に非平行な第２の電力コイル軸を有する第２の電力コイルを少なくとも含み、前記第２の電力コイルが、前記第１の電力コイルと前記第１の信号コイルとの間に巻き付けられていることを特徴とする実施態様（３０）に記載の方法。
（３６）前記通信回路が、前記電力コイルを介して前記出力信号を送信するように結合されていることを特徴とする実施態様（３０）に記載の方法。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一実施形態に従った無線トランスポンダの模式的な破断図である。
【図２】本発明の一実施形態に従った無線トランスポンダに使用されるアンテナ組立体の模式的な断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に従った、患者の体内にある無線トランスポンダの位置に外科プローブを案内するためのシステムの模式的な絵画図である。
【符号の説明】
【００４４】
２０  無線トランスポンダ
２２  アンテナ組立体
２４，２６，２８  電力コイル
３０，３２，３４  通信コイル
３６  コア
３８  電源回路
４０  通信回路
５０  システム
５２  プローブ
５４  乳房
５６  電力コイル
５８  電界発生器コイル
６０  処理ユニット
６２  ディスプレイ
６４  位置センサ
【図１】
0004754222.tif 000002
【図２】
0004754222.tif 000003
【図３】
0004754222.tif 000004