(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インプラントであって、
アンテナ（１５５）と、
前記アンテナは磁場の誘導結合を使用して外部ユニットと通信するように構成され；
回路と、
前記回路は、前記外部ユニットに送信するためのデータを生成し、そして前記磁場から前記アンテナ（１５５）経由で前記回路を駆動するための電力を受け取るように構成され； 
電圧クランプ要素（１９４）と、
前記電圧クランプ要素は、磁場により前記アンテナ（１５５）の端子間に誘導される電圧をクランプするように接続され；そして
変調スイッチ（１６２）と、
前記変調スイッチは、前記データを送信するため、前記アンテナ（１５５）に印加される負荷インピーダンスを前記データの関数として変調するように構成され；
を有し、
前記回路は前記回路を駆動する電力を前記変調スイッチ（１６２）と前記電圧クランプ要素（１９４）との接点から受け取るように構成され；そして
前記変調スイッチ（１６２）が開放されている場合に、前記回路と前記アンテナ（１５５）は互いに切断されるように構成される、
ことを特徴とするインプラント。
【請求項２】
前記変調スイッチと前記電圧クランプ要素は前記接点において互いに直列に接続され、そして直列に接続された前記変調スイッチと前記電圧クランプ要素は前記アンテナの端子間に接続される、ことを特徴とする請求項１に記載のインプラント。
【請求項３】
前記電圧クランプ要素は前記変調スイッチが閉じている場合にのみ、低い負荷インピーダンスをアンテナの端子間に印加するように構成される、ことを特徴とする請求項１または２に記載のインプラント。
【請求項４】
前記電圧クランプ要素は少なくとも１つのツェナーダイオードを有する、ことを特徴とする請求項１−３のいずれかに記載のインプラント。
【請求項５】
前記電圧クランプ要素は、前記電圧に対して順方向導通で接続される１つ以上のダイオードを有する、ことを特徴とする請求項１−４のいずれかに記載のインプラント。
【請求項６】
前記電圧クランプ要素は、１つのトランジスタ回路を有する、ことを特徴とする請求項１−５のいずれかに記載のインプラント。
【請求項７】
前記電圧クランプ要素は、磁場により前記アンテナの端子間に誘導される電圧にかかわらず安定した電圧を形成するように構成される、ことを特徴とする請求項１−６のいずれかに記載のインプラント。
【請求項８】
さらにエネルギーバックアップ要素（１９８）を有し、
前記変調スイッチは、当該変調スイッチが閉じている場合に、前記アンテナを前記回路と前記エネルギーバックアップ要素（１９８）とに接続するように構成され、それにより電力が前記アンテナから前記回路に供給され、前記エネルギーバックアップ要素（１９８）を充電することを可能にし；そして
前記変調スイッチは、当該変調スイッチが開いている場合に、前記回路を前記アンテナから切断するように構成され、それにより電力が前記エネルギーバックアップ要素（１９８）から前記回路に供給されることを可能にする、
ことを特徴とする請求項１−７のいずれかに記載のインプラント。
【請求項９】
インプラントを操作する方法であって、前記方法は、
前記インプラント内の回路を使用して外部ユニットへ送信するためのデータを生成するステップと、
前記データを磁場の誘導結合を使用して前記外部ユニットへ送信するため、変調スイッチ（１６２）を使用して、アンテナ（１５５）に印加される負荷インピーダンスを前記データの関数として変調するステップと；
前記回路を駆動するため、磁場から前記アンテナ（１５５）経由で電力を受け取るステップと； 
電圧クランプ要素（１９４）を使用して、前記磁場により前記アンテナ（１５５）の端子間に誘起された電圧をクランプするステップと；そして
前記変調スイッチ（１６２）が開放されている場合に、前記回路を駆動するため、前記変調スイッチ（１６２）と前記電圧クランプ要素（１９４）との接点から電力を供給するステップと；
を有し、
ここにおいて前記回路と前記アンテナ（１５５）は、前記変調スイッチ（１６２）が開放されている場合には互いに切断されるように構成される、
ことを特徴とするインプラントを操作する方法。
【請求項１０】
前記電圧クランプ要素は少なくとも１つのツェナーダイオードを有する、ことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記電圧クランプ要素は、前記電圧に対して順方向導通で接続される１つ以上のダイオードを有する、ことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記電圧クランプ要素は、１つのトランジスタ回路を有する、ことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記電圧クランプ要素は、磁場により前記アンテナの端子間に誘導される電圧にかかわらず安定した電圧を形成するように構成される、ことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に医療用機器に関し、詳細には検知用インプラントに関するものである。
【０００２】
（関連出願の参照）
本願は２０１３年４月１８日出願の米国暫定特許出願６１／８１３、５７５（特許文献１）および２０１３年６月２４日出願の米国暫定特許出願６１／８３８、３５７（特許文献２）の恩恵を主張し、それらの開示はここに参照として採り入れられる。
【背景技術】
【０００３】
様々なシステムは、医療用インプラント及び識別タグのような小型の機器に電力を提供し、通信するために誘導結合技術を使用している。例えば、その開示が参照により本明細書に組み込まれる米国特許第５，１０５、１９０（特許文献３）は、送信器が検出ゾーン内に電磁照合場を生成する電磁識別システムを記載している。電磁照合場を撹乱することのできる少なくとも１つの応答器が設けられている。検出回路は、応答器によって引き起こされた電磁照合場の乱れを検出する。応答器は、バイナリコード定義回路を有するデジタル符号化回路を起動するためのエネルギーを供給する、電磁照合場に応答する単一の受信回路である。符号化回路は、動作時に、スイッチを介して受信回路の電気的特性を変化させ、検出回路によって検出可能なコード信号を生成するように構成されている。符号化回路は、受信回路の電気的特性を変化させるための事前設された時間期間中、スイッチを制御するように構成されている。変調された電磁照合場を生成するため、送信器を変調するプログラム素子を備える。
【０００４】
その開示内容が参照により本明細書に組み込まれる米国特許６，７７８，０７０（特許文献４）には、アンテナを装備し、固定局に誘導結合によって接続される、携帯型オブジェクト用の遠隔伝送装置について記載されている。データ処理装置は携帯型オブジェクトに関するデータを処理し、記憶し、電圧整流器は、携帯型オブジェクトのアンテナによって供給された交流電圧を、電力線によりデータ処理装置に伝送される直流電圧に変換し、電圧レギュレータは、整流器によって提供されるＤＣ電圧を調整し、そして変調器は、送信される信号を変調する。変調器は、変調器の入力と出力の間で電圧降下を生じさせる電子双極子に接続されたトランジスタを含み、変調器は、電圧レギュレータの入力に接続され、アンテナに流れる電流を変調するためにアンテナ端子の電圧を制御する。
【０００５】
その開示内容が参照により本明細書に組み込まれる米国特許８，２８５，２０４（特許文献５）は、交流励起場の存在下で交流電圧を供給するアンテナ回路と、少なくとも１つのロー状態と１つのハイ状態を有する電荷変調信号を受信する制御端子を有する電荷変調トランジスタと、そして交流電圧を受ける伝導端子を有する、非接触型データ伝送装置を記載している。装置は、アンテナ回路により供給される交流電圧のピーク値よりも大きい昇圧直流電圧を供給するための回路、およびハイ状態では昇圧直流電圧に等しい電圧レベルを有する電荷変調信号を電荷変調トランジスタの制御端子に印加するための回路を含む。  
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国暫定特許出願６１／８１３、５７５
【特許文献２】米国暫定特許出願６１／８３８、３５７
【特許文献３】米国特許５，１０５、１９０
【特許文献４】米国特許６，７７８，０７０
【特許文献５】米国特許８，２８５，２０４
【特許文献６】ＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＩＬ２０１１／０５００８２
【特許文献７】ＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＩＢ２０１３／００１４０１
【特許文献８】ＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＩＢ２０１３／０６００３８
【発明の概要】
【０００７】
本発明の１実施形態は、アンテナと回路と電圧クランプ要素とを有するインプラントを提供する。アンテナは磁場の誘導結合を使用して外部ユニットと通信するように構成される。回路は、外部ユニットに送信するためのデータを生成し、データを送信するためアンテナに印加される負荷インピーダンスをデータの関数として変調し、そして回路に電力を供給するため、アンテナ経由で磁場から電力を受け取るように構成される。電圧クランプ要素は、負荷インピーダンスの変調度を最大化し、そして回路に電力を供給する電力を調節するために、磁場によりアンテナの端子間に誘導される電圧をクランプするように接続される。  
【０００８】
幾つかの実施形態では回路は変調スイッチを有し、変調スイッチは電圧クランプ要素と直列に前記アンテナの端子間に接続され、電圧クランプ要素は変調スイッチが閉じている場合にのみ、低い負荷インピーダンスをアンテナの端子間に印加する。１つの実施形態では、電圧クランプ要素は少なくとも１つのツェナーダイオードを有する。もう１つの実施形態では、電圧クランプ要素は、電圧に対して順方向導通で接続される１つ以上のダイオードを有する。
【０００９】
本発明の１実施形態によれば、アンテナと回路とを有するインプラントが提供される。アンテナは磁場の誘導結合を使用して外部ユニットと通信するように構成される。回路は、磁場から回路に電力を供給するための電力をアンテナ経由で受け取り、外部ユニットに送信するためのデータを生成し、そしてデータを送信するためアンテナに印加される負荷インピーダンスをデータの関数として変調するように構成され、一方で変調されるデータをバランスさせ、それにより磁場から受け取る電気エネルギーがデータに関係なく回路の電力要求に適合する。  
【００１０】
幾つかの実施形態では、回路は、正電圧部分と負電圧部分を有するそれぞれの波形を持つ負荷をそれぞれのデータ値に対して変調することにより、データをバランスさせるように構成される。幾つかの実施形態では、回路は、それぞれのデータ値を反対の極性で２度変調することにより、データをバランスさせるように構成される。
【００１１】
本発明の１実施形態によればさらに、圧力センサとノイズ補償アンテナと回路とを有するインプラントが提供される。圧力センサは、インプランの近くの周辺圧力を測定するように構成される。ノイズ補償アンテナは、圧力センサにより受信される第２の干渉を示す第１の干渉を受信するように構成される。回路は、測定された周辺圧力を１つの信号に変換し、一方で第２の干渉を前記第１の干渉を使用して補償し、そして信号を外部ユニットに送信するように構成される。  
【００１２】
幾つかの実施形態では、圧力センサは、周辺圧力に依存して圧力センサの静電容量を変化させるように構成され、そして回路は信号の周波数を静電容量の関数として変化させ、一方で第２の干渉を第１の干渉を使用してキャンセルするように構成される。１つの実施形態では、回路は、第１の干渉を使用した第２の干渉のキャンセルを較正するために、外部ユニットによりプログラム可能な１つの構成要素を有する。
【００１３】
【００１４】
【００１５】
【００１６】
【００１７】
【００１８】
本発明の１実施形態によれば追加的に、インプラントを操作する方法が提供される。その方法は、外部ユニットへ送信するためのデータを生成し、そしてそのデータを磁場の誘導結合を使用して外部ユニットへ送信するため、アンテナに印加される負荷インピーダンスをデータの関数として変調するステップを有する。インプラントを駆動するため、磁場から電力がアンテナ経由で受け取られる。負荷インピーダンスを最大化し、そして電力を調整するため、磁場によりアンテナの端子間に誘導された電圧が電圧クランプ要素を使用してクランプされる。  
【００１９】
本発明の１実施形態によればまた、インプラントを操作する方法が提供される。方法は、インプラントにエネルギー供給するための電気エネルギーを、外部ユニットの磁場からアンテナ経由で受け取るステップを有する。外部ユニットへの送信のためのデータが生成され、そしてデータを送信するためアンテナに印加される負荷インピーダンスがデータの関数として変調され、一方で変調されるデータをバランスさせ、それにより磁場から受け取る電気エネルギーがデータに関係なく回路の電力要求に適合する。
【００２０】
本発明の１実施形態によればさらに、インプラントを操作する方法が提供される。方法は、圧力センサを使用してそのインプラントの近くの周辺圧力を測定するステップを有する。圧力センサにより受信される第２の干渉を示す第１の干渉がノイズ補償アンテナを使用して受信される。測定された周辺圧力は１つの信号に変換され、一方で第１の干渉を使用して第２の干渉を補償する。信号は外部ユニットへ送信される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
本発明は以下の図を参照する実施形態の詳細な説明により、より十分に理解されよう：
【図１】本発明の１実施形態に基づく、検知用インプラントを含む医療用監視システムを概略示すブロック図である。
【図２】本発明の１実施形態に基づく、検知用インプラントの概略側面図である。
【図３】本発明の１実施形態に基づく、検知用インプラント内のアンテナユニットの概略図である。
【図４】本発明の１実施形態に基づく、検知用インプラントの制御回路を概略示すブロック図である。
【図５】本発明の１実施形態に基づく、検知用インプラント内の電圧調整のプロセスを示すグラフである。
【図６】本発明の１実施形態に基づく、検知用インプラントの負荷変調アンテナの電圧を示すグラフである。
【図７】本発明の１実施形態に基づく、検知用インプラント内の負荷変調および電源の統合回路を概略示す図である。
【図８】本発明の１実施形態に基づく、負荷変調および電源の統合回路を使用する検知用インプラントの電圧を示すグラフである。
【図９Ａ−Ｃ】本発明の１実施形態に基づく、電圧クランプ要素を示す回路図である。
【図１０】本発明の１実施形態に基づく、検知用インプラントの制御回路を概略示すブロック図である。
【図１１】本発明の１実施形態に基づく、検知用インプラントの制御回路の要素を概略示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
（概要）
本明細書に記載される本発明の実施形態は、改良された検知用インプラントとそれに関連する方法を提供する。開示された実施形態は主に患者の心臓の周辺血圧を測定する心臓インプラントについて記載しているが、開示された技術は他の種々のタイプのインプラントや用途に使用可能である。
【００２３】
開示されたインプラントは、典型的には、外部ユニットと通信し、外部ユニットから電気エネルギーを受け取るために磁界誘導結合を使用する。インプラントは、典型的には、外部ユニットの磁界が誘導されるアンテナユニットを備える。いくつかの実施形態では、アンテナユニットは、フェライトコアに巻回されたアンテナコイルと、アンテナユニットをカプセル内に包含するカプセルを含む。カプセルは、典型的には、金属製であり、フェライトコアとアライメントされ、そしてフェライトコアの長さと等しいまたはそれより大きい長さの１つ以上の開口部を有する。これらの寸法的関係は、磁界への歪みを最小限にし、そして従って非常に効率的な誘導結合を達成する。その結果、アンテナの大きさは、インプラント側と外部ユニット側の両方において低減でき、そしてより低いエネルギーの磁場が使用可能となる。
【００２４】
いくつかの実施形態では、インプラントは、インプラントのアンテナの負荷インピーダンスを変調することによって、外部ユニットへデータ（例えば、測定された圧力測定値）を送信する回路を備える。具体的には、回路は、インプラントアンテナの端部間に磁場によって誘導される電位をクランプする電圧クランプ要素を備える。電圧クランプ要素は二重の役割を果たす−負荷変調の変調度を最大にし、そして受信電力を調整する。その結果、通信の信頼性や電圧調整能力を損なうことなく、インプラントの寸法およびコストを減少させることができる。
【００２５】
いくつかの実施形態では、インプラントは、データに関係なく、いつでも磁場から十分な電気エネルギーを取り出せることを確実にする、バランス変調方式を用いてアンテナの負荷を変調する。この種の変調は問題のあるデータパターンが長時間に亘って誘導電圧を低下させるシナリオを防止する。他の開示された実施形態ではインプラントは、圧力センサによる無線周波数（ＲＦ）干渉ピックアップを打ち消すためにインプラントの回路によって使用される、ノイズ補償パッドを備える。
【００２６】
（システムの記述）
図１は、本発明の実施形態に基づく検知用インプラント１１０を含む医療用監視システム１００を示すブロック図である。本実施例では、インプラント１１０は、患者の心臓内の所望の位置に埋め込まれ、そしてその近傍の周辺血圧を測定するために使用される。
【００２７】
例示的な実施形態では、インプラント１１０は、左心房（ＬＡ）の壁に埋め込まれる。あるいは、インプラントは、心臓内の任意の他の適切な位置に配置することができる。さらに代替的に、開示された技術は、他の様々な臓器内の圧力を測定するために、そして患者の他の様々な適切な生理学的パラメータを測定するために使用できる。
【００２８】
システム１００はさらに、インプラント１１０と通信し、インプラントの回路に電力を供給するように構成された外部ユニット１２０を備える。本実施例では、外部ユニット１２０は、患者により装着されるベルトに取り付けられている。ベルトはまた、外部ユニットのアンテナを備える。図１は、明確化のため、患者の腰に装着されるベルトを示している。実際には、ベルトは、一般的に、インプラントが（少なくともほぼ）ベルトに囲まれる、すなわち、ベルトによって定義される平面内に位置するように着用されるべきである。例示的な実施形態では、ベルトは、患者の首と片方の肩の上を通って袈裟がけに着用することができる。しかしながら、選択肢として、任意の他の適切な構成が使用できる。
【００２９】
インプラント１１０は、典型的には、内部電源を有しない。インプラントの内部回路は、誘導結合を用いて外部ユニット１２０によって提供されるエネルギーによって電力供給される。典型的には、外部ユニットは、外部ユニットのアンテナを用いて交流（ＡＣ）磁場を発生する。この磁場は、インプラントのアンテナの端子間に交流電圧を誘導し、この電圧はその後整流され、インプラントの回路の電力供給に使用される。同時に、インプラントは、負荷インピーダンスを変調することにより、データ（例えば、周辺血圧の測定結果）を送信し、変調は外部ユニットにより検知される。これらのメカニズムは、以下で詳細に説明される。
【００３０】
図２は、本発明の実施形態に基づくインプラント１１０の概略側面図である。インプラント１１０は細長い本体１１４を備える。インプラントは、心室の壁を通って途中まで挿入され、次に取り付けられ、壁の中に保持されるように設計されている。
【００３１】
この目的のために、インプラントは、１２２Ａおよび１２２Ｂと表示される２組の「スパイダー脚」アームを備える。インプラントの送達の間、脚１２２Ａ及び１２２Ｂは折り畳まれそして本体１１４の近くの周りに保持される。送達後、アームは図に示す拡張位置まで伸長し、それにより心臓の壁がアーム１２２Ａおよびアーム１２２Ｂの間に固定される。インプラントの左側（アーム１２２Ａの側）は、心臓の内部に位置し、インプラントの右側（アーム１２２Ｂの側）は、心臓の外側に位置する。
【００３２】
この種のインプラントの送達および保持に関連するさらなる態様は、「組織にインプラントを送達し、展開するためのシステムおよび方法」と題する、ＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＩＬ２０１１／０５００８２（特許文献６）、および「インプラントのための臓器壁の保持メカニズム」と題されるＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＩＢ２０１３／００１４０１（特許文献７）に記載され、これらの開示は参照により本明細書に組み込まれる。
【００３３】
図２の例では、インプラント１１０は、適切な送達手段、例えば、針またはカテーテルに着脱自在に接続するための相互連結部材１１８を備える。インプラント本体１１４は、一般的には、金属製のカプセルからなる。インプラントの内部回路は本体１１４内にカプセル封入される。回路の２つの要素、すなわち圧力センサ１２６とアンテナユニット１３０が図に示されている。
【００３４】
いくつかの実施形態では、１つ以上の開口部１３４が、本体１１４の金属カプセルの中で、アンテナユニット１３０の近傍で、カプセルの壁区画１３８の間に形成される。開口部１３４は、アンテナユニット１３０と外部ユニット１２０の間の通信及び電力送達に使用される磁場の歪みや減衰を最小限に抑えるように設計される。開口部１３４に関する設計面の考慮は以下でさらに記述される。
【００３５】
（アンテナ、フェライトコアおよび開口部の寸法づけ）
図３は、本発明の実施形態にもとづく、検知用インプラント１１０のアンテナユニット１３０の概略図である。本実施例では、アンテナユニット１３０は、フェライトコア１４２に巻回されたアンテナコイル１４６を備える。フェライトコア１４２とアンテナコイル１４６は、本体１１４の開口部１３４とアライメントされている。図はこのような構成に起因する典型的な磁力線１５０を示している。
【００３６】
本発明者らは、開口部１３４の長さとフェライトコア１４２の長さとの間の一定の関係が、高い性能、すなわち、磁場に最小限の歪みと減衰をもたらすことを発見した。また、磁場の歪みが開口部１３４とフェライトコア１４２の幾何学的関係に主に依存し、アンテナコイル１４６の形状にはあまり影響を受けないことが発見された。
【００３７】
いくつかの実施形態では、上記の条件を満たすために開口部１３４の長さは、フェライトコア１４２の長さと等しいかそれより大きいように設定されている。例示的な実施形態では、開口部１３４の長さはフェライトコアの長さよりも、少なくともフェライトコア１４２の直径の２倍分だけ大きい。しかしながら、これらの長さ関係は、例示としてのみ提供されている。代替実施形態では、開口部とフェライトコアの他の適切な幾何学的配置を使用することができる。
【００３８】
１つの非限定的な例では、本体１１４は３ミリメートルの直径を有し、フェライトコア１４２は０．７ミリメートルの直径と７ミリメートルの長さを有し、開口部１３４はそれぞれ、９ミリメートルの長さと０．５ミリメートルの幅を有する。しかしながら、あるいは他の任意の適切な寸法を使用することができる。
【００３９】
図３の１例は、概念の明確化のために、単一のフェライトコア、単一のコイルと開口部の特定の構成を示している。代替実施形態では、任意の他の適切な構成を使用することができる。例えば、本体１１４は、任意の適切な数の開口部１３４を含んでもよい。幾つかの実施形態では、図３に示すように、開口部は、本体１１４の周り、すなわち、アンテナユニットを囲むカプセルの周り、に分布している。他の実施形態では、二つ以上の開口部１３４がカプセルに沿って長手方向に分布してもよい。いくつかの実施形態では、開口部１３４は、本体１１４に沿った長手方向と、また本体の周りの両方に分布してもよい。
【００４０】
さらに代替的に、いくつかの実施形態では、アンテナユニット１３０は、２つ以上のフェライトコア１４２、およびそれらのコアに巻かれた２つ以上のそれぞれのアンテナコイル１４６を備える。これらの実施形態では、フェライトコアは、それぞれの開口部１３４とアライメントされている。典型的には、開口部１３４は、適切な非金属材料、例えば、シリコンゴムなどのシリコン；エポキシ、ナイロン、ポリウレタン、ポリエステル、ＰＥＥＫ、ポリエチレン、ＵＨＭＷＰＥ、ポリプロピレン、ＰＴＦＥ、ＰＭＭＡ、ＥＶＡ、ＰＤＭＳ、ＰＵ、ＰＥＴ、ＰＥＯ、ＰＥＧまたはポリスルホンなどの接着剤で封止されている。
【００４１】
上記のアンテナユニットとカプセルの構成は純粋に事例として示されている。代替の実施形態では、インプラント１１０は、他の任意の適切なアンテナユニットおよび／またはカプセルを含むことができる。
【００４２】
（制御回路：電圧調整、負荷変調および静電容量−周波数変換）
上述のように、外部ユニット１２０とインプラント１１０との間の磁界誘導結合は、２つの目的のために使用される：インプラントにその内部回路を動作させるための電力を供給することと、インプラントから外部へデータ（例えば、測定結果）を送信すること。
【００４３】
インプラント１１０は、このように両方の機能を実行する回路を備える。電力の供給は、交流磁界によってインプラントのアンテナに誘起される交流電圧を整流し、調整することによって行われる。データの送信は、「負荷変調」を用いて−インプラントのアンテナから見た負荷インピーダンスを変調することによって行われる。アンテナの負荷インピーダンスの変調は、インプラントによって磁界から引き出されるエネルギーの量を変調する。エネルギー消費のこれらの変化は、外部ユニットにより感知され、そしてインプラントによって送信されたデータを復号するために、復調される。
【００４４】
図４は、本発明の１実施形態に基づく、検知用インプラント１１０のいくつかの内部回路を概略示すブロック図である。この実施形態では、インプラントは、外部ユニットにより発生された磁場を感知するアンテナコイル１５５を備える。
【００４５】
例示的な１実施形態では、コイル１５５はコンデンサ１５６に接続され、共同で共振回路１５４を形成する。コイル１５５のインダクタンス及びコンデンサ１５６の静電容量は、共振回路１５４の共振周波数が交流磁界の周波数と適合するように選択される。しかしながら、代替実施形態では、コンデンサ１５６を省略することができる。
【００４６】
整流器１５８は、共振回路１５４に誘起される交流電圧を、直流（ＤＣ）波形が生成されるように整流する。電圧レギュレータ１６６は、安定した調整されたＤＣ電圧が生成されるようにＤＣ波形を調節する。この電圧は、インプラントの様々な構成要素に電力を供給するために使用される。いくつかの実施形態では、クロック抽出モジュール１７０は、アンテナコイルに誘起される電圧からクロック信号を取り出す。取り出されたクロック信号は、インプラント回路の様々なデジタル構成要素を計時するために使用される。
【００４７】
インプラント１１０は圧力センサ１７４を含み、それは血液に曝され、そして周辺血圧を感知する。本実施例では、圧力センサ１７４は、その静電容量が周辺圧力の関数として変化する微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）静電容量式圧力センサを備える。本実施形態では、圧力センサ１７４はコンデンサを備え、その電極の一方は周辺圧力の関数として変形する変形可能な膜を含む。変形はセンサの静電容量を変化させる。代替実施形態では、他の適切なセンサのタイプも使用することもできる。
【００４８】
いくつかの実施形態では、インプラントは、さらに較正目的の基準圧力センサ１７８を備える。基準センサ１７８は、例えば、圧力センサ１７４に類似するＭＥＭＳセンサから構成されてもよいが、それは周辺圧力に曝されない。２つのセンサの静電容量の比較は、電圧や温度などの動作条件に対する、圧力センサ１７４の圧力測定値の較正を可能にする。これらの実施形態では、インプラントの回路は、選択スイッチ１８２を使用することにより、圧力センサ１７４および１７８を使用する圧力測定を交互に行うことができる。
【００４９】
いくつかの実施形態では、インプラントは、ドリフト制御ユニット１８６と、静電容量−周波数（Ｃ−Ｆ）変換ユニット１９０を備える処理回路１８４を含む。ドリフト制御ユニット１８６は、時間と共に発生する、圧力センサ１７４の圧力−静電容量依存性の変化を補償する。ドリフト制御の態様は、例えば、その開示内容が参照により本明細書に組み込まれる、「埋込型静電容量式圧力変換器のドリフト補償」と題する、ＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＩＢ２０１３／０６００３８（特許文献８）に、記載されている。
【００５０】
Ｃ−Ｆ変換ユニット１９０は、圧力センサ（１７４または１７８）の静電容量を周波数に変換する。別の方法で言えば、Ｃ−Ｆ変換ユニット１９０は、その周波数が圧力センサの静電容量を示す（従って、測定された周辺圧力を示す）信号を生成する。Ｃ−Ｆ変換ユニット１９０によって生成された信号は、変調スイッチ１６２を変調するために使用される。したがって変調スイッチ１６２は、測定された周辺圧力を示す周波数において切り替えられる。さらに以下に説明するように、変調スイッチ１６２は、アンテナコイル１５５の負荷インピーダンスを変調させる。外部ユニット１２０は負荷変調を検知し、変調周波数を測定し、そこから測定圧力を導出する。典型的には、変調スイッチ１６２は、インプラントへの初期電力供給を可能にするように通常は閉じられている。
【００５１】
図５は、本発明の実施形態に基づく、インプラント１１０の電圧調整の１例を示すグラフである。上の曲線（Ｖｉｎと表示）は、外部ユニット１２０によって生成される磁界によってコイル１５５に誘起される交流電圧を示す。図に見られるように、誘起される交流電圧は、最小電圧Ｖｉｎ−ｌ（時刻ｔ１に発生）と最大電圧Ｖｉｎ−ｐ（時刻ｔ２で発生）の間で振動する。下の曲線（Ｖｏｕｔと表示）は、電圧レギュレータ１６６の出力側における整流され、調整された電圧を示す。Ｖｉｎは２Ｖと７Ｖの間で振動し、そしてＶｏｕｔはほぼ２Ｖ以下である。しかしながら、一般的には、他の任意の適切な電圧を使用することができる。
【００５２】
上述したように、いくつかの実施形態では、インプラント１１０は、アンテナコイル１５５の負荷インピーダンスを変調することによって、測定された圧力測定値を外部ユニット１２０に送信する。負荷変調は外部ユニット１２０の磁場から引き出されるエネルギーを変調する。外部ユニットは磁場からのエネルギー消費量の変化を感知し、そしてこのようにしてインプラントから送信されたデータを復調する。負荷変調は、Ｃ−Ｆ変換ユニット１９０によって制御される変調スイッチ１６２を用いて実行される。
【００５３】
図６は、本発明の実施形態にもとづく、負荷変調時に、アンテナコイル１５５の端部の間の電圧を示すグラフである。図に示す高周波搬送波の周波数は典型的には、外部ユニット１２０によって生成される交流磁界の周波数である。低周波数の方形波包絡線は変調スイッチ１６２により生成された変調包絡線である。一般的に変調周波数は磁場周波数よりかなり低く、例えば、１−３桁低い。１つの実施例では、磁場周波数は約６．７８ＭＨｚ又は１３．５６ＭＨｚであり、そして変調周波数は、約２０ｋＨｚ（シンボル時間約５０μ秒）である。
【００５４】
磁場周波数は、６．７８ＭＨｚ又は１３．５６ＭＨｚが好ましい。何故ならば、それらは例えば比較的高い磁場強度の放射が許容されている産業科学医療用（ＩＳＭ）バンドとして割り当てられているからである。同時に、これらの周波数は、誘導結合のために好適であり、体組織内でほとんど減衰を受けない。しかしながら、選択肢として、他の適切な周波数をも選択することができる。
【００５５】
図６の例では、負荷変調はＶｃｌおよびＶｃ２で表わされる電圧に対応する２つの値の間で交替する。低い値（Ｖｃｌ）は、変調スイッチ１６２を閉じる（それによって磁場からより多くのエネルギーを引き出し、そしてアンテナコイル１５５の端部の間に誘起される電圧を低下させる）ことによって作られる。高い値（電圧Ｖｃ２）は（それによって磁界から少ないエネルギーを引き出し、そしてアンテナコイル１５５の端部の間に誘起される電圧を増加させる）、変調スイッチ１６２を開くことによって作られる。
【００５６】
本例では、Ｖｃｌ＝３．５Ｖであり、そしてＶｃ２＝８Ｖである。これらの値のシンボル時間はτ１とτ２で示される。本実施例では、τ１＝τ２＝２５μ秒であるが、シンボル時間は、必ずしも同じ必要はない。あるいは、他の任意の適切な値を使用することができる。
【００５７】
負荷変調を使用する場合、（磁場から引き出されるエネルギーの量を決定する）アンテナコイル１５５の等価負荷インピーダンスは、コイル１５５の抵抗（ＡＣ磁場の周波数において；あり得る表皮効果を含む）、共振回路１５４（またはコンデンサ１５６が無い場合コイル１５５単独）のＱファクタ、および外部ユニット１２０のアンテナとコイル１５５との間の結合強度、のような様々な要因に依存する。
【００５８】
その他の要因の中で、負荷変調通信技術の信頼性は、変調度、すなわち、ＶｃｌとＶｃ２の間の差に依存する。より高い変調度は、外部装置が送信されたデータを信頼性を持って復号することをより容易にする。
【００５９】
図７は、本発明の実施形態に基づく、インプラント１１０内の負荷変調及び電源の統合回路を示すブロック図である。既に上記図４に示された要素（コイル１５５、コンデンサ１５６、整流器１５８と変調スイッチ１６２）に加えて、この例の回路は、電圧クランプ要素１９４とエネルギーバックアップ要素（典型的には、コンデンサ）１９８を備える。
【００６０】
電圧クランプ要素１９４は、端子間の電圧をＶｃｌａｍｐと表示される事前設定の最大値にクランプ（例えば、制限）する。本実施例では、電圧クランプ要素１９４は、ツェナーダイオードからなる。電圧クランプ要素を実現するための様々な選択肢が、以下の図９Ａ−９Ｃに示される。
【００６１】
電圧クランプ要素１９４は、インプラント１１０内で二重の機能を提供する。第１の機能は、負荷変調の変調度を増加させることである。第２の機能は、その後インプラント回路への電力供給のために使用される、誘導電圧を調節することである。
【００６２】
変調度を増加させる機能を考える。本実施例では、電圧クランプ要素１９４と変調スイッチ１６２は、互いに直列に接続され、両方の要素は、アンテナコイル１５５の両端の間に接続されている。変調スイッチ１６２が閉じている場合、電圧クランプ要素１９４は、アンテナコイル１５５の両端の間に誘導される電圧をクランプし、そしてアンテナコイルに対し非常に低いインピーダンスを提示する。変調スイッチ１６２が開いているとき、非常に高いインピーダンスがアンテナコイルに提示される。負荷インピーダンスのこの大きな差異は、変調度（例えば、上記図６のＶｃｌとＶｃ２の間の差）を最大にする。
【００６３】
同時に、電圧クランプ要素１９４は、コンデンサ１９８と協働して、誘導磁場から引き出された電源電圧を調整する手助けをする。変調スイッチ１６２が閉じている場合、電圧クランプ要素１９４は、供給電圧をＶｃｌａｍｐにクランプし、そしてコンデンサ１９８はこの電圧を用いて充電される。変調スイッチ１６２が開いている場合、インプラント回路は、コンデンサ１９８から電力を引き出す。電圧クランプ要素１９４とコンデンサ１９８の組み合わせは、結果として得られる供給電圧が、負荷変調に起因する誘導交流電圧の大きな変化にもかかわらず、安定していることを保証する。
【００６４】
図８は、本発明の実施形態に基づく、この効果を示すグラフである。上の曲線は、負荷変調時にアンテナコイル１５５の両端の間に誘起される電圧を示す。下の曲線は、電圧クランプ要素１９４及びコンデンサ１９８によるクランプと調整後の電源電圧を示す。図に見られるように、電源電圧は比較的安定している。（ＶｓｍｉｎとＶｓｍａｘとの間で変化し、それは本実施例では１００ｍＶだけである。）代替実施形態では、回路は、電源電圧をさらに安定化させるための付加的な電圧レギュレータを含んでもよい。
【００６５】
図９Ａ−９Ｃは、本発明の実施形態にもとづく例示的な電圧クランプ要素を示す回路図である。これらのすべての構成は、電圧クランプ要素１９４を実現するために使用できる。図９Ａ−９Ｃの構成は、純粋に例示として示されている。代替実施形態では、任意の他の適切な実現手段を使用することができる。
【００６６】
図９Ａでは、電圧クランプ要素は、電源電圧に対して逆方向の導通のために接続される「Ｚ」で表示される単一のツェナーダイオードからなる。例示的な実施形態では、そのダイオードのクランプ電圧Ｖｃｌａｍｐは１．８Ｖである。図９Ｂでは、電圧クランプ要素は、電源電圧に対して順方向に導通され、直列に接続される１つ以上の、例えば３つのダイオードＤ１−Ｄ３からなる。
【００６７】
図９Ｂの例では、ダイオードＤ１−Ｄ３はシリコンダイオードからなり、各ダイオードの順方向電圧は、約０．６Ｖであるので、３つのダイオードのカスケードは約１．８Ｖでのクランピングを遂行する。代替実施形態では、所望のクランプ電圧は、１つまたはそれ以上のシリコンダイオード（約０．６Ｖの順方向電圧を有する）と、１つまたはそれ以上のショットキーダイオード（約０．２Ｖの順方向電圧を有する）の適切な組み合わせを使用して設定することができる。１つ以上の順方向導通ダイオード（例えば、シリコンまたはショットキーダイオード）と１つ以上の逆方向導通ツェナーダイオードの組み合わせも可能である。
【００６８】
図９Ｃでは、電圧クランプ要素は、所望の固定の順方向電圧を有する半導体素子の回路を用いて実現される。本実施例では、回路は、Ｑ１と表示されるトランジスタと、Ｒ１およびＲ２と表示される２つの抵抗を備える。１つの実装例ではＲ１＝６８ＫＱ、Ｒ２＝２２ＫＱ、そしてトランジスタＱ１はベース−エミッタ間電圧Ｂｅ＝０．５Ｖを有し、その結果約１．８２Ｖのクランプ電圧となる。代替実施形態では、任意の他の適切なクランプ回路、例えば、ディスクリート部品から形成されたクランプ回路、を使用することができる。
【００６９】
図１０は、本発明の実施形態に基づく、インプラント１１０の制御回路を示すブロック図である。いくつかの実施形態では、制御回路の殆どまたは全ては、混合信号特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）２００で実現されている。いくつかの要素、例えば、圧力センサ１７４、基準圧力センサ１７８、アンテナコイル１５５とコンデンサ１５６、整流器１５８Ａおよび１５８Ｂ、および複数のコンデンサは、一般的にＡＳＩＣの外部にある。
【００７０】
本実施例では、ＡＳＩＣ２００は、ＡＳＩＣの動作を制御する論理処理ユニット２０２を備える。変調器２１４は、周波数が入力静電容量に依存する方形波を生成する、Ｃ−Ｆ変換器２１６を含む。入力選択スイッチ２１８は、Ｃ−Ｆ変換器への入力として提供できる、いくつかの静電容量の間で選択を行う。
【００７１】
本実施例では、スイッチ２１８は、（周辺の血圧を測定する）実ＭＥＭＳ圧力センサ１７４、基準ＭＥＭＳ圧力センサ１７８、およびＣｒｅｆｌとＣｒｅｆ２で表示される２つの固定基準コンデンサの間で選択を行う。スイッチ２１８は、「ＩＮＰＵＴ  ＳＥＬＥＣＴ」ラインを使用して論理処理ユニット２０２により制御される。
【００７２】
センサ動作電圧モジュール２１２は、典型的には、デジタル−アナログ変換器を含み、ＭＥＭＳ圧力センサに対し適合するアナログ動作電圧を提供する。アナログ電圧は、論理処理ユニット２０２によって、例えばセンサ動作電圧モジュール２１２への個別の制御ラインを用いて調整される。この電圧を調整する１つの理由は、上記で引用されたＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＩＢ２０１３／０６００３８（特許文献８）に記載されているように、ドリフト補償プロセスの一部として、である。
【００７３】
インプラントからのデータ送信のために、論理処理ユニット２０２は、「データアウト」と表示されるデジタル信号を生成し、その周波数はＣ−Ｆ変換器２１６の出力に従う。言い換えれば、「データアウト」信号のバイナリコードは、ＭＥＭＳ圧力センサの静電容量（またはスイッチ２１８によって選択された他の静電容量）に依存する。レベルシフタ／バッファ２２０は、信号をバッファし、そして変調スイッチ１６２を駆動する。上述のように、可変周波数信号は、従って、アンテナコイル１５５の負荷インピーダンスを変調する。
【００７４】
ＡＳＩＣ２００に電力を供給するために、整流器１５８Ａ及び１５８Ｂは、アンテナコイル１５５に誘起された交流電圧を整流する。過電圧保護スイッチがＡＳＩＣを高電圧サージから保護する。整流された電圧は調整ユニット２０８により調整される。調整ユニット２０８において、電圧は上述のように電圧クランプ要素１９４によりクランプされる。Ｃｅｘｔｌと表記される外付けコンデンサはエネルギーバックアップ要素として機能する（図７のエネルギーバックアップ要素１９８に類似）。低ドロップオフ（ＬＤＯ）レギュレータ２１２は、さらに、電源電圧を調整する。ＬＤＯレギュレータ２１２の出力は、ＡＳＩＣ２００の電源電圧（ＶＣＣ）として提供される。
【００７５】
以上説明したように、調整ユニット２０８内の電圧クランプ要素１９４は二重の役割を果たしている−負荷変調方式の変調度を最大化し、ＡＳＩＣ２００用の電源電圧を調整する。図４のクロック抽出モジュール１７０と同様に、「主クロック源」モジュールはＡＳＩＣためのクロック信号を誘起交流電圧から導出する。代替実施形態では、主クロック源は、ＡＳＩＣによって生成されてもよい。
【００７６】
（十分な電源を確保するためのデータのバランス化）
上記図６及び図８の例に見られるように、上記アンテナコイル１５５に誘起される平均電圧（したがって、平均電力）は負荷変調の結果として、大幅に変動する。誘起電圧が変調されたビット値に依存するため、特定のビットパターンは、低電圧の長い期間になることがある。そのような場合には、インプラント１１０に供給される電力が十分でないおそれがある。また、バイナリビットのコンテントが調整された電圧レベルに影響を与え、そしてＣ−Ｆ変換ユニットが電源電圧レベルに敏感でありえるため、結果的にＣ−Ｆ変換ユニットの変換結果を偏移させるリスクがある。
【００７７】
いくつかの実施形態では、ＡＳＩＣ２００は、上述の問題の多いシナリオを防止する負荷変調方式を使用する。典型的には、論理処理ユニット２０２は、実際のデータ値に関係なく誘導磁場から受け取った電気エネルギーが回路の電力要求を満たすように、負荷変調されるべきデータをバランスさせる。
【００７８】
論理処理ユニット２０２は、様々な方法でデータをバランスさせることができる。例示的な実施形態では、ユニット２０２は、正電圧部分と負電圧部分を有するそれぞれ１つのシンボルで各ビット値を表す、バランス変調方式を使用する。例えば、ユニット２０２は、それぞれの「０」のビット値をシンボルの前半が＋Ｖに等しく、シンボルの後半が−Ｖに等しい１つのシンボルで表し、そしてそれぞれの「１」のビット値をシンボルの前半が−Ｖに等しく、シンボルの後半が＋Ｖに等しい１つのシンボルで表してもよい。
【００７９】
別の言い方をすれば、論理処理ユニット２０２は、それぞれのデータ値を反対の極性で２度変調することができる。このような方式を使用して負荷変調を行う場合、誘起電圧の平均電力は、データ値にかかわらず、実質的に一定に留まる。選択肢として、任意の他の適切なバランス方式が使用可能である。
【００８０】
（ノイズ消去）
ＡＳＩＣ２００とインプラント１１０は、一般的にしばしば強い干渉の存在下で動作する。干渉の１つの供給源は、外部装置１２０の交流磁場の周波数（本明細書に記載の事例では６．７８ＭＨｚ）における無線周波数（ＲＦ）干渉である。その他の干渉源も存在しうる。
【００８１】
インプラント回路の一部、例えば、Ｃ−Ｆ変換器２１６は、高精度の弱い信号で動作するため、干渉に敏感である。対策を取らない限り、このような干渉は、インプラント１１０の全体的な測定の精度と信頼性にかなりの低下を引き起こすことがある。いくつかの実施形態では、インプラント１１０は干渉緩和のためのメカニズムを備える。
【００８２】
図１１は、本発明の実施形態に基づく、インプラント１１０の制御回路の構成要素を概略示すブロック図である。この例では、Ｃ−Ｆ変換器２１６は、コンパレータの周りに構築された発振回路を備える。圧力センサ１７４（またはそれぞれのスイッチを使用して、較正の目的のために選択された他の静電容量）は、その入力の１つに接続されている。コンパレータ出力からコンパレータ入力へのフィードバック経路は、抵抗−コンデンサペア２３２を含む。発振器の発振周波数（Ｆｏｕｔと表示）は、圧力センサ１７４の静電容量および抵抗−コンデンサペア２３２の抵抗値及び静電容量によって決定される。
【００８３】
図１１の実施形態では、インプラント１１０はさらに、ノイズ補償アンテナ、本例では、ノイズ補償パッド２３０を備える。ノイズ補償パッド２３０は圧力センサ１７４と同じレベルの無線周波数干渉を受けるように設計されそして製造されている。１つの例示的実施形態では、パッド２３０は、インプラント１１０の内部プリント回路基板（ＰＣＢ）上に印刷され、ＡＳＩＣ２００の入力端子に接続される、金属パッチから構成されてよい。ＡＳＩＣは「ノイズ補償有効化」スイッチを含み、それは必要に応じてパッド２３０を接続し、または切断するように論理処理ユニット２０２によって制御される。あるいは、他の任意の適切なタイプの干渉補償アンテナを使用することができる。
【００８４】
補償が有効になっている場合、圧力センサ１７４は、コンパレータの一方の入力に接続され、ノイズ補償パッド２３０は他方の入力に接続されている。ノイズ補償パッド２３０は、通常、２つのコンパレータ入力においてインピーダンスが実質的に同じであるように設計される。結果として、２つのコンパレータ入力に印加されるＲＦ干渉レベルはまた、実質的に同じであり、そしてコンパレータ出力における干渉除去は最適である。
【００８５】
いくつかの実施形態では、ノイズ除去の精度も、抵抗−コンデンサペア２３２の抵抗および／または静電容量を調整することによって制御することができる。１つの実施形態では、抵抗−コンデンサペアの抵抗および／または静電容量は、外部ユニット１２０によって遠隔にプログラム可能である。この実施形態では、干渉レベルを最小化させるため、外部ユニット１２０が抵抗−コンデンサペア２３２の抵抗および／または静電容量を較正する。この較正は、例えば、それぞれの圧力測定セッションの開始時、干渉が高いと検知した時、または他の任意の適切な時点において、実行することができる。
【００８６】
本明細書に記載の実施形態は、主として無線埋め込み型血行動態測定について記載しているが、本明細書中に記載の埋め込み型装置およびそれに関連する方法は、緑内障のより良い治療のための眼圧（ＩＯＰ）のモニタリング、例えば泌尿器用診断ツールとしての膀胱圧モニタリング、または、例えば高血圧症患者のより良い管理のための大動脈、腎動脈、大腿動脈や橈骨動脈の血圧測定、などの他の用途にも使用可能である。別の例として、開示された技術は、心不全患者のより良好な管理のための肺動脈圧測定に使用することができる。さらに別の例として、開示された技術は、水頭症、頭部の外傷、腫瘍、コロイド嚢胞および脳血腫などの神経疾患の管理に役立つ、頭蓋内圧（ＩＣＰ）のモニタリングに用いることができる。理解できるように、開示された技術は決して圧力測定に限定されず、そして任意の適切なパラメータの無線体内検知のために使用することができる。
【００８７】
上述した実施形態は例として引用され、そして本発明は具体的に示し、上述したものに限定されない。むしろ、本発明の範囲は、前述の記載を読んだ当業者が想起する、従来技術で開示されていない、上述の種々の特徴の組み合わせ及びサブ組み合わせの両方、ならびに変形および修正を含む。本特許出願に参照により組み込まれる文献は、本出願の統合された一部とみなされるべきであるが、これらの組み込まれた文書で定義されている任意の用語が本明細書に明示的または暗黙的に使用される定義と矛盾する場合は、本明細書において使用される定義のみが考慮されるべきである。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ−Ｃ】
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【図１０】
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【図１１】
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