(57)【要約】  本発明は、関連するリーダ２０を用いた、特に埋め込み型装置である遠隔で読み取れる電子装置１０に関する。この装置は、少なくとも３つの異なる共振状態の１つに選択的に設定される共振回路１２を有し、この状態が遠隔のリーダにより無線で検知されることが可能である。特定の実施例において、前記共振回路１２は、この共振回路１２に選択的に接続又は切断され得る２つのコンデンサＣ１、Ｃ２を有する。前記リーダ２０は好ましくは、前記共振回路１２のある共振状態に対応するスペクトル吸収パターンを検出するために、所与の周波数範囲を検知する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）ＲＦ信号を取り込むための受信器、及び共振回路を異なる共振周波数を持つ少なくとも３つの所与の共振状態の１つに選択的に設定するための切り換えシステムを備える前記共振回路、並びに
ｂ）データを符号化する既定のプロトコルに従って前記切り換えシステムを制御するための制御ユニット
を有する遠隔で読み取れる電子装置。
【請求項２】
前記所与の共振状態は、開いた共振回路の状態を有することを特徴とする請求項１に記載の遠隔で読み取れる電子装置。
【請求項３】
前記共振回路は、前記切り換えシステムのスイッチを介して選択的に接続又は切断され得る少なくとも１つのコンデンサ、好ましくは２つのコンデンサを有することを特徴とする請求項１に記載の遠隔で読み取れる電子装置。
【請求項４】
前記共振回路は、前記切り換えシステムのスイッチを介して選択的に接続又は切断され得る少なくとも１つのインダクタンス、好ましくは２つのインダクタンスを有することを特徴とする請求項１に記載の遠隔で読み取れる電子装置。
【請求項５】
遠隔で読み取れる電子装置、特に請求項１に記載の装置のためのリーダであり、
ａ）同調可能な周波数を持つＲＦ信号を放出するための送信器、及び
ｂ）放出したＲＦ信号のエネルギー吸収に関する少なくとも３つの異なるスペクトルパターンを識別するための検出器
を有するリーダ。
【請求項６】
所与の周波数範囲を繰り返し走査するための走査モジュールを有し、前記検出器は、各々の走査にスペクトルパターンを関連付けることを特徴とする請求項５に記載のリーダ。
【請求項７】
請求項１に記載の遠隔で読み取れる電子装置及び請求項５に記載のリーダから構成される無線通信システム。
【請求項８】
前記遠隔で読み取れる電子装置の前記制御ユニットと前記リーダとの間の同期のための手段を有することを特徴とする請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
請求項１に記載の遠隔で読み取れる電子装置を有する埋め込み型装置。
【請求項１０】
ある生理学的パラメタ、特に圧力、化学成分、ｐＨ値、体温又は電気信号に対するセンサを有することを特徴とする請求項９に記載の埋め込み型装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に埋め込み型装置である、遠隔で読み取れる電子装置、上記装置を遠隔で読み取るためのリーダ、並びに上記装置及びリーダから構成される無線通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
米国特許公開公報US2004/0113790 A1は、身体外のセンサから放出された無線周波数（ＲＦ）信号を取り込むためのアンテナを備える埋め込み型センサを開示している。追加のコンデンサを前記アンテナに結合されるリアクタンス回路に接続又は切断することにより、前記リアクタンス回路のインピーダンスは、センサのデータを符号化するために、選択的に変えることができる。これらインピーダンスの変化はリーダにより遠隔で検出されることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この状態に基づいて、本発明の目的は、電子装置のさらに多目的な遠隔読み取りを可能にする手段を提供することであった。
【０００４】
本目的は、請求項１に記載の遠隔で読み取れる電子装置、請求項５に記載のリーダ、請求項７に記載の無線通信システム及び請求項９に記載の埋め込み型装置により達成される。従属請求項は好ましい実施例を開示している。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明による遠隔で読み取れる電子装置は、例えば検知した測定値のようなデータが離れて無線で読み取られる如何なる応用にも用いられる。前記装置は、以下の構成要素
ａ）無線周波数（ＲＦ）信号を取り込むための受信器、及び共振回路を異なる共振周波数を持つ少なくとも３つの所与の共振状態の１つに選択的に設定するための切り換えシステムを備える共振回路、並びに
ｂ）データを符号化する既定のプロトコルに従って前記切り換えシステムを制御するための制御ユニット
を有する。
【０００６】
記載される電子装置は、その共振回路が外側から検出され得る異なる共振周波数を持つ３つ、好ましくは４つ以上の異なる状態を選択的にとることができる利点を持つ。各状態は従って、ｎ値論理（ｎ≧３）の１つの値を符号化することができ、前記共振回路の各読み取りステップは、対応する情報量を伝送することができる。単に２つの異なる意味のある状態の間を切り換えるリアクタンスと比較して、これは、データ伝送の速度の大幅な増大を意味している。前記共振回路が４つの異なる状態を符号化する場合、例えば各読み取りステップ毎に、２ビットの情報を伝送することが可能であり、従って２値の場合に対しデータフローを２倍にする。
【０００７】
本発明の好ましい実施例によれば、前記共振回路の所与の共振状態は、開いた共振回路の状態、すなわち何も共振も示さず、曝されるＲＦ場から何もエネルギーを吸収しない状態を有する。開いた共振回路の状態を起こり得る意味のある値の組に含めることにより、最大量の情報がハードウェアの最小限の労力で符号化されることができる。
【０００８】
電子装置の任意の実施例において、共振回路は、前記切り換えシステムのスイッチを介して選択的に接続又は切断され得る少なくとも１つのコンデンサを有する。好ましくは、前記共振回路は、２つの上記コンデンサを有し、この回路は３つの異なる状態（コンデンサが接続されない、コンデンサが１つだけが接続される、両方のコンデンサが接続される）を符号化することを可能にする。前記２つのコンデンサが異なるキャパシタンスを持つ場合。これはさらに、コンデンサが１つだけ接続される場合、どっちのコンデンサが接続されているかを識別すること、及び故に２ビットの情報を符号化することを可能にする。一般的な事例において、共振回路は、ｎ個（ｎ≧２）のコンデンサ、好ましくはキャパシタンスＣ１，・・・Ｃｎを持つコンデンサを有し、これらキャパシタンスは、これら全ては互いに異なること、及び合計したら同じ値になる２つの異なるＣｉの組み合わせが存在しないことという意味において相関関係はない。数学的には、これはａｉ∈｛−１；０；１｝である等式
【数１】
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が全てのｉに対しａｉ＝０である場合にのみ実現される条件で表される。上記コンデンサの組を持つ回路は、２ｎ個の異なる状態を符号化することができ、これは各読み取りステップにおいてｎビットの伝送を可能にする。
【０００９】
本発明の他の実施例において、共振回路は、前記切り換えシステムのスイッチを介して選択的に接続又は切断され得る少なくとも１つのインダクタンス（例えばコイル）を有する。好ましくは、前記インダクタンスは、ＲＦ信号を取り込む受信器として同時に利用してもよい。
【００１０】
本発明はさらに、遠隔で読み取れる電子装置、特に上述したような装置のためのリーダに関する。リーダは、同調可能な周波数を持つＲＦ信号を放出するための送信器、及び放出したＲＦ信号のエネルギー吸収に関する少なくとも３つの異なるスペクトルパターンを識別するための検出器を有する。前記リーダは、分散システムと同様に小型ユニットでもよく、故に送信器は、例えば（好ましくは遠隔で読み取れる電子装置に近い）第１の位置に置かれるのに対し、検出器は別の位置に置かれ、送信器と検出器とは有線又は無線で通信している。
【００１１】
記載されるリーダは、３つの異なる論理値が放出されるＲＦ信号のエネルギー吸収のスペクトルに関して符号化され得る利点を持っている。故に、例えば上述した種類の遠隔で読み取れる電子装置のような吸収装置の各問い合わせ(interrogation)は、１ビットより多くの情報を伝送することができる。
【００１２】
記載されるリーダの送信器は例えば、所望のスペクトルパターンが見つけられるエネルギー吸収のスペクトルをもたらす広帯域のＲＦ信号を放出する。もう１つの実施例において、前記送信器は、所与の周波数範囲を繰り返し走査するための走査モジュールを有し、検出器は各々の走査にスペクトルパターンを関連付ける。この場合、前記センサは常に単色信号を放出し、この信号の周波数は、前記所与の周波数範囲にわたり変化する。前記検出器は、各事例について上記単色信号に対する反応を観察し、特定のパターンの発生を調べることができる完全なスペクトル画像に対する前記観察した反応を構成する。
【００１３】
本発明はさらに、上述した種類の遠隔で読み取れる電子装置及びリーダから構成される無線通信システムに関する。
【００１４】
前述したシステムは好ましくは、前記遠隔で読み取れる電子装置の制御回路と前記リーダとの間の同期のための手段を有する。前記遠隔で読み取れる電子装置は例えば、あるクロック周期の間、その共振回路の共振状態を一定に保ち、前記リーダに前記状態の判断を可能にする。この場合、前記リーダは前記クロック周期の開始及び期間と同期されるべきである。このクロック周期の期間が（少なくともほぼ）固定されている場合、リーダは例えば内部クロックを前記共振回路の状態の各々検出される変化と同期する。
【００１５】
本発明はさらに、上述した種類の遠隔で読み取れる電子装置を有する埋め込み型装置に関する。埋め込み型装置にとって、最小の電力消費でできるだけ多くの情報を伝達することが特に重要である。これは、情報を符号化するために少なくとも３つの異なる論理値を用いることにより高いデータフローレートを可能にしながら、提案される遠隔で読み取れる電子装置が受動的に問い合わされるので、この提案される電子装置を用いて達成されることができる。
【００１６】
前記埋め込み型装置は好ましくは、ある生理学的パラメタを検知、特に圧力（例えば血圧）、化学成分（例えばＣＯ２又は糖）ｐＨ値、体温又は電気信号（例えば心電図信号）を検知するためのセンサを有する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】関連するリーダを用いた本発明による埋め込み型装置を概略的に示す。
【図２】図１のシステムの通信プロトコルを説明する。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明のこれら及び他の態様は、以下に記載の実施例から明らかであるとともに、これら実施例を参照して説明される。これら実施例は、添付する図面を利用して例として説明される。
【００１９】
医用埋め込み型装置の電源要件は、インプラントから人間（又は動物）の身体外にある装置に向けてデータを送るのに必要な電力によりますまず支配される。上記埋め込み型装置内に発生したＲＦ信号は、身体内を移動し、身体外にあるアンテナにより検出されることができる。これは身体内の減衰量では減少しない多くの電力を必要とする。
【００２０】
故に、前記インプラントから外界へデータを送るための受動的通信を用いることがここに提案される。これはインプラントの電力消費を極めて大幅に減少させることができ、故に例えば前記埋め込み型医用装置のバッテリー寿命を増大させる。
【００２１】
図１は、あるパラメタ（例えば血圧又は化学物質の濃度）を検知するために患者の身体１内に埋め込まれた、前述した方法による遠隔で読み取れる電子装置１０を概略的に示す。この埋め込み型装置１０は、共振回路１２及び関連する制御ユニット１３を有し、これらは生理学的に許容できるケース１１により密閉封止される。前記共振回路１２は、
−オーム抵抗器Ｒ
−インダクタンス及び無線周波数信号ＲＦを取り込むためのアンテナとして働くコイルＬ、並びに
−各々のコンデンサに個別のスイッチＳ１及びＳ１を備える切り換えシステムを介して並列に接続されている２つのコンデンサＣ１及びＣ２
を直列に有し、前記スイッチＳ１及びＳ１の状態（"開いている"又は"閉じている"）は、前記制御ユニット１３により個別に制御される。
【００２２】
前記共振回路１２の共振周波数ωは、次の通り前記スイッチＳ１及びＳ２の状態に依存している（ここで添え字"０−０"、"１−０"等は２進数を示すことに注意されたい）
Ｓ１及びＳ２は開いている  （共振無し）
【数２】
2010508879.tif 000004
Ｓ１は閉じて、Ｓ２は開いている
【数３】
2010508879.tif 000005
Ｓ１は開いて、Ｓ２は閉じている
【数４】
2010508879.tif 000006
Ｓ１及びＳ２は閉じている
【数５】
2010508879.tif 000007
【００２３】
好ましくは、コンデンサＣ１及びＣ２は、共振周波数ω10及びω01も異なり、故に識別されることができるので、異なっている（Ｃ１≠Ｃ２）。
【００２４】
共振回路１２の異なる共振状態、すなわち異なる周波数ωijは、身体１の外部に置かれるリーダ２０により遠隔で検出されることができる。これは例えば、"グリッドディッピング(grid-dipping)原理"を用いることにより達成される。"グリッドディッピング"という用語は、ＬＣタンクの共振周波数を同調させるのに用いられる"グリッドディップメータ"と呼ばれる１つの試験装置にその名前が由来している。上記手順中に、外部の同調回路は、被試験回路が取り込むことができるＲＦ信号を発生させる。この外部の同調回路のグリッド電流は、この同調回路が前記被試験回路の共振周波数で発振するとき、この被試験回路により負荷が増大するので、急減(dip)する。故に、ＲＦ回路の共振周波数は無線で測定されることができる。
【００２５】
この原理は、埋め込み型の医用装置から外部の装置に向けての受動的通信に利用されることができ、前記埋め込み型の医用装置１０は、図１の共振回路と同様の発振回路１２を含むことができる。この回路の共振周波数はスイッチＳ１及びＳ２の状態に従って変化するので、前記スイッチの状態を外側から検出することが可能である。２ビット通信はこれによりスイッチの状態に対する２進コード、例えば
Ｓ１及びＳ２は開いている      ："０−０"
Ｓ１は閉じて、Ｓ２は開いている："１−０"
Ｓ１は開いて、Ｓ２は閉じている："０−１"  （Ｃ１≠Ｃ２の場合）
Ｓ１及びＳ２は閉じている      ："１−１"
を作成することにより設定されることができる。
【００２６】
前記スイッチＳ１及びＳ２を時間の関数として変化させ、それらの状態を外部のリーダ２０を用いて検知することにより、埋め込み型の医用装置１０から外界へ向けて情報が送られる。
【００２７】
前記リーダ２０は、ＲＦ信号を放出するためのアンテナ２２、並びにケース２１内に所与の周波数範囲ＦにわたりこれらＲＦ信号の周波数ωを繰り返し掃引するための走査モジュール２３を有する。これは図２に説明され、共振周波数ω01、ω00（すなわち急減しない）、ω11及びω10で急減を連続して検知する４つの例示的な期間Δｔの掃引を示す。リーダ２０の検出器２４は、これらの周波数を検出し、これら周波数を前記２進コード"０−１"、"０−０"、"１−１"及び"１−０"に関連付ける。
【００２８】
記載した実施例の共振回路が２つのコンデンサＣ１、Ｃ２から構成されるのに対し、前記原理はもちろん、さらに多くのコンデンサを用いて達成されてもよく、発振器の共振状態を変化させるコンデンサの代わりに又はそれに加えて複数のインダクタを用いることも可能である。その上、記載した受動的通信の原理は、医用埋め込み型の装置に用いられるだけでなく、自律センサのような他の応用に用いられることも可能である。
【００２９】
最後に、本出願において"有する"という用語は、他の要素又はステップを排除するものではなく、複数で表現していないことは、それが複数あることを排除するものでもなく、並びに単一のプロセッサ又は他のユニットが幾つかの手段の機能を遂行してもよいことを指摘しておく。本発明は、新しい固有の特徴の１つ１つ、及びこれら固有の特徴の組み合わせ１つ１つに属している。その上、請求項における参照符号は、これら請求項の範囲を制限するとは解釈しない。
【図１】
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【図２】
2010508879.tif 000009
【国際調査報告】
2010508879.tif 000010
2010508879.tif 000011