(57)【要約】基準圧測定を提供するように構成された第一のセンサ、及び、人体内の流体圧を測定するように構成された第二のセンサを含む生体圧センサ・システムが開示される。生体圧センサ・システムは、また、第一の基準エレメント及び第二の基準エレメントをも含む。第一及び第二のセンサが、第一の基準エレメントを共有する。第二の基準エレメントは、第一のセンサに結合されて基準圧力を提供するように構成される。第一及び第二のセンサは、各々、独立出力信号を含む。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準圧測定を提供するように構成された第一のセンサ、
人体内の流体圧を測定するように構成された第二のセンサ、
第一の基準エレメント、及び
前記第一のセンサに結合されて基準圧力を提供するように構成された第二の基準エレメントを含む生体圧センサ・システムであって、
前記第一及び第二のセンサが前記第一の基準エレメントを共有し、また
前記第一及び第二のセンサが、各々、独立出力信号を含む、前記生体圧センサ・システム。
【請求項２】
前記第二の基準エレメントが静圧デバイスである、請求項１に記載の生体圧センサ・システム。
【請求項３】
前記第二の基準エレメントが、開放端を有する管である、請求項１及び２のいずれかに記載の生体圧センサ・システム。
【請求項４】
前記第一の基準エレメントが、前記第一及び第二のセンサの各々に接触するガスである、請求項１〜３のいずれかに記載の生体圧センサ・システム。
【請求項５】
さらに、前記第一及び第二のセンサを誘導的にまたは光学的に駆動するように構成された電源ユニットを含む、請求項１〜４のいずれかに記載の生体圧センサ・システム。
【請求項６】
さらに、前記独立出力信号をワイヤレスで受信するように構成されたレシーバを含む、請求項１〜５のいずれかに記載の生体圧センサ・システム。
【請求項７】
前記レシーバが、コンピュータ、スマートフォンまたはモバイル・デバイスの少なくとも一つである、請求項１〜６のいずれかに記載の生体圧センサ・システム。
【請求項８】
さらに、第一の増幅器及び第二の増幅器を含み、前記第一及び第二のセンサの前記独立出力信号の各々が、独立して前記第一及び第二の増幅器へ提供される、請求項１〜７のいずれかに記載の生体圧センサ・システム。
【請求項９】
さらに、エンコーダ及び送信器を含み、前記エンコーダが、前記第一及び第二の増幅器から受信した信号をコード化し、それらを前記送信器へ提供し、また、前記送信器が、前記コード化された信号を前記レシーバへ送信する、請求項１〜８のいずれかに記載の生体圧センサ・システム。
【請求項１０】
さらに、前記第二のセンサへ操作可能に結合されて頭蓋内圧力を提供するように構成された脳室カテーテルを含む、請求項１〜９のいずれかに記載の生体圧センサ・システム。
【請求項１１】
さらに、前記第二のセンサへ操作可能に結合されて頭蓋内圧測定を提供するように構成された流体充填嚢を含む、請求項１〜１０のいずれかに記載の生体圧センサ・システム。
【請求項１２】
前記第一及び第二のセンサが、実質的に同様な材質及び特徴を有する、請求項１〜１１のいずれかに記載の生体圧センサ・システム。
【請求項１３】
患者に移植された生体圧センサの較正方法であって、
第一の位置にある前記患者で、第一の圧力センサを介して第一の圧力を測定すること、
第二の位置にある前記患者で、前記第一の圧力センサを介して第二の圧力を測定すること、
第一の基準圧力を提供すること、
第二の基準圧力を提供すること、及び
前記第一の圧力、第二の圧力、第一の基準圧力及び第二の基準圧力に基づき、ゲイン補正ｍを計算することを含む前記方法。
【請求項１４】
前記第一の基準圧力を提供することが、前記第一の位置にある前記患者に着けた流体充填デバイスの予想圧力を計算することを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第二の基準圧力を提供することが、前記第二の位置にある前記患者に着けた前記流体充填デバイスの予想圧力を計算することを含む、請求項１３及び１４のいずれかに記載の方法。
【請求項１６】
さらに、環境圧力を測定すること、
前記ゲイン補正ｍ及び前記環境圧力に基づき、オフセット補正を計算することを含む、請求項１３〜１５のいずれかに記載の方法。
【請求項１７】
前記環境圧力を測定することが、較正されたデバイスを介して生体外で実行される、請求項１３〜１６のいずれかに記載の方法。
【請求項１８】
患者に移植された生体圧センサの較正方法であって、
第一の圧力センサを介して第一の圧力を測定すること、
前記第一の圧力と同時の第一の環境圧力を測定すること、
前記第一の圧力センサを介して第二の圧力を測定すること、
前記第二の圧力と同時の第二の環境圧力を測定すること、及び
前記第一の圧力、第二の圧力、第一の環境圧力及び第二の環境圧力に基づき、ゲイン補正ｍを計算することを含む前記方法。
【請求項１９】
前記第一及び第二の環境圧力を測定することが、較正されたデバイスを介して生体外で実行される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
さらに、環境圧力を測定すること、
前記ゲイン補正ｍ及び前記環境圧力に基づき、オフセット補正を計算することを含む、請求項１８及び１９のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願への相互参照
本出願は、２０１４年３月２４日に出願の、Ｕ．Ｓ．Ｐｒｏｖｉｓｉｏｎａｌ  Ｐａｔｅｎｔ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｎｏ．６１／９６９，７８９への優先権を主張し、その全体を本明細書に援用する。
【０００２】
本発明の概念は、脳脊髄液（ＣＳＦ）等の生体内流体圧を正確に査定するシステム及び方法に関し、特に、トランスポンダ内の複数の圧力センサに関する。また、それら圧力センサに対する較正、処理及び表示方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
人体は、種々の圧力を発生する、または圧力に曝される種々の器官を含む。これらの圧力は、重力によって主に外部から誘発され、大気圧、及び体重の反作用を含む。しかし、体内に生じる広範な種類の圧力もある。これらの圧力は、とりわけ、心臓血管系、泌尿器系、消化管、筋骨格系、中枢神経系、浸透細胞圧から生じるものを含む。これら圧力のほとんどは、健康に重要なものであり、正確に調整されなければならない。中枢神経系の脳脊髄液（ＣＳＦ）及び心臓血管系の血圧は、正確に維持されねばならないそのような二つの構成要素である。これら圧力を連続的にモニターする機能は、自己調節機能に障害が発生した場合、早期発見及び治療を可能とする。
【０００４】
頭蓋内圧は体内で最も重要なものの一つであり、脳白質の移動から生じる脳圧低下は、脳表面に沿った血管の破裂及び血腫に至ることがあり、また、ＣＳＦ圧上昇は、脳内への血液灌流の減少へ至る可能性がある。いずれのケースも、急速に致命的になり得るもので、水頭症によって先天的に、または、脳腫瘍、外傷性閉塞、または例えば髄膜炎からのクモ膜絨毛への損傷によって後天的に、集団の１〜２パーセントに影響を及ぼすと推定されている。
【０００５】
ＣＳＦによって誘起される頭蓋内圧（ＩＣＰ）の長期モニタリングには、特に関心がある。これは、慢性的に高いＩＣＰが水頭症の患者には共通であり、急性のケースでは、または、シャント処置が失敗した、または無処置のままであった場合、致命的になり得るためである。しかしながら、現在の最高水準技術のモニタリング機器は、圧力を測定するために、センサが脳内に配置されてベッドサイド装置に繋がれることを必要とする。そのような測定は、典型的に、必須の侵襲性及びセンサ・ドリフトの両方が原因となり、数日間のＩＣＰモニタリングのみを許容し、また、これらの複雑で危険な測定を促進するために、急性治療クリニックの環境が必要である。これらシステムによる正確な測定のためには、患者の体位が重要であり、また、センサが脳内からベッドサイドの機器へ経皮的に繋がれるため、感染のリスクは高い。したがって、非侵襲的に、生体外で、繰り返し長期に渡って生体内ＣＳＦ圧測定評価が可能で、正確な長期評価のためにルーチン的に較正が可能な、自己内蔵型長期移植可能バイオ圧力センサ・トランスポンダが必要である。これによって、センサ・ドリフト・エラー及び制限が克服できる。
【発明の概要】
【０００６】
基準圧測定を提供するように構成された第一のセンサ、及び、人体内の流体圧を測定するように構成された第二のセンサを含む生体圧センサ・システムが開示される。生体圧センサ・システムは、また、第一の基準エレメント及び第二の基準エレメントを含む。第一及び第二のセンサは、第一の基準エレメントを共有する。第二の基準エレメントは、第一のセンサに結合され、基準圧力を提供するように構成される。第一及び第二のセンサは、各々、独立出力信号を含む。
【０００７】
本明細書には、患者内に移植された生体圧センサの較正方法も開示される。この方法は、第一の位置にある患者で、第一の圧力センサを介して、第一の圧力を測定すること、及び、第二の位置にある患者で、第一の圧力センサを介して、第二の圧力を測定することを含む。方法は、また、第一の基準圧力及び第二の基準圧力を提供すること、及び、第一の圧力、第二の圧力、第一の基準圧力及び第二の基準圧力に基づき、ゲイン補正ｍを計算することを含む。
【０００８】
本明細書には、患者内に移植された生体圧センサの追加の較正方法も開示される。この方法は、第一の圧力センサを介して第一の圧力を測定すること、第一の圧力と同時の第一の環境圧力を測定すること、第一の圧力センサを介して第二の圧力を測定すること、第二の圧力と同時の第二の環境圧力を測定すること、及び、第一の圧力、第二の圧力、第一の環境圧力及び第二の環境圧力に基づき、ゲイン補正ｍを計算することを含む。
【０００９】
本明細書には、追加のシステム及び方法も説明される。
【００１０】
以下の実施形態は、実施例技術、及び、本発明の概念の種々の目的を実現するように設計された構造を表す。しかしながら、当業者には、本発明の概念がこれらの実施例実施形態に限られず、且つ、本明細書に説明の実施例実施形態と同じまたは類似の結果を達成するために、正しい工学的な判断により、他の技術及び構造も選択可能であることは明らかである。さらに、添付図面及びイラストにおいては、明確に示すために、線分、実体及び領域の、大きさ及び相対サイズ、形及び品質が、誇張されている場合もある。添付図面を参照し、例示的実施形態の以下の詳細説明を理解すれば、多種多様な追加の実施形態の理解も、より容易である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】生体圧センサ・システムの実施例実施形態の概略図であり、脳室カテーテル及び基準液体カラムを有する生体圧センサ・ユニットまたはトランスポンダの皮下移植を示す。
【図１Ｂ】生体圧センサ・システムの実施例実施形態の概略図であり、生体圧センサ・ユニットまたはトランスポンダの皮下移植を示す。このユニットは、複数のセンサ及び、トランスポンダを通るＣＳＦ流路を含む。
【図１Ｃ】生体圧センサ・システムの実施例実施形態の概略図であり、頭蓋内嚢トランスデューサ及び基準液体カラムを有する生体圧センサ・ユニットの皮下移植を示す。
【図２】絶対圧基準を有する実施例の二重圧力センサ・ユニットを示す概略図である。
【図３】移植可能生体圧ユニット内に埋め込まれた二つのセンサに対する実施例の変換関数を示すグラフである。
【図４】生体圧センサ装置の実施例実施形態の概略であり、電子的信号調節及び経皮性非侵襲的評価などを示すブロック図である。
【図５】生体圧センサ装置の追加の実施例実施形態の概略であり、電子的信号調節及び経皮性非侵襲的評価などを示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の概念の実施例実施形態を説明する。それら実施例は添付図面にイラストで示されている。本発明の概念を説明するために、図面を参照しながら、本明細書の実施例実施形態を説明する。
【００１３】
文中の空間相対的な用語、「上方」、「下方」、「右」、「左」、「の下に」、「の下方に」、「下側」、「の上に」、「上側」などは、図面に示すように、要素または特徴の、もう一つの素子または特徴への関係を述べるのに、説明を容易にするために用いることに留意すべきである。空間相対的な用語は、図面に表した配向に加えて、使用中または操作中のデバイスの異なる配向をも含むことを意図している。例えば、図のデバイスがひっくり返される、または回転されれば、他の素子または特徴「の下方に」または「の下に」と説明された素子または特徴は、他の素子または特徴「の上に」の配向に定められることになる。したがって、例示用語「の下方に」は、上方及び下方の両方の配向を含むことができる。デバイスは、（９０度回転させて、または他の方向で）他の配向に定めてもよく、その場合に使用される空間相対的な表現は、その配向に応じて解釈される。
【００１４】
本発明の概念の実施例実施形態は、反復型非侵襲性リアルタイム生体内圧測定トランスポンダを実現するために利用できる。それは、水頭症患者内のＣＳＦ圧を評価するために使用可能なもの等であり、較正が可能であり、生体外で測定できる。
【００１５】
移植可能圧力センサ・システム及び較正方法は、人体内の流体圧の測定のために提供される。一つの実施形態におけるシステムは、生体内二重圧力センサを含み、これにより、一方のセンサが、基準信号としての位置依存変換関数を提供し、他方のセンサが、所望の体内流体圧を感知する。システムは、また、増幅器、コード化回路を含み、さらに、既知の圧力基準に対して移植圧力センサを較正し所望の体内流体圧を正確に評価してユーザーに提示する生体外遠隔計測処理モジュールを使用して、センサ・システムの電磁経皮駆動、較正及び問合せを可能にする遠隔計測ユニットを含む。
【００１６】
センサは、圧力に比例した電子信号を究極的に提供するための、ピエゾ抵抗性、容量性、光学干渉計タイプ、または、他の圧力から電気への変換手段であってもよい。そのような圧力信号が、それから、伝送信号へコード化されることによって、信号は、測定圧力信号に比例した情報へのコード化のために、振幅、周波数、位相によって、または、パルス幅変調（ＰＷＭ）のケースのように時間的に変調させることが可能である。圧力センサ信号をコード化するための、そのような方法の一つは、電気圧力センサ出力を所定のランプ信号と比較することである。そうすることによって、開始から終了への信号マーカは、本質的にパルス幅変調信号である時間的にコード化された信号を提供可能である。択一的に、圧力に比例したシグネチャとして特定の周波数応答を利用することによって、圧力を搬送信号へコード化するために、センサの素子が、共鳴または減衰シフトを促進するよう、発振器と組み合わされてもよい。減衰変調のケースでは、時間的コード化が提供され、受信回路は、比例圧力を表すものとして、指数または減衰（例えばＰＷＭ）を測定する。
【００１７】
第一の絶対圧基準を有する差圧センサによって、また、各々個々の出力信号を提供する実質的に同一または類似の二重圧力センサを設けることによって、正確な圧力測定が提供されてもよい。そうすることによって、較正のための既知のオフセットを生成するために、皮下第二基準液体カラムが、位置の関数として第二の基準圧力を提示する第一のセンサによって、または、他の生体外の制御可能な手段または方法によって利用されてもよい。また、第二の圧力センサが、所望の生体内流体圧の判定及び測定のために使用されてもよい。オプションとして、第二のセンサへ第二の基準圧力、及び第一のセンサへ体液の関係と、それらの関係を入れ替えたものとの間で切り換える手段が、各々の流体が相互のセンサを選択的に刺激できるよう、統合されてもよい。さらに、第二の基準圧力は、オプションとして、例えば、生体外で遠隔に起動可能な、ピストン、ソレノイドまたは他の体積変動メカニズムによって所定の圧力を提供する電磁アクチュエータによって実現されてもよい。
【００１８】
センサを含む長期移植可能生体圧トランスポンダの駆動は、誘導または光学的リンクが、外部駆動デバイスから移植電子回路を駆動または充電でき、且つデータを送受信できる程度の信号を転送可能なよう、遠隔計測の手段によって提供されてもよい。類似の手段では、非侵襲性経皮的評価を達成するために、誘導的、光学的、または他の電磁的方法が、測定生体内圧力に比例する信号、または測定生体内圧力によってコード化された信号を、患者外部の受信器へ送信するために利用されてもよい。オプションとして、そのような駆動及び信号伝送は、誘導、高周波、光による手段、または他の送信手段に対して、同じ経皮的方法及び周波数を使用してもよい。
【００１９】
図１Ａは、複数のセンサを含む生体圧センサ・ユニットまたはトランスポンダの皮下移植を示す生体圧センサ・システムの実施例実施形態である。このシステムは、生体外遠隔計測処理ユニットと一緒に、ＣＳＦ圧の長期評価のための脳室カテーテル及び基準液体カラムを有する。
【００２０】
皮下生体圧センサ・システムの図示全体を１００と示す。生体圧センサ・トランスポンダは皮下に位置し、脳室内へ延在するカテーテル１０２へオプションとして結合可能なＩＣＰインレット・ポート１０４を有して生体適合性ハウジング１０１内に含まれている。ハウジング１０１は、限定せずに、チタン、プラチナ、セラミックまたはガラス等の生体適合性材料から構築されてもよく、また、限定せずに、圧縮または反応によるガラス・金属シール技術、（アルミナ、金、プラチナ、ルビー、サファイヤ、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、シリコン・カーバイド（ＳｉＣ）または窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）などの材料を使用する）セラミック・金属シール技術を利用する方法で密閉されてもよい。さらに、活性鑞付け、非活性鑞付けまたは拡散接合を含む種々のタイプの結合方法を利用してもよく、また例えば、金属構造またはハウジング１０１へシリコン圧膜を結合するために陽極接合を利用してもよい。また、ハウジング１０１の機械的完全性及び長期密閉性を得るために、医療用エポキシ等の接着剤を含む他の結合及び気密性技術が利用されてもよい。さらに、図１Ｂを参照する。またオプションとして、インレット圧力ポート１０４は、カテーテル１０２からの流入ＣＳＦを統合イグジット・ポート１１０へと、トランスポンダ・ハウジング１０１を通過させてもよい。そのようにすれば、流入流体圧を感知しながらチュービング１１１を通す等で、ＣＳＦシャントとの統合化が容易に許容できる。
【００２１】
しかしながら、図１Ａのトランスポンダ素子が、シャントの既存脳室カテーテル及びシャント・システムに流体的に連通されて結合可能なよう、流体Ｔ字コネクタ及びルーメンを用いても類似のシャント統合化が達成可能であるが、そのような統合化は、図１Ｂに示す実施形態のケースのように最適な流体動力学を提供しない恐れがある。図１Ｂは、生体圧センサ・システムのもう一つの実施例実施形態であり、これも、複数のセンサを含む生体圧センサ・ユニットまたはトランスポンダの皮下移植を示すが、ＣＳＦ圧測定用のトランスポンダ通過ＣＳＦ流路を含んでいる。また、このシステムにおけるトランスポンダは、生体外遠隔計測処理ユニットと一緒にＣＳＦ圧の長期評価を行うための基準液体カラムをも含む。
【００２２】
図１Ｃは、生体圧センサ・システムの実施例実施形態の概略図であり、これも、複数のセンサを含む生体圧センサ・ユニットまたはトランスポンダの皮下移植を示すが、頭蓋内嚢トランスデューサ、及び、生体外遠隔計測処理ユニットと一緒にＣＳＦ圧の長期評価を行うための基準液体カラムをも有する。
【００２３】
図１Ｃに示すように、インレット圧力ポートは、頭蓋内圧嚢１０９によって、択一的に刺激されてもよい。頭蓋内圧嚢１０９は、それが内包する液体へ柔軟膜を介してＩＣＰを伝達する。その嚢の材料は、圧力測定に対して、長期に渡って流体を通さないものであってもよいし、または半不浸透性タイプの軟質材料から形成され、例えば５μｍ未満の孔が存在してもよい。さらに、図１Ｃのイラストに言及する。より正確なＩＣＰ評価が望ましいＩＣＰ測定を向上させるという理由で、頭蓋内圧嚢（１０９）が脳室内へ延在する程度の長さを有することを阻止するものがあってはならない。
【００２４】
基準圧力インレット・ポート１０５は、大気圧検知のために、カテーテルまたは嚢等の流体チャンバまたは液体カラム１０６へ結合される。インレット・ポート１０５に提示される圧力は、位置に関する関数であってもよい。そうであれば、較正目的で生体圧センサ・ユニットに可変基準圧力を提供するという全体的な目的に対して、例えば、重力場に対して直角な場合に所定及び既知の流体圧が加えられ、重力場に平行な場合に、もう一つの所定及び既知の圧力が加えられる。可変基準圧力は、例えば、流体チャンバの幾何形状に基づき、既知の圧力差、または期待される圧力差に比較されてもよい。加えて、基準圧力は、既知の環境圧力に比較されてもよい。
【００２５】
基準圧力ポート１０５は、オプションとして、生体外から起動可能な、電磁ピストン、ソレノイドまたは他の体積変調手段などの、異なるタイプの制御可能な較正圧力によって刺激されてもよい。基準ポート１０５は、オプションとしてさらに、較正のために利用可能な、高度変化、気象パターンまたは施設状態によって経験される等の、変化する圧力を利用するために、外部較正装置及び／または較正方法で既知である大気圧変化を利用してもよい。
【００２６】
オプションとして、遠隔計測アンテナ１０３が、ハウジング１０１に対して外部に位置してもよいが、セラミックまたはガラス絶縁シールを介する等でセンサ・ユニット（１０１）へ結合されてもよい。それは、また、外部からの駆動及び通信のための、誘導、光学、または他の電磁タイプのアンテナまたは結合手段であってもよい。移植生体圧センサ・トランスポンダ・ユニット１０１へ遠隔計測的に接続するために、また、圧力センサ１０８を介して正確に大気圧を測定するためにも、生体外に位置するトランシーバ・ユニット１０７が使用される。その圧力センサは、例えば、国立標準技術研究所が提供する等の、既知の公認標準へトレース可能な測定基準で較正されてもよい。
【００２７】
全体として差圧変換器を提供する二重圧力センサを図示及び説明する図２を参照する。このセンサは、概して２００と示され、（おおよそを破線で示す）容積２０７内に絶対圧基準を有する。第一の圧力ポート２０１は、例えば１０５で説明した等の基準流体を収容してもよい。そうすることで、センサ面２０２が、そのような圧力を測定する。そのセンサ面は、ピエゾ抵抗性、圧電性、容量性、または光学タイプであってもよく、真空以上のどの圧力であってもよい２０７内に含まれる基準圧力によって対抗されるため、インレット２０１及び基準２０７によって生じた圧力差を示す圧力信号を提供する。
【００２８】
同様に、第二の圧力ポート２０４は、例えば１０４で説明したＣＳＦを収容してもよい。そうすることで、センサ面２０５が、そのような圧力を測定する。そのセンサ面は、ピエゾ抵抗性、圧電性、容量性、または光学タイプであってもよく、前述の通り、真空以上のどの圧力であってもよい２０７内に含まれる基準圧力によって対抗されるため、インレット２０４及び基準２０７によって生じた圧力差を示す圧力信号を提供する。両ケースにおける圧力センサ面２０３及び２０６は、基準圧力を作用させ、インレット２０１及び２０４の各々に提示される圧力をオフセットするように機能するため、インレット及び基準圧力チャンバ２０７間の差圧指標を生成する。
【００２９】
センサ２０２及び２０５は、誤差特性において、また、パッケージ構造において実質的に類似または同一である。したがって、一方のセンサの応力または歪によって誘起されるエラー信号は、他方にも共通であるため、エラーが共通モードになる。しかしながら、２０３及び２０６の表面上に、または表面内にセンサが配置されることを、またはそれら表面の２０２及び２０５との組み合わせを阻止するものではない。加えて、いくつかの実施形態においては、センサ２０２及び２０５は、相互に対して異なる誤差特性及びパッケージ構造を有してもよい。センサは、例えば、シリコンまたはセラミックから、また、同じ型から製造されてもよく、及び／または、コモンモード阻止機能に関して類似の特徴を示すよう物理的に近くに位置してもよい。また、ピエゾ抵抗性、圧電性、容量性、または光学タイプのいずれを含む圧力変換手段、または他の主要な圧力変換手段を利用してもよい。
【００３０】
図３は、概して３００と付した座標グラフであり、出力電圧信号ｖｏを生成する入力圧Ｐの関数としての、圧力センサのための典型的な変換関数を表す。３０１で示す線分は、１０６で示す患者の体内に垂直に配列される半柔軟性液体カラム等の、基準入力を測定するために使用されてもよい圧力センサのための線形変換関数Ｖ１（Ｐ）を表す。位置依存基準として機能する、または先に述べたように機能する場合、線分１０６に対する変換関数は、次の式で単純に表すことができる。
Ｖ１（Ｐ）＝（Ｐａｔｍ＋Ｐｃｏｌ（θ））・ｍ１（ｔ）＋ｂ１（ｔ）
上式において、Ｐａｔｍは、基準カラムに作用する大気圧である。Ｐｃｏｌ（θ）は、基準カラム／素子によって誘起される位置依存圧力である。ｍ１は、線分３０１の傾きを表すセンサのゲインであって、クリープまたは他の変数による時間の関数である。ｂ１は、線分３０１のｙ切片３０３が表すセンサのゼロ圧力である。この線分は、センサ内に望まない変化が生じることに起因するドリフトによる時間の関数でもある。限定せずに、経年による漏出で、または経年によるセンサ構造の変化により、容積２０７からの基準圧力が変化することが起こる。
【００３１】
したがって、一度、生体圧センサ・ユニットが移植された後は、ｍ１（ｔ）及びｂ１（ｔ）は未知の特徴となる。しかし、１０６によって表された基準圧力Ｐｃｏｌ（θ）は、例えば、それが、明確な濃度及び長さを有する演繹的な流体カラム、または先に述べた他の手段を表すため、既知であり、したがって、水平方向の患者体位においては、センサの１０５入力にほとんど圧力を加えないが、垂直患者体位においてはフル陰圧を作用させる。また、全体的には患者の体の傾きθの関数である。言い換えれば、０°に等しいθに対しては、生体圧センサの基準入力は、およそ大気圧のみを示すが、９０°に等しいθに対しては、入力は、液体カラムの垂直体積及び濃度、及び重力による加速度の積に同等な、およそ大気圧プラス陰圧を受ける。いずれにせよ、圧力対患者体位の関数は、基準カラムの幾何形状及び経路設定の関数となり、種々のカスタム生体内移植に対して計算が可能である。
【００３２】
しかし、すべての位置において、基準カラム１０６は、気圧になじむ半柔軟な材料から構築されてもよいため、大気圧に曝されて大気圧に等しいが、身体から影響に抵抗するのに十分に固く、さらに、十分に大きいか、または長いため、局所的な圧力が、カラムの平均圧力に悪影響を与えることはない。また、局所的な締め付けも内圧平均へ不適合な圧力を生じないよう、カラムは一端が開いていてもよい。さらに、基準カラムのそのような開いた遠位端は、それの近位密閉端がセンサ入力ポートへ結合されているので排水せずに、腹膜腔内に配置できる。また、遠位開端が生体内流体環境内にあることで、遠位開端は、平均して気圧状態を追うと概ね期待される。しかし、それにも関わらず、液体カラムの位置変化は、演繹的に知られる前述の特性に従って、生体圧センサの基準入力１０５の入力への圧力変化を生じる。
【００３３】
図３の線分３０５は、生体圧センサ・ユニット内の、第二のセンサの典型的な変換関数を表す。これは、出力電気信号ｖｏをも生成する第二の入力圧Ｐの関数である。３０５で示す線分は、ＣＳＦ等の体液入力を測定するために使用されてもよい圧力センサのための線形変換関数Ｖ２（Ｐ）を表し、次の式で表せる。
Ｖ２（Ｐ）＝（Ｐａｔｍ＋Ｐｃｓｆ（θ））・ｍ２（ｔ）＋ｂ２（ｔ）
上式において、Ｐａｔｍは、流体に作用する大気圧である。Ｐｃｓｆは位置依存流体圧である。ｍ２は、線分３０５の傾きを表すセンサのゲインであって、クリープによる時間の関数である。ｂ２は、線分３０５のｙ切片３０４が表すセンサのゼロ圧力である。この線分は、第一のセンサに関して説明したと同じ理由でドリフトに起因する時間の関数でもある。
【００３４】
第一及び第二のセンサが、パッケージング及びセンサ型において共通の特徴を共有するので、エラーは、共通モードとして二つのセンサ間で共有される。さらに、これらのセンサが同じ絶対基準源２０７を共有するため、全体としてのゲイン／傾きｍは、代表解釈線分３０２で図示するように、実質的に同じに留まり、また、基準／オフセットｂも、センサ間で実質的に同じに留まるため、全体として、ｍ１（ｔ）＝ｍ２（ｔ）、及びｂ１（ｔ）＝ｂ２（ｔ）である。ゲイン及びオフセット・エラーに対してセンサを較正することを考慮すると、Ｐｃｏｌ（θ）は、直立（すなわち９０°）から背臥（すなわち０°）への、または他のそのような配向での、演繹的に既知である圧力デルタを表すため、関連センサのゲインが、二箇所に渡って第一のセンサＶ１（Ｐ）の二つの経皮性測定を行うことによって確定可能である。
【数１】
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【００３５】
注目すべきは、患者毎に変化し得る液体カラムの異なる長さ（すなわち圧力の大きさ）に対して、分子及び分母の両方が、比例して変化し、傾きまたはゲイン決定に影響を及ぼさないことである。したがって、長さがより長ければ（すなわち、圧力デルタ機能を増加させれば）、ゲインまたは傾き（ｍ）を確定するのにノイズ耐性が改善されるにも関わらず、また、長さ及び形状が、生体外測定へ演繹的に既知でなければならないにも関わらず、長さ（すなわち、または圧力デルタ機能）については重要でない。また、低濃度の流体を有する長い管と同じ効果を達成するために、択一的に、高濃度の流体を有する短い長さの管が使用されてもよいことに注意すべきである。上述のケースでは、背臥位にある液体カラム基準が、完全に水平方向になり、液体カラムから生じる陰圧がないとし、そのセンサへは大気圧のみを受けると見なした。しかし、そのような簡略化は、例示目的のためのみである。基準の液体カラムの経路設定における変形例が、幾何形状及び３-Ｄ方位に関して考慮される必要がある。さらに、システム全体は、既知の大気圧変動を利用し、意図的であるなしに関わらずに、高度変化または天候または室内状態から、傾きまたはゲインをも確定し、また、それの圧力センサを較正／矯正してもよい。したがって、次式により、ｙ切片ｂ１（ｔ）＝ｂ２（ｔ）が、Ｐｃｏｌ（０）＝０である背臥位置で確定できる。
【数２】
2017514550.tif 000004
【００３６】
結果的に、生体外受信デバイス１０７は、トレース可能な較正によって証明可能なセンサ１０８を介して、気圧を正確に測定できるため、Ｐａｔｍは、ｂの確定毎に、数値的に記録できるので、複数の較正に渡って比較することもできる。この場合、真の大気圧が既知であるとすれば、センサの線形性が真のまま留まるという条件で（最新の圧力センサでは典型的に十分）、時間経過に対するオフセット／ドリフト・エラーは、追跡が可能であり、矯正可能である。さて、大気圧に対するエラーに対して、ゲインｍ及びオフセットｂが確定され、また矯正されたという条件で、第二のセンサＶ２（Ｐ）は、次式に従って、個々に評価できる（すなわちシングルエンド形）。
Ｖ２＝（Ｐａｔｍ＋Ｐｃｓｆ（θ））・ｍ＋ｂ
上式において、Ｐｃｓｆは、任意の位置に対して正確に確定できる。Ｖ２−Ｖ１に対する、且つ、第一及び第二のセンサが共通モードとして大気圧を共有する条件、及びｂ１（ｔ）＝ｂ２（ｔ）である条件に対する差動モード評価においては、次式を用いる。
【数３】
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ｍに対する前述のゲイン補正方法は、正確な差動モード圧評価を可能にする。
【００３７】
さて、図４を参照する。これは、概して４００と言及する、移植可能生体圧トランスポンダの実施例実施形態をサポートする電子回路を図示及び説明する。第一の圧力センサ４０１が、圧力に比例した信号を供給する。これは、ピエゾ抵抗性、容量性、誘導リアクタンス、または光学干渉計、または他の変換手段によってもよい。その信号は、それから、この実施形態では増幅器である素子４０２で調整される。４０３は、パルス幅変調によって通信交流（Ａ．Ｃ．）搬送波周波数を変調させるために、素子４０２からの増幅圧力センサ信号出力を利用するエンコーダを表す。４０３の遅延素子は、通信発振器がオンになって、それから、４０３の掃引信号発生器がランプ信号を出力し始める時点における圧力センサ４０１の整定時間を改善する。ランプ信号は、アナログ圧力センサの増幅信号に比較され、ランプ信号が、４０２を介して提供されたアナログ圧力センサ信号に同等になったら、発振器への停止信号が生成される。したがって、発振器出力は、ランプ信号が、増幅器４０２を介して提供されるアナログ圧力センサ信号に同等でない時間に渡ってオンであり、信号が同等になるとオフになる。このように、４０３の発振器出力は、４０１に作用する圧力に対して、遅れずに比例する。
【００３８】
素子４０４は、センサに対して外部のトランシーバから誘起された移植回路への電力を供給する遠隔計測ユニットとして機能する。また、４０４は、オプションとして負荷シフト・キーイング変調によってもよい通信素子４０５を横切る信号を、対応させて送信するために、エンコーダの発振回路出力を受信する。遠隔計測トランシーバ４０４は、さらに、二者択一の周波数、時分割多重化、またはその他を用いて、４１１に概略を示すと同じにコード化される第二のセンサ等の他の圧力センサを受け入れ、コード化することができる。素子４０５は、低及び／または高周波数誘導リンク、光学トランシーバ、または他の電磁カップリングであってもよい。遠隔計測トランシーバ素子４０６は、電力を供給し、生体圧トランスポンダへ、または生体圧トランスポンダから、通信を送信及び受信する生体外トランシーバを表す。
【００３９】
素子４０７は、４０６によって受信されたコード化手段からの圧力センサ情報をデコードするための復調回路を表す。素子４０８は、圧力センサであり、システム形成及び長期可変ストレージのために、マイクロプロセッシング・ユニット４０９へ正確な気圧を提供するよう、トレース可能に較正されてもよい。最後に、素子４１０は、患者の生体内圧の人間への提示及び解釈のための、機器の表示ユニットを提供する。これは、オプションとして、遠隔ディスプレイであってもよい。実施例実施形態は、本発明を実行するための一つの実施例を表すが、例えば、較正、識別手段、またはその他による繰り返し使用のために、システム４１１または４０４が長期可変情報を記憶することに対しての変形例を制限しない。
【００４０】
さて、図５を参照する。これは、追加的に、概して５００と言及される、移植可能生体圧トランスポンダの本発明の概念の実施例実施形態をサポートする電子回路のもう一つの実施例を図示及び説明する。図５の破線は、説明目的のみのためであり、実施例回路が、特定の包囲、またはインプリメンテーションの機械的手段を必要とせず、または制限もしない。移植バイオ圧力センサ・トランスポンダは、概して５０１と言及され、生体外遠隔計測無線移動処理及び提示デバイスは、概して５０２と言及され、及び、オプションとして５０２に統合されてはいるが分離型の生体外遠隔計測駆動デバイスは、概して５０３と説明される。
【００４１】
複数の圧力センサ５０２は、増幅器５０３で増幅及び調整され、それから、コード化及び無線トランシーバ５０４へそのような信号が供給される。そのトランシーバは、オプションとして、アンテナ／カップリング・デバイス５０５との通信状態にあるＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）低エネルギー・プロトコルを特徴としてもよい。アンテナ／カップリング・デバイス５０５は、遠隔計測的に（すなわち、ワイヤレスで且つ経皮的に）、デコーダ５０８へそのような圧力無線信号を供給する生体外処理／受信デバイスのアンテナ／カップリング・デバイス５０７と通信する。アンテナ／カップリング・デバイスは、オプションとして、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）低エネルギー・プロトコルを使用してもよい。デコードされた信号は、それから、限定せずに、ゲイン及びオフセット補正等の圧力センサ補正／較正を含む種々のアルゴリズムの適用、または、オプションとして５０２から分離してもよいバロメータ５１０で測定された気圧の適用のために、マイクロプロセッサ／マイクロコントローラ５０９によって処理される。生体外遠隔計測駆動デバイス５０３は、オプションとして５１１によって制御される遠隔計測電源５１２によって活性化される電磁または光学アンテナ／カップリング・デバイス５１３を含んでもよい。電磁または光学アンテナ／カップリング・デバイス５１３は、それから、生体内トランスポンダによってワイヤレスで電力を受けるよう、生体内アンテナ／カップリング・デバイス５１４へ、ワイヤレスで経皮的に結合されてもよい。それにより、電力レシーバ５０６は、５０１内の回路の残りの部分を適切に駆動させるために、そのような無線エネルギーを調整して適合させる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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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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【国際調査報告】
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