(57)【要約】狭帯域誘導リンクを経由して相互作用する、リーダと制御されるデバイスとの間の共振周波数整合を最大限にするためのシステムおよび方法が、種々の実施形態において、制御されるデバイス、リーダ、またはその両方の特徴を伴う。埋込可能デバイスが提供され、該埋込可能デバイスは、電子アクチュエータと、前記電子アクチュエータから埋込部位に流体を伝導するためのカニューレと、前記電子アクチュエータを給電するためのバッテリと、前記電子アクチュエータの動作を制御するための制御回路と、前記バッテリおよび前記制御回路に動作可能に結合され、（ｉ）狭帯域誘導リンクを経由して、前記電子アクチュエータの動作を制御するためのコマンドを無線で受信し、（ｉｉ）前記狭帯域誘導リンクを経由して、前記バッテリを充電するための電力信号を無線で受信するためのテレメトリシステムと、を備える。【特許請求の範囲】
【請求項１】
埋込可能デバイスであって、
電子アクチュエータと、
前記電子アクチュエータから埋込部位に流体を伝導するためのカニューレと、
前記電子アクチュエータを給電するためのバッテリと、
前記電子アクチュエータの動作を制御するための制御回路と、
前記バッテリおよび前記制御回路に動作可能に結合され、（ｉ）狭帯域誘導リンクを経由して、前記電子アクチュエータの動作を制御するためのコマンドを無線で受信し、（ｉｉ）前記狭帯域誘導リンクを経由して、前記バッテリを充電するための電力信号を無線で受信するためのテレメトリシステムであって、前記システムの共振周波数を記憶するためのメモリと、外部照会信号に応答して、前記記憶された共振周波数を無線で報告するためのテレメトリ制御回路とを備える、テレメトリシステムと、
を備える、埋込可能デバイス。
【請求項２】
前記テレメトリ制御回路はさらに、同期信号を検出し、それに応答して、（ｉ）一連の伝送される周波数および（ｉｉ）その関連付けられる振幅を検出し、前記検出された周波数を示すデータを前記メモリ内のログ内に記憶するように構成される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記テレメトリ制御回路はさらに、前記狭帯域リンクを経由して、前記記憶されたログを伝送することを、そのために無線で伝送される要求に応答して行うように構成される、請求項２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記テレメトリ制御回路はさらに、前記記憶されたログの伝送に続いて、前記狭帯域リンクを経由して、前記システムの共振周波数を受信し、前記受信された共振周波数を前記メモリ内に記憶するように構成される、請求項３に記載のデバイス。
【請求項５】
前記テレメトリ制御回路はさらに、同期信号を検出し、それに応答して、（ｉ）一連の伝送される周波数を検出し、（ｉｉ）それぞれの検出された周波数の関連付けられる振幅を判定し、（ｉｉｉ）前記振幅のうちの最大のものを判定し、（ｉｖ）最大振幅と関連付けられる周波数を前記システム共振周波数として前記メモリ内に記憶するように構成される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記電子アクチュエータは、ポンプを備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
狭帯域誘導リンクを経由して、埋め込まれたデバイスと無線で通信するためのリーダであって、
共振器回路と、
（ｉ）狭帯域リンクを経由して、前記埋め込まれたデバイスと通信し、（ｉｉ）前記埋め込まれたデバイスの共振周波数を判定し、（ｉｉｉ）前記判定された共振周波数において前記狭帯域リンクを経由して、前記埋め込まれたデバイスを充電するように前記共振器回路を動作させるための制御回路と、
を備える、リーダ。
【請求項８】
前記制御回路は、前記埋め込まれたデバイスの共振周波数を、それとの無線相互作用によって判定するように構成され、さらに、前記判定された共振周波数を前記埋め込まれたデバイスの識別子と関連してデータベース内に記憶するように構成される、請求項７に記載のリーダ。
【請求項９】
前記制御回路は、（ｉ）その周波数が経時的に変動する無線信号を伝送し、（ｉｉ）前記伝送中、その周波数が前記共振周波数に対応する前記無線信号のピーク振幅を検出することによって、前記埋め込まれたデバイスの共振周波数を判定するように構成される、請求項７に記載のリーダ。
【請求項１０】
前記制御回路は、（ｉ）その周波数が経時的に変動する無線信号を伝送し、（ｉｉ）前記埋め込まれたデバイスから、それぞれ、前記伝送中に検出された周波数に対応する振幅を有するエントリのログを受信し、（ｉｉｉ）前記エントリのうちのどれが最大振幅に対応するかを判定することによって、前記埋め込まれたデバイスの共振周波数を判定するように構成される、請求項７に記載のリーダ。
【請求項１１】
前記ログは、時間インデックス化され、前記共振周波数は、最大振幅に対応するログエントリを前記無線信号の対応する周波数と整合させることによって判定される、請求項１０に記載のリーダ。
【請求項１２】
前記共振周波数において伝送を維持するための位相ロックループ回路をさらに備える、請求項７に記載のリーダ。
【請求項１３】
前記位相ロックループ回路は、増幅器と、同調回路と、振幅検出器と、フィルタとを備える、請求項１２に記載のリーダ。
【請求項１４】
前記同調回路は、前記共振器回路の容量またはインダクタンスのうちの少なくとも１つを変動させる、請求項１３に記載のリーダ。
【請求項１５】
前記共振器回路は、発振器と、容量と、インダクタンスとを備える、請求項７に記載のリーダ。
【請求項１６】
外部リーダと埋め込まれたデバイスとの間の狭帯域誘導リンクを経由する相互通信の方法であって、
前記リーダによって、前記誘導リンクを経由して、前記埋め込まれたデバイスの共振周波数を判定するステップと、
前記判定された共振周波数において、前記狭帯域リンクを経由して、前記埋め込まれたデバイスと通信し、それを充電するステップと、
を含む、方法。
【請求項１７】
前記判定するステップは、前記リーダによって、その周波数が経時的に変動する無線信号を伝送するステップと、前記伝送中、その周波数が前記共振周波数に対応する前記無線信号のピーク振幅を検出するステップとを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記判定するステップは、
前記リーダによって、その周波数が経時的に変動する無線信号を伝送するステップと、
前記埋め込まれたデバイスによって、それぞれ、前記伝送中に検出された周波数に対応する振幅を有するエントリのログを記録するステップと、
前記リーダによって、前記狭帯域リンクを経由して、前記埋め込まれたデバイスから前記ログの少なくとも一部を受信するステップと、
前記リーダによって、前記エントリのうちのどれが最大振幅に対応するかを判定するステップと、
を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記ログは、時間インデックス化され、前記埋め込まれたデバイスの共振周波数を判定するステップは、最大振幅に対応するエントリを前記無線信号の対応する周波数と整合させるステップを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
位相ロックループを使用して、前記共振周波数において伝送を維持するステップをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
前記リーダによって、前記判定された共振周波数を前記埋め込まれたデバイスの識別子と関連してデータベース内に記憶するステップをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、２０１４年８月５日に出願された米国仮出願第６２／０３３，５５７号に対する優先権およびその利益を主張するものであり、該仮出願の全体の開示は、参照により本明細書中に援用される。
【背景技術】
【０００２】
無線充電および患者監視は、医療用途においてますます重要になっている。無線充電技術を組み込むことによって、医療埋込物は、部位のより高い柔軟性、より小さい合計占有面積、および低減されたバッテリサイズから利益を享受する。しかしながら、誘導ベースのテレメトリを利用する埋込デバイスに関して、アンテナサイズの制約、埋込物内に含まれ得る限定された数のアンテナ、および誘導結合リンクをさらに脆弱化させる、組織によって引き起こされる予期される減衰を含む、多くの困難が、依然として存在する。信頼性のある患者監視、療法（例えば、薬物送達、電気刺激等）の一貫した作動、および埋込物バッテリを充電するための誘導電力伝達を達成するために、これらの要因の全てが、考慮されなければならない。
【０００３】
テレメトリ用途は、ペースメーカ、薬剤送達ポンプ、刺激デバイス、および人工心臓を含む。例えば、再充填可能薬物リザーバ、カニューレ、および逆止弁等を有し得る、埋込可能薬物送達システムは、規定された標的への薬剤溶液の制御された送達を可能にする。本アプローチは、埋込に必要とされる外科手術切開を最小限にすることができ、将来または繰り返しの侵襲性外科手術もしくは手技を回避する。例えば、通常、１００μＬを下回るものを保持する再充填可能眼用薬物ポンプは、髄腔内注射またはインスリン療法のために使用されるもの等の他の埋込可能ポンプよりもはるかに小さく、埋込後にアクセスすることが困難である。
【０００４】
したがって、埋込可能薬物送達ポンプは、誘導結合を介して、外部監視デバイスとの通信および埋め込まれたデバイスを給電するバッテリの無線充電を促進するために、テレメトリを組み込み得る。埋込可能ポンプの動作パラメータは、非侵襲的に調節され得、診断データは、無線信号を通してポンプから外部監視デバイスに読み出され得る。予定された訪問中に、医師は、埋込可能ポンプの近傍に監視デバイスを置き、無線信号を埋込可能ポンプに送信し得る。埋込物は、順に、ポンプ内のパラメータを調節し、応答コマンドを監視デバイスに伝送する。典型的には、医療テレメトリデバイスは、電磁波を使用して、信号を伝送および受信するコイルアンテナを備える。しかしながら、当分野で公知の他のアンテナ構成もまた、利用されてもよい。コイルアンテナの効率を特徴付けるいくつかのパラメータ、例えば、共振周波数、利得、品質係数（Ｑ係数）、および熱効果（ジュール効果または熱）が、コイルアンテナを選択または設計するときに考慮される。
【０００５】
無線電力受信機システムは、バッテリ、磁気コア、ならびにデータ記憶装置およびデータの送受信機を含む回路等の付加的電子構成要素を備え得る。回路の一部または全ては、通常、デバイスケース内に密封されるが、テレメトリコイルは、あるケース材料によって引き起こされるいずれの干渉も軽減するために、外部に置かれてもよい。組織を横断して埋め込まれたデバイスへの十分な電力伝達を達成することは、特に、小型デバイスに対して大きな課題をもたらし得る。
【０００６】
図１および２は、テレメトリを伴う小型の埋め込まれたシステムと、無線周波数ＩＤ（ＲＦＩＤ）または類似する広帯域システム等の伝統的なシステムとの間の差異を強調し、タグまたは他の誘導応答デバイスが、リーダによって無線で給電および照会される。図１に示されるように、広帯域システムでは、受信機（すなわち、タグ）の帯域幅は、公差を考慮しても、応答が送信機帯域幅にわたってほぼ平坦であるほど十分に大きく、つまり、誘導結合の程度は、特に高くはないが、大きい周波数帯域にわたって一貫してゼロを優に上回る。その結果、ピーク伝送周波数が変動する場合であっても、これは、依然として受信機に電力および／またはデータを伝達するであろう。比較してみると、小型埋込可能デバイスによって採用されるもの等の狭帯域誘導リンクでは、受信機帯域幅は、狭い。したがって、図２に示されるように、これは、適正な電力およびデータ伝達を促進するために、公差を考慮して、送信機帯域幅と一致する（または十分に一致する）ことに失敗し得る。同時に、伝送および周波数帯域が一致すると、本システムは、はるかに高い正規化された利得を達成する。
【０００７】
誘導リンクの共振周波数（ヘルツ単位）は、インダクタンスＬの受信コイルと並列の容量Ｃのコンデンサによって制御され、その値は、以下の方程式によって与えられる。
【数１】
2017522992.tif 000002
【０００８】
狭帯域システムは、適切な同調（すなわち、受信機と送信機との間のｆ０の不均衡）に非常に感受性があり、共振周波数または送信機周波数ドリフトのいかなる偏移にも影響されやすい。広帯域および狭帯域システムの周波数不整合の結果が、図３に例証される。広帯域システムでは、結合効率の劣化は、比較的に広い範囲の周波数にわたって低いままである一方、狭帯域システムでは、結合効率は、共振周波数のわずかな不整合であっても劇的に急落する。広帯域および狭帯域リンクにおける離調または発振器ドリフトの相対的影響を示す図４に例証されるように、下落が急速であるほど、実際の製造公差および動作中の不可避なドリフトを考慮して、狭帯域システムを実装する実用性は、制限されるであろう。実践上の問題として、使用性の下限には、効率が７０％を下回って下降したときに到達し、図４に表されるシステムに関して、これは、わずか±１ｋＨｚの周波数不整合である。
【０００９】
故に、伝統的なＲＦＩＤ設計原理は、狭帯域リンクを利用する非常に小型のデバイスには容易に適用されない。ＲＦＩＤ送信機は、その周波数が共振周波数と整合し、最大電力伝達を得るように調節される。発振器周波数ドリフトまたは離調の影響は、典型的には、設計（構成要素の選定、構成要素の厳しい公差）によってその振幅を最小限にし、必要なマージンをリンクバジェットに構築することによって対処され、結果として生じる劣化に対処する。良好に設計されたシステムに関して、５０％を下回る劣化が、達成されることができる。所与の受信コイルに対して受信される電力を最大限にする、または所与の電力標的に対する受信機コイルのサイズを最小限にするために、送信機および受信機の両方の帯域幅は、依然としてデータ通信を維持するために要求されるもの（典型的な実装では数ｋＨｚ）にまで狭化される。これは、可能な最大の組み合わせられたＱ係数を確実にし、したがって、最大電力伝達を確実にする。送信機および受信機の両方の帯域幅が、わずか数ｋＨｚであり得るため、それらの共振周波数は、有意な結合劣化を回避するために正確に整合される必要があり得る。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
種々の実施形態では、本発明は、狭帯域誘導リンクを経由して相互作用する、リーダと制御されるデバイスとの間の共振周波数整合を最大限にするための方策に関する。これらの方策は、制御されるデバイス、リーダ、またはその両方の特徴を伴ってもよい。
【００１１】
ある側面では、本発明の実施形態は、電子アクチュエータと、電子アクチュエータから埋込部位に流体を伝導するためのカニューレと、電子アクチュエータを給電するためのバッテリと、電子アクチュエータの動作を制御するための制御回路と、（ｉ）狭帯域誘導リンクを経由して、電子アクチュエータの動作を制御するためのコマンドを無線で受信し、（ｉｉ）狭帯域誘導リンクを経由して、バッテリを充電するための電力信号を無線で受信するためのテレメトリシステムとを含む、または本質的にそれらから成る埋込可能デバイスを特徴とする。テレメトリシステムは、バッテリおよび制御回路に動作可能に結合される。テレメトリシステムは、本システムの共振周波数を記憶するためのメモリと、外部照会信号に応答して、記憶された共振周波数を無線で報告するためのテレメトリ制御回路とを含む、または本質的にそれらから成る。
【００１２】
本発明の実施形態は、種々の組み合わせのいずれかにおいて、以下の１つまたはそれを上回るものを含んでもよい。テレメトリ制御回路はさらに、同期信号を検出し、それに応答して、（ｉ）一連の伝送される周波数および（ｉｉ）その関連付けられる振幅を検出し、検出された周波数を示すデータをメモリ内のログ内に記憶するように構成されてもよい。テレメトリ制御回路はさらに、記憶されたログの伝送に続いて、狭帯域リンクを経由して、本システムの共振周波数を受信し、受信された共振周波数をメモリ内に記憶するように構成されてもよい。テレメトリ制御回路はさらに、同期信号を検出し、それに応答して、（ｉ）一連の伝送される周波数を検出し、（ｉｉ）それぞれの検出された周波数の関連付けられる振幅を判定し、（ｉｉｉ）振幅のうちの最大のものを判定し、（ｉｖ）最大振幅と関連付けられる周波数をシステム共振周波数としてメモリ内に記憶するように構成されてもよい。電子アクチュエータは、ポンプ、電気刺激装置、および／または１つもしくはそれを上回るセンサを含む、または本質的にそれらから成ってもよい。
【００１３】
別の側面では、本発明の実施形態は、狭帯域誘導リンクを経由して、埋め込まれたデバイスと無線で通信するためのリーダを特徴とする。リーダは、共振器回路と、（ｉ）狭帯域リンクを経由して、埋め込まれたデバイスと通信し、（ｉｉ）埋め込まれたデバイスの共振周波数を判定し、（ｉｉｉ）判定された共振周波数において狭帯域リンクを経由して、埋め込まれたデバイスを充電するように共振器回路を動作させるための制御回路とを含む、または本質的にそれらから成る。
【００１４】
本発明の実施形態は、種々の組み合わせのいずれかにおいて、以下の１つまたはそれを上回るものを含んでもよい。制御回路は、埋め込まれたデバイスの共振周波数を、それとの無線相互作用によって判定するように構成されてもよい。制御回路は、判定された共振周波数を埋め込まれたデバイスの識別子と関連して（例えば、リーダのメモリ内の）データベース内に記憶するように構成されてもよい。制御回路は、（ｉ）その周波数が経時的に変動する無線信号を伝送し、（ｉｉ）伝送中、その周波数が共振周波数に対応する無線信号のピーク振幅を検出することによって、埋め込まれたデバイスの共振周波数を判定するように構成されてもよい。制御回路は、（ｉ）その周波数が経時的に変動する無線信号を伝送し、（ｉｉ）埋め込まれたデバイスから、それぞれ、伝送中に検出された周波数に対応する振幅を有するエントリのログを受信し、（ｉｉｉ）エントリのうちのどれが最大振幅に対応するかを判定することによって、埋め込まれたデバイスの共振周波数を判定するように構成されてもよい。ログは、時間インデックス化されてもよい。共振周波数は、最大振幅に対応するログエントリを無線信号の対応する周波数と整合させることによって判定されてもよい。リーダは、共振周波数において伝送を維持するための位相ロックループ回路を含んでもよい。位相ロックループ回路は、増幅器と、同調回路と、振幅検出器と、フィルタとを含む、または本質的にそれらから成ってもよい。同調回路は、共振器回路の容量および／またはインダクタンスを変動させてもよい。共振器回路は、発振器と、容量と、インダクタンスとを含む、または本質的にそれらから成ってもよい。
【００１５】
さらに別の側面では、本発明の実施形態は、外部リーダと埋め込まれたデバイスとの間の狭帯域誘導リンクを経由する相互通信の方法を特徴とする。埋め込まれたデバイスの共振周波数は、誘導リンクを経由して、リーダによって判定される。埋め込まれたデバイスは、判定された共振周波数において、狭帯域リンクと通信され、それを経由して充電される。
【００１６】
本発明の実施形態は、種々の組み合わせのいずれかにおいて、以下の１つまたはそれを上回るものを含んでもよい。判定するステップは、リーダによって、その周波数が経時的に変動する無線信号を伝送するステップと、伝送中、その周波数が共振周波数に対応する無線信号のピーク振幅を検出するステップとを含む、または本質的にそれらから成ってもよい。判定するステップは、（ｉ）リーダによって、その周波数が経時的に変動する無線信号を伝送するステップと、（ｉｉ）埋め込まれたデバイスによって、それぞれ、伝送中に検出された周波数に対応する振幅を有するエントリのログを記録するステップと、（ｉｉｉ）リーダによって、狭帯域リンクを経由して、埋め込まれたデバイスからログの少なくとも一部（ログエントリの全てまたはいくつかの全部もしくは一部）を受信するステップと、（ｉｖ）リーダによって、エントリのうちのどれが最大振幅に対応するかを判定するステップとを含む、または本質的にそれらから成ってもよい。ログは、時間インデックス化されてもよい。埋め込まれたデバイスの共振周波数を判定するステップは、最大振幅に対応するエントリを無線信号の対応する周波数と整合させるステップを含む、または本質的にそれらから成ってもよい。伝送（すなわち、リーダと埋め込まれたデバイスとの間）が、位相ロックループを使用して、共振周波数において維持されてもよい。判定された共振周波数は、リーダによって、埋め込まれたデバイスの識別子と関連してデータベース内に記憶されてもよい。
【００１７】
用語「実質的に」または「約」は、（例えば、重量比または体積比）±１０％を意味し、いくつかの実施形態では、±５％を意味する。用語「本質的に〜から成る」は、本明細書に別様に定義されない限り、機能に寄与する他の材料を除外することを意味する。それにもかかわらず、そのような他の材料は、集合的または個別に、微量に存在してもよい。本明細書全体を通して、「一実施例」、「ある実施例」、「一実施形態」、または「ある実施形態」の言及は、実施例と関係して説明される特定の特徴、構造、または特性が、本技術の少なくとも１つの実施例に含まれることを意味する。したがって、本明細書全体を通した種々の箇所における語句「一実施例では」、「ある実施例では」、「一実施形態」、または「ある実施形態」の出現は、必ずしも、全てが同一の実施例を指すわけではない。さらに、特定の特徴、構造、ルーチン、ステップ、または特性は、本技術の１つまたはそれを上回る実施例において、任意の好適な様式で組み合わせられてもよい。本明細書に提供される表題は、便宜上のためだけのものであり、請求される技術の範囲または意味を限定または解釈ためのものであることは意図されない。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
前述は、特に、図面と併せて検討されると、以下の発明を実施するための形態からより容易に理解されるであろう。
【００１９】
【図１】図１−４は、広帯域および狭帯域システムにおける共振周波数不整合の影響をグラフで例証する。
【図２】図１−４は、広帯域および狭帯域システムにおける共振周波数不整合の影響をグラフで例証する。
【図３】図１−４は、広帯域および狭帯域システムにおける共振周波数不整合の影響をグラフで例証する。
【図４】図１−４は、広帯域および狭帯域システムにおける共振周波数不整合の影響をグラフで例証する。
【００２０】
【図５】図５は、本発明のある実施形態を組み込む埋込可能デバイスのブロック図である。
【００２１】
【図６】図６は、本発明の実施形態による、リーダおよび誘導結合テレメトリシステムを図式的に例証する。
【００２２】
【図７】図７は、本発明の実施形態による、テレメトリ受信機の共振周波数を確立するためのプロシージャを例証する、ワークフロー図である。
【００２３】
【図８】図８は、初めてテレメトリ受信機の共振周波数を確立するためのプロシージャを例証する、ワークフロー図である。
【００２４】
【図９】図９は、本発明の実施形態による、位相ロックループ構成の機能的フローチャートを図式的に例証する。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本明細書によるテレメトリ用途のための代表的環境は、図５に例証されるような埋込可能薬物送達ポンプである。薬物ポンプデバイス５００は、カニューレ５０２と、チャンバの対５０４、５０６とを含む。上部チャンバ５０４は、液体形態で投与されるべき薬物を含有する薬物リザーバを画定し、底部チャンバ５０６は、電解用電極を使用して電解を受けると、ガス状生産物を放出する液体を含有する。２つのチャンバは、波形ダイヤフラム（図示せず）によって分離される。カニューレ５０２は、上部薬物チャンバ５０４に接続し、逆止弁５１４が、投与部位に挿入される。電力およびデータ伝送のための制御回路５１８、バッテリ５２０、およびテレメトリシステム５２２が、デバイス５００内に埋設される。制御回路５１８は、それが提供する制御機能性の複雑さに応じて、例えば、アナログ回路、デジタル集積回路（例えば、マイクロコントローラ等）、またはプログラマブル論理デバイスの形態で実装されてもよく、テレメトリシステム５２２は、全体的または部分的に、制御回路５１８内に統合されてもよい。いくつかの実施形態では、制御回路５１８は、複雑な薬物送達プロトコルを実装するためのマイクロプロセッサおよび関連付けられるメモリを含む。薬物ポンプデバイス５００はまた、種々のデバイス構成要素のステータスおよび動作を監視するための種々のセンサ（例えば、圧力および流動センサ）を含んでもよく、そのようなデータは、後続の読出および精査のためにメモリ内に記録されてもよい。埋込に続く薬物ポンプデバイス５００の長期使用に関して、本デバイスは、薬物リザーバ５０４と流体連通する１つまたはそれを上回る充填ポート５２４を含み、これらは、再充填針（図示せず）がそこを通して挿入されることを可能にする。本発明の実施形態に従って使用可能な埋込可能薬物送達ポンプの付加的特徴が、２００９年５月８日に出願された、米国特許第８，２３１，６０８号（その全開示が、参照することによって本明細書に組み込まれる）に見出され得る。
【００２６】
図６を参照すると、代表的テレメトリシステム（または「受信機」）６００が、狭帯域リンクを経由してリーダ（または「送信機」）６０５と誘導的に通信する。リーダ６０５は、（例えば、容量（例えば、１つまたはそれを上回るコンデンサ）ＣＴｕｎｉｎｇと、インダクタンス（例えば、１つまたはそれを上回るインダクタ）ＬＲｅａｄｅｒとを含む、または本質的にそれらから成る）同調回路と、ＡＣ信号源（または「発振器」）６１０と、揮発性および／または不揮発性構成要素を含み得る随意のメモリを含み得るサポート（または「制御」）回路６１４とを含む。リーダ６０５の内部抵抗（および付加的インピーダンス）は、抵抗ＲＲｅａｄｅｒとして表される。インダクタＬＲｅａｄｅｒは、システムアンテナとしての役割を果たしてもよい、またはリーダ６０５は、別個のアンテナを利用してもよい。テレメトリシステム６００は、容量（例えば、１つまたはそれを上回るコンデンサ）ＣＴｅｌｅｍｅｔｒｙと、インダクタンス（例えば、１つまたはそれを上回るインダクタ）ＬＴｅｌｅｍｅｔｒｙと、例えば、マイクロコントローラまたはマイクロプロセッサと、揮発性および不揮発性構成要素を有するコンピュータメモリとを含む、または本質的にそれらから成り得るサポート回路６２４とを含む。テレメトリシステム６００の内部抵抗（および付加的インピーダンス）は、抵抗ＲＴｅｌｅｍｅｔｒｙとして表される。先に留意されるように、これらの構成要素は、離散的であってもよい、または上記に説明される制御回路５１８内にあってもよい。動作時、ＣＴｕｎｉｎｇおよびＬＲｅａｄｅｒは、ＡＣ源６１０によって駆動される共振器（または「共振器回路」）を形成する。インダクタＬＴｅｌｅｍｅｔｒｙを介してテレメトリシステム６００に誘導結合されると、ＡＣ源によって生産された信号は、電力および／またはデータ信号をテレメトリシステム６００に供給し、バッテリ５２０を充電し、制御回路５１８を動作させる、またはそれと通信する（図５参照）。誘導リンクは狭帯域であるため、システム６００、６０５の共振周波数が、実行可能な限り近接して整合し、ＡＣ源６１０が、実質的にこの周波数で動作することが重要である。データ信号は、時変ＡＣ信号の振幅変調（ＡＣ周波数は、固定され、データは、振幅変調信号エンベロープでエンコードされる）または信号の周波数変調（ＡＣ周波数は、伝送されるデータに従って変動されるが、共振周波数から有意に逸脱しない）によってテレメトリシステム６００に伝送されてもよい。
【００２７】
実践では、ＬおよびＣ構成要素の両方は、典型的には、共振周波数の精密な整合を妨げる製造公差を有する。この差異または偏移は、有効共振周波数が調整によって許容される周波数帯域（すなわち、１１９ｋＨｚ〜１３５ｋＨｚまたは他の許容可能医療周波数帯域）内に留まる限り、許容可能であり得る。定格±１％の公差を伴う同調コンデンサを選択することは、最大±１０％の（制御することがより困難である）コイルインダクタンスに対する公差バジェットを提供する。しかしながら、典型的には、共振周波数のより厳密な制御が、狭帯域リンクにおける過剰な減衰を回避するために必要である、または望ましい。一アプローチでは、サポート回路６２４は、それぞれ、選択的にアクティブ化または非アクティブ化され得る、複数のコンデンサを含有する。例えば、コンデンサは、可融リンクと並列に配列されてもよい。製造に続くシステム試験中、コンデンサのうちの選択されたものが、例えば、レーザ暴露または電圧パルスの局所印加、および非アクティブ化されていないコンデンサの総容量の最終容量によって非アクティブ化される。代替として、各コンデンサは、スイッチとして構成され、サポート回路６２４によって（例えば、その中のマイクロコントローラによって）動作されるトランジスタ（例えば、ＭＯＳＦＥＴ）に接続されてもよい。最終試験中、適切な容量（すなわち、正しい共振周波数が達成される容量）が、判定され、この容量に対応するスイッチ状態のバイナリ「画像」が、本デバイスの正統なものとしてサポート回路６２４のメモリ内に恒久的に記憶され、本デバイスがオンに起動されると、この値は、ロードされ、トランジスタは、適宜動作される。
【００２８】
本アプローチは、複数のコンデンサおよびそれらのスイッチのために要求される空間のため、非常に小型のデバイスに対して実践的ではない場合がある。そのようなデバイスに関して、有利なアプローチは、デバイス自体における構成要素の数を最小限にし、共振周波数が常時許容帯域内になるようにそれらの公差を設計し、周波数追跡の複雑性をリーダ６０５に押し込むことであり、これは、より少ないサイズ制約を有する。再び、狭帯域リンクのため、帯域幅は、典型的には、わずか数ｋＨｚに制限され、Ｑ係数を最大限にし、それによって、十分な電力伝達を可能にし、リーダ６０５およびテレメトリシステム６００の共振周波数は、正確に整合されるはずである。
【００２９】
したがって、代替実施形態では、複数のコンデンサが、受信機６００内ではなく、送信機６０５のサポート回路６１４内に配置される。受信機を小型に保つために、いかなる調節も、その共振周波数に成されず、構成要素公差は、共振周波数が常時許容可能な周波数範囲内に該当するであろうように規定される。送信機６０５は、整合周波数が達成されるまで、同調される（例えば、合計容量が、変動される）。このように、単一のリーダ６０５が、多くの受信機６００と併用されることができ、サポート回路６１４の非揮発性メモリ内に、その受信機に対して判定された容量（または共振周波数）とそれぞれ関連付けられる受信機識別子のテーブルを記憶することができる。新しい受信機セッションが開始されると、リーダ６０５は、受信機６００に照会し、その識別子を取得し、これが識別子をその記憶されたルックアップテーブル内に位置させる場合、これは、記憶された値を達成するように適切な数のコンデンサをアクティブ化する。識別子が見出されない場合、送信機６０５は、同調される。
【００３０】
受信機の共振受信機の共振周波数を発見し、将来の使用のためにその値を記憶するために実施される同調プロセスのある実施形態が、図７に例証される。ステップの一部または全ては、製造プロセス中（例えば、患者内への本デバイスの埋込に先立って）起こり得る。第１のステップ７１０では、送信機は、予期される共振周波数において受信機との通信を開始する。この周波数は、電力伝達の観点から最適ではない場合があるが、典型的には、静的条件下で通信を可能にするために十分に近接するであろう。しかしながら、受信機が応答しない場合、送信機周波数は、サポート回路６１４（図６参照）によって改変され（ステップ７１５）、ステップ７１０および７１５が、通信が確立されるまで繰り返される。この時点（ステップ７２０）で、送信機は、受信機に照会し、後者が製造中に判定および／または設定された共振周波数を伝送し得るかどうかを判定する。その（ステップ７２５）場合、送信機は、周波数を受信し、適宜その内部発振周波数を設定する（ステップ７３０）。代替として、または加えて、受信機は、受信機から識別子を取得してもよい。送信機が識別子および共振周波数の両方を受信する場合、これは、タブルをデータベース記録として非揮発性記憶装置内に保存してもよい。受信機がいかなる共振周波数も提供しない場合、これは、依然として、通し番号等の識別子を提供してもよい。医療デバイスに関して、これは、デバイスマスター記録の一部として記録され、続けて、埋込物のケース内の患者記録に伝達される。これは、将来的にクラウドまたは他のサーバシステムからの容易なアクセスを可能にする。
【００３１】
無線通信およびデータ（共振周波数等）報告は、能動的または受動的に起こり得ることを理解されたい。能動システムでは、通信は、双方向性であり、受信機は、データを無線リンクを経由して送信機に伝送する。受動システムでは、受信機は、受信された信号を伝達されるべきデータに従って変調し、この変調は、送信機によって検出および解釈される。例えば、受信機は、データに対応するパターンにおいてＬＣ共振器への抵抗を選択的に切り替えることによって、電力伝達を変調してもよい。
【００３２】
受信機がその共振周波数を記憶していない場合、図８に例証されるプロシージャが、施行されてもよい。ステップ８１０、８１５では、送信機は、受信機との通信が確立されるまでその発振周波数を変動させる。同調を促進するために、送信機および受信機は、同期を確立する。これは、送信機によって送信された「同調開始」コマンドを用いて開始され（ステップ８２０）、これは、受信され（ステップ８２５）、受信機に、送信機から受信された通信の信号強度の記録を開始させる（ステップ８３０）。送信機は、予期される共振周波数の周囲の周波数の帯域を掃引する信号を送信し（ステップ８３５）、例えば、周波数帯域は、製造公差限界を考慮して予期される最大周波数変動を反映してもよい。これらの信号の振幅は、受信機によって記録される。いくつかの実施形態では、受信機は、ピーク信号強度を検出し（ステップ８４０）、結果に関して送信機によって照会される（ステップ８５０）と、対応する周波数を送信機に返信する（ステップ８４５）ように構成される。他の実施形態では、受信機は、単純に、信号強度のログ（およびいくつかの実施形態では、対応する感知された周波数）を記録し、照会信号に応答して、ログを返信し、この場合では、送信機は、ログを検証し、ピーク信号強度（すなわち、最大ログエントリ）を伴う周波数を識別するようにプログラムされる。送信機は、この周波数をその発振（伝送）周波数として選択し（ステップ８５５、８６０）、受信機とのその通信セッション中にこの周波数を使用する。いくつかの実施形態では、送信機はまた、この周波数を識別するデータを受信機に送信し（ステップ８６５）、これは、図７のプロシージャが続けて使用され得るように、照会に応じた後続伝送（図７のステップ７２５）のためにそれを記録する（ステップ８７０）。代替として、または加えて、送信機は、読み出された通し番号をデータベース記録内の発見された共振周波数と関連付けてもよい。
【００３３】
信号強度（すなわち、振幅）に加えて、ログエントリが、上記に示唆されるように、周波数値を記憶してもよい、または代わりに、それらの値に対応するインデックスを記憶してもよい。本アプローチは、受信機上に記憶されるデータ量を制限する。例えば、インデックスは、単純な昇順整数であってもよい、または別様に周波数掃引中の経過時間に対応してもよい（すなわち、ログは、時間インデックス化されてもよい）。代替として、インデックスは、時間、周波数、および／または他の関連パラメータに基づいてハッシュされた値であってもよく、送信機は、パラメータを再構成または読み出すためにこれを使用してもよい。このように、送信機は、受信機上でのそれらの記憶を必要とすることなく、複数の関連パラメータにアクセスし得る。
【００３４】
本発明の種々の実施形態では、送信機は、事前設定された記憶された共振周波数または上記に説明されるログを受信機から受信することなく、共振周波数を判定する。そのような実施形態では、送信機は、上記のステップ８３５に関して説明されるように、予期される共振周波数の周囲の周波数の帯域を掃引する信号を送信する。周波数掃引中、信号強度は、必ずしも、受信機によって検出または記憶されない。代わりに、送信機負荷（すなわち、受信機との共振リンクを経由して送信機によって伝達される電力）が最大限にされると、送信機は、周波数掃引中の点を検出することによって、共振周波数を判定する。最大負荷が、検出され、対応する周波数は、任意の好適な方法、例えば、現在の負荷レベルと事前に判定された最大値との掃引中の繰り返し比較によって識別されてもよい。
【００３５】
図９は、発振器を共振周波数に維持するための送信機設計において従来の位相ロックループ（ＰＬＬ）９０５を使用する、回路９００の構成要素および機能フローを例証する。ここでは、送信機の搬送周波数は、伝統的な実装のように発振器９１０によって設定されず、代わりに、発振器９１０は、送信機６０５の共振周波数を追跡する。送信機のサポート回路６１４（図６参照）内に含まれ得る回路９００は、制御回路ブロック９１５と、共振器回路ブロック９２０と、増幅器９２５と、振幅検出器９３０とを含む。示されるように、制御回路ブロック９１５は、ＰＬＬ９０５と、発振器９１０と、ローパスフィルタ９３５とを含んでもよい。例証されるループ構成は、設定中に受信機から取得された、または上記に説明されるように判定された標的周波数９４０、すなわち、送信機の共振周波数を維持する。共振器回路ブロック９２０内の同調回路（または「同調ブロック」）９４５は、標的周波数を達成および維持するために、並列に配列されたコンデンサに選択的に切り替えることによって、またはインダクタンスを調節することによって（例えば、磁気透過性コアをコイル９５０の内部に選択的に前進させることによって）上記に説明される様式で動作し得る。コアがさらにコイル中に（例えば、ステッパモータによって）前進されるほど、インダクタンスは、より大きくなるであろう。このようにインダクタンスを調節することの利点は、容量に対する段階調節とは対照的に、調節が連続的である、または本質的にそうであり得ることである。ＰＬＬは、コイルにおける発振の振幅が最大限にされるように、すなわち、共振周波数に整合するように発振器周波数を調節する。検出器９３０は、発振の振幅を、例えば、エンベロープ検出器を使用してこれを抽出し、続けてフィルタ９３５によってフィルタ処理し、いずれの雑音および変調も除去することによって測定する。
【００３６】
上記に説明される制御およびサポート回路は、ハードウェア、ソフトウェア、またはその２つの組み合わせにおいて実装され得ることを強調しておきたい。機能が１つまたはそれを上回るソフトウェアアプログラムとして提供される実施形態に関して、プログラムは、ＦＯＲＴＲＡＮ、ＰＹＴＨＯＮ、ＪＡＶＡ（登録商標）、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｃ＃、ＢＡＳＩＣ、種々のスクリプト言語、および／またはＨＴＭＬ等のいくつかの高級言語のうちのいずれかで書き込まれてもよい。加えて、ソフトウェアは、マイクロプロセッサにダイレクトされるアセンブリ言語で実装されることができ、例えば、ソフトウェアは、ＩＢＭ  ＰＣまたはＰＣクローン上で起動するように構成される場合、Ｉｎｔｅｌ８０×８６アセンブリ言語で実装されてもよい。ソフトウェアは、限定ではないが、フロッピディスク、ジャンプドライブ、ハードディスク、光学ディスク、磁気テープ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フィールドプログラマブルゲートアレイ、またはＣＤ−ＲＯＭを含む製造品上に具現化されてもよい。ハードウェア回路を使用する実施形態は、例えば、１つまたはそれを上回るＦＰＧＡ、ＣＰＬＤ、またはＡＳＩＣプロセッサを使用して実装されてもよい。
【００３７】
本発明の種々の実施形態が、上記に説明される。しかしながら、本明細書に開示される概念を組み込む他の実施形態が、本発明の精神および範囲から逸脱することなく使用され得ることが、当業者に明白となるであろう。故に、上記の説明は、例証的にすぎず、制限的ではないことが意図される。
【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９】
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【国際調査報告】
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