(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁励起信号の媒質への伝播に応答して該媒質から放射される電磁信号を検知する誘導検知デバイスであって、
前記媒質から放射される前記電磁信号と誘導結合するループアンテナと、
前記アンテナへ又は該アンテナから伝播する電磁信号をインターセプトする遮断シールドと
を有し、
前記遮断シールドは、入射信号の電気成分を阻止する導電体を有し、該導電体は、該導電体内での渦電流の誘導を妨げる少なくとも１つの非導電ギャップを定め、
前記アンテナのループは開口によって途切れ、該開口はキャパシタによって橋渡しされ、それにより、該キャパシタが、前記アンテナの前記ループを、前記キャパシタの両側へ延在する２つのウィング部分に分け、
当該誘導検知デバイスは、前記開口の一方の側に位置付けられた前記アンテナの単一の点のみにより前記アンテナへ電気的に結合される信号処理手段を有する、
誘導検知デバイス。
【請求項２】
当該誘導検知デバイスは、対象の身体の１つ以上の生理的特性を検知する生理学的誘導検知デバイスである、
請求項１に記載の誘導検知デバイス。
【請求項３】
前記遮断シールドは、前記アンテナのループに面して配置され、前記少なくとも１つの非導電ギャップは、前記アンテナの前記ループの円周を横切って延在するように整列される、
請求項１又は２に記載の誘導検知デバイス。
【請求項４】
前記遮断シールドは、前記ループアンテナの１つの平面側に面して配置されるプレート要素を有する、
請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載の誘導検知デバイス。
【請求項５】
前記遮断シールドは、接地されたプレート要素を有し、前記ループアンテナは、前記ループを接地するために前記プレート要素へ電気的に結合され、
任意に、前記ループアンテナは、キャパシタを介して前記遮断シールドへ結合される、
請求項１乃至４のうちいずれか一項に記載の誘導検知デバイス。
【請求項６】
前記ループアンテナは、同軸ケーブルの外部導体を介して前記プレート要素へ電気的に結合され、前記同軸ケーブルの内部導体は、前記アンテナと信号処理手段との間の接続を設けるために前記アンテナへ更に結合される、
請求項５に記載の誘導検知デバイス。
【請求項７】
前記少なくとも１つの非導電ギャップは、前記導電体の端から内側に延在し、
任意に、前記少なくとも１つの非導電ギャップは、前記端から前記導電体の少なくとも中心点へ延在する、
請求項１乃至６のうちいずれか一項に記載の誘導検知デバイス。
【請求項８】
前記少なくとも１つの非導電ギャップは、前記導電体を通る開口を有し、
任意に、前記少なくとも１つの非導電ギャップは、前記導電体におけるスリット又はスロットである、
請求項１乃至７のうちいずれか一項に記載の誘導検知デバイス。
【請求項９】
前記遮断シールドは、前記ループアンテナの周囲に同軸上に延在する、
請求項１乃至８のうちいずれか一項に記載の誘導検知デバイス。
【請求項１０】
当該誘導検知デバイスは、電磁信号を阻止するよう構成された２次シールド要素を更に有し、該シールド要素は、前記ループアンテナを橋渡しする前記キャパシタ、及び前記アンテナと前記信号処理手段との間の接続点、のうちの一方又は両方をシールドするよう配置され、
前記２次シールド要素は、前記ループアンテナを橋渡しする前記キャパシタ、及び前記アンテナと前記信号処理手段との間の前記接続点、のうちの一方又は両方を囲むよう配置されるシールド筐体である、
請求項１乃至９のうちいずれか一項に記載の誘導検知デバイス。
【請求項１１】
前記アンテナ及び橋渡しキャパシタは、前記媒質内に伝播する前記電磁励起信号を生成する共振器を形成し、
当該誘導検知デバイスは、前記電磁励起信号を生成するよう前記アンテナを励起するために使用において適応される信号発生手段を更に有する、
請求項１乃至１０のうちいずれか一項に記載の誘導検知デバイス。
【請求項１２】
当該誘導検知デバイスは、前記媒質内へ伝播するためにラジアル周波数ωで前記電磁励起信号を生成するよう構成され、
前記電磁励起信号の正規化されたラジアル周波数
【数１】
0006862558.tif 000007
は、０．０２５から０．５の範囲をとり、ωｒｅｆ＝２πｃ／ｌ及びｃ＝光速であり、ｌは、前記ループアンテナの単巻き線の円周長さである、
請求項１１に記載の誘導検知デバイス。
【請求項１３】
当該誘導検知デバイスは、前記アンテナで受信された信号を処理するよう、且つ、各信号を異なる周波数の基準振動信号と混合することによって前記受信された信号の周波数をダウンスケーリングし、差動フィルタを適用して、前記基準振動信号と前記受信された信号との間の周波数差である周波数を有する出力信号を得るよう構成される信号処理手段を有する、
請求項１乃至１２のうちいずれか一項に記載の誘導検知デバイス。
【請求項１４】
前記基準振動信号の周波数及び前記受信された信号の周波数は、１０から２０％離れている、
請求項１３に記載の誘導検知デバイス。
【請求項１５】
電磁励起信号の媒質への伝播に応答して該媒質から放射される電磁信号を検知する誘導検知方法であって、
前記電磁信号を検知するために、前記媒質から放射される前記電磁信号と誘導結合するようループアンテナを使用することを有し、
遮断シールドが、前記アンテナへ又は該アンテナから伝播する電磁信号をインターセプトするために前記アンテナの伝播経路に配置され、前記遮断シールドは、入射信号の電気成分を阻止する導電体を有し、該導電体は、該導電体内での渦電流の誘導を妨げる少なくとも１つの非導電ギャップを定め、
前記アンテナのループは開口によって途切れ、該開口はキャパシタによって橋渡しされ、それにより、該キャパシタが、前記アンテナの前記ループを、前記キャパシタの両側へ延在する２つのウィング部分に分け、信号処理手段が、前記開口の一方の側に位置付けられた前記アンテナの単一の点のみにより前記アンテナへ電気的に結合される、
誘導検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気誘導検知デバイス、特に、電磁信号を検知するよう身体と誘導結合する検知デバイスに関係がある。
【背景技術】
【０００２】
誘導検知は、媒質又は身体の特性の非侵襲的検査の手段として使用され得る。
【０００３】
１つの有利な適用範囲では、誘導検知は、生理的特徴、特に、心臓及び肺のダイナミクス、を非侵襲的に調べる手段として使用され得る。誘導検知は、磁気誘導に基づき、導電性容量検知と比べていくつかの利点がある。
【０００４】
生体インピーダンス測定のような、容量検知と比べた利点は、接着性の電極が必要とされないことであり、検知は非接触で実行され得る。
【０００５】
容量検知と比べた利点は、誘導検知が電界よりむしろ磁界に基づき、結果として、皮膚レベルでまさに起こるものとは対照的に、身体内のより深い侵入深さでの変化により敏感であることである。これは、磁界が電界よりも身体内により深く侵入するからであり、よって、磁界は、身体内のより深いところで特性の変化を測定するために使用可能であり、一方、電界は、皮膚の表面上での特性（例えば、皮膚の誘電率）の変化を測定するためにのみ主として有用である。
【０００６】
コイルに基づく誘導センサは、電磁信号（すなわち、電磁波又は振動）との誘導結合によって機能し、コイルを通る信号の伝播は、コイルを流れる電流の変化をもたらす。この変化は測定され、伝播信号の特性（例えば、周波数スペクトル、振幅及び位相パターンを含む。）を検知するために使用され得る。
【０００７】
電磁励起信号は、調べられるべき身体内に伝播され得る。励起電磁信号は、身体内で磁気誘導を、すなわち、外部磁界の印加による身体の組織内での渦電流の発生を引き起こす。それらの渦電流は、次いで今度は、身体から外へ伝播される電磁信号を発生させ、これらはコイルによって検知可能である。
【０００８】
身体内の組織の動きは、組織の容量の変化として現れ得る。これらの変化は、次いで、電磁刺激に応答して身体の外へ放射される電磁信号の振幅及び／又は位相変調を引き起こす。これらの変化をモニタすることによって、身体内の要素の動き及びサイズ変化は検出及び追跡され得る。
【０００９】
誘導検知の場合に、電磁信号の磁界成分のみが、表面下に位置する身体又は媒質の要素に関する情報を運ぶ、電界成分は、もっぱら何らかの身体の表面から発せられる（静電誘導により起こる。）。しかし、電界成分は、受信アンテナで誘導される起電力を容易に支配し、磁界の寄与を覆い隠して、所望の検査対象に対するシステムの感度を低下させる可能性がある。
【００１０】
従って、電界から生じる寄生効果は、媒質又は身体の磁気特性変化を測定することを困難し、よって、誘導検知システムの感度を深刻に低下させる。結果として、信号対雑音比は低減される。
【００１１】
電磁信号の磁界成分の信号対雑音比を改善する磁気誘導検知デバイスが求められている。
【発明の概要】
【００１２】
本発明は、特許請求の範囲によって定義される。
【００１３】
電磁シールドは、電磁界を遮るか又は減衰させるために使用され得る。電磁シールドでは、電磁界は、導電体又は磁性体から作られた障壁又はシールドによって遮られる。そのようなシールドは、ファラデーシールドと呼ばれる。
【００１４】
ファラデーシールドによりコイル又はアンテナをシールドすることは、電界及び磁界の両方のアンテナへの又はそれからの伝播を阻止する。従って、このようにしてアンテナを単にシールドすることは、結果として得られる検知システムの全機能を阻害する。
【００１５】
本発明の発明者らは、電界成分を成功裏にシールドし、よって、結果として得られる検知信号から多くの周囲ノイズを除きながら、磁界成分に対する感度を改善することができる新しいシールドアプローチを然るべく考え出した。
【００１６】
本発明の態様に従って、電磁励起信号の媒質への伝播に応答して該媒質から放射される電磁信号を検知する誘導検知デバイスであって、
前記媒質から放射される前記電磁信号と誘導結合するループアンテナと、
前記アンテナへ又は該アンテナから伝播する電磁信号をインターセプトする遮断シールドと
を有し、
前記遮断シールドは、入射信号の電気成分を阻止する導電体を有し、該導電体は、該導電体内での渦電流の誘導を妨げる少なくとも１つの非導電ギャップを定め、
前記アンテナのループは開口によって途切れ、該開口はキャパシタによって橋渡しされ、それにより、該キャパシタが、前記アンテナの前記ループを、前記キャパシタの両側へ延在する２つのウィング部分に分け、
当該誘導検知デバイスは、前記開口の一方の側に位置付けられた前記アンテナの単一の点のみにより前記アンテナへ電気的に結合される信号処理手段を有する、
誘導検知デバイスが提供される。
【００１７】
本発明は、コイル又はアンテナによって生成される１次磁界を相殺する２次磁界を生成する渦電流のシールド内での誘導を防ぐよう設計された１つ以上の非導電開路又はギャップを含めるための電磁シールドの適応に基づく。この構成は、「スロット入りファラデーシールド」（slotted  Faraday  shield）と呼ばれる。
【００１８】
電磁界がアンテナへ又はそれから伝播するとき、任意の導電体（シールドを含む。）に入射する磁界成分は、身体内で渦電流を磁気誘導（ファラデーの誘導の法則）により誘導する。シールドにおいて、磁界シールド効果を提供するものはこれである。なぜなら、最初に入射した磁界とは逆方向の磁界を渦電流が誘導し（レンツの法則）、それによって、元の伝播磁界の振動に対抗するか又はそれを打ち消すからである。よって、磁界成分は有効に遮られる。
【００１９】
シールドに非導電ギャップを含めることによって、渦電流は形成することができず、従って、伝播磁界振動を打ち消す対向磁界成分は生成されない。従って、電磁信号の磁界成分は、シールドを通って伝わることができる。
【００２０】
対照的に、異なる物理原理により動作する電界成分のシールドは現れ続ける。電界シールドは、電磁信号の電界成分の入射時にシールドの本体内での電荷の再分配を通じて現れる。シールドの一方の側での電界の入射は、それらがもう一方の側での電界成分の効果を打ち消すように電荷を再分配する。
【００２１】
よって、本発明のシールドアプローチは、磁界成分の通過を可能にしながら、電界成分の伝播を有効に阻止する。電界の寄生効果は従って抑制され、アンテナで受信される信号から得られる、結果として現れる測定信号の信号対雑音比は、増大する。
【００２２】
更に、キャパシタは、アンテナのループを、キャパシタの両側に延びる２つの部分（２つのウィング）に有効に分ける。信号処理手段は、アンテナループの一方の側にのみ（一方のウィングにのみ）電気的に結合される。アンテナループの他方の側は、橋渡しキャパシタを介してのみ信号処理手段へ接続される。この結果、アンテナは、信号処理手段へゆるく結合されているだけであり、信号処理手段がアンテナループに大きな負荷をかけないという有利な効果を伴う。これは、入射電磁信号に対する信号処理手段システムの感度を改善する。
【００２３】
遮断シールドは、アンテナへ又はそれから伝播する電磁信号をインターセプトするためにアンテナの伝播経路に配置される。伝播経路とは、例えば、アンテナからの放射後に又はアンテナで受信されるときに電磁放射又は信号が当然に進む空間経路を意味し得る。
【００２４】
「電磁信号」とは、例えば、電磁波若しくは振動、又は電磁放射線若しくは放射を一般に意味する。語「電磁（気）」は、放射（信号）の一般分類を表し、例えば、純粋な電界又は純粋な磁界振動若しくは波を除く。
【００２５】
電磁励起信号とは、簡単に、上述されたように、媒質の特性を検知するために媒質内で渦電流を刺激する目的で放射される上記の電磁信号を意味する。
【００２６】
「導電体」とは、導電材料を有するシールドの本体（部分）を意味し得る。
【００２７】
「ギャップ」とは、本体の（連続的な）導電性のあらゆる中断、例えば、本体の導電材料の中断を広く意味し得る。この中断は、渦電流が形成し得る本体を通る連続的な導電経路を回避することである。
【００２８】
渦電流が回路的であって、通常は中心点の周りを回るので、少なくとも１つのギャップは、このようにしてシールドの周囲に向かって配置されてよい。
【００２９】
少なくとも１つのギャップは、周囲材料よりも導電性が低い材料から形成された本体のサブ領域、例えば、絶縁材料のサブ領域によって形成されてよい。
【００３０】
少なくとも１つのギャップは、導電体を通る開口を有してよい。開口とは、導電体の材料内の空間又は途切れ、例えば、空隙を意味する。
【００３１】
１つ以上の例に従って、シールドは層状要素を有してよく、これは平坦な平面要素、又は湾曲した若しくは起伏のある要素であってよい。
【００３２】
シールドは、例えば、シート要素を有してよく、これは、平坦なシート要素又は湾曲した若しくは起伏のあるシート要素であってよい。シート要素はプレート要素であってよい。
【００３３】
シールドは、ループアンテナの１つの平らな面に面して配置された、すなわち、ループアンテナの１つの平らな面に面するループアンテナシート要素又はプレート要素を有してよい。
【００３４】
シールドは、例えば、平面要素であってよい。
【００３５】
本発明のひと組以上の実施形態に従って、当該誘導検知デバイスは、対象の身体の１つ以上の生理的特性を検知する生理学的誘導検知デバイスであってよい。
【００３６】
上述されたように、生理学的誘導検知は、誘導検知の特に有利な応用分野の１つである。それは、例えば、心臓及び肺のダイナミクスを含む多種多様な生理的特性を非侵襲的に調べる手段として使用され得る。従って、デバイスは、生理学的、診断的又は医学的見地デバイスであり得る。
【００３７】
この実施形態に組に従って、システムは、対象の身体に印加された電磁励起信号に応答して対象の身体から受信される電磁信号を検知するためのものである。
【００３８】
そのような実施形態で、デバイスは、アンテナへ結合され、受信された電磁信号を処理して、１つ以上の生理的特性又はパラメータの指標のような生理学的情報を得る信号処理手段を有してよい。
【００３９】
代替的に、デバイスは、アンテナで受信された信号を処理するために、例えば、生理学的情報、特性又はパラメータを得るために、外部信号処理手段へ結合するよう構成されてよい。
【００４０】
システムは、生理的パラメータ検知システムであってよい。
【００４１】
システムは、バイタルサイン検知システムであってよい。バイタルサインは、例えば、心拍、脈拍、呼吸容量及び呼吸数を含んでよい。
【００４２】
生理学的検知は１つの応答分野であるが、本発明は、そのような応用に限られない。本発明の概念は、任意の媒質又は身体から受信される電磁信号を検知することに対してより一般的に適用可能である。
【００４３】
任意の実施形態に従って、デバイスは、媒質からアンテナで受信された信号を処理する信号処理手段を有してよい。信号処理手段は更に、媒質に関する情報又は測定指標を得るためのものである。
【００４４】
信号処理手段は、特定の例に従って、信号処理回路若しくはマイクロプロセッサ又はマイクロコントローラを有してよい。
【００４５】
信号処理手段は、アンテナのインピーダンスを解析又は決定するよう構成されてよい。
【００４６】
他の例に従って、検知デバイスは、信号処理手段を有さなくてもよく、アンテナで受信された信号を処理する外部又は補助信号処理手段へ結合可能であるよう構成されてもよい。
【００４７】
特定の例において、検知デバイスは、電磁信号をインターセプトするよう構成された２次シールド要素を更に有してよく、該シールド要素は、ループアンテナを橋渡しするキャパシタ、及びアンテナと信号処理手段との間の接続点、のうちの一方又は両方をシールドするよう配置される。
【００４８】
この更なるシールド要素は、キャパシタ及び／又は接続点を覆う電界がシールドされるので、これらの電子部品の環境をより明確且つ安定にする。
【００４９】
シールド要素は、有利な例では、ループアンテナを橋渡しするキャパシタ、及びアンテナと信号処理手段との間の接続点、のうちの一方又は両方を囲むよう配置されるシールド筐体であってよい。
【００５０】
「囲む」とは、単に、（実質的に）全ての角度からキャパシタ及び接続点をシールドするように囲むことを意味する。囲むことは、シールド要素がキャパシタ及び接続点の周りを完全にふさぐことを必ずしも必要としない。
【００５１】
任意の実施形態に従って、シールドは、アンテナのループに面して配置されてよく、少なくとも１つのギャップは、アンテナのループの円周を横切って延在するように整列される。
【００５２】
これは、アンテナ上に投影されるギャップがアンテナのループの円周を横切って延在することを意味し得る。
【００５３】
ギャップの機能は、（アンテナへ又はそれから進む電磁信号の）磁束がシールド本体を通って伝播することによってシールド本体の導電材料内で渦電流が発生することを阻止することである。シールドに入射する磁束は、入射照射領域を循環する渦電流を誘導する傾向がある。これらの磁束がアンテナの中心から生じる場合に、シールド内で誘導される渦電流は、従って、アンテナのループの周囲（すなわち、ループ円周）上にマッピングする傾向がある。
【００５４】
従って、シールド上のアンテナループ周囲の投影を横切って又は垂直に交差して整列されるような位置にギャップを位置付けることによって、アンテナの中心から生じる磁束は、渦電流を生成しないようにされる。これは、それらの電流が形成する自然の循環経路がギャップによって中断されるからである。それらの信号は、従って、シールドによって遮られない。
【００５５】
同様に、アンテナに到達しそれに首尾良く位置合わせされる可能性がある（媒質から生じる）電磁信号の磁束も、アンテナループの中心上にマッピングするシールドの領域を照射する傾向がある。そのため、これらも、アンテナのループの周囲（円周）上にマッピングする渦電流を生成する傾向がある。従って、アンテナループ周囲を横切って又は垂直に交差して整列されるような位置に配置されたギャップは、そのような電磁信号によって引き起こされる渦電流の発生を阻止する。然るに、これらの信号は、シールドによって遮られない。
【００５６】
１つ以上の実施形態に従って、シールドは、接地されたプレート要素を有してよく、ループアンテナは、ループを接地するためにプレート要素へ電気的に結合される。プレート要素は、アンテナの１つの平面上に、すなわち、アンテナの１つの平面に面して配置されてよい。
【００５７】
この実施形態の組に従って、シールド及びアンテナは、シールドがアンテナを接地した状態で、電気システムとして連成されてよい。シールド及びアンテナは、同軸ケーブルの外部導体を介して電気的に結合されてよく、同軸ケーブルの内部導体は、アンテナを信号処理手段へ接続するためにアンテナへ結合される。
【００５８】
アンテナは、アンテナ及びシールドが小さな分離間隔によって分離された状態で、シールドと平面配向で位置付けられてよい。シールドは、アンテナに面して配置置されてよく、ギャップは、アンテナのループの円周を横切って延在するように整列される。
【００５９】
プレート要素は平面要素であってよい。
【００６０】
シールドとアンテナとの間のインピーダンス整合を最適化するよう、アンテナとシールドとの間の接地接続の位置は調整され得る。電圧−電流関係は、この接続点がアンテナループの円周の周りを動かされるにつれて変化する。従って、位置は、インピーダンス整合を最適化するよう変更され得る。
【００６１】
任意に、ループアンテナは、キャパシタを介してシールドへ結合されてよい。キャパシタは、アンテナとシールドとの間のインピーダンス整合を最適化する追加又は代替の手段を提供する。
【００６２】
任意の実施形態に従って、シールドにおけるギャップは、導電体の端から内側に延在してよい。任意に、ギャップは、前記端から導電体の少なくとも中心点へ延在してよい。ギャップは、導電体の端から内側に向かって放射状に延在してよい。
【００６３】
これらの実施形態に従って、ギャップは、シールドの端から切り込むスリット又はスロットを構成し、事実上、シールドの少なくとも一部を２つに分割する。
【００６４】
端から少なくとも中心点へ延在する（すなわち、端から中心点へ放射状に延在する）ギャップは、必然的に、プレート内に形成しようとする如何なる（循環）渦電流も横切る（遮断する）傾向がある。特に、形成される場合に、中心点に近い点の周りを循環することになる如何なる渦電流も、そのようなスリットによって遮られ、形成することを阻止される。
【００６５】
「中心点」とは、シールド本体の中心又は真ん中にほぼあるか又はそれに向かう、例えば、シールド本体の重心にあるか又はそれに近い点を意味することが知られる。
【００６６】
任意の実施形態に従って、ギャップは、導電体を通る開口を有してよい。開口とは、導電体（の材料）内の空間又は途切れ、例えば、空隙を意味する。
【００６７】
任意の実施形態に従って、ギャップは、導電体におけるスリット又はスロットであってよい。スリット又はスロットとは、一般的に、長手方向に大きさを持ったギャップを意味する。
【００６８】
１つ以上の実施形態に従って、シールドは、ループアンテナの周囲に同軸上に延在してよい。すなわち、シールド及びアンテナは同軸上に配置される。
【００６９】
ひと組の実施形態に従って、アンテナは更に、媒質内に伝播する電磁励起信号を生成するためのものであってよく、デバイスは、電磁励起信号を生成するようアンテナを駆動するために使用において適応された信号発生手段を更に有する。
【００７０】
この実施形態の組では、応答として媒質から返された信号を検知するために使用されるのと同じアンテナが、電磁励起信号を生成するために使用される。
【００７１】
これは、機能的に有利である。特に、以下で説明されるように、磁気信号の検知は、コイルの共振特性の離調によりループアンテナ内の反射インダクタンス成分を測定することによって容易に達成され得る。この簡単な信号解析方法は、信号生成と同じアンテナが検知のために使用される場合にのみ可能になる。
【００７２】
「駆動」とは、アンテナを励起することを意味し得る。
【００７３】
「駆動」とは、振動電磁信号（波）の発生を刺激するようにアンテナに（交流）電流を流すことを意味し得る。
【００７４】
信号発生手段は、所与の周波数でアンテナを駆動するドライバ、例えば、発振器を有してよい。
【００７５】
ひと組の有利な実施形態に従って、当該誘導検知デバイスは、前記媒質内へ伝播するためにラジアル周波数ωで前記電磁励起信号を生成するよう構成されてよく、
前記電磁励起信号の正規化されたラジアル周波数
【数１】
0006862558.tif 000002
は、０．０２５から０．５の範囲をとり、ωｒｅｆ＝２πｃ／ｌ及びｃ＝光速であり、ｌは、前記ループアンテナの単巻き線の円周長さである。念のため、ｃ＝３×１０８ｍ／ｓ。
【００７６】
この実施形態の組は、発明者らによって取り組まれた研究の重大な問題の結果に基づき、研究によって、電磁励起信号の正規化されたラジアル周波数ω＾の上記のパラメータが、デバイスによって検知される信号の強さを決定することにおいて最も重要なパラメータであることが分かった。
【００７７】
より具体的には、研究は、０．０２５を下回るω＾の値で、検知される電磁信号の信号対雑音比が相当に低減され、より高い運動感度をもたらすことを見つけた。より具体的には、このレベルより下では、信号強度は大幅に低減され、ほとんどの実際的な用途では、電子ノイズから生じるノイズ、電磁干渉、及び媒質の表面との容量結合（すなわち、電界及び電気的に誘発された電荷を介した直接結合）からのノイズによって飽和される。
【００７８】
しかし、発明者らが発見した非常に有意な信号強度の利点にもかかわらず、請求されているものと同じくらい高い周波数は、最新技術において探求されたことがない。これは恐らくは、約１０〜２９ＭＨｚを上回る（絶対）周波数が、表皮効果により、達成可能な侵入深さの大幅な減少をもたらすという、当該分野における強い支配的な考え方による。推測される侵入深さの減少は、システムが生理的パラメータを調べることできないようにする。しかし、たとえ表皮効果が実在するとしても、それが本発明で使用されるものよりもずっと高い周波数でしか著しく有害にならないということで、発明者らは、この一般的な偏見が誤認であることを見つけた。
【００７９】
ω＾に対する０．５０の値は、有効な誘導検知を依然として達成しながら物理的に可能である最も高い値であることが更に見つけられた。これは、（単一）ループアンテナの１次共振の可能な限り高い正規化された周波数であり、これは、正確に半分の波長がループの円周にぴったり合う共振である。
【００８０】
１次共振より上では、非常に不均一な電流がループ内で誘導され、ループは、蓄積電荷の定常振動パターンを運ぶ。蓄積電荷のこの縞パターンは、通常、媒質の表面に容量結合し、それによって媒質の表面上で表面電荷を誘導する。
【００８１】
この場合に、センサは、媒質表面の動きに対して非常に敏感になり、非常に小さい動きでさえ、検知される誘導信号（すなわち、媒質の表面の下から生じる磁気誘導信号）を完全に打ち消す寄生信号を引き起こす。これは、ほとんどの実際的な用途にとって誘導センサを無効にする。従って、ω＾を０．５を下回る値に保つことによって、信号強度は、実際の用途に適したレベルに保たれ得る。
【００８２】
従って、本発明によって提供されるω＾に対する値の範囲は、磁気誘導検知において達成され得る信号強度を最大にする。また、本願で記載される誘導検知デバイスは、ループが媒質内に配置される場合にも、最適化された方法で作動することができることが当業者によって理解されるはずである。この場合に、ωｒｅｆ＝２πＶｐ／ｌ、ここで、Ｖｐは、それが使用される場合にループを取り囲む媒質における光の位相速度である。
【００８３】
１つ以上の例に従って、アンテナは、単巻きループアンテナであってよい。研究の過程において、予想に反して、コイル巻線の数（コイル巻数）Ｎを１（単ループ）よりも増やしたとしても、信号強度の検出可能な改善は得られないことが見出された。更に、巻数を増やすことは、巻線間の容量結合により、ω＾の最大限の実現可能な値を制限するので、実際には、信号強度を最大にする目的にとって有害になる。これは、翻って、信号強度の利用可能な増大を制限する。
【００８４】
上記のω＾範囲及び単コイルアンテナという２つの特徴は、従って、基本的に、相互に関連する。アンテナが一巻きよりも多く有する場合に（Ｎ＞１）、ループにより使用され得る最大周波数ω＾は、ループ間の寄生容量と、コイル配線のより長い全長Ｎｌとにより、ω＾＝０．５よりも大幅に低下する。これは、本発明で請求される有益な正規化周波数範囲の達成と、それに伴う信号強度の増大とを不可能にする。よって、コイルの巻数を１に減らすことによってのみ、有益なより高いω＾が可能になる。
【００８５】
しかし、コイル巻線を１つに制限することは、鎖交磁束（flux  linkage）を強化することによって多重コイル巻線が信号強度を増大させると一般に想定する当該技術での一般的な仮定に反する。これは更に、現在請求されている範囲内の周波数を探求することへの当分野における躊躇に寄与している。
【００８６】
多重巻線はまた、センサの費用及び複雑さを増す。単ループに減らすことは、デバイスの構成及び動作を簡単にし、フォームファクタを低減させる。
【００８７】
特定される特定の範囲のより詳細な物理的説明及び基礎は以下で提示される。なお、手短に、請求されている実施形態の組は、反射インダクタンス（電磁刺激に応答して媒質内で誘導された渦電流により生じるアンテナのインダクタンス）が、アンテナでの結果として現れる受信信号強度における重要な決定要因であるとの発見に基づく。この量を最初に正規化してそれを事実上寸法に依存しないようにし、次いで、それが依存する様々なパラメータの変動をシミュレートすることによって、検知された信号の正規化されたラジアル周波数は、反射インダクタンスを決定づける最も重要なパラメータであることが分かった。本願で請求されているω＾に対する値の最適な範囲が、次いで特定された。
【００８８】
ラジアル周波数ωを有する電磁励起信号は、ラジアル周波数ωでアンテナを励起することによって生成され得る。これは、周波数ωで共振するようにアンテナを励起することを意味し得る。これは、特に、ラジアル周波数ωを有する共振電流をアンテナ内で誘導することを意味し得る。
【００８９】
これは、ωに等しい固有共振周波数を有するアンテナ回路を設けることによって達成され得る。アンテナの固有共振周波数は、アンテナ結合されるキャパシタを設け、キャパシタのキャパシタンスを適切に選択することによって、セットされ得る。アンテナ及びキャパシタの組み合わせは共振器として知られている。
【００９０】
その上、又は代替的に、ラジアル周波数ωを有する共振電流をアンテナ内で誘導するようにアンテナを励起することは、周波数ωの電流でアンテナを励起することによって達成され得る。
【００９１】
電磁励起信号の正規化されたラジアル周波数ω＾は、電磁励起信号のラジアル周波数ωと、アンテナの基準周波数ωｒｅｆ＝２πｃ／ｌ（ループ円周ｌが１自由空間波長に等しい（すなわち、λｆｒｅｅ  ｓｐａｃｅ＝ｌの場合）ラジアル周波数である。）とに依存する。
【００９２】
従って、本発明の実施形態は、正規化されたラジアル周波数が定義された範囲内にあるようにアンテナ及び／又はキャパシタ及び／又は信号発生手段が一緒に構成されることを必要とし得る。
【００９３】
一例として、これは、例えば、アンテナへ結合され且つ回路の固有共振周波数をωにセットするように選択されたキャパシタを設け、正確な円周長さｌでアンテナを選択することによって、達成され得る。回路が所与の固有共振周波数を有している場合に、例えば、自励発振器（固定又は強制振動周波数によらないもの）を用いて、それを励起することによってその周波数で共振することが引き起こされ得る。
【００９４】
１つ以上の実施形態に従って、デバイスは、アンテナで受信された信号を処理するよう、且つ、各信号を異なる周波数の基準振動信号と混合することによって前記受信された信号の周波数をダウンスケーリングし、差動フィルタを適用して、前記基準振動信号と前記受信された信号との間の周波数差である周波数を有する出力信号を得るよう構成される信号処理手段を有してよい。
【００９５】
そのような実施形態の目的は、デバイスによって実行されるあらゆる信号処理のエネルギ消費及び必要とされる計算出力を減らすことである。特に、デジタル分周器及びカウンタ（受信された信号を解析のために処理するもの）は、動作周波数と比例した電流を引き込む。従って、電力を節約するために、本実施形態に従って、受信された信号の周波数が最初に低減され、その後の信号処理がより低い電力で実行されることを可能にする。
【００９６】
第２信号を最初に混合し、次いで差動周波数信号を見つけるという提案された特定の方法の利点は、混合が分解能の損失をもたらさないことである。これは、例えば、分解能を下げる分周器（周波数を下げるためにも使用され得る。）とは対照的である。
【００９７】
振動信号周波数は、望ましくは、受信された信号の周波数に非常に近い。好適な例では、振動信号の周波数及び受信された信号の周波数は、１０乃至２０％離れている。
【００９８】
上述されたように、受信された信号は、通常、ω、すなわち、電磁励起信号のラジアル周波数に等しい周波数を有する。
【００９９】
本発明の更なる態様に従う例は、電磁励起信号の媒質への伝播に応答して該媒質から放射される電磁信号を検知する誘導検知方法であって、
前記電磁信号を検知するために、前記媒質から放射される前記電磁信号と誘導結合するようループアンテナを使用することを有し、
遮断シールドが、前記アンテナへ又は該アンテナから伝播する電磁信号をインターセプトするために前記アンテナの伝播経路に配置され、前記遮断シールドは、入射信号の電気成分を阻止する導電体を有し、該導電体は、該導電体内での渦電流の誘導を妨げる少なくとも１つの非導電ギャップを定め、
前記アンテナのループは開口によって途切れ、該開口はキャパシタによって橋渡しされ、それにより、該キャパシタが、前記アンテナの前記ループを、前記キャパシタの両側へ延在する２つのウィング部分に分け、信号処理手段が、前記開口の一方の側に位置付けられた前記アンテナの単一の点のみにより前記アンテナへ電気的に結合される、
誘導検知方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
本発明の例について、添付の図面を参照して、これより詳細に説明する。
【０１０１】
【図１】ループアンテナの使用による対象の胸部の刺激を示す。
【図２】シールドの有無に関してアンテナへ又はアンテナから進む電磁波の波動インピーダンスを比較する。
【図３】実施形態に従う検知デバイスを例示する。
【図４】実施形態に従う検知デバイスの更なる例を示す。
【図５】実施形態に従う検知デバイスの更なる例を示す。
【図６】例となる検知デバイスを用いて得られるサンプル生理学的測定信号を示す。
【図７】例となる検知デバイスを用いて得られるサンプル生理学的測定信号を示す。
【図８】実施形態に従う検知デバイスを例示する。
【図９】実施形態に従う検知デバイスの例の回路を例示する。
【図１０】２つの異なるモデルに従う検知デバイスの例について、正規化されたラジアル動作周波数の変化に応じて、モデル化された特性反射インダクタンスを示す。
【図１１】２つの異なるモデルに従う検知デバイスの例について、正規化されたラジアル動作周波数の変化に応じて、モデル化された特性反射インダクタンスを示す。
【図１２】実施形態に従う検知デバイスの処理回路を例示する。
【図１３】実施形態に従う検知デバイスの処理回路の更なる例を示す。
【図１４】実施形態に従う検知デバイスの処理回路の更なる例を示す。
【図１５】図１４の例となる処理回路の一実施例を表す。
【図１６】検知デバイスの一実施形態の使用において達成される測定信号周波数シフトを示す。
【図１７】遠隔処理部を使用する、実施形態に従う検知デバイス回路の更なる例を示す。
【発明を実施するための形態】
【０１０２】
本発明は、電磁励起信号による媒質の刺激に応答して媒質から放射される電磁（ＥＭ）信号と誘導結合するループアンテナを有する磁気誘導検知デバイスを提供する。デバイスは、アンテナへ又はそれから進む電磁信号をインターセプトするように配置される電磁シールド要素を含む。シールド要素は、入射信号の電界成分を阻止するように導電体から形成されるが、渦電流の形成を防ぐために本体に非導電ギャップを更に組み込む。アンテナのループは開口によって途切れ、開口はキャパシタによって橋渡しされ、デバイスは、開口の一方の側に位置付けられたアンテナの単一の点のみによりアンテナへ電気的に結合される信号処理手段を有する。
【０１０３】
シールドの本体内での渦電流形成を阻止することによって、ＥＭ信号の磁界成分の入射時に、シールドによって反対の磁界が誘導されない。磁界成分は、従って、そのような磁界によって相殺されず、磁界成分は、このようにしてシールドによって遮られない。
【０１０４】
このようにして、シールドは電界成分を遮りながら磁界成分を通し、検知される磁気誘導信号における電界ノイズを減らして信号対雑音比を改善する。
【０１０５】
本発明の実施形態は、誘導結合の原理において動作し、これによって、コイル又は配線は、時間変化する磁界にさらされることでそれにわたって電位差を誘導している。本発明の実施形態は、この原理を使用して、身体の近傍に配置されたループアンテナで発生した電流の特性の変化を検知することによって、媒質又は身体の領域内で生成された電磁信号の強さを測定する。好適な例では、コイルのインダクタンスの変化が検知され、ここで、これらの変化は、例えば、コイル回路の共振特性の変化に基づき検出される。
【０１０６】
実施形態において、ループアンテナは、身体内に放射される電磁励起信号に応答して身体によって放射される電磁信号を検知するために使用される。有利な例では、返された電磁信号を検知するのと同じコイルアンテナが、励起信号を生成するために使用されてよい。
【０１０７】
この原理は、図１で概略的に表されている。図１は、電磁信号１６が対象の胸部１２内に伝播するように、ループアンテナ１０が胸部１２に近接して交流により駆動されることを一例として示す。
【０１０８】
結果として、渦電流１４が胸部内で誘導される。渦電流は、必然的に、ファラデーの誘導の法則により現れ、これによって、起電力（ＥＭＦ）が、時間変化する磁界の存在に応答して導電媒質において誘導される。
【０１０９】
渦電流は、次に、１次アンテナ１０によって生成されたのと等価な周波数の時間変化する磁束１８の発生をもたらす。これらの磁束は、アンテナ１０で検知され得る電磁波（信号）１８の伝播をもたらす。
【０１１０】
有利な例に従って、システムは、生理的パラメータ及び特性、例えば、対象の身体内の空気、流体及び／又は組織の動き、を検知するために使用されてよい。システムは、有利なことに、例えば、呼吸運動を検知するために特に適用されてよい。
【０１１１】
これらの例において、システムは、空気、流体及び／又は組織の動き（例えば、呼吸又は心臓の拍動によって引き起こされる。）によって引き起こされる信号の反射インダクタンスの変調を検知することによって、これらの動きを検知する。
【０１１２】
明らかなように、身体内の組織の動きは、組織の容量の変化を含むことができる。これらの変調は、電磁信号の振幅及び／又は位相変調を引き起こす。
【０１１３】
変調された電磁信号は、対象の身体内に放射される電磁励起信号に応答して身体によって放射される。組織、空気又は流体が動くか又は膨張及び収縮すると、媒質内で生成される渦電流は、形状及び形態を変化させ、結果として、返されたＥＭ信号の変調をもたらす。これは、身体の表面下の動き及び変化の検知を可能にする。
【０１１４】
磁界は、電界よりも深く身体内に侵入し、よって、磁界は、身体内のより深くでの特性の変化を測定するために使用可能であり、一方、電界は、皮膚の表面上での特性の変化、例えば、皮膚の誘電率を測定するために使用可能である。このように、アンテナ１０及び生成される電磁励起信号の特性は、望ましくは、アンテナが磁気信号（電磁信号の磁気成分）に最も敏感であり、電気信号にはほとんど敏感でないように、すなわち、放射される電磁信号の磁界挙動が電界挙動よりも優勢であるように、構成される。
【０１１５】
従って、本発明の実施形態は、磁界の通過を可能にしながら、電界に対するアンテナのシールド可能にする新しいシールドアプローチを提供する。
【０１１６】
シールド概念がこれより説明される。
【０１１７】
コイル又はアンテナの周りの電磁界は、近距離領域及び遠距離領域によって特徴付けられる。近距離領域は、通常は、２πで除された１波長λ（λ／２π）の距離によって定義される。４００ＭＨｚ（以下で記載されるために特定の実施形態に従って使用される好ましい値範囲内にある。）の比較的に高い周波数の電磁信号の場合に、これは、０．１２ｍの距離に対応する。従って、検査されるべき身体の約０．１２ｍ内でアンテナが保持されるよう意図される場合に、近距離領域は、唯一の関心領域である。そのような距離は、例えば、装着型センサなどの、身体上の検知用途の場合である。近距離領域における材料特性の変化（すなわち、局所的な血液量の変動）は、通常は、ループインピーダンスの変化として見られ得る。この変化するインピーダンスは、位相ロックループを使用するなど、いくつかの方法で測定可能である。
【０１１８】
例えば、特定の有利な実施形態に従うバイタルサインの検知を含め、材料特性のそのような変化の誘導検知を可能にするよう、上述されたように、生体組織の表面電荷により（静電誘導により）生じる好ましくない電界の検出を抑制することが有利である。これらの電界は、それらが身体又は媒質の表面下にある物質に関する情報を運ばないということで（それらが身体表面から生じるということで）、不要である。しかし、それらはまた、（内部特性に関する情報を運ぶ）に身体内の渦電流１４よって誘導される起電力を支配する。
【０１１９】
静電誘導は、例えば、生体検知の場合に、生体組織の比誘電率が１よりもずっと大きい約εｒ＝〜７０であるから、容易に起こる。
【０１２０】
全くシールドされていないアンテナは、比較的に高い電界インピーダンス（すなわち、磁界成分に対する横方向の電界成分の高い比率）を有して電磁界信号を出力する。対照的に、シールドされているアンテナは、電界インピーダンスが比較的に低い（すなわち、横方向の磁界成分に対応する横方向の電界成分の比率が低い）信号を出力する。これは図２に表されている。図２は、２つの電磁界（ライン２０で表される一方は、シールド無しアンテナによって生成され、ライン２２で表されるもう一方は、シールド有りアンテナによって生成される。）についてアンテナからの距離（波長によって正規化される。）（ｘ軸：λによって除された距離、単位メートル）の関数として電界インピーダンス（ｙ軸）を示す。
【０１２１】
シールド無しアンテナ信号２０の高電界成分は、静電誘導を引き起こす。その上、シールド無しアンテナは、結果として現れる不要な反射電界に敏感である。対照的に、シールド有りアンテナの低インピーダンス電界は、ほとんど静電誘導を生じさせず、信号の戻り電界成分に対して敏感でない。
【０１２２】
本発明の実施形態に従う、例となる磁気誘導検知デバイスが、図３に示されている。
【０１２３】
デバイス３０は、単巻き線ループを有するループアンテナ１０を有する。アンテナは開口によって途切れており、開口３２はキャパシタ３４によって橋渡しされている。キャパシタは、アンテナ回路を所望の共振周波数に同調させるように選択されてよい。
【０１２４】
アンテナ１０は、電磁シールド３６要素によって同軸上に囲まれている。シールドは、シールド機能を提供する外側導電殻又は壁を有し、アンテナを囲む管状要素を形成する。外側導電殻は、シールドの導体を形成する。外側導電壁とアンテナとの間には、誘電（すなわち、絶縁）材料３８があり、誘電材料３８はまた、アンテナ及び外殻を固定位置関係で機械的に固定するようにも働く。
【０１２５】
シールドは、このようにしてファラデーシールドを提供する。ギャップ４０がシールドの円周に形成され、ギャップは、シールド円周の外側から内側へシールド本体を通って放射状に延在する。
【０１２６】
シールド３６はこのようにして、それを通って形成されたギャップが、アンテナ１０のループの円周を横切るように整列されるように、構成される。ギャップは、この場合に、ギャップによって露出されたアンテナループの部分を円周方向に囲む。
【０１２７】
シールド３６はこのようにして、アンテナから放射される電磁信号及びアンテナへ進む電磁信号がシールドによって遮られるように、アンテナ１０に対して配置される。
【０１２８】
電磁信号の電界成分がシールド３６に入射すると、電界は、シールドの本体３８内の電荷と相互作用する。この相互作用は、電界を短くし、それらの更なる伝播を妨げる。
【０１２９】
電磁信号の磁界成分がシールド３６に入射すると、振動磁束は、シールド３６の外壁の導電材料内に電流誘導効果を有している。通常、これは、シールド本体の表面で循環する渦電流の形成として現れ、次いで、反対方向の磁界を生成し、入射磁界成分を相殺する。しかし、非導電ギャップ４０のシールド本体における存在が、そのような渦電流の形成を妨げる。従って、シールドは磁界成分の通過を妨げない。
【０１３０】
全体的な効果は、シールドが、磁界成分を通過させながら、入射電磁信号の電界成分を遮ることである。よって、アンテナ１０で受信される信号における電界ノイズは低減され、磁気誘導検知デバイスの信号対雑音比は改善される。
【０１３１】
図３の特定の例は、アンテナへ結合されたキャパシタを有するが、キャパシタは、発明概念にとって必須ではない。
【０１３２】
デバイスは、信号処理回路又はマイクロプロセッサ又はマイクロコントローラのような、アンテナで受信された電磁信号を処理する信号処理手段を更に有してよい。代替的に、アンテナは、外部の信号処理手段へ結合されるよう構成されてもよい。
【０１３３】
いずれの場合にも、図３の例に従って、信号処理手段は、接続同軸配線４２によりアンテナ１０へ電気的に結合される。同軸配線４２の内部導体は、アンテナループにおける開口３２の一方の側（１つのウィング）に位置する単一の点５４によってのみアンテナへ接続される。同軸配線の外部導体は、箱４８を介してシールド３６へ電気的に接続される。然るに、信号処理手段は、アンテナへゆるく結合されているだけであり、これは、信号処理手段に過度に負荷をかけることを有利に回避する。
【０１３４】
デバイス３０は、アンテナループの副部分４６を囲むように配置されているシールドボックスの形で２次シールド要素４８を更に有する。シールドボックスは、電磁信号の通過を遮るよう導電材料から形成される。従って、シールドボックスはファラデーシールドを形成する。
【０１３５】
シールドボックスの外壁は、同軸シールド３６へ電気的に接続され、空気によってアンテナ１０から隔てられている。
【０１３６】
シールドボックスは、橋渡しキャパシタ３４、及びアンテナ１０のループへの（配線４２を介した）信号処理手段の接続点の両方を囲む。よって、デバイスのこれらの構成要素を囲むより電磁的に安定した環境が設けられる。
【０１３７】
シールドにおける非導電ギャップの位置は、最適に磁界のバランスをとるように変更され得る。
【０１３８】
使用中、アンテナ１０及びシールド３６の配置は、関心のある媒質又は身体に近接して保持される。電磁励起信号は、（図１を参照して上述されたように）渦電流１４の形成を刺激するよう身体内に伝播され、そして、デバイスのアンテナは、その励起に応答して身体から放出される電磁信号の磁界成分と誘導結合する。シールド３６は、（非導電ギャップ４０により）信号の電界成分の通過を遮り、磁界成分の通過を許す。よって、アンテナは、磁気信号と誘導結合することができる。
【０１３９】
次いで、信号処理手段が、刺激された身体又は媒質に関する情報を得るために、受信された信号を処理する。信号処理手段は、受信された信号を検知するためにアンテナ１０のループのインダクタンスを解析するよう構成されてよい。
【０１４０】
アンテナループ１０及びキャパシタは、固有共振周波数を有する共振回路を形成する。ギャップ４０を有するシールド３６も固有共振周波数を有する。望ましくは、シールドの共振周波数は、アンテナ及びキャパシタから成る回路の共振周波数よりも高い。ギャップ（４０）は、望ましくは、アンテナ及びキャパシタの共振周波数よりもシールドの共振周波数を高いままとしながら、可能な限り小さくされ得る。
【０１４１】
好適な実施形態において、検知システムのアンテナ１０は、身体又は媒質内に伝播される電磁励起信号を生成するとともに、渦電流の形成により媒質から返される電磁信号を検知する。
【０１４２】
これを達成するよう、デバイス３０は、電磁励起信号を生成するようアンテナを駆動する信号発生手段を更に有してよい。信号発生手段は、例えば、アンテナからの電磁放射の発生を促すために交流又は他の周期電流をアンテナ１０のループに流すよう構成されたドライバユニットを有してよい。信号発生手段は、例えば、アンテナを駆動する発振器を有してよい。
【０１４３】
信号処理及び発生方法は、以下に更に詳細に記載される。
【０１４４】
ループアンテナ１０は、望ましくは、安定した電磁環境を生み出すよう、比較的に高い周波数（例えば、約０．１から１ＧＨｚ）で駆動される。
【０１４５】
アンテナ１０の巻数は、巻線間の容量効果を最小限にするよう、望ましくは小さく保たれる。図３の例となるデバイスは、巻数が１のみであるアンテナを特徴とするが、これは必須ではなく、アンテナは、他の例ではより多くの巻数であってもよい。
【０１４６】
アンテナにわたる電流分布を可能な限り均一に保つことが望ましい。ループにわたる電流分布は、ループの円周が入射電磁信号（及びアンテナがこのように使用される場合に、放射される電磁励起信号）の波長の約１／１０よりも小さいという条件で、おおよそ均一であると考えられ得る。
【０１４７】
同調されたアンテナ１０の回路の共振は、誘導ループ１０と橋渡しキャパシタ３４（及び、更には、アンテナ１０とシールド３６との間の（比較的により低い）キャパシタンス）との間で起こる。ループのインダクタンスはループ円周に依存する。
【０１４８】
本発明の１つ以上の実施形態に従う磁気誘導検知デバイスの第２の例が、図４に示されている。この例となるデバイス３０は、図３の例の同軸管状構造と対照的に、偏平構造を有している。これは、例えば、装着可能な用途に適したものになる。
【０１４９】
デバイス３０は、プレート要素、特に、平面接地プレート、の形でシールド３６を有する。プレート要素は、シールドの導体を形成する。接地プレートは、プレートの端５２からおおよそプレート中心点へ内方に延在するスロットの形をしたギャップ４０を特徴とする。この例におけるギャップは、シールドの端５２に向かって幅が狭い部分と、シールドの中央に向かって幅が広い部分とを有している。なお、他の例では、スロットは、その長さの全体に沿って一様な幅を有してもよい。
【０１５０】
単一の矩形同調ループの形をしたループアンテナ１０は、同一平面上でシールド３６の上に配置されて設けられ、これら２つは、例えば、数十マイクロメートルの大きさの小さな隙間によって離されている。シールドはこのようにして、シールドの一方の平面側に面して配置されている。ループは、導電性最上層とともに配置された固体非導電担体によって形成される。この例におけるループは、ループを画定するよう矩形環境に延在する。なお、他の例では、ループは、任意の環状形状、例えば、円形又は楕円形のような曲線的な形状であってもよい。
【０１５１】
アンテナループ１０の導電性最上層は、薄い平らな導電性フォイルの形をとってよい。
【０１５２】
接地プレート３６は、ギャップ４０がアンテナ１０のループの円周を横切って配列されるように配置される。
【０１５３】
図３の例で見られたように、アンテナ１０のループは、キャパシタ３４によって橋渡しされる開口で途切れている。キャパシタは、アンテナ回路を所望の共振周波数に同調させるように選択され得る。
【０１５４】
アンテナ１０は、同軸配線４２の外部導体によって提供される同軸フィードラインを介して接地プレート３６へ結合される。シールドに対する外部導体の接地フィード点は、点５４によって概略的に示されている。同軸配線４２の内部導体は、接続点４４によってアンテナループ１０の導電性上層へ電気的に接続される。同軸配線は、検知された信号を解析するための及び／又は発信励起信号の生成を駆動するための信号処理及び／又は発生手段への接続を提供する。
【０１５５】
信号プロセッサ又は信号発生手段に対するアンテナ１０のインピーダンス整合を最適化するよう、接地接続５４の位置は変更され得る。電圧−電流関係は、アンテナループの長さに沿って変化し、このようにして接続の電気的特性が調整されることを可能にする。特に、アンテナは、キャパシタ３４までの距離とともに変化する共振周波数でのインピーダンスを有している。インピーダンスは、距離が増すにつれて低下する。
【０１５６】
アンテナ１０は、絶縁又は誘電体層５１によって接地シールド３６から絶縁される。
【０１５７】
図３の検知デバイスとは対照的に、図４の例は、アンテナの一方の平らな面に配置された平らな平面シールドを有する平面アンテナを提供する。驚くべきことに、この配置におけるシールドは、アンテナを完全に囲む同軸シールドと２次シールドボックス４８との両方を有する図３配置と同じくらいそのシールド機能において有効であることが実験及びシミュレーションを通じて見出された。これは特に、アンテナループの非導電性担体トラックの厚さが小さい場合、例えば、数ミリメートルの場合である。
【０１５８】
使用中に、配置３０は、シールドがアンテナと検査される身体との間に、すなわち、アンテナと検査下の身体との間の伝播経路に配置されるように、保持される。シールドは、磁界成分が通ることを可能にしながら、発信及び入来する電磁信号の電界成分の伝播を遮る。
【０１５９】
シールド３６は図４の例では矩形プレートの形をとるが、これは単なる一例である。更なる例では、シールド及びアンテナ１０のうちの一方又は両方は、シールド３６におけるギャップ４０がアンテナ１０の円周を横切るように整列されるという条件で、例えば、代わりに円形であってもよい。
【０１６０】
構造は、例えば、一般に使用されている製造技術を用いて印刷回路基板（ＰＣＢ）材料から有利に形成されてもよい。
【０１６１】
更なる例に従って、図４の配置は、接地されたプレートシールド３６とアンテナ１０との間に設けられた更なる結合キャパシタを含むよう構成されてもよい。
【０１６２】
この変形例は図５に示されている。この例のデバイス３０は、シールド接地プレート３６とアンテナ１０とを電気的に結合するよう設けられている追加の同調キャパシタ５８を有する点を除いて、図４の例と全ての点において同じである。
【０１６３】
（シールドとアンテナとの間の接続点５４の位置を調整することに加えて、）キャパシタは、接地プレートシールド３６とアンテナ１０との間のインピーダンス整合を最適化する更なる手段を提供する。キャパシタンスを調整することによって、インピーダンス整合は最適化され得る。
【０１６４】
図５の平らな、シールドされたアンテナデバイス３０は、研究室で試験されている。デバイスは、プレートシールドによって提供される制御された電磁環境により、よりずっと安定した検知挙動を提供することが示された。
【０１６５】
様々なバイタルサインを測定することにおけるデバイスの性能が試験された。検出された信号強度は、既知のシールド無しアンテナと比較して大いに改善された。
【０１６６】
得られた結果の例は図６及び７に示されている。図６は、対象の胸部に近接して図５の検知デバイスを置くことによって対象の心拍及び呼吸の測定について取得された信号を示す。得られた信号は、時間（ｘ軸，秒）に応じたアンテナの正規化されたループインダクタンス（ｙ軸）の変化として示されている。それは特に、人の心拍及び呼吸を測定するアンテナループの正規化されたインダクタンスに変換されたアンテナインピーダンスの正規化された虚数部分を示す。
【０１６７】
図７は、対象の胸部に近接して配置された図５の検知デバイスを用いて対象の心拍及び呼吸を測定した場合に得られた信号を示す。アンテナは、対象の身体内に伝播される励起信号を生成するよう２３０ＭＨｚの周波数で駆動された。信号は、アンテナの正規化された抵抗、すなわち、アンテナインピーダンスの正規化された実数部分（ｙ軸）の変化を時間（ｘ軸，秒）の関数として示す。
【０１６８】
更なる例としての検知デバイスは図８に示されている。配置は、図４のそれと同様である。デバイス３０は、接地プレートの形でシールド３６を有する。ループアンテナ１０は、絶縁（すなわち、誘電）材料を充填され得る小さな隙間によってそれから離されているシールド３６の上に同一平面で配置されている。この例では、アンテナとシールドとの間のスペースは１ｍｍである。
【０１６９】
ギャップ４０は、シールドプレート３６の端から内側に、シールドプレートの中心点を通って延在する挟スロットの形で、シールド３６に設けられている。この例におけるスロットは、幅が１ｍｍメートルであり、長さが２５ミリメートルである。
【０１７０】
この例におけるループアンテナは、３５ミリメートル×３５ミリメートル（コアライン）の全体外形寸法を有し、環境アンテナループの幅は５ミリメートルである。
【０１７１】
全ての寸法は単に例示であり、他の例では、異なる寸法及び距離が使用されてよい。
【０１７２】
ループアンテナ１０は２つの開口で途切れており、開口の夫々は、各々のキャパシタ３４、３５によって橋渡しされている。キャパシタは、システムを共振させるためにアンテナ回路の同調を可能にする。本例では、キャパシタは、アンテナシステムの総キャパシタンスが３から１５ピコファラッドになるように設けられた。
【０１７３】
アンテナのループは、望ましくは、アンテナによって生成される電磁信号、又はアンテナによって受信される信号の波長よりも相当に短い。図８の特定の例では、円周は、利用されるＥＭ放射の波長の４分の１の長さで設けられた。
【０１７４】
任意の実施形態に従って、検知デバイスは、次の方法で作動され得る。
【０１７５】
アンテナの同調キャパシタ３４は、電気的に結合されたアンテナ１０と組み合わせて、共振器回路を形成する。共振器の固有共振周波数は、キャパシタのキャパシタンスを選択することによってセットされ得る。共振器は、振動電流により共振器を励起することによって、身体内に伝播する電磁励起信号を生成するよう制御され得る。共振器を励起することは、信号発生手段（例えば、発振器の形をとる。）によって実行される。共振器回路が励起されると、それはその固有周波数で共振する（すなわち、共振電流が、アンテナとキャパシタとの間を行き来するように確立される。）。これは、共振器が共振している周波数と等しい周波数を有する電磁波（励起信号）の発生を駆動する。従って、キャパシタンスを適切に選択することによって、励起信号の周波数はセットされ得る。
【０１７６】
身体から戻る電磁信号は、信号処理手段により信号を解析することによって検知され得る。特に、信号処理手段は、共振器回路の固有周波数及び／又は共振器回路の減衰パラメータの変化を検出するよう構成されてよい。そのような変化の大きさは、共振器回路の離調をもたらすインダクタンスの余分の成分（反射インダクタンス）を戻り信号が与えるということで、戻り信号の強さを示す指標となる。
【０１７７】
検知デバイスの有利な実施形態は、望ましくは、円周が生成及び検知される電磁信号の信号波長よりも有意に小さい（例えば、約４分の１波長に等しい。）ループアンテナを有する。望ましくは、構造全体を共振させる１つ以上の直列キャパシタも設けられる。これは、代替的に、他の電気部品（の組み合わせ）によって達成され得る。
【０１７８】
シミュレーションが、図４、５及び８の平坦なプレートシールドの変形例の挙動を試験するために実行されている。それらは、アンテナ配置の底面（シールド有り）側及びアンテナ配置の正面（シールド無し）側における電界及び磁界挙動を試験した。底面シールド有り側は、ギャップ４０により、非常に強い磁界挙動を示し、電界の働きがほとんど測定されないことが分かった。上面シールド無し側は、磁界挙動がより弱く、若干の弱い電界挙動も確認された。従って、シールドが電界成分を遮るとともに、電磁信号の磁界成分を強めることは明らかである。
【０１７９】
本発明の任意の実施形態に従って、ギャップ４０の寸法は、必要条件に従って選択可能である。ギャップの幅が広ければ広いほど、入来する磁気信号に対するアンテナの感度はますます高くなる。これは、シールド内での渦電流の形成に対する阻止効果が高められるからである。しかし、同時に、より広いギャップは、ギャップを通って伝播することができる電界成分に対するアンテナの感度も高める。これは好ましくない。より狭いギャップは、電界成分の遮断を改善するが、信号の磁界成分に対する感度をわずかに低下させる。これは、（入来する磁界に対抗する）渦電流がシールド内で形成する可能性が高くなるからである。
【０１８０】
しかし、ほとんどの場合において、電界成分は、磁気感度のわずかな低下よりも信号強度に対する障害になるということで、幅が狭いギャップを設けることが好ましい。
【０１８１】
特に、アンテナのシールドに関して、本発明の実施形態によって提供される検知デバイスの例の主な特徴が上述された。
【０１８２】
本発明の如何なる実施形態も、信号処理を助ける付随する回路を設けられてよい。特定の実施形態は、身体内に伝播する電磁励起信号を生成するためにアンテナの駆動を助ける回路を更に有してよい。
【０１８３】
説明のために、一例となる磁気誘導検知デバイスのための回路が、図９に概略的に表されている。示されている回路は、信号処理手段及び信号発生手段の両方を含む。なお、更なる例では、信号発生手段又は信号処理手段のうちの一方のみが、代わりに、アンテナとともに分離して設けられてもよい。
【０１８４】
デバイス３０は、キャパシタと電気的に結合されている単巻きループアンテナ１０を有する。この組み合わされた配置は、コイル共振器として知られている。アンテナは、身体内に伝播する電磁振動又は信号を生成するとともに、励起信号に応答して身体から返される（又は反射される）電磁信号と誘導結合する。
【０１８５】
アンテナ１０は、アンテナへ又はアンテナから伝播する電磁信号をインターセプトする遮断シールド３６によって囲まれている。シールド配置は、先に又は以下で記載されているか、又は本願のいずれかの請求項で定義されている例又は実施形態のうちのいずれかに従ってよい。シールドは、例えば、図４、５及び８の例で見られるような平面シート要素であってよく、あるいは、例えば、図３の例で見られるような同軸シールド要素であってよい。
【０１８６】
ループアンテナ１０は、電磁励起信号を生成するために共振器（アンテナ１０及びキャパシタ回路）を励起するよう使用において構成される信号発生手段６２へ電気的に結合されている。本例に従って、信号発生手段は、振動電流でアンテナ１０を励起するよう構成される発振器であり、刺激されるべき身体内への伝播のために正弦電磁信号（正弦電磁波）が生成されるようにする。
【０１８７】
アンテナ１０は更に、アンテナで受信された電磁信号を処理する信号処理ユニットの形をとる信号処理手段（‘Ｓｉｇ  Ｐｒｏｃ．’）６４へ電気的に結合されている。図９では、信号処理手段は、信号発生手段６２を介してアンテナへ接続されるよう示されている。しかし、これは必須ではなく、アンテナ及び信号処理手段は独立して接続されてもよい。
【０１８８】
信号発生手段６２及び信号処理手段６４は、例えば、単一のユニットによって容易にされてもよい。特定の例に従って、これらの要素の両方の機能は、共振器を励起する発振器と、受信信号を検知するインピーダンス測定手段とを含むベクトル・ネットワーク・アナライザ（Vector  Network  Analyzer）によって容易にされる。
【０１８９】
信号処理ユニット６４は、アンテナ１０で受信された応答信号の特性を解析する。特に、信号処理ユニットは、共振器回路の減衰係数及び／又は共振器回路の固有周波数の変化の程度を得るよう、受信された信号を処理し得る。電磁信号がアンテナで受信される場合に、それらは、共振器回路の特性を離調し、これは、受信された信号が測定されることを可能にする。
【０１９０】
システム３０は、システムの構成要素を制御するマイクロコントローラ（‘ＭＰＵ’）６６を更に有する。例えば、マイクロコントローラは、アンテナを駆動する際に信号発生手段６２によって実装される特定の駆動スキーム、及び／又は信号処理手段６４によって実装される特定の解析プロセスを制御してよく、且つ／あるいは、駆動動作及び解析動作のシーケンスを制御してよい。なお、マイクロコントローラは任意である。
【０１９１】
マイクロコントローラと外部コンピュータ又はデータストアのような外部デバイスとの間の通信を助けるデータ通信手段（図９に図示せず。）が更に設けられてもよい。これは、信号処理手段によって導出された信号処理結果を外部コンピュータへ送ることを助けることができる。それはまた、コンピュータのような外部制御手段からマイクロコントローラ６６への制御コマンドの通信を助けることもできる。
【０１９２】
データ通信手段は、無線通信手段又は有線通信手段を有してよい。通信手段は、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、Ｗｉ−Ｆｉ、近距離通信（ＮＦＣ）、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）、又は何らかの適切な有線通信プロトコルのような、何らかの適切な通信プロトコル又は媒体に従って実装又は動作してよい。
【０１９３】
使用中に、アンテナ１０は、関心のある身体又は媒質に近接して保持され、シールドがアンテナと身体との間の伝播経路に配置され、アンテナは、電磁励起信号を生成するよう信号発生手段６２によって励起される。
【０１９４】
有利な例に従って、デバイスは、生理的パラメータ及び特性、例えば、対象の身体内の空気、流体及び／又は組織の動き、を検知するために使用されてよい。システムは、有利なことに、例えば、呼吸運動を検知するために特に適用されてよい。
【０１９５】
これらの例において、システムは、空気、流体及び／又は組織の動き（例えば、呼吸又は心臓の拍動によって引き起こされる。）によって引き起こされる信号の反射インダクタンスの変調を検知することによって、これらの動きを検知する。
【０１９６】
明らかなように、身体内の組織の動きは、組織の導電及び誘電特性に加えて、組織の局所領域の容量の変化を含むことができる。これらの変調は、電磁信号の振幅及び／又は位相変調を引き起こす。
【０１９７】
変調された電磁信号は、対象の身体内に伝播される電磁励起信号に応答して身体によって放射される。上述され、且つ、図１に表されたように、電磁励起信号は、磁気誘導、すなわち、外部磁界１６の印加による組織内の渦電流１４の発生を引き起こし、そして、この渦電流／電磁信号は、対象内の空気、流体及び／又は組織の動きによって変調される。
【０１９８】
電磁励起信号は、共振器（アンテナ１０及び結合されたキャパシタを有する。）によって生成され、（誘導渦電流によって引き起こされる）反射電磁信号は、同じアンテナによって検知される。この電磁励起信号は、信号発生手段６２によって共振器を励起することを通じて生成される。共振器回路は、その固有周波数で共振し（すなわち、共振電流が、キャパシタとアンテナとの間で行き来するよう確立されることになる。）、それによって、この周波数で電磁励起信号が発生する。固有周波数は、キャパシタのキャパシタンスを選択することによってセットされ得る。
【０１９９】
信号発生手段６２は、ラジアル周波数ωを有する電磁励起信号を生成するためにアンテナ１０を駆動するよう構成されてよい。アンテナを駆動することは、ωに等しい周波数を有している電流でアンテナを駆動し、それによって周波数ωのＥＭ信号を生成することを有してよい。電流は、交流であっても又は別なふうに周期的（例えば、パルス）であってもよい。
【０２００】
アンテナを駆動することは、代替的に、自励発振器（すなわち、固定又は強制振動周波数によらないもの）を用いて単に共振器を励起することを有してもよい。共振器回路は、その場合に、その固有周波数で振動する。
【０２０１】
ひと組の有利な例に従って、デバイス３０は、０．０２５から０．５０の正規化されたラジアル周波数ω＾＝ω／ωｒｅｆの電磁励起信号を生成するよう構成されてよく、ここで、ωｒｅｆ＝２πｃ／ｌ及びｃ＝光速であり、ｌは、アンテナループの円周長さである。念のため、ｃ＝３×１０８ｍ／ｓ。
【０２０２】
正規化されたラジアル周波数ω＾は、アンテナの円周長さｌと、アンテナ１０が共振するラジアル周波数ωとの両方に依存する。従って、これらの例におけるアンテナ、キャパシタ、及び／又は信号発生手段６２は、所与の範囲内に入る正規化されたラジアル周波数の励起信号を実現するよう一緒に構成され得る。特に、キャパシタは、アンテナ回路の共振周波数をセットするよう選択されてよく、それによってωがセットされ、アンテナは、円周長さｌをセットするよう選択されてよい。
【０２０３】
例えば、固定の円周長さｌのアンテナの場合に、これは、アンテナ回路がω＝０，０１２５ｌ／πｃからω＝０．２５ｌ／πｃの間の周波数で共振又は振動するよう構成又は制御されることを必要とする。
【０２０４】
半径ａの環状ループアンテナの場合に、ｌは当然に２πａと等しい。
【０２０５】
この周波数範囲内でアンテナを駆動することは、測定される磁気信号の信号対雑音比を大いに改善することが分かった。これは、本発明者らによって行われた研究の重大な問題を通じて発見された。
【０２０６】
特に、検知される電磁信号の求められる信号対雑音比の強度における重要な決定要因は、コイルインダクタンスの（正規化された）反射成分Ｌｒの強さであることが本発明者らによって見出された。
【０２０７】
アンテナ１０のコイルが身体又は媒質に近づけられると、コイルのインダクタンスＬは、励起信号の印加の結果として刺激された身体内で渦電流が誘導されること（図１に関して上述された。）により生じる追加の反射インダクタンス成分Ｌｒを獲得する。渦電流は、次に、アンテナが駆動されているのと等価な周波数の時間変化する磁束１８の発生をそれら自体がもたらすので、ループアンテナ１０のインダクタンスに有効に寄与する。これらの渦電流束は、アンテナの１次磁束と結合し、アンテナでのより大きい誘導逆ＥＭＦ、ひいては、より大きい測定可能な実行インダクタンスをもたらす。アンテナでの反射インダクタンスの大きさは、検査されている身体から受信される電磁信号の強さに関係がある。
【０２０８】
多数の計算モデルを通して、本発明者らは、パラメータω＾＝ω／ωｒｅｆが、測定される特性（又は正規化）反射インダクタンスＬ＾ｒの強さの最も強い決定要因であることを見出した。ここで、
【数２】
0006862558.tif 000003
【０２０９】
図１０は、媒質から一定の特性距離
【数３】
0006862558.tif 000004
で、一定の特性導電率
【数４】
0006862558.tif 000005
（ここで、ε＝誘電率）及び一定の非誘電率εｒ＝５０により、一定の半径ａの単巻き（Ｎ＝１）コイルを使用した均質媒質の電磁刺激の計算モデリングの結果を示す。結果は、ω＾＝ω／ωｒｅｆが変化する場合の特性反射インダクタンス
【数５】
0006862558.tif 000006
の強さの変動を示す。
【０２１０】
図１０のグラフから、ω＾に対するＬ＾ｒのこの単純な均質モデルにおける強い依存性が存在することが分かる。これは更に、パラメータｈ＾、ａ、σ＾又はεｒのいずれかに対するＬ＾ｒの最も強い依存性であることが分かった。
【０２１１】
この強い依存性は、より複雑なモデルでも再現されることが分かった。
【０２１２】
図１１は、むき出しの肺を表すよう構成されたモデルについて、ω＾の関数として、Ｌ＾ｒに対する計算モデリングの結果を示す。むき出しの肺（bare  lung）とは、実際にそれを取り囲む脂肪、筋肉又は骨のいずれの層からも分離された肺自体を意味する。このモデルに関して、膨張時の肺と収縮時の肺との間の特性反射インダクタンスの変化ΔＬ＾ｒ（ΔＬ＾ｒ＝Ｌｒ（膨張）−Ｌｒ（収縮））は、ω＾の関数としてモデル化された。Ｌ＾ｒのこの変化は、それが肺機能の特性の決定を可能にするので、重要な生理的パラメータである。
【０２１３】
ω＾に応じたΔＬ＾ｒの変動は、１０ｍｍから１００ｍｍまでの範囲に及ぶ５つの異なる半径ａの単巻きループアンテナについてモデル化された。個々のライン７０〜７８が、異なる半径サイズに対応してグラフ上に示されており、ラインごとの半径サイズは、グラフ内の記号表によって示されている。
【０２１４】
ω＾に対するΔＬ＾ｒの強い依存性が存在することが分かり、先と同じく、ω＾は、ΔＬ＾ｒが最も強く依存するパラメータであることが分かった。
【０２１５】
励起信号に応答して身体から受信されｒ電磁信号の処理は、多数の方法で実行され得る。
【０２１６】
第１の組の実施形態に従って、信号処理手段は、位相ロックループによって実装されてよい。この実施形態の組に従って使用され得る位相ロックループ回路の例は、図１２に示されている。
【０２１７】
この実施形態では、位相ロックループ（ＰＬＬ）が、共振器（アンテナ１０及びキャパシタを有する。）を駆動するために使用され、ＰＬＬのための制御信号は、対象の身体内の空気、流体及び／又は組織の動きを表す出力信号を供給する。従って、図１２の回路は、図９の例となるシステムの信号発生手段６２及び信号処理手段６４の両方の機能性を実装する。
【０２１８】
図１２は、共振器のための信号発生及び処理回路８０を示し、基準発振器８１と、基準発振器８１へ接続され且つアナログ制御信号（Ｖｔｕｎｅとして知られる。）を電圧制御発振器（ＶＣＯ）８４へ出力するＰＬＬ８２とを有する。Ｖｔｕｎｅ信号は、基準発振器８１からの信号とＶＣＯ８４からの信号との比較の結果である。ＰＬＬアナログ制御信号に応答して、ＶＣＯ８４は、所要の周波数で励起信号を生成し、これを共振器へ供給し、それにより、共振器のアンテナ１０は電磁励起信号を放射する。上述されたように、電磁励起信号は、対象の身体内で渦電流を誘導し、これらの渦電流は、アンテナ１０によって検知される磁束を誘導する。この生成された磁束は、（先に詳細に説明されたように）アンテナコイルのインダクタンスに含まれる反射インダクタンス成分Ｌｒをもたらす。これは、コイルの特性、特に、コイルの固有周波数及び減衰係数、の離調により検知され得る。
【０２１９】
励起信号は、フィードバックループの部分としてＰＬＬ８２へも供給される。ＰＬＬ８２からのアナログ制御信号は、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）８６へも供給される。ＡＤＣ８６は、アナログ制御信号をデジタル信号に変換し、このデジタル信号はコントローラ８８へ供給される。コントローラ８８は、ＰＬＬ８２のためのデジタル制御信号を決定し、これをＰＬＬ８２へ供給する。当業者は承知しているように、ＰＬＬシステムにおいて、ＶＣＯ８４の位相が基準発振器８１の位相と異なる場合に、デジタル制御信号がＶＣＯ位相を補正する。
【０２２０】
身体における空気、流体及び／又は組織の動きは、（反射インダクタンスのために）アンテナ１０の特性を有効に離調し、デジタル制御信号は、この離調に対抗し、ＶＣＯ８４の位相を補正する。従って、デジタル制御信号は、空気、流体及び／又は組織の動きに関する情報を運び、コントローラ８８は、対象の身体内の空気、流体又は組織の動きに関する情報を表す又は含むデジタル制御信号から、出力信号９０を決定する。たとえこの出力信号９０が実際の位相及び振幅の情報を運ばないとしても、生理的特性（例えば、心拍、呼吸数）は明らかに観測可能である。
【０２２１】
ＶＣＯ８４を所要の周波数に保つのに必要とされる補正信号Ｖｔｕｎｅは、対象の身体内の空気、流体及び／又は組織の動きによる振幅及び／又は位相シフトを測定するために使用される。位相シフトは、振幅変化に対して優勢である傾向がある。ＰＬＬ補正信号（アナログＰＬＬ補正信号から導出される、コントローラ８８によって出力されるデジタル制御信号）は、出力信号９０を決定するために使用される。例えば、出力信号９０は、信号対雑音比を改善するよう適切なフィルタリング及び／又はダウンサンプリングを伴ったデジタル制御信号に対応することができる。
【０２２２】
従って、出力信号は、補正信号において反映される共振器の固有共振周波数の変化に基づき導出される、受信電磁信号を表す信号を運ぶ。
【０２２３】
実施形態の更なる組に従って、アンテナ１０からの検知信号が最初に、それらを異なる周波数の更なる基準振動信号と混合し、そして、差動周波数を通すフィルタを適用することによって、それらの周波数を低下させるよう処理される代替の信号処理手段が実装される。これは、その後の信号処理がよりずっと低い周波数範囲で実行されることを可能にして、エネルギ消費及び必要とされる処理出力を低減する。
【０２２４】
特に、システムのエネルギ消費及び必要とされる処理出力を低減するよう、信号処理は、望ましくは、デジタル領域で実行される。デジタル分周器及びカウンタは、動作周波数と比例した電流を引き込む。従って、電力を更に節約するために、それは、アンテナ１０が電磁励起信号を生成するために駆動され且つ身体から戻る信号も振動している周波数に近い第２基準振動周波数を使用することによって、デジタルシステムにおいて周波数を下げるのを助ける。戻された高周波電磁信号（通常は約４００〜５００ＭＨｚにある。）を、その周波数とは異なるが近い周波数を有する他の信号（例えば、ＥＭ測定周波数の±５０ＭＨｚにある。）と混合し、差動周波数（すなわち、ｆｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ−ｆｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）を通すローパスフィルタを適用することによって、信号処理（例えば、デジタルカウンタ）は、よりずっと低い周波数範囲で実行可能であり、エネルギ消費及び必要とされる処理出力を低減する。
【０２２５】
この処理スキームの一例は、関連する処理回路を示す図１３に表されている。
【０２２６】
システムは、関心のある身体（例えば、対象の身体）内に伝播する電磁励起信号を生成するようアンテナ１０を駆動する励起信号を生成する第１発振器（‘Ｏｓｃ１’）９４へ結合されているアンテナ１０を有する。応答として身体から放出される電磁信号は、誘導結合によってアンテナ１０で受信され、結果として得られる信号は、周波数ｆ１を有してアンテナから出力される。第２（基準）発振器（‘Ｏｓｃ２’）９６は、ｆ１の周波数に近い第２周波数ｆ２（例えば、ｆ２＝０．８×ｆ１からｆ２＝１．２×ｆ１の間（すなわち、ｆ１の±１０％〜２０％内）にある。）の振動信号を生成する。
【０２２７】
ミキサ（‘Ｍｉｘ’）９８は、２つの周波数ｆ１及びｆ２を混合し、ローパスフィルタ（‘ＬＰＦ’）１００は次いで、差動周波数（すなわち、ｆ１−ｆ２）を通す。
【０２２８】
結果として得られる差動周波数信号は次いで、身体から受信された信号の特性を導出する更なる処理コンポーネント、例えば、図１３の例では、カウンタ（‘Ｃｏｕｎｔ．’）１０２へ送られる。
【０２２９】
図１３の例では、第１発振器９４は、システム３０の信号発生手段６２（図９を参照。）の機能を実行し、図示されている残りのコンポーネントは、システムの信号処理手段６４の機能を実行する。
【０２３０】
１つ以上の例に従って、システムは、第２測定アンテナを有してよく、これは、アンテナを駆動する関連する発振器を備え、この第２発振器は、処理回路において基準発振器として使用される。２つの測定アンテナの使用は、例えば、身体の２つの異なる部分、例えば、肺の２つの部分の検査を可能にし得る。これは、異常性に対してより高い感度を達成しながら、２つの部分及び領域の差動測定を可能にし得る。２つのアンテナの使用はまた、測定信号の増幅及び動きアーチファクトの抑制も可能にする。
【０２３１】
一例が図１４に示されている。
【０２３２】
第１アンテナ１０ａ及び第２アンテナ１０ｂは夫々、各々の周波数ｆ１及びｆ２でアンテナを駆動する関連する発振器（夫々発振器９４及び発振器９５）と接続されている。なお、周波数ｆ１及びｆ２は、異なるが互いに近く、例えば、互いの±１０％から２０％の間にある。生成された電磁励起信号に応答してアンテナの夫々で受信される電磁信号も各々の周波数ｆ１及びｆ２にあり、それらは、ミキサ９８によって互いと混合され、ローパスフィルタ１００を適用される。ローパスフィルタ１００は差動周波数を通すよう構成される。この信号は、更なる信号処理要素、例えば、カウンタ１０２へ次いで転送される。
【０２３３】
デュアルアンテナ実施形態の１つの特定の実施は、図１５に概略的に表されている。配置は、下に横たわるＰＣＢの異なる端部で２つのアンテナ１０ａ、１０ｂを有する。夫々のアンテナは、各々の発振器（夫々発振器９４及び発振器９５）へ接続されている。２つの信号を混合するミキサ９８が設けられている。フィルタ及び更なる処理手段（例えば、カウンタ）は図示されていない。２つのアンテナは、同じＰＣＢ構造の部分であり、部品担体として同時に機能する。
【０２３４】
配置は、保護を提供する全面シールド１０６によって覆われている。なお、シールドは任意である。
【０２３５】
この設計は、主に磁界を発生させる。このような、２つの発振器を備えたシステムにおいて、両方の発振器は互いに結合する（すなわち、発振器プリング（oscillator  pulling））。実験で求められた最小周波数差（ｆ１−ｆ２）は１１ＭＨｚであった。図１５に表されている配置では、実装される差は２８ＭＨｚであった。
【０２３６】
ミキサ９８（例えば、デュアルゲートＭＯＳＦＥＴ）は、電流、よって電力をセーブするよう、上述されたようにフィルタを適用する前に、測定信号搬送波をより低い（又はより高い）周波数と混合する。結果として現れる周波数信号は次いで、情報、例えば、バイタルサインのような生理学的情報を得るために使用される。
【０２３７】
ループ及びギャップ／スリット構成のような代替のアンテナ設計が、更なる例では代替的に使用されてよい。
【０２３８】
コイル及びエレクトロニクスは、有利なことに全てがＰＣＢ材料で作られてよい。しかし、当業者に明らかであるような他の適切な材料も使用されてよい。
【０２３９】
この処理アプローチの全ての例で、結果は、通常は＞２００ＭＨｚのＲＦ測定周波数が〜５０ＭＨｚの周波数、すなわち、２つの混合される周波数ｆ１及びｆ２の間の差、まで下げられることである。そのような周波数の信号は、マイクロコントローラ及びマイクロプロセッサによって容易に扱われ得る。そのような信号は、例えば、マイクロコントローラカウンタ入力によって直接扱われ得る。
【０２４０】
このようにして、ＲＦ位相ロックループ（ＰＬＬ）システム及びデジタル分周器のような、比較的にエネルギ消費が高い要素の使用は回避される。システムは、然るに、必要とする電流が著しく低い。
【０２４１】
代替的に、低周波位相ロックループ（ＰＬＬ）を伴ったミキサ及びフィルタ配置の使用は、たとえ引き換えに電力消費が高くなったとしても、システムの品質を改善するために実装され得る。
【０２４２】
この実施形態の組の更なる利点は、混合が分解能の損失をもたらさないことである。対照的に、デジタル分周器の使用は、そのような損失をもたらす。ダウンミックスされた２８ＭＨｚ信号での検知信号変調（先に提示された図１５を例とする。）は、より高い周波数（例えば、４０５ＭＨｚ）での変調と振幅が同じである（相対利得が同じである。）。
【０２４３】
生理的に変調された２８ＭＨｚ信号は次いで、低電流処理要素、例えば、マイクロコントローラの周波数カウンタのカウンタ入力、へ出力される。
【０２４４】
マイクロコントローラは、通常身体で起こる範囲での周波数シフトを数えることができるカウンタ入力を有して広く利用可能である。
【０２４５】
周波数混合及びフィルタリングの使用は、デジタルカウンタと組み合わせて、安価なシステムで、例えば、心拍及び呼吸を含むバイタルサインのような生理的パラメータの測定を可能にする。アンテナ、発振器、及びミキサは、例えば、全てがＰＣＢに組み込まれてよい。フレキシブル回路技術（例えば、フレックス−リジッド技術）がまた、コンポーネント及びシステム全体のサイズ及びコストを更に下げるために使用されてよい。
【０２４６】
アンテナごとに１ｍＡ電流（これは、同様に実行するデジタルシステムより少なくとも１０倍少ない電流である。）を引き込む試験システムが構築された（更に最適化され得る。）。
【０２４７】
先に提示された全ての周波数は、単なる例である。
【０２４８】
図１６は、図１４又は１５のデュアルアンテナ実施形態の場合において、身体の検査による周波数の測定されたシフトを示す。グラフ（ａ）は、アンテナが任意の身体又は媒質から離されているときの２つの公称周波数ｆ１及びｆ２を示す。
【０２４９】
グラフ（ｂ）は、アンテナが対象の皮膚に近づけられるときの周波数のシフトを示す。両方の周波数が、５Ｈｚの同じ等しい量で増大する。
【０２５０】
グラフ（ｃ）は、身体の励起中の周波数のシフトを示す。身体の励起の間、反射インダクタンス寄与が存在する。ここで、異なる量による周波数シフトは、異なる身体領域が２つのアンテナによって検索されることの異なる変調効果による。
【０２５１】
上記の混合及びフィルタリング処理アプローチの更なる実施形態が図１７に示されている。この実施形態に従って、混合及びフィルタリングステップは遠隔で実行される。検知システム３０自体は、データ収集しか実行しない。収集された信号データは、遠隔のコンピュータ又はコントローラ又はプロセッサ１１４へ送られる。システムは、収集された信号データを遠隔のコンピュータ１１４へ送るデータ通信要素１１０及びバッテリ又は他の遠隔電源（図示せず。）とともに、２つのアンテナ１０ａ、１０ｂ及び２つの関連する発振器９４、９５しか有さない。
【０２５２】
遠隔のコンピュータ１１４は、信号データを検知システム３０から受けるデータ通信ユニット１１６と、ミキサ及びフィルタを有し、データ処理する更なる処理ユニットへ送るために差動周波数信号を導出する処理ユニット１１８とを有する。
【０２５３】
この実施形態は、局所ハードウェア要件を最小限としながら、電力消費量の低減という利点を維持する。システムの局所検知プローブ部分は、処理小さいフォームファクタを有して、より一層低い電力消費量で作られ得る。
【０２５４】
局所検知システム３０と遠隔処理部１１４との間のデータ通信は、無線通信チャネル、例えば、Ｗｉ−Ｆｉ、ＲＦ通信、ＺｉｇＢｅｅ、ＮＦＣ又は他のあらゆる無線プロトコル若しくはチャネルによって有利に実装され得る。数メートルの無線通信距離は、容易に達成可能であり、これは、ほとんどの用途にとってシステムを大いに実用的なものとする。
【０２５５】
局所検知システム部分３０は、１つ以上の例に従って、身体への都合の良い適用のために絆創膏に組み込まれてよい。これは、この遠隔処理の例で実現可能な非常に小さいフォームファクタにより達成可能である。
【０２５６】
遠隔処理部１１４は、１つ以上の例に従ってソフトウェア定義ラジオ（Software  Defined  Radio）（ＳＤＲ）システムにおいて実装されてよい。
【０２５７】
磁界を生成又は誘導的に測定するシステムはしばしば、無限小の接続配線で、磁界を発生させ又は受けるための無限小のループとして理論上モデル化される。しかし、現実世界の適用では、近距離で人体から小信号を測定しようとするときに、測定のシステムの全ての構成要素における寄生効果の挙動は、測定を決定づける可能性がある。従って、そのような効果を抑制することが、信号対雑音比を改善するために重要である。本発明の実施形態は、そのような電磁界抑制を助ける様々な手段を提供してきた。
【０２５８】
本発明のシールド有りアンテナデバイスは、様々な応用の余地がある。
【０２５９】
一般に、システムは、振動磁界の印加に応答して渦電流が形成する能力があるあらゆる身体又は物体の内部特性を調べるために使用され得る。システムは、動的な内部、すなわち、構成部品又は部分が動いたり又はサイズを変えたりする内部を有するシステムを調べることにとって特に有用であり得る。そのような変化及び動きは、検知信号において検出可能な変調を引き起こし、測定及び他の解析を可能にするからである。
【０２６０】
特に有利な応用分野の１つは、人又は動物の身体を調べる分野である。システムは、身体内の流体（例えば、血液）の空気の動きの、又は例えば、心臓、肺若しくは血管のような臓器若しくは管の膨張若しくは収縮の測定又は他の解析を可能にする。
【０２６１】
本発明の如何なる実施形態も、ひと組の例に従って、バイタルサインを測定することに有利に適用され得る。これは、例えば、心拍、脈拍、呼吸容量及び呼吸数を含む。
【０２６２】
技術は、例えば、バイタルサイン監視のために使用される小型のウェラブル構造に有利に組み込まれてもよい。技術はまた、装着可能な胎児監視及び目立たない新生児監視のために使用され得る。
【０２６３】
構造は、磁気センサ（絆創）膏に組み込まれるほど十分に薄いリジッド又はフレキシブルＰＣＢ材料において作られ得る。
【０２６４】
任意の実施形態に従って、デバイスは、生理的パラメータ及び特性、例えば、対象の身体、例えば、人体における空気、流体及び／又は組織の動きを検知するために使用されてよい。システムは、例えば、呼吸運動を検知するために特に有利に適用され得る。
【０２６５】
これらの例において、システムは、空気、流体及び／又は組織の動き（例えば、呼吸又は心臓の拍動によって引き起こされる。）によって引き起こされる信号の反射インダクタンスの変調を検知することによって、これらの動きを検知する。
【０２６６】
開示される実施形態に対する他の変形例は、図面、本開示、及び添付の特許請求の範囲の検討から、請求される発明を実施する際に当業者によって理解及び達成され得る。特許請求の範囲で、語「有する」（comprising）は、他の要素又はステップを除外せず、不定冠詞（a又はan）は、複数を除外しない。特定の手段が相互に異なる従属請求項で挙げられているという単なる事実は、それらの手段の組み合わせが有利に使用され得ないことを示すものではない。特許請求の範囲中の如何なる参照符号も、適用範囲を制限すると解釈されるべきではない。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６（ａ）】
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【図１６（ｂ）】
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【図１６（ｃ）】
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【図１７】
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