特表 2022-554091 体内の刺激を測定するための感知ユニット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-12-28

(54)【発明の名称】体内の刺激を測定するための感知ユニット

(51)【国際特許分類】

   A61B 8/00 20060101AFI20221221BHJP

   G08C 19/00 20060101ALI20221221BHJP

【ＦＩ】

A61B8/00

G08C19/00 V

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022523289

(86)(22)【出願日】2020-10-21

(85)【翻訳文提出日】2022-04-19

(86)【国際出願番号】 EP2020079642

(87)【国際公開番号】W WO2021083767

(87)【国際公開日】2021-05-06

(31)【優先権主張番号】19205586.1

(32)【優先日】2019-10-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】590000248

【氏名又は名称】コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ

【氏名又は名称原語表記】Ｋｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｎ．Ｖ．

【住所又は居所原語表記】Ｈｉｇｈ Ｔｅｃｈ Ｃａｍｐｕｓ ５２， ５６５６ ＡＧ Ｅｉｎｄｈｏｖｅｎ，Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ

(74)【代理人】

【識別番号】100122769

【弁理士】

【氏名又は名称】笛田 秀仙

(74)【代理人】

【識別番号】100163809

【弁理士】

【氏名又は名称】五十嵐 貴裕

(72)【発明者】

【氏名】ヴィッサー コルネリス ジェラルドゥス

(72)【発明者】

【氏名】ドーデマン ジェラルドゥス ヨハネス ニコラース

(72)【発明者】

【氏名】クライネン マーク ペーター ポール

(72)【発明者】

【氏名】ファン ペルト イェロエン

【テーマコード（参考）】

2F073

4C601

【Ｆターム（参考）】

2F073AB14

2F073BB04

2F073BC01

2F073CC02

2F073CD01

2F073DD01

2F073FG01

2F073FG02

2F073GG01

2F073GG02

2F073GG07

2F073GG09

4C601EE09

4C601EE12

4C601FF06

4C601GA20

4C601GA28

(57)【要約】

体内で使用するための感知ユニットは、伝送線の遠位端に接続し、伝送線から受信されたキャリア信号を反射するための可変インピーダンス回路を有する。可変インピーダンス回路は、印加電圧に対して非線形に変化するインピーダンスを有する可変インピーダンスコンポーネントと、刺激に応答して電圧を生成するセンサと、可変インピーダンスコンポーネントに対して電圧バイアスを生成するための電圧バイアスシステムとを有する。電圧バイアスは、センサからの電圧変化が、可変インピーダンスコンポーネントのインピーダンスを非線形に変化させるように、可変インピーダンスコンポーネントの動作点を設定する。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

伝送線の遠位端に接続し、前記伝送線の近位端から受信された信号を反射するための可変インピーダンス回路を有する、体内で使用するための感知ユニットにおいて、
印加電圧に対して非線形に変化するインピーダンスを有する可変インピーダンスコンポーネントと、
刺激に応答して前記可変インピーダンスコンポーネントに印加するための電圧を生成し、それによって前記可変インピーダンスコンポーネントのインピーダンスを変更するためのセンサと、
前記可変インピーダンスコンポーネントの電圧動作点を設定するために前記可変インピーダンスコンポーネントに印加するための信号からＤＣバイアス電圧を生成するための電圧バイアスシステムと、
を有する、感知ユニット。

【請求項2】

前記可変インピーダンスコンポーネント、前記センサ及び前記電圧バイアスシステムが、並列に接続される、請求項１に記載の感知ユニット。

【請求項3】

前記可変インピーダンスコンポーネントが、ダイオードを有し、前記電圧バイアスシステムが、前記伝送線から受信された前記信号からＤＣ電圧を生成するためのＤＣ電圧ハーベスタを有する、請求項２に記載の感知ユニット。

【請求項4】

前記ＤＣ電圧が、前記ダイオードの閾値電圧を下回る、請求項３に記載の感知ユニット。

【請求項5】

前記刺激は、超音波信号であり、前記センサは、前記超音波信号を検出するための圧電材料である、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の感知ユニット。

【請求項6】

前記刺激は、電磁場であり、前記センサは、前記電磁場を検出するためのものである、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の感知ユニット。

【請求項7】

前記刺激は、身体によって生成される生理学的信号である、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の感知ユニット。

【請求項8】

近位端及び遠位端を有する伝送線と、
前記伝送線の遠位端における請求項１乃至７のいずれか１項に記載の感知ユニットと、
前記伝送線の近位端における信号発生器と、
前記可変インピーダンス回路からの反射信号を検出するための信号検出器と、
を有する、感知システム。

【請求項9】

前記伝送線が、ガイドワイヤである、請求項８に記載の感知システム。

【請求項10】

近位端及び遠位端を有する伝送線と、
前記伝送線の遠位端における請求項１乃至６のいずれか１項に記載の感知ユニットと、
前記伝送線の近位端における信号発生器と、
前記可変インピーダンス回路からの反射信号を検出するための信号検出器と、
既知のタイミングを有する前記刺激を生成するための外部信号発生器と、
前記刺激のタイミング及び前記検出された反射信号のタイミングに基づいて、前記感知ユニットの位置を検出するための位置検出システムと、
を有する、感知システム。

【請求項11】

前記外部信号発生器が、超音波プローブである、請求項１０に記載の感知システム。

【請求項12】

伝送線の遠位端におけるセンサユニットにおいて信号を受信するステップと、
印加電圧に対して非線形に変化するインピーダンスを有する可変インピーダンスコンポーネントに対して前記信号からＤＣバイアス電圧を生成するステップであって、それによって前記可変インピーダンスコンポーネントの電圧動作点を設定する、ステップと、
前記センサユニットにおいて感知される刺激を受信するステップと、
前記刺激に応答して電圧を生成するために前記センサユニットを使用するステップと、
前記生成された電圧を前記可変インピーダンスコンポーネントに印加するステップであって、それによって前記可変インピーダンスコンポーネントのインピーダンスを変更する、ステップと、
前記伝送線から受信された信号を前記可変インピーダンスコンポーネントにおいて反射するステップと、
前記反射信号を検出するステップと、
を有する、感知方法。

【請求項13】

前記バイアス電圧を生成するステップは、前記伝送線から受信された前記信号からＤＣ電圧をハーベスティングすることを有する、請求項１２に記載の感知方法。

【請求項14】

既知のタイミングで前記刺激を生成するステップと、
前記刺激のタイミング及び前記検出された反射信号のタイミングに基づいて前記感知ユニットの位置を検出するステップと、
を有する、請求項１２又は１３に記載の方法。

【請求項15】

処理システム上で実行される場合に、請求項１４に記載の方法における、前記刺激の生成及び前記感知ユニットの位置の検出を実施するためのコード手段を有するコンピュータプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、体内の刺激を測定するためのセンサ回路及びセンサ回路を動作させるための方法に関し、より具体的には、体内のバイアスされたセンサ回路の分野に関する。

【背景技術】

【0002】

ガイドワイヤのような低侵襲体内処置は、直接的に見られることができないので、方向付けることが困難である可能性がある。

【0003】

針の先端の撮像情報を得るための既知の方法は、針の先端にある超音波ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン又はポリ二フッ化ビニリデン）センサを使用して針の先端を視覚化することである。このセンサは、箔スタックの一部として針に取り付けられる。

【0004】

ＰＶＤＦセンサ信号の読み出しは、針に沿って延びる薄い金属ワイヤと、コネクタの近位側でのガルバニック接続との相互接続を介して行われる。センサ信号は小さいが、良好な信号対雑音比（ＳＮＲ）は、読み出し回路（例えば、差動電荷増幅器）の適切な設計と遮蔽によって得られることができる。ＳＮＲを改善する一つの解決策は、はるかに高い信号を発生するジルコニウムチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）センサを用いることである。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記の解決策に伴う問題は、ガイドワイヤに使用される場合に生じる。ガイドワイヤを通る長いワイヤは、複雑かつ高価である。増加された長さは、増加されたキャパシタンス及び抵抗率による信号劣化につながる可能性があり、ＳＮＲにマイナスの影響を与える。信号の完全性は、電磁干渉によって更に影響を受ける可能性がある。ガイドワイヤを通る長いワイヤは、製造において複雑であり、追加のコストにつながる。また、システムに電気的に接続するためのコネクタは、比較的高価な部品であり、臨床ワークフローを妨げる。

【0006】

国際公開第２０１８／１６２３６１号パンフレットには、いわゆる単線式ＲＦ共振器の概念が、この状況を改善するために開示されている。ここで、バラクタダイオード及びＰＶＤＦセンサは、共振回路の一部である。共振モードでは、バラクタダイオードにわたる電圧が、増加され、より深い変調及びより良いＳＮＲをもたらす。読み出しは、単一のガイドワイヤを使用することによって達成される。欠点は、このような共振器の固定周波数及び寸法を含む。これらの寸法は、ガイドワイヤにおける一体化を複雑にする。

【0007】

ＷＯ２０１８／１６２２８５は、第１及び第２の周波数成分がセンサに送達されるガイドワイヤベースの感知システムを開示し、センサの非線形要素が、相互変調生成物を生成する。

【0008】

したがって、ガイドワイヤと容易に一体化されることができ、長いガイドワイヤと一体化される場合に良好なＳＮＲを提供し、かつ多様な周波数を測定することができる感知ユニットが必要とされている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明は、請求項により規定される。

【0010】

本発明の一態様による例によれば、伝送線から受信された信号を反射するために、伝送線の遠位端に接続するための可変インピーダンス回路を有する、体内で使用するための感知ユニットが、提供され、可変インピーダンス回路は、
印加電圧に対して非線形に変化するインピーダンスを有する可変インピーダンスコンポーネントと、
可変インピーダンスコンポーネントに印加するための電圧を、刺激に応じて生成し、それによって可変インピーダンスコンポーネントのインピーダンスを変化させるセンサと、
可変インピーダンスコンポーネントの電圧動作点を設定するための可変インピーダンスコンポーネントのためのバイアス電圧を生成するための電圧バイアスシステムと、
を有する。

【0011】

ユニットは、伝送線から受信された信号を反射することによって動作する。信号は、可変インピーダンス回路のインピーダンスに依存する振幅を有する可変インピーダンス回路から反射する。この反射は、その後、外部検出器によって検出されることができる。可変インピーダンスコンポーネントは、電圧が印加される場合に非線形に変化するインピーダンスを有する。例えば、より高い電圧が印加される場合、インピーダンスの差動変化は、より大きくなる。刺激は、インピーダンスを変調する電圧を生成する。電圧バイアスシステムは、回路内に電圧バイアスを作り出し、それによって、回路の動作点を設定し、可変インピーダンスコンポーネントのインピーダンスのより大きな変化が、刺激によって引き起こされ、したがって、改善された信号対雑音比を与える。

【0012】

電圧バイアスシステムは、例えば、可変インピーダンスコンポーネントに印可するために、キャリア信号からＤＣバイアス電圧を生成するためのものである。

【0013】

可変インピーダンスコンポーネント、センサ及び電圧バイアスシステムは、並列に接続されてもよい。

【0014】

可変インピーダンスコンポーネントは、ダイオードを有してもよく、電圧バイアスシステムは、伝送線から受信された信号からＤＣ電圧を生成するためのＤＣ電圧ハーベスタを有してもよい。ダイオードは、そのインピーダンスが伝導帯の直前の印加電圧によって急峻に変化するので、可変インピーダンスコンポーネントとして使用されることができる。

【0015】

ＤＣ電圧は、ダイオードの閾値電圧を下回ってもよい。

【0016】

刺激は、超音波信号であってもよく、センサは、超音波信号を検出するための圧電材料であってもよい。これは、例えば、超音波撮像フィールドを使用して、介入処置中の介入ツールの位置検出に使用されてもよい。

【0017】

代わりに、刺激は、電磁場であってもよく、センサは、電磁場を検出するためのものであってもよい。電磁場は、例えば、マイクロ波、電波、赤外光、可視光、紫外光又はＸ線を有してもよい。

【0018】

刺激は、代わりに、身体によって生成される生理学的信号であってもよい。例は、温度又は圧力である。したがって、感知ユニットは、身体モニタリングに使用されてもよく、又は位置検出に使用されてもよい。

【0019】

本発明は、また、感知システムを提供し、感知システムは、
近位端及び遠位端を有する伝送線と、
伝送線の遠位端における感知ユニットと、
伝送線の近位端における信号発生器と、
可変インピーダンス回路からの反射信号を検出するための信号検出器と、
を有する。信号検出器は、例えば、伝送線に容量結合される。

【0020】

伝送線は、ガイドワイヤであってもよい。例えば、刺激に対するセンサ応答が体内で測定される必要がある場合、感知システムは、ガイドワイヤの端部に取り付けられることができ、ガイドワイヤは、伝送線として使用される。この例では、他の装置は、信号を伝送するためにガイドワイヤ上に必要とされず、従って、測定の複雑さを低減する。

【0021】

本発明は、また、
近位端及び遠位端を有する伝送線と、
伝送線の遠位端における感知ユニットと、
伝送線の近位端における信号生成器と、
可変インピーダンス回路からの反射信号を検出するための信号検出器と、
既知のタイミングで刺激を生成するための外部信号発生器と、
刺激のタイミング及び検出された反射信号のタイミングに基づいて、感知ユニットの位置を検出するための位置検出システムと、
を有する感知システムを提供する。

【0022】

外部信号発生器は、超音波プローブであってもよい。

【0023】

本発明は、また、身体内で刺激を感知するための方法を提供し、方法は、
伝送線の遠位端におけるセンサユニットにおいて信号を受信するステップと、
印加電圧に対して非線形に変化するインピーダンスを有する可変インピーダンスコンポーネントのためのバイアス電圧を生成するステップであって、これにより可変インピーダンスコンポーネントの電圧動作点を設定する、ステップと、
センサユニットにおいて感知される刺激を受信するステップと、
刺激に応答して電圧を生成するようにセンサユニットを使用するステップと、
生成された電圧を可変インピーダンスコンポーネントに印加するステップであって、これにより可変インピーダンスコンポーネントのインピーダンスを変更する、ステップと、
可変インピーダンスコンポーネントにおいて伝送線から受信された信号を反射するステップと、
反射信号を検出するステップと、
を有する。

【0024】

刺激は、身体によって生成される信号（例えば、温度又は圧力）であってもよく、又は身体に送達される刺激、例えば、撮像場であってもよい。

【0025】

バイアス電圧を生成することは、伝送線から受信された信号からＤＣ電圧をハーベスティングすることを有してもよい。

【0026】

本発明は、また、
既知のタイミングで刺激を生成するステップと、
刺激のタイミング及び検出された反射信号のタイミングに基づいて感知ユニットの位置を検出するするステップと、
を有する感知ユニットの位置を検出するための方法を提供する。

【0027】

本発明は、また、プログラムが処理システム上で実行されるとき、刺激の生成と、感知ユニットの位置の検出とを実行するためのコード手段を有するコンピュータプログラムを提供する。

【0028】

本発明のこれら及び他の態様は、以下に記載される実施形態から明らかになり、これを参照して説明される。

【0029】

本発明をより良く理解するため、及び本発明がどのように実施されるかをより明確に示すために、単なる例として、添付の図面が参照される。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1】感知ユニットの概略的表現を示す。

【図2A】ダイオード及びＤＣ電圧ハーベスタを含む、ガイドワイヤに取り付けられた感知ユニットのための２つの可能な回路図を示す。

【図2B】ダイオード及びＤＣ電圧ハーベスタを含む、ガイドワイヤに取り付けられた感知ユニットのための２つの可能な回路図を示す。

【図3A】ダイオードのキャパシタンスがバイアス電圧によってどのように変化するかを示すグラフを示す。

【図3B】ダイオードのキャパシタンスがバイアス電圧によってどのように変化するかを示すグラフを示す。

【図3C】ダイオードのキャパシタンスがバイアス電圧によってどのように変化するかを示すグラフを示す。

【図4A】伝送線を介して転送される前後の反射信号を示すグラフである。

【図4B】伝送線を介して転送される前後の反射信号を示すグラフである。

【図5A】体内の管腔内のガイドワイヤの遠位端において感知ユニットを有するガイドワイヤ、及び体外の外部信号発生器を示す。

【図5B】体内の管腔内のガイドワイヤの遠位端において感知ユニットを有するガイドワイヤ、及び体外の外部信号発生器を示す。

【図6A】血管内の局所圧力の変化を見つけるために使用される感知ユニットを有するガイドワイヤを示す。

【図6B】血管内の局所圧力の変化を見つけるために使用される感知ユニットを有するガイドワイヤを示す。

【図7A】体内の針の深度を見つけるために使用されるプローブを示す。

【図7B】体内の針の深度を見つけるために使用されるプローブを示す。

【図8A】概念証明試験の回路及び概略図を示す。

【図8B】概念証明試験の回路及び概略図を示す。

【図9A】概念証明試験の結果を有するグラフを示す。

【図9B】概念証明試験の結果を有するグラフを示す。

【図9C】概念証明試験の結果を有するグラフを示す。

【発明を実施するための形態】

【0031】

本発明は、図面を参照して説明される。

【0032】

詳細な説明及び特定の例は、装置、システム及び方法の例示的な実施形態を示しているが、例示のみを目的としたものであり、本発明の範囲を限定することを意図したものではないことを理解されたい。本発明の装置、システム及び方法のこれら及び他の特徴、態様、及び利点は、以下の説明、添付の特許請求の範囲、及び添付の図面からより良く理解されるであろう。図面は、単に概略的なものであり、一定の縮尺で描かれていないことを理解されたい。また、同じ参照番号が、同じ又は類似の部分を示すために図面全体にわたって使用されることを理解されたい。

【0033】

本発明は、伝送線の遠位端に接続し、伝送線から受信されたキャリア信号を反射するための可変インピーダンス回路を有する、体内で使用するための感知ユニットを提供する。可変インピーダンス回路は、印加電圧に対して非線形に変化するインピーダンスを有する可変インピーダンスコンポーネントと、刺激に応答して電圧を生成するセンサと、可変インピーダンスコンポーネントに対して電圧バイアスを生成するための電圧バイアスシステムとを有する。電圧バイアスは、可変インピーダンスコンポーネントの動作点を設定し、センサからの電圧変化は、可変インピーダンスコンポーネントのインピーダンスを非線形に変化させる。

【0034】

図１は、感知ユニット１００の概略図を示す。それは、可変インピーダンスコンポーネント１０４と、センサ１０６と、電圧バイアスシステム１０８とを有する。伝送線１０２を介して伝達されるキャリア信号が、存在し、このキャリア信号は、感知ユニット１００から部分的に、又は完全に反射されるべきである。センサ１０６が刺激に遭遇すると、これは、電荷を作り出し、これが電圧差を作り出す。また、電圧バイアスシステム１０８は、電圧差を生成させる。電圧差の組み合わせは、可変インピーダンスコンポーネント１０４に印加される合計電圧である。

【0035】

特に、センサ１０６は、バイアスシステム１０８によってそれにかけられた電圧で動作し、この動作電圧に重畳される信号を生成する。例えば、それは、可変インピーダンスコンポーネントの自己キャパシタンス上に蓄積される電荷を生成し、それによって、可変インピーダンスコンポーネントの両端の電圧を変化させ、従って、インピーダンスを変化させる。

【0036】

次いで、印加された電圧は、コンポーネント１０４のインピーダンスを変化させ、次いで、感知ユニット１００の反射係数を変化させる。

【0037】

図２Ａ及び図２Ｂは、ダイオードのような可変インピーダンスコンポーネント１０４及び電圧バイアスシステム１０８、この例ではＤＣ電圧ハーベスタを含む、伝送線１０２に取り付けられた感知ユニットの回路図の例を示す。ＤＣバイアス電圧は、ＤＣ電圧ハーベスタ１０８によってキャリア信号からハーベスティングされる。電圧ハーベスタは、小さな電流を引き込み、ダイオード１０４を導通に近づけてバイアスする。キャリア信号は、ＲＦキャリア信号源２０２から伝送線１０２によって伝送される。センサ１０６、ダイオード１０４及びＤＣ電圧ハーベスタ１０８は、伝送線１０２の遠位端で並列に接続される。

【0038】

ＤＣ電圧ハーベスタ１０８は、ＤＣ電圧生成し、一方、センサ１０６は、ＡＣ電圧を生成する。センサ１０６からのＡＣ信号は、ＤＣ信号に重畳される。

【0039】

図２Ａは、単一のハーベスタダイオード２０３を有するＤＣ電圧ハーベスタ１０８を示す。電圧ハーベスタ回路は、いわゆるビラード回路である。ハーベスタダイオード２０３の上には、ハーベスタダイオードに並列なキャパシタ２０５に電荷として蓄積される、ＤＣ電圧が現れる。抵抗２０１を介して、このＤＣ電圧が、ダイオード１０４に結合される。

【0040】

図２Ｂは、いわゆるグライナッヘル回路を示す。ＤＣ電圧ハーベスタ回路は、ダイオード１０４がコンダクタンスにないので、負荷電流が存在しない間、電圧を提供する。グライナッヘル回路は、ハーベスタの下部にある水平キャパシタ２０５を充電する。垂直抵抗２０１は、コンダクタンスが現れるまで、ダイオード１０４をＤＣ電圧まで充電する。ＤＣ電圧ハーベスタ１０８回路は、キャリア信号から任意のＤＣ信号を除去するために、デカップリングキャパシタ２０９を有する。ハーベスタダイオード２０３ａ及び２０３ｂは、ＡＣ信号を整流して出力キャパシタ２０５を充電し、ＤＣバイアス電圧を生成する。高オーム抵抗器２０１が、可変インピーダンスコンポーネント１０４への電流の流れを減少させるために使用され、出力キャパシタ２０５が直ちに放電されないことを保証する。

【0041】

これら及び他の電圧ハーベスティング回路は、当業者に既知である。

【0042】

超音波センサは、センサ１０６として使用されることができ、介入装置の一部として伝送線１０２の遠位端に配置されることができる。この超音波センサ１０６は、典型的には圧電材料である。センサ材料は、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン又はポリ二フッ化ビニリデン、フルオロプライマ材料）及びＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛、無機材料）などの圧電材料である。

【0043】

信号は、変調された後方散乱を介してキャリア信号を変調する、言い換えればキャリア信号を反射することによって、伝送線１０２を介して転送される。後方散乱変調は、波の反射位置における可変キャパシタンスによって実行される。可変インピーダンスコンポーネント１０４は、ダイオードであることができ、圧電材料又はその近傍に配置され、超音波センサ１０６と電気的に接続されることができる。ダイオード１０４は、その電圧依存容量特性のために追加される。バイアス印可は、感知ユニット１００による振幅変調の深さを改善する。

【0044】

次いで、検出器２０４が、感知ユニット１００からの反射信号を読み取るのに使用されることができる。キャリア信号及び反射信号は、両方とも検出器２０４によって読み取られることになるので、検出された信号の何らかの処理が、反射信号のみを読み取るために必要とされる。これは、検出器２０４が信号生成器２０２からの信号を認識し、それが検出した全体の信号からそれを減算することができるように、信号生成器２０２及び検出器２０４の追加の結合を高機能同期検出器に加えることによって行われることができる。減算は、プロセッサによって行われてもよい。検出器２０４は、信号を検出するためにガルバニックコネクタを有してもよい。

【0045】

このキャリア信号は、広い周波数範囲を有することができる。異なる伝送線１０２は、異なる周波数に対して、減衰及び信号速度のような、異なる特性を有してもよい。キャリア信号は、繰り返しパルス、正弦波、方形波、及びそれらの任意の組み合わせなどの多くの信号タイプのうちの１つであることもできる。キャリア信号の周波数及びタイプは、最適な性能のために動的に選択されることができる。

【0046】

図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃは、ダイオード１０４のキャパシタンスがバイアス電圧によってどのように変化するかを示すグラフを示す。

【0047】

図３Ａは、バイアス電圧の関数としてのキャパシタンスを示す。

【0048】

刺激１１０がセンサ１０６に到達すると、電荷が生成され、センサ１０６は、ダイオード閾値電圧よりも小さい振幅を有する電圧源として作用する。この電圧ピークは、ダイオード１０４に供給され、その結果、キャパシタンスの短い持続時間の変化を生じる。キャパシタンスの変化は、電圧ピークの大きさ及びダイオード１０４の特性に依存する。

【0049】

図３Ｂでは、バイアス電圧が存在せず、その信号は、０Ｖにおける揺らぎとして受信される。センサ１０６からの電圧ピークは非常に小さいため、キャパシタンスの変化（ｄＣ／ｄＶ）は比較的小さく、その結果、小さい振幅及び貧弱なＳＮ比を持つ反射信号３０２を生じる。

【0050】

いわゆる単線ＲＦ共振器の概念が、この状況を改善するために国際公開第２０１８／１６２３６１号パンフレットに開示されている。ここで、ダイオード１０４及びセンサ１０６は、共振回路の一部である。共振モードでは、ダイオード上の電圧が増加され、より深い変調及びより良いＳＮ比をもたらす。これは、回路が構築された選択された共振周波数に対してのみ機能する。

【0051】

近年の洞察は、閾値電圧（ダイオード１０４が導通を開始するところ）の近傍にバイアスを印加する場合に、ダイオードキャパシタンス曲線の急峻性が、強く増加することを示唆している。図３Ａにおいて、ｄＣ／ｄＶ急峻性は、ダイオード１０４が導通を開始する０．４ボルトより大きいバイアス電圧において著しく増加する。

【0052】

図３Ｃは、５５０ｍＶのバイアスが印加される場合に、どのように、ダイオード１０４にわたる電圧の小さな変動が、曲線の急峻な部分において大幅に大きな反射信号３０２を発生させることができるかを示している。これは、より良いＳＮ比をもたらす、増加された変調深さと、反射信号３０２のより大きな振幅とをもたらす。

【0053】

ダイオード１０４の動作点は、閾値電圧の方向に押し込まれるが、導通には押し込まれない。５０μＡより小さい小さな漏れ電流は、許容可能であり、高オーム電圧源との平衡に寄与する。

【0054】

図４Ａ及び図４Ｂは、伝送線１０２を介して転送される前後の典型的な反射信号３０２を示すグラフである。図４Ａから分かるように、伝送線１０２を介して転送される前の、直接的に感知ユニット１００からの反射信号３０２は、電気ノイズが比較的ない。しかしながら、図４Ｂは、伝送線１０２によって搬送され、検出器２０４によって復調され、伝送損失を補償するために増幅された後の反射信号３０２が、比較的大量の電気ノイズを有することを示している。これは、伝送線１０２における熱雑音、及び近くの電気部品からの電磁干渉を含む多くの要因に起因し得る。電気的ノイズは、より小さな振幅を持つ信号を検出することを困難にし、ノイズから区別されることができる信号の精度を低下させる。伝送線１０２は、また、信号を減衰させ（長さにわたって振幅を減少させ）、これは、伝送線１０２の長さ及び電気的特性に依存する。図４Ｂに見られるように、反射信号３０２のピークは、図４Ａに示される、反射信号３０２が伝送線１０２を通って移動する前のピークよりも小さい値を有する。したがって、より大きな振幅を有する反射信号３０２が、より良いＳＮＲのために必要である。これは、電圧バイアスシステム１０８が可変インピーダンスコンポーネント１０４のインピーダンスの大幅に大きな変化を可能にするため、達成されることができる。

【0055】

図５Ａ及び図５Ｂは、体内の管腔の内側の、ガイドワイヤ５０２の遠位端における感知ユニット１００を有するガイドワイヤ５０２、及び体外の、プローブなどの外部信号発生器５０４を示す。

【0056】

キャリア信号は、伝送線１０２として作用するガイドワイヤ５０２に供給される。ガイドワイヤ５０２は、伝送線１０２として使用されるので、介入装置を通るワイヤは、必要とされない。感知ユニット１００のインピーダンスは、ガイドワイヤ５０２のインピーダンスにマッチされないので、キャリア信号の少なくとも一部が、反射される。

【0057】

感知ユニット１００内のセンサ１０６が、プローブ５０４から刺激１１０を受信する場合、これは、可変インピーダンスコンポーネント１０４のため、感知ユニット１００のインピーダンスを変化させる小さな電荷を生成する。感知ユニット１００のインピーダンスのこの変化は、結果として、反射信号３０２振幅の変化をもたらす。反射の変化は、振幅変調サイドバンドを発生する。反射信号３０２は、検出器２０４内のプロセッサによって、ガイドワイヤ５０２の近位端においてキャリア信号から区別されることができる。反射信号３０２は、センサ１０６によって作成された信号に関する情報を含む。センサ信号は、信号劣化及び干渉に対して大幅に低い感度を持つ、後方散乱位相変調信号に変換される。

【0058】

刺激１１０は、例えば、パルス場であることができ、パルス場の特性は、パルスが、規定された測定時間が識別されることを可能にするのに十分に短い持続時間を有するようなものである。パルスは、規則的に繰り返されてもよく、ここで、パルス繰返し率は、短時間での複数の測定を可能にする。

【0059】

パルス場は、超音波パルスなどの音響パルス、又はＸ線パルスなどの電磁パルスであることができる。

【0060】

感知ユニット１００は、既知のタイミング特性（すなわち、パルスのタイミングが既知である）を有する刺激１１０に応答して、ガイドワイヤ５０２内の信号を変調し、したがって、タイミング情報を反射信号３０２内に「符号化」するために設けられる。

【0061】

感知ユニット１００、したがってガイドワイヤ５０２の遠位端と、プローブ５０４ｄとの間の距離ｄは、放出されている刺激１１０と検出器２０４において測定されている反射信号３０２との間のタイミング差から、並びに刺激１１０が身体を通って移動する速度の情報から計算されることができる。放出される刺激１１０とキャリア信号を反射する感知ユニット１００との間の時間差は、刺激１１０が距離ｄを移動するのにかかる時間である。身体を通って移動する刺激１１０の速度が既知である場合、距離ｄが、計算されることができる。いつキャリア信号が反射されるかのタイミング情報は、既知ではないので、反射信号３０２がガイドワイヤ５０２を通って感知ユニット１００から検出器２０４に送信されるまでに、どれくらいの時間がかかるかを知ることが、必要であるかもしれない。次いで、この時間は、身体を通って移動する刺激１１０の正確な時間を有するために、放出されている刺激１１０と検出されている反射信号３０２との時間差から減算される。

【0062】

反射信号が感知ユニット１００から検出器２０４へ移動するのに要する時間は、異なるキャリア信号周波数を有するガイドワイヤ５０２の事前較正を通して得られることができる。これは、刺激１１０が身体を通って移動する時間が、反射信号３０２が感知ユニット１００から検出器２０４へ移動して処理されるのに要する時間と同様の大きさである場合にのみ必要である。

【0063】

ガイドワイヤ５０２上に多くの感知ユニット１００を含むことも可能であり、異なる周波数の超音波などの異なる刺激１１０、又は超音波及び電磁波などの異なる刺激１１０タイプを同時に感知する。これは、キャリア信号に様々な周波数を有し、各感知ユニット１００が異なる周波数又は周波数のセットを反射するように感知ユニット１００を準備することによって達成され得る。このようにして、反射信号３０２は、周波数、又は周波数のセットによって分離されることができ、各感知ユニット１００からの信号は、別々に処理される。感知ユニットは、ガイドワイヤ上の異なる既知の距離に配置されることができる。

【0064】

図６Ａ及び図６Ｂは、血管内の局所圧力の変化を見つけるために使用される感知ユニット１００を有するガイドワイヤ５０２を示す。この場合、感知ユニット１００は、局所血圧を感知するように準備されてもよい。局所血圧が急に変化する場合は、これは、血管の局所閉塞を示しうる。

【0065】

温度、心拍数、又は酸素レベルなどの他の体内生理学的信号を与える感知ユニット１００を有することも可能である。また、ガイドワイヤ５０２上に多くの感知ユニット１００を含み、異なる生理学的信号を一度に感知することも可能である。

【0066】

図７Ａ及び図７Ｂは、体内の針７０２の深度を見つけるために使用されるプローブ５０４を示す。感知ユニット１００は、体内の針先端７０２の深度を見つけるために、針７０２の遠位端に一体化されることができる。超音波プローブ５０４は、身体を通って移動する超音波を放射する。針７０２上の感知ユニット１００が超音波を感知する場合、それは、針７０２又は針７０２内のワイヤのいずれかを通って移動するキャリア波を反射する。次いで、反射波３０２は、針７０２の近位端において測定されることができる。超音波を放射するプローブ５０４と反射されているキャリア波との間にかかる時間は、超音波が身体を通って移動した時間である。超音波音波がどれだけ速く身体を通って移動することができるかの知識を用いて、プローブ５０４と感知ユニット１００との間の距離が、見出されることができ、したがって、針７０２が身体のどれだけ深くにあるかを知ることができる。

【0067】

図８Ａ及び図８Ｂは、概念証明試験の回路及び概略的表現を示す。いくつかの予備的試験が、バイアスダイオード概念を実証するために行われた。この実証のために、可変インピーダンスコンポーネント１０４は、バラクタダイオードであり、外部電圧源１０８（従来のラボ電源）でバイアスされた。バイアス線は、外部信号ピックアップを避けるために遮蔽された。７４３ＭＨｚのＲＦキャリアが、使用された。

【0068】

図８Ａは、電圧バイアスが印加された場合にダイオード１０４からの反射信号３０２の振幅がより大きいことを示すために使用される回路を示す。図８Ｂにおいて、感知ユニット１００は、水鉢内に配置され、超音波パルス１１０が、水を通って伝送された。

【0069】

図９Ａ、図９Ｂ及び図９Ｃは、概念証明試験の結果を有するグラフを示す。図９Ａは、電流バイアスが印加されていないときの反射信号３０２を示す。図９Ｂは、１μＡより小さいバイアス電流が印加された場合でも、反射信号３０２がより大きな振幅を有することを示し、図９Ｃは、４０μＡのバイアス電流に対する反射信号３０２の更に大きな振幅を示す。セットアップのノイズチェーンは特性化されず、バイアス電源１０８からの有意なノイズ寄与が遭遇されたが、これらの結果は、ＳＮＲにバイアスを使用することの正の効果を明確に示す。

【0070】

バラクタダイオードが、可変インピーダンスコンポーネント１０４として使用されてもよい。また、その導電帯の近くで動作する任意のダイオード（ショットキー、接合、バラクター、その他のダイオードタイプなど）を使用することも可能である。ダイオードは、最適な接合キャパシタンス及び高周波特性のために選択されることができる。

【0071】

感知ユニット１００の構成要素は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）に集積されることができる。ＡＳＩＣは、感知ユニット１００とガイドワイヤ５０２との一体化を比較的単純にするであろう。

【0072】

この概念を無線電力供給及び信号読み出しと組み合わせることも可能である。ガルバニックコネクタは、必要ではなく、反射信号３０２の読み出しは、容量性カプラを介して行われることができる。無線電力供給及び読み出しは、システムが制御されるシステムの近位端におけるコンポーネントを有することを回避するので、システムの使用を単純化することができる。

【0073】

ＲＦ発生器２０２のＲＦ周波数は、様々な要因を考慮して選択されるであろう。伝送線（例えば、ガイドワイヤ）は、ガイドワイヤ上のＲＦ発生器２０２の位置において一定で明確に規定されたインピーダンスを有していないので、ＲＦ発生器２０２の固定インピーダンスとガイドワイヤインピーダンスとの間に不整合が存在することになる。この時点でのガイドワイヤのインピーダンスは、中でもＲＦ周波数に依存する。

【0074】

ガイドワイヤは、典型的にはカテーテルをガイドするために使用される。しかしながら、伝送線は、単にセンサ線として使用されてもよく、次いで、より一般的にはガイドワイヤではなく、細長いワイヤと見なされてもよい。

【0075】

あるＲＦ周波数は、より良い効率を与え、他のＲＦ周波数は、ＲＦ発生器からガイドワイヤにＲＦキャリアを転送する際の非常に貧弱な効率を与える。ガイドワイヤに適切なＲＦキャリアレベルを注入するには、様々なオプションが存在する。

【0076】

第１のオプションは、効率が高い周波数を使用することである。この場合、周波数スイープが、適用されることができ、戻された変調信号の振幅が、この最適な周波数を見つけるための尺度である。

【0077】

第２のオプションは、可変インピーダンス変換ネットワークを使用し、可変ガイドワイヤインピーダンスをＲＦ発生器インピーダンスに適合させることである。これは、自動アンテナ（インピーダンス）チューナとして知られている。

【0078】

第３のオプションは、ガイドワイヤにおいて要求されたＲＦ信号レベルまでＲＦ発生器信号振幅を増加又は減少させることである。インピーダンス不整合の場合、ＲＦ信号の一部のみが、ガイドワイヤに転送され、他の部分は、ＲＦ生成器において放散される。

【0079】

システムは、データ処理を実行するためにプロセッサを利用してもよい。プロセッサは、必要とされる様々な機能を実行するために、ソフトウェア及び／又はハードウェアを用いて、様々な方法で実施されることができる。プロセッサは、典型的には、ソフトウェア（例えば、マイクロコード）を使用して、必要とされる機能を実行するようにプログラムされうる１つ以上のマイクロプロセッサを採用する。プロセッサは、幾つかの機能を実行するための専用ハードウェアと、他の機能を実行するための１つ以上のプログラムされたマイクロプロセッサ及び関連する回路との組み合わせとして実施されてもよい。

【0080】

本開示の様々な実施形態に用いられてもよい回路の例は、これらに限定されないが、従来のマイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）及びフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）を含む。

【0081】

様々な実施において、プロセッサは、ＲＡＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ及びＥＥＰＲＯＭのような揮発性及び不揮発性コンピュータメモリのような１つ以上の記憶媒体に関連付けられてよい。記憶媒体は、１つ以上のプロセッサ及び／又はコントローラ上で実行される場合に、必要とされる機能を実行する１つ以上のプログラムで符号化されてもよい。様々な記憶媒体は、プロセッサ又はコントローラ内に取り付けられてもよく、又は記憶媒体に記憶される１つ以上のプログラムがプロセッサにロードされることができるように、搬送可能でもよい。

【0082】

開示された実施形態に対する変形例は、図面、開示、及び添付の特許請求の範囲の検討から、特許請求された発明を実施する際に当業者によって理解され、実施されることができる。請求項において、単語「有する」は、他の要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は、複数性を排除するものではない。単一のプロセッサ又は他のユニットが、請求項に列挙されるいくつかの項目の機能を満たしてもよい。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用されることができないことを示すものではない。コンピュータプログラムは、他のハードウェアと一緒に又はその一部として供給される光記憶媒体又はソリッドステート媒体などの適切な媒体上に記憶／配布されてもよく、インターネット又は他の有線若しくは無線電気通信システムなどを介して、他の形態で配布されてもよい。「に適応される」という用語が請求項又は明細書に用いられる場合、「に適応される」という用語は、「ように構成される」と言う用語と同様であることを意味する。請求項におけるいかなる参照符号も、範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B-3C】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】

【図6A】

【図6B】

【図7A】

【図7B】

【図8A】

【図8B】

【図9A】

【図9B】

【図9C】

【国際調査報告】