歪モニタリングシステム及び装置
脊椎融合、グルコースレベル、脊椎負荷及び心拍のような生物学的状態のインジケータとして歪をモニタリングするためのシステムについて開示している。そのシステムは、櫛歯型コンデンサセンサ、ＲＦ送信器及び関連アンテナを有し、それらの全ては、サイズが超小型であり、人間又は動物のような生物学的ホストにおいてインプラントされることができる。誘導結合電源はまた、化学バッテリのインプラントの必要性を回避するように用いられる。可搬型ＲＦ ＩＤ型受信器のような外付け受信装置が、インプラントされたセンサ、送信器及び誘導結合電源の位置に近接して位置付けられるとき、電力はセンサ及び送信器に供給され、データはセンサから送信される。インプラントされたセンサ、送信器及び誘導結合電源は、必要に応じて、恒久的に所定位置に保たれる、又は取り外されることが可能である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、歪のモニタリングに関し、特に、脊髄融合の進行のモニタリング、グルコースレベルのモニタリング、脊髄負荷の測定及び心拍のモニタリングを含む医学的状態のインジケータとして歪モニタリングを使用することに関する。
【背景技術】
【０００２】
腰椎融合は、整形外科手術の最も進歩した領域の１つである。最も一般的な外科的介入のための兆候は腰部の痛みである。多くの装置が、仕事に関連した腰部損傷の発生率を最小化するようにデザインされてきているが、社会的に、我々は、腰部損傷に繋がる多くの活動に関わり続けている。最も高頻度の、物品を不適切に持ち上げる、扱い難い角度に物品を引っ張る又は持ち上げる及び疲労は、腰部筋肉の損傷に繋がる。損傷のレベルが十分に激しい場合、腰部脊椎の筋肉及び靱帯は加えられる負荷に耐えることができず、椎間板が、脊椎の前側からヘルニアになる。これは、しばしば、椎間板ヘルニア又はぎっくり腰と呼ばれる。更に、脊椎の椎骨は、椎骨の背面に位置している横断的な棘突起により互いに関節で繋がれている。棘突起間には、腰部損傷により損傷される可能性がある軟骨の小さいパッドがある。椎間板ヘルニア及び棘突起の両方は、脊椎における慢性の痛み及び機能損失の原因になり得る。痛みは、衰弱をもたらし、患者が通常の日常的な活動を楽しむことができないようにする。
【０００３】
痛みを取り除くために、腰椎融合が行われ、脊椎の腰椎領域において切開が行われ、金属ブレーシングが椎骨の後部に対して左右相称に適用される。このブレーシングは、骨の成長が骨成長因子により刺激されるまで機械的剛性を与え、封入し、２つの腰椎の椎骨間に金属ブレーシングを包み込み、それらの２つの腰椎の椎骨間で動かないようにされる。初期固着を生成するように使用される脊椎器具と呼ばれる金属ブレーシングについては多くの選択が存在する。一般に、ぺディクルスクリューが、後部から椎骨のペディクル骨ブリッジを通って椎体の壁にねじ込まれて取り付けられる。この手順は、隣接する椎骨について、脊椎後部の反対側において左右相称に繰り返される。一旦、４つのペディクルスクリュー全てが配置されると、ロッド又がプレートがペディクルスクリューの２つの支柱に取り付けられる。骨のスラリ及び骨成長因子が椎骨器具及び椎骨において適用され、切開は閉じられる。
【０００４】
腰椎融合手術の後、リハビリが数ヶ月間行われる。患者は、何れの激しい肉体的活動を行われないように指導され、腕の下からおしりの真ん中に伸びる固定具で動きがとれなくされる。腰を上げること、曲げること、自動車を運転すること及び走ることは許可されない。ジェットコースターのような衝撃を含む何れの種類の行動もまた、禁じられる。患者の年齢に応じて、手術後、このことは、４ヶ月間から１年間の何れの期間であることが可能である。このような動きがとれない長い期間のために、脊椎及び腹部の筋肉は、使用されないために萎縮する。支柱はまた、応力遮蔽に寄与し、そのことは、支柱が脊椎の負荷の一部を支援し、結果的に、強度の劣る腰椎融合をもたらすことを意味する。
【０００５】
上記の処置方法による問題点は、融合が、レントゲン写真で予測されるよりも非常に早く起こることである。例えば、固体融合が、手術後８週間（２ヶ月）程の早さで起こる可能性がある。しかしながら、脊椎器具の周りで初期に成長する骨は海綿骨であり、その海綿骨は強く、高密度であるが、レントゲン写真においては不透明ではない。それ故、カルシウムのような無機物が注入されるまで、ｘ線に関しては理解することができない。
【０００６】
人間の脊椎の歪又は移動を測定するために、電気信号を収集し、外部の受信器にその信号を送信することを有する方法を含む、幾つかの方法がある。例えば、米国特許第６，４３３，６２９号明細書においては、整形外科インプラントにおける移動（歪）を測定するようにホイートストンブリッジ及びタイミング回路を用いることが開示されている。更に、その装置は内部電源を用いていない。それに代えて、ホイーストンブリッジに近接して組み込まれた磁気コイルがその回路に電力供給し、測定中、その回路を活性化する。
【０００７】
米国特許第５，９３５，０８６号明細書においては、２つ又はそれ以上の継ぎ手の間の相対角度が測定され、力トランスジューサが、人工膝の継ぎ手に加えられる力を同時に測定するために用いられている。このことは、米国特許第５，９９５，８７９号明細書と同様であり、その特許文献においてはまた、第１椎骨に対する第２脊椎椎骨の方向を決定するために２つの自由に移動可能なポイント間の角度が測定される。
【０００８】
米国特許第６，４３２，０５０号明細書においては、生体内センサ又は装置をモニタするために、可聴音響フィードバックを用いている。インプラントされた装置に音響クエリを適用することにより、オペレータは、装置が適切に機能しているかどうかを音響的に判定することができる。これは、心臓手術ステントから椎間板インプラントに至るまで、広く応用される。
【０００９】
米国特許第６，２２３，１３８号明細書においては、歪変位を測定するために、ホイーストンブリッジが使用されているが、信号が増幅され、それをキャリア周波数に加算している。その信号を二次周波数に加算することにより、背景ノイズにおける小さい信号の損失が回避される。
【００１０】
米国特許出願公開第２００２／００５０１７４Ａ１号明細書においてはまた、ホイーストンブリッジで歪ゲージを用い、その装置は、ミクロンスケールで歪を成功裏に測定するように適合されている。
【００１１】
米国特許出願公開第２００４／００１１３７Ａ１号明細書においてはまた、当該技術分野における電流状態に関する情報を提供している。
【００１２】
上記特許文献の各々は、それら全部の援用により、本発明の説明の一部を代替するものとする。
【００１３】
歪測定に対する上記の方法に耐えられない場合、腰椎手術後の脊椎融合の着手は決定することが困難であることが継続し、患者は、インプラントが非常に短い時間で内部固定される場合でさえ、手術後３乃至６ヶ月間、脊椎固定具を頻繁に適合される。ｘ線透視の検証の必要性なしに、固体融合を検出することが可能である新しい方法が開発される場合、患者が固定具を装着する必要がある時間量は、５０％まで又はそれ以下に短縮される可能性がある。
【００１４】
同様に、体の他の部位の歪をモニタするため及び他の医療的伝導をモニタするための新しい方法に対する要請が存在している。本発明は、それらの要請を満たし、当該技術分野のその状況を進展させるものである。
【特許文献１】米国特許第６，４３３，６２９号明細書
【特許文献２】米国特許第５，９３５，０８６号明細書
【特許文献３】米国特許第６，４３２，０５０号明細書
【特許文献４】米国特許第６，２２３，１３８号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２００２／００５０１７４Ａ１号明細書
【特許文献６】米国特許出願公開第２００４／００１１３７Ａ１号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、４つの主な特徴、即ち、歪検知、微細加工された集積回路、ＲＦ信号伝送及びデータ収集を用いることにより上記要請を満たすことができるシステム及び装置を有する。本発明の特徴にしたがって、センサは櫛歯型コンデンサを有する。本発明の他の特徴は、歪検知システムの超小型化である。本発明の技術を用いて、歪検知システムはサイズを小型化することができる。結果として得られる小型化は、そのシステムがインプラント又は他の装置に組み込まれる又は統合されることを可能にする。本発明の他の特徴は、外付け電源にそのシステムを接続する内側バッテリ電源又は外部リードについての必要性の削除である。これは、誘導結合された電源を使用することにより達成される。
【００１６】
本発明の他の特徴にしたがって、歪モニタリングは、脊椎融合の進行のモニタリング、グルコースレベルのモニタリング、脊椎負荷の測定及び心拍のモニタリングを含む医学的状態のインジケータとして用いられる。
【００１７】
例示として及び制限的ではなく、脊椎融合をモニタリングするために、本発明の歪検知システムはインプラントに接合されることが可能であり、そのインプラントが骨と負荷を共有することができる。それ故、脊椎が治るにつれて、インプラント歪は小さくなる。この実施形態においては、本発明は、融合が生じたときを判定する人間のためのインプラント可能歪変換システムを有する。
【００１８】
したがって、本発明は、一般に、歪が変化したときに、無線テレメトリ信号により示される高信頼性の再生可能信号を生成することができる歪センサシステムに基づくインプラント可能櫛歯型コンデンサを有する。
【００１９】
例示としての一実施形態においては、本発明は、ＲＦ送信器及び関連アンテナを用いて、データを送信し、低レベルの歪を正確に測定する歪センサを有する。他の実施形態においては、そのシステムのインプラント可能部分は、人間の内部にバッテリをインプラントする複雑性を回避するように外付け電磁電源により誘導的に電力供給される。又は、バッテリは、皮下に設置され、後に取り外されることが可能である。
【００２０】
他の実施形態においては、歪を検知する装置は、櫛歯型コンデンサセンサ、送信機及びアンテナを有し、それらのセンサ、送信器及びアンテナは生物学的ホスト内のインプラントのために適合される。
【００２１】
他の実施形態においては、歪を検知するためのシステムは、櫛歯型コンデンサセンサ、送信器、アンテナ及び受信器を有し、それらのセンサ、送信器及びアンテナは生物学的ホスト内のインプラントのために適合され、そして受信器は非インプラント可能遠隔操作装置である。
【００２２】
他の実施形態においては、歪を検知するためのシステムは、櫛歯型コンデンサセンサ、送信器、アンテナ、誘導結合電源及び受信器を有し、それらのセンサ、送信器、アンテナ及び電源は生物学的ホスト内のインプラントのために適合され、そして受信器は非インプラント可能遠隔操作装置である。
【００２３】
更に他の実施形態においては、歪を検知するためのシステムは、櫛歯型コンデンサセンサ、送信器、アンテナを有し、それらのセンサ、送信器及びアンテナは生物学的ホスト内のインプラントのために適合され、センサは脊椎プレートに備えられるように適合され、前記脊椎プレートの歪を表す信号を生成し、そして送信器は歪を表す信号を送信するようになっている。
【００２４】
本発明の他の実施形態は、櫛歯型コンデンサセンサ、送信器、アンテナ及び受信器を有し、それらのセンサ、送信器及びアンテナは生物学的ホスト内のインプラントのために適合され、センサは脊椎プレートに備えられるように適合され、前記脊椎プレートの歪を表す信号を生成し、送信器は歪を表す信号を送信するようになっていて、そして受信器は非インプラント可能遠隔操作装置である。
【００２５】
本発明の他の実施形態は、櫛歯型コンデンサセンサ、送信器、アンテナ、誘導結合電源及び受信器を有し、それらのセンサ、送信器、アンテナ及び電源は生物学的ホスト内のインプラントのために適合され、センサは脊椎プレートに備えられるように適合され、前記脊椎プレートの歪を表す信号を生成し、送信器は歪を表す信号を送信するようになっていて、そして受信器は非インプラント可能遠隔操作装置である。
【００２６】
本発明の他の特徴については、以下の詳細説明に説明されていて、その詳細説明は、本発明を制限するのではなく、本発明の好適な実施形態を十分に開示することを目的としている。
【００２７】
本発明については、単に例示を目的として、以下の図を参照して更に理解することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
例示目的で、図を更に具体的に参照するに、本発明は、図１乃至図２２に一般的に示すシステム、機器、装置及び方法において実施されている。
【００２９】
一般に、本発明は、微細加工された集積回路を使用して、容量性櫛歯形状歪検知及びＲＦ信号送信を用いるシステムで実施される。本発明は、一般に、歪が変化したときに、無線テレメトリ信号で表される高信頼性で再生可能な信号を生成することができるインプラント型容量性歪センサを有する。そのシステムの実施形態は、バッテリを必要としない外部電源に誘導結合する内部電源サブシステムを有する。そのシステムの他の実施形態においては、検知されたデータが送信され、収集される受信器サブシステムを有する。更なる実施形態においては、上記の変形を有する。
【００３０】
本発明については、ここで、脊椎融合を検知することに関して説明する。しかしながら、本発明の実施は、脊椎融合を検知することに限定されないことを理解することができる。例えば、本発明は、実際に何れの対象物における歪の測定又はモニタリングに適用されることが可能であるが、理想的には、人間又は動物の体の内部における歪検出に適している。本発明の他の特徴にしたがって、歪モニタリングは、脊椎融合の進行のモニタリング、グルコースレベルのモニタリング、脊椎負荷の測定及び心拍のモニタリングを含む医学的状態のインジケータとして用いられ、そのことについてはまた、以下、詳述する。それ故、本発明についての以下の説明は、限定的でないとみなされ、例示として与えられている。
【００３１】
操作の一モードにおいて、本発明は、ｘ線透視を用いることに比べてより迅速に脊椎融合を検知するための電気的解決方法を提供し、そして、用いられる脊椎固定計測器が最初にインプラントされるときに固定的でない前提に基づいている。例えば、一部の移動を可能にする脊椎プレートとペディクルスクリューとの間には僅かな空隙がある。そのペディクルスクリューはまた、それらを固く固定するように支持するようにネジ山に骨が成長するまで、僅かに動くことができる。椎骨の前方側は固定されていず、２つの椎骨は椎間板の緩衝作用により分離されているため、これを起点として一部の動きが常に存在する。それ故、２つのペディクルスクリューに対して固定された脊椎プレートは、両方の端部において適用されるモーメントを有するビームのように振る舞う。そのモーメントは、特に、脊椎プレートがそのプレートの中心における集中曲げモーメントを与えるようにネックダウンされる場合、歪として測定される脊椎プレートにおける曲がりを生じさせる。最初は、脊椎プレートにおけるその歪は大きいが、骨の成長が付加的固定を与えるにつれて、時間の経過と共に減少する。ある時間の期間の後、歪はより小さい値に最小化し、比較的一定を保つ。定期的に且つ電子的に歪をサンプリングすることにより、固い固定の始まりを示す曲線が得られる。
【００３２】
より迅速に脊椎融合を検知する要請に応えるように、本発明は、脊椎融合を検知するための電子的解決方法を有する。歪センサ及び関連回路が脊椎固定装置に直接、接合されることができ、そのことは骨と負荷を共有することができる。それ故、脊椎が治るにつれて、インプラント歪は小さくなる。歪計測器で歪を測定することによる、検知される歪と融合との間の時間依存性関係が存在する。脊椎融合が、従来のｘ線透視に比べて非常に迅速に無線テレメトリシステムにより検知される場合、脊椎手術の患者のための固定又は改善活動で費やされる時間は最短化される。したがって、本発明の特徴は、非活動性萎縮のような他の合併症を回避するように、患者が固定具を装着されたままの状態を保たなければならない時間量を短縮することであり、患者の回復及び最終的に得られる結果が改善されることである。
【００３３】
そのシステムのインプラント可能部分のインプラントを容易にするように、回路は、固定プレートに統合される、又は固定プレートに囲われて取り付けられる。このようにして、脊椎融合ハードウェアは歪センサを含むことができる。好適には、そのシステムのインプラント可能部分は、人間の内側にバッテリをインプラントする複雑さを回避するように、高周波により誘導的に電力供給される。又は、バッテリは、皮下に設置され、一旦、融合が判定されると、取り外される。
【００３４】
システムの概観
先ず、図１を参照するに、本発明にしたがった歪測定／モニタリングシステム１０について模式的に示している。図示している実施形態においては、システムは、センササブシステム１２と、高周波（ＲＦ）送信器サブシステム１４及び関連アンテナ１６と、誘導電力サブシステム１８と、受信器サブシステム２０及び関連アンテナ２２とを有する。
【００３５】
ＲＦ ＩＤアプリケーションのために用いられる技術のような、受信器サブシステム２０及び関連アンテナ２２のための技術は、商業ベースで購入可能である。そのような装置は、テレメトリ日付を受信し、及び誘導結合電源を備えている。しかしながら、センサシステムの所望の動作周波数を適合させるようにその装置の動作周波数を修正する必要がある可能性がある。それ故、以下の説明においては、センササブシステム１２と、ＲＦ送信器サブシステム１４と、アンテナ１６と、誘導電力サブシステム１８とに主に焦点を当てることにする。
【００３６】
ＲＦ送信器サブシステム
好適な実施形態においては、ＲＦ送信器サブシステム１４は、検知サブシステム１２から信号を受信し、アンテナ１６を介して出力信号を送信するようにキャリア信号の周波数（ＦＭ）を変調するようにその信号を用いる構成要素を有する。図２をまた、参照するに、図示している実施形態においては、ＲＦ送信器サブシステムは、電圧制御発振器（ＶＣＯ）２４と、アンテナ１６に結合した電力増幅器２６とを有する。このサブシステムを駆動する電力は誘導電力サブシステム１８により供給される。
【００３７】
周波数選択
ＲＦ送信器サブシステムの全体的なデザインにおける要素は、キャリア信号が送信される周波数である。動作周波数は、アンテナ１６のようなＲＦ送信器サブシステムにおける構成要素の寸法に直接、影響する。人間又は動物の体内にインプラントされるシステムとして用いるデザインを目的として、１００ＧＨｚの周波数を選択することができるが、他の周波数を用いることも可能である。高い周波数は、低い周波数に比べて、より良好な伝搬特性及びより広い利用可能帯域幅を有する傾向にあり、小さいアンテナを用いることを可能にする。しかしながら、人間の体内でそのような高い周波数を用いる安全限界は、約６１．４Ｖ／ｍに電場強度を、約０．１６３Ａ／ｍに磁場強度を、約５０Ｗ／ｍ２に電力密度をそして約６分以下に曝射持続時間を制限する傾向にあることに留意されたい。
【００３８】
変調の種類
他の可能性がある安全性についての関心は、用いられるＲＦ信号変調スキームの種類に関するものである。信号変調には、一般に３つの種類、即ち、周波数変調（ＦＭ）、振幅変調（ＡＭ）及びパルス変調（ＰＭ）がある。ＰＭは、短い時間の期間における大きいエネルギー放出のために、生物学的組織に対する最大損傷の原因になる傾向にある。他方、ＡＭはノイズに非常に感応する一方、生物学的組織を透過し、それ故、誤ったデータ読み出しに繋がる可能性がある。それ故、振幅は、周波数に比べて、より大きく影響する。したがって、周波数変調（ＦＭ）は、振幅が送信されるデータに関連せず、ＰＭより安全であるために、好ましい。更なるＦＭの有利点は、広い帯域幅において耐ノイズ性に優れた性能にある。要約すると、広帯域スキームで送信される周波数変調信号は好適である。
【００３９】
送信器
送信器選択はまた、幾つかの要素に基づいている。例えば、送信器は、選択された変調フォーマットに適切であり、そして受信器サブシステムを有する高信頼性リンクを備えるように必要な送信電力を生成するために適切である必要がある。図１及び図２に示されている実施形態においては、送信器は、電力増幅器２６により後続される電圧制御発振器２４を有する。この構成における変調器は、センササブシステム１２からの変調信号により駆動されるＶＣＯ２４である。
【００４０】
電圧制御発振器
電圧制御発振器は、ＲＦ送信器サブシステムの重要な構成要素であることが理解できる。ＧＨｚ領域のＶＣＯは、典型的には、標準的なＩＣ技術を用いて製造され、容易に集積可能である。ＶＣＯの目的は、ＶＣＯの信号又はキャリア信号を変調するようにセンササブシステム１２からのＡＣ信号を用いることである。ＶＣＯへのゼロ入力により、ＶＣＯは、固定振幅及び周波数を有する高純度正弦波形を生成する。ＶＣＯが入力を受け入れるとき、ＶＣＯはそれ自体を、変調センサ信号に関連して変調された信号を生成するように位相同期ループ（ＰＬＬ）にロックする。
【００４１】
ＶＣＯは、改善された信号のためにキャリアの変調を最大化することを可能にする高同調感度（制御電圧における単位変動当たりの出力周波数における変動（Ｈｚ／Ｖ））を有する。更に、電源引き込み（電源電圧における変動に対する出力周波数の感度（Ｈｚ／Ｖ））は、改善されたゲインについて変動がないまま保たれる必要がある。この種類の挙動は、回路のパワーアップ時に、このときの過渡挙動のために予測される。それ故、初期の読み出しは正確とはみなされず、この理由のために、各々の読み出しのために、十分な時間が割り当てられる必要がある。センサは、測定期間に亘って、殆ど変動がないことが期待されるため、そのシステムからの一貫した同じ出力は、過渡時をバイパスする良好な指標である。
【００４２】
一般に、集積回路の形式で製造されることができる電圧制御発振器には３つの種類、即ち、リング発振器、弛張発振器及び同調発振器がある。最初の２つは、同調発振器と比べて、モノリシックであり且つ小さいサイズであるために、本発明で実施することは容易である。
【００４３】
本発明においては、リング発振器が好適である。キャリア周波数についての一般式は次のようであることが理解でき、
ｅ（ｔ）＝Ａ＊Ｓｉｎ（ωｃ＊ｔ）＋Ｄ＊Ｓｉｎ（ωｍ＊ｔ） （１）
ここで、Ｄ＝（２＊π＊ｆ）／ωｍは偏差比又は変調指数、ωｍは最大センサ周波数、ωｃはキャリアの中心周波数、そしてＡは信号の振幅である。上記式は、ωｍの振幅における変化がキャリアの周波数を変えることを示している。図３は、入力信号が与えられるときに予測されるＶＣＯの応答を示す。信号の振幅は一定である一方、変調信号の周波数は、ゼロ入力を有するＶＣＯの高純度正弦波と異なっている。この種類の発振器の応答は、媒体からの最小ノイズ量を伴う情報を有効に送信することが求められる。
【００４４】
アンテナ
アンテナは、システムの内側のエレクトロニクスと外界との間を接続するため、何れの無線通信システムにおける重要な構成要素であることが理解できる。周波数が高くなるにつれて、アンテナのサイズは、一般に小さくなることが知られている。マイクロストリップ技術は、非常に容易に本発明に統合することができるアンテナのクラスを与え、関与する簡単な製造プロセス及び許容可能な性能により好ましいものである。また、マイクロストリップアンテナの形状は、必要な放射パターンに基づいて変えられる。正方形のアンテナは良好な放射特性をもたらし、広く用いられている。そのようなアンテナの更なる有利点は、平面的又は非平面的に拘わらず、何れの金属表面に位置付けることができる等角構成であり、それは脊椎プレートを有する。
【００４５】
図４乃至図６を参照するに、本発明で用いるマイクロストリップアンテナ１６は、低損失誘電体基板３４により分離された導電性グランドプレーン３２の上の非常に薄い金属ストリップ（パッチ）３０を有する。
【００４６】
給電ライン３６がまた、アンテナに接続されている。これに関連して、利用可能である幾つかの給電機構が存在している。アンテナパッチに対する給電ラインの位置は、アンテナの放射特性により決定される。最も簡単且つ好適な給電のタイプはマイクロストリップ給電ラインであり、その実施形態は、図４乃至図６に示されている。この実施形態においては、給電ラインはアンテナと同じ平面内にあり、高度のコンパクト化及び効率化を備えている。給電ラインは、アンテナに信号を転送するために重要である。給電ラインのインピーダンス、即ち、電流に対する電圧の比は固有値であり、この値は、転送中の電力損失を決定する。最小電力損失を有する給電機構を選択することは重要であることがまた、理解できる。
【００４７】
上記のように、ＲＦサブシステムの好適な実施形態は、１００ＧＨｚの周波数で動作する。この周波数は、次の式群で表されるように、アンテナの寸法に反比例し、
基板の高さ ０．００３λ＜ｈ＜０．０５λ （２）
アンテナパッチの幅 Ｗ＝（Ｃ／２ｆ０）（（εｒ＋１）／２）−１／２ （３）
アンテナパッチの長さ Ｌ＝Ｃ／２ｆ０√εｅ−２ΔＬ （４）
εｅ＝（εｒ＋１）／２＋（（εｒ−１）／２）（（１＋１２ｈ）／Ｗ）−１／２ （５）
ΔＬ＝０．４１２ｈ（εｅ＋０．３）＊（Ｗ／ｈ＋０．２６４）／（（εｅ＋０．２５８）（Ｗ／ｈ＋０．８）） （６）
ここで、Ｃは光速であり、εｒは基板の誘電率であり、εｅは等価誘電率であり、そしてΔＬは端部における漏れ磁場のための長さの変化である。
【００４８】
計算を単純化するように次のＭａｔｌａｂアルゴリズムを用いて、表１に示す４つのアンテナについての寸法が計算された。
インデックスＩ：
マイクロストリップアンテナ寸法についてのＭａｔｌａｂスクリプト：
＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
％ 長方形マイクロストリップアンテナについての寸法を計算するためのプログラム
％ 既知の厚さを用いる
％ 全ての寸法はメートル又はＳＩ単位で表される
％ 文献：ＲＦ ＭＥＭＳ＆ｔｈｅ Ｈｕｍｂｅｒｔｏ ａｒｔｉｃｌｅ ｏｎ ＴＴＬ ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ ａｎｔｅｎｎａからの仮定を用いる
＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
ｃ＝３ｅ８；％ 光速
f0=input(‘frequency of operation= ’);％ 演算の周波数
h=input(‘height of dielectric substrate= ’);％ 誘電体基板の厚さ
ebs_r=input(‘Dielectric of material= ’);％ 誘電率
W=c/(2*f0)*(((ebs_r+1)/2)^-.5);％ パッチの幅
ebs_e=(ebs_r+1)/2+(ebs_r-1)/2*((((1+12*h)/w)^-.5);％ 実効誘電率
Num=(ebs_e+0.3)*(w/h+0.264);％ deltaＬの分子、ダミー変数
Den=(ebs_e-0.258)*(w/h+0.8);％ deltaＬの分母、ダミー変数
ΔL=0.412*h*(Num/Den);
I=(c/(2*f0*(sqrt(ebs_e)))-2*deltaL);％ パッチの長さ
W_mm=w*1000 ％ 寸法（ｍｍ）
I_mm=I*1000 ％ 寸法（ｍｍ）
h_mm=h*1000 ％ 寸法（ｍｍ）
＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
好適な寸法の集合は行３における寸法、即ち、０．１５ｍｍｘ０．５８８ｍｍｘ０．４６３ｍｍである。アンテナのパッチの厚さは性能に対して重要ではなく、この実施形態については、１０μｍの厚さが選択されている。
【００４９】
高誘電率の選択において、基板は電気的に厚くなり、即ち、１００ＧＨｚでλｍ／４であり、ここで、λｍは基板内部の波長である。大きい厚さは、表面波の増加、それ故、損失に繋がる。それ故、本発明においては、人工的方法が、アンテナの下の基板の実効誘電率を減少させるように好適に用いられる。そのようにするための一方法は、図５及び図６に示すように、基板を微細加工し、アンテナの下にキャビティ３８を形成することによるものである。その結果として得られた基板は、それ故、空気及びＳｉを有する。この構成は、例えば、アンテナパッチの下の基板をＤＲＩＥエッチングすることにより得られる。鉛直方向の壁をエッチングする場合、この方法は、従来の基板に対して、アンテナの帯域幅を６０％及び効率２８％だけ、それぞれ改善する。好適には、キャビティは、損失を低減するように、アンテナパッチの共振周波数に近い共振周波数を有するようにデザインされる。
【００５０】
キャビティが加えられるとき、新しい実効誘電率は次式のように推定され、
εｒ，ｅｆｆ＝（εｃａｖｉｔｙ／（Ｌ＋２ΔＬ））（Ｌ＋２ΔＬεｆｒｉｎｇｅ／εｃａｖｉｔｙ） （７）
ここで、漏れ磁場領域及び混合基板キャビティ領域についての誘電率は次式で与えられ、
εｆｒｉｎｇｅ／εｃａｖｉｔｙ＝（εａｉｒ＋（εｓｕｂ−εａｉｒ）ｘａｉｒ）／（εａｉｒ＋（εｓｕｂ−εａｉｒ）ｘｆｒｉｎｇｅ） （８）
εｃａｖｉｔｙ＝εａｉｒεｓｕｂ／（εａｉｒ＋（εｓｕｂ−εａｉｒ）ｘａｉｒ） （９）
ここで、ｘａｉｒ及びｘｆｒｉｎｇｅは、混合基板キャビティ領域及び漏れ磁場領域における基板の厚さに対する空気の厚さの比である。このキャビティの再デザインにより、アンテナの寸法は、混合基板領域の誘電率の新しい値に基づいて変わる。
【００５１】
アンテナ放射スペクトルの分析が、それ故、システムからデータを受信するための最適な位置を計算するように用いられる。放射パターンは、信号が行き渡る空間の電力密度の角度変化を表している。アンテナ放射パターンは、２つの主な領域、即ち、ファーフィールド及びニアフィールドに分割される。受信信号を最大化し、正確な読み取りを確実にするように、ファーフィールド領域における波形を受信することは好適である。
【００５２】
ここで、図７を参照するに、好適な実施形態においては、ミクロストリップアンテナが、図示した段階にしたがって平行平板コンデンサに類似する方式で製造される。平面図は左側に示され、断面図は右側に示されている。
【００５３】
処理は、シリコンウェハから段階１００から開始する。
【００５４】
段階１０２において、基板は熱酸化（２μｍ）により不動態化される。
【００５５】
段階１０４において、フォトレジスト（ＰＲ）が不動態化表面にスピンコートされる。
【００５６】
段階１０６において、第１マスクがアンテナをパターニングするように用いられる。
【００５７】
段階１０８において、アルミニウムがＬＰＣＶＤ法を用いて堆積される。
【００５８】
段階１１０において、過剰なアルミニウムがアセトンを用いてリフトオフにより除去される。
【００５９】
段階１１２において、シリコンがＤＲＩＥを用いて後側からエッチングされる。ウェハの底面は研磨される。これは、エアキャビティの寸法を整える。
【００６０】
段階１１４において、フォトレジストが、エアキャビティを形成するように後側にスピンコートされる。
【００６１】
段階１１６において、第２マスクが、エアキャビティをパターニングするように用いられる。ＰＲは、次いで、露光され、現像される。
【００６２】
段階１１８において、シリコンがＲＩＥを用いて後側からエッチングされる。
【００６３】
段階１２０において、ＳｉＯ２がＢＯＥを用いて後側からエッチングされる。
【００６４】
段階１２２において、ＰＲがアセトンを用いて除去される。
【００６５】
段階１２４において、第２シリコンウェハが、エアキャビティを形成するようにエッチングされたウェハに融着される。
【００６６】
段階１２６において、シリコンは、ＤＲＩＥを用いて後側からエッチングされ、ウェハの底面は研磨される。
【００６７】
段階１２８において、ＳｉＯ２が、表面を不動態化するように後側に堆積される。
【００６８】
段階１３０において、チタンがグランドプレーンを形成するように後側にスパッタリングされる。
【００６９】
段階１３２において、ＳｉＯ２が、電気的分離のために後側に堆積される。
【００７０】
段階１３４において、金バンプが“金バンプ圧着”のためにパターニングされる。
【００７１】
誘導電力サブシステム
人間のレシピエントにおいて短期間又は長期間モニタリングするためのセンサに電力供給することは課題であることがまた、理解できる。一般に許容されない電力供給方法は、電力及びデータ収集のために外界にマイクロシステムを接続するように患者の皮膚にリベットで留めた電極を備える段階を有する。“フランケンシュタインのような”解決方法が機能する可能性があるが、患者への感染及び損傷のリスクは、このような装置に電力を供給する方法を決してアピールするものではない。更に、靱帯の内側の厳しい環境のために、センサは、パッケージングが失敗するような場合には、生物学的ホストの汚染又はマイクロセンサシステム自体への損傷が生じるために、何れの有害物質を含むことができない。このような制約は、比較的短い寿命と共に、システムに化学的バッテリを組み込む可能性を排除している。
【００７２】
それ故、より実際的な方法は、無線媒体により電力を供給することである。図示した実施形態においては、磁気結合が、この目的のために使用されている。磁気的に電力を供給するための基本的方法は、センサと共に生物学的ホストにインプラントされたコイルに電圧を誘導することである。これは、好適には、励起のために従来の正弦波電圧電源（図示せず）を用いて、インプラントに亘って直接、位置付けられた外部コイルを励起することにより達成される。励起信号は、体を透過し、交流（ＡＣ）電圧が誘導される内部コイルに進む。インプラントされたコイルに誘起された電圧は、次いで、センサ及び関連ＲＦ送信器回路に電力供給するために直流（ＤＣ）電源を形成するように、整流され、フィルタリングされる。上記の磁気結合方法は、パッシブテレメトリ、又はそれに代えて、吸収テレメトリとして知られている。
【００７３】
図８は、本発明で用いるために適切な誘導電力サブシステムの複数の構成要素を示している。この実施形態は、ＲＦ ＩＤ型受信器ユニット２０により供給されるような外部正弦波電源に結合される外側誘導コイル５０から電力を受け取ることに関連して示されている。図８に示す実施形態においては、誘導電力サブシステムは、内部誘導コイル５２と、整流器５４と、レギュレータ５６とを有する。図示されているように、内部誘導電力ユニットは、本質的には、内部コイル５２及びコンデンサ５８により構成される同調ＬＣ受信器と、整流器５４と、電圧レギュレータ５６とを有する。電力送信効率は、外部コイル５０及び内部コイル５２の結合の度合いに関連することが理解できる。この効率に影響する因子には、内部コイルのシールド、コイル間の距離及びコイルの互いに対する方向がある。
【００７４】
内部コイルと外部コイルとの間の電力結合を改善するように、それら２つのコイルのサイズは、結合係数の増加のために最適化される必要がある。必要に応じて、各々のコイルのＬＣ回路に対して、他の改善がなされることが可能である。ＬＣ電圧の一定供給を維持するように、図示しているように、整流器が後続するレギュレータが用いられる。また、内部コイルは、効率を高めるように微細加工に代えて非微細加工がなされることが可能である。更に、誘導電力サブシステムは、保護のため及び内部電力ユニットのサイズを最小化するために好適にハーメチックシールされ、コイルはハーメチックシールユニットの外側に置かれ、インプラント自体において位置付けられる。有線接続が、その場合、誘導電力サブシステム、センサ、ＲＦ送信サブシステム、及び何れの画の関連回路間で用いられる。
【００７５】
センササブシステム
脊椎融合を測定するために考慮された２つの検知方法は、（１）半導体ベースの抵抗歪形及び（２）容量センサである。抵抗歪ゲージを用いる場合、抵抗の微小変化が検出可能である。しかしながら、抵抗歪ゲージは、脊椎融合の検知におけるそれらの使用を一般に好ましくないようにする幾つかの短所を有する。第１に、抵抗歪ゲージの消費電力の観点からは、抵抗によるかなりの量の電力損失（例えば、損失電力＝Ｉ２＊Ｒ）がある。第２に、抵抗歪ゲージは温度依存性の装置であり、信頼性の低い測定を与える可能性がある。
【００７６】
それ故、上記の実施形態においては、センサは容量センサを有する。容量センサは、温度依存性がなく、電力消費が最小である有利点を有する。容量センサはまた、一般に、抵抗センサに比べて高感度であるとして知られているため、歪における変化による容量変化に基づくデザインは高精度の測定を与える。
【００７７】
上記目的のために考慮された１つのタイプの容量センサは、（１）間隔変動動きセンサ及び（２）変動動きセンサである。間隔変動動きセンサにおいては、容量の変化は２つの導電性プレート間の間隔に依存する。しかしながら、非線形関係が、容量を直接測定することによる問題点を与える、間隔変化と容量変化との間に存在する。他方、面積変動動きセンサにおいては、容量の変化は２つの導電性プレート間の重なり合った面積に依存し、容量及び動きは線形に関係付けられる。脊椎融合を検知する目的のためには、面積変動動きセンサは、容量及び動きが線形に関連づけられ、容量を直接、測定することができるために、好適である。
【００７８】
しかしながら、従来の面積変動センサを用いる場合、２５μｍの歪による容量変化は１０−１６Ｆのオーダーであり、それ故、実際には、高精度で測定するには変化が小さ過ぎることに留意されたい。図９を参照するに、この問題点を解決するように、５１個の独立した櫛歯型フィンガーを用いる櫛歯型容量６０をデザインしている。このデザインは、前容量測定に加えて、５０個の平行プレートコンデンサを生成している。その結果、１０−１４Ｆのオーダーの容量を検知することができる。横方向の動きによるそれらのフィンガー間の面積変化は容量の変化をもたらす。平行プレートの容量についての基本式は、次式のようであり、
Ｃ＝Ｃ［ε０εｒ＊Ａ＊（ｎ−１）］／ｄ＝［ε０εｒ＊Ｗ＊ｌ＊（ｎ−１）］／ｄ
（１０）
ここで、ε０＝８．８５ｘ１０−１２Ｆ／ｍは自由空間の封電率であり、εｒ＝１は空気の誘電率であり、“Ａ”はプレートの面積であり、“ｄ”はプレート間のギャップであり、“Ｗ”はプレートの幅であり、“ｌ”はプレートの長さであり、“ｎ”は櫛歯型フィンガーの数である。
【００７９】
脊椎融合が起こる前に、椎骨の曲がりによりもたらされる歪が存在する。この歪の方向に本発明の容量性センサを置くことにより、それらプレートの横方向の動きは、コンデンサの面積が変化するようにする（図９Ａ、図９Ｂ）。容量は、その場合、次式を用いて計算され、
Ｃ＝［ε０εｒ＊Ｗ＊（ｌ−ｘ）＊（ｎ−１）］／ｄ］ （１１）
ここで、“ｘ”は歪による変位量（２５μｍ）である。
【００８０】
フィンガーの各々の間に生成される容量に加えて、各々のフィンガーの先端と対向するベースとの間に生成する容量がまた、存在する。この容量は、フィンガーとベースとの間のギャップが変化するにつれて変化する。この実施形態の全体の容量はフィンガー間の横方向変化容量のみの関数であるように所望されるため、各々のフィンガーの先端と対向するベースからもたらされることが可能である何れの容量を最小化するようにセンサはデザインされている。この容量を最小化するように、全体の容量がそれらの空間変化容量により影響されないように十分大きい、フィンガーと対向ベースとの間のギャップがデザインされている。その結果、そのギャップは５０μｍであるようにデザインされている。
【００８１】
歪による最大変位が検知されることが可能であるように、本実施形態のコンデンサの寸法がまた、選択されている。それらの櫛歯型フィンガーは、各々のフィンガーの長さが約２００μｍを超えない限り、独立したまま維持され、適切に機能する。このために、各々のフィンガーの全長は２００μｍであるように選択されている。各々のフィンガーにおけるギャップｄ２は５０μｍの長さであることを上記しているため、残りの１５０μｍはコンデンサの長さＬＣａｐに割り当てられる（図９Ｂ）。容量、長さ、幅及びギャップの間の関係を用いることにより、大きい長さ、大きい幅及び小さいギャップが大きい容量値についてデザインされる。したがって、１５０μｍの長さ“ＬＣａｐ”、２０μｍの幅“ＷＣａｐ”、５μｍのギャップ“ｄ１”及び２０μｍの高さ“ｈ”が選択されている。５１個の櫛歯型フィンガーを用いて、結果として得られた歪のない容量は、次式のようになる。
【００８２】
ＣＮｏＳｔｒａｉｎ＝［ε０εｒ＊Ｗ＊ｌ＊（ｎ−１）］／ｄ＝［（８．８５ｘ１０−１２）＊（１）＊（５ｘ１０−６）＊（１５０ｘ１０−６）＊（５０）］／（１０ｘ１０−６）
ＣＮｏＳｔｒａｉｎ＝３．３４ｘ１０−１４Ｆ （１２）
最大歪が２５μｍである間、容量は次式のようである。
【００８３】
ＣＮｏＳｔｒａｉｎ＝［ε０εｒ＊Ｗ＊ｌ＊（ｎ−１）］／ｄ＝［（８．８５ｘ１０−１２）＊（１）＊（５ｘ１０−６）−２５ｘ１０−６＊（５０）］／（１０ｘ１０−６）
ＣＮｏＳｔｒａｉｎ＝２．６０ｘ１０−１４Ｆ （１３）
それらの寸法を注意深く選択することにより、本実施形態のセンサの容量を最大化することが期待できる。
【００８４】
容量及び動きは面積変動センサについて線形的に関係付けられるため、容量は直接、測定されることができる。しかしながら、トランスジューサは、電気出力信号に応じて容量変化を変換するために尚も必要である。本実施形態の場合、容量変化を電圧出力に変換するように容量ブリッジを選択する。容量ブリッジは、一般に、トランスジューサとして用いられ、そのことは、本実施形態のデザインにおいて容量ブリッジを用いるように選択される主な理由である。
【００８５】
図１０を参照するに、容量ブリッジの４つの足の一として５０個のコンデンサ全ての容量ＣＴが結合されるように、本実施形態の容量ブリッジ６２がデザインされている。他の３つの足（Ｃｒｅｆ１，Ｃｒｅｆ２及びＣｒｅｆ３）は参照コンデンサとして設定される。それらの参照コンデンサは、歪がない間、ＣＴに等しく、次式のようである。
【００８６】
Ｃｒｅｆ１＝Ｃｒｅｆ２＝Ｃｒｅｆ３＝ＣＴ＿Ｎｏ Ｓｔｒａｉｎ＝３．３１ｘ１０−１４Ｆ （１４）
３つの脊椎融合が生じ、それ故、歪がないとき、Ｖｓｅｎｓｅ−における電圧出力に等しいようにＶｓｅｎｓｅ＋における電圧出力を推測し、次式のようになる。
Ｖｓｅｎｓｅ＋＝（Ｃｒｅｆ１＊（２Ｖｍ）／（Ｃｒｅｆ１＋Ｃｒｅｆ３）−Ｖｍ
＝（Ｃｒｅｆ１＊（２Ｖｍ）／（Ｃｒｅｆ１＋Ｃｒｅｆ３）−（（Ｃｒｅｆ１＋Ｃｒｅｆ３）＊Ｖｍ）／（Ｃｒｅｆ１＋Ｃｒｅｆ３）
＝（（Ｃｒｅｆ１−Ｃｒｅｆ３）＊Ｖｍ）／（Ｃｒｅｆ１＋Ｃｒｅｆ３） （１５）
Ｖｓｅｎｓｅ−＝（Ｃｒｅｆ２＊（２Ｖｍ）／（Ｃｒｅｆ２＋ＣＴ）−Ｖｍ
＝（Ｃｒｅｆ２＊（２Ｖｍ）／（Ｃｒｅｆ２＋ＣＴ）−（（Ｃｒｅｆ２＋ＣＴ）＊Ｖｍ）／（Ｃｒｅｆ２＋ＣＴ）
＝（Ｃｒｅｆ２−ＣＴ）＊Ｖｍ）／（Ｃｒｅｆ２＋ＣＴ） （１６）
しかしながら、脊椎融合が生じる前に、歪が椎骨の曲がりのためにもたらされる。この時間の間、出力電圧Ｖｓｅｎｓｅ＋及びＶｓｅｎｓｅ−の間の差分を認識するようになっている。その電圧差分を測定するように、図１１に示すシングルエンド出力を有する差動増幅器６４を用いることができる。差動増幅器は、２つの信号間の差分を処理する種類の増幅器である。本実施形態のデザインは、他のエレクトロニクスからのノードを分離するように、電圧出力Ｖｓｅｎｓｅ＋及びＶｓｅｎｓｅ−の各々にゲイン１のバッファを有する。その場合、信号は、２つの信号間の差分を順に処理する差動増幅器に各々、接続されている。最終的に、トランスジューサの出力電圧Ｖｏは次式を用いて計算され、
Ｖｏ＝ａｃｍ＊（Ｖｓｅｎｓｅ＋＋Ｖｓｅｎｓｅ−）／２−ａｄｍ＊（Ｖｓｅｎｓｅ＋−Ｖｓｅｎｓｅ−）／２
（１７）
ここで、ａｃｍ及びａｄｍは増幅されたゲインである。
【００８７】
好適な実施形態においては、本実施形態のセンサの製造は、４９個の段階及び９個のマスクを有する。櫛歯型フィンガーはポリシリコンを用いて形成され、犠牲リンシリケートガラス（ＰＳＧ）を湿式エッチングすることにより剥離される。この処理については、図１２に示していて、平面図は左側に示され、断面図は右側に示されている。
【００８８】
段階２００において、処理はシリコンウェハから開始する。
【００８９】
段階２０２において、ウェハの表面が熱酸化（２μｍ）により不動態化される。
【００９０】
段階２０４において、ポリシリコン（０．５μｍ）が、構造の最終的な剥離のために剥離テザーを得るように、ＬＰＣＶＤにより堆積される。
【００９１】
段階２０６において、フォトレジスト（ＰＲ）が表面にスピンコートされる。
【００９２】
段階２０８において、第１マスクが、ポリシリコン剥離テザーをパターニングするように用いられる。ＰＲは、次いで、露光され、そして現像される。
【００９３】
段階２１０において、ポリシリコンはＲＩＥを用いてエッチングされる。
【００９４】
段階２１２において、ＰＲはアセトンを用いて除去される。
【００９５】
段階２１４において、犠牲ＰＳＧ（１μｍ）が堆積され、そしてまた、ある程度の平坦化が与えられる。
【００９６】
段階２１６において、ＰＲが表面にスピンコートされる。
【００９７】
段階２１８において、第２マスクが、ポリシリコンの第１層と第２層との間に他の窓を形成するように用いられる。ＰＲは、次いで、露光され、そして現像される。
【００９８】
段階２２０において、ＰＳＧが、剥離テザーへの接続を形成するように１０：１ＨＦ中で部分的にエッチングされる。
【００９９】
段階２２２において、ＰＲがアセトンにより除去される。
【０１００】
段階２２４において、ポリシリコン（２μｍ）の第２層がＬＰＣＶＤにより堆積される。
【０１０１】
段階２２６において、ＰＲが表面にスピンコートされる。
【０１０２】
段階２２８において、第３マスクがアンカーをパターニングするように用いられる。ＰＲは、次いで、露光され、そして現像される。
【０１０３】
段階２３０において、ポリシリコンがＲＩＥを用いてエッチングされる。
【０１０４】
段階２３２において、ＰＲはアセトンを用いて除去される。
【０１０５】
段階２３４において、第２犠牲ＰＳＧ（３μｍ）が堆積され、そしてまた、ある程度の平坦化が与えられる。
【０１０６】
段階２３６において、ＰＲが表面にスピンコートされる。
【０１０７】
段階２３８において、第４マスクが、第２及び第３ポリシリコン層間にアンカー窓を形成するように用いられる。
【０１０８】
段階２４０において、ＰＳＧが１０：１ＨＦ中でエッチングされる。
【０１０９】
段階２４２において、ＰＲがアセトンを用いて除去される。
【０１１０】
段階２４４において、ポリシリコンの第３層（２０μｍ）がＬＰＣＶＤにより堆積される。
【０１１１】
段階２４６において、ＰＲが表面にスピンコートされる。
【０１１２】
段階２４８において、第５マスクが櫛歯型フィンガーをパターニングするように用いられる。ＰＲは、次いで、露光され、そして現像される。
【０１１３】
段階２５０において、ポリシリコンがＲＩＥを用いてエッチングされる。
【０１１４】
段階２５２において、ＰＲがアセトンを用いて除去される。
【０１１５】
段階２５４において、犠牲ＰＳＧ（２２μｍ）が堆積され、そしてまた、ある程度の平坦化が与えられる。
【０１１６】
段階２５６において、ＰＲが表面にスピンコートされる。
【０１１７】
段階２５８において、第５マスクが、第３及び第４ポリシリコン層間にアンカー窓を形成するように用いられる。ＰＲは、次いで、露光され、そして現像される。
【０１１８】
段階２６０において、ＰＳＧが１０：１ＨＦ中でエッチングされる。
【０１１９】
段階２６２において、ＰＲがアセトンを用いて除去される。
【０１２０】
段階２６４において、ポリシリコンの第４層（２μｍ）がＬＰＣＶＤにより堆積される。
【０１２１】
段階２６６において、ＰＲが表面にスピンコートされる。
【０１２２】
段階２６８において、第７マスクがアンカーをパターニングするように用いられる。ＰＲは、次いで、露光され、そして現像される。
【０１２３】
段階２７０において、ポリシリコンがＲＩＥを用いてエッチングされる。
【０１２４】
段階２７２において、ＰＲがアセトンを用いて除去される。
【０１２５】
段階２７４において、ＰＲが表面にスピンコートされる。
【０１２６】
段階２７６において、第８マスクがマスクのコンタクトホールを形成するように用いられる。ＰＲは、次いで、露光され、そして現像される。
【０１２７】
段階２７８において、金が、コンタクト（１０μｍ）を形成するように、表面にスパッタリングされる。
【０１２８】
段階２８０において、過剰な金がアセトンを用いてリフトオフされる。
【０１２９】
段階２８２において、フォトレジストが表面にスピンコートされる。
【０１３０】
段階２８４において、第９マスクが、“金バンプ圧縮ボンディング”の金バンプをパターニングするように用いられる。
【０１３１】
段階２８６において、金が金バンプを形成するようにスパッタリングされる。
【０１３２】
段階２８８において、過剰な金はアセトンを用いてリフトオフされる。
【０１３３】
段階２９０において、その構造物が、１０：１ＨＦ中で犠牲ＰＳＧをエッチングすることにより剥離される。
【０１３４】
段階２９２において、その構造物は反転され、金バンプをまた有する目標物の脊椎プレートとアライメントされる。
【０１３５】
段階２９４において、その構造物及び目標物は室温で押圧される。
【０１３６】
段階２９６において、そのボンディングされた構造物は、剥離テザーを用いてオリジナルの基板から剥離される。
【０１３７】
そのセンサにより検知される歪量を最大化するように、センサと脊椎プレートとの間で用いられる何れの付着力を有する遷移物質を最小化することが求められる。そのような物質は、センサにより検知される歪を減衰させる。解決方法として、“金バンプ圧縮ボンディング”と呼ばれる技術を利用することができる。この技術は、センサ及び目標物の脊椎プレートにおいて小さい金バンプをパターニングすることにより脊椎プレートにセンサを直接、位置付け、それら２つの表面を共にアライメントし、室温でそれらの共に押圧し、そしてその弱い剥離テザーにより基板からセンサを剥離することを可能にする。
【０１３８】
ＲＦ装置及びアンテナのための回路は、容量性歪センサの櫛歯型フィンガーが、構造物を囲むように用いられるシーラントにより接触されないように、ハウジングとしての役割を果たす。それ故、容量性歪センサは、櫛歯型フィンガーをそれらの適切な位置に保つ金のテザーにより分離されるように製造される。組み立て時に、容量性歪センサは、反転され、脊椎プレートにおける取り付け穴に押圧される。テザーは、次いで、櫛歯型フィンガーを剥離するように破壊され、それ故、それらのフィンガーは、脊椎プレートを曲げることにより動かすことが可能になる。このぶらさがり、分離された容量性センサにおいて、他の回路及びアンテナは、その容量性センサのために分離するように裏面にオープンキャビティを備えている。導出線が、ハウジングの表面に誘導電力サブシステムを取り付けるように用いられ、付加導出線が、容量性センサにアンテナ及びＲＦサブシステムを取り付けるように用いられる。ハウジングは、その場合、パリレンを用いて脊椎プレートの方に密閉されている。パリレンは、湿気により劣化されない絶縁保護コーティングを与えるために、好適である。
【０１３９】
図１３は、パッケージング構成７０の実施形態を示している。図１４は、このようなセンサ及びアンテナのパッケージングについての処理を示し、平面図は左側であり、断面図は右側である。
【０１４０】
段階３００において、その処理はシリコンウェハから開始される。
【０１４１】
段階３０２において、フォトレジスト（ＰＲ）が、センサのためのキャビティを形成するようにウェハの裏面にスピンコートされる。
【０１４２】
段階３０４において、マスクが、キャビティをパターニングするように用いられる。
【０１４３】
段階３０６において、シリコンがＤＲＩＥを用いて裏面からエッチングされ、そしてフォトレジストが除去される。
【０１４４】
段階３０８において、金のバンプが、“金バンプ圧縮ボンディング”のためにパターニングされる。
【０１４５】
段階３１０において、アンテナは、ウェハの上部にアライメントされ、そして押圧される。
【０１４６】
段階３１２において、その構造物は、表面にパターニングされた金バンプをまた有する脊椎プレートの表面にアライメントされる。
【０１４７】
段階３１４において、その構造物は、室温で脊椎プレートに押圧される。
【０１４８】
アンテナは、特に、脊椎プレートの形成因子の範囲内で適合するように十分小さくデザインされ、ハウジングの表面における回路と同じ表面にあり、インプラントされる装置の最外表面にあることに留意されたい。そのアンテナは、無線テレメトリを介して、組織及び皮膚を通って、可搬型ＲＦリーダと通信する。それらのリーダは、十分に確立されたＲＦＩＤタグ市場において容易に利用可能である。アンテナのサイズを限定するように１００ＧＨｚを割り当てるように、市販のＲＦリーダは、高周波数を検知するために改善を必要とする。代替として、脊椎計測器にアンテナを組み込む必要があり、上記の表面を微細加工したパッチアンテナデザインではなく、ワイヤコイルを用いるアンテナのサイズを大きくする必要がある。
【０１４９】
脊椎固定プレート及び関連ハードウェアについては、当該技術分野で知られているため、ここでは、何れの特定な詳細について説明しない。しかしながら、標準的な脊椎プレートの改善を考慮する価値がある、上記のセンサシステムの特定の特徴がある。
【０１５０】
例えば、チタンから成る脊椎プレート、ナット及びペディクルスクリューを製造することは望ましい。チタンは、無害、低アレルギー誘発性であり、生物学的適合を有し、そして特に腐食耐性を有する。チタンはまた、非磁性材料である。本実施形態のセンサ及び回路は脊椎プレートに備えられるため、電磁的干渉は、チタンを用いることにより最小化される。
【０１５１】
図１５は、上記のセンサシステムを備えた機械加工されたチタンの脊椎プレート８０を示す。ビームにおける曲げの式を用い、両端部を固く固定し、ペディクルスクリューから両端部において適用された曲げモーメントを有する場合、そのセンサシステムにより２５μｍの歪を得ることができる。これは非常に小さい信号であるが、本実施形態の容量性歪センサの能力の範囲内では十分である。図１５に示すビームの一部は、集中曲がり位置８２を生成するように機械加工されたが、ビームの全体的な強度は妥協されていない。チタンプレートの強度は多大な安全率を有し、実際には、体内成長が終了するまで、原型を保つ。長期間、融合強度は、新しい骨により十分に与えられるが、インプラントされたハードウェアによっては与えられない。
【０１５２】
上記のように、システムの構成要素は、ペリレンのような物質で密封されることができる。このシーラントは、例えば、図１６におけるフローチャートに示す処理を用いて適用される。
【０１５３】
上記の電子歪測定システムは医療用ｘ線に置き換えられるようにデザインされるが、それは、その医療用ｘ線は、骨が完全に無機物化するまで、しばしば最終的なところに至っていないためである。手術中、脊椎プレートの一は、電子的計測脊椎プレートと置き換えられる。人間のためには、目標は、別のやり方の不変の脊椎プレートに適合した計測全てを有するようになっていることである。
【０１５４】
脊椎融合の進行を検知するために使用するとき、可搬型受信器ユニットはセンサの近傍に置かれ、最初の歪レベルが記録される。次いで、通常のオフィス訪問において１週間に一度、その可搬型センサは、追加の歪レベルを記録するように、センサの近傍に再び、置かれる。図１７に示すように、時間経過と共に、歪のレベルは減少し、最終的には、低レベルで一定になる。このレベルは、手術後８乃至１２週間で到達し、その時点で、融合は固まったと判定され、患者の外側固定具は取り外される。
【０１５５】
ここで、図１、図１０、図１１及び図１８を参照するに、一実施形態においては、センササブシステム１２は、上記の増幅器６４、第２増幅器６６及び１２ビットＡ／Ｄ変換器６８を有する。Ａ／Ｄ変換器６８の出力は、ＲＦサブシステム１４にデジタル信号を供給する。この実施形態においては、データは、ＲＦ信号に関連してデジタルテレメトリとして送信されることができる。パケット及び他の送信技術を同様に用いることが可能である。
【０１５６】
上記のデジタルテレメトリの実施形態においては、インプラントに先行して、櫛歯型容量歪センサが、“中立”ベースラインに対して好適に設定される。例えば、これは、４０９６データビットを生成する１２ビットＡ／Ｄ分解能を有する上記の演算増幅器を用いて達成される。データビットは、データビットの割合が対象領域についての歪の既知の値の同等の領域を表すように、副分割される。例えば、インプラントされるときに、脊椎インプラントが１０００με（微小歪）である場合、各々の１μεは約４データビットに相当する。それ故、中立データベース値は、インプラントに先立ち、２０４８データビットである。
【０１５７】
増幅器６４は飽和してはならず、それが飽和した場合、出力データは使用できないものとなる。そのシステムは、データビット値を更に出力することが可能であるが、その出力は一定値であり、実際には、全体の測定機関に亘って変化しない。外側受信器サブシステムは、この故障モードを検知するようになっている。この外側受信器サブシステムは、新しい値に中立ベースラインをリセットすることにより、その新しい値が値域内にあるうちは、補正されることができる。
【０１５８】
第２増幅器６６は、装置の動作範囲を設定するように用いられる。例えば、脊椎インプラントにおいて、標準的な歪の範囲は約１００μεである。第２増幅器６６は、それ故、±１００με又は２００μεの値域に設定される。１２ビットＡ／Ｄにおいては、これは、歪における２０データビットの変化全てに対して１μεの変化に一致する。
【０１５９】
一部のアプリケーションにおいては、櫛歯型容量センサ及びインプラントハードウェアは外科医による初期歪を受ける。例えば、脊椎の手術においては、ペディクルスクリューに加えられるトルクは、脊椎ハードウェアにおいて約６００μεをもたらす。それ故、櫛歯型容量センサは、例示としての２０４８データビットにおいてその値を再中心決めするように好適に調節される。もたらされる歪の正確な量は予め決定できないため、この調節は、センサシステムの良好なパフォーマンスのために重要である。
【０１６０】
アプリケーションに応じて、挿入又はインプラント後の歪は、時間及び条件と共に、増加する、減少する又は振動する。脊椎融合のアプリケーションにおいては、脊椎インプラントハードウェアは、ペディクルスクリュー、プレート、ロッド又はケージの完全に可変な方向に応じて、初期において、湾曲状態又は拡張状態にあることが可能である。例えば、２０４８以下のデータビット値は拡張を表し、２０４８以上の値は湾曲を表すことが可能である。それ故、櫛歯型容量センサと通信する外部受信器サブシステムは、ベースラインから歪における初期変化を分析し、脊椎ハードウェアの初期の方向を演繹することができる必要がある。このような情報は、その場合、歪における実際の変化を計算するアルゴリズムで用いる外部受信器サブシステムに記憶される。時間経過につれて、全体的な歪は、一定値の方に減少することが可能であるが、この変化の“符号”は最初の方向に依存する。
【０１６１】
そのシステムは、脊椎融合の検知に関連して上記したが、歪は、他の生物医学的な状態のインジケータとしても用いられることが可能である。ＭＥＭＳ伝達を用いて、そのシステムは対象領域への櫛歯型容量歪センサの挿入又はインプラントを可能にする。有利であることに、そのシステムは、高感度の櫛歯型容量歪センサを用い、ＲＦ送信機サブシステムは、サイズが微細であり、温度依存性であり、バッテリを使用せず、生物学的適合を有する物質を使用し、環境から隔離され、そしてインプラントに容易に統合されることができる又は内蔵型トランスポンデントユニットの一部として使用されることができる。好適には、一般に利用可能である帯域の範囲内にあるＲＦ周波数が用いられ、そのＲＦ周波数は生物学的組織に対して安全である。本質的に、そのシステムは生涯を通じてのインプラントとみなされる。
【０１６２】
上記のように、ＲＦ送信器サブシステムは外部受信器サブシステムにセンサ情報を伝送し、その外部受信器サブシステムは、例えば、市販のＲＦ ＩＤタグ型受信器を有することが可能である。その受信器サブシステムは、携帯型ユニット、可搬型ユニット、腕時計型ユニットのような複数の形態で使用されることが可能であり、データ処理能力又はコンピュータと接続して機能することが可能である。
【０１６３】
好適には、データ処理のために用いられるアルゴリズム情報は、外部に記憶され、処理されそして分析されることが可能であり、それ故、そのシステムのサイズを小さく維持し、そして誘導電力サブシステムを用いることを可能にする。代替の実施形態においては、そのシステムは、センサからのデータビット情報を記憶するためのメモリ又はそれに類似するものを有することが可能である。このことは、後の分析のために定期的な又はランダムな時点の記録のオプションを与え、短期間又は長期間記憶を与えることができる。医療従事者は、例えば、後に、送信器によりその装置に質問し、記憶されているデータをダウンロードするように、それを信号で伝えることができる。その装置は、長期間の調査のためのダウンロードの後に、任意に消去されることが可能である。このような構成は、上記の受信器サブシステムに対する代替として、双方向通信のための外部送受信器の使用を必要とする。更に、データが記憶されるため、このように改善されたシステムの実施形態は、皮膚の下において置き換え可能な及び／又は再充電可能な電源を必要とする可能性がある。
【０１６４】
更に、外部無線送受信器は、必要に応じて、受信されたデータビット情報を処理することが可能である。例えば、送受信器は、キャリアＲＦ波からデータビット情報を減算する、単一値にデータビットを平均化する、及びデータビット読み取りを使用可能な数に変換するように適切なアルゴリズムを適用する処理器及び関連ソフトウェアを有することが可能である。１秒間に歪情報を収集する１０００Ｈｚの送受信器は、各々の読み取りについて１０００データビットを生成する。平均値が２５００データビットである場合、出力歪は１２．５μεである。これは、６００μεのベースライン値に加算されることが可能であり、外科医に６１２．５μεの読み取りを与える。それらの平均値の各々は、図１９に示す実施例に例示している脊椎の歪におけるゆっくりした減少及び最終的な一定値のような歪における傾向を示すように、時間経過と共に記録されることが可能である。一部のアプリケーションにおいては、ユーザ又は患者が、例えば、体の位置によりセンサの読み取りに影響を与える場合に、ユーザ教育が必要になる可能性がある。必要に応じて、オペレーティングプロトコルが、長期間の調査に亘る一貫した読み取りのための患者の方向付け方法について、患者に情報提供するように必要とされる。
【０１６５】
上記のように、そのシステムは、一般に生物医学的状態を検知するように適用可能であり、広いアプリケーションを有する。例えば、図２０を参照するに、ＭＥＭＳを用いて、血液の化学物質、因子及び無機物質を測定するためのセンサ装置４００が示されている。この実施形態においては、櫛歯型容量センサが、例えば、前腕にシリンジを挿入される、又は血流にセンサを曝す必要があるために血管内に備えられる。センサは、特定の化学物質に曝されるときに、動的に及び可逆的に膨らむ、ヒドロゲル、親水性ポリマー又は他の生物学的適合を有する物質４０６を有するチャンバ４０４を有するハウジング４０２に備えられている。ハイドロゲルの重要な特性は高感度であることである。例えば、グルコース及び乳酸塩の両方が血液中に見出され、複数のハイドロゲルにおいて類似する親和性を有する。それ故、優位性のある可能性のあるマーカーに対して対象のマーカーを調べることは重要である。図２０は、歪を誘導するように、膨らむポリマー４０６のディスクを有する血液化学物質センサのための一構成を示している。
【０１６６】
ハイドロゲル、ポリマー又は他の物質の膨らみは、対応する中継器により送信される櫛歯型容量センサにおける歪をもたらす。この歪は、グルコース、電解質、ナトリウム、水和レベル、ｐＨ、有害化学物質又は重金属（鉛、水銀、クロム等）のような血液及び体液内の特定のマーカーの特定の濃度に対応する。それ故、歪は、特定の対象マーカーの高レベル又は低レベルについてユーザに情報提供することができる。このことは、糖尿病患者、持久力の必要な運動選手及び野戦の兵士にとって極めて関心があることである。
【０１６７】
この実施形態においては、外部無線送受信器、最も有望なものとしての腕時計型装置は、歪情報を分析し、グルコースレベル、電解質レベル（１つの単位で幾つかの重要な変数）等を表示するためのアルゴリズムを用いてその分析を処理する。
【０１６８】
腕時計型送受信器は、ユーザの医師又は軍人の上官のような専門家によるアドバイス及びモニタリングのために遠隔の場所と通信することが可能である。腕時計型送受信器はまた、ユーザが、特定の行動をとる、電解質レベルを補充する、迅速な医学的注意を求める又はインシュリンを投与することを求めるように、警告又は警報を与えることが可能である。
【０１６９】
同様に、そのシステムは、心拍の測定のために構成されることが可能である。図２０を参照して上記したアプリケーションと類似して、心臓の各々の鼓動において全身は“血液を送り込まれる”ために、心拍モニタ櫛歯型容量センサは皮膚下にシリンジにより容易に導入されることが可能である。導入バージョンについては、センサは、各々のパルスの圧力下で収縮し、ユーザに連続的な心拍のモニタリングを与えるように腕時計型ユニットに無線で送信される歪をもたらす、密閉チャンバを有する。図２１は、密閉チャンバ５０２を有する心拍モニタ５００の実施形態を示す。代替として、図２２に示すように、櫛歯型容量センサが、大きい歪の可能性について前腕の血管６０２の周りの取り付けのための血管カフとして構成されることが可能である。必要に応じて、体の背景ノイズより大きい歪を得るように、センサは、血管の外側表面を叩くようにデザインされることが可能である。これは、フープ応力を有し、血管による可能な歪を最大化する。
【０１７０】
上記のように、好適なセンサ構成は、櫛歯型容量センサを有する。他の種類のセンサを用いることが可能であるが、櫛歯型容量センサは有利であることが明らかである。他の種類のセンサは、櫛歯型容量センサに比べて劣るが、ホイーストンブリッジにおいて構成される微細加工されたｐｉｅｓ抵抗歪ゲージを含む。この構成においては、そのホイーストンブリッジの抵抗変化が電圧としてモニタされ、デジタル信号に変換され、可搬型受信器に送信される。
【０１７１】
また、上記のように、成功裏のデータ取得システムをつくるためには、マイクロセンサデザインにより駆動される幾つかの技術が共に統合されなければならない。測定されるべき量及びセンサが備えられる環境は、センサの種類及び、潜在的に厳しい環境からそのセンサを保護するために必要なパッケージングを決定する。上記説明は多くの詳細を含むが、それらは本発明の範囲を限定するとして解釈されるべきではなく、本発明の現在の好適な実施形態の幾つかの例示を単に提供するだけのものである。それ故、本発明の範囲は、当業者に明らかになる他の実施形態を完全に包含するものであり、本発明の範囲は、同時提出の特許請求の範囲以外の何ものによっても制約されるものではなく。それらの請求項において、単数の要素の表現は、“１つ及び１つのみ”と明示的に表現されている場合を除いて、“１つ及び１つのみ”を意味するのではなく、“１つ又はそれ以上”を意味するものである。当業者に知られている、上記の好適な実施形態の要素に対する構造的、化学的及び機能的に等価なもの全ては、本願に引用して援用され、特許請求の範囲に包含されることが意図されている。更に、装置又は方法は、本発明により解決されることが求められる各々の及び全ての問題点に対処する必要はなく、特許請求の範囲に包含されるべきものである。更に、要素、構成要素又は方法の段階が請求項に明示的に記載されているかどうかに拘わらず、何れの要素、構成要素又は方法の段階は公開されることを意図されていない。
【０１７２】
【表１】
【図面の簡単な説明】
【０１７３】
【図１】本発明にしたがった歪検知システムの実施形態の基本ブロック図である。
【図２】図１に示すシステムにおけるＲＦ送信器サブシステムの実施形態の基本ブロック図である。
【図３】ＡＣ変調信号に対する図２に示す電圧制御発振器の波形応答を示すグラフである。
【図４】本発明にしたがったマイクロステップアンテナの実施形態の断面図である。
【図５】図４に示すマイクロステップアンテナの代替の実施形態の平面図である。
【図６】図５に示すマイクロステップアンテナの断面図である。
【図７Ａ】図５及び図６に示すマイクロステップアンテナを製造する処理の実施形態を示すフローズである。
【図７Ｂ】図５及び図６に示すマイクロステップアンテナを製造する処理の実施形態を示すフローズである。
【図７Ｃ】図５及び図６に示すマイクロステップアンテナを製造する処理の実施形態を示すフローズである。
【図７Ｄ】図５及び図６に示すマイクロステップアンテナを製造する処理の実施形態を示すフローズである。
【図７Ｅ】図５及び図６に示すマイクロステップアンテナを製造する処理の実施形態を示すフローズである。
【図７Ｆ】図５及び図６に示すマイクロステップアンテナを製造する処理の実施形態を示すフローズである。
【図７Ｇ】図５及び図６に示すマイクロステップアンテナを製造する処理の実施形態を示すフローズである。
【図７Ｈ】図５及び図６に示すマイクロステップアンテナを製造する処理の実施形態を示すフローズである。
【図７Ｉ】図５及び図６に示すマイクロステップアンテナを製造する処理の実施形態を示すフローズである。
【図７Ｊ】図５及び図６に示すマイクロステップアンテナを製造する処理の実施形態を示すフローズである。
【図７Ｋ】図５及び図６に示すマイクロステップアンテナを製造する処理の実施形態を示すフローズである。
【図７Ｌ】図５及び図６に示すマイクロステップアンテナを製造する処理の実施形態を示すフローズである。
【図７Ｍ】図５及び図６に示すマイクロステップアンテナを製造する処理の実施形態を示すフローズである。
【図７Ｎ】図５及び図６に示すマイクロステップアンテナを製造する処理の実施形態を示すフローズである。
【図７Ｏ】図５及び図６に示すマイクロステップアンテナを製造する処理の実施形態を示すフローズである。
【図７Ｐ】図５及び図６に示すマイクロステップアンテナを製造する処理の実施形態を示すフローズである。
【図７Ｑ】図５及び図６に示すマイクロステップアンテナを製造する処理の実施形態を示すフローズである。
【図７Ｒ】図５及び図６に示すマイクロステップアンテナを製造する処理の実施形態を示すフローズである。
【図８】本発明にしたがった誘導電源サブシステムの実施形態を示す図である。
【図９Ａ】本発明において実施される面積変動動きコンデンサ歪センサの構造を示す図である。
【図９Ｂ】本発明にしたがった櫛歯型面積変動動きコンデンサ歪センサの構造を示す図である。
【図１０Ａ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを用いた容量ブリッジを示す図である。
【図１０Ｂ】図１０Ａに示す回路と等価の回路を示す図である。
【図１１】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを用いた差動増幅器を示す図である。
【図１２Ａ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２Ｂ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２Ｃ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２Ｄ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２Ｅ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２Ｆ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２Ｇ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２Ｈ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２Ｉ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２Ｊ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２Ｋ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２Ｌ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２Ｍ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２Ｎ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２Ｏ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２Ｐ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２Ｑ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２Ｒ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２Ｓ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２Ｔ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２Ｕ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２Ｖ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２Ｗ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２Ｘ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２Ｙ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２Ｚ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２ＡＡ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２ＢＢ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２ＣＣ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２ＤＤ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２ＥＥ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２ＦＦ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２ＧＧ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２ＨＨ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２ＩＩ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２ＪＪ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２ＫＫ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２ＬＬ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２ＭＭ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２ＮＮ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２ＯＯ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２ＰＰ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２ＱＱ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２ＲＲ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２ＳＳ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２ＴＴ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２ＵＵ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２ＶＶ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２ＷＷ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１３】本発明の櫛歯型コンデンサのためにパッケージングされ且つ備えられた構成を示す図である。
【図１４Ａ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ及びマイクロストリップアンテナのためのパッケージング処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１４Ｂ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ及びマイクロストリップアンテナのためのパッケージング処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１４Ｃ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ及びマイクロストリップアンテナのためのパッケージング処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１４Ｄ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ及びマイクロストリップアンテナのためのパッケージング処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１４Ｅ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ及びマイクロストリップアンテナのためのパッケージング処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１４Ｆ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ及びマイクロストリップアンテナのためのパッケージング処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１４Ｇ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ及びマイクロストリップアンテナのためのパッケージング処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１４Ｈ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ及びマイクロストリップアンテナのためのパッケージング処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１５】本発明にしたがった取り付けられた櫛歯型歪センサを有する脊椎プレートの実施形態を示す図である。
【図１６】本発明にしたがったパッケージングされたアンテナ、櫛歯型コンデンサ歪センサ及び関連回路にパリレンシーラントを適応させるための処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１７】脊椎融合の進行からもたらされる予測歪の減少及び一定化を示すグラフである。
【図１８】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサシステムと共に用いるデジタルテレメトリ及び較正回路の模式図である。
【図１９】脊椎融合の間の時間の関数としての本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサシステムの予測される歪データ出力の実施例を示すグラフである。
【図２０】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを用いた血液化学物質モニタの実施形態の斜視図である。
【図２１】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを用いたシールドチャンバ心拍モニタの実施形態の斜視図である。
【図２２】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを用いた心拍のニタ血管カフの斜視図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、歪のモニタリングに関し、特に、脊髄融合の進行のモニタリング、グルコースレベルのモニタリング、脊髄負荷の測定及び心拍のモニタリングを含む医学的状態のインジケータとして歪モニタリングを使用することに関する。
【背景技術】
【０００２】
腰椎融合は、整形外科手術の最も進歩した領域の１つである。最も一般的な外科的介入のための兆候は腰部の痛みである。多くの装置が、仕事に関連した腰部損傷の発生率を最小化するようにデザインされてきているが、社会的に、我々は、腰部損傷に繋がる多くの活動に関わり続けている。最も高頻度の、物品を不適切に持ち上げる、扱い難い角度に物品を引っ張る又は持ち上げる及び疲労は、腰部筋肉の損傷に繋がる。損傷のレベルが十分に激しい場合、腰部脊椎の筋肉及び靱帯は加えられる負荷に耐えることができず、椎間板が、脊椎の前側からヘルニアになる。これは、しばしば、椎間板ヘルニア又はぎっくり腰と呼ばれる。更に、脊椎の椎骨は、椎骨の背面に位置している横断的な棘突起により互いに関節で繋がれている。棘突起間には、腰部損傷により損傷される可能性がある軟骨の小さいパッドがある。椎間板ヘルニア及び棘突起の両方は、脊椎における慢性の痛み及び機能損失の原因になり得る。痛みは、衰弱をもたらし、患者が通常の日常的な活動を楽しむことができないようにする。
【０００３】
痛みを取り除くために、腰椎融合が行われ、脊椎の腰椎領域において切開が行われ、金属ブレーシングが椎骨の後部に対して左右相称に適用される。このブレーシングは、骨の成長が骨成長因子により刺激されるまで機械的剛性を与え、封入し、２つの腰椎の椎骨間に金属ブレーシングを包み込み、それらの２つの腰椎の椎骨間で動かないようにされる。初期固着を生成するように使用される脊椎器具と呼ばれる金属ブレーシングについては多くの選択が存在する。一般に、ぺディクルスクリューが、後部から椎骨のペディクル骨ブリッジを通って椎体の壁にねじ込まれて取り付けられる。この手順は、隣接する椎骨について、脊椎後部の反対側において左右相称に繰り返される。一旦、４つのペディクルスクリュー全てが配置されると、ロッド又がプレートがペディクルスクリューの２つの支柱に取り付けられる。骨のスラリ及び骨成長因子が椎骨器具及び椎骨において適用され、切開は閉じられる。
【０００４】
腰椎融合手術の後、リハビリが数ヶ月間行われる。患者は、何れの激しい肉体的活動を行われないように指導され、腕の下からおしりの真ん中に伸びる固定具で動きがとれなくされる。腰を上げること、曲げること、自動車を運転すること及び走ることは許可されない。ジェットコースターのような衝撃を含む何れの種類の行動もまた、禁じられる。患者の年齢に応じて、手術後、このことは、４ヶ月間から１年間の何れの期間であることが可能である。このような動きがとれない長い期間のために、脊椎及び腹部の筋肉は、使用されないために萎縮する。支柱はまた、応力遮蔽に寄与し、そのことは、支柱が脊椎の負荷の一部を支援し、結果的に、強度の劣る腰椎融合をもたらすことを意味する。
【０００５】
上記の処置方法による問題点は、融合が、レントゲン写真で予測されるよりも非常に早く起こることである。例えば、固体融合が、手術後８週間（２ヶ月）程の早さで起こる可能性がある。しかしながら、脊椎器具の周りで初期に成長する骨は海綿骨であり、その海綿骨は強く、高密度であるが、レントゲン写真においては不透明ではない。それ故、カルシウムのような無機物が注入されるまで、ｘ線に関しては理解することができない。
【０００６】
人間の脊椎の歪又は移動を測定するために、電気信号を収集し、外部の受信器にその信号を送信することを有する方法を含む、幾つかの方法がある。例えば、米国特許第６，４３３，６２９号明細書においては、整形外科インプラントにおける移動（歪）を測定するようにホイートストンブリッジ及びタイミング回路を用いることが開示されている。更に、その装置は内部電源を用いていない。それに代えて、ホイーストンブリッジに近接して組み込まれた磁気コイルがその回路に電力供給し、測定中、その回路を活性化する。
【０００７】
米国特許第５，９３５，０８６号明細書においては、２つ又はそれ以上の継ぎ手の間の相対角度が測定され、力トランスジューサが、人工膝の継ぎ手に加えられる力を同時に測定するために用いられている。このことは、米国特許第５，９９５，８７９号明細書と同様であり、その特許文献においてはまた、第１椎骨に対する第２脊椎椎骨の方向を決定するために２つの自由に移動可能なポイント間の角度が測定される。
【０００８】
米国特許第６，４３２，０５０号明細書においては、生体内センサ又は装置をモニタするために、可聴音響フィードバックを用いている。インプラントされた装置に音響クエリを適用することにより、オペレータは、装置が適切に機能しているかどうかを音響的に判定することができる。これは、心臓手術ステントから椎間板インプラントに至るまで、広く応用される。
【０００９】
米国特許第６，２２３，１３８号明細書においては、歪変位を測定するために、ホイーストンブリッジが使用されているが、信号が増幅され、それをキャリア周波数に加算している。その信号を二次周波数に加算することにより、背景ノイズにおける小さい信号の損失が回避される。
【００１０】
米国特許出願公開第２００２／００５０１７４Ａ１号明細書においてはまた、ホイーストンブリッジで歪ゲージを用い、その装置は、ミクロンスケールで歪を成功裏に測定するように適合されている。
【００１１】
米国特許出願公開第２００４／００１１３７Ａ１号明細書においてはまた、当該技術分野における電流状態に関する情報を提供している。
【００１２】
上記特許文献の各々は、それら全部の援用により、本発明の説明の一部を代替するものとする。
【００１３】
歪測定に対する上記の方法に耐えられない場合、腰椎手術後の脊椎融合の着手は決定することが困難であることが継続し、患者は、インプラントが非常に短い時間で内部固定される場合でさえ、手術後３乃至６ヶ月間、脊椎固定具を頻繁に適合される。ｘ線透視の検証の必要性なしに、固体融合を検出することが可能である新しい方法が開発される場合、患者が固定具を装着する必要がある時間量は、５０％まで又はそれ以下に短縮される可能性がある。
【００１４】
同様に、体の他の部位の歪をモニタするため及び他の医療的伝導をモニタするための新しい方法に対する要請が存在している。本発明は、それらの要請を満たし、当該技術分野のその状況を進展させるものである。
【特許文献１】米国特許第６，４３３，６２９号明細書
【特許文献２】米国特許第５，９３５，０８６号明細書
【特許文献３】米国特許第６，４３２，０５０号明細書
【特許文献４】米国特許第６，２２３，１３８号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２００２／００５０１７４Ａ１号明細書
【特許文献６】米国特許出願公開第２００４／００１１３７Ａ１号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、４つの主な特徴、即ち、歪検知、微細加工された集積回路、ＲＦ信号伝送及びデータ収集を用いることにより上記要請を満たすことができるシステム及び装置を有する。本発明の特徴にしたがって、センサは櫛歯型コンデンサを有する。本発明の他の特徴は、歪検知システムの超小型化である。本発明の技術を用いて、歪検知システムはサイズを小型化することができる。結果として得られる小型化は、そのシステムがインプラント又は他の装置に組み込まれる又は統合されることを可能にする。本発明の他の特徴は、外付け電源にそのシステムを接続する内側バッテリ電源又は外部リードについての必要性の削除である。これは、誘導結合された電源を使用することにより達成される。
【００１６】
本発明の他の特徴にしたがって、歪モニタリングは、脊椎融合の進行のモニタリング、グルコースレベルのモニタリング、脊椎負荷の測定及び心拍のモニタリングを含む医学的状態のインジケータとして用いられる。
【００１７】
例示として及び制限的ではなく、脊椎融合をモニタリングするために、本発明の歪検知システムはインプラントに接合されることが可能であり、そのインプラントが骨と負荷を共有することができる。それ故、脊椎が治るにつれて、インプラント歪は小さくなる。この実施形態においては、本発明は、融合が生じたときを判定する人間のためのインプラント可能歪変換システムを有する。
【００１８】
したがって、本発明は、一般に、歪が変化したときに、無線テレメトリ信号により示される高信頼性の再生可能信号を生成することができる歪センサシステムに基づくインプラント可能櫛歯型コンデンサを有する。
【００１９】
例示としての一実施形態においては、本発明は、ＲＦ送信器及び関連アンテナを用いて、データを送信し、低レベルの歪を正確に測定する歪センサを有する。他の実施形態においては、そのシステムのインプラント可能部分は、人間の内部にバッテリをインプラントする複雑性を回避するように外付け電磁電源により誘導的に電力供給される。又は、バッテリは、皮下に設置され、後に取り外されることが可能である。
【００２０】
他の実施形態においては、歪を検知する装置は、櫛歯型コンデンサセンサ、送信機及びアンテナを有し、それらのセンサ、送信器及びアンテナは生物学的ホスト内のインプラントのために適合される。
【００２１】
他の実施形態においては、歪を検知するためのシステムは、櫛歯型コンデンサセンサ、送信器、アンテナ及び受信器を有し、それらのセンサ、送信器及びアンテナは生物学的ホスト内のインプラントのために適合され、そして受信器は非インプラント可能遠隔操作装置である。
【００２２】
他の実施形態においては、歪を検知するためのシステムは、櫛歯型コンデンサセンサ、送信器、アンテナ、誘導結合電源及び受信器を有し、それらのセンサ、送信器、アンテナ及び電源は生物学的ホスト内のインプラントのために適合され、そして受信器は非インプラント可能遠隔操作装置である。
【００２３】
更に他の実施形態においては、歪を検知するためのシステムは、櫛歯型コンデンサセンサ、送信器、アンテナを有し、それらのセンサ、送信器及びアンテナは生物学的ホスト内のインプラントのために適合され、センサは脊椎プレートに備えられるように適合され、前記脊椎プレートの歪を表す信号を生成し、そして送信器は歪を表す信号を送信するようになっている。
【００２４】
本発明の他の実施形態は、櫛歯型コンデンサセンサ、送信器、アンテナ及び受信器を有し、それらのセンサ、送信器及びアンテナは生物学的ホスト内のインプラントのために適合され、センサは脊椎プレートに備えられるように適合され、前記脊椎プレートの歪を表す信号を生成し、送信器は歪を表す信号を送信するようになっていて、そして受信器は非インプラント可能遠隔操作装置である。
【００２５】
本発明の他の実施形態は、櫛歯型コンデンサセンサ、送信器、アンテナ、誘導結合電源及び受信器を有し、それらのセンサ、送信器、アンテナ及び電源は生物学的ホスト内のインプラントのために適合され、センサは脊椎プレートに備えられるように適合され、前記脊椎プレートの歪を表す信号を生成し、送信器は歪を表す信号を送信するようになっていて、そして受信器は非インプラント可能遠隔操作装置である。
【００２６】
本発明の他の特徴については、以下の詳細説明に説明されていて、その詳細説明は、本発明を制限するのではなく、本発明の好適な実施形態を十分に開示することを目的としている。
【００２７】
本発明については、単に例示を目的として、以下の図を参照して更に理解することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
例示目的で、図を更に具体的に参照するに、本発明は、図１乃至図２２に一般的に示すシステム、機器、装置及び方法において実施されている。
【００２９】
一般に、本発明は、微細加工された集積回路を使用して、容量性櫛歯形状歪検知及びＲＦ信号送信を用いるシステムで実施される。本発明は、一般に、歪が変化したときに、無線テレメトリ信号で表される高信頼性で再生可能な信号を生成することができるインプラント型容量性歪センサを有する。そのシステムの実施形態は、バッテリを必要としない外部電源に誘導結合する内部電源サブシステムを有する。そのシステムの他の実施形態においては、検知されたデータが送信され、収集される受信器サブシステムを有する。更なる実施形態においては、上記の変形を有する。
【００３０】
本発明については、ここで、脊椎融合を検知することに関して説明する。しかしながら、本発明の実施は、脊椎融合を検知することに限定されないことを理解することができる。例えば、本発明は、実際に何れの対象物における歪の測定又はモニタリングに適用されることが可能であるが、理想的には、人間又は動物の体の内部における歪検出に適している。本発明の他の特徴にしたがって、歪モニタリングは、脊椎融合の進行のモニタリング、グルコースレベルのモニタリング、脊椎負荷の測定及び心拍のモニタリングを含む医学的状態のインジケータとして用いられ、そのことについてはまた、以下、詳述する。それ故、本発明についての以下の説明は、限定的でないとみなされ、例示として与えられている。
【００３１】
操作の一モードにおいて、本発明は、ｘ線透視を用いることに比べてより迅速に脊椎融合を検知するための電気的解決方法を提供し、そして、用いられる脊椎固定計測器が最初にインプラントされるときに固定的でない前提に基づいている。例えば、一部の移動を可能にする脊椎プレートとペディクルスクリューとの間には僅かな空隙がある。そのペディクルスクリューはまた、それらを固く固定するように支持するようにネジ山に骨が成長するまで、僅かに動くことができる。椎骨の前方側は固定されていず、２つの椎骨は椎間板の緩衝作用により分離されているため、これを起点として一部の動きが常に存在する。それ故、２つのペディクルスクリューに対して固定された脊椎プレートは、両方の端部において適用されるモーメントを有するビームのように振る舞う。そのモーメントは、特に、脊椎プレートがそのプレートの中心における集中曲げモーメントを与えるようにネックダウンされる場合、歪として測定される脊椎プレートにおける曲がりを生じさせる。最初は、脊椎プレートにおけるその歪は大きいが、骨の成長が付加的固定を与えるにつれて、時間の経過と共に減少する。ある時間の期間の後、歪はより小さい値に最小化し、比較的一定を保つ。定期的に且つ電子的に歪をサンプリングすることにより、固い固定の始まりを示す曲線が得られる。
【００３２】
より迅速に脊椎融合を検知する要請に応えるように、本発明は、脊椎融合を検知するための電子的解決方法を有する。歪センサ及び関連回路が脊椎固定装置に直接、接合されることができ、そのことは骨と負荷を共有することができる。それ故、脊椎が治るにつれて、インプラント歪は小さくなる。歪計測器で歪を測定することによる、検知される歪と融合との間の時間依存性関係が存在する。脊椎融合が、従来のｘ線透視に比べて非常に迅速に無線テレメトリシステムにより検知される場合、脊椎手術の患者のための固定又は改善活動で費やされる時間は最短化される。したがって、本発明の特徴は、非活動性萎縮のような他の合併症を回避するように、患者が固定具を装着されたままの状態を保たなければならない時間量を短縮することであり、患者の回復及び最終的に得られる結果が改善されることである。
【００３３】
そのシステムのインプラント可能部分のインプラントを容易にするように、回路は、固定プレートに統合される、又は固定プレートに囲われて取り付けられる。このようにして、脊椎融合ハードウェアは歪センサを含むことができる。好適には、そのシステムのインプラント可能部分は、人間の内側にバッテリをインプラントする複雑さを回避するように、高周波により誘導的に電力供給される。又は、バッテリは、皮下に設置され、一旦、融合が判定されると、取り外される。
【００３４】
システムの概観
先ず、図１を参照するに、本発明にしたがった歪測定／モニタリングシステム１０について模式的に示している。図示している実施形態においては、システムは、センササブシステム１２と、高周波（ＲＦ）送信器サブシステム１４及び関連アンテナ１６と、誘導電力サブシステム１８と、受信器サブシステム２０及び関連アンテナ２２とを有する。
【００３５】
ＲＦ ＩＤアプリケーションのために用いられる技術のような、受信器サブシステム２０及び関連アンテナ２２のための技術は、商業ベースで購入可能である。そのような装置は、テレメトリ日付を受信し、及び誘導結合電源を備えている。しかしながら、センサシステムの所望の動作周波数を適合させるようにその装置の動作周波数を修正する必要がある可能性がある。それ故、以下の説明においては、センササブシステム１２と、ＲＦ送信器サブシステム１４と、アンテナ１６と、誘導電力サブシステム１８とに主に焦点を当てることにする。
【００３６】
ＲＦ送信器サブシステム
好適な実施形態においては、ＲＦ送信器サブシステム１４は、検知サブシステム１２から信号を受信し、アンテナ１６を介して出力信号を送信するようにキャリア信号の周波数（ＦＭ）を変調するようにその信号を用いる構成要素を有する。図２をまた、参照するに、図示している実施形態においては、ＲＦ送信器サブシステムは、電圧制御発振器（ＶＣＯ）２４と、アンテナ１６に結合した電力増幅器２６とを有する。このサブシステムを駆動する電力は誘導電力サブシステム１８により供給される。
【００３７】
周波数選択
ＲＦ送信器サブシステムの全体的なデザインにおける要素は、キャリア信号が送信される周波数である。動作周波数は、アンテナ１６のようなＲＦ送信器サブシステムにおける構成要素の寸法に直接、影響する。人間又は動物の体内にインプラントされるシステムとして用いるデザインを目的として、１００ＧＨｚの周波数を選択することができるが、他の周波数を用いることも可能である。高い周波数は、低い周波数に比べて、より良好な伝搬特性及びより広い利用可能帯域幅を有する傾向にあり、小さいアンテナを用いることを可能にする。しかしながら、人間の体内でそのような高い周波数を用いる安全限界は、約６１．４Ｖ／ｍに電場強度を、約０．１６３Ａ／ｍに磁場強度を、約５０Ｗ／ｍ２に電力密度をそして約６分以下に曝射持続時間を制限する傾向にあることに留意されたい。
【００３８】
変調の種類
他の可能性がある安全性についての関心は、用いられるＲＦ信号変調スキームの種類に関するものである。信号変調には、一般に３つの種類、即ち、周波数変調（ＦＭ）、振幅変調（ＡＭ）及びパルス変調（ＰＭ）がある。ＰＭは、短い時間の期間における大きいエネルギー放出のために、生物学的組織に対する最大損傷の原因になる傾向にある。他方、ＡＭはノイズに非常に感応する一方、生物学的組織を透過し、それ故、誤ったデータ読み出しに繋がる可能性がある。それ故、振幅は、周波数に比べて、より大きく影響する。したがって、周波数変調（ＦＭ）は、振幅が送信されるデータに関連せず、ＰＭより安全であるために、好ましい。更なるＦＭの有利点は、広い帯域幅において耐ノイズ性に優れた性能にある。要約すると、広帯域スキームで送信される周波数変調信号は好適である。
【００３９】
送信器
送信器選択はまた、幾つかの要素に基づいている。例えば、送信器は、選択された変調フォーマットに適切であり、そして受信器サブシステムを有する高信頼性リンクを備えるように必要な送信電力を生成するために適切である必要がある。図１及び図２に示されている実施形態においては、送信器は、電力増幅器２６により後続される電圧制御発振器２４を有する。この構成における変調器は、センササブシステム１２からの変調信号により駆動されるＶＣＯ２４である。
【００４０】
電圧制御発振器
電圧制御発振器は、ＲＦ送信器サブシステムの重要な構成要素であることが理解できる。ＧＨｚ領域のＶＣＯは、典型的には、標準的なＩＣ技術を用いて製造され、容易に集積可能である。ＶＣＯの目的は、ＶＣＯの信号又はキャリア信号を変調するようにセンササブシステム１２からのＡＣ信号を用いることである。ＶＣＯへのゼロ入力により、ＶＣＯは、固定振幅及び周波数を有する高純度正弦波形を生成する。ＶＣＯが入力を受け入れるとき、ＶＣＯはそれ自体を、変調センサ信号に関連して変調された信号を生成するように位相同期ループ（ＰＬＬ）にロックする。
【００４１】
ＶＣＯは、改善された信号のためにキャリアの変調を最大化することを可能にする高同調感度（制御電圧における単位変動当たりの出力周波数における変動（Ｈｚ／Ｖ））を有する。更に、電源引き込み（電源電圧における変動に対する出力周波数の感度（Ｈｚ／Ｖ））は、改善されたゲインについて変動がないまま保たれる必要がある。この種類の挙動は、回路のパワーアップ時に、このときの過渡挙動のために予測される。それ故、初期の読み出しは正確とはみなされず、この理由のために、各々の読み出しのために、十分な時間が割り当てられる必要がある。センサは、測定期間に亘って、殆ど変動がないことが期待されるため、そのシステムからの一貫した同じ出力は、過渡時をバイパスする良好な指標である。
【００４２】
一般に、集積回路の形式で製造されることができる電圧制御発振器には３つの種類、即ち、リング発振器、弛張発振器及び同調発振器がある。最初の２つは、同調発振器と比べて、モノリシックであり且つ小さいサイズであるために、本発明で実施することは容易である。
【００４３】
本発明においては、リング発振器が好適である。キャリア周波数についての一般式は次のようであることが理解でき、
ｅ（ｔ）＝Ａ＊Ｓｉｎ（ωｃ＊ｔ）＋Ｄ＊Ｓｉｎ（ωｍ＊ｔ） （１）
ここで、Ｄ＝（２＊π＊ｆ）／ωｍは偏差比又は変調指数、ωｍは最大センサ周波数、ωｃはキャリアの中心周波数、そしてＡは信号の振幅である。上記式は、ωｍの振幅における変化がキャリアの周波数を変えることを示している。図３は、入力信号が与えられるときに予測されるＶＣＯの応答を示す。信号の振幅は一定である一方、変調信号の周波数は、ゼロ入力を有するＶＣＯの高純度正弦波と異なっている。この種類の発振器の応答は、媒体からの最小ノイズ量を伴う情報を有効に送信することが求められる。
【００４４】
アンテナ
アンテナは、システムの内側のエレクトロニクスと外界との間を接続するため、何れの無線通信システムにおける重要な構成要素であることが理解できる。周波数が高くなるにつれて、アンテナのサイズは、一般に小さくなることが知られている。マイクロストリップ技術は、非常に容易に本発明に統合することができるアンテナのクラスを与え、関与する簡単な製造プロセス及び許容可能な性能により好ましいものである。また、マイクロストリップアンテナの形状は、必要な放射パターンに基づいて変えられる。正方形のアンテナは良好な放射特性をもたらし、広く用いられている。そのようなアンテナの更なる有利点は、平面的又は非平面的に拘わらず、何れの金属表面に位置付けることができる等角構成であり、それは脊椎プレートを有する。
【００４５】
図４乃至図６を参照するに、本発明で用いるマイクロストリップアンテナ１６は、低損失誘電体基板３４により分離された導電性グランドプレーン３２の上の非常に薄い金属ストリップ（パッチ）３０を有する。
【００４６】
給電ライン３６がまた、アンテナに接続されている。これに関連して、利用可能である幾つかの給電機構が存在している。アンテナパッチに対する給電ラインの位置は、アンテナの放射特性により決定される。最も簡単且つ好適な給電のタイプはマイクロストリップ給電ラインであり、その実施形態は、図４乃至図６に示されている。この実施形態においては、給電ラインはアンテナと同じ平面内にあり、高度のコンパクト化及び効率化を備えている。給電ラインは、アンテナに信号を転送するために重要である。給電ラインのインピーダンス、即ち、電流に対する電圧の比は固有値であり、この値は、転送中の電力損失を決定する。最小電力損失を有する給電機構を選択することは重要であることがまた、理解できる。
【００４７】
上記のように、ＲＦサブシステムの好適な実施形態は、１００ＧＨｚの周波数で動作する。この周波数は、次の式群で表されるように、アンテナの寸法に反比例し、
基板の高さ ０．００３λ＜ｈ＜０．０５λ （２）
アンテナパッチの幅 Ｗ＝（Ｃ／２ｆ０）（（εｒ＋１）／２）−１／２ （３）
アンテナパッチの長さ Ｌ＝Ｃ／２ｆ０√εｅ−２ΔＬ （４）
εｅ＝（εｒ＋１）／２＋（（εｒ−１）／２）（（１＋１２ｈ）／Ｗ）−１／２ （５）
ΔＬ＝０．４１２ｈ（εｅ＋０．３）＊（Ｗ／ｈ＋０．２６４）／（（εｅ＋０．２５８）（Ｗ／ｈ＋０．８）） （６）
ここで、Ｃは光速であり、εｒは基板の誘電率であり、εｅは等価誘電率であり、そしてΔＬは端部における漏れ磁場のための長さの変化である。
【００４８】
計算を単純化するように次のＭａｔｌａｂアルゴリズムを用いて、表１に示す４つのアンテナについての寸法が計算された。
インデックスＩ：
マイクロストリップアンテナ寸法についてのＭａｔｌａｂスクリプト：
＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
％ 長方形マイクロストリップアンテナについての寸法を計算するためのプログラム
％ 既知の厚さを用いる
％ 全ての寸法はメートル又はＳＩ単位で表される
％ 文献：ＲＦ ＭＥＭＳ＆ｔｈｅ Ｈｕｍｂｅｒｔｏ ａｒｔｉｃｌｅ ｏｎ ＴＴＬ ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ ａｎｔｅｎｎａからの仮定を用いる
＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
ｃ＝３ｅ８；％ 光速
f0=input(‘frequency of operation= ’);％ 演算の周波数
h=input(‘height of dielectric substrate= ’);％ 誘電体基板の厚さ
ebs_r=input(‘Dielectric of material= ’);％ 誘電率
W=c/(2*f0)*(((ebs_r+1)/2)^-.5);％ パッチの幅
ebs_e=(ebs_r+1)/2+(ebs_r-1)/2*((((1+12*h)/w)^-.5);％ 実効誘電率
Num=(ebs_e+0.3)*(w/h+0.264);％ deltaＬの分子、ダミー変数
Den=(ebs_e-0.258)*(w/h+0.8);％ deltaＬの分母、ダミー変数
ΔL=0.412*h*(Num/Den);
I=(c/(2*f0*(sqrt(ebs_e)))-2*deltaL);％ パッチの長さ
W_mm=w*1000 ％ 寸法（ｍｍ）
I_mm=I*1000 ％ 寸法（ｍｍ）
h_mm=h*1000 ％ 寸法（ｍｍ）
＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
好適な寸法の集合は行３における寸法、即ち、０．１５ｍｍｘ０．５８８ｍｍｘ０．４６３ｍｍである。アンテナのパッチの厚さは性能に対して重要ではなく、この実施形態については、１０μｍの厚さが選択されている。
【００４９】
高誘電率の選択において、基板は電気的に厚くなり、即ち、１００ＧＨｚでλｍ／４であり、ここで、λｍは基板内部の波長である。大きい厚さは、表面波の増加、それ故、損失に繋がる。それ故、本発明においては、人工的方法が、アンテナの下の基板の実効誘電率を減少させるように好適に用いられる。そのようにするための一方法は、図５及び図６に示すように、基板を微細加工し、アンテナの下にキャビティ３８を形成することによるものである。その結果として得られた基板は、それ故、空気及びＳｉを有する。この構成は、例えば、アンテナパッチの下の基板をＤＲＩＥエッチングすることにより得られる。鉛直方向の壁をエッチングする場合、この方法は、従来の基板に対して、アンテナの帯域幅を６０％及び効率２８％だけ、それぞれ改善する。好適には、キャビティは、損失を低減するように、アンテナパッチの共振周波数に近い共振周波数を有するようにデザインされる。
【００５０】
キャビティが加えられるとき、新しい実効誘電率は次式のように推定され、
εｒ，ｅｆｆ＝（εｃａｖｉｔｙ／（Ｌ＋２ΔＬ））（Ｌ＋２ΔＬεｆｒｉｎｇｅ／εｃａｖｉｔｙ） （７）
ここで、漏れ磁場領域及び混合基板キャビティ領域についての誘電率は次式で与えられ、
εｆｒｉｎｇｅ／εｃａｖｉｔｙ＝（εａｉｒ＋（εｓｕｂ−εａｉｒ）ｘａｉｒ）／（εａｉｒ＋（εｓｕｂ−εａｉｒ）ｘｆｒｉｎｇｅ） （８）
εｃａｖｉｔｙ＝εａｉｒεｓｕｂ／（εａｉｒ＋（εｓｕｂ−εａｉｒ）ｘａｉｒ） （９）
ここで、ｘａｉｒ及びｘｆｒｉｎｇｅは、混合基板キャビティ領域及び漏れ磁場領域における基板の厚さに対する空気の厚さの比である。このキャビティの再デザインにより、アンテナの寸法は、混合基板領域の誘電率の新しい値に基づいて変わる。
【００５１】
アンテナ放射スペクトルの分析が、それ故、システムからデータを受信するための最適な位置を計算するように用いられる。放射パターンは、信号が行き渡る空間の電力密度の角度変化を表している。アンテナ放射パターンは、２つの主な領域、即ち、ファーフィールド及びニアフィールドに分割される。受信信号を最大化し、正確な読み取りを確実にするように、ファーフィールド領域における波形を受信することは好適である。
【００５２】
ここで、図７を参照するに、好適な実施形態においては、ミクロストリップアンテナが、図示した段階にしたがって平行平板コンデンサに類似する方式で製造される。平面図は左側に示され、断面図は右側に示されている。
【００５３】
処理は、シリコンウェハから段階１００から開始する。
【００５４】
段階１０２において、基板は熱酸化（２μｍ）により不動態化される。
【００５５】
段階１０４において、フォトレジスト（ＰＲ）が不動態化表面にスピンコートされる。
【００５６】
段階１０６において、第１マスクがアンテナをパターニングするように用いられる。
【００５７】
段階１０８において、アルミニウムがＬＰＣＶＤ法を用いて堆積される。
【００５８】
段階１１０において、過剰なアルミニウムがアセトンを用いてリフトオフにより除去される。
【００５９】
段階１１２において、シリコンがＤＲＩＥを用いて後側からエッチングされる。ウェハの底面は研磨される。これは、エアキャビティの寸法を整える。
【００６０】
段階１１４において、フォトレジストが、エアキャビティを形成するように後側にスピンコートされる。
【００６１】
段階１１６において、第２マスクが、エアキャビティをパターニングするように用いられる。ＰＲは、次いで、露光され、現像される。
【００６２】
段階１１８において、シリコンがＲＩＥを用いて後側からエッチングされる。
【００６３】
段階１２０において、ＳｉＯ２がＢＯＥを用いて後側からエッチングされる。
【００６４】
段階１２２において、ＰＲがアセトンを用いて除去される。
【００６５】
段階１２４において、第２シリコンウェハが、エアキャビティを形成するようにエッチングされたウェハに融着される。
【００６６】
段階１２６において、シリコンは、ＤＲＩＥを用いて後側からエッチングされ、ウェハの底面は研磨される。
【００６７】
段階１２８において、ＳｉＯ２が、表面を不動態化するように後側に堆積される。
【００６８】
段階１３０において、チタンがグランドプレーンを形成するように後側にスパッタリングされる。
【００６９】
段階１３２において、ＳｉＯ２が、電気的分離のために後側に堆積される。
【００７０】
段階１３４において、金バンプが“金バンプ圧着”のためにパターニングされる。
【００７１】
誘導電力サブシステム
人間のレシピエントにおいて短期間又は長期間モニタリングするためのセンサに電力供給することは課題であることがまた、理解できる。一般に許容されない電力供給方法は、電力及びデータ収集のために外界にマイクロシステムを接続するように患者の皮膚にリベットで留めた電極を備える段階を有する。“フランケンシュタインのような”解決方法が機能する可能性があるが、患者への感染及び損傷のリスクは、このような装置に電力を供給する方法を決してアピールするものではない。更に、靱帯の内側の厳しい環境のために、センサは、パッケージングが失敗するような場合には、生物学的ホストの汚染又はマイクロセンサシステム自体への損傷が生じるために、何れの有害物質を含むことができない。このような制約は、比較的短い寿命と共に、システムに化学的バッテリを組み込む可能性を排除している。
【００７２】
それ故、より実際的な方法は、無線媒体により電力を供給することである。図示した実施形態においては、磁気結合が、この目的のために使用されている。磁気的に電力を供給するための基本的方法は、センサと共に生物学的ホストにインプラントされたコイルに電圧を誘導することである。これは、好適には、励起のために従来の正弦波電圧電源（図示せず）を用いて、インプラントに亘って直接、位置付けられた外部コイルを励起することにより達成される。励起信号は、体を透過し、交流（ＡＣ）電圧が誘導される内部コイルに進む。インプラントされたコイルに誘起された電圧は、次いで、センサ及び関連ＲＦ送信器回路に電力供給するために直流（ＤＣ）電源を形成するように、整流され、フィルタリングされる。上記の磁気結合方法は、パッシブテレメトリ、又はそれに代えて、吸収テレメトリとして知られている。
【００７３】
図８は、本発明で用いるために適切な誘導電力サブシステムの複数の構成要素を示している。この実施形態は、ＲＦ ＩＤ型受信器ユニット２０により供給されるような外部正弦波電源に結合される外側誘導コイル５０から電力を受け取ることに関連して示されている。図８に示す実施形態においては、誘導電力サブシステムは、内部誘導コイル５２と、整流器５４と、レギュレータ５６とを有する。図示されているように、内部誘導電力ユニットは、本質的には、内部コイル５２及びコンデンサ５８により構成される同調ＬＣ受信器と、整流器５４と、電圧レギュレータ５６とを有する。電力送信効率は、外部コイル５０及び内部コイル５２の結合の度合いに関連することが理解できる。この効率に影響する因子には、内部コイルのシールド、コイル間の距離及びコイルの互いに対する方向がある。
【００７４】
内部コイルと外部コイルとの間の電力結合を改善するように、それら２つのコイルのサイズは、結合係数の増加のために最適化される必要がある。必要に応じて、各々のコイルのＬＣ回路に対して、他の改善がなされることが可能である。ＬＣ電圧の一定供給を維持するように、図示しているように、整流器が後続するレギュレータが用いられる。また、内部コイルは、効率を高めるように微細加工に代えて非微細加工がなされることが可能である。更に、誘導電力サブシステムは、保護のため及び内部電力ユニットのサイズを最小化するために好適にハーメチックシールされ、コイルはハーメチックシールユニットの外側に置かれ、インプラント自体において位置付けられる。有線接続が、その場合、誘導電力サブシステム、センサ、ＲＦ送信サブシステム、及び何れの画の関連回路間で用いられる。
【００７５】
センササブシステム
脊椎融合を測定するために考慮された２つの検知方法は、（１）半導体ベースの抵抗歪形及び（２）容量センサである。抵抗歪ゲージを用いる場合、抵抗の微小変化が検出可能である。しかしながら、抵抗歪ゲージは、脊椎融合の検知におけるそれらの使用を一般に好ましくないようにする幾つかの短所を有する。第１に、抵抗歪ゲージの消費電力の観点からは、抵抗によるかなりの量の電力損失（例えば、損失電力＝Ｉ２＊Ｒ）がある。第２に、抵抗歪ゲージは温度依存性の装置であり、信頼性の低い測定を与える可能性がある。
【００７６】
それ故、上記の実施形態においては、センサは容量センサを有する。容量センサは、温度依存性がなく、電力消費が最小である有利点を有する。容量センサはまた、一般に、抵抗センサに比べて高感度であるとして知られているため、歪における変化による容量変化に基づくデザインは高精度の測定を与える。
【００７７】
上記目的のために考慮された１つのタイプの容量センサは、（１）間隔変動動きセンサ及び（２）変動動きセンサである。間隔変動動きセンサにおいては、容量の変化は２つの導電性プレート間の間隔に依存する。しかしながら、非線形関係が、容量を直接測定することによる問題点を与える、間隔変化と容量変化との間に存在する。他方、面積変動動きセンサにおいては、容量の変化は２つの導電性プレート間の重なり合った面積に依存し、容量及び動きは線形に関係付けられる。脊椎融合を検知する目的のためには、面積変動動きセンサは、容量及び動きが線形に関連づけられ、容量を直接、測定することができるために、好適である。
【００７８】
しかしながら、従来の面積変動センサを用いる場合、２５μｍの歪による容量変化は１０−１６Ｆのオーダーであり、それ故、実際には、高精度で測定するには変化が小さ過ぎることに留意されたい。図９を参照するに、この問題点を解決するように、５１個の独立した櫛歯型フィンガーを用いる櫛歯型容量６０をデザインしている。このデザインは、前容量測定に加えて、５０個の平行プレートコンデンサを生成している。その結果、１０−１４Ｆのオーダーの容量を検知することができる。横方向の動きによるそれらのフィンガー間の面積変化は容量の変化をもたらす。平行プレートの容量についての基本式は、次式のようであり、
Ｃ＝Ｃ［ε０εｒ＊Ａ＊（ｎ−１）］／ｄ＝［ε０εｒ＊Ｗ＊ｌ＊（ｎ−１）］／ｄ
（１０）
ここで、ε０＝８．８５ｘ１０−１２Ｆ／ｍは自由空間の封電率であり、εｒ＝１は空気の誘電率であり、“Ａ”はプレートの面積であり、“ｄ”はプレート間のギャップであり、“Ｗ”はプレートの幅であり、“ｌ”はプレートの長さであり、“ｎ”は櫛歯型フィンガーの数である。
【００７９】
脊椎融合が起こる前に、椎骨の曲がりによりもたらされる歪が存在する。この歪の方向に本発明の容量性センサを置くことにより、それらプレートの横方向の動きは、コンデンサの面積が変化するようにする（図９Ａ、図９Ｂ）。容量は、その場合、次式を用いて計算され、
Ｃ＝［ε０εｒ＊Ｗ＊（ｌ−ｘ）＊（ｎ−１）］／ｄ］ （１１）
ここで、“ｘ”は歪による変位量（２５μｍ）である。
【００８０】
フィンガーの各々の間に生成される容量に加えて、各々のフィンガーの先端と対向するベースとの間に生成する容量がまた、存在する。この容量は、フィンガーとベースとの間のギャップが変化するにつれて変化する。この実施形態の全体の容量はフィンガー間の横方向変化容量のみの関数であるように所望されるため、各々のフィンガーの先端と対向するベースからもたらされることが可能である何れの容量を最小化するようにセンサはデザインされている。この容量を最小化するように、全体の容量がそれらの空間変化容量により影響されないように十分大きい、フィンガーと対向ベースとの間のギャップがデザインされている。その結果、そのギャップは５０μｍであるようにデザインされている。
【００８１】
歪による最大変位が検知されることが可能であるように、本実施形態のコンデンサの寸法がまた、選択されている。それらの櫛歯型フィンガーは、各々のフィンガーの長さが約２００μｍを超えない限り、独立したまま維持され、適切に機能する。このために、各々のフィンガーの全長は２００μｍであるように選択されている。各々のフィンガーにおけるギャップｄ２は５０μｍの長さであることを上記しているため、残りの１５０μｍはコンデンサの長さＬＣａｐに割り当てられる（図９Ｂ）。容量、長さ、幅及びギャップの間の関係を用いることにより、大きい長さ、大きい幅及び小さいギャップが大きい容量値についてデザインされる。したがって、１５０μｍの長さ“ＬＣａｐ”、２０μｍの幅“ＷＣａｐ”、５μｍのギャップ“ｄ１”及び２０μｍの高さ“ｈ”が選択されている。５１個の櫛歯型フィンガーを用いて、結果として得られた歪のない容量は、次式のようになる。
【００８２】
ＣＮｏＳｔｒａｉｎ＝［ε０εｒ＊Ｗ＊ｌ＊（ｎ−１）］／ｄ＝［（８．８５ｘ１０−１２）＊（１）＊（５ｘ１０−６）＊（１５０ｘ１０−６）＊（５０）］／（１０ｘ１０−６）
ＣＮｏＳｔｒａｉｎ＝３．３４ｘ１０−１４Ｆ （１２）
最大歪が２５μｍである間、容量は次式のようである。
【００８３】
ＣＮｏＳｔｒａｉｎ＝［ε０εｒ＊Ｗ＊ｌ＊（ｎ−１）］／ｄ＝［（８．８５ｘ１０−１２）＊（１）＊（５ｘ１０−６）−２５ｘ１０−６＊（５０）］／（１０ｘ１０−６）
ＣＮｏＳｔｒａｉｎ＝２．６０ｘ１０−１４Ｆ （１３）
それらの寸法を注意深く選択することにより、本実施形態のセンサの容量を最大化することが期待できる。
【００８４】
容量及び動きは面積変動センサについて線形的に関係付けられるため、容量は直接、測定されることができる。しかしながら、トランスジューサは、電気出力信号に応じて容量変化を変換するために尚も必要である。本実施形態の場合、容量変化を電圧出力に変換するように容量ブリッジを選択する。容量ブリッジは、一般に、トランスジューサとして用いられ、そのことは、本実施形態のデザインにおいて容量ブリッジを用いるように選択される主な理由である。
【００８５】
図１０を参照するに、容量ブリッジの４つの足の一として５０個のコンデンサ全ての容量ＣＴが結合されるように、本実施形態の容量ブリッジ６２がデザインされている。他の３つの足（Ｃｒｅｆ１，Ｃｒｅｆ２及びＣｒｅｆ３）は参照コンデンサとして設定される。それらの参照コンデンサは、歪がない間、ＣＴに等しく、次式のようである。
【００８６】
Ｃｒｅｆ１＝Ｃｒｅｆ２＝Ｃｒｅｆ３＝ＣＴ＿Ｎｏ Ｓｔｒａｉｎ＝３．３１ｘ１０−１４Ｆ （１４）
３つの脊椎融合が生じ、それ故、歪がないとき、Ｖｓｅｎｓｅ−における電圧出力に等しいようにＶｓｅｎｓｅ＋における電圧出力を推測し、次式のようになる。
Ｖｓｅｎｓｅ＋＝（Ｃｒｅｆ１＊（２Ｖｍ）／（Ｃｒｅｆ１＋Ｃｒｅｆ３）−Ｖｍ
＝（Ｃｒｅｆ１＊（２Ｖｍ）／（Ｃｒｅｆ１＋Ｃｒｅｆ３）−（（Ｃｒｅｆ１＋Ｃｒｅｆ３）＊Ｖｍ）／（Ｃｒｅｆ１＋Ｃｒｅｆ３）
＝（（Ｃｒｅｆ１−Ｃｒｅｆ３）＊Ｖｍ）／（Ｃｒｅｆ１＋Ｃｒｅｆ３） （１５）
Ｖｓｅｎｓｅ−＝（Ｃｒｅｆ２＊（２Ｖｍ）／（Ｃｒｅｆ２＋ＣＴ）−Ｖｍ
＝（Ｃｒｅｆ２＊（２Ｖｍ）／（Ｃｒｅｆ２＋ＣＴ）−（（Ｃｒｅｆ２＋ＣＴ）＊Ｖｍ）／（Ｃｒｅｆ２＋ＣＴ）
＝（Ｃｒｅｆ２−ＣＴ）＊Ｖｍ）／（Ｃｒｅｆ２＋ＣＴ） （１６）
しかしながら、脊椎融合が生じる前に、歪が椎骨の曲がりのためにもたらされる。この時間の間、出力電圧Ｖｓｅｎｓｅ＋及びＶｓｅｎｓｅ−の間の差分を認識するようになっている。その電圧差分を測定するように、図１１に示すシングルエンド出力を有する差動増幅器６４を用いることができる。差動増幅器は、２つの信号間の差分を処理する種類の増幅器である。本実施形態のデザインは、他のエレクトロニクスからのノードを分離するように、電圧出力Ｖｓｅｎｓｅ＋及びＶｓｅｎｓｅ−の各々にゲイン１のバッファを有する。その場合、信号は、２つの信号間の差分を順に処理する差動増幅器に各々、接続されている。最終的に、トランスジューサの出力電圧Ｖｏは次式を用いて計算され、
Ｖｏ＝ａｃｍ＊（Ｖｓｅｎｓｅ＋＋Ｖｓｅｎｓｅ−）／２−ａｄｍ＊（Ｖｓｅｎｓｅ＋−Ｖｓｅｎｓｅ−）／２
（１７）
ここで、ａｃｍ及びａｄｍは増幅されたゲインである。
【００８７】
好適な実施形態においては、本実施形態のセンサの製造は、４９個の段階及び９個のマスクを有する。櫛歯型フィンガーはポリシリコンを用いて形成され、犠牲リンシリケートガラス（ＰＳＧ）を湿式エッチングすることにより剥離される。この処理については、図１２に示していて、平面図は左側に示され、断面図は右側に示されている。
【００８８】
段階２００において、処理はシリコンウェハから開始する。
【００８９】
段階２０２において、ウェハの表面が熱酸化（２μｍ）により不動態化される。
【００９０】
段階２０４において、ポリシリコン（０．５μｍ）が、構造の最終的な剥離のために剥離テザーを得るように、ＬＰＣＶＤにより堆積される。
【００９１】
段階２０６において、フォトレジスト（ＰＲ）が表面にスピンコートされる。
【００９２】
段階２０８において、第１マスクが、ポリシリコン剥離テザーをパターニングするように用いられる。ＰＲは、次いで、露光され、そして現像される。
【００９３】
段階２１０において、ポリシリコンはＲＩＥを用いてエッチングされる。
【００９４】
段階２１２において、ＰＲはアセトンを用いて除去される。
【００９５】
段階２１４において、犠牲ＰＳＧ（１μｍ）が堆積され、そしてまた、ある程度の平坦化が与えられる。
【００９６】
段階２１６において、ＰＲが表面にスピンコートされる。
【００９７】
段階２１８において、第２マスクが、ポリシリコンの第１層と第２層との間に他の窓を形成するように用いられる。ＰＲは、次いで、露光され、そして現像される。
【００９８】
段階２２０において、ＰＳＧが、剥離テザーへの接続を形成するように１０：１ＨＦ中で部分的にエッチングされる。
【００９９】
段階２２２において、ＰＲがアセトンにより除去される。
【０１００】
段階２２４において、ポリシリコン（２μｍ）の第２層がＬＰＣＶＤにより堆積される。
【０１０１】
段階２２６において、ＰＲが表面にスピンコートされる。
【０１０２】
段階２２８において、第３マスクがアンカーをパターニングするように用いられる。ＰＲは、次いで、露光され、そして現像される。
【０１０３】
段階２３０において、ポリシリコンがＲＩＥを用いてエッチングされる。
【０１０４】
段階２３２において、ＰＲはアセトンを用いて除去される。
【０１０５】
段階２３４において、第２犠牲ＰＳＧ（３μｍ）が堆積され、そしてまた、ある程度の平坦化が与えられる。
【０１０６】
段階２３６において、ＰＲが表面にスピンコートされる。
【０１０７】
段階２３８において、第４マスクが、第２及び第３ポリシリコン層間にアンカー窓を形成するように用いられる。
【０１０８】
段階２４０において、ＰＳＧが１０：１ＨＦ中でエッチングされる。
【０１０９】
段階２４２において、ＰＲがアセトンを用いて除去される。
【０１１０】
段階２４４において、ポリシリコンの第３層（２０μｍ）がＬＰＣＶＤにより堆積される。
【０１１１】
段階２４６において、ＰＲが表面にスピンコートされる。
【０１１２】
段階２４８において、第５マスクが櫛歯型フィンガーをパターニングするように用いられる。ＰＲは、次いで、露光され、そして現像される。
【０１１３】
段階２５０において、ポリシリコンがＲＩＥを用いてエッチングされる。
【０１１４】
段階２５２において、ＰＲがアセトンを用いて除去される。
【０１１５】
段階２５４において、犠牲ＰＳＧ（２２μｍ）が堆積され、そしてまた、ある程度の平坦化が与えられる。
【０１１６】
段階２５６において、ＰＲが表面にスピンコートされる。
【０１１７】
段階２５８において、第５マスクが、第３及び第４ポリシリコン層間にアンカー窓を形成するように用いられる。ＰＲは、次いで、露光され、そして現像される。
【０１１８】
段階２６０において、ＰＳＧが１０：１ＨＦ中でエッチングされる。
【０１１９】
段階２６２において、ＰＲがアセトンを用いて除去される。
【０１２０】
段階２６４において、ポリシリコンの第４層（２μｍ）がＬＰＣＶＤにより堆積される。
【０１２１】
段階２６６において、ＰＲが表面にスピンコートされる。
【０１２２】
段階２６８において、第７マスクがアンカーをパターニングするように用いられる。ＰＲは、次いで、露光され、そして現像される。
【０１２３】
段階２７０において、ポリシリコンがＲＩＥを用いてエッチングされる。
【０１２４】
段階２７２において、ＰＲがアセトンを用いて除去される。
【０１２５】
段階２７４において、ＰＲが表面にスピンコートされる。
【０１２６】
段階２７６において、第８マスクがマスクのコンタクトホールを形成するように用いられる。ＰＲは、次いで、露光され、そして現像される。
【０１２７】
段階２７８において、金が、コンタクト（１０μｍ）を形成するように、表面にスパッタリングされる。
【０１２８】
段階２８０において、過剰な金がアセトンを用いてリフトオフされる。
【０１２９】
段階２８２において、フォトレジストが表面にスピンコートされる。
【０１３０】
段階２８４において、第９マスクが、“金バンプ圧縮ボンディング”の金バンプをパターニングするように用いられる。
【０１３１】
段階２８６において、金が金バンプを形成するようにスパッタリングされる。
【０１３２】
段階２８８において、過剰な金はアセトンを用いてリフトオフされる。
【０１３３】
段階２９０において、その構造物が、１０：１ＨＦ中で犠牲ＰＳＧをエッチングすることにより剥離される。
【０１３４】
段階２９２において、その構造物は反転され、金バンプをまた有する目標物の脊椎プレートとアライメントされる。
【０１３５】
段階２９４において、その構造物及び目標物は室温で押圧される。
【０１３６】
段階２９６において、そのボンディングされた構造物は、剥離テザーを用いてオリジナルの基板から剥離される。
【０１３７】
そのセンサにより検知される歪量を最大化するように、センサと脊椎プレートとの間で用いられる何れの付着力を有する遷移物質を最小化することが求められる。そのような物質は、センサにより検知される歪を減衰させる。解決方法として、“金バンプ圧縮ボンディング”と呼ばれる技術を利用することができる。この技術は、センサ及び目標物の脊椎プレートにおいて小さい金バンプをパターニングすることにより脊椎プレートにセンサを直接、位置付け、それら２つの表面を共にアライメントし、室温でそれらの共に押圧し、そしてその弱い剥離テザーにより基板からセンサを剥離することを可能にする。
【０１３８】
ＲＦ装置及びアンテナのための回路は、容量性歪センサの櫛歯型フィンガーが、構造物を囲むように用いられるシーラントにより接触されないように、ハウジングとしての役割を果たす。それ故、容量性歪センサは、櫛歯型フィンガーをそれらの適切な位置に保つ金のテザーにより分離されるように製造される。組み立て時に、容量性歪センサは、反転され、脊椎プレートにおける取り付け穴に押圧される。テザーは、次いで、櫛歯型フィンガーを剥離するように破壊され、それ故、それらのフィンガーは、脊椎プレートを曲げることにより動かすことが可能になる。このぶらさがり、分離された容量性センサにおいて、他の回路及びアンテナは、その容量性センサのために分離するように裏面にオープンキャビティを備えている。導出線が、ハウジングの表面に誘導電力サブシステムを取り付けるように用いられ、付加導出線が、容量性センサにアンテナ及びＲＦサブシステムを取り付けるように用いられる。ハウジングは、その場合、パリレンを用いて脊椎プレートの方に密閉されている。パリレンは、湿気により劣化されない絶縁保護コーティングを与えるために、好適である。
【０１３９】
図１３は、パッケージング構成７０の実施形態を示している。図１４は、このようなセンサ及びアンテナのパッケージングについての処理を示し、平面図は左側であり、断面図は右側である。
【０１４０】
段階３００において、その処理はシリコンウェハから開始される。
【０１４１】
段階３０２において、フォトレジスト（ＰＲ）が、センサのためのキャビティを形成するようにウェハの裏面にスピンコートされる。
【０１４２】
段階３０４において、マスクが、キャビティをパターニングするように用いられる。
【０１４３】
段階３０６において、シリコンがＤＲＩＥを用いて裏面からエッチングされ、そしてフォトレジストが除去される。
【０１４４】
段階３０８において、金のバンプが、“金バンプ圧縮ボンディング”のためにパターニングされる。
【０１４５】
段階３１０において、アンテナは、ウェハの上部にアライメントされ、そして押圧される。
【０１４６】
段階３１２において、その構造物は、表面にパターニングされた金バンプをまた有する脊椎プレートの表面にアライメントされる。
【０１４７】
段階３１４において、その構造物は、室温で脊椎プレートに押圧される。
【０１４８】
アンテナは、特に、脊椎プレートの形成因子の範囲内で適合するように十分小さくデザインされ、ハウジングの表面における回路と同じ表面にあり、インプラントされる装置の最外表面にあることに留意されたい。そのアンテナは、無線テレメトリを介して、組織及び皮膚を通って、可搬型ＲＦリーダと通信する。それらのリーダは、十分に確立されたＲＦＩＤタグ市場において容易に利用可能である。アンテナのサイズを限定するように１００ＧＨｚを割り当てるように、市販のＲＦリーダは、高周波数を検知するために改善を必要とする。代替として、脊椎計測器にアンテナを組み込む必要があり、上記の表面を微細加工したパッチアンテナデザインではなく、ワイヤコイルを用いるアンテナのサイズを大きくする必要がある。
【０１４９】
脊椎固定プレート及び関連ハードウェアについては、当該技術分野で知られているため、ここでは、何れの特定な詳細について説明しない。しかしながら、標準的な脊椎プレートの改善を考慮する価値がある、上記のセンサシステムの特定の特徴がある。
【０１５０】
例えば、チタンから成る脊椎プレート、ナット及びペディクルスクリューを製造することは望ましい。チタンは、無害、低アレルギー誘発性であり、生物学的適合を有し、そして特に腐食耐性を有する。チタンはまた、非磁性材料である。本実施形態のセンサ及び回路は脊椎プレートに備えられるため、電磁的干渉は、チタンを用いることにより最小化される。
【０１５１】
図１５は、上記のセンサシステムを備えた機械加工されたチタンの脊椎プレート８０を示す。ビームにおける曲げの式を用い、両端部を固く固定し、ペディクルスクリューから両端部において適用された曲げモーメントを有する場合、そのセンサシステムにより２５μｍの歪を得ることができる。これは非常に小さい信号であるが、本実施形態の容量性歪センサの能力の範囲内では十分である。図１５に示すビームの一部は、集中曲がり位置８２を生成するように機械加工されたが、ビームの全体的な強度は妥協されていない。チタンプレートの強度は多大な安全率を有し、実際には、体内成長が終了するまで、原型を保つ。長期間、融合強度は、新しい骨により十分に与えられるが、インプラントされたハードウェアによっては与えられない。
【０１５２】
上記のように、システムの構成要素は、ペリレンのような物質で密封されることができる。このシーラントは、例えば、図１６におけるフローチャートに示す処理を用いて適用される。
【０１５３】
上記の電子歪測定システムは医療用ｘ線に置き換えられるようにデザインされるが、それは、その医療用ｘ線は、骨が完全に無機物化するまで、しばしば最終的なところに至っていないためである。手術中、脊椎プレートの一は、電子的計測脊椎プレートと置き換えられる。人間のためには、目標は、別のやり方の不変の脊椎プレートに適合した計測全てを有するようになっていることである。
【０１５４】
脊椎融合の進行を検知するために使用するとき、可搬型受信器ユニットはセンサの近傍に置かれ、最初の歪レベルが記録される。次いで、通常のオフィス訪問において１週間に一度、その可搬型センサは、追加の歪レベルを記録するように、センサの近傍に再び、置かれる。図１７に示すように、時間経過と共に、歪のレベルは減少し、最終的には、低レベルで一定になる。このレベルは、手術後８乃至１２週間で到達し、その時点で、融合は固まったと判定され、患者の外側固定具は取り外される。
【０１５５】
ここで、図１、図１０、図１１及び図１８を参照するに、一実施形態においては、センササブシステム１２は、上記の増幅器６４、第２増幅器６６及び１２ビットＡ／Ｄ変換器６８を有する。Ａ／Ｄ変換器６８の出力は、ＲＦサブシステム１４にデジタル信号を供給する。この実施形態においては、データは、ＲＦ信号に関連してデジタルテレメトリとして送信されることができる。パケット及び他の送信技術を同様に用いることが可能である。
【０１５６】
上記のデジタルテレメトリの実施形態においては、インプラントに先行して、櫛歯型容量歪センサが、“中立”ベースラインに対して好適に設定される。例えば、これは、４０９６データビットを生成する１２ビットＡ／Ｄ分解能を有する上記の演算増幅器を用いて達成される。データビットは、データビットの割合が対象領域についての歪の既知の値の同等の領域を表すように、副分割される。例えば、インプラントされるときに、脊椎インプラントが１０００με（微小歪）である場合、各々の１μεは約４データビットに相当する。それ故、中立データベース値は、インプラントに先立ち、２０４８データビットである。
【０１５７】
増幅器６４は飽和してはならず、それが飽和した場合、出力データは使用できないものとなる。そのシステムは、データビット値を更に出力することが可能であるが、その出力は一定値であり、実際には、全体の測定機関に亘って変化しない。外側受信器サブシステムは、この故障モードを検知するようになっている。この外側受信器サブシステムは、新しい値に中立ベースラインをリセットすることにより、その新しい値が値域内にあるうちは、補正されることができる。
【０１５８】
第２増幅器６６は、装置の動作範囲を設定するように用いられる。例えば、脊椎インプラントにおいて、標準的な歪の範囲は約１００μεである。第２増幅器６６は、それ故、±１００με又は２００μεの値域に設定される。１２ビットＡ／Ｄにおいては、これは、歪における２０データビットの変化全てに対して１μεの変化に一致する。
【０１５９】
一部のアプリケーションにおいては、櫛歯型容量センサ及びインプラントハードウェアは外科医による初期歪を受ける。例えば、脊椎の手術においては、ペディクルスクリューに加えられるトルクは、脊椎ハードウェアにおいて約６００μεをもたらす。それ故、櫛歯型容量センサは、例示としての２０４８データビットにおいてその値を再中心決めするように好適に調節される。もたらされる歪の正確な量は予め決定できないため、この調節は、センサシステムの良好なパフォーマンスのために重要である。
【０１６０】
アプリケーションに応じて、挿入又はインプラント後の歪は、時間及び条件と共に、増加する、減少する又は振動する。脊椎融合のアプリケーションにおいては、脊椎インプラントハードウェアは、ペディクルスクリュー、プレート、ロッド又はケージの完全に可変な方向に応じて、初期において、湾曲状態又は拡張状態にあることが可能である。例えば、２０４８以下のデータビット値は拡張を表し、２０４８以上の値は湾曲を表すことが可能である。それ故、櫛歯型容量センサと通信する外部受信器サブシステムは、ベースラインから歪における初期変化を分析し、脊椎ハードウェアの初期の方向を演繹することができる必要がある。このような情報は、その場合、歪における実際の変化を計算するアルゴリズムで用いる外部受信器サブシステムに記憶される。時間経過につれて、全体的な歪は、一定値の方に減少することが可能であるが、この変化の“符号”は最初の方向に依存する。
【０１６１】
そのシステムは、脊椎融合の検知に関連して上記したが、歪は、他の生物医学的な状態のインジケータとしても用いられることが可能である。ＭＥＭＳ伝達を用いて、そのシステムは対象領域への櫛歯型容量歪センサの挿入又はインプラントを可能にする。有利であることに、そのシステムは、高感度の櫛歯型容量歪センサを用い、ＲＦ送信機サブシステムは、サイズが微細であり、温度依存性であり、バッテリを使用せず、生物学的適合を有する物質を使用し、環境から隔離され、そしてインプラントに容易に統合されることができる又は内蔵型トランスポンデントユニットの一部として使用されることができる。好適には、一般に利用可能である帯域の範囲内にあるＲＦ周波数が用いられ、そのＲＦ周波数は生物学的組織に対して安全である。本質的に、そのシステムは生涯を通じてのインプラントとみなされる。
【０１６２】
上記のように、ＲＦ送信器サブシステムは外部受信器サブシステムにセンサ情報を伝送し、その外部受信器サブシステムは、例えば、市販のＲＦ ＩＤタグ型受信器を有することが可能である。その受信器サブシステムは、携帯型ユニット、可搬型ユニット、腕時計型ユニットのような複数の形態で使用されることが可能であり、データ処理能力又はコンピュータと接続して機能することが可能である。
【０１６３】
好適には、データ処理のために用いられるアルゴリズム情報は、外部に記憶され、処理されそして分析されることが可能であり、それ故、そのシステムのサイズを小さく維持し、そして誘導電力サブシステムを用いることを可能にする。代替の実施形態においては、そのシステムは、センサからのデータビット情報を記憶するためのメモリ又はそれに類似するものを有することが可能である。このことは、後の分析のために定期的な又はランダムな時点の記録のオプションを与え、短期間又は長期間記憶を与えることができる。医療従事者は、例えば、後に、送信器によりその装置に質問し、記憶されているデータをダウンロードするように、それを信号で伝えることができる。その装置は、長期間の調査のためのダウンロードの後に、任意に消去されることが可能である。このような構成は、上記の受信器サブシステムに対する代替として、双方向通信のための外部送受信器の使用を必要とする。更に、データが記憶されるため、このように改善されたシステムの実施形態は、皮膚の下において置き換え可能な及び／又は再充電可能な電源を必要とする可能性がある。
【０１６４】
更に、外部無線送受信器は、必要に応じて、受信されたデータビット情報を処理することが可能である。例えば、送受信器は、キャリアＲＦ波からデータビット情報を減算する、単一値にデータビットを平均化する、及びデータビット読み取りを使用可能な数に変換するように適切なアルゴリズムを適用する処理器及び関連ソフトウェアを有することが可能である。１秒間に歪情報を収集する１０００Ｈｚの送受信器は、各々の読み取りについて１０００データビットを生成する。平均値が２５００データビットである場合、出力歪は１２．５μεである。これは、６００μεのベースライン値に加算されることが可能であり、外科医に６１２．５μεの読み取りを与える。それらの平均値の各々は、図１９に示す実施例に例示している脊椎の歪におけるゆっくりした減少及び最終的な一定値のような歪における傾向を示すように、時間経過と共に記録されることが可能である。一部のアプリケーションにおいては、ユーザ又は患者が、例えば、体の位置によりセンサの読み取りに影響を与える場合に、ユーザ教育が必要になる可能性がある。必要に応じて、オペレーティングプロトコルが、長期間の調査に亘る一貫した読み取りのための患者の方向付け方法について、患者に情報提供するように必要とされる。
【０１６５】
上記のように、そのシステムは、一般に生物医学的状態を検知するように適用可能であり、広いアプリケーションを有する。例えば、図２０を参照するに、ＭＥＭＳを用いて、血液の化学物質、因子及び無機物質を測定するためのセンサ装置４００が示されている。この実施形態においては、櫛歯型容量センサが、例えば、前腕にシリンジを挿入される、又は血流にセンサを曝す必要があるために血管内に備えられる。センサは、特定の化学物質に曝されるときに、動的に及び可逆的に膨らむ、ヒドロゲル、親水性ポリマー又は他の生物学的適合を有する物質４０６を有するチャンバ４０４を有するハウジング４０２に備えられている。ハイドロゲルの重要な特性は高感度であることである。例えば、グルコース及び乳酸塩の両方が血液中に見出され、複数のハイドロゲルにおいて類似する親和性を有する。それ故、優位性のある可能性のあるマーカーに対して対象のマーカーを調べることは重要である。図２０は、歪を誘導するように、膨らむポリマー４０６のディスクを有する血液化学物質センサのための一構成を示している。
【０１６６】
ハイドロゲル、ポリマー又は他の物質の膨らみは、対応する中継器により送信される櫛歯型容量センサにおける歪をもたらす。この歪は、グルコース、電解質、ナトリウム、水和レベル、ｐＨ、有害化学物質又は重金属（鉛、水銀、クロム等）のような血液及び体液内の特定のマーカーの特定の濃度に対応する。それ故、歪は、特定の対象マーカーの高レベル又は低レベルについてユーザに情報提供することができる。このことは、糖尿病患者、持久力の必要な運動選手及び野戦の兵士にとって極めて関心があることである。
【０１６７】
この実施形態においては、外部無線送受信器、最も有望なものとしての腕時計型装置は、歪情報を分析し、グルコースレベル、電解質レベル（１つの単位で幾つかの重要な変数）等を表示するためのアルゴリズムを用いてその分析を処理する。
【０１６８】
腕時計型送受信器は、ユーザの医師又は軍人の上官のような専門家によるアドバイス及びモニタリングのために遠隔の場所と通信することが可能である。腕時計型送受信器はまた、ユーザが、特定の行動をとる、電解質レベルを補充する、迅速な医学的注意を求める又はインシュリンを投与することを求めるように、警告又は警報を与えることが可能である。
【０１６９】
同様に、そのシステムは、心拍の測定のために構成されることが可能である。図２０を参照して上記したアプリケーションと類似して、心臓の各々の鼓動において全身は“血液を送り込まれる”ために、心拍モニタ櫛歯型容量センサは皮膚下にシリンジにより容易に導入されることが可能である。導入バージョンについては、センサは、各々のパルスの圧力下で収縮し、ユーザに連続的な心拍のモニタリングを与えるように腕時計型ユニットに無線で送信される歪をもたらす、密閉チャンバを有する。図２１は、密閉チャンバ５０２を有する心拍モニタ５００の実施形態を示す。代替として、図２２に示すように、櫛歯型容量センサが、大きい歪の可能性について前腕の血管６０２の周りの取り付けのための血管カフとして構成されることが可能である。必要に応じて、体の背景ノイズより大きい歪を得るように、センサは、血管の外側表面を叩くようにデザインされることが可能である。これは、フープ応力を有し、血管による可能な歪を最大化する。
【０１７０】
上記のように、好適なセンサ構成は、櫛歯型容量センサを有する。他の種類のセンサを用いることが可能であるが、櫛歯型容量センサは有利であることが明らかである。他の種類のセンサは、櫛歯型容量センサに比べて劣るが、ホイーストンブリッジにおいて構成される微細加工されたｐｉｅｓ抵抗歪ゲージを含む。この構成においては、そのホイーストンブリッジの抵抗変化が電圧としてモニタされ、デジタル信号に変換され、可搬型受信器に送信される。
【０１７１】
また、上記のように、成功裏のデータ取得システムをつくるためには、マイクロセンサデザインにより駆動される幾つかの技術が共に統合されなければならない。測定されるべき量及びセンサが備えられる環境は、センサの種類及び、潜在的に厳しい環境からそのセンサを保護するために必要なパッケージングを決定する。上記説明は多くの詳細を含むが、それらは本発明の範囲を限定するとして解釈されるべきではなく、本発明の現在の好適な実施形態の幾つかの例示を単に提供するだけのものである。それ故、本発明の範囲は、当業者に明らかになる他の実施形態を完全に包含するものであり、本発明の範囲は、同時提出の特許請求の範囲以外の何ものによっても制約されるものではなく。それらの請求項において、単数の要素の表現は、“１つ及び１つのみ”と明示的に表現されている場合を除いて、“１つ及び１つのみ”を意味するのではなく、“１つ又はそれ以上”を意味するものである。当業者に知られている、上記の好適な実施形態の要素に対する構造的、化学的及び機能的に等価なもの全ては、本願に引用して援用され、特許請求の範囲に包含されることが意図されている。更に、装置又は方法は、本発明により解決されることが求められる各々の及び全ての問題点に対処する必要はなく、特許請求の範囲に包含されるべきものである。更に、要素、構成要素又は方法の段階が請求項に明示的に記載されているかどうかに拘わらず、何れの要素、構成要素又は方法の段階は公開されることを意図されていない。
【０１７２】
【表１】
【図面の簡単な説明】
【０１７３】
【図１】本発明にしたがった歪検知システムの実施形態の基本ブロック図である。
【図２】図１に示すシステムにおけるＲＦ送信器サブシステムの実施形態の基本ブロック図である。
【図３】ＡＣ変調信号に対する図２に示す電圧制御発振器の波形応答を示すグラフである。
【図４】本発明にしたがったマイクロステップアンテナの実施形態の断面図である。
【図５】図４に示すマイクロステップアンテナの代替の実施形態の平面図である。
【図６】図５に示すマイクロステップアンテナの断面図である。
【図７Ａ】図５及び図６に示すマイクロステップアンテナを製造する処理の実施形態を示すフローズである。
【図７Ｂ】図５及び図６に示すマイクロステップアンテナを製造する処理の実施形態を示すフローズである。
【図７Ｃ】図５及び図６に示すマイクロステップアンテナを製造する処理の実施形態を示すフローズである。
【図７Ｄ】図５及び図６に示すマイクロステップアンテナを製造する処理の実施形態を示すフローズである。
【図７Ｅ】図５及び図６に示すマイクロステップアンテナを製造する処理の実施形態を示すフローズである。
【図７Ｆ】図５及び図６に示すマイクロステップアンテナを製造する処理の実施形態を示すフローズである。
【図７Ｇ】図５及び図６に示すマイクロステップアンテナを製造する処理の実施形態を示すフローズである。
【図７Ｈ】図５及び図６に示すマイクロステップアンテナを製造する処理の実施形態を示すフローズである。
【図７Ｉ】図５及び図６に示すマイクロステップアンテナを製造する処理の実施形態を示すフローズである。
【図７Ｊ】図５及び図６に示すマイクロステップアンテナを製造する処理の実施形態を示すフローズである。
【図７Ｋ】図５及び図６に示すマイクロステップアンテナを製造する処理の実施形態を示すフローズである。
【図７Ｌ】図５及び図６に示すマイクロステップアンテナを製造する処理の実施形態を示すフローズである。
【図７Ｍ】図５及び図６に示すマイクロステップアンテナを製造する処理の実施形態を示すフローズである。
【図７Ｎ】図５及び図６に示すマイクロステップアンテナを製造する処理の実施形態を示すフローズである。
【図７Ｏ】図５及び図６に示すマイクロステップアンテナを製造する処理の実施形態を示すフローズである。
【図７Ｐ】図５及び図６に示すマイクロステップアンテナを製造する処理の実施形態を示すフローズである。
【図７Ｑ】図５及び図６に示すマイクロステップアンテナを製造する処理の実施形態を示すフローズである。
【図７Ｒ】図５及び図６に示すマイクロステップアンテナを製造する処理の実施形態を示すフローズである。
【図８】本発明にしたがった誘導電源サブシステムの実施形態を示す図である。
【図９Ａ】本発明において実施される面積変動動きコンデンサ歪センサの構造を示す図である。
【図９Ｂ】本発明にしたがった櫛歯型面積変動動きコンデンサ歪センサの構造を示す図である。
【図１０Ａ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを用いた容量ブリッジを示す図である。
【図１０Ｂ】図１０Ａに示す回路と等価の回路を示す図である。
【図１１】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを用いた差動増幅器を示す図である。
【図１２Ａ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２Ｂ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２Ｃ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２Ｄ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２Ｅ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２Ｆ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２Ｇ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２Ｈ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２Ｉ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２Ｊ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２Ｋ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２Ｌ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２Ｍ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２Ｎ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２Ｏ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２Ｐ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２Ｑ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２Ｒ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２Ｓ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２Ｔ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２Ｕ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２Ｖ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２Ｗ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２Ｘ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２Ｙ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２Ｚ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２ＡＡ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２ＢＢ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２ＣＣ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２ＤＤ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２ＥＥ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２ＦＦ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２ＧＧ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２ＨＨ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２ＩＩ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２ＪＪ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２ＫＫ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２ＬＬ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２ＭＭ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２ＮＮ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２ＯＯ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２ＰＰ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２ＱＱ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２ＲＲ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２ＳＳ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２ＴＴ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２ＵＵ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２ＶＶ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１２ＷＷ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを製造する処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１３】本発明の櫛歯型コンデンサのためにパッケージングされ且つ備えられた構成を示す図である。
【図１４Ａ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ及びマイクロストリップアンテナのためのパッケージング処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１４Ｂ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ及びマイクロストリップアンテナのためのパッケージング処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１４Ｃ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ及びマイクロストリップアンテナのためのパッケージング処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１４Ｄ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ及びマイクロストリップアンテナのためのパッケージング処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１４Ｅ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ及びマイクロストリップアンテナのためのパッケージング処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１４Ｆ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ及びマイクロストリップアンテナのためのパッケージング処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１４Ｇ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ及びマイクロストリップアンテナのためのパッケージング処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１４Ｈ】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ及びマイクロストリップアンテナのためのパッケージング処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１５】本発明にしたがった取り付けられた櫛歯型歪センサを有する脊椎プレートの実施形態を示す図である。
【図１６】本発明にしたがったパッケージングされたアンテナ、櫛歯型コンデンサ歪センサ及び関連回路にパリレンシーラントを適応させるための処理の実施形態を示すフロー図である。
【図１７】脊椎融合の進行からもたらされる予測歪の減少及び一定化を示すグラフである。
【図１８】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサシステムと共に用いるデジタルテレメトリ及び較正回路の模式図である。
【図１９】脊椎融合の間の時間の関数としての本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサシステムの予測される歪データ出力の実施例を示すグラフである。
【図２０】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを用いた血液化学物質モニタの実施形態の斜視図である。
【図２１】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを用いたシールドチャンバ心拍モニタの実施形態の斜視図である。
【図２２】本発明にしたがった櫛歯型コンデンサ歪センサを用いた心拍のニタ血管カフの斜視図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
歪を検知するための装置であって：
センサであって、櫛歯型容量を有する、センサ；
送信器であって、前記センサに結合されている、送信器；及び
アンテナであって、前記送信器に結合されている、アンテナ；
を有する装置であり、
前記センサ、前記送信器及び前記アンテナは、生物学的ホストにおけるインプラントのために適合されている；
装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、前記センサはハウジングに内包されている、装置。
【請求項３】
請求項２に記載の装置であって、前記送信器及び前記アンテナは、前記センサを内包するための前記ハウジングを構成する、装置。
【請求項４】
請求項１に記載の装置であって、前記センサ、前記送信器及び前記アンテナは、生物学的ホストにおける恒久的インプラントのために適合されている、装置。
【請求項５】
請求項１に記載の装置であって、前記センサは櫛歯型面積変化容量センサを有する、装置。
【請求項６】
請求項１に記載の装置であって、前記センサは１０−１４Ｆオーダーの感度を有する、装置。
【請求項７】
請求項１に記載の装置であって：
前記センサは複数の櫛歯型フィンガーを有し；
前記櫛歯型フィンガーの横方向移動は容量変化をもたらす；
装置。
【請求項８】
請求項１に記載の装置であって、前記送信器は高周波送信器を有する、装置。
【請求項９】
請求項１に記載の装置であって、前記送信器は：
電圧制御発振器；及び
ＲＦ電力増幅器；
を有する、装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の装置であって、前記送信器は１００ＧＨｚオーダーの動作周波数を有する、装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の装置であって、前記送信器は周波数変調送信器を有する、装置。
【請求項１２】
請求項９に記載の装置であって、前記電圧制御発振器はリング発振器を有する、装置。
【請求項１３】
請求項１に記載の装置であって、前記アンテナはマイクロストリップアンテナを有する、装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の装置であって、前記マイクロストリップアンテナは：
導電性グランドプレーン；
前記導電性グランドプレーンにおいて位置付けられている低損失誘電体基板；及び
前記低損失誘電体基板において位置付けられている薄い金属パッチ；
を有する、装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の装置であって：
前記低損失誘電体基板はある誘電率を有し；
前記低損失誘電体基板はキャビティを有し；
前記キャビティは前記基板の前記誘電率を減少させる；
装置。
【請求項１６】
請求項１に記載の装置であって：
電源；
を更に有する装置であり、
前記電源は電源への誘導結合のために構成され；
前記電源は前記センサ及び前記送信器に結合されている；
装置であり、
前記電源は、生物学的ホストにおけるインプラントのために適合されている；
装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の装置であって、前記電源は：
誘導コイル；
前記誘導コイルに結合された整流器；及び
前記整流器に結合されたレギュレータ；
を有する、装置。
【請求項１８】
請求項１に記載の装置であって、前記センサを較正するための手段を更に有する、装置。
【請求項１９】
請求項１に記載の装置であって、前記センサ、前記送信器及び前記アンテナは脊椎融合をモニタリングするために適合されている、装置。
【請求項２０】
請求項１に記載の装置であって、前記センサ、前記送信器及び前記アンテナはグルコースレベルをモニタリングするために適合されている、装置。
【請求項２１】
請求項１に記載の装置であって、前記センサ、前記送信器及び前記アンテナは脊椎負荷を測定するために適合されている、装置。
【請求項２２】
請求項１に記載の装置であって、前記センサ、前記送信器及び前記アンテナは心拍をモニタリングするために適合されている、装置。
【請求項２３】
請求項１に記載の装置であって、前記センサ、前記送信器及び前記アンテナは、血液の化学物質、因子及び無機物、グルコース、電解質、ナトリウム、水和レベル、ｐＨ、有害化学物質又は重金属の測定を本質的に有する群から選択された生物学的状態を検知する、装置。
【請求項２４】
請求項１９に記載の装置であって：
前記センサは、脊椎プレートに備えられるために適合され、前記脊椎プレートにおける歪を表す信号を生成し；
前記送信器は、前記の歪を表す信号を送信する；
装置。
【請求項２５】
請求項２４に記載の装置であって：
前記脊椎プレートは中央領域を有し；
前記脊椎プレートは前記中央領域の近くの幅が減少していて；
前記センサ、前記送信器及び前記アンテナは、前記脊椎プレートの幅が減少したところの近くに前記脊椎プレートが添えられている；
装置。
【請求項２６】
歪を検知するためのシステムであって：
センサであって、櫛歯型容量を有する、センサ；
送信器であって、前記センサに結合されている、送信器；及び
アンテナであって、前記送信器に結合されている、アンテナ；
を有するシステムであり、
前記センサ、前記送信器及び前記アンテナは、生物学的ホストにおけるインプラントのために適合されていて；
受信器は、歪を示す前記送信器から信号を受信し；
前記受信器は、非インプラント遠隔操作受信器を有する；
システム。
【請求項２７】
請求項２６に記載のシステムであって、前記センサはハウジングに内包されている、システム。
【請求項２８】
請求項２７に記載のシステムであって、前記送信器及び前記アンテナは、前記センサを内包するための前記ハウジングを構成する、システム。
【請求項２９】
請求項２６に記載のシステムであって、前記センサ、前記送信器及び前記アンテナは、生物学的ホストにおける恒久的インプラントのために適合されている、システム。
【請求項３０】
請求項２６に記載のシステムであって、前記センサは櫛歯型面積変化容量センサを有する、システム。
【請求項３１】
請求項２６に記載のシステムであって、前記センサは１０−１４Ｆオーダーの感度を有する、システム。
【請求項３２】
請求項２６に記載のシステムであって：
前記センサは複数の櫛歯型フィンガーを有し；
前記櫛歯型フィンガーの横方向移動は容量変化をもたらす；
システム。
【請求項３３】
請求項２６に記載のシステムであって、前記送信器は高周波送信器を有する、システム。
【請求項３４】
請求項２６に記載のシステムであって、前記送信器は：
電圧制御発振器；及び
ＲＦ電力増幅器；
を有する、システム。
【請求項３５】
請求項２６に記載のシステムであって、前記送信器は１００ＧＨｚオーダーの動作周波数を有する、システム。
【請求項３６】
請求項２６に記載のシステムであって、前記送信器は周波数変調送信器を有する、システム。
【請求項３７】
請求項３４に記載のシステムであって、前記電圧制御発振器はリング発振器を有する、システム。
【請求項３８】
請求項２６に記載のシステムであって、前記アンテナはマイクロストリップアンテナを有する、システム。
【請求項３９】
請求項３８に記載のシステムであって、前記マイクロストリップアンテナは：
導電性グランドプレーン；
前記導電性グランドプレーンにおいて位置付けられている低損失誘電体基板；及び
前記低損失誘電体基板において位置付けられている薄い金属パッチ；
を有する、システム。
【請求項４０】
請求項３９に記載のシステムであって：
前記低損失誘電体基板はある誘電率を有し；
前記低損失誘電体基板はキャビティを有し；
前記キャビティは前記基板の前記誘電率を減少させる；
システム。
【請求項４１】
請求項２６に記載のシステムであって：
電源；
を更に有するシステムであり、
前記電源は電源への誘導結合のために構成され；
前記電源は前記センサ及び前記送信器に結合されている；
システムであり、
前記電源は、生物学的ホストにおけるインプラントのために適合されている；
システム。
【請求項４２】
請求項４１に記載のシステムであって、前記電源は：
誘導コイル；
前記誘導コイルに結合された整流器；及び
前記整流器に結合されたレギュレータ；
を有する、システム。
【請求項４３】
請求項４１に記載のシステムであって：
前記受信器は前記電源を有する；
システム。
【請求項４４】
請求項２６に記載のシステムであって、前記センサを較正するための手段を更に有する、システム。
【請求項４５】
請求項２６に記載のシステムであって、前記センサ、前記送信器及び前記アンテナは脊椎融合をモニタリングするために適合されている、システム。
【請求項４６】
請求項２６に記載のシステムであって、前記センサ、前記送信器及び前記アンテナはグルコースレベルをモニタリングするために適合されている、システム。
【請求項４７】
請求項２６に記載のシステムであって、前記センサ、前記送信器及び前記アンテナは脊椎負荷を測定するために適合されている、システム。
【請求項４８】
請求項２６に記載のシステムであって、前記センサ、前記送信器及び前記アンテナは心拍をモニタリングするために適合されている、システム。
【請求項４９】
請求項２６に記載のシステムであって、前記センサ、前記送信器及び前記アンテナは、血液の化学物質、因子及び無機物、グルコース、電解質、ナトリウム、水和レベル、ｐＨ、有害化学物質又は重金属の測定を本質的に有する群から選択された生物学的状態を検知する、システム。
【請求項５０】
請求項４５に記載のシステムであって：
前記センサは、脊椎プレートに備えられるために適合され、前記脊椎プレートにおける歪を表す信号を生成し；
前記送信器は、前記の歪を表す信号を送信する；
システム。
【請求項５１】
請求項５０に記載のシステムであって：
前記脊椎プレートは中央領域を有し；
前記脊椎プレートは前記中央領域の近くの幅が減少していて；
前記センサ、前記送信器及び前記アンテナは、前記脊椎プレートの幅が減少したところの近くに前記脊椎プレートが添えられている；
システム。
【請求項５２】
歪を検知するためのシステムであって：
センサであって、櫛歯型容量を有する、センサ；
送信器であって、前記センサに結合されている、送信器；
アンテナであって、前記送信器に結合されている、アンテナ；及び
電源
を有するシステムであり、
前記電源は電源への誘導結合のために構成され；
前記電源は、前記センサ及び前記送信器に結合され、
前記センサ、前記送信器及び前記アンテナは、生物学的ホストにおけるインプラントのために適合されていて；
受信器は、歪を示す前記送信器から信号を受信し；
前記受信器は、非インプラント遠隔操作受信器を有する；
システム。
【請求項５３】
請求項５２に記載のシステムであって、前記センサはハウジングに内包されている、システム。
【請求項５４】
請求項５３に記載のシステムであって、前記送信器及び前記アンテナは、前記センサを内包するための前記ハウジングを構成する、システム。
【請求項５５】
請求項５２に記載のシステムであって、前記センサ、前記送信器及び前記アンテナは、生物学的ホストにおける恒久的インプラントのために適合されている、システム。
【請求項５６】
請求項５２に記載のシステムであって、前記センサは櫛歯型面積変化容量センサを有する、システム。
【請求項５７】
請求項５２に記載のシステムであって、前記センサは１０−１４Ｆオーダーの感度を有する、システム。
【請求項５８】
請求項５２に記載のシステムであって：
前記センサは複数の櫛歯型フィンガーを有し；
前記櫛歯型フィンガーの横方向移動は容量変化をもたらす；
システム。
【請求項５９】
請求項５２に記載のシステムであって、前記送信器は高周波送信器を有する、システム。
【請求項６０】
請求項５２に記載のシステムであって、前記送信器は：
電圧制御発振器；及び
ＲＦ電力増幅器；
を有する、システム。
【請求項６１】
請求項５２に記載のシステムであって、前記送信器は１００ＧＨｚオーダーの動作周波数を有する、システム。
【請求項６２】
請求項５２に記載のシステムであって、前記送信器は周波数変調送信器を有する、システム。
【請求項６３】
請求項６０に記載のシステムであって、前記電圧制御発振器はリング発振器を有する、システム。
【請求項６４】
請求項５２に記載のシステムであって、前記アンテナはマイクロストリップアンテナを有する、システム。
【請求項６５】
請求項６４に記載のシステムであって、前記マイクロストリップアンテナは：
導電性グランドプレーン；
前記導電性グランドプレーンにおいて位置付けられた低損失誘電体基板；及び
前記低損失誘電体基板において位置付けられた薄い金属パッチ；
を有する、システム。
【請求項６６】
請求項６５に記載のシステムであって：
前記低損失誘電体基板はある誘電率を有し；
前記低損失誘電体基板はキャビティを有し；
前記キャビティは前記基板の前記誘電率を減少させる；
システム。
【請求項６７】
請求項５２に記載のシステムであって、前記電源は：
誘導コイル；
前記誘導コイルに結合された整流器；及び
前記整流器に結合されたレギュレータ；
を有する、システム。
【請求項６８】
請求項５２に記載のシステムであって、前記受信器は前記電源を有する、システム。
【請求項６９】
請求項５２に記載のシステムであって、前記センサを較正するための手段を更に有する、システム。
【請求項７０】
請求項５２に記載のシステムであって、前記センサ、前記送信器及び前記アンテナは脊椎融合をモニタリングするために適合されている、システム。
【請求項７１】
請求項５２に記載のシステムであって、前記センサ、前記送信器及び前記アンテナはグルコースレベルをモニタリングするために適合されている、システム。
【請求項７２】
請求項５２に記載のシステムであって、前記センサ、前記送信器及び前記アンテナは脊椎負荷を測定するために適合されている、システム。
【請求項７３】
請求項５２に記載のシステムであって、前記センサ、前記送信器及び前記アンテナは心拍をモニタリングするために適合されている、システム。
【請求項７４】
請求項５２に記載のシステムであって、前記センサ、前記送信器及び前記アンテナは、血液の化学物質、因子及び無機物、グルコース、電解質、ナトリウム、水和レベル、ｐＨ、有害化学物質又は重金属の測定を本質的に有する群から選択された生物学的状態を検知する、システム。
【請求項７５】
請求項７０に記載のシステムであって：
前記センサは、脊椎プレートに備えられるために適合され、前記脊椎プレートにおける歪を表す信号を生成し；
前記送信器は、前記の歪を表す信号を送信する；
システム。
【請求項７６】
請求項７５に記載のシステムであって：
前記脊椎プレートは中央領域を有し；
前記脊椎プレートは前記中央領域の近くの幅が減少していて；
前記センサ、前記送信器及び前記アンテナは、前記脊椎プレートの幅が減少したところの近くに前記脊椎プレートが添えられている；
システム。
【請求項７７】
歪を検知するための装置であって：
センサであって、櫛歯型容量を有する、センサ；
送信器であって、前記センサに結合されている、送信器；及び
アンテナであって、前記送信器に結合されている、アンテナ；
を有する装置であり、
前記センサ、前記送信器及び前記アンテナは、生物学的ホストにおけるインプラントのために適合されていて；
前記センサは、前記脊椎プレートに備えられるように適合され、前記脊椎プレートにおける歪を表す信号を生成し；
前記送信器は、歪を示す前記送信を送信する；
装置。
【請求項７８】
請求項７７に記載の装置であって：
前記脊椎プレートは中央領域を有し；
前記脊椎プレートは前記中央領域の近くの幅が減少していて；
前記センサ、前記送信器及び前記アンテナは、前記脊椎プレートの幅が減少したところの近くに前記脊椎プレートが添えられている；
装置。
【請求項７９】
請求項７７に記載の装置であって、前記センサはハウジングに内包されている、装置。
【請求項８０】
請求項７９に記載の装置であって、前記送信器及び前記アンテナは、前記センサを内包するための前記ハウジングを構成する、装置。
【請求項８１】
請求項７７に記載の装置であって、前記センサ、前記送信器及び前記アンテナは、生物学的ホストにおける恒久的インプラントのために適合されている、装置。
【請求項８２】
請求項７７に記載の装置であって、前記センサは櫛歯型面積変化容量センサを有する、装置。
【請求項８３】
請求項７７に記載の装置であって、前記センサは１０−１４Ｆオーダーの感度を有する、装置。
【請求項８４】
請求項７７に記載の装置であって：
前記センサは複数の櫛歯型フィンガーを有し；
前記櫛歯型フィンガーの横方向移動は容量変化をもたらす；
装置。
【請求項８５】
請求項７７に記載の装置であって、前記送信器は高周波送信器を有する、装置。
【請求項８６】
請求項７７に記載の装置であって、前記送信器は：
電圧制御発振器；及び
ＲＦ電力増幅器；
を有する、装置。
【請求項８７】
請求項７７に記載の装置であって、前記送信器は１００ＧＨｚオーダーの動作周波数を有する、装置。
【請求項８８】
請求項７７に記載の装置であって、前記送信器は周波数変調送信器を有する、装置。
【請求項８９】
請求項８６に記載の装置であって、前記電圧制御発振器はリング発振器を有する、装置。
【請求項９０】
請求項７７に記載の装置であって、前記アンテナはマイクロストリップアンテナを有する、装置。
【請求項９１】
請求項９０に記載の装置であって、前記マイクロストリップアンテナは：
導電性グランドプレーン；
前記導電性グランドプレーンにおいて位置付けられた低損失誘電体基板；及び
前記低損失誘電体基板において位置付けられた薄い金属パッチ；
を有する、装置。
【請求項９２】
請求項９１に記載の装置であって：
前記低損失誘電体基板はある誘電率を有し；
前記低損失誘電体基板はキャビティを有し；
前記キャビティは前記基板の前記誘電率を減少させる；
装置。
【請求項９３】
請求項７７に記載の装置であって：
電源；
を更に有する装置であり、
前記電源は電源への誘導結合のために構成され；
前記電源は前記センサ及び前記送信器に結合されている；
装置であり、
前記電源は、生物学的ホストにおけるインプラントのために適合されている；
装置。
【請求項９４】
請求項９３に記載の装置であって、前記電源は：
誘導コイル；
前記誘導コイルに結合された整流器；及び
前記整流器に結合されたレギュレータ；
を有する、装置。
【請求項９５】
請求項７７に記載の装置であって、前記センサを較正するための手段を更に有する、装置。
【請求項９６】
歪を検知するためのシステムであって：
センサであって、櫛歯型容量を有する、センサ；
送信器であって、前記センサに結合されている、送信器；及び
アンテナであって、前記送信器に結合されている、アンテナ；
を有するシステムであり、
前記センサ、前記送信器及び前記アンテナは、生物学的ホストにおけるインプラントのために適合されていて；
前記センサは、脊椎プレートに備えられるように適合され、前記脊椎プレートにおける歪を表す信号を生成し；
前記送信器は、前記の歪を表す信号を送信し；
前記受信器は非インプラント遠隔操作受信器を有する；
システム。
【請求項９７】
請求項９６に記載のシステムであって：
前記脊椎プレートは中央領域を有し；
前記脊椎プレートは前記中央領域の近くの幅が減少していて；
前記センサ、前記送信器及び前記アンテナは、前記脊椎プレートの幅が減少したところの近くに前記脊椎プレートが添えられている；
システム。
【請求項９８】
請求項９６に記載のシステムであって、前記センサはハウジングに内包されている、システム。
【請求項９９】
請求項９８に記載のシステムであって、前記送信器及び前記アンテナは、前記センサを内包するための前記ハウジングを構成する、システム。
【請求項１００】
請求項９６に記載のシステムであって、前記センサ、前記送信器及び前記アンテナは、生物学的ホストにおける恒久的インプラントのために適合されている、システム。
【請求項１０１】
請求項９６に記載のシステムであって、前記センサは櫛歯型面積変化容量センサを有する、システム。
【請求項１０２】
請求項９６に記載のシステムであって、前記センサは１０−１４Ｆオーダーの感度を有する、システム。
【請求項１０３】
請求項９６に記載のシステムであって：
前記センサは複数の櫛歯型フィンガーを有し；
前記櫛歯型フィンガーの横方向移動は容量変化をもたらす；
システム。
【請求項１０４】
請求項９６に記載のシステムであって、前記送信器は高周波送信器を有する、システム。
【請求項１０５】
請求項９６に記載のシステムであって、前記送信器は：
電圧制御発振器；及び
ＲＦ電力増幅器；
を有する、システム。
【請求項１０６】
請求項９６に記載のシステムであって、前記送信器は１００ＧＨｚオーダーの動作周波数を有する、システム。
【請求項１０７】
請求項９６に記載のシステムであって、前記送信器は周波数変調送信器を有する、システム。
【請求項１０８】
請求項１０５に記載のシステムであって、前記電圧制御発振器はリング発振器を有する、システム。
【請求項１０９】
請求項９６に記載のシステムであって、前記アンテナはマイクロストリップアンテナを有する、システム。
【請求項１１０】
請求項１０９に記載のシステムであって、前記マイクロストリップアンテナは：
導電性グランドプレーン；
前記導電性グランドプレーンにおいて位置付けられた低損失誘電体基板；及び
前記低損失誘電体基板において位置付けられた薄い金属パッチ；
を有する、システム。
【請求項１１１】
請求項１１０に記載のシステムであって：
前記低損失誘電体基板はある誘電率を有し；
前記低損失誘電体基板はキャビティを有し；
前記キャビティは前記基板の前記誘電率を減少させる；
システム。
【請求項１１２】
請求項９６に記載のシステムであって：
電源；
を更に有するシステムであり、
前記電源は電源への誘導結合のために構成され；
前記電源は前記センサ及び前記送信器に結合されている；
システムであり、
前記電源は、生物学的ホストにおけるインプラントのために適合されている；
システム。
【請求項１１３】
請求項１１２に記載のシステムであって、前記電源は：
誘導コイル；
前記誘導コイルに結合された整流器；及び
前記整流器に結合されたレギュレータ；
を有する、システム。
【請求項１１４】
請求項１１２に記載のシステムであって：
前記受信器は前記電源を有する；
システム。
【請求項１１５】
請求項９６に記載のシステムであって、前記センサを較正するための手段を更に有する、システム。
【請求項１１６】
歪を検知するためのシステムであって：
センサであって、櫛歯型容量を有する、センサ；
送信器であって、前記センサに結合されている、送信器；
アンテナであって、前記送信器に結合されている、アンテナ；及び
電源
を有するシステムであり、
前記センサ、前記送信器及び前記アンテナは、生物学的ホストにおけるインプラントのために適合されていて；
前記センサは、脊椎プレートに備えられるように適合され、前記脊椎プレートにおける歪を表す信号を生成し；
前記送信器は、前記の歪を表す信号を送信し；
受信器は、歪を示す前記送信器から信号を受信する；
システム。
【請求項１１７】
請求項１１６に記載のシステムであって：
前記脊椎プレートは中央領域を有し；
前記脊椎プレートは前記中央領域の近くの幅が減少していて；
前記センサ、前記送信器及び前記アンテナは、前記脊椎プレートが幅を減少したところの近くに前記脊椎プレートが添えられている；
システム。
【請求項１１８】
請求項１１６に記載のシステムであって、前記センサはハウジングに内包されている、システム。
【請求項１１９】
請求項１１８に記載のシステムであって、前記送信器及び前記アンテナは、前記センサを内包するための前記ハウジングを構成する、システム。
【請求項１２０】
請求項１１６に記載のシステムであって、前記センサ、前記送信器及び前記アンテナは、生物学的ホストにおける恒久的インプラントのために適合されている、システム。
【請求項１２１】
請求項１１６に記載のシステムであって、前記センサは櫛歯型面積変化容量センサを有する、システム。
【請求項１２２】
請求項１１６に記載のシステムであって、前記センサは１０−１４Ｆオーダーの感度を有する、システム。
【請求項１２３】
請求項１１６に記載のシステムであって：
前記センサは複数の櫛歯型フィンガーを有し；
前記櫛歯型フィンガーの横方向移動は容量変化をもたらす；
システム。
【請求項１２４】
請求項１１６に記載のシステムであって、前記送信器は高周波送信器を有する、システム。
【請求項１２５】
請求項１１６に記載のシステムであって、前記送信器は：
電圧制御発振器；及び
ＲＦ電力増幅器；
を有する、システム。
【請求項１２６】
請求項１１６に記載のシステムであって、前記送信器は１００ＧＨｚオーダーの動作周波数を有する、システム。
【請求項１２７】
請求項１１６に記載のシステムであって、前記送信器は周波数変調送信器を有する、システム。
【請求項１２８】
請求項１２５に記載のシステムであって、前記電圧制御発振器はリング発振器を有する、システム。
【請求項１２９】
請求項１１６に記載のシステムであって、前記アンテナはマイクロストリップアンテナを有する、システム。
【請求項１３０】
請求項１２９に記載のシステムであって、前記マイクロストリップアンテナは：
導電性グランドプレーン；
前記導電性グランドプレーンにおいて位置付けられた低損失誘電体基板；及び
前記低損失誘電体基板において位置付けられた薄い金属パッチ；
を有する、システム。
【請求項１３１】
請求項１３０に記載のシステムであって：
前記低損失誘電体基板はある誘電率を有し；
前記低損失誘電体基板はキャビティを有し；
前記キャビティは前記基板の前記誘電率を減少させる；
システム。
【請求項１３２】
請求項１１６に記載のシステムであって、前記電源は：
誘導コイル；
前記誘導コイルに結合された整流器；及び
前記整流器に結合されたレギュレータ；
を有する、システム。
【請求項１３３】
請求項１１６に記載のシステムであって、前記受信器は前記電源を有する、システム。
【請求項１３４】
請求項１１６に記載のシステムであって、前記センサを較正するための手段を更に有する、システム。
【請求項１】
歪を検知するための装置であって：
センサであって、櫛歯型容量を有する、センサ；
送信器であって、前記センサに結合されている、送信器；及び
アンテナであって、前記送信器に結合されている、アンテナ；
を有する装置であり、
前記センサ、前記送信器及び前記アンテナは、生物学的ホストにおけるインプラントのために適合されている；
装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、前記センサはハウジングに内包されている、装置。
【請求項３】
請求項２に記載の装置であって、前記送信器及び前記アンテナは、前記センサを内包するための前記ハウジングを構成する、装置。
【請求項４】
請求項１に記載の装置であって、前記センサ、前記送信器及び前記アンテナは、生物学的ホストにおける恒久的インプラントのために適合されている、装置。
【請求項５】
請求項１に記載の装置であって、前記センサは櫛歯型面積変化容量センサを有する、装置。
【請求項６】
請求項１に記載の装置であって、前記センサは１０−１４Ｆオーダーの感度を有する、装置。
【請求項７】
請求項１に記載の装置であって：
前記センサは複数の櫛歯型フィンガーを有し；
前記櫛歯型フィンガーの横方向移動は容量変化をもたらす；
装置。
【請求項８】
請求項１に記載の装置であって、前記送信器は高周波送信器を有する、装置。
【請求項９】
請求項１に記載の装置であって、前記送信器は：
電圧制御発振器；及び
ＲＦ電力増幅器；
を有する、装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の装置であって、前記送信器は１００ＧＨｚオーダーの動作周波数を有する、装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の装置であって、前記送信器は周波数変調送信器を有する、装置。
【請求項１２】
請求項９に記載の装置であって、前記電圧制御発振器はリング発振器を有する、装置。
【請求項１３】
請求項１に記載の装置であって、前記アンテナはマイクロストリップアンテナを有する、装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の装置であって、前記マイクロストリップアンテナは：
導電性グランドプレーン；
前記導電性グランドプレーンにおいて位置付けられている低損失誘電体基板；及び
前記低損失誘電体基板において位置付けられている薄い金属パッチ；
を有する、装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の装置であって：
前記低損失誘電体基板はある誘電率を有し；
前記低損失誘電体基板はキャビティを有し；
前記キャビティは前記基板の前記誘電率を減少させる；
装置。
【請求項１６】
請求項１に記載の装置であって：
電源；
を更に有する装置であり、
前記電源は電源への誘導結合のために構成され；
前記電源は前記センサ及び前記送信器に結合されている；
装置であり、
前記電源は、生物学的ホストにおけるインプラントのために適合されている；
装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の装置であって、前記電源は：
誘導コイル；
前記誘導コイルに結合された整流器；及び
前記整流器に結合されたレギュレータ；
を有する、装置。
【請求項１８】
請求項１に記載の装置であって、前記センサを較正するための手段を更に有する、装置。
【請求項１９】
請求項１に記載の装置であって、前記センサ、前記送信器及び前記アンテナは脊椎融合をモニタリングするために適合されている、装置。
【請求項２０】
請求項１に記載の装置であって、前記センサ、前記送信器及び前記アンテナはグルコースレベルをモニタリングするために適合されている、装置。
【請求項２１】
請求項１に記載の装置であって、前記センサ、前記送信器及び前記アンテナは脊椎負荷を測定するために適合されている、装置。
【請求項２２】
請求項１に記載の装置であって、前記センサ、前記送信器及び前記アンテナは心拍をモニタリングするために適合されている、装置。
【請求項２３】
請求項１に記載の装置であって、前記センサ、前記送信器及び前記アンテナは、血液の化学物質、因子及び無機物、グルコース、電解質、ナトリウム、水和レベル、ｐＨ、有害化学物質又は重金属の測定を本質的に有する群から選択された生物学的状態を検知する、装置。
【請求項２４】
請求項１９に記載の装置であって：
前記センサは、脊椎プレートに備えられるために適合され、前記脊椎プレートにおける歪を表す信号を生成し；
前記送信器は、前記の歪を表す信号を送信する；
装置。
【請求項２５】
請求項２４に記載の装置であって：
前記脊椎プレートは中央領域を有し；
前記脊椎プレートは前記中央領域の近くの幅が減少していて；
前記センサ、前記送信器及び前記アンテナは、前記脊椎プレートの幅が減少したところの近くに前記脊椎プレートが添えられている；
装置。
【請求項２６】
歪を検知するためのシステムであって：
センサであって、櫛歯型容量を有する、センサ；
送信器であって、前記センサに結合されている、送信器；及び
アンテナであって、前記送信器に結合されている、アンテナ；
を有するシステムであり、
前記センサ、前記送信器及び前記アンテナは、生物学的ホストにおけるインプラントのために適合されていて；
受信器は、歪を示す前記送信器から信号を受信し；
前記受信器は、非インプラント遠隔操作受信器を有する；
システム。
【請求項２７】
請求項２６に記載のシステムであって、前記センサはハウジングに内包されている、システム。
【請求項２８】
請求項２７に記載のシステムであって、前記送信器及び前記アンテナは、前記センサを内包するための前記ハウジングを構成する、システム。
【請求項２９】
請求項２６に記載のシステムであって、前記センサ、前記送信器及び前記アンテナは、生物学的ホストにおける恒久的インプラントのために適合されている、システム。
【請求項３０】
請求項２６に記載のシステムであって、前記センサは櫛歯型面積変化容量センサを有する、システム。
【請求項３１】
請求項２６に記載のシステムであって、前記センサは１０−１４Ｆオーダーの感度を有する、システム。
【請求項３２】
請求項２６に記載のシステムであって：
前記センサは複数の櫛歯型フィンガーを有し；
前記櫛歯型フィンガーの横方向移動は容量変化をもたらす；
システム。
【請求項３３】
請求項２６に記載のシステムであって、前記送信器は高周波送信器を有する、システム。
【請求項３４】
請求項２６に記載のシステムであって、前記送信器は：
電圧制御発振器；及び
ＲＦ電力増幅器；
を有する、システム。
【請求項３５】
請求項２６に記載のシステムであって、前記送信器は１００ＧＨｚオーダーの動作周波数を有する、システム。
【請求項３６】
請求項２６に記載のシステムであって、前記送信器は周波数変調送信器を有する、システム。
【請求項３７】
請求項３４に記載のシステムであって、前記電圧制御発振器はリング発振器を有する、システム。
【請求項３８】
請求項２６に記載のシステムであって、前記アンテナはマイクロストリップアンテナを有する、システム。
【請求項３９】
請求項３８に記載のシステムであって、前記マイクロストリップアンテナは：
導電性グランドプレーン；
前記導電性グランドプレーンにおいて位置付けられている低損失誘電体基板；及び
前記低損失誘電体基板において位置付けられている薄い金属パッチ；
を有する、システム。
【請求項４０】
請求項３９に記載のシステムであって：
前記低損失誘電体基板はある誘電率を有し；
前記低損失誘電体基板はキャビティを有し；
前記キャビティは前記基板の前記誘電率を減少させる；
システム。
【請求項４１】
請求項２６に記載のシステムであって：
電源；
を更に有するシステムであり、
前記電源は電源への誘導結合のために構成され；
前記電源は前記センサ及び前記送信器に結合されている；
システムであり、
前記電源は、生物学的ホストにおけるインプラントのために適合されている；
システム。
【請求項４２】
請求項４１に記載のシステムであって、前記電源は：
誘導コイル；
前記誘導コイルに結合された整流器；及び
前記整流器に結合されたレギュレータ；
を有する、システム。
【請求項４３】
請求項４１に記載のシステムであって：
前記受信器は前記電源を有する；
システム。
【請求項４４】
請求項２６に記載のシステムであって、前記センサを較正するための手段を更に有する、システム。
【請求項４５】
請求項２６に記載のシステムであって、前記センサ、前記送信器及び前記アンテナは脊椎融合をモニタリングするために適合されている、システム。
【請求項４６】
請求項２６に記載のシステムであって、前記センサ、前記送信器及び前記アンテナはグルコースレベルをモニタリングするために適合されている、システム。
【請求項４７】
請求項２６に記載のシステムであって、前記センサ、前記送信器及び前記アンテナは脊椎負荷を測定するために適合されている、システム。
【請求項４８】
請求項２６に記載のシステムであって、前記センサ、前記送信器及び前記アンテナは心拍をモニタリングするために適合されている、システム。
【請求項４９】
請求項２６に記載のシステムであって、前記センサ、前記送信器及び前記アンテナは、血液の化学物質、因子及び無機物、グルコース、電解質、ナトリウム、水和レベル、ｐＨ、有害化学物質又は重金属の測定を本質的に有する群から選択された生物学的状態を検知する、システム。
【請求項５０】
請求項４５に記載のシステムであって：
前記センサは、脊椎プレートに備えられるために適合され、前記脊椎プレートにおける歪を表す信号を生成し；
前記送信器は、前記の歪を表す信号を送信する；
システム。
【請求項５１】
請求項５０に記載のシステムであって：
前記脊椎プレートは中央領域を有し；
前記脊椎プレートは前記中央領域の近くの幅が減少していて；
前記センサ、前記送信器及び前記アンテナは、前記脊椎プレートの幅が減少したところの近くに前記脊椎プレートが添えられている；
システム。
【請求項５２】
歪を検知するためのシステムであって：
センサであって、櫛歯型容量を有する、センサ；
送信器であって、前記センサに結合されている、送信器；
アンテナであって、前記送信器に結合されている、アンテナ；及び
電源
を有するシステムであり、
前記電源は電源への誘導結合のために構成され；
前記電源は、前記センサ及び前記送信器に結合され、
前記センサ、前記送信器及び前記アンテナは、生物学的ホストにおけるインプラントのために適合されていて；
受信器は、歪を示す前記送信器から信号を受信し；
前記受信器は、非インプラント遠隔操作受信器を有する；
システム。
【請求項５３】
請求項５２に記載のシステムであって、前記センサはハウジングに内包されている、システム。
【請求項５４】
請求項５３に記載のシステムであって、前記送信器及び前記アンテナは、前記センサを内包するための前記ハウジングを構成する、システム。
【請求項５５】
請求項５２に記載のシステムであって、前記センサ、前記送信器及び前記アンテナは、生物学的ホストにおける恒久的インプラントのために適合されている、システム。
【請求項５６】
請求項５２に記載のシステムであって、前記センサは櫛歯型面積変化容量センサを有する、システム。
【請求項５７】
請求項５２に記載のシステムであって、前記センサは１０−１４Ｆオーダーの感度を有する、システム。
【請求項５８】
請求項５２に記載のシステムであって：
前記センサは複数の櫛歯型フィンガーを有し；
前記櫛歯型フィンガーの横方向移動は容量変化をもたらす；
システム。
【請求項５９】
請求項５２に記載のシステムであって、前記送信器は高周波送信器を有する、システム。
【請求項６０】
請求項５２に記載のシステムであって、前記送信器は：
電圧制御発振器；及び
ＲＦ電力増幅器；
を有する、システム。
【請求項６１】
請求項５２に記載のシステムであって、前記送信器は１００ＧＨｚオーダーの動作周波数を有する、システム。
【請求項６２】
請求項５２に記載のシステムであって、前記送信器は周波数変調送信器を有する、システム。
【請求項６３】
請求項６０に記載のシステムであって、前記電圧制御発振器はリング発振器を有する、システム。
【請求項６４】
請求項５２に記載のシステムであって、前記アンテナはマイクロストリップアンテナを有する、システム。
【請求項６５】
請求項６４に記載のシステムであって、前記マイクロストリップアンテナは：
導電性グランドプレーン；
前記導電性グランドプレーンにおいて位置付けられた低損失誘電体基板；及び
前記低損失誘電体基板において位置付けられた薄い金属パッチ；
を有する、システム。
【請求項６６】
請求項６５に記載のシステムであって：
前記低損失誘電体基板はある誘電率を有し；
前記低損失誘電体基板はキャビティを有し；
前記キャビティは前記基板の前記誘電率を減少させる；
システム。
【請求項６７】
請求項５２に記載のシステムであって、前記電源は：
誘導コイル；
前記誘導コイルに結合された整流器；及び
前記整流器に結合されたレギュレータ；
を有する、システム。
【請求項６８】
請求項５２に記載のシステムであって、前記受信器は前記電源を有する、システム。
【請求項６９】
請求項５２に記載のシステムであって、前記センサを較正するための手段を更に有する、システム。
【請求項７０】
請求項５２に記載のシステムであって、前記センサ、前記送信器及び前記アンテナは脊椎融合をモニタリングするために適合されている、システム。
【請求項７１】
請求項５２に記載のシステムであって、前記センサ、前記送信器及び前記アンテナはグルコースレベルをモニタリングするために適合されている、システム。
【請求項７２】
請求項５２に記載のシステムであって、前記センサ、前記送信器及び前記アンテナは脊椎負荷を測定するために適合されている、システム。
【請求項７３】
請求項５２に記載のシステムであって、前記センサ、前記送信器及び前記アンテナは心拍をモニタリングするために適合されている、システム。
【請求項７４】
請求項５２に記載のシステムであって、前記センサ、前記送信器及び前記アンテナは、血液の化学物質、因子及び無機物、グルコース、電解質、ナトリウム、水和レベル、ｐＨ、有害化学物質又は重金属の測定を本質的に有する群から選択された生物学的状態を検知する、システム。
【請求項７５】
請求項７０に記載のシステムであって：
前記センサは、脊椎プレートに備えられるために適合され、前記脊椎プレートにおける歪を表す信号を生成し；
前記送信器は、前記の歪を表す信号を送信する；
システム。
【請求項７６】
請求項７５に記載のシステムであって：
前記脊椎プレートは中央領域を有し；
前記脊椎プレートは前記中央領域の近くの幅が減少していて；
前記センサ、前記送信器及び前記アンテナは、前記脊椎プレートの幅が減少したところの近くに前記脊椎プレートが添えられている；
システム。
【請求項７７】
歪を検知するための装置であって：
センサであって、櫛歯型容量を有する、センサ；
送信器であって、前記センサに結合されている、送信器；及び
アンテナであって、前記送信器に結合されている、アンテナ；
を有する装置であり、
前記センサ、前記送信器及び前記アンテナは、生物学的ホストにおけるインプラントのために適合されていて；
前記センサは、前記脊椎プレートに備えられるように適合され、前記脊椎プレートにおける歪を表す信号を生成し；
前記送信器は、歪を示す前記送信を送信する；
装置。
【請求項７８】
請求項７７に記載の装置であって：
前記脊椎プレートは中央領域を有し；
前記脊椎プレートは前記中央領域の近くの幅が減少していて；
前記センサ、前記送信器及び前記アンテナは、前記脊椎プレートの幅が減少したところの近くに前記脊椎プレートが添えられている；
装置。
【請求項７９】
請求項７７に記載の装置であって、前記センサはハウジングに内包されている、装置。
【請求項８０】
請求項７９に記載の装置であって、前記送信器及び前記アンテナは、前記センサを内包するための前記ハウジングを構成する、装置。
【請求項８１】
請求項７７に記載の装置であって、前記センサ、前記送信器及び前記アンテナは、生物学的ホストにおける恒久的インプラントのために適合されている、装置。
【請求項８２】
請求項７７に記載の装置であって、前記センサは櫛歯型面積変化容量センサを有する、装置。
【請求項８３】
請求項７７に記載の装置であって、前記センサは１０−１４Ｆオーダーの感度を有する、装置。
【請求項８４】
請求項７７に記載の装置であって：
前記センサは複数の櫛歯型フィンガーを有し；
前記櫛歯型フィンガーの横方向移動は容量変化をもたらす；
装置。
【請求項８５】
請求項７７に記載の装置であって、前記送信器は高周波送信器を有する、装置。
【請求項８６】
請求項７７に記載の装置であって、前記送信器は：
電圧制御発振器；及び
ＲＦ電力増幅器；
を有する、装置。
【請求項８７】
請求項７７に記載の装置であって、前記送信器は１００ＧＨｚオーダーの動作周波数を有する、装置。
【請求項８８】
請求項７７に記載の装置であって、前記送信器は周波数変調送信器を有する、装置。
【請求項８９】
請求項８６に記載の装置であって、前記電圧制御発振器はリング発振器を有する、装置。
【請求項９０】
請求項７７に記載の装置であって、前記アンテナはマイクロストリップアンテナを有する、装置。
【請求項９１】
請求項９０に記載の装置であって、前記マイクロストリップアンテナは：
導電性グランドプレーン；
前記導電性グランドプレーンにおいて位置付けられた低損失誘電体基板；及び
前記低損失誘電体基板において位置付けられた薄い金属パッチ；
を有する、装置。
【請求項９２】
請求項９１に記載の装置であって：
前記低損失誘電体基板はある誘電率を有し；
前記低損失誘電体基板はキャビティを有し；
前記キャビティは前記基板の前記誘電率を減少させる；
装置。
【請求項９３】
請求項７７に記載の装置であって：
電源；
を更に有する装置であり、
前記電源は電源への誘導結合のために構成され；
前記電源は前記センサ及び前記送信器に結合されている；
装置であり、
前記電源は、生物学的ホストにおけるインプラントのために適合されている；
装置。
【請求項９４】
請求項９３に記載の装置であって、前記電源は：
誘導コイル；
前記誘導コイルに結合された整流器；及び
前記整流器に結合されたレギュレータ；
を有する、装置。
【請求項９５】
請求項７７に記載の装置であって、前記センサを較正するための手段を更に有する、装置。
【請求項９６】
歪を検知するためのシステムであって：
センサであって、櫛歯型容量を有する、センサ；
送信器であって、前記センサに結合されている、送信器；及び
アンテナであって、前記送信器に結合されている、アンテナ；
を有するシステムであり、
前記センサ、前記送信器及び前記アンテナは、生物学的ホストにおけるインプラントのために適合されていて；
前記センサは、脊椎プレートに備えられるように適合され、前記脊椎プレートにおける歪を表す信号を生成し；
前記送信器は、前記の歪を表す信号を送信し；
前記受信器は非インプラント遠隔操作受信器を有する；
システム。
【請求項９７】
請求項９６に記載のシステムであって：
前記脊椎プレートは中央領域を有し；
前記脊椎プレートは前記中央領域の近くの幅が減少していて；
前記センサ、前記送信器及び前記アンテナは、前記脊椎プレートの幅が減少したところの近くに前記脊椎プレートが添えられている；
システム。
【請求項９８】
請求項９６に記載のシステムであって、前記センサはハウジングに内包されている、システム。
【請求項９９】
請求項９８に記載のシステムであって、前記送信器及び前記アンテナは、前記センサを内包するための前記ハウジングを構成する、システム。
【請求項１００】
請求項９６に記載のシステムであって、前記センサ、前記送信器及び前記アンテナは、生物学的ホストにおける恒久的インプラントのために適合されている、システム。
【請求項１０１】
請求項９６に記載のシステムであって、前記センサは櫛歯型面積変化容量センサを有する、システム。
【請求項１０２】
請求項９６に記載のシステムであって、前記センサは１０−１４Ｆオーダーの感度を有する、システム。
【請求項１０３】
請求項９６に記載のシステムであって：
前記センサは複数の櫛歯型フィンガーを有し；
前記櫛歯型フィンガーの横方向移動は容量変化をもたらす；
システム。
【請求項１０４】
請求項９６に記載のシステムであって、前記送信器は高周波送信器を有する、システム。
【請求項１０５】
請求項９６に記載のシステムであって、前記送信器は：
電圧制御発振器；及び
ＲＦ電力増幅器；
を有する、システム。
【請求項１０６】
請求項９６に記載のシステムであって、前記送信器は１００ＧＨｚオーダーの動作周波数を有する、システム。
【請求項１０７】
請求項９６に記載のシステムであって、前記送信器は周波数変調送信器を有する、システム。
【請求項１０８】
請求項１０５に記載のシステムであって、前記電圧制御発振器はリング発振器を有する、システム。
【請求項１０９】
請求項９６に記載のシステムであって、前記アンテナはマイクロストリップアンテナを有する、システム。
【請求項１１０】
請求項１０９に記載のシステムであって、前記マイクロストリップアンテナは：
導電性グランドプレーン；
前記導電性グランドプレーンにおいて位置付けられた低損失誘電体基板；及び
前記低損失誘電体基板において位置付けられた薄い金属パッチ；
を有する、システム。
【請求項１１１】
請求項１１０に記載のシステムであって：
前記低損失誘電体基板はある誘電率を有し；
前記低損失誘電体基板はキャビティを有し；
前記キャビティは前記基板の前記誘電率を減少させる；
システム。
【請求項１１２】
請求項９６に記載のシステムであって：
電源；
を更に有するシステムであり、
前記電源は電源への誘導結合のために構成され；
前記電源は前記センサ及び前記送信器に結合されている；
システムであり、
前記電源は、生物学的ホストにおけるインプラントのために適合されている；
システム。
【請求項１１３】
請求項１１２に記載のシステムであって、前記電源は：
誘導コイル；
前記誘導コイルに結合された整流器；及び
前記整流器に結合されたレギュレータ；
を有する、システム。
【請求項１１４】
請求項１１２に記載のシステムであって：
前記受信器は前記電源を有する；
システム。
【請求項１１５】
請求項９６に記載のシステムであって、前記センサを較正するための手段を更に有する、システム。
【請求項１１６】
歪を検知するためのシステムであって：
センサであって、櫛歯型容量を有する、センサ；
送信器であって、前記センサに結合されている、送信器；
アンテナであって、前記送信器に結合されている、アンテナ；及び
電源
を有するシステムであり、
前記センサ、前記送信器及び前記アンテナは、生物学的ホストにおけるインプラントのために適合されていて；
前記センサは、脊椎プレートに備えられるように適合され、前記脊椎プレートにおける歪を表す信号を生成し；
前記送信器は、前記の歪を表す信号を送信し；
受信器は、歪を示す前記送信器から信号を受信する；
システム。
【請求項１１７】
請求項１１６に記載のシステムであって：
前記脊椎プレートは中央領域を有し；
前記脊椎プレートは前記中央領域の近くの幅が減少していて；
前記センサ、前記送信器及び前記アンテナは、前記脊椎プレートが幅を減少したところの近くに前記脊椎プレートが添えられている；
システム。
【請求項１１８】
請求項１１６に記載のシステムであって、前記センサはハウジングに内包されている、システム。
【請求項１１９】
請求項１１８に記載のシステムであって、前記送信器及び前記アンテナは、前記センサを内包するための前記ハウジングを構成する、システム。
【請求項１２０】
請求項１１６に記載のシステムであって、前記センサ、前記送信器及び前記アンテナは、生物学的ホストにおける恒久的インプラントのために適合されている、システム。
【請求項１２１】
請求項１１６に記載のシステムであって、前記センサは櫛歯型面積変化容量センサを有する、システム。
【請求項１２２】
請求項１１６に記載のシステムであって、前記センサは１０−１４Ｆオーダーの感度を有する、システム。
【請求項１２３】
請求項１１６に記載のシステムであって：
前記センサは複数の櫛歯型フィンガーを有し；
前記櫛歯型フィンガーの横方向移動は容量変化をもたらす；
システム。
【請求項１２４】
請求項１１６に記載のシステムであって、前記送信器は高周波送信器を有する、システム。
【請求項１２５】
請求項１１６に記載のシステムであって、前記送信器は：
電圧制御発振器；及び
ＲＦ電力増幅器；
を有する、システム。
【請求項１２６】
請求項１１６に記載のシステムであって、前記送信器は１００ＧＨｚオーダーの動作周波数を有する、システム。
【請求項１２７】
請求項１１６に記載のシステムであって、前記送信器は周波数変調送信器を有する、システム。
【請求項１２８】
請求項１２５に記載のシステムであって、前記電圧制御発振器はリング発振器を有する、システム。
【請求項１２９】
請求項１１６に記載のシステムであって、前記アンテナはマイクロストリップアンテナを有する、システム。
【請求項１３０】
請求項１２９に記載のシステムであって、前記マイクロストリップアンテナは：
導電性グランドプレーン；
前記導電性グランドプレーンにおいて位置付けられた低損失誘電体基板；及び
前記低損失誘電体基板において位置付けられた薄い金属パッチ；
を有する、システム。
【請求項１３１】
請求項１３０に記載のシステムであって：
前記低損失誘電体基板はある誘電率を有し；
前記低損失誘電体基板はキャビティを有し；
前記キャビティは前記基板の前記誘電率を減少させる；
システム。
【請求項１３２】
請求項１１６に記載のシステムであって、前記電源は：
誘導コイル；
前記誘導コイルに結合された整流器；及び
前記整流器に結合されたレギュレータ；
を有する、システム。
【請求項１３３】
請求項１１６に記載のシステムであって、前記受信器は前記電源を有する、システム。
【請求項１３４】
請求項１１６に記載のシステムであって、前記センサを較正するための手段を更に有する、システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図７Ｄ】
【図７Ｅ】
【図７Ｆ】
【図７Ｇ】
【図７Ｈ】
【図７Ｉ】
【図７Ｊ】
【図７Ｋ】
【図７Ｌ】
【図７Ｍ】
【図７Ｎ】
【図７Ｏ】
【図７Ｐ】
【図７Ｑ】
【図７Ｒ】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１２Ｃ】
【図１２Ｄ】
【図１２Ｅ】
【図１２Ｆ】
【図１２Ｇ】
【図１２Ｈ】
【図１２Ｉ】
【図１２Ｊ】
【図１２Ｋ】
【図１２Ｌ】
【図１２Ｍ】
【図１２Ｎ】
【図１２Ｏ】
【図１２Ｐ】
【図１２Ｑ】
【図１２Ｒ】
【図１２Ｓ】
【図１２Ｔ】
【図１２Ｕ】
【図１２Ｖ】
【図１２Ｗ】
【図１２Ｘ】
【図１２Ｙ】
【図１２Ｚ】
【図１２ＡＡ】
【図１２ＢＢ】
【図１２ＣＣ】
【図１２ＤＤ】
【図１２ＥＥ】
【図１２ＦＦ】
【図１２ＧＧ】
【図１２ＨＨ】
【図１２ＩＩ】
【図１２ＪＪ】
【図１２ＫＫ】
【図１２ＬＬ】
【図１２ＭＭ】
【図１２ＮＮ】
【図１２ＯＯ】
【図１２ＰＰ】
【図１２ＱＱ】
【図１２ＲＲ】
【図１２ＳＳ】
【図１２ＴＴ】
【図１２ＵＵ】
【図１２ＶＶ】
【図１２ＷＷ】
【図１３】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１４Ｃ】
【図１４Ｄ】
【図１４Ｅ】
【図１４Ｆ】
【図１４Ｇ】
【図１４Ｈ】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図７Ｄ】
【図７Ｅ】
【図７Ｆ】
【図７Ｇ】
【図７Ｈ】
【図７Ｉ】
【図７Ｊ】
【図７Ｋ】
【図７Ｌ】
【図７Ｍ】
【図７Ｎ】
【図７Ｏ】
【図７Ｐ】
【図７Ｑ】
【図７Ｒ】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１２Ｃ】
【図１２Ｄ】
【図１２Ｅ】
【図１２Ｆ】
【図１２Ｇ】
【図１２Ｈ】
【図１２Ｉ】
【図１２Ｊ】
【図１２Ｋ】
【図１２Ｌ】
【図１２Ｍ】
【図１２Ｎ】
【図１２Ｏ】
【図１２Ｐ】
【図１２Ｑ】
【図１２Ｒ】
【図１２Ｓ】
【図１２Ｔ】
【図１２Ｕ】
【図１２Ｖ】
【図１２Ｗ】
【図１２Ｘ】
【図１２Ｙ】
【図１２Ｚ】
【図１２ＡＡ】
【図１２ＢＢ】
【図１２ＣＣ】
【図１２ＤＤ】
【図１２ＥＥ】
【図１２ＦＦ】
【図１２ＧＧ】
【図１２ＨＨ】
【図１２ＩＩ】
【図１２ＪＪ】
【図１２ＫＫ】
【図１２ＬＬ】
【図１２ＭＭ】
【図１２ＮＮ】
【図１２ＯＯ】
【図１２ＰＰ】
【図１２ＱＱ】
【図１２ＲＲ】
【図１２ＳＳ】
【図１２ＴＴ】
【図１２ＵＵ】
【図１２ＶＶ】
【図１２ＷＷ】
【図１３】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１４Ｃ】
【図１４Ｄ】
【図１４Ｅ】
【図１４Ｆ】
【図１４Ｇ】
【図１４Ｈ】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【公表番号】特表２００８−５０５７１５（Ｐ２００８−５０５７１５Ａ）
【公表日】平成２０年２月２８日（２００８．２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５２０５５４（Ｐ２００７−５２０５５４）
【出願日】平成１７年７月８日（２００５．７．８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０２４３４０
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０１００３７
【国際公開日】平成１８年１月２６日（２００６．１．２６）
【出願人】（５０７００５８２７）
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年２月２８日（２００８．２．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年７月８日（２００５．７．８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０２４３４０
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０１００３７
【国際公開日】平成１８年１月２６日（２００６．１．２６）
【出願人】（５０７００５８２７）
【Ｆターム（参考）】
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