特表 2022-516262 超音波を使用して電力を供給するインプランタブルデバイスの電力制御

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-02-25

(54)【発明の名称】超音波を使用して電力を供給するインプランタブルデバイスの電力制御

(51)【国際特許分類】

   H02J 50/15 20160101AFI20220217BHJP

   A61N 1/378 20060101ALI20220217BHJP

   H04R 3/00 20060101ALI20220217BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20220217BHJP

   H02J 50/80 20160101ALI20220217BHJP

   H04B 11/00 20060101ALI20220217BHJP

【ＦＩ】

H02J50/15

A61N1/378

H04R3/00 330

H02J7/00 301Z

H02J50/80

H04B11/00 C

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2021538068

(86)(22)【出願日】2020-01-03

(85)【翻訳文提出日】2021-08-24

(86)【国際出願番号】 US2020012248

(87)【国際公開番号】W WO2020142733

(87)【国際公開日】2020-07-09

(31)【優先権主張番号】62/788,405

(32)【優先日】2019-01-04

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

【公序良俗違反の表示】

（特許庁注：以下のものは登録商標）

１．ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ

(71)【出願人】

【識別番号】520404344

【氏名又は名称】イオタ バイオサイエンシズ， インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＩＯＴＡ ＢＩＯＳＣＩＥＮＣＥＳ， ＩＮＣ．

【住所又は居所原語表記】１９３６ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ａｖｅｎｕｅ， Ｓｕｉｔｅ ３７０ Ｂｅｒｋｅｌｅｙ， Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ ９４７０４ Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ

(74)【代理人】

【識別番号】110003281

【氏名又は名称】特許業務法人大塚国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】マハービズ， マイケル エム．

(72)【発明者】

【氏名】カイ， ジョシュア

(72)【発明者】

【氏名】カルメナ， ジョセ エム．

【テーマコード（参考）】

4C053

5D019

5G503

【Ｆターム（参考）】

4C053KK10

5D019AA25

5D019FF04

5G503AA01

5G503BA01

5G503BB03

5G503CA01

5G503CA11

5G503GD03

5G503GD04

(57)【要約】

対象内のインプランタブルデバイスに供給される電力を制御するための方法およびシステムの実施形態が記載される。いくつかの実施形態では、方法がインテロゲータから、波力を有する給電用超音波を受信するために、インプランタブルデバイスにおいて実行される。次いで、給電用超音波からのエネルギーが電気信号に変換されて、インプランタブルデバイスに電力を供給する。より多くの電力またはより少ない電力をインプランタブルデバイスに送信すべきかどうかを示す情報が、インテロゲータに送信される。
【選択図】 図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

対象内のインプランタブルデバイスに供給される電力を制御する方法であって、前記インプランタブルデバイスにおいて、
インテロゲータから給電用超音波であって、波力を有する前記給電用超音波を受信することと、
前記給電用超音波からのエネルギーを前記インプランタブルデバイスに電力を供給するための電気信号に変換することと、
前記インプランタブルデバイスへより多くの電力またはより少ない電力を送信すべきかどうかを示す情報を前記インテロゲータに送信することと、
を含むことを特徴とする方法。

【請求項2】

前記インプランタブルデバイスにおいて利用可能な電力と、前記インプランタブルデバイスによる消費電力とを判定することを含み、前記情報は、前記利用可能な電力と前記消費電力とに関連付けられることを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記情報は、前記インテロゲータからのより多くの電力またはより少ない電力の何れかの要求を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。

【請求項4】

前記要求は、前記インプランタブルデバイスにおける利用可能な電力と、前記インプランタブルデバイスによって消費される電力とに基づいて生成されることを特徴とする請求項３に記載の方法。

【請求項5】

前記情報を送信することは、
前記インテロゲータから通信用超音波を受信することと、
前記通信用超音波の超音波バックスキャッタであって、前記情報を符号化する前記超音波バックスキャッタを放射することと、
を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。

【請求項6】

前記通信用超音波の前記超音波バックスキャッタを放射することは、
通信用超音波に基づいて電気信号を生成することと、
前記情報に基づいて生成された前記電気信号を変調することであって、変調された前記電気信号は超音波バックスキャッタに前記情報を符号化する、変調することと、
を含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。

【請求項7】

前記インテロゲータから第２の給電用超音波を受信することであって、前記インテロゲータは前記情報に基づいて第２の波力を有するように前記第２の給電用超音波を生成するように構成されることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。

【請求項8】

前記給電用超音波は、パルス幅変調（PWM）信号を含むことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。

【請求項9】

前記インテロゲータは、前記情報に基づいて前記ＰＷＭ信号の瞬時強度値またはパルス幅を調整するように構成されることを特徴とする請求項８に記載の方法。

【請求項10】

前記インテロゲータは、前記情報に基づいて前記ＰＷＭ信号の前記瞬時強度値およびパルス幅を調整するように構成されることを特徴とする請求項８に記載の方法。

【請求項11】

前記給電用超音波は前記インプランタブルデバイスの超音波トランスデューサで受信され、前記利用可能な電力を判定することは、
前記超音波トランスデューサの最大電圧を判定することと、
前記最大電圧に基づいて利用可能な電力を判定することと、
を含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。

【請求項12】

前記利用可能な電力を判定することは、
前記電気信号に基づいてエネルギー蓄積デバイスを充電することと、
前記エネルギー蓄積デバイスに蓄積されたエネルギーに基づいて前記利用可能な電力を判定することと、
を含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。

【請求項13】

前記利用可能な電力は、前記エネルギー蓄積デバイスに蓄積された前記エネルギーの変化率に基づいて判定されることを特徴とする請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

前記電気信号は第１の電圧を生成し、前記利用可能な電力を判定することは、
前記インプランタブルデバイスに電力を供給するために前記第１の電圧を第２の電圧に変換するように構成された複数のキャパシタを制御するために１つ以上のスイッチを制御することと、
前記１つ以上のスイッチのうちの少なくとも１つのスイッチング周波数に基づいて前記利用可能な電力を判定することと、
を含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。

【請求項15】

前記消費電力を判定することは、前記インプランタブルデバイスの動作モードに基づいて、前記インプランタブルデバイスの前記消費電力を判定することを含む、請求項２に記載の方法。

【請求項16】

前記消費電力は前記インプランタブルデバイスの負荷回路によって消費され、前記消費電力を判定することは、
前記負荷回路を駆動する電流の電流値を検出することと、
検出した前記電流値から前記消費電力を求めることと、
を含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。

【請求項17】

前記利用可能な電力は前記電気信号によって提供される供給電力を含み、前記電気信号は第１の電圧ノードにおいて第１の電圧を生成し、前記供給電力が前記消費電力を超えるかどうかを判定することを含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。

【請求項18】

前記供給電力が前記消費電力を超えると判定することに応じて、前記第１の電圧ノードに基づいてエネルギー蓄積デバイスを充電することを含み、前記エネルギー蓄積デバイスを充電することは、前記第１の電圧を低減することを特徴とする請求項１７に記載の方法。

【請求項19】

前記エネルギー蓄積デバイスが完全に充電されているかどうかを判定することを含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。

【請求項20】

前記供給電力が前記消費電力を超え、前記エネルギー蓄積デバイスが完全に充電されていると判定することに応じて、前記インプランタブルデバイスが過剰に電力供給されているという指示を含む前記情報を前記インテロゲータに送信することを含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。

【請求項21】

前記指示を含む前記情報は、前記インテロゲータによって受信可能であるように構成され、前記インテロゲータに、前記給電用超音波の前記波力よりも小さい第２の波力を有する第２の給電用超音波を生成させることを特徴とする請求項２０に記載の方法。

【請求項22】

前記第１の電圧が所定の電圧レベルを超えるかどうかを判定することと、
前記第１の電圧が前記所定の電圧レベルを超え、前記エネルギー蓄積デバイスが完全に充電されていると判定することに応じて、前記供給電力を低減するために、前記給電用超音波から前記電気信号を生成するように構成された１つ以上のスイッチを開くことと、
を含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。

【請求項23】

前記供給電力が前記消費電力より少ないと判定することに応じて、前記第１の電圧ノードを介して前記エネルギー蓄積デバイスを放電することを含み、前記エネルギー蓄積デバイスを放電することは前記第１の電圧を増加させることを特徴とする請求項１８に記載の方法。

【請求項24】

前記供給電力が前記消費電力より少ないと判定することに応答して、前記インプランタブルデバイスが電力供給不足であるという指示を含む前記情報を前記インテロゲータに送信することを含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。

【請求項25】

前記指示を含む前記情報は前記インテロゲータによって受信可能であるように構成され、前記インテロゲータに、前記給電用超音波の波力よりも大きい第２の波力を有する第２の給電用超音波を生成させることを特徴とする請求項２４に記載の方法。

【請求項26】

インプランタブルデバイスであって、
インテロゲータから給電用超音波を受信し、給電用超音波を電気信号に変換して前記インプランタブルデバイスに電力供給するように構成され、前記給電用超音波が波力を有する超音波トランスデューサと、
より多くの電力またはより少ない電力が前記インプランタブルデバイスに送信されるべきかどうかを示す情報を生成するように構成された制御回路と、
を備え、前記超音波トランスデューサは、前記情報を前記インテロゲータに送信するようにさらに構成されることを特徴とするインプランタブルデバイス。

【請求項27】

前記インプランタブルデバイスにおいて利用可能な電力を判定し、前記インプランタブルデバイスによる消費電力を判定するように構成された電力モニタ回路を備えることを特徴とする請求項２６に記載のデバイス。

【請求項28】

前記情報は、前記インテロゲータからのより多くの電力またはより少ない電力の要求を含むことを特徴とする請求項２６または２７に記載のデバイス。

【請求項29】

前記要求は、前記インプランタブルデバイスにおける利用可能な電力と、前記インプランタブルデバイスによる消費電力とに基づいて生成されることを特徴とする請求項２８に記載のデバイス。

【請求項30】

前記情報を送信するために、前記超音波トランスデューサは、
前記インテロゲータからの通信用超音波を受信し、
前記通信用超音波の超音波バックスキャッタを放出し、前記超音波バックスキャッタは前記情報を符号化する、
ように構成されることを特徴とする請求項２６から２９のいずれか１項に記載のデバイス。

【請求項31】

前記通信用超音波の前記超音波バックスキャッタを放射するために、前記超音波トランスデューサは、
前記通信用超音波に基づいて電気信号を発生し、
前記情報に基づいて生成した前記電気信号を変調し、変調された前記電気信号は前記超音波バックスキャッタに前記情報を符号化する、
ように構成されることを特徴とする請求項３０に記載のデバイス。

【請求項32】

前記超音波トランスデューサは前記インテロゲータから第２の給電用超音波を受信するように構成され、前記インテロゲータは、前記情報に基づいて第２の波力を有するように前記第２の給電用超音波を生成するように構成されることを特徴とする請求項２６から３１のいずれか１項に記載のデバイス。

【請求項33】

前記給電用超音波は、パルス幅変調（PWM）信号を含むことを特徴とする請求項２６から３２のいずれか一項に記載のデバイス。

【請求項34】

前記インテロゲータは、前記情報に基づいて前記ＰＷＭ信号の瞬時強度値またはパルス幅を調整するように構成されることを特徴とする請求項３３に記載のデバイス。

【請求項35】

前記インテロゲータは、前記情報に基づいて前記ＰＷＭ信号の前記瞬時強度値およびパルス幅を調整するように構成されることを特徴とする請求項３４に記載のデバイス。

【請求項36】

前記超音波トランスデューサの最大電圧を判定するように構成された電圧センサを備え、
前記電力モニタ回路は、前記最大電圧に基づいて利用可能な電力を判定するように構成されることを特徴とする請求項２７に記載のデバイス。

【請求項37】

前記電気信号に基づいてエネルギー蓄積デバイスを充電するように構成された電力コンベア回路を備え、前記電力モニタ回路は前記エネルギー蓄積デバイスに蓄積されたエネルギーに基づいて前記利用可能な電力を判定するように構成されることを特徴とする請求項２７に記載のデバイス。

【請求項38】

前記電力モニタ回路は、前記エネルギー蓄積デバイスに蓄積された前記エネルギーの変化率に基づいて、前記利用可能な電力を判定するように構成されることを特徴とする請求項３７に記載のデバイス。

【請求項39】

前記電気信号は第１の電圧を生成し、
前記制御回路は前記インプランタブルデバイスに電力を供給するために前記第１の電圧を第２の電圧に変換するように構成された複数のキャパシタを制御するための１つ以上のスイッチを制御するように構成され、
電力モニタ回路は前記１つ以上のスイッチのうちの少なくとも１つのスイッチング周波数に基づいて前記利用可能な電力を判定するように構成されることを特徴とする請求項２７に記載のデバイス。

【請求項40】

前記電力モニタ回路は、前記インプランタブルデバイスの動作モードに基づいて、前記インプランタブルデバイスの前記消費電力を判定するように構成されることを特徴とする請求項２７に記載のデバイス。

【請求項41】

前記消費電力は前記インプランタブルデバイスの負荷回路によって消費され、前記電力モニタ回路は、
前記負荷回路を駆動する電流の電流値を検出し、
検出した前記電流値から前記消費電力を求める、
ように構成されることを特徴とする請求項２７に記載のデバイス。

【請求項42】

前記利用可能な電力は前記電気信号によって提供される供給電力を含み、前記電気信号は第１の電圧ノードにおいて第１の電圧を生成し、前記制御回路は、前記供給電力が前記消費電力を超えるかどうかを判定するように構成されることを特徴とする請求項２７に記載のデバイス。

【請求項43】

前記制御回路は、前記供給電力が前記消費電力を超えると判定することに応じて、前記第１の電圧ノードに基づいてエネルギー蓄積デバイスを充電するように電力コンベア回路を制御するように構成され、前記エネルギー蓄積デバイスを充電することは前記第１の電圧を低減することを特徴とする請求項４２に記載のデバイス。

【請求項44】

前記制御回路は、前記エネルギー蓄積デバイスが完全に充電されているかどうかを判定するように構成されることを特徴とする請求項４３に記載のデバイス。

【請求項45】

前記制御回路は、前記供給電力が前記消費電力を超え、前記エネルギー蓄積デバイスが完全に充電されていると判定することに応じて、前記インプランタブルデバイスが過剰に電力供給されているという指示を含む前記情報を前記インテロゲータに送信するように前記超音波トランスデューサを制御するように構成されることを特徴とする請求項４４に記載のデバイス。

【請求項46】

前記指示を含む前記情報は前記インテロゲータによって受信可能であるように構成され、前記インテロゲータに、前記給電用超音波の波力よりも小さい第２の波力を有する第２の給電用超音波を生成させることを特徴とする請求項４５に記載のデバイス。

【請求項47】

前記制御回路は、
前記第１の電圧が所定の電圧レベルを超えるかどうかを判定し、
前記第１の電圧が前記所定の電圧レベルを超え、前記エネルギー蓄積デバイスが完全に充電されていると判定することに応じて、前記供給電力を低減するために、前記給電用超音波から前記電気信号を生成するように構成された１つ以上のスイッチを開く
ように構成されることを特徴とする請求項４４に記載のデバイス。

【請求項48】

前記制御回路は、前記供給電力が前記消費電力より少ないと判定することに応じて、前記電力コンベア回路を制御して、前記第１の電圧ノードを介して前記エネルギー蓄積デバイスを放電するように構成され、前記エネルギー蓄積デバイスを放電することは前記第１の電圧を増加させることを特徴とする請求項４３に記載のデバイス。

【請求項49】

前記制御回路は、前記供給電力が前記消費電力より少ないと判定することに応じて、前記インプランタブルデバイスが電力供給不足であるという指示を含む前記情報を前記インテロゲータに送信するように前記超音波トランスデューサを制御するように構成されることを特徴とする請求項４２に記載のデバイス。

【請求項50】

前記指示を含む前記情報は前記インテロゲータによって受信可能であるように構成され、前記インテロゲータに、前記給電用超音波の波力よりも大きい第２の波力を有する第２の給電用超音波を生成させることを特徴とする請求項４９に記載のデバイス。

【請求項51】

インテロゲータデバイスであって、
第１の給電用超音波であって、第１の波力を有する前記第１の給電用超音波をインプランタブルデバイスに送信し、
通信用超音波であって、より多くの電力またはより少ない電力が前記インプランタブルデバイスに送信されるべきかどうかを示す情報を含む前記通信用超音波を前記インプランタブルデバイスから受信し、
第２の給電用超音波であって、前記情報に基づいて第２の電力を有する前記第２の給電用超音波を前記インプランタブルデバイスに送信する、
ように構成された超音波トランスデューサを備えることを特徴とするインテロゲータデバイス。

【請求項52】

前記通信用超音波から前記情報を抽出し、
前記第２の電力を有する前記第２の給電用超音波を送信するように前記超音波トランスデューサを制御する、
ように構成されたコントローラを備えることを特徴とする請求項５１に記載のデバイス。

【請求項53】

前記第２の給電用超音波は、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号を含むことを特徴とする請求項５１または５２に記載のデバイス。

【請求項54】

前記超音波トランスデューサは、前記情報に基づいて前記ＰＷＭ信号の瞬時強度値またはパルス幅を制御して、前記第２の給電用超音波に前記第２の波力を持たせるように構成されることを特徴とする請求項５３に記載のデバイス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

［関連出願の相互参照］
本出願は２０１９年１月４日に出願された米国仮出願第６２／７８８，４０５号に対する優先権の利益を主張し、これは、あらゆる目的のために基準により本明細書に組み込まれる。

【0002】

［技術分野］
本開示は概して、インプランタブルデバイスに関し、より具体的には、超音波を使用して電力を供給されるインプランタブルデバイスに関する。

【背景技術】

【0003】

侵襲的方法は、患者の様々な医学的状態を治療するために開発されてきた。これらの方法は、心臓または神経バイオインプラントなどのインプランタブル医療デバイス（ＩＭＤ）を患者の体内に挿入することを含むことができる。このようなインプランタブルデバイスに電力を供給することは、多くの生物医学的用途にとって依然として技術的課題である。これは、一部にはインプランタブルデバイスに電力を供給するためにリチウムバッテリなどのバッテリを使用する従来のアプローチがインプランタブルデバイスを、体内の多くの位置に安全かつ快適に配置するには大きすぎるものにし、それによって、多くの生物医学的用途の実現可能性を制限するためである。さらに、バッテリは典型的には反応する化学物質に基づいて電力を生成し、その多くは有毒であり、患者に健康上の危険をもたらすことがある。

【0004】

本明細書で参照されるすべての刊行物、特許、および特許出願の開示は、それぞれ、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。参照により組み込まれる任意の基準が本開示と矛盾する限り、本開示が支配するものとする。

【発明の概要】

【0005】

上述のように、生体適合性を増大させ、例えば、リチウムバッテリを使用して電力を供給されるより大きなインプランタブルデバイスによって引き起こされる侵襲性および不快感を低減するために、より小さなフォームファクタ（例えば、ｍｍおよびｍｍ未満の寸法）を有するインプランタブルデバイスが必要とされている。いくつかの実施形態ではこのより小さいフォームファクタを達成するために、インプランタブルデバイスはインプランタブルデバイスの１つ以上の超音波トランスデューサで受信可能な超音波を使用して電力を供給されるように構成され得る。

【0006】

いくつかの実施形態では生体組織が無線周波数（ＲＦ）波などの他のタイプの波よりも超音波の吸収率が著しく低いため、超音波を使用してインプランタブルデバイスに電力を供給することは他の電力アプローチよりも有利であり得る。超音波のこの特性は、組織によって吸収されるエネルギーに起因する組織の加熱を減少させるだけでなく、デバイスを対象のより深い位置に埋め込むことを可能にすることができる。

【0007】

しかしながら、これらの利点があっても、生体組織を横切る超音波は、過剰な電力が伝達され、患者の身体の露出領域において危険な温度上昇を引き起こす場合、依然として健康上の危険をもたらす可能性がある。他方、埋め込まれた深さ、インプランタブルデバイスの超音波トランスデューサの向き、またはインプランタブルデバイスと超音波源との間の介在する生体物質（例えば、肋骨または器官）などの多くの要因は、インプランタブルデバイスで受け取られたエネルギーがその動作に電力を供給するのに不十分であるか、または一貫性がないことをもたらす可能性がある。従って、超音波を用いて給電されるインプランタブルデバイスのための電力制御を提供して、安全な動作及び一貫した電力を可能にするシステム、方法、及び技術が更に必要とされている。

【0008】

いくつかの実施形態では上記の必要性に対処するために、対象内のインプランタブルデバイスは、インテロゲータから給電用超音波を受信し、給電用超音波を電気信号に変換してインプランタブルデバイスに電力を供給するように構成され、給電用超音波が波力を有する超音波トランスデューサと、より多くの電力またはより少ない電力をインプランタブルデバイスに送信すべきかどうかを示す情報を生成するように構成された制御回路とを含み、超音波トランスデューサは情報をインテロゲータに送信するようにさらに構成される。以下にさらに説明するように、いくつかの実施形態では、インテロゲータが安全リスクを負うことなく、インプランタブルデバイスに十分な電力を供給できるように、情報に基づいて情報を受信し、送信された給電用超音波の波力を調整するように構成することができる。

【0009】

いくつかの実施形態では、デバイスがインプランタブルデバイスにおいて利用可能な電力を判定し、インプランタブルデバイスによって消費される電力を判定するように構成された電力モニタ回路を含む。

【0010】

いくつかの実施形態では、情報がインテロゲータからのより多くの電力またはより少ない電力の要求を含む。いくつかの実施形態では、要求がインプランタブルデバイスにおける利用可能な電力と、インプランタブルデバイスによって消費される電力とに基づいて生成される。

【0011】

いくつかの実施形態では情報を送信するために、超音波トランスデューサはインテロゲータから通信用超音波を受信し、通信用超音波の超音波バックスキャッタを放射するように構成され、バックスキャッタされた通信用超音波は情報を符号化する。

【0012】

いくつかの実施形態では、通信用超音波の超音波バックスキャッタを放射するために、超音波トランスデューサは通信用超音波に基づいて電気信号を生成し、情報に基づいて生成された電気信号を変調して、情報を超音波バックスキャッタに符号化するように構成される。

【0013】

いくつかの実施形態では、超音波トランスデューサが情報に基づいて第２の波力を有するように第２の給電用超音波を生成するように構成されたインテロゲータから第２の給電用超音波を受信するように構成される。

【0014】

いくつかの実施形態では、給電用超音波がパルス幅変調（PWM）信号を含む。いくつかの実施形態では、インテロゲータが情報に基づいて、ＰＷＭ信号の瞬時強度値またはパルス幅を調整するように構成される。いくつかの実施形態では、インテロゲータが情報に基づいて、ＰＷＭ信号の瞬時強度値およびパルス幅を調整するように構成される。

【0015】

いくつかの実施形態では装置が超音波トランスデューサの最大電圧を判定するように構成された電圧センサを含み、電力モニタ回路は最大電圧に基づいて、利用可能な電力を判定するように構成される。

【0016】

いくつかの実施形態では装置が電気信号に基づいてエネルギー蓄積デバイスを充電するように構成された電力コンベア回路を含み、電力モニタ回路はエネルギー蓄積デバイスエネルギーに基づいて利用可能な電力を判定するように構成される。いくつかの実施形態では、電力モニタ回路がエネルギー蓄積デバイスに蓄積されたエネルギーの変化率に基づいて、利用可能な電力を判定するように構成される。

【0017】

いくつかの実施形態では電気信号が第１の電圧を生成し、制御回路はインプランタブルデバイスに電力を供給するために、第１の電圧を第２の電圧に変換するように構成された複数のコンデンサを制御するように１つ以上のスイッチを制御するように構成され、電力モニタ回路は１つ以上のスイッチのうちの少なくとも１つのスイッチング周波数に基づいて、利用可能な電力を判定するように構成される。

【0018】

いくつかの実施形態では、電力モニタ回路がインプランタブルデバイスの動作モードに基づいて、インプランタブルデバイスの消費電力を判定するように構成される。いくつかの実施形態では、動作モードが神経刺激、神経活動記録、または生理学的状態の測定または検出を含む。いくつかの実施形態において、生理学的状態は温度、ｐＨ、圧力、心拍数、歪み、酸素分圧、分析物の存在、または分析物の量を含む。

【0019】

いくつかの実施形態では、消費された電力がインプランタブルデバイスの負荷回路によって消費され、電力モニタ回路は負荷回路を駆動する電流の電流値を検出し、検出された電流値に基づいて消費電力を判定するように構成される。いくつかの実施形態では、負荷回路が動作モードを実行するように構成される。

【0020】

いくつかの実施形態では電力モニタ回路が電気信号によって提供される供給電力を判定するように構成され、電気信号は第１のノードにおいて第１の電圧を生成する。いくつかの実施形態では、制御回路は供給電力が消費電力より大きいかどうかを判定するように構成される。いくつかの実施形態では装置が電気信号に基づいて、第１の電圧を第１の電圧ノードで受け取り、第１の電圧を第２の電圧に変換してインプランタブルデバイスに電力を供給するように構成された電力コンベア回路を含み、消費された電力は第２の電圧に関連付けられる。

【0021】

いくつかの実施形態では装置が超音波トランスデューサの最大電圧を判定するように構成された電圧センサを含み、電力モニタ回路は最大電圧に基づいて供給電力を判定するように構成される。

【0022】

いくつかの実施形態では制御回路は供給電力が消費電力を超えると判定することに応じて、第１の電圧ノードに基づいてエネルギー蓄積デバイスを充電するように電力コンベア回路を制御するように構成され、エネルギー蓄積デバイスを充電することは第１の電圧を低減する。

【0023】

いくつかの実施形態では、制御回路はエネルギー蓄積デバイスが完全に充電されているか否かを判断するように構成される。

【0024】

いくつかの実施形態では、制御回路は供給電力が消費電力を超え、エネルギー蓄積デバイスが完全に充電されていると判定することに応答して、インプランタブルデバイスが余剰電力を供給されているという指示を含む情報をインテロゲータに送信するように超音波トランスデューサを制御するように構成される。いくつかの実施形態では、指示を含む情報がインテロゲータによって受信可能であるように構成され、インテロゲータに、給電用超音波の波力よりも小さい第２の波力を有する第２の給電用超音波を生成させる。

【0025】

いくつかの実施形態では、制御回路は第１の電圧が所定の電圧レベルを超えるかどうかを判定するように構成され、第１の電圧が所定の電圧レベルを超え、エネルギー蓄積デバイスが完全に充電されていると判定することに応答して、供給電力を低減するために、給電用超音波から電気信号を生成するように構成された１つ以上のスイッチを開く。

【0026】

いくつかの実施形態では、制御回路は供給電力が消費電力よりも少ないと判断することに応答して、第１の電圧ノードを介してエネルギー蓄積デバイス放電するように電力コンベア回路を制御し、エネルギー蓄積デバイス放電することによって、第１の電圧が増加するように構成される。

【0027】

いくつかの実施形態では、制御回路は供給電力が消費電力未満であると判定することに応答して、インプランタブルデバイスが電力の供給不足であるという指示を含む情報をインテロゲータに送信するように超音波トランスデューサを制御するように構成される。いくつかの実施形態では、指示を含む情報がインテロゲータによって受信可能であるように構成され、インテロゲータに、給電用超音波の波力よりも大きい第２の波力を有する第２の給電用超音波を生成させる。

【0028】

いくつかの実施形態では、インテロゲータデバイスが第１の給電用超音波をインプランタブルデバイスに送信するように構成された超音波トランスデューサであって、第１の給電用超音波が第１の波力を有する超音波をインプランタブルデバイスに送信する超音波トランスデューサと、通信用超音波をインプランタブルデバイスから受信する超音波であって、通信用超音波がより多くの電力またはより少ない電力をインプランタブルデバイスに送信すべきかどうかを示す情報を含む超音波トランスデューサと、第２の給電用超音波をインプランタブルデバイスに送信する超音波トランスデューサであって、第２の給電用超音波が情報に基づいて第２である。

【0029】

いくつかの実施形態では、インテロゲータデバイスが通信用超音波から情報を抽出し、第２の電力を有する第２の給電用超音波を送信するように超音波トランスデューサを制御するように構成されたコントローラを含む。

【0030】

いくつかの実施形態では、通信用超音波が先に送信された通信用超音波の超音波バックスキャッタを含む。

【0031】

いくつかの実施形態では、第２の給電用超音波がＰＷＭ信号を含む。いくつかの実施形態では、超音波トランスデューサが情報に基づいて、ＰＷＭ信号の瞬時強度値またはパルス幅を制御して、第２の給電用超音波に第２の波力を持たせるように構成される。

【0032】

いくつかの実施形態では、対象にインプランタブルデバイスに提供される電力を制御する方法がインプランタブルデバイスにおいて実施され、インテロゲータから給電用超音波を受信するステップであって、給電用超音波が波力を有するステップと、給電用超音波からのエネルギーを電気信号に変換してインプランタブルデバイスに電力を供給するステップと、より多くの電力またはより少ない電力がインプランタブルデバイスに送信されるべきかどうかを示す情報をインテロゲータに送信するステップとを含む。

【0033】

さらに、本明細書では、前述の実施形態のいずれかによる、前述の実施形態のいずれかによる、インプランタブルデバイスに、インテロゲータによって提供される電力を制御するための様々な方法の実施形態が説明される。

【0034】

前述の発明の概要、ならびに以下の実施形態の詳細な説明は、添付の図面と併せて読まれると、より良く理解される。本開示を例示するために、図面は本開示の例示的な実施形態を示すが、本開示は開示された特定の方法および手段に限定されない。

【図面の簡単な説明】

【0035】

【図1】いくつかの実施形態による、超音波を使用して電力を供給されるインプランタブルデバイスを含むシステムを示す。

【0036】

【図2】いくつかの実施形態による、超音波を使用して１つ以上のインプランタブルデバイスに電力を供給するように構成されたインテロゲータを含むシステムを示す。

【0037】

【図3】いくつかの実施形態による、インテロゲータによってインプランタブルデバイスに提供される電力を制御するための方法を示す。

【0038】

【図4】いくつかの実施形態による、より多くの電力またはより少ない電力がインテロゲータからインプランタブルデバイスに送信されるべきかどうかを示す情報を判定するための方法を示す。

【0039】

【図5】いくつかの実施形態による、対象の神経と相互作用するように構成されたインプランタブルデバイスの図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0040】

本明細書に記載されるのは、対象内に埋め込まれるデバイスに供給され、超音波を使用して給電される電力を制御するためのシステムおよび方法である。上述したように、これらの電力制御は、インプランタブルデバイスを安全に動作させ、一貫した電力を供給することを可能にし得る。従って、超音波を用いて電力を供給されるインプランタブルデバイスは、超音波の使用に関連する潜在的な欠点を生じることなく、より小さなフォームファクタ及びより大きな埋め込み可能深度を可能にするなどの超音波によってもたらされる利点を保持することができる。いくつかの実施形態では、そのようなインプランタブルデバイスがインテロゲータから波力を有する給電用超音波を受信し、給電用超音波を電気信号に変換してインプランタブルデバイスに給電するように構成された超音波トランスデューサを含む。インプランタブルデバイスは、より多くの電力またはより少ない電力がインプランタブルデバイスに送信されるべきかどうかを示す情報を生成するように構成された制御回路を含むことができる。いくつかの実施形態では、超音波トランスデューサが情報をインテロゲータに送信するようにさらに構成することができる。いくつかの実施形態では、インテロゲータが情報を受信し、その情報に基づいて送信された給電用超音波の波力を調整するように構成することができる。

【0041】

図１は、いくつかの実施形態に従った、超音波を使用して給電されるインプランタブルデバイス１０４を含むシステム１００を示す。いくつかの実施形態では、インプランタブルデバイス１０４が図２に関して以下でさらに説明されるように、インテロゲータ１０２から送信される超音波によって無線で電力を供給され得る。いくつかの実施形態では、インプランタブルデバイス１０４が超音波通信を介してインテロゲータ１０２と無線で通信するように構成することができる。いくつかの実施形態では、インプランタブルデバイス１０４が患者などの対象内に埋め込むことができ、インテロゲータ１０２は対象の体外にある（すなわち、埋め込まれていない）、または対象に完全に埋め込まれた別個のデバイスとすることができる。いくつかの実施形態では、インテロゲータ１０２によって提供される電力がインテロゲータ１０２とインプランタブルデバイス１０４との間の双方向通信に基づいて制御され得る。いくつかの実施形態では、インテロゲータ１０２およびインプランタブルデバイス１０４が超音波を使用して互いに通信するように構成され得る。

【0042】

いくつかの実施形態ではインプランタブルデバイス１０４が超音波を使用して給電されることを可能にするために、インプランタブルデバイス１０４は以下のデバイスコンポーネント：超音波トランスデューサ回路１０６、変復調回路１１２、刺激回路１１４、検出回路１１６、制御回路１２０、および電力回路１３０を含むことができる。いくつかの実施形態では、これらのデバイスコンポーネントのうちの１つ以上を、それらの動作に応じて、デジタル回路、アナログ回路、または混合信号集積回路として実装することができる。例えば、制御回路１２０は、マイクロプロセッサ、有限ステートマシン、フィールドプログラマブルゲートアレイ、またはマイクロコントローラを含んでもよい。

【0043】

いくつかの実施形態では、超音波トランスデューサ回路１０６がマッチングネットワーク１１０に結合された超音波トランスデューサ１０８を含む。いくつかの実施形態では、超音波トランスデューサ回路１０６がマッチングネットワーク１１０を含まない。いくつかの実施形態では、超音波トランスデューサ１０８がインテロゲータ１０２から超音波を受信し、受信した超音波からのエネルギーを電気信号に変換して、インプランタブルデバイス１０４の１つ以上のデバイスコンポーネントに給電するように構成することができる。いくつかの実施形態では、電気信号が超音波トランスデューサ１０８によって生成することができる。なぜなら、受信された超音波によって引き起こされる超音波トランスデューサ１０８の振動は超音波トランスデューサ１０８の電気端子を横切る電圧を誘起し、電流を流すからである。

【0044】

いくつかの実施形態では上述のように、受信した超音波からの電力をインプランタブルデバイス１０４によって使用して、そのデバイスコンポーネントに電力を供給することができる。したがって、これらの超音波は本明細書では給電用超音波と呼ばれることがある。いくつかの実施形態では受信された超音波がインプランタブルデバイスを動作させるための命令を含む情報を符号化することができ、したがって、これらの超音波は本明細書では通信用超音波と呼ばれることがある。いくつかの実施形態では給電用超音波が処理される方法と同様に、通信用超音波は超音波トランスデューサ１０８によって受信され、超音波トランスデューサ１０８を通って流れる電流を有する電気信号を生成することができる。いくつかの実施形態では、生成された電気信号が電流内の情報を符号化する。いくつかの実施形態では、同じ超音波がインプランタブルデバイス１０４に電力を供給し、かつインプランタブルデバイス１０４に送信するための情報を符号化するように構成することができる。

【0045】

いくつかの実施形態では、超音波トランスデューサ回路１０６が複数の対応するマッチングネットワークに結合された複数の超音波トランスデューサを含む。いくつかの実施形態によれば、少なくとも２つの超音波トランスデューサを含むことによって、インプランタブルデバイス１０４は、少なくとも２つの超音波トランスデューサによって生成された電気信号によって電力を供給されて、インテロゲータ１０２によって提供される電力をより効率的かつ一貫して抽出するように構成され得る。

【0046】

例えば、上述したように、超音波トランスデューサ１０８と超音波源のインテロゲータ１０２との間の超音波トランスデューサ又は介在する生体物質の向きのような多くの要因は、超音波トランスデューサ１０８で受信可能な電力を著しく低減することができる。１つ以上の追加の超音波トランスデューサを追加することによって、単一の超音波トランスデューサ（例えば、超音波トランスデューサ１０８）において受信可能な電力の減少は、インプランタブルデバイス１０４の動作に悪影響を及ぼす可能性が少なくなり得る。いくつかの実施形態では、これらの超音波トランスデューサのうちの１つ以上が容量性微細加工超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）または圧電微細加工超音波トランスデューサ（ＰＭＵＴ）などの微細加工超音波トランスデューサであってもよく、またはバルク圧電型トランスデューサであってもよい。さらに、超音波トランスデューサ１０８の実装は、図５に関して以下に説明される。

【0047】

いくつかの実施形態では、マッチングネットワーク１１０が信号反射を低減するために、超音波トランスデューサ１０８の電気インピーダンスとインプランタブルデバイス１０４（例えば、電力回路１３０）の電気インピーダンスとの間のインピーダンス整合を選択するように構成された電子回路であり得る。いくつかの実施形態では、マッチングネットワーク１１０がインダクタ、コンデンサ、抵抗、ダイオード、トランジスタ、またはそれらの任意の組合せなどの１つ以上の回路素子の様々な構成で実現することができる。例えば、マッチングネットワーク１１０は、並列に接続され、複数の対応するスイッチに結合された複数のキャパシタとして実装されてもよい。どのスイッチが開くか又は閉じるかを制御することによって、マッチングネットワーク１１０は、複数のキャパシタがどのように充電されてインピーダンスを選択するかを制御することができる。いくつかの実施形態では、マッチングネットワーク１１０が超音波トランスデューサ１０８によって生成された電気信号がスイッチによって制御される別個のワイヤを介して複数のキャパシタをバイパスすることを可能にするように構成することができる。

【0048】

いくつかの実施形態では超音波を使用してインプランタブルデバイス１０４に電力を供給することを可能にするために、電力回路１３０は調整回路１３８に電気的に結合された電力リカバリ回路１３２を含むことができる。いくつかの実施形態では、電力リカバリ回路１３２が超音波トランスデューサ回路１０６によって生成された電気信号を受信して処理するように構成することができる。いくつかの実施形態では、電力リカバリ回路１３２が電気信号をＡＣ形成でＤＣ形成に変換するための整流回路（例えば、能動整流素子）を含むことができ、変換された電気信号は第１の電圧（すなわち、受信された超音波の供給電圧）に関連することができる。

【0049】

いくつかの実施形態では、対象の生体組織を通して高出力波を伝搬させる際の健全性の危険性のために、政府の規制はインテロゲータ１０２によって送信される超音波によって提供される電力量（例えば、７２０ｍＷ／ｃｍ²）を制限することができる。したがって、受信された超音波から導出された第１の電圧は、インプランタブルデバイス１０４の電子コンポーネントを動作させるのに十分なほど高くない場合がある。例えば、相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）技術で使用されるトランジスタは、トランジスタを動作させるために最低約２ボルトを必要とする場合がある。

【0050】

いくつかの実施形態では、電子コンポーネントのインプランタブルデバイス１０２を動作させるためにより高い第１の電圧を提供するために、給電用超音波をパルス幅変調（ＰＷＭ）信号として送信することができる。いくつかの実施形態では、給電用超音波をＰＷＭ信号として送信することによって、インテロゲータ１０２は平均強度が調整限界内にとどまるように、また、より高い第１の電圧を生成するためにより高い瞬間電力を提供するように、短い高強度パルスを提供するように構成することができる。いくつかの実施形態では、インテロゲータが給電用超音波によって提供される電力を制御するために、ＰＷＭ信号の瞬時強度および／またはパルス幅（例えば、超音波設定例）を制御するように構成することができる。

【0051】

いくつかの実施形態ではインプランタブルデバイス１０４がこれらの超音波によって給電されることを可能にするために、電力コンベア回路１３４は第１の電圧を第１の電圧よりも大きな第２の電圧に変換するように構成されたチャージポンプを含むことができる。いくつかの実施形態では、チャージポンプが第２の電圧を生成するために１つ以上のスイッチによって制御される複数の接続されたキャパシタを含むことができる。いくつかの実施形態では、チャージポンプが少なくとも１ｘ、２ｘ、３ｘ、または４ｘの変換利得を達成することができる。いくつかの実施形態では、第２の電圧の大きさは１つ以上のスイッチのスイッチング周波数に基づいて制御することができる。

【0052】

上述のように、受信された超音波によって提供される電力は例えば、インプランタブルデバイス１０４の埋め込み深さ、または超音波トランスデューサ１０８と超音波源、例えば、インテロゲータ１０２との間に介在する生体物質を含む、多くの要因に起因して、一貫性がない可能性がある。したがって、いくつかの実施形態ではインプランタブルデバイス１０４により一貫性のある電力を供給するために、電力リカバリ回路１３２は電力コンベア回路１３４に結合されたエネルギー蓄積デバイス１３６を含むことができる。いくつかの実施形態では、エネルギー蓄積デバイスがバッテリ又はストレージキャパシタを含む。いくつかの実施形態では、エネルギー蓄積デバイスは、インプランタブルデバイス１０４の小さいフォームファクタを保持するために、ストレージキャパシタとして構成することができる。

【0053】

いくつかの実施形態では、ストレージキャパシタが少なくとも０．１μＦ、少なくとも０．２５μＦ、少なくとも０．５μＦ、少なくとも１μＦ、少なくとも２μＦ、少なくとも４μＦ、又は少なくとも８であるキャパシタンスを有することができる。いくつかの実施形態では、ストレージキャパシタが１０μＦ未満、８μＦ未満、４μＦ未満、２μＦ未満、１μＦ未満、０．５μＦ未満、または０．２５μＦ未満のキャパシタンスを有することができる。例えば、ストレージキャパシタは、０．５～２μＦの範囲のような０．１～１０μＦの範囲の静電容量を有することができる。いくつかの実施形態では、ストレージキャパシタが約１μＦである静電容量を有することができる。

【0054】

いくつかの実施形態では、インプランタブルデバイス１０４が受信した超音波の電力をエネルギー蓄積デバイス１３６がより効率的に利用し、より一貫した電力を提供することを可能にするために、少なくとも２つの電力モードで動作するように構成することができる。いくつかの実施形態では、電力モードが受信した超音波の電力の一部を、エネルギーを蓄積することができるエネルギー蓄積デバイス１３６に搬送することができる充電モードを含む。いくつかの実施形態では、電力コンベア回路１３４が生成された第１の電圧に基づいてエネルギー蓄積デバイス１３６を充電するように構成することができる。いくつかの実施形態では、電力モードがエネルギー蓄積デバイス１３６に蓄積されたエネルギーの一部が放電されてエネルギー蓄積デバイス１３６から電力を伝え、インプランタブルデバイス１０４の他のデバイスコンポーネント（例えば、刺激回路１１４、検出回路１１６、又は制御回路１２０等）に付加的な電力を供給する放電モードを含む。いくつかの実施形態ではエネルギー蓄積デバイス１３６への、およびそこからの電力潮流は電力コンベア回路１３４を介して送ることができる。

【0055】

いくつかの実施形態では、調整回路１３８が電力コンベア回路１３４によって生成される出力電圧（例えば、第２の電圧）を調整して、調整された電圧をインプランタブルデバイス１０４の１つ以上の回路負荷に供給するように構成することができる。電力コンベア回路１３４がチャージポンプを含むいくつかの実施形態では、調整回路１３８がチャージポンプの動作スイッチによって生じる電位電圧リップルを除去または低減するように構成することができる。いくつかの実施形態では、調整回路１３８がインプランタブルデバイス１０４のデジタル回路負荷に供給される電圧を調整するために、ＤＣ電圧レギュレータ（例えば、低ドロップアウト（ＬＤＯ）レギュレータ）を含む。いくつかの実施形態では、調整回路１３８がインプランタブルデバイス１０４のデジタル回路負荷に供給される電圧を調整するために、ＤＣ電圧レギュレータ（例えば、低ドロップアウト（ＬＤＯ）レギュレータ）を含む。いくつかの実施形態では、調整回路１３８がインプランタブルデバイス１０４のアナログ回路負荷に供給される電圧を調整するためのＡＣ電圧レギュレータ（例えば、低ドロップアウト（ＬＤＯ）レギュレータ）を含む。

【0056】

いくつかの実施形態では、変復調回路１１２が超音波トランスデューサ回路１０６によって生成された電気信号を復調して、受信した超音波において符号化された情報を抽出するように構成された復調回路を含むことができる。いくつかの実施形態では、復調回路が命令を含む抽出された情報を、インプランタブルデバイス１０４がその命令に基づいてどのように動作するかを制御するように構成された制御回路１２０に送信することができる。

【0057】

いくつかの実施形態ではインプランタブルデバイス１０４がインテロゲータ１０２と情報を無線通信することを可能にするために、変復調回路１１２は超音波バックスキャッタを使用して情報を符号化するように構成された変調回路を含むことができる。この情報はインプランタブルデバイス１０４によって生成され、説明を容易にするために、以下の説明ではデバイス情報と呼ばれることがある。

【0058】

一般に、インプランタブルデバイス１０４が対象内に埋め込まれると、インテロゲータ１０２の超音波トランシーバによって発せられた超音波（搬送波を含む）はインプランタブルデバイス１０４の超音波トランスデューサ回路１０６によって受信される前に、生体組織を通過する。上述のように、搬送波は超音波トランスデューサ１０８（例えば、バルク圧電型トランスデューサ）上に機械的振動を生じさせて、超音波トランスデューサ１０８にわたる電圧を生成し、その後、インプランタブルデバイス１０４の残りの部分に電流を流す。いくつかの実施形態では超音波トランスデューサ１０８を流れる電流によって、超音波トランスデューサ回路１０６は受信した超音波に対応するバックスキャッタ超音波を放射する。

【0059】

いくつかの実施形態では、変調回路が超音波トランスデューサ１０８を流れる電流を変調してデバイス情報を符号化するように構成することができ、これによって、結果として生じる超音波バックスキャッタ波もデバイス情報を符号化する。従って、インプランタブルデバイス１０４から放射される超音波バックスキャッタは、インプランタブルデバイス１０４に関連するデバイス情報を符号化することができる。いくつかの実施形態では、変調回路がオン／オフスイッチまたは電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）などの１つ以上のスイッチを含むことができる。インプランタブルデバイス１０４のいくつかの実施形態と共に使用され得る一例のＦＥＴは、金属－酸化物－半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）を含む。いくつかの実施形態では変調回路が超音波トランスデューサ１０８を流れる電流のインピーダンスを変更するように構成することができ、流れる電流の変動は情報を符号化する。

【0060】

図２および図３に関して以下でさらに説明するように、いくつかの実施形態によれば、超音波バックスキャッタは、インテロゲータ１０２によって受信され、解読されて、超音波バックスキャッタで符号化されたデバイス情報を抽出することができる。いくつかの実施形態では、超音波バックスキャッタが超音波トランスデューサ１０８によって受信された超音波を送信したインテロゲータ１０２と同じであっても異なっていてもよいインテロゲータによって受信されてもよい。

【0061】

いくつかの実施形態では、検出回路１１６が対象の１つ以上の生理学的状態を測定または検出するために、１つ以上のセンサ１４０Ａ～Ｃとやり取りするように構成することができる。いくつかの実施形態において、検出回路１１６は１つ以上のセンサ１４０Ａ－Ｃに現在を提供し、１つ以上のセンサ１４０Ａ－Ｃから生成された信号を受信するように設定されたドライバを含むことができる。いくつかの実施形態では、受信信号が検出された生理学的状態を表す情報、または測定された生理学的状態を表す情報を含むことができる。いくつかの実施形態では、検出回路１１６が情報を制御回路１２０に送信するように構成することができる。

【0062】

いくつかの実施形態では、センサ１４０Ａ～Ｃのうちの１つ以上がインプランタブルデバイス１０４の内部に配置され得るか、またはインプランタブルデバイス１０４の外部に連結され得る。いくつかの実施形態では、インプランタブルデバイス１０４が少なくとも２つのセンサ１４０Ａ～Cを含む。いくつかの実施形態では１つ以上の生理学的条件が温度、ｐＨ、圧力、心拍数、歪み、酸素圧、検体の存在、または検体の量を含むことができる。例えば、分析物は、酸素またはグルコースであってもよい。

【0063】

いくつかの実施形態において、センサ１４０Ａ～Ｃは、光学センサを含むことができる。いくつかの実施形態では、光センサが光源および光検出器を含む。いくつかの実施形態では、光学センサが血圧またはパルスを検出する。いくつかの実施形態では光学センサがフルオロフォアまたは発光プローブを含む行列を含み、フルオロフォアの蛍光強度または蛍光寿命は分析物の量に依存する。いくつかの実施形態では、光学センサが近赤外分光法を実行するように構成される。いくつかの実施形態では、光学センサはグルコースを検出する。

【0064】

いくつかの実施形態では、センサ１４０Ａ～Ｃが電位差化学センサまたは電流測定化学センサを含むことができる。いくつかの実施形態では、センサが酸素、ｐＨ、またはグルコースを検出する。

【0065】

いくつかの実施形態では、センサ１４０Ａ～Ｃが温度センサを含むことができる。いくつかの実施形態では、温度センサがサーミスタ、熱電対、または絶対温度に比例する（ＰＴＡＴ）回路である。

【0066】

いくつかの実施形態では、センサ１４０Ａ～Ｃが圧力センサを含むことができる。いくつかの実施形態では、圧力センサが微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）センサである。いくつかの実施形態では、検出回路１１６が血圧またはパルスを測定するように構成される。

【0067】

いくつかの実施形態において、センサ１４０Ａ～Ｃは、歪センサを含むことができる。

【0068】

いくつかの実施形態では、検出回路１１６が図５に関して以下でさらに説明されるように、神経または神経内の神経線維の標的化されたサブセットからの電気生理学的信号を検出するために、例えば、センサ１４０Ｃとやり取りするように構成され得る。いくつかの実施形態では、センサ１４０Ｃが刺激回路１１４によって動作される電極パッド１４２と同じであっても異なっていてもよい電極パッドを含むことができる。いくつかの実施形態では、検出回路１１６が検出された電気生理学的信号に基づいて、神経または神経線維の標的サブセットの神経活動を記録するように構成することができる。

【0069】

いくつかの実施形態では、計算モデリング（例えば、有限要素モデル）、逆音源推定、多極（例えば、三極）神経記録、速度選択記録、またはビームフォーミングなどの１つ以上の技法を、検出回路１１６によって（単独で、または制御回路１２０と併せて）実施して、神経線維のサブセットを選択的に標的化することができる。例えば、Taylor et al., Multiple-electrode nerve cuffs for low-velocity and velocity selective neural recording, Medical & Biological Engineering & Computing, vol. 42, pp. 634643 (2004)およびWodlinger et al., Localization and Recovery of Peripheral Neural Sources with Beamforming Algorithms, IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering, vol. 17, no. 5, pp. 461-468 (2009)を参照されたい。

【0070】

いくつかの実施形態では、検出回路１１６が電気生理学的信号の標的検出のためにセンサ１４０Ｃの複数の電極を動作させるように構成することができる。例えば、センサ１４０Ｃは図５に関して以下でさらに説明するように、インプランタブルデバイス１０４から延びる湾曲部材であってもよい。いくつかの実施形態では、検出回路１１６が電極パッドのすべてまたはサブセットによって検出された電気生理学的信号を分析して、電気生理学的信号を伝送している神経内の神経線維のサブセットを判定することができる。特定の神経は、神経線維の２つ以上の異なるサブセットによって同時に伝達される電気生理学的信号（または活動電位）の合計である複合電気生理学的信号（または複合活動電位）を伝達し得る。複数の電極パッドによって検出された電気生理学的信号に基づいて、検出回路１１６は、神経線維のどのサブセットがどの電気生理学的信号を伝達するかを判定することができる。いくつかの実施形態ではインテロゲータ１０２から受信されたデータ（温度データ、または分析物濃度または他の生理学的状態に関連するデータなど）は神経線維のどのサブセットが電気生理学的信号を送信するかを判定するためにさらに使用される。

【0071】

例えば、いくつかの実施形態では、検出回路１１６が速度選択記録を使用して神経線維の標的サブセットから電気生理学的信号を選択的に検出するように構成されてもよく、速度選択記録は多極（例えば、三極）記録（１つ以上の湾曲部材上の複数の電極内の任意の数の三極を含むことができる）と組み合わせることができる。

【0072】

ビームフォーミングは神経線維の標的化されたサブセットからの電気生理学的信号を検出するために、追加的または代替的に使用され得る。１つ以上の湾曲部材の電極パッドの一部または全部は神経からの電気生理学的信号を検出することができ、検出回路１１６は、１つ以上の湾曲部材の電極パッドの一部または全部によって検出された電気生理学的信号の差に基づいて、神経内の送信信号の断面位置を判定することができる。

【0073】

いくつかの実施形態では、インプランタブルデバイス１０４の位置から離れた位置での１つ以上の神経の刺激がインプランタブルデバイス１０４の位置での電気生理学的信号の変調をもたらすことができる。インプランタブルデバイス１０４の電極パッド（例えば、電極パッド１４２）と電気的に通信している神経内の神経線維の異なるサブセットで検出される電気生理学的信号の変調は、異なる遠隔神経における刺激の結果であり得る。例えば、脾神経の刺激は迷走神経内の神経線維の第１のサブセットから検出される電気生理学的信号の変調をもたらし得、腎神経の刺激は迷走神経内の神経線維の第２のサブセットから検出される電気生理学的信号の変調をもたらし得る。したがって、迷走神経上に配置されたインプランタブルデバイスは脾神経の刺激をモニタするために第１の神経線維サブセットからの電気生理学的信号を検出し、腎神経の刺激をモニタするために第２の神経線維サブセットを検出することができる。

【0074】

いくつかの実施形態では、刺激回路１１４が神経線維のサブセットに接続された１つ以上の電極パッド１４２を選択的に活性化することによって、標的電気パルスを神経内の神経線維のサブセットに放出するように構成することができる。いくつかの実施形態では、インプランタブルデバイス１０４が図５に関して以下でさらに説明するように、刺激回路１１４を電極パッド１４２に電気的に接続する１つ以上の湾曲部材を含むことができる。

【0075】

いくつかの実施形態では、刺激回路１１４が電極パッド１４２を動作させるために、または電極パッド１４２を選択的に活性化するために、制御回路１２０によって制御され得る。選択的活性化は例えば、１つ以上の湾曲部材の複数の電極パッド１４２内の電極パッドの一部を活性化すること、および／または１つ以上の湾曲部材の複数の電極パッド１４２内の電極パッドのすべてまたは一部を差動的に活性化することを含むことができる。したがって、複数の電極は、複数の電極パッド１４２によって放出された電気パルスを神経線維の標的サブセットに導くように操作することができる。いくつかの実施形態によれば、電場干渉または多極刺激（例えば、三極刺激）などの技法を使用して、電気パルスを神経内の神経線維のサブセットに標的化することができる。例えば、Grossman, et al., Noninvasive Deep Brain Stimulation via Temporally Interfering Electrical Fields, Cell, vol. 169, pp. 1029-1041 (2017)を参照されたい。１つ以上の湾曲部材内の電極パッド１４２は放出された電気パルスを神経線維のサブセットに標的化するために、制御回路１２０によって選択的に活性化され得る。

【0076】

放出された電気パルスによって標的とされる神経線維のサブセットは、電気生理学的信号が検出回路１１６によって検出される神経線維のサブセットと同じであっても異なっていてもよい。標的電気パルスを放出するように構成された１つ以上の湾曲部材は、電気生理学的信号を検出するように構成されたインプランタブルデバイス１０４上の１つ以上の湾曲部材と同じであっても異なっていてもよい。放出された標的電気パルスは、インプランタブルデバイス１０４の位置で神経を刺激することができる。電気パルスによって標的化される神経線維のサブセットは、電気生理学的信号が選択的に検出される神経線維の同じまたは異なるサブセットであり得る。

【0077】

インプランタブルデバイス１０４によって放出される電気パルスによって標的化される神経線維のサブセットは例えば、１つ以上（例えば、２、３、４、またはそれ以上）の線維束、または神経内の１つ以上（例えば、２、３、４、またはそれ以上）の線維束の一部であり得る。いくつかの実施形態では、神経線維のサブセットが神経内の求心性神経線維、または神経内の求心性神経線維のサブセットを含むか、またはそれからなる。いくつかの実施形態では、神経線維のサブセットが神経内の遠心性神経線維、または神経内の遠心性神経線維のサブセットを含むか、またはそれからなる。いくつかの実施形態では、神経線維のサブセットが神経内の２つ以上の線維束内の遠心性神経線維、または神経内の２つ以上の線維束内の求心性神経線維を含むか、またはそれらからなる。

【0078】

神経線維のサブセットに標的電気パルスを放出することによる神経線維のサブセットの標的刺激は、神経の位置から離れた位置での神経の刺激を生じ得る。インプランタブルデバイス１０４によって刺激される遠隔神経は、デバイスによって放出される電気パルスによって標的とされるインプランタブルデバイス１０４の位置における神経のサブセットに依存する。いくつかの実施形態では、インプランタブルデバイス１０４が第１の神経位置に配置され、第２の神経位置に関連する第１の神経位置内の神経線維のサブセットに標的電気パルスを放出することによって、第２の神経位置を刺激するように構成される。いくつかの実施形態では、第１の神経位置および第２の神経位置が１つ以上の神経分岐点または１つ以上のシナプスによって分離される。いくつかの実施形態において、第２の神経位置は第１の神経位置に対して脳の近位にあり、いくつかの実施形態において、第２の神経位置は、第１の神経位置に対して脳から遠位にある。いくつかの実施形態では、神経線維の標的化サブセットが求心性神経線維を含むか、または求心性神経線維からなる。いくつかの実施形態では、神経線維の標的サブセットが遠心性神経線維を含むか、または遠心性神経線維からなる。

【0079】

いくつかの実施形態では、制御回路１２０がコマンドプロセッサ１２２と、電力モニタ１２４と、メモリ１２６とを含む。ある実施形態では、メモリ１２６がレジスタメモリ、プロセッサキャッシュ、またはランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などの一時的でない記憶メモリを含む。いくつかの実施形態では、制御回路１２０がデジタル回路、アナログ回路、又は混合信号集積回路とすることができる。制御回路１２０の例は、マイクロプロセッサ、有限ステートマシン、フィールドプログラマブルゲートアレイ、およびマイクロコントローラを含んでもよい。

【0080】

いくつかの実施形態では、コマンドプロセッサ１２２が受信された超音波に符号化され、変復調回路１１２によって抽出された情報から命令を受信するように構成することができる。ある実施形態では、コマンドプロセッサ１２２が受信した命令を命令レジスタなどのメモリ１２６に記憶することができる。いくつかの実施形態では、コマンドプロセッサ１２２が命令および格納されたロジックに基づいて、動作モードに入るようにインプランタブルデバイス１０４を制御するように構成され得る。例えば、コマンドプロセッサ１２２は、現在の動作モードと、１つ以上の受信された命令、１つ以上のセンサ値、またはそれらの組合せなどの１つ以上の検出された入力とに基づいて、インプランタブルデバイス１０４の動作モードを制御するＦＳＭとして埋め込まれ得る。

【0081】

インテロゲータによって放出され、閉ループインプランタブルデバイスによって受信される超音波に符号化された情報は例えば、神経変調を開始または停止するための命令、１つ以上の校正命令、動作ソフトウェアに対する１つ以上の更新、および／または１つ以上のテンプレート（テンプレート電気生理学的信号、１つ以上のテンプレート電気生理学的信号、および／または１つ以上のテンプレート刺激信号など）を含むことができる。ある実施形態では、コマンドプロセッサ１２２が受信した命令を処理し、メモリ１２６に格納するように構成することができる。いくつかの実施形態において、コマンドプロセッサ１２２は、受信された１つ以上の命令に基づいて、複数の動作モードから動作モードに入ることができる。いくつかの実施形態では、複数の動作モードが神経を刺激するためのモード、神経活動を記録するためのモード、または１つ以上の生理学的状態を判定するためのモードを含むことができる。例えば、インプランタブルデバイス１０４が神経刺激モードに入るべきであることを命令が示す場合、制御回路１２０は、特定の神経線維または神経の一部を刺激するように刺激回路１１４を制御するように構成され得る。

【0082】

いくつかの実施形態では、コマンドプロセッサ１２２が１つ以上の生理学的状態を判定するために、神経活動記録モードまたはモードに入るようにインプランタブルデバイス１０４を制御する場合、コマンドプロセッサ１２２はデバイス情報（例えば、神経記録または検出／測定された生理学的状態）を取り出すように、検出回路１１６を制御し得る。いくつかの実施形態では、デバイス情報を取り出すと、コマンドプロセッサ１２２は上述のように、デバイス情報を超音波バックスキャッタで符号化するように変復調回路１１２を制御するように構成され得る。

【0083】

いくつかの実施形態では、インプランタブルデバイス１０４に電力制御を提供するために、電力モニタ１２４は図３に関して以下でさらに説明されるように、インプランタブルデバイス１０４の利用可能な電力および電力消費をモニタするように構成され得る。いくつかの実施形態では、利用可能な電力が超音波トランスデューサ１０８で受信された超音波によって提供される供給電力を含むことができ、インプランタブルデバイス１０４に格納されたアクセス可能な電力を含むことができる。例えば、アクセス可能な電力は、余剰エネルギーを蓄積するエネルギー蓄積デバイス１３６からアクセス可能な電力を含んでもよい。いくつかの実施形態では、電力モニタ１２４が図３に関してさらに後述するように、電力コンベア回路１３４によって生成される出力電圧に基づいて、消費電力を判定することができる。

【0084】

いくつかの実施形態では、コマンドプロセッサ１２２が利用可能な電力および電力モニタ１２４によってモニタされる消費電力に基づいて、より多くの電力またはより少ない電力がインプランタブルデバイス１０４に送信されるべきかどうかを示す情報を生成するように構成され得る。いくつかの実施形態では、制御回路１２０が情報を生成するために、図４に関して後述するように、方法４００を実装するように構成することができる。いくつかの実施形態では、制御回路１２０が図３に関してさらに後述するように、生成された情報を超音波バックスキャッタで符号化するように、変復調回路１１２を制御するように構成することができる。

【0085】

図２は、いくつかの実施形態による、超音波を使用して１つ以上のインプランタブルデバイス２４０に電力を供給するように構成されたインテロゲータ２０２を含むシステム２００を示す。いくつかの実施形態では、インテロゲータ２０２がそれぞれ図１および図３に関して説明したようなインテロゲータ１０２またはインテロゲータ３０２の一例とすることができる。いくつかの実施形態では、インテロゲータ２０２が以下で説明するように、図４の方法４００のステップのうちの１つ以上を実行するように構成することができる。

【0086】

いくつかの実施形態では、インテロゲータ２０２が電力供給２０３と、計算回路２１０と、信号生成回路２２０と、超音波トランスデューサ回路２０４とを含む。図示のように、電源２０３は、計算回路２１０および信号生成回路２２０に電力を供給するように構成することができる。いくつかの実施形態では電力供給２０３は１．８Ｖを提供することができるが、任意の適切な電圧を使用することができる。例えば、電力供給２０３は、１．８Ｖを供給するために１つ以上のバッテリを含んでもよい。

【0087】

いくつかの実施形態では、信号生成回路２２０が１つ以上のチャネル２２４に給電するように構成されたチャージポンプ２２２を含む。いくつかの実施形態では、チャージポンプ２２２が電力供給２０３によって提供される電圧を増加させるように構成することができる。例えば、チャージポンプ２２２は、電力供給２０３によって供給される１．８Ｖを３２Ｖに増加させてもよい。

【0088】

いくつかの実施形態では、各チャネル２２４がトランスデューサ回路２０４の対応する超音波トランスデューサ２０８に結合され、動作を制御する。いくつかの実施形態ではチャネル２２４に接続された超音波トランスデューサ２０８が超音波を受信するためだけに、または超音波を送信するためだけに構成することができ、その場合、スイッチ２２９はチャネル２２４から任意選択で省略することができる。いくつかの実施形態では、各チャネル２２４が遅延制御２２６、レベルシフタ２２８、およびスイッチ２２９を含むことができる。

【0089】

いくつかの実施形態では、遅延制御２２６が超音波トランスデューサ２０８によって送信される超音波の波形および／または信号を制御するように構成することができる。いくつかの実施形態では、遅延制御２２６が送信波形を生成するために、制御回路２１２からのコマンドに基づいて、例えば、位相シフト、時間遅延、パルス周波数、波形（振幅および波長を含む）、またはそれらの組合せを制御することができる。いくつかの実施形態では、各チャネルの波形および周波数を表すデータが遅延制御２２６またはメモリ２１６に格納された「ウェーブテーブル」に格納することができる。これにより、各チャネル２２４上の送信波形を異なるものとすることができる。

【0090】

いくつかの実施形態では、遅延制御２２６が入力パルスを遅延制御２２６から超音波トランスデューサ２０８が超音波を送信するために使用するより高い電圧にシフトするように構成されたレベルシフタに接続することができる。いくつかの実施形態では、遅延制御２２６およびレベルシフタ２２８がデータを実際の送信信号にトランスデューサアレイ２０６にストリーミングするために使用されるように構成することができる。いくつかの実施形態では、各チャネル２２４に対する送信波形がマイクロコントローラまたは他のデジタルシステムの高速シリアル出力によって直接生成され、レベルシフタ２２８または高電圧増幅器を介してトランスデューサ素子（例えば、超音波トランスデューサ２０８）に送られることができる。

【0091】

いくつかの実施形態では、チャネル２２４のスイッチ２２９が超音波バックスキャッタなどの超音波を受信するように対応する超音波トランスデューサ２０８を構成することができる。いくつかの実施形態では、受信された超音波が超音波トランスデューサ２０８（受信モードに設定される）によって電流に変換され、受信された超音波で捕捉されたデータを処理するためにデータプロセッサ２１１に送信される。いくつかの実施形態では、増幅器、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）、可変利得増幅器、または組織損失を補償する時間利得制御可変利得増幅器、および／または帯域通過フィルタを含むことによって、受信超音波を処理することができる。

【0092】

いくつかの実施形態では、上述のチャネル２２４がＴ／Ｒｘスイッチ２２９を含まず、代わりに、良好な飽和回復を有する低雑音増幅器の形態の高電圧Ｒｘ(受信回路）を有する独立したＴｘ(送信）およびＲｘ(受信）を含む。いくつかの実施形態では、Ｔ／Ｒｘ回路はサーキュレータを含む。いくつかの実施形態ではトランスデューサアレイ２０６が処理チャネル２２４よりも多くのトランスデューサ素子（例えば、超音波トランスデューサ２０８）を含み、インテロゲータ２０２は各パルスに対して送信素子の異なるセットを選択するためのマルチプレクサを含むように構成することができる。例えば、６４の送信／受信チャネルは３：１マルチプレクサを介して１９２の物理トランスデューサ素子に接続することができ、６４のトランスデューサ素子のみが所与のパルス上でアクティブである。

【0093】

いくつかの実施形態では、計算回路２１０がデジタル回路、アナログ回路、又は混合信号集積回路とすることができる。計算回路２１０の例は、マイクロプロセッサ、有限ステートマシン、フィールドプログラマブルゲートアレイ、およびマイクロコントローラを含んでもよい。いくつかの実施形態ではインテロゲータ２０２が不揮発性メモリを含むことができ、不揮発性メモリは計算回路２１０によってアクセスすることができる。

【0094】

いくつかの実施形態では、計算回路２１０が制御回路２１２およびデータプロセッサ２１１を含む。いくつかの実施形態では、制御回路２１２が超音波設定２１８を記憶するコマンドジェネレータ２１４およびメモリ２１６を含む。

【0095】

いくつかの実施形態では、コマンドジェネレータ２１４が遅延制御２２６の動作を制御するための命令を生成するように構成され得る。いくつかの実施形態では、インプランタブルデバイス２４２などのインプランタブルデバイスから受信されたデバイス情報に基づいて、コマンドジェネレータ２１４は図３に関して以下にさらに説明されるように、送信された超音波の出力電力を制御するために超音波設定を設定または選択するように構成され得る。例えば、受信されたデバイス情報は、より多くの電力がインプランタブルデバイス２４２に送信されるべきであることを示し得る。この例では、コマンドジェネレータ２１４が超音波トランスデューサ回路２０４によって送信される超音波の電力を増加させるために、波形のより高いパルス幅またはより高い瞬間強度などの超音波設定２１８を選択し得る。

【0096】

いくつかの実施形態では、トランスデューサ回路２０４が超音波をインプランタブルデバイス２４２などのインプランタブルデバイス２４０に送るように構成された１つ以上の超音波トランスデューサ２０８を含む。いくつかの実施形態では図２に示されるように、トランスデューサ回路２０４は複数の超音波トランスデューサ２０８を有するトランスデューサアレイ２０６を含む。いくつかの実施形態では、トランスデューサアレイ２０６が１個以上、２個以上、３個以上、５個以上、７個以上、１０個以上、１５個以上、２０個以上、２５個以上、５０個以上、１００個以上、２５０個以上、５００個以上、１０００個以上、２５００個以上、５０００個以上、または１０，０００個以上の超音波トランスデューサを含む。いくつかの実施形態では、トランスデューサアレイ２０６が１００，０００個以下、５０，０００個以下、２５，０００個以下、１０，０００個以下、５０００個以下、２５００個以下、１０００個以下、５００個以下、２００個以下、１５０個以下、１００個以下、９０個以下、８０個以下、７０個以下、６０個以下、５０個以下、４０個以下、３０個以下、２５個以下、２０個以下、１５個以下、１０個以下、７個以下、５個以下の超音波トランスデューサを含む。トランスデューサアレイ２０６は例えば、５０個以上の超音波トランスデューサ画素を備えるチップであってもよい。

【0097】

図２に示すように、トランスデューサ回路２０４は単一のトランスデューサアレイ２０６を含むが、いくつかの実施形態によれば、トランスデューサ回路２０４は１つ以上、２つ以上、または３つ以上の別個のトランスデューサアレイを含むことができる。いくつかの実施形態では、トランスデューサ回路２０４が１０個以下のトランスデューサアレイ（例えば、９、８、７、６、５、４、３、２、または１個のトランスデューサアレイ）を含む。いくつかの実施形態では、別個のトランスデューサアレイが対象の異なる地点に配置することができ、同じまたは異なるインプランタブルデバイス２４０と通信することができる。いくつかの実施形態では、トランスデューサアレイがインプランタブルデバイス２４２などのインプランタブルデバイスの反対側に配置することができる。

【0098】

いくつかの実施形態では、インテロゲータ２０２のトランスデューサアレイ２０６の具体的な設計がトランスデューサアレイ２０６内の個々の超音波トランスデューサ２０８の所望の進入長、開口サイズ、およびサイズに依存する。トランスデューサアレイ２０６のレイリー距離Ｒは、次のように計算される。
（数式）
ここで、Ｄは開口サイズであり、λは伝搬媒体（すなわち組織）内の超音波の波長である。当技術分野で理解されるように、レイリー距離は、トランスデューサアレイ２０６によって放射されるビームが完全に形成される距離である。すなわち、受け取った電力を最大にするために、レイリー距離で自然な焦点に収束する圧力場である。したがって、いくつかの実施形態では、インプランタブルデバイス２４０がトランスデューサアレイ２０６からレイリー距離とほぼ同じ距離とすることができる。

【0099】

トランスデューサアレイ２０６内の個々の超音波トランスデューサ２０８は、ビームフォーミングまたはビームステアリングのプロセスを通して、レイリー距離およびトランスデューサアレイ２０６によって放射される超音波のビームの位置を制御するように変調することができる。線形制約最小分散（ＬＣＭＶ）ビームフォーミングなどの技法を使用して、複数のインプランタブルデバイス２４０（例えば、インプランタブルデバイス２４２）を外部超音波トランシーバと通信することができる。例えば、Bertrand et al., Beamforming Approaches for Untethered, Ultrasonic Neural Dust Motes for Cortical Recording: a Simulation Study, IEEE EMBC (Aug. 2014)を参照されたい。いくつかの実施形態では、ビームステアリングがトランスデューサアレイ２０６内の超音波トランスデューサ２０８によって放射される超音波の出力または位相を調整することによって実行される。

【0100】

いくつかの実施形態ではインテロゲータ２０２（例えば、計算回路２１０）は１つ以上の超音波トランスデューサ２０８を使用して超音波をビームステアリングするための命令、１つ以上のインプランタブルデバイス２４０の相対位置を判定するための命令、１つ以上のインプランタブルデバイス２４０の相対移動をモニタするための命令、１つ以上のインプランタブルデバイス２４０の相対移動を記録するための命令、および複数のインプランタブルデバイス２４０からのバックスキャッタを逆畳み込みするための命令のうちの１つ以上を含む。

【0101】

いくつかの実施形態では、インテロゲータ２０２は、ユーザ（例えば、医師または患者）がインテロゲータ２０２の動作を制御して、インプランタブルデバイス２４０に電力を供給するか、またはインプランタブルデバイス２４０と通信することを可能にするユーザインターフェース（図示せず）を含む。いくつかの実施形態では、ユーザインターフェースがタッチスクリーンまたはモニタ、キーボード、マウス、または音声認識デバイスなどの入力をインテロゲータ２０２に提供する入力デバイスを含むことができる。いくつかの実施形態では、ユーザインターフェースがタッチスクリーン、モニタ、プリンタ、ディスクドライブ、またはスピーカなど、出力を提供する任意の適切なデバイスなどの出力デバイスを含むことができる。

【0102】

いくつかの実施形態では、インテロゲータ２０２がモバイルデバイス（例えば、スマートフォンまたはタブレット）などの別個のコンピュータシステム（図示せず）を使用して制御することができる。コンピュータシステムは例えば、ネットワーク接続、無線（ＲＦ）接続、またはＢｌｕｅｔｏｏｔｈを介して、インテロゲータ２０２に無線通信することができる。コンピュータシステムは例えば、インテロゲータ２０２をオンまたはオフにするか、またはインテロゲータ２０２によって受信された超音波に符号化された情報を分析することができる。

【0103】

いくつかの実施形態では、インテロゲータ２０２が複数のインプランタブルデバイス２４０と通信する。これは、例えば、多入力多出力（ＭＩＭＯ）システム理論を用いて行うことができる。例えば、インテロゲータ２０２と複数のインプランタブルデバイス２４０との間の通信は、時分割多重化、空間多重化、または周波数多重化を使用して実行され得る。インテロゲータ２０２は複数のインプランタブルデバイス２４０から組み合わされた超音波バックスキャッタを受信することができ、これをデコンボリューションすることができ、それによって、各インプランタブルデバイス２４２から情報を抽出する。いくつかの実施形態では、インテロゲータ２０２がトランスデューサアレイ２０６からビームステアリングを介して特定のインプランタブルデバイスに送信される超音波を合焦するように構成することができる。例えば、インテロゲータ２０２は送信された超音波を第１のインプランタブルデバイス（例えば、インプランタブルデバイス２４２）に合焦させ、第１のインプランタブルデバイスからのバックスキャッタを受信し、送信された超音波を第２のインプランタブルデバイスに合焦させ、第２のインプランタブルデバイスからのバックスキャッタを受信することができる。いくつかの実施形態では、インテロゲータ２０２が超音波を複数のインプランタブルデバイス２４０に送信し、次いで、複数のインプランタブルデバイス２４０から超音波バックスキャッタを受信する。

【0104】

いくつかの実施形態では、インテロゲータ２０２または１つ以上の超音波トランスデューサ２０８は着用可能である。例えば、インテロゲータ２０２または１つ以上の超音波トランスデューサ２０８は、ストラップまたは接着剤によって対象の身体に固定されてもよい。別の例では、インテロゲータ２０２がユーザ（医療専門家など）によって保持され得るワンドであり得る。いくつかの実施形態では、インテロゲータ２０２が縫合糸、単純な表面張力、布ラップ、スリーブ、弾性バンドなどの衣類ベースの固定デバイスを介して、または皮下固定によって身体に保持することができる。いくつかの実施形態では、インテロゲータ２０２の１つ以上の超音波トランスデューサ２０８またはトランスデューサアレイ２０６がインテロゲータ２０２の残りの部分とは別個に配置されてもよい。例えば、トランスデューサアレイ２０６は第１の位置（例えば、１つ以上のインプラントデバイスの近位）で対象の皮膚に固定され、そしてインテロゲータ２０２の残りは第２の位置に配置し、超音波トランスデューサ２０８またはトランスデューサアレイ２０６をインテロゲータ２０２の残りにワイヤでテザリングするようにしてもよい。

【0105】

図３は、いくつかの実施形態による、インテロゲータ３０２によってインプランタブルデバイス３０４に提供される電力を制御するための方法３００を示す。いくつかの実施形態では、インテロゲータ３０２およびインプランタブルデバイス３０４がそれぞれ、図１のインプランタブルデバイス１０４および図２のインテロゲータ２０２の例であり得る。したがって、説明を容易にするために、以下の様々なステップは、インプランタブルデバイス１０４またはインテロゲータ２０２のコンポーネントを参照し得る。

【0106】

ステップ３０６において、インテロゲータ３０２は１つ以上の超音波設定（例えば、超音波設定２１８）を設定する。いくつかの実施形態では、超音波設定が複数の記憶された波形から波形を選択するコマンドを含む。例えば、波形は非一時的メモリ（例えば、メモリ２１６または遅延制御２２６）内のデータテーブルに記憶されてもよい。いくつかの実施形態では、超音波設定がインテロゲータ３０２によって送信される超音波の波パラメータを含む。例えば、波動パラメータは期間、周波数、振幅（すなわち、強度）、波長、パルス持続時間、パルス繰返しレート等を含んでもよい。いくつかの実施形態では、インテロゲータ３０２が複数の波動パラメータに対応する複数の超音波設定を設定する。

【0107】

ステップ３０８において、インテロゲータ３０２は、波力を有する給電用超音波を送信する。いくつかの実施形態では、インテロゲータ３０２がステップ３０６で設定される１つ以上の超音波設定に基づいて、給電用超音波を生成するように構成され得る。したがって、波力は、１つ以上の超音波設定に依存し得る。

【0108】

いくつかの実施形態では、送信された給電用超音波がパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を含むことができる。これらの実施形態では、１つ以上の超音波設定がＰＷＭ信号の瞬時強度値、ＰＷＭ信号のパルス幅、またはそれらの組合せに関連する情報を含むことができる。１つ以上の超音波設定を選択または設定することによって、インテロゲータ３０２は、送信された給電用超音波の波力を調整するように構成することができる。

【0109】

いくつかの実施形態では、インテロゲータ３０２がインプランタブルデバイス３０４に別個の超音波を送信して、より多くの電力またはより少ない電力をインプランタブルデバイス３０４に送信すべきかどうかに関する情報をインプランタブルデバイス３０４に要求するように構成することができる。例えば、ステップ３１０において、インテロゲータ３０２は、通信用超音波をインプランタブルデバイス３０４に送信する。いくつかの実施形態では、通信用超音波がステップ３０８の給電用超音波とは別個であり、給電用超音波の設定とは異なる超音波設定に対応し得る。いくつかの実施形態では、インテロゲータ３０２の制御回路（例えば、制御回路２１２）はインテロゲータ２０２で受信されたユーザ入力に基づいて、またはインプランタブルデバイス３０４から送信された情報に基づいて、送信する超音波（例えば、給電用超音波または通信用超音波）のタイプを判定するように構成され得る。

【0110】

ステップ３１６において、インプランタブルデバイス３０４は、波力を有する給電用超音波を用いて、インテロゲータ３０２から給電用超音波を受信する。いくつかの実施形態ではインプランタブルデバイス３０４の超音波トランスデューサ（例えば、超音波トランスデューサ１０８）は給電用超音波を受信するように構成され得る。いくつかの実施形態では、インプランタブルデバイス３０４が給電用超音波の対応する部分を受信するように構成された２つ以上の超音波トランスデューサを含むことができる。上述のように、いくつかの実施形態によれば、２つ以上の超音波トランスデューサを実装することにより、インプランタブルデバイス３０４が、給電用超音波からより一貫して効率的に電力を抽出することを可能にすることができる。

【0111】

ステップ３１８では、インプランタブルデバイス３０４が給電用超音波からのエネルギーを電気信号に変換してインプランタブルデバイス３０４に電力を供給する。いくつかの実施形態では、インプランタブルデバイス３０４が受信した給電用超音波の機械的エネルギーを、電気エネルギーを有する電気信号に変換するように構成された１つ以上の超音波トランスデューサ（例えば、超音波トランスデューサ１０８）を含む。いくつかの実施形態では、インプランタブルデバイス３０４がインテロゲータ３０２によって生成される給電用超音波に基づいて完全に電力を供給することができる。

【0112】

ステップ３２０において、インプランタブルデバイス３０４は、より多くの電力またはより少ない電力がインプランタブルデバイス３０４に送信されるべきかどうかを示す情報を、インテロゲータ３０２に送信する。いくつかの実施形態ではインプランタブルデバイス３０４の制御回路（例えば、制御回路１２０）は情報を生成するように構成することができる。説明を容易にするために、以下のステップは、電力情報のような情報を参照することができる。いくつかの実施形態では、ステップ３２０がステップ３２２～３３０のうちの１つ以上を含むことができる。

【0113】

ステップ３２２において、インプランタブルデバイス３０４は、インテロゲータ３０２から通信用超音波を受信する。いくつかの実施形態では超音波トランスデューサ（例えば、超音波トランスデューサ１０８）は受信された通信用超音波に基づいて電気信号を生成するように構成することができる。いくつかの実施形態ではインプランタブルデバイス３０４の復調回路（例えば、変復調回路１１２において）はインプランタブルデバイス３０４に電力情報の送信を要求する通信用超音波から命令を抽出するように構成することができる。例えば、変調回路は、通信用超音波を復調して命令を抽出することができる。

【0114】

ステップ３２４において、インプランタブルデバイス３０４は、インプランタブルデバイス３０４上の利用可能な電力を判定する。いくつかの実施形態ではインプランタブルデバイス３０４の電力モニタ（例えば、電力モニタ１２４）は利用可能な電力を判定するように構成され得る。いくつかの実施形態では、利用可能な電力が超音波トランスデューサ（例えば、超音波トランスデューサ１０８）で受信されるように給電用超音波によって供給される電力と、インプランタブルデバイス３０４上のエネルギー蓄積デバイス（例えば、エネルギー蓄積デバイス１３６）からアクセス可能な電力（例えば、電力回路１３０で）とを含む。

【0115】

いくつかの実施形態では、電力回路１３０に関して上述したように、エネルギー蓄積デバイスはインプランタブルデバイス３０４が給電用超音波の電力をより効率的に利用することを可能にし、かつインプランタブルデバイス３０４に一貫した電力を提供するように、少なくとも２つの電力モードで動作するように構成することができる。いくつかの実施形態では、電力モードがエネルギー蓄積デバイスに蓄積されたエネルギーの一部が放電されて、エネルギー蓄積デバイスからインプランタブルデバイス３０４（例えば、１つ以上の負荷回路）に電力を伝える放電モードを含む。いくつかの実施形態では、電力モードが給電用超音波の電力の一部がエネルギーを蓄積することができるエネルギー蓄積デバイスに搬送される充電モードを含む。

【0116】

いくつかの実施形態では、電力モニタが超音波トランスデューサによって提供される最大電圧（すなわち、開回路電圧）を判定することに基づいて、利用可能な電力を判定するように構成することができる。いくつかの実施形態では、最大電圧が電気信号の最大可能電圧に対応する。いくつかの実施形態では、インプランタブルデバイス３０４が超音波トランスデューサの最大電圧に対応するデータを測定するように構成された電圧センサを含む。例えば、電圧センサは、電気信号に結合された分圧器であってもよい。いくつかの実施形態では、電力モニタが電圧センサから受信したデータに基づいて、最大電圧を判定することができる。

【0117】

いくつかの実施形態では、電力モニタがエネルギー蓄積デバイスに蓄積されたエネルギーに基づいて利用可能な電力を判定するように構成することができる。例えば、電力モニタは、センサによって測定されるエネルギー蓄積デバイスの電圧又は電流に基づいて蓄積されたエネルギーを判定することができる。いくつかの実施形態では、電力モニタがエネルギー蓄積デバイスに蓄積されたエネルギーの変化率に基づいて、利用可能な電力を判定するように構成される。

【0118】

いくつかの実施形態では、インプランタブルデバイス３０４が超音波トランスデューサによって生成されるように、電気信号に関連する第１の電圧を、インプランタブルデバイス３０４および負荷回路に電力を供給するために第２の電圧に変換するように構成された電力コンベア回路（例えば、電力コンベア回路１３４）を含む。いくつかの実施形態では、電力コンベア回路が第１の電圧を第１の電圧よりも大きな大きさを有する第２の電圧に変換するように構成されたチャージポンプを含む。いくつかの実施形態では、第２の電圧を生成するために、制御回路は（チャージポンプの）複数のキャパシタを制御するために、チャージポンプの１つ以上のスイッチを制御するように構成することができる。上述したように、人間の安全を確保するために、給電用超音波の強度が一定値以下に制限され（例えば、政府の規制により）、第１の電圧がインプランタブルデバイス３０４の負荷回路に電力を供給するには電圧が低すぎる結果となる可能性があるため、この変換が必要となる場合がある。いくつかの実施形態では、電力モニタがチャージポンプの１つ以上のスイッチのうちの少なくとも１つのスイッチ周波数に基づいて、利用可能な電力を判定するように構成することができる。

【0119】

ステップ３２６において、インプランタブルデバイス３０４は、インプランタブルデバイス３０４における消費電力を判定する。いくつかの実施形態ではインプランタブルデバイス３０４の電力モニタ（例えば、電力モニタ１２４）は消費電力を判定するように構成され得る。

【0120】

いくつかの実施形態では、電力消費がインプランタブルデバイス３０４上の１つ以上の負荷回路によって消費される電力を含むことができる。いくつかの実施形態では消費電力を判定するために、電力モニタはインプランタブルデバイス３０４の１つ以上の負荷回路を駆動する電流の電流値を検出するように構成することができる。例えば、電力モニタは、電流値を示すデータを電流センサから受信することができる。

【0121】

いくつかの実施形態では、インプランタブルデバイス３０４がインプランタブルデバイス３０４の動作モードに基づいて消費電力を判定することができる。いくつかの実施形態では、インプランタブルデバイス３０４が各動作モードに対応する推定消費電力を非一時的メモリ（例えば、メモリ１２６）に記憶するように構成され得る。例えば、インプランタブルデバイス３０４は、神経刺激モードおよび温度記録モードを含み得る。この例では神経を刺激するために電気パルスを誘導することは検出された温度を記憶することよりも多くの電力を必要とするので、インプランタブルデバイス３０４は温度記録モードよりも、神経刺激モードのためのより高い推定消費電力を記憶することができる。

【0122】

ステップ３２８では、インプランタブルデバイス３０４が利用可能な電力および消費された電力に基づいて、電力情報を生成する。いくつかの実施形態では、電力情報が利用可能な電力、消費電力、またはそれらの組合せを示す情報を含む。

【0123】

いくつかの実施形態では、電力情報がより多くの電力またはより少ない電力のいずれかに対する要求を含むことができ、利用可能な電力および消費電力に基づいて生成される。いくつかの実施形態では、電力情報が同じ電力を維持するための要求を含むことができる。いくつかの実施形態では、電力情報が増加または減少されるべき電力量を示す要求を含むことができる。例えば、インプランタブルデバイス３０４の電力モニタ（例えば、電力モニタ１２４）は、利用可能な電力と、要求を生成するために消費された電力とを比較するように構成することができる。いくつかの実施形態では、インプランタブルデバイス３０４が以下で説明するように、図４の方法４００を実行することによって電力情報を生成することができる。

【0124】

ステップ３３０において、インプランタブルデバイス３０４は、電力情報を符号化する超音波バックスキャッタと通信用超音波の超音波バックスキャッタを放射する。いくつかの実施形態では、制御回路が（例えば、変復調回路１１２において）インプランタブルデバイス３０４の変調回路を制御して、通信用超音波に対応する電気信号によって供給される電流を変調して電力情報を符号化するように構成することができる。インプランタブルデバイス３０４が複数の超音波トランスデューサを含むいくつかの実施形態では、制御回路が符号化された情報を有する超音波バックスキャッタを放射するように超音波トランスデューサのうちの１つ以上を選択するように構成することができる。いくつかの実施形態では、制御回路が１つ以上のトランスデューサパラメータに基づいて、１つ以上の超音波トランスデューサを選択するように構成することができる。例えば、そのようなトランスデューサのパラメータは、電圧、電流、電力などを含んでもよい。

【0125】

ステップ３１２において、インテロゲータ３０２（例えば、トランスデューサ回路２０４）は、インプランタブルデバイス３０４から電力情報を受信する。いくつかの実施形態では、インテロゲータ３０２がステップ３１０の送信された通信用超音波に対応する超音波バックスキャッタを受信するように構成することができる。いくつかの実施形態ではインテロゲータ３０２のデータプロセッサ（例えば、データプロセッサ２１１）はインテロゲータ３０２の１つ以上の超音波トランスデューサで受信された超音波バックスキャッタから電力情報を抽出するように構成され得る。

【0126】

ステップ３１４において、インテロゲータ３０２は、電力情報に基づいて波力を調整するかどうかを判定する。いくつかの実施形態では波力を調整するために、インテロゲータ３０２の制御回路（例えば、制御回路２１２）は１つ以上の超音波設定を設定して、電力情報に対応するように波力を制御するように構成することができる。例えば、図３に示すように、方法３００はステップ３０６に戻る。その後、いくつかの実施形態によれば、インテロゲータ３０２は電力情報に基づいて、第２の波力を有する第２の給電用超音波を生成し、送信することができる。次いで、インプランタブルデバイス３０４は、第２の給電用超音波を第２の波力で受信して、安全な動作および一貫した電力を可能にしてもよい。

【0127】

いくつかの実施形態では、電力情報がインプランタブルデバイス３０４に送信されるべきより多くの電力またはより少ない電力の要求を含む。これらの実施形態では、制御回路が１つ以上の超音波設定を設定して、要求に対応するように波力を制御するように構成することができる。例えば、要求がより多くの電力に対するものである場合、インテロゲータ３０２は瞬間強度値（すなわち、超音波設定の一例）を増加させ、パルス幅（すなわち、超音波設定の別の一例）を増加させ、または瞬間強度値およびパルス幅の両方を増加させてもよい。

【0128】

いくつかの実施形態では、電力情報がインプランタブルデバイス３０４の利用可能な電力および消費された電力を示す情報を含む。これらの実施形態では、制御回路が電力情報に基づいて、より多くの電力またはより少ない電力がインプランタブルデバイス３０４に送信されるべきかどうかを判定するように構成され得る。いくつかの実施形態では、インテロゲータ３０２の制御回路が以下で説明するように、図４の方法４００を実行することによってそのような判定を行うように構成することができる。

【0129】

いくつかの実施形態では上述のように、給電用超音波はＰＷＭ信号として送信され得る。いくつかの実施形態では給電用超音波の波力を制御するために、インテロゲータ３０２はＰＷＭ信号の瞬時強度値またはパルス幅などの１つ以上の超音波設定を設定するように構成され得る。いくつかの実施形態では、インテロゲータ３０２がＰＷＭ信号の瞬時強度値とパルス幅の両方を設定するように構成することができる。

【0130】

図４は、いくつかの実施形態による、より多くの電力またはより少ない電力がインテロゲータからインプランタブルデバイスに送信されるべきかどうかを示す情報を判定するための方法４００を示す。いくつかの実施形態では、インプランタブルデバイスが図１のインプランタブルデバイス１０４または図３のインプランタブルデバイス３０４の例であってもよい。いくつかの実施形態では、インテロゲータが図２のインテロゲータ２０２または図３のインテロゲータ３０２の例であってもよい。いくつかの実施形態では、方法４００が以下でさらに説明するように、インプランタブルデバイスにおいて実行することができる。他の実施形態では、方法４００が以下でさらに説明するように、インテロゲータで実行することができる。説明を容易にするために、方法４００の以下の様々なステップは、図１に関して説明されるようなインプランタブルデバイス１０４の構成要素、図２に関して説明されるようなインテロゲータの構成要素、または図３に関して説明されるような方法３００のステップを指し得る。

【0131】

ステップ４０２では、インプランタブルデバイスの消費電力（Ｐｃ）と、第１の電圧およびインプランタブルデバイスに関連する供給電力（Ｐｓ）とがモニタされる。ステップ３１８に関して上述したように、インプランタブルデバイスの超音波トランスデューサは、受信した給電用超音波からのエネルギーを電気信号に変換して、インプランタブルデバイスに電力を供給することができる。いくつかの実施形態では、供給電力がステップ３２４で上述したように、電気信号によって提供される電力に対応する。

【0132】

いくつかの実施形態では、インプランタブルデバイスが超音波トランスデューサによって生成された電気信号に基づいて、供給電力を判定するように構成することができる。いくつかの実施形態では、超音波トランスデューサによって提供される最大電圧（すなわち、開回路電圧）を判定することに基づいて、供給電力を判定するように、電力モニタ（例えば、電力モニタ１２４）を構成することができる。いくつかの実施形態では、最大電圧が電気信号の最大可能電圧に対応する。いくつかの実施形態では、インプランタブルデバイスが超音波トランスデューサの最大電圧に対応するデータを測定するように構成された電圧センサを含む。例えば、電圧センサは、電気信号に結合された分圧器であってもよい。いくつかの実施形態では、電力モニタが電圧センサから受信したデータに基づいて、最大電圧を判定することができる。

【0133】

いくつかの実施形態では、インプランタブルデバイスがインプランタブルデバイスの動作モードに基づいて消費電力を判定するように構成され得る。いくつかの実施形態においては、インプランタブルデバイスがインプランタブルデバイスの１つ以上の負荷回路の１つ以上の検出電圧または電流に基づいて、インプランタブルデバイスの消費電力を動的に判定するように構成することができる。

【0134】

いくつかの実施形態では、インプランタブルデバイスが電気信号に基づいて第１の電圧ノードで第１の電圧を受け取り、第１の電圧を第２の電圧に変換してインプランタブルデバイスに給電する電力コンベア回路（例えば、電力コンベア回路１３４）を含む。例えば、電力コンベア回路は、第１の電圧よりも大きさが大きい第２の電圧を供給するように複数のキャパシタを制御するチャージポンプを含んでもよい。上述したように、給電用超音波から生成される電気信号によって提供される第１の電圧が種々の電子コンポーネント（例えば、トランジスタ）を動作させるには低すぎる可能性があるため、第２の電圧が必要となり得る。いくつかの実施形態では、電力コンベア回路がインプランタブルデバイスの負荷回路に電力を供給するために、第２の電圧を有する出力電気信号を生成する。これらの実施形態では、インプランタブルデバイスが第２の電圧および出力電気信号の電流に基づいて消費電力を判定するように構成することができる。したがって、いくつかの実施形態によれば、消費された電力は、電力コンベア回路によって提供される第２の電圧に関連付けられてもよい。

【0135】

方法４００がインテロゲータで実行されるいくつかの実施形態では、インテロゲータがインプランタブルデバイスから電力情報を受信し、供給電力および消費電力を示すことができる。

【0136】

ステップ４０４では、供給電力が消費電力を超えているか否かが判定される。供給電力が消費電力を超えていると判定された場合、方法４００はステップ４１４に進む。そうでない場合、方法４００はステップ４０６に進む。いくつかの実施形態では、インプランタブルデバイス（例えば、電力モニタ１２４）はこの判定を行うために、モニタされた供給電力をモニタされた消費電力と比較するように構成され得る。

【0137】

方法４００がインテロゲータで実行されるいくつかの実施形態では、インテロゲータがインプランタブルデバイスから電力情報を受信し、供給電力および消費電力を示すことができる。この情報に基づいて、インテロゲータ（例えば、制御回路２１２）は、同様の比較を行って、供給電力が消費電力を超えているかどうかを判定することができる。

【0138】

ステップ４０６において、インプランタブルデバイスのエネルギー蓄積デバイスが消耗したかどうかが判定される。いくつかの実施形態では、エネルギー蓄積デバイスに蓄積されたエネルギーの量が第１の所定のレベルを下回ることを示す情報があれば、エネルギー蓄積デバイスは消耗していると判定することができる。エネルギー蓄積デバイスがキャパシタを含むいくつかの実施形態では、インプランタブルデバイスがキャパシタの電流電圧（Ｖ）に基づいて、蓄積されたエネルギーの量に対応する情報を判定することができる。これは、キャパシタに蓄積されるエネルギ（Ｅ）がキャパシタの容量（Ｃ）とキャパシタの電流（Ｖ）（例えば、Ｅ＝１／２ＣＶ²）に基づくためである。いくつかの実施形態では、インプランタブルデバイスがエネルギー蓄積デバイス情報（例えば、電圧）を第１の所定のレベルと比較して、エネルギー蓄積デバイスが消耗しているか否かを判定することができる。エネルギー蓄積デバイスが消耗していると判定された場合、方法４００はステップ４０８に進む。そうでない場合、方法４００はステップ４１０に進む。

【0139】

方法４００がインテロゲータで実行されるいくつかの実施形態では、インテロゲータが上述のように、エネルギー蓄積デバイスの情報と第１の所定のレベルとの間で同様の比較を実行することができる。例えば、ステップ３１２に関して上述したように、インテロゲータは、インプランタブルデバイスによって放出された超音波バックスキャッタから情報を抽出することができる。

【0140】

ステップ４０８では、インプランタブルデバイスがリセットされる。いくつかの実施形態では、インプランタブルデバイスがインプランタブルデバイスにおいて負荷回路に給電するのに十分な利用可能電力がないため、パワーオンリセット（ＰＯＲ）条件を示すアラームを生成することができる。いくつかの実施形態では、このアラームがステップ３２０に関して上述したように、インテロゲータに送信される情報に含めることができる。

【0141】

いくつかの実施形態では方法４００がインテロゲータで実行されると、インテロゲータはＰＯＲ条件を示すアラームを含む電力情報をインプランタブルデバイスから受信することができる。いくつかの実施形態では、アラームに基づいて、インテロゲータはインプランタブルデバイスに電力を供給するために、給電用超音波を再送信するための１つ以上の波パラメータを選択するように構成することができる。例えば、アラームはインテロゲータに、所定の時間量の間、給電用超音波を送信させて、インプランタブルデバイスの電源投入または起動モードを再開させてもよい。いくつかの実施形態では、電力モードがカウンタをリセットし、動作ロジック（例えば、ＦＳＭ状態）を初期化状態に設定することを含むことができる。

【0142】

ステップ４１０では、エネルギーがエネルギー蓄積デバイスから取り出されて、インプランタブルデバイスに電力を供給する。図１に関して上述したように、いくつかの実施形態によれば、エネルギー蓄積デバイスは、少なくとも２つの電力モードで動作して、インプランタブルデバイスが給電用超音波の電力をより効率的に利用することを可能にし、また、負荷回路に一貫した電力を供給するように構成することができる。いくつかの実施形態では、電力モードがエネルギー蓄積デバイスに蓄積された部分エネルギーが放電されてエネルギー蓄積デバイスから電力を搬送し、インプランタブルデバイスの１つ以上の負荷回路に電力を供給する放電モードを含む。

【0143】

いくつかの実施形態ではインプランタブルデバイスの制御回路（例えば、制御回路１２０）はエネルギーを取り出すためにエネルギー蓄積デバイスを排出するように電力コンベア回路を制御するように構成することができる。いくつかの実施形態では、エネルギー蓄積デバイスがエネルギー蓄積デバイスを放電することによって、電力コンベア回路の第１の電圧ノードにおける第１の電圧が増加するように、電力コンベア回路に電気的に結合されるように構成することができる。

【0144】

いくつかの実施形態では、電力コンベア回路がエネルギー蓄積デバイスを放電モードで動作させるように構成することができる。いくつかの実施形態では、エネルギー蓄積デバイスが消耗しているかどうかを定期的にモニタすることができ、電力コンベア回路は消耗していない限り、エネルギー蓄積デバイスから電力を搬送するように構成することができる。

【0145】

方法４００がインテロゲータで実行されるいくつかの実施形態では、インテロゲータがエネルギーを抽出するためにエネルギー蓄積デバイスを放電するように電力コンベア回路を制御するようにインプランタブルデバイスに要求する命令を生成することができる。いくつかの実施形態では、インテロゲータが超音波トランスデューサ回路（例えば、超音波トランスデューサ回路２０４）によって送信された通信用超音波における命令を符号化して、インプランタブルデバイスと通信するように構成することができる。

【0146】

ステップ４１２では、より多くの電力が必要であることを示す情報が生成される。いくつかの実施形態では、インプランタブルデバイスがステップ３２０に関して上述したように、電力情報を生成するように構成することができる。例えば、電力情報は、インプランタブルデバイスに送信されるべきより多くの電力に対する要求を含むことができる。別の例では、電力情報がインプランタブルデバイスによって提供されるべき追加の電力の量を含むことができる。続いて、図３に関して上述したように、電力情報は、より多くの必要な電力を示す電力情報に対応する第２の波力を有する第２の電力波を生成するように構成されたインテロゲータに送信されてもよい。いくつかの実施形態では、方法４００がステップ４０２に戻り、ここで、供給電力および消費電力がモニタされる。

【0147】

方法４００がインテロゲータで実行されるいくつかの実施形態では、インテロゲータが１つ以上の超音波設定に関連付けられた情報を生成して、送信された給電用超音波の波力を増大させることができる。

【0148】

ステップ４１４において、インプランタブル装置のエネルギー蓄積デバイスが充電されるべきかどうかが判定される。いくつかの実施形態では、インプランタブルデバイスがエネルギー蓄積デバイス完全に充電されていない場合に、エネルギー蓄積デバイスを充電することを判定することができる。

【0149】

いくつかの実施形態では、ステップ４１４が上述したように、同じ判定が実行されるステップ４０６に対応することができる。いくつかの実施形態ではエネルギー蓄積デバイスに蓄積されたエネルギーの量が第１の所定のレベルを下回ることを示す情報があれば、エネルギー蓄積デバイスは消耗され、したがって完全には充電されていないと判定することができる。エネルギー蓄積デバイスが消耗していると判定された場合、方法４００はステップ４１６に進む。そうでない場合、方法４００はステップ４２０に進む。

【0150】

いくつかの実施形態では、エネルギー蓄積デバイスに蓄積されたエネルギーの量が第２の所定のレベルを超えることを示す情報があれば、エネルギー蓄積デバイスは完全に充電されていると判定することができる。いくつかの実施形態では、第２の所定のレベルが第１の所定のレベルを超える。エネルギー蓄積デバイスがキャパシタを含むいくつかの実施形態では、インプランタブルデバイスがキャパシタの電流電圧（Ｖ）に基づいて、蓄積されたエネルギーの量に対応する情報を判定することができる。これは、キャパシタに蓄積されるエネルギ（Ｅ）がキャパシタの容量（Ｃ）とキャパシタの電流（Ｖ）（例えば、Ｅ＝１／２ＣＶ²）に基づくためである。いくつかの実施形態では、インプランタブルデバイスがエネルギー蓄積デバイス情報（例えば、電圧）を第２の所定のレベルと比較して、エネルギー蓄積デバイスが完全に充電されているか否かを判断することができる。エネルギー蓄積デバイスが完全に充電されていると判定される場合、方法４００はステップ４２０に進む。そうでない場合、方法４００はステップ４１６に進む。

【0151】

いくつかの実施形態では、電力コンベア回路がエネルギー蓄積デバイスを充電モードで動作させるように構成することができる。いくつかの実施形態では、エネルギー蓄積デバイスが完全に充電されているかどうかを定期的にモニタすることができ、エネルギー蓄積デバイスが完全に充電されていない限り、電力コンベア回路はエネルギー蓄積デバイスを充電するために、供給電力の一部を搬送するように構成することができる。

【0152】

方法４００がインテロゲータで実行されるいくつかの実施形態では、インテロゲータが上述のように、エネルギー蓄積デバイスの情報と第１の所定のレベルまたは第２の所定のレベルとの間で同様の比較を実行することができる。例えば、ステップ３１２に関して上述したように、インテロゲータは、インプランタブルデバイスによって放出された超音波バックスキャッタから情報を抽出することができる。

【0153】

ステップ４１６では、エネルギー蓄積デバイスが充電される。いくつかの実施形態では、図１に関して上述したように、エネルギー蓄積デバイスはインプランタブルデバイスが給電用超音波の電力をより効率的に利用することを可能にし、かつ、負荷回路に一貫した電力を供給するように、少なくとも２つの電力モードで動作するように構成することができる。いくつかの実施形態では、電力モードが供給電力の一部がエネルギーを蓄積することができるエネルギー蓄積デバイスに搬送される充電モードを含む。

【0154】

いくつかの実施形態では、制御回路がエネルギー蓄積デバイスを充電して供給電力によって提供される余剰電力を利用するように、電力コンベア回路を制御するように構成することができる。いくつかの実施形態では、エネルギー蓄積デバイスがエネルギー蓄積デバイスを充電することによって、電力コンベア回路の第１の電圧ノードにおける第１の電圧が低下するように、電力コンベア回路に電気的に結合されるように構成することができる。

【0155】

方法４００がインテロゲータで実行されるいくつかの実施形態では、インテロゲータが余剰電源を利用するためにエネルギー蓄積デバイスを充電するように電力コンベア回路を制御するようにインプランタブルデバイスに要求する命令を生成することができる。いくつかの実施形態では、インテロゲータが超音波トランスデューサ回路（例えば、超音波トランスデューサ回路２０４）によって送信された通信用超音波における命令を符号化して、インプランタブルデバイスと通信するように構成することができる。

【0156】

ステップ４２０では、第１の電圧が所定の電圧レベルを超えているかどうかが判定される。いくつかの実施形態では、所定の電圧レベルがインプランタブルデバイスの安全な動作を維持するために、最大許容電源電圧（例えば、４Ｖ未満、５Ｖ未満、または６Ｖ）に対応する。第１の電圧を所定の電圧レベルよりも低く維持することによって、インプランタブルデバイスは、過熱および／またはインプランタブルデバイス内の電気部品の損傷から保護されてもよい。いくつかの実施形態では、インテロゲータの制御回路が第１の電圧が所定の電圧レベルを超えるかどうかを判定するように構成することができる。第１の電圧が所定の電圧レベルを超えると判定される場合、方法４００は、ステップ４２２に進む。そうでない場合、方法４００はステップ４２４に進む。

【0157】

方法４００がインテロゲータで実行されるいくつかの実施形態では、インテロゲータが上述のように、第１の電圧と所定の電圧レベルとの間で同様の比較を実行することができる。例えば、インテロゲータはステップ３１２に関して上述したように、インプランタブルデバイスによって放出された超音波バックスキャッタから情報を抽出することができ、この情報は、第１の電圧を含むことができる。

【0158】

ステップ４２２では、インプランタブルデバイスにおいて供給電力が低減される。いくつかの実施形態では、インプランタブルデバイスが給電用超音波から電気信号を生成して供給電力を低減するように構成された１つ以上のスイッチを制御するように構成することができる。いくつかの実施形態では、１つ以上のスイッチが電気信号を代替電流（ＡＣ）形式で第１の電圧に対応する直流（ＤＣ）形式に変換する整流回路を制御するためのスイッチを含む。いくつかの実施形態では、インプランタブルデバイスは、電源がインプランタブルデバイスの負荷回路に電力を供給しないように、スイッチを開くように構成することができる。いくつかの実施形態では、１つ以上のスイッチが超音波トランスデューサを分路するように構成されたスイッチを含むことができる。いくつかの実施形態では、超音波トランスデューサのリードを分路することによって（例えば、短絡を引き起こす）、供給電力を低減するために、バックスキャッタエネルギーの量を変更することができる。

【0159】

ステップ４２４では、必要とされる電力がより少ないことを示す情報が生成される。いくつかの実施形態では、インプランタブルデバイスがステップ３２０に関して上述したように、電力情報を生成するように構成することができる。例えば、電力情報は、インプランタブルデバイスに送信されるべきより少ない電力に対する要求を含むことができる。別の例では、電力情報がインプランタブルデバイスによって提供されるべき低減された電力の量を含むことができる。続いて、図３に関して上述したように、電力情報は、より少ない必要電力を示す電力情報に対応する第２の波力を有する第２の電力波を生成するように構成されたインテロゲータに送信されてもよい。いくつかの実施形態では、方法４００がステップ４０２に戻り、ここで、供給電力および消費電力がモニタされる。

【0160】

方法４００がインテロゲータで実行されるいくつかの実施形態では、インテロゲータが１つ以上の超音波設定に関連する情報を生成して、超音波に電力を供給する送信される波力を減少させることができる。

【0161】

図５は、いくつかの実施形態による、対象の神経５１４と相互作用するように構成されたインプランタブルデバイス５１１のダイアグラム５００を示す。いくつかの実施形態では、インプランタブルデバイス５１１が図１に関して上述したようなインプランタブルデバイス１０４の例示的な実装形態であり得る。図５００に示すように、インプランタブルデバイス５１１は神経５１４上に埋め込むことができ、本体（ボディ）５１２から延びる湾曲部材５０２などの１つ以上の湾曲部材を含むことができる。インプランタブルデバイス５１１のボディ５１２は集積回路５２４（例えば、変復調回路１１２、刺激回路１１４、検出回路１１６、または制御回路１２０を含む）、非一時的メモリ５２６（例えば、メモリ１２６）、電力回路５２８（例えば、電力回路１３０）、および超音波トランスデューサ５３０（例えば、超音波トランスデューサ１０８または超音波トランスデューサ回路１０６）を含み得る。いくつかの実施形態では、ボディ５１２が超音波トランスデューサ５３０を含む複数の超音波トランスデューサを含む。従って、ダイアグラム５００に示されるように、超音波トランスデューサ５３０は、複数の超音波トランスデューサを表してもよいことが理解されるべきである。

【0162】

いくつかの実施形態では、超音波トランスデューサ５３０がインテロゲータ（例えば、図１のインテロゲータ１０２または図２のインテロゲータ２０２）によって送信された超音波を受信し、超音波の機械エネルギーを電気エネルギーに変換して、インプランタブルデバイス５１１に電力を供給するように構成され得る。例えば、超音波トランスデューサ５３０は、超音波の機械エネルギーを、電力回路５２８によって処理される電気信号に変換してもよい。

【0163】

いくつかの実施形態では、電力回路５２８が集積回路５２４の様々な構成要素に電力を供給するために、第１の電圧を有する電気信号を第２の電圧を有する第２の信号に変換するように構成された電力コンベア回路（例えば、電力コンベア回路１３４）を含むことができる。いくつかの実施形態では電力回路５２８がＡＣ形成で電気信号をＤＣ形成に変換するための整流回路（例えば、能動整流器）を含むことができ、ここで、変換された電気信号は第１の電圧と関連することができる。いくつかの実施形態では、電力コンベア回路が第１の電圧より大きい第２の電圧を生成するために、チャージポンプを含むことができる。いくつかの実施形態では、電力回路５２８が電気信号によって提供される余剰エネルギーを蓄積し、インテロゲータによって供給される電力が不十分である場合には二次電源として動作するように構成されたエネルギー蓄積デバイス、エネルギー蓄積デバイス１３６）を含むことができる。いくつかの実施形態では電力コンベア回路は電力がエネルギー蓄積デバイスに伝達されるべきか、またはエネルギー蓄積デバイスから伝達されるべきかを制御するように構成されることができ、エネルギー蓄積デバイスはそれぞれ、エネルギー蓄積デバイスを効果的に充電または放電する。いくつかの実施形態では、電力コンベア回路は、電力が電力潮流の方向に加えて（例えば、順流または逆流で）搬送される時間の量（例えば、クロックサイクル数）を制御するように構成することができる。

【0164】

いくつかの実施形態では、集積回路５２４がより多くの電力またはより少ない電力がインテロゲータに送信されるべきかどうかを示す情報を生成するように構成された制御回路（例えば、制御回路１２０）を含む。いくつかの実施形態では、制御回路が電力回路５２８によって供給される利用可能な電力および集積回路５２４によって消費される電力に基づいて、この電力情報を生成するように構成することができる。いくつかの実施形態では、利用可能な電力が超音波トランスデューサ５３０によって提供される供給電力と、電力回路５２８のエネルギー蓄積デバイスによって提供されるアクセス可能な電力とを含む。いくつかの実施形態では、制御回路が超音波トランスデューサ５３０を制御して、生成された電力情報をインテロゲータに送信して、インテロゲータに送信された超音波の波力を制御させるように構成することができる。

【0165】

いくつかの実施形態では、消費電力が図１および３に関して上述したように、インプランタブルデバイス５１１の動作モードに基づいて制御回路によって判定することができる。動作モードの例は刺激モードまたは検出モードであってもよく、その各々は湾曲部材５０２上の電極パッド５１８を動作させてもよい。

【0166】

いくつかの実施形態では検出モードにおいて、電極パッド５１８は電気生理学的信号を検出するように構成され、電気生理学的信号に基づく検出信号は集積回路５２４によって受信される。集積回路５２４によって受信された検出信号は制御回路によって受信される前に、検出回路（例えば、検出回路１１６）によって処理（例えば、増幅、デジタル化、および／またはフィルタリング）されてもよい。いくつかの実施形態では、制御回路が非一時的メモリ（例えば、メモリ１２６）にアクセスして、検出された電気生理学的信号に関連するデータを格納することができる。

【0167】

いくつかの実施形態では、刺激モードでは制御回路が検出信号に基づいて刺激信号を生成し、刺激信号に基づいて神経５１４に電気パルスを放出するように１つ以上の電極パッド５１８を動作させることができる。いくつかの実施形態では、制御回路が非一時的メモリ（例えば、メモリ１２６）にアクセスして、神経５１４に放出される刺激信号または電気パルスに関連するデータを格納することができる。非一時的メモリに記憶されたデータは、超音波トランスデューサ５３０によって放出された超音波バックスキャッタ波を介して無線で送信することができる。図１に関して上述したように、超音波バックスキャッタを使用してデータを送信するために、超音波トランスデューサ５３０はまず、超音波を受信し、変調回路を通って流れる電流を生成してもよい。次いで、制御回路はメモリにアクセスし、変調回路を動作させて変調回路を流れる電流を変調し、データを符号化することができる。このようなプロセスを通して、超音波トランスデューサ５３０によって放出される超音波バックスキャッタ波は、データを符号化することができる。

【0168】

いくつかの実施形態ではダイアグラム５００に示すように、湾曲部材５０２はポイント５１６でボディ５１２によって架橋された第１の部分５０２ａおよび第２の部分５０２ｂを含むことができる。いくつかの実施形態では第１の部分５０２ａおよび第２の部分５０２ｂが直接接続され、湾曲部材５０２は接続部材を介してボディ５１２に取り付けられる。湾曲部材５０２は湾曲部材５０２の内面上に複数の電極パッド５１８を含むことができ、電極パッド５１８は、神経５１４の長さに平行な軸の周りに半径方向に配置することができる。第１の部分２０２ａと第２の部分２０２ｂとの間の分離５２０は、湾曲部材５０２（インプランタブルデバイス５１１の他の湾曲部材に同様に存在し得る）に沿って存在する。いくつかの実施形態では、インプランタブルデバイス５１１が湾曲部材５０２の第１の部分５０２ａおよび第２の部分５０２ｂを外向きに屈曲させることによって埋め込まれることができ、それによって、分離のサイズを拡張し、神経５１４または他の糸状組織が分離５２０を通過し、湾曲部材５０２によって形成される円筒形空間内に適合することを可能にする。湾曲部材５０２の第１の部分５０２ａおよび第２の部分５０２ｂは解放され得、これは湾曲部材５０２が神経５１４または他の糸状組織の周りを包むことを可能にする。

【0169】

図５に示すような複数の電極パッド５１８は神経５１４の外側にあるが、神経５１４の神経上膜と直接接触している。神経５１４は、いくつかの線維束５２２を含むことができる。いくつかの実施形態では、湾曲部材５０２内の電極パッド５１８が１つ以上の線維束５２２または神経線維の他のサブセットへの電気パルスの標的化された放出のために操作され得、および／または１つ以上の線維束５２２または神経線維の他のサブセットによって伝達される電気生理学的信号の標的化された検出のために操作され得る。例えば、電極パッド５１８は、ボディ５１２内に収容された集積回路５２４内の制御回路によって選択的に作動されて、１つ以上の線維束５２２を標的とする電気パルスを放出することができる。別の例では、電極パッド５１８が神経５１４内の１つ以上の線維束５２２によって伝達される電気生理学的信号を検出するために、制御回路によって操作される。いくつかの実施形態では、湾曲部材５０２が神経５１４または神経線維のサブセットによって伝達される電気生理学的信号を検出するように、または神経５１４に電気パルスを放出するように、または神経線維のサブセットに標的化されるように、または神経５１４または神経線維のサブセットによって伝達される電気生理学的信号を検出するように、および神経５１４に電気パルスを放出するように、または神経線維のサブセットに標的化されるように構成され得る。例えば、インプランタブルデバイス５１１は複数の湾曲部材（湾曲部材５０２を含む）を含むことができ、第１の湾曲部材は神経５１４または神経線維のサブセットによって伝達される電気生理学的信号を検出するように構成することができ、第２の湾曲部材は、神経５１４に電気パルスを放出するか、または神経線維のサブセットを標的とするように構成することができる。

【0170】

いくつかの実施形態では、湾曲部材５０２が選択された神経５１４または神経５１４を含む線維組織に係合するような大きさにすることができる。神経５１４は、脊髄または末梢神経であり得る。いくつかの実施形態では、神経５１４が自律神経または体性神経である。いくつかの実施形態において、神経５１４は、交感神経または副交感神経である。いくつかの実施形態において、神経５１４は、迷走神経、腸間膜神経、脾神経、坐骨神経、脛骨神経、陰部神経、腹腔神経節、仙骨神経、またはそのいずれかのブランチである。

【0171】

インプランタブルデバイス５１１上の湾曲部材５０２のサイズ、形状、および間隔は、インプランタブルデバイス５１１が係合する組織の種類とサイズに依存し得る。いくつかの実施形態では、インプランタブルデバイス５１１の２つ以上の湾曲部材が約０．２５ｍｍ以上（例えば、約０．５ｍｍ以上、約１ｍｍ以上、約２ｍｍ以上、約３ｍｍ以上、約４ｍｍ以上、約５ｍｍ以上、約６ｍｍ以上、または約７ｍｍ以上）離間される。いくつかの実施形態では、２つ以上の湾曲部材が約８ｍｍ以下の間隔（約７ｍｍ以下、約６ｍｍ以下、約５ｍｍ以下、約４ｍｍ以下、約３ｍｍ以下、約２ｍｍ以下、約１ｍｍ以下、または約０．５ｍｍ以下など）である。例として、２つ以上の湾曲部材は、約０．２５ｍｍ～約０．５ｍｍ、約０．５ｍｍ～約１ｍｍ、約１ｍｍ～約２ｍｍ、約２ｍｍ～約３ｍｍ、約３ｍｍ～約４ｍｍ、約４ｍｍ～約５ｍｍ、約５ｍｍ～約６ｍｍ、約５ｍｍ～約７ｍｍ、または約７ｍｍ～約８ｍｍ離間され得る。湾曲部材５０２の幅はまた、インプランタブルデバイス５１１のアプリケーションまたはインプランタブルデバイス５１１によって係合される組織に依存して変化し得る。いくつかの実施形態では、湾曲部材５０２の幅が約１００μｍ以上（約１５０μｍ以上、約２５０μｍ以上、約５００μｍ以上、約１ｍｍ以上、または約１．５ｍｍ以上など）である。いくつかの実施形態では、湾曲部材５０２の幅が約２ｍｍ以下（例えば、約１．５ｍｍ以下、約１ｍｍ以下、約５００μｍ以下、約２５０μｍ以下、または約１５０μｍ以下）である。いくつかの実施形態では、湾曲部材５０２の幅が約１００μｍ～約２ｍｍ(約１００μｍ～約１５０μｍ、約１５０μｍ～約２５０μｍ、約２５０μｍ～約５００μｍ、約５００μｍ～約１ｍｍ、約１ｍｍ～約１．５ｍｍ、または約１．５ｍｍ～約２ｍｍなど）である。湾曲部材５０２の内面は、神経５１４および／または糸状組織が通過する円筒状空間を形成する。湾曲部材５０２によって形成される円筒形空間の直径は、インプランタブルデバイス５１１が係合する標的神経および／または糸状組織に依存する。いくつかの実施態様において、湾曲部材５０２は直径が約５０μｍ～約１５ｍｍ(例えば、約５０μｍ～約１００μｍ、約１００μｍ～約２５０μｍ、約２５０μｍ～約５００μｍ、約５００μｍ～約１ｍｍ、約１ｍｍ～約１．５ｍｍ、約１．５ｍｍ～約２．５ｍｍ、約２．５ｍｍ～約５ｍｍ、約５ｍｍ～約１０ｍｍ、又は約１０ｍｍ～約１５ｍｍ）の円筒空間を形成する。

【0172】

いくつかの実施形態では、インプランタブルデバイス５１１がインプランタブルデバイス５１１を糸状組織に固定するように構成された１つ以上の追加の固定部材を含む。このような固定部材は例えば、インプランタブルデバイスを解剖学的構造（糸状組織もしくは神経、または糸状組織もしくは神経を取り囲む他の組織など）、ピン、またはクランプに縫合するためのループを含み得る。例えば、インプランタブルデバイス５１１は埋め込まれると、インプランタブルデバイス５１１の移動を制限するために、糸状組織または神経５１４、または糸状組織または神経を取り囲む組織に縫合され得る。

【0173】

いくつかの実施形態では、インプランタブルデバイス５１１の湾曲部材５０２が金属、金属合金、セラミック、シリコン、または非ポリマー材料を含むことができる。湾曲部材５０２は可撓性であってもよく、好ましくは、湾曲部材５０２が神経５１４および／または糸状組織の周りに配置され得るように、弾力性である。いくつかの実施形態では湾曲部材５０２または湾曲部材５０２の一部がエラストマーコーティングまたは非エラストマーコーティングでコーティングされ、これは好ましくは生体不活性であり、例えば、ポリジメチルシオロキサン（ＰＤＭＳ）、シリコン、ウレタンポリマー、ポリ（ｐ－キシリレン）ポリマー（ＰＡＲＹＬＥＮＥ（登録商標）の商品名で販売されているポリ（ｐ－キシリレン）ポリマーなど）、またはポリイミドである。湾曲部材５０２は、内面上に複数の電極パッド５１８を含むことができる。いくつかの実施形態では湾曲部材５０２の内側表面上の電極パッド５１８がエラストマーコーティングまたは非エラストマーポリマーコーティングでコーティングされないが、内側表面は導電性材料でコーティングされてもよい（例えば、電極パッドの電気特性を改善するためにＰＥＤＯＴポリマーまたは金属で電気めっきされてもよい）。したがって、いくつかの実施形態では、湾曲部材５０２の外面のみがコーティングでコーティングされる。任意選択で、コーティングは、ボディ５１２の筐体をさらにコーティングする。

【0174】

いくつかの実施形態では、複数の電極パッド５１８が３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０個以上の電極パッド、例えば、約３～約５０個の電極パッド、約３～約５個の電極パッド、約５～約１０個の電極パッド、約１０～約２５個の電極パッド、または約２５～約５０個の電極パッドを含むことができる。いくつかの実施形態では、複数の電極パッド５１８内の電極パッドが本明細書でさらに説明するように、目標とする電気パルス放出を可能にする制御回路によって選択的に作動させることができる。

【0175】

いくつかの実施形態では、電極パッド５１８がタングステン、白金、パラジウム、金、イリジウム、ニオブ、タンタル、またはチタンのうちの１つ以上（またはそれらのうちの１つ以上の合金）などの任意の適切な導電性材料を含むことができる。検出用電極パッドと刺激用電極パッドのデータは同じでも異なっていてもよい。電極パッド５１８のサイズおよび形状は、同じであっても異なっていてもよい。例えば、所与の湾曲部材５０２上の電極パッド５１８は同じまたは異なるサイズであってもよく、異なる湾曲部材上の電極パッドは同じまたは異なるサイズであってもよい。

【0176】

いくつかの実施形態では、インプランタブルデバイス５１１の電極パッド５１８が神経５１４と電気的に通信するように湾曲部材５０２によって配置される。いくつかの実施形態では、電極パッド５１８が神経５１４と直接接触していない（例えば、神経５１４の外側で間接的に接触していない）が神経５１４と電気的に通信している。いくつかの実施形態では、電極パッド５１８が神経５１４の約２ｍｍ以内（例えば、約１．８ｍｍ以内、約１．６ｍｍ以内、約１．４ｍｍ以内、約１．２ｍｍ以内、約１．０ｍｍ以内、約０．８ｍｍ以内、約０．６ｍｍ以内、約０．４ｍｍ以内、または約０．２ｍｍ以内）に配置される。いくつかの実施形態では、電極パッド５１８が１つ以上の位置で神経５１４の神経上膜を貫通するように構成される。例えば、電極パッド５１８は、神経上膜の貫通を可能にする針状であり得る。いくつかの実施形態では、電極パッド５１８が神経５１４、例えば神経５１４の神経上膜に直接接触する。

【0177】

いくつかの実施形態ではボディ５１２が筐体を含み、筐体は土台、１つ以上の側壁、および頂部を含むことができる。筐体は、超音波トランスデューサ５３０および集積回路５２４を囲むことができる。筐体は間質液が超音波トランスデューサ５３０または集積回路５２４と接触するのを防止するために、（例えば、はんだ付けまたはレーザ溶接によって）密閉されてもよい。筐体は好ましくは生体不活性金属（例えば、鋼またはチタン）または生体不活性セラミック（例えば、チタニアまたはアルミナ）などの生体不活性材料から作製される。筐体（または筐体の頂部）は、超音波が筐体を貫通することを可能にするように薄くてもよい。いくつかの実施形態では、筐体の厚さは約７５μｍ以下、約５０μｍ以下、約２５μｍ以下、または約１０μｍ以下など、約１００マイクロメートル（μｍ）以下の厚さである。いくつかの実施形態では、筐体の厚さは約５μｍ～約１０μｍ、約１０μｍ～約２５μｍ、約２５μｍ～約５０μｍ、約５０μｍ～約７５μｍ、または約７５μｍ～約１００μｍの厚さである。

【0178】

いくつかの実施形態ではインプランタブルデバイス５１１のボディ５１２が比較的小さく、これはインプランタブル医療デバイスにしばしば関連する組織炎症を制限しながら、快適かつ長期間の埋め込みを可能にする。いくつかの実施形態では、ボディ５１２の最長寸法が約５ｍｍ～約９ｍｍ、または約６ｍｍ～約８ｍｍなど、約１０ｍｍ以下である。

【0179】

いくつかの実施形態では、ボディ５１２が筐体内にポリマーなどのデータを含む。データは筐体の外部と筐体内の組織との間の音響インピーダンス不整合を低減するために、筐体内の空きスペースを埋めることができる。したがって、いくつかの実施形態によれば、ボディ５１２は、好ましくは空気または真空がない。

【0180】

いくつかの実施形態では、超音波トランスデューサ５３０が容量マイクロ機械加工超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）または圧電マイクロ機械加工超音波トランスデューサ（ＰＭＵＴ）などのマイクロ機械加工超音波トランスデューサを含むことができ、またはバルク圧電型トランスデューサを含むことができる。バルク圧電型トランスデューサは、水晶、セラミック、またはポリマーなどの任意の天然または合成材料とすることができる。バルクの圧電型トランスデューサ材料としては、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）、ジルコニウム酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）、酸化亜鉛（ＺＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、石英、ベリナイト（ＡｌＰＯ_４）、トパズ、ランガサイト（Ｌａ_３Ｇａ_５ＳｉＯ_１４）、オルソリン酸ガリウム（ＧａＰＯ_４）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ_３）、タングステン酸ナトリウム（Ｎａ_２ＷＯ_３）、ビスマスフェライト（ＢｉＦｅＯ_３）、フッ化ビニリデン（ジ）フッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ニオブ酸鉛－チタン酸鉛（ＰＭＮ－ＰＴ）が挙げられる。

【0181】

いくつかの実施形態では、バルク圧電型トランスデューサがほぼ立方体（すなわち、約１：１：１（長さ：幅：高さ）のアスペクト比）である。いくつかの実施形態では、圧電型トランスデューサが約７：５：１以上、または約１０：１０：１以上など、長さまたは幅アスペクトのいずれかにおいて約５：５：１以上のアスペクト比を有する板状である。いくつかの実施形態では、バルク圧電型トランスデューサが長く狭く、アスペクト比は約３：１：１以上であり、最長寸法は超音波バックスキャッタ波の方向（すなわち、偏光軸）に整列される。いくつかの実施形態では、バルク圧電型トランスデューサの１次元がトランスデューサの駆動周波数又は共振周波数に対応する波長（λ）の１／２に等しい。共振周波数において、トランスデューサのいずれかの面に衝突する超音波は、逆位相に達するために１８０°の位相シフトを受け、２つの面の間で最大の変位を引き起こす。いくつかの実施形態では、圧電型トランスデューサの高さは約１０μｍ～約１０００μｍ(約４０μｍ～約４００μｍ、約１００μｍ～約２５０μｍ、約２５０μｍ～約５００μｍ、または約５００μｍ～約１０００μｍなど）である。いくつかの実施形態では、圧電型トランスデューサの高さは約５ｍｍ以下（約４ｍｍ以下、約３ｍｍ以下、約２ｍｍ以下、約１ｍｍ以下、約５００μｍ以下、約４００μｍ以下、２５０μｍ以下、約１００μｍ以下、または約４０μｍ以下など）である。いくつかの実施形態では、圧電型トランスデューサの高さは長さが約２０μｍ以上（約４０μｍ以上、約１００μｍ以上、約２５０μｍ以上、約４００μｍ以上、約５００μｍ以上、約１ｍｍ以上、約２ｍｍ以上、約３ｍｍ以上、または約４ｍｍ以上など）である。

【0182】

いくつかの実施形態では、超音波トランスデューサ５３０が最長寸法において約５ｍｍ以下（例えば、約４ｍｍ以下、約３ｍｍ以下、約２ｍｍ以下、約１ｍｍ以下、約５００μｍ以下、約４００μｍ以下、２５０μｍ以下、約１００μｍ以下、または約４０μｍ以下）の長さを有する。いくつかの実施形態では、超音波トランスデューサ５３０が最長寸法において約２０μｍ以上（例えば、約４０μｍ以上、約１００μｍ以上、約２５０μｍ以上、約４００μｍ以上、約５００μｍ以上、約１ｍｍ以上、約２ｍｍ以上、約３ｍｍ以上、または約４ｍｍ以上）の長さを有する。

【0183】

いくつかの実施形態では、超音波トランスデューサ５３０が集積回路５２４との電気通信を可能にするために、２つの電極に接続される。第１の電極は超音波トランスデューサ５３０の第１の面に取り付けられ、第２の電極は超音波トランスデューサ５３０の第２の面に取り付けられ、第１の面および第２の面は超音波トランスデューサ５３０の反対側に、１つの寸法に沿って取り付けられる。いくつかの実施形態では、電極が銀、金、白金、白金黒、ポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ））、導電性ポリマー（導電性ＰＤＭＳまたはポリイミドなど）、またはニッケルを含む。いくつかの実施形態では、超音波トランスデューサ５３０の電極間の軸が超音波トランスデューサ５３０の運動に直交する。

【0184】

前述の説明は、例示的な方法、パラメータなどを記載している。しかしながら、そのような説明は本開示の範囲に対する限定として意図されておらず、代わりに、例示的な実施形態の説明として提供されることが認識されるべきである。上述の例示的な実施形態は、網羅的であること、または開示を開示された厳密な形態に限定することを意図していない。上記の教示に鑑みて、多くの修正および変形が可能である。実施形態は、開示された技術の原理およびそれらの実用的なアプリケーションを最も良く説明するために選択され、説明された。これにより、当業者であれば、考えられる特定の用途に適した様々な修正を加えて、本技術および様々な実施形態を最良に利用することができる。

【0185】

本開示および実施例は添付の図面を参照して十分に説明されてきたが、様々な変更および修正が当業者には明らかになることに留意されたい。そのような変更および修正は、特許請求の範囲によって定義される開示および実施例の範囲内に含まれるものとして理解されるべきである。本開示および実施形態の前述の説明では添付の図面を参照し、添付の図面には例示として、実施することができる特定の実施形態が示されている。他の実施形態および例を実施することができ、本開示の範囲から逸脱することなく変更を行うことができることを理解されたい。

【0186】

上記の説明は様々な要素を記述するために、用語第１、第２等を使用するが、これらの要素は用語によって制限されるべきではない。これらの用語は、１つの要素を別の要素から区別するためにのみ使用される。

【0187】

ここで、「約」または「ほぼ」という値またはパラメータへの基準はその値またはパラメータ自体に向けられたバリエーションを含み（かつ記述し）、例えば、「約Ｘ」を指す記述は、「Ｘ」の記述を含む。

【0188】

本明細書に記載される本発明の態様および変形は、「からなる」および／または「本質的にからなる」態様および変形を含むことが理解される。

【0189】

「埋め込み可能」および「埋め込まれた」という用語は対象物のどの部分も対象の表面を破らないように、対象に完全に埋め込まれているか、または完全に埋め込まれている対象を指す。

【0190】

「実質的に」という用語は、９０％以上を指す。例えば、神経の断面を実質的に取り囲む湾曲部材は、神経の断面の９０％以上を取り囲む湾曲部材を指す。

【0191】

「対象」および「患者」という用語は、本明細書ではヒトなどの脊椎動物を指すために互換的に使用される。

【0192】

用語「処置する」、「処置する」、および「処置する」は、本明細書中で同義的に使用され、少なくとも１つの症状の軽減、阻害、抑制、または排除による状態の改善、疾患または状態の進行の遅延、疾患または状態の再発の遅延、または疾患または状態の阻害を含む、疾患状態または状態に罹患した対象に利益を提供する任意のアクションをいう。

【0193】

値の範囲が提供される場合、その範囲の上限と下限との間の各介在値、およびその記載された範囲内の任意の他の記載または介在値は、本開示の範囲内に包含されることが理解されるべきである。記載された範囲が上限または下限を含む場合、それらのいずれかを除外する範囲もまた、本開示に含まれる。

【0194】

さらに、前述の説明で使用される単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は文脈が明確に指示しない限り、複数形も含むことが意図されることも理解されるべきである。本明細書で使用される用語「および／または」は関連する列挙された項目のうちの１つ以上の任意のおよびすべての可能な組合せを指し、包含することも理解されるべきである。さらに、用語「含む」、「備える」、および／または「備える」は本明細書で使用される場合、述べられた特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、構成要素、および／またはユニットの存在を指定するが、１つ以上の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、ユニット、および／またはそれらのグループの存在または追加を排除しないことが理解されるべきである。

【0195】

用語「ｉｆ」は文脈に応じて、「いつ」または「判定時に」または「判定時に」または「判定に応じて」または「検出に応答して」を意味すると解釈することができる。同様に、「判定されたかどうか」または「規定された条件または事象が検出されたかどうか」という語句は、文脈に応じて、「判定時に」または「判定時に」または「規定された条件または事象を検出すると」または「規定された条件または事象を検出したことに応答して」を意味すると解釈することができる。

【0196】

「実施形態」に関連して上述した特徴および選好は別個の選好であり、その特定の実施形態のみに限定されるものではなく、技術的に実現可能な他の実施形態からの特徴と自由に組み合わせることができ、特徴の好ましい組み合わせを形成することができる。この説明は当業者が本発明を実施し、使用することを可能にするために提示され、特許出願およびその要件の文脈で提供される。記載された実施形態に対する種々の変形は当業者に容易に明らかであり、本明細書の一般的な原理は、他の実施形態に適用されてもよい。したがって、本発明は、示された実施形態に限定されることを意図するものではなく、本明細書に記載された原理および特徴と一致する最も広い範囲を与えられるべきである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【国際調査報告】