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特表2024-511001電力消費の原位置での最適化を用いる能動植え込み型医療用デバイス（ＡＩＭＤ）

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(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】2024-03-12

(54)【発明の名称】電力消費の原位置での最適化を用いる能動植え込み型医療用デバイス（ＡＩＭＤ）

(51)【国際特許分類】

A61N 1/378 20060101AFI20240305BHJP

A61N 1/36 20060101ALI20240305BHJP

A61N 1/32 20060101ALI20240305BHJP

【ＦＩ】

A61N1/378

A61N1/36

A61N1/32

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023556493

(86)(22)【出願日】2021-03-24

(85)【翻訳文提出日】2023-11-06

(86)【国際出願番号】 EP2021057548

(87)【国際公開番号】W WO2022199808

(87)【国際公開日】2022-09-29

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】517285068

【氏名又は名称】シナジアメディカル

【氏名又は名称原語表記】ＳｙｎｅｒｇｉａＭｅｄｉｃａｌ

(74)【代理人】

【識別番号】110001302

【氏名又は名称】弁理士法人北青山インターナショナル

(72)【発明者】

【氏名】ドゲット，パスカル

(72)【発明者】

【氏名】ガルニエ，ジェローム

(72)【発明者】

【氏名】ボトキン，ヨアン

【テーマコード（参考）】

4C053

【Ｆターム（参考）】

4C053JJ02

4C053JJ11

4C053JJ21

4C053KK10

(57)【要約】

本発明は、組織の電気刺激のための能動植え込み型医療用デバイス（ＡＩＭＤ）において、ＡＩＭＤが、光電力（Ｐｏｐｔ）の光エネルギーパルスを送るための、封入ユニット内に収容された、光源（５３Ｌ）と、光エネルギーを封入ユニットの光源から組織結合ユニット（６０）へ伝達するための刺激光ファイバ（４１ｓ）と、を備え、組織結合ユニット（６０）が、電気回路（６２）に属する電極（６５）によって電気的に刺激されるべき組織に結合されるように構成されている、ＡＩＭＤにおいて、ＰＶユニットが、各ユニットが、並列に配置されたＰｐ個の光起電セル（ＰＶセル）を含む、直列に配置されたＵｓ個のユニットを含み、Ｕｓ及びＰｐ∈Ｎであり、且つＵｓｘＰｐ＝Ｎ＝一定であることと、電気回路（６２）が、Ｕｓの値を変更するように構成されたスイッチを含むことと、代替的に、又は付随して、光源（５３Ｌ）がアドレス指定可能な光エミッタアレイであることと、を特徴とするＡＩＭＤに関する。
【選択図】図５（ａ）

【特許請求の範囲】

【請求項1】

組織の電気刺激のための能動植え込み型医療用デバイス（ＡＩＭＤ）において、前記ＡＩＭＤが、
● 皮下に植え込まれるのに適しており、ハウジング（５０ｈ）を含む封入ユニット（５０）において、前記ハウジング（５０ｈ）が、
○ 光電力（Ｐｏｐｔ）の光エネルギーパルスを送るための、光源（５３Ｌ）に結合された植え込み型エネルギーパルス発生器（ＩＰＧ）（５１）、
○ 前記ＩＰＧ（５１）を活性化するための電力源（５２）において、変更可能な電池電力（Ｐｂａｔ）を発生するように構成された、電力源（５２）、
○ 前記ＩＰＧに、時間の関数としての所与の光電力（Ｐｏｐｔ）の光エネルギーパルスを送るよう命令するように構成された植え込み型コントローラ（５４）、
を内蔵する、封入ユニット（５０）と、
● 光エネルギーを前記封入ユニットの前記光源から組織結合ユニット（６０）へ伝達するための、前記光源に光学的に結合された近位端部、及び前記組織結合ユニット（６０）に結合された遠位端部を含む刺激光ファイバ（４１ｓ）を含む植え込み型エネルギー伝達ユニット（４０）と、
を備え、
● 前記組織結合ユニット（６０）が、皮下に植え込まれ、前記封入ユニット（５０）から分離された場所において組織に結合されるのに適しており、前記組織結合ユニット（６０）が、
○ 支持する絶縁支持部（６４）、
○ 所与の目標強度（Ｉｔ）の電気パルスを送るように構成された電気回路（６２）、を含み、前記電気回路（６２）が、
－前記光ファイバによって伝送された前記光エネルギーパルスを前記目標強度（Ｉｔ）の電気エネルギーパルスに変換するために前記光ファイバ（４１ｓ）の前記遠位端部と光学的に接触するように位置付けられた、Ｎ≧２個の光起電（ＰＶ）セル（６１ｐ）を含む光起電ユニット（ＰＶユニット）（６１）、
－前記電気エネルギーパルスをへ伝達するための電気導体、
－前記絶縁支持部が前記組織に結合されたときに前記組織と電気接触するように前記絶縁支持部（６４）上に装着された電極（６１）、
を含む、ＡＩＭＤにおいて、
● 前記ＰＶユニットが、各ユニットが、並列に配置されたＰｐ個の光起電セル（ＰＶセル）を含む、直列に配置されたＵｓ個のユニット、又は各ユニットが、直列に配置されたＰｓ個のＰＶセルを含む、並列に配置されたＵｐ個のユニットを含み、Ｕｓ、Ｕｐ、Ｐｐ、及びＰｓ∈Ｎであり、且つＵｓｘＰｐ＝ＵｐｘＰｓ＝Ｎ＝一定であることと、
● 前記電気回路（６２）が、Ｕｓ及びＵｐの値を変更するように構成されたスイッチを含むことと、
● 前記電気回路（６２）が、前記所与の目標強度（Ｉｔ）の前記電気パルスを生じさせるために必要とされる前記光エネルギーパルスの電力（Ｐｏｐｔ）が最小化されるよう、Ｕｓ又はＵｐの最適値を生じさせるべく前記スイッチを制御するように構成されたスイッチ制御モジュールを含むことと、
を特徴とするＡＩＭＤ。

【請求項2】

請求項１に記載のＡＩＭＤにおいて、Ｕｓ又はＵｐの前記最適値を決定するように構成された調節ユニットを備え、前記電気回路（６２）が、前記電極へ送られた前記電気パルスの電圧（ｕ）及び／又は強度（Ｉ）の値を測定するように構成された感知ユニットを含み、前記電圧（ｕ）及び／又は強度（Ｉ）の測定値が、Ｕｓ又はＵｐの前記値を最適化するために前記調節ユニットによって用いられることを特徴とするＡＩＭＤ。

【請求項3】

請求項２に記載のＡＩＭＤにおいて、前記調節ユニットが、以下のようにＵｓ又はＵｐの前記最適値を決定するように構成されている、すなわち、
● 前記光電力（Ｐｏｐｔ）の所与の値のために、前記ＡＩＭＤが植え込まれ、前記組織結合ユニット（６０）が組織に結合されている時に、前記目標強度（Ｉｔ）に対応する目標電圧（ｕｔ）を決定又は測定すること、
● 前記目標電圧（ｕｔ）の値よりも大きく、且つそれに最も近い最大電圧（ｕｍ１、ｕｍ２、ｕｍ４）を生じさせるＵｓ又はＵｐの最適値を決定すること、
● Ｕｓ又はＵｐの前記最適値を用いて、前記光エネルギーパルスの前記電力（Ｐｏｐｔ）を、前記目標強度（Ｉｔ）に到達するために必要とされる最適光電力（Ｐｏｐｔ１、Ｐｏｐｔ２、Ｐｏｐｔ４）に調整すること、
によって決定するように構成されていることを特徴とするＡＩＭＤ。

【請求項4】

請求項３に記載のＡＩＭＤにおいて、前記調節ユニットが、以下のように前記目標電圧（ｕｔ）を決定又は測定するように構成されている、すなわち、
● Ｕｓ＝Ｎ（又はＵｐ＝１）である前記ＰＶユニットの照射時に前記目標強度（Ｉｔ）の電流を生じさせることが知られた所与の光電力（Ｐｏｐｔ）の光パルスを発生して伝送し、前記目標電圧（ｕｔ）に対応する前記電極（６１）間の電圧を測定すること、或いは
● 前記光電力（Ｐｏｐｔ）の任意の所与の値のために、及びＵｓ＝Ｎ（又はＵｐ＝１）として、
○ 前記電極（６１）間の電圧（ｕ）及び強度（Ｉ）を測定し、
○ ｜Ｚ｜＝｜ｕ｜／｜Ｉ｜を用いてインピーダンス（Ｚ）を決定し、
○ ｜ｕｔ｜＝｜Ｚ｜ｘ｜Ｉｔ｜を用いて前記目標電圧（ｕｔ）を算出すること、
のどちらかによって決定又は測定するように構成されていることを特徴とするＡＩＭＤ。

【請求項5】

請求項１乃至４の何れか１項に記載のＡＩＭＤにおいて、前記光源（５１Ｌ）が、アドレス指定可能な光エミッタアレイ、好ましくは、アドレス指定可能なレーザエミッタダイオードの、より好ましくは、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）のアレイ、又はアドレス指定可能な発光ダイオード（ＬＥＤ）のアレイであり、前記光エミッタアレイが、１つずつ独立して、又はアパーチャのサブグループによってアドレス指定可能なＭ＞１個のアパーチャを含むことを特徴とするＡＩＭＤ。

【請求項6】

請求項３又は５に記載のＡＩＭＤにおいて、前記調節ユニットが、前記目標強度（Ｉｔ）を発生するための最適光電力値（Ｐｏｐｔ＝Ｐｏｐｔ１、Ｐｏｐｔ２、又はＰｏｐｔ４）を必要とするＵｓの前記最適値を決定すると、前記調節ユニットが、次に、前記最適光電力（Ｐｏｐｔ＝Ｐｏｐｔ１、Ｐｏｐｔ２、又はＰｏｐｔ４）を発生するために必要とされる前記電池電力（Ｐｂａｔ）を最小化するよう１度にアドレス指定されるアパーチャの最適数（ｍ≦Ｍ）を決定するように構成されていることを特徴とするＡＩＭＤ。

【請求項7】

組織の電気刺激のための能動植え込み型医療用デバイス（ＡＩＭＤ）において、前記ＡＩＭＤが、
● 皮下に植え込まれるのに適しており、ハウジング（５０ｈ）を含む封入ユニット（５０）において、前記ハウジング（５０ｈ）が、
○ 光電力（Ｐｏｐｔ）の光エネルギーパルスを送るための、光源（５３Ｌ）に結合された植え込み型エネルギーパルス発生器（ＩＰＧ）（５１）、
○ 前記ＩＰＧ（５１）を活性化するための電力源（５２）において、変更可能な電池電力（Ｐｂａｔ）を発生するように構成された、電力源（５２）、
○ 前記ＩＰＧに、時間の関数としての所与の電力（Ｐｏｐｔ）の光エネルギーパルスを送るよう命令するように構成された植え込み型コントローラ（５４）、
を内蔵する、封入ユニット（５０）と、
● 光エネルギーを前記封入ユニットの前記光源（５３Ｌ）から組織結合ユニット（６０）へ伝達するための、前記光源（５３Ｌ）に光学的に結合された近位端部、及び前記組織結合ユニット（６０）に結合された遠位端部を含む刺激光ファイバ（４１ｓ）を含む植え込み型エネルギー伝達ユニット（４０）と、
を備え、
● 前記組織結合ユニット（６０）が、皮下に植え込まれ、前記封入ユニット（６０）から分離された場所において組織に結合されるのに適しており、前記組織結合ユニット（６０）が、
○ 支持する絶縁支持部（６４）、
○ 所与の目標強度（Ｉｔ）の電気パルスを送るように構成された電気回路（６２）、を含み、前記電気回路（６２）が、
－前記光ファイバによって伝送された前記光エネルギーパルスを前記目標強度（Ｉｔ）の電気エネルギーパルスに変換するために前記光ファイバ（４１ｓ）の前記遠位端部と光学的に接触するように位置付けられた、１つ以上の光起電（ＰＶ）セル（６１ｐ）を含む光起電ユニット（ＰＶユニット）（６１）、
－前記電気エネルギーパルスをへ伝達するための電気導体、
－前記絶縁支持部が前記組織に結合されたときに前記組織と電気接触するように、前記絶縁支持部（６４）上に装着された電極（６１）、
を含む、ＡＩＭＤにおいて、
● 前記光源（５３Ｌ）が、アドレス指定可能な光エミッタアレイ、好ましくは、アドレス指定可能なレーザエミッタダイオードの、より好ましくは、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）のアレイ、又はアドレス指定可能な発光ダイオード（ＬＥＤ）のアレイであり、前記光エミッタアレイが、１つずつ独立して、又はアパーチャのサブグループによってアドレス指定可能なＭ＞１個のアパーチャを含むことと、
● 前記植え込み型コントローラ（５４）が、前記最適光電力（Ｐｏｐｔ）を発生するべく前記電池電力（Ｐｂａｔ）を最小化するよう、１度にアドレス指定されるアパーチャの最適数（ｍ≦Ｍ）を決定するように構成されていることと、
を特徴とするＡＩＭＤ。

【請求項8】

請求項１乃至７の何れか１項に記載のＡＩＭＤにおいて、前記封入ユニットと前記組織結合ユニットとの間でデータを送信するための通信ユニットを備え、前記通信ユニットが、
● 前記組織結合ユニットの前記電気回路（６２）に結合された光検出器（６３ｐ）及び／又は通信光源（６３Ｌｃ）、好ましくは、ＬＥＤ、
● 前記封入ユニット内に内蔵された前記植え込み型コントローラ（５４）に結合された光検出器（５３ｐ）及び／又は通信光源（５３Ｌｃ）、好ましくは、ＬＥＤ、並びに
● １本又は２本の通信光ファイバ、を含み、前記１本又は２本の通信光ファイバが以下のものとして構成されている、すなわち、
○ 前記刺激光ファイバ（４１ｓ）とは異なる、及び好ましくは、前記植え込み型エネルギー伝達ユニット（４０）内に含まれる単一の通信光ファイバ（４１ｃ）において、前記単一の通信光ファイバが、それぞれ、前記封入ユニット内に内蔵された前記光検出器（５３ｐ）及び／又は前記通信光源（５３Ｌｃ）と光学的に連通した前記封入ユニットに結合された近位端部、並びに前記組織結合ユニットの前記通信光源（６３Ｌｃ）及び／又は前記光検出器（６３ｐ）と光学的に連通した前記組織結合ユニットに結合された遠位端部を含む、単一の通信光ファイバ（４１ｃ）、或いは
○ ２本の通信光ファイバにおいて、
■ 前記刺激光ファイバ（４１ｓ）とは異なる、及び好ましくは、前記植え込み型エネルギー伝達ユニット（４０）内に含まれる第１の通信光ファイバにおいて、前記封入ユニット内に内蔵された前記光検出器（５３ｐ）と光学的に連通した前記封入ユニットに結合された近位端部、並びに前記組織結合ユニットの前記通信光源（６３Ｌｃ）と光学的に連通した前記組織結合ユニットに結合された遠位端部を含む、第１の通信光ファイバ、及び
■ 刺激光ファイバ（４１ｓ）及び第１の通信光ファイバのどちらとも異なる、及び好ましくは、前記植え込み型エネルギー伝達ユニット（４０）内に含まれる第２の通信光ファイバにおいて、前記封入ユニット内に内蔵された前記通信光源（５３Ｌｃ）と光学的に連通した前記封入ユニットに結合された近位端部、及び前記組織結合ユニットの前記光検出器（６３ｐ）と光学的に連通した前記組織結合ユニットに結合された遠位端部を含む、第２の通信光ファイバ、
を含む、２本の通信光ファイバ、
のうちのどちらかとして構成されていることを特徴とするＡＩＭＤ。

【請求項9】

請求項２又は８に記載のＡＩＭＤにおいて、前記調節ユニットが、
● 前記植え込み型コントローラ（５４）内に完全に統合されており、
○ 前記感知ユニットによって測定された前記電極へ送られた前記電気パルスの前記電圧（ｕ）及び／又は前記強度（Ｉ）の前記値、
○ 請求項３に記載のＡＩＭＤにおける、前記目標強度（Ｉｔ）に到達するためのＵｓ及びＰｐの前記最適値、
○ 前記最適光電力（Ｐｏｐｔ）、
を決定するように構成されているか、
● 前記組織結合ユニット（６０）の前記電気回路（６２）に属する結合部分を含み、
○ 前記感知ユニットによって測定された前記電極へ送られた前記電気パルスの前記電圧（ｕ）及び／又は前記強度（Ｉ）の前記値、
○ 請求項３又は４に記載のＡＩＭＤにおける、前記目標強度（Ｉｔ）に到達するためのＵｓ又はＵｐの前記最適値及び前記光エネルギーパルスの前記最適光電力（Ｐｏｐｔ）、
を決定するように構成されており、
前記封入ユニット（５０）内の前記植え込み型コントローラ（５４）に属する封入部分を含み、
○ 前記最適光電力（Ｐｏｐｔ）の前記光エネルギーパルスを発生するための請求項７に記載のＡＩＭＤにおけるアパーチャの前記最適数（ｍ）
を決定するように構成されていることを特徴とするＡＩＭＤ。

【請求項10】

請求項８又は９に記載のＡＩＭＤにおいて、前記封入ユニットと前記組織結合ユニットとの間で前記通信ユニットを介して送信される前記データが、
● 前記組織結合ユニットから前記封入ユニットへの、
○ 電気パルスが前記電極へ送られたことの確認、
○ 請求項２又は３に記載のＡＩＭＤ内の前記感知ユニットによって測定された前記電極へ送られた前記電気パルスの前記電圧（ｕ）及び／又は前記強度（Ｉ）の前記値、
○ 請求項３に記載のＡＩＭＤにおける、前記目標強度（Ｉｔ）を発生するための前記光エネルギーパルスの前記必要とされる光電力（Ｐｏｐｔ）の値、
のうちの１つ以上を含むもの、
● 前記封入ユニットから前記組織結合ユニットへの、
○ 前記目標強度（Ｉｔ）の前記値、
○ Ｕｓ又はＵｐの前記最適値、
のうちの１つ以上を含むもの、
のうちの１つ以上を含むことを特徴とするＡＩＭＤ。

【請求項11】

請求項９又は１０に記載のＡＩＭＤにおいて、電力を前記封入ユニット（５０）から前記組織結合ユニット（６０）へ伝達するための電力伝達ユニットを備え、前記電力伝達ユニットが、
● 前記組織結合ユニットの前記電気回路（６２）に結合された１つ以上の電力光起電セル（６１ｐ）、
● 前記封入ユニット内に内蔵された前記植え込み型コントローラ（５４）に結合された電力光源（５３Ｌｐ）、好ましくは、ＬＥＤ、並びに
● 好ましくは、前記植え込み型エネルギー伝達ユニット（４０）内に含まれる、前記刺激光ファイバ（４１ｓ）とは異なる、及び好ましくは、前記１本又は２本の通信光ファイバ（４１ｃ、４１ｃ１、４１ｃ２）とは異なる電力光ファイバ（４１ｐ）において、前記電力光ファイバ（４１ｐ）が、前記封入ユニット内に内蔵された前記電力光源（５３Ｌｐ）と光学的に連通した前記封入ユニットに結合された近位端部、及び前記電気回路（６２）に通電するための、前記組織結合ユニットの前記１つ以上の電力光起電セル（６１ｐ）と光学的に連通した前記組織結合ユニットに結合された遠位端部を含む、電力光ファイバ（４１ｐ）、
を含むことを特徴とするＡＩＭＤ。

【請求項12】

請求項１１に記載のＡＩＭＤにおいて、前記通信光源（５３Ｌｃ）が前記電力光源（５６Ｌ）と同じであり、前記電力光ファイバ（４１ｐ）が前記単一の通信光ファイバ（４１ｃ）と同じであるか、又は前記第２の通信光ファイバと同じであることを特徴とするＡＩＭＤ。

【請求項13】

請求項２、又は請求項２に従属するときの請求項３乃至１１の何れか１項に記載のＡＩＭＤにおいて、前記ＰＶユニットがＮｔ個のＰＶセルを包含し、前記調節ユニットが、Ｎ≦Ｎｔの異なる値を用いたＵｓ又はＵｐの前記最適値を決定するように構成されていることを特徴とするＡＩＭＤ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、患者の身体内に植え込まれるように構成された能動植え込み型医療用デバイス（ＡＩＭＤ（ａｃｔｉｖｅｉｍｐｌａｎｔａｂｌｅｍｅｄｉｃａｌｄｅｖｉｃｅ））に関する。本発明のＡＩＭＤは、エネルギーパルスをＩＰＧから電極へ伝達するための１つ以上のエネルギー伝達チェーンを備える光神経刺激器（＝光ＡＩＭＤ）である。各エネルギー伝達チェーンは、光パルスを放出するための光源、光パルスを伝達するための光ファイバ、及び電極間の目標強度（Ｉｔ）の電流を生み出すために光パルスを電気パルスに変換するための光起電（ＰＶ（ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ））ユニットを含む。本発明の光ＡＩＭＤは、電池電力（Ｐｂａｔ）消費を低減するために、電極間の測定インピーダンス（Ｚ）に応じて患者の身体内への光ＡＩＭＤの植え込み後にエネルギー伝達チェーンの微調整の原位置での最適化を可能にする。具体的には、本発明の光ＡＩＭＤは、一方では、ＰＶユニットを構成する光起電セル構成、及び、他方では、光源の構成の最適化を可能にする。ＰＶユニット及び光源のうちのいずれか一方又はその両方の原位置での最適化は電池電力消費の相当な低減をもたらす。

【背景技術】

【0002】

能動植え込み型医療用デバイス（ＡＩＭＤ）は、多数の障害、特に、神経障害を治療するために数十年にわたって用いられている。能動植え込み型医療用デバイス（ＡＩＭＤ）は、ＡＩＭＤが、組織を刺激すること、バイタルサインを監視すること、及び同様のことなどによって、それらが植え込まれた身体と能動的に相互作用するように構成されているという点で、ＲＦＩＤタグ及び同様のもののような（非能動）植え込み型医療用デバイス（ＩＭＤ）と区別される。概して、ＡＩＭＤは、植え込み物から、又はそれへエネルギーを伝達することができる。したがって、ＡＩＭＤは、概して、電池、好ましくは、再充電可能電池などの、電力源を内蔵している。

【0003】

主な種類のＡＩＭＤは、パーキンソン病、てんかん、慢性痛、運動障害などの多数の障害を診断若しくは治療すること、及び多くの他の適用のために、電気パルスを神経組織（例えば、迷走神経若しくは脳組織のような神経など）又は筋肉へ送る、神経刺激器から成る。治療対象の組織、使用される電極の種類、及び電極間の距離に応じて、植え込まれた電極間において必要とされる電圧は、概して、およそ１～１０Ｖである。このような電圧は、電気刺激を与える植え込み物が、概して、図１（ａ）に示されるように２つの別個の構成要素で形成されるような寸法の電気パルス発生器及び電池を必要とする。一方は、治療対象の組織上に直接植え込まれる電極であり、他方は、適用に応じて身体内の様々な場所において皮下に植え込まれ得る、より大きい寸法の、及び封入ユニット内に内蔵された、電気パルス発生器である。封入体は、頭蓋領域、鎖骨下領域、下腹部区域若しくは臀部領域、及び同様のもの内に植え込まれ得る。封入ユニットは、概して、その機械的特性のために、及び生体適合性及び容易な加工性などの、他の理由のために、チタン（合金）で作製される。しかし、チタンで作製された封入体は、ＲＦ、可視、及びＩＲ波長に対する透過性が低いか、又は透過性を有せず、ＭＲＩに適さず、熱及び撮像アーチファクトを発生する。一部の封入体は、可視及びＩＲ光に対して不透明又は透明な、セラミック材料で作製された。ポリマーが封入体のために試行されたが、それらは、概して、耐久性及び耐湿性を欠く。

【0004】

図１（ａ）に示されるように、その最も単純な形態において、エネルギーパルスを送るためのデバイスは、封入ユニットのハウジング内に収容された植え込み型パルス発生器（ＩＰＧ（ｉｍｐｌａｎｔａｂｌｅｐｕｌｓｅｇｅｎｅｒａｔｏｒ））、組織結合ユニット、及びエネルギーを電気若しくは光エネルギーの形態でＩＰＧから組織結合ユニットへ伝送するために組織結合ユニットをＩＰＧに結合するエネルギー伝達リードを備える。光神経刺激器などの光駆動式ＡＩＭＤ（＝光ＡＩＭＤ）は、光パルスを発生し、光ファイバを通じて光起電セルへ伝送し、光エネルギーを電気エネルギーに変換し、組織結合ユニットの電極間に電圧差を印加する特別な種類のＡＩＭＤであり、例えば、欧州特許第３１１３８３８（Ｂ１）号明細書に記載されている。光ＡＩＭＤは、とりわけ、それらが、導線を通して電極へ導通される電気パルスを発生する「従来の」神経刺激器よりも相当に高いＭＲＩ適合性を示すという点で、有利である。しかし、光神経刺激器は、対処されるべき多数の課題を有する。

【0005】

具体的には、「従来の」神経刺激器では、ＩＰＧによって発生された電気パルスは導線を通して電極へ直接伝送されるときに、光神経刺激器では、電気パルスは、エネルギー伝達チェーンにおいて、
● 光エネルギーパルスを発生するための、ＩＰＧに属し、封入ユニット内に収容された光源、
● 光エネルギーパルスをへ伝達するための窓の形態の光フィードスルー、
● 封入ユニットの光源をへの組織結合ユニットに光学的に接続する光ファイバ、
● 光エネルギーパルスを目標強度（Ｉｔ）の電気パルスに変換するための組織結合ユニットに属する光起電（ＰＶ）ユニット、及び
● 電極につながった短い導線、
を含む、エネルギー伝達チェーンを介して伝送される。

【0006】

「従来の」神経刺激器における電気パルスの直接伝送とは異なり、光神経刺激器（＝光ＡＩＭＤ）のエネルギー伝達チェーンは、注意深く最適化されなければ相当量になり得るエネルギー損失を様々な段階において発生する。ＩＰＧの光源によって発生された光パルスは、窓（時として光フィードスルーと称される）を通して封入ユニット外へ、及び光ファイバを介して組織結合ユニットへ伝送される。窓及び光ファイバはどちらも光エネルギーの部分を吸収又は反射する。これは、目標強度（Ｉｔ）の電流を電極において発生するために必要とされる光電力（Ｐｏｐｔ）の光パルスを伝送するために考慮されなければならない。電力（Ｐｏｐｔ）の光パルスは、光エネルギーを所与の強度の電流及び対応する電圧に変換する光起電セル（ＰＶセル）のアレイに照射する。エネルギー変換プロセスは、とりわけ、光起電セルの数及び性能によって、並びにアレイ内のそれらの構成によって制約される。所与の電力（Ｐｏｐｔ）の光パルスの、ＰＶセルによる、又はＰＶセルの所与のアレイによる、電極間の電流への転換は、図７に示される種類のＩ＝ｆ（Ｕ）（又は（Ｉ－ｕ））特性曲線によって支配される。ＰＶセル（のアレイ）の（Ｉ－ｕ）出力はＰＶセル（Ｉ－ｕ）特性曲線、Ｉ＝ｆ（ｕ）によって特徴付けられる。図７に、その一例が実線で示されている。ＰＶセル（アレイ）をその下流のインピーダンス（Ｚ）に接続することによって、電流（Ｉ）及び電圧（ｕ）が発生される。それらの値は、インピーダンス曲線（１／Ｚ）（図７、長破線参照）と（Ｉ－ｕ）特性曲線との交点によって規定される。（Ｐ－ｕ）曲線（図７、短破線参照）は、ＰＶセル又はＰＶセルアレイがどのぐらい効率的に利用されるかを指示する。（Ｐ－ｕ）曲線の極大点は、最大電力点又は最大効率点（ＭＰＰ（ｍａｘｉｍｕｍｐｏｗｅｒｐｏｉｎｔ））と呼ばれ、最大効率電圧（ｕｅ）において到達する最大効率電力（Ｐｅ）に対応する。ＰＶセル、又はＰＶセルの所与のアレイをできるだけ最大効率点（ＭＰＰ）の近くで用いることが明らかに望ましい。これは、伝統的に、ＰＶセルの下流のインピーダンス（Ｚ）の値を、最大効率電圧の値と等しい（又は少なくともそれよりも低く、且つできるだけそれに近い）（ｕｔ≦ｕｅ）、対応する目標電圧（ｕｔ）において（Ｉ－ｕ）曲線と交わるように変更することによって、所与の目標強度（Ｉｔ）を発生するための最大電力点に追従すること（＝ＭＰＰＴ、すなわち「最大電力点追従（ｍａｘｉｍｕｍｐｏｗｅｒｐｏｉｎｔｔｒａｃｋｉｎｇ）」）によって達成される。ＭＰＰＴは、例えば、太陽電池パネルの効率を最適化するために広範に用いられている。しかし、光ＡＩＭＤでは、ＰＶセル又は所与のＰＶセルアレイの下流のインピーダンスの値を制御すること、ましてや、変更することは可能でない。実際に、インピーダンス（Ｚ）は、とりわけ、一方では、患者によって当然異なる、組織の性質及び条件に依存し、他方では、組織結合ユニットを組織に植え込む外科医によって遭遇される条件、又は患者の動きに依存し得る、電極と、それらが結合された組織との間の電気接触に依存する。光ＡＩＭＤを植え込み、それを試験する前にインピーダンスの値を予測する手立てはない。これらの理由のために、上述されたとおりのＭＰＰＴは、光ＡＩＭＤにおけるＰＶセルの使用効率を最適化するために用いることができない。本文書では、分かりやすくするために、飽和まで強度が一定のままである、理想的な（Ｉ－ｕ）特性曲線が提示される。実際には、Ｉ（ｕ）が一定であるように表現された部分は、例えば、シャント抵抗のゆえに、水平から若干逸脱し、下方へ若干傾斜し得る。ｕの関数としてのＩのこのわずかな依存性は本議論に影響を与えず、当業者によって容易に考慮され得る。

【0007】

ＰＶセルの下流のインピーダンス（Ｚ）を制御する手立てはないので、インピーダンス（Ｚ）、及びそれゆえ、目標電圧（ｕｔ）の値は欠測しており、かなり広い範囲内で推定され得るのみであるため、ＰＶユニットは工場における生産の間にせいぜいある程度最適化することができるのみである。したがって、光ＡＩＭＤの生産者は、医師によって処方された目標強度（Ｉｔ）のパルスを必要とし、インピーダンス（Ｚ）の高い値を呈する第１の患者を、同じ強度（Ｉｔ）のパルスを必要とし、インピーダンス（Ｚ）のより低い値を呈する第２の患者と同じ光ＡＩＭＤを用いて治療することができることを確実にするために、ＰＶセルの特性を「特大サイズ」にしなければならない。したがって、光ＡＩＭＤは、少なくとも第２の患者に対しては最適以下で（すなわち、最大効率点（ＭＰＰ）から離れて）動作することになる。

【0008】

ＰＶユニットの場合と同様に、光源の最適化は、以下の理由のために、工場における生産の間にせいぜいある程度達成されるのみである。第１に、組織へ送られるべき電流の目標強度（Ｉｔ）は医師によって個々の場合に応じて決定され、治療対象の病理及び患者に依存する。第２に、組織へ送られるべき目標強度（Ｉｔ）の電流を発生するために光電力（Ｐｏｐｔ）が使用される効率は、とりわけ、最大効率点（ＭＰＰ）、ＰＶユニットを形成するＰＶセル又はＰＶセルアレイに対する電極間に含まれる組織の部分のインピーダンス（Ｚ）に依存する。目標強度（Ｉｔ）は、光ＡＩＭＤが特定の患者にあてがわれて初めて知ることができるのみであり、インピーダンス（Ｚ）は、光ＡＩＭＤが植え込まれ、患者において原位置で試験された後に判明することができるのみである。

【0009】

この場合も先と同様に、これらの理由のために、光神経刺激器は、概して、最悪のシナリオのために設計され、電極間のインピーダンス（Ｚ）の比較的高い値を仮定して、比較的高い強度の電流を分配することを可能にする。しかし、実際には、大抵の適用では、医師によって必要とされる目標強度の値、及び電極間で測定されるインピーダンスの値は、光神経刺激器が設計されたものよりも相当に低い。換言すれば、光神経刺激器が、推定電圧（ｕ０＝Ｚ０ｘＩ０）が最大効率電圧（ｕｅ）に近くなるよう、又はそれと等しくなるよう（すなわち、ｕｅ－ｕ０≒０）、推定インピーダンス（Ｚ０）のための、推定強度（Ｉ０）の電気パルスを送るように設計された場合には、この光神経刺激器は、目標強度（Ｉｔ＜Ｉ０）の電気パルスを用いて治療されるべき、測定インピーダンス（Ｚ＜Ｚ０）を有する患者において用いるには、それゆえ目標電圧の値が最大効率電圧の値からシフトすることになるため（すなわち、｜ｕｅ－ｕｔ｜＞０≒｜ｕｅ－ｕ０｜）、最適以下になるであろうことが明らかである。電力差、Ｉｔｘ｜ｕｅ－ｕｔ｜は、ＰＶセルの最適な使用に対する、熱及び同様のものの形で浪費及び消散される電力を表す。ｕｔ＝ｕｅである場合には、このとき、ＰＶセルに与えられる光電力は最適に使用される。

【0010】

例えば、光ＡＩＭＤは、およそＩ０＝３ｍＡの推定強度及びおよそ１．５ｋΩの推定インピーダンス（Ｚ０）のパルスを発生するように設計され得、対応する推定電圧、ｕ０＝１．５ｋΩ ｘ３ｍＡ＝４．５Ｖを生じさせる。しかし、大抵の場合は、およそ１ｍＡの目標強度（Ｉｔ）が医師によって処方され得、多くの患者では、およそ１ｋΩ（概して、０．３～１．５ｋΩに及ぶ）のインピーダンス（Ｚ）が測定され得、およそ１Ｖ（すなわち、ｕｔ＝１Ｖ＜ｕ０＝４．５Ｖ）の目標電圧（ｕｔ＝ＺｘＩｔ）の値をもたらすのみである。１．５ｋΩのインピーダンスを伴ってＩｔ＝３ｍＡの目標強度のパルスを発生するために設計された光ＡＩＭＤは、およそ４．５Ｖ（すなわち、ｕｅ≒４．５Ｖ）の最大効率電圧（ｕｅ）の値を有するＰＶユニットを設けられなければならない。このような光ＡＩＭＤは、１ｋΩのインピーダンスを伴ってＩｔ＝１ｍＡの目標強度のパルスを送るのに適しはするが、目標電圧（ｕｔ＝１Ｖ）が最大効率電圧（ｕｅ≒４．５Ｖ）から遠く離れることになるため、光ＡＩＭＤは、それゆえ、効率の観点から言えば、最適以下の条件で機能することになるであろう。したがって、ＰＶセルへ送られる光電力（Ｐｏｐｔ）の相当な部分は、目標強度（Ｉｔ）の電流を発生するために使用されず、その代わりに、熱及び同様のものの形で消散されるということになる。これは、仮に光ＡＩＭＤが効率の観点から最適条件で機能すれば必要とされるであろうものよりも高い電池電力（Ｐｂａｔ）が、目標強度（Ｉｔ）を電極へ送るために必要とされるという、植え込み型光ＡＩＭＤにとっての大きな欠点を有する。電池電力を節約することが光ＡＩＭＤにおける主要な目標になる。なぜなら、それは植え込み型光ＡＩＭＤの有効寿命を延ばし、再充電可能電池の場合には、それは、患者にとって非常に煩わしく、不快である、２つの充電セッション間の時間を増大させるからである。

【0011】

図１（ｅ）に示されるように、患者の組織内における電荷の蓄積を防止するために、刺激時間（ｔｓ）にわたる電極への目標強度（Ｉｔ）の電流の刺激パルス又は刺激パルス列の送信後に、回復時間（ｔｒ）にわたる回復強度（Ｉｒ）の回復パルスの送信が行われることが好ましい。回復パルスは、以下のようなものである。
● 比、Ｉｒ／Ｉｔ＜０、すなわち、回復強度は目標強度と反対の符号を有する、
● ｜Ｉｔ｜≧｜Ｉｒ｜、及び
● ｜Ｑｓ｜＝｜Ｉｔｘｔｓ｜≒｜Ｑｒ｜＝｜Ｉｒｘｔｒ｜、ここで、Ｑｓ及びＱｒは、それぞれ、組織上に堆積される刺激及び回復電荷である。

【0012】

刺激及び回復パルスを送信するための、封入ユニットと組織結合ユニットとの間のエネルギー伝達チェーンの重複を回避するために、刺激パルス及び回復パルスの両方を伝達するのに同じエネルギー伝達チェーンを用いること、すなわち、同じ光源、同じ光ファイバ、及び同じＰＶユニットを用いることが好ましい。しかし、｜Ｉｔ｜＞｜Ｉｒ｜であるため、推定強度（Ｉ０）よりも小さい目標強度（Ｉｔ）の刺激パルスのために最適以下で機能する最悪のシナリオ（すなわち、推定強度（Ｉ０）及び推定インピーダンス（Ｚ０）の高い値）のために事前に設計された光神経刺激器のエネルギー伝達チェーン（上述の説明参照）は、目標強度（Ｉｔ）よりも低い大きさの回復強度（Ｉｒ）（すなわち、Ｉｒ＜Ｉｔ＜Ｉ０）の回復パルスを伝達するために、よりいっそう最適でなくなる。これは、電池電力（Ｐｂａｔ）消費にとって、及び、究極的には、患者の快適性にとって有害である。

【0013】

本発明は、患者において直接測定された組織のインピーダンスに依存して植え込み型光ＡＩＭＤのエネルギー消費を低減するためのソリューションを提案する。我々の知るかぎり初めて、本発明の光ＡＩＭＤを用いることで、光ＡＩＭＤが患者に植え込まれた後に原位置でエネルギー伝達チェーンの最適化を完了することができる。本発明のこれら及び他の利点が続いて提示される。

【発明の概要】

【0014】

本発明は添付の独立請求項において定義される。好ましい実施形態は従属請求項において定義される。詳細には、本発明は、組織の電気刺激のための能動植え込み型医療用デバイス（ＡＩＭＤ）において、ＡＩＭＤが、
● 皮下に植え込まれるのに適しており、ハウジングを含む封入ユニットにおいて、ハウジングが、
○ 光電力（Ｐｏｐｔ）の光エネルギーパルスを送るための、光源に結合された植え込み型エネルギーパルス発生器（ＩＰＧ）、
○ ＩＰＧを活性化するための電力源において、変更可能な電池電力（Ｐｂａｔ）を発生するように構成された、電力源、
○ ＩＰＧに、時間の関数としての所与の光電力（Ｐｏｐｔ）の光エネルギーパルスを送るよう命令するように構成された植え込み型コントローラ、
を内蔵する、封入ユニットと、
● 光エネルギーを封入ユニットの光源から組織結合ユニットへ伝達するための、光源に光学的に結合された近位端部、及び組織結合ユニットに結合された遠位端部を含む刺激光ファイバを含む植え込み型エネルギー伝達ユニットと、
を備え、
● 組織結合ユニットが、皮下に植え込まれ、封入ユニットから分離された場所において組織に結合されるのに適しており、組織結合ユニットが、
○ 支持する絶縁支持部、
○ 所与の目標強度（Ｉｔ）の電気パルスを送るように構成された電気回路を含み、電気回路が、
－光ファイバによって伝送された光エネルギーパルスを目標強度（Ｉｔ）の電気エネルギーパルスに変換するために光ファイバの遠位端部と光学的に接触するように位置付けられた、Ｎ≧２個の光起電（ＰＶ）セルを含む光起電ユニット（ＰＶユニット）、
－電気エネルギーパルスをへ伝達するための電気導体、
－絶縁支持部が組織に結合されたときに組織と電気接触するように、絶縁支持部上に装着された電極、
を含むことを特徴とするＡＩＭＤに関する。

【0015】

本発明の要点は、
● ＰＶユニットが、各ユニットが、並列に配置されたＰｐ個の光起電セル（ＰＶセル）を含む、直列に配置されたＵｓ個のユニット、又は各ユニットが、直列に配置されたＰｓ個のＰＶセルを含む、並列に配置されたＵｐ個のユニットを含み、Ｕｓ、Ｕｐ、Ｐｐ、及びＰｓ∈Ｎであり、且つＵｓｘＰｐ＝ＵｐｘＰｓ＝Ｎ＝一定であることと、
● 電気回路が、Ｕｓ及びＵｐの値を変更するように構成されたスイッチを含むことと、
● 電気回路が、所与の目標強度（Ｉｔ）の電気パルスを生じさせるために必要とされる光エネルギーパルスの電力（Ｐｏｐｔ）が最小化されるよう、Ｕｓ又はＵｐの最適値を生じさせるべくスイッチを制御するように構成されたスイッチ制御モジュールを含むこと、である。

【0016】

好ましい実施形態では、ＡＩＭＤは、Ｕｓ又はＵｐの最適値を決定するように構成された調節ユニットを備え、電気回路は、電極へ送られた電気パルスの電圧（ｕ）及び／又は強度（Ｉ）の値を測定するように構成された感知ユニットを含み、電圧（ｕ）及び／又は強度（Ｉ）の測定値は、Ｕｓ又はＵｐの値を最適化するために調節ユニットによって用いられる。調節ユニットは、例えば、以下のようにＵｓ又はＵｐの最適値を決定するように構成され得る、すなわち、
● 光電力（Ｐｏｐｔ）の所与の値のために、ＡＩＭＤが植え込まれ、組織結合ユニットが組織に結合されている時に、目標強度（Ｉｔ）に対応する目標電圧（ｕｔ）を決定又は測定すること、
● 目標電圧（ｕｔ）の値よりも大きく、且つそれに最も近い最大電圧（ｕｍ１、ｕｍ２、ｕｍ４）を生じさせるＵｓ又はＵｐの最適値を決定すること、
● Ｕｓ又はＵｐの最適値を用いて、光エネルギーパルスの電力（Ｐｏｐｔ）を、目標強度（Ｉｔ）に到達するために必要とされる最適光電力（Ｐｏｐｔ１、Ｐｏｐｔ２、Ｐｏｐｔ４）に調整すること、
によって決定するように構成され得る。

【0017】

例えば、調節ユニットは、以下のように目標電圧（ｕｔ）を決定又は測定するように構成され得る、すなわち、
● Ｕｓ＝ＮであるＰＶユニットの照射時に目標強度（Ｉｔ）の電流を生じさせることが知られた所与の光電力（Ｐｏｐｔ）の光パルスを発生して伝送し、目標電圧（ｕｔ）に対応する電極（６１）間の電圧を測定すること、或いは
● 光電力（Ｐｏｐｔ）の任意の所与の値のために、及びＵｓ＝Ｎとして、
○ 電極（６１）間の電圧（ｕ）及び強度（Ｉ）を測定し、
○ ｜Ｚ｜＝｜ｕ｜／｜Ｉ｜を用いてインピーダンス（Ｚ）を決定し、
○ ｜ｕｔ｜＝｜Ｚ｜ｘ｜Ｉｔ｜を用いて目標電圧（ｕｔ）を算出すること、
のどちらかによって決定又は測定するように構成され得る。

【0018】

光源は、好ましくは、アドレス指定可能な光エミッタアレイ、好ましくは、アドレス指定可能なレーザエミッタダイオードの、より好ましくは、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）のアレイ、又はアドレス指定可能な発光ダイオード（ＬＥＤ）のアレイであり、光エミッタアレイは、１つずつ独立して、又はアパーチャのサブグループによってアドレス指定可能なＭ＞１個のアパーチャを含む。調節ユニットが、目標強度（Ｉｔ）を発生するための最適光電力値（Ｐｏｐｔ＝Ｐｏｐｔ１、Ｐｏｐｔ２、又はＰｏｐｔ４）を必要とするＵｓの最適値を決定すると、調節ユニットは、次に、最適光電力（Ｐｏｐｔ＝Ｐｏｐｔ１、Ｐｏｐｔ２、又はＰｏｐｔ４）を発生するために必要とされる電池電力（Ｐｂａｔ）を最小化するよう１度にアドレス指定されるアパーチャの最適数（ｍ≦Ｍ）を決定するように構成されている。

【0019】

また、本発明は、組織の電気又は光刺激のためのＡＩＭＤにおいて、ＡＩＭＤが、
● 皮下に植え込まれるのに適しており、ハウジングを含む封入ユニットにおいて、ハウジングが、
○ 光電力（Ｐｏｐｔ）の光エネルギーパルスを送るための、光源に結合された植え込み型エネルギーパルス発生器（ＩＰＧ）、
○ ＩＰＧを活性化するための電力源において、変更可能な電池電力（Ｐｂａｔ）を発生するように構成された、電力源、
○ ＩＰＧに、時間の関数としての所与の電力（Ｐｏｐｔ）の光エネルギーパルスを送るよう命令するように構成された植え込み型コントローラ、
を内蔵する、封入ユニットと、
● 光エネルギーを封入ユニットの光源から組織結合ユニットへ伝達するための、光源に光学的に結合された近位端部、及び組織結合ユニットに結合された遠位端部を含む刺激光ファイバを含む植え込み型エネルギー伝達ユニットと、
を備え、
● 組織結合ユニットが、皮下に植え込まれ、封入ユニットから分離された場所において組織に結合されるのに適しており、組織結合ユニットが、
○ 支持する絶縁支持部、
○ 所与の目標強度（Ｉｔ）の電気パルスを送るように構成されたオプトロード又は電気回路、を含み、オプトロード又は電気回路が、
－光ファイバによって伝送された光エネルギーパルスを目標強度（Ｉｔ）の電気エネルギーパルスに変換するために光ファイバの遠位端部と光学的に接触するように位置付けられた、１つ以上の光起電（ＰＶ）セルを含む光起電ユニット（ＰＶユニット）、
－電気エネルギーパルスをへ伝達するための電気導体、
－絶縁支持部が組織に結合されたときに組織と電気接触するように、絶縁支持部上に装着された電極、
を含むことを特徴とするＡＩＭＤに関する。

【0020】

ＡＩＭＤは、
● 光源が、アドレス指定可能な光エミッタアレイ、好ましくは、アドレス指定可能なレーザエミッタダイオードの、より好ましくは、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）のアレイ、又はアドレス指定可能な発光ダイオード（ＬＥＤ）のアレイであり、光エミッタアレイが、１つずつ独立して、又はアパーチャのサブグループによってアドレス指定可能なＭ＞１個のアパーチャを含むことと、
● 植え込み型コントローラが、最適光電力（Ｐｏｐｔ）を発生するべく電池電力（Ｐｂａｔ）を最小化するよう、１度にアドレス指定されるアパーチャの最適数（ｍ≦Ｍ）を決定するように構成されていることと、
を特徴とする。

【0021】

ＡＩＭＤは、以上において定義されたとおりの調節ユニットを備えることを備えることができ、調節ユニットは、
● 植え込み型コントローラ内に完全に統合されており、
○ 感知ユニットによって測定された電極へ送られた電気パルスの電圧（ｕ）及び／又は強度（Ｉ）の値、
○ 上述されたとおりのＡＩＭＤにおける、目標強度（Ｉｔ）に到達するためのＵｓ及びＰｐの最適値、
○ 上述されたとおりの最適光電力（Ｐｏｐｔ）、
を決定するように構成されているか、
● 組織結合ユニット（６０）の電気回路に属する結合部分を含み、
○ 感知ユニットによって測定された電極へ送られた電気パルスの電圧（ｕ）及び／又は強度（Ｉ）の値、
○ 請求項３又は４に記載のＡＩＭＤにおける、目標強度（Ｉｔ）に到達するためのＵｓ又はＵｐの最適値及び光エネルギーパルスの最適光電力（Ｐｏｐｔ）、
を決定するように構成されているか、
封入ユニット内の植え込み型コントローラに属する封入部分を含み、
○ 最適光電力（Ｐｏｐｔ）の光エネルギーパルスを発生するための以上において定義されたとおりのＡＩＭＤにおけるアパーチャの最適数（ｍ）
を決定するように構成されている。

【0022】

好ましい実施形態では、封入ユニットと組織結合ユニットとの間で通信ユニットを介して送信されるデータは、
● 組織結合ユニットから封入ユニットへの、
○ 電気パルスが電極へ送られたことの確認、
○ 上述されたとおりのＡＩＭＤ内の感知ユニットによって測定された電極へ送られた電気パルスの電圧（ｕ）及び／又は強度（Ｉ）の値、
○ 請求項３に記載のＡＩＭＤにおける、目標強度（Ｉｔ）を発生するために必要とされる光エネルギーパルスの光電力（Ｐｏｐｔ）の値、
のうちの１つ以上を含むもの、
● 封入ユニットから組織結合ユニットへの、
○ 目標強度（Ｉｔ）の値、
○ Ｕｓ又はＵｐの最適値、
のうちの１つ以上を含むもの、
のうちの１つ以上を含む。

【0023】

好ましい実施形態では、ＡＩＭＤは、電力を封入ユニットから組織結合ユニットへ伝達するための電力伝達ユニットを備え、電力伝達ユニットは、
● 組織結合ユニットの電気回路に結合された１つ以上の電力光起電セル、
● 封入ユニット内に内蔵された植え込み型コントローラに結合された電力光源、好ましくは、ＬＥＤ、並びに
● 好ましくは、植え込み型エネルギー伝達ユニット内に含まれる、刺激光ファイバとは異なる、及び好ましくは、１本又は２本の通信光ファイバとは異なる電力光ファイバにおいて、電力光ファイバが、封入ユニット内に内蔵された電力光源と光学的に連通した封入ユニットに結合された近位端部、及び電気回路に通電するための、組織結合ユニットの１つ以上の電力光起電セルと光学的に連通した組織結合ユニットに結合された遠位端部を含む、電力光ファイバ、
を含む。

【0024】

後者の実施形態のＡＩＭＤでは、通信光源）は電力光源と同じであり、電力光ファイバは単一の通信光ファイバと同じであるか、又は第２の通信光ファイバと同じである。

【0025】

ＡＩＭＤのＰＶユニットはＮｔ個のＰＶセルを包含し、調節ユニットは、好ましくは、Ｎ≦Ｎｔの異なる値を用いたＵｓ又はＵｐの最適値を決定するように構成されている。

【図面の簡単な説明】

【0026】

本発明の本質のより完全な理解のために、以下の詳細な説明を添付の図面と併せて参照する。

【0027】

【図1a】図１（ａ）は、本発明に係る光ＡＩＭＤの全体図を示す。

【図1b】図１（ｂ）は、図１（ａ）の光ＡＩＭＤの封入ユニットの図を示す。

【図1c】図１（ｃ）は、図１（ａ）の光ＡＩＭＤのエネルギー伝達ユニットの図を示す。

【図1d】図１（ｄ）は、図１（ａ）の光ＡＩＭＤの組織結合ユニットの図を示す。

【図1e】図１（ｅ）は、｜Ｑｓ｜＝｜Ｉｔｘｔｓ｜≒｜Ｑｒ｜＝｜Ｉｒｘｔｒ｜となった、刺激パルス、及びそれに続く回復パルスの一例を示す。

【図2a】図２（ａ）は、直列に配置されたＮ＝４個のＰＶセルを含むＰＶユニットを示す（Ｕｓ＝４、Ｐｐ＝１）。

【図2b】図２（ｂ）は、各ユニットが直列の２つのＰＶセルを含む、並列の２つのユニットの形で配置されたＮ＝４個のＰＶセルを含むＰＶユニットを示す（Ｕｓ＝２、Ｐｐ＝２）。

【図2c】図２（ｃ）は、並列に配置されたＮ＝４個のＰＶセルを含むＰＶユニット構成を示す（Ｕｓ＝１、Ｐｐ＝４）。

【図3a】図３（ａ）は、直列に配置されたＮ＝６個のＰＶセルを含むＰＶユニット構成を示す（Ｕｓ＝６、Ｐｐ＝１）。

【図3b】図３（ｂ）は、各ユニットが直列の３つのＰＶセルを含む、並列の２つのユニットの形で配置されたＮ＝６個のＰＶセルを含むＰＶユニット構成を示す（Ｕｓ＝３、Ｐｐ＝２）。

【図3c】図３（ｃ）は、各ユニットが直列の２つのＰＶセルを含む、並列の３つのユニットの形で配置されたＮ＝６個のＰＶセルを含むＰＶユニット構成を示す（Ｕｓ＝２、Ｐｐ＝３）。

【図3d】図３（ｄ）は、並列に配置されたＮ＝６個のＰＶセルを含むＰＶユニット構成を示す（Ｕｓ＝１、Ｐｐ＝６）。

【図4a】図４（ａ）は、Ｎ＝４個のＰＶセル、並びに図２（ａ）に示される構成を生じさせるようＵｓ及びＰｐの値が変更されることを可能にするスイッチを含む本発明に係るＰＶユニットの実施形態を示す。

【図4b】図４（ｂ）は、Ｎ＝４個のＰＶセル、並びに図２（ｂ）に示される構成を生じさせるようＵｓ及びＰｐの値が変更されることを可能にするスイッチを含む本発明に係るＰＶユニットの実施形態を示す。

【図4c】図４（ｃ）は、Ｎ＝４個のＰＶセル、並びに図２（ｃ）に示される構成を生じさせるようＵｓ及びＰｐの値が変更されることを可能にするスイッチを含む本発明に係るＰＶユニットの実施形態を示す。

【図5a】図５（ａ）は、インピーダンス（Ｚ１、Ｚ２、Ｚ４）の異なる値を伴う、図２（ａ）～図２（ｃ）に係るその構成に依存した、Ｎ＝４個のＰＶセルを含むＰＶユニットを特徴付けるＩ＝ｆ（ｕ）特性曲線の一例を示し、光電力、Ｐｏｐｔ＝Ｐ４は、目標強度（Ｉｔ）が、直列に配置されたＮ＝４個のＰＶセルの構成（Ｕｓ＝４、Ｐｐ＝１）のためのＩ＝ｆ（ｕ）特性曲線に適合するように設定されている。

【図5b】図５（ｂ）は、インピーダンスＺ１のために最適化されたＰＶユニット構成を示す。

【図5c】図５（ｃ）は、インピーダンスＺ２のために最適化されたＰＶユニット構成を示す。

【図5d】図５（ｄ）は、インピーダンスＺ４のために最適化されたＰＶユニット構成を示す。

【図5e】図５（ｅ）は、Ｎｔ＝５及びＮ＝４として、Ｐｏｐｔを節約するためにＮｔ個のうちの部分Ｎ個のＰＶセルのみを用いることが有利である、Ｉ＝ｆ（ｕ）又は（Ｉ－ｕ）特性曲線、曲線群の一例を示す。

【図5f】図５（ｆ）は、図５（ｅ）において特徴付けられるＮｔ＝５個のＰＶセルを包含するＰＶセルにおいてＵｓ＝２、Ｐｐ＝２を選択することによって、光電力（Ｐｏｐｔ）がどのように低減され得るのかを示す。

【図5g】図５（ｇ）は、植え込みを受けた患者の母集団内で測定されたインピーダンス（Ｚ）の値の密度分布の一例を示す。

【図6a】図６（ａ）は、１つずつ独立してアドレス指定可能なＭ＝８個のアパーチャを含むＶＣＳＥＬアレイを示す。

【図6b】図６（ｂ）は、アドレス指定されたアパーチャの数ｍの関数としての光エネルギー（Ｐｏｐｔ）の光パルスを放出するための図６（ａ）のＶＣＳＥＬの電池電力（Ｐｂａｔ）消費を示す。黒点は、光電力（Ｐｏｐｔ）の異なる値（Ｐｏｐｔ１、Ｐｏｐｔ２、Ｐｏｐｔ４）のための最も効率的なＶＣＳＥＬ構成（ｍの値）を指示する。

【図7】図７は、対（ｕｔ、Ｉｔ）を指示するＩ＝ｕ／Ｚ直線、及びＰＶユニットの効率を指示する曲線Ｐ＝ｕｘＩを含み、ｕｔ及びｕｅ値を示す、１つのＰＶセル、又はＰＶセルのアレイを含むＰＶユニットの典型的なＩ＝ｆ（ｕ）又は（Ｉ－ｕ）特性曲線を示す。

【図8a】図８（ａ）は、封入ユニットと組織結合ユニットとの間のエネルギー伝達チェーンの様々な実施形態を示す。

【図8b】図８（ｂ）は、封入ユニットと組織結合ユニットとの間のエネルギー伝達チェーンの様々な実施形態を示す。

【図8c】図８（ｃ）は、封入ユニットと組織結合ユニットとの間のエネルギー伝達チェーンの様々な実施形態を示す。

【発明を実施するための形態】

【0028】

本発明は、患者の身体内に植え込まれるように構成された能動植え込み型医療用デバイス（光ＡＩＭＤ）（１）を含むシステムに関する。図１（ａ）に示されるように、ＡＩＭＤは、少なくとも、患者の身体内に皮下に植え込まれるのに適した封入ユニット（５０）と、封入ユニット（５０）から分離された場所において皮下に植え込まれ、組織に結合されるのに適した組織結合ユニット（６０）と、封入ユニット（５０）を組織結合ユニット（６０）と光学的に連通させる刺激光ファイバ（４１ｓ）を含む植え込み型エネルギー伝達ユニット（４０）と、を備える。

【0029】

封入ユニット（５０）は、ＡＩＭＤを活性化するために必要とされるほとんどの要素を内蔵する。大部分の場合、それは、刺激対象の組織に直接隣接して植え込むには大きすぎるため、封入ユニットは、概して、刺激対象の組織から離れた場所において植え込まれる。例えば、封入ユニットは患者の鎖骨下領域内に植え込むことができる。図１（ｂ）に示されるように、封入ユニット（５０）はハウジング（５０ｈ）を含み、ハウジング（５０ｈ）は、
● 光電力（Ｐｏｐｔ）の光エネルギーパルスを送るための、光源（５３Ｌ）に結合された植え込み型エネルギーパルス発生器（ＩＰＧ）（５１）、
● ＩＰＧ（５１）を活性化するための電力源（５２）において、変更可能な電池電力（Ｐｂａｔ）を発生するように構成された、電力源（５２）、
● ＩＰＧに、時間の関数としての所与の光電力（Ｐｏｐｔ）の光エネルギーパルスを送るよう命令するように構成された植え込み型コントローラ（５４）、
を内蔵する。

【0030】

電力源（５２）は、例えば、再充電可能であるか、又はそうでない、電池又はスーパーキャパシタを含む植え込み型供給源であることができるか、或いはそれは、例えば、体外の発生源から発生された磁界にさらされると電流を誘導するように構成された誘導コイルを含む、外部供給源であることができる。後者は、しばしば、人工内耳において実施される。

【0031】

組織結合ユニット（６０）は、刺激対象の組織に直接結合されるように構成されている。図１（ｃ）に示されるように、組織結合ユニット（６０）は、
● 支持する絶縁支持部（６４）、
● 所与の目標強度（Ｉｔ）の電気パルスを送るように構成された電気回路（６２）、を含み、電気回路（６２）は、
○ 光ファイバによって伝送された光エネルギーパルスを目標強度（Ｉｔ）の電気エネルギーパルスに変換するために光ファイバ（４１ｓ）の遠位端部と光学的に接触するように位置付けられた、Ｎ≧２個の光起電（ＰＶ）セル（６１ｐ）を含む光起電ユニット（ＰＶユニット）（６１）、
○ 電気エネルギーパルスをＰＶユニットからへ伝達するための電気導体、
○ 絶縁支持部が組織に結合されたときに組織と電気接触するように、絶縁支持部（６４）上に装着された電極（６１）、
を含む。

【0032】

組織結合ユニット（６０）は、植え込み型エネルギー伝達ユニット（４０）に属する刺激光ファイバ（４１ｓ）を介して封入ユニットのＩＰＧ（５１）によって送られた光エネルギーパルスを受け取る。刺激光ファイバ（４１ｓ）は、光源（５３Ｌ）に光学的に結合された近位端部、及び組織結合ユニット（６０）に結合された遠位端部を含む。刺激光ファイバ（４１ｓ）は、光エネルギーを封入ユニット（５０）の光源（５３Ｌ）から組織結合ユニット（６０）へ伝達するように構成されている。

【0033】

上述の背景技術において説明されたように、光エネルギーパルスを封入ユニット（５０）から組織結合ユニット（６０）へ光学的に伝達し、光エネルギーパルスを電気パルスに変換することは、特に、エネルギー伝達チェーンのエネルギー損失の、数多くの課題に直面する。エネルギー伝達チェーンは、光パルスを放出するための光源、光パルスを伝達するための光ファイバ、及び電極間の目標強度（Ｉｔ）の電流を生み出すために光パルスを電気パルスに変換するための光起電（ＰＶ）ユニットで構成されている。

【0034】

電力源（５２）は、光ＡＩＭＤのエネルギー伝達チェーンに給電するための電池電力（Ｐｂａｔ）を供給する。電池電力（Ｐｂａｔ）は、上述されたとおりの任意の種類の電力源（５２）によって発生され得、電池に限定されない。エネルギー損失は電池電力（Ｐｂａｔ）の消費を増大させ、これは植え込み型ＡＩＭＤにとって大きな欠点である。本発明の光ＡＩＭＤは、所望の電流目標強度（Ｉｔ）を電極（６５）へ送るために必要とされる電池電力（Ｐｂａｔ）消費を、
● ＰＶユニット（６１）、及び／又は
● 光源（５３Ｌ）
を原位置で最適化することによって、低減することを可能にする。

【0035】

本発明の要点は、患者の身体内にすでに植え込まれた光ＡＩＭＤにおいて、ＰＶユニット（６１）及び光源（５３Ｌ）のどちらか又は両方を最適化することができることである。光源（５３Ｌ）が放出しなければならない光電力（Ｐｏｐｔ）、及びＰＶユニットが所望の目標電流を生じさせるために発生しなければならない目標電圧（ｖｔ）は、とりわけ、電極（６５）間で測定されたインペンデンス（ｉｍｐｅｎｄｅｎｃｅ）（Ｚ）に依存するため、これは非常に重要である。インピーダンス（Ｚ）の値は、植え込み型ＡＩＭＤを有する患者において直接測定することのみ可能である。なぜなら、それは、組織結合ユニット（６０）の電極（６５）が結合された組織の種類、サイズ、及び健康、並びに光ＡＩＭＤの外科的植え込み後に得られた電極と組織との間の実際の電気接触に依存するからである。本発明に係る光ＡＩＭＤのエネルギー伝達チェーンは、光ＡＩＭＤの損耗及び患者の動きを考慮するために、植え込み型光ＡＩＭＤの有効寿命おきに最適化することができる。我々の知るかぎり、植え込み型光神経刺激器のエネルギー伝達チェーンが原位置及び生体内で最適化されることを可能にするソリューションが提案されるのはこれが初めてである。

【0036】

ＰＶユニット（６１）の最適化
本発明の第１の態様では、エネルギー伝達チェーンは、電極（６５）間の目標強度（Ｉｔ）の電気パルスを発生するために必要とされる電池電力（Ｐｂａｔ）の消費を低減するべく、ＰＶユニット（６１）のレベルにおいて原位置で最適化することができる。本発明のＰＶユニット（６１）はＮ≧２個の光起電（ＰＶ）セル（６１ｐ）を含む。ＰＶユニットは、直列に配置された数Ｕｓ個のユニットを含む。Ｕｓ個のユニットの各々は、並列に配置された数Ｐｐ個の光起電セル（ＰＶセル）を含む。本発明のＰＶユニットを規定する、代替的な、だが等価な仕方は、ＰＶユニットが、並列に配置された数Ｕｐ個のユニットを含むというものである。Ｕｐ個のユニットの各々は、直列に配置された数Ｐｓ個のＰＶセルを含む。ユニットの数Ｕｓ、Ｕｐ、並びにＰＶセルのＰｐ、及びＰｓは正の自然（整）数、１、２、３、…であり（すなわち、Ｕｓ、Ｕｐ、Ｐｐ、及びＰｓ∈Ｎ）、且つＵｓｘＰｐ＝ＵｐｘＰｓ＝Ｎ＝一定である。以下において、議論は、通常、値Ｕｓ及びＮを用いることになる。Ｕｐ、Ｐｓ、及びＰｐの他の対応する値の値は、上述の関係、ＵｓｘＰｐ＝ＵｐｘＰｓ＝Ｎを通じて一義的に決定され得る。

【0037】

図２（ａ）～図２（ｃ）は、全てのＰＶセルが用いられるときの、Ｎ＝４個のＰＶセルを含むＰＶユニット（６１）の３つの可能な構成（Ｕｓ＝４、２、又は１）を示す。図２（ａ）では、Ｕｓ＝Ｎ＝４（及びＰｐ＝１）であり、直列に配置された４つのＰＶユニットの構成に対応する。図２（ｃ）では、Ｕｓ＝１（及びＰｐ＝Ｎ＝４）であり、並列に配置された４つのＰＶユニットの構成に対応する。図２（ｂ）では、Ｕｓ＝２（及びＰｐ＝２）であり、各ユニットが、並列に配置されたＰｐ＝２個のＰＶセルを含む、直列に配置されたＵｓ＝２個のユニットを有する（図２（ｂ）の左側の回路を参照）。図２（ｂ）の右側の等価回路は、各ユニットが、直列に配置されたＰｓ＝２個のＰＶセルを含む、並列に配置されたＵｐ＝２個のユニットという観点から最もうまく特徴付けられる。

【0038】

同様に、図３（ａ）～図３（ｄ）は、Ｎ＝６個のＰＶセルを含むＰＶユニット（６１）の４つの可能な構成（Ｕｓ＝６、３、２、又は１）を示す。図３（ａ）では、Ｕｓ＝Ｎ＝６（及びＰｐ＝１）であり、直列に配置された６つのＰＶユニットの構成に対応する。図３（ｄ）では、Ｕｓ＝１（及びＰｐ＝Ｎ＝６）であり、並列に配置された６つのＰＶユニットの構成に対応する。図３（ｂ）は、各ユニットが、並列に配置されたＰｐ＝２個のＰＶセルを含む、直列に配置されたＵｓ＝３個のユニットを有する、Ｕｓ＝３及びＰｐ＝２に対応するか、或いは、別の表現の仕方をすれば、各ユニットが、直列に配置されたＰｓ＝３個のＰＶセルを含む、並列に配置されたＵｐ＝２個のユニットを有する、Ｕｐ＝２及びＰｓ＝３に対応する構成を示す。同様に、図３（ｃ）は、各ユニットが、並列に配置されたＰｐ＝３個のＰＶセルを含む、直列に配置されたＵｓ＝２個のユニットを有する、Ｕｓ＝２及びＰｐ＝３に対応するか、或いは、別の表現の仕方をすれば、各ユニットが、直列に配置されたＰｓ＝２個のＰＶセルを含む、並列に配置されたＵｐ＝３個のユニットを有する、Ｕｐ＝３及びＰｓ＝２に対応する構成を示す。

【0039】

ＰＶユニット（６１）
図４（ａ）～図４（ｃ）に示されるように、電気回路（６２）は、Ｕｓ及びＵｐの値を変更するように構成されたスイッチ（Ｓ１～Ｓ６）を含む。電気回路（６２）は、所与の目標強度（Ｉｔ）の電気パルスを生じさせるために必要とされる光エネルギーパルスの電力（Ｐｏｐｔ）が最小化されるよう、Ｕｓ又はＵｐの最適値を生じさせるべくスイッチを制御するように構成されたスイッチ制御モジュールを含むことができる。スイッチ制御モジュールは、好ましくは、調節ユニットから受信された命令に従って、スイッチの位置（開／閉）を変更する。

【0040】

図４（ａ）～図４（ｃ）は、６つのスイッチ（Ｓ１～Ｓ６）を設けられた電気回路内に配置されたＮ＝４個のＰＶセル（６１ｐ１～６１ｐ４）を含むＰＶセルの一実施形態を示す。図４（ａ）は、直列に配置されたＮ＝４個のＰＶセルの構成をもたらすスイッチ構成を示す。これは、Ｕｓ＝４及びＰｐ＝１（或いはＵｐ＝１及びＰｓ＝４）である、図２（ａ）に示される構成に対応する。

【0041】

図４（ａ）の回路の全てのスイッチ（Ｓ１～Ｓ６）を切り替えることによって、Ｕｓ＝１及びＰｐ＝４（或いはＵｐ＝４及びＰｓ＝１）である図２（ｃ）の構成に対応する、Ｎ＝４個のＰＶセルが並列に配置された、図４（ｃ）に示されるとおりの回路が得られる。図４（ｂ）は、各ユニットが、並列に配置されたＰｐ＝２個のＰＶセルを含む、並列に配置されたＵｓ＝２個のユニットを有する、Ｕｓ＝２及びＰｐ＝２（或いはＵｐ＝２及びＰｓ＝２）である図２（ｂ）に示されるものに対応する回路をもたらすために必要とされるスイッチ構成を示す。

【0042】

スイッチ構成（開／閉）はスイッチ制御モジュールによって変更され得る。

【0043】

Ｕｓ及びＰｐ（或いはＵｐ及びＰｓ）の最適化
スイッチ制御モジュールは、スイッチ構成がどのように変更されなければならないのかに関する命令を調節ユニットから受信することができる。調節ユニットは、Ｕｓ又はＵｐの最適値を決定するように構成されており、完全に封入ユニット（５０）内又は組織結合ユニット（６０）内に収容され得るか、或いはそれは、部分的に封入ユニット内に、及び部分的に組織結合ユニット内に収容されてもよい。調節ユニットが部分的又は完全に封入ユニット（５０）内に収容される場合には、命令をスイッチ制御モジュールへ伝送するための通信ユニットが必要とされる。電気回路（６２）は、電極へ送られた電気パルスの電圧（ｕ）及び／又は強度（Ｉ）の値を測定するように構成された感知ユニットを含み得る。例えば、電極（６５）間の電圧を決定するために電圧比較器を用いることができる。電圧（ｕ）及び／又は強度（Ｉ）のかくして測定された値は、その後、調節ユニットによって、Ｕｓ又はＵｐの値を最適化するために用いられ得る。

【0044】

図５（ａ）は、Ｕｓの値に依存したＮ＝４個のＰＶセルを含むＰＶユニット（６１）の性能グラフの一例を示す。性能グラフは、ＰＶユニット（６１）内のＰＶセル（６１ｐ）の構成に依存した、ＰＶユニット（６１）が発生することができる電圧（ｕ）の関数としての電流強度（Ｉ）を示す。強度は、概して医師によって規定される目標強度（Ｉｔ）と等しくなければならない。図５（ａ）では、ＰＶユニット（６１）の性能はＰＶセルの（すなわち、Ｕｓの値の）構成に依存して相当に変化することを見ることができる。例えば、Ｕｓ＝４（すなわち、全てのＮ＝４個のＰＶセルが直列に配置されている）によって特徴付けられるＰＶユニットは、低い強度（Ｉ）のために最も大きい電圧（ｕ）を生じさせる。図７、及び上述の背景技術におけるそれに関する説明を参照すると、ＰＶユニット（６１）は、目標電圧（ｕｔ）が最大効率電圧（ｕｅ）と等しいか、又はそれに近く、且つそれより小さくなるよう（すなわち、ｕｔ≒ｕｅ）、ＰＶユニットの最適効率において、又はできるだけその近くで用いられなければならない。したがって、目標強度（Ｉｔ）を生じさせるために必要とされる目標電圧（ｕｔ）は、｜ｕｔ｜＝｜Ｚ｜ｘ｜Ｉｔ｜と定義されるため（図５（ａ）及び図５（ｄ）における傾き１／Ｚ４の直線の破線を参照）、Ｕｓ＝Ｎ＝４のこの構成は、インピーダンス（Ｚ＝Ｚ４）の高い値を発生する患者内に植え込まれた光ＡＩＭＤのために非常に適している。

【0045】

対照的に、Ｕｓ＝１（すなわち、全てのＮ＝４個のＰＶセルが並列に配置されている）によって特徴付けられるＰＶユニットは、より高い強度（Ｉ）の電流のために最も低い電圧（ｕ）を生じさせる。目標強度（Ｉｔ）を生じさせるために必要とされる目標電圧（ｕｔ）は、｜ｕｔ｜＝｜Ｚ｜ｘ｜Ｉｔ｜と定義されるため（図５（ａ）及び図５（ｂ）における傾き１／Ｚ１の直線の破線を参照）、この構成は、インピーダンス（Ｚ＝Ｚ１）の低い値を発生する患者内に植え込まれた光ＡＩＭＤのために非常に適している。

【0046】

最後に、Ｕｓ＝２の構成を用いることで中間の電圧（ｕ）及び強度（Ｉ）が得られる。したがって、この構成は、インピーダンス（Ｚ＝Ｚ２）の中間の値を発生する患者内に植え込まれた光ＡＩＭＤのために非常に適している。

【0047】

ＰＶユニットの全てのＰＶセルを用いた（Ｎ＝Ｎｔ）、Ｚの関数としてのＵｓの最適化
ＰＶユニットは数Ｎｔ個のＰＶセルで形成され、本発明は、Ｎ≦Ｎｔである、Ｎ個のＰＶセルを有するＵｓの最適値を決定することを目指す。本セクションでは、Ｕｓの最適値が、Ｎｔと等しい数Ｎ個のＰＶセルのために決定される、すなわち、ＰＶユニットの全てのＰＶセルが必ず用いられる、第１の実施形態が扱われる。

【0048】

図５（ａ）～図５（ｄ）に示される一実施形態では、調節ユニットは、以下のようにＵｓ（又はＵｐ）の最適値を決定するように構成されている、すなわち、
● 光電力（Ｐｏｐｔ）の所与の値のために、光ＡＩＭＤが植え込まれ、組織結合ユニット（６０）が組織に結合されている時に、目標強度（Ｉｔ）に対応する目標電圧（ｕｔ）を決定又は測定すること（例えば、電圧比較器を用いることができる）、
● 目標電圧（ｕｔ）の値よりも大きく、且つそれに最も近い最大電圧（ｕｍ１、ｕｍ２、ｕｍ４）を生じさせるＵｓ（又はＵｐ）の最適値を決定すること、
● 前のステップにおいて決定されたＵｓ（又はＵｐ）の最適値を用いて、光エネルギーパルスの電力（Ｐｏｐｔ）を、目標強度（Ｉｔ）に到達するために必要とされる最適光電力（Ｐｏｐｔ１、Ｐｏｐｔ２、Ｐｏｐｔ４）に調整すること、
によって決定するように構成されている。

【0049】

第１の実施形態では、目標電圧（ｕｔ）の決定又は測定は、Ｕｓ＝Ｎ（又はＵｐ＝１）であるＰＶユニットの照射時に目標強度（Ｉｔ）の電流を生じさせることが知られた所与の光電力（Ｐｏｐｔ）の光パルスを発生して伝送し、目標電圧（ｕｔ）に対応する電極（６１）間の電圧を測定又は決定することによって実施され得る。

【0050】

第２の実施形態では、目標電圧（ｕｔ）の決定又は測定は以下のように実施され得る。直列に配置されたＰＶユニットのＮ個のＰＶセル（６１ｐ）（すなわち、Ｕｓ＝Ｎ）に、光電力（Ｐｏｐｔ）の任意の所与の値（好ましくは、Ｕｓ＝Ｎのための目標強度（Ｉｔ）を生じさせるＰｏｐｔの値）の光ビーム照射し、Ｕｓ＝Ｎとして、
● 電極（６１）間の電圧（ｕ）及び強度（Ｉ）を測定し、
● ｜Ｚ｜＝｜ｕ｜／｜Ｉ｜を用いてインピーダンス（Ｚ）を決定し、
● ｜ｕｔ｜＝｜Ｚ｜ｘ｜Ｉｔ｜を用いて目標電圧（ｕｔ）を算出する。

【0051】

図５（ａ）を参照すると、ＰＶユニットは、直列に配置されたＮ＝４個のＰＶセル（すなわち、Ｕｓ＝４とラベル付けされた曲線）を用いて目標強度（Ｉｔ）を生じさせることが知られた光電力（Ｐｏｐｔ）を照射される。次に、インピーダンス（Ｚ）が測定又は決定される。図５（ａ）には、Ｉ＝ｕ／Ｚ直線の傾き１／Ｚ４の低い値を生じさせる高いインピーダンス（Ｚ４）、傾き１／Ｚ１の高い値を生じさせる低いインピーダンス（Ｚ１）、及び傾き１／Ｚ２の中間の値を生じさせる中間のインピーダンス（Ｚ２）を有する、インピーダンス（Ｚ１＜Ｚ２＜Ｚ４）の３つの例が示されている。

【0052】

電極（６５）において直接測定された、又は算出された、対応する目標電圧（ｕｔ１、ｕｔ２、ｕｔ４）の値は、Ｉ＝ｕ／Ｚｉ直線（ｉ＝１、２、又は４）と、Ｕｓ＝４であるＰＶユニットの（Ｉ－ｕ）特性曲線との（図５（ａ）における黒点によって示される）交点において、算術的に、又はグラフを使って決定することができる。

【0053】

最も低い値の光電力（Ｐｏｐｔ）が目標強度（ｉｔ）を発生することを必要とするＵｓの最適値は、対応するＰＶユニット構成の対応する最大効率電力（Ｐｅ）に最も近い、目標電圧（ｕｔ１、ｕｔ２、ｕｔ４）において測定された実際の電力（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ４）によって特徴付けられる、すなわち、目標電圧（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ４）における、最大効率電力（Ｐｅ）と、ＰＶユニットによって送られた実際の電力との差（ΔＰｅ＝Ｐｅ－Ｐｉ，ｉ＝１，２，４）が最も小さい、ＰＶセル（６１ｐ）の配置に対応するＵｓの値である。ΔＰｅは、最大効率電力（Ｐｅ）に対する効率損失として定義され得、最小化されなければならない。Ｕｓの最適値は、植え込みを受けた患者において測定されたインピーダンス（Ｚ）の対応する値のための最大効率電力（Ｐｅ）の少なくとも７０％、好ましくは、少なくとも８０％、より好ましくは、少なくとも９０％の実際の電力（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ４）を生じさせることが好ましい。

【0054】

したがって、このような構成では、ＰＶユニットは、対応する最大電圧（ｕｍ１、ｕｍ２、ｕｍ４）よりも高い電圧において目標電流（Ｉｔ）を発生することができないため、目標電圧（ｕｔ１、ｕｔ２、ｕｔ４）が、所与のＰＶユニット構成が発生することができる最大電圧（ｕｍ１、ｕｍ２、ｕｍ４）よりも小さいことが必要条件である（図５（ａ）参照）。例えば、インピーダンスがＺ＝Ｚ４である場合には（図５（ａ）における傾き１／Ｚ４の曲線を参照）、直列のＮ＝４個のＰＶセルの配置のみが、目標強度（Ｉｔ）を発生するために用いられ得る。この理由のために、図５（ｄ）は、インピーダンスＺ＝Ｚ４のために、Ｕｓの最適値は直列のＵｓ＝４個のＰＶセルであることをグラフで示す。光電力（Ｐｏｐｔ）は、その構成のための目標強度（Ｉｔ）を生じさせるように最初に設定されたので、変更されなくてもよい。

【0055】

図５（ａ）から、直列に配置されたＮ個のＰＶセルの構成（すなわち、Ｕｓ＝Ｎ）は、インピーダンス（Ｚ１、Ｚ２、Ｚ４）の全ての測定値のための目標強度を発生する能力を有することを認めることができる。これは、ＰＶユニットの全てのＰＶセルが直列に配置された（すなわち、Ｕｓ＝Ｎ）現況技術の光ＡＩＭＤは、Ｚ４以下のインピーダンスを有するあらゆる患者に植え込むことができることを説明する。しかし、インピーダンス（Ｚ１、Ｚ２）の、低い、又は中程度の値のための目標電圧（ｕｔ１、ｕｔ２）は、最大効率電圧（ｕｅ４）から遠く離れている（図５（ｂ）及び図５（ｃ）を図５（ｄ）と比較されたい）。したがって、Ｕｓ＝４の値は、Ｚ１又はＺ２のインピーダンスの、低い、又は中程度の値にとって最適以下と見えることになり、それゆえ、目標強度（Ｉｔ）の電流を発生するために必要であるよりも高い光電力（Ｐｏｐｔ）を必要とするであろう。それゆえ、光ＡＩＭＤの電池電力（Ｐｂａｔ）消費を低下させるために、Ｕｓの値の最適化が必要とされる。

【0056】

Ｕｓの異なる値のためのＰＶユニットの最大効率電力（Ｐｅ）を生じさせる最大効率電圧（ｕｅ１、ｕｅ２、ｕｅ４）の値は供給業者から知られる。調節ユニットは、目標電圧（ｕｔ１、ｕｔ２、ｕｔ４）の値を効率電圧の曲線と比較し、目標電圧（ｕｔ１、ｕｔ２、ｕｔ４）における実際の電力（Ｐｅ１、Ｐｅ２、Ｐｅ４）の対応する値を決定するように構成され得る。Ｕｓの最適値は、効率の最も高い値（ΔＰｅ＝Ｐｅ－Ｐｅｉの最も小さい値、ここで、ｉ＝１、２、又は４）を生じさせる構成を規定する値、すなわち、最大効率電力（Ｐｅ）の対応する値に最も近い値である。

【0057】

代替的に、Ｕｓの最適値は、以下のようにインピーダンス（Ｚ）を測定することなく決定することができる。調節ユニットは、Ｕｓの様々な値に切り替え、Ｕｓの値ごとにかくして発生された電流の強度を測定することができる。このプロセスは、目標電圧（ｕｔ）の（未知の）値の値よりも大きく、且つそれに最も近く、目標強度（Ｉｔ）の電流を発生する最大電圧値（ｕｍ１、ｕｍ２、ｕｍ４）を生じさせるＵｓの値を反復的に決定することを目指す。例えば、最大電圧の最も低い値（ｕｍ１）を生じさせる、Ｕｓ＝１によって規定される構成（すなわち、並列のＮ個のＰＶセル）から開始し、光電力（Ｐｏｐｔ）によるＰＶユニット（６１）の照射時に電極（６５）間で発生された電流強度を測定することができる。目標強度（Ｉｔ）の電流が測定された場合には、ｕｔ＝ＺｘＩを決定するために用いられる、ｕｔ又はＺの実際の値を測定することなく、目標電圧は、Ｕｓ＝１である（Ｉ－ｕ）特性曲線の対応する最大電圧よりも小さい（すなわち、ｕｔ＜ｕｍ１）と結論付けることができる。並列に配置されたＮ個のＰＶセルの配置（すなわち、Ｕｓ＝１、又はＵｐ＝Ｎ）の最大電圧（ｕｍ１）は、最大電圧（ｕｍ１、ｕｍ２、ｕｍ４）の最も小さい可能な値であるため、ＰＶユニットを、Ｕｓ＝１を選択することによるよりもさらに最適化することはできない。これは、測定インピーダンス（Ｚ）がＺ１（すなわち、低いインピーダンス値、ここで、Ｚ１＜Ｚ２＜Ｚ４）と等しかった、図５（ａ）及び図５（ｂ）における場合になるであろう。

【0058】

他方で、発生された電流が、ＰＶセル構成、Ｕｓ＝１）による目標強度（Ｉｔ）よりも小さい強度を有する場合には（すなわち、Ｉ＜Ｉｔ）、目標電圧（ｕｔ）は、並列のＮ個のＰＶセルを有するＰＶユニットの最大電圧（ｕｍ１）よりも高い（すなわち、Ｕｓ＝１においてはｕｔ＞ｕｍ１）と結論付けることができる。この場合には、インピーダンス（Ｚ）がこのＰＶセル構成のために高すぎるため、Ｕｓ＝１又はＵｐ＝ＮのＰＶセル構成は、目標強度（Ｉｔ）を発生するために用いることができない。最大電圧のより高い値（ｕｍ２、ｕｍ４）によって特徴付けられるＵｓの代替的な構成又は値が調節ユニットによって試験されなければならない。

【0059】

調節ユニットは、スイッチ制御に、最大電圧の２番目に低い値（ｕｍ２）を生じさせる、１＜Ｕｓ≦Ｎである構成に切り替えるように命令する。最も低い値は、Ｕｓ１（＝並列に配置されたＮ個のＰＶセル）に対応するｕｍ１である。

【0060】

図２（ｂ）、図４（ｂ）、図５（ａ）、及び図５（ｃ）に示されるように、Ｎ＝４個のＰＶセルについては、Ｕｓ＝１及びＵｓ＝４以外に残った構成が１つだけ存在する、すなわち、Ｕｓ＝２が存在する。Ｎ＞４については、Ｕｓ＝１とＵｓ＝Ｎとの間で利用可能な構成がより多く存在し得る。Ｎの関数としての構成の数は、関係、Ｕｓ＝Ｎ／Ｐｐによって決定される。ここで、Ｕｓ、Ｐｐ、及びＮ∈Ｎである。例えば、図３（ａ）～図３（ｄ）に示されるように、Ｎ＝６個のＰＶセルについては、Ｕｓ＝１とＵｓ＝Ｎ＝６との間に含まれる２つのさらなる構成、すなわち、図３（ｂ）及び３（ｃ）にそれぞれ示される、Ｕｓ＝２、及びＵｓ＝３が存在する。同様に、Ｎ＝１２である場合には、１と１２との間に含まれるＵｓのいくつかの値、すなわち、２、３、４、及び６が存在し得る。分かりやすくするため、及び簡潔にするために、以下のステップはＮ＝４のために説明される。当業者は本方法をＮの異なる値のために容易に外挿することができる。Ｕｓの利用可能な値がＮの値の関数として表１に列挙されている。表１には、Ｕｓの利用可能な値の対応する数も指示されている。

【0061】

Ｕｓ＝２のための最大電圧（ｕｍ２）は目標電圧（ｕｔ）よりも小さい（すなわち、ｕｍ２＜ｕｔ）と結論付けられた場合には、このとき、同じ動作が、Ｕｓの異なる値を用いて繰り返され、最大電圧の２番目に低い値を生じさせる構成（すなわち、Ｎ＝４については、これはＵｓ＝２に対応する）を有するＰＶユニット（６１）の照射時に、電極（６５）間に発生された電流強度が測定される。電流が測定された場合には、目標電圧は、Ｕｓ＝２である、（Ｉ－ｕ）特性曲線の対応する最大電圧よりも小さい（すなわち、ｕｍ１＜ｕｔ＜ｕｍ２）と結論付けることができる。それゆえ、調節ユニットは、Ｎ＝４個のＰＶセル及びインピーダンスＺ２のために利用可能な最適なＰＶユニット構成はＵｓ＝２であると結論付けることができる。測定インピーダンス（Ｚ）がＺ２（すなわち、インピーダンスの中間の値Ｚ２、ここで、Ｚ１＜Ｚ２＜Ｚ４）と等しい、図５（ａ）及び図５（ｃ）に、この場合が示されている。

【0062】

他方で、かくして発生された電流が、目標強度よりも低い強度を有する場合には（すなわち、Ｉ＜Ｉｔ）、目標電圧（ｕｔ）は、Ｕｓ＝２においてＮ＝４個のＰＶセルを有するＰＶユニットの最大電圧（ｕｍ２）よりも高い、ｕｔ＞ｕｍ２）と結論付けることができる。この場合には、インピーダンス（Ｚ）が高すぎるため、Ｕｓ＝２のＰＶセル構成は、目標強度（Ｉｔ）を発生するために用いることができない。これは、測定インピーダンス（Ｚ）がＺ４（すなわち、インピーダンスの高い値Ｚ４、ここで、Ｚ１＜Ｚ２＜Ｚ４）と等しかった、図５（ａ）～図５（ｄ）における場合になるであろう。構成Ｕｓ＋１及び２にそれぞれ対応する最大電圧の値（ｕｍ１、ｕｍ２）が低すぎ、インピーダンスの過剰が電圧飽和を生じさせるため、目標強度（Ｉｔ）を発生することができなかったので、調節ユニットは、スイッチ制御に、最大電圧の３番目に低い値（ｕｍ４）を生じさせる、１＜Ｕｓ≦Ｎである構成に切り替えるように命令する。Ｎ＝４については、ｕｍの３番目の値は、全ての４個のＰＶセルが直列に配置された、Ｕｓ＝４の構成に対応するｕｍ４である。試験後に、目標強度（Ｉｔ）の電流が測定された場合には、このとき、Ｕｓ＝４はＵｓの最適値であり、目標強度（Ｉｔ）よりも低い強度の電流が測定された場合には、このとき、問題が存在する。電流が存在しないことは、傷害又は機能不全組織によって、或いは損傷した光ファイバなどのＡＩＭＤの問題、又は電極（６５）と刺激対象の組織との間の電気接触の問題によって説明され得るであろう。ＰＶセルの数（Ｎ）の他の値については、表１を参照されたい。

【0063】

Ｕｓの最適値が決定されると、上記のＰＶセル構成を用いて目標強度（Ｉｔ）を生じさせるように光電力（Ｐｏｐｔ＝Ｐｏｐｔ１、Ｐｏｐｔ２、又はＰｏｐｔ４）を適応させることができる。これが、それぞれ、Ｕｓ＝１、Ｕｓ＝２、及びＵｓ＝４における、インピーダンスＺ１、Ｚ２、及びＺ４の値のための図５（ｂ）～図５（ｄ）にそれぞれ示されている。

【0064】

表２は、インピーダンスの高い値（Ｚ４）と共に動作するよう寸法設定された直列に配置されたＵｓ＝Ｎ個のＰＶセルの単一ＰＶユニット構成を有する現況技術の光ＡＩＭＤと比較した、本発明に係る光ＡＩＭＤの最適化の可能性を明らかにする。以下の説明はＮ＝４個のＰＶセルを用いて示される。同じ結論をＮの異なる値に外挿することができることは明らかである。

【0065】

第１の患者において測定されたインピーダンスが高い場合には（図５（ａ）及び図５（ｄ）並びに表２におけるＺ４）、このとき、ＰＶユニット（６１）は、現況技術の光ＡＩＭＤの単一ＰＶユニット構成に対応する、構成Ｕｓ＝Ｎ＝４を取る。現況技術の光ＡＩＭＤを用いて目標強度（Ｉｔ）を発生するには、本発明の光ＡＩＭＤを用いる場合と同じ光電力（Ｐ４）が必要とされることになり、同じ電池電力（Ｐｂａｔ）消費を生じさせる。したがって、本発明の光ＡＩＭＤの光電力（ＰｏｐｔＩＮＶ）と現況技術の光ＡＩＭＤの光電力（ＰｏｐｔＰＡ）との比（ＰｏｐｔＩＮＶ／ＰｏｐｔＰＡ）は１００％である。２つの種類の光ＡＩＭＤは同様の条件で作動する。

【0066】

しかし、測定インピーダンス（Ｚ）がＺ４と同じ高さであるか、又はそれよりも高いことは統計的にまれである。これは、インピーダンスのより高い値については、目標強度よりも低い強度の電流がＰＶユニットによって発生されるので（すなわち、Ｚ＞Ｚ４⇒Ｉ＜Ｉｔ）、所与の光ＡＩＭＤモデルをできるだけ多くの患者症例において用いることができること（すなわち、「１つで全員に適合すること」）を確実にするために、生産者は、光ＡＩＭＤを、平均よりも相当に高いＺの値のために動作可能になるよう寸法設定しなければならないからであると説明される。確率密度（実線の曲線、左側の縦座標）及び累積密度（破線の曲線、右側の縦座標）を示す、図５（ｇ）にこれが示されており、植え込みを受けた患者のうちの大きな割合（例えば、少なくとも９０％）は、高いインピーダンス値（Ｚ４）よりも低い測定インピーダンス値を生じさせる（図５（ｇ）を参照）。Ｚ４よりも大きいインピーダンス値を示す１０％未満の患者については、インピーダンスのこのような高い値は、（ａ）刺激対象の組織の性質及び条件（例えば、傷害又は機能不全組織）に起因するのか、（ｂ）電極（６５）と刺激対象の組織との間の電気接触の質に起因するのか、（ｃ）光源（５３）と電極との間の重大なエネルギー損失を生じさせるエネルギー伝達チェーン内の欠陥に起因するのか、それとも（ｄ）光ＡＩＭＤの他の欠陥に起因するのかが調査されなければならない。図５（ｇ）の同じ確率密度を目標強度の値に適用することができ、患者のうちの９０％は、目標強度の高い値よりも低い目標強度を処方され、約１０％のみが、目標強度の高い値よりも高い強度のパルスを必要とする。

【0067】

大部分の患者については、インピーダンス（Ｚ）は、現況技術の光ＡＩＭＤが設計された高い値（Ｚ４）よりも小さく（すなわち、Ｚ１、Ｚ２＜Ｚ４）、現況技術の光ＡＩＭＤの直列に配置されたＵｓ＝Ｎ個のＰＶセルの単一ＰＶユニット構成は、同じ目標強度（Ｉｔ）を発生するために代替的なＰＶユニット構成よりも高い光電力（Ｐｏｐｔ＝Ｐ４）を必要とするため、高い値Ｚ４よりも低いインピーダンス値については最適以下になる。図５（ａ）及び図５（ｃ）並びに表２を参照すると、第２の患者において測定されたインピーダンスがＺ２＜Ｚ４であり、Ｕｓ＝２として構成されたＰＶユニットの最大電圧（ｕｍ２）よりも小さい目標電圧（ｕｔ２）の値を生じさせる場合には、このとき、各ユニットが、並列に配置された２つのＰＶセルを含む、直列に配置された２つのユニットの形で配置された同じＮ＝４個のＰＶセル（図２（ｂ）及び図４（ｂ）参照）は、光電力Ｐｏｐｔ＝Ｐ４の光ビームの照射時に目標強度の約２倍の高さの強度（Ｉｍ２≒２Ｉｍ１＝２Ｉｔ）の電流を発生するであろう（図５（ａ）参照）。これは、ＰＶユニットを、全てのＮ個のＰＶセルが直列に配置された現況技術の単一構成Ｕｓ＝Ｎから、ユニットが並列のＰＶセルの直列であるＵｓ＝２である混合構成へ切り替えることによって、目標強度（Ｉｔ）を生じさせるために、光電力（Ｐｏｐｔ）がそれに応じて値Ｐｏｐｔ＝Ｐｏｐｔ２≒Ｐｏｐｔ４／２に低減され得ることを意味する。これは電池電力（Ｐｂａｔ）の相当な低減をもたらす。比ＰｏｐｔＩＮＶ／ＰｏｐｔＰＡはおよそ５０％に低下する（表２参照）。

【0068】

同様に、Ｚ１＜Ｚ２＜Ｚ４である低いインピーダンスＺ１が第３の患者において測定され、Ｕｓ＝１（すなわち、全てのＮ個のＰＶセルが並列に配置されている）として構成されたＰＶユニットの最大電圧（ｕｍ１）よりも小さい目標電圧（ｕｔ１）の値を生じさせる場合には、このとき、並列に配置された同じＮ＝４個のＰＶセル（図２（ｃ）及び図４（ｃ）参照）は、光電力Ｐｏｐｔ＝Ｐ４の光ビームの照射時に目標強度の約４倍の高さの強度（Ｉｍ４≒４Ｉｍ１＝４Ｉｔ）の電流を発生するであろう（図５（ａ）参照）。これは、ＰＶユニットを、現況技術の単一構成、直列のＵｓ＝Ｎ個のＰＶセルから、Ｕｓ＝１（すなわち、全てのＮ個のＰＶセルが並列になっている）である混合構成へ切り替えることによって、目標強度（Ｉｔ）を生じさせるために、光電力（Ｐｏｐｔ）がそれに応じて値Ｐｏｐｔ＝Ｐｏｐｔ１≒Ｐｏｐｔ４／４に低減され得ることを意味する。これは電池電力（Ｐｂａｔ）の相当な低減をもたらす。比ＰｏｐｔＩＮＶ／ＰｏｐｔＰＡは、電池電力（Ｐｂａｔ）消費の約７５％の低減に対応する、およそ２５％に低下する（表２参照）。植え込みを受けた患者において測定されたインピーダンス（Ｚ）の値に依存して、目標強度（Ｉｔ）を発生するために必要とされる光電力（Ｐｏｐｔ）は、Ｕｓの最適値を選択することによって、Ｕｓ＝Ｎにおける値（Ｐｏｐｔｎ）と、Ｕｓ＝１におけるおよそＰｏｐｔ１≒Ｐｏｐｔｎ／Ｎの値（Ｐｏｐｔ１）との間でオーダーＮで変化することができると結論付けることができる。

【0069】

ＰＶユニットのＰＶセルの全て又は部分（Ｎ≦Ｎｔ）を用いた、Ｚの関数としてのＵｓの最適化
前のセクションでは、ＰＶユニットの全てのＮｔ個のＰＶセルが、光電力（Ｐｏｐｔ）を目標強度（Ｉｔ）の電流に変換するために組織的に用いられるときの（すなわち、Ｎ＝Ｎｔ）、Ｕｓの決定が説明された。驚くべきことに、場合によっては、ＰＶユニットを形成するＮｔ個のＰＶセルのうちの１つ以上を遮断し、Ｎ＜Ｎｔである、Ｎ個のＰＶセルのみを代わりに用いることが有利になることがある。このような直観に反した構成は、ＰＶユニット内で利用可能なものよりも１つ以上少ないＰＶセルを用いることによって生じる強度（Ｉ）又は電圧（ｕ）の損失が、全てのＮｔ個のＰＶセルの代わりにＮ個のＰＶセルを用いることによって利用可能にされる追加の構成を用いて得られる利得によって補償される場合に、興味深いものになる。

【0070】

図５（ｅ）は、Ｎｔ＝５個のＰＶセルを含むＰＶユニットの異なる構成の（Ｉ－ｕ）特性曲線の一例を示す。上掲の表１（左）を参照すると、Ｎ＝５であるときには、２つの構成、すなわち、Ｕｓ＝１（すなわち、並列の５個のＰＶセル）及びＵｓ＝５（すなわち、直列の５個のＰＶセル）のみが利用可能である。これらの２つの構成は、図５（ｅ）において、「Ｎ＝５」から始まるラベルによって識別される。図５（ｅ）において長破線で示されるとおりのインピーダンス（Ｚ）を生じさせる、植え込みを受けた患者については、目標強度（Ｉｔ）の電流は、対応する電圧（ｕｔ）を伴って生み出され得、ΔＰｅ５＝Ｐｅ５－Ｐ５の高い値を伴う、かなり低い実際の電力（Ｐ５）を発生する。ここで、Ｐｅ５は、Ｕｓ＝５のための最大効率電力である。全てのＮｔ＝５個のＰＶセルが並列に配置された構成Ｕｓ＝１は、電圧飽和に到達するため、目標強度（Ｉｔ）の電流を生み出すことができないことは明らかである。

【0071】

ＰＶユニット内で利用可能なＮｔ＝５個のＰＶセルのうちの１つを使わず、Ｎ＝４個のＰＶセルのみを代わりに用いることによって、Ｎ＝５個のＰＶセルでは利用可能でなかったＵｓ＝２及びＰｐ＝２の追加の構成に手を伸ばすことが可能である。図５（ｅ）は、光電力（Ｐｏｐｔ＝Ｐｏｐｔ１）を用いるときに、強度、Ｉ＝２Ｉｔの電流が、この構成によって、より高い効率をもって生み出され得ることを示す。上述され、図５（ｆ）に示されるように、光電力（Ｐｏｐｔ＝Ｐｏｐｔ１）はおよそ２で除算され、構成Ｕｓ＝５を用いる場合よりも相当に低い効率損失ΔＰｅ２を伴って目標強度（Ｉｔ）の電流を生み出すことができる（すなわちΔＰｅ２＜ΔＰｅ５）。効率のこの利得は、ＰＶユニット内で実際に利用可能なものよりも１つ少ないＰＶセル（本例では、Ｎ＝４＜Ｎｔ＝５）を用いるにもかかわらず、光電力（Ｐｏｐｔ）がおよそ２で除算されることを可能にする。

【0072】

表１（右）は、Ｎ≦Ｎｔであるときに利用可能な、Ｕｓ及びＵｐの構成、並びに構成の数を列挙する。インピーダンス（Ｚ）の一部の値のために光電力（Ｐｏｐｔ）の節約を可能にする追加の構成をもたらすＮ＜Ｎｔの構成のみが列挙されている。これらは、各列内のハイフン（－）に続く数値によって特徴付けられる。

【0073】

したがって、上述されたとおりのＵｓ及びＰｐの値の最適化はまた、Ｕｓ及びＰｐの最も有利な値、すなわち、目標強度（Ｉｔ）の電流を発生するために必要とされる最も低い光電力（Ｐｏｐｔ）をもたらす値を生じさせるための、ＰＶユニット内の利用可能なＮｔ個のＰＶセルのうちのＮ個のＰＶセルの最善の値を決定することを含むことができる。したがって、ＰＶユニットのスイッチ構成は、Ｎｔの値に応じて、１つ以上（＝Ｎｔ－Ｎ）のＰＶセルをＮｔ個のＰＶセルのうちの残りのものから隔離することを可能にすることができる（表１、右参照）。それゆえ、スイッチ制御モジュールは、Ｎｔ個のＰＶセルを用いては利用可能でない、且つ有利になり得る構成Ｕｓ及びＰｐを提供するＰＶセルの数Ｎに手を伸ばすべく、（Ｎｔ－Ｎ）個のＰＶセルを隔離又はマスキングするための命令を調節ユニットから受信することができる。Ｕｓ及びＵｐの最適値は、Ｎ≦Ｎｔの異なる値を用いて、上述されたように実施され得る。

【0074】

光源（５３）の最適化
本発明の第２の態様では、エネルギー伝達チェーンは、目標強度（Ｉｔ）の電気パルスを発生するために必要とされる電池電力（Ｐｂａｔ）の消費を低減するべく、光源（５３）のレベルにおいて原位置で最適化することができる。目標強度（Ｉｔ）を発生するために必要とされる光電力（Ｐｏｐｔ）の値は、測定インピーダンス（Ｚ）の値に依存して、本発明に係るＡＩＭＤを用いて著しく変化し得るであろうことが説明されたｓｕｒａ。

【0075】

さらに、及び光ＡＩＭＤが、上述されたようにＰＶユニットを最適化する能力を有するか否かにかかわらず、光源（５３）によって発生されるべき光電力（Ｐｏｐｔ）は広範囲にわたって変化し得る。上述のセクション、背景技術において図１（ｅ）を参照して説明されたように、患者の組織内における電荷の蓄積を回避するために、Ｉｔｘｔｓ≒－（Ｉｒｘｔｒ）となるよう、目標強度（Ｉｔ）の刺激パルスを刺激時間（ｔｓ）にわたって送信した後に、回復強度（Ｉｒ）の回復パルスを回復時間（ｔｒ）にわたって送信することが好ましい。伝達エネルギーチェーンの重複を回避するために、刺激パルス及び回復パルスを同じ光源（５３）から発生することが好ましい。回復強度（Ｉｒ）と目標強度（Ｉｔ）との比（｜Ｉｒ／Ｉｔ｜＝ｔｓ／ｔｒ）はおよそ１／２～１／５になり得る。したがって、単一のエネルギー伝達チェーンを用いて刺激パルス及び回復パルスを印加することは、およそ１／５になり得る｜Ｉｒ／Ｉｔ｜の範囲にわたって変化する光電力（Ｐｏｐｔ）を発生する能力を有する光源（５３）を必要とする。

【0076】

現況技術の光ＡＩＭＤは従来の光源を装備している。従来の光源は、単一の光エミッタ、又は非アドレス指定可能な光エミッタアレイである。典型的には、光エミッタは発光デバイス（ＬＥＤ（ｌｉｇｈｔｅｍｉｔｔｉｎｇｄｅｖｉｃｅ））又はレーザ源（例えば、ＶＣＳＥＬ）であることができ、単に、光源（５３）に供給される電池電力（Ｐｂａｔ）を変更するだけで、上述の範囲内に含まれる光電力（Ｐｏｐｔ）の必要値を発生する能力を有する。多くの場合、従来の光源によって消費される電池電力（Ｐｂａｔ）は、線形性が失われる最大電力に到達するまで、発生されるべき光電力（Ｐｏｐｔ）と共に実質的に線形的に変化するが、線形的に放出し始めるための閾値電池電力（Ｐｔｈ）を必要とする。しかし、従来の単一光エミッタ又は非アドレス指定可能な光エミッタアレイの代わりにアドレス指定可能な光エミッタアレイを光源（５３）として用いることによって、電池の消費を、発生される光電力（Ｐｏｐｔ）に線形的に比例するもの未満に低減することが可能である。

【0077】

図６（ａ）に示されるように、アドレス指定可能な光エミッタアレイは、独立して１つずつ、又はアパーチャのサブグループによってアドレス指定可能なＭ＞１個のアパーチャ（５３ａ）を含む。例えば、各アパーチャ（５３ａ）、又はアパーチャ（５３ａ）のグループは電気接点（５３ｅ）によって独立して制御され得る。アドレス指定可能な光エミッタアレイは、好ましくは、アドレス指定可能なレーザエミッタダイオードのアレイ、より好ましくは、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）のアレイである。それはまた、アドレス指定可能な発光ダイオード（ＬＥＤ（ｌｉｇｈｔｅｍｉｔｔｉｎｇｄｉｏｄｅ））のアレイであることもできる。例えば、米国特許第５３２５３８６号明細書に、アドレス指定可能なＶＣＳＥＬのアレイの一例が記載されている。

【0078】

図６（ｂ）は、Ｍ＝８個のアドレス指定可能なＶＣＳＥＬのアレイのうち組み合わせてアドレス指定されるアパーチャの数（ｍ）の異なる値（ｍ＝２、４、６、及び８）のための光電力（Ｐｏｐｔ）を発生するために必要とされる電池電力（Ｐｂａｔ）を示す。アパーチャがアドレス指定されるたびに、対応するレーザを活性化するために、閾値電池電力がＶＣＳＥＬアレイに供給されなければならない。対応するｍ個のレーザが活性化されると、ＶＣＳＥＬアレイは、直線が湾曲して降下する上限まで、ＶＣＳＥＬアレイに供給される電池電力（Ｐｏｐｔ）と共に実質的に線形的に増大する光電力（Ｐｏｐｔ）の光を発生する。発生されるべき光電力（Ｐｏｐｔ）がｍ個のアパーチャの上限よりも高い場合には、このとき、同時にアドレス指定されるアパーチャの数（ｍ＋１）を増大させ、かくして、（ｍ＋１）個のアドレス指定されたアパーチャを用いて到達可能な光電力の対応する上限を、Ｐｏｐｔ（＝Ｐｏｐｔ１、Ｐｏｐｔ２、Ｐｏｐｔ４）の所望の値よりも高い値に増大させるために、追加のアパーチャ、又はアパーチャのグループがアドレス指定されなければならない。

【0079】

従来のＬＥＤ又はレーザ（すなわち、アドレス指定可能なアレイでない）は、全てのｍ＝Ｍ＝８個のアパーチャが、対応する閾値電池電力の閾値（Ｐｔｈ８）を伴い、同時にアドレス指定される場合と同様の電池電力（Ｐｂａｔ）の消費を呈するであろう。図６（ｂ）では、以上において図５（ａ）～図５（ｄ）を参照して説明されたようにインピーダンスの高い測定値（Ｚ４）を有して目標強度を発生するために必要とされる光電力（Ｐ４）については、全てのｍ＝Ｍ＝８個のアパーチャが同時にアドレス指定されなければならず、ＶＣＳＥＬなどの従来のレーザ及び一部の種類のＬＥＤによって必要とされるものと同様の電池電力（Ｐｂａｔ）消費を生じさせることを見ることができる。光電力のより低い値（Ｐｏｐｔ＝Ｐｏｐｔ１又はＰｏｐｔ２＜Ｐｏｐｔ４）については、全てのｍ＝Ｍ＝８個のアパーチャをアドレス指定するのではなく、ｍ＝２又はｍ＝４個のアパーチャのみをアドレス指定することによって、より少ない電池電力（Ｐｂａｔ）が必要とされることを見ることができる。図６（ｂ）に示されるように、アパーチャ、又はアパーチャのグループがアドレス指定されるたびに、電池電力（Ｐｂａｔ）の閾値電池電力値（Ｐｔｈ）が、レーザを活性化するために必要とされる。閾値電池電力値（Ｐｔｈ）は、ＶＣＳＥＬについては、アドレス指定される追加のアパーチャごとに、０．５～２ｍＡ／アパーチャの範囲内、例えば、およそ０．６又は０．７ｍＡ／アパーチャであり得る、閾値強度（Ｉｔｈ）に対応する。閾値は、アドレス指定されるアパーチャの数（ｍ）が増大させられるたびの曲線のシフトを説明する。一部のＶＣＳＥＬは、最大１０～２０ｍＡ／アパーチャ及びよりいっそう高いものなどの閾値強度のより高い値を有し得る。

【0080】

アドレス指定されるアパーチャ（５３ａ）の数（ｍ）が増大することに伴う、図６（ｂ）における曲線の電池電力（Ｐｂａｔ）のより高い値へ向かうシフトは、組み合わせてアドレス指定されるアパーチャの数（ｍ）の最適化を必要とする。黒点は、最も低い電池電力（Ｐｂａｔ）を必要とする光電力（Ｐｏｐｔ＝Ｐｏｐｔ１、Ｐｏｐｔ２、又はＰｏｐｔ４）の所与の値を発生するためにアドレス指定されるべきアパーチャの数（ｍ）を指示する。同じ光電力（Ｐｏｐｔ＝Ｐｏｐｔ１、Ｐｏｐｔ２、又はＰｏｐｔ４））が、白点によって指示される、異なる数（ｍ）のアパーチャを用いて発生され得るが、それらは、同じ光電力（Ｐｏｐｔ）を発生するために、黒点によって指示される数（ｍ）を用いる場合よりも高い電池電力（Ｐｂａｔ）を必要とする。閾値電流、Ｉｔｈ＝０．６ｍＡ／アパーチャである場合には、電池は、ｍ＝２個のアパーチャを活性化し始めるために、約Ｉｔｈ＝２ｘ０．６＝１．２ｍＡの閾値電流、及びｍ＝８個のアパーチャを活性化するために、約Ｉｔｈ＝８ｘ０．６＝４．８ｍＡの閾値電流を提供しなければならない。低いもの（＝Ｐｏｐｔ１）で発生されるべき光電力（Ｐｏｐｔ）である場合には、ｍ＝２個のアパーチャのみをアドレス指定すること（黒点参照）は、全てのｍ＝Ｍ＝８個のアパーチャが組み合わせてアドレス指定される場合（Ｐｏｐｔ＝Ｐｏｐｔ１における右側の白点参照）よりも消費が３．６ｍＡ少なくなるであろう。これは、図６（ｂ）に示される電池電力差ΔＰ８２に対応する。発生されるべき光電力Ｐｏｐｔ＝Ｐｏｐｔ２が、ｍ＝２個のアパーチャが発生することができる光電力よりも高い場合には、このとき、追加のアパーチャがアドレス指定されなければならない。図６（ｂ）では、ｍ＝４個のアパーチャが、光電力、Ｐｏｐｔ＝Ｐｏｐｔ２を発生するために最適である。光電力Ｐｏｐｔ４＞Ｐｏｐｔ２＞Ｐｏｐｔ１を発生するためには、ｍ＝８個のアパーチャがアドレス指定され得、現況技術のＡＩＭＤにおいて用いられる従来のＬＥＤ又はレーザと同じ電池電力（Ｐｂａｔ）を消費する。

【0081】

表３は、光電力（Ｐｏｐｔ）の高い値（Ｐｏｐｔ４）、中間の値（Ｐｏｐｔ２）、及び低い値（Ｐｏｐｔ１）を発生するための、従来の光源（ＬＥＤ又はＶＣＳＥＬ）を用いた現況技術の光ＡＩＭＤの電池電力（ＰｂａｔＰＡ）消費と、Ｍ＝８個のアパーチャ（５３ａ）を含むＶＣＳＥＬのアドレス指定可能なアレイを設けられた本発明に係る光ＡＩＭＤの電池電力（ＰｂａｔＩＮＶ）消費とを比較する。現況技術の光ＡＩＭＤの従来の単一アパーチャＶＣＳＥＬは、前者と等価の電力の、本発明に係る光ＡＩＭＤのＶＣＳＥＬアレイの全てのＭ＝８個のアパーチャを活性化するために必要とされる閾値電力（Ｐｔｈ８）と等しいＶＣＳＥＬを活性化するための閾値電力（Ｐｔｈ８）を必要とすることが仮定される。光源が、対応する閾値電力（Ｐｔｈ）をもって活性化されると、光電力は比例係数（α）をもって電池電力（Ｐｂａｔ）と共に線形的に増大する。光電力の高い値（Ｐｏｐｔ＝Ｐｏｐｔ４）を発生するために、本発明のＶＣＳＥＬアレイは、現況技術のＡＩＭＤの単一のＬＥＤ又はＶＣＳＥＬ（ＰｂａｔＰＡ）と同じ電池電力（ＰｂａｔＩＮＶ）を必要とし、ＰｂａｔＩＮＶ≒ＰｂａｔＰＡであることを見ることができる。しかし、光電力のより低い値（Ｐｂａｔ＝Ｐｏｐｔ１又はＰｏｐｔ２＜Ｐｏｐｔ４）を発生するためには、本発明の光ＡＩＭＤは、同時にアドレス指定されるアパーチャの数（ｍ）の最適値を選択することによって相当な電池電力の節約を可能にする。表３（右側の列）及び図６（ｂ）を参照すると、従来のＬＥＤ又はＶＣＳＥＬによって（Ｍ＝８個のＶＣＳＥＬの対応する非アドレス指定可能なアレイのＭ＝８個のアパーチャの等価物をアドレス指定することに対応する）、並びにｍ＝２又は４個のアパーチャをアドレス指定するＭ＝８個のＶＣＳＥＬのアレイによって、光電力（Ｐｏｐｔ＝Ｐｏｐｔ１又はＰｏｐｔ２＜Ｐｏｐｔ４）を発生するために必要とされる電池電力（Ｐｂａｔ）の差（ΔＰ８２、ΔＰ８４）は、それぞれ、ｍ＝２個のＶＣＳＥＬアパーチャ（５３ａ）を活性化するために必要とされる閾値電力（Ｐｔｈ２）の値の４倍又は２倍であることを見ることができる。

【0082】

組み合わせられた光源（５３）及びＰＶユニット（６１）の最適化
本発明の第３の態様では、エネルギー伝達チェーンは、電極（６５）間の目標強度（Ｉｔ）の電気パルスを発生するために必要とされる電池電力（Ｐｂａｔ）消費を低減するべく、組み合わせられた光源（５３）及びＰＶユニット（６１）の両方のレベルにおいて原位置で最適化することができる。本発明の第３の態様の光ＡＩＭＤは、上述されたとおりのＮ個のＰＶセルの構成の最適化を可能にするＰＶユニット（６１）と、光エミッタ（５３ａ）の、好ましくは、ＶＣＳＥＬの個々にアドレス指定可能なアレイを含む光源（５３）とを組み合わせる。調節ユニットが、目標強度（Ｉｔ）を発生するための最適光電力値（Ｐｏｐｔ＝Ｐｏｐｔ１、Ｐｏｐｔ２、又はＰｏｐｔ４）を必要とするＵｓの最適値を決定すると、調節ユニットは、次に、最適光電力（Ｐｏｐｔ＝Ｐｏｐｔ１、Ｐｏｐｔ２、又はＰｏｐｔ４）を発生するために必要とされる電池電力（Ｐｂａｔ）を最小化するよう１度にアドレス指定されるアパーチャの最適数（ｍ≦Ｍ）を決定するので、本実施形態は有利である。組み合わせられた光源（５３）及びＰＶユニット（６１）の両方のレベルにおけるエネルギー伝達チェーンの構成の原位置での最適化の組み合わせは、現況技術の光ＡＩＭＤと比べて相当な電池電力（Ｐｂａｔ）消費を節約することを可能にする（表２及び図３を組み合わせる）。

【0083】

調節ユニット
調節ユニットは、以上において、少なくとも、所与の患者のためのＵｓの最適値を決定するため、及び電気回路のスイッチ（Ｓ１～Ｓ６）を制御するためのスイッチ制御モジュールに、Ｕｓの最適値によって特徴付けられるＰＶユニット構成に到達するように命令するために説明された。調節ユニットは、
● 植え込み型コントローラ（５４）内に完全に統合され得るか、或いは
● 組織結合ユニット（６０）の電気回路（６２）に属する結合部分、及び植え込み型コントローラ（５４）に属する封入部分を含むことができる。

【0084】

調節ユニットが植え込み型コントローラ（５４）内に完全に統合され得る実施形態では、調節ユニットは、
● 感知ユニットによって測定された電極へ送られた電気パルスの電圧（ｕ）及び／又は強度（Ｉ）の値、
● 目標強度（Ｉｔ）に到達するために必要とされる光エネルギーパルスの電力、並びに／或いは
● 目標強度の電流を電極（６５）へ送るために必要とされる最適光電力（Ｐｏｐｔ）、
を決定するように構成されている。

【0085】

調節ユニットが結合部分及び封入部分を含む実施形態では、結合部分は、
● 感知ユニットによって測定された電極へ送られた電気パルスの電圧（ｕ）及び／又は強度（Ｉ）の値、
● 目標強度（Ｉｔ）に到達するためのＵｓ又はＵｐの最適値及び光エネルギーパルスの最適光電力（Ｐｏｐｔ）、
を決定するように構成され得る。

【0086】

封入部分は、目標強度（Ｉｔ）の電流を発生するために必要とされる光電力（Ｐｏｐｔ）の光エネルギーパルスを発生するための、アドレス指定可能な光エミッタのアレイを設けられたＡＩＭＤにおけるアパーチャの最適数（ｍ）を決定するように構成され得る。

【0087】

通信ユニット
上述されたように、調節ユニットは、組織結合ユニット（６０）内に収容された結合部分、及び封入ユニット内に収容された封入部分を含み得る。調節ユニットの結合及び封入部分は互いに通信することができなければならない。さらに、封入ユニット（５０）内の光源（５３）によって発生される光電力（Ｐｏｐｔ）は組織結合ユニット（６０）内のＰＶユニットの構成（Ｕｓ）に依存するため、ＰＶユニット（６１）の、及び光源（５３）の最適化は、封入ユニット（５０）と組織結合ユニット（６０）との間の情報交換を必要とする。したがって、光ＡＩＭＤは、図８（ａ）～図８（ｃ）に示されるように、封入ユニットと組織結合ユニットとの間でデータを送信するための通信ユニットを備えることが好ましい。

【0088】

通信ユニットは、封入ユニット（５０）から組織結合ユニット（６０）へ、又はその逆に１方向にデータを送信するように構成され得る。代替的に、通信ユニットは、封入ユニット（５０）から、及びそれへ、組織結合ユニット（６０）へ、及びそれから、２方向にデータを送信するように構成され得る。

【0089】

通信ユニットは、
● 組織結合ユニットの電気回路（６２）に結合された光検出器（６３ｐ）及び／又は通信光源（６３Ｌｃ）、好ましくは、ＬＥＤ若しくはレーザ（例えば、ＶＣＳＥＬ）、
● 封入ユニット内に内蔵された植え込み型コントローラ（５４）に結合された光検出器（５３ｐ）及び／又は通信光源（５３Ｌｃ）、好ましくは、ＬＥＤ、並びに
● １本又は２本の通信光ファイバ（４１ｃ、４１ｃ１、４１ｃ２）、
を含む。

【0090】

図８（ａ）に示される一実施形態では、刺激光ファイバ（４１ｓ）とは異なる、及び好ましくは、植え込み型エネルギー伝達ユニット（４０）内に含まれる、単一の通信光ファイバ（４１ｃ）が用いられる。単一の通信光ファイバ（４１ｃ）は、それぞれ、封入ユニット（５０）内に内蔵された光検出器（５３ｐ）及び／又は通信光源（５３Ｌｃ）と光学的に連通した封入ユニットに結合された近位端部、並びに組織結合ユニットの通信光源（６３Ｌｃ）及び／又は光検出器（６３ｐ）と光学的に連通した組織結合ユニット（６０）に結合された遠位端部を含む。図８（ａ）に示されるように、単一の通信光ファイバ（４１ｃ）を用いた２方向通信のために、封入ユニット（５０）内に収容された通信光源（５３Ｌｃ）及び光検出器（５３ｐ）が単一の通信光ファイバ（４１ｃ）の近位端部と対面している。同様に、組織結合ユニット（６０）内に収容された通信光源（６３Ｌｃ）及び光検出器（６３ｐ）が単一の通信光ファイバ（４１ｃ）の遠位端部と対面している。封入ユニット内及び組織結合ユニット内に収容された通信光源（５３Ｌｃ、６３Ｌｃ）は、データを含む光信号を放出する。組織結合ユニット内及び封入ユニット内に収容された光検出器（５３ｐ、６３ｐ）は光信号を各々受信し、それを、植え込み型コントローラ（５４）、又は調節ユニット、又は電気回路、又はスイッチ制御モジュールによって形成されるか、又はそれの部分であり得る処理ユニットへ伝達される電気信号に変換する。光検出器（５３ｐ、６３ｐ）は、光起電セルを含む、当技術分野において知られた任意の種類の光検出器であることができる。

【0091】

図８（ｂ）及び図８（ｃ）に示される代替的実施形態では、第１及び第２の通信光ファイバ（４１ｃ１、４１ｃ２）を含む、２本の通信光ファイバが用いられる。第１の通信光ファイバ（４１ｃ１）は刺激光ファイバ（４１ｓ）とは異なり、好ましくは、植え込み型エネルギー伝達ユニット（４０）内に含まれる。第１の通信光ファイバ（４１ｃ１）は、封入ユニット内に内蔵された光検出器（５３ｐ）と光学的に連通した封入ユニットに結合された近位端部、及び組織結合ユニットの通信光源（６３Ｌｃ）と光学的に連通した組織結合ユニットに結合された遠位端部を含む。

【0092】

第２の通信光ファイバ（４１ｃ２）は刺激光ファイバ（４１ｓ）とも第１の通信光ファイバ（４１ｃ１）とも異なり、好ましくは、植え込み型エネルギー伝達ユニット（４０）内に含まれる。第２の通信光ファイバ（４１ｃ２）は、封入ユニット内に内蔵された通信光源（５３Ｌｃ）と光学的に連通した封入ユニットに結合された近位端部、及び組織結合ユニットの光検出器（６３ｐ）と光学的に連通した組織結合ユニットに結合された遠位端部を含む。

【0093】

図８（ｂ）及び図８（ｃ）に示されるように、封入ユニット（５０）内に収容された通信光源（５３Ｌｃ）が第２の通信光ファイバ（４１ｃ２）の近位端部と対面しており、同じく封入ユニット（５０）内に収容された光検出器（５３ｐ）が第１の通信光ファイバ（４１ｃ１）の近位端部と対面している。同様に、組織結合ユニット（６０）内に収容された通信光源（６３Ｌｃ）が第１の通信光ファイバ（４１ｃ１）の遠位端部と対面しており、同じく組織結合ユニット（６０）内に収容された光検出器（６３ｐ）が第２の通信光ファイバ（４１ｃ２）の遠位端部と対面している。

【0094】

単一又は２本の別個の通信光ファイバ（４１ｃ、４１ｃ１、４１ｃ２）を含む通信ユニットの選定は多数のパラメータに依存する。単一の通信光ファイバ（４１ｃ）を含む通信ユニットはよりコンパクトであるが、データは、封入ユニット（５０）と組織結合ユニット（６０）との間で一方の方向に、他方の方向におけるデータの伝達と順次的な様態でのみ伝達され得る。２本の別個の通信光ファイバ（４１ｃ１、４１ｃ２）を含む通信ユニットは封入ユニット（５０）と組織結合ユニット（６０）との間の両方の方向におけるデータの同時伝達を可能にするが、２本の光ファイバが封入ユニット（５０）及び組織結合ユニット（６０）に結合されなければならないため、よりかさ高く、より高価である。

【0095】

通信ユニットを介して封入ユニットから組織結合ユニットへ送信されるデータは、
● 電極（６５）間で発生されるべき目標強度（Ｉｔ）の値、
● 調節ユニットが、少なくとも部分的に、封入ユニット内に収容される場合には、パルスを送信する前のＰＶユニットのＵｓ（若しくはＵｐ）の値、及び／又はＵｓ（若しくはＵｐ）の対応する値に到達するために必要とされるスイッチのステータス、
● 組織結合ユニットが２つを超える電極を含む場合には、目標強度の電流が仕向けられることになる電極の特定の対、
のうちの１つ以上を含むことができる。

【0096】

通信ユニットを介して組織結合ユニットから封入ユニットへ送信されるデータは、
● スイッチが、封入ユニットから受信されたＵｓ（若しくはＵｐ）の値に従って構成されたことの確認、
● 電気パルスが電極（６５）へ送られたことの確認、
● 感知ユニットによって測定された電極へ送られた電気パルスの電圧（ｕ）及び／又は強度（Ｉ）の値、
● 調節ユニットが組織結合ユニット（６０）内に少なくとも部分的に収容される実施形態では、目標強度（Ｉｔ）を発生するために必要とされる光エネルギーパルスの光電力（Ｐｏｐｔ）の値、
のうちの１つ以上を含むことができる。

【0097】

電力伝達ユニット
組織結合ユニット（６０）は電力を必要とし得る。例えば、電力は、調節ユニットが組織結合ユニット内に少なくとも部分的に収容される場合には、調節ユニットを作動させるため、及びＰＶユニット（６１）のスイッチ（Ｓ１～Ｓ６）を、Ｕｓの値に従ってそれの構成を変更するように作動させるために必要とされ得る。また、電力は、組織結合ユニット内に収容された通信光源（６３Ｌｃ）に通電するために必要とされ得る。光源（５３Ｌ）、刺激光ファイバ（４１ｓ）、及びＰＶユニット（６１）を含む電気パルスを発生するためのエネルギー伝達チェーンは、電気回路の要素に通電するために用いられ得るであろう。このソリューションは、必要とされる光電力（Ｐｏｐｔ）、及び、同時に、組織結合ユニットの構成要素に通電するための光電力の刺激パルスを組織結合ユニット（６０）へ制御された仕方で送信することは複雑になり得るという欠点を有する。

【0098】

好ましい実施形態では、光ＡＩＭＤは、電力を封入ユニット（５０）から組織結合ユニット（６０）へ伝達するための電力伝達ユニットを備える。図８（ａ）～図８（ｃ）に示されるように、電力伝達ユニットは、
● 組織結合ユニットの電気回路（６２）に結合された１つ以上の電力光起電セル（６１ｐ）、
● 封入ユニット内に内蔵された植え込み型コントローラ（５４）に結合された電力光源（５３Ｌｐ）、好ましくは、ＬＥＤ又はレーザ（例えば、ＶＣＳＥＬ）、並びに
● 刺激光ファイバ（４１ｓ）とは異なる、及び好ましくは、１本又は２本の通信光ファイバ（４１ｃ）とは異なる、及び好ましくは、植え込み型エネルギー伝達ユニット（４０）内に含まれる電力光ファイバ（４１ｃ）、
を含む。

【0099】

電力光ファイバ（４１ｐ）は、封入ユニット内に内蔵された電力光源（５３Ｌｐ）と光学的に連通した封入ユニットに結合された近位端部、及び電気回路（６２）に通電するための、組織結合ユニットの１つ以上の電力光起電セル（６１ｐ）と光学的に連通した組織結合ユニットに結合された遠位端部を含む。

【0100】

図８（ａ）及び図８（ｂ）に示される実施形態では、電力伝達ユニットは、刺激光ファイバ（４１ｓ）と、及び単一若しくは第１及び第２の通信ファイバ（４１ｃ、４１ｃ１、４１ｃ２）と別個の、それ自身の電力光ファイバ（４１ｐ）を含む。

【0101】

代替的に、電力伝達ユニットは電力光ファイバ（４１ｐ）を通信光ファイバ（４１ｃ、４１ｃ１、４１ｃ２）と、又は刺激光ファイバ（４１ｓ）と共有することができる。電力光ファイバ（４１ｐ）を刺激光ファイバ（４１ｓ）と共有することは、かくして発生された電流の強度を十分な精度をもって制御することが難しくなり得るため、複雑になり得るであろうことが以上において説明された。しかし、図８（ｃ）に示されるように、組織結合ユニット（６０）の要素に通電するための第１の光学成分、及びデータを組織結合ユニットへ送信するための、例えば、周波数変調の形の、第２の成分を、共通の電力／通信光ファイバ（４１ｐ、４１ｃ２）を通じて同時に送信することは容易であるため、電力光ファイバ（４１ｐ）を通信光ファイバ（４１ｃ、４１ｃ１、４１ｃ２）と、好ましくは、第２の通信光ファイバ（４１ｃ２）と共有することは非常に都合が良い。本実施形態では、通信光源（４３Ｌｃ）は電力光源（５３Ｌｐ）と同じであるか、又はそれとは異なることができる。

【0102】

結論
我々の知るかぎり、患者へのＡＩＭＤの植え込み後に光源（５３Ｌ）から電極（６５）まで延びるエネルギー伝達チェーンを原位置で最適化することを可能にするものは本発明の光ＡＩＭＤが初めてである。アドレス指定可能な光エミッタ（５３ａ）のアレイを用いたＰＶユニット（６１）及び／又は光源（５３Ｌ）のどちらか又は両方の原位置での最適化は相当な量の電池電力（Ｐｂａｔ）を節約することができる。電池（５４）の有効寿命、又は再充電可能電池若しくはスーパーキャパシタの２つの充電動作の間の期間を、患者の十分な利益及び快適性を得るよう相当に増大させることができる。

【0103】

上述されたようにＰＶユニット（６１）又は光源（６３）のどちらかを最適化することでもすでに電池電力の相当な節約をもたらす。しかし、ＰＶユニット及び光源の両方の最適化を組み合わせることは、電力管理及び節約の観点から特に有利である。エネルギー伝達チェーンに沿ったエネルギー損失を低減するという光ＡＩＭＤの１つの大きな課題が本発明を用いて解決される。本発明の要点は、光ＡＩＭＤが患者に植え込まれた後に、エネルギー伝達チェーンを原位置で最適化することができることである。電極（６５）間で測定されたインピーダンス（２）の値は、目標強度（Ｉｔ）の電流を発生するために必要とされる光電力（Ｐｏｐｔ）を決定するために極めて重要であるため、これは本質的なことである。それにもかかわらず、インピーダンス（Ｚ）は、患者において直接測定することなく評価することは不可能である。

【0104】

また、光エミッタアレイのアパーチャを個々にアドレス指定することも、目標強度（Ｉｔ）の所望の値に依存して広範囲の光電力（Ｐｏｐｔ）が送られることを同時に可能にするときには、電池電力（Ｐｂａｔ）の相当な節約を可能にする。

【0105】

本発明は、組織内における電荷の任意の堆積を中和するための回復パルスが刺激パルスに追随するとき、特に有利である。刺激及び回復パルスは、積、Ｉｔｘｔｓ＝Ｉｒｘｔｒによって関係付けられる。ここで、ｉｔは刺激パルスの目標強度であり、Ｉｒは回復強度であり、ｔｓ及びｔｒは、それぞれ、刺激及び回復パルスの持続期間であり、ここで、Ｉｔ＞Ｉｒである。現況技術のＡＩＭＤを用いて電極（６５）間に発生されるべき電流の強度を変更することは、ＰＶユニット及び光源のうちの少なくとも一方、一般的には両方が最適以下の条件で作動しているため、相当な電池電力（Ｐｂａｔ）の浪費を生じさせ得ることが以上において説明された。本発明のＡＩＭＤを用いれば、ＰＶユニット（６１）及び光源（５３Ｌ）のうちのいずれか一方又は両方を、交互に順次に発生されるべき目標及び回復強度（Ｉｔ、Ｉｒ）の異なる値に一致するように原位置で最適化することができる。

【符号の説明】

【0106】

４０エネルギー伝達ユニット
４１ｃ単一の通信光ファイバ
４１ｃ１、４１ｃ２第１及び第２の通信光ファイバ
４１ｐ電力光ファイバ
４１ｓ刺激光ファイバ
５０封入ユニット
５１植え込み型パルス発生器（ＩＰＧ）
５２電力源
５３ａＶＣＳＥＬアパーチャ
５３ｅＶＣＳＥＬ電気接点
５３Ｌ光源
５３Ｌｃ封入ユニットにおける通信光源
５３Ｌｐ電力光源
５３ｐ封入ユニットにおける光検出器
５４植え込み型コントローラ
５５電力源（（再充電可能）電池）
６０組織結合ユニット
６１光起電ユニット
６１ｐ光起電セル
６１ｐ１～６１ｐ４Ｎ＝４個のＰＶセルを含むＰＶユニット内のＰＶセル
６１ｉｉ番目の光起電セル
６２電気回路
６３ｐ組織結合ユニットにおける光検出器
６３Ｌｃ組織結合ユニットにおける通信光源
６４絶縁支持部
６５電極
Ｉ強度
Ｉ０推定強度
ＩｍＰＶユニット構成の最大強度
Ｉｔ目標強度
ＭＶＳＥＬアパーチャの数
ｍアドレス指定されたアパーチャの数
Ｎ光起電セル（６１ｐ）の数
Ｐｂａｔ電力源（（再充電可能）電池）によって提供される電力
Ｐｏｐｔ１、２、４Ｉ＝Ｉｔ、Ｎ＝４、及びＵｓ＝１、２、４のために必要とされる光電力値
Ｐｂ１、２、４Ｐｏｐｔ１、Ｐｏｐｔ２、Ｐｏｐｔ４を生じさせるために必要とされる最適な電池電力
ＰｅＰＶセルユニットの最大効率
ＰｅｉＺ＝ｉにおける効率
Ｐｏｐｔ光電力
ＰｏｐｔＩＮＶリゼント（ｒｅｓｅｎｔ）発明に係るＡＩＭＤを用いた光電力
ＰｏｐｔＰＡ現況技術のＡＩＭＤを用いた光電力
ＰｐＵｓ個のユニットの各々における並列のＰＶセルの数
ＰｓＵｐ個のユニットの各々における直列のＰＶセルの数
Ｓ１～Ｓ６スイッチ
ｕ電圧
ｕ０推定電圧
ｕｅｉＰＶ構成Ｕｓ＝ｉの最大効率電圧
ｕｍＰＶユニット構成の最大電圧
ｕｍｉＰＶユニット構成Ｕｓ＝ｉの最大電圧
Ｕｐ並列のユニットの数
Ｕｓ直列のユニットの数
ｕｔ目標電圧
Ｚインピーダンス
Ｚ０エスティレーテッド（Ｅｓｔｉｌａｔｅｄ）インピーダンス
Ｚ１～Ｚ３インピーダンス値の例

【図1(a)-1(d)】

【図1(e)】

【図2(a)】

【図2(b)】

【図2(c)】

【図3(a)】

【図3(b)】

【図3(c)】

【図3(d)】

【図4(a)】

【図4(b)】

【図4(c)】

【図5(a)】

【図5(b)】

【図5(c)】

【図5(d)】

【図5(e)】

【図5(f)】

【図5(g)】

【図6(a)】

【図6(b)】

【図7】

【図8(a)】

【図8(b)】

【図8(c)】

【手続補正書】

【提出日】2023-11-06

【手続補正1】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

【背景技術】

【0002】

【0003】

【0004】

【0005】

【0006】

放出された光パルスが迷走神経を本当に活性化したことを確認するために、欧州特許第３６８７６２３号明細書は、光パルスの放出に従って迷走神経が実際に活性化されたことを指示する喉頭領域のレベルにおける電気信号を検出するように構成された外部コントローラデバイスを備える光ＡＩＭＤを記載している。

【0007】

また、例えば、国際公開第２０２１００８６８８号パンフレットに記載されているように、植え込み型ＡＩＭＤと身体の外面との間の通信も光学的に実施され得る。このような光通信も電池からの電力を消費する。したがって、ＡＩＭＤによって放出される様々な光エネルギー伝達を最適化することが重要である。例えば、欧州特許第３４７１８２０号明細書は、１本以上の光ファイバと、対応する１つ以上の光起電セルとの間の優れたアライメントを可能にする、１本以上の光ファイバと、１つ以上の光起電セルを設けられた組織結合ユニットとの間の結合モジュールを記載している。

【0008】

【0009】

【0010】

【0011】

【0012】

【0013】

【0014】

【0015】

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0016】

【0017】

【0018】

【0019】

【0020】

【0021】

【0022】

【0023】

【0024】

【0025】

【0026】

【0027】

【0028】

本発明の本質のより完全な理解のために、以下の詳細な説明を添付の図面と併せて参照する。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1a】図１（ａ）は、本発明に係る光ＡＩＭＤの全体図を示す。

【図1b】図１（ｂ）は、図１（ａ）の光ＡＩＭＤの封入ユニットの図を示す。

【図1c】図１（ｃ）は、図１（ａ）の光ＡＩＭＤのエネルギー伝達ユニットの図を示す。

【図1d】図１（ｄ）は、図１（ａ）の光ＡＩＭＤの組織結合ユニットの図を示す。

【図1e】図１（ｅ）は、｜Ｑｓ｜＝｜Ｉｔｘｔｓ｜≒｜Ｑｒ｜＝｜Ｉｒｘｔｒ｜となった、刺激パルス、及びそれに続く回復パルスの一例を示す。

【図2a】図２（ａ）は、直列に配置されたＮ＝４個のＰＶセルを含むＰＶユニットを示す（Ｕｓ＝４、Ｐｐ＝１）。

【図2c】図２（ｃ）は、並列に配置されたＮ＝４個のＰＶセルを含むＰＶユニット構成を示す（Ｕｓ＝１、Ｐｐ＝４）。

【図3a】図３（ａ）は、直列に配置されたＮ＝６個のＰＶセルを含むＰＶユニット構成を示す（Ｕｓ＝６、Ｐｐ＝１）。

【図3d】図３（ｄ）は、並列に配置されたＮ＝６個のＰＶセルを含むＰＶユニット構成を示す（Ｕｓ＝１、Ｐｐ＝６）。

【図5b】図５（ｂ）は、インピーダンスＺ１のために最適化されたＰＶユニット構成を示す。

【図5c】図５（ｃ）は、インピーダンスＺ２のために最適化されたＰＶユニット構成を示す。

【図5d】図５（ｄ）は、インピーダンスＺ４のために最適化されたＰＶユニット構成を示す。

【図5g】図５（ｇ）は、植え込みを受けた患者の母集団内で測定されたインピーダンス（Ｚ）の値の密度分布の一例を示す。

【図6a】図６（ａ）は、１つずつ独立してアドレス指定可能なＭ＝８個のアパーチャを含むＶＣＳＥＬアレイを示す。

【図8a】図８（ａ）は、封入ユニットと組織結合ユニットとの間のエネルギー伝達チェーンの様々な実施形態を示す。

【図8b】図８（ｂ）は、封入ユニットと組織結合ユニットとの間のエネルギー伝達チェーンの様々な実施形態を示す。

【図8c】図８（ｃ）は、封入ユニットと組織結合ユニットとの間のエネルギー伝達チェーンの様々な実施形態を示す。

【発明を実施するための形態】

【0030】

【0031】

【0032】

【0033】

【0034】

【0035】

【0036】

【0037】

【0038】

【0039】

【0040】

【0041】

【0042】

【0043】

【0044】

スイッチ構成（開／閉）はスイッチ制御モジュールによって変更され得る。

【0045】

【0046】

【0047】

【0048】

【0049】

【0050】

【0051】

【0052】

【0053】

【0054】

【0055】

【0056】

【0057】

【0058】

【0059】

【0060】

【0061】

【0062】

【0063】

【0064】

【0065】

【0066】

【0067】

【0068】

【0069】

【0070】

【0071】

【0072】

【0073】

【0074】

【0075】

【0076】

【0077】

【0078】

【0079】

【0080】

【0081】

【0082】

【0083】

【0084】

【0085】

【0086】

【0087】

【0088】

【0089】

【0090】

【0091】

【0092】

【0093】

【0094】

【0095】

【0096】

【0097】

【0098】

【0099】

【0100】

【0101】

【0102】

【0103】

【0104】

【0105】

【0106】

【0107】

【符号の説明】

【0108】

【国際調査報告】

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