(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
人の体の中へ音響エネルギーを集中させるシステムであって、
前記システムは、
音響エネルギーを前記体の中へ伝達するように構成される音響変換器のアレイと、
前記体の中の特定の領域で前記音響エネルギーを集中させる回路網と、
前記音響エネルギーを受け取り、前記音響エネルギーを電気エネルギーに変換するように適合される音響レシーバーと、
前記音響レシーバーへ接続される一対の電極であって、前記電気エネルギーを前記体へ伝えるように適合される一対の電極と
を含み、前記回路網は、前記電極によって、前記体を介して伝えられる前記電気エネルギーを検出することにより、前記音響エネルギーが前記音響レシーバーに集中されるかどうかを判定するようにさらに構成される、システム。
【請求項２】
前記回路網は、前記音響エネルギーが前記音響レシーバーに集中されるかどうかを判定するように構成される一つ以上の対の電極をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記回路網は、前記音響エネルギーを順次伝達するようにさらに構成される、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記回路網は、前記体を介して伝えられる前記検出された電気エネルギーに基づいて前記音響レシーバーに、集中された音響エネルギーを指向させるようにさらに構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記システムは、心臓の組織を刺激するのに十分な電気エネルギーを生成するように構成される、請求項１〜４のいずれかに記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、音響エネルギー伝達または超音波エネルギー伝達の最適化と、エネルギー変換の最適化とに関連し、さらにとりわけ、インプラント可能な装置における、音響エネルギー伝達の最適化と音響エネルギー変換の最適化とに関連する。
【背景技術】
【０００２】
リードレスの心臓の刺激システムを用いる心臓の組織の刺激は、本出願人によって先に開示された。一般に、そのようなシステムは、１つ以上の音響変換器および関連した回路網（制御器トランスミッタといわれる）、ならびに１つ以上のインプラントされるレシーバー刺激器装置の配列を含む。制御器トランスミッタは、音響エネルギーを生成および伝達し、その音響エネルギーは、レシーバー刺激器によって受け取られ、レシーバー刺激器は、次にその音響エネルギーを電気エネルギーに変換し、その電気エネルギーは、電極を介して組織に伝えられる。
【０００３】
制御器トランスミッタは、患者の皮膚に外部から結合され得るが、通常はインプラントされ、制御器トランスミッタが合理的なサイズ（インプラント可能なペースメーカーのサイズと類似する）を有することと、制御器トランスミッタがバッテリーを用いて非常に長い期間（典型的には３年かそれより多くの年）動作できることとを必要とし得る。制御器トランスミッタの小さいサイズおよび長い動作期間は、レシーバー刺激器による伝達されたエネルギーの最小の消失または散乱とレシーバー刺激器によるエネルギーの効率的な変換とを伴ってシステムが制御器トランスミッタからの音響エネルギーを効率的に利用することを要求する。
【０００４】
Ｃｈａｒｙｃｈ（特許文献１）は、音響レシーバーの位置を特定することについて様々な方策を述べている。Ｃｈａｒｙｃｈは、制御器トランスミッタからワイヤレスの装置（レシーバー）を充電する方法を述べ、制御器トランスミッタは、プラグを介して電力を供給され、１０００Ｗより多くの電力を供給する。対照的に、リードレスの心臓の刺激システム（そこでは電力流が６桁のオーダー少ない）は、レシーバーの位置を特定することについて、完全に異なった方法およびシステムを必要とし、その方法およびシステムは、Ｃｈａｒｙｃｈで述べられていない。
【０００５】
手短に言えば、その最も単純な態様において、レシーバー刺激器は、１つ以上の音響圧電気レシーバー要素、１つ以上の整流器回路および電極を含む。圧電気レシーバー要素は、制御器トランスミッタによって生成される音響フィールドからのパワーをつなぎ、それを電力に変換する。このＡＣ電力が直接に組織に印加されたとしても、興奮／刺激に対してその周波数が高すぎるので、このＡＣ電力は、組織を刺激しない。ペースを調整される心臓の鼓動を始動させるか、または他の治癒力のある刺激を組織に提供するために、整流器回路は、全てまたは一部の利用可能なＡＣ電力を電気パルスに変換し、電気パルスは、電極を介して心臓の組織へ印加される。音響フィールドは、外部に位置する制御器トランスミッタか、またはインプラント可能な制御器トランスミッタかのどちらかによって、生成および伝達され、制御器トランスミッタは、レシーバー刺激器のロケーションから遠隔にある。
【０００６】
制御器トランスミッタによって生成される音響エネルギーは、一般に、音響ビームまたは超音波ビームといわれ、ワット／平方メートル単位で測定される音響強度（Ｉ）によって特徴づけられる。面積Ａｏの上にＩｏという音響強度を生成するために、制御器トランスミッタは、少なくともＩｏ＊Ａｏワットの量の電力を消費しなければならない。レシーバー刺激器と交差するこの音響ビームの一部のみが、電力として利用可能である。面積Ａｏが、断面の面積か、またはレシーバーＡｒのアパーチャよりも広い場合、比Ａｒ／Ａｏは、音響ビームにおけるレシーバー刺激器に利用可能である電力の割合を表す。それゆえ、最適に効率的な音響ビームは、非常に細く、レシーバー刺激器のレシーバー要素を交差するだけである。
【０００７】
制御器トランスミッタは、１つ以上の圧電気変換器を有し、圧電気変換器は、電力を、レシーバー刺激器に方向づけられる音響ビームを生成する音響力に変換する。この音響ビームを小さい面積の上に生成するための制御器トランスミッタの能力は、その焦点または方向性ゲインによって特徴づけられる。一般に、制御器トランスミッタ変換器の断面の面積（アパーチャといわれる）が広いほど、方向性ゲインは高くなる。これは、制御器トランスミッタが音響エネルギーをレシーバー刺激器に集中させる広いアパーチャトランスミッタを有することを要求する。それは、また、制御器トランスミッタが音響ビームをレシーバー刺激器に指向させるか、または方向づけるかすることを必要とする。これは、音響ビームをレシーバー刺激器に指向させるためのビーム形成技術を用いる位相調節されたアレイを用いることによって達成され得る。指向は、変換器アレイへの電気駆動信号の位相および振幅を調整することによって達成され得、その調整することは、伝達されるビームの方向および焦点距離を調整することになる。
【０００８】
レシーバー刺激器または制御器トランスミッタのロケーションが時間とともに変化しない場合、制御器トランスミッタは、集中されたビームプロフィールを最適に選択するようにインプラントの時間に構成され得、集中されたビームプロフィールは、インプラントの時間に決定されるレシーバー刺激器のロケーションに照準をあてられる。しかし、リードレスのシステムの場合において、レシーバー刺激器は、心臓の動き、呼吸または体の向きに起因して動くことが予期され得る。その上、制御器トランスミッタは、体の向き、体の動きまたは体の移動に起因して、わずかに動き得る。それゆえ、制御器トランスミッタおよびレシーバー刺激器の動きに適応させるために、本発明者らは、最も単純なインプリメンテーションにおいて奏功する動作が比較的広いビーム音響放射を必要とし得ることを認識した。しかし、動作のこのモードにおいて、伝達される音響エネルギーのほとんどがレシーバー刺激器のそばを通過してしまい、効率的に用いられなくあり得る。したがって、本発明者らは、効率を向上させるために伝達ビームが有意に鋭くされるか、または集中されるかされる必要があることと、信頼できる動作がレシーバー刺激器のロケーションの連続的で明確な知識を必要とし得ることとをさらに、認識した。
【０００９】
上記の理由のために、音響エネルギーを効率的に伝達し、効率的に受け取るリードレスのシステムを提供することは望ましい。レシーバー刺激器の受け取りの要素にターゲットにすることで、伝達されるビームをできるだけ集中されるように調整することは、また望ましい。レシーバー刺激器のロケーションが制御器トランスミッタに知られ、それにより、集中された音響ビームがレシーバー刺激器に照準をあてられ、かつ伝達され得れば、特に望ましい。さらなる回路網またはさらなるエネルギー消費がレシーバー刺激器に課されないようにレシーバー刺激器のサイズおよび複雑性を最小限にするメカニズムを用いてレシーバー刺激器が位置を特定されるならば、それもまた望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第６，７９８，７１６号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
インプラントされたか、または外部に適用された音響トランスミッタからインプラントされた音響レシーバーへ音響エネルギーを効率的に伝えるシステムおよび方法が提供される。音響エネルギーは、レシーバーによって、電気エネルギーに変換され、電気エネルギーは、様々な目的のために用いられ得る。電気エネルギーは、典型的に、例えば、徐脈か、不整頻拍の終結か、または心不全に対する両心室再同期治療などかに対する心臓のペーシングにおいて組織を刺激するために、組織と接触した電極に伝えられる。本発明のシステムおよび方法はまた、神経刺激と、脳刺激と、随意筋刺激と、胃の刺激と、骨成長刺激と、痛み改善と、局所診断情報のセンシングおよび連絡などとに対する用途を含む、さまざまな他の用途に用いられ得、そこで音響トランスミッタは、インプラントされたレシーバーへエネルギーを効率的に伝達しなければならない。インプラントされた音響レシーバーは、組織刺激器（レシーバー刺激器）としての働きをし得るか、またはもっと一般に、音響エネルギー変換器（レシーバー変換器）としての働きをし得る。効率的な伝達は、レシーバーの位置を特定することと、次いで特にレシーバーに照準をあてられた集中された音響ビームを伝達することとによって達成され得、それによりシステムの実効的な効率を向上させる。トランスミッタがバッテリーのようなエネルギーの制限された供給源に依存するインプラント可能な装置である場合、これらのシステムおよび方法は特に有用である。
【００１２】
「ロケータ信号」は、制御器トランスミッタアセンブリの変換器要素によって伝達される、「ロケーション信号」を引き出すための音響信号を意味する。
【００１３】
「ロケーション信号」は、レシーバー刺激器によって受動的または能動的に生成される信号を意味する。ロケーション信号は、制御器トランスミッタによって伝達される「ロケータ信号」に応答し得るか、またはロケーション信号は、レシーバー刺激器によって周期的に伝達され得る。ロケーション信号は、制御器トランスミッタに対するレシーバーのロケーションを決定するために制御器トランスミッタによって用いられ、このようにして、制御器トランスミッタに、集中された効率的な音響ビームをレシーバー刺激器に方向づけることを可能にする。
【００１４】
本発明の１つの例示的な実施形態は、人の体の中へ音響エネルギーを集中させるシステムである。該システムは、音響エネルギーを該体の中へ伝達するように構成される音響変換器のアレイと、該体の中の特定の領域で該音響エネルギーを集中させる回路網と、該音響エネルギーを受け取り、該音響エネルギーを電気エネルギーに変換するように適合される音響レシーバーと、該音響レシーバーへ接続される一対の電極であって、該電気エネルギーを該体へ伝えるように適合される一対の電極とを含み、該回路網は、該電極によって、該体を介して伝えられる該電気エネルギーを検出することにより、該音響エネルギーが該音響レシーバーに集中されるかどうかを判定するようにさらに構成される。該回路網は、該音響エネルギーが該音響レシーバーに集中されたかどうかを判定するように構成される１つ以上の対の電極を有し得る。該回路網はまた、該音響エネルギーを順次伝達するように構成され得る。
【００１５】
本明細書に述べられる本発明の別の例示的な実施形態は、組織を刺激するシステムであり、該システムは、集中された音響エネルギーを伝達するように構成される音響変換器のアレイを含むインプラント可能な音響制御器トランスミッタと、該音響エネルギーを受け取り、該音響エネルギーを電気エネルギーに変換するように適合される１つ以上のインプラント可能な音響レシーバー刺激器とを含み、該レシーバー刺激器は、該組織と電気的に連絡するように構成される電極をさらに含み、該電気エネルギーは、該電極の間で伝えられ、該制御器トランスミッタは、該制御器トランスミッタが該集中された音響エネルギーを該レシーバー刺激器のうちの１つ以上に方向づけ得るように、該制御器トランスミッタを基準とした該レシーバー刺激器の１つ以上のロケーションを決定するように構成される。
【００１６】
本発明の別の実施形態は、体の中の音響レシーバーのロケーションを決定する方法およびシステムである。音響変換器のアレイは、音響エネルギーを体の中の特定のロケーションに伝達するように用いられる。該音響レシーバーは、電極を有するように適合され、該電極は、該電極が音響エネルギーを受け取るたびに、電気ロケーション信号を生成する。該音響変換器のアレイがいつ該音響レシーバーに集中されたかを示し、該レシーバーのロケーションを明らかにする電気ロケーション信号を、別個の検出電極は検出し得る。該変換器アレイは、該ロケーション信号が検出されるか、またはプリセット時間限度に到達するまで、該音響エネルギーを順次指向させるように構成され得る。該伝達される音響エネルギーは、集中された音響ビームであり得る。該ロケーション信号は、該制御器トランスミッタ上のセンシング回路によって検出され得る。
【００１７】
本発明の別の実施形態において、該制御器トランスミッタは、該ロケーション信号の検出と関連づけられる該組織の該領域へ、集中された音響エネルギーを伝達するように該変換器アレイを調整するようにさらに構成され得る。この集中されたエネルギーは、組織および特に心臓の組織を刺激するのに十分であり得る。さらに別の実施形態において、この集中されたエネルギーは、該ロケーション信号の特徴に基づいて生成され得る。
【００１８】
本発明のさらに別の実施形態において、インプラント可能な音響制御器トランスミッタは、組織に音響エネルギーを伝達するように構成される調整可能な変換器アレイを含み、インプラント可能な音響レシーバー変換器は、該音響エネルギーを受け取るように適合される変換器アセンブリであって、該音響エネルギーを電気エネルギーに変換するように適合される変換器アセンブリを含み、該トランスミッタは、音響ロケータ信号を該レシーバーに向けて伝達するように構成され、該レシーバーは、ロケーション信号を生成するように構成される。該ロケーション信号は、該ロケータ信号に応答した、電気出力または音響伝達のどちらかであり得る。該ロケータ信号は、集中された音響エネルギーであり得る。あるいは、該トランスミッタによって伝達される集中された音響エネルギーは、該レシーバー変換器によって電気エネルギーに変換され得、該レシーバー変換器において、適切な時に排出されるための電気エネルギーとしてストアされ得る。該電気エネルギーはまた、制御回路網か、診断センシング回路網か、または連絡回路網のような様々な回路網を作動させるように用いられ得る。
【００１９】
本発明の別の例示的な実施形態は、組織を刺激するシステムであり、該システムは、組織に音響エネルギーを伝達するように適合される音響変換器アレイを有するインプラント可能な音響制御器トランスミッタと、音響エネルギーを受け取るインプラント可能な音響レシーバー刺激器であって、該音響エネルギーを電気エネルギーに変換する音響レシーバー刺激器とを含み、該音響レシーバー刺激器は、該レシーバー刺激器に接続される第１の電極アセンブリを有し、該第１の電極アセンブリは、該組織と電気的に連絡するように適合され、該レシーバー刺激器は、周期的にロケーション信号を伝達し、該制御器トランスミッタは、該ロケーション信号を検出する。該ロケーション信号は、該制御器トランスミッタによってセンスされ得る、電気出力または音響伝達であり得る。該ロケーション信号の特徴に基づいて、該変換器アレイは、集中された音響エネルギーを該レシーバー刺激器に向けて伝達するように調整され得る。該ロケーション信号の特徴は、該ロケーション信号の周波数と持続時間と振幅と位相と飛行の時間とを含み得る。本発明はまた、インプラント可能な制御器トランスミッタと１つ以上のインプラント可能なレシーバー刺激器との間の組織における音響エネルギー伝達を最適化する方法であり、該方法は、音響ロケータ信号を該制御器トランスミッタから該レシーバー刺激器に向けて伝達することであって、該制御器トランスミッタは、調整可能な変換器アレイを含む、ことと、該ロケータ信号の受信に応答して、ロケーション信号を該レシーバー刺激器から生成することとを含む。該方法は、該制御器トランスミッタを用いて該ロケーション信号を検出することと、該変換器アレイを調整することとを含み得る。該変換器アレイは、集中された音響エネルギーを該レシーバー刺激器に向けて伝達し得る。さらに、該方法は、該レシーバー刺激器のロケーション信号が該制御器トランスミッタによって検出されるまでか、またはプリセット時間限度に到達するまで、集中されたロケータ信号を該組織の領域に伝達するように、該変換器アレイを順次調整することと、集中された音響エネルギーを該検出されたロケーション信号と関連づけられる該領域へ伝達するように該変換器アレイを調整することとを含み得る。該方法は、該レシーバー刺激器を用いて該音響エネルギーを変換することと、該変換されたエネルギーを該組織に印加することとをさらに含み得る。該エネルギーは、組織を刺激するための十分な大きさであり得る。
例えば、本発明は以下の項目を提供する。
（項目１）
人の体の中へ音響エネルギーを集中させるシステムであって、
該システムは、
音響エネルギーを該体の中へ伝達するように構成される音響変換器のアレイと、
該体の中の特定の領域で該音響エネルギーを集中させる回路網と、
該音響エネルギーを受け取り、該音響エネルギーを電気エネルギーに変換するように適合される音響レシーバーと、
該音響レシーバーへ接続される一対の電極であって、該電気エネルギーを該体へ伝えるように適合される一対の電極と
を含み、該回路網は、該電極によって、該体を介して伝えられる該電気エネルギーを検出することにより、該音響エネルギーが該音響レシーバーに集中されるかどうかを判定するようにさらに構成される、システム。
（項目２）
組織を刺激するシステムであって、
該システムは、
集中された音響エネルギーを伝達するように構成される音響変換器のアレイを含むインプラント可能な音響制御器トランスミッタと、
該音響エネルギーを受け取り、該音響エネルギーを電気エネルギーに変換するように適合される１つ以上のインプラント可能な音響レシーバー刺激器と
を含み、該レシーバー刺激器は、該組織と電気的に連絡するように構成される２つの電極をさらに含み、該電気エネルギーは、該２つの電極の間で伝えられ、該制御器トランスミッタは、該制御器トランスミッタが該集中された音響エネルギーを該レシーバー刺激器のうちの１つ以上に方向づけ得るように、該制御器トランスミッタを基準とした該レシーバー刺激器の１つ以上のロケーションを決定するように構成される、システム。
（項目３）
組織を刺激するシステムであって、
該システムは、
該組織に音響エネルギーを伝達するように構成される音響変換器のアレイを含むインプラント可能な音響制御器トランスミッタと、
該音響エネルギーを受け取り、該音響エネルギーを電気エネルギーに変換するように適合される１つ以上のインプラント可能な音響レシーバー刺激器と、
該電気エネルギーを受け取るように該レシーバー刺激器に接続される第１の電極アセンブリであって、該組織と電気的に連絡するように適合される第１の電極アセンブリと
を含み、該制御器トランスミッタは、音響ロケータ信号を該レシーバー刺激器に向けて伝達するように構成され、該レシーバー刺激器は、該ロケータ信号に応答してロケーション信号を生成するように構成される、システム。
（項目４）
前記制御器トランスミッタは、前記ロケーション信号を検出するようにさらに構成され、前記変換器アレイは、該ロケーション信号が検出されるか、またはプリセット時間限度に到達するまで、前記ロケータ信号を前記組織の領域に伝達するように前記音響ビームを順次指向させるように構成される、項目３に記載のシステム。
（項目５）
前記変換器アレイは、前記ロケータ信号を集中された音響ビームとして伝達するように構成される、項目４に記載のシステム。
（項目６）
前記制御器トランスミッタは、前記ロケーション信号の検出と関連づけられる前記組織の前記領域へ集中された音響エネルギーを伝達するように前記変換器アレイを調整するようにさらに構成される、項目４に記載のシステム。
（項目７）
前記音響エネルギーは、組織を刺激するのに十分である、項目６に記載のシステム。
（項目８）
前記組織は、心臓の組織である、項目７に記載のシステム。
（項目９）
前記ロケーション信号は、前記第１の電極アセンブリに印加される電気出力である、項目３に記載のシステム。
（項目１０）
センシング回路と、
体と電気的に連絡するように適合される第２の電極アセンブリと
をさらに含み、前記ロケーション信号は、該センシング回路によって検出される、項目９に記載のシステム。
（項目１１）
前記センシング回路および前記第２の電極アセンブリは、前記インプラント可能な制御器トランスミッタ上に位置する、項目１０に記載のシステム。
（項目１２）
前記センシング回路は、別個のインプラント可能な装置上に位置する、項目１０に記載のシステム。
（項目１３）
前記センシング回路および前記第２の電極アセンブリは、前記体の外表面と電気的に連絡する該第２の電極アセンブリを有する装置上に位置する、項目１０に記載のシステム。
（項目１４）
前記センシング回路は、スパイク検出器回路である、項目１０に記載のシステム。
（項目１５）
前記センシング回路および前記第２の電極アセンブリは、前記インプラント可能な制御器トランスミッタ上にスパイク検出器アセンブリを含む、項目１０に記載のシステム。
（項目１６）
前記ロケータ信号は、集中された音響エネルギーであり、前記検出された電気出力は、前記変換器アレイが前記レシーバー刺激器上で集中されたことを示す、項目１０に記載のシステム。
（項目１７）
前記レシーバー刺激器のロケーションを決定するための振幅および極性を含む１つ以上のパラメータを用いて、前記スパイク検出器アセンブリによって検出される前記電気出力を特徴づけることと、音響エネルギーを該レシーバー刺激器に向けて集中するように該パラメータに基づいて前記変換器アレイを調整することとを実行するように構成される回路網を含む、項目１５に記載のシステム。
（項目１８）
最適なエネルギー伝達は、予め決められる閾値より高い前記電気出力か、または予め決められるタイムフレーム以内での検出かによって示される、項目１７に記載のシステム。
（項目１９）
前記変換器アレイは、さらに、集中された音響エネルギーをロケータ信号として前記組織の一連の領域に向けて伝達するように順次調整され、該伝達のうちのいずれか１つのあとの前記スパイク検出器アセンブリによる前記電気出力の検出は、該音響エネルギーが前記レシーバー刺激器に集中されたことを示す、項目１８に記載のシステム。
（項目２０）
前記電気出力は、組織を刺激するのに必要とされる振幅よりも小さく、該組織は、心臓の組織である、項目１８に記載のシステム。
（項目２１）
前記電気出力は、組織を刺激するのに十分であり、該組織は、心臓の組織である、項目１８に記載のシステム。
（項目２２）
音響エネルギーを効率的に伝達するシステムであって、
該システムは、
組織に音響エネルギーを伝達するように構成される音響変換器アレイを含むインプラント可能な音響制御器トランスミッタと、
該音響エネルギーを受け取り、該音響エネルギーを電気エネルギーに変換するように適合されるインプラント可能な音響レシーバー変換器と
を含み、該制御器トランスミッタは、音響ロケータ信号を該レシーバー変換器に向けて伝達するように構成され、該レシーバー変換器は、該ロケータ信号に応答してロケーション信号を生成するように構成される、システム。
（項目２３）
前記変換器アレイは、ワイドビーム音響ロケータ信号を伝達するように構成される、項目２２に記載のシステム。
（項目２４）
前記変換器アレイは、前記レシーバー変換器がロケーション信号を生成するか、またはプリセット時間限度に到達するまで、集中された音響ロケータ信号を順次伝達するように構成される、項目２２に記載のシステム。
（項目２５）
前記ロケーション信号は、電気出力であり、該電気出力は、センシング回路によって検出され、該センシング回路は、組織と電気的に連絡するように適合される電極アセンブリを用いる、項目２２に記載のシステム。
（項目２６）
前記レシーバー変換器は、音響出力を生成するように適合され、前記ロケーション信号は、音響伝達である、項目２２に記載のシステム。
（項目２７）
前記集中された音響エネルギーは、前記制御器トランスミッタによって伝達され、前記レシーバー変換器によって電気エネルギーに変換され、該レシーバー変換器は、該電気エネルギーをストアするように適合される、項目２４に記載のシステム。
（項目２８）
前記集中された音響エネルギーは、前記制御器トランスミッタによって伝達され、前記レシーバー変換器によって電気エネルギーに変換され、該レシーバー変換器は、該電気エネルギーを、制御回路網と診断センシング回路網と連絡回路網とのうちの１つ以上を作動させるように用いるように適合される、項目２４に記載のシステム。
（項目２９）
前記レシーバー変換器は、センスされた診断データを伝達するようにさらに適合される、項目２８に記載のシステム。
（項目３０）
組織を刺激するシステムであって、
該システムは、
組織に音響エネルギーを伝達するように適合される音響変換器アレイを含むインプラント可能な音響制御器トランスミッタと、
音響エネルギーを受け取るインプラント可能な音響レシーバー刺激器であって、該音響エネルギーを電気エネルギーに変換する音響レシーバー刺激器と
を含み、該音響レシーバー刺激器は、該レシーバー刺激器に接続される第１の電極アセンブリを有し、該第１の電極アセンブリは、該組織と電気的に連絡するように適合され、該レシーバー刺激器は、周期的にロケーション信号を伝達し、該制御器トランスミッタは、該ロケーション信号を検出する、システム。
（項目３１）
前記ロケーション信号は、電気出力であり、該電気出力は、センシング回路によって検出され、該センシング回路は、組織と電気的に連絡するように適合される第２の電極アセンブリを用いる、項目３０に記載のシステム。
（項目３２）
前記レシーバー刺激器は、音響出力を生成するように適合され、前記ロケーション信号は、音響伝達である、項目３０に記載のシステム。
（項目３３）
前記変換器アレイは、前記制御器トランスミッタによって検出される前記ロケーション信号の特徴に基づいて、集中された音響エネルギーを前記レシーバー刺激器に向けて伝達するように電気駆動信号を用いて調整される、項目３０に記載のシステム。
（項目３４）
前記集中されたエネルギーは、心臓の組織を刺激するのに十分なレベルである、項目３３に記載のシステム。
（項目３５）
前記変換器アレイへの前記電気駆動信号は、集中された音響エネルギーを前記レシーバー刺激器に向けて伝達するように、前記ロケーション信号の周波数と持続時間と振幅と位相と飛行の時間とを含む１つ以上のパラメータに基づいて調整される、項目３３に記載のシステム。
（項目３６）
インプラント可能な制御器トランスミッタと１つ以上のインプラント可能なレシーバー刺激器との間の組織における音響エネルギー伝達を最適化する方法であって、
該方法は、
音響ロケータ信号を該制御器トランスミッタから該レシーバー刺激器に向けて伝達することであって、該制御器トランスミッタは、調整可能な変換器アレイを含む、ことと、
該ロケータ信号の受信に応答して、ロケーション信号を該レシーバー刺激器から生成することと
を含む、方法。
（項目３７）
前記制御器トランスミッタを用いて前記ロケーション信号を検出することと、
集中された音響エネルギーを前記レシーバー刺激器に向けて伝達するように前記変換器アレイを調整することと
をさらに含む、項目３６に記載の方法。
（項目３８）
前記レシーバー刺激器のロケーション信号が前記制御器トランスミッタによって検出されるまでか、またはプリセット時間限度に到達するまで、集中されたロケータ信号を前記組織の領域に伝達するように、前記変換器アレイを順次調整することと、
集中された音響エネルギーを該検出されたロケーション信号と関連づけられる該領域へ伝達するように該変換器アレイを調整することと
をさらに含む、項目３６に記載の方法。
（項目３９）
ワイドビーム音響ロケータ信号を伝達するように前記変換器アレイを調整することをさらに含む、項目３６に記載の方法。
（項目４０）
前記ロケーション信号は電気出力であり、
センシング回路を用いて該電気出力をさらに検出する、項目３６に記載の方法。
（項目４１）
前記ロケーション信号は音響出力である、項目３６に記載の方法。
（項目４２）
前記制御器トランスミッタを用いて前記ロケーション信号を検出することと、
前記ロケーション信号に基づいて前記変換器アレイを調整することと、
集中された音響エネルギーを前記レシーバー刺激器に向けて伝達することと
をさらに含む、項目３６に記載の方法。
（項目４３）
前記レシーバー刺激器は、第１の電極アセンブリを有するように適合され、該電極アセンブリは、該組織と電気的に連絡し、
該レシーバー刺激器を用いて前記音響エネルギーを変換することと、
該変換されたエネルギーを該第１の電極アセンブリに印加することと
をさらに含む、項目３８に記載の方法。
（項目４４）
前記組織を刺激することをさらに含む、項目４３に記載の方法。
（項目４５）
前記組織は、心臓の組織である、項目４４に記載の方法。
（項目４６）
周波数と持続時間と振幅と位相と飛行の時間とを含む前記ロケーション信号の１つ以上の特徴を用いて、該ロケーション信号を特徴づけることと、
該ロケーション信号に基づいて、前記レシーバー刺激器を含む、前記組織の領域を決定することと、
該ロケーション信号に基づいて、前記変換器アレイを該レシーバー刺激器に向けて調整することと、
効率的な音響エネルギーを該レシーバー刺激器に向けて実効的に伝達すること
をさらに含む、項目３７に記載の方法。
（項目４７）
前記回路網は、前記音響エネルギーが前記音響レシーバーに集中されたかどうかを判定するように構成される１つ以上の対の電極をさらに含む、項目１に記載のシステム。
（項目４８）
前記回路網は、前記音響エネルギーを順次伝達するようにさらに構成される、項目４７に記載のシステム。
（項目４９）
前記制御器トランスミッタは、集中された音響エネルギーを前記ロケーション信号の検出と関連づけられる前記組織の前記領域へ伝達するように前記変換器アレイを調整するようにさらに構成される、項目５に記載のシステム。
（項目５０）
前記音響エネルギーは、組織を刺激するのに十分である、項目４９に記載のシステム。
（項目５１）
前記組織は、心臓の組織である、項目５０に記載のシステム。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、組織刺激システムを説明するブロック図である。
【図２】図２Ａ〜Ｂは、本発明の一実施形態を説明する。
【図３】図３は、ロケータ信号に応答したロケーション信号に対する領域をスキャンする音響アレイを説明する。
【図４】図４は、異なったコンポーネントに分解される位相を示す。
【図５】図５Ａ〜５Ｃは、様々な電極構成を示す。
【図６Ａ】図６Ａ〜６Ｄは、ターゲット検出について、スキャン時間を最小限にする方法を示す。
【図６Ｂ】図６Ａ〜６Ｄは、ターゲット検出について、スキャン時間を最小限にする方法を示す。
【図６Ｃ】図６Ａ〜６Ｄは、ターゲット検出について、スキャン時間を最小限にする方法を示す。
【図６Ｄ】図６Ａ〜６Ｄは、ターゲット検出について、スキャン時間を最小限にする方法を示す。
【図７Ａ】図７Ａ〜７Ｃは、音響ビームの指向およびエネルギー伝達の最適化に対する周波数偏移を用いる実施形態を説明する。
【図７Ｂ】図７Ａ〜７Ｃは、音響ビームの指向およびエネルギー伝達の最適化に対する周波数偏移を用いる実施形態を説明する。
【図７Ｃ】図７Ａ〜７Ｃは、音響ビームの指向およびエネルギー伝達の最適化に対する周波数偏移を用いる実施形態を説明する。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
リードレスの組織刺激システムは、システム１００として図１に示される。インプラント可能な制御器トランスミッタモジュール１１０または外部の制御器トランスミッタモジュール１１０は、レシーバー刺激器モジュール１５０が電気的に組織を刺激するように、十分な振幅、周波数、持続時間および期間の音響波１２０を生成する。外部のプログラマー１７０は、インプラント可能な制御器トランスミッタモジュール１１０と、典型的には無線周波数テレメトリー手段１１６によって、無線で通信し、それにより動作パラメータを調整する。インプラント可能な制御器トランスミッタモジュールは、伝達音響の特徴を調整するテレメトリーレシーバー１１５と、制御回路網１４０と、信号生成器１１７と、電力増幅器１１８と、レシーバー刺激器１５０に伝達される音響ビーム１２０を生成する出力変換器アセンブリ１１９とを含む。当然のことながら、制御器トランスミッタ１１０は、音響エネルギーをレシーバー刺激器１５０に、リードレスに伝える。制御回路網１４０は、制御器トランスミッタの外側ケース上に配置される１つ以上のセンシング電極１４５に接続されるか、またはケーブルを介して制御器トランスミッタに接続されるかしている電気信号センシング回路素子１４１を含む。あるいは、電気センシング回路１４１は、典型的なエレクトログラムセンシング回路であり得るか、または電気スパイク検出回路であり得る。
【００２２】
レシーバー刺激器１５０は、圧電気受信変換器１５１、整流器回路網１５３および組織接触電極１５５を含む。この実施形態において、レシーバー刺激器によって受け取られ、かつ整流される音響エネルギーは、直接に電極１５５に印加される。あるいは、レシーバー刺激器モジュールは、様々な組み合わせで複数の変換器／整流器チャネルを含み得る。その複数の変換器／整流器チャネルは、同時係属中の出願１１／３１５，５２４（代理人整理番号０２８３４−０００１０１０ＵＳ）において以前に開示された通り、直列の位置または並列の位置であり得、またはインピーダンス整合を行い得る構造であり得、かつ／または信号のフィルタリング用のものであり得、それによりレシーバー刺激器の効率を向上させる。
【００２３】
本発明の一実施形態は、システム２００として図２Ａに示される。制御器トランスミッタモジュール２１０は、心筋組織からは遠隔であるが体の内部か、体の表面に接触して体の外かのどちらかに配置される。外部のプログラマー１７０は、制御器トランスミッタモジュールと、典型的には無線周波数テレメトリー１１６によって、通信する。制御器トランスミッタユニット２１０の内部のテレメトリーモジュール１１５は、制御回路網２２０との双方向の直接的な通信を提供する。制御器トランスミッタ２１０の内部の分離連続波（ＣＷ）信号生成器２１７は、システムに対して音響の動作周波数を提供する。制御回路網２２０および信号生成器２１７は両方とも、２次元音響変換器アレイ２６０（図２Ｂに示される）のそれぞれのチャネルに接続され、そこでそれぞれのチャネルは、伝達／受信変換器素子２３０ｉｊ、電力増幅器２１８ｉｊおよび移相器モジュール２４０ｉｊを含む。移相器モジュール２４０ｉｊは、正確にレシーバー刺激器をインターセプトするように意図される効率的な集中された細い音響ビームを形成するように、音響伝達の間それぞれのチャネルが正しい位相で伝達することを保証する。制御回路網２２０からの制御信号は、伝達位相を定める。移相器２４０ｉｊの出力は、次いでチャネルの電力増幅器２１８ｉｊへ移り、電力増幅器２１８ｉｊはまた制御回路網２２０の制御下にあり、電力増幅器２１８ｉｊは、ＯＦＦ状態か、完全なＯＮ状態か、ビームシェージングに対して必要とされ得る中間電力の選択されたレベルかのいずれかであり得る。電力増幅器の出力は、チャネル変換器素子２３０ｉｊに直接に移る。それぞれの出力チャネルに対して移相器を使用する一実施形態は、上記に述べられた。制御回路網２２０による伝達ビームのダイレクトフォーマッティングのような他の技術もまた用いられ得る。
【００２４】
制御器トランスミッタ２１０は、細い音響ビーム（ロケータ信号）を送信し、レシーバー刺激器からの応答（ロケーション信号）を求めることによって、空間的な領域をスキャンし得る。集中された方向づけられた音響ビームがレシーバートランスミッタと交差する場合、音響エネルギーは、レシーバー刺激器によって変換され、電気出力として電極１５５へ出力される。この電気出力は電気信号を生成し得、その電気信号は、センシング電極１４５および制御器トランスミッタ２１０の検出回路２４１によって検出され得る。制御器トランスミッタが適度なタイムフレーム以内で電気信号を検出しない場合、方向づけられた音響ビームはレシーバー刺激器と交差せず、方向づけられた音響ビームは「ターゲットから外れ」たという推量が、あり得る。そのようなタイムフレームは、予め決められ得るか、またはロケーション信号の特徴に基づいて決められ得る。次いで、制御器トランスミッタは、集中された方向づけられたビームを領域の別の部分に調整し得、領域の別の部分は、レシーバー刺激器が位置し得る場所であり、前の領域の近くに選択される可能性があり、制御器トランスミッタは、ロケータ信号の伝達を繰り返し得、それにより空間的な領域を反復的にスキャンする。この方法において、レシーバー刺激器がスキャンされる空間的な領域にある場合、電気信号が生成および検出される。制御器トランスミッタは、次いで、レシーバー刺激器への音響エネルギーの細い音響ビームの効率的な伝達のためのターゲット（伝達領域）として、集中された方向づけられたビームのパラメータを用い、そのパラメータは、検出される電気信号（ロケーション信号）になる。あるいは、制御器トランスミッタは、次いで、検出される電気信号の特徴を分析して、方向づけられたトランスミッタビームがレシーバー刺激器を適切にターゲットにしたかどうかを決定し得る。
【００２５】
スキャン処理は、図３においてより詳細に示される。制御器トランスミッタの位相アレイ２６０は個々の変換器２３０ｉｊから成る。便宜のために、アレイは、ｚ＝０において、ｘ−ｙ面に位置する。スキャンされる空間のボリューム３０５は、レシーバー刺激器に対して可能性のある全ての位置を含み、さらに便宜のために、スキャンされる空間のボリューム３０５は、位相アレイ２６０を基準にして半分のスペースであるｚ＞０に位置される。３０５の範囲は、構造上の限度によって制限され、特定の刺激用途に依存して変化し得る。空間のボリューム３０５は、複数のボリューム３０２ｋｌへと分割され、複数のボリューム３０２ｋｌは、個々にスキャンされるか、またはテストされる。ボリューム３０２ｋｌは重複し得るが、ボリュームの全集合が領域３０５をカバーすることが望ましい。アレイは、アレイ要素２３０ｉｊに対して適切な位相パラメータを設定することによって、ボリューム３０２ｋｌに照準をあてられる。
【００２６】
一例として提供される下記の方法は、アレイ要素のそれぞれに対する正しい位相パラメータの決定に用いられ得る。ボリューム３０２ｋｌに対して空間のロケーションｖ１が選択される。空間のロケーションｖ１は、必然的ではないが典型的には、ボリュームの中央である。アレイ要素２３０ｉｊに対して空間のロケーションｖ２が選択される。空間のロケーションｖ２は、必然的ではないが典型的には、アレイ要素の中央である。なお、一般に、ｖ１およびｖ２は、ｘ、ｙおよびｚ成分を有する３Ｄベクトルである。位相は、
【００２７】
【数１】
0005519056.tif 000002
によって得られ、そこで
【００２８】
【数２】
0005519056.tif 000003
は、標準のユークリッドノルムまたは距離関数であり、ｍｏｄはモジュロ算術演算子であり、λは音響波の波長である。あるいは、領域３０５の最も広角な範囲に照準をあてたとき、位相パラメータは、モジュロ２πで計算されなくあり得るが、むしろモジュロｎ２πで計算され得、そこでｎは、アレイ２６０の要素全体にわたる、波長単位での最大位相遅延である。これは、いくぶんかより効率的で、それゆえに好ましい。なぜなら、伝達されるアレイの第１のサイクルがボリューム３０２ｋｌにターゲットされるのに対して、モジュロ２π位相では、伝達される波の第１のｎサイクルが焦点から外れる結果になるためである。
【００２９】
典型的に、それぞれのボリューム３０２ｋｌのｘ幅とｙ幅は、アレイ２６０からあり得る最も細い音響ビームの幅として、選択される。この最小の音響ビーム幅ｗは、
【００３０】
【数３】
0005519056.tif 000004
によって近似され、そこで、λは音響波の波長であり、Ｄはアレイ２６０の水平方向の大きさであり、ｒはアレイ２６０からボリューム３０２ｋｌまでのｚ軸に沿った範囲または距離である。それゆえ、アレイ２６０が長方形である場合、すなわち、ｘおよびｙ次元について水平方向の幅が異なる場合、最小のビーム幅は異なり、それゆえにボリューム３０２ｋｌのｘおよびｙの次元は異なる。また、最小の音響ビーム幅は、範囲ｒに応じて増加するため、ボリューム３０２ｋｌは、一般にくさび形であり、範囲ｒの増加に応じて水平方向の次元について広がることに、留意すべきである。音響ビームは、それ自体が、急に終わるのではなく中央のピークから先細りになり、それゆえに、ボリューム３０２ｋｌが一部の重複（例えば５０％の重複）を有することが望ましい。これにより、レシーバー刺激器の比較的高精度なターゲティングが提供され、それゆえ音響エネルギーの比較的高効率な伝達が提供される。
【００３１】
交信領域３０５の最大の水平方向の幅Ｗは、
【００３２】
【数４】
0005519056.tif 000005
によって近似され、そこで、λは音響波の波長であり、ｄは個々のアレイ要素２３０ｉの水平方向の大きさであり、ｒはアレイ２６０からボリューム３０２ｋｌまでのｚ軸に沿った範囲または距離である。個々のボリューム３０２ｋｌと類似して、全体のスキャン領域３０５は、範囲ｒの増加に応じて水平方向の次元について外に広がるくさび形を有する。
【００３３】
３０５が、アレイ２６０のファーフィールドに全面的に広がる場合、奥行き集中すなわちｚ集中は必要とされず、それぞれのボリューム３２０ｋｌは、領域３０５の全体のｚ奥行きにわたって広がり得る。しかし、３０５が、位相アレイ２６０のニアフィールド伝達領域と重複する場合、ボリューム３０２ｌｋ、３０３ｋｌなどの複数のレイヤは、ｚ次元についてもスキャンされなければならない。一般的に、ニアフィールド領域とファーフィールド領域との境界は、
【００３４】
【数５】
0005519056.tif 000006
によって、与えられる。
【００３５】
予想されるターゲットロケーション領域がファーフィールドに存在する状況、または予想されるターゲットロケーション領域が固定の焦点ゾーン内のみを移動する状況において、当然、ｚ次元のスキャンは必要とされなくあり得る。
【００３６】
制御器トランスミッタにおける伝達アレイの要素に対して必要とされる位相を迅速かつ効率的に決定する別の方法が、下記に述べられる。前に述べられた通り、必要とされる位相は計算され得る。しかし、これは計算的にコストが多大であり、これは貴重なエネルギーおよび貴重な時間を消費する。特に、平方根の計算を要するからである。一代案は、それぞれのスキャンロケーション３０２ｋｌに対するアレイ２６０のそれぞれの要素２３０ｉｊに対して必要とされる位相を予め計算することである。これは、迅速だが、有意な量の必要とされるメモリになる。メモリから位相を読み出すこと、およびそれらをアレイ要素２３０ｉｊのそれぞれに対する移相器２４０ｉｊの中へロードすることに必要とされるさらなる時間の負担がある。この時間は、制御器トランスミッタにおけるデジタル電子回路のクロックスピードを増やすことか、またはロード処理を並列にすることかによって、減少し得る。
【００３７】
図４は、必要とされる位相がどのように３つの別個のコンポーネントへ細分され得るかを述べる。最初の２つは、ｘおよびｙ方向における位相傾きである。これらは、アレイ要素のｘおよびｙロケーションの線形関数であり、したがってこれらは比較的、計算するのにコストがかからない。
【００３８】
レシーバー刺激器が制御器トランスミッタから非常に遠くに離れている場合、これらの最初の２つの位相のコンポーネントのみが必要とされる。しかし、予めの位相調節コンポーネントとして示される第３のコンポーネントが、レシーバー刺激器がアレイのファーフィールドの境界領域周囲にある場合、必要とされ、レシーバー刺激器がニアフィールド内にある場合には必ず、必要とされる。この予めの位相調節コンポーネントは、アレイ内の伝達要素の位置の線形関数ではなく、それゆえに計算するのに比較的コストが多大である。
【００３９】
基本的な方式は、予めの位相調節コンポーネントをまれに計算し、アレイが新たなロケーションに指向される必要があるときはいつも位相の線形のコンポーネントを計算することである。予めの位相調節コンポーネントを決定することに対して、いくつかのオプションが存在する。１つは、制御器トランスミッタとレシーバー刺激器との間に見込まれる公称範囲（距離）で、中心にあるターゲットに指向させるために必要とされる位相（まっすぐに垂線、角度の指向が外れないよう）として、予めの位相調節を計算することである。これは、上記に示される数式（数式１）を用いてなされ得る。予めの位相調節は、レシーバー刺激器がファーフィールドに厳密に存在しないという事実を補償する。その事実は、レシーバー刺激器が制御器トランスミッタから無限に遠く離れている場合にのみ真となる。レシーバー刺激器がファーフィールドにある場合、予めの位相調節コンポーネントは単純にゼロになり、すなわち、アレイの全ての要素は同じ位相で伝達する。これらの予めの位相は、制御器トランスミッタの製造の一部として、計算され、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）にストアされ、ダウンロードされ得るか、あるいは、制御器トランスミッタがインプラントされたときに一度決定され得る。後者の方式は、制御器トランスミッタとレシーバー刺激器との間の範囲の比較的正確な知識という利点を有する。
【００４０】
線形の位相傾きが、制御回路網によって計算され、次いで位相制御器２４１ｉｊのそれぞれにダウンロードされ得るか、または位相制御器が、ルックアップテーブルか専用の計算回路網かのどちらかを用いて、線形の位相コンポーネントを決定し得る。
【００４１】
別の代案は、レシーバー刺激器の公称ロケーション（すなわち、範囲だけでなく角度のロケーションも）に基づいて、予めの位相調節を計算することである。これは、レシーバー刺激器が、制御器トランスミッタに対する垂線から有意な角度に置かれる場合、うまく作用する。制御器トランスミッタを基準として、レシーバー刺激器の有意な動きがない場合、予めの位相調節コンポーネントは、一度計算されることを必要とするのみであり、計算の有意なオーバーヘッドを省く。
【００４２】
スキャン処理の一部として電極１５５を介して生成される電気出力は、電極１５５近傍の組織を興奮させるのに十分なエネルギーが出力に含まれる場合、刺激またはペーシング出力であると考えられ得る。しかし、組織が刺激され、電極１４５で電気信号を検出することは必要とされない。電極１４５および検出回路２４１によって検出可能な電気出力を生成するのに必要とされるエネルギーは、組織を刺激するのに必要とされるエネルギーよりも有意に低いため、実際は、電気出力が刺激性のパルスでないことは、有利である。このより低いエネルギーの必要性は、ロケータ信号の存続時間を短縮することによって主に達成され、電極１５５の電気出力に、組織を刺激するのに用いられる値より有意に低い値をもたらす。例えば、心臓の組織刺激に対する信号の存続時間は、２００μｓから２０００μｓの範囲にあるが、一方、典型的な存続時間は、４００μｓから５００μｓの範囲にある。ロケータ信号の最小の存続時間は、様々なパラメータ（システムの動作周波数と、トランスミッタ変換機とレシーバー変換機の両方のＱおよび伝達アレイの大きさと、レシーバーが複数の変換機を含む場合の全体のレシーバー構造）の影響を受ける。１０サイクルの最小の時間は、妥当な見積りである。これは、５００ｋＨｚから１ＭＨｚの周波数範囲で動作する超音波システムに対して、１０から２０μｓ（組織刺激に対する典型的な存続時間よりも少なくとも２０分の１）で、最小のロケータ信号の存続時間を設定する。これにより、組織を刺激するのに用いられるエネルギーよりもロケータ信号の伝達に対して用いられるエネルギーのほうが少なくとも２０分の１になり、この実施形態を魅力的にする。
【００４３】
従来のＥＣＧ処理に用いられる検出回路か、またはさらに、ペーシングスパイク検出に用いられる検出回路かに比べて、短存続時間ロケータ信号は、異なった検出回路２４１を必要とする。ＥＣＧ信号は、典型的に０．５Ｈｚから１００Ｈｚの増幅器帯域幅で処理される。ペーシングスパイク検出器は、典型的に１ｋＨｚから２．５ｋＨｚの帯域幅を有する。１０〜２０μｓロケータ信号に応答して生成される１０〜２０μｓ電気信号は、１００ｋＨｚまでの帯域幅を必要とする。
【００４４】
心臓の内部から生成され、表面のＥＣＧ電極上でセンスされるペーシング信号に対して、６５〜８０ｄＢの信号の減衰を観測することが一般的であることが、動物のモデルと人間との両方の調査により示される。それゆえ、電極１５５を越えて伝達される１ボルト電気パルスは、電極１４５上で５６０マイクロボルトから１００マイクロボルトまでの信号になり得る。最新技術の増幅器は、雑音指数を２０ｎＶ／（Ｈｅｒｔｚ）１／２の範囲に実現し得、雑音は、１００ｋＨｚ帯域幅の間６マイクロボルトのオーダーになり、ロケーション信号の検出に対して、信号対雑音比は、非常に妥当になる。しかし、そのような高い帯域幅で高いゲイン増幅器は、従来のＥＣＧ増幅器よりも電力を消費し、従来のＥＣＧ増幅器は、低い帯域幅で高い振幅信号を増幅する。それゆえ、必要とされるとき（すなわち、音響のロケータ信号の伝達のあとすぐに）、これらの増幅器を単に作動させることは有利である。
【００４５】
さらに、空間的に互いに近くにある２つの電極からロケーション信号が生成およびセンスされることに留意することは重要である。レシーバー刺激器電極１５５と制御器トランスミッタ電極１４５の両方の位置は、実用的な限度によって制限される。したがって、電極１５５によって生成される電気信号は、ダイポール放射パターンを有し、電極１４５の感度もまた、ダイポールパターンを有する。図５ａは、典型的なダイポール配列を示す。センシング電極１４５は、差動増幅器４１０に入力される。破線４０１は、領域「ブラインドスポット」を示し、そこで、信号源は、電極１４５によってセンスされ得ない。これは、この線に沿って位置する信号源が両方の電極１４５まで等距離であり、差動増幅器がこれらの２つの等しい信号を減算してゼロの出力を生成するためである。それに対応して、破線４０２は、信号源が増幅器４１０からの最大出力をもってセンスされる領域を示す。類似した動作は、電極１５５を介した電気信号の伝達の結果として生じる。それゆえ、全体の減衰は、２つのダイポールパターンの重ね合わせの結果である。これらのダイポールパターンおける電位の「ブラインドスポット」を避けるために、制御器トランスミッタ上で２つより多い電極１４５を用いることは、それゆえ、有利である。図５ｂは、どのように第３の電極の追加がこの「ブラインドスポット」の問題を除去するかを示す。２つの増幅器４２０ａおよび４２０ｂは、９０度離れて向けられる２つの別個のダイポールからの信号を増幅するのに用いられる。２つの信号出力、４２０ａの２４２ａおよび４２０ｂの２４２ｂは、それぞれ、次いでロケーション信号の存在について分析される。さらに比較的大きな改良が、より多くの電極の追加によってもたらされ得、それらの電極は、図５ｃに示される通り、最初の３つの電極から空間的に分離されている。これは、レシーバー刺激器で電極１５５によって生成されるダイポールパターンにおけるどのような「ブラインドスポット」も避けるというさらなる利点を有する。１つの電極１４６は基準として選択され、他の全ての電極１４５は、増幅器４１０ｉを用いて、この基準と比べて増幅され、それぞれの増幅器４１０ｉは、信号４２０ｉを生成する。任意の一対の電極からのダイポール信号２４４は、次いで２４３を用いて、出力信号４２０ｉのうちの２つの差分をとることによって計算され得、２４３は、ハードウェア差動増幅器としてインプリメントされ得るか、または２つのデジタル化された信号の減算としてソフトウェアにおいてインプリメントされ得る。上記で述べられる通り、増幅器４１０ｉは、必然的に高い帯域幅で高いゲイン増幅器であり、それゆえ有意な電力を消費する。それゆえ、最も大きな振幅のロケーション信号を提供する増幅器のみを用いることは有利である。レシーバー刺激器および制御器トランスミッタの動作が有意にロケーション信号の振幅を変化させると仮定して、いったん最も大きなロケーション信号を生成する電極対が決定されれば、この信号を生成するのに用いられる増幅器のみが用いられることを必要とし、有意に電力消費を減少する。
【００４６】
重要な考慮すべき事項は、レシーバー刺激器のロケーションを決定するのにかけられる時間である。明らかに、この時間は、できるだけ短くあるべきである。この時間が心臓のサイクルと比較に値する場合、ロケーションの決定とそれに続く刺激エネルギーの伝達との間の心臓の動作は、問題の余地になる。リードレスの刺激器が標準のペースメーカーに付随して用いられ、それにより治癒力のある両心室ペーシングを達成するとき、必要とされるスキャン時間を最小限にすることは、また有利である。この場合において、係属中の出願１１／３１５，０２３（代理人整理番号０２１８３４−０００８２０ＵＳ）において開示される通り、制御器トランスミッタは、付随してインプラントされた装置の中の右心室（ＲＶ）ペーシングアーチファクトの検出のあとすぐに、音響エネルギーを伝達し、それにより心臓を刺激する。好ましくは、レシーバー刺激器位置の決定がＲＶペーシングアーチファクトの検出の後にされることにより、位置決定と刺激との間の心臓の動作の影響は、最小限にされる。
【００４７】
図６は、必要とされるスキャン時間を最小限にするいくつかの方法を示す。図６ａは、異なったターゲット領域の中へスキャンされる空間のパーティションを示す。このパーティションは、奥行きターゲットが存在せず、それゆえスキャン空間が、固定されるｚロケーションでｘ−ｙ面の中にあることを想定する。その方法は、奥行きターゲットの場合にまで容易に拡張され得る。軟組織の中および血液の中で、音の速度は、約１．５ｍｍ／μｓｅｃである。２００ｍｍという制御器トランスミッタとレシーバー刺激器との大きな距離を考えると、約１３３μｓｅｃという最大の飛行の時間になる。図６ｂは単純なスキャン方法を示し、そこで、ロケータ信号間の時間Ｐが、予期される飛行の時間よりも長くなるように、選択される。出力信号２４４を処理する方法は、下記の通り述べられる。ロケータ信号５０５に続くロケーション信号５１０の検出によって、レシーバー刺激器がロケータ信号５０５に対応するボリューム（図６ａにおけるボリューム１５）の中に含まれることが示される。さらに、制御器トランスミッタとレシーバー刺激器との間の範囲に比例した飛行の時間は、ロケータ信号の伝達とロケーション信号の検出との間の時間遅延によって計測され得る。
【００４８】
図６ｃは、比較的速いスキャン方法を明示する。この場合において、伝達パルス（ロケータ信号）間の時間Ｐは、実際の飛行の時間より短く、それぞれの個々のロケータ信号の存続時間、および制御器トランスミッタが次のロケータ信号に対して準備をするセットアップ時間によってのみ、制限される。これは、同時に複数のロケータ信号が制御器トランスミッタとレシーバー刺激器との間で飛行の状態であるという結果になり、スキャン時間を相当に減らす。いったんロケーション信号が検出されると、図６ｃに示される通り、ロケーション信号を生み出した実際のロケータ信号の決定は、制御器トランスミッタとレシーバー刺激器との間の飛行の公称時間の知識を必要とする。前のロケーションが知られ、それゆえレシーバー刺激器までの飛行の時間が知られ、制御器トランスミッタを基準としてレシーバー刺激器の小さな動きのみが予期される場合、この最適化された方式は、適用できる。ロケータ信号間の時間Ｐは、動きの最大限の予期される範囲に設定され得る。例えば、最大限の予想される動きが４０ｍｍである場合、Ｐは、少なくとも４０／１．５または２７μｓｅｃでなければならない。
【００４９】
初期の動作の間に、レシーバー刺激器のロケーションが全く知られておらず、それゆえ飛行の公称時間が全く知られていないとき、図６ｄに示されるようなハイブリッドの技術は、用いられ得る。ロケーション信号が検出されるまで、全体の領域の迅速なスキャンは、図６ｃに示される技術に類似する技術を用いて行われる。いったんロケーション信号が検出されると、図６ｂに示される技術に類似する比較的遅いスキャンは、検出されるロケーション信号の近くのボリューム（ボリューム１３から開始し、次いでボリューム１４など）に対して行われる。これは、的確なボリューム（この場合、１５）を正確にねらい、飛行の実際の時間の逆算を可能にする。
【００５０】
一部の場合において、図６ｂで用いられるロケータ信号間の時間よりも長いロケータ信号間の時間は、必要とされ得る。ロケータ信号からの十分な音響エネルギーが存在し、ロケータ信号が体内の解剖学上の構造に反射され、レシーバー刺激器がこれらの反射されたロケータ信号に反応する場合、これは、起こり得る。別のロケータ信号を伝達する前に、前のロケータ信号からのどのような反響またはどのような反射も減衰するように、一般的に、これはロケータ信号間の時間を増やすことによって対処される。しかし、この問題発生の可能性は、飛行の公称時間の事前知識によって実質的に低減され得る。これは、制御器トランスミッタに、細い時間ウィンドウでロケーション信号を探すことを可能にし、反射されたロケータ信号による誤った検出を除去する。
【００５１】
スキャン時間およびスキャン自体に費やされるエネルギーを最小限にする別の方策は、インテリジェントなサーチを行うことである。１つのアプローチは、レシーバー刺激器についての前に知られている位置へロケータ信号を伝達することによって、スキャンを開始することである。それゆえ、レシーバー刺激器がスキャンボリュームの外に移動しなかった場合、１つのロケータ信号のみが必要とされる。より多くのスキャンが必要とされる場合、別の方策は、レシーバー刺激器について知られる最新の位置から外にサーチを広げることである。別のアプローチは、レシーバー刺激器の動きについての前の履歴を記憶することと、これを用いて、それに対してインテリジェントにスキャンすることとである。これは、レシーバー刺激器の主要な動きが周期的である（たとえば、主として心臓の動きおよび呼吸の動きによる）ときはいつも、スキャンの回数を大いに減らす。
【００５２】
１つより多いレシーバー刺激器が、エネルギー伝達の最適化に対して上記で述べられるのと異なるアプローチを用いてインプラントされ、動作させられ得ることに留意されたい。他のレシーバー刺激器を基準とした、それぞれのレシーバー刺激器のロケーションは、インプラントの時間を通じて、登録され得る。インプラントのあとで、レシーバー刺激器が心臓の動きや呼吸などにより動くとき、それらは、互いにいっせいに動くであろう。しかし、制御器トランスミッタに対するレシーバー刺激器の相対的なロケーション（そのロケーションは、制御器トランスミッタによる最適のエネルギー伝達に影響する）は、心臓の動作や呼吸などによって変化するであろう。この問題に対処するために、第１のレシーバー刺激器のロケーションが上記に述べられるアプローチのうちの１つを用いて識別された場合、インプラントの間に登録された、他のレシーバー刺激器の相対的なロケーションに基づいて、その他のレシーバー刺激器のロケーションがすぐに計算される。
【００５３】
あるいは、それぞれのレシーバー刺激器（複数のレシーバー刺激器がインプラントされるとき）が、一意の周波数または一意の位相を有するロケータ信号を用いて、「アドレスされ」得る。先に述べられるアプローチは、次いでそれぞれのレシーバー刺激器に対して順次用いられ得、それにより制御器トランスミッタからのエネルギー伝達を最適化する。すなわち、より単純には、複数のレシーバー刺激器がロケーションにおいて十分な差でインプラントされる場合、前のロケーションの知識、および装置間の相対的なロケーションが有意には変化しないであろうという事実に基づいて、それぞれは、前に述べられる方法によって直接に位置を特定され得る。
【００５４】
ロケーション信号が電気信号として詳しく述べられているが、ロケーション信号が制御器トランスミッタによって検出され得るいずれの種類の性質をも持ち得ることは、理解されるべきである。例えば、それは、装置からの受動的なエコーであり得るか、または、レシーバーが、ロケータ信号に応答する音響信号を伝達するのに適合され得る。
【００５５】
制御器トランスミッタからのエネルギー伝達の最適化に対してここに述べられる発明の別の実施形態は、図７Ａ〜図７Ｃに説明される。図７Ａにおいて、制御器トランスミッタアレイ（「Ｃ−Ｔアレイ」）の一要素は、ワイドビーム音響バースト（ロケータ信号）を伝達し、ワイドビーム音響バーストは、レシーバー刺激器（「Ｒ−Ｓ」）によって受け取られる。その信号がレシーバー刺激器において受け取られる間、その信号は、図７Ｂに描写される通り、周波数偏移され、制御器トランスミッタへ等方的に再び伝達し返される。この再伝達は、ロケータ信号がレシーバー刺激器によって受け取られる間、生じる。Ｃ−Ｔアレイのそれぞれの要素に対するレシーバー刺激器のロケーションは、チャネルごとに受け取られる検出された位相として、制御器トランスミッタのメモリの中へ記録される。次いで、図７Ｃに示される通り、制御器トランスミッタは、記録された位相測定値を用いて、集中されたビームとして音響エネルギーを、レシーバー刺激器に、組織の刺激のために電極に伝えられるように、臨床的に適切な時間で伝達する。
【００５６】
上記に述べられる位相測定モードにおける単一の要素から生成されるロケータ信号に含まれるエネルギーの量は、刺激に対して用いられるエネルギーの量よりも実質的に多くあり得る。しかし、正しい位相測定値が得られたので、ワイドビームを用いて組織に伝えられるエネルギーについての同じレベルを達成するのに必要とされ得るエネルギーよりも有意に少ないエネルギーが、全体のアレイによって刺激のために伝達される。ここで、正しい位相測定値を欠く場合においてアレイのそれぞれの要素が伝達し得るワイドビームと比較して、アレイのそれぞれの要素は、かなり効率的な集中されたビームを伝達し得る。さらに、上記に述べられる方法で、位相測定値は、さらなる計算なしに得られた。このように、さらにエネルギー消費が最小限にされる。
【００５７】
刺激に対して用いられる集中されたビームの生成のときに、全てのアレイの要素が必ずしも同じ振幅で駆動される必要はない。レシーバー刺激器から要素のアレイまでの、一経路またはその他すべての経路が、比較的多くの減衰か、比較的少ない減衰かのどちらかを示す場合、これは、それぞれ、比較的多くのエネルギーか、比較的少ないエネルギーかのどちらかで伝達することか、または極度に影響を与えられたアレイ要素を止めることかによって克服され得る。さらに、アパーチャシェージング（アレイの端からの比較的低い振幅放出）が、音響ビームの内部の比較的優れた均一性について音響ビームを平坦化する効果を有することは、アレイ設計の技術分野においてよく知られている。これはまた、制御器トランスミッタの中の予めプログラムされた計算に導かれ成し遂げられ得る。
【００５８】
発明のさらなる側面が、下記に述べられる。ロケータ信号が全く必要とされない一実施形態において、レシーバー刺激器は、まず最初に制御器トランスミッタからの音響エネルギーを受け取り、受け取られたエネルギーの一部をストアし、残りを組織に導く。ストアされるエネルギーは、受け取られたエネルギーの０から１００％までのどこかであり、理想的には受け取られたエネルギーの約５％であり得る。しかし、レシーバー刺激器の内部の、可変のタイムアウト、固定されるタイムアウト、または周期的なタイムアウトに基づいて、制御器トランスミッタからの音響エネルギーの次の伝達の前に、ストアされたエネルギーは、レシーバー刺激器によって、ロケーション信号を生成するのに用いられる。ロケーション信号が電気信号であり得るか、あるいはロケーション信号が、制御器トランスミッタに伝達される音響の応答器信号か、レシーバー刺激器の位置を信号で伝えるホーミングビーコンとしてレシーバー刺激器によって生成される類似した信号かであり得る。制御器トランスミッタは、ロケーション信号を受け取り、そのロケーション信号から、振幅、位相または到着時間などのような情報を用いて、レシーバー刺激器のロケーションを計算する。レシーバー刺激器のロケーションを識別したことで、制御器トランスミッタは、次いで、伝達される音響ビームを、レシーバー刺激器のロケーションまたは領域に集中することができ、それにより、エネルギーを最適に伝達するか、または最適に通信を交換する。
【００５９】
あるいは、制御器トランスミッタは、十分な音響エネルギーの形態でロケータ信号を受動的なレシーバー刺激器に伝達し、受動的なレシーバー刺激器は、受け取られた全てのエネルギーを用いて、ロケーション信号を生成する。この実施形態において、レシーバー刺激器は、ステートマシンを有するように適合され得、そのステートマシンは、ロケーション信号に対して音響エネルギーを用いることと、刺激のような実用的な目的に対して音響エネルギーを用いることとをスイッチする。ロケーション信号は、制御器トランスミッタによって受け取られ、制御器トランスミッタは、ロケーション信号に含まれる信号の特徴に基づいてレシーバー刺激器のロケーションを決定し、次いで、レシーバー刺激器のロケーションまたは領域にターゲットされる集中されたビームを生成する。
【００６０】
上記に示される通り、本発明の音響レシーバーがレシーバー刺激器またはレシーバー変換器として機能を果たし得、そこで、レシーバー変換器が診断ツールとして作用し得ることは、留意されるべきである。例は、レシーバー刺激器実施形態を説明するが、上記に述べられるエネルギー最適化技術は、レシーバー変換器に対して、同様に適用できる。
【００６１】
上記は、本発明の好適な実施形態の完全な説明であるが、様々な代替、様々な改変および様々な均等物は、用いられ得る。それゆえ、上記の説明は、本発明の範囲を限定することとしてとらえられるべきではなく、本発明は、添付の特許請求の範囲によって定義される。
【図４】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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