(57)【要約】  本開示は、神経刺激パルスを伝達するためのシステム及び方法を提供する。神経インプラントデバイスは、入力信号を受信して、受信した入力信号に基づいて電気信号を発生させるように構成されたエネルギーハーベスト回路を含み得る。エネルギーハーベスト回路と直列のダイオード整流器が電気信号を整流し得る。エネルギーハーベスト回路及びダイオード整流器は生体適合性電気絶縁物質内に封止され得る。神経電極が生体適合性電気絶縁物質を通して露出され得る。神経電極は神経刺激パルスを伝達するように構成され得る。神経インプラントデバイスは略１．０立方ミリメートル未満の体積を有し得る。
2019503809.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号を受信して、受信した前記入力信号に基づいて電気信号を発生させるように構成されたエネルギーハーベスト回路と、
前記エネルギーハーベスト回路と直列のダイオード整流器であって、前記電気信号を整流するように構成されたダイオード整流器と、
前記エネルギーハーベスト回路及び前記ダイオード整流器を封止する生体適合性電気絶縁物質と、
前記生体適合性電気絶縁物質を通して露出された神経電極であって、神経刺激パルスを伝達するように構成された神経電極とを備える神経インプラントデバイスであって、
略１立方ミリメートル未満の体積を有する神経インプラントデバイス。
【請求項２】
略０．５立方ミリメートル未満の体積を有する請求項１に記載の神経インプラントデバイス。
【請求項３】
前記エネルギーハーベスト回路がキャパシタと並列のインダクタを備える、請求項１に記載の神経インプラントデバイス。
【請求項４】
前記インダクタが略１０ｎＨから略５００μＨの範囲内のインダクタンスを有する、請求項３に記載の神経インプラントデバイス。
【請求項５】
前記インダクタが、フェライトコアの周りに巻かれた銅とアルミニウムと銀と金とのうち少なくとも一種製のコイルを備え、前記コイルが前記生体適合性電気絶縁物質内で巻かれていて、前記生体適合性電気絶縁物質が実質的に気泡を有さない、請求項３に記載の神経インプラントデバイス。
【請求項６】
前記ダイオード整流器と前記インダクタと前記キャパシタと前記神経電極とが、実質的にシリンダ状の筐体内に含まれ、且つ、前記実質的にシリンダ状の筐体の軸に実質的に沿って配置されている、請求項３に記載の神経インプラントデバイス。
【請求項７】
前記生体適合性電気絶縁物質が、パリレンとシリコーンとエポキシとのうち少なくとも一種を備える、請求項１に記載の神経インプラントデバイス。
【請求項８】
前記インダクタが略０．４ミリメートル以下の直径と略１．０ミリメートル以下の長さとを有する、請求項３に記載の神経インプラントデバイス。
【請求項９】
前記キャパシタが略１ｐＦから略１０ｎＦの範囲内のキャパシタンスを有する、請求項３に記載の神経インプラントデバイス。
【請求項１０】
前記キャパシタ及び前記インダクタが、略１００ｋＨｚから略１００ＭＨｚの範囲内の共振周波数を有する回路を形成する、請求項３に記載の神経インプラントデバイス。
【請求項１１】
前記キャパシタと前記インダクタと前記ダイオード整流器とのうち少なくとも二つが単一チップに含まれている、請求項３に記載の神経インプラントデバイス。
【請求項１２】
前記エネルギーハーベスト回路が少なくとも一つの圧電エネルギーハーベスト器を備える、請求項１に記載の神経インプラントデバイス。
【請求項１３】
前記ダイオード整流器の出力からの電圧を保持するように構成されたエネルギー貯蔵デバイスと、
閉位置にある際に保持電圧を前記神経電極に印加するように構成された第一スイッチとを更に備える請求項１に記載の神経インプラントデバイス。
【請求項１４】
前記第一スイッチが、微小電気機械システム磁気リードスイッチと静電作動微小電気機械システムスイッチとのうち少なくとも一方を備える、請求項１３に記載の神経インプラントデバイス。
【請求項１５】
前記第一スイッチが、無線作動信号に応答して閉じるように構成された通常開スイッチである、請求項１３に記載の神経インプラントデバイス。
【請求項１６】
前記第一スイッチが、前記第一スイッチを閉じるのに必要な無線作動信号の振幅が前記第一スイッチを閉位置に維持するのに必要な無線作動信号の振幅よりも大きくなるようなヒステリシスを示す、請求項１５に記載の神経インプラントデバイス。
【請求項１７】
前記無線作動信号が、
前記第一スイッチを閉位置に維持するのに十分な大きさとなるように選択された直流成分と、
前記第一スイッチの共振周波数に整合する周波数を有する交流成分とを備え、
前記直流成分の振幅と前記交流成分の振幅の和が前記第一スイッチを閉じるのに十分なものである、請求項１６に記載の神経インプラントデバイス。
【請求項１８】
前記エネルギーハーベスト回路に結合されたアンテナを更に備え、
前記アンテナが、送信器から入力信号を受信して、前記入力信号を前記エネルギーハーベスト回路に提供するように構成されている、請求項１に記載の神経インプラントデバイス。
【請求項１９】
筋肉又は神経組織を刺激するための方法であって、
エネルギーハーベスト回路によって入力信号を受信することと、
前記エネルギーハーベスト回路によって、前記入力信号を電気信号に変換することと、
前記電気信号を整流して、整流信号をエネルギー貯蔵器に提供することと、
スイッチによって、前記エネルギー貯蔵器から保持電圧を印加して、神経刺激パルスを生成することとを備える方法。
【請求項２０】
前記スイッチによって、無線作動信号を受信して、前記エネルギー貯蔵器から保持電圧を印加することを更に備える請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記入力信号が略１００ｋＨｚから略１００ＭＨｚの範囲内の周波数を有し、前記無線作動信号が略１ｋＨｚから略５０ｋＨｚの範囲内の周波数を有する、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記エネルギーハーベスト回路がキャパシタと並列のインダクタを備える、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記エネルギーハーベスト回路が少なくとも一つの圧電エネルギーハーベスト器を備える、請求項１９に記載の方法。
【請求項２４】
筋肉又は神経組織を刺激するためのシステムであって、
電力信号発生器と、
複数の埋め込み型デバイスであって、各埋め込み型デバイスが、
前記電力信号発生器から入力信号を受信して、受信した前記入力信号に基づいて電気信号を発生させるように構成されたエネルギーハーベスト回路と、
前記エネルギーハーベスト回路と直列のダイオード整流器であって、前記電気信号を整流するように構成されたダイオード整流器と、
前記エネルギーハーベスト回路及び前記ダイオード整流器を封止する生体適合性電気絶縁物質と、
前記ダイオード整流器の出力からの電圧を保持するように構成されたエネルギー貯蔵デバイスと、
閉位置にある際に保持電圧を神経電極に印加するように構成されたスイッチとを備える、複数の埋め込み型デバイスと、
作動信号を発生させて、前記複数の埋め込み型デバイスのスイッチを選択的に閉じるように構成された作動信号発生器とを備えるシステム。
【請求項２５】
前記複数の埋め込み型デバイスのうち第一埋め込み型デバイスのスイッチが、前記複数の埋め込み型デバイスのうち少なくとも第二埋め込み型デバイスのスイッチに関する作動信号とは異なる作動信号に応答して閉じるように構成されている、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２６】
前記作動信号発生器及び前記電力信号発生器を制御するように構成された制御器を更に備える請求項２４に記載のシステム。
【請求項２７】
各埋め込み型デバイスが略０．３立方ミリメートル未満の体積を有する、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２８】
各埋め込み型デバイスのエネルギーハーベスト回路がキャパシタと並列のインダクタを備える、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２９】
前記キャパシタと前記インダクタと前記ダイオード整流器と前記スイッチとのうち少なくとも二つが単一チップに含まれている、請求項２８に記載のシステム。
【請求項３０】
各埋め込み型デバイスのエネルギーハーベスト回路が少なくとも一つの圧電エネルギーハーベスト器を備える、請求項２４に記載のシステム。
【請求項３１】
各埋め込み型デバイスのスイッチが、微小電気機械システム磁気リードスイッチと静電作動微小電気機械システムスイッチとのうち少なくとも一方を備える、請求項２４に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願］
本願は、２０１６年２月３日出願の「ＮＥＵＲＡＬ  ＩＭＰＬＡＮＴ  ＦＯＲ  ＭＩＣＲＯＳＴＩＭＵＬＡＴＩＯＮ」との名称の米国特許出願第１５／０１４６７５号、及び、その一部継続出願であり２０１６年３月２３日出願の「ＮＥＵＲＡｌ  ＩＭＰＬＡＮＴ  ＦＯＲ  ＭＩＣＲＯＳＴＩＭＵＬＡＴＩＯＮ」との名称の米国特許出願第１５／０７８４８４号の優先権を主張し、両出願の全体が参照として本願に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
電気ノードを患者の体内に埋め込んで、神経組織を刺激することができる。典型的には、そのようなデバイスは、体外に位置する源からエネルギーを受ける有線電極を含む。有線で外部電源に接続する埋め込み型デバイスは極めて侵襲性であり、神経組織に長期的損傷を与え得る。無線神経インプラントも入手可能であるが、神経組織を効果的に刺激するのに十分な電圧及び電流の神経刺激パルスを与えることができないことが多い。更に、複数の無線神経デバイスが患者に埋め込まれると、個々のデバイスを選択的に制御することが難しくなり得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本開示のシステム、方法、デバイスはいずれも複数の革新的態様を有し、それら態様のうち一つが単独で本開示の所望の属性を司るものではない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本開示の主題の革新的態様の一つは神経インプラントデバイスにおいて実施可能である。その神経インプラントデバイスは、入力信号を受信して、受信した入力信号に基づいて電気信号を発生させるように構成されたエネルギーハーベスト回路を含み得る。神経インプラントデバイスは、エネルギーハーベスト回路と直列のダイオード整流器を含み得る。ダイオード整流器は電気信号を整流するように構成され得る。エネルギーハーベスト回路及びダイオード整流器は生体適合性電気絶縁物質内に封止され得る。神経インプラントデバイスは、生体適合性電気絶縁物質を通して露出され且つ神経刺激パルスを伝達するように構成された神経電極を含み得る。神経インプラントデバイスは、略１立方ミリメートル未満の体積を有し得る。
【０００５】
一部実施形態では、神経インプラントデバイスは略０．５立方ミリメートル未満の体積を有し得る。一部実施形態では、エネルギーハーベスト回路はキャパシタと並列のインダクトを含み得る。一部実施形態では、インダクタは略１０ｎＨから略５００μＨの範囲内のインダクタンスを有し得る。
【０００６】
一部実施形態では、インダクタは、フェライトコアの周りに巻かれた銅とアルミニウムと銀と金とのうち少なくとも一種製のコイルを含み得る。コイルは生体適合性電気絶縁物質内で巻かれ得て、生体適合性電気絶縁物質は実質的に気泡を有さなくなり得る。一部実施形態では、生体適合性電気絶縁物質はパリレンとシリコーンとエポキシとのうち少なくとも一種を含み得る。
【０００７】
一部実施形態では、インダクタは、略０．４ミリメートル以下の直径と、略１．０ミリメートル以下の長さとを有し得る。一部実施形態では、キャパシタは、略１ｐＦから略１０ｎＦの範囲内のキャパシタンスを有し得る。一部実施形態では、キャパシタ及びインダクタは、略１００ｋＨｚから略１００ＭＨｚの範囲内の共振周波数を有する回路を形成し得る。一部実施形態では、キャパシタとインダクタとダイオード整流器とのうち少なくとも二つが単一チップに含まれる。一部実施形態では、エネルギーハーベスト回路は少なくとも一つの圧電エネルギーハーベスト器を含み得る。
【０００８】
一部実施形態では、神経インプラントデバイスは、ダイオード整流器の出力からの電圧を保持するように構成されたエネルギー貯蔵デバイスと、スイッチが閉位置にある際に保持電圧を神経電極に印加するように構成された第一スイッチとを含み得る。一部実施形態では、第一スイッチは、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）磁気リードスイッチと静電作動ＭＥＭＳスイッチとのうち少なくとも一方を含み得る。一部実施形態では、第一スイッチは、無線作動信号に応答して閉じるように構成された通常開スイッチであり得る。一部実施形態では、第一スイッチは、スイッチを閉じるのに必要な無線作動信号の振幅がスイッチを閉位置に維持するのに必要な無線作動信号の振幅よりも大きくなるようなヒステリシスを示し得る。一部実施形態では、無線作動信号は、スイッチを閉位置に維持するのに十分な大きさとなるように選択されたＤＣ（直流）成分と、スイッチの共振周波数に整合する周波数を有するＡＣ（交流）成分とを含み得る。ＤＣ成分の振幅とＡＣ成分の振幅の和はスイッチを閉じるのに十分なものとなり得る。
【０００９】
一部実施形態では、神経インプラントデバイスは、エネルギーハーベスト回路に結合されたアンテナを含み得る。アンテナは、送信器から入力信号を受信して、入力信号をエネルギーハーベスト回路に提供するように構成され得る。
【００１０】
本開示の主題の他の革新的態様は、筋肉又は神経組織を刺激するための方法において実施され得る。本方法は、エネルギーハーベスト回路によって入力信号を受信することを含み得る。本方法は、エネルギーハーベスト回路によって、入力信号を電気信号に変換することを含み得る。本方法は、電気信号を整流して、整流信号をエネルギー貯蔵器に提供することを含み得る。本方法は、スイッチによって、エネルギー貯蔵器から保持電圧を印加して、神経刺激パルスを生成することを含み得る。
【００１１】
一部実施形態では、本方法は、スイッチによって、無線作動信号を受信して、スイッチにエネルギー貯蔵器から保持電圧を印加することを含み得る。一部実施形態では、入力信号は略１００ｋＨｚから略１００ＭＨｚの範囲内の周波数を有し得て、作動信号は略１ｋＨｚから略５０ｋＨｚの範囲内の周波数を有し得る。一部実施形態では、エネルギーハーベスト回路は、キャパシタと並列のインダクタを含み得る。一部実施形態では、エネルギーハーベスト回路は少なくとも一つの圧電エネルギーハーベスト器を含み得る。
【００１２】
本開示の主題の他の革新的態様は、筋肉又は神経組織を刺激するためのシステムにおいて実施され得る。本システムは、電力信号発生器と、複数の埋め込み型デバイスとを含み得る。各埋め込み型デバイスは、電力信号発生器から入力信号を受信して、受信した入力信号に基づいて電気信号を発生させるように構成されたエネルギーハーベスト回路を含み得る。各埋め込み型デバイスは、エネルギーハーベスト回路と直列にあり電気信号を整流するように構成されたダイオード整流器を含み得る。エネルギーハーベスト回路及びダイオード整流器は生体適合性電気絶縁物質内に封止され得る。各埋め込み型デバイスは、ダイオード整流器の出力からの電圧を保持するように構成されたエネルギー貯蔵デバイスと、スイッチが閉位置にある際に保持電圧を神経電極に印加するように構成されたスイッチとを含み得る。本システムは、作動信号を発生させて、複数の埋め込み型デバイスのスイッチを選択的に閉じるように構成された作動信号発生器を含み得る。
【００１３】
一部実施形態では、複数の埋め込み型デバイスのうち第一埋め込み型デバイスのスイッチは、複数の埋め込み型デバイスのうち少なくとも第二埋め込み型デバイスのスイッチに関する作動信号とは異なる作動信号に応答して閉じるように構成され得る。一部実施形態では、本システムは、作動信号発生器及び電力信号発生器を制御するように構成された制御器を含み得る。
【００１４】
一部実施形態では、各埋め込み型デバイスは略０．３立方ミリメートル未満の体積を有し得る。一部実施形態では、各埋め込み型デバイスのエネルギーハーベスト回路はキャパシタと並列のインダクタを有し得る。一部実施形態では、キャパシタとインダクタとダイオード整流器とスイッチとのうち少なくとも二つが単一チップに含まれ得る。一部実施形態では、各埋め込み型デバイスのエネルギーハーベスト回路は少なくとも一つの圧電エネルギーハーベスト器を含み得る。一部実施形態では、各埋め込み型デバイスのスイッチは微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）リードスイッチと静電作動ＭＥＭＳスイッチとのうち少なくとも一方を含み得る。
【００１５】
当業者は、本開示の図面が単に例示目的であることを理解するものである。場合によっては、本開示の実施形態の理解を促進するために、本開示の実施形態の多様な態様が誇張されたり拡大されたりして示され得る。図面全体にわたって、同様の符号は一般的に同様の特徴、機能的に同様の要素、及び／又は構造的に同様の要素を指称する。図面は必ずしも縮尺通りではない。逆に、本教示の原理を例示するために強調される。図面は本教示の範囲を何ら限定するものではない。以下の図面を参照する以下の例示的な説明から、本システム及び方法がより良く理解されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１Ａ】例示的な実施形態に係る神経インプラントデバイスの例の概略図を示す。
【図１Ｂ】例示的な実施形態に係る図１Ａの概略図に示される構成要素を含む神経インプラントデバイスの例の斜視図を示す。
【図２】例示的な実施形態に係る神経インプラントデバイスの他の例の概略図を示す。
【図３】例示的な実施形態に係る図２の神経インプラントデバイスで使用可能なＭＥＭＳリードスイッチの断面図を示す。
【図４】例示的な実施形態に係る図２に示される神経インプラントデバイスを複数含むシステムを示す。
【図５】例示的な実施形態に係る略１ＭＨｚから略１５ＭＨｚの帯域幅に対して図２に示される神経インプラントデバイスの例とそれぞれ関連している同調曲線の複数の例のグラフを示す。
【図６】例示的な実施形態に係る神経刺激パルスを伝達するための方法の例のブロック図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図面全体において同様の参照番号及び符号は同様の要素を指称する。
【００１８】
上記で紹介し以下更に詳細を説明する多様なコンセプトは多様な方法で実施可能であり、本開示のコンセプトは特定の実施形態に限定されるものではない。具体的な実施形態及び応用の例は主に例示目的で与えられる。
【００１９】
本開示は一般的に神経刺激パルスを伝達するためのシステム及び方法に関する。特に、本開示のシステム及び方法は、患者に埋め込まれた一つ以上の無線神経デバイスを介して患者の神経組織を無線で刺激するための手法を提供する。一部実施形態では、各デバイスは電圧を蓄えるように構成可能であり、デバイスに配置されたスイッチを閉じた際にデバイスに隣接する神経組織に電圧を印加することができる。一部実施形態では、各デバイスを他のデバイスに対して個別にアドレス指定することができ、デバイスの部分集合を同時に作動させることができる。
【００２０】
図１Ａは例示的な実施形態に係る神経インプラントデバイス１００の例の概略図を示す。デバイス１００は、ダイオード整流器１１０と直列にエネルギーハーベスト回路１０５を含む。電極１１５ａ及び１１５ｂは、抵抗器としてモデル化される神経組織１２０の両面にそれぞれ位置する。電極１１５ａ及び１１５ｂは、エネルギーハーベスト回路１０５及びダイオード整流器１１０から電気信号を受信して、神経組織１２０（筋肉、神経、又は刺激対象の神経束等）に神経刺激パルスを伝達する。また、デバイス１００はキャパシタ１１９も含み得る。キャパシタ１１９周囲の破線は、キャパシタ１１９が任意選択的な構成要素であることを示す。電力信号発生器１０７は、エネルギーハーベスト回路１０５に入力信号を伝達するように構成される。電力信号発生器１０７は、患者の体外に存在し得る。
【００２１】
図１Ａに示されるデバイス１００では、エネルギーハーベスト回路１０５は、キャパシタ１３０と並列なインダクタ１２５として埋め込まれる。インダクタ１２５及びキャパシタ１３０は共に電力信号発生器１０７から信号を受信して、受信信号を電気信号に変換するように構成可能である。例えば、一部実施形態では、電力信号発生器１０７は、印加磁場として入力信号を発生させるように構成可能である。電力信号発生器１０７が発生させる磁場は、その磁場が患者の体内組織を通ってエネルギーハーベスト回路１０５に効率的に送信されることを確実とするように選択可能である。一部実施形態では、電力信号発生器が発生させる磁場は略１００ｋＨｚから略１００ＭＨｚの範囲内の周波数を有し得る。磁場は、インダクタ１２５にわたって可変電圧を誘起して、キャパシタ１３０と共振する。従って、エネルギーハーベスト回路１０５を共に形成するインダクタ１２５及びキャパシタ１３０は、電力信号発生器１０７から受信した信号に応答して、電気信号を発生させる。
【００２２】
一部実施形態では、インダクタ１２５及びキャパシタ１３０の電気特性は、電力信号発生器１０７が発生させる磁場の周波数に整合する周波数の電気的共振を提供するように選択可能である。一部実施形態では、キャパシタ１３０は市販のキャパシタであり得る。キャパシタ１３０は略１ｐＦから略１０ｎＦの範囲内のキャパシタンスを有し得る。インダクタ１２５は略１０ｎＨから略５００μＨの範囲内のインダクタンスを有し得る。一部実施形態では、インダクタ１２５は、銅、銀、アルミニウム、金、白金等の導電性物質のコイル製であり得る。シリコーン、パリレン、エポキシ等の生体適合性の気密絶縁物質内で、コイルをフェライトコアの周りに巻くことができる。例えば、導電性コイルをフェライトコアの周囲に巻きながら、液体シリコーン等の液状の絶縁物質をインダクタ上に滴下することができる。コイルを巻いた後に、液体絶縁物質を硬化させ得る。このプロセスは、絶縁性物質内に気泡が発達する傾向を低減するのに役立ち得る。一部実施形態では、フェライトコアは、略０．１ミリメートルから略０．３ミリメートルの範囲内の直径を有し得る。一部実施形態では、インダクタは、略０．６ミリメートル未満、略０．５ミリメートル未満、略０．４ミリメートル未満、略０．３ミリメートル未満、又は略０．２ミリメートル未満の直径を有し得る。インダクタは、略１．２ミリメートル未満、略１．１ミリメートル未満、略１ミリメートル未満、略０．９ミリメートル未満、又は略０．８ミリメートル未満の長さを有し得る。
【００２３】
デバイス１００は患者に埋め込まれるので、患者の健康リスク及び不快感を最小にするために、個々の構成要素のサイズが小さいことが好ましくなり得る。例えば、一部実施形態では、埋め込み型デバイス１００全体は、略１立方ミリメートル未満、略０．５立方ミリメートル未満、略０．４立方ミリメートル未満、略０．３立方ミリメートル未満、又は略０．２立方ミリメートル未満の体積を有し得る。一部実施形態では、埋め込み型デバイス１００は、略０．１立方ミリメートルから略０．５立方ミリメートルの範囲内の体積を有し得る。一部実施形態では、デバイス１００の形状は略シリンダ状であり得て、略０．３ミリメートルから略０．７ミリメートルの範囲内の直径と、略１．３ミリメートルから略１．７ミリメートルの範囲内の長さとを有し得る。一部実施形態では、デバイスは、略０．５ミリメートル未満の直径と、略１．５ミリメートル未満の長さとを有し得る。他の一部実施形態では、デバイス１００は、立方体や矩形プリズム等の他の形状を有し得る。更に他の実施形態では、デバイス１００は不規則な形状を有し得る。
【００２４】
図１Ａでは、エネルギーハーベスト回路１０５がキャパシタ１３０と並列なインダクタ１２５として図示されているが、エネルギーハーベスト回路１０５は他の方法でも実施可能であることに留意されたい。例えば、エネルギーハーベスト回路１０５は、圧電エネルギーハーベスト器を含み得る。一般的に、圧電は、機械的応力に応答して物質中に蓄積する電荷である。従って、圧電エネルギーハーベスト器は、その圧電エネルギーハーベスト器に機械的応力を誘起して、次いで、それによって圧電エネルギーハーベスト器が電荷を発生させるようにして、電力信号発生器１０７が発生させる信号に応答するように構成され得る。一部実施形態では、エネルギーハーベスト回路１０５は、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）のブロック、圧電マイクロシェルトランスデューサ、圧電バイモルフ、圧電モノモルフ、又は、電力信号発生器１０７から受信した入力信号に応答して電気信号を発生させることができる他の種類の圧延エネルギーハーベストデバイスとして実施され得る。このような実施形態では、電力信号発生器１０７は、圧電エネルギーハーベスト器内に機械的応力を誘起する信号を生成するように構成され得る。例えば、圧電エネルギーハーベスト器は超音波トランスデューサであるか又はこれを含み得て、電力信号発生器１０７は、圧電エネルギーハーベスト器が受信する音響信号を発生させ得る。音響信号は、圧電エネルギーハーベスト器内に応力を誘起し得て、次いで、その応力が電気信号に変換され得る。他の種類のエネルギーハーベストデバイスもエネルギーハーベスト回路１０５として使用可能である。例えば、エネルギーハーベスト回路１０５は、光起電エネルギーハーベスト器、焦電エネルギーハーベスト器、熱電エネルギーハーベスト器、又は静電エネルギーハーベスト器であるか、又はこれらを含み得る。
【００２５】
更に、電力信号発生器１０７が発生させる信号は、エネルギーハーベスト回路１０５を形成するのに用いられる構成要素の特性に部分的に基づいて選択可能である。一部実施形態では、電力信号発生器が発生させる信号は、近距離場信号を含み得る。他の一部実施形態では、電力信号発生器が発生させる信号は、遠距離場信号を含み得る。一部実施形態では、デバイス１００は、エネルギーハーベスト回路に結合されたアンテナを含み得る。アンテナは、電力信号発生器１０７から信号を受信し、その信号をエネルギーハーベスト回路１０５に伝達するように構成され得る。
【００２６】
上述のように、エネルギーハーベスト回路１０５は、電力信号発生器１０７からの時間変動入力信号を時間変動電気信号に変換するように構成され得る。一部実施形態では、患者の体を通してデバイス１００に入力信号を送信するのに最も効率的な周波数は、神経組織１２０を最も効率的に励起する神経刺激パルスの周波数よりもかなり高くなり得る。結果として、エネルギーハーベスト回路１０５によって生成される電気信号の周波数は電力信号発生器１０７から受信した信号の周波数に略等しいので、エネルギーハーベスト回路１０５が発生させる電気信号の周波数が神経組織１２０を効率的に刺激するには高くなり過ぎ得る。この問題に対処するため、ダイオード整流器１１０をエネルギーハーベスト回路１０５と直列に配置する。ダイオード整流器１１０はエネルギーハーベスト回路１０５から電気信号を受信して、低周波数の整流信号（つまり、エネルギーハーベスト回路１０５から受信したＲＦ（無線周波数）電気信号の振幅に比例する低周波数の移動平均電圧）を生成する。次いで、この低周波数整流信号を電極１１５ａ及び１１５ｂを介して神経組織１２０に伝達する。
【００２７】
一部実施形態では、エネルギーハーベスト回路１０５によって生成される電気信号は比較的小さな強度を有し得る。従って、エネルギーハーベスト回路１０５からの電気信号を整流信号に効率的に変換するため、比較的小さなターンオン電圧及び低い寄生キャパシタンスを有するようにダイオード整流器１１０を選択し得る。例えば、一部実施形態では、ダイオード整流器１１０は、略０．３ボルト未満、略０．２ボルト未満、略０．１ボルト未満、略０．０５ボルト未満のターンオン電圧を有し得る。ダイオード整流器１１０としての使用に適し得るデバイスの例として、ＲＦショットキーダイオードや、ＲＦ検出器ダイオードが挙げられる。一部実施形態では、デバイス１００に任意選択的なキャパシタ１１９を含ませることで、低電圧でダイオードをオンにするに役立ち得る。一部実施形態では、キャパシタ１１９は、略１００ｐＦから略１０ｎＦの範囲内のキャパシタンスを有し得る。
【００２８】
一部実施形態では、電極１１５ａ及び１１５ｂは、埋め込み型デバイス１００の他の構成要素を取り囲む封止層を通して神経組織１２０に露出され得る。例えば、生体適合性物質（パリレン、シリコーン、エポキシ、他の非毒性絶縁物質等）内にエネルギーハーベスト回路１０５及びダイオード整流器１１０を封止し得る。電極１１５ａ及び１１５ｂは、図１Ａの概略図に示されるようにエネルギーハーベスト回路１０５及びダイオード整流器１１０に電気的に接続され得るが、生体適合性封止物質を通して露出され得て、神経刺激パルスを神経組織１２０に伝達することを促進し得る。電極１１５ａ及び１１５ｂは、あらゆる非毒性導電性物質から形成可能である。一部実施形態では、電極１１５ａ及び１１５ｂは多孔質白金から形成され得る。他の一部実施形態では、電極１１５ａ及び１１５ｂは金から形成され得る。
【００２９】
図１Ｂは、例示的な実施形態に係る図１Ａの概略図に示される構成要素を含む神経インプラントデバイス１０１の例の斜視図を示す。例えば、デバイス１０１は、エネルギーハーベスト回路１０５を共に形成するインダクタ１２５及びキャパシタ１３０を含む。インダクタ１２５は、フェライトコア１０２の周囲に巻かれた導電性コイル１０６から形成される。エネルギーハーベスト回路の出力は整流ダイオード１１０に電気的に結合される。シャントキャパシタ１１９は整流ダイオード１１０の出力に結合し、電極１１５ａに結合された第一端子と、電極１１５ｂに結合された第二端子とを有する。
【００３０】
デバイス１０１が比較的小さな全体積を有することができるようにデバイス１０１の構成要素をパッケージングする。この例では、デバイス１０１は実質的にシリンダ形状を有する。デバイス１０１の各構成要素は、実質的にシリンダ状の筐体内に含まれ、その実質的にシリンダ状の筐体の軸に実質的に沿って配置される。上述のように、一部実施形態では、デバイス１０１は、略０．３ミリメートルから略０．７ミリメートルの範囲内の直径と、略１．３ミリメートルから略１．７ミリメートルの範囲内の長さとを有し得る。キャパシタ１１９及び１３０の各々は、略２００マイクロメートルから略３００マイクロメートルの範囲内の長さと、略１００マイクロメートルから略１５０マイクロメートルの範囲内の幅と、略１００マイクロメートルから略１５０マイクロメートルの範囲内の厚さとを有し得る。例えば、キャパシタ１１９及び１３０の各々は、日本国京都府の村田製作所から入手可能なもの等の長さ２５０マイクロメートル、幅１２５マイクロメートル、厚さ１２５マイクロメートルのキャパシタを用いて実施可能である。
【００３１】
一部実施形態では、ダイオード１１０は、略２００マイクロメートルから略３００マイクロメートルの範囲内の長さと、略２００マイクロメートルから略３００マイクロメートルの範囲内の幅と、略１５０マイクロメートルから略２５０マイクロメートルの範囲内の厚さとを有し得る。例えば、ダイオード１１０は、長さ２５０マイクロメートル、幅２５０マイクロメートル、厚さ２００マイクロメートルのマサチューセッツ州ウーバンのスカイワークスソリューションズ製のＣＤＣ７６３０ショットキーダイオードを用いて実施可能である。一部実施形態では、電極１１５ａ及び１１５ｂは、略２００マイクロメートル、２２５マイクロメートル、２５０マイクロメートル、２７５マイクロメートル、又は３００マイクロメートルの直径を有するディスク状電極であり得る。インダクタを形成するのに用いられるコイル１０６は、所望のレベルのインダクタンスを達成するように、又はキャパシタ１３０と共に所望の共鳴周波数を達成するように構成可能である。一部実施形態では、コイル１０６は、略１０巻き、略２０巻き、略３５巻き、略５０巻き、略７５巻き、略１００巻き、略２００巻き、又は略３００巻きを含み得る。一部実施形態では、コイル１０６は５２ＡＷＧ（米国ワイヤゲージ規格）又は５６ＡＷＧワイヤであり得て、銅等のあらゆる種類の導電性物質から形成され得る。以下の表１は、コイル１０６の多様な実施形態に対するインダクタンス、自己共振周波数、ＤＣ抵抗を示す。
【００３２】
【表１】
2019503809.tif 000003
【００３３】
表１に示される値は、表１の左側に示される多様な実施形態のコイル１０６に対して行われた測定値に対応する。コイルは、５２ＡＷＧ又は５６ＡＷＧのいずれかの絶縁銅ワイヤから形成され、略２．０ミリメートルの直径を有するフェライトコアの周囲に巻かれた。コイルは、略０．５ミリメートルから略１．０ミリメートルの範囲内の巻き長さを有していた。インダクタンス値は、１ＭＨｚの試験周波数を用いて測定された。
【００３４】
図２は、例示的な実施形態に係る神経インプラントデバイス２００の他の例の概略図を示す。デバイス２００は、図１Ａに示されるデバイス１００に関して上述した多くの特徴を含み、同様の参照符号は同様の要素を指称する。例えば、デバイス２００はエネルギーハーベスト回路２０５を含み、そのエネルギーハーベスト回路２０５は、本実施形態では、キャパシタ２３０と並列のインダクタ２２５から形成される。エネルギーハーベスト回路２０５は、電力信号発生器２０７から信号を受信し、エネルギーハーベスト回路２０５と直列に配置されたダイオード整流器２１０によって整流される電気信号を発生させる。また、デバイス２００は、電荷貯蔵キャパシタ２３５と、スイッチ２０３と、作動信号発生器２０９とを含む。また、デバイス２００はキャパシタ２３７も含み得る。キャパシタ２３７の周りの破線は、キャパシタ２３７が任意選択的な構成要素であることを示す。
【００３５】
電荷貯蔵キャパシタ２３５は、ダイオード整流器２１０によって生成された整流信号に応答して電荷貯蔵キャパシタ２３５にわたって存在する電荷を貯蔵するように構成される。スイッチ２０３が開であると、電荷貯蔵キャパシタ２３５によって貯蔵された電荷は放電経路を有さない。結果として、整流信号がダイオード整流器２１０の出力に存在している間に電荷が電荷貯蔵キャパシタ２３５にわたって蓄積して、スイッチ２０３が閉じられるまで、電荷貯蔵キャパシタ２３５が蓄積電荷を保持する。電荷貯蔵キャパシタ２３５が図２に示されているが、一部実施形態では、他の電荷貯蔵素子に置換可能であることに留意されたい。例えば、電荷貯蔵キャパシタ２３５の代わりに、再充電可能電池をデバイス２００の電荷貯蔵素子として用い得る。
【００３６】
スイッチ２０３が閉じられると、電荷貯蔵キャパシタ２３５によって貯蔵された電荷を、露出電極２１５ａ及び２１５ｂを介して神経組織２２０に放電させることができる。従って、神経刺激パルスは、スイッチ２０３が閉じられた際のみに神経組織２２０に提供される。スイッチ２０３を選択的に開閉することによって、選択されたパターンの神経刺激パルスを神経組織２２０に伝達することができる。一部実施形態では、そのようなパターンの神経刺激パルスを発生させるように、作動信号発生器２０９がスイッチ２０３を選択的に開閉させるように構成され得る。例えば、スイッチ２０３は、印加作動信号（無線信号であり得る）に応答する際のみに閉じるように構成された通常開（ノーマルオープン）スイッチであり得る。作動信号発生器２０９は、スイッチ２０３を一時的に閉じさせることによって、電荷貯蔵キャパシタ２３５によって保持された電圧を神経組織２２０に印加する作動信号を送信することができる。スイッチ２０３の例示的な一実施形態については以下で図３を参照して更に説明する。
【００３７】
一部実施形態では、電荷貯蔵キャパシタ２３５及びスイッチ２０３を追加することで、直観に反して、こうした構成要素を含まない図１Ａに示されるデバイスのサイズと比較して、デバイス２００のサイズを低減し得る。例えば、図１Ａに示されるデバイス１００のワイヤ及び構成要素のサイズを低減しようとすると、電気抵抗が増大し、神経組織１２０が受信する神経刺激パルスの瞬時電力が低減する。電荷貯蔵キャパシタ２３５を組み込むことで、デバイス２００に多量の電気エネルギーを蓄積することができ、その電気エネルギーを、スイッチ２０３を瞬間的に閉じることによって短パルスで組織２２０に放電させることができる。従って、デバイス２００は、図１Ａに示されるデバイス１００によって生成される神経刺激信号の平均電力よりも高い平均電力で短パルスを送信することができる。結果として、デバイス２００の構成要素を小型にすることができ、比較的小さな構成要素に起因して生じ得る電気抵抗の増大を考慮したとしても、デバイス２００は十分な電力の神経刺激パルスを伝達することができる。
【００３８】
一部実施形態では、スイッチ２０３は、神経刺激パルスの所望の持続時間に等しい持続時間にわたって閉じるように構成され得る。例えば、一部実施形態では、神経刺激パルスの所望の持続時間は、略０．１ミリ秒、略０．２ミリ秒、略０．３ミリ秒、又は略０．４ミリ秒となり得る。神経刺激パルスは、略５ｎＣから略１５ｎＣの範囲内の電荷出力（つまり、積分電流）と、略０．５ボルトから略１．５ボルトの範囲内の電圧とを有し得る。一部実施形態では、神経刺激パルスは、略１０ｎＣの電荷出力と、略１ボルトの電圧とを有し得る。
【００３９】
また、デバイス２００は、患者に埋め込まれ得る他の同様のデバイス２００とは独立して個別に作動可能である。例えば、スイッチ２０３は、他の埋め込み型デバイスのスイッチに関する作動信号とは異なる作動信号に応答するように構成され得る。従って、複数のデバイス２００を患者に埋め込むことができ、各デバイスを独立的に作動させて、所望の治療効果を達成することができる。一部実施形態では、二つ以上のデバイス２００の組が、同じ作動信号に応答するように構成され得て、その組のデバイス２００を同時に作動させることができる。その組に含まれない他のデバイス２００は異なる作動信号に応答するように構成され得て、その組内でのデバイスの作動を、その組外のデバイスの作動と独立して達成することができる。このようにして個別に作動可能なデバイス２００を複数含むシステムの例については以下で図４を参照して更に説明する。他の一部実施形態では、各デバイス２００に対してエネルギーハーベスト回路２０５のインダクタ２２５及びキャパシタ２３０の適切な値を選択することによって、複数のデバイス２００を個別に作動させ得る。そのようなシステムの例については以下で図５を参照して更に説明する。
【００４０】
一部実施形態では、任意選択的なキャパシタ２３７をシステム２００に追加して、刺激電極２１５ａ及び２１５ｂにわたる積分平均電流をゼロにし得る。平均ＤＣ電流がゼロであることは、一部種類の神経電極のインピーダンス特性を保つのに役立ち、また、腐食、ｐＨ変化、局所的な神経損傷等も低減し得る。
【００４１】
一部実施形態では、デバイス２００の多様な構成要素を単一チップに含ませ得て、デバイス２００の全体的なサイズを低減するのに役立ち得る。例えば、一部実施形態では、ダイオード整流器２１０と、キャパシタ２３５及び２３７の一方又は両方とを単一チップに含ませ得る。一般的に、ダイオード整流器２１０と、インダクタ２２５と、キャパシタ２３０と、キャパシタ２３５と、キャパシタ２３７とのうち任意の二つ以上を単一チップに含ませ得る。
【００４２】
図３は、例示的な一実施形態に係る図２の神経インプラントデバイスで使用可能な微小電気機械システム（ＭＥＭＳ，ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｓｙｓｔｅｍ）リードスイッチ３００の断面図を示す。例えば、ＭＥＭＳリードスイッチ３００は、図２に示されるスイッチ２０３として機能し得る。ＭＥＭＳリードスイッチ３００は単極単投スイッチであり、基板３０５と、第一コンタクト３１０と、第二コンタクト３１５とを含む。基板３０５が非磁性物質から形成される一方で、第一コンタクト３１０及び第二コンタクト３１５は鉄ニッケル合金等の磁性物質から形成される。代わりに、スイッチは、キャパシタ２３５に保持された電圧によって静電作動し得て、スイッチ２０３の電圧がスイッチを作動させるのに十分なレベルに達する度に、パルスを放出する。
【００４３】
図示されるように、第二コンタクト３１５の一端は基板３０５に固定され、第二コンタクト３１５の他端は第一コンタクト３１０の上方に懸架され、ＭＥＭＳリードスイッチ３００は通常開とされる。スイッチの長手方向に沿って十分な振幅の磁場がＭＥＭＳリードスイッチ３００の近傍に第二コンタクト３１５の共振周波数に整合する周波数で印加されると、第二コンタクト３１５が下方に湾曲して、第一コンタクト３１０に接触することによって、スイッチ３００を閉じる。一部実施形態では、ＭＥＭＳリードスイッチ３００が図２に示されるスイッチ２０３として機能する場合、図２の概略図に示されるように、第一コンタクト３１０はダイオード整流器２１０の出力に電気的に接続され得て、第二コンタクトは電極２１５ａに電気的に接続され得る。一部実施形態では、ＭＥＭＳリードスイッチ３００は、別のＭＥＭＳリードスイッチ３００に関する周波数とは異なる周波数の磁場に応答して閉じるように構成され得る。この構成は複数のＭＥＭＳリードスイッチ３００を独立的に作動させることを可能にする。一部実施形態では、ＭＥＭＳリードスイッチ３００はヒステリシスを示し得て、閉じたままにするのに必要とされるよりも高振幅の磁場で閉じるようにする。このような実施形態では、ＭＥＭＳリードスイッチ３００をＤＣ（直流）及びＡＣ（交流）磁場の組み合わせで動作させ得る。ＤＣ場は、ＭＥＭＳリードスイッチ３００を閉位置に維持するのに十分強力であるように選択され得て、ＡＣ場は、選択された刺激ノードの共振周波数に同調され得る。
【００４４】
また、ＭＥＭＳリードスイッチ３００は、図２に示される電力信号発生器２０７が発生させる共振周波数とは異なる共振周波数を有するように選択され得て、ＭＥＭＳリードスイッチ３００が、電力信号発生器２０７が発生させる信号に応答して誤って閉じないようにする。上述のように、電力信号発生器２０７が発生させる信号は、略１００ｋＨｚから略１００ＭＨｚの範囲内のものであり得る。一部実施形態では、ＭＥＭＳリードスイッチ３００の共振周波数は、電力信号発生器２０７が発生させる信号の周波数よりもかなり低くなり得る。例えば、ＭＥＭＳリードスイッチ３００の共振周波数は、略１ｋＨｚから略５０ｋＨｚの範囲内となり得る。一部実施形態では、ＭＥＭＳリードスイッチ３００の共振周波数は略１０ｋＨｚとなり得る。図２に示される作動信号発生器２０９が発生させる信号の周波数は、ＭＥＭＳリードスイッチ３００の共振周波数に整合するように選択され得る。従って、一部実施形態では、作動信号発生器２０９が発生させる信号の周波数は略１ｋＨから略５０ｋＨｚの範囲内となり得る。
【００４５】
ＭＥＭＳリードスイッチ３００は単に例示的なものであって、一部実施形態ではスイッチ２０３を他の種類のスイッチで実施可能であることに留意されたい。例えば、スイッチ２０３は、閾値電圧で閉じるように構成された静電継電器として代わりに構成し得る。従って、図２に示される電荷貯蔵キャパシタ２３５にわたる電圧が、静電継電器に関する閾値電圧を超えると、静電継電器が閉じて、電荷貯蔵キャパシタ２３５を放電させて、神経刺激パルスを生成することができる。電荷貯蔵キャパシタ２３５の放電後に、電荷貯蔵キャパシタの電圧は、閾値電圧未満に再び下がり、静電継電器が開く。
【００４６】
図４は、例示的な実施形態に係る図に示される神経インプラントを複数含むシステム４００を示す。図示されるように、システム４００は、埋め込み型デバイス２００ａ〜２００ｎ（まとめてデバイス２００と称する）を含み、各デバイスは神経組織２２０ａ〜２２０ｎ（まとめて神経組織２２０と称する）の各部分と関連している。電力信号発生器２０７及び作動信号発生器２０９は各デバイス２００と通信する。制御器４１０は電力信号発生器２０７及び作動信号発生器２０９の各々と通信する。
【００４７】
システム４００はあらゆる数のデバイス２００を含み得る。一部実施形態では、システム４００は、数十個、数百個、又は数千個のデバイス２００を含み得て、それら全てが患者に埋め込まれ得る。一部実施形態では、全てのデバイス２００が単一の対象筋肉、神経、脳構造、又は他の神経組織の近くに埋め込まれ得る。他の一部実施形態では、デバイス２００の部分集合を第一対象部の筋肉、神経組織の近くに埋め込み、デバイス２００の他の部分集合を第二対象部の神経組織の近くに埋め込み得る。一部実施形態では、一部又は全部のデバイス２００を実質的に同時に埋め込み得る。例えば、複数のデバイス２００を注射器に入れて、対象筋肉又は神経組織の近くで患者に注射し得る。他の一部実施形態では、デバイス２００の各々を患者に別々に埋め込み得る。
【００４８】
デバイス２００を用いて、神経刺激の恩恵を受けるあらゆる症状を治療し得る。例えば、デバイスは皮質又は脳深部刺激用に脳に埋め込まれ得る。他の一部実施形態では、デバイスは末梢神経に埋め込まれ得る。末梢神経の刺激は、慢性痛、高血圧、ホルモンバランスの乱れ等の症状を治療するのに役立ち得る。また、単一のデバイス２００ではなくて、図４に示されるように複数のデバイス２００を用いると、神経刺激治療の効能を改善するに役立ち得る。デバイス２００を用いて筋肉を刺激して、患者の運動を回復させるシステムの一部として、損傷又は切断した神経を補償し得る。
【００４９】
デバイス２００は、所望の治療効果を達成するように個別に作動可能である。例えば、第一対象部の神経組織近くに位置するデバイス２００の部分集合を、他の箇所に埋め込まれ得る他のデバイス２００を作動させずに、作動させることが望ましくなり得る。図２に関して上述したように、各デバイス２００は、電荷貯蔵キャパシタ２３５を放電させるスイッチ２０３を閉じることによって、作動させ得る。異なる作動信号に応答するスイッチ２０３を適切に選択することによって、所望の部分集合に含まれないデバイス２００を作動させずに、所望の部分集合のデバイス２００を同時に作動させることができるようにシステム４００が構成可能である。従って、第一対象部の神経組織近くに埋め込まれた全てのデバイス２００は、特定の周波数の作動信号に応答するスイッチ２０３を含み得る。制御器４１０が、制御信号発生器２０９を制御して、第一対象部の神経組織近くに位置するデバイス２００のスイッチ２０３に関する周波数に整合する周波数の作動信号を発生させることによって、第一対象部の神経組織近くの全てのデバイス２００に神経刺激パルスを実質的に同時に発生させる。第一対象部の神経組織を刺激するものではない他のデバイス２００は、異なる周波数の作動信号に応答して作動するスイッチを含み得る。
【００５０】
上記構成では、神経刺激パルスの始動がエネルギーハーベスティングと独立して管理されるので、単純な電力信号発生器２０７を使用することができる。結果として、電力信号発生器は、一部のデバイス２００が神経刺激パルスを伝達しないことが望まれる期間中においても、全てのデバイス２００によって電気信号に変換されるように構成された一定入力信号を放出し得る。従って、全てのデバイス２００が、電力信号発生器２０７によって提供される信号から同時にエネルギーハーベスティングを行うことができる。制御器４１０は、作動信号発生器２０９に命令して所望の神経刺激方式に従って作動信号を生成することによって、デバイス２００によって貯蔵されたエネルギーを選択的に放出させて、神経刺激パルスを生成し得る。
【００５１】
図５は、例示的な実施形態に係る略１ＭＨｚから略１５ＭＨｚの帯域幅に対して図２に示される神経インプラントデバイス２００の例にそれぞれ関連する同調曲線５０２ａ〜５０２ｊ（まとめて同調曲線５０２と称する）の複数例のグラフ５００を示す。ここで、図２を参照すると、上述のように、一部実施形態では、複数のデバイス２００の各々が、各エネルギーハーベスト回路２０５のインダクタ２２５及びキャパシタ２３０の適切な値、並びに電力信号発生器２０７からの適切な入力信号を選択することによって、個別にアドレス指定され得る。インダクタ２２５及びキャパシタ２３０は、特定の周波数で共振するように構成され得る。エネルギーハーベスト回路２０５が、共振周波数に整合する電力信号発生器２０７からの入力信号を受信すると、エネルギーハーベスト回路２０５は、受信入力信号を比較的強力な電気信号に変換し得る。エネルギーハーベスト回路２０５の共振周波数に整合しない入力信号は、共振を生じさせないので、エネルギーハーベスト回路２０５は、そのような信号を、共振周波数に整合する入力信号の変換に起因する電気信号よりも実質的に弱い電気信号に変換する。一部実施形態では、エネルギーハーベスト回路２０５は、エネルギーハーベスト回路の共振周波数に整合しない入力信号を受信することに応答して無視可能な大きさの電気信号を生成するように構成され得る。従って、複数のデバイス２００の各エネルギーハーベスト回路２０５のインダクタ２２５とキャパシタ２３０の対をそれぞれ固有の周波数で共振するように選択することによって、各デバイスを個別に作動させることができる。電力信号発生器２０７は、作動させたいデバイス２００の共振周波数に整合する共振周波数の信号を出力するように構成可能である。そのような信号は他のデバイス２００に共振を生じさせないので、他のデバイス２００は作動しない。
【００５２】
以下、図２及び図５を参照すると、各同調曲線５０２は、特定のデバイス２００のエネルギーハーベスト回路２０５の周波数応答を表す。隣接する同調曲線の各対は、略２０％以下の重なりを有するように選択され、これは、同じ入力信号に応答して共振する二つのエネルギーハーベスト回路２０５の尤度を低減するのに役立つ。図示されるように、この制約下において、略１ＭＨｚから略１５ＭＨｚの帯域幅にわたって、十個の固有で実質的に重ならない同調曲線５０２を生成することができ、各同調曲線は特定の構成のエネルギーハーベスト回路２０５に対応している。従って、最大十個のデバイス２００を個別にアドレス指定することができる。例えば、帯域幅の範囲を増大させたり、同調曲線間で許容される最大重なりを増大させたりすることによって、個別にアドレス指定可能なデバイス２００の数を増やすことができる。一部実施形態では、二つ以上のデバイス２００の組を同じ作動信号に応答するように構成して、その組のデバイス２００を同時に作動させることができる。従って、一例では、同調曲線５０２はいずれも、二つ以上のデバイス２００のエネルギーハーベスト回路２０５に関連し得て、各同調曲線が表す共振周波数に整合する入力信号によって、各デバイス２００を作動させる。
【００５３】
他の一部実施形態では、図２に関して上述したのと同様の原理を複数のデバイス２００のスイッチ２０３に適用して、デバイス２００の個別作動を達成することができる。例えば、各デバイス２００のスイッチ２０３は、各固有周波数で共振するように構成可能であり、作動信号発生器２０９を制御して、作動させたいデバイス２００に関するスイッチ２０３の共振周波数に整合する周波数の作動信号を放出することによって、各デバイス２００を作動させることができる。
【００５４】
図６は、例示的な実施形態に係る神経刺激パルスを伝達するための方法６００の例のブロック図を示す。概説すると、方法６００は、入力信号を受信することを含む（段階６０２）。入力信号は電気信号に変換される（段階６０４）。電気信号を整流して、整流信号を電荷貯蔵素子に与える（段階６０６）。電荷貯蔵素子から電圧を印加して、神経刺激パルスを生成する（段階６０８）。
【００５５】
一部実施形態では、方法６００は、図２に示される埋め込み型神経刺激デバイス２００によって実行され得る。例えば、図２及び図６を参照すると、エネルギーハーベスト回路２０５は、電力信号発生器２０７から入力信号を受信し得る（段階６０２）。入力信号は、例えば、エネルギーハーベスト回路２０５を形成するインダクタ２２５及びキャパシタ２３０の共振周波数に整合する周波数の磁気信号であり得る。共振の結果として、エネルギーハーベスト回路２０５は、電力信号発生器２０７から受信した入力信号を電気信号に変換し得る（段階６０４）。ダイオード整流器２１０がエネルギーハーベスト回路２０５からの電気信号を受信し、その信号を整流して、整流信号を電荷貯蔵キャパシタ２３５に提供し得る（段階６０６）。整流信号は、電荷貯蔵キャパシタ２３５にわたって電荷を蓄積させる。スイッチを選択的に閉じることによって、電荷貯蔵キャパシタに保持された電圧を印加して、神経刺激パルスを生成して、その神経刺激パルスを電極２１５ａ及び２１５ｂを介して神経組織２２０に伝達し得る（段階６０８）。
【００５６】
本開示に記載されている実施形態に対する多様な修正が当業者には容易に明らかとなるものであり、本願で定められている基本原理は、本開示の要旨や範囲から逸脱せずに他の実施形態にも適用可能である。従って、特許請求の範囲は本願に示されている実施形態に限定されるものではなく、本願明細書、本開示の原理及び特徴と矛盾しない最大の範囲に一致するものである。
【００５７】
個別の実施形態に関して本願明細書に記載されている特定の特徴は、単一の実施形態において組み合わせても実施可能である。逆に、単一の実施形態に関して記載されている多様な特徴を複数の実施形態において別々に又は適切な部分的組み合わせで実施することもできる。更に、複数の特徴が特定の組み合わせで機能すると上述されていたり、そのように当初は特許請求されていたりし得るが、場合によっては、特許請求されている組み合わせから一つ以上の特徴を削除することができ、特許請求される組み合わせが、部分的組み合わせ又は変形例の部分的組み合わせを対象とするようになり得る。
【００５８】
同様に、特定の順序で動作が図面に示されているが、これは、所望の結果を達成するために、そうした動作を図示されている特定の順序で実施したり逐次に実施したりすることを要したり、示されている全ての動作を行うことを要したりするものとして理解されるものではない。更に、図面は、一つ以上の例示的なプロセスを流れ図で概略的に示すものであり得る。しかしながら、図示されていない他の動作を概略的に示されているプロセス例に組み込みことができる。例えば、一つ以上の追加動作を、例示されている動作に対して前、後、同時、又は間に行い得る。場合によっては、マルチタスクや並列処理が有利となり得る。更に、上述の実施形態の多様なシステム構成要素の分離は、そのような分離が全ての実施形態で必要とされるものとして理解されるものではない。また、他の実施形態も添付の特許請求の範囲内にある。場合によっては、特許請求の範囲に記載されている動作は、異なる順序で実施され得るが、それでも所望の効果を達成することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１００、１０１、２００  神経インプラントデバイス
１０２  フェライトコア
１０５、２０５  エネルギーハーベスト回路
１０６  コイル
１０７、２０７  電力信号発生器
１１０  ダイオード整流器
１１５、２１５  電極
１１９  キャパシタ
１２０、２２０  神経組織
１２５、２２５  インダクタ
１３０、２３０  キャパシタ
２０３  スイッチ
２０９  作動信号発生器
２３５  電荷貯蔵キャパシタ
２３７  キャパシタ
３００  ＭＥＭＳリードスイッチ
３０５  基板
３１０  第一コンタクト
３１５  第二コンタクト
４００  システム
４１０  制御器
【図１Ａ】
2019503809.tif 000004
【図１Ｂ】
2019503809.tif 000005
【図２】
2019503809.tif 000006
【図３】
2019503809.tif 000007
【図４】
2019503809.tif 000008
【図５】
2019503809.tif 000009
【図６】
2019503809.tif 000010
【国際調査報告】
2019503809.tif 000011
2019503809.tif 000012
2019503809.tif 000013