(57)【要約】埋め込み型医療機器（ＩＭＤ）に、音響エネルギを送達する音響エネルギ送達システムが開示されている。システムは、電源を有するＩＭＤとエネルギ送達装置とを含んでいる。エネルギ送達装置は、コントローラと、コントローラに電気的に結合された超音波素子とを含んでおり、ＩＭＤに音響エネルギを送達するように構成されている。コントローラは、該体内の音響信号を操作するために、アレイの１つ以上の超音波素子を選択的に制御するように構成されている。音響エネルギをＩＭＤに送達する方法も、また、開示されている。
2010528814.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者の体内に配置された埋め込み型医療機器（ＩＭＤ）に音響エネルギを送達する音響エネルギ送達システムであって、該システムは、
電源と少なくとも１つの音響変換器とを含むＩＭＤと、
エネルギ送達装置であって、該エネルギ送達装置はコントローラと超音波素子のアレイとを含み、該超音波素子は該コントローラに結合され、該体を通って該ＩＭＤに該音響信号を送信するように構成されている、エネルギ送達装置と
を含み、
該コントローラは、該体内の音響信号を操作するために、該アレイの１つ以上の超音波素子を選択的に制御するように構成されている、
システム。
【請求項２】
前記超音波素子のうちの少なくとも１つは、音響レンズあるいはミラーを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記超音波素子のアレイは、支持構造の上に配置されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記超音波素子のアレイは、装着可能な衣服あるいは携帯装置上に配置されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記音響信号は、約２０ｋＨｚと約２００ｋＨｚとの間の周波数を有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記音響信号は、約４０ｋＨｚの周波数を有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記アレイは、多角形の、円形の、環状の、対称的な、あるいは、非対称的な構成を有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記コントローラは、前記ＩＭＤからのフィードバック信号に応答して、前記超音波素子のうちの１つ以上を制御するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
患者の体内に配置された埋め込み型医療機器（ＩＭＤ）に音響エネルギを送達するエネルギ送達装置を制御する方法であって、該方法は、
１つ以上の音響信号を該ＩＭＤに送ることと、
該ＩＭＤによって送られた１つ以上の応答信号を処理することと、
該１つ以上の応答信号に少なくとも部分的に基づいて、超音波素子のアレイを動作させることであって、該超音波素子は該エネルギ送達装置に結合されており、該超音波素子はコントローラに電気的に結合されており、該ＩＭＤに音響エネルギを送達するために、音響信号を出力するように構成されている、ことと
を含む、方法。
【請求項１０】
前記アレイを動作させることは、前記超音波素子を約２０ｋＨｚと約２００ｋＨｚとの間の周波数で動作させることを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記アレイを動作させることは、前記超音波素子を同相で動作させることを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記アレイを動作させることは、適合するビーム形成、ビームステアリング、あるいは、ビーム整形の任意の組み合わせを用いて、前記音響信号を操作することを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記アレイを動作させることは、時間反転技術を用いて前記音響信号を操作することを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記方法は、前記応答信号の信号振幅の変化あるいは信号効率を検出することをさらに含み、前記アレイを動作させることは、該変化した信号振幅あるいは信号効率に応答して、該アレイを動作させることを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
前記アレイを動作させることは、前記患者の体内の所望の深さに、前記音響信号を機械的に集中させることを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１６】
前記アレイを動作させることは、該アレイの１つ以上の超音波素子を循環させることを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１７】
前記アレイを動作させることは、単一の超音波素子あるいは該超音波素子のサブセットを動作させることを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１８】
前記音響信号を使用して、前記ＩＭＤのバッテリあるいはキャパシタを再充電することをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１９】
前記音響信号を用いて、前記ＩＭＤに電力を与えることをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項２０】
患者の体内に配置された埋め込み型医療機器（ＩＭＤ）に音響エネルギを送達するエネルギ送達装置を制御する方法であって、該方法は、
ＩＭＤからエネルギ送達装置へ複数の試験パルスを送信することであって、該エネルギ送達装置は、コントローラに電気的に結合された超音波素子のアレイを含む、ことと、
該ＩＭＤを動作の充電モードに入れることと、
該アレイの該超音波素子上で該試験パルスを受信し、該超音波素子のうちの１つ以上を選択的に制御する用途のために、動作パラメータを計算することと、
該１つ以上の動作パラメータに少なくとも部分的に基づいて、音響信号を該体内に送信することと、
該ＩＭＤ内の電源を再充電することと
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の引用）
本願は、２００７年６月１４日に出願された、「Ｍｕｌｔｉ−Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｒｅｃｈａｒｇｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ」と題する米国仮出願第６０／９４３，９３９号を米国特許法第１１９条に基づく優先権として主張するものであり、全体が参照により本願に援用されている。
（技術分野）
本発明は、埋め込み型医療機器および埋め込み型医療機器にエネルギを送達する方法に関する。より詳細には、本発明は、患者の体外に配置された機器を用いる、エネルギを埋め込み型医療機器に送達するために使用される装置と方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
埋め込み型医療機器は様々な医療状態を治療するために使用されている。埋め込み型医療機器の例は、薬剤送達機器、苦痛管理機器および心臓拍動疾患を治療する機器を含む。心臓拍動疾患を治療する機器の例は、心臓ペースメーカ、埋め込み型電気除細動器および心臓再同期治療（ＣＲＴ）機器を含む。心臓ペースメーカは、通常、徐脈の治療に用いられる。埋め込み型電気除細動器（ＩＣＤ）は、通常、頻脈を治療するために用いられる。ＣＲＴ機器は、通常、同期不全に係る心不全を治療するために用いられる。これらの機器は、一般に、パルス発生器および心臓にエネルギを送達する１つ以上のリードを含む。パルス発生器は、通常、バッテリと電気回路のための筺体と、リードをパルス発生器に接続するためのヘッダとを含む。埋め込み型医療機器の他の例は、検出、監視および／または刺激機能を有する遠隔機器を含む。例えは、埋め込み型圧力センサは血管系に配置され得、ペースメーカ、ＣＲＴ装置、およびＩＣＤと共に使用され得る。
【０００３】
ある時点で、埋め込み型医療機器内のバッテリあるいは電源は、エネルギを使い果たす。一般に、このエネルギ減衰は、埋め込み型医療機器の交換を必要とする。これらの機器および他の装置は、再充電可能電源を含み、それらの利用可能な寿命を延ばす。埋め込み型医療機器の特性から、再充電の方法は一般に間接的であり、物理的には埋め込み型医療機器には接続されていない外部装置を利用する。埋め込み型医療機器の電源を再充電する１つの方法は、音響エネルギを電気エネルギに変換することによる。例えば、超音波変換器を使用して、電源を再充電するために、音響エネルギは身体を通して埋め込み型医療機器に送信され得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
埋め込み型医療機器の電源を音響的に再充電する現在の技術は、しかしながら、時折不十分である。従って、音響エネルギを埋め込み型医療機器に送達する改良された機器および方法が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
１つの実施形態では、本発明は、音響エネルギを埋め込み型医療機器（ＩＭＤ）に送達するための音響エネルギ送達システムである。システムは、音響エネルギ送達装置とＩＭＤとを含む。音響エネルギ送達装置は、電源、コントローラ、および超音波素子の多素子アレイを含み、多素子アレイは、身体を通してＩＭＤに音響エネルギを送達するように構成されている。いくつかの実施形態では、ＩＭＤはエネルギ充填可能な電源とエネルギ送達装置によって送達された音響エネルギを受信する音響変換器とを含んでいる。使用においては、コントローラは、アレイ内の１つ以上の超音波素子を選択的に制御して、身体を通しての音響エネルギの送達を操作する。
【０００６】
他の実施形態では、本発明は、音響エネルギをＩＭＤに送達するために、エネルギ送達装置を制御する方法を含む。１つの実施形態では、方法は、１つ以上の信号をＩＭＤに送信することと、ＩＭＤによって送信された１つ以上の応答信号を処理することとを含む。エネルギ送達装置は、ＩＭＤから受信された応答信号に基づいて、動作するように構成されている。超音波素子のアレイは、コントローラに電気的に結合され、コントローラがそれぞれの変換素子あるいは変換素子のサブセットの励起を制御することを可能にし、より効率的に音響エネルギをＩＭＤに送達する。いくつかの実施形態では、ＩＭＤに送信された１つ以上の信号は、ＩＭＤが充電モードに入り、複数の試験パルスを超音波素子のアレイを有するエネルギ送達装置に送信することを生じさせる。
【０００７】
複数の実施形態が開示されているが、なおも、本発明の他の実施形態が、本発明の例示的実施形態を示し述べる以下の詳細な記述から、当業者には明白になるであろう。従って、図面と詳細な説明は、例示的でありなんらの限定ではないとみなされるべきである。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の１つの実施形態による多素子音響エネルギ送達システムの破断図と等角図の組み合わせを図示している。
【図２】図２は、本発明の１つの実施形態による、図１の多素子エネルギ送達装置の模式図である。
【図３】図３は、本発明の１つの実施形態による、図２の多素子アレイを制御する方法を図示するフローチャートである。
【図４】図４は、本発明の１つの実施形態による、試験パルスを埋め込み型医療機器に送る多素子エネルギ送達装置を用いる方法を図示するフローチャートである。
【図５】図５は、本発明の１つの実施形態による多素子エネルギ送達装置の上面図である。
【図６】図６は、本発明のもう１つの実施形態による多素子エネルギ送達装置の上面図である。
【図７】図７は、本発明のもう１つの実施形態による多素子エネルギ送達装置の上面図である。
【図８】図８は、本発明のもう１つの実施形態による多素子エネルギ送達装置の上面図である。
【図９】図９は、本発明のもう１つの実施形態多素子エネルギ送達装置の等角図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明は、様々な修正、代替の形に適用できるが、特定の実施形態が図面の例示によって示されており、以下に詳細が述べられている。本発明は、しかしながら、記述された特定の実施形態に限定されるものではない。逆に、本発明は、特許請求の範囲による本発明の範囲と精神にあてはまる全ての修正、同等物および代替物をカバーすることが意図されている。
【００１０】
図１は本発明の１つの実施形態による音響エネルギ送達システム１０の破断図と等角図の組み合わせである。図１に示された実施形態において、システム１０は、電源１３、心臓リード１４および音響変換器１５を有するパルス発生器１２を含んでいる。リード１４は、心臓１６とパルス発生器１２との間で電気信号を運ぶように動作する。リード１４の近位端１８は、パルス発生器１２に結合され、遠位端２０は心臓１６に結合されている。心臓１６は、右心房２２、右心室２４および主肺動脈２５を含む。心臓１６は、また、左心房２８、左心室３０および大動脈３２を含む。示された実施形態では、システム１０は１つのリード１４を含むが、他の実施形態では、複数のリードを含む。例えば、システム１０は、パルス発生器１２と左心室３０との間で電気信号を運ぶように適合された第１のリード１４と、パルス発生器１２と右心室２４との間で電気信号を運ぶように適合された第２のリードとを含み得る。
【００１１】
図１の実施形態では、電極３４が右心室２４内に配置されている。示されたように配置されたとき、電極３４は心臓１６の電気的活動を検出し、および／または右心室２４に刺激パルスを適用するように使用され得る。当技術分野で公知のように、他の実施形態では、心臓リード１４はまた、心臓１６の他の部分に埋め込まれ得る。例えば、リード１４は、右心房２２、左心房２８、左心室３０あるいは冠状静脈（例えば、両心室ペーシング、および／または、心不全治療のために）の中に埋め込まれ得る。１つの実施形態では、心臓リード１４は、多電極３４を含む。いくつかの実施形態では、リード１４は心外膜リードである。
【００１２】
システム１０は、遠隔埋め込み型医療機器３６を含み、遠隔埋め込み型医療機器３６は、ＩＭＤ３６機能に関連する他の部品に加えて、電源３７、音響変換器３８および回路３９を有する。いくつかの実施形態では、システム１０は、また、エネルギ送達装置４０を含み得、エネルギ送達装置は、多素子変換器アレイ４２、電源４６およびコントローラ４８を有する。図１に示された実施形態では、エネルギ送達装置４０は、音響エネルギをＩＭＤ３６に送達するために使用されている（エネルギ送達装置４０からＩＭＤ３６に向けて発出する波として、図１には示されている）。ＩＭＤ３６の中の変換器３８は、音響エネルギを電気エネルギに変換し、電気エネルギは、短期間ではただちに使用され得るが、あるいは、電源４８に依存して、ＩＭＤ３６によって後の使用のために格納され得る。ＩＭＤ３６の中の電源３７は、再充電可能なバッテリ、キャパシタ、あるいは、電気的動作電力をＩＭＤ３６の様々な部品に提供する任意の他のエネルギ源であり得る。エネルギ送達装置４０は、多素子変換器４２のタイミング、位相、振幅、および／または周波数のような励起パラメータを調整するためにコントローラ４８を利用することによって、電気的に再構成可能であり、さまざまな音響場をＩＭＤ３６に送達し得、再充電の効率を向上させる。他の実施形態では、エネルギ送達装置４０は、ＩＭＤ３６の代わりにあるいはＩＭＤ３６に加えて、音響エネルギをパルス発生器１２の音響変換器１５、あるいは、任意の他の埋め込み型医療機器に送達できる。
【００１３】
図１に示されたＩＭＤ３６は、肺動脈圧力を測定する圧力センサである。ＩＭＤ３６は左肺動脈２６に示されているが、他の実施形態では、ＩＭＤ３６は主肺動脈２５あるいは、右肺動脈２７に埋め込まれ得る。他の実施形態では、ＩＭＤ３６は、例えば、温度、血流、液流、緊張、および／または、電気的、機械的、あるいは磁気的特性のような、他の生理学的パラメータを測定するように構成され得る。
【００１４】
他の実施形態では、ＩＭＤ３６は、患者の血管系の他の領域、他の体管腔、あるいは、体の他の領域に埋め込まれ得、治療を送達し、生物学的化学的なパラメータ、特性および機能を監視するように適合された、任意のタイプの継続的に埋め込まれた機器あるいは遠隔センサを含み得る。例えば、ＩＭＤ３６は、グルコースレベルモニタ、肺音センサ、付随体ペーシング装置、あるいは、任意の他の遠隔感知あるいは治療送達装置を含み得る。他の実施形態では、ＩＭＤ３６は、感知し、測定し、計算し、あるいは、例えば、流量レート、最大および最小圧力、および圧力の時間変化率のような、関連するパラメータを引き出す。いくつかの実施形態では、複数の遠隔埋め込み型医療機器３６が身体内に埋め込まれ、エネルギ送達装置４０からの音響信号を受信するように構成されている。
【００１５】
図２は、図１のエネルギ送達装置４０の１つの実施形態の模式図である。例示の実施形態において、エネルギ送達装置４０は、超音波素子４４のアレイ４２を含む。アレイ４２は、音響エネルギ信号を送信し、ＩＭＤ３６の電源３７を効率的に再充電するために使用される。いくつかの実施形態において、アレイ４２の使用は、エネルギ転送効率の向上を可能にし得る。超音波素子４４は、電気的にコントローラ４８に結合され、コントローラ４８は、マイクロプロセッサ、集積回路、あるいは、アレイ４２を動作するために使用され得る任意の他のプロセッサあるいは回路であり得る。いくつかの実施形態では、コントローラ４８は、各超音波素子４４を個別に選択的に制御し、多素子アレイ４２は超音波素子４４の組み合わせとして機能する。１つの実施形態では、例えば、コントローラ４８は、すべての超音波素子４４を、アレイ４２が単一の超音波素子であるかのように、同時に同相で動作させる。他の実施形態では、コントローラ４８はすべてのあるいはいくつかの超音波素子４４を位相遅延、および／または、振幅変調で動作させ、アレイ４２の実効的なアパーチャを電気的に変化させる。なおも他の実施形態では、コントローラ４８は、単一の超音波素子４４あるいは超音波素子４４のサブセットを動作させる。コントローラ４８は、アレイ４２からＩＭＤ３６への音響エネルギの送信に対する適切な構成を決定し、従って、例えば、図３から図４に関してさらに本明細書で議論されるように、超音波素子４４の動作を制御する。いくつかの実施形態では、コントローラ４８は、フィードバックを利用し、適切な移送構成を決定する。他の実施形態では、コントローラ４８は変換素子４４をフィードバックなしで動作させる。
【００１６】
図２に示された実施形態において、アレイ４２は４つの超音波素子４４を含むが、他の実施形態においては、アレイ４２は、任意の数の超音波素子４４を含み得る。１つの実施形態では、超音波素子４４は、同一の周波数で動作する。他の実施形態では、超音波素子４４はすべてが同じ周波数で動作するのではない。１つの実施形態では、超音波素子４４は約２０ｋＨｚから約２００ｋＨｚの間の周波数で動作する。１つの実施形態では、超音波素子４４は、約４０ｋＨｚの中心周波数で動作する。１つの実施形態では、すべての超音波素子４４は同一の共振周波数を有するが、他の実施形態では、超音波素子４４はすべてが同一の共振周波数を有するわけではない。
【００１７】
図２に例示された実施形態では、超音波素子４４は、アクティブ圧電層５０、背面層５２および前面整合層５４を含む圧電素子である。圧電素子の動作の基本原理は、当技術分野では周知である。簡単にいうと、圧電層５０に結合された電極へのＡＣ電圧の印加は、圧電層５０を印加された電圧の周波数で振動させ、外部への音波を生成する。１つの実施形態では、圧電層５０は、圧電ポリマ、圧電セラミック、あるいは圧電複合材料から作られる。１つの実施形態では、圧電層５０は、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）材料である。もう１つの実施形態では、圧電層５０は、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）材料である。超音波素子４４は、ＩＭＤへのエネルギ送達を最大限にするために、例えば、図５から図９に示されたように様々な形状および物理的配列を有し得る。
【００１８】
図２に示された実施形態では、背面層５２は機械的支持を提供し、反射された音響エネルギを吸収する。１つの実施形態では、整合層５４は、アクティブ層５０と患者の皮膚との間の音響インピーダンス整合を提供し、体内へのエネルギ送信を増加する。整合層５４は、多重層からなり得て、最適な音響インピーダンス整合を達成する。圧電層５０、背面層５２、および前面整合層５４は、高い結合係数を有する。高い結合係数は、超音波素子４４の高い感度と高い信号対ノイズ比とをもたらす。高い結合係数は、また、大きな帯域幅を可能にし、それによって、高いエネルギ転送レベルと低い反響とを可能にする。外部エネルギ送達装置４０から患者内に配置されたＩＭＤ３６への音響エネルギの送達は、たびたび、複雑な、間接的な損失の多い伝播経路を通る移送を必要とする。伝播は、たびたび、皮膚、骨、肺、筋肉および血液のような身体組織での異なる音響インピーダンスからの結果として生じる減衰と組織インターフェイスでの反射を経る、間接的で多重経路になる。これらの複雑性にもかかわらず、エネルギ送達装置４０は伝播損失を減少し、より効率的にエネルギを埋め込み型医療機器３６内の電源３８に送達するように使用され得る。
【００１９】
図３は、本発明の１つの実施例による図２の多素子アレイ４２を制御する例示的方法３００を図示している。図３に示されているように、エネルギ送達装置４０は、信号を埋め込み型医療機器３６に送る（ブロック３１０）。信号は、ピング、一連のピング、命令、あるいは、指令であり得る。遠隔埋め込み型医療機器３６は、信号を受信し、処理し、応答信号を装置４０に送り返す（ブロック３２０）。応答信号は、ジェネリック送信信号、エネルギ送達装置４０から受信された信号強度の符号化された測定値、あるいは、いくつかの他の信号であり得る。エネルギ送達装置４０は、その後、応答信号に基づいて最も効率的な再充電を生成するアレイ４２の動作構成を決定し（ブロック３３０）、そして、決定された構成に従って、コントローラ４８は、超音波素子４４が音響エネルギを送信するように動作させる（ブロック３４０）。
【００２０】
方法３００の１つの実装では、例えば、コントローラ４８は、ＩＭＤ３６への音響経路において、どの超音波素子４４が最小の減衰を有しているかを決定し、音響経路において最小の減衰を有するそれらの超音波素子４４、あるいは、最小の減衰経路を有するそれらの素子４４のみを動作する。１つの実施形態では、コントローラ４８は、はじめに各素子４４からの信号を個別にＩＭＤ３６に送信し、その後ＩＭＤ３６からの応答を受信することによって、どの素子が最小の減衰を有するかを決定する。１つの実施形態では、ＩＭＤからの応答は、エネルギ送達装置４０の各個別の素子４４によって送信された信号から受信された、ＩＭＤの音響信号振幅の測定値である。この実施形態では、より高い信号振幅測定値を有する応答は、音響経路に沿って、より低い信号振幅測定値の応答よりも少ない減衰を示し得る。もう１つの実施形態では、ＩＭＤ３６からの応答は、その標準応答信号（例えば、既知の周波数および振幅の承認信号）であり、コントローラ４８は、個別の超音波素子４４によって受信された応答信号の振幅を比較することによって、最小の減衰を有する超音波素子４４を決定する。音響信号が十分であるか否かの決定は、例えば、受信された音響信号レベルを、コントローラ４８内にプログラムされた現在の閾値に比較することによって決定され得る。代替の実施形態では、コントローラ４８は、単一の超音波素子４４ではなくて、音響経路において最小の減衰を有する超音波素子４４のサブセットを動作する。
【００２１】
方法３００のもう１つの実装では、コントローラ４８は、時間反転技術を組み込み、音響エネルギのＩＭＤ３６への送達を最適化する。時間反転技術は、目標配置が正確には知られていないか、あるいは変化しているときに、所望の目標において、音響場の位相整列を可能にする。時間反転技術を用いる再充電効率を最適化する例示の技術は、例えば、「Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  Ｆｏｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｔｒａｎｓｆｅｒｓ  Ｂｅｔｗｅｅｎ  Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ  Ｅｎａｂｌｅｄ  Ｍｅｄｉｃａｌ  Ｄｅｖｉｃｅｓ」と題する出願中の米国仮出願第６１／０２７，９８３号に記載されており、全体が本明細書に参照として援用されている。いくつかの実施形態では、時間反転プロセスは、方法３００に従って実装される。エネルギ送達装置４０は、音響信号をＩＭＤ３６に向けて送信する。ＩＭＤ３６は、音響信号を受信し、応答として、一連の信号をエネルギ送達装置４０に返送する。ＩＭＤ３６からの信号は、個々の超音波素子４４によって受信される。コントローラ４８は、その後、受信された信号を解析し、受信された信号の間の位相差と振幅差とを決定し、補償因子を計算する。コントローラ４８は、その後、これらの補償因子を適用し、音響エネルギをＩＭＤ３６に送達するために超音波素子４４を制御する。
【００２２】
図４は、本発明の１つの実施形態によるＩＭＤ３６からエネルギ送達装置４０に送られた試験パルスを、時間反転技術によって処理する例示的方法４００を示すフローチャートを表す図である。図４に示されたように、ＩＭＤ３６は試験パルスをエネルギ送達装置４０に送信する（ブロック４１０）。試験パルスは任意のタイプのパルスであり得る。１つの実施形態では、例えは、試験パルスは８ビットの「１」のパルスである。ＩＭＤ３６は、その後、充電モードに入る（ブロック４２０）。エネルギ送達装置４０は、装置４０の各超音波素子４４において試験パルスを受信し、各素子で受信された信号間の相対的時間遅延を決定するために、これらのパルスを使用する（ブロック４３０）。エネルギ送達装置４０は、超音波素子４４からの音響エネルギを、時間反転技術を用いて送信する。１つの実施形態では、例えば、エネルギ送達装置４０は音響エネルギを、装置４０が試験パルスを受信したのとは逆の順番で送信し、相対的時間遅延を組み込む（ブロック４４０）。図２に示されたエネルギ送達装置４０を用いることは、例えば、素子４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、および４４ｄにおいて受信された電荷が、４４ａと４４ｃとの間が１秒である相対的遅延を有して、４４ａ、４４ｃ、４４ｄ、および４４ｂの順序で受信されたとき、充電は、４４ｃと４４ａとの間に１秒間の送信遅延を有して４４ｂ、４４ｄ、４４ｃ、４４ａの順序で行われる。
【００２３】
本明細書に記述された方法は、充電サイクルの間の任意の時に使用され得る。１つの実施形態では、コントローラ４８は、アレイ４２の制御を電気的に再構成し、ＩＭＤ３６の配置の従来の位置からの、身体の位置、器官の動き、呼吸、および／または、他の理由が原因の変化を補償する。いくつかの実施形態では、コントローラ４８は、生理学的パターンに関する情報（例えば、呼吸数、心臓サイクル、等）を組み込み、パターン情報に基づいてアレイ４２を制御する。１つの実施形態では、方法は、充電サイクルの初めにおいて使用される。もう１つの実施形態では、方法は、充電サイクルの間に使用される。１つの実施形態では、方法は、充電サイクルの間に使用され、充電サイクルで充電休止が発生するときに始動される。いくつかの実施形態では、充電休止は、コントローラ４８のプログラム可能なイベントであり、充電の効率の再評価に使用される。いくつかの実施形態では、方法は、充電サイクルの間に送信損失があるときに使用される。
【００２４】
様々な他の実施形態では、ＩＭＤ３６からのフィードバックなしで、コントローラ４８はアレイ４２を動作し得、所望の充電効率を達成する。１つの実施形態では、例えば、コントローラ４８は、すべてのあるいはいくつかの超音波素子４４を、循環することによって、アレイ４２を個別にあるいはサブセットとして動作し、患者の身体内のどの位置の過熱をも防止する。もう１つの実施形態では、コントローラ４８は、公知のビームステアリング、ビーム整形、および／または、ビーム形成技術を実装し得て、アレイ４２からの音響エネルギ信号を調整する。一般に、これらのプロセスはコントローラ４８を用いて時間遅延を個別の素子４４に適用し、アレイ４２によって生成された音響場を整形し、および／または、ステアリングする。
【００２５】
１つの実施形態において、ビームステアリングは、一連の空間的位置を通る音響場の掃引であり、従って、問い合わせの範囲を画定する。１つの実施形態において、ビーム形成は、所望の問い合わせ領域に整合する音響場幅の画定である。１つの実施形態では、ビーム幅およびステアリング範囲は変化される。エネルギ送達装置４０は、その意図された用途に基づいて、ビーム形成およびビームステアリング性能の範囲で設計され得る。１つの実施形態では、可変形状超音波素子４４、および／または、音響レンズ／ミラーを有する超音波素子４４が、コントローラ４８および本明細書に記載した音響場を変更する方法と共に使用される。
【００２６】
図５は、本発明の１つの実施形態によるエネルギ送達装置４０の上面図である。図５に例示された実施形態では、エネルギ送達装置４０は、支持構造４５の上に配置された超音波素子４４のアレイ４２を含んでいる。中央の超音波素子４４ａは、支持構造４５の中央に配置されており、６つのさらなる超音波素子４４ｂが中央の超音波素子４４ａの周りに円周状に配置されている。１つの実施形態では、エネルギ送達装置４０は、約６センチメータと約７．５センチメータとの間の直径Ｄと、約５センチメータ未満の高さとを有している。１つの実施形態では、超音波素子４４は、通常、円形状および、約１．８センチメータと約２．５センチメータとの間の直径ｄを有している。１つの実施形態では、エネルギ送達装置４０は、約４００グラム未満の重量であり、装着可能な衣服あるいは携帯装置の中に容易に組み込まれ得る。１つの実施形態では、エネルギ送達装置４０は、すべての超音波素子４４が同相で駆動されるとき、最大応答軸に沿った２０センチメータの水中の位置で、５０ｋＰａの４０ｋＨｚの超音波を生成できる。
【００２７】
超音波素子４４は、様々な形状と構成とを有し得る。図６から図９は、アレイ４２の代替の実施形態を例示している。図６に示された実施形態では、エネルギ送達装置４０は、直線状に配列された４つの長方形の超音波素子４４のアレイ４２を有している。図７の実施形態では、エネルギ送達装置４０は、長方形の超音波素子４４の行に線形に配列された３つのアレイ４２を有しており、３×４のマトリックスに配列されている。図８に例示された非対称の実施形態では、エネルギ送達装置４０は、１つの中央超音波素子４４ａ、および、中央超音波素子４４の周りに中央超音波素子４４ａから不等距離で配置された複数のさらなる超音波素子４４ｂのアレイ４２を有する。
【００２８】
図５から図８に示された実施形態では、素子４４は同一平面に配置されている。他の実施形態では、音響ビームは、超音波素子４４を仮想球面の中心に向けて構成することによって、焦点が球面の中心に生成されるように、所望の深さに機械的に集束される。例えば、超音波素子４４は、球殻のような焦点構造上に取り付け得る。もう１つの実施形態では、超音波素子４４は音響レンズ／ミラーを含み得て、音響ビームを、患者内の所望の深さに機械的に集束する。
【００２９】
図９は、ドームあるいは蜂の巣形状のアレイ４２を例示している。図９に示されたように、アレイ４２は円形の超音波素子４４ａを含む。円形の超音波素子４４ａに垂直であるα−α軸が、円形超音波素子４４ａの中央を通って延びている。環状超音波素子４４ｂが、軸α−αを中心に、軸α−αに沿って円形の超音波素子４４ａから距離ｂ離れて配置されている。同様に、環状超音波素子４４ｃは、超音波素子４４ｂよりも大きな直径を有しており、軸α−αを中心に、軸α−αに沿って円形の超音波素子４４ａから距離ｃ離れて配置されている。環状超音波素子４４ｄは、超音波素子４４ｃよりも大きな直径を有しており、軸α−αを中心に、軸α−αに沿って円形の超音波素子４４ａから距離ｄ離れて配置されている。図９に示されているように、超音波素子４４ｂ、４４ｃおよび４４ｄは、非平面形状である。もう１つの実施形態では、超音波素子４４ｂ、４４ｃおよび４４ｄは、平面形状である。さらにもう１つの実施形態では、超音波素子４４ａは非平面形状である。
【００３０】
図５から図９は特定の数と構成の超音波素子４４を例示しているが、音響エネルギを埋め込み型医療機器に送達する用途のために、任意の数および構成の超音波素子４４がエネルギ送達装置４０に組み込まれ得る。アレイ４２は、多角形、円形あるいは環状の構成を有し得る。構成は、１つ以上の軸の周りで対称あるいは非対称であり得る。超音波素子４４は、多角形、円形あるいは環状の断面形状を有し得る。他の実施形態では、超音波素子４４は、円筒形、平面状あるいは湾曲状であり得る。１つの実施形態では、すべての超音波素子４４が同一の形状を有している。他の実施形態では、超音波素子４４は、異なる形状を有している。例えば、中央の超音波素子４４ａが通常円形を有し得、さらなる超音波素子４４ｂは長方形を有し得る。
【００３１】
１つの実施形態では、エネルギ送達装置４０は、携帯装置（示されていない）上に配置されている。もう１つの実施形態では、エネルギ送達装置４０は、患者の皮膚にぴったりと結合され得る装着可能である、ベスト、シャツあるいはベルトのような衣服（示されていない）上に配置され得る。アレイ４２は、携帯装置あるいは衣服に直接配置され得る。代替として、アレイ４２は、平板あるいはベッドのような支持構造上に配置され得、支持構造は、携帯装置あるいは衣服に結合されてもされなくてもよい。
【００３２】
エネルギ送達装置４０が、遠隔ＩＭＤ３６に音響エネルギを送達するとして記述されてきたが、他の実施形態では、エネルギ送達装置４０は、音響エネルギを受信して音響エネルギを動作電力に変換する能力のある他の埋め込み型医療機器に、エネルギを送達するために使用される。例えば、エネルギ送達装置４０は、薬剤送達装置、神経刺激装置、ペースメーカあるいは除細動器の中の電源に音響エネルギを送達するために使用され得る。
【００３３】
本発明の精神および範囲から外れることなく、様々な修正および追加が議論された例示の実施形態に対してなされ得る。例えば、上記の実施形態は特定の特徴に関連しているが、この発明の範囲は、また、特徴の異なる組み合わせを有する実施形態と、上に述べられたすべての特徴を含んではいない実施形態とを含む。従って、本発明の範囲は、特許請求の範囲にあるすべてのそのような代替形態、修正、および変形を、それらのすべての均等物と共に包含することが意図されている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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