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課題・解決手段

無線埋込可能デバイス、例えば、生体変調に使用される埋込可能生体医療機器のためのシステム及び技術。一部の実施形態は、無線電力伝達のためのソースデータ通信システムとを含む埋込不能アセンブリと、埋込可能アセンブリのための1又は2以上の作動電圧を埋込不能アセンブリからの無線電力伝達を用いて連続的に発生するように構成されたパワーマネージメントモジュール、少なくとも1つの通信チャネルを通じて感知された情報を処理し、条件が存在すると決定した時に刺激の発生をトリガする出力を発生するプロセッサユニットを含む少なくとも1つの通信チャネルと少なくとも1つの刺激出力とに作動可能に接続された制御モジュールを含む埋込可能アセンブリとを含む生体変調システムを含む。

概要

背景

ヒトのような被験者での挙動変調のための無線埋込可能デバイスは、科学分野で大いに着目されている。開ループ及びフィードバックベース電気シミュレータ臨床的影響を拡大し続ける時に、最適化された刺激パラメータ及び制御アルゴリズムに関して動物のような被験者からの生体電位記録のようなロバストな自由挙動データ利用可能性を高めることが望ましいと考えられる。生体変調を実施するための様々なデバイスベースの技術を利用することが望ましいであろう。臨床分野から出現する問題に対処するための系統的かつ客観的な手法として、ヒト被験者のための小型埋込可能技術のプラットフォームを利用することができる。これに加えて、埋込可能無線技術の使用は、ある一定の生物学的及び生理学的な障害(例えば、癲癇及び鬱病)を有する患者治療と、益々複雑な慢性挙動実験でのそれらを連続的なモニタを用いて実施させることによる使用とを可能にすることができる。

これに加えて、無線給電、超低電力集積回路(IC)及びマイクロプロセッサ、及びICパッケージ化での進歩は、生体医療研究及び治療に関して無線技術の使用を更に組み込むことを望ましくすると考えられる。早期の無線デバイスは、別々の及び/又は異なる機能、例えば、生体電位の取得のための機能又は電気刺激のための機能のいずれかを提供した。一部の事例では、これらの無線デバイスに対する給電は、バッテリ又は無線誘導結合で達成された。光学遺伝学の出現は、各々が独特の特徴を有するいくつかの無線光刺激器の開発を呼び起こした。それにも関わらず、これらのデバイスの使用は、被験者内に快適に埋込可能であることの難しさを含むそれらのサイズに関連する一部の欠点を呈した。これに加えて、早期のデバイスは、複数の機能をサポートするように構成されなかったので、複数の機能、例えば、生体電位記録に電気刺激を備えることに単一デバイスを使用することは困難である場合がある。

迷走神経刺激(VNS)は、薬理療法が効かない癲癇又は鬱病を有する患者に対する補助的な治療オプションとして食品医薬品局FDA)によって認可されている。現代のVNS治療は、頚部内の迷走神経に接触する電極を有するペースメーカー様のデバイスの外科的埋め込みによって実施される。全ての現代のVNSデバイスに共通する埋め込みバッテリは、デバイス容積の大部分を占有し、バッテリ機能が寿命と共に低下するので、デバイス全体を数年にわたる間隔で交換するための手術の反復を必要とする。手術を必要とせずにVNS治療を提供する全く非侵襲的なシステムを開発するための研究が行われているが、これらのシステムは、埋め込みデバイスの空間的特異性を欠いている。

概要

無線埋込可能デバイス、例えば、生体変調に使用される埋込可能生体医療機器のためのシステム及び技術。一部の実施形態は、無線電力伝達のためのソースデータ通信システムとを含む埋込不能アセンブリと、埋込可能アセンブリのための1又は2以上の作動電圧を埋込不能アセンブリからの無線電力伝達を用いて連続的に発生するように構成されたパワーマネージメントモジュール、少なくとも1つの通信チャネルを通じて感知された情報を処理し、条件が存在すると決定した時に刺激の発生をトリガする出力を発生するプロセッサユニットを含む少なくとも1つの通信チャネルと少なくとも1つの刺激出力とに作動可能に接続された制御モジュールを含む埋込可能アセンブリとを含む生体変調システムを含む。A

目的

本発明に開示するシステムはまた、受動構成要素を利用することができ、それによって小さいフットプリント、例えば、0201、より小さい又はより大きいフットプリントの利益を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
- 件

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請求項1

無線電力伝達のためのソースデータ通信システムとを含む埋込不能アセンブリと、前記埋込不能アセンブリからの無線電力伝達を用いて埋込可能アセンブリのための1又は2以上の作動電圧を連続的に発生するように構成されたパワーマネージメントモジュール、少なくとも1つの通信チャネルと少なくとも1つの刺激出力とに作動可能に接続された制御モジュールであって、該少なくとも1つの通信チャネルを通じて感知された情報を処理し、かつ条件が存在すると決定した時に刺激の前記発生をトリガする出力を発生するプロセッサユニットを含む前記制御モジュール、を含む埋込可能アセンブリと、を含むことを特徴とする生体変調システム

請求項2

前記パワーマネージメントモジュールは、(1)前記少なくとも1つの通信チャネルのためのアナログフロントエンド回路と、(2)前記プロセッサユニットと、(3)前記埋込不能アセンブリへの及びからのデータを通信する双方向遠隔測定構成要素と、(4)刺激発生回路とに供給する作動電圧を発生することを特徴とする請求項1に記載の生体変調システム。

請求項3

前記パワーマネージメントモジュールは、第1の電圧レベルでの1又は2以上の第1の作動電圧と、該第1の電圧レベルに依存しない第2の電圧レベルを有する1又は2以上の第2の作動電圧とを含む2又は3以上の異なる作動電圧を発生し、前記作動電圧は、(1)前記少なくとも1つの通信チャネルのためのアナログフロントエンド回路の異なる部分と、(2)前記プロセッサユニットと、(3)前記埋込不能アセンブリへの及びからのデータを通信する双方向遠隔測定構成要素と、(4)前記刺激発生回路とに供給する、ことを特徴とする請求項1に記載の生体変調システム。

請求項4

前記無線電力伝達は、磁気共鳴結合を用いて達成されることを特徴とする請求項1に記載の生体変調システム。

請求項5

前記無線電力伝達は、近距離場磁気誘導結合を用いて達成されることを特徴とする請求項1に記載の生体変調システム。

請求項6

刺激の前記発生をトリガする前記出力は、被験者の測定された条件に少なくとも部分的に基づいて発生されることを特徴とする請求項1に記載の生体変調システム。

請求項7

前記測定された条件は、前記埋込可能アセンブリから遠隔位置付けられた埋込可能電極によって測定されることを特徴とする請求項6に記載の生体変調システム。

請求項8

前記測定された条件は、前記埋込可能アセンブリの電極によって測定されることを特徴とする請求項6に記載の生体変調システム。

請求項9

前記出力は、前記被験者の前記測定された条件をフィードバック入力として使用する閉ループ制御アルゴリズムに少なくとも部分的に基づいて発生されることを特徴とする請求項6に記載の生体変調システム。

請求項10

前記出力は、電極によって送出された刺激に対する前記被験者の測定された反応に少なくとも部分的によって発生されることを特徴とする請求項9に記載の生体変調システム。

請求項11

前記少なくとも1つの通信チャネルは、有線リードを含むことを特徴とする請求項1に記載の生体変調システム。

請求項12

前記少なくとも1つの通信チャネルは、無線通信チャネルを含むことを特徴とする請求項1に記載の生体変調システム。

請求項13

前記刺激を被験者に送出するように構成された電極を含むことを特徴とする請求項1に記載の生体変調システム。

請求項14

前記埋込可能アセンブリは、被験者のに埋め込まれることを特徴とする請求項13に記載の生体変調システム。

請求項15

前記埋込可能アセンブリの前記制御モジュールとの無線通信のために構成されたリードを更に含むことを特徴とする請求項1に記載の生体変調システム。

請求項16

前記制御モジュール及びリードは、互いから遠隔に被験者内に位置付けられることを特徴とする請求項13に記載の生体変調システム。

請求項17

前記制御モジュールは、被験者の胸内に位置付けられ、前記埋込可能電極は、該胸から遠隔であることを特徴とする請求項1に記載の生体変調システム。

請求項18

前記電極は、刺激を膀胱に送出するために前記被験者内に位置付けられることを特徴とする請求項13に記載の生体変調システム。

請求項19

前記電極は、刺激を迷走神経に送出するために前記被験者内に位置付けられることを特徴とする請求項13に記載の生体変調システム。

請求項20

前記電極は、系に関連付けられた前記迷走神経の分枝に刺激を送出するために前記被験者内に位置付けられることを特徴とする請求項19に記載の生体変調システム。

請求項21

前記電極は、刺激を前記被験者の胃に送出するために該被験者内に位置付けられることを特徴とする請求項13に記載の生体変調システム。

請求項22

前記電極は、刺激を皮質に送出するために前記被験者内に位置付けられることを特徴とする請求項13に記載の生体変調システム。

請求項23

前記電極は、刺激を脳幹に送出するために前記被験者内に位置付けられることを特徴とする請求項13に記載の生体変調システム。

請求項24

前記電極は、刺激を胃に送出するために前記被験者内に位置付けられることを特徴とする請求項13に記載の生体変調システム。

請求項25

前記電極は、刺激を骨盤神経に送出するために前記被験者内に位置付けられることを特徴とする請求項13に記載の生体変調システム。

請求項26

前記電極は、食道喉頭、及び括約筋に突出する神経のうちの1又は2以上に刺激を送出するために前記被験者内に位置付けられることを特徴とする請求項13に記載の生体変調システム。

請求項27

前記電極は、前記被験者の条件を測定するように構成されることを特徴とする請求項13に記載の生体変調システム。

請求項28

前記電極は、ホルモン感知光電極を含むことを特徴とする請求項27に記載の生体変調システム。

請求項29

前記電極は、圧力センサを含むことを特徴とする請求項27に記載の生体変調システム。

請求項30

前記電極は、膀胱圧を測定するように構成されることを特徴とする請求項29に記載の生体変調システム。

請求項31

前記電極は、サイトカインレベルを測定するように構成されたセンサを含むことを特徴とする請求項27に記載の生体変調システム。

請求項32

前記電極は、単一ニューロン測定電極局所電場電位LFP)電極、脳波図EEG)電極、筋電図電極(EMG)、及び複合神経活動電位電極(CNAP)から構成される群から選択された電極を含むことを特徴とする請求項13に記載の生体変調システム。

請求項33

前記電極は、前記埋込可能アセンブリによって無線給電されることを特徴とする請求項13に記載の生体変調システム。

請求項34

前記電極は、該電極内に局所的に収容された電源を含まないことを特徴とする請求項33に記載の生体変調システム。

請求項35

少なくとも1つの通信チャネルと少なくとも1つの刺激出力とに作動可能に接続された制御モジュールであって、該少なくとも1つの通信チャネルを通じて感知された情報を処理し、かつ条件が存在すると決定した時に刺激の発生をトリガする出力を発生するプロセッサユニットを含む前記制御モジュール、を含む埋込可能アセンブリと、被験者内に該被験者の膀胱の圧力を測定するために位置付けられた圧力センサと、前記出力に応答して前記被験者の骨盤神経に前記刺激を送出するように構成された第1の電極と、を含むことを特徴とする生体変調システム。

請求項36

前記条件は、前記被験者の膀胱の圧力測定値に少なくとも部分的に基づいていることを特徴とする請求項35に記載の生体変調システム。

請求項37

前記刺激は、前記条件に応答して前記被験者の尿排泄を防止する尿管締め付け反応を発生するように構成されることを特徴とする請求項35に記載の生体変調システム。

請求項38

前記埋込可能アセンブリは、ユーザ入力に応答して前記刺激を除去するように構成されることを特徴とする請求項37に記載の生体変調システム。

請求項39

前記ユーザ入力を前記埋込可能アセンブリに送信するように構成されたデータ通信システムを含む埋込不能アセンブリを含むことを特徴とする請求項38に記載の生体変調システム。

請求項40

データ通信システムを含む埋込不能アセンブリを含むことを特徴とする請求項35に記載の生体変調システム。

請求項41

前記埋込不能アセンブリは、前記埋込可能アセンブリのパワーマネージメントモジュールへの無線電力伝達のためのソースを含むことを特徴とする請求項40に記載の生体変調システム。

請求項42

前記無線電力伝達は、磁気共鳴結合を用いて達成されることを特徴とする請求項41に記載の生体変調システム。

請求項43

前記無線電力伝達は、遠距離場を用いて達成されることを特徴とする請求項41に記載の生体変調システム。

請求項44

前記埋込可能アセンブリは、該埋込可能アセンブリのための1又は複数の作動電圧を連続的に発生するように構成されたパワーマネージメントモジュールを含むことを特徴とする請求項35に記載の生体変調システム。

請求項45

前記パワーマネージメントモジュールは、(1)前記少なくとも1つの通信チャネルのためのアナログフロントエンド回路と、(2)前記プロセッサユニットと、(3)埋込不能アセンブリへの及びからのデータを通信する双方向遠隔測定構成要素と、(4)刺激発生回路とに供給する作動電圧を発生することを特徴とする請求項44に記載の生体変調システム。

請求項46

前記パワーマネージメントモジュールは、第1の電圧レベルでの1又は2以上の第1の作動電圧と、該第1の電圧レベルに依存しない第2の電圧レベルを有する1又は2以上の第2の作動電圧とを含む2又は3以上の異なる作動電圧を発生し、前記作動電圧は、(1)前記少なくとも1つの通信チャネルのための前記アナログフロントエンド回路の異なる部分と、(2)前記プロセッサユニットと、(3)前記埋込不能アセンブリへの及びからのデータを通信する双方向遠隔測定構成要素と、(4)前記刺激発生回路とに供給する、ことを特徴とする請求項44に記載の生体変調システム。

請求項47

前記圧力センサは、圧電抵抗式差動圧力センサを含むことを特徴とする請求項35に記載の生体変調システム。

請求項48

前記圧力センサは、受信機給電コイルを含むことを特徴とする請求項47に記載の生体変調システム。

請求項49

前記圧力センサは、バッテリを含まないことを特徴とする請求項48に記載の生体変調システム。

請求項50

前記圧力センサは、能動送信機を含むことを特徴とする請求項49に記載の生体変調システム。

請求項51

尿失禁症状を低減するための生体変調の方法であって、圧力センサを含む電極によって膀胱圧を測定する段階と、埋込可能アセンブリの制御モジュールであって、該制御モジュールが、前記電極から遠隔に被験者内に埋め込まれ、かつ前記膀胱圧測定値を受信するように構成された少なくとも1つの通信チャネルに作動可能に接続され、該制御モジュールが、該少なくとも1つの通信チャネルを通じて感知された膀胱圧を処理するプロセッサユニットを含む前記制御モジュールに該膀胱圧を無線送信する段階と、前記膀胱圧測定値に少なくとも部分的に基づいて条件が存在すると決定する段階と、尿排泄を防止するために前記被験者内に尿管締め付け反応を発生するように構成された電気刺激を送出する段階と、を含むことを特徴とする方法。

請求項52

電気刺激を送出する段階は、電気刺激を前記被験者の骨盤神経に送出する段階を含むことを特徴とする請求項51に記載の方法。

請求項53

前記膀胱圧測定値を埋込不能アセンブリに無線伝達する段階と、前記埋込不能アセンブリによって前記膀胱圧測定値を処理する段階と、前記電気刺激を送出する出力を発生させる指令を前記埋込可能アセンブリに送信する段階と、を含むことを特徴とする請求項51に記載の方法。

請求項54

前記埋込可能アセンブリのパワーマネージメントモジュールに電力を無線伝達する段階を含むことを特徴とする請求項51に記載の方法。

請求項55

電力を伝達する段階は、前記埋込可能アセンブリの再充電可能バッテリを充電する段階を含むことを特徴とする請求項54に記載の方法。

請求項56

前記電気刺激を発生するのに無線電力伝達が前記電極にとって十分である電力を該電極に無線伝達する段階を含むことを特徴とする請求項55に記載の方法。

請求項57

前記少なくとも1つの通信チャネルは、有線リードを含むことを特徴とする請求項51に記載の方法。

請求項58

前記少なくとも1つの通信チャネルは、無線通信チャネルを含むことを特徴とする請求項51に記載の方法。

請求項59

前記圧力センサは、圧電抵抗式差動圧力センサを含むことを特徴とする請求項51に記載の方法。

請求項60

前記圧力センサは、受信機給電コイルを含むことを特徴とする請求項59に記載の方法。

請求項61

前記圧力センサは、バッテリを含まないことを特徴とする請求項60に記載の方法。

請求項62

前記圧力センサは、能動送信機を含むことを特徴とする請求項61に記載の方法。

請求項63

埋め込まれた電極によって患者条件を測定する段階と、前記電極から遠隔に前記被験者内に位置付けられた埋め込まれたアセンブリの制御モジュールであって、少なくとも1つの刺激出力を有し、前記測定値を処理するプロセッサユニットを含む前記制御モジュールに該測定値を通信する段階と、刺激の発生をトリガする出力を発生する段階と、前記患者条件の前記測定値に少なくとも部分的に基づいて決定された刺激パラメータの第1の組に従って前記出力に応答して第1の刺激を送出する段階と、を含むことを特徴とする生体変調の方法。

請求項64

前記刺激パラメータの第1の組とは異なる刺激パラメータの第2の組に従って第2の電気刺激を送出する段階を含むことを特徴とする請求項63に記載の方法。

請求項65

前記刺激パラメータの第1の組及び前記刺激パラメータの第2の組は、一定投与量神経活動を送出するように計算されることを特徴とする請求項64に記載の方法。

請求項66

前記第1の電気刺激及び前記第2の電気刺激は、予め決められた間隔で送出されることを特徴とする請求項65に記載の方法。

請求項67

前記患者条件を測定する段階は、前記第1の電気刺激の前に送出された以前の電気刺激に応答して該患者条件を測定する段階を含むことを特徴とする請求項63に記載の方法。

請求項68

少なくとも1つの通信チャネルと少なくとも1つの刺激出力とに作動可能に接続された制御モジュールであって、該少なくとも1つの通信チャネルを通じて感知された情報を処理し、かつ条件が存在すると決定した時に刺激の発生をトリガする出力を発生するプロセッサユニットを含む前記制御モジュール、を含む埋込可能アセンブリと、被験者の生理学経路の条件測定値を取得するために該被験者内に位置付けられたセンサであって、該条件測定値がサイトカインレベルである前記センサと、発作が発生する時の反射神経に影響を及ぼすように構成された前記刺激を前記条件測定値に少なくとも部分的に基づいて前記被験者に送出するように構成された第1の電極と、を含むことを特徴とする生体変調システム。

請求項69

前記センサは、前記サイトカインレベルを測定するように構成された光センサを含むことを特徴とする請求項68に記載の生体変調システム。

請求項70

前記第1の電極は、脳幹、皮質、及び迷走神経から構成される群から選択された場所に前記刺激を送出するように構成されることを特徴とする請求項68に記載の生体変調システム。

請求項71

前記電気刺激は、脳深部刺激(DBS)を含むことを特徴とする請求項68に記載の生体変調システム。

請求項72

前記ユーザ入力を前記埋込可能アセンブリに送信するように構成されたデータ通信システムを含む埋込不能アセンブリを含むことを特徴とする請求項68に記載の生体変調システム。

請求項73

前記埋込不能アセンブリは、前記埋込可能アセンブリのパワーマネージメントモジュールへの無線電力伝達のためのソースを含むことを特徴とする請求項72に記載の生体変調システム。

請求項74

前記無線電力伝達は、磁気共鳴結合を用いて達成されることを特徴とする請求項73に記載の生体変調システム。

請求項75

前記無線電力伝達は、近距離場磁気誘導結合を用いて達成されることを特徴とする請求項73に記載の生体変調システム。

請求項76

前記埋込可能アセンブリは、該埋込可能アセンブリのための作動電圧を連続的に発生するように構成されたパワーマネージメントモジュールを含むことを特徴とする請求項68に記載の生体変調システム。

請求項77

前記パワーマネージメントモジュールは、(1)前記少なくとも1つの通信チャネルのためのアナログフロントエンド回路と、(2)前記プロセッサユニットと、(3)埋込不能アセンブリへの及びからのデータを通信する双方向遠隔測定構成要素と、(4)刺激発生回路とに供給する作動電圧を発生することを特徴とする請求項76に記載の生体変調システム。

請求項78

前記パワーマネージメントモジュールは、第1の電圧レベルでの1又は2以上の第1の作動電圧と、該第1の電圧レベルに依存しない第2の電圧レベルを有する1又は2以上の第2の作動電圧とを含む2又は3以上の異なる作動電圧を発生し、前記作動電圧は、(1)前記少なくとも1つの通信チャネルのためのアナログフロントエンド回路の異なる部分と、(2)前記プロセッサユニットと、(3)埋込不能アセンブリへの及びからのデータを通信する双方向遠隔測定構成要素と、(4)刺激発生回路とに供給する、ことを特徴とする請求項76に記載の生体変調システム。

請求項79

癲癇の症状を低減するための生体変調の方法であって、サイトカインレベルを含む条件測定値を取得するために電極によって生理学的経路をモニタする段階と、埋込可能アセンブリの制御モジュールに前記条件測定値を無線送信する段階であって、該制御モジュールが、前記電極から遠隔に被験者内に埋め込まれ、かつ該条件測定値を受信するように構成された少なくとも1つの通信チャネルに作動可能に接続され、該制御モジュールが、該少なくとも1つの通信チャネルを通じて感知された該条件測定値を処理するプロセッサユニットを含む前記無線送信する段階と、前記条件測定値に少なくとも部分的に基づいて条件が存在すると決定する段階と、発作が発生する時の反射神経に影響を及ぼすように構成された電気刺激を送出する段階と、を含むことを特徴とする方法。

請求項80

前記電極は、前記サイトカインレベルを測定するように構成された光センサを含むことを特徴とする請求項79に記載の方法。

請求項81

電気刺激を送出する段階は、脳幹、皮質、及び迷走神経から構成される群から選択された場所に電気刺激を送出する段階を含むことを特徴とする請求項79に記載の方法。

請求項82

前記条件測定値を埋込不能アセンブリに無線伝達する段階と、前記埋込不能アセンブリによって前記条件測定値を処理する段階と、前記電気刺激を送出する出力を発生させる指令を前記埋込可能アセンブリに送信する段階と、を含むことを特徴とする請求項79に記載の方法。

請求項83

前記埋込可能アセンブリのパワーマネージメントモジュールに電力を無線伝達する段階を含むことを特徴とする請求項79に記載の方法。

請求項84

電力を伝達する段階は、前記埋込可能アセンブリの再充電可能バッテリを充電する段階を含むことを特徴とする請求項83に記載の方法。

請求項85

前記電気刺激を発生させるのに無線電力伝達が前記電極にとって十分である電力を該電極に無線伝達する段階を含むことを特徴とする請求項79に記載の方法。

請求項86

前記少なくとも1つの通信チャネルは、有線リードを含むことを特徴とする請求項79に記載の方法。

請求項87

前記少なくとも1つの通信チャネルは、無線通信チャネルを含むことを特徴とする請求項79に記載の方法。

請求項88

前記電気刺激は、脳深部刺激(DBS)を含むことを特徴とする請求項79に記載の方法。

請求項89

少なくとも1つの通信チャネルと少なくとも1つの刺激出力とに作動可能に接続された制御モジュールであって、該少なくとも1つの通信チャネルを通じて感知された情報を処理し、かつ条件が存在すると決定した時に刺激の発生をトリガする出力を発生するプロセッサユニットを含む前記制御モジュール、を含む埋込可能アセンブリと、pHレベル、温度、及び呼吸条件を取得するために被験者内に位置付けられた1又は2以上のセンサと、発作が発生する時の反射に影響を及ぼすように構成された刺激を前記pHレベル、温度、及び呼吸条件のうちの1又は2以上に少なくとも部分的に基づいて前記被験者に送出するように構成された第1の電極と、を含むことを特徴とする生体変調システム。

請求項90

前記第1の電極は、脳幹、皮質、迷走神経、交感神経上部食道括約筋、及び喉頭から構成される群から選択された場所に前記刺激を送出するように構成されることを特徴とする請求項89に記載の生体変調システム。

請求項91

前記電気刺激は、脳深部刺激(DBS)を含むことを特徴とする請求項89に記載の生体変調システム。

請求項92

前記ユーザ入力を前記埋込可能アセンブリに送信するように構成されたデータ通信システムを含む埋込不能アセンブリを含むことを特徴とする請求項89に記載の生体変調システム。

請求項93

前記埋込不能アセンブリは、前記埋込可能アセンブリのパワーマネージメントモジュールへの無線電力伝達のためのソースを含むことを特徴とする請求項92に記載の生体変調システム。

請求項94

前記無線電力伝達は、磁気共鳴結合を用いて達成されることを特徴とする請求項93に記載の生体変調システム。

請求項95

前記無線電力伝達は、近距離場磁気誘導結合を用いて達成されることを特徴とする請求項93に記載の生体変調システム。

請求項96

前記埋込可能アセンブリは、該埋込可能アセンブリのための作動電圧を連続的に発生するように構成されたパワーマネージメントモジュールを含むことを特徴とする請求項89に記載の生体変調システム。

請求項97

前記パワーマネージメントモジュールは、(1)前記少なくとも1つの通信チャネルのためのアナログフロントエンド回路と、(2)前記プロセッサユニットと、(3)埋込不能アセンブリへの及びからのデータを通信するための双方向遠隔測定構成要素と、(4)刺激発生回路とに供給する作動電圧を発生することを特徴とする請求項89に記載の生体変調システム。

請求項98

前記パワーマネージメントモジュールは、第1の電圧レベルでの1又は2以上の第1の作動電圧と、該第1の電圧レベルに依存しない第2の電圧レベルを有する1又は2以上の第2の作動電圧とを含む2又は3以上の異なる作動電圧を発生し、前記作動電圧は、(1)前記少なくとも1つの通信チャネルのためのアナログフロントエンド回路の異なる部分と、(2)前記プロセッサユニットと、(3)埋込不能アセンブリへの及びからのデータを通信するための双方向遠隔測定構成要素と、(4)刺激発生回路とに供給し、前記第2の作動電圧は、前記刺激発生回路に供給する、ことを特徴とする請求項89に記載の生体変調システム。

請求項99

癲癇の症状を低減するための生体変調の方法であって、pHレベル、温度、及び呼吸レベルを含む条件測定値を取得するために電極によって生理学的経路をモニタする段階と、埋込可能アセンブリの制御モジュールに前記条件測定値を無線送信する段階であって、該制御モジュールが、前記電極から遠隔に被験者内に埋め込まれ、かつ該条件測定値を受信するように構成された少なくとも1つの通信チャネルに作動可能に接続され、該制御モジュールが、該少なくとも1つの通信チャネルを通じて感知された該条件測定値を処理するプロセッサユニットを含む前記無線送信する段階と、前記条件測定値に少なくとも部分的に基づいて条件が存在すると決定する段階と、発作が発生する時の反射に影響を及ぼすように構成された電気刺激を送出する段階と、を含むことを特徴とする方法。

請求項100

電気刺激を送出する段階は、脳幹、皮質、迷走神経、交感神経、上部食道括約筋、及び喉頭から構成される群から選択された場所に電気刺激を送出する段階を含むことを特徴とする請求項99に記載の方法。

請求項101

前記条件測定値を埋込不能アセンブリに無線伝達する段階と、前記埋込不能アセンブリによって前記条件測定値を処理する段階と、前記電気刺激を送出する出力を発生させる指令を前記埋込可能アセンブリに送信する段階と、を含むことを特徴とする請求項99に記載の方法。

請求項102

前記埋込可能アセンブリのパワーマネージメントモジュールに電力を無線伝達する段階を含むことを特徴とする請求項99に記載の方法。

請求項103

電力を伝達する段階は、前記埋込可能アセンブリの再充電可能バッテリを充電する段階を含むことを特徴とする請求項102に記載の方法。

請求項104

無線電力伝達が前記電気刺激を発生させるのに前記電極にとって十分である電力を該電極に無線伝達する段階を含むことを特徴とする請求項103に記載の方法。

請求項105

前記少なくとも1つの通信チャネルは、有線リードを含むことを特徴とする請求項99に記載の方法。

請求項106

前記少なくとも1つの通信チャネルは、無線通信チャネルを含むことを特徴とする請求項99に記載の方法。

請求項107

前記電気刺激は、脳深部刺激(DBS)を含むことを特徴とする請求項99に記載の方法。

請求項108

少なくとも1つの通信チャネルと少なくとも1つの刺激出力とに作動可能に接続された制御モジュールであって、該少なくとも1つの通信チャネルを通じて感知された情報を処理し、かつ条件が存在すると決定した時に刺激の発生をトリガする出力を発生するプロセッサユニットを含む前記制御モジュール、を含む埋込可能アセンブリと、サイトカインレベルを取得するために被験者内に位置付けられた1又は2以上のセンサと、胃腸管内の迷走神経の後シナプス部位からのリンパ球放出での迷走神経介在低減を引き起こすように構成された前記刺激を前記サイトカインレベルに少なくとも部分的に基づいて前記被験者に送出するように構成された第1の電極と、を含むことを特徴とする生体変調システム。

請求項109

前記第1の電極は、前記刺激を前記迷走神経に送出するように構成されることを特徴とする請求項108に記載の生体変調システム。

請求項110

ユーザ入力を前記埋込可能アセンブリに送信するように構成されたデータ通信システムを含む埋込不能アセンブリを含むことを特徴とする請求項108に記載の生体変調システム。

請求項111

前記埋込不能アセンブリは、前記埋込可能アセンブリのパワーマネージメントモジュールへの無線電力伝達のためのソースを含むことを特徴とする請求項110に記載の生体変調システム。

請求項112

前記無線電力伝達は、磁気共鳴結合を用いて達成されることを特徴とする請求項111に記載の生体変調システム。

請求項113

前記無線電力伝達は、近距離場磁気誘導結合を用いて達成されることを特徴とする請求項111に記載の生体変調システム。

請求項114

前記埋込可能アセンブリは、該埋込可能アセンブリのための作動電圧を連続的に発生するように構成されたパワーマネージメントモジュールを含むことを特徴とする請求項108に記載の生体変調システム。

請求項115

前記パワーマネージメントモジュールは、(1)前記少なくとも1つの通信チャネルのためのアナログフロントエンド回路と、(2)前記プロセッサユニットと、(3)埋込不能アセンブリへの及びからのデータを通信する双方向遠隔測定構成要素と、(4)刺激発生回路とに供給する作動電圧を発生することを特徴とする請求項114に記載の生体変調システム。

請求項116

前記パワーマネージメントモジュールは、第1の電圧レベルでの1又は2以上の第1の作動電圧と、該第1の電圧レベルに依存しない第2の電圧レベルを有する1又は2以上の第2の作動電圧とを含む2又は3以上の異なる作動電圧を発生し、前記作動電圧は、(1)前記少なくとも1つの通信チャネルのためのアナログフロントエンド回路の異なる部分と、(2)前記プロセッサユニットと、(3)埋込不能アセンブリへの及びからのデータを通信するための双方向遠隔測定構成要素と、(4)刺激発生回路とに供給し、前記第2の作動電圧は、前記刺激発生回路に供給する、ことを特徴とする請求項114に記載の生体変調システム。

請求項117

炎症の症状を低減するための生体変調の方法であって、サイトカインレベルを含む条件測定値を取得するために電極によって生理学的経路をモニタする段階と、埋込可能アセンブリの制御モジュールに前記条件測定値を無線送信する段階であって、該制御モジュールが、前記電極から遠隔に被験者内に埋め込まれ、かつ該条件測定値を受信するように構成された少なくとも1つの通信チャネルに作動可能に接続され、該制御モジュールが、該少なくとも1つの通信チャネルを通じて感知された該条件測定値を処理するプロセッサユニットを含む前記無線送信する段階と、前記条件測定値に少なくとも部分的に基づいて条件が存在すると決定する段階と、胃腸管内の迷走神経のシナプス部位からのリンパ球放出での迷走神経介在低減を引き起こすように構成された電気刺激を該迷走神経に送出する段階と、を含むことを特徴とする方法。

請求項118

前記条件測定値を埋込不能アセンブリに無線伝達する段階と、前記埋込不能アセンブリによって前記条件測定値を処理する段階と、前記電気刺激を送出する出力を発生させる指令を前記埋込可能アセンブリに送信する段階と、を含むことを特徴とする請求項117に記載の方法。

請求項119

前記埋込可能アセンブリのパワーマネージメントモジュールに電力を無線伝達する段階を含むことを特徴とする請求項117に記載の方法。

請求項120

電力を伝達する段階は、前記埋込可能アセンブリの再充電可能バッテリを充電する段階を含むことを特徴とする請求項119に記載の方法。

請求項121

無線電力伝達が前記電気刺激を発生させるのに前記電極にとって十分である電力を該電極に無線伝達する段階を含むことを特徴とする請求項117に記載の方法。

請求項122

前記少なくとも1つの通信チャネルは、有線リードを含むことを特徴とする請求項117に記載の方法。

請求項123

前記少なくとも1つの通信チャネルは、無線通信チャネルを含むことを特徴とする請求項117に記載の方法。

請求項124

少なくとも1つの通信チャネルと少なくとも1つの刺激出力とに作動可能に接続された制御モジュールであって、該少なくとも1つの通信チャネルを通じて感知された情報を処理し、かつ条件が存在すると決定した時に刺激の発生をトリガする出力を発生するプロセッサユニットを含む前記制御モジュール、を含む埋込可能アセンブリと、側坐核シェル(AcbSh)の可逆不活性化を引き起こすように構成された前記刺激を被験者に送出するように構成された1又は2以上の電極と、を含むことを特徴とする生体変調システム。

請求項125

腹側被蓋野、側坐核、嗅結節前頭皮質、及び扁桃体のような中脳ドーパミン作用系から構成される群から選択された場所に前記刺激を送出するように構成された1又は2以上の電極を含むことを特徴とする請求項124に記載の生体変調システム。

請求項126

ユーザ入力を前記埋込可能アセンブリに送信するように構成されたデータ通信システムを含む埋込不能アセンブリを含むことを特徴とする請求項124に記載の生体変調システム。

請求項127

前記埋込不能アセンブリは、前記埋込可能アセンブリのパワーマネージメントモジュールへの無線電力伝達のためのソースを含むことを特徴とする請求項126に記載の生体変調システム。

請求項128

前記無線電力伝達は、磁気共鳴結合を用いて達成されることを特徴とする請求項127に記載の生体変調システム。

請求項129

前記無線電力伝達は、近距離場磁気誘導結合を用いて達成されることを特徴とする請求項127に記載の生体変調システム。

請求項130

前記埋込可能アセンブリは、該埋込可能アセンブリのための作動電圧を連続的に発生するように構成されたパワーマネージメントモジュールを含むことを特徴とする請求項124に記載の生体変調システム。

請求項131

前記パワーマネージメントモジュールは、(1)前記少なくとも1つの通信チャネルのためのアナログフロントエンド回路と、(2)前記プロセッサユニットと、(3)埋込不能アセンブリへの及びからのデータを通信するための双方向遠隔測定構成要素と、(4)刺激発生回路とに供給する作動電圧を発生することを特徴とする請求項124に記載の生体変調システム。

請求項132

前記パワーマネージメントモジュールは、第1の電圧レベルでの1又は2以上の第1の作動電圧と、該第1の電圧レベルに依存しない第2の電圧レベルを有する1又は2以上の第2の作動電圧とを含む2又は3以上の異なる作動電圧を発生し、前記作動電圧は、(1)前記少なくとも1つの通信チャネルのためのアナログフロントエンド回路の異なる部分と、(2)前記プロセッサユニットと、(3)埋込不能アセンブリへの及びからのデータを通信するための双方向遠隔測定構成要素と、(4)刺激発生回路とに供給し、前記第2の作動電圧は、前記刺激発生回路に供給する、ことを特徴とする請求項124に記載の生体変調システム。

請求項133

前記刺激に応答して前記被験者の皮質をモニタするように構成された電極を含むことを特徴とする請求項124に記載の生体変調システム。

請求項134

アルコール依存症の症状を低減するための生体変調の方法であって、条件測定値を取得するために電極によって生理学的経路をモニタする段階と、埋込可能アセンブリの制御モジュールに前記条件測定値を無線送信する段階であって、該制御モジュールが、前記電極から遠隔に被験者内に埋め込まれ、かつ該条件測定値を受信するように構成された少なくとも1つの通信チャネルに作動可能に接続され、該制御モジュールが、該少なくとも1つの通信チャネルを通じて感知された該条件測定値を処理するプロセッサユニットを含む前記無線送信する段階と、前記条件測定値に少なくとも部分的に基づいて電気刺激を送出する段階と、を含み、前記電気刺激は、側坐核シェル(AcbSh)の可逆不活性化を引き起こすように構成された脳深部刺激を含む、ことを特徴とする方法。

請求項135

生理学的経路をモニタする段階は、皮質をモニタする段階を含むことを特徴とする請求項134に記載の方法。

請求項136

前記条件測定値を埋込不能アセンブリに無線伝達する段階と、前記埋込不能アセンブリによって前記条件測定値を処理する段階と、前記電気刺激を送出する出力を発生させる指令を前記埋込可能アセンブリに送信する段階と、を含むことを特徴とする請求項134に記載の方法。

請求項137

前記埋込可能アセンブリのパワーマネージメントモジュールに電力を無線伝達する段階を含むことを特徴とする請求項134に記載の方法。

請求項138

電力を伝達する段階は、前記埋込可能アセンブリの再充電可能バッテリを充電する段階を含むことを特徴とする請求項137に記載の方法。

請求項139

無線電力伝達が前記電気刺激を発生させるのに前記電極にとって十分である電力を該電極に無線伝達する段階を含むことを特徴とする請求項134に記載の方法。

請求項140

前記少なくとも1つの通信チャネルは、有線リードを含むことを特徴とする請求項134に記載の方法。

請求項141

前記少なくとも1つの通信チャネルは、無線通信チャネルを含むことを特徴とする請求項134に記載の方法。

請求項142

少なくとも1つの通信チャネルと少なくとも1つの刺激出力とに作動可能に接続された制御モジュールであって、該少なくとも1つの通信チャネルを通じて感知された情報を処理し、かつ条件が存在すると決定した時に刺激の発生をトリガする出力を発生するプロセッサユニットを含む前記制御モジュール、を含む埋込可能アセンブリと、被験者の皮質に該被験者の皮質に脳深部刺激を送出するように構成された前記刺激を送出するように構成された1又は2以上の電極と、を含むことを特徴とする生体変調システム。

請求項143

ユーザ入力を前記埋込可能アセンブリに送信するように構成されたデータ通信システムを含む埋込不能アセンブリを含むことを特徴とする請求項142に記載の生体変調システム。

請求項144

前記埋込不能アセンブリは、前記埋込可能アセンブリのパワーマネージメントモジュールへの無線電力伝達のためのソースを含むことを特徴とする請求項143に記載の生体変調システム。

請求項145

前記無線電力伝達は、磁気共鳴結合を用いて達成されることを特徴とする請求項144に記載の生体変調システム。

請求項146

前記無線電力伝達は、近距離場磁気誘導結合を用いて達成されることを特徴とする請求項144に記載の生体変調システム。

請求項147

前記埋込可能アセンブリは、該埋込可能アセンブリのための作動電圧を連続的に発生するように構成されたパワーマネージメントモジュールを含むことを特徴とする請求項142に記載の生体変調システム。

請求項148

前記パワーマネージメントモジュールは、(1)前記少なくとも1つの通信チャネルのためのアナログフロントエンド回路と、(2)前記プロセッサユニットと、(3)埋込不能アセンブリへの及びからのデータを通信するための双方向遠隔測定構成要素と、(4)刺激発生回路とに供給する作動電圧を発生することを特徴とする請求項147に記載の生体変調システム。

請求項149

前記パワーマネージメントモジュールは、第1の電圧レベルでの1又は2以上の第1の作動電圧と、該第1の電圧レベルに依存しない第2の電圧レベルを有する1又は2以上の第2の作動電圧とを含む2又は3以上の異なる作動電圧を発生し、前記作動電圧は、(1)前記少なくとも1つの通信チャネルのためのアナログフロントエンド回路の異なる部分と、(2)前記プロセッサユニットと、(3)埋込不能アセンブリへの及びからのデータを通信するための双方向遠隔測定構成要素と、(4)刺激発生回路とに供給し、前記第2の作動電圧は、前記刺激発生回路に供給する、ことを特徴とする請求項147に記載の生体変調システム。

請求項150

前記刺激に応答して前記被験者の皮質をモニタするように構成された電極を含むことを特徴とする請求項142に記載の生体変調システム。

請求項151

アルコール依存症の症状を低減するための生体変調の方法であって、条件測定値を取得するために電極によって生理学的経路をモニタする段階と、埋込可能アセンブリの制御モジュールに前記条件測定値を無線送信する段階であって、該制御モジュールが、前記電極から遠隔に被験者内に埋め込まれ、かつ該条件測定値を受信するように構成された少なくとも1つの通信チャネルに作動可能に接続され、該制御モジュールが、該少なくとも1つの通信チャネルを通じて感知された該条件測定値を処理するプロセッサユニットを含む前記無線送信する段階と、前記条件測定値に少なくとも部分的に基づいて電気刺激を送出する段階と、を含み、前記電気刺激は、皮質の脳深部刺激を含む、ことを特徴とする方法。

請求項152

生理学的経路をモニタする段階は、前記皮質をモニタする段階を含むことを特徴とする請求項151に記載の方法。

請求項153

前記条件測定値を埋込不能アセンブリに無線伝達する段階と、前記埋込不能アセンブリによって前記条件測定値を処理する段階と、前記電気刺激を送出する出力を発生させる指令を前記埋込可能アセンブリに送信する段階と、を含むことを特徴とする請求項151に記載の方法。

請求項154

前記埋込可能アセンブリのパワーマネージメントモジュールに電力を無線伝達する段階を含むことを特徴とする請求項151に記載の方法。

請求項155

電力を伝達する段階は、前記埋込可能アセンブリの再充電可能バッテリを充電する段階を含むことを特徴とする請求項154に記載の方法。

請求項156

無線電力伝達が前記電気刺激を発生させるのに前記電極にとって十分である電力を該電極に無線伝達する段階を含むことを特徴とする請求項155に記載の方法。

請求項157

前記少なくとも1つの通信チャネルは、有線リードを含むことを特徴とする請求項151に記載の方法。

請求項158

前記少なくとも1つの通信チャネルは、無線通信チャネルを含むことを特徴とする請求項151に記載の方法。

請求項159

少なくとも1つの通信チャネルと少なくとも1つの刺激出力とに作動可能に接続された制御モジュールであって、該少なくとも1つの通信チャネルを通じて感知された情報を処理し、かつ条件が存在すると決定した時に刺激の発生をトリガする出力を発生するプロセッサユニットを含む前記制御モジュール、を含む埋込可能アセンブリと、被験者内に該被験者の生理学的経路の条件測定値を取得するために位置付けられたセンサであって、該条件測定値がホルモンレベルを含む前記センサと、胃条件に影響を及ぼすように構成された前記刺激を前記条件測定値に少なくとも部分的に基づいて前記被験者に送出するように構成された第1の電極と、を含むことを特徴とする生体変調システム。

請求項160

前記センサは、前記ホルモンレベルを測定するように構成された光センサを含むことを特徴とする請求項159に記載の生体変調システム。

請求項161

前記ホルモンレベルは、グレリン、PYY、ソマトスタチンガストリン、ネスファチン、レプチン、及び5−HT(例えば、胃内の)、及び/又はCCKセクレチン、5−HT、GIP、GLP−1、PYY、及びニューロテンシンから構成された群から選択されることを特徴とする請求項160に記載の生体変調システム。

請求項162

前記第1の電極は、胃に関連付けられた迷走神経の分枝、胃括約筋に関連付けられた該迷走神経の分枝、遠位食道、胃筋、及び近位十二指腸から構成される群から選択された場所に前記刺激を送出するように構成されることを特徴とする請求項159に記載の生体変調システム。

請求項163

ユーザ入力を前記埋込可能アセンブリに送信するように構成されたデータ通信システムを含む埋込不能アセンブリを含むことを特徴とする請求項159に記載の生体変調システム。

請求項164

前記埋込不能アセンブリは、前記埋込可能アセンブリのパワーマネージメントモジュールへの無線電力伝達のためのソースを含むことを特徴とする請求項163に記載の生体変調システム。

請求項165

前記無線電力伝達は、磁気共鳴結合を用いて達成されることを特徴とする請求項164に記載の生体変調システム。

請求項166

前記無線電力伝達は、近距離場磁気誘導結合を用いて達成されることを特徴とする請求項165に記載の生体変調システム。

請求項167

前記埋込可能アセンブリは、該埋込可能アセンブリのための作動電圧を連続的に発生するように構成されたパワーマネージメントモジュールを含むことを特徴とする請求項159に記載の生体変調システム。

請求項168

前記パワーマネージメントモジュールは、(1)前記少なくとも1つの通信チャネルのためのアナログフロントエンド回路と、(2)前記プロセッサユニットと、(3)埋込不能アセンブリへの及びからのデータを通信するための双方向遠隔測定構成要素と、(4)刺激発生回路とに供給する作動電圧を発生することを特徴とする請求項159に記載の生体変調システム。

請求項169

前記パワーマネージメントモジュールは、第1の電圧レベルでの1又は2以上の第1の作動電圧と、該第1の電圧レベルに依存しない第2の電圧レベルを有する1又は2以上の第2の作動電圧とを含む2又は3以上の異なる作動電圧を発生し、前記作動電圧は、(1)前記少なくとも1つの通信チャネルのためのアナログフロントエンド回路の異なる部分と、(2)前記プロセッサユニットと、(3)埋込不能アセンブリへの及びからのデータを通信するための双方向遠隔測定構成要素と、(4)刺激発生回路とに供給し、前記第2の作動電圧は、前記刺激発生回路に供給する、ことを特徴とする請求項159に記載の生体変調システム。

請求項170

胃障害の症状を低減するための生体変調の方法であって、ホルモンレベルを含む条件測定値を取得するために電極によって生理学的経路をモニタする段階と、埋込可能アセンブリの制御モジュールに前記条件測定値を無線送信する段階であって、該制御モジュールが、前記電極から遠隔に被験者内に埋め込まれ、かつ該条件測定値を受信するように構成された少なくとも1つの通信チャネルに作動可能に接続され、該制御モジュールが、該少なくとも1つの通信チャネルを通じて感知された該条件測定値を処理するプロセッサユニットを含む前記無線送信する段階と、前記条件測定値に少なくとも部分的に基づいて条件が存在すると決定する段階と、胃条件に影響を及ぼすように構成された電気刺激を送出する段階と、を含むことを特徴とする方法。

請求項171

前記電極は、前記ホルモンレベルを測定するように構成された光センサを含むことを特徴とする請求項170に記載の方法。

請求項172

前記ホルモンレベルは、グレリン、PYY、ソマトスタチン、ガストリン、ネスファチン、レプチン、及び5−HT(例えば、胃内の)、及び/又はCCK、セクレチン、5−HT、GIP、GLP−1、PYY、及びニューロテンシンから構成された群から選択されることを特徴とする請求項171に記載の方法。

請求項173

電気刺激を送出する段階は、胃に関連付けられた迷走神経の分枝、胃括約筋に関連付けられた該迷走神経の分枝、遠位食道、胃筋、及び近位十二指腸から構成される群から選択された場所に電気刺激を送出する段階を含むことを特徴とする請求項170に記載の方法。

請求項174

前記条件測定値を埋込不能アセンブリに無線伝達する段階と、前記埋込不能アセンブリによって前記条件測定値を処理する段階と、前記電気刺激を送出する出力を発生させる指令を前記埋込可能アセンブリに送信する段階と、を含むことを特徴とする請求項170に記載の方法。

請求項175

前記埋込可能アセンブリのパワーマネージメントモジュールに電力を無線伝達する段階を含むことを特徴とする請求項170に記載の方法。

請求項176

電力を伝達する段階は、前記埋込可能アセンブリの再充電可能バッテリを充電する段階を含むことを特徴とする請求項175に記載の方法。

請求項177

無線電力伝達が前記電気刺激を発生させるのに前記電極にとって十分である電力を該電極に無線伝達する段階を含むことを特徴とする請求項176に記載の方法。

請求項178

前記少なくとも1つの通信チャネルは、有線リードを含むことを特徴とする請求項170に記載の方法。

請求項179

前記少なくとも1つの通信チャネルは、無線通信チャネルを含むことを特徴とする請求項170に記載の方法。

請求項180

無線電力伝達及び無線データ通信のための埋込不能手段と、無線電力伝達を用いて埋込可能アセンブリのための作動電圧を発生するための埋込可能手段と、患者条件に関連する測定値を受信し、かつ該測定値に少なくとも部分的に基づいて刺激の発生をトリガする出力を発生させるための手段と、を含むことを特徴とする生体変調システム。

請求項181

前記無線電力伝達は、再充電可能電源を充電又は再充電するのに寄与することを特徴とする請求項1、請求項35、請求項68、請求項89、請求項108、請求項124、請求項142、請求項159、又は請求項180に記載の生体変調システム。

請求項182

前記無線電力伝達は、遠距離場無線機周波(RF)給電を用いて達成されることを特徴とする請求項41、請求項73、請求項93、請求項111、請求項127、請求項144、又は請求項165に記載の生体変調システム。

請求項183

前記患者は、ヒトであることを特徴とする請求項1、請求項35、請求項68、請求項89、請求項108、請求項124、請求項142、請求項159、又は請求項180に記載の生体変調システム。

請求項184

前記患者は、非ヒト哺乳動物であることを特徴とする請求項1、請求項35、請求項68、請求項89、請求項108、請求項124、請求項142、請求項159、又は請求項180に記載の生体変調システム。

請求項185

前記患者は、ヒトであることを特徴とする請求項51、請求項63、請求項79、請求項99、請求項117、請求項134、請求項151、又は請求項170に記載の方法。

請求項186

前記患者は、非ヒト哺乳動物であることを特徴とする請求項51、請求項63、請求項79、請求項99、請求項117、請求項134、請求項151、又は請求項170に記載の方法。

請求項187

無線電力伝達のためのソースを含む共振空洞と、埋込不能アセンブリからの無線電力伝達を用いて埋込可能アセンブリのための1又は2以上の作動電圧を連続的に発生するように構成されたパワーマネージメントモジュール、少なくとも1つの通信チャネルと少なくとも1つの刺激出力とに作動可能に接続された制御モジュールであって、該少なくとも1つの通信チャネルを通じて感知された情報を処理し、かつ条件が存在すると決定した時に刺激の発生をトリガする出力を発生するプロセッサユニットを含む前記制御モジュール、を含む埋込可能アセンブリと、を含むことを特徴とする生体変調システム。

請求項188

前記埋込可能アセンブリは、前記共振空洞内に位置付けられた被験体の中に挿入されることを特徴とする請求項187に記載の生体変調システム。

請求項189

前記被験体は、非ヒト哺乳動物であることを特徴とする請求項188に記載の生体変調システム。

請求項190

前記非ヒト哺乳動物は、齧歯動物であることを特徴とする請求項189に記載の生体変調システム。

請求項191

前記共振空洞は、前記非ヒト哺乳動物のためのケージを含み、該ケージの壁が、前記無線電力伝達のためのアンテナを含むことを特徴とする請求項189に記載の生体変調システム。

請求項192

前臨床試験に使用されることを特徴とする請求項187に記載の生体変調システム。

技術分野

0001

〔関連出願への相互参照
この出願は、引用によって本明細書にその全体が組み込まれている2016年6月10日出願の「生体電気事象無線記録及び刺激のためのシステム(SYSTEMFOR WIRELESSRECORDING AND STIMULATING OF BIOELECTRICEVNTS)」という名称の米国特許出願第62/348,405号の「35 U.S.C.§119(e)」の下での利益を主張するものである。

0002

本明細書は、無線埋込可能デバイス、例えば、神経変調(神経)、筋変調(筋肉)、及びいずれかの他の生体機能の変調を含むがこれらに限定されない生体変調に使用される埋込可能生体医療デバイスのためのシステム及び技術に関する。

背景技術

0003

ヒトのような被験者での挙動変調のための無線埋込可能デバイスは、科学分野で大いに着目されている。開ループ及びフィードバックベース電気シミュレータ臨床的影響を拡大し続ける時に、最適化された刺激パラメータ及び制御アルゴリズムに関して動物のような被験者からの生体電位記録のようなロバストな自由挙動データ利用可能性を高めることが望ましいと考えられる。生体変調を実施するための様々なデバイスベースの技術を利用することが望ましいであろう。臨床分野から出現する問題に対処するための系統的かつ客観的な手法として、ヒト被験者のための小型埋込可能技術のプラットフォームを利用することができる。これに加えて、埋込可能無線技術の使用は、ある一定の生物学的及び生理学的な障害(例えば、癲癇及び鬱病)を有する患者治療と、益々複雑な慢性挙動実験でのそれらを連続的なモニタを用いて実施させることによる使用とを可能にすることができる。

0004

これに加えて、無線給電、超低電力集積回路(IC)及びマイクロプロセッサ、及びICパッケージ化での進歩は、生体医療研究及び治療に関して無線技術の使用を更に組み込むことを望ましくすると考えられる。早期の無線デバイスは、別々の及び/又は異なる機能、例えば、生体電位の取得のための機能又は電気刺激のための機能のいずれかを提供した。一部の事例では、これらの無線デバイスに対する給電は、バッテリ又は無線誘導結合で達成された。光学遺伝学の出現は、各々が独特の特徴を有するいくつかの無線光刺激器の開発を呼び起こした。それにも関わらず、これらのデバイスの使用は、被験者内に快適に埋込可能であることの難しさを含むそれらのサイズに関連する一部の欠点を呈した。これに加えて、早期のデバイスは、複数の機能をサポートするように構成されなかったので、複数の機能、例えば、生体電位記録に電気刺激を備えることに単一デバイスを使用することは困難である場合がある。

0005

迷走神経刺激(VNS)は、薬理療法が効かない癲癇又は鬱病を有する患者に対する補助的な治療オプションとして食品医薬品局FDA)によって認可されている。現代のVNS治療は、頚部内の迷走神経に接触する電極を有するペースメーカー様のデバイスの外科的埋め込みによって実施される。全ての現代のVNSデバイスに共通する埋め込みバッテリは、デバイス容積の大部分を占有し、バッテリ機能が寿命と共に低下するので、デバイス全体を数年にわたる間隔で交換するための手術の反復を必要とする。手術を必要とせずにVNS治療を提供する全く非侵襲的なシステムを開発するための研究が行われているが、これらのシステムは、埋め込みデバイスの空間的特異性を欠いている。

先行技術

0006

米国特許出願第14/728,976号明細書
米国特許出願公開第2014/0243714号明細書

発明が解決しようとする課題

0007

従って、インプラントから能動回路及びバッテリを排除しながら空間的特異性及び刺激波形定義、及び現代の埋め込みVNSデバイスと同等又はそれよりも優れた信頼性を与えるVNSのような医療処置に関して使用可能である無線埋込可能デバイスを利用することが望ましいと考えられる。

課題を解決するための手段

0008

本明細書は、ヒト及び動物に使用するための生体変調プラットフォームを開示する。本明細書に使用する時に、「生体変調」は、神経変調(神経)、筋変調(筋肉)、及びいずれかの他の生体機能の変調を含むが必ずしもこれらに限定されない。これは、a)熱変化圧力変化、他の機械的変化、生体電気変化、化学変化(例えば、神経伝達物質ベルサイトカイン、pHのような)、及び他のバイオマーカを含むがこれらに限定されない生体変調プラットフォームによって誘起される多数のパラメータのうちのいずれかをモニタすること、及び/又はb)当該の特定の生体系又は結果を様々な適切な技術(例えば、電気的、光学的、機械的、熱的、超音波的、又は別途)のうちのいずれかを使用して生体変調プラットフォームを通じて起動することによって達成することができる。プラットフォームは、外部デバイスから埋め込みデバイスまで連続的に電力を伝達する無線電力伝達技術を利用し、このようにしてより小さいサイズ及び異なるかつより小さい物理的構成のような埋込可能構成要素設計での更に別の設計柔軟性を可能にする。

0009

一般的に、プラットフォームは、埋込可能構成要素がヒト及び動物研究生体変調解剖学的場所に埋め込まれることを可能にし、かつ他に可能ではないと考えられる生体変調用途を可能にする。例えば、本明細書に説明するプラットフォーム設計特徴を用いて、プラットフォームの主要埋込可能構成要素は、以前のシステムでは実現可能ではないヒト内の解剖学的場所に埋め込むことができ、及び/又は以前のシステムでは実現可能ではない動物モデル解剖学的場所に埋め込むことができる。これに加えて、プラットフォームは、埋込可能構成要素を給電するのにバッテリを使用するシステムではサポート不能である場合がある埋込可能電力要件を有する使用シナリオを可能にする。従って、プラットフォームは、以前は可能ではなかった生体変調研究及び使用シナリオを可能にする。

0010

一態様では、生体変調システムは、無線電力伝達のためのソースデータ通信システムとを含む埋込不能アセンブリを含む。生体変調システムは、更に、埋込可能アセンブリを含み、これは、埋込不能アセンブリからの無線電力伝達を用いて埋込可能アセンブリのための作動電圧を連続的に発生するように構成されたパワーマネージメントモジュールを含む。埋込可能アセンブリは、更に、少なくとも1つの記録チャネルと少なくとも1つの刺激出力とに作動可能に接続された制御モジュールを含み、制御モジュールは、少なくとも1つの記録チャネルを通じて感知された情報を処理し、かつ条件が存在すると決定した時に刺激パルスの発生をトリガする出力を発生するプロセッサユニットを含む。そのような生体変調システムでは、パワーマネージメントモジュールは、例えば、少なくとも1つの記録チャネルのためのアナログフロントエンド回路、プロセッサユニット、埋込不能アセンブリへの及びからのデータを通信するための双方向遠隔測定構成要素、及び/又は刺激発生回路に供給する作動電圧を発生する。

0011

一部の場合では、本明細書に開示する技術及びシステムの利点は、能動インプラント(例えば、コントローラインプラント)と患者によって着用された能動外部発生器デバイスに磁場によって結合された完全に受動的なインプラント(例えば、受動電極)とを含む無線プラットフォームを含むことができる。すなわち、本発明に開示するシステムは、一部の現代のシステムと比較して容積及び複雑さが低減したVNSのようなヒトの治療のための様々な技術に使用可能なインプラントの利点を実現することができる。更に、VNSのような治療手順での無線埋込可能デバイスの使用は、進化する外部発生器とのロバストな前方互換性を与えながら手術を低減することができる。

0012

無線プラットフォームはまた、臨床被験者での神経疾患及び機能的介入療法の研究に関して慢性自由挙動実験を可能にする。更に、本発明に開示する実施は、機械的に誘起される生体への最小限の影響のための小さいフットプリント、特定の必要性又は用途への迅速なカスタマイズのためのモジュール性、及び作動範囲拡張して生体の安全に関して加熱を最小にする低電力消費量のような重要な設計目的を達成する。他の利益は、熱変化、圧力変化、及び他の機械的変化、生体電気変化、化学変化(例えば、神経伝達物質レベル、サイトカイン、pH)、及びデバイスによって誘起される他のバイオマーカをモニタするシステムの機能に関連して潜在的に実現される。他の利益は、当該の特定の生体系又は結果を電気的、光学的、機械的、熱的、超音波的、又は他に起動するシステムの機能によって潜在的に実現される。デバイスは、炎症カスケード又は機械的電極疲労によって誘起される変化に起因する電極インピーダンスをモニタすることができる。一部の場合では、アクセス及び再現性を促進するために、市販又は既製の構成要素が設計に使用される。各集積回路(IC)構成要素の選択は、サイズに関する性能の評価に基づくことができ、すなわち、その意図する使用への高い適性に対して設計トレードオフを利用する。これに加えて、本発明に開示する無線埋込可能デバイスは、実質的に低減されたサイズを達成する無線埋込可能デバイスの形状因子を可能にする例えば四重極平坦リードなしパッケージング及びボールグリッドアレイパッケージングを利用したICパッケージングを有することができる。本発明に開示するシステムはまた、受動構成要素を利用することができ、それによって小さいフットプリント、例えば、0201、より小さい又はより大きいフットプリントの利益を提供する。別の例では、プラットフォームは、前臨床試験及び他の評価中の試験検査及び検証するのに使用することができる。

0013

一般的な説明として、無線プラットフォームは、3つのコアハードウエアユニット、すなわち、1)以下ではバイオノードアセンブリ又は簡単に略してバイオノードと呼ぶ無線埋込可能デバイス、2)遠隔測定のような無線双方向通信を可能にするのに使用することができる基地局、及び3)無線給電のための能動外部発生器デバイスで構成される。バイオノードアセンブリは、2つのモジュール:1)例えば、供給される連続エネルギ受け入れるための電力関連機能をサポートするように構成された電力モジュール、及び2)例えば、得られたデータから、神経変調パラメータに関して、潜在的に無線の遠隔測定を用いて、当該のバイオマーカ及び/又は信号を追跡するための感知及び/又は当該の生体系又は結果を制御するための刺激を潜在的に含めるためなどで指令、制御、及び通信関連機能を実行する制御モジュールを有する。バイオノードのモジュールは、フットプリントを最小にするように積み重ねられた別々のPCB又は別々のICとして、又は1つのPCB又は1つのIC上に単独で実施されることが可能である。一例として、バイオノードは、7×16×6mmのフットプリントを有することができ、別のバイオノードデバイスは、750×750×250μmのフットプリントを有する。用途、必要性、要求される精巧さに基づいて、一部はより大きく、一部はより小さい。

0014

本明細書に説明する一部の実施形態は、生体変調システムを含み、これは、無線電力伝達のためのソースとデータ通信システムとを含む埋込不能アセンブリと、埋込不能アセンブリからの無線電力伝達を用いて埋込可能アセンブリのための1又は2以上の作動電圧を連続的に発生するように構成されたパワーマネージメントモジュールを含む埋込可能アセンブリと、少なくとも1つの通信チャネルと少なくとも1つの刺激出力とに作動可能に接続された制御モジュールとを含み、制御モジュールは、少なくとも1つの通信チャネルを通じて感知された情報を処理し、かつ条件が存在すると決定した時に刺激の発生をトリガする出力を発生するプロセッサユニットを含む。

0015

一部の実施では、システムは、特徴の各組合せ及び部分組合せを含む以下の特徴のうちの1又は2以上を含む。パワーマネージメントモジュールは、(1)少なくとも1つの通信チャネルのためのアナログフロントエンド回路と、(2)プロセッサユニットと、(3)埋込不能アセンブリへの及びからのデータを通信するための双方向遠隔測定構成要素と、(4)刺激発生回路とに供給する作動電圧を発生することができる。パワーマネージメントモジュールは、第1の電圧レベルでの1又は2以上の第1の作動電圧と第1の電圧レベルに依存しない第2の電圧レベルを有する1又は2以上の第2の作動電圧とを含む2又は3以上の異なる作動電圧を発生することができ、作動電圧は、(1)少なくとも1つの通信チャネルのためのアナログフロントエンド回路の異なる部分と、(2)プロセッサユニットと、(3)埋込不能アセンブリへの及びからのデータを通信するための双方向遠隔測定構成要素と、(4)刺激発生回路とに供給する。無線電力伝達は、磁気共鳴結合を用いて達成することができる。無線電力伝達は、近距離場磁気誘導結合を用いて達成することができる。刺激の発生をトリガする出力は、被験者の測定された条件に少なくとも部分的に基づいて発生させることができる。測定された条件は、埋込可能アセンブリから遠隔位置付けられた埋込可能電極によって測定することができる。測定された条件は、埋込可能アセンブリの電極によって測定することができる。出力は、被験者の測定された条件をフィードバック入力として使用する閉ループ制御アルゴリズムに少なくとも部分的に基づいて発生させることができる。出力は、電極によって送出された刺激に対する被験者の測定された反応に少なくとも部分的に基づいて発生させることができる。少なくとも1つの通信チャネルは、有線リードである場合がある。少なくとも1つの通信チャネルは、無線通信チャネルである場合がある。システムは、刺激を被験者に送出するように構成された電極を含むことができる。埋込可能アセンブリは、被験者のに埋め込むことができる。システムは、埋込可能アセンブリの制御モジュールとの無線通信のために構成されたリードを含むことができる。制御モジュールとリードは、互いから遠隔に被験者内に位置付けることができる。制御モジュールは、被験者の胸内に位置付けることができ、埋込可能電極は、胸から遠隔である場合がある。電極は、刺激を膀胱に送出するように被験者内に位置付けることができる。電極は、刺激を迷走神経に送出するように被験者内に位置付けることができる。電極は、刺激を系に関連付けられた迷走神経分枝に送出するように被験者内に位置付けることができる。電極は、刺激を被験者の胃に送出するように被験者内に位置付けることができる。電極は、刺激を皮質に送出するように被験者内に位置付けることができる。電極は、刺激を脳幹に送出するように被験者内に位置付けることができる。電極は、刺激を胃に送出するように被験者内に位置付けることができる。電極は、刺激を骨盤神経に送出するように被験者内に位置付けることができる。電極は、刺激を食道喉頭、及び括約筋に突出する神経のうちの1又は2以上に送出するように被験者内に位置付けることができる。電極は、被験者の条件を測定するように構成することができる。電極は、ホルモン感知光電極を含むことができる。電極は、圧力センサを含むことができる。電極は、膀胱圧を測定するように構成することができる。電極は、サイトカインレベルを測定するように構成されたセンサを含むことができる。電極は、単一ニューロン測定電極局所電場電位LFP)電極、脳波図EEG)電極、筋電図電極(EMG)、及び複合神経活動電位電極(CNAP)から構成される群から選択される電極を含むことができる。電極は、埋込可能アセンブリによって無線給電することができる。電極は、電極内に局所的に収容される電源を含まない場合がある。

0016

本明細書に説明する一部の実施形態は、少なくとも1つの通信チャネルと少なくとも1つの刺激出力とに作動可能に接続され、少なくとも1つの通信チャネルを通じて感知された情報を処理し、条件が存在すると決定した時に刺激の発生をトリガする出力を発生するプロセッサユニットを含む制御モジュールと、被験者の膀胱の圧力を測定するために被験者内に位置付けられた圧力センサとを含む埋込可能アセンブリと、出力に応答して刺激を被験者の骨盤神経に送出するように構成された第1の電極とを含む生体変調システムを含む。

0017

一部の実施では、システムは、特徴の各組合せ及び部分組合せを含む以下の特徴のうちの1又は2以上を含む。条件は、被験者の膀胱の圧力測定値に少なくとも部分的に基づく場合がある。刺激は、条件に応答して被験者の尿排泄を防止する尿管締め付け反応を発生させるように構成することができる。埋込可能アセンブリは、ユーザ入力に応答して刺激を除去するように構成することができる。システムは、ユーザ入力を埋込可能アセンブリに送信するように構成されたデータ通信システムを含む埋込不能アセンブリを含むことができる。システムは、データ通信システムを含む埋込不能アセンブリを含むことができる。埋込不能アセンブリは、埋込可能アセンブリのパワーマネージメントモジュールへの無線電力伝達のためのソースを含むことができる。無線電力伝達は、磁気共鳴結合を用いて達成することができる。無線電力伝達は、遠距離場無線周波数(RF)給電を用いて達成される。埋込可能アセンブリは、埋込可能アセンブリのための1又は複数の作動電圧を連続的に発生するように構成されたパワーマネージメントモジュールを含むことができる。パワーマネージメントモジュールは、(1)少なくとも1つの通信チャネルのためのアナログフロントエンド回路と、(2)プロセッサユニットと、(3)埋込不能アセンブリへの及びからのデータを通信するための双方向遠隔測定構成要素と、(4)刺激発生回路とに供給する作動電圧を発生することができる。パワーマネージメントモジュールは、第1の電圧レベルでの1又は2以上の第1の作動電圧と第1の電圧レベルに依存しない第2の電圧レベルを有する1又は2以上の第2の作動電圧とを含む2又は3以上の異なる作動電圧を発生することができ、作動電圧は、(1)少なくとも1つの通信チャネルのためのアナログフロントエンド回路の異なる部分と、(2)プロセッサユニットと、(3)埋込不能アセンブリへの及びからのデータを通信するための双方向遠隔測定構成要素と、(4)刺激発生回路とに供給する。圧力センサは、圧電抵抗式差動圧力センサを含むことができる。圧力センサは、受信機給電コイルを含むことができる。圧力センサは、バッテリを含まない場合がある。圧力センサは、能動送信機を含む場合がある。

0018

本明細書に説明する一部の実施形態は、圧力センサを含む電極によって膀胱圧を測定する段階と、埋込可能アセンブリの制御モジュールに膀胱圧を無線送信する段階であって、制御モジュールが、電極から遠隔に被験者内に埋め込まれ、かつ膀胱圧測定値を受信するように構成された少なくとも1つの通信チャネルに作動可能に接続され、制御モジュールが、少なくとも1つの通信チャネルを通じて感知された膀胱圧を処理するプロセッサユニットを含む上記無線送信する段階と、膀胱圧測定値に少なくとも部分的に基づいて条件が存在すると決定する段階と、尿排泄を防止するために被験者内に尿管締め付け反応を発生するように構成された電気刺激を送出する段階とを含む尿失禁症状を低減するための生体変調の方法を含む。

0019

一部の実施では、本方法は、特徴の各組合せ及び部分組合せを含む以下の特徴のうちの1又は2以上を含む。電気刺激を送出する段階は、電気刺激を被験者の骨盤神経に送出する段階を含むことができる。本方法は、膀胱圧測定値を埋込不能アセンブリに無線伝達する段階と、膀胱圧測定値を埋込不能アセンブリによって処理する段階と、電気刺激を送出する出力を発生させる指令を埋込可能アセンブリに送信する段階とを含むことができる。本方法は、埋込可能アセンブリのパワーマネージメントモジュールに電力を無線伝達する段階を含むことができる。電力を伝達する段階は、埋込可能アセンブリの再充電可能バッテリを充電する段階を含むことができる。本方法は、電力を電極に無線伝達する段階であって、無線電力伝達が、電極が電気刺激を発生させるのに十分である上記無線伝達する段階を含むことができる。少なくとも1つの通信チャネルは、有線リードを含むことができる。少なくとも1つの通信チャネルは、無線通信チャネルを含むことができる。圧力センサは、圧電抵抗式差動圧力センサを含むことができる。圧力センサは、受信機給電コイルを含むことができる。圧力センサは、バッテリを含まない場合がある。圧力センサは、能動送信機を含む場合がある。

0020

本明細書に説明する一部の実施形態は、埋め込まれた電極によって患者条件を測定する段階と、電極から遠隔に被験者内に位置付けられた埋め込まれたアセンブリの制御モジュールに測定値を通信する段階であって、制御モジュールが、少なくとも1つの刺激出力を有し、制御モジュールが、測定値を処理するプロセッサユニットを含む上記通信する段階と、刺激の発生をトリガする出力を発生する段階と、出力に応答して、患者条件の測定値に少なくとも部分的に基づいて決定された刺激パラメータの第1の組に従って第1の刺激を送出する段階とを含む生体変調の方法を含む。

0021

一部の実施では、本方法は、特徴の各組合せ及び部分組合せを含む以下の特徴のうちの1又は2以上を含む。本方法は、刺激パラメータの第1の組とは異なる刺激パラメータの第2の組に従って第2の電気刺激を送出する段階を含むことができる。刺激パラメータの第1の組及び刺激パラメータの第2の組は、一定投与量神経活動を送出するように計算することができる。第1の電気刺激と第2の電気刺激は、予め決められた間隔で送出することができる。患者条件を測定する段階は、第1の電気刺激の前に送出された以前の電気刺激に応答して患者条件を測定する段階を含むことができる。

0022

本明細書に説明する一部の実施形態は、少なくとも1つの通信チャネルと少なくとも1つの刺激出力とに作動可能に接続され、少なくとも1つの通信チャネルを通じて感知された情報を処理し、条件が存在すると決定した時に刺激の発生をトリガする出力を発生するプロセッサユニットを含む制御モジュールを含む埋込可能アセンブリと、被験者の生理学的経路のサイトカインレベルである条件測定値を取得するために被験者内に位置付けられたセンサと、条件測定値に少なくとも部分的に基づいて、発作が発生する時の反射神経に影響を及ぼすように構成された刺激を被験者に送出するように構成された第1の電極とを含む生体変調システムを含む。

0023

一部の実施では、システムは、特徴の各組合せ及び部分組合せを含む以下の特徴のうちの1又は2以上を含む。センサは、サイトカインレベルを測定するように構成された光センサを含むことができる。第1の電極は、刺激を脳幹、皮質、及び迷走神経から構成される群から選択された場所に送出するように構成することができる。電気刺激は、脳深部刺激(DBS)を含むことができる。システムは、ユーザ入力を埋込可能アセンブリに送信するように構成されたデータ通信システムを含む埋込不能アセンブリを含むことができる。埋込不能アセンブリは、埋込可能アセンブリのパワーマネージメントモジュールへの無線電力伝達のためのソースを含むことができる。無線電力伝達は、磁気共鳴結合を用いて達成することができる。無線電力伝達は、近距離場磁気誘導結合を用いて達成することができる。埋込可能アセンブリは、埋込可能アセンブリのための作動電圧を連続的に発生するように構成されパワーマネージメントモジュールを含むことができる。パワーマネージメントモジュールは、(1)少なくとも1つの通信チャネルのためのアナログフロントエンド回路と、(2)プロセッサユニットと、(3)埋込不能アセンブリへの及びからのデータを通信するための双方向遠隔測定構成要素と、(4)刺激発生回路とに供給する作動電圧を発生することができる。パワーマネージメントモジュールは、第1の電圧レベルでの1又は2以上の第1の作動電圧と第1の電圧レベルに依存しない第2の電圧レベルを有する1又は2以上の第2の作動電圧とを含む2又は3以上の異なる作動電圧を発生することができ、これらの作動電圧は、(1)少なくとも1つの通信チャネルのためのアナログフロントエンド回路の異なる部分と、(2)プロセッサユニットと、(3)埋込不能アセンブリへの及びからのデータを通信するための双方向遠隔測定構成要素と、(4)刺激発生回路とに供給する。

0024

本明細書に説明する一部の実施形態は、サイトカインレベルを含む条件測定値を取得するために電極によって生理学的経路をモニタする段階と、電極から遠隔に被験者内に埋め込まれ、条件測定値を受信するように構成された少なくとも1つの通信チャネルに作動可能に接続され、少なくとも1つの通信チャネルを通じて感知された条件測定値を処理するプロセッサユニットを含む埋込可能アセンブリの制御モジュールに条件測定値を無線送信する段階と、条件測定値に少なくとも部分的に基づいて条件が存在すると決定する段階と、発作が発生する時の反射神経に影響を及ぼすように構成された電気刺激を送出する段階とを含む癲癇の症状を低減するための生体変調の方法を含む。

0025

一部の実施では、本方法は、特徴の各組合せ及び部分組合せを含む以下の特徴のうちの1又は2以上を含む。電極は、サイトカインレベルを測定するように構成された光センサを含むことができる。電気刺激を送出する段階は、電気刺激を脳幹、皮質、及び迷走神経から構成される群から選択された場所に送出する段階を含むことができる。本方法は、条件測定値を埋込不能アセンブリに無線伝達する段階と、埋込不能アセンブリによって条件測定値を処理する段階と、電気刺激を送出する出力を発生させる指令を埋込可能アセンブリに送信する段階とを含むことができる。本方法は、埋込可能アセンブリのパワーマネージメントモジュールに電力を無線伝達する段階を含むことができる。電力を伝達する段階は、埋込可能アセンブリの再充電可能バッテリを充電する段階を含むことができる。本方法は、電力を電極に無線伝達する段階であって、無線電力伝達が、電極が電気刺激を発生させるのに十分である上記無線伝達する段階を含むことができる。少なくとも1つの通信チャネルは、有線リードを含むことができる。少なくとも1つの通信チャネルは、無線通信チャネルを含むことができる。電気刺激は、脳深部刺激(DBS)を含むことができる。

0026

本明細書に説明する一部の実施形態は、少なくとも1つの通信チャネルと少なくとも1つの刺激出力とに作動可能に接続され、少なくとも1つの通信チャネルを通じて感知された情報を処理し、条件が存在すると決定した時に刺激の発生をトリガする出力を発生するプロセッサユニットを含む制御モジュールを含む埋込可能アセンブリと、pHレベル、温度、及び呼吸条件を取得するために被験者内に位置付けられた1又は2以上のセンサと、pHレベル、温度、及び呼吸条件のうちの1又は2以上に少なくとも部分的に基づいて、発作が発生する時の反射に影響を及ぼすように構成された刺激を被験者に送出するように構成された第1の電極とを含む生体変調システムを含む。

0027

一部の実施では、システムは、特徴の各組合せ及び部分組合せを含む以下の特徴のうちの1又は2以上を含む。第1の電極は、脳幹、皮質、迷走神経、交感神経上部食道括約筋、及び喉頭から構成される群から選択された場所に刺激を送出するように構成することができる。電気刺激は、脳深部刺激(DBS)とすることができる。システムは、ユーザ入力を埋込可能アセンブリに送信するように構成されたデータ通信システムを含む埋込不能アセンブリを含むことができる。埋込不能アセンブリは、埋込可能アセンブリのパワーマネージメントモジュールへの無線電力伝達のためのソースを含むことができる。無線電力伝達は、磁気共鳴結合を用いて達成することができる。無線電力伝達は、近距離場磁気誘導結合を用いて達成することができる。埋込可能アセンブリは、埋込可能アセンブリのための作動電圧を連続的に発生するように構成されパワーマネージメントモジュールを含むことができる。パワーマネージメントモジュールは、(1)少なくとも1つの通信チャネルのためのアナログフロントエンド回路と、(2)プロセッサユニットと、(3)埋込不能アセンブリへの及びからのデータを通信するための双方向遠隔測定構成要素と、(4)刺激発生回路とに供給する作動電圧を発生することができる。パワーマネージメントモジュールは、第1の電圧レベルでの1又は2以上の第1の作動電圧と第1の電圧レベルに依存しない第2の電圧レベルを有する1又は2以上の第2の作動電圧とを含む2又は3以上の異なる作動電圧を発生することができ、これらの作動電圧は、(1)少なくとも1つの通信チャネルのためのアナログフロントエンド回路の異なる部分と、(2)プロセッサユニットと、(3)埋込不能アセンブリへの及びからのデータを通信するための双方向遠隔測定構成要素と、(4)刺激発生回路とに供給し、第2の作動電圧は、刺激発生回路に供給する。

0028

本明細書に説明する一部の実施形態は、pHレベル、温度、及び呼吸レベルを含む条件測定値を取得するために電極によって生理学的経路をモニタする段階と、埋込可能アセンブリの制御モジュールに条件測定値を無線送信する段階であって、制御モジュールが、電極から遠隔に被験者内に埋め込まれ、かつ条件測定値を受信するように構成された少なくとも1つの通信チャネルに作動可能に接続され、制御モジュールが、少なくとも1つの通信チャネルを通じて感知された条件測定値を処理するプロセッサユニットを含む上記無線送信する段階と、条件測定値に少なくとも部分的に基づいて条件が存在すると決定する段階と、発作が発生する時の反射神経に影響を及ぼすように構成された電気刺激を送出する段階とを含む癲癇の症状を低減するための生体変調の方法を含む。

0029

一部の実施では、本方法は、特徴の各組合せ及び部分組合せを含む以下の特徴のうちの1又は2以上を含む。電気刺激を送出する段階は、脳幹、皮質、迷走神経、交感神経、上部食道括約筋、及び喉頭から構成される群から選択された場所に電気刺激を送出する段階を含むことができる。本方法は、条件測定値を埋込不能アセンブリに無線伝達する段階と、埋込不能アセンブリによって条件測定値を処理する段階と、電気刺激を送出する出力を発生させる指令を埋込可能アセンブリに送信する段階とを含むことができる。本方法は、埋込可能アセンブリのパワーマネージメントモジュールに電力を無線伝達する段階を含むことができる。電力を伝達する段階は、埋込可能アセンブリの再充電可能バッテリを充電する段階を含むことができる。本方法は、電力を電極に無線伝達する段階であって、無線電力伝達が、電極が電気刺激を発生させるのに十分である上記無線伝達する段階を含むことができる。少なくとも1つの通信チャネルは、有線リードを含むことができる。少なくとも1つの通信チャネルは、無線通信チャネルを含むことができる。電気刺激は、脳深部刺激(DBS)を含むことができる。

0030

本明細書に説明する一部の実施形態は、少なくとも1つの通信チャネルと少なくとも1つの刺激出力とに作動可能に接続され、少なくとも1つの通信チャネルを通じて感知された情報を処理し、条件が存在すると決定した時に刺激の発生をトリガする出力を発生するプロセッサユニットを含む制御モジュールを含む埋込可能アセンブリと、サイトカインレベルを取得するために被験者内に位置付けられた1又は2以上のセンサと、サイトカインレベルに少なくとも部分的に基づいて胃腸管内の迷走神経の後シナプス部位からのリンパ球放出での迷走神経介在低減を引き起こすように構成された刺激を被験者に送出するように構成された第1の電極とを含む生体変調システムを含む。

0031

一部の実施では、システムは、特徴の各組合せ及び部分組合せを含む以下の特徴のうちの1又は2以上を含む。第1の電極は、刺激を迷走神経に送出するように構成することができる。システムは、ユーザ入力を埋込可能アセンブリに送信するように構成されたデータ通信システムを含む埋込不能アセンブリを含むことができる。埋込不能アセンブリは、埋込可能アセンブリのパワーマネージメントモジュールへの無線電力伝達のためのソースを含むことができる。無線電力伝達は、磁気共鳴結合を用いて達成することができる。無線電力伝達は、近距離場磁気誘導結合を用いて達成することができる。埋込可能アセンブリは、埋込可能アセンブリのための作動電圧を連続的に発生するように構成されたパワーマネージメントモジュールを含むことができる。パワーマネージメントモジュールは、(1)少なくとも1つの通信チャネルのためのアナログフロントエンド回路と、(2)プロセッサユニットと、(3)埋込不能アセンブリへの及びからのデータを通信するための双方向遠隔測定構成要素と、(4)刺激発生回路とに供給する作動電圧を発生することができる。パワーマネージメントモジュールは、第1の電圧レベルでの1又は2以上の第1の作動電圧と第1の電圧レベルに依存しない第2の電圧レベルを有する1又は2以上の第2の作動電圧とを含む2又は3以上の異なる作動電圧を発生することができ、これらの作動電圧は、(1)少なくとも1つの通信チャネルのためのアナログフロントエンド回路の異なる部分と、(2)プロセッサユニットと、(3)埋込不能アセンブリへの及びからのデータを通信するための双方向遠隔測定構成要素と、(4)刺激発生回路とに供給し、第2の作動電圧は、刺激発生回路に供給する。

0032

本明細書に説明する一部の実施形態は、サイトカインレベルを含む条件測定値を取得するために電極によって生理学的経路をモニタする段階と、電極から遠隔に被験者内に埋め込まれ、条件測定値を受信するように構成された少なくとも1つの通信チャネルに作動可能に接続され、少なくとも1つの通信チャネルを通じて感知された条件測定値を処理するプロセッサユニットを含む埋込可能アセンブリの制御モジュールに条件測定値を無線送信する段階と、条件測定値に少なくとも部分的に基づいて条件が存在すると決定する段階と、胃腸管内の迷走神経の後シナプス部位からのリンパ球放出での迷走神経介在低減を引き起こすように構成された迷走神経の電気刺激を送出する段階とを含む炎症の症状を低減するための生体変調の方法を含む。

0033

一部の実施では、本方法は、特徴の各組合せ及び部分組合せを含む以下の特徴のうちの1又は2以上を含む。本方法は、条件測定値を埋込不能アセンブリに無線伝達する段階と、埋込不能アセンブリによって条件測定値を処理する段階と、電気刺激を送出する出力を発生させる指令を埋込可能アセンブリに送信する段階とを含むことができる。本方法は、埋込可能アセンブリのパワーマネージメントモジュールに電力を無線伝達する段階を含むことができる。電力を伝達する段階は、埋込可能アセンブリの再充電可能バッテリを充電する段階を含むことができる。本方法は、電力を電極に無線伝達する段階であって、無線電力伝達が、電極が電気刺激を発生させるのに十分である上記無線伝達する段階を含むことができる。少なくとも1つの通信チャネルは、有線リードを含むことができる。少なくとも1つの通信チャネルは、無線通信チャネルを含むことができる。

0034

本明細書に説明する一部の実施形態は、少なくとも1つの通信チャネルと少なくとも1つの刺激出力とに作動可能に接続され、少なくとも1つの通信チャネルを通じて感知された情報を処理し、条件が存在すると決定した時に刺激の発生をトリガする出力を発生するプロセッサユニットを含む制御モジュールを含む埋込可能アセンブリと、側坐核シェル(AcbSh)の可逆不活性化を引き起こすように構成された刺激を被験者に送出するように構成された1又は2以上の電極とを含む生体変調システムを含む。

0035

一部の実施では、本方法は、特徴の各組合せ及び部分組合せを含む以下の特徴のうちの1又は2以上を含む。システムは、腹側被蓋野、側坐核、嗅結節前頭皮質、及び扁桃体のような中脳ドーパミン作用系から構成される群から選択された場所に刺激を送出するように構成された1又は2以上の電極を含むことができる。システムは、ユーザ入力を埋込可能アセンブリに送信するように構成されたデータ通信システムを含む埋込不能アセンブリを含むことができる。埋込不能アセンブリは、埋込可能アセンブリのパワーマネージメントモジュールへの無線電力伝達のためのソースを含むことができる。無線電力伝達は、磁気共鳴結合を用いて達成することができる。無線電力伝達は、近距離場磁気誘導結合を用いて達成することができる。埋込可能アセンブリは、埋込可能アセンブリのための作動電圧を連続的に発生するように構成されたパワーマネージメントモジュールを含むことができる。パワーマネージメントモジュールは、(1)少なくとも1つの通信チャネルのためのアナログフロントエンド回路と、(2)プロセッサユニットと、(3)埋込不能アセンブリへの及びからのデータを通信するための双方向遠隔測定構成要素と、(4)刺激発生回路とに供給する作動電圧を発生することができる。パワーマネージメントモジュールは、第1の電圧レベルでの1又は2以上の第1の作動電圧と第1の電圧レベルに依存しない第2の電圧レベルを有する1又は2以上の第2の作動電圧とを含む2又は3以上の異なる作動電圧を発生することができ、これらの作動電圧は、(1)少なくとも1つの通信チャネルのためのアナログフロントエンド回路の異なる部分と、(2)プロセッサユニットと、(3)埋込不能アセンブリへの及びからのデータを通信するための双方向遠隔測定構成要素と、(4)刺激発生回路とに供給し、第2の作動電圧は、刺激発生回路に供給する。システムは、刺激に応答して被験者の皮質をモニタするように構成された電極を含むことができる。

0036

本明細書に説明する一部の実施形態は、条件測定値を取得するために電極によって生理学的経路をモニタする段階と、電極から遠隔に被験者内に埋め込まれ、条件測定値を受信するように構成された少なくとも1つの通信チャネルに作動可能に接続され、少なくとも1つの通信チャネルを通じて感知された条件測定値を処理するプロセッサユニットを含む埋込可能アセンブリの制御モジュールに条件測定値を無線送信する段階と、条件測定値に少なくとも部分的に基づいて電気刺激を送出する段階とを含むアルコール依存症の症状を低減するための生体変調の方法を含み、電気刺激は、側坐核シェル(AcbSh)の可逆不活性化を引き起こすように構成された脳深部刺激を含む。

0037

一部の実施では、本方法は、特徴の各組合せ及び部分組合せを含む以下の特徴のうちの1又は2以上を含む。生理学的経路をモニタする段階は、皮質をモニタする段階を含む。本方法は、条件測定値を埋込不能アセンブリに無線伝達する段階と、埋込不能アセンブリによって条件測定値を処理する段階と、電気刺激を送出する出力を発生させる指令を埋込可能アセンブリに送信する段階とを含むことができる。本方法は、埋込可能アセンブリのパワーマネージメントモジュールに電力を無線伝達する段階を含むことができる。電力を伝達する段階は、埋込可能アセンブリの再充電可能バッテリを充電する段階を含むことができる。本方法は、電力を電極に無線伝達する段階であって、無線電力伝達が、電極が電気刺激を発生させるのに十分である上記無線伝達する段階を含むことができる。少なくとも1つの通信チャネルは、有線リードを含むことができる。少なくとも1つの通信チャネルは、無線通信チャネルを含むことができる。

0038

本明細書に説明する一部の実施形態は、少なくとも1つの通信チャネルと少なくとも1つの刺激出力とに作動可能に接続され、少なくとも1つの通信チャネルを通じて感知された情報を処理し、条件が存在すると決定した時に刺激の発生をトリガする出力を発生するプロセッサユニットを含む制御モジュールを含む埋込可能アセンブリと、被験者の皮質に脳深部刺激を送出するように構成された刺激を被験者の皮質に送出するように構成された1又は2以上の電極とを含む生体変調システムを含む。

0039

一部の実施では、システムは、特徴の各組合せ及び部分組合せを含む以下の特徴のうちの1又は2以上を含む。システムは、ユーザ入力を埋込可能アセンブリに送信するように構成されたデータ通信システムを含む埋込不能アセンブリを含むことができる。埋込不能アセンブリは、埋込可能アセンブリのパワーマネージメントモジュールへの無線電力伝達のためのソースを含むことができる。無線電力伝達は、磁気共鳴結合を用いて達成することができる。無線電力伝達は、近距離場磁気誘導結合を用いて達成することができる。埋込可能アセンブリは、埋込可能アセンブリのための作動電圧を連続的に発生するように構成されたパワーマネージメントモジュールを含むことができる。パワーマネージメントモジュールは、(1)少なくとも1つの通信チャネルのためのアナログフロントエンド回路と、(2)プロセッサユニットと、(3)埋込不能アセンブリへの及びからのデータを通信するための双方向遠隔測定構成要素と、(4)刺激発生回路とに供給する作動電圧を発生することができる。パワーマネージメントモジュールは、第1の電圧レベルでの1又は2以上の第1の作動電圧と第1の電圧レベルに依存しない第2の電圧レベルを有する1又は2以上の第2の作動電圧とを含む2又は3以上の異なる作動電圧を発生することができ、これらの作動電圧は、(1)少なくとも1つの通信チャネルのためのアナログフロントエンド回路の異なる部分と、(2)プロセッサユニットと、(3)埋込不能アセンブリへの及びからのデータを通信するための双方向遠隔測定構成要素と、(4)刺激発生回路とに供給し、第2の作動電圧は、刺激発生回路に供給する。システムは、刺激に応答して被験者の皮質をモニタするように構成された電極を含むことができる。

0040

本明細書に説明する一部の実施形態は、条件測定値を取得するために電極によって生理学的経路をモニタする段階と、電極から遠隔に被験者内に埋め込まれ、条件測定値を受信するように構成された少なくとも1つの通信チャネルに作動可能に接続され、少なくとも1つの通信チャネルを通じて感知された条件測定値を処理するプロセッサユニットを含む埋込可能アセンブリの制御モジュールに条件測定値を無線送信する段階と、条件測定値に少なくとも部分的に基づいて電気刺激を送出する段階とを含むアルコール依存症の症状を低減するための生体変調の方法を含み、電気刺激は、皮質の脳深部刺激を含む。

0041

一部の実施では、本方法は、特徴の各組合せ及び部分組合せを含む以下の特徴のうちの1又は2以上を含む。生理学的経路をモニタする段階は、皮質をモニタする段階を含む。本方法は、条件測定値を埋込不能アセンブリに無線伝達する段階と、埋込不能アセンブリによって条件測定値を処理する段階と、電気刺激を送出する出力を発生させる指令を埋込可能アセンブリに送信する段階とを含むことができる。本方法は、埋込可能アセンブリのパワーマネージメントモジュールに電力を無線伝達する段階を含むことができる。電力を伝達する段階は、埋込可能アセンブリの再充電可能バッテリを充電する段階を含むことができる。本方法は、電力を電極に無線伝達する段階であって、無線電力伝達が、電極が電気刺激を発生させるのに十分である上記無線伝達する段階を含むことができる。少なくとも1つの通信チャネルは、有線リードを含むことができる。少なくとも1つの通信チャネルは、無線通信チャネルを含むことができる。

0042

本明細書に説明する一部の実施形態は、少なくとも1つの通信チャネルと少なくとも1つの刺激出力とに作動可能に接続され、少なくとも1つの通信チャネルを通じて感知された情報を処理し、条件が存在すると決定した時に刺激の発生をトリガする出力を発生するプロセッサユニットを含む制御モジュールを含む埋込可能アセンブリと、被験者の生理学的経路のホルモンレベルを含む条件測定値を取得するために被験者内に位置付けられたセンサと、条件測定値に少なくとも部分的に基づいて、胃条件に影響を及ぼすように構成された刺激を被験者に送出するように構成された第1の電極とを含む生体変調システムを含む。

0043

一部の実施では、システムは、特徴の各組合せ及び部分組合せを含む以下の特徴のうちの1又は2以上を含む。センサは、ホルモンレベルを測定するように構成された光センサを含むことができる。ホルモンレベルは、グレリン、PYY、ソマトスタチンガストリン、ネスファチン、レプチン、及び5−HT(例えば、胃内の)、及び/又はCCKセクレチン、5−HT、GIP、GLP−1、PYY、及びニューロテンシンから構成される群から選択することができる。第1の電極は、胃に関連付けられた迷走神経分枝、胃括約筋に関連付けられた迷走神経分枝、遠位食道、胃筋、及び近位十二指腸から構成される群から選択された場所に刺激を送出するように構成することができる。システムは、ユーザ入力を埋込可能アセンブリに送信するように構成されたデータ通信システムを含む埋込不能アセンブリを含むことができる。埋込不能アセンブリは、埋込可能アセンブリのパワーマネージメントモジュールへの無線電力伝達のためのソースを含むことができる。無線電力伝達は、磁気共鳴結合を用いて達成することができる。無線電力伝達は、近距離場磁気誘導結合を用いて達成することができる。埋込可能アセンブリは、埋込可能アセンブリのための作動電圧を連続的に発生するように構成されたパワーマネージメントモジュールを含むことができる。パワーマネージメントモジュールは、(1)少なくとも1つの通信チャネルのためのアナログフロントエンド回路と、(2)プロセッサユニットと、(3)埋込不能アセンブリへの及びからのデータを通信するための双方向遠隔測定構成要素と、(4)刺激発生回路とに供給する作動電圧を発生することができる。パワーマネージメントモジュールは、第1の電圧レベルでの1又は2以上の第1の作動電圧と第1の電圧レベルに依存しない第2の電圧レベルを有する1又は2以上の第2の作動電圧とを含む2又は3以上の異なる作動電圧を発生することができ、これらの作動電圧は、(1)少なくとも1つの通信チャネルのためのアナログフロントエンド回路の異なる部分と、(2)プロセッサユニットと、(3)埋込不能アセンブリへの及びからのデータを通信するための双方向遠隔測定構成要素と、(4)刺激発生回路とに供給し、第2の作動電圧は、刺激発生回路に供給する。

0044

本明細書に説明する一部の実施形態は、ホルモンレベルを含む条件測定値を取得するために電極によって生理学的経路をモニタする段階と、電極から遠隔に被験者内に埋め込まれ、条件測定値を受信するように構成された少なくとも1つの通信チャネルに作動可能に接続され、少なくとも1つの通信チャネルを通じて感知された条件測定値を処理するプロセッサユニットを含む埋込可能アセンブリの制御モジュールに条件測定値を無線送信する段階と、条件測定値に少なくとも部分的に基づいて条件が存在すると決定する段階と、胃条件に影響を及ぼすように構成された電気刺激を送出する段階とを含む胃障害の症状を低減するための生体変調の方法を含む。

0045

一部の実施では、本方法は、特徴の各組合せ及び部分組合せを含む以下の特徴のうちの1又は2以上を含む。電極は、ホルモンレベルを測定するように構成された光センサを含むことができる。ホルモンレベルは、グレリン、PYY、ソマトスタチン、ガストリン、ネスファチン、レプチン、及び5−HT(例えば、胃内の)、及び/又はCCK、セクレチン、5−HT、GIP、GLP−1、PYY、及びニューロテンシンから構成される群から選択することができる。電気刺激を送出する段階は、胃に関連付けられた迷走神経分枝、胃括約筋に関連付けられた迷走神経分枝、遠位食道、胃筋、及び近位十二指腸から構成される群から選択された場所に電気刺激を送出する段階を含むことができる。本方法は、条件測定値を埋込不能アセンブリに無線伝達する段階と、埋込不能アセンブリによって条件測定値を処理する段階と、電気刺激を送出する出力を発生させる指令を埋込可能アセンブリに送信する段階とを含むことができる。本方法は、埋込可能アセンブリのパワーマネージメントモジュールに電力を無線伝達する段階を含むことができる。電力を伝達する段階は、埋込可能アセンブリの再充電可能バッテリを充電する段階を含むことができる。本方法は、電力を電極に無線伝達する段階であって、無線電力伝達が、電極が電気刺激を発生させるのに十分である上記無線伝達する段階を含むことができる。少なくとも1つの通信チャネルは、有線リードを含むことができる。少なくとも1つの通信チャネルは、無線通信チャネルを含むことができる。

0046

本明細書に説明する一部の実施形態は、無線電力伝達及び無線データ通信のための埋込不能手段と、無線電力伝達を用いて埋込可能アセンブリのための作動電圧を発生するための埋込可能手段、並びに患者条件に関連する測定値を受信し、かつ測定値に少なくとも部分的に基づいて刺激の発生をトリガする出力を発生する手段とを含む生体変調システムを含む。

0047

本明細書に説明する一部の実施形態は、無線電力伝達のためのソースを含む共振空洞と、埋込可能アセンブリのために1又は2以上の作動電圧を埋込不能アセンブリからの無線電力伝達を用いて連続的に発生するように構成されたパワーマネージメントモジュール、及び少なくとも1つの通信チャネルと少なくとも1つの刺激出力とに作動可能に接続され、少なくとも1つの通信チャネルを通じて感知された情報を処理し、条件が存在すると決定した時に刺激の発生をトリガする出力を発生するプロセッサユニットを含む制御モジュールを含む埋込可能アセンブリとを含む生体変調システムを含む。

0048

一部の実施では、システムは、特徴の各組合せ及び部分組合せを含む以下の特徴のうちの1又は2以上を含む。埋込可能アセンブリは、共振空洞内に位置付けられた被験者の中に挿入することができる。被験者は、非ヒト哺乳動物とすることができる。非ヒト哺乳動物は、齧歯動物とすることができる。共振空洞は、非ヒト哺乳動物のケージを含むことができ、ケージの壁は、無線電力伝達のためのアンテナを含む。生体変調システムは、前臨床試験での使用のために構成することができる。

0049

本明細書に説明する生体変調システム及び方法は、再充電可能電源を充電又は再充電するように機能する無線電力伝達を含むことができる。本明細書に説明する生体変調システム及び方法は、遠距離場無線機周波(RF)給電を用いて達成される無線電力伝達を含むことができる。本明細書に説明する生体変調システム及び方法は、ヒトである患者に対して使用することができる。本明細書に説明する生体変調システム及び方法は、非ヒト哺乳動物である患者に対して使用することができる。

0050

本明細書に説明する主題の1又は2以上の実施形態の詳細を添付図面及び下記の説明に列挙している。本発明の他の特徴、態様、及び利点は、この説明、図面、及び特許請求の範囲から明らかになるであろう。

図面の簡単な説明

0051

生体電気事象の無線記録及び刺激を実施するための無線埋込可能デバイスを含む無線プラットフォームシステムの例を示す図である。
生体電気事象の無線記録及び刺激を実施するための無線埋込可能デバイスを含む無線プラットフォームシステムの例を示す図である。
本発明に開示する技術を実施するための無線埋込可能デバイスのための主ボードの例の上面図である。
本発明に開示する技術を実施するための無線埋込可能デバイスのための主ボードの例の底面図である。
本発明に開示する技術を実施するための無線埋込可能デバイスの例を示す図である。
本発明に開示する技術を実施するための無線埋込可能デバイスの例を示す図である。
本発明に開示する技術を実施するための無線埋込可能デバイスのアナログフロントエンドAFE)態様を実施する回路に関する例を示す図である。
無線埋込可能デバイスの定電流刺激態様を実施するための回路の例を示す図である。
無線埋込可能デバイスの刺激器出力態様から測定した電流制御式2相出力を表示する例示的グラフである。
無線埋込可能デバイスの電極インピーダンス測定機能を用いて測定した二乗平均平方根(RMS)電圧を表示するグラフの例を示す図である。
温度センサ測定値のプロット点熱電対変化曲線とを表示するグラフの例を示す図である。
無線通信プロトコルを実施するのに使用されるデータパケット構造に対するフォーマットの例を示す図である。
無線プラットフォームシステムの構成要素間の通信経路の例を描く図である。
無線埋込可能デバイスのインピーダンス整合態様を実施する回路の例を示す図である。
無線埋込可能デバイスのパッケージ化処理の例を示す断面図である。
被験者の中にモジュール(埋込可能バイオノードカプセル)を埋め込む例示的方法を示す流れ図である。
モジュールを較正する例示的方法の流れ図である。
埋め込みモジュールを用いて被験者に刺激を送出する例示的方法の流れ図である。
埋込可能モジュールと患者入力を取得する外部基地局とを含むシステムの作動の例示的方法の流れ図である。
埋込可能システムが患者での癲癇の治療のために構成された例示的システムを描く図である。
埋込可能システムが患者での癲癇の治療のために構成された例示的システムを描く図である。
解剖学的構造及び迷走神経の突出、並びにシステムの埋め込み場所を描く図である。
解剖学的構造及び迷走神経の突出、並びにシステムの埋め込み場所を描く図である。
解剖学的構造及び迷走神経の突出、並びにシステムの埋め込み場所を描く図である。
領域的心係数をそれらがCNSに関連する時に調整する自律ニューロン階層構造心臓を中心とする図である。
埋込可能医療デバイスに適用することができる潜在的な特徴抽出スキームブロック図である。
埋込可能システムが患者での癲癇の治療のために構成された例示的システムを描く図である。
埋込可能システムが患者での尿失禁の治療のために構成された例示的システムを描く図である。
骨盤神経と膀胱の間の解剖学的関係と膀胱、外尿道括約筋、及び骨盤神経に配置されたセンサ及び電極の所在とを示す図である。
骨盤神経の刺激及びそこからの記録に使用される例示的銀フック電極アセンブリを示す図である。
骨盤神経の刺激及びそこからの記録に使用されるカフ電極の例を示す図である。
骨盤神経刺激の例示的試験結果を描く図である。
骨盤神経刺激の例示的試験結果を描く図である。
骨盤神経刺激の例示的試験結果を描く図である。
骨盤神経刺激の例示的試験結果を描く図である。
骨盤神経刺激の例示的試験結果を描く図である。
骨盤神経刺激の例示的試験結果を描く図である。
全体骨盤神経束及びその各部分をモニタすることからの例示的試験結果を描く図である。
全体骨盤神経束及びその各部分をモニタすることからの例示的試験結果を描く図である。
全体骨盤神経束及びその各部分をモニタすることからの例示的試験結果を描く図である。
全体骨盤神経束の各部分をモニタすることからの例示的試験結果を描く図である。
膀胱圧と神経活動とを相関付ける例示的試験結果を描く図である。
高周波荷電平衡交流電流をそれが切迫した排泄を示す膀胱圧に関連する時に用いる骨盤神経の刺激からの例示的試験結果を描く図である。
高周波荷電平衡交流電流をそれが切迫した排泄を示す膀胱圧に関連する時に用いる骨盤神経の刺激からの例示的試験結果を描く図である。
高周波荷電平衡交流電流をそれが切迫した排泄を示す膀胱圧に関連する時に用いる骨盤神経の刺激からの例示的試験結果を描く図である。
排泄に対する骨盤神経刺激の効果の間の周波数依存性を示す例示的試験結果を描く図である。
排泄に対する骨盤神経刺激の効果の間の周波数依存性を示す例示的試験結果を描く図である。
排泄に対する骨盤神経刺激の効果の間の周波数依存性を示す例示的試験結果を描く図である。
排泄に対する骨盤神経刺激の効果の間の周波数依存性を示す例示的試験結果を描く図である。
排泄に対する骨盤神経刺激の効果の間の周波数依存性を示す例示的試験結果を描く図である。
骨盤神経誘発排泄抑制の根底にある機構を試験する実験の例示的結果を描く図である。
骨盤神経誘発排泄抑制の根底にある機構を試験する実験の例示的結果を描く図である。
骨盤神経誘発排泄抑制の根底にある機構を試験する実験の例示的結果を描く図である。
骨盤神経誘発排泄抑制の根底にある機構を試験する実験の例示的結果を描く図である。
骨盤神経誘発排泄抑制の根底にある機構を試験する実験の例示的結果を描く図である。
刺激電極に対して遠位の骨盤神経を結紮することを試験する実験の例示的結果を描く図である。
刺激電極に対して遠位の骨盤神経を結紮することを試験する実験の例示的結果を描く図である。
刺激電極に対して遠位の骨盤神経を結紮することを試験する実験の例示的結果を描く図である。
刺激電極に対して遠位の骨盤神経を結紮することを試験する実験の例示的結果を描く図である。
刺激電極に対して遠位の骨盤神経を結紮することを試験する実験の例示的結果を描く図である。
刺激電極に対して遠位の骨盤神経を結紮することを試験する実験の例示的結果を描く図である。
埋込可能システムが患者での反射神経の治療のために構成された例示的システムを描く図である。
制御デバイスが閉ループ制御アルゴリズムの一部として神経に対する同時刺激及び読取を提供する例示的システムを描く図である。
埋込可能システムが患者でのアルコール依存症の治療のために構成された例示的システムを描く図である。
患者でのパーキンソン病を有する被験者に関する前臨床試験のために構成された例示的埋込可能システムを描く図である。
胃障害を治療するための例示的システムを描く図である。
埋込可能システムが患者での中毒の治療のために構成された例示的システムを描く図である。
膀胱圧モニタシステムターゲット埋め込み場所及び読取ASIC概念図である。
読取ASICとアンテナと給電コイルとを含む読取フルシステムインプラントのターゲット埋め込み場所及び読取ASICの概念図である。
圧力感知システムオンチップ(SoC)のブロック図である。
エネルギ採取(EH)及びパワーマネージメントサブシステムのブロック図である。
SoCチップのための擬似差動基準電圧バイアス電流とを発生させるためのバンドギャップ基準回路図である。
4つの電圧レギュレータのうちの1つ及びその供給ドメインの概略図である。
実施されたR−F変換器の概念図である。
従来のR−I変換器の概略図である。
第1の差動R−I(R−I1)変換器の概略図である。
第2の差動R−I(R−I2)変換器の概略図である。
I−F変換を提供するリング発振器の概略図である。
デジタルコアのブロック図である。
デジタルコアのF−D変換器の図である。
デジタルコアの符号器(ENC)のブロック図である。
デジタルコアのENCの状態図である。
デジタルコア及びパケット構造のタイミング図である。
電圧制御式電力発振器VCPO)とオフチップループアンテナとを含む2.45GHISM帯域送信機の概略図である。
SRFループ自己共振周波数モデル化する誘導子(LA)と抵抗器(RA)との直列組合せとしてモデル化することができる電気的に小さいループアンテナの等価集中回路モデルの図である。
FR−4ボード(空気)上の模擬アンテナ放射パターンの図である。
20μmパリレンコーティングを有する20μm厚パリレン基板上の金トレースの模擬アンテナ放射パターンの図である。
LCタンク共振周波数同調するためにMIMコンデンサーによって実施される5ビットDACの簡単な概略図である。
実施されたチップのマイクロ写真を示す図である。
R−I1変換器に関して測定及び模擬電流を示す図である。
R−I2変換器内の感知抵抗器端子の両端の擬似差動基準電圧を示す図である。
R−I1変換器内の感知抵抗器の両端の100mV基準電圧を示す図である。
様々なデータレートでPRBSによってOOK変調された測定TXパワースペクトルを示す図である。
MbpsのPRBSによってFSK変調された測定TXパワースペクトルを示す図である。
フルシステムに関して測定した波形及びデータパケットを示す図である。
ベース周波数に対応する測定データパケットを示す図である。
センサ周波数に対応する測定データパケットを示す図である。
2つのセンサ周波数間の差に対応する測定データパケットを示す図である。
圧力下で測定したセンサ周波数の変化を示し、ベース周波数が印加圧力と共に一定に留まることを示す図である。
センサ抵抗(RS1−RS2)での測定差と積分非線形性とを示す図である。
平均データサンプルの個数(又は変換時間)によるチップの測定感度を示す図である。
受信データの測定パワースペクトルを示す図である。
受信RFデータと対応するデジタルパケットとを示す図である。
抵抗感知に関して無線測定したノイズフロアを示す図である。
抵抗感知に関して無線測定したノイズヒストグラムを示す図である。
経時的な圧力測定値を示す図である。
感知周波数及びベース周波数での測定温度変動を示す図である。
実験設定を含む生体内実験を示す図である。
膀胱圧記録を含む生体内実験を示す図である。
バイオノードが埋め込まれた非ヒト哺乳動物(ラットのような)が関わる前臨床生体医療研究に使用するための無線電力伝達システムの一部を形成する空洞共振器の図である。
本発明の開示による構成された空洞共振器とバイオノードマイクロ電子機器プラットフォーム、パワーマネージメントボード、及び受信コイルアセンブリを有する完全に組み立てられたデバイスとの図である。
共振空洞システムによる無線電力伝達を用いた時のシステム性能を他のタイプの無線電力伝達に対して比較する図である。

0052

様々な図面内の同じ参照番号及び指定は同じ要素を示している。

実施例

0053

本明細書に開示するものは、本明細書ではバイオノードアセンブリ又は略してバイオノードと呼び、一部の実施では埋め込みバッテリ又は埋め込み能動回路なしで給電され、それによって可能な限り最小限の体積、複雑さ、及び作動条件の変動に対する感受性を有する設計を可能にする主無線埋込可能デバイスを含む生体変調システムに関連する技術及びシステムである。これに加えて、生体変調システム(バイオノードプラットフォームと呼ぶ場合もある)は、これらの利点を獲得し、一方、一部の既存の生体変調システムによって与えられる空間的特異性及び刺激波形定義を与える。

0054

バイオノードを利用する生体変調システムは、高レベルの機能性、適応性、及び親和性(例えば、外部検査環境との)を実現することによって一部の既存の技術に優る際立った利点を提供することができる。埋込可能バイオノードに対する作動条件は、再プログラム可能ファームウエア、双方向通信(例えば、即時更新を可能にする)、及び選択可能ハードウエア構成要素の使用によって構成可能にすることができる。システムは、生体記録及び生体刺激以外の機能、例えば、デバイス温度感知及び電極インピーダンス測定(これらの両方が、デバイスが埋め込まれてアクセス不能になった後にユーザに貴重フィードバックを提供する)によって有効にすることができる。更に、較正のための計器としてバイオノードの組み込み刺激器を使用することができる。全体を通して議論するように、バイオノードプラットフォームは、広範囲にわたる機能性及びマルチタスク処理機能を実施する。従って、バイオノードプラットフォームは、生体医療分野において、例えば、広範囲にわたる電気生理学及び挙動の治療及び研究に対して使用することができる潜在的にバッテリなしの完全埋込可能無線ソリューションとしての有用性を有する。

0055

図1Aは、無線電力伝達デバイスを使用する埋込可能無線デバイスを含む生体変調プラットフォームシステム100の実施形態を示している。無線プラットフォームシステム100は、生体部位をモニタして起動し、それによって図1Aにヒトとして示す患者190の望ましい治療の生体経路のターゲットを定めた制御式活性化を可能にするように設計される。無線プラットフォームシステム100は、図1Aに示すようにヒト患者に適用可能であるが、他の哺乳動物のような非ヒト患者に関する治療及び生体医療研究に対して利用することができることを認めなければならない。例えば、システム100は、齧歯動物を用いて実施される慢性挙動実験に対して使用することができる。無線プラットフォームシステム100は、ヒト患者190内で生体変調を実施するように構成され、癲癇、緑内障、炎症、失禁胃不全麻痺、中毒、アルコール依存症、及びパーキンソン病(例えば、前臨床試験)などを含むがこれらに限定されない広範囲にわたる医療条件に適用可能にすることができる。本明細書では、各々がそれぞれの条件の専門的な治療での適切な使用に対して構成された無線プラットフォームシステム100の様々な実施形態に詳細に説明する。

0056

図1Aは、無線プラットフォームシステム100が、埋込可能アセンブリ、すなわち、バイオノードアセンブリ170又は略してバイオノードと、埋込不能であり、多くの使用事例において着用可能な基地局アセンブリ140とを含むことを示している。システム100は、埋込不能基地局140から埋込可能バイオノード170に電力を無線伝達してバイオノード170に対して作動電圧を連続的に供給するために無線電力伝達(WPT)195を利用する。システム100は、バイオノード170に作動的に接続され、患者190の望ましい生体部位と接触する電極を用いた外科的埋め込みによる様々な治療に関して使用することができ、一方、埋め込みバッテリの使用を排除する。従って、バイオノード170の小さいサイズ及び埋込可能な性質は、患者190内の神経活性化の正確なターゲット化投与、モニタをサポートする。更に、図1Aは、バイオノード170及び基地局140のデバイスの様々な部分要素を示している。バイオノード170は、パワーマネージメントボード101と、本明細書で詳細に議論する埋込可能デバイスの機能を実施するように構成された主ボード120とを含むように示されている。基地局140は、無線電力伝達処理に対して利用される電力増幅器141と、ボードコンピュータ142(例えば、Raspberry Piプラットフォームのような修正可能なハードウエアモジュール及びソフトウエアモジュールを有するコンピュータプラットフォーム)と、マイクロコントローラユニット(MCU)145とを含むように示されている。バイオノード170及び基地局140のための部分要素に対しては下記で図1Bに関して議論する。

0057

電極175は、ヒト組織のような回路の非金属部分と接触するのに使用され、本発明に開示する技術に従って生体電気事象の記録を実施するように構成することができる導体である。一部の実施形態では、電極175は、任意的にバイオノード170の構成要素として実施することができる。この実施形態により、電極175は、貫通ボードを通じたバイオノード170の主ボード101への有線結合を有する。

0058

本発明に開示する技術により、内部バッテリを用いずにバイオノード170を駆動する段階は、全体的に195として示す無線給電機構の使用を伴う。実施形態では、システム100の無線給電態様は、患者が快適に着用することができる非埋め込み基地局構成要素140に部分的に具現化される。基地局140から埋込可能バイオノード170への無線電力伝達195は、一部の実施形態では、バイオノード170のパワーマネージメントボード101上の金属コイルを利用する基地局が発生させた磁場195へのバイオノード170の強い磁気誘導結合技術を用いて達成することができる。実施により、基地局とバイオノード170との間で行われる無線弱電力伝達195は、高めの周波数で振動する電磁場と比較して単に弱くヒト組織と相互作用するように低い周波数(例えば、960キロサイクル〜1,060キロサイクル)で振動する磁場を通して低周波数磁場をバイオノード170に伝達する段階を含む。

0059

一部の場合では、電力伝達態様は、2015年6月2日出願の「磁気共鳴結合(MAGNETIC RESONANCE COUPLING)」という名称の関連の米国特許出願第14/728,976号明細書に記載されている磁気共鳴結合技術に従って達成することができ、この文献の全内容が引用によって本明細書に組み込まれている。更に別の実施形態では、無線給電は、近距離場誘導結合技術を用いて達成することができる。例えば、一部の場合では、バイオノード170は、患者190の皮膚面の近くに埋め込まれ、それによって非埋め込み基地局と埋め込みバイオノード170の間に発生した低電力磁場195内で短距離結合が可能になる。必要及び/又は適切と見なされる場合に、無線電力伝達に関して使用することができる様々な他の機構を利用することができる。

0060

一部の場合では、非埋め込み基地局195は、バイオノード170内に望ましい刺激電流波形を誘起するように設計された時間依存の挙動及び振幅を有する時変磁場を供給する。基地局195内の電流発生器の出力での最適な電流波形の設計は、埋め込みシステム内に望ましい刺激波形を生成する。基地局の発生器の出力での電流波形の発生は、所望範囲の埋め込み電流刺激波形特性を達成するために生体部位に送出されることが意図される波形に形状及び時間依存性が等しい波形を生成する段階を含むことができる。一部の実施では、システム100は、1Hzから150Hzの周波数、50μ秒から1000μ秒のパルス幅、及び0.25mAから12mAのパルスマグニチュードを含む波形特性を有する2相矩形パルス列刺激波形を望ましい生体部位に送出するように設計される。更に、システム100によってサポートされる波形特性は、10Hzから60Hzの周波数、100μ秒から500μ秒のパルス幅、及び0.25mAから7mAの電流マグニチュードを採用する米国食品医薬品局によって認可されている範囲で最大の値を供給するために典型的なVNS波形特性の範囲よりも大きいように発生させることができる。

0061

別の実施形態では、無線電力伝達機能は、空洞共振器(例えば、アンテナとして機能し、更にバイオノード170が体内に埋め込まれた動物を含むケージ)を有するバイオノード170のパワーマネージメントボード101の磁気共鳴結合によって実現される。この場合に、埋め込みバイオノード170は、チャンバ内のバイオノード170に空洞共振器が電力を送出する共振器ベースの無線電力伝達システムを用いて無線給電される。従って、埋込可能デバイスの向きがチャンバ内で適切に定められている間に、パワーマネージメントボード101のマイクロ電子機器は、空洞共振器が発生させた磁場のエネルギから伝達される電力をバイオノード170に供給するように構成される。空洞共振器を含むWPTシステムは、1)最適なインピーダンス整合によって電力伝達効率(PTE)を最大化し、2)電力モジュール上で二軸共振器を用いて共振器の方位不整合感受性を最小にし、3)患者、すなわち、実験目的のためのマウス及びラットの収容を可能にするように戦略的に設計することができる。エネルギは、金属矩形空洞(例えば、TM110共振モード、L×W×H、60.96cm3×60.96cm3×30cm3)内で発生した磁場をインプラントのパワーマネージメントボード101に結合することによって埋め込みデバイスに無線送出される。空洞共振器は、後に磁場を生成することができるあらゆる適切な材料、例えば、アルミニウム及び銅などを含む様々な金属から構成することができる。

0062

図1Bは、本発明に開示する技術による生体電気事象の無線記録及び刺激を実施するための無線プラットフォームシステムの例100を示すブロック図である。図1Bは、パワーマネージメントボード101と主ボード120とを含む無線バイオノード170の主要な部分要素を示している。一部の場合では、パワーマネージメントボード101を主ボード120の上に積み重ねて埋込可能バイオノードを構成することができる(図2Cに示すように)。更に、図1Bには、基地局140の部分要素が示されている。

0063

パワーマネージメントボード101は、無線電力伝達に対して利用される2つの受信コイル104と、2つのj−インバータ106と、全波整流器107と、電圧調整108要素とを含むがこれらに限定されないバイオノード170の電力関連態様を実施するように構成された様々な構成要素を有するように例示されている。パワーマネージメントボード101は、主ボード120内のマイクロ電子機器を稼働するための2つの異なる供給電圧109及び110を供給するように構成することができる。異なる供給電圧109と110は、異なるレベルのもの、例えば、(1)2つの記録チャネルのためのアナログフロントエンド回路121及び122と、(2)プロセッサユニット135と、(3)埋込不能基地局アセンブリ140への及びからのデータを通信するための双方向遠隔測定構成要素129とに供給するための供給電圧109に対する1.8ボルト、及び刺激発生回路130に供給するための供給電圧110に対する11.2ボルトとすることができる。これらの実施形態により、バイオノード170は、外部基地局140を有する送受信機129を伴って同じく送受信機146を有する双方向遠隔測定によって有効にされる。基地局140は、図1Bに示すデータ取得コントローラソフトウエアを有するコンピュータ160のようなコンピュータにWi−Fiのような無線ネットワーク上でデータを伝達するために使用することができるシングルボードコンピュータ(SBC)142を使用することができる。例えば、SBC142は、Raspberry Piをカスタム回路と共に用いて実施することができる。例えば、基地局140は、Raspberry Piを増幅器及び給電のための波形発生器を遠隔測定のための無線DSP構成要素と共に有するカスタム製PCBと共に使用することができる。

0064

図1Bは、基地局140と通信しているコンピュータをラップトップ160として例示している。一般的に、コンピュータ160は、基地局140及びバイオノード170の作動をプログラムし、これらの構成要素の作動に関するデータを受信するためにユーザによって使用することができる。ラップトップ160として示すが、デスクトップコンピュータタブレット、又はスマート電話のような様々な他のパーソナルコンピュータデバイスを利用することができる。ラップトップ160は、各々が複数のプロセッサコアを含むことができる1又は2以上のハードウエアプロセッサとすることができるプロセッサを含む。また、ラップトップ160は、揮発性メモリ及び不揮発性メモリのようなメモリ、例えば、ランダムアクセスメモリ(RAM)及びフラッシュRAMを含むことができる。

0065

更に、ラップトップ160(又はバイオノード170及び基地局140と通信的に結合されたいずれかのコンピュータデバイス)は、生体電気事象の記録及び刺激のようなバイオノード170の機能に関するソフトウエアを実行するように構成される。一部の実施では、ラップトップ160上にデータ取得コントローラソフトウエアをインストールすることができる。一例として、データ取得コントローラソフトウエアは、Python3のような高レベルプログラミング言語で書かれる。更に、このソフトウエアを用いてデータをコンピュータの表示デバイス上にユーザ視認可能フォーマットで、例えば、実時間データプロットとして表示することができる。ラップトップ160上で実行されるこのソフトウエアは、例えば、動物被験体に関する研究環境において特に有利な特徴であるサンプリングレートADC分解能、及び刺激波形設定のようなシステムの機能パラメータを制御するためのユーザインタフェース(UI)として機能することができる。

0066

これに加えて、システム100のユーザは、Bionode DataViewと呼ばれるソフトウエアアプリケーションを用いて基地局140を通してバイオノードシステム170と通信することができる。一部の事例では、システムソフトウエアは、Macintoshオペレーティングシステム、Windowsオペレーティングシステム、及びLinux(登録商標)オペレーティングシステムのような様々なコンピュータプラットフォームへの移植性に関して書くことができ、それによってアプリケーションを広範囲にわたるコンピュータデバイスに関して構成し、配備することが可能になる。配備の容易性を更に高めるために、基地局140は独自のWi−Fi接続を生成し、Wi−Fi機能を有するあらゆるデバイスが、追加のハードウエアドライブを必要とせずに基地局140と通信することを可能にする。バイオノードアプリケーションは、全ての取得データ、並びに現在のバイオノード170及び基地局140の設定を実時間で表示するグラフィカルユーザインタフェースを提供することができる。ユーザインタフェースは、ユーザがバイオノード刺激パラメータを設定すること、並びに刺激セッションを開始及び終了することを可能にする。更に、バイオノードアプリケーションによってデータパケットをバイナリデータファイルのような望ましいファイルフォーマットで記録することができる。その後に、これらの生バイナリファイルを直接解析するか、又は複数のデータ解析ツール(すなわち、MATLAB、Spike2のような)によって容易にインポート可能なwavファイルとしてエクスポートするかのいずれかを行うことができる。

0067

パワーマネージメントボード101は、空洞共振器(動物を収容し、バイオノードに無線給電するためのアンテナとしても機能するケージとすることができる図1Bに示すような)又は着用可能基地局デバイス図1Aに示す)との無線電力伝達を実現するために使用することができる。空洞共振器とパワーマネージメントボード101内の各コイル104との対合は、2ポート帯域通過フィルタの方式で機能するものとして作動的に説明することができる。例えば、インピーダンス整合と、無負荷時のQ、Q0、及び給電周波数を最大にすることとによって電力伝達効率(PTE)が最適化される。

0068

パワーマネージメントボード101は、RFエネルギを結合し、誘導電流をDCに整流することによって電源として作用することができる。自由挙動実験の場合のような一部の事例では、送信機の方位不整合が問題を導入する可能性がある。共振空洞の使用は、一部の従来のWPTシステムと比較して改善された性能をもたらすことができるが、非最適な性能を免れるわけではない。デバイスの向きに対するより良いWPTロバスト性に関して、図1Bに示すようなRFからDCへの二軸変換に関して2つの垂直な銅コイルを別々のインピーダンス整合Jインバータ106トポロジー及び単一全波整流器107と共に実施することができる。整流器107の出力は、アナログフロントエンド(AFE)121、122、熱センサ123、MCU135、及び刺激回路130のような主ボード120の構成要素への電圧供給(例えば、1.8V)を生成するために、低ドロップアウト(LDO線形レギュレータとすることができる電圧調整要素108に供給されるように示されている。

0069

更に、パワーマネージメントボード101は、図1Bでは刺激(「stim」)回路130として示す電流制御刺激器(CCS)に電圧供給(例えば、11.2V)を提供することができる。未整流供給電圧を47μF蓄電コンデンサーを用いてバッファに入れることができ、サージは、例えば5.6Vツェナーダイオードによって防止することができる。一例として、パワーマネージメントボード101は、7mm×12mmのフットプリントを有し、2層FR−4PCBを用いて製造することができる。実施では、パワーマネージメントボード101と主ボード120は、2つの調整された出力及びデバイス接地で接続する。

0070

バイオノードシステム170の給電要件を受け入れるために、パワーマネージメントボード101は、指定量の電力、例えば、16ミリワット平均電力を供給するように設計することができる。一部の場合では、パワーマネージメントボード101は、例えば、60ミリワットまでのピーク電力を生成する機能を有するように構成することができる。この電力は、バイオノードの取得回路121、122、及び123、マイクロコントローラ135、及び刺激回路130によって使用される電圧レール(109及び110)を通してバイオノード170に伝達される。

0071

パワーマネージメントボード101は、共振器のチャンバハウジング内循環する磁場からエネルギを収集するために、互いに対して直交するように向けられた2つの2次コイル(又は90度曲げられた単一コイル)を使用することができる。これらの2つのコイルの直交する向きは、インプラントがWPTチャンバ内で様々な向きにある間にパワーマネージメントモジュール101がエネルギをより安定して収集することを可能にする。各コイルに伝達される電力は、パワーマネージメントボード101上にあり、チャンバの共振周波数(例えば、約340MHz)に適合されたインピーダンス整合アドミタンスインバータネットワーク上で最大にすることができる。パワーマネージメントボード101は、インピーダンス整合ネットワークを実施する回路を含むことができる。一例として、インピーダンス整合ネットワークは、帯域通過フィルタリング理論によって予想された値を最初に有する2つのコンデンサーを含む。これらのコンデンサー値は、システムの測定共振応答に基づいて更に調整される。パワーマネージメントボード101のインピーダンス整合態様を実施するのに利用される回路に対して、下記で図9に関して詳細に議論する。

0072

主ボード120として実施される制御モジュールは、全体的にはバイオノードの頭脳として説明することができる。図1Bは、主ボード120を2つのチャネルの各々に対するアナログフロントエンド(AFE)、すなわち、CH1 AFE 121及びCH2 AFE 122と、マイクロコントローラユニット(MCU)135と、刺激回路130と、インピーダンス試験回路131とを非限定的に含むものとして例示している。更に、MCU135は、アナログ/デジタル(ADC)入力1 124と、ADC入力2 125と、集積回路間i2Cポート126と、シリアル周囲インタフェース(SPI)ポート127と、汎用入力/出力(GPIO)128と、送受信機129とを含む内部要素を含むものとして示されている。

0073

主ボード120は、生体電位取得と、生体変調と、電極インピーダンスモニタと、熱モニタと、双方向遠隔測定とを含むがこれらに限定されないバイオノード170の複数の作動機能を実施するように構成される。主ボード120は、記録するための回路と刺激チャネルとを有し、更に、マイクロコントローラ135と、無線機と、データの送受信(送受信機129)のためのアンテナとを有する。主ボード120は、例えば、生体変調の場合は患者の埋め込み生体部位にある神経を刺激するために使用することができる電気出力である刺激出力信号134を生成するように示されている。

0074

バイオノードの複数のプロトコルを実行して調和させるために、システムオンチップ(SoC)(例えば、SoC、NordicnrF51822)を利用することができる。実施では、SoCは、デバイスの機能プロトコルへの迅速な変更を再プログラム可能ファームウエアによって可能にする256kBのフラッシュメモリを有するMCU135である32ビットARM Cortex−M0を含むことができる。

0075

一部の場合では、主ボード120は、6層FR−4(ガラス強化エポキシプリント回路基板(PCB)(39.37ミル厚)とし、例えば、AdvancedCircuits(米国コロラド州オーロラ)によって製造されたものとすることができる。主ボード120のフットプリントは、7mm×12mmで設計することができる。混合信号マイクロ電子機器の近接性を考えると、レイアウトに対する設計要件は、バイオノードのアナログブロックと、デジタルブロックと、無線周波数(RF)ブロックとを物理的に分離することである。

0076

生体電位取得は、高い差動入力インピーダンス、低いノイズ、高い共通モード除去比(CMRR)、並びに十分な利得及び帯域幅のような特別な電気的特徴を必要とする場合がある。従って、望ましい特徴を達成する努力において、主ボード120は、CH1AFE 121及びCH2 AFE 122として示す2つの並列AFEを有するように構成される。各AFEは、二段利得トポロジー(図3Aに示す)を有することができる。AFE121、122の各々は、それぞれ差動入力132、133を受け入れるように示されている。差動入力132、133である入力は、例えば、ECG記録に使用することができる差動電極対から送信された信号とすることができる。

0077

一部の場合では、AFE121、122の利得及び帯域幅は、受動構成要素の選択によって個々に再構成できるだけでなく、第2の段(200KHz)の利得と帯域幅との積によって制限することができる。実施形態では、両方のチャネルに関する合計利得が60dBに設定されるAFE121、122の第1の段(20dB利得)は、その100GΩの差動入力インピーダンス及び50μAの電力消費量のような特性に起因して増幅器(例えば、Texas InstrumentsのINA333計装増幅器)を使用することができる。AFE121、122の第2の段(40dB利得)は、反転帯域通過フィルタトポロジーに結合されたACとすることができる。次いで、第2の段の出力は、ADC、例えば、SoC内に埋め込まれた10ビットのアナログ/デジタル(ADC)に経路指定される。更に、WPT内のRF干渉を低減するためにAFE121、122内で低域通過入力フィルタを使用することができる。フロントエンドの実施は、一部の事例では整合入力インピーダンス及び差動入力インピーダンスに影響を及ぼすことができる。

0078

バイオノードシステムのAFE121、122は、DCから60Hzまでにおいて>80dBの測定CMRRを有し、2.3μVの測定入力換算ノイズを有することができる。バイオノード170に対する記録チャネルの性能特性を解析するために、Agilent 35670A動的信号解析器を用いて入力換算ノイズ、利得、及び帯域幅の測定を実施した。

0079

一部の実施形態により、バイオノード170は、様々な外部システムによってサポートされる。この場合に、無線プラットフォームシステム100は、無線給電伝達(WPT)チャンバ150を含む。WPTチャンバ150は、埋め込みバイオノードへの電力と埋め込み被験体齧歯動物に対する生活空間との両方を提供することができる。バイオノード170に及び/又はから無線送信されるデータは、バイオノード170と、図1にはラップトップ160として示すコンピュータデバイスとの間の通信インタフェースを提供する基地局140を通過することができる。ラップトップ160への通信インタフェースは、様々な無線ネットワーク接続技術、例えば、Wi−Fiを用いた無線リンクによって実施することができる。システム100に対するカスタム設計クロスプラットフォームアプリケーションは、例えばバイオノード170によって送信されたデータをラップトップ160上に表示してユーザが閲覧及び保存し、更に、バイオノード170に対する様々な設定(すなわち、刺激波形パラメータ)を指定することを可能にするために使用することができるグラフィカルユーザインタフェースを提供するように構成することができる。1つの実施に関する予想値測定結果を以下のパラメータに関して示すことができる。

0080

(表)

0081

生体変調の2つの主要なモダリティは、電気モダリティ及び光モダリティである。電気刺激に関する安全パラメータが広範囲にわたって特徴付けられてきており、プロトコルは、2相波形によって荷電平衡化しなければならない。周波数、パルス幅、及びパルスパターン分布のような他のパラメータは、それ程研究されておらず、生体効果及び低電力消費量に関して興味深い。電流制御刺激器(バイオノード内で利用することができる)は、11.2V電圧供給(例えば、図1Bに示す電圧供給110で供給される)から電荷引き込む演算増幅器定電流シンクを使用することができる。電極入力にある二極双投DPDT)スイッチによって荷電平衡2相刺激が有効にされる。搭載型12ビットデジタル/アナログ変換器(DAC)が基準電圧を供給する。全ての刺激パラメータは、MCU135内でプロトコルによって制御される。刺激器の性能は、刺激器出力を既知負荷インピーダンス(10kΩ)に接続し、かつ刺激器の機能パラメータ(例えば、パルス幅、電流振幅、及びパルス反復時間/負荷サイクル)を掃引することによって評価される。50%負荷サイクルでの様々な刺激電流振幅設定に関する「刺激出力」134として示す2相刺激器出力のサンプルを図4提示している。測定荷電平衡は、1msのパルス幅において6nCである。電流制御刺激器(CCS)は、その11.2Vのヘッドルームに起因して10kΩの負荷の両端に最大で1.12mAを送出することができる。

0082

電極を脳深部刺激のための光モジュールと交換し、かつ2相刺激を無効にすることによって光学遺伝学の実験に使用するための光刺激を構成することができる。実験的重要度の中でも、一般的に、青色発光ダイオード(LED)は、3.0〜3.3Vで最も高い順電圧を有する。11.2Vのヘッドルームは、LEDを駆動するのに十分過ぎる程である。

0083

図2A及び図2Bは、バイオノード制御モジュール又は主ボード200、210の例(すなわち、図1A及び図1Bに示す主ボード120の例示的物理構成)の上面図及び底面図をそれぞれ示している。図示のように、主ボード200、210はプリント回路基板(PCB)アセンブリである。図2A図2Bでは、バイオノード、すなわち、主ボード(図1に示す)に関する様々な機能を実施するために協働して作動するマイクロ電子機器が主ボード200、210に完全実施されているように例示されている。主ボード200、210は、2つの差動記録チャネル、1つの電流コントローラ、2相刺激器、熱感知器、電極インピーダンス測定器、及び双方向遠隔測定器のようなバイオノードの様々な態様を達成するために集積回路(IC)チップ及び受動構成要素を用いて実施することができる。バイオノードのマイクロ電子機器は、特徴的に小さい回路面積と、同じく小さいフットプリントとを有する主ボード200、210内に適合することを図2A図2Bから認めなければならない。一部の場合では、ボード200、210は、7mm×12mmで測定されるフットプリントを有することができる。マイクロコントローラは、主ボード200、210のマイクロ電子機器内に含めることができる。実施では、主ボード200、210上には、特定の使用に関してプログラムされた集積回路(IC)である特定用途向け集積回路(ASIC)として実施されたマイクロコントローラが設けられる。一部の実施では、ASICは、本明細書に説明する無線給電態様に従って無線給電を受けることができる。例えば、ASICは、給電ワンド回路基板200、210上のループアンテナとを用いて13.56MHzで無線給電することができる。更に、主ボード200、210は、ASICを給電するためのDC電圧、例えば、1.8Vに電磁波を変換するのに必要とされる電子機器を含む。

0084

実施形態では、図2A図2Bに示すマイクロ電子機器プラットフォームの最大寸法は、実施された後に12mm(長さ)×7.5mm(幅)×2.5mm(高さ)とすることができる。主ボード200、210として示す回路は、最適な受信コイルのインピーダンス整合、電力整流、及びツインボード上に配置されて積み重ねられたパワーマネージメントモジュールに対して設計することができる。集積された後に、主ボード200、210に受信コイルシステムを加えたものは、〜0.6ccの全デバイス容積に対して15mm(長さ)×7.5mm(幅)×5mm(高さ)に全デバイス形状因子を増大させることができる。刺激器は、例えば、12Vのヘッドルームを用いて電流制御することができる。主ボード200、210に実施されたマイクロ電子機器に従ってバイオノードに、2つの差動記録チャネルと、1つの刺激チャネルと、熱感知器と、電極インピーダンス測定器とを装備することができる。一部の実施形態では、デバイスの論理部は、既製の電気構成要素、例えば、ARM CORTEX M0マイクロコントローラを使用することができる。

0085

図2Cは、本発明に開示する技術を実施するための図1A及び図1Bに示すもの170のような無線埋込可能デバイス又はバイオノードの例を示している。図2Cに示すように、パワーマネージメントボードは主ボード上に積み重ねられ、完全組立バイオノード223を提供する。図2Cは、圧着ピンを有するヘッダ222を含むバイオノード223を示している。一部の実施形態では、ヘッダ222は、任意的に電極リード221、241、341を取り外し、交換するのに使用される。バイオノード223は、そこから取り外された状態で示されているシェル220によって覆うことができる。図2Dでは、バイオノード223は、シェル240内に封入された状態で例示されている。一部の場合では、シェル240は、モールド成形医療エポキシシェルである。

0086

図2Cは、ループアンテナ224も例示している。ループアンテナ224は、バイオノード223のボードに接続することができる。ループアンテナ224は、バイオノード223から及び/又はへの無線送信に関して使用することができる。一例として、データは、3GHzでループアンテナ224に送信される。

0087

図3Aは、図1Bに従ってAFE121及び122のようなバイオノードの記録チャネルのためのアナログフロントエンド(AFE)を実施する回路に関する例を示す図である。回路300は、高い差動入力インピーダンス、低いノイズ、高い共通モード除去比(CMMRR)、並びに十分な利得及び帯域幅のようなバイオノードの感知態様に関する様々な有利な電気設計特性を実施する方式で構成することができる。回路300の一般的説明として、フロントエンドフィルタ305は、増幅の前に受動帯域通過フィルタリングを可能にする。フィルタ段310は、信号を差動的に増幅する増幅段として作動させることができる。第1の段310での増幅は、例えば、最小の利得のみを有する高精度計装増幅器311を用いて達成することができる。第2の段315も、増幅段として作動させることができる。第2の段315は、第1の段310と比較して有意に高い利得を有することができ、能動帯域通過フィルタリングを実施するように構成される。

0088

一部の実施では、様々な電気パラメータを調節することができ、例えば、回路300が感知することができる様々な信号(すなわち、心電図(ECG)、皮質電図(ECoG)、筋電図(EMG)、局所電場電位(LFP)、複合神経活動電位(CNAP)、熱電対センサ入力、又は圧力センサ入力)を適正に調整するために各入力チャネルに対して利得及び帯域幅を設定することができる。回路300は、いくつかの発生源によって発生するノイズ(すなわち、隣接で放射された信号、モーションアーチファクト、及び他の生体信号)をフィルタ除去することができるが、高周波ノイズ、例えば、無線電力伝達(WPT)から信号経路注入されるノイズをフィルタ除去するように構成することができる。

0089

図3Aの実施形態により、バイオノードは、2つ、例えば、各入力に対して1つの並列デュアルエンドAFEを有する。AFEの各々は、第1の段310及び第2の段315に結合された受動フロントエンドフィルタリング305を含む回路300を用いて設計することができる。段310、315は、利得増幅のために構成される。第1の段310は、差動増幅を実施し、第2の段315は、更に帯域通過フィルタリングを提供する高利得段とすることができる。これらの並列AFEは、それ自体がゼロDCバイアス電圧を有することを可能にするレール、例えば、±0.9Vのレールを有するデュアルエンドのものである。このデュアルエンドは、刺激回路が、バイオノードの接地に負の刺激電極が接続されることを必要とする場合に利用することができる。AFEが非ゼロDCバイアス電圧を有する場合に、記録電極301と負の刺激電極の間に静電位が存在する可能性があり、この静電位は、組織損傷電極腐食、及び不慮の刺激実施を潜在的に引き起こす可能性がある。

0090

更に、回路300の代替実施形態では、受動フロントエンドフィルタリング305を第1の段の差動増幅器の前に受動的な高域通過フィルタ低域通過フィルタ、又は帯域通過フィルタを含めるオプションを与えるように構成することができる。これらのフィルタを追加することによってAFEのCMRR及び差動入力インピーダンスが低減する可能性があるが、ある一定の条件下で設計がこれらのフィルタを実施するのを有利とすることができる。一例として、差動リードを用いて生体信号(すなわち、ECG、ECoG、又はEMG)を直接感知する場合に、第1の段310内の計装増幅器311への入力をこの増幅器のDC電押込力範囲の外にドリフトさせる可能性があるドリフトDCオフセット電圧を観察する場合がある。生体電位信号のような信号を測定する時のこの問題に対処するために、AFEのフロントエンドフィルタリング段に受動高域通過フィルタを実施することができる。高周波数条件、例えば、高周波数誘導リンクを用いてバイオノードに電力を供給する場合に関しても類似の問題が観察されている。高周波数である無線機周波数(RF)のノイズが、誘導給電時にバイオノードのリード及びトレースに結合する場合がある。ノイズを補償するために、AFEのフロントエンドフィルタリング305の段内に受動低域通過フィルタを実施することによってノイズを除去するように回路300を構成することができる。上述の問題の両方が引き起こされる(すなわち、バイオノードを無線給電し、同時にECGを測定する)条件下でバイオノードを作動させる場合に、AFE回路300のフロントエンドフィルタリング305セクション内に受動帯域通過フィルタが投入される。上述の問題を呈する条件がない作動の場合に、特定の回路を投入することによってフロントエンドフィルタリング305のセクションバイパスすることができる。一例として、このバイパスは、ゼロオーム抵抗器を有するR1 306及びC1 307のパッドを投入し、R2 308及びC2 309のパッドを投入せず、高めの差動入力インピーダンス及びCMRRを有する入力チャネルを設けることによって実施される。

0091

バイオノードの1つのAFE回路300に関する性能特性の例を以下のパラメータに関して示すことができる。

0092

(表)

0093

第1の段310は、入力信号を差動増幅する接地基準計装増幅器311を含むことができる。増幅器311は、高い入力インピーダンス(すなわち、100GΩ)、低い電力消費量(すなわち、50μA)、及び低い作動電圧(すなわち、1.8V)のような様々な構成要素特性に基づく設計選択として選択することができる。RG312抵抗器の値は、計装増幅器311の利得を決定することができる。例えば、増幅器311に対する利得を20dB(RG=11kΩ)に設定することができる。この利得は、ノイズを低減するために第2の段315の利得と比較して小さい。

0094

第2の段315は、演算増幅器316を用いて反転帯域通過フィルタトポロジーを実施するように示されている。増幅器316は、様々な構成要素特性、例えば、十分な利得帯域幅(1MHz)、低いノイズ(25nV/sqrt(Hz))、及びレール対レール出力という理由で選択することができる。一部の場合では、増幅器316は、両方のAFEを実施するために1つのICを使用することを可能にし、それによって回路面積を低減する小型のデュアルパッケージ形状因子で利用可能であるという追加の利点を有する。第2の段315の利得及び帯域幅は、RS317、CS318、RP318、及びCP319に対して適切な成分値だけ調節することによって個々に再構成することができる。第2の段315に対する利得は、一例として20dBと50dBの間に設定することができる。

0095

AFEの各々に関する回路300の出力320は、マイクロコントローラのADC入力のうちの2つに直接経路指定される。バイオノードシステムのためのマイクロコントローラには、AFEを給電するものと同じ±0.9Vレールから給電することができ、それによって第2の段315の出力をシングルエンド信号に変換する必要性を潜在的に取り除くことができる。それにより、出力をマイクロコントローラのADC入力に直接経路指定することが可能になる。一部の実施では、マイクロコントローラのADCは、ユーザが双方向通信インタフェースを通して選択可能な25KHzまでの全サンプリングレートにおいて8ビット又は10ビットのいずれかの分解能でサンプルを取得するように構成することができる。

0096

図3Bは、無線埋込可能デバイスの定電流刺激態様を実施するための回路340の例を示している。一部の実施では、一定又は他に実質的に一定の電流刺激波形をバイオノードに印加することができる。回路340の一般的説明として、定電流刺激は、電流ソース342が発生させる。電流ソース342の出力は、バイオノードのマイクロコントローラがデジタル/アナログ変換器(DAC)341を通して設定することができる。例えば、電源投入シーケンス中に不慮の刺激が発生するのを潜在的に防止するために通常は接地された制御スイッチ343を使用することができる。2相刺激を有効にするために、正の刺激電極344をバイオノードの接地346に直接取り付けられるように示す負の電極345の周り揺動させることができる。

0097

上記で議論したように、電流刺激は、デジタル/アナログ変換器(DAC)341によって駆動される電流ソース342を用いて構成することができる。図3Bは、電流ソース342をDAC341によって供給された制御電圧を電流波形に変換するHoward電流ソース(HCS)として例示している。DAC341のトポロジーを示すが、電流ミラーリング又は電極極性切り換え(この場合に、正の電極と負の電極とが物理的に切り換えられる)のような他のトポロジーを実施することができる。図3Bに記載の構成は、ロバストな対称双極電流パルスを発生させるDACに関連付けられた利点を提供することができる。電流ミラーリングトポロジーが使用される場合に、対称パルスを達成することに関して寸法公差に起因する課題に遭遇する場合がある。同様に、電極極性切り換えも、一例としてアノード及びカソード電極配置物理的変化に起因して被刺激神経内に非対称応答を時として発生させる場合がある。

0098

回路340の電流ソース342では、出力電流Iは、次式によって制御電圧VCTRLに関連付けられる。



(1)

0099

一部の実施では、Rs347は、指定された刺激電流振幅及び精度のような特定の設計要件を満たすことができるように構成された限流抵抗器である。例えば、バイオノードは、10kΩの電極インピーダンスを通して1mAの最大刺激電流を供給するように設計することができる。一部の場合では、VCTRLを供給するDACに対する出力電圧範囲が−0.9Vから0.9Vまでであることに起因してR_Sは800Ωに設定され、それによって電流ソース342が−1.125mAから1.125mAの範囲にわたる電流出力を供給することが可能になる。例えば、10kΩの電極インピーダンスの両端にこの電流を駆動するために、電流ソース342は±10.5Vサプライ348による給電を受け、それによって出力端子に10.5Vの最大電圧を出現させることができる。

0100

実施形態により、バイオノードの搭載型マイクロプロセッサがシリアル周囲インタフェース(SPI)を通して制御する12ビットDAC341によって刺激波形が発生する。一般的に、これらの刺激波形は、振幅、パルス幅(TPW)、及びパルス反復時間(TPRT)に関してユーザ定義可能な2相矩形パルスである。

0101

一例として、ユーザは、プラットフォームによってサポートされるバイオノードアプリケーションのようなソフトウエアを用いてこれらのパラメータを定めることができ、このソフトウエアは、後にバイオノードの搭載型マイクロプロセッサ内の割り込みレジスタを設定するようにバイオノードに命令する。これらの割り込みレジスタは、DAC341の出力電圧更新をいつ行わなければならないかを指定することによって刺激波形を定めることができる。DAC341の出力の精度を更に高めるために、DAC341の出力上に存在する可能性があるDCオフセット静電圧を自動的に補償するためにマイクロコントローラによって使用される較正レジスタをユーザ定義可能である。これらのDCオフセット電圧にはある範囲が存在することができ、これらのオフセットを補償するための較正値を各バイオノードの製造中に実験的に達成することができる。

0102

更に、回路340は、DAC341の出力と電流ソース342の間に単一プル双投(SPDT)スイッチ343が配置されることを示している。スイッチ343は、DAC341に最初に電源投入される時に潜在的に遭遇する可能性があるDAC341の出力上のあらゆる始動異常を回避するために使用することができる。回避されない場合に、この異常により、バイオノードに電源投入される度に刺激器回路340が望ましくない刺激パルスを出力する場合がある。

0103

スイッチ343は、搭載型マイクロコントローラによって制御され、制御線に取り付けられたプルダウン抵抗器349を有し、この抵抗器は、マイクロコントローラが電源投入されたが、依然としてその電圧レベルを駆動していない時であっても、スイッチ343が位置ゼロにあることを確実にするのに役立たせることができる。位置ゼロにある時に、スイッチ343は電流ソース341のVCTRL線に接地を接続し、刺激器にいかなる電流も出力させない。位置1にある時に、スイッチ343は、DAC341の出力をVCTRLに接続され、DAC341が刺激器回路340の電流出力を制御することを可能にする。安全性の理由から、刺激を行うべきことをユーザが指定した時にスイッチ343を位置1に設定することが望ましい場合がある。

0104

刺激器に関する重要な性能仕様リストを以下のパラメータに関して示している。

0105

(表)

0106

図4は、バイオノードの刺激器出力から測定した電流制御式2相出力を表示する例示的グラフ400である。この例では、刺激器出力は、刺激器出力の間で10kΩの負荷を用いてベンチトップ上で測定したものである。グラフ400は、出力信号をx軸に沿う時間(ms)とy軸に沿う電流(μA)の間の相対関係として表示している。パルス幅、電流振幅、及び負荷サイクルは、基地局からバイオノードへの逆遠隔測定によって実時間で選択可能なパラメータとすることができる。この場合に、様々な振幅設定に対する電流出力を示すために1msのパルス幅及び50%負荷サイクルを用いている。

0107

図5は、バイオノードの電極インピーダンス測定機能を用いて測定した二乗平均平方根(RMS)電圧を表示するグラフ500の例である。例えば、グラフ500内に示す測定RMS電圧は、電極インピーダンス測定回路を作動させながら一連の既知の負荷インピーダンスの両端で記録することができる。グラフ500は、RMS電圧信号をX軸に沿うインピーダンス(kΩ)とY軸に沿うVRMS(V)の間の相対関係として表示している。このデータに適用される予想曲線を計算することができ、この曲線は、0.994というR2値を示している。更に、この予想曲線は、固定周波数での電極インピーダンスを見積もるために使用することができる。

0108

図6は、温度センサ測定値のプロット点と熱電対変化曲線とを表示するグラフ600の例である。グラフ600は、温度ICと環境温度変動を追跡する熱電対との比較の例としてのグラフィック表現である。グラフ600は、X軸に沿う時間(分)とY軸に沿う熱電対の温度(℃)及び温度センサ測定値との間の関係を表示している。

0109

図7は、無線通信プロトコルを実施するのに使用されるデータパケット構造に対するフォーマットの例を示している。例えば、図7に表示すフォーマットを有するデータパケット700は、無線通信中にバイオノードから送信することができ、バイオノードプラットフォームのためのソフトウエアを実行するコンピュータデバイスによって受信されることになる。図示のように、データパケット700は、3つの主セグメント、すなわち、ヘッダ710と、ペイロード720と、CRC709とに分割することができる様々なフィールドを含むようにバイオノードの無線通信プロトコルに従ってフォーマット設定される。データパケット700のヘッダ710セクションは、1又は2以上のフィールド、すなわち、同期(SYN)701と、パケットID(PID)702t、送信ID(TXID)703と、受信機ID(RXID)704と、タイプ705とを含む。ペイロード720のセクション内では、フォーマットは、記録データ706と、刺激ステータス707と、タイムスタンプ708とを含む1又は2以上のフィールドを有する。

0110

更に、パケットのフォーマットの各フィールドは、システムの無線通信態様をサポートするのに使用可能な情報を含む。SYN701は、パケットの開始点を示す0xA55Aに等しい同期バイトである。PID702は、実行計数器が発生させ、電源投入以来送られたパケットの個数を示すパケットIDである。TXID703は、パケット発生元(PC、基地局、又はバイオノード)を示している。RXID704は、意図する受信側(PC、基地局、又はバイオノード)を示している。TYPE705は、パケットのペイロードセクションの内容を分類するパケットのタイプである。記録データ706は、40個の8ビットデータサンプル又は32個の10ビットデータサンプルのいずれかを含む。データ分解能は、先行するTYPEバイトによって定められる。刺激ステータス707では、各ビットは、ペイロードの記録データセグメント内への各対応するデータサンプルの取得中に刺激器が刺激を行っていたか否かを示している。タイムスタンプ708は、基地局によって追加され、データのサンプリングレート、並びにいずれかの消失データ持続時間を決定するためにPCがPIDと併用することができる4バイトのタイムスタンプである。最後に、CRC709は、各パケットの正当性を決定するのに使用される16ビットの巡回冗長検査である。

0111

パーソナルコンピュータ、基地局、及びバイオノード(図1に示す)に又はから送信されるパケット700は、同じヘッダ710及びCRC709セクションを含有することができる。一部の実施形態では、ペイロード720セクションは、パケット700内で送信されるデータのタイプに依存して変化する。ヘッダ710セクションは、基地局が、受信した1又は2以上のパケット700を適正に経路指定するために用いて、パケット700が不正に経路指定されたか否かを決定するためにヘッダ710の内容を解析することができる。先頭のSYNバイトは、バイト0xA55Aから構成される。これらのバイトは、部分パケットデータストリームから欠損している可能性がある場合にデータパケット700の開始点を見出すことを可能にする。この欠損は、基地局のマイクロコントローラと基地局の搭載型Raspberry Pi(図1に示す)との間で行われるシリアル送信中に発生する可能性が高い。データパケット700内の次のバイトは、増分するパケットID番号を含む。パケットID番号は、データパケットを送信する又は他に送るデバイス(すなわち、パーソナルコンピュータ、基地局、又はバイオノード)によって設定及び増分され、パケットを受信側が捕捉し損ねたか否かを決定するのに使用される。パケット700内の次の2つのバイトは、パケットを送った送信デバイスのID番号(0=PC、1=基地局、2=バイオノード、3=不正)と、意図する受信側であるデバイスのID番号とを含む。これらのバイトは、全ての着信パケットがどこに経路指定されるかを基地局に伝え、着信データパケットがどこから発したかを受信側に通知する。ヘッダ710の最終バイトは、ペイロード720内に含有されるデータのタイプを示すパケット700のタイプIDを含有する。ペイロードデータのタイプ及びそれに関連付けられたタイプIDを下記の表内に示している。

0112

(表)

0113

図8は、バイオノード820と基地局810とパーソナルコンピュータ801とを含む無線プラットフォームシステムの構成要素間の通信経路を描く図を示している。システムの使用中の双方向通信は、埋込可能デバイスの柔軟性及び可能な用途使用を有意に高めることができる。データを送信する機能は、埋込可能デバイスから搭載型データストレージの負担を潜在的に取り除くが、同じく埋込可能デバイスがその現在ステータス及び設定を実時間で通信することも可能にし、それによって長期間にわたって埋め込み性能での高い信頼性が与えられる。更に、データを受信する機能は、埋め込み前、中、及び後に埋込可能デバイスを構成し、較正し、かつそれに命令を与えることを可能にする。データを受信し、それと共に送信することができる埋込可能デバイスは、外部のユーザ又はシステムが、埋込可能デバイスによって得られた記録データに基づいて埋込可能デバイスに応答的に命令を送ることを可能にし、閉ループシステムを実質的に生成するという追加の利点を有する。

0114

埋込可能デバイスにおいて双方向通信を実行する際の潜在的な課題は、無線通信回路によって導入される高い電力消費量を処理することである。バイオノード820の場合を含む多くの場合に、埋込可能デバイス上で最も電力を要するシステムは、送信無線機及び/又は受信無線機である。データ送信が行われる時に緊密に連携を取ることによってデータを送受信する間のバイオノード820上の電力消費量を有意に低減することができる。

0115

バイオノード820上のマイクロコントローラは、デバイスの内外出入りする遠隔測定データを通信するように構成される。バイオノード820のためのマイクロコントローラは、低電力スリープ状態、小さいサイズ、搭載型無線機、及び搭載型アナログ/デジタル変換器(ADC)のような望ましい構成要素特性を達成するように選択することができる。例えば、スリープモードにある時に2μAの電流しか消費せず、無線機が起動された時に20mAの電流を消費し、無線機が停止された状態でマイクロコントローラを可能な限りスリープモードに保つための割り込み駆動ファームウエア設計が開発されたマイクロコントローラを利用することができる。

0116

カスタム設計の外部基地局810との協働的なハンドシェイクプロトコルを強制することにより、図8に示すように双方向通信を実行することができ、それによってバイオノード820とあらゆる外部ユーザの間の全ての通信が容易になる。バイオノード820が、そのADCから特定の個数のサンプル、例えば、40個のデータサンプルを取得した後に、バイオノード820のマイクロコントローラは、搭載型無線機を用いて基地局810へのデータパケット送信を開始する。データパケットは、例えば、従来のパケット化技術を用いて記録データを含むように構成し、その後に、データパケットコンストラクタ821から送信信号832を通して通信することができる。

0117

一部の場合では、無線機は、2.4GHzISM帯域無線機である。この送信信号は、例えばADCデータ利用可能割り込み825への送信信号837として例示している。一部の場合では、熱センサ826によって受信された送信信号838が、バイオノード820からのデータパケット送信を開始することができる。殆どの場合に、無線機は、約1ミリ秒続く送信中に起動される。

0118

しかし、複数のパケットを連続して送信した後、例えば、100番目のデータパケットの後に、バイオノード820は基地局810とのハンドシェイクを開始する。ハンドシェイクは、基地局810のバイオノード/基地局ハンドシェイク817のユニットとバイオノード820のハンドシェイクデータハンドラ823との間を用いて実施することができる。

0119

指定データパケット又は他に通信の最後と見なされるデータパケット(例えば、100番目のデータパケット)を送信した後に、バイオノード820は、その無線機を受信モードに設定し、一般的に、10ミリ秒を超えない時間にわたって基地局810からのデータパケットに関して傾聴する。それにより、バイオノード820に単一データパケットを送る機会が基地局810に与えられる。データパケットは、データ取得設定、刺激設定、及び通信設定を格納する、バイオノード820のマイクロコントローラ内のファームウエアレジスタを設定するのに使用される45バイト長のペイロードを含むことができる。図8にはこれらのレジスタをバイオノードレジスタ822として示している。ペイロードは、書込可能ファームウエアバイオノードレジスタ822に対する値を含有するので、この1回のデータ送信中にバイオノードを完全に構成し、それに命令を与えることができる。

0120

一部の場合では、ハンドシェイク駆動式通信機構は、バイオノード820が、最も短い無線機起動時間で外部情報源からデータを受信する機能を維持しながら取得データを迅速に送信することを可能にする。例えば、5kHzの全データ取得サンプリング周波数所与とすると、バイオノードの無線機は、毎秒125個のデータパケットを送信し、800ミリ秒に1回ハンドシェイクを開始することになる。上述した無線機作動時間を所与とすると、無線機がこの時間のうちの少なくとも86.7%にわたって停止状態にありながら双方向通信を提供する。

0121

無線通信機構での別の課題は、データのロバスト性を高めることである。バイオノード820によって記録されたあらゆるデータを適正に解析するためには、データがいつ破損又は消失したかを識別する機能が望ましい場合がある。データは、それがRFエネルギを吸収することができる妨害物によって遮蔽される場合、同じ周波数で通信している隣接のデバイスが干渉を発生させる場合、及びバイオノード820と基地局810の間の距離がバイオノード820の送信範囲よりも大きい場合を含む様々な条件下で無線送信中に破損又は消失する場合がある。更に、データは、バイオノード820がデータの取得又は送信中に突然電力を失う場合のシナリオで消失する場合がある。

0122

基地局810は、破損及び消失したデータパケットを検出する方法を使用するように構成することができる。例えば、データパケットを基地局810に送る前に、バイオノード820は、パケットの最後に2バイトの巡回冗長検査(CRC)を付加することができる(図7に示す)。基地局810は、このCRCを用いて全ての着信データパケットの正当性を決定する。冗長検査を実行する機能は、バイオノードパケットCRC検査器816によって実行することができる。このCRCを通さなかった破損データパケットは基地局810によって廃棄され、他のユーザには渡されない。更に、消失データパケットを検出可能にするために、基地局810は、着信パケットの最後に4バイトのタイムスタンプを付加することができる。これらのタイムスタンプは、データサンプルが取得データストリームから欠損しているか否か及び何個のデータサンプルが欠損しているかを決定するために使用することができ、それによって後のデータ解析に関する精度を改善し、バイオノードプラットフォームの全体的な性能を改善することができる。

0123

図9は、無線埋込可能デバイスのインピーダンス整合を実施する回路900に関する例を示す図を示している。インピーダンス整合回路900は、パワーマネージメントボードの受信コイル(図1Bに示す)に伝達される電力の量を最大にするために使用することができる。例えば、図9ではコンデンサーCcoil906と、並列に結合された誘導子Lcoil907とを含むコイル段905として表す各コイルは、電力伝達効率を最大にするインピーダンス整合段910に直接に接続される。次いで、取得AC信号は、デュアルエンド整流器915を用いて整流されて正及び負のDC電圧が生成される。次いで、正と負の両方の整流器出力が、受動低域通過フィルタ920に通されて高周波数RFノイズが除去される。整流器915の回路のフィルタリングされた出力を調整することによってバイオノードのための正及び負の電力レールを発生させることができる。フィルタリングされた整流器出力を正及び負の電圧ダブラー回路930に通すことにより、バイオノード刺激回路によって必要とされる可能性がある高めの電圧を発生させることができる。

0124

各コイル905に結合されるAC電圧は、全波整流器915を用いて正と負の両方のDC電圧に変換することができる。その後に、バイオノード上の低電圧回路を保護するために、整流器915から出力される大きい振幅の電圧がダイオード916を用いて抑制される。更に、バイオノードに安定した電圧を供給するために、整流器915に存在する非理想性から結合されたACノイズを低減するための抵抗器−コンデンサーベースの低域通過フィルタ920が、正と負の両方の整流器出力に対して実施される。次いで、整流された電圧はレギュレータ935、936に供給され、バイオノード上のデジタル記録回路に正確で低いリップル電圧サプライが与えられる。バイオノードの刺激回路によって必要とされる可能性がある高めのヘッドルーム電圧を供給するために、全波整流器の両方の出力をダブラー931として示す正の出力に対する昇圧変換器と、ダブラー932として示す負の出力に対する反転電荷ポンプとを用いて2倍にすることができる。これらのダブラー回路の出力は、その定電流刺激出力を駆動するためにバイオノードの刺激回路によって必要とされる電圧を供給する。

0125

図10は、無線埋込可能デバイス(図2C及び図2Dにも示すバイオノード)のパッケージ化処理の例を断面図によって示している。図示の処理の第1の段では、電極に対するソケット右手側にある3つのソケット)を含む貫通キャップ1001、並びにバイオノードの主ボードに対するコネクタ(貫通キャップ1001の左側にある)が構成される。次いで、積み重ね関係にあるパワーマネージメントボード1007と主ボード1008とを含む完全組立バイオノード1002が、貫通キャップに接続され、ケース1003が貫通キャップ1001に取り付けられる。更に、図示するのは、アンテナとパワーマネージメントボード1007から主ボード1008に延びる電源ラインとである。その後に、貫通キャップ1001の上方に凹部を生成するために使用されるエポキシから電極ソケット絶縁するために、貫通キャップ1001の外部にプラグ1004が接続される。次いで、プラグ1004は除去され、エポキシ1005の初期コーティングがケース1003全体の周りに塗布される。次いで、電極ソケットに電極ソケット1006が接続され、貫通キャップ1001の上方の凹部がシリコーン1007で充填される。シリコーンが硬化すると、インプラント全体が再度エポキシで被覆され、それによってインプラントが完全に封入される。

0126

図10に示す得られる封入された円筒形パッケージは、1.5cmの直径及び9グラムの重量を有する3.5cm長とすることができる。図9に示すこのパッケージ化手法は、設計でのカスタマイズ及び柔軟性、並びに埋込可能デバイスの試験サイクルを最適化することができる。ボード形状、サイズ、及びアーキテクチャの変更は、デバイスケーシング及び貫通ボードレイアウトへの迅速な変更によって受け入れることができ、高速ターンアラウンド及び実施が可能になる。更に、貫通ボードによって利用される相互接続部は、容量性貫通システムのような将来のデバイスの絶えず進化し続ける属性に適合するように修正することができる。更に、本方法に使用される材料及びツールは比較的廉価であり、入手及び採用することが容易である。

0127

バイオノードのハードウエアへのいかなる調節も必要としないデバイスに関して、貫通凹部を取り囲むエポキシの最上層は、帯鋸又は回転ツールを用いて取り除くことができる。エポキシが取り除かれた状態で、シリコン及びリードを手で取り外すことができる。次いで、新しいリードを挿入することができ、凹部をシリコンで再充填することができ、デバイスをエポキシ内に再封入することができる。バイオノードのハードウエアへの調節を必要とするデバイス(すなわち、様々なAFE通過帯域値を必要とするデバイス)に関して、ケーシングは、貫通ボードの下方で切断することができ、デバイスを取り外し、調節し、再パッケージ化に関して新しい貫通ボードに装着することができる。

0128

図11を参照すると、被験者の中にモジュール(埋込可能バイオノードカプセル)を埋め込む例示的方法1100の流れ図が示されている。一部の実施形態では、このモジュールは、例えば、図1〜図10に関して上述したモジュールと類似の特徴を有することができる。方法1100は、被験者内へのモジュールの埋め込み及びモジュールと他のシステム構成要素間の通信を容易にする。

0129

例示的方法1100は、被験者の中にモジュールを埋め込む作動1102を含む。被験者は、ヒト被験者又は動物被験体とすることができる。モジュールは、完全に被験者内に(例えば、モジュールのいかなる部分も外部環境に直接露出されることなく完全に被験者の皮膚の下に)存在するように被験者内腔の中に埋め込むことができる。

0130

モジュールは、選択される解剖学的場所に埋め込むことができる。例えば、作動1102は、被験者の中でモジュールが固定されることになる選択された埋め込み場所の近くに切開部を生成する段階と、この切開部を通してモジュールを挿入する段階と、モジュールを固定する(例えば、選択された向き/位置を維持するために1又は2以上の縫合糸を使用する)段階と、切開部を閉じる段階とを含むことができる。ヒト患者に関わる一例示的使用シナリオでは、切開は、患者の鎖骨の近くに開口部を生成することができる。モジュールは、患者の胸部位において切開部を通して挿入され、皮下で体内に固定することができる。ヒト患者に関わる他の使用シナリオでは、作動1102は、胸内の別の部位、腹腔骨盤腔胸腔、背側腔、頭蓋腔体肢などの中にモジュールを埋め込む段階を含むことができる。マウスのような動物に対して類似の作動手順及び挿入部位を使用することができる。

0131

モジュールが埋め込まれる解剖学的場所は、モジュールが相互作用するように構成された解剖学的特徴部に基づいて選択することができる。例えば、モジュールは、モニタ又は刺激することが意図される特定の解剖学的構造の近くに、又は複数の解剖学的構造の間に位置付けることができる。胸の皮下領域内への埋め込みは、侵襲性を低減すると同時に安全で効率的な作動1102を容易にすることができる。胸部位内への埋め込みは、モジュールを対処するようにかつ被験者内及び/又は外部の離れた場所に位置付けられた他のシステム構成要素との通信を容易にするように構成することができる様々な用途又は条件に適する場合がある。

0132

方法1100は、変換器をそれが相互作用する(例えば、感知又は刺激する)ように構成された解剖学的構造の近くに埋め込む作動1104を含む。変換器は、電気信号をモジュールと変換器間で通信することができるようにモジュールと通信的に結合する(有線又は無線で)ことができる。様々な実施形態では、変換器は、インピーダンスモニタ、熱モニタ、圧力モニタ光モニタ、及び/又は1又は2以上の出力、例えば、電気生体変調又は光生体変調を提供するように構成された出力等のために構成された1又は2以上のセンサ又は電極を含むことができる。

0133

作動1104は、変換器を解剖学的構造に固定する段階を含むことができる。解剖学的構造は、モジュールがモニタ又は刺激するように構成された条件に基づいて選択することができる。例えば、変換器は、膀胱の近くに位置付けられた(例えば、尿失禁用途に関して)圧力センサ、血流の特性を測定するように構成された(例えば、サイトカイン、ホルモンのような測定に関して)光センサ、心臓又はに関する迷走神経、脳、及び交感神経又は鼓室神経の近くに位置付けられた電気センサ及び/又は出力などを含むことができる。

0134

一部の実施形態では、方法1100は、モジュールと変換器とをリンクする作動1106を含む。例えば、作動1106は、変換器をモジュールと物理的に接続し、変換器とモジュール間で有線通信を可能にする有線リードによって変換器をモジュールに接続する段階を含むことができる。変換器とリードとモジュールとは、被験者内への挿入の前に互いに接続され、その後に、被験者内の選択された場所に固定することができる。他の実施形態では、変換器は、モジュール及び/又は変換器が被験者内に埋め込まれた後に変換器とモジュール間にリードを配線することによってモジュールに接続することができる。

0135

一部の実施形態では、変換器は、それ自体とモジュールの間の無線送信を可能にする1又は2以上の無線通信構成要素を含むことができる。作動1106は、変換器からの信号をモジュールが受信すること及び/又はその逆を行うことができるように変換器とモジュールを通信可能にリンクする(例えば、変換器及びモジュールが各々それぞれの選択部位に固定された後に)段階を含むことができる。従って、この場合に、方法1100は、被験者内の互いから遠隔の場所に複数の無線通信デバイス(例えば、モジュール及びそれと無線通信している1又は2以上の変換器)を埋め込む段階を含むことができる。

0136

作動1106は、変換器出力の通信及び/又は処理を実時間で実行することができるようにモジュールと変換器を通信可能にリンクする段階を含む。例えば、膀胱の近くに位置付けられた圧力センサからの圧力出力は、胸に位置付けられたモジュールが受信し、適切な応答を決定するように処理することができる。次いで、モジュールは、変換器に応答を送るか又は本明細書で更に説明するように関係情報を基地局に送ることができる。

0137

一部の実施形態では、方法1100は、基地局をモジュールと通信可能にリンクする作動1108を含む。作動1108は、無線双方向遠隔測定を可能にするためにモジュールと基地局をリンクする段階を含むことができる。例えば、作動1108は、変換器から受信されるデータをモジュールが受信及び/又は処理し、次いで、基地局に送出することを可能にすることができる。同じく作動1108は、基地局がデータ、指令などをモジュールに送出することを可能にすることができる。

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