JP2008505714A

JP2008505714A - 埋込み可能な医療デバイスのための音響通信システム

Info

Publication number: JP2008505714A
Application number: JP2007520547A
Authority: JP
Inventors: アーックス，ジェフリー・エイヴォン; マザール，スコット・ティ; チャヴァン，アブヒ
Original assignee: カーディアック・ペースメーカーズ・インコーポレーテッド
Priority date: 2004-07-09
Filing date: 2005-07-07
Publication date: 2008-02-28
Anticipated expiration: 2025-07-07
Also published as: EP1771224A1; US8626296B2; JP4931809B2; US20090143836A1; WO2006010010A1; US20060009818A1; US7489967B2; US8165677B2; WO2006010010A8; EP1771224B1; US20120209342A1

Abstract

埋込み可能な医療デバイス（１１０）は、音響結合器を介した別の医療デバイスとの体内通信のための音響トランスデューサ（２３２）を備える。音響トランスデューサ（２３２）は、１つまたは複数の圧電トランスデューサを備える。一実施形態では、埋込み可能な医療デバイス・ハウジング（２１２）は、心臓律動管理（ＣＲＭ）管理デバイス（２２５）および音響通信回路（２３０）を備える。音響トランスデューサ（２３２）が、音響カプラとして機能するために音響通信回路（２３０）と電気的に接続され、かつ直接的にまたは支持構造を介して、埋込み可能なハウジング（２１２）の壁と物理的に接続される。

Description

関連出願

（優先権の請求）
出願が参照によって本明細書に組み込まれる、２００４年７月９日に提出された米国特許出願第１０／８８８，９５６号に対して、優先権が本明細書によって請求される。

本文書は一般に埋込み可能な医療システムに関し、詳細には、音響結合によって別のデバイスと通信するための音響トランスデューサを備える埋込み可能な医療デバイスに関するが、それに限定されない。

医療デバイスは、生理学的状態を監視するため、病気を診断するため、病気を治療するため、または器官または組織の機能を回復させるために人体内に埋め込まれる。このような埋込み可能な医療デバイスの一つのタイプとして、埋込み可能なＣＲＭデバイスは、患者の心臓機能を監視すること、および／または電気的および／またはその他の治療を、心臓を含む患者の心臓血管系に施すことによって、心臓不整脈、心不全、その他の心臓疾患を治療する。埋込み可能なＣＲＭデバイスの一例は、埋込み可能なペース・メーカーである。埋込み可能なペース・メーカーは、心臓律動を回復させ、様々な心臓領域内の収縮を調整し、それによって血行動態性能を改善するために、電気パルスを心臓に送る。埋込み可能なＣＲＭデバイスの別の例は、埋込み可能な電気的除細動器／除細動器（ＩＣＤ）である。ＩＣＤは、頻脈や細動を含む頻脈性不整脈を治療するために、高エネルギーの電気的刺激を心臓に与える。ペース・メーカーやＩＣＤに加えて、埋込み可能なＣＲＭデバイスの例は、埋込み可能なペース・メーカーとＩＣＤの機能を組み合せた埋込み可能なペース・メーカー／除細動器や埋込み可能な薬剤投与デバイスを含み、さらに心臓疾患を監視、診断および／または治療するためのその他の埋込み可能なデバイスを含むが、それに限定されない。

埋込み可能なＣＲＭデバイスはしばしば、患者体内に埋め込まれた後で長期間使用することが意図されているため、サイズ、複雑さ、電力消費が、本質的に制約される。したがって、ＣＲＭシステムは、外部デバイスまたはシステムと、１つまたは複数の埋込み可能なデバイスとを備えている。外部デバイスまたはシステムは、ＣＲＭシステムのためのユーザ・インターフェイスを設け、ＣＲＭシステムが、埋込み可能なＣＲＭデバイス単独では行うことが不可能である機能を行うことを可能にする。埋込み可能なＣＲＭデバイスと外部デバイスまたはシステムとの間の通信は、誘導結合または無線周波数電磁リンクを通じて遠隔通信によって行われる。また、ＣＲＭシステムは、埋込み可能なＣＲＭデバイスと、別の１つまたは複数の埋込み可能なデバイスとの調整された動作によってある機能を行う。このような調整された動作は、たとえばＣＲＭシステムが、単一の埋込み可能なデバイスを使用することによってアクセスすることが実際に困難である体内の複数の位置で監視および／または治療機能を行うことを可能にする。この理由または他の理由で、２つの埋込み可能な医療デバイスの間の体内通信リンクに対する必要性がある。

埋込み可能な医療デバイスは、音響結合器を介しての別の医療デバイスとの体内通信のための音響トランスデューサを備える。音響トランスデューサは、直接的にまたは支持構造を介して、埋込み可能な医療デバイスのハウジングに物理的に締結された１つまたは複数の圧電トランスデューサを備える。

一実施態様では、埋込み可能な医療デバイスは、ＣＲＭデバイス、音響通信回路、音響トランスデューサ、埋込み可能なハウジングを備える。音響通信回路は、ＣＲＭデバイスと結合され、かつデータ送信器とデータ受信器のうちの少なくとも１つを備える。音響トランスデューサは、音響通信回路に結合され、かつ音響通信のための音響カプラとして機能する。埋込み可能なハウジングは、ＣＲＭデバイスや音響通信回路を容れるチャンバを形成する壁を備える。

一実施態様では、埋込み可能な医療デバイスは、感知回路および／または治療施術(therapy delivery)回路、複数の音響トランスデューサ、音響通信回路、埋込み可能なハウジングとを備える。音響トランスデューサは、音響通信のための音響カプラとして機能する。音響通信回路は、感知回路および／または治療施術回路と結合され、かつ音響トランスデューサに結合されたトランスデューサ・インターフェイス回路を備える。埋込み可能なハウジングは、感知回路および／または治療施術回路や音響通信回路を容れるチャンバを形成する壁を備える。

一実施態様では、ＣＲＭシステムは、２つ以上の医療デバイスを備える。ある医療デバイスは、ＣＲＭデバイスと、ＣＲＭデバイスに結合された音響通信回路と、音響通信回路に結合された音響トランスデューサとを備える埋込み可能な医療デバイスである。音響トランスデューサは、音響結合器のための音響カプラとして機能する。別の医療デバイスは、音響結合器を介して埋込み可能な医療デバイスと通信する。

一実施態様では、埋込み可能な医療デバイスは、音響通信回路、音響トランスデューサ、埋込み可能なハウジングを備える。音響トランスデューサは、音響通信回路に結合され、かつ音響通信のための音響カプラとして機能する。埋込み可能なハウジングは、少なくとも音響通信回路を容れるためのチャンバを形成する壁を備える。音響トランスデューサは、埋込み可能なハウジングの壁に締結される。代替となる実施態様では、膜が、埋込み可能なハウジングの壁に接続される。音響トランスデューサは膜に締結される。

音響通信を備える埋込み可能な医療デバイスを作製するための方法が提供される。一実施態様では、通信回路を備えるＣＲＭデバイスが提供される。チャンバを形成する壁を備える埋込み可能なハウジングが提供される。音響トランスデューサが、音響カプラとして機能するために通信回路に接続される。音響トランスデューサを備える音響カプラ組立体が壁に接続される。ＣＲＭデバイスおよび通信回路が、埋込み可能な医療デバイスのチャンバ内にカプセル化される。

この概要は、本出願の教示のいくつかの総括であり、本主題の排他的なまたは網羅的な処置であることを意図されてはいない。本主題に関するさらなる詳細は、詳細な説明と特許請求の範囲で見出される。本発明の他の態様は、以下の詳細な説明を読み、かつ理解し、その一部を形成する図面を見れば当業者なら明らかであろう。これらのそれぞれは限定的な意味でとられるべきではない。本発明の範囲は、頭記の特許請求の範囲およびそれらの均等物によって定義される。

必ずしも原寸に比例して示されていない図面では、類似の符号が、いくつかの図面を通じて類似の構成要素を示している。図面は全体的に、本文書で議論される様々な実施態様を、限定の目的ではなく一例として示している。

以下の詳細な説明では、本明細書の一部分を形成し、その中で、本発明がその中で実施される特定の実施形態が例示として示されている添付の図面が参照される。これらの実施形態は、当業者が本発明を実施することを可能にするのに十分詳細に示されており、各実施形態が組み合せられてもよいこと、または他の実施形態が使用されてもよいこと、および構造的、論理的、電気的な変更が、本発明の精神と範囲を逸脱することなく行われてもよいことを理解されたい。以下の詳細な説明は、例を提供し、本発明の範囲は、頭記の特許請求の範囲およびそれと等価なものによって定義される。

本文書中の「ある」、「１つの」または「様々な」実施形態に対する参照は、必ずしも同一の実施形態に対するものではなく、このような参照は、２つ以上の実施形態を企図していることに留意されたい。

本文書は、特に、体内音響通信のための音響通信回路を備える埋込み可能な医療デバイスを議論する。体内音響通信は、２つの埋込み可能な医療デバイスの間で、または１つの埋込み可能な医療デバイスと皮膚上に付着された１つの体外医療デバイスとの間で行われる。本主題の埋込み可能な医療デバイスは、特定の例として埋込み可能なＣＲＭデバイスを使用することによって本文書で説明されている。しかし、本方法と装置が、神経刺激装置、神経筋刺激装置、薬剤投与デバイス、様々なタイプの他の治療デバイスや監視デバイスを含むがそれに限定されない他のタイプの埋込み可能な医療デバイスで採用されてもよいことを理解されたい。

図１は、ＣＲＭシステム１００の実施形態、およびシステム１００がその中で使用されている環境の一部分を示すブロック図である。システム１００は、埋込み可能な医療デバイス１１０、導線システム１０８、別の埋込み可能な医療デバイス１２０、外部システム１９０を含む。音響結合器１１５が、埋込み可能な医療デバイス１１０と埋込み可能な医療デバイス１２０との間の通信を提供する。無線遠隔通信リンク１８０が、埋込み可能な医療デバイス１１０と外部システム１９０の間の通信を提供する。

埋込み後、埋込み可能な医療デバイス１１０は、導線システム１０８を通じて心臓１０５の活動を感知し、心臓１０５に１つまたは複数の治療を施すために、患者の体１０２の中で動作する。一実施形態では、図１に示すように、埋込み可能な医療デバイス１１０は、ペーシング治療、電気的除細動／除細動治療、心臓再同期治療（ＣＲＴ）、リモデリング制御治療（ＲＣＴ）、薬剤治療を含み、さらに細胞治療や遺伝子治療などの生物学的治療を含むがそれに限定されない１つまたは複数の治療を行う埋込み可能なＣＲＭデバイスである。埋込み可能な医療デバイス１２０もまた、１つまたは複数の感知回路および／または治療機能を行うために患者の体１０２の中で動作する。一実施形態では、埋込み可能な医療デバイス１２０が、埋込み可能な医療デバイス１１０の１つまたは複数の機能を支援または補足する。音響結合器１１５が、２つの埋込み可能な医療デバイスの間の有線接続が、たとえば体１０２の解剖学的構造のために実施することが困難であるとき、埋込み可能な医療デバイス１１０と埋込み可能な医療デバイス１２０が互いに通信することを可能にする。

導線システム１０８が、埋込み可能な医療デバイス１１０と心臓１０５の間の１つまたは複数の電気的接続を提供する。一実施形態では、導線システム１０８は、心内膜および／または心外膜配置用に構成された１つまたは複数の電極をそれぞれ備える１つまたは複数の導線を備える。ペーシングおよび／または電気的除細動／除細動が、このような導線や電極を通して心臓１０５に施される。一実施形態では、導線システム１０８の１つまたは複数の導線もまた、心内膜、心外膜および／または血管内配置用に構成された治療施術ポートを備える。化学的または生物学的薬剤などの物質が、このような導線および治療施術ポートを通して心臓１０５にデリバリされる。

一実施形態では、埋込み可能な医療デバイス１２０は、埋込み可能な感知モジュール１２０を備える。ある特定の実施形態では、埋込み可能な感知モジュールは、治療施術機能を制御する信号として埋込み可能な医療デバイス１１０によって使用されるＬＶ圧を感知するために左心室（ＬＶ）に埋め込まれた、圧力感知モジュールを備える。このような埋込み可能な感知モジュールの使用は、埋込み可能な医療デバイス１１０に接続された埋込み可能な圧力カテーテルを使用してＬＶにアクセスすることに付随する困難を回避しながら、ＬＶ圧を感知することを可能にする。他の特定の実施形態では、埋込み可能な感知モジュールが、埋込み可能な医療デバイス１１０に接続するために２つの心臓弁を通過しなければならない埋込み可能な圧力カテーテルの使用を回避しながら、肺圧または大動脈圧を感知するために使用される。音響結合器１１５は、埋込み可能な医療デバイス１１０と埋込み可能な医療デバイス１２０の間の通信を提供する。埋込み可能な医療デバイス１２０が、心臓内または血管内圧力を感知するために採用された圧力感知モジュールである一実施形態では、圧力感知が必要とされるときに、埋込み可能な医療デバイス１１０が、埋込み可能な医療デバイス１２０を活動化させるために、音響結合器１１５を介して命令を送信する。それに応答して、埋込み可能な医療デバイス１２０が活動化され、音響結合器１１５を介して埋込み可能な医療デバイス１１０に感知された圧力を表すデータを送信する。

音響結合器１１５は、２つの音響カプラの間に形成されたデータ通信リンクである。体内通信のために使用されるとき、音響通信は、誘導結合（磁場）または無線周波数電磁波に基づいた遠隔通信と比較すると、かなりエネルギー効率が良い。埋込み可能な医療デバイス１１０および埋込み可能な医療デバイス１２０はそれぞれ、音響トランスデューサを備える音響カプラを備える。音響トランスデューサは、信号を送信するために電気エネルギーを音響エネルギーに変換し、信号を受信するために音響エネルギーを電気エネルギーに変換する。体内通信の目的のために使用可能な音響信号は、可聴信号や超音波信号を含む。音響信号のためのキャリア周波数は、５ＭＨｚにまでなることがある。一実施形態では、キャリア周波数領域は一般に、超音波領域内である。キャリア周波数領域の下限は、患者の音響信号の聴覚認知への考慮や、音響トランスデューサの設計上の制約を基にして選択され、周波数領域の上限は、音響エネルギーの組織吸収および、音響信号を送信し受信する際の音響トランスデューサの指向性の考慮を基にして選択される。キャリア周波数は、患者にとって可聴である音響信号を使用することを回避するように選択される。埋込み可能な医療デバイス１１０に一般に付加されるサイズや材料などの構造的な制約もまた、キャリア周波数の選択に影響を及ぼす。たとえば、トランスデューサのサイズ、トランスデューサが取り付けられる支持構造の剛性、トランスデューサが共振動作するかどうかは、キャリア周波数を選択するときに考慮されるべき要素の中にある。このような要素は、埋込み可能な医療デバイス１１０の全体的なサイズ、材料、構造に依存する。ある特定の実施形態では、キャリア周波数の下限は、約３０ｋＨｚである。音響エネルギーの組織吸収は一般に、音響信号の周波数とともに増加し、より高い周波数で音響通信のエネルギー効率をより悪くする。指向性の程度もまた、一般に音響信号の周波数とともに増加し、より高い周波数で音響カプラをより指向性（すなわち、より小さい空間をカバーする）にする。一実施形態では、周波数領域の上限は約６０ｋＨｚであるが、ここでは、組織吸収はあまり考慮されず、ほぼ全指向性の音響カプラが実装されてもよい。音響通信が、患者が移動するときに変化する、埋込み可能な医療デバイス１１０と埋込み可能な医療デバイス１２０の相対的な位置によって影響されないため、全指向性の音響カプラが望ましい。

外部システム１９０は、遠隔通信リンク１８０を介して埋込み可能な医療デバイス１１０と通信する。外部システム１９０は、医師などの介護人が、埋込み可能な医療デバイス１１０と通信することを可能にする。一実施形態では、外部システム１９０は、外部プログラマを備える。別の実施形態では、外部システム１９０は、遠隔通信リンク１８０を介して埋込み可能な医療デバイス１１０と通信する外部デバイスと、外部デバイスに結合されたネットワークと、ネットワークに結合された遠隔デバイスとを備える患者管理システムを備える。このような患者管理システムは、医師などの介護人が、離れた位置にある遠隔デバイスを通して埋込み可能な医療デバイス１１０と通信することを可能にする。一実施形態では、医師などの介護人はまた、埋込み可能な医療デバイス１２０と通信する。

遠隔通信リンク１８０は、埋込み可能な医療デバイス１１０と外部システム１９０の間のデータ送信を提供する。一実施形態では、遠隔通信リンク１８０は、埋込み可能な医療デバイス１２０と外部システム１９０の間のデータ送信を提供する。別の実施形態では、埋込み可能な医療デバイス１２０と外部システム１９０は、埋込み可能な医療デバイス１１０をリピータとして使用して、音響結合器１１５や遠隔通信リンク１８０を介して通信する。一実施形態では、遠隔通信リンク１８０は、誘導テレメトリ通信リンクである。代替となる実施形態では、遠隔通信リンク１８０は、遠距離場無線周波数通信リンクである。別の代替となる実施形態では、遠隔通信リンク１８０は、別の音響結合器である。外部システム１９０の音響カプラ・デバイスは、体１０２を媒体として使用して体内音響通信が行われることができるように患者の皮膚に付着される音響トランスデューサを備える。遠隔通信リンク１８０によって提供されるデータ送信は、たとえば、埋込み可能な医療デバイス１１０および／または１２０によって取得されたリアルタイムの生理学的データを送信すること、埋込み可能な医療デバイス１１０および／または１２０によって取得され、かつその中に保管された生理学的データを抽出すること、埋込み可能な医療デバイス１１０および／または１２０内に保管された治療履歴データを抽出すること、さらには埋込み可能な医療デバイス１１０および／または１２０の動作ステータスを示すデータ（たとえば、バッテリ・ステータスや導線インピーダンス）を抽出することを含む。遠隔通信リンク１８０は、外部システム１９０から埋込み可能な医療デバイス１１０および／または１２０へのデータ送信を提供する。これは、たとえば、埋込み可能な医療デバイス１１０および／または１２０を生理学的データを取得するようにプログラミングすること、埋込み可能な医療デバイス１１０および／または１２０を少なくとも１つの自己診断テスト（バッテリ・ステータスおよび導線インピーダンス・ステータスに対するものなど）を行うようにプログラミングすること、および埋込み可能な医療デバイス１１０および／または１２０を少なくとも１つの治療を施すようにプログラミングすることを含んでもよい。生理学的データによって表される信号の例は、電位図、心音または心音を示す信号、活動レベル信号、圧力信号、インピーダンス信号、呼吸信号を含むが、それに限定されない。一実施形態では、生理学的データはまた、これらの信号の１つまたは複数から測定されたパラメータを含む。一実施形態では、外部システム１９０または医師などの介護人が、これらの信号および／または生理学的データを基にして治療を決定および／または調節する。

図２は、埋込み可能な医療デバイス１１０の回路の一実施形態を示すブロック図である。埋込み可能な医療デバイス１１０は、ＣＲＭデバイス２２５、音響通信回路２３０、音響トランスデューサ２３２を備える。ＣＲＭ２２５は、治療施術回路と、１つまたは複数の生理学的信号を感知するための感知回路とのうちの１つまたは複数を備える。ＣＲＭデバイス２２５は、１つまたは複数の生理学的信号を感知するための監視デバイス、ページング・デバイス、電気的除細動／除細動デバイス、ＣＲＴデバイス、ＲＣＴデバイス、薬剤投与デバイス、細胞治療デバイス、遺伝子治療デバイス、治療施術コントローラ・デバイスのうちの１つまたは複数を備えるが、それに限定されない。音響通信回路２３０は、音響通信のための音響カプラとして使用される音響トランスデューサ２３２に接続されている。ＣＲＭ２２５と音響回路２３０、またはそれぞれの一部分は、埋込み可能な医療デバイス１１０を形成するために埋込み可能なハウジング２１２によってカプセル化される。

音響トランスデューサ２３２は、１つまたは複数の圧電トランスデューサを備える。圧電トランスデューサは、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＦ）または圧電セラミックなどの圧電性材料製である。一実施形態では、音響トランスデューサ２３２は、単一の圧電トランスデューサを含む。別の実施形態では、音響トランスデューサ２３２は、それぞれが圧電トランスデューサである複数の音響トランスデューサを備える音響トランスデューサ・アレイである。ある特定の実施形態では、音響トランスデューサ２３２は、マイクロ電子機械音響トランスデューサ・アレイ（ＭＥＭＳ−ＵＴＡ）を備える。一実施形態では、圧電トランスデューサは、音響通信用のほぼ全指向性の音響カプラとして機能する。別の実施形態では、圧電トランスデューサは、半球形以上の空間をカバーするために１８０度よりも大きい指向性を有する指向性音響カプラとして機能する。別の実施形態では、圧電トランスデューサは、１８０度未満の指向性を有する指向性音響カプラとして機能する。一実施形態では、音響トランスデューサ・アレイは、それぞれが制限された指向性を有する複数の圧電トランスデューサを備える。トランスデューサ・インターフェイス回路が、音響トランスデューサ・アレイを電気的に操向可能な音響カプラにするために音響トランスデューサ・アレイに接続される。

一般に、音響通信回路２３０および音響トランスデューサ２３２は、それらの様々な実施形態を含めて、ＣＲＭまたはその他の用途で使用される埋込み可能な医療デバイスとの音響通信を提供する。非ＣＲＭ実施形態では、ＣＲＭデバイス２２５が、１つまたは複数の生理学的信号を感知するための少なくとも１つの監視デバイスと、治療施術デバイスとを備える非ＣＲＭデバイスに代替される。一実施形態では、埋込み可能な医療デバイスは、音響通信回路２３０と音響トランスデューサ２３２とに結合された監視デバイスを備える。監視デバイスは、１つまたは複数の生理学的信号を感知するための１つまたは複数のセンサを備える。別の実施形態では、埋込み可能な医療デバイスは、音響通信回路２３０と音響トランスデューサ２３２とに結合された電気刺激デバイスを備える。電気刺激デバイスの例は、神経刺激デバイスや神経筋刺激デバイスである。別の実施形態では、埋込み可能な医療デバイスは、音響通信回路２３０と音響トランスデューサ２３２とに結合された薬剤投与デバイスを備える。薬剤投与デバイスは、１つまたは複数の病気の診断、治療、緩和、処置または予防での使用を意図された１つまたは複数の化学的、生化学的、生物学的薬剤を投与する。

図３Ａは、音響通信のための音響カプラとして音響トランスデューサ２３２を備える埋込み可能な医療デバイス１１０の一実施形態を示す側面図であり、図３Ｂはそれに対応する断面図である。埋込み可能な医療デバイス１１０は、ハーメチックに密封され、かつ電気回路や他の構造構成要素を容れる埋込み可能なハウジング２１２を備える。埋込み可能なハウジング２１２は、ＣＲＭデバイス２２５や音響通信回路２３０、またはそれぞれの一部分を容れるチャンバ３４０を形成する壁３４２を備える。壁３４２は、外側面３４３と内側面３４４を備える。内側面３４４は、チャンバ３４０に面している（すなわち、チャンバ３４０の側の）面である。音響トランスデューサ２３２が、壁３４３に締結され、相互接続ケーブル３３４を通して音響通信回路２３０に接続されている。圧電トランスデューサの厚さは、０．１ｍｍのオーダーであり、通常０．５ｍｍ未満であり、音響トランスデューサ２３２を、埋込み可能な医療デバイス１１０内に含まれるためや、壁３４３に取り付けられるために物理的に適するようにしている。一実施形態では、相互接続ケーブル３３４は、ストリップ・ケーブルである。別の実施形態では、相互接続ケーブル３３４は、スプリング・ケーブルである。ヘッダ３１４が、埋込み可能なハウジング２１２に取り付けられている。ヘッダ３１４は、埋込み可能な医療デバイス１１０と導線システム１０８の間のインターフェイスを提供するコネクタ３１５を備える。図３Ａ、３Ｂに示すような、各構成要素のサイズと形状、およびコネクタ３１５の数と相互接続ケーブル３３４の数は、例示の目的のためのみであり、限定的な目的のためではない。

一実施形態では、埋込み可能なハウジング２１２は、チタニウムなどの生体適合性の金属材料製の缶であってよい。音響トランスデューサ２３２は、トランスデューサの壁への恒久的に取り付けるいずれかの方法を使用して壁３４２に締結される。一実施形態では、音響トランスデューサ２３２は、医療用エポキシなどの医療用接着剤を使用して壁３４２に糊着される。別の実施形態では、音響トランスデューサ２３２は壁３４２にスポット溶接される。別の実施形態では、音響トランスデューサ２３２は壁３４２にはんだ付けされる。別の実施形態では、音響トランスデューサ２３２は壁３４２に固着される。埋込み可能な医療デバイス１１０の一部分に締結された音響トランスデューサ２３２の特定の例が、図４〜１２を参照にして以下で議論される。

図４は、埋込み可能な医療デバイス１１０の一部分に締結された音響トランスデューサ２３２の一実施形態を示す断面図である。この実施形態では、音響トランスデューサ２３２は、壁３４２の内側面３４４に締結されている。すなわち、音響トランスデューサ２３２は、チャンバ３４０内、ハーメチックに密封された埋込み可能なハウジング２１２の内側にある。

図５は、埋込み可能な医療デバイス１１０の一部分に締結された音響トランスデューサ２３２の別の実施形態を示す断面図である。この実施形態では、音響トランスデューサ２３２は、壁３４２の外側面３４３に締結されている。音響トランスデューサ２３２は生体適合性に作製されている。一実施形態では、音響トランスデューサ２３２は、生体適合性の圧電材料製の１つまたは複数のトランスデューサを備える。別の実施形態では、音響トランスデューサ２３２は、生体適合性の材料で被覆された１つまたは複数のトランスデューサを備える。

図６は、埋込み可能な医療デバイス１１０の一部分に締結された音響トランスデューサ２３２の別の実施形態を示す断面図である。この実施形態では、膜６４５が、膜６４５と外側面３４３の間に隔離された空洞６４７を形成するために壁３４２の外側面３４３に接続されている。音響トランスデューサ２３２は、膜６４５に締結され、空洞６４７内にある。膜６４５は、音響的に透過性であるのに、すなわち最小の音響吸収性を有するのに十分薄く、組織の成長の影響などから音響トランスデューサ２３２を保護する。一実施形態では、膜６４５および埋込み可能なハウジング２１２は、チタニウムなどの同じタイプの生体適合性の金属製である。別の実施形態では、膜６４５および埋込み可能なハウジング２１２は、異なるタイプの生体適合性の金属製である。一実施形態では、膜６４５は、外側面３４３に溶接される。音響トランスデューサ２３２は、壁３４２を横切る１つまたは複数のハーメチックに密封された貫通接続を介して音響通信回路２３０に接続される。膜６４５への損傷は、埋込み可能なハウジング２１２の密閉的な密封を破壊しない。

一実施形態では、膜６４５が、音響信号のキャリア周波数と近似的に等しい共振周波数を有するように構成される。このことは、音響送信の効率を増加させる。共振は、主周波数とその同調周波数で起こり、したがって、最大効率が追求されるときに音響通信のキャリア周波数として使用できるいくつかの周波数を提供する。一実施形態では、膜６４５は、音響通信のためのキャリア周波数領域、たとえば約３０ｋＨｚ〜６０ｋＨｚで共振周波数を提供するために、壁３４２よりもかなり薄い。音響トランスデューサ２３２がより厚い膜６４５または壁３４２に締結されると、音響通信のための効率はより低くなる。

図７は、埋込み可能な医療デバイス１１０の一部分に締結された音響トランスデューサ２３２の別の実施形態を示す断面図である。この実施形態では、膜６４５が、その膜６４５と外側面３４３の間に隔離された空洞６４７を形成するために、壁３４２の外側面３４３に接続されている。音響トランスデューサ２３２は、壁３４２の外側面３４３に締結され、空洞６４７内にある。この実施形態は、音響トランスデューサ２３２が、膜６４５の代わりに壁３４２の外側面３４３に締結されているという点で図６に示された実施形態とは異なる。ハーメチックに密封された空洞６４７がゲルなどの流体で満たされる。流体は、膜６４５と音響トランスデューサ２３２の間の音響通信のための媒体として機能する。

図８は、埋込み可能な医療デバイス１１０の一部分に締結された音響トランスデューサ２３２の別の実施形態を示す断面図である。この実施形態では、壁８４２が、埋込み可能なハウジング２１２の壁３４２の代替となる実施形態を表す。壁８４２は、外側面３４３に対応する外側面８４３と、内側面３４４に対応する内側面８４４とを備える。壁８４２は、膜８４５を形成する肉薄部分を備える。音響トランスデューサ２３２が、壁８４３によって形成されたチャンバ内で、内側面８４４の側で膜８４５に締結されている。共振によって、膜８４５が、壁８４２（すなわち壁３４２）の他の部分と比較したとき、音響通信に対してより高い効率を提供する。

図９は、埋込み可能な医療デバイス１１０の一部分に締結された音響トランスデューサ２３２の別の実施形態を示す断面図である。この実施形態では、壁９４２が、埋込み可能なハウジング２１２の壁３４２の代替となる実施形態を表す。壁９４２は、外側面３４３に対応する外側面９４３と、内側面３４４に対応する内側面９４４とを備える。壁９４２は、孔９４８を備える。膜９４５は、孔を覆って壁９４２に接続されている。音響トランスデューサ２３２が、壁９４２内に形成されたチャンバ内で、内側面９４４の側で膜９４５と締結されている。一実施形態では、膜９４５は、壁９４２に溶接される。膜９４５と壁９４２の間の接続はハーメチックに密封される。共振によって、膜９４５が、壁９４２（すなわち壁３４２）の他の部分と比較したとき、音響通信に対してより高い効率を提供する。

図１０は、埋込み可能な医療デバイス１１０の一部分に締結された音響トランスデューサ２３２の別の実施形態を示す断面図である。この実施形態では、壁１０５０は、壁（３４２、８４２または９４２）または膜（６４５、８４５または９４５）などの埋込み可能な医療デバイス１１０の一部分であるシート構造を表している。所定の剛性を有する被覆１０４９が、その面のいずれかで壁１０５０の一部分に付着され、音響トランスデューサ２３２が、被覆１０４９を覆って壁１０５０に締結される。被覆１０４９は、壁１０５０単独で提供するのが困難である望ましい共振周波数を提供する。共振周波数は、壁１０５０の厚さ、被覆１０４９の厚さ、さらには剛性を含む壁１０５０や被覆１０４９のそれぞれの特性に依存する。

図１１は、埋込み可能な医療デバイス１１０の一部分に締結された音響トランスデューサ１１３２の一実施形態を示す断面図である。音響トランスデューサ１１３２は、音響トランスデューサ２３２のある特定の実施形態を表し、それぞれが圧電トランスデューサである積層された音響トランスデューサ１１３２Ａ〜Ｅを備える。図１１に示すような音響トランスデューサ１１３２内に含まれるトランスデューサの数は、例示の目的だけのためであり、限定的な目的のためのものではない。一実施形態では、積層された音響トランスデューサ１１３２Ａ〜Ｅの全高は、約１．０ｍｍ、または埋込み可能な医療デバイス１１０内に含まれるのに適した他のいずれかの高さに制限されている。壁１１５０は、壁（３４２、８４２または９４２）または膜（６４５、８４５または９４５）などの埋込み可能な医療デバイス１１０の一部分であるシート構造を表す。積層された音響トランスデューサ１１３２Ａ〜Ｅは、壁１１５０のいずれかの面（側）に締結されている。一実施形態では、音響トランスデューサ１１３２Ａ〜Ｅは、直列に接続され、次に音響通信回路２３０に接続される。別の実施形態では、音響トランスデューサ１１３２Ａ〜Ｅは、並列に接続され、次に音響通信回路２３０に接続される。別の実施形態では、プログラム可能な相互接続ネットワークが、各音響トランスデューサ１１３２Ａ〜Ｅ間の相互接続を提供する。このような相互接続は、各音響トランスデューサの物理的寸法に依存する、インピーダンス整合要件、信号振幅要件、信号対雑音比要件に従って作製される。一実施形態では、音響トランスデューサ１１３２Ａ〜Ｅは、音響通信回路２３０が入来音響信号を受信するときは直列に、音響通信回路２３０が出射音響信号を送信するとき並列に接続される。

図１２Ａは埋込み可能な医療デバイス１１０の一部分に締結された音響トランスデューサ１１３２の一実施形態を示す側面図であり、図１２Ｂはそれに対応する断面図である。音響トランスデューサ１１３２は、音響トランスデューサ２３２のある特定の実施形態を表し、それぞれが圧電トランスデューサである音響トランスデューサのアレイを備える。一実施形態では、音響トランスデューサ１２３２は、ＭＥＭＳ−ＵＴＡである。図１２に示すような音響トランスデューサ１２３２内のトランスデューサの数や配置は、例示の目的だけのためであり、限定的な目的のためのものではない。壁１２５０は、壁（３４２、８４２または９４２）または膜（６４５、８４５または９４５）などの埋込み可能な医療デバイス１１０の一部分であるシート構造を表す。音響トランスデューサ１２３２は、壁１２５０のいずれかの面（側）に締結されている。一実施形態では、トランスデューサ・インターフェイス回路が、音響トランスデューサのアレイの各トランスデューサをプログラム可能に同調する。一実施形態では、音響トランスデューサのアレイは、トランスデューサ・インターフェイス回路を通してそれぞれが電子制御可能な、指向性と有効指向方向を有する音響カプラを形成する。ある特定の実施形態では、トランスデューサ・インターフェイス回路が、プログラム可能な位相遅れを有して音響トランスデューサのアレイの各トランスデューサを駆動する。音響カプラの指向性と効果的な指向方向は、位相遅れをプログラミングすることによって制御される。

図１３は、音響通信のための２つの音響トランスデューサを備える埋込み可能な医療デバイス１１０の一実施形態を示す断面図である。この実施形態では、埋込み可能な医療デバイス１１０は、音響トランスデューサ２３２および第２の音響トランスデューサ１３３２を備える。音響トランスデューサ２３２、１３３２はそれぞれ、約１８０度の指向性または１８０度を超えるが３６０度よりはかなり小さい指向性を有する。埋込み可能なハウジング２１２の両側に締結され、反対方向に向けると、音響トランスデューサ２３２、１３３２は、実質上全指向性の音響カプラ・システムを形成する。

図１４は、音響通信回路２３０の一実施形態を代表する音響通信回路１４３０の一実施形態を示すブロック図である。ＣＲＭデバイス２２５内の制御回路が、データを受信することとデータを送信することの１つを有効にすることを含む、音響通信回路１４３０の動作を制御する。音響トランスデューサ１４３２は、音響トランスデューサ２３２のある特定の実施形態、すなわち一般に、１つまたは複数の音響トランスデューサを備える音響カプラを示す。送信機１４６０と受信機１４７０が、音響トランスデューサ１４３２に接続されている。ＣＲＭデバイス２２５内の制御回路によって発生された送信有効化信号によって有効化された後、送信機１４６０が、ＣＲＭデバイス２２５からの出射データによって調整された出射音響信号を作成する。ＣＲＭデバイス２２５内の制御回路によって発生された受信有効化信号によって有効化された後、受信機１４７０が、埋込み可能な医療デバイス１２０などの別のデバイスから入来データによって変調された入来音響信号を受信する。音響トランスデューサ１４３２が、音響信号の送受信の両方のために使用されるように、送信機１４６０と受信機１４７０が同時に有効化される。

一実施形態では、出射データと入来データは両方ともバイナリ・データである。出射音響信号と入来音響信号はそれぞれ、振幅偏移変調（ＡＳＫ）、周波数偏移変調（ＦＳＫ）、位相偏移変調（ＰＳＫ）のうちの１つを使用するデータによって調整されたキャリア信号を備える。一実施形態では、音響通信回路１４３０をシンプルに保持するために、ＡＳＫが変調スキームとして選択される。ある特定の実施形態では、オン・オフ・キーイング（ＯＯＫ）、すなわち１００％に近い変調インデックスを有するＡＳＫが、変調スキームとして選択される。

図１５は、音響通信回路１４３０の送信機１４６０と受信機１４７０の追加の詳細を示す概略／ブロック図である。送信器１４６０は、キャリア発生器１５６２、ＡＳＫ変調器１５６４、バッファ１５６６Ａ、１５６６Ｂを備える。キャリア発生器１５６２は、音響通信のためのキャリア信号を発生させる。一実施形態では、キャリア信号は方形波である。一実施形態では、キャリア信号の周波数は約３０ｋＨｚ〜６０ｋＨｚの範囲内である。ＡＳＫ変調器１５６４が、ＣＲＭデバイス２２５から受信された出射データによってキャリア発生器１５６２から受信されたキャリア信号を変調させる。結果としての出射音響信号が、バッファ１５６６Ａ、１５６６Ｂを通じて、これらのバッファが送信有効化信号によって信号を通過させることを有効化されたとき、音響トランスデューサ１４３２へ付加される。受信機１４７０は、バッファまたは増幅器１５７２とＡＳＫ複調器１５７４を備える。ＡＳＫ復調器１５７４は、バッファまたは増幅器が受信有効化信号によって信号を通過させることを有効化されたとき、バッファまたは増幅器１５７２を通じて音響トランスデューサ１４３２から入来信号を受信する。ＡＳＫ復調器１５７４は、入来データを回収するために入来信号を復調する。次に、入来データがＣＲＭデバイス２２５へ送信される。

図１６は、音響通信回路２３０の別の実施形態を表す、音響通信回路１６３０を示す概略／ブロック図である。音響通信回路１６３０は、音響トランスデューサ１６３２に接続され、トランスデューサ・インターフェイス回路１６３５、データ送信機１６６０、データ受信機１６７０、電力受信機１６７５、周波数選択回路１６７８を備える。様々な実施形態では、音響通信回路２３０は、図１６に示すような音響通信回路１６３０のいくつかまたはすべての構成要素を含むが、それらに限定されない。

音響トランスデューサ１６３２は、音響トランスデューサ２３２のある特定の実施形態、すなわち一般に、１つまたは複数の音響トランスデューサを備える音響カプラを表す。一実施形態では、トランスデューサ・インターフェイス回路１６３５は、同調回路を備える。同調回路は、音響カプラに望ましい品質係数（Ｑ）を提供する。別の実施形態では、トランスデューサ・インターフェイス回路１６３５が、音響トランスデューサ１６３２と音響通信回路１６３０の間のインピーダンス整合のためのインピーダンス整合回路を備える。音響トランスデューサ１６３２が積層された複数の音響トランスデューサ１１３２Ａ〜Ｅなどの積層された複数の音響トランスデューサを備える、別の実施形態では、トランスデューサ・インターフェイス回路１６３５が、音響トランスデューサ１６３２のインピーダンスを制御するためのプログラム可能な相互接続ネットワークを備える。音響トランスデューサ１６３２が、音響トランスデューサ１２３２などの音響トランスデューサ・アレイを備える別の実施形態では、トランスデューサ・インターフェイス１６３５が、音響カプラとしての音響トランスデューサ１６３２の指向性と有効指向方向を電気的に制御するための操向回路を備える。ある特定の実施形態では、操向回路が、音響トランスデューサ・アレイの各トランスデューサに個々にプログラミングされた位相遅れを付加することによって、音響トランスデューサ１６３２の指向性と有効指向方向を電気的に制御する。

データ送信器１６６０は、キャリア発生器１６６２、変調器１６６４、バッファ１６６６を備える。キャリア発生器１６６２は、音響通信のためのキャリア信号を発生させる。一実施形態では、キャリア信号は、方形波である。一実施形態では、キャリア信号の周波数は、約３０ｋＨｚ〜６０ｋＨｚの範囲内である。変調器１６６４は、ＣＲＭデバイス２２５から受信した出射信号によってキャリア発生器１６６２から受信されたキャリア信号を変調させる。結果としての出射音響信号が、バッファ１６６６を通じて、バッファがＣＲＭデバイス２２５から受信された送信有効化信号によって信号を通過させることを有効化されたとき、音響トランスデューサ１６３２へ付加される。データ受信機１６７０は、バッファまたは増幅器１６７２、復調器１６７４、エラー検知器１６７６を備える。復調器１６７４は、バッファがＣＲＭデバイス２２５から受信された受信有効化信号によって信号を通過させるためにバッファが有効化されたとき、バッファまたは増幅器１６７２を通して音響トランスデューサ１６３２から入来信号を受信する。復調器１６７４は、入来データを受信するために入来信号を復調する。エラー検知器１６７６が、エラー率を決定するために入来データからエラーを検知する。エラー率が所定の閾値以下である場合、入来データがＣＲＭデバイス２２５へ送信される。

電力受信器１６７５は、バッファが有効化され、入来音響信号から直流電流（ＤＣ）エネルギーを回収するとき、バッファまたは増幅器１６７２を通じて音響トランスデューサ１６３２から音響信号を受信する。音響トランスデューサを備える外部デバイスが、音響トランスデューサ１６３２を通じて埋込み可能な医療デバイス１１０へエネルギーを送信するために使用される。一実施形態では、電力受信器１６７５が、音響信号をＤＣ電圧に変換するための整流回路とロー・パス・フィルタを備え、ＤＣ電圧は、埋込み可能な医療デバイス１１０の電源である再充電可能なバッテリを再充電するために使用される。実質上使い切られた再充電可能なバッテリを完全に再充電するためには数日かかるが、この方法は、外部デバイスが埋込み可能な医療デバイス１１０に結合されているときはいつでも、再充電可能なバッテリを部分的に再充電することができる。

一実施形態では、音響カプラ１１５は、埋込み可能な医療デバイス１１０と埋込み可能な医療デバイス１２０の間の信頼性の高い音響通信のために周波数ダイバシティを採用する。２つ以上の実質上異なる周波数が、音響信号のキャリア周波数として使用される。図１７は、周波数ダイバシティの必要性を示す図である。音響信号が、埋込み可能な医療デバイス１２０によって受信されるために埋込み可能な医療デバイス１１０から送信される。埋込み可能な医療デバイス１１０から伝播される音波が、体１０２の中の様々な解剖学的構造の境界で反射される。図１７に示すように、音波が、骨などの解剖学的構造である反射体１７９２で反射される。実線１７９４は、埋込み可能な医療デバイス１１０の音響トランスデューサから伝播される入来音波の等ポテンシャル面を表す。実線１７９５は、反射体１７９２による反射音波の等ポテンシャル面を表す。実線１７９４と実線１７９５の位置は、音響信号のキャリア周波数の関数である。反射体１７９２によって生じる音波の反射の１つの影響は、体１０２の中に分配される「ゼロ点」である。ゼロ点は、黒点１７９６で示されている。各ゼロ点は、入来音波と反射音波が相殺される点を表す。埋込み可能な医療デバイス１２０の音響トランスデューサが、ゼロ点の１つと期せずして一致した場合、音響信号を受信しない。患者の体の解剖学的構造と運動のため、多数の反射体が体１０２の中に存在し、埋込み可能な医療デバイス１１０、１２０に対するそれらの位置は、その時々で変化する。埋込み可能な医療デバイス１１０、１２０の相対的な位置もまた、同じ理由で変化する。したがって、埋込み可能な医療デバイス１１０、１２０のための埋込み部位を選択することによってゼロ点を回避することは、実行不可能である。

音響信号の遮断されない受信を確実にするための一手法は周波数ダイバシティである。第１のキャリア周波数での音響信号がゼロ点のために受信可能でない場合、実質上異なる第２のキャリア周波数が使用される。図１７では、実線１７９４は、第１のキャリア周波数での、入来波の等ポテンシャル線を表し、実線１７９５は反射波の等ポテンシャル線を表す。破線１７９７は、第２のキャリア周波数での、入来波の等ポテンシャル線を表し、破線１７９８は反射波の等ポテンシャル線を表す。黒点１７９６は第１の周波数でのゼロ点を表す。中抜き点１７９９は第２の周波数でのゼロ点を表す。音響トランスデューサが両周波数でのゼロ点と一致しないとき、すなわち、黒点１７９６のうちの１つと中抜き点１７９９のうちの１つの両方と一致しないとき、音響信号が埋込み可能な医療デバイス１２０によって受信される。３つ以上のキャリア周波数が、音響通信の信頼性をさらに確実にするために、周波数ダイバシティ用に使用されてもよい。一実施形態では、２つの実質上異なる周波数でのゼロ点が一致する機会が十分小さいとみなされるため、２つのキャリア周波数が十分であるとみなされる。

一実施形態では、入来データのエラー率が、エラー検知器１６７６によって決定されるような所定の閾値率を超えたとき、周波数選択回路１６７８が、実質上異なる周波数を音響通信のためのキャリア周波数であるように選択する。たとえば、音響通信回路１６３０が、音響結合器１１５を介した音響通信のために第１と第２のキャリア周波数を使用する。音響結合器１１５が確立または活動化されるとき、周波数選択回路１６７８が、第１のキャリア周波数を選択する。エラー検知器が１６７６が耐えられないエラー率を検出するとき、第１のキャリア周波数に代替するための第２のキャリア周波数を選択する。エラー検知器１６７６が、第２のキャリア周波数で、別の耐えられないエラー率を検知するとき、周波数選択回路１６７８が、第２のキャリア周波数に代替するための第１のキャリア周波数を選択する。この実施形態では、キャリア発生器１６６０が、周波数選択回路１６７８によって選択された周波数でキャリア信号を発生させる可変周波数キャリア発生器を備える。ある特定の実施形態では、第１のキャリア周波数は３９ｋＨｚであり、第２のキャリア周波数は４３ｋＨｚである。一実施形態では、音響トランスデューサは、低い品質係数（Ｑ）を有する。キャリア発生器１６６２を除く音響通信回路１６３０の構成要素は、キャリア周波数が第１のキャリア周波数から第２のキャリア周波数へ変化するとき調節を必要としない。一実施形態では、音響通信回路１６３０は、キャリア周波数の１つにそれぞれ適応する２つの周波数帯を有する。別の実施形態では、音響通信回路１６３０は、両方のキャリア周波数に適応する１つの広い周波数帯を有する。

一実施形態では、埋込み可能な医療デバイス１１０が、実質上弁別可能なキャリア周波数をそれぞれ使用する別個の音響結合器を介して２つ以上の埋込み可能な医療デバイスと通信することを可能にするために周波数ダイバシティが採用される。このことは、複数の音響結合器を介した同時の通信を可能にする。

図１８は、音響通信のための音響トランスデューサを備える埋込み可能な医療デバイスを作製するための方法の実施形態のフロー・チャートである。一実施形態では、本文書で議論されたすべての実施形態を含むがそれに限定されない音響トランスデューサ２３２を備える埋込み可能な医療デバイス１１０を作製するために、方法が適用される。

通信回路を備えるＣＲＭデバイスが、１８００で用意される。ＣＲＭデバイスは、１つまたは複数のタイプの生理学的信号を感知する監視デバイス、ペーシング・デバイス、電気的除細動／除細動デバイス、ＣＲＴデバイス、ＲＣＴデバイス、薬剤投与デバイス、細胞治療デバイス、遺伝子治療デバイス、治療施術コントローラ・デバイスのうちの１つまたは複数を備えるが、それに限定されない。

埋込み可能なハウジングが、１８１０で用意される。埋込み可能なハウジングは、チャンバを形成する壁を備える。一実施形態では、埋込み可能なハウジングは、チタニウムなどの生体適合性の金属製である。

音響トランスデューサが、１８２０でＣＲＭデバイスの通信回路に接続される。音響トランスデューサは、音響通信のための音響カプラとして機能する。一実施形態では、単一の圧電トランスデューサが通信回路に接続される。別の実施形態では、２つ以上の音響トランスデューサを備える圧電トランスデューサ・アレイが、通信回路に接続される。一実施形態では、プログラム可能な相互接続が、２つ以上の圧電トランスデューサのために形成され、それによって、圧電トランスデューサ間の相互接続が、電子的に調節可能な全体のインピーダンスを提供するために変更される。一実施形態では、トランスデューサ・インターフェイス回路が音響カプラとして機能する音響トランスデューサの指向性を制御するために用意される。

音響トランスデューサを備える音響カプラ組立体が、１８３０で埋込み可能なハウジングの壁に接続される。一実施形態では、音響カプラ組立体が、音響トランスデューサを本質的に備える。別の実施形態では、音響カプラ組立体が、上記で議論した膜６４５、９４５などの支持またはその他の構造をさらに備える。音響カプラ組立体は、埋込み可能なハウジングの壁に締結される。一実施形態では、音響カプラ組立体は、埋込み可能なハウジングの壁に糊着される。別の実施形態では、音響カプラ組立体は、埋込み可能なハウジングの壁に溶接される。別の実施形態では、音響カプラ組立体は、埋込み可能なハウジングの壁にはんだ付けされる。別の実施形態では、音響カプラ組立体は、埋込み可能なハウジングの壁に固着される。別の実施形態では、埋込み可能なハウジングの壁の一部分が肉薄にされ、かつ音響カプラ組立体は、音響カプラ組立体の壁の肉薄の部分に締結される。一実施形態では、音響カプラ組立体が、壁によって形成されたチャンバの側にある壁の内側面に締結される。一実施形態では、音響カプラ組立体が、壁の外側面に締結される。一実施形態では、音響カプラ組立体が膜を備え、かつ音響カプラ組立体が膜に締結され、膜が壁に接続される。ある特定の実施形態では、膜が、膜と外側面の間に隔離された空洞を形成するために壁の外側面に接続され、かつ音響トランスデューサが、空洞内の膜の面に締結される。別の特定の実施形態では、埋込み可能なハウジングの壁が孔を備え、膜が孔を覆って壁に接続される。一実施形態では、音響トランスデューサが、互いに物理的に積層され、かつ埋込み可能なハウジングの壁に締結された２つ以上の圧電トランスデューサを備える音響トランスデューサ・アレイである。別の特定の実施形態では、音響トランスデューサが、２つ以上の圧電トランスデューサを備える音響トランスデューサ・アレイであり、圧電トランスデューサ・アレイの各圧電トランスデューサが、壁に締結されている。

ＣＲＭデバイスと通信回路が、１８４０で、埋込み可能な医療デバイスを形成するために埋込み可能なハウジングのチャンバ内にカプセル化される。

上記の詳細な説明は、例示的なものであるように意図されており、限定的なものではないことを理解されたい。上記で議論したように、ＣＲＭシステムが特定の例として使用されているが、本主題は一般に、いずれのタイプの埋込み可能な医療デバイスのための体内通信も可能にする。このような埋込み可能な医療デバイスは、いずれかの患者監視デバイス、神経刺激装置、神経筋刺激装置、およびいずれかの薬剤投与システムなどの診断および治療デバイスを備える。本文書で議論されたシステム構成要素のいずれかの考えられる置換を含む他の実施形態は、上記の説明を読み、かつ理解すれば当業者には明らかであろう。したがって、本発明の範囲は、頭記の特許請求の範囲、ならびにこのような特許請求の範囲が題名とされるそれと等価なものの全範囲を参照にして決定されるべきである。

ＣＲＭシステムの一部分、およびＣＲＭシステムがその中で使用される実施形態の図である。音響通信のための音響カプラとしての音響トランスデューサを備える埋込み可能な医療デバイスの回路の一実施形態のブロック図である。音響トランスデューサを備える埋込み可能な医療デバイスの一実施形態を示す側面図と対応する断面図である。埋込み可能な医療デバイスの一部分に締結された音響トランスデューサの一実施形態を示す断面図である。埋込み可能な医療デバイスの一部分に締結された音響トランスデューサの別の実施形態を示す断面図である。埋込み可能な医療デバイスの一部分に締結された音響トランスデューサの別の実施形態を示す断面図である。埋込み可能な医療デバイスの一部分に締結された音響トランスデューサの別の実施形態を示す断面図である。埋込み可能な医療デバイスの一部分に締結された音響トランスデューサの別の実施形態を示す断面図である。埋込み可能な医療デバイスの一部分に締結された音響トランスデューサの別の実施形態を示す断面図である。埋込み可能な医療デバイスの一部分に締結された音響トランスデューサの別の実施形態を示す断面図である。埋込み可能な医療デバイスの一部分に締結された複数の音響トランスデューサの一実施形態を示す断面図である。埋込み可能な医療デバイスの一部分に締結された音響トランスデューサ・アレイの一実施形態を示す側面図と対応する断面図である。音響通信のための２つの音響トランスデューサ埋込み可能な医療デバイスの一実施形態を示す断面図である。埋込み可能な医療デバイスの音響通信回路の一実施形態を示すブロック図である。図１４の音響通信回路の詳細を示す概略／ブロック図である。音響通信回路の別の実施形態を示す概略／ブロック図である。周波数ダイバシティの必要性を示す図である。音響通信のための音響トランスデューサを備える埋込み可能な医療デバイスを作製するための方法の実施形態を示すフロー・チャートである。

Claims

１つまたは複数の生理学的信号を感知するための監視デバイスと治療施術デバイスのうちの少なくとも１つと、
前記監視デバイスと前記治療施術デバイスのうちの前記少なくとも１つと結合され、データ送信器とデータ受信器のうちの少なくとも１つを備える音響通信回路と、
前記音響通信回路と結合され、音響通信のための音響カプラであるように構成された少なくとも１つの音響トランスデューサと、
前記音響通信回路、および前記監視デバイスと前記治療施術デバイスのうちの前記少なくとも１つを容れるためのチャンバを形成する壁を備える埋込み可能なハウジングと
を備える埋込み可能な医療デバイスのための音響通信システム。
前記監視デバイスと前記治療施術デバイスのうちの前記少なくとも１つを備える心臓律動管理（ＣＲＭ）デバイスを備える請求項１に記載のシステム。
前記ＣＲＭデバイスが、ペースメーカー回路および電気的除細動／除細動回路のうちの１つまたは複数を備える請求項２に記載のシステム。
前記ＣＲＭデバイスが、薬剤投与デバイスを備える請求項２または３のいずれかに記載のシステム。
前記少なくとも１つの音響トランスデューサが、前記埋込み可能なハウジングの壁に締結されている先行する請求項のいずれかに記載のシステム。
前記埋込み可能なハウジングの前記壁が内側面と外側面を備え、前記内側面が前記チャンバに面し、かつ前記少なくとも１つの音響トランスデューサが、前記内側面に締結されている請求項５に記載のシステム。
前記埋込み可能なハウジングの前記壁が、内側面と外側面を備え、前記内側面が前記チャンバに面し、かつ前記少なくとも１つの音響トランスデューサが、前記外側面に締結されている請求項５に記載のシステム。
膜と前記外側面の間に空洞を形成するために前記外側面に接続された膜をさらに備え、前記空洞が流体で満たされ、前記少なくとも１つの音響トランスデューサが、前記空洞内で前記外側面に締結されている請求項７に記載のシステム。
前記埋込み可能なハウジングの前記壁に接続された膜をさらに備え、かつ前記少なくとも１つの音響トランスデューサが、前記膜に締結されている請求項１から４のいずれかに記載のシステム。
前記埋込み可能なハウジングの前記壁が内側面と外側面を備え、前記内側面が前記チャンバに面し、かつ前記膜が、前記膜と前記外側面の間に空洞を形成するために前記外側面に接続され、かつ前記少なくとも１つの音響トランスデューサが、前記空洞内で前記膜に締結されている請求項９に記載のシステム。
前記埋込み可能なハウジングの前記壁が内側面と外側面を備え、前記内側面が前記チャンバに面し、前記壁がそれを覆って前記膜が前記壁に接続される孔を備え、かつ前記少なくとも１つの音響トランスデューサが、前記チャンバ内で前記膜に締結されている請求項９に記載のシステム。
前記埋込み可能なハウジングの前記壁が内側面と外側面を備え、前記内側面が前記チャンバに面し、前記壁が前記膜を形成する肉薄の部分を備え、かつ前記少なくとも１つの音響トランスデューサが、前記チャンバ内で前記膜に締結されている請求項９に記載のシステム。
前記膜が、前記音響通信で使用されるキャリア周波数とほぼ等しい共振周波数を有するように構成されている請求項９から１２のいずれかに記載のシステム。
所定の剛性を有する材料が、前記膜上に被覆されている請求項９から１３のいずれかに記載のシステム。
前記埋込み可能なハウジングと前記膜が、それぞれ金属製である請求項９から１４のいずれかに記載のシステム。
前記埋込み可能なハウジングと前記膜が、それぞれチタニウム製である請求項１５に記載のシステム。
前記埋込み可能なハウジングが第１のタイプの金属製であり、かつ前記膜が前記第１のタイプの金属とは異なる第２のタイプの金属製である請求項１５に記載のシステム。
前記少なくとも１つの音響トランスデューサが、圧電材料製である先行する請求項のいずれかに記載のシステム。
前記少なくとも１つの音響トランスデューサが、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＦ）製である請求項１８に記載のシステム。
前記少なくとも１つの音響トランスデューサが、圧電セラミック製である請求項１８に記載のシステム。
前記少なくとも１つの音響トランスデューサが複数の音響トランスデューサを備え、かつ前記音響通信回路が、前記複数の音響トランスデューサに結合されたトランスデューサ・インターフェイス回路を備える先行する請求項のいずれかに記載のシステム。
前記トランスデューサ・インターフェイス回路が、前記音響カプラの指向性と有効指向方向を制御するように構成された操向回路を備える請求項２１に記載のシステム。
前記トランスデューサ・インターフェイス回路が、前記複数の音響トランスデューサのうちの音響トランスデューサの間でプログラム可能な相互接続を形成するように構成されたプログラム可能な相互接続ネットワークを備える請求項２１および２２のいずれかに記載のシステム。
前記プログラム可能な相互接続ネットワークが、前記送信器回路が信号を送信しているとき前記音響トランスデューサを並列に接続し、前記受信器回路が信号を受信しているとき前記音響トランスデューサを直列に接続するようにプログラミングされている請求項２３に記載のシステム。
前記複数の音響トランスデューサが、前記音響通信のためのほぼ全指向性の音響カプラであるように構成されている請求項２１に記載のシステム。
前記複数の音響トランスデューサが、前記埋込み可能なハウジングの前記壁に締結された、積層された圧電トランスデューサを備える請求項２１から２５のいずれかに記載のシステム。
前記複数の音響トランスデューサが、前記埋込み可能なハウジングの前記壁にそれぞれ締結された圧電トランスデューサを備える請求項２１から２５のいずれかに記載のシステム。
前記複数の音響トランスデューサが、マイクロ電気機械音響トランスデューサ・アレイ（ＭＥＭＳ−ＵＴＡ）を備える請求項２７に記載のシステム。
前記データ受信器が、入来データによって変調された第１のキャリア信号を含む入来音響信号を受信するように構成され、かつ前記データ送信器が、出射データによって変調された第２のキャリア信号を含む出射音響信号を受信するように構成され、前記第１のキャリア信号と第２のキャリア信号が、最大約５ＭＨｚのキャリア周波数をそれぞれ有する先行する請求項のいずれかに記載のシステム。
前記第１のキャリア信号と第２のキャリア信号が、約３０ｋＨｚから６０ｋＨｚの領域のキャリア周波数をそれぞれ有する請求項２９に記載のシステム。
前記第１のキャリア信号と第２のキャリア信号が、超音波領域のキャリア周波数をそれぞれ有する請求項２９に記載のシステム。
前記データ受信器が、振幅偏移変調（ＡＳＫ）復調器を備え、前記データ送信器が、
前記第２のキャリア信号を発生させるキャリア発生器と、
前記第２のキャリア信号を前記出射データによって変調させるために、前記キャリア発生器と前記少なくとも１つの音響トランスデューサに結合された、振幅偏移変調（ＡＳＫ）変調器と
を備える請求項２９から３１のいずれかに記載のシステム。
前記音響キャリア発生器が、前記第２のキャリア信号のための２つ以上のキャリア周波数のためにプログラム可能である可変周波数波形発生器である請求項３２に記載のシステム。
前記データ受信器が、前記復調された入来音響信号からエラー率を検知するために、ＡＳＫ復調器に結合された、エラー検知器である請求項３３に記載のシステム。
前記音響通信回路が、前記検知されたエラー率に基づいて前記第２のキャリア信号のための前記２つ以上のキャリア周波数からキャリア周波数を選択する周波数選択回路をさらに備える請求項３４に記載のシステム。
前記埋込み可能なハウジング内に含まれる再充電可能なバッテリをさらに備え、かつ前記音響通信回路が、前記少なくとも１つの音響トランスデューサと前記再充電可能なバッテリに結合された電力受信器をさらに備え、前記電力受信器が、音響信号を受信するように、および前記再充電可能なバッテリを再充電するために前記音響信号から直流電流（ＤＣ）電力を回収するように構成されている先行する請求項のいずれかに記載のシステム。
前記監視デバイスと前記治療施術デバイスのうちの少なくとも１つ、前記音響通信回路、前記少なくとも１つの音響トランスデューサ、前記埋込み可能なハウジングを備える第１の埋込み可能な医療デバイスと、前記第１の埋込み可能な医療デバイスに音響的に結合された第２の医療デバイスとを備える先行する請求項のいずれかに記載のシステム。
前記第２の医療デバイスが、第２の埋込み可能な医療デバイスを備える請求項３７に記載のシステム。
前記第２の埋込み可能な医療デバイスが、少なくとも１つの生理学的信号を感知するように構成された埋込み可能な感知モジュールを備える請求項３８に記載のシステム。
前記埋込み可能な感知モジュールが、圧力感知モジュールを備える請求項３９に記載のシステム。
前記第２の医療デバイスが、皮膚付着用に構成された少なくとも一部分を備える医療デバイスを備える請求項３７に記載のシステム。
前記第２の医療デバイスが、前記第１の埋込み可能な医療デバイスをプログラミングするように構成されたプログラマを備える請求項４１に記載のシステム。
前記監視デバイスが、１つまたは複数の生理学的信号を感知するための１つまたは複数のセンサを備える先行する請求項のいずれかに記載のシステム。
前記治療施術デバイスが、電気刺激デバイスを備える先行する請求項のいずれかに記載のシステム。
前記治療施術デバイスが、薬剤投与デバイスを備える先行する請求項のいずれかに記載のシステム。
通信回路を備える心臓律動管理（ＣＲＭ）システムを用意するステップと、
チャンバを形成する壁を備える埋込み可能なハウジングを用意するステップと、
音響カプラとして機能するように構成された音響トランスデューサを前記通信回路に接続するステップと、
前記音響トランスデューサを備える音響カプラ組立体を前記壁に接続するステップと、
前記ＣＲＭデバイスと前記通信回路を前記チャンバ内にカプセル化するステップと
を含む、埋込み可能な医療デバイスを作製するための方法。
前記音響カプラ組立体を前記壁に接続するステップが、前記音響トランスデューサを前記壁に締結するステップを含む請求項４６に記載の方法。
前記音響トランスデューサを前記壁に締結するステップが、前記音響トランスデューサを前記壁に糊着するステップを含む請求項４７に記載の方法。
前記音響トランスデューサを前記壁に締結するステップが、前記音響トランスデューサを前記壁に溶接するステップを含む請求項４７に記載の方法。
前記音響トランスデューサを前記壁に締結するステップが、前記音響トランスデューサを前記壁にはんだ付けするステップを含む請求項４７に記載の方法。
前記音響トランスデューサを前記壁に締結するステップが、前記音響トランスデューサを前記壁に固着させるステップを含む請求項４７に記載の方法。
前記壁の一部分を肉薄にするステップをさらに備え、かつ前記音響トランスデューサを前記壁に締結するステップが、前記音響トランスデューサを前記壁の前記肉薄部分に締結するステップを含む請求項４７から５１のいずれかに記載の方法。
前記埋込み可能なハウジングの前記壁が、内側面と外側面を備え、前記内側面が前記チャンバに面し、かつ前記音響トランスデューサを備える前記音響トランスデューサを前記壁に接続するステップが、前記音響トランスデューサを前記内側面に締結するステップを含む請求項４７から５２のいずれかに記載の方法。
前記埋込み可能なハウジングの前記壁が内側面と外側面を備え、前記内側面が前記チャンバに面し、かつ前記音響トランスデューサを備える前記音響カプラ組立体を前記壁に接続するステップが、前記音響トランスデューサを前記外側面に締結するステップを含む請求項４７から５２のいずれかに記載の方法。
前記音響カプラ組立体を前記壁に接続するステップが、
膜を前記壁に接続するステップと、
前記音響トランスデューサを前記膜に締結するステップと
を含む請求項４６に記載の方法。
前記埋込み可能なハウジングの前記壁が内側面と外側面を備え、前記内側面が前記チャンバに面し、かつ前記膜を前記壁に接続するステップが、前記膜と前記外側面の間に空洞を形成するために前記膜を前記外側面に接続するステップを含み、かつ前記音響トランスデューサを前記膜に接続するステップが、前記音響トランスデューサを前記空洞内の前記膜の面に締結するステップを含む、
請求項５５に記載の方法。
前記空洞を流体で充填するステップをさらに含む請求項５６に記載の方法。
前記壁上に孔を設けるステップをさらに含み、かつ前記膜を前記壁に接続するステップが、前記孔を覆うように前記膜を前記壁に接続するステップをさらに含む請求項５５に記載の方法。
前記音響トランスデューサを前記通信回路に接続するステップが、圧電トランスデューサ・アレイを前記通信回路に接続するステップを含み、前記圧電トランスデューサ・アレイが、２つ以上の圧電トランスデューサを備える請求項４６から５８のいずれかに記載の方法。
前記圧電トランスデューサ・アレイを前記通信回路に接続するステップが、２つ以上の圧電トランスデューサを積層するステップを含み、かつ前記音響カプラ組立体を前記壁に接続するステップが、前記積層された２つ以上の圧電トランスデューサを前記壁に締結するステップを含む請求項５９に記載の方法。
前記音響カプラ組立体を前記壁に接続するステップが、前記２つ以上の圧電トランスデューサの各圧電トランスデューサを前記壁に締結するステップを含む請求項５９に記載の方法。
前記音響トランスデューサを前記通信回路に接続するステップが、前記２つ以上の圧電トランスデューサのためのプログラム可能な相互接続を形成するステップを含む請求項５９から６１のいずれかに記載の方法。
前記音響カプラとして機能する前記音響トランスデューサの指向性と有効指向方向を制御するためのトランスデューサ・インターフェイス回路を提供するステップをさらに含む請求項５９から６２のいずれかに記載の方法。
前記トランスデューサ・インターフェイス回路を提供するステップが、前記２つ以上の圧電トランスデューサの各圧電トランスデューサに対してプログラム可能な位相遅れを提供するステップを含む請求項６３に記載の方法。