JP2022519380A - 医療デバイスにおける超音波通信 - Google Patents

Abstract

本開示は、患者の体の上及び体内に配置された２つ以上の医療デバイス間の超音波信号を使用して、経皮的パワー及び経皮的双方向データ通信を確立するように構成されたインプラント、センサモジュール、ネットワーク、及び方法を提供する。

Description

開示分野
本開示は、一般に、超音波通信の分野に関する。より具体的には、本開示は、超音波信号を使用する双方向通信用に構成された医療デバイスを包含する。

バックグラウンド
医療用インプラント、特にｉｎ ｓｉｔｕで調節可能な医療用インプラントには、ｉｎ ｖｉｖｏでさまざまな力が作用する。例えば、このような調節可能な医療用インプラントは、手足の変形や脊柱側弯症などの状態を治療するために、手足の延長や脊椎の調節可能な外科手術で使用される。通常、これらの調節可能な医療用インプラントは、1つ又は複数の骨に固定され、且つ、患者の転帰が達成されるまで、時間の経過とともに徐々に調節される。

これらの外科的インプラント及び手技には、インプラント部位に存在する力や圧力などのｉｎ ｖｉｖｏ状態を正確かつ非侵襲的に測定する手段が含まれていない。特に、治療の過程で。インプラントに存在する状態を非侵襲的に確認するケア提供者の能力を促進するための装置及び方法に対する必要性が存在する。

発明の概要
本開示は、患者の身体上及び／又は身体内に配置された医療デバイス間の経皮的超音波パワー伝送及び双方向データ通信を提供する。

いくつかの態様において、本開示は、インプラント及び外部トランシーバを包含するシステムを提供する。前記インプラントは、外部トランシーバによって送信された超音波信号を受信する、及びその超音波信号を電気エネルギーに変換してインプラントにパワーを供給する(power)ように構成された少なくとも1つの超音波トランスデューサを有する。

いくつかの態様では、本開示は、センサ及び超音波トランスデューサを包含するインプラントを提供する。ここで、センサは、インプラントの物理的特性を測定するように構成され、且つここで、インプラントは、超音波トランスデューサによって生成された超音波信号を介して測定に対応するデータを送信するように構成される。

いくつかの態様では、本開示は、調節可能なインプラント、アクチュエータ及び少なくとも１つの超音波トランスデューサを包含する調節可能なインプラント、を提供する。ここで、超音波トランスデューサは、外部トランシーバによって送信された超音波信号を受信する、及びその超音波信号を電気エネルギーに変換してアクチュエータにパワーを供給するように構成され、且つここで、超音波トランスデューサを使用した双方向超音波データ通信のため、インプラントは、調節可能なインプラントと外部トランシーバとの間で調節命令を送受信するように構成されている。

いくつかの態様では、本開示は、インプラントと統合されるように構成されたセンサモジュール、前記センサモジュールは、センサ、超音波トランスデューサ、及びコントローラを包含する、を提供する。ここで、センサ、超音波トランスデューサ、及びコントローラは、動作可能に接続され、且つここで、センサモジュールは、超音波信号を使用する双方向データ通信用に構成されている。

いくつかの態様では、本開示は、少なくとも１つの超音波トランスデューサを有する患者の皮膚に隣接して配置されるように構成された外部トランシーバを提供する。ここで、少なくとも１つの超音波トランスデューサは、超音波信号を使用する双方向データ通信用に構成される。

いくつかの態様では、本開示は、超音波信号を介して対象内に位置決めされたインプラントへのパワーの経皮的伝達の方法を提供する。

いくつかの態様では、本開示は、超音波信号を使用して、インプラントへのパワーの経皮的伝達の方法を提供し、
外部トランシーバからインプラントに超音波信号を送信すること、
超音波トランスデューサを備えたインプラントで超音波信号を受信すること、
超音波トランスデューサを使用して信号を電気エネルギーに変換すること、及び
電気エネルギーを使用してインプラントにパワーを供給すること、
を包含する。

いくつかの態様では、本開示は、超音波信号を使用する経皮的双方向データ通信の方法を提供する。当該方法は、
患者の体内にインプラントを配置すること、
トランシーバを患者の体の上に又は体内に配置すること、及び
インプラントとトランシーバとの間で超音波信号を経皮的に送信すること、
を包含する。

いくつかの態様では、本開示は、超音波信号を使用する経皮的双方向データ通信の方法を提供する。当該方法は、
患者の体内にデバイスを埋め込むこと、
超音波信号を使用してパワー又はデータの少なくとも1つをデバイスに送信すること、及び
超音波信号を使用してデバイスからデータを送信すること、
を包含する。

いくつかの態様では、本開示は、超音波信号を使用するｃの方法を提供する。当該方法は、以下のステップ：
患者の体内にセンサモジュールを埋め込むステップ、
超音波信号を使用して、ワイヤレスパワー又はデータのうちの少なくとも１つをセンサモジュールに送信するステップ、及び
超音波信号を使用して、センサモジュールからデータを送信するステップ、
を包含する。

いくつかの態様では、本開示は、ローカルボディエリアネットワーク（ＢＡＮ）を提供する。当該ローカルボディエリアネットワークは、経皮的双方向データ通信用に構成された１つ又は複数のインプラントを包含し、１つ又は複数のインプラントがローカルボディエリアネットワークを介して経皮的にデータを通信することを可能にする。

いくつかの態様では、本開示は、ローカルボディエリアネットワーク（ＢＡＮ）を提供し、前記ローカルボディエリアネットワークは、経皮的超音波通信用に構成された外部トランシーバと、経皮的超音波通信用に構成された１つ又は複数のインプラントを包含する。ここで、外部トランシーバ及び１つ又は複数のインプラントは、ローカルボディエリアネットワーク（ＢＡＮ）を介してデータを通信するように構成される。

図面の簡単な説明
これら及び他の特徴は、添付の図面を検討することにより、当業者によってさらに理解されるであろう。ここで、

図１は、患者内に配置された第１の実施形態によるインプラントを示し、インプラントは、超音波信号を介して経皮的にパワーを受け取るように構成されている。 図２は、第２の実施形態によるインプラントを示しており、インプラントは、外部トランシーバとの経皮的双方向超音波データ通信用に構成されている。 図３Ａは、第３の実施形態によるインプラントの側面図を示し、インプラントは、超音波信号を使用する経皮的双方向データ通信用に構成され、インプラントは、その中に配置されたセンサモジュールを包含する。 図３Ｂは、第３の実施形態によるインプラントの断面側面図を示し、インプラントは、その中に配置されたセンサモジュールを有し、センサモジュールは、超音波信号を使用する経皮双方向データ通信用に構成されている。 図４Ａは、第１の実施形態によるセンサモジュールの斜視図を示す。 図４Ｂは、第１の実施形態によるセンサモジュールの側面図を示す。 図４Ｃは、第１の実施形態によるセンサモジュールの側面図を示しており、センサモジュールは、外部カプセル化の一部が取り外された状態で示されている。 図４Ｄは、第１の実施形態によるセンサモジュールの断面側面図を示し、センサモジュールは、３次元スタック回路設計を包含する。 図４Ｅは、３次元スタック回路統合用に構成されたプリント回路基板を示している。 図４Ｆは、シャーシを示し、シャーシは、３次元スタック回路統合用に構成されている。 図５Ａは、第２の実施形態によるセンサモジュールを示し、センサモジュールは、患者の体内に配置されたインプラントと統合され、センサモジュールは、超音波信号を使用してインプラントの経皮的双方向データ通信を可能にするように構成されている。 図５Ｂは、センサモジュールと外部トランシーバとの間の超音波信号を使用するインプラント経皮双方向データ通信の概略図を示す。 図５Cは、センサモジュールと通信する、超音波信号を使用する経皮的双方向データ通信用に構成された外部トランシーバを示す。 図５Ｄは、スタンドオフを包含する、超音波信号を使用する経皮的双方向データ通信用に構成された外部トランシーバを示す。 図６Ａは、超音波信号を使用する経皮的双方向データ通信用に構成された外部トランシーバの実施形態を示し、外部トランシーバは膝装具を包含する。 図６Ｂは、骨内に配置された髄内インプラントを有する患者が着用している外部トランシーバの断面図を示す。 図７は、低骨密度の位置を決定し、治癒周波数で変調された超音波をその位置に送信する外部トランシーバの図を示す。 図８は、２つのインプラントと外部トランシーバとの間に確立された例示的なボディエリアネットワークを示しており、ここで、ボディエリアネットワークは、超音波を使用して確立されている。 図９Ａは、患者の体の内部に位置決めされた３つのインプラントと外部トランシーバとの間に確立された例示的なボディエリアネットワークを示し、且つ、 図９Ｂは、患者の体の内部に位置決めされた３つのインプラントの間に確立された例示的なボディエリアネットワークを示しており、ここで、インプラントのうちの１つはホストステータスに指定されている。 図１０は、超音波を使用してインプラントにパワーを供給する例示的な方法を示している。 図１１は、超音波を使用する経皮的データ伝送の例示的な方法を示す。 図１２は、超音波を使用する経皮的パワー及び／又はデータ伝送の例示的な方法を示す。 図１３は、センサモジュールを使用する例示的な方法を示す。 図１４は、骨密度をプロットするための例示的な方法を示す。 図１５は、３次元骨密度イメージングのための例示的な方法を示し、且つ、 図１６は、骨の長さの増加を測定するための例示的な方法を示す。

好ましい実施形態の詳細な説明
限定ではなく説明の目的で、特定の実施形態の詳細及び説明が、当業者が本発明を作成及び使用することが可能となるように、以下に提供される。これらの詳細及び説明は、特定の実施形態を代表するものにすぎない。しかしながら、明示的に説明されない無数の他の実施形態は、本明細書を徹底的に検討することにより、当技術分野の技術を有する者によって容易に理解されるであろう。したがって、本開示のレビューアは、特許請求の範囲によって本発明の範囲を解釈する必要がある。そして、そのような範囲は、本明細書に記載及び図示された実施形態によって限定されてはならない。

医療用インプラントの超音波通信は、パワー(power)、強化された制御、及び医療用インプラント及び/又は外部トランシーバ間のフィードバック、のうちの１つ以上を提供できる。

電磁波を利用する無線周波数（ＲＦ）信号では、情報が体内で伝達される場合がある。しかし、ＲＦ信号は、水性組織、骨組織で大量の減衰を経験し、そして主に金属表面で反射する。超音波は、水性組織、骨組織内ではるかに少ない減衰を経験し、そして金属表面を貫通することさえできる。超音波信号は、ＲＦ通信で使用される一般的な技術と同様に、既知の振幅及び位相シフト技術を介して情報を伝達する超音波である。位相シフトキーイングは、一定周波数の搬送波の位相を変更することによってデータを伝送するデジタル変調プロセスである。変調は、正確な時間にサイン入力とコサイン入力を変化させることによって実現される。それは無線ＬＡＮ、ＲＦＩＤ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（ＢＴ）に広く使用されている。オンオフキーイング（ＯＯＫ）、振幅シフトキーイング（ＡＳＫ）、及び周波数シフトキーイング（ＦＳＫ）を包含する、超音波通信では、バイナリ位相シフトキーイング（ＢＰＳＫ）又はいずれの既知の変調技術を使用できる。

双方向超音波通信を確立するために選択される超音波音波の周波数は、いずれの周波数の超音波を包含し得るが、一般に、約２０キロヘルツよりも大きい。いくつかの実施形態では、超音波音波の周波数は、２００から４００キロヘルツの間、例えば、約３００キロヘルツであり得る。パワー及びデータ伝送に超音波を利用することの利点は、（１）超音波は、金属又は固体媒体（例えば、金属製の医療用インプラント）を介して好ましい伝播と最小の減衰特性を持っていること、及び（２）超音波は、動物のさまざまな水性組織（例えば、人間の皮膚、筋肉、及び骨）を介して経皮的にデータを送信すること、を包含する。

経皮的双方向超音波通信リンクが確立されると、インプラントは、０．５ｍＷから８０ｍＷ、１ｍＷから６０ｍＷ、及び２．０ｍＷから４０ｍＷ、１０ｍＷ、５ｍＷ、及びそれらのいずれのサブレンジの消費パワーを有し得る。超音波トランスデューサは、動作中に約20mWのパワーを消費する可能性がある。超音波トランスデューサは、９５％を超えるデータ信頼性で毎秒５値（１ｋｂ／ｓ）の速度で少なくとも４インチの水又は水性組織を介してデータを送信するように構成することができる。これらのパワーレベルで超音波トランスデューサから送信されるデータの信頼性は、少なくとも９５％、少なくとも９８％、少なくとも９９％、少なくとも９９．９％、又は１００％である可能性がある。「データの信頼性」とは、ビットエラーレート（ＢＥＲ）から計算された１０分間の信頼性を意味する。

上で論じたように、医療用インプラントにおける超音波通信は、パワー、強化された制御、及び医療用インプラントと外部トランシーバとの間のバイオフィードバックのうちの１つ又は複数を提供することができる。医療用インプラントにおける超音波通信は、超音波信号を使用したパワー伝送とデータ伝送のうちの1つ又は複数を包含する。超音波信号は、１つ又は複数の物理コンポーネント及びソフトウェア技術を使用して、フィルタリング、復調、増幅、及び分析されたもののうちの１つ又は複数であり得る。

通信は一方向に確立される場合がある。いくつかの実施形態では、外部トランシーバは、超音波信号をインプラントに送信して、外部トランシーバからインプラントにパワーを転送することができる。上で論じたように、超音波信号は変調され得る。インプラントは、超音波信号から電気エネルギーを収集するように構成され、そして、パワー受信のためにインプラントを構成するために、フィルタ、ミキサー、及び変調器のうちの１つ又は複数を含み得る。いくつかの実施形態では、インプラントの回路は、フィルタ、ミキサー、及びデータ通信用にインプラントを構成するためのいずれの既知の電気コンポーネント及び回路を備えた変調器のうちの１つ又は複数を包含し得る。いくつかの実施形態では、インプラントコントローラ上に実装されている個別の復調器及びミキサーのうちの１つ又は複数。

双方向通信、及びネットワークを介した通信の場合、インプラントは、一時停止と解放のうちの1つ又は複数の間に外部トランシーバと通信して戻る場合がある。外部トランシーバが信号送信を停止する可能性のあるライン期間は、インプラントが変調された超音波信号をトランシーバに送り返すことを可能にする。例えば、トランシーバは、マスターとして機能し、スレーブとして機能するインプラントに命令又は照会し、次に、超音波信号の送信を一定期間一時停止し、スレーブインプラントが超音波信号を送信できるようにすることができる。そして例えば、クエリを確認又は返信する。

いくつかの実施形態では、双方向通信は、連続的なパワー伝送を包含し得る。例えば、インプラントに一定のパワー信号を送信する外部トランシーバ。外部トランシーバからインプラントへのこのパワー信号は、外部トランシーバからインプラントにデータを送信するために上記の技術を使用して変調することができる。インプラントは、後方散乱／負荷変調を介して、データを外部トランシーバに通信して戻すことができる。例えば、外部トランシーバからの入射エネルギーは、インプラントによって、通信するために外部トランシーバに向かって反射して戻され得る。

いくつかの実施形態では、超音波トランスデューサは、スイッチングデバイス、例えば、集積回路上のＢＪＴ又はＭＯＳＦＥＴによって短絡され得る。いくつかの実施形態では、超音波トランスデューサは、スイッチ、リレー、ソリッドステートリレー、真空管、及び後方散乱／負荷変調のために超音波トランスデューサを短絡するように構成された他の任意の既知のデバイスによって短絡され得る。

いくつかの実施形態では、パワー伝送は順次（sequential）であり得る。例えば、パルスパワー信号をインプラントに送信する外部トランシーバ。外部トランシーバからインプラントへのこのパワー信号は、外部トランシーバからインプラントにデータを送信するために上記の技術を使用して変調することができる。インプラントは、データ伝送の一時停止中にデータを外部トランシーバに通信する場合がある。

近接場領域（インプラントと外部トランシーバが近接している場合）では、負荷のインピーダンスを調整することを負荷変調と呼ぶ。比較的間隔の狭いトランスデューサの結合により、インプラントの超音波トランスデューサのインピーダンスの変化は、外部トランシーバによって観察できる。外部トランシーバの超音波トランスデューサは、その駆動回路にインピーダンスが変化し、さまざまな量の電流を流すように見える。

遠方場領域（より遠い距離にあるインプラント及び外部トランシーバ）では、負荷のインピーダンスを調整することは、後方散乱通信として知られている。インプラントの超音波トランスデューサのインピーダンスを変更すると、反射エネルギーの大きさを変更する。インプラントの超音波トランスデューサを短絡すると、エネルギーの反射が増加する。この反射エネルギーパターンは、外部トランシーバで確認できる。

これら及び他のデータ通信プロトコルは、当業者によって容易に理解され得る。当業者が理解し得るように、上記の通信プロトコルは、外部トランシーバと通信するインプラントを用いて説明されている。いくつかの実施形態では、インプラント及び外部トランシーバのそれぞれは、第２のインプラント、センサモジュール、及び３次デバイスのうちの１つ又は複数によって置き換えることができる。

図１には、超音波信号を介して外部トランシーバ９００からワイヤレスパワーを受信するように適合されたインプラント１００を示す概略図が提供されている。超音波信号は、超音波トランスデューサによって生成された変調された超音波を包含し得る。インプラント１００は、患者Ａの体内に配置されて示されている。患者Ａは、いずれの動物を包含し得、そしてヒトであり得る。インプラント１００は、外部トランシーバ９００によって送信された超音波信号を受信する、及びその超音波信号を電気エネルギーに変換するように構成された少なくとも１つの超音波トランスデューサ１０１を包含し得る。インプラント１００は、例えば、患者内の骨及び組織のうちの１つ又は複数に取り付けられるように構成されたパッチを包含し得る。超音波トランスデューサ１０１は、例えば、圧電ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）可撓性薄膜圧電トランスデューサを包含し得、これは、インプラント１００の他の回路に動作可能に接続され得る。超音波トランスデューサ１０１によって収集された電気エネルギーは、インプラント１００のいずれの回路をアクティブ化又はパワー供給するために使用され得る。

いくつかの態様では、インプラント１００は、例として、伸延ロッド（distraction rod）、髄内ロッド、又は患者の体の上及び体内に配置することを目的とした他のいずれの調節可能なインプラント又は医療デバイスであり得る。超音波を使用したインプラント１００の無線起動及び／又はパワー供給は、一部の既知の調節可能なインプラントに必要な内部電源ストレージデバイスの必要性を排除し得る。

インプラント１００は、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、チタン（Ｔｉ）、及び医療用インプラントの製造技術で知られ使用されている他のいずれの材料で作ることができる。材料は、インプラント１００の用途に応じて選択することができる。インプラント１００は、既知の電子製造技術を包含する既知の製造を使用して製造することができる。

いくつかの実施形態では、超音波トランスデューサ１０１は、音波又は機械的振動を誘発し、且つ音波を電子信号に変換するいずれのデバイスを包含し得る。例えば、圧電トランスデューサ、単結晶超音波トランスデューサ、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）超音波トランスデューサ、圧電ポリビニリデンフルオリド（ＰＶＤＦ）超音波トランスデューサ、容量性微細加工超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）、圧電微細加工超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）、又は当技術分野で知られ使用されているいずれの超音波トランスデューサ、を包含する。いくつかの実施形態では、超音波トランスデューサ１０１は、薄膜超音波トランスデューサ、平坦な超音波トランスデューサ、管状の超音波トランスデューサのうちの１つ又は複数を包含し得る。例えば、薄膜超音波トランスデューサの利点は、超音波トランスデューサの厚みの減少である。フラット超音波トランスデューサの例の利点は、送信及び受信特性の改善である。管状超音波トランスデューサの例の利点は、多方向の送信と受信である。超音波トランスデューサのタイプは、インプラント１００の用途を補完するように選択することができる。

いくつかの実施形態では、外部デバイス９００は、超音波を使用してインプラント１００のＩＤタグを検索することができる。例えば、インプラント１００は、超音波を使用して、インプラント１００のＩＤタグに対応するデータを外部デバイス９００に送信するために使用される集積回路及び超音波トランシーバ１０１を包含することができる。外部デバイス９００は、特定の温度で変調された超音波信号をインプラント１００に送信することができる。受信すると、変調された超音波信号は、超音波トランスデューサによってパワーに変換され、インプラント１００のデジタルスイッチをアクティブ化させることができる。アクティブ化されると、インプラントは、ＩＤタグに対応する変調された超音波信号を外部デバイス９００に送り返すことができる。例えば、患者を放射線に曝す可能性のある不必要な放射線画像を撮影することなく、ユーザがＩＤタグ及び対応するインプラント１００を決定することを可能にする。

いくつかの実施形態では、複数の超音波トランスデューサを含むフェーズドアレイを、外部デバイス及びインプラントの１つ又は複数に提供して、インプラント又は外部デバイスに強化された受信能力を提供することができる。

図２に目を向けると、第２の実施形態によるインプラント２００を示す概略図が提供されている。インプラント２００は、少なくとも外部トランシーバ９００との経皮的超音波データ通信用に構成されている。インプラント２００は、少なくとも１つの超音波トランスデューサ２０１、コントローラ２０２、センサ２０５、及びパワーストレージデバイス２０４を包含する、動作可能に接続された回路を有することが示されている。いくつかの実施形態において、これらのコンポーネントのうちの１つ以上は、複製され、置換され、又は保留され得る。

コントローラ２０２は、高性能マイクロコントローラ（ＭＣＵ）、プログラマブルシステムオンチップ（ＰＳｏＣ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、又はその他のタイプのコントローラもしくはマイクロコンピュータを包含する、当技術分野で知られ、使用されているいずれのタイプのコントローラ２０２であり得る。コントローラ２０２は、他の電子回路を包含することができ、他の電気コンポーネントを接続することができるプリント回路基板上に配置することができ、アナログ－デジタルコンバータ（ＡＤＣ）、デジタル－アナログコンバータ（ＤＡＣ）、オペアンプ、メモリ又はその他の電気コンポーネントを包含する。コントローラは、周波数シンセサイザ（すなわち、超音波トランスデューサ２０１のための搬送波を生成する）、パワーアンプ、ノイズフィルタ（つまり、搬送波を調整する）、パワー及び読み取りひずみゲージ（つまり、力センサ制御）をさらに包含し得、且つ、以下で説明するように、グラフィカルユーザインターフェースを介してユーザとインターフェースするコンピュータ実行可能命令などによって、搬送波、パワーなどを調整するように構成することができる。

パワーストレージデバイス２０４が提供され得る。パワーストレージデバイス２０４は、バッテリ、コンデンサ、及び他のいずれのパワーストレージデバイスを包含し得る。パワーストレージデバイス２０４は、充電式バッテリ、例えば、リチウムイオン充電式バッテリを包含し得る。パワーストレージデバイスは、固体バッテリ及びいずれの既知のバッテリ化学を包含するいずれのバッテリを包含し得る。

インプラント２００は、パワーストレージデバイス２０４及び圧電トランスデューサ２０１のうちの１つ又は複数に動作可能に接続された充電回路を包含し得る。充電回路は、少なくとも部分的に、例えば、コントローラ２０２に統合され得る。パワーストレージデバイス２０４は、ワイヤ、ボード、及び相互接続を包含するいずれの電子導体を介してコントローラ２０２に動作可能に接続され得る。充電回路は、当技術分野で知られ、使用されているいずれの充電回路を包含し得る。

インプラント２００は、外部トランシーバ９００によって送信された超音波信号を受信するように構成され得、且つ超音波トランスデューサ２０１を使用して、その超音波信号を電気エネルギーに変換することができる。

外部トランシーバ９００は、超音波信号をインプラント１００に送信することによって、インプラント２００のバッテリを再充電することができる。ここで、圧電トランスデューサは、超音波信号をパワーに変換してバッテリを再充電するように構成されている。例えば、コンデンサは、増分調整を行う、及び信号を外部トランシーバに送り返すのうち１つ又は複数に十分なエネルギーで、パルス又は一連のパルスによって充電され得る。いくつかの実施形態では、パワーストレージデバイスのリアルタイム充電は、インプラントのアクチュエータの連続駆動を可能にすることができる。

いくつかの実施形態では、例えば、誘導結合及び磁気結合を包含する他の既知の無線充電回路及び技術を使用して、パワーをインプラント２００に無線で転送することができる。

いくつかの実施形態では、外部トランシーバ９００は、超音波信号を超音波トランスデューサ２０１に送信することによって、インプラント２００の回路をアクティブにすることができる。超音波信号の超音波は、超音波トランスデューサ２０１によって受信され、電気エネルギーに変換され得る。コントローラ２０２は、変調された信号、例えば特定の節制の特定のステップ関数に対応する超音波を受信すると、コントローラ２０２が電気スイッチを閉じ、インプラント２００をアクティブ化させるようにプログラムすることができる。同様に、他の実施形態では、特定のステップ関数を使用して、電気スイッチを開き、インプラント２００を非アクティブ化して、パワーストレージデバイス２０４に蓄積されたパワーを節約することができる。

いくつかの実施形態では、コントローラ２０２は、特定の期間の後にインプラント２００をタイムアウトするようにプログラムすることができる。例えば、超音波変換器２０１が試験期間にわたって超音波信号を送信又は受信しなかった場合、コントローラ２０２は、インプラント２００を非アクティブ化することができる。

いくつかの実施形態では、コントローラ２０２は、パワー貯蔵装置２０４をオフにする、パワーを節約するためにインプラント２００を特定の期間スリープ状態にするようにプログラムすることができる。例えば、コントローラは、１秒の1/４の間、超音波トランスデューサ２０１を使用して超音波信号を送信する、センサ２０５を使用して測定値を取得する、アクチュエータを制御する、インプラント２００他の電子機器と通信するなど、のうち１つ又は複数に対して、インプラント２００をアクティブ化させることができる。この１／４秒の間、インプラント２００は「目覚めている」と言われる。コントローラ２０２は、インプラント２００を３／４秒の間非アクティブ化することができる。この３／４秒の間、デバイスは休止状態(asleep)であると言われる。

いくつかの実施形態では、インプラント２００は、コントローラ２０２に動作可能に接続された１つ又は複数のセンサ２０５を包含し得る。１つ又は複数のセンサ２０５は、温度、位置、力、圧力、静電容量、抵抗、及びインプラント２００又は患者Ａの周囲の解剖学的構造のいずれの他の物理的特性又は特性を測定するように設計され得る。いくつかの実施形態では、センサは、例えば、位置センサー（例えば、光学センサー）を包含し得る。図示の実施形態では、センサ２０５は、例えば、力又は温度を感知するように構成され得る。

いくつかの実施形態では、センサ２０５は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）センサを包含し得る。これらのセンサは、縮小されたプロファイルを提供します（例えば、１μｍから１００μｍサイズ）。ＭＥＭＳセンサは、加速度計、圧力センサ、ガスセンサ、湿度センサ、ジャイロセンサ、環境光センサ、光学センサ、ジェスチャーセンサ、近接センサ、位置センサ、タッチセンサを包含し得、且つその他の既知の感覚機能性を包含し得る。

センサ２０５は、センサ読み取り値をコントローラ２０２に伝達することができる。これは、読み取り値を変調された電気信号に変換する場合がある。次に、変調された電気信号を使用して、超音波トランスデューサ２０１を駆動することができる。これは、次に、変調された電気信号に対応する周波数で超音波を送信する。

コントローラ２０２は、センサからのアナログ情報をデジタル値に変更することができ、超音波を使用してデータを送信するために、超音波トランスデューサ２０１の変調を駆動することができる。データ伝送のためのいずれの既知の信号修正技術は、例えばＲＦデータ伝送で使用され得る超音波に使用され得る。いずれのタイプの通過帯域変調を包含する。

インプラント２００は、調節可能なインプラントを包含し得る。調節可能なインプラントは、当技術分野で知られ、使用されているいずれのアクチュエータを包含し得る。当業者が理解し得るように、アクチュエータは、例えば、電気モーター、回転可能な磁石、インパクトドライバ、及び医療用インプラントで使用されるいずれの既知のアクチュエータを包含し得る。インプラント２００は、別のインプラント又は外部トランシーバによって送信された超音波を収集する、及び超音波を電気エネルギーに変換してアクチュエータにパワーを供給するように構成することができる。

図３Ａから３Ｂには、調節可能なインプラント３００が示されている。調節可能なインプラント３００は、第１の位置で患者の骨に取り付けられるように構成された第１の部分３１０と、第２の位置で患者の骨に取り付けられるように構成された第２の部分３２０とを包含する。調節可能なインプラント３００は、いずれのタイプの調節可能なインプラントであり得る。例として、調節可能なインプラントは、カリフォルニア州サンディエゴのＮｕＶａｓｉｖｅ、Ｉｎｃ．によって販売されている脊椎及び肢の延長処置のためのＰＲＥＣＩＣＥ（登録商標）又はＭＡＧＥＣ（登録商標）磁気調節可能なインプラントシステムなどの磁気調節可能なシステムを包含し得る。そのような調節可能なシステムは、例えば、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第９，３９８，９２５号及び第９，３９３，１１７号に開示されている。

図３Ｂは、調節可能なインプラント３００の断面図を示し、第１の部分３１０は、伸延ロッドを包含する。伸延ロッドは磁石３１１を含み、磁石３１１は親ねじ３１２に接続されている。外部から加えられた回転磁界により磁石３１１が軸方向に回転すると、親ねじ３１２が回転する。親ねじ３１２の回転は、伸延ロッドの軸方向の伸延を引き起こす。

現在、調節可能なインプラントは、ｉｎ ｖｉｖｏで多くの力を経験する。例えば、図示の伸延ロッドの長さが増加するにつれて、伸延ロッドは、磁石３１１の親ねじを通って押し下げられる軸方向の力を経験する。スラストベアリング３１３は、磁石３１１の回転に対するこれらの力の影響を軽減するために提供される。ただし、外部コントローラを使用して非侵襲的に磁場を印加し、伸延ロッドを調節する場合、バイオフィードバックは制限されることがよくある。

図３Ｂのインプラント３００は、第２の部分３２０内に配置されたセンサモジュール３３０を包含する。センサモジュール３３０は、コントローラ３３２に動作可能に接続された管状圧電トランスデューサ３３１を包含する。管状圧電トランスデューサ３３１は、超音波信号を送受信するように構成される。上で説明したように、コントローラ３３２は、高性能マイクロコントローラ（ＭＣＵ）、プログラマブルシステムオンチップ（ＰＳｏＣ）、又はいずれの他のタイプのコントローラを含む、当技術分野で知られ、使用されているいずれのタイプのコントローラ３３２であり得る。コントローラ３３２は、アナログ－デジタルコンバータ（ＡＤＣ）、デジタル－アナログコンバータ（ＤＡＣ）、オペアンプ、メモリ、いずれのその他の既知の電子コンポーネントを包含する、他の電子回路及びコンポーネントもその中に含み得るプリント回路基板上に配置され得る。

パワーストレージデバイス３３４が提供される。 パワーストレージデバイス３３４は、バッテリ、コンデンサ、及び他のいずれの再充電可能なパワーストレージデバイスを包含し得る。

センサモジュール３３０は、パワーストレージデバイス３３４及び管状圧電トランスデューサ３３１に動作可能に接続された再充電回路を包含し得る。再充電回路は、例えば、コントローラ３３２に統合されるか、又は別のプリント回路基板上に配置され得る。パワーストレージデバイス３３４は、相互接続３３３を介してコントローラ３３２に動作可能に接続され得る。

センサモジュール３３０は、外部トランシーバ９００によって送信された超音波信号を受信する、及び管状圧電トランスデューサ３３１を使用してその超音波信号を電気エネルギーに変換するように構成される。再充電回路は、収集された電気エネルギーを使用して、パワーストレージデバイス３３４を充電することができる。

いくつかの実施形態では、外部トランシーバ９００は、超音波をセンサモジュール３３０に送信することによって、センサモジュール３３０の回路をアクティブにすることができる。超音波は、管状圧電トランスデューサ３３１によって受信され、電気エネルギーに変換される。コントローラ３３２は、特定の変調信号、例えば特定の節制(temperance)の特定のステップ関数に対応する超音波を受信すると、コントローラが電気スイッチを閉じてデバイスをアクティブ化させることができるようにプログラムすることができる。同様に、他の実施形態では、特定のステップ関数が電気スイッチを開き、パワーを節約するためにデバイスを非アクティブ化することができる。

いくつかの実施形態では、コントローラ３３２は、特定の期間の後にタイムアウトするようにプログラムされ得る。ここで、例えば、圧電トランスデューサ３３１が超音波を送信又は受信していない場合、それにより、パワーストレージデバイス３３４の充電パワーレベルを保存し、そのバッテリ寿命を延ばす。

いくつかの実施形態では、センサモジュール３３０は、０．５ｍＷから８０ｍＷ、１ｍＷから６０ｍＷ、及び２．０ｍＷから４０ｍＷの間、１０ｍＷ、５ｍＷ、又はそれらのいずれのサブレンジのパワー消費を有するように構成され得る。送信機３０は、動作中に約２０ｍＷのパワーを消費する可能性がある。送信機３０は、９５％のデータ信頼性で、毎秒５値（１ｋｂ／ｓ）の速度で水を介して少なくとも４インチデータを送信するように構成され得る。これらのパワーレベルで送信機から送信されるデータの信頼性は、少なくとも９５％、少なくとも９８％、少なくとも９９％、少なくとも９９．９％、又は１００％である可能性がある。「データの信頼性」とは、ビットエラーレート（ＢＥＲ）から計算された１０分間の信頼性を意味する。

センサモジュール３３０は、コントローラ３３２に動作可能に接続された１つ又は複数のセンサ３３５を包含し得る。センサ３３５は、力、温度、圧力、静電容量、抵抗を測定するように設計され得、当技術分野で知られ、使用されている他の任意のタイプのセンサであり得る。本実施形態では、センサモジュール３３０は、力センサ３３５を使用して、伸延デバイスからの軸方向の力を感知するように構成される。センサモジュール３３０の力センサ３３５は、アダプタプレート３１４を使用して伸延ロッドに動作可能に結合されている。

力センサ３３５は、センサ読み取り値をコントローラ３３２に伝達し、これは、読み取り値を変調された電気信号に変換する場合がある。次に、変調された電気信号を使用して、圧電トランスデューサ３３１を駆動することができ、これは次に、超音波を経皮的に外部トランシーバ９００に送信する。いくつかの実施形態では、変調の形態は、オンオフキーイング、振幅シフトキーイング（ＡＳＫ）、周波数シフトキーイング（ＦＳＫ）、位相シフトキーイング（ＰＳＫ）、アナログ周波数変調、又はデータ伝送に一般的に知られ、使用されている変調のいずれのその他の形態、を包含し得る。有利には、変調された信号は、変調されていない信号よりも少ないパワーを使用し、且つ変調されていない信号よりもセンサモジュール３３０からより遠い距離で送受信され得る。変調された信号は、変調されていない信号よりも精度が高い場合がある。

いくつかの実施形態では、センサモジュール３３０は、センサモジュール３３０に気密シールを提供するカプセル化３３６を包含する。不必要な超音波インピーダンスのポケットを包含するエアギャップを防ぐために、いくつかの実施形態では、圧電トランスデューサ３３１は、導電性エポキシを使用してカプセル化３３６の少なくとも一部に結合されている（図４Ｄ、４０８を参照）。この実施形態では、センサモジュール３３０は、エアギャップ及びインピーダンスを最小化するために、インプラント３００の表面に隣接して配置される。

導電性エポキシは、エアギャップを減らすためにいずれの超音波導電性材料を包含し得、アルミニウムエポキシ、銅エポキシ、銅テープ、Ｔｉエポキシ、業界の音響カプラント(acoustic couplant)、及び好ましい電気的及び音響伝導特性を提供するその他の材料を包含する。導電性エポキシを選択する場合、
ｉ） インプラントと圧電トランスデューサと間の超音波伝送効率を改善するためのインピーダンス整合、及び
ｉｉ） 電子機器を接地する回路、
を考慮するかもしれない。

センサモジュール３３０は、メモリを包含し得、且つ、センサ３３５の読み取り値のうちの１つ又は複数に対応するデータ、超音波信号を介して外部トランシーバ９００から受信したデータ、及びインプラント３００及び患者の生物学的状態に対応する他のデータ、を記録する(log)ことができる。例えば、センサモジュール３３０は、様々な時間間隔でセンサ３３５データを記録することができる。いくつかの実施形態では、データロギングは、例えばカーダッシュカメラと同様のファイルを維持するために必要な場合にデータを上書きすることを包含する。

超音波信号を使用して外部トランシーバ９００との双方向通信リンクを確立すると、外部トランシーバ９００は、センサモジュール３３０からデータをダウンロードすることができる。ユーザは後で外部トランシーバ９００からデータを検索することができ、且つ、インプラント１００に加えられているｉｎ ｓｉｔｕの力についての貴重な洞察をユーザに与えるデータをプロットすることができる。

いくつかの実施形態では、外部トランシーバ９００は、有線又はＲＦ通信機能を包含し得、且つさらに、インターネット、ＷｉＦｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、及びセルラーネットワークの１つ又は複数を介してリモートユーザがアクセスできる場合がある。いくつかの実施形態では、ユーザは、外部トランシーバ９００にリモートアクセスすることによって、例えばインターネットを介して、コントローラ３３２のファームウェアをリモートで更新することができる。いくつかの実施形態では、ユーザは、外部トランシーバ９００にリモートアクセスすることによって、例えばインターネットを介して、調節命令をインプラント１００に送信することができる。いくつかの実施形態では、ユーザは、外部トランシーバ９００にリモートアクセスすることによって、例えばインターネットを介して、インプラント１００からのデータにアクセスすることができる。

当業者が理解し得るように、本実施形態では、インプラント３００は、様々な機能及び特徴を有するセンサモジュール３３０を包含する。いくつかの他の実施形態では、これらの様々なコンポーネント及び特徴は、上記で論じたものと同様に、インプラント３００に直接組み込むことができる。

図４Ａは、センサモジュール４００の斜視図を示す。センサモジュール４００は、いずれのインプラントとインターフェースして、リモートアクティブ化、経皮的パワー、経皮的双方向超音波データ通信、又はインプラントの特性のリモート測定のうちの少なくとも１つを提供するように構成される。図４Ｂは、センサモジュール４００の側面図を示し、センサモジュール４００は、その中にセンサモジュール４００の内部コンポーネントを密閉するカプセル化４０６を包含することが示されている。

図示の実施形態では、センサモジュール４００は円筒形のプロファイルを有する。当業者が理解し得るように、センサモジュール４００は、長方形のプロファイル、ブロックのプロファイル、ディスクのプロファイル、パッチ、メンブレン、及びインプラントとインプラントの表面の既知のプロファイルを包含する、いずれのプロファイルに適合し得る。インプラントが伸延ロッドである場合、円筒形のプロファイルは、いくつかの利点を提供する可能性がある。例えば、センサモジュール４００の円筒形プロファイルは、伸延ロッドの内面を横切るセンサモジュール４００の最大量の接触面を可能にすることを意図している。センサモジュールの曲率を目的のインプラントに一致させることにより、インプラントのより大きな表面積にわたって、センサモジュール４００の改善された送信及び受信特性を提供し、且つ最大３６０度の受信を提供する。

図４Ｃでは、センサモジュール４００は、便宜上カプセル化４０６の一部が取り外された状態で示され、センサモジュール４００の内部コンポーネントのいくつかを明らかにしている。管状超音波トランスデューサ４０１、コントローラ４０２、少なくとも１つの相互接続４０３、パワーストレージデバイス４０４、及びセンサ４０５を有するセンサモジュール４００が示されている。

図４Ｄでは、センサモジュール４００の断面側面図が提供され、センサモジュール４００の内部回路及び構造を明らかにしている。この実施形態では、回路は３次元のスタックされた構成で配置されている。この構成では、管状超音波トランスデューサ４０１、パワーストレージデバイス４０４、及びコントローラ４０２は、互いの上にスタックされ、相互接続４０３を介して接続される。このスタックされた配置は、センサモジュール４００に縮小された寸法を提供する。このスタックされた配置は、管状圧電トランスデューサ４０１及び特別に設計されたシャーシ４０７を使用して達成される。

いくつかの実施形態では、超音波トランスデューサ４０１は管状であり、例えば、それを通って軸方向に延在するチャネルを有する。そのような実施形態では、超音波トランスデューサ４０１は、それを通って延在する相互接続を有するシャーシ４０７に結合され得る。１つの相互接続４３３は、超音波トランスデューサ４０１をコントローラ４０２の第１の端子に動作可能に接続するように構成され得る。他の相互接続４０３は、パワーストレージデバイス４０４をコントローラ４０２の第２の端子に動作可能に接続するように構成され得る。コントローラ４０２は、センサ４０５とインターフェースするか、統合されるか、さもなければ動作可能に接続され得る。

いくつかの実施形態では、パワーストレージデバイス４０４の接地端子は、カプセル化４０６に短絡され得る。そのような実施形態では、管状超音波トランスデューサ４０１の外径はまた、導電性エポキシ４０８を介して、カプセル化４０６で接地に短絡され得る。コントローラ４０２又はセンサ４０５のうちの少なくとも１つはまた、カプセル化４０６で接地に短絡され得る。そのような実施形態では、シャーシ４０７は、パワーストレージデバイス４０４の正端子の絶縁を提供し得、そして接地からの相互接続４０３を提供し得る。

インプラントが金属材料でできているいくつかの実施形態では、カプセル化４０６は、センサモジュールの内部回路を接地するインプラントに短絡され得る。

図４Ｅは、コントローラ４０２をパワーストレージデバイス４０４及び超音波トランスデューサ４０１に接続するための２つの相互接続端子４０２ａ、４０２ｂを有する小さな円形プリント回路基板を包含するコントローラ４０２を示している。コントローラは、コントローラ４０２をカプセル化に接地接続するために、接地端子４０２ｃを包含し得る。いくつかの実施形態では、接地端子４０２ｃは、回路基板の側部に配置されている。

上で論じたように、回路基板は、その中に他の電子回路及びコンポーネント、アナログ－デジタルコンバータ（ＡＤＣ）、デジタル－アナログコンバータ（ＤＡＣ）、オペアンプ、メモリ及びその他の既知の電子コンポーネントを包含する、をさらに包含し得る。コントローラ４０２は、周波数シンセサイザ（すなわち、超音波トランスデューサ４０１のための搬送波を生成する）、パワー増幅器及びノイズフィルタ（すなわち、搬送波を調整する）、パワー及び読み取りひずみゲージ（すなわち、力センサ制御）を包含するように統合され得、且つ、搬送波、パワーなどを調整するように構成され得る（例えば、以下で論じられるように、グラフィカルユーザインターフェースを介してユーザとインターフェースするコンピュータ実行可能命令によって）。

図４Ｆは、管状超音波トランスデューサ４０１を受け入れるように構成されたシャーシ４０７を示している。シャーシ４０７は、管状超音波トランスデューサ４０１を受け取り、少なくとも部分的に貫通するように構成された第１の棚を有することが示されている。シャーシ４０７はまた、それを通って軸方向に延在する２つのチャネル４０７ａ、４０７ｂを有することが示されている。その中の相互接続の少なくとも一部を受け取るように構成されたチャネル。シャーシ４０７はまた、相互接続の１つを超音波変換器４０１に接続するための接続キャビティ４０７ｃを有することが示されている。

図５Ａに目を向けると、センサモジュール５３０は、患者Ａの体内に配置されたインプラント５００と統合されて示され、センサモジュール５３０は、超音波データ通信でインプラント５００を可能にする。センサモジュール５３０は、いずれのインプラント５００が外部トランシーバ９００からデータを経皮的に送受信することを可能にし得る。データは、センサモジュール５３０によって得られた１つ又は複数の測定値、インプラント５００のいくつかの物理的特性、及び患者Ａの身体の解剖学的アイテム、組織又は構造のいくつかの物理的特性に対応し得る。さらに、外部トランシーバ９００は、情報をセンサモジュール５３０に送信することができ、センサモジュール５３０は、インプラント５００の内部回路に動作可能に接続することができる。例えば、いくつかの実施形態では、外部トランシーバ９００は、調整命令をセンサモジュール５３０に送信することができ、センサモジュール５３０は、調節命令を、調節可能なインプラント５００のコントローラ及びアクチュエータのうちの１つ又は複数に伝達することができる。

いくつかの実施形態では、センサモジュール５３０は、上記のように、ＲＦ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、及び超音波を包含するいずれのタイプの相互接続、ケーブル、又は通信プロトコルを使用して、インプラントのプロセッサ回路と統合され得る。センサモジュール５３０は、インプラントのプロセッサ回路からデータを受信し、データを経皮的に外部トランシーバ９００に通信することができる。

いくつかの実施形態では、外部トランシーバ９００は、インプラント５００からデータを取得することができ、例えば、本実施形態では、データは、センサモジュール５３０を介して取得される。次に、外部トランシーバ９００は、超音波接続、ＲＦ接続、ケーブル接続、インターネット接続、携帯電話接続、Ｗｉ－Ｆｉ接続、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、及び既知のデータ通信プロトコル接続を介して、データを３次デバイス９１０に報告することができる。３次デバイス９１０は、例えば、インプラント５００のアクチュエータを能動的に制御する能力を包含する、センサモジュール５３０と通信するように外部トランシーバ９００を駆動することが可能になり得る。

図５Ｂは、センサモジュール５３０、外部トランシーバ９００、及び３次デバイス９１０の間の通信の例示的な概略図を示している。本実施形態では、トランシーバ９００は、例えば、ウェアラブル技術の一部であり得、３次デバイス９１０は、例えば、携帯電話であり得る。

外部トランシーバ９００は、調節可能なインプラントを調節するように構成された外部調節デバイスを包含し得る。外部調節デバイスは、外部調節デバイスの表面に配置された1つ又は複数の超音波トランスデューサを包含し得る。外部調節デバイスを患者の皮膚のすぐ近くに配置すると、双方向超音波通信リンク又はネットワークは、外部調節デバイスと超音波通信用に構成された１つ又は複数のインプラントとの間に確立され得る。外部トランシーバ９００と１つ又は複数のインプラントとの間で伸延（distraction）及び／又は生体情報をパスするために確立された双方向超音波通信リンク。

いくつかの実施形態では、外部トランシーバ９００は、ウェアラブルデバイスであり得る。ウェアラブルデバイスは、例えば、ブレスレット、時計、アームバンド、アームスリーブ、アームブレース、レッグバンド、レッグスリーブ、レッグブレース、バックブレース、ボディスリーブ、ネックブレース、ヘッドブレース、及び、当技術分野で知られ、使用されている他のあらゆるタイプのウェアラブルデバイスであり得る。ウェアラブルデバイスは、３Ｄプリントを包含する付加製造(additive manufacturing)技術を使用して作成できる。

外部トランシーバは、超音波トランスデューサ、又は１つ又は複数のアレイを形成する複数の超音波トランスデューサを包含し得る。１つの１次元アレイは、列(column)に配置された複数の超音波トランスデューサを有する。１つの１次元アレイの超音波トランスデューサには、アレイ上の位置に相対的な位置を割り当てることができる。１つの２次元アレイは、マトリックス又はパターンに配置された複数の超音波トランスデューサを有する。超音波トランスデューサは、マトリックスの2つの次元に関連した位置に割り当てることがでる。

ここで、外部トランシーバ９００は、超音波トランスデューサ５０１から外部トランシーバ９００に、及び外部トランシーバ９００から超音波トランスデューサ５０１に送信される経皮的双方向超音波信号を使用して、センサモジュール５３０と通信する。この実施形態では、超音波トランスデューサ５０１は、圧電トランスデューサを包含する。

外部トランシーバ９００は、３次デバイス９１０と通信することができる。いくつかの実施形態では、３次デバイス９１０は、超音波信号を使用して、外部トランシーバ９００及びセンサモジュール５３０のうちの１つ又は複数と通信することができる。いくつかの実施形態では、３次デバイス９１０は、例えば、ＲＦ通信プロトコルを使用して、外部トランシーバ９００と通信することができる。３次デバイス９１０は、１つ又は複数のインターネット及び他の電気通信ネットワークとさらに通信することができ、ユーザがセンサモジュール５３０にリモートアクセスすることを可能にし、どこからでもインプラント５００を制御することさえ可能にする。

いくつかの実施形態では、固定焦点深度を有する高密度焦点式超音波（ＨＩＦＵ）超音波トランスデューサを、１つ又は複数の外部トランシーバ及びセンサモジュールに提供して、センサモジュール又は外部トランシーバに強化された受信能力を提供することができる。外部トランシーバを移動させ、ＨＩＦＵ超音波トランスデューサの固定焦点深度に対応するセンサモジュールからの距離で外部トランシーバを保持するために、外部トランシーバに、調節可能なオフセットを包含するオフセットを提供することができる。これにより、ユーザはセンサモジュールとの間の最大透過量を見つけることができ、センサモジュールと外部トランシーバとの間のパワー伝送とデータ通信が改善される。

図５Ｃは、固定焦点深度９０４を有する高密度焦点式超音波（ＨＩＦＵ）超音波変換器９０１を包含する外部トランシーバ９００、センサモジュール５３０と通信するように構成された超音波トランスデューサ、を示す。外部トランシーバ９００によって送信される超音波信号は、焦点深度９０４に集束され、これは、集束されていない超音波信号と比較して、超音波信号の改善された経皮送信を提供し得る。

しかしながら、当業者が理解し得るように、ＨＩＦＵ超音波トランスデューサ９０１の焦点深度９０４の皮膚への不適切な位置合わせは、患者の皮膚とＨＩＦＵ超音波トランスデューサ９０１との間にエアギャップを誘発する可能性がある。これらのエアギャップは、超音波信号に対して高インピーダンスをもたらす可能性があり、患者の体内に配置されたセンサモジュール５３０への伝達を低減する。さらに、焦点深度９０４が固定されているので、超音波信号の一部は、センサモジュール５３０の超音波トランスデューサ５３１を見逃すであろう。これは、例えば、センサモジュール５３０に伝達されるより少ないパワーをもたらす可能性がある。

図５Ｄは、スタンドオフ９０３を包含する、超音波信号を使用する経皮的双方向データ通信用に構成された外部トランシーバ９０１を示している。スタンドオフ９０３は、好ましい超音波透過特性を有するゲル材料から作製され、それを包含することができる。スタンドオフ９０３の少なくとも一部は、可鍛性（malleable）であり、患者の皮膚の湾曲に適合するように構成され得る。スタンドオフ９０３は、患者の皮膚に形成される、皮膚への気密接続を提供する、及び、ＨＩＦＵ超音波トランスデューサ９０１と患者の皮膚との間のエアギャップを最小化するように構成される。さらに、スタンドオフ９０３は、深さを調整することができ、ユーザが外部トランシーバ９００と患者の皮膚との間の変位量を変更することを可能し、これにより、ユーザは、超音波トランスデューサ９０１とセンサモジュール５３０との間の変位量を変更することができる。ユーザが変位量を変更できるようにすることにより、ユーザは、センサモジュール５３０に対して送信される信号の量を能動的に調節及び最適化できるように、センサモジュール５３０に対して外部トランシーバ９００を動かすことができる。

当業者が理解し得るように、図５Ｄのセンサモジュール５３０で観察される透過量は、図５Ｃのセンサモジュールで観察される透過量よりも大きいであろう。これは、スタンドオフ９０３により、ユーザが焦点深度９０４をセンサモジュール５３０に位置合わせすることができるためである。センサモジュール５３０と外部トランシーバ９００との間の双方向超音波データ通信リンクを使用して、ライブフィードバックを提供し、ユーザが最大送信量を検索できるようにすることができる。

図６Ａは、膝装具９２０を包含する超音波通信用に構成された外部トランシーバ９００の実施形態を示す。この実施形態では、外部トランシーバ９００は、コントローラ９０２及び１つ又は複数のＬＥＤディスプレイインジケータ９２２を包含する。１つ又は複数のＬＥＤディスプレイインジケータ９２２は、ユーザにデバイスのステータスを示し得る。

外部トランシーバ９００は、いずれの数の超音波トランスデューサ９０１又は超音波トランスデューサアレイ９３１を包含し得る。

いくつかの実施形態では、外部トランシーバ９００は、ディスプレイを包含し得る。ディスプレイは、プログラム可能なタッチスクリーンディスプレイであり得る。例えば、ＬＥＤ、ＬＣＤ、又はプラズマディスプレイ。

第１のユーザ、例えば医師は、操作命令の第１のセットを用いて、外部トランシーバ９００又は外部トランシーバ９００のコントローラ９０２をプログラムすることができる。外部トランシーバ９００は、これらの操作命令がパスワードで保護され得るようにプログラムされ得る。いくつかの実施形態では、第１のユーザは、例えばインターネットを介してリモートでデバイスにアクセスすることができる場合がある。第１のユーザは、リモート接続を介して外部トランシーバ９００に操作命令を送信することができる。第１のユーザはまた、外部トランシーバ９００によって得られた測定値に関するデータを、外部トランシーバ９００からダウンロードすることができる。

第２のユーザは、彼らの携帯電話、コンピュータ、いずれの他の３次デバイス９１０、又はディスプレイを介して外部トランシーバ９００を操作することができるかもしれない。第２のユーザは、第２の一連の操作命令を用いてデバイスをプログラムすることができる場合がある。第２のユーザは、３次デバイス９１０を外部トランシーバ９００にペアリングすることができる場合がある。

図６Ａの外部トランシーバ９００は、患者Ａの少なくとも一部の周りに延在する超音波トランスデューサ９３１、９３２の２つのアレイを包含する。アレイは、複数の超音波トランスデューサ９０１を包含する。超音波トランスデューサ９０１は、患者Ａが膝装具を着用したときに患者Ａの皮膚に近接するように、膝装具の内面に配置されている。図６Ａでは、超音波トランスデューサ９３１、９３２のアレイは、患者Ａの脚の周りに延在し、患者Ａの脚の少なくとも一部、及びその中の大腿骨を取り囲んでいる。当業者が評価できるように、外部トランシーバ９００は、レッグブレース９２０、アームブレース、ネックブレース、ヘッドブレース、アームスリーブ、レッグスリーブ、及び上記で論じた他のいずれのウェアラブル物品を包含する、いずれのウェアラブル媒体を包含することができる。

図６Ｂは、外部トランシーバ９００の断面図を示しており、外部トランシーバは、体内に配置されたインプラント３００を有する患者が着用している。この例では、外部トランシーバ９００は、図６Ａと同じ外部トランシーバ９００であり得る。インプラント３００は、患者Ａの体内に配置することができる。この例では、インプラント３００は患者の大腿骨にある可能性がある。

上で論じたように、外部トランシーバ９００は、超音波を使用してインプラントと通信するように構成することができる。例えば、超音波トランスデューサ９３１のアレイは、超音波の特定のステップ関数をインプラント３００に送信することができる。インプラント３００は、超音波を受信する、及びそれらを電気エネルギーに変換するように構成された超音波トランスデューサ３０２を包含し得る。インプラント３００は、電気エネルギーを使用して、インプラント３００にパワーを供給することができる。インプラント３００は、調節可能なインプラントであり得、且つ、電気エネルギーを使用して、インプラント３００のアクチュエータを作動させることができ、例えば、電気モーターを使用して、インプラント３００の寸法を変更することができる。インプラント３００は、電気エネルギーを使用して、インプラント３００のコントローラ３０２を作動させることができる。インプラント３００のコントローラ３０２は、外部デバイス９００のコントローラと通信することができる。コントローラ３０２は、インターネットへの接続、又は外部トランシーバ９００を介した３次デバイス９１０への接続を確立することができる。インプラント３００は、インプラント３００又は周囲の組織又は流体の測定値を感知するように構成されたセンサ３０５を包含し得る。インプラント３００は、超音波を使用してセンサ測定値を外部トランシーバ９００に伝達することができる。外部トランシーバ及びインプラントのうちの１つ又は複数は、本開示を通して論じられるように、様々なコンポーネント及び機能のいくつかを包含し得る。

いくつかの実施形態では、外部トランシーバ９００は、超音波の送信量又は反射量を検出することによって、インプラント３００の位置を画像化又は検出することができる。いくつかの実施形態では、外部トランシーバ９００は、超音波を使用して、骨及び／又はインプラント３００の１つ又は複数の超音波画像を形成することができる。

３次元画像を形成するためのいくつかの実施形態では、外部トランシーバ９００は、骨の４つ以上の象限に骨密度を生じさせることができる。いくつかの実施形態では、超音波は、超音波トランスデューサ９３１のアレイのうちの１つの超音波トランスデューサ９０１によって生成され得、１つの超音波トランスデューサ９０１によって放出された超音波は、カメラ内の光源と同様に作用し得る。超音波トランスデューサ９０１の残りの部分は、超音波の反射及び／又は透過(transmission)を検出し、アレイ９３１は、カメラの焦点面アレイと同様に機能する。このシーケンスは、アレイの周囲で一度に1つの要素を繰り返す場合がある。コントローラ９０２又はいくつかの３次デバイス９１０は、超音波トランスデューサによって得られたデータを処理して、複数の視点から対象を見る立体３次元画像を形成することができる。

図７は、超音波を送信するように構成された少なくとも３つの超音波トランスデューサ９０１ｂ、９０１ｃ、９０１ｄを有する外部トランシーバ９００の図を示す。第１の超音波トランスデューサ９０１ｂは、第１のアレイ９３１の一部であり得、第２及び第３の超音波トランスデューサ９０１ｃ、９０１ｄは、第２のアレイ９３２の一部であり得、アレイは、患者Ａの脚の少なくとも一部の周りに延在する。

超音波トランスデューサ９０１ｂ、９０１ｃ、９０１ｄに動作可能に接続されたコントローラ９０２を含む外部トランシーバ９００が示されている。いくつかの実施形態では、外部トランシーバ９００は、超音波変換器９０１ｂ、９０１ｃ、９０１ｄによって得られたデータを記憶するためのメモリモジュールのうちの１つ又は複数、データを３次デバイスに転送するためのネットワークデバイス、及びコントローラに動作可能に結合されたパワーストレージデバイスを包含し得る。

外部トランシーバ９００は、患者Ａの骨上の低骨密度Ａ‘の位置に対応する位置を非侵襲的に検出するように構成される。外部トランシーバ９００はまた、骨密度の３次元プロットを生成するように構成され得る。
例えば、コントローラは、外部トランシーバ９００の長さに沿った既知の位置を、超音波トランスデューサ９０１ｂ、９０１ｃ、９０１ｄ、又は外部トランシーバ９００上に配置された超音波トランスデューサのアレイに割り当てることができる。

コントローラは、選択された周波数Ｂで超音波を放出するように、第１の超音波トランスデューサ９０１ｂ、又は超音波トランスデューサの第１のアレイに指示する。次に、１つ又は複数の超音波トランスデューサ９０１ｂ、９０１ｃ、９０１ｄは、第１の超音波トランスデューサ９０１ｂの超音波Ｂを感知するように指示され得る。

骨密度が比較的高い領域では、骨による超音波の反射が比較的強くなる。骨密度が比較的低い領域では、骨を横切る超音波の伝送率(transmission rates)の上昇が観察される。

図示の実施形態では、比較的大量の反射が、第１の超音波トランスデューサ９０１ｂによって観察されるであろう。そして、コントローラは、第１の超音波トランスデューサ９０１ｂの位置と相関する位置、又は第１の超音波トランスデューサ９０１ｂに割り当てられたアレイに関連する領域に高い骨密度を割り当てる。コントローラは、選択された周波数Ｃで超音波を送信するように第２の超音波トランスデューサ９０１ｃに指示することができる。超音波Ｃ‘は、低骨密度Ａ’の領域を通過し、例えば、骨の反対側にある第３の超音波トランスデューサ９０１ｄによって観察される。コントローラは、第２の超音波トランスデューサ９０１ｃの位置と相関する位置、又は第２の超音波トランスデューサ９０１ｃに割り当てられたアレイに関連付けられた領域に低い骨密度を割り当てる。次に、コントローラは、外部トランシーバ９００の長さに沿った骨密度のプロットを構築することができる。

いくつかの実施形態では、外部トランシーバ９００は、患者Ａの骨上の低骨密度Ａ’の位置を特定するように構成され、及びここで、位置を決定すると、コントローラは、骨治癒又は骨成長を促進するために治療用超音波周波数で超音波を送信するように超音波トランスデューサ９０１ｂ、９０１ｃ、９０１ｄのうちの１つ又は複数に指示するように構成される。研究では、特定の超音波周波数を骨の治癒と治療の改善に関連付けている。

低骨密度Ａ’の位置は、上記のように外部トランシーバ９００によって決定され得る。しかしながら、いくつかの実施形態では、低骨密度の位置は、例えば、コントローラに動作可能に結合されたタッチスクリーン液晶ディスプレイを使用して、位置を外部トランシーバ９００に入力することによって取得することができる。いくつかの実施形態では、低骨密度の位置は、確立された無線周波数接続、例えば、Ｗｉ－Ｆｉ又はＢｌｕｅｔｏｏｔｈ接続を使用して、３次デバイス９１０からリモートで外部トランシーバ９００に位置を入力することによって取得され得る。いくつかの実施形態では、外部トランシーバ９００は、超音波を介して患者内の１つ又は複数のインプラントと通信することができ、１つ又は複数のインプラントは、骨密度の位置を決定し、その位置を外部トランシーバ９００に通信することができる。

低骨密度Ａ’の位置を知っているので、コントローラ９０２は、治療指示で事前にプログラムされるか、又はリモートでプログラムされ得る。次に、コントローラ９０２は、１つ又は複数の超音波トランスデューサに、骨治癒周波数で超音波をその位置に送信するように指示することができる。

例えば、図７では、外部トランシーバ９００のコントローラ９０２は、特定の治癒周波数（healing frequency）で超音波を送信するために、第２の超音波トランスデューサ９０１ｃ及び第３の超音波トランスデューサ９０１ｄを駆動することができる。治癒周波数は、低骨密度の位置を決定するために選択された周波数と同じであっても異なっていてもよい。また、第２の超音波トランスデューサ９０１ｃ及び第３の超音波トランスデューサ９０１ｄは、アレイの一部であり得る。その場合、コントローラ９０２は、そのアレイの超音波トランスデューサに、骨治癒周波数で超音波を低骨密度Ａ’の位置に送信するように指示することができる。

図８は、患者Ａの体内で第２のインプラント６０２と通信している第１のインプラント６０１を示しており、通信は超音波を使用して確立されている。２つ以上のインプラント又は外部トランシーバ９００間の通信は、ボディエリアネットワーク（ＢＡＮ）を確立することができる。いくつかの実施形態では、アドホックメッシュネットワークは、超音波信号を使用してインプラント全体に確立され得る。

上記のように、インプラントは、センサモジュールを包含するか、又はインプラントに統合された超音波データ通信回路を有し得る。

図９Ａに目を向けると、いくつかの実施形態では、ホストステータスが割り当てられた外部トランシーバ９００、及びクライアントステータスが割り当てられた１つ又は複数のインプラント７０１、７０２、７０３を有するボディエリアネットワークが確立され得る。

図９Ｂに見られるように、いくつかの実施形態では、ネットワークは、ネットワークからのホストの切断時に、残りのクライアントの間で新しいホストが選択されるようにプログラムされ得る。インプラントがアクティブ化及び非アクティブ化されると、ホストステータスがネットワーク全体に転送される場合がある。

ボディエリアネットワーク接続は、クライアントインプラントを駆動するためのホストアクセスを提供する場合がある。これは、クライアントインプラントにパワーを供給すること、クライアントインプラントをアクティブにすること、クライアントインプラントを作動させること、クライアントインプラントからデータを受信すること、及び上記で論じた、又は当技術分野で一般に知られている方法でクライアントインプラントを調節すること、のうちの1つ以上を包含する。

ボディエリアネットワークは、ホストを介していずれの外部ネットワークへの接続を確立できる。例えば、図９Ａにおいて、ホスト外部トランシーバ９００が外部ネットワークに接続するように構成されている場合、ホストは、前記ネットワークを介してクライアントへのアクセスを提供する。同様に、図９Ｂでは、ホストインプラント７０１が外部ネットワークに接続するように構成されている場合、ホストは、前記ネットワークを介してクライアントへのアクセスを提供する。これにより、ホストとクライアントを同様にリモートで制御、監視、及びアクセスできる。いくつかの実施形態では、ホスト及びクライアントのファームウェアは、この接続を使用してリモートで更新され得る。

当業者が理解し得るように、これらの例示的な実施形態は、網羅的であることを意図するものではない。個々の実施形態の構造及び特徴は、他の様々な実施形態間で交換可能であり得る。ある実施形態の特定の特徴が別の実施形態の一部として明示的に述べられていない場合、本開示は、他の実施形態に伝達可能であり、特許請求の範囲の完全かつ合理的な範囲に到達することを意図する実施形態の特徴を伴う変形を含むことを意図する。

図１０から１６は、本明細書に記載の実施形態の少なくともいくつかによる、超音波信号を使用する１つ又は複数のインプラント間のパワー及び／又はデータの経皮的伝達の例示的な方法のフロー図を表す。図中のブロックは順番に示されているが、ブロックは、場合によっては、並行して、及び／又はそこに記載されているものとは異なる順序で実行され得る。また、様々なブロックは、より少ないブロックに結合され、追加のブロックに分割され、及び／又は所望の実装に基づいて削除され得る。

さらに、図中のブロックは、本実施形態の１つの可能な実装の機能及び動作を示し得る。これに関して、ブロックは、モジュール、セグメント、又はプログラムコードの一部を表すことができ、プロセス内の特定の論理機能又はステップを実装するためにプロセッサによって実行可能な１つ又は複数の命令を包含する。プログラムコードは、例えば、ディスク又はハードドライブを含むストレージデバイスなど、いずれのタイプのコンピュータ可読媒体に記憶され得る。コンピュータ可読媒体は、例えば、データを短期間保存する非一時的なコンピュータ可読媒体、レジスタメモリ、プロセッサキャッシュ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）など、及び／又は永続的な長期ストレージ、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、光ディスク又は磁気ディスク、コンパクトディスク読み取り専用メモリ（ＣＤ－ＲＯＭ）など、を包含し得る。コンピュータ可読媒体は、他のいずれの揮発性又は不揮発性記憶システムが可能であるか、又はそれらを包含し得る。コンピュータ可読媒体は、例えば、コンピュータ可読記憶媒体、有形ストレージデバイス、又は他の製造品と見なすことができる。

あるいは、図のブロックは、プロセス内の特定の論理関数を実行するように配線された回路を表す場合がある。図のブロックに示されているような例示的な方法は、インターネット、クラウド、及び／又はコンピュータシステム上の１つ又は複数のコンポーネントによって部分的に実行され得る。しかしながら、例示的な方法は、本開示の範囲から逸脱することなく、代わりに、他のエンティティ又はエンティティの組み合わせによって（すなわち、他のコンピューティングデバイス及び／又はコンピュータデバイスの組み合わせによって）実行され得ることを理解されたい。例えば、図中のブロックの方法の関数は、コンピューティングデバイス（又は1つ以上のプロセッサなどのコンピューティングデバイスのコンポーネント）によって完全に実行され得るか、又はコンピューティングデバイスの複数のコンポーネント間、複数のコンピューティングデバイス間（例えば、制御ユニット及び画像処理デバイス）、及び／又はサーバー全体に分散され得る。

ここで、図１０に示される例示的な方法は、超音波を使用する経皮的パワー伝達の例示的な方法を提供する。当該方法は、以下のステップ：
外部トランシーバから患者の体内に位置決めされたインプラントに超音波信号を送信するステップ；
超音波トランスデューサを使用して前記インプラントで前記超音波信号を受信するステップ；
前記超音波トランスデューサを使用して前記超音波信号を電気エネルギーに変換するステップ；及び
前記電気エネルギーを使用して、前記インプラントの少なくとも一部にパワーを供給するステップ；
を包含する。

上で説明したように、インプラントにパワーを供給することは、インプラントを作動させること、インプラントを作動させること、インプラントを充電すること、又はインプラントの内部回路にパワーを供給するいずれの他の形態を包含し得る。電気エネルギーは、即時又はその後に使用することができる。さらに、インプラントは超音波トランスデューサを有し得、そして上記のようにセンサモジュールを包含し得る。

図１１は、超音波を使用する経皮信号伝達の例示的な方法を提供する。当該方法は、患者の体内にインプラントを配置すること、トランシーバを前記患者の体の上又は体内に配置すること、前記トランシーバを使用して変調された超音波信号を前記インプラントに送信すること、及び前記変調された超音波信号を電気エネルギーに変換すること、及び前記変調された電気信号を前記インプラントのコントローラに伝達すること、を包含する。

図１２は、超音波信号を使用する経皮的双方向データ伝送の例示的な方法を提供する。当該方法は、患者の体内にインプラントを配置すること、超音波信号を使用してトランシーバから前記インプラントにワイヤレスパワー又はデータのうちの少なくとも1つを送信すること、及び超音波信号を使用して、ワイヤレスパワー又はデータのうちの少なくとも1つを前記インプラントから前記トランシーバに送信すること、を包含する。

図１３は、超音波を使用する経皮的双方向データ伝送の例示的な方法を提供する。当該方法は、以下のステップ：
インプラントにセンサモジュールを提供するステップ、
前記インプラントを患者の体内に配置するステップ、
超音波信号を使用して、ワイヤレスパワー又はデータのうちの少なくとも１つをトランシーバから前記センサモジュールに経皮的に送信するステップ、及び
超音波信号を使用して、前記センサモジュールから前記トランシーバにワイヤレスパワー又はデータのうちの少なくとも１つを送信するステップ、
を包含する。

いくつかの実施形態では、当該方法は、前記センサモジュールによって受信された情報を前記インプラントのコントローラに伝達するステップをさらに包含し得る。いくつかの実施形態では、このステップは、直接接続、例えば有線接続を介して実行され得る。いくつかの実施形態では、このステップは、間接接続、例えば、ＲＦ通信及び超音波通信のうちの１つ又は複数を包含する無線接続を介して実行され得る。

図１４は、患者の皮膚に隣接して少なくとも１つの超音波トランスデューサを配置すること、前記少なくとも１つの超音波トランスデューサを使用して超音波を送信すること；前記超音波の透過量又は反射量の少なくとも１つを測定すること、骨密度のプロットを形成するために、前記超音波トランスデューサの既知の位置に対する測定値をプロットすること、を包含する、骨密度をプロットするための例示的な方法を提供する。

図１５は、患者の皮膚に隣接して、少なくとも１つの超音波トランスデューサを包含する少なくとも１つのアレイを配置すること、少なくとも１つの超音波トランスデューサから患者の骨の方向に超音波を送信すること、前記超音波の透過量又は反射量の少なくとも１つを測定すること、前記トランスデューサアレイ全体の位置で少なくとも１つの超音波トランスデューサから超音波を送信すること；測定値をつなぎ合わせて、骨密度の３次元プロットを作成すること、を包含する、３次元骨密度イメージングのための例示的な方法を提供する。

図１６は、骨の第１の場所に第１の超音波マーカーを配置すること、骨の第２の場所に第２の超音波マーカーを配置すること、骨の少なくとも一部の周りにトランスデューサアレイを配置すること、前記トランスデューサアレイは、少なくとも１つの超音波トランスデューサを含む；前記少なくとも１つの超音波トランスデューサから超音波を送信すること；前記トランスデューサアレイ上の位置で前記超音波トランスデューサによって観察された透過量又は反射量のうちの少なくとも１つを測定すること；前記トランスデューサアレイによって得られた測定値をつなぎ合わせて超音波画像を形成すること；前記第１の超音波マーカーと前記第２の超音波マーカーとの間の前記超音波画像上の距離を測定すること、を包含する、骨の長さの増加を測定するための例示的な方法を提供する。

当業者が理解できるように、方法のこれらの例示的な実施形態は、網羅的であることを意図していない。個々の方法のブロックは、様々な実施形態間で置換及び交換可能であり得る。これらの文書全体に開示されている追加のステップ及び機能に対応する様々な実施形態に、追加のブロックを追加及び置換することができる。

ここで、特定の特徴及び実施形態は、当業者が特許請求される発明を作成及び使用することを可能にするために説明されてきたが、開示された主題に到達するためにいくつかの変形、変更又は置換を達成できることを理解されたい。この説明のいかなる内容も、以下の添付の特許請求の範囲に記載されている本発明の精神及び範囲を制限するものとして解釈されるべきではない。

米国特許第９，３９８，９２５号 米国特許第９，３９３，１１７号

５００ インプラント
５３０ センサモジュール
９００ 外部トランシーバ
９１０ ３次デバイス
Ａ 患者

Claims (62)

1. 少なくとも１つの超音波トランスデューサを有するインプラント；及び
   外部トランシーバ；
   を含む、超音波通信のためのシステムであって、
   ここで、前記超音波トランスデューサは、前記外部トランシーバによって送信された超音波信号からパワーを受け取るように適合されている、システム。
2. ここで、前記少なくとも１つの超音波トランスデューサが圧電トランスデューサを含む、請求項１に記載のシステム。
3. 前記インプラントが調節可能なインプラントを含む、請求項２に記載のシステム。
4. ここで、前記調節可能なインプラントのアクチュエータは、前記超音波トランスデューサによって前記超音波信号から受信された電気エネルギーによってパワーを供給される、請求項３に記載のシステム。
5. 前記調節可能なインプラントは、パワーストレージデバイス、及び充電回路をさらに含み、且つここで、前記充電回路は、前記超音波トランスデューサから受け取った前記電気エネルギーを使用して前記パワーストレージデバイスを充電するように構成される、請求項４に記載のシステム。
6. 前記インプラントは、コントローラをさらに含む、請求項５に記載のシステム。
7. センサと超音波トランスデューサとを包含するインプラント；及び
   外部トランシーバ；
   を含む、超音波通信のためのシステムであって、
   ここで、前記インプラントは、前記超音波トランスデューサによって生成された超音波信号を使用して、前記センサによって得られたデータを前記外部トランシーバに送信するように適合されている、システム。
8. ここで、前記超音波トランスデューサが圧電トランスデューサを含む、請求項７に記載のシステム。
9. 前記インプラントは、コントローラをさらに含む、請求項８に記載のシステムであって；
   ここで、前記コントローラは、前記センサによって感知されたデータを変調された信号に変換するように構成される、システム。
10. 前記インプラントは、前記超音波トランスデューサによって生成された前記超音波信号から受信された電気エネルギーによってパワーを供給されるアクチュエータをさらに含む、請求項９に記載のシステム。
11. 前記インプラントは、パワーストレージデバイス、及び充電回路をさらに含み、且つここで、前記充電回路は、前記超音波トランスデューサによって前記超音波信号から受信された前記電気エネルギーを使用して前記パワーストレージデバイスを充電するように構成される、請求項１０に記載のシステム。
12. 超音波トランスデューサに動作可能に結合されたアクチュエータを有するインプラント；及び
    外部トランシーバ;
    を含む、超音波通信のためのシステムであって、
    ここで、前記超音波トランスデューサは、前記アクチュエータにパワーを供給するために前記外部トランシーバによって送信された超音波信号からパワーを受け取るように構成される；且つ
    ここで、前記インプラントは、前記超音波トランスデューサを介して前記外部トランシーバとの間でデータを送受信するように構成されている、システム。
13. ここで、前記超音波トランスデューサが圧電トランスデューサを含む、請求項１２に記載のシステム。
14. ここで、前記インプラントが、前記圧電トランスデューサによって受信された前記超音波信号からパワーを受け取る、請求項１３に記載のシステム。
15. 前記インプラントは、センサ及びコントローラをさらに含む、請求項１４に記載のシステムであって；
    ここで、前記コントローラは、前記センサによって取得されたデータを変調された信号に変換するように構成される、システム。
16. 前記インプラントは、パワーストレージデバイス及び対応する充電回路をさらに含む、請求項１５に記載のシステムであって；
    ここで、前記充電回路は、前記超音波トランスデューサによって前記超音波信号から受信された電気エネルギーを使用して前記パワーストレージデバイスを充電するように構成される、システム。
17. 超音波トランスデューサ;及び
    前記超音波トランスデューサに動作可能に結合されたコントローラ；
    を含む、超音波通信のためのセンサモジュールであって、
    ここで、当該センサモジュールは、経皮的超音波パワー又は超音波信号を使用するデータ転送のうちの少なくとも１つのために構成される、センサモジュール。
18. ここで、当該センサモジュールは、インプラントと統合されるように適合されている、請求項１７に記載のセンサモジュール。
19. 当該センサモジュールの少なくとも一部が、前記インプラントの内部部分内に配置されている、請求項１８に記載のセンサモジュール。
20. ここで、当該センサモジュールの少なくとも一部が、前記インプラントの外部部分に配置されている、請求項１８に記載のセンサモジュール。
21. ここで、前記超音波トランスデューサは、外部トランシーバから超音波信号を受信する、及び前記超音波信号を電気エネルギーに変換するように構成される、請求項１７に記載のセンサモジュール。
22. ここで、前記超音波トランスデューサが、第２のインプラントから超音波信号を受信する、及び前記超音波信号を電気エネルギーに変換するように構成される、請求項１７に記載のセンサモジュール。
23. ここで、前記超音波トランスデューサが圧電トランスデューサを含む、請求項１７に記載のセンサモジュール。
24. ここで、前記コントローラは、バイナリ位相シフトキーイングを使用して前記超音波信号を変調するように構成される、請求項１７に記載のセンサモジュール。
25. カプセル化をさらに含む、請求項１７に記載のセンサモジュールであって、ここで、前記カプセル化は気密シールを提供する、センサモジュール。
26. パワーストレージデバイスをさらに含む、請求項１７に記載のセンサモジュール。
27. 前記超音波トランスデューサによって収集された電気エネルギーを使用して前記パワーストレージデバイスを充電するように構成された再充電回路をさらに含む、請求項２６に記載のセンサモジュール。
28. センサをさらに含む、請求項２７に記載のセンサモジュール。
29. 前記センサ、前記超音波トランスデューサ、前記コントローラ、及び前記パワーストレージデバイスを動作可能に接続する少なくとも１つの相互接続をさらに含む、請求項２８に記載のセンサモジュール。
30. ここで、前記超音波トランスデューサが、中空の円筒形圧電トランスデューサを含む、請求項２９に記載のセンサモジュール。
31. 前記センサモジュールは、シャーシをさらに含む、請求項３０に記載のセンサモジュールであって；
    ここで、前記シャーシの少なくとも一部は、前記中空の円筒形圧電トランスデューサを貫通して延在するように構成される；且つ
    ここで、前記少なくとも１つの相互接続の少なくとも一部は、前記パワーストレージデバイスをプリント回路基板に動作可能に接続する前記シャーシを貫通して延在する、センサモジュール。
32. 以下のステップ：
    患者の体内にインプラントを配置するステップ；
    前記患者の体に隣接して外部トランシーバを配置するステップ；
    超音波信号を使用して、ワイヤレスパワー又はデータのうちの少なくとも1つを前記インプラントに送信するステップ；
    を含む、超音波通信の方法。
33. 以下のステップ：
    超音波信号を使用して、ワイヤレスパワー又はデータのうちの少なくとも１つを前記インプラントから前記外部トランシーバに送信するステップ、
    をさらに含む、請求項３２に記載の方法。
34. 以下のステップ：
    センサモジュールをインプラントと統合するステップ；
    前記インプラントを患者の体内に配置するステップ；
    前記患者の体に隣接して外部トランシーバを配置するステップ；
    超音波信号を使用して、ワイヤレスパワー又はデータのうちの少なくとも１つを前記センサモジュールに送信するステップ；及び
    超音波信号を使用して、ワイヤレスパワー又はデータのうちの少なくとも１つを前記センサモジュールから前記外部トランシーバに送信するステップ；
    を含む、超音波通信の方法。
35. 超音波を使用してパワーを送信する方法であって、以下のステップ：
    超音波信号を外部トランシーバから超音波トランスデューサを有するインプラントに送信するステップ；
    前記超音波トランスデューサを備えた前記インプラントで前記超音波信号を受信するステップ；
    前記超音波トランスデューサを使用して前記超音波信号を電気エネルギーに変換するステップ；及び
    前記電気エネルギーを使用して前記インプラントにパワーを供給するステップ；
    を含む方法。
36. 超音波を使用して経皮的データ通信を実現する方法であって、以下：
    患者の体内に少なくとも１つの超音波トランスデューサを有するインプラントを提供すること；
    トランシーバを前記患者の体の上に配置すること；
    超音波信号を使用して前記インプラントから前記トランシーバにデータを送信すること；
    を含む方法。
37. 超音波を使用して経皮的データ伝送を実現する方法であって、以下：
    患者の体内に少なくとも１つの超音波トランスデューサを有するインプラントを提供すること；
    トランシーバを前記患者の体の上に配置すること；
    超音波を使用して前記インプラントから前記トランシーバにデータを送信すること；
    を含む方法。
38. 超音波を使用して経皮的双方向データ伝送を実現する方法であって、以下のステップ：
    患者の体内に少なくとも１つの超音波トランスデューサを有するインプラントを提供するステップ；
    外部トランシーバを使用して、ワイヤレスパワー又はデータのうちの少なくとも１つを前記インプラントに送信するステップ；及び
    変調された超音波信号を使用して、前記インプラントから前記外部トランシーバにデータを送信するステップ；
    を含む方法。
39. 超音波を使用して経皮的双方向データ送信を達成する方法であって、以下のステップ：
    
    患者の体内にセンサモジュールを有するインプラントを提供するステップ；
    ワイヤレスパワー又はデータのうちの少なくとも１つを前記センサモジュールに送信するステップ；及び
    変調された超音波信号を使用して前記センサモジュールからデータを送信するステップ；
    を含む方法。
40. ここで、前記センサモジュールが、インプラントに取り外し可能に結合されるように構成される、請求項３９に記載の方法。
41. ここで、前記センサモジュールは、前記インプラントからのデータを感知するように構成されたセンサをさらに含み、前記データは、前記インプラントの物理的特性に対応する、請求項３９に記載の方法。
42. ここで、前記センサモジュールがコントローラをさらに含む、請求項３９に記載の方法。
43. ここで、前記センサモジュールが、前記コントローラに動作可能に結合された超音波トランスデューサをさらに含み、前記超音波トランスデューサは、変調された超音波信号を送信するように構成される、請求項４２に記載の方法。
44. 導電性エポキシをさらに含む、請求項４３に記載の方法であって、ここで、前記導電性エポキシが前記超音波トランスデューサと前記インプラントとの間に配置され、超音波によって観察されるインピーダンスの量を低減する、方法。
45. 以下：
    超音波通信に適合され、且つ患者の体内に配置されるように構成された複数の医療用インプラント；
    ホストステータスに指定されている複数の医療用インプラントのうちの少なくとも1つ及びクライアントステータスに指定されている前記複数の医療用インプラントの残り；
    を含むボディエリアネットワークであって、
    ここで、データは超音波信号を介して当該ボディエリアネットワークを介して送信される、ボディエリアネットワーク。
46. 外部トランシーバをさらに含む、請求項４５に記載のボディエリアネットワークであって、前記外部トランシーバは超音波通信用に構成され、且つ前記患者の体に隣接して又は前記患者の体内に配置される、ボディエリアネットワーク。
47. ここで、前記外部トランシーバは、前記外部トランシーバが利用可能であるとき、前記外部トランシーバが所与のホストステータスであるようなマスターホストステータスを有する、請求項４６に記載のボディエリアネットワーク。
48. 以下：
    患者の皮膚に隣接して少なくとも１つの超音波トランスデューサを配置すること；
    前記少なくとも１つの超音波トランスデューサを使用して超音波を送信すること；
    前記少なくとも１つの超音波トランスデューサによって観察された透過量又は反射量のうちの少なくとも１つを測定すること；及び
    測定値をつなぎ合わせて、骨密度のプロットを形成すること；
    を含む骨密度イメージングのための方法。
49. ここで、前記少なくとも１つの超音波トランスデューサが一次元アレイを含む、請求項４８に記載の方法。
50. ここで、前記少なくとも１つの超音波トランスデューサが２次元アレイを含む、請求項４８に記載の方法。
51. ここで、前記少なくとも１つの超音波トランスデューサが、患者が着用するように構成されたウェアラブルデバイスの内面に配置される、請求項４８に記載の方法。
52. ここで、前記ウェアラブルデバイスは、付加製造技術を使用して製造される、請求項５１に記載の方法。
53. ここで、前記少なくとも１つの超音波トランスデューサは、前記少なくとも１つの超音波トランスデューサから測定データを受信するように構成されたコントローラに動作可能に接続され、且つここで、前記コントローラは、前記測定データを処理して骨密度の前記プロットを形成するように構成されている、請求項５１の方法。
54. 以下のステップ：
    低骨密度の位置を特定すること、及び治療周波数で超音波を低骨密度の前記位置に送信すること、
    をさらに含む、請求項５２に記載の方法。
55. 前記少なくとも１つの超音波トランスデューサが圧電ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）材料を含む、請求項４８に記載の方法。
56. 骨の長さの増加を測定するための方法であって、
    前記骨の第１の位置に第１の超音波マーカーを配置すること；
    前記骨の第２のセクションに第２の超音波マーカーを配置すること；
    前記骨の少なくとも一部の周りにトランスデューサアレイ、少なくとも１つの超音波トランスデューサを含む前記トランスデューサアレイ、を配置すること、；
    前記少なくとも１つの超音波トランスデューサから超音波を送信すること；
    前記トランスデューサアレイ上の各位置で前記超音波トランスデューサによって観察された透過量又は反射量のうちの少なくとも１つを測定すること；
    前記トランスデューサアレイによって得られた測定値をつなぎ合わせて超音波画像を形成すること；
    前記第１の超音波マーカーと前記第２の超音波マーカーとの間の前記超音波画像上の距離を測定すること；
    を含む方法。
57. ここで、前記トランスデューサアレイが１次元アレイを含む、請求項５６に記載の方法。
58. ここで、前記トランスデューサアレイが２次元アレイを含む、請求項５６に記載の方法。
59. ここで、前記トランスデューサアレイが、患者が着用するように構成されたウェアラブルデバイスの内面に配置される、請求項５６に記載の方法。
60. ここで、前記ウェアラブルデバイスは、付加製造技術を使用して製造される、請求項５９に記載の方法。
61. ここで、前記トランスデューサアレイは、前記少なくとも１つの超音波トランスデューサから測定値を受信するように構成されたコントローラに動作可能に接続され、且つここで、前記コントローラは、前記骨の長さの変化を決定するために前記測定値を処理するように構成される、請求項６０に記載の方法。
62. 前記トランスデューサアレイ上に配置された超音波導電性材料、前記少なくとも１つの超音波トランスデューサと前記患者の皮膚との間のインピーダンスを最小化するように構成された前記超音波導電性材料、をさらに含む、請求項６１に記載の方法。

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