JP5840774B2 - 埋込可能な医学治療送達装置のファーフィールド放射電力供給 - Google Patents

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Description

本開示は概して埋込可能な医療装置のファーフィールド放射電力供給に関する。
埋込可能な医療装置に電力供給するのには問題があり得る。多くの埋込可能な医療装置はバッテリを含む。もしバッテリが再充電可能であれば、埋込可能な医療装置は外部電源から電力を受信してバッテリを再充電するための充電要素を含み得る。例えば、埋込可能な医療装置は、外部コイルと誘導結合するように作動するコイルを含み得る。誘導結合を介して電力を供給することは、埋込可能な医療装置のコイルと外部コイルとが互いに比較的近くにあることを要求し得る（例えば磁場が比較的強い距離内）。さらに、埋込可能な医療装置のコイルと外部コイルとが適切に整列されていない又は方向付けされていないときには、誘導結合は効率が悪い場合がある。
特定の実施形態において埋込可能な医療装置は、ファーフィールド放射信号を受信するように構成されるアンテナを含み得る。埋込可能な医療装置はまた、アンテナによって受信されるファーフィールド放射信号を整流して整流電圧信号を供給するように構成される電圧整流器を含み得る。埋込可能な医療装置はさらに、整流電圧信号を受信して整流電圧信号に応答して充電を貯蔵する充電貯蔵要素を含み得る。埋込可能な医療装置はまた、充電貯蔵要素によって電力供給される治療送達ユニットを含み得る。治療送達ユニットは治療を患者に送達するように作動し得る。
特定の実施形態において方法は、埋込可能な医療装置のアンテナでファーフィールド放射信号を受信することと、受信されるファーフィールド放射信号を埋込可能な医療装置で整流して電圧を供給することとを含む。方法はまた、電圧に応答して埋込可能な医療装置の充電貯蔵要素を充電することを含み得る。方法はさらに、埋込可能な医療装置の治療送達ユニットによって、患者に治療を施すこととを含む。治療送達ユニットは、充電貯蔵要素によって電力供給され得る。
特定の実施形態においてシステムは、ファーフィールド放射信号を送信するように構成される外部送信機と、ファーフィールド放射信号を受信するように構成される埋込可能な医療装置とを含む。埋込可能な医療装置は、受信されるファーフィールド放射信号を整流して整流電圧信号を供給するように構成される電圧整流器を含み得る。埋込可能な医療装置は、整流電圧を受信し、整流電圧信号に応答して充電を貯蔵するように作動する充電貯蔵装置を含み得る。埋込可能な医療装置は、充電貯蔵装置によって電力供給されるパルス発生器を含み得る。パルス発生器は電気刺激信号を発生して患者の対象組織を刺激するように作動し得る。
記載される特徴、機能、及び利点は、様々な実施形態において独立して実現される場合があり、又はさらに他の実施形態と組み合わされる場合があり、さらなる詳細は続く説明及び図面を参照しながら開示される。
図１は埋込み可能な医療装置及びファーフィールド送信機を含むシステムの特定の第一実施形態のブロック図である。 図２は埋込み可能な医療装置及びファーフィールド送信機を含むシステムの特定の第二実施形態のブロック図である。 図３は埋込み可能な医療装置及びファーフィールド送信機を含むシステムの特定の第三実施形態のブロック図である。 図４は埋込み可能な医療装置及びファーフィールド送信機を含むシステムの特定の第四実施形態のブロック図である。 図５は埋込み可能な医療装置及びファーフィールド送信機を含むシステムの特定の第五実施形態のブロック図である。 図６は埋込み可能な医療装置及びファーフィールド送信機を含むシステムの特定の第六実施形態のブロック図である。 図７は埋込み可能な医療装置及びファーフィールド送信機を含むシステムの特定の第七実施形態のブロック図である。 図８は埋込み可能な医療装置及びファーフィールド送信機を含むシステムの特定の第八実施形態のブロック図である。 図９はファーフィールド送信機を使用して埋込み可能な医療装置に電力供給する特定の実施形態を示す図である。 図１０は異なる振幅とオンタイムとを有するファーフィールド放射信号を使用するエネルギー伝達を示す図である。 図１１はファーフィールド送信機を使用して埋込可能な医療装置に電力供給する方法の特定の実施形態のフローチャートである。
開示のシステム、方法、及び装置は、ファーフィールド放射信号を使用して埋込可能な医療装置の電力供給をすることを可能にする。埋込可能な医療装置に電力供給するためにファーフィールド放射信号を使用するのは、搭載される電力貯蔵（または長期の搭載される電力貯蔵）が要求されないので、埋込み可能な医療装置の小型化を可能にし得る。ファーフィールド放射電力供給は、特に埋込可能な医療装置の小型化との組み合わせで、複雑さが低減された過程を使用して埋込可能な医療装置を埋め込むことを可能にし、身体の新しい領域で埋込可能な医療装置を使用できるようにし得る。特定の実施形態は、特定の治療の型が特定の患者に対して効果的であるかどうかを決定するために、効果的なスクリーニング手段を備える場合がある。
開示の埋込可能な医療装置は、患者の身体の１つ以上の組織に治療を施すことによって様々な疾患を治療するのに使用され得る。例示すると、埋込可能な医療装置は、神経組織内で遠心性若しくは求心性の活動電位を誘発することによって、又は神経組織における内因性の遠心性若しくは求心性の活動電位を妨げることによって、神経組織を対象とするように使用され得る。例えば、埋込可能な医療装置は迷走神経又は三叉神経を対象として、てんかん又は他の発作を誘発する疾患などの１つ以上の疾患を治療するのに使用される場合がある。他の例では、埋込可能な医療装置は視神経を対象として、視覚疾患を治療し、又は視力回復のための人工視覚の使用を補う若しくは容易にする場合がある。他の例では、埋込可能な医療装置は舌下神経を対象として、睡眠時無呼吸などの１つ以上の疾患を治療する場合がある。上述の例は脳神経に各々関するが、埋込可能な医療装置は、脳神経よりも若しくは脳神経に加えて、他の神経若しくは神経の組を対象にするように使用される場合がある。例えば、埋込可能な医療装置は仙骨神経を対象として、膀胱の制御を容易にするなどの１つ以上の疾患を治療するのに使用される場合がある。他の例では埋込可能な医療装置は横隔神経を対象として、横隔膜又は呼吸の制御を容易にするなどの１つ以上の疾患を治療するのに使用される場合がある。他の例では埋込可能な医療装置は脊髄の１つ以上の神経を対象として、疼痛処理を容易にするなどの、１つ以上の疾患を治療するのに使用される場合がある。さらに、脳神経を対象とするのに加えて若しくは代わって、埋込可能な医療装置は患者の身体の他の組織を対象とするように使用される場合がある。例えば、埋込可能な医療装置は筋肉を刺激して筋肉収縮を誘発するように使用される場合がある。例示すると、埋込可能な医療装置は心筋を対象としてペースメーカとして作動する場合がある。ファーフィールド放射電力によって少なくとも部分的に電力供給される埋込可能な医療装置を使用して治療され得る疾患の他の例は、外傷性脳損傷及びうつ病を含むが、これらに限定されない。
図１は、埋込可能な医療装置１０６と外部装置１０８とを含むシステム１００の、特定の第一実施形態のブロック図である。埋込可能な医療装置１０６は外部装置１０８によって無線で電力供給され得る。例えば、外部装置１０８は外部アンテナ（例えばファーフィールド送信機１０２）を使用して無線周波数信号を送信することによって電磁エネルギーを放出する場合がある。電磁エネルギーの少なくとも一部は、埋込可能な医療装置１０６のアンテナによってファーフィールド放射信号１０４として受信され得る。他の例では、ニアフィールド信号によって（例えば、埋込可能な医療装置１０６のアンテナとファーフィールド送信機１０２のアンテナとの誘導結合によって）、埋込可能な医療装置１０６がエネルギーを受ける場合がある。さらに他の例では、ニアフィールド信号によって且つファーフィールド放射信号１０４によって、埋込可能な医療装置１０６が同時に又は異なる時にエネルギーを受ける場合がある。
電磁エネルギーは、磁場が比較的強いニアフィールド領域と、磁場が比較的弱いファーフィールド領域と、ニアフィールド領域及びファーフィールド領域の間の遷移領域とに亘って伝播するとされ得る。これらの領域の間に一般に認められる確固たる境界はないが、本明細書で使用され、図９に図示されるように、ニアフィールド領域は電磁エネルギー源（例えば送信アンテナ）の約１波長内の領域を参照し、ファーフィールド領域は電磁エネルギー源から２波長以上の領域を参照する。故に、ファーフィールド領域では磁場がわずかである傾向がある。逆に、ニアフィールド領域では磁場が支配的である。誘導又は容量結合などの非放射機構は、比較的短い距離に亘って作用し、ニアフィールド領域でエネルギーを伝達するのに使用され得る。非放射機構は概して、循環電流が付近の構造物において反対の電流を誘発できる磁場成分を生成できるという原則に基づいて作用する。磁場は距離とともに急激に消散する。ニアフィールドの相互作用は反応性であるので極度に複雑な場合がある。つまり、送信構造及び送信される磁場は受信構造及び近辺の電磁吸収に反応する。ニアフィールド領域を記述する近似関係は、ニアフィールドの磁場強度は距離の逆３乗で減少し、ニアフィールドの電場は逆２乗で減少し、故に、ニアフィールド領域における電力密度は距離の逆数として電力の５分の１に減少する。従って、十分な距離（一般に約１波長以上）に亘って、電力は無視できる程度まで急激に減少する。対照的に、ファーフィールドの放射電力伝達においては、受信構造及びその吸収は送信機構造若しくは送信機構造からの出力に影響を与えない。ファーフィールドの放射電力伝達からの電場及び磁場はよく理解されており、両者は距離に反比例し、故に電力はファーフィールド領域において距離の２乗に反比例する。
臨床的な視点から、非放射エネルギー伝達を使用することにより患者の可動性が限定される場合があり、患者集団におけるユーザエラーにつながる場合がある。例えば、非放射エネルギー伝達機構は比較的短い範囲に亘って作用し、それ故に埋め込まれる医療装置と外部充電装置との間の距離が比較的短いことを要求し、患者の可動性を限定し得る。さらに、埋め込まれる医療装置の受信要素が外部充電装置の送信要素に対して特定の方向を有するときにのみ、電力が非放射機構によって効率よく伝達され得る。患者が動いているときに（呼吸をしているときでさえ）、この方向を維持するのは困難で、患者の可動性をさらに限定し得る。
ファーフィールド放射信号１０４は、放射機構を使用してより大きな距離に亘って電力を伝達するように使用され得る。例えば、ファーフィールド放射信号１０４は、ブロードビーム外部アンテナと埋込可能な医療装置１０６の内部アンテナとの間で伝播する電場を使用して、自由空間に亘ってエネルギーを送り得る。この配置は患者に対する外部装置１０８の設置のより大きな自由度を許容し得る。例示すると、外部装置１０８は患者によって装着若しくは持ち運ばれる場合があり、又は患者の近くに置かれる場合がある。具体例として、埋込可能な医療装置１０６が患者の首に埋め込まれるとき、外部装置１０８は患者の上腕の近く若しくは患者の首の周りなどに患者によって装着される場合がある。他の具体例では、外部装置１０８は搭載された若しくは卓上の電源を含む、又は電源内に含まれる場合がある。
後述でさらに説明されるように、埋込可能な医療装置１０６はファーフィールド放射信号１０４を受信するためのアンテナ、アンテナを埋込可能な医療装置１０６の他の構成要素とインピーダンス整合するための整合回路、電力処理要素（例えば、整流器、電圧増幅器、ステップアップレギュレータなど）、充電貯蔵要素１１４、及び治療送達ユニット１１６を含み得る。埋込可能な医療装置１０６は治療を患者に送達するために、少なくとも部分的にファーフィールド放射信号１０４から生じる電力を使用し得る。
特定の実施形態において、埋込可能な医療装置１０６はアンテナ及び関連する整合回路を含む。図１に図示される実施形態では、アンテナ及び整合回路が単一のアンテナ／整合回路１１０構成要素として図示されているが、他の実施形態では、アンテナ及び整合回路は別の構成要素の場合がある。故に、アンテナは整合回路を含む場合があり、整合回路内に含まれる場合があり、又は整合回路と結合される場合がある。アンテナは、ダイポールアンテナ、モノポールアンテナ、サーペンタイン（serpentine）アンテナ、スロットアンテナ、パッチアンテナ、板状逆Ｆアンテナ（PIFA）、らせんアンテナ、フラクタルアンテナ、ループアンテナ、又はファーフィールド放射信号１０４を受信するように構成される他の形状因子を有するアンテナでもよい。整合回路は、アンテナのインピーダンスを埋込可能な医療装置１０６の他の構成要素と整合させて、高効率な電力伝達を達成するのに適合し得る。例えば、アンテナの抵抗が比較的低い場合があり（例えば、電気的に小さなアンテナに対しては数オームのオーダーで、電気的に大きなアンテナに対しては50オームまで）、埋込可能な医療装置１０６の１つ以上の他の構成要素が比較的高い抵抗を有する場合がある（例えばKオームのオーダー）。例示すると、アンテナは約10オーム以下の実数部を有するインピーダンスを持つ場合がある。他の具体例では、アンテナは約50オーム以下の実数部を有するインピーダンスを有する場合がある。整合回路は、アンテナの比較的低い抵抗から、埋込可能な医療装置１０６のいくつかの他の構成要素の比較的高い抵抗にインピーダンス整合することを容易にし得る。例えば、共役整合が、つまり等しい真のインピーダンス（抵抗）及び大きさが等しいが符号が反対のインピーダンス（リアクタンス）が、最適な電力伝達を実現し得る。
ファーフィールド放射信号１０４は、埋込可能な医療装置１０６のアンテナで受信されるときに比較的弱い場合がある。例えば、規制及び安全制限によって、ファーフィールド放射信号１０４は、１ワット以下の瞬時送信電力、又は５ワット以下の瞬時送信電力などの比較的低い送信電力で送信され得る。特定の実施形態において、ファーフィールド放射信号１０４によって埋込可能な医療装置１０６に伝達される電力量は、複数の周波数若しくは周波数域を使用して電力を供給することによって、及び／又は複数のファーフィールド送信機１０２を使用することによって増加され得る。
上述で説明されるように、ファーフィールド放射信号１０４はファーフィールド放射信号１０４の波長の少なくとも２倍の距離に亘って送信され得る。例えば、ファーフィールド放射信号１０４は１メートル以下などの、数メートル以下の距離に亘って送信され得る。ファーフィールド放射信号１０４の自由空間経路損失（free-space path loss）（FSPL）は、ファーフィールド送信機１０２の送信電力の関数として推定される場合があり、ファーフィールド送信機１０２と患者との間の距離をｄとし、ファーフィールド放射信号１０４の周波数をｆとする。特定の実施形態において、ファーフィールド放射信号１０４は約100MHzから約5.8GHzの範囲内の周波数を有する。例えば、ファーフィールド放射信号は、約433MHz、約900MHz、約2.4GHz、約5.8GHz、若しくはライセンスされていない若しくはライセンスされている周波数スペクトル内にある他の周波数、又はそれらの周波数を中心とする周波数域内の周波数を有する場合がある。
故に、ファーフィールド放射信号１０４の自由空間経路損失が顕著な場合がある。２つの等方性のアンテナを想定する自由空間経路損失（FSPL）は、ファーフィールド送信機１０２と患者との間の距離ｄが約１メートルで、ファーフィールド放射信号１０４が約2.4GHzの周波数を有するとき、次の方程式で近似的に記載例示され得る。
FSPL=(4πdf/c)2=(32πd)2=(10,000)
従って、FSPLはファーフィールド送信機１０２と患者と間の距離の２乗に比例する。電力伝達効率はファーフィールド送信機１０２と患者との間の距離の２乗に反比例する。FSPLはまた次の方程式によってデシベルで与えられることができる。
FSPL(dB)=10log(4πdf/c)2=10log(32πd)2=10log(10,000)=40dB
磁場が比較的強いニアフィールド領域では、誘導コイルの磁場などの非放射機構によって伝達される電力が距離とともに消散し得る。さらに、ニアフィールド相互作用に依存する非放射機構による電力伝達は、受信構造及び近辺の電磁吸収に反応し得る。誘導コイルによって使用される磁場は、誘導コイルと患者との間の距離の３乗に反比例する電力伝達効率を有し得る。反対に、ファーフィールド相互作用による電力伝達は、ファーフィールド送信機と患者との間の距離の２乗に反比例する。それ故に、ファーフィールド電力伝達は、送信機構造又は送信機構造からの出力が受信構造及びその電磁吸収によって影響されないように、ファーフィールド領域に亘る電力の伝達のより良い効率を可能にする。
加えて、埋込可能な医療装置１０６は患者の組織の数センチ下に埋め込まれることがあり、さらにファーフィールド放射信号１０４を減衰させることがある。例えば、埋込可能な医療装置１０６が脂肪の１インチ下に埋め込まれる場合、減衰及びインピーダンス不整合が約6dBの電力損失をもたらし得る。故に、組織損失が大きくなるにつれ、アンテナで受信される電力は著しく減少する。
加えて、埋込可能な医療装置１０６の構成要素はさらに、治療刺激を与えるのに利用可能なファーフィールド放射信号１０４を介して受けられる電力を減少させ得る。例えば、アンテナにおける損失は、電力を約5−10dB減少させると予想される場合があり、整流器における損失は電力を約10−20dB減少させると予想される場合がある。埋込可能な医療装置１０６の構成要素の効率的な設計は、治療刺激のための電力を供給するためにファーフィールド放射信号１０４の使用を可能にし得る。例えば、さらに下記に説明されるように、アンテナ及び整合回路の効率は、精密な人体シミュレーションモデル、RF人体模型、又は動物若しくは人体モデル（生体外及び／又は生体内）を使用して様々な提案される設計を試験することにより、増加され得る。他の例では、整流器の効率は、ファーフィールド放射信号１０４をパルス状の信号として送ることによって、ショットキーダイオードを使用することによって、または両者によって増加され得る。
埋込可能な医療装置１０６は、ファーフィールド放射信号１０４を整流し、整流電圧を発生させるために、１つ以上の電圧整流装置を含み得る。埋込可能な医療装置１０６は１つ以上の電圧増幅器を含む場合があり、電圧増幅器はアンテナ１１０によって受信されるファーフィールド放射信号１０４を増幅して増幅電圧信号をもたらすように構成される。図１に図示される実施形態では、電圧整流器及び電圧増幅器は単一の整流器／増幅器１１２要素として図示されているが、他の実施形態では電圧整流器及び電圧増幅器は別の構成要素である場合がある。例えば、電圧整流器は電圧増幅器を含む場合があり、電圧増幅器内に含まれる場合があり、又は電圧増幅器と結合される場合がある。
特定の実施形態において、電圧整流器は多段補完整流器などの多段整流器である。電圧整流器はショットキーダイオードを含む場合がある。異なる実施では、ダイオードの機能性は、共に短絡しているゲートとドレインとを有するトランジスタ、pn接合ダイオード、又はショットキーダイオードなどの、相補型金属酸化物半導体装置を使用して実施され得る。ショットキーダイオードは概して高周波性能及び低い順方向バイアス電圧を有する。例えば、ショットキーダイオードは、対象の周波数（ファーフィールド放射信号１０４の周波数など）で0.4ボルト以下、0.15ボルト以下、又は0.1ボルト以下の順方向バイアス電圧を有し得る。電圧整流器の低い順方向バイアス電圧は、低電力操作に要望され得る低い入力バイアスでの整流を可能にし得る。電圧整流器の低い順方向バイアス電圧はまた、電圧整流器を順方向バイアスするのに消費される電力がより少なくなるように、埋め込まれる医療装置における電力変換の効率を改善し得る。
充電貯蔵要素１１４は、整流された電圧、増幅された電圧、又は整流及び増幅された電圧を受けるように、そして受ける電圧に応答して充電を貯蔵するように作動し得る。充電貯蔵要素１１４は、コンデンサ、コンデンサアレイ、再充電可能なバッテリ、薄膜バッテリ、他の充電貯蔵要素、又はその組み合わせを含み得る。充電貯蔵要素１１４は埋込可能な医療装置１０６の他の要素に電力供給し得る。
治療送達ユニット１１６は充電貯蔵要素１１４によって電力供給され得る。治療送達ユニット１１６は治療を患者の対象組織１３０に伝達するように作動し得る。例えば、治療送達ユニット１１６は電気刺激を対象組織１３０に与えるように作動する信号発生器を含み得る。他の例では、治療送達ユニット１１６は、患者への治療として薬品を送達するように作動する薬剤送達ユニットである。対象組織１３０は神経組織（例えば、脳の１つ以上の領域、脊髄、脳神経、又は他の神経）、筋組織（例えば心筋）、又は他の組織を含み得る。特定の実施形態では、対象組織１３０は迷走神経、三叉神経、舌咽神経、及び舌下神経のうちの１つ以上を含む。
特定の実施形態において、充電貯蔵要素１１４は、一般的に埋込可能な医療装置バッテリに対して短期間の間に治療を送達するのに十分な充電だけを貯蔵するように大きさが決められ、又は構成され得る。例示すると、充電貯蔵要素１１４は３日以下の間に治療を送達するのに十分な充電を貯蔵する場合がある。他の例では、充電貯蔵要素１１４は24時間以下の間に治療を送達するのに十分な充電を貯蔵する場合がある。他の例では、充電貯蔵要素１１４によって貯蔵される充電は、12時間以下の期間、6時間以下の期間、3時間以下の期間、2時間以下の期間、1時間以下の期間、30分以下の期間、15分以下の期間、10分以下の期間、5分以下の期間、2分以下の期間、1分以下の期間、30秒以下の期間、若しくは15秒以下の期間であっても、治療を送達するのに十分である。特定の実施形態では、充電貯蔵要素１１４は単一の治療のみを送達するのに十分な充電を貯蔵する。単一の治療は、単一の電気パルス、又は複数の電気パルスを含むバーストである場合がある。
故に、大きな高容量電力貯蔵の要求が軽減されるので、埋込可能な医療装置１０６は比較的小さくてもよい。さらに、埋込可能な医療装置１０６はファーフィールド放射電力供給によって電力供給され、これはニアフィールド及び／又は誘導電力と比べて患者のコンプライアンス及び可動性を増加させ得る。
図２は、埋込可能な医療装置２０６の第二実施形態を含むシステム２００の、特定の第二実施形態のブロック図である。埋込可能な医療装置２０６は図１の埋込可能な医療装置１０６と共通の多くの要素を含む。例えば、図２に図示される実施形態において、埋込可能な医療装置２０６はアンテナ及び整合回路１１０、電圧整流器及び電圧増幅器１１２、充電貯蔵要素１１４、及び治療送達ユニット１１６を含み、各々は図１を参照しながら説明されるように作動する。
埋込可能な医療装置２０６は、DC-DCコンバータ１１８を含むことがあり、DC-DCコンバータ１１８は電圧整流器と結合され、電圧増幅器に結合され、又は整流器／増幅器１１２に結合される。一例として、DC-DCコンバータ１１８は電圧を昇圧するのに使用されるブーストコンバータでもよい。さらなる例として、DC-DCコンバータ１１８はステップアップレギュレータでもよい。DC-DCコンバータ１１８は、DC-DCコンバータ１１８が結合される整流器、電圧増幅器、又は整流器／増幅器１１２の出力を受けるように構成され得る。
DC-DCコンバータ１１８は、比較的低い入力抵抗と比較的高い出力抵抗とを有する場合があり、これはアンテナと充電貯蔵要素１１４などの埋込可能な医療装置２０６の他の構成要素との間のインピーダンス整合を容易にし得る。例えば、アンテナの抵抗が比較的低い場合がある（例えば、数オームから約５０オームまで）。この低い抵抗から非常に高い抵抗（例えば1000オーム）に整合するための整合回路は大きな損失を有する場合がある。DC-DCコンバータ１１８は、比較的低い入力抵抗だが高い出力抵抗で高効率（例えば約90％以上）であることを備えることにより、この抵抗の不一致の間隙を埋める場合がある。例えば、高い出力抵抗は、低い入力抵抗より少なくとも40倍大きい場合があり、低い入力抵抗より少なくとも20倍大きい場合があり、低い入力抵抗より少なくとも10倍大きい場合があり、低い入力抵抗より少なくとも6.25倍大きい場合があり、低い入力抵抗より少なくとも4倍大きい場合があり、低い入力抵抗より少なくとも3倍大きい場合があり、又は低い入力抵抗より少なくとも2倍大きい場合がある。特定の実施形態では、高い出力抵抗は約666Kオームで、低い入力抵抗は約107Kオームである。
DC-DCコンバータ１１８は、DC-DCコンバータ１１８を含まない同様の埋込可能な医療装置（図１の埋込可能な医療装置１０６など）と比較して、埋込可能な医療装置２０６の効率を向上させ得る。特に、DC-DCコンバータ１１８は、比較的低い入力電圧要求で、埋込可能な医療装置２０６の他の構成要素（例えば、CMOS回路）をバイアスするのに十分な電圧を発生させるように使用され得る。例えば、電圧増幅器、充電貯蔵要素１１４、治療送達ユニット１１６、制御ユニット（図４の制御ユニット３２０など）、及び電圧整流器のうちの少なくとも１つはCMOS回路である場合があり、DC-DCコンバータ１１８は後続のCMOS回路又は複数の回路をバイアスするように作用する電圧を発生するように構成され得る。
図３は、埋込可能な医療装置３０６の第三実施形態を含むシステム３００の、特定の第三実施形態のブロック図である。埋込可能な医療装置３０６は図２の埋込可能な医療装置２０６と共通の多くの要素を含む。例えば、図３に図示される実施形態において、埋込可能な医療装置３０６は整合回路１１０、電圧整流器及び電圧増幅器１１２、DC-DCコンバータ１１８、充電貯蔵要素１１４並びに治療送達ユニット１１６を含み、各々は図１及び２を参照しながら説明されるように作動する。
埋込可能な医療装置３０６において、治療送達ユニット１１６は信号発生器３１６である。信号発生器３１６は１つ以上の電極３１８と電気的に結合されるように作動し得る。電極３１８は患者の対象組織１３０に隣接して位置し、又は付属しており、電気刺激を対象組織１３０に供給するように構成されている場合がある。電極３１８は埋込可能な医療装置１０６と直接（つまりリード線なしで）結合されてもよく、又は１つ以上のリード線（図示なし）を介して埋込可能な医療装置１０６に結合されてもよい。
具体的な例では、埋込可能な医療装置３０６は電極３１８と直接結合される場合がある。例えば、電極３１８は対象組織１３０の一部に隣接して埋込可能であるように適合する近接電極の場合がある。埋込可能な医療装置３０６は、電極３１８を含む又は電極３１８と結合される神経ラップ（wrap）３３２として構成されてもよく、又は神経ラップ３３２と結合されてもよい。例えば、埋込可能な医療装置３０６の構成要素（例えば、アンテナ及び整合回路１１０、電圧整流器及び電圧増幅器１１２、DC-DCコンバータ１１８、充電貯蔵要素１１４、信号発生器３１６、他の構成要素、又はその組み合わせ）は、可撓性回路基板３３４に結合される場合があり、可撓性回路基板３３４は神経ラップ３３２内に埋め込まれてもよく、又は神経ラップ３３２に結合されてもよい。近接電極は、対象組織１３０と接触を生成するように構成される神経ラップ３３２の一部に備えられる。例えば、近接電極は神経ラップ３３２又は可撓性回路基板３３４の一部にプリントされる、若しくは取り付けられる。他の実施形態では、埋込可能な医療装置３０６は金属容器（図示なし）又は、アンテナ及び整合回路１１０、電圧整流器及び電圧増幅器１１２、DC-DCコンバータ１１８、充電貯蔵要素１１４、治療送達ユニット１１６、信号発生器３１６、他の構成要素、若しくはその組み合わせなどの、埋込可能な医療装置３０６の構成要素を少なくとも部分的に含む他の生体適合性を示すハウジングを有する。埋込可能な医療装置３０６が金属容器を有するとき、金属容器は電極３１８の１つとして機能し得る。
信号発生器３１６は対象組織１３０に電気刺激を与えるのに適合し得る。例えば、対象組織１３０が神経組織であるときは、電気刺激は遠心性の活動電位を誘発し、求心性の活動電位を誘発し、内因性の活動電位を抑制し、又はその組み合わせを実施し得る。他の例で、対象組織１３０が筋肉組織であるときは、電気刺激は筋収縮を発生する場合があり、又は筋収縮の調整を容易にする場合がある。
図４は、埋込可能な医療装置４０６の第四実施形態を含むシステム４００の、特定の第四実施形態のブロック図である。埋込可能な医療装置４０６は図３の埋込可能な医療装置３０６と共通の多くの要素を含む。例えば、図４に図示される実施形態において、埋込可能な医療装置４０６はアンテナ及び整合回路１１０、電圧整流器及び電圧増幅器１１２、DC-DCコンバータ１１８、充電貯蔵要素１１４、及び信号発生器３１６を含み、各々は図１−３を参照しながら説明されるように作動する。図４では特に特定されていないが、埋込可能な医療装置４０６の構成要素は、図３の可撓性回路基板３３４などの、可撓性回路基板に連結されてもよく、形成されてもよい。それに加えて、又はその代わりに、埋込可能な医療装置４０６は図３の神経ラップ３３２などの神経ラップを含んでもよく、神経ラップと結合されてもよく、又は神経ラップ内に埋め込まれてもよい。代わりに、埋込可能な医療装置４０６は金属又は他の生体適合性を示す材料で形成される容器（図示なし）を有する場合がある。さらに埋込可能な医療装置４０６は、図３を参照しながら説明されるように作動する電極３１８を含む場合があり、又は電極３１８と結合される場合がある。
埋込可能な医療装置４０６は制御ユニット３２０を含む場合がある。制御ユニット３２０は充電貯蔵要素１１４によって電力供給され得る。制御ユニット３２０は、図１及び２の治療送達ユニット１１６、又は図３及び４の信号発生器３１６などの、治療送達ユニットによる治療の送達を制御するように作動し得る。例えば、制御ユニット３２０は信号発生器３１６によって対象組織１３０にもたらされる治療刺激のパラメータを制御し得る。治療刺激のパラメータは、治療送達の頻度（つまり治療と治療との間の時間）、治療送達のデューティサイクル、治療送達の大きさ（例えば、治療の間に対象組織１３０に送達されるエネルギー量、治療を送達するのに使用される電気信号の電圧の大きさ、電気信号の電流の大きさ、又はその組み合わせ）、並びに治療送達のモード（例えば単一のパルスモード、又は複数のパルスを含むバーストモード）を含み得る。他のパラメータがまた制御ユニット３２０によって制御され得る。例えば、治療のために１つ以上の対象組織１３０が選定される場合に治療される位置、治療が電気刺激、薬品の送達、他の治療、若しくはその組み合わせを含むかどうか、対象組織１３０に与えられる電気信号が遠心性信号を誘発するか、求心性信号を誘導するか、対象組織を点火（firing）閾値付近にバイアスするか、内因性の遠心性若しくは求心性信号を抑制するかなど。
特定の実施形態において、制御ユニット３２０は感知される患者パラメータ（例えば、疾患、状態、又は患者の身体に関連する値）に応答して、対象組織１３０に与えられる治療刺激を生じ得る。例えば、制御ユニット３２０は電極３１８の１つ以上を介して、若しくは他の感知器（図示なし）から情報を受信して、受信される情報に基づいて治療刺激の適用を制御する場合がある。感知される患者パラメータに基づく、若しくは応答する治療刺激は、“能動的”、“反応性”、“閉ループ”、“フィードバック”、又は“誘発される”刺激を含み得る。
他の実施形態では、制御ユニット３２０は、患者パラメータを感知又は検出することなく、治療刺激が対象組織１３０に与えられるようにさせ得る。例えば、制御ユニット３２０は、信号発生器３１６が周期的に、断続的に、若しくは１日を通して継続的に、又は他の所定のスケジュール（例えば24時間のスケジュール、若しくは他の所定の治療サイクル）に従って、対象組織１３０に一連の電気パルスを与えるようにさせる場合がある。この型の刺激は、“受動的”、“周期的”、“継続的”、“開ループ”、“非フィードバック（non-feedback）”、又は“予防的（prophylactic）”刺激を含み得る。
他の実施形態において、制御ユニット３２０は、ファーフィールド放射信号１０４又は無線制御信号に応答して治療刺激が対象組織１３０に与えられるようにさせ得る。例えば、制御ユニット３２０は、ファーフィールド放射信号１０４又は無線制御信号の受信の間若しくは後で、信号発生器３１６が所定のスケジュールに従って一連の電気パルスを対象組織１３０に与えるようにさせ得る。例示すると、ファーフィールド放射信号１０４又は無線制御信号が受信されるとき、ファーフィールド放射信号１０４又は無線制御信号を受信することは、制御ユニット３２０が遅延なしで若しくは所定の遅延に従って治療刺激を開始するようにさせ得る。この型の刺激は“外部で制御される”刺激として参照されるべきである。ファーフィールド放射信号１０４が埋込可能な医療装置４０６に無線で電力を伝達するように使用される場合、十分な電力供給が受信されるときに、埋込可能な医療装置４０６が治療を送達し得る。
他の実施形態では、制御ユニット３２０は能動的、受動的、及び外部で制御される刺激の組み合わせを使用し得る。例えば、ファーフィールド信号１０４の受信に応じて、制御ユニット３２０は感知される患者パラメータに応答して刺激を開始し得る（例えば、１つ以上の患者パラメータを感知して１つ以上の感知される患者パラメータに応答する刺激を与えること）。
図５は、埋込可能な医療装置５０６の第五実施形態を含むシステム５００の、特定の第五実施形態のブロック図である。埋込可能な医療装置５０６は図４の埋込可能な医療装置４０６と共通の多くの要素を含む。例えば、図５に図示される実施形態において、埋込可能な医療装置５０６はアンテナ及び整合回路１１０、電圧整流器及び電圧増幅器１１２、ステップアップレギュレータ１１８、充電貯蔵要素１１４、信号発生器３１６、及び制御ユニット３２０を含み、各々は図１−４の１つ以上を参照しながら説明されるように作動する。図５では特に特定されていないが、埋込可能な医療装置５０６の構成要素は、図３の可撓性回路基板３３４などの可撓性回路基板に連結されてもよく、形成されてもよい。加えて又はその代わりに、埋込可能な医療装置５０６は図３の神経ラップ３３２などの、神経ラップを含んでもよく、神経ラップと結合されてもよく、又は神経ラップ内に埋め込まれてもよい。代わりに、埋込可能な医療装置５０６は金属又は他の生体適合性を示す材料で形成される容器（図示なし）を有する場合がある。さらに、埋込可能な医療装置５０６は、図３を参照しながら説明されるように作動する電極３１８を含む場合があり、又は電極３１８と結合される場合がある。
埋込可能な医療装置５０６は充電貯蔵要素１１４に結合される閾値検出器３２２を含む場合がある。閾値検出器３２２は、充電貯蔵要素１１４に貯蔵される充電が、充電閾値を満足するときを決定できるように構成され得る。閾値検出器３２２は充電閾値が満足されるときに制御ユニット３２０に指示を与える。制御ユニット３２０は、閾値検出器３２２からの指示に応答して治療送達ユニット（例えば信号発生器３１６）によって治療の送達を制御し得る。例えば、制御ユニット３２０は、信号発生器３１６が、充電閾値が満足されたことの指示を受信することに応答して、治療を送達するようにさせ得る。
充電閾値は、治療刺激を送達するための埋込可能な医療装置５０６の電力要求に基づいて設定され得る。特定の実施形態において、充電閾値は１つの治療（つまり単一の投薬又は治療刺激の例）を対象組織１３０に送達するのに必要とされる充電量に従って設定され得る。特定の実施形態において、埋込可能な医療装置５０６は１つの治療（つまり単一の投薬又は治療刺激の例）を送達するのに100マイクロワット以下の所要電力を有する。埋込可能な医療装置５０６は１つの治療を送達するために50マイクロワット以下、20マイクロワット以下、又は10マイクロワット以下の所要電力を有する。充電貯蔵要素１１４が所定数の治療（例えば単一治療）のための所要電力を満足するのに十分な充電を有するとき、充電閾値が満足される。
一実施形態において、治療のデューティサイクルは外部電源（例えば、ファーフィールド送信機１０２）からの電力伝達のデューティサイクルによって制御され得る。例えば、ファーフィールド送信機１０２に関連するデューティサイクルに従って、ファーフィールド送信機１０２は周期的に又は時々、埋込可能な医療装置５０６に無線で電力を伝達する。電力の少なくとも一部は、充電貯蔵要素１１４によって貯蔵され得る。閾値検出器３２２は、充電貯蔵要素１１４が充電閾値を満たすのに十分な充電を得たときを決定し得る。充電閾値が満たされるのに応じて、制御ユニット３２０は、エネルギーが治療送達ユニット１１６（又は信号発生器３１６）を通って送達されて対象組織１３０に治療を送達するようにさせ得る。
他の実施形態において充電閾値は、少なくとも3日、少なくとも1日、少なくとも12時間、少なくとも6時間、少なくとも3時間、少なくとも2時間、少なくとも1時間、少なくとも30分、少なくとも15分、少なくとも10分、少なくとも5分、少なくとも2分、少なくとも1分、少なくとも30秒、少なくとも15秒、少なくとも10秒、又は10秒より少ない、特定の時間に対して規定される多くの治療などの、１つ以上の治療を送達するのに必要とされる充電量に従って設定され得る。本実施形態において、埋込可能な医療装置５０６は、制御ユニット３２０などの、治療の適用を制御する制御論理を含み得る。例えば、制御ユニット３２０は、対象組織１３０に与えられる信号のタイミング、デューティサイクル、電流振幅、電圧振幅、及び周波数などの治療のパラメータを制御し得る。
特定の実施形態において、埋込可能な医療装置５０６が患者内に埋め込まれている一方で、制御ユニット３２０はプログラム可能な場合がある。例えば、埋込可能な医療装置５０６はアンテナと結合される受信機５３０を含み得る。受信機５３０はまた制御ユニット３２０、閾値検出器３２２、又は両方に結合され得る。受信機５３０は外部源から治療パラメータデータを受信するように構成され得る。例えば、治療パラメータデータは、ファーフィールド送信機１０２からのファーフィールド放射信号１０４を変調することにより受信され得る。治療パラメータデータは、患者に送達される治療のパラメータを特定し得る。受信機５３０は、受信された治療パラメータデータを制御ユニット３２０又は閾値検出器３２２に与え、患者に送達される治療のパラメータをプログラムし得る。治療パラメータデータは例えば、治療送達の周波数、治療送達のデューティサイクル、治療送達の大きさ、治療送達のモード、又はその組み合わせを特定し得る。治療送達の利用可能なモードは単一パルスモード及びバーストモードを含み得る。バーストモードでは、治療は１つ以上のバーストを介して運搬され、各バーストは複数のパルスを含む。代わりに又は加えて、治療パラメータデータは閾値検出器によって与えられる充電閾値を特定し得る。例えば、単一治療の間に信号発生器３１６によって対象組織１３０に与えられるエネルギー量を調節するために、充電貯蔵要素１１４が単一治療をもたらすのに十分な充電を貯蔵したときに、調節される充電閾値が満足されるように、充電閾値が調節され得る。
特定の実施形態において、埋込可能な医療装置５０６は後方散乱を使用してデータをファーフィールド送信機１０２又は他の装置に送信する場合がある。例えば、埋込可能な医療装置５０６は、ファーフィールド送信機１０２などの患者の外部にある装置によって検出され得るように、後方散乱を変調し得る。ファーフィールド送信機１０２が埋込可能な医療装置５０６に電力を継続的に供給するときなどの、特定の実施形態では、埋込可能な医療装置５０６から外部装置に情報を送るために三次の後方散乱が使用され得る。三次の後方散乱において、埋込可能な医療装置５０６の非線形構成要素は特定の周波数のエネルギーにさらされるときに三次の高調波成分を発生するように使用される。例えば、１つ以上のダイオードが非線形構成要素として使用され得る。本例において、複数のダイオードは別々の構成要素でもよく、又は電圧整流器／増幅器１１２のダイオードが三次の高調波成分を発生するように使用される場合がある。三次の高調波成分は、ファーフィールド放射信号１０４の基本周波数とは全く異なる周波数成分の発生を可能にするように変調又は増幅され得る。例えば、三次の高調波成分周辺で共振するQの高い（high-Q）共振回路は、非線形構成要素からの前記三次の高調波成分の発生を増幅するように使用され得る。他の実施において、三次の高調波成分の周りで狭帯域である高周波数／無線周波数増幅器は、三次の高調波成分を増幅するために、単独の場合もあり調整されたQの高い共振回路と連結している場合もある。故に、三次の高調波成分は基本周波数から十分に異なることから、（ファーフィールド送信機１０２の、又は患者の外部にある他の装置の）外部受信機は基本周波数によって飽和されることなく三次の高調波成分に調整することができ、従って、（例えば、電力送信及びデータ送信を時間分割して二重化することなく）電力送信及びデータ送信を同時に発生させることが可能となる。埋込可能な医療装置５０６の非線形成分は自然と三次の高調波成分を発生するので、埋込可能な医療装置５０６から外部装置に情報を送るためのこのような構成要素の変調は付加的な電力をほとんど又は全く使用しない。
図６及び７は、埋込可能な医療装置が、２つ以上のファーフィールド送信機から同時に又は並行してその操作電力の少なくとも一部を供給される実施形態を図示する。例えば、第一ファーフィールド送信機６０２は第一周波数域にある第一ファーフィールド放射信号６０４を介して埋込可能な医療装置に電力を供給する場合があり、第二ファーフィールド送信機６０３は同時に又は並行して、第二周波数域にある第二ファーフィールド放射信号６０５を介して埋込可能な医療装置に電力を供給する場合がある。
図６を参照すると、埋込可能な医療装置６０６の第六実施形態を含むシステム６００の特定の第六実施形態のブロック図が示されている。埋込可能な医療装置６０６は、第一アンテナ６１０、第二アンテナ６１１、及び場合によっては１つ以上の付加的なアンテナ（図示なし）を含む複数のアンテナを含む。埋込可能な医療装置６０６はまた、第一アンテナ６１０に関連する第一整合回路６１２、第二アンテナ６１１に関連する第二整合回路６１３、及び場合によっては他のアンテナ（図示なし）に関連する１つ以上の付加的な整合回路（図示なし）などの、１つ以上のアンテナに関連する１つ以上の整合回路を含み得る。
特定の実施形態において、各アンテナ６１０、６１１及び／又は各整合回路６１２、６１３は特定の周波数又は周波数域で作動するように構成又は調整される場合がある。例えば、第一アンテナ６１０及び／又は第一整合回路６１２は、第一ファーフィールド放射信号６０４の周波数を含む第一周波数域におけるファーフィールド放射信号を受信するように構成又は調整され得る。第二アンテナ６１１及び／又は第二整合回路６１３は、第二ファーフィールド放射信号６０５の周波数を含む第二周波数域におけるファーフィールド放射信号を受信するように構成又は調整され得る。例えば、第一及び第二周波数域はそれぞれ約433MHz及び900MHz、それぞれ約433MHz及び2.4GHz、それぞれ約433MHz及び5.8GHz、それぞれ約900MHz及び2.4GHz、それぞれ約900MHz及び5.8GHz、並びに約2.4GHz及び5.8GHzの１つを中心とする場合がある。第一ファーフィールド放射信号６０４及び第二ファーフィールド放射信号６０５は、並行して送信される、若しくは交互に送信され得る信号の少なくとも一部を含む場合がある。他のアンテナ又は整合回路が存在するとき、これらは第一周波数域、第二周波数域、他の第一周波数域、又はその組み合わせにおけるファーフィールド放射信号を受信するように構成及び調整され得る。故に、暴露限界又は他の無線周波数送信限界（例えばFCC及び／又はFDA規制）が特定の周波数における送信電力を限定するとき、１つ以上の周波数がファーフィールド放射電力伝達に使用され得る。
埋込可能な医療装置６０６はまた、１つ以上の整流器を含む場合がある。各整流器は特定のアンテナと関連する場合がある。例えば、第一整流器６１４は第一アンテナ６１０及び第一整合回路６１２と関連する場合があり、第二整流器６１５は第二アンテナ６１１及び第二整合回路６１３と関連する場合があり、場合によっては、１つ以上の付加的な整流器（図示なし）は他のアンテナ及び整合回路（図示なし）と関連する場合がある。他の構成において、第一整流器６１４などの１つの整流器が、複数のアンテナと関連し得る。例えば、第一整流器６１４は、第一ファーフィールド放射信号６０４を受信するように各々構成又は調整されるアンテナの組（第一アンテナ６１０が代表的なアンテナである）と結合される場合があり、第二整流器６１５は、第二ファーフィールド放射信号６０５を受信するように各々構成又は調整されるアンテナの組（第二アンテナ６１１が代表的なアンテナである）と結合される場合がある。
埋込可能な医療装置６０６が第一整流器６１４及び第二整流器６１５などの複数の整流器を含むとき、整流器６１４、６１５は加算回路６１６と結合され得る。加算回路６１６は、整流器６１４、６１５の直流（DC）出力を組み合わせ、組み合わされたDC出力を、図６で埋込可能な医療装置（IMD）電源及び制御回路６１８として表される他の電源及び／又は制御回路に供給する。
IMD電源及び制御回路６１８は、図１−５を参照しながら上述で説明される、又は図７及び８を参照しながら後で説明される、電力調整、電力貯蔵、IMD制御、治療、及び感知回路のいかなる組み合わせも含み得る。例えば、IMD電源及び制御回路６１８は、電圧増幅器（又は整流器は図１−５を参照しながら説明される整流器／増幅器ユニットの場合がある）、DC-DCコンバータ（図２−５のDC-DCコンバータ１１８など）、充電貯蔵要素（図１−５の充電貯蔵要素１１４など）、治療送達ユニット（図１及び２の治療送達ユニット１１６など）、信号発生器（図３−５の信号発生器３１６など）、制御ユニット（図４及び５の制御ユニットなど）、閾値検出器（図５の閾値検出器３２２など）、感知器回路（図８の感知器回路８１６など）、他の構成要素、又はその組み合わせを含み得る。図６に特に特定されていないが、埋込可能な医療装置６０６の構成要素は、図３の可撓性回路基板３３４などの可撓性回路基板に結合されてもよく、形成されてもよい。加えて又は代わりに、埋込可能な医療装置６０６は図３の神経ラップ３３２などの、神経ラップを含んでもよく、神経ラップと結合されてもよく、又は神経ラップ内に埋め込まれてもよい。代わりに、埋込可能な医療装置６０６は金属又は他の生体適合性を示す材料で形成される容器（図示なし）を有する場合がある。さらに、埋込可能な医療装置６０６は、図３を参照しながら説明されるように作動する、電極３１８を含む場合があり、又は電極３１８と結合される場合がある。
埋込可能な医療装置６０６はまた、図５の受信機５３０などの１つ以上の受信機（図６に図示なし）を含み得る。例えば、埋込可能な医療装置６０６はアンテナ６１０、６１１のうちの１つ以上と結合される単一受信機を含む場合がある。例示すると、第一受信機は第一アンテナ６１０と結合される場合があり、又は第一受信機は第一アンテナ６１０、第二アンテナ６１１、及び付加的なアンテナが存在するときは、場合によっては１つ以上の付加的なアンテナと結合され得る。この具体例において、第一受信機はいくつかの周波数域内で送信されるデータを受信することができるマルチバンド受信機である場合がある。代わりに、第一受信機は、第一受信機が一度に１つの周波数域を介してデータを受信でき、特定の周波数域を選定するために適合又は調整されるように（例えば制御ユニットによって）調整可能である。他の例において、埋込可能な医療装置６０６は複数の受信機を含み得る。例示すると、第一受信機は第一アンテナ６１０と結合される場合があり、第二受信機は第二アンテナ６１１と結合される場合がある。この具体例において、第一受信機は第一ファーフィールド放射信号６０４の周波数に対応する第一周波数域を介してデータを受信するように構成又は調整される場合があり、第二受信機は第二ファーフィールド放射信号６０５の周波数に対応する第二周波数域を介してデータを受信するように構成又は調整される場合がある。
図７を参照すると、埋込可能な医療装置７０６の第七実施形態を含むシステム７００の特定の第七実施形態のブロック図が示されている。埋込可能な医療装置７０６はマルチバンドアンテナ７１０などの１つ以上のマルチバンドアンテナを含む。埋込可能な医療装置７０６はまた、マルチバンド整合回路７１２などの、マルチバンドアンテナ７１２を有する１つ以上のマルチバンド整合回路を含み得る。マルチバンドアンテナ７１０及び／又はマルチバンド整合回路７１２は、複数の周波数又は周波数域で作動するように構成又は調整され得る。例えば、マルチバンドアンテナ７１０及び／又はマルチバンド整合回路７１２は、第一ファーフィールド放射信号６０４の周波数を含む第一周波数域における、及び第二ファーフィールド放射信号６０５の周波数を含む第二周波数域における、ファーフィールド放射信号を受信するように構成又は調整され得る。例えば、第一及び第二周波数域は、それぞれ約433MHz及び900MHz、それぞれ約433MHz及び2.4GHz、それぞれ約433MHz及び5.8GHz、それぞれ約900MHz及び2.4GHz、それぞれ約900MHz及び5.8GHz、並びにそれぞれ約2.4GHz及び5.8GHzのうちの１つを中心とする場合がある。第一ファーフィールド信号６０４及び第二ファーフィールド放射信号６０５は、並行して送信される、又は交互に送信される場合がある複数の信号の少なくとも一部を含み得る。故に、暴露限界又は他の無線周波数送信限界（例えばFCC規制）が特定の周波数において送信電力を制限するとき、１以上の周波数がファーフィールド放射電力伝達に使用され得る。
埋込可能な医療装置７０６はまた、マルチバンドアンテナ７１０及びマルチバンド整合回路７１２に結合される整流器７１４などの１つ以上の整流器を含み得る。整流器７１４の直流（DC）出力は、埋込可能な医療装置（IMD）電源及び制御回路６１８に供給され得る。上述で説明されるように、IMD電源及び制御回路６１８は、図１−６を参照しながら上述される、又は図８を参照しながら後で説明される、電力調整、電力貯蔵、IMD制御、治療及び感知回路のいかなる組み合わせも含む場合がある。埋込可能な医療装置７０６は、図３の神経ラップ３３２などの神経ラップを含んでもよく、神経ラップに結合されてもよく、又は神経ラップ内に埋め込まれてもよい。代わりに、埋込可能な医療装置７０６は金属又は他の生体適合性を示す材料で形成される容器（図示なし）を有する場合がある。さらに、埋込可能な医療装置７０６は、図３を参照しながら説明されるように作動する電極３１８を含む場合があり、又は電極３１８と結合される場合がある。
埋込可能な医療装置７０６はまた、図５の受信機５３０などの１つ以上の受信機（図７に図示なし）を含み得る。例えば、埋込可能な医療装置７０６は、マルチバンドアンテナ７１０に結合されるいくつかの周波数域で送信されるデータを受信できるマルチバンド受信機を含み得る。代わりに、受信機は、受信機が一度に１つの周波数域を介してデータを受信できるように調整可能な場合があり、特定の周波数域を選定するように調整又は調整され得る。他の例では、埋込可能な医療装置７０６は複数の受信機を含み得る。例示すると、第一受信機及び第二受信機はマルチバンドアンテナ７１０と結合される場合がある。第一受信機は第一ファーフィールド放射信号６０４の周波数に対応する第一周波数域を介してデータを受信するように構成又は調整される場合があり、第二受信機は第二ファーフィールド放射信号６０５の周波数に対応する第二周波数域を介してデータを受信するように構成又は調整される場合がある。
故に、埋込可能な医療装置６０６及び７０６は、複数のファーフィールド送信機６０２、６０４からファーフィールド放射信号を受信することが可能である。ファーフィールド放射信号６０４、６０５は同じ周波数域でもよく、異なる周波数域でもよく、又は重複する周波数域でもよい。複数のアンテナを使用することは、増加した電力受信を可能にし得る。複数の周波数域を使用することは増加した電力伝達を可能にし得る。例えば、２つ以上の異なる周波数域を受信するように構成されるアンテナを備えることは、送信電力制限が各域に別々に与えられ得るので、埋込可能な医療装置６０６、７０６への全体の送信電力における増加を許容し得る。例示すると、各周波数域が送信電力の１ワットに限定されるとき、２つの周波数域は約２ワットの電力を送信するように使用され得る。
図８は、埋込可能な医療装置８０６及び１つ以上のファーフィールド送信機８０２を含むシステム８００の、特定の第八実施形態のブロック図である。ファーフィールド送信機８０２及びアンテナ８１０は、図１−７を参照しながら上述される送信機及びアンテナのいかなる組み合わせも含み得る。例えば、単一ファーフィールド送信機及び単一アンテナが使用される場合がある。他の例では、複数のファーフィールド送信機が単一アンテナとともに使用される場合がある。さらに他の例では、複数のファーフィールド送信機が複数のアンテナと使用される場合がある。さらに他の例では、単一ファーフィールド送信機が複数のアンテナとともに使用される場合がある。アンテナ８１０は１つ以上の整合回路（図示なし）と結合される場合があり、又は１つ以上の整合回路を含む場合がある。加えて、アンテナ８１０は、DC出力をIMD電源及び制御回路６１８に供給する１つ以上の整流器８１４と結合され得る。
埋込可能な医療装置８０６はまた、感知器回路８１６を含む。感知回路８１６はIMD電源及び制御回路６１８の充電貯蔵要素によって電力供給され得る。感知器回路８１６は刺激を受けて、刺激に対応するデジタル又はアナログ出力を発生するように構成され得る。刺激は電気的でもよく、光学的でもよく、磁性でもよく、化学的でもよく、又は物理的でもよい。例えば、刺激は患者の身体内で自然に発生する化学物質（例えば神経伝達物質、ホルモン、血液酸素、代謝産物等）又は外部化学物質（例えば薬剤）などの化学物質の存在若しくは濃度に対応する場合があり、又は存在若しくは濃度を示す場合がある。他の例では、刺激は自然に発生する電気信号（例えば、内因性活動電位）又は誘発される電力信号（例えば誘発される活動電位）などの電気信号の存在若しくは他の特徴に対応する場合があり、又は存在若しくは他の特徴を示す場合がある。さらに他の例では、刺激は身体又は身体の一部の動作、呼吸速度、脈拍数、血圧、体温などの身体機能又はパラメータの存在若しくは他の特徴に対応する場合があり、又は存在若しくは他の特徴を示す場合がある。
感知器回路８１６の出力は、IMD電源及び制御回路６１８に供給され得る。IMD電源及び制御回路６１８は、埋込可能な医療装置８０６によってもたらされる治療に関連するフィードバックとして出力を使用し得る。例えば、埋込可能な医療装置８０６が刺激又は他の治療を対象組織１３０に与えるとき、電極８１８は刺激又は刺激に対する身体の反応を検出し、情報を感知器回路８１６に送るために使用され得る。感知器回路８１６は出力をIMD電源及び制御回路６１８に送り、IMD電源及び制御回路６１８は出力の値に基づいて刺激又は他の治療を調整し得る。
特定の実施形態では、論理的な又は数的な値などの感知器回路８１６の出力を示す情報が、埋込可能な医療装置８０６によって外部装置に送信され得る。例えば、IMD電源及び制御回路６１８は感知器回路８１６の出力を処理して外部装置に送信される情報を決定する場合がある。図５を参照しながら記載されるように、IMD電源及び制御回路６１８の１つ以上の非線形構成要素が、ファーフィールド放射信号８０４の後方散乱を変調して情報を外部装置に送信する。
特定の実施形態では、埋込可能な医療装置８０６は治療送達ユニットを含まず、患者の身体から感知されるデータを収集して送信するのに使用されるのみである。故に、ファーフィールド放射信号８０２は埋込可能な医療装置に電力供給するように使用され、埋込可能な医療装置は感知器の場合があり若しくは主に感知器として使用される場合がある。
図１−８に図示される特定の実施形態に加えて、他の実施形態及び変更が想定される。例えば、埋込可能な医療装置１０６、２０６、３０６、４０６、５０６、６０６、７０６及び８０６のいずれの構成要素も、図３の可撓性回路基板３３４などの可撓性回路基板と結合される場合があり、又は可撓性回路基板に形成される場合がある。例示すると、１つ以上のアンテナ、１つ以上の整合回路、１つ以上の電圧増幅器、１つ以上の整流器、１つ以上のDC-DCコンバータ、１つ以上の充電貯蔵要素、１つ以上の治療送達ユニット、１つ以上の制御ユニット、１つ以上の信号発生器、１つ以上の受信機、１つ以上の閾値検出器、感知器回路、又はその組み合わせが、可撓性回路基板３３４に一体化される場合がある。
加えて又は代わりに、埋込可能な医療装置１０６、２０６、３０６、４０６、５０６、６０６、７０６、及び８０６は、図５のエンクロージャ５３２を含んでもよく、エンクロージャ５３２内に埋め込まれる若しくは収容されてもよい。エンクロージャ５３２は、図３の神経ラップ３３２などのように可撓性でもよく、又は十分堅固な密封された容器でもよい。エンクロージャ５３２は、１つ以上のアンテナ、１つ以上の整合回路、１つ以上の受信機、１つ以上の整流器、１つ以上の電圧増幅器、１つ以上のDC-DCコンバータ、１つ以上の充電貯蔵要素、１つ以上の閾値検出器、１つ以上の制御ユニット、１つ以上の信号発生器、１つ以上の治療送達ユニット、感知器回路、又はその組み合わせなどの、１つ以上の他の構成要素を収容する場合があり、又は部分的に収容する場合がある。埋込可能な医療装置１０６、２０６、３０６、４０６、５０６、６０６、７０６、又は８０６への電力伝達を向上させるために、エンクロージャ５３２は少なくとも部分的に無線周波数（RF）透過性材料で形成されてもよい。RF透過性を示す材料は、ファーフィールド放射信号１０４などの高周波信号を減衰又は低下させないように選定され得る。さらに、RF透過性を示す材料は、生体適合性を示し且つ密封可能であるように選定され得る。適切な材料の例は、セラミック（低温同時焼成セラミック（LTCC）、アルミナなど）、液晶高分子、ポリイミド、プラスチック、及びポリエーテルベースの熱可塑性ポリウレタン樹脂（TPU）（例えばTecothane（商標登録）TPU）を含む。
特定の実施形態においてエンクロージャ５３２は、エンクロージャ５３２と患者の組織層との間のインピーダンス境界反射損失が小さい、減少した、又は最小になる誘電率値を有する材料で形成される場合がある。特定の実施形態においてエンクロージャ５３２は、全体として、材料の電気特性（例えば伝導率、誘電率、透磁性）が、減衰、誘電体／インピーダンス境界反射、誘電体共振、渦電流などを含む、すべての影響による全体の電力損失を減少させる又は最小化するように選定される材料で形成され得る。
特定の実施形態では、エンクロージャ５３２の寸法（例えば長さ、幅、及び／又は厚さ）は、効果的な電力伝達をもたらすように選定され得る。例えば、エンクロージャ５３２の寸法は、効果的なアンテナ設計の使用を可能にするように選定され得る。例示すると、エンクロージャは、アンテナと結合する又はアンテナを収容するように選定される少なくとも１つの側の長さ又は領域を有する場合があり、アンテナは埋込可能な医療装置１０６、２０６、３０６、４０６、５０６、６０６、７０６、８０６の設置のための可撓性を維持しながら許容できるアンテナゲインを可能にする長さ若しくは領域を有する。
埋込可能な医療装置１０６、２０６、３０６、４０６、５０６、６０６，７０６、８０６の埋め込み位置は、少なくとも部分的に、効果的な電力伝達を供給することに基づいて選定され得る。例えば、より浅い埋め込み深さは、結果として減衰に基づく組織吸収がより少なくなり、その結果、より深い埋め込み深さと比較して向上したエネルギー伝達効率をもたらし得る。埋込可能な医療装置１０６、２０６、３０６、４０６、５０６、６０６、７０６、８０６を取り囲む特定の組織の誘電特性がまた考慮され得る。例えば、特定の組織のより高い誘電率は、電気的に小さなアンテナに対するより高いゲインをもたらし得るが、電磁波のより大きな組織吸収をもたらす場合があり、より低い伝導性は電磁波のより小さい組織吸収をもたらし得る。
効率的な電力伝達のために設計されるのに加えて、埋込可能な医療装置１０６、２０６、３０６、４０６、５０６、６０６、７０６、８０６は治療を施すのに消費される電力を減少させるように設計され得る。例えば、治療のパラメータはまた電力消費を減少するように（例えば制御ユニット３２０によって）制御され、又は構成され得る。例示すると、刺激される神経線維の強さ時間曲線が電力消費を減少できるとみなされる場合がある。強さ時間曲線は治療信号の電流とパルス幅との関係である。治療信号を使用して神経線維に刺激を与えるとき、刺激の時間が減少するにつれ、与えられる電流は神経線維を閾値電位に導くように増加しなければいけない。治療信号の電流とパルス幅とは、神経線維にエネルギーを効率良く供給するように選定され得る。
埋込可能な医療装置１０６、２０６、３０６、４０６、５０６、６０６、７０６、８０６はまた、若しくは代わりに、患者の24時間周期のリズムを考慮することによって、電力消費を減少させ得る。例えば、埋込可能な医療装置１０６、２０６、３０６、４０６、５０６、６０６、７０６、８０６は、患者が発作を起こす可能性が最も高いときには、より頻繁な、より高いデューティサイクルの、より高い周波数の、及び／又はより高い振幅の刺激を与え、患者が発作を起こす可能性が低い時には、あまり激しくない、頻度の少ない、及び／又は電力消費が低い刺激を与え得る（例えば、患者の経歴に基づく）。
他の例では、埋込可能な医療装置１０６、２０６、３０６、４０６、５０６、６０６、７０６、８０６は感知される値に応答して刺激を与え得る。例えば、感知器（感知器回路８１６又は他の感知器など）は患者に関連する患者パラメータを検出する場合があり、感知された値を埋込可能な医療装置１０６、２０６、３０６、４０６、５０６、６０６、７０６、８０６に、直接若しくはファーフィールド送信機１０２を介して与える場合がある。患者パラメータは、例えば、心臓に起因する発作反応、神経活動電位、又はEEGに起因する発作反応などの、発作に関連するパラメータを含み得る。他の値がまた、若しくは代わりに、感知される場合があり、感知された値若しくは複数の値に応答して刺激が与えられ得る。
他の例では、回路又はファームウェアは、埋込可能な医療装置１０６、２０６、３０６、４０６、５０６、６０６、７０６、８０６の効率を向上するように選定若しくは構成され得る。例示すると、制御ユニット３２０はマイクロコントローラを含む場合がある。マイクロコントローラは、制御ユニット３２０によって電力消費を減少させるために、スリープモードなどの低減した電力モードを使用する場合がある。例えば、マイクロコントローラは刺激が対象組織１３０に与えられる間はスリープモードにされ得る。例示すると、マイクロコントローラはアウェイクモードになり（つまりスリープモードを出て）刺激の適用を開始し、次にスリープモードに戻る。マイクロコントローラは刺激期間の最後に再びアウェイクモードになり、刺激の適用を停止させる。より明確な具体的な例として、閾値検出器３２２は開始閾値及び停止閾値を検出するように作動し得る。開始閾値は、充電貯蔵要素１１４が治療を送達するのに十分な充電を貯蔵したときに満たされ得る。停止閾値は、電力がファーフィールド送信機から受信されると予想される次点まで埋込可能な医療装置の１つ以上の構成要素を操作するのに十分な電力量に相当する。例えば、停止閾値は、ファーフィールド信号１０４のオンタイムの合間に１つ以上の感知器又は受信機５３０の継続した操作を可能にするように設定され得る。停止閾値は、充電貯蔵要素１１４によって貯蔵される充電が、開始閾値からの所定量若しくは所定の値まで減少するときに満たされる。この具体例において、マイクロコントローラはアウェイクモードになり、開始閾値が満たされたことを示す閾値検出器３２２に応答して刺激の適用を開始する。マイクロコントローラは、閾値検出器３２２が停止閾値が満たされたことを示すまで、つまりマイクロコントローラがアウェイクモードになり刺激の適用を停止するとき、スリープモードになり得る。
図１−９の各々には１つのみの埋込可能な医療装置が示されているが、ファーフィールド送信機は電力を１つ以上の埋込可能な医療装置に一度に供給するように使用される場合がある。例えば、患者はファーフィールド送信機から操作電力の少なくとも一部を受信する２つ以上の埋込可能な医療装置を有する場合がある。誘導電力結合をともない、ファーフィールド放射電力伝達と対照的に、電力結合は比較的小さな領域を対象とする。従って、単一の外部誘導電力ユニットを用いて患者の身体の異なる位置にある埋込可能な医療装置（例えば、左迷走神経に隣接する１つ及び右迷走神経に隣接する１つ）に電力供給するために誘導結合を使用するのは、困難若しくは不可能な場合がある。しかし、ファーフィールド放射信号を使用することは、埋込可能な医療装置が互いに遠隔設置されているにもかかわらず、単一のファーフィールド送信機を使用してこのような埋込可能な医療装置に電力を供給することを可能にする。
加えて若しくは代わりに、単一の埋込可能な医療装置１０６、２０６、３０６、４０６、５０６、６０６、７０６、８０６（及び場合によっては１つ以上の他の埋込可能な医療装置）は、２つ以上のファーフィールド送信機１０２からその操作電力の少なくとも一部を供給される場合がある。例えば、患者が第一位置（例えば、患者の家の第一部屋）にいるときは、第一ファーフィールド送信機が埋込可能な医療装置１０６、２０６、３０６、４０６、５０６、６０６、７０６、８０６に電力供給する場合があり、患者が第二位置（患者の家の第二部屋内）にいるときは、第二ファーフィールド送信機が埋込可能な医療装置１０６、２０６、３０６、４０６、５０６、６０６、７０６、８０６に電力供給する場合がある。
電力伝達の効率は、3D高周波電磁モデル及び精密RF人体模型を使用して設計又は調整することによって向上し得る。例えば、適切なアンテナ設計を選定するために、複数の異なるアンテナのタイプ及び形状が試験される試行錯誤型の工程（例えば、3D高周波電磁モデル及びRF人間模型を用いて試行錯誤的な最適化サーチを使用する刺激）が使用され得る。加えて、刺激又は物理試験はアンテナを調整するのに使用され得る。例えば、アンテナの共振周波数を調整して効率的な電力伝達を供給するために、共振周波数探求が使用される場合がある。さらに、アンテナ及び整合回路が能動的に若しくは受動的に調整されて効率的な電力伝達を供給し得る。例示すると、アンテナの効果的な電気的長さを変えるように配置されるバラクターを使用して、アンテナが調整され得る。他の例では、整合回路を調整するために、バラクター、１つ以上の誘導子、１つ以上のコンデンサ、又はその組み合わせが使用され得る。
図９は、ファーフィールド送信機９０２を使用して埋込可能な医療装置９０６に電力供給するためのシステム９００の、特定の実施形態を図示する図である。埋込可能な医療装置９０６は図１−８の埋込可能な医療装置１０６、２０６、３０６、４０６、５０６、６０６、７０６、及び８０６のうちの１つ、又は付加的な実施形態若しくは上述で説明される変更のうちの１つに対応し得る。図９はファーフィールド放射信号９０４の特定の特徴を図示する。ファーフィールド放射信号９０４は図１−８のファーフィールド放射信号１０４、６０４、６０５、及び８０４のうちの１つ以上に対応し得る。
図９に図示され、上述されるように、ファーフィールド送信機９０２と埋込可能な医療装置９０６のアンテナ９０８との間の距離ｄ９１６は、ファーフィールド放射信号９０４の波長λ９１８の２倍より大きい場合がある。図９に図示される実施形態では、ファーフィールド放射信号９０４はパルス状である。つまりファーフィールド放射信号９０４は、電磁波が発生される間のオンタイム９１０と、電磁波が発生されない間のオフタイム９１４とを有する。特定のオンタイム９１０の間で、エネルギーのバースト９１２が送信され得る。本明細書で使用されるように、ファーフィールド放射信号９０４の周波数は、バースト９１２の電磁波の周波数を参照する。オンタイム９１０とオフタイム９１４との相対的なタイミングは、本明細書でファーフィールド放射信号９０４のデューティサイクルを参照しながら参照される。パルス状のファーフィールド信号９０４は１ワット以下の平均送信電力を有する場合がある。パルス状のファーフィールド放射信号９０４は10%以下、5%以下、2%以下、1%以下、0.5%以下、0.266%以下、又は0.2%以下のデューティサイクルを有する場合がある。パルス状のファーフィールド放射信号９０４の各バースト９１２はアンテナ９０８において100ミリワット以下の電力を伝達し得る。例えば、各バースト９１２は、アンテナ９０８において50ミリワット以下、30ミリワット以下、20ミリワット以下、10ミリワット以下、5ミリワット以下、又は1ミリワット以下の電力を伝達し得る。作動中は、アンテナ９０８における平均入力電力が53マイクロワット以下の場合があり、埋込可能な医療装置９０６が11.3パーセント以下の電力変換効率を有する場合がある。
ファーフィールド放射信号９０４の電力を増加させることは、出力電圧、電流、及び埋込可能な医療装置９０６へのエネルギー伝達の全体効率を上昇させるが、ヒト組織を通るRF周波数における送信電力は時間変化する電磁場に対する暴露限界のガイドラインによって制約されている。上述で説明するように、ファーフィールド放射信号９０４をパルス状にすることは、電気電子技術者協会（IEEE）C95.1 SAR限界などの暴露限界を満たすように低い平均電力を維持しながら、高出力電圧を実現し、埋込可能な医療装置９０６の電圧整流器などの埋込可能な医療装置９０６の構成要素の効率を増加させ得る。このパルス状にする技術は比較的大きな瞬時電力が使用されるので、電圧整流器における非線形増加を利用し得る。瞬時RF電力と共にバースト９１２の幅と周波数とは、図１−５の充電貯蔵要素１１４、又はIMD電源の充電貯蔵要素及び図６−８の制御回路６１８などの、充電貯蔵要素を効率的且つ迅速に充電するように選定又は調整され得る。ある実施形態において、電圧増幅器、電圧整流器、充電貯蔵要素、治療送達ユニット、及び信号発生器のうちの１つ以上などの、埋込可能な医療装置９０６の１つ以上の構成要素は、相補型金属酸化膜半導体（CMOS）回路である。これらの実施形態では、ブーストコンバータ又はステップアップレギュレータは、CMOS回路を操作可能にバイアスするのに十分な電圧を発生するように構成される場合がある。例えば、パルス状の電力供給技術を使用するファーフィールド放射信号９０４の例えば約2%の短いデューティサイクルは、CMOS電圧整流器が300mWの平均移送電力のみで十分なバイアスを生成することを可能にし得る。
図１０は、異なる振幅及びオンタイムを有するファーフィールド放射信号を使用するエネルギー伝達を図示する図である。特に、図１０はエネルギー伝達効率とファーフィールド放射信号のデューティサイクルとの関係を図示する。図１０は、より低い電力のより長時間の伝達（例えばより長いデューティサイクル）と対照的に、比較的高い電力で短時間の伝達（例えば短いデューティサイクル）を使用することによって、エネルギー伝達効率（及び埋込可能な医療装置による対応するエネルギー貯蔵効率）が向上し得ることを示す。
第一パルス１０２０及び第二パルス１０４０を含む２つのパルスが図１０に示される。パルス１０２０及び１０４０の各々は、図１−５のファーフィールド放射信号１０４、図６−７のファーフィールド放射信号６０４、６０５、図８のファーフィールド放射信号８０４、又は図９のファーフィールド放射信号９０４のうちの１つなどの、ファーフィールド放射信号を表す。図１０の記載の目的のために、第一パルス１０２０は第二パルス１０４０と同じ全電力を伝達すると仮定され、パルス１０２０、１０４０の受信効率の違いは考慮されない。故に、第一パルス１０２０は第一領域１０２６（図１０で太い破線によって囲まれ、第一部分１０６１、第二部分１０６２、第三部分１０６３、及び第四部分１０６４を含む）によって図示される電力を供給する。同様に、第二パルス１０４０は第二領域１０４６（図１０で太線の四角形によって囲まれ、第一部分１０６１、第二部分１０６２、第五部分１０６５を含む）によって図示される電力を供給する。（図１０において、第一パルス１０２０によって供給される電力と、第二パルス１０４０によって供給される電力とは、それらの違いを強調するためだけに互いに重なり合って交差して図示されていることに留意されたい。部分１０６１−１０６５は図１０のどの部分が各パルス１０２０、１０４０と関連するかを明確にするための便宜のためだけに使用され、明確な現象に必ずしも対応するものではない。）
第一パルス１０２０の瞬時電力１０２２は、第二パルス１０４０の瞬時電力１０４２より小さい。故に、同量のエネルギーを伝達するために、第一パルス１０２０は第二パルス１０４０のオンタイム１０４４より長いオンタイム１０２４を有する。つまり、第一パルス１０２０を使用するファーフィールド放射信号は、第二パルス１０４０を使用して電力を伝達するファーフィールド放射信号より高いデューティサイクルを有する。
埋込可能な医療装置の順方向バイアスする構成要素（整流器のショットキーダイオードなど）は、閾値電圧を要求し、埋込可能な医療装置に伝達される電圧、従って電力の、一部を消費する。例えば、構成要素が順方向バイアスされる間、瞬時順方向バイアス電力１００２は順方向バイアスをもたらすように使用される場合があり、それ故に他の目的のために貯蔵若しくは使用するために利用できない。第二パルス１０４０が使用されるとき、構成要素を順方向バイアスするために閾値電圧を供給することは、第二部分１０６２と対応する順方向バイアス電力を使用する場合があり、一方で、第一パルス１０２０が使用されるとき、構成要素を順方向バイアスするために閾値電圧を供給することは、第二部分１０６２と第四部分１０６４との和に対応する順方向バイアス電力を使用し得る。電力が受信される時間を（第一パルス１０２０よりも第二パルス１０４０を使用することにより）減少させることは、埋込可能な医療装置の構成要素がより短い時間に亘って順方向バイアスされるようにさせ、これは電力を節約する。加えて、瞬時順方向バイアス電力１００２は、第二パルス１０４０の瞬時電力１０４２のそれと比べて、第一パルス１０２０の瞬時電力１０２２の大きな割合を占める。つまり、埋込可能な医療装置の構成要素を順方向バイアスするのに使用される第二パルス１０４０から発生する電力の割合よりも、埋込可能な医療装置の構成要素を順方向バイアスするように使用される第一パルス１０２０から発生する電力の割合の方が大きい。従って、第二パルス１０４０を使用することは、埋込可能な医療装置の構成要素を順方向バイアスするために、より少ない全電力が消費されるようにさせる。例えば、もし第一領域１０２６に示される電力と、第二領域１０４６に示される電力とはほぼ同等であれば、第一パルス１０２０に代わって第二パルス１０４０を使用することによって、貯蔵及び埋込可能な医療装置で使用するのために得られる電力は第二部分１０６２の領域とほぼ等しい。
加えて、ショットキーダイオードはより効率的に作動する非線形構成要素で、さらにそれらは順方向バイアスされる。ショットキーダイオードの非線形特性は順方向バイアスするための電流の関係によって次のように記載され得る。
Figure 0005840774
ここで、Iはダイオードが通すことができる電流（ダイオード電流）であり、I0は逆バイアス飽和電流であり、nはショットキーダイオードの基質に依存する数であり（例えばシリコンに対しては約1−2）、VTは室温で約26mVである熱電圧であり、VFは順方向バイアス電圧である。故に、順方向バイアス電圧VFが増加するにつれ、ダイオードが通すことができる電流Iは指数関数的に増加する。オームの法則を考慮すると、V=IR又はR=V/Iで、電圧が線形的に増加するにつれ、抵抗／インピーダンスが指数関数的に減少する。故に、整流器／増幅器回路は、順方向バイアス電圧が増加するにつれて、それを流れる電流／電力をより少なく“妨害”する。言い換えると、順方向バイアス電圧が増加するにつれて、ダイオードは短絡として機能し、それ故にダイオードの全体の効率が増加する。
故に、特定のエネルギー伝達率に対しては、ファーフィールド放射信号のより短いデューティサイクルが、埋込可能な医療装置による使用及び／又は貯蔵のための電力をより効率的に供給し得る。例えば、図１０に示される分析に基づいて、及び動物被験体に眼内（ocular）インプラントを使用して実施されたインビボ試験に基づいて、全送信電力の大部分はより小さなデューティサイクルが使用されるときに埋込可能な医療装置でDC電流に変換され得る。例示すると、インビボ試験の結果は、0.5Wの平均送信電力に対しては、100%のデューティサイクルは眼内インプラントにおいて0.10mWより少ないDC電流をもたらしたことを示した。50%のデューティサイクルは眼内インプラントにおいて100%のデューティサイクルより多いがそれでも0.10mWより少ない電力をもたらした。25%のデューティサイクルは眼内インプラントにおいて0.25mWと0.30mWとの間のDC電力をもたらした。10%のデューティサイクルは眼内インプラントにおいて約0.40mWのDC電力をもたらした。最後に、5%のデューティサイクルは眼内インプラントにおける約0.60mWのDC電力をもたらした。図１１は、ファーフィールド送信機を使用して埋込可能な医療装置に電力供給する方法１１００の特定の実施形態のフローチャートである。埋込可能な医療装置は、図１−９の埋込可能な医療装置１０６、２０６、３０６、４０６、５０６、６０６、７０６、８０６、９０６のうちの１つ、又は上述の付加的な実施形態若しくは上述される変形のうちの１つに対応する場合がある。
方法１１００は１１０２において、埋込可能な医療装置のアンテナでファーフィールド放射信号を受信することを含む。上述で説明されるように、ファーフィールド放射信号は信号の波長の少なくとも２倍の距離に送信される信号を含む場合がある。例えば、埋込可能な医療装置とファーフィールド放射信号を送信する送信機との間の距離は、0.1メートルより大きくてもよく、0.15メートルより大きくてもよく、0.25メートルより大きくてもよく、0.3メートルより大きくてもよく、0.5メートルより大きくてもよく、又は1メートルより大きくてもよい。方法１００はまた１１０４で、埋込可能な医療装置で受信されたファーフィールド放射信号を整流して整流電圧を供給することを含む。例えば、整流器／増幅器１１２が受信されたファーフィールド放射信号を整流し得る。
方法１００は１１０６において、整流電圧を調整することを含み得る。例えば、整流電圧は１１０８で、（例えば図１−５の整流器／増幅器１１２によって）整流電圧を増幅させる（つまり増加させる）ことによって調整され得る。他の例では、整流電圧は１１１０において、DC-DCコンバータ（例えば、図１−５のDC-DCコンバータ１１８などのステップアップレギュレータ又はブーストコンバータ）を使用して整流電圧を増加させることによって調整され得る。他の例では、整流電圧を増幅させて増幅電圧を発生して、DC-DCコンバータを使用して増幅された電圧を増加させることにより、整流電圧が調整され得る。他の例では、整流電圧は、DC-DCコンバータを使用して整流電圧を増加させて増加した電圧を発生させることと、増加された電圧を増幅させることとにより調整され得る。
方法１１００は１１１２においてまた、電圧に応答して埋込可能な医療装置の充電貯蔵要素（例えば、図１−５の充電貯蔵要素１１２）を充電することを含み得る。方法１１００は１１１４においてまた、充電貯蔵要素の充電が閾値を満たす時を検出することを含み得る。方法１１００は１１１６においてさらに、充電貯蔵要素によって電力供給される埋込可能な医療装置の治療送達ユニットを使用して、患者に治療を施すことを含み得る。特定の実施形態では、治療は満たされている閾値に応答して施される。例えば、制御ユニット（図４及び５の制御ユニット３２０など）が、治療送達ユニットが満たされている閾値に少なくとも部分的に基づいて治療を施すようにさせるように構成され得る。
本明細書に開示の実施形態は、比較的長い距離に亘って効率よく埋込可能な医療装置に電力供給することを可能にする。さらに、本明細書に開示の実施形態は、埋込可能な医療装置の充電貯蔵要素が単一の治療又は比較的少数の治療に十分なエネルギーを貯蔵するのに十分な大きさであることのみが必要なので、埋込可能な医療装置を比較的小さくすることが可能である。このような実施形態は、特定の治療の型が特定の患者に対して効果的であるかどうかを決めるために効果的なスクリーニング手段を備える場合がある。例えば、迷走神経刺激は特定の患者候補集団の約半分に効果的であると考えられている。現在、迷走神経刺激を供給する方法は一般的に、医療装置を患者の胸部に埋め込むことと、患者の皮膚の下のリード線を患者の首に埋め込まれた電極に走らせることとを含む。本明細書に記載の埋込可能な医療装置は、比較的小さくでき、且つ電極と直接結合され得るので、埋込可能な医療装置を埋め込むために低侵襲的工程を使用することができる。故に、これらの埋込可能な医療装置は、迷走神経刺激が特定の患者に効果的であるかどうかを決定するためのスクリーニング手段として使用される場合がある。
本明細書に記載される実施形態の例は、様々な実施形態の構造の全般的な理解をもたらすことを意図している。例は、本明細書に記載の構造又は方法を利用する装置及びシステムの要素及び特徴の全てを完全に記載する意図はない。多くの他の実施形態が、開示を考察することによって当業者に明らかであろう。構造的且つ論理的な代用及び変更が、本開示の範囲から逸脱することなくなされ得るように、他の実施形態が利用され、本開示から派生する場合がある。例えば、方法の段階は図で示されるものと異なる順序で実施される場合があり、又は１つ以上の方法の段階が除かれる場合がある。従って、本開示及び図は制限するものとしてよりも例示として見なされるべきである。
さらに、特定の実施形態が本明細書に図示され記載されているが、同じ又は同様の結果を達成することを目的とするあらゆる後続のアレンジメントが、示される特定の実施形態の代替となり得ることを理解されたい。本開示は、任意の且つ全ての後続の適応又は、様々な実施形態の変更に及ぶことを意図している。上述の実施形態と、本明細書に具体的に記載されていない他の実施形態との組み合わせは、記載を考察することで当業者に明らかであろう。
本開示の要約は、請求項の範囲又は意味を解釈する又は制限するように使用されることがないという理解とともに提出される。加えて、前述の詳細な説明において、本開示を効率化する目的で、様々な特徴が共に分類され、又は単一の実施形態に記載されている。本開示は、請求項に係る実施形態が各請求項で明確に列挙されているより多くの特徴を要求する意図を示すものとして解釈されるべきでない。むしろ、続く請求項が示すように、請求項に係る主題は、任意の開示される実施形態の特徴の全てより少ないものを対象としている。

Claims (27)

  1. アンテナ、電圧整流器、充電貯蔵要素、刺激モジュール、制御回路、及び神経ラップを含む埋込可能な医療装置であって、
    前記アンテナは、ファーフィールド放射信号を受信するように構成され、
    前記電圧整流器は、前記アンテナによって受信される前記ファーフィールド放射信号を整流して整流電圧信号を供給するように構成され、
    前記充電貯蔵要素は、前記整流電圧信号を受信して該整流電圧信号に応答して充電を貯蔵し、
    前記刺激モジュールは、前記充電貯蔵要素によって電力を供給され、患者の対象神経を刺激するための電気刺激信号を発生するように作動され、
    前記制御回路は、当該埋込可能な医療装置から後方散乱される三次高調波成分のエネルギを変調してデータを符号化するように構成されており、
    前記神経ラップは、前記電圧整流器、前記充電貯蔵要素、及び前記刺激モジュールを収容するように構成されており、前記電気刺激信号を前記対象神経に供給するように作動する一つ以上の電極を有する、
    埋込可能な医療装置。
  2. 可撓性回路基板をさらに有し、前記電圧整流器、前記充電貯蔵要素、及び前記刺激モジュールが該可撓性回路基板上に搭載される請求項１に記載の埋込可能な医療装置。
  3. 前記アンテナが前記可撓性回路基板上に結合される請求項２に記載の埋込可能な医療装置。
  4. 前記可撓性回路基板が前記神経ラップに埋め込まれる請求項２に記載の埋込可能な医療装置。
  5. 前記一つ以上の電極は近接電極であり、該近接電極は前記神経ラップの一部の上に備わっているとともに前記対象神経に接触するように構成されている請求項４に記載の埋込可能な医療装置。
  6. 前記近接電極は、前記神経ラップの一部の上にプリントされる請求項５に記載の埋込可能な医療装置。
  7. 前記対象神経は、迷走神経、三叉神経、舌咽神経、及び舌下神経の一つである請求項１に記載の埋込可能な医療装置。
  8. 前記充電貯蔵要素は、コンデンサ、コンデンサアレイ、再充電可能なバッテリ、及び薄膜バッテリのうちの１つである、請求項１の埋込可能な医療装置。
  9. 前記充電貯蔵要素によって電力を供給される制御ユニットをさらに有し、該制御ユニットは、前記刺激モジュールによって前記電気刺激信号の発生を制御するように動作する請求項１の埋込可能な医療装置。
  10. 前記電圧整流器は少なくとも一つのショットキーダイオードを含む、請求項１の埋込可能な医療装置。
  11. 前記充電貯蔵要素と連結される閾値検出器をさらに含み、該閾値検出器は前記充電貯蔵要素に貯蔵される充電が充電閾値を満たすときを決定し、かつ充電閾値が満たされたときに指示を与えるように構成され、前記刺激モジュールは前記指示に応答する請求項１に記載の埋込可能な医療装置。
  12. 前記ファーフィールド放射信号は、自由空間経路距離の二乗に比例する自由空間経路損失を有する請求項１に記載の埋込可能な医療装置。
  13. 前記ファーフィールド放射信号は、パルス状の信号であり、前記アンテナで受信した前記パルス状の信号は、１つのデューティサイクルにおいて100ミリワット以下の電力を有する請求項１に記載の埋込可能な医療装置。
  14. 前記充電貯蔵要素によって貯蔵される充電量は、前記電気刺激信号を発生して、２４時間以下にわたって前記対象神経に供給することが可能な請求項１に記載の埋込可能な医療装置。
  15. 前記充電貯蔵要素によって貯蔵される充電量は、前記電気刺激信号を発生して、単一の治療のみを可能にするのに十分である請求項１に記載の埋込可能な医療装置。
  16. 単一の治療を施すのに100マイクロワット以下の電力を要求する請求項１に記載の埋込可能な医療装置。
  17. 前記アンテナに結合され、パラメータデータを受信するように構成された受信機をさらに有し、該パラメータデータに従って前記電気刺激信号を前記対象神経に供給するようにプログラムされる請求項１に記載の埋込可能な医療装置。
  18. 前記アンテナの入力電力の平均は、53マイクロワット以下である請求項１に記載の埋込可能な医療装置。
  19. 前記ファーフィールド放射信号は100MHzから5.8GHzの範囲の周波数を有する請求項１に記載の埋込可能な医療装置。
  20. 前記電圧整流器は多段整流器である請求項１に記載の埋込可能な医療装置。
  21. 前記アンテナは、さらに、外部源から治療パラメータデータを受信するように構成されており、該治療パラメータデータは前記充電閾値を含む請求項１１に記載の埋込可能な医療装置。
  22. 前記ファーフィールド放射信号の各パルスは、前記電圧整流器の順方向バイアス要素によって損失する電力の一部を減じるように選択される瞬時電力を有し、各パルスの前記瞬時電力及びファーフィールド放射信号の平均電力は、それそれのRF暴露安全限界を満足するように制御される請求項１３に記載の埋込可能な医療装置。
  23. アンテナ、電圧整流器、充電貯蔵要素、刺激モジュール、制御回路、神経ラップ、及び閾値検出器を含む埋込可能な医療装置であって、
    前記アンテナは、ファーフィールド放射信号を受信するように構成され、
    前記電圧整流器は、前記アンテナによって受信される前記ファーフィールド放射信号を整流して整流電圧信号を供給するように構成され、
    前記充電貯蔵要素は、前記整流電圧信号を受信して該整流電圧信号に応答して充電を貯蔵し、
    前記刺激モジュールは、前記充電貯蔵要素によって電力を供給され、患者の対象神経を刺激するための電気刺激信号を発生するように作動され、
    前記制御回路は、当該埋込可能な医療装置から後方散乱されるエネルギを変調してデータを符号化するように構成されており、
    前記神経ラップは、前記電圧整流器、前記充電貯蔵要素、及び前記刺激モジュールを収容するように構成されており、前記電気刺激信号を前記対象神経に供給するように作動する一つ以上の電極を有しており、
    前記閾値検出器は前記充電貯蔵要素と連結し、前記充電貯蔵要素に貯蔵される充電が充電閾値を満たすときを決定し、かつ充電閾値が満たされたときに指示を与えるように構成され、前記刺激モジュールは前記指示に応答し、前記アンテナは外部源から、前記充電閾値を含む治療パラメータデータを受信するように構成された、
    埋込可能な医療装置。
  24. 前記電圧整流器と連結されるDC-DCコンバータをさらに含み、該DC-DCコンバータは前記電圧整流器の電圧増幅器の出力を受けるように構成される、請求項２３の埋込可能な医療装置。
  25. 前記制御回路は、前記埋込可能な医療装置によって後方散乱されるエネルギの三次の高調波成分でデータを符号化する請求項２３に記載の埋込可能な医療装置。
  26. 前記三次の高調波成分を増幅するように構成された、Qの高い共振回路及び増幅器をさらに有する請求項２５に記載の埋込可能な医療装置。
  27. アンテナ、電圧整流器、充電貯蔵要素、刺激モジュール、制御回路、及び神経ラップを含む埋込可能な医療装置であって、
    前記アンテナは、ファーフィールド放射信号を受信するように構成され、
    前記電圧整流器は、前記アンテナによって受信される前記ファーフィールド放射信号を整流して整流電圧信号を供給するように構成され、
    前記充電貯蔵要素は、前記整流電圧信号を受信して該整流電圧信号に応答して充電を貯蔵し、
    前記刺激モジュールは、前記充電貯蔵要素によって電力を供給され、患者の対象神経を刺激するための電気刺激信号を発生するように作動され、
    前記制御回路は、当該埋込可能な医療装置から後方散乱されるエネルギを変調してデータを符号化するように構成されており、
    前記神経ラップは、前記電圧整流器、前記充電貯蔵要素、及び前記刺激モジュールを収容するように構成されており、前記電気刺激信号を前記対象神経に供給するように作動する一つ以上の電極を有しており、
    前記ファーフィールド放射信号はパルス状の信号であり、前記アンテナで受信される前記パルス状の信号は１つのデューティサイクルの間において100ミリワット以下の電力を有し、前記ファーフィールド放射信号の各パルスは、前記電圧整流器の順方向バイアス要素によって損失する電力の一部を減じるように選択される瞬時電力を有し、各パルスの前記瞬時電力及びファーフィールド放射信号の平均電力は、それそれのRF暴露安全限界を満足するように制御される、
    埋込可能な医療装置。
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