KR20210113246A - 초음파를 사용하여 전력을 공급받는 이식형 장치를 위한 전력 제어 - Google Patents

초음파를 사용하여 전력을 공급받는 이식형 장치를 위한 전력 제어 Download PDF

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KR20210113246A
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미셀 엠. 마하비즈
조슈아 케이
호세 엠. 카르메나
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아이오타 바이오사이언시즈 인코퍼레이티드
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Abstract

대상 내의 이식형 장치에 제공되는 전력을 제어하기 위한 방법 및 시스템 실시예가 설명된다. 일부 실시예에서, 방법은 이식형 장치에서 파동 전력을 갖는 초음파에 전력을 인터로게이터로부터 수신하도록 수행된다. 그런 다음, 이식형 장치에 전력을 공급하기 위해 전력 공급 초음파의 에너지가 전기 신호로 변환된다. 이식형 장치에 더 많은 또는 더 적은 전력을 전송해야 하는지 여부를 지시하는 정보가 인터로게이터에 전송된다.

Description

초음파를 사용하여 전력을 공급받는 이식형 장치를 위한 전력 제어
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 모든 목적상 본 명세서에 참조되는 2019년 1월 4일자로 출원된 미국 가출원 번호 제62/788,405호의 우선권을 주장한다.
발명의 분야
본 발명은 일반적으로 이식형 장치(implantable device)에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 초음파를 사용하여 전력을 공급받는 이식형 장치에 관한 것이다.
환자의 다양한 의학적 상태를 치료하기 위한 침습적 방법(invasive method)이 개발되어 왔다. 이러한 방법은 심장 또는 신경 생체 이식물과 같은 이식형 의료 장치(implantable medical device)(IMD)를 환자의 신체 내에 삽입하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 이식형 장치에 전력을 공급하는 것은 많은 생의학 응용 분야에 대해 기술적 과제가 남아 있다. 이는 부분적으로 이식형 장치에 전력을 공급하는 데 리튬 배터리와 같은 배터리를 사용하는 기존의 접근법이 이식형 장치를 너무 커서 신체 내의 많은 위치에 안전하고 편안하게 배치될 수 없게 만듦으로써, 많은 생의학 응용 분야의 구현성을 제한하기 때문이다. 더욱이, 배터리는 일반적으로 반응성 화학 물질들을 기반으로 전력을 생산하며, 이들 중 다수는 독성이 있으며 환자에 대한 건강상 유해성을 내포할 수 있다.
본 명세서에 인용되는 모든 간행물, 특허 및 특허 출원의 개시 사항들 각각이 전체적으로 본 명세서에 참조된다. 참조되는 임의의 인용물이 본 개시와 상충되는 범위에 이르기까지, 본 개시는 다루어질 것이다.
위에서 논의한 바와 같이, 생체 적합성을 증가시키고 예를 들어 리튬 배터리를 사용하여 전력을 공급받는 큰 이식형 장치로 인한 침습성과 불편함을 감소시키기 위해 더 작은 폼 팩터(form factor)(예컨대, mm 및 sub-mm 치수)를 갖는 이식형 장치에 대한 요구가 존재한다. 일부 실시예에서, 이러한 더 작은 폼 팩터를 달성하기 위해, 이식형 장치는 이식형 장치의 하나 이상의 초음파 변환기에서 수신 가능한 초음파를 사용하여 전력을 공급받도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 이식형 장치에 전력을 공급하는 데 초음파를 사용하는 것은 생체 조직이 무선 주파수(RF) 파와 같은 다른 유형의 파보다 현저하게 낮은 초음파의 흡수율을 갖기 때문에 다른 전력 접근법보다 유리할 수 있다. 초음파의 이러한 특성은 장치가 대상의 더 깊은 곳에 이식 가능하게 해줄 뿐만 아니라 조직에 의해 흡수되는 에너지로 인한 조직 가열을 감소시키게 해줄 수 있다.
하지만, 이러한 장점에도 불구하고, 생체 조직을 횡단하는 초음파는 너무 많은 전력이 전달되어 환자의 신체의 노출 부위에 위험한 온도 상승을 유발하면 여전히 건강상 유해성을 내포할 수 있다. 다른 한편으로, 이식되는 깊이, 이식형 장치의 초음파 변환기의 방위(orientation) 또는 이식형 장치와 초음파 공급원 사이에 개재되는 생체 물질(예컨대, 갈비뼈 또는 장기)과 같은 다수의 요인이 이식형 장치의 작동에 전력을 공급하기에 불충분하거나 일정치 않은 에너지가 이식형 장치에 수신되는 것을 초래할 수 있다. 따라서, 안전한 작동과 일정한 전력을 가능하게 해주도록, 초음파를 사용하여 전력을 공급받는 이식형 장치를 위한 전력 제어를 제공하는 시스템, 방법 및 기술에 대한 추가적인 요구가 존재한다.
일부 실시예에서, 위에서 언급한 요구들을 해결하기 위해, 대상 내의 이식형 장치는 인터로게이터(interrogator)로부터 파동 전력(wave power)을 갖는 전력 공급 초음파를 수신하고, 전력 공급 초음파를 이식형 장치에 전력을 공급하기 위한 전기 신호로 변환시키도록 구성된 초음파 변환기; 및 더 많은 전력 또는 더 적은 전력이 이식형 장치에 전송되어야 하는지 여부를 지시하는 정보를 생성하도록 구성된 컨트롤러 회로;를 포함하고, 상기 초음파 변환기는 또한 상기 정보를 인터로게이터에 전송하도록 구성된다. 아래에 추가로 설명되는 바와 같이, 일부 실시예에서, 인터로게이터는 상기 정보를 수신하고, 충분한 전력이 안전상 위험을 초래하지 않고 이식형 장치에 제공될 수 있도록 상기 정보에 기초하여 전송되는 전력 공급 초음파의 파동 전력을 조정하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 이식형 장치는 이식형 장치에서의 가용 전력(available power)을 결정하고, 이식형 장치에 의한 소비 전력을 결정하도록 구성된 전력 모니터링 회로를 포함한다.
일부 실시예에서, 상기 정보는 인터로게이터로부터의 더 많은 또는 더 적은 전력에 대한 요청을 포함한다. 일부 실시예에서, 상기 요청은 이식형 장치에서의 가용 전력 및 이식형 장치에 의한 소비 전력에 기초하여 생성된다.
일부 실시예에서, 상기 정보를 전송하기 위해, 초음파 변환기는: 인터로게이터로부터 통신 초음파를 수신하고; 통신 초음파의 초음파 후방산란(ultrasonic backscatter)를 방출하도록 구성되고, 후방산란되는 통신 초음파가 상기 정보를 인코딩한다.
일부 실시예에서, 통신 초음파의 초음파 후방산란을 방출하기 위해, 초음파 변환기는 통신 초음파에 기초하여 전기 신호를 생성하고; 상기 정보를 초음파 후방산란에 인코딩하기 위해 상기 생성된 전기 신호를 상기 정보에 기초하여 변조시키도록 구성된다.
일부 실시예에서, 초음파 변환기는 상기 정보에 기초하여 제2 파동 전력을 갖는 제2 전력 공급 초음파를 생성하도록 구성된 인터로게이터로부터 제2 전력 공급 초음파를 수신하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 전력 공급 초음파는 펄스 폭 변조(PWM) 신호를 포함한다. 일부 실시예에서, 인터로게이터는 상기 정보에 기초하여 PWM 신호의 순간 강도값 또는 펄스 폭을 조정하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 인터로게이터는 상기 정보에 기초하여 PWM 신호의 순간 강도값 및 펄스 폭을 조정하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 이식형 장치는 초음파 변환기의 최대 전압을 결정하도록 구성된 전압 센서를 포함하고, 상기 전력 모니터링 회로는 상기 최대 전압에 기초하여 가용 전력을 결정하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 이식형 장치는 전기 신호에 기초하여 에너지 저장 장치를 충전시키도록 구성된 전력 컨베이어 회로(power conveyor circuit)를 포함하고, 전력 모니터링 회로는 에너지 저장 장치에 저장된 에너지에 기초하여 가용 전력을 결정하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 전력 모니터링 회로는 에너지 저장 장치에 저장된 에너지의 변화율에 기초하여 가용 전력을 결정하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 전기 신호는 제1 전압을 생성하고, 컨트롤러 회로는 제1 전압을 이식형 장치에 전력을 공급하기 위한 제2 전압으로 변환시키도록 구성된 복수의 커패시터를 제어하기 위한 하나 이상의 스위치를 제어하도록 구성되고, 전력 모니터링 회로가 상기 하나 이상의 스위치 중 적어도 하나의 스위칭 주파수(switching frequency)에 기초하여 가용 전력을 결정하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 전력 모니터링 회로는 이식형 장치의 작동 모드에 기초하여 이식형 장치의 소비 전력을 결정하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 작동 모드는 신경 자극, 신경 활동 기록, 또는 생리적 상태의 측정 또는 검출을 포함한다. 일부 실시예에서, 생리적 상태는 온도, pH, 압력, 심박수, 긴장도, 산소 분압(oxygen tension), 분석물의 존재 또는 분석물의 양을 포함한다.
일부 실시예에서, 소비 전력은 이식형 장치의 부하 회로에 의해 소비되고, 전력 모니터링 회로는 부하 회로를 구동하는 전류의 전류값을 검출하고; 검출된 전류값에 기초하여 소비 전력을 결정하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 부하 회로는 작동 모드를 수행하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 전력 모니터링 회로는 전기 신호에 의해 제공되는 공급 전력을 결정하도록 구성되고, 전기 신호는 제1 노드에서 제1 전압을 생성한다. 일부 실시예에서, 컨트롤러 회로는 공급 전력이 소비 전력보다 더 큰지를 결정하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 이식형 장치는 전력 컨베이어 회로를 포함하고, 전력 컨베이어 회로는 전기 신호에 기초하여 제1 전압 노드에서 제1 전압을 수신하고; 제1 전압을 이식형 장치에 전력을 공급하기 위한 제2 전압으로 변환시키도록 구성되며, 여기서 소비 전력은 제2 전압과 관련된다.
일부 실시예에서, 이식형 장치는 초음파 변환기의 최대 전압을 결정하도록 구성된 전압 센서를 포함하고, 전력 모니터링 회로는 상기 최대 전압에 기초하여 공급 전력을 결정하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 컨트롤러 회로는 공급 전력이 소비 전력을 초과한다고 결정하는 것에 응답하여, 제1 전압 노드에 기초하여 에너지 저장 장치를 충전시키도록 전력 컨베이어 회로를 제어하도록 구성되고, 에너지 저장 장치를 충전시키는 것은 제1 전압을 감소시킨다.
일부 실시예에서, 컨트롤러 회로는 에너지 저장 장치가 완전히 충전되었는지 여부를 결정하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 컨트롤러 회로는 공급 전력이 소비 전력을 초과하고 에너지 저장 장치가 완전히 충전되었다고 결정하는 것에 응답하여, 이식형 장치가 과전력(overpower)을 공급받고 있다는 지시를 포함하는 정보를 인터로게이터에 전송하도록 초음파 변환기를 제어하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 상기 지시를 포함하는 정보는 인터로게이터에 의해 수신 가능하도록 구성되고, 인터로게이터가 상기 전력 공급 초음파의 파동 전력보다 작은 제2 파동 전력을 갖는 제2 전력 공급 초음파를 생성하게 만든다.
일부 실시예에서, 컨트롤러 회로는 제1 전압이 소정의 전압 레벨을 초과하는지를 결정하고; 제1 전압이 소정의 전압 레벨을 초과하고 에너지 저장 장치가 완전히 충전되었다고 결정하는 것에 응답하여, 공급 전력을 감소시키기 위해 전력 공급 초음파로부터 전기 신호를 생성하도록 구성된 하나 이상의 스위치를 개방하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 컨트롤러 회로는 공급 전력이 소비 전력보다 작다고 결정하는 것에 응답하여, 제1 전압 노드를 통해 에너지 저장 장치를 방전시키도록 전력 컨베이어 회로를 제어하도록 구성되고, 에너지 저장 장치를 방전시키는 것은 제1 전압을 증가시킨다.
일부 실시예에서, 컨트롤러 회로는 공급 전력이 소비 전력보다 작다고 결정하는 것에 응답하여, 이식형 장치가 부족전력(underpower)을 공급받고 있다는 지시를 포함하는 정보를 인터로게이터에 전송하도록 초음파 변환기를 제어하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 상기 지시를 포함하는 정보는 인터로게이터에 의해 수신 가능하도록 구성되고, 인터로게이터가 상기 전력 공급 초음파의 파동 전력보다 더 큰 제2 파동 전력을 갖는 제2 전력 공급 초음파를 생성하게 만든다.
일부 실시예에서, 인터로게이터 장치는 초음파 변환기를 포함하고, 상기 초음파 변환기는 제1 파동 전력을 갖는 제1 전력 공급 초음파를 이식형 장치에 전송하고; 더 많은 전력 또는 더 적은 전력이 이식형 장치에 전송되어야 하는지 여부를 지시하는 정보를 포함하는 통신 초음파를 이식형 장치로부터 수신하고; 상기 정보에 기초하여 제2 전력을 갖는 제2 전력 공급 초음파를 이식형 장치에 전송하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 인터로게이터 장치는 컨트롤러를 포함하고, 상기 컨트롤러는 통신 초음파로부터 정보를 추출하고; 제2 전력을 갖는 제2 전력 공급 초음파를 전송하도록 초음파 변환기를 제어하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 통신 초음파는 이전에 전송된 통신 초음파의 초음파 후방산란을 포함한다.
일부 실시예에서, 제2 전력 공급 초음파는 PWM 신호를 포함한다. 일부 실시예에서, 초음파 변환기는 제2 전력 공급 초음파가 제2 파동 전력을 갖도록 하기 위해 상기 정보에 기초하여 PWM 신호의 순간 강도값 또는 펄스 폭을 제어하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 대상 내의 이식형 장치에 제공되는 전력을 제어하는 방법이 이식형 장치에서 구현되고, 파동 전력을 갖는 전력 공급 초음파를 인터로게이터로부터 수신하는 단계; 전력 공급 초음파로부터의 에너지를 이식형 장치에 전력을 공급하기 위한 전기 신호로 변환시키는 단계; 및 더 많은 전력 또는 더 적은 전력이 이식형 장치에 전송되어야 하는지 여부를 지시하는 정보를 인터로게이터에 전송하는 단계;를 포함한다.
또한, 전술한 실시예들 중 임의의 것에 따른 인터로게이터에 의해 전술한 실시예들 중 임의의 것에 따른 이식형 장치에 제공되는 전력을 제어하기 위한 다양한 방법 실시예들이 본 명세서에 설명된다.
전술한 요약과 더불어 다음의 실시예들의 상세한 설명은 첨부된 도면과 함께 읽을 때 더 잘 이해된다. 본 개시를 예시하는 목적으로, 도면은 본 개시의 예시적인 실시예를 도시하지만, 본 개시는 개시되는 특정 방법 및 수단에 제한되지 않는다. 도면에서:
도 1은 일부 실시예에 따른, 초음파를 사용하여 전력을 공급받는 이식형 장치를 포함하는 시스템을 도시한다.
도 2는 일부 실시예에 따른, 초음파를 사용하여 하나 이상의 이식형 장치에 전력을 공급하도록 구성된 인터로게이터를 포함하는 시스템을 도시한다.
도 3은 일부 실시예들에 따른, 인터로게이터에 의해 이식형 장치에 제공되는 전력을 제어하기 위한 방법을 예시한다.
도 4는 일부 실시예들에 따른, 더 많은 전력 또는 더 적은 전력이 인터로게이터로부터 이식형 장치에 전송되어야 하는지 여부를 지시하는 정보를 결정하기 위한 방법을 예시한다.
도 5는 일부 실시예에 따른, 대상의 신경과 상호작용하도록 구성된 이식형 장치의 다이어그램을 예시한다.
대상 내에 이식 가능하고 초음파를 사용하여 전력을 공급받는 장치에 제공되는 전력을 제어하기 위한 시스템 및 방법이 여기에 설명된다. 위에서 논의한 바와 같이, 이러한 전력 제어는 이식형 장치가 안전하게 작동되고 일정한 전력을 제공받을 수 있게 해줄 수 있다. 따라서, 초음파를 사용하여 전력을 공급받는 이식형 장치는 초음파 사용과 관련된 잠재적인 단점을 발생시키지 않고 더 작은 폼 팩터와 더 큰 이식 가능 깊이를 가능하게 해주는 것과 같은 초음파에 의해 제공되는 장점을 보유할 수 있다. 일부 실시예에서, 이러한 이식형 장치는 인터로게이터로부터 파동 전력을 갖는 전력 공급 초음파를 수신하고, 전력 공급 초음파를 이식형 장치에 전력을 공급하기 위한 전기 신호로 변환시키도록 구성된 초음파 변환기를 포함한다. 이식형 장치는 더 많은 전력 또는 더 적은 전력이 이식형 장치에 전송되어야 하는지 여부를 지시하는 정보를 생성하도록 구성된 컨트롤러 회로를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 초음파 변환기는 또한 상기 정보를 인터로게이터에 전송하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 인터로게이터는 상기 정보를 수신하고, 상기 정보에 기초하여 전송되는 전력 공급 초음파의 파동 전력을 조정하도록 구성될 수 있다.
도 1은 일부 실시예에 따른, 초음파를 사용하여 전력을 공급받는 이식형 장치(104)를 포함하는 시스템(100)을 도시한다. 일부 실시예에서, 이식형 장치(104)는 도 2와 관련하여 아래에 추가로 설명되는 바와 같이 인터로게이터(102)로부터 전송되는 초음파에 의해 무선으로 전력을 공급받을 수 있다. 일부 실시예에서, 이식형 장치(104)는 초음파 통신을 통해 인터로게이터(102)와 무선으로 통신하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 이식형 장치(104)는 환자와 같은 대상 내에 이식될 수 있고, 인터로게이터(102)는 대상 외부(즉, 이식되지 않음)에 존재하거나 대상에 완전히 이식되는 별도의 장치일 수 있다. 일부 실시예에서, 인터로게이터(102)에 의해 제공되는 전력은 인터로게이터(102)와 이식형 장치(104) 사이의 양방향 통신에 기초하여 제어될 수 있다. 일부 실시예에서, 인터로게이터(102) 및 이식형 장치(104)는 초음파를 사용하여 서로 통신하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 이식형 장치(104)가 초음파를 사용하여 전력을 공급받는 것을 가능하게 해주도록, 이식형 장치(104)는 다음 장치 구성요소들: 초음파 변환기 회로(106), 변조 및 복조 회로(112), 자극 회로(114), 검출 회로(116), 컨트롤러 회로(120) 및 전력 회로(130)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 이들 장치 구성요소 중 하나 이상은 그들의 작동에 따라 디지털 회로, 아날로그 회로 또는 혼합 신호 집적 회로로 구현될 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러 회로(120)는 마이크로프로세서, 유한 상태 기계(Finite State Machine)(FSM), 필드 프로그래머블 게이트 어레이(Field Programmable Gate Array)(FPGA) 또는 마이크로컨트롤러를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 초음파 변환기 회로(106)는 매칭 네트워크(matching network)(110)에 연결된 초음파 변환기(108)를 포함한다. 일부 실시예에서, 초음파 변환기 회로(106)는 매칭 네트워크(110)를 포함하지 않는다. 일부 실시예에서, 초음파 변환기(108)는 인터로게이터(102)로부터 초음파를 수신하고, 수신된 초음파로부터의 에너지를 이식형 장치(104)의 하나 이상의 장치 구성요소에 전력을 공급하기 위한 전기 신호로 변환시키도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 전기 신호는 초음파 변환기(108)에 의해 생성될 수 있는데, 그 이유는 수신된 초음파에 의해 유발되는 초음파 변환기(108)의 진동이 초음파 변환기(108)의 전기 단자들을 가로질러 전압을 유도하고, 이것이 전류가 흐르게 하기 때문이다.
일부 실시예에서, 전술한 바와 같이, 수신된 초음파로부터의 전력은 이식형 장치(104)의 장치 구성요소들에 전력을 공급하도록 이식형 장치(104)에 위해 사용될 수 있으며; 따라서, 이러한 초음파는 때때로 본 명세서에서 전력 공급 초음파로 지칭된다. 일부 실시예에서, 수신된 초음파는 이식형 장치를 작동시키기 위한 명령어를 포함하는 정보를 인코딩할 수 있으며; 따라서, 이러한 초음파는 때때로 본 명세서에서 통신 초음파로 지칭된다. 일부 실시예에서, 전력 공급 초음파가 처리될 수 있는 방법과 유사하게, 통신 초음파는 초음파 변환기(108)에 의해 수신되어 초음파 변환기(108)를 통해 흐르는 전류를 갖는 전기 신호를 생성할 수 있다. 일부 실시예에서, 생성되는 전기 신호는 전류의 정보를 인코딩한다. 일부 실시예에서, 동일한 초음파가 이식형 장치(104)에 전력을 공급하는 것과 이식형 장치(104)에 전송하기 위한 정보를 인코딩하는 것의 모두를 행하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 초음파 변환기 회로(106)는 복수의 대응하는 매칭 네트워크에 연결된 복수의 초음파 변환기를 포함한다. 일부 실시예에 따라, 적어도 2개의 초음파 변환기를 포함함으로써, 이식형 장치(104)는 적어도 2개의 초음파 변환기에 의해 생성된 전기 신호에 의해 전력을 공급받고, 인터로게이터(102)에 의해 제공되는 전력을 보다 효율적이고 일정하게 추출하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 전술한 바와 같이, 초음파 변환기의 방위 또는 초음파 변환기(108)와 초음파 공급원 인터로게이터(102) 사이에 개재되는 생체 물질과 같은 다수의 요인이 초음파 변환기(108)에서 수신 가능한 전력을 상당히 감소시킬 수 있다. 하나 이상의 추가적인 초음파 변환기를 추가함으로써, 단일 초음파 변환기(예컨대, 초음파 변환기(108))에서 수긴 가능한 감소된 전력이 이식형 장치(104)의 작동에 부정적인 영향을 미칠 가능성이 작을 수 있다. 일부 실시예에서, 이들 초음파 변환기 중 하나 이상은 용량성 미세 가공 초음파 변환기(capacitive micromachined ultrasonic transducer)(CMUT) 또는 압전 미세 가공 초음파 변환기(piezoelectric micromachined ultrasonic transducer)(PMUT)와 같은 미세 가공 초음파 변환기일 수 있으며, 또는 벌크 압전 변환기(bulk piezoelectric transducer)일 수 있다. 추가적으로, 초음파 변환기(108)의 구현은 도 5와 관련하여 아래에서 설명된다.
일부 실시예에서, 매칭 네트워크(110)는 신호 반사(singal reflection)를 감소시키기 위해 초음파 변환기(108)의 전기 임피던스와 이식형 장치(104)(예컨대, 전력 회로(130))의 전기 임피던스 사이의 임피던스 정합(impedance matching)을 선택하도록 구성된 전자 회로일 수 있다. 일부 실시예에서, 매칭 네트워크(110)는 인덕터, 커패시터, 저항기, 다이오드, 트랜지스터, 또는 이들의 임의의 조합과 같은 하나 이상의 회로 요소의 다양한 구성으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 매칭 네트워크(110)는 병렬로 연결되고 복수의 대응하는 스위치에 연결된 복수의 커패시터로 구현될 수 있다. 어느 스위치가 열리거나 닫히는지를 제어함으로써, 매칭 네트워크(110)는 임피던스를 선택하기 위해 복수의 커패시터가 충전되는 방법을 제어할 수 있다. 일부 실시예에서, 매칭 네트워크(110)는 초음파 변환기(108)에 의해 생성된 전기 신호가 스위치에 의해 제어되는 별도의 와이어를 통해 복수의 커패시터를 우회하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 이식형 장치(104)가 초음파를 사용하여 전력을 공급받는 것을 가능하게 해주기 위해, 전력 회로(130)는 조정 회로(138)에 전기적으로 연결된 전력 회수 회로(132)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 전력 회수 회로(132)는 초음파 변환기 회로(106)에 의해 생성된 전기 신호를 수신하고 처리하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 전력 회수 회로(132)는 AC 형태의 전기 신호를 DC 형태로 변환시키기 위한 정류 회로(예컨대, 능동 정류기)를 포함할 수 있으며, 변환된 전기 신호는 제1 전압(즉, 수신된 초음파의 공급 전압)과 연관될 수 있다.
일부 실시예에서, 대상의 생체 조직을 통해 고전력파를 전파시키는 것에 있어서의 건강상 유해성으로 인해, 정부 규정은 인터로게이터(102)에 의해 전송되는 초음파에 의해 제공되는 전력의 양(예컨대, 720 mW/cm2)을 제한할 수 있다. 따라서, 수신된 초음파로부터 유도되는 제1 전압은 이식형 장치(104)의 전자 구성요소들을 작동시키기에 충분히 높지 않을 수 있다. 예를 들어, 상보성 금속 산화 반도체(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)(CMOS) 기술에 사용되는 트랜지스터는 트랜지스터를 작동시키는 데 최소 약 2 볼트를 필요로 할 수 있다.
일부 실시예에서, 이식형 장치(102)의 전자 구성요소들을 작동시키기 위한 더 높은 제1 전압을 제공하기 위해, 전력 공급 초음파는 펄스 폭 변조(PWM) 신호로서 전송될 수 있다. 일부 실시예에서, 전력 공급 초음파를 PWM 신호로 전송함으로써, 인터로게이터(102)는 평균 강도가 규정 한계 내에 유지되도록 짧은 고강도 펄스를 제공하여, 더 높은 제1 전압을 생성하기 위한 더 높은 순간 전력을 제공하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 인터로게이터는 전력 공급 초음파에 의해 제공되는 전력을 제어하기 위해 PWM 신호의 순간 강도 및/또는 펄스 폭(예컨대, 초음파 설정)을 제어하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 이식형 장치(104)가 이러한 초음파에 의해 전력을 공급받는 것을 가능하게 해주도록, 전력 컨베이어 회로(134)가 제1 전압을 제1 전압보다 더 큰 제2 전압으로 변환시키도록 구성되는 전하 펌프(charge pump)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 전하 펌프는 제2 전압을 생성하기 위해 하나 이상의 스위치에 의해 제어되는 복수의 결합 커패시터를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 전하 펌프는 적어도 1x, 2x, 3x 또는 4x의 변환 이득을 달성할 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 전압의 크기는 하나 이상의 스위치의 스위칭 주파수에 기초하여 제어될 수 있다.
위에서 논의된 바와 같이, 수신된 초음파에 의해 제공되는 전력은 예를 들어 이식형 장치(104)의 이식 깊이 또는 초음파 변환기(108)와 초음파 공급원(예컨대, 인터로게이터(102)) 사이에 개재되는 생체 물질을 포함하는 다수의 요인으로 인해 일정하지 않을 수 있다. 따라서, 일부 실시예에서, 이식형 장치(104)에 보다 일정한 전력을 제공하기 위해, 전력 회수 회로(132)는 전력 컨베이어 회로(134)에 연결된 에너지 저장 장치(136)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 에너지 저장 장치는 배터리 또는 저장 커패시터를 포함한다. 일부 실시예에서, 이식형 장치(104)의 소형 폼 팩터를 유지하기 위해, 에너지 저장 장치가 저장 커패시터로서 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 저장 커패시터는 적어도 0.1 μF, 적어도 0.25 μF, 적어도 0.5 μF, 적어도 1 μF, 적어도 2 μF, 적어도 4 μF, 또는 적어도 8 μF인 커패시턴스를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 저장 커패시터는 10 μF 미만, 8 μF 미만, 4 μF 미만, 2 μF 미만, 1 μF 미만, 0.5 μF 미만, 또는 0.25 μF 미만인 커패시턴스를 가질 수 있다. 예를 들어, 저장 커패시터는 0.5-2 μF의 범위와 같이 0.1-10 μF의 범위의 커패시턴스를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 저장 커패시터는 약 1 μF의 커패시턴스를 가질 수 있다.
일부 실시예에서, 에너지 저장 장치(136)는 이식형 장치(104)가 수신된 초음파의 전력을 보다 효율적으로 활용하고 더 일정한 전력을 제공받는 것을 가능하게 해주도록 적어도 2개의 전력 모드에서 작동하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 전력 모드는 수신된 초음파의 전력의 일부가 에너지를 저장할 수 있는 에너지 저장 장치(136)로 이송될 수 있는 충전 모드를 포함한다. 일부 실시예에서, 전력 컨베이어 회로(134)는 생성된 제1 전압에 기초하여 에너지 저장 장치(136)를 충전시키도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 전력 모드는 이식형 장치(104)의 다른 장치 구성요소(예컨대, 자극 회로(114), 검출 회로(116), 또는 컨트롤러 회로(120) 등)에 추가 전력을 제공하기 위해 에너지 저장 장치(136)로부터 전력을 이송하도록 에너지 저장 장치(136)에 저장된 에너지의 일부가 방전되는 방전 모드를 포함한다. 일부 실시예에서, 에너지 저장 장치(136) 내외로의 전력 흐름은 전력 컨베이어 회로(134)를 통해 라우팅(routing)될 수 있다.
일부 실시예에서, 조정 회로(138)가 이식형 장치(104)의 하나 이상의 회로 부하에 조정된 전압을 제공하기 위해 전력 컨베이어 회로(134)에 의해 생성된 출력 전압(예컨대, 제2 전압)을 조정하도록 구성될 수 있다. 전력 컨베이어 회로(134)가 전하 펌프를 포함하는 일부 실시예에서, 조정 회로(138)는 전하 펌프의 작동 스위치에 의해 야기되는 잠재적인 전압 맥동(voltage ripple)을 제거하거나 감소시키도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 조정 회로(138)는 이식형 장치(104)의 디지털 회로 부하에 공급되는 전압을 조정하기 위한 DC 전압 조정기(예를 들어, 저 드롭아웃(LDO) 조정기)를 포함한다. 일부 실시예에서, 조정 회로(138)는 이식형 장치(104)의 아날로그 회로 부하에 공급되는 전압을 조정하기 위한 AC 전압 조정기(예를 들어, 저 드롭아웃(low-dropout)(LDO) 조정기)를 포함한다.
일부 실시예에서, 변조 및 복조 회로(112)가 수신된 초음파에 인코딩된 정보를 추출하기 위해 초음파 변환기 회로(106)에 의해 생성된 전기 신호를 복조하도록 구성된 복조 회로를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 복조 회로는 명령어를 포함하는 추출된 정보를, 이식형 장치(104)가 명령어에 기초하여 작동하는 방법을 제어하도록 구성된 컨트롤러 회로(120)에 전송할 수 있다.
일부 실시예에서, 이식형 장치(104)가 인터로게이터(102)와 정보를 무선 통신하는 것을 가능하게 해주기 위해, 변조 및 복조 회로(112)는 초음파 후방산란을 사용하여 정보를 인코딩하도록 구성된 변조 회로를 포함할 수 있다. 이 정보는 이식형 장치(104)에 의해 생성되며, 설명의 편의를 위해 때때로 다음 설명에서 장치 정보로 지칭될 것이다.
일반적으로, 이식형 장치(104)가 대상 내에 매설될 때, 인터로게이터(102)의 초음파 송수신기에 의해 방출된 초음파(반송파 포함)는 이식형 장치(104)의 초음파 변환기 회로(106)에 의해 수신되기 전에 생체 조직을 통과할 것이다. 전술한 바와 같이, 반송파는 초음파 변환기(108)(예를 들어, 벌크 압전 변환기)에 기계적 진동을 일으켜 초음파 변환기(108)를 가로질러 전압을 생성하고, 전압은 이식형 장치(104)의 나머지 부분으로 흐르는 전류를 제공한다. 일부 실시예에서, 초음파 변환기(108)를 통해 흐르는 전류는 초음파 변환기 회로(106)가 수신된 초음파에 대응하는 초음파 후방산란를 방출하게 만든다.
일부 실시예에서, 변조 회로는 장치 정보를 인코딩하기 위해 초음파 변환기(108)를 통해 흐르는 전류를 변조시키도록 구성될 수 있으며, 이는 그 결과적인 초음파 후방산란파(ultrasonic backscatter wave)가 또한 장치 정보를 인코딩하게 만든다. 따라서, 이식형 장치(104)로부터 방출되는 초음파 후방산란이 이식형 장치(104)와 관련된 장치 정보를 인코딩할 수 있다. 일부 실시예에서, 변조 회로는 온/오프 스위치 또는 전계 효과 트랜지스터(FET)와 같은 하나 이상의 스위치를 포함할 수 있다. 이식형 장치(104)의 일부 실시예와 함께 사용될 수 있는 예시적인 FET는 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)를 포함한다. 일부 실시예에서, 변조 회로는 초음파 변환기(108)를 통해 흐르는 전류의 임피던스를 변경하도록 구성될 수 있고, 흐르는 전류의 변화가 정보를 인코딩한다.
도 2 및 3과 관련하여 아래에 추가로 설명되는 바와 같이. 초음파 후방산란은 일부 실시예에 따라 인터로게이터(102)에 의해 수신되고 초음파 후방산란에 인코딩된 장치 정보를 추출하기 위해 해독될 수 있다. 일부 실시예에서, 초음파 후방산란은 초음파 변환기(108)에 의해 수신된 초음파를 전송하였던 인터로게이터(102)와 동일하거나 상이할 수 있는 인터로게이터에 의해 수신될 수 있다.
일부 실시예에서, 검출 회로(116)는 대상의 하나 이상의 생리적 상태를 측정 또는 검출하기 위해 하나 이상의 센서(140A-C)와 인터페이스하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 검출 회로(116)는 하나 이상의 센서(140A-C)에 전류를 제공하고 하나 이상의 센서(140A-C)로부터 생성된 신호를 수신하도록 구성된 드라이버를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 수신된 신호는 검출된 생리적 상태를 지시하는 정보 또는 측정된 생리적 상태를 지시하는 정보를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 검출 회로(116)는 정보를 컨트롤러 회로(120)에 전송하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 센서(140A-C) 중 하나 이상은 이식형 장치(104) 내부에 위치하거나 이식형 장치(104)의 외부에 연결될 수 있다. 일부 실시예에서, 이식형 장치(104)는 적어도 2개의 센서(140A-C)를 포함한다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 생리적 상태는 온도, pH, 압력, 심박수, 긴장도, 산소 분압, 분석물의 존재 또는 분석물의 양을 포함할 수 있다. 예를 들어, 분석물은 산소 또는 포도당일 수 있다.
일부 실시예에서, 센서(140A-C)는 광학 센서를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 광학 센서는 광원 및 광학 검출기를 포함한다. 일부 실시예에서, 광학 센서는 혈압 또는 맥박을 검출한다. 일부 실시예에서, 광학 센서는 형광단 또는 발광 프로브를 포함하는 매트릭스를 포함하고, 여기서 형광단의 형광 강도 또는 형광 수명은 분석물의 양에 따라 달라진다. 일부 실시예에서, 광학 센서는 근적외선 분광법을 수행하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 광학 센서는 포도당을 검출한다.
일부 실시예에서, 센서(140A-C)는 전위차 화학 센서(potentiometric chemical sensor) 또는 전류측정 화학 센서(amperometric chemical sensor)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 센서는 산소, pH 또는 포도당을 검출한다.
일부 실시예에서, 센서(140A-C)는 온도 센서를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 온도 센서는 서미스터, 열전대 또는 절대 온도 비례(PTAT) 회로이다.
일부 실시예에서, 센서(140A-C)는 압력 센서를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 압력 센서는 마이크로 전자기계 시스템(microelectromechanical system)(MEMS) 센서이다. 일부 실시예에서, 검출 회로(116)는 혈압 또는 맥박을 측정하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 센서(140A-C)는 긴장도 센서를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 검출 회로(116)는 도 5와 관련하여 아래에 추가로 설명되는 바와 같이 예를 들어 신경 또는 신경 내의 표적화된 신경 섬유의 서브세트(subset)로부터의 전기생리학적 신호를 검출하도록 센서(140C)와 인터페이스하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 센서(140C)는 자극 회로(114)에 의해 작동되는 전극 패드(142)와 동일하거나 상이할 수 있는 전극 패드를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 검출 회로(116)는 검출된 전기생리학적 신호에 기초하여 신경 또는 표적화된 신경 섬유의 서브세트의 신경 활동을 기록하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 계산 모델링(예를 들어, 유한 요소 모델), 역 소스 추정(inverse source estimation), 다극(예를 들어, 삼중극(tripole)) 신경 기록, 속도 선택 기록, 또는 빔 형성(beamforming)과 같은 하나 이상의 기술이 선택적으로 신경 섬유의 서브세트를 선택적으로 표적화시키기 위해 검출 회로(116)(단독으로 또는 컨트롤러 회로(120)와 함께)에 의해 구현될 수 있다. 예를 들어, 테일러(Taylor) 등에 의한, 저속 및 속도 선택 신경 기록을 위한 다중 전극 신경 커프(Multiple-electrode nerve cuffs for low-velocity and velocity selective neural recording), Medical & Biological Engineering & Computing, vol. 42, pp. 634-643(2004); 및 보드링거(Wodlinger) 등에 의한, 빔 형성 알고리즘을 사용한 말초 신경원의 위치추정 및 회복(Localization and Recovery of Peripheral Neural Sources with Beamforming Algorithms), IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering, vol. 17, No. 5, pp. 461-468(2009) 참조.
일부 실시예에서, 검출 회로(116)는 전기생리학적 신호의 표적화된 검출을 위해 센서(140C)의 복수의 전극을 작동시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 센서(140C)는 도 5와 관련하여 아래에 추가로 설명되는 바와 같이 이식형 장치(104)로부터 연장되어 있는 만곡형 부재일 수 있다. 일부 실시예에서, 검출 회로(116)는 전기생리학적 신호를 전송하고 있는 신경 내의 신경 섬유의 서브세트를 결정하기 위해 전극 패드의 전부 또는 서브세트에 의해 검출된 전기생리학적 신호를 분석할 수 있다. 어떤 신경들은 2개 이상의 상이한 신경 섬유 서브세트에 의해 동시에 전송되는 전기생리학적 신호들(또는 활동 전위들)의 합인 복합 전기생리학적 신호(또는 복합 활동 전위)를 전송할 수 있다. 복수의 전극 패드에 의해 검출된 전기생리학적 신호에 기초하여, 검출 회로(116)는 신경 섬유의 어떤 서브세트가 어떤 전기생리학적 신호를 전송하는지 결정할 수 있다. 일부 실시예에서, 인터로게이터(102)로부터 수신된 데이터(예를 들어, 온도 데이터, 또는 분석물 농도 또는 다른 생리적 상태와 관련된 데이터)가 신경 섬유의 어떤 서브세트가 전기생리학적 신호를 전송하는지 결정하는 데 추가로 사용된다.
예를 들어, 일부 실시예에서, 검출 회로(116)는 다극(예를 들어, 삼중극) 기록(하나 이상의 만곡형 부재 상의 복수의 전극 내의 임의의 개수 삼중극을 포함할 수 있음)과 조합될 수 있는 속도 선택 기록을 사용하여 표적화된 신경 섬유의 서브세트로부터 전기생리학적 신호를 선택적으로 검출하도록 구성될 수 있다.
빔 형성이 추가적으로 또는 대안적으로 표적화된 신경 섬유의 서브세트로부터 전기생리학적 신호를 검출하기 위해 사용될 수 있다. 하나 이상의 만곡형 부재의 전극 패드들의 일부 또는 전부가 신경으로부터의 전기생리학적 신호를 검출할 수 있고, 검출 회로(116)는 하나 이상의 만곡형 부재의 전극 패드들의 일부 또는 전부에 의해 검출된 전기생리학적 신호의 차이에 기초하여 전송된 신호의 신경 내의 단면 위치를 결정할 수 있다.
일부 실시예에서, 이식형 장치(104)의 위치로부터 떨어진 위치에서의 하나 이상의 신경의 자극이 이식형 장치(104)의 위치에서의 전기생리학적 신호의 변조를 유발할 수 있다. 이식형 장치(104)의 전극 패드(예를 들어, 전극 패드(142))와 전기적으로 소통하는 신경 내의 신경 섬유의 상이한 서브세트에서 검출되는 전기생리학적 신호의 변조는 상이한 멀리 떨어진 신경에서의 자극의 결과일 수 있다. 예를 들어, 비장 신경의 자극은 미주 신경 내의 신경 섬유의 제1 서브세트에서 검출되는 전기생리학적 신호의 변조를 유발할 수 있고, 신장 신경의 자극은 미주 신경 내의 신경 섬유의 제2 서브세트로부터 검출되는 전기생리학적 신호의 변조를 유발할 수 있다. 따라서, 미주 신경에 위치한 이식형 장치는 신경 섬유의 제1 서브세트로부터 전기생리학적 신호를 검출하여 비장 신경의 자극을 모니터링하고, 신경 섬유의 제2 서브세트를 검출하여 신장 신경의 자극을 모니터링할 수 있다.
일부 실시예에서, 자극 회로(114)는 신경 섬유의 서브세트에 연결된 하나 이상의 전극 패드(142)를 선택적으로 활성화시킴으로써 신경 내의 신경 섬유의 서브세트에 표적화된 전기 펄스를 방출하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 이식형 장치(104)는 도 5와 관련하여 아래에 추가로 설명되는 바와 같이 자극 회로(114)를 전극 패드(142)에 전기적으로 연결시키는 하나 이상의 만곡형 부재를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 자극 회로(114)는 전극 패드(142)를 작동시키거나 전극 패드(142)를 선택적으로 활성화시키도록 컨트롤러 회로(120)에 의해 제어될 수 있다. 선택적 활성화는 예를 들어 하나 이상의 만곡형 부재의 복수의 전극 패드(142) 내의 전극 패드의 일부를 활성화시키는 것 및/또는 하나 이상의 만곡형 부재의 복수의 전극 패드(142) 내의 전극 패드의 전부 또는 일부를 차등적으로 활성화시키는 것을 포함할 수 있다. 따라서, 복수의 전극은 복수의 전극 패드(142)에 의해 방출되는 전기 펄스를 신경 섬유의 표적 서브세트로 조정하도록 작동될 수 있다. 일부 실시예에 따라, 전기장 간섭 또는 다극 자극(예를 들어, 삼중극 자극)과 같은 기술이 전기 펄스를 신경 내의 신경 섬유의 서브세트에 표적화시키는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 그로스만(Grossman) 등에 의한, 일시적 간섭 전기장을 통한 비침습적 심뇌 자극(Noninvasive Deep Brain Stimulation via Temporally Interfering Electrical Fields), Cell, vol. 169, pp. 1029-1041(2017) 참조. 하나 이상의 만곡형 부재 내의 전극 패드(142)는 방출되는 전기 펄스를 신경 섬유의 서브세트로 표적화시키기 위해 컨트롤러 회로(120)에 의해 선택적으로 활성화될 수 있다.
방출되는 전기 펄스에 의해 표적화되는 신경 섬유의 서브세트는 검출 회로(116)에 의해 전기생리학적 신호가 검출되는 신경 섬유의 서브세트와 동일하거나 상이할 수 있다. 표적화된 전기 펄스를 방출하도록 구성된 하나 이상의 만곡형 부재는 전기생리학적 신호를 검출하도록 구성된 이식형 장치(104) 상의 하나 이상의 만곡형 부재와 동일하거나 상이할 수 있다. 방출된 표적화된 전기 펄스는 이식형 장치(104)의 위치에서 신경을 자극할 수 있다. 전기 펄스에 의해 표적화되는 신경 섬유의 서브세트는 전기생리학적 신호가 선택적으로 검출되는 신경 섬유의 동일하거나 상이한 서브세트일 수 있다.
이식형 장치(104)에 의해 방출되는 전기 펄스에 의해 표적화되는 신경 섬유의 서브세트는 예를 들어 신경 내의 하나 이상의(예를 들어, 2, 3, 4개 또는 그 이상) 다발 또는 하나 이상의(예를 들어, 2, 3, 4개 또는 그 이상) 다발의 일부일 수 있다. 일부 실시예에서, 신경 섬유의 서브세트는 신경 내의 구심성 신경 섬유, 또는 신경 내의 구심성 신경 섬유의 서브세트를 포함하거나 그로 이루어진다. 일부 실시예에서, 신경 섬유의 서브세트는 신경 내의 원심성 신경 섬유, 또는 신경 내의 원심성 신경 섬유의 서브세트를 포함하거나 그로 이루어진다. 일부 실시예에서, 신경 섬유의 서브세트는 신경 내의 2개 이상의 다발 내의 원심성 신경 섬유 또는 신경 내의 2개 이상의 다발 내의 구심성 신경 섬유를 포함하거나 그로 이루어진다.
표적화된 전기 펄스를 신경 섬유의 서브세트에 방출하는 것에 의한 신경 섬유의 서브세트의 표적화된 자극은 그 신경의 위치로부터 멀리 떨어진 위치에서의 신경을 자극할 수 있다. 이식형 장치(104)에 의해 자극되는 멀리 떨어진 신경은 장치에 의해 방출되는 전기 펄스에 의해 표적화된 이식형 장치(104)의 위치에서의 신경의 서브세트에 의존한다. 일부 실시예에서, 이식형 장치(104)는 제1 신경 자리(nerve locus)에 위치되고, 제2 신경 자리와 연관된 제1 신경 자리 내의 신경 섬유의 서브세트에 표적화된 전기 펄스를 방출하는 것에 의해 제2 신경 자리를 자극하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 제1 신경 자리 및 제2 신경 자리는 하나 이상의 신경 분지점 또는 하나 이상의 시냅스만큼 떨어진다. 일부 실시예에서, 제2 신경 자리는 제1 신경 자리에 비해 뇌에 근위측이고, 일부 실시예에서 제2 신경 자리는 제1 신경 자리에 비해 뇌로부터 원위측이다. 일부 실시예에서, 표적화되는 신경 섬유의 서브세트는 구심성 신경 섬유를 포함하거나 그로 이루어진다. 일부 실시예에서, 표적화되는 신경 섬유의 서브세트는 원심성 신경 섬유를 포함하거나 그로 이루어진다.
일부 실시예에서, 컨트롤러 회로(120)는 명령 프로세서(122), 전력 모니터(124) 및 메모리(126)를 포함한다. 일부 실시예에서, 메모리(126)는 레지스터 메모리, 프로세서 캐시, 또는 랜덤 액세스 메모리(RAM)와 같은 비일시적 저장 메모리를 포함한다. 일부 실시예에서, 컨트롤러 회로(120)는 디지털 회로, 아날로그 회로 또는 혼합 신호 집적 회로일 수 있다. 컨트롤러 회로(120)의 예는 마이크로프로세서, 유한 상태 기계(Finite State Machine)(FSM), 필드 프로그래머블 게이트 어레이(Field Programmable Gate Array)(FPGA) 및 마이크로컨트롤러를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 명령 프로세서(122)는 수신된 초음파에 인코딩되어 변조 및 복조 회로(112)에 의해 추출된 정보로부터의 명령어를 수신하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 명령 프로세서(122)는 수신된 명령어를 명령어 레지스터와 같은 메모리(126)에 저장할 수 있다. 일부 실시예에서, 명령 프로세서(122)는 명령어 및 저장된 로직에 기초하여 작동 모드에 진입하도록 이식형 장치(104)를 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 명령 프로세서(122)는 현재의 작동 모드와, 하나 이상의 수신된 명령어, 하나 이상의 센서 값 또는 이들의 조합과 같은 하나 이상의 검출된 입력에 기초하여 이식형 장치(104)의 작동 모드를 제어하는 FSM으로서 식설될 수 있다.
인터로게이터에 의해 방출되어 폐루프 이식형 장치에 의해 수신되는 초음파에 인코딩되는 정보는 예를 들어 신경 변조(neuromodulation)를 시작 또는 중지하기 위한 명령어, 하나 이상의 보정 명령어, 작동 소프트웨어에 대한 하나 이상의 업데이트 및/또는 하나 이상의 템플릿(template)(예컨대, 템플릿 전기생리학적 신호, 하나 이상의 템플릿 전기생리학적 신호 및/또는 하나 이상의 템플릿 자극 신호)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 명령 프로세서(122)는 수신된 명령어를 처리하고 메모리(126)에 저장하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 명령 프로세서(122)는 하나 이상의 수신된 명령에 기초하여 복수의 작동 모드 중에서 하나의 작동 모드에 진입할 수 있다. 일부 실시예에서, 복수의 작동 모드는 신경을 자극하는 모드, 신경 활동을 기록 하는 모드, 또는 하나 이상의 생리적 상태를 결정하는 모드를 포함할 수 있다. 예를 들어, 명령어가 이식형 장치(104)가 신경 자극 모드로 진입해야 한다고 지시하는 경우, 컨트롤러 회로(120)는 신경의 특정 신경 섬유 또는 일부를 자극하도록 자극 회로(114)를 제어하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 명령 프로세서(122)가 신경 활동 기록 모드 또는 하나 이상의 생리적 상태를 결정하는 모드로 진입하도록 이식형 장치(104)를 제어하는 경우, 명령 프로세서(122)는 장치 정보(예를 들어, 신경 기록 또는 검출/측정된 생리적 상태)를 검색하도록 검출 회로(116)를 제어할 수 있다. 일부 실시예에서, 장치 정보를 검색할 때, 명령 프로세서(122)는 전술한 바와 같이 초음파 후방산란에 장치 정보를 인코딩하도록 변조 및 복조 회로(112)를 제어하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 이식형 장치(104)에 전력 제어를 제공하기 위해, 전력 모니터(124)가 도 3과 관련하여 아래에 추가로 설명되는 바와 같이 이식형 장치(104)의 가용 전력 및 전력 소비를 모니터링하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 가용 전력은 초음파 변환기(108)에서 수신된 초음파에 의해 제공되는 공급 전력을 포함할 수 있고, 이식형 장치(104)에 저장된 이용 가능한 전력(accessible power)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 이용 가능한 전력은 초과 에너지를 저장하는 에너지 저장 장치(136)로부터 이용 가능한 전력을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 전력 모니터(124)는 도 3과 관련하여 아래에 추가로 설명되는 바와 같이 전력 컨베이어 회로(134)에 의해 생성된 출력 전압에 기초하여 전력 소비를 결정할 수 있다.
일부 실시예에서, 명령 프로세서(122)는 전력 모니터(124)에 의해 모니터링되는 가용 전력 및 소비 전력에 기초하여 더 많은 전력 또는 더 적은 전력이 이식형 장치(104)에 전송되어야 하는지 여부를 지시하는 정보를 생성하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 컨트롤러 회로(120)는 정보를 생성하기 위해 도 4와 관련하여 후술되는 바와 같이 방법(400)을 실행하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 컨트롤러 회로(120)는 도 3과 관련하여 아래에 추가로 설명되는 바와 같이 초음파 후방산란에 생성되는 정보를 인코딩하기 위해 변조 및 복조 회로(112)를 제어하도록 구성될 수 있다.
도 2는 일부 실시예에 따라 초음파를 사용하여 하나 이상의 이식형 장치(240)에 전력을 공급하도록 구성된 인터로게이터(202)를 포함하는 시스템(200)을 도시한다. 일부 실시예에서, 인터로게이터(202)는 각각 도 1 및 3과 관련하여 설명되는 바와 같은 인터로게이터(102) 또는 인터로게이터(302)의 예일 수 있다. 일부 실시예에서, 인터로게이터(202)는 후술하는 바와 같이 도 4의 방법(400)의 단계 중 하나 이상을 수행하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 인터로게이터(202)는 전력 공급 장치(203), 계산 회로(210), 신호 생성 회로(220) 및 초음파 변환기 회로(204)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 전력 공급 장치(203)는 계산 회로(210) 및 신호 생성 회로(220)에 전력을 공급하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 전력 공급 장치(203)는 임의의 적절한 전압이 사용될 수 있겠지만 1.8V를 제공할 수 있다. 예를 들어, 전력 공급 장치(203)는 1.8V를 공급하기 위한 하나 이상의 배터리를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 신호 생성 회로(220)는 하나 이상의 채널(224)에 전력을 공급하도록 구성된 전하 펌프(222)를 포함한다. 일부 실시예에서, 전하 펌프(222)는 전력 공급 장치(203)에 의해 제공되는 전압을 증가시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 전하 펌프(222)는 전력 공급 장치(203)에 의해 공급되는 1.8V를 32V로 증가시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 각각의 채널(224)은 변환기 회로(204)의 대응하는 초음파 변환기(208)에 연결되어 그 작동을 제어한다. 일부 실시예에서, 채널(224)에 연결된 초음파 변환기(208)는 초음파를 수신만 하거나 전송만 하도록 구성될 수 있으며, 이 경우 스위치(229)는 채널(224)로부터 선택적으로 생략될 수 있다. 일부 실시예에서, 각각의 채널(224)은 지연 제어기(226), 레벨 시프터(228) 및 스위치(229)와 같은 전자 구성요소를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 지연 제어기(226)는 초음파 변환기(208)에 의해 전송되는 초음파의 파형 및/또는 신호를 제어하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 지연 제어기(226)는 전송 파형을 생성하기 위해 컨트롤러 회로(212)로부터의 명령에 기초하여 위상 변이(phase shift), 시간 지연, 펄스 주파수, 파형(진폭 및 파장을 포함) 또는 이들의 조합을 제어할 수 있다. 일부 실시예에서, 각각의 채널에 대한 파형 및 주파수를 나타내는 데이터가 지연 제어기(226) 또는 메모리(216)에 저장된 '파동 테이블(wave table)'에 저장될 수 있다. 이는 각각의 채널(224)의 전송 파형이 서로 다른 것을 가능하게 해준다.
일부 실시예에서, 지연 제어기(226)는 지연 제어기(226)로부터의 입력 펄스를 초음파를 전송하기 위해 초음파 변환기(208)에 의해 사용되는 더 높은 전압으로 변화시키도록 구성된 레벨 시프터(level shifter)에 연결될 수 있다. 일부 실시예에서, 지연 제어기(226) 및 레벨 시프터(228)는 데이터를 실제 전송 신호로 변환기 어레이(206)로 스트리밍하는 데 사용되도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 각각의 채널(224)에 대한 전송 파형은 마이크로컨트롤러 또는 다른 디지털 시스템의 고속 직렬 출력에 의해 직접적으로 생성되어 레벨 시프터(228) 또는 고전압 증폭기를 통해 변환기 요소(예를 들어, 초음파 변환기(208))에 전송될 수 있다.
일부 실시예에서, 채널(224)의 스위치(229)는 초음파 후방산란과 같은 초음파를 수신하도록 대응하는 초음파 변환기(208)를 구성할 수 있다. 일부 실시예에서, 수신된 초음파는 수신된 초음파에 캡처된 데이터를 처리하기 위해 초음파 변환기(208)(수신 모드로 설정된)에 의해 전류로 변환되어 데이터 프로세서(211)에 전송된다. 일부 실시예에서, 증폭기, 아날로그-디지털 변환기(ADC), 가변 이득 증폭기, 또는 조직 손실을 보상하는 시간 이득 제어식 가변 이득 증폭기(time-gain-controlled variable-gain-amplifier), 및/또는 대역 통과 필터가 수신된 초음파를 처리하기 위해 포함될 수 있다.
일부 실시예에서, 상술한 채널(224)은 T/Rx 스위치(229)를 포함하지 않는 대신, 독립적인 Tx(전송), 및 포화 회복이 좋은 저잡음 증폭기 형태의 고전압 Rx(수신기 회로)에 의한 Rx(수신)를 포함한다. 일부 실시예에서, T/Rx 회로는 순환기를 포함한다. 일부 실시예에서, 변환기 어레이(206)는 처리 채널(224)보다 더 많은 변환기 요소(예를 들어, 초음파 변환기(208))를 포함하고, 인터로게이터(202)는 각각의 펄스에 대해 상이한 세트의 전송 요소를 선택하도록 멀티플렉서(를 포함하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 64개의 전송/수신 채널이 3:1 멀티플렉서(multiplexer)를 통해 192개의 물리적 변환기 요소에 연결될 수 있으며, 주어진 펄스에 대해 오직 64개의 변환기 요소만 활성화된다.
일부 실시예에서, 계산 회로(210)는 디지털 회로, 아날로그 회로 또는 혼합 신호 집적 회로일 수 있다. 계산 회로(210)의 예는 마이크로프로세서, 유한 상태 기계(Finite State Machine)(FSM), 필드 프로그래머블 게이트 어레이(Field Programmable Gate Array)(FPGA) 및 마이크로컨트롤러를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 인터로게이터(202)는 계산 회로(210)에 의해 액세스될 수 있는 휘발성 메모리를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 계산 회로(210)는 컨트롤러 회로(212) 및 데이터 프로세서(211)를 포함한다. 일부 실시예에서, 컨트롤러 회로(212)는 명령 생성기(214) 및 초음파 설정값(218)을 저장하는 메모리(216)를 포함한다.
일부 실시예에서, 명령 생성기(214)는 지연 제어기(226)의 작동을 제어하기 위한 명령어를 생성하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 이식형 장치(242)와 같은 이식형 장치로부터 수신된 장치 정보에 기초하여, 명령 생성기(214)는 도 3과 관련하여 아래에 추가로 설명되는 바와 같이 전송되는 초음파의 출력 전력을 제어하기 위해 초음파 설정값을 설정하거나 선택하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 수신된 장치 정보는 더 많은 전력이 이식형 장치(242)에 전송되어야 함을 나타낼 수 있다. 이 예에서, 명령 생성기(214)는 초음파 변환기 회로(204)에 의해 전송되는 초음파의 전력을 증가시키기 위해 파형의 더 높은 펄스 폭 또는 더 높은 순간 강도와 같은 초음파 설정값(218)을 선택할 수 있다.
일부 실시예에서, 변환기 회로(204)는 이식형 장치(242)와 같은 이식형 장치(240)에 전력을 공급하기 위한 초음파를 전송하도록 구성된 하나 이상의 초음파 변환기(208)를 포함한다. 일부 실시예에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 변환기 회로(204)는 복수의 초음파 변환기(208)를 갖는 변환기 어레이(206)를 포함한다. 일부 실시예에서, 변환기 어레이(206)는 1개 이상, 2개 이상, 3개 이상, 5개 이상, 7개 이상, 10개 이상, 15개 이상, 20개 이상, 25개 이상, 50개 이상, 100개 이상, 250개 이상, 500개 이상, 1000개 이상, 2500개 이상, 5000개 이상 또는 10,000개 이상의 초음파 변환기을 포함한다. 일부 실시예에서, 변환기 어레이(206)는 100,000개 이하, 50,000개 이하, 25,000개 이하, 10,000개 이하, 5000개 이하, 2500개 이하, 1000개 이하, 500개 이하, 200개 이하, 150개 이하, 100개 이하, 90개 이하, 80개 이하, 70개 이하, 60개 이하, 50개 이하, 40개 이하, 30개 이하, 25개 이하, 20개 이하, 15개 이하, 10개 이하, 7개 이하, 5개 이하의 초음파 변환기를 포함한다. 변환기 어레이(206)는 예를 들어 50개 이상의 초음파 변환기 픽셀을 포함하는 칩일 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 변환기 회로(204)는 단일 변환기 어레이(206)를 포함하지만; 일부 실시예에 따라 1개 이상, 2개 이상, 또는 3개 이상의 개별 변환기 어레이를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 변환기 회로(204)는 10개 이하의 변환기 어레이(예를 들어, 9개, 8개, 7개, 6개, 5개, 4개, 3개, 2개 또는 1개의 변환기 어레이)를 포함한다. 일부 실시예에서, 개별 변환기 어레이는 대상의 다른 지점들에 배치될 수 있으며, 동일하거나 다른 이식형 장치(240)와 통신할 수 있다. 일부 실시예에서, 변환기 어레이는 이식형 장치(242)와 같은 이식형 장치의 반대측에 위치될 수 있다.
일부 실시예에서, 인터로게이터(202)의 변환기 어레이(206)의 구체적 디자인은 원하는 침투 깊이, 개구 크기 및 변환기 어레이(206) 내의 개별 초음파 변환기(208)의 크기에 의존한다. 변환기 어레이(206)의 레일리 거리(Rayleigh distance) R은 다음과 같이 계산된다.
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여기서 D는 개구의 크기이고, λ는 전파 매체(즉, 조직) 내에서의 초음파의 파장이다. 당해 분야에서 이해되는 바와 같이, 레일리 거리는 변환기 어레이(206)에 의해 방사된 빔이 완전히 형성되는 거리이다. 즉, 압력장이 레일리 거리에서 자연적 초점으로 수렴되어 수신되는 전력을 최대화한다. 따라서, 일부 실시예에서, 이식형 장치(240)는 변환기 어레이(206)로부터 레일리 거리와 대략 동일한 거리일 수 있다.
변환기 어레이(206) 내의 개별 초음파 변환기(208)는 빔 형성((beamforming)) 또는 빔 조정(beam steering)의 프로세스를 통해 변환기 어레이(206)에 의해 방출되는 초음파 빔의 레일리 거리 및 위치를 제어하도록 변조될 수 있다. 선형 제약 최소 분산(linearly constrained minimum variance)(LCMV) 빔 형성과 같은 기술이 복수의 이식형 장치(240)(예를 들어, 이식형 장치(242))를 외부 초음파 송수신기와 통신시키는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 버트런드(Bertrand) 등에 의한, 피질 기록을 위한 구속되지 않은 초음파 뉴럴 더스트 모트를 위한 빔 형성 접근법: 시뮬레이션 연구(Beamforming Approaches for Untethered, Ultrasonic Neural Dust Motes for Cortical Recording: a Simulation Study), IEEE EMBC(2014년 8월) 참조. 일부 실시예에서, 빔 조정은 변환기 어레이(206) 내의 초음파 변환기(208)에 의해 방출되는 초음파의 파워 또는 위상을 조정함으로써 수행된다.
일부 실시예에서, 인터로게이터(202)(예를 들어, 계산 회로(210))는 하나 이상의 초음파 변환기(208)를 사용하여 초음파 빔을 조정하기 위한 명령어; 하나 이상의 이식형 장치(240)의 상대 위치를 결정하기 위한 명령어; 하나 이상의 이식형 장치(240)의 상대 운동을 모니터링하기 위한 명령어; 하나 이상의 이식형 장치(240)의 상대 운동을 기록하기 위한 명령어; 및 복수의 이식형 장치(240)로부터의 후방산란을 디콘볼루팅(deconvoluting)하기 위한 명령어; 중의 하나 이상을 포함한다.
일부 실시예에서, 인터로게이터(202)는 사용자(예를 들어, 의사 또는 환자)가 인터로게이터(202)의 작동을 제어하여 이식형 장치(240)에 전력을 공급하거나 이식형 장치(240)와 통신할 수 있게 해주는 사용자 인터페이스(미도시)를 포함한다. 일부 실시예에서, 사용자 인터페이스는 터치 스크린 또는 모니터, 키보드, 마우스 또는 음성 인식 장치와 같은, 인터로게이터(202)에 입력을 제공하는 입력 장치를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 사용자 인터페이스는 터치 스크린, 모니터, 프린터, 디스크 드라이브 또는 스피커와 같은 출력을 제공하는 임의의 적절한 장치와 같은 출력 장치를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 인터로게이터(202)는 모바일 장치(예를 들어, 스마트폰 또는 태블릿)와 같은 별도의 컴퓨터 시스템(미도시)을 사용하여 제어될 수 있다. 컴퓨터 시스템은 예를 들어 네트워크 연결, 무선 주파수(RF) 연결 또는 블루투스를 통해 인터로게이터(202)와 무선 통신할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터 시스템은 인터로게이터(202)를 온 또는 오프하거나, 인터로게이터(202)에 의해 수신된 초음파에 인코딩된 정보를 분석할 수 있다.
일부 실시예에서, 인터로게이터(202)는 복수의 이식형 장치(240)와 통신한다. 이는 예를 들어 다중 입력 다중 출력(MIMO) 시스템 이론을 사용하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 인터로게이터(202)와 복수의 이식형 장치(240) 사이의 통신은 시분할 다중화(time division multiplexing), 공간 다중화(spatial multiplexing) 또는 주파수 다중화(frequency multiplexing)를 사용하여 수행될 수 있다. 인터로게이터(202)는 디콘볼루팅되어 각각의 이식형 장치(242)로부터의 정보를 추출할 수 있는, 복수의 이식형 장치(240)로부터의 복합 초음파 후방산란(combined ultrasonic backscatter)을 수신할 수 있다. 일부 실시예에서, 인터로게이터(202)는 빔 조정을 통해 변환기 어레이(206)로부터 전송되는 초음파를 특정 이식형 장치에 포커싱하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 인터로게이터(202)는 전송되는 초음파를 제1 이식형 장치(예를 들어, 이식형 장치(242))에 포커싱하고, 제1 이식형 장치로부터 후방산란을 수신하고, 전송되는 초음파를 제2 이식형 장치에 포커싱하고, 제2 이식형 장치로부터 후방산란을 수신할 수 있다. 일부 실시예에서, 인터로게이터(202)는 초음파를 복수의 이식형 장치(240)에 전송한 다음, 복수의 이식형 장치(240)로부터 초음파 후방산란을 수신한다.
일부 실시예에서, 인터로게이터(202) 또는 하나 이상의 초음파 변환기(208)는 착용 가능하다. 예를 들어, 인터로게이터(202) 또는 하나 이상의 초음파 변환기(208)는 스트랩 또는 접착제에 의해 대상의 신체에 고정될 수 있다. 또 다른 예에서, 인터로게이터(202)는 사용자(예를 들어, 의료 전문가)가 보유할 수 있는 완드(wand)일 수 있다. 일부 실시예에서, 인터로게이터(202)는 봉합, 단순 표면 장력, 천 랩(cloth wrap), 슬리브, 탄성 밴드와 같은 의류 기반 고정 장치를 통해 또는 피하 고정에 의해 신체에 고정될 수 있다. 일부 실시예에서, 인터로게이터(202)의 하나 이상의 초음파 변환기(208) 또는 변환기 어레이(206)는 인터로게이터(202)의 나머지와 별도로 위치될 수 있다. 예를 들어, 변환기 어레이(206)는 제1 위치(예컨대, 하나 이상의 이식된 장치에 근접한 위치)에서 대상의 피부에 고정될 수 있고, 인터로게이터(202)의 나머지는 제2 위치에 위치될 수 있고, 와이어가 초음파 변환기(208) 또는 변환기 어레이(206)를 인터로게이터(202)의 나머지에 연결한다.
도 3은 일부 실시예들에 따른, 인터로게이터(302)에 의해 이식형 장치(304)에 제공되는 전력을 제어하기 위한 방법(300)을 예시한다. 일부 실시예에서, 인터로게이터(302) 및 이식형 장치(304)는 각각 도 1의 이식형 장치(104) 및 도 2의 인터로게이터(202)의 예일 수 있다. 따라서, 설명의 용이함을 위해, 아래의 여러 단계는 이식형 장치(104) 또는 인터로게이터(202)의 구성요소를 참조할 수 있다.
단계 306에서, 인터로게이터(302)는 하나 이상의 초음파 설정값(예를 들어, 초음파 설정값(218))을 설정한다. 일부 실시예에서, 초음파 설정값은 복수의 저장된 파형 중에서 하나의 파형을 선택하기 위한 명령을 포함한다. 예를 들어, 파형은 비일시적 메모리(예를 들어, 메모리(216) 또는 지연 제어기(226) 내의)의 데이터 테이블에 저장될 수 있다. 일부 실시예에서, 초음파 설정값은 인터로게이터(302)에 의해 전송되는 초음파의 파동 파라미터를 포함한다. 예를 들어, 파동 파라미터는 주기, 주파수, 진폭(즉, 강도), 파장, 펄스 지속 시간, 펄스 반복률 등을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 인터로게이터(302)는 복수의 파동 파라미터에 대응하는 복수의 초음파 설정값을 설정한다.
단계 308에서, 인터로게이터(302)는 파동 전력을 갖는 전력 공급 초음파를 전송한다. 일부 실시예에서, 인터로게이터(302)는 단계 306에서 설정된 하나 이상의 초음파 설정값에 기초하여 전력 공급 초음파를 생성하도록 구성될 수 있다. 따라서, 파동 전력은 하나 이상의 초음파 설정값에 따라 달라질 수 있다.
일부 실시예에서, 전송되는 전력 공급 초음파는 펄스 폭 변조(PWM) 신호를 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, 하나 이상의 초음파 설정값은 PWM 신호의 순간 강도값, PWM 신호의 펄스 폭 또는 이들의 조합과 관련된 정보를 포함할 수 있다. 하나 이상의 초음파 설정값을 선택하거나 설정하는 것에 의해, 인터로게이터(302)는 전송되는 전력 공급 초음파의 파동 전력을 조정하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 인터로게이터(302)는 더 많은 전력 또는 더 적은 전력이 이식형 장치(304)에 전송되어야 하는지 여부에 관한 이식형 장치(304)로부터의 정보를 요청하기 위해 이식형 장치(304)에 별도의 초음파를 전송하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 단계 310에서, 인터로게이터(302)는 통신 초음파를 이식형 장치(304)에 전송한다. 일부 실시예에서, 통신 초음파는 단계 308의 전력 공급 초음파와 별개이고, 전력 공급 초음파의 초음파 설정값과 상이한 초음파 설정값에 대응될 수 있다. 일부 실시예들에서, 인터로게이터(302)의 컨트롤러 회로(예를 들어, 컨트롤러 회로(212))는 인터로게이터(302)에서 수신되는 사용자 입력에 기초하여 또는 이식형 장치(304)로부터 전송되는 정보에 기초하여 전송할 초음파의 유형(예를 들어, 전력 공급 초음파 또는 통신 초음파)을 결정하도록 구성될 수 있다.
단계 316에서, 이식형 장치(304)는 파동 전력을 갖는 전력 공급 초음파를 인터로게이터(302)로부터 수신한다. 일부 실시예에서, 이식형 장치(304)의 초음파 변환기(예를 들어, 초음파 변환기(108))는 전력 공급 초음파를 수신하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 이식형 장치(304)는 전력 공급 초음파의 대응하는 부분을 수신하도록 구성된 2개 이상의 초음파 변환기를 포함할 수 있다. 위에서 논의된 바와 같이, 일부 실시예에 따라, 2개 이상의 초음파 변환기를 구현하는 것은 이식형 장치(304)가 전력 공급 초음파로부터 전력을 보다 일정하고 효율적으로 추출하는 것을 가능하게 해줄 수 있다.
단계 318에서, 이식형 장치(304)는 이식형 장치(304)에 전력을 공급하기 위해 전력 공급 초음파로부터의 에너지를 전기 신호로 변환시킨다. 일부 실시예에서, 이식형 장치(304)는 수신된 전력 공급 초음파의 기계적 에너지를 전기 에너지를 갖는 전기 신호로 변환시키도록 구성된 하나 이상의 초음파 변환기(예를 들어, 초음파 변환기(108))를 포함한다. 일부 실시예에서, 이식형 장치(304)는 인터로게이터(302)에 의해 생성된 전력 공급 초음파에 기초하여 완전히 전력을 공급받을 수 있다.
단계 320에서, 이식형 장치(304)는 더 많은 전력 또는 더 적은 전력이 이식형 장치(304)에 전송되어야 하는지 여부를 지시하는 정보를 인터로게이터(302)에 전송한다. 일부 실시예에서, 이식형 장치(304)의 컨트롤러 회로(예를 들어, 컨트롤러 회로(120))가 정보를 생성하도록 구성될 수 있다. 설명의 편의를 위해, 다음 단계들은 이 정보를 전력 정보로 지칭할 수 있다. 일부 실시예에서, 단계 320은 단계 322-330 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
단계 322에서, 이식형 장치(304)는 인터로게이터(302)로부터 통신 초음파를 수신한다. 일부 실시예에서, 초음파 변환기(예를 들어, 초음파 변환기(108))는 수신된 통신 초음파에 기초하여 전기 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 이식형 장치(304)의 복조 회로(예를 들어, 변조 및 복조 회로(112))는 이식형 장치(304)에 전력 정보를 전송하도록 요청하는 통신 초음파로부터의 명령어를 추출하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 변조 회로는 명령어를 추출하도록 통신 초음파를 복조할 수 있다.
단계 324에서, 이식형 장치(304)는 이식형 장치(304)의 가용 전력을 결정한다. 일부 실시예에서, 이식형 장치(304)의 전력 모니터(예를 들어, 전력 모니터(124))가 가용 전력을 결정하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 가용 전력은 초음파 변환기(예를 들어, 초음파 변환기(108))에서 수신된 전력 공급 초음파에 의해 공급되는 전력 및 이식형 장치(304) 상의(예를 들어, 전력 회로(130)에 위치한) 에너지 저장 장치(예를 들어, 에너지 저장 장치(136))로부터의 이용 가능한 전력을 포함한다.
일부 실시예에서, 전력 회로(130)에 대해 전술한 바와 같이, 에너지 저장 장치는 이식형 장치(304)가 전력 공급 초음파의 전력을 보다 효율적으로 활용하고 이식형 장치(304)에 일정한 전력을 제공하는 것을 가능하게 해주기 위해 적어도 2개의 전력 모드로 작동하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 전력 모드는 에너지 저장 장치에 저장된 에너지의 일부가 에너지 저장 장치로부터 이싱형 장치(304)(예를 들어, 하나 이상의 부하 회로)로 전력을 이송하기 위해 방전되는 방전 모드를 포함한다. 일부 실시예에서, 전력 모드는 전력 공급 초음파의 전력의 일부가 에너지를 저장할 수 있는 에너지 저장 장치로 이송되는 충전 모드를 포함한다.
일부 실시예에서, 전력 모니터는 초음파 변환기에 의해 제공되는 최대 전압(즉, 개방 회로 전압)을 결정하는 것에 기초하여 가용 전력을 결정하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 최대 전압은 전기 신호의 최대 가능 전압에 해당한다. 일부 실시예에서, 이식형 장치(304)는 초음파 변환기의 최대 전압에 대응하는 데이터를 측정하도록 구성된 전압 센서를 포함한다. 예를 들어, 전압 센서는 전기 신호에 연결된 전압 분배기(voltage divider)일 수 있다. 일부 실시예에서, 전력 모니터는 전압 센서로부터 수신된 데이터에 기초하여 최대 전압을 결정할 수 있다.
일부 실시예에서, 전력 모니터는 에너지 저장 장치에 저장된 에너지에 기초하여 가용 전력을 결정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 전력 모니터는 센서에 의해 측정된 에너지 저장 장치의 전압 또는 전류에 기초하여 저장된 에너지를 결정할 수 있다. 일부 실시예에서, 전력 모니터는 에너지 저장 장치에 저장된 에너지의 변화율에 기초하여 가용 전력을 결정하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 이식형 장치(304)는 초음파 변환기에 의해 생성되는 바의 전기 신호와 관련된 제1 전압을 이식형 장치(304)에 그리고 그 부하 회로에 전력을 공급하기 위한 제2 전압으로 변환시키도록 구성된 전력 컨베이어 회로(예를 들어, 전력 컨베이어 회로(134))를 포함한다. 일부 실시예에서, 전력 컨베이어 회로는 제1 전압을 제1 전압보다 큰 크기를 갖는 제2 전압으로 변환시키도록 구성된 전하 펌프를 포함한다. 일부 실시예에서, 제2 전압을 생성하기 위해, 컨트롤러 회로는(전하 펌프의) 복수의 커패시터를 제어하기 위해 전하 펌프의 하나 이상의 스위치를 제어하도록 구성될 수 있다. 전술한 바와 같이, 전력 공급 초음파의 강도가 인간의 안전을 보장하기 위해 특정 값(예컨대, 정부 규정) 미만으로 제한될 수 있고, 이는 이식형 장치(304)의 부하 회로에 전력을 공급하기에 너무 낮은 전압을 갖는 제1 전압을 초래할 수 있기 때문에, 이러한 변환이 필요할 수 있다. 일부 실시예에서, 전력 모니터는 전하 펌프의 하나 이상의 스위치 중 적어도 하나의 스위칭 주파수에 기초하여 가용 전력을 결정하도록 구성될 수 있다.
단계 326에서, 이식형 장치(304)는 이식형 장치(304)에서 소비 전력을 결정한다. 일부 실시예에서, 이식형 장치(304)의 전력 모니터(예를 들어, 전력 모니터(124))가 소비 전력을 결정하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 전력 소비는 이식형 장치(304) 상의 하나 이상의 부하 회로에 의한 소비 전력을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 소비 전력을 결정하기 위해, 전력 모니터는 이식형 장치(304)의 하나 이상의 부하 회로를 구동하는 전류의 전류값을 검출하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 전력 모니터는 전류값을 나타내는 전류 센서로부터 데이터를 수신할 수 있다.
일부 실시예에서, 이식형 장치(304)는 이식형 장치(304)의 작동 모드에 기초하여 소비 전력을 결정할 수 있다. 일부 실시예에서, 이식형 장치(304)는 비일시적 메모리(예를 들어, 메모리(126))에 각각의 작동 모드에 대응하는 추정 소비 전력을 저장하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 이식형 장치(304)는 신경 자극 모드 및 온도 기록 모드를 포함할 수 있다. 이 예에서, 이식형 장치(304)는 온도 기록 모드에 대한 추정 소비 전력보다 더 높은 신경 자극 모드에 대한 추정 소비 전력을 저장할 수 있는데, 신경을 자극하기 위해 전기 펄스를 유도하는 것이 검출된 온도를 저장하는 것보다 더 많은 전력을 필요로하기 때문이다.
단계 328에서, 이식형 장치(304)는 가용 전력 및 소비 전력에 기초하여 전력 정보를 생성한다. 일부 실시예에서, 전력 정보는 가용 전력, 소비 전력 또는 이들의 조합을 나타내는 정보를 포함한다.
일부 실시예에서, 전력 정보는 가용 전력 및 소비 전력에 기초하여 생성되는 더 많은 전력 또는 더 적은 전력에 대한 요청을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 전력 정보는 동일한 전력을 유지하기 위한 요청을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 전력 정보는 증가 또는 감소될 전력의 양을 나타내는 요청을 포함할 수 있다. 예를 들어, 이식형 장치(304)의 전력 모니터(예를 들어, 전력 모니터(124))는 요청을 생성하기 위해 가용 전력을 소비 전력과 비교하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 이식형 장치(304)는 후술되는 바와 같이 도 4의 방법(400)을 수행하는 것에 의해 전력 정보를 생성할 수 있다.
단계 330에서, 이식형 장치(304)는 전력 정보를 인코딩한 통신 초음파의 초음파 후방산란을 방출한다. 일부 실시예에서, 컨트롤러 회로는 전력 정보를 인코딩하기 위해 통신 초음파에 대응하는 전기 신호에 의해 공급되는 전류를 변조시키도록 이식형 장치(304)의 변조 회로(예를 들어, 변조 및 복조 회로(112) 내의)를 제어하도록 구성될 수 있다. 이식형 장치(304)가 복수의 초음파 변환기를 포함하는 일부 실시예에서, 컨트롤러 회로는 인코딩된 정보를 갖는 초음파 후방산란을 방출하기 위해 초음파 변환기 중의 하나 이상을 선택하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 컨트롤러 회로는 하나 이상의 변환기 파라미터에 기초하여 하나 이상의 초음파 변환기를 선택하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 이러한 변환기 파라미터는 전압, 전류, 전력 등을 포함할 수 있다.
단계 312에서, 인터로게이터(302)(예를 들어, 변환기 회로(204))는 이식형 장치(304)로부터 전력 정보를 수신한다. 일부 실시예에서, 인터로게이터(302)는 단계 310의 전송된 통신 초음파에 대응하는 초음파 후방산란을 수신하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 인터로게이터(302)의 데이터 프로세서(예를 들어, 데이터 프로세서(211))가 인터로게이터(302)의 하나 이상의 초음파 변환기에서 수신된 초음파 후방산란으로부터 전력 정보를 추출하도록 구성될 수 있다.
단계 314에서, 인터로게이터(302)는 전력 정보에 기초하여 파동 전력을 조정할지 여부를 결정한다. 일부 실시예에서, 파동 전력을 조정하기 위해, 인터로게이터(302)의 컨트롤러 회로(예를 들어, 컨트롤러 회로(212))는 전력 정보에 대응하기 위해 파동 전력을 제어하도록 하나 이상의 초음파 설정값을 설정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 방법(300)은 단계 306으로 되돌아갈 수 있다. 그 후, 인터로게이터(302)는 일부 실시예에 따라 전력 정보에 기초하여 제2 파동 전력을 갖는 제2 전력 공급 초음파를 생성 및 전송할 수 있다. 이식형 장치(304)는 안전한 작동 및 일정한 전력을 가능하게 해주기 위해 제2 파동 전력을 갖는 제2 전력 공급 초음파를 수신할 수 있다.
일부 실시예에서, 전력 정보는 이식형 장치(304)에 전송되어야 할 더 많은 전력 또는 더 적은 전력에 대한 요청을 포함한다. 이러한 실시예에서, 컨트롤러 회로는 요청에 대응하도록 파동 전력을 제어하기 위해 하나 이상의 초음파 설정값을 설정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 요청이 더 많은 전력에 대한 것인 경우, 인터로게이터(302)는 순간 강도값(즉, 초음파 설정값의 한 예)을 증가시키거나, 펄스 폭(즉, 초음파 설정값의 또 다른 예)을 증가시키거나, 또는 순간 강도값과 펄스 폭을 모두 증가시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 전력 정보는 이식형 장치(304)의 가용 전력 및 소비 전력을 지시하는 정보를 포함한다. 이들 실시예에서, 컨트롤러 회로는 전력 정보에 기초하여 이식형 장치(304)에 더 많은 전력 또는 더 적은 전력이 전송되어야 하는지 여부를 결정하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 인터로게이터(302)의 컨트롤러 회로는 후술되는 바와 같이 도 4의 방법(400)을 수행하는 것에 의해 그러한 결정을 내리도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 전술한 바와 같이, 전력 공급 초음파는 PWM 신호로서 전송될 수 있다. 일부 실시예에서, 전력 공급 초음파의 파동 전력을 제어하기 위해, 인터로게이터(302)는 PWM 신호의 순간 강도값 또는 펄스 폭과 같은 하나 이상의 초음파 설정값을 설정하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 인터로게이터(302)는 PWM 신호의 순간 강도값 및 펄스 폭 모두를 설정하도록 구성될 수 있다.
도 4는 일부 실시예에 따라 더 많은 전력 또는 더 적은 전력이 인터로게이터로부터 이식형 장치에 전송되어야 하는지 여부를 지시하는 정보를 결정하기 위한 방법(400)을 예시한다. 일부 실시예에서, 이식형 장치는 도 1의 이식형 장치(104) 또는 도 3의 이식형 장치(304)의 예일 수 있다. 일부 실시예에서, 인터로게이터는 도 2의 인터로게이터(202) 또는 도 3의 인터로게이터(302)의 예일 수 있다. 일부 실시예에서, 방법(400)은 아래에 추가로 설명되는 바와 같이 이식형 장치에서 수행될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 방법(400)은 아래에 추가로 설명되는 바와 같이 인터로게이터에서 수행될 수 있다. 설명의 편의를 위해, 방법(400)의 아래의 여러 단계는 도 1과 관련하여 설명된 바와 같은 이식형 장치(104)의 구성요소들, 도 2와 관련하여 설명된 바와 같은 인터로게이터의 구성요소들, 또는 도 3과 관련하여 설명된 방법(300)의 단계들을 참조할 수 있다.
단계 402에서, 이식형 장치의 소비 전력(Pc)과, 제1 전압 및 이식형 장치와 관련된 공급 전력(Ps)이 모니터링된다. 단계 318과 관련하여 전술한 바와 같이, 이식형 장치의 초음파 변환기는 수신된 전력 공급 초음파로부터의 에너지를 이식형 장치에 전력을 공급하기 위한 전기 신호로 변환시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 공급 전력은 단계 324에서 전술한 바와 같이 전기 신호에 의해 제공되는 전력에 대응된다.
일부 실시예에서, 이식형 장치는 초음파 변환기에 의해 생성된 전기 신호에 기초하여 공급 전력을 결정하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 전력 모니터(예를 들어, 전력 모니터(124))가 초음파 변환기에 의해 제공되는 최대 전압(즉, 개방 회로 전압)을 결정하는 것에 기초하여 공급 전력을 결정하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 최대 전압은 전기 신호의 최대 가능 전압에 해당한다. 일부 실시예에서, 이식형 장치는 초음파 변환기의 최대 전압에 대응되는 데이터를 측정하도록 구성된 전압 센서를 포함한다. 예를 들어, 전압 센서는 전기 신호에 연결된 전압 분배기일 수 있다. 일부 실시예에서, 전력 모니터는 전압 센서로부터 수신된 데이터에 기초하여 최대 전압을 결정할 수 있다.
일부 실시예에서, 이식형 장치는 이식형 장치의 작동 모드에 기초하여 소비 전력을 결정하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 이식형 장치는 이식형 장치의 하나 이상의 부하 회로의 하나 이상의 검출 전압 또는 전류에 기초하여 이식형 장치의 전력 소비를 동적으로 결정하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 이식형 장치는 전기 신호에 기초하여 제1 전압 노드에서 제1 전압을 수신하고, 제1 전압을 이식형 장치에 전력을 공급하기 위한 제2 전압으로 변환시키는 전력 컨베이어 회로(예를 들어, 전력 컨베이어 회로(134))를 포함한다. 예를 들어, 전력 컨베이어 회로는 제1 전압보다 크기가 더 큰 제2 전압을 제공하기 위해 복수의 커패시터를 제어하는 전하 펌프를 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 전력 공급 초음파로부터 생성된 전기 신호에 의해 제공되는 제1 전압이 너무 낮아 다양한 전자 구성요소(예를 들어, 트랜지스터)를 작동시킬 수 없기 때문에 제2 전압이 필요할 수 있다. 일부 실시예에서, 전력 컨베이어 회로는 이식형 장치의 부하 회로에 전력을 공급하기 위해 제2 전압을 갖는 출력 전기 신호를 생성한다. 이러한 실시예에서, 이식형 장치는 출력 전기 신호의 제2 전압 및 전류에 기초하여 전력 소비를 결정하도록 구성될 수 있다. 따라서, 일부 실시예에 따라, 소비 전력은 전력 컨베이어 회로에 의해 제공되는 제2 전압과 관련될 수 있다.
일부 실시예에서, 방법(400)이 인터로게이터에서 수행되는 경우, 인터로게이터는 이식형 장치로부터의 공급 전력 및 소비 전력을 지시하는 전력 정보를 수신할 수 있다.
단계 404에서, 공급 전력이 소비 전력을 초과하는지 여부를 결정한다. 공급 전력이 소비 전력을 초과하는 것으로 결정되면, 방법(400)은 단계 414로 진행한다. 그렇지 않으면, 방법(400)은 단계 406으로 진행한다. 일부 실시예에서, 이식형 장치(예를 들어, 전력 모니터(124))는 이 결정을 내리기 위해 모니터링된 공급 전력을 모니터링된 소비 전력과 비교하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 방법(400)이 인터로게이터에서 수행되는 경우, 인터로게이터는 이식형 장치로부터의 공급 전력 및 소비 전력을 지시하는 전력 정보를 수신할 수 있다. 이 정보에 기초하여, 인터로게이터(예를 들어, 컨트롤러 회로(212))는 공급 전력이 소비 전력을 초과하는지 여부를 결정하기 위해 유사한 비교를 할 수 있다.
단계 406에서, 이식형 장치의 에너지 저장 장치가 공핍(depletion)되었는지 여부를 결정한다. 일부 실시예에서, 정보가 에너지 저장 장치에 저장된 에너지의 양이 제1 소정 레벨(first predetermined level) 미만으로 떨어지는 것을 지시하는 경우, 에너지 저장 장치는 공핍(depletion)된 것으로 결정될 수 있다. 에너지 저장 장치가 커패시터를 포함하는 일부 실시예에서, 이식형 장치는 커패시터의 전류 전압(V)에 기초하여 저장된 에너지의 양에 대응하는 정보를 결정할 수 있다. 이는 커패시터에 저장된 에너지(E)의 양이 커패시터의 커패시턴스(C)와 커패시터의 전류 전압(V)에 기초하기 때문이다(예컨대, E = ½ CV2). 일부 실시예에서, 이식형 장치는 에너지 저장 장치가 공핍되었는지 여부를 결정하기 위해 에너지 저장 장치의 정보(예를 들어, 전압)를 제1 소정 레벨과 비교할 수 있다. 에너지 저장 장치가 공핍된 것으로 결정되면, 방법(400)은 단계 408로 진행한다. 그렇지 않으면, 방법(400)은 단계 410으로 진행한다.
방법(400)이 인터로게이터에서 수행되는 일부 실시예에서, 인터로게이터는 전술한 바와 같이 에너지 저장 장치의 정보와 제1 소정 레벨 사이의 유사한 비교를 수행할 수 있다. 예를 들어, 인터로게이터는 단계 312와 관련하여 전술한 바와 같이 이식형 장치에 의해 방출된 초음파 후방산란으로부터 정보를 추출할 수 있다.
단계 408에서, 이식형 장치가 재설정된다. 일부 실시예에서, 이식형 장치는 이식형 장치에 부하 회로에 전력을 공급할 만큼 충분한 가용 전력이 존재하지 않기 때문에 파워 온 리셋(power on reset)(POR) 상태를 지시하는 경보를 생성할 수 있다. 일부 실시예에서, 이 경보는 단계 320과 관련하여 전술한 바와 같이 인터로게이터에 전송되는 정보에 포함될 수 있다.
방법(400)이 인터로게이터에서 수행되는 일부 실시예에서, 인터로게이터는 이식형 장치로부터 POR 상태를 나타내는 경보을 포함하는 전력 정보를 수신할 수 있다. 일부 실시예에서, 경보에 기초하여, 인터로게이터는 이식형 장치의 전력을 상승시키도록 전력 공급 초음파를 재전송하기 위해 하나 이상의 파동 파라미터를 선택하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 경보는 인터로게이터가 이식형 장치의 전력 상승 또는 기동 모드를 재개시키기 위해 소정의 시간 동안 전력 공급 초음파를 전송하게 만들 수 있다. 일부 실시예에서, 전력 상승 모드는 카운터(counter)를 재설정하고 초기화 상태에 있도록 작동 로직(예를 들어, FSM 상태)을 설정하는 것을 포함할 수 있다.
단계 410에서, 이식형 장치에 전력을 공급하기 위해 에너지가 에너지 저장 장치로부터 에너지가 추출된다. 도 1과 관련하여 상술한 바와 같이, 일부 실시예에 따르면, 에너지 저장 장치는 이식형 장치가 전력 공급 초음파의 전력을 보다 효율적으로 활용하고 이식형 장치의 부하 회로에 일정한 전력을 제공하는 것을 가능하게 해주도록 적어도 2개의 전력 모드에서 작동하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 전력 모드는 에너지 저장 장치에 저장된 에너지의 일부가 이식형 장치의 하나 이상의 부하 회로에 전력을 공급하기 위해 에너지 저장 장치로부터의 전력을 이송하도록 방전되는 방전 모드를 포함한다.
일부 실시예에서, 이식형 장치의 컨트롤러 회로(예를 들어, 컨트롤러 회로(120))는 에너지를 추출하기 위해 에너지 저장 장치를 방전시키도록 전력 컨베이어 회로를 제어하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 에너지 저장 장치는 에너지 저장 장치를 방전시키는 것이 전력 컨베이어 회로의 제1 전압 노드에서의 제1 전압을 증가시키도록 전력 컨베이어 회로에 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 전력 컨베이어 회로는 에너지 저장 장치를 방전 모드에서 작동시키도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 에너지 저장 장치가 공핍되었는지 여부는 주기적으로 모니터링될 수 있고, 전력 컨베이어 회로는 에너지 저장 장치가 공핍되지 않는 한 에너지 저장 장치로부터 전력을 이송하도록 구성될 수 있다.
방법(400)이 인터로게이터에서 수행되는 일부 실시예에서, 인터로게이터는 에너지를 추출하기 위해 에너지 저장 장치를 방전시키도록 전력 컨베이어 회로를 제어하도록 이식형 장치에 요청하는 명령어를 생성할 수 있다. 일부 실시예에서, 인터로게이터는 이식형 장치와 통신하기 위해 초음파 변환기 회로(예를 들어, 초음파 변환기 회로(204))에 의해 전송되는 통신 초음파에 명령어를 인코딩하도록 구성될 수 있다.
단계 412에서, 더 많은 전력이 필요함을 지시하는 정보가 생성된다. 일부 실시예에서, 이식형 장치는 단계 320과 관련하여 전술한 바와 같이 전력 정보를 생성하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 전력 정보는 이식형 장치에 전송되어야 할 더 많은 전력에 대한 요청을 포함할 수 있다. 또 다른 예에서, 전력 정보는 이식형 장치에 의해 제공되어야 할 추가 전력의 양을 포함할 수 있다. 그 후, 도 3과 관련하여 전술한 바와 같이, 전력 정보는 더 많게 필요한 전력을 나타내는 전력 정보에 대응하는 제2 파동 전력을 갖는 제2 전력 공급 초음파를 생성하도록 구성된 인터로게이터에 전송될 수 있다. 일부 실시예에서, 방법(400)은 공급 전력 및 소비 전력이 모니터링되는 단계 402로 되돌아간다.
방법(400)이 인터로게이터에서 수행되는 일부 실시예에서, 인터로게이터는 전송되는 전력 공급 초음파의 파동 전력을 증가시키기 위한 하나 이상의 초음파 설정값과 관련된 정보를 생성할 수 있다.
단계 414에서, 이식형 장치의 에너지 저장 장치를 충전해야 하는지 여부를 결정한다. 일부 실시예에서, 이식형 장치는 에너지 저장 장치가 완전히 충전되지 않은 경우 에너지 저장 장치를 충전시키도록 결정할 수 있다.
일부 실시예에서, 단계 414는 동일한 결정이 수행되는 전술한 바와 같은 단계 406에 대응될 수 있다. 일부 실시예에서, 정보가 에너지 저장 장치에 저장된 에너지의 양이 제1 소정 레벨 미만으로 떨어지는 것을 지시하는 경우, 에너지 저장 장치는 공핍된 것으로, 따라서 완전히 충전되지 않은 것으로 결정될 수 있다. 에너지 저장 장치가 공핍된 것으로 결정되면, 방법(400)은 단계 416으로 진행한다. 그렇지 않으면, 방법(400)은 단계 420으로 진행한다.
일부 실시예에서, 정보가 에너지 저장 장치에 저장된 에너지의 양이 제2 소정 레벨(second predetermined level)을 초과하는 것을 지시하는 경우, 저장 장치는 완전히 충전된 것으로 결정될 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 소정 레벨은 소정의 제1 수준을 초과한다. 에너지 저장 장치가 커패시터를 포함하는 일부 실시예에서, 이식형 장치는 커패시터의 전류 전압(V)에 기초하여 저장된 에너지의 양에 대응하는 정보를 결정할 수 있다. 이는 커패시터에 저장된 에너지(E)의 양이 커패시터의 커패시턴스(C)와 커패시터의 전류 전압(V)에 기초하기 때문이다(예컨대, E = ½ CV2). 일부 실시예에서, 이식형 장치는 에너지 저장 장치가 완전히 충전되었는지 여부를 결정하기 위해 에너지 저장 장치의 정보(예를 들어, 전압)를 제2 소정 레벨과 비교할 수 있다. 에너지 저장 장치가 완전히 충전된 것으로 결정되면, 방법(400)은 단계 420으로 진행한다. 그렇지 않으면, 방법(400)은 단계 416으로 진행한다.
일부 실시예에서, 전력 컨베이어 회로는 에너지 저장 장치를 충전 모드에서 작동시키도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 에너지 저장 장치가 완전히 충전되었는지 여부는 주기적으로 모니터링될 수 있고, 전력 컨베이어 회로는 에너지 저장 장치가 완전히 충전되지 않는 한 공급 전력의 일부를 이송하여 에너지 저장 장치를 충전시키도록 구성될 수 있다.
방법(400)이 인터로게이터에서 수행되는 일부 실시예에서, 인터로게이터는 전술한 바와 같이 에너지 저장 장치의 정보와 제1 소정 레벨 또는 제2 소정 레벨 사이의 유사한 비교를 수행할 수 있다. 예를 들어, 인터로게이터는 단계 312와 관련하여 전술한 바와 같이 이식형 장치에 의해 방출된 초음파 후방산란으로부터 정보를 추출할 수 있다.
단계 416에서, 에너지 저장 장치가 충전된다. 일부 실시예에서, 도 1과 관련하여 전술한 바와 같이, 에너지 저장 장치는 이식형 장치가 전력 공급 초음파의 전력을 보다 효율적으로 활용하고 이식형 장치의 부하 회로에 일정한 전력을 제공하는 것을 가능하게 해주도록 적어도 2개의 전력 모드에서 작동하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 전력 모드는 공급 전력의 일부가 에너지를 저장할 수 있는 에너지 저장 장치로 이송되는 충전 모드를 포함한다.
일부 실시예에서, 컨트롤러 회로는 공급 전력에 의해 제공되는 초과 전력을 활용하기 위해 에너지 저장 장치를 충전시키도록 전력 컨베이어 회로를 제어하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 에너지 저장 장치는 에너지 저장 장치를 충전시키는 것이 전력 컨베이어 회로의 제1 전압 노드에서의 제1 전압을 감소시키도록 전력 컨베이어 회로에 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있다.
방법(400)이 인터로게이터에서 수행되는 일부 실시예에서, 인터로게이터는 초과 전력 공급을 활용하기 위해 에너지 저장 장치를 충전시키도록 전력 컨베이어 회로를 제어하도록 이식형 장치에 요청하는 명령어를 생성할 수 있다. 일부 실시예에서, 인터로게이터는 이식형 장치와 통신하기 위해 초음파 변환기 회로(예를 들어, 초음파 변환기 회로(204))에 의해 전송되는 통신 초음파 명령을 인코딩하도록 구성될 수 있다.
단계 420에서, 제1 전압이 소정의 전압 레벨을 초과하는지 여부를 결정한다. 일부 실시예에서, 소정의 전압 레벨은 이식형 장치의 안전한 작동을 유지하기 위한 최대 허용 공급 전압(예를 들어, 4V, 5V 또는 6V 미만)에 해당한다. 제1 전압을 소정의 전압 레벨 미만으로 유지함으로써, 이식형 장치는 이식형 장치 내의 전기 구성요소를 과열 및/또는 손상시키는 것으로부터 보호될 수 있다. 일부 실시예에서, 인터로게이터의 컨트롤러 회로는 제1 전압이 소정의 전압 레벨을 초과하는지 여부를 결정하도록 구성될 수 있다. 제1 전압이 소정의 전압 레벨을 초과하는 것으로 결정되면, 방법(400)은 단계 424로 진행한다. 그렇지 않으면, 방법(400)은 단계 422로 진행한다.
방법(400)이 인터로게이터에서 수행되는 일부 실시예에서, 인터로게이터는 전술한 바와 같이 제1 전압과 소정의 전압 레벨 사이에서 유사한 비교를 수행할 수 있다. 예를 들어, 인터로게이터는 312 단계와 관련하여 전술한 바와 같이 이식형 장치에서 방출되는 초음파 후방산란으로부터 정보를 추출할 수 있으며, 정보는 제1 전압을 포함할 수 있다.
단계 422에서, 이식형 장치에서 공급 전력이 감소된다. 일부 실시예에서, 이식형 장치는 공급 전력을 감소시키기 위해 전력 공급 초음파로부터 전기 신호를 생성하도록 구성된 하나 이상의 스위치를 제어하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 스위치는 교류 전류(AC) 형태의 전기 신호를 제1 전압에 대응하는 직류(DC) 형태로 변환시키는 정류 회로를 제어하기 위한 스위치를 포함한다. 일부 실시예에서, 이식형 장치는 전력 공급이 이식형 장치의 부하 회로에 전력을 공급하는 것을 방지하기 위해 스위치를 개방하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 스위치는 초음파 변환기를 션트(shunt)시키도록 구성된 스위치를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 초음파 변환기의 리드를 션트시킴으로써(예를 들어, 단락 회로를 유발), 후방산란 에너지의 양이 변경되어 공급 전력을 감소시킬 수 있다.
단계 424에서, 더 적은 전력이 필요함을 지시하는 정보가 생성된다. 일부 실시예에서, 이식형 장치는 단계 320과 관련하여 전술한 바와 같이 전력 정보를 생성하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 전력 정보는 이식형 장치에 전송되어야 할 더 적은 전력에 대한 요청을 포함할 수 있다. 또 다른 예에서, 전력 정보는 이식형 장치에 의해 제공되어야 할 감소된 전력의 양 포함할 수 있다. 그 후, 도 3과 관련하여 전술한 바와 같이, 전력 정보는 더 적게 필요한 전력을 나타내는 전력 정보에 대응하는 제2 파동 전력을 갖는 제2 전력 초음파를 생성하도록 구성된 인터로게이터에 전송될 수 있다. 일부 실시예에서, 방법(400)은 공급 전력 및 소비 전력이 모니터링되는 단계 402로 되돌아간다.
방법(400)이 인터로게이터에서 수행되는 일부 실시예에서, 인터로게이터는 전송되는 전력 공급 초음파의 파동 전력을 감소시키도록 하나 이상의 초음파 설정값과 관련된 정보를 생성할 수 있다.
도 5는 일부 실시예에 따라 대상의 신경(514)과 상호작용하도록 구성된 이식형 장치(511)의 다이어그램(500)을 도시한다. 일부 실시예에서, 이식형 장치(511)는 도 1과 관련하여 전술한 바와 같은 이식형 장치(104)의 예시적인 구현일 수 있다. 다이어그램(500)에 도시된 바와 같이, 이식형 장치(511)는 신경(514)에 이식될 수 있고, 바디(512)로부터 연장되어 있는 만곡형 부재(502)와 같은 하나 이상의 만곡형 부재를 포함할 수 있다. 이식형 장치(511)의 바디(512)는 집적 회로(524)(예를 들어, 변조 및 복조 회로(112), 자극 회로(114), 검출 회로(116) 또는 컨트롤러 회로(120)를 포함), 비일시적 메모리(526)(예를 들어, 메모리(126)), 전력 회로(528)(예를 들어, 전력 회로(130)), 및 초음파 변환기(530)(예를 들어, 초음파 변환기(108) 또는 초음파 변환기 회로(106))를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 바디(512)는 초음파 변환기(530)를 포함하는 복수의 초음파 변환기를 포함한다. 따라서, 다이어그램(500)에 도시된 바와 같은 초음파 변환기(530)는 복수의 초음파 변환기를 나타낼 수 있음을 이해해야 한다.
일부 실시예에서, 초음파 변환기(530)는 인터로게이터(예를 들어, 도 1의 인터로게이터(102) 또는 도 2의 인터로게이터(202))에 의해 전송되는 초음파를 수신하고, 초음파의 기계적 에너지를 이식형 장치(511)에 전력을 공급하기 위한 전기 에너지로 변환시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 초음파 변환기(530)는 초음파의 기계적 에너지를 전력 회로(528)에 의해 처리되는 전기 신호로 변환시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 전력 회로(528)는 제1 전압을 갖는 전기 신호를 집적 회로(524)의 다양한 구성요소에 전력을 공급하기 위한 제2 전압을 갖는 제2 신호로 변환시키도록 구성된 전력 컨베이어 회로(예를 들어, 전력 컨베이어 회로(134))를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 전력 회로(528)는 AC 형태의 전기 신호를 DC 형태로 변환시키기 위한 정류 회로(예를 들어, 능동 정류기)를 포함할 수 있으며, 변환된 전기 신호는 제1 전압과 연관될 수 있다. 일부 실시예에서, 전력 컨베이어 회로는 제1 전압보다 더 큰 제2 전압을 생성하기 위한 전하 펌프를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 전력 회로(528)는 전기 신호에 의해 제공되는 초과 에너지를 저장하고, 인터로게이터에 의해 공급된 전력이 불충분한 경우 2차 전원으로서 작동하도록 구성된 에너지 저장 장치(예를 들어, 에너지 저장 장치(136))를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 전력 컨베이어 회로는 에너지 저장 장치를 각각 효과적으로 충전 또는 방전시키는 에너지 저장 장치로 전력이 이송되어야 하는지 또는 에너지 저장 장치로부터 전력이 이송되어야 하는지 여부를 제어하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 전력 컨베이어 회로는 전력 흐름의 방향(예를 들어, 순방향 흐름 또는 역방향 흐름)에 더하여 전력이 이송되는 시간(예를 들어, 다수의 클록 사이클)을 제어하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 집적 회로(524)는 더 많은 전력 또는 더 적은 전력이 이식형 장치에 전송되어야 하는지 여부를 지시하는 정보를 생성하도록 구성된 컨트롤러 회로(예를 들어, 컨트롤러 회로(120))를 포함한다. 일부 실시예에서, 컨트롤러 회로는 전력 회로(528)에 의해 공급되는 가용 전력 및 집적 회로(524)에 의해 소비되는 전력에 기초하여 이 전력 정보를 생성하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 가용 전력은 초음파 변환기(530)에 의해 제공되는 공급 전력과 전력 회로(528)의 에너지 저장 장치에 의해 제공되는 이용 가능한 전력을 포함한다. 일부 실시예에서, 컨트롤러 회로는 인터로게이터가 전송되는 초음파의 파동 전력을 제어하게 만들기 위해 생성된 전력 정보를 인터로게이터에 전송하도록 초음파 변환기(530)를 제어하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 소비 전력은 도 1 및 3과 관련하여 전술한 바와 같이 이식형 장치(511)의 작동 모드에 기초하여 컨트롤러 회로에 의해 결정될 수 있다. 작동 모드의 예는 자극 모드 또는 검출 모드일 수 있으며, 각각의 모드는 만곡형 부재(502) 상의 전극 패드(518)를 작동시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 검출 모드에서, 전극 패드(518)는 전기생리학적 신호를 검출하도록 구성되고, 전기생리학적 신호에 기초한 검출 신호는 집적 회로(524)에 의해 수신된다. 집적 회로(524)에 의해 수신된 검출 신호는 컨트롤러 회로에 의해 수신되기 전에 검출 회로(예를 들어, 검출 회로(116)에 의해)에 의해 처리(예를 들어, 증폭, 디지털화 및/또는 필터링)될 수 있다. 일부 실시예에서, 컨트롤러 회로는 검출된 전기생리학적 신호와 관련된 데이터를 저장하기 위해 비일시적 메모리(예를 들어, 메모리(126))에 액세스할 수 있다.
일부 실시예에서, 자극 모드에서, 컨트롤러 회로는 검출 신호에 기초하여 자극 신호를 생성할 수 있고, 자극 신호에 기초하여 신경(514)에 전기 펄스를 방출하도록 하나 이상의 전극 패드(518)를 작동시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 컨트롤러 회로는 자극 신호 또는 신경(514)으로 방출되는 전기 펄스와 관련된 데이터를 저장하기 위해 비일시적 메모리(예를 들어, 메모리(126))에 액세스할 수 있다. 비일시적 메모리에 저장된 데이터는 초음파 변환기(530)에서 방출되는 초음파 후방산란파를 통해 무선 전송될 수 있다. 도 1과 관련하여 상술한 바와 같이, 초음파 후방산란을 이용하여 데이터를 전송하기 위해 초음파 변환기(530)는 먼저 초음파를 수신하고 변조 회로를 통해 흐르는 전류를 생성할 수 있다. 그 후, 컨트롤러 회로는 데이터를 인코딩하기 위해 메모리에 액세스하고 변조 회로를 통해 흐르는 전류를 변조시키도록 변조 회로를 작동시킬 수 있다. 이러한 과정을 통해 초음파 변환기(530)에서 방출되는 초음파 후방산란파는 데이터를 인코딩할 수 있다.
일부 실시예에서, 다이어그램(500)에 도시된 바와 같이, 만곡형 부재(502)는 지점(516)에서 바디(512)에 의해 브리지된 제1 부분(502a) 및 제2 부분(502b)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 부분(502a) 및 제2 부분(502b)은 직접 연결되고, 만곡형 부재(502)는 연결 부재를 통해 바디(512)에 부착된다. 만곡형 부재(502)는 만곡형 부재(502)의 내부 표면 상에 복수의 전극 패드(518)를 포함할 수 있고, 전극 패드(518)는 신경(514)의 길이에 평행한 축 둘레에 반경 방향으로 위치될 수 있다. 제1 부분(202a)과 제2 부분(202b) 사이의 간극(520)이 만곡형 부재(502)를 따라 존재한다(이것은 이식형 장치(511)의 다른 만곡형 부재에 유사하게 존재할 수 있다). 일부 실시예에서, 이식형 장치(511)는 만곡형 부재(502)의 제1 부분(502a) 및 제2 부분(502b)을 바깥쪽으로 가요성 변형시키고, 이에 의해 간극의 크기를 확대하여 신경(514) 또는 다른 사상 조직(filamentous tissue)이 간극(520)를 통과하여 만곡형 부재(502)에 의해 형성되는 원통형 공간 내에 끼워지는 것을 가능해게 해줌으로써 이식될 수 있다. 만곡형 부재(502)의 제1 부분(502a) 및 제2 부분(502b)이 가요성 변형 해제될 수 있으며, 이는 만곡형 부재(502)가 신경(514) 또는 다른 사상 조직 주위를 감싸는 것을 가능하게 해준다.
도 5에 도시된 바와 같은 복수의 전극 패드(518)는 신경(514)의 외부에 있지만 신경(514)의 신경외막(epineurium)과 직접 접촉한다. 신경(514)은 여러 신경다발(522)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 만곡형 부재(502) 내의 전극 패드(518)는 하나 이상의 신경다발(522) 또는 신경 섬유의 다른 서브세트에의 전기 펄스의 표적 방출을 위해 작동될 수 있으며, 그리고/또는 하나 이상의 신경다발(522) 또는 신경 섬유의 다른 서브세트에 의해 전송되는 전기생리학적 신호의 표적 검출을 위해 작동될 수 있다. 예를 들어, 전극 패드(518)는 바디(512) 내에 수용된 집적 회로(524) 내의 컨트롤러 회로에 의해 선택적으로 활성화되어, 하나 이상의 신경다발(522)에 표적화된 전기 펄스를 방출할 수 있다. 또 다른 예에서, 전극 패드(518)는 신경(514) 내의 하나 이상의 신경다발(522)에 의해 전송되는 전기생리학적 신호를 검출하기 위해 컨트롤러 회로에 의해 작동된다. 일부 실시예에서, 만곡형 부재(502)는 신경(514) 또는 신경 섬유의 서브세트에 의해 전송되는 전기생리학적 신호를 검출하거나, 신경(514) 또는 표적화된 신경 섬유의 서브세트에 전기 펄스를 방출하거나, 신경(514) 또는 신경 섬유의 서브세트에 의해 전송되는 전기생리학적 신호를 검출하는 것과 신경(514) 또는 표적화된 신경 섬유의 서브세트에 전기 펄스를 방출하는 것의 모두를 행하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 이식형 장치(511)는 제1 만곡형 부재가 신경(514) 또는 신경 섬유의 서브세트에 의해 전송되는 전기생리학적 신호를 검출하도록 구성될 수 있고, 제2 만곡형 부재가 신경(514) 또는 표적화된 신경 섬유의 서브세트에 전기 펄스를 방출하는 복수의 만곡형 부재(만곡형 부재(502)를 포함)를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 만곡형 부재(502)는 선택된 신경(514) 또는 신경(514)을 포함하는 섬유 조직과 결합하도록 크기 결정될 수 있다. 신경(514)은 척수 또는 말초 신경일 수 있다. 일부 실시예에서, 신경(514)은 자율 신경 또는 체신경이다. 일부 실시예에서, 신경(514)은 교감 신경 또는 부교감 신경이다. 일부 실시예에서, 신경(514)은 미주 신경, 장간막 신경, 비장 신경, 좌골 신경, 경골 신경, 음부 신경, 복강 신경절, 천골 신경 또는 이들의 임의의 분지이다.
이식형 장치(511) 상의 만곡형 부재(502)의 크기, 형상 및 간격은 이식형 장치(511)가 결합되는 조직의 유형 및 크기에 따라 달라질 수 있다. 일부 실시예에서, 이식형 장치(511)의 2개 이상의 만곡형 부재는 약 0.25mm 이상(예를 들어, 약 0.5mm 이상, 약 1mm 이상, 약 2mm 이상, 약 3mm 이상, 약 4mm 이상, 약 5mm 이상, 약 6mm 이상 또는 약 7mm 이상)만큼 이격된다. 일부 실시예에서, 2개 이상의 만곡형 부재는 약 8mm 이하(예컨대, 약 7mm 이하, 약 6mm 이하, 약 5mm 이하, 약 4mm 이하, 약 3mm 이하, 약 2mm 이하, 약 1mm 이하, 또는 약 0.5mm 이하)만큼 이격된다. 예를 들어, 2개 이상의 만곡형 부재는 약 0.25mm 내지 약 0.5mm, 약 0.5mm 내지 약 1mm, 약 1mm 내지 약 2mm, 약 2mm 내지 약 3mm, 약 3mm 내지 약 4mm, 약 4mm 내지 약 5mm, 약 5mm 내지 약 6mm, 약 5mm 내지 약 7mm, 또는 약 7mm 내지 약 8mm 이격될 수 있다. 만곡형 부재(502)의 폭도 이식형 장치(511) 또는 이식형 장치(511)에 의해 결합되는 조직의 적용예에 따라 변할 수 있다. 일부 실시예에서, 만곡형 부재(502)의 폭은 약 100㎛ 이상(예컨대, 약 150㎛ 이상, 약 250㎛ 이상, 약 500㎛ 이상, 약 1mm 이상, 또는 약 1.5mm 이상)이다. 일부 실시예에서, 만곡형 부재(502)의 폭은 약 2mm 이하(예를 들어, 약 1.5mm 이하, 약 1mm 이하, 약 500㎛ 이하, 약 250㎛ 이하, 또는 약 150㎛ 이하)이다. 일부 실시예에서, 만곡형 부재(502)의 폭은 약 100㎛ 내지 약 2mm(예를 들어, 약 100㎛ 내지 약 150㎛, 약 150㎛ 내지 약 250㎛, 약 250㎛ 내지 약 500㎛, 약 500㎛ 내지 약 1mm, 약 1mm 내지 약 1.5mm, 또는 약 1.5mm 내지 약 2mm)이다. 만곡형 부재(502)의 내부 표면은 신경(514) 및/또는 사상 조직이 통과하는 원통형 공간을 형성한다. 만곡형 부재(502)에 의해 형성되는 원통형 공간의 직경은 이식형 장치(511)가 결합될 표적 신경 및/또는 사상 조직에 의존한다. 일부 실시예에서, 만곡형 부재(502)는 직경이 약 50㎛ 내지 약 15mm(예를 들어, 약 50㎛ 내지 약 100㎛, 약 100㎛ 내지 약 250㎛, 약 250㎛ 내지 약 500㎛, 약 500㎛ 내지 약 1mm, 약 1mm 내지 약 1.5mm, 약 1.5mm 내지 약 2.5mm, 약 2.5mm 내지 약 5mm, 약 5mm 내지 약 10mm, 또는 약 10mm 내지 약 15mm)의 직경을 갖는 원통형 공간을 형성한다.
일부 실시예에서, 이식형 장치(511)는 이식형 장치(511)를 사상 조직에 고정하도록 구성된 하나 이상의 추가 고정 부재를 포함한다. 이러한 고정 부재는 예를 들어 이식형 장치를 해부학적 구조(예컨대, 사상 조직 또는 신경, 또는 사상 조직 또는 신경을 둘러싸는 다른 조직)에 봉합하기 위한 루프, 핀 또는 클램프를 포함할 수 있다. 예를 들어, 이식형 장치(511)는 일단 이식되면 이식형 장치(511)의 움직임을 제한하기 위해 사상 조직 또는 신경(514), 또는 사상 조직 또는 신경을 둘러싸는 조직에 봉합될 수 있다.
일부 실시예에서, 이식형 장치(511)의 만곡형 부재(502)는 금속, 금속 합금, 세라믹, 실리콘 또는 비폴리머 재료(non-polymeric material)를 포함할 수 있다. 만곡형 부재(502)는 가요성일 수 있고, 바람직하게는 만곡형 부재(502)가 신경(514) 및/또는 사상 조직 주위에 위치할 수 있도록 탄성이다. 일부 실시예에서, 만곡형 부재(502) 또는 만곡형 부재(502)의 일부는 바람직하게는 폴리디메틸실록산(PDMS), 실리콘, 우레탄 폴리머, 폴리(p 자일릴렌) 폴리머(상표명 PARYLENE®로 판매되는 폴리(p-자일릴렌) 폴리머와 같은) 또는 폴리이미드와 같은 생체 불활성인 엘라스토머 코팅 또는 비엘라스토머 코팅(non-elastomeric coating)으로 코팅된다. 만곡형 부재(502)는 내부 표면 상에 복수의 전극 패드(518)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 만곡형 부재(502)의 내부 표면이 전도성 물질로 코팅될 수도 있겠지만(예를 들어, 전극 패드의 전기적 특성을 향상시키기 위해 PEDOT 폴리머 또는 금속으로 전기도금됨), 만곡형 부재(502)의 내부 표면 상의 전극 패드(518)는 엘라스토머 코팅 또는 비엘라스토머 폴리머 코팅으로 코팅되지 않는다. 따라서, 일부 실시예에서, 만곡형 부재(502)의 외부 표면만이 코팅으로 코팅된다. 선택적으로, 코팅은 또한 바디(512)의 하우징을 코팅한다.
일부 실시예에서, 복수의 전극 패드(518)는 예컨대 약 3개 내지 약 50개의 전극 패드, 약 3개 내지 약 5개의 전극 패드, 약 5개 내지 약 10개의 전극 패드, 약 10개 내지 약 25개의 전극 패드, 또는 약 25개 내지 약 50개의 전극 패드와 같이, 3개, 4개, 5개, 6개, 7개, 8개, 9개, 10개, 11개, 12개, 13개, 14개, 15개, 16개, 17개, 18개, 19개, 20개 또는 그 이상의 전극 패드를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 복수의 전극 패드(518) 내의 전극 패드는 본 명세서에 추가로 설명되는 바와 같이 표적화된 전기 펄스 방출을 가능하게 해주는 컨트롤러 회로에 의해 선택적으로 활성화될 수 있다.
일부 실시예에서, 전극 패드(518)는 텅스텐, 백금, 팔라듐, 금, 이리듐, 니오븀, 탄탈, 또는 티타늄 중 하나 이상(또는 이들 중 하나 이상의 합금)과 같은 임의의 적절한 전도성 재료를 포함할 수 있다. 검출 전극 패드 및 자극 전극 패드의 재료는 동일하거나 상이할 수 있다. 전극 패드(518)의 크기 및 형상도 동일하거나 상이할 수 있다. 예를 들어, 하나의 주어진 만곡형 부재(502) 상의 전극 패드(518)가 동일하거나 상이한 크기일 수 있고, 상이한 만곡형 부재 상의 전극 패드가 동일하거나 상이한 크기일 수 있다.
일부 실시예에서, 이식형 장치(511)의 전극 패드(518)는 신경(514)과 전기적으로 소통하도록 만곡형 부재(502)에 의해 위치된다. 일부 실시예에서, 전극 패드(518)는 신경(514)과 직접 접촉하지 않지만(예를 들어, 외부에서 신경(514)과 간접 접촉하지 않음), 신경(514)과 전기적으로 소통한다. 일부 실시예에서, 전극 패드(518)는 신경(414)의 약 2mm 이내(예를 들어, 약 1.8mm 이내, 약 1.6mm 이내, 약 1.4mm 이내, 약 1.2mm 이내, 약 1.0mm 이내, 약 0.8mm 이내, 약 0.6mm 이내, 약 0.4mm 이내, 또는 약 0.2mm 이내)에 위치된다. 일부 실시예에서, 전극 패드(518)는 하나 이상의 위치에서 신경(514)의 신경외막을 침투하도록 구성된다. 예를 들어, 전극 패드(518)는 신경외막의 침투를 허용하는 니들(needle) 형상일 수 있다. 일부 실시예에서, 전극 패드(518)는 신경(514), 예를 들어 신경(514)의 신경외막과 직접 접촉한다.
일부 실시예에서, 바디(512)는 베이스, 하나 이상의 측벽 및 상부를 포함할 수 있는 하우징을 포함한다. 하우징은 초음파 변환기(530) 및 집적 회로(524)를 둘러쌀 수 있다. 하우징은 간질액(interstitial fluid)이 초음파 변환기(530) 또는 집적 회로(524)와 접촉하는 것을 방지할 수 있도록 밀봉 폐쇄된다(예를 들어, 솔더링(soldering) 또는 레이저 용접에 의해). 하우징은 바람직하게는 생체 불활성 금속(예컨대, 강철 또는 티타늄) 또는 생체 불활성 세라믹(예컨대, 티타니아 또는 알루미나)와 같은 불활성 재료로 제조된다. 하우징(또는 하우징 상부)은 초음파가 하우징을 통과하는 것을 허용하도록 얇을 수 있다. 일부 실시예에서, 하우징의 두께는 약 100 마이크로미터(㎛) 이하, 예를 들어 약 75㎛ 이하, 약 50㎛ 이하, 약 25㎛ 이하, 또는 약 10㎛ 이하이다. 일부 실시예에서, 하우징의 두께는 약 5㎛ 내지 약 10㎛, 약 10㎛ 내지 약 25㎛, 약 25㎛ 내지 약 50㎛, 약 50㎛ 내지 약 75㎛, 또는 약 75㎛ 내지 약 100㎛이다.
일부 실시예에서, 이식형 장치(511)의 바디(512)는 비교적 작으며, 이는 흔히 이식형 의료 장치와 관련되는 조직 염증을 제한하면서 편안하고 장기적인 이식을 가능하게 해준다. 일부 실시예에서, 바디(512)의 최장 치수는 약 10mm 이하이며, 예를 들어 약 5mm 내지 약 9mm, 또는 약 6mm 내지 약 8mm이다.
일부 실시예에서, 바디(512)는 하우징 내에 폴리머와 같은 재료를 포함한다. 재료는 하우징 외부와 하우징 내부 조직 사이의 음향 임피던스 불일치를 줄이기 위해 하우징 내의 빈 공간을 채울 수 있다. 따라서, 바디(512)는 일부 실시예에 따라 바람직하게는 공기 또는 진공이 없다.
일부 실시예에서, 초음파 변환기(530)는 용량형 미세 기계가공 초음파 변환기(capacitive micro-machined ultrasonic transducer)(CMUT) 또는 압전형 미세 기계가공 초음파 변환기(piezoelectric micro-machined ultrasonic transducer)(PMUT)와 같은 미세 기계가공 초음파 변환기를 포함할 수 있거나, 벌크 압전 변환기(bulk piezoelectric transducer)를 포함할 수 있다. 벌크 압전 변환기는 크리스탈, 세라믹 또는 폴리머와 같은 천연 또는 합성 재료일 수 있다. 예시적인 벌크 압전 변환기 재료는 바륨 티타네이트(BaTiO3), 리드 지르코네이트 티타네이트(PZT), 아연 산화물(ZO), 알루미늄 질화물(AlN), 석영, 베를리나이트(AlPO4), 토파즈, 랑가사이트(La3Ga5SiO14), 갈륨 오르토포스페이트(GaPO4), 리튬 니오베이트(LiNbO3), 리튬 탄탈라이트(LiTaO3), 포타슘 니오베이트(KNbO3), 소듐 텅스테이트(Na2WO3), 비스무트 페라이트(BiFeO3), 폴리비닐리덴(di) 플루오라이드(PVDF) 및 리드 마그네슘 니오베이트-리드 티타네이트(PMN-PT)를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 벌크 압전 변환기는 대략 입방체(즉, 약 1:1:1(길이:폭:높이)의 애스펙트비)이다. 일부 실시예에서, 압전 변환기는 예컨대 약 7:5:1 이상, 또는 약 10:10:1 이상과 같이 길이 또는 폭에 있어서 5:5:1 이상의 애스펙트비를 갖는 판형이다. 일부 실시예에서, 벌크 압전 변환기는 길고 좁으며, 약 3:1:1 이상의 애스펙트비를 가지고, 가장 긴 치수가 초음파 후방산란파의 방향(즉, 분극 축)에 정렬된다. 일부 실시예에서, 벌크 압전 하나의 치수는 변환기의 구동 주파수 또는 공진 주파수에 대응하는 파장(λ)의 절반과 동일하다. 공진 주파수에서 변환기의 어느 한쪽 면에 충돌하는 초음파는 180° 위상 변이를 거쳐 반대 위상에 도달하여, 두 면 사이에 가장 큰 변위을 유발한다. 일부 실시예에서, 압전 변환기의 높이는 약 10㎛ 내지 약 1000㎛(예컨대, 약 40㎛ 내지 약 400㎛, 약 100㎛ 내지 약 250㎛, 약 250㎛ 내지 약 500㎛, 또는 약 500㎛ 내지 약 1000㎛)이다. 일부 실시예에서, 압전 변환기의 높이는 약 5mm 이하(예컨대, 약 4mm 이하, 약 3mm 이하, 약 2mm 이하, 약 1mm 이하, 약 500㎛ 이하, 약 400㎛ 이하, 250㎛ 이하, 약 100㎛ 이하, 또는 약 40㎛ 이하)이다. 일부 실시예에서, 압전 변환기의 높이는 길이로 약 20㎛ 이상(예컨대, 약 40㎛ 이상, 약 100㎛ 이상, 약 250㎛ 이상, 약 400㎛ 이상, 약 500㎛ 이상, 약 1mm 이상, 약 2mm 이상, 약 3mm 이상, 또는 약 4mm 이상)이다.
일부 실시예에서, 초음파 변환기(530)는 가장 긴 치수로 약 5mm 이하(예컨대, 약 4mm 이하, 약 3mm 이하, 약 2mm 이하, 약 1mm 이하, 약 500㎛ 이하, 약 400㎛ 이하, 250㎛ 이하, 약 100㎛ 이하, 또는 약 40㎛ 이하)의 길이를 가진다. 일부 실시예에서, 초음파 변환기(530)는 가장 긴 치수로 약 20㎛ 이상(예컨대, 약 40㎛ 이상, 약 100㎛ 이상, 약 250㎛ 이상, 약 400㎛ 이상, 약 500㎛ 이상, 약 1mm 이상, 약 2mm 이상, 약 3mm 이상, 또는 약 4mm 이상)의 길이를 가진다.
일부 실시예에서, 초음파 변환기(530)는 집적 회로(524)와의 전기적 통신을 허용하도록 2개의 전극에 연결된다. 제1 전극은 초음파 변환기(530)의 제1 면에 부착되고, 제2 전극은 초음파 변환기(530)의 제2 면에 부착되며, 제1 면과 제2 면은 하나의 차원을 따라 초음파 변환기(530)의 반대측에 위치한다. 일부 실시예에서, 전극은 은, 금, 백금, 백금-블랙, 폴리(3, 4-에틸렌 디옥시티오펜(PEDOT)), 전도성 폴리머(예컨대 전도성 PDMS 또는 폴리이미드) 또는 니켈을 포함한다. 일부 실시예에서, 초음파 변환기(530)의 전극들 사이의 축은 초음파 변환기(530)의 모션에 직교한다.
전술한 설명은 예시적인 방법, 파라미터 등을 설명한다. 하지만, 이러한 설명은 본 발명의 범위에 대한 제한으로서 의도된 것이 아니라 예시적인 실시예의 설명으로서 제공된다는 것을 인지해야 한다. 전술한 예시적인 실시예는 완전한 것이거나, 개시된 정확한 형태로 개시를 제한하려는 것이 아니다. 상기 교시를 고려하여 많은 수정 및 변형이 가능하다. 실시예는 개시된 기술의 원리 및 실제 적용을 가장 잘 설명하기 위해 선택되고 설명되었다. 당업자는 이에 의해 고려되는 특정 용도에 적합한 다양한 수정을 통해 기술 및 다양한 실시예를 가장 잘 활용할 수 있게 된다.
본 개시 및 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 충분히 설명되었지만, 다양한 변경 및 수정이 당업자에게 자명할 것이라는 점에 유의해야 한다. 이러한 변경 및 수정은 청구범위에 의해 한정되는 바와 같은 개시 및 예의 범위 내에 포함되는 것으로 이해되어야 한다. 개시 및 실시예의 전술한 설명에서, 실시될 수 있는 특정 실시예가 예시로서 도시된 첨부 도면이 참조된다. 다른 실시예 및 예가 실시될 수 있으며, 본 개시의 범위를 벗어나지 않고 변경이 이루어질 수 있음을 이해해야 한다.
전술한 설명에서 다양한 요소를 설명하기 위해 제1, 제2 등의 용어를 사용하였지만, 이들 요소는 이들 용어에 의해 제한되어서는 안된다. 이들 용어는 한 요소를 다른 요소와 구별하기 위해서만 사용된다.
본원에서 값 또는 파라미터에 대한 "약" 또는 "대략"의 언급은 그 값 또는 파라미터 그 자체에 관한 변형을 포함(및 설명)한다. 예를 들어, "약 X"를 언급하는 설명은 "X"에 대한 설명을 포함한다.
본원에 설명되는 본 발명의 양태 및 변형은 "이루어지는" 및/또는 "필수적으로 이루어지는"을 포함하는 것으로 이해된다.
용어 "이식형(implantable)" 및 "이식되는"은 물체의 어떤 부분도 대상의 표면을 파괴하지 않도록 대상에 완전히 이식 가능하거나 완전히 이식되는 물체에 관한 것이다.
용어 "실질적으로"는 90% 이상을 의미한다. 예를 들어, 신경의 단면을 실질적으로 둘러싸는 만곡형 부재는 신경 단면의 90% 이상을 둘러싸는 만곡형 부재를 의미한다.
용어 "대상" 및 "환자"는 인간과 같은 척추 동물을 의미하도록 본원에서 호환적으로 사용된다.
용어 "치료하다", "치료하는", 및 "치료"는 적어도 하나의 증상의 감소, 방지, 억제 또는 제거를 통한 상태의 개선, 질환 또는 상태의 진행의 지연, 질환 또는 상태의 재발의 지연, 또는 질환 또는 상태의 방지를 포함하여 질환 상태 또는 병태를 앓고 있는 대상에게 유익을 제공하는 모든 활동을 의미하도록 여기서 동의적으로 사용된다.
값의 범위가 제공되는 경우, 그 범위의 상한과 하한 사이의 각각의 개재 값(intervening value) 및 그 언급된 범위의 임의의 다른 언급되거나 개재되는 값은 본 개시의 범위 내에 포함된다는 것을 이해해야 한다. 언급된 범위가 상한 또는 하한을 포함하는 경우, 포함된 한계 중 어느 하나를 제외한 범위도 본 개시에 포함된다.
또한, 전술한 설명에서 사용된 단수형 "하나의", "이" 및 "그것"은 문맥에서 달리 명시하지 않는 한 복수형도 포함하도록 의도된 것임을 또한 이해해야 한다. 본 명세서에서 사용된 용어 "및/또는"과 "그리고/또는"은 하나 이상의 연관된 열거된 항목의 임의의 그리고 모든 가능한 조합을 지칭하고 포함하는 것으로 또한 이해되어야 한다. 또한, 용어 "포함하다", "포함하는"은 본원에서 사용될 때 언급된 특징, 정수, 단계, 작업, 요소, 구성요소 및/또는 유닛의 존재를 특정하지만, 하나 이상의 다른 특징, 정수, 단계, 작업, 요소, 구성요소, 단위, 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지는 않는다.
용어 "한다면", "하는 경우"는 문맥에 따라 "할 때" 또는 "시에" 또는 "결정에 대한 응답으로" 또는 "검출에 대한 응답으로"를 의미하는 것으로 해석될 수 있다. 유사하게, 문구 "결정된 경우" 또는 "[언급된 조건 또는 이벤트]가 검출된 경우"는 문맥에 따라 "결정 시에" 또는 "결정에 대한 응답으로" 또는 "[언급된 조건 또는 이벤트]를 검출할 때]" 또는 "[언급된 조건 또는 이벤트]를 검출한 것에 대한 응답으로"를 의미하는 것으로 해석될 수 있다.
"실시예"와 관련하여 상술한 특징들 및 바람직한 사항들은 별개의 바람직한 사항이며 특정 실시예에만 제한되지 않으며; 이들은 기술적으로 가능한 다른 실시예의 특징들과 자유롭게 결합될 수 있고, 바람직한 특징들의 조합들을 형성할 수 있다. 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 사용할 수 있도록 제공되며, 특허 출원 및 그 요구 사항의 맥락에서 제공된다. 설명되는 실시예에 대한 다양한 수정들은 당업자에게 용이하게 명백할 것이며, 그 일반적인 원리는 다른 실시예에 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 도시된 실시예로 제한되도록 의도되지 않고 여기에 설명되는 원리 및 특징과 일치하는 가장 넓은 범위에 따라야한다.

Claims (54)

  1. 대상 내의 이식형 장치에 제공되는 전력을 제어하는 방법에 있어서, 상기 방법은 상기 이식형 장치에서,
    파동 전력을 갖는 전력 공급 초음파를 인터로게이터로부터 수신하는 단계;
    상기 전력 공급 초음파로부터의 에너지를 상기 이식형 장치에 전력을 공급하기 위한 전기 신호로 변환시키는 단계; 및
    더 많은 전력 또는 더 적은 전력이 상기 이식형 장치에 전송되어야 하는지 여부를 지시하는 정보를 상기 인터로게이터에 전송하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 이식형 장치에서의 가용 전력 및 상기 이식형 장치에 의한 소비 전력을 결정하는 단계를 포함하고, 상기 정보가 상기 가용 전력 및 상기 소비 전력과 관련되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 정보는 상기 인터로게이터로부터의 더 많은 또는 더 적은 전력에 대한 요청을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 요청은 상기 이식형 장치에서의 가용 전력 및 상기 이식형 장치에 의한 소비 전력에 기초하여 생성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 정보를 전송하는 단계는:
    상기 인터로게이터로부터 통신 초음파를 수신하는 단계; 및
    상기 통신 초음파의 초음파 후방산란을 방출하는 단계;를 포함하고, 상기 초음파 후방산란이 상기 정보를 인코딩하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 통신 초음파의 초음파 후방산란를 방출하는 단계는:
    상기 통신 초음파에 기초하여 전기 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 생성된 전기 신호를 상기 정보에 기초하여 변조시키는 단계;를 포함하고, 상기 변조된 전기 신호가 상기 정보를 상기 초음파 후방산란에 인코딩하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 정보에 기초하여 제2 파동 전력을 갖는 제2 전력 공급 초음파를 생성하도록 구성된 상기 인터로게이터로부터 상기 제2 전력 공급 초음파를 수신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전력 공급 초음파는 펄스 폭 변조(PWM) 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 인터로게이터는 상기 정보에 기초하여 상기 PWM 신호의 순시 강도값 또는 펄스 폭을 조정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 인터로게이터는 상기 정보에 기초하여 상기 PWM 신호의 순간 강도값 및 펄스 폭을 조정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 2 항에 있어서, 상기 전력 공급 초음파는 상기 이식형 장치의 초음파 변환기에서 수신되고, 상기 가용 전력을 결정하는 단계는:
    상기 초음파 변환기의 최대 전압을 결정하는 단계; 및
    상기 최대 전압에 기초하여 상기 가용 전력을 결정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 2 항에 있어서, 상기 가용 전력을 결정하는 단계는:
    상기 전기 신호에 기초하여 에너지 저장 장치를 충전시키는 단계; 및
    상기 에너지 저장 장치에 저장된 에너지에 기초하여 상기 가용 전력을 결정하는 단계:를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 가용 전력은 상기 에너지 저장 장치에 저장된 에너지의 변화율에 기초하여 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 2 항에 있어서, 상기 전기 신호는 제1 전압을 생성하고, 상기 가용 전력을 결정하는 단계는:
    상기 제1 전압을 상기 이식형 장치에 전력을 공급하기 위한 제2 전압으로 변환시키도록 구성된 복수의 커패시터를 제어하기 위한 하나 이상의 스위치를 제어하는 단계; 및
    상기 하나 이상의 스위치 중 적어도 하나의 스위칭 주파수에 기초하여 상기 가용 전력을 결정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 2 항에 있어서, 상기 소비 전력을 결정하는 단계는:
    상기 이식형 장치의 작동 모드에 기초하여 상기 이식형 장치의 소비 전력을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 2 항에 있어서, 상기 소비 전력은 상기 이식형 장치의 부하 회로에 의해 소비되고, 상기 소비 전력을 결정하는 단계는:
    상기 부하 회로를 구동하는 전류의 전류값을 검출하는 단계; 및
    상기 검출된 전류값에 기초하여 상기 소비 전력을 결정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 2 항에 있어서, 상기 가용 전력은 상기 전기 신호에 의해 제공되는 공급 전력을 포함하고, 상기 전기 신호는 제1 전압 노드에서 제1 전압을 생성하고, 상기 방법은 상기 공급 전력이 상기 소비 전력을 초과하는지를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 공급 전력이 상기 소비 전력을 초과하는 것으로 결정되는 것에 응답하여, 상기 제1 전압 노드에 기초하여 에너지 저장 장치를 충전시키는 단계를 포함하고, 상기 에너지 저장 장치를 충전시키는 것은 상기 제1 전압을 감소시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 에너지 저장 장치가 완전히 충전되었는지 여부를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 공급 전력이 상기 소비 전력을 초과하고 상기 에너지 저장 장치가 완전히 충전되었다고 결정하는 것에 응답하여, 상기 이식형 장치가 과전력을 받고 있다는 지시를 포함하는 정보를 상기 인터로게이터에 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 지시를 포함하는 정보는 상기 인터로게이터에 의해 수신 가능하도록 구성되고, 상기 인터로게이터가 상기 전력 공급 초음파의 파동 전력보다 작은 제2 파동 전력을 갖는 제2 전력 공급 초음파를 생성하게 만드는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제 19 항에 있어서,
    상기 제1 전압이 소정의 전압 레벨을 초과하는지를 결정하는 단계; 및
    상기 제1 전압이 소정의 전압 레벨을 초과하고 상기 에너지 저장 장치가 완전히 충전되었다고 결정하는 것에 응답하여, 상기 공급 전력을 감소시키기 위해 상기 전력 공급 초음파로부터 상기 전기 신호를 생성하도록 구성된 하나 이상의 스위치를 개방하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제 18 항에 있어서, 상기 공급 전력이 상기 소비 전력보다 작다고 결정하는 것에 응답하여, 상기 제1 전압 노드를 통해 상기 에너지 저장 장치를 방전시키는 단계를 포함하고, 상기 에너지 저장 장치를 방전시키는 것이 상기 제1 전압을 증가시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제 17 항에 있어서, 상기 공급 전력이 상기 소비 전력보다 작다고 결정하는 것에 응답하여, 상기 이식형 장치가 부족전력을 공급받고 있다는 지시를 포함하는 정보를 상기 인터로게이터에 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 지시를 포함하는 정보는 상기 인터로게이터에 의해 수신 가능하도록 구성되고, 상기 인터로게이터가 상기 전력 공급 초음파의 파동 전력보다 더 큰 제2 파동 전력을 갖는 제2 전력 공급 초음파를 생성하게 만드는 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 이식형 장치에 있어서,
    인터로게이터로부터 파동 전력을 갖는 전력 공급 초음파를 수신하고, 상기 전력 공급 초음파를 상기 이식형 장치에 전력을 공급하기 위한 전기 신호로 변환시키도록 구성된 초음파 변환기; 및
    더 많은 전력 또는 더 적은 전력이 상기 이식형 장치에 전송되어야 하는지 여부를 지시하는 정보를 생성하도록 구성된 컨트롤러 회로;를 포함하고,
    상기 초음파 변환기는 또한 상기 정보를 상기 인터로게이터에 전송하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 이식형 장치.
  27. 제 26 항에 있어서, 상기 이식형 장치에서의 가용 전력을 결정하고, 상기 이식형 장치에 의한 소비 전력을 결정하도록 구성된 전력 모니터링 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 이식형 장치.
  28. 제 26 항 또는 제 27 항에 있어서, 상기 정보는 상기 인터로게이터로부터의 더 많은 또는 더 적은 전력에 대한 요청을 포함하는 것을 특징으로 하는 이식형 장치.
  29. 제 28 항에 있어서, 상기 요청은 상기 이식형 장치에서의 가용 전력 및 상기 이식형 장치에 의한 소비 전력에 기초하여 생성되는 것을 특징으로 하는 이식형 장치.
  30. 제 26 항 내지 제 29 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 정보를 전송하기 위해, 상기 초음파 변환기는:
    상기 인터로게이터로부터 통신 초음파를 수신하고;
    상기 통신 초음파의 초음파 후방산란을 방출하도록 구성되고, 상기 초음파 후방산란이 상기 정보를 인코딩하는 것을 특징으로 하는 이식형 장치.
  31. 제 30 항에 있어서, 상기 통신 초음파의 초음파 후방산란를 방출하기 위해, 상기 초음파 변환기는:
    상기 통신 초음파에 기초하여 전기 신호를 생성하고;
    상기 생성된 전기 신호를 상기 정보에 기초하여 변조시키도록 구성되고, 상기 변조된 전기 신호가 상기 정보를 상기 초음파 후방산란에 인코딩하는 것을 특징으로 하는 이식형 장치.
  32. 제 26 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 초음파 변환기는 상기 정보에 기초하여 제2 파동 전력을 갖는 제2 전력 공급 초음파를 생성하도록 구성된 상기 인터로게이터로부터 상기 제2 전력 공급 초음파를 수신하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 이식형 장치.
  33. 제 26 항 내지 제 32 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전력 공급 초음파는 펄스 폭 변조(PWM) 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 이식형 장치.
  34. 제 33 항에 있어서, 상기 인터로게이터는 상기 정보에 기초하여 상기 PWM 신호의 순간 강도값 또는 펄스 폭을 조정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 이식형 장치.
  35. 제 34 항에 있어서, 상기 인터로게이터는 상기 정보에 기초하여 상기 PWM 신호의 순간 강도값 및 펄스 폭을 조정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 이식형 장치.
  36. 제 27 항에 있어서,
    상기 초음파 변환기의 최대 전압을 결정하도록 구성된 전압 센서를 포함하고,
    상기 전력 모니터링 회로는 상기 최대 전압에 기초하여 가용 전력을 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 이식형 장치.
  37. 제 27 항에 있어서, 상기 전기 신호에 기초하여 에너지 저장 장치를 충전시키도록 구성된 전력 컨베이어 회로를 포함하고, 상기 전력 모니터링 회로는 상기 에너지 저장 장치에 저장된 에너지에 기초하여 상기 가용 전력을 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 이식형 장치.
  38. 제 37 항에 있어서, 상기 전력 모니터링 회로는 상기 에너지 저장 장치에 저장된 에너지의 변화율에 기초하여 상기 가용 전력을 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 이식형 장치.
  39. 제 27 항에 있어서, 상기 전기 신호는 제1 전압을 생성하고,
    상기 컨트롤러 회로는 상기 제1 전압을 상기 이식형 장치에 전력을 공급하기 위한 제2 전압으로 변환시키도록 구성된 복수의 커패시터를 제어하기 위한 하나 이상의 스위치를 제어하도록 구성되고,
    상기 전력 모니터링 회로가 상기 하나 이상의 스위치 중 적어도 하나의 스위칭 주파수에 기초하여 상기 가용 전력을 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 이식형 장치.
  40. 제 27 항에 있어서, 상기 전력 모니터링 회로는 상기 이식형 장치의 작동 모드에 기초하여 상기 이식형 장치의 소비 전력을 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 이식형 장치.
  41. 제 27 항에 있어서, 상기 소비 전력은 상기 이식형 장치의 부하 회로에 의해 소비되고, 상기 전력 모니터링 회로는:
    상기 부하 회로를 구동하는 전류의 전류값을 검출하고;
    상기 검출된 전류값에 기초하여 상기 소비 전력을 결정하는 것을 특징으로 하는 이식형 장치.
  42. 제 27 항에 있어서, 상기 가용 전력은 상기 전기 신호에 의해 제공되는 공급 전력을 포함하고, 상기 전기 신호는 제1 전압 노드에서 제1 전압을 생성하고, 상기 컨트롤러 회로는 상기 공급 전력이 상기 소비 전력을 초과하는지를 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 이식형 장치.
  43. 제 42 항에 있어서, 상기 컨트롤러 회로는 상기 공급 전력이 상기 소비 전력을 초과한다고 결정하는 것에 응답하여, 상기 제1 전압 노드에 기초하여 에너지 저장 장치를 충전시키도록 전력 컨베이어 회로를 제어하도록 구성되고, 상기 에너지 저장 장치를 충전시키는 것은 상기 제1 전압을 감소시키는 것을 특징으로 하는 이식형 장치.
  44. 제 43 항에 있어서, 상기 컨트롤러 회로는 상기 에너지 저장 장치가 완전히 충전되었는지 여부를 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 이식형 장치.
  45. 제 44 항에 있어서, 상기 컨트롤러 회로는 상기 공급 전력이 상기 소비 전력을 초과하고 상기 에너지 저장 장치가 완전히 충전되었다고 결정하는 것에 응답하여, 상기 이식형 장치가 과전력을 공급받고 있다는 지시를 포함하는 정보를 상기 인터로게이터에 전송하도록 상기 초음파 변환기를 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 이식형 장치.
  46. 제 45 항에 있어서, 상기 지시를 포함하는 정보는 상기 인터로게이터에 의해 수신 가능하도록 구성되고, 상기 인터로게이터가 상기 전력 공급 초음파의 파동 전력보다 작은 제2 파동 전력을 갖는 제2 전력 공급 초음파를 생성하게 만드는 것을 특징으로 하는 이식형 장치.
  47. 제 44 항에 있어서, 상기 컨트롤러 회로는:
    상기 제1 전압이 소정의 전압 레벨을 초과하는지 결정하고;
    상기 제1 전압이 소정의 전압 레벨을 초과하고 상기 에너지 저장 장치가 완전히 충전되었다고 결정하는 것에 응답하여, 상기 공급 전력을 감소시키기 위해 상기 전력 공급 초음파로부터 상기 전기 신호를 생성하도록 구성된 하나 이상의 스위치를 개방하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 이식형 장치.
  48. 제 43 항에 있어서, 상기 컨트롤러 회로는 상기 공급 전력이 상기 소비 전력보다 작다고 결정하는 것에 응답하여, 상기 제1 전압 노드를 통해 상기 에너지 저장 장치를 방전시키도록 상기 전력 컨베이어 회로를 제어하도록 구성되고, 상기 에너지 저장 장치를 방전시키는 것은 상기 제1 전압을 증가시키는 것을 특징으로 하는 이식형 장치.
  49. 제 42 항에 있어서, 상기 컨트롤러 회로는 상기 공급 전력이 상기 소비 전력보다 작다고 결정하는 것에 응답하여, 상기 이식형 장치가 부족전력을 공급받고 있다는 지시를 포함하는 정보를 상기 인터로게이터에 전송하도록 상기 초음파 변환기를 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 이식형 장치.
  50. 제 49 항에 있어서, 상기 지시를 포함하는 정보는 상기 인터로게이터에 의해 수신 가능하도록 구성되고, 상기 인터로게이터가 상기 전력 공급 초음파의 파동 전력보다 더 큰 제2 파동 전력을 갖는 제2 전력 공급 초음파를 생성하게 만드는 것을 특징으로 하는 이식형 장치.
  51. 인터로게이터 장치에 있어서,
    초음파 변환기를 포함하고,
    상기 초음파 변환기는:
    제1 파동 전력을 갖는 제1 전력 공급 초음파를 이식형 장치에 전송하고;
    더 많은 전력 또는 더 적은 전력이 상기 이식형 장치에 전송되어야 하는지 여부를 지시하는 정보를 포함하는 통신 초음파를 상기 이식형 장치로부터 수신하고;
    상기 정보에 기초하여 제2 전력을 갖는 제2 전력 공급 초음파를 상기 이식형 장치에 전송하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 인터로게이터 장치.
  52. 제 51 항에 있어서,
    컨트롤러를 포함하고,
    상기 컨트롤러는:
    상기 통신 초음파로부터 상기 정보를 추출하고;
    상기 제2 전력을 갖는 제2 전력 공급 초음파를 전송하도록 상기 초음파 변환기를 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 인터로게이터 장치.
  53. 제 51 항 또는 제 52 항에 있어서, 상기 제2 전력 공급 초음파는 펄스 폭 변조(PWM) 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 인터로게이터 장치.
  54. 제 53 항에 있어서, 상기 초음파 변환기는 제2 전력 공급 초음파가 제2 파동 전력을 갖도록 하기 위해 상기 정보에 기초하여 PWM 신호의 순간 강도값 또는 펄스 폭을 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 인터로게이터 장치.
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