KR20230056703A - 초음파를 사용하여 전력을 공급받는 이식형 장치의 추적 - Google Patents
초음파를 사용하여 전력을 공급받는 이식형 장치의 추적 Download PDFInfo
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Abstract
초음파를 사용하여 피험자에게 이식형 장치를 발견하거나 추적하기 위한 방법 및 시스템 실시예가 설명된다. 이식형 장치를 추적하는 방법은 이식형 장치와 동기화 상태를 확립하는 단계, 이식형 장치의 위치를 추정하는 단계, 및 초음파 신호 강도에 따라 초음파 빔이 포커싱되고 있는 위치를 유지할지 또는 조정할지 여부를 판정하는 단계를 포함할 수 있다. 초음파를 사용하여 전력을 공급받는 이식형 장치를 발견하는 방법은 초음파 빔을 방출하여 복수의 초점에 연속적으로 포커싱하는 단계, 초점에 포커싱된 초음파 빔에 대응하는 초음파 후방 산란을 수신하는 단계, 및 수신된 초음파 후방 산란을 발견되어야 하는 이식형 장치와 연관된 사전 결정된 패턴과 비교하여 초음파 후방 산란이 사전 결정된 패턴을 포함할 가능성을 나타내는 점수를 생성하는 단계; 및 점수에 기초하여 이식형 장치의 위치를 판정하는 단계를 포함한다.
Description
(관련 출원에 대한 상호 참조)
본 출원은 2020년 8월 24일에 출원된 미국 가출원 번호 제63/069,522호에 대한 우선권을 주장하며, 이는 다양한 목적으로 참조로서 본 명세서에 통합된다.
(본 발명의 분야)
본 발명은 일반적으로 초음파를 사용하여 이식형 장치에 전력을 공급하는 것에 관한 것이며, 보다 상세하게는 이식형 장치에 전력을 효과적으로 전달하기 위해 초음파를 사용하여 이식형 장치(implantable device)를 추적하는 것에 관한 것이다.
환자의 다양한 질병(medical condition)을 치료하기 위한 방법이 개발되었다. 이러한 방법은 환자의 신체 내에 심장 또는 신경 바이오 임플란트와 같은 이식 가능한 의료 기기를 삽입하는 것과 관련될 수 있다. 이러한 이식형 장치를 무선 방식으로 동작시키는 것은 많은 생물의학 응용 분야에서 지속적인 기술 과제이다. 이는 부분적으로 무선 장치를 제어하기 위해 무선 주파수(RF)를 사용하는 기존의 접근 방식이 생물의학적 맥락에서 많은 제한이 있고 환자에게 건강 위험을 초래할 수 있기 때문이다. 예를 들어, RF를 처리하는데 필요한 RF 안테나는 큰 폼 팩터(form factor)를 가질 수 있으며 RF 안테나를 사용하는 이식형 장치가 너무 커서 신체의 여러 위치에 안전하고 편안하게 배치될 수 없다. 생물학적 조직은 또한 RF 반송파 주파수로부터 에너지를 쉽게 흡수하는 경향이 있어 이식형 장치의 이식 가능한 깊이를 제한할 수 있다. 또한, RF 에너지의 높은 흡수율로 인해 생체 조직이 과열되어 환자의 건강에 위험을 초래할 수 있다.
RF를 사용하는 것의 한 대안은 초음파를 방출하는 외부 초음파 인터로게이터(interrogator)를 사용하여 환자 몸속의 소형 이식형 장치를 동작하고 전력을 공급하는 것이다. 그러나, 사용 중에 인터로게이터와 이식형 장치 사이의 움직임으로 인해 종종 인터로게이터와 표적 이식형 장치가 정렬되지 않는 경우가 있다. 예를 들어, 신체 움직임 또는 환자의 호흡으로 인해 이식형 장치의 위치가 변경될 수 있다. 마찬가지로, 인터로게이터 조작자의 움직임(예컨대, 손 떨림 또는 신체 움직임)으로 인해, 인터로게이터의 위치가 변경될 수 있다. 두 경우 모두, 인터로게이터는 오정렬로 인해 이식형 장치에 효율적으로 전력을 공급하지 못할 수 있다. 오정렬을 보상하기 위해 인터로게이터가 전달하는 전력을 증가시킬 수 있지만, 초음파 전력은 규제 지침 내에 있어서야 하고 환자의 신체에 해를 끼치지 않을 정도로만 증가될 수 있다. 이식형 장치가 효율적으로 추적되지 않으면, 이식형 장치에 충분한 전력이 공급되지 않을 수 있으며 그 동작을 신뢰할 수 없을 수 있다.
본 명세서에 언급된 모든 간행물, 특허 및 특허 출원의 개시 내용은 각각 그 전체가 참조로서 본 명세서에 포함된다. 참조로서 포함된 모든 참조 문헌이 본 개시 내용과 충돌하는 경우, 본 개시 내용이 우선한다.
초음파를 사용하여 이식 장치를 동작시키는 전력을 공급하는 것은 생물학적 조직이 RF 파와 같은 다른 유형의 파동보다 초음파의 흡수율이 현저히 낮기 때문에 다른 접근법보다 유리할 수 있다. 초음파의 이러한 특성은 조직에 의해 흡수된 에너지로 인한 조직 가열을 감소시킬 뿐만 아니라 피험자의 더 깊은 깊이에 장치를 이식할 수 있게 한다. 예를 들어, 이식형 장치는 인터로게이터에 의해 방출된 초음파를 수신하고 수신된 초음파의 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환하여 이식형 장치에 전력을 공급할 수 있는 초음파 트랜스듀서(ultrasonic transducer)를 포함할 수 있다. 그러나, 인터로게이터가 초음파를 사용하여 전력을 공급받는 이식형 장치를 효율적으로 추적할 수 있도록 해야 할 필요성이 남아 있다.
일부 실시예에서, 이식형 장치에 공급되는 전력을 유지하기 위해 초음파를 사용하여 전력을 공급받는 이식형 장치를 추적하는 방법은 이식형 장치와의 동기화 상태를 확립하는 단계로서, 초음파 빔을 제1 초점으로 방출하고 방출된 초음파 빔에 대응하는 제1 초음파 후방 산란을 수신하는 단계; 제1 초음파 후방 산란에 기초하여 제1 신호 강도를 판정하는 단계; 및 상기 제1 신호 강도가 사전 결정된 임계값 이상이라는 판정에 응답하여 이식형 장치와의 동기화 상태를 확립하는 단계를 포함하는 것인, 상기 동기화 상태를 확립하는 단계; 이식형 장치의 위치를 추정하는 단계; 제1초점보다 추정 위치에 더 가까운 제2 초점으로 초음파 빔을 방출하고 방출된 초음파 빔에 대응하는 제2 초음파 후방 산란을 수신하는 단계; 제2 초음파 후방 산란에 기초하여 제2 신호 강도를 판정하는 단계; 및 판정된 제2 신호 세기와 상기 제1 신호 세기를 비교하여 방출된 초음파 빔의 포커싱 위치를 유지할 것인지 또는 조정할 것인지를 판정하는 단계를 포함할 수 있다.
이식형 장치를 추적하기 위한 방법의 일부 실시예에서, 동기화 상태를 확립하는 단계는 제1 신호 강도가 사전 결정된 임계값을 충족하는 제1 초점을 판정하기 위해 탐색 영역 내의 복수의 초점에 연속적으로 포커싱하도록 초음파 빔을 제어하는 단계를 포함한다. 일부 실시예에서, 초음파 빔을 제어하는 단계는 제1 초음파 후방 산란으로부터 판정된 제1 신호 강도가 사전 결정된 임계값보다 높은 것으로 판정될 때까지 복수의 초점에 연속적으로 포커싱하기 위해 제1 방향으로 초음파 빔을 지향하는 단계를 포함한다.
이식형 장치를 추적하기 위한 방법의 일부 실시예에서, 이 방법은, 판정된 초음파 빔의 초점을 제2 초점에 유지한다는 판정에 응답하여, 판정된 제2 초점에 포커싱하도록 초음파 빔을 유지하는 단계, 및 초음파 빔이 판정된 제2 초점에 포커싱되는 동안 수신되는 초음파 후방 산란으로부터 판정된 신호 세기를 모니터링하는 단계를 포함한다.
일부 실시예에서, 모니터링된 신호 강도는 인터로게이터에서 수신된 초음파 후방 산란으로 정보를 인코딩하기 위해 이식형 장치에 의해 생성된 변조된 신호에 대응한다. 일부 실시예에서, 인코딩된 정보는 이식형 장치를 고유하게 식별한다.
이식형 장치를 추적하기 위한 방법의 일부 실시예에서, 이 방법은, 초음파 빔의 제2 초점을 조정하라는 판정에 응답하여, 갱신된 초점에 대해 수신된 초음파 후방 산란에서 판정된 신호 강도가 더 이상 증가하지 않을 때까지, 수신된 초음파 후방 산란을 기반으로 이식형 장치의 위치를 반복적으로 추정하고 추정된 위치 방향으로 초음파 빔의 초점을 갱신하는 단계를 포함한다.
이식형 장치를 추적하기 위한 방법의 일부 실시예에서, 제1 초음파 후방 산란에 기초하여 제1 신호 강도를 판정하는 단계는 제1 초음파 후방 산란으로부터 이식형 장치와 관련된 임프란트 신호를 추출하는 단계; 및 추출된 주입 신호에 기초하여 제1 신호 강도를 판정하는 단계를 포함한다. 일부 실시예에서, 임플란트 신호를 추출하는 단계는 임플란트 신호를 추출하기 위해 후방 산란 초음파로부터의 신호 간섭을 제거하는 단계를 포함한다. 일부 실시예에서, 방법은 추출된 임플란트 신호에 기초하여 추적되는 이식형 장치를 식별하는 단계를 포함한다.
이식형 장치를 추적하기 위한 방법의 일부 실시예에서, 제1 초음파 후방 산란은 이식형 장치에 의해 제1 초음파 후방 산란으로 인코딩된 임프란트 신호를 포함하는 제1 부분, 및 임프란트 신호를 포함하지 않는 제2 부분을 포함한다. 일부 실시예에서, 방법은 제1 초음파 후방 산란의 제1 부분과 제2 부분을 비교하는 것에 기초하여 임플란트 신호의 제1 신호 강도를 판정하는 단계를 포함한다.
이식형 장치를 추적하기 위한 방법의 일부 실시예에서, 이식형 장치의 위치는 동기화 상태를 확립한 후에 추정된다.
이식형 장치를 추적하기 위한 방법의 일부 실시예에서, 이식형 장치의 위치는 수신 빔포밍에 기초하여 추정된다.
이식형 장치를 추적하기 위한 방법의 일부 실시예에서, 이 방법은 로컬 최대 신호 강도와 관련된 초점을 판정하는 단계로서, 반복적으로: 이식형 장치의 위치를 추정하는 단계; 현재 초점에 대한 이식형 장치의 추정된 위치의 방향에 기초하여 현재 초점으로부터 테스트 초점으로 초음파 빔을 지향시키는 단계로서, 현재 초점은 이전 초점이 되는, 상기 단계; 초음파 빔이 테스트 초점으로 방출될 때의 초음파 후방 산란을 기초로 하여 신호 강도를 판정하는 단계; 및 상기 테스트 초점으로 초음파 빔이 방출될 때의 신호 세기와 이전 초점으로 초음파 빔이 조사될 때의 신호 세기를 비교하는 단계를 포함한다. 일부 실시예에서, 이 방법은 로컬 최대값과 관련된 초점을 판정한 것에 응답하여, 이식형 장치와 정상 상태(steady state)를 확립하는 단계를 포함하고, 여기서, 신호 강도가 사전 결정된 제2 임계값 미만으로 감소하면, 로컬 최대 신호와 관련된 초점이 다시 판정된다.
이식형 장치를 추적하기 위한 방법의 일부 실시예에서, 방출된 초음파 빔이 포커싱되는 위치를 유지할지 여부를 판정하는 단계는 인터로게이터의 움직임을 모니터링하는 단계; 및 모니터링된 움직임에 기초하여 초음파 빔의 초점에 대한 조정을 판정하는 단계를 포함한다.
이식형 장치를 추적하기 위한 방법의 일부 실시예에서, 이 방법은 인터로게이터 장치에서 수행되는 단계를 포함한다.
초음파를 사용하여 동력을 공급받는 이식형 장치를 추적하기 위한 시스템의 일부 실시예에서, 이 시스템은 복수의 트랜스듀서를 포함하는 트랜스듀서 어레이; 및 컨트롤러를 포함하고, 이 컨트롤러는: 이식형 장치와의 동기화 상태를 확립하고, 초음파 빔을 제1 초점으로 방출하고 방출된 초음파 빔에 대응하는 제1 초음파 후방 산란을 수신하도록 트랜스듀서 어레이를 제어하고; 제1 초음파 후방 산란에 기초하여 제1 신호 강도를 판정하고; 제1 신호 강도가 사전 결정된 임계값 이상이라는 판정에 응답하여 이식형 장치와의 동기화 상태를 확립하고; 이식형 장치의 위치를 추정하고; 제1 초점보다 추정된 위치에 더 가까운 제2 초점으로 초음파 빔을 방출하고 방출된 초음파 빔에 대응하는 제2 초음파 후방 산란을 수신하도록 트랜스듀서 어레이를 제어하고; 제2 초음파 후방 산란에 기초하여 제2 신호 강도를 판정하고; 판정된 제2 신호 강도와 제1 신호 강도의 비교에 기초하여 방출된 초음파 빔이 포커싱되는 위치를 유지할지 또는 조정할지 여부를 판정하도록 구성된다.
초음파를 사용하여 전력을 공급받는 이식형 장치를 발견하기 위한 방법의 일부 실시예에서, 이 방법은 초음파 빔을 방출하여 복수의 초점에 순차적으로 포커싱하는 단계; 복수의 초점의 각 초점에서: 초점에 위치한 경우, 이식형 장치가 초음파 빔의 초음파 에너지를 전기 에너지로 변환하여 파워 오프 상태에서 파워 온 상태로 진입하는 것을 허용하는 지속기간(duration) 동안 초점에 포커싱된 초음파 빔을 유지하는 단계, 상기 초점에 포커싱된 초음파 빔에 대응하는 초음파 후방 산란을 수신하는 단계, 및 수신된 초음파 후방 산란을 발견되어야 할 이식형 장치와 연관된 사전 결정된 패턴과 비교하여 초음파 후방 산란이 사전 결정된 패턴을 포함할 가능성을 나타내는 점수를 생성하는 단계; 및 복수의 초점 내의 각각의 초점에 대해 생성된 복수의 스코어에 기초하여 복수의 초점으로부터 이식형 장치의 위치를 판정하는 단계를 포함한다.
이식형 장치를 발견하기 위한 방법의 일부 실시예에서, 이 방법은 이식형 장치가 파워 온 상태로 진입하게 하는 단계를 포함한다.
이식형 장치를 발견하기 위한 방법의 일부 실시예에서, 이 방법은 이식형 장치의 판정된 위치에 대응하는 초점에 집중된 인터로게이터에 의해 방출된 초음파를 사용하여 이식형 장치와의 초음파 통신 링크를 확립하는 단계를 더 포함한다.
이식형 장치를 발견하기 위한 방법의 일부 실시예에서, 복수의 초점은 초음파 빔의 조종 가능한 범위에 대응한다.
이식형 장치를 발견하기 위한 방법의 일부 실시예에서, 사전 결정된 패턴은 하나 이상의 구형파를 포함한다.
이식형 장치를 발견하기 위한 방법의 일부 실시예에서, 사전 결정된 패턴은 이식형 장치를 고유하게 식별한다.
이식형 장치를 발견하기 위한 방법의 일부 실시예에서, 사전 결정된 패턴은 이식형 장치에 의해 초음파 후방 산란으로 인코딩된 정보를 포함한다. 일부 실시예에서, 이식형 장치는 방출된 초음파 빔으로부터 초음파를 수신하고 이식형 장치에서 수신된 초음파에 기초하여 생성된 전기 신호를 변조함으로써 정보를 초음파 후방 산란으로 인코딩한다.
이식형 장치를 발견하기 위한 방법의 일부 실시예에서, 이식형 장치의 위치를 판정하는 단계는 복수의 초점 내의 초점의 서브세트로부터 초점을 선택하는 단계를 포함하고, 초점의 서브세트 내의 각각의 초점에 대응하는 점수는 사전 결정된 임계값 초과이다.
이식형 장치를 발견하기 위한 방법의 일부 실시예에서, 이식형 장치의 위치를 판정하는 단계는 복수의 점수에 기초하여 복수의 초점으로부터 이식형 장치의 가장 가능성이 높은 위치의 한 초점을 선택하는 단계를 포함한다.
이식형 장치를 발견하기 위한 방법의 일부 실시예에서, 이 방법은 이식형 장치의 위치를 확인하는 단계를 포함하고, 이는 사전 결정된 시간 동안 선택된 초점에 포커싱하도록 초음파 빔을 방출하는 단계; 및 초음파 빔이 선택된 초점에 포커싱되는 동안 수신된 초음파 후방 산란을 분석하여 이식형 장치가 선택된 초점에 위치함을 확인하는 단계를 포함한다. 일부 실시예에서, 이 방법은 이식형 장치가 선택된 초점에 위치한다는 것을 확인한 것에 응답하여, 초음파 빔을 선택된 초점에 유지하는 단계를 포함한다.
일부 실시예에서, 이식형 장치를 발견하기 위한 방법은 인터로게이터 장치에서 수행된다. 일부 실시예에서, 인터로게이터는 트랜스듀서 어레이에 복수의 트랜스듀서를 포함하고, 복수의 초점에 연속적으로 포커싱하도록 초음파 빔을 방출하는 단계는 복수의 초점에 연속적으로 포커싱하기 위해 초음파 빔에 초음파를 송신하도록 복수의 트랜스듀서를 제어하는 단계를 포함한다. 일부 실시예에서, 초음파 빔을 방출하는 단계는 트랜스듀서 어레이의 조종 가능한 각도 범위에서 복수의 초점의 각각의 초점에 포커싱된 초음파 빔을 연속적으로 지향시키는 단계를 포함한다. 일부 실시예에서, 초음파 빔을 방출하는 단계는 트랜스듀서 어레이를 기계적으로 이동시켜 복수의 초점의 각각의 초점에 포커싱된 초음파 빔을 연속적으로 지향시키는 단계를 포함한다. 일부 실시예에서, 초음파 빔을 방출하는 단계는 복수의 초점의 각각의 초점에 포커싱된 초음파 빔을 연속적으로 지향시키기 위해 트랜스듀서 어레이의 각각의 트랜스듀서에 전력이 공급되는 시기를 제어하는 단계를 포함한다.
이식형 장치를 발견하기 위한 방법의 일부 실시예에서, 상기 이식형 장치는 파워 오프 상태에서 파워 온 상태로 진입하기 위해 초음파 빔의 초음파로부터 변환된 전기 에너지를 저장하기 위한 하나 이상의 커패시터를 포함한다.
전술한 방법의 일부 실시예에서, 초음파 빔은 10mm 미만의 스폿 크기를 갖는다.
일부 실시예에서, 초음파를 사용하여 전력을 공급받는 이식형 장치를 발견하기 위한 인터로게이터 장치는, 복수의 트랜스듀서를 포함하는 트랜스듀서 어레이; 컨트롤러를 포함하고, 이 컨트롤러는: 복수의 초점에 연속적으로 포커싱된 초음파 빔을 방출하도록 트랜스듀서 어레이를 제어하고; 복수의 초점의 각각의 초점에서: 초점에 위치한 경우, 이식형 장치가 초음파 빔의 초음파 에너지를 전기 에너지로 변환하여 파워 오프 상태에서 파워 온 상태로 진입하는 것을 허용하는 지속기간 동안 초점에 포커싱된 초음파 빔을 유지하고, 방출된 초음파 빔에 대응하는 초음파 후방 산란을 수신하고, 그리고 수신된 초음파 후방 산란을 발견될 이식형 장치와 연관된 사전 결정된 패턴과 비교하여 초음파 후방 산란이 사전 결정된 패턴을 포함할 가능성을 나타내는 점수를 생성하고; 그리고 복수의 대응 초점에 대해 생성된 복수의 점수에 기초하여 복수의 초점으로부터 이식형 장치의 위치를 판정하도록 구성된다.
전술한 방법 실시예 중 임의의 실시예에 따라 초음파를 사용하여 이식형 장치를 동작하기 위한 다양한 시스템 실시예가 여기에 추가로 설명된다.
전술한 설명 및 아래의 실시예의 상세한 설명은 첨부된 도면과 함께 읽을 때 더 잘 이해된다. 본 발명을 예시하기 위해, 도면은 본 발명의 예시적인 실시예를 도시한다. 그러나, 본 발명은 개시된 특정 방법 및 도구로 제한되지 않는다. 도면에서:
도 1은 일부 실시예에 따라 인터로게이터에 의해 방출된 초음파를 사용하여 이식형 장치에 전력을 공급하는 시스템을 도시한다.
도 2는 일부 실시예에 따라 이식형 장치에 전력을 공급하기 위해 방출된 초음파의 일부를 보여주는 패널을 도시한다.
도 3은 일부 실시예에 따라 인터로게이터가 인터로게이터에서 수신한 초음파 후방 산란을 처리하는 방법을 보여주는 패널을 도시한다.
도 4a는 일부 실시예에 따라 인터로게이터가 이식형 장치를 발견하고 전력을 공급하기 위해 초음파(US) 빔이 포커싱되는 위치를 어떻게 제어하는지를 보여주는 예시적인 다이어그램을 도시한다.
도 4b는 일부 실시예에 따라 인터로게이터가 이식형 장치에 효과적으로 전력을 공급하기 위해 US 빔이 포커싱되는 위치를 어떻게 제어하는지를 보여주는 예시적인 다이어그램을 도시한다.
도 5는 일부 실시예에 따라 초음파를 사용하여 하나 이상의 이식형 장치에 전력을 공급하도록 구성된 인터로게이터를 도시한다.
도 6은 일부 실시예에 따라 초음파를 사용하여 전력을 공급받고 동작되는 이식형 장치를 도시한다.
도 7은 일부 실시예에 따라 초음파를 사용하여 이식형 장치를 발견하기 위한 방법을 도시한다.
도 8은 일부 실시예에 따라 초음파를 사용하여 이식형 장치에 효과적으로 전력을 공급하기 위한 인터로게이터의 예시적인 동작 로직을 보여주는 도면을 도시한다.
도 9는 일부 실시예에 따라 초음파를 사용하여 전력을 공급받는 이식형 장치를 추적하는 방법을 도시한다.
도 10은 일부 실시예에 따라 이식형 장치에 공급되는 전력을 효과적으로 유지하기 위해 초음파를 사용하여 전력을 공급받는 이식형 장치를 추적하는 방법을 도시한다.
도 11은 일부 실시예에 따라 이식형 장치에 공급되는 전력을 효과적으로 유지하기 위해 초음파를 사용하여 전력을 공급받는 이식형 장치를 추적하는 방법을 도시한다.
도 12는 일부 실시예에 따라 인터로게이터에 의해 수신된 초음파 후방 산란으로 이식형 장치에 의해 인코딩된 패턴을 보여주는 예시적인 다이어그램을 도시한다.
도 13은 일부 실시예에 따라 인터로게이터가 발견 모드에서 이식형 장치의 위치를 얼마나 정확하게 추정하는지를 보여주는 예시적인 차트를 도시한다.
도 14는 일부 실시예에 따라 피험자의 신경과 상호작용하도록 구성된 이식형 장치의 도면을 도시한다.
도 1은 일부 실시예에 따라 인터로게이터에 의해 방출된 초음파를 사용하여 이식형 장치에 전력을 공급하는 시스템을 도시한다.
도 2는 일부 실시예에 따라 이식형 장치에 전력을 공급하기 위해 방출된 초음파의 일부를 보여주는 패널을 도시한다.
도 3은 일부 실시예에 따라 인터로게이터가 인터로게이터에서 수신한 초음파 후방 산란을 처리하는 방법을 보여주는 패널을 도시한다.
도 4a는 일부 실시예에 따라 인터로게이터가 이식형 장치를 발견하고 전력을 공급하기 위해 초음파(US) 빔이 포커싱되는 위치를 어떻게 제어하는지를 보여주는 예시적인 다이어그램을 도시한다.
도 4b는 일부 실시예에 따라 인터로게이터가 이식형 장치에 효과적으로 전력을 공급하기 위해 US 빔이 포커싱되는 위치를 어떻게 제어하는지를 보여주는 예시적인 다이어그램을 도시한다.
도 5는 일부 실시예에 따라 초음파를 사용하여 하나 이상의 이식형 장치에 전력을 공급하도록 구성된 인터로게이터를 도시한다.
도 6은 일부 실시예에 따라 초음파를 사용하여 전력을 공급받고 동작되는 이식형 장치를 도시한다.
도 7은 일부 실시예에 따라 초음파를 사용하여 이식형 장치를 발견하기 위한 방법을 도시한다.
도 8은 일부 실시예에 따라 초음파를 사용하여 이식형 장치에 효과적으로 전력을 공급하기 위한 인터로게이터의 예시적인 동작 로직을 보여주는 도면을 도시한다.
도 9는 일부 실시예에 따라 초음파를 사용하여 전력을 공급받는 이식형 장치를 추적하는 방법을 도시한다.
도 10은 일부 실시예에 따라 이식형 장치에 공급되는 전력을 효과적으로 유지하기 위해 초음파를 사용하여 전력을 공급받는 이식형 장치를 추적하는 방법을 도시한다.
도 11은 일부 실시예에 따라 이식형 장치에 공급되는 전력을 효과적으로 유지하기 위해 초음파를 사용하여 전력을 공급받는 이식형 장치를 추적하는 방법을 도시한다.
도 12는 일부 실시예에 따라 인터로게이터에 의해 수신된 초음파 후방 산란으로 이식형 장치에 의해 인코딩된 패턴을 보여주는 예시적인 다이어그램을 도시한다.
도 13은 일부 실시예에 따라 인터로게이터가 발견 모드에서 이식형 장치의 위치를 얼마나 정확하게 추정하는지를 보여주는 예시적인 차트를 도시한다.
도 14는 일부 실시예에 따라 피험자의 신경과 상호작용하도록 구성된 이식형 장치의 도면을 도시한다.
이제, 인터로게이터에 의해 방출되는 초음파를 사용하여 피험자 내의 이식형 장치를 발견하고 추적하기 위한 시스템 및 방법이 설명된다. 이식형 장치는 인터로게이터에서 방출되는 초음파를 수신하고 수신된 초음파의 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환하도록 구성된 초음파 트랜스듀서를 포함할 수 있다. 이식형 장치는 초음파에 의해 전송된 전력을 받기 때문에 인터로게이터로부터의 전력 전송이 효율적이고 안정적이어야 한다. 일부 실시예에서, 이러한 기능을 제공하기 위해, 인터로게이터는 전력이 방출된 초음파에 의해 이식형 장치로 효율적으로 전달되고 있는지 여부를 평가하기 위해 이식형 장치와 통신할 수 있어야 한다. 일부 실시예에서, 이식형 장치는 인터로게이터에 의해 방출된 초음파에 대응하는 초음파 후방 산란 내에 임플란트 신호를 삽입하기 위해 이식형 장치 상의 초음파 트랜스듀서에서 전기 신호를 변조하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 삽입된 신호는 이식형 장치에 의해 생성되거나 그와 관련된 정보를 포함할 수 있다.
이 메커니즘을 통해, 인터로게이터는 수신된 초음파 후방 산란에서 추출된 임플란트 신호의 신호 강도를 도출하고 도출된 신호 강도를 초음파 전력이 임플란트 장치에 얼마나 효과적으로 전달되고 있는지에 대한 지표로 사용하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 인터로게이터의 방출된 초음파(US) 빔과 환자 또는 인터로게이터 조작자의 움직임으로 인해 발생할 수 있는 이식형 장치 사이의 정렬 불량으로 인해 파생된 신호 강도가 낮거나 감소될 수 있다. 따라서, 인터로게이터는 US 빔의 빔 초점을 제어하여 정렬을 증가시키고 따라서 이식형 장치의 초음파 트랜스듀서에 입사되는 전력을 최대화하도록 구성될 수 있다. 또한, 인터로게이터는 초음파 후방 산란으로부터 판정된 신호 강도를 모니터링하여 이식형 장치와의 정렬 및 효율적인 전력 전달을 유지하기 위해 위치가 변할 때 이식형 장치를 추적하도록 구성될 수 있다.
도 1은 일부 실시예에 따라 인터로게이터(106)에 의해 방출된 초음파를 사용하여 이식형 장치(120)에 전력을 공급하기 위한 시스템(100)을 도시한다. 일부 실시예에서, 이식형 장치(120)는 환자와 같은 피험자 내에 이식될 수 있고 인터로게이터(106)는 피험자의 외부에 있을 수도 있고(즉, 이식되지 않음) 또는 완전히 이식된 별도의 장치일 수도 있다. 시스템(100)에 도시된 바와 같이, 이식형 장치(120)는 일 영역(102)(예를 들어, 피험자의 피부 영역)에 위치되고 피험자 내에 이식될 수 있다.
일부 실시예에서, 인터로게이터(106)는 이식형 장치(120)에 전력을 공급하기 위해 초음파를 좁은 초음파(US) 빔(110)으로 방출하도록 복수의 초음파 트랜스듀서(108)를 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 5와 관련하여 아래에서 추가로 설명되는 바와 같이, 초음파 트랜스듀서(108)는 트랜스듀서 어레이로서 제공될 수 있고 인터로게이터(106)는 초음파 트랜스듀서(108)를 개별적으로 제어하여 전자 빔 포밍(electronic beam forming)으로 알려진 기술로 US 빔(110)을 생성할 수 있다. 이 기술의 결과로서, 복수의 초음파 트랜스듀서(108)에 의해 방출된 초음파의 파면은 가장 높은 빔 강도를 갖는 US 빔(110)의 특정 부분에 대응하는 초점(112)에서 교차할 것이다. 또한 초점(112)은 US 빔(110)의 빔 직경의 가장 좁은 부분에 대응한다. 따라서, 인터로게이터(106)는 US 빔(110)의 초음파 파워를 제한된 영역, 즉 초점(112)으로 전달할 수 있다. 또한, 인터로게이터(106)는 초음파 트랜스듀서(108)를 개별적으로 제어하여 초점(112)의 위치를 변경하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 인터로게이터(106)는 약 1mm 이하, 약 2mm 이하, 약 3mm 이하, 약 5mm 이하, 약 7mm 이하 또는 약 10mm 이하의 스폿 크기를 갖는 US 빔(110)을 생성할 수 있다. 일부 실시예에서, 인터로게이터(106)는 적어도 0.5mm, 적어도 1mm, 적어도 2mm, 적어도 3mm, 적어도 5mm 또는 적어도 7mm의 스폿 크기를 갖는 US 빔(110)을 생성할 수 있다. 일부 실시예에서, 스폿 크기는 약 2-8mm, 2-5mm, 또는 2-4mm 사이일 수 있다.
초음파 트랜스듀서(108)가 2D 트랜스듀서 어레이의 요소들인 일부 실시예에서, 인터로게이터(106)는 수직 축(114A 및 114B)으로 표현되는 평면 내에서 US 빔(110)의 초점(112)의 위치를 변경할 수 있다. 다시 말해, 인터로게이터(106)는 예를 들어, 영역(102)을 둘러쌀 수 있는 초음파 트랜스듀서(108)의 조종 가능한 범위 내의 복수의 위치로 초점(112)을 향하게 할 수 있다. 일부 실시예에서, 아래에 더 설명되는 바와 같이, 인터로게이터(106)는 US 빔(110)과 이식형 장치(120) 사이의 정렬을 증가시키기 위해 US 빔(110)이 포커싱되는 위치를 제어할 수 있다. 증가된 정렬은 초음파 전력이 이식형 장치(120)로 보다 효과적으로 전달될 수 있게 할 뿐만 아니라 초음파 전력이 안전하지 않은 수준 이상으로 증가될 필요가 없기 때문에 더 높은 장치 신뢰성과 안전성을 증가시킨다. 도시된 바와 같이, 인터로게이터(106)는 US 빔(110) 형태의 반송파 신호를 포함하는 초음파를 송신할 수 있다.
일부 실시예에서, 이식형 장치(120)는 도 5 내지 도 6과 관련하여 아래에서 추가로 설명되는 바와 같이 인터로게이터(106)로부터 방출되는 초음파에 의해 무선으로 전력 공급되고 동작될 수 있다. 예를 들어, 이식형 장치(120)는 US 빔(110)의 초음파를 수신하고 초음파의 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환하여 이식형 장치(120)에 전력을 공급하고 동작시키도록 구성된 하나 이상의 초음파 트랜스듀서(122)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 이식형 장치(120)는 환자의 생리학적 상태를 검출하거나 측정하도록 제어될 수 있는 하나 이상의 센서(124)를 포함할 수 있다. US 빔(110)이 이식형 장치(120)와 더 잘 정렬될수록, 즉 초점(112)이 이식형 장치(120)에 더 가까울수록, 이식형 장치(120)의 하나 이상의 초음파 트랜스듀서(122)가 US 빔(110)의 초음파로부터 더 많은 기계적 에너지를 추출할 수 있다.
일부 실시예에서, 인터로게이터(106)가 초음파를 사용하여 이식형 장치(120)를 추적하거나 발견할 수 있도록 하기 위해, 이식형 장치(120)는 초음파 통신을 통해 인터로게이터(106)와 무선으로 통신하도록 구성될 수 있다. 특히 도 6과 관련하여 아래에서 추가로 설명되는 바와 같이, 이식형 장치(120)는 초음파 후방 산란(124) 내에 임플란트 신호를 삽입하기 위해 초음파 트랜스듀서(122)의 전기 신호를 변조하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 임플란트 신호는 이식형 장치(120)에 의해 유도되거나 생성된 정보를 포함할 수 있다. 예를 들어, 이식형 장치(120)는 센서(124)에 의해 생성된 측정치를 포함하는 정보를 내장할 수 있다. 다른 실시예에서, 임플란트 신호는 이식형 장치(120)와 관련된 사전 결정된 패턴을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 인터로게이터(106)는 각각 초음파를 방출하고 수신하기 위해 송신 모드와 수신 모드 사이에서 전환하도록 구성될 수 있다. 송신 모드에서 인터로게이터(106)는 US 빔(110)을 방출할 수 있다. 수신 모드에서, 인터로게이터(106)는 초음파 후방 산란(124)을 수신하고 분석하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 아래에 더 설명되는 바와 같이, 인터로게이터(106)는 수신된 초음파 후방 산란(124)으로부터 임플란트 신호를 추출하여 US 빔(110)과 이식형 장치(120) 사이의 정렬을 증가시키기 위해 초점(112)의 위치를 조정할지 여부와 방법을 판정할 수 있다. 예를 들어, 인터로게이터(106)는 초점(112)의 위치를 조정하는 방법을 판정하기 위해 추출된 임플란트 신호의 신호 강도를 판정하고 모니터링할 수 있다. 일부 실시예에서, 인터로게이터(106)는 수신 빔포밍을 통해 초음파 후방 산란(124)을 수신할 수 있다. 수신된 초음파 후방 산란(124)에 기초하여, 인터로게이터(106)는 이식형 장치(102)의 위치를 추정할 수 있고, 그 추정된 위치를 향한 방향으로 초점(112)을 지향할 수 있다.
일부 실시예에서, 인터로게이터(106)는 임프란트 신호가 초음파 후방 산란(124)에서 수신되는지 여부를 분석함으로써 이식형 장치(120)를 발견하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 이식형 장치(120)는 초기에 전원이 꺼진 상태일 수 있다. 일부 실시예에서, 인터로게이터(106)는 이식형 장치(120)가 전원이 꺼진 상태에서 전원이 켜진 상태로 변경되게 하기에 충분한 초음파 전력을 공급하기 위해 영역(102)의 복수의 초점에 걸쳐 그것의 US 빔(110)을 스윕하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 스타트업 단계 동안, 이식형 장치(120)는 이식형 장치(120)를 식별하는 임프란트 신호를 초음파 후방 산란(124) 내에 내장하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 인터로게이터(106)는 임플란트 신호가 복수의 초점에서 수신된 초음파 후방 산란에 얼마나 존재할 가능성이 있는지 평가하여 위치를 추정하고 따라서 처음에 전원이 꺼진 이식형 장치를 발견할 수 있다.
도 2는 일부 실시예에 따라 이식형 장치에 전력을 공급하기 위해 방출된 초음파의 일부를 보여주는 패널(210A-C)을 도시한다. 예를 들어, 패널(210A-C)에 도시된 초음파는 US 빔(110) 내에서 도 1의 인터로게이터(106)(또는 도 5의 인터로게이터(502))에 의해 방출될 수 있다.
패널(210A)은 방출된 초음파가 초음파 명령(202A 및 202B)과 같은 일련의 초음파 명령을 포함함을 보여준다. 일부 실시예에서, 초음파 명령은 이식형 장치의 동작을 제어하기 위해 초음파를 수신하는 이식형 장치에 의해 수신되고 해독될 수 있다. 예를 들어, 초음파 명령은 이식형 장치에 전원을 공급하여 전원이 꺼진 상태에서 전원이 켜진 상태로 만드는 명령을 포함할 수 있다. 다른 예시적인 초음파 명령은 피험자의 생리학적 상태를 검출하도록 이식형 장치에 요청하고 및/또는 방출된 초음파 후방 산란을 통해 검출된 상태를 인터로게이터로 다시 전송하도록 요청하는 명령을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 각각의 초음파 명령은 초음파의 하나 이상의 펄스(즉, 초음파 펄스라고도 함)의 사전 결정된 패턴을 포함할 수 있다. 예를 들어, 패널(210B)은 3개의 초음파 펄스(예를 들어, 펄스(204A-B))의 시퀀스를 포함할 수 있는 초음파 명령(202B)의 확대 뷰를 보여준다. 예시 목적으로만, 초음파 명령(202B)의 각 펄스의 진폭(즉, 압력 진폭) 및 펄스 폭(즉, 펄스 길이 또는 펄스 지속기간이라고도 함)은 서로 다른 것으로 도시되어 있지만, 그렇지 않을 수도 있다. 일부 실시예에서, 각각의 초음파 펄스의 진폭 또는 펄스 폭은 인터로게이터에 의해 구현되는 초음파 프로토콜에 의해 지시될 수 있다. 따라서, 펄스의 진폭과 펄스 폭은 초음파 프로토콜에 따라 동일할 수도 있고 상이할 수도 있다. 일부 실시예에서, 각각의 고유한 초음파 명령은 초음파 명령을 고유하게 식별하는 사전 결정된 패턴을 포함할 수 있다. 사전 결정된 패턴은 각각 특정 특성(예를 들어, 진폭 및 펄스 폭)을 갖는 다수의 펄스를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 각각의 초음파 펄스는 하나 이상의 반송파 주기(즉, 진동 또는 발진 주기 또는 반송파라고도 함)를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 반송파 주기는 초음파의 단일 발진에 대응할 수 있다. 예를 들어, 패널(210C)은 초음파 펄스(204A)의 펄스 지속기간(208)을 포함하는 5개의 반송파 사이클(예를 들어, 초음파 사이클(206A-B))을 포함하는 초음파 펄스(204A)의 확대 뷰를 보여준다. 일부 실시예에서, 단일 초음파 펄스는 특정 초음파 명령과 같은 특정 정보를 인코딩하기 위해 복수의 반송파 사이클을 포함하는 웨이브 패턴을 포함할 수 있다. 예를 들어, 웨이브 패턴은 적어도 2개의 반송파 사이클이 서로 다른 파장 또는 진폭을 갖는 복수의 반송파 사이클을 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 초음파 펄스(204A) 내의 복수의 반송파 사이클의 신호 특성은 특정 초음파 명령을 나타내기 위해 초음파 프로토콜에 의해 지시될 수 있다. 일부 실시예에서, 초음파 펄스(204A)의 반송파 주기를 불균일하게 함으로써, 더 많은 유형의 초음파 명령이 이식형 장치와 통신하도록 인코딩될 수 있다.
도 3은 일부 실시예에 따라 인터로게이터(예를 들어, 인터로게이터(106))가 인터로게이터에서 수신된 초음파 후방 산란을 처리하는 방법을 보여주는 패널을 도시한다. 일부 실시예에서, 이식형 장치(예를 들어, 도 1의 이식형 장치(120) 또는 도 6의 이식형 장치(602))는 패널(306)에 도시된 바와 같이, 도 2의 패널(210A)에 대해 전술한 것과 같은 수신 초음파에 응답하여 초음파 후방 산란을 방출하도록 구성될 수 있다. 도 1과 관련지어 전술한 바와 같이, 이식형 장치는 방출된 초음파 후방 산란 내에서 임플란트 데이터를 인코딩하기 위해 트랜스듀서 중 하나 이상의 전기 신호를 변조하도록 구성될 수 있다. 도 6과 관련지어 아래에서 추가로 설명되는 바와 같이, 임플란트 데이터는 초음파 명령에 대한 응답을 포함할 수 있다. 예를 들어, 임플란트 데이터는 이식형 장치에서 측정된 센서 데이터를 포함할 수 있다. 다른 예에서, 임플란트 데이터는 이식형 장치의 고유 식별자(예를 들어, 일련 번호)를 포함할 수 있다.
패널(306)은 인터로게이터에서 이식형 장치로부터 수신된 초음파 후방 산란을 보여준다. 일부 실시예에서, 초음파 후방 산란은 도 2의 패널(210A)에 도시된 바와 같이 이식형 장치로 전송된 초음파의 후방 산란에 대응할 수 있다. 패널(306)에 도시된 바와 같이, 초음파 후방 산란은 패널(210A)의 전송된 초음파의 동작 모드 명령 부분의 후방 산란에 대응하는 후방 산란 부분(302A-B)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 송신 사이클의 끝에서 인터로게이터는 초음파 후방 산란을 수신하기 위해 송신 모듈을 분리하고 수신 모듈을 연결하기 위해 스위치(예를 들어, 도 5의 스위치(529))를 제어하도록 구성될 수 있다.
패널(308)은 이식형 장치에 의해 인코딩된 데이터를 후방 산란(304)으로 추출하기 위해 분석될 수 있는 단일 초음파 펄스(304)의 후방 산란의 확대도를 보여준다. 일부 실시예에서, 후방 산란(304)은 아날로그 신호 처리(310)를 통해 분석될 수 있다. 일부 실시예에서, 후방 산란(304)은 디지털 신호 처리(312)를 통해 분석될 수 있다.
일부 실시예에서, 아날로그 신호 처리(310)는 패널(310A-C)에 도시된 일련의 단계를 포함한다. 예를 들어, 패널(310A)에 도시된 바와 같이, 초음파 후방 산란(304)이 필터링될 수 있다. 일부 실시예에서, 인터로게이터에 의해 전송된 초음파는 이식형 장치의 초음파 트랜스듀서의 표면과 같은 이식형 장치에서 반사된다. 트랜스듀서의 표면에서 반사된 후방 산란파의 진폭은 초음파 트랜스듀서로 되돌아오는 전류의 임피던스 변화에 따라 변할 수 있으며, 이는 이러한 후방 산란이 이식형 장치서 생성된 정보를 인코딩하므로 "반응형 후방 산란"이라 지칭될 수 있다. 예를 들어, 패널(310A)에 도시된 초음파 후방 산란 부분의 진폭 특성은 이식형 장치가 초음파 트랜스듀서의 전기 신호를 변조하는 방법에 따라 달라질 수 있다. 이러한 변화는 인터로게이터가 초음파 통신 신뢰도 뿐만 아니라 전력 효율을 증가시키기 위해 US 빔을 이식형 장치와 더 잘 정렬할 수 있도록 할 수 있으며, 이에 대해서는 아래에서 더 설명한다. 필터링된 후방 산란의 추가 분석은 패널(310B)에 도시된 바와 같이 초음파 후방 산란을 정류하고, 패널(310C)에 도시된 바와 같이 데이터를 디코딩하기 위해 정류된 신호를 통합하는 것을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 디지털 신호 처리(312)는 패널(312A-B)에 도시된 일련의 단계를 포함한다. 패널(310A)과 유사하게, 패널(312A)은 필터링된 후방 산란(304)의 확대 뷰를 보여준다. 도 1과 관련하여 전술되고, 도 6과 관련하여 아래에서 추가로 설명된 바와 같이, 이식형 장치는 하이 레벨이 개방 구성에 해당하고 로우 레벨이 폐쇄 구성에 해당하는 디지털 제어 스위치를 통해 압전 초음파 트랜스듀서를 분로(shunt)하여 음향 임피던스를 조절할 수 있다. 패널(312A)은 이식형 장치의 트랜스듀서가 단락/폐쇄 또는 개방 구성인지 여부에 따른 후방 산란(304)의 필터링된 신호 진폭의 차이를 보여준다. 일부 실시예에서, 이식형 장치는 초음파 트랜스듀서의 전극을 단락 및 개방 구성으로 제어하여 후방 산란 내에 임플란트 데이터를 삽입할 수 있다. 스위치 활동으로 인한 임피던스 변화로 인해 폐쇄 스위치 구성에 비해 개방 스위치 구성에서 11.5mV 더 큰 후방 산란 피크 진폭(6.45%의 변조 깊이)이 발생한다.
일부 실시예에서, 이식형 장치는 디지털 데이터를 삽입하기 위해 초음파 트랜스듀서 스위치 움직임을 제어하는 라인 코드를 구현하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 라인 코드는 유니폴라, 폴라, 바이폴라 또는 맨체스터(Manchester) 코드를 포함할 수 있다. 인터로게이터는 디지털 데이터를 디코딩하기 위해 이식형 장치에서 사용하는 라인 코드를 디코딩하는 기능으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 패널(312B)은 트랜스듀서의 변조된 값과 이식형 장치의 트랜스듀서의 대응하는 추출된 변조 값을 보여준다. 추출된 신호 값의 절대값과 노이즈 마진은 이식형 장치의 거리, 방향 및 크기와 같은 다양한 요인에 따라 달라진다. 그러나, 추출된 파형은 이식형 장치의 변조된 신호를 나타내며 선형 스케일링 계수에 따라 달라진다. 예를 들어, 이식형 장치는 11자 ASCII 메시지("hello world")가 인터로게이터와 통신할 수 있는 0레벨 코딩으로의 펄스-진폭-변조 논-리턴(pulse-amplitude-modulated non-return)을 구현할 수 있다. 특히, 패널(312B)에 도시된 바와 같이, 인터로게이터는 추출된 후방 산란 변조 전압에 기초하여 폐쇄 또는 개방 구성의 2개의 트랜스듀서 상태 사이를 구별할 수 있다. 이렇게 추출된 트랜스듀서 상태는 디지털 데이터를 인코딩하기 위해 0과 1의 이진 값으로 매핑될 수 있다. 일부 실시예에서, 디지털 신호 처리(312)는 이식형 장치에 의해 구현되는 라인 코딩 프로토콜이 이식형 장치와 인터로게이터 사이의 초음파 통신 신뢰도를 증가시킬 수 있기 때문에 아날로그 신호 처리(310) 접근법보다 유리할 수 있다.
일부 실시예에서, 이식형 장치에 의해 전달되고 방출된 초음파 후방 산란 내에 내장된 정보는 디지털화될 수 있는 다양한 데이터를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 정보는 이식형 장치에 의해 수집되거나 생성된 데이터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 정보는 온도, 압력, pH, 변형, 분석 물질의 존재 또는 양과 같은 센서 데이터 또는 절대 활동 전위와 같은 전기 생리학적 신호를 포함할 수 있다.
도 4a는 일부 실시예에 따라 인터로게이터(예를 들어, 도 1의 인터로게이터(106))가 어떻게 초음파(US) 빔이 포커싱되어 이식형 장치(402)를 발견하고 전력을 공급하는지 제어하는 방법을 보여주는 예시적인 다이어그램(400A)을 도시한다. 예를 들어, 다이어그램(400A)은 이식형 장치(402)가 피험자 또는 환자에게 이식되는 영역(예를 들어, 영역(102))을 보여준다.
일부 실시예에서, 발견 모드에서, 인터로게이터는 US 빔이 범위(404) 내의 복수의 초점(404A-D)에 포커싱되게 지시하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 인터로게이터는 초점(404A)에서 초점(404D) 쪽으로 선형 방향으로 US 빔을 스윕할 수 있다. 일부 실시예에서, 인터로게이터는 이식형 장치(402)가 초점의 임계 거리 내에 위치하는 경우 전원이 꺼진 상태로부터 전원을 켜는 것을 허용하는 지속기간 동안 각 초점에서 US 빔을 유지할 수 있다.
일부 실시예에서, 인터로게이터는 (406) 및 (408)을 포함하는 다수의 범위에서 US 빔을 스윕하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 각각의 범위에서 인터로게이터는 US 빔이 범위(406)에 도시된 바와 같이 선형 방향으로 복수의 초점(예를 들어, 초점(406A-406D))에 포커싱하도록 연속적으로 지시할 수 있다.
일부 실시예에서, 이식형 장치(402)가 US 빔으로부터 충분한 에너지를 수신하면, 이식형 장치(402)는 그 존재를 브로드캐스팅하기 위해 방출된 초음파 후방 산란 내에 사전 결정된 패턴을 포함하는 신호를 삽입하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 사전 결정된 패턴은 이식형 장치(402)와 연관될 수 있고 일부 실시예에 따라 이식형 장치를 고유하게 식별할 수 있다.
이식형 장치(402)와 US 빔의 초점 사이의 거리에 따라, 인터로게이터에 의해 수신되는 삽입된 신호의 신호 강도가 변할 것이다. 거리가 너무 멀면 임베디드 신호가 노이즈와 쉽게 구분되지 않을 수 있다. 일부 실시예에서, 인터로게이터는 이식형 장치(402)와 관련된 사전 결정된 패턴이 각각의 초음파 후방 산란에서 발견될 가능성을 판정하기 위해 각각의 초점(404A-404D, 406A-406D, 408A-408C)에 대해 수신된 초음파 후방 산란을 검사하도록 구성될 수 있다. 그 다음, 인터로게이터는 아래에서 더 설명되는 바와 같이 이식형 장치의 가능한 위치를 통계적으로 판정하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 인터로게이터는 사전 결정된 패턴이 초점(404B 및 404C)에 대해 수신된 초음파 후방 산란에 존재할 가능성이 가장 높다고 판정할 수 있다. 이 판정에 기초하여, 인터로게이터는 이식형 장치(402)의 위치가 초점(404B 및 404C)에 가깝다고 추정할 수 있다.
도 4b는 일부 실시예에 따라 인터로게이터(예를 들어, 도 1의 인터로게이터(106))가 이식가능한 장치(410)를 효과적으로 추적하기 위해 US 빔이 포커싱되는 위치를 제어하는 방법을 보여주는 예시적인 다이어그램(400B)을 도시한다. 예를 들어, 다이어그램(400B)은 이식형 장치(411)가 피험자 또는 환자 내에 이식되는 영역(예를 들어, 영역(102))을 도시한다.
일부 실시예에서, 인터로게이터는 선형 방향(412)으로 방출된 US 빔의 빔 초점의 위치를 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 인터로게이터는 US 빔이 범위(412) 내의 복수의 초점(412A-C)에 포커싱하도록 연속적으로 지시할 수 있다. 각각의 초점(412A-C)에서 인터로게이터는 대응하는 초음파 후방 산란을 수신할 수 있다. 전술한 바와 같이, 이식형 장치(410)는 이식형 장치(410)와 연관된 임프란트 신호를 초음파 후방 산란 내에서 인코딩하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 임프란트 신호는 이식형 장치(110)와 관련된 사전 결정된 패턴일 수 있다. 일부 실시예에서, 인터로게이터는 초음파 후방 산란으로부터 임플란트 신호를 추출하고 추출된 신호의 신호 강도를 판정하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 신호 강도는 초음파 후방 산란으로부터 판정된 신호 대 잡음비를 나타낸다. 일부 실시예에서, 각각의 초점에서, 인터로게이터는 다중 초음파 펄스를 전송하도록 구성될 수 있고 이식형 장치는 초음파 펄스의 일부에 대응하는 초음파 후방 산란 정보를 인코딩하도록 구성될 수 있다. 따라서 인터로게이터는 추출된 신호를 포함하지 않는 초음파 후방 산란과 비교하여 신호 세기를 판단할 수 있다. 일부 실시예에서, 이식형 장치는 신호 변조가 발생하지 않는 수동 모드와 변조가 발생하는 능동 모드 사이를 토글(toggle)하도록 구성될 수 있다. 양 실시예에서, 인터로게이터는 신호 변조에 대응하지 않는 제1 후방 산란 신호를 신호 변조에 대응하는 제2 후방 산란 신호와 비교하여 환경 간섭 또는 잡음을 제거하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 인터로게이터는 환경 잡음이 제거될 수 있도록 제2 후방 산란 신호에서 제1 후방 산란 신호(즉, 변조가 발생하지 않는 수동 반사율)를 빼도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 인터로게이터는 후방 산란 신호의 변조 깊이 또는 진폭 변동을 판정함으로써 필터링된 후방 산란 신호의 신호 강도를 판정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 인터로게이터는 신호 강도를 판정하기 위해 후방 산란 신호의 진폭 변동 백분율을 판정할 수 있다.
일부 실시예에서, 인터로게이터가 초점, 예를 들어 초점(412C)에 대한 신호 강도가 사전 결정된 임계값을 초과한다고 판정한 경우, 인터로게이터는 초점이 이식형 장치(410)의 "가까운" 거리 내에 있다고 판정한다. 따라서, 인터로게이터는 인터로게이터가 이식형 장치(410)의 위치에 접근하기 위해 빔 초점의 위치를 점진적으로 조정하는 신호 최적화 상태에 들어갈 수 있다.
일부 실시예에서, 인터로게이터는 수신 빔 형성에 기초하여 이식형 장치(410)의 위치를 추정할 수 있다. 이 위치에 기초하여, 인터로게이터는 초점(414A)에서 방향(416A)을 향해 초점(412C)의 위치를 증가시킬 수 있다. 그 후, 인터로게이터는 신호 강도가 증가하는지, 즉 이전 초점에서 판정된 것보다 더 높은지 판정하기 위해 갱신된 초점에서 수신된 초음파 후방 산란의 신호 강도를 유사하게 판정할 수 있다. 따라서, 인터로게이터는 인터로게이터가 추출된 신호 강도가 더 이상 증가하지 않는다고 판정할 때까지 각각의 방향(416B-414E)에서 초점(414A)에서 초점(414E)까지 점진적으로 조정할 수 있다. 이 시점에서, 인터로게이터는 추출된 신호 강도가 로컬 최대이기 때문에 초점(414E)이 이식형 장치(410)의 실제 위치에 밀접하게 정렬되어 있다고 판정할 수 있다.
일부 실시예에서, 일단 이 초점(414E)이 판정되면, 인터로게이터는 이식형 장치(410)가 인터로게이터로부터 오정렬될 때까지 초점(414E)에서 US 빔의 빔 초점을 유지하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 인터로게이터 조작자의 움직임과 이식형 장치(410)가 이식된 피험자의 움직임으로 인해, 이식형 장치(410)와 초점(414E) 사이의 거리는 허용 가능한 거리를 나타내는 임계 거리를 초과할 수 있다. 일부 실시예에서, 인터로게이터는 US 빔이 초점(414E)을 목표로 하는 동안 초음파 후방 산란으로부터 추출된 신호 강도를 모니터링함으로써 그러한 오정렬이 발생하는지 여부를 판정할 수 있다. 일부 실시예에서, 인터로게이터는 일단 오정렬이 검출되면 빔 초점을 조정하기 위해 추적 모드에 다시 들어갈 수 있다.
도 5는 일부 실시예에 따라 초음파를 사용하여 하나 이상의 이식형 장치(540)에 전력을 공급하도록 구성된 인터로게이터(502)를 포함하는 시스템(500)을 도시한다. 일부 실시예에서, 인터로게이터(502)는 도 1과 관련하여 전술한 바와 같이 인터로게이터(106)의 예일 수 있다.
일부 실시예에서, 인터로게이터(502)는 전원 공급 장치(503), 계산 회로(510), 신호 생성 회로(520) 및 초음파 트랜스듀서 회로(504)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 전원 공급 장치(503)는 연산 회로(510) 및 신호 생성 회로(520)에 전력을 공급하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 전원 공급 장치(503)는 1.8V를 제공할 수 있지만, 임의의 적합한 전압이 사용될 수 있다. 예를 들어, 전원 공급 장치(503)는 1.8V를 공급하기 위해 하나 이상의 배터리를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 신호 생성 회로(520)는 하나 이상의 채널(524)에 전력을 공급하도록 구성된 전하 펌프(522)를 포함한다. 일부 실시예에서, 충전 펌프(522)는 전원 공급 장치(503)에 의해 제공되는 전압을 증가시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 전하 펌프(522)는 전원 공급 장치(503)에 의해 공급되는 1.8V를 32V로 증가시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 아래에 더 설명되는 바와 같이, 신호 생성 회로(520)는 트랜스듀서 어레이(504)의 각각의 초음파 트랜스듀서(508)에 개별적으로 전력을 공급하고 제어하여 초음파가 초점(예를 들어, 도 1에 도시된 US 빔(110)의 초점(112))으로 좁아지는 US 빔을 생성 및 방출하도록 한다.
일부 실시예에서, 각각의 채널(524)은 트랜스듀서 회로(504)의 대응하는 초음파 트랜스듀서(508)에 결합되어 그 동작을 제어한다. 일부 실시예에서, 채널(524)에 연결된 초음파 트랜스듀서(508)는 초음파를 수신하거나 송신만 하도록 구성될 수 있으며, 이 경우 스위치(529)는 선택적으로 채널(524)에서 생략될 수 있다. 일부 실시예에서, 각각의 채널(524)은 다음의 전자 부품: 딜레이 컨트롤(526), 레벨 시프터(528) 및 스위치(529)를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 딜레이 컨트롤(526)은 초음파 트랜스듀서(508)에 의해 전송되는 초음파의 파형 및/또는 신호를 제어하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 딜레이 컨트롤(526)은 전송 파형을 생성하기 위해 컨트롤러 회로(512)로부터의 명령에 기초하여, 예를 들어 위상 이동, 시간 지연, 펄스 주파수, 파형(진폭 및 파장 포함) 또는 이들의 조합을 제어할 수 있다. 일부 실시예에서, 각각의 채널에 대한 파형 및 주파수를 나타내는 데이터는 딜레이 컨트롤(526) 또는 메모리(516)에 저장된 '웨이브 테이블'에 저장될 수 있다. 이는 각각의 채널(524) 상의 송신 파형이 상이하도록 허용할 수 있다.
일부 실시예에서, 딜레이 컨트롤(526)은 입력 펄스를 딜레이 컨트롤(526)로부터 초음파를 전송하기 위해 초음파 트랜스듀서(508)에 의해 사용되는 더 높은 전압으로 시프트하도록 구성된 레벨 시프터(528)에 연결될 수 있다. 일부 실시예에서, 딜레이 컨트롤(526) 및 레벨 시프터(528)는 데이터를 실제 송신 신호로 트랜스듀서 어레이(506)로 스트리밍하는데 사용되도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 트랜스듀서 어레이(506)는 초음파 트랜스듀서의 선형 어레이일 수 있다. 다른 실시예에서, 트랜스듀서 어레이(506)는 초음파 트랜스듀서의 2D 어레이일 수 있다. 일부 실시예에서, 트랜스듀서 어레이(506)는 선형 초음파 트랜스듀서의 위상 어레이를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 트랜스듀서 어레이(506)는 초음파 트랜스듀서의 곡선 어레이(linear curved array or curvilinear array)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 각각의 채널(524)에 대한 송신 파형은 마이크로컨트롤러 또는 다른 디지털 시스템의 고속 직렬 출력에 의해 직접 생성될 수 있고 레벨 시프터(528) 또는 고전압 증폭기를 통해 트랜스듀서 요소(예를 들어, 초음파 트랜스듀서(508))로 보내진다.
일부 실시예에서, 채널(524)의 스위치(529)는 초음파 후방 산란과 같은 초음파를 수신하도록 대응하는 초음파 트랜스듀서(508)를 구성할 수 있다. 일부 실시예에서, 수신된 초음파는 초음파 트랜스듀서(508)(수신 모드로 설정됨)에 의해 전류로 변환되고 수신된 초음파에서 캡처된 데이터를 처리하기 위해 데이터 프로세서(511)로 전송된다. 예를 들어, 데이터 프로세서(511)는 인터로게이터(502)가 이식형 장치(540)의 위치를 추정하고 판정할 수 있도록 수신 빔 형성을 구현하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 조직 손실을 보상하는 증폭기, ADC(analog-to-digital converter), 가변 이득 증폭기 또는 시간 이득 제어 가변 이득 증폭기, 및/또는 대역 통과 필터 수신된 초음파를 처리하기 위해 포함될 수 있다.
일부 실시예에서, 전술한 채널(524)은 T/Rx 스위치(529)를 포함하지 않고, 대신 우수한 포화 회복을 갖는 저잡음 증폭기 형태의 고전압 Rx(수신기 회로)와 함께 독립적인 Tx(송신) 및 Rx(수신)를 포함한다. 일부 실시예에서, T/Rx 회로는 서큘레이터를 포함한다. 일부 실시예에서, 트랜스듀서 어레이(506)는 처리 채널(524)보다 더 많은 트랜스듀서 요소(예를 들어, 초음파 트랜스듀서(508))를 포함하고, 인터로게이터(502)는 각각의 펄스에 대해 전송 요소의 상이한 세트를 선택하기 위해 멀티플렉서를 포함하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 64개의 송수신 채널이 3:1 멀티플렉서를 통해 192개의 물리적 트랜스듀서 요소에 연결되어 주어진 펄스에서 64개의 트랜스듀서 요소만 활성화될 수 있다.
일부 실시예에서, 인터로게이터(502)는 하나 이상의 움직임 센서를 포함할 수 있는 움직임 센서(530)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 움직임 센서(530)는 인터로게이터(502)의 움직임을 검출하고 측정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 인터로게이터(502)는 인터로게이터(502) 조작자의 움직임 또는 손 떨림으로 인해 움직일 수 있다. 일부 실시예에서, 이동 센서(530)는 가속도계, 자이로스코프 또는 관성 이동 유닛(IMU) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 계산 회로(510)는 디지털 회로, 아날로그 회로 또는 혼합 신호 집적 회로일 수 있다. 연산 회로(510)의 예는 마이크로프로세서, FSM(Finite State Machine), FPGA(Field Programmable Gate Array) 및 마이크로컨트롤러를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 인터로게이터(502)는 계산 회로(510)에 의해 액세스될 수 있는 휘발성 메모리를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 계산 회로(510)는 컨트롤러 회로(512), 데이터 프로세서(511) 및 사용자 인터페이스(513)를 포함한다. 일부 실시예에서, 컨트롤러 회로(512)는 명령 생성기(514), 임플란트 추적기(517) 및 초음파 설정(518)을 저장하는 메모리(516)를 포함한다.
일부 실시예에서, 명령 생성기(514)는 하나 이상의 이식형 장치(540)를 동작시키기 위해 하나 이상의 동작 모드 명령을 하나 이상의 이식형 장치(540)에 전송하기 위해 딜레이 컨트롤(526)의 동작을 제어하는 명령을 생성하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 동작 모드 명령은 특정 장치 데이터를 업로드하거나 동작 모드 명령에 인코딩된 데이터를 다운로드하도록 동작 모드 명령을 수신하는 이식형 장치(예를 들어, 이식형 장치(542))에 지시할 수 있다.
일부 실시예에서, 임플란트 추적기(517)는 임플란트 장치(540)를 추적하기 위해 복수의 모드에서 동작하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 임플란트 추적기(517)는 도 7과 관련하여 아래에서 추가로 설명되는 바와 같이 초기에 전원이 꺼진 이식형 장치(542)를 검출하기 위해 발견 모드에서 동작할 수 있다. 일부 실시예에서, 임플란트 추적기(517)는 도 8-11과 관련하여 아래에서 추가로 설명되는 바와 같이 이식형 장치(542)의 위치를 추적하기 위해 추적 모드에서 동작할 수 있다. 일부 실시예에서, 임플란트 추적기(517)는 동작 센서(530)에 의해 생성된 움직임 데이터를 분석하여 조작자에 의해 유발된 인터로게이터(502)의 움직임에 대응하기 위해 US 빔의 빔 초점을 조정할지 여부와 조정 방법을 판정하도록 구성될 수 있다. 두 모드 모두에서, 임플란트 추적기(517)는 방출된 US 빔의 초점을 변경하기 위해 초음파 트랜스듀서 회로(504)를 제어하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 데이터 프로세서(511)에 의해 수신되고 처리된 장치 데이터는 수신된 초음파 후방 산란 내에 이식형 장치(542)에 의해 내장된 정보를 포함할 수 있다. 이들 실시예에서, 명령 생성기(514)는 방출된 US 빔의 초점을 변경하거나 유지하기 위해 트랜스듀서 어레이(504)의 초음파 트랜스듀서를 제어하기 위해 초음파 설정을 설정하거나 선택하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 트랜스듀서 회로(504)는 이식형 장치(542)와 같은 전력 이식형 장치(540)에 초음파를 송신하도록 구성된 하나 이상의 초음파 트랜스듀서(508)를 포함한다. 일부 실시예에서, 도 5에 도시된 바와 같이, 트랜스듀서 회로(504)는 복수의 초음파 트랜스듀서(508)를 갖는 트랜스듀서 어레이(506)를 포함한다. 일부 실시예에서, 트랜스듀서 어레이(506)는 1개 이상, 2개 이상, 3개 이상, 5개 이상, 7개 이상, 10개 이상, 15개 이상, 20개 이상, 25개 이상, 50개 이상, 100개 또는 250개 이상, 500개 이상, 1000개 이상, 2500개 이상, 5000개 이상 또는 10,000개 이상의 초음파 트랜스듀서를 포함한다. 일부 실시예에서, 트랜스듀서 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 또는 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 트랜스듀서를 포함한다. 트랜스듀서 어레이(506)는 예를 들어 50개 이상의 초음파 트랜스듀서 픽셀을 포함하는 칩일 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 트랜스듀서 회로(504)는 단일 트랜스듀서 어레이(506)를 포함한다. 그러나, 트랜스듀서 회로(504)는 일부 실시예에 따라 1개 이상, 2개 이상 또는 3개 이상의 개별 트랜스듀서 어레이를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 트랜스듀서 회로(504)는 10개 이하의 트랜스듀서 어레이(예컨대, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 또는 1개의 트랜스듀서 어레이)를 포함한다. 일부 실시예에서, 개별 트랜스듀서 어레이는 피험자의 다른 지점에 배치될 수 있고 동일하거나 상이한 이식형 장치(540)와 통신할 수 있다. 일부 실시예에서, 트랜스듀서 어레이는 이식형 장치(542)와 같은 이식형 장치의 반대편에 위치할 수 있다.
일부 실시예에서, 인터로게이터(502)의 트랜스듀서 어레이(506)의 특정 설계는 원하는 침투 깊이, 애퍼처 크기(aperture size) 및 트랜스듀서 어레이(506) 내의 개별 초음파 트랜스듀서(508)의 크기에 의존한다. 트랜스듀서 어레이(506)의 레일리 거리(R)은 다음과 같이 계산된다.
여기서 D는 애퍼처의 크기이고 λ는 전파 매체(즉, 조직) 내의 초음파 파장이다. 당업계에서 이해되는 바와 같이, 레일리 거리는 트랜스듀서 어레이(506)에 의해 방사된 빔이 완전히 형성되는 거리이다. 즉, 압력 필드는 수신 전력을 최대화하기 위해 레일리 거리에서 자연스러운 초점으로 수렴된다. 따라서, 일부 실시예에서, 이식형 장치(540)는 트랜스듀서 어레이(506)로부터 레일리 거리와 거의 동일한 거리에 있을 수 있다.
트랜스듀서 어레이(506)의 개별 초음파 트랜스듀서(508)는 빔포밍 또는 빔 스티어링 프로세스를 통해 트랜스듀서 어레이(506)에 의해 방출되는 초음파 빔의 위치 및 레일리 거리를 제어하도록 변조될 수 있다. 복수의 이식형 장치(540)(예를 들어, 이식형 장치(542))가 외부 초음파 트랜시버와 통신하기 위해 LCMV(Linearly Constrained Minimum Variance) 빔포밍과 같은 기술이 사용될 수 있다. 예를 들어, 베르트랑 등(Bertrand et al.)의, "Beamforming Approaches for Untethered, Ultrasonic Neural Dust Motes for Cortical Recording: a Simulation Study", IEEE EMBC(2014년 8월)를 참조할 수 있다. 일부 실시예에서, 빔 스티어링은 트랜스듀서 어레이(506)의 초음파 트랜스듀서(508)에 의해 방출되는 초음파의 파워 또는 위상을 조정함으로써 수행된다.
일부 실시예에서, 인터로게이터(502)(예를 들어, 계산 회로(510))는 하나 이상의 초음파 트랜스듀서(508)를 사용하여 초음파를 빔 스티어링하기 위한 명령, 하나 이상의 이식형 장치(540)의 상대적 위치를 판정하기 위한 명령, 하나 이상의 이식형 장치(540)의 상대적 이동을 모니터링하기 위한 명령, 하나 이상의 이식형 장치(540)의 상대적 이동을 기록하기 위한 명령, 및 복수의 이식형 장치(540)로부터 후방 산란을 디콘볼루팅(deconvoluting)하기 위한 명령 중 하나 이상을 포함한다.
일부 실시예에서, 사용자 인터페이스(513)는 사용자(예를 들어, 의사 또는 환자)가 이식형 장치(540)에 전력을 공급하거나 동작시키거나 이식형 장치(540)와 통신하기 위해 인터로게이터(502)의 동작을 제어할 수 있도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 사용자 인터페이스(513)는 인터로게이터(502)에 터치 스크린 또는 모니터, 키보드, 마우스 또는 음성 인식 장치와 같은 입력을 제공하는 입력 장치를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 사용자 인터페이스(513)는 터치 스크린, 모니터, 프린터, 디스크 드라이브 또는 스피커와 같이 출력을 제공하는 임의의 적합한 장치와 같은 출력 장치를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 인터로게이터(502)는 모바일 장치(예를 들어, 스마트폰 또는 태블릿)와 같은 별도의 컴퓨터 시스템(도시되지 않음)을 사용하여 제어될 수 있다. 컴퓨터 시스템은 예를 들어 네트워크 연결, 무선 주파수(RF) 연결 또는 블루투스를 통해 인터로게이터(502)와 무선으로 통신할 수 있다. 컴퓨터 시스템은 예를 들어 인터로게이터(502)를 켜거나 끄거나 인터로게이터(502)에 의해 수신된 초음파에 인코딩된 정보를 분석할 수 있다.
일부 실시예에서, 인터로게이터(502)는 복수의 이식형 장치(540)와 통신한다. 이는 예를 들어 다중 입력 다중 출력(MIMO) 시스템 이론을 사용하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 인터로게이터(502)와 복수의 이식형 장치(540) 사이의 통신은 시분할 다중화, 공간 다중화 또는 주파수 다중화를 사용하여 수행될 수 있다. 인테로게이터(502)는 복수의 이식형 장치(540)로부터 결합된 초음파 후방 산란을 수신할 수 있으며, 이는 디컨볼루션될 수 있어 각각의 이식형 장치(542)로부터 정보를 추출할 수 있다. 일부 실시예에서, 인터로게이터(502)는 빔 스티어링을 통해 트랜스듀서 어레이(506)로부터 특정 이식형 장치로 전송된 초음파를 집중시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 인터로게이터(502)는 송신된 초음파를 제1 이식형 장치(예를 들어, 이식형 장치(542))에 집중시키고, 제1 이식형 장치로부터 후방 산란을 수신하고, 송신된 초음파를 제2 이식형 장치에 집중시키고, 제2 이식형 장치로부터 후방 산란을 수신할 수 있다. 일부 실시예에서, 인터로게이터(502)는 복수의 이식형 장치(540)에 초음파를 전송한 다음, 복수의 이식형 장치(540)로부터 초음파 후방 산란을 수신다.
일부 실시예에서, 인터로게이터(502) 또는 하나 이상의 초음파 트랜스듀서(508)는 착용 가능하다. 예를 들어, 인터로게이터(502) 또는 하나 이상의 초음파 트랜스듀서(508)는 스트랩 또는 접착제에 의해 피험자의 신체에 고정될 수 있다. 다른 예에서, 인터로게이터(502)는 사용자(예컨대, 의료 전문가)가 소지할 수 있는 지팡이일 수 있다. 일부 실시예에서, 인터로게이터(502)는 봉합사, 단순 표면 장력, 천 랩, 슬리브, 탄성 밴드와 같은 천 기반 고정 장치를 통해 또는 피하 고정에 의해 신체에 유지될 수 있다. 일부 실시예에서, 인터로게이터(502)의 하나 이상의 초음파 트랜스듀서(508) 또는 트랜스듀서 어레이(506)는 인터로게이터(502)의 나머지 부분과 별도로 위치될 수 있다. 예를 들어, 트랜스듀서 어레이(206)는 제1 위치(예를 들어 하나 이상의 이식된 장치에 근접한 위치)에서 피험자의 피부에 고정될 수 있고, 인터로게이터(502)의 나머지 부분은 와이어 테더링 초음파 트랜스듀서(508) 또는 트랜스듀서 어레이(506)를 인터로게이터(502)의 나머지 부분에 연결하는 제2 위치에 위치될 수 있다.
도 6은 일부 실시예에 따라 초음파를 사용하여 전력을 공급받고 동작되는 이식형 장치(604)를 도시한다. 일부 실시예에서, 이식형 장치(604)는 도 5와 관련하여 전술한 바와 같이 인터로게이터(602)로부터 전송된 초음파에 의해 무선으로 전력을 공급받고 동작할 수 있다. 일부 실시예에서, 이식형 장치(604)는 초음파 통신을 통해 인터로게이터(602)와 무선으로 통신하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 이식형 장치(604)는 초음파 통신을 통해 하나 이상의 다른 이식형 장치와 무선으로 통신하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 이식형 장치(604)는 환자와 같은 피험자 내에 이식될 수 있고 인터로게이터(602)는 피험자의 외부에 있을 수도 있고(즉, 이식되지 않음) 또는 완전히 이식된 별도의 장치일 수도 있다.
일부 실시예에서, 이식형 장치(604)가 초음파를 사용하여 전력을 공급받고 동작될 수 있도록 하기 위해, 이식형 장치(604)는 초음파 트랜스듀서 회로(606), 변조 및 복조 회로(612), 자극 회로(614), 검출 회로(616), 컨트롤러 회로(620) 및 전원 회로(630)와 같은 장치 컴포넌트를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 이들 장치 컴포넌트 중 하나 이상은 그들의 동작에 따라 디지털 회로, 아날로그 회로 또는 혼합 신호 집적 회로로서 구현될 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러 회로(620)는 마이크로프로세서, FSM(Finite State Machine), FPGA(Field Programmable Gate Array) 또는 마이크로컨트롤러를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 초음파 트랜스듀서 회로(606)는 매칭 네트워크(610)에 결합된 초음파 트랜스듀서(608)를 포함한다. 일부 실시예에서, 초음파 트랜스듀서 회로(606)는 매칭 네트워크(610)를 포함하지 않는다. 일부 실시예에서, 초음파 트랜스듀서(608)는 인터로게이터(602)로부터 초음파를 수신하고 수신된 초음파로부터의 에너지를 전기 신호로 변환하여 이식형 장치(604)의 하나 이상의 장치 컴포넌트에 전력을 공급하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 전기 신호는 수신된 초음파에 의해 야기된 초음파 트랜스듀서(608)의 진동이 초음파 트랜스듀서(608)의 전기 단자 양단에 전압을 유도하여 전류가 흐르게 하기 때문에 초음파 트랜스듀서(608)에 의해 생성될 수 있다.
일부 실시예에서, 전술한 바와 같이, 수신된 초음파로부터의 전력은 이식형 장치(604)에 의해 그 장치 컴포넌트에 전력을 공급하기 위해 사용될 수 있다. 따라서, 이러한 초음파는 본 명세서에서 때때로 파워링 초음파로 지칭된다. 일부 실시예에서, 수신된 초음파는 이식형 장치를 동작하기 위한 동작 모드 명령을 포함하는 정보를 인코딩할 수 있다. 따라서, 이러한 초음파는 본 명세서에서 때때로 통신 초음파로 지칭된다. 일부 실시예에서, 전력 공급 초음파가 처리될 수 있는 방법과 유사하게, 통신 초음파는 초음파 트랜스듀서(608)를 통해 흐르는 전류를 갖는 전기 신호를 생성하기 위해 초음파 트랜스듀서(608)에 의해 수신될 수 있다. 일부 실시예에서, 생성된 전기 신호는 전류의 동작 모드 명령을 인코딩한다. 일부 실시예에서, 동일한 초음파는 이식형 장치(604)에 전력을 공급하고 이식형 장치(604)로 전송하기 위한 정보를 인코딩하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 도 2와 관련하여 아래에 기술된 바와 같이, 각각의 동작 모드 명령은 하나 이상의 초음파 펄스를 포함할 수 있고 각각의 초음파 펄스는 초음파의 하나 이상의 반송파 사이클을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 초음파 트랜스듀서 회로(606)는 복수의 대응 매칭 네트워크에 결합된 복수의 초음파 트랜스듀서를 포함한다. 적어도 2개의 초음파 트랜스듀서를 포함함으로써, 이식형 장치(604)는 일부 실시예에 따라 인터로게이터(602)에 의해 제공되는 전력을 보다 효율적이고 일관되게 추출하기 위해 적어도 2개의 초음파 트랜스듀서에 의해 생성된 전기 신호에 의해 전력을 공급받도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 이식형 장치(604)는 복수의 초음파 트랜스듀서로부터 선택된 하나 이상의 초음파 트랜스듀서로부터 전력을 수집하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 이식형 장치(604)는 가장 높은 전력 또는 가장 일관된 전력을 제공하는 초음파 트랜스듀서를 선택할 수 있다.
예를 들어, 초음파 트랜스듀서의 배향 또는 초음파 트랜스듀서(608)와 초음파 소스 인터로게이터(602) 사이의 개입된 생물학적 물질과 같은 다수의 인자는 초음파 트랜스듀서(608)에서 수신 가능한 전력을 상당히 감소시킬 수 있다. 하나 이상의 추가 초음파 트랜스듀서를 추가함으로써, 단일 초음파 트랜스듀서(예를 들어, 초음파 트랜스듀서(608))에서 수신할 수 있는 감소된 전력이 이식형 장치(604)의 동작에 부정적인 영향을 미칠 가능성이 적을 수 있다.
일부 실시예에서, 적어도 2개의 초음파 트랜스듀서를 포함하는 것은 이식형 장치(602)가 초음파를 사용하여 더 확실하게 제어되는 것을 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 이식형 장치(602)는 적어도 2개의 초음파 트랜스듀서의 신호 강도를 비교하고 가장 높은 신호 강도를 갖는 신호를 선택하여 이식형 장치(602)를 동작하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 이식형 장치(602)는 (즉, 다운링크 동안) 통신을 수신하고 (즉, 업링크 동안) 정보를 후방 산란시키기 위해 선택된 초음파 트랜스듀서를 사용할 수 있다. 일부 실시예에서, 이식형 장치(602)는 다운링크 초음파 통신을 위한 초음파 통신을 수신하기 위해 적어도 2개의 초음파 트랜스듀서로부터 제1 초음파 트랜스듀서를 선택하고 업링크 초음파 통신을 위해 정보를 후방 산란 인코딩하기 위해 적어도 2개의 초음파 트랜스듀서로부터 제2 초음파 트랜스듀서를 선택할 수 있다. 일부 실시예에서, 이식형 장치(602)는 업링크 및 다운링크 초음파 통신의 신호 대 잡음비를 개선하기 위해 적어도 2개의 초음파 트랜스듀서로 빔포밍을 수행하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 이들 초음파 트랜스듀서 중 하나 이상은 정전식 마이크로 가공 초음파 트랜스듀서(CMUT) 또는 압전 마이크로 가공 초음파 트랜스듀서(PMUT)와 같은 마이크로 가공 초음파 트랜스듀서일 수 있고 또는 벌크 압전 트랜스듀서일 수도 있다. 초음파 트랜스듀서(608)의 추가적인 구현은 도 14와 관련하여 아래에서 설명된다.
일부 실시예에서, 매칭 네트워크(610)는 신호 반사를 줄이기 위해 초음파 트랜스듀서(608)의 전기 임피던스와 이식형 장치(604)의 전기 임피던스(예를 들어, 전원 회로(630)) 사이의 임피던스 매칭을 선택하도록 구성된 전자 회로일 수 있다. 일부 실시예에서, 매칭 네트워크(610)는 인덕터, 커패시터, 저항, 다이오드, 트랜지스터 또는 이들의 임의의 조합과 같은 하나 이상의 회로 요소의 다양한 구성으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 매칭 네트워크(610)는 병렬로 연결되고 복수의 대응하는 스위치에 결합되는 복수의 커패시터로 구현될 수 있다. 어떤 스위치가 열리거나 닫히는지를 제어함으로써, 매칭 네트워크(610)는 임피던스를 선택하기 위해 복수의 커패시터가 어떻게 충전되는지를 제어할 수 있다. 일부 실시예에서, 매칭 네트워크(610)는 초음파 트랜스듀서(608)에 의해 생성된 전기 신호가 스위치에 의해 제어되는 별도의 와이어를 통해 복수의 커패시터를 바이패스할 수 있도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 이식형 장치(604)가 초음파를 사용하여 전력을 공급받을 수 있도록 하기 위해, 전원 회로(630)는 조절 회로(638)에 전기적으로 결합된 전원 복구 회로(632)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 전원 복구 회로(632)는 초음파 트랜스듀서 회로(606)에 의해 생성된 전기 신호를 수신하고 처리하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 전원 복구 회로(632)는 AC 형태의 전기 신호를 DC 형태로 변환하기 위한 정류 회로(예를 들어, 능동 정류기)를 포함할 수 있고, 여기서 변환된 전기 신호는 제1 전압(즉, 수신된 초음파의 공급 전압)과 연관될 수 있다.
일부 실시예에서, 피험자의 생물학적 조직을 통해 고출력 파동을 전파하는 건강상의 위험으로 인해, 정부 규정은 인터로게이터(602)에 의해 전송되는 초음파에 의해 제공되는 전력의 양(예를 들어, 720mW/cm2)을 제한할 수 있다. 따라서, 수신된 초음파로부터 유도된 제1 전압은 이식형 장치(104)의 전자 컴포넌트를 동작시키기에 충분히 높지 않을 수 있다. 예를 들어 CMOS(complementary metal-oxide-semiconductor) 기술에 사용되는 트랜지스터는 트랜지스터를 동작하는데 최소 약 2볼트가 필요할 수 있다.
일부 실시예에서, 전자 컴포넌트 이식형 장치(602)를 동작시키기 위해 더 높은 제1 전압을 제공하기 위해서는, 파워링 초음파가 펄스 폭 변조(PWM) 신호로서 송신될 수 있다. 일부 실시예에서, 파워링 초음파를 PWM 신호로서 송신함으로써, 인터로게이터(602)는 평균 강도가 조절 한계 내에 머물도록 짧은 고강도 펄스를 제공하고 더 높은 제1 전압을 생성하기 위해 더 높은 순간 전력을 제공하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 인터로게이터는 파워링 초음파에 의해 제공되는 전력을 제어하기 위해 PWM 신호의 순간 강도 및/또는 펄스 폭(예를 들어, 예시적인 초음파 설정)을 제어하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 이식형 장치(604)가 이들 초음파에 의해 전력을 공급받을 수 있도록 하기 위해, 파워 컨베이어 회로(634)는 제1 전압을 제1 전압보다 큰 제2 전압으로 변환하도록 구성된 전하 펌프를 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(604)의 이식 깊이 또는 초음파 트랜스듀서(608)와 초음파 소스, 예를 들어 인터로게이터(602) 사이의 개입 생물학적 재료를 포함하는 다수의 요인으로 인해 일관성이 없을 수 있다. 따라서, 일부 실시예에서, 이식형 장치(604)에 보다 일관된 전력을 제공하기 위해, 전원 복구 회로(632)는 파워 컨베이어 회로(634)에 결합된 에너지 저장 장치(636)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 에너지 저장 장치는 배터리 또는 저장 커패시터를 포함한다. 일부 실시예에서, 이식형 장치(604)의 소형 폼 팩터를 유지하기 위해, 에너지 저장 장치는 저장 커패시터로서 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 저장 커패시터는 적어도 0.1μF, 적어도 0.25μF, 적어도 0.5μF, 적어도 1μF, 적어도 2μF, 적어도 4μF 또는 적어도 8인 커패시턴스를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 저장 커패시터는 10μF 미만, 8μF 미만, 4μF 미만, 2μF 미만, 1μF 미만, 0.5μF 미만, 또는 0.25μF 미만의 커패시턴스를 가질 수 있다. 예를 들어, 저장 커패시터는 0.5-2μF 범위와 같은 0.1-10μF 범위의 커패시턴스를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 저장 커패시터는 약 1μF인 커패시턴스를 가질 수 있다.
일부 실시예에서, 에너지 저장 장치(636)는 이식형 장치(604)가 수신된 초음파의 전력을 보다 효율적으로 활용하고 보다 일관된 전력을 제공할 수 있도록 적어도 2개의 전력 모드에서 동작하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 전력 모드는 수신된 초음파의 전력의 일부가 에너지를 저장할 수 있는 에너지 저장 장치(636)로 전달될 수 있는 충전 모드를 포함한다. 일부 실시예에서, 파워 컨베이어 회로(634)는 생성된 제1 전압에 기초하여 에너지 저장 장치(636)를 충전하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 전력 모드는 이식형 장치(604)의 다른 장치 컴포넌트(예를 들어, 자극 회로(614), 검출 회로(616) 또는 컨트롤러 회로(620) 등)에 추가 전력을 제공하기 위해 에너지 저장 장치(636)에 저장된 에너지의 일부가 에너지 저장 장치(636)로부터의 전력을 전달하기 위해 방전되는 방전 모드를 포함한다. 일부 실시예에서, 에너지 저장 장치(636)로의 및 그로부터의 전력 흐름은 파워 컨베이어 회로(634)를 통해 라우팅될 수 있다.
일부 실시예에서, 조절 회로(638)는 조절된 전압을 이식형 장치(604)의 하나 이상의 회로 부하에 제공하기 위해 파워 컨베이어 회로(634)에 의해 생성된 출력 전압(예를 들어, 제2 전압)을 조절하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 파워 컨베이어 회로(634)가 전하 펌프를 포함하는 경우, 조절 회로(638)는 전하 펌프의 동작 스위치에 의해 야기되는 잠재적인 전압 리플을 제거하거나 감소시키도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 조절 회로(638)는 이식형 장치(604)의 디지털 회로 부하에 공급되는 전압을 조절하기 위해 DC 전압 조절기(예를 들어, 로우-드롭아웃(LDO) 조절기)를 포함한다. 일부 실시예에서, 조절 회로(638)는 이식형 장치(604)의 디지털 회로 부하에 공급되는 전압을 조절하기 위해 DC 전압 조절기(예를 들어, 로우-드롭아웃(LDO) 조절기)를 포함한다. 일부 실시예에서, 조절 회로(638)는 이식형 장치(604)의 아날로그 회로 부하에 공급되는 전압을 조절하기 위해 AC 전압 조절기(예를 들어, 저드롭아웃(LDO) 조절기)를 포함한다.
일부 실시예에서, 변조 및 복조 회로(612)는 수신된 초음파에 인코딩된 정보를 추출하기 위해 초음파 트랜스듀서 회로(606)에 의해 생성된 전기 신호를 복조하도록 구성된 복조 회로를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 복조 회로는 명령어를 포함하는 추출된 정보를 명령에 기초하여 이식형 장치(604)가 동작하는 방식을 제어하도록 구성된 컨트롤러 회로(620)에 전송할 수 있다.
일부 실시예에서, 이식형 장치(604)가 인터로게이터(602)와 정보를 무선 통신할 수 있도록 하기 위해, 변조 및 복조 회로(612)는 초음파 후방 산란을 사용하여 정보를 인코딩하도록 구성된 변조 회로를 포함할 수 있다. 이 정보는 이식형 장치(604)에 의해 생성되며 설명의 편의를 위해 때때로 아래 설명에서 장치 정보라 지칭된다.
일반적으로, 이식형 장치(604)가 피험체 내에 내장될 때, 인터로게이터(602)의 초음파 송수신기에 의해 방출된 초음파(반송파 포함)는 이식형 장치(604)의 초음파 트랜스듀서 회로(606)에 의해 수신되기 전에 생물학적 조직을 통과할 것이다. 전술한 바와 같이, 반송파는 초음파 트랜스듀서(608)(예를 들어, 벌크 압전 트랜스듀서)에 기계적 진동을 일으켜 초음파 트랜스듀서(608) 양단에 전압을 생성하고, 그 후 전류를 주입하여 나머지 이식형 장치(604)에 흐르게 한다. 일부 실시예에서, 초음파 트랜스듀서(608)를 통해 흐르는 전류는 초음파 트랜스듀서 회로(606)가 수신된 초음파에 대응하는 후방 산란 초음파를 방출하게 한다.
일부 실시예에서, 변조 회로(612)는 장치 정보를 인코딩하기 위해 초음파 트랜스듀서(608)를 통해 흐르는 전류를 변조하도록 구성될 수 있으며, 이는 결과적인 초음파 후방 산란파가 또한 장치 정보를 인코딩하게 한다. 따라서, 이식형 장치(604)로부터 방출된 초음파 후방 산란은 이식형 장치(604)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(604)의 일부 실시예와 함께 사용될 수 있는 예시적인 FET는 금속-산화물-반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)를 포함한다. 일부 실시예에서, 변조 회로는 초음파 트랜스듀서(608)를 통해 흐르는 전류의 임피던스를 변경하도록 구성될 수 있으며, 흐르는 전류의 변동은 정보를 인코딩한다.
상술한 바와 같이, 인터로게이터(602)에 의해 제공되는 초음파 전력은 그만큼만 증가될 수 있고 규제 기관에 의해 안전한 것으로 간주되는 임계값 미만이어야 한다. 그러나, 초음파 트랜스듀서(608)와 인터로게이터(602)에 의해 방출된 US 빔 사이의 오정렬로 인해, 인터로게이터(602)에 의해 공급된 전력이 초음파 트랜스듀서(608)에 의해 효과적으로 수신되지 않을 수 있다. 일부 실시예에서, 이식형 장치(604)는 인터로게이터(602)가 이식형 장치(604)를 더 잘 추적할 수 있도록 초음파 후방 산란 내에 임플란트 신호 또는 정보를 내장함으로써 초음파 통신을 이용할 수 있다. 예를 들어, 도 5와 관련하여 전술한 바와 같이, 초음파 후방 산란은 인터로게이터(602)에 의해 수신될 수 있고 해독되어 초음파 후방 산란에 인코딩된 장치 정보를 추출할 수 있다. 그 후, 인터로게이터(602)는 일부 실시예에 따라, 방출된 US 빔의 빔 초점을 변경하여 이식형 장치(604)의 초음파 트랜스듀서(608)와의 정렬을 증가시키기 위해, 추출된 정보를 이식형 장치(604)와 관련된 사전 결정된 패턴과 비교하고 그리고/또는 추출된 정보로부터 신호 강도를 판정할 수 있다. 일부 실시예에서, 초음파 후방 산란은 초음파 트랜스듀서(608)에 의해 수신된 초음파를 송신한 인터로게이터(602)와 동일하거나 상이할 수 있는 인터로게이터에 의해 수신될 수 있다.
일부 실시예에서, 검출 회로(616)는 피험자의 하나 이상의 생리학적 상태를 측정 또는 검출하기 위해 하나 이상의 센서(640A-C)와 인터페이스하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 검출 회로(616)는 하나 이상의 센서(640A-C)에 전류를 제공하고 하나 이상의 센서(640A-C)로부터 생성된 신호를 수신하도록 구성된 드라이버를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 수신된 신호는 검출된 생리학적 상태를 나타내는 정보 또는 측정된 생리학적 상태를 나타내는 정보를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 검출 회로(616)는 컨트롤러 회로(620)에 정보를 전송하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 하나 이상의 센서(640A-C)는 이식형 장치(604) 내부에 위치하거나 이식형 장치(604)의 외부에 결합될 수 있다. 일부 실시예에서, 이식형 장치(604)는 적어도 2개의 센서(640A-C)를 포함한다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 생리학적 조건은 온도, pH, 압력, 심박수, 스트레인, 산소 장력, 분석물의 존재, 또는 분석물의 양을 포함할 수 있다. 예를 들어, 분석물은 산소 또는 포도당일 수 있다.
일부 실시예에서, 센서(640A-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(fluorophore) 또는 발광 프로브(luminescent probe)를 포함하는 매트릭스를 포함하고, 여기서 형광단의 형광 강도 또는 형광 수명은 분석물의 양에 의존한다. 일부 실시예에서, 광학 센서는 근적외선 분광법을 수행하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 광학 센서는 포도당을 검출한다.
일부 실시예에서, 센서(640A-C)는 전위차 화학 센서 또는 전류 화학 센서를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서 센서는 산소, pH 또는 포도당을 검출한다. 일부 실시예에서, 센서(640A-C)는 온도 센서를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 온도 센서는 서미스터, 열전쌍 또는 PTAT(proportional to absolute temperature) 회로이다. 일부 실시예에서, 센서(640A-C)는 압력 센서를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 압력 센서는 MEMS(microelectromechanical system) 센서이다. 일부 실시예에서, 검출 회로(616)는 혈압 또는 맥박을 측정하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 센서(640A-C)는 스트레인 센서를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 검출 회로(616)는 예를 들어 센서(640C)와 인터페이싱하여 신경 또는 신경 내의 신경 섬유의 표적 서브세트로부터의 전기생리학적 신호를 검출하도록 구성될 수 있으며, 이는 도 14와 관련하여 아래에서 추가로 설명될 것이다. 일부 실시예에서, 센서(6140C)는 자극 회로(614)에 의해 동작되는 전극 패드(642)와 동일하거나 상이할 수 있는 전극 패드를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 검출 회로(616)는 검출된 전기생리학적 신호에 기초하여 신경 또는 신경 섬유의 표적 서브세트의 신경 활동을 기록하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 전산 모델링(예를 들어, 유한 요소 모델), 역 소스 추정, 다중극(예를 들어, 삼중극) 신경 레코딩, 속도 선택적 레코딩 또는 빔포밍과 같은 하나 이상의 기술은 (단독으로 또는 컨트롤러 회로(120)와 함께) 검출 회로(116)에 의해 구현되어 신경 섬유의 서브세트를 선택적으로 타게팅할 수 있다. 예를 들어, 테일러(Taylor) 등의, "Multiple-electrode nerve cuffs for low-velocity and velocity selective neural recording, Medical & Biological Engineering & Computing", vol. 42, pp. 634-643 (2004); 및 우드링거(Wodlinger) 등의, "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)를 참조할 수 있다.
일부 실시예에서, 검출 회로(616)는 전기생리학적 신호의 표적 검출을 위해 센서(640C)의 복수의 전극을 동작시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 센서(640C)는 도 14와 관련하여 아래에서 추가로 설명되는 바와 같이 이식형 장치(604)로부터 연장되는 만곡 부재일 수 있다. 일부 실시예에서, 검출 회로(616)는 전기생리학적 신호를 전송하고 있는 신경 내의 신경 섬유의 서브세트를 판정하기 위해 전극 패드의 전부 또는 서브세트에 의해 검출된 전기생리학적 신호를 분석할 수 있다. 특정 신경은 복합 전기생리학적 신호(또는 복합 활동 전위)를 전송할 수 있으며, 이는 둘 이상의 서로 다른 신경 섬유 서브세트에 의해 동시에 전송되는 전기생리학적 신호(또는 활동 전위)의 합이다. 복수의 전극 패드에 의해 검출된 전기생리학적 신호에 기초하여, 검출 회로(616)는 신경 섬유의 어떤 서브세트가 어떤 전기생리학적 신호를 전송하는지 판정할 수 있다. 일부 실시예에서, 인터로게이터(602)로부터 수신된 데이터(예컨대, 온도 데이터, 또는 분석물 농도 또는 다른 생리학적 조건에 관련된 데이터)는 전기생리학적 신호를 전송하는 신경 섬유의 서브세트를 판정하는데 추가로 사용된다.
예를 들어, 일부 실시예에서, 검출 회로(616)는 (하나 이상의 만곡 부재 상의 복수의 전극 내에 임의의 수의 삼극자를 포함할 수 있는) 다극(예를 들어, 3극) 레코딩과 결합될 수 있는 속도 선택 기록을 사용하여 신경 섬유의 표적 서브세트로부터 전기생리학적 신호를 선택적으로 검출하도록 구성될 수 있다.
빔포밍은 추가로 또는 대안으로서 신경 섬유의 표적 서브세트에서 전기생리학적 신호를 감지하는데 사용될 수 있다. 하나 이상의 만곡 부재의 전극 패드의 일부 또는 전부는 신경으로부터의 전기생리학적 신호를 감지할 수 있고, 그리고 검출 회로(616)는 하나 이상의 만곡 부재의 전극 패드의 일부 또는 전부에 의해 검출된 전기생리학적 신호의 차이에 기초하여 신경 내에서 전송된 신호의 단면 위치를 판정할 수 있다.
일부 실시예에서, 이식형 장치(604)의 위치와 별개의 위치에서의 하나 이상의 신경의 자극은 이식형 장치(604)의 위치에서 전기생리학적 신호의 변조를 초래할 수 있다. 이식형 장치(604)의 전극 패드(예를 들어, 전극 패드(642))와 전기 통신하는 신경 내의 신경 섬유의 상이한 서브세트에서 검출된 전기생리학적 신호의 변조는 상이한 거리의 신경에서의 자극의 결과일 수 있다. 예를 들어, 비장 신경의 자극은 미주 신경 내의 신경 섬유의 제1 서브세트로부터 검출된 전기생리학적 신호의 변조를 초래할 수 있고, 신장 신경의 자극은 미주 신경 내 신경 섬유의 제2 서브세트로부터 검출된 전기생리학적 신호의 변조를 초래할 수 있다. 따라서, 미주 신경에 위치한 이식형 장치는 비장 신경의 자극을 모니터링하기 위해 신경 섬유의 제1 서브세트 및 신장 신경의 자극을 모니터링하기 위한 신경 섬유의 제2 서브세트에서 전기 생리학적 신호를 감지할 수 있다.
일부 실시예에서, 자극 회로(614)는 신경 섬유의 서브세트에 연결된 하나 이상의 전극 패드(642)를 선택적으로 활성화함으로써 신경 내의 신경 섬유의 서브세트에 목표 전기 펄스를 방출하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 이식형 장치(604)는 자극 회로(614)를 전극 패드(642)에 전기적으로 연결하는 하나 이상의 만곡 부재를 포함할 수 있으며, 이는 도 14와 관련하여 아래에서 추가로 설명될 것이다.
일부 실시예에서, 자극 회로(614)는 컨트롤러 회로(620)에 의해 제어되어 전극 패드(642)를 동작시키거나 전극 패드(642)를 선택적으로 활성화시킬 수 있다. 선택적 활성화에는 예를 들어 하나 이상의 만곡 부재의 복수의 전극 패드(642) 내의 전극 패드의 일부를 활성화하는 것 및/또는 하나 이상의 만곡 부재의 복수의 전극 패드(642) 내의 전극 패드의 전부 또는 일부를 차등적으로 활성화하는 것을 포함할 수 있다. 따라서, 복수의 전극은 복수의 전극 패드(642)에 의해 방출된 전기 펄스를 신경 섬유의 타겟 서브셋으로 조종하도록 동작될 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 전기장 간섭 또는 다극 자극(예를 들어, 삼극 자극)과 같은 기술을 사용하여 전기 펄스를 신경 내의 신경 섬유의 서브세트에 표적화할 수 있다. 예를 들어, 그로스만(Grossman) 등의, "Noninvasive Deep Brain Stimulation via Temporally Interfering Electrical Fields, Cell", vol. 169, pp. 1029-1041 (2017)를 참조할 수 있다. 하나 이상의 만곡 부재 내의 전극 패드(142)는 컨트롤러 회로(120)에 의해 선택적으로 활성화되어 방출된 전기 펄스를 신경 섬유의 서브세트로 표적화할 수 있다.
방출된 전기 펄스에 의해 표적화된 신경 섬유의 서브세트는 전기생리학적 신호가 검출 회로(616)에 의해 검출되는 신경 섬유의 서브세트와 동일하거나 상이할 수 있다. 표적 전기 펄스를 방출하도록 구성된 하나 이상의 만곡 부재는 전기생리학적 신호를 검출하도록 구성된 이식형 장치(604) 상의 하나 이상의 만곡 부재와 동일하거나 상이할 수 있다. 방출된 표적화된 전기 펄스는 이식형 장치(604)의 위치에서 신경을 자극할 수 있다. 전기 펄스에 의해 표적화된 신경 섬유의 서브세트는 전기생리학적 신호가 선택적으로 검출되는 신경 섬유의 동일하거나 상이한 서브세트일 수 있다.
이식형 장치(604)에 의해 방출된 전기 펄스에 의해 표적화된 신경 섬유의 서브세트는 예를 들어 하나 이상(예를 들어, 2, 3, 4 또는 그 이상)의 다발, 또는 신경 내의 하나 이상(예를 들어, 2, 3, 4, 또는 그 이상)의 다발일 수 있다. 일부 실시예에서, 신경 섬유의 서브세트는 신경 내의 구심성 신경 섬유, 또는 신경 내의 구심성 신경 섬유의 서브세트를 포함하거나 그것으로 구성된다. 일부 실시예에서, 신경 섬유의 서브세트는 신경 내의 원심성 신경 섬유, 또는 신경 내의 원심성 신경 섬유의 서브세트를 포함하거나 그것으로 구성된다. 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 그것으로 구성된다.
신경 섬유의 서브세트에 목표 전기 펄스를 방출함으로써 신경 섬유의 서브세트의 목표 자극은 신경의 위치로부터 떨어진 위치에서 신경의 자극을 초래할 수 있다. 이식형 장치(604)에 의해 자극된 원거리 신경은 장치에 의해 방출된 전기 펄스에 의해 표적화된 이식형 장치(604)의 위치에서 신경의 서브세트에 의존한다. 일부 실시예에서, 이식형 장치(604)는 제1 신경 궤적에 위치되고 제2 신경 궤적과 연관된 제1 신경 궤적 내의 신경 섬유의 서브세트에 표적화된 전기 펄스를 방출함으로써 제2 신경 궤적을 자극하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 제1 신경 위치 및 제2 신경 위치는 하나 이상의 신경 분기점 또는 하나 이상의 시냅스에 의해 분리된다. 일부 실시예에서, 제2 신경 로커스는 제1 신경 로커스에 비해 뇌에 근접하고, 일부 실시예에서 제2 신경 로커스는 제1 신경 로커스에 비해 뇌에서 멀리 떨어져 있다. 일부 실시예에서, 신경 섬유의 표적 서브세트는 구심성 신경 섬유를 포함하거나 그것으로 구성된다. 일부 실시예에서, 신경 섬유의 표적 서브세트는 원심성 신경 섬유를 포함하거나 그것으로 구성된다.
일부 실시예에서, 컨트롤러 회로(620)는 명령 프로세서(622), 모드 검출기(626) 및 메모리(650)를 포함한다. 일부 실시예에서, 메모리(650)는 레지스터 메모리, 프로세서 캐시 또는 RAM(Random Access Memory)과 같은 비일시적 저장 메모리를 포함한다. 일부 실시예에서, 컨트롤러 회로(620)는 디지털 회로, 아날로그 회로 또는 혼합 신호 집적 회로일 수 있다. 컨트롤러 회로(120)의 예는 마이크로프로세서, FSM(Finite State Machine), FPGA(Field Programmable Gate Array) 및 마이크로컨트롤러를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 모드 검출기(626)는 초음파 트랜스듀서(608)에 의해 수신된 초음파로부터 동작 모드 명령을 판정하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 모드 검출기(626)는 메모리(650)에 저장된 복수의 사전 결정된 패턴(656)으로부터 패턴에 대한 대응을 판정할 때 동작 모드 명령을 판정할 수 있다. 예를 들어, 패턴은 초음파 펄스 지속기간과 같은 특정 초음파 특성을 갖는 하나 이상의 펄스의 시퀀스일 수 있다. 이 예에서, 모드 검출기(626)는 매칭 패턴을 판정하기 위해 동작 모드 명령의 일부를 사전 결정된 패턴(656) 중 하나 이상에 매칭할 수 있다. 다른 예에서, 패턴은 펄스 지속기간, 진폭 또는 위상 또는 주파수 변화와 같은 초음파 특성에 대응할 수 있다. 이 예에서, 모드 검출기(626)는 패턴에 대한 대응을 판정하기 위해 부분의 초음파 특성(예를 들어, 펄스 지속기간)을 분석할 수 있다. 일부 실시예에서, 동작 모드 명령의 일 부분은 동작 모드 명령의 시작을 나타내는 단일 펄스일 수 있다. 다른 실시예에서, 이 부분은 일련의 초음파 펄스일 수 있다.
일부 실시예에서, 모드 검출기(626)는 초음파 트랜스듀서 회로(606)에서 수신된 초음파에 기초하여 변조 및 복조 회로(612)에 의해 생성된(예를 들어, 복조된) 전기 신호로서 초음파를 수신할 수 있다. 일부 실시예에서, 모드 검출기(626)는 전기 신호로부터 하나 이상의 초음파 특성을 검출하도록 구성된 하나 이상의 검출 회로를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 이들 검출 회로 중 하나는 동작 모드 명령에서 각각의 초음파 펄스의 펄스 지속기간을 판정하도록 구성된 제로 크로싱 회로를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제로-크로싱 회로는 전기 신호의 제1 부분이 펄스 지속기간을 판정하기 위해 미리 정해진 수의 클록 사이클 내에서 미리 정해진 전압 레벨을 가로지르는 인스턴스의 수를 카운트하고 저장하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 사전 정의된 전압 레벨은 0V에 가까운 전압(예를 들어, 10mV 미만, 50mV 미만, 100mV 미만, 또는 200mV 미만)이다.
일부 실시예에서, 명령 프로세서(622)는 모드 검출기(626)에 의해 판정된 동작 모드 명령에 기초하여 복수의 사전 결정된 동작 모드(652)로부터 하나의 동작 모드로 이식형 장치(604)의 동작 모드를 설정하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 명령 프로세서(622)는 수신된 동작 모드 명령 및 관련 명령을 커멘드 레지스터와 같은 메모리(650)에 저장할 수 있다. 일부 실시예에서, 명령 프로세서(622)는 저장된 동작 모드 명령에 기초하여 동작 모드에 대응하는 동작 상태에 들어가도록 이식형 장치(604)를 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 명령 프로세서(622)는 현재 동작 상태 및 하나 이상의 수신된 동작 모드 명령, 하나 이상의 센서 값 또는 이들의 조합과 같은 하나 이상의 감지된 입력을 기초로 하여 이식형 장치(604)의 동작 상태를 제어하는 마이크로컨트롤러의 프로그램 및 FSM으로서 이식될 수 있다.
일부 실시예에서, 명령 프로세서(622)는 다양한 파라미터를 구성하거나 동작 모드를 선택하기 위해 동작 모드 명령의 일부로부터 정보를 추출하도록 구성될 수 있다. 인터로게이터에 의해 방출되고 폐루프 이식형 장치에 의해 수신되는 초음파에 인코딩된 정보는 예를 들어 신경조절을 시작하거나 중지하기 위한 명령, 하나 이상의 보정 명령, 운영 소프트웨어에 대한 하나 이상의 업데이트, 및/또는 하나 이상의 템플릿(예컨대, 템플릿 전기생리학적 신호, 하나 이상의 템플릿 전기생리학적 신호 및/또는 하나 이상의 템플릿 자극 신호)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 명령 프로세서(622)는 수신된 명령을 처리하고 메모리(650)에 저장하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 명령 프로세서(622)는 하나 이상의 수신된 동작 모드 명령에 기초하여 복수의 동작 모드로부터 하나의 동작 모드로 진입할 수 있다. 일부 실시예에서, 복수의 동작 모드는 예를 들어 신경을 자극하는 모드, 신경 활동을 기록하는 모드 또는 하나 이상의 생리학적 조건을 판정하는 모드를 포함할 수 있다. 예를 들어, 동작 모드 명령이 이식형 장치(604)가 신경 자극 모드에 들어가야 함을 나타내는 경우, 컨트롤러 회로(620)는 특정 신경 섬유 또는 신경의 일부를 자극하기 위해 자극 회로(614)를 제어하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 명령 프로세서(622)가 이식형 장치(104)를 제어하여 신경 활동 기록 모드 또는 하나 이상의 생리학적 조건을 판정하는 모드에 진입할 때, 명령 프로세서(622)는 디바이스 정보(예를 들어, 신경 기록 또는 검출/측정된 생리학적 상태)를 검색하기 위해 검출 회로(616)를 제어할 수 있다. 일부 실시예에서, 명령 프로세서(622)는 이식형 장치(604)의 동작을 제어하기 위해 현재 동작 모드(652)와 관련된 명령(654)를 검색하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 신경 활동 기록 모드에서 명령 프로세서(622)는 신경 활동 기록 모드에 대응하는 명령(654) 및 신경의 신경 활동(예를 들어, 장치 정보의 예)을 샘플링하는 명령(654)을 수신하여 검출 회로(616)를 제어할 수 있다. 일부 실시예에서, 디바이스 정보를 검색할 때, 명령 프로세서(622)는 전술한 바와 같이 초음파 후방 산란에서 디바이스 정보를 인코딩하기 위해 명령(654)에 기초하여 변조 및 복조 회로(612)를 제어하도록 구성될 수 있다.
도 7은 일부 실시예에 따른 초음파를 사용하여 이식형 장치를 발견하기 위한 방법(700)을 도시한다. 일부 실시예에서, 이식형 장치는 도 1과 관련하여 전술한 바와 같은 이식형 장치(120)의 예일 수 있다. 일부 실시예에서, 방법(700)의 하나 이상의 단계는 각각 도 1 및 도 5와 관련하여 전술한 바와 같이 인터로게이터(106 또는 502)와 같은 인터로게이터에 의해 수행될 수 있다. 예를 들어, 방법(700)의 하나 이상의 단계는 임플란트 추적기(517)에 의해 수행될 수 있다. 설명의 용이함을 위해, 방법(700)의 아래의 다양한 단계는 인터로게이터(502)의 컴포넌트를 참조할 수 있다. 일부 실시예에서, 방법(700)은 하나 이상의 컴퓨팅 장치와 통신하는 인터로게이터를 포함하는 시스템에 의해 수행될 수 있다. 예를 들어, 컴퓨팅 집약적 단계 중 일부는 인터로게이터에서 하나 이상의 컴퓨팅 장치로 오프로드되어 계산 속도와 효율성을 높일 수 있다.
단계(702)에서 인터로게이터는 초음파(US) 빔을 방출하여 복수의 초점에 연속적으로 포커싱한다. 예를 들어, 인터로게이터의 임플란트 추적기(예를 들어, 임플란트 추적기(517))는 명령 생성기(예를 들어, 명령 생성기(514))를 통해 US 빔이 방출되는 방법을 제어할 수 있다. 일부 실시예에서, 인터로게이터는 전자 빔 형성을 통해 인터로게이터에 의해 제어되어 US 빔을 특정 초점에 집중시킬 수 있는 복수의 트랜스듀서를 포함하는 트랜스듀서 어레이를 포함한다. 예를 들어, 명령 생성기는 도 5와 관련하여 전술한 바와 같이 트랜스듀서 어레이를 제어하기 위한 명령을 생성할 수 있다. 일부 실시예에서, 복수의 초점은 US 빔의 조종 가능한 범위를 나타낸다. 일부 실시 예에서 조종 가능한 범위는 선형 범위를 포함할 수 있다. 트랜스듀서 어레이가 트랜스듀서의 2D 어레이를 포함할 수 있는 다른 실시예에서, 조종 가능한 범위는 2D 영역을 포함할 수 있다.
단계(704)에서, 복수의 초점의 각각의 초점에서, 인터로게이터는 이식형 장치가 초점에 위치할 가능성이 얼마나 되는지를 판정한다. 일부 실시예에서, 인터로게이터는 복수의 초점의 각각의 초점에서 단계(704A-C)를 수행할 수 있다.
단계(704A)에서, 인터로게이터는 초점에 위치하는 경우, 이식형 장치가 US 빔의 초음파 에너지를 전기 에너지로 변환하여 파워 오프 상태에서 파워 온 상태로 전환하는 것을 허용하는 지속기간 동안 초점에 포커싱된 US 빔을 유지한다. 일부 실시예에서, 이 지속기간은 US 빔의 강도, 이식형 장치의 전력 요구 사항, 이식형 장치의 에너지 저장 용량, 또는 인터로게이터와 이식형 장치 사이의 평균 또는 추정된 최대 거리 중 하나 이상을 포함하는 다양한 인자에 기초하여 미리 판정되는 미리 정의된 기간일 수 있다.
단계(704B)에서, 인터로게이터는 초점에 포커싱된 US 빔에 대응하는 후방 산란 초음파를 수신한다. 일부 실시예에서, 인터로게이터는 US 빔 송신과 초음파 후방 산란 수신 사이를 토글하기 위해 스위치를 동작할 수 있다. 일부 실시예에서, US 빔의 초음파를 수신하는 이식형 장치는 이식형 장치에 의해 방출되는 초음파 후방 산란에서 정보를 인코딩하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 이식형 장치는 정보를 인코딩하기 위해 초음파 트랜스듀서를 분류하기 위해 스위치를 디지털 방식으로 제어함으로써 전기 신호를 변조할 수 있다. 일부 실시예에서, 정보는 이식형 장치를 식별하는 사전 결정된 패턴을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 사전 결정된 패턴은 구형파 진동일 수 있으며, 이에 의해 이식형 장치는 사전 결정된 기간 동안 하나 이상의 트랜스듀서의 압전 단자를 주기적으로 단락시킨다. 일부 실시예에서, 사전 결정된 패턴은 도 3의 디지털 데이터 처리(312)와 관련하여 전술한 바와 같이 인터로게이터에 의해 디코딩된 일련의 디지털 데이터일 수 있다.
단계(704C)에서, 인터로게이터는 수신된 후방 산란 초음파를 발견되어야 하는 이식형 장치와 연관된 사전 결정된 패턴과 비교하여 후방 산란 초음파가 사전 결정된 패턴을 포함할 가능성을 나타내는 점수를 생성한다. 예를 들어, 임플란트 추적기는 사전 결정된 패턴을 메모리에 저장하고, 후방 산란된 초음파와 사전 결정된 패턴을 비교할 수 있다. 일부 실시예에서, 임플란트 추적기는 사전 결정된 패턴에 대응하는 일련의 디지털 데이터를 저장하고 후방 산란 초음파를 디코딩하여 사전 결정된 패턴이 후방 산란 초음파에 존재하는지 여부를 판정할 수 있다. 일부 실시예에서, 이 점수는 이식형 장치의 사전 결정된 패턴이 초음파 후방 산란으로부터 검출되는지 여부를 나타낼 수 있다. 일부 실시예에서, 인터로게이터는 점수를 생성하기 위해 하나 이상의 컴퓨팅 장치와 (예를 들어, 유선 연결 또는 무선 연결을 통해) 통신할 수 있다.
단계(706)에서, 인터로게이터는 복수의 대응하는 초점에 대해 생성된 복수의 점수에 기초하여 복수의 초점으로부터 이식형 장치의 위치를 판정한다. 일부 실시예에서, 인터로게이터의 임플란트 추적기는 복수의 초점 중 어떤 초점이 적어도 미리 정의된 임계값 또는 신뢰 수준인 점수를 갖는지에 기초하여 이식형 장치의 위치를 추정할 수 있다. 예를 들어, 인터로게이터는 점수가 미리 정의된 임계값(예컨대, 80%, 90%, 95% 등) 이상인 초점의 중앙값, 모드 또는 평균과 같은 중심 경향의 하나 이상의 측정값을 계산함으로써 위치를 판정할 수 있다. 일부 실시예에서, 임플란트 추적기는 복수의 초점에 걸쳐 점수의 스펙트럼 중심(즉, 질량 중심)을 계산하도록 구성될 수 있다. 즉, 임플란트 추적기는 복수의 대응 점수에 대해 복수의 초점의 "질량 중심"을 나타내는 "평균" 초점 값을 식별하기 위해 복수의 초점에 걸쳐 점수의 가중 평균을 계산할 수 있다. 일부 실시예에서, 인터로게이터는 복수의 초점으로부터 이식형 장치의 위치를 나타내는 초점을 선택할 수 있다.
일부 실시예에서, 인터로게이터가 이식형 장치의 추정된 위치를 판정하면, 인터로게이터는 이식형 장치가 그 초점에 위치한다는 것을 확인하기 위해 추정된 위치에 가장 가까운 초점으로 US 빔을 지향하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 인터로게이터는 단계(706)에서 추정된 위치를 판정함에 있어서 복수의 초점들 중에서 선택된 초점 상에 US 빔을 포커싱할 수 있다. 일부 실시예에서, 인터로게이터는 US 빔이 선택된 초점 상에 포커싱된 동안 수신된 초음파 후방 산란을 분석하여 이식형 장치가 선택된 초점에 위치한다는 것을 확인할 수 있다. 예를 들어, 인터로게이터는 초음파 후방 산란으로부터 추출된 신호 세기를 기 사전 설정된 임계값과 비교할 수 있다. 일부 실시예에서, 인터로게이터는 이식형 장치가 선택된 초점에 위치한다는 확인에 응답하여 선택된 초점에 US 빔을 유지할 수 있다. 그렇지 않으면, 인터로게이터는 일부 실시예에 따라, 이식형 장치가 선택된 초점에 위치하지 않는다는 확인에 응답하여 제2 복수의 초점으로부터 하나 이상의 초점 상에 다시 포커싱하도록 US 빔을 조종할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 초점은 단계(702)의 복수의 초점으로부터 선택될 수 있다.
일부 실시예에서, 인터로게이터가 이식형 장치를 발견하고 이식형 장치의 위치를 판정하면, 인터로게이터는 도 8-11과 관련하여 아래에서 추가로 설명되는 바와 같이, 인터로게이터가 US 빔과 이식형 장치 사이의 정렬을 판정하고 유지하는 추적 모드로 진입할 수 있다.
도 8은 일부 실시예에 따른, 초음파를 사용하여 이식형 장치를 효과적으로 추적하고 전력을 공급하기 위한 인터로게이터(예를 들어, 도 1의 인터로게이터(106) 또는 도 5의 인터로게이터(502))의 예시적인 동작 로직을 보여주는 다이어그램(800)을 도시한다. 전술한 바와 같이, 인터로게이터의 컨트롤러 회로(예를 들어, 컨트롤러 회로(512))는 인터로게이터의 동작을 제어하기 위해 유한 상태 머신(FSM: Finite State Machine)을 구현하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 인터로게이터의 임플란트 추적기(예를 들어, 임플란트 추적기(517))는 FSM을 구현할 수 있다. 예를 들어, 다이어그램(800)은 무어 상태 머신(Moore state machine)을 도시한다. 도면(800)에 도시된 바와 같이, FSM은 이식형 장치를 추적하기 위한 복수의 동작 상태(802-806)를 포함할 수 있다. FSM이 무어 머신으로 도시되어 있으나, 인터로게이터는 다른 유형의 FSM에 따라 그것의 동작 로직을 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 무어 머신 대신, FSM은 밀리 상태 머신(Mealy state machine), 하렐 상태 머신(Harel state machine), 통합 모델링 언어(UML: Unified Modeling Language) 상태 머신으로 구현될 수 있다.
동작 상태(802)에서, 인터로게이터는 이식형 장치와의 동기화 상태를 확립하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 인터로게이터는 수신된 초음파 후방 산란으로부터 판정된 신호 강도가 사전 결정된 동기화 임계값을 초과하는 초점을 판정하기 위해 복수의 초점에 포커싱하도록 그것의 US 빔을 조종한다. 도시된 바와 같이, 판정된 신호 강도가 사전 결정된 임계값 미만인 경우, 인터로게이터는 동작 상태(802)를 유지한다. 신호 강도가 사전 결정된 임계값을 충족하거나 초과하면 인터로게이터는 동작 상태(804)로 진입한다.
동작 상태(804)에서, 인터로게이터는 이식형 장치의 위치를 추적하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 인터로게이터는 수신된 초음파 후방 산란으로부터 추출된 신호의 신호 강도를 최대화하기 위해 US 빔이 집중되는 위치를 조정한다. 일부 실시예에서, 인터로게이터는 대응하는 신호 강도가 더 이상 증가하지 않을 때까지, 즉 로컬 최대값이 발견될 때까지 동작 상태(804)에 머물고 초점의 위치를 조정하도록 구성될 수 있다. 신호 강도가 최대화되면, 인터로게이터는 동작 상태(806)로 진입한다.
동작 상태(806)에서 인터로게이터는 US 빔을 유지하여 동작 상태(804)에서 최대 신호 강도를 야기했던 초점 상에 포커싱한다. 일부 실시예에서, 이 최대 신호 강도는 정상 상태 임계치를 나타낼 수 있다. 인터로게이터와 이식형 장치 사이에 일정한 전력 및 신뢰할 수 있는 초음파 통신을 제공하기 위해, 인터로게이터는 초음파 후방 산란에서 수신된 신호의 신호 강도를 모니터링하도록 구성된다. 모니터링된 신호 강도가 정상 상태 임계값의 사전 결정된 범위 내에 있는 것으로 판정되면 인터로게이터는 US 빔 초점을 유지한다. 그렇지 않고 모니터링된 신호 강도가 정상 상태 임계값의 범위를 벗어나는 경우, 인터로게이터는 이식형 장치의 위치를 추적하기 위해 동작 상태(804)로 다시 진입한다.
도 9는 일부 실시예에 따른, 이식형 장치에 공급되는 전력을 유지하기 위해 초음파를 사용하여 전력을 공급받는 이식형 장치를 추적하는 방법(900)을 도시한다. 일부 실시예에서, 이식형 장치는 도 1과 관련하여 전술한 바와 같은 이식형 장치(120)의 예일 수 있다. 일부 실시예에서, 방법(900)의 하나 이상의 단계는 도 1 및 도 5에 대해 각각 전술한 바와 같이 인터로게이터(106 및 502)와 같은 인터로게이터에 의해 수행될 수 있다. 예를 들어, 방법(900)의 하나 이상의 단계는 도 5와 관련하여 전술한 바와 같이 이식형 장치(502)의 이식형 추적기(517)에 의해 수행될 수 있다. 일부 실시예에서, 방법(900)은 하나 이상의 컴퓨팅 장치와 통신하는 인터로게이터를 포함하는 추적 시스템에 의해 수행될 수 있다. 예를 들어, 컴퓨팅 집약적 단계 중 일부는 인터로게이터에서 하나 이상의 컴퓨팅 장치로 오프로드되어 계산 속도와 효율성을 높일 수 있다. 설명의 용이함을 위해, 방법(900)의 아래의 다양한 단계는 인터로게이터(502)의 컴포넌트를 참조할 수 있다.
단계(902)에서, 인터로게이터는 이식형 장치와 동기화 상태를 확립한다. 일부 실시예에서, 단계(902)는 단계(904-908)를 포함한다.
단계(904)에서, 인터로게이터는 초음파(US) 빔을 제1 초점으로 방출하고 방출된 US 빔에 대응하는 제1 초음파 후방 산란을 수신한다. 전술한 바와 같이, US 빔의 초음파가 이식형 장치와 접촉하면, 초음파가 산란되고 그 에너지의 일부가 인터로게이터를 항한 후방을 포함한 모든 공간 방향으로 방사된다. 일부 실시예에서, 이식형 장치는 초음파 후방 산란 내의 정보를 인코딩하기 위해 전기 신호를 변조하도록 구성될 수 있다.
단계(906)에서, 인터로게이터는 제1 초음파 후방 산란에 기초하여 제1 신호 강도를 판정한다. 일부 실시예에서, 인터로게이터의 임플란트 추적기는 초음파 후방 산란으로부터 임플란트 신호를 추출하고 그 신호 강도를 판정하도록 구성될 수 있다. 도 3과 관련하여 전술한 바와 같이, 임플란트 신호는 임플란트 데이터를 인코딩하기 위해 임플란트 장치에 의해 수행되는 신호 변조에 대응할 수 있다.
일부 실시예에서, 임플란트 추적기는 수신된 후방 산란 초음파로부터 신호 간섭 또는 환경 잡음을 제거하여 임플란트 신호를 추출할 수 있다. 일부 실시예에서, 임플란트 추적기는 임플란트 신호를 추출하기 위해 임플란트 신호를 포함하지 않는 초음파 후방 산란의 제2 부분과 임플란트 신호를 포함하는 초음파 후방 산란의 제1 부분을 비교함으로써 간섭 제거를 수행할 수 있다. 예를 들어, 임플란트 신호는 제1 부분(임플란트 변조가 있는 능동 후방 산란에 해당)에서 제2 부분(임플란트 변조가 없는 수동 후방 산란에 해당)을 빼서 환경 잡음 또는 간섭을 제거할 수 있다.
일부 실시예에서, 임플란트 추적기는 초음파 후방 산란으로부터 추출된 임플란트 신호로부터 신호 강도를 판정하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 임플란트 추적기는 추출된 신호의 변조 깊이 또는 진폭 변동을 판정함으로써 신호 강도를 판정할 수 있다. 예를 들어, 임플란트 추적기는 진폭 변화의 백분율인 진폭 변화를 판정할 수 있다.
단계(908)에서, 인터로게이터는 제1 신호 강도가 사전 결정된 임계값을 충족한다는 판정에 응답하여 이식형 장치와의 동기화 상태를 확립한다. 예를 들어, 사전 결정된 임계치는 최소 진폭 임계치일 수 있다.
단계(910)에서, 일단 동기화 상태가 확립되면, 인터로게이터는 US 빔이 포커싱되는 위치를 조정함으로써 이식가능한 장치를 추적한다. 즉, 인터로게이터는 US 빔의 초점이 이식형 장치의 위치와 정렬되도록 이식형 장치의 위치를 추적한다. 일부 실시예에서, 이식형 장치를 추적하는 것은 US 빔에 의해 이식형 장치에 제공되는 충분한 전력을 유지하고 인터로게이터와 이식형 장치 사이의 신뢰할 수 있는 양방향 초음파 통신을 달성하는데 중요하다. 이식형 장치를 추적함으로써, 인터로게이터는 체내 장치에 대한 최대 허용 전력에 대한 규제 가이드라인에 따라 동작하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 단계(910)는 단계(912-918)를 포함한다.
단계(912)에서, 인터로게이터는 이식형 장치의 위치를 추정한다. 일부 실시예에서, 인터로게이터는 제1 초음파 후방 산란에 기초하여 위치를 추정하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 인터로게이터는 수신 빔포밍에 기초하여 제1 초점의 위치를 조정할 방향을 판정한다. 일부 실시예에서, 인터로게이터는 제1 초음파 후방 산란의 하나 이상의 사전 결정된 부분에 기초하여 추정된 위치를 판정할 수 있다. 일부 실시예에서, 인터로게이터는 제1 초음파 후방 산란 후에 수신된 하나 이상의 초음파 후방 산란에 기초하여 추정된 위치를 판정할 수 있다.
단계(914)에서, 인터로게이터는 제1 초점보다 추정 위치에 더 가까운 제2 초점으로 US 빔을 방출하고 방출된 US 빔에 대응하는 제2 초음파 후방 산란을 수신한다.
단계(916)에서, 인터로게이터는 단계(914)에서 수신된 제2 초음파 후방 산란에 기초하여 제2 신호 강도를 판정한다.
예를 들어, 단계(906)에서의 제1 초음파 후방 산란으로부터 제1 신호 강도가 판정될 수 있는 방법과 유사하게, 인터로게이터의 임플란트 추적기는 제2 초음파 후방 산란으로부터 제2 임플란트 신호를 추출하고 제2 추출된 임플란트 신호로부터 제2 신호 강도를 판정할 수 있다.
단계(918)에서, 인터로게이터는 이식형 장치를 추적하기 위해 이전에 판정된 신호 강도와 제2 신호 강도의 비교에 기초하여, 방출된 US 빔이 포커싱되는 위치를 유지할지 또는 조정할지 여부를 판정한다. 일부 실시예에서, 인터로게이터는 제2 신호 강도를 이전에 판정된 제1 신호 강도와 비교하여 US 빔의 초점을 유지할지 또는 조정할지 여부를 판정할 수 있다. 예를 들어, 제2 신호 강도가 제1 신호 강도보다 크면, 인터로게이터는 제2 초점 방향으로 초점을 조정할 수 있다. 다른 예에서, 제2 신호 강도가 이전에 판정된 신호 강도보다 작다면, 인터로게이터는 US 빔과 이식형 장치 사이의 동기화 또는 정렬의 허용 가능한 수준을 유지하기 위해 제1 초점 포인트에서 초점을 유지할 수 있다.
도 10은 일부 실시예에 따른, 이식형 장치에 공급되는 전력을 효과적으로 유지하기 위해 초음파를 사용하여 전력을 공급받는 이식형 장치를 추적하는 방법(1000)을 도시한다. 일부 실시예에서, 방법(1000)은 도 9와 관련하여 전술한 바와 같이 단계(910)에서 확장되는 추가적인 세부사항을 도시한다. 일부 실시예에서, 방법(1000)의 하나 이상의 단계는 도 5와 관련하여 전술한 바와 같이 인터로게이터(502)의 임플란트 추적기(예를 들어, 임플란트 추적기(517))에 의해 수행될 수 있다.
단계(1002)에서, 인터로게이터는 도 9의 단계(902)와 관련하여 전술한 바와 같이 이식형 장치와의 동기화 상태를 확립한다. 특히, 단계(1002)는 단계(1004)를 포함하고, 이 단계에서 인터로게이터는 현재 초음파 후방 산란으로부터 판정된 현재 신호 강도가 사전 결정된 임계값을 충족한다고 판정한다. 도 9와 관련하여 전술한 바와 같이, 인터로게이터의 임플란트 추적기는 초음파 후방 산란으로부터 임플란트 신호를 추출하고 추출된 임플란트 신호의 신호 강도를 판정함으로써 수신된 초음파 후방 산란으로부터 신호 강도를 판정하도록 구성될 수 있다.
단계(1010)에서, 인터로게이터는 US 빔이 포커싱되는 위치를 조정함으로써 이식형 장치를 추적한다. 일부 실시예에서, 단계(1010)는 단계(1012-1020)를 포함한다.
단계(1012)에서, 인터로게이터는 현재 초점에 포커싱되는 US 빔에 대응하는 현재 초음파 후방 산란에 기초하여 이식형 장치의 위치를 추정한다. 예를 들어, 인터로게이터의 임플란트 추적기는 수신 빔포밍을 사용하여 위치를 추정할 수 있다. 일부 실시예에서, 추정된 위치는 US 빔이 포커싱되고 있는 위치를 조정하기 위한 추정 각도로 표현될 수 있다. 일부 실시예에서, 추정된 위치는 인터로게이터의 트랜스듀서 어레이에 대한 US 빔의 추정 각도로 표현될 수 있다. 일부 실시예에서, 임플란트 추적기는 수신 빔포밍을 사용하는 것에 기초하여 위치의 추정치를 나타내는 추정 각도를 판정할 수 있다. 예를 들어, US 빔 및 그 각각의 초점을 추정 각도로 지시된 방향으로 지향함으로써, 이식형 장치의 실제 위치와 US 빔의 초점 사이의 거리가 감소될 수 있다.
단계(1014)에서, 인터로게이터는 추정된 위치를 향해 현재 초점의 위치를 증가시키며, 이로 인해 현재 초점은 이전 초점이 되고 증가된 위치는 현재 초점이 된다. 일부 실시예에서, 위치는 사전 결정된 양만큼 증가될 수 있다. 예를 들어, 이 양은 적어도 0.1mm, 0.2mm, 0.25mm, 0.5mm, 0.6mm일 수 있다. 예를 들어, 이 양은 0.7mm, 0.6mm, 0.5mm, 0.4mm, 0.25mm 또는 0.2mm 미만일 수 있다. 추정된 위치가 추정된 각도로 표현되는 일부 실시예에서, 인터로게이터는 추정된 각도로 지시된 방향으로 현재 초점의 위치를 증가시키도록 구성될 수 있다. 따라서, 이식형 장치의 위치를 추정하고 US 빔이 포커싱되는 위치를 제어함으로써, 인터로게이터는 탐색해야 하는 초점의 수를 줄이고 탐색 속도와 효율성을 높일 수 있다.
단계(1016)에서, 인터로게이터는 증가된 위치에 해당하는 현재 초점으로 US 빔을 방출하고 방출된 US 빔에 해당하는 초음파 후방 산란을 수신한다.
단계(1018)에서, 인터로게이터는 증가된 위치에 대응하는 수신된 초음파 후방 산란을 기반으로 현재 신호 세기를 판정한다. 일부 실시예에서, 도 9의 단계(906)와 관련하여 전술한 바와 같이, 인터로게이터는 후방 산란으로부터 임플란트 신호(즉, 초음파 후방 산란에서 이식형 장치에 의해 내장된 신호)를 추출하고 추출된 임플란트 신호의 신호 강도를 판정할 수 있다.
단계(1020)에서, 인터로게이터는 현재 신호 세기와 이전 신호 세기를 비교하여 현재 신호 세기가 이전 신호 세기보다 높은지 판정한다. 즉, 인터로게이터는 빔 초점의 위치를 이전 초점에서 현재 초점으로 증가시키는 것이 신호 강도를 증가시켜 인터로게이터와 이식형 장치 사이의 정렬을 개선하는지 여부를 판정할 수 있다.
일부 실시예에서, 현재 신호 강도가 증가하면, 방법(1000)은 인터로게이터가 계속해서 초점의 위치를 조정하는 단계(1012)로 복귀한다. 일부 실시예에서, 현재 신호 강도가 더 이상 증가하지 않거나 감소하는 것으로 판정되면, 인터로게이터는 로컬 최대 신호 강도가 판정되었고 연관된 초점이 이식형 장치의 위치에 가장 가깝다고 판정한다. 일부 실시예에서, 인터로게이터는 현재 초점의 위치가 조정되는 단계(1022)를 선택적으로 수행한다. 예를 들어, 인터로게이터는 이산 증분량을 설명하기 위해 증분의 절반만큼 현재 초점의 증분된 위치를 되돌릴 수 있다.
단계(1024)에서, 인터로게이터는 현재 초점 상에 포커싱하도록 US 빔을 유지함으로써, 이식형 장치와의 신호 정상 상태를 확립한다.
도 11은 일부 실시예에 따라 이식형 장치에 공급되는 전력을 효과적으로 유지하기 위해 초음파를 사용하여 전력을 공급받는 이식형 장치를 추적하는 방법(1100)을 도시한다. 일부 실시예에서, 방법(1100)은 도 10과 관련하여 전술한 바와 같이 단계(1024)에서 확장되는 추가적인 세부사항을 예시한다. 일부 실시예에서, 방법(1100)의 하나 이상의 단계는 도 5와 관련하여 전술한 바와 같이 인터로게이터(502)의 임플란트 추적기(예를 들어, 임플란트 추적기(517))에 의해 실행될 수 있다.
단계(1102)에서, 인터로게이터는 이식형 장치와 신호 정상 상태를 확립한다. 일부 실시예에서, 단계(1102)는 단계(1104-1106)를 포함한다.
단계(1104)에서, 인터로게이터는 확립된 신호 정상 상태에서 수신된 초음파 후방 산란으로부터 판정된 신호 세기를 저장한다. 다시 말해, 인터로게이터는 도 10과 관련하여 위에서 설명한 바와 같이 이식형 장치를 추적하는 동안 판정된 최대 신호 강도를 저장하도록 구성될 수 있다.
단계(1106)에서, 인터로게이터는 단계(1104)에서 신호 세기를 판정한 초점을 저장한다. 일부 실시예에서, 초점은 인터로게이터에 의해 방출된 US 빔이 표적화된 위치에 대응한다. 단계(1108)에서, 인터로게이터는 방출된 US 빔을 유지하여 신호 정상 상태에서 판정된 초점 상에 포커싱한다. 단계(1110)에서, 인터로게이터는 US 빔이 초점에서 방출되는 동안 수신된 초음파 후방 산란으로부터 추출된 신호의 신호 세기를 모니터링한다. 예를 들어, 도 9의 단계(906)와 유사하게, 인터로게이터의 임플란트 추적기는 초음파 후방 산란으로부터 임플란트 신호를 추출하는 것에 기초하여 신호 강도를 판정하도록 구성될 수 있다.
단계(1112)에서, 인터로게이터는 모니터링된 신호 강도를 저장된 신호 강도와 비교하는 것에 기초하여 방출된 US 빔의 초점이 조정되어야 하는지 여부를 판정한다. 일부 실시예에서, 인터로게이터가 모니터링된 신호 강도가 저장된 신호 강도의 사전 결정된 임계값 아래로 떨어지지 않는다고 판정하면, 방법(1100)은 방출된 US 빔의 초점이 유지되는 단계(1108)로 복귀한다. 그렇지 않으면, 방법(1100)은 단계(1114)로 진행한다. 일부 실시예에서, 인터로게이터는 모니터링된 신호 강도가 저장된 신호 강도의 백분율 미만으로 감소하는지 여부에 기초하여 초점이 조정되어야 하는지 여부를 판정할 수 있다. 전술한 바와 같이, 저장된 신호 강도는 이전에 식별된 로컬 최대값을 나타낸다. 따라서, 인터로게이터는 인터로게이터와 이식형 장치 사이의 정렬을 조정하여 이식형 장치의 위치를 변경시키는 피험자의 움직임에 대응할 수 있다.
일부 실시예에서, 이식형 장치의 움직임에 대응하기 위해 신호 강도를 모니터링하는 것 외에, 인터로게이터는 인터로게이터의 움직임에 대응하기 위해 방출된 US 빔의 초점을 조정하는지 여부와 그 방법을 판정하기 위해 인터로게이터의 움직임을 모니터링하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 인터로게이터는 인터로게이터의 움직임을 감지하고 측정하기 위해 IMU(Inertial Movement Unit), 가속도계, 자이로스코프 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 이들 실시예에서, 인터로게이터는 측정된 움직임에 대응하는 초점의 위치에 대한 조정을 계산할 수 있다. 예를 들어, 이 조정을 계산하고 적용함으로써, 인터로게이터는 초점의 절대 위치의 순 변화가 0에 가깝게 유지되도록 초음파 빔을 전자적으로 조정하여 인터로게이터 조작자의 손의 작은 움직임을 보상할 수 있다.
단계(1114)에서, 인터로게이터는 방출된 US 빔과 이식형 장치의 정렬을 증가시키기 위해 신호 추적 상태로 진입한다. 일부 실시예에서, 단계(1114)는 도 9의 단계(910) 및 도 10의 단계(1010)에 대응한다. 일부 실시예에서, 단계(1114)는 단계(1116-1118)를 포함한다.
단계(1116)에서, 인터로게이터는 수신된 초음파 후방 산란을 기초로 하여 이식형 장치의 위치를 추정한다.
단계(1118)에서, 인터로게이터는 US 빔을 방출하여 추정된 위치에 더 가까운 초점 상에 포커싱한다. 전술한 바와 같이, 인터로게이터는 초점을 조정하고 판정된 방향으로 초점을 증가시키는 방향을 판정하기 위해 수신 빔 포밍을 사용할 수 있다. 도 9 내지 도 10과 관련하여 전술한 바와 같이, 일단 이식형 장치가 추적되면, 인터로게이터는 이식형 장치로 신호 정상 상태를 재설정할 수 있다.
도 12는 일부 실시예에 따른, 인터로게이터에 의해 수신된 초음파 후방 산란(1202)으로 이식형 장치에 의해 인코딩된 사전 결정된 패턴을 보여주는 예시적인 다이어그램(1200)을 도시한다. 다이어그램(1200)에 도시된 바와 같이, 초음파 후방 산란(1202)은 시간에 따라 진폭이 변한다(25MHz에서 샘플링됨).
전술한 바와 같이, 인터로게이터가 이식형 장치에서 US 빔을 방출하면 US 빔 내의 초음파가 초음파 후방 산란 형태로 반사된다. 초음파 후방 산란(1202)은 초음파의 임플란트 반사를 나타내는 부분(1204) 및 초음파 후방 산란(1202) 내의 이식형 장치에 의해 내장된 파형 패턴을 나타내는 부분(1206)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 도 7과 관련하여 전술한 바와 같이, 인터로게이터는 초음파 후방 산란(1202)을 이식형 장치와 연관된 사전 결정된 패턴과 비교하여 전원이 켜진 이식형 장치의 예상되는 사전 결정된 패턴과 일치하는지 판정할 수 있다.
도 13은 일부 실시예에 따른, 인터로게이터가 발견 모드에서 이식형 장치의 위치를 얼마나 정확하게 추정하는지를 보여주는 예시적인 차트(1302-1308)를 도시한다. 4개의 실험 설정에서, 인터로게이터는 도 7의 방법(700)을 수행하도록 구성되었다. 차트(1302-1308)에 도시된 바와 같이, 이식형 장치의 사전 결정된 패턴이 측면 초점으로 도시된 복수의 초점에 걸친 초음파 후방 산란에서 검출되는지 여부에 대해 인터로게이터에 의해 판정된 신뢰 수준은 0.0 내지 1.0 범위이다.
일부 실시예에서, 인터로게이터는 이식형 장치의 예상 위치를 판정하기 위해 임계값(예를 들어, 80%, 90%, 95% 등) 초과의 신뢰도로 이식형 장치의 사전 결정된 패턴이 검출되는 초점에 통계적 측정을 적용하도록 구성될 수 있다. 예시적인 차트(1302-1308)에서, 인터로게이터는 초점의 측면 초점 범위에 걸쳐 신뢰 수준("점수"라고도 함)의 스펙트럼 중심(즉, 질량 중심)을 계산하도록 구성된다. 도 13에서 볼 수 있듯이, 4가지 실험 설정 각각에서, 인터로게이터의 예상 위치는 이식형 장치의 실제 위치에 가깝다.
도 14는 일부 실시예에 따라 피험자의 신경(1414)과 상호작용하도록 구성된 이식형 장치(1411)의 도면(1400)을 도시한다. 일부 실시예에서, 이식형 장치(1411)는 각각 도 1 및 도 6과 관련하여 전술한 바와 같은 이식형 장치(120 또는 604)의 예시적인 구현일 수 있다. 다이어그램(1400)에 도시된 바와 같이, 이식형 장치(1411)는 신경(1414) 상에 이식될 수 있고 몸체(1412)로부터 연장되는 만곡 부재(1402)와 같은 하나 이상의 만곡 부재를 포함할 수 있다.
이식형 장치(1411)의 몸체(1412)는 집적 회로(1424)(예를 들어, 변조 및 복조 회로(612), 자극 회로(614), 검출 회로(616) 또는 컨트롤러 회로(620) 포함), 비일시적 메모리(1426)(예를 들어, 메모리(680)), 전원 회로(1428)(예를 들어, 전원 회로(630)), 및 초음파 트랜스듀서(1430)(예를 들어, 초음파 트랜스듀서(608) 또는 초음파 트랜스듀서 회로(606))를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 몸체(1412)는 초음파 트랜스듀서(1430)를 포함하는 복수의 초음파 트랜스듀서를 포함한다. 따라서, 초음파 트랜스듀서(1430)는 도면(800)에 도시된 바와 같이 복수의 초음파 트랜스듀서를 나타낼 수 있음을 이해해야 한다.
일부 실시예에서, 초음파 트랜스듀서(1430)는 인터로게이터(예를 들어, 도 1의 인터로게이터(106) 또는 도 5의 인터로게이터(502))에 의해 송신된 초음파를 수신하고 초음파의 기계적 에너지를 전기 에너지를 갖는 전기 신호로 변환하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 초음파는 이식형 장치(1411)의 동작 모드를 복수의 동작 모드 중 하나의 동작 모드로 설정하기 위해 집적 회로(1424)에 의해 검출되는 하나 이상의 동작 모드 명령을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 전기 신호는 하나 이상의 동작 모드 명령의 전기적 표현을 포함한다.
일부 실시예에서, 전기 신호의 일부는 전원 회로(1428)에 의해 처리되어 이식형 장치(1411)의 컴포넌트에 전원을 공급할 수 있다. 일부 실시예에서, 전원 회로(1428)는 집적 회로(1424)의 다양한 컴포넌트에 전력을 공급하기 위해 제1 전압을 갖는 전기 신호를 제2 전압을 갖는 제2 신호로 변환하도록 구성된 파워 컨베이어 회로(예를 들어, 파워 컨베이어 회로(634))를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 전원 회로(1428)는 AC 형태의 전기 신호를 DC 형태로 변환하기 위해 정류 회로(예를 들어, 능동 정류기)를 포함할 수 있으며, 여기서 변환된 전기 신호는 제1 전압과 연관될 수 있다. 일부 실시예에서, 파워 컨베이어 회로는 제1 전압보다 큰 제2 전압을 생성하기 위한 전하 펌프를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 전원 회로(1428)는 전기 신호에 의해 제공되는 과잉 에너지를 저장하고 인터로게이터에 의해 공급되는 전력이 불충분한 경우 보조 전원으로서 동작하도록 구성된 에너지 저장 장치(예를 들어, 에너지 저장 장치(636))를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 파워 컨베이어 회로는 각각 에너지 저장 장치를 효과적으로 충전하거나 방전하는 에너지 저장 장치로 또는 에너지 저장 장치로부터 전력이 전달되는지 여부를 제어하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 파워 컨베이어 회로는 전력 흐름의 방향(예를 들어, 순방향 흐름 또는 역방향 흐름)에 더하여 전력이 전달되는 시간의 양(예를 들어, 다수의 클록 사이클)을 제어하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 집적 회로(1424)는 초음파에서 수신된 동작 모드 명령에 기초하여 이식형 장치(1411)의 동작 모드를 설정하도록 구성된 컨트롤러 회로(예를 들어, 컨트롤러 회로(620))를 포함한다.
일부 실시예에서, 동작 모드 명령은 컨트롤러 회로가 이식형 장치(1411)를 나타내는 정보를 생성할 수 있는 전원 동기화 모드에 들어가도록 이식형 장치(1411)에 지시할 수 있다. 예를 들어, 집적 회로(1424)는 이식형 장치(1411)에 의해 방출되는 초음파 후방 산란 내에 사전 결정된 패턴을 삽입하기 위해 전기 신호를 변조하도록 구성될 수 있다. 도 1 내지 도 13과 관련하여 전술한 바와 같이, 초음파 후방 산란을 수신하는 인터로게이터는 이식형 장치(1411)의 위치를 발견하거나 추적하기 위해 사전 결정된 패턴을 추출할 수 있다. 방출된 US 빔의 빔 초점을 조정함으로써, 인터로게이터는 이식형 장치(1411)에 공급되는 충분한 전력을 유지하기 위해 US 빔을 이식형 장치(1411)와 보다 효과적으로 정렬할 수 있다. 더욱이, 인터로게이터에 의해 방출된 US 빔은 이식형 장치(1411)에 전원을 공급하고 통신하는데 모두 사용되기 때문에 충분한 전력을 유지하면 인터로게이터와 이식형 장치(1411) 사이의 초음파 통신도 향상된다.
일부 실시예에서, 동작 모드 명령은 이식형 장치(1411)에게 신경 자극 모드 또는 검출 모드에 들어가도록 명령할 수 있으며, 각각은 만곡 부재(1402)에서 전극 패드(1418)를 동작할 수 있다. 일부 실시예에서, 검출 모드는 인터로게이터와 같은 다른 장치에 장치 데이터를 전송하는 것과 연관된 업링크 모드의 예일 수 있다. 일부 실시예에서, 검출 모드에서, 전극 패드(1418)는 전기생리학적 신호를 검출하도록 구성되고, 전기생리학적 신호에 기초한 검출 신호는 집적 회로(1424)에 의해 수신된다. 집적 회로(1424)에 의해 수신된 검출 신호는 컨트롤러 회로에 의해 수신되기 전에 검출 회로(예를 들어, 검출 회로(616)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(680))에 액세스할 수 있다. 일부 실시예에서, 검출 모드에서, 컨트롤러 회로는 수신된 초음파의 후방 산란을 방출하기 위해 초음파 트랜스듀서(1430)를 동작하도록 구성될 수 있으며, 후방 산란 초음파는 검출된 전기생리학적 신호와 관련된 데이터를 인코딩한다.
일부 실시예에서, 동작 모드 명령은 이식형 장치(1411)에게 신경 자극 모드에 들어가도록 지시할 수 있다. 자극 모드에서, 컨트롤러 회로는 검출 신호에 기초하여 자극 신호를 생성할 수 있고, 자극 신호에 기초하여 신경(1414)에 전기 펄스를 방출하도록 하나 이상의 전극 패드(1418)를 동작시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 컨트롤러 회로는 비일시적 메모리(예를 들어, 메모리(680))에 액세스하여 자극 신호 또는 신경(1414)에 방출된 전기 펄스와 관련된 데이터를 저장할 수 있다. 일부 실시예에서, 자극 모드에서, 컨트롤러 회로는 수신된 초음파의 후방 산란을 방출하기 위해 초음파 트랜스듀서(1430)를 동작하도록 구성될 수 있으며, 후방 산란 초음파는 자극의 상태와 관련된 데이터를 인코딩한다.
비일시적 메모리에 저장된 데이터는 초음파 트랜스듀서(1430)에 의해 방출된 초음파 후방 산란파를 통해 무선으로 전송될 수 있다. 도 6과 관련하여 전술한 바와 같이, 초음파 후방 산란을 사용하여 데이터를 전송하기 위해, 초음파 트랜스듀서(1430)는 먼저 초음파를 수신하고 변조 회로를 통해 흐르는 전류를 생성할 수 있다. 그 다음, 컨트롤러 회로는 메모리에 액세스하고 데이터를 인코딩하기 위해 변조 회로를 통해 흐르는 전류를 변조하도록 변조 회로를 동작시킬 수 있다. 이러한 과정을 통해, 초음파 트랜스듀서(1430)에서 방출되는 초음파 후방 산란파는 데이터를 인코딩할 수 있다.
일부 실시예에서, 다이어그램(1400)에 도시된 바와 같이, 만곡 부재(1402)는 지점(1416)에 몸체(1412)에 의해 연결된 제1 부분(1402a) 및 제2 부분(1402b)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 부분(1402a) 및 제2 부분(1402b)은 직접 연결되고, 만곡 부재(1402)는 연결 부재를 통해 몸체(1412)에 부착된다. 만곡 부재(1402)는 만곡 부재(1402)의 내부 표면에 복수의 전극 패드(1418)를 포함할 수 있고, 전극 패드(1418)는 신경(1414)의 길이에 평행한 축 주위에 방사상으로 위치될 수 있다. 제1 부분(1402a)과 제2 부분(1402b) 사이의 분리(1420)는 (이식형 장치(1411)의 다른 만곡 부재에 유사하게 존재할 수 있는) 만곡 부재(1402)를 따라 존재한다. 일부 실시예에서, 이식형 장치(411)는 만곡 부재(1402)의 제1 부분(1402a) 및 제2 부분(1402b)을 바깥쪽으로 구부림으로써 이식될 수 있고, 이에 의해 분리의 크기가 확장되고 신경(1414) 또는 다른 필라멘트 조직이 분리부(1420)를 통과하고 만곡 부재(1402)에 의해 형성된 원통형 공간 내에 끼워맞춤된다. 만곡 부재(1402)의 제1 부분(1402a) 및 제2 부분(1402b)은 해제될 수 있으며, 이는 만곡 부재(1402)가 신경(1414) 또는 다른 사상 조직 주위를 둘러싸도록 허용한다.
도 14에 도시된 바와 같은 복수의 전극 패드(1418)는 신경(1414) 외부에 있지만 신경(1414)의 신경외막과 직접 접촉한다. 신경(1414)은 여러 다발(fascicle)(1422)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 만곡 부재(1402) 내의 전극 패드(1418)는 하나 이상의 다발(1422) 또는 신경 섬유의 다른 서브세트에 대한 전기 펄스의 표적 방출을 위해 동작될 수 있고, 그리고/또는 다발(1422) 중 하나 이상 또는 신경 섬유의 다른 서브세트에 의해 전송되는 전기생리학적 신호의 표적 검출을 위해 동작될 수 있다. 예를 들어, 전극 패드(1418)는 집적 회로(1424) 내의 컨트롤러 회로에 의해 선택적으로 활성화될 수 있으며, 이는 몸체(1412) 내에 수용되어 하나 이상의 다발(1422)을 타겟으로 하는 전기 펄스를 방출한다. 다른 예에서, 전극 패드(418)는 신경(1414) 내의 하나 이상의 다발(1422)에 의해 전송되는 전기생리학적 신호를 검출하기 위해 컨트롤러 회로에 의해 동작된다. 일부 실시예에서, 만곡 부재(1402)는 신경(1414) 또는 신경 섬유의 서브세트에 의해 전송되는 전기생리학적 신호를 검출하고 전기 펄스를 신경(1414)으로 또는 신경 섬유의 서브세트를 목표로 방출하거나, 또는 모두 신경(1414) 또는 신경 섬유의 서브세트에 의해 전송된 전기생리학적 신호를 검출하고 그리고 전기 펄스를 신경(1414)으로 또는 신경 섬유의 서브세트를 목표로 방출하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 이식형 장치(1411)는 복수의 만곡 부재(만곡 부재(1402) 포함)를 포함할 수 있는데, 여기서 제1 만곡 부재는 신경(1414) 또는 신경 섬유의 서브세트에 의해 전송된 전기생리학적 신호를 검출하도록 구성될 수 있고, 제2 만곡 부재는 신경(1414)에 전기 펄스를 방출하거나 신경 섬유의 서브세트를 목표로 하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 만곡 부재(1402)는 선택된 신경(1414) 또는 신경(1414)을 포함하는 섬유 조직과 맞물리도록 크기가 조정될 수 있다. 신경(1414)은 척수 또는 말초 신경일 수 있다. 일부 실시예에서, 신경(414)은 자율신경 또는 체신경이다. 일부 실시예에서, 신경(414)은 교감 신경 또는 부교감 신경이다. 일부 실시예에서, 신경(1414)은 미주 신경, 장간막 신경, 비장 신경, 좌골 신경, 경골 신경, 음부 신경, 복강 신경절, 천골 신경 또는 이들의 임의의 분지이다.
이식형 장치(1411) 상의 만곡 부재(1402)의 크기, 형상 및 간격은 이식형 장치(1411)가 접촉하는 조직의 유형 및 크기에 따라 달라질 수 있다. 일부 실시예에서, 이식형 장치(1411)의 2개 이상의 만곡 부재는 약 0.25mm 이상(예를 들어, 약 0.5mm 이상, 약 1mm 이상, 약 2mm 이상, 약 3mm 이상, 약 4 mm 이상, 약 5mm 이상, 약 6mm 이상 또는 약 7mm 이상) 이격된다. 일부 실시예에서, 2개 이상의 만곡 부재는 약 8mm 이하(예를 들어, 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. 예로서, 2개 이상의 만곡 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 만큼 이격될 수 있다. 또한, 만곡 부재(1402)의 폭은 이식형 장치(1411)의 적용 또는 이식형 장치(1411)에 의해 결합된 조직에 따라 변할 수 있다. 일부 실시예에서, 만곡 부재(1402)의 폭은 약 100㎛ 이상(예를 들어, 약 150㎛ 이상, 약 250㎛ 이상, 약 500㎛ 이상, 약 1mm 이상, 또는 약 1.5mm 이상)이다. 일부 실시예에서, 만곡 부재(1402)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, 만곡 부재(1402)의 폭은 약 100㎛ 내지 약 2mm(예컨대, 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. 만곡 부재(1402)의 내부 표면은 신경(414) 및/또는 사상 조직이 통과하는 원통형 공간을 형성한다. 만곡 부재(402)에 의해 형성된 원통형 공간의 직경은 이식형 장치(1411)가 접촉할 표적 신경 및/또는 필라멘트 조직에 따라 달라진다. 일부 실시예에서, 만곡 부재(1402)는 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(1411)는 이식형 장치(1411)를 사상 조직에 고정하도록 구성된 하나 이상의 추가 고정 부재를 포함한다. 이러한 고정 부재는 예를 들어 이식형 장치를 해부학적 구조(가령 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(1411)는 사상 조직 또는 신경(1414), 또는 사상 조직 또는 신경을 둘러싸는 조직에 봉합되어 일단 이식되면 이식형 장치(411)의 움직임을 제한할 수 있다.
일부 실시예에서, 이식형 장치(1411)의 만곡 부재(1402)는 금속, 금속 합금, 세라믹, 실리콘, 또는 비중합체 재료를 포함할 수 있다. 만곡 부재(1402)는 가요성일 수 있고, 바람직하게는 만곡 부재(1402)가 신경(1414) 및/또는 사상 조직 주위에 위치될 수 있도록 스프링형이다.
일부 실시예에서, 만곡 부재(1402) 또는 만곡 부재(402)의 일부는 엘라스토머 코팅 또는 비엘라스토머 코팅으로 코팅되며, 이 코팅은 바람직하게는 폴리디메틸시올록산(PDMS), 실리콘, 우레탄 폴리머, 폴리(피크실릴렌)폴리머(예컨대, 상품명 PARYLENE®으로 판매되는 폴리(피크실릴렌) 폴리머) 또는 폴리이미드와 같은 생체 비활성이다. 만곡 부재(1402)는 내면에 복수의 전극 패드(1418)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 만곡 부재(1402)의 내부 표면 상의 전극 패드(1418)는 엘라스토머 코팅 또는 비엘라스토머 폴리머 코팅으로 코팅되지 않지만, 내부 표면은 전도성 재료(예를 들어, PEDOT 폴리머 또는 전극 패드의 전기적 특성을 향상시키기 위해 금속)로 코팅될 수 있다. 따라서, 일부 실시예에서, 만곡 부재(402)의 외부 표면만이 코팅으로 코팅된다. 선택적으로, 코팅은 몸체(1412)의 하우징을 추가로 코팅한다.
일부 실시예에서, 복수의 전극 패드(1418)는 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 또는 그 이상의 개수의 전극 패드(예컨대, 약 3 내지 약 50개의 전극 패드, 약 3 내지 약 5개의 전극 패드, 약 5 내지 약 10개의 전극 패드, 약 10 내지 약 25개의 전극 패드, 또는 약 25 내지 약 50개의 전극 패드)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 복수의 전극 패드(1418) 내의 전극 패드는 컨트롤러 회로에 의해 선택적으로 활성화될 수 있으며, 이는 본 명세서에서 추가로 설명되는 바와 같이 표적 전기 펄스 방출을 허용한다.
일부 실시예에서, 전극 패드(1418)는 텅스텐, 백금, 팔라듐, 금, 이리듐, 니오븀, 탄탈륨 또는 티타늄 중 하나 이상(또는 하나 이상의 합금)과 같은 임의의 적합한 전도성 재료를 포함할 수 있다. 감지 전극 패드와 자극 전극 패드의 재질은 동일하거나 상이할 수 있다. 전극 패드(1418)의 크기 및 형상은 또한 동일하거나 상이할 수 있다. 예를 들어, 주어진 만곡 부재(1402) 상의 전극 패드(1418)는 동일하거나 상이한 크기일 수 있고, 상이한 만곡 부재 상의 전극 패드는 동일하거나 상이한 크기일 수 있다.
일부 실시예에서, 이식형 장치(1411)의 전극 패드(1418)는 신경(1414)과 전기 통신하도록 만곡 부재(1402)에 의해 위치된다. 일부 실시예에서, 전극 패드(1418)는 신경(1414)과 직접 접촉하지 않지만(예를 들어 외부에서 신경(1414)과 간접적으로 접촉하지 않음) 신경(1414)과 전기 통신한다. 일부 실시예에서, 전극 패드(1418)는 신경(1414)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(1418)는 하나 이상의 위치에서 신경(1414)의 신경외막을 관통하도록 구성된다. 예를 들어, 전극 패드(1418)는 신경외막의 침투를 허용하는 바늘 모양일 수 있다. 일부 실시예에서, 전극 패드(818)는 신경(1414), 예를 들어 신경(1414)의 신경외막과 직접 접촉한다.
일부 실시예에서, 몸체(1412)는 베이스, 하나 이상의 측벽 및 상부를 포함할 수 있는 하우징을 포함한다. 하우징은 초음파 트랜스듀서(1430) 및 집적 회로(1424)를 둘러쌀 수 있다. 하우징은 세포질 유체가 초음파 트랜스듀서(1430) 또는 집적 회로(1424)와 접촉하는 것을 방지하기 위해 (예를 들어 납땜 또는 레이저 용접에 의해) 밀봉 폐쇄될 수 있다. 하우징은 바람직하게는 생체 비활성 금속(예컨대, 강철 또는 티타늄) 또는 생체 비활성 세라믹(예컨대, 티타니아 또는 알루미나)과 같은 생체 비활성 재료로 만들어진다. 하우징(또는 하우징의 상단)은 초음파가 하우징을 통과할 수 있도록 얇을 수 있다. 일부 실시예에서, 하우징의 두께는 약 100마이크로미터(㎛) 이하, 예컨대, 약 75㎛ 이하, 약 50㎛ 이하, 약 25㎛ 이하 또는 약 10㎛ 이하의 두께이다. 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㎛의 두께이다.
일부 실시예에서, 이식형 장치(1411)의 몸체(1412)는 상대적으로 작으며, 이는 종종 이식형 의료 장치와 관련된 조직 염증을 제한하면서 편안하고 장기간의 이식을 가능하게 한다. 일부 실시예에서, 몸체(1412)의 가장 긴 치수는 약 10mm 이하, 예를 들어 약 5mm 내지 약 9mm, 또는 약 6mm 내지 약 8mm이다. 예를 들어, 가장 긴 치수는 이식형 장치(1411)의 몸체(1412)의 길이 또는 높이일 수 있다. 일부 실시예에서, 몸체(1412)의 가장 긴 폭은 약 5mm 이하, 예를 들어 약 2mm 내지 5mm, 또는 약 3mm 내지 4mm이다.
일부 실시예에서, 몸체(1412)는 하우징 내에 폴리머와 같은 재료를 포함한다. 이 재료는 하우징 외부 조직과 하우징 내부 사이의 음향 임피던스 불일치를 줄이기 위해 하우징 내부의 빈 공간을 채울 수 있다. 따라서, 몸체(1412)는 바람직하게는 일부 실시예에 따라 공기가 없거나 진공이다.
일부 실시예에서, 초음파 트랜스듀서(1430)는 용량성 마이크로 기계 초음파 트랜스듀서(CMUT) 또는 압전 미세 기계 초음파 트랜스듀서(PMUT)와 같은 마이크로 기계 초음파 트랜스듀서를 포함하거나, 벌크 압전 트랜스듀서를 포함할 수 있다. 벌크 압전 트랜스듀서는 수정, 세라믹 또는 폴리머와 같은 천연 또는 합성 재료일 수 있다. 예시적인 벌크 압전 트랜스듀서 재료는 티탄산바륨(BaTiO3), 티탄산지르콘산납(PZT), 산화아연(ZO), 질화알루미늄(AlN), 석영, 베를리나이트(AlPO4), 토파즈, 랑가사이트(La3Ga5SiO14), 오르토인산갈륨(GaPO4), 니오브산리튬(LiNbO3), 탄탈라이트리튬(LiTaO3), 니오브산칼륨(KNbO3), 텅스텐산나트륨(Na2WO3), 비스무트 페라이트(BiFeO3), 폴리비닐리덴(디)플루오라이드(PVDF) 및 납 마그네슘 니오브산염-납 티타네이트(PMN-PT)를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 벌크 압전 트랜스듀서는 대략 입방체이다(즉, 약 1:1:1(길이:폭:높이)의 종횡비). 일부 실시예에서, 압전 트랜스듀서는 약 7:5:1 이상 또는 약 10:10:1 이상과 같이, 길이 또는 폭 측면에서 약 5:5:1 이상의 종횡비를 갖는 판형상이다. 일부 실시예에서, 벌크 압전 트랜스듀서는 약 3:1:1 이상의 종횡비를 갖고 길고 좁으며, 가장 긴 치수는 초음파 후방 산란파의 방향(즉, 편파 축)에 정렬된다. 일부 실시예에서, 벌크 압전 트랜스듀서의 1차원은 트랜스듀서의 구동 주파수 또는 공진 주파수에 대응하는 파장(λ)의 절반과 동일하다. 공진 주파수에서, 트랜스듀서의 한쪽 면에 충돌하는 초음파는 반대 위상에 도달하기 위해 180˚ 위상 변이를 겪게 되어 두 면 사이에 가장 큰 변위가 발생한다. 일부 실시예에서, 압전 트랜스듀서의 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 트랜스듀서의 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 트랜스듀서의 높이는 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 트랜스듀서(1430)는 최장 치수가 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 갖는다. 일부 실시예에서, 초음파 트랜스듀서(1430)는 최장 치수가 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 갖는다.
일부 실시예에서, 초음파 트랜스듀서(1430)는 집적 회로(1424)와의 전기 통신을 허용하기 위해 2개의 전극에 연결된다. 제1 전극은 초음파 트랜스듀서(1430)의 제1 면에 부착되고 제2 전극은 초음파 트랜스듀서(1430)의 제2 면에 부착되며, 제1 면과 제2 면은 1차원을 따라 초음파 트랜스듀서(1430)의 대향 측면에 있다. 일부 실시예에서, 전극은 은, 금, 백금, 흑백금, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜(PEDOT)), 전도성 중합체(예컨대, 전도성 PDMS 또는 폴리이미드) 또는 니켈을 포함한다. 일부 실시예에서, 초음파 트랜스듀서(1430)의 전극 사이의 축은 초음파 트랜스듀서(1430)의 운동에 직교한다.
전술한 설명은 예시적인 방법 및 파라미터 등을 설명한다. 그러나, 이러한 설명은 본 발명의 범위에 대한 제한으로서 의도된 것이 아니라 예시적인 실시예의 설명으로서 제공된 것임을 인식해야 한다. 전술한 예시적인 실시예는 개시된 정확한 형태로 본 개시를 제한하거나 철저하게 하려는 것이 아니다. 상기 교시의 관점에서 많은 수정 및 변형이 가능하다. 실시예들은 개시된 기술 및 그 실제 적용의 원리를 가장 잘 설명하기 위해 선택되고 설명되었다. 따라서, 당업자는 고려되는 특정 용도에 적합한 다양한 수정을 갖는 기술 및 다양한 실시예를 가장 잘 활용할 수 있다.
첨부된 도면을 참조하여 개시 및 실시예를 충분히 설명하였지만, 다양한 변경 및 수정이 당업자에게 명백할 것이라는 점에 유의해야 한다. 이러한 변경 및 수정은 특허청구범위에 의해 정의된 개시 및 예의 범위 내에 포함되는 것으로 이해되어야 한다. 개시내용 및 실시예에 대한 전술한 설명에서, 실행될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시한 첨부 도면을 참조한다. 다른 실시예 및 예가 실시될 수 있고 본 개시의 범위를 벗어나지 않은 변경이 이루어질 수 있음을 이해해야 한다.
전술한 설명에서는 다양한 컴포넌트를 설명하기 위해 제1, 제2 등의 용어를 사용하였으나, 이러한 컴포넌트가 용어에 의해 한정되는 것은 아니다. 이 용어는 한 요소를 다른 요소와 구별하는 데에만 사용된다.
본 명세서에서 값 또는 파라미터 "약" 또는 "대략"에 대한 언급은 그 값 또는 파라미터 자체에 관한 변형을 포함(및 설명)한다. 예를 들어, "약 X"에 대한 설명은 "X"에 대한 설명을 포함한다. 본 명세서에 기술된 본 발명의 양태 및 변형은 양태 및 변형을 "구성하는" 및/또는 "필수적으로 구성하는"을 포함하는 것으로 이해된다.
"이식 가능한" 및 "이식된"이라는 용어는 대상의 어떤 부분도 대상의 표면을 위반하지 않도록 대상에 완전히 이식 가능하거나 완전히 이식되는 대상을 의미한다.
"실질적으로"라는 용어는 90% 이상을 의미한다. 예를 들어, 신경의 단면을 실질적으로 둘러싸는 만곡 부재는 신경 단면의 90% 이상을 둘러싸는 만곡부재를 말한다.
용어 "피험자" 및 "환자"는 인간과 같은 척추동물을 지칭하기 위해 본원에서 상호 교환적으로 사용된다.
용어 "치료하다", "치료하는" 및 "치료"는 본 명세서에서 적어도 하나의 증상의 경감, 억제, 완화 또는 제거를 통한 질환의 개선, 질병 또는 질환의 진행 지연, 질병 또는 질환의 재발 지연, 또는 질병 또는 질환의 억제를 포함하여, 질병 상태 또는 질환을 앓고 있는 피험자에게 이익을 제공하는 임의의 행위를 지칭하기 위해 동의어로 사용된다.
값의 범위가 제공되는 경우, 그 범위의 상한과 하한 사이의 각각의 개재 값, 및 그 언급된 범위 내의 임의의 다른 명시되거나 개재하는 값은 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 이해되어야 한다. 명시된 범위가 상한 또는 하한을 포함하는 경우, 포함된 한계 중 어느 하나를 제외한 범위도 본 개시에 포함된다.
또한, 전술한 설명에서 사용된 단수형 "하나", "일" 및 "그"는 문맥상 명백하게 다르게 나타내지 않는 한 복수형도 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용된 "및/또는"이라는 용어는 관련된 나열된 항목 중 하나 이상의 임의의 및 모든 가능한 조합을 지칭하고 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, "포함하다", "구성하다" 및/또는 "포함하는"이라는 용어는 본원에서 사용될 때 명시된 특징, 정수, 단계, 동작, 요소, 컴포넌트 및/또는 또는 유닛의 존재를 규정하지만, 하나 이상의 다른 특징, 정수, 단계, 동작, 요소, 컴포넌트, 유닛 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배재하지 않음을 이해해야 한다.
"만약"이라는 용어는 문맥에 따라 "~하는 경우" 또는 "~할 때" 또는 "판정에 응답하여" 또는 "검출에 응답하여"를 의미하는 것으로 해석될 수 있다. 이와 유사하게, "판정된 경우" 또는 "[언급된 조건 또는 이벤트]가 검출된 경우"라는 문구는 문맥에 따라, "판정 시" 또는 "판정에 대한 응답으로" 또는 "[언급된 조건 또는 이벤트] 검출 시" 또는 "[언급된 조건 또는 사건] 감지에 대한 응답으로"를 의미하는 것으로 이해될 수 있다.
"실시예"와 관련하여 위에서 설명한 특징 및 선호도는 별개의 선호도이며 해당 특정 실시예에만 제한되지 않는다. 이들은 기술적으로 실현 가능한 경우 다른 실시예의 기능과 자유롭게 결합될 수 있으며 바람직한 기능 조합을 형성할 수 있다. 설명은 당업자가 본 발명을 만들고 사용할 수 있도록 제공되며 특허 출원 및 그 요구 사항의 맥락에서 제공된다. 설명된 실시예에 대한 다양한 수정은 당업자에게 쉽게 명백할 것이며 본 명세서의 일반적인 원리는 다른 실시예에 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 도시된 실시예에 제한되는 것이 아니라 본 명세서에서 설명된 원리 및 특징과 일치하는 가장 넓은 범위에 부여되어야 한다.
Claims (39)
- 이식형 장치에 공급되는 전력을 유지하기 위해 초음파를 사용하여 전력을 공급받는 이식형 장치를 추적하는 방법으로서,
상기 이식형 장치와의 동기화 상태를 확립하는 단계로서,
초음파 빔을 제1 초점으로 방출하고 방출된 초음파 빔에 대응하는 제1 초음파 후방 산란을 수신하는 단계;
상기 제1 초음파 후방 산란에 기초하여 제1 신호 강도를 판정하는 단계; 및
상기 제1 신호 강도가 사전 결정된 임계값 이상이라는 판정에 응답하여 상기 이식형 장치와의 동기화 상태를 확립하는 단계를 포함하는, 상기 이식형 장치와의 동기화 상태를 확립하는 단계;
상기 이식형 장치의 위치를 추정하는 단계;
상기 제1 초점보다 추정된 위치에 더 가까운 제2 초점으로 상기 초음파 빔을 방출하고 방출된 초음파 빔에 대응하는 제2 초음파 후방 산란을 수신하는 단계;
상기 제2 초음파 후방 산란에 기초하여 제2 신호 강도를 판정하는 단계; 및
판정된 제2 신호 강도와 상기 제1 신호 강도의 비교에 기초하여 방출된 초음파 빔이 포커싱되는 위치를 유지할지 또는 조정할지를 판정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제 1 항에 있어서, 상기 동기화 상태를 확립하는 단계는 상기 제1 신호 강도가 상기 사전 결정된 임계값을 충족시키는 상기 제1 초점을 판정하기 위해 탐색 영역 내의 복수의 초점 상에 연속적으로 포커싱하도록 상기 초음파 빔을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 2 항에 있어서, 상기 초음파 빔을 제어하는 단계는 상기 제1 초음파 후방 산란으로부터 판정된 상기 제1 신호 강도가 상기 사전 결정된 임계값 초과인 것으로 판정될 때까지 상기 복수의 초점 상에 연속적으로 포커싱하도록 상기 초음파 빔을 제1 방향으로 지향시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 초음파 빔의 판정된 초점을 상기 제2 초점에 유지하기로 판정한 것에 응답하여:
상기 초음파 빔을 판정된 제2 초점 상에 포커싱하도록 유지하는 단계, 및
상기 초음파 빔이 상기 판정된 제2 초점에 포커싱되는 동안 수신된 초음파 후방 산란으로부터 판정되는 신호 강도를 모니터링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제 4 항에 있어서, 모니터링된 신호 강도는 인터로게이터에서 수신된 초음파 후방 산란으로 정보를 인코딩하기 위해 상기 이식형 장치에 의해 생성된 변조된 신호에 대응하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 5 항에 있어서, 인코딩된 정보는 상기 이식형 장치를 고유하게 식별하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 초음파 빔의 상기 제2 초점을 조정하라는 판정에 응답하여, 반복적으로 수신된 초음파 후방 산란에 기초하여 상기 이식형 장치의 위치를 추정하는 단계 및 갱신된 초점에 대해 수신된 초음파 후방 산란으로부터 판정된 신호 강도가 더 이상 증가하지 않을 때까지 추정된 위치의 방향으로 상기 초음파 빔의 초점을 갱신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 초음파 후방 산란에 기초하여 제1 신호 강도를 판정하는 단계는:
상기 제1 초음파 후방 산란으로부터, 상기 이식형 장치와 관련된 임플란트 신호를 추출하는 단계; 및
추출된 임프란트 신호에 기초하여 상기 제1 신호 강도를 판정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제 8 항에 있어서, 상기 임플란트 신호를 추출하는 단계는 상기 임플란트 신호를 추출하기 위해 후방 산란된 초음파로부터의 신호 간섭을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 9 항에 있어서, 추출된 임프란트 신호에 기초하여 추적되고 있는 상기 이식형 장치를 식별하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 초음파 후방 산란은 상기 이식형 장치에 의해 상기 제1 초음파 후방 산란으로 인코딩된 임프란트 신호를 포함하는 제1 부분, 및 상기 임프란트 신호를 포함하지 않는 제2 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 11 항에 있어서, 상기 제1 초음파 후방 산란의 상기 제1 부분과 상기 제2 부분의 비교에 기초하여 상기 임플란트 신호의 상기 제1 신호 강도를 판정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이식형 장치의 위치는 상기 동기화 상태를 확립한 후 추정되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이식형 장치의 위치는 수신 빔포밍에 기초하여 추정되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 로컬 최대 신호 강도와 연관된 초점을 판정하는 단계를 포함하고, 상기 로컬 최대 신호 강도와 연관된 초점을 판정하는 단계는, 반복적으로:
상기 이식형 장치의 위치를 추정하는 단계;
현재 초점에 대한 상기 이식형 장치의 추정된 위치의 방향에 기초하여 상기 현재 초점으로부터 테스트 초점으로 상기 초음파 빔을 지향시키는 단계로서, 상기 현재 초점은 이전 초점이 되는 것인, 상기 초음파 빔을 지향시키는 단계;
상기 초음파 빔이 상기 테스트 초점으로 방출될 때의 초음파 후방 산란을 기초로 하여 신호 강도를 판정하는 단계; 및
상기 초음파 빔이 상기 테스트 초점으로 방출될 때의 신호 강도와 상기 초음파 빔이 상기 이전 초점으로 방출될 때의 신호 강도를 비교하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제 15 항에 있어서, 상기 로컬 최대값과 관련된 초점을 판정한 것에 응답하여, 상기 이식형 장치와의 정상 상태(steady state)를 확립하는 단계를 포함하고, 상기 신호 강도가 사전 결정된 제2 임계값 미만으로 감소하는 경우, 상기 로컬 최대 신호와 관련된 초점이 다시 판정되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방출된 초음파 빔이 포커싱되는 위치를 유지할지 여부를 판정하는 단계는:
인터로게이터의 움직임을 모니터링하는 단계; 및
모니터링된 움직임에 기초하여 상기 초음파 빔의 초점에 대한 조정을 판정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이식형 장치를 추적하는 방법은 인터로게이터 장치에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 초음파를 사용하여 전력을 공급받는 이식형 장치를 추적하는 시스템으로서,
복수의 트랜스듀서를 포함하는 트랜스듀서 어레이; 및
컨트롤러를 포함하고, 상기 컨트롤러는:
상기 이식형 장치와의 동기화 상태를 확립하는 단계로서;
초음파 빔을 제1 초점으로 방출하고 방출된 초음파 빔에 대응하는 제1 초음파 후방 산란을 수신하도록 상기 트랜스듀서 어레이를 제어하는 단계;
상기 제1 초음파 후방 산란에 기초하여 제1 신호 강도를 판정하는 단계; 및
상기 제1 신호 강도가 사전 결정된 임계값 이상이라는 판정에 응답하여 상기 이식형 장치와의 상기 동기화 상태를 확립하는 단계를 포함하는, 상기 이식형 장치와의 동기화 상태를 확립하는 단계를 수행하고;
상기 이식형 장치의 위치를 추정하고;
상기 제1 초점보다 추정된 위치에 더 가까운 제2 초점으로 상기 초음파 빔을 방출하고 방출된 초음파 빔에 대응하는 제2 초음파 후방 산란을 수신하도록 상기 트랜스듀서 어레이를 제어하고;
상기 제2 초음파 후방 산란에 기초하여 제2 신호 강도를 판정하고; 그리고
판정된 제2 신호 강도와 상기 제1 신호 강도의 비교에 기초하여 상기 방출된 초음파 빔이 포커싱되는 위치를 유지할지 또는 조정할지를 판정하도록
구성된 것을 특징으로 하는 초음파를 사용하여 전력을 공급받는 이식형 장치를 추적하는 시스템. - 초음파를 사용하여 전력을 공급받는 이식형 장치를 발견하는 방법으로서,
복수의 초점 상에 순차적으로 포커싱하도록 초음파 빔을 방출하는 단계;
상기 복수의 초점의 각 초점에서:
상기 초점에 위치한 경우, 상기 이식형 장치가 상기 초음파 빔의 초음파로부터의 에너지를 전기 에너지로 변환하여 파워 오프 상태에서 파워 온 상태로 진입하는 것을 허용하는 지속기간 동안 포커싱된 초음파 빔을 상기 초점에 유지하는 단계,
상기 초점에 포커싱된 상기 초음파 빔에 대응하는 초음파 후방 산란을 수신하는 단계, 및
수신된 초음파 후방 산란을 발견되어야 하는 상기 이식형 장치와 연관된 사전 결정된 패턴과 비교하여, 상기 초음파 후방 산란이 상기 사전 결정된 패턴을 포함할 가능성을 나타내는 점수를 생성하는 단계; 및
상기 복수의 초점 내의 각 초점에 대해 생성된 복수의 점수에 기초하여 상기 복수의 초점으로부터 상기 이식형 장치의 위치를 판정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제 20 항에 있어서, 상기 이식형 장치를 상기 파워 온 상태로 진입하게 만드는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 20 항 또는 제 21 항에 있어서, 인터로게이터에 의해 방출되고 상기 이식형 장치의 판정된 위치에 대응하는 상기 초점에 포커싱된 초음파를 사용하여 상기 이식형 장치와 초음파 통신 링크를 확립하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 20 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 초점은 상기 초음파 빔의 조종 가능한 범위에 대응하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 20 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 사전 결정된 패턴은 하나 이상의 구형파를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 20 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 사전 결정된 패턴은 상기 이식형 장치를 고유하게 식별하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 20 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 사전 결정된 패턴은 상기 이식형 장치에 의해 상기 초음파 후방 산란으로 인코딩된 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 26 항에 있어서, 상기 이식형 장치는 상기 방출된 초음파 빔으로부터 상기 초음파를 수신하고 그리고 상기 이식형 장치에서 수신된 상기 초음파에 기초하여 생성된 전기 신호를 변조함으로써 상기 정보를 상기 초음파 후방 산란으로 인코딩하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 20 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이식형 장치의 위치를 판정하는 단계는 상기 복수의 초점 내의 초점의 서브세트로부터 초점을 선택하는 단계를 포함하고, 상기 초점의 서브세트 내의 각 초점에 대응하는 상기 점수는 사전 결정된 임계값 초과인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 20 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이식형 장치의 위치를 판정하는 단계는 상기 복수의 점수에 기초하여 상기 복수의 초점으로부터 상기 이식형 장치의 가장 가능성이 높은 위치의 한 초점을 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 28 항 또는 제 29 항에 있어서, 상기 이식형 장치의 위치를 확인하는 단계를 포함하고, 상기 이식형 장치의 위치를 확인하는 단계는:
사전 결정된 시간 동안 선택된 초점 상에 포커싱하도록 상기 초음파 빔을 방출하는 단계; 및
상기 이식형 장치가 상기 선택된 초점에 위치하는지 확인하기 위해 상기 초음파 빔이 상기 선택된 초점에 포커싱되는 동안 수신된 초음파 후방 산란을 분석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제 30 항에 있어서, 상기 이식형 장치가 상기 선택된 초점에 위치한다는 확인에 응답하여, 상기 선택된 초점에 상기 초음파 빔을 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 20 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이식형 장치를 발견하는 방법은 인터로게이터 장치에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 32 항에 있어서, 상기 인터로게이터는 트랜스듀서 어레이 내에 복수의 트랜스듀서를 포함하고, 그리고 상기 복수의 초점에 연속적으로 포커싱하도록 상기 초음파 빔을 방출하는 단계는 상기 초음파 빔 내의 초음파를 상기 복수의 초점에 연속적으로 포커싱하도록 송신하도록 상기 복수의 트랜스듀서를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 33 항에 있어서, 상기 초음파 빔을 방출하는 단계는 포커싱된 초음파 빔을 상기 트랜스듀서 어레이의 조종 가능한 각도 범위에서 상기 복수의 초점의 각 초점에 연속적으로 지향시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 33 항에 있어서, 상기 초음파 빔을 방출하는 단계는 포커싱된 초음파 빔을 상기 복수의 초점의 각 초점에 연속적으로 지향시키기 위해 상기 트랜스듀서 어레이를 기계적으로 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 33 항 내지 제 35 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 초음파 빔을 방출하는 단계는 포커싱된 초음파 빔을 상기 복수의 초점의 각 초점에 연속적으로 지향시키기 위해 상기 트랜스듀서 어레이 내의 각각의 트랜스듀서에 전력이 공급되는 시기를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 20 항 내지 제 36 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이식형 장치는 상기 파워 오프 상태에서 상기 파워 온 상태로 진입하기 위해 상기 초음파 빔의 상기 초음파들로부터 변환된 전기 에너지를 저장하기 위한 하나 이상의 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 18 항 및 제 20 항 내지 제 37 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 초음파 빔은 10mm 미만의 스폿 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
- 초음파를 사용하여 전력을 공급받는 이식형 장치를 발견하는 시스템으로서,
복수의 트랜스듀서를 포함하는 트랜스듀서 어레이; 및
컨트롤러를 포함하고, 상기 컨트롤러는:
복수의 초점에 연속적으로 포커싱된 초음파 빔을 방출하도록 상기 트랜스듀서 어레이를 제어하고;
상기 복수의 초점의 각 초점에서:
상기 초점에 위치한 경우, 상기 이식형 장치가 상기 초음파 빔의 초음파로부터의 에너지를 전기 에너지로 변환하여 파워 오프 상태에서 파워 온 상태로 진입하는 것을 허용하는 지속기간 동안 상기 초점에 포커싱된 초음파 빔을 유지하고,
방출된 초음파 빔에 대응하는 초음파 후방 산란을 수신하고,
수신된 초음파 후방 산란을 발견되어야 할 상기 이식형 장치와 연관된 사전 결정된 패턴과 비교하여 상기 초음파 후방 산란이 상기 사전 결정된 패턴을 포함할 가능성을 나타내는 점수를 생성하고; 그리고
상기 복수의 대응하는 초점에 대해 생성된 복수의 점수에 기초하여 상기 복수의 초점으로부터 상기 이식형 장치의 위치를 판정하도록
구성된 것을 특징으로 하는 초음파를 사용하여 전력을 공급받는 이식형 장치를 발견하는 시스템.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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