KR20210053915A - 이식 가능한 폐회로 뉴로모듈레이션 장치, 시스템 및 사용 방법 - Google Patents
이식 가능한 폐회로 뉴로모듈레이션 장치, 시스템 및 사용 방법 Download PDFInfo
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Abstract
이식 가능한 폐회로 뉴로모듈레이션 장치, 이러한 장치를 포함하는 시스템 및 장치에 전력을 공급하는 초음파를 방출하도록 구성된 인테로게이터, 이러한 장치 및 시스템을 사용하는 방법 및 신경 활동을 조절하는 방법이 본 명세서에 설명되어 있다. 이식 가능한 장치는 본체로부터 연장되는 하나 이상의 만곡 부재를 포함할 수 있다. 만곡 부재는 적어도 부분적으로 신경을 둘러싸도록 구성되고, 하나 이상의 전극 패드를 포함한다. 본체는 초음파를 수신하고 초음파의 에너지를 전기 에너지로 변환하도록 구성된 초음파 변환기; 및 검출된 전기 생리학적 신호에 기초하여 검출 신호를 수신하고, 검출 신호에 기초하여 자극 신호를 생성하고, 그리고 자극 신호에 기초하여 신경에 전기 펄스를 방출하도록 전극 패드를 작동시키도록 구성된 계산 회로를 포함한다.
Description
(관련 출원에 대한 상호 참조)
본 출원은 2018년 8월 29일에 출원된 미국 가출원 번호 62/724,253의 우선권을 주장하며, 그 전체 내용은 모든 목적을 위해 본 명세서에 참조로 포함된다.
(기술 분야)
본 발명은 이식 가능한 폐회로 뉴로모듈레이션(neuromodulation) 장치 및 이식 가능한 장치의 사용 방법에 관한 것이다.
개인의 말초 신경계는 중요한 장기의 활동과 생리적 항상성을 엄격하게 제어한다. 예를 들어, 신경을 통해 전달되는 전기 펄스는 심박수, 염증 및 방광 또는 장 조절을 변경할 수 있다. 이러한 신경 신호가 표적 기관을 과도하게 자극하거나 과소 자극하여 신체를 적절하게 제어하지 못할 때 특정 의학적 상태가 발생할 수 있다.
말초 신경계의 전기적 신호를 조절하여 비정상적인 생리적 활동을 치료하기위한 외과적(invasive) 방법이 개발되었다. 이러한 방법은 전극의 팁이 표적 신경과 접촉한 상태에서 환자의 신체에 전극을 이식하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 전극은 일반적으로 외부 장치 또는 부피가 큰 이식 장치에 부착되는 긴 리드를 가지고 있어 환자가 전극의 감염 또는 변위의 상당한 위험에 노출된다. 또한, 많은 방법이 외과적이기 때문에 특정 치료는 임상 설정으로 제한되며 가정 치료용으로 사용할 수 없다. 덜 외과적인 치료를 위해 완전히 이식 가능한 장치가 개발되었지만 이러한 장치는 너무 커서 신체의 여러 위치에 배치할 수 없다. 따라서, 이식된 장치는 긴 리드를 사용해야 하므로 변위되거나 파손될 수 있다.
폐회로 뉴로모듈레이션 장치는 신경에 의해 전달되는 활동 전위와 같은 신호를 수신하는 것에 응답하여 뉴로모듈레이팅 전기 펄스를 방출할 수 있다. 그러나, 신경에 의해 전달되는 신호는 복합적일 수 있으며(즉, 복합 활동 전위), 신경 번들 내에 위치한 여러 다발(fascicle) 중 하나에 의해 전달될 수 있다. 따라서, 신경에서 신호를 검출하는 많은 폐회로 장치는 양성(benign) 활동 전위와 표적 하류 신경에서 발생하는 활동 전위를 구별할 만큼 충분히 정확하지 않다. 또한, 많은 뉴로모듈레이션 장치의 신경 자극은 신경에 넓은 전기 펄스를 방출하여, 표적이 아닌 하류 신경을 자극한다. 통제된 방식으로 위험 및 부작용을 제한할 수 있는 특정 신경을 자극할 수 있는 이식 가능한 폐회로 장치에 대한 필요성이 계속되고 있다.
본 명세서에서 언급된 모든 간행물, 특허 및 특허 출원의 개시 내용은 각각 그 전체가 참고로 본 명세서에 포함된다. 참조로 포함된 모든 참조문헌이 본 개시내용과 상충되는 경우, 본 개시 내용이 우선한다.
이제, 이식 가능한 폐회로 뉴로모듈레이션 장치 및 이러한 이식 가능한 장치를 사용하는 방법이 설명된다.
예를 들어, 하나의 실시예에서, 이식 가능한 폐회로 뉴로모듈레이션 장치로서, 본체로부터 연장되는 하나 이상의 만곡 부재를 포함하고, 만곡 부재는 신경을 적어도 부분적으로 둘러싸도록 구성되고, 만곡 부재는 하나 이상의 전극 패드를 포함하며; 상기 본체는 초음파를 수신하여 초음파로부터의 에너지를 전기 에너지로 변환하는 초음파 변환기; 및 하나 이상의 전극 패드에 전기적으로 연결된 계산 회로를 포함하고, 상기 계산 회로는 검출된 전기 생리학적 신호에 기초하여 검출 신호를 수신하고, 검출 신호에 기초하여 자극 신호를 생성하고, 그리고 자극 신호에 기초하여 신경에 전기 펄스를 방출하도록 하나 이상의 만곡 부재의 상기 하나 이상의 전극 패드를 작동시키도록 구성된다.
일부 실시예에서, 하나 이상의 만곡 부재는 만곡 부재를 따라 배치된 복수의 전극 패드를 포함한다.
일부 실시예에서, 하나 이상의 만곡 부재는 신경을 적어도 부분적으로 둘러싸는 만곡 전극 패드를 포함한다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 만곡 부재 중 적어도 하나는 각각이 동일한 만곡 부재 상에서 신경을 적어도 부분적으로 둘러싸는 2 이상의 만곡 전극 패드를 포함한다.
일부 실시예에서, 하나 이상의 전극 패드 또는 복수의 전극 패드는 3 이상의 전극 패드를 포함한다.
일부 실시예에서, 이식 가능한 폐회로 뉴로모듈레이션 장치는 본체로부터 연장되는 하나 이상의 만곡 부재를 포함하고, 각각의 만곡 부재는 신경의 길이에 평행한 축 둘레에 방사상으로 배치되도록 구성된 복수의 전극 패드를 포함하고; 상기 본체는 초음파를 수신하여 초음파로부터의 에너지를 전기 에너지로 변환하는 초음파 변환기; 및 복수의 전극 패드에 전기적으로 연결된 계산 회로를 포함하고, 상기 계산 회로는 검출된 전기 생리학적 신호를 기반으로 검출 신호를 수신하고, 검출 신호에 기초하여 자극 신호를 생성하고, 자극 신호에 기초하여 신경에 전기 펄스를 방출하도록 하나 이상의 만곡 부재 중 적어도 하나의 복수의 전극 패드를 작동시키도록 구성된다.
일부 실시예에서, 복수의 전극 패드는 3 개 이상의 전극 패드를 포함한다. 일부 실시예에서, 복수의 전극 패드 내의 전극 패드는 신경의 공통 평면에 방사상으로 배치된다. 일부 실시예에서, 이 장치는 신경 내의 신경 섬유의 표적화된 서브 세트로부터 전기 생리학적 신호를 검출하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 이 장치는 신경 내의 하나 이상의 표적화된 다발, 신경 내의 하나 이상의 표적화된 구심성 신경 섬유(afferent nerve fiber), 또는 신경 내의 하나 이상의 표적화된 원심성 신경 섬유(efferent nerve fibers)로부터 전기 생리학적 신호를 검출하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 이 장치는 신경 내의 2 이상의 상이한 표적화된 다발로부터 전기 생리학적 신호를 검출하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 이 장치는 신경 내의 신경 섬유의 표적화된 서브 세트에 전기 펄스를 방출하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 이 장치는 신경 내의 하나 이상의 표적화된 다발, 신경 내의 하나 이상의 표적화된 구심성 신경 섬유, 또는 신경 내의 하나 이상의 표적화된 원심성 신경 섬유에 전기 펄스를 방출하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 이 장치는 신경 내의 2 이상의 상이한 표적화된 다발에 전기 펄스를 방출하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 이 장치는 신경 내의 신경 섬유의 제 1 표적화된 서브 세트로부터 전기 생리학적 신호를 검출하고, 신경 내의 신경 섬유의 제 2 표적화된 서브 세트로 전기 펄스를 방출하도록 구성되며, 여기서 신경 섬유의 제 1 표적화된 서브 세트 및 신경 섬유의 제 2 표적화된 서브 세트는 동일한 것일 수도 있고 또는 상이한 것일 수도 있다.
일부 실시예에서, 본체는 초음파 변환기로부터 전기 에너지를 수신하고 계산 회로에 전력을 공급하도록 구성된 배터리를 더 포함한다.
일부 실시예에서, 이 장치는 비 일시적 메모리를 포함한다. 일부 실시예에서, 비 일시적 메모리는 검출된 전기 생리학적 신호에 기초한 데이터, 방출된 전기 펄스에 기초한 데이터, 또는 검출되거나 측정된 생리학적 상태에 기초한 데이터를 포함하는 데이터를 저장하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 비 일시적 메모리는 인테로게이터(interrogator)로부터 수신된 데이터를 저장하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 초음파 변환기는 데이터의 적어도 일부를 인코딩하는 초음파 후방산란파를 방출하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 데이터는 검출된 전기 생리학적 신호 또는 방출된 전기 펄스의 타임 스탬프, 속도, 방향, 진폭, 주파수 또는 파형을 포함한다. 일부 실시예에서, 비 일시적 메모리는 일정 시간 기간 동안 획득한 데이터를 저장하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 비 일시적 메모리는 하나 이상의 템플릿 검출 신호 또는 하나 이상의 템플릿 펄스를 저장한다. 일부 실시예에서, 계산 회로는 검출 신호를 하나 이상의 템플릿 검출 신호와 비교함으로써 자극 신호를 생성하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 자극 신호를 생성하는 것은 비 일시적 메모리로부터 템플릿 펄스를 검색하는 것 및 검색된 템플릿 펄스에 기초하여 자극 신호를 생성하는 것을 포함한다.
일부 실시예에서, 자극 신호는 검출 신호와 자극 신호 사이의 수학적 관계를 사용하여 생성된다.
일부 실시예에서, 이 장치는 생리학적 상태를 검출하거나 측정하도록 구성된 센서를 더 포함한다. 일부 실시예에서, 생리학적 상태는 온도, pH, 압력, 심박수, 스트레인 또는 분석물의 존재 또는 양이다. 일부 실시예에서, 검출 신호는 검출된 전기 생리학적 펄스 성분 및 추가적인 검출된 생리학적 상태 성분을 포함한다.
일부 실시예에서, 이 장치는 하나 이상의 전극 패드의 제 1 세트를 포함하는 제 1 만곡 부재 및 하나 이상의 전극 패드의 제 2 세트를 포함하는 제 2 만곡 부재를 포함하고, 제 1 만곡 부재 및 제 2 만곡 부재는 각각 신경의 길이를 따라 상이한 위치에서 신경을 적어도 부분적으로 둘러싸도록 구성된다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 전극 패드의 제 1 세트는 제 1 만곡 부재를 따라 배치된 복수의 전극 패드를 포함하거나, 하나 이상의 전극 패드의 제 2 세트는 제 2 만곡 부재를 따라 배치된 복수의 전극 패드를 포함하거나, 또는 이 둘 모두이다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 전극 패드의 제 1 세트는 신경을 적어도 부분적으로 둘러싸는 만곡 전극 패드를 포함하거나, 하나 이상의 전극 패드의 제 2 세트는 신경을 적어도 부분적으로 둘러싸는 만곡 전극 패드를 포함하거나, 또는 이 둘 모두이다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 전극 패드의 제 1 세트 및 하나 이상의 전극 패드의 제 2 세트는 신경에 의해 전달되는 전기 생리학적 신호를 검출하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 이 장치는 하나 이상의 전극 패드의 제 3 세트를 포함하는 제 3 만곡 부재를 더 포함하고, 제 3 만곡 부재는 신경의 길이를 따라 제 1 만곡 부재와 제 2 만곡 부재 사이의 위치에서 신경을 적어도 부분적으로 둘러싸도록 구성된다. 일부 실시예에서, 전극 패드의 제 3 세트는 제 3 만곡 부재를 따라 배치된 복수의 전극 패드를 포함한다. 일부 실시예에서, 전극 패드의 제 3 세트는 신경을 적어도 부분적으로 둘러싸는 만곡 전극 패드를 포함한다. 일부 실시예에서, 계산 회로는 제 1 복수의 전극 패드, 제 2 복수의 전극 패드, 또는 제 3 복수의 전극 패드 중 하나 이상에 의해 검출된 전기 생리학적 신호에 기초하여 전기 생리학적 신호를 전달하는 신경 섬유의 서브 세트를 판정하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 전기 생리학적 신호를 전달하는 신경 섬유의 서브 세트는 인테로게이터로부터 수신된 데이터에 기초하여 더 판정된다. 일부 실시예에서, 제 1 복수의 전극 패드, 제 2 복수의 전극 패드, 또는 제 3 복수의 전극 패드는 신경에 전기 펄스를 방출하도록 구성된다. 제 1 복수의 전극 패드, 제 2 복수의 전극 패드, 또는 제 3 복수의 전극 패드 내의 전극 패드들은 신경 내의 신경 섬유의 표적화된 서브 세트로 전기 펄스를 방출하도록 선택적으로 활성화되도록 구성된다.
일부 실시예에서, 이 장치는 제 1 복수의 전극 패드를 포함하는 제 1 만곡 부재 및 제 2 복수의 전극 패드를 포함하는 제 2 만곡 부재를 포함하고, 이 제 1 복수의 전극 패드 및 제 2 복수의 전극 패드는 신경에 의해 전달되는 전기 생리학적 신호를 검출하도록 구성되며, 이 장치는 제 3 복수의 전극 패드를 포함하는 제 3 만곡 부재 및 제 4 복수의 전극 패드를 포함하는 제 4 만곡 부재를 더 포함하고, 이 제 3 복수의 전극 패드 및 제 4 복수의 전극 패드는 전기 펄스를 방출하도록 구성되고; 제 1 복수의 전극, 제 2 복수의 전극, 제 3 복수의 전극, 및 제 4 복수의 전극은 각각 신경의 길이를 따라 상이한 위치에서 신경에 평행한 축 둘레에 방사상으로 배치되도록 구성된다. 일부 실시예에서, 제 3 만곡 부재 및 제 4 만곡 부재는 신경의 길이를 따라 제 1 만곡 부재와 제 2 만곡 부재 사이에 위치한다. 일부 실시예에서, 이 장치는 전기 생리학적 신호를 검출하도록 구성된 제 5 복수의 전극 패드를 포함하는 제 5 만곡 부재를 더 포함한다. 일부 실시예에서, 제 5 만곡 부재는 신경의 길이를 따라 제 3 만곡 부재와 제 4 만곡 부재 사이에 위치한다. 일부 실시예에서, 계산 회로는 제 1 복수의 전극 패드, 제 2 복수의 전극 패드, 또는 제 5 복수의 전극 패드 중 하나 이상에 의해 검출된 전기 생리학적 신호에 기초하여 전기 생리학적 신호를 전달하는 신경 섬유의 서브 세트를 판정하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 전기 생리학적 신호를 전달하는 신경 섬유의 서브 세트는 인테로게이터로부터 수신된 데이터에 기초하여 더 판정된다. 일부 실시예에서, 제 3의 복수의 전극 패드 또는 제 4의 복수의 전극 패드 내의 전극 패드는 신경 내의 신경 섬유의 표적화된 서브 세트에 전기 펄스를 방출하도록 선택적으로 활성화되도록 구성된다.
일부 실시예에서, 이 장치는 제 1 전극 패드 및 제 2 만곡 부재를 포함하는 제 1 만곡 부재를 포함하고, 제 1 전극 패드 및 제 2 전극 패드는 각각 신경의 길이를 따라 상이한 위치에서 신경의 길이에 평행한 축을 적어도 부분적으로 둘러싸도록 구성된다. 일부 실시예에서, 제 1 전극 패드 및 제 2 전극 패드는 신경에 의해 전달되는 전기 생리학적 신호를 검출하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 장치는 신경의 길이를 따라 제 1 만곡 부재와 제 2 만곡 부재 사이의 위치에서 신경의 길이에 평행한 축을 적어도 부분적으로 둘러싸도록 구성된 제 3 전극 패드를 포함하는 제 3 만곡 부재를 더 포함한다. 일부 실시예에서, 계산 회로는 제 1 전극 패드, 제 2 전극 패드, 또는 제 3 전극 패드 중 하나 이상에 의해 검출된 전기 생리학적 신호에 기초하여 전기 생리학적 신호를 전달하는 신경 섬유의 서브 세트를 판정하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 전기 생리학적 신호를 전달하는 신경 섬유의 서브 세트은 인테로게이터로부터 수신된 데이터에 기초하여 더 판정된다. 일부 실시예에서, 제 1 전극 패드, 제 2 전극 패드 또는 제 3 전극 패드는 전기 펄스를 신경에 방출하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 제 1 전극 패드, 제 2 전극 패드 또는 제 3 전극 패드는 신경 내의 신경 섬유의 표적화된 서브 세트에 전기 펄스를 방출하도록 선택적으로 활성화되도록 구성된다.
일부 실시예에서, 이 장치는 제 1 전극 패드를 포함하는 제 1 만곡 부재 및 제 2 전극 패드를 포함하는 제 2 만곡 부재를 포함하고, 제 1 전극 패드 및 제 2 전극 패드는 신경에 의해 전달되는 전기 생리학적 신호를 검출하도록 구성되며, 이 장치는 제 3 전극 패드를 포함하는 제 3 만곡 부재 및 제 4 전극 패드를 포함하는 제 4 만곡 부재를 더 포함하고, 제 3 전극 패드 및 제 4 전극 패드는 전기 펄스를 방출하도록 구성되고, 여기서 제 1 전극 패드, 제 2 전극 패드, 제 3 전극 패드 및 제 4 전극 패드는 신경의 길이를 따라 상이한 위치에서 신경의 길이에 평행한 축을 적어도 부분적으로 둘러싸도록 구성된다. 일부 실시예에서, 제 3 만곡 부재 및 제 4 만곡 부재는 신경의 길이를 따라 제 1 만곡 부재와 제 2 만곡 부재 사이에 위치한다. 일부 실시예에서, 이 장치는 전기 생리학적 신호를 검출하도록 구성된 제 5 전극 패드를 포함하는 제 5 만곡 부재를 더 포함한다. 일부 실시예에서, 제 5 만곡 부재는 신경의 길이를 따라 제 3 만곡 부재와 제 4 만곡 부재 사이에 위치한다. 일부 실시예에서, 계산 회로는 제 1 전극 패드, 제 2 전극 패드 또는 제 5 전극 패드 중 하나 이상에 의해 검출된 전기 생리학적 신호에 기초하여 전기 생리학적 신호를 전달하는 신경 섬유의 서브 세트를 판정하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 전기 생리학적 신호를 전달하는 신경 섬유의 서브 세트는 인테로게이터로부터 수신된 데이터에 기초하여 더 판정된다. 일부 실시예에서, 제 3 전극 패드 또는 제 4 전극 패드는 신경 내의 신경 섬유의 표적화된 서브 세트에 전기 펄스를 방출하도록 선택적으로 활성화되도록 구성된다.
일부 실시예에서, 계산 회로는 전기 생리학적 신호의 방향 또는 속도를 판정하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 하나 이상의 전극 패드 또는 복수의 전극 패드는 신경의 외부에 위치하고 신경과 전기적으로 연통하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 하나 이상의 전극 패드 또는 복수의 전극 패드는 신경의 신경상막(epineurium)과 접촉하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 전극 패드 또는 복수의 전극 패드는 하나 이상의 위치에서 신경의 신경상막을 관통하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 계산 회로는 검출 신호 또는 검출 신호의 성분을 다운 샘플링하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 계산 회로는 신경 또는 신경 내의 신경 섬유의 서브 세트에 의해 전달된 복합 활동 전위 또는 복합 활동 전위의 서브 세트의 방향, 속도, 주파수, 진폭, 또는 파형에 기초하여 자극 신호를 생성하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 자극 신호는 장치에 의해 방출되는 전기 펄스의 타이밍, 진폭, 주파수 또는 파형을 포함한다.
또한, 본 명세서에는 상기 장치 중 어느 하나와 장치에 전력을 공급하는 초음파를 방출하도록 구성된 인테로게이터를 포함하는 시스템이 설명된다. 일부 실시예에서, 인테로게이터는 외부 장치이다. 일부 실시예에서, 이 장치는 검출된 전기 생리학적 신호 또는 방출된 전기 펄스에 기초하여 데이터를 저장하도록 구성된 비 일시적 메모리를 포함하고, 초음파 변환기는 데이터의 적어도 일부를 인코딩하는 초음파 후방산란파를 방출하도록 구성되고, 그리고 인테로게이터는 초음파 후방산란파를 수신하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 인테로게이터는 데이터를 디코딩하도록 더 구성된다.
또한, 본 명세서에는 신경 활동을 조절하는 방법이 설명되는데, 이 방법은 완전히 이식된 폐회로 뉴로모듈레이션 장치의 초음파 변환기에서 초음파를 수신하는 단계; 초음파를 장치에 전력을 공급하는 전기 에너지로 변환하는 단계; 장치를 사용하여, 신경 내의 신경 섬유의 표적화된 서브 세트에 의해 전달되는 전기 생리학적 신호를 검출하는 단계; 장치를 사용하여, 검출된 전기 생리학적 신호에 기초하여 자극 신호를 생성하는 단계; 장치를 사용하여, 생성된 자극 신호에 기초하여 신경에 전기 펄스를 방출하는 단계를 포함한다. 일부 실시예에서, 전기 펄스는 신경 내의 신경 섬유의 제 2 표적화된 서브 세트로 방출된다.
또한, 본 명세서에는 신경 활동을 조절하는 방법이 설명되는데, 이 방법은 완전히 이식된 폐회로 뉴로모듈레이션 장치의 초음파 변환기에서 초음파를 수신하는 단계; 초음파를 장치에 전력을 공급하는 전기 에너지로 변환하는 단계; 장치를 사용하여, 신경에 의해 전달되는 전기 생리학적 신호를 검출하는 단계; 장치를 사용하여, 검출된 전기 생리학적 신호에 기초하여 자극 신호를 생성하는 단계; 장치를 사용하여, 생성된 자극 신호에 기초하여 신경 내의 신경 섬유의 표적화된 서브 세트에 전기 펄스를 방출하는 단계를 포함한다.
설명된 방법의 일부 실시예에서, 이 방법은 장치 내의 배터리에 전기 에너지를 저장하는 단계를 포함한다. 일부 실시예에서, 이 방법은 검출된 전기 생리학적 신호 또는 방출된 전기 펄스에 기초하여 데이터를 장치 내의 비 일시적 메모리에 저장하는 단계를 포함한다. 일부 실시예에서, 데이터는 검출된 전기 생리학적 신호 또는 방출된 전기 펄스의 타임 스탬프, 주파수, 진폭, 파형, 속도 또는 방향을 포함한다.
설명된 방법의 일부 실시예에서, 이 방법은 인테로게이터로부터 데이터를 수신하는 단계를 포함한다. 일부 실시예에서, 데이터는 인테로게이터에 의해 전달된 초음파 내에 인코딩된다. 일부 실시예에서, 인테로게이터로부터 수신된 데이터는 장치 내의 비 일시적 메모리에 저장된다.
설명된 방법의 일부 실시예에서, 이 방법은 비 일시적 매체에 저장된 데이터의 적어도 일부를 인코딩하는 초음파 후방산란을 방출하는 단계를 포함한다.
설명된 방법의 일부 실시예에서, 이 방법은 검출된 전기 생리학적 신호의 방향 또는 속도를 판정하는 단계를 포함한다.
설명된 방법의 일부 실시예에서, 이 방법은 생리학적 상태를 검출하거나 측정하는 단계를 포함한다. 일부 실시예에서, 생리학적 상태는 온도, pH, 압력, 심박수, 긴장, 및/또는 분석물의 존재 또는 양을 포함한다.
설명된 방법의 일부 실시예에서, 이 방법은 자극 신호를 생성하기 전에 검출된 전기 생리학적 신호를 다운 샘플링하는 단계를 포함한다.
설명된 방법의 일부 실시예에서, 자극 신호는 검출된 전기 생리학적 신호의 주파수, 진폭 또는 파형에 기초하여 생성된다.
도 1은 본 명세서에 기술된 이식 가능한 폐회로 뉴로모듈레이션 장치에 대한 예시적인 본체의 개략도를 도시한다.
도 2a는 본체로부터 연장되고 신경에 이식된 2개의 만곡 부재를 갖는 예시적인 이식 가능한 신경 조절 장치를 도시한다(단면으로 도시됨). 이 만곡 부재는 신경을 부분적으로 둘러싸고, 만곡 부재를 따라 배치된 복수의 전극 패드를 포함한다.
도 2b는 실질적으로 신경을 둘러싸는 만곡 부재를 갖는 예시적인 이식 가능한 뉴로모듈레이션 장치를 도시한다(단면으로 도시됨). 이 만곡 부재는 만곡 부재와 동일한 정도는 아니지만 신경을 부분적으로 둘러싸는 전극 패드를 포함한다.
도 3a는 본체로부터 연장되고 신경에 이식된 5 개의 만곡 부재를 갖는 예시적인 이식 가능한 폐회로 뉴로모듈레이션 장치의 정면도를 도시한다. 도 3b는 도 3a에 도시된 장치의 측면도를 도시하고, 도 3c는 도 3a에 도시된 장치의 평면도를 도시한다.
도 4는 초음파 변환기를 통해 이식 가능한 장치와 통신하는 인테로게이터를 도시한다. 인테로게이터는 이식 가능한 장치에 의해 수신되는 반송파를 방출한다. 그 다음, 이식 가능한 장치는 인테로게이터가 수신할 수 있는 초음파 후방산란을 방출한다. 선택사항으로서, 초음파 후방산란은 이식 가능한 장치에 대한 데이터 또는 정보를 인코딩한다.
도 5는 본 명세서에 설명된 이식 가능한 장치를 포함하는 시스템에서 사용될 수 있는 예시적인 인테로게이터를 도시한다.
도 2a는 본체로부터 연장되고 신경에 이식된 2개의 만곡 부재를 갖는 예시적인 이식 가능한 신경 조절 장치를 도시한다(단면으로 도시됨). 이 만곡 부재는 신경을 부분적으로 둘러싸고, 만곡 부재를 따라 배치된 복수의 전극 패드를 포함한다.
도 2b는 실질적으로 신경을 둘러싸는 만곡 부재를 갖는 예시적인 이식 가능한 뉴로모듈레이션 장치를 도시한다(단면으로 도시됨). 이 만곡 부재는 만곡 부재와 동일한 정도는 아니지만 신경을 부분적으로 둘러싸는 전극 패드를 포함한다.
도 3a는 본체로부터 연장되고 신경에 이식된 5 개의 만곡 부재를 갖는 예시적인 이식 가능한 폐회로 뉴로모듈레이션 장치의 정면도를 도시한다. 도 3b는 도 3a에 도시된 장치의 측면도를 도시하고, 도 3c는 도 3a에 도시된 장치의 평면도를 도시한다.
도 4는 초음파 변환기를 통해 이식 가능한 장치와 통신하는 인테로게이터를 도시한다. 인테로게이터는 이식 가능한 장치에 의해 수신되는 반송파를 방출한다. 그 다음, 이식 가능한 장치는 인테로게이터가 수신할 수 있는 초음파 후방산란을 방출한다. 선택사항으로서, 초음파 후방산란은 이식 가능한 장치에 대한 데이터 또는 정보를 인코딩한다.
도 5는 본 명세서에 설명된 이식 가능한 장치를 포함하는 시스템에서 사용될 수 있는 예시적인 인테로게이터를 도시한다.
본 명세서에는 신경 또는 다른 섬유상 조직을 적어도 부분적으로 둘러싸는 하나 이상의 만곡 부재를 포함하고, 그리고 하나 이상의 전극 패드를 포함하는 이식 가능한 폐회로 뉴로모듈레이션 장치가 설명되어 있다. 하나 이상의 전극 패드는, 예를 들어, 만곡 부재를 따라 배치된 복수의 전극일 수도 있고, 또는 적어도 부분적으로 신경을 둘러싸는 만곡 전극 패드일 수 있다. 하나 이상의 만곡 부재는 전기 생리학적 신호를 검출하는 장치에 응답하여 자극 펄스의 온보드 컴퓨팅을 위한 하나 이상의 초음파 변환기 및 계산 회로를 수용하는 장치 본체로부터 연장된다. 하나 이상의 초음파 변환기는 초음파를 수신하고 초음파의 에너지를 장치에 전력을 공급할 수 있는 전기 에너지로 변환할 수 있다. 이 장치의 몇몇 실시예에서, 전기 에너지는 장치의 본체에 수용된 배터리에 저장된다. 전기 에너지는 전극 패드에 전기적으로 연결된 계산 회로에 전원을 공급한다.
이 계산 회로는 온보드 컴퓨팅을 허용하여 장치에 의해 검출된 전기 생리학
신호에 응답하여 장치가 전기 펄스를 방출할 수 있도록 한다. 예를 들어, 신경에 의해 전달되는 전기 생리학적 신호는 장치의 하나 이상의 만곡 부재 중 적어도 하나 상의 하나 이상의(예를 들어, 복수의) 전극 패드에 의해 검출될 수 있다. 전기 생리학적 신호(필터링, 디지털화, 압축 또는 기타 처리될 수 있음)로부터의 검출 신호는 그 검출 신호를 사용하여 자극 신호를 생성하는 계산 회로에 의해 수신된다. 계산 회로는 하나 이상의 만곡 부재(전기 생리학적 신호를 검출한 하나 이상의 전극 및/또는 만곡 부재와 동일한 것이거나 상이한 것일 수 있음) 중 하나 이상에서 하나 이상의 전극 패드를 추가로 작동하여 생성된 자극 신호에 따라 전기 펄스를 방출한다.
만곡 부재는 하나 이상의 전극 패드를 포함하고, 적어도 부분적으로 신경을 둘러싸도록 구성된다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 하나 이상의 만곡 부재는 만곡 부재를 따라 배치된 복수의 전극 패드를 포함할 수도 있고 또는 하나 이상의 만곡 부재는 적어도 부분적으로 신경을 둘러싸는 만곡 전극 패드를 포함할 수 있다. 이 구성은 신경 활동의 표적 검출 또는 자극을 가능하게 해준다. 예를 들어, 전극 패드의 서브 세트는 전기 펄스를 신경 섬유의 서브 세트로 표적화하도록 활성화될 수 있다. 또한, 이 장치는 복수의 전극 패드를 사용하여 전기 생리학적 신호를 검출하고 전달하는 서브 세트를 판정하기 위해 전극 패드에 의해 검출된 신호를 해독함으로써 신경 섬유의 서브 세트에 의해 전달되는 전기 생리학적 신호를 검출할 수 있다. 따라서, 이 장치는 신경 내의 표적화된 다발로부터 전기 생리학적 신호를 검출하거나 신경 내의 표적화된 다발에 전기 펄스를 방출하도록 구성될 수 있다.
검출된 전기 생리학적 신호 또는 방출된 전기 펄스와 관련된 데이터는 장치 본체 내의 비 일시적 메모리에 저장될 수 있다. 이러한 데이터는, 예를 들어, 하나 이상의 초음파 변환기에 의해 방출된 초음파 후방산란파로 데이터를 인코딩함으로써 외부 장치로 전달될 수 있다. 인테로게이터는 초음파를 장치로 전달할 수 있으며, 예를 들어, 장치의 하나 이상의 초음파 변환기에 의해 전기 에너지로 변환되는 초음파 및 초음파 후방산란파가 방출된다. 하나 이상의 초음파 변환기를 통해 흐르는 전류는 데이터를 인코딩하도록 변조될 수 있으며, 이는 하나 이상의 초음파 변환기에 의해 방출된 초음파 후방산란파가 데이터를 인코딩하도록 한다.
이제, 신경 활동을 조절하는 방법이 더 설명된다. 이 방법은 이식된 폐회로 뉴로모듈레이션 장치의 하나 이상의 초음파 변환기에서 초음파를 수신하고 그 초음파를 장치에 전력을 공급하는 전기 에너지로 변환하는 단계를 포함할 수 있다. 이 장치는 신경 내의 표적화된 신호 전달 다발에 의해 전달되는 전기 생리학적 신호를 검출하는 데 사용된다. 이 장치는 검출된 전기 생리학적 신호를 사용하여 자동으로 자극 신호를 생성하고 생성된 자극 신호를 기반으로 신경에 전기 펄스를 방출하는데 사용된다. 전기 펄스는 신경 내의 표적화된 수신 다발로 표적화될 수 있으며, 이는 표적 신호 전달 다발과 동일한 것일 수도 있고 상이한 것일 수도 있다.
다른 예에서, 신경 활동을 조절하는 방법은 완전히 이식된 폐회로 뉴로모듈레이션 장치 상의 하나 이상의 초음파 변환기에서 초음파를 수신하고 그 초음파를 장치에 전력을 공급하는 전기 에너지로 변환하는 단계를 포함한다. 이 장치는 신경에 의해 전달되는 전기 생리학적 신호를 검출하는 데 사용된다. 그 다음, 이 장치는 검출된 전기 생리학적 신호에 기초하여 자극 신호를 생성하고 생성된 자극 신호에 기초하여 신경 내의 표적화된 수신 다발에 전기 펄스를 방출하는데 사용된다.
정의
본 명세서에 사용된 단수 형태 "일", "하나" 및 "그"는 문맥에서 명확하게 다르게 지시하지 않는 한 복수의 언급을 포함한다.
본 명세서에서 값 또는 파라미터의 "약" 또는 "대략"에 대한 언급은 그 값 또는 파라미터 자체에 대한 변형을 포함(및 설명)한다. 예를 들어, "약 X"를 언급하는 설명은 "X"의 설명을 포함한다.
본 명세서에 기술된 본 발명의 양태 및 변형은 양태 및 변형으로 "이루어지는" 및/또는 "본질적으로 이루어지는"을 포함하는 것으로 이해된다.
용어 "이식 가능한" 및 "이식된"은 대상의 어떤 부분도 대상의 표면을 침해하지 않도록 대상에 완전히 이식 가능하거나 완전하게 이식되는 물체를 지칭한다.
용어 "실질적으로"는 90% 이상을 의미한다. 예를 들어, 신경 단면을 실질적으로 둘러싸는 만곡 부재는 신경 단면의 90% 이상을 둘러싸는 만선 부재를 의미한다.
용어 "대상" 및 "환자"는 척추 동물을 지칭하기 위해 본 명세서에서 상호 치환적으로 사용된다.
용어 "치료하다", "치료하는" 및 "치료"는 본 명세서에서 동의어로 사용되며 질환 상태 또는 컨디션을 앓고 있는 대상에게 이익을 제공하는 임의의 조치를 의미하고, 이는 적어도 하나의 증상의 감소, 억제, 억제 또는 제거를 통한 상태의 개선, 질병 또는 상태의 진행 지연, 질병 또는 상태의 재발 지연, 또는 질병 또는 상태의 억제를 포함한다.
값의 범위가 제공되는 경우, 그 범위의 상한과 하한 사이의 각각의 개재 값 및 그 명시된 범위의 임의의 다른 언급되거나 개재된 값이 본 개시물의 범위 내에 포함된다는 것을 이해해야 한다. 명시된 범위가 상한 또는 하한을 포함하는 경우, 포함된 한계 중 어느 하나를 제외한 범위도 본 개시물의 범위에 포함된다.
본 명세서에 기술된 다양한 실시예의 특성 중 하나, 일부 또는 전부가 결합되어 본 발명의 다른 실시예를 형성할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 본 명세서에 사용된 섹션 제목은 구성 목적으로만 사용되며 설명된 내용을 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.
"실시예"와 관련지어 위에서 설명된 특징 및 선호사항은 별개의 선호사항이며 특정 실시예에만 제한되지 않는다. 이들은 기술적으로 실현 가능한 경우, 다른 실시예의 특징들과 자유롭게 결합될 수 있으며, 바람직한 특징 조합을 형성할 수 있다. 이 설명은 당업자가 본 발명을 만들고 사용할 수 있게 하기 위해 제공되며 특허 출원 및 그 요구 사항의 맥락에서 제공된다. 설명된 실시예에 대한 다양한 수정은 당업자에게 용이하게 명백할 것이며 여기에서의 일반적인 원리는 다른 실시예에 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 도시된 실시예로 제한되도록 의도되지 않고 본 명세서에 설명된 원리 및 특징과 일치하는 가장 넓은 범위에 따라야 한다.
이식 가능한 폐회로 뉴로모듈레이션 장치
이식 가능한 뉴로모듈레이션 장치는 신경 또는 신경 섬유의 서브 세트에서 전기 생리학적 신호를 검출하고 또는 검출된 전기 생리학적 신호에 응답하여 신경 또는 신경의 신경 섬유 서브 세트(전기 생리학적 신호가 검출된 신경 섬유의 서브 세트와 동일한 서브 세트일 수도 있고 상이한 세브 세트일 수도 있음)에 전기 펄스를 방출할 수 있는 폐회로 장치이다. 일부 실시예에서, 이식 가능한 장치는 복합 활동 전위(또는 복합 활동 전위의 서브 세트) 또는 전기 생리학적 신호의 다른 변조를 검출하고, 이 전기 펄스는 검출된 복합 활동 전위(또는 그것의 서브 세트) 및 전기 생리학적 신호의 다른 변조에 응답하여 방출된다. 검출된 전기 생리학적 신호에 대한 자극 신호의 생성을 위한 처리는 계산 회로를 사용하는 온보드 컴퓨팅에 의해 수행된다. 따라서, 검출된 전기 생리학적 신호에 응답하여 전기 펄스를 방출하기 위해 외부 통신은 필요하지 않다.
이식 가능한 폐회로 뉴로모듈레이션 장치는 신경을 둘러싸도록 구성된 하나 이상의 만곡 부재를 포함하고, 신경에 의해 전달되는 전기 생리학적 신호를 검출하고 및/또는 전기 펄스를 방출하여 신경을 자극할 수 있는 하나 이상의(예를 들어, 복수의) 전극 패드를 포함한다. 이 장치는 전기 생리학적 신호를 검출하도록 구성된 제 1 부분 및 전기 펄스를 방출하도록 구성된 제 2 부분을 갖는 복수의 만곡 부재를 포함할 수 있다. 만곡 부재는 만곡 부재의 내부 표면 상에 하나 이상의(예를 들어, 복수의) 전극 패드를 포함할 수 있어서, 전극 패드가 이식될 때 전극 패드가 전기적으로 연통된 상태로 배치될 수 있다. 예를 들어, 만곡 부재는 적어도 부분적으로 신경을 둘러싸는 만곡 부재를 따라 배치된 복수의 전극 패드를 포함할 수도 있고, 또는 만곡 부재는 적어도 부분적으로 신경을 둘러싸는 만곡 전극 패드를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 만곡 부재는 만곡 부재의 내측면 상에 전극 패드를 갖고 신경의 길이를 따른 축 둘레에 방사상으로 배치된 상태로, 신경의 단면을 실질적으로 둘러싼다. 이 구성에서, 전극 패드는 신경의 단면과 원형으로 나란히 정렬된다.
일부 실시예에서, 만곡 부재는 복수의 전극 패드를 포함하고, 이는 신경의 길이에 평행한 축 둘레에 방사상으로 배치되며 이식 가능한 장치가 이식될 때 신경과 전기적으로 연통된다. 만곡 부재는 초음파를 수신하고 그 초음파의 에너지를 전기 에너지로 변환하도록 구성된 하나 이상의 초음파 변환기 및 복수의 전극 패드에 전기적으로 연결된 계산 회로를 포함하는 본체로부터 연장된다. 일부 실시예에서, 이식 가능한 장치는 하나, 둘, 셋 또는 그 이상의 초음파 변환기를 포함한다.
이 장치의 본체는 계산 회로, 변조 회로, 검출 회로 및 자극 회로를 포함하는 집적 회로를 포함할 수 있다. 계산 회로는 하나 이상의 만곡 부재 상의 복수의 전극 패드에 전기적으로 연결되고, 전극 패드를 작동시켜 전기 펄스를 방출하거나 전극 패드를 통해 전기 생리학적 신호를 검출하도록 구성된다. 예를 들어, 계산 회로는 검출 신호를 수신하고, 검출 신호를 사용하여 자극 신호를 생성하고, 그리고 하나 이상의 만곡 부재 중 적어도 하나의 복수의 전극 패드를 작동시켜 자극 신호에 기초하여 신경에 전기 펄스를 방출하도록 구성된다. 검출 신호는 검출된 전기 생리학적 신호를 기초로 한다. 선택사항으로서, 검출 신호는 추가 생리학적 상태, 예를 들어, 온도, 압력, 심박수, pH, 또는 분석물의 검출 또는 농도를 더 기초로 할 수 있다. 즉, 검출 신호는 검출된 전기 생리학적 신호 성분 및 검출된 생리학적 상태 성분을 선택사항으로서 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 생리학적 상태는 본 명세서에 추가로 설명된 바와 같이 장치 상에 있을 수 있는 센서를 사용하여 검출 또는 측정된다.
계산 회로는 디지털 회로, 아날로그 회로 또는 혼합 신호 집적 회로일 수 있다. 예시적인 계산 회로는 마이크로 프로세서, 유한 상태 머신(FSM: Finite State Machine), 현장 프로그래밍 가능한 게이트 어레이(FPGA: Field Programmable Gate Array) 및 마이크로 컨트롤러를 포함한다. 일부 실시예에서, 집적 회로는 계산 회로에 의해 액세스 될 수 있는 휘발성 메모리를 포함한다.
일부 실시예에서, 계산 회로는 본 명세서에서 추가로 설명되는 바와 같이, 전기 펄스의 표적 방출을 위해 복수의 전극 패드 내의 전극 패드를 선택적으로 활성화하도록 구성된다.
전극 패드 신호가 신경과 전기적으로 연결된 경우, 신경에 의해 전달되는 전기 생리학적 신호가 전극 패드에 의해 검출된다. 이 전기 생리학적 신호는 기준 신호를 포함할 수 있으며, 신경에 의해 전달된 활동 전위 또는 복합 활동 전위는 전기 생리학적 신호의 변조를 초래한다. 장치의 전극 패드에 의해 검출된 전기 생리학적 신호에 기초한 검출 신호가 계산 회로에 의해 수신된다. 계산 회로에 의해 수신된 검출 신호는 장치에 의해 검출된 원시(raw) 전기 생리학적 신호일 수도 있고, 또는 전기 생리학적 신호는 계산 회로에 의해 수신되기 전에 처리(예컨대, 증폭, 디지털화 및/또는 필터링)될 수 있다. 일부 실시예에서, 검출 신호는 자극 신호를 생성하기 위해 계산 회로에 의해 함께 분석될 수 있는, 검출된 전기 생리학적 신호 성분 및 생리학적 상태 성분을 포함한다. 일부 실시예에서, 검출 신호(또는 검출 신호의 검출된 전기 생리학적 신호 성분)는 장치 내의 계산 회로 또는 다른 적절한 회로에 의해 압축된다. 검출 신호의 압축은 계산 회로에 의한 더 빠르고 에너지 효율적인 처리를 가능하게 하여 더 효율적인 폐회로 장치를 가능하게 해준다. 예를 들어, 온보드 배터리의 배터리 수명은 데이터 처리가 적을수록 더 길어지고 검출 신호 수신과 자극 신호 생성 사이의 시간 지연이 줄어든다. 예로서, 검출 신호의 압축은 검출 신호에서 데이터 포인트의 일부를 유지함으로써 검출 신호를 다운 샘플링하는 것을 포함할 수 있다. 다른 예에서, 일부 실시예에서, 디지털 신호는 베이스라인 임계 값 이상의 전기 생리학적 신호 스파이크를 식별하고 계산 회로에 대한 입력으로서 전기 생리학적 신호 스파이크와 연관된 타임 스탬프를 사용함으로써 압축된다. 일부 실시예에서, 검출 신호는 일정 기간 동안 검출된 평균 신호(전기 생리학적 신호, 생리학적 상태 또는 둘 다) 일 수 있는 기준 신호와 비교할 수 있다. 이 시간 기간은, 예를 들어, 약 1 분 이상(예컨대, 약 2 분 이상, 약 5 분 이상, 약 10 분 이상, 약 15 분 이상, 약 30 분 이상 또는 약 45 분 이상) 일 수 있다. 일부 실시예에서, 이 시간 기간은 약 1 시간 이하(예컨대, 약 45 분 이하, 약 30 분 이하, 약 15 분 이하, 약 10 분 이하, 약 5 분 이하, 또는 약 2 분 이하)이다. 베이스라인 신호로부터 검출 신호의 검출된 편차를 사용하여 자극 신호의 생성을 트리거할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 변조된 전기 생리학적 신호의 진폭이 베이스라인 전기 생리학적 신호를 초과하거나 미리 결정된 진폭 임계 값을 초과하는 경우, 검출된 변조는 신호 입력이며, 이는 시간 차원에서 하나 이상의 추가 검출된 변조와 연관될 수 있다. 일부 실시예에서, 계산 신호는 압축되지 않은(예를 들어, 원시) 신호를 분석한다.
일부 실시예에서, 검출 신호의 검출된 전기 생리학적 신호 성분은, 예를 들어, 신경 또는 신경 내의 신경 섬유 서브 세트에 의해 전달되는 복합 활동 전위 또는 복합 활동 전위의 서브 세트(예컨대, 더 많은 활동 전위)의 속도, 방향, 주파수, 진폭, 및 파형을 포함한다. 검출된 전기 생리학적 신호 성분은 전기 생리학적 신호가 검출된 신경 섬유의 서브 세트(즉, 신경 내의 신경 섬유 서브 세트의 위치)와 관련된 정보를 추가로 또는 대안으로서 포함할 수 있다. 이 정보는 예를 들어 템플릿 검출 신호를 선택하고 및/또는 자극 신호를 생성하기 위해 계산 회로에 의해 사용될 수 있다.
검출 회로는 집적 회로에 포함될 수 있으며, 전기 생리학적 신호를 검출하도록 구성된 복수의 전극 패드에 전기적으로 연결될 수 있다. 검출 회로는 또한 아날로그-디지털 변환기(ADC), 하나 이상의 필터 및/또는 하나 이상의 증폭기를 선택적으로 포함할 수 있다.
선택사항으로서, 이식 가능한 장치는 분석물, pH, 온도, 변형률(strain), 맥박수 또는 압력(예를 들어, 혈압)과 같은 생리학적 상태를 측정하거나 검출하도록 구성된 하나 이상의 센서를 추가로 포함한다. 이식 가능한 장치에 의해 검출된 생리학적 상태는 검출된 전기 생리학적 신호에 추가하여, 선택사항으로서 계산 회로에 의해 수신된 검출 신호의 성분일 수 있다. 따라서, 검출된 전기 생리학적 신호 성분 및 추가적으로 검출된 생리학적 상태 성분을 포함하는 검출 신호는 시뮬레이션 신호를 생성하기 위해 계산 회로에 의해 사용된다.
검출 신호는 상이한 시점에서 검출될 수 있는 하나 이상의 검출된 신호(전기 생리학적 신호 및/또는 생리학적 상태)를 포함할 수 있다. 신호에 대한 타임 스탬프는 검출된 신호와 연관될 수 있으며 계산 회로에 의한 분석을 위해 검출 신호에 포함될 수 있다. 예를 들어, 일정 시간 기간 내에 미리 결정된 수의 검출된 전기 생리학적 신호 스파이크를 포함하는 검출 신호는 계산 회로에 의해 자극 신호를 생성할 수 있다.
계산 회로는 검출 신호를 분석하고 검출 신호를 사용하여 자극 신호를 생성할 수 있다. 이러한 분석은, 예를 들어, 자극 신호의 생성을 위한 트리거로 작용할 수 있는 검출 신호의 변조(예를 들어, 검출된 전기 생리학적 신호의 변조, 검출된 생리학적 상태 또는 둘 다)를 식별하는 단계를 포함할 수 있다. 전기 생리학적 신호의 변조는 예를 들어, 신경에 의해 전달되는 복합 활동 전위 또는 복합 활동 전위의 성분(예를 들어, 하나 이상의 활동 전위)을 나타낼 수 있다. 자극 신호는 검출 신호와 자극 신호 사이의 수학적 관계를 사용하여 생성될 수 있다. 따라서, 계산 회로는 검출 신호를 수학적 관계에 입력하여 자극 신호를 생성할 수 있다. 이러한 수학적 관계는, 예를 들어, 기계 학습을 사용하여 판정될 수도 있고, 또는 사전 선택된 수학적 관계일 수도 있다. 일부 실시예에서, 계산 회로는 기준 신호로부터의 검출 신호의 편차를 검출하기 위해 디지털 로직, 아날로그 로직, 인공 신경망, 컨볼루션 신경망(CNN) 또는 뉴로모픽 컴퓨팅을 사용한다.
일부 실시예에서, 자극 신호를 생성하는 것은 검출 신호(검출된 전기 생리학적 신호 성분 및/또는 검출된 생리학적 신호 성분을 포함할 수 있음)를 템플릿 검출 신호와 비교하는 것을 포함할 수 있고, 자극 신호는 검출 신호와 템플릿 검출 신호 사이의 분산 또는 유사성에 기초하여 생성된다. 하나 이상의 템플릿 검출 신호는, 예를 들어, 장치 본체의 비 일시적 메모리에 저장될 수 있다. 계산 회로는, 예를 들어, 디지털 로직, 아날로그 로직, 인공 신경망, 컨볼루션 신경망(CNN) 또는 뉴로모픽 컴퓨팅을 사용하여 검출된 전기 생리학적 신호와 템플릿 전기 생리학적 신호 간의 분산 또는 유사성을 검출할 수 있다.
계산 회로에 의해 생성된 자극 신호는 진폭, 주파수, 파형 또는 신경 내의 표적 위치(즉, 신경 섬유의 서브 세트)와 같이 장치에 의해 방출되는 전기 펄스에 대한 정보를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 템플릿 펄스는 장치 내(예를 들어, 장치 본체 내)의 비 일시적 메모리에 저장된다. 계산 회로는 검출 신호를 사용하여 비 일시적 메모리에서 템플릿 펄스를 검색하여 자극 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 자극 신호를 생성하는 것은 검출 신호를 분석하는 것, 분석된 검출 신호에 기초하여 비 일시적 메모리로부터 템플릿 펄스를 검색하는 것, 및 검색된 템플릿 펄스에 기초하여 자극 신호를 생성하는 것을 포함할 수 있다. 검출 신호가 베이스라인으로부터 변조되는지 또는 템플릿 검출 신호와 비교되는지 여부 또는 그 방법에 따라 어떤 템플릿 펄스가 검색될 것인지 또는 자극 신호가 생성될 것인지 판정할 수 있다.
집적 회로는 자극 회로를 포함할 수 있으며, 자극 회로는 계산 회로에 의해 작동되고 전기 생리학적 펄스를 방출하는 전극 패드에 전기적으로 연결된다. 자극 회로는 자극 커패시터를 포함할 수 있으며, 이 자극 커패시터는 배터리에 의해 충전될 수 있고, 또는 하나 이상의 초음파 변환기에 의해 초음파로부터 변환된 전기 에너지로 충전될 수 있다. 예를 들어, 커패시터 충전과 같은 자극 커패시터의 상태는 계산 회로에 의해 판정될 수 있다. 선택사항으로서, 자극 커패시터의 상태는 비 일시적 메모리에 기록되거나 계산 회로에 의해 작동되는 변조 회로를 통해 초음파 후방산란파로 인코딩된다.
계산 회로는 자극 신호에 기초하여 신경에 전기 펄스를 방출하도록 하나 이상의 만곡 부재 중 적어도 하나의 전극 패드를 작동시킨다. 예를 들어, 자극 신호는 펄스 진폭, 주파수 및/또는 파형을 포함할 수 있으며, 계산 회로는 자극 신호에 따라 펄스를 방출하도록 전극 패드를 제어한다. 이 장치는 전하를 저장하고 계산 회로에 의해 제어되는 커패시터(즉, 자극 커패시터)를, 예컨대, 장치 본체 내부에 포함할 수 있다. 계산 회로는 커패시터를 제어하여 전극 패드를 통해 전기 펄스를 방출한다. 일부 실시예에서, 계산 회로는 커패시터의 충전과 같은 자극 커패시터 상태를 판정하도록 구성된다. 커패시터 상태는 비 일시적 메모리에 저장되거나 초음파 후방산란파로 인코딩될 수 있다.
일부 실시예에서, 이식 가능한 장치는 하나 이상의 초음파 변환기로부터 전기 에너지를 수신하고 계산 회로에 전력을 공급하도록 구성된 배터리를 더 포함한다. 배터리를 포함하는 경우, 외부 전원 없이도 전기 생리학적 신호를 검출하거나 신경에 전기 펄스를 방출하는 것을 포함하는 계산 회로의 작동이 가능해진다. 배터리는 이식 가능한 장치의 본체 내에 포함될 수 있다. 예를 들어, 배터리는 재충전 가능한 전기 화학 배터리일 수 있다. 배터리에 저장된 에너지는, 예를 들어, 하나 이상의 초음파 변환기가 초음파를 수신하지 않을 때 장치에 전력을 공급할 수 있다. 배터리는 하나 이상의 초음파 변환기에 의해 수신되는 초음파를 인테로게이터를 사용하여 장치로 전달함으로써 충전될 수 있다. 하나 이상의 초음파 변환기는 초음파를 전기 에너지로 변환하며 배터리에 전기적으로 연결된다. 이러한 방식으로, 전기 에너지는 장치의 배터리를 충전시킨다.
이식 가능한 폐회로 뉴로모듈레이션 장치는 또한 장치에 의해 검출된 전기 생리학적 신호 또는 장치에 의해 방출된 전기 펄스에 기초하여 데이터를 저장하도록 구성된 비 일시적 메모리를 포함할 수 있다. 데이터는, 예를 들어, 검출된 활동 전위 또는 복합 활동 전위의 타임 스탬프, 속도, 방향, 진폭, 주파수 또는 및/또는 이식 가능한 장치에서 방출되는 전기 펄스의 타임 스탬프, 진폭, 주파수 또는 파형을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 비 일시적 메모리는 검출된 생리학적 상태(예를 들어, 온도, pH, 압력, 심박수, 스트레인 및/또는 분석물의 존재 또는 양)와 관련된 데이터를 저장할 수 있다. 비 일시적 메모리에 저장된 데이터는 일정 시간 기간(예컨대, 약 1 분 이상, 약 5 분 이상, 약 10 분 이상, 약 15 분 이상, 약 30 분 이상, 약 45 분 이상, 약 1 시간 이상, 약 2 시간 이상, 약 4 시간 이상, 약 6 시간 이상, 약 8 시간 이상, 약 12 시간 이상 또는 약 24 시간 이상)에 걸쳐 획득될 수 있다.
일부 실시예에서, 이 장치는 비 일시적 메모리에 저장된 데이터의 적어도 일부를 초음파 후방산란파로 인코딩하도록 구성된다. 이것은 데이터가 대상에게 이식되거나 외부에 있을 수 있는 인테로게이터에게 무선으로 전달될 수 있게 해준다. 초음파 후방산란파로 인코딩된 데이터는 압축될 수 있다. 예를 들어, 이식 가능한 장치와 인테로게이터 간의 대역폭 제한으로 인해 데이터를 효율적으로 전달하기 위해 압축이 사용될 수 있다. 예를 들어, 데이터 압축은 검출 신호로부터 다운 샘플링된 데이터, 처리된 데이터 또는 신호의 하나 이상의 특징(예컨대, 검출된 전기 생리학적 신호 스파이크의 타임 스탬프)을 전달하는 것을 포함할 수 있다. 이식 가능한 장치는 하나 이상의 초음파 변환기에 전기적으로 연결된 변조 회로를 포함할 수 있다. 인테로게이터로부터 초음파를 수신하면, 하나 이상의 초음파 변환기 및 변조 회로를 통해 흐르는 전류가 생성된다. 계산 회로는 변조 회로를 작동시켜 비 일시적 메모리에 저장된 데이터를 전류로 인코딩 할 수 있다. 장치의 하나 이상의 초음파 변환기는 초음파 후방산란파를 방출하여, 전류로 인코딩된 데이터를 인코딩할 수 있다. 초음파 후방산란 파는 초음파를 이식 가능한 장치로 전달하는 인테로게이터와 동일하거나 상이한 것일 수 있는 인테로게이터에 의해 수신될 수 있으며, 초음파 후방산란파 상의 인코딩된 데이터가 해독될 수 있다.
비 일시적 메모리는 인테로게이터에서 장치로 전달된 데이터를 저장하는데 사용될 수도 있다. 인테로게이터는 데이터(예컨대, 온도 데이터 또는 대상의 혈액 또는 간질액 내의 분석물 농도와 같은 몇몇 다른 생리학적 상태와 관련된 데이터)를 전달할 수 있으며, 이러한 데이터는 이식 가능한 장치에 의해 수신되고 비 일시적 메모리에 저장될 수 있다. 예를 들어, 데이터를 인코딩하는 초음파를 통해 데이터가 전달될 수 있다. 인테로이게이터는 장치의 초음파 변환기에 의해 수신되고 계산 회로에 의해 해독되는 초음파를 전달할 수 있다.
비 일시적 메모리는 장치를 작동시키기 위한 하나 이상의 명령을 저장할 수 있으며, 이는 계산 회로를 사용하여 실행될 수 있다. 예를 들어, 비 일시적 메모리는 검출된 전기 생리학적 신호에 기초하여 검출 신호를 수신하기 위한 명령; 상기 검출 신호를 이용하여 자극 신호를 생성하기 위한 명령; 및 자극 신호에 기초하여 신경에 전기 펄스를 방출하도록 하나 이상의 만곡 부재 중 적어도 하나의 복수의 전극 패드를 작동시키기 위한 명령을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 비 일시적 메모리는 전기 펄스의 표적 방출을 위해 복수의 전극으로 하나 이상의 전극을 선택적으로 활성화하기 위한 명령을 포함한다. 일부 실시예에서, 비 일시적 메모리는, 예를 들어, 베이스라인 전기 생리학적 신호(및/또는 생리학적 상태)와 비교하여 검출된 전기 생리학적 신호(및/또는 생리학적 상태)의 분산을 판정함으로써, 검출된 전기 생리학적 신호(및 선택적으로 측정된 생리학적 상태)를 분석하기 위한 명령을 포함한다. 일부 실시예에서, 비 일시적 메모리는 검출된 전기 생리학적 신호(및/또는 생리학적 상태)를 템플릿 전기 생리학적 신호(및/또는 생리학적 상태)와 비교하기 위한 명령을 포함한다.
도 1은 본 명세서에 기술된 이식 가능한 폐회로 뉴로모듈레이션 장치를 위한 예시적인 본체의 개략도를 도시한다. 이 본체는 배터리와 변조 회로에 전기적으로 연결된 초음파 변환기를 포함한다. 배터리는 비 일시적 메모리 및 변조 회로에 전기적으로 연결된 계산 회로에 전기적으로 연결되어 전력을 공급한다. 계산 회로는 또한 전기적으로 연결되고 자극 회로 또는 검출 회로를 통해 장치의 만곡 부재 또는 만곡 부재상의 전극을 작동하도록 구성된다. 초음파는 초음파 변환기에 의해 수신되며, 초음파 변환기는 초음파의 에너지를 배터리를 충전하는 전기 에너지로 변환한다. 장치의 전극은 전기 생리학적 신호를 검출하도록 구성되며, 전기 생리학적 신호에 기반한 검출 신호는 계산 회로에 의해 수신된다. 계산 회로에 의해 수신된 검출 신호는 계산 회로에 의해 수신되기 전에 검출 회로에 의해 처리(예를 들어, 증폭, 디지털화 및/또는 필터링)될 수 있다. 선택사항으로서, 계산 회로는 검출된 전기 생리학적 신호와 관련된 데이터를 저장하기 위해 비 일시적 메모리에 액세스한다. 계산 회로는 검출 신호에 기초하여 자극 신호를 생성할 수 있으며, 자극 신호에 기초하여 신경에 전기 펄스를 방출하도록 전극을 작동시킬 수 있다. 선택사항으로서, 계산 회로는 신경으로 방출되는 자극 신호 또는 전기 펄스와 관련된 데이터를 저장하기 위해 비 일시적 메모리에 액세스한다. 비 일시적 메모리에 저장된 데이터는 초음파 변환기에서 방출되는 초음파 후방산란파를 통해 무선으로 전달될 수 있다. 초음파 변환기는 초음파를 받아 변조 회로를 통해 흐르는 전류를 생성한다. 계산 회로는 메모리에 액세스하고 변조 회로를 작동하여 변조 회로를 통해 흐르는 전류를 변조하여 데이터를 인코딩한다. 초음파 변환기에 의해 방출된 초음파 후방산란파는 데이터를 인코딩한다.
일부 실시예에서, 본체는 베이스, 하나 이상의 측벽 및 상단을 포함할 수 있는 하우징을 포함한다. 하우징은 하나 이상의 초음파 변환기 및 집적 회로(계산 회로, 비 일시적 메모리, 배터리, 변조 회로, 검출 회로) 및/또는 자극 회로(자극 커패시터를 포함할 수 있음를 포함할 수 있다. 하우징은(예를 들어 납땜 또는 레이저 용접에 의해) 기밀 밀봉되어 간질 유체가 초음파 변환기(들) 및/또는 집적 회로와 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 하우징은 바람직하게는 생물 불활성 금속(예컨대, 강철 또는 티타늄) 또는 생물 불활성 세라믹(예컨대, 티타니아 또는 알루미나)과 같은 생물 불활성 물질로 제조된다. 하우징(또는 하우징 상단)은 초음파가 하우징을 통과할 수 있도록 얇을 수 있다. 일부 실시예에서, 하우징의 두께는 약 75㎛ 이하, 약 50㎛ 이하, 약 25㎛ 이하, 또는 약 10㎛ 이하와 같이 두께가 약 100 마이크로미터(㎛) 이하이다. 일부 실시예에서, 하우징의 두께는 약 5μm 내지 약 10μm, 약 10μm 내지 약 25μm, 약 25μm 내지 약 50μm, 약 50μm 내지 약 75μm, 또는 약 75μm 내지 약 100μm의 두께이다.
이식 가능한 장치의 본체는 비교적 작기 때문에 이식 가능한 장치와 종종 관련되는 조직 염증을 제한하면서 편안하고 장기적인 이식을 가능하게 해준다. 일부 실시예에서, 장치 본체의 가장 긴 치수는 약 5mm 내지 약 9mm, 또는 약 6mm 내지 약 8mm와 같이 약 10mm 이하이다.
일부 실시예에서, 본체는 하우징 내에 폴리머와 같은 재료를 포함한다. 이 재료는 하우징 외부와 하우징 내부 조직 사이의 음향 임피던스 불일치를 줄이기 위해 하우징 내의 빈 공간을 채울 수 있다. 따라서, 장치의 본체는 바람직하게는 공기 또는 진공이 없다.
이식 가능한 장치의 하나 이상의 초음파 변환기는 용량성 미세-기계 초음파 변환기(CMUT) 또는 압전 미세-기계 초음파 변환기(PMUT)와 같은 미세 기계 초음파 변환기일 수도 있고, 또는 벌크 압전 변환기일 수도 있다. 벌크 압전 변환기는 크리스탈, 세라믹 또는 폴리머와 같은 천연 또는 합성 재료일 수 있다. 예시적인 벌크 압전 변환기 재료는 바륨 티타네이트(BaTiO3), 납 지르코네이트 티타네이트(PZT), 아연 산화물(ZO), 알루미늄 질화물(AlN), 석영, 베를린나이트(AlPO4), 토파즈, 랑가사이트(La3Ga5SiO14), 갈륨 오르토포스페이트(GaPO4), 리튬 니오베이트(LiNbO3), 리튬 탄탈라이트(LiTaO3), 칼륨 니오베이트(KNbO3), 나트륨 텅스텐(Na2WO3), 비스무트 페라이트(BiFeO3), 폴리비닐리덴(디)플루오라이드(PVDF) 및 납 마그네슘 니오베이트-납 티타네이트(PMN- PT)를 포함한다.
일부 실시예에서, 벌크 압전 변환기는 대략 입방체(즉, 약 1:1:1(길이:폭:높이)의 종횡비)이다. 일부 실시예에서, 압전 변환기는 길이 또는 폭 측면에서 약 5:5:1 이상의 종횡비, 예를 들어, 약 7:5:1 이상, 또는 약 10:10:1 이상의 종횡비를 갖는 판 형상이다. 일부 실시예에서, 벌크 압전 변환기는 약 3:1:1 이상의 종횡비를 갖는 길고 좁은 형상이며, 여기서 가장 긴 치수는 초음파 후방산란파의 방향(즉, 편광 축)으로 정렬된다. 일부 실시예에서, 벌크 압전 변환기의 1 치수는 변환기의 구동 주파수 또는 공진 주파수에 대응하는 파장(λ)의 절반과 동일하다. 공진 주파수에서, 변환기의 한 면에 충돌하는 초음파는 180˚ 위상 편이를 거쳐 반대 위상에 도달하여, 두 면 사이에 가장 큰 변위를 일으킬 것이다. 일부 실시예에서, 압전 변환기의 높이는 약 10㎛ 내지 약 1000㎛(예를 들어, 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 500μm 이하, 약 400㎛ 이하, 250㎛ 이하, 약 100㎛ 이하, 또는 약 40㎛ 이하)이다. 일부 실시예에서, 압전 변환기의 높이는 약 20μm 이상(예컨대, 약 40μm 이상, 약 100μm 이상, 약 250μm 이상, 약 400μm 이상, 약 500μm 이상, 약 1mm 이상, 약 2mm 이상, 약 3mm 이상 또는 약 4mm 이상)의 길이이다.
일부 실시예에서, 하나 이상의 초음파 변환기는 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㎛ 이하와 같은 약 5mm 이하의 길이를 갖는다. 일부 실시예에서, 초음파 변환기의 길이는 약 20μm 이상(예컨대, 약 40μm 이상, 약 100μm 이상, 약 250μm 이상, 약 400μm 이상, 약 500μm 이상), 약 1mm 이상, 약 2mm 이상, 약 3mm 이상 또는 약 4mm 이상)의 최대 길이 치수를 갖는다.
초음파 변환기는 두 개의 전극으로 연결되어 계산 회로와 전기적 통신이 가능하다. 제 1 전극은 변환기의 제 1면에 부착되고 제 2 전극은 변환기의 제 2면에 부착되며, 여기서 제 1면과 제 2면은 1 차원을 따라 변환기의 대향하는 측면들이다. 일부 실시예에서, 전극은 은, 금, 백금, 백금-블랙, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜(PEDOT), 전도성 중합체(예컨대, 전도성 PDMS 또는 폴리이미드) 또는 니켈을 포함한다. 일부 실시예에서, 변환기의 전극 사이의 축은 변환기의 운동에 직교한다.
이 장치의 만곡 부재는 장치의 본체로부터 연장되어 적어도 부분적으로 신경을 둘러싸고, 하나 이상의 전극 패드가 만곡 부재 상에 포함된다. 전극 패드는, 예를 들어, 신경에 의해 전달되는 전기 생리학적 신호를 검출하고 및/또는 신경에 하나 이상의 전기 펄스를 방출하도록 신경과 전기적으로 소통하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 전극 패드는 만곡 부재의 내부 표면에 있을 수 있고, 하나 이상의 만곡 부재는 장치를 신경 또는 다른 섬유상 조직에 고정하고 전극 패드를 배치하기 위해 신경 또는 신경을 포함하는 섬유상 조직(예컨대, 신경에 연결된 혈관)과 맞닿을 수 있다.
만곡 부재는 유연할 수 있으며, 이는 장치의 이식 동안 만곡 부재의 변형을 가능하게 해준다. 예를 들어, 만곡 부재는 장치가 신경 상에 배치된 동안 바깥쪽으로 구부러 질 수 있다. 만곡 부재의 릴리스는 만곡 부재가 신경 또는 신경을 포함하는 섬유상 조직 주위를 감쌀 수 있게 해준다. 선택사항으로서, 만곡 부재는 장치 본체에 의해 연결되는 두 부분을 포함한다.
예를 들어, 전극 패드(또는 패드)는 신경의 길이에 평행한 축을 적어도 부분적으로 둘러싸도록 구성될 수 있고 또는 복수의 전극 패드가 신경의 길이에 평행한 축 둘레에 방사상으로 배치되도록 구성될 수도 있다. 이 장치는 상이한 전극 패드 구성을 갖는 만곡 부재를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 이 장치는 만곡 부재를 따라 배치된 복수의 전극 패드를 갖는 하나 이상의 만곡 부재, 및 적어도 부분적으로 신경을 둘러싸는 만곡 전극 패드를 갖는 하나 이상의 만곡 부재를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 장치의 본체로부터 연장되는 만곡 부재는 각각 신경 둘레에(즉, 신경의 중심을 통과하고 신경의 길이를 따라 평행하게 이어지는 축 둘레에) 방사상으로 배치되고 그리고 신경과 전기적으로 연통되도록 구성된 복수의 전극 패드를 포함한다. 만곡 부재는 본체를 향해 휘어지기 전에 본체로부터 멀어지도록 뻗고, 만곡 부재는 본체 아래로 뻗고, 이는 만곡 부재가 신경 또는 신경을 포함하는 섬유상 조직(예컨대, 신경에 연결된 혈관)의 단면을 지속적으로 둘러싸는 만곡 부재를 야기하는, 링 형상 구조를 형성한다. 일부 실시예에서, 만곡 부재는 신경의 단면 주위에 단일 루프를 만든다. 일단 제위치에 있으면, 주어진 만곡 부재의 전극 패드는 신경에 대해 동일한 단면 위치에 있다. 장치가 신경에 이식될 수 있게 하는 공간이 만곡 부재 내에 포함될 수 있다. 만곡 부재는 유연할 수 있으며, 이는 장치의 이식 중에 만곡 부재의 변형을 가능하게 해준다. 만곡 부재는 장치가 신경에 위치하는 동안 바깥쪽으로 구부러질 수 있다. 만곡 부재의 릴리스는 만곡 부재가 신경 또는 신경을 포함하는 셤유 조직 둘레를 감쌀 수 있게 해준다. 선택사항으로서, 만곡 부재는 장치 본체에 의해 연결되는 두 부분을 포함한다.
도 2a는 각각이 신경을 부분적으로 둘러싸고 신경과 맞닿는 제 1 만곡 부재 및 제 2 만곡 부재를 갖는 장치의 예시적인 실시예를 도시한다. 장치(200)는 제 1 만곡 부재(204) 및 제 2 만곡 부재(206)에 부착된 본체(202)를 포함한다. 제 1 만곡 부재(204)의 내면 상의 복수의 전극(208)은 제 1 만곡 부재(204)를 따라 배치되고, 복수의 전극(212)은 제 2 만곡 부재(206)를 따라 배치된다. 도시된 예에서, 제 1 만곡 부재(204) 및 제 2 만곡 부재(206)는 갭(즉, 분리)(214)에 의해 분리된 가요성 부재이다. 이 구성에서, 제 1 만곡 부재(204) 및 제 2 만곡 부재(206)는 외측으로 구부러져(따라서 갭(214)이 넓어짐) 신경(208)이 만곡 부재 사이의 공간 내에 위치할 수 있도록 하고, 만곡 부재는 만곡 부재가 신경 둘레를 감싸도록 릴리스될 수 있다.
도 2b는 신경과 맞닿는 만곡 부재를 갖는 장치의 또 다른 예시적인 실시예를 도시한다. 장치(216)는 본체(218) 및 실질적으로 신경(222)을 둘러싸는 만곡 부재(220)를 포함한다. 만곡 부재(220)의 내측면은 신경(222)을 둘러싸는 만곡 전극 패드(224)를 포함한다. 만곡 부재(220)는 유연할 수 있고, 본체(218)와 만곡 부재(220)의 단부(228) 사이(또는 제 1 만곡 부재와 제 2 만곡 부재 사이)에 공간(226)이 존재할 수 있다. 만곡 부재는 외측으로 구부러져 신경(222)이 만곡 부재에 의해 형성된 공간 내에 위치할 수 있고, 만곡 부재는 해제되어 만곡 부재가 신경(222) 둘레를 감쌀 수 있다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 만곡 부재 및 전극 패드의 구성은 결합될 수 있다. 예를 들어, 장치는 도 2a에 도시된 만곡 부재와 도 2b에 도시된 만곡 부재를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 장치는(도 2a에 도시된) 제 1 및 제 2 만곡 부재 및(도 2b에 도시된)만곡 전극을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 장치는(예를 들어, 도 2a에 도시된 바와 같이) 만곡 부재를 따라 배치된 복수의 전극과 함께(예를 들어, 도 2b에 도시된 바와 같이) 신경을 실질적으로 둘러싸는 만곡 부재를 포함할 수 있다.
장치 상의 하나 이상의 만곡 부재의 크기, 모양 및 간격은 장치가 접촉하는 조직의 유형 및 크기에 따라 달라질 수 있다. 일부 실시예에서, 2 개 이상의 만곡 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, 2 개 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. 예를 들어, 2 개 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 8mm만큼 이격될 수 있다. 만곡 부재의 폭은 장치의 적용 또는 장치와 접촉되는 조직에 따라 달라질 수 있다. 일부 실시예에서, 만곡 부재의 폭은 약 100μm 이상(예컨대 약 150μm 이상, 약 250μm 이상, 약 500μm 이상, 약 1mm 이상, 또는 약 1.5mm 이상)이다. 일부 실시예에서, 만곡 부재의 폭은 약 2mm 이하(예를 들어, 약 1.5mm 이하, 약 1mm 이하, 약 500μm 이하, 약 250μm 이하, 또는 약 150μm 이하)이다. 일부 실시예에서, 만곡 부재의 폭은 약 100μm 내지 약 2mm(예를 들어, 약 100μm 내지 약 150μm, 약 150μm 내지 약 250μm, 약 250μm 내지 약 500μm, 약 500μm 내지 약 1mm, 약 1mm 내지 약 1.5mm, 또는 약 1.5mm 내지 약 2mm)이다. 만곡 부재의 내측면은 신경 및/또는 섬유상 조직이 통과하는 원통형 공간을 형성한다. 만곡형 부재에 의해 형성된 원통형 공간의 직경은 이식 가능한 장치가 접촉할 표적 신경 및/또는 섬유상 조직에 따라 달라진다. 일부 실시예에서, 장치의 하나 이상의 만곡 부재는 직경이 약 50μm 내지 약 15mm(예를 들어, 약 50μm 내지 약 100μm, 약 100μm 내지 약 250μm, 약 250μm 내지 약 500μm, 약 500μm 내지 약 1mm, 약 1mm 내지 약 1.5mm, 약 1.5mm 내지 약 2.5mm, 약 2.5mm 내지 약 5mm, 약 5mm 내지약 10mm 또는 약 10mm 내지 약 15mm)인 원통형 공간을 형성한다.
하나 이상의 만곡 부재는 신경 또는 다른 섬유상 조직을 적어도 부분적으로 둘러싸도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 만곡 부재는 신경 또는 섬유상 조직의 적어도 25%, 적어도 33%, 적어도 50%, 적어도 66%, 적어도 75%, 적어도 90% 또는 적어도 100%를 둘러싸도록 구성될 수 있다(예를 들어, 만곡 부재는 신경 또는 섬유상 조직을 완전히 둘러쌀 수도 있고, 또는 신경 또는 섬유상 조직 둘레에 하나 이상의 완전한 루프를 포함할 수도 있다). 이와 유사하게, 하나 이상의 구부러진 전극 패드는 신경의 적어도 25%, 적어도 33%, 적어도 50%, 적어도 66%, 적어도 75%, 적어도 90%, 또는 적어도 100%를 둘러쌀 수 있으며, 만곡 전극 패드에 의해 둘러싸인 신경 부분은 만곡 부재에 의해 둘러싸인 신경 부분과 동일하거나 더 작을 수 있다. 만곡 부재에 위치하는 복수의 전극 패드는 만곡 부재의 전체 길이 또는 만곡 부재의 길이의 일부를 따라 위치할 수 있다.
일부 실시예에서, 이식 가능한 장치는 이식 가능한 장치를 섬유상 조직에 고정하도록 구성된 하나 이상의 추가 고정 부재를 포함한다. 이러한 고정 부재는, 예를 들어, 이식 가능한 장치를 해부학적 구조(예컨대, 섬유상 조직 또는 신경, 또는 섬유상 조직 또는 신경을 둘러싸는 다른 조직), 핀 또는 클램프에 봉합하기 위한 루프를 포함할 수 있다. 예를 들어, 이식 가능한 장치는 일단 이식된 이식 가능한 장치의 움직임을 제한하기 위해 섬유상 조직 또는 신경, 또는 섬유상 조직 또는 신경을 둘러싸는 조직에 봉합될 수 있다.
이식 가능한 장치의 만곡 부재는 금속, 금속 합금, 세라믹, 실리콘 또는 비중 합체 재료를 포함할 수 있다. 만곡 부재는 가요성일 수 있으며, 바람직하게는 만곡 부재가 신경 및/또는 섬유상 조직 둘레에 배치될 수 있도록 튀어 나온다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 만곡 부재 또는 하나 이상의 만곡 부재의 일부는 바람직하게는 폴리디메틸시올록산(PDMS), 실리콘, 우레탄 폴리머, 폴리(p-자일릴렌) 폴리머(예컨대, 상품명 파릴렌(PARYLENE®)으로 판매되는 폴리(p-자일릴렌) 폴리머), 또는 폴리이미드와 같은 생물학적으로 불활성인 엘라스토머 코팅 또는 비탄성 코팅으로 코팅된다. 하나 이상의 만곡 부재는 각각 만곡 부재의 내측면에 복수의 전극 패드를 포함한다. 일부 실시예에서, 전도성 재료(예컨대, 전극 패드의 전기적 특성을 개선하기 위한 PEDOT 폴리머 또는 금속으로 전기 도금)로 코팅될 수도 있으나, 만곡 부재의 내측면 상의 전극 패드는 탄성 코팅 또는 비탄성 중합체 코팅으로 코팅되지 않는다. 따라서, 일부 실시예에서, 만곡 부재의 외측면 만이 코팅으로 코팅된다. 선택사항으로서, 코팅은 본체의 하우징을 추가로 코팅한다.
하나 이상의 만곡 부재는 신경 및/또는 섬유상 조직에 이식 가능한 장치를 고정할 수 있다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 만곡 부재는 신경 및/또는 사상 조직상에서 이식 가능한 장치의 일부 회전 운동을 허용한다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 만곡 부재는 신경 및/또는 섬유상 조직에 내부 압력을 가함으로써 신경 및/또는 섬유상 조직을 파지한다. 하나 이상의 만곡 부재에 의해 가해지는 내측 압력의 양은 만곡 부재의 스프링 상수 뿐만 아니라 만곡 부재의 크기 및 곡률에 기초하여 판정될 수 있다. 내측 압력은 삽입 후 조직이 치유되는 동안 이식 가능한 장치를 제자리에 고정하기에 충분해야 하지만 만곡 부재와 접촉하는 신경상막 또는 혈관벽이 손상될 정도로 높지는 않아야 한다. 일부 실시예에서, 신경 또는 섬유상 조직에 대한 내측 압력은 약 1 MPa 이하(예를 들어, 약 0.7 MPa 이하, 약 0.5 MPa 이하, 또는 약 0.3 MPa 이하)이다. 일부 실시예에서, 신경 또는 섬유상 조직에 대한 내부 압력은 약 0.1 MPa 내지 약 1 MPa(예를 들어, 약 0.1 MPa 내지 약 0.3 MPa, 약 0.3 MPa 내지 약 0.5 MPa, 약 0.5 MPa 내지 약 0.7 MPa, 또는 약 0.7 MPa 내지 약 1 MPa)이다.
각각의 만곡 부재 상의 복수의 전극 패드는 만곡 부재의 내측면(즉, 신경 및/또는 섬유상 조직과 접하도록 구성된 만곡면의 표면)에 배치된다. 일부 실시예에서, 복수의 전극 패드는 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20개 또는 그 이상(예컨대, 약 3 개 내지 약 50 개 전극 패드, 약 3 개 내지 약 5 개 전극 패드, 약 5 개 내지 약 10 개 전극 패드, 약 10 개 내지 약 25 개 전극 패드, 또는 약 25 개 내지 약 50 개 전극 패드)을 포함한다. 일부 실시예에서, 복수의 전극 패드 내의 전극 패드는 본 명세서에서 추가로 설명되는 바와 같이 표적화된 전기 펄스 방출을 허용하는 계산 회로에 의해 선택적으로 활성화될 수 있다.
전극 패드는 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. 검출 전극 패드 및 자극 전극 패드의 재료는 동일할 수도 있고 또는 상이할 수도 있다. 전극 패드의 크기와 모양도 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다. 예를 들어, 주어진 만곡 부재상의 전극 패드는 동일한 크기일 수도 있고 또는 상이한 크기일 수도 있으며, 상이한 만곡 부재상의 전극 패드는 동일한 크기일 수도 있고 상이한 크기일 수도 있다.
이식 가능한 장치의 전극 패드는 만곡 부재에 의해 배치되어 신경과 전기적으로 연통된다. 일부 실시예에서, 전극 패드는 신경과 직접 접촉하지 않지만(예를 들어, 신경과 간접적으로 접촉하지 않고 외부에 있음) 신경과 전기적으로 연통한다. 일부 실시예에서, 전극 패드는 신경의 약 2mm 이내(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, 또는 약 0.2mm 이내)에 배치된다. 일부 실시예에서, 복수의 전극 패드는 하나 이상의 위치에서 신경의 신경상막을 관통하도록 구성된다. 예를 들어, 전극 패드는 바늘 모양일 수 있으며, 이는 신경상막의 관통을 가능하게 해준다. 일부 실시예에서, 전극 패드는 신경, 예를 들어, 신경의 신경상막과 직접 접촉한다.
일부 실시예에서, 장치상의 하나 이상의 만곡 부재는 신경에 의해 전달되는 전기 생리학적 신호를 검출하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 장치상의 하나 이상의 만곡 부재는 전기 펄스를 방출하도록 구성된다. 신경에 의해 전달되는 전기 생리학적 신호를 검출하도록 구성된 하나 이상의 만곡 부재는 전기 펄스를 방출하도록 구성된 하나 이상의 만곡 부재와 동일할 수도 있고, 상이한 것일 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서 장치는 신경에 의해 전달되는 전기 생리학적 신호를 검출하도록 구성된 제 1 복수의 전극 패드를 포함하는 제 1 만곡 부재, 및 신경에 전기 펄스를 방출하도록 구성된 제 2 복수의 전극 패드를 포함하는 제 2 만곡 부재를 포함한다. 일부 실시예에서, 장치는 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 또는 그 이상의 만곡 부재를 포함한다. 일부 실시예에서, 장치는 신경에 의해 전달되는 전기 생리학적 신호를 검출하도록 구성된 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 개 이상의 만곡 부재, 및 전기 펄스를 방출하도록 구성된 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 개 이상의 만면 부재를 포함한다. 일부 실시예에서, 전기 생리학적 신호를 검출하도록 구성된 전극 패드를 갖는 만곡 부재 및 전기 펄스를 방출하도록 구성된 전극 패드를 갖는 만곡 부재는 전기 생리학적 신호의 동시 검출 및 전기 펄스의 방출을 허용하기 위한 별개의 만곡 부재이다.
복수의 만곡 부재가 신경의 길이를 따라 배치될 수 있다. 이 구성은 신경의 길이를 따른 상이한 지점에서 신경 내의 신경 섬유의 서브 세트를 표적으로 할 수 있는 전기 생리학적 신호 검출 및/또는 전기 펄스의 방출을 허용한다. 신경의 길이를 따라 2 개 이상의 위치에서 전기 생리학적 신호를 검출함으로써, 계산 회로는 신경에 의해 전달되는 전기 생리학적 신호의 방향 및/또는 속도를 판정할 수 있다. 전기 생리학적 신호(예를 들어, 원심성 신호 또는 구심성 신호)의 방향을 판정하기 위해, 계산 회로는 제 1 만곡 부재에 의해 검출된 전기 생리학적 신호의 제 1 타임 스탬프 및 제 2 만곡 부재에 의해 검출된 전기 생리학적 신호의 제 2 타임 스탬프를 이용할 수 있다. 전기 생리학적 신호의 속도를 판정하기 위해, 계산 회로는 제 1 만곡 부재와 제 2 만곡 부재 사이의 기지의 거리를 더 사용할 수 있다. 일부 실시예에서, 제 1 만곡 부재 및 제 2 만곡 부재의 전극 패드에 의해 검출된 전기 생리학적 신호의 아이텐티티는 제 1 만곡 부재의 전극 패드 및 제 2 만곡 부재의 전극 패드에 의해 검출된 하나 이상의 전기 생리학적 신호 특징(예를 들어, 진폭, 주파수 또는 파형)을 비교함으로써 확인된다.
이식 가능한 장치는 또한 전기 펄스 또는 전기 펄스 열(train)을 방출하도록 구성된 복수의 전극을 포함하는 2 개 이상의 만곡 부재를 포함할 수 있다. 2 이상의 만곡 부재는 신경의 길이를 따라 서로 상이한 위치에 배치될 수 있으며, 서로 상이한 위치에서 전기 펄스를 방출하도록 구성된다. 2 개 이상의 서로 다른 만곡 부재에 의해 방출되는 전기 펄스는 동일하거나 상이할 수 있으며, 신경 내의 만곡 부재의 동일하거나 상이한 서브 세트를 표적으로 할 수 있다. 예를 들어, 제 1 만곡 부재상의 제 1 전극 패드(또는 제 1 복수의 전극 패드)는 신경 섬유의 신경 서브 세트의 제 1 서브 세트에 의한 전기 생리학적 신호의 전달을 차단하도록 구성된 전기 펄스를 방출할 수 있으며, 제 2 만곡 부재상의 제 2 전극 패드(또는 제 2 복수의 전극 패드)는 신경 섬유의 제 2 서브 세트를 자극하는 전기 펄스를 방출하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 신경 섬유의 제 1 서브 세트는 예를 들어, 원심성 신경 섬유 일 수 있는 반면, 신경 섬유의 제 2 서브 세트는 구심성 신경 섬유일 수 있다. 다른 실시 형태에서, 신경 섬유의 제 1 서브 세트는 구심성 신경 섬유이고, 신경 섬유의 제 2 서브 세트는 원심성 신경 섬유일 수 있다. 신경 섬유의 제 1 서브 세트에서 전기 생리학적 신호의 전달을 차단하고 신경 섬유의 제 2 서브 세트를 자극함으로써, 자극의 표적을 벗어나는 효과가 최소화된다. 다른 예에서, 제 1 만곡 부재상의 제 1 복수의 전극 패드 내의 하나 이상의 전극 패드 및 제 2 만곡 부재상의 제 2 복수 전극 패드 내의 하나 이상의 전극 패드는 신경의 길이를 따른 양극성 자극을 위해 작동될 수 있다. 다른 예에서, 제 1 만곡 부재상의 복수의 전극 및 제 2 만곡 부재상의 복수의 전극은 특정 초점 자극에 사용될 수 있는 조정된 전기 펄스를 각각 방출할 수 있다(즉, 별개의 복수의 전극에 의해 방출된 전기 펄스가 서로 조정된다).
예를 들어, 일부 실시예에서 장치는 복수의 제 1 전극 패드를 포함하는 제 1 만곡 부재 및 복수의 제 2 전극 패드를 포함하는 제 2 만곡 부재를 포함하며, 여기서 제 1 복수의 전극 및 제 2 복수의 전극은 각각 신경의 길이를 따라 상이한 위치에서 신경의 길이에 평행한 축 주위에 방사상으로 위치하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 제 1 복수의 전극 패드 및 제 2 복수의 전극 패드는 신경에 의해 전달되는 전기 생리학적 신호를 검출하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 장치는 선택적으로 제 3의 복수의 전극 패드를 포함하는 제 3 만곡 부재를 추가로 포함하고, 여기서 제 3 복수의 전극 패드는 신경의 길이를 따라 제 1 만곡 부재와 제 2 만곡 부재 사이의 위치에서 신경의 길이에 평행한 축 주위에 방사상으로 위치하도록 구성된다.
다른 예로서, 일부 실시예에서, 장치는 제 1 복수의 전극 패드를 포함하는 제 1 만곡 부재 및 제 2 복수의 전극 패드를 포함하는 제 2 만곡 부재를 포함하고, 제 1 복수의 전극 및 제 2 복수의 전극은 각각 신경의 길이를 따라 상이한 위치에서 신경의 길이에 평행한 축 주위에 방사상으로 위치하도록 구성되고, 제 1 복수의 전극 패드 또는 제 2 복수의 전극 패드는 전기 펄스를 신경에 방출하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 제 1 복수의 전극 패드 및/또는 제 2 복수의 전극 패드 내의 전극 패드는, 예를 들어, 신경 내의 신경 섬유의 서브 세트를 표적화함으로써 신경에 전기 펄스를 방출하도록 선택적으로 활성화되도록 구성된다.
다른 예에서, 일부 실시예에서, 장치는 제 1 복수의 전극 패드를 포함하는 제 1 만곡 부재 및 제 2 복수의 전극 패드를 포함하는 제 2 만곡 부재를 포함하고, 제 1 복수의 전극 패드 및 제 2 복수의 전극 패드는 신경에 의해 전달되는 전기 생리학적 신호를 검출하도록 구성되며, 그리고 제 3 복수의 전극 패드를 포함하는 제 3 만곡 부재 및 제 4 복수의 전극 패드를 포함하는 제 4 만곡 부재를 더 포함하고, 제 3 복수의 전극 패드 및 제 4 복수의 전극 패드는 전기 펄스를 방출하도록 구성되며, 여기서 제 1 복수의 전극, 제 2 복수의 전극, 제 3 복수의 전극, 및 제 4 복수의 전극은 각각 신경의 길이를 따라 상이한 위치에서 신경에 평행한 축 둘레에 방사상으로 배치되도록 구성된다. 선택사항으로서, 제 3 만곡 부재 및 제 4 만곡 부재는 신경의 길이를 따라 제 1 만곡 부재와 제 2 만곡 부재 사이에 위치한다. 일부 실시예에서, 장치는 전기 생리학적 신호를 검출하거나 전기 펄스를 방출하도록 구성된 제 5 복수의 전극 패드를 포함하는 제 5 만곡 부재를 추가로 포함한다. 제 5 만곡 부재는 선택사항으로서 신경의 길이를 따라 제 3 만곡 부재와 제 4 만곡 부재 사이에 위치한다. 일부 실시예에서, 제 1 복수의 전극 패드, 제 2 복수의 전극 패드, 제 3 복수의 전극 패드, 또는 제 4 복수의 전극 패드 및/또는 제 5 복수의 전극 패드는 전기 펄스를 방출하도록 선택적으로 활성화되도록 구성된다.
도 3a-3c는 신경(314)에 이식된 본체(312)로부터 연장된 5 개의 만곡 부재(302, 304, 306, 308 및 310)를 갖는 예시적인 이식 가능한 폐회로 뉴로모듈레이션 장치의 정면도(3a), 측면 도(3b) 및 상부도(3c)를 도시한다. 장치의 본체는 집적 회로(324), 비 일시적 메모리(326), 배터리(328) 및 초음파 변환기(330)(예컨대, 압전 변환기)를 포함한다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 만곡 부재는 지점(316)에서 본체(312)에 의해 분기된 제 1 부분(302a) 및 제 2 부분(302b)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제 1 부분(302a) 및 제 2 부분(302b)은 직접 연결되고, 만곡 부재는 연결 부재를 통해 본체에 부착된다. 만곡 부재는 만면 부재의 내측면에 복수의 전극 패드(318)를 포함하고, 전극 패드(318)는 신경의 길이에 평행한 축을 중심으로 방사상으로 배치된다. 제 1 부분(302a)과 제 2 부분(302b) 사이의 분리(320)는 만곡 부재(장치의 다른 만곡 부재에 유사하게 존재할 수 있음)를 따라 존재한다. 이식 가능한 장치는 만곡 부재의 제 1 부분과 제 2 부분을 바깥쪽으로 구부려서 간격 크기를 확장하고 신경 또는 기타 섬유상 조직이 그 간격을 통과하여 만곡 부재에 의해 형성된 원통형 공간 내에 끼워맞춤되게 해준다. 만곡 부재의 제 1 부분 및 제 2 부분은 릴리스될 수 있으며, 이는 곡선 형 부재가 신경 또는 다른 섬유상 조직 주위를 감쌀 수 있게 한다.
도 3a에 도시된 예시적인 장치의 복수의 전극 패드는 신경의 외부에 있지만 신경의 신경상막과 직접 접촉한다. 신경은 신경 내에 여러 개의 다발(322)을 포함한다. 만곡 부재 내의 전극 패드(318)는 하나 이상의 다발(322) 또는 신경 섬유의 다른 서브 세트에 대한 전기 펄스의 표적 방출을 위해 작동될 수 있고 및/또는 하나 이상의 다발(322) 또는 신경 섬유의 다른 서브 세트에 의해 전달되는 전기 생리학적 신호의 표적 검출을 위해 작동된다. 예를 들어, 전극 패드(318)는 본체(212) 내에 수용된 집적 회로(324) 내의 계산 회로에 의해 선택적으로 활성화되어 하나 이상의 다발(322)을 표적으로 하는 전기 펄스를 방출할 수 있다. 다른 예에서, 전극 패드(218)는 신경(314) 내의 하나 이상의 다발(322)에 의해 전달된 전기 생리학적 신호를 검출하기 위해 계산 회로에 의해 작동된다. 만곡 부재들은 신경 또는 신경 섬유의 서브 세트에 의해 전달된 전기 생리학적 신호를 검출하거나, 신경에 전기 펄스를 방출하거나, 신경 섬유의 서브 세트를 표적으로 삼거나, 또는 둘 다 신경 또는 신경 섬유의 서브 세트에 의해 전달되는 전기 생리학적 신호를 검출하고 신경 또는 표적화된 신경 섬유의 서브 세트에 전기 펄스를 방출하도록 구성될 수 있다 예를 들어, 만곡 부재(302, 306, 310)는 신경 또는 신경 섬유의 서브 세트에 의해 전달되는 전기 생리학적 신호를 검출하도록 구성될 수 있으며, 만곡 부재(304 및 308)는 신경 또는 표적화된 신경 섬유의 서브 세트에 전기 펄스를 방출하도록 구성될 수 있다.
이식 가능한 장치의 하나 이상의 만곡 부재는 선택된 신경 또는 신경을 포함하는 섬유상 조직과 맞닿도록 크기가 판정된다. 신경은 척수 또는 말초 신경일 수 있다. 일부 실시예에서, 신경은 자율 신경 또는 체세포 신경이다. 일부 실시예에서, 신경은 교감 신경 또는 부교감 신경이다. 일부 실시예에서, 신경은 미주 신경, 장간막 신경, 비장 신경, 좌골 신경, 경골 신경, 음부 신경, 체강 신경절, 천골 신경 또는 이들의 임의의 분기이다.
전기 생리학적 신호의 표적 검출
이식 가능한 장치의 만곡 부재 중 하나 이상은 신경 내의 신경 섬유의 표적화된 서브 세트로부터 전기 생리학적 신호를 검출하도록 구성될 수 있다. 섬유의 서브 세트는 예를 들어 하나 이상의(예를 들어, 2, 3, 4 개 이상의) 다발 또는 신경 내의 하나 이상의(예를 들어, 2, 3, 4 개 이상의) 다발의 일부일 수 있다. 일부 실시예에서, 신경 섬유의 서브 세트는 신경 내의 구심성 신경 섬유, 또는 신경 내의 구심성 신경 섬유의 서브 세트를 포함하거나 그것들로 구성된다. 일부 실시예에서, 신경 섬유의 서브 세트는 신경 내의 원심성 신경 섬유, 또는 신경 내의 원심성 신경 섬유의 서브 세트를 포함하거나 그것들로 구성된다. 일부 실시예에서, 신경 섬유의 서브 세트는 신경 내의 2 개 이상의 다발 내의 원심성 신경 섬유 또는 신경 내의 2 개 이상의 다발 내의 구심성 신경 섬유를 포함하거나 그것들로 구성된다.
계산 모델링(예컨대, 유한 요소 모델), 역 소스 추정, 다극(예컨대, 삼중 극) 신경 기록, 속도 선택 기록 또는 빔 형성과 같은 하나 이상의 기술을 사용하여 신경 섬유의 서브 세트를 선택적으로 표적화할 수 있다. 예를 들어, 타일러 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 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.
이식 가능한 장치의 계산 회로는 전기 생리학적 신호의 표적 검출을 위해 장치의 하나 이상의 만곡 부재 상의 복수의 전극을 작동시킨다. 계산 회로는 전기 생리학적 신호를 전달하는 신경 내의 신경 섬유의 서브 세트를 판정하기 위해 전극 패드의 전부 또는 서브 세트에 의해 검출된 전기 생리학적 신호를 분석할 수 있다. 특정 신경은 복합 전기 생리학적 신호(또는 복합 활동 전위)를 전달할 수 있으며, 이는 둘 이상의 서로 다른 신경 섬유 서브 세트에 의해 동시에 전달되는 전기 생리학적 신호(또는 활동 전위)의 합이다. 복수의 전극 패드에 의해 검출된 전기 생리학적 신호에 기초하여, 계산 회로는 신경 섬유의 어떤 서브 세트가 어떤 전기 생리학적 신호를 전달하는지 판정할 수 있다. 일부 실시예에서, 인테로게이터로부터 수신된 데이터(예를 들어, 온도 데이터, 또는 분석물 농도 또는 다른 생리학적 상태와 관련된 데이터)는 신경 섬유의 어떤 서브 세트가 전기 생리학적 신호를 전달하는지 판정하기 위해 추가로 사용된다.
예를 들어, 일부 실시예에서, 계산 회로는 다극(예를 들어, 트리폴) 기록(하나 이상의 만곡 부재상의 복수의 전극 내에 임의의 수의 트리폴을 포함할 수 있음)과 결합될 수 있는, 속도 선택 기록을 사용하여 신경 섬유의 표적화된 서브 세트로부터 전기 생리학적 신호를 선택적으로 검출하도록 구성된다.
빔 포밍은 추가적으로 또는 대안으로서 신경 섬유의 표적화된 서브 세트로부터 전기 생리학적 신호를 검출하기 위해 사용될 수 있다. 하나 이상의 만곡 부재의 전극 패드의 일부 또는 전부는 신경으로부터의 전기 생리학적 신호를 검출할 수 있으며, 계산 회로는 하나 이상의 만곡 부재의 전극 패드의 일부 또는 전부에 의해 검출된 전기 생리학적 신호의 차이에 기초하여 신경 내에서 전단된 신호의 단면 위치를 판정할 수 있다.
이식된 장치의 위치로부터 떨어진 위치에서 하나 이상의 신경을 자극하면 이식된 장치의 위치에서의 전기 생리학적 신호가 변조될 수 있다. 장치의 전극 패드와 전기적으로 통신하는 신경 내의 신경 섬유의 다른 서브 세트에서 검출된 전기 생리학적 신호의 변조는 상이한 먼 신경에 대한 자극의 결과일 수 있다. 예를 들어, 비장 신경의 자극은 미주 신경 내의 신경 섬유의 제 1 서브 세트에서 검출된 전기 생리학적 신호의 조절을 초래할 수 있고, 신장 신경의 자극은 미주 신경 내 신경 섬유의 제 2 서브 세트에서 검출된 전기 생리학적 신호의 조절을 초래할 수 있다. 따라서, 미주 신경에 위치한 이식 가능한 장치는 신경 섬유의 제 1 서브 세트로부터 전기 생리학적 신호를 검출하여 비장 신경의 자극을 모니터링하고 신경 섬유의 제 2 서브 세트를 검출하여 신장 신경의 자극을 모니터링할 수 있다.
일부 실시예에서, 이식 가능한 장치는 제 1 신경 좌위(nerve locus)에 위치하고 제 2 신경 좌위와 연관된 제 1 신경 좌위 내의 신경 섬유의 서브 세트로부터 전기 생리학적 신호를 선택적으로 검출함으로써 제 2 신경 좌위의 자극을 검출하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 제 1 신경 좌위 및 제 2 신경 좌위는 하나 이상의 신경 분기 지점 또는 하나 이상의 시냅스에 의해 분리된다. 일부 실시예에서, 제 2 신경 좌위는 제 1 신경 좌위에 대해 뇌에 근접하고, 일부 실시예에서 제 2 신경 좌위는 제 1 신경 좌위에 대해 뇌로부터 원위에 있다. 일부 실시예에서, 신경 섬유의 표적화된 서브 세트는 구심성 신경 섬유를 포함하거나 그것들로 구성된다. 일부 실시예에서, 신경 섬유의 표적화된 서브 세트는 원심성 신경 섬유를 포함하거나 그것들로 구성된다.
신경의 표적 자극
장치의 하나 이상의 만곡 부재는 만곡 부재상의 복수의 전극 패드 내의 하나 이상의 전극 패드를 선택적으로 활성화함으로써 신경 내의 신경 섬유의 서브 세트에 표적화된 전기 펄스를 방출하도록 구성될 수 있다. 장치의 계산 회로는 전극 패드를 선택적으로 활성화하도록 전극 패드를 작동시킬 수 있다. 선택적 활성화는, 예를 들어, 하나 이상의 만곡 부재의 복수의 전극 패드 내에서 전극 패드의 일부를 활성화하는 것 및/또는 하나 이상의 만곡 부재의 복수의 전극 패드 내의 전극 패드의 전부 또는 일부를 차등적으로 활성화하는 것을 포함할 수 있다. 따라서, 복수의 전극은 복수의 전극 패드에 의해 방출된 전기 펄스를 신경 섬유의 표적 서브 세트로 조정하도록 작동될 수 있다. 전기장 간섭 및/또는 다극 자극(예를 들어, 삼극 자극)과 같은 기술을 사용하여 전기 펄스를 신경 내의 신경 섬유 서브 세트에 표적화할 수 있다. 예를 들어, 그로스만 등의 'Noninvasive Deep Brain Stimulation via Temporally Interfering Electrical Fields, Cell, vol. 169, pp. 1029-1041(2017)'를 참조할 수 있다. 하나 이상의 만곡 부재를 갖는 전극 패드는 방출된 전기 펄스를 신경 섬유의 서브 세트로 표적화하기 위해 계산 회로에 의해 선택적으로 활성화될 수 있다.
방출된 전기 펄스에 의해 표적화된 신경 섬유의 서브 세트는 전기 생리학적 신호가 검출되는 신경 섬유의 서브 세트와 동일할 수도 있고 상이할 수도 있다. 표적화된 전기 펄스를 방출하도록 구성된 하나 이상의 만곡 부재는 전기 생리학적 신호를 검출하도록 구성된 장치상의 하나 이상의 만곡 부재와 동일할 수도 있고 상이할 수도 있다. 방출된 표적화된 전기 펄스는 이식 가능한 장치의 위치에서 신경을 자극할 수 있다. 전기 펄스에 의해 표적화된 신경 섬유의 서브 세트는 전기 생리학적 신호가 선택적으로 검출되는 신경 섬유의 동일한 서브 세트일 수도 있고 상이한 서브 세트일 수도 있다.
장치에 의해 방출되는 전기 펄스에 의해 표적화된 신경 섬유의 서브 세트는 예를 들어 신경 내의 하나 이상의(예컨대, 2, 3, 4 개 또는 그 이상의) 다발 또는 하나 이상의 일부(예컨대, 2, 3, 4 개 또는 그 이상의) 다발일 수 있다. 일부 실시예에서, 신경 섬유의 서브 세트는 신경 내의 구심성 신경 섬유, 또는 신경 내의 구심성 신경 섬유의 서브 세트를 포함하거나 그것들로 구성된다. 일부 실시예에서, 신경 섬유의 서브 세트는 신경 내의 원심성 신경 섬유, 또는 신경 내의 원심성 신경 섬유의 서브 세트를 포함하거나 그것들로 구성된다. 일부 실시예에서, 신경 섬유의 서브 세트는 신경 내의 2 개 이상의 다발 내의 원심성 신경 섬유 또는 신경 내의 2 개 이상의 다발 내의 구심성 신경 섬유를 포함하거나 그것들로 구성된다.
표적화된 전기 펄스를 신경 섬유의 서브 세트에 방출함으로써의 신경 섬유의 서브 세트의 표적 자극은 신경의 위치로부터 먼 위치에서 신경을 자극할 수 있다. 이식 가능한 장치에 의해 자극되는 원거리 신경은 장치에서 방출되는 전기 펄스에 의해 표적화된 이식 가능한 장치의 위치에 있는 신경의 서브 세트에 따라 달라진다. 일부 실시예에서, 이식 가능한 장치는 제 1 신경 좌위에 위치되고 제 2 신경 좌위와 연관된 제 1 신경 좌위 내의 신경 섬유의 서브 세트에 표적화된 전기 펄스를 방출함으로써 제 2 신경 좌위를 자극하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 제 1 신경 좌위 및 제 2 신경 좌위는 하나 이상의 신경 분기 지점 또는 하나 이상의 시냅스에 의해 분리된다. 일부 실시예에서, 제 2 신경 좌위는 제 1 신경 좌위에 대해 뇌에 근접하고, 일부 실시예에서 제 2 신경 좌위는 제 1 신경 좌위에 대해 뇌로부터 원 위에 있다. 일부 실시예에서, 신경 섬유의 표적화된 서브 세트는 구심성 신경 섬유를 포함하거나 그것들로 구성된다. 일부 실시예에서, 신경 섬유의 표적화된 서브 세트는 원심성 신경 섬유를 포함하거나 그것들로 구성된다.
무선 통신
이식 가능한 장치는 폐회로 온보드 계산 회로를 통해 검출된 전기 생리학적 신호에 응답하여 전기 펄스를 방출할 수 있지만, 일부 실시예에서는 일부 실시예에서 여기에 설명된 폐회로 이식 가능한 장치 및 장치에 전력을 공급하는 초음파를 방출하도록 구성된 인테로게이터를 포함하는 시스템이 존재한다. 인테로게이터는 외부(즉, 이식되지 않은) 장치이거나 또는 별도의 완전히 이식된 장치일 수 있다. 이식된 경우, 인테로게이터는, 예를 들어, 초음파 통신 또는 무선 주파수(RF)를 사용하여 외부 장치와 무선으로 통신할 수 있다. 이식 가능한 장치의 초음파 변환기는 인테로게이터에 의해 방출되는 초음파를 수신하도록 구성되어 초음파의 에너지를 전기 에너지로 변환한다. 전기 에너지는 장치의 배터리(있는 경우)에 저장될 수 있으며 계산 회로와 같은 장치 구성 요소에 전원을 공급하는데 사용할 수 있다.
일부 실시예에서, 인테로게이터는 초음파 통신을 통해 폐회로 이식 가능한 장치와 무선으로 통신하도록 구성된다. 이식 가능한 장치는 이식 가능한 장치의 초음파 변환기를 통해 인테로게이터로부터 초음파를 수신한다. 선택사항으로서, 인테로게이터에 의해 이식 가능한 장치로 전달된 초음파는 이식 가능한 장치를 작동시키기 위한 명령을 인코딩할 수 있으며, 이는 계산 회로에 의해 수신될 수 있다. 초음파에 의한 이식 가능한 장치의 초음파 변환기 진동은 변환기의 전기 단자에 전압을 생성하고 전류는 집적 회로를 포함하여 장치를 통해 흐른다. 인테로게이터에 의해 방출된 정보 또는 명령을 인코딩하는 초음파는 이식 가능한 장치의 초음파 변환기에 의해 수신된다. 정보 또는 명령은 초음파를 수신하여 초음파 변환기를 통해 흐르는 전류로 인코딩되고, 인코딩된 정보 또는 명령은 계산 회로에 의해 해독될 수 있다. 일부 실시예에서, 계산 회로는 장치의 비 일시적 메모리에 대한 명령 또는 정보를 저장한다.
인테로게이터에 의해 방출되고 폐회로 이식 가능한 장치에 의해 수신된 초음파로 인코딩된 정보는, 예를 들어, 폐회로 뉴로모듈레이션을 시작 또는 중지하기 위한 명령, 하나 이상의 보정 명령, 작동 소프트웨어에 대한 하나 이상의 업데이트, 및/또는 하나 이상의 템플릿(예컨대, 템플릿 전기 생리학적 신호, 하나 이상의 템플릿 전기 생리학적 신호, 및/또는 하나 이상의 템플릿 자극 신호)을 포함할 수 있다. 초음파로 인코딩된 정보는 계산 회로에 의해 처리될 수 있고 및/또는 존재하는 경우 비 일시적 메모리에 저장될 수 있다. 장치에 대한 보정 명령은, 예를 들어, (1) 신경 내의 신경 섬유 서브 세트와 (2) 대상 내의 상이한 신경 좌위에 있는, 신경 또는 신경 섬유 서브 세트 간의 연관성을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 연관성은 장치와 전기적으로 통신하는 제 1 신경 좌위 내의 신경 섬유의 서브 세트에 표적화된 전기 펄스를 방출함으로써 제 2 신경 좌위를 자극하기 위한 명령을 포함한다. 일부 실시예에서, 연관성은 장치와 전기적으로 통신하는 제 1 신경 좌위에서 신경 섬유의 서브 세트로부터의 전기 생리학적 신호를 선택적으로 검출함으로써 제 2 신경 좌위의 자극을 검출하기 위한 명령을 포함한다.
일부 실시예에서, 폐회로 이식 가능한 장치는 초음파 후방산란을 통해 인테로게이터에게 정보를 전달한다. 도 4는 초음파 변환기를 통해 이식 가능한 장치와 통신하는 인테로게이터를 보여준다. 외부 초음파 송수신기는 조직을 통과할 수 있는 초음파("반송파")를 방출한다. 반송파는 초음파 변환기(예컨대, 벌크 압전 변환기, PUMT 또는 CMUT) 상에서 기계적 진동을 일으킨다. 초음파 변환기 양단의 전압이 생성되어 이식 가능한 장치의 집적 회로를 통해 흐르는 전류를 전달한다. 초음파 변환기를 통해 흐르는 전류는 이식 가능한 장치의 변환기가 후방산란 초음파를 방출하게 만든다. 일부 실시예에서, 집적 회로는 정보를 인코딩하기 위해 초음파 변환기를 통해 흐르는 전류를 변조하고, 결과적인 초음파 후방산란파가 정보를 인코딩한다. 후방산란파는 인테로게이터에 의해 검출될 수 있으며 초음파 후방산란기에서 인코딩된 정보를 해석하기 위해 분석될 수 있다.
이식 가능한 장치에서 방출되는 초음파 후방산란은 이식 가능한 장치와 관련된 정보를 인코딩할 수 있다. 초음파 후방산란은 인테로게이터 장치(이식 장치에서 초음파 변환기에 의해 수신된 초음파를 전달하는 인테로게이터와 동일하거나 상이한 것일 수 있음)에 의해 수신되고 해독되어 초음파 후방산란파에 인코딩된 정보를 판정할 수 있다. 이 정보는 이식 가능한 장치의 집적 회로 내의 변조 회로를 사용하여 인코딩될 수 있다. 변조 회로는 정보를 인코딩하기 위해 초음파 변환기를 통해 흐르는 전류를 변조할 수 있다. 변조된 전류는 초음파 변환기를 통해 흐르고 초음파 후방산란을 변조하여 초음파 후방산란파의 정보를 인코딩한다. 변조 회로는 온/오프 스위치 또는 전계 효과 트랜지스터(FET)와 같은 하나 이상의 스위치를 포함한다. 이식 가능한 장치의 일부 실시예와 함께 사용될 수 있는 예시적인 FET는 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)이다. 변조 회로는 초음파 변환기를 통해 흐르는 전류의 임피던스를 변경할 수 있으며 변환기를 통해 흐르는 전류의 변화는 정보를 인코딩한다.
장치에서 방출되는 초음파 후방산란에서 인코딩된 정보는 검출된 전기 생리학적 신호와 관련된 정보, 검출된 생리학적 상태(예컨대, 온도, pH, 산소 수준, 압력 등), 장치 상태와 관련된 정보(예컨대, 장치가 작동 중이거나, 자극 커패시터 충전과 같은 자극 커패시터 상태) 또는 방출된 전기 펄스와 관련된 정보를 포함할 수 있다. 예를 들어, 검출된 전기 생리학적 신호와 관련된 정보는 전기 생리학적 신호가 검출된 신경 섬유의 서브 세트(예컨대, 위치 정보), 검출된 전기 생리학적 신호의 진폭 또는 주파수, 템플릿 전기 생리학적 펄스와의 유사성 및/또는 검출된 전기 생리학적 신호의 타임 스탬프와 관련된 정보를 포함할 수 있다. 검출된 생리학적 상태와 관련된 정보는 예를 들어 온도, pH, 산소 수준 또는 압력; 및/또는 검출된 생리학적 상태에 대한 타임 스탬프를 포함할 수 있다. 방출된 전기 펄스와 관련된 정보는 예를 들어 신경 섬유의 서브 세트에 관련된 정보(예를 들어, 방출된 전기 펄스의 목표 위치); 방출된 전기 펄스의 진폭, 주파수 또는 파형, 및/또는 방출된 전기 펄스의 타임 스탬프를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 초음파 후방산란에 인코딩된 정보는 이식 가능한 장치에 대한 고유 식별자를 포함하며, 이는 선택적으로 디지털화된 고유 식별자이다. 이는, 예를 들어, 복수의 이식 가능한 장치가 대상에게 이식될 때 질문자가 올바른 이식 가능한 장치와 통신하는지 확인하는데 유용할 수 있다. 일부 실시예에서, 초음파 후방산란에서 인코딩된 정보는 전기 펄스가 이식 가능한 장치에 의해 방출되었음을 확인하는 검증 신호를 포함한다. 일부 실시예에서, 초음파 후방산란에서 인코딩된 정보는 에너지 저장 회로(또는 에너지 저장 회로의 하나 이상의 커패시터)에 저장된 에너지의 양 또는 전압을 포함한다.
일부 실시예에서, 후방산란 초음파는 이식 가능한 장치에 의해 디지털화된다. 예를 들어, 이식 가능한 장치는 오실로스코프 또는 아날로그-디지털 변환기(ADC) 및/또는 메모리를 포함할 수 있으며, 이는 전류(또는 임피던스) 변동에서 정보를 디지털 방식으로 인코딩할 수 있다. 정보를 인코딩할 수 있는 디지털화된 전류 변동은 초음파 변환기가 수신 한 다음 디지털화된 음파를 전달한다. 디지털화된 데이터는 예를 들어 SVD(singular value decomposition) 및 최소 제곱 기반 압축을 사용하여 아날로그 데이터를 압축할 수 있다. 일부 실시예에서, 압축은 상관기 또는 패턴 검출 알고리즘에 의해 수행된다. 후방산란 신호는 단일 시간 인스턴스에서 재구성 데이터 포인트를 생성하기 위해 후방산란 영역의 4 차 버터워스 대역 통과 필터 정류 통합(4th order Butterworth bandpass filter rectification integration)과 같은 일련의 비선형 변환을 거칠 수 있다. 이러한 변환은 하드웨어(즉, 하드 코딩)로 또는 소프트웨어로 수행될 수 있다.
일부 실시예에서, 디지털화된 신호는 아날로그 신호의 크기를 압축한다. 디지털화된 신호의 크기가 감소하면 초음파 후방산란에서 인코딩되 정보를 보다 효율적으로 보고할 수 있다. 디지털화를 통해 전달되는 정보의 크기를 압축함으로써 잠재적으로 중첩되는 신호를 정확하게 전달할 수 있다.
인테로게이터와 이식 가능한 장치 사이의 통신은 초음파를 송수신하는 펄스 에코 방식을 사용할 수 있다. 펄스 에코 방식에서는 인테로게이터가 미리 결정된 주파수로 일련의 질문 펄스를 전달한 다음 이식된 장치에서 후방산란 에코를 수신한다. 일부 실시예에서, 펄스는 정사각형, 직사각형, 삼각형, 톱니 또는 정현파이다. 일부 실시예에서, 펄스 출력은 2 레벨(GND 및 POS), 3 레벨(GND, NEG, POS), 5 레벨 또는 임의의 다른 다중 레벨(예를 들어, 24 비트 DAC를 사용하는 경우) 일 수 있다. 일부 실시예에서, 펄스는 작동 중에 인테로게이터에 의해 연속적으로 전달된다. 일부 실시예에서, 펄스가 인테로게이터에 의해 연속적으로 전달될 때, 인테로게이트 상의 변환기의 일부는 초음파를 수신하도록 구성되고, 인테로게이트 상의 변환기의 일부는 초음파를 전달하도록 구성된다. 초음파를 수신하도록 구성된 변환기 및 초음파를 전달하도록 구성된 변환기는 동일한 변환기 어레이에 있을 수도 있고 인테로게이터의 다른 변환기 어레이에있을 수도 있다. 일부 실시예에서, 인테로게이터 상의 변환기는 초음파를 대안으로서 송신 또는 수신하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 변환기는 하나 이상의 펄스 전달과 중지 기간 사이를 순환할 수 있다. 변환기는 하나 이상의 펄스를 전달할 때 초음파를 전달하도록 구성되어 있으며 중지 기간 동안 수신 모드로 전환할 수 있다.
인테로게이터는 초음파 송신기 및/또는 초음파 수신기(또는 초음파를 교대로 송신 또는 수신하도록 구성될 수 있는 송수신기)로 작동할 수 있는 하나 이상의 초음파 변환기를 포함한다. 하나 이상의 변환기는 변환기 어레이로 배열될 수 있고, 인테로게이터는 선택적으로 하나 이상의 변환기 어레이를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 초음파 전달 기능은 별도의 장치에서 초음파 수신 기능과 분리된다. 즉, 선택적으로, 인테로게이터는 초음파를 이식 가능한 장치로 전달하는 제 1 장치 및 이식 가능한 장치로부터 초음파 후방산란을 수신하는 제 2 장치를 포함한다. 일부 실시예에서, 어레이의 변환기는 규칙적인 간격, 불규칙한 간격을 갖거나 듬성듬성 배치될 수 있다. 일부 실시예에서 어레이는 유연하다. 일부 실시예에서 어레이는 평면형이고, 일부 실시예에서 어레이는 비 평면형이다.
예시적인 인테로게이터가 도 5에 도시되어 있다. 도시된 인테로게이터는 복수의 초음파 변환기를 가진 변환기 어레이를 보여준다. 일부 실시예에서, 변환기 어레이는 1 개 이상, 2 개 이상, 3 개 이상, 5 개 이상, 7 개 이상, 10 개 이상, 15 개 이상, 20 개 이상, 25 개 이상, 50 개 이상, 100 개 이상을 포함한다. 250 이상, 500 이상, 1000 이상, 2500 이상, 5000 이상 또는 10,000 이상의 변환기를 포함한다. 일부 실시예에서, 변환기 어레이는 100,000 이하, 50,000 이하, 25,000 이하, 10,000 이하, 5000 이하, 2500 이하, 1000 이하, 500 이하, 200 이하, 150 이하, 100 이하를 포함한다. 이하, 90 이하, 80 이하, 70 이하, 60 이하, 50 이하, 40 이하, 30 이하, 25 이하, 20 이하, 15 이하, 10 이하, 7 이하 이하 5 개 이하의 변환기를 포함한다. 변환기 어레이는 예를 들어 50 개 이상의 초음파 변환기 픽셀을 포함하는 칩일 수 있다.
도 5에 도시된 인테로게이터는 단일 변환기 어레이를 보여준다. 그러나, 인테로게이터는 1 개 이상, 2 개 이상 또는 3 개 이상의 개별 어레이를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 인테로게이터는 10 개 이하의 변환기 어레이(예를 들어, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2 또는 1 개의 변환기 어레이)를 포함한다. 예를 들어, 개별 어레이는 대상의 상이한 지점에 배치될 수 있으며 동일하거나 상이한 이식 가능한 장치와 통신할 수 있다. 일부 실시예에서, 어레이는 이식 가능한 장치의 반대쪽에 위치한다. 인테로게이터는 변환기 어레이의 각 변환기에 대한 채널을 포함하는 주문형 반도체(ASIC: application specific integrated circuit)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 채널은 스위치(도 5에서 "T/Rx"로 표시됨)를 포함한다. 이 스위치는 초음파를 전달하거나 초음파를 수신하도록 채널에 연결된 변환기를 대안으로 구성할 수 있다. 스위치는 초음파 수신 회로를 고전압 초음파 전달 회로에서 분리할 수 있다.
일부 실시예에서, 채널에 연결된 변환기는 초음파를 수신하거나 전달하도록 만 구성되며, 스위치는 채널에서 선택적으로 생략된다. 채널은 전달된 초음파를 제어하도록 작동하는 지연 제어를 포함할 수 있다. 지연 제어는 예를 들어 위상 편이, 시간 지연, 펄스 주파수 및/또는 파형(진폭 및 파장 포함)을 제어할 수 있다. 지연 제어는 레벨 시프터에 연결될 수 있으며, 이는 입력 펄스를 지연 제어에서 초음파를 전달하기 위해 변환기가 사용하는 더 높은 전압으로 이동시킨다. 일부 실시예에서, 각 채널에 대한 파형 및 주파수를 나타내는 데이터는 '웨이브 테이블'에 저장될 수 있다. 이것은 각 채널 상의 전달 파형이 상이한 것을 허용한다. 그 다음, 지연 제어 및 레벨 시프터를 사용하여 데이터를 실제 전달 신호로 변환기 어레이로 스트리밍할 수 있다. 일부 실시예에서, 각 채널에 대한 전달 파형은 마이크로 컨트롤러 또는 다른 디지털 시스템의 고속 직렬 출력에 의해 직접 생성되고 레벨 시프터 또는 고전압 증폭기를 통해 변환기 요소로 전달될 수 있다. 일부 실시예에서, ASIC는 ASIC에 공급되는 제 1 전압을 채널에 인가되는 더 높은 제 2 전압으로 변환하기 위한 차지 펌프(도 5에 도시됨)를 포함한다. 채널은 지연 제어를 작동시키는 디지털 컨트롤러와 같은 컨트롤러에 의해 제어될 수 있다.
초음파 수신 회로에서, 수신된 초음파는 변환기(수신 모드로 설정)에 의해 전류로 변환되어 데이터 캡처 회로로 전달된다. 일부 실시예에서, 증폭기, 아날로그-디지털 변환기(ADC), 가변 이득 증폭기, 또는 조직 손실을 보상하는 시간 이득 제어 가변 이득 증폭기 및/또는 대역 통과 필터가 수신 회로에 포함된다. ASIC는 배터리(인테로게이터의 웨어러블 실시예에 선호됨)와 같은 전원 공급 장치에서 전력을 끌어 올 수 있다. 도 5에 도시된 실시예에서, 1.8V 전원이 ASIC에 제공되며, 이는 차지 펌프에 의해 32V로 증가되지만, 임의의 적절한 전압이 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 인테로게이터는 프로세서 및/또는 비 일시적 컴퓨터 판독 가능 메모리를 포함한다. 일부 실시예에서, 위에서 설명된 채널은 T/Rx 스위치를 포함하지 않는 대신, 우수한 포화도 회복성을 갖는 저잡음 증폭기의 형태로 고전압 Rx(수신기 회로)와 함께 독립적인 Tx(송신) 및 Rx(수신)를 포함한다. 일부 실시예에서, T/Rx 회로는 순환기를 포함한다. 일부 실시예에서, 변환기 어레이는 인테로게이터 송/수신 회로의 처리 채널보다 더 많은 변환기 요소를 포함하며, 멀티플렉서는 각 펄스에 대해 서로 다른 세트의 송신 요소를 선택한다. 예를 들어, 3:1 멀티플렉서를 통해 192 개의 물리적 변환기 요소에 64 개의 송신 수신 채널이 연결된다(주어진 펄스에서 오직 64 개의 변환기 요소만 활성화된다).
예로서, 일부 실시예에서 인테로게이터 또는 인테로게이터의 변환기(들)는 착용 가능하다. 예를 들어, 인테로게이터 또는 인테로게이터의 변환기(들)는 스트랩이나 접착제로 본체에 고정될 수 있다. 다른 예에서, 인테로게이터는 사용자(예컨대, 의료 전문가)에 의해 파지될 수 있는 지팡이일 수 있다. 일부 실시예에서, 인테로게이터는 봉합, 단순 표면 장력, 옷감 랩, 소매, 탄성 밴드와 같은 의복 기반 고정 장치를 통해 또는 피하 고정에 의해 신체에 고정될 수 있다. 인테로게이터의 변환기 또는 변환기 어레이는 나머지 변환기 듀서와 별도로 배치될 수 있다. 예를 들어, 변환기 어레이는 제 1 위치(예컨대, 하나 이상의 이식된 장치에 근접한 위치)에서 대상의 피부에 고정될 수 있으며, 나머지 인테로게이터는 제 2 위치에 위치할 수 있으며, 변환기 또는 변환기 어레이를 나머지 인테로게이터에 와이어 테더링(wire tethering)한다.
인테로게이터의 변환기 어레이의 특정 디자인은 원하는 침투 깊이, 구경 크기 및 어레이 내 개별 변환기의 크기에 따라 다르다. 변환기 배열의 레일리 거리 R은 다음과 같이 계산된다.
여기서, D는 조리개의 크기이고, λ는 전파 매체(즉, 조직)의 초음파 파장이다. 당업계에서 이해되는 바와 같이, 레일리 거리는 어레이에 의해 방사된 빔이 완전히 형성되는 거리이다. 즉, 수신된 전력을 최대화하기 위해 발생하는 압력은 레일리 거리에 있는 자연스러운 초점으로 수렴한다. 따라서, 일부 실시예에서, 이식 가능한 장치는 변환기 어레이로부터 레일리 거리와 거의 동일한 거리에 있다.
변환기 어레이 내의 개별 변환기는 빔 포밍 또는 빔 조향 프로세스를 통해 변환기 어레이에서 방출되는 초음파 빔의 레일리 거리와 위치를 제어하도록 변조될 수 있다. 선형 제약 최소 분산(LCMV) 빔 포밍과 같은 기술을 사용하여 복수의 이식 가능한 장치를 외부 초음파 송수신기와 통신할 수 있다. 예를 들어, 베르트랜드 등의 'Beamforming Approaches for Untethered, Ultrasonic Neural Dust Motes for Cortical Recording: a Simulation Study, IEEE EMBC(Aug. 2014)'를 참조할 수 있다. 일부 실시예에서, 빔 조향은 어레이에서 변환기에 의해 방출되는 초음파의 파워 또는 위상을 조정함으로써 수행된다.
일부 실시예에서, 인테로게이터는 하나 이상의 변환기를 사용하여 초음파 빔을 조정하기 위한 명령, 하나 이상의 이식 가능한 장치의 상대적 위치를 판정하기 위한 명령, 하나 이상의 이식 가능한 장치의 상대적 움직임을 모니터링하기 위한 명령, 하나 이상의 이식 가능한 장치의 상대적 움직임을 기록하기 위한 명령, 복수의 이식 가능한 장치로부터 후방산란을 디컨볼루션하기 위한 명령 중 하나 이상을 포함한다.
선택사항으로서, 질문자는 모바일 장치(예컨대, 스마트 폰 또는 테이블)와 같은 별도의 컴퓨터 시스템을 사용하여 제어된다. 컴퓨터 시스템은 예를 들어 네트워크 연결, 무선 주파수(RF) 연결 또는 블루투스(Bluetooth)를 통해 질문자와 무선으로 통신할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터 시스템은 인테로게이터를 켜거나 끌 수 있고 또는 인테로게이터가 수신한 초음파 내의 인코딩된 정보를 분석할 수 있다.
일부 실시예에서, 인테로게이터는 복수의 이식 가능한 장치와 통신한다. 이것은, 예를 들어, 다중 입력 다중 출력(MIMO) 시스템 이론을 사용하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 시분할 멀티플렉싱, 공간 멀티플렉싱 또는 주파수 멀티플렉싱을 사용하여 인테로게이터와 복수의 이식 가능한 장치 간의 통신이 수행된다. 인테로게이터는 디컨볼루팅될 수 있는 복수의 이식 가능한 장치로부터 결합된 후방산란을 수신하여 각 이식 가능한 장치로부터 정보를 추출할 수 있다. 일부 실시예에서, 인테로게이터는 빔 조향을 통해 변환기 어레이로부터 특정 이식 가능한 장치로 전달된 초음파를 집중시킨다. 인테로게이터는 전달된 초음파를 제 1 이식 가능한 장치에 집중시키고, 제 1 이식 가능한 장치로부터 후방산란을 수신하고, 전달된 초음파를 제 2 이식 가능한 장치로 집중시키고, 제 2 이식 가능한 장치로부터 후방산란을 수신한다. 일부 실시예에서, 인테로게이터는 초음파를 복수의 이식 가능한 장치로 전달한 다음 복수의 이식 가능한 장치로부터 초음파를 수신한다.
예시적인 실시예들
전술한 설명은 특정 실시예를 참조하여 설명되었다. 추가적인 예시적인 실시예가 아래에 제공된다. 그러나, 위의 예시적인 논의 및 예시적인 실시예는 모든 것을 망라하거나 개시된 정확한 형태로 개시를 제한하려는 의도가 아니다. 상기 교시를 고려하여 많은 수정 및 변경이 가능하다. 이러한 실시예들은 기술의 원리 및 실제 적용을 가장 잘 설명하기 위해 선택되고 설명되었다. 이로써 당업자는 고려되는 특정 용도에 적합한 다양한 수정을 통해 기술 및 다양한 실시예를 가장 잘 활용할 수 있다.
본 개시물이 첨부된 도면을 참조하여 완전히 설명되었지만, 다양한 변경 및 수정이 당업자에게 명백할 것이라는 점에 유의해야 한다. 이러한 변경 및 수정은 청구 범위에 의해 정의된, 본 개시물 및 예시의 범위 내에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
아래 실시예들은 예시적인 것이며 청구된 발명을 제한하려는 것은 아니다.
실시예 1. 이식 가능한 폐회로 뉴로모듈레이션 장치로서,
본체로부터 연장된 하나 이상의 만곡 부재를 포함하고, 이 만곡 부재는 신경의 길이에 평행한 축을 적어도 부분적으로 둘러싸도록 구성된 하나 이상의 전극 패드를 포함하고, 또는 신경의 길이에 평행한 축 둘레에 방사상으로 배치되도록 구성된 복수의 전극 패드를 포함하고,
상기 본체는:
초음파를 수신하여 초음파로부터의 에너지를 전기 에너지로 변환하는 초음파 변환기; 및
하나 이상의 전극 패드 또는 복수의 전극 패드에 전기적으로 연결된 계산 회로를 포함하고, 상기 계산 회로는:
검출된 전기 생리학적 신호를 기초로 하여 검출 신호를 수신하고,
검출 신호를 기초로 하여 자극 신호를 생성하고, 그리고
자극 신호를 기초로 하여 신경에 전기 펄스를 방출하도록 하나 이상의 만곡 부재 중 적어도 하나의 하나 이상의 전극 패드 또는 복수의 전극 패드를 작동시키는 것을 특징으로 하는 이식 가능한 폐회로 뉴로모듈레이션 장치.
실시예 2. 실시예 1의 장치로서, 만곡 부재는 신경의 길이에 평행한 축을 적어도 부분적으로 둘러싸도록 구성된 하나 이상의 전극 패드를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
실시예 3. 실시예 2의 장치로서, 하나 이상의 전극 패드가 신경의 길이에 평행한 축을 적어도 50% 둘러싸는 것을 특징으로 하는 장치.
실시예 4. 실시예 2의 장치로서, 하나 이상의 전극 패드가 신경의 길이에 평행한 축을 적어도 100% 둘러싸는 것을 특징으로 하는 장치.
실시예 5. 실시예 1 내지 4 중 어느 하나의 장치로서, 신경의 길이에 평행한 축을 적어도 부분적으로 둘러싸도록 구성된 하나 이상의 전극 패드는 동일한 만곡 부재 상에 2 이상의 전극 패드를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
실시예 6. 실시예 1 내지 5 중 어느 하나의 장치로서, 신경의 길이에 평행한 축을 적어도 부분적으로 둘러싸도록 구성된 하나 이상의 전극 패드는 신경의 단면 평면에서 신경의 길이에 평행한 축을 부분적으로 둘러싸는 것을 특징으로 하는 장치.
실시예 7. 실시예 1 내지 6 중 어느 하나의 장치로서, 만곡 부재는 신경의 길이에 평행한 축 둘레에 방사상으로 배치되도록 구성된 복수의 전극 패드를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
실시예 8. 이식 가능한 폐회로 뉴로모듈레이션 장치로서,
본체로부터 연장되는 하나 이상의 만곡 부재를 포함하고, 각각의 만곡 부재는 신경의 길이에 평행한 축 둘레에 방사상으로 배치되도록 구성된 복수의 전극 패드를 포함하고, 상기 본체는:
초음파를 수신하여 초음파의 에너지를 전기 에너지로 변환하는 초음파 변환기; 및
복수의 전극 패드에 전기적으로 연결된 계산 회로를 포함하고,
상기 계산 회로는:
검출된 전기 생리학적 신호를 기초로 하여 검출 신호를 수신하고,
검출 신호를 기초로 하여 자극 신호를 생성하고,
자극 신호를 기초로 하여 신경에 전기 펄스를 방출하도록 하나 이상의 만곡 부재 중 적어도 하나의 복수의 전극 패드를 작동시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
실시예 9. 실시예 1 내지 8 중 어느 하나의 장치로서, 복수의 전극 패드는 3 개 이상의 전극 패드를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
실시예 10. 실시예 1 내지 9 중 어느 하나의 장치로서, 복수의 전극 패드 내의 전극 패드는 신경의 공통 평면에 방사상으로 위치하는 것을 특징으로 하는 장치.
실시예 11. 실시예 1 내지 10 중 어느 하나의 장치로서, 장치는 신경 내의 신경 섬유의 표적화된 서브 세트로부터 전기 생리학적 신호를 검출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
실시예 12. 실시예 11의 장치로서, 장치는 신경 내의 하나 이상의 표적화된 다발, 신경 내의 하나 이상의 표적화된 구심성 신경 섬유, 또는 신경 내의 하나 이상의 표적화된 원심성 신경 섬유로부터 전기 생리학적 신호를 검출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
실시예 13. 실시예 11의 장치로서, 장치는 신경 내의 2 개 이상의 다른 표적화된 다발로부터 전기 생리학적 신호를 검출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
실시예 14. 실시예 1 내지 13 중 어느 하나의 장치로서, 장치는 신경 내의 신경 섬유의 표적화된 서브 세트에 전기 펄스를 방출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
실시예 15. 실시예 14의 장치로서, 장치는 신경 내의 하나 이상의 표적화된 다발, 신경 내의 하나 이상의 표적화된 구심성 신경 섬유, 또는 신경 내의 하나 이상의 표적화된 원심성 신경 섬유에 전기 펄스를 방출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
실시예 16. 실시예 14의 장치로서, 장치는 신경 내의 2 이상의 서로 다른 표적 다발에 전기 펄스를 방출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
실시예 17. 실시예 1 내지 16 중 어느 하나의 장치로서, 장치는 신경 내의 신경 섬유의 제 1 표적화된 서브 세트로부터 전기 생리학적 신호를 검출하고, 전기 펄스를 신경 내의 신경 섬유의 제 2 표적화된 서브 세트로 방출하도록 구성되고, 여기서 신경 섬유의 제 1 표적화된 서브 세트 및 신경 섬유의 제 2 표적화된 서브 세트는 동일하거나 상이한 것을 특징으로 하는 장치.
실시예 18. 실시예 1 내지 17 중 어느 하나의 장치로서, 본체는 초음파 변환기로부터 전기 에너지를 수신하고 계산 회로에 전력을 공급하도록 구성된 배터리를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
실시예 19. 실시예 1 내지 18 중 어느 하나의 장치로서, 장치는 비 일시적 메모리를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
실시예 20. 실시예 19의 장치로서, 비 일시적 메모리는 검출된 전기 생리학적 신호에 기초한 데이터, 방출된 전기 펄스에 기초한 데이터, 또는 검출되거나 측정된 생리학적 상태에 기초한 데이터를 포함하는 데이터를 저장하도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
실시예 21. 실시예 19 또는 20의 장치로서, 비 일시적 메모리는 인테로게이터로부터 수신된 데이터를 저장하도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
실시예 22. 실시예 20 또는 21의 장치로서, 초음파 변환기는 데이터의 적어도 일부를 인코딩하는 초음파 후방산란파를 방출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
실시예 23. 실시예 20 내지 22 중 어느 하나의 장치로서, 데이터는 검출된 전기 생리학적 신호 또는 방출된 전기 펄스의 타임 스탬프, 속도, 방향, 진폭, 주파수 또는 파형을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
실시예 24. 실시예 19 내지 23 중 어느 하나의 장치로서, 비 일시적 메모리는 일정 기간 동안 획득한 데이터를 저장하도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
실시예 25. 실시예 19 내지 24 중 어느 하나의 장치로서, 비 일시적 메모리는 하나 이상의 템플릿 검출 신호 또는 하나 이상의 템플릿 펄스를 저장하는 것을 특징으로 하는 장치.
실시예 26. 실시예 25의 장치로서, 계산 회로는 검출 신호를 하나 이상의 템플릿 검출 신호와 비교함으로써 자극 신호를 생성하도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
실시예 27. 실시예 25 또는 26의 장치로서, 자극 신호를 생성하는 것은 비 일시적 메모리로부터 템플릿 펄스를 검색하고 검색된 템플릿 펄스에 기초하여 자극 신호를 생성하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
실시예 28. 실시예 1 내지 24 중 어느 하나의 장치로서, 자극 신호는 단일 검출과 자극 신호 사이의 수학적 관계를 사용하여 생성된 것을 특징으로 하는 장치.
실시예 29. 실시예 1 내지 28 중 어느 하나의 장치로서, 장치는 생리학적 상태를 검출하거나 측정하도록 구성된 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
실시예 30. 실시예 29의 장치로서, 생리학적 상태은 온도, pH, 압력, 심박수, 스트레인 또는 분석 물의 존재 또는 양인 것을 특징으로 하는 장치.
실시예 31. 실시예 29 또는 30의 장치로서, 검출 신호는 검출된 전기 생리학적 펄스 성분 및 추가적인 검출된 생리학적 상태 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
실시예 32. 실시예 1 내지 31 중 어느 하나의 장치로서, 장치는 제 1 복수의 전극 패드를 포함하는 제 1 만곡 부재 및 제 2 복수의 전극 패드를 포함하는 제 2 만곡 부재를 포함하고, 제 1 복수의 전극 패드 및 제 2 복수의 전극 패드는 각각 신경의 길이를 따라 상이한 위치에서 신경의 길이에 평행한 축 둘레에 방사상으로 배치되도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
실시예 33. 실시예 32의 장치로서, 제 1 복수의 전극 패드 및 제 2 복수의 전극 패드는 신경에 의해 전달되는 전기 생리학적 신호를 검출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
실시예 34. 실시예 32 또는 33의 장치로서, 장치는 제 3의 복수의 전극 패드를 포함하는 제 3 만곡 부재를 더 포함하고, 제 3 복수의 전극 패드는 신경의 길이를 따라 제 1 만곡 부재와 제 2 만곡 부재 사이의 위치에서 신경의 길이에 평행한 축 둘레에 방사상으로 배치되도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
실시예 35. 실시예 32 내지 34 중 어느 하나의 장치로서, 계산 회로는 제 1 복수의 전극 패드, 제 2 복수의 전극 패드, 또는 제 3 복수의 전극 패드 중 하나 이상에 의해 검출된 전기 생리학적 신호에 기초하여 전기 생리학적 신호를 전달하는 신경 섬유의 서브 세트를 판정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
실시예 36. 실시예 35의 장치로서, 전기 생리학적 신호를 전달하는 신경 섬유의 서브 세트는 인테로게이터로부터 수신된 데이터를 기반으로 추가로 판정된 것을 특징으로 하는 장치.
실시예 37. 실시예 32 내지 36 중 어느 하나의 장치로서, 제 1 복수의 전극 패드, 제 2 복수의 전극 패드, 또는 제 3 복수의 전극 패드는 전기 펄스를 신경에 방출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
실시예 38. 실시예 37의 장치로서, 제 1의 복수의 전극 패드, 제 2의 복수의 전극 패드, 또는 제 3의 복수의 전극 패드 내의 전극 패드는 신경 내의 신경 섬유의 표적화된 서브 세트에 전기 펄스를 방출하도록 선택적으로 활성화되도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
실시예 39. 실시예 1 내지 38 중 어느 하나의 장치로서, 장치는:
제 1 복수의 전극 패드를 포함하는 제 1 만곡 부재, 및 제 2 복수의 전극 패드를 포함하는 제 2 만곡 부재로서, 제 1 복수의 전극 패드 및 제 2 복수의 전극 패드는 신경에 의해 전달되는 전기 생리학적 신호를 검출하도록 구성된 것인, 상기 제 1 만곡 부재 및 제 2 만곡 부재; 및
제 3 복수의 전극 패드를 포함하는 제 3 만곡 부재, 및 제 4 복수의 전극 패드를 포함하는 제 4 만곡 부재로서, 제 3 복수의 전극 패드 및 제 4 복수의 전극 패드는 전기 펄스를 방출하도록 구성된 것인, 상기 제 3 만곡 부재 및 제 4 만곡 부재를 포함하고,
제 1 복수의 전극 패드, 제 2 복수의 전극 패드, 제 3 복수의 전극 패드, 및 제 4 복수의 전극 패드는 각각 신경의 길이를 따라 상이한 위치에서 신경에 평행한 축 둘레에 방사상으로 배치되도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
실시예 40. 실시예 39의 장치로서, 제 3 만곡 부재 및 제 4 만곡 부재는 신경의 길이를 따라 제 1 만곡 부재와 제 2 만곡 부재 사이에 위치한 것을 특징으로 하는 장치.
실시예 41. 실시예 39 또는 40의 장치로서, 전기 생리학적 신호를 검출하도록 구성된 제 5 복수의 전극 패드를 포함하는 제 5 만곡 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
실시예 42. 실시예 41의 장치로서, 제 5 만곡 부재는 신경의 길이를 따라 제 3 만곡 부재와 제 4 만곡 부재 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 장치.
실시예 43. 실시예 41 또는 42의 장치로서, 계산 회로는 제 1 복수의 전극 패드, 제 2 복수의 전극 패드, 또는 제 5 복수의 전극 패드 중 하나 이상에 의해 검출된 전기 생리학적 신호에 기초하여 전기 생리학적 신호를 전달하는 신경 섬유의 서브 세트를 판정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
실시예 44. 실시예 43의 장치로서, 전기 생리학적 신호를 전달하는 신경 섬유의 서브 세트는 인테로게이터로부터 받은 데이터를 기반으로 추가로 판정된 것을 특징으로 하는 장치.
실시예 45. 실시예 39 내지 44 중 어느 하나의 장치로서, 제 3의 복수의 전극 패드 또는 제 4의 복수의 전극 패드 내의 전극 패드는 신경 내의 신경 섬유의 표적화된 서브 세트에 전기 펄스를 방출하도록 선택적으로 활성화되도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
실시예 46. 실시예 1 내지 31 중 어느 하나의 장치로서, 상기 장치는 제 1 전극 패드 및 제 2 만곡 부재를 포함하는 제 1 만곡 부재를 포함하고, 제 1 전극 패드 및 제 2 전극 패드는 각각 신경의 길이를 따라 상이한 위치에서 신경의 길이에 평행한 축을 적어도 부분적으로 둘러싸도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
실시예 47. 실시예 46의 장치로서, 장치는 제 1 전극 패드 및 제 2 전극 패드는 신경에 의해 전달되는 전기 생리학적 신호를 검출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
실시예 48. 실시예 46 또는 47의 장치로서, 장치는 신경의 길이를 따라 제 1 만곡 부재와 제 2 만곡 부재 사이의 위치에서 신경의 길이에 평행한 축을 적어도 부분적으로 둘러싸도록 구성된 제 3 전극 패드를 포함하는 제 3 만곡 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
실시예 49. 실시예 46 내지 48 중 어느 하나의 장치로서, 계산 회로는 제 1 전극 패드, 제 2 전극 패드, 또는 제 3 전극 패드 중 하나 이상에 의해 검출된 전기 생리학적 신호에 기초하여 전기 생리학적 신호를 전달하는 신경 섬유의 서브 세트를 판정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
실시예 50. 실시예 49의 장치로서, 전기 생리학적 신호를 전달하는 신경 섬유의 서브 세트는 인테로게이터로부터 수신된 데이터를 기반으로 추가로 판정된 것을 특징으로 하는 장치.
실시예 51. 실시예 46 내지 50 중 어느 하나의 장치로서, 제 1 전극 패드, 제 2 전극 패드 또는 제 3 전극 패드는 전기 펄스를 신경에 방출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
실시예 52. 실시예 51의 장치로서, 제 1 전극 패드, 제 2 전극 패드 또는 제 3 전극 패드는 신경 내의 신경 섬유의 표적화된 서브 세트에 전기 펄스를 방출하도록 선택적으로 활성화되도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
실시예 53. 실시예 1 내지 31 중 어느 하나의 장치로서, 장치는:
제 1 전극 패드를 포함하는 제 1 만곡 부재 및 제 2 전극 패드를 포함하는 제 2 만곡 부재로서, 제 1 전극 패드 및 제 2 전극 패드는 신경에 의해 전달되는 전기 생리학적 신호를 검출하도록 구성된 것인, 상기 제 1 만곡 부재 및 제 2 만곡 부재; 및
제 3 전극 패드를 포함하는 제 3 만곡 부재, 및 제 4 전극 패드를 포함하는 제 4 만곡 부재로서, 제 3 전극 패드 및 제 4 전극 패드는 전기 펄스를 방출하도록 구성된 것인, 상기 제 3 만곡 부재 및 제 4 만곡 부재를 포함하고,
제 1 전극 패드, 제 2 전극 패드, 제 3 전극 패드 및 제 4 전극 패드는 신경의 길이를 따라 상이한 위치에서 신경의 길이에 평행한 축을 적어도 부분적으로 둘러싸도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
실시예 54. 실시예 53의 장치로서, 제 3 만곡 부재 및 제 4 만곡 부재는 신경의 길이를 따라 제 1 만곡 부재와 제 2 만곡 부재 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 장치.
실시예 55. 실시예 53 또는 54의 장치로서, 전기 생리학적 신호를 검출하도록 구성된 제 5 전극 패드를 포함하는 제 5 만곡 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
실시예 56. 실시예 55의 장치로서, 제 5 만곡 부재는 신경의 길이를 따라 제 3 만곡 부재와 제 4 만곡 부재 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 장치.
실시예 57. 실시예 55 또는 56의 장치로서, 계산 회로는 제 1 전극 패드, 제 2 전극 패드 또는 제 5 전극 패드 중 하나 이상에 의해 검출된 전기 생리학적 신호에 기초하여 전기 생리학적 신호를 전달하는 신경 섬유의 서브 세트를 판정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
실시예 58. 실시예 57의 장치로서, 전기 생리학적 신호를 전달하는 신경 섬유의 서브 세트는 인테로게이터로부터 수신된 데이터를 기반으로 추가로 판정된 것을 특징으로 하는 장치.
실시예 59. 실시예 53 내지 58 중 어느 하나의 장치로서, 제 3 전극 패드 또는 제 4 전극 패드는 신경 내의 신경 섬유의 표적화된 서브 세트에 전기 펄스를 방출하도록 선택적으로 활성화되도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
실시예 60. 실시예 1 내지 59 중 어느 하나의 장치로서, 계산 회로는 전기 생리학적 신호의 방향 또는 속도를 판정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
실시예 61. 실시예 1 내지 60 중 어느 하나의 장치로서, 계산 회로는 하나 이상의 전극 패드 또는 복수의 전극 패드는 신경의 외부에 위치하고 신경과 전기적으로 연통하도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
실시예 62. 실시예 61의 장치로서, 하나 이상의 전극 패드 또는 복수의 전극 패드는 신경의 신경상막과 접촉하도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
실시예 63. 실시예 1 내지 62 중 어느 하나의 장치로서, 하나 이상의 전극 패드 또는 복수의 전극 패드는 하나 이상의 위치에서 신경의 신경상막을 관통하도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
실시예 64. 실시예 1 내지 63 중 어느 하나의 장치로서, 계산 회로는 검출 신호 또는 검출 신호의 성분을 다운 샘플링하도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
실시예 65. 실시예 1 내지 64 중 어느 하나의 장치로서, 계산 회로는 신경 또는 신경 내의 신경 섬유의 서브 세트에 의해 전달되는 복합 활동 전위 또는 복합 활동 전위의 서브 세트의 방향, 속도, 주파수, 진폭 또는 파형에 기초하여 자극 신호를 생성하도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
실시예 66. 실시예 1 내지 65 중 어느 하나의 장치로서, 자극 신호는 장치에서 방출되는 전기 펄스의 타이밍, 진폭, 주파수 또는 파형을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
실시예 67. 실시예 1 내지 66 중 어느 하나의 장치 및 장치에 전력을 공급하는 초음파를 방출하도록 구성된 인테로게이터를 포함하는 시스템.
실시예 68. 실시예 67의 시스템으로서, 인테로게이터는 외부 장치인 것을 특징으로 하는 시스템.
실시예 69. 실시예 67 또는 68의 시스템으로서,
장치는 검출된 전기 생리학적 신호 또는 방출된 전기 펄스에 기초하여 데이터를 저장하도록 구성된 비 일시적 메모리를 포함하고,
초음파 변환기는 데이터의 적어도 일부를 인코딩하는 초음파 후방산란파를 방출하도록 구성되며,
인테로게이터는 초음파 후방산란파를 수신하도록 구성된 것을 특징으로 하는 시스템.
실시예 70. 실시예 69의 시스템으로서, 인테로게이터는 데이터를 디코딩하도록 추가로 구성된 것을 특징으로 하는 시스템.
실시예 71. 신경 활동을 조절하는 방법으로서,
완전히 이식된 폐회로 뉴로모듈레이션 장치 상의 초음파 변환기에서 초음파를 수신하는 단계;
초음파를 장치에 전력을 공급하는 전기 에너지로 변환하는 단계;
장치를 사용하여, 신경 내의 표적화된 신경 섬유 서브 세트에 의해 전달되는 전기 생리학적 신호를 검출하는 단계;
장치를 사용하여, 검출된 전기 생리학적 신호에 기초하여 자극 신호를 생성하는 단계;
장치를 사용하여, 생성된 자극 신호에 기초하여 신경에 전기 펄스를 방출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
실시예 72. 실시예 71의 방법으로서, 전기 펄스는 신경 내의 신경 섬유의 제 2 표적화된 서브 세트로 방출되는 것을 특징으로 하는 방법.
실시예 73. 신경 활동을 조절하는 방법으로서,
완전히 이식된 폐회로 뉴로모듈레이션 장치의 초음파 변환기에서 초음파를 수신하는 단계;
초음파를 장치에 전력을 공급하는 전기 에너지로 변환하는 단계;
장치를 사용하여, 신경에 의해 전달되는 전기 생리학적 신호를 검출하는 단계;
장치를 사용하여, 검출된 전기 생리학적 신호에 기초하여 자극 신호를 생성하는 단계;
장치를 사용하여, 생성된 자극 신호에 기초하여 신경 내의 신경 섬유의 표적화된 서브 세트에 전기 펄스를 방출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
실시예 74. 실시예 71 내지 73 중 어느 하나의 방법으로서, 장치 내의 배터리에 전기 에너지를 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
실시예 75. 실시예 71 내지 74 중 어느 하나의 방법으로서, 검출된 전기 생리학적 신호 또는 방출된 전기 펄스에 기초한 데이터를 장치 내의 비 일시적 메모리에 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
실시예 76. 실시예 75의 방법으로서, 데이터는 검출된 전기 생리학적 신호 또는 방출된 전기 펄스의 타임 스탬프, 주파수, 진폭, 파형, 속도 또는 방향을 포함K는 것을 특징으로 하는 방법.
실시예 77. 실시예 71 내지 77 중 어느 하나의 방법으로서, 인테로게이터로부터 데이터를 수신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
실시예 78. 실시예 77의 방법으로서, 데이터는 검출된 전기 생리학적 신호 또는 방출된 전기 펄스의 타임 스탬프, 주파수, 진폭, 파형, 속도 또는 방향을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
실시예 79. 실시예 77 또는 78의 방법으로서, 인테로게이터로부터 수신된 데이터는 장치 내의 비 일시적 메모리에 저장되는 것을 특징으로 하는 방법.
실시예 80. 실시예 71 내지 79 중 어느 하나의 방법으로서, 비 일시적 매체에 저장된 데이터의 적어도 일부를 인코딩하는 초음파 후방산란을 방출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
실시예 81. 실시예 71 내지 79 중 어느 하나의 방법으로서, 검출된 전기 생리학적 신호의 방향 또는 속도를 판정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
실시예 82. 실시예 71 내지 81 중 어느 하나의 방법으로서, 생리학적 상태를 검출하거나 측정하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
실시예 83. 실시예 82의 방법으로서, 생리학적 상태는 온도, pH, 압력, 심박수, 긴장, 및/또는 분석물의 존재 또는 양을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
실시예 84. 실시예 71 내지 83 중 어느 하나의 방법으로서, 자극 신호를 생성하기 전에 검출된 전기 생리학적 신호를 다운 샘플링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
실시예 85. 실시예 71 내지 84 중 어느 하나의 방법으로서, 자극 신호는 검출된 전기 생리학적 신호의 주파수, 진폭 또는 파형에 기초하여 생성되는 것을 특징으로 하는 방법.
Claims (64)
- 이식 가능한 폐회로 뉴로모듈레이션(neuromodulation) 장치로서,
본체로부터 연장되는 하나 이상의 만곡 부재를 포함하고, 상기 만곡 부재는 신경을 적어도 부분적으로 둘러싸도록 구성되고, 상기 만곡 부재는 하나 이상의 전극 패드를 포함하고;
상기 본체는:
초음파를 수신하여 상기 초음파로부터의 에너지를 전기 에너지로 변환하는 초음파 변환기; 및
상기 하나 이상의 전극 패드에 전기적으로 연결된 계산 회로를 포함하고, 상기 계산 회로는:
검출된 전기 생리학적 신호에 기초하여 검출 신호를 수신하고,
상기 검출 신호에 기초하여 자극 신호를 생성하고, 그리고
상기 자극 신호에 기초하여 상기 신경에 전기 펄스를 방출하도록 상기 하나 이상의 만곡 부재의 상기 하나 이상의 전극 패드를 작동시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 이식 가능한 폐회로 뉴로모듈레이션 장치. - 제 1 항에 있어서, 상기 하나 이상의 만곡 부재는 상기 만곡 부재를 따라 배치된 복수의 전극 패드를 포함하는 것을 특징으로 하는 이식 가능한 폐회로 뉴로모듈레이션 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 하나 이상의 만곡 부재는 상기 신경을 적어도 부분적으로 둘러싸는 만곡 전극 패드를 포함하는 것을 특징으로 하는 이식 가능한 폐회로 뉴로모듈레이션 장치.
- 제 3 항에 있어서, 상기 하나 이상의 만곡 부재 중 적어도 하나는 각각이 동일한 만곡 부재 상에서 상기 신경을 적어도 부분적으로 둘러싸는 2 이상의 만곡 전극 패드를 포함하는 것을 특징으로 하는 이식 가능한 폐회로 뉴로모듈레이션 장치.
- 이식 가능한 폐회로 뉴로모듈레이션 장치로서,
본체로부터 연장되는 하나 이상의 만곡 부재를 포함하고, 각각의 만곡 부재는 신경의 길이에 평행한 축 둘레에 방사상으로 배치되도록 구성된 복수의 전극 패드를 포함하고;
상기 본체는:
초음파를 수신하여 상기 초음파로부터의 에너지를 전기 에너지로 변환하도록 구성된 초음파 변환기; 및
상기 복수의 전극 패드에 전기적으로 연결된 계산 회로를 포함하고, 상기 계산 회로는:
검출된 전기 생리학적 신호에 기초하여 검출 신호를 수신하고,
상기 검출 신호에 기초하여 자극 신호를 생성하고, 그리고
상기 자극 신호에 기초하여 상기 신경에 전기 펄스를 방출하도록 상기 하나 이상의 만곡 부재 중 적어도 하나의 상기 복수의 전극 패드를 작동시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 이식 가능한 폐회로 뉴로모듈레이션 장치. - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 전극 패드 또는 상기 복수의 전극 패드는 3 개 이상의 전극 패드를 포함하는 것을 특징으로 하는 이식 가능한 폐회로 뉴로모듈레이션 장치.
- 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 상기 신경 내의 신경 섬유의 표적화된 서브 세트로부터 상기 전기 생리학적 신호를 검출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 이식 가능한 폐회로 뉴로모듈레이션 장치.
- 제 7 항에 있어서, 상기 장치는 상기 신경 내의 하나 이상의 표적화된 다발(fascicle), 상기 신경 내의 하나 이상의 표적화된 구심성 신경 섬유(afferent nerve fiber), 또는 상기 신경 내의 하나 이상의 표적화된 원심성 신경 섬유(efferent nerve fibers)로부터 상기 전기 생리학적 신호를 검출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 이식 가능한 폐회로 뉴로모듈레이션 장치.
- 제 8 항에 있어서, 상기 장치는 상기 신경 내의 2 이상의 상이한 표적화된 다발로부터 상기 전기 생리학적 신호를 검출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 이식 가능한 폐회로 뉴로모듈레이션 장치.
- 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 상기 신경 내의 신경 섬유의 표적화된 서브 세트에 전기 펄스를 방출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 이식 가능한 폐회로 뉴로모듈레이션 장치.
- 제 10 항에 있어서, 상기 장치는 상기 신경 내의 하나 이상의 표적화된 다발, 상기 신경 내의 하나 이상의 표적화된 구심성 신경 섬유, 또는 상기 신경 내의 하나 이상의 표적화된 원심성 신경 섬유에 전기 펄스를 방출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 이식 가능한 폐회로 뉴로모듈레이션 장치.
- 제 11 항에 있어서, 상기 장치는 상기 신경 내의 2 이상의 상이한 표적화된 다발에 전기 펄스를 방출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 이식 가능한 폐회로 뉴로모듈레이션 장치.
- 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 상기 신경 내의 신경 섬유의 제 1 표적화된 서브 세트로부터 상기 전기 생리학적 신호를 검출하고, 상기 신경 내의 신경 섬유의 제 2 표적화된 서브 세트로 전기 펄스를 방출하도록 구성되고, 상기 신경 섬유의 제 1 표적화된 서브 세트 및 상기 신경 섬유의 제 2 표적화된 서브 세트는 동일한 것일 수도 있고 또는 상이한 것일 수도 있는 것을 특징으로 하는 이식 가능한 폐회로 뉴로모듈레이션 장치.
- 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 본체는 상기 초음파 변환기로부터 전기 에너지를 수신하고 상기 계산 회로에 전력을 공급하도록 구성된 배터리를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이식 가능한 폐회로 뉴로모듈레이션 장치.
- 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 비 일시적 메모리를 포함하는 것을 특징으로 하는 이식 가능한 폐회로 뉴로모듈레이션 장치.
- 제 15 항에 있어서, 상기 비 일시적 메모리는 상기 검출된 전기 생리학적 신호에 기초한 데이터, 상기 방출된 전기 펄스에 기초한 데이터, 또는 검출되거나 측정된 생리학적 상태에 기초한 데이터를 포함하는 데이터를 저장하도록 구성된 것을 특징으로 하는 이식 가능한 폐회로 뉴로모듈레이션 장치.
- 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서, 상기 비 일시적 메모리는 인테로게이터로부터 수신된 데이터를 저장하도록 구성된 것을 특징으로 하는 이식 가능한 폐회로 뉴로모듈레이션 장치.
- 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서, 상기 초음파 변환기는 데이터의 적어도 일부를 인코딩하는 초음파 후방산란파를 방출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 이식 가능한 폐회로 뉴로모듈레이션 장치.
- 제 16 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 데이터는 상기 검출된 전기 생리학적 신호 또는 상기 방출된 전기 펄스의 타임 스탬프, 속도, 방향, 진폭, 주파수 또는 파형을 포함하는 것을 특징으로 하는 이식 가능한 폐회로 뉴로모듈레이션 장치.
- 제 15 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비 일시적 메모리는 일정 시간 기간 동안 획득한 데이터를 저장하도록 구성된 것을 특징으로 하는 이식 가능한 폐회로 뉴로모듈레이션 장치.
- 제 15 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비 일시적 메모리는 하나 이상의 템플릿 검출 신호 또는 하나 이상의 템플릿 펄스를 저장하는 것을 특징으로 하는 이식 가능한 폐회로 뉴로모듈레이션 장치.
- 제 21 항에 있어서, 상기 계산 회로는 상기 검출 신호를 상기 하나 이상의 템플릿 검출 신호와 비교함으로써 상기 자극 신호를 생성하도록 구성된 것을 특징으로 하는 이식 가능한 폐회로 뉴로모듈레이션 장치.
- 제 21 항 또는 제 22 항에 있어서, 상기 자극 신호를 생성하는 것은 상기 비 일시적 메모리로부터 템플릿 펄스를 검색하는 것 및 검색된 템플릿 펄스에 기초하여 상기 자극 신호를 생성하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 이식 가능한 폐회로 뉴로모듈레이션 장치.
- 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자극 신호는 상기 검출 신호와 상기 자극 신호 사이의 수학적 관계를 사용하여 생성되는 것을 특징으로 하는 이식 가능한 폐회로 뉴로모듈레이션 장치.
- 제 1 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 생리학적 상태를 검출하거나 측정하도록 구성된 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이식 가능한 폐회로 뉴로모듈레이션 장치.
- 제 25 항에 있어서, 상기 생리학적 상태는 온도, pH, 압력, 심박수, 스트레인 또는 분석물의 존재 또는 양인 것을 특징으로 하는 이식 가능한 폐회로 뉴로모듈레이션 장치.
- 제 25 항 또는 제 26 항에 있어서, 상기 검출 신호는 검출된 전기 생리학적 펄스 성분 및 추가적인 검출된 생리학적 상태 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 이식 가능한 폐회로 뉴로모듈레이션 장치.
- 제 1 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 하나 이상의 전극 패드의 제 1 세트를 포함하는 제 1 만곡 부재 및 하나 이상의 전극 패드의 제 2 세트를 포함하는 제 2 만곡 부재를 포함하고, 상기 제 1 만곡 부재 및 상기 제 2 만곡 부재는 각각 상기 신경의 길이를 따라 상이한 위치에서 상기 신경을 적어도 부분적으로 둘러싸도록 구성된 것을 특징으로 하는 이식 가능한 폐회로 뉴로모듈레이션 장치.
- 제 28 항에 있어서, 상기 하나 이상의 전극 패드의 제 1 세트가 상기 제 1 만곡 부재를 따라 배치된 복수의 전극 패드를 포함하거나, 상기 하나 이상의 전극 패드의 제 2 세트가 상기 제 2 만곡 부재를 따라 배치된 복수의 전극 패드를 포함하거나, 또는 이 둘 모두인 것을 특징으로 하는 이식 가능한 폐회로 뉴로모듈레이션 장치.
- 제 28 항에 있어서, 상기 하나 이상의 전극 패드의 제 1 세트가 상기 신경을 적어도 부분적으로 둘러싸는 만곡 전극 패드를 포함하거나, 상기 하나 이상의 전극 패드의 제 2 세트가 상기 신경을 적어도 부분적으로 둘러싸는 만곡 전극 패드를 포함하거나, 또는 이 둘 모두인 것을 특징으로 하는 이식 가능한 폐회로 뉴로모듈레이션 장치.
- 제 28 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 전극 패드의 제 1 세트 및 상기 하나 이상의 전극 패드의 제 2 세트는 상기 신경에 의해 전달되는 상기 전기 생리학적 신호를 검출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 이식 가능한 폐회로 뉴로모듈레이션 장치.
- 제 28 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 하나 이상의 전극 패드의 제 3 세트를 포함하는 제 3 만곡 부재를 더 포함하고, 상기 제 3 만곡 부재는 상기 신경의 길이를 따라 상기 제 1 만곡 부재와 상기 제 2 만곡 부재 사이의 위치에서 상기 신경을 적어도 부분적으로 둘러싸도록 구성된 것을 특징으로 하는 이식 가능한 폐회로 뉴로모듈레이션 장치.
- 제 32 항에 있어서, 상기 하나 이상의 전극 패드의 제 3 세트는 상기 제 3 만곡 부재를 따라 배치된 복수의 전극 패드를 포함하는 것을 특징으로 하는 이식 가능한 폐회로 뉴로모듈레이션 장치.
- 제 32 항에 있어서, 상기 하나 이상의 전극 패드의 제 3 세트는 상기 신경을 적어도 부분적으로 둘러싸는 만곡 전극 패드를 포함하는 것을 특징으로 하는 이식 가능한 폐회로 뉴로모듈레이션 장치.
- 제 28 항 내지 제 34 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 계산 회로는 상기 하나 이상의 전극 패드의 제 1 세트, 상기 하나 이상의 전극 패드의 제 2 세트, 또는 상기 하나 이상의 전극 패드의 제 3 세트 중 하나 이상에 의해 검출된 상기 전기 생리학적 신호에 기초하여 상기 전기 생리학적 신호를 전달하는 신경 섬유의 서브 세트를 판정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 이식 가능한 폐회로 뉴로모듈레이션 장치.
- 제 35 항에 있어서, 상기 전기 생리학적 신호를 전달하는 신경 섬유의 서브 세트는 인테로게이터로부터 수신된 데이터에 기초하여 더 판정되는 것을 특징으로 하는 이식 가능한 폐회로 뉴로모듈레이션 장치.
- 제 28 항 내지 제 36 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 전극 패드의 제 1 세트, 상기 하나 이상의 전극 패드의 제 2 세트, 또는 상기 하나 이상의 전극 패드의 제 3 세트는 상기 신경에 전기 펄스를 방출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 이식 가능한 폐회로 뉴로모듈레이션 장치.
- 제 37 항에 있어서, 상기 하나 이상의 전극 패드의 제 1 세트, 상기 하나 이상의 전극 패드의 제 2 세트, 또는 상기 하나 이상의 전극 패드의 제 3 세트 내의 전극 패드들은 상기 신경 내의 신경 섬유의 표적화된 서브 세트로 전기 펄스를 방출하도록 선택적으로 활성화되도록 구성된 것을 특징으로 하는 이식 가능한 폐회로 뉴로모듈레이션 장치.
- 제 1 항 내지 제 38 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 계산 회로는 상기 전기 생리학적 신호의 방향 또는 속도를 판정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 이식 가능한 폐회로 뉴로모듈레이션 장치.
- 제 1 항 내지 제 39 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 전극 패드는 상기 신경의 외부에 배치되고 상기 신경과 전기적으로 연통하도록 구성된 것을 특징으로 하는 이식 가능한 폐회로 뉴로모듈레이션 장치.
- 제 40 항에 있어서, 상기 하나 이상의 전극 패드는 상기 신경의 신경상막(epineurium)과 접촉하도록 구성된 것을 특징으로 하는 이식 가능한 폐회로 뉴로모듈레이션 장치.
- 제 1 항 내지 제 39 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 전극 패드는 하나 이상의 위치에서 상기 신경의 상기 신경상막을 관통하도록 구성된 것을 특징으로 하는 이식 가능한 폐회로 뉴로모듈레이션 장치.
- 제 1 항 내지 제 42 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 계산 회로는 상기 검출 신호 또는 상기 검출 신호의 성분을 다운 샘플링하도록 구성된 것을 특징으로 하는 이식 가능한 폐회로 뉴로모듈레이션 장치.
- 제 1 항 내지 제 43 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 계산 회로는 상기 신경 또는 상기 신경 내의 신경 섬유의 서브 세트에 의해 전달되는 복합 활동 전위 또는 상기 복합 활동 전위의 서브 세트의 방향, 속도, 주파수, 진폭, 또는 파형을 기초로 하여 상기 자극 신호를 생성하도록 구성된 것을 특징으로 하는 이식 가능한 폐회로 뉴로모듈레이션 장치.
- 제 1 항 내지 제 44 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자극 신호는 상기 장치에 의해 방출되는 전기 펄스의 타이밍, 진폭, 주파수 또는 파형을 포함하는 것을 특징으로 하는 이식 가능한 폐회로 뉴로모듈레이션 장치.
- 제 1 항 내지 제 45 항 중 어느 한 항의 상기 장치 및 상기 장치에 전력을 공급하는 초음파를 방출하도록 구성된 인테로게이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
- 제 46 항에 있어서, 상기 인테로게이터는 외부 장치인 것을 특징으로 하는 시스템.
- 제 46 항 또는 제 47 항에 있어서,
상기 장치는 상기 검출된 전기 생리학적 신호 또는 상기 방출된 전기 펄스에 기초하여 데이터를 저장하도록 구성된 비 일시적 메모리를 포함하고,
상기 초음파 변환기는 상기 데이터의 적어도 일부를 인코딩하는 초음파 후방산란파를 방출하도록 구성되고, 그리고
상기 인테로게이터는 상기 초음파 후방산란파를 수신하도록 구성된 것을 특징으로 하는 시스템. - 제 48 항에 있어서, 상기 인테로게이터는 상기 데이터를 디코딩하도록 더 구성된 것을 특징으로 하는 시스템.
- 신경 활동을 조절하는 방법으로서,
완전히 이식된 폐회로 뉴로모듈레이션 장치의 초음파 변환기에서 초음파를 수신하는 단계;
상기 초음파를 상기 장치에 전력을 공급하는 전기 에너지로 변환하는 단계;
상기 장치를 사용하여, 신경 내의 신경 섬유의 표적화된 서브 세트에 의해 전달되는 전기 생리학적 신호를 검출하는 단계;
상기 장치를 사용하여, 검출된 전기 생리학적 신호에 기초하여 자극 신호를 생성하는 단계;
상기 장치를 사용하여, 생성된 자극 신호에 기초하여 상기 신경에 전기 펄스를 방출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 신경 활동 조절 방법. - 제 50 항에 있어서, 상기 전기 펄스는 상기 신경 내의 신경 섬유의 제 2 표적화된 서브 세트로 방출되는 것을 특징으로 하는 신경 활동 조절 방법.
- 신경 활동을 조절하는 방법으로서,
완전히 이식된 폐회로 뉴로모듈레이션 장치의 초음파 변환기에서 초음파를 수신하는 단계;
상기 초음파를 상기 장치에 전력을 공급하는 전기 에너지로 변환하는 단계;
상기 장치를 사용하여, 신경에 의해 전달되는 전기 생리학적 신호를 검출하는 단계;
상기 장치를 사용하여, 검출된 전기 생리학적 신호에 기초하여 자극 신호를 생성하는 단계;
상기 장치를 사용하여, 생성된 자극 신호에 기초하여 상기 신경 내의 신경 섬유의 표적화된 서브 세트에 전기 펄스를 방출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 신경 활동 조절 방법. - 제 50 항 내지 제 52 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치 내의 배터리에 전기 에너지를 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 신경 활동 조절 방법.
- 제 50 항 내지 제 53 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 검출된 전기 생리학적 신호 또는 상기 방출된 전기 펄스에 기초하여 데이터를 장치 내의 비 일시적 메모리에 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 신경 활동 조절 방법.
- 제 54 항에 있어서, 상기 데이터는 상기 검출된 전기 생리학적 신호 또는 상기 방출된 전기 펄스의 타임 스탬프, 주파수, 진폭, 파형, 속도 또는 방향을 포함하는 것을 특징으로 하는 신경 활동 조절 방법.
- 제 50 항 내지 제 55 항 중 어느 한 항에 있어서, 인테로게이터로부터 데이터를 수신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 신경 활동 조절 방법.
- 제 56 항에 있어서, 상기 데이터는 상기 인테로게이터에 의해 전달된 초음파 내에 인코딩되는 것을 특징으로 하는 신경 활동 조절 방법.
- 제 56 항 또는 제 57 항에 있어서, 상기 인테로게이터로부터 수신된 데이터는 상기 장치 내의 비 일시적 메모리에 저장되는 것을 특징으로 하는 신경 활동 조절 방법.
- 제 50 항 내지 제 58 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비 일시적 매체에 저장된 데이터의 적어도 일부를 인코딩하는 초음파 후방산란을 방출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 신경 활동 조절 방법.
- 제 50 항 내지 제 59 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 검출된 전기 생리학적 신호의 방향 또는 속도를 판정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 신경 활동 조절 방법.
- 제 50 항 내지 제 60 항 중 어느 한 항에 있어서, 생리학적 상태를 검출하거나 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 신경 활동 조절 방법.
- 제 61 항에 있어서, 상기 생리학적 상태는 온도, pH, 압력, 심박수, 긴장, 및/또는 분석물의 존재 또는 양을 포함하는 것을 특징으로 하는 신경 활동 조절 방법.
- 제 50 항 내지 제 62 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자극 신호를 생성하기 전에 상기 검출된 전기 생리학적 신호를 다운 샘플링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 신경 활동 조절 방법.
- 제 50 항 내지 제 63 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자극 신호는 상기 검출된 전기 생리학적 신호의 주파수, 진폭 또는 파형에 기초하여 생성된 것을 특징으로 하는 신경 활동 조절 방법.
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