JP-2026514731-A - 植え込み型磁気電気デバイスのワイヤレス監視および制御

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Abstract

本明細書に開示される実施形態は、概して植え込み型磁気電気デバイスをワイヤレスで監視および制御することに関する。具体的には、本開示の態様は、植え込み型デバイスと、基地局と、基地局に物理的に接続またはワイヤレスで接続された１つまたは複数のセンサとを含む、システムを対象とする。植え込み型デバイスは、磁気電気薄膜と、磁気電気薄膜に結合された電気回路と、１つまたは複数の電極とを含む。基地局は、磁界発生器と磁気トランシーバとを含む。

Inventors

ロビンソン，ジェイコブ・ティ
ウッズ，ジョシュア
クーン，マシュー
ヤン，カイユエン
アルラシュダン，ファティマ
ユィ，ジャンハオ

Assignees

ウィリアムマーシュライスユニバーシティ
ダブリュ・ティ・エム・シィ・イノベーション・ファクトリー－モティーフ・ニューロテック

Dates

Publication Date: 20260513
Application Date: 20240411
Priority Date: 20230414

Claims (20)

システムであって、前記システムは、植え込み型デバイスを備え、前記植え込み型デバイスは、磁気電気薄膜と、前記磁気電気薄膜に結合された電気回路と、１つまたは複数の電極とを含み、前記システムはさらに、基地局を備え、前記基地局は、磁界発生器と、磁気トランシーバとを含み、前記システムはさらに、前記基地局に物理的に接続またはワイヤレスで接続された１つまたは複数のセンサを備える、システム。
前記基地局は電子機器をさらに含み、前記電子機器は、前記植え込み型デバイスが標的組織に刺激を与える１つまたは複数の刺激時間を記録し、前記１つまたは複数のセンサによって収集された生理学的信号にアクセスし、前記生理学的信号の１つまたは複数の選択部分を特定するように、構成され、各部分は、前記１つまたは複数の刺激時間のうちのある刺激時間に対応する開始時間を有し、前記電子機器はさらに、前記１つまたは複数の選択部分に基づいて、インプラント刺激プロトコルが目標とする効果をもたらしているか否かを、または目標とする効果をもたらしている程度を予測することを容易にし、前記予測に基づいて前記インプラント刺激プロトコルを修正することを容易にするように、構成される、請求項１に記載のシステム。
前記予測することを容易にすることおよび前記修正することを容易にすることは、前記電子機器を使用して自動的に行われる、請求項２に記載のシステム。
前記インプラント刺激プロトコルを修正することを容易にすることは、前記植え込み型デバイスがいつ刺激を与えるかについての新たなスケジュールを特定することを含む、請求項２に記載のシステム。
前記インプラント刺激プロトコルを修正することを容易にすることは、前記植え込み型デバイスによって生成される刺激についての新たな強度を特定することを含む、請求項２に記載のシステム。
前記電子機器はさらに、前記基地局の入力コンポーネントによって収集された二次信号にアクセスし、前記二次信号の１つまたは複数の選択部分を特定するように、構成され、各部分は、前記１つまたは複数の刺激時間のうちのある刺激時間に対する開始時間を有し、前記インプラント刺激プロトコルが目標とする効果をもたらしているか否かを、または目標とする効果をもたらしている程度を予測することは、さらに、前記１つまたは複数の二次選択部分に基づく、請求項２に記載のシステム。
前記二次信号は、前記基地局の前記磁界発生器によって印加された磁界の後方散乱に基づいて生成されたものである、請求項６に記載のシステム。
前記システムは、前記基地局と前記１つまたは複数のセンサとを含むウェアラブルコンポーネントを含む、請求項１に記載のシステム。
前記ウェアラブルコンポーネントは、ユーザの頭部に装着されるように構成される、請求項８に記載のシステム。
前記ウェアラブルコンポーネントは、ユーザの腰の周りに装着されるように構成される、請求項８に記載のシステム。
前記ウェアラブルコンポーネントは、ユーザの首の周りに装着されるように構成される、請求項８に記載のシステム。
前記１つまたは複数のセンサは、少なくとも１つの脳波記録（ＥＥＧ）電極を含む、請求項１に記載のシステム。
前記１つまたは複数のセンサは、心拍数モニタ、加速度計、および／またはオプトードを含む、請求項１に記載のシステム。
前記電気回路は、前記磁気電気薄膜の特性を変化させる異なる電気的負荷条件を適用することによって前記磁気電気薄膜の共振周波数を変調するように構成された共振周波数変調器をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
前記植え込み型デバイスは、前記基地局が前記植え込み型デバイスに近接して配置されたときにアクティベーションフィールドを検出し前記基地局との双方向通信リンクを確立するように構成される、請求項１に記載のシステム。
方法であって、前記方法は、磁界発生器と磁気トランシーバとを含む基地局の電子機器が、１つまたは複数の刺激時間に標的組織に刺激を与えるためのインプラント刺激プロトコルを含む命令を、植え込み型デバイスに送信することを含み、前記植え込み型デバイスは、磁気電気薄膜と、前記磁気電気薄膜に結合された電気回路と、１つまたは複数の電極とを含み、前記方法はさらに、前記植え込み型デバイスが前記標的組織に刺激を与える１つまたは複数の刺激時間を記録することと、前記基地局に物理的に接続またはワイヤレスで接続された１つまたは複数のセンサによって収集された生理学的信号にアクセスすることと、前記生理学的信号の１つまたは複数の選択部分を特定することとを含み、各部分は、前記１つまたは複数の刺激時間のうちのある刺激時間に対応する開始時間を有し、前記方法はさらに、前記１つまたは複数の選択部分に基づいて、前記インプラント刺激プロトコルが目標とする効果をもたらしているか否かを、または目標とする効果をもたらしている程度を予測することを容易にすることと、前記予測に基づいて前記インプラント刺激プロトコルを修正することを容易にすることとを含む、方法。
前記インプラント刺激プロトコルを修正することを容易にすることは、前記植え込み型デバイスがいつ刺激を与えるかについての新たなスケジュールを特定することを含む、請求項１６に記載の方法。
前記インプラント刺激プロトコルを修正することを容易にすることは、前記植え込み型デバイスによって生成される刺激についての新たな強度を特定することを含む、請求項１６に記載の方法。
前記基地局の入力コンポーネントによって収集された二次信号にアクセスすることと、前記二次信号の１つまたは複数の二次選択部分を特定することとをさらに含み、各二次選択部分は、前記１つまたは複数の刺激時間のうちのある刺激時間に対する開始時間を有し、前記インプラント刺激プロトコルが目標とする効果をもたらしているか否かを、または目標とする効果をもたらしている程度を予測することは、さらに、前記１つまたは複数の二次選択部分に基づく、請求項１６に記載の方法。
前記二次信号は、前記基地局の前記磁界発生器によって印加された磁界の後方散乱に基づいて生成されたものである、請求項１９に記載の方法。

Description

関連出願の相互参照本願は、すべての目的のために引用により援用される、２０２３年４月１４日に出願され「WIRELESS MONITORING AND CONTROL OF IMPLANTABLE MAGNETOELECTRIC DEVICES」と題された米国仮特許出願第６３／４５９，３６０号に基づく優先権を主張する。連邦政府による資金提供を受けた研究開発に関する記述本発明は、米国国立科学財団より授与された助成金番号ＥＣＣＳ－２０２３８４９および米国空軍研究所より授与された助成金番号ＦＡ８６５０－２１－２－７１１０の下で政府の支援を受けてなされた。政府は本発明に一定の権利を有する。分野本開示は、植え込み型デバイスに関し、特に、植え込み型磁気電気デバイス間でデータをワイヤレスで送信するための技術に関する。背景ワイヤレス植え込み型バイオ電子デバイスは、神経系に直接干渉することによる、神経疾患および精神疾患の治療等の、革命的な臨床療法の期待を抱かせる。これらのデバイスは、制御された刺激を与えて神経系の電気的活動を調節する、および／またはより適切な診断のために電気的、化学的、および物理的特性を記録することができる。ワイヤレスバイオインプラントの設計における１つの課題は、確実に小型インプラントに電力を供給し小型インプラントと通信することである。長期間にわたって医療用インプラントの従来の電源は電池であったが、直近１０年間において、設置面積がより小さく、重量がより軽く、寿命がより長く、より低侵襲性の埋め込み手順を特徴とする、ワイヤレス電力伝送という解決策への移行が見られた。さまざまなワイヤレス電力伝送技術（たとえば無線周波数（ＲＦ）、誘導結合、超音波、および光を含む）が、医療用インプラントにワイヤレスで電力を供給する能力を実証している。しかしながら、これらのワイヤレス電力伝送技術は、受信機のサイズと、位置合わせ不良の許容誤差、伝送損失、および／または生体組織を通して安全に送達できる電力との間のトレードオフに直面する。したがって、閉ループニューロモジュレーションのような高度な生物医学的用途のための小型化されたワイヤレスバイオインプラントが改善されることが望ましい。概要いくつかの実施形態において、システムが提供される。このシステムは、磁気電気薄膜と、磁気電気薄膜に結合された電気回路と、１つまたは複数の電極とを含む、植え込み型デバイスを含み得る。このシステムはまた、磁界発生器と磁気トランシーバとを含む、基地局を含み得る。このシステムはまた、基地局に物理的に接続またはワイヤレスで接続された１つまたは複数のセンサを含み得る。たとえば、１つまたは複数のセンサのうちのあるセンサは、植え込み型デバイスに物理的に接続されてもよく、（たとえば磁界発生器および／または磁気トランシーバ等の、植え込み型デバイスの１つまたは複数の構成要素を介して）基地局にワイヤレスで接続されてもよい。いくつかの実施形態において、基地局は電子機器をさらに含み、電子機器は、植え込み型デバイスが標的組織に刺激を与える１つまたは複数の刺激時間を記録し、１つまたは複数のセンサによって収集された生理学的信号にアクセスし、生理学的信号の１つまたは複数の選択部分を特定するように、構成され、各部分は、１つまたは複数の刺激時間のうちのある刺激時間に対応する開始時間を有し、電子機器はさらに、１つまたは複数の選択部分に基づいて、インプラント刺激プロトコルが目標とする効果をもたらしているか否かを、または目標とする効果をもたらしている程度を予測することを容易にし、予測に基づいてインプラント刺激プロトコルを修正することを容易にするように、構成される。インプラント刺激プロトコルが実行されてもよいか、または実行されてもよい程度を予測することは、電子機器を使用して行われてもよく、自動的に行われてもよく、および／またはコンピューティングシステム（たとえば１つまたは複数の信号、結果、推奨、開示された結果、および／または開示された出力が受信および／または出力されるコンピューティングシステム）のユーザから受信された入力に応答して行われてもよい。いくつかの実施形態において、インプラント刺激プロトコルを修正することは、植え込み型デバイスがいつ刺激を与えるかについて新たなスケジュールを設定することを含み得る。いくつかの実施形態において、インプラント刺激プロトコルを修正することは、植え込み型デバイスによって生成される刺激についての新たな強度を特定することを含み得る。いくつかの実施形態において、電子機器はさらに、基地局の入力コンポーネントによって収集された二次信号にアクセスし、二次信号の１つまたは複数の選択部分を特定するように、構成されてもよい。各部分は、１つまたは複数の刺激時間のうちのある刺激時間に対する開始時間を有する。インプラント刺激プロトコルが目標とする効果をもたらしているか否かを、または目標とする効果をもたらしている程度を予測することは、さらに、１つまたは複数の二次選択部分に基づいていてもよい。いくつかの実施形態において、二次信号は、基地局の磁界発生器によって印加された磁界の後方散乱に基づいて生成されたものである。いくつかの実施形態において、このシステムは、基地局と１つまたは複数のセンサとを含むウェアラブルコンポーネントを含む。いくつかの実施形態において、ウェアラブルコンポーネントは、ユーザの頭部に装着されるように構成される。いくつかの実施形態において、ウェアラブルコンポーネントは、ユーザの腰の周りに装着されるように構成される。いくつかの実施形態において、ウェアラブルコンポーネントは、ユーザの首の周りに装着されるように構成される。いくつかの実施形態において、１つまたは複数のセンサは、少なくとも１つの脳波記録（ＥＥＧ：electroencephalography）電極を含む。いくつかの実施形態において、１つまたは複数のセンサは、心拍数モニタ、加速度計、および／またはオプトード（optode）を含む。いくつかの実施形態において、電気回路は、磁気電気薄膜の特性を変化させる異なる電気的負荷条件を適用することによって磁気電気薄膜の共振周波数を変調するように構成された共振周波数変調器をさらに含み得る。いくつかの実施形態において、植え込み型デバイスは、基地局が植え込み型デバイスに近接して配置されたときにアクティベーションフィールドを検出し基地局との双方向通信リンクを確立するように構成されてもよい。いくつかの実施形態において、方法が提供される。この方法は、磁界発生器と磁気トランシーバとを含む基地局の電子機器が、１つまたは複数の刺激時間に標的組織に刺激を与えるためのインプラント刺激プロトコルを含む命令を、植え込み型デバイスに送信することを含み得る。植え込み型デバイスは、磁気電気薄膜と、磁気電気薄膜に結合された電気回路と、１つまたは複数の電極とを含む。この方法はさらに、植え込み型デバイスが標的組織に刺激を与える１つまたは複数の刺激時間を記録することと、基地局に物理的に接続またはワイヤレスで接続された１つまたは複数のセンサによって収集された生理学的信号にアクセスすることと、生理学的信号の１つまたは複数の選択部分を特定することとを含み得る。各部分は、１つまたは複数の刺激時間のうちのある刺激時間に対応する開始時間を有し、この方法はさらに、１つまたは複数の選択部分に基づいて、インプラント刺激プロトコルが目標とする効果をもたらしているか否かを、または目標とする効果をもたらしている程度を予測することを容易にすることと、予測に基づいてインプラント刺激プロトコルを修正することを容易にすることとを含む。いくつかの実施形態において、インプラント刺激プロトコルを修正することは、植え込み型デバイスがいつ刺激を与えるかについての新たなスケジュールを設定することを含む。いくつかの実施形態において、インプラント刺激プロトコルを修正することは、植え込み型デバイスによって生成される刺激についての新たな強度を特定することを含む。いくつかの実施形態において、この方法は、基地局の入力コンポーネントによって収集された二次信号にアクセスすることと、二次信号の１つまたは複数の二次選択部分を特定することとをさらに含む。各二次選択部分は、１つまたは複数の刺激時間のうちのある刺激時間に対する開始時間を有する。インプラント刺激プロトコルが目標とする効果をもたらしているか否かを、または目標とする効果をもたらしている程度を予測することは、さらに、１つまたは複数の二次選択部分に基づいていてもよい。いくつかの実施形態において、二次信号は、基地局の磁界発生器によって印加された磁界の後方散乱に基づいて生成されたものである。いくつかの実施形態において、１つまたは複数のセンサは、少なくとも１つの脳波記録（ＥＥＧ）電極を含む。いくつかの実施形態において、１つまたは複数のセンサは、心拍数モニタ、加速度計、および／またはオプトードを含む。いくつかの実施形態において、この方法は、基地局の共振周波数変調器が、磁気電気薄膜の特性を変化させる異なる電気的負荷条件を適用することによって磁気電気薄膜の共振周波数を変調することをさらに含む。いくつかの実施形態において、植え込み型デバイスは、基地局が植え込み型デバイスに近接して配置されたときにアクティベーションフィールドを検出し基地局との双方向通信リンクを確立するように構成される。いくつかの実施形態において、この方法は、植え込み型デバイスが標的組織に刺激を与える１つまたは複数の刺激時間中に、植え込み型デバイスの診断信号にアクセスすることと、診断信号に基づいてインプラント刺激を修正することとをさらに含む。いくつかの実施形態において、方法が提供される。この方法は、磁界発生器と磁気トランシーバとを含む基地局の電子機器が、１つまたは複数の刺激時間に標的組織に刺激を与えるためのインプラント刺激プロトコルを含む命令を、第１の植え込み型デバイスに送信することを含み得る。第１の植え込み型デバイスは、第１の磁気電気薄膜と、第１の磁気電気薄膜に結合された第１の電気回路と、１つまたは複数の第１の電極とを含む。この方法は、第２の植え込み型デバイスが、第１の植え込み型デバイスが標的組織に刺激を与える１つまたは複数の刺激時間を記録することを含む。第２の植え込み型デバイスは、第２の磁気電気薄膜と、第２の磁気電気薄膜に結合された第２の電気回路と、１つまたは複数の第２の電極とを含む。この方法は、基地局に物理的に接続またはワイヤレスで接続された１つまたは複数のセンサによって収集された生理学的信号にアクセスすることと、生理学的信号の１つまたは複数の選択部分を特定することとを含み、各部分は、１つまたは複数の刺激時間のうちのある刺激時間に対応する開始時間を有し、この方法はさらに、１つまたは複数の選択部分に基づいて、インプラント刺激プロトコルが目標とする効果をもたらしているか否かを、または目標とする効果をもたらしている程度を予測することを容易にすることと、予測に基づいてインプラント刺激プロトコルを修正することを容易にすることとを含む。本開示のいくつかの実施形態は、１つまたは複数のデータプロセッサを含むシステムを含む。このシステムはさらに、１つまたは複数のデータプロセッサ上で実行されると、本明細書に開示される方法のうちの１つまたは複数の方法の一部またはすべてを１つまたは複数のデータプロセッサに実行させる命令を含む、非一時的なコンピュータ可読記憶媒体を含み得る。いくつかの実施形態において、非一時的な機械可読記憶媒体において有形に具現化されたコンピュータプログラム製品が提供される。コンピュータプログラム製品は、本明細書に開示される方