使用超声波刺激组织的植入物

本发明涉及使用用于发射电脉冲或刺激组织的超声波来操作的可植入装置。

背景技术：

1、新兴的生物电子医学领域寻求破解和调节体内电生理活动以达到靶器官的治疗效果的方法。目前与周围神经、中枢神经系统和/或肌肉接口的方法严重依赖导线，造成长期使用的问题，而新兴的无线方法缺乏询问小直径神经所需的尺寸可扩展性。此外，传统的基于电极的技术缺乏以高空间分辨率从神经记录或从神经束内的许多离散位点独立记录的能力。

2、最近的技术进步和基础发现再次引起了对与周围神经系统接口的可植入系统的兴趣。周围神经刺激装置的早期临床成功，例如那些用于治疗截瘫患者的睡眠呼吸暂停或控制膀胱功能的装置，已经促使临床医生和研究人员提出从糖尿病到类风湿性关节炎的新疾病靶点。然而，目前已知的神经刺激装置通常是完全外部装置并且不能刺激深层组织，不能完全植入，或者不能准确地刺激神经而不会有脱靶刺激风险。

技术实现思路

0、发明概述

1、本文提供了被配置为向组织发射电脉冲的可植入装置，包括可植入装置和用于操作可植入装置的询问器的系统，以及包括被配置为检测生理系统的第一装置和配置为响应于询问器接收到生理信号而向组织发射电脉冲的可植入装置的闭环系统。还提供了配置成操作一个或多个可植入装置的计算机系统。还提供了刺激组织的方法。

2、在一些实施方案中，提供了一种可植入装置，包括超声换能器，该超声换能器被配置为接收超声波，该超声波为可植入装置供电并编码触发信号；第一电极和第二电极，被配置为与组织电连通并且响应于触发信号而向组织发射电脉冲；以及包括能量储存电路的集成电路。在一些实施方案中，电脉冲是电流脉冲。在一些实施方案中，电脉冲是电压脉冲。

3、在一些实施方案中，第一电极和第二电极在组织内或与组织接触。在一些实施方案中，组织是肌肉组织、器官或神经组织。在一些实施方案中，组织是外周神经系统或中枢神经系统的部分。在一些实施方案中，组织是骨骼肌、平滑肌或心肌。

4、在一些实施方案中，集成电路包括数字电路。在一些实施方案中，集成电路包括混合信号集成电路，其被配置为操作第一电极和第二电极。在一些实施方案中，集成电路包括电源电路，电源电路包括能量储存电路。

5、在一些实施方案中，可植入装置包括主体，该主体包括超声换能器和集成电路，其中主体在最长尺寸上的长度为约5mm或更短。在一些实施方案中，所述主体具有约5mm3或更小的体积。在一些实施方案中，可植入装置包括非响应性反射器。

6、在一些实施方案中，可植入装置包含三个或更多个电极。

7、在一些实施方案中，集成电路包括模数转换器(adc)。

8、在一些实施方案中，可植入装置包括调制电路，该调制电路被配置为调制流过超声换能器的电流。在一些实施方案中，调制电流对信息进行编码，并且超声换能器被配置为发射编码有信息的超声波。在一些实施方案中，信息包括验证可植入装置发射了电脉冲的信号、指示储存在能量储存电路中的能量的量的信号或检测到的阻抗。在一些实施方案中，可植入装置包括配置成操作调制电路的数字电路。在一些实施方案中，数字电路被配置为将数字化信号发送到调制电路。在一些实施方案中，数字化信号包括唯一的可植入装置标识符。

9、在一些实施方案中，超声换能器被配置为接收为可植入装置供电的超声波。在一些实施方案中，超声换能器配置成从包括一个或多个超声换能器的询问器接收超声波。在一些实施方案中，超声换能器是体压电换能器、压电微机械超声换能器(pmut)或电容微机械超声换能器(cmut)。

10、在一些实施方案中，将可植入装置植入受试者体内。在一些实施方案中，受试者是人。

11、在一些实施方案中，可植入装置至少部分地被生物相容性材料包封。在一些实施方案中，第一电极和第二电极的至少一部分未被生物相容性材料包封。

12、本文还提供了一种系统，其包括一个或多个可植入装置和询问器，所述询问器包括一个或多个超声换能器，所述超声换能器配置成将超声波发送到所述一个或多个可植入装置，其中所述超声波为所述一个或多个可植入装置供电。在一些实施方案中，超声波对触发信号进行编码。在一些实施方案中，该系统包括多个可植入装置。在一些实施方案中，询问器被配置为对发射的超声波进行波束控制，以将发送的超声波交替地聚焦在多个可植入装置的第一部分上，或者将发送的超声波聚焦在多个可植入装置的第二部分上。在一些实施方案中，询问器被配置为同时从至少两个可植入装置接收超声反向散射。在一些实施方案中，询问器被配置为使用时分复用、空间复用或频率复用将超声波发送到多个可植入装置或从多个可植入装置接收超声反向散射。在一些实施方案中，询问器被配置为能由受试者佩戴。

13、本文还提供了一种闭环系统，包括(a)配置成检测信号的第一装置；(b)询问器，包括一个或多个超声换能器，超声换能器配置成接收编码有电生理信号的超声反向散射并发射编码有触发信号的超声波；(c)第二装置，被配置为响应于触发信号而发射电脉冲，其中第二装置是可植入的，包括超声换能器，超声换能器配置成接收为第二装置供电并编码有触发信号的超声波；第一电极和第二电极，被配置成与组织电连通并且响应于触发信号而向组织发射电脉冲；以及包括能量储存电路的集成电路。在一些实施方案中，信号是电生理学脉冲、温度、分子、离子、ph、压力、应变或生物阻抗。

14、在闭环系统的一些实施方案中，第一装置是可植入的。在一些实施方案中，第一装置包括配置成检测信号的传感器；集成电路，包括调制电路，调制电路配置成基于检测到的信号调制电流；以及第一超声换能器，被配置为基于调制的电流来发射编码来自组织的检测信号的超声反向散射。在一些实施方案中，传感器包括第一电极和第二电极，第一电极和第二电极配置成与第二组织电连通。在一些实施方案中，第一组织和第二组织是相同的组织。在一些实施方案中，第一组织和第二组织是不同的组织。

15、在闭环系统的一些实施方案中，第二装置的第一电极和第二电极在组织内或接触组织。在一些实施方案中，第二装置的集成电路包括数字电路。在一些实施方案中，第二装置的集成电路包括混合信号集成电路，其被配置为操作第一电极和第二电极。在一些实施方案中，集成电路包括电源电路，电源电路包括能量储存电路。

16、在闭环系统的一些实施方案中，组织是肌肉组织、器官或神经组织。在一些实施方案中，将第一装置和第二装置植入受试者体内。在一些实施方案中，受试者是人。

17、本文还提供了一种计算机系统，包括询问器，所述询问器包括一个或多个超声换能器；一个或多个处理器；存储被配置为由一个或多个处理器执行的一个或多个程序的非暂时性计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括用于操作询问器以发射编码有触发信号的超声波的指令，所述触发信号用信号通知可植入装置向组织发射电脉冲。在一些实施方案中，操作询问器以响应于检测到的生理信号而发射编码有触发信号的超声波。在一些实施方案中，生理信号包括电生理学脉冲、温度、分子、离子、ph、压力、应变或生物阻抗。在一些实施方案中，一个或多个程序包括用于基于对从第二可植入装置发射的生理信号进行编码的超声反向散射来检测生理信号的指令。在一些实施方案中，一个或多个程序包括用于确定第一可植入装置或第二可植入装置相对于询问器的一个或多个超声换能器的位置或移动的指令。

18、本文还提供了电刺激组织的方法，包括在一个或多个可植入装置处接收超声波；将来自超声波的能量转换成为能量储存电路充电的电流；在一个或多个可植入装置处接收在超声波中编码的触发信号；并且响应于触发信号而发射刺激组织的电脉冲。在一些实施方案中，响应于检测到的生理信号而发送触发信号。

19、进一步提供了电刺激组织的方法，包括将编码来自包括一个或多个超声换能器的询问器的触发信号的超声波发射到一个或多个可植入装置，所述可植入装置被配置为响应于接收到触发信号而向组织发射电脉冲。在一些实施方案中，响应于检测到的生理信号而发送触发信号。

20、本文还提供了刺激组织的方法，包括：在一个或多个可植入装置处接收超声波，所述可植入装置被配置为检测生理信号；将来自超声波的能量转换成流过调制电路的电流；检测生理信号；基于检测到的生理信号来调制电流；将调制的电流变换成超声反向散射，该超声反向散射编码与检测到的生理信号有关的信息；并且将超声反向散射发射到询问器，所述询问器包括被配置为接收超声反向散射的一个或多个换能器；从询问器向一个或多个可植入装置发射超声波，所述可植入装置被配置成向组织发射电脉冲；将来自从询问器发射到配置成发射电脉冲的一个或多个可植入装置的超声波的能量转换成对能量储存电路充电的电流；发射超声波，超声波编码有来自询问器的触发信号；在一个或多个可植入装置处接收触发信号，所述可植入装置被配置为发射电脉冲；并且响应于触发信号而发射刺激组织的电脉冲。

21、在刺激组织的方法的一些实施方案中，生理信号包括电生理学脉冲、温度、分子、离子、ph、压力、应变或生物阻抗。

22、在刺激组织的方法的一些实施方案中，组织是肌肉组织、器官或神经组织。

23、在刺激组织的方法的一些实施方案中，该方法包括将一个或多个可植入装置植入受试者体内。在一些实施方案中，受试者是人。

24、在刺激组织的方法的一些实施方案中，该方法包括确定一个或多个可植入装置的位置或移动。