一种植入人体的植入性医疗器械遥测系统及遥测方法
阅读：769发布：2020-05-12
专利汇可以提供一种植入人体的植入性医疗器械遥测系统及遥测方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种植入人体的 植入性医疗器械 遥测系统，该装置包括：壳体，壳体内装有一个发送器或一个接收器，一个导电元件从壳体的内部伸到壳体外部的一个 位置 ；以及一个匹配网络通过电使一个发送器或接收器中至少一个与导电元件相匹配，其中匹配网络的选择与人体的阻抗相匹配。，下面是一种植入人体的植入性医疗器械遥测系统及遥测方法专利的具体信息内容。
1.一种植入人体的植入性医疗器械遥测系统，其特征在于：包括植入性设备以及外部通讯装置，该植入性设备包括：壳体，壳体内装有一个发送器或一个接收器，一个导电元件从壳体的内部伸到壳体外部的一个位置；以及一个匹配网络通过电使一个发送器或接收器中至少一个与导电元件相匹配，其中匹配网络的选择与人体的阻抗相匹配。
2.根据权利要求1所述的植入人体的植入性医疗器械遥测系统，其特征在于：当植入性医疗器械被植入人体内时匹配网络和身体构成一个带有品质因子的共振电路。
3.根据权利要求1所述的植入人体的植入性医疗器械遥测系统，其特征在于：所述的匹配网络包括一个变压器、电感元件和电容元件。
4.一种植入性医疗器械的遥测方法，该方法由以下步骤组成：
一个植入性设备，该植入性设备包括一个壳体，其中内置一个发送器及一个人体天线，可以将人体优化调整，作为天线进行使用；
一个体外部通讯装置，该通讯装置至少包含了一个与天线相连的接收器；
体内发送器产生一个输出信号，通过已植入的设备壳体外的人体天线发送到人体内，该输出信号通过调制计入数据，该输出信号通过人体向人体周围的一个近场通讯量发出电磁波；以及当外部通讯装置的天线被置于这个近场通讯量以内时它将接收发出的电磁波，外部通讯装置的接收器从电磁波中回收数据。
5.根据权利要求4所述的植入性医疗器械的遥测方法，其特征在于：向人体发出输出信号的步骤包括向已植入的设备壳体外部传输一个调制输出电流在，以便在体内产生一个不对称的电流分布，向人体输入输出信号的步骤包括，从人体天线伸出的导联向身体注入输出电流，同时，装置壳体为输出电流提供一个回传通道。
一种植入人体的植入性医疗器械遥测系统及遥测方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种植入人体的植入性医疗器械遥测系统及遥测方法。
背景技术
[0002] 已经开发了许多种可植入人体的设备，其提供多种类型的健康相关的治疗、诊断和/或监控。这些设备——通常称作可植入性医疗设备(IMDs) ——的例子包括心脏起搏器、心率转变器/除纤颤器、心肌刺激器 (cardiomyostimulators)、心脏事件监控器(cardiac event monitor)、包括神经、肌肉和脑深部刺激器的多种生理激发器、、多种类型的生理监控器和传感器、和药物递送系统，仅列举几个。IMD典型地包括密封的围栏或者壳体壳体——有时候称作“罐”——内包括的功能性组件。在一些IMD中，连接器头部或者连接器模块被附连至壳体壳体，并且连接器模块促进与一种或者多种加长的电子医疗导线的相互连接。头部模块典型地是由相对坚硬、绝缘、不导电的聚合物浇铸。头部模块包括贴合至壳体壳体的配对侧壁、并机械地紧靠壳体的配对侧壁固定的安装表面。
[0003] 一般而言，典型的植入性医疗器械配有金属外壳，以及安装在金属外壳上的，装配有导线插头的连接器插头块。上述此类导联可用于电刺激或者用于对生理活性或者生理状况的感应。例如，植入性心脏医疗器械，比如起搏器，可使用此类导线来监视心脏的活动，还可以用于相关心脏疗法的实施。换言之，植入性设备能够通过感应心脏发出的电信号，记录说明该感应电信号的数据、分析已记录的数据，生成心脏活动的特征性数据，以此对心脏活动情况进行监控。此类植入性医疗器械，例如那些可在微处理器指导下进行工作的植入式设备，能够生成相关指示数据，这些数据能够显示出通过上述心脏活动情况来表示的不同健康状况，并能将数据储存在储存器中。
发明内容
[0004] 本发明为了解决现有技术中存在的问题，设计了一种植入人体的植入性医疗器械遥测系统，该器械减少植入性医疗器械的功率损耗，内部数据通讯天线结构简单。本发明同时公开了一种植入性医疗器械遥测方法，该方法相对于那些传统系统，信息的通讯可在相对较短的时间内完成，本发明中的数据通讯可通过外部设备。
[0005] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
[0006] 一种植入人体的植入性医疗器械遥测系统，该装置包括：壳体，壳体内装有一个发送器或一个接收器，一个导电元件从壳体的内部伸到壳体外部的一个位置；以及一个匹配网络通过电使一个发送器或接收器中至少一个与导电元件相匹配，其中匹配网络的选择与人体的阻抗相匹配。
[0007] 作为本发明所述的植入人体的植入性医疗器械遥测系统的一种优选方案，当植入性医疗器械被植入人体内时匹配网络和身体构成一个带有品质因子的共振电路。
[0008] 作为本发明所述的植入人体的植入性医疗器械遥测系统的一种优选方案，所述的匹配网络包括一个变压器、电感元件和电容元件。
[0009] 本发明同时公开了一种植入性医疗器械的遥测方法，该方法由以下步骤组成：
[0010] 一个植入性设备，该植入性设备包括一个壳体，其中内置一个发送器及一个人体天线，可以将人体优化调整，作为天线进行使用；
[0011] 一个体外部通讯装置，该通讯装置至少包含了一个与天线相连的接收器；
[0012] 体内发送器产生一个输出信号，通过已植入的设备壳体外的人体天线发送到人体内，该输出信号通过调制计入数据，该输出信号通过人体向人体周围的一个近场通讯量发出电磁波；以及当外部通讯装置的天线被置于这个近场通讯量以内时它将接收发出的电磁波，外部通讯装置的接收器从电磁波中回收数据。
[0013] 作为本发明所述的植入性医疗器械的遥测方法的一种优选方案，向人体发出输出信号的步骤包括向已植入的设备壳体外部传输一个调制输出电流在，以便在体内产生一个不对称的电流分布，向人体输入输出信号的步骤包括，从人体天线伸出的导联向身体注入输出电流，同时，装置壳体为输出电流提供一个回传通道。附图说明
[0014] 图1是本发明中利用人体作为遥测系统一部分的植入性医疗器械的示意图。
[0015] 图2是图1中所示遥测系统的更为详细的展示。
[0016] 图3是本发明中植入性医疗器械的发送器与接收器电路的总体电路框图。
[0017] 图4是图1以及图2所示遥测系统的总体框图示意。
具体实施方式
[0018] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
[0019] 实施例1
[0020] 图1所示内容为本发明所述的一种遥测系统10，该系统在位于人体18周围的近场通讯量工作范围20以内进行工作。遥测系统10包括植入性设备12 以及外部通讯装置15，此两种设备均可进行操作运行，以在二者之间建立起数据通讯链路16。
[0021] 相对于传统遥测系统，遥控系统10能够实现高效的遥测控制，同时能够实现已植入的设备12与外部通讯装置15数据天线之间的更为宽广的响应距离。此外，相对于传统系统，系统10能够提供理想的较高的数据传输速率，以及较低的电流损耗。
[0022] 遥测系统10利用人体18作为已植入的设备12的通讯天线，例如，人体 18被用作能够产生非对称电流分布的数据通讯天线，这样由人体18生成的电磁波信号可从体内发送到位于人体18周围的近场通讯量电位器的接收范围20 内。电磁波信号被辐射发送到近场通讯量的接收范围20内，这会带来多种不同的优点，下文兹对此展开描述。例如，从人体发射出的电磁波不仅仅局限在围绕着植入性设备12所植入部位的周围，而是充斥在位于整个人体周围的更为广泛的近场通讯量工作范围20内。同样地，用来接收电磁波信号的外部通讯装置15的数据通信天线也可安置及/或移动到位于近场通讯量20范围之内的任何不同的位置处，且不会影响外部通讯设备15与已植入的设备12之间建立起来的数据通讯链路16。
[0023] 图2是图1中所示遥测系统10的更为详细的展示。如图2所示，植入性医疗器械12被植入到人体18内。已植入的设备12含有外壳13，壳体中部件是密封好的植入性医疗器械12，该设备12可由起搏电路、去纤颤电路、电池等构成。在壳体13中还安装有如图3以及图4所示的发送器/接收器电路70。 -至少有一条导联14，通过馈入导孔(未展示)被连接到植入性医疗器械12的连接器插头块部位17处。例如，植入性医疗器械12可植入靠近人体心脏11 的部位处。当植入性医疗器械12是植入人体18内部的起搏器时，在此情况下该植入起搏器可包含有至少一条或者全部的起搏与感应导联，这些导线统一被表示为导联14，用来感应伴随着心脏11心室除极与复极的电信号，并提供用于引起远端端部附近心脏组织去极化的起搏脉冲。
[0024] 根据本发明专利，在通常情况下人体18被用作植入性设备12的数据通讯天线，以从人体18向近场通讯量20发送可被安装在近场通讯量工作范围之内的外部通讯装置通讯天线所能接收到的电磁波。人体18接收到由位于已植入的医疗器械12中的发送器所发出的输出信号。输出信号在人体18内进行传播，人体以电磁波的形式向外部辐射输出表示此输出信号的电磁波。例如，输出电流可通过发送器进行调制，以便计入从导联14末端向人体18内部进行输入的已调制输出电流，以及通过已植入的设备12的壳体13返回电流信号。作为已植入的设备12通讯天线的人体18其内部电路分配为非对称性质，正是由于这一不平衡条件，一种净磁矩会随之产生，以下内容对该过程进行进一步描述。位于近场通讯量20范围内的与净磁矩有关的磁场能够在位于人体18周围的整个通讯量20范围内发射电磁波信号，而不是仅局限在靠近植入设备附近的任何特定部位。相对于先前的遥测系统天线而言，由于人体可用来作为信号通讯源的区域很大，因此人体18作为植入性设备12通讯天线的效率得到了显著的提升。
[0025] 位于人体18周围的通讯量电位器20可促进已植入的设备12与外部通讯装置15之间的数据传输通讯，一般而言，该通讯量电位器20应安放在距人体 6英尺之内的范围内。更理想的安装位置是将其安放在距离人体大约3英尺以内的范围内。通讯量电位器20所产生的磁场范围一般情况下会超过身体已植入的设备部位的大小，例如，当心脏起搏器植入到心脏部位时，通讯量电位器 20所产生的磁场范围大于身体躯干的尺寸。由于磁场的磁分量与源头之间的距离成一定比例，因此所产生的磁场会随距离的加大而快速下降，也就是说，磁场是按照1/r3的速率下降的，其中r是指与磁场源头也就是人体18之间的距离。
[0026] 遥测系统10够使用高效率的耦合装置，下文将结合图4所示匹配网络信息，对这部分内容进行进一步的描述。耦合结构能够使得低输出电流进入人体，并在其中进行传送，也就是说，人体18内生成一种不对称的电流分布；一般而言，耦合结构中包括一个与人体阻抗一起能够形成共振电路的匹配网络，该种共振电路的品质因子(Q)以在5到15之间为最佳。最好是Q的范围在7 到11大约。虽然可以实现更高的Q值，但更高的Q值可能导致容限过小，，接受频宽受到限制。已植入的设备发送器产生的输出电流因此由Q倍增，这些即可为人体作为天线向通讯量20发射电磁波提供了足够的能量。从人体发出的电磁波由外部通讯装置(15)通过天线接收，转化为电信号，发送的数据可被外部通讯装置的接收器接收。例如，带有编程器32(编程器磁头30通过电线与之连接，带有天线)的外部通讯装置15可移动至近场通讯量20，以便接收人体18发射的电磁波。
[0027] 类似地，人体18通常可作为接收(产生在近场通讯量20范围内的)电磁波的信号天线。例如，带有发送器/接收器电路，能通过天线发射调制过电信号的外部通讯装置15(在图4中有进一步说明)，可在通讯量20范围内发射电磁波。人体18作为植入性医疗器械12的信号天线，通过感应出现电流分布，由此收到发射自外部通讯装置(15)的电磁波。通过使用耦合结构，即匹配网络(带有一个带通滤波器，可容许工作频率通过)，植入性医疗器械的发送器/ 接收器电路可接收并解调人体天线感应到的调制电信号，即发射自外部通讯装置15信号天线的电磁波。
[0028] 图3是一种高级植入性医疗器械12组成部件的方框图，此处医疗器械12 与一个基于微处理器的结构一同植入。不过，植入性医疗器械12的电气特性和操作可以是单独的，也可以作为一个离散式逻辑或微机化的系统。
[0029] 如图3所示，植入性医疗器械12，包括至少一个至少有一个处理器46及储存器48的微电脑电路42。微电脑电路42通过一个数据通讯总线50与输入/ 输出电路40的控制器电器路52相连。例如，微电脑电路42可以为一个由标准RAM/ROM组件增强的定制集成电路。此外，输入/输出电路40还可包括除控制器52之外的、任何用于完成植入性医疗器械(12)功能的其它电路。例如，输入/输出电路40可包括感应放大器、峰值感应和阈值测量单元、偏置电路、脉冲发生器、阈值探测器等，以及其它必需的、向控制器52发送适当信号的输入/输出电路。对于本发明来说，这些电路如何具体实现并不重要，它们只需能回应植入性医疗器械的要求产生信号，及/或向控制器52正确传送生理活动信号即可，生理活动指心脏的自然收缩或电刺激下的收缩等。心脏的自然和刺激收缩，只要植入性医疗器械12包括发送器/接收器电路70，且根据本发明用于如本文所述的遥测系统10中。
[0030] 图4展示了基于本发明的遥测系统10的框图，包括已植入人体18中的植入性设备12，其导联14从壳体13中延伸到壳体13外部位置。此外，所展示的外部通讯装置15通过植入性设备12建立通讯链路16。如前所述，外部通讯装置15包括发送器电路60、接收器电路62和天线配置64，经由人体天线1 与植入性设备12进行通讯传输。植入性设备12包括发送器/接收器电路70和匹配网络80。发送器/接收器电路70包括发送器电路72和接收器电路74。匹配网络80将发送器/接收器电路70耦合到用作天线的人体18。虽然发送器/接收器电路70展示为仅包括发送器电路72和接收器电路74，但是用于控制这种发送器和接收器电路72、74的其它电路也可以作为植入性医疗器械12的一部分，例如用于控制唤醒功能的处理器，可以控制载波信号上向发送器传输的调制数据流等。另外，植入性设备12的其它部件，例如电池，为这种电路提供电源。
[0031] 通常，植入性医疗器械12的发送器电路72配备了一个信号发生器，生成输出信号，该信号经调制计入发送到外部通讯装置15的数据。调制的输出信号通过匹配网络80以耦合到人体18中。驱动发送器电路72输出所需的最佳电池驱动电流应小于50微安。最佳电池驱动电流为在5微安至50微安左右。比如这种电池驱动电流可以用于将输出电流注入到人体中，电流在10微安至 300微安左右。此外，尽管输出信号的载波或工作频率不限于任何特定范围，但是频率最好小于25MHz左右并且大于1MHz左右。最佳工作频率在2MHz 至5MHz左右。比如工作频率可以在约2.7MHz左右的频率范围内。然而，低频的使用可能对潜在的数据速率施加不良限制。
[0032] 此外，描述匹配网络80的另一种方式是选择匹配网络80来匹配人体18 的人体阻抗90。换句话说，通过最大效率和最小失真输出信号将功率传送到人体18中。通过使用匹配网络80匹配用作天线的人体阻抗90，使得匹配网络和人体18形成共振电路，最大化的输出信号被耦合到人体18中。
[0033] 如上所述，输出信号通常乘以共振电路的Q值。
[0034] 通常，人体阻抗90至少取决于工作频率，并且还取决于身体和导电元件之间的界面，例如尖端电极，以及人体和回传通道之间的界面，例如已植入的设备的壳体。例如，人体阻抗90可以在50欧姆至500欧姆左右。
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