使用自适应逐次逼近寄存器的超低功率接口的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及能够使用自适应的位数将模拟信号转换成数字信号的医疗装置。
【背景技术】
[0002]许多可植入式医疗装置(MD)可用于急性或慢性植入患者体内。一些可植入式医疗装置可用于监测患者的生理信号，诸如心脏起搏器、可植入式血液动力监测器、可植入式心脏监测器(有时称为可植入式循环记录器或ECG监测器)、可植入式血液化学监测器、可植入式压力监测器等。用于监测患者的医疗装置所利用的各种类型的生理传感器包括用于测量电信号和/或阻抗的电极、压电晶体、加速度计、压力传感器、PH值传感器、声学传感器、温度传感器以及氧传感器。
[0003]生理信号可以由医疗装置进行存储、处理和分析，以便生成关于患者的对临床医生诊断病症或规划医学治疗方案有用的生理数据。一些可植入式装置可以被配置成递送与监测生理信号相关联的治疗。可以对生理信号进行处理和分析以便确定何时需要治疗或者需要如何调整治疗而对患者有益。由可植入式医疗装置递送的治疗可以包括电刺激治疗(例如心脏起搏、心脏复律/除颤电击脉冲、或神经刺激)以及药理学治疗或生物流体递送治疗。
[0004]为了提供用于检测病理条件、控制自动治疗递送或生成可由临床医生用来进行诊断和预测的形式的数据所需的生理数据，通常需要将生理传感器所产生的模拟信号数字化。模拟-数字(A/D)转换器被用来根据期望的采样率和位分辨率将模拟信号转换成数字信号。当连续或频繁地监测生理信号时，包括在MD中的A/D转换器可显著贡献于总体装置功率消耗。
[0005]医疗装置技术中正在进行的设计目标是减小装置尺寸，例如，以便能够实现微创植入过程并且提升患者舒适度。然而，装置尺寸的减小对可用于电源、信号处理电路以及支持主要装置功能的其他装置部件的空间造成限制。降低信号处理电路(诸如A/D转换器)所需的功率消耗的系统和方法能够改善可植入式装置的电池寿命和/或有助于减小总体尺寸。
【发明内容】
[0006]总的来说，本公开涉及用于在医疗装置中将模拟信号转换成数字信号的技术。包括可适配逐次逼近寄存器(ASAR)和转换控制模块的自调节A/D转换器使用可适配位数将模拟输入信号转换成数字信号。在一个实施例中，一种用于将模拟信号转换成数字信号的方法包括由A/D转换器接收模拟信号。该A/D转换器具有全刻度范围和跨越该全刻度范围的总位数。该方法进一步包括在转换周期内使用可适配位数将模拟信号转换成数字信号，这样使得在这些转换周期的至少一部分上，A/D转换器使用小于跨越全刻度范围的总位数的所适配位数来转换模拟信号。所适配位数跨越全刻度范围的一部分，该部分小于全刻度范围。
[0007]在另一个实施例中，一种医疗装置包括被配置成接收模拟信号的模拟-数字(A/D)转换器。该A/D转换器具有全刻度范围和跨越该全刻度范围的总位数。该A/D转换器包括被配置成在转换周期内使用可适配位数将模拟信号转换成数字信号的ASAR。在这些转换周期的至少一部分上，使用跨越全刻度范围的一部分、小于总位数的所适配位数来转换模拟信号。
[0008]在另一个实例中，一种医疗装置包括:用于接收模拟信号的接收装置;用于在转换周期内将模拟信号转换成数字信号的转换装置；以及用于调节由该用于在转换周期内转换模拟信号的转换装置使用的可适配位数的控制装置。针对这些转换周期中的至少一个，该可适配位数的跨度小于转换装置的全刻度范围。
[0009]在其他实例中，一种计算机可读存储介质存储可由包括在医疗装置中的模拟-数字(A/D)转换器的控制模块执行的指令集。这些指令致使该控制模块操作来使得A/D转换器能够在转换周期内使用可适配位数将模拟信号转换成数字信号。这些指令进一步致使该控制模块操作来调节可适配位数，这样使得在这些转换周期的至少一部分上，使用所适配位数来转换模拟信号。所适配位数的跨度是A/D转换器的全刻度范围的一部分、小于A/D转换器的总可用位数所跨越的全刻度范围。
[0010]以下附图和说明阐述了本公开的一个或多个方面的细节。从本说明书、附图以及权利要求书中将清楚了解其他特征、目的以及优点。
【附图说明】
[0011]图1是可植入式医疗装置(Bffi)系统的一个实施例的示意图。
[0012I图2是图1所示的IMD的示例配置的功能框图。
[0013]图3是可以包括在图2所示的頂D的感测接口中的A/D转换器的示意图。
[0014]图4是在全范围、全位转换过程中和在部分范围、所适配位数转换过程中的模拟-数字转换周期的说明性绘图。
[0015]图5是根据一个实施例的由自调节A/D转换器执行的方法的流程图。
[0016]图6是根据一个实施例的用于控制使用可适配位数的A/D转换的方法的流程图。
[0017]图7是用于改变被用来调节位数控制参数的因子Z的值的位时间使用的绘图。
[0018]图8是根据另一个实施例的用于控制自调节A/D转换器的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0019]图1是可植入式医疗装置(MD)系统100的一个实施例的示意图。系统100包括由IMD 10内的处理电路接收的生理信号一个或多个传感器，这些生理信号可以包括电信号，机械信号、化学信号或温度信号。頂D信号处理电路包括用于将模拟信号转换成数字信号的A/D转换器。该A/D转换器包括自适应逐次逼近寄存器(ASAR)，其用于减少信号处理电路将所感测的模拟信号转换成数字信号所需的功率，如在此将要描述的。因此，所公开的设备和技术可以在多种多样的医疗装置，包括可植入式装置和外部装置中实现。
[0020]可实现在此公开的信号处理技术的可植入式医疗装置的实例包括心脏起搏器、可植入式复律除颤器(I⑶)、心脏监测器(诸如血液动力监测器或ECG记录器)、被配置用于向末梢神经和/或中枢神经系统的各部分递送电刺激并监测其活动的神经刺激器、脑电图(EEG)监测器、肌电图(EMG)监测器、药栗或其他流体递送装置、氧监测器、流量监测器、压力监测器、阻抗监测器、声学监测器、活动监测器、运动监测器、或被配置用于感测生理信号的任何其他可植入式装置。作为替代方案，在此公开的设备和技术可以在外部装置中实现，该外部装置可以是可佩带的患者用监测器或床边患者用监测器。图1所示的系统100是可植入式医疗装置系统的一个说明性实例，该系统包括MD 10，其被配置成感测生理信号并且利用A/D转换来实现信号分析以及生理事件或条件和/或治疗需要的检测。
[0021]系统100包括联接到携带多个电极的引线118、120和122的頂D10IMD 10被配置用于与编程器170进行双向通信。IMD 10可以是例如可植入式起搏器或可植入式复律除颤器(I⑶)，该可植入式起搏器或可植入式复律除颤器通过联接到引线118、120和122中的一个或多个的电极向心脏112提供电信号以便对心脏112进行起搏、复律和除颤。IMD 10能够在一个或多个心腔中递送起搏，并且在所示的实施例中，被配置用于使用引线118、120和122在右心房(RA)126、右心室(RV)128、以及左心室(LV)132中进行多腔起搏和感测。
[0022]IMD 10使用RV尖头电极140和RV环形电极142来递送RV起搏脉冲并且感测RV心内电描记图(EGM)信号。RV引线118被示出为携带线圈电极162，该线圈电极可用于递送高电压心脏复律或除颤电击脉冲。IMD 1使用由多极的冠状窦引线120携带的电极144感测LV EGM信号并且递送LV起搏脉冲，该冠状窦引线延伸穿过RA 126并且通过冠状窦进入心静脉130。在一些实施例中，冠状窦引线120可以包括沿左心房(LA)136定位的用于感测左心房(LA)EGM信号并且递送LA起搏脉冲的电极。RV引线118进一步被示出为携带传感器190，该传感器可以是压力传感器、加速度计、氧传感器、或生成可被转换成数字信号以供MD 10进行分析的模拟信号的其他类型的生理传感器。
[0023]IMD 10使用RA引线122来感测RA EGM信号并且递送RA起搏脉冲，该RA引线携带尖头电极148和环形电极150 AA引线122被示出为携带线圈电极166，该线圈电极可以沿上腔静脉(SVC)定位以便在递送心脏复律/除颤电击时使用。在其他实施例中，RV引线118携带RV线圈电极162和SVC线圈电极166<JMD 10可以检测心脏112的快速性心律失常，诸如心室128和132的纤维性颤动，并且将高电压心脏复律或除颤治疗以电击脉冲的形式递送到心脏112。典型地，使用起搏/感测电极140、142、144、148和150来实现心腔的起搏和感测，然而，在一些实施例中，线圈电极162和/或166可用于感测和/或起搏电极向量。
[0024]虽然IMD 10在图1中被示出为处于右胸植入位置，但当MD 10具体化为ICD时，更典型的植入位置是左胸植入位置。在其他实施例中，MD 10可以植入在腹部位置。
[0025]IMD 10包括用于执行归属于頂D 10的功能的内部电路。外壳160封闭内部电路。应当认识到，外壳160或其部分可以被配置为用于心脏复律/除颤电击递送的活性电极158，或者被用作用于单极起搏或感测具有由引线118、120和122携带的任何电极的配置的惰性电极。頂D 10包括连接器块134，该连接器块具有用于接收引线118、120和122的近侧引线连接器的连接器孔。由引线118、120和122携带的电极或其他传感器与IMD内部电路的电连接通过包括在连接器块134中的各种连接器和电贯穿件实现。
[0026]虽然图1中示出了多腔ICD，但应当认识到，在此公开的技术可以在许多类型的可植入式医疗装置中实现，包括具有或不具有抗心律失常治疗(诸如心脏复律和除颤电击能力)的单腔、双腔和多腔起搏器，以及在此列出的医疗装置的任何其他实例。
[0027]编程器170包括显示器172、处理器174、用户接口 176、以及包括用于与MD 10通信的无线遥测电路的通信模块178。在一些实例中，编程器170可以是手持式装置或基于微处理器的家用监测器或床边编程装置。用户，诸如内科医生、技术员、护士或其他临床医生可以与编程器170进行交互以便与頂D 10通信。例如，用户可以通过用户接口 176与编程器170进行交互，以便检索当前编程的操作参数、由頂D ?ο收集的生理数据、或来自ηω ?ο的装置相关的诊断信息。用户还可以与编程器170进行交互以便对頂D 10进行编程，例如选择用于MD的操作参数的值。
[0028]编程器170包括用于实现与MD10的无线通信的通信模块178。由系统100使用的通信技术的实例包括低频或射频(RF)遥测，该低频或射频遥测可以是例如通过蓝牙、WiFi或MICS建立的RF链路。在一些实例中，编程器170可以包括编程头，该编程头靠近患者的身体、在MD 10植入部位附近放置，并且在其他实例中，编程器170和頂D 10可以被配置成使用距离遥测算法和电路进行通信，该距离遥测算法和电路不需要使用编程头并且不需要用户干预来维持通信链路。
[0029]在此公开的A/D转换技术可以在编程器170中实现，以便处理从頂D10接收的信号和/或处理由编程器170使用外表面电极直接获取的信号，例如ECG信号。
[0030]所设想的是，编程器170可以通过通信模块178联接到通信网络上，以便将数据传递到远程数据库或计算机，从而允许使用在此描述的技术对患者114进行远程监测和管理。
[0031]图2是IMD10的示例配置的功能框图。在图2所示的实例中，頂D 10包括处理器和控制模块80(在此也被称为“处理器”80)、存储器82、信号发生器84、电感测模块86、以及遥测模块88。另外，MD 10可以包括用于检测运动或位置诸如患者活动或姿势、心脏运动、呼吸运动或其他生理移动的加速度计94 JMD 1任选地包括其他生理传感器90，该其他生理传感器可以包括压力传感器、PH值传感器、温度