无线遥测模块及其操作方法与流程

本发明涉及医疗设备领域，具体涉及无线遥测模块及其操作方法。

背景技术：

医疗设备通常包括用于与其他设备或监视器无线通信的遥测电路。在过去，可植入医疗设备遥测系统要求有一个包括直接保持在植入设备上的天线的编程头。遥测系统中的进展是允许在几米距离上的无线通信，有时被称为“距离遥测”，而不使用编程头。结合在可植入装置中的遥测模块被设计为使用相对低的电流操作以防止过度的电池消耗，而过度的电池消耗将缩短植入装置的寿命。在外部编程器，家庭监视器或与植入设备通信的其他设备中，天线模块需要对期望的信号敏感，但是可能容易受到通信带宽内和通信带宽外的干扰。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提出了无线遥测模块及其操作方法，以保证了可植入医疗装置的使用质量，延长了设备的使用寿命，也保证了人体的健康。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种无线遥测模块，包括可植入医疗装置和遥测模块，所述遥测模块与所述可植入医疗装置通过链路实现连接，其中遥测模块包括：

天线，被配置为接收具有信道频率并具有信道带宽的通信信号；

收发器，被配置为在包括所述信道频率的单信道频率的信道范围上操作；

处理器，其耦合到所述收发器并且被配置为控制所述收发器在接收模式和发送模式下操作；

干扰抑制模块，被配置为从所述处理器接收控制信号，当所述收发器在所述接收模式下操作时，所述干扰抑制模块耦合在所述天线和所述收发器之间，所述干扰抑制模块衰减在所述接收信号中出现的干扰信号，响应于所述处理器控制信号，所述干扰抑制模块在所述信道频率处向所述收发器提供所述通信信号；

耦合在所述天线和所述干扰抑制模块之间的第一开关和耦合在所述干扰抑制模块和所述收发器之间的第二开关。

作为优选的，其中所述收发器被配置为接收单个信道频率的范围，并且其中所述干扰抑制模块包括：

第一滤波器，被配置为衰减在所述接收信号中出现在所述信道范围之外的干扰信号；

第二滤波器，被配置为衰减在所述接收信号中出现在所述信道范围之内的干扰信号。

作为优选的，其中所述第二滤波器包括中频滤波器，并且所述抗干扰模块还包括：

第一混频器；包括中心频率和通带的中频滤波器；

第二混频器；和本机振荡器，其经配置以提供混频信号；

作为优选的，还包括：

第一多极开关和第二多极开关，其中所述第二滤波器包括多个可选择的通道专用滤波器，每个具有对应于至少一个单通道频率的中心频率，并且所述第一多极开关和所述第二多极开关接收来自所述处理器的控制信号，用于选择对应于信道频率的信道特定滤波器。

一种无线遥测模块的操作方法，包括：

接收包括以信道频率发送并具有单信道带宽的通信信号的无线信号；

控制收发器在包括所述信道频率的单信道频率的信道范围上以接收模式和发射模式操作；

在所述收发器在所述接收模式下操作时，在接收所述无线信号的天线与所述收发器之间耦合干扰抑制模块；

控制所述干扰抑制模块以响应于所述处理器控制信号衰减出现在所述接收信号中并落在所述信道范围内和所述信道范围外的信道带宽之外的干扰信号；

向所述收发器提供所述信道频率的通信信号；

向耦合在所述天线和所述干扰抑制模块之间的第一开关以及耦合在所述干扰抑制模块和所述收发器之间的第二开关提供控制信号，以使所述第一和第二开关在在收发器接收模式期间将所述干扰抑制模块耦合在所述天线和所述收发器之间的第一状态以及在所述收发器发送模式期间绕过所述干扰抑制模块的第二状态之间的切换。

作为优选的，其中所述收发器被配置为接收单个信道频率的范围，并且其中衰减所述干扰信号包括：

使用具有对应于所述信道范围的通带的第一滤波器对所述接收信号进行滤波和使用具有比所述信道范围窄的通带的第二滤波器对所述接收信号进行滤波。

作为优选的，其中所述第二滤波器包括具有通带和中心频率的中频滤波器，并且所述方法还包括：

产生对应于所述信道频率和所述中频滤波器通带内的频率的和和差其中之一的本机振荡器信号，混合所接收的信号和本机振荡器信号，以便将通信信号转换为落入混合信号输出中的中频滤波器通带内，使用所述中频滤波器对所述混合信号输出进行滤波和混合经滤波的混合信号输出和本机振荡器信号，以将经滤波的混合信号转换回信道频率。

本发明具有如下优点：

本发明通过无线遥测模块和相关联的方法抑制接收信号中所受到的干扰，保证了可植入医疗装置的使用质量，延长了设备的使用寿命，也保证了人体的健康。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明实施例公开的无线遥测模块的结构示意图；

图2为本发明实施例公开的无线遥测模块中遥测的功能连接示意图；

图3为本发明实施例公开的无线遥测模块的流程框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本发明提供了无线遥测模块及其操作方法，其工作原理是通过无线遥测模块和相关联的方法抑制接收信号中所受到的干扰，保证了可植入医疗装置的使用质量，延长了设备的使用寿命，也保证了人体的健康。

下面结合实施例和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1-图3所示，一种无线遥测模块，包括可植入医疗装置和遥测模块，所述遥测模块与所述可植入医疗装置通过链路实现连接，其中遥测模块包括：

天线，被配置为接收具有信道频率并具有信道带宽的通信信号；

收发器，被配置为在包括所述信道频率的单信道频率的信道范围上操作；

处理器，其耦合到所述收发器并且被配置为控制所述收发器在接收模式和发送模式下操作；

干扰抑制模块，被配置为从所述处理器接收控制信号，当所述收发器在所述接收模式下操作时，所述干扰抑制模块耦合在所述天线和所述收发器之间，所述干扰抑制模块衰减在所述接收信号中出现的干扰信号，响应于所述处理器控制信号，所述干扰抑制模块在所述信道频率处向所述收发器提供所述通信信号；

耦合在所述天线和所述干扰抑制模块之间的第一开关和耦合在所述干扰抑制模块和所述收发器之间的第二开关。

值得注意的是，其中所述收发器被配置为接收单个信道频率的范围，并且其中所述干扰抑制模块包括：

第一滤波器，被配置为衰减在所述接收信号中出现在所述信道范围之外的干扰信号；

第二滤波器，被配置为衰减在所述接收信号中出现在所述信道范围之内的干扰信号。

值得注意的是，其中所述第二滤波器包括中频滤波器，并且所述抗干扰模块还包括：

第一混频器；包括中心频率和通带的中频滤波器；

第二混频器；和本机振荡器，其经配置以提供混频信号；

值得注意的是，还包括：

第一多极开关和第二多极开关，其中所述第二滤波器包括多个可选择的通道专用滤波器，每个具有对应于至少一个单通道频率的中心频率，并且所述第一多极开关和所述第二多极开关接收来自所述处理器的控制信号，用于选择对应于信道频率的信道特定滤波器。

一种无线遥测模块的操作方法，包括：

接收包括以信道频率发送并具有单信道带宽的通信信号的无线信号；

控制收发器在包括所述信道频率的单信道频率的信道范围上以接收模式和发射模式操作；

在所述收发器在所述接收模式下操作时，在接收所述无线信号的天线与所述收发器之间耦合干扰抑制模块；

控制所述干扰抑制模块以响应于所述处理器控制信号衰减出现在所述接收信号中并落在所述信道范围内和所述信道范围外的信道带宽之外的干扰信号；

向所述收发器提供所述信道频率的通信信号；

向耦合在所述天线和所述干扰抑制模块之间的第一开关以及耦合在所述干扰抑制模块和所述收发器之间的第二开关提供控制信号，以使所述第一和第二开关在在收发器接收模式期间将所述干扰抑制模块耦合在所述天线和所述收发器之间的第一状态以及在所述收发器发送模式期间绕过所述干扰抑制模块的第二状态之间的切换。

值得注意的是，其中所述收发器被配置为接收单个信道频率的范围，并且其中衰减所述干扰信号包括：

使用具有对应于所述信道范围的通带的第一滤波器对所述接收信号进行滤波和使用具有比所述信道范围窄的通带的第二滤波器对所述接收信号进行滤波。

值得注意的是，其中所述第二滤波器包括具有通带和中心频率的中频滤波器，并且所述方法还包括：

产生对应于所述信道频率和所述中频滤波器通带内的频率的和和差其中之一的本机振荡器信号，混合所接收的信号和本机振荡器信号，以便将通信信号转换为落入混合信号输出中的中频滤波器通带内，使用所述中频滤波器对所述混合信号输出进行滤波和混合经滤波的混合信号输出和本机振荡器信号，以将经滤波的混合信号转换回信道频率。

本发明的具体使用步骤如下：再如图1-图3所示，可植入医疗装置(IMD)10被示出为植入患者体内8。MD 10可对应于许多类型的可植入装置，包括起搏器，心律转复除颤器，心电图记录器，血液动力监测器，药物泵，神经刺激器或任何其它可实施以监测生理状况和/或递送治疗的可植入装置。IMD 10通常包括密封外壳12，其封装有用于控制设备功能的电源和电子电路(为了简单起见未示出)。IMD 10包括能够经由链路16与外部设备18进行双向通信的无线遥测模块14。

外部设备18可以用于对IMD 10中的操作模式和相关联的操作参数进行编程的编程器。编程数据通过链路16从外部设备18传输到IMD 10。外部设备18可以附加地或替代地用于询问IMD 10以检索由IMD 10获取的数据。检索的数据可以包括由IMD记录的或实时收集的生理数据以及与IMD10性能或功能状态相关的数据，例如在由IMD执行的自诊断功能期间获得的设备相关数据。因此，外部设备18可以作为例如家庭监视器或临床程序设计器使用。外部设备还可以包括患者监测功能，例如心电图记录，血压监测等。在各种实施例中，外部设备18能够编程IMD 10，存储或处理从IMD 10检索的数据，向/从集中式患者管理数据库或其他联网位置发送或接收数据，以及发送或接收警报或其他通知。外部设备18的总体功能可以在实施例之间变化，但是至少包括经由用于向/从IMD 10传送数据的链路16与IMD 10的无线遥测通信。

这样，外部设备18设置有遥测模块20，遥测模块20包括用于接收和发送信号到IMD 10的天线25，收发器模块24(本文中也简称为“收发器”)和处理器22或其他用于控制遥测模块20功能的控制电路。遥测模块20还包括在接收操作期间将天线25耦合到收发器模块24的干扰抑制模块(IRM)30。IRM 30经由处理器22经由控制信号32控制的开关26和28耦合到收发器模块24。在发送操作期间，处理器22提供控制信号32，其使得开关26和28切换到发送路径状态。IRM 30在发送操作期间被旁路。收发器24经由开关28，发射通道34，开关26和天线25传输通信信号。通信信号由IMD 10经由无线通信链路16接收。

在接收操作期间，处理器22被配置为使用控制信号32将开关26和28切换到接收路径状态(如图1所示)。IRM 30经由开关26耦合到天线25并且经由开关28耦合到收发器24。以这种方式，收发器24接收由IMD10经由链路16和包括IRM 30的接收路径36发送的无线通信信号。由IMD 10发射的信号由收发器24经由天线25，开关26，IRM 30和开关28接收。通信信号在被收发器24接收之前经历IRM 30的干扰抑制。如将在本文中详细描述的，IRM 30降低了收发器24对干扰的敏感性，从而扩展了遥测模块20的动态范围。

其中，遥测模块200包括天线202，IRM 201，前IRM开关204，后IRM开关206，处理器210和收发器208。天线202用于接收由另一医疗设备190发送的非空中射频(RF)信号并且用于从收发器208发送通信信号。处理器210控制收发器208以传输模式或接收模式操作。在传输模式期间，处理器210向前IRM和后IRM开关204和206提供控制信号260，以选择通过绕过IRM 201的开关204和206从收发器RF天线端口250到天线202的传输路径。在接收模式期间，处理器210向前IRM和后IRM开关204和206提供控制信号260，以选择从天线202通过IRM模块201到收发器208的接收路径。

多种控制方法可以用于控制收发器208在发送模式和接收模式之间交替的定时。在一个实施例中，处理器210控制收发器208在交替的时间块中以发送和接收模式操作，其可以进一步划分为帧，用于发送或接收数据。处理器210通过提供控制信号260来选择传输或接收路径，以使前IRM开关204和后IRM开关206在状态之间切换，从而选择绕过IRM 201或包括IRM 201的接收路径的传输路径。

在接收模式期间，天线202接收包括由另一设备190发射的期望通信信号195的信号203，并且可以包括各种干扰信号。在天线202处接收的信号203可以被称为“复合信号”，因为天线202将接收期望的通信信号195以及可能存在于频谱的频谱上的干扰信号。期望的通信信号195是以具有相对窄的信道带宽的所选择的信道频率从另一医疗设备190发送的无线遥测信号。接收信号203还可以包括带内干扰，即具有落入通信信道频率范围内的噪声信号，收发器208被配置为在该范围内操作，和带外干扰，即具有在通信信道频率范围之外的频率的噪声信号。例如，如果遥测模块200被配置为在401至406MHz的范围上操作，包括通常在医疗设备中使用的MEDS和MICS信道的范围，带内干扰是落在401至406MHz范围内的那些干扰，带外干扰是落在401至406MHz范围之外的干扰。因此，虽然本文中以“奇数”来表示“信号”203，但是认识到“信号”203通常将包括信号频率的频谱，包括期望的通信信号频率和任何带内和带外干扰的频率。

这些带内和带外干扰(在本文中也被一般地称为“干扰信号”)可能损害收发器208的灵敏度，特别是在诸如跨越房间(例如跨越约3米或更远)执行距离遥测时。在较短距离处，例如小于一米，低动态范围接收机可容许不期望的干扰信号。然而，在更大的距离处，通常需要更高功率的发射信号来对干扰源进行扩展。为了避免需要较高功率传输信号同时仍然允许与低动态范围接收器成功通信，IRM 201在遥测模块200中实现以衰减干扰信号，同时对接收到的通信信号195具有不显著的净影响。因此，如本文所述的IRM 201适用于低动态范围遥测模块也适于相对较高的动态范围遥测模块，而不改变收发器本身。

IRM 201包括预选器滤波器220，低噪声放大器222，可选的衰减器224，图像滤波器226，预混频器228，中频(IF)滤波器230，后混频器232，增益控制240，本机振荡器234，回路滤波器236和合成器238。预选器滤波器220被提供为带通滤波器，被选择以通过对应于要由收发器250接收的操作信道频率的范围的频率范围。预选器滤波器220将衰减带外干扰，但不显著改变带内干扰。在一个实施例中，预选择滤波器220传递与MEDS和MICS RF信道范围相关联的在401至406MHz范围内的频率。

低噪声放大器222通过放大预选器滤波器220的输出减少通信信号195的插入损耗。图像滤波器226在混合之前抑制不期望的干扰信号。图像滤波器226去除在超外差方案中将接收信号203混合到中频之后可产生与期望通信信号195相同的中间频率的干扰信号。因此，预选器滤波器220和图像滤波器226通常去除存在于接收信号203中的带外干扰，同时传递通信信号195和存在于接收信号203中的任何带内干扰。

预混频器228混合图像滤波器226的输出以将通信信号195转换成对应于IF滤波器230的中心频率的中间频率。在一个实施例中，预混频器228被实现为将通信信号195向上变频到更高的中频。或者，预混频器228被实现为将通信信号195向下变频到较低的中频。因此，IF滤波器230的中心频率可以高于或低于通信信号195的信道频率。本地振荡器234被调谐以提供信号频率，该信号频率是通信信号信道频率和IF滤波器中心频率的和或差。

预混器228将图像滤波器226的输出与本机振荡器信号混频以产生将包括原始通信信号信道频率，振荡器信号频率和转换到IF滤波器中心的通信信号信道频率的信号频率，以及与干扰源相关的其他不期望的信号频率。

例如，如果通信信号195以403MHz的信道频率发送，并且IF滤波器230具有80MHz的中心频率，则本机振荡器234可以被调谐以向预混频器228提供483MHz信号或323MHz信号。在向下变频操作中，预混频器228将使用483MHz本机振荡器信号以产生具有在80MHz的IF滤波器中心频率处的分量的混频信号，其等于本机振荡器频率483MHz与通信信号信道频率为403MHz的差值。

在替代实施例中，本地振荡器234被调谐以向预混频器228提供信号，该信号导致与IF滤波器230的中心频率的混频信号偏移。该偏移混合信号用于增加期望通信信号的一侧上的干扰抑制。期望的通信信号向IF滤波器通带的边缘偏移，并且在与期望的通信信号相邻的频率处出现的干扰信号偏离IF滤波器中心频率更大的偏移，进一步到IF滤波器的抑制部分。由本机振荡器234提供的偏移混频信号是所期望的，例如当干扰信号在所需通信信号频率的一侧以较高概率出现时，即在较高频率或在比所需通信信号低的频率时。

本机振荡器234被调谐以通过从回路滤波器236和合成器238接收的控制信号提供期望的混频频率。合成器238从处理器210接收控制信号242和参考时钟信号244，以用于调整本机振荡器234。当收发器208在接收模式下操作时，控制信号242传送所选择的通信信道的频率。合成器238将本机振荡器频率锁定在用于将通信信号195向上变频或向下变频到IF滤波器中心频率的适当频率。应认识到，用于将通信信号195转换到IF滤波器中心频率的确切本机振荡器频率通常对应于由处理器210提供的参考时钟信号244的倍数。

预混频器228的混频信号输出被IF滤波器230滤波。IF滤波器230具有至少与通信信号信道带宽一样宽的通带。IF滤波器230可以表示单个滤波器或被选择以提供期望的频率响应，特别是期望的中心频率，通带宽度和通带外的信号衰减的滤波器的串联组合。IF滤波器230因此去除该单个信道带宽之外的干扰信号，包括在由混频器228混频之前落入收发器通信信道范围内的带内干扰信号。

在超外差接收器中，IF滤波器230的IF信号输出通常被放大并提供给在IF频率上操作的解调器。相反，IRM 201包括后混频器232，其将IF滤波器输出转换回通信信号195的原始信道频率。后混频器232还接收来自本机振荡器234的输入，用于根本上撤销由预混频器228执行的混频操作。如果预混频器228对接收信号203进行向上变频，则后混频器232对IF滤波器输出进行向下变频，反之亦然。以这种方式，后混频器232的输出包括转换回其原始信道频率的通信信号195，但是存在于接收信号203中的带内和带外干扰将被IF滤波器230去除或衰减。

在上面给出的示例中，接收信号203包括以403MHz的信道频率发送的通信信号195。预混器228使用483MHz的本机振荡器频率信号将403MHz信号向下变频到80MHz的IF滤波器中心频率。后混频器232然后使用483MHz的本机振荡器频率将具有80MHz的IF滤波器230的输出上变频到403MHz的期望信道频率。

后混频器232的输出被提供给增益控制240.增益控制240可以被实现为从处理器210接收自动电平控制信号262的可变增益放大器。增益控制240操作以在收发器208的通信信道范围上维持IRM输出信号270的均匀幅度。增益控制240在变化的频率和操作温度上提供一致的增益，并且补偿振幅变化性，其可以是包括在IRM 201中的级联部件的净增益或净损失。IRM输出信号270由此被提供给收发器208，并且包括具有固定增益(例如单位增益或其他选定的净增益或损耗)的通信信号195，并且保持其原始信道频率。应当认识到，增益控制240可以在IRM 201中的其他位置处而不是在后混合器232之后实现。然而，期望通过在IRM 201组件的级联结束时，实现增益控制240来最佳地实现通道范围上的通信信号195的均匀增益。

收发器208接收IRM输出信号270，而不需要任何幅度或频率偏移信号或任何其它调整或修改。换句话说，由IRM 201执行的干扰抑制处理对于收发器208是透明的。IRM输出信号270被提供给收发器208，其中通信信号195的原始信号幅度和频率基本上被保留，就如通信信号195已经从天线202直接传递到收发器208，但具有去除或衰减带内和带外干扰信号的主要区别。因此，遥测模块200更容忍干扰，允许收发器208用作高动态范围接收器，而不改变或调整收发器208本身。IRM 201可以被认为是模块化部件，因为它可以被添加到遥测模块200中的现有收发器208的前面，而不需要改变或修改收发器208的设计。

来自处理器210的控制信号242允许本机振荡器234锁定到对应于跨越操作通信信道范围的不同信道的不同频率。以这种方式，可以调整IRM201以在通信信道的范围上从接收信号203中移除干扰。通过在处理器210的控制下调节本机振荡器234，遥测模块200可以扫描在操作信道的范围上的单信道频率。可变控制信号242允许IRM 201传递对应于跨越操作通信信道范围的单信道频率的范围的通信信号。当收发器208改变信道时，例如响应于通信错误，IRM 201可以立即被调整以传递与新选择的信道相对应的通信信号。在存在同信道干扰信号时可能发生通信错误。通过移动到不同的信道，落在先前选择的信道带宽中的那些带内干扰信号被IRM 201衰减。

收发器208接收IRM输出信号270，并将接收到的信号提供给处理器210。处理器210将接收到的数据传送到主机接口280，以供并入有遥测模块200的主机医疗设备使用。接收的数据可以包括由主机设备在控制主机设备功能或用于传输到另一主机设备时使用的编程数据。所接收的数据可以包括指令主机设备从存储器检索数据或者实时地由遥测模块200发送到请求医疗设备190或计算机网络的询问命令。

流程图300旨在说明遥测模块的功能操作，并且不应被解释为反映实现说明性方法所必需的软件或硬件的特定形式。相信硬件的特定形式将主要由设备中采用的特定系统架构以及设备采用的特定遥测方法来确定。在给出本文的公开内容的情况下，在本领域技术人员的能力范围内提供模拟和/或数字硬件，软件和/或固件以在任何现代医疗装置中实现上下文中所描述的功能。结合本文给出的流程图描述的方法可以至少部分地在计算机可读介质中实现包括用于使可编程处理器执行所描述的方法的指令。“计算机可读介质”包括但不限于任何易失性或非易失性介质，诸如RAM，ROM，CD-ROM，NVRAM，EEPROM，闪存等。指令可以被实现为一个或多个软件模块，其可以由它们自身或与其他软件组合执行。

在框302，通过遥测模块的天线接收无线遥测信号。在本文中也称为“通信信号”的无线遥测信号在框304经历预选择滤波，在框306经历图像滤波。如上面结合图2所描述的，预选择滤波和图像滤波去除或衰减带外干扰信号。

在框308，经滤波的信号被平移或“混合”到中频。信号转换可以包括分别将通信信号频率上变频或下变频到更高或更低的IF。在框310，使用具有至少与期望的通信信道带宽一样宽度但比包括多个信道的操作频率范围窄的带宽的IF滤波器来对转换的信号进行滤波。然后，在框312，滤波的IF信号被平移或“混频”回原始通信信道频率。

可以在框316处(例如，使用可变增益放大器和/或低噪声放大器)执行增益调整，以提供相对于接收到的通信信号具有固定增益(例如单位增益或其它选定的净增益或损耗)的输出信号。增益调节将输出信号的幅度保持在期望的通信信道幅度。以这种方式，在框320处提供给接收机的输出信号的特征在于频率和幅度近似等于预期的通信信号频率和幅度，但是带内和带外干扰都被去除或衰减。

通过以上的方式，本发明所提供的无线遥测模块及其操作方法，通过无线遥测模块和相关联的方法抑制接收信号中所受到的干扰，保证了可植入医疗装置的使用质量，延长了设备的使用寿命，也保证了人体的健康。

以上所述的仅是本发明所公开的无线遥测模块及其操作方法的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。