专利名称：采用无线能量传输的医疗植入装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于患者的医疗植入装置。
目前，由于尖端技术装置的逐渐发展，极大地推动了植入人或动物体内的医疗装置的研制。为了进行所需的工作，植入的医疗装置需要大量的能量。一般来说，使用诸如电池之类的植入电源为现有技术中的植入装置供电。
美国专利US4408607A公开了一种向医疗装置提供电能的供电电源，包括一用作电源的电容器。利用外接于患者体内和植入的次级绕组的初级绕组从患者体外对该电容器充电。把无线频率能量从初级绕组传输到次级绕组。
美国专利US5713939A公开了一种医疗装置，包括一利用位于外部绕组和植入绕组之间的电磁感应进行充电的再充电电池。
在现代医学中，植入的医疗装置用于控制身体功能，因而有必要或需要控制、调整或改变植入的医疗装置，以便改变物理或其它功能。在许多应用中，医疗装置也能够向外部接收器发送信息。另外，还有可能向植入的医疗装置返回各种动作命令。
例如，可采用用于给药处置的植入泵替代许多患者不喜欢的注射器。除此之外，注射器通常意味着有被感染的风险。还有，必须对要进行医疗训练的人进行注射。输给患者的药物量例如可与医疗植入装置进行的任何类型的血液测试结果有关。在对这种血液测试的数据信息进行分析之后，可根据所要采取的治疗类型和采取治疗的时间向一泵发送命令。可利用植入在人体内的装置分析该数据信息。在植入时，有许多现有技术中的医疗装置可以使用，或者使用用于控制其任何功能的电能对该医疗装置进行改进。
本发明的目的就是提供一种医疗植入装置，可采取无创伤方法把外部能量有效地传输到植入在患者体内的能量操作医疗装置。
因此本发明提供一种用于患者的医疗植入装置，包括一能量传输装置，用于从患者体外无线传输第一种能量；一可操作地响应第二种形式能量的可植入的医疗装置；以及一可植入的能量转换装置，用于把由能量传输装置无线传输的第一种形式的能量转换成第二种形式的能量，第二种形式的能量可用于操作医疗装置。
因此，本发明可具备这样的优点，即所述的医疗植入装置可提供简单而有效的能量传输，有可能在患者剩余的自然寿命中、至少在许多年内，确保延长该装置的功能，并使其功能可靠。
最好是，能量转换装置包括至少一个元件，该元件具有一正区域和一负区域，并在暴露于由该能量传输装置传输的第一种形式的能量下时适于在正负区域之间建立一种能量场，使该能量场产生第二种形式的能量。
可供选择地，可由至少一种半导体电路、晶体管电路或微型芯片代替具有一正区域和一负区域的元件。在暴露在由该能量传输装置无线传输的第一种形式的能量下时，这种半导体电路、晶体管电路或微型芯片可适于建立一种能量场，从而使该能量场产生第二种形式的能量。
其优点是，在能量传输装置传输第一种形式的能量时，利用最好呈非磁和/或非机械形式的第二种形式的能量直接操作医疗装置。可利用第二种形式的能量直接操作医疗装置，而不必从外部接触植入在皮下装置的部件。传输时，直接使用能量的优点是，装置的结构非常简单，所涉及的少数部件使装置非常可靠。
医疗装置可以是非膨胀性的，即调节医疗装置不涉及到液压的或气压的流体。这样就消除了流体从医疗装置泄漏的问题。
根据本发明一最佳实施例，该元件包括一电结元件，而且在暴露于能量传输装置传输的第一种形式的能量之下时，电结元件能够感应正负区域之间的电场，因此第二种形式的能量包括电能。
因此，这种医疗装置适合电操作，从而使电结元件的正负区域可提供用于医疗装置的操作的电能。合适的装置包括与电结元件的正负区域连接的可植入的电导体，从而使电结元件能够通过导体提供电流，例如直流电、脉动直流电、直流电和脉动直流电的组合、交流电、或交流电和直流电的组合。进一步地，电结元件能够提供频率信号、幅度信号或调频和调幅的模拟信号、数字信号、或者模拟信号和数字信号的组合，其用于医疗装置的控制。
该元件最好是一种电半导体连接元件，很适合形成平整的薄片，其体积低于2000立方厘米，以适合皮下植入，因此可把电结元件刚好植入在患者皮肤之下。电结元件设计成当暴露于能量传输装置传输的第一种方式的能量之下时，可产生大于1微安的输出电流。当然，包括与患者身体接触的电结元件在内的所有能量转换装置的部件都是可生物共存的材料。可供选择地，也有可能把这种能量转换装置植入患者的胸部和头部，或者植入在患者身体腔孔中和粘膜之下，或者腔孔粘膜外部的管腔内。
对体外器具，通常使用特殊类型的导电半导体连接元件，即所谓的p-n(正/负)结元件，一般结构是太阳能电池。太阳能电池把可见光形式的太阳能转换成直流电形式的电能。例如，一p-n结元件可包括两层半导体，一层是p型(正)，另一层是n型(负)，夹在一起形成“p-n结”。当吸收光线(光子)中的量子时，这种p-n结在元件两端感应出电场。
为了更加精确，光线中的量子把它们的能量转换成某些半导体电子，这些电子随后穿过材料自由移动。对于每一这种负向带电的电子，形成了相对应的正电荷——空穴。在普通半导体中，在很短的时间之后，这些电子和空穴会重新组合并且在其能量作为热量消耗。但是，如果利用电场的作用，这些电子和空穴在相反方向扫过p-n结，电荷的分离会在p-n结元件两端感应一电压。通过把p-n结元件连接到外部电路就可使这些电子移动，从而形成电流。
出乎意料的是，已验证出，尽管皮肤和皮下组织从导引到皮肤部分上的外部光束吸收能量，在所述皮肤下植有适当设计的p-n结元件，穿过皮肤传输的光能仍能从p-n结元件感应到电流，该电流足够强(最小为1微安)，能够使电操作的医疗装置工作。因此，目前是第一次使用主要结元件单独用作应用在体内的能源。根据本发明所述的装置适于在体内使用，其灵敏度、输出电平和温度特性也适合在体外应用。
但是本发明所述的装置并不局限于使用可见光进行无线传输能量。因此，根据本发明更广泛的一个方面，能量传输装置利用至少一个最好包含辐射能量的无线信号传输能量。
无线信号可包括一波动信号，例如诸如红外光信号、可见光信号、紫外光信号、激光信号、微波信号、无线波信号、X射线信号以及λ射线信号等电磁波信号。使用时，可能一种或多种上述信号可被组分。可供选择地，波动信号可包括声波信号，例如超声波信号。一般来说，无线信号可包括数字信号、模拟信号或者数字和模拟信号。
由能量传输装置传输的第一种形式的能量可包括以诸如数字脉冲之类的脉冲形式传输的电场或磁场。进一步地，能量转换装置可把包括极化能量的第一种形式的能量转换成直流电、脉动直流电、直流电和脉动直流电的结合、交流电、或者直流电和交流电的结合。可供选择地，第一种形式的能量可包括动能。
第二种形式的能量可包括频率、幅度或频率和幅度调制的模拟信号数字信号、或者组合的模拟数字信号。
该装置进一步包括一可植入的脉冲发生器，用于根据由能量场产生的第二种形式的能量产生电脉冲，该能量场是由具有正负区域的元件生成的。
根据本发明的另一方面，该装置包括一用于操作医疗装置的可植入的操作装置和一用于控制医疗装置的控制装置，其中，该元件利用第二种形式的能量向操作装置供电。该操作装置最好包括一马达，例如一种电动线性马达或者一种由控制装置控制其转动所需转数的电动转动马达。电动马达可设有由塑料制成的电动感应部件。可供选择地，该马达可包括一种液压或气压流体马达，其中，控制装置控制流体穿过流体马达流动。目前市场上可购买到的马达越来越小。进一步地，可采用许多种控制方法和微型化的控制设备。例如，可采用尺寸仅几毫米的霍尔(Hall)元件分析转动马达的转数。
根据本发明的另一实施例，该医疗装置包括液压装置，而操作装置包括一用于在液压装置中泵送流体的泵、一用于驱动泵的马达、一设于泵和医疗装置的液压装置之间的无阀流体导管以及一用于储存流体的储室，其中储室构成部分导管。所涉及的所有液压部件最好不含有任何非返回阀。这样有很多优点，因为利用所涉及的阀通常会由于阀的不合适工作而产生失灵的危险，特别是当阀操作之间的间隔时间很长时。储室可构成一容积可变的流体腔室，泵可通过降低腔室容积把流体从腔室分布到液压装置中，并通过扩张腔室的体积把流体从液压装置抽到腔室中。
控制装置可通过转换第二种形式能量的极性而逆转操作装置。如果操作装置包括一电动马达，合适的第二种形式的能量则包括电能。
根据本发明的另一实施例，可操作医疗装置执行逆转功能，并设有一可植入的逆转装置，用于逆转由医疗装置执行的功能。最好以无级的方式执行这种逆转功能。在此连接中，控制装置适当地控制包括一开关的逆转装置，逆转由医疗装置执行的功能。逆转装置可包括液压装置，该液压装置包括一用于切换液压装置中流体的流动方向的阀门。可供选择地，逆转装置可包括一机械逆转装置，比如一开关或一齿轮箱。
如果逆转装置包括一开关，控制装置则通过转换施加在开关上的能量的极性，适当地控制开关的操作情况。开关可包括一电动开关，而源可提供用于开关操作的电能。
根据本发明一个有利的实施例，该装置进一步包括一可植入的能量存储装置，用于存储第二种形式的能量，并用于提供与医疗装置的操作有关的能量。该能量存储装置最好包括一电源式能源，例如一蓄能器、一可充电电池或蓄能器与可充电电池的组合。
该装置进一步包括一用于切换医疗装置的操作情况的可植入开关和一可植入的能源。该实施例特别适用于应用在装置的能量传输效率不足的情况下，即植入的医疗装置会执行更优先的操作。这种能源最好是一电池。可供选择地，能源可以是也可存储第二种方式的能量的蓄能器。
根据本发明的第一种变化，由能量存储装置提供的第二种方式的能量操作开关，将其从能源未投入使用的off模式切换到on模式，在on模式下，能源提供用于医疗装置操作的能量。在此情况下，可植入的能源可包括一最好具有10年寿命的电池，或者为一蓄能器。但是，也可以使用其它类型的能源，比如核能源或者化学能源。
根据本发明的第二种变化，该装置进一步包括一遥控器，用于控制可植入能源提供能量，其中，由能量存储装置提供的第二种方式的能量操作开关，将其从禁止遥控器控制能源以及能源未投入使用的off模式切换到备用模式，在备用模式下，可允许遥控器控制能源提供用于医疗装置操作的能量。
根据本发明的第三种变化，能量存储装置被省略，其中，由能量传输装置提供的第二种方式的能量操作开关，将其从禁止遥控器控制能源以及能源未投入使用的off模式切换到备用模式，在备用模式下，可允许遥控器控制能源提供用于医疗装置工作的能量。
根据本发明的第四种变化，也可省略遥控器，其中，由能量传输装置提供的第二种方式的能量操作开关，将其从能源未投入使用的off模式切换到on模式，在on模式下，能源提供用于医疗装置工作的能量。应用时，在所述的实施例中，在能量传输装置传输无线能量的情况下，最好在一可植入电容器稳定所传输的第二种方式的能量的同时，切换开关，这样可暂时(几秒钟)存储第二方式的能量。
上述开关可包括一电动开关，或者在应用时包括一机械开关。
使用所有上述开关的优点在于可提高安全性，即患者周围的干扰信号不能影响植入的医疗装置。进一步地，由于装置的能量消耗会降低到最低，因此可显著地延长能源的寿命。在上述备用模式期间，遥控器利用来自于能源的能量。只是在需要能量用于医疗装置的工作时，才利用能量传输装置传输能量，触发开关连接到能源。
上述所有实施例都可与至少一个用于感应患者的至少一个物理参数的可植入传感器结合在一起，其控制装置可根据传感器的信号控制医疗装置。例如，传感器可包括一压力传感器，用于直接或间接地感应作用于医疗装置或人体组织的压力。压力传感器可以是任何合适的公知或现有的压力传感器，例如美国专利US5540731、US4846181、US4738267、US4571749、US4407296或US3939823中所述的传感器，或者NPC-102医疗血管成形术传感器。该控制装置可包括一要植入到患者体内的内部控制装置，用于根据发自传感器的信号最好直接地控制医疗装置。根据发自传感器的信号——例如压力、患者的位置或者任何其它重要的物理参数，内部控制装置把其上信息发送到患者体外。控制装置还可根据发自传感器的信号自动控制该医疗装置。例如，控制装置根据传感器感应到的患者正躺着，或者感应到医疗装置处于不正常高压来控制医疗装置。
可供选择地，控制装置可包括一位于患者体外的外部控制装置，用于根据传感器的信号，适当地直接控制医疗装置。外部控制装置可存储由传感器感应的物理参数的信息，并根据所存储的信息进行人工操作，控制医疗装置。另外，可至少有一个用于发送由传感器感应的物理参数的信息的可植入发送器。
可把外部数据通讯装置设置在患者体外，并把内部数据通讯装置植入到患者体内，以便与外部通讯装置进行通讯。植入的通讯装置把与患者有关的数据、或者把与植入的医疗装置有关的数据送回外部通讯装置。另一方面，或者采用结合方式，外部通讯装置可向内部通讯装置输送数据。植入的通讯装置适于输送与患者的至少一个物理信号有关的数据。这样设置外部和内部通讯装置具有有益之处，其中，可实现长期地控制与植入的医疗装置有关的活动。
该装置可进一步包括一用于控制医疗装置的可植入、可编程的控制装置，最好根据活动时间表程序进行长时间的控制。这样可预先控制装置，并有可能把装置应用到个别的患者。
最好可遥控所有上述实施例。这样，该装置最好包括一传输至少一个用于控制医疗装置的无线控制信号的无线遥控器。采用这种遥控器，有可能把装置的功能应用到患者日常的基本需求中，这样对于患者的治疗来说是很有益的。
无线遥控器能够获得植入的医疗装置的状态信息，并根据该信息控制医疗装置。还有，遥控器能够把与医疗装置有关的信息从患者体内发送到患者体外。
在本发明的一特定的实施例中，无线遥控器包括至少一个外部信号发送器或收发器，以及至少一个可植入的内部信号接收器或收发器。在本发明的另一特别的实施例中，无线遥控器包括至少一个外部信号接收器或收发器，以及至少一个可植入的内部信号发送器或收发器。
无线遥控器可传输用于承载控制信号的载波信号，其中，载波信号是调频信号、调幅信号或者调频调幅信号，而且是数字信号、模拟信号或者数字模拟信号。与载波信号一起使用的控制信号可以是调频信号、调幅信号或者调频调幅信号。
控制信号可包括一波动信号，例如声波信号、超声波信号、电磁波信号、红外光信号、可见光信号、紫外光信号、激光信号、微波信号、无线波信号、X射线信号或者γ射线信号。在应用时，可把两种或更多种上述信号结合起来。
控制信号可以是数字信号或模拟信号，可包括电场或磁场。无线遥控器适当地传输用于承载数字或模拟控制信号的载波信号。例如，利用模拟载波信号承载的数字控制信号在通讯时安全。无线遥控器可以脉冲形式发射控制信号。
该能量转换装置可放置于胸腔、腹腔或头部区域，或者植入皮下。
可把该装置的能量转换装置置入到例如患者体内皮下的腹腔、胸腔或者头部位置，或者其他位置。
根据本发明一个具体的方面，能量转换装置在结构上可以与能量传输装置不同，和/或把第一种形式的能量转换成非机械形式的第二种形式的能量。
通过在患者体内至少设置两个腹腔镜套管，可把如上所述的医疗装置就象腹腔镜那样植入在患者体内，并利用至少两个腹腔镜套管把能量转换装置植入患者体内。
另一方面，可采用下述方法植入该装置，即a)穿过患者的腹腔或胸腔就象腹腔镜那样放置该装置的医疗装置；b)把至少两个腹腔镜套针放置在患者体内；c)使用至少一个穿过腹腔镜套针插入的解剖仪器，剖开要放置医疗装置的部位；d)穿过套针引入医疗装置；e)放置好医疗装置，使之与患者的一器官接触；以及f)植入该装置的能量转换装置。
在步骤a)至e)中所述的方法可进一步包括采用非创伤方法术后调整该医疗装置。
本发明的主要目的是提供一种用于治疗人或动物体内的慢性疾病的、简单有效的装置。从下面对本发明的详细说明以及权利要求书中会更加清楚本发明的这一目的和其它目的。
本发明所述的上述医疗植入装置适用于现有技术中的各种可植入医疗装置中任何一种，例如用于治疗的注入泵、询答器、起搏器、心脏刺激器、心脏传感器、具有用于泌尿、肛门失禁的括约肌功能的圆环或胶管管头、植入在阴茎中用于治疗阳痿的医疗装置、具有用于血管堵塞的括约肌功能的圆环或胶管管头，例如阳痿患者的阴茎静脉、胃环、疝孔治疗装置、用于分析身体功能或血液参数的仪器、以及用于产生电脉冲的刺激器。
下面参照附图，更详细地说明本发明。
图1至12为简要方框图，分别表示本发明所述医疗植入装置的12个实施例，在图中，无线能量从患者体外传输到植入在患者体内的耗能部件；图13为简要方框图，表示用于实现各种通讯选择的植入部件的几种组合；图14表示本发明所述的装置中使用的电子连接部件；图15表示根据本发明所述装置的一实施例，图中，一医疗装置植入在患者体内，以治疗心痛和反流疾病；图1简要表示本发明所述的医疗植入装置的一非常简单的实施例，设有一些植入在患者体内的部件和设置在患者体外的其它一些部件。因此，在图1中，位于患者皮肤2右侧的所有部件被植入，而把位于皮肤2左侧的所有部件设置在患者体外。
图1所示的装置包括一植入的工作医疗装置4，该装置与患者器官的某一腔室接触，在该腔室内形成限制通道。这种腔室可包括食管、尿道、直肠、结肠、血管等。医疗装置4能够起到逆转的作用，即放大或缩小通道的横截面积，使医疗装置4就象人工括约肌那样工作。使用植入能量转换装置6通过供能线路12向医疗装置4的耗能部件提供能量。外部能量传输装置10包括一无线遥控器，传输由设置在植入能量转换装置6中的信号接收器接收的无线信号。植入能量转换装置6把能量信号转换成通过供能线路12提供到医疗装置4的电信号，这种能量可使装置4的部分移动，并进而对通道进行调节。
除了作为逆转装置用于逆转医疗装置4的电子开关14也植入在患者体内之外，图2表示的实施例与图1所示实施例相似。外部能量传输装置10的无线遥控器传输带有能量的无线信号，而植入能量转换装置6把无线能量转换成用于操作开关14的电流。当能量转换装置6转换电流的极性时，开关14逆转。由医疗装置4所起的作用。
除了作为操作装置用于操作医疗装置4的马达也植入在患者体内之外，图3表示的实施例与图1所示的实施例相似。在外部能量传输装置10的遥控器把一无线信号传输到能量转换装置6的接收器时，能量转换装置6向马达15提供能量。
除了包括一马达/泵单元18和一流体腔体20的组件16也植入在患者体内之外，图4所示的实施例与图1所示的实施例相似。在此情况下，医疗装置4处于液压作业状态，即马达原单元18把液压流体用泵通过导管22从腔体20输送到医疗装置4，以缩小通道的横截面积；马达/泵18把液压流体用泵从医疗装置4送回腔体20，以增大其横截面积。植入能量转换装置6把无线能量转换成电流，通过电能供应线路24向马达/泵18供电。
图5表示本发明的一实施例，包括一设有无线遥控器的外部能量传输装置10，在此情况下，医疗装置4处于液压作业状态；一植入能量转换装置6；并进一步包括一植入液压流储室30、一植入马达/泵单元32和一植入逆转装置，该植入逆转装置是一液压阀转换装置34。马达/泵单元32的马达是一电马达。根据来自于外部能量传输装置10的无线遥控器的控制信号，植入能量转换装置6将来自于控制信号携带的能量提供给马达/泵单元32，从而马达/泵单元32在储室30和医疗装置4之间分配液压，能量传输装置10的遥控器控制切换装置34，在下列两种方向之间转换液压流体的流动方向，即在一个方向上，马达/泵单元32用泵把流体从储室30输送到医疗装置4，以缩小通道的横截面积，在另一种方向上，马达/泵单元32用泵把流体从医疗装置4送回储室30，以增大通道的横截面积。
除了受外部能量传输转置10的无线遥控器控制的控制装置36、蓄能器38和电容器40也植入在患者体内之外，图6所示的实施例与图1所示的实施例相似。控制装置36存储从蓄能器38中的能量转换装置6接收的电能，为医疗装置4供能。根据来自于能量传输装置10的无线遥控器的控制信号，控制装置6或者从蓄能器38释放能量并通过供能线路42和44传输释放的能量，或者直接通过供能线路46、对电流起稳定作用的电容器40、供能线路48以及供能线路44从能量转换装置6传输电能，用于医疗装置4运行。
根据一种变化例，可以省略图6所示实施例中的电容器40。根据另一种变化，可以省略本实施例中的蓄能器38。
除了用于为医疗装置4和电子开关52的作业提供能量，以切换医疗装置4的作业方式的电池50也植入在患者体内之外，图7所示的实施例与图1所示的实施例相似。由能量转换装置6提供的能量操作开关52，使其从电池50未投入使用的off模式切换到电池50为医疗装置4的作业提供能量的on模式。
除了受外部能量传输装置10的无线遥控器控制的控制装置36也植入在患者体内之外，图8所示的实施例与图1所示的实施例相似。在此情况下，由能量转换装置6提供的能量操作开关52，使其从禁止无线遥控器对控制装置36进行控制并且电池未投入使用的off模式切换到备用模式，在备用模式下，可允许遥控器控制控制装置36，从电池50释放电能，用于医疗装置4的运行。
除了蓄能器38代替了电池50，而且植入部件互接方式不同之外，图9所示的实施例与图8所示的实施例相似。在此情况下，蓄能器38存储来自于能量转换装置6的能量。根据来自于外部能量传输装置10的无线遥控器的控制信号，植入控制装置36控制开关52从蓄能器38未投入使用的off模式切换到on模式，其中，蓄能器38提供电能，用于医疗装置4运行。
除了电池50也植入在患者体内以及植入部件被不同地互连以外，图10示出与图9相同的发明实施例。根据来自外部能量传输装置10的无线遥控器的控制信号，该植入控制单元36控制蓄能器38以输送能量来操作开关52从电池50不使用的off模式切换到电池50提供电能用于医疗装置4运行的on模式。
可供选择地，由蓄能器38提供的能量操作开关52，使其从禁止无线遥控器控制电池50提供电能并且无线遥控器未投入使用的off模式切换到备用模式，在备用模式下，可允许无线遥控器控制电池50提供电能，用于医疗装置4运行。
除了马达15、其结构为一齿轮箱54的机械逆转装置、以及用于控制齿轮箱54的控制装置36也植入在患者体内之外，图11所示的实施例与图7所示的实施例相似。植入控制装置36控制齿轮箱54，逆转由医疗装置4(机械操作)执行的功能。
除了植入部件的互接方式不同之外，图12所示的实施例与图10所示的实施例相似。因此，在此情况下，当蓄能器38、合适的电容器触发开关52切换到on模式时，可由电池50向控制装置36供电。当开关52处于on模式时，可允许控制装置36控制电池50提供能量或者不提供能量，用于医疗装置4的运行。
图13简要表示用于实现各种通讯选项的装置的植入部件的几种可能组合方式。该组合方式基本上包括植入的医疗装置4、控制装置36、马达/泵单元18，以及包括外部无线遥控器的外部能量传输装置10。如上所述，无线遥控器发送由植入控制装置36接收的控制信号，再依次控制装置的各种植入部件。
可把一传感器56植入患者体内，用于感应患者的物理参数，比如通道内的压力。植入控制装置36，或者也可以是能量传输装置10的外部无线遥控器根据来自于传感器56的信号控制医疗装置4。一变送器可以与传感器56结合在一起，用于把感应到的物理参数信息发送到外部无线遥控器。无线遥控器可以包括一信号发射器或者收发器，而植入控制装置36可以包括一信号接收器或者收发器。可供选择地，无线遥控器可包括一信号接收器或者收发器，而植入控制装置36可包括一信号发射器或者收发器。可使用上述收发器、发射器和接收器把与医疗装置4有关的信息或数据从患者体内发送到体外。
在植入马达/泵单元18和用于向马达/泵单元18供电的电池50的部位，电池50可设有一收发器，用于在电池50供电的情况下发送信息。
本领域的技术人员可以理解，可采用不同的方式组合根据图1-13所述的上述各种实施例。例如，可把能量操作开关14设置在图3、6-12所述的任何实施例中，可把液压转换装置34设置在图4所示的实施例中，而且可把齿轮箱54设置在图3所示的实施例中。
图14表示应用于根据图1-13所述的上述任何实施例中的、其结构为电子连接元件58的能量转换装置。该元件58是一种扁平的p-n结元件，包括一p型半导体层60和一与其夹在一起的n型半导体层62。一灯泡64与元件58的相对两侧电连接，以指示电流是怎样产生的。从这种p-n结元件58输出的电流与温度有关。参见下列公式I＝I0(exp(qv/kT)-1)其中I为外部流动的电流，I0为逆转饱和电流，q为1.602×10-19库仑的基本电荷，
v为所施加的电压，k为Boltzmann常数，T为绝对温度。
在大的负施加的电压(逆转偏置)的情况下，与1.0相比较，指数项可忽略不计，而且I接近于-I0。I0特别依赖于结温度，因此依赖于本征载流子浓度。带隙较小的材料的I0大于带隙较大的材料的I0。在此特定的实施例中，二极管的整流作用——即其仅在一个方向上对电流起限制作用——是p-n结元件58工作的关键所在。
设计p-n结元件的另一种方法是，在支撑材料上沉积一薄层半导体，该支撑材料不会吸收各实施例中所采用的任何一种能量。为了与光波形式的无线传输的能量一起使用，可把玻璃作为合适的材料。在半导体层中可使用各种材料，如但不局限于碲化镉(cadmium telluride)、铟-硒化铜(copper-indium-diselenide)以及硅。为提高效率，还有可能使用设有几层p和n型材料的多层结构。
由p-n结元件58产生的电能可与太阳能电池产生的电能属于同一类型，即在其中正负电场建立直流电。可供选择地，正负半导体层可随传输的波形改变其极性，从而产生交流电。
把p-n结元件58的结构设计成可使其适于植入。因此，与人体接触的元件58的所有外表面都是由生物相容材料制成。把p-n结半导体的结构设计成可在37度的人体温度下进行最佳操作，这是因为大于1微安的输出电流特别依赖于上面所述的温度。由于皮肤和皮下组织都吸收能量，因此要考虑元件58的灵敏度或工作区域和无线能量传输的密度或强度之间的关系。p-n结元件58设计得很平很小。可供选择地，如果元件58制作得面积很大，就会很柔软，以便适应患者的身体活动。元件58的体积要保持在2000立方厘米以下。
图15表示本发明所述医疗植入装置的上述任何实施例是怎样植入患者体内以治疗心痛和返流疾病的。因此，植入患者体内的医疗装置4靠近贲门与食道接触，环绕食道中的食物通道形成人工括约肌。诸如电子马达或者马达/泵单元之类的植入操作装置68——也称作调节装置——通过诸如机械传输拉线或流体导管之类的传输部件70操作医疗装置4。正如上面详细说明的那样，能量传输转置是一具有正负区域的元件6，可植入到患者皮肤之下。
由外部能量传输装置10的无线遥控器传输的信号上承载的无线能量至少部分地穿透患者的皮肤并到达到元件6上。把这样到达到元件6上的能量转换成适于为操作装置68供能的不同形式的能量。例如，如果操作装置68是一电马达，元件6则包括一电子p-n结元件，该元件把无线能量转换成电流，以便为电子马达供电。如果操作装置68包括一泵，元件6则可以把无线能量换成用于向该泵供电的动能。
可利用转换成的能量直接操作医疗装置4，或者，如果电子操作医疗装置4，则把转换成的能量存储在一电容器和/或一蓄能器中，备用或者同时使用。最好(但不是必须)由一微处理器控制元件6。使用外部能量传输装置10的无线遥控器控制传输到医疗植入装置4/来自于医疗植入装置4的能量、和任何功能或命令。
权利要求
1.一种用于患者的医疗植入装置，包括一能量传输装置，用于从患者体外无线传输第一种形式的能量；一可操作地响应第二种形式能量的可植入医疗装置；以及一可植入的能量转换装置，用于把由能量传输装置无线传输的第一种形式的能量转换成第二种形式的能量，第二种形式的能量可用于医疗装置的工作。
2.如权利要求1所述的装置，其中能量转换装置包括至少一个元件，该元件具有一正区域和一负区域，并在暴露于由该能量传输装置传输的第一种形式的能量下时，可适于在正负区域之间建立一种能量场，从而使该能量场产生第二种形式的能量。
3.如权利要求2所述的装置，其中该元件包括一电结元件，在暴露于能量传输装置传输的第一种方式的能量之下时，该电结元件能够感应正负区域之间的电场，从而使第二种形式的能量包括电能。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于电操作这种医疗装置，从而使电结元件的正负区域可提供用于医疗装置工作的电能。
5.如权利要求2所述的装置，其特征在于由能量转换装置无线传输用于医疗装置工作的第二种形式的能量。
6.如权利要求4所述的装置，其特征在于进一步包括与电结元件的正负区域连接的电导体，从而使电结元件能够通过导体提供电流。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于电结元件能够通过导体提供直流电或脉动直流电。
8.如权利要求6所述的装置，其特征在于电结元件能够通过导体提供交流电或交流电和直流电的组合。
9.如权利要求3所述的装置，其特征在于电结元件能够提供调频或调幅信号。
10.如权利要求3所述的装置，其特征在于电结元件能够提供模拟信号或数字信号。
11.如权利要求2-10中任一项所述的装置，其特征在于进一步包括一可操作地与医疗装置连接的可植入的马达，其中，该元件利用第二种形式的能量驱动该马达。
12.如权利要求2-10中任一项所述的装置，其特征在于进一步包括一可操作地与医疗装置连接的可植入的泵，其中，该元件提供第二种形式的能量，用于该泵的工作。
13.如权利要求2-12中任一项所述的装置，其特征在于进一步包括一可植入脉冲发生器，用于根据由能量场产生的第二种形式的能量产生电脉冲。
14.如权利要求3、4、6-10中任一项所述的装置，其特征在于电结元件包括至少一种半导体。
15.如权利要求3、4、6-10中任一项所述的装置，其特征在于当暴露于由能量传输装置传输的第一种形式的能量之下时，电结元件可产生大于1微安的输出电流。
16.如权利要求2-15中任一项所述的装置，其特征在于电结元件形成一平和薄的片，而且其体积低于2000立方厘米。
17.如权利要求1所述的装置，其特征在于该能量转换装置包括至少一个具有一正区域和一负区域的半导体电路，并在暴露于由该能量传输装置传输的第一种形式的能量下时，可适于在正负区域之间建立一种能量场，从而使该能量场产生第二种形式的能量。
18.如权利要求1所述的装置，其特征在于该能量转换装置包括至少一个具有一正区域和一负区域的晶体管电路，并在暴露于由该能量传输装置传输的第一种形式的能量下时，可适于在正负区域之间建立一种能量场，从而使该能量场产生第二种形式的能量。
19.如权利要求1所述的装置，其特征在于该能量转换装置包括至少一个具有一正区域和一负区域的微型芯片，并在暴露于由该能量传输装置传输的第一种形式的能量下时，可适于在正负区域之间建立一种能量场，从而使该能量场产生第二种形式的能量。
20.如权利要求1所述的装置，其特征在于进一步包括一可植入的能量存储装置并用于存储第二种形式的能量并提供用于医疗装置工作的能量。
21.如权利要求20所述的装置，其特征在于电操作该医疗装置，能量转换装置的功能不同于能量传输装置，并适用于把第一种形式的能量转换成电能；能量存储装置包括一电能存储装置，用于存储来自于能量转换装置的电能并提供用于医疗装置工作的能量。
22.如权利要求21所述的装置，其特征在于该能量转换装置包括至少一个具有一正区域和一负区域的电结元件，在暴露于由该能量传输装置传输的第一种形式的能量下时，该电结元件可感应正负区域之间的电场，电结元件的正负区域与电能存储装置电连接。
23.如权利要求20所述的装置，其特征在于该能量存储装置包括一蓄能器。
24.如权利要求23所述的装置，其特征在于该蓄能器包括一电蓄能器。
25.如权利要求24所述的装置，其特征在于该电动蓄能器包括至少一个电容器或电池。
26.如权利要求20所述的装置，其特征在于进一步包括一可植入的能源、以及一由能量存储装置提供的第二种方式的能量操作的可植入开关，将其从能源未投入使用的off模式切换到on模式，在on模式下，能源提供用于医疗装置工作的能量。
27.如权利要求20所述的装置，其特征在于进一步包括一用于为医疗装置工作的提供能量的可植入能源、一用于控制能源提供能量的遥控器、以及一由能量存储装置提供的第二种方式的能量操作的可植入开关，该能量使可植入开关从防止遥控器控制能源以及能源未投入使用的off模式切换到备用模式，在备用模式下，可允许遥控器控制能源提供用于医疗装置工作的能量。
28.如权利要求1所述的装置，其特征在于进一步包括一用于为医疗装置工作提供能量的可植入的能源、以及一由能量转换装置提供的第二种方式的能量操作的可植入开关，该能量将开关从能原未投入使用的off模式切换到on模式，在on模式下，能源提供用于医疗装置工作的能量。
29.如权利要求1所述的装置，其特征在于进一步包括一用于为医疗装置工作提供能量的可植入的能源、一用于控制能源提供能量的遥控器，以及一由能量转换装置提供的第二种方式的能量操作的可植入开关，该能量将开关从防止遥控器控制能源以及能源未投入使用的off模式切换到备用模式，在备用模式下，可允许遥控器控制能源提供用于医疗装置工作的能量。
30.如权利要求1所述的装置，其特征在于能量传输装置利用至少一种无线波信号传输第一种形式的能量。
31.如权利要求30所述的装置，其特征在于该信号包括一波动信号。
32.如权利要求31所述的装置，其特征在于该信号含有辐射能量。
33.如权利要求31所述的装置，其特征在于该波动信号包括电磁波，该电磁波包括红外光、可见光、紫外光、激光、、微波、无线波、X射线和λ射线之一。
34.如权利要求31所述的装置，其特征在于该波动信号包括声波。
35.如权利要求30所述的装置，其特征在于该信号包括数字信号或模拟信号。
36.如权利要求1所述的装置，其特征在于由能量传输装置传输的第一种形式的能量包括一电场。
37.如权利要求36所述的装置，其特征在于由能量传输装置以脉冲或数字脉冲的形式传输该第一种形式的电场。
38.如权利要求1所述的装置，其特征在于由能量传输装置传输的第一种形式的能量包括一磁场。
39.如权利要求38所述的装置，其特征在于该磁场是由能量传输装置以脉冲或数字脉冲形式传输的。
40.如权利要求1所述的装置，其特征在于进一步包括至少传输一种用于控制医疗装置的无线控制信号的无线遥控器。
41.如权利要求40所述的装置，其特征在于该遥控器能够获得植入的医疗装置的状态信息，并根据该信息控制医疗装置。
42.如权利要求40所述的装置，其特征在于该遥控器包括一用于控制医疗装置的植入的控制装置。
43.如权利要求42所述的装置，其特征在于该控制装置包括一微处理器。
44.如权利要求40的装置，其中无线遥控器包括至少一个外部信号发射器或收发器和至少一个植入的内部信号接收器或收发器。
45.如权利要求40所述的装置，其特征在于该无线遥控器包括至少一个外部信号接收器或收发器，和至少一个可植入的内部信号发送器或收发器。
46.如权利要求40所述的装置，其特征在于该无线遥控器能够把与医疗装置有关的信息从患者体内发送到患者体外。
47.如权利要求41所述的装置，其特征在于该遥控器根据该信息控制医疗装置。
48.如权利要求40所述的装置，其特征在于该遥控器包括一用于传输控制信号的控制信号发送器，并且能量传输装置包括该控制信号发送器，从而由控制信号传输第一种形式的能量。
49.如权利要求40所述的装置，其特征在于该能量传输装置利用从控制信号分离出的至少一种信号传输第一种形式的能量。
50.如权利要求40所述的装置，其特征在于该遥控器发射用于承载该控制信号的载波信号。
51.如权利要求40所述的装置，其特征在于该能量传输装置利用至少一种信号传输第一种形式的能量，该信号用作用于由该遥控器传输的控制信号的载波信号。
52.如权利要求50所述的装置，其特征在于该载波信号是调频或调幅信号。
53.如权利要求50所述的装置，其特征在于该载波信号包括数字波或模拟波。
54.如权利要求50所述的装置，其特征在于与该载波信号一起使用控制信号是调频或调幅信号。
55.如仅利要求50所述的装置，其特征在于该载波信号一起使用控制信号是数字或模拟信号。
56.如权利要求40所述的装置，其特征在于该控制信号包括一波动信号；该波动信号包括下列一种声波信号，这些声波信号包括超声波信号、电磁波信号；该电磁波包括红外光信号、可见光信号、紫外光信号、激光信号、微波信号、无线波信号、X射线信号和γ射线信号。
57.如权利要求40所述的装置，其特征在于该控制信号包括一电场或一磁场。
58.如权利要求40所述的装置，其特征在于该控制信号包括一数字控制信号或一模拟控制信号。
59.如权利要求58所述的装置，其特征在于该遥控器传输用于承载数字或模拟控制信号的电磁载波信号。
60.如权利要求1所述的装置，其特征在于该能量转换装置把第一种形式的能量转换成直流电或脉动直流电。
61.如权利要求1所述的装置，其特征在于该能量转换装置把第一种形式的能量转换成交流电或直流电和交流电的结合。
62.如权利要求1所述的装置，其特征在于该第二种形式的能量包括一调频或调幅信号。
63.如权利要求1所述的装置，其特征在于该第二种形式的能量包括一模拟信号或一数字信号。
64.如权利要求1所述的装置，其特征在于进一步包括一用于控制医疗装置的可植入的控制装置。
65.如权利要求64所述的装置，其特征在于该控制装置是可编程的，用于随时间控制医疗装置，其中，控制装置限据一活动时间表程序随时间控制医疗装置。
66.如权利要求65所述的装置，其特征在于进一步包括用于对控制装置编程的外部无线遥控器。
67.如权利要求64所述的装置，其特征在于进一步包括一用于检测患者的物理参数的可植入传感器。
68.如权利要求67所述的装置，其特征在于该控制装置根据传感器的信号控制该医疗装置。
69.如权利要求68所述的装置，其特征在于该控制装置根据传感器的信号直接控制该医疗装置。
70.如权利要求67所述的装置，其特征在于进一步包括一设于患者体外的外部控制装置，其中，该外部控制装置根据传感器的信号控制该医疗装置。
71.如权利要求1所述的装置，其特征在于进一步包括一可操作地与该医疗装置连接的可植入的马达，其中，该能量转换装置利用第二种形式的能量为该马达供能。
72.如权利要求1所述的装置，其特征在于进一步包括一可操作地与该医疗装置连接的可植入的泵，其中，该能量转换装置提供用于该泵工作的第二种形式的能量。
73.如权利要求1所述的装置，其特征在于第一种形式的能量包括极化的能量。
74.如权利要求1所述的装置，其特征在于进一步包括一用于根据第二种形式的能量产生电脉冲的可植入的脉冲发生器。
75.如权利要求1所述的装置，其特征在于进一步包括至少一个用于检测患者的至少一个物理参数的可植入的传感器，以及一用于发送由传感器感应的物理参数信息的可植入的发送器。
76.如权利要求1所述的装置，其特征在于进一步包括一外部数据通讯装置以及与该外部数据通讯装置通讯的内部数据通讯装置，其中，内部数据通讯装置把与医疗装置有关的数据送回外部数据通讯装置，或者外部通讯装置把数据发送到内部通讯装置。
77.如权利要求76所述的装置，其特征在于该内部数据通讯装置馈送与至少一个患者的物理参数有关的数据。
78.如权利要求1所述的装置，其特征在于进一步包括一开关，用于直接或间接地切换第二种形式的能量的供应用于该医疗装置工作。
79.如权利要求1所述的装置，其特征在于进一步包括用于操作该医疗装置的可植入的液压装置，以及至少一个用于控制流体在该液压装置中流动的阀门。
80.如权利要求79所述的装置，其特征在于进一步包括一用于控制该阀门的无线遥控器。
81.如权利要求1所述的装置，其特征在于该医疗装置适用于控制由患者的器官构成的腔室流通面积的大小。
82.如权利要求1所述的装置，其特征在于该医疗装置是非膨胀的。
83.如权利要求1所述的装置，其特征在于进一步包括一用于操作该医疗装置的可植入的操作装置，其中，该医疗装置包括液压装置，该操作装置包括一形成流体室的储室，该室带有一连接到液压装置上的可变体积，而且该操作装置通过缩小室的容积把流体从该室分布到该液压装置，并通过扩大该室的体积从该液压装置抽出流体。
84.如权利要求1所述的装置，其特征在于进一步包括一用于操作该医疗装置的操作装置以及一用于控制该医疗装置的控制装置。
85.如权利要求84所述的装置，其特征在于该控制装置切换第二种形式能量的极性以逆转该操作装置。
86.如权利要求85所述的装置，其特征在于该操作装置包括一电动马达以及第二种形式的能量包括电能。
87.如权利要求84所述的装置，其特征在于该医疗装置可操作地执行逆转功能。
88.如权利要求87所述的装置，其特征在于进一步包括一用于逆转由该医疗装置执行的功能的可植入的逆转装置。
89.如权利要求88所述的装置，其特征在于该控制装置控制逆转装置逆转由该医疗装置执行的功能。
90.如权利要求88所述的装置，其特征在于该医疗装置包括液压装置，该液压装置包括一用于切换在液压装置中流动的流体的流动方向的阀门。
91.如权利要求88所述的装置，其特征在于该逆转装置包括一机械逆转装置。
92.如权利要求91所述的装置，其特征在于该逆转装置包括一齿轮箱。
93.如权利要求88所述的装置，其特征在于该逆转装置包括一开关。
94.如权利要求93所述的装置，其特征在于该控制装置通过切换提供到开关的能量而控制开关的工作。
95.如权利要求94所述的装置，其特征在于该开关包括一电开关，而且能源提供用于开关工作的电能。
96.如权利要求84所述的装置，其特征在于该操作装置包括一马达。
97.如权利要求96所述的装置，其特征在于该马达包括一转动马达，而且该控制装置控制该转动马达转动所需的转数。
98.如权利要求96所述的装置，其特征在于该马达包括一线性马达。
99.如权利要求96所述的装置，其特征在于该马达包括一液压或气压流体马达，而且该控制装置控制流体流过该流体马达。
100.如权利要求96所述的装置，其特征在于该马达包括一具有由塑料制成的导电部件的电动马达。
101.如权利要求1所述的装置，其特征在于进一步包括一用于操作该医疗装置的可植入的操作装置；其中，该医疗装置包括液压装置，该操作装置包括一用于在液压装置中用泵浦流体的泵。
102.如权利要求101所述的装置，其特征在于该操作装置包括一用于驱动该泵的马达。
103.如权利要求102所述的装置，其特征在于该操作装置包括一设于该泵和该医疗装置的液压装置之间的流体导管，以及一用于流体的储室，该储室形成部分导管。
104.如权利要求103所述的装置，其特征在于该导管不设有任何非回流的阀门。
105.如权利要求103所述的装置，其特征在于该储室构成具有可变体积的流体室，而且该泵通过缩小室的体积把流体从该室分布到该医疗装置的液压装置，并通过扩大该室的容积从该液压装置抽出流体。
106.如权利要求1所述的装置，其特征在于进一步包括一用于控制该医疗装置的可植入的控制装置，该控制装置包括一微处理器。
107.如权利要求1所述的医疗植入装置，其特征在于在该能量传输装置传输第一种形式的能量时，该医疗装置可直接利用第二种形式的能量进行操作。
108.如权利要求107所述的装置，其特征在于以非磁方式利用第二种形式的能量直接操作该医疗装置。
109.如权利要求107所述的装置，其特征在于以非机械方式利用第二种形式的能量直接操作该医疗装置。
110.如权利要求1所述的装置，其特征在于该能量转换装置适用于植入到皮下或者植入患者腹部。
111.如权利要求1所述的装置，其特征在于该能量转换装置适于植入到患者胸腔或头部。
112.如权利要求1所述的装置，其特征在于该能量转换装置适于植入到患者身体的孔中，并在粘膜下或者孔粘膜外部的管腔下。
113.如上述任一项权利要求所述的装置，其特征在于如果植入的是由生物相容材料制作的，则可使该能量转换装置的部件与患者接触。
114.如上述任一项权利要求所述的装置，其特征在于该能量转换装置在结构上与该能量传输装置不同。
115.如上述任一项权利要求所述的装置，其特征在于该能量转换装置用于把第一种形式的能量转换成非机械方式的第二种形式的能量。
116.一种用于患者的医疗植入装置，包括一可植入、可操作的医疗装置、以及用于从患体外无线传输能量的能量传输装置，其中，该能量传输装置适于利用无线能量直接操作该医疗装置。
117.一种用于患者的医疗植入装置，包括一可植入、可操作的医疗装置、一可操作地与该医疗装置连接的可植入的p-n(正-负)结装置，以及从患者体外向该p-n结装置无线传输能量的发送器。
118.如权利要求117所述的装置，其特征在于该p-n结装置包括至少一对具有两个面对的表面的元件，在p-n结装置暴露在由发送器传输的能量下时，其中一个表面成为正极，而另一个表面成为负极，从而在两个表面之间感应出一电场，而且该电场用于形成发自该p-n结的电流。
全文摘要
一种医疗植入装置，包括或使用一能量传输装置，用于无线传输来自于患者体外的第一种形式的能量。一可植入的医疗装置根据不同于第一种形式的能量的第二种形式能量进行操作。一可植入的能量转换装置把由能量传输装置无线传输的第一种形式的能量转换成第二种形式的能量，用于控制和操作该医疗装置。
文档编号A61N1/372GK1399532SQ0081408
公开日2003年2月26日 申请日期2000年8月1日 优先权日1999年8月12日
发明者P·福塞尔 申请人:波滕西亚医疗公司