有双电源的可植入式医疗器件的制作方法

专利名称：有双电源的可植入式医疗器件的制作方法
有双电源的可植入式医疗器件
背景技术：
本发明一般涉及用于可植入式医疗器件的电源，本发明尤其涉及用于优化可 植入式医疗器件性能的双电池单元电源。
各种不同的可植入式医疗器件(IMD)可用于心脏的治疗性刺激并且在本领 域中是公知的。例如，可植入式心律转复除颤器(ICD)被用于治疗那些遭受心室 纤颤——一种若不被校正则可能快速致死的紊乱心律——的患者。在工作中，ICD 持续地监视患者心脏的电活动，检测心室纤颤，并响应于该检测放出恰适电击以复 原正常心律。类似地，自动可植入式除颤器(AID)可用于心脏的治疗性刺激。在 工作中，AID器件检测心室纤颤并通过位于心脏外面间隔很宽的电极向心脏放出非 同步的高电压脉冲，由此来模仿经胸除颤。现有技术心律转复器的又一个示例包括 例如在授予Engle等的美国专利No. 4,375,817中公开的起搏器/心律转复器/除颤器 (PCD)。该设备检测快速性心律失常的发作并且包括用以监视或检测快速性心律 失常的进展以便可以向心脏施加逐渐增大的能级来中断室性心动过速或纤颤的装 置。还有众多其他类似的可植入式医疗器件例如可编程起搏器可用。
不管确切的构造和用法如何，上述这些IMD中的每一种一般包括3个主要组 件低功率控制电路、高功率输出电路、以及电源。控制电路既监视和确定各种工 作特性，诸如举例而言有心脏刺激脉冲的速率、同步、脉宽和输出电压之类，也执 行诸如监视心脏之类的诊断功能。相反，高功率输出电路响应于来自控制电路的信 号生成要经由 一条或更多条引线施加给心脏的电刺激脉冲。
电源向低功率控制电路和高功率输出电路两者提供功率。作为参照点，典型
地要求电源向控制电路提供10-20微安而向输出电路提供更高的电流。取决于特定 IMD应用，高功率输出电路可能需要少至0.1焦耳的刺激能量用于起搏器到多至 40焦耳的刺激能量用于可植入式除颤器。除了提供充足的刺激能量之外，还期望 电源有低自放电以具有多年的使用寿命，并且期望它是高度可靠的，且能够从最小 封装体积供应能量。
对IMD合适的电源或电池实质上本质总是电化学的，通常被称为电化学电池单元。IMD可接受的电化学电池单元典型地包括包围阳极、隔板、阴极和电解液 的外壳。阳极材料典型地是锂金属，或对于可再充电电池单元为锂离子包含体。锂 电池一般被认为是可接受电源，部分由于其相对于其他类型的电池有高能量密度和 低自放电特性。阴极材料典型地是基于金属的，诸如银钒氧化物(SVO) 、 二氧化锰等。
在一些情形中，输出电路的功率要求比电池能放出的更高。由此，在现有技 术中在放出刺激脉冲之前的某一刻先累积起刺激脉冲能量并用诸如输出电容器之 类将其存储在输出能量存储设备中是常见的。当控制电路向输出电路指示要放出刺
激脉冲时，输出电路系统导致存储在该输出电容器中的能量将经由植入的引线被施 加给心脏组织。在放出后续刺激脉冲之前，输出电容器典型地先被再充电，其中电 源对输出电容器再充电所需的时间被称为"充电时间"。
不管是否采用输出电容器，当前已知的治疗性脉动IMD的一个已察觉到的缺 点是它们通常必须在其电池耗损水平已到达最大值之前就被更换掉。当IMD的输 出电容器正被再充电时，电池电压由于充电电流流经固有的电池阻抗而下降。尽管 该电压下降在电池很新或刚用时可能并不显著，但其可能随着电池老化或正逼近耗 尽而明显地增大，如此使得在电容器再充电操作期间，对控制电路的电压供应可能 下降到最小可允许电平之下。该暂时性下降可能导致控制电路故障。IMD可能在 任何这样的故障发生之前被移除和更换，即使电池可能仍有足以刺激心脏的容量。 简单而言，当前可用的基于锂的电池单元的倍率能力是高度依赖于时间或放电深度 的，因为电池单元随着时间推移和/或随着重复使用逐渐形成高内阻。对于IMD应 用，该时间或放电深度依赖性限制了电池的使用寿命。
对上述问题的一种解决方案是提供两个电池， 一个用于对输出电路或电容器 充电而分开的电池用于对控制电路供电。遗憾的是，该设备对控制和充电/输出电 路系统所需能量的相对量趋于因患者而异。用以对控制电路供电的电池的容量只能 针对一个患者概况来优化。因此对于其他患者， 一个电池可能在另一个之前耗尽， 从而在该设备中留下浪费掉的能量。这样的系统的示例在授予Takeuchi等的美国 专禾UNo.5，614,331中公开。
此外，与IMD电源相关联的相关考量涉及整体尺寸约束。具体而言，为了提 供恰适功率电平达相对长的时段(在4-7年的数量级上)，与高功率输出电路系统 相关联的电源典型地具有某个电极表面积以达成高倍率能力。由于安全性和制造约 束，该必要的电极表面积可以用增大的电池单元体积来达成。所得电池单元可以满足输出电路系统功率要求，但遗憾的是在体积方面可能是效率低下的。甚至进一步，
近期的IMD设计要求电源呈除矩形以外的形状，诸如"D"或半"D"轮廓，从而
进一步促使体积效率低下。
由此总的说来，当前可用的电化学电池单元设计——特别是Li/SVO构造—— 至少可以初步满足对输出电路系统的功率要求。然而，这些电池单元固有的体积效 率低下注定了在电池单元的可用容量尚未被用完之前就到达寿命结束。再一次，当 前可用电池单元表现出高度依赖于使用时间或放电深度的输出电路系统充电时间。 随着时间推移，电池单元的阻抗增大，从而增大了最终充电时间。实质上，所有 IMD对输出电路系统都有最大可允许充电时间。 一旦电池单元的充电时间超过了 最大可允许充电时间，该IMD就会被更换掉。体积上效率低下的电池单元会快速 到达该最大充电时间，即使该电池单元的容量中有很大部分尚未使用(在可用容量 的40%的数量级上)。由此，不管电源是纳入了一个还是两个电池单元，所得配 置在高倍率电池的可用容量的意义上是效率非常低下的。
制造商一直在IMD构造和尺寸特性方面进行改善。为此，当前可用的电源设 计还不是最优的。因此，存在对具有优越的空间体积效率和更高的能量密度而充电 时间上不会成比例地增加的IMD电源的需要。
与IMD电源相关联的又一个问题涉及使用无线收发机来与外部设备互传IMD 数据。由IMD传送的数据可以包括与植入该IMD的患者相关的生理数据。例如， 如果IMD是起搏器或心律转复器/除颤器，则该生理数据可以包括从如先前所讨论 地植入患者的心脏内的电极获得的心电信号。IMD与其传送此生理数据的外部设 备可以包括例如监视和/或处理从IMD接收到的生理数据的计算机。
IMD还可以传送与其性能相关的数据，诸如其针对给定的一组监视到的心电 信号经由植入的电极放出治疗性电击的强度级。外部计算机设备可以分析接收到的 数据并向IMD传送编程数据以调整其治疗。例如，该编程数据可以向IMD指示要 减小向患者放出的治疗性电击的强度。
典型地，IMD内的无线收发机要求相对较高的电流脉冲，由此导致对IMD内 的电源的更高消耗。由于预计IMD的复杂性和由IMD执行的通信传输的次数在接 下来几年中会增加，因此可能会对IMD的电源造成重得多的负担，由此减少了其 寿命。由于电源的可及性典型地是经由外科手术来达成的，因此电池寿命上的减少 是关注焦点。
本发明针对于减少以上阐述的问题中的一个或更多个的影响。

发明内容
根据本发明， 一种装置包括耦合至第一电源以控制该装置的操作的控制电路， 该控制电路适配于接收来自第一电源的功率。通信电路耦合至第二电源以与外部设 备通信，该通信电路适配于接收来自第二电源的功率。
根据本发明， 一种可植入式医疗器件包括用以控制该可植入式医疗器件的操 作并且从植入该可植入式医疗器件的患者获得生理数据的控制电路。通信电路耦合 至该控制电路以将生理数据传送给外部设备，第一电源耦合至控制电路以对该控制 电路供电，并且第二电源耦合至通信电路以对该通信电路供电。
根据本发明， 一种用于在可植入式医疗器件中纳入电源的方法包括由第一电
源对控制电路供电，该控制电路获得至少植入该控制电路的患者的生理数据；由第 二电源对通信电路供电；以及从该通信电路向外部设备传送所述生理数据。
附图简要说明


图1是纳入了根据本发明的电源的可植入式医疗器件(IMD)的一个实施例 的简化示意图2是根据本发明的可供与图1的IMD—起使用的电源的简化示意电路图3是根据本发明的第一实施例电源的简化示意图4是根据本发明的第二实施例电源的简化示意图5A是根据本发明的第三替换实施例电源的横截面视图5B是图5A的实施例的变形的横截面视图5C是图5A的包括内部并联连接的电源的立体图6是根据本发明的第四实施例电源的顶视图7是纳入了第5实施例电源的IMD的横截面视图8是第六实施例电源的简化示意图9是示出按常规技术平衡的电池的放电曲线的图表；
图10是示出可供与图8的电源一起使用的阳极受限电池的放电曲线的图表； 图ll是纳入了根据本发明另一实施例的电源的可植入式医疗器件(IMD)的 简化框图IIA是图11的IMD的控制电路的更详细表达；
图12图解图11的IMD与外部数据处理设备的通信能力；图13是图11的IMD的根据本发明一个实施例的电源的更详细表达；以及
图14图解了图13的IMD的根据本发明另一个实施例的电源的另一种更详细表达。
优选实施例的详细说明
图1是根据本发明的可植入式医疗器件("IMD" ) 20及其与人体心脏22的关系的一个实施例的简化示意图。IMD20在图1中被示为优选地是起搏器/心律转复器/除颤器(PCD)，尽管该IMD替换地可以是释药设备、神经刺激器、或本领域中已知的任何其他类型的可植入式器件。该IMD包括外壳或气密包封23以及相关联的电引线24、 26和28。如以下更详细描述的，包封外壳23包含各种电路和电源。引线24、 26和28借助于多端口连接器块组30耦合至IMD20，多端口连接器块组30包含分别用于所示三条引线24、 26和28中的每一条的单独端口。
在一个实施例中，引线24耦合至皮下电极40，该电极旨在被皮下地安放在左胸区域中。替换地，可以采用有源的"罐"如此使得能在植入的电极与包封外壳23之间提供刺激。在又一个实施例中，刺激是在单条多极引线上载带的两个电极之间提供的。
引线26是采用位于心脏22的冠状窦和大静脉区域中的拉长的线圈电极的冠状窦引线。该电极的定位是以42处的虚线格式示出的，并且从冠状窦的开口内的点绕心脏22向左心耳附近的点延伸。
引线28设有位于心脏22的右心室中的拉长的电极线圈38。引线28还包括螺旋刺激电极44，其采取拧进右心室的心肌组织中的可伸缩螺旋线圈的形式。引线28还可以包括用于近场或远场电图感测的一个或更多个附加电极。
在所示系统中，心脏起搏脉冲是在螺旋电极44与线圈电极38之间放出的。电极38和44还用于感测指示心室收縮的电信号。此外，心律转复器/除颤电击可以在线圈电极38与电极40之间、以及在线圈电极38与电极42之间放出。在后续脉冲除颤期间，设想将在皮下电极40与线圈电极38之间、以及在冠状窦电极42与线圈电极38之间顺序地放出脉冲。还可提供单脉冲双电极除颤脉冲法，典型地是在线圈电极38与冠状窦电极42之间提供。替换地，可以在电极38与40之间放出单脉冲。这些电极与IMD20的具体互连将在一定程度上取决于具体的单电极，相信更可能采用成对除颤脉冲法。
不管IMD 20的确切配置和操作如何，IMD 20皆包括在图2中以框形式示出的若干基本组件。IMD 20包括高功率输出电路50、低功率控制电路52、电源54 (用虚线示出的)以及电路系统56。如以下将更详细地描述的，电源54优选地是 双电池单元配置，并且能够广为采取各种形式。类似地，电路系统56可以包括模 拟和/或数字电路，能釆取各种配置，并且将电源54电连接至高功率电路50和低 功率电路52。
高功率输出电路50和低功率控制电路52典型地作为与IMD 20相关联的电子 模块的一部分来提供。 一般而言，高功率输出电路50被配置成放出电脉冲治疗， 诸如除颤或心律转复/除颤脉冲。总而言之，高功率输出电路50负责在IMD20的 各种电极38-44 (图1)之间施加刺激脉冲能量。如本领域中公知的，高功率输出 电路50可以与电容器组(未示出)相关联用于生成恰适的输出能量，例如在0.1-40 焦耳范围之中的输出能量。
低功率控制电路52类似地在本领域中是公知的。 一般而言，低功率控制电路 52监视心脏活动并且信令高功率输出电路50的激活以放出恰适刺激治疗。进一步， 如本领域中公知的，低功率控制电路52可以从高功率输出电路50生成优选脉冲系 列作为整体治疗的一部分。
电源54和相关联的电路系统56能广为采取各种配置，如以下各个实施例中 描述的。然而，优选地，电源54包括第一高倍率电池单元60和诸如中或低倍率电 池单元之类的第二较低倍率电池单元62。值得注意，第一和第二电池单元60、 62 可彼此分开地形成或包含在单个包封之内。取决于具体应用，高倍率电池单元60 被配置成对起搏器提供少至0.1焦耳到对可植入式除颤器提供多至40焦耳的刺激 能量。如以下参考具体实施例描述的，高倍率电池单元60可以广为采取本领域中 已知的各种形式。优选地，高倍率电池单元60包括阳极、阴极和电解质。电解质 包括基底液态电解质组分和阻抗稳定添加剂。基底电解质组分典型地包括1.0摩尔 (M)四氟硼酸锂(重量％为1-20%) 、 r-丁内酯(重量％为50-70%)、以及1,2-二甲氧基乙烷(重量％为30-50%)，阻抗稳定添加剂为2，2,2-三氟乙酰胺。
对于可充电应用，优选地将阳极形成为包括或者金属形式或者离子形式的锂。 考虑到这一点，高倍率电池单元60最优选地是例如在授予Howard等的"High Reliability Electrochemical Cell and Electrode Assembly Therefor (高可靠性电化学电 池单元及其电极组装)"的美国专利No. 5,439,760以及授予Berkowitz等的"High Reliability Electrochemical Cell and Assembly Therefor (高可靠性电化学电池单元及 其电极组装)"的美国专利No. 5，434，017中所公开类型的螺旋巻绕式电池，以上申请的公开通过援引纳入于此。高倍率电池单元60次优选地是具有例如在授予
化学电池单元的内部电极和组装方法)"的美国专利No. 5,312,458和5,250,373、授予Takeuchi等的"Method of Making Prismatic Cell (制作棱形电池单元的方法)"的美国专利No. 5,549,717、授予Kiester等的"Non-aqueous Lithium Battery (非水性锂电池)"的美国专利No. 4,964，877、授予Post等的"Electrochemical Cell WithImproved Efficiency Serpentine Electrode(带有效率提高的蛇形电极的电化学电池单元)"的美国专利No. 5,14,737、以及授予Pyszczek等的"Use of Standard UniformElectrode Components in Cells of Either High or Low Surface Area Design (在或高或低表面积设计的电池单元中使用标准的统一电极组件)"的美国专利No. 5,468,569中所公开类型的螺旋巻绕、叠板、或蛇形电极的电池，以上申请的公开通过援引纳入于此。替换地，高倍率电池单元60可以包括单阴极电极。
用于高倍率电池单元60的阴极的材料最优选地为固态并且包括诸如氧化钒、银钒氧化物(SVO)或二氧化锰之类的金属氧化物作为其活性组分，这在本领域中是已知的。替换地，高倍率电池单元60的阴极还可以包括一氟化碳及其复合体或者任何其他活性电解组分和组合物。在对阴极采用SVO的场合中，SVO最优选地为在授予Crespi等的美国专利No. 5,221,453、 5,439,760和5,306,581中公开的称为"组合银矾氧化物"(或即"CSVO")的类型，尽管可以采用其他类型的SVO。
应理解，也可以对高倍率电池单元60利用除以上明确阐述的那些以外的电化学系统，包括但不限于，诸如锂/氧化银、锂/氧化锰、锂/￥205、锂/铜银矾氧化物、锂/氧化铜、锂/氧化铅、锂/一氟化碳、锂/氧化铬、锂/含铋氧化物、锂/硫酸铜，以上列出的各种阴极材料的混合物——诸如银矾氧化物与一氟化碳的混合物、以及锂离子可再充电电池等阳极/阴极系统，以上仅是举出了其中的一些。
一般而言，第二较低倍率电池单元62具有比高倍率电池单元60小的倍率能力，并且足以对低功率控制电路52供电。例如，在一个优选实施例中，第二较低倍率电池单元62是中倍率的SVO电池单元，更优选地为SVO/CFx电池单元。替换地，第二较低倍率电池单元62可以是电流消耗在10-30微安范围中的低倍率锂/碘起搏器电池。如本领域中已知的，第二较低倍率电池单元62的可接受构造包括例如在授予Sunderland等的"Electrochemical Cell (电化学电池单元)"的美国专利No. 5,716,729中描述的单阴极电极设计，该申请的公开通过援引纳入于此。如贯穿本说明书使用的，对"较低倍率电池单元"的引述包括低倍率和中倍率电池单元两者。不管确切构造如何，高倍率电池单元60和较低倍率电池单元62优选地具
有相近的寿命起始(BOL)电压(例如，相差小于100mV)。进一步，电池单元 60、 62优选地具有相近的耗尽电压，从而在电池单元60或62中有第一个到达耗 尽时，电池单元60、 62各自的容量已被高效率地使用掉。
考虑到高倍率电池单元60和第二较低倍率电池单元62的上述参数，电源54A 和电路系统56A的一个优选组合A在图3中示意性地描绘。电源54A包括如以上 所描述的第一高倍率电池单元60A和第二较低倍率电池单元62A。此外，电路系 统56A将高倍率电池单元60A和较低倍率电池单元62A并行地电连接至高功率输 出电路50和低功率控制电路52。具体而言，电路系统56A包括配置成选择性地解 开高倍率电池单元60与低功率控制电路52的耦合的开关70。在这点上，电路系 统56A可以包括附加组件/连接(未示出)用于响应于以下描述的操作条件启用和 停用开关70。
电源/电路系统配置A提供胜于现有技术中的单电池单元设计的独特优点。例 如，在IMD20 (图l)的操作期间，电源54A不时地被要求向高功率输出电路50 放出高电流脉冲或放电，同时维持高到足以持续地对低功率控制电路52供电的电 压。如果供电电压降到某一值之下，贝UIMD20将停止操作。电源/电路系统配置A 并行地放置高倍率电池单元60A和较低倍率电池单元62A以在高功率输出电路50 没有被启用的时段期间对低功率控制电路52供电。在诸如除颤脉冲之类的瞬态高 功率脉冲期间，使开关70开路以解开高倍率电池单元60A与低功率控制电路52 的耦合。较低倍率电池单元62A保持电连接至低功率控制电路52。由此，较低倍 率电池单元62A持续地对低功率控制电路52供电，而不管高倍率电池单元60A经 历任何电压降落。在电路系统56A的并联配置下，高倍率电池单元60A和较低倍 率电池单元62A能组合地操作长达约各个电池单元60A、 62A的整个使用寿命。 进一步，视需要，能将电池单元60A和/或62A的尺寸和形状设计成能满足由IMD 20 (图1)造成的某些体积或形状约束。
替换实施例电源/电路系统配置B在图4中示意性地描绘。电源/电路系统配置 B包括电源54B和电路系统56B。电源54B包括第一高倍率电池单元60B和第二 较低倍率电池单元62B。电路系统56B将高倍率电池单元60B和较低倍率电池单 元62B并行地与高功率输出电路50和低功率控制电路52连接，并且包括开关80。 开关80被配置成选择性地解开高倍率电池单元60B与低功率控制电路52的耦合， 如此使得电路系统56B可以包括附加组件/连接(未示出)用于响应于以下描述的操作条件启用和停用开关80。
电源54B优选地是蓄电电池，藉此高倍率电池单元60B和较低倍率电池单元 62B两者都被维持在以82概括地示出的单个外壳内。在这点上，高倍率电池单元 60B包括与较低倍率电池单元62B的阳极/阴极构造电化学地相关(优选为相同) 的阳极/阴极组合，如此使得公用电解质84激活电池单元60B、 62B两者。例如， 高倍率电池单元60B可以是高倍率Li/SVO，而较低倍率电池单元62B是具有芯块 设计的诸如Li/SVO或Li/Mn02电池单元等高体积效率电池单元。替换地，如先前 所描述的，电池单元60B、 62B的其他构造是同样可接受的。
经由电路系统56B将电池单元60B、 62B并行地连接至高功率输出电路50和 低功率控制电路52就允许电池单元60B、62B两者皆能对低功率控制电路52供电， 藉此延长电源54B的使用寿命。进一步，如同使用先前描述的电源/电路系统配置 A (图3)时一样，开关80确保在高功率输出电路50产生瞬态高功率脉冲期间低 功率控制电路52的操作。例如，当促使高功率输出电路50放出高功率脉冲或放电 时，电路系统56B使开关80开路以解开高倍率电池单元60B与低功率控制电路 52的耦合。较低倍率电池单元62B保持电连接到低功率控制电路52以向其提供连 续、不间断的功率。
此外，较低倍率电池单元62B能用于对高倍率电池单元60B再充电。更具体 地，在高倍率电池单元60B被脉动之后，高倍率电池单元60B的电势将低于较低 倍率电池单元62B的电势。当较低倍率电池单元62B (经由开关80)再连接至高 倍率电池单元60B时，较低倍率电池单元62B将被放电而高倍率电池单元60B相 应地被充电，直至它们达到等电势。电子从较低倍率电池单元62B的阳极向高倍 率电池单元60B的阳极移动，并且从高倍率电池单元60B的阴极向较低倍率电池 单元62B的阴极移动。在一个优选实施例中，为了令再充电能发生，高倍率电池 单元60B必须拥有至少一定程度的可再充电性。这就是说，高倍率电池单元60B 若被高度放电则或许不能按以上描述再充电。已发现将高倍率电池单元60B配置 成显现出"微可再充电性"特性便允许在高功率输出电路50操作(例如，治疗) 期间被移走的小量容量能被归回。已进一步发现包括SVO阴极的高倍率电池单元 60B显现出这种合需的微可再充电性特性。替换地，其他阴极材料也是可接受的。 值得注意，与此相同的再充电机制适用于先前描述的配置A (图3)。
作为附加优点，可以将高倍率电池单元60B的尺寸(例如，电池单元体积) 设计成能满足高功率输出电路50的要求，而不用特地关注对低功率控制电路52的供电。如先前所描述的，在现有技术的单电池单元设计中，电池单元体积是效率
非常低的。电源54B通过使高倍率电池单元60B的尺寸最小化并且利用尺寸能更 便利地设计的较低倍率电池单元62B克服了这个问题。换言之，高倍率电池单元 60B可以是有益于绕线圈的、蛇形、或其他高电极面积构造(但可能有较低的体积 能量密度)的相对简单的形状，而较低倍率电池单元62B可以是与IMD20的合需 体积形状共形并对其高效率地加以利用的形状，诸如具有相对较高的体积能量密度 的"D"形芯块或绕线电池单元。结果所得的电源54B凭借其独特的复杂形状利用 IMD 20中可用的体积并且促使IMD 20具有最优体积。
又一替换实施例电源/电路系统配置C在图5A中以横截面来描绘。更具体地， 图5A示出包括高倍率电池单元60C、蓄电芯块90、和用作较低倍率电池单元62C 的锂体92的电源54C。高倍率电池单元60C、芯块90、和锂体92被布置在进一 步包含电解质96的外壳94中。尽管在图5A中未示出，但高倍率电池单元60C和 较低倍率电池单元62C (包括蓄电阴极芯块90和锂体92)由可以包括也可以不包 括开关的电路系统(未示出)并行地连接至高功率输出电路50 (图2)和低功率控 制电路52 (图2)。进一步，锂体92与阴极蓄电芯块90具有大致相同的长和宽。
高倍率电池单元60C可以采取数种构造，但优选地包括绕线的阳极98和阴极 100。例如，阳极98优选地为锂材料，而阴极100是含恰适金属的材料(例如，金 属氧化物或金属硫化物)，优选地为SVO。无论如何，阳极98和阴极IOO优选地 绕蓄电芯块90巻绕。替换地，蓄电芯块90和锂体92可以位于高倍率电池单元60C 的绕组外部，就像例如由图5B的替换实施例所示的那样。
回到图5A，蓄电芯块90与阴极100有相同的组分。例如，在优选实施例中， 蓄电芯块90是稠密SVO或Mn02阴极芯块。类似地，锂体92与阳极98有相同的 组分，并且可用于平衡蓄电芯块90的能力。在这点上，锂体92无需为分开的元件， 取而代之的是，可将阳极98的最内匝102 (即，围绕蓄电芯块90的那匝)加厚(即， 提供额外的锂材料)。
电源/电路系统配置C通过利用蓄电芯块90对高倍率电池单元60C充电来给 电源54C提供比常规技术的平行板或线圈配置更高的能量密度，而不存在制作、 绕线、或折叠多个厚电极的困难。
在使用期间，高倍率电池单元60C和蓄电芯块90并行地操作以对低功率控制 电路52 (图2)供电。在瞬态高脉冲操作期间，高倍率电池单元60C和蓄电芯块 90操作以对高功率输出电路50 (图2)供电。此功率中的绝大部分是由高倍率电池单元60C放出的，由于它与较低倍率电池单元62C相比内阻较低(再次，由蓄 电阴极芯块90和锂体92定义)。在瞬态高脉冲操作以后，较低倍率电池单元62C 优选将行动以如先前关于电源54B(图4)所描述地对高倍率电池单元60C再充电。 具体而言，蓄电芯块90用作辅助阴极，以在瞬态高脉冲操作以后接受来自阴极100 的电子和锂离子。例如，在蓄电芯块90包括与阴极100的组分(例如，SVO或 Mn02)化学地兼容的材料的场合，随着高倍率电池单元60C被放电，阴极100被 阴极100与蓄电芯块90之间的电子和锂离子流充电或氧化。结果所得的电源54C 比没有蓄电芯块90的类似电池单元具有更高的平均电压、更高的体积能量密度和 改善的寿命结束电压信号。进一步，锂体92平衡蓄电芯块90的容量，藉此在瞬态 高功率脉冲以后促使对高倍率电池单元60C再充电。
在电源54C的一个更优选的实施例中，高倍率电池单元60C和较低倍率电池 单元62C (或蓄电芯块90)在电源54C自身内部并联连接。例如，图5C图解与图 5A的配置C相关联的互连技术。作为参照点，外壳94的一部分已被移除以更好 地图解组件互连。考虑到这点，电源54C进一步包括第一导电突片102、第二导电 突片104、以及连接器106。第一突片102连接至与高倍率电池单元60C相关联的 阴极100并从其延伸出来。相反，第二突片104连接至形成较低倍率电池单元62C 的蓄电(或阴极)芯块90并从其延伸出来。最后，连接器106互连突片102、 104， 并且在本来会从电池外壳94向外延伸的馈通管脚108中终止。
通过内部并联连接电池单元60C和62C，就仅需要单个馈通108，藉此比其中 需要两个或更多个馈通的其他双电池设计降低了成本和复杂性。将理解图5C的构 造必然使得电池单元60C、 62C不是可独立放电的，并且诸如图4的开关80之类 的开关不可用。然而，该设计提升了形状灵活性和体积效率。例如，与高能量IMD 电源相关联的一个特定制造考量是出于已知的安全性考虑要求巻绕电池单元利用 厚阴极的要求。在采用巻绕设计的场合，厚阴极材料会趋于在拐角中破裂并且将应 力传过其他组件(诸如隔板和/或锂阳极)。这可能进而导致内部短路。然而在图 5C的配置下，能量供应中相当大的部分被存储在蓄电芯块90 (或较低倍率电池单 元62C)、以及毗邻的锂体92中。芯块90没有被巻绕，且由此可以相对较厚而不 会带来与巻绕阴极材料相关联的应力问题。由于能量中有相当大的部分是存储在芯 块90中的，因此与高倍率电池单元60C相关联的阴极100材料现在可以相对较薄， 且由此更容易巻绕而不会经历应力相关的缺陷。进一步，通过将蓄电芯块90形成 为相对较厚，与高倍率电池单元60C相关联的最内绕组的半径就得以增大或比在常规技术的巻绕电池单元中所见的更大，这再次减小了绕组导致的应力。
具有提高的体积效率的又一替换电源/电路系统配置D在图6中示意性地描
绘。配置D包括电源54D和电路系统56D。电源54D包括维护高倍率电池单元60D、 较低倍率电池单元62D、以及电解质(未示出)的外壳110。电路系统56D将电池 单元60D、 62D并行地与高功率输出电路50 (图2)和低功率控制电路52 (图2) 连接。尽管在图6中示意性地图解，但高倍率电池单元60D能釆用以上描述的形 式中的任何哪种并且优选地是有益于采取绕线、蛇形、或其他高表面积电极配置的 简单形状。相反，较低倍率电池单元62D是采用诸如D形之类或以其他方式与外 壳110的可用体积共形并对其加以利用的不规律形状的表面积相对较低的辅助电 极。再次，较低倍率电池单元62D可包括以上描述的材料中任何哪种，并且可以 是中或低倍率电池单元。无论如何，结果所得的电源54D凭借其独特、复杂的形 状来利用IMD20 (图l)中可用的体积并且由此促使设备的尺寸最优化。
在操作中，电源54D与先前实施例类似地操作，其中高倍率电池单元60D和 较低倍率电池单元62D并行地操作以对高功率输出电路50 (图2)和低功率控制 电路52 (图2)供电。在这点上，与电源54D相关联的电路系统56D可以包括在 瞬态高功率脉冲期间解开高倍率电池单元60D与低功率控制电路52的耦合的开关 (未示出)。较低倍率电池单元62D与高倍率电池单元60D隔离的操作将持续地 对低功率控制电路52供电，而不用顾虑与高倍率电池单元60D相关联的电压降落。 进一步，当电源54D经受高电流脉冲放电时，高倍率电池单元60D和较低倍率电 池单元62D将在各脉冲之间均衡且由此停留在相同的放电深度，其中高倍率电池 单元60D的容量中的绝大部分是以比不并联连接较低倍率电池单元62D时本将观 察到的电压更高的电压来放电的。
具有提高的体积效率的又一相关替换电源/电路系统配置E在图7中作为IMD 112的一部分来描绘。更具体地，IMD112被示为包括外壳114、电路116 (在图7 中概括地示出)、以及电源54E。电源54E包括高倍率电池单元60E和较低倍率 电池单元62E。在图7的实施例下，电池单元60E、 62E被分开地形成(即，分开 包封)并且经由电路系统56E并联连接。值得注意，电路系统56E不包括开关， 并且电池单元60E、 62E不是可独立放电的。
尽管在图7中示意性地图解，但高倍率电池单元60E能采取以上描述的形式 中的任何哪种并且优选地是有益于呈绕线、蛇形、或其他高表面积电极配置的简单 形状。相反，较低倍率电池单元62E是被定形成能高效率地利用外壳114中的可用体积的相对低表面积的辅助电极。在一个优选实施例中，高倍率电池单元60E 是本领域中已知的薄膜电池。在这点上，制造薄电极的一个优选方法是在恰适溶剂 中制备电极材料的浆料。该浆料随后被敷设到薄箔基底上作为集流器。为此，最常 用的方法是使用"滚筒刮刀"办法，藉此使用刀口控制厚度(即，刮墨刀)来 把浆料敷设到正移动的网(例如，该金属箔)上。溶剂随后被蒸发，留下阴极材 料薄膜。替换地，其他已知薄电极制造技术是同样可接受的。
通过将高倍率电池单元60E形成为薄膜电池，电源54E的特征在于体积效率 得以提高。进一步，尤其在IMD112为ICD的场合，电源54E呈现出改善的可比 例縮放性。作为参照点，ICD电池典型地被建造为具有最大安全功率能力(即，最 大安全电极表面积)。由此，在维持特定表面积的同时在一维上改变"标准"ICD 电池的大小所强加的几何约束典型地会大过所能得到满足的。作为结果，对于不同 大小的ICD应用，"标准"ICD电池经常必须在两维上改变，且因此是不可比例 縮放的。图7的双电池单元设计克服了该问题。具体而言，通过将高倍率电池单元 60E形成为薄电极，便允许高倍率电池单元60E位于电路116下面。相反，较低倍 率电池单元(优选地为中倍率电池单元)62E被构造成具有与外壳114的内部维相 同的厚度(即，与电路116和高倍率电池单元60E相同的厚度)。则如图7中所 示，较低倍率电池单元62E ffl比邻电路116/高倍率电池单元60E堆叠来定位。ICD 112 的高能量电容器(未示出)位于较低倍率电池单元62E的另一侧并且在厚度上匹 配此中倍率电池单元62E。对于不同大小的ICD，较低倍率电池单元62E可以在一 维上比例縮放以提供特定应用的能量需要。然而，电路116、高倍率电池单元60E、 电容器、以及任何器件连接器块组(未示出)都是不变动的固定组件。由此，图7 的配置满足合需的可比例縮放性准则。
另一个替换实施例电源/电路系统配置F在图8中示意性地描绘。配置F包括 电源54F和相关联的电路系统56F。再一次，电源54F包括第一高倍率电池单元 60F和第二较低倍率电池单元62F。电路系统56F将高倍率电池单元60F和较低倍 率电池单元62F连接至高功率输出电路50和低功率控制电路52。不同于先前的实 施例的是，电路系统56F不必并联连接电池单元60F、 62F。进一步，虽然较低倍 率电池单元62F非常类似于先前描述的实施例，但高倍率电池单元60F优选地是 如以下描述的阳极受限电池单元。
具体而言，对于配置F，高倍率电池单元60F包括固态阴极，液态有机电解质 和用于放出高电流脉冲的锂阳极。电池单元60F进一步包括包含这些电池单元组件的壳体(未示出)并且阴极结构一般巻绕多匝，其中锂阳极介入阴极绕组的各匝 之间。该壳体还包含非水性液态有机电解质，其优选地包括锂盐和操作用于接触阳 极和阴极的有机溶剂的组合。向阳极提供电连接并且向阴极提供电连接。阴极包括
诸如SVO或Mn02之类的活性材料。
在以上构造下，高倍率电池单元60F是体积上受约束的系统。进入到电池单 元60F中的每个组件(阴极、阳极、隔板、集流器、电解质等)的量不能超过电 池外壳的可用体积。此外， 一些组件的恰适量取决于所使用的其他组件的量。这些 组件必须被"平衡"以提供合需程度的放电。
例如，在诸如在除颤器应用中使用的阴极受限的Li/SVO电池中，阴极的容量 (Q+)不得超过阳极的容量(Q-)。其他电池组件占用的体积还取决于如由电池 中阴极材料的量反映的阴极容量(Q+)。所有这些电池组件都必须针对给定电池 体积作调整。
随ICD使用的按常规技术平衡的锂阳极电池单元是用充足的锂和电解质来平 衡以使阴极放完电。然而，按常规技术平衡的电池单元具有随时间和放电深度增大 的阻抗。这些电池单元的功率能力受出于安全性原因而强加的电极面积约束的限 制。历史上，已可用掉电池的几乎总的容量同时维持尚可功率(即，可接受的充电 时间)。然而，随着时间推移，按常规技术平衡的高倍率电池单元由于增大的电池 单元阻抗而显现出增加的充电时间。当电池单元不再能够满足充电时间要求时，该 ICD (或其他IMD)就必须被更换了。为此，工业标准已实现了更严格的充电时间 要求。由此，在充电时间不合格之前要用掉全部电池单元容量已变得日益困难。
Li/SVO型电池单元经受的上述问题的一个示例在图9中图表地示出。具体而 言，常规技术的Li/SVO高倍率电池单元设计经历着如曲线120所示的电压随时间 推移的下降。此外，由于内阻随时间推移而增大，致使电容器充电时间增加，如曲 线122所代表的。作为参照点，曲线120、 122从寿命起始(BOL)点向寿命结束 (EOL)点延伸。制造商典型地针对特定IMD应用来划界就在EOL前的潜在功能 丧失点(在图9中的"PLF"处指出)。PLF由该IMD的电路性能要求决定。对 于图9的示例，根据制造商标准，按常规技术平衡的电池单元将在大约2.20伏特 处经历潜在功能丧失(PLF)。为确保IMD在PLF之前被移植出和更换，工业标 准要求IMD向用户提供选择性更换指示(ERI) 。 ERI通常由制造商参考电压曲线 120任命为就在PLF之前。例如，制造商的标准可能要求IMD在ERI之后继续操 作达3个月。考虑到该标准，制造商从PLF向回推算以选择满足如此选择的标准的ERI值。参考图9的示例，常用的ERI值为2.45伏特。
考虑到以上定义，图9图表地示出充电时间曲线122取决于放电深度或时间， 从BOL到ERI和PLF两者均渐增。由于这种时间相关性，并且作为参照点，可随 IMD使用的典型的高倍率电池单元的充电时间在BOL处约为8秒，在EIR处为 14秒，而在PLF处为25秒。随着IMD性能要求不断演进，超过16秒的充电时间 很有可能不再是可接受的。换言之，将来的工业要求可能要求16秒的PLF值(且 由此有相应减小的ERI值)。虽然纳入了基于锂的高倍率电池单元的IMD能够被 编程以提供更早的ERI信号(相对于充电时间曲线120而言)，但由于对放电深 度或时间的依赖性，在此减小的ERI水平处将仅用掉电池容量的一小部分。例如， 在对应于12秒的充电时间的ERI处，常规技术的电池单元的容量中约40%已被用 掉。显然，这样的低效率是非常不可取的。
为克服与先前的基于锂的高倍率电池单元相关联的时间依赖特性，电源54F (图8)将高倍率电池单元60F (图8)形成为阳极受限的。具体而言，高倍率电 池单元60F优选地是例如在美国专利No. 5,458,997中描述的锂受限电池单元，该 申请的教导通过援引纳入于此。 一般来说，诸如Li/SVO、 LiZMn02等可用的基于 锂的高倍率电池单元被再平衡，如此使得该电池单元包含的锂和电解质足以仅被放 电到第一电压坪(在图9中标注为124)。通过使用较少锂和电解质而变得可用的 体积允许阴极材料能有更多空间，藉此使第一电压坪延伸为如点线126所示。在这 种配置下，锂阳极在阴极耗尽之前耗尽，从而防止气体形成。此外，锂受限设计在 电池寿命中的绝大部分上产生极微阻抗。在一个优选实施例中，锂受限的高倍率电 池单元60F为SVO/CFx复合型阴极设计，其中x在范围0.9-1.1中。
如图10中图表地示出的，锂受限高倍率电池单元60F (图8)显现出对放电 深度或时间有很少依赖性的充电时间特性。作为参照点，图10描绘了电压曲线130 和充电时间曲线132。与图9中示出的按常规技术平衡的电池单元性能特性相比， 锂受限高倍率电池单元60F的电压曲线130具有延伸的第一电压坪134，以及在第 二电压坪136之后的迅速电压下降。然而重要地，在第二电压坪136之前，充电时 间曲线132即使随着增加的放电深度和/或时间增加也仅是稍微增加。由此在实效 上，锂受限高倍率电池单元60E的特征在于贯穿该电池寿命中的绝大部分，其倍 率能力显现出对时间或放电深度极微的依赖性。考虑到该特性，纳入了包括高倍率 电池单元60F的电源54F (图8)的IMD可被编程以建立图10中所示的PLF和 ERI值。作为示例并且根据一个优选实施例，PLF建立在约2.6伏特处而ERI在2.65 伏特处。在这些值处，倍率能力或充电时间曲线132显现出对放电深度和时间的极 微依赖性。例如，BOL充电时间约为8秒，ERI充电时间约为10秒，而PLF充电 时间约为16秒。在第二电压坪136后，充电时间快速增加到EOL。然而，与按常 规技术平衡的电池单元不同的是，阳极受限的高倍率电池单元60F的ERI和PLF 相对靠近EOL (相对于电压曲线130的总长度而言)。由此，与按常规技术平衡 的高倍率电池单元不同的是，阳极受限的高倍率电池单元60F允许能够选择使得 倍率能力和充电时间对放电深度或时间具有极微依赖性的ERI值，并且结果使得 电池单元60F能力中很大的部分得以被利用。更具体地，如此来选择高倍率电池 单元60F的ERI以使得阴极的至少40%被消耗掉；优选地为至少50%;更优选地 为至少60%;最优选地为至少75%。
如先前所描述的，在实施例F (图8)的情况下，高倍率电池单元60F和较低 倍率电池单元62F不必并联连接。然而若使用并行连线，则较低倍率电池单元62F 在实效上将根据先前描述的再充电机制在瞬态高功率脉冲之后对高倍率电池单元 60F再充电。进一步，若使用并行配置，则优选将较低倍率电池单元62F设计成比 高倍率电池单元60F具有更高的电压(超过BOL)，如此使得当电池单元60F、 62F被放电时，高倍率电池单元62F将在电池单元60F的使用寿命中更大的部分上 逗留在更靠近其BOL电压和倍率能力处。在配置F的采用并行构造的进一步优选 实施例中，高倍率电池单元60F是锂受限SVO电池单元而较低倍率电池单元62F 为SVO/CFx复合型阴极较低倍率电池单元。该构造给这两个电池单元提供相近的 BOL电压、相近的耗尽电压(例如，在PLF处有大于90y。的耗尽)，并且较低倍 率电池单元62F将比高倍率电池单元60F具有更高的电压(超过BOL)。
具有本发明的双电池单元电源的IMD提供胜于先前设计的显著进步。在一个
实施例中，通过并行地将第一高倍率电池单元和第二较低倍率电池单元连接至控制 电路和输出电路，并且纳入开关来选择性地解开高倍率电池单元与较低倍率电池单 元的耦合，该IMD将独立于充电条件高效率地利用这两个电池中的容量。不管是 否包括开关，该优选并联连接皆能取决于高倍率电池单元的构造而便于较低倍率电 池单元在瞬态高功率脉冲之后对高倍率电池单元再充电。在另一个替换实施例中， 双电池单元作为单个蓄电器来提供。在又一个替换实施例中，高倍率电池单元具有 阳极受限构造并且显现出对时间或放电深度具有极微依赖性的充电时间特性。在这 种配置下，在满足严格充电时间要求的同时高倍率电池单元的容量中的绝大部分得以被利用。
图11图解根据本发明另一实施例的可植入式医疗器件(IMD) 200。根据该实施例的IMD 200可以用起搏器、心率转复器、除颤器、神经刺激器、或给药设备的形式来提供。然而将领会，IMD200可以采取各种其他可植入式医疗器件的形式，并且由此不必被限定于前述示例。然而出于例示说明的目的，IMD200将以可植入式心脏除颤器(ICD)的配置来描述。
根据所示实施例，IMD 200包括控制IMD 200的整体操作的控制电路205。控制电路205可以被配置成经由一个或更多个布置在患者体内的经由电引线耦合至IMD 200的电极来监视生理数据。例如，控制电路205可以经由一个或更多个植入患者心脏内的电极来监视心脏活动。控制电路205可以收集并处理经由这些植入电极接收到的生理数据。取决于经由这些植入电极在IMD 200处接收到的生理数据，控制电路205可以进一步被配置成向患者身体的一部分投放治疗。根据示例性实施例，该治疗可以是按经由这一个或更多个植入患者心脏内的电极来向患者心脏放出的治疗电脉冲的形式来提供的。
根据本发明一个实施例，以如图11A中所示的处理器单元207的形式来提供控制电路205以控制其整体操作。在一个实施例中，处理器单元207可以例如采取微处理器、微控制器、或数字信号处理器的形式。控制电路205可以进一步包括用于存储由这一个或更多个植入患者体内的电极接收到的生理数据的存储器模块208。存储器模块208还可以存储在处理器单元207上执行的用于控制IMD 200的软件固件、和/或微代码。
再次参考图ll，根据此示例性实施例，IMD 200可以进一步包括用于放出诸如除颤或心率复转/除颤脉冲之类的电脉冲治疗的高功率输出电路210。高功率输出电路210可以按用于生成将要经由这一个或更多个植入患者心脏内的电极来向患者心脏放出的高输出电子脉冲的电容器的形式来提供的。根据所示实施例，高功率输出电路210可以接收来自控制电路205的控制信号以响应于对经由这一个或更多个植入患者心脏内的电极接收到的生理数据(即，心电信号)的分析放出高输出电击。
根据所示实施例，IMD200进一步设有通信接口电路215，其可以为IMD200提供通信能力以与外部数据处理设备通信。数据处理设备可以被配置成监视和/或分析由IMD 200收集并后续传送的生理数据。然而将领会，通信接口电路215还可以被配置成与患者体外的其他各种设备通信而不会脱离本发明的精神和范围。在替换实施例中，通信接口电路215可以与位于IMD 200外部但位于患者体内的发射设备(未示出)通信。该发射设备随后可以与外部数据处理单元通信。
根据所示实施例，通信接口电路215被配置成传达由控制电路205从这一个或更多个植入患者体内的电极获得的生理数据。通信接口电路215还可以被配置成接收由IMD 200外部的另一设备生成的、将要由控制电路205处理的数据。根据所示实施例，通信接口电路215经由无线通信与该外部设备传达数据。
根据所示实施例，IMD200进一步配置有电源220以向控制电路205、高功率输出电路210和通信接口电路215供电。电源220固有地在IMD 200的操作中扮演重要角色，因为IMD可能随着电池迫近寿命结束而进入受限功能模式。这样，IMD或许不能对患者投放恰适治疗，从而危及患者的健康。而且，由于IMD 200是植入患者体内的，因此电池的可及性通常需要外科手术。相应地，如果电源220失效，则可能使患者的健康处于危险中直至执行了这样的手术。
现在转到图12,示出根据本发明一个实施例的IMD200与外部设备的通信能力。IMD200的通信接口电路215配置有无线接口 230，用于通过无线通信介质232经由数据转送设备235与数据处理设备240通信。根据所示实施例，无线接口 230可以采取射频(RF)收发机的形式，其与也配置有RF收发机的数据转送设备235传送和接收射频信号。然而将领会，可以在IMD 200的无线接口 230与数据转送设备235之间作为射频通信的代替或者补充使用其他形式的通信协议，而不会脱离本发明的精神和范围。例如，在无线接口 230与数据转送设备235之间使用的通协议可以包括超声通信和其他类型的通信。
根据所示实施例，数据转送设备235可以用可接近植入患者体内的可植入式医疗器件200放置的手持式设备的形式来提供。在该实施例中，数据转送设备235经由有线链路237耦合至数据处理设备240。然而将领会，数据转送设备235可以替换地经由无线通信介质与数据处理设备240通信。例如，数据转送设备235与数据处理设备240之间的无线通信介质可以是RF通信介质或红外(IR)通信介质。替换地，在一个实施例中，数据转送设备235被去掉，而数据转送直接在无线接口230与数据处理设备240之间发生。
将进一步领会，IMD 200的通信接口电路215与数据转送设备235之间的通信信号的功率电平也可以变化。例如，可以在IMD 200与数据转送设备235之间使用低功率RF通信如此使得其可能必须紧密接近IMD200来放置。替换地，可以在RF通信介质232上使用更高传输功率电平如此使得数据转送设备235与IMD200的紧密物理接近不是必要的。当然，将领会到在RF通信介质232上使用的传输功率电平越高，对IMD 200的电源220的消耗就越高。
如先前提及的，生理数据由IMD 200的控制电路205经由一个或更多个植入患者体内的电极来收集。在一个实施例中，生理数据可以采取来植入自患者体内的电极、并且例如以心电图的形式记录在IMD 200的存储器模块208内的心电信号的形式。该生理数据随后可以从存储器模块208被取回并被转送到通信接口电路215以便无线传输到数据转送设备235，供由数据处理设备240监视和/或处理。在替换实施例中，生理数据可以随着该数据由这一个或更多个植入患者体内的电极感测到而在实时基础上被控制电路205获得并转送到通信接口电路215以供传输到数据转送设备235。除了经由数据转送设备235向数据处理设备240传输生理数据之外，通信接口电路215还可以传送与IMD 200的性能相关的数据。性能数据可以包括例如先前从IMD 200向患者身体投放的治疗的有效性。
根据本发明一个实施例，数据处理设备240是以编程器或其他计算机的形式来提供的。数据处理设备240可用于监视和/或分析从IMD 200经由通信接口电路215传送而来的生理数据和/或性能数据。数据处理设备240还可以基于所收集到的生理数据和性能数据来确定由IMD 200投放的治疗的功效。例如，数据处理设备240可用于确定向患者投放的治疗是否有正当的能量强度。
基于由数据处理设备240使用IMD 200所接收到的生理和性能数据执行的分析，数据处理设备240还可以被配置成经由数据转送设备235向IMD 200传送编程数据以调整IMD200的各种设置。例如，如果数据处理设备240 (例如基于所收集到的生理数据)确定IMD200正在投放的电脉冲治疗信号的强度高过所需要的，则传送给IMD 200的编程数据可以减小向患者身体投放的电治疗信号的强度。
典型地，IMD 200的通信接口电路215要求相对较高的电流脉冲，由此导致对电源220相对较高的消耗。如果在通信接口电路215与数据转送设备235之间传达相当大量的数据，则其可能产生对电源220的显著消耗，这是因为通信接口电路215在传送数据时的高电流脉冲和时间量。此外，随着IMD 200与数据转送设备235之间传达的数据量增加，对电源220造成的负担也增加，从而减少了IMD200内的电源220的寿命。
现在转到图13，提供了根据本发明一个实施例的电源220的更详细表达。电源220包括主电源250和次电源255。主电源250用于既对高输出功率电路210供电，也对IMD 200的控制电路205供电。根据本发明一个实施例，主电源250采取锂/CFx-CSVO电池的形式。然而将领会到，主电源250可以采取各种其他电池类型，其可以包括Li/CSVO、 Li/CFX、 Li/Mn02、 Li/12、 Li/SOCl2，或其他类似类型的化学组成。
根据所示实施例，次电源255向通信接口电路215供电以减轻通信接口电路215本会对主电源250造成的任何额外负担。根据一个实施例中，次电源255是以可再充电电池的形式提供的。次电源255可以包括有或液态或聚合物电解质的锂离子电池。然而将领会到，次电源255还可以采取其他电池类型的形式，诸如镍/金属氢化物或其他类似类型的化学组成而不会脱离本发明的精神和范围。根据所示实施例，次电源255可以经由经皮磁感应过程来再充电，这在本领域中已被很好地确
根据一个实施例，次电源255仅向通信接口电路215供电，从而缓减通信接口电路215本会向主电源250要求的任何额外功率要求。由此，在该实施例中，次电源255是通信接口电路215的专用电源。相应地，主电源250仅需要向控制电路205和高输出功率电路210中必不可少的"寿命保障"操作电路系统供电而无需供电来支持IMD 200的通信要求(即，通过通信接口电路215)，从而节约主电源250的功率和寿命。主电源可以采取以上讨论的这些双电池单元实施例中的任何哪种的形式。替换地，主电源可以是常规技术的单电池单元设计。
在图13的所示实施例中，电源250和255可以彼此独立地操作。由此，在一个实施例中，如果电源250和255之一失效，则另一个电源250、 255继续对其相应各个电路供电。
现在转到图14，示出根据本发明另一实施例的电源220。在该特定实施例中，主电源250和次电源255耦合至电源开关260，该开关260能够切换连接以对IMD200的各种组件供电。如对图13中所提供的配置提及的，主电源250平常仅对IMD200的控制电路205和高输出功率电路210供电。另一方面，次电源255平常仅对通信接口电路215供电。根据图14的所示实施例，电源开关260被配置成取决于电源250、 255是否耗尽了其功率来切换主电源250和/或次电源255的连接。
根据一个实施例，开关260耦合至功率电平传感器265，该传感器265被配置成确定主电源250和/或次电源255的剩余功率电平。功率电平传感器265可以进一步被配置成确定主电源250和/或次电源255的剩余功率电平是否已降落到预定功率电平之下。相应地，电源开关260可以被配置成基于传感器265确定功率电平低于该预定阈值来切换IMD 200的电路205、 210、和215与主电源和次电源250、255之间的连接。在一个实施例中，该预定阈值可以是刚好在零剩余功率电平(即， 用完的电池)以上的功率电平。
例如，如果IMD200正在其通信接口电路215与数据转送设备235 (图2)之 间转送数据，并且功率电平传感器265确定次电源255的功率电平几乎耗尽(即， 在预定阈值之下)，则传感器265可以向开关260发送控制信号以将主电源250 耦合至IMD 200的通信接口电路215如此便不会中断该数据转送。类似地，如果 确定主电源250内的功率电平将耗尽到预定阈值以下，则电源开关260可以切换控 制电路205和/或高输出功率电路210的连接以接收来自次电源255的功率，这与 接收来自主电源250的功率形成对比。
在替换实施例中，电源开关260可以包括用以感测主电源250和/或次电源255 内剩余的功率电平并且基于所感测到的功率电平来切换IMD 200的电路205、 210、 和215与主电源和次电源250、 255之间的连接的电路系统。即，用于感测主电源 和次电源250、255的剩余功率电平的传感器265可以是电源开关260的整合组件， 这与作为图14中所示的分立组件形成对比。在另一个替换实施例中，第一和第二 电源可以被设计成使得每个电源独立于另一个电源。在该实施例中，这两个电源 (即，电池)中有至少一个或其两个皆包含包括添加剂2,2,2-三氟乙酰胺的电解质。
虽然已参考优选实施例描述了本发明，但是本领域普通技术人员将领会，可 广为使用推算出能达成相同目的的各种替代和/或等效实现来代替所示出和所描述 的具体实现而不会脱离本发明的精神和范围。
权利要求
1. 一种可植入式医疗器件，包括控制电路，用以控制所述可植入式医疗器件的操作并且从植入所述可植入式医疗器件的患者获得生理数据；耦合至所述控制电路的通信电路，用以将所述生理数据传送给外部设备；位于所述器件内并且耦合至所述控制电路的第一电源，用以对所述控制电路供电；位于所述器件内并且耦合至所述通信电路的第二电源，用以对所述通信电路供电；以及可共用地激活所述第一电源和所述第二电源的电解质，所述电解质包括2，2，2-三氟乙酰胺。
2. 如权利要求1所述的可植入式医疗器件，其特征在于，所述第一电源包括 电池。
3. 如权利要求2所述的可植入式医疗器件，其特征在于，所述电池包括 Li/CFx-CSVO、 Li/CSVO、 Li/CFX、 Li/Mn02、 Li/12、禾卩Li/SOCl2电池中的至少一 者。
4. 如权利要求1所述的可植入式医疗器件，其特征在于，所述第二电源包括 可再充电电池。
5. 如权利要求4所述的可植入式医疗器件，其特征在于，所述可再充电电池 包括锂离子和镍/金属氢化物电池中的至少一者。
6. 如权利要求1所述的可植入式医疗器件，其特征在于，还包括 开关，用于逢第一预定事件发生便将所述第一 电源耦合至所述通信电路。
7. 如权利要求6所述的可植入式医疗器件，其特征在于，所述第一电源和第二电源各自具有与其相关联的剩余功率电平，所述器件还包括耦合至所述第一电源和第二电源的传感器，用以感测所述第一电源和第二电 源中的至少一者的所述剩余功率电平。
8. 如权利要求7所述的可植入式医疗器件，其特征在于，所述第一预定事件 包括所述传感器感测到所述第二电源的所述剩余功率电平低于剩余功率电平阈值。
9. 如权利要求7所述的可植入式医疗器件，其特征在于，所述开关逢第二预定事件发生便将所述第二电源耦合至所述控制电路。
10. 如权利要求9所述的可植入式医疗器件，其特征在于，所述第二预定事 件包括所述传感器感测到所述第一电源的所述剩余功率电平低于剩余功率电平阈 值。
11. 一种用于在可植入式医疗器件中纳入电源的方法，包括以下步骤 由位于所述器件内的第一 电源向控制电路供电，所述控制电路获得至少植入所述控制电路的患者的生理数据；由位于所述器件内的第二电源向通信电路供电，其中所述第一电源和第二电 源中至少有一者包括在电解质中的2,2,2-三氟乙酰胺；以及从所述通信电路向外部设备传送所述生理数据。
12. 如权利要求ll所述的方法，其特征在于，还包括 感测所述第二电源的剩余功率电平；确定所述剩余功率电平是否已降落到预定阈值之下；以及响应于确定所述剩余功率电平已降落到所述预定阈值之下由所述第一电源来 向所述通信电路供电。
13. 如权利要求ll所述的方法，其特征在于，还包括-感测所述第一电源的剩余功率电平；确定所述剩余功率电平是否已降落到预定阈值之下；以及 响应于确定所述剩余功率电平已降落到所述预定阈值之下由所述第二电源来 向所述控制电路供电。
全文摘要
一种可植入式医疗器件，包括用以控制该器件的操作并且用于从植入该医疗器件的患者获得生理数据的控制电路。该植入设备还包括用于将生理数据传送给外部设备的通信电路。第一电源耦合至控制电路并且对该控制电路供电。第二电源耦合至通信电路并且对该通信电路供电。
文档编号A61N1/365GK101484204SQ200780025372
公开日2009年7月15日 申请日期2007年4月30日 优先权日2006年5月1日
发明者C·L·施密特 申请人:麦德托尼克公司