专利名称：植入物电源系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及植入物，更具体的，涉及对与植入物关联的外部电源件中的电池进行充电的系统和方法。
背景技术：
耳蜗植入物以及其他耳内假体是帮助深度耳聋或严重听力受损人士的选择之一。不像常见的助听器仅仅放大并改变声音信号，耳蜗植入物基于对声学神经的直接电激励。 典型地，耳蜗植入物电激励耳内的神经结构，从而获得更类似于正常听力的听力效果。更具体地，如图I所示，正常的耳朵通过外耳101来传输声音到达鼓膜(耳膜)102，其移动中耳103的骨头(锤骨，砧骨以及镫骨)，这些骨头振动耳蜗104的卵圆窗和蜗窗的开口。耳蜗104是一个螺旋形地沿着它的轴盘绕大约两圈半的长窄导管。它包括被称为前庭阶的上部通道以及被称为鼓阶的下部通道，它们通过耳蜗管连接。耳蜗104形成垂直的螺旋圆锥体，其具有被称为蜗轴的中心，声学神经113的螺旋神经节细胞存在于其中。响应于接收到的由中耳103传输的声音，充以液体的耳蜗104起换能器的作用，以产生传输到声学神经113的电脉冲，并最终传输到达大脑。一些人部分或全部丧失了正常的感觉神经性听力。耳蜗植入物系统已经被开发来通过直接激励用户的耳蜗104来克服这一问题。耳蜗假体的一种类型可包括两部分语音处理器111和植入的激励器108。语音处理器111典型的包括用于整个系统的电源(电池)、麦克风、以及用于对声学信号执行信号处理来提取激励参数的处理器。语音处理器可以是一个耳后(BTE-)设备。激励器108产生激励模式(基于提取出的声音信息)，其通过电极导线109发送到植入的电极阵列110。典型的，这一电极阵列110包括在它的表面的多个电极，其提供对耳蜗104的选择性激励。例如，耳蜗植入物的每个电极通常由基于内耳组织而分配的频带中的信号来进行激励。耳蜗内放置的每个电极典型的基于它所分配的频带，其中，电极更靠近耳蜗的底部时其通常对应于更高的频带。语音处理器和激励器之间的连接通常通过射频(RF-)链接的方式建立，射频链接可利用线圈来经皮传送RF/功率信号。注意的是，通过RF链接，激励能量和激励信息两者都被传递，典型的，采用数百kBit/s的比特率的数字数据传输协议。完全可植入的耳蜗植入物(TICI)是不带永久使用的外部部件(例如，外部语音处理器)的耳蜗植入物系统。可植入的TICI典型的包括麦克风和随后级，以执行声音信号处理来实现特定的激励策略(例如，CIS)。它也包括激励电极、功率管理电子电路、以及用于经皮传送RF信号的线圈。
不像心脏起搏器植入物，TICI的电源通常不能通过非-充电电池的方式来建立。这是由于耳蜗植入物的整体的脉冲重复率较高。例如，通过使用CIS的耳蜗植入物来产生典型的大约20k个脉冲/秒，相对于心脏起搏器，其大约是I个脉冲/秒。另外，耳蜗植入物典型的执行复杂的声音信号处理，相对于心脏起搏器，其执行的简单感应任务。因此，典型地，耳蜗植入物需要可充电电池，其需要在一段特定的运行时段后再充电。为了给TICI的电池再充电，外部电源模块(EPSM)被用来经皮传送RF/功率信号。如图2所示，典型的EPSM 201可包括第一磁体205，可充电电池207，用来经皮传送功率信号的线圈209。TICI 202位于皮肤203下，嵌入在骨头204中，其典型的包括第二磁体206，用于接收功率信号的线圈208，以及由接收到的功率信号对其再充电的可充电电池211。第一磁体205位于第二磁体206之上，使得EPSM 201相对于植入物202被保持在最佳位置。通过保持这一位置，借助电感耦合，与EPSM 201相关的外部线圈209能够向植入物202的线圈208传送功率。
为了给EPSM 201的电池充电，EPSM 201典型的必须被打开，以移除可充电电池207。可充电电池207然后被放置在电池充电器中。这一过程可能是不方便和/或令人困惑的，特别是对于年纪小的小孩子。另外，存在电池207可能被错误放置或与TICI相分离的风险。要求将EPSM 201打开多次以移除电池同样使得对于EPSM 201防水性能的努力变
得复杂化。
发明概要根据本发明的实施例，用于植入物的电源系统包括外部电源模块。该外部电源模块包括具有第一线圈的第一功率信号传输模块，该第一线圈用于穿过用户的皮肤向植入物传输第一电功率信号；以及用于供应功率给功率信号传输模块的第一可充电电池。该电源系统进一步包括用于为第一可充电电池再充电的外部充电器。该充电器包括具有第二线圈的第二功率信号传输模块，该第二线圈用于传输第二电功率信号到第一线圈。根据本发明的相关实施例，电源系统可进一步包括植入物，该植入物包括用于接收第一电功率信号的第三线圈。该植入物可进一步包括用于向植入物供应功率的第二可充电电池，并且其中，使用第一电功率信号，在植入物中对第二可充电电池进行再充电。该植入物可以是耳蜗植入物，其包括，例如，语音处理器。外部电源模块可以包括语音处理器，其中，该语音处理器从第一线圈向第三线圈传输数据。该外部电源可包括一个防水外壳。第一功率信号传输模块可包括D类开关模块。根据本发明的另一个实施例，提供了用于为植入物的外部电源模块再充电的充电装置。该外部电源模块包括第一线圈，该第一线圈用于穿过用户的皮肤向植入物传输第一电功率信号。充电装置包括第二线圈，该第二线圈用于向第一线圈传输第二电功率信号。根据本发明的另一个实施例，提出了一种为外部电源模块的电池再充电的方法。该外部电源模块包括第一线圈，该第一线圈用于穿过用户的皮肤向植入物传输第一电功率信号。该外部电源模块进一步包括向功率信号传输模块供应功率的第一可充电电池。该方法包括从第二线圈向第一线圈传输第二电功率信号。使用第二电功率信号对该第一可充电电池进行再充电。根据本发明的相关实施例，植入物可包括第三线圈以及第二可充电电池，第二可充电电池用于向植入物供应功率。该方法进一步包括在第三线圈处接收第一电功率信号。使用第一电功率信号对该第二可充电电池进行再充电。根据本发明的进一步相关实施例，该植入物可以是耳蜗植入物。该耳蜗植入物可包括用于提供激励数据的语音处理器，该方法进一步包括从第一线圈向第三线圈传输激励数据。该耳蜗植入物可进一步包括电极阵列，该方法进一步包括至少部分地基于激励数据来激励一个或多个电极。根据本发明的更进一步相关实施例，该方法可包括将外部电源模块封装进防水外壳中。传输第二电功率信号以及为第一可充电电池充电可以在不需要打开防水外壳的情况下来执行。传输第二电功率信号可包括放置第二线圈使得其与第一线圈对齐。外部电源模块可包括D类开关模块，其中该方法包括使用该D类开关模块来形成该第一电功率信号。附图
主要说明 参考所附附图，本发明的前述特征将童工参考下面的细节描述而变得更容易地理解，附图中图I描述了与耳蜗植入物系统连接的耳朵的剖视图(现有技术)；图2是完全可植入的耳蜗植入物(TICI)以及用于功率传送的外部部件的图解说明(现有技术)；图3是根据本发明的实施例的外部电源模块以及外部充电器的图解说明；图4展示了根据本发明的实施例的外部电源模块(EPSM)以及相关联的植入物的说明性电路；以及图5展示了根据本发明的实施例的包括可充电电池的外部电源模块(EPSM)的说明性电路，其中，该可充电电池包括格莱纳赫(Greinacher)电路。
具体实施例方式在示例性实施例中，提出了一种用于为与植入物相关联的外部电源模块(EPSM)的电池再充电的系统和方法。该EPSM包括用于穿过用户的皮肤传输功率的第一线圈。外部充电器具有用于向EPSM的第一线圈传递功率的第二线圈，而无需必须打开EPSM。EPSM的各种实施例具有防水的优点。进一步的细节将在下面描述。图3是根据本发明的一个实施例的包括EPSM 301和外部充电器310的电源系统300的图解说明。EPSM模块301包括第一功率信号传输模块303。该第一功率信号传输模块包括第一可充电电池303以及第一线圈305，该第一线圈用于从电池303经皮传送功率到各种植入物的任意一个(未示出)，所述植入物例如是耳蜗植入物，除颤器，心律转变器，心脏起搏器，视网膜植入物。耳蜗植入物可以是包括语音处理器的TICI。可选的，语音处理器可被放置于外部，例如与EPSM相结合。在这样的实施例中，功率和数据都可从第一线圈305传输到植入物。在不同的实施例中，EPSM 301可包括第一磁体307，第一磁体307放置于植入物的第二磁体之上，使得EPSM 301相对于植入物被保持在最佳位置，如前面关于TICI的描述。通过保持这一位置，借助电感耦合，与EPSM 301相关联的第一线圈305能够没有任何限制地向与植入物相关联的第三线圈传输功率。更具体地，当第三线圈与所述第一线圈305对齐时，第一线圈305产生由植入物中的第三线圈获得并转换为电流的场。由植入物接收的功率可被用于，例如，提供功率给植入物中的电路和/或为植入物中的电池再充电。外部充电器310具有能够为第一电池303充电而不需要打开EPSM301的优点。例如，充电器310可包括具有第二线圈315的第二功率信号传输模块，该第二线圈315用于向第一线圈305传输第二电功率信号。通过将EPSM 301放置在相对于充电器310的最佳位置上，充电器310能够通过电感耦合从第二线圈315向EPSM 301的第一线圈305传输功率。为了给EPSM 301的电池再充电，用户可将EPSM 301放置到充电器310的对接基体中。在不同的实施例中，充电器310的外壳和EPSM301被成形，以使得EPSM 301被引导到传输功率的最佳位置。充电器同样可包括磁体306，其与EPSM 301的磁体307 —起工作来最佳地定位EPSM 301。典型的，当EPSM 301和充电器310的两个线圈305和315相对于彼此完美地对齐时，获得最佳的性能。EPSM 301的外壳可包括，例如，与充电器310的基体上相应的槽配偶以使两个外壳部对齐的齿、或各种不同的引导轨。当EPSM 301相对于充电器310被放置在最佳位置时，不同的反馈将会提供给用户。例如，当在最佳位置时，EPSM 301或充电器310可提供指示灯和/或嘀嗒声，但是对此 没有限制。正确操作、功率传送、电压/电流级别、以及其他状态的指示同样可由充电器310和/或EPSM 301提供。充电器310可通过连接到墙插座并使用常见的家庭电流来供电。在其他的实施例中，充电器310可包括它自身的内部电池318，其通过插入到可用的电源而可以进行再充电，对此没有任何限制。使用充电器310中的可充电电池当没有电源可用时，例如，当在室外环境中，例如露营时是方便的。在示例实施例中，EPSM 301包括防水外壳。这一性能可以更简单地与本发明的EPSM 301相结合，因为用户不需要打开EPSM 301来为电池303再充电。EPSM 301的外壳可以通过密封剂或焊缝(对此没有任何限制)而彼此结合在一起。例如，可使用超声波焊接或UV紫外线耐用密封胶。图4展示了参考本发明的实施例的EPSM 401以及相关联的植入物421的说明性电路。EPSM 401有利地包括可被集成到单个微芯片上的D类开关模式，以用来传输功率或数据，对此没有任何限制。这样，功率消耗以及系统尺寸将会保持在很小。同样的，用于驱动开关Tl和T2的信号处理单元405可被简单地集成到这样的微芯片上。更具体地，EPSM401的实施例可包括可充电电池403、稳定电容CB、信号处理单元405、D类的开关晶体管Tl和T2、保护二极管Dl和D2、串联调谐RF电路C1、L1。将EPSM电感耦合到植入物(耦合因子k)421，此处示例性地由并联调谐RF电路L3，C3和R3代表。图5展示了参考本发明的一个实施例的、包括可充电电池503的EPSM 501以及外部充电器551的示例性电路。该外部充电器551示例性地由线圈L2代表，线圈L2被RF电压源u2(t)驱动。线圈L2和EPSM线圈LI电感耦合(耦合因子k’)。网络Cl，Dl，D2，CB代表所谓的“格莱纳赫(Greinacher)电路”的基础拓扑。格莱纳赫电路是用于电压加倍的教科书方法。尽管已经公开了本发明的不同示例性实施例，但对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的实际范围的情况下，可以做出多种不同的变化或改动来达到本发明的一些优点。这些以及其他明显的改动将由附加的权利要求所涵盖。
权利要求
1.一种用于植入物的电源系统，所述系统包括 外部电源模块，其包括 包括第一线圈的第一功率信号传输模块，所述第一线圈穿过用户的皮肤向所述植入物传输第一电功率信号；以及 向所述功率信号传输模块供应功率的第一可充电电池；以及 用于为所述第一可充电电池再充电的外部充电器；所述充电器包括含有第二线圈的第二功率信号传输模块，所述第二线圈向所述第一线圈传输第二电功率信号。
2.如权利要求I所述的电源系统，进一步包括所述植入物，所述植入物包括用于接收所述第一电功率信号的第三线圈。、
3.如权利要求2所述的电源系统，其中，所述植入物进一步包括用于向所述植入物供应功率的第二可充电电池，其中，使用所述第一电功率信号，在所述植入物中对所述第二可充电电池充电。
4.如权利要求2所述的电源系统，其中，所述植入物是耳蜗植入物。
5.如权利要求4所述的电源系统，其中，所述耳蜗植入物包括语音处理器。
6.如权利要求4所述的电源系统，其中，所述外部电源模块包括语音处理器，其中，所述语音处理器从所述第一线圈向所述第三线圈传输数据。
7.如权利要求I所述的电源系统，其中，将所述外部电源模块封入防水外壳中。
8.如权利要求I所述的电源系统，其中，所述充电器适于从所述第二线圈向所述第一线圈传输所述第二电功率信号，而不用打开防水外壳。
9.如权利要求I所述的电源系统，其中，所述第一功率信号传输模块包括D类开关模块。
10.一种用于为植入物的外部电源模块再充电的充电装置，所述外部电源模块包括第一线圈，所述第一线圈用于穿过用户的皮肤向所述植入物传输第一电功率信号，所述充电装置包括 第二线圈，所述第二线圈用于向所述第一线圈传输第二电功率信号。
11.如权利要求10所述的充电装置，其中，将所述外部电源模块封入外壳中，其中，所述充电器适于从所述第二线圈向所述第一线圈传输所述第二电功率信号，而不用打开所述夕卜壳。
12.—种在植入物系统中转移功率的方法，所述系统包括外部电源模块，所述外部电源模块包括第一线圈，所述第一线圈用于穿过用户的皮肤向植入物传输第一电功率信号，所述外部电源模块进一步包括向功率信号传输模块供应功率的第一可充电电池，所述方法包括 从第二线圈向所述第一线圈传输第二电功率信号；以及 使用所述第二电功率信号对所述第一可充电电池充电。
13.如权利要求12所述的方法，进一步包括所述植入物，所述植入物包括第三线圈和第二可充电电池，所述第二可充电电池用于向所述植入物供应功率，所述方法进一步包括 在第三线圈处接收所述第一电功率信号； 使用所述第一电功率信号对所述第二可充电电池充电。
14.如权利要求13所述的方法，其中，所述植入物是耳蜗植入物。
15.如权利要求13所述的方法，其中，所述耳蜗植入物包括语音处理器。
16.如权利要求12所述的方法，其中，所述外部电源模块包括用于提供激励数据的语音处理器，所述方法进一步包括从所述第一线圈向所述第三线圈传输所述激励数据。
17.如权利要求16所述的方法，其中，所述耳蜗植入物包括电极阵列，所述方法进一步包括至少部分地基于所述激励数据来激励一个或多个电极。
18.如权利要求12所述的方法，进一步包括将所述外部电源模块封入防水外壳中。
19.如权利要求12所述的方法，其中，不需要打开防水外壳就执行传输所述第二电功率信号并为所述第一可充电电池再充电。
20.如权利要求12所述的方法，其中，传输所述第二电功率信号包括放置所述第二线圈使得其与所述第一线圈对齐。
21.如权利要求12所述的方法，其中，所述外部电源模块包括D类开关模块，其中，所述方法包括使用所述D类开关模块来形成所述第一电功率信号。
全文摘要
用于植入物的电源系统，包括外部电源模块。该外部电源模块包括具有第一线圈的第一功率信号传输模块，该第一线圈用于穿过用户的皮肤向植入物传输第一电功率信号；以及用于向该功率信号传输模块提供功率的第一可充电电池。该电源系统进一步包括用于为第一可充电电池再充电的外部充电器。该充电器包括具有第二线圈的第二功率信号传输模块，该第二线圈用于向第一线圈传输第二电功率信号。
文档编号A61N1/40GK102740927SQ201080051093
公开日2012年10月17日 申请日期2010年11月9日 优先权日2009年11月10日
发明者克莱门斯·M·齐尔霍费尔 申请人:Med-El电气医疗器械有限公司