可植入医疗设备及其功率控制方法
【专利摘要】一种可植入医疗设备，其包括用于通过外部终端初级线圈激励的感应电动势从外部终端接收射频信号的次级线圈。射频信号包括用于给所述医疗设备供电的功率信号和由用于控制所述医疗设备的功率信号的调制产生的数据信号。所述可植入医疗设备还包括：功率处理模块，其用于将接收的功率信号转换成供可植入医疗设备使用的直流功率；数据通信电路，其由从所述功率处理模块提供的直流功率激励用于将来自射频信号的调制数据信号解调；充电单元，其使用由所述功率处理模块提供的直流功率给电池充电；和控制单元，由所述电池提供的功率操作用于根据解调的数据信号控制所述可植入医疗设备。
【专利说明】可植入医疗设备及其功率控制方法
【技术领域】
[0001]本发明公开的一些实施例涉及一种可植入医疗设备。更具体地，本发明涉及一种能够被功率信号唤醒的可植入医疗设备及其功率控制方法。
【背景技术】
[0002]众所周知，可植入起搏器、耳蜗植入物、深层大脑刺激器、和插入人、动物等的体内的这样的医疗设备通过使用感应链接线圈由磁耦合建立低频磁场来与外部设备保持通信和电力传输。更具体地，通信数据和电力通过外部设备的初级线圈和可植入医疗设备的次级线圈之间的感应电动势从外部设备传输到可植入医疗设备。具有次级线圈的可植入医疗设备被设置为具有多个电路组件，这些组件分别需要消耗电力来执行分配给它们的功能。
[0003]这里，每个电路组件可以被分成数据通信部分和工作部分。医疗设备具有用于给各电路组件供电的可充电的内部电池。
[0004]通常，这样的医疗设备的植入特征不可避免地限制了整个设备的尺寸，这反过来也限制了所用电池可允许的最大尺寸。通常与小尺寸成比例的受限制的电池容量导致可植入医疗设备不够大且容量低，需要频繁充电。这是削弱可植入医疗设备的可用性的主要原因。
[0005]因此，在实践中需要用于可植入医疗设备的低功率系统，通过确保电池最大可用容量将设备组件的功率消耗降到最小。
【发明内容】
[0006]本发明的一些实施例提供了可用射频信号充电的可植入医疗设备及其功率控制方法。
[0007]本发明的一些实施例提供可以由射频信号唤醒的可植入医疗设备及其功率控制方法。
[0008]本发明的至少一个实施例提供一种与具有初级线圈的外部终端相互作用的可植入医疗设备，该医疗设备包括:次级线圈，其被设置为通过初级线圈和次级线圈之间的感应电动势的感应从所述外部终端接收射频信号，所述射频信号包括用于给所述可植入医疗设备供电的功率信号和由用于控制所述可植入医疗设备的功率信号的调制产生的数据信号；所述可植入医疗设备还包括功率处理模块、数据通信电路、充电单元和控制单元。所述功率处理模块被设置为将功率信号转换成供所述可植入医疗设备使用的直流功率。所述数据通信电路被设置为由从所述功率处理模块提供的直流功率激励，并且将来自所述射频信号的调制数据信号解调。所述充电单元被设置为使用由所述功率处理模块提供的直流功率给电池充电。并且所述控制单元被设置为由所述电池提供的工作功率操作，并且根据所述解调的数据信号控制所述可植入医疗设备。
[0009]本发明的另一实施例提供了一种用于可植入医疗设备的功率控制方法，该方法包括以下步骤:将设置在外部终端上的初级线圈和设置在可植入医疗设备上的次级线圈之间感应的射频信号转换成供所述可植入医疗设备使用的直流功率；并且将转换后的直流功率提供给用于与所述外部终端进行数据通信的数据通信电路。
[0010]本发明的又一实施例提供一种与具有初级线圈的外部终端相互作用的可植入医疗设备，所述可植入医疗设备包括:次级线圈，其被设置为通过初级线圈和次级线圈之间的感应电动势的感应从所述外部终端接收射频信号，所述射频信号包括用于给所述可植入医疗设备供电的功率信号和由用于控制所述可植入医疗设备的功率信号的调制产生的数据信号。所述可植入医疗设备还包括功率处理模块、充电单元、通信信号检测器、数据通信电路和控制单元。所述功率处理模块被设置为将接收的功率信号转换成供可植入医疗设备使用的直流功率。所述充电单元被设置为使用提供的直流功率给电池充电。所述通信信号检测器被设置为检测来自所述功率信号的所述数据信号。所述数据通信电路被设置为当检测到所述数据信号时，由从所述功率处理模块提供的直流功率供电，并且解调调制的数据信号。并且所述控制单元被设置为由所述电池提供的工作功率供电，并且根据所述解调的数据信号控制所述可植入医疗设备，并基于由通信信号检测器检测到的数据信号的存在选择性地连接或者断开来自电池的功率供给。
[0011]本发明的再一实施例提供了一种可植入医疗设备的功率控制方法，该功率控制方法包括以下步骤:检测从设置在外部终端的初级线圈到设置在可植入医疗设备的次级线圈感应到的射频信号，所述射频信号包括向所述可植入医疗设备供电的功率信号，和基于功率信号的调制生成的用于控制所述可植入医疗设备的数据信号。所述功率控制方法还包括响应于所述数据信号的检测，从所述可植入医疗设备的电池向控制单元提供工作功率，并且在射频信号转换之后从功率处理器向与所述外部终端通信的数据通信电路提供直流功率。所述功率控制方法还包括在没有检测到所述数据信号时，切断向所述控制单元和所述数据通信电路的功率供给。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是用于例示根据至少一个实施例与外部终端进行通信的可植入医疗设备的可植入医疗系统的框图；
[0013]图2是用于例示根据另一实施例与外部终端进行通信的可植入医疗设备的可植入医疗系统的框图。
【具体实施方式】
[0014]下文中，将参考附图详细描述本发明的一些实施例。在以下的说明中，尽管在不同的图中示出，相同的附图标记表示相同的元件。
[0015]图1是用于例示根据至少一个实施例与外部终端进行通信的可植入医疗设备的可植入医疗系统的框图。
[0016]如图1所示，外部终端110以非接触方式将功率信号提供给可植入医疗设备120。可植入医疗设备120使用的电力包括用于可植入医疗设备内的电池的充电功率和用于可植入医疗设备内数据通信电路的工作功率。
[0017]外部终端110包括功率信号生成器112、数据信号生成器114、放大器116和初级线圈118。[0018]首先，功率信号生成器112生成用于给可植入医疗设备120供电的功率信号，例如，具有几MHz频率的矩形波形的功率信号。将由功率信号生成器112生成的功率信号提供给功率放大器116。
[0019]数据信号生成器114生成用于可植入医疗设备120工作的低频信号，例如，具有几十到几百kHz频率的矩形波形的数据信号。将由数据信号生成器114生成的低频数据信号提供给功率放大器116。
[0020]功率放大器116生成对应于由功率信号生成器112提供的矩形波形的功率信号的正弦波，并且用数据信号对正弦波形进行调幅从而生成传输给可植入医疗设备120的射频信号。在功率放大器116中，正弦波形被用作载波，该载波由来自数据信号生成器114的数据信号调制。因此，射频信号包括功率信号和数据信号。在本实施例中，功率放大器116由E级功率放大器实施。
[0021]初级线圈118生成响应于来自功率放大器116的射频信号的磁场。当外部终端110和可植入医疗设备120在邻近距离内彼此靠近时，初级线圈118在可植入医疗设备120的次级线圈121中产生感应电动势。
[0022]进一步，根据本发明的可植入医疗设备120包括次级线圈121、功率处理模块122、数据通信电路123、充电单元124、电压调节器125和控制单元126。例如，可植入医疗设备120可包括但不限于，可植入起搏器、耳蜗植入物和深层大脑刺激器。
[0023]功率处理模块122通过次级线圈121的感应，由感应电动势生成可植入医疗设备所需的充电功率或工作功率。功率处理模块122包括谐振器122a，其被设置为由次级线圈121中激励的感应电动势生成特定频段的射频信号；整流器122b，其被设置为将生成的正弦波形的射频信号整流成直流功率；数据通信电路123，其被设置为解调由射频信号调制的数据信号并将解调的数据信号提供给控制单元126 ;电压调节器122c，其被设置为调节被整流的直流功率并将调节的直流功率提供给数据通信电路123和充电单元124。
[0024]数据通信电路123在与外部终端110通信期间工作，并且其使用频率比控制单元126更低。从这点看，除非在次级线圈121中发生磁耦合，本发明的实施例不从功率处理模块122向数据通信电路123提供直流功率，而是仅当初级线圈118和次级线圈121之间发生磁耦合时，直接从功率处理模块122提供直流功率用于与外部终端110进行数据通信。充电单元124包括充电电路124a和电池124b，且充电电路124a使用从功率处理模块122提供的直流功率给电池124b充电。
[0025]电压调节器125设置在充电单元124和控制单元126之间，以调节由电池124b提供的工作功率并且将调节的工作功率提供给控制单元126。
[0026]控制单元126由来自电池124b的工作功率供电，以根据由数据通信电路123提供的数据信号执行主要功能，例如可植入起搏器的心脏刺激操作、耳蜗植入物的神经刺激操作、和深层大脑刺激器的大脑刺激操作。
[0027]图2是用于例示根据另一实施例与外部终端进行通信的可植入医疗设备的可植入医疗系统的框图。
[0028]如图2所示，外部终端210以非接触方式向可植入医疗设备220提供用于生成电力的功率信号。如下所述，由可植入医疗设备220使用的功率源包括用于可植入医疗设备内的电池的充电功率源和用于可植入医疗设备内的数据通信电路的工作功率源。[0029]外部终端210包括功率信号生成器212、数据信号生成器214、功率放大器216、和初级线圈218。
[0030]功率信号生成器212生成用于给可植入医疗设备220供电的功率信号，例如，具有几MHz频率的矩形波形的功率信号。将由功率信号生成器212生成的功率信号提供给功率放大器216。
[0031]数据信号生成器214生成可植入医疗设备220操作所需的低频信号，例如，具有几十到几百kHz频率的数据信号，并且将生成的低频数据信号提供给功率放大器216。
[0032]功率放大器216生成对应于由功率信号生成器212提供的矩形波形的功率信号的正弦波，并且对数据信号生成器214所生成的正弦波形的数据信号进行调幅以生成射频信号。在功率放大器216中，正弦波用作由数据信号调幅的载波。因此，功率信号和数据信号由射频信号携载。在本实施例中，功率放大器216可以用E级功率放大器实施。
[0033]初级线圈218响应于来自功率放大器216的射频信号生成磁场。当外部终端210和可植入医疗设备220在邻近距离内彼此靠近时，初级线圈218在可植入医疗设备2120的次级线圈221上产生感应电动势。
[0034]进一步，可植入医疗设备220包括次级线圈221、功率处理模块222、充电单元223、通信信号检测器224、控制单元225、用于调节电压的第一调节器226、开关227、第二调节器228和数据通信电路229。可植入医疗设备220可包括但不限于，可植入起搏器、耳蜗植入物和深层大脑刺激器。功率处理模块222通过次级线圈221的激励从感应电动势生成可植入医疗设备220所需的充电功率或工作功率。功率处理模块222包括谐振器222a，其被设置为从感应电动势生成特定频段的射频信号；整流器222b，其被设置为将生成的射频信号的正弦波形整流成直流功率；数据通信电路223，其被设置为解调从射频信号调制的数据信号从而将解调的数据信号提供给控制单元225 ;调节器222c，其被设置为调节被整流的直流功率，并且将调节的直流功率提供给充电单元223和第二调节器228。
[0035]充电单元223包括充电电路223a和电池223b。充电电路223a使用由功率处理模块222提供的直流功率给电池223b充电。
[0036]控制单元225由来自电池223b的工作功率供电，并且根据由数据通信电路229提供的数据信号执行主要功能，例如可植入起搏器的心脏刺激操作、耳蜗植入物的神经刺激操作、和深层大脑刺激器的大脑刺激操作。进一步，当控制单元225接收数据信号中所包括的关机模式进入命令，且通信信号检测器224没有检测到数据信号时，其执行控制以中断向相关元件(包括控制单元225自身)的供电。在本实施例中，该状态被称为可植入医疗设备中的所有元件保持关闭状态的关机模式。
[0037]可植入医疗设备220还包括第一调节器226和设置在控制单元225和充电单元223之间的开关227。
[0038]第一调节器226调节由电池223b提供的工作功率并且将调节的工作功率提供给控制单元225。
[0039]开关227根据由控制单元225的控制而选择性地打开/关闭。开关227的这种选择性的打开/关闭操作可以提供或者关闭提供给控制单元225的电池223b的工作功率。第二调节器228调节由调节器222c提供的直流功率，并且提供或中断作为数据通信电路229的工作功率的调节直流功率。例如，当通信信号检测器224检测到数据信号时，第二调节器228在控制单元225的控制下能允许来自调节器222c的直流功率给通信电路229供电。相反，当通信信号检测器224没有检测到数据信号时，第二调节器228不能在控制单元225的控制下中断来自调节器222c的直流功率供应。
[0040]图2所示的实施例采用独立的第二调节器228的原因在于其与图1所示的实施例不同，在图1所示的实施例中，即使在没有数据信号的情况下，具有交流波形的功率信号也能够向数据通信电路提供电力。当功率信号的交流波形仅用于充电目的且如图2所示的实施例没有检测到数据信号时，关闭提供给数据通信电路229的功率供应的操作流程。数据通信电路229在与外部终端210通信的过程中操作，且因此使用频率可以比控制单元225更低。因此，在反应这一点的本实施例中，来自调节器222c的工作功率不是连续提供的。相反，当检测到数据信号时，数据通信电路229由调节器222c提供的工作功率供电，从而使数据通信电路229仅当数据用于通信时能通过次级线圈221选择性地执行与外部设备210的数据通信。
[0041]进一步，当通信信号检测器224不处于关机模式时，检测通信信号以及次级线圈221中的感应电动势的感应，并且对来自谐振器222a的功率信号的正弦波形进行整流，从而将电力临时提供给控制单元225。由通信信号检测器224给控制单元225临时提供电力表明通过磁耦合发生了与外部设备210的通信，并且这使得控制单元225从关机状态被唤醒。
[0042]响应于临时功率供给，控制单元225打开开关227从而允许电池223b的电力提供给控制单元225和相关元件。这样，借助于通信信号检测器224，控制单元225响应于数据通信的发生而打开开关227，同时没有从电池223b提供电力。
[0043]当由谐振器222a执行外部设备210和可植入医疗设备220之间的数据通信时，通信信号检测器224检测由数据通信电路229解调的数据信号。一旦检测到数据信号，通信信号检测器224通知控制单元225在外部设备210和可植入医疗设备220之间的数据通信正在进行。响应于该通知，控制单元225使第二调节器228工作。然后，来自调节器222c的电力可以由第二调节器228提供给数据通信电路229。
[0044]当通信信号检测器224没有检测到数据信号时，控制单元225使第二调节器228不能工作，且数据通信电路229不能从第二调节器228接收电力。
[0045]同时，在与外部设备210通信的过程中，当由数据通信电路229提供的数据信号包括表示外部设备210终止其数据传输的数据传输终止信号时，由于控制单元225识别出通信数据信号不包括其他数据，控制单元225使第二调节器228不能工作。
[0046]当在与外部设备通信期间提供的数据信号包括医疗设备的关机命令时，控制单元225可以通过使第二调节器228不能工作然后关闭开关227来关闭整个医疗设备。
[0047]根据本发明，当检测到没有与外部终端进行数据通信时，可植入医疗设备关闭用于数据通信的数据通信电路的功率，并且响应于外部终端中的初级线圈和可植入医疗设备中的次级线圈之间感应出的功率信号以将该信号转换和供应成用于操作数据通信电路的直流功率，由此实现可植入医疗设备的低功耗设计。
[0048]为了实现本发明中的可植入医疗设备的更低功耗设计，当检测到与外部终端没有数据通信时，可植入医疗设备关闭用于数据通信电路和控制单元的功率，并且响应于从外部终端中的初级线圈到可植入医疗设备中的次级线圈感应的通信信号的检测，以给控制单元和数据通信电路提供可植入医疗设备中的工作电池功率，并且响应于没有检测到这样的通信信号，而中断向控制单元和数据通信电路提供的工作电池功率。
[0049]虽然出于例示的目的描述了本发明的典型实施例，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的技术理念的情况下，可以有各种等同替代、修改和变型。
【权利要求】
1.一种可植入医疗设备，其与具有初级线圈的外部终端相互作用，所述可植入医疗设备包括: 次级线圈，其被设置为通过所述初级线圈和所述次级线圈之间的感应电动势的感应从所述外部终端接收射频信号，所述射频信号包括用于给所述可植入医疗设备供电的功率信号和由用于控制所述可植入医疗设备的所述功率信号的调制产生的数据信号； 功率处理模块，其被设置为将所述功率信号转换成供所述可植入医疗设备使用的直流功率; 数据通信电路，其被设置为由从所述功率处理模块提供的所述直流功率激励，并且从所述射频信号解调调制数据信号； 充电单元 ，其被设置为使用由所述功率处理模块提供的所述直流功率给电池充电；以及 控制单元，其被设置为由所述电池提供的工作功率操作，并且根据所解调的数据信号控制所述可植入医疗设备。
2.根据权利要求1所述的可植入医疗设备，其中，所述功率处理模块包括: 谐振器，其被设置为由所述感应电动势产生所述射频信号； 整流器，其被设置为将所述射频信号的交流功率整流成所述直流功率； 调节器，其被设置为对所整流的直流功率进行调节，并且将所调节的直流功率提供给所述数据通信电路和所述充电单元的所述电池。
3.根据权利要求1所述的可植入医疗设备，其还包括电压调节器，其被设置为调节由所述电池提供的所述工作功率并将所调节的工作功率提供给所述控制单元。
4.根据权利要求1所述的可植入医疗设备，其中所述外部终端包括: 功率信号生成器，其被设置为生成所述功率信号； 数据信号生成器，其被设置为生成所述数据信号；和 功率放大器，其被设置为生成相应于所述功率信号的正弦波形，用所述数据信号调制所述正弦波形从而生成所述射频信号，并且将所述射频信号传输到所述初级线圈。
5.根据权利要求1所述的可植入医疗设备，其中，当所述外部终端和所述可植入医疗设备彼此靠近时生成所述感应电动势。
6.一种用于可植入医疗设备的功率控制方法，包括: 将设置在外部终端上的初级线圈和设置在可植入医疗设备上的次级线圈之间感应的射频信号转换成供所述可植入医疗设备使用的直流功率；以及 将转换后的直流功率提供给用于与所述外部终端进行数据通信的数据通信电路。
7.根据权利要求6所述的功率控制方法，其中，所转换的直流功率被用来给所述可植入医疗设备的电池充电。
8.—种可植入医疗设备，其与具有初级线圈的外部终端相互作用，所述可植入医疗设备包括: 次级线圈，其被设置为通过所述初级线圈和所述次级线圈之间的感应电动势的感应从所述外部终端接收射频信号，所述射频信号包括用于给所述可植入医疗设备供电的功率信号和由用于控制所述可植入医疗设备的功率信号的调制产生的数据信号； 功率处理模块，其被设置为将所接收的功率信号转换成供可植入医疗设备使用的直流功率; 充电单元，其被设置为使用由所述功率处理模块提供的直流功率给电池充电； 通信信号检测器，其被设置为检测所述数据信号； 数据通信电路，其被设置为当检测到所述数据信号时，由从所述功率处理模块提供的所述直流功率供电，并且解调调制数据；以及 控制单元，其被设置为由所述电池提供的工作功率供电，并且根据所解调的数据信号控制所述可植入医疗设备，并基于由所述通信信号检测器检测到的所述数据信号的存在来选择性地连接或者断开来自所述电池的功率供给。
9.根据权利要求8所述的可植入医疗设备，其中，所述功率处理模块包括: 谐振器，其被设置为由所述感应电动势生成所述射频信号； 整流器，其被设置为将所述射频信号的交流功率整流成所述直流功率； 调节器，其被设置为调节所整流的直流功率并将所整流的直流功率提供给所述数据通信电路和所述充电单元的所述电池。
10.根据权利要求8 所述的可植入医疗设备，还包括: 第一调节器，其被设置为调节由所述电池提供的所述工作功率并且将所调节的工作功率提供给所述控制单元；和 第二调节器，其被设置为调节由所述功率处理模块提供的所整流的直流功率并且将所调节的直流功率提供给所述数据通信电路。
11.根据权利要求10所述的可植入医疗设备，其中，所述控制单元使所述第二调节器能够响应于从所述通信信号检测器提供的所述数据信号的检测。
12.根据权利要求8所述的可植入医疗设备，还包括设置在所述控制单元和所述充电单元之间的开关，从而根据所述控制单元的控制打开/关闭。
13.根据权利要求12所述的可植入医疗设备，其中，所述通信信号检测器还被设置为当生成所述感应电动势时，通过整流所述功率信号生成所述直流功率，并且所述控制单元由所述直流功率唤醒并且用于打开所述开关。
14.一种可植入医疗设备的功率控制方法，包括: 检测从设置在外部终端的初级线圈到设置在所述可植入医疗设备的次级线圈感应到的射频信号，所述射频信号包括向所述可植入医疗设备供电的功率信号，和基于所述功率信号的调制生成的用于控制所述可植入医疗设备的数据信号； 响应于所述数据信号的检测，从所述可植入医疗设备的电池向控制单元提供工作功率，并且在所述射频信号转换之后从功率处理器向与所述外部终端通信的数据通信电路提供直流功率；以及 在没有检测到所述数据信号时，切断向所述控制单元和所述数据通信电路的功率供5口 O
15.根据权利要求14所述的功率控制方法，其中，所述工作功率由调节器调节。
【文档编号】A61N1/00GK103748763SQ201180071209
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2011年10月27日 优先权日:2011年5月27日
【发明者】李基元, 李昊承, 朴世翼 申请人:爱飞纽医疗机械贸易有限公司