本發明涉及一種植入人體的植入性醫療器械遙測系統及遙測方法。

背景技術：

已經開發了許多種可植入人體的設備，其提供多種類型的健康相關的治療、診斷和/或監控。這些設備——通常稱作可植入性醫療設備(imds)——的例子包括心臟起搏器、心率轉變器/除纖顫器、心肌刺激器(cardiomyostimulators)、心臟事件監控器(cardiaceventmonitor)、包括神經、肌肉和腦深部刺激器的多種生理激發器、、多種類型的生理監控器和傳感器、和藥物遞送系統，僅列舉幾個。imd典型地包括密封的圍欄或者殼體殼體——有時候稱作“罐”——內包括的功能性組件。在一些imd中，連接器頭部或者連接器模塊被附連至殼體殼體，并且連接器模塊促進與一種或者多種加長的電子醫療導線的相互連接。頭部模塊典型地是由相對堅硬、絕緣、不導電的聚合物澆鑄。頭部模塊包括貼合至殼體殼體的配對側壁、并機械地緊靠殼體的配對側壁固定的安裝表面。

一般而言，典型的植入性醫療器械配有金屬外殼，以及安裝在金屬外殼上的，裝配有導線插頭的連接器插頭塊。上述此類導聯可用于電刺激或者用于對生理活性或者生理狀況的感應。例如，植入性心臟醫療器械，比如起搏器，可使用此類導線來監視心臟的活動，還可以用于相關心臟療法的實施。換言之，植入性設備能夠通過感應心臟發出的電信號，記錄說明該感應電信號的數據、分析已記錄的數據，生成心臟活動的特征性數據，以此對心臟活動情況進行監控。此類植入性醫療器械，例如那些可在微處理器指導下進行工作的植入式設備，能夠生成相關指示數據，這些數據能夠顯示出通過上述心臟活動情況來表示的不同健康狀況，并能將數據儲存在儲存器中。

技術實現要素：

本發明為了解決現有技術中存在的問題，設計了一種植入人體的植入性醫療器械遙測系統，該器械減少植入性醫療器械的功率損耗，內部數據通訊天線結構簡單。本發明同時公開了一種植入性醫療器械遙測方法，該方法相對于那些傳統系統，信息的通訊可在相對較短的時間內完成，本發明中的數據通訊可通過外部設備。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種植入人體的植入性醫療器械遙測系統，該裝置包括：殼體，殼體內裝有一個發送器或一個接收器，一個導電元件從殼體的內部伸到殼體外部的一個位置；以及一個匹配網絡通過電使一個發送器或接收器中至少一個與導電元件相匹配，其中匹配網絡的選擇與人體的阻抗相匹配。

作為本發明所述的植入人體的植入性醫療器械遙測系統的一種優選方案，當植入性醫療器械被植入人體內時匹配網絡和身體構成一個帶有品質因子的共振電路。

作為本發明所述的植入人體的植入性醫療器械遙測系統的一種優選方案，所述的匹配網絡包括一個變壓器、電感元件和電容元件。

本發明同時公開了一種植入性醫療器械的遙測方法，該方法由以下步驟組成：

一個植入性設備，該植入性設備包括一個殼體，其中內置一個發送器及一個人體天線，可以將人體優化調整，作為天線進行使用；

一個體外部通訊裝置，該通訊裝置至少包含了一個與天線相連的接收器；

體內發送器產生一個輸出信號，通過已植入的設備殼體外的人體天線發送到人體內，該輸出信號通過調制計入數據，該輸出信號通過人體向人體周圍的一個近場通訊量發出電磁波；以及當外部通訊裝置的天線被置于這個近場通訊量以內時它將接收發出的電磁波，外部通訊裝置的接收器從電磁波中回收數據。

作為本發明所述的植入性醫療器械的遙測方法的一種優選方案，向人體發出輸出信號的步驟包括向已植入的設備殼體外部傳輸一個調制輸出電流在，以便在體內產生一個不對稱的電流分布，向人體輸入輸出信號的步驟包括，從人體天線伸出的導聯向身體注入輸出電流，同時，裝置殼體為輸出電流提供一個回傳通道。

附圖說明

圖1是本發明中利用人體作為遙測系統一部分的植入性醫療器械的示意圖。

圖2是圖1中所示遙測系統的更為詳細的展示。

圖3是本發明中植入性醫療器械的發送器與接收器電路的總體電路框圖。

圖4是圖1以及圖2所示遙測系統的總體框圖示意。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細說明。

實施例1

圖1所示內容為本發明所述的一種遙測系統10，該系統在位于人體18周圍的近場通訊量工作范圍20以內進行工作。遙測系統10包括植入性設備12以及外部通訊裝置15，此兩種設備均可進行操作運行，以在二者之間建立起數據通訊鏈路16。

相對于傳統遙測系統，遙控系統10能夠實現高效的遙測控制，同時能夠實現已植入的設備12與外部通訊裝置15數據天線之間的更為寬廣的響應距離。此外，相對于傳統系統，系統10能夠提供理想的較高的數據傳輸速率，以及較低的電流損耗。

遙測系統10利用人體18作為已植入的設備12的通訊天線，例如，人體18被用作能夠產生非對稱電流分布的數據通訊天線，這樣由人體18生成的電磁波信號可從體內發送到位于人體18周圍的近場通訊量電位器的接收范圍20內。電磁波信號被輻射發送到近場通訊量的接收范圍20內，這會帶來多種不同的優點，下文茲對此展開描述。例如，從人體發射出的電磁波不僅僅局限在圍繞著植入性設備12所植入部位的周圍，而是充斥在位于整個人體周圍的更為廣泛的近場通訊量工作范圍20內。同樣地，用來接收電磁波信號的外部通訊裝置15的數據通信天線也可安置及/或移動到位于近場通訊量20范圍之內的任何不同的位置處，且不會影響外部通訊設備15與已植入的設備12之間建立起來的數據通訊鏈路16。

圖2是圖1中所示遙測系統10的更為詳細的展示。如圖2所示，植入性醫療器械12被植入到人體18內。已植入的設備12含有外殼13，殼體中部件是密封好的植入性醫療器械12，該設備12可由起搏電路、去纖顫電路、電池等構成。在殼體13中還安裝有如圖3以及圖4所示的發送器/接收器電路70。-至少有一條導聯14，通過饋入導孔(未展示)被連接到植入性醫療器械12的連接器插頭塊部位17處。例如，植入性醫療器械12可植入靠近人體心臟11的部位處。當植入性醫療器械12是植入人體18內部的起搏器時，在此情況下該植入起搏器可包含有至少一條或者全部的起搏與感應導聯，這些導線統一被表示為導聯14，用來感應伴隨著心臟11心室除極與復極的電信號，并提供用于引起遠端端部附近心臟組織去極化的起搏脈沖。

根據本發明專利，在通常情況下人體18被用作植入性設備12的數據通訊天線，以從人體18向近場通訊量20發送可被安裝在近場通訊量工作范圍之內的外部通訊裝置通訊天線所能接收到的電磁波。人體18接收到由位于已植入的醫療器械12中的發送器所發出的輸出信號。輸出信號在人體18內進行傳播，人體以電磁波的形式向外部輻射輸出表示此輸出信號的電磁波。例如，輸出電流可通過發送器進行調制，以便計入從導聯14末端向人體18內部進行輸入的已調制輸出電流，以及通過已植入的設備12的殼體13返回電流信號。作為已植入的設備12通訊天線的人體18其內部電路分配為非對稱性質，正是由于這一不平衡條件，一種凈磁矩會隨之產生，以下內容對該過程進行進一步描述。位于近場通訊量20范圍內的與凈磁矩有關的磁場能夠在位于人體18周圍的整個通訊量20范圍內發射電磁波信號，而不是僅局限在靠近植入設備附近的任何特定部位。相對于先前的遙測系統天線而言，由于人體可用來作為信號通訊源的區域很大，因此人體18作為植入性設備12通訊天線的效率得到了顯著的提升。

位于人體18周圍的通訊量電位器20可促進已植入的設備12與外部通訊裝置15之間的數據傳輸通訊，一般而言，該通訊量電位器20應安放在距人體6英尺之內的范圍內。更理想的安裝位置是將其安放在距離人體大約3英尺以內的范圍內。通訊量電位器20所產生的磁場范圍一般情況下會超過身體已植入的設備部位的大小，例如，當心臟起搏器植入到心臟部位時，通訊量電位器20所產生的磁場范圍大于身體軀干的尺寸。由于磁場的磁分量與源頭之間的距離成一定比例，因此所產生的磁場會隨距離的加大而快速下降，也就是說，磁場是按照1/r³的速率下降的，其中r是指與磁場源頭也就是人體18之間的距離。

遙測系統10夠使用高效率的耦合裝置，下文將結合圖4所示匹配網絡信息，對這部分內容進行進一步的描述。耦合結構能夠使得低輸出電流進入人體，并在其中進行傳送，也就是說，人體18內生成一種不對稱的電流分布；一般而言，耦合結構中包括一個與人體阻抗一起能夠形成共振電路的匹配網絡，該種共振電路的品質因子(q)以在5到15之間為最佳。最好是q的范圍在7到11大約。雖然可以實現更高的q值，但更高的q值可能導致容限過小，，接受頻寬受到限制。已植入的設備發送器產生的輸出電流因此由q倍增，這些即可為人體作為天線向通訊量20發射電磁波提供了足夠的能量。從人體發出的電磁波由外部通訊裝置(15)通過天線接收，轉化為電信號，發送的數據可被外部通訊裝置的接收器接收。例如，帶有編程器32(編程器磁頭30通過電線與之連接，帶有天線)的外部通訊裝置15可移動至近場通訊量20，以便接收人體18發射的電磁波。

類似地，人體18通常可作為接收(產生在近場通訊量20范圍內的)電磁波的信號天線。例如，帶有發送器/接收器電路，能通過天線發射調制過電信號的外部通訊裝置15(在圖4中有進一步說明)，可在通訊量20范圍內發射電磁波。人體18作為植入性醫療器械12的信號天線，通過感應出現電流分布，由此收到發射自外部通訊裝置(15)的電磁波。通過使用耦合結構，即匹配網絡(帶有一個帶通濾波器，可容許工作頻率通過)，植入性醫療器械的發送器/接收器電路可接收并解調人體天線感應到的調制電信號，即發射自外部通訊裝置15信號天線的電磁波。

圖3是一種高級植入性醫療器械12組成部件的方框圖，此處醫療器械12與一個基于微處理器的結構一同植入。不過，植入性醫療器械12的電氣特性和操作可以是單獨的，也可以作為一個離散式邏輯或微機化的系統。

如圖3所示，植入性醫療器械12，包括至少一個至少有一個處理器46及儲存器48的微電腦電路42。微電腦電路42通過一個數據通訊總線50與輸入/輸出電路40的控制器電器路52相連。例如，微電腦電路42可以為一個由標準ram/rom組件增強的定制集成電路。此外，輸入/輸出電路40還可包括除控制器52之外的、任何用于完成植入性醫療器械(12)功能的其它電路。例如，輸入/輸出電路40可包括感應放大器、峰值感應和閾值測量單元、偏置電路、脈沖發生器、閾值探測器等，以及其它必需的、向控制器52發送適當信號的輸入/輸出電路。對于本發明來說，這些電路如何具體實現并不重要，它們只需能回應植入性醫療器械的要求產生信號，及/或向控制器52正確傳送生理活動信號即可，生理活動指心臟的自然收縮或電刺激下的收縮等。心臟的自然和刺激收縮，只要植入性醫療器械12包括發送器/接收器電路70，且根據本發明用于如本文所述的遙測系統10中。

圖4展示了基于本發明的遙測系統10的框圖，包括已植入人體18中的植入性設備12，其導聯14從殼體13中延伸到殼體13外部位置。此外，所展示的外部通訊裝置15通過植入性設備12建立通訊鏈路16。如前所述，外部通訊裝置15包括發送器電路60、接收器電路62和天線配置64，經由人體天線1與植入性設備12進行通訊傳輸。植入性設備12包括發送器/接收器電路70和匹配網絡80。發送器/接收器電路70包括發送器電路72和接收器電路74。匹配網絡80將發送器/接收器電路70耦合到用作天線的人體18。雖然發送器/接收器電路70展示為僅包括發送器電路72和接收器電路74，但是用于控制這種發送器和接收器電路72、74的其它電路也可以作為植入性醫療器械12的一部分，例如用于控制喚醒功能的處理器，可以控制載波信號上向發送器傳輸的調制數據流等。另外，植入性設備12的其它部件，例如電池，為這種電路提供電源。

通常，植入性醫療器械12的發送器電路72配備了一個信號發生器，生成輸出信號，該信號經調制計入發送到外部通訊裝置15的數據。調制的輸出信號通過匹配網絡80以耦合到人體18中。驅動發送器電路72輸出所需的最佳電池驅動電流應小于50微安。最佳電池驅動電流為在5微安至50微安左右。比如這種電池驅動電流可以用于將輸出電流注入到人體中，電流在10微安至300微安左右。此外，盡管輸出信號的載波或工作頻率不限于任何特定范圍，但是頻率最好小于25mhz左右并且大于1mhz左右。最佳工作頻率在2mhz至5mhz左右。比如工作頻率可以在約2.7mhz左右的頻率范圍內。然而，低頻的使用可能對潛在的數據速率施加不良限制。

此外，描述匹配網絡80的另一種方式是選擇匹配網絡80來匹配人體18的人體阻抗90。換句話說，通過最大效率和最小失真輸出信號將功率傳送到人體18中。通過使用匹配網絡80匹配用作天線的人體阻抗90，使得匹配網絡和人體18形成共振電路，最大化的輸出信號被耦合到人體18中。

如上所述，輸出信號通常乘以共振電路的q值。

通常，人體阻抗90至少取決于工作頻率，并且還取決于身體和導電元件之間的界面，例如尖端電極，以及人體和回傳通道之間的界面，例如已植入的設備的殼體。例如，人體阻抗90可以在50歐姆至500歐姆左右。

各種匹配網絡80可以用于將發送器/接收器電路70耦合到人體18，作為已植入的設備12的信號天線。可以使用電阻、電容及/或電感部件來提供匹配網絡80。通過匹配網絡100形成串聯的共振電路，該匹配網絡包括感應器106、電容器108以及連接到人體阻抗90的電阻器110。如圖所示，發送器/接收器電路70連接在串聯連接在感應器106和電容器108之間，這些又連接在尖端電極102和殼體104之間。殼體104經由電阻器110連接到地面。

雖然說明書中對本發明的實施方式進行了說明，但這些實施方式只是作為提示，不應限定本發明的保護范圍。在不脫離本發明宗旨的范圍內進行各種省略、置換和變更均應包含在本發明的保護范圍內。