CN101583307A - 与植入式医疗器械一起使用的具有可变电容的滤波电路 - Google Patents

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Abstract

本文所述的一种可植入的医疗器械(IMD)包括具有可变电容器元件的输入滤波电路，所述可变电容器元件可以基于当前工作条件(例如电磁条件、噪声条件和/或环境条件)被电子地调节。可变电容器元件可以被调节以适应IMD的预先指定的工作模式和/或动态地响应改变的工作条件。在一个实施例中，所述可变电容器元件使用数字可编程的开关电容器配置得以实现。

Description

与植入式医疗器械一起使用的具有可变电容的滤波电路
技术领域
【0001】本文描述的主题一般地涉及植入式医疗器械(IMD)。更具体地，本文描述的主题涉及将可变电容元件与IMD的滤波电路一起使用。
背景技术
【0002】IMD用于治疗因不同情况而患病的患者。IMD可以用在各种应用中，例如药物或流体输送、监视器以及用于医学的其他领域包括新陈代谢、内分泌学、血液学、神经学、肌肉失常、肠胃病学、泌尿学、眼科学、耳鼻喉学、整形外科和类似的医疗附属学科的治疗性器械。
【0003】涉及心脏器械的IMD的示例是植入式起搏器和植入式心律转复除颤器(ICD)。这种电子医疗器械一般监视心脏的电活动并且在必要时将电激励提供到一个或多个心室。例如，起搏器被设计为感测心律不齐，即心律中的扰动，并且依次以受控速度提供适当的电激励脉冲到选定的心室以便校正心律不齐并且恢复恰当的心律。可以由IMD检测并校正的心律不齐的类型包括心搏徐缓(非一般缓慢的心跳速度)和一些心动过速(非一般快速的心跳速度)。
【0004】ICD还检测心律不齐并提供适当的电激励脉冲到选定的心室以校正异常心跳速度。然而，与起搏器相反，ICD还可以提供更强且较不频繁的脉冲，这种脉冲一般被设计为校正心室纤维颤动和严重的心动过速，心室纤维颤动是一个或多个心室的快速、非同步的颤动，而在严重的心动过速期间，心跳非常快但却协调。为了校正这种心律不齐，ICD将低能量、中等能量或高能量的治疗脉冲输送到心脏。
【0005】许多IMD被配置为接收导线，该导线检测来自身体的电信号和/或将电治疗输送到身体。进入的信号通常被馈送到具有电容器的滤波电路；所述滤波电路使IMD能够有效地获取期望的电传感器信号，同时还防止不期望的电噪声对输入信号的污染。例如，电容元件用于隔离从身体产生的电活动中获得的相对低量级的信号。(多个)电容器的尺寸确定滤波电路的滤波特性。常规的IMD在IMD感测电路的输入端上采用定值电容器。这些定值电容器的尺寸必须被设计为使得IMD能够在全部可预见的医疗和环境条件下有效地工作。然而，当IMD用于特定环境中时(例如当患者经历磁共振成像或经历将患者暴露于电磁能量的特定外科手术过程时，或者当患者暴露于非一般高级别的RF能量时)，定值电容器可以降低获取的电信号的质量。
附图说明
【0006】当结合附图考虑时，本发明的各个方面和特征将被理解并且通过参考以下本发明的实施例的详细说明被更好地理解，其中：
【0007】图1是患者身体中的IMD的图示；
【0008】图2是IMD的一个实施例的示意性表示；
【0009】图3是具有滤波电路的IMD的一个实施例的示意性表示，所述滤波电路具有可变电容器元件；
【0010】图4是具有可变电容器元件的滤波电路的一个实施例的示意图；
【0011】图5是可变电容器元件的一个实施例的示意图；
【0012】图6是可变电容器元件的另一个实施例的示意图；
【0013】图7是说明IMD滤波器调节过程的一个实施例的流程图。
具体实施方式
【0014】本文描述的滤波电路适合于在IMD中使用。滤波电路包括可变电容器元件，这些可变电容器元件可以按需要被电调节或编程以增强接收到的传感器信号的质量。以这种方式使用可变电容器允许IMD响应于环境中的当前电磁条件而进行自身的动态调节。可变电容器还可以被用来支持期望所设计的工作环境的IMD的不同工作模式，例如正常模式、MRI模式等。
【0015】如本文中使用的，“节点”意味着任何内部或外部的参考点、连接点、交叉点、信号线、传导元件等，在这些位置存在给定的信号、逻辑电平、电压、数据模式、电流或数量。此外，两个或更多个节点可以通过一个物理元件实现(并且两个或更多个信号可以被多路复用、调制或者区分，即使这些信号在公共节点处被接收或输出)。
【0016】本文描述的实施例可以在被配置为处理电信号的任意IMD中实施，所述电信号可能易受不期望的电磁干扰或噪声影响。例如，这种电信号可以是由IMD经由连接到IMD的一条或多条导线接收的传感器信号。当前，各种各样的IMD可以购买得到或者被提议进行临床植入。这种IMD包括起搏器以及ICD、药物输送泵、心脏激励器(cardiomyostimulator)、强心剂和其他生理监视器、神经和肌肉激励器、脑深部激励器、耳蜗植入器和人工器官(例如人工心脏)。此外，随着技术的进步，可以预期IMD在可编程工作模式、操作参数的菜单以及增加多种生理状况和电信号的监视能力方面应变得更复杂。要意识到本文描述的主题的实施例同样将可应用在这种显露出的IMD技术中。
【0017】与常规IMD大不同的是，如本文描述的这样配置的IMD采用具有一个或多个可变电容器元件(而不是定值电容器)的输入滤波电路。可变电容器元件是可电调节的或可编程以使IMD输入端上的节点电容能够响应于由IMD自身生成的控制信号进行调节。总IMD输入电容可以基于预设定的设置和/或动态地响应于由IMD检测到的工作或环境条件而改变。这种功能导致坚固的IMD设计，该IMD可以有效地工作在可能将一定量的不期望噪声引入到输入信号中的多种临床和其他环境中。这种功能还可以用于提供在不同IMD工作环境中信号质量和噪声抗扰性之间的动态权衡。
【0018】图1是植入到患者102的身体中的IMD 100的图示。图1还描述了未植入患者102体内的外部通信装置(例如IMD 100的编程器104)。在某些实施例中，遥测通信可以使用已知的无线遥测技术而发生在IMD 100和编程器104之间。图1中的箭头表示这种遥测通信。在实践中，编程器104和IMD 100之间的给定通信会话可以是单向或双向的(在本示例中，图1描述了双向通信)。
【0019】在某些实施例中，当IMD 100用于强心剂应用(例如用于为患者102提供心脏感测、心脏起搏和/或去心脏纤颤功能)时，IMD100可以是心脏器械，例如，起搏器、ICD、血流动力学监视器等。然而，如上所述，IMD 100不限于这些应用或这些器械。在本示例中，IMD100被植入患者102的皮肤或肌肉下面并且IMD 100通常被定向到皮肤表面。当IMD 100用于心脏应用时(如图1所示)，IMD 100通过可操作地耦合到一条或多条心脏内导线108的(多个)导线导体的起搏/感测或心律复律/去心脏纤颤电极而电耦合到患者102的心脏106。在本示例中，导线108以本领域公知的方式耦合到IMD 100的连接器块110。
【0020】如以上的大体提到的，在其他设计功能中，编程器104被适当设计为与IMD 100非侵入性通信，这种通信经由下行链路和上行链路通信信道促成。一般地，适合与IMD 100通信的任何形式的便携编程器、询问机、记录器、监视器或遥测信号发射机和/或接收机均可以用于编程器104。如以下更详细地说明，编程器104可以被适当配置为控制IMD 100的工作模式转换和/或可变电容器设置。
【0021】在某些实施例中，编程命令或患者数据可以在IMD 100和编程器104之间传送。遥测通信可以例如利用高频信号(或UHF或VHF信号)。在实践中，遥测数据可以以多种遥测格式中的任意格式被编码。虽然不限于此，但可以用于这种数据传送的特定数据编码或调制类型和/或技术的一些示例包括噪声调制、通用扩频编码、双相位编码、正交相移键控、频移键控(FSK)、时分多路存取(TDMA)、频分多路存取(FDMA)、基带的预加重/去加重、退化、码分多路存取(CDMA)、正交幅度调制(QAM)、pi/8、四元-QAM、256-QAM、16-QAM、德耳塔调制、相移键控(PSK)、正交相移键控(QPSK)、正交幅移键控(QASK)、最小频移键控、平滑调频(TFM)、正交频分复用(OFDM)、蓝牙、任何802.11调制配置、微波存取全球互通(WiMAX)、任意802.16调制配置、802.15.4和紫蜂(Zigbee)。注意，由收发机使用的“模式”可以被选择以基于植入深度输入和QoS输入优化性能。
【0022】在某些实施例中，在IMD 100和编程器104之间的上行链路和下行链路遥测传输遵从遥测协议，该协议明确地表达、传递和解调数据包，每个数据包均包括调制的数据位的位流。在某些实施例中，数据包以前序位、数据位和误差校验数据位明确地表达数据位流。
【0023】编程器104可以被适当地配置为起编程装置的作用，该编程装置将数据、编程指令和其他信息提供到如本文所述具有可变电容器元件的IMD。此外，编程器104可以被适当地配置为控制IMD的工作模式的转换，其中不同的工作模式对应于一个或多个可变电容器元件的不同设置。编程器104的一个实施例包括处理单元(在图1中未可见地示出)。应该意识到，处理单元可以包括各种装置中的任一装置。虽然不限于此，但在某些实施例中，处理单元可以是个人计算机类型的母板，例如包括微处理器和例如数字存储器等相关电路的计算机母板。处理单元被适当地配置为支持本文所述的编程器104的特征和操作。
【0024】图2是IMD 200的一个实施例的示意图，所述IMD 200可以被配置为实施本文所述的适应性滤波特征。IMD 100和/或植入患者102中的任意其他IMD可以配置为如图2所示。如从图2中可见，IMD 200包括用于管理IMD 200的操作和功能的主电路202，该主电路202包含在IMD 200的密封外壳内。在一个实施例中，所述外壳被实现为用于IMD 200的内部组件的导电外壳。主电路202包括多个电组件，例如但不限于：感测放大器电路204；治疗传送电路206；晶体振荡器电路208；可以包括随机存取存储器(RAM)和/或只读存储器(ROM)的适当数量的存储器210；处理单元212；以及电能量源214。在某些实施例中，主电路202还包括通信模块216和配置为使IMD 200能够与其他装置通信的一个或多个天线218。应该意识到IMD 200内的主电路202的以下描述仅是示例性配置。
【0025】在某些实施例中，当IMD 200用于心脏应用时(例如为了为患者提供心脏感测和心脏起搏功能)，IMD 200耦合到一条或多条心脏内导线219，如之前参考图1所述，当被植入时，心脏内导线219在IMD 200的植入位置和患者的心脏之间沿静脉延伸。如上所述，通过常规的连接器块组合件促进导线219和IMD 200的各种内部组件之间的物理连接。电学上，通过导线接口电路220可以促进导线219的导体和IMD 200的内部电组件的耦合，如本领域普通技术人员所熟知的，所述导线接口电路220以类似多路复用器的方式运作从而选择性并且动态地建立导线219中的各种导体和IMD 200的独立的电组件之间的必要连接。在某些实施例中，关于这种心脏应用，导线219中的各种导体可以包括心房尖端和环形电极导体ATIP和ARING，以及心室尖端和环形电极导体VTIP和VRING。为了清楚，导线219和IMD 200的各种组件之间的具体连接未在图2中示出，但这种连接将是本领域普通技术人员所熟知的。例如，在心脏应用中，根据一般的实践，导线219将必要地被直接或间接地耦合到感测放大器电路204和治疗传送电路206，从而使心脏电信号可以被运送到感测放大器电路204并且使激励脉冲可以通过治疗传送电路206经由导线219传送到心脏组织。同样未在图2中示出的是通常包括在植入器械中以保护例如器械的感测电路不受高压激励脉冲的保护电路。
【0026】如前所述，主电路202包括处理单元212，取决于IMD 200的类型和功能性特征，该处理单元212一般在精密和复杂度上是变化的。如以下更详细说明的，IMD 200可以包括用于一个或多个可变电容器元件的适当配置的电子控制模块，并且该电子控制模块可以在处理单元212、存储单元210和/或IMD 200的其他位置中实现或通过处理单元212、存储单元210和/或IMD 200的其他位置执行。
【0027】虽然处理单元212和IMD 200的其他组件之间的具体连接未显示在图2中，但对于本领域普通技术人员将显而易见的是处理单元212起的作用为控制感测放大器电路204和疗法传送电路206的定时操作。在某些实施例中，处理单元212的功能将处于固件和存储在存储器210(例如RAM、ROM、PROM和/或可重复编程的ROM)中的编程的软件算法的控制下并且使用典型的微处理器核心构架的处理单元实现。在某些实施例中，处理单元212还可以包括以本领域公知方式通过路径或树形结构中的芯片上总线、地址总线和电源线、时钟线和控制信号线耦合到一起的看门狗电路、DMA(直接存储存取)控制器、锁存移动器/阅读器、CRC(循环冗余码)计算器和其他特定的逻辑电路。
【0028】在某些实施例中，如本领域公知的，电能量源214向主电路202供电并且还可以用于向例如物质传送IMD的阀或泵的机电装置供电，或者用于提供ICD脉冲发生器、心脏起搏脉冲发生器或其他电激励发生器的电激励能量。在某些实施例中，电能量源214是高能量密度的低压电池，该电池耦合有具有加电复位(POR)能力的电源电路。电源电路提供一个或多个低电压电源信号、POR信号、一个或多个电压参考源、电流源、选择更换指征(ERI)信号到治疗传送电路206，并且在ICD的情况下，提供高压电到治疗传送电路206。为了在图2中提供的示例性框图中清楚地显示，未示出电能量源214和IMD 200的电组件之间的连接，因为本领域的技术人员熟悉这种连接。
【0029】在某些实施例中，感测放大器电路204可以被配置为处理理疗信号，该理疗信号用于触发或调制治疗传送并且存储为理疗信号数据以用于本文所述的稍后的取出。一般地，感测放大器电路204耦合到电信号感测电极和/或IMD 200的外壳上或外壳内的理疗传感器或者耦合到如上所述的位于距IMD外壳一定距离的位置，通常在细长导线219的远端部分中的理疗传感器。如一般公知的，位于外壳外部的传感器或电极通过导体耦合到馈通件的馈通引脚，所述馈通引脚延伸穿过外壳壁。特定的理疗传感器或感测电极可以安装到连接器组合件从而使导体非常短。
【0030】在某些实施例中，导体包括导线219的细长导体，它们延伸到远程定位的理疗传感器和感测电极。这样，在一些心脏应用中，感测放大器电路204被设计为从导线219接收心脏电信号并且被设计为处理这些信号以获得反映特定心脏电事件的发生的事件信号，心脏电事件包括心房收缩(P形波)和心室收缩(R形波)。这些表示事件的信号被提供到处理单元212以用于根据本领域的通用实践控制IMD200的同步激励操作。此外，这些事件表示信号可以经由上行链路传输而传给一个或多个外部通信装置。
【0031】在示例性实施例中，治疗传送电路206可以被配置为将电激励传送到患者，例如心律复律/去心脏纤颤治疗脉冲和/或传送到心脏的心脏起搏脉冲，或者传送到大脑、其他组织、选定的神经、脊柱、耳蜗或肌肉群，包括包裹心脏的骨骼肌肉的其他电激励。可替换地，在某些实施例中，治疗传送电路206可以被配置为药物泵，该药物泵将药物传送到组织中以用于治疗性处理或传送到脊柱中以用于减轻疼痛。可替换地，在某些实施例中，治疗传送电路206可以被配置为操作可植入的心脏辅助器械或植入等待心脏移植手术的患者中的泵。
【0032】当IMD 200用于心脏应用时，感测放大器电路204还可以包括患者活动传感器或用于感测心脏输出的需要并且因此通过现有技术中提出的许多替换方法调制心脏起搏参数的其他理疗传感器。如果IMD 200是ICD，则治疗传送电路206一般包括一个或多个高功率心律复律/去心脏纤颤输出电容器、耦合到感测放大器以检测并识别病态和/或非病态的心律不齐并且提供其他功能的电子电路、用于将(多个)输出电容器从电池电压充电到更高电压的高电压电子电路以及通过可操作地耦合到一条或多条心脏内导线219的心律复律/去心脏纤颤电极卸载堆积在(多个)输出电容器上的电荷的电子开关电路。
【0033】存储器210的寄存器可以用于存储从感测到的心脏活动汇编的数据和/或与器械操作历史或感测到的理疗参数相关的数据。一般地，数据存储器可以周期性地由患者手动触发或在满足特定的被编入的事件检测规则时通过检测逻辑(例如感测放大器电路204内的)触发。如果不手动触发，则在某些实施例中，用于触发IMD 200内的数据存储器的规则经由遥测传递的指令和参数值编程。如果手动地触发，则在一些情况下，IMD 200包括磁场灵敏开关(其可以是霍尔效应传感器或另一接收到的通信信号)，该磁场灵敏开关响应于磁场而关闭，并且所述关闭使得磁性开关电路发出开关闭合信号到以“磁体模式”响应的处理单元212。例如，患者可以被提供磁体(例如结合到外部通信装置中)，当患者经历特定症状和/或传送治疗到患者时，该磁体可以应用于IMD 200以关闭开关并提示处理单元212存储理疗事件数据。紧接着这种触发，在某些实施例中，关于事件的数据，例如日期和时间，可以连同所存储的周期性收集的数据或患者启动的理疗数据一起存储。通常地，一旦存储，数据就准备好在收到取出或查询指令时遥测地发送。
【0034】存储器210还可以用于存储支持本文所述的可变电容器调节和编程步骤所必须的数据。例如，存储器210可以被配置为存储和用于IMD 200的不同工作模式的预编程的电容设置相关的信息。如果期望用于诊断或历史跟踪目的，则存储器210还可以配置为保持电容设置记录。
【0035】在某些实施例中，晶体振荡器电路208一般地应用具有由晶体(例如压电晶体)提供的时钟信号的时计CMOS数字逻辑IC和耦合于该CMOS数字逻辑IC的系统时钟以及分立组件，例如电感器、电容器、变压器、高压保护二极管和将IC安装到一个或多个衬底或印刷电路板的类似组件。典型地，由系统时钟生成的每个时钟信号均经由时钟树路由到全部可应用的计时逻辑。在某些实施例中，系统时钟提供一个或多个固定频率的时钟信号，这些时钟信号在用于系统定时和控制功能以及格式化遥测信号传送的操作电池电压范围上和电池电压无关。再者，为了清楚，从图2中省略将这些计时信号提供到IMD 200的各种定时组件(例如处理单元212)的线路。
【0036】本领域的普通技术人员将意识到IMD 200可以包括众多其他组件和子系统，例如活动传感器和相关电路。然而，并不认为IMD200中存在或缺少这些额外的组件的与本发明相关，这关系到IMD 200中的输入滤波电路的实施例的实现和操作以及相关的一种和多种技术。
【0037】在某些实施例中，IMD 200可以涉及不具有治疗传送系统206的可植入的心脏监视器，例如用于记录来自远离心脏的电极的心电图的可植入EGM监视器。可替换地，IMD 200可以涉及用以记录心电图和其他理疗传感器获取的信号(例如，心脏和/或胸腔的一个或多个血压、血液气体、温度、电阻抗以及患者活动信号)的可植入的血液动力学监视器(IHM)。
【0038】如上所述，IMD 200包括通信模块216和一个或多个天线218。取决于特定实施方式，通信模块216可以包括任意数量的发射机、任意数量的接收机和/或任意数量的收发机。在某些实施例中，每个天线218以多种配置中的一种或多种配置安装到IMD 200。例如，一个或多个天线218可以采取表面安装天线的形式，或者一个或多个天线218可以封闭在IMD连接器块组合件内或安装到IMD连接器块组合件。
【0039】图3是具有滤波电路的IMD 300的一个实施例的示意图，所述滤波电路具有可变电容器元件。IMD 100和/或IMD 200还可以适当地配置为如图3中所示。图3一般性地描述了(以框图格式)由IMD300利用的多个功能元件、电路和模块。例如，IMD 300可以包括但不限于：感测电路302、耦合到感测电路302的滤波电路304以及耦合到滤波电路304的电子控制模块306。IMD 300还可以包括用于电子控制模块306的工作模式选择逻辑308和/或耦合到电子控制模块306的诊断模块310。这些功能性元件、电路和模块优选为密封在IMD 300的盒或外壳312内。在本实施例中，外壳312是导电的并且充当IMD 300的参考电势(如图3中外壳接地图标所示)。
【0040】感测电路302被适当地配置为处理由IMD 300接收到的传感器信号。这种传感器信号可以经由一条或多条电极导线被馈送到IMD 300中(如上所述)。感测电路302可以具有任意数量的输入节点以用于相应数量的传感器信号。滤波电路304被配置为使用已知的电子滤波技术和拓扑从接收到的传感器信号中过滤噪声。对于这个实施例，滤波电路304接收由电极导线承载的原始传感器信号314，滤波所述原始传感器信号314并使得滤波后的传感器信号316可用作感测电路302的输入。滤波电路304包括至少一个可变电容器元件，该可变电容器元件可以用电子控制模块306进行电调节/编程。参考图2，滤波电路304(或其部分)可以在导线接口220中和/或感测放大器电路204中实现。类似地，感测电路302(或其部分)可以在导线接口220和/或感测放大器电路204中实现。
【0041】电子控制模块306表示被适当地配置为调节滤波电路304的可变电容器元件的电容的硬件、软件、状态机和/或固件。在一个实施例中，可变电容器元件是可数字编程的并且电子控制模块306被实现为生成用于编程/调节可变电容器元件的数字控制信号的数字控制器。取决于IMD 300的特定实施方式，电子控制模块306可以被配置为：调节电容以适应IMD 300的变化的工作条件；根据由IMD 300检测的电磁条件动态调节电容；根据选定的IMD 300的工作模式调节电容；和/或根据由IMD 300检测的噪声条件动态调节电容。
【0042】工作模式选择逻辑308可以用于转换IMD 300的工作模式。模式转换可以通过IMD 300自动地启动，该模式转换可以通过患者或护理员手动地启动，或者该模式转换可以使用无线编程器远程地启动。所选择的工作模式可以然后影响电子控制模块306的操作，电子控制模块306随后可以调节可变电容器来调整滤波电路304。参考图2，工作模式选择逻辑308(或其部分)可以在处理单元212中实现。不同工作模式的非限制性的示例包括：正常或默认的工作模式；当患者经历MRI时被选择的MRI工作模式；当患者住进医院或存在已知的电磁能量源时经历医疗处理时被选择的医院/临床工作模式；以及用于多种程序例如电烙术、CT扫描、碎石术、RF切除、电蚀除毛和透热疗法的模式。
【0043】诊断模块310表示被适当地配置为检测IMD 300的电磁或噪声条件的硬件、软件、状态机和/或固件。参考图2，诊断模块310(或其部分)可以在处理单元212中实现。诊断模块310检测的当前工作条件可以被提供到电子控制模块306，该电子控制模块306然后可以以期望的方式响应于检测到的工作条件而调节可变电容器元件的电容。例如，在存在强梯度磁场(例如在MRI期间可能经历的)的情况下，滤波电路304中的电容可以被减小以试图驱散电极导线上的耦合信号。另一方面，如果存在电干涉源，则滤波电路304中的电容可以增大。
【0044】图4是具有可变电容器元件的滤波电路400的一个实施例的示意图。滤波电路400是IMD 300中的滤波电路304的一种可行的拓扑。在实践中，滤波电路304可以基于电极导线的数量和类型、期望的滤波特性、感测电路302的配置等被不同地配置。滤波电路400的布局不意图限制或限定本文所述的实施例的范围或应用。
【0045】滤波电路400适于和两个不同的双极型电极导线(每条导线具有两个连接器)一起使用。因此，滤波电路400被描述为具有用于各自的传感器信号的四个输入节点(参考标记402、404、406和408)。这些输入节点还可以表示对感测电路的输入；图4中的开环可以用作感测电路的接触点。滤波电路400还包括对应于第一参考电势的第一参考节点410和对应于第二参考电势的第二参考节点412。此处，参考节点410耦合到IMD的导电外壳并且第一参考电势对应于外壳接地，同时参考节点412对应于感测电路和/或滤波电路400的地面电势。
【0046】滤波电路400包括八个电容器元件(标记为C1-C8)。虽然未要求，但在本实施例中，每个电容器元件均被配置为可变电容器元件，并且每个可变电容器元件均耦合在一个输入节点和一个参考节点之间。在本示例中，C1连接在输入节点404和参考节点410之间，C2连接在输入节点404和参考节点412之间，C3连接在输入节点402和参考节点410之间，C4连接在输入节点402和参考节点412之间，C5连接在输入节点406和参考节点410之间，C6连接在输入节点406和参考节点412之间，C7连接在输入节点408和参考节点410之间，并且C8连接在输入节点408和参考节点412之间。在示例性IMD实施方式的正常工作条件下，C1、C3、C5和C7可以均具有约1.5nF的电容，并且C2、C4、C6和C8可以均具有约3.3nF的电容。当然，不同的额定电容值可以用在滤波电路400的实施例中。虽然不作为本发明的实施例的要求或限制，但1.0nF-10.0nF的一般调节范围将适合于典型的应用。
【0047】如前所述，由IMD本身生成的控制信号优选被利用以调节或编程滤波电路400中的每个可变电容器元件。虽然未在图4中显示，但适当配置的电子控制模块可以用于微调每个可变电容器元件。在这方面，图5是可变电容器元件500的一个实施例的示意图，该可变电容器元件500适于在例如滤波电路400的滤波电路中使用。图4中的每个可变电容器元件C1-C8可以配置为如图5所示。
【0048】可变电容器元件500耦合在两个节点502/504之间，其中可变电容器元件500的总电容在节点502/504之间测量。参考图4，节点502可以是传感器信号的输入节点并且节点504可以是参考节点(或反之亦然)。虽然未要求，但可变电容器元件500包括表示可变电容器元件500的最小电容的定值电容器(C0)。如图5所示，C0耦合在节点502/504之间。可变电容器元件500还包括耦合在节点502/504之间的至少一个开关电容，其中每个开关电容包括与电容器串联的开关。图5描述了多个开关电容并联耦合在节点502/504之间的一般化的实施例。
【0049】图5中的虚线表示开关电容506中的一个。代表可变电容器元件500中的全部开关电容的开关电容506包括与基于电门控晶体管的开关508串联的定值电容器(C2)。开关508被电力控制以将电容器C2插入节点502/504之间或从与电容器C0的并联组合中断开电容器C2。启用/禁止控制信号510从电子控制模块512传送到开关508(如以上图3的内容中所述)；控制信号510控制开关508的状态。在开关508的这种表现中，NMOS和PMOS器件的互补并联组合接收控制信号510及其互补信号514，该互补信号514由逆变器516生成。电门的电阻可以经由适当的晶体管设计和尺寸而选择。可替换地，开关508可以实现为任何可电激活的低阻抗开关，例如固态继电器、半导体控制的开关或半导体控制的整流器。
【0050】再次，定值电容器C0表示可变电容器元件500的额定基线电容。该值可以被选择从而使任意开关电容或控制电路中的故障将仍允许IMD在正常使用条件下被安全操作。所述开关电容还耦合在节点502/504之间，并且电子控制模块512被适当地配置为控制每个开关电容的转换。开关电容的数量可以由设计要求确定，所述设计要求包括但不限于：期望的电容范围、电功率消耗、机械要求和空间限制。每个开关电容均可以经由以适当方式生成数字控制信号518的数字控制逻辑被独立地导通或断开。当特定的开关电容导通时，相应的串联电容器将其电容贡献给与定值电容器C0并联的节点以及其他任意可能导通的开关电容。节点502/504之间的总电容可以经由简化的等式被计算，例如 C total = C 0 + Σ i = 1 n d i · C i , 其中di是输入控制信号(1＝导通，0＝断开)，n是开关电容引脚的数量，并且Ci是每个引脚的电容值。此外，开关的寄生效应可能需要在实际的滤波电路的设计中予以考虑。给定信号的期望频率含量(小于100Hz)和输入电容的典型值(低nF范围内)，只要门控开关结构的阻性贡献小于几百欧姆，那么开关的电冲击就可以忽略。开关的电阻方面的设计要求可以基于应用而改变。
【0051】数字控制信号518可以为特定装置条件(例如MRI安全编程模式)而被预编程或者所述数字控制信号518可以由所述装置动态转换以调节到各种环境条件。定值电容器的尺寸还可以被选择以最好地反应或预见期望的装置条件或模式。
【0052】图6是适合用在例如滤波电路400的滤波电路中的可变电容器元件600的另一个实施例的示意图。图4中的每个可变电容器元件C1-C8可以配置为如图6所示。可变电容器元件600类似于可变电容器元件500，并且共同特征和功能将不在本文中赘述。在基于晶体管的门控开关中，可变电容器元件600利用固态继电器，该固态继电器用作并联开关电容的开关。
【0053】图7是示出IMD滤波器调节过程700的一个实施例的流程图，该过程可以由具有可调输入滤波电路的IMD执行。与过程700关联执行的多种任务可以通过软件、硬件、固件或其任意组合执行。为了说明目的，过程700的以下说明可以参考与图1-6关联的上述元件。过程700的部分可以通过所述系统的不同元件执行，例如控制模块、处理器、滤波电路或可变电容器元件。应该意识到过程700可以包括任意数量的额外任务或可替换的任务，图7中所示的任务不需要以说明的顺序执行，并且过程700可以合并到更广泛的程序中或结合到具有本文中未详细说明的额外功能的过程中。
【0054】为了完整，IMD滤波器调节过程700的这个实施例假设IMD支持基于模式的调节(响应于IMD工作模式的转换)和动态调节(响应于改变的工作条件)。在实践中，IMD可以被配置为仅支持这些调节方法论中的一种。
【0055】在本示例中，IMD滤波器调节过程700检查基于模式的调节是否被请求(查询任务702)。模式转换请求可以由IMD在内部生成和处理，该请求可以由患者或护理者启动，可以由IMD的编程器启动等等。如果没有请求基于模式的调节，则过程700可以停止或者可以继续到查询任务708(如图7所述)。如果基于模式的调节被请求，则过程700可以从IMD的多个指定的工作模式中选择当前的工作模式(任务704)。如上所述，IMD可以支持对应于不同的操作、环境和/或噪声条件的不同的工作模式(例如正常模式、MRI模式、外科手术模式等)。此后，过程700根据选择的和当前的工作模式来电子地调节(多个)可变电容器元件的电容(任务706)。
【0056】IMD滤波器调节过程700的这个实施例还检查是否适合于执行IMD滤波电路的动态调节(查询任务708)。如果不适合，则过程700可以使得IMD使用针对(多个)可变电容器的基于模式的电容设置或默认电容设置(任务710)。在这方面，默认电容设置可以对应于额定电容值，该额定电容值由IMD在没有其他调节指令的情况下电子地控制。如果支持动态调节，则过程700可以检测或确定(任务712)IMD的一个或多个条件(例如电磁条件、噪声条件、干涉条件、环境条件或可以另外影响IMD的信号感测性能的其他条件)。此后，过程700根据检测到的以及当前的工作条件来电子地调节(多个)可变电容器元件的电容(任务714)。
【0057】IMD的一个实施例可以利用数字可编程的可变电容器元件，所述可变电容器元件可以使用由适当配置的数字控制逻辑生成的数字控制信号调节/编程。在这种实施例中，本文所述的各种电子调节任务可以通过为可变电容器元件生成数字控制信号并且响应于数字控制信号而控制每个可变电容器元件的电容而完成。如以上参考图5和图6所述，可变电容器元件可以包括多个电容器并且调节可以涉及用于在期望的节点之间并联耦合的多个电容器中的一个或多个的选择(例如滤波电路的输入端和参考节点)。这种选择和并联耦合可以使用本文所述的开关电容器配置实现。
【0058】一旦滤波电路中的电容已经被调节期望的量，则IMD可以接收并获得作为输入的传感器信号(任务716)。此外，IMD可以使用输入滤波电路的(多个)可变电容器元件从传感器信号中过滤噪声(任务718)。紧接着任务718，IMD滤波器调节过程700可以以适当的方式停止。例如，过程700可以返回到查询任务702以监视当前工作模式中的改变，或者过程700可以返回到查询任务708以便促进(多个)可变电容器元件的动态更新。这使IMD能够在存在不同级别的噪声或干扰的情况下提高其传感器信号处理质量。
【0059】虽然前面详细的描述中呈现了至少一个示例性实施例，但应该意识到存在大量的变化。还应该意识到本文所述的一个或多个示例性实施例不意图以任何方式限制本发明的范围、应用或配置。而是，之前详细的描述将为本领域技术人员提供用于实施所述一个或多个实施例的便利的指示。应该理解可以对元件的功能和构造做出各种改变，而不脱离本发明的范围，其中本发明的范围由权利要求限定，所述范围包括在提交本申请之时已知的等价物和可预见的等价物。

Claims (19)

1.一种用于可植入的医疗器械的感测电路的滤波电路，所述滤波电路包括：
用于传感器信号的输入节点；
参考节点，其对应于所述可植入的医疗器械的参考电势；
耦合在所述输入节点和所述参考节点之间的可变电容器元件；以及
耦合到所述可变电容器元件的电子控制模块，所述电子控制模块被配置为调节所述可变电容器元件的电容以适应所述可植入的医疗器械的变化的工作条件。
2.根据权利要求1所述的滤波电路，其中所述参考节点耦合到所述可植入的医疗器械的导电外壳。
3.根据权利要求1所述的滤波电路，其中所述参考节点对应于所述感测电路的地电势。
4.根据权利要求1所述的滤波电路，其中：
所述可变电容器元件包括具有与开关串联的电容器的至少一个开关电容；以及
所述电子控制模块控制所述开关。
5.根据权利要求1所述的滤波电路，其中所述可变电容器元件包括：
耦合在所述输入节点和所述参考节点之间的定值电容器；以及
耦合在所述输入节点和所述参考节点之间的开关电容，所述开关电容包括与电容器串联的开关；其中所述电子控制模块控制所述开关。
6.根据权利要求1所述的滤波电路，其中所述电子控制模块被配置为根据由所述可植入的医疗器械检测到的电磁条件动态调节所述可变电容器元件的电容。
7.根据权利要求1所述的滤波电路，其中所述电子控制模块被配置为根据所述可植入的医疗器械的选定工作模式调节所述可变电容器元件的电容。
8.一种可植入的医疗器械，包括：
被配置为处理传感器信号的感测电路，所述感测电路具有用于所述传感器信号的输入节点；
参考节点，其对应于所述可植入的医疗器械的参考电势；
被配置为从所述传感器信号中过滤噪声的滤波电路，所述滤波电路包括耦合在所述输入节点和所述参考节点之间的可变电容器元件；以及
用于所述可变电容器元件的电子控制模块，所述电子控制模块被配置为调节所述可变电容器元件的电容。
9.根据权利要求8所述的可植入的医疗器械，该医疗器械进一步包括包围所述感测电路、所述滤波电路和所述电子控制模块的导电外壳，其中所述参考节点耦合到所述导电外壳。
10.根据权利要求8所述的可植入的医疗器械，其中所述参考节点对应于所述滤波电路的地电势。
11.根据权利要求8所述的可植入的医疗器械，其中
所述可变电容器元件是数字可编程的；以及
所述电子控制模块被配置为生成数字控制信号用于对所述可变电容器元件进行编程。
12.根据权利要求8所述的可植入的医疗器械，其中
所述可变电容器元件包括多个开关电容，所述多个开关电容并联耦合在所述输入节点和所述参考节点之间；
每个所述开关电容包括与电容器串联的开关；以及
所述电子控制模块控制每个所述开关电容的转换。
13.根据权利要求8所述的可植入的医疗器械，进一步包括耦合到所述电子控制模块的诊断模块，所述诊断模块被配置为检测所述可植入的医疗器械的噪声条件，其中所述电子控制模块被配置为根据由所述诊断模块检测到的所述噪声条件动态调节所述可变电容器元件的电容。
14.根据权利要求8所述的可植入的医疗器械，其中所述电子控制模块被配置为根据所述可植入的医疗器械的选定工作模式调节所述可变电容器元件的电容。
15.一种操作可植入的医疗器械的方法，所述医疗器械具有输入节点、对应于参考电势的参考节点和耦合在所述输入节点和所述参考节点之间的可变电容器元件，所述方法包括：
根据所述可植入的医疗器械的工作条件电子地调节所述可变电容器元件的电容；
在所述输入节点处获得传感器信号；以及
使用所述可变电容器元件从所述传感器信号中过滤噪声。
16.根据权利要求15所述的方法，该方法进一步包括检测所述可植入的医疗器械的电磁条件，其中所述调节步骤根据所述电磁条件动态调节所述可变电容器元件的电容。
17.根据权利要求15所述的方法，该方法进一步包括从所述可植入的医疗器械的多种指定的工作模式中选择当前工作模式，其中所述调节步骤根据所述当前工作模式调节所述可变电容器元件的电容。
18.根据权利要求15所述的方法，其中：
所述可变电容器元件是数字可编程的；
所述方法进一步包括生成数字控制信号用于对所述可变电容器元件进行编程；以及
所述调节步骤响应于所述数字控制信号调节所述可变电容器元件的电容。
19.根据权利要求15所述的方法，其中：
所述可变电容器元件包括多个电容器；以及
所述调节步骤包括选择所述多个电容器中的一个或多个以获得选定的电容器，并且将所述选定的电容器并联耦合在所述输入节点和所述参考节点之间。
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