CN105597231A - 具有多种电荷保持能力的可植入医疗设备 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种具有多种电荷保持能力的可植入医疗设备，该可植入医疗设备具有电池和至少两个电荷保持电容器，每一个电荷保持电容器具有电荷保持电容器电压(CHCV)。治疗模块被可操作地耦合至该至少两个电荷保持电容器并且被配置成提供具有预定的放电电压(DV)的治疗输出。充电电路，可操作地耦合至电荷保持电容器，所述充电电路被配置成通过测量该至少两个电荷保持电容器中的每一个上的电荷保持电容器电压并且在该电荷保持电容器电压小于预定阈值的情况下选择性地向该至少两个电荷保持电容器中的单个电荷保持电容器添加电荷来将电荷保持电容器充电至至少放电电压。

Description

具有多种电荷保持能力的可植入医疗设备
技术领域
本发明一般涉及可植入医疗设备，并且尤其涉及被配置成提供电治疗输出的可植入医疗设备。
背景技术
诸如起搏器和心脏除颤器之类的向患者递送电输出的可植入医疗设备在本领域是公知的。这样的可植入医疗设备通常是电池供电的并且常常利用电容器或其它电荷存储部件来保持电输出以使得对患者可用。这种电输出可能超过可植入医疗设备的电池在电荷存储设备不可用的情况下供应的能力。例如，电输出可具有比可从电池直接获得的电压高的电压或者电输出可具有比可从电池直接获得的电流高的电流。
电荷存储电容器(有时被称为“电荷保持”电容器)通常由充电电路控制，该充电电路采取可用的电池电压和电池电流来通过对电荷保持电容器周期性地充电或向电荷保持电容器周期性地添加电荷来对单个电荷保持电容器或多个电荷保持电容器充电。对于这种充电电路根据定期地(regularly)建立的计划对每个这样的电荷保持电容器充电或加满(topoff)每个这样的电荷保持电容器是常见的。
然而，归因于电池电压的可变性(尤其因为电池电压随着电池老化而下降)并且归因于各个电荷保持电容器的可变性(不是每个电荷保持电容器可能需要使其电荷“被加满”，或者被增加到电荷的最高值)，每当充电电路正常地对电荷保持电容器充电时，下降的电池电压可能无法将所有的电荷保持电容器的电荷增加至期望的电荷水平。
发明内容
代替按照定期计划对所有或大多数的电荷保持电容器充电，充电电路可测量每个单独的电荷保持电容器的电压并且随后选择性地仅向需要被进一步充电的那些电荷保持电容器添加电荷。测量每个电荷保持电容器的电压并选择性地对这些电荷保持电容器充电，即，不是所有的电荷保持电容器都需要被充电，仅其电压低于预定阈值的那些电荷保持电容器需要被充电。选择性地对电荷保持电容器充电是更有效的并且节约了时间和资源。
此外，仅在需要时对电荷保持电容器充电，而不是按定期循环的基础对电荷保持电容器充电。再者，测量每个电荷保持电容器的电压并选择性地对这些电荷保持电容器充电，即，不是所有的电荷保持电容器都需要被充电，仅其电压低于预定阈值的那些电荷保持电容器需要被充电。根据需要(而不是定期地)选择性地对电荷保持电容器充电是更有效的并且节约了时间和资源。
在实施例中，可植入医疗设备具有电池和至少两个电荷保持电容器，每一个电荷保持电容器具有电荷保持电容器电压(CHCV)。治疗模块被可操作地耦合至该至少两个电荷保持电容器并且被配置成提供具有预定的放电电压(DV)的治疗输出。充电电路，可操作地耦合至电荷保持电容器，所述充电电路被配置成通过测量该至少两个电荷保持电容器中的每一个上的电荷保持电容器电压并且在该电荷保持电容器电压小于预定阈值的情况下选择性地向该至少两个电荷保持电容器中的单个电荷保持电容器添加电荷来将电荷保持电容器充电至至少放电电压。
在实施例中，如果该至少两个电荷保持电容器中的单个电荷保持电容器的电荷保持电容器电压小于预定阈值，则充电电路向该至少两个电荷保持电容器中的该单个电荷保持电容器添加电荷。
在实施例中，如果电荷保持电容器中的两个的电荷保持电容器电压都小于预定阈值，则充电电路向这两个电荷保持电容器添加电荷。
在实施例中，预定阈值是放电电压的百分之九十。
在实施例中，可植入医疗设备还具有至少两个电荷泵电容器，每一个电荷泵电容器具有电荷泵电容器电压(CPCV)。充电电路被配置成使用电荷泵电容器将电荷保持电容器充电至至少放电电压。
在实施例中，可植入医疗设备具有至少三个电荷保持电容器。
在实施例中，电荷电路跳过(skip)向具有等于至少预定阈值的电荷保持电容器电压的电荷保持电容器中的任何一个添加电荷。
在实施例中，在发生特定预定事件时，充电电路向所有的电荷保持电容器添加电荷。
在实施例中，预定事件包括上电复位、来自治疗模块的治疗输出的递送、低于预定阈值的电池电压中的至少一个。
在实施例中，根据包含在振幅(amplitude)寄存器中的值确定放电电压并且其中预定事件也是将该值写入到振幅寄存器中。
在实施例中，可植入医疗设备具有电池、至少两个电荷泵电容器和至少两个电荷保持电容器。治疗模块被可操作地耦合至该至少两个电荷保持电容器并且被配置成提供具有预定的放电电压(DV)的治疗输出。充电电路，可操作地耦合至电荷保持电容器并且至电荷泵电容器，所述充电电路被配置成使用电荷泵电容器将电荷保持电容器充电至至少放电电压。在第一配置(1倍)中，充电电路利用电池电压(BV)对电荷泵电容器充电并且其中电荷泵电容器在电池电压(BV)和系统接地之间串联耦合，并且随后充电电路将在串联耦合的电荷泵电容器上产生的(developed)电荷转移至电荷保持电容器中的至少一个，从而产生在电荷保持电容器中的至少一个上的等于电池电压(BV)的电荷保持电容器电压。在第二配置(1.5倍)中，充电电路利用电池电压(BV)对电荷泵电容器充电并且其中电荷泵电容器在电池电压(BV)和系统接地之间串联耦合，并且随后充电电路转移在电池电压和系统接地之间彼此并联耦合且与电荷保持电容器中的至少一个串联耦合的电荷泵电容器上产生的电荷，从而产生在电荷保持电容器中的至少一个上的等于1.5倍电池电压(BV)的电荷保持电容器电压。在第三配置(3倍)中，充电电路利用电池电压(BV)对电荷泵电容器充电并且其中电荷泵电容器在电池电压(BV)和系统接地之间彼此并联耦合，并且随后充电电路转移在电池电压和系统接地之间彼此串联耦合且与电荷保持电容器中的至少一个串联耦合的电荷泵电容器上产生的电荷，从而产生在电荷保持电容器中的至少一个上的等于三倍电池电压(BV)的电荷保持电容器电压。
附图
图1是本发明的可植入医疗设备的一般框图；
图2是图1的可植入医疗设备的与充电控制电路有关的部分的更详细的框图；
图3a是配置用于充电至等于一倍电池电压的电压的两个电荷泵电容器的电路图；
图3b是配置用于将等于一倍电池电压的电压泵送至电荷保持电容器的两个电荷泵电容器的电路图；
图4a是配置用于充电至等于一点五倍电池电压的电压的两个电荷泵电容器的电路图；
图4b是配置用于将等于一点五倍电池电压的电压泵送至电荷保持电容器的两个电荷泵电容器的电路图；
图5a是配置用于充电至等于三倍电池电压的电压的两个电荷泵电容器的电路图；
图5b是配置用于将等于三倍电池电压的电压泵送至电荷保持电容器的两个电荷泵电容器的电路图；
图6是可植入医疗设备的一个实施例的简化视图；以及
图7示出了了位于人类或哺乳动物心脏附近的可植入医疗设备的连接器模块和气密地密封的封围。
描述
诸如起搏器和心脏除颤器之类的可植入医疗设备使用一个或多个电荷保持电容器来存储并保持通过可植入医疗设备被递送至患者的电压和电流容量。代替按照定期计划对所有或大多数的电荷保持电容器充电，充电电路可测量每个单独的电荷保持电容器的电压并且随后有选择地仅向需要被进一步充电的那些电荷保持电容器添加电荷。测量每个电荷保持电容器的电压并选择性地对这些电荷保持电容器充电，即，不是所有的电荷保持电容器都需要被充电，仅其电压低于预定阈值的那些电荷保持电容器需要被充电。选择性地对电荷保持电容器充电是更有效的并且节约了时间和资源。
图1是具有用于将治疗输出(诸如，电输出信号)递送至患者的治疗模块12的可植入医疗设备10的框图。将电压和电流供应至治疗模块12的是电荷保持电容器14、电荷保持电容器16和电荷保持电容器18。虽然图1中示出了三个电荷保持电容器，但要认识并理解，还可利用一个、两个或超过三个电荷保持电容器。电荷保持电容器14、电荷保持电容器16和电荷保持电容器18被耦合至充电电路20并从充电电路20接收充电能量，该充电电路20又由电池22供电。
仅当需要将每个电荷保持电容器的充电电压保持或返回到期望值(诸如，预定值)时，充电电路20才向电荷保持电容器14、电荷保持电容器16和电荷保持电容器18供应附加能量、或电荷。没有必要对所有三个电荷保持电容器充电，除非所有三个电荷保持电容器都需要附加的能量以便使它们的电压达到必要值。充电电路定期地或周期性地或根据需要测量电荷保持电容器14、电荷保持电容器16和电荷保持电容器18中的每一个上的充电电压以确定电荷保持电容器14、电荷保持电容器16和电荷保持电容器18中的任何一个是否需要附加的电荷。如果电荷保持电容器14、电荷保持电容器16和电荷保持电容器18中的各个电荷保持电容器中的任何一个需要附加的电荷，则仅需要这种附加电荷的电荷保持电容器14、电荷保持电容器16和电荷保持电容器18中的那些电荷保持电容器接收附加的电荷。可相对同时地测量电荷保持电容器14、电荷保持电容器16和电荷保持电容器18中的每一个，或者它们的测量时间可以是交错的。电荷保持电容器14、电荷保持电容器16和电荷保持电容器18的电压的测量时间可以是计划好的或者可以是事件驱动的，例如，跟随特定治疗输出的递送。
随着可植入医疗设备10和电池22老化，电池22的电压将下降。电池22的电压的下降可约束充电电路20向电荷保持电容器14、电荷保持电容器16和电荷保持电容器18供应充足的电压电平的能力。作为示例，可植入医疗设备10的治疗模块12可供应2.5伏特的输出电压，例如，2.5伏特起搏电压。电池22的标称(nominal)电压可以是2.8伏特。电池22上的2.8伏特可足以向电荷保持电容器14、电荷保持电容器16和电荷保持电容器18各供应2.5伏特的必要电压。然而，随着电池22的电压下降至2.4伏特，则采取附加的措施以将可从电池22获得的2.4伏特泵送(pump)至更高值以将电荷保持电容器14、电荷保持电容器16和电荷保持电容器18供应至2.5伏特。在这种情况下，可使用一个或多个电荷泵电容器(在实施例中，电荷泵电容器24和电荷泵电容器26)。在实施例中，如果电荷保持电容器14、电荷保持电容器16和电荷保持电容器18的常规充电未导致电荷保持电容器14、电荷保持电容器16和电荷保持电容器18上的为目标值的至少百分之九十(90％)的电压的电荷量，则充电电路利用电荷泵电容器24和电荷泵电容器26启用“升压(boost)模式”以实现目标值。
在实施例中，如果电池22上的电压下降到低于规定值，则可禁用对电荷保持电容器14、电荷保持电容器16和电荷保持电容器18的充电。这允许电池22的电压在充电电路恢复对电荷保持电容器14、电荷保持电容器16和电荷保持电容器18充电之前恢复。临时禁用由充电电路20对电荷保持电容器14、电荷保持电容器16和电荷保持电容器18充电可使得可植入医疗设备10能够深入高阻抗电池22的寿命而继续操作。
因此，可单独地且选择性地测量电荷保持电容器14、电荷保持电容器16和电荷保持电容器18，并且如果有必要，则利用充满电的电池22或其电压已下降的电池22来将电荷保持电容器14、电荷保持电容器16和电荷保持电容器18充电或保持充电到治疗模块12的所需值或预定值。这最小化来自电池22的电流消耗并且更迅速地对电荷保持电容器14、电荷保持电容器16和电荷保持电容器18充电。
图2是示出了结合电荷保持电容器14、电荷保持电容器16和电荷保持电容器18以及结合电荷泵电容器24和电荷泵电容器26的充电电路20的配置的框图。电容性电荷泵开关30向电荷保持电容器14、电荷保持电容器16和电荷保持电容器18供应能量。比较器32测量电荷保持电容器14、电荷保持电容器16和电荷保持电容器18中的每一个上的电压并确定电荷保持电容器14、电荷保持电容器16和电荷保持电容器18中的每一个的电压是否是目标值的至少百分之九十(90％)。在系统控制34下，开始、停止&升压逻辑36确定何时进行测量以及何时且如何开始对电荷保持电容器14、电荷保持电容器16和电荷保持电容器18的充电。如以下图3a、图3b、图4a、图4b、图5a和图5b中所详细描述的，开关配置逻辑38重新配置电荷泵电容器24和电荷泵电容器26的布置，以启用或禁用“升压模式”以及升压模式的特定布置(如果被启用)。
图3a和图3b示出了当禁用“升压模式”时的电容性电荷泵开关30的配置。在禁用升压模式的情况下，电荷保持电容器14(这里被示为电荷保持电容器14、电荷保持电容器16和电荷保持电容器18的示例)被充电至大约等于电池22的电压值的电压值。图3a和图3b表示其中分别首先对电荷泵电容器24和电荷泵电容器26充电并且随后将它们的电荷转移至电荷保持电容器14的两步骤过程。
图3a示出了当电荷泵电容器24和电荷泵电容器26从电池22中充电时的它们的串联连接。由于电荷泵电容器24和电荷泵电容器26串联耦合，因此电池22上的电压(2.8伏特)的大约一半被转移至电荷泵电容器24和电荷泵电容器26中的每一个，或每一个大约1.4伏特(假设电荷泵电容器24和电荷泵电容器26具有相等的电容)。
在图3b中，电荷泵电容器24和电荷泵电容器26彼此串联耦合但与电荷保持电容器14并联耦合。由于在电荷泵电容器24和电荷泵电容器26中的每一个上存在大约1.4伏特，因此大约2.8伏特(等于电池22的电压的量)被施加在电荷保持电容器14上。这使得电荷保持电容器14能够被迅速且有效地充电到大约等于电池22的电压的电压。
图4a和图4b示出了处于“升压模式”的电容性电荷泵开关30的一个可能的配置，从而使得电荷保持电容器14能够被充电到大约一点五倍电池22的电压的值。如果电池22的电压小于电荷保持电容器要被充电到的目标值，则升压模式是有利的。
如在图3a、图4a中，电荷泵电容器24和电荷泵电容器26仍在电池22上串联耦合。由于电荷泵电容器24和电荷泵电容器26串联耦合，因此电池22上的电压(2.8伏特)的大约一半被转移至电荷泵电容器24和电荷泵电容器26中的每一个，或每一个大约1.4伏特(假设电荷泵电容器24和电荷泵电容器26具有相等的电容)。
在图4b中，电荷泵电容器24和电荷泵电容器26在电池22上彼此并联耦合但与电荷保持电容器14串联耦合。由于泵电容器24和电荷泵电容器26彼此并联耦合，因此在电荷泵电容器24和电荷泵电容器26两者上大约1.4伏特是可用的。此外，存在可从电池22获得的2.8伏特。这导致施加在电荷保持电容器14上的3.2伏特，或一点五倍电池22的电压。由于当对电荷保持电容器14充电时，电荷泵电容器24和电荷泵电容器26并联地耦合，因此迅速且有效地实现过程的此部分同时仍使得电荷保持电容器14能够实现高于电池22的电压百分之五十(50％)的电压。
图5a和图5b示出了处于“升压模式”的电容性电荷泵开关30的另一个可能的配置，从而使得电荷保持电容器14能够被充电到大约三倍电池22的电压的值。
在图5a中，电荷泵电容器24和电荷泵电容器26在电池22上并联地耦合。由于电荷泵电容器24和电荷泵电容器26并联地耦合，因而电池22上的全部量的电压(2.8伏特)被转移至电荷泵电容器24和电荷泵电容器26中的每一个。
在图5b中，电荷泵电容器24和电荷泵电容器26在电池22上彼此串联耦合且与电荷保持电容器14串联耦合。由于泵电容器24和电荷泵电容器26彼此串联耦合，因而它们的电压是加性的(additive)并且在电荷泵电容器24和电荷泵电容器26两者上大约5.6伏特是可用的。此外，存在可从电池22获得的2.8伏特。这导致施加在电荷保持电容器14上的8.4伏特，或三倍电池22的电压。升压模式的此配置使得电荷保持电容器14能够实现百分之三百(300％)的电池22的电压的电压。
图6是其中实现本发明的实施例的可植入医疗设备(“IMD”)10的一个实施例的简化视图。图6中所示的IMD10是起搏器，其包括附连至气密地密封的封围114并植入在人类或哺乳动物心脏108附近的起搏和传感引线116和118中的至少一个。起搏和感测引线116和118感测伴随心脏108的去极化和复极化的电信号，并且进一步提供用于引起在其远端附近的心脏组织的去极化的起搏脉冲。如本领域众所周知的，引线116和118可具有例如设置在其上的单极或双极电极。IMD10的示例包括在授予Bennett等人的美国专利No.5,158,078、授予Shelton等人的美国专利No.5,312,453、或授予Olson的美国专利No.5,144,949中所公开的可植入心脏起搏器。
图7示出了位于人类或哺乳动物心脏108附近的IMD10的连接器模块112和气密地密封的封围114。心房和心室起搏引线116和118从连接器头部模块112分别延伸至心脏108的右心房和心室。设置在心房起搏引线116的远端处的心房电极120和121位于右心房中。设置在心室起搏引线118的远端处的心室电极128和129位于右心室中。
因此，公开了所要求保护的发明的实施例。本领域技术人员将理解本发明可利用除所公开的这些以外的实施例来实践。出于说明而非限制目的给出了所公开的实施例，且本发明仅由所附权利要求限定。

Claims (12)

1.一种可植入医疗设备，包括：
电池，具有电池电压；
至少两个电荷保持电容器，每一个电荷保持电容器具有电荷保持电容器电压；
治疗模块，可操作地耦合至所述至少两个电荷保持电容器并且配置成提供具有预定的放电电压的治疗输出；
充电电路，可操作地耦合至所述电荷保持电容器，所述充电电路配置成通过以下步骤来将所述电荷保持电容器充电至至少所述放电电压：
测量所述至少两个电荷保持电容器中的每一个上的所述电荷保持电容器电压；以及
在所述电荷保持电容器电压小于预定阈值的情况下选择性地向所述至少两个电荷保持电容器中的单个电荷保持电容器添加电荷。
2.如权利要求1所述的可植入医疗设备，其特征在于，如果所述至少两个电荷保持电容器中的单个电荷保持电容器的所述电荷保持电容器电压小于所述预定阈值，则所述充电电路向所述至少两个电荷保持电容器中的所述单个电荷保持电容器添加电荷。
3.如权利要求2所述的可植入医疗设备，其特征在于，如果所有的所述至少两个电荷保持电容器的所述电荷保持电容器电压小于所述预定阈值，则所述充电电路向所有的所述至少两个电荷保持电容器添加电荷。
4.如权利要求2所述的可植入医疗设备，其特征在于，所述预定阈值是所述放电电压的百分之九十。
5.如权利要求1所述的可植入医疗设备，其特征在于，
进一步包括至少两个电荷泵电容器，每一个电荷泵电容器具有电荷泵电容器电压；并且
其中所述充电电路配置成使用所述电荷泵电容器将所述电荷保持电容器充电至至少所述放电电压。
6.如权利要求1所述的可植入医疗设备，其特征在于，所述至少两个电荷保持电容器包括至少三个电荷保持电容器。
7.如权利要求6所述的可植入医疗设备，其特征在于，所述充电电路跳过向具有等于至少所述预定阈值的电荷保持电容器电压的所述至少三个电荷保持电容器中的任何一个添加电荷。
8.如权利要求7所述的可植入医疗设备，其特征在于，所述充电电路在发生特定预定事件时向所有的所述至少三个电荷保持电容器添加电荷。
9.如权利要求8所述的可植入医疗设备，其特征在于，所述预定事件包括上电复位、来自所述治疗模块的治疗输出的递送、低于预定阈值的所述电池电压中的至少一个。
10.如权利要求9所述的可植入医疗设备，其特征在于，根据包含在振幅寄存器中的值确定所述放电电压，并且其中所述预定事件进一步包括所述值到所述振幅寄存器中的写入。
11.如权利要求1所述的可植入医疗设备，其特征在于，所述治疗模块被电耦合至具有用于递送所述治疗输出的至少一个电极的引线。
12.一种可植入医疗设备，包括：
电池，具有相对于系统接地的电池电压；
至少两个电荷泵电容器，每一个电荷泵电容器具有电荷泵电容器电压；
至少两个电荷保持电容器，每一个电荷保持电容器具有电荷保持电容器电压；
治疗模块，可操作地耦合至所述至少两个电荷保持电容器并且配置成提供具有预定的放电电压的治疗输出；
充电电路，可操作地耦合至所述电荷保持电容器并且耦合至所述电荷泵电容器，所述充电电路被配置成使用所述电荷泵电容器将所述电荷保持电容器充电至至少所述放电电压；
其中在第一配置中，所述充电电路利用所述电池电压对所述至少两个电荷泵电容器充电并且其中所述至少两个电荷泵电容器在所述电池电压和所述系统接地之间串联耦合，并且随后所述充电电路将在串联耦合的所述至少两个电荷泵电容器上产生的电荷转移至所述至少两个电荷保持电容器中的至少一个，从而产生在所述至少两个电荷保持电容器中的至少一个上的等于所述电池电压的电荷保持电容器电压；
其中在第二配置中，所述充电电路利用所述电池电压对所述至少两个电荷泵电容器充电并且其中所述至少两个电荷泵电容器在所述电池电压和所述系统接地之间串联耦合，并且随后所述充电电路转移在所述电池电压和所述系统接地之间彼此并联耦合并且与所述至少两个电荷保持电容器中的至少一个串联耦合的所述至少两个电荷泵电容器上产生的电荷，从而产生在所述至少两个电荷保持电容器中的所述至少一个上的等于1.5倍所述电池电压的电荷保持电容器电压；以及
其中在第三配置中，所述充电电路利用所述电池电压对所述至少两个电荷泵电容器充电并且其中所述至少两个电荷泵电容器在所述电池电压和所述系统接地之间彼此并联耦合，并且随后所述充电电路转移在所述电池电压和所述系统接地之间彼此串联耦合并且与所述至少两个电荷保持电容器中的至少一个串联耦合的所述至少两个电荷泵电容器上产生的电荷，从而产生在所述至少两个电荷保持电容器中的至少一个上的等于三倍所述电池电压的电荷保持电容器电压。
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