CN109787366A

CN109787366A - 医疗通信和充电系统

Info

Publication number: CN109787366A
Application number: CN201811360650.1A
Authority: CN
Inventors: 汉斯·弗鲁格; 柯恩·魏杰
Original assignee: GTX Medical BV
Current assignee: Onward Medical BV
Priority date: 2017-11-15
Filing date: 2018-11-15
Publication date: 2019-05-21
Also published as: EP3485940A1; US10974052B2; JP7327925B2; JP2019088788A; US20190143128A1; DE17201800T1

Abstract

本发明涉及通信和供电系统(10，10')，尤其是一种医疗通信和供电系统，其包括至少一个通信模块(16)，通信模块(16)具有通信发射器，通信发射器被配置和布置成传输和发送通信信号；至少一个充电和/或供电模块(22)，其具有能量充电器和/或供电发射器，充电和/或供电模块(22)被配置和布置成提供和/或传输充电和/或供电能量；至少一个接收器(28，28')，其作为用于通信信号和能量的接收器(28，28')，其中接收器(28，28')具有和/或可以切换到用于接收由通信模块(16)提供的通信信号的第一状态，并且其中接收器(28，28')具有和/或可以切换到用于接收由充电和/或供电模块(22)提供的能量的第二状态。

Description

医疗通信和充电系统

技术领域

本发明涉及通信和供电系统，尤其涉及一种医疗通信和供电系统。

背景技术

在现有技术中已知医学领域中的通信和充电系统，尤其用于经皮地提供能量和通信信号。

例如，US 2015/0012061 A1涉及一种用于提供刺激治疗的医疗设备，其包括呼叫配置器以接收感应充电和遥测信号；感应充电信号在第一频带中，遥测信号在高于所述第一频带的第二频带中。所述医疗设备包括感应充电电路，其被配置为经由感应充电信号向医疗设备提供电力。所述医疗设备包括遥测电路，其被配置为经由遥测信号与外部设备进行电通信。所述医疗设备包括在线圈和感应充电电路之间电耦接的第一组件，所述第一组件被配置为允许感应充电信号通过。所述医疗设备包括在线圈和遥测电路之间电耦接的第二组件，第二组件被配置为在允许遥测信号通过的同时实质上降低感应充电信号。

替代解决方案由例如EP 1680182A1、EP 1675648A1和EP 1575665A1公开。

发明内容

本发明的目的是在一个电子电路内结合通信和无线充电，尤其是用于医疗设备，特别是该电子电路可以简化并且更容易处理。

根据本发明提供了一种通信和供电系统，即电力传输/充电系统，尤其是医疗通信和电力传输/充电系统，其包括：

-至少一个通信模块，其具有通信发射器，通信模块被配置和布置成传输和发送通信信号，

-至少一个充电和/或供电模块，其具有能量充电器和/或供电发射器，其中，充电和/或供电模块被配置和布置成提供和/或传输充电和/或供电能量，

-至少一个接收器，其作为用于通信信号和充电的接收器，其中，接收器具有和/或可以切换到用于接收由通信模块提供的通信信号的第一状态，并且其中接收器具有和/或可以切换到用于接收由充电模块提供的充电能量的第二状态。

本发明基于以下基本原理：存在一个通信发射器和一个能量充电和/或供电发射器，它们与同一接收器通信。利用通信发射器，可以传输任何类型的通信信号。利用能量充电和/或供电发射器，能量可以经由接收器从发射器传输到电源和/或能量源，例如电池，甚至更简单，只是为了或多或少地在线提供能量。如此一来，只需要较少元件用于整个通信和充电系统，并且通过一个公共接收器接收通信信号和充电能量的功能允许在接收侧更容易和更简单地设计电子器件。特别是在医疗案例中，至少接收器是植入的。如果接收器仅包括比电路结构少的元件，则功耗更低且更可靠。

通过“在线”提供电力，还可以向植入设备供电以实现通信，从而可以报告其问题，甚至可以启动恢复程序。因此，利用充电和/或供电模块可以提供电力并且通信模块信号和接收器信号可以交换，反之亦然。然后，接收器不仅可以接收，而且还可以将信号传输和发送回通信模块，从而用作收发器。

可以同时启用第一状态和所述第二状态。在这种操作方式中，可以同时提供通信信号和充电能量传输。

或者，第一状态和第二状态可以同时交替和/或不启用。通过这种方式，可以产生具有明确定义的通信信号传输，然后传输充电能量，反之亦然。

此外，通信发射器可以被配置和布置成在第一频率范围内传输和发送通信信号，并且能量充电发射器被配置和布置成在第二频率范围内提供和/或传输充电能量，其中第一和第二频率范围彼此不同。通过对通信信号和充电能量使用不同的频率范围，可以在接收侧仅具有一个接收器。这有助于简化接收侧的电路设计和电子设计。

通信发射机还可以体现为收发器，即组合模块，其具有发送能力和接收能力。这样一来，通信发射器就会是发射器和接收器。

此外，接收器为可植入的或植入受试者体内，并且通信模块和/或充电和/或供电模块未植入受试者体内。通常，也可以植入通信模块，特别是通信发射器。通常，旨在至少部分地具有从身体外部到身体内部的通信信号的经皮传输，反之亦然。并且还应当至少有从身体外部到身体内部的经皮充电能量传输。换句话说，该系统具有布置在外界和人体外部的部分以及该系统的部分布置在人体内，其被植入人体内。

此外，通信发射器和能量充电和/或供电发射器中的至少一个可以体现为天线或天线线圈。由此，例如可以使用磁感应并通过天线或天线线圈传输。特别地，可以存在用于通信模块的一个天线或天线线圈以及用于充电模块的另一个、第二个天线或天线线圈。

此外，接收器可以包括天线，尤其是天线线圈，以及通信和充电双工器(以下也称为双工器或C/C双工器)。利用天线可以接收通信信号和能量。借助于双工器，频域复用是可能的。这些联合频带可以由双工器的两个部分占用。因此，具有不同频率的信号可以共存而不会相互干扰。由此，接收器的设计可以非常简单，因为只需要接收器的单个天线。不需要更多天线。一般而言，出于冗余原因可以使用另外的天线。然而，不再需要这种另外的天线或其他天线，因为单个天线就足够了。

天线可以是电感器，并且双工器可以包括接地或参考的开关、至少一个电容器，尤其是连接到天线的第一电容器和第二电容器，其中天线和第二电容器形成谐振回路。这种储能电路也可以称为LC电路或谐振电路，并且是由导体和电容器组成的电路，它们连接在一起。电路可以充当电谐振器，音叉的电模拟，存储以电路谐振频率振荡的能量。LC电路用于产生特定频率的信号或从更复杂的信号中选出特定频率的信号。该功能可称为带通滤波器。通过这种储能电路，可以非常容易且可靠地接收充电能量和通信信号。而且，所有组件可以由无源电子组件形成。接收器不需要电池。这个概念的基本思想可以描述如下：

原则上可以存在例如至少三个电容器和至少一个电感器/天线和至少一个开关：

-一个与通信端口并联的电容器，可以隐藏在通信芯片内；

-通信端口和电感器之间串联的两个电容器；和

-跨过通信(com)端口的开关。

当在所述实施例中开关断开时，则电感器与com端口的并联电容谐振，并且电容主要确定谐振频率，而串联电容器的影响很小。

当在所述实施例中开关闭合时，则谐振由2个串联连接的电容器的净电容和电感确定。串联电容现在是并联谐振电容。

在这个例子中，开关的目的是双重的：一方面是保护com端口输入免受过高电压的影响，并使用两个串联电容产生一个较低的谐振频率路径。另一方面，当开关闭合时，2个串联电容器形成分压器，并且它们的比率可以适应与后续整流器匹配的所需阻抗。

具体地，在第一电容器和第二电容器之间的连接中连接分支线，其中分支线连接到连接点，连接点连接到充电线和通信线，其中在通信线中布置第三电容器和通向接地或参考的开关的连接。该特定布置允许形成谐振回路/LC回路的电子组件非常容易地被动布置。同时，仅需要非常少量的电子元件。

此外，第三电容器可以布置在连接点和通向接地的开关的连接之间。

另外，在连接第二电容器和天线的连接线中可以提供接地或参考的连接。通过所述替代方案，可以实现另外的实施例。

也可以从天线连接分支线，其中分支线连接到连接点，连接点连接到充电线和通信线，其中在通信线中布置有电容器和通向接地的开关的连接。同样，只需要接收侧的单个天线。

另外，电容器可以布置在连接点和通向接地的开关的连接之间。

同时，天线可以连接到具有电容器和接地的电路，其中电容器和所述接地连接串联布置。在所述实施例中，仍然只需要接收侧的一个天线，如位于深处的整个天线。各别元件不会在相同频率上充当相似的天线。

此外，接收器可以连接到单独的可植入医疗设备(IMD)。

特别地，可植入医疗设备可以是可植入脉冲发生器(IPG)。

通过将可植入医疗设备从通信和充电系统分离，可以实现特定的优点。

特别地，通信和充电和/或供电系统可以被很好地定义并且仅由非常少的无源组件组成。同时，不需要对已经植入的和已经存在的可植入医疗设备进行彻底的修改。因此，可以将充电和通信系统添加到已经存在的植入医疗设备中。通过将IMD与该系统分离，还可以设计独立于平台的通信和充电系统，其不直接且必然地与可植入医疗设备相关联，从而扩大了使用范围。

可植入医疗设备(IMD)可以通过充电模块经由接收器可再充电或供电(在线)，并且经由接收器可以在可植入医疗设备(IMD)和通信模块之间交换通信信号。通过这种再充电和通信信号的交换，例如，对于IMD的遥测、监视或重新编程，可以交换和发送。

现在将结合附图公开本发明的进一步细节和优点。

附图说明

图1是根据本发明第一实施例的通信和供电系统的示意图；

图2是根据图1的实施例的C/C双工器电路的细节；

图3是图1的系统的操作流程图；和

图4是根据本发明的通信和供电系统的另一个实施例。

附图标记：

10 系统

12 体外部分

14 植入体内部分

16 通信模块

18 通信电子器件

20 天线线圈

22 充电和/或供电模块

24 充电器

26 能量充电和/或供电发射器/天线线圈

28 接收器

30 天线/线圈

32 C/C双工器

34 通信线

36 充电线

38 植入式脉冲发生器

40 线

42 线

44 连接点

46 连接点

48 分支线

50 线

52 分支线

54 开关

C1 电容器

C2 电容器

C3 电容器

f1 频率范围

f2 频率范围

G 地面

L 电感器

S 皮肤屏障

10' 系统

28' 接收器

30' 电感线圈

32' C/C双工器

34' 通信线

34a' 连接点

36' 充电端口和充电线

40' 分支线

54' 开关

C1' 电容器

C3' 电容器

G' 地面

具体实施方式

图1示出了根据本发明的第一示例实施例中的通信和供电系统10。

通信和供电系统10包括体外部分12和植入的体内部分14。

体外部分12靠近身体/在身体上并且例如体现为可穿戴的。

体外部分12包括至少一个通信模块16，包括通信电子器件18和天线线圈20。

通信模块16是具有通信发射器的通信模块16，在此为天线线圈20，其配置在传输和发送通信信号的范围内。

通信模块16可以不仅用作发射器，还用作接收器，从而形成收发器。

此外，体外部分12还包括充电和/或供电模块22，其包括充电器24和能量充电和/或供电发射器26。

能量充电和/或供电发射器26也实施为天线线圈26。

患者的皮肤屏障也显示在图1中并用附图标记S表示。

在图1所示的实施例中，通信和供电系统10是医疗通信和供电系统10，用于经皮传输通信信号以及能量/电力，能量/电力用于对可植入医疗设备(IMD)的能量源充电。

而且，这种方式可以在线提供电力(当没有通信时，即不交换通信信号)。

体内部分14包括接收器28。

接收器28是用于通信信号和(充电)电力的接收器28。

接收器28包括天线/线圈30、C/C双工器32(即通信和充电双工器32)、通信线COMM34和充电线CHARGE 36。

通信线COMM 34和充电线CHARGE 36连接到可植入医疗设备(IMD)38，这里是可植入脉冲发生器(IPG)38。

图2示出了C/C双工器32的进一步细节。

C/C双工器32具有包括天线线圈30的C/C双工器电路，天线线圈30用作电感器L。

电感器L的一侧连接到地面G，另一端连接到第一电容器C1。在路线之后，存在从电容器C1到通信线COMM34的另一条线，其用附图标记40表示。

在此线40内，存在电容器C2和电容器C3。

电容器C2布置在分支线42中，分支线42在连接点44处连接到线40。

电容器C3位于连接点44的线40和电容器C1之间。

在电容器C1和电容器C3之间存在另一个连接点46，分支线从连接点46连接到充电线CHARGE 36。此分支线只被布置在C/C双工器电路32其用附图标记48表示的范围内。

在电容器C2之后，存在接到地面G的线，其用附图标记50表示。

在线40中以及在通信线34和连接点44之间，存在另一个分支线52。

在此分支线52中，设置有开关54，如果开关54闭合，则开关54也通向地面G。

图2的C/C双工器电路32以及系统10的功能可以描述如下：

在图2中，L代表接收器28的电感器。

此电感器L与电容器C2一起形成谐振回路或所谓的LC回路。

电容器C2是确定谐振频率的主要电容器，而电容器C1和C3充当耦合电容器，而不被强调用来确定谐振频率。

为了通信，开关(S)54将打开。

电容器C3形成与IPG38中的系统的通信部分(COMM)(即通信线34)的连接处。

同时参见图1，L/C2在频率范围f1或从这个第一频率范围中选择的特定频率谐振。

由于在通信期间信号电平很小，连接的整流器电路到电荷输出端将不会达到其功能状态。因此，电路将具有高输入阻抗。

在充电/供电期间，开关(S)54闭合并将电容器C3连接到地面G。这导致通信(COMM)端口34处没有信号。电容器C3现在与电容器C1串联，产生谐振回路C1L/C1/C3的较低谐振频率范围f2(参见图1)或从这个第二频率范围选择的特定频率。

此第一频率范围f1和第二频率范围f2彼此不同。

输出信号被施加到充电线CHARGE 36，连接到整流电路，其用于给可充电电池充电。电容器C1和C3形成电容分压器，用于为整流器电路产生低阻抗源。

因此，C3与C2相比具有较大的值，并且当其用作重要元件时对谐振的影响很小。

所述系统的一个特定优点是使用单个天线/线圈30，其用作电感器L，其使用所述系统的这部分的设计和构造。图1和图2的系统以非对称的非平衡形式描述。实际实施也可以以对称、平衡的形式进行，并显示同等的功能。

通常，可能同时启用所述系统的第一状态和第二状态(未在图1和2的所示实施例中完成)。

这里，接收器28是用于通信信号和(充电)电力的接收器28，其中接收器28具有和/或可以切换到用于接收由通信模块16提供的通信信号的第一状态，并且其中接收器28具有和/或者可以切换到用于接收由充电模块22提供的充电能量的第二状态，第一状态和所述第二状态是交替的且/或不同时启用。

通信发射器20被配置和布置成在第一频率范围f1内传输和发送通信信号，并且能量充电发射器30被配置和布置成在第二频率范围f2内传输和发送充电能量，第一频率范围f1和第二频率范围f2彼此不同。

图3现在示出了利用根据图1和图2的系统10的实施例进行的通信和充电/供电过程的流程图。

在第一步骤S1中，开关(S)54断开并且经由通信模块16以频率f1将通信信号经皮传输到体内部分14的天线线圈30。经由电感器L和线40和线34，通信信号被传送到通信线COMM 34，并且可以用于对IPG 38进行编程或重新编程。

在这种状态下，从体外部分12到体内部分14的通信交换可以反向进行。

例如，通过使用时钟信号，可以定义用于将信号传输到体内并且还用于接收体外的信号的特定时段。

在第二步骤S2中，开关(S)54接着可以闭合，因此电容器C3可以连接到地面G。

然后在第三步骤S3中，能量可以经由充电和/或供电模块22和天线线圈26以频率F2传输到天线线圈30，然后经由线48传输到充电线36以对IPG 38的电池充电。

步骤S1至S3可以重复、连续地接续在彼此之后或者可以根据需要或类似需要而周期性地布置。

图4示出了根据本发明的第二示例性实施例中的通信和供电系统10'的替代实施例。

系统10'包括与如图1-3所示的上述系统10相同的结构和功能特征。但是，其中存在一些差异，下面将对其进行描述和说明：

系统10'还包括接收器28'、C/C双工器32'。

这里，还存在电感线圈30'。

电感线圈30'连接到第一电容器C1'。

此外，存在分支线40'，其连接到CHARGE端口和充电线36'。

分支线40'直接连接到天线线圈30'的卷绕圈。

而且，在连接到电容器C1'的连接线中，布置有连接地面G'的线。

分支线40'连接到连接点34a'，其中连接点34a'连接到充电线36'和通信线34'，其中在通信线34'中，布置有电容器C3'和通向具有开关(S)54'的连接地面G'的开关的连接。

天线30'连接到具有电容器和连接地面G'的电路，其中电容器和连接地面G'的连接串联布置。

图4中所示的实施例的功能等同于图1、图2和图3中所示的功能。

电路用于与图2中所示和所述相同的目的，通过使用电感式阻抗传输而不是电容式传输。

注意，这里包括的示例控制和功能路径可以与各种通信和充电系统配置一起使用，尤其是在医疗领域中。这里公开的控制方法和路径可以作为可执行指令存储在非暂时性存储器中，并且可以由控制单元结合医疗设备执行，尤其是植入的医疗设备和/或各种传感器、致动器和其他系统硬件来执行。这里描述的特定路径可以表示任何数量的处理策略中的一个或多个，例如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。这样，所示的各种动作、操作和/或功能可以以所示的顺序并行地或在某些情况下被省略来执行。同样地，处理顺序不一定是实现本文描述的示例实施例的特征和优点所必需的，而是为了便于说明和描述而提供的。可以根据所使用的特定策略重复执行所示的动作、操作和/或功能中的一个或多个。此外，所描述的动作、操作和/或功能可以图形地表示要编程到控制单元中的计算机可读存储介质的非暂时性存储器中的代码，其中所描述的动作通过执行包括与电子控制单元相结合的各种硬件组件的系统中的指令来进行。

Claims

1.一种通信和供电系统(10，10')，其特征在于，所述系统包括：

至少一个通信模块(16)，其具有通信发射器，所述通信模块(16)被配置和布置成传输和发送通信信号；

至少一个充电和/或供电模块(22)，其具有能量充电和/或供电发射器，所述充电和/或供电模块(22)被配置和布置成提供和/或传输充电和/或供电能量；以及

至少一个接收器(28，28')，其作为用于通信信号和能量的接收器(28，28')，其中所述接收器(28，28')具有和/或可以切换到用于接收由所述通信模块(16)提供的通信信号的第一状态，并且其中所述接收器(28，28')具有和/或可以切换到用于接收由所述充电模块(22)提供的能量的第二状态。

2.根据权利要求1所述的系统(10，10')，其特征在于，所述第一状态和所述第二状态是同时启用的。

3.根据权利要求1所述的系统(10，10')，其特征在于，所述第一状态和所述第二状态是交替的和/或不同时启用。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的系统(10，10')，其特征在于，所述通信发射器(20)被配置和布置成在第一频率范围(f1)内传输和发送通信信号，并且所述能量充电和/或供电发射器(30)被配置和布置成在第二频率范围(f2)内传输和发送充电能量，所述第一频率范围和所述第二频率范围(f1，f2)彼此不同。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的系统(10，10')，其特征在于，所述接收器(28，28')为可植入的或植入受试者体内，并且所述通信模块(16)和/或所述充电和/或供电模块(22)没有植入受试者体内。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的系统(10，10')，其特征在于，所述通信发射器(20)和所述能量充电和/或供电发射器(26)中的至少一个被实施为天线或天线线圈。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的系统(10，10')，其特征在于，所述接收器(28，28')包括天线(30，30')。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的系统(10)，其特征在于，所述接收器(28，28')包括天线线圈以及通信和充电双工器(32，32')。

9.根据权利要求8所述的系统(10)，其特征在于，所述天线(L)是电感器，并且所述双工器(32)包括接地(G)的开关(54)，第一电容器(C1)和第二电容器(C2)串联布置并连接到所述天线(L)，其中所述天线和第二电容器(C1，C2)形成谐振回路。

10.根据权利要求9所述的系统(10)，其特征在于，在所述第一电容器(C1)和所述第二电容器(C2)之间的连接中连接分支线(48)，其中所述分支线(48)连接到连接点(46)，所述连接点(46)连接到充电线(36)和通信线(34)，其中在所述通信线(34)中布置第三电容器(C3)和通向接地(G)的开关(54)的连接线(52)。

11.根据权利要求10所述的系统(10)，其特征在于，所述第三电容器(C3)布置在所述连接点(46)和通向接地(G)的开关(54)的所述连接线(52)之间。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的系统(10)，其特征在于，在连接所述第二电容器(C2)和所述天线(30)的连接线(42)中，提供接地(G)的连接。

13.根据权利要求7所述的系统(10')，其特征在于，从所述天线(30')连接分支线(40')，其中所述分支线(40')连接到连接点(34a')，所述连接点(34a')连接到充电线(36')和通信线(34')，其中在所述通信线(34')中布置有电容器(C3')和通向接地(G')的开关(54')的连接。

14.根据权利要求13所述的系统(10')，其特征在于，所述电容器(C3')布置在所述连接点(34a')与通向接地(G')的开关(54')的所述连接之间。

15.根据权利要求13或14所述的系统(10')，其特征在于，所述天线(30')连接到具有电容器(C1')的电路和接地(G')的连接，其中所述电容器(C1')和所述接地(G')的连接串联布置。

16.根据前述权利要求中任一项所述的系统(10)，其特征在于，所述接收器(28，28')连接到单独的可植入医疗设备(IMD)。

17.根据权利要求16所述的系统(10，10')，其特征在于，所述可植入医疗设备是可植入脉冲发生器(IPG)38。

18.根据权利要求16或17所述的系统(10)，其特征在于，所述可植入医疗设备(IMD)是可充电的和/或可以通过所述充电和/或供电模块经由所述接收器供电，并且通过所述接收器，可以在可植入医疗设备(IMD)和通信模块之间交换通信信号。