CN110099716B - 具有研磨氟化碳纤维的植入式医疗装置电池、装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种包含电池单元的植入式医疗装置，所述电池单元包括：阳极；包含氟化碳颗粒的阴极；在阳极和阴极之间的间隔物；和与所述阳极、所述阴极和所述间隔物接触的电解质；其中，大于50体积％的所述氟化碳颗粒具有2微米至10微米范围内的粒度；且其中，大于50数量％的所述氟化碳颗粒具有1:1.2至1:8的纵横比。

Description

具有研磨氟化碳纤维的植入式医疗装置电池、装置和方法
技术领域
本申请属于医疗领域，尤其是植入式医疗装置领域。具体而言，本申请提供了具有研磨氟化碳纤维的植入式医疗装置电池、装置和方法。
背景技术
各种用于递送治疗和/或监测生理状况的植入式医疗装置(IMD)已经临床植入患者或提议用于患者的临床植入。一些植入式医疗装置可以采用一个或多个细长电引线和/或传感器。这种植入式医疗装置可以递送对心脏、肌肉、神经、脑、胃或其他器官的治疗或对这些器官进行监测。在一些情况下，植入式医疗装置经由一个或多个电极或传感器元件递送电刺激治疗和/或监测生理信号，这些电极或传感器元件被包含为一个或多个细长植入式医疗引线的一部分。可将植入式医疗引线设置为使电极或传感器定位在期望的位置以递送刺激或进行感测。例如，电极或传感器可以位于引线的远端部。可将引线的近端部耦合到植入式医疗装置外壳，该外壳可以包含电子电路，例如产生刺激和/或感测电路。
例如，植入式医疗装置(例如，心脏起搏器或植入式心律转复除颤器(ICD))通过一个或多个植入式引线的电极来递送电治疗信号(例如，起搏脉冲、或心脏复律或除颤电击)，为心脏提供治疗刺激。在一些情况下，这种植入式医疗装置可以感测心脏内在的去极化，并基于该感测来控制向心脏的这种信号递送。当检测到异常节律(例如心动过缓、心动过速或纤维性颤动)时，可以递送适当的电信号或信号(例如，以脉冲的形式)以恢复正常节律。例如，在一些情况下，植入式医疗装置可以在检测到室性心动过速时向患者心脏递送起搏、心脏复律或除颤信号，并且在检测到心室颤动时向患者心脏递送心脏复律或除颤电信号。
此外，植入式医疗装置(例如，电刺激器或治疗剂递送装置)可用于不同的治疗应用，例如脑深部刺激(DBS)、脊髓刺激(SCS)、骨盆刺激、胃刺激、外周神经刺激或将药剂、胰岛素、止痛剂或抗炎剂递送至患者体内的靶组织部位。医疗装置可用于向患者提供对各种症状或患者状况进行处理的治疗，例如慢性疼痛、震颤、帕金森病、其他类型的运动障碍、癫痫发作(例如，癫痫)、尿或大便失禁、性功能障碍、肥胖、情绪障碍、胃轻瘫、或糖尿病。在一些情况下，电刺激可用于肌肉刺激(例如，功能性电刺激(FES))以促进肌肉运动或防止萎缩。在一些治疗系统中，植入式电刺激器借助于包含电极的一个或多个医疗引线向患者体内的靶组织部位递送电疗。除了电刺激治疗之外或代替电刺激治疗，医疗装置可以借助于一个或多个流体输送元件(例如导管)将治疗剂递送到患者体内的靶组织部位。
发明内容
本公开涉及植入式医疗装置、包括这种植入式医疗装置的植入式医疗装置系统，以及植入式医疗装置电池，以及制造方法。
在一个实施方式中，本公开提供一种包括电池单元的植入式医疗装置，该电池单元包括：阳极；包含氟化碳(fluorinated carbon)颗粒的阴极；在阳极和阴极之间的间隔物；和与阳极、阴极和间隔物接触的电解质；其中，大于50体积百分比(体积％)的所述氟化碳颗粒具有2微米至10微米范围内的粒度；和其中，大于50数量％的所述氟化碳颗粒具有1:1.2至1:8范围内的纵横比。
在另一个实施方式中，本公开提供一种不可充电的电池，其包括：包含锂的阳极；包含氟化碳颗粒和金属氧化物的阴极；在阳极和阴极之间的间隔物；和与阳极、阴极和间隔物接触的电解质；其中，大于50体积％的所述氟化碳颗粒具有2微米至10微米范围内的粒度；和其中，大于50数量％的所述氟化碳颗粒具有1:1.2至1:8范围内的纵横比。
在另一个实施方式中，本公开提供一种植入式医疗装置，其包括：用于递送治疗和/或监测生理信号的控制电子器件(electronics)，所述控制电子器件包括：处理器；和存储器；和植入式医疗装置电池，该电池操作性地(operably)连接到所述控制电子器件，以向所述控制电子器件提供电力。所述电池包括：包含锂的阳极；包含氟化碳颗粒的阴极；在阳极和阴极之间的间隔物；和与阳极、阴极和间隔物接触的电解质；其中，所述阴极包含单个集电器的每个主表面上的层，其中，该层包含含有金属氧化物和氟化碳颗粒的混合物；其中，大于50体积％的所述氟化碳颗粒具有2微米至10微米范围内的粒度；且其中，大于50数量％的所述氟化碳颗粒具有1:1.2至1:8范围的纵横比。
在另一个实施方式中，本公开提供一种植入式医疗装置系统，其包括：前述的植入式医疗装置；和用于递送治疗和/或监测生理信号的部件，其操作性地连接到所述植入式医疗装置。
在另一个实施方式中，本公开提供一种制造用于植入式医疗装置的电池单元的方法。所述方法包括：提供纤维状碳前体；由所述纤维状碳前体形成氟化碳纤维；研磨所述氟化碳纤维，以形成研磨的氟化碳纤维；其中，大于50体积％的所述研磨的氟化碳纤维具有2微米至10微米范围内的粒度；和其中，大于50数量％的所述研磨的氟化碳纤维具有1:1.2至1:8范围内的纵横比；形成包含研磨的氟化碳纤维的阴极；提供阳极；提供在所述阳极和所述阴极之间的间隔物；提供用于激活所述阳极和所述阴极的电解质；和将所述阴极、所述阳极和所述电解质组合以形成电池单元。
在本公开的某些实施方式中，所述阴极包含如本文所述的银钒氧化物和氟化碳颗粒。
术语“用于递送治疗和/或监测生理信号的部件”是指IMD系统的部件，其递送电刺激治疗(例如，功能性电刺激以促进肌肉运动，或使用起搏脉冲、心脏复律或除颤电击对心脏进行刺激)、递送治疗剂、监测生理信号(例如，检测心室纤维性颤动)，或者递送和监测二者(例如，检测心动过速并递送电信号以恢复心脏的正常节律)。
术语“表面积”是指通过Brunauer-Emmett-Teller(BET)方法测定的材料(研磨或未研磨的氟化碳)的面积。
术语“粒度”是指粒子的最长尺寸。对于球形颗粒，这是直径。
术语“包括”及其变化形式出现在本说明书和权利要求中时不具有限制意义。
术语“优选”和“优选地”是指能够在特定条件下产生某些益处的本公开的实施方式。然而，在相同条件或其它情况下，其它实施方式也可以是优选的。此外，一个或多个优选实施方式的描述并不意味着其它实施方式是不可用的，也无意于将其他实施方式排除在本公开的范围之外。
本文中所用的“一个”、“一种”、“该”、“至少一个(种)”和“一个(种)或多个(种)”能互换使用。因此，例如，包含“一种”电容器的装置可以解读为该装置包含“一种或多种”电容器。
如本文所用，术语“或”通常以其包括“和/或”的含义使用，除非文中有明确的相反表示。术语“和/或”表示所列元素/元件中的一个或全部或所列元素/元件中的任何两个或更多个的组合(例如，递送治疗和/或监测生理信号意味着递送治疗、监测生理状况或兼顾监测和递送两者)。
同样，在本文中，所有数字均推定含有被术语“约”所修饰的含义，优选的则是“确切地”限定的。虽然限定本公开广义范围的数值范围和参数是近似值，但是具体实施方式中所示出的数值是尽可能准确的记录。然而，任何数值不可避免地包含由其各自的测量过程中所存在的标准偏差所必然造成的某些误差。
同样，在本文中，通过端点描述数值范围包括该范围内包含的所有数值(例如，1-5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4、5等)。
本公开的上述概述的意图并非在于描述本公开的各个公开的实施方式或每一种实施。下文的说明内容更具体地例举说明性实施方式。在贯穿本申请的一些内容处，通过一系列实例来提供指导，这些实例可以不同组合应用。在每种情况中，所述的列表仅表示代表性的组，并不应被解释为穷举列表。
附图说明
所呈现的附图是理想化的且未按比例绘制，其旨在仅仅是说明性的而非限制性的。
图1是显示本公开的示例性的植入式医疗装置系统(例如，治疗系统)的概念图。
图2是更详细地显示本公开的治疗系统的IMD和引线的概念图。
图3是显示本公开的植入式医疗装置系统(例如，治疗系统)的另一实施例的概念图。
图4提供了本公开的示例性的IMD的进一步细节。
图5是与本公开的植入式医疗装置一起使用的示例性的编程器的框图。
图6是显示包括外部设备(诸如服务器)和耦合到本公开的IMD的一个或多个计算设备以及经由网络196的编程器的系统的框图。
图7A是显示根据本公开的向患者提供电刺激治疗的示例性植入式医疗装置系统(例如，治疗系统)的概念图。
图7B是根据本公开的植入式医疗装置系统(例如，治疗系统)的另一示例的概念图，该系统将电刺激递送到靠近患者脊柱的靶组织部位。
图8是本公开的示例性IMD的功能框图。
图9是与本公开的IMD一起使用的示例性编程器的功能框图。
图10是本公开的IMD的剖面透视图。
图11是图10的IMD中的电池的剖面透视图。
图12是图11中所示电池的以线212表示的部分的放大图。
图13是未研磨的氟化碳纤维和研磨1小时、4小时或8小时的氟化碳纤维的典型样品的扫描电子显微镜显微照片。
图14是阴极粒料密度(pellet density)与CFx研磨时间的关系图。
图15是通过压制阴极粒料的内聚力测试所确定的压碎力的图。
图16显示了来自氟化碳纤维的阴极和来自研磨的氟化碳纤维的阴极的放电结果。
图17是氟化微米级碳球的扫描电子显微镜显微照片。
具体实施方式
本公开涉及植入式医疗装置、包括这种植入式医疗装置的植入式医疗装置系统，以及植入式医疗装置电池，以及制造方法。
用于递送治疗和/或监测生理状况的各种植入式医疗装置(IMD)已经临床植入患者中或提议用于患者的临床植入。示例性的这种IMD包括植入式脉冲发生器(IPG)、植入式心律转复除颤器(ICD)、神经刺激器或其他合适的装置。特别重要的是植入式心律转复除颤器(ICD)。
无论是用于电刺激治疗，还是递送治疗剂和/或监测生理状况，对于本公开的某些实施方式，都期望具有相对高的功率性能和容量的电池。
典型的电池包括一个或多个电池单元，电池单元包括阳极、阴极，阳极和阴极之间的间隔物，以及接触阳极、阴极和间隔物的电解质(通常是液体电解质)。
本公开的电池的阴极包含氟化碳颗粒。这种氟化碳颗粒是研磨的氟化碳纤维。氟化碳的研磨提供了几个显著的性能优势。
相对于用未研磨的氟化碳纤维生产的阴极，研磨使阴极具有增加的密度和改善的阴极内聚力。此外，相对于用未研磨的氟化碳纤维生产的阴极，研磨使阴极具有增加的体积容量(mAh/cc)。这与通过微米尺寸的球形碳前体的氟化生成的氟化碳具有较低的体积容量形成对比。
更具体地说，使用研磨的氟化碳纤维生产的阴极的密度显著高于使用未研磨的氟化碳纤维生产的阴极(例如，高5～10％)，这导致更高的体积容量。该百分比的改善取决于阴极组成。
而且，使用研磨的氟化碳纤维生产的阴极的内聚强度显著高于使用未研磨的氟化碳纤维生产的阴极(例如，至少高6倍)。内聚力的这种改进改善了可制造性，降低了制造成本，并且为阴极提供了更高的活性物质(例如氟化碳)含量，从而增加了阴极的体积容量。
研磨的氟化碳纤维通常保持未研磨的氟化碳纤维的高比(重量，mAh/g)容量，这很重要，因为任何容量损失都会降低使用研磨的氟化碳纤维的益处。值得注意的是，与研磨或未研磨的氟化碳纤维相比，氟化的微米级球形碳具有更低的比(重量，mAh/g)容量。
氟化碳颗粒及制备方法
用于本公开电池阴极中的氟化碳颗粒是研磨的氟化碳纤维。在包含氟化碳颗粒的典型阴极中，大于50体积％的所述氟化碳颗粒具有2微米至10微米范围内的粒度。这也称为D50粒度分布。在包含氟化碳颗粒的典型阴极中，大于50数量％的氟化碳颗粒具有1:1.2至1:8范围内的纵横比。
在阴极的某些实施方式中，大于50体积％的氟化碳颗粒具有2微米至7微米范围内的粒度，并且大于50数量％的氟化碳颗粒具有1:1.2至1:4范围内的纵横比。在阴极的某些实施方式中，大于50体积％的氟化碳颗粒具有2微米至5微米范围内的粒度，并且大于50数量％的氟化碳颗粒具有1:1.3至1:2范围内的纵横比。
在阴极的某些实施方式中，氟化碳颗粒的BET表面积大于300平方米/克(m2/g)、或大于310m2/g、或大于320m2/g。在阴极的某些实施方式中，氟化碳颗粒的BET表面积最高为400m2/g。
在阴极的某些实施方式中，氟化碳颗粒的氟原子重量百分比为至少61％，或至少63％，或至少65％。在阴极的某些实施方式中，氟化碳颗粒包含的氟原子重量百分比最高为80％，或最高为75％，或最高为71％。
在阴极的某些实施方式中，氟化碳颗粒出现小于5重量％的游离碳。在本文中，“游离碳”是指通过X射线衍射(XRD)测定的处于未结合状态的元素碳(即未反应的碳)。
在某些实施方式中，氟化碳颗粒是由氟化碳纤维形成的研磨的氟化碳纤维，如美国专利第7,824,805号中所述(Howard等人)。通常，这种氟化碳被称为一氟化碳、碳氟化物、聚一氟化碳、CFx或氟化石墨。它是经验式CFx的固体、结构化、非化学计量的氟化碳，其中x为0.01至1.9，优选0.1至1.5，更优选1.1。一种商业形式的一氟化碳是(CFx)n，其中0<x<1.25(并且n是聚合物中单体单元的数量，其可在宽范围内变化)。
通常，CFx的生产涉及示例性化学反应，例如：
F2+(x+y+z)C→xCF1.1+yC+z(CFn≥2)
其中x、y和z是可为正整数或正有理数的数值。在该反应中，氟和碳反应形成CF1.1。未反应的碳和杂质是该化学反应的副产物，其优选在CFx的生产过程中最小化。期望在CFx中实现氟的重量百分比大于或等于61％，同时减少杂质。CFx中存在的氟优选大于或等于63％，或大于或等于65％。纯度、结晶度和颗粒形状，特别是(形成氟化碳纤维之前)碳前体和(研磨之前)氟化碳纤维的纯度、结晶度和颗粒形状也是选择一氟化碳时需考虑的性质。
研磨以形成氟化碳颗粒的合适氟化碳纤维更详细地描述于美国专利第7,824,805号(Howard等人)中。氟化碳纤维和由其衍生的氟化碳颗粒具有小于1重量％的CF2和CF3，并且显示出包含以下的XRD图谱：110峰相对于001峰的面积比≥4.52％；以及以≥13.06°2θ001Cu Kα为中心的001峰的位置。
在某些实施方式中，所述氟化碳纤维由纤维状碳前体形成，所述纤维状碳前体包含大于95重量％的碳，或大于99重量％的碳(由燃烧技术测定)。在某些实施方式中，该纤维状碳前体包含聚丙烯腈(PAN)。
如美国专利第7,824,805号(Howard等人)所述那样，碳前体的纯度和结晶度影响CFx中氟的重量百分比。就纯度而言，期望碳前体具有小于或等于1％的元素杂质。除了纯度之外，碳前体中的低结晶度是理想的，因为它允许碳前体在较低温度(例如小于或等于400摄氏度(℃))下完全氟化。具有高纯度和低结晶度的PAN或人造丝基碳纤维能被均匀氟化，得到所需的纤维状CFx产品。此外，具有高结晶度的高纯度纤维状碳也可在高温(例如，高于400℃的温度)下完全氟化，并获得所需的性质。具有高纯度和低结晶度的非纤维状碳样品能被完全氟化，以获得具有均匀氟化的所需产物。类似，具有高纯度和高结晶度的非纤维状碳很可能在高温(例如，高于400℃的温度)下完全氟化并且可以获得所需的性质。
在某些实施方式中，本公开提供了一种制备用于植入式医疗装置的电池单元的方法。该方法包括：提供纤维状碳前体(例如，聚丙烯腈)；由所述纤维状碳前体形成氟化碳纤维(例如，如美国专利第7,824,805号(Howard等人)中所述)；研磨所述氟化碳纤维，以形成研磨的氟化碳纤维；其中，大于50体积％的所述研磨的氟化碳纤维具有2微米至10微米范围内的粒度；和其中，大于50数量％的氟化碳纤维具有1:1.2至1:8范围内的纵横比。
在某些实施方式中，研磨所述氟化碳纤维包括球磨、喷射研磨、磨碎研磨和/或其他粒度减小工艺。
在某些实施方式中，研磨氟化碳纤维以形成研磨的氟化碳纤维包括球磨所述氟化碳纤维。在某些实施方式中，用球进行球磨，直至氟化碳纤维的体积负荷比为1:2.5，并且用容器(罐)进行球磨直至氟化碳纤维的体积负荷比为3:1。
在某些实施方式中，研磨氟化碳纤维以形成研磨的氟化碳纤维包括将该氟化碳纤维球磨至少1小时，或至少4小时，或至少5小时，或至少6小时，或至少7小时，或至少8小时。
在某些实施方式中，研磨氟化碳纤维以形成研磨的氟化碳纤维包括将该氟化碳纤维球磨长达16小时。
在某些实施方式中，研磨氟化碳纤维以形成研磨的氟化碳纤维包括以100转/分钟(rpm)至400rpm的频率球磨所述氟化碳纤维。
制造用于植入式医疗装置的电池单元的方法还包括：形成包含研磨的氟化碳纤维的阴极；提供阳极；提供在阳极和阴极之间的间隔物；提供用于激活所述阳极和所述阴极的电解质；和将所述阴极、所述阳极和所述电解质组合以形成电池单元。用于实现这些步骤的技术是本领域技术人员公知的。
示例性的植入式医疗装置电池
虽然本文描述的某些材料是可再充电的，但是本公开的植入式医疗装置电池优选地是初始(即，不可充电)电池。典型的电池包括壳体、衬垫和电极组件。所述衬垫围绕电极组件以防止电极组件接触壳体内部。电极组件包括一个或多个电化学电池，其中每个电化学电池包括阳极和阴极，位于其间的一个或多个间隔物，以及促进离子传输并在阳极和阴极之间形成导电通路的电解质。
典型的电池包括一个或多个电池单元，电池单元包括阳极、阴极、阳极和阴极之间的间隔物；和接触阳极、阴极和间隔物的电解质(通常是液体电解质)。间隔物使阳极与阴极绝缘。电解质在阳极和阴极之间产生导电路径，并且在电池放电期间用作阳极和阴极之间的离子迁移的介质。
本公开的电池的阴极和阳极可具有各种形状。通常，它们为单片、板或线圈的形式。例如，电极(阴极或阳极)通常是设置在集电器薄膜的一个或者二个主表面上的活性材料的薄涂层、片材、或者箔片，所述集电器为例如镍、铜、铝、钛、金、铂、钽、不锈钢、或其他的当与活性材料结合时具有耐腐蚀性的导电金属。可将阳极、阴极和间隔物以各种结构组合，这些结构包括例如螺旋卷绕形式、堆叠板形式、蛇形形式、或中速电池，例如，如美国专利第5,439,760号(Howard等人)、美国专利申请公开第2006/0166078号(Chen等人)和美国专利第5,716,729号(Sunderland等人)中所公开。
优选的是，每个电极包括一个集电器(即，集电器的一个单层)。也就是说，对于某些优选的实施方式，对于线圈电极，每个阴极和阳极都包括一个集电器。然而，对于堆叠板电极组件，在任何一个电极板中，都存在一个集电器或一个集电器的单层，它们彼此电连接以形成用于组合的电极板组的“单个”集电器。
通常，IMD电池的阳极由包含锂的活性材料形成，所述锂可为金属或离子形式(通常为金属形式)。它还可以包括其他材料，特别是选自元素周期表中的IA族(即，第1族，碱金属族)和IIA族(即第2族，碱土族)的那些材料(例如，钠、钾等)。阳极可包含元素周期表中的IA、IIA或IIIA族元素(即13族，例如铝、镓)彼此组合或者与周期表的其他元素组合形成的混合物、合金(例如，Li-Al合金)或金属间化合物(例如，Li-Si、Li-B、Li-Si-B等)。
本公开的IMD电池的阴极由活性材料形成，该活性材料包含氟化碳颗粒以及优选的一种或多种金属氧化物。此类金属氧化物可包含一种或多种不同金属(例如，该活性材料可包含混合的金属氧化物)。阴极材料还可包含两种或更多种不同的材料，它们可处于混合物或多层、或两者。
用于阴极活性材料的示例性金属氧化物包含Ag2O、Ag2O2、CuF、Ag2CrO4、MnO2、V6O13、银钒氧化物(例如，AgV2O5、Ag2V4O11、Ag0.35V2O5.8、Ag0.74V2O5.37、AgV4O5.5)、铜银钒氧化物(例如，Cu0.16Ag0.67V2O5.5或者Cu0.5Ag0.5V2O5.75)、V2O5、氧化铜、铜钒氧化物或它们的组合。如果需要，可以使用这些材料的组合。
在某些实施方式中，MnO2是有用的活性阴极材料。含MnO2的阴极的实例描述于美国专利第5,344,431号(Merritt等人)和美国专利第5,474,858(Merritt)中。
优选的金属氧化物是包含钒酸银的各种材料，通常称为“银钒氧化物”或“SVO”。SVO能够使用各种方法合成。合成方法根据产生SVO的化学反应的类型通常分为两类。SVO可以使用分解反应合成，获得分解产生的SVO(DSVO)。或者，可以使用化合反应合成SVO，得到化合产生的SVO(CSVO)。无论如何制造，都可以以各种不同的结构相(例如，β、γ和ε)形成具有各种不同晶形的SVO。特别优选的金属氧化物是Ag2V4O11，它通过美国专利第5,221,453号(Crespi)和美国专利第6,130,005号(Crespi等人)中所述的加成反应制备。
在某些实施方式中，阴极包含金属氧化物(例如MnO2或银钒氧化物)以及氟化碳颗粒(即，研磨的氟化碳纤维)。这在本文中称为活性物质的混合物。在某些实施方式中，氟化碳颗粒和金属氧化物(特别是银钒氧化物)在阴极中的存在量在0.3:1至10:1的范围内，或在1:1至10:1的范围内，或者在0.3:1至3.5:1的范围内。
在某些实施方式中，基于阴极的总重量，活性物质(氟化碳颗粒和金属氧化物(特别是银钒氧化物))在阴极中的总量为80重量％至96重量％，或85重量％至92重量％，或88重量％至92重量％。
阴极材料通常还包含导电性增强剂和粘合剂。
导电性增强剂通常是导电碳，例如炭黑、乙炔黑、碳纳米管、石墨烯和/或石墨，虽然也可以使用其他金属粉末，例如铝、钛、镍和不锈钢。如果需要，可以使用这些导电性增强剂的各种组合。基于干燥阴极混合物(不含溶剂)的总重量，导电性增强剂的量通常为至少0.1重量％，并且通常不超过10重量％。
粘合剂可以是羧甲基纤维素(CMC)、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、或其组合。优选的粘合剂是PTFE和PVDF。更优选的粘合剂是PTFE。基于干燥阴极混合物(不含溶剂)的总重量，粘合剂的量通常为至少1重量％，并且通常不超过10重量％。
在本公开的IMD电池的电极中使用的集电器是常规使用的类型。通常它们是金属膜或金属箔，例如铝、钛、镍、铜、或者当与活性阳极材料结合时耐腐蚀的其他导电金属。它们可被填装(primed)或未被填装。它们可以穿孔或不穿孔。集电器的厚度通常至少为0.0001英寸，更经常为至少0.020英寸。
选择用于本公开的IMD电池的电化学电池单元中的间隔物以使阳极与阴极电绝缘。可以使用常规材料。该材料通常可被电池单元的电解质润湿，足够的多孔以允许电解质流过间隔物材料，并在操作期间保持电池单元内的物理和化学完整性。合适的间隔物材料的实例包含但不限于含氟聚合物织物、聚四氟乙烯(PTFE)、陶瓷、非织造玻璃、玻璃纤维材料、聚丙烯和聚乙烯。例如，间隔物可包含微孔聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP)和/或层压到其上的非织造聚丙烯或聚乙烯层。如美国专利申请公开第No.2006/0166078号(Chen等人)所述那样，间隔物可由三层组成，例如，具有夹在两层聚丙烯之间的聚乙烯层。聚乙烯层的熔点低于聚丙烯层的熔点，并且在电池单元过热的情况下提供关断(shutdown)机制。
电解质包含液体有机电解质，其通常包含与电离溶质组合的有机溶剂。有机溶剂可以例如是，碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二丙酯、碳酸二异丙酯、碳酸二叔丁酯、碳酸二丁酯、碳酸二苯酯、碳酸二环戊酯、碳酸亚乙酯、碳酸亚丁酯、3-甲基-2-噁唑烷酮、环丁砜、四氢呋喃(THF)、甲基取代的四氢呋喃、1,3-二氧戊环、碳酸亚丙酯(PC)、碳酸亚乙酯、γ-丁内酯、乙二醇亚硫酸酯、亚硫酸二甲酯、二甲基亚砜、1,2-二甲氧基乙烷、二甲基异噁唑、二噁烷、碳酸甲乙酯、甲酸甲酯、二甘醇二甲醚、甘醇二甲醚、乙腈、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、美国专利第6,017,656号(Crespi等人)等中公开的类型的溶剂等、或者它们的混合物。电离溶质可以是单盐或可溶的盐或其混合物，例如碱金属盐(例如，LiBF4、LiAsF6、LiPF6、LiClO4、LiN(SO2CF3)2、LiC(SO2CF3)3、LiSbF6、LiO2、LiAlCl4、LiGaCl4、LiSCN、LiO3SCF3、LiC6F5SO3、LiO2CCF3、LiSO6F、LiB(C6H5)4、LiCF3SO3、及其混合物)，这些盐当溶解在一种或多种溶剂中时将产生离子导电溶液。例如，电解质可包含在50/50的碳酸亚丙酯和1,2-二甲氧基乙烷混合物中的锂盐(例如，1.0M LiClO4或者LiPF6或者LiAsF6)。优选的电解质是在50体积％的碳酸亚丙酯(PC)和50体积％的1,2-二甲氧基乙烷(DME)的混合物中存在1.0MLiAsF6的电解质。
示例性的植入式医疗装置和系统
图1是显示可用于向患者14的心脏12提供治疗的示例性的植入式医疗装置系统(例如，治疗系统)10的概念图。患者14通常是但非必须是人。治疗系统10包含IMD 16，IMD16与引线18、20、22和编程器24耦合。IMD 16可以是例如植入式的起搏器、心脏电复律器和/或除颤器，它们经由耦合到一根或多根引线18、20和22的电极给心脏12提供电信号。
引线18、20、22延伸到患者14的心脏12中以感测心脏12的电活动和/或将电刺激递送到心脏12。在图1所示的实例中，右心室(RV)引线18延伸穿过一个或多个静脉(未图示)、上腔静脉(未图示)和右心房26，并进入右心室28。左心室(LV)冠状窦引线20延伸通过一个或多个静脉、腔静脉、右心房26，并进入冠状窦30到达与心脏12的左心室32的自由壁相邻的区域。右心房(RA)引线22延伸通过一个或多个静脉以及腔静脉，并进入心脏12的右心房26。
IMD 16可以通过耦合到引线18、20、22中至少一个引线上的电极(图1中未图示)来感测伴随心脏12的去极化和复极化的电信号。在一些实例中，IMD 16基于心脏12内感测的电信号，向心脏12提供起搏脉冲。由IMD 16用于感测和起搏的电极的构成可以是单极或双极。IMD 16还可以通过位于引线18、20、22中至少一个上的电极提供除颤治疗和/或心脏复律治疗。IMD 16可以检测心脏12的心律不齐(例如心室28和32的纤维性颤动)，并且以电脉冲的形式向心脏12递送除颤治疗。在一些实例中，可将IMD 16编程为递送一系列治疗(例如具有增加的能级的脉冲)直到心脏12的纤维性颤动停止。IMD 16通过采用本领域已知的一种或多种纤维性颤动检测技术检测纤维性颤动。
在一些实例中，编程器24可以是手持计算设备或计算机工作站。编程器24可以包括接收用户输入的用户界面。该用户界面可以包括例如键盘和显示器，该显示器可以是例如阴极射线管(CRT)显示器、液晶显示器(LCD)或发光二极管(LED)显示器。键盘可以采用字母数字键盘或者与特定功能相关的减少键组的键盘。编程器24可以附加地或替代地包括外围点击设备(peripheral pointing device)(例如鼠标)，用户可以通过该外围点击设备与用户界面交互。在一些实施方式中，编程器24的显示器可以包括触摸屏显示器，并且用户可以通过该显示器与编程器24交互。
用户(例如医生、技术人员或其他临床医生)可以用编程器24与IMD 16通信交互。例如，用户可以与编程器24进行交互以检索来自IMD 16的生理信息或诊断信息。用户还可以与编程器24进行交互以对IMD 16进行编程，例如，选择IMD操作参数的数值。
例如，用户可使用编程器24检索来自IMD16的有关心脏12的律动、随时间的趋势或者快速性心律失常发作的信息。作为另一个例子，用户可以使用编程器24检索来自IMD 16的有关患者14的其他感测的生理参数的信息，例如心内或血管内的压力、活动、情形、呼吸或胸阻抗。作为另一实例，用户可以使用编程器24检索来自IMD 16的有关IMD 16或者系统10的其他部件(例如引线18、20和22、或IMD 16的电源)的性能或完整性的信息。
用户可以使用编程器24来对治疗进程编程、选择用于递送除颤电击的电极、选择用于除颤电击的波形、或者选择或配置用于IMD16的纤维性颤动检测算法。用户还可以使用编程器24来对IMD 16所提供的其他治疗(如心脏复律或起搏治疗)的方面进行编程。在一些实例中，用户可以通过经由编程器24(例如按下键盘的单个键或键的组合、或者使用点击设备进行单个点选的动作)输入单个命令来激活IMD16的某些特征。
可以使用本领域所已知的任何技术经由无线通信对IMD 16和编程器24进行沟通。通信技术的实例可以包括例如低频或射频(RF)遥测，但也可以包括其他技术。在一些实例中，编程器24可以包括编程头，可将该编程头放置在靠近患者身体IMD 16植入部位附近的地方，以便提高IMD 16和编程器24之间的通信质量或安全性。
图2是更详细地显示治疗系统10的IMD 16和引线18、20、22的概念图。引线18、20、22可以经由连接器块34电耦合到IMD 16的刺激发生器、感测模块或其他模块。在一些实例中，引线18、20、22的近端可以包括电触点，其与连接器块34中相应的电触点电耦合。另外，在一些实例中，引线18、20、22可以借助于固定螺钉、连接销或其他合适的机械耦合构件与连接器块34机械耦合。
每根引线18、20、22包括细长的绝缘引线体，其可以承载通过管状绝缘护套彼此分开的多个同心线圈导体。在所示实例中，压力传感器38和双极电极40和42位于引线18的远端附近。此外，双极电极44和46位于引线20的远端附近和双极电极48和50位于引线22的远端附近。如图2所示，压力传感器38设置在右心室28中。压力传感器38可以响应右心室28内的绝对压力，并且可以是例如电容式或压电式绝对压力传感器。在其他实例中，压力传感器38可以定位在心脏12的其他区域内并且可以监测心脏12的一个或多个其他区域内的压力，或者可以定位在患者的心血管系统内或附近的其他位置以监测与心脏机械收缩相关的心血管压力。
电极40、44、48可以采用环形电极的形式，并且电极42、46、50可以采用可扩张的螺旋形尖端电极的形式，可伸缩地分别对应安装在绝缘电极头52、54、56内。电极40、42、44、46、48、50中的每一个电极可以电耦合到其相关引线18、20、22的引线主体内的多个线圈导体中的相应线圈导体，从而与引线18、20、22的近端上的多个电触点中的相应电触电耦合。
电极40、42、44、46、48、50可以感测伴随心脏12的去极化和复极化的电信号。该电信号经由相应的引线18、20、22传导到IMD 16。在一些实例中，IMD 16还通过电极40、42、44、46、48、50递送起搏脉冲，以引起心脏12的心脏组织的去极化。在一些实例中，如图2所示，IMD 16包括一个或多个外壳电极，例如外壳电极58，其可以与IMD 16的气密密封外壳60的外表面整体形成或者以其他方式耦合到外壳60。在一些实例中，外壳电极58是由IMD 16的外壳60的面向外的部分的非绝缘部分限定。外壳60的绝缘部分和非绝缘部分之间的其他分区可被用于限定两个或更多个外壳电极。在一些实例中，外壳电极58基本上形成外壳60的全部。电极40、42、44、46、48、50中的任何一个可以与外壳电极58结合用于单极感测或起搏。
如图4所示，外壳60可以装入刺激发生器以及用于监测患者心律的感测模块，该刺激发生器产生心脏起搏脉冲和/或除颤和/或心脏复律电击。
引线18、20、22还分别包括可以采用线圈形式的细长电极62、64、66。IMD 16可以通过细长电极62、64、66和外壳电极58的任何组合向心脏12传递除颤电击。电极58、62、64、66也可以用于向心脏12传递心脏复律脉冲。电极62、64、66可以由任何合适的导电材料制成，例如但不限于铂、铂合金或其他的已知可用于植入式除颤电极中的材料。
压力传感器38可以与引线18内的一个或多个线圈导体耦合。在图2中，压力传感器38位于引线18上的比细长电极62更远的地方。在其他实例中，压力传感器38可位于比细长电极62更近的地方，而不是电极62的远端。此外，在其他实例中，压力传感器38可以耦合到其他实例中的引线20、22中的另一个引线，或者可以耦合到承载刺激和感测电极的引线18、20、22以外的引线上。另外，在一些实例中，压力传感器38可以是植入心脏12内的独立(self-contained)装置，例如植入将左心室32与右心室28隔开的隔膜内，或者将右心房33与左心房26隔开的隔膜内。在这样的实例中，压力传感器38可以与IMD 16无线通信。
图1和图2中所示的治疗系统10的构造仅是一个例子。在其他实例中，代替或者除了图1所示的经静脉引线18、20、22之外，治疗系统可以包括心外膜引线和/或斑状电极(patch electrode)。此外，IMD 16不需要植入患者14内。在IMD 16不植入患者14的实例中，IMD 16可通过延伸穿过患者14皮肤的经皮引线向心脏12中或者心脏12外的各部位递送除颤电击和其他治疗。
在向心脏12提供电刺激治疗的治疗系统的其他实例中，治疗系统可以包括耦合到IMD 16的任何合适数量的引线，并且这些引线的每个引线可以延伸到心脏12内的任何位置或心脏12附近的任何位置。例如，治疗系统的其他实例可以包括如图1和图2所示定位的三根经静脉引线以及位于左心房33内或附近的另外的引线。作为另一个例子，治疗系统的其他实例可以包括从IMD 16延伸到右心房26或右心室28的单个引线，或者延伸到右心室28和右心房26中的相应一个的两个引线。这种类型的治疗系统的一个例子示于图3中。
图3是示出植入式医疗装置系统(例如，治疗系统)70的另一实例的概念图，其类似于图1～图2的治疗系统10，但包括两个引线18、22而不是三个引线。引线18、22分别植入右心室28和右心房26内。图3中所示的治疗系统70可用于向心脏12提供除颤和/或起搏脉冲。
图4是IMD 16构造的一个实例的功能框图，其包括处理器80、存储器82、刺激发生器84、感测模块86、遥测模块88和电源90。这里，对于IMD 16，将处理器80、存储器82、刺激发生器84、感测模块86和遥测模块88统称为“控制电子器件”。存储器82包括计算机可读指令，当由处理器80执行所述指令时，使得IMD 16和处理器80执行归属本文中的IMD 16和处理器80的各种功能。存储器82可以包括任何易失性、非易失性、磁性、光学或电子介质，例如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、非易失性RAM(NVRAM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、闪存或任何其他数字介质。
处理器80可以包括微处理器、控制器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或等效的分立或集成逻辑电路中的任何一种或多种。在一些实例中，处理器80可以包括多个部件，诸如一个或多个微处理器、一个或多个控制器、一个或多个DSP、一个或多个ASIC、或一个或多个FPGA以及其他分立或集成逻辑电路的任何组合。这里归于处理器80的功能可以体现为软件、固件、硬件或其任何组合。处理器80控制刺激发生器84以根据可以存储在存储器82中的所选一个或多个治疗程序向心脏12递送刺激治疗。具体地，处理器80可以控制刺激发生器84以递送电脉冲，而该电脉冲具有由所选一个或多个治疗程序指定的振幅、脉冲宽度、频率或电极极性。
例如，通过相应引线18、20、22的导体，或者在外壳电极58的情况下通过设置在IMD16的外壳60内的电导体，将刺激发生器84与电极40、42、44、46、48、50、58、62、64、66电耦合。将刺激发生器84构造成向心脏12产生并传递电刺激治疗。例如，刺激发生器84可以通过电极58、62、64、66的至少两个电极向心脏12传递除颤电击。刺激发生器84可以经由分别耦合到引线18、20、22的电极40、44、48(例如，环形电极)和/或分别为引线18、20、22的电极42、46、50(例如，螺旋形电极)传递起搏脉冲。在一些实例中，刺激发生器84以电脉冲的形式传递起搏、心脏复律或除颤刺激。在其他实例中，刺激发生器可以以其他信号的形式(例如正弦波、方波或其他基本连续时间的信号)递送这些类型刺激中的一种或多种。
刺激发生器84可以包括开关模块，处理器80可以使用开关模块来例如通过数据/地址总线选择将哪个可用电极用于传递除颤电击和/或起搏脉冲。这些开关模块可以包括开关阵列、开关矩阵、多路复用器或适于选择性地将刺激能耦合到所选电极的任何其他类型的开关装置。
感测模块86监测来自电极40、42、44、46、48、50、58、62、64、66中的至少一个电极的信号，以便例如通过心电图(ECG)信号监测心脏12的电活动。感测模块86还可以包括开关模块，以选择使用哪个可用电极来感测心脏活动。在一些实例中，处理器80可以经由感测模块86内的开关模块选择用作感测电极的电极，例如，通过经由数据/地址总线提供信号。在一些实例中，感测模块86包括一个或多个感测通道，每个感测通道可包括放大器。为了响应来自处理器80的信号，感测模块86内的开关模块可以将来自所选电极的输出耦合到感测通道之一。
在一些实例中，感测模块86的一个通道可以包括R波放大器，其接收来自电极40和42的信号，其用于心脏12的右心室28中的起搏和感测。另一个通道可以包括另一个R波放大器，其接收来自用于心脏12的左心室32附近的起搏和感测的电极44和46的信号。在一些实例中，R波放大器可以采用自动增益控制放大器的形式，该形式的放大器提供可根据测定的心律R波振幅调节的感测阈值。
另外，在一些实例中，感测模块86的一个通道可以包括接收来自用于心脏12的右心房26中的起搏和感测的电极48和50的信号的P波放大器。在一些实例中，P波放大器可以采用自动增益控制放大器的形式，该形式的放大器提供可根据测得的心律P波振幅调节的感测阈值。R波和P波放大器的例子描述于美国专利第5,117,824号(Keimel等)。也可以使用其他放大器。此外，在一些实例中，感测模块86的一个或多个感测通道可选择性地与外壳电极58或细长电极62、64、66耦合，且伴有或替代电极40、42、44、46、48、50中的一个或多个例如单极感测心脏12的任何腔室26、28、32中的R波或P波。
在一些实例中，感测模块86包括通道，该通道包括具有比R波或P波放大器相对更宽的通带的放大器。可将来自选择用于与该宽带放大器耦合的所选感测电极的信号提供给多路复用器，然后通过模数转换器将其转换成多位数字信号，以作为电描记图(EGM)存储在存储器82中。在一些实例中，这种EGM在存储器82中的存储可以在直接存储器访问电路的控制下。处理器80可以采用数字信号分析技术来表征存储在存储器82中的数字化信号，以从这些电信号中检测和分类患者的心律。处理器80可以通过采用本领域中已知的众多信号处理方法中的任何一种来检测和分类患者14的心律。
如果将IMD 16构造成为生成起搏脉冲并向心脏12递送该起搏脉冲，则处理器80可以包括起搏器计时和控制模块，其可以体现为硬件、固件、软件或其任何组合。起搏器计时和控制模块可以包括专用硬件电路(例如ASIC，与诸如微处理器之类的其他处理器80部件分开)或者由处理器80的组件执行的软件模块，其可以是微处理器或ASIC。起搏器计时和控制模块可以包括可编程计数器，该计数器控制与DDD、VVI、DVI、VDD、AAI、DDI、DDDR、VVIR、DVIR、VDDR、AAIR、DDIR有关的基本时间间隔以及单腔室和双腔室起搏的其他模式。在前述的起搏模式中，D”可以指示双腔室，“V”可以指示心室，“I”可以指示抑制的起搏(例如，没有起搏)，并且“A”可以指示心房。起搏模式中的第一个字母可以指示起搏的腔室，第二个字母可以指示其中感测到电信号的腔室，并且第三个字母可以指示其中提供对感测的响应的腔室。
由处理器80内的起搏器计时和控制模块所限定的间隔可以包括心房和心室起搏逸搏间期、期间感测到的P波和R波对逸搏间期的重启动计时无效的不应期以及起搏脉冲的脉宽。作为另一示例，起搏计时和控制模块可限定一消隐期(blanking period)，并在将电刺激传递至心脏12期间和之后从感测模块86提供信号，以使一个或多个通道(例如放大器)消隐。这些间隔的持续时间可由处理器80响应于存储在存储器82内的数据来确定。处理器80的起搏器计时和控制模块也可确定心脏起搏脉冲的振幅。
在起搏期间，处理器80的起搏器计时/控制模块内的逸搏间期计数器可在感测到R波和P波时重置。刺激发生器84可包括起搏器输出电路，该起搏器输出电路耦合于(例如可选择性地通过开关模块)电极40、42、44、46、48、50、58、62、64、66任意组合，该组合适于将双极或单极起搏脉冲传递至心脏12的诸腔中的一个腔。处理器80可在由刺激发生器84产生起搏脉冲时重置逸搏间期计数器，并由此控制包括抗快速性心脏节律失常起搏在内的心脏起搏功能的基本计时。
当由感测到的R波和P波重置时，逸搏间期计数器中出现的计数值可由处理器80使用来测定R-R间隔、P-P间隔、P-R间隔和R-P间隔的时长，它们是可存储在存储器82中的测定值。处理器80可使用间期/间隔计数器中的计数来检测快速性心脏节律失常事件，例如心室纤维性颤动事件或心室性心动过速事件。一旦检测到阈值数目的快速性心脏节律失常事件，处理器80可识别存在快速性心脏节律失常发作，例如心室纤维性颤动发作、心室心动过速发作或非持久心动过速(NST)发作。
在一些实例中，处理器80可以作为中断驱动装置操作，并且对来自起搏器计时和控制模块的中断进行响应，其中中断可以对应于感测到的P波和R波的发生以及心脏起搏脉冲的产生。由处理器80执行的任何必要的数学计算以及由处理器80的起搏器计时和控制模块控制的值或间隔的任何更新都可以在这样的中断之后发生。可将存储器82的一部分设置为多个再循环缓冲器，它们能保持一系列测量的间隔，处理器80响应于起搏或感测中断的出现分析这些间隔以确定患者的心脏12目前是否表现出心房或室性快速性心律失常。
在一些实例中，心率失常检测方法可包括任何合适的快速性心脏节律失常检测算法。在一个实例中，处理器80可以使用在美国专利第5,545,186号(Olson等人)或美国专利第5,755,736号(Gillberg等人)中描述的基于规则的检测方法的全部或子集。在其他实例中，处理器80也可以采用其他心律失常检测方法。
在本文描述的实例中，处理器80可通过检测指示快速性心脏节律失常的平均速率的一连串快速性心脏节律失常事件(例如，具有小于或等于阈值的时长的R-R或P-P间隔)或不间断的一串短暂R-R或P-P间隔来识别心房或心室快速性心脏节律失常发作的存在。用于确定指示快速性心脏节律失常事件的R-R或P-P间隔的阈值可存储在IMD 16的存储器82中。另外，可将检测到以证实快速性心脏节律失常发作存在的快速性心脏节律失常事件数作为用来检测阈值的间隔数(NID)存储在存储器82中。在一些实例中，处理器80也可通过检测心脏信号的R波之间的可变配对间隔的可变性来识别快速性心脏节律失常发作的存在。例如，如果连续快速性心脏节律失常事件之间的间隔变化某一具体百分比，或配对间隔之间的差值在预定数量的连续循环中高于给定阈值，则处理器80可确定存在快速性心脏节律失常。
如果处理器80基于来自感测模块86的信号检测出心房或心室快速性心脏节律失常，并要求抗快速性心脏节律失常起搏方案控制，则可以通过处理器80将用于控制由刺激发生器84产生的抗快速性心脏节律失常起搏治疗的时间间隔加载到起搏器计时和控制模块内，以控制其中的逸搏间期计数器的运行，并限定在期间R波和P波检测对重启动逸搏间期计数器无效的不应期。
如果IMD 16设置成产生除颤电击并将其传至心脏12，则刺激发生器84可包括高电压充电电路和高电压输出电路。在需要产生心脏复律或除颤电击的情况下，处理器80可利用逸搏间期计数器来控制该心脏复律和除颤电击的计时以及相关的不应期。响应要求心脏复律脉冲的心房或心室纤维性颤动或快速性心脏节律失常的检测，处理器80可激活心脏复律/除颤控制模块，该心脏复律/除颤控制模块类似于起搏器计时和控制模块，可以是处理器80的硬件部件和/或由处理器80的一个或多个硬件部件执行的固件或软件模块。心脏复律/除颤控制模块可在高电压充电控制线路的控制下启动对刺激发生器84的高电压充电电路的高电压电容器的充电。
处理器80可监测高电压电容器上的电压(例如经由电压充电和电位(VCAP)线路)。响应高电压电容器上达到由处理器80设定的预定电压值，处理器80可产生终止充电的逻辑信号。此后，由刺激发生器84传递除颤或心脏复律脉冲的计时受处理器80的心脏复律/除颤控制模块的控制。在传递纤维性颤动或心动过速治疗之后，处理器80可将刺激发生器84恢复到心脏起搏功能，并等待由于起搏或感测的心房或心室去极化的发生而造成的下一个接连中断。
刺激发生器84可借助输出电路传递心脏复律或除颤电击，该输出电路确定是传递单相还是双相脉冲、外壳电极58充当阴极还是阳极以及传递心脏复律或除颤电击需要涉及哪些电极。可由刺激发生器84的一个或多个开关或开关模块提供这些功能。
遥测模块88包括任何合适的硬件、固件、软件或其任意组合，从而与诸如是编程器24(图1)的其他设备通信。在处理器80的控制下，遥测模块88可借助天线从编程器24接收下行链路遥测并将上行链路遥测发送至编程器24，该天线可以是内部天线和/或外部天线。处理器80可提供待上行链路至编程器24的数据以及用于遥测模块88中的遥测电路的控制信号(例如经由地址/数据总线)。在一些实例中，遥测模块88可经由多路复用器将接收的数据提供至处理器80。
在一些实例中，处理器80可将通过感测模块86中的心房和心室感测放大电路产生的心房和心室心脏信号(例如，心电图信号)发送至编程器24。编程器24可询问IMD 16以接收心脏信号。处理器80可将心脏信号存储在存储器82中，并从存储器82检索所存储的心脏信号。处理器80也可生成和存储标志码，该标志码指示感测模块86检测到的不同心脏发作，并将标志码发送至编程器24。具有标志通道性能的起搏器的例子描述于美国专利第4,374,382号(Markowitz)中。
IMD 16的各种部件与电源90耦合，电源90可包括不可再充电(或者“初始(primary)”)电池，下文中将对其进行详细描述。
图5是实例编程器24的框图。如图5所示，编程器24包括处理器100、存储器102、用户界面104、遥测模块106和电源108。编程器24可以是具有用于对IMD 16编程的专用软件的专用硬件装置。或者，编程器24可以是运行允许编程器24对IMD 16编程的应用程序的现货供应的计算装置。
用户可使用编程器24来选择治疗程序(例如，多组刺激参数)，生成新的治疗程序，通过个别或全局调整来修改治疗程序或将新程序传送至医疗装置(如IMD 16)。临床医生可经由用户界面104与编程器24交互，该用户界面可包括向用户显示图形用户界面的显示器以及从用户处接收输入的键盘或另一机械装置。
处理器100可呈一个或多个微处理器、DSP、ASIC、FPGA、可编程逻辑电路等形式，且属于处理器100的功能在此可实施成软件、固件、硬件或其任何组合。存储器102可以存储致使处理器100提供归属于本文的编程器24的功能的指令以及由处理器100使用以提供归属于本文的编程器24的功能的信息。存储器102可以包括任何固定或可移除的磁性、光学、或电介质，诸如RAM、ROM、CD-ROM、硬磁盘或软磁盘、EEPROM等。存储器102还可包括可用于提供存储器更新或增加存储器容量的可移除的存储器部分。可移除存储器还可以允许患者数据容易地传送到另一个计算设备或者在编程器24被用于为另一个患者编程治疗之前被移除。存储器102还可以存储控制由IMD 16进行的治疗递送的信息，诸如刺激参数值。
编程器24可以与IMD 16无线通信，如使用RF通信或近侧感应交互。通过使用遥测模块106，该无线通信是可能的，遥测模块106可耦合至内部天线或外部天线。耦合到编程器24的外部天线可以响应可以放置在心脏12上的编程头，如上文参照图1所描述的。遥测模块106可类似于IMD 16的遥测模块88(图4)。
遥测模块106还可被设置成经由无线通信技术与其他计算设备通信或通过有线连接与其他计算设备直接通信。可以用来促进编程器24和其他计算设备之间的通信的本地无线通信技术的实例包括根据802.11或蓝牙规范集的RF通信、红外通信(例如根据IrDA标准)或者其他标准或专有遥测协议。以此方式，其他外部装置可能能够与编程器24进行通信，而不需要建立安全无线连接。
电源108可向编程器24的部件递送操作电力。电源108可包括电池和功率发生电路，以产生操作电力。在一些实例中，电池可以是可再充电的以允许延长的操作。可通过将电源108电耦合到被连接到交流电(AC)输出口的支架(cradle)或插头(plug)来实现再充电。另外或可选地，可通过外部充电器与编程器24内的感应式充电线圈之间的近端感应交互来完成再充电。在其他实施方式中，可使用传统的初始电池(例如，镉-镍或锂离子电池)。另外，编程器24可被直接耦合到通向电源编程器24的交流电输出口上。电源108可以包括监视电池内剩余电量的电路。以这种方式，当电池需要更换或再充电时，用户界面104可以提供当前电池电量指示或低电池电量指示。在一些情况下，电源108能够估算使用当前电池操作的剩余时间。
再次参看图4，IMD 16的处理器80可基于经由感测模块86监测的心脏12的电心动描记活动，检测快速性心律失常发作，诸如心室纤维性颤动、心室心动过速、快速心室快速性心律失常发作或NST发作。例如，感测模块86借助于电极40、42、44、46、48、50、58、62、64、66(如图1-2所示)中的至少一些电极可以产生心电图(ECG)或电描记图(EGM)信号，这些指示心电图活动。或者，感测模块86可以耦合到与刺激电极分开的感测电极上，所述刺激电极向心脏12传递电刺激(如图1-3所示)，并且可以耦合到除引线18、20、22以外的一个或多个不同的引线(图1-2中所示)。ECG信号可以指示心脏12的去极化。
例如，如前所述，在一些实例中，处理器80可通过检测快速性心律失常事件(例如具有小于或等于阈值的持续时间的R-R或P-P间隔)的阈值数，来识别快速性心律失常发作的存在。在一些实例中，处理器80还可以通过检测心脏信号的R波之间的可变配对间隔来识别快速性心律失常发作的存在。
图6是示出根据一个实施方式的系统190的框图，该系统190包括外部设备192(例如服务器)、以及通过网络196耦合到图1中所示的IMD 16和编程器24的一个或多个计算设备194A～194N。在该实施方式中，IMD 16可使用其遥测模块88来经由第一无线连接与编程器24通信，并且经由第二无线连接与接入点198通信。在图6的示例中，接入点198、编程器24、外部设备192以及计算设备194A～194N通过网络196互连，并且能够彼此通信。在一些情况下，接入点198、编程器24、外部设备192和计算设备194A～194N中的一个或多个可以通过一个或多个无线连接耦合到网络196。IMD 16、编程器24、外部设备192和计算设备194A～194N都可各自包含可以执行各种功能和操作(例如本文所述)的一个或者多个处理器，例如一个或多个微处理器、DSP、ASIC、FPGA、可编程逻辑电路等。
接入点198可包括经由各种连接(诸如电话拨号、数字用户线路(DSL)或线缆调制解调器连接)中的任一种连接到网络196的设备。在其他实例中，接入点198可以通过不同形式的连接(包括有线连接或无线连接)来耦合到网络196。在一些示例中，接入点198可以与编程器24和/或IMD 16通信。接入点198可以与患者14共同定位(例如，在与患者14相同的房间内或在与患者14相同的位置内)，或者可以远离患者14定位。例如，接入点198可以是位于患者家中的家庭监测器，或者是由患者14携带的便携式的。
在操作期间，IMD 16可以收集、测定和存储各种形式的诊断数据。在某些情况下，IMD 16可以直接分析收集的诊断数据并生成任何对应的报告或警报。然而，在一些情况下，IMD 16可以无线地或经由接入点198和网络196将诊断数据发送到编程器24、接入点198和/或外部设备192，以用于远程处理和分析。
在一些情况下，IMD 16和/或编程器24可以将所有诊断数据组合成单个可显示的引线完整性报告(lead integrity report)，其可以显示在编程器24上。该引线完整性报告包含涉及到与IMD 16耦合的一个或多个电极引线(例如引线18、20或22)的诊断信息。临床医生或其他受过训练的专业人员可以查看和/或注释该引线完整性报告，并且可能识别任何引线相关的条件。
在另一实例中，IMD 16可以经由接入点198和网络196向外部设备192提供收集的诊断数据。外部设备192包括一个或多个处理器200。在一些情况下，外部设备192可以请求这样的数据，并且在一些情况下，IMD 16可以自动或周期性地向外部设备192提供这样的数据。在通过输入/输出设备202接收到诊断数据后，外部设备192能够分析数据并生成报告或在确定使用引线18、20和22的可能存在状况时生成警报。例如，引线18、20和22中的一个或多个可能经历了与引线断裂或绝缘破坏相关的状况。
在一个实施方式中，外部设备192可以将诊断数据组合成引线完整性报告。计算设备194A～194N中的一个或多个可以通过网络196访问该报告，并将该报告显示给计算设备194A～194N的用户。在一些情况下，外部设备192可以经由输入/输出设备202将该报告自动发送到计算设备194A～194N中的一个或多个上作为警报，例如音频或视觉警报。在一些情况下，外部设备192可以自动地或根据请求将该报告发送到另一个设备(例如编程器24)。在一些情况下，外部设备192可以经由输入/输出设备196向用户显示该报告。
在一个实施方式中，外部设备192可以包括用于从IMD 16和/或编程器24收集的诊断信息的安全存储站点。在该实施方式中，网络196可以包括因特网网络，并且训练有素的专业人员(例如临床医生)可以使用计算设备194A～194N安全地访问外部设备192上存储的诊断数据。例如，受过训练的专业人员可能需要输入用户名和密码以访问外部设备192上存储的信息。在一个实施方式中，外部设备192可以是由明尼苏达州明尼阿波利斯市的美敦力(Medtronic)公司提供的CareLink服务器。
本公开中所描述的技术(包括归因于IMD 16、编程器24、或各构成部件的那些技术)，可以至少部分地以硬件、软件、固件或它们的任意组合来实现。例如，这些技术的各方面可在一个或多个处理器内实现，所述一个或多个处理器包括一个或多个微处理器、DSP、ASIC、FPGA、或任何其他等效的集成或分立逻辑电路，以及具体化在编程器(诸如，医生或患者的编程器)、刺激器、图像处理设备或其他设备中的此类部件的任何组合。术语“处理器”或“处理电路”一般可以指单独或结合其他逻辑电路组合的任一前述逻辑电路、或者任何其他等效电路。
这种硬件、软件、固件可被应用在相同的设备内或分开的设备内以支持本公开内容中描述的各种操作和功能。此外，任何所描述的单元、模块或部件可一起应用或分开应用为分立但可互操作的逻辑设备。如模块或单元的不同特征的描绘旨在突出不同功能方面而不必然暗示此类模块或单元必须由单独硬件或软件部件实现。相反，与一个或多个模块或单元相关联的功能可以通过分开的硬件或软件部件来执行，或整合在共同的或分开的硬件或软件部件中。
当应用在软件中时，归因于本公开中描述的系统、设备和技术的功能可具体化为计算机可读介质(诸如，RAM、ROM、NVRAM、EEPROM、闪存、磁数据存储介质、光数据存储介质，等等)上的指令。指令可以由一个或多个处理器执行来支持本披露中描述的功能的一个或多个方面。
图7A是示出向患者112提供电刺激治疗的示例性植入式医疗装置系统(例如，治疗系统)110的概念图。治疗系统110包括IMD 114和医疗引线116。在图7A所示的实例中，IMD114向患者112的脑118提供脑深部刺激(DBS)。将引线116植入患者112内，使得由引线116携带的一个或多个电极117位于脑118内的靶组织部位附近。IMD 114对脑118内区域提供电刺激，以便管理患者112的病症，例如减轻患者病症的严重性或持续时间。在一些实例中，可以将多于一个的引线116植入患者112的脑118内，以向脑118的多个解剖区域提供刺激。如图7A所示，系统110还可以包括编程器120，其可以是向临床医生或其他用户提供用户界面的手持装置、便携式计算机或工作站。临床医生可以与用户界面交互以编程刺激参数。
DBS可用于处理各种患者病症，例如但不限于发作性疾病(例如，癫痫)、疼痛、偏头痛、精神病症(例如情绪或焦虑症)、运动障碍(例如特发性震颤或帕金森病)、亨廷顿氏病和其他神经退行性疾病。可以基于患者病症来选择患者112内的的解剖区域，该解剖区域作为由IMD 14递送刺激的靶组织部位。例如，刺激诸如脑部118中的黑质之类的解剖区域可减少患者112所体验的震颤的数量和幅度。用于治疗运动障碍的其他目标解剖区域可包括丘脑下核、内侧苍白球、腹中间部、以及未定带脑区(zona inserta)。诸如这些的解剖区域可以在引线116植入期间由临床医生靶向。换句话说，临床医生可以尝试将引线116定位在脑118内的这些目标区域内或附近。
DBS引线116可包括沿引线116的纵轴放置的一个或多个电极117。在一些示例中，电极117可包括沿引线116的整个圆周驻留的至少一个环形电极。来自环形电极的电流在来自该医用电极的所有方向进行传播。得到的刺激场在所有方向上到达一定距离内的脑118的解剖区域。该刺激场可以到达目标解剖区域，但是该刺激场也可以影响非目标解剖区域并产生不利的副作用。在其他示例中，引线116可以包括复合电极阵列几何形状(complexelectrode geometry)，除了环形电极之外或代替环形电极，复合电极阵列几何形状包括分段或部分环形电极。复合电极阵列中的电极可以位于围绕该引线圆周的不同轴向和角度位置，以及位于不同纵向位置(即，沿引线116的纵轴)。复杂合极阵列几何形状可用于定制刺激场并提供改进的治疗，同时减少副作用。例如，使用复合电极阵列，可以沿着引线116的纵轴以及沿着引线116的圆周选择电极。选择性地启用引线116的电极可以产生可定制刺激场，所述刺激场可以被引导到引线116的特定侧，以便隔离围绕大脑118的目标解剖区的刺激场。以这种方式，可以选择复合电极阵列几何形状的特定电极以在圆周的所期望的部分处产生刺激场，而不是像一些环形电极那样总是产生围绕该引线整个圆周周围的刺激场。
利用具有复合电极几何形状的引线116产生不规则刺激场可以允许治疗系统110更有效地治疗脑118的某些解剖区域。在一些情况下，包括具有复合电极阵列的引线116的治疗系统110也可以帮助减少或消除由传统的环形电极阵列产生的更多球形刺激场带来的副作用。该刺激场的中心可以移至远离引线116，以避免对不准确放置的引线的不利刺激或补偿。
在图7A所示的示例中，引线116经由连接器122耦合到IMD 114，连接器122限定用于将电极117电耦合到IMD 114内的刺激发生器的多个电触点。引线116借助于引线延伸部124间接耦合到连接器122。在一些示例中，引线116可以在没有延伸部124的帮助下直接耦合到连接器122。
在该示例中，编程器120是被设置为与IMD 114无线通信的外部计算装置。例如，编程器120可以是临床医生用来与IMD 114通信的临床医生编程器。或者，编程器120可以是允许患者112查看和修改治疗参数的患者编程器。临床医生编程器可以包括比患者编程器更多的编程特征。换句话说，可仅允许临床医生编程器进行更复杂或敏感的任务以防止患者112对IMD 114进行不利的改变。
编程器120可以是手持计算装置，该手持计算装置包括可由用户观看的显示器和可用于向编程器120提供输入的用户输入机构。例如，编程器120可包括向用户呈现信息的小显示屏(例如，液晶显示器或发光二极管显示器)。另外，编程器120可包括键区(keypad)、按钮、外围点击设备、触摸屏或者允许用户通过编程器120的用户界面导航并提供输入的其他输入机构。
如果编程器120包括按钮和键盘，则按钮可专用于执行特定功能(即，电源按钮)，或按钮和键盘可以是取决于由用户当前查看的用户界面的截面而改变功能的软键。或者，编程器120的屏幕(未示出)可以是允许用户直接向显示器所示出的用户界面提供输入的触摸屏。用户可使用手写笔或他们的手指来向显示器提供输入。
在其他示例中，编程器120可以是较大的工作站或在其他多功能设备内的单独的应用，而并非手持计算装置或专用计算装置。例如，多功能装置可以是蜂窝电话或个人数字助理，它们可以被设置为应用程序以模拟编程器120。或者，笔记本计算机、平板计算机或其他个人计算机可使用连接到该个人计算机的无线适配器与IMD 114通信而进入应用程序以成为编程器120。
当编程器120被设置为供临床医生使用时，编程器120可用于将初始编程信息发送到IMD 114。该初始信息可包括系统110硬件信息，例如引线116的类型、引线116在患者112内的位置、存储在IMD 114内或编程器120内的治疗程序的治疗参数值、以及临床医生希望编程到IMD 114中的任何其他信息。
在编程器120或其他计算装置的帮助下，临床医生可以选择治疗参数的数值以控制治疗系统110的治疗递送。治疗参数的数值可以被组织成被称为“治疗程序”或“治疗参数组”的一组参数值。“治疗程序”和“治疗参数组”在本文中可互换使用。在电刺激的情况下，这些治疗参数可以包括电极组合、幅度(其可以是电流或电压幅度)，并且如果IMD 114递送电脉冲，则为待递送给病人的刺激信号的脉冲宽度和脉冲频率。电极组合可以包括位于耦合到IMD 114的一个或多个植入式引线116上的一个或多个电极117的选定子集。该电极组合也可以指所选子集中的电极的极性。通过选择特定电极组合，临床医生可以靶向患者112的脑118内的特定解剖结构。此外，通过选择振幅、脉冲宽度和脉冲频率的值，医生可以尝试为患者112生成有效治疗，该治疗通过选定的电极子集传递。由于生理多样性、病症差异和引线放置的不准确性，患者之间的参数可能会有很大差异。
在编程会话期间，临床医生可确定向患者112提供有效治疗的一个或多个治疗程序。患者112可以向该临床医生提供关于正在评估的特定程序的功效的反馈。一旦临床医生鉴定出可能对患者112有益的一个或多个程序，患者112可以继续评估过程并确定哪个程序最好地缓解患者112的病症或以其他方式向患者112提供有效治疗。编程器120可以帮助临床医生通过提供鉴定潜在有益治疗参数的方法体系来创建/鉴别治疗程序。
在一些示例中，临床医生可以使用美国专利申请公开第2007/0203546号(Stone等人)和第2007/0203541号(Goetz等人)所述的技术来选择治疗参数，这些专利申请描述了用包括引线116的治疗系统110支持刺激参数编程的编程系统和方法，引线116可包括复合电极阵列几何形状。
根据美国专利申请公开第2007/0203546号(Stone等人)中所述的技术，编程器120的用户界面可以显示患者112的解剖区域(例如脑118的解剖区域)的表现。该解剖区域的三维(3D)空间可以显示为多个二维(2D)视图或3D可视化环境。引线116还可呈现在用户界面的显示器上，并根据临床医生的实际植入位置定位或直接从脑118内的引线的图像进行定位。临床医生可以与编程器120的用户界面进行交互，以手动选择并编程引线116的某些电极，选择引线的电极水平并用解剖区域作为引导调整所得的刺激场，或者限定仅影响感兴趣的解剖区域的一个或多个刺激场。一旦临床医生已定义了一个或多个刺激场，系统110就自动生成与每个刺激场相关联的刺激参数值，并将该参数值发送到IMD 114。该刺激参数值可以作为治疗程序存储在IMD 114的存储器中和/或编程器120内的存储器中。
根据美国专利申请公开第2007/0203541号(Goetz等人)中所描述的技术，编程器120可以呈现用户界面，该用户界面显示了引线116的电极，并且使用户能够选择单独的电极以形成电极组合并指定用于经由电极组合递送的刺激的参数。根据美国专利申请公开第2007/0203541号(Goetz等人)中所描述的其他技术，编程器120可以向用户呈现用户界面，该用户界面使得用户能够操纵由所选电极组合所产生的电刺激场(即，一种类型的治疗场)的表现。然后编程器120内的处理器可以选择适当的电极组合、电极极性、振幅、电刺激的脉冲宽度和脉冲频率，使其足以支持用户输入到编程器120中的场操纵操作。也就是说，编程器120可以自动生成一种治疗程序，其最适合用户通过编程器120的用户界面创建的刺激场。
还可以将编程器120设置为供患者112使用。当被设置为患者编程器时，编程器120可以具有有限的功能，以防止患者112改变关键功能或应用，这些改变可能对患者112是有害的。以这种方式，编程器120可以仅允许患者112调整某些治疗参数或为特定治疗参数设置可用数值范围。编程器120还可以在递送治疗时或者当编程器120或IMD 114内的电源需要更换或再充电时向患者112提供指示。
无论编程器120被设置成用于临床医生使用还是患者使用，编程器120都可以通过无线通信与IMD 114或任何其他计算装置通信。例如，编程器120可以使用本领域中已知的射频(RF)遥测技术经由与IMD 114的无线通信进行通信。编程器120还可以通过有线连接或通过使用各种本地无线通信技术(诸如，根据802.11或蓝牙规范集的RF通信、根据IRDA规范集的红外通信、或其他标准或专有遥测协议)中任何一种的无线连接与其他编程器或计算装置通信。编程器120还可经由可移除介质(诸如，磁盘或光盘、存储卡、或者存储棒)的交换与其他编程或计算设备进行通信。进一步地，编程器120可经由本领域内已知的远程遥测技术，经由例如，局域网(LAN)、广域网(WAN)、公用交换电话网(PSTN)、或蜂窝电话网络，与IMD114和其他编程器进行通信。
在治疗系统110的其他应用中，患者112内的目标治疗递送部位可以是靠近患者112中的脊髓或骶神经(例如，S2，S3或S4骶神经)或患者112中任何其他合适的神经、器官、肌肉或肌肉群的位置，这可以基于例如患者病症来选择。例如，治疗系统110可以用于向阴部神经、会阴神经或神经系统其他区域附近的组织递送电刺激，在这种情况下，引线116将被植入并且基本上固定在相应的神经附近。作为进一步的示例，可以将电刺激系统定位来递送刺激，以帮助管理周围神经病或术后疼痛缓解、髂腹股沟神经刺激、肋间神经刺激、治疗胃运动障碍和肥胖的胃刺激、肌肉刺激，用于缓解其他外周和局部疼痛(例如腿痛或背痛)。另外，尽管图7A中示出了单个引线116，但在一些治疗系统中，两个或更多个引线可以电耦合到IMD 114。
图7B是植入式医疗装置系统(例如，治疗系统)130的另一示例的概念图，该系统向靠近患者112的脊髓132的靶组织部位递送电刺激。治疗系统130包括IMD 114，IMD 114通过连接器块122与引线134、136耦合，引线134、136各自分别包括电极135、137的阵列。IMD 114可以经由电极135、137的组合向患者112递送刺激。电极135、137各自可以是任何合适类型的电极，例如环形电极、部分环形电极或节段电极。
在一些示例中，电极135、137的阵列还可以包括至少一个感测电极，感测电极感测患者112的生理参数，例如但不限于心率、呼吸率、呼吸容量、核心温度、肌肉活动、肌电图(EMG)、脑电图(EEG)、心电图(ECG)或皮肤电反应。除了引线116、134、136上的感测电极之外或代替引线116、134、136上的感测电极，治疗系统110、130还可以包括传感器126(图7A中图示，但图7B中未图示)。传感器126可以是设置为检测患者112的活动水平、姿势或其他生理参数的传感器。例如，传感器126可以生成随着患者112的生理参数而变化的信号。传感器126可以植入患者112内或在患者112外部，可无线耦合到IMD 114或通过引线(例如引线116、134、136或其他引线)。例如，传感器126可以植入患者112内不同于IMD 114的位置，或者传感器126可以在外部。在一些示例中，传感器126可以与IMD 114结合到供体的外壳中。除了耦合到IMD 114以外或代替耦合到IMD 114，在一些情况下，传感器126可以无线耦合到编程器120或通过有线连接将传感器126耦合到编程器120。
在图7B所示的示例中，将引线134、136定位以向患者112递送双侧刺激，即，刺激信号被递送到患者112的中线的相对双侧上的靶组织部位。中线可通常定义为沿着脊髓132。就如用治疗系统110，临床医生可以通过选择一种或多种类型的治疗参数的数值来为治疗系统130生成一个或多个治疗程序，所述治疗参数借助于编程器120或其他计算装置向患者112提供有效的治疗。该治疗参数可以包括例如引线134和/或136的电极组合、电压或电流幅度、脉冲宽度和刺激频率。
图8是示例性的IMD 114的功能框图。IMD 114包括处理器140、存储器142、刺激发生器144、开关模块146、遥测模块148和电源150。这里，对于IMD 114，将处理器140、存储器142、刺激发生器144、开关模块146和遥测模块148统称为“控制电子器件”。如图8所示，刺激发生器144耦合到引线134、136(例如经由开关模块146)。或者，刺激发生器144可以耦合到单个引线(例如，如图7A所示)或者耦合到三个以上的引线，该耦合为直接或者间接(例如，通过引线延伸部，例如可以电和机械地耦合到两个引线的分叉引线延伸部)，以根据需要向患者112提供刺激治疗。
在图8所示的示例中，引线134包括电极135A～135D(统称为“电极135”)，引线136包括电极137A～137D(统称为“电极137”)。电极135、137可以是环形电极。在其他示例中，电极135、137可以布置在复合电极阵列中，该复合电极阵列包括围绕相应引线134、136的外圆周的不同角度位置处的多个非邻接电极，以及沿相应引线134、136的纵轴间隔开的不同水平的电极。图8中所示的电极135、137的构造、类型和数量仅仅是示例性的。在其他示例中，可以用任何合适数量和构造的电极来将IMD 114耦合到任何合适数量的引线上。
存储器142包括计算机可读指令，当由处理器140执行时，使得IMD 114执行各种功能。存储器142可以包括任何易失性、非易失性、磁性、光学或电子介质，例如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、非易失性RAM(NVRAM)、电可擦式可编程ROM(EEPROM)、闪存或任何其他数字介质。存储器142可以包括在存储器142内的独立存储器中或者存储器142内的独立区域中的程序152、程序组154和操作指令156。每个程序152根据电刺激参数(例如电极组合、电极极性、电流或电压幅度、脉冲宽度和脉冲频率)的相应数值定义特定治疗程序。程序组154定义一组程序，这些程序可以在重叠或非重叠的基础上一起传送。操作指令156在处理器140的控制下指导IMD 114的总体操作，并且它可包括用于测量例如电极135、137的阻抗和/或确定电极135、137之间距离的指令。
刺激发生器144产生用于经由选定的电极135、137的组合递送到患者112的刺激信号，刺激信号可以是如本文主要描述的脉冲，或连续时间信号，例如正弦波。处理器140根据存储在存储器142中的程序152和程序组154控制刺激发生器144，以提供由一个或多个程序指定的特定刺激参数值(例如幅度、脉冲宽度和脉冲频率)。处理器140可包括微处理器、控制器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、或等效的分立或集成数字或模拟逻辑电路、以及在本文中归因于处理器140的功能可被体现为固件、硬件、软件或其任何组合。
处理器140还控制开关模块146以将刺激发生器144产生的刺激信号施加到电极135、137的所选组合。具体地，开关模块146将刺激信号耦合到引线134、136内的所选导体，其进而经所选择的电极135、137来递送所述刺激信号。开关模块146可为开关阵列、开关矩阵、多路复用器或适于有选择地将刺激能量耦合于所选电极的任意其它类型的开关装置。因此，刺激发生器144经由开关模块146和引线134、136内的导体耦合到电极135、137。在一些示例中，IMD 114不包括开关模块146。
刺激发生器144可以是单通道或多通道刺激发生器。特别地，刺激发生器144可经由单个电极组合在给定时间传送单个刺激脉冲、多个刺激脉冲或连续信号，或者经由多个电极组合在给定时间传送多个刺激脉冲。然而，在一些示例中，可将刺激发生器144和开关模块146设置为在时间交错的基础上递送多个通道。在这种情况下，开关模块146可用于在不同的时间经过不同的电极组合对刺激发生器144的输出进行时间分割多路传输，以将多个程序或多个通道的刺激能量递送给患者112。
遥测模块148在处理器140的控制下支持IMD 144与外部编程器120(图8中未图示)或其他计算设备之间的无线通信。作为程序的更新，IMD 114的处理器140可经由遥测界面(即，模块)148，从编程器120接收用于各种刺激参数(例如振幅和电极组合)的数值。对于治疗程序的更新可被存储在存储器142的程序152部分内。
IMD 114的各种部件耦合到电源150，电源150包括如本文所述的不可再充电(即，初始)电池。
图9是编程器120的示例的功能框图。如图9所示，外部编程器120包括处理器160、存储器162、用户界面164、遥测模块166(即遥测界面)和电源168。临床医生或其他用户可与编程器120交互以产生和/或选择用于在IMD 114中递送的治疗程序。例如，在一些示例中，编程器120可以允许临床医生定义刺激场并生成适当的刺激参数的数值。处理器160可以将刺激参数的数值作为一个或多个治疗程序储存在存储器162中。处理器160可以经由遥测模块166向IMD 114发送程序以自动地和/或根据用户的指示来控制刺激。
如前所述，编程器120可以是手持计算设备、工作站或其他专用或多功能计算设备。例如，编程器120可以是通用计算设备(例如，个人计算机、个人数字助理(PDA)、蜂窝电话等)、或者可以是专用于例如编程IMD 114的计算设备。在一些示例中，编程器120可以是临床医生编程器或患者编程器之一，即，可将编程器设置为根据预期用户进行使用。临床医生编程器可以包括比患者编程器更多的功能。例如，临床医生编程器可以包括有更多特征的用户界面，该用户界面允许临床医生从IMD 114下载使用和状态信息，并且允许临床医生控制编程器120的患者编程器示例不能访问的IMD 114的方面。
用户(临床医生或患者112)可以通过用户界面164与处理器160交互。用户界面164可以包括显示器以及向编程器120提供输入的按钮或垫；所述显示器例如为液晶显示器(LCD)、发光二极管(LED)显示器或其他屏幕，以显示与刺激治疗相关的信息。在用户界面164需要3D环境的示例中，用户界面可以支持3D环境，例如全息显示器、立体显示器、自动立体显示器、头戴式3D显示器或能够向用户呈现3D图像的任何其他显示器。按钮可以包括开/关切换、用于放大或缩小或通过选项导航的加和减按钮、用于拾取或存储输入的选择按钮、以及点击设备(例如鼠标、轨迹球、或手写笔)。其他输入设备可以是滚动选项的轮子或在显示器上移动点击设备的触摸板。在一些示例中，显示器可以是触摸屏，其使得用户能够直接从显示屏幕选择选项。
处理器160处理来自存储器162的指令，并且在适于当前治疗时可将通过用户界面164所接收的用户输入存储到存储器162中。另外，处理器160提供并支持本文有关用户界面164的每个示例描述的任何功能。处理器160可以包括微处理器、DSP、ASIC、FPGA或其他数字逻辑电路中的任何一个或多个、以及本文归因于处理器160的功能可以体现为软件、固件、硬件或其任何组合。
存储器162可以包括用于操作用户界面164、遥测模块166和管理电源168的指令。存储器162可以存储程序指令，当由处理器160执行时，该程序指令使处理器160和编程器120提供本文归于它们的功能。存储器162还包括用于生成治疗程序的指令，例如用于确定用于实现用户选择的刺激场的刺激参数的指令或用于从用户选择的刺激参数确定结果刺激场的指令。存储器162可以包括RAM、ROM、EEPROM、闪存等中的任何一个或多个。
编程器120中的无线遥测可以通过射频(RF)通信或编程器120与IMD 114的近端感应交互来完成。该无线通信可以通过使用遥测模块166来实现。因此，遥测模块166可以包括用于这种通信的本领域所知的电路。
电源168将操作电力输送到编程器120的部件。电源168可包括电池和发电电路以产生操作电力。在一些示例中，电池可以是可再充电的电池以延长操作。可以通过近端感应相互作用或与基座或充电站的电路的电接触来完成再充电。在其他示例中，可以使用初始(即，不可再充电)电池。另外，编程器120可以直接耦合到交流电源，例如某些计算设备(例如个人计算机)就是这种情况。
本公开中所描述的技术包括归因于IMD 114、编程器120、或各构成部件的那些技术，可以至少部分地以硬件、软件、固件或它们的任意组合来实现。例如，这些技术的各方面可在一个或多个处理器内实现，所述一个或多个处理器包括一个或多个微处理器、DSP、ASIC、FPGA或任何其他等效的集成或分立逻辑电路，以及具体化在编程器(诸如，医生或患者的编程器)、刺激器、图像处理设备或其他设备中的此类部件的任何组合。术语“处理器”或“处理电路”一般可以指单独或结合其他逻辑电路组合的任一前述逻辑电路、或者任何其他等效电路。
这种硬件、软件、固件可被应用在相同的设备内，或被应用在分开的设备内以支持本公开内容中描述的各种操作和功能。此外，任何所描述的单元、模块或部件可一起被应用，或分开应用为分立但可互操作的逻辑设备。如模块或单元的不同特征的描绘旨在突出不同功能方面并且不必暗示此类模块或单元必须由单独硬件或软件部件实现。相反，与一个或多个模块或单元相关联的功能可以通过分开的硬件或软件部件来执行，或整合在共同的或分开的硬件或软件部件中。
当在软件中应用时，归因于本公开中描述的系统、设备和技术的功能可具体化为计算机可读介质(诸如，RAM、ROM、NVRAM、EEPROM、闪存、磁数据存储介质、光数据存储介质，等等)上的指令。指令可以由一个或多个处理器执行来支持本披露中描述的功能的一个或多个方面。
在更详细的描述中，图10描绘了IMD 210，其包括壳体或外壳250、控制模块252、电池254和一个或多个电容器256。控制模块252通过引线(未图示)控制来自IMD 210的一个或多个感测和/或刺激过程。电池254包括设置在其周围的绝缘体258。电池254对电容器256充电并为控制模块252供电。例如，在植入式心脏复律除颤器中，控制模块包括用于递送治疗和/或监测生理信号的部件(即，控制电子器件)，并且包括处理器、存储器、产生心脏起搏脉冲、除颤电击和心脏复律电击中至少一个的刺激发生器、以及用于监测患者心律的传感模块。该电容器通常是高压电容器(例如，对于ICD通常大于600伏特，但是这可以变化，并本领域技术人员通常知道适合于各种IMD应用的电压)。ICD还包括植入式医疗装置电池，其可操作地连接到控制电子器件，以向该控制电子器件输送电力并可操作地连接到电容器以对电容器充电。
图11和12描绘了示例性电池254的细节。如图所示，电池254包括一个电池单元，其包括壳体270、阳极272、间隔物274、阴极276、液体电解质278和馈通端子280。阴极276以多圈进行卷绕，阳极272置于阴极绕组的匝之间。间隔物274使阳极272与阴极276的绕组绝缘。壳体270包含液体电解质278以在阳极272和阴极276之间形成导电路径。电解质278用作在电池单元放电期间阳极272和阴极276之间的离子迁移的介质。
构造电池254的示例性方法描述于例如美国专利第5,439,760号(Howard等人)和美国专利第6,017,656号(Crespi等人)和美国专利申请公开第2006/0166078A1号(Chen等人)。
本公开的示例性实施方式
实施方式1是一种包括电池单元的植入式医疗装置，该电池单元包括：阳极；包含氟化碳颗粒的阴极；在阳极和阴极之间的间隔物；和与阳极、阴极和间隔物接触的电解质；其中，大于50体积％的所述氟化碳颗粒具有2微米至10微米范围内的粒度；和大于50数量％的氟化碳颗粒具有1:1.2至1:8范围内的纵横比。
实施方式2是如实施方式1的装置，其中，大于50体积％的所述氟化碳颗粒具有2微米至7微米范围内的粒度；和大于50数量％的氟化碳颗粒具有1:1.2至1:4范围内的纵横比。
实施方式3是如实施方式2的装置，其中，大于50体积％的所述氟化碳颗粒具有2微米至5微米范围内的粒度；和大于50数量％的氟化碳颗粒具有1:1.3至1:2范围内的纵横比。
实施方式4是如实施方式1至3中任一项的装置，其中，所述氟化碳颗粒的BET表面积大于300m2/g(或大于310m2/g、或大于320m2/g)且最高400m2/g。
实施方式5是如实施方式1至4中任一项的装置，其中，所述氟化碳颗粒包含至少61％，或至少63％，或至少65％的氟原子重量百分比。
实施方式6是如实施方式1至5中任一项的装置，其中，所述氟化碳颗粒包含最高80％，或最高75％，或最高71％的氟原子重量百分比。
实施方式7是如实施方式1至6中任一项的装置，其中，所述氟化碳颗粒显示小于5重量％的游离碳。
实施方式8是如实施方式1至7中任一项的装置，其中，所述氟化碳具有式CFx，其中x为0.01至1.9，优选0.1至1.5，并且更优选1.1。
实施方式9是如实施方式1至8中任一项的装置，其中，所述氟化碳颗粒包含小于1重量％的CF2和CF3。
实施方式10是如实施方式1至9中任一项的装置，其中，所述氟化碳颗粒显示包括如下的XRD图谱：110峰相对于001峰的面积比≥4.52％；以及以≥13.06°2θ001Cu Kα为中心的001峰的位置。
实施方式11是如实施方式1至10中任一项的装置，其中，所述氟化碳颗粒由氟化碳纤维形成，所述氟化碳纤维由纤维状碳前体形成。
实施方式12是如实施方式11的装置，其中，所述纤维状碳前体包含大于95重量％的碳，或大于99重量％的碳。
实施方式13是如实施方式11或12的装置，其中，所述纤维状碳前体包含聚丙烯腈。
实施方式14是如实施方式1至13中任一项的装置，其中，所述阴极还包含金属氧化物。
实施方式15是如实施方式14的装置，其中，所述金属氧化物包含MnO2。
实施方式16是如实施方式15的装置，其中，所述金属氧化物包括银钒氧化物。
实施方式17是如实施方式16的装置，其中，所述氟化碳颗粒和银钒氧化物在阴极中的存在量为0.3:1至10:1的范围内。
实施方式18是如实施方式17的装置，其中，所述氟化碳颗粒和银钒氧化物在阴极中的存在量在1:1至10:1的范围内。
实施方式19是如实施方式17的装置，其中，所述氟化碳颗粒和银钒氧化物在阴极中的存在量在0.3:1至3.5:1的范围内。
实施方式20是如实施方式18或19的装置，其中，所述氟化碳颗粒和银钒氧化物是阴极中所存在的活性物质，其总量为80重量％至96重量％，或85重量％至92重量％，或88重量％至92重量％，基于所述阴极的总重量。
实施方式21是如实施方式1至20中任一项的装置，其中，所述阴极还包含导电性增强剂。
实施方式22是如实施方式21的装置，其中，所述导电性增强剂包括导电碳。
实施方式23为实施方式1至22中任一项的装置，其中，所述阴极还包含粘合剂。
实施方式24是如实施方式23的装置，其中，所述粘合剂包括聚四氟乙烯(PTFE)。
实施方式25是一种包括电池单元的植入式医疗装置，该电池单元包括：包含锂的阳极；包含研磨的氟化碳纤维的阴极；阳极和阴极之间的间隔物；和接触阳极、阴极和间隔物的电解质；其中，大于50体积％的所述研磨的氟化碳纤维具有2微米至10微米范围内的粒度；和其中，大于50数量％的所述研磨的氟化碳纤维具有1:1.2至1:8范围内的纵横比。
实施方式26是一种不可再充电电池，其包括：包含锂的阳极；包含氟化碳颗粒和金属氧化物的阴极；阳极和阴极之间的间隔物；和接触阳极、阴极和间隔物的电解质；其中，大于50体积％的所述氟化碳颗粒具有2微米至10微米范围内的粒度；和其中，大于50数量％的所述氟化碳颗粒具有1:1.2至1:8范围内的纵横比。
实施方式27是一种植入式医疗装置，其包括：用于递送治疗和/或监测生理信号的控制电子器件，该控制电子器件包括：处理器；和存储器；以及植入式医疗装置电池，该电池操作性地连接到所述控制电子器件以向该控制电子器件输送电力。该电池包括：包含锂的阳极；包含氟化碳颗粒的阴极；阳极和阴极之间的间隔物；和接触阳极、阴极和间隔物的电解质；其中阴极包括在单个集电器的每个主表面上的层，其中，该层包括含有金属氧化物和氟化碳颗粒的混合物；其中，大于50体积％的所述氟化碳颗粒具有2微米至10微米范围内的粒度；和其中，大于数量50％的所述氟化碳颗粒具有1:1.2至1:8范围内的纵横比。
实施方式28是一种植入式医疗装置系统，其包括：如实施方式27所述的植入式医疗装置；以及操作性地连接到所述植入式医疗装置的部件，这些部件用于递送治疗和/或监测生理信号。
实施方式29是制造用于植入式医疗装置的电池单元的方法，该方法包括：提供纤维状碳前体；由所述纤维状碳前体形成氟化碳纤维；研磨所述氟化碳纤维，以形成研磨的氟化碳纤维；其中，大于50体积％的所述研磨的氟化碳纤维具有2微米至10微米范围内的粒度；和其中，大于50数量％的所述研磨的氟化碳纤维具有1:1.2至1:8范围内的纵横比；形成包含研磨的氟化碳纤维的阴极；提供阳极；提供阳极和阴极之间的间隔物；提供用于激活所述阳极和所述阴极的电解质；并将所述阴极、所述阳极和所述电解质组合以形成电池单元。
实施方式30是如实施方式29的方法，其中，研磨所述氟化碳纤维以形成研磨的氟化碳纤维包括对所述氟化碳纤维进行球磨、喷射研磨和/或磨碎研磨。
实施方式31是如实施方式30的方法，其中，以球与氟化碳纤维的体积加载比为1:3并且容器(罐)与氟化碳纤维的体积加载比为3:1进行所述球磨。
实施方式32是如实施方式29至31中任一项的方法，其中，研磨所述氟化碳纤维以形成研磨的氟化碳纤维包括对所述氟化碳纤维进行至少1小时，或至少4小时，或至少5小时，或至少6小时，或至少7小时，或至少8小时的球磨。
实施方式33是如实施方式29至32中任一项的方法，其中，研磨所述氟化碳纤维以形成研磨的氟化碳纤维包括对所述氟化碳纤维进行长达16小时的球磨。
实施方式34是如实施方式29至33中任一项的方法，其中，研磨所述氟化碳纤维以形成研磨的氟化碳纤维包括以100rpm至400rpm的频率对所述氟化碳纤维进行球磨。
实施方式35是如实施方式29～34中任一项的方法，其中，所述纤维状碳前体包含聚丙烯腈。
实施方式36是如实施方式29～35中任一项的方法，其中，所述研磨的氟化碳纤维的BET表面积大于300m2/g且最高为400m2/g。
实施方式37是实施方式29～36中任一项的方法，其中，大于50体积％的所述研磨的氟化碳纤维具有2微米至7微米范围内的粒度；和其中，大于50数量％的所述研磨的氟化碳纤维具有1:1.2至1:4范围内的纵横比。
实施方式38是如实施方式37的方法，其中，大于50体积％的所述研磨的氟化碳纤维具有2微米至5微米范围内的粒度；和其中，大于50数量％的所述研磨的氟化碳纤维具有1:1.3至1:2范围内的纵横比。
实施方式39是如实施方式29～38中任一项的方法，其中，所述研磨的氟化碳纤维包含至少61％，或至少63％，或至少65％的氟原子重量百分比。
实施方式40是如实施方式29～39中任一项的方法，其中，所述研磨的氟化碳纤维包含最高80％，或最高75％，或最高71％的氟原子重量百分比。
实施方式41是如实施方式29～40中任一项的方法，其中，所述纤维状碳前体包含大于95重量％的碳，或大于99重量％的碳。
实施方式42是如实施方式29～41中任一项的方法，其中，所述研磨的氟化碳纤维显示小于5重量％的游离碳。
实施方式43是如实施方式29～42中任一项的方法，其中，所述氟化碳具有式CFx，其中x为0.01～1.9，优选0.1～1.5，并且更优选1.1。
实施方式44是如实施方式29～43中任一项的方法，其中，所述研磨的氟化碳纤维包含小于1重量％的CF2和CF3。
实施方式45是如实施方式29～44中任一项的方法，其中，所述研磨的氟化碳纤维显示包括如下的XRD图谱：110峰相对于001峰的面积比≥4.52％；以及以≥13.06°2θ001Cu Kα为中心的001峰的位置。
实施方式46是如实施方式29～45中任一项的方法，其中，所述阴极还包含金属氧化物。
实施方式47是如实施方式46的方法，其中，所述金属氧化物包括MnO2。
实施方式48是如实施方式46的方法，其中，所述金属氧化物包括银钒氧化物。
实施方式49是如实施方式48的方法，其中，所述研磨的氟化碳纤维和银钒氧化物在所述阴极中的存在量为0.3:1～10:1的范围内。
实施方式50是如实施方式49的方法，其中，所述研磨的氟化碳纤维和银钒氧化物在所述阴极中的存在量在0.3:1～3.5:1的范围内。
实施方式51是如实施方式49或50的方法，其中，所述研磨的氟化碳纤维和银钒氧化物是阴极中所存在的活性物质，其总量为80重量％至96重量％，或85重量％至92重量％，或88重量％至92重量％。
实施方式52是如实施方式29～51中任一项的方法，其中，所述阴极还包含导电性增强剂。
实施方式53是如实施方式52的方法，其中，所述导电性增强剂包含导电碳。
实施方式54是如实施方式29～53中任一项的方法，其中，所述阴极还包含粘合剂。
实施方式55是如实施方式54的方法，其中，所述粘合剂包括聚四氟乙烯(PTFE)。
实施例
本公开的目的和优点通过下述实施例进一步说明，但这些实施例中描述的具体材料及其用量以及其他条件和细节并不构成对本公开的不合理限制。
材料来源和/或规格
SVO＝Ag2V4O11形式的银钒氧化物，其是根据美国专利第5,221,453号(Crespi)的方法，通过将钒酸银(AgVO3)和五氧化二钒(V2O5)在约为520℃的温度下和氧气氛中以2:1的摩尔比进行加成反应制得。
CFx＝纤维状的一氟化碳(62-67重量％的总氟，小于0.10重量％的游离氟，X射线衍射峰比I(2θ，25.86)/I(2θ，28.64)小于1。
导电碳＝Super P碳，获自瑞士的Imerys有限公司(Imerys Co.)。
粘合剂＝PTFE，获自日本的Daikin Industries公司(Daikin Industries)。
间隔物＝CELGARD 2500，获自北卡罗来纳州夏洛特的Celgard有限公司(Celgard,LLC，Charlotte，NC)。
实施例1：研磨的氟化碳纤维的制备
使用获自俄亥俄州亚克朗(Akron，Ohio)的Norton公司的球辊对氟化碳纤维(CFx)进行研磨。将约50克(g)纤维状CFx原料装入氧化铝罐(300毫升容量)中。加入(五个0.5英寸×0.5英寸(1.27厘米×1.27厘米)+五个13/16英寸×13/16英寸(2.06厘米×2.06厘米))的氧化铝圆柱形介质。将该罐放置于前述辊组件上，并以约150转/分钟(rpm)将转动该罐1小时、2小时、4小时、6小时、8小时或16小时。
实施例2：对氟化碳颗粒尺寸、纵横比和表面积的分析
使用HORIBA(日本)激光散射粒度分布分析仪LA-950来测定CFx的粒度分布(PSD)。使用的折射率为1.53。将约200毫克(mg)的CFx样品预分散在约15mL异丙醇中，并在分析前超声波处理几分钟。样品和空白样使用五千(5000)个测量计数。表1列出了粒度分布测定的结果。
表1.粒度分布
研磨时间 D50
未研磨 20.1微米
1小时 6.1微米
2小时 5.2微米
4小时 4.2微米
6小时 3.8微米
8小时 3.7微米
纵横比是从基于扫描电子显微镜(SEM)显微照片的尺寸测量获得的，并且通过将长尺寸除以短尺寸算得。图13显示了未研磨的氟化碳纤维以及通过将氟化碳纤维研磨1小时、4小时或8小时所形成的氟化碳颗粒的典型样品的SEM显微照片。表2显示了纵横比测量的结果。
表2.纵横比
Figure GDA0004151324260000401
Figure GDA0004151324260000411
通过Brunauer-Emmett-Teller(BET)法测定氟化碳颗粒的表面积。表3显示了BET测定的结果。
表3.通过BET法测定的表面积
研磨时间 第1批 第2批
未研磨 307.3厘米2/克 306.9厘米2/克
4小时 319.1厘米2/克 321.7厘米2/克
8小时 327.5厘米2/克 327.5厘米2/克
16小时 341.3厘米2/克 344.2厘米2/克
实施例3：CFx/SVO阴极混合物的制备
将干燥的阴极混合物材料(CFX、SVO和导电碳)称重(作为示例，对于100克(g)的阴极混合物，42重量％是CFX，42重量％为SVO，6重量％是碳，10重量％是PTFE)，并将其加入到混合容器中。使用抹刀将该混合物充分混合。加入去离子(DI)H2O和异丙醇(IPA)的混合物。然后用抹刀混合该湿混合物，直到该混合物看起来充分混合。对于100克的混合批料，使用约120mL以2:1比例混合的水/IPA混合物。然后将在水/PTFE(约60重量％)中的粘合剂(PTFE)乳液加入上述混合物中，并用抹刀充分搅拌该混合物。然后将该混合物在150℃的烘箱中干燥约4小时。使用Quadro粉碎机(加拿大滑铁卢(Waterloo，Canada))将粉碎干燥的阴极混合物。
实施例4：阴极颗粒密度测定和内聚强度
通过将1克磨碎的阴极混合物装入0.625英寸(1.58厘米)直径的圆柱形模具中，并用16吨(16000公斤)的力压制，对阴极颗粒进行压制。
用落下高度仪(drop gauge)来测量压制颗粒的直径和厚度。通过将质量除以颗粒体积来计算阴极几何密度。
图14显示了CFx研磨对压制的阴极颗粒密度的影响。使用1:1重量比的CFx与SVO且90重量％的活性物质(CFx和SVO)制得阴极混合物。如图14所示，使用了研磨的CFx(研磨时间为1、4、8和16小时)的混合物的密度显著高于使用了未研磨的CFx(研磨时间为0)的混合物的密度。
通过测定在垂直于颗粒平面施加力时的屈服载荷(压碎力)来评价压制的阴极颗粒的内聚强度。用MTS 858Mini Bionix II(明尼苏达州伊甸草原(Eden Prairie，MN))施加载荷并对该载荷进行测量。图15显示了使用包含未研磨CFx的阴极混合物和研磨的CFx的阴极混合物而形成的压制的颗粒(1克)的压碎力。显示了具有两种组成的混合物的结果：一种具有88％活性阴极材料；另一种含有84％活性阴极材料。图15中所示的混合物具有与图14所示混合物相同的CFx与SVO的比率。与未研磨的材料相比，具有研磨的CFx的阴极颗粒显示出了显著增加的内聚强度，所述内聚强度通过更大的屈服力测得。
实施例5：电池单元组件的制备以及放电
使用锂金属阳极、两层微孔间隔物和磨碎的阴极混合物来制备纽扣电池。通过将一定量磨碎的阴极混合物压制到钛网集电器上以形成阴极。使用在50:50体积混合碳酸亚丙酯(PC)和二甲氧基乙烷(DME)的混合物中包含1.0M LiAsF6的电解质混合物来填充所述电池单元。
电池单元在37℃下以C/100～C/1000的速率放电。
实施例6：体积容量和比容量的测定
通过将测得的阴极颗粒的几何密度(g/cc)乘以CFx的有用比容量(mAh/g)算出体积容量(mAh/cc)。CFx的有用比容量是CFx的理论比容量的91％，CFx为每CF1.0一个电子。
所述体积容量结果示于表4中。表4的混合物具有与图14的混合物相同的组成(阴极几何密度)。这些结果表明，阴极颗粒的较高几何密度导致较高的体积容量。
表4.体积容量比较
Figure GDA0004151324260000421
Figure GDA0004151324260000431
表5比较了使用未研磨氟化碳纤维的阴极的比容量与使用研磨4小时、8小时和16小时的研磨氟化碳纤维的阴极的比容量(标准化至未研磨的氟化碳纤维的比容量)。
图16证明：含有研磨的CFx的阴极递送的容量与具有相同阴极组成但包含未研磨CFx制得的阴极的(可递送)容量相同。
在任何情况下，研磨都不会降低比容量。表5中的混合物具有与图14中的混合物相同的组成(阴极几何密度)。
表5.比容量比较
研磨时间 阴极比容量，mAh/g
未研磨 480
4小时 483
8小时 480
16小时 481
在实践中，研磨的氟化碳纤维不仅保持了未研磨的氟化碳纤维的高比容量(表5)，而且还支持了增加的阴极几何密度(图14)，增加了阴极的体积容量(表4)。
实施例7：CFx阴极混合物的制备
使用前述未研磨的CFx纤维、研磨的CFx纤维、以及商业上获得的亚微米尺寸的CFx球体来生产CFx阴极混合物。后者通过将亚微米尺寸碳球的氟化制得。除了阴极包含80重量％的CFx、5重量％的碳和15重量％的PTFE以外，使用实施例3所述的方法制得混合物。
美国专利第9,466,838号(Reddy等人)教导了通过研磨材料并获得高表面积(250-300m2/g)，在高电流放电下可改善CFx电池单元的性能。
表6比较了实施例7所述的阴极的体积容量。虽然每种CFx材料具有高表面积(约310-340m2/g)，但数据表明了这样令人惊讶的结果：即单凭表面积不能预测性能。发现最大化的容量密度也需要最佳的纵横比。某些纵横比(1:2-1:8)和高表面积的颗粒可能最有效地填充在阴极中，而导致高容量密度。因此，减小的粒度不足以提供改进的性能。
表6.使用各种CFx粉末制得的阴极的体积容量的比较
材料 表面积 研磨？ 颗粒纵横比 体积容量
亚微米球体 330米2/克 没有 1:1 1052mAh/cc
亚微米纤维 307米2/克 没有 >1:10 1046mAh/cc
经过研磨的亚微米纤维 319～344米2/克 有 1:1.2-1:8 1104-1190mAh/cc

Claims (15)

1.一种包括电池单元的植入式医疗装置，该电池单元包括：
阳极；
阴极，其包含氟化碳颗粒；
间隔物，其在阳极和阴极之间；和
电解质，其与阳极、阴极和间隔物接触；
其中，大于50体积％的所述氟化碳颗粒具有2微米至10微米范围内的粒度；和
其中，大于50数量％的所述氟化碳颗粒具有1:1.2至1:8范围内的纵横比。
2.如权利要求1所述的装置，其中，大于50体积％的所述氟化碳颗粒具有2微米至7微米范围的粒度；和大于50数量％的所述氟化碳颗粒具有1:1.2至1:4范围的纵横比。
3.权利要求1的装置，其中，所述氟化碳颗粒的BET表面积大于300m2/g且最高400m2/g。
4.如权利要求1-3中任一项所述的装置，其中，所述氟化碳颗粒由氟化碳纤维形成，所述氟化碳纤维由纤维状碳前体形成。
5.如权利要求1-3中任一项所述的装置，其中，所述阴极还包含金属氧化物。
6.如权利要求5所述的装置，其中，所述金属氧化物包含MnO2或银钒氧化物。
7.如权利要求1-3中任一项所述的装置，其中，所述阴极还包含导电性增强剂，所述导电性增强剂包含导电碳。
8.一种不可再充电的电池，其包括：
阳极，其包含锂；
阴极，其包含氟化碳颗粒和金属氧化物；
间隔物，其在阳极和阴极之间；和
电解质，其与阳极、阴极和间隔物接触；
其中，大于50体积％的所述氟化碳颗粒具有2微米至10微米范围内的粒度；和
其中，大于50数量％的所述氟化碳颗粒具有1:1.2至1:8范围内的纵横比。
9.一种植入式医疗装置，其包括：
控制电子器件，其用于递送治疗和/或监测生理信号，所述控制电子器件包括：
处理器；和
存储器；和
植入式医疗装置电池，其操作性地连接到所述控制电子器件，以向所述控制电子器件提供电力；所述电池包括：
阳极，其包含锂；
阴极，其包含氟化碳颗粒；
间隔物，其在阳极和阴极之间；和
电解质，其与阳极、阴极和间隔物接触；
其中，所述阴极包含单个集电器的每个主表面上的层，其中，所述层包含含有金属氧化物和氟化碳颗粒的混合物；
其中，大于50体积％的所述氟化碳颗粒具有2微米至10微米范围内的粒度；和
其中，大于50数量％的所述氟化碳颗粒具有1:1.2至1:8范围内的纵横比。
10.一种植入式医疗装置系统，其包括：
如权利要求1或9所述的植入式医疗装置；和
操作性地连接到所述植入式医疗装置的部件，其用于递送治疗和/或监测生理信号。
11.一种制造用于植入式医疗装置中的电池单元的方法，该方法包括：
提供纤维状碳前体；
由所述纤维状碳前体形成氟化碳纤维；
研磨所述氟化碳纤维以形成研磨的氟化碳纤维；其中，大于50体积％的所述研磨的氟化碳纤维具有2微米至10微米范围内的粒度；和其中，大于50数量％的所述研磨的氟化碳纤维具有1:1.2至1:8范围内的纵横比；
形成包含研磨的氟化碳纤维的阴极；
提供阳极；
提供在所述阳极和所述阴极之间的间隔物；
提供用于激活所述阳极和所述阴极的电解质；和
将所述阴极、所述阳极和所述电解质组合以形成电池单元。
12.如权利要求11的方法，其中，研磨所述氟化碳纤维以形成研磨的氟化碳纤维包括对所述氟化碳纤维进行球磨、喷射研磨和/或磨碎研磨至少1小时。
13.如权利要求12的方法，其中，研磨所述氟化碳纤维以形成研磨的氟化碳纤维包括对所述氟化碳纤维进行长达16小时的球磨。
14.如权利要求13所述的方法，其中，大于50体积％的所述研磨的氟化碳纤维具有2微米至7微米范围内的粒度；和大于50数量％的所述研磨的氟化碳纤维具有1:1.2至1:4的范围内的纵横比。
15.如权利要求11所述的方法，其中，所述研磨的氟化碳纤维的BET表面积大于300m2/g且最高400m2/g。
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