CN110383628B - 多回路植入物充电器 - Google Patents

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Abstract

本文中提出了用于对在可植入式医疗设备系统的可植入式部件(植入物)内的电池进行充电的技术。一种多回路外部充电设备，包括多个线圈/回路天线，每个线圈/回路天线被配置为发射由可植入式部件的可植入式线圈接收的磁场。所发射的磁场的至少一个特性(例如，相位、幅值等)相对于彼此随时间变化。

Description

多回路植入物充电器
技术领域
本发明总体上涉及可植入式医疗设备的充电。
背景技术
近几十年来，具有一个或多个可植入式部件的医疗设备(在本文中通常称为可植入式医疗设备)已经向接受者提供了范围广泛的治疗益处。具体地，多年来，部分可植入式医疗设备或完全可植入式医疗设备(诸如听力假体(例如，骨传导设备、机械刺激器、耳蜗植入物等)、可植入式起搏器、除颤器、功能性电刺激设备、以及其他可植入式医疗设备)已经成功地执行了救生和/或生活方式增强功能。
多年来，可植入式医疗设备的类型和由其执行的功能范围已经得以增加。例如，许多可植入式医疗设备现在通常包括一个或多个仪器、装置、传感器、处理器、控制器、或永久或临时植入接受者体内的其他功能性机械或电气部件。这些功能部件执行对疾病或损伤或其症状的诊断、预防、监测、治疗或管理，或用于研究、替换或修改解剖过程或生理过程。这些功能部件中的许多功能部件利用从外部部件接收的功率和/或数据，这些外部部件是可植入式医疗设备的一部分，或与可植入式医疗设备一起操作。
发明内容
在一个方面中，提供了一种用于将功率从无线充电器无线传送到具有可植入式线圈的可植入式部件的方法。该方法包括：将第一交流信号递送到无线充电器的第一线圈天线，以产生第一磁场；将第二交流信号递送到无线充电器的第二线圈天线，以产生第二磁场，其中第二交流信号引起第二磁场的相位或幅值中的至少一个相对于第一磁场的相位或幅值变化；以及，在可植入式线圈处，接收由第一磁场和第二磁场组成的组合磁场，其中组合磁场在可植入式线圈处生成交流信号。
在另一方面中，提供了一种用于可植入式医疗设备的外部充电器设备。该外部充电器设备包括：至少第一线圈天线和第二线圈天线，其被配置为分别生成第一磁场和第二磁场；以及线圈激励系统，其连接到第一线圈天线和第二线圈天线，并且被配置为独立驱动第一线圈天线和第二线圈天线，使得第一磁场的至少一个特性相对于第二磁场的相同的至少一个特性随时间变化。
在另一方面中，提供了一种可植入式医疗设备系统。该可植入式医疗设备系统包括：外部充电器，其包括至少第一外部线圈天线和第二外部线圈天线，它们彼此紧邻并且被配置为发射第一磁场和第二磁场，该第一磁场和第二磁场共同生成具有组合磁场矢量的组合磁场；以及线圈激励系统，其连接到第一线圈天线和第二线圈天线，并且被配置为用时变波形驱动第一线圈天线和第二线圈天线，以引起组合磁场矢量的方位的波动。
附图说明
本文中结合附图对本发明的实施例进行描述，其中：
图1是图示根据本文中所提出的实施例的耳蜗植入物系统的框图；
图2A是根据本文中所提出的实施例的耳蜗植入物的框图；
图2B是根据本文中所提出的实施例的外部充电设备的框图；
图2C是图示图2B的外部充电设备的进一步细节的示意框图；
图3A和图3B是图示图2B的外部充电设备的线圈天线的示意图；
图4是根据本文中所提出的实施例的另一外部充电设备的框图；
图5是图示本文中所提出的实施例的两个磁场之间的相位变化的生成的图；
图6A和图6B是图示根据本文中所提出的实施例的在可植入式线圈处检测到的电压的图；以及
图7是根据本文中所提出的实施例的方法的流程图。
具体实施方式
本文中所提出的是，用于以显著减少对充电死区(即，其中没有功率被可植入式部件接收的空间区域)的影响的方式，对可植入式医疗设备系统的可植入式部件(植入物)内的电池进行充电的技术。多回路(多天线)外部充电设备(在本文中有时被称为外部充电器或无线充电器)包括多个外部线圈/回路天线，每个外部线圈/回路天线被配置为发射由可植入式部件的可植入式线圈接收的磁场。所发射的磁场的至少一个特性(例如，相位、幅值等)相对于彼此随时间变化。通过相对于彼此改变所发射的磁场的至少一个特性(即，改变所发射的磁场之间的相对相位差和/或相对幅值差)，组合磁场矢量的方向/方位也随时间改变(例如，转动)，因而，充电死区的位置也会随时间改变。结果，无论外部线圈天线和可植入式线圈的相对位置如何，可植入式线圈会在不同时间具有通过其中的非零磁通量，其在可植入式线圈中感应出电流。
另外，相对于彼此改变所发射的磁场的至少一个特性，使得充电器能够在没有来自可植入式部件的反馈(例如，没有指示可植入式线圈相对于充电器线圈的位置、存在来自可植入式磁体的磁场、在植入物线圈中的感应的电压等的数据)的情况下操作。结果，外部充电器可以是在没有通信接口/电路情况下制造的“开环”充电器，该通信接口/电路用于检测来自植入物的负载调制；或者可以是一设备，其被配置为在没有来自植入物的通信信号的情况下(例如，以供向后兼容，当干扰防止可靠的数据通信时等)默认为“开环”配置(即，在没有来自植入物的反馈的情况下操作)。
存在若干个不同类型的可植入式医疗设备系统，其中可以实现本发明的实施例。然而，仅为了便于说明，本文中所提出的技术主要参考一种类型的可植入式医疗设备系统(即，耳蜗植入物系统)来描述。应当领会，本文中所提出的技术可以用于现在已知或以后开发的任何其他部分可植入式医疗设备系统或完全可植入式医疗设备系统，其包括其他听觉假体系统(诸如包括听觉脑干刺激器、电声听力假体、双模听力假体等的系统)。
图1是示例性耳蜗植入物系统101的框图，其中实现了本文中所提出的实施例。耳蜗植入物系统101包括可植入式部件(被称为耳蜗植入物100)以及外部充电设备(在本文中有时被称为无线充电器或外部充电器103)。外部充电器103可以具有若干种不同形式，诸如枕式充电器、充电垫等。
如下文所描述的，耳蜗植入物100包括可再充电电池(图1中未示出)，其被配置为使用经由感应射频(RF)链路从外部充电器103接收的功率信号进行再充电。此外，如下文所描述的，外部充电器103是多回路(多天线)设备，其包括两个或更多个线圈天线(天线环路)，每个线圈天线发射磁场。两个或更多个线圈天线被驱动，使得所发射的磁场的相位和/或幅值相对于彼此随时间(连续或不连续)变化。结果，叠加的磁场矢量(对应于所发射的磁场的总和)的方位随时间改变(例如，转动)。
应当领会，图1的耳蜗植入物100以及图1的外部充电器103可以各自具有若干个不同布置。图2A是图示用于耳蜗植入物100(被称为耳蜗植入物200)的一个示例布置的框图。
耳蜗植入物200是完全可植入式耳蜗植入物，其中耳蜗植入物的所有部件被配置为植入到接受者的皮肤/组织205下面。因为所有部件均为可植入式，所以耳蜗植入物200在至少有限的时间时段内，在不存在外部设备的情况下操作(例如，没有外部充电器203)。
耳蜗植入物200包括植入物本体(主模块)210、引线区域214、以及细长耳蜗内刺激组件216。植入物本体210通常包括气密壳体218，其中设置刺激器单元(刺激电子器件)222、声音处理器224、植入物控制器226(即，电池和功率管理部件或电池处理器)、RF接口电路228、以及可充电电池230。应当领会，耳蜗植入物200可以包括一个或多个其他部件，为了便于说明，已经从图2A中省略了这些部件。
植入物本体210还包括一个或多个可植入式麦克风212和内部线圈/可植入式线圈232，每个通常位于壳体218外部。可植入式线圈232经由密封穿通件(图2中未示出)连接到壳体218内的元件。可植入式线圈232通常是由多匝电绝缘单股或多股铂或金线构成的导线天线线圈。可植入式线圈232的电绝缘由柔性模制(例如，硅树脂模制)提供，其未在图2A中示出。通常，磁体相对于可植入式线圈232是固定的，该可植入式线圈232用于与外部设备中的磁体磁耦合。
细长刺激组件216被配置为至少部分地植入接受者的耳蜗(未示出)中，并且包括多个纵向间隔开的耳蜗内电刺激触点(电极)234，其共同形成用于向接受者的耳蜗递送电刺激(电流)的触点阵列236。刺激组件216延伸穿过耳蜗中的开口(例如，耳蜗造口术、圆窗等)，并且具有经由引线区域214和密封穿通件(图2中未示出)连接到刺激器单元222的近端。引线区域214包括一个或多个导体(导线)，其将电极234电耦合到刺激器单元222。这样，耳蜗植入物200电刺激接受者的听觉神经细胞，从而以引起接受者感知所接收的声音信号的一个或多个分量的方式，绕过通常将声学振动转换成神经活动的不存在或有缺陷的毛细胞。
一个或多个可植入式麦克风212被配置为检测/接收由RF接口电路228提供给声音处理器224的输入声音信号。声音处理器212被配置为执行声音处理和编码，以将所接收的声音信号转换为输出信号，以供刺激器单元222用于经由电极234将电刺激(电流)递送给接受者。
可植入式线圈232使得耳蜗植入物200能够经由RF链路从外部充电器(例如，外部充电器103)接收功率/电流信号，RF链路在本文中有时被称为感应功率链路，其在图2A中由箭头242表示。可再充电电池230被配置为存储为耳蜗植入物200的其他元件供电所需的能量，以及提供电刺激接受者的耳蜗所需的电流。RF接口电路228被配置为在植入物控制器226的控制下操作，并且包含必要的开关，以便使用经由感应功率链路242接收的功率对可再充电电池230进行充电。
一般而言，传统的外部充电器通常包括单个发射线圈，其用于生成在可植入式线圈处接收的磁场。在这些传统布置中，当所发射的磁场穿过可植入式线圈时，在可植入式线圈中感应出电流，该电流又可以用于对电池进行充电。在可植入式线圈中感应的电流量与在给定时间由可植入式线圈的区域围合的总磁通量有关(即，链接绕组的总磁通量与通过该绕组的电流成比例)。通过单个发射线圈，当由可植入式线圈的区域围合的总磁通量为零时，可以产生所谓的充电“死”区。当传入磁通量和传出磁通量相互抵消时，或者当(由单个发射线圈生成的磁场的)磁场线平行于由可植入式线圈的围合区域所定义的表面交叉时，由可植入式线圈的区域所围合的总磁通量可以为零。当可植入式线圈与发射磁场的外部线圈的中心正交放置时，出现后一情况。还有一情况是，在特定角度方位上，对于空间中的每个点发生传入和传出磁通量抵消。
即使在具有多个外部线圈天线的传统充电器中，在外部线圈天线和可植入式线圈之间的特定方位角处仍可能出现死区。也就是说，在这些传统系统中，当可植入式线圈相对于外部线圈天线设置在特定方位时，在可植入式线圈中没有感应出电流。这些特定相对方位可能由于接受者相对于外部充电器的移动而发生。例如，如果外部充电器是枕式充电器，则接受者可能在睡觉的同时从一侧移位到另一侧、翻转等。如果接受者采取可植入式线圈被定向使得通过可植入式线圈的磁通量为零的位置，则接受者内的电池不会被充电。
本文中所提出的是试图在对他/她的植入物进行充电时考虑接受者的移动的技术。具体地，根据本文中所提出的实施例的外部充电器，包括多个线圈天线，每个线圈天线被配置为发射磁场。外部充电器被配置为操纵发送到每个线圈天线的信号，以变化所发射的磁场的相位和/或幅值之间的关系，使得所得的组合/叠加的磁场矢量(对应于所发射的磁场的求和)的方向/方位随时间改变。由于组合磁场矢量的方位的改变，所以可植入式线圈在不同时间时段期间将具有通过其中的非零磁通量，而不管可植入式线圈与外部线圈天线的相对位置如何。换句话说，通过确保叠加的磁场矢量的方位随时间改变(例如，矢量到处“移动”)，任何充电死区的位置也会随时间改变，并且可植入式线圈定期具有非零磁通量通过其中，这可以在可植入式线圈中感应出电流，该电流又可以用于对可植入式部件中的电池进行充电。这种布置为植入物接受者提供了更大的运动自由度，从而避免了引起充电死区的磁场方位。
图2B是图示外部充电器103的布置的框图，该外部充电器103被称为外部充电器203，其被配置为在对他/她的植入物进行充电时考虑接受者的移动。图2C是图示外部充电器203的进一步细节的示意框图。
在图2B和图2C的布置中，外部充电器203是所谓的“枕式充电器”，其包括无线功率充电器模块(在本文中有时被称为线圈激励系统)248和设置在枕式结构(枕头)252中的多个(即，两个或更多个)外部回路或线圈天线250。尽管图2B图示了枕式充电器203，但是应当领会，无线功率充电器模块248和多个外部线圈天线250可以被集成在其他结构中，诸如椅子(例如，休闲椅)、床垫、悬浮帽等。
枕式充电器203包括到电源的电连接254。在一个示例中，电连接包括电流隔离元件256(即，变压器)以使电源与电子器件绝缘。电连接254还可以包括12V DC适配器(未示出)。无线功率充电器模块248包括波形发生器258和三个放大器260(A)、260(B)和260(C)。在图2B的说明性实施例中，多个线圈天线250包括第一、第二和第三外部线圈天线250(A)(回路A)、250(B)(回路B)和250(C)(回路C)，每个分别连接到放大器260(A)、260(B)和260(C)。相应的调谐电容器262(A)、262(B)和262(C)以及相应的变压器264(A)、264(B)和264(C)被连接在放大器260(A)、260(B)和260(C)和线圈天线250(A)、250(B)和250(C)之间。线圈天线250(A)、250(B)和250(C)非同心(分散)，但是可以具有各种相对位置和/或角度。
无线充电器248被配置为利用不同的交流信号驱动线圈天线250(A)-250(C)中的每个线圈天线，使得线圈天线250(A)-250(C)各自发射对应的磁场。也就是说，被连接到波形发生器258的放大器260(A)、260(B)和260(C)向对应的线圈天线250(A)、250(B)、250(C)提供能量，其与对应的调谐电容器262(A)、262(B)和262(C)谐振放置。变压器264(A)、264(B)和264(C)使放大器260(A)、260(B)和260(C)和波形发生器258分别与线圈天线250(A)、250(B)、250(C)绝缘。另外，变压器264(A)、264(B)和264(C)作为电流增压器操作，从而避免线圈天线250(A)、250(B)、250(C)上对高电压的需要。在变压器264(A)、264(B)和264(C)的次级侧中流动(以及通过线圈天线250(A)、250(B)、250(C))的高电流生成三个磁场(即，第一线圈天线250(A)发射第一磁场，第二线圈天线250(B)发射第二磁场，而第三线圈天线250(C)发射第三磁场)。
如下文所进一步描述的，无线功率充电器模块248被配置为驱动第一、第二或第三线圈天线250(A)、250(B)或250(C)中的一个或多个线圈天线，使得对应的发射的磁场的至少一个特性相对于第一、第二或第三磁场中的一个磁场或另一磁场的相同的至少一个特性随时间变化。通过用不同信号(例如，具有非固定相位关系或非固定幅值关系)驱动线圈天线250(A)、250(B)和250(C)，线圈天线彼此失谐，从而避免相互影响。这在下文参考图3A和图3B进行进一步描述。
更具体地，图3A和图3B是枕式充电器203的线圈天线250(A)、250(B)或250(C)的示意图。为了便于说明，参照由三个坐标轴(称为“X轴”、“Y轴”和“Z轴”)形成的三维笛卡尔坐标系对图3A和图3B进行描述，这三个坐标轴各自在图3A中示出。在这种布置中，线圈天线250(A)和250(C)设置在同一平面中，该平面在本文中被称为XZ平面(由X轴和Z轴形成)，而线圈天线250(B)设置在第二平面中，该第二平面在本文中被称为XY平面(由X轴和Y轴形成)。
如上文所指出的，无线充电器248用不同的交流信号驱动线圈天线250(A)、250(B)或250(C)中的每个线圈天线，使得线圈天线250(A)-250(C)各自发射对应的磁场。磁场是电流和磁性材料的磁效应，并且在空间中的任何给定点处，可以由矢量数量表示。也就是说，存在与场相关联的方向以及场强。因此，如图3B中所示，由线圈天线250(A)、250(B)和250(C)生成的磁场可以分别表示为磁场矢量Hx、Hy和Hz。由于线圈天线250(A)、250(B)和250(C)彼此非常接近，所以对磁场矢量(Hx、Hy和Hz)进行叠加作为矢量元素，并且该叠加的矢量(即，组合磁场矢量)确定在可植入式线圈(例如，可植入式线圈232)处接收的磁通量。如果磁场矢量Hx、Hy和/或Hz的相对相位或幅值随时间变化，则组合/叠加的磁场矢量的方位/方向(即，Hx、Hy和Hz的叠加)也会随时间波动/改变(例如，转动)。由于组合磁场矢量的方位改变，所以可植入式线圈232会在不同时间时段期间具有非零磁通量通过其中，而不管可植入式线圈232与外部线圈天线250(A)、250(B)和250(C)的相对位置如何。换句话说，通过确保组合磁场矢量的方位随时间改变(例如，矢量的方向到处“移动”)，充电死区的位置也会随时间改变，并且可植入式线圈232在不同时间具有非零磁通量通过其中，这可以在可植入式线圈中感应出电流，该电流又可以用于对耳蜗植入物200中的电池230进行充电。这种布置为植入物接受者提供了更大的运动自由度，并且导致更可靠的充电，其对头部方位的依赖性较小。
由于线圈天线250(A)、250(B)或250(C)具有高Q因子，所以线圈天线可以彼此略微失谐，从而避免相互影响。在某些布置中，线圈天线250(A)、250(B)或250(C)还可以在公共平面中部分重叠，以限制和/或基本上消除线圈天线之间的相互耦合。
由线圈天线250(A)、250(B)或250(C)发射的两个或更多个磁场之间的相对相位或幅值差异可以连续或不连续(例如，随机)变化，以实现叠加的磁场矢量的方向/方位上的波动/改变。连续改变由线圈天线250(A)、250(B)或250(C)发射的磁场的一个或多个相位中的相位，可以引起叠加的磁场矢量的方位上的转动。
如上所述，图2B、图2C、图3A和图3B总体上图示了包括三个线圈天线的示例性多回路外部充电器。应当领会，三个线圈天线的用途是说明性的，并且其他布置可以包括不同数目的线圈天线。例如，图4是图示包括两个线圈天线450(A)和450(B)和无线功率充电器模块448的多回路外部充电器403的示意性框图。
在该示例中，无线功率充电器模块448包括具有被标记为RF_1，RF_2，RF_3和RF_4的四个输出的波形发生器(例如，RF脉冲发生器)458。无线功率充电器模块448还包括：连接到12V DC适配器472的两个5V电压调节器470(1)和470(2)、反相驱动器474(1)和474(2)、推挽MOSFET电桥476(1)、476(2)、476(3)、476(4)、以及高压电容器组477(1)、477(2)、477(3)和477(4)。在某些示例中，无线功率充电器模块448还包括滤波器和电流感测模块478(1)和478(2)。
在操作中，波形发生器458生成交流信号以驱动两个线圈天线450(A)和450(B)。反相驱动器474(1)和474(2)用于将这些电流信号提升到适当的MOSFET栅极电平。反相驱动器474(1)和474(2)的输出(在本文中有时被称为反转RF输出)在图4中被标记为反转RF输出475(1)、475(2)、475(3)和475(4)。
图5是图示用于驱动四个MOSFET 476(1)、476(2)、476(3)和476(4)(2个半H桥)的四个反相RF输出475(1)、475(2)、475(3)和475(4)的时序图。脉冲以6.78Mhz的频率生成，但是，如图5中的虚线所示，提供给第二半H桥的输出(即，递送到MOSFET功率桥476(3)和476(4)的输出475(3)和475(4))的相角(θ)相对于提供给第一半H桥的输出(即，递送到MOSFET功率桥476(1)和476(2)的输出475(1)和475(2))缓慢变化。也就是说，图5中的虚线指示脉冲连续向左或向右移动，意指磁场之间的相位差不断变化。每个半H桥内的脉冲是非重叠的。
如所指出的，图5图示了可变相位的示例(即，发射的磁场的相位相对于彼此变化)。在备选实施例中，磁场的幅值可以相对于彼此变化。在具有可变相对幅值的这种示例中，脉冲宽度改变。例如，脉冲宽度连续改变，随机脉冲可以被移除或添加，等。
如上所述，根据本文中所提出的实施例，由外部充电器(诸如充电器203和403)发射的磁场的一个或多个特性相对于彼此变化。可以相对于彼此变化的磁场特性包括，例如，磁场的幅值和/或相位。在某些示例中，外部充电器具有RF脉冲宽度的多个不同(例如，八个)设置，其确定磁场的幅值。在相同或其他示例中，外部充电器具有多个(例如，十六个)不同调制设置，其控制相位角(θ)在所发射的磁场中的两个或更多个磁场之间变化的速度。
在上述实施例中，外部充电器和可植入式部件之间无需通信(即，充电器以“开环”配置操作而无需来自可植入式部件的反馈)。然而，在某些布置中，可植入式部件可以被配置为向充电器发送反馈。可植入部件可以被配置为使用负载调制(在可植入组件和充电器紧密耦合的情况下)，可以在可植入式部件和外部充电器之间提供无线短程数据链路(例如，链路、低功耗/>(BLE)等)或者其他形式的通信以促进反馈的通信(例如，在可植入式部件的线圈中感应的电压)。/>是Bluetooth SIG,Inc.所拥有的注册商标。在这种布置中，反馈可以用于优化由外部充电器发射的磁场之间的相对变化(例如，相对相位)，以改善电池充电过程。
更具体地，在以上示例中，由外部充电器的外部线圈天线生成的磁场的相位和/或幅值会相对于彼此随时间变化。由于该相位和/或幅值变化，当外部充电器扫掠外部线圈天线的相对相位和/或幅值时，可植入式部件的可植入式线圈处的电压会升降。图6A中示出了可植入式线圈电压的这种升降。当电压下降到某一电平以下时，可植入式部件处的有用接收功率可能较低，使得可植入电池的充电时间会被延长。
根据本文中所提出的某些实施例，可植入式部件可以被配置为检测可植入式线圈电压何时开始下降/下落，例如，低于预先确定的电压电平。在这些实施例中，当可植入式部件检测到可植入式线圈电压的下降(例如，电压下降到预先确定的电压电平以下)时，可植入式部件被配置为向外部充电器发送反馈信号，其指示可植入式线圈电压已经减小到不可接受的电平。该反馈信号在本文中有时被称为“场反转”信号。响应于场反转的接收，外部充电器被配置为反转外部线圈天线的磁场之间的相对相位/幅值改变。这在图6B中示出，其中可植入式部件在点677处发射场反转信号(即，每次可植入式线圈电压减小时)。通过在每次可植入式线圈电压减小时反转相对相位/幅值改变，叠加的磁场矢量的方位保持在确保在可植入式部件处连续接收有用量的功率的范围内，其又导致更短的电池充电时间。
例如，可植入式部件可以被配置为使可植入式线圈失谐(例如，通过改变相关电路的谐振特性)，以将场反转信号传达到外部充电器。这可以在没有单独的数据通道的情况下实现。在该示例中，充电器可以被配置为响应于检测到来自可植入式部件的负载调制信号而反转场改变，以及在没有负载条件的可辨别移位(例如，因为可植入式线圈已经从感应近场转变到远场，并且外部充电器不再能够可靠地检测负载改变)的情况下操作，而无需来自可植入式部件的反馈(即，在“开环”配置中)。也就是说，系统(可植入部件和外部充电器)被配置为，当可植入式线圈的位置(例如，接近充电器线圈)准许时，使用负载调制，并且当后链路不可靠或不可辨别时，默认为“开环”充电(即，无需来自可植入式部件的反馈)。
在存在多于两个(2)外部线圈天线的某些实施例中，外部充电器又可以扫掠/改变每个线圈天线的相位和/或幅值。在这样的示例中，当外部充电器检测到来自可植入式部件的场反转信号时，外部充电器锁定被扫掠的线圈天线的相位/幅值，并且开始扫掠下一线圈天线的相位和/或幅值。这样，每个外部线圈天线的接近最佳的相位/幅值被实现并且被定期更新。
在包括两个以上外部线圈天线的某些布置中，一个或多个外部线圈天线可能对在可植入式线圈处接收的能量几乎没有影响。在这样的布置中，可植入式线圈可以被配置为使得它不会检测到与外部线圈天线相关联的电压降低和/或不向外部充电器发信号通知与外部线圈天线相关联的电压降低，其对可植入式线圈处接收的能量几乎没有影响。为了防止系统陷入死锁，外部充电器可以被配置为在移动到下一外部线圈天线之前，扫掠外部线圈天线的幅值和/或相位达有限数目的周期。
在某些实施例中，当场反转信号被检测到时，外部充电器被配置为确定磁场之间的最佳相对相位/幅值差异，其导致可植入式线圈处的最大电压(即，通过可植入式线圈的最大磁通量)。在这些实施例中，外部充电器然后可以调整磁场之间的幅值/相位差，以在可植入式线圈处实现最大电压(例如，而不是当充电器接收场反转信号时将相位固定在该值处)。所选择的幅值/相位差可以保持在一位置，直到在可植入式线圈处检测到电压降低为止。
在某些实施例中，可以执行充电功率电平优化。更具体地，最小的足够的发射的功率电平可以基于外部线圈天线和可植入式线圈之间的距离而显著变化。外部充电器可以被配置为通过以下方式确定最小的足够的发射的功率电平：(1)确定最佳线圈相位/幅值变化(如上所述)，(2)降低发射的功率电平直到不再从可植入式部件回接收到信号为止，以及(3)将发射的功率增加超过上述步骤(2)中发现的电平的预先确定的量。
场反转信号的使用可以使系统自我调整(例如，当可植入式线圈改变角度，并因此改变最佳发射线圈相位时，该系统将快速适应)。另外，在充电结束时，可植入部件可以通过每次检测到电压上升时发送信号来最小化所接收的能量。另外，所需的发射的功率电平可以被确定。
图7是根据本文中所给出的实施例的用于将功率从无线充电器无线传送到具有可植入式线圈的可植入式部件的方法780的流程图。方法780开始于782，其中无线充电器将第一交流信号递送到无线充电器的第一线圈天线，以便产生第一磁场。在784处，无线充电器将第二交流信号递送到无线充电器的第二线圈天线，以产生第二磁场，其中第二交流信号引起第二磁场的相位或幅值中的至少一个相对于第一磁场的相位或幅值变化。在786处，可植入式线圈接收由第一磁场和第二磁场组成的组合磁场，其中组合磁场在可植入式线圈处生成交流信号。
尽管已经主要参考听觉假体对实施例进行了描述，但是应当领会，本文中所提出的技术可以植入其他可植入式医疗设备中。
应当领会，本文中所给出的实施例不会相互排斥。
本文中所描述和要求保护的发明不限于本文中所公开的具体优选实施例的范围，因为这些实施例旨在说明而非限制本发明的几个方面。任何等同的实施例都旨在落入本发明的范围之内。实际上，除了本文中所示和所述的那些修改之外，本发明的各种修改对于本领域技术人员而言将从前面的描述中变得显而易见。这些修改也旨在落入所附权利要求的范围之内。

Claims (19)

1.一种用于将功率从无线充电器无线传送到具有可植入式线圈的可植入式部件的方法，所述方法包括：
将第一交流信号递送到所述无线充电器的第一线圈天线，以产生第一磁场；
将第二交流信号递送到所述无线充电器的第二线圈天线，以产生第二磁场，其中所述第二交流信号引起所述第二磁场的相位或幅值中的至少一个相对于所述第一磁场的相位或幅值变化；
在所述可植入式线圈处接收包括所述第一磁场和所述第二磁场的组合磁场，其中所述组合磁场在所述可植入式线圈处生成交流信号；
相对于所述第一交流信号的相位或幅值，连续改变所述第二交流信号的相位或幅值中的至少一个，以引起所述组合磁场在第一方向上的旋转；以及
测量由所述组合磁场在所述可植入式线圈处感应的电压；以及
在所述无线充电器处确定在所述可植入式线圈处测量的所述电压的电平何时下降到选择的电压电平以下；以及
响应于确定在所述可植入式线圈处的所述电压下降到所述选择的电压电平以下，调整所述第二磁场的所述相位或所述幅值中的至少一个相对于所述第一磁场的所述相位或幅值之间的变化，以引起所述组合磁场在第二方向上旋转。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二方向与所述第一方向基本相反。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括：
基于在所述可植入式线圈处测量的所述电压，确定在所述第一交流信号和所述第二交流信号之间的导致在所述可植入式线圈处的最大电压的相对相位差或相对幅值差；以及
相对于所述第一交流信号的所述相位或幅值，调整所述第二交流信号的相位或幅值，以生成大体上在所述可植入式线圈处产生所述最大电压的组合磁场。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括：
分别相对于所述第一交流信号的所述相位和幅值，改变所述第二交流信号的所述相位和幅值两者。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括：
将第三交流信号递送到所述无线充电器的第三线圈天线，以产生第三磁场，其中所述第三交流信号引起所述第三磁场的所述相位或幅值中的至少一个相对于所述第一磁场和第二磁场中的一个或多个磁场的所述相位或幅值变化。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述第一线圈天线和第二线圈天线定位在第一平面内，而所述第三线圈天线定位在第二平面内。
7.一种用于可植入式医疗设备的外部充电器设备，包括可植入式线圈，所述外部充电器设备包括：
至少第一线圈天线和第二线圈天线，分别被配置为生成第一磁场和生成第二磁场；以及
线圈激励系统，连接到所述第一线圈天线和所述第二线圈天线，并且被配置为：
独立地驱动所述第一线圈天线和所述第二线圈天线，使得所述第一磁场的至少一个特性相对于所述第二磁场的相同的至少一个特性随时间变化，其中所述第一磁场和所述第二磁场生成在所述可植入式线圈处感应电压的组合磁场，
监测所述可植入式线圈感应的所述电压的电平，以及
基于所述可植入式线圈感应的所述电压的电平，确定所述第一磁场的所述至少一个特性相对于所述第二磁场的相同的至少一个特性之间的导致在所述可植入式线圈处的最大电压的相对差；以及
相对于所述第二磁场的所述相同的至少一个特性，调整所述第一磁场的所述至少一个特性，以生成基本上在所述可植入式线圈处产生所述最大电压的组合磁场。
8.根据权利要求7所述的外部充电器设备，其中所述至少一个特性包括多个特性，并且其中所述线圈激励系统被配置为独立地驱动所述第一线圈天线和所述第二线圈天线，使得所述第一磁场的所述多个特性中的每个特性的幅值相对于所述第二磁场变化。
9.根据权利要求7所述的外部充电器设备，还包括：
第三线圈天线，被配置为生成第三磁场，其中所述线圈激励系统被连接到所述第三线圈天线，并且被配置为驱动所述第三线圈天线，使得所述第三磁场的至少一个特性相对于所述第一磁场和所述第二磁场中的一个或多个磁场的相同的至少一个特性随时间变化。
10.根据权利要求9所述的外部充电器设备，其中所述第一线圈天线和所述第二线圈天线定位在第一平面内，而所述第三线圈天线定位在第二平面内。
11.根据权利要求7所述的外部充电器设备，其中所述线圈激励系统被配置为确定在所述可植入式线圈处的所述电压何时下降到选择的电压电平以下。
12.根据权利要求11所述的外部充电器设备，其中所述线圈激励系统被配置为：相对于所述第二磁场的所述相同的至少一个特性，连续改变所述第一磁场的所述至少一个特性，以引起所述组合磁场在第一方向上的旋转；以及
响应于确定在所述可植入式线圈处的所述电压下降到选择的电压电平以下，相对于所述第二磁场的所述相同的至少一个特性来调整所述第一磁场的至少一个特性的所述变化，以引起所述组合磁场在第二方向上旋转。
13.根据权利要求12所述的外部充电器设备，其中所述第二方向与所述第一方向基本相反。
14.一种可植入式医疗设备系统，包括：
可植入式部件，包括可植入式线圈；
外部充电器，包括：
至少第一外部线圈天线和第二外部线圈天线，彼此靠近并且被配置为发射第一磁场和第二磁场，所述第一磁场和所述第二磁场共同生成具有组合磁场矢量的组合磁场；以及
线圈激励系统，被连接到所述第一外部线圈天线和所述第二外部线圈天线，并且被配置为分别用第一时变波形和第二时变波形驱动所述第一外部线圈天线和所述第二外部线圈天线，以引起所述第一磁场和所述第二磁场的幅值或相位中的一个或多个随时间相对于彼此变化，以引起所述组合磁场矢量在第一方向上的旋转；
其中，所述可植入式部件被配置为测量在所述可植入式线圈处的电压，以及
其中，所述线圈激励系统还被配置为：
确定在所述可植入式线圈处测量的所述电压的电平，
确定在所述可植入式线圈处测量的所述电压何时下降到选择的电压电平以下，以及，
响应于确定在所述可植入式线圈处测量的所述电压下降到所述选择的电压电平以下，相对于所述第二时变波形的相同的至少一个特性来调整所述第一时变波形的至少一个特性，以引起所述组合磁场在第二方向上旋转。
15.根据权利要求14所述的可植入式医疗设备系统，其中所述第二方向与所述第一方向基本相反。
16.根据权利要求14所述的可植入式医疗设备系统，其中所述线圈激励系统被配置为：
基于在所述可植入式线圈处测量的所述电压，确定所述第一时变波形和所述第二时变波形的至少一个特性之间的导致在所述可植入式线圈处的最大电压的相对差；以及
相对于所述第二时变波形的所述相同的至少一个特性，调整所述第一时变波形的所述至少一个特性，以生成基本上在所述可植入式线圈处产生所述最大电压的组合磁场。
17.根据权利要求14所述的可植入式医疗设备系统，其中所述线圈激励系统被配置为相对于所述第一磁场的所述相位和幅值分别改变所述第二磁场的所述相位和幅值二者。
18.一种用于将功率从无线充电器无线传输到具有可植入式线圈的可植入式组件的方法，所述方法包括：
将第一交流信号传递到所述无线充电器的第一线圈天线以产生第一磁场；
将第二交流信号传递到所述无线充电器的第二线圈天线以产生第二磁场，其中所述第二交流信号引起所述第二磁场的相位或幅值中的至少一个相对于所述第一磁场的相位或幅值变化；
在所述可植入式线圈处接收包括所述第一磁场和所述第二磁场的组合磁场，其中，所述组合磁场在所述可植入式线圈处生成交流信号；
测量由所述组合磁场在所述可植入式线圈处感应的电压；以及
基于在所述可植入式线圈处测量的所述电压，确定所述第一交流信号和所述第二交流信号之间的导致在所述可植入式线圈处的最大电压的相对相位差或相对幅值差；以及
相对于所述第一交流信号的所述相位或幅值调整所述第二交流信号的相位或幅值，以生成基本上在所述可植入式线圈处产生所述最大电压的组合磁场。
19.根据权利要求18所述的方法，还包括：
相对于所述第一交流信号的所述相位和幅值，分别改变所述第二交流信号的所述相位和幅值二者。
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CB03 Change of inventor or designer information
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Inventor after: W. Meskens

Inventor after: O. Li dler

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GR01 Patent grant
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