CN112138281A - 起搏器网络 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于植入到生物身体中且用于控制身体功能的无线起搏器网络,其中,该起搏器网络具有:在起搏器网络中充当主机的电子起搏器单元(1),其包含电极区段(2),其根据规定固定在第一身体部位处,和电子装置;以及在起搏器网络中充当从机的电子起搏器单元(1'),其包含电极区段(2'),其根据规定固定在第二身体部位处,和与电极区段相连接的电子装置,其设置用于产生脉冲、尤其电压脉冲且将该脉冲经由电极区段发出到第二身体部位处;其中充当主机的起搏器单元(1)和充当从机的起搏器单元(1')无线地相互作用以控制身体功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于植入到生物身体中和用于控制身体功能的无线起搏器网络。
背景技术
起搏器在现有技术中是众所周知的且被使用在大量不同的医学指征(或称为医学适应症、医学征兆,即medizinische Indikation)的情形中。
例如,起搏器在人心脏患病的情形中被用作所谓的双室心脏起搏器(或双腔心脏起搏器,即Zweikammer-Herzschrittmacher)。
这种双室心脏起搏器的基本部件是:固定在壳体处的线缆电极(或称为电缆电极,即Kabelelektroden),所述线缆电极与患者的患病心脏的不同的室连接;和容纳在该壳体中的电子装置,该电子装置经由电极监视室的功能并在确定故障功能时可以发出刺激脉冲到这些室。所有提到的部件相互线缆连接并且现已完全植入到人的身体中。
通常,壳体布置在心脏附近,例如在胸骨或锁骨的下方,并且线缆电极被引导至待刺激的心室。为此,所使用的线缆电极构造成相对较长,以便能够到达患者的身体内的心室。
已知的双室心脏起搏器的期望的小型化在这种结构中被限制。
此外,线缆电极是弱点,因为必要的绝缘可导致患者的身体的排斥反应,并且由于尤其通过机械摩擦或变形出现的老化现象,需要在一定时间间隔后更换线缆电极。
发明内容
在上述背景下如下是本发明的目的,即,提供一种可行性方案,使可以刺激(彼此以一定间距相处的)不同身体部位,并可以减小为此所需的电子结构。
该目的利用一种根据专利权利要求1的起搏器网络来实现。优选的实施形式是从属专利权利要求的对象。
本发明的基本思想是,需刺激不同身体部位的起搏器如此构建,即,将关联于相应身体部位的各个起搏器单元相互无线地连接成起搏器网络。无线起搏器网络的结构允许了,为了刺激所需的电极区段可以构造得非常短或小,并且相应关联的电子装置可以构造得更小。
根据本发明的上述基本思想,用于植入生物身体中并控制身体功能的无线起搏器网络包含:
在起搏器网络中充当主机的电子起搏器单元,其具有
•电极区段,其根据规定(或根据用途,即bestimmungsgemäß)固定/布置在第一身体部位处,和;
•电子装置,其设置成,优选地经由电极区段或单独的监视电极监视第一身体部位的功能或固有行为和/或产生脉冲、尤其电压脉冲,并将其经由电极区段发出到第一身体部位处;和
在起搏器网络中充当从机的电子起搏器单元,其具有
•电极区段,其根据规定(或根据用途,即bestimmungsgemäß)固定/布置在第二身体部位处,和
•与电极区段相连接的电子装置,其被设置用于产生脉冲、尤其电压脉冲且将脉冲经由电极区段发出到第二身体部位处;其中
充当主机的起搏器单元和充当从机的起搏器单元设置成,无线地相互作用以控制身体功能,其方式为,充当从机的起搏器单元的电子装置(i)从充当主机的起搏器单元获得关于第一身体部位的功能或固有动作的信息和/或关于将脉冲发出到第一身体部位处的信息,以及(ii)基于该信息决定,是否和/或何时实现将脉冲发出到第二身体部位处。
优选地,充当主机的起搏器单元(以及还有充当从机的起搏器单元)的电子装置设置成,优选地经由电极区段或单独的监视电极监视第二身体部位的功能或固有动作,和/或产生脉冲、尤其电压脉冲并将其经由电极区段发出到第二身体部位处。
在本发明不限于此的优选实施形式中,根据本发明的起搏器网络承担多室心脏起搏器、例如双室心脏起搏器的功能。
也就是说,由根据本发明的起搏器网络所承担的身体功能的控制例如涉及人心跳的控制,其方式为监视和/或通过脉冲刺激各个心室。
为此,根据规定,充当主机的起搏器单元例如关联于对应于第一身体部位的人心脏的心房(Atrium),而充当从机的起搏器单元关联于对应于第二身体部位的人心脏的主室(或心室)(Ventrikel)。
该关联尤其通过以下方式实现,即,充当主机的起搏器单元和充当从机的起搏器单元的电极区段锚固在相应的第一和第二身体部位处。该锚定例如可以通过螺旋线实现,该螺旋线在植入人心脏的组织中时被转动。备选地,当侵入组织中时被钩住的倒钩可以用于锚固。此外,备选地,充当主机和充当从机的起搏器单元的电极区段可以构造成扁平电极,其暴露在相应起搏器单元的下面还阐述的壳体/外罩的外表面上。
如果根据本发明的起搏器网络在此起意于应承担另一个心室的刺激,即,根据本发明的起搏器网络承担三室心脏起搏器的功能,优选在起搏器网络中设置另一个充当从机的起搏器单元,该起搏器单元经由相应的电极区段锚固在第三身体部位处。
所提及的起搏器单元共同无线地相互起作用,这就是为什么它们可以被布置成非常靠近相应的身体部位并且电极区段可以构造得非常小并且优选构造成没有相应的塑料绝缘。
优选地,根据本发明的起搏器网络如此构建,使得充当主机的起搏器单元具有发送单元,并且被设置成经由该发送单元发送信息,而充当从机的起搏器单元具有接收单元并且被设置成通过如下方式获得该信息,即其经由该接收单元接收由发送单元发送的信息。
发送单元可以基于不同的无线电技术,例如蓝牙、尤其低能耗蓝牙,或者通常基于这样的无线电技术,其带有非常高或非常低的无线电频率,其中后者是优选的。
此外,根据本发明的起搏器网络可以优选地被如此设计,使得充当从机的起搏器单元具有检测单元,并且被设置成,通过如下方式获得信息,即其经由检测单元检测由充当主机的起搏器单元发出的脉冲。
在这种情况下,充当主机的起搏器单元尤其不需要发送单元。
如果根据本发明的起搏器网络承担双室心脏起搏器的功能,则利用根据本发明的起搏器网络的在上述内容中阐述的结构可以例如通过起搏器网络实现以下的作用方式:
•充当主机的关联于心房(Atrium)或第一身体部位的起搏器的电子装置优选经由其电极区段或经由单独的监视电极监视心房的功能或固有动作。
如果该电子装置在监视第一身体部位的范围中确定相应的固有动作,其例如经由该发送单元递送该信息至充当从机的起搏器单元处,该充当从机的起搏器单元例如经由其接收单元接收相应的信息。
充当从机的起搏器单元基于所接收的信息决定,其何时经由其相应的电极区段将脉冲发出到室(或心室)(Ventrikel)或到第二身体部位处。这例如在获得信息后通过如下方式实现,即充当从机的起搏器单元的电子装置在一定的时间间隔(A/V-间隔)结束后独立于第二身体部位的固有动作总是产生脉冲并将该脉冲用于刺激而经由其电极区段发出到第二身体部位处。
通常,如已经阐明的那样,充当从机的起搏器单元优选地同样可以设置成,优选地经由其第二电极区段或其它的监视电极来监视第二身体部位的功能或固有动作。
通过充当从机的起搏器单元的该优选的设计方案得出了上述功能的优选的如下变种方案,即,只有在第二身体部位的监视的范围中直至所提到的时间间隔(A/V-间隔)结束通过电子装置没有确定第二身体部位的功能或固有动作时,充当从机的起搏器单元的电子装置才产生脉冲并且经由其电极区段发出到第二身体部位处。也就是说,充当从机的起搏器单元的电子装置决定是否以及(如果是)何时发出脉冲。
在根据本发明的起搏器网络的所阐述的作用方式的范围中,充当主机的起搏器单元的电子装置设置成,监视第一身体部位的功能或固有动作。所阐述的监视功能对于某些医学指征可能足够了,例如对于心房的功能或固有动作处于不受干扰且不需要刺激的情况。换句话说,充当主机的起搏器单元可仅承担监视第一身体部位的功能。
作为优选的变型方案,也可以想到相反的情况,即,充当主机的起搏器单元的电子装置不包含监视功能,而是被设置成,总是产生脉冲并将其发出到第一身体部位处。例如,通过根据本发明的起搏器网络便能构建双室心脏起搏器,其实现以下的作用方式:
•充当主机的并且关联于心房(Atrium)或第一身体部位的起搏器单元的电子装置总是产生脉冲并将其经由相应的电极区段发出到第一身体部位处。
充当主机的起搏器单元将该信息例如经由发送单元递送至充当从机的起搏器单元处,其例如经由其接收单元接收相应的信息。备选地,充当从机的起搏器单元还可以经由其检测单元优选地获得信息;对于这种情况,充当主机的起搏器单元不需要发射单元。
充当从机的起搏器单元基于接收的/获得的关于将脉冲发出到室(或心室)(Ventrikel)或第二身体部位处的信息来做出决定。如在上述内容中所阐述的,这可以或者独立地、即在没有第二身体部位的固有动作的监视的情况下,或者依赖性地、即在带有第二身体部位的固有动作的监视的情况下实现。
最终,在本发明的范围中还可想到组合的情况,即充当主机的起搏器单元的电子装置具有两种功能,即,可监视第一身体部位,并在需要时可产生/发出脉冲。例如,通过根据本发明的起搏器网络便能构建双室心脏起搏器,其实现以下作用方式:
•充当主机的且关联于心房(Atrium)或第一身体部位的起搏器单元的电子装置优选经由其电极区段或经由单独的监视电极来监视心房的功能或固有动作。如果在监视第一身体部位的范围中该电子装置未确定相应的固有动作,则该电子装置产生相应的脉冲,并将其经由电极区段发出到第一身体部位处。
然后,电子装置递送或者这样的信息,即监视已确定第一身体部位的固有动作或功能;或者这样的信息,即脉冲被发出到第一身体部位处,到充当从机的起搏器单元处,例如经由已经提到的发送单元。
充当从机的起搏器单元基于接收的关于将脉冲发出到室(或心室)(Ventrikel)或第二身体部位处的信息来做出决定。如在上述内容中所阐述的,这可以或者独立地、即在没有第二身体部位的固有动作的监视的情况下,或者依赖性地、即在带有第二身体部位的固有动作的监视的情况下实现。
与本发明的基本思想相应的起搏器网络的充当主机的起搏器单元和/或充当从机的起搏器单元优选地包含:
用于以电能供给其电子装置的储能器、例如蓄电池或电容器(例如金电容(Gold-Cap)),其在放电之后可被再次以电能充电。
储能器的形式可任意来选择。例如,该储能器可以是蓄电池、优选锂离子蓄电池。备选地,该储能器可以是带有优选较少自放电的电容器。储能器可优选被密封地封装,从而使得不由其发出对于生物身体而言的危险。
此外,与本发明的基本思想相应的起搏器网络的充当主机的起搏器单元和/或充当从机的起搏器单元优选地分别包含:
与储能器电气相连的充电脉冲发生区段(Ladeimpulserzeugungsabschnitt),其如此来设置,即,其可将用于储能器再充电的充电脉冲发出到储能器处,其中,充电脉冲发生区段包含带有定向磁畴的磁化区段(Magnetisierungsabschnitt),该磁化区段可通过变化的(外部)磁场被如此非接触式地影响,即,在该磁化区段中自达到确定的场强(幅度(或称为振幅,即Amplitude))起出现引起充电脉冲产生的、行进(或称为运行、伸延,即laufende)到磁化区段上的、通过连续极性转换的磁畴引发的交变磁化波(或再磁化波、反复磁化波,即Ummagnetisierungswelle)。
上述外部的或者外部产生的磁场对于储能器的非接触的再充电而言优选通过在下面还将阐述的根据本发明的充电器来产生。
充电脉冲发生区段的磁化区段具有相同定向的磁畴,其可共同地被变化的外部产生的磁场影响。当外部产生的磁场在磁化区段的确定区域中达到处在若干毫特斯拉数量级(小于等于10mT)的确定的幅度或者场强时,在该区域中的畴(或称为域,即Domänen)被交变磁化(所谓外斯畴的翻转(Umklappen der sog. Weiß'schen Bezirke)),由此上述交变磁化波开始行进到磁化区段上,因此就如这例如在下面还将提到的维甘德线材(或称为维甘德效应丝,即Wieganddraht)或脉冲线材(Impulsdraht)的情况中那样。
磁化区段的形状是任意的。
当外部产生的磁场的强度例如在磁化区段的一端部处达到确定的幅度或者强度时,交变磁化波在磁化区段的该端部处开始行进,直至其达到磁化区段的另一端部。物理上来看,如此出现的交变磁化波大致是布洛赫壁(Blochwand),其行进到磁化区段上。
磁化区段的交变磁化被充分用于产生充电脉冲,例如通过感应。
在该点上明确提及如下,即,交变磁化波的大小(幅度)和速度不取决于或仅不关键地取决于变化的外部产生的磁场的频率,而是主要取决于磁化区段的材料数据。交变磁化波的触发时刻取决于什么时候变化的外部产生的磁场达到上述幅度或者场强,其中,磁场变化的梯度或者相应的频率不起作用。如果磁场的必要强度(幅度)被达到,布洛赫壁或者交变磁化波开始行进。
磁场的极性转换频率或者变化就此而言仅起到虽然次级的作用,因为该极性转换频率或者变化仅经由交变磁化波的启动(或称为初始化,即Initiierungen)的次数给出或者仅示出了这样的消息,即交变磁化波被多频繁地启动且进而充电脉冲被多频繁地产生。
特别优选的是,充当主机的起搏器单元和充当从机的起搏器单元,特别优选地起搏器网络的所有起搏器单元,具有充电脉冲发生区段,并且因此其相应的储能器可以非接触地再次充电。但是,备选地可以设想,或者只有充当主机的起搏器单元或者只有充当从机的起搏器单元具有充电脉冲发生区段,例如在阐明的情况下,即充当主机的起搏器单元不必产生脉冲并且可以以很少能量运行。
前面的实施同样适用于以下优选设计方案。
优选地,相应的起搏器单元(多个)的充电脉冲发生区段具有至少一个线圈,其相对磁化区段如此在空间上布置,即,其在出现交变磁化波的情形中产生引起充电脉冲的电压脉冲。
空间布置可以是这样的,即,线圈绕磁化区段被卷绕,尤其在轴向上包围该磁化区段。
由导电材料构成的线圈众所周知是电感。交变磁化波引起如下,即,线圈由于其电感特性产生引起充电脉冲的电压脉冲。
对于变化磁场的每次极性转换,线圈因此产生确定高度的电压脉冲(不取决于磁场多快或者以哪个频率变化)。磁化区段和线圈可例如如此来设计参数,即,引起充电脉冲的电压脉冲在其幅度上为10V和更多的。
由线圈所产生的电压脉冲具有交替反转的极性。为了充分利用所有电压脉冲,充电脉冲发生区段优选包含一种充电电子装置,其将电压脉冲借助于整流器优选整流且/或暂存在电容器中。
一般而言优点在于如下,即,变化磁场的磁能的一部分在磁化区段中首先累积且然后以运动的交变磁化波的形式被近似突然地释放。电压的感应且进而形成因此在该时刻在线圈处/中发生。这也就是说非接触式能量传输不基于如下,即,变化磁场被直接用于在线圈中的电压感应,而是磁场的相应能量被暂存在磁化区段中且在交变磁化波启动的情形中被近似突然地释放。出于该原因,极性转换频率可被如此地匹配,即,能量可无问题地穿过由金属构成的壳体或外罩被传输。涉及一种间接感应的方法,这也就是说磁流的由初级线圈的电流所产生的变化不唯一地如在次级线圈中的直接感应的情形中那样直接引起电压,而是该流的部分首先被暂存在磁化区段中。在确定场强的情形中,然后该流刺激磁化区段以用于产生确定极性的磁冲击波(交变磁化波)且进而间接在次级线圈中引起带有明显更高幅度的确定极性的电压脉冲。在此,充电脉冲发生区段的线圈充当上述次级线圈,其在出现交变磁化波的情形中产生电压脉冲。上述初级线圈例如处在下面还将阐述的根据本发明的充电器中。
在该点上,存在关于用于蓄电池的已知的非接触式充电过程的显著区别,这些充电过程充分利用用于能量传输的电磁交变场。这样的高频率的电磁交变场在待植入的起搏器的情形中绝不可或仅可非常差地被使用,因为电磁交变场到生物身体中且尤其到金属壳体中的穿透深度由于出现的效应(例如集肤效应)而太小。
所阐述的充电脉冲产生区段(其至少包含在起搏器单元中的一个中,但优选地包含在充当主机的起搏器单元和充当从机的起搏器单元中)强有力地助于,可减小起搏器单元以及由此整个起搏器网络。
对此的背景是以下事实:相应的起搏器单元的储能器可以非接触地再次充电,而不会遇到所提到的在充分使用直接感应的高频非接触的再充电的情况下出现的问题。
由此创造空间,其可强有力地减小储能器,并且仅在次要考虑其电流消耗的情况下可构建或设计起搏器单元的相应的电子装置。例如,电子装置或单元(发送单元、接收单元、检测单元)的储能器和/或功率消耗可以设计/确定尺寸成,以使储能器的能量含量仅够用几个月、例如6到12个月,或几年、例如1或2年。
这样的功率消耗或较小的运行时间在已知的起搏器中(其能量供应由普通电池确保)将是淘汰标准,因为对于更换电池所需的外科手术干预将具有不可接受的高频率。
磁化区段优选通过特殊的(例如机械的)加工如此来构建,即,磁化区段的磁畴相同定向。
磁化区段优选具有硬磁壳层区域(或称为壳层区域,即Schalenbereich),其包围软磁核芯区域。
硬磁壳层区域例如在加工和制造磁化区段的情形中形成。用于磁化区段的优选的材料是维卡合金(Vicalloy),其例如在用于磁畴定向的冷成型步骤中被加工。
优选地,磁化区段是至少一个脉冲线材或维甘德线材。磁化区段同样可具有大量脉冲线材或大量维甘德线材或由至少一个脉冲线材和一个维甘德线材构成的组合。
线圈的数量同样不被限制于唯一。线材的每个可关联有自己的线圈或备选地大量线材可被一个或多个线圈包围。优选地,该线圈或这些线圈围绕一个或多个线材被卷绕。
在该情况中,线圈相应地构成间接感应的所阐明的方法的次级线圈,能量间接地经由磁化区段由优选处在尚待阐明的充电器中的初级线圈被传递至该次级线圈。
优选地,根据本发明的起搏器网络如此来构造,即,充当主机的起搏器单元和充当从机的起搏器单元的电子装置与相应储能器和相应充电脉冲发生区段一起被外罩或者壳体完全包围,外罩/壳体由不被生物身体排斥的材料构成。该材料优选是非铁磁金属,尤其钛或尤其包括钛的金属合金。
备选的金属是不锈钢。
上述材料的导电性是重要的,用于抑制高频率干扰场,该高频率干扰场可能影响起搏器网络的功能、例如以双室心脏起搏器的作用方式。同样地,可以设置导电壳体例如作为用于电流回路的接地触点。如果壳体由非传导材料形成,则可以设置单独的接地电极。
电极区段例如可解开地被固定在外罩或者壳体处或者经过该外罩或者壳体(其中该电极区段相对于外罩/壳体优选绝缘)且在外罩/壳体内与电子装置相连接。备选地电极区段通过暴露在外表面上的电极面形成,所述电极面贴靠在相应的身体部位处。
起搏器单元(多个)的外部形状可以是如此的,使得壳体容纳所提到的元件,并且电极区段在壳体的一侧处突出或暴露。非接触的再充电的功能性允许了壳体和电极区段的如此多的减小,使得相应的起搏器单元潜在地也可以推入人心脏,即心房或室的内腔,并在此经由其电极区段锚定在相应的身体部位处,或者在此接触性地贴靠。
壳体的优选体积例如处于低于1、2、3、4、5、6、7或8cm3的数量级上;例如,壳体具有带有1厘米直径的球形。备选地,壳体可以具有带有例如1或0.5cm的直径和例如2.5cm的高度的圆柱形。电极区段的长度可以是几厘米、因此低于1cm即几毫米的长度。电极区段优选地不具有塑料绝缘,并且在根据规定的植入时几乎完全地如此锚固在相应的身体部位中,使得壳体贴靠在身体部位处。
已提及的事实是,磁化区段累积磁能并以交变磁化波形式的释放才引起感应电压或者电压脉冲在壳体或者外罩内的形成,创造了对于上述外罩或者壳体的优选非铁磁材料的选择而言的自由空间,因为无须提出对传输频率的直接要求。
优选地,起搏器单元(多个)的充电脉冲发生区段在这样的方向上(在其中至少一个线圈被卷绕或在其中多个线圈被卷绕)在磁化区段的至少一个端部区段处包含用于将变化的外部产生的磁场聚束(Bündelung)和引导到磁化区段上的磁会聚透镜(magnetischeSammellinse)。
上述方向与一个线圈或多个线圈的在其中线圈被卷绕的纵向相符。优选地,在磁化区段的两个端部区段处相应地布置有至少一个磁会聚透镜,其将变化的外部产生的磁场聚束在磁化区段上或者导引至该磁化区段。
备选于独立的会聚透镜(多个)的使用还存在如下可能性,即,充当主机的起搏器单元和/或充当从机的起搏器单元的外罩或者壳体针对性地部分或区段式地由铁磁材料构成或部分或区段式地被涂覆以这样的材料,且例如通过划分成两个分开的半体如此来构建,使得其直接承担磁会聚透镜的功能。通过会聚透镜的于是较大的设计方案,由充电器待产生的磁场可被进一步降低。
起搏器单元(多个)的至少一个磁会聚透镜优选由铁磁金属构成,其聚束对于磁化区段而言的外部产生的磁场。
磁会聚透镜(多个)例如由铁素体(或称为铁氧体,即Ferrit)构造成且例如具有空心圆柱体的形状,其轴线在磁化区段的相应端部区段的方向上指向。
磁化区段优选被引入到空心圆柱体中。
磁会聚透镜(多个)的使用例如使得如下成为可能,即,在下面尚待阐述的充电器须产生更弱的磁场并且其关于起搏器单元(多个)的取向是更不关键的。
充当主机的起搏器单元和/或充当从机的起搏器单元的电子装置优选不包含由铁磁材料构成的元件且/或根据本发明的电子起搏器的充电脉冲发生区段除了磁化区段和在优选设置时的至少一个磁会聚透镜之外不包含由铁磁材料构成的元件。
充当主机的起搏器单元和/或充当从机的起搏器单元的该设计方案是如此有利的,即,不由铁磁材料构成的元件不被外部产生的磁场影响或者干扰。
进一步优选地,充当主机的起搏器单元和/或充当从机的起搏器单元的电子装置被设置用于发出指示充电脉冲的质量的信号。
上述信号可例如是低频率信号,该信号穿过生物身体且(当对此未设置天线时)穿过根据本发明的起搏器的外罩或者壳体。
如果充当主机的起搏器单元具有所阐述的发送单元,则可以由该发送单元发送指示质量的信号。
充电脉冲的质量例如可以从如下得出,在外部磁场变化时连续的充电脉冲波动多强,即其电流和/或电压幅度如何波动,和/或其时间上的宽度如何波动。
指示充电脉冲的质量的信号备选地可例如是二进制信号,当充电脉冲或其充电量超过阈值时,该信号占据OK状态,而当充电脉冲不超出阈值时,该信号占据NG状态。阈值可以例如是可通过磁化区段提供的充电量的50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%或90%。作为示例,可以指50nC、55nC、60nC、65nC、70nC、75nC、80nC、85nC或90nC的值。
在这方面,电子装置可以如此设置成,使得其发出对于每个充电脉冲的指示质量的信号,或者备选地,仅对于充电脉冲中的这些充电脉冲发出信号,其以一定间隔先后出现。如果外部磁场是由下面更详细阐述的充电器(其产生带有在kHz范围中的极性反转频率的磁场)产生的,则电子装置可以例如对于充电脉冲中的这些充电脉冲产生指示质量的信号,这些充电脉冲以例如> 1、25、50、100、200、500、750或1000个充电脉冲的间隔出现。
都已在上述内容中阐述了的充当主机的起搏器单元的发送单元和充当从机的起搏器单元的接收单元两者都可以优选地是带有发送和接收功能的单元,并且因此例如可以用作用于起搏器单元(多个)的编程的接口。在这种情况下,可以在此对起搏器单元如此地重新编程,以使它们完全彼此独立地(或自给自足地,即autark)工作,即每个起搏器单元自主地会监视身体部位的固有动作,并根据需要自主地产生脉冲。此外,起搏器单元在此可以开启或关闭。
另外,可以如此设计相应的电子装置,使得相应的储能器的充电状态可以经由充当主机的和/或充当从机的起搏器单元的发送和接收功能来查询。
作为关于指示质量的信号的备选,可以将接下来阐述的充电器如此设计,使其通过所提到的功能以一定的时间间隔查询储能器(多个)的充电状态,并基于关于一个充电状态或多个充电状态的变化、时间间隔和接下来还提到的极性反转频率的信息推导各个充电脉冲的质量。该时间间隔优选为0.5分钟、1.0分钟、1.5分钟、2.0分钟、2.5分钟、3.0分钟、3.5分钟、4.0分钟、4.5分钟、5.0分钟。
本发明同样涉及一种用于起搏器网络的充电器,其中,该充电器被设置用于产生以极性转换频率和幅度变化的磁场。充电器在根据规定应用的情形中暂时如此地布置在生物身体表面上或在生物身体表面的附近,即,磁场穿透到身体和充当主机的起搏器单元和/或充当从机的起搏器单元中以用于影响相应的充电脉冲发生区段。
极性转换频率优选处在如下范围中:
·X不到10kHz,其中,X>0且X>=0.1Hz、0.2kHz、0.3kHz、...、4.9kHz、...、或9.9kHz。
充电器例如包含一个或大量线圈,其在上述内容中所提及的间接感应的方法中充当初级线圈(多个)。优选地,例如由铁氧体构成的核芯被插入到线圈(多个)中。
该充电器根据规定产生穿过线圈(多个)的电流用于构建变化的电磁场,该电磁场随着所提及的极性转换频率转换极性。当充电器布置在身体表面上或者在其附近时,交变场可穿透到生物身体和起搏器单元(多个)中。
变化的电磁场的磁分量构成在上述内容中所阐述的外部产生的磁场,其影响用于启动交变磁化波的磁化区段。
电磁交变场的强度和/或极性转换频率可优选在充电器中被控制。这在如下时是有利的,即,充电器取决于起搏器单元在身体内的位置或者取决于必要的穿透深度可被调整。
优选地,根据本发明的充电器包含大量用于产生变化磁场的线圈,其中,大量线圈基于指示一个充电脉冲/多个充电脉冲的质量,例如其绝对值和/或其变化的信号为了优化所述一个充电脉冲/所述多个充电脉冲可被相应地操控。
备选地,根据本发明的充电器包含用于产生变化的磁场的大量线圈,其中
充电器设置成,(i)以确定的时间间隔查询充当主机的起搏器单元和/或充当从机的起搏器单元的储能器的充电状态,并基于充电状态的变化、时间间隔和极性反转频率推导出充电脉冲的质量,以及(ii)基于该确定的推导相应地操控所述大量线圈。
大量线圈中的线圈优选如此在空间上布置,即,充电器通过操控线圈可改变所产生的磁场的定向。这具有如下优点,即,充电器可在考虑指示一个充电脉冲/多个充电脉冲的质量的信号(例如其绝对值和/或其变化)或考虑所确定的推导的情形下改变磁场的定向,以便于改善或者优化充电脉冲的质量。
充电器被优选设置用于自动操控线圈用于磁场的定向。
附图说明
下面参照所附的图对本发明的一种优选的实施形式进行阐述。
图1 显示了根据本发明的植入起搏器的示意性图示;
图2 显示了相应的充电器的示意性图示;
图3 显示了带有大量线圈的在图2中所显示的充电器的一种备选的设计方案。
具体实施方式
图1显示了根据本发明的起搏器网络A的示意性的结构。该起搏器网络A包含大量电子起搏器单元。在根据本发明的起搏器网络A中,起搏器单元中的至少一个充当主机,并且其余的起搏器单元充当从机,其行为取决于一个/多个主机的行为。
起搏器网络A在该优选的实施形式中包含充当主机的起搏器单元1和单一的充当从机的起搏器单元1'。
起搏器网络A在该优选的实施形式中作为一种双室心脏起搏器起作用,其根据规定被完全植入到人体中。
充当主机的起搏器单元1优选位于人心脏的心房(Atrium)的内腔中或其外部处,并通过电极区段2在此锚定在人心脏的壁区段(第一身体部位)中。而充当从机的起搏器单元1'优选地位于人心脏的室(或心室)(Ventrikel)中或在其外部处,并通过相应的电极区段2'在此同样锚定在人心脏的壁区段(第二身体部位)中。
充当主机的起搏器单元1和充当从机的起搏器单元1'的设有相同的附图标记的元件相同地构建,并且仅参考充当主机的起搏器单元1阐述一次:
电极区段2与电子装置3相连接。
电子装置3被设置用于承担充当主机的起搏器单元1的必要功能。电子装置3获得输入信号"输入"(即Ein,在附图中以“输入”表示)(身体数据),经由该输入信号起搏器单元1或者电子装置3可识别出是否待监视和控制的功能须被刺激或者被控制。电子装置或经由电极区段2或经由一个单独的未显示的监视电极获得输入信号"输入"(身体数据)。
当电子装置3例如识别出如下,即,在确定的时间间隔结束之后不存在心房(Atrium)的固有动作时,其产生脉冲或者刺激脉冲(电流脉冲和/或电压脉冲),其经由电极区段2将脉冲或者刺激脉冲发出以用于激励心房(Atrium)。
电子装置3优选如此来设置,即,其仅在需要情况中产生脉冲且激励心房(Atrium),即如果电子装置3确定,在直至确定的时间间隔结束时存在固有动作,则其被动地表现并且不产生脉冲。
心脏起搏器1为了供给电子装置3包含电储能器4(例如蓄电池),其与电子装置3电气相连。储能器4例如是锂离子蓄电池,其可被再充电。另一用于储能器的解决方案例如是带有极少自放电的电容器(例如金电容)。
充当主机的起搏器单元1另外包含充电脉冲发生区段5,储能器4经由该充电脉冲发生区段可被再次充电。充电脉冲发生区段5使得储能器4的非接触式充电成为可能。
充电脉冲发生区段5作为重要的元件包含至少一个脉冲线材或维甘德线材51,其被线圈52轴向包围或者线圈52围绕其被卷绕,且充电脉冲发生区段5包含充电电子装置53。
脉冲线材或维甘德线材51构成磁化区段,其可被变化的外部产生的磁场影响。优选地,磁化区段51可包含大量脉冲线材和/或维甘德线材,其中,线材中的每个或大量线材可被一个或多个线圈包围。
变化的磁场例如通过下面还将阐明的充电器来产生。
磁化区段51具有均匀定向的磁畴,其在磁场变化的情形中自确定的幅度或者场强起在若干毫特斯拉的数量级上开始交变磁化(翻转)。这引起如下,即,物理上看交变磁化波(布洛赫壁)行进到磁化区段上。在文献中,该结果也被称作较大的巴克豪森跳跃(Barkhausen-Sprung)。
交变磁化波的大小和速度不取决于频率(极性转换频率)(外部产生的磁场与其变化)。行进到磁化区段上的交变磁化波在绕磁化区段51卷绕的线圈(多个)52中产生电压脉冲。
电压脉冲优选由充电电子装置53来处理。充电电子装置53例如包含用于整流线圈(多个)的电压脉冲的整流器,这些电压脉冲交替地以相应相反的极性来产生,且优选地包含用于暂存电能的电容器(例如还是金电容)。
充电电子装置53最后将充电脉冲发出到储能器4处,由此该储能器被充电。
电子装置3可优选被设计用于发出说明由充电电子装置53给出的充电脉冲的质量的信号“输出”(即Aus,在附图中以“输出”表示)。例如,电子装置3获取出充电脉冲的强度且基于此产生信号“输出”。信号“输出”的输出例如作为低频率无线电信号实现。信号“输出”由在下面还将阐明的充电器来处理。
电子装置3、储能器4和充电脉冲发生区段5被一起容纳在壳体6中且由该壳体被完全包围。壳体6优选由钛或者相应的合金来构建且因此出色地适合用于植入到人体中,因为不出现排斥反应且作为金属体隔离高频率的干扰场。金属体此外可被用作对于电流脉冲而言必要的接地电极,这例如在玻璃体的情形中是不可能的。然而不排除将壳体6构造为玻璃体,在这种情况下,充当主机的起搏器单元1包含一个单独的未在图1中示出的接地电极。
所阐述的元件同样包含在充当从机的起搏器单元1'中并且相同地构建。即,充当从机的起搏器单元1'经由其电极区段2或单独的监视电极获得输入信号“输入”,以确定,室(或心室)(Ventrikel)的固有动作是否存在。在需要时,充当从机的起搏器单元1'的电子装置3可以产生其脉冲并将其发出到与第二身体部位相对应的室(或心室)(Ventrikel)处。以与充当主机的起搏器单元1的储能器相同的方式,充当从机的起搏器单元1'的储能器可以非接触地被再次充电。为此,充当从机的起搏器单元1'包含已经阐明的充电脉冲产生区段。
充当主机的起搏器单元1和充当从机的起搏器单元1'一起形成起搏器网络,在该起搏器网络中它们共同作用以模仿双室心脏起搏器的功能。
为此,充当主机的起搏器单元1包含一个发送单元31。电子装置3设置成,经由该发送单元31发送信息,其中,该信息具有如下内容,即,心房的固有动作存在,或脉冲被发出到心房处,因为通过电子装置不可确定心房的固有动作。发送单元31可以例如以无线电标准蓝牙或低能耗蓝牙工作;备选地,发送单元也可以在低频的范围中工作。
充当从机的起搏器单元1'相对于充当主机的起搏器单元1的作用方式上的区别在于,其在通常情况下不是独立,而是基于发送的信息起反应。为此,充当从机的起搏器单元1'包含接收单元31',充当从机的起搏器单元1'通过该接收单元31'接收发送的信息。
充当从机的起搏器单元1'的电子装置3优选地基于接收的信息开始时间测量,该信息例如相应于健康心脏的A/V间隔(在心房和心室的固有动作之间的正常时间间隔)。如果充当从机的起搏器单元1'的电子装置3基于信号“输入”直到在A/V间隔结束都没有确定心室的固有动作,其将产生一个脉冲并将该脉冲经由其电极区段2发出至心室(Ventrikel)。而如果该电子装置基于所提到的信号确定了心室(Ventrikel)的固有动作,则其被动地表现,因此,不发出脉冲。
充当主机的起搏器单元1的发送单元31和充当从机的起搏器单元1'的接收单元31'可以优选地都具有发送和接收功能,并因此用作用于对起搏器单元(多个)的编程的接口。
图2示意性地显示了根据本发明的充电器1'的结构,该充电器用于起搏器单元1,1'的再充电。
起搏器单元利用间接感应的方法,以便于给储能器4再次充电,这也就是说能量不像在直接感应的情形中那样直接由初级线圈无延迟地被传递至次级线圈(变压器原理),而是间接地由处在下面所阐述的充电器中的初级线圈只到存储能量的磁化区段51上且由该处被延迟地传递至包围磁化区段51的线圈52。
充电器1'例如包含线圈(初级线圈)2',其电流或者电压在幅度和频率上可被调节。优选地,线圈2'为了场增强具有例如由铁氧体构成的铁磁核芯3'。
壳体4'容纳充电器1'的相应部件。壳体4'在根据规定使用的情形中暂时如此地布置在人体的表面O附近或上,即,由在充电器中的初级线圈2'所产生的外部磁场到达起搏器单元的磁化区段51。
在充电器1'运行的情形中,该充电器经由初级线圈2'产生变化的磁场,该磁场构成由初级线圈2'所产生的电磁场的一部分。所产生的变化的磁场以确定的极性转换频率转换极性且到达起搏器单元的磁化区段51。每次极性转换自达到确定场强起引起交变磁化波的启动,其中,在间接感应的所提及的方法中构成次级线圈的线圈52交替地产生正的和负的电压脉冲。
如已阐明的那样,电压脉冲由起搏器单元的充电电子装置53来处理,从而使得充电电子装置53最终将充电脉冲发出到储能器4处。
如已提及的那样,如下是一个重要的点,即,非接触式能量传输不基于,由充电器1'产生的变化的磁场直接被用于在次级线圈52中的电压感应,而是间接以如下方式,即,磁场的相应能量被暂存在磁化区段51中且然后在交变磁化波启动的情形中才近似突然地被释放,由此在次级线圈52中通过感应产生电压脉冲。出于该原因,极性转换频率可被如此地匹配,即,能量可无问题地还穿过由金属构成的壳体6被传输。
由初级线圈2'所产生的磁场或者电磁场的强度和/或极性转换频率可在充电器1'中被控制,以便于将起搏器单元的储能器4的再充电匹配于起搏器1在生物身体中的各个起搏器单元1的特定位置或者必要的穿透深度且最小化充电时间。由初级线圈2'所产生的磁场或者电磁场的强度和/或极性转换频率的控制在充电器1'中优选基于信号“输出”实现,该信号由起搏器单元发出。为此,充电器1'包含相应的接收特性,以接收无线电信号“输出”。
优选地,起搏器单元在线圈(多个)52的纵向上在其相应的磁化区段51的端部区段处包含用于聚束变化的磁场的磁会聚透镜54。磁会聚透镜54可优选具有空心圆柱体的形状,一个脉冲线材/维甘德线材或多个脉冲线材/维甘德线材被引入到该空心圆柱体中。
备选或额外于磁会聚透镜54,起搏器单元的相应壳体6可由两个经组装的壳体区段来构建。壳体区段可由铁磁金属构造成或被涂覆以这样的铁磁金属,其中,充电脉冲发生区段5在壳体6内的定向如此来选择,使得壳体区段作为额外的或还唯一的会聚透镜54起作用。
对于变化的外部磁场的每次极性转换,行进到磁化区段51上的交变磁化波被启动且最终产生用于储能器4的再充电的充电脉冲中的其中一个。
图3显示了根据本发明的充电器1''的一种备选的设计方案。
起搏器单元如在图2中根据充当主机的起搏器单元1示例性示出的那样布置,然而在图3中不再显示。
所显示的充电器1''仅由此区别于图2中的充电器,即,设置有大量相应地充当上述初级线圈的线圈3-1,3-2,3-3。充电器1''优选包含电子装置5''和多路复用器(或称为乘法器,即Multiplexer)6''。电子装置5''被设置用于操控多路复用器6''且由此确定哪个或以哪个组合使线圈3-1,3-2,3-3用于产生磁场。线圈3-1,3-2,3-3的操控基于起搏器单元的(无线电)信号“输出”,该信号指示了充电脉冲的质量。
线圈3-1,3-2,3-3在空间上不同地布置,由此磁场的指向为了改善和优化充电脉冲可被改变。
线圈3-1,3-2,3-3中的每个优选包含核芯,如其在图2中所显示的那样且被引入到线圈2'中。
通过根据本发明的起搏器网络,多室心脏起搏器例如双室心脏起搏器的功能可以来实现。同时,电极区段2非常短地构造,并且例如不需要可能导致健康问题的塑料绝缘。
此外,起搏器单元由于其非接触再充电的功能性可以无问题地构造得如此小,使得其可以直接布置在心脏中或处。起搏器单元1、1'的壳体6例如具有小于/等于1cm3的体积和几克的重量,例如0.7g。因此,壳体6具有几乎不用加速的质量。
Claims (20)
1. 一种用于植入到生物身体中且用于控制身体功能的无线起搏器网络,其中,所述起搏器网络具有:
在所述起搏器网络中充当主机的电子起搏器单元(1),其包含
•电极区段(2),其根据规定固定/布置在第一身体部位处,和;
•电子装置,其设置成,优选地经由所述电极区段监视所述第一身体部位的功能和/或产生脉冲、尤其电压脉冲,并将所述脉冲经由所述电极区段发出到所述第一身体部位处;和
在所述起搏器网络中充当从机的电子起搏器单元(1'),其包含
•电极区段(2'),其根据规定固定/布置在第二身体部位处,和
•与所述电极区段相连接的电子装置,其被设置用于产生脉冲、尤其电压脉冲且将所述脉冲经由所述电极区段发出到所述第二身体部位处;其中
充当主机的起搏器单元(1)和充当从机的起搏器单元(1')设置成,无线地相互作用以控制所述身体功能,其方式为,所述充当从机的起搏器单元
(i)从充当主机的起搏器单元(1)获得关于所述第一身体部位的功能的信息和/或关于将所述脉冲发出到所述第一身体部位处的信息,以及
(ii)基于所述信息决定,是否和/或何时实现所述脉冲发出到所述第二身体部位处;
其中,所述充当主机的起搏器单元(1)和/或所述充当从机的起搏器单元(1')具有:
用于以电能供给相应电子装置的储能器,其在放电之后可被再次以电能充电;和
与所述储能器电气连接的充电脉冲发生区段,其如此设置成,使得其可将用于所述储能器的再充电的充电脉冲发出到所述储能器处;
其中,
所述充电脉冲发生区段包含带有定向磁畴的磁化区段,其通过变化的磁场可被如此非接触式地影响,使得在所述磁化区段中自达到确定的场强起出现引起所述充电脉冲的产生的、行进到所述磁化区段上的交变磁化波,其由连续极性转换的磁畴所引发。
2. 根据专利权利要求1所述的起搏器网络,其中,
所述充当主机的起搏器单元(1)具有发送单元,并被设置成,经由所述发送单元发送信息;和
所述充当从机的起搏器单元(1')具有接收单元,并被设置成,通过如下方式获得所述信息,即其经由所述接收单元接收由所述发送单元发送的信息。
3.根据专利权利要求1所述的起搏器网络,其中,
所述充当从机的起搏器单元(1')具有检测单元,并被设置成,通过如下方式获得所述信息,即其经由所述检测单元检测由所述充当主机的起搏器单元(1)发出的脉冲。
4.根据专利权利要求1到4中任一项所述的起搏器网络,其中,所述充电脉冲发生区段具有至少一个线圈,所述线圈关于所述磁化区段如此地在空间上、优选绕所述磁化区段轴向包围所述磁化区段地卷绕地布置,使得所述线圈在出现交变磁化波的情形中产生引起所述充电脉冲的电压脉冲。
5.根据专利权利要求4所述的起搏器网络,其中,所述磁化区段通过机械加工如此构造,使得所述磁化区段的磁畴相同地定向。
6.根据专利权利要求5所述的起搏器网络,其中,所述磁化区段具有硬磁壳层区域,所述壳层区域包围软磁核芯区域。
7.根据专利权利要求1至5中任一项所述的起搏器网络,其中,所述磁化区段是至少一个脉冲线材或一个维甘德线材。
8.根据专利权利要求7所述的起搏器网络,其中,所述磁化区段具有大量脉冲线材或大量维甘德线材或由至少一个脉冲线材和一个维甘德线材构成的组合。
9. 根据专利权利要求8所述的起搏器网络,其中,
所述线圈绕大量线材或线材的组合卷绕,或
设置有多个线圈,其相应地绕所述线材中的至少一个线材卷绕。
10.根据专利权利要求1至9中任一项所述的起搏器网络,其中,所述充电脉冲发生区段在一方向上在所述磁化区段的至少一个端部区段处具有用于将变化的磁场聚束且引导到所述磁化区段上的磁会聚透镜,在所述方向上卷绕所述至少一个线圈。
11.根据专利权利要求1至10中任一项所述的起搏器网络,其中,所述充当主机的起搏器单元(1)和/或所述充当从机的起搏器单元(1')的电子装置与相应的所述储能器和相应的所述充电脉冲发生区段一起被外罩或者壳体完全包围,所述外罩或者壳体由不被所述生物身体排斥的材料构成。
12.根据专利权利要求11所述的起搏器网络,其中,所述材料是优选非铁磁金属、尤其钛,或包括尤其钛的金属合金。
13.根据前述权利要求1至12中任一项所述的起搏器网络,其中,所述充当主机的起搏器单元(1)和/或所述充当从机的起搏器单元(1')如此地设计成,使得相应的所述电子装置和/或相应的所述充电脉冲发生区段除了所述磁化区段和在优选设置时的至少一个磁会聚透镜之外不具有由铁磁材料构成的元件。
14.根据前述权利要求1至13中任一项所述的起搏器网络,其中,所述充当主机的起搏器单元(1)和/或所述充当从机的起搏器单元(1')的电子装置被设置用于发出指示所述充电脉冲的质量的信号。
15.根据专利权利要求1至14中任一项所述的起搏器网络,其中,所述充当主机的起搏器单元(1)和/或所述充当从机的起搏器单元(1')的储能器是蓄电池、例如锂离子蓄电池。
16.根据专利权利要求1到14所述的起搏器网络,其中,所述充当主机的起搏器单元(1)和/或所述充当从机的起搏器单元(1')的储能器是带有较少自放电的电容器。
17.根据专利权利要求10至16中任一项所述的起搏器网络,其中,所述至少一个磁会聚透镜由铁磁金属构成,其聚束用于所述磁化区段的磁场。
18.一种用于起搏器网络的充电器,其中,所述充电器被设置用于产生以极性转换频率和优选幅度变化的磁场,且所述充电器在根据规定使用时如此地布置在生物的身体表面上或在所述生物的身体表面附近,使得所述磁场穿透到所述身体和根据专利权利要求1至17中任一项所述的起搏器网络的所述充当主机的起搏器单元和/或所述充当从机的起搏器单元中以用于影响相应的所述充电脉冲发生区段。
19.根据专利权利要求11所述的充电器,其特征在于,所述极性转换频率处在如下区域中,
•X直至10kHz,其中,X>0且X>=0.1Hz、0.2kHz、0.3kHz、...、4.9kHz、...、或9.9kHz。
20.根据专利权利要求18或19所述的充电器,其中,设置有多个用于产生变化磁场的线圈,这些线圈基于指示一个/多个所述充电脉冲的质量的信号可被相应地操控用于优化一个/多个所述充电脉冲。
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