CN116997386A - 用于与医疗植入物无线通信的系统和方法 - Google Patents

用于与医疗植入物无线通信的系统和方法 Download PDF

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Abstract

一种设备包括至少一个通信电路，所述至少一个通信电路配置成接收由至少一个换能器生成的换能器输出信号，响应于所述换能器输出信号生成通信信号，并且将所述通信信号感应地传送到植入在接受者上或所述接受者内的至少一个装置。所述至少一个通信电路包括至少一个芯，所述至少一个芯配置成定位在所述接受者的身体的腔或区域内并且包括第一部分和第二部分。所述第一部分沿着纵向轴线延伸，并且所述第二部分从所述第一部分向外并且基本上垂直于所述纵向轴线延伸。所述至少一个通信电路还包括至少一个导电线圈，所述至少一个导电线圈环绕所述第一部分并且配置成定位在所述腔或区域内。

Description

用于与医疗植入物无线通信的系统和方法
背景
技术领域
本申请大体上涉及用于与医疗植入物无线通信的系统和方法，更具体地，涉及用于听觉假体的可植入部分与耳道内的听觉假体的一部分之间的无线通信的系统和方法。
背景技术
近几十年来，医疗装置已为接受者提供了广泛的治疗益处。医疗装置可以包括内部或可植入部件/装置、外部或可穿戴部件/装置或其组合(例如，具有与可植入部件通信的外部部件的装置)。医疗装置，例如传统助听器、部分或完全可植入听力假体(例如，骨传导装置、机械刺激器、耳蜗植入物等)、起搏器、除颤器、功能性电刺激装置和其他医疗装置，多年来在执行救生和/或生活方式改善功能和/或接受者监测方面一直是成功的。
多年来，医疗装置的类型以及由其执行的功能范围有所增加。例如，有时称为“可植入医疗装置”的许多医疗装置现在通常包括永久或临时植入接受者体内的一个或多个器械、设备、传感器、处理器、控制器或其他功能性机械或电部件。这些功能性装置通常用于诊断、预防、监测、治疗或管理疾病/损伤或其症状，或研究、替换或修改解剖结构或生理过程。这些功能性装置中的许多功能性装置利用从外部装置接收到的电力和/或数据，所述外部装置是可植入部件的一部分或与可植入部件协同操作。
发明内容
在本文公开的一个方面中，提供了一种设备，其包括至少一个通信电路，所述至少一个通信电路配置成接收由至少一个换能器生成的换能器输出信号，响应于所述换能器输出信号生成通信信号，并且将所述通信信号感应地传送到植入在接受者上或所述接受者内的至少一个装置。所述至少一个通信电路包括至少一个芯，所述至少一个芯配置成定位在所述接受者的身体的腔或区域内。所述至少一个芯包括第一部分和第二部分，所述第一部分沿着纵向轴线延伸，并且所述第二部分从所述第一部分向外并且基本上垂直于所述纵向轴线延伸。所述至少一个通信电路还包括至少一个导电线圈，所述至少一个导电线圈环绕所述第一部分并且配置成定位在所述腔或区域内。
在本文公开的另一方面中，提供了一种设备，其包括至少一个天线，所述至少一个天线配置成生成时变磁场，所述时变磁场将所述至少一个天线感应地耦合到在接受者上或所述接受者内的植入装置。所述至少一个天线包括第一磁极表面，所述第一磁极表面配置成沿基本上朝向所述植入装置的方向面向。所述至少一个天线还包括第二磁极表面，所述第二磁极表面配置成基本上垂直于所述方向面向。
在本文公开的又一方面中，提供了一种方法，其包括在定位在接受者的身体上或所述接受者的身体内的第一装置的第一磁极表面与第二磁极表面之间生成时变磁场。所述第二磁极表面基本上垂直于所述第一磁极表面。所述方法还包括在所述接受者的身体内的植入的第二装置处接收所述时变磁场的至少一部分。所述方法还包括响应于所述时变磁场的接收部分来控制所述植入的第二装置的操作。
附图说明
本文结合附图描述了实施方式，在附图中：
图1示意性地示出了根据本文描述的某些实施方式的示例性听觉假体；
图2示意性地示出了根据本文描述的某些实施方式的示例性设备；
图3A和3B分别示意性地示出了根据本文描述的某些实施方式的示例性芯和示例性线圈的侧视图和透视图；
图3C示意性地示出了根据本文描述的某些实施方式的相对于植入装置的天线电路定向和定位的图3A和3B的示例性芯和示例性线圈的透视图；
图4示出了根据本文描述的某些实施方式的由图3A-3C的示例性芯和线圈生成的示例性时变磁场H(t)的模拟；
图5A示意性地示出了根据本文描述的某些实施方式的另一示例性芯和示例性线圈的侧视图；
图5B示意性地示出了根据本文描述的某些实施方式的由图5A的示例性芯和线圈生成的示例性时变磁场H(t)的模拟；
图6A示意性地示出了根据本文描述的某些实施方式的另一示例性芯和示例性线圈的侧视图；
图6B示意性地示出了根据本文描述的某些实施方式的由图6A的示例性芯和线圈生成的示例性时变磁场H(t)的模拟；
图7A和7B示意性地示出了根据本文描述的某些实施方式的两个其他示例性芯和示例性线圈的侧视图；
图8A-8C示意性地示出了根据本文描述的某些实施方式的在接受者耳道的内表面内的壳体的示意性截面图内的图3A、6A和7B的示例性通信电路；
图9A和9B分别示意性地示出了根据本文描述的某些实施方式的另一示例性通信电路的正视图和透视图；
图10A示意性地示出了根据本文描述的某些实施方式的在示例性盘形天线芯下方的图9A和9B的示例性通信电路的正视图；
图10B示出了根据本文描述的某些实施方式的磁感应耦合系数作为(i)具有细长形状的图9A和9B的示例性通信电路和(ii)图3A-3C的示例性通信电路的偏移的函数的曲线图；以及
图11是根据本文描述的某些实施例的示例性方法的流程图。
具体实施方式
本文描述的某些实施方式提供了一种设备(例如，医疗装置或系统)，其配置成在接受者的身体的腔或区域内的第一元件与植入接受者的身体内的单独的第二元件之间提供无线通信。第一元件包括具有天线芯的通信电路(例如，天线)，所述天线芯基本上垂直于天线芯的纵向轴线延伸并且具有配置成配合在腔或区域内(例如，在接受者的耳道内)的形状因子。通信电路配置成利用植入的第二元件的第二通信电路(例如，天线)在第一元件与第二元件之间并且通过中间组织(例如，耳道壁组织；其他组织)提供预定的磁感应耦合系数k，k的值足以在第一元件与第二元件之间进行有效的电力传输(例如，对于与天线芯分离5毫米的第二元件，k的值大于或等于0.10)。在某些实施方式中，天线芯沿着伸长方向伸长，并且配置成提高设备适应沿着伸长方向的未对准的能力，同时保持足以在第一元件与第二元件之间进行有效电力传输的磁感应耦合系数k(例如，对于与天线芯分离5毫米的第二元件，k的值大于或等于0.10)。
在至少一些实施方式中，本文详述的教示适用于任何类型的可植入医疗系统(例如，可植入传感器假体；可植入刺激系统；可植入药剂给药系统)，所述可植入医疗系统包括第一部分(例如，植入在接受者的身体上或接受者的身体内或接受者的身体外部)和第二部分(例如，植入在接受者的身体上或接受者的身体内)，所述第二部分配置成响应于从第一部分接收的信息和/或控制信号向接受者的身体的一部分提供刺激信号和/或药剂剂量。例如，可植入医疗系统可包括听觉假体系统，所述听觉假体系统被配置成生成和施加刺激信号，所述刺激信号被接受者感知为声音(例如，唤起听力感知)。仅仅为了易于描述，本文公开的设备和方法主要参考例示性听觉假体系统(即耳蜗植入物)来描述。与本文描述的某些实施方式相容的其他听觉假体系统的示例包括但不限于：听觉助听器、骨传导装置(例如，有源透皮骨传导装置和无源透皮骨传导装置；经皮骨传导装置)、中耳听觉假体、直接声学刺激器、其他电模拟听觉假体(例如，听觉脑刺激器)和/或其组合或变型。配置成唤起其他类型的神经或感觉(例如，视觉、触觉、嗅觉、味觉)感知并且与本文描述的某些实施方式相容的其他感觉假体系统包括但不限于：前庭装置(例如，前庭植入物)、视觉装置(例如，仿生眼)、视觉假体(例如，视网膜植入物)、体感植入物和化学感觉植入物。
本文详述的教示和/或其变型也可以与向接受者、患者或其他使用者提供广泛治疗益处的多种其他医疗装置一起使用。在一些实施方式中，本文详述的教示和/或其变型可用于除感觉假体之外的其他类型的可植入医疗装置。例如，本文公开的设备和方法和/或其变型也可以与以下中的一者或多者一起使用：传感器；心脏起搏器；药物递送系统；除颤器；功能性电刺激装置；导管；脑植入物；癫痫发作装置(例如用于监测和/或治疗癫痫事件的装置)；睡眠呼吸暂停装置；电穿孔；止痛装置；等等。实施方式可以包括可以利用本文详述的教示和/或其变型的任何类型的医疗系统(例如，可以受益于第一部分能够配合在具有受限空间的区域内并且与植入的第二部分无线通信的系统)。
图1示意性地示出了与本文描述的某些实施例相容的示例性听觉假体100(例如，耳蜗植入物；骨传导听觉假体；中耳听觉假体；听觉脑干植入物；直接声学刺激器假体；其任何组合)。示例性听觉假体100包括第一元件110和可植入第二元件120，所述第一元件配置成定位在接受者的耳道102内，所述可植入第二元件植入乳突腔中邻近耳道102并且配置成能够与第一元件110无线通信并且能够与接受者的听觉系统的一部分操作通信。第一元件110配置成生成指示由麦克风(例如，定位在耳上、耳外或植入耳后皮肤下的耳道102外部的麦克风；耳道102内的耳道内(ITEC)麦克风)检测到的声音的信息，并使用磁感应通信将信息和/或电力无线传输到第二元件120。第二元件120配置成响应于从耳道102内的第一元件110无线接收的信息而生成激励信号，并且将激励信号传输到接受者的听觉系统(例如，使用一个或多个电极和/或致动器，图1中未示出)。
如本文所使用，接受者的听觉系统包括用于感知声音信号的所有感觉系统部件，诸如听力感觉受体、神经路径(包括听觉神经和螺旋神经节)以及用于感知声音的大脑区域。例如，如图1中所示，接受者通常具有外耳101、中耳105和内耳107。在功能齐全的耳朵中，外耳101包括耳廓113和耳道102。声压波(例如，声音)103由耳廓113收集并且被引导进入耳道102且通过耳道。跨过耳道102的远端设置有响应于声音103而振动的鼓膜104。此振动通过中耳105的三块骨耦合到卵圆窗或前庭窗112，所述三块骨统称为听小骨106，并且包括锤骨108、砧骨109和镫骨111。中耳105的骨108、109和111用来过滤和放大声音103，从而使卵圆窗112铰接或响应于鼓膜104的振动而振动。此振动在耳蜗140内建立外淋巴的流体运动波。这种流体运动继而激活耳蜗140内部的微小毛细胞(未示出)。毛细胞的激活使得合适的神经脉冲被生成并且通过螺旋神经节细胞(未示出)和听觉神经114被传输到大脑(也未示出)，在大脑中，它们被感知为声音。根据本文描述的某些实施方式的听觉假体提供了替代或补充接受者的不完全起作用的听觉系统的缺失或功能障碍方面的功能。
对于一些听觉假体100(例如，耳蜗植入物)，第一元件110在耳道102内部，并且第二元件120邻近耳道102植入乳突腔中。然而，由于跨耳道RF通信链路在第一元件110与第二元件120之间延伸所跨过的距离，可能难以在第一元件110与第二元件120之间实现足够的磁感应耦合系数k，其提供足够的电力传输效率、电池寿命和/或声音处理器尺寸。例如，已知的耳蜗植入物具有在对于1毫米的皮瓣厚度的0.35(对应于约42％的RF链路效率)与对于10毫米的皮瓣厚度的0.1(对应于约20％的RF链路效率)之间的磁感应耦合系数k。两个电路之间的磁感应耦合系数k可以表示为：其中M是两个电路之间的互感，并且L1和L2是两个电路的电感。磁感应耦合系数k反映了由一个电路生成的磁通量被另一个电路捕获的程度，其中对于传输磁通量的电路处的给定驱动电压，k的较高值引起由接收磁通量的电路生成的较高电压。耳道102的小尺寸限制了第一元件110中的天线线圈的尺寸，并且因此限制了实现足够的磁感应耦合系数的能力，因为磁感应耦合系数k取决于第一元件110和第二元件120的天线线圈的尺寸，并且先前的努力尚未实现大于0.1的磁感应耦合系数。
另外，这样的假体100的第一元件110可以使用耳道102的解剖结构来帮助相对于第二元件120正确地定位第一元件110，以便于它们之间的无线通信(例如，代替或结合第一元件110和第二元件120中的磁体来帮助定位)。然而，仍然可能存在第一元件110的变化或未对准(例如，由于操作期间的移动和/或当插入耳道102中时的变化)。这种变化和/或未对准可以进一步降低磁感应耦合系数和RF链路效率。
图2示意性地示出了根据本文描述的某些实施方式的示例性设备200。设备200包括至少一个通信电路210，所述至少一个通信电路配置成接收由至少一个换能器(未示出)生成的换能器输出信号，响应于换能器输出信号生成通信信号212，并且将通信信号212感应地传送到植入在接受者上或接受者内的至少一个装置220。至少一个通信电路210包括至少一个芯230，所述至少一个芯配置成定位在接受者的身体的腔或区域(例如，接受者的身体的耳道102)内。至少一个芯230包括第一部分232和第二部分234。第一部分232沿着纵向轴线236延伸，并且第二部分234从第一部分232向外延伸并且基本上垂直于纵向轴线236。设备200还包括至少一个导电线圈240，所述至少一个导电线圈环绕第一部分232并且配置成定位在腔或区域内。
在某些实施方式中，设备200包括壳体250，所述壳体配置成定位在接受者的身体的腔或区域内(例如，在耳道102内)，并且至少一个芯230和至少一个导电线圈240定位在壳体250上或壳体内。某些实施方式的壳体250包括生物相容性和非磁性材料(例如，塑料、陶瓷、钛、钛合金)。在某些实施方式中，壳体250配置成(例如，由接受者或使用者，在操作设备200之前)重复地插入到腔或区域中并且定位在腔或区域内，其中纵向轴线236指向腔或区域的内表面(例如，朝向至少一个装置220)，以及(例如，由接受者或使用者，为了清洁或维护设备200)重复地从腔或区域移除。
某些实施方式的壳体250可以配置成由接受者长时间(例如，数小时、数天、数周等)舒适地穿戴在腔或区域内(例如，耳道102内)，同时相对于腔或区域保持基本上静止(例如，尽管接受者的身体加速或其他移动，但在腔或区域内不明显移动)。在某些实施方式中，壳体250具有的形状符合在操作期间壳体250旨在驻留在其中的耳道102的部分的形状。例如，壳体250可以配置成在插入之前被模制，以便符合壳体250在操作期间旨在驻留在其中的耳道102的部分的形状。又例如，壳体250可以包括顺应性材料，所述顺应性材料配置成被修改(例如，通过将壳体250定位在耳道102内的过程)以符合壳体250旨在驻留在其中的耳道102的部分的形状。某些实施方式的壳体250可定位在耳道102内，以便足够离散，使得壳体250在耳道102内的存在不能通过其他人的偶然观察来检测。在某些实施方式中，壳体250具有管状形状，具有一个或多个突起(例如，指状物；肋状物；环；或类似结构)，其远离壳体250的纵向轴线向外延伸并且配置成接触耳道102的内表面以将设备200保持在适当位置并且与耳道102对准(例如，与植入装置220的至少一个天线电路对准)。某些实施方式的突起218配置成允许声音传播经过设备200(例如，通过相邻突起之间的空间)到达接受者的鼓膜104，由此允许接受者利用残余听力能力。
在某些实施方式中，设备200还包括至少一个换能器，并且至少一个换能器位于壳体250上或壳体内，而在某些其他实施方式中，至少一个换能器远离壳体250间隔开，但是与壳体250内的至少一个通信电路210操作通信(例如，无线地；经由有线连接)。在某些实施方式中，至少一个换能器包括至少一个麦克风，所述至少一个麦克风配置成生成指示由至少一个麦克风在接受者处接收到的声音的输出电信号。至少一个麦克风可以定位在耳道102的外部(例如，在耳上、耳外或植入在耳后的皮肤下)或部分或完全在耳道102内(例如，耳道内(ITEC)麦克风)，其在耳道102内的壳体250上或壳体内)。例如，至少一个麦克风可以包括无源麦克风(例如，包括无源感测部件的麦克风，所述无源感测部件利用由无源感测部件提供的电力以供操作；不利用电池或其他电力储存装置来提供电力以供操作的麦克风；电介体麦克风；包括压电膜的压电麦克风)。又例如，至少一个麦克风可以包括非无源麦克风(例如，利用由电池、电容器或其他电力储存装置存储的电力的麦克风)，其示例包括但不限于：光学麦克风、电容式麦克风、电容器麦克风、电磁感应麦克风和动态麦克风。
在某些实施方式中，至少一个麦克风包括多个麦克风，所述多个麦克风配置成通过使每个麦克风提供可听频率范围内的对应部分的对应音频频率响应而提供音频频率范围(例如，高达8kHz、10kHz或20kHz的范围)内的预定总音频频率响应(例如，第一麦克风提供具有100Hz下限的第一范围内的音频频率响应，并且第二麦克风提供具有10kHz上限的第二范围内的音频频率响应，用于在100Hz与10kHz之间的音频频率范围内的总音频频率响应)。在某些实施方式中，第一范围和第二范围彼此重叠(例如，第一范围的上限大于第二范围的下限)。在某些其他实施方式中，第一范围和第二范围彼此相邻(例如，第一范围的上限等于第二范围的下限)。在某些其他实施方式中，第一范围和第二范围彼此分离(例如，第一范围的上限小于第二范围的下限)。
在某些其他实施方式中，至少一个换能器包括至少一个传感器，所述至少一个传感器配置成生成指示感测状况的换能器输出信号。例如，至少一个换能器可以选自：至少一个光学传感器，其配置成生成指示由光学传感器(例如，成像传感器)接收的光的信号；至少一个加速度计和/或陀螺仪，其配置成生成指示接受者的加速和/或取向的信号；至少一个化学传感器，其配置成生成指示接受者的环境中或接受者内的化学化合物的信号(例如，血糖水平)。
在某些实施方式中，至少一个通信电路210(例如，至少一个第一天线电路)配置成通过生成时变(例如，正弦)磁场H(t)来生成通信信号212。在某些实施方式中，时变磁场H(t)的通信信号212配置成将电力和/或信息从设备200传输到包括至少一个第二天线电路260的至少一个装置220，所述至少一个第二天线电路配置成接收经调制的时变磁场H(t)的至少一部分并且从通信信号212提取电力和/或信息。例如，通信信号212可以包括关于换能器输出信号的信息，并且/或者控制信号可以通过调制时变磁场H(t)(经由频率调制、幅度调制、相位调制和/或数字调制)而编码到时变磁场H(t)上。某些这样的实施方式的至少一个第二天线电路260配置成响应于经调制的时变磁场H(t)的接收部分感应地生成电信号，并且从感应生成的电信号解码信息和/或控制信号，使得通信信号212被感应地传送到至少一个装置220。在某些实施方式中，至少一个通信电路210还配置成通过接收由至少一个装置220生成和调制的时变磁场H(t)来从至少一个装置220接收电力和/或信息(例如，状态信息和/或控制信号)。至少一个第二天线电路260的示例包括但不限于：偶极天线、单极天线、环形天线、平面螺旋天线、贴片天线、缝隙天线、立体螺旋天线、线圈天线和天线的相控阵列。
在某些实施方式中，时变磁场H(t)具有便于与至少一个装置220进行无线通信(例如，经由透皮通信链路；感应射频(RF)通信链路)的空间分布。例如，空间分布可以是关于纵向轴线236旋转对称的(例如，全向的)或非各向同性的(例如，包括沿着大体上朝向至少一个装置220的位置的方向延伸的波瓣)，并且具有由至少一个第二天线电路260接收的足够的磁通量以便于与至少一个装置220的无线通信。
在某些实施方式中，至少一个芯230的第一部分232和第二部分234中的每一个包括亚铁磁或铁磁材料(例如，铁；铁合金；磁性不锈钢；铁氧体)。在某些实施方式中，芯230是整体(例如，单片)元件，其中第一部分232和第二部分234永久地彼此连接，而在某些其他实施方式中，第一部分232和第二部分234彼此可逆地可分离和/或分离。第一部分232可以包括铁氧体棒芯，并且第二部分234可以包括远离铁氧体棒芯的端部径向延伸的铁氧体唇缘或凸缘。在某些实施方式中，至少一个芯230具有第一磁极表面302(例如，第一部分232的与第二部分234间隔最远的表面)和第二磁极表面304，所述第一磁极表面配置成沿基本上朝向至少一个装置220的方向面向，所述第二磁极表面配置成基本上垂直于第一磁极表面302面向的方向面向。
在某些实施方式中，至少一个线圈240包括多匝电绝缘的单股或多股线(例如，铜；铂；金)。至少一个线圈240围绕至少一个芯230的第一部分232的至少一部分缠绕，绕组的数量在5至30(例如，10至20)的范围内。在某些实施方式中，至少一个线圈240包括围绕第一部分232的单层绕组，而在某些其他实施方式中，至少一个线圈240包括围绕第一部分232的多层绕组。通过使时变电流流过至少一个线圈240，可以生成具有受至少一个芯230影响的空间分布的时变磁场H(t)。
图3A和3B分别示意性地示出了根据本文描述的某些实施方式的示例性通信电路210的侧视图和透视图。图3C示意性地示出了根据本文描述的某些实施方式的相对于植入装置220的天线电路260定向和定位的图3A和3B的示例性芯230和示例性线圈240的透视图。图3A-3C的第一部分232和第二部分234中的每一个具有沿着纵向轴线236延伸的基本上圆柱形的形状，并且在垂直于纵向轴线236的平面中具有基本上圆形的截面(例如，关于纵向轴线236基本上旋转对称)。第一磁极表面302基本上是平坦的并且基本上垂直于纵向轴线236，第二磁极表面304基本上垂直于第一磁极表面302并且围绕纵向轴线236延伸。与第一磁极表面302相对的第二部分234的表面306也是基本上平坦的并且基本上垂直于纵向轴线236。
在某些实施方式中，第一部分232、第二部分234和线圈240的尺寸被设定大小以提供时变磁场H(t)的预定空间分布，同时配置成配合在接受者的身体的腔或区域内(例如，耳道102内)。例如，第一部分232可以具有在2毫米至10毫米的范围内的宽度W1(例如，直径)和/或在1.5毫米至6毫米的范围内的高度H1，第二部分234可以具有在2.5毫米至12毫米的范围内的宽度W2(例如，直径)和/或在0.5毫米至3毫米的范围内的高度H2，并且差Δ＝W2-W1可以在0.5毫米至4毫米的范围内。
图4示出了根据本文描述的某些实施方式的由图3A-3C的示例性通信电路210生成的示例性时变磁场H(t)的模拟。第二天线电路260可以包括具有在5毫米至20毫米的范围内的绕组外半径、在3毫米至18毫米的范围内的绕组内半径的平面螺旋天线线圈262，以及具有在5毫米至20毫米的范围内的外半径和在0至3毫米的范围内的厚度的盘形天线芯264。对于此模拟，第二天线电路260包括具有五个绕组和4.5毫米的绕组内半径的平面螺旋天线线圈262以及具有5.5毫米的外半径和1毫米的厚度的盘形天线芯264。天线线圈262和天线芯264以纵向轴线266为中心、垂直于所述纵向轴线并且关于所述纵向轴线旋转对称，所述纵向轴线与纵向轴线236共线。另外，第一磁极表面302面向天线线圈262并且与其间隔5毫米，并且芯230具有以下尺寸：W1＝5毫米，W2＝7毫米，H1＝3毫米，并且H2＝1毫米。所得到的时变磁场H(t)关于纵向轴线236旋转对称。
如图4中所示，时变磁场H(t)的空间分布从第一磁极表面302延伸到装置220的第二天线电路260，其中在第一磁极表面302与第二天线电路260之间的区域中的量级通常大于在芯230的与第一磁极表面302相对的一侧上的区域中的量级。通过使第二部分234的宽度(例如，直径)大于第一部分232的宽度(例如，直径)，第二磁极表面304比第一磁极表面302远离纵向轴线236延伸得更远，由此修改时变磁场H(t)的空间分布使得磁场H(t)朝向第二天线电路260聚焦，并且增加通信电路210与装置220之间的磁感应耦合系数。例如，对于耳道102内的设备200和植入在耳道102的内表面的相对侧的装置220，根据本文描述的某些实施方式，磁感应耦合系数k对于皮瓣距离范围(例如，第一磁极表面302与第二天线电路260之间的距离在1毫米至10毫米的范围内；在3毫米至8毫米的范围内；为5毫米；为8毫米)可以大于0.1(例如，大于或等于0.105；大于或等于0.11；大于或等于0.12)。在第一磁极表面302与第二天线电路260之间5毫米的间隔处，图4中所示的示例性配置的磁感应耦合系数k被计算为0.108。
图5A示意性地示出了根据本文描述的某些实施方式的另一示例性通信电路210的侧视图。图5B示意性地示出了根据本文描述的某些实施方式的由图5A的示例性通信电路210生成的示例性时变磁场H(t)的模拟。图5A的示例性通信电路210与图3A-3C的示例性通信电路210相同，除了图5A的第一磁极表面302是凸形的(例如，圆顶形的)，而不是如图3A-3C中是基本上平坦的。例如，第一磁极表面302的中心可以沿着纵向轴线从第一磁极表面302的边缘延伸0至3毫米范围内的距离。又例如，第一磁极表面302可以是基本上球面的(例如，具有在3毫米至10毫米或更高的范围内的曲率半径的球面表面的区段)。在第一磁极表面302与第二天线电路260之间5毫米的间隔处，图5B中所示的示例性配置的磁感应耦合系数k被计算为0.111，所述示例性配置具有曲率半径等于7毫米的凸形并且基本上球面的第一磁极表面302。
图6A示意性地示出了根据本文描述的某些实施方式的另一示例性通信电路210的侧视图。图6B示意性地示出了根据本文描述的某些实施方式的由图6A的示例性通信电路210生成的示例性时变磁场H(t)的模拟。图6A的示例性通信电路210与图5A的示例性通信电路210相同，除了与图6A的第一磁极表面302相对的第二部分234的表面306是凸形的(例如，圆顶形的)，而不是如图5A中是基本上平坦的。例如，表面306的中心可以沿着纵向轴线从表面306的边缘延伸0至4毫米范围内的距离。又例如，表面306可以是基本上球面的(例如，具有在4毫米至14毫米或更高的范围内的曲率半径的球面表面的区段)。在第一磁极表面302与第二天线电路260之间5毫米的间隔处，图6B中所示的示例性配置的磁感应耦合系数k被计算为0.112，所述示例性配置具有曲率半径等于10毫米的凸形并且基本上球面的表面306。在具有基本上平坦的第一磁极表面302和曲率半径等于10毫米的凸形并且基本上球面的表面306的示例性通信电路210的模拟中，在第一磁极表面302与第二天线电路260之间5毫米的间隔处被计算为0.109。因此，尽管弯曲的第一磁极表面302与平坦的第一磁极表面302相比提供了磁感应耦合系数k的约3％的改善，但是弯曲表面306仅有助于额外的1％的改善，而不管第一磁极表面302是否弯曲。
图7A和7B示意性地示出了根据本文描述的某些实施方式的两个其他示例性通信电路210的侧视图。图7A和7B的第一部分232是锥形的，而不是沿着纵向轴线236具有基本上恒定的宽度W1(例如，直径)(参见例如图3A-3C、5A、6A)。例如，第一部分232可以具有沿着纵向轴线236从第二部分234到第一磁极表面302变小(例如，单调地；线性地)的宽度W1(例如，直径)。例如，宽度W1可以在第一端处(例如，在第二部分234处)具有第一值W1A，并且在第二端处(例如，在第一磁极表面302处)具有第二值W1B，第二值W1B小于第一值W1A。在某些实施方式中，第一部分232包括在第一磁极表面302处的凸缘308，凸缘308具有大于第二值W1B并且小于第一值W1A的第三值W1C，并且配置成便于将线圈240的绕组保持在适当位置和/或简化缠绕过程。在某些实施方式中，锥形第一部分232可以与本文描述的弯曲的第一磁极表面302和/或弯曲表面306组合。
图8A-8C示意性地示出了根据本文描述的某些实施方式的在接受者的耳道102的内表面内的壳体250的示意性截面图内的图3A、6A和7B的示例性通信电路210。所述截面图在垂直于耳道102的一部分的纵向轴线的平面中。在某些实施方式中，壳体250具有配置成配合在耳道102内(例如，符合耳道)的截面形状，并且通信电路120以壳体250内的预定取向安装在壳体250内，使得壳体250便于通信电路210的对准，使得第一磁极表面302面向在耳道102的内表面的另一侧上的植入装置220。
图9A和9B分别示意性地示出了根据本文描述的某些实施方式的另一示例性通信电路210的正视图和透视图。图9A的正视图沿着从第二元件120的方向，因此当第二元件120在耳道102上方时(参见例如图1)其可以被称为“俯”视图，或者当第二元件120沿着耳道102的侧面定位时(例如，在图1的耳道102的前面或后面)其可以被称为“侧”视图。根据本文描述的某些实施方式，在接受者的耳道102的内表面内的壳体250的示意性截面图内示出了图9A中的通信电路210的正视图。所述截面图在沿着耳道102的一部分的纵向轴线402的平面中。在某些实施方式中，通信电路210的芯230和线圈240具有配置成沿着耳道102的纵向轴线402延伸的细长形状。在图9A和9B所示的示例性通信电路210中，芯230在基本上垂直于芯230的纵向轴线236的平面中具有基本上长圆形的截面(例如，盘状矩形；跑道形；体育场形；香肠形)。芯230的基本上长圆形的截面可以在两个弯曲(例如，半圆形)部段406之间具有直部分404。例如，直部段可以具有在1毫米至12毫米的范围内(例如，4毫米)的长度L，第一部分232的两个半圆形部段可以具有在1毫米至5毫米的范围内(例如，2.5毫米)的半径R1，并且第二部分234的两个半圆形部段可以具有在1.25毫米至6毫米的范围内(例如，3.5毫米)的半径R2。线圈240围绕其缠绕的芯230的第一部分232在包括芯230的纵向轴线236的第一截面平面中具有第一宽度(例如，2·R1)，并且在包括芯230的纵向轴线236并且基本上垂直于第一截面平面的第二截面平面中具有第二宽度(例如，L+2·R1)，第二宽度大于第一宽度。芯230的第二部分234在第一截面平面中具有第三宽度(例如，2·R2)，并且在第二截面平面中具有第四宽度(例如，L+2·R2)，第四宽度大于第三宽度。尽管图9A和9B的示例性通信电路210具有基本上平坦的第一磁极表面302，但是在某些实施方式中，第一磁极表面302和/或表面306(图9A和9B中未示出)可以是凸形的，如本文关于图5A和6A所述。尽管图9A和9B的芯230的示例性第一部分232具有作为沿着纵向轴线236的距离的函数的基本上恒定的截面宽度和长度，但是在某些实施方式中，芯230的第一部分232可以是锥形的，如本文关于图7A和7B所述。
在某些实施方式中，通信电路210的细长形状配置成与非细长形状相比，增加与装置220的磁感应耦合系数和/或减少由于通信电路210与装置220之间的未对准(例如，偏移)引起的磁感应耦合系数的劣化。例如，对于配置成由接受者插入到耳道102中的设备200，这种未对准可能是常见的问题(例如，如果设备200不具有配置成将通信线圈210与装置220的通信线圈对准的磁体)，因为设备200放置处的沿着耳道102的距离在其每次被插入时可能是不同的。
图10A示意性地示出了根据本文描述的某些实施方式的在示例性盘形天线芯264下方的图9A和9B的示例性通信电路210的正视图。芯230的中心纵向轴线236在垂直于纵向轴线236、266的方向上从天线芯264的中心纵向轴线偏移。图10B示出了根据本文描述的某些实施方式的磁感应耦合系数k作为(i)图9A和9B的具有细长形状的示例细长通信电路210(其中长度L＝4毫米、半径R1＝2.5毫米、半径R2＝3.5毫米、高度H1＝3毫米、高度H2＝1毫米)和(ii)图3A-3C的示例性圆形通信电路210(其中宽度W1＝5毫米、宽度W2＝7毫米、高度H1＝3毫米、高度H2＝1毫米)的偏移的函数的曲线图。对于图10B的两个曲线图，第一磁极表面302与天线线圈262之间的距离为5毫米。
如图10B中所示，具有零偏移的图3A-3C的圆形通信电路210具有0.108的磁感应耦合系数k，并且耦合系数k随着偏移的增加而减小，在约1.5毫米的偏移处减小到低于0.10的值。具有零偏移的图9A-9B的细长通信电路210具有0.122的磁感应耦合系数k，并且耦合系数k随着偏移增加而减小，在约2.5毫米的偏移处减小到低于0.108的值，并且在约3毫米的偏移处减小到低于0.10的值。两个示例性通信电路210的此比较示出了细长形状在通信电路210与装置220的零未对准(例如，偏移)处提供了更大的磁感应耦合系数，同时即使在实质上非零未对准(例如，偏移)的情况下也保持耦合系数大于0.10。在图10B的示例中，对于高达2.5mm的偏移，4mm细长通信电路210的耦合系数大于具有零偏移的圆形通信电路210的耦合系数。在某些实施方式中，包括细长形状的通信电路210的设备200提供可用的RF链路效率，同时允许通信电路210与植入装置220的通信电路260之间的一些未对准。
在某些实施方式中，设备200包括其他特征和功能。例如，设备200可以包括微控制器(例如，处理器集成电路)，所述微控制器配置成监测设备200的各种部件的性能和/或向该设备的各种部件提供信号(例如，以调节至少一个通信电路210和/或设备200的一个或多个其他部件的性能参数)。在某些这样的实施方式中，微控制器配置成从外部装置无线地接收控制信号(例如，编码到从可植入装置220无线地接收的至少一个信号上的控制信号)。又例如，设备200可以包括配置成存储电力并且向设备200的其他部件提供电力的电力储存电路(例如，一个或多个电池、可充电电池、不可充电电池、电容器或其他电力储存装置)和/或配置成无线地接收电力并且向设备200的其他部件(例如，电力储存电路)提供电力的电力接收电路。电力接收电路的示例可以包括但不限于：配置成在磁场内移动的线圈(例如，设备200的动态麦克风线圈)；响应于人类可听范围之外的频率的压电元件(例如，设备200的压电麦克风的PVDF膜)；配置成从专用源(例如，枕头充电器)无线地接收电力的电路；配置成从由设备200无线接收的信号(例如，来自植入装置的至少一个信号)提取电力的电路；热电、压电或射频(RF)换能器，其配置成从接收自设备200的周围环境的能量(例如，热能；动能；RF能量)获取功率并且将所获取的功率转换为电力。
图11是根据本文描述的某些实施方式的示例性方法500的流程图。在操作框510中，方法500包括在定位在接受者的身体上或接受者的身体内的第一装置的第一磁极表面302与第二磁极表面304之间生成时变磁场H(t)。第二磁极表面304基本上垂直于第一磁极表面302。在某些实施方式中，第一装置包括在接受者的身体的腔或区域内(例如，定位在接受者的耳道102内)或在接受者的身体上(例如，由接受者外部穿戴)的换能器组件(例如，包括至少一个麦克风和/或传感器)。
在操作框520中，方法500还包括在接受者的身体内的植入的第二装置处接收时变磁场H(t)的至少一部分。在某些实施方式中，第二装置包括刺激组件(例如，包括至少一个电极和/或至少一个致动器)，所述刺激组件配置成将刺激信号施加到接受者的身体的对应部分。
在操作框530中，方法500还包括响应于时变磁场H(t)的接收部分来控制植入的第二装置的操作。例如，植入的第二装置可以响应于时变磁场H(t)的接收部分而在多个操作状态(例如，利用不同功率级的状态；接通和关断状态；操作和诊断状态)之间切换。时变磁场H(t)可以指示来自第一装置的数据(例如，信息；命令)，方法500还可以包括从时变磁场H(t)的接收部分确定数据，并且所述控制操作可以包括将数据用于在植入的第二装置的操作状态内操作的信息和/或命令。
在某些实施方式中，方法500还包括从植入的第二装置无线地接收第二数据(例如，信息；命令)以及响应于第二数据来控制第一装置的操作。例如，第一装置可以在多个操作状态(例如，利用不同功率级的状态；接通和关断状态；操作和诊断状态)之间切换，并且/或者第二数据可以包括用于在第一装置的操作状态内操作的信息和/或命令。
尽管为了易于理解，使用常用术语来描述某些实施方式的系统和方法，但这些术语在本文用于具有其最广泛的合理解释。尽管关于例示性示例和实施方式描述了本公开的各个方面，但所公开的示例和实施方式不应被解释为限制性的。除非另外特别陈述，或者在如所使用的上下文中另有理解，否则诸如“可以(can)”、“可能(could)”、“可能(might)”或“可以(may)”的条件语言一般旨在传达特定实施方式包括特定特征、元件和/或步骤，而其他实施方式不包括特定特征、元件和/或步骤。因此，这种条件语言一般不旨在暗示特征、元素和/或步骤对于一个或多个实施方式以任何方式被需要，或者不旨在暗示一个或多个实施方式必须包括用于在具有或没有使用者输入或提示的情况下决定这些特征、元素和/或步骤是否被包括在任何特定实施方式中或者将在任何特定实施方式中被执行的逻辑。具体地说，术语“包括(comprises)”和“包括(comprising)”应被解释为以非排他性方式指代元件、部件或步骤，这指示所引用的元件、部件或步骤可以存在、利用没有明确引用的其他元件、部件或步骤，或者与该其他元件、部件或步骤组合。
应了解，本文公开的实施方式并不相互排斥，并且可在各种布置中彼此组合。另外，尽管所公开的方法和设备在很大程度上是在传统听觉假体(例如，耳蜗植入物)的上下文中描述的，但本文描述的各种实施方式可被并入多种其他合适的装置、方法和上下文中。更一般地，如可以理解的，本文描述的某些实施方式可用于各种可植入医疗装置上下文中。
如本文所使用，诸如术语“大约”、“约”、“大体上”和“基本上”的程度语言表示仍然执行所需功能或实现所需结果的接近所陈述的值、量或特征的值、量或特征。例如，术语“大约”、“约”、“大体上”和“基本上”可以指在所陈述的量的±10％内、在所陈述的量的±5％内、在所陈述的量的±2％内、在所陈述的量的±1％内或在所陈述的量的±0.1％内的量。作为另一示例，术语“大体上平行”和“基本上平行”是指偏离精确平行±10度、±5度、±2度、±1度或±0.1度的值、量或特征，并且术语“大体上垂直”和“基本上垂直”是指偏离精确垂直±10度、±5度、±2度、±1度或±0.1度的值、量或特征。本文公开的范围还涵盖任何和所有重叠、子范围及其组合。诸如“高达”、“至少”、“大于”、“小于”、“在……之间”等的语言包括所列举的数字。如本文所使用，除非上下文另外明确规定，否则“一(a/an)”和“所述”的含义包括复数。另外，如在本文的描述中所使用，除非上下文另外明确规定，否则“在……中”的含义包括“到……中”和“在……上”。
虽然本文根据序数形容词(例如第一、第二等)标记的元件来论述方法和系统，但序数形容词仅仅用作将一个元件与另一元件(例如，一个信号与另一信号，或者一个电路与另一电路)区分开的标记，并且序数形容词并不用于表示这些元件的次序或它们的使用次序。
本文描述和要求保护的发明在范围上不受本文公开的特定示例实施方式的限制，因为这些实施方式旨在作为本发明的若干方面的例示，而不是限制。任何等效实施方式都旨在处于本发明的范围内。实际上，除了本文示出和描述的那些之外，根据前述描述，本发明在形式和细节上的各种修改对于本领域技术人员将变得显而易见。这类修改也旨在落入权利要求的范围内。本发明的广度和范围不应受本文公开的示例实施方式中的任一个的限制，而应仅根据权利要求和其等效物来定义。

Claims (25)

1.一种设备，包括：
至少一个通信电路，所述至少一个通信电路配置成接收由至少一个换能器生成的换能器输出信号，响应于所述换能器输出信号生成通信信号，并且将所述通信信号感应地传送到植入在接受者上或所述接受者内的至少一个装置，所述至少一个通信电路包括：
至少一个芯，所述至少一个芯配置成定位在所述接受者的身体的腔或区域内，所述至少一个芯包括第一部分和第二部分，所述第一部分沿着纵向轴线延伸，并且所述第二部分从所述第一部分向外并且基本上垂直于所述纵向轴线延伸；以及
至少一个导电线圈，所述至少一个导电线圈环绕所述第一部分并且配置成定位在所述腔或区域内。
2.根据权利要求1所述的设备，还包括壳体，所述壳体配置成定位在所述腔或区域内，所述至少一个芯和所述至少一个导电线圈定位在所述壳体上或所述壳体内。
3.根据权利要求2所述的设备，其中所述壳体包括非磁性材料。
4.根据权利要求2或权利要求3所述的设备，其中所述腔或区域包括所述接受者的身体的耳道，并且所述壳体配置成定位在所述耳道内，其中所述至少一个芯的所述第一部分的所述纵向轴线指向所述耳道的内表面。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的设备，还包括所述至少一个换能器，并且所述至少一个换能器在所述壳体上或所述壳体内。
6.根据任一前述权利要求所述的设备，其中所述至少一个换能器包括麦克风，所述麦克风配置成通过生成所述换能器输出信号来响应声音，所述换能器输出信号指示所述声音。
7.根据任一前述权利要求所述的设备，其中所述至少一个芯的所述第一部分在基本上垂直于所述纵向轴线的平面中具有基本上圆形的截面。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的设备，其中所述至少一个芯的所述第一部分在基本上垂直于所述纵向轴线的平面中具有基本上长圆形的截面。
9.一种设备，包括：
至少一个天线，所述至少一个天线配置成生成时变磁场，所述时变磁场将所述至少一个天线感应地耦合到在接受者上或所述接受者内的植入装置，所述至少一个天线包括：
第一磁极表面，所述第一磁极表面配置成沿基本上朝向所述植入装置的方向面向；以及
第二磁极表面，所述第二磁极表面配置成基本上垂直于所述方向面向。
10.根据权利要求9所述的设备，其中所述至少一个天线包括至少一个芯和围绕所述至少一个芯的至少一部分缠绕的至少一个导电线圈。
11.根据权利要求10所述的设备，其中所述至少一个芯的所述部分关于所述方向基本上旋转对称。
12.根据权利要求10所述的设备，其中所述至少一个芯的所述部分在包括所述方向的第一截面平面中具有第一宽度，并且在包括所述方向并且基本上垂直于所述第一截面平面的第二截面平面中具有第二宽度，所述第二宽度大于所述第一宽度。
13.根据权利要求11或权利要求12所述的设备，其中所述至少一个天线配置成定位在所述接受者的耳道内，并且所述方向基本上垂直于所述耳道的纵向轴线。
14.根据权利要求13所述的设备，其中所述设备是包括至少一个麦克风的听觉假体，所述至少一个天线配置成定位在所述接受者的耳道内。
15.根据权利要求14所述的设备，其中所述植入装置包括以下中的至少一个：电极阵列、中耳致动器、直接声学耳蜗植入物致动器和骨传导致动器。
16.根据权利要求11至15中任一项所述的设备，其中所述第一磁极表面是凸形的。
17.根据权利要求11至16中任一项所述的设备，其中所述至少一个天线还包括与所述第一磁极表面相对的凸形表面。
18.根据权利要求11至17中任一项所述的设备，其中所述至少一个天线沿着所述方向是锥形的。
19.一种方法，包括：
在定位在接受者的身体上或所述接受者的身体内的第一装置的第一磁极表面与第二磁极表面之间生成时变磁场，所述第二磁极表面基本上垂直于所述第一磁极表面；
在所述接受者的身体内的植入的第二装置处接收所述时变磁场的至少一部分；以及
响应于所述时变磁场的接收部分来控制所述植入的第二装置的操作。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述第一装置包括在所述接受者的身体的腔或区域内或在所述接受者的身体上的换能器组件。
21.根据权利要求19至20中任一项所述的方法，其中控制操作包括在多个操作状态之间切换所述植入的第二装置。
22.根据权利要求19至21中任一项所述的方法，其中所述时变磁场指示数据，所述方法还包括从所述时变磁场的所述接收部分确定所述数据，并且所述控制操作包括将所述数据用于在所述植入的第二装置的操作状态内操作的信息和/或命令。
23.根据权利要求22所述的方法，其中所述植入的第二装置包括刺激组件，所述刺激组件配置成将刺激信号施加到所述接受者的身体的对应部分，并且所述控制操作包括调节所述刺激信号。
24.根据权利要求19至23中任一项所述的方法，其中所述时变磁场配置成将电力从所述第一装置传输到所述第二装置。
25.根据权利要求19至24中任一项所述的方法，还包括从所述植入的第二装置无线地接收第二数据以及响应于所述第二数据来控制所述第一装置的操作。
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