CN117615817A - 用于植入物和外部设备之间的无线数据传输的通信系统和通信方法 - Google Patents
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Abstract
公开了用于可植入医疗设备(IMD，40)和外部设备(60)之间的无线数据传输的通信系统(10)及相应的通信方法，旨在增加IMD能源的寿命。该通信系统包括通信单元(62)和处理器(61)。IMD(40)配置成监测患者的身体参数和/或配置成向患者递送治疗信号，其中IMD包括收发器模块，该收发器模块配置成在从收发器模块到通信单元的上行链路方向上和在从通信单元到收发器模块的下行链路方向上与外部设备的通信单元交换数据。此外，描述了相应的计算机程序产品和计算机可读数据载体。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于可植入医疗设备(IMD，植入物)和外部设备之间的无线数据传输的通信系统，其中，IMD配置为监测患者的健康状态和/或配置为向患者递送治疗信号。外部设备至少部分位于体外。本发明还涉及用于无线数据传输的相应通信方法、相应计算机程序产品和相应计算机可读数据载体。
背景技术
主动和被动可植入医疗设备(IMD、植入物)，例如起搏器(带引线)、生物监测器、可植入无引线起搏器(ILP)、可植入无引线压力传感器(ILPS)、可植入心脏除颤器(ICD)或电击盒，包含收集生理信号的传感器，以监测患者的健康状态，并使用通信单元将这些信号作为数据传输至外部设备(例如智能手机、计算机、远程服务器)。从这些各种传感器收集的数据可以包括但不限于ECG、阻抗、活动、姿势、心音、压力、呼吸数据和其他数据。主动IMD(例如起搏器、ILP、ICD或电击盒)可向患者提供治疗信号，例如心室或心房内的电刺激。
通常，这种IMD包括用于数据处理的处理器和收发器模块，该收发器模块配置为与外部设备的通信单元双向交换消息，例如，如果该外部设备被植入患者体内的话。至少部分位于体外的外部设备的通信单元配置为使用IMD的收发器模块进行双向数据传输。通信单元以请求的形式产生并发送消息到IMD的收发器模块，例如用于从IMD接收关于患者健康状态或IMD状态的数据或用于编程(以便配置IMD对患者应用适当的治疗)。
文献US2018/0152972A1描述了用于数据传输的方法和系统，其中在外部仪器和IMD之间启动通信链路。在第一连接间隔中，数据包在外部仪器和IMD之间传送，连接标准被监控，该连接标准包括数据吞吐量要求中的至少一个。此外，基于连接标准将其从第一连接间隔改变到第二连接间隔，以便增加IMD的寿命，其中第二连接间隔可以比第一连接间隔长，其中改变操作包括当数据吞吐量需求下降到数据阈值以下时改变到第二连接间隔。
上述文献表明，需要考虑通信链路的参数，以避免IMD电池的过度消耗。对于IMD(如果植入患者体内的话)和外部设备之间的遥测通信来说尤其如此。通常，这种遥测通信被实现为短通信连接，包括以预定的、通常是规则的时间间隔重复的多个数据包的交换。
通常，IMD和外部设备之间的遥测通信使用低链路余量。在这种情况下，高数据速率会导致通信丢失，并且潜在的高重复率会导致能耗增加。由于短时间通信连接只包含几个数据包，通信伙伴之间通常的最佳数据速率的“协商”也会增加能耗。用于确定数据传输服务的整体性能的通常的服务质量(QoS)方法，包括对连接的所有方面的要求，例如服务响应时间、损耗、信噪比、串扰、回声、中断、频率响应、响度级别等，是短距离通信的无效方法，比如遥测通信情况下的IMD和外部设备通信。
发明内容
因此，期望提供的通信系统和方法不消耗IMD电池能量，并且提供关于至少一个最佳通信参数的快速结果，从而导致寿命增加。
上述问题通过具有权利要求1特征的用于IMD和外部通信单元之间的无线数据传输的通信系统、具有权利要求8特征的相应通信方法、具有权利要求13特征的计算机程序产品以及具有权利要求14特征的计算机可读数据载体来解决。
具体地，该问题通过用于IMD和外部设备之间的无线数据传输的通信系统来解决，该通信系统包括通信单元和处理器，其中IMD配置成监测患者的身体参数和/或配置成向患者递送治疗信号，其中IMD包括收发器模块，该收发器模块配置成在从收发器模块到通信单元的上行链路方向上以及在从通信单元到收发器模块的下行链路方向上与外部设备的通信单元交换数据，其中外部设备的处理器配置成确定由通信单元接收并由植入的IMD的收发器模块以预定初始数据速率发送的至少一个数据包的信号强度，并确定通信单元的噪声水平，其中处理器还配置成基于由通信单元从收发器模块接收的至少一个数据包的紧接着之前确定的信号强度和通信单元的当前噪声水平来确定用于上行链路方向上的数据传输的最高可能上行链路数据速率值和用于下行链路方向上的数据传输的最高可能下行链路数据速率值。
IMD是如上定义的可植入医疗设备，其配置为监测患者的健康状况和/或配置为向患者递送治疗信号，例如ILP、ILPS或ICD。可以实现上述主题的IMD的其他示例是上述IMD、SCS设备、药物输送设备或耳蜗植入物。IMD至少部分地可植入患者体内。植入后，IMD提供与外部设备的遥测通信。
IMD包括用于数据处理的处理器和用于向通信单元发送和传输消息(即通信信号)以及从通信单元接收消息的收发器模块(例如天线)。IMD的处理器电连接到收发器模块，外部设备的处理器电连接到通信单元。可替代地，收发器模块或通信单元可以分别集成在IMD的处理器或外部设备的处理器内。收发器模块和通信单元配置成以数据包的形式向相应的其他模块/单元发送信号/消息。通常，这种数据包是嵌入在通信协议中定义的语法规则和语义规则的系统中的位串，这些规则以各自的算法和数据结构来表达。由收发器模块接收的消息被传输到相应的处理器用于数据处理。类似地，处理器产生信号/消息的内容，该内容由收发器模块或通信单元传输到相应的伙伴。
IMD的存储模块可以包括任何易失性、非易失性、磁性或电介质，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)、闪存或任何其他存储设备。
IMD可以包括其他模块，例如诸如电池的电源、用于从患者获取生理信号的至少一个传感器和/或用于产生例如电或电磁治疗信号以便向患者提供治疗的信号发生器。收发器模块、存储器模块、电源、至少一个传感器和/或信号发生器可以电连接到处理器。IMD的部件可以位于密封的外壳内。
外部设备总是至少部分位于体外，特别是在IMD植入患者体内的情况下。外部设备可以是计算机、智能手机、服务器或包括通信单元和处理器的类似计算设备。外部设备可以是所谓的患者远程设备(PR)，其可以用作收发器，以在IMD和远程监控服务器之间路由通信。PR可以使患者或HCP能够改变IMD的主动治疗程序、控制其刺激幅度、打开/关闭刺激以及查看电池状态。因此，它也可以用作IMD的外部编程器。外部设备和以下方法的所述功能可以通过相应的app来实现。
通信单元配置用于与IMD的收发器模块进行双向通信，因此包括用于消息(信号)的收发器，例如天线。
对于数据/信号处理，外部设备和IMD每个都包括或可以包括专用处理器，该处理器通常被视为外部设备或IMD的功能单元，其解释和执行包括指令控制单元和算术逻辑单元的指令。处理器可以包括微处理器、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)、离散逻辑电路或其任意组合。可替代地或另外，处理器可以使用集成的专用硬件逻辑电路来实现，特别是在IMD的情况下，由于小尺寸和极端的功率限制。处理器可包括多个处理子单元。
IMD的通信单元和收发器模块的无线通信包括使用电磁波的空中(无线)通信，例如MedRadio/MICS/MEDS、EDGE、EV-DO、Flash-OFDM、GPRS、HSPA、LoRaWAN、RTT、UMTS、窄带IoT、蓝牙、WLAN(WiFi)、ZigBee、NFC、LTE、无线USB、Wibree(BLE)、射频区域中的以太网或WiMAX，或者红外或光频率区域中的IrDA或自由空间光通信(FSO)。因此，可以使用通常具有相同名称的相应通信协议(即规则系统，其允许通信系统的两个或更多个实体经由物理量的一种变化来传输信息，定义通信的规则、语法、语义和同步以及可能的错误恢复方法，并且由硬件、软件或两者的组合来实现)或协作协议(协议组)，例如TCP/IP协议组(例如IPv6、TCP、UDP、SMTP、HTTP/2)也有TLS或SSL、IPX/SPX、X.25、AX.25、ebXML、Apple Talk、蓝牙协议(如BR/EDR)、蓝牙4.0(BLE)、ZigBee协议、NFC协议、IEEE 802.11和802.16协议等。在植入IMD后，通信路径包括患者身体组织内的路径部分。
如上所述，通信单元和收发器模块的通信可以使用MedRadio/MICS/MEDS规范。医疗设备无线电通信服务(MedRadio)是为美国联邦通信委员会(FCC)制定的规范和通信频谱，旨在满足诊断和治疗性IMD以及体戴式医疗设备的通信需求。覆盖的频谱包括401MHz至406MHz和413MHz至457MHz范围内以及2360MHz至2400MHz范围内的频带。欧洲电信标准协会(ETSI)也制定了规范和几乎相同的频谱，该规范在欧洲和世界其他地方主要被称为MICS/MEDS(医疗数据服务)。MICS频段可分为25kHz信道，其中IMD收发器可占用高达300kHz。在这种情况下，达800kbit/s的数据速率是可能的。为了避免干扰，发射功率非常低，为25μWEIRP(-16dBm)。
因此，通信模块和收发器模块包括适用于所使用的通信技术/通信协议的相应硬件和软件。
关于本发明，每个处理器分别被视为IMD和外部设备的功能单元，其解释和执行包括指令控制单元和算术逻辑单元的指令。远程计算机是能够执行大量计算的功能单元，包括许多算术运算和逻辑运算而无需人工干预，例如个人移动设备(PMD)、台式计算机、服务器计算机、集群/仓库规模计算机或嵌入式系统。
上述通信系统的优点在于，对于预定义的误码率(BER)，例如BER＝10-5或BER＝10-3，最高可能上行链路数据速率值和最高可能下行链路数据速率值仅基于外部设备的确定值来确定。不需要(额外)确定IMD内的任何值。此外，在通信单元从IMD仅接收到一个数据包之后，确定最高可能上行链路数据速率值和最高可能下行链路数据速率值是可能的，这使得确定非常快速，并且导致IMD的能耗减少，因此增加了寿命。
在一实施例中，上行链路方向和下行链路方向的数据传输的最高可能上行链路数据速率值考虑10-3的BER。
发明人已经认识到，对于给定的BER和通信连接，最高可能数据速率取决于接收的载波噪声比测量。因此，发明人确定由外部设备的通信单元接收的信号和干扰水平，以便接收最高可能数据速率的值。图2示出了对于不同类型的误码率测试(BERT)，在标为Eb/N0(每比特能量与噪声功率谱密度比)的归一化载噪比度量上绘制的BER。例如，从该图可以得出，对于FSK调制和BER＝10-5，如果Eb/N0>14dB，则带宽和数据速率可以增加。
最高可能上行链路数据速率和最高可能下行链路数据速率的确定还可以基于所使用的IMD收发器模块。每种收发器芯片类型对于与热噪声N相关的每种数据速率都实现了一定的灵敏度。作为示例，下表(表1)列出了典型收发器芯片对于数据速率的灵敏度。
| 数据速率 | 热噪声N下的灵敏度 |
| 200kb/s | -104dBm |
| 65kb/s | -106dBm |
| 32kb/s | -109dBm |
| 16kb/s | -112dBm |
| 4kb/s | -116dBm |
因此，在一实施例中，上行链路方向和下行链路方向上的数据传输的最高可能上行链路数据速率值考虑预定类型的IMD收发器模块。
发明人假设由通信单元接收并由收发器模块使用预定义初始数据速率发送的一个数据包的信号强度CE为：
CE ＝ TXI + L (公式0)，
其中，TXI(dBm)是IMD的收发器模块的发射器功率输出，L是传输路径的所有损耗。进一步假设传输路径的对称性，由收发器模块接收并由通信单元发送的数据包的信号水平CI为：
CI＝TXE+L＝CE+TXE-TXI(公式I)，
其中，TXE(dBm)是外部设备的通信单元的发射器功率输出，L是传输路径的(全部)损耗。上述公式还基于相同频率用于上行链路和下行链路数据传输的假设，例如，如果MICS频带用于数据传输，就是这种情况。因此，在一实施例中，用于上行链路方向和下行链路方向的数据传输的最高可能上行链路数据速率值考虑用于数据传输的预定频带。
在测量至少一个接收到的数据包的信号的信号强度CE并根据相应数据包的内容确定TXI之后，外部设备的处理器使用公式I确定信号水平CI。对于预定义初始数据速率，TXE从外部设备获知。
如上所述，关于确定上行链路方向上数据传输的最高可能上行链路数据速率值和下行链路方向上数据传输的最高可能下行链路数据速率值的第二重要值是外部设备中接收的当前噪声水平。该当前噪声水平IE(dBm)由外部设备的处理器在所使用的传输信道的预定时间段内(例如在几秒钟内)作为移动算术平均值来确定，该传输信道具有预定带宽B(Hz)。也可以使用移动的几何或调和平均值。可以连续地或者以预定时间间隔，每5到20分钟，对于预定时间间隔，例如1到60秒，来确定噪声水平IE。当前噪声水平IE是根据上述方法最近确定的噪声水平值。
如图3所示，干扰源I(dBm)70在距离x(m)处的IMD40的收发器模块中产生噪声水平II。II被计算为II＝I-Dx-DK，其中Dx(dB)是自由路径损耗，DK是患者组织的衰减，其中患者30的组织是通信路径的一部分。IE是距离y(m)处的外部设备60中的干扰源I产生的噪声水平(dBm)，其中假设各向同性天线具有0dBm的天线增益。基于这一发现，DK比Dx大，并且基于干扰源通常位于距IMD不小于25cm处(x>0.25m)以及外部设备通常位于距IMD2m或更近处(z<＝2m)的假设，提供以下计算：
II＝I-Dx-DK并且IE＝I-Dy
Dy/x＝Dy-Dx＝20*log10(y/x)
y/x<(z+x)/x
因此，Dy/x<20*log10((z+x)/x)＝20*log10((2m+0.25m)/0.25m)＝19
从而，Dy/x<19。因此，19是Dy/x的上限。
因此，噪声水平II可以计算如下：
II＝IE-DK+19(公式II)
公式II给出了在IMD预期的干扰II的有用且足够精确(“尖锐”)的值。
该值不依赖于干扰源I的位置，并且在不实际需要测量IMD中的干扰的情况下被确定：测量仅发生在外部设备中，这在IMD中节省了能量。
该干扰值可用于调整下行链路方向的数据速率dDL。请注意，对于使用IMD的遥测技术，具有DK>>Dy/x(＝19)，因此II<<IE，这意味着IMD中的干扰比外部设备中的低得多。这表明，如果数据速率主要由干扰决定，则会选择dDL>dUL。
用于上行链路方向上的数据传输的最高可能上行链路数据速率值dUL由外部设备的处理器基于所确定的值CE、IE和N来确定，并且表示外部设备的通信单元能够以预定义BER(例如10-3或10-5)解码接收信号的上行链路方向上的数据速率。类似地，用于下行链路方向上的数据传输的最高可能下行链路数据速率值dDL由外部设备的处理器基于计算出的值CI、II和N来确定，并且表示IMD的收发器模块能够以预定义BER(例如10-3或10-5)解码接收信号的下行链路方向上的数据速率。N是通信单元或收发器模块中的热噪声底，其可以从波尔兹曼常数kB(J/K)、带宽B(Hz)和温度T(°K)中导出，N＝10*log10(kB*T*B)+30。
对于每个特定通信信道和所使用的特定频带，参数N、TXE、DK和B是已知的。
例如，对于MICS频带(402Hz至405Hz)，可以假设以下参数：
TXE(dBm)＝-16；DK(dB)＝31.5；B(Hz)＝00，000；N(dBm)＝-119。
这些值接近ITU-SA-1346研究确定的参数(见下表2)。
由于表1中所列的收发器芯片的灵敏度是在热噪声N下提供的，因此这些值需要根据干扰源I的噪声水平由I/N(dB)来调整。此外，需要考虑关于TXI，TXE，CE，IE的容差值，对于IMD和外部设备信号传输路径的使用，该容差值被确定为约6dB。因此，表1中所列的灵敏度必须减少以下值Δ：
ΔI＝max(II/N，0)+6＝max(II+125，6)(公式IIIa)
ΔE＝max(IE/N，0)+6＝max(IE+125，6)(公式IIIb)
根据公式IIIa，b得出：
CIeff(dBm)＝CI-ΔI(公式IVa)
CEeff(dBm)＝CE-ΔE(公式IVb)
然后，处理器可以基于CEeff从表1(存储在处理器或连接的数据存储器中)中导出上行链路方向上的数据传输的最高可能上行链路数据速率值dUL，并且基于CIeff从表1中导出下行链路方向上的数据传输的最高可能下行链路数据速率值dDL。因此，最高可能上行链路数据速率值dUL和最高可能下行链路数据速率值dDL由外部设备的处理器使用通信单元在紧接之前结束的预定义时间段内接收的一个数据包或多个数据包的紧接之前确定的信号强度CE和通信单元的确定的当前噪声水平IE来确定。所有其他参数和假设通常是已知的，或者被自动提供给通信单元(根据第一数据包的内容的TXI)。因此，IMD的收发器模块的测量是不必要的。
在一实施例中，外部设备的通信单元还配置为将所确定的最高可能上行链路数据速率值dUL和最高可能下行链路数据速率值dDL发送到IMD的收发器模块，并且IMD配置为将收发器模块随后可使用的上行链路和下行链路数据速率设置为从通信单元接收的数据速率值。通信单元可以在接收到第一数据包之后，将这些数据速率值dUL和dDL与第二数据包一起发送到IMD的收发器模块。
在一实施例中，外部设备配置为将通信单元随后可使用的上行链路和下行链路数据速率设置为所确定的最高可能上行链路和下行链路数据速率值，例如在将这些值发送到收发器模块之后，例如利用第二数据包。
在一实施例中，外部设备的处理器配置为确定上行链路和下行链路方向上的数据传输中的信号损耗L，其可以由外部设备的处理器基于上述公式0来确定。IMD的收发器模块的发射器功率输出TXI由外部设备接收的IMD的发射数据信号接收。关于TXI的信息包含在数据信号内。因此，L＝CE-TXI，其中信号水平CE由如上所述的通信单元确定。
在另一实施例中，可以在预定较长时间段(例如几天或几周)内观察通信单元的噪声水平IE(dBm)，以便识别该时间段中噪声水平IE(dBm)通常高于其他子段的至少一个子段。为此，在整个预定时间段内连续地或以预定时间间隔监测噪声水平。然后，识别模式并确定预定时间段的相应子段。如果存在定期检测到较高噪声水平IE的至少一个子段，则通信单元将该子段的时间说明发送给IMD，以避免该至少一个子段用于遥测通信。这意味着遥测通信优选地在具有较高噪声水平IE的确定的子段之外提供。
例如，通过一种用于IMD和包括通信单元和处理器的外部设备之间的无线数据传输的通信方法(其是计算机实现的方法)，进一步解决了上述问题，其中，IMD在植入患者体内之后监测患者的身体参数和/或向患者递送治疗信号，其中，IMD包括收发器模块，该收发器模块在从收发器模块到通信单元的上行链路方向上以及在从通信单元到收发器模块的下行链路方向上与外部设备的通信单元交换数据，具有以下步骤：
·外部设备的处理器确定由通信单元接收的至少一个数据包的信号强度，该数据包由植入的IMD的收发器模块以预定初始数据速率发送，
·外部设备的处理器确定通信单元的噪声水平，以及
·处理器基于由通信单元从收发器模块接收的至少一个数据包的紧接着之前确定的信号强度和通信单元的当前噪声水平来确定用于上行链路方向上的数据传输的最高可能上行链路数据速率值dUL和用于下行链路方向上的数据传输的最高可能下行链路数据速率值dDL。
更详细地，该方法包括以下步骤，其中该方法的许多特征已经关于上述通信系统进行了解释。因此，关于通信方法也可以参考上面的解释。
首先，由IMD的收发器模块以预定初始数据速率向外部设备的通信单元发送至少一个第一数据包，其中在至少一个第一数据包的内容中提供关于收发器模块的发射功率输出的信息。此外，外部设备的通信单元确定所接收的至少一个第一数据包的信号强度CE(dBm)。如果使用一个以上的单个数据包，则通信单元或外部设备的处理器将信号强度CE(dBm)确定为至少两个数据包的平均值(即算术平均值)或中值。然而，在大多数情况下，仅从IMD打包的单个接收数据就足够了。然后，使用公式I，信号强度CI(dBm)由外部设备的处理器确定，其中TXE从外部设备的通信单元的参数中得知，而TXI从至少一个数据包的内容中导出。
此外，在上述步骤之前、期间或之后，通信单元的实际噪声水平IE(dBm)由外部设备的处理器确定，例如作为移动算术平均值。可以替代地使用确定不同检测到的噪声水平值的平均值的其他方法。噪声水平IE可被连续确定，或者在预定时间间隔内以预定时间间隔确定。基于患者组织的已知衰减DK，例如DK＝31.5dB，IMD的收发器的噪声水平II(dBm)由外部设备的处理器使用公式II确定。如上例所示，如果DK＝31.5dB，则II可计算如下：II＝IE-12.5。
之后，外部设备的处理器使用上述公式IIIa和IIIb来确定ΔE和ΔI。在下一步骤中，如公式IVa和IVb中所述确定CEeff和CIeff。然后，处理器基于CEeff从表1(存储在处理器或连接的数据存储器中)确定上行链路方向上数据传输的最高可能上行链路数据速率值dUL，并基于CIeff从表1确定下行链路方向上数据传输的最高可能下行链路数据速率值dDL。上面详细解释了上述方法和假设的细节。
在一实施例中，用于上行链路方向和下行链路方向的数据传输的最高可能上行链路数据速率值考虑10-2、10-3或10-5的误码率(BER)和/或预定类型的IMD收发器模块和/或用于数据传输的预定频带。原则上，该方法/系统适用于每个选定的误码率(BER)，10-3是具有正常链路的通信系统中的有用示例。其他有用的示例是在具有良好链路的通信系统中的BER为10-5，在具有不良链路的通信系统中的BER为10-2。因此，优选选择10-1和10-6之间的BER，特别优选选择10-2和10-5之间的BER。
在该方法的一实施例中，外部设备的通信单元将所确定的最高可能上行链路数据速率值和最高可能下行链路数据速率值发送到IMD的收发器模块，并且IMD将收发器模块随后可使用的上行链路和下行链路数据速率设置为从通信单元接收的数据速率值。
在该方法的一实施例中，外部设备将通信单元随后可用的上行链路和下行链路数据速率设置为如上所述的所确定的最高可能下行链路数据速率值和所确定的最高可能上行链路数据速率值。
在该方法的一实施例中，如上所述，外部设备的处理器确定上行链路和下行链路方向上的数据传输中的信号损失。
例如，上述方法被实现为计算机程序(将在通信设备和/或IMD上执行，特别是在它们的处理器上执行)，该计算机程序是使计算机硬件能够执行计算或控制功能的上面和下面指定的计算机指令和数据定义的组合，或者是符合特定编程语言的规则的句法单元，并且由上面和下面指定的功能、任务或问题解决方案所需的声明和陈述或指令构成。
此外，公开了包括指令的计算机程序产品，当由处理器执行时，所述指令使处理器执行上面定义的方法的步骤。因此，描述了存储这种计算机程序产品的计算机可读数据载体。
附图说明
现在将参考附图更详细地描述本发明，其中：
图1示出了包括可植入无引线起搏器(ILP)和通信单元的通信系统的实施例，其中ILP示出在患者心脏的横截面内，
图2示出了典型接收器的BER(dB)与每比特能量和噪声功率谱密度比Eb/N0(dB)的关系，以及
图3是图1的系统和干扰源I。
具体实施方式
图1示出了示例通信系统10和患者30的心脏20(具有右心室21和右心房22)。系统10包括作为IMD和外部设备60的示例的无引线心室起搏器设备40(以下称为“ILP40”)。ILP40可配置成植入心脏的右心室21内(如图1所示)，并对该心室起搏，感测内在心室去极化和阻抗，并响应于检测到的心室去极化而抑制心室起搏。ILP40还包括收发器模块，用于向外部设备60的通信单元62发送消息并从其接收信号。收发器模块包括例如收发器芯片。ILP40还可以包括加速计传感器，以便测量患者的姿势。ILP40包括诸如处理器、数据存储模块、用于提供治疗信号(例如起搏信号)的信号发生器单元、包括ECG测量单元和DC阻抗传感器的测量单元的模块。此外，它包括电源，其中模块彼此电连接。电源可以包括电池，例如可再充电或不可再充电的电池。数据存储模块可以包括上述任何存储器类型。
诸如智能手机、计算机或编程器的外部设备60位于身体外部，并适于使用其通信单元62与ILP40双向通信。可以是便携式患者设备的外部设备60包括处理器61和通信单元62，通信单元62包含用于与ILP40的收发器模块交换数据包形式的消息的收发器芯片，其中处理器61和通信单元62彼此电连接。与ILP40的双向消息(数据包)交换由图1中的双箭头50表示。外部设备60与ILP40的无线通信可以通过射频范围内的电磁波来促进，例如使用RF频带，例如范围从402-405MHz的MICS频带。为此，通信单元62和ILP40每个都包括收发器芯片。
ILP40和外部设备60的双向通信包括例如远场遥测通信，其中在外部设备60的通信单元62和ILP40的收发器模块之间仅交换少量包含例如记录在ILP中的心律失常信息的数据包。
为了增加ILP40的寿命，有必要在上行链路和下行链路方向上以最高可能数据速率进行通信，其中上行链路方向是从ILP40的收发器模块到外部设备60的通信单元62，相反的方向是下行链路方向。在第一步骤中，ILP40的收发器模块以低数据速率(例如4kb/s)经由MICS频带中的预定义信道向外部设备60的通信单元62发送一个单个初始数据包P1，以便在任何情况下由通信单元62对其进行解码。发射器功率输出TXI的信息或是外部设备先前已知的(即对于已知类型或等级的IMD，它总是相同的)，或是在数据包P1的内容中提供的，例如TXI＝0dBm。通信单元62和/或处理器61确定该第一数据包P1的信号强度CE，例如CE＝-87dBm，这是工作在MICS频带的IMD的收发器的典型值。约75％的MICS通信在较高的信号强度下工作，而25％在较低的信号强度下工作。
此外，已知通信单元62的发射器功率输出TXE约为-16dBm，因此根据上面的公式I，处理器61根据收发器模块的信号强度计算如下：
CI＝CE+TXE-TXI＝-87dBm-16dBm-0dBm＝-103dBm。
在上面解释的第一步骤之前，噪声水平IE由外部设备的处理器61确定，例如在5秒到约IE＝-109dBm的时间段内。这是家庭应用的典型值(N上约为10，见表1)。为了在临床中使用，可以测量N上约20dB的值。
还知道，在公式II中，该特定星座的DK值(dB)是31.5，因此噪声水平为：
II＝IE-DK+19＝-109dBm-31.5dBm+19＝-121.5dBm。
在该示例中，患者的身体30衰减干扰，使得它与热噪声N相比变得可以忽略。
在下一步骤中，外部设备60的处理器61基于公式IIIa和IIIb来确定这些值：
ΔE＝max(-109+125，6)＝16，并且
ΔI＝max(-121.5+125，6)＝6
因此，外部设备60的处理器61还使用公式IVa和IVb计算：
CEeff＝-87-16＝-103
CIeff＝-103-6＝-109
使用表1，处理器61将最高可能数据速率确定为dUL＝200kb/s，dDL＝32kb/s。表1的内容作为查找表保存在处理器61或连接到处理器61的外部设备60的数据存储器中。
注意，在IE比热噪声高约20dB的诊所中使用时，应用相同的公式将得到CEeff＝-113和CIeff＝-116.5。在这种情况下，使用表1，最高可能数据速率将由处理器61确定为dUL＝4kb/s，dDL＝4kb/s
用于上行链路和下行链路通信的上述最高可能数据速率从外部设备60的处理器61传输，并且由通信单元62利用第二(响应)数据包P2(见图1)发送到ILP40的收发器模块。在发送P2之后，通信单元62切换到上述确定的最高可能数据速率dUL和dDL，用于与收发器模块通信。在接收到数据包P2和显示所确定的最高可能数据速率之后，当向通信单元62发送另外数据包时，收发器模块被切换到这些新的数据速率并以这些新的数据速率工作。
Claims (14)
1.一种用于可植入医疗设备(IMD，40)和外部设备(60)之间的无线数据传输的通信系统(10)，包括通信单元(62)和处理器(61)，其中，IMD(40)配置成监测患者(30)的身体参数和/或配置成向患者递送治疗信号，其中，IMD包括收发器模块，该收发器模块配置成在从收发器模块到通信单元的上行链路方向上以及在从通信单元到收发器模块的下行链路方向上与外部设备的通信单元交换数据，其中外部设备的处理器配置成确定由通信单元接收并由植入的IMD的收发器模块以预定初始数据速率发送的至少一个数据包(P1)的信号强度(CE)，并确定通信单元的噪声水平(IE)，其中处理器还配置成基于由通信单元从收发器模块接收的至少一个数据包的紧接着之前确定的信号强度和通信单元的当前噪声水平来确定用于上行链路方向上的数据传输的最高可能上行链路数据速率值(dUL)和用于下行链路方向上的数据传输的最高可能下行链路数据速率值(dDL)。
2.根据权利要求1所述的通信系统，其中，用于所述上行链路方向和下行链路方向上的数据传输的最高可能上行链路数据速率值考虑10-1和10-6之间的误码率(BER)，优选BER为10-2、10-3或10-5。
3.根据前述权利要求中任一项所述的通信系统，其中，用于所述上行链路方向和下行链路方向上的数据传输的最高可能上行链路数据速率值考虑预定类型的IMD收发器模块。
4.根据前述权利要求中任一项所述的通信系统，其中，用于所述上行链路方向和下行链路方向上的数据传输的最高可能上行链路数据速率值考虑用于数据传输的预定频带。
5.根据前述权利要求中任一项所述的通信系统，其中，所述外部设备(60)的通信单元(62)还配置为向IMD(40)的收发器模块传输所确定的最高可能上行链路数据速率值和最高可能下行链路数据速率值，并且IMD配置为将收发器模块随后可使用的上行链路和下行链路数据速率设置为从所述通信单元接收的数据速率值。
6.根据前述权利要求中任一项所述的通信系统，其中，所述外部设备(60)配置为将所述通信单元(62)随后可使用的上行链路和下行链路数据速率设置为所确定的最高可能下行链路数据速率值和所确定的最高可能上行链路数据速率值。
7.根据前述权利要求中任一项所述的通信系统，其中，所述外部设备(60)的处理器(61)配置为确定所述上行链路和下行链路方向上的数据传输中的信号损耗(L)，和/或外部设备的处理器配置为在预定时间段内观察所述通信单元(62)的噪声水平，以便识别所述时间段中噪声水平通常高于其他子段的子段。
8.一种用于可植入医疗设备(IMD，40)和外部设备(60)之间的无线数据传输的通信方法(10)，包括通信单元(62)和处理器(61)，其中，IMD(40)在植入患者体内之后监测患者(30)的身体参数和/或向患者递送治疗信号，其中，IMD包括收发器模块，该收发器模块在从收发器模块到通信单元的上行链路方向上以及在从通信单元到收发器模块的下行链路方向上与外部设备的通信单元交换数据，具有以下步骤：
·外部设备的处理器确定由通信单元接收的至少一个数据包(P1)的信号强度(CE)，该数据包由植入的IMD的收发器模块以预定初始数据速率发送，
·外部设备的处理器确定通信单元的噪声水平(IE)，以及
·处理器基于由通信单元从收发器模块接收的至少一个数据包的紧接着之前确定的信号强度和通信单元的当前噪声水平来确定用于上行链路方向上的数据传输的最高可能上行链路数据速率值(dUL)和用于下行链路方向上的数据传输的最高可能下行链路数据速率值(dDL)。
9.根据权利要求8所述的通信方法，其中，，用于所述上行链路方向和下行链路方向上的数据传输的最高可能上行链路数据速率值考虑10-1和10-6之间的误码率(BER)，优选BER为10-2、10-3或10-5，和/或预定类型的IMD收发器模块和/或用于数据传输的预定频带。
10.根据权利要求8至9中任一项所述的通信方法，其中，所述外部设备(60)的通信单元(62)向IMD(40)的收发器模块传输所确定的最高可能上行链路数据速率值和最高可能下行链路数据速率值，并且IMD将收发器模块随后可使用的上行链路和下行链路数据速率设置为所传输的数据速率值。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的通信方法，其中，所述外部设备(60)将所述通信单元(62)随后可使用的上行链路和下行链路数据速率设置为所确定的最高可能下行链路数据速率值和所确定的最高可能上行链路数据速率值。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的通信方法，其中，所述外部设备(60)的处理器(61)确定所述上行链路和下行链路方向上的数据传输中的信号损耗(L)，和/或在预定时间段内观察所述通信单元(62)的噪声水平，以便识别所述时间段中噪声水平通常高于其他子段的子段。
13.一种包括指令的计算机程序产品，当由外部设备(60)的处理器(61)执行时，所述指令使处理器执行根据权利要求8至12中任一项所述的方法的步骤。
14.一种存储根据权利要求13所述的计算机程序产品的计算机可读数据载体。
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