CN117618778A - 用于植入式医疗设备的驱动电缆系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于植入式医疗设备的驱动电缆系统和方法，可以通过驱动电缆中的电源导体进行通信。驱动电缆包括四根导体，两根用于正极电源连接，两根用于负极电源连接。在驱动电缆导体上采用电力线通信（PLC）技术来完成通信功能，即在导体上同时叠加通信信号，使得导体同时具备电源和通信的功能。而四根导体可以同时提供冗余的电源路径和通信路径，因此驱动电缆中的任意一根导体的失效都不会影响驱动电缆的功能。驱动电缆外直径的增大将增加电缆穿过皮肤引发感染的风险，而采用四导体设计的驱动电缆和系统提供了一种更鲁棒的方法，该驱动电缆在不增加驱动电缆直径的同时，不会因任意一根导体发生故障而失效。

Description

用于植入式医疗设备的驱动电缆系统和方法

技术领域

本发明总体涉及植入式医疗设备，更具体地涉及用于植入式医疗设备的驱动电缆（driveline）系统和方法。

背景技术

植入式医疗设备被植入人体中，以帮助延长生命和改善患者的生活质量。一些植入式医疗设备（例如起搏器）具有持续工作数年而无需中途更换的电池，因此不需要连接身体外部的电源。另外一些植入式医疗设备属于高功率有源植入式医疗设备，其消耗的功率高，所以需要连接到体外电源来获取电能。这种情况下，一根通常被称为驱动电缆的线缆一端连接到植入式医疗设备，另一端穿过患者部分皮肤，连接到体外设备（体外设备会连接到体外电源或者直接包含了体外电源）。已知的高功率有源植入式医疗设备的示例包括：左心室辅助设备（Left Ventricular Assist Device，LVAD）；右心室辅助设备（RightVentricular Assist Device，RVAD）；双心室辅助设备（Bi-ventricular Assist Device，BiVAD）；经皮心室辅助设备（Percutaneous Ventricular Assist Device，pVAD）；机械循环系统（Mechanical Circulatory System，MCS）；以及全人工心脏（Total ArtificialHeart，TAH）。

发明内容

一种用于有源植入式医疗设备的驱动电缆和驱动电缆系统，可以通过驱动电缆中的电源导体进行通信。驱动电缆包括四根导体，两根用于正极电源连接，两根用于负极电源连接。在驱动电缆导体上采用电力线通信（PLC）技术来完成通信功能，即在导体上同时叠加通信信号，使得导体同时具备电源和通信的功能。而四根导体可以同时提供冗余的电源路径和通信路径，因此驱动电缆中的任意一根导体的失效都不会影响驱动电缆的功能。驱动电缆外直径的增大将增加电缆穿过皮肤引发感染的风险，而采用四导体设计的驱动电缆和系统提供了一种更鲁棒的方法，该驱动电缆在不增加驱动电缆直径的同时，不会因任意一根导体发生故障而失效。

如附图所示，从下面对本发明优选实施例的更具体描述中，本发明的上述及其它特征与优点将是显而易见的。

附图说明

下文将结合附图对本发明的优选实施例进行描述，其中，同类附图标记表示同类元件，并且：

图1是一个现有技术系统的框图，该系统包括一个植入式医疗设备，其驱动电缆穿过患者皮肤与体外设备相连；

图2是一种现有技术的驱动电缆的剖视图；

图3是第二种现有技术的驱动电缆的剖视图；

图4是一个系统示例的框图，显示了一个植入式医疗设备与体外控制器相连，该控制器与电源相连；

图5是一个现有技术的驱动电缆的剖视图，该电缆仅包括两根导体；

图6是根据优选实施例绘制的驱动电缆的剖视图，该电路包括四根导体；

图7是根据优选实施例绘制的驱动电缆系统，该驱动电缆系统将在图6中所示的驱动电缆四根导体中的第一电源导体与第二电源导体进行互连，以及将第三电源导体与第四电源导体进行互连；

图8是一个BPSK调制器的框图；

图9是一个BPSK解调器的框图；

图10是图7中驱动电缆系统700的一种可能实施方式的系统框图；

图11是图7和图10所示驱动电缆通信收发器的一种可能实施方式的框图；

图12是图7中采用SIG100驱动电缆通信收发器的驱动电缆系统的一种可能实施方式的框图；

图13显示了采用SIG100驱动电缆通信收发器的植入式医疗设备通信初始化的流程图；

图14至图15显示了采用SIG100驱动电缆通信收发器的体外控制器通信初始化的流程图；

图16显示了一个框图，描述了驱动电缆导体在印刷电路板上进行互连后，连接至驱动电缆通信收发器的情况；

图17显示了一个框图，描述了驱动电缆导体在第一连接器中互连的情况；

图18显示了一个框图，描述了驱动电缆导体在第二连接器中互连的情况；

图19显示了一个框图，描述了驱动电缆导体在驱动电缆内部互连的情况；

图20是根据优选实施例的方法绘制的一个流程图。

具体实施方式

一种用于有源植入式医疗设备的驱动电缆和驱动电缆系统，可以通过驱动电缆中的电源导体进行通信。驱动电缆包括四根导体，两根用于正极电源连接，两根用于负极电源连接。在驱动电缆导体上采用电力线通信（PLC）技术来完成通信功能，即在导体上同时叠加通信信号，使得导体同时具备电源和通信的功能。而四根导体可以同时提供冗余的电源路径和通信路径，因此驱动电缆中的任意一根导体的失效都不会影响驱动电缆的功能。驱动电缆外直径的增大将增加电缆穿过皮肤引发感染的风险，而采用四导体设计的驱动电缆和系统提供了一种更鲁棒的方法，该驱动电缆在不增加驱动电缆直径的同时，不会因任意一根导体发生故障而失效。

参照图1，现有技术系统100包括植入患者体内的植入式医疗设备110，以及与植入式医疗设备110连接的驱动电缆140，驱动电缆140穿过患者皮肤120并连接到体外设备130。体外设备130通过驱动电缆140同时提供电源和通信给到植入式医疗设备110。图2和图3分别显示了现有技术驱动电缆140的两个示例，即驱动电缆140A和驱动电缆140B。参照图2，现有技术的驱动电缆140A包括四根导体210、220、230和240。导体210提供正极电源连接，导体220提供负极电源连接。导体230提供从体外设备130到植入式医疗设备110的发送信号TX，导体240提供从植入式医疗设备110到体外设备130的接收信号RX。注意，TX导体230是植入式医疗设备110的RX输入，而RX导体240是植入式医疗设备110的TX输出。大多数已知的有源医疗设备的驱动电缆包括两对或更多对导体。例如，HeartMate II和HeartMate 3 LVAD的驱动电缆就包括六根导体。Heartmate II和Heartmate 3 LVAD设备由Abbot公司销售。Heartmate II和HeartMate 3是一家位于加利福尼亚的TC1 LLC有限责任公司的注册商标。

参照图3，现有技术的另一种配置提供了一对用于供电的导体310和320，以及一根用于发送和接收信息的导体330。

图4显示了一个在患者身体410内的植入式医疗设备420的示例配置。图4中的驱动电缆由线缆430和440组成，这两条线缆将植入式医疗设备420和控制器450进行互连。线缆430和440经由配合连接器480连接在一起，并且一旦连接在一起，就组成如本发明公开和要求保护的驱动电缆。当然，如本发明公开和要求保护的驱动电缆不一定包括驱动电缆两个独立部件之间的连接器。相反，驱动电缆可以是一条与控制器450上的连接器相连的电缆，以及包括植入式医疗设备420上的硬线连接或植入式医疗设备420上的防水连接器。控制器450通过线缆460与电源470连接。电源470可以包括交流电或直流电的任何合适的电源，其包括连接到墙上插座的插头、电池、从墙上插座或电池接收电能的电源、或这些电源的任何合适的组合，例如可以通过交流电源插座充电的可充电电池。控制器450还可以包括任何合适的电源，例如可充电电池，其在控制器450从电源470拔出时可以独立于电源470为控制器供电。在这种配置下，控制器450可以在没有外部电源470的情况下，使用自身内部的可充电电池（或电池组）工作一段时间，一旦控制器450重新连接到电源470，该内部可充电电池（或电池组）可以自动被充电。虽然图4显示电源470与控制器450分离，但电源470也可以集成到控制器450的内部。

在高功率有源植入式医疗设备的临床应用中，由驱动电缆140穿过皮肤120的部位引发的感染是一种常见的不良事件，往往会导致严重的并发症和患者的再次入院。目前行业正在努力优化驱动电缆特性和植入技术以减少驱动电缆感染。由于较小的驱动电缆140外径被认为与较低的驱动电缆感染概率有关，因此最大限度地减小驱动电缆140的外径是降低驱动电缆感染概率的最直接、最有效的措施之一。

在2016年4月12日授权给Chen等人并转让给本发明申请的申请人的第9,308,305号美国专利在图7和第5列第54-67行中公开了仅包括两个用于电源和通信的导体的驱动电缆。图5显示了现有技术的双导体驱动电缆的示例剖视图。电源和数据都由两根导体520和530传输，从而消除了额外的通信导体。图5中的驱动电缆510一端连接到植入式医疗设备，另一端则与控制器连接。

图5中的现有技术驱动电缆510消除了在图2中所示的用于发送/接收数字消息的单独的一对导体230和240的需要，并且甚至消除了图3所示的单根导体330。通过消除驱动电缆中专门用于发送和接收消息的导体，因此可以减小驱动电缆的直径，从而降低了驱动电缆穿过皮肤的部位受到感染的可能性。

随着时间的推移，植入式医疗设备的驱动电缆会发生弯曲和摩擦，从而导致其中一根导体失效。此外，例如，由于患者体内湿气的长期影响会腐蚀触点和导线，从而降低导体的阻抗，导致导体失效。如果图2所示的现有技术驱动电缆140A中的四根导体中的任何一个发生失效，则会中断电源或者中断通信。同样，如果图3所示的现有技术驱动电缆140B所示的三根导体中的任何一个发生失效，也会中断电源或者中断通信。如果图5所示的现有技术驱动电缆510中的两根导体中的任何一个发生失效，则会同时中断电源和通信。在图2、图3和图5这三个现有技术驱动电缆中的任何一个导体发生失效的情况下，通常必须采取紧急措施，迅速更换植入式医疗设备和/或驱动电缆，以挽救患者。

如图6、图7和图16至图19所示，依据优选实施例，驱动电缆和驱动电缆系统包括具有四根导体的驱动电缆。四根导体提供冗余的电源连接，这意味着当一根或甚至两根导体失效时，电源和通信都可以被维持。

对于本领域普通技术人员来说，在相同的导体上同时提供冗余电源和冗余通信的驱动电缆并不是显而易见的。已知的驱动电缆均是通过增加导体的数量来实现冗余设计。例如，HeartMate 3 LVAD的驱动电缆包括六根导体：两根正极电源导体、两根负极电源导体以及两根通信导体，其中，每根通信导体可以进行双向通信。因此HeartMate 3 LVAD提供了冗余的物理电源连接和冗余的物理数据连接，从而在驱动电缆中需要安装六根物理导体。然而，具有六根导体的经皮电源直径要大于具有四根导体的经皮电源直径。因此，HeartMate 3 LVAD驱动电缆的物理冗余设计是以驱动电缆部位更易感染为代价的。如图 6和图 7 所示，仅使用四根导体就能同时提供冗余的电源和通信能力，这与图2所示的现有技术驱动电缆使用的导体数量相同，但无需增加驱动电缆的直径，从而大大提高了可靠性。

参照图6，驱动电缆610包括四根导体620、630、640和650。图7中的驱动电缆系统700包括图6所示的驱动电缆610，其一端连接到控制器730中的驱动电缆通信收发器740，另一端连接到植入式医疗设备710中的驱动电缆通信收发器720。在最优选的实现方式中，四根导体中有两根提供第一极性电源（正极电源），而其余两根提供第二极性电源（负极电源）。图7显示，导体620和导体640都连接到控制器730中的正极电源（包括导体620和640），正极电源分别用P1+和P2+表示；而导体630和导体650都连接到控制器730中的负极电源（包括导体630和650），负极电源分别用P1-和P2-表示。为两个极性提供冗余连接，那么任何一根导体的失效都将不会影响驱动电缆的运行。事实上，两根导体620和640中的其中一个可能失效，同时两根导体630和650中的其中一个也可能失效，但这也不会影响驱动电缆系统的操作。

图7中的驱动电缆通信收发器720和740分别优选地包括一个BPSK调制器（例如图8所示的810）和一个BPSK解调器（例如图9所示的910）。从而驱动电缆通信收发器720和740可以在用于从控制器730向植入式医疗设备710提供电源的两根电源导体上同时进行数字通信。

优选实施例的驱动电缆消除了图2所示的专门用于发送/接收数字消息的单独一对导体230和240，也消除了图3所示的单根导体330，并且提供了图5中现有技术驱动电缆510中不存在的失效冗余。优选实施例可以使用电力线通信（PLC）技术来完成在用于提供电源的相同导体上传输数字消息。

电力线通信（PLC）是一种使用电源线作为通信介质的通信技术。PLC技术需要一个发送器、一个接收器和一个通信介质。PLC的通信介质是电源线。发送器对信号进行调制，然后将信号耦合到电源线，传输到通信链路另一端的接收器，由接收器对信号进行解调。电源线本身可以是交流电或直流电。发送器与接收器之间的通信可以是双向的。在双向情况下，设备将同时发送和接收信号，因此可以将其称为收发器。

PLC采用调制方案，将数据作为频率耦合到交流或直流电线上进行传输。PLC有多种调制方案，包括幅移键控（ASK）、频移键控（FSK）（包括二进制频移键控（BFSK））和相移键控（PSK）（包括二进制相移键控（BPSK））。在一个优选实施例中，BPSK用于通过驱动电缆的电源导体进行通信，从而消除驱动电缆中专门用于发送/接收的单独导体的需求，这可以减小驱动电缆的直径，从而降低驱动电缆穿过患者皮肤的部位发生感染的可能性。在以上列出的调制方案中，BPSK是合适的，因为BPSK能够抵抗由于患者体内的触头或导线的腐蚀而导致导体的阻抗随时间推移而降低所引起的失效。但请注意，ASK、FSK、BFSK和PSK也可以用于本发明公开的驱动电缆中。

参照图8，图中显示了一个合适的BPSK调制器810，其包括一个接收信号输入的双极性非归零电平编码器820、一个载波信号发生器840和一个混频器电路830。双极性非归零电平编码器820将待调制的信号输入转换为等效的双极性非归零电平序列。该双极性非归零电平序列与载波信号发生器840输出的载波信号一起送入混频器电路830，在信号输出端形成的最终的BPSK调制信号。

发送端使用BPSK调制器810对信号输出的数字消息进行编码。接收端将有一个BPSK解调器，图9中的910就是其中一个例子。BPSK解调器910接收信号输入，即图8中BPSK调制器810的信号输出。相干检测用于解调BPSK信号输入。使用相干检测技术时，接收器必须知道载波频率和相位。这可以通过使用锁相环（PLL）930来实现。因此，如图9所示，BPSK解调器910包括PLL 930、乘法器电路920、积分器940、位同步器950、开关电路960和比较器970。信号输入端接收的信号经由乘法器电路920与来自PLL 930的参考频率信号相乘。乘法输出信号通过积分器940、位同步器950和开关电路960在一位比特周期内进行积分。比较器970基于阈值对每个积分位做出判定。由于BPSK调制器810中使用了非归零信号格式，所以比较器970的阈值被设置为零。比较后生成的等效二进制数据是解调信号输出。与BFSK技术相比，BPSK技术的抗噪性更强，占用的带宽更少。

图10显示了一个系统1000的框图，该系统是包括图7中系统700的特征的一个合适的实施方式。系统1000优选地包括植入式医疗设备1010，该设备包括一个微控制单元1030、一个驱动电缆通信收发器1040和一个电源1050。微控制单元1030优选包括一个微处理器，该微处理器运行代码来控制合适的机械装置，以执行植入式医疗设备1010的期望功能（例如泵血）。驱动电缆通信收发器1040优选地包括BPSK调制器和解调器，如上文图7中所述的收发器720和740。电源1050优选地可以在内部电池与经由驱动电缆610从控制器1020提供的直流电源之间切换。提供电源1050中的内部电池是为了确保植入式医疗设备1010在与控制器1020短时间断开连接情况下仍能继续运行，从而允许使用不同的控制器来替换控制器1020。有些植入式医疗设备不具有内部电源。对于不具有内部电源的植入式医疗设备，图10中的电源1050可以被省略。本发明公开的内容和权利要求明确地扩展到用于所有有源植入式医疗设备（无论它们是否具有内部电源）的驱动电缆系统。

控制器1020优选地包括一个微控制单元1070、一个驱动电缆通信收发器1080和一个电源1090。微控制单元1070优选包括一个微处理器，该微处理器运行代码向植入式医疗设备1010发送数字消息，来控制植入式医疗设备1010的功能。驱动电缆通信收发器1080接收来自微控制单元1070的数字消息，经由BPSK调制器对信息进行编码，并且在驱动电缆610上将该消息发送到植入式医疗设备1010中的驱动电缆通信收发器1040。驱动电缆通信收发器1040对数字消息进行解码，并将数字消息发送到微控制单元1030。然后微控制单元1030执行与所接收消息相对应的期望功能。

电源1090通过驱动电缆610向控制器1020和植入式医疗设备1010供电。电源1090优选包括一个能够为控制器和植入式医疗设备供电数小时的可充电电池。电源1090可连接到外部电源1095，例如交流电源插座，以便向控制器1020和植入式医疗设备1010供电，并对电源1090内部的可充电电池充电。在一个合适的实施方式中，控制器中的电源1090是一个可充电电池，其可以连接到一个外部电源1095，该外部电源具有自己的一个可充电电池和一个外部的交流电源。控制器1020可以根据控制器是否连接外部电源、控制器和外部电源中可充电电池的电量或其它因素，来在自身电池、外部电源中的电池或交流电源中选择电源。

驱动电缆610将控制器1020与植入式医疗设备1010进行互连。图10所示的单线1052包括图6和图7所示的四个导体620、630、640和650。如图10中箭头1054指示，驱动电缆610通过导体620和640提供冗余的正极电源连接，并通过导体630和650提供冗余的负极电源连接。如图10中箭头1056指示，驱动电缆610中这四个导体还经由BPSK在两个驱动电缆通信收发器1040和1080之间提供双向数字通信。如本发明所披露的驱动电缆系统提供了一种具有四个导体的驱动电缆，在这四个导体上同时提供冗余电源和冗余通信能力。

参照图11，驱动电缆通信收发器1110是图7中驱动电缆通信收发器720和740以及图10中1040和1080的一个合适的实施方式。驱动电缆通信收发器1110包括一个BPSK调制器1120、一个BPSK解调器1130和一个耦合变压器1140。驱动电缆通信收发器1110提供了一条发送路径，将TX输出信号经由BPSK调制器1120和耦合变压器1140输送到驱动电缆上。驱动电缆通信收发器1110还提供了一条接收路径，从驱动电缆上接收的信息通过耦合变压器1140和BPSK解调器1130送到RX输入端。

在一个合适的实施方式中，驱动电缆通信收发器是来自Yamar公司生产的用于电源线收发器的SIG100 UART/LIN。该实施方案参见图12所示的系统1200。图12中的系统1200与图10中的系统1000之间的主要区别在于，图10中的两个驱动电缆通信收发器1040和1080已经分别被图12中植入式医疗设备1210和控制器1220中的SIG100驱动电缆通信收发器1240和1280所替换。

参照图13，采用方法1300对图12所示的植入式医疗设备1210中的SIG100驱动电缆通信收发器1240进行设置。打开植入式医疗设备的供电（步骤1310）。重置SIG100收发器（步骤1315）。进入SIG100收发器的命令模式（步骤1320）。设置载波频率（步骤1325）。设置通信比特率（步骤1330）。关闭本地回环功能（步骤1335）。关闭远程回环功能（步骤1340）。关闭自动休眠功能（步骤1345）。退出SIG100收发器的命令模式（步骤1350）。启动通信协议栈（步骤1355）。等待来自控制器的握手请求（步骤1360）。如果握手不成功（步骤1365=否），则方法1300循环返回到步骤1360，并且等待来自控制器的下一次握手请求（步骤1360）。当握手成功时（步骤1365=是），方法1300结束，植入式医疗设备1210中的驱动电缆通信收发器1240准备与控制器进行通信。

参照图14和图15，使用方法1400对图12所示的控制器1220中的SIG100驱动电缆通信收发器1280进行设置。打开控制器的供电（步骤1410）。重置SIG100收发器（步骤1415）。进入SIG100收发器的命令模式（步骤1420）。设置载波频率（步骤1425）。步骤1425中的载波频率与图13中的步骤1325中的载波频率一致。设置通信比特率（步骤1430）。步骤1430中的通信比特率与图13中的步骤1330中的通信比特率一致。关闭本地回环功能（步骤1435）。关闭远程回环功能（步骤1440）。关闭自动休眠功能（步骤1445）。退出SIG100收发器的命令模式（步骤1450）。启动通信协议栈（步骤1455）。通过检测流经驱动电缆的电流来检测是否连接了植入式医疗设备（步骤1460）。只要没有连接植入式医疗设备（步骤1465=否），方法1400循环回到步骤1460并等待。一旦连接了植入式医疗设备（步骤1465=是），控制器将发起与植入式医疗设备的握手（步骤1470）。如果握手不成功（步骤1475=否），则方法1400循环回到步骤1470并再次发起握手。一旦握手成功（步骤1475=是），方法1400结束，这意味着驱动电缆系统现在已准备好通过控制器与植入式医疗设备之间的电源线连接进行通信。

图6和图7中的导体620和640之间的互连以及导体630和650之间的互连可以在任何合适的位置和以任何合适的方式实施。图16至图19显示了在不同位置进行驱动电缆的导体之间的互连。参照图16，驱动电缆通信收发器1630与印刷电路板1620相连，印刷电路板与两对导体互连，然后两对导体通过连接器1640和1650连接到驱动电缆1610，如图16所示。请注意，印刷电路板1620和驱动电缆通信收发器1630可以安装在控制器中或安装在植入式医疗设备中。参照图17，驱动电缆通信收发器1730与印刷电路板1720相连，导体可以在连接器1740内互连，该连接器与驱动电缆1610上相应的配对连接器1750进行连接。参照图18，导体可以在驱动电缆1610上的连接器1850内互连，该连接器与相应的配对连接器1840配合，以连接到驱动电缆通信收发器1730。参照图19，导体可以在驱动电缆1910本身内部互连，该驱动电缆包括一个具有两个导体的连接器1950，该连接器与相应的配对连接器1940进行配合，以连接到驱动电缆通信收发器1730。图16至图19中的印刷电路板和驱动电缆通信收发器可以安装在控制器中或安装在植入式医疗设备中。图16至图18中的驱动电缆1610和图19中的驱动电缆1910都是图6和图7所示的驱动电缆610的具体实施例。

虽然图16至图19中的具体实施例显示，驱动电缆中的导体对在相同位置（图16中的印刷电路板1620、图17中的连接器C1 1740、图18中的连接器C2 1850和图19中的驱动电缆1910）进行互连，但是互连点可以发生在不同的位置。因此，与P1+和P2+相对应的导体可以在图16中的印刷电路板1620上互连，而与P1-和P2-相对应的导体可以在图18所示的连接器C2 1850中互连。本发明公开的内容和权利要求明确地将驱动电缆中的成对导体的互连点扩展到任何合适的位置或位置组合。

参照图20，根据优选实施例执行方法2000。在驱动电缆中提供第一电源导体和第二电源导体，以提供正极电源连接（步骤2010）。在驱动电缆中提供第三电源导体和第四电源导体，以提供负极电源连接（步骤2020）。通过第一电源导体、第二电源导体、第三电源导体和第四电源导体将电源从体外控制器提供给植入式医疗设备（步骤2030）。通过PLC在第一电源导体、第二电源导体、第三电源导体和第四电源导体上执行体外控制器与植入式医疗设备之间的数字通信（步骤2040）。然后，方法2000结束。

图20中使用了术语“正极电源连接”和“负极电源连接”。这些术语是作为第一极性电源和第二极性电源的具体示例使用的，其目的是在其最广泛的可能范围内包括能够从控制器向植入式医疗设备提供电源的任何合适的连接，包括但不限于交流和直流连接。在最优选的实施方式中，由于驱动电缆系统涉及植入患者体内的植入式医疗设备，因此首选直流连接。例如，第一极性电源可以是合适的直流电压，例如+3伏直流电压，而第二极性电源可以是接地连接或到合适的直流电压连接，该合适的直流电压可以高于但优选低于第一极性的电源。

一种用于有源植入式医疗设备的驱动电缆和驱动电缆系统，可以通过驱动电缆中的电源导体进行通信。驱动电缆包括四根导体，两根用于正极电源连接，两根用于负极电源连接。在驱动电缆导体上采用电力线通信（PLC）技术来完成通信功能，即在导体上同时叠加通信信号，使得导体同时具备电源和通信的功能。而四根导体可以同时提供冗余的电源路径和通信路径，因此驱动电缆中的任意一根导体的失效都不会影响驱动电缆的功能。驱动电缆外直径的增大将增加电缆穿过皮肤引发感染的风险，而采用四导体设计的驱动电缆和系统提供了一种更鲁棒的方法，该驱动电缆在不增加驱动电缆直径的同时，不会因任意一根导体发生故障而失效。

本发明公开的内容和权利要求支持一种用于植入式医疗设备的驱动电缆，该驱动电缆将植入式医疗设备连接到体外控制器。其中，驱动电缆包括：第一电源导体和第二电源导体，用于从体外控制器向植入式医疗设备提供第一极性电源，其中，第一电源导体和第二电源导体相互连接；以及第三电源导体和第四电源导体，用于从体外控制器向植入式医疗设备提供第二极性电源，其中，第三电源导体和第四电源导体相互连接。

本发明公开的内容和权利要求进一步支持一种用于植入式医疗设备的驱动电缆系统，该系统将植入式医疗设备连接到体外控制器。其中，驱动电缆系统包括：（A）驱动电缆，其包括：第一电源导体和第二电源导体，用于从体外控制器向植入式医疗设备提供第一极性电源，其中，第一电源导体和第二电源导体相互连接；以及第三电源导体和第四电源导体，用于从体外控制器向植入式医疗设备提供第二极性电源，其中，第三电源导体和第四电源导体相互连接；（B）第一驱动电缆通信收发器，其位于植入式医疗设备中，并且耦合到驱动电缆中的第一电源导体、第二电源导体、第三电源导体和第四电源导体。该收发器通过驱动电缆中的第一电源导体、第二电源导体、第三电源导体和第四电源导体与体外控制器进行数字通信；以及（C）第二驱动电缆通信收发器，其位于体外控制器中，并且耦合到驱动电缆中的第一电源导体、第二电源导体、第三电源导体和第四电源导体。该收发器通过驱动电缆中的第一电源导体、第二电源导体、第三电源导体和第四电源导体与植入式医疗设备进行数字通信。

本发明公开的内容和权利要求还支持一种方法，用于体外控制器与植入式医疗设备之间的通信，该体外控制器与植入式医疗设备之间采用驱动电缆进行连接。该方法包括：在驱动电缆中提供第一电源导体和第二电源导体，用于从体外控制器向植入式医疗设备提供正电源连接；在驱动电缆中提供第三电源导体和第四电源导体，用于从体外控制器向植入式医疗设备提供负电源连接；在第一电源导体、第二电源导体、第三电源导体和第四电源导体上提供从体外控制器到植入式医疗设备的电源；以及在第一电源导体、第二电源导体、第三电源导体和第四电源导体上执行体外控制器与植入式医疗设备之间的数字通信。

尽管本发明已参照优选实施例进行了具体的展示和描述，但本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本方面的形式和细节进行各种更改。

Claims (25)

1.一种用于植入式医疗设备的驱动电缆，所述驱动电缆将所述植入式医疗设备连接到体外控制器，其中，所述驱动电缆包括：

第一电源导体和第二电源导体，用于从所述体外控制器向所述植入式医疗设备提供第一极性电源，其中，所述第一电源导体和所述第二电源导体相互连接；以及

第三电源导体和第四电源导体，用于从所述体外控制器向所述植入式医疗设备提供第二极性电源，其中，所述第三电源导体和所述第四电源导体相互连接。

2.根据权利要求1所述的驱动电缆，其中，所述第一电源导体和所述第三电源导体在所述植入式医疗设备中进行配对连接。

3.根据权利要求1所述的驱动电缆，其中，所述第一电源导体和所述第三电源导体通过连接器配对连接到所述驱动电缆。

4.根据权利要求1所述的驱动电缆，其中，所述第一电源导体和所述第三电源导体在所述驱动电缆中进行配对连接。

5.根据权利要求1所述的驱动电缆，其中，所述第一电源导体和所述第三电源导体在所述体外控制器中进行配对连接。

6.根据权利要求1所述的驱动电缆，其中，所述第二电源导体和所述第四电源导体在所述植入式医疗设备中进行配对连接。

7.根据权利要求1所述的驱动电缆，其中，所述第二电源导体和所述第四电源导体通过连接器配对连接到所述驱动电缆。

8.根据权利要求1所述的驱动电缆，其中，所述第二电源导体和所述第四电源导体在所述驱动电缆中进行配对连接。

9.根据权利要求1所述的驱动电缆，其中，所述第二电源导体和所述第四电源导体在所述体外控制器中进行配对连接。

10.一种用于植入式医疗设备的驱动电缆系统，用于将所述植入式医疗设备连接到体外控制器，其中，所述驱动电缆系统包括：

（A）驱动电缆，其包括：

第一电源导体和第二电源导体，用于从所述体外控制器向所述植入式医疗设备提供第一极性电源，其中，所述第一电源导体和所述第二电源导体相互连接；以及

第三电源导体和第四电源导体，用于从所述体外控制器向所述植入式医疗设备提供第二极性电源，其中，所述第三电源导体和所述第四电源导体相互连接；

（B）第一驱动电缆通信收发器，其位于所述植入式医疗设备中，并且耦合到所述驱动电缆中的所述第一电源导体、所述第二电源导体、所述第三电源导体和所述第四电源导体，所述第一驱动电缆通信收发器通过所述驱动电缆中的所述第一电源导体、所述第二电源导体、所述第三电源导体和所述第四电源导体与所述体外控制器进行数字通信；以及

（C）第二驱动电缆通信收发器，其位于所述体外控制器中，并且耦合到所述驱动电缆中的所述第一电源导体、所述第二电源导体、所述第三电源导体和所述第四电源导体，所述第二驱动电缆通信收发器通过所述驱动电缆中的所述第一电源导体、所述第二电源导体、所述第三电源导体和所述第四电源导体与所述植入式医疗设备进行数字通信。

11.根据权利要求10所述的驱动电缆系统，其中，所述第一电源导体和所述第三电源导体在所述植入式医疗设备中进行配对连接。

12.根据权利要求10所述的驱动电缆系统，其中，所述第一电源导体和所述第三电源导体通过连接器配对连接到所述驱动电缆。

13.根据权利要求10所述的驱动电缆系统，其中，所述第一电源导体和所述第三电源导体在所述驱动电缆中进行配对连接。

14.根据权利要求10所述的驱动电缆系统，其中，所述第一电源导体和所述第三电源导体在所述体外控制器中进行配对连接。

15.根据权利要求10所述的驱动电缆系统，其中，所述第二电源导体和所述第四电源导体在所述植入式医疗设备中进行配对连接。

16.根据权利要求10所述的驱动电缆系统，其中，所述第二电源导体和所述第四电源导体通过连接器配对连接到所述驱动电缆。

17.根据权利要求10所述的驱动电缆系统，其中，所述第二电源导体和所述第四电源导体在所述驱动电缆中进行配对连接。

18.根据权利要求10所述的驱动电缆系统，其中，所述第二电源导体和所述第四电源导体在所述体外控制器中进行配对连接。

19.根据权利要求10所述的驱动电缆系统，其中，所述第一驱动电缆通信收发器和所述第二驱动电缆通信收发器使用二进制相移键控BPSK调制和解调相互通信。

20.根据权利要求10所述的驱动电缆系统，其中，所述第一驱动电缆通信收发器和所述第二驱动电缆通信收发器各自包括：

耦合变压器，耦合到所述驱动电缆中的至少一个导体；

二进制相移键控BPSK调制器，耦合到所述耦合变压器，所述二进制相移键控BPSK调制器经由所述耦合变压器将所发送消息驱动到至所述驱动电缆；以及

BPSK解调器，耦合到所述耦合变压器，所述BPSK解调器接收经由所述耦合变压器接收的所述驱动电缆上的消息。

21.根据权利要求10所述的驱动电缆系统，其中，当所述第一电源导体和所述第二电源导体中的任一个失效时，所述驱动电缆系统维持从所述体外控制器到所述植入式医疗设备的电源，并且还维持所述体外控制器与所述植入式医疗设备之间的通信。

22.根据权利要求10所述的驱动电缆系统，其中，当所述第三电源导体和所述第四电源导体中的任一个失效时，所述驱动电缆系统维持从所述体外控制器到所述植入式医疗设备的电源，并且还维持所述体外控制器与所述植入式医疗设备之间的通信。

23.根据权利要求10所述的驱动电缆系统，其中，当所述第一电源导体和所述第二电源导体中的任一个发生失效，同时所述第三电源导体和所述第四电源导体中的任一个也发生失效，所述驱动电缆系统维持从所述体外控制器到所述植入式医疗设备的电源，并且还维持所述体外控制器与所述植入式医疗设备之间的通信。

24.一种用于体外控制器与植入式医疗设备之间的通信方法，所述体外控制器与所述植入式医疗设备之间采用驱动电缆进行连接，所述方法包括：

在所述驱动电缆中提供第一电源导体和第二电源导体，用于从所述体外控制器向所述植入式医疗设备提供正电源连接；

在所述驱动电缆中提供第三电源导体和第四电源导体，用于从所述体外控制器向所述植入式医疗设备提供负电源连接；

在所述第一电源导体、所述第二电源导体、所述第三电源导体和所述第四电源导体上提供从所述体外控制器到所述植入式医疗设备的电源；以及

在所述第一电源导体、所述第二电源导体、所述第三电源导体和所述第四电源导体上执行所述体外控制器与所述植入式医疗设备之间的数字通信。

25.根据权利要求24所述的方法，其中，所述植入式医疗设备包括第一驱动电缆通信收发器，所述体外控制器包括第二驱动电缆通信收发器，所述方法进一步包括：

所述第一驱动电缆通信收发器和所述第二驱动电缆通信收发器使用二进制相移键控BPSK调制和解调通过所述驱动电缆进行通信。