DE102013108733A1

DE102013108733A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Ausrichtung einer Primäreinrichtung

Info

Publication number: DE102013108733A1
Application number: DE102013108733.7A
Authority: DE
Inventors: Felix Grödl; Jan Friedmann
Original assignee: Wittenstein SE
Current assignee: Orthofix SRL
Priority date: 2013-08-12
Filing date: 2013-08-12
Publication date: 2015-02-12

Abstract

Verfahren zur Ausrichtung einer Primäreinrichtung (1) relativ zu einem Implantat (2), insbesondere zu einem intrakorporalen Implantat (2), wobei das Implantat (2) eine Sekundärspule (12) umfasst, mit Ausgeben einer Anweisung an einen Benutzer, die Primäreinrichtung (1) in einer Ausgangsposition anzuordnen, Bestromen einer Primärspule (11) der Primäreinrichtung (1), Auffordern des Benutzers, die Primäreinrichtung (1) entlang einer ersten Bewegungsrichtung zu bewegen, Aufeinanderfolgendes Ermitteln einer Mehrzahl von ersten Gegeninduktivitätswerten zwischen der Primärspule (11) und der Sekundärspule (12) während der Bewegung der Primäreinrichtung (1) entlang der ersten Bewegungsrichtung, und Bestimmen einer ersten Maximalposition der Primäreinrichtung (1), bei welcher die ermittelten Gegeninduktivitätswerte ein Maximum erreichen.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ausrichtung einer Primäreinrichtung relativ zu einem Implantat, insbesondere eines intrakorporalen Implantats, wobei das Implantat auch als Sekundäreinrichtung bezeichnet werden kann und eine Sekundärspule umfasst. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Primäreinrichtung.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, bei einer Übertragung von Energie zu einem Implantat, welches in einem Körper implantiert ist, elektromagnetische Wellen zu benutzen. Dabei wird von einer externen Primärspule Energie zu einer intrakorporalen Sekundärspule des Implantats übertragen. Die beiden Spulen sind dabei induktiv gekoppelt. Für die elektromagnetische Kopplung kommt es auf die relative Positionierung der Spulen zueinander an. Weiterhin ist es aus dem Stand der Technik bekannt, auf der Sekundärseite, das ist die Seite des Implantats, einen Sekundärstrom an der Sekundärspule zu messen, um die Kopplung zu überprüfen. Bei einer schlechten Kopplung wird der Sekundärstrom auf der Seite des Implantats niedrig sein.
Problematisch oder ressourcenintensiv an solchen Verfahren ist, dass ein auf der Sekundärseite gemessener Wert zur Primärseite übertragen werden muss. Es muss also ein Rückkanal von dem Implantat zu der Primäreinrichtung, welche außerhalb des Körpers angeordnet ist, geschaffen werden. Dies beansprucht Ressourcen und Zeit. Bei Verfahren aus dem Stand der Technik bleibt unberücksichtigt, dass die maximale Leistung neben der Kopplung auch von anderen Parametern abhängig ist.
Offenbarung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit welcher die Nachteile des Standes der Technik behoben oder gelindert werden können, insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung Verfahren oder Vorrichtungen anzugeben, mit welchen allgemein eine Energieübertragung zu einem Implantat verbessert werden kann oder eine Ausrichtung einer Primäreinrichtung relativ zu einem Implantat einfach eingestellt werden kann.
Die Aufgabe wird mit einem Verfahren nach dem Anspruch 1 und einer Primäreinrichtung nach dem nebengeordneten Anspruch gelöst. Bei Verfahren von Ausführungsformen wird eine Primäreinrichtung, welche eine Primärspule umfasst, extrakorporal angeordnet. Die Primärspule ist typischerweise fixiert in oder an der Primäreinrichtung angeordnet. Ein Implantat, welches insbesondere intrakorporal angeordnet sein kann, jedoch bei weiteren Ausführungsformen auch an einer Körperoberfläche oder in einer natürlichen Körperöffnung angeordnet sein oder auch unmittelbar subkutan angeordnet sein kann, umfasst eine Sekundärspule. Das Implantat kann somit auch als Sekundäreinrichtung bezeichnet werden. Bei typischen Verfahren von Ausführungsformen wird eine Anweisung an einen Benutzer ausgegeben, die Primäreinrichtung in einer Ausgangsposition anzuordnen. Beispiele für eine solche Ausgangsposition können bestimmte Landmarken an einem Körper sein, beispielsweise das mediale Ende des linken Schlüsselbeins. Der menschliche Körper besitzt zahlreiche weitere Landmarken, beispielsweise die vorderen Ecken des Beckenkamms oder das untere Ende des Brustbeins. Weiterhin benutzen Ausführungsformen Markierungen, welche auf einem Körper angeordnet sein können. Nachdem der Benutzer die Primäreinrichtung in der Ausgangsposition angeordnet hat, wird die Primärspule bestromt. Die Primärspule kann auch dauerhaft, auch konstant, bestromt sein während des gesamten Verfahrens. Bei typischen Verfahren wird bei der Bestromung der Primärspule eine Kapazität, bspw. ein Kondensator, welche in dem Primärkreis, in welchem die Primärspule angeordnet ist, derart eingestellt, dass eine Phasenverschiebung zwischen Primärspannung und Primärstrom minimiert wird. Dies entspricht typischerweise der dem Resonanzfall des Primärkreises. Auf diese Weise kann ein Wirkungsgrad der Übertragung optimiert werden. Bei weiteren Ausführungsbeispielen erfolgt keine Anpassung einer Kapazität. Dies ermöglicht einen einfacheren Aufbau. Weiterhin wird der Benutzer aufgefordert, die Positionsbestimmungsvorrichtung entlang einer vorgegebenen ersten Bewegungsrichtung zu bewegen. Die Aufforderungen an den Benutzer können über eine Schnittstelle der Primäreinrichtung ausgegeben werden, beispielsweise über eine akustische oder optische Schnittstelle. Beispielsweise kann der Benutzer Sprachanweisungen erhalten oder durch ein Display Anleitungen bekommen. Weiterhin ist es möglich, die Schnittstelle entfernt von der Primäreinrichtung zu betreiben, beispielsweise mit einer drahtlosen oder einer Kabelverbindung zu einem Gehäuse der Primäreinrichtung, in welchem die Primärspule angeordnet ist. Dies bietet den Vorteil, dass der Benutzer ein Display ablesen kann, auch wenn er selbst ein Gehäuse der Primäreinrichtung mit der Primärspule über den Körper bewegt. Während der Bewegung der Primäreinrichtung entlang der ersten Bewegungsrichtung wird eine Mehrzahl von ersten Gegeninduktivitätswerten ermittelt. Die ersten Gegeninduktivitätswerte geben eine elektromagnetische Kopplung zwischen der Primärspule und der Sekundärspule wieder.
Bei typischen Ausführungsbeispielen ist der Außendurchmesser der Sekundärspule kleiner als 10cm oder kleiner als 4cm. Kleine Spulengrößen erleichtern eine Implantierbarkeit. Bei üblichen Ausführungsbeispielen ist der Außendurchmesser der Primärspule kleiner als 30cm, typischerweise kleiner als 10cm, oder kleiner als 4cm. Die Primäreinrichtung ist typischerweise tragbar ausgeführt. Kleine Primärspulendurchmesser ermöglichen handliche Geräte, welche von Patienten mitgenommen werden können. Das Verhältnis zwischen Spulenradius und Übertragungsstrecke beträgt an der Stelle der maximalen Kopplung oder des minimalen oder optimalen Abstands der Primärspule zu der Sekundärspule höchstens 10:1, typischerweise höchstens 3:1 oder typischerweise höchstens 1:1. Dies ermöglicht kleine Spulen.
Typischerweise wird zumindest einer der ersten Gegeninduktivitätswerte ausschließlich in Abhängigkeit von Messwerten, welche an der Primärspule ermittelt werden, bestimmt. Daneben können weitere Werte verwendet werden, beispielsweise Parameter wie die Induktivität der Primärspule und die Induktivität der Sekundärspule oder Kapazitäten der jeweiligen Schwingkreise, in welchen die Primärspule bzw. die Sekundärspule angeordnet sind. Solche Parameter werden nicht unter dem Begriff „Messwerte“ verstanden. Unter dem Begriff „Messwerte“ werden in dieser Anmeldung insbesondere erfasste Werte verstanden, beispielsweise eine Spannung oder ein Strom oder auch eine Phasenverschiebung. Typischerweise sind Messwerte zeitlich veränderlich, wohingegen Parameter fixiert sind oder allenfalls einstellbar sind, beispielsweise wie eine einstellbare Kapazität eines Schwingkreises. Soweit der Begriff „ausschließlich in Abhängigkeit von Messwerten“ verwendet wird, bedeutet dies, dass keine weiteren Messwerte verwendet werden, jedoch Parameter hinzugezogen werden. Typischerweise werden für zumindest einen der Gegeninduktivitätswerte oder für mindestens die Hälfte der Gegeninduktivitätswerte ausschließlich solche Messwerte verwendet, welche an der Primärspule ermittelt werden.
Bei typischen Verfahren erfolgt eine Bestimmung einer ersten Maximalposition der Primäreinrichtung, an welcher die ermittelten Gegeninduktivitätswerte ein Maximum erreichen. Die erste Maximalposition bezeichnet die Position der Primäreinrichtung, bei welcher ein Maximum der ersten Gegeninduktivitätswerte erreicht wird. Dies gilt analog auch für die Bestimmung der zweiten Maximalposition, welche im Folgenden beschrieben wird.
Bei typischen Verfahren werden ausschließlich Gegeninduktivitätswerte zwischen der Primärspule und der Sekundärspule ermittelt. Typische Primäreinrichtungen von Ausführungsformen umfassen genau eine Primärspule und weisen keine weiteren Spulen, insbesondere keine weiteren Spulen für eine Energieübertragung oder eine Positionierung auf. Bei typischen Ausführungsformen umfasst außerdem das Implantat lediglich genau eine Spule zur Energieübertragung, nämlich die Sekundärspule. Typischerweise ist in dem Implantat lediglich eine Spule zur Interaktion mit der Primärspule in der Primäreinrichtung vorgesehen. Typische Verfahren ermitteln Gegeninduktivitätswerte ausschließlich zwischen diesen einzigen Spulen der Primäreinrichtung und des Implantats. Dies bietet den Vorteil, dass auf weitere Spulen verzichtet werden kann. Bei weiteren Ausführungsformen können jedoch auch weitere Spulen vorgesehen sein, beispielsweise um die Genauigkeit einer Positionierung zu verbessern.
Die Mehrzahl der ersten oder zweiten Gegeninduktivitätswerte wird typischerweise an vorbestimmten Positionen bestimmt. Beispielsweise ist es möglich, den Benutzer aufzufordern, die Primäreinrichtung zwischen der Ausgangsposition und einer Zielposition in äquidistanten Abständen zu versetzen. So ist es beispielsweise möglich, den Benutzer aufzufordern, die Primäreinrichtung von der Ausgangsposition, beispielsweise dem medialen Ende des rechten Schlüsselbeins, zum unteren Ende des Brustbeins in vier äquidistanten Abständen zu versetzen. Dabei verlässt sich das Verfahren unter Umständen bei Ausführungsformen darauf, dass der Benutzer ein etwa äquidistantes Abschätzen der Strecke schafft. Typische Abstände liegen dabei in einem Bereich von mindestens dem 0,1-fachen oder mindestens dem 0,2-fachen des Primärspulenradius oder höchstens dem 0,4-fachen oder höchstens dem 0,7-fachen des Primärspulenradius. Bei weiteren Ausführungsformen werden weitere Landmarken des Körpers als Ausgangsposition und Zielposition verwendet. Typischerweise können bei weiteren Verfahren auch Positionsmarken auf der Körperoberfläche vorgesehen sein, welche Positionen anzeigen, an denen ein Benutzer die Primäreinrichtung während des Verfahrens anzuordnen hat.
Vorzugsweise wird der Benutzer aufgefordert, die Primäreinrichtung an der ermittelten ersten Maximalposition anzuordnen. Dies kann beispielsweise geschehen, indem dem Benutzer mitgeteilt wird, dass er die Primäreinrichtung an der dritten Position nach Verlassen der Ausgangsposition anordnen soll. Eine weitere Möglichkeit ist, eine Teilstrecke zwischen Ausgangsposition und Zielposition durch die Primäreinrichtung anzugeben, beispielsweise die Ausgabe einer Angabe „Ordne die Primäreinrichtung auf einer Strecke von drei Fünftel ausgehend von der Ausgangsposition an“. Bei typischen Ausführungsformen wird anschließend überprüft, ob die Position, an welcher der Benutzer die Primäreinrichtung angeordnet hat, zumindest im Wesentlichen der ersten Maximalposition entspricht. Typischerweise wird ein Gegeninduktivitätstestwert ermittelt und mit dem zuvor während der Bewegung an der ersten Maximalposition ermittelten Gegeninduktivitätswert verglichen. In Abhängigkeit dieses Vergleichs wird der Benutzer aufgefordert, die Primäreinrichtung nochmals neu zu positionieren oder es wird mit dem Verfahren fortgefahren. Dies bietet den Vorteil, dass zuverlässig eine Positionierung an der ersten Maximalposition erfolgt. Dies erfolgt bei typischen Ausführungsformen analog für die Positionierung der Primäreinrichtung an der zweiten Maximalposition. Dadurch wird das Verfahren zuverlässiger. Weitere typische Ausführungsformen unterlassen einen Test oder die Bestimmung eines Gegeninduktivitätstestwertes. Dies kann das Verfahren beschleunigen.
Bei typischen Ausführungsformen wird der Benutzer aufgefordert, die Primäreinrichtung entlang einer vorgegebenen zweiten Bewegungseinrichtung zu bewegen, wobei die zweite Bewegungsrichtung die erste Bewegungsrichtung im Bereich der ersten Maximalposition kreuzt. Bei Ausführungsformen wird der Benutzer aufgefordert, die Primäreinrichtung ausgehend von der ersten Maximalposition senkrecht zu der ersten Bewegungsrichtung in beide Richtungen zu bewegen. Typischerweise erfolgt ein aufeinanderfolgendes Ermitteln einer Mehrzahl von zweiten Gegeninduktivitätswerten, welche eine elektromagnetische Kopplung zwischen der Primärspule und der Sekundärspule repräsentieren, während der Bewegung der Primäreinrichtung entlang der vorgegebenen zweiten Bewegungsrichtung. Die zweite Bewegungsrichtung steht typischerweise zumindest im Wesentlichen senkrecht auf der ersten Bewegungsrichtung. Bei typischen Ausführungsformen erfolgt die Bestimmung einer zweiten Maximalposition der Primäreinrichtung, bei welcher die ermittelten und gegebenenfalls gespeicherten zweiten Gegeninduktivitätswerte ein Maximum erreichen. Bei typischen Ausführungsformen werden dem Benutzer Informationen über die ermittelten ersten oder zweiten Gegeninduktivitätswerte übermittelt. Diese Übermittlung findet typischerweise über die Schnittstelle statt. Bei typischen Ausführungsformen werden die Gegeninduktivitätswerte zumindest im Wesentlichen in Echtzeit übermittelt, d.h., dass die Gegeninduktivitätswerte dem Benutzer während des Bewegens der Primäreinrichtung entlang der ersten oder der zweiten Bewegungsrichtung angezeigt werden. Dies bietet den Vorteil, dass der Benutzer selbst sehen kann, an welcher Stelle eine optimale Gegeninduktion erreicht wird.
Bei typischen Verfahren erfolgt eine Ermittlung von mindestens einem der Gegeninduktivitätswerte, beispielsweise des ersten Gegeninduktivitätswerts oder des zweiten Gegeninduktivitätswerts ohne Übermittlung von Messwerten der Sekundärspule zu der Positionsbestimmung. Typischerweise erfolgt während der Ermittlung von mindestens einem der Gegeninduktivitätswerte keine Übermittlung von Messwerten der Sekundärspule zu der Primäreinrichtung oder von dem Implantat zu der Primäreinrichtung. Auf diese Weise werden Ressourcen eingespart oder es kann auf einen Rückkanal verzichtet werden. Ein Vorteil ist, dass die Gefahr von Störungen, z.B. Funkstörungen in kritischen Phasen der Energieübertragung oder Positionierung reduziert wird. Typischerweise wird die Primärspule während des Bestimmens der ersten Gegeninduktivitätswerte oder der zweiten Gegeninduktivitätswerte mit einem konstanten Primärstrom bestromt. Bei typischen Ausführungsformen wird die Primärspule spätestens ab dem Auffordern des Benutzers, die Primäreinrichtung in einer vorgegebenen Bewegungsrichtung zu bewegen, mit einem konstanten Primärstrom bestromt und mindestens bis zum Bestimmen der ersten Maximalposition oder gar mindestens bis zum Bestimmen der zweiten Maximalposition mit einem konstanten Primärstrom weiter bestromt. Dies bietet den Vorteil, dass zuverlässig Messwerte mit der Primärspule ermittelt werden können. Durch den konstanten Strom im Primärkreis können außerdem alle gemessenen Änderungen zuverlässiger auf eine Änderung der Kopplung zurückgeführt werden.
Bei weiteren Ausführungsvarianten erfolgt eine Bestimmung der Gegeninduktivität durch Ermittlung der Phasenverschiebung zwischen Primärstrom und Primärspannung oder durch Vergleich von Werten der Primärseite mit Messwerten der Sekundärseite.
Typischerweise erfolgt bei Ausführungsformen nach dem Anordnen der Primäreinrichtung an der zweiten Maximalposition eine Überprüfung mittels Bestimmung eines Gegeninduktivitätstestwertes, ob der zuvor ermittelte maximale zweite Gegeninduktivitätswert zumindest im Wesentlichen erreicht wird. Dies ist der Maximalwert der zweiten Gegeninduktivitätswerte, er sollte mit einer Abweichung von maximal 50%, typischerweise maximal 30% oder maximal 20% nach dem Anordnen der Primäreinrichtung durch den Benutzer an der angegebenen zweiten Maximalposition erreicht werden. Wird ein solcher Gegeninduktivitätswert nicht erreicht, so wird der Benutzer aufgefordert, die Position nochmals zu verändern oder das Verfahren wird nochmals durchgeführt. Ab dem Schritt des Aufforderns des Benutzers die Positionsbestimmung entlang der vorgegebenen ersten Bewegungsrichtung oder der vorgegebenen zweiten Bewegungsrichtung zu bewegen.
Typischerweise erfolgt bei Verfahren von Ausführungsformen eine Energieübertragung von der Primärspule zu der Sekundärspule nachdem die Primäreinrichtung an der zweiten Maximalposition angeordnet ist. Bei typischen Ausführungsformen wird während der Energieübertragung wiederholt die Gegeninduktivität überprüft oder es werden wiederholt Gegeninduktivitätswerte bestimmt und bei beispielhaften Ausführungsformen mit einem Schwellenwert verglichen. Bei Unterschreiten eines Schwellenwerts wird der Benutzer bei typischen Ausführungsformen aufgefordert, eine neue Positionierung der Positionsbestimmungsvorrichtung vorzunehmen. Hierzu wird typischerweise das angegebene Verfahren wieder begonnen mit einem Auffordern des Benutzers die Positionsbestimmungsvorrichtung entlang einer vorgegebenen ersten Bewegungsrichtung zu bewegen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Primäreinrichtung mit einer Kontrolleinheit und einer Schnittstelle zur Ausgabe von Anweisungen oder Informationen an einen Benutzer, wobei die Kontrolleinheit eingerichtet ist, um ein Verfahren zur Ausrichtung der Primäreinrichtung zu einem Implantat durch einen über die Schnittstelle angeleiteten Benutzer in einer der hierin beschriebenen Ausführungsformen durchzuführen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile und Merkmale bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert, wobei die Figuren zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer typischen Ausführungsform einer Primäreinrichtung in Kombination mit weiteren Elementen zur Erläuterung der Erfindung; und
2 schematisch in einem prinzipiellen Ablaufdiagramm eine Ausführungsform eines typischen Verfahrens.
Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
Nachfolgend werden typische Ausführungsformen anhand der Figuren beschrieben, wobei die Erfindung nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt ist, vielmehr wird der Umfang der Erfindung durch die Ansprüche bestimmt.
In der 1 ist eine beispielhafte Ausführungsform gezeigt, welche eine Primäreinrichtung 1 und ein Implantat 2 umfasst. Die Primäreinrichtung 1 weist einen Primärkreis auf, in welchem eine Primärspule 11 angeordnet ist. Die Sekundäreinrichtung 2 weist einen Sekundärkreis auf, in welchem eine Sekundärspule 12 angeordnet ist.
Bei Ausführungsformen ist das Implantat dazu vorgesehen, in einer Maschine, beispielsweise an einer schwer zugänglichen Stelle, oder in einem tierischen Körper oder in einem Bereich mit gesundheitsgefährdenden Stoffen angeordnet zu werden. Typische Ausführungsformen der Erfindung sehen insbesondere in der Primäreinrichtung mehr einstellbare, schaltbare oder komplexe Komponenten als in dem Implantat vor, um das Implantat so einfach wie möglich zu gestalten. Bei weiteren Ausführungsformen sind jedoch auch in dem Implantat schaltbare Komponenten vorgesehen. Implantate typischer Ausführungsformen sind implantierbar oder dazu vorgesehen, innerhalb eines menschlichen Körpers oder eines tierischen Körpers angeordnet zu werden.
Der Primärkreis weist einen Sendeverstärker 20 mit H-Brückenschaltung auf, welcher typischerweise eine Einstellung der Sendefrequenz ermöglicht. Die Primäreinrichtung weist außerdem im Hauptschluss des Primärkreises eine einstellbare Kapazität 21 auf, welche im dargestellten Ausführungsbeispiel als Kondensatormatrix ausgeführt ist. Die Kondensatormatrix weist eine 6-Bit-Schaltung auf, sodass 64 mögliche Kapazitätswerte angesteuert werden können. Bei typischen Ausführungsformen reicht eine 6-Bit-Matrix aus, um eine ausreichende Einstellbarkeit der Resonanzfrequenz des Primärkreises mit der einstellbaren Kapazität 21 und der Primärspule 11 zu gewährleisten. Bei weiteren Ausführungsformen ist eine 7-Bit-Matrix oder mit noch mehr Möglichkeiten ausgestattete Matrix vorgesehen. Weiterhin ist auch möglich, einen stufenlos einstellbaren Kondensator zu verwenden oder eine Kondensatormatrix mit weniger Schaltmöglichkeiten. Der Vollständigkeit halber wird noch auf den zweiten Kondensator 22 des Sekundärkreises des Implantats 2 hingewiesen, welcher bei typischen Ausführungsformen eine fixe Kapazität aufweist. Auf diese Weise kann das Implantat 2 möglichst einfach gestaltet werden. Alternativ ist es jedoch auch möglich, auf der Sekundärseite an Stelle des fixen zweiten Kondensators 22 ebenso eine Kondensatormatrix oder einen einstellbaren Kondensator zu verwenden.
Zur Kontrolle, das heißt zum Überwachen, Regeln oder Steuern, verschiedener Funktionen der Primäreinrichtung 1 und gegebenenfalls auch des Implantats 2 umfasst die Primäreinrichtung 1 eine Kontrolleinheit 30. Die Kontrolleinheit 30 kann über Signalausgänge 31 und 32 die Sendefrequenz des Verstärkers 20 als auch die Kapazität der Kondensatormatrix 21 einstellen. Weiterhin umfasst die Kontrolleinheit 30 eine Radiofrequenz-Übertragungseinheit 33, welche über eine erste Antenne 34 über Radiofrequenzwellen kommunizieren kann. Analog hierzu weist das Implantat eine zweite Radiofrequenzantenne 35 auf, welche mit einer zweiten Übertragungseinheit 38 verbunden ist, die in einem Kontrollblock 36 angeordnet ist. Der Kontrollblock 36 ist Teil des Implantats 2 und dient insbesondere dazu, den Strom im Sekundärkreis über einen Stromsensor 37 zu erfassen. Weiterhin ist der Kontrollblock 36 dazu geeignet, eine Verbindung des Sekundärkreises mit einer Last 40 oder eine Verbindung des Sekundärkreises mit einer zweiten Batterie 41 herzustellen.
Typische Ausführungsformen weisen eine Last oder mehrere verschiedene Lastmodule auf. Eine typische Last ist beispielsweise eine Pumpe, ein Aktuator, ein Impulsgeber oder ein Antrieb für einen Stellantrieb, jeweils insbesondere zum Einsatz in gefährlicher Umgebung oder implantierbar ausgestaltet.
Das Implantat 2 ist bei dem Ausführungsbeispiel der 1 von der Primäreinrichtung 1 aus betrachtet hinter einer physikalischen Grenzfläche 50, beispielsweise einer Oberfläche eines Körpers, eines Schutzraumes oder einer Maschine angeordnet. Die Primäreinrichtung 1 kann mit der Primärspule 11 auf der vorgegebenen Fläche 50 bewegt werden, um eine Energieübertragung von der 11 auf die Sekundärspule 12 und damit von der Primäreinrichtung 1 zu dem Implantat 2 zu verbessern. In welcher Abfolge solche Bewegungen bei typischen Ausführungsformen vorgesehen sein können, wird im Zusammengang mit typischen Verfahren erläutert.
Die Primäreinrichtung 1 verfügt weiterhin über eine erste Batterie 51, welche wie die zweite Batterie 41 wieder aufladbar ist. Allerdings ist die erste Batterie 51 mit einer wesentlich größeren Kapazität, typischerweise mit einer mindestens 3-fachen oder 10-fachen Kapazität, ausgestattet als die zweite Batterie 41. Bei typischen Ausführungsbeispielen dient die zweite Batterie 41 dazu, lediglich kurze Zeitspannen zu überbrücken, beispielsweise während der einer Energieübertragung problematisch ist. Die erste Batterie 51 hingegen kann auch dazu verwendet werden, um über einen längeren Zeitraum, während dem die Primäreinrichtung 1 nicht mit einem öffentlichen Versorgungsnetz 52 verbunden ist, die Energieversorgung der gesamten Vorrichtung sicherzustellen. Die Primäreinrichtung 1 umfasst Anschlüsse 53, mit welchen sie an das öffentliche Versorgungsnetz 52 angeschlossen werden kann, beispielsweise zum Betrieb der gesamten Primäreinrichtung 1 und damit über die Energieübertragungsstrecke auch das Implantat 2 oder auch zum Wiederaufladen der ersten Batterie 51. Die erste Batterie oder das öffentliche Netz stellen typische Energieversorgungen der Primäreinrichtung 1 dar. Weiterhin umfasst die Primäreinrichtung 1 einen in der Kontrolleinheit 30 angeordneten Speicher 55 zum Abspeichern einer Lookup-Tabelle.
Typische Primäreinrichtungen umfassen einen Speicher, welcher üblicherweise Teil der Kontrolleinheit ist, zum Abspeichern beispielsweise von typischen Landmarken des Körpers, um einen Benutzer anweisen zu können, die Primäreinrichtung an bestimmten Ausgangspositionen zu positionieren und zu bestimmten Zielpositionen zu bewegen. Weiterhin wird in der Lookup-Tabelle typischerweise eine Sendefrequenz und eine Kapazität abgespeichert, welche für eine gegebene Gegeninduktivität einen maximalen Wirkungsgrad der Übertragung ergeben. Die Lookup-Tabelle wird typischerweise mit einer vorangegangenen Simulation erzeugt. Eine weitere Möglichkeit ist, die Lookup-Tabelle nach Einbau des Implantats unter der Grenzfläche zu kalibrieren oder die Werte durch Messung zu ermitteln.
Die Primäreinrichtung 1 ist mit einer Schnittstelle 60 verbindbar, über welche optische oder akustische Anweisungen zur Positionierung der Primäreinrichtung 1 auf der Grenzfläche 50 an einen Benutzer ausgegeben werden können.
In der 2 ist ein Ablauf eines typischen Verfahrens in einem schematischen Ablaufdiagramm skizziert. Das Verfahren startet mit einem Schritt 100. Ein solcher Start kann beispielsweise durch einen Benutzer ausgelöst werden, beispielsweise über einen Touch-Screen der Schnittstelle 60. Weiterhin kann das Verfahren auch automatisch starten oder ausgelöst werden, beispielsweise falls während einer Energieübertragung festgestellt wird, dass eine nicht ausreichende elektromagnetische Kopplung zwischen der Primärspule und der Sekundärspule oder eine nicht optimale Kopplung vorliegt. In einem Schritt 110 wird der Benutzer über die Schnittstelle 60 durch die Primäreinrichtung 1 aufgefordert, die Primäreinrichtung 1 in einer Ausgangsposition anzuordnen. In dem Beispiel des hier beschriebenen Verfahrens ist dies das laterale Ende des Schlüsselbeins oder der Schnittpunkt der Medioclavicularlinie mit dem Schlüsselbein. Anschließend erfolgt in einem Schritt 120 ein Bestromen der Primärspule 11 mit einem konstanten Strom. Der konstante Strom wird auch weiterhin beibehalten, auch bei einer Änderung der Position der Primäreinrichtung und damit einer Änderung der Kopplung der Primärspule 11 zu der Sekundärspule 12. In einem Block 130 wird der Benutzer aufgefordert, die Primäreinrichtung 1 entlang einer vorgegebenen ersten Bewegungsrichtung ausgehend von der Ausgangsposition zu einer Zielposition, beispielsweise dem unteren Rand des Brustbeins zu bewegen. In einem Block 140 werden dann während der Bewegung mehrere Messwerte an der Primärspule 11 ermittelt. Mit Hilfe der Messwerte wird eine Mehrzahl von ersten Gegeninduktivitätswerten ermittelt, wobei folgende Formel verwendet wird:
Die Formel ist für die Kopplung zweier Serienschwingkreise typischer Ausführungsformen geeignet. Typischerweise sind die Primärspule und die Sekundärspule in Serienschwingkreisen angeordnet. Bei weiteren typischen Ausführungsformen mit einer Verwendung anderer Topologien, beispielsweise Parallelschwingkreisen, können entsprechend angepasste Formeln verwendet werden.
Nachdem die Zielposition entlang der ersten Bewegungsrichtung erreicht ist, kann der Benutzer dies über die Schnittstelle 60 der Primäreinrichtung 1 mitteilen.
Bei typischen, wie bspw. dem dargestellten, Ausführungsbeispielen werden die Gegeninduktivitätswerte, welche die Kopplungen zwischen den Spulen repräsentieren, ausschließlich anhand von Messwerten an der Primärspule ermittelt. Bei weiteren Ausführungsbeispielen können bei einigen der Gegeninduktivitätswerte auch zur Kontrolle Messwerte verwendet werden, welche an der Sekundärspule ermittelt wurden und über die Funkstrecke zwischen Implantat und Primäreinrichtung zu der Primäreinrichtung übermittelt wurden. Mit Hilfe einer solchen Kontrolle kann sichergestellt werden, dass nicht grundsätzlich völlig falsche Messungen erfolgen. Bevorzugt wird im Rahmen der Erfindung, dass wenigstens einige der Gegeninduktivitätswerte ohne Messwerte der Sekundärspule ermittelt werden. Auf diese Weise ist eine Beschleunigung des Verfahrens möglich, da auf die Rückübertragung verzichtet werden kann.
In einem Block 150 erfolgt die Bestimmung einer ersten Maximalposition der Primäreinrichtung 1, bei welcher die ermittelten ersten Gegeninduktivitätswerte ein Maximum erreichen. Hierzu werden die ermittelten und gespeicherten ersten gegeninduktivitätswerte miteinander verglichen. Dem Benutzer wird anschließend in einem Block 160 über die Schnittstelle 60 mitgeteilt, dass die Primäreinrichtung 1 an der ersten Maximalposition zu positionieren ist.
Bei Ausführungsformen wird der Benutzer aufgefordert, die Primäreinrichtung entlang einer ersten vorgegebenen Bewegungsrichtung oder einer zweiten Bewegungsrichtung zu bewegen. Der Benutzer wird bei einigen typischen Ausführungsformen aufgefordert, an bestimmten Positionen entlang der Bewegungsrichtung die Ermittlung eines Gegeninduktivitätswerts auszulösen. Beispielsweise kann der Benutzer über eine Eingabe an der Schnittstelle eine Bestimmung eines Gegeninduktivitätswerts auslösen. Auf diese Weise ist es möglich, dass der Benutzer selbst bestimmt, wie viele Punkte er entlang der Bewegungsrichtung vermessen möchte. Eine weitere Möglichkeit ist, dass der Benutzer aufgefordert wird, die Primäreinrichtung an bestimmten vorgegebenen Stellen zu positionieren oder in äquidistanten Abständen entlang der Bewegungsrichtung zu positionieren. Dies gilt analog für die erste und die zweite Bewegungsrichtung. Der Benutzer kann bei Ausführungsbeispielen bei einer jeweiligen Positionierung beispielsweise mit einem äquidistanten Abstand entlang der Bewegungsrichtung eine Ermittlung eines Gegeninduktivitätswerts auslösen.
In einem Block 170 wird überprüft, ob der Benutzer die Primäreinrichtung 1 an der richtigen Position positioniert hat. Beispielsweise ist es bei Ausführungsformen möglich, nach dieser Positionierung einen Gegeninduktivitätstestwert zu bestimmen, üblicherweise analog wie die Mehrzahl der ersten Gegeninduktivitätswerte bestimmt werden. Dieser ermittelte Gegeninduktivitätstestwert an der durch den Benutzer vermuteten Maximalposition wird anschließend mit dem zuvor ermittelten Maximum der ersten Gegeninduktivitätswerte verglichen. Ist der nun nach der Positionierung durch den Benutzer ermittelte Gegeninduktivitätstestwert um mehr als 20%, 30% oder 50% kleiner als das zuvor ermittelte Maximum, wird das Verfahren zu dem Block 130 zurückgeleitet und der Benutzer wiederum aufgefordert, das Verfahren von vorne zu beginnen mit der Positionierung der Primäreinrichtung 1 an der Ausgangsposition. Ergibt der Test in Block 170 hingegen, dass die ermittelte Gegeninduktivität ausreichend ist, so fährt das Verfahren mit einem Block 180 fort.
In dem Block 180 wird der Benutzer wiederum aufgefordert, die Primäreinrichtung 1 entlang einer zweiten Bewegungsrichtung zu bewegen. Die zweite Bewegungsrichtung steht dabei senkrecht auf der ersten Bewegungsrichtung. Weiterhin ist die zweite Bewegungsrichtung ausgehend von der ersten Maximalposition. Von dieser ersten Maximalposition erfolgt eine Bewegung in senkrechter Richtung zu der ersten Bewegungsrichtung in beide Richtungen. Wiederum werden in einem Block 190 zweite Gegeninduktivitätswerte ermittelt, wobei bei mindestens der Hälfte der zweiten ermittelten Gegeninduktivitätswerte nicht auf Messwerte von der Sekundärspule 12 des Implantats 2 zurückgegriffen wird. In einem Block 200 wird eine zweite Maximalposition der Primäreinrichtung bestimmt, bei welcher die ermittelten zweiten Gegeninduktivitätswerte ein Maximum erreichen. Wiederum erfolgt eine Aufforderung an den Benutzer, die Primäreinrichtung an dieser zweiten Maximalposition zu positionieren, wobei auf analoge Verfahren wie bei der ersten Maximalposition zurückgegriffen wird, Block 210. In einem Block 220 erfolgt wie in dem Block 170 eine analoge Überprüfung, ob ein ermittelter Gegeninduktivitätstestwert nach Anordnen an der zweiten Maximalposition über einem Schwellenwert liegt, welcher relativ zu dem Maximalen der zweiten Gegeninduktivitätswerte bestimmt wird, beispielsweise innerhalb einer Toleranz von 20%, 30% oder 50%. Fällt dieser Test im Block 220 negativ aus, so springt das Verfahren bis zum Block 130 zurück und fordert den Benutzer nochmals auf die Primäreinrichtung 1 an der Ausgangsposition zu positionieren.
Fällt der Test im Block 220 hingegen positiv aus, so wird nachfolgend in einem Block 230 mit einer Energieübertragung von der Primäreinrichtung 1 zu dem Implantat 2 begonnen. Für die Energieübertragung wird bei Ausführungsformen der Erfindung typischerweise eine Einstellung der Kapazität des Primärkreises der Primäreinrichtung, der auch als Schwingkreis bezeichnet werden kann, in Abhängigkeit eines Betriebsparameters eingestellt. Der Betriebsparameter ist typischerweise die Art oder Größe einer Last oder eine Art der Stromversorgung der Primäreinrichtung, beispielsweise ob eine Versorgung über das öffentliche Netz oder über die wiederaufladbare Batterie vorliegt. Weitere typische Entscheidungskriterien werden an anderer Stelle dieser Anmeldung erläutert. Dies gilt analog für die nachfolgende Auswahl der Sendefrequenz, wobei die Sendefrequenz typischerweise derart gewählt wird, dass sie nicht notwendigerweise mit der Resonanzfrequenz des Primärkreises übereinstimmt.
Anschließend tritt das Verfahren in einen geschlossenen Regelkreis ein, in welchem die Sendeleistung des Primärkreises durch Ansteuern des Verstärkers in Abhängigkeit des ermittelten Stroms im Sekundärkreis angepasst wird. Weiterhin wird aus dem ermittelten Strom im Sekundärkreis und der Sendeleistung unter Berücksichtigung der Größe der Last ein Wirkungsgrad berechnet. Liegt der Wirkungsgrad über einem ersten Schwellenwert, beispielsweise 70%, 80% oder 90%, bleibt das Verfahren im Regelkreis.
Unterschreitet der Wirkungsgrad den ersten Schwellenwert, wird typischerweise überprüft, ob der Wirkungsgrad auch einen zweiten Schwellenwert in Höhe von 65% unterschreitet. Wird der zweite Schwellenwert nicht unterschritten, d. h. der Wirkungsgrad liegt beispielsweise bei mindestens 65% aber unter 80%, wird die Gegeninduktivität bestimmt, anschließend wiederum die Sendefrequenz angepasst, so dass der Wirkungsgrad verbessert wird.
Unterschreitet der Wirkungsgrad auch den zweiten Schwellenwert so wird typischerweise der errechnete Wirkungsgrad mit einem untersten, dritten Schwellenwert von üblicherweise 50% verglichen. Typische dritte Schwellenwerte liegen zwischen 30% und 70%, typischerweise zwischen 35% und 60%. Bei Unterschreiten des dritten Schwellenwertes wird der Benutzer wieder aufgefordert, eine Positionierung der Primäreinrichtung vorzunehmen, Block 130. Bei einem Wirkungsgrad von mindestens dem dritten Schwellenwert und unterhalb des zweiten Schwellenwertes wird die Gegeninduktivität bestimmt, um die Kapazität anzupassen, so dass der Wirkungsgrad verbessert wird.
Typische Werte für den zweiten Schwellenwert liegen zwischen 55% und 80%, typischerweise zwischen 60% und 70%. Übliche Werte für den dritten Schwellenwert liegen zwischen 30% und 70%, typischerweise zwischen 40% und 60%. Grundsätzlich ist der erste Schwellenwert größer als der zweite Schwellenwert und dieser größer als der dritte Schwellenwert.
Während der Energieübertragung wird bei typischen Ausführungsformen laufend überprüft, ob die Gegeninduktivität zwischen der Primärspule und der Sekundärspule ausreichend ist oder ob sich diese Gegeninduktivität verschlechtert bzw. unter einen Schwellenwert gelangt. Bei typischen Ausführungsformen wird während einer Energieübertragung die Gegeninduktivität laufend mit einem oder verschiedenen Schwellenwerten verglichen, welche Relativwerte bezüglich des Gegeninduktivitätswerts sind, der an der zweiten Maximalposition bestimmt wurde. Ein solcher Schwellenwert kann beispielsweise 10%, 20%, 30% oder 40% oder 50% unter dem Gegeninduktivitätswert liegen, welcher für die zweite Maximalposition ermittelt wurde. Ergibt der Test in Block 240, dass der Gegeninduktivitätswert zu stark abgefallen ist, d.h. unter einen Schwellwert gelangt ist, beispielsweise den dritten Schwellenwert, so springt das Verfahren typischerweise bis zum Block 130 zurück und fordert den Benutzer auf, die Primäreinrichtung neu zu positionieren. Bei typischen Ausführungsformen kann zunächst auch vorgesehen sein, dass lediglich durch Änderungen der Kapazität oder der Sendefrequenz der Primäreinrichtung die Energieübertragung verbessert wird und erst bei Feststellen, dass diese Maßnahmen nicht zu einer ausreichenden Energieübertragung oder Kopplung oder Gegeninduktivität führen, der Benutzer aufgefordert wird, die Primäreinrichtung zu positionieren unter Verwendung typischer Verfahren, wie sie hierin beschrieben werden.

Claims

Verfahren zur Ausrichtung einer Primäreinrichtung (1) relativ zu einem Implantat (2), insbesondere zu einem intrakorporalen Implantat (2), wobei das Implantat (2) eine Sekundärspule (12) umfasst, mit: – Ausgeben einer Anweisung an einen Benutzer, die Primäreinrichtung (1) in einer Ausgangsposition anzuordnen, – Bestromen einer Primärspule (11) der Primäreinrichtung (1), – Auffordern des Benutzers, die Primäreinrichtung (1) entlang einer ersten Bewegungsrichtung zu bewegen, – Aufeinanderfolgendes Ermitteln einer Mehrzahl von ersten Gegeninduktivitätswerten zwischen der Primärspule (11) und der Sekundärspule (12) während der Bewegung der Primäreinrichtung (1) entlang der ersten Bewegungsrichtung, und – Bestimmen einer ersten Maximalposition der Primäreinrichtung (1), bei welcher die ermittelten Gegeninduktivitätswerte ein Maximum erreichen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei zumindest einer der ersten Gegeninduktivitätswerte ausschließlich in Abhängigkeit von Messwerten an der Primärspule (11) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, mit: – Auffordern des Benutzers, die Primäreinrichtung (1) an der ersten Maximalposition anzuordnen, – Ermitteln eines Gegeninduktivitätstestwertes, und – Überprüfen, ob der ermittelte Gegeninduktivitätstestwert über einem Schwellenwert liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit: – Auffordern des Benutzers, die Primäreinrichtung (1) entlang einer zweiten Bewegungsrichtung zu bewegen, wobei die zweite Bewegungsrichtung die erste Bewegungsrichtung an der ersten Maximalposition kreuzt, – Aufeinanderfolgendes Ermitteln einer Mehrzahl von zweiten Gegeninduktivitätswerten zwischen der Primärspule (11) und der Sekundärspule (12) während der Bewegung der Primäreinrichtung (1) entlang der zweiten Bewegungsrichtung, und – Bestimmen einer zweiten Maximalposition der Primäreinrichtung (1), bei welcher die ermittelten zweiten Gegeninduktivitätswerte ein Maximum erreichen.
Verfahren nach Anspruch 4, mit: – Auffordern des Benutzers, die Primäreinrichtung (1) an der zweiten Maximalposition anzuordnen, – Ermitteln eines Gegeninduktivitätstestwertes, und – Überprüfen, ob der ermittelte Gegeninduktivitätstestwert über einem Schwellenwert liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei dem Benutzer Informationen über die ermittelten Gegeninduktivitätswerte übermittelt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei der Ermittlung von mindestens einem der ersten Gegeninduktivitätswerte und/oder der zweiten Gegeninduktivitätswerte keine Übermittlung von Messwerten der Sekundärspule (12) zu der Primäreinrichtung (1) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Primärspule während der Ermittlung der ersten Gegeninduktivitätswerte und/oder der zweiten Gegeninduktivitätswerte mit einem konstanten Primärstrom bestromt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei anschließend eine Energieübertragung von der Primärspule erfolgt, wobei während der Energieübertragung wiederholt dritte Gegeninduktivitätswerte bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die ermittelten dritten Gegeninduktivitätswerte mit einem Schwellenwert verglichen werden und bei Unterschreiten des Schwellenwertes der Benutzer aufgefordert wird, eine Neupositionierung der Primäreinrichtung (1) vorzunehmen.
Primäreinrichtung (1) mit einer Kontrolleinheit (30) und einer Schnittstelle (60) zur Ausgabe von Anweisungen oder Informationen an einen Benutzer, wobei die Kontrolleinheit (30) eingerichtet ist, um ein Verfahren zur Ausrichtung der Primäreinrichtung (1) zu einem Implantat (2) durch einen über die Schnittstelle (60) angeleiteten Benutzer nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.