DE102018117204A1

DE102018117204A1 - Langreichweitige Drahtlosladungsoptimierungsstruktur für Implantierbare Medizinische Vorrichtungen

Info

Publication number: DE102018117204A1
Application number: DE102018117204.4A
Authority: DE
Inventors: Ming-Fu Chiang
Original assignee: Orion Biotech Inc
Current assignee: Orion Biotech Inc
Priority date: 2018-02-09
Filing date: 2018-07-17
Publication date: 2019-08-14
Also published as: FR3077738A1; US20190247670A1; US11291846B2; JP2019136470A; JP6646106B2; TWI667860B; TW201935807A

Abstract

Es ist eine langreichweitige Drahtlosladungsoptimierungsstruktur für implantierbare medizinische Vorrichtungen (IMD) (400) offenbart. Die vorstehend erwähnte Optimierungsstruktur bietet eine Fähigkeit zum langreichweitigen Laden der IMD, wodurch die Lebensqualität von Benutzern aufrechterhalten wird und die Risiken, mit welchen das chirurgische Ersetzen von Batterien verbunden ist, verringert werden. Die Optimierungsstruktur umfasst einen Optimierer, der einen Emitter (100), einen Träger (200), eine IMD und ein Optimierungsmodul (300) aufweist. Das Optimierungsmodul (300) ist im Träger (200) eingesetzt und befindet sich an der Außenfläche der Haut (501) des Benutzers (500) zwischen dem Emitter (100) und der IMD. Die vom Emitter (100) emittierten Ladesignale (101) werden vom Optimierungsmodul (300) verstärkt und ferner zum Laden der IMD innerhalb des Gewebes des Benutzers (500) übertragen.

Description

Diese Anmeldung beansprucht den Vorteil der taiwanischen Patentanmeldung Nr. 107104581 , eingereicht am 9. Februar 2018 beim taiwanischen Amt für geistiges Eigentum, deren Offenbarung hiermit in ihrer Gesamtheit aufgenommen ist.
Zumindest eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft eine Drahtlosladungsoptimierungsstruktur für implantierbare medizinische Vorrichtungen. Insbesondere betrifft zumindest eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine langreichweitige Drahtlosladungsoptimierungsstruktur für implantierbare medizinische Vorrichtungen.
Die sich auf Krankheitsbehandlungen mit implantierbaren medizinischen Vorrichtungen (Implantable Medical Devices, IMD) beziehende Technik in der Art der Behandlung der Parkinson-Krankheit mit Tiefenhirnstimulation (Deep Brain Stimulation, DBS) und der Herzkrankheitsbehandlung mit einem künstlichen Schrittmacher ist seit Jahren weit entwickelt. Insbesondere werden aktive implantierbare medizinische Vorrichtungen (Active Implantable Medical Devices, AIMD) von Batterien betrieben, um ihre Funktionen auszuführen. Die in diesen Batterien gespeicherte elektrische Energie reicht jedoch nur, um diese implantierbaren medizinischen Vorrichtungen im Laufe von 5 bis 10 Jahren zu betreiben. Nachdem die Batterien vollständig verbraucht wurden, müssen sie während einer chirurgischen Operation ersetzt werden. Die vorstehend erwähnte Weise ist jedoch nicht nur für Benutzer unbequem, sondern stellt auch eine finanzielle Belastung infolge von Chirurgiekosten dar. Überdies sind die Risiken von chirurgischen Eingriffen erheblich, weil unter den Patienten, die an solchen Krankheiten leiden, ziemlich viele alte Menschen sind.
Dank der vorliegenden Technologie sind diese aktiven implantierbaren medizinischen Vorrichtungen in der Lage, drahtlos geladen zu werden. Die üblichste Technik besteht darin, durch induktives Koppeln von induktiven Spulen zu laden, indem eine empfangende Spule in die implantierbare medizinische Vorrichtung platziert wird und eine ladende Spule in eine Position in der Nähe der empfangenden Spule außerhalb der Haut platziert wird. Dennoch können die induktiven Spulen nicht um mehr als einige Zentimeter getrennt werden, und der Benutzer müsste die ladende Spule mit Hilfe von Riemen tragen, um sie nahe genug an der implantierbaren medizinischen Vorrichtung zu halten, was dem Benutzer Unbehagen bereiten kann, ganz gleich ob im täglichen Leben oder im mentalen Sinne.
Eine andere übliche Technik besteht darin, durch resonantes induktives Koppeln zu laden, wodurch die implantierbare medizinische Vorrichtung in einem Abstand von 1 bis 2 Metern drahtlos geladen werden kann. Die Größen der Spulen sind jedoch verhältnismäßig groß, damit Oszillationsfrequenzen der ladenden Spule und der induktiven Spule übereinstimmen. Dies ist für die Verwendung bei implantierbaren medizinischen Vorrichtungen nicht ideal. Die Ausgangsleistung ist auch größer und kann Sicherheitsprobleme beim Nutzen von medizinischen Vorrichtungen hervorrufen. Ferner kann dies den Normen nicht entsprechen.
Um die vorstehend erwähnten Probleme aus dem Stand der Technik zu lösen, sieht zumindest eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine langreichweitige Drahtlosladungsoptimierungsstruktur für implantierbare medizinische Vorrichtungen vor, welche einen Emitter, einen Träger, eine implantierbare medizinische Vorrichtung und ein Optimierungsmodul aufweist.
Der Emitter ist dafür ausgelegt, mehrere Ladesignale zu emittieren. Der Träger ist außerhalb der Haut eines Benutzers auf einer Seite des Emitters angeordnet, und die implantierbare medizinische Vorrichtung ist auf der anderen Seite des Trägers in Bezug auf den Emitter angeordnet. Das Optimierungsmodul ist im Träger angeordnet.
Überdies werden mehrere Ladesignale vom Optimierungsmodul empfangen und in mehrere verstärkte Signale transformiert, und die implantierbare medizinische Vorrichtung empfängt die mehreren verstärkten Signale.
Die vorstehende Kurzfassung der vorliegenden Erfindung soll als einleitende Beschreibung der verschiedenen Aspekte und technischen Merkmale der Erfindung dienen, welche die verschiedenen Konzepte der Erfindung nur knapp darlegt. Die Kurzfassung ist weder eine detaillierte Beschreibung noch ist sie als alle Schlüssel- oder wesentlichen Elemente der Erfindung umfassend gedacht; sie definiert auch nicht den Schutzumfang der Erfindung.

1 ist ein schematisches Diagramm einer Drahtlosladetechnik für implantierbare medizinische Vorrichtungen gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein schematisches Diagramm einer langreichweitigen Drahtlosladungsoptimierungsstruktur für implantierbare medizinische Vorrichtungen gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
3 ist ein schematisches Diagramm einer langreichweitigen Drahtlosladungsoptimierungsstruktur für implantierbare medizinische Vorrichtungen gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
4 ist ein Blockdiagramm eines Optimierungsmoduls gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
5 ist ein Blockdiagramm eines Ausgabemoduls gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
6 ist ein Flussdiagramm eines Prozesses einer langreichweitigen Drahtlosladungsoptimierungstechnik für implantierbare medizinische Vorrichtungen gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.

Die im folgenden Abschnitt gezeigten Beispiele sind für den Zweck der detaillierten Erklärung der Merkmale der bevorzugten Ausführungsformen bereitgestellt, um es Fachleuten zu ermöglichen, die bevorzugten Ausführungsformen zu verstehen. Es sei bemerkt, dass die in den Zeichnungen bereitgestellten Spezifikationen nur der Erläuterung dienen und dass verschiedene Änderungen in die vorliegende Erfindung aufgenommen oder impliziert werden können, ohne vom Gedanken und von der Absicht abzuweichen.
1 ist ein schematisches Diagramm einer Drahtlosladetechnik für implantierbare medizinische Vorrichtungen gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Wie in 1 dargestellt ist, emittiert und sendet der Emitter 100 mehrere Ladesignale 101 aus. Die mehreren Ladesignale 101 breiten sich im Raum aus und erreichen eine Position eines Benutzers 500 und laden die implantierte medizinische Vorrichtung im Ziel 504, welches das Körpergewebe oder das betroffene Gebiet der Krankheit ist, das mit der implantierbaren medizinischen Vorrichtung versehen ist. Gemäß dieser Ausführungsform laden die vom Emitter 100 gesendeten mehreren Ladesignale 101 alle medizinischen Vorrichtungen in mehr als einem Ziel 504. Wenn in dem Benutzer 500 daher mehrere aktive implantierbare medizinische Vorrichtungen in mehr als einem betroffenen Gebiet implantiert sind, können diese aktiven implantierbaren medizinischen Vorrichtungen durch die Technik gemäß der vorliegenden Erfindung gleichzeitig geladen werden.
Gemäß einer Ausführungsfonn der vorliegenden Erfindung ist der Emitter 100 ein Funkfrequenzsender und sind die mehreren vom Emitter 100 emittierten Ladensignale 101 elektromagnetische Signale. Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Emitter 100 ein Infrarotlasersender und sind die mehreren vom Emitter 100 emittierten Ladensignale 101 Infrarotsignale mit Richtwirkung und einer Wellenlänge von 700 - 900 nm. Vorzugsweise ist die Wellenlänge des Infrarotsignals 800 nm. Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Emitter 100 ein Ultraschallsender. Demgemäß sind die mehreren vom Emitter 100 emittierten Ladensignale 101 Ultraschallsignale. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die implantierbare medizinische Vorrichtung eine aktive implantierbare medizinische Vorrichtung und beträgt der Bereich für das drahtlose Laden von 10 cm bis zu einigen Metern. Der Benutzer 500 kann sich in einem größeren Raum frei bewegen, ohne dass die täglichen Aktivitäten gestört werden. Die aktive implantierbare medizinische Vorrichtung kann eine implantierte medizinische Vorrichtung sein, die für ihren Betrieb eine externe Stromversorgung benötigt, in der Art eines Herzmonitors, eines Herzschrittmachers oder eines Hirnschrittmachers.
Es sei auf 1 und 2 Bezug genommen, welche ein schematisches Diagramm einer langreichweitigen Drahtlosladungsoptimierungsstruktur für implantierbare medizinische Vorrichtungen gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist. Wie in den Figuren dargestellt ist, umfasst die langreichweitige Drahtlosladungsoptimierungsstruktur für implantierbare medizinische Vorrichtungen gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen Emitter 100 zum Emittieren mehrerer Ladesignale 101, einen Träger 200, der außerhalb der Haut 501 eines Benutzers 500 auf einer Seite des Emitters 100 angeordnet ist, eine implantierbare medizinische Vorrichtung 400, die auf der anderen Seite des Trägers 200 in Bezug auf den Emitter 100 angeordnet ist, und ein Optimierungsmodul 300, das im Träger 200 angeordnet ist. Überdies werden mehrere Ladesignale 101 vom Optimierungsmodul 300 empfangen und in mehrere verstärkte Signale transformiert, und die implantierbare medizinische Vorrichtung 400 empfängt die mehreren verstärkten Signale.
Es sei gleichzeitig auf 1 und 2 Bezug genommen. Gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist der Träger 200 ein Accessoire, ein Pflaster, ein klebriger Verband, eine magnetische Vorrichtung oder eine Chipkarte. Der Benutzer 500 kann ein mit dem Träger 200 bereitgestelltes Accessoire in der Nähe des Ziels 504 in der Art eines Halsbands, einer Gürtelschnalle, eines Armbands, eines Fußkettchens usw. tragen, um die mehreren Ladesignale 101 zu optimieren und die am Ziel 504 positionierte implantierbare medizinische Vorrichtung 400 zu laden. Der Benutzer 500 kann auch ein Pflaster oder einen klebrigen Verband, das oder der mit dem Träger 200 an der Haut 501 bereitgestellt ist, in der Nähe des Ziels 504 anbringen, um die mehreren Ladesignale 101 zu optimieren und die am Ziel 504 positionierte implantierbare medizinische Vorrichtung 400 zu laden. Andere Ausführungsformen des Trägers 200 gemäß der vorliegenden Erfindung können eine Chipkarte, eine magnetische Vorrichtung oder ein beliebiges Objekt, das leicht in der Nähe des Ziels 504 getragen werden könnten, aufweisen, sind jedoch nicht darauf beschränkt. Zusätzlich kann der Träger 200 als eine Matrix implementiert werden, um die Empfangsoberfläche zu erhöhen, und die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsfonn der vorliegenden Erfindung ist der Träger 200 ein Stoff und ist das Optimierungsmodul 300 in den Träger 200 montiert, eingebettet, verwoben oder verstrickt. Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen: Weben oder Stricken von mehr als einem Typ von Webfäden mit elektrisch leitendem Material in einen Stoff durch eine spezielle Web- oder Stricktechnik und Bewirken, dass ein bestimmter Stoffbereich die Funktion des Optimierens der mehreren Ladesignale 101 aufweist. Der vorstehend erwähnte bestimmte Stoffbereich dient als Optimierungsmodul 300 gemäß der vorliegenden Erfindung, und der aus elektrisch leitenden Fäden hergestellte Stoff dient als Träger 200 gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Benutzer 500 trägt einen Stoff oder einen Hut, der so gewoben oder gestrickt ist, dass er den Träger 200 in der Nähe des Ziels 504 einschließt, um die mehreren Ladesignale 101 zu optimieren und die am Ziel 504 angebrachte implantierbare medizinische Vorrichtung ferner 400 zu laden.
Gemäß einer anderen Ausführungsform ist der Träger 200 ein Stoff und ist das Optimierungsmodul 300 mehrere Funkfrequenzantennenanordnungen. Die mehreren Funkfrequenzantennenanordnungen sind in den Träger 200 durch eine spezielle Web- oder Stricktechnik verwoben oder verstrickt, um die elektromagnetischen Wellen, die als Ladesignale angesehen werden, zu optimieren. Die vorstehende Beschreibung der Ausführungsformen dient nur dazu, den Konzept der vorliegenden Erfindung einfach zu erläutern. Fachleute sollten verstehen, dass beliebige einfache äquivalente Änderungen und Modifikationen immer noch innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung liegen und auf die Beschreibung nicht beschränkt sind.
Gemäß der in 2 dargestellten Ausführungsform ist das Optimierungsmodul 300 im Träger 200 angeordnet. Das Optimierungsmodul 300 kann in zwei Teile unterteilt werden, nämlich einen Empfänger 301 und ein Verarbeitungsmodul 302. Damit das Optimierungsmodul 300 die durch den Empfänger 301 eines beliebigen Typs bereitgestellten mehreren Ladesignale 101 (beispielsweise das elektromagnetische Signal, das Infrarotsignal oder das Ultraschallsignal usw.) optimieren kann, kann das Optimierungsmodul 300 gemäß einigen Ausführungsformen als Kombinationen von mehreren Empfängern 301 und Verarbeitungsmodulen 302 implementiert werden. Wenn die mehreren Ladesignale 101 elektromagnetische Signale sind, tritt der Empfänger 301 in Form von mehreren Funkfrequenzantennenanordnungen auf. Wenn die mehreren Ladesignale 101 Infrarotsignale sind, tritt der Empfänger 301 in Form eines Photovoltaikelements auf. Wenn die mehreren Ladesignale 101 Ultraschallsignale sind, tritt der Empfänger 301 in Form eines dielektrischen Films auf. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst der dielektrische Film mehrere dielektrische Schichten, wobei die Dielektrizitätskonstanten jeder dielektrischen Schicht unterschiedlich sind.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Empfänger 301 eine Kombination von mehreren Hochfrequenzantennenanordnungen, dielektrischen Filmen und Photovoltaikelementen und ist das Verarbeitungsmodul 302 mit einem Signalaufbereiter konfiguriert. Wenn die mehreren Ladesignale 101 elektromagnetische Signale sind, identifiziert der Signalaufbereiter die Signale und bestimmt die mehreren Funkfrequenzantennenanordnungen in dem Empfänger 301 dazu, die mehreren Ladesignale 101 zu optimieren und die entsprechenden Schaltungen im Verarbeitungsmodul 302 anzusteuern, die mehreren optimierten Signale zu verarbeiten. Wenn die mehreren Ladesignale 101 Infrarotsignale sind, identifiziert der Signalaufbereiter die Signale und bestimmt die mehreren Photovoltaikelemente in dem Empfänger 301 dazu, die mehreren Ladesignale 101 zu optimieren und die entsprechenden Schaltungen im Verarbeitungsmodul 302 anzusteuern, die optimierten Signale zu verarbeiten. Wenn die mehreren Ladesignale 101 Ultraschallsignale sind, identifiziert der Signalaufbereiter die Signale und bestimmt die mehreren dielektrischen Filme in dem Empfänger 301 dazu, die mehreren Ladesignale 101 zu optimieren und die entsprechenden Schaltungen im Verarbeitungsmodul 302 anzusteuern, die optimierten Signale zu verarbeiten.
Es sei auf 2 und 4 verwiesen. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung tritt der Empfänger 301 in Form mehrerer Funkfrequenzantennenanordnungen, eines dielektrischen Films, eines Photovoltaikelements oder einer beliebigen Kombination von diesen auf. Das Verarbeitungsmodul 302 umfasst einen Funkfrequenzempfänger 304a, der mit dem Empfänger 301 verbunden ist, eine Impedanzanpassungsschleife 305, die mit dem Funkfrequenzempfänger 304a verbunden ist, einen Gleichrichter 306, der mit der Impedanzanpassungsschleife 305 verbunden ist, eine Spannungsverstärkungsschaltung 307, die mit dem Gleichrichter 306 verbunden ist, eine Batterieschutzschaltung 308, die mit der Spannungsverstärkungsschaltung 307 verbunden ist, eine Energiespeichervorrichtung 309, die mit der Batterieschutzschaltung 308 verbunden ist, und ein Ausgabemodul 303, das mit der Energiespeichervorrichtung 309 verbunden ist.
Es sei auf 2 und 4 verwiesen. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung tritt der Empfänger 301 in Form mehrerer Funkfrequenzantennenanordnungen, eines dielektrischen Films, eines Photovoltaikelements oder einer beliebigen Kombination von diesen auf. Das Verarbeitungsmodul 302 umfasst einen piezoelektrischen Empfänger 304b, der mit dem Empfänger 301 verbunden ist, eine Impedanzanpassungsschleife 305, die mit dem piezoelektrischen Empfänger 304b verbunden ist, einen Gleichrichter 306, der mit der Impedanzanpassungsschleife 305 verbunden ist, eine Spannungsverstärkungsschaltung 307, die mit dem Gleichrichter 306 verbunden ist, eine Batterieschutzschaltung 308, die mit der Spannungsverstärkungsschaltung 307 verbunden ist, eine Energiespeichervorrichtung 309, die mit der Batterieschutzschaltung 308 verbunden ist, und ein Ausgabemodul 303, das mit der Energiespeichervorrichtung 309 verbunden ist.
Es sei auf 2 und 4 verwiesen. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung tritt der Empfänger 301 in Form mehrerer Funkfrequenzantennenanordnungen, eines dielektrischen Films, eines Photovoltaikelements oder einer beliebigen Kombination von diesen auf. Das Verarbeitungsmodul 302 umfasst einen Photovoltaikempfänger 304c, der mit dem Empfänger 301 verbunden ist, eine Impedanzanpassungsschleife 305, die mit dem Photovoltaikempfänger 304c verbunden ist, einen Gleichrichter 306, der mit der Impedanzanpassungsschleife 305 verbunden ist, eine Spannungsverstärkungsschaltung 307, die mit dem Gleichrichter 306 verbunden ist, eine Batterieschutzschaltung 308, die mit der Spannungsverstärkungsschaltung 307 verbunden ist, eine Energiespeichervorrichtung 309, die mit der Batterieschutzschaltung 308 verbunden ist, und ein Ausgabemodul 303, das mit der Energiespeichervorrichtung 309 verbunden ist.
Es sei auf 2 und 4 verwiesen. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung tritt der Empfänger 301 in Form mehrerer Funkfrequenzantennenanordnungen auf. Das Verarbeitungsmodul 302 umfasst einen Funkfrequenzempfänger 304a, der mit mehreren Funkfrequenzantennenanordnungen verbunden ist, eine Impedanzanpassungsschleife 305, die mit dem Funkfrequenzempfänger 304a verbunden ist, einen Gleichrichter 306, der mit der Impedanzanpassungsschleife 305 verbunden ist, eine Spannungsverstärkungsschaltung 307, die mit dem Gleichrichter 306 verbunden ist, eine Batterieschutzschaltung 308, die mit der Spannungsverstärkungsschaltung 307 verbunden ist, eine Energiespeichervorrichtung 309, die mit der Batterieschutzschaltung 308 verbunden ist, und ein Ausgabemodul 303, das mit der Energiespeichervorrichtung 309 verbunden ist.
Es sei auf 2 und 4 verwiesen. Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung tritt der Empfänger 301 in Form eines dielektrischen Films auf. Das Verarbeitungsmodul 302 umfasst einen piezoelektrischen Empfänger 304b, der mit dem dielektrischen Film verbunden ist, eine Impedanzanpassungsschleife 305, die mit dem piezoelektrischen Empfänger 304b verbunden ist, einen Gleichrichter 306, der mit der Impedanzanpassungsschleife 305 verbunden ist, eine Spannungsverstärkungsschaltung 307, die mit dem Gleichrichter 306 verbunden ist, eine Batterieschutzschaltung 308, die mit der Spannungsverstärkungsschaltung 307 verbunden ist, eine Energiespeichervorrichtung 309, die mit der Batterieschutzschaltung 308 verbunden ist, und ein Ausgabemodul 303, das mit der Energiespeichervorrichtung 309 verbunden ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung tritt der dielektrische Film in Form eines piezoelektrischen dielektrischen Films auf. Gemäß einer bevorzugteren Ausführungsform kann der dielektrische Film eine Kombination progressiver piezoelektrischer dielektrischer Schichten sein, worauf die vorliegende Erfindung nicht beschränkt ist. Die vorstehend erwähnten progressiven piezoelektrischen dielektrischen Schichten haben verschiedene Impedanzen und Koeffizienten der Durchdringung, und der Durchlassgrad der mehreren Ladesignale 101 ist durch Verbinden der progressiven piezoelektrischen dielektrischen Schichten in Reihe oder parallel auf einen gewünschten Bereich eingestellt. Gemäß einer Ausführungsform können die Ultraschallladesignale 101 auf eine Intensität von 600 - 900 Milliwatt pro Quadratzentimeter nach dem Durchlaufen des dielektrischen Films eingestellt werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform können die Ultraschallladesignale 101 ferner auf eine Stärke von 700 Milliwatt pro Quadratzentimeter (700 mW/cm²) eingestellt werden, was nicht nur eine ausreichend hohe Ladeenergie bereitstellt, sondern auch eine Energieintensität bereitstellt, die den sich auf den menschlichen Körper beziehenden Sicherheitsvorschriften entspricht.
Es sei auf 2 und 4 verwiesen. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung tritt der Empfänger 301 in Form eines Photovoltaikelements auf. Das Verarbeitungsmodul 302 umfasst einen Photovoltaikempfänger 304c, der mit dem Photovoltaikelement verbunden ist, eine Impedanzanpassungsschleife 305, die mit dem Photovoltaikempfänger 304c verbunden ist, einen Gleichrichter 306, der mit der Impedanzanpassungsschleife 305 verbunden ist, eine Spannungsverstärkungsschaltung 307, die mit dem Gleichrichter 306 verbunden ist, eine Batterieschutzschaltung 308, die mit der Spannungsverstärkungsschaltung 307 verbunden ist, eine Energiespeichervorrichtung 309, die mit der Batterieschutzschaltung 308 verbunden ist, und ein Ausgabemodul 303, das mit der Energiespeichervorrichtung 309 verbunden ist.
Es sei auf 3 Bezug genommen. 3 ist ein schematisches Diagramm einer langreichweitigen Drahtlosladungsoptimierungsstruktur für implantierbare medizinische Vorrichtungen gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Die langreichweitige Drahtlosladungsoptimierungsstruktur für implantierbare medizinische Vorrichtungen gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst einen Emitter 100 zum Emittieren mehrerer Ladesignale 101, einen Träger 200, der außerhalb der Haut 501 eines Benutzers 500 auf einer Seite des Emitters 100 angeordnet ist, eine implantierbare medizinische Vorrichtung 400, die auf der anderen Seite des Trägers 200 in Bezug auf den Emitter 100 angeordnet ist, und ein Optimierungsmodul 300, das im Träger 200 angeordnet ist. Überdies werden mehrere Ladesignale 101 vom Optimierungsmodul 300 empfangen und in mehrere verstärkte Signale transformiert, und die implantierbare medizinische Vorrichtung 400 empfängt die mehreren verstärkten Signale. Der Träger 200 ist außerhalb der Haut 501 eines Benutzers 500 angeordnet, und die implantierbare medizinische Vorrichtung 400 ist in einem Zielgewebe 503 unter der Haut 501 des Benutzers 500 angeordnet. Das Zielgewebe 503 variiert je nach der Situation, die von der Art der Behandlung abhängt, und das Zielgewebe 503, das sich unter dem Fettgewebe 502 befindet, könnte eine Muskelschicht, ein Skelett, ein viszerales Organ oder eine Körperhöhle sein.
Wie in 3 dargestellt ist, werden die mehreren Ladesignale 101 durch den Träger 200 übertragen, der auf der Außenfläche der Haut 501 angeordnet ist, und dann durch das Optimierungsmodul 300 verstärkt, um die implantierbare medizinische Vorrichtung 400, die in dem Zielgewebe 503 angeordnet ist, zu laden. Gemäß dieser Ausführungsform umfasst das Optimierungsmodul 300 zwei Teile, nämlich einen Befestigungsteil 300a und ein Mikronadelmodul 300b. Der Befestigungsteil 300a kann ein Pflaster oder ein Aufkleber sein, der aus einem leitenden Film in der Art einer Kupferfolie, Goldfolie oder anderen Verbundmaterialien hergestellt ist, die an der Oberfläche des menschlichen Körpers angebracht werden können. Das Mikronadelmodul 300b ist eine volle oder hohle konische Struktur und ist mit dem Befestigungsteil 300a verbunden. Auf diese Weise dringt das Mikronadelmodul 300b in die Haut 501 des Benutzers 500 ein. Vorzugsweise umfasst das Mikronadelmodul 300b im Optimierungsmodul 300 eine konische, dreieckige pyramidenförmige oder polygonbasierte pyramidenförmige Mikronadelanordnung, die aus Polymermaterialien hergestellt ist. Gemäß anderen möglichen Ausführungsformen kann jede der konischen oder pyramidenförmigen Mikronadeln des Mikronadelmoduls 300b auch eine kegelförmige oder scheibenförmige Struktur sein, in die ein Metallgürtel, ein Metallring oder ein Metalldraht eingebettet ist, worauf die vorliegende Erfindung nicht beschränkt ist.
Gemäß einer Ausführungsform verstärkt das Mikronadelmodul 300b im Optimierungsmodul 300 die mehreren Ladesignale 101 durch seine spezialisierte Struktur. Zusätzlich dringt das Mikronadelmodul 300b gemäß der bevorzugten Ausführungsform in die Haut 501 bis etwa in die Tiefe von 100 Mikrometern (µm) ein, um die beste Wirkung des Übertragens der verstärkten Signale in den Körper des Benutzers 500 zu erzielen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht das Mikronadelmodul 300b im Optimierungsmodul 300 aus Mikronadelantennen und hat die Funktionen zum Steigern der Energie, Fokussieren der Energie und gleichzeitig zum Leiten der Energie in den Körper. Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist das Mikronadelmodul 300b im Optimierungsmodul 300 durch konische Antennen gebildet, in die ein Metallgürtel, ein Metallring oder ein Metalldraht eingebettet ist. Die Implementation der Spezialisierung des Optimierungsmoduls 300 ist in dieser Figur dargestellt. Fachleute sollten jedoch verstehen, dass beliebige einfache äquivalente Änderungen und Modifikationen immer noch innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung liegen und auf die Beschreibung nicht beschränkt sind.
4 ist ein Blockdiagramm eines Optimierungsmoduls gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Wie in der Figur dargestellt ist, umfasst das Optimierungsmodul 300 gemäß der vorliegenden Erfindung einen Funkfrequenzempfänger 304a, einen piezoelektrischen Empfänger 304b, einen Photovoltaikempfänger 304c und eine Impedanzanpassungsschleife 305, die mit dem Funkfrequenzempfänger 304a, dem piezoelektrischen Empfänger 304b und dem Photovoltaikempfänger 304c verbunden ist. Das Optimierungsmodul 300 gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ferner einen Gleichrichter 306, der mit der Impedanzanpassungsschleife 305 verbunden ist, eine Spannungsverstärkungsschaltung 307, die mit dem Gleichrichter 306 verbunden ist, eine Batterieschutzschaltung 308, die mit der Spannungsverstärkungsschaltung 307 verbunden ist, eine Energiespeichervorrichtung 309, die mit der Batterieschutzschaltung 308 verbunden ist, und ein Ausgabemodul 303, das mit der Energiespeichervorrichtung 309 verbunden ist. Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Empfänger 301 eine beliebige Kombination aus mehreren Funkfrequenzantennenanordnungen, einem dielektrischen Film und einem Photovoltaikelement. Der Empfänger 301 ist mit dem Funkfrequenzempfänger 304a, dem piezoelektrischen Empfänger 304b und dem Photovoltaikempfänger 304c, die in 4 dargestellt sind, verbunden, um Mehrquellen-Ladesignale zu empfangen und die implantierbare medizinische Vorrichtung 400 zu laden.
Die Energiespeichervorrichtung 309 gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine wiederaufladbare Batterie, ein Superkondensator oder eine Kombination von diesen. Vorzugsweise ist die Energiespeichervorrichtung 309 eine Lithium-Eisen-Phosphat-Batterie, die eine sichere Batterie ist, bei der keine Überhitzungs- oder Explosionsgefahr besteht. Sie hat auch eine hohe Ausgangsleistung, und bei dieser Batterie lassen sich bis zu 1000 Lade-/Entladezyklen anzuwenden. Gemäß dieser Ausführungsform umfasst die Spannungsverstärkungsschaltung 307 ferner eine Schalterschaltung, die eine Schaltung sein kann, welche einen Transistor enthält. Insbesondere kann der Transistor ein Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) sein. Die Spannungsverstärkungsschaltung 307 ist mit der Energiespeichervorrichtung 309 verbunden. Das Optimierungsmodul 300 kann die wiederaufladbare Batterie und den Superkondensator in der Energiespeichervorrichtung 309 selektiv laden oder die verstärkten Signale für die implantierbare medizinische Vorrichtung 400 direkt ausgeben, um diese in dem Benutzer 500 durch den Aufbau der Schalterschaltung in der Spannungsverstärkungsschaltung 307 zu verwenden.
5 ist ein Blockdiagramm eines Ausgabemoduls gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Wie in 5 dargestellt ist, umfasst das Ausgabemodul 303 eine DC/AC-Umwandlungsschaltung 310, die mit der Energiespeichervorrichtung 309 verbunden ist, eine Induktionsspule 313, die mit der DC/AC-Umwandlungsschaltung 310 verbunden ist, eine AC-Signal-Steuerschaltung 311, die mit der DC/AC-Umwandlungsschaltung 310 verbunden ist, und einen AC-Signal-Generator 312. Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Induktionsspule 313 ein Metalldraht oder ein Metallring sein, der auf dem Mikronadelmodul 300b oder einer anderen speziellen Struktur des Optimierungsmoduls 300 montiert oder gewickelt ist. Gemäß einer anderen Ausführungsform ist die Induktionsspule 313 eine konische, dreieckige pyramidenförmige oder polygonbasierte pyramidenförmige Mikronadel-Antennenstruktur auf dem Optimierungsmodul 300. Die Mikronadel-Antennenstruktur dringt in die Haut 501 ein, und das Empfangsende der implantierbaren medizinischen Vorrichtung 400 wird inzwischen ebenfalls mit einer entsprechend angepassten konischen, dreieckigen pyramidenförmigen oder polygonbasierten pyramidenförmigen Antennenstruktur eingesetzt, und das Ausgabemodul 303 des Optimierungsmoduls 300 und das Empfangsende der implantierbaren medizinischen Vorrichtung 400 dienen als ein angepasstes Sende-/Empfangsantennenpaar, um die Übertragung der Energieintensität und die Umwandlungseffizienz zu optimieren. Zusätzlich ist die Implementation der Induktionsspule 313 nicht auf jene beschränkt, die in den Zeichnungen oder der Beschreibung dargestellt ist.
6 ist ein Flussdiagramm eines Prozesses einer langreichweitigen Drahtlosladungsoptimierungstechnik für implantierbare medizinische Vorrichtungen gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Die langreichweitige Drahtlosladungstechnologie der implantierbaren medizinischen Vorrichtung gemäß dieser Ausführungsform umfasst die folgenden Schritte. In Schritt S1 emittiert der Emitter 100 mehrere Ladesignale 101. In Schritt S2 empfängt ein außerhalb des Körpers angeordneter Träger 200 die mehreren Ladesignale 101 durch den Empfänger 301 und verstärkt die mehreren Ladesignale. In Schritt S3 speichert der Träger 200 die mehreren verstärkten Signale in einer Energiespeichervorrichtung 309. In Schritt S4 überträgt der Träger 200 die mehreren verstärkten Signale über das Ausgabemodul 303 an eine implantierbare medizinische Vorrichtung 400 im Körper. Andererseits kann der Träger 200 auch wählen, das verstärkte Signal nicht in der Energiespeichervorrichtung 309 zu speichern und das verstärkte Signal direkt über das Ausgabemodul 303 zur implantierbaren medizinischen Vorrichtung 400 zu übertragen, die im Körper angeordnet ist.
Die langreichweitige Drahtlosladungsoptimierungstechnik für implantierbare medizinische Vorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung schafft eine Möglichkeit, die implantierbaren medizinischen Vorrichtungen lebenslang zu verwenden, indem die Drahtlosladungsoptimierungsstruktur eingeführt wird, so dass der Benutzer nicht operiert werden muss, um die Batterie zu ersetzen, was kostspielig ist und mit hohen Risiken verbunden ist. Wenn die implantierbare medizinische Vorrichtung geladen werden soll, muss der Benutzer kein redundantes Ladeelement mit sich tragen. Außerdem kann sich der Benutzer frei in einem größeren Bereich bewegen, um normale Lebensaktivitäten während des Ladens aufrechtzuerhalten und weiter arbeiten zu können, und dies hat positive Auswirkungen auf den Benutzer unabhängig davon, ob es um die Erhaltung der Lebensqualität oder um die Verbesserung der psychischen Gesundheit handelt.
Es gibt viele vorstehend beschriebenen und dargestellten Erfindungen. Die vorliegenden Erfindungen sind weder auf einen einzelnen Aspekt noch auf eine Ausführungsform davon, noch auf irgendwelche Kombinationen und/oder Permutationen solcher Aspekte und/oder Ausführungsformen beschränkt. Überdies kann jeder der Aspekte der vorliegenden Erfindungen und/oder die Ausführungsformen davon alleine oder in Kombination mit einem oder mehreren der anderen Aspekte der vorliegenden Erfindungen und/oder Ausführungsformen davon verwendet werden. Aus Gründen der Kürze werden viele dieser Permutationen und Kombinationen hier nicht getrennt erörtert.
Bezugszeichenliste

100: Emitter
101: Ladesignal
200: Träger
300: Optimierungsmodul
300a: Anbringungsteil
300b: Mikronadelmodul
301: Empfänger
302: Verarbeitungsmodul
303: Ausgabemodul
304a: Funkfrequenzempfänger
304b: piezoelektrischer Empfänger
304c: Photovoltaikempfänger
305: Impedanzanpassungsschleife
306: Gleichrichter
307: Spannungsverstärkungsschaltung
308: Batterieschutzschaltung
309: Energiespeichervorrichtung
310: DC/AC-Umwandlungsschaltung
311: AC-Signal-Steuerschaltung
312: AC-Signal-Generator
313: Induktionsspule
400: implantierbare medizinische Vorrichtung
500: Benutzer
501: Haut
502: Fettgewebe
503: Zielgewebe
504: Ziel
S1~S4: Schritt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

TW 107104581 [0001]

Claims

Langreichweitige Drahtlosladungsoptimierungsstruktur für implantierbare medizinische Vorrichtungen (400), welche Folgendes umfasst: einen Emitter (100), der mehrere Ladesignale (101) emittiert, einen Träger (200), der außerhalb der Haut (501) eines Benutzers (500) und auf einer Seite des Emitters (100) angeordnet ist, eine implantierbare medizinische Vorrichtung (400), die auf der anderen Seite des Trägers (200) in Bezug auf den Emitter (100) angeordnet ist, und ein Optimierungsmodul (300), das im Träger (200) angeordnet ist, wobei die mehreren Ladesignale (101) vom Optimierungsmodul (300) empfangen werden und in mehrere verstärkte Signale transformiert werden, und die implantierbare medizinische Vorrichtung (400) die mehreren verstärkten Signale empfängt.
Langreichweitige Drahtlosladungsoptimierungsstruktur für implantierbare medizinische Vorrichtungen (400) nach Anspruch 1, wobei der Emitter (100) ein Funkfrequenzsender, ein Infrarotlasersender oder ein Ultraschallsender ist.
Langreichweitige Drahtlosladungsoptimierungsstruktur für implantierbare medizinische Vorrichtungen (400) nach Anspruch 1, wobei die implantierbare medizinische Vorrichtung (400) eine aktive implantierbare medizinische Vorrichtung ist.
Langreichweitige Drahtlosladungsoptimierungsstruktur für implantierbare medizinische Vorrichtungen (400) nach Anspruch 1, wobei der Träger (200) ein Accessoire, ein Pflaster, ein klebriger Verband, eine magnetische Vorrichtung oder eine Chipkarte ist.
Langreichweitige Drahtlosladungsoptimierungsstruktur für implantierbare medizinische Vorrichtungen (400) nach Anspruch 4, wobei der Träger (200) ein Stoff ist und das Optimierungsmodul (300) in den Träger (200) eingebettet, verwoben oder verstrickt ist.
Langreichweitige Drahtlosladungsoptimierungsstruktur für implantierbare medizinische Vorrichtungen (400) nach Anspruch 5, wobei das Optimierungsmodul (300) wenigstens einen Empfänger (301) aufweist.
Langreichweitige Drahtlosladungsoptimierungsstruktur für implantierbare medizinische Vorrichtungen (400) nach Anspruch 6, wobei der wenigstens eine Empfänger (301) aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus mehreren Funkfrequenzantennenanordnungen, einem dielektrischen Film und einem Photovoltaikelement besteht.
Langreichweitige Drahtlosladungsoptimierungsstruktur für implantierbare medizinische Vorrichtungen (400) nach Anspruch 7, wobei das Optimierungsmodul (300) ferner Folgendes aufweist einen Funkfrequenzempfänger (304a), der mit den mehreren Funkfrequenzantennenanordnungen verbunden ist, eine Impedanzanpassungsschleife (305), die mit dem Funkfrequenzempfänger (304a) verbunden ist, einen Gleichrichter (306), der mit der Impedanzanpassungsschleife (305) verbunden ist, eine Spannungsverstärkungsschaltung (307), die mit dem Gleichrichter (306) verbunden ist, eine Batterieschutzschaltung (308), die mit der Spannungsverstärkungsschaltung (307) verbunden ist, eine Energiespeichervorrichtung (309), die mit der Batterieschutzschaltung (308) verbunden ist, und ein Ausgabemodul (303), das mit der Energiespeichervorrichtung (309) verbunden ist.
Langreichweitige Drahtlosladungsoptimierungsstruktur für implantierbare medizinische Vorrichtungen (400) nach Anspruch 8, wobei die Energiespeichervorrichtung (309) eine wiederaufladbare Batterie, ein Superkondensator oder eine Kombination von diesen ist.
Langreichweitige Drahtlosladungsoptimierungsstruktur für implantierbare medizinische Vorrichtungen (400) nach Anspruch 9, wobei das Ausgabemodul (303) Folgendes aufweist: eine DC/AC-Umwandlungsschaltung (310), die mit der Energiespeichervorrichtung (309) verbunden ist, eine Induktionsspule (313), die mit der DC/AC-Umwandlungsschaltung (310) verbunden ist, und eine AC-Signal-Steuerschaltung (311), die mit der DC/AC-Umwandlungsschaltung (310) verbunden ist, und einen AC-Signal-Generator (312).
Langreichweitige Drahtlosladungsoptimierungsstruktur für implantierbare medizinische Vorrichtungen (400) nach Anspruch 7, wobei der wenigstens eine Empfänger (301) ein dielektrischer Film ist, der mehrere dielektrische Schichten mit unterschiedlichen Dielektrizitätskonstanten aufweist.
Langreichweitige Drahtlosladungsoptimierungsstruktur für implantierbare medizinische Vorrichtungen (400) nach Anspruch 11, wobei das Optimierungsmodul (300) ferner Folgendes aufweist: einen piezoelektrischen Empfänger (304b), der mit dem dielektrischen Film verbunden ist, eine Impedanzanpassungsschleife (305), die mit dem piezoelektrischen Empfänger (304b) verbunden ist, einen Gleichrichter (306), der mit der Impedanzanpassungsschleife (305) verbunden ist, eine Spannungsverstärkungsschaltung (307), die mit dem Gleichrichter (306) verbunden ist, eine Batterieschutzschaltung (308), die mit der Spannungsverstärkungsschaltung (307) verbunden ist, eine Energiespeichervorrichtung (309), die mit der Batterieschutzschaltung (308) verbunden ist, und ein Ausgabemodul (303), das mit der Energiespeichervorrichtung (309) verbunden ist.
Langreichweitige Drahtlosladungsoptimierungsstruktur für implantierbare medizinische Vorrichtungen (400) nach Anspruch 7, wobei das Optimierungsmodul (300) ferner Folgendes aufweist: einen Photovoltaikempfänger (304c), der mit dem Photovoltaikelement verbunden ist, eine Impedanzanpassungsschleife (305), die mit dem Photovoltaikempfänger (304c) verbunden ist, einen Gleichrichter (306), der mit der Impedanzanpassungsschleife (305) verbunden ist, eine Spannungsverstärkungsschaltung (307), die mit dem Gleichrichter (306) verbunden ist, eine Batterieschutzschaltung (308), die mit der Spannungsverstärkungsschaltung (307) verbunden ist, eine Energiespeichervorrichtung (309), die mit der Batterieschutzschaltung (308) verbunden ist, und ein Ausgabemodul (303), das mit der Energiespeichervorrichtung (309) verbunden ist.