DE202021104268U1 - Impedance tomography system for the alignment feedback of a charger for an implantable medical device - Google Patents

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Abstract

Medizinisches System (1), aufweisend:
- ein implantierbares medizinisches Gerät (2) aufweisend einen Energiespeicher zur Versorgung des medizinischen Geräts (2) mit elektrischer Energie sowie eine Sekundärspule (20) zum Übertragen von elektrischer Energie auf den Energiespeicher,
- ein Ladegerät (3), das zum Aufladen des Energiespeichers ausgebildet ist, wobei das Ladegerät eine Primärspule (30) aufweist, über die elektrische Energie über die Sekundärspule (20) des implantierbaren medizinischen Geräts (2) auf den Energiespeicher übertragbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass
das Ladegerät (3) eine Vielzahl an Metallelektroden (31) aufweist, die vor der Primärspule (30) angeordnet sind und jeweils einem Segment (32) einer Gehäuseoberfläche (33) des Ladegeräts (3) zugeordnet sind, wobei das Ladegerät (3) dazu ausgebildet ist, mit Hilfe der Metallelektroden (31) für jedes Segment (32) eine Impedanz zu berechnen und anhand der Impedanzen zu prüfen, ob die Primärspule (30) zur optimalen Energieübertragung an der Sekundärspule (20) ausgerichtet ist.

Figure DE202021104268U1_0000
Medical system (1), comprising:
- An implantable medical device (2) having an energy store for supplying the medical device (2) with electrical energy and a secondary coil (20) for transferring electrical energy to the energy store,
- A charger (3) which is designed to charge the energy store, the charger having a primary coil (30) via which electrical energy can be transferred to the energy store via the secondary coil (20) of the implantable medical device (2), characterized , that
the charger (3) has a plurality of metal electrodes (31) which are arranged in front of the primary coil (30) and are each assigned to a segment (32) of a housing surface (33) of the charger (3), the charger (3) for this purpose is designed to use the metal electrodes (31) to calculate an impedance for each segment (32) and to use the impedances to check whether the primary coil (30) is aligned with the secondary coil (20) for optimum energy transfer.
Figure DE202021104268U1_0000

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein medizinisches System mit einem implantierbaren medizinischen Gerät und einem externen Ladegerät zum Aufladen eines Energiespeichers des medizinischen Geräts, z.B. in Form eines implantierbaren Pulsgenerators (IPG).The present invention relates to a medical system with an implantable medical device and an external charger for charging an energy store of the medical device, for example in the form of an implantable pulse generator (IPG).

In einem Empfänger für ein resonantes induktives System zur drahtlosen Energieübertragung (WPT) befindet sich eine Spule am Ladegerät, die eine Spule am implantierbaren medizinischen Gerät anregt. Die Ausrichtung der Spulen am Ladegerät und am implantierbaren medizinischen Gerät ist von entscheidender Bedeutung für eine hocheffiziente Energieübertragung. Eine effiziente Energieübertragung ermöglicht eine geringere thermische Belastung des Patienten und potenziell schnellere Ladezeiten. Die Rückmeldung der Ausrichtung ist auch für den Patienten wichtig, um das Ladegerät schnell über dem implantierbaren bzw. implantierten medizinischen Gerät auszurichten (in einigen Fällen an ungünstigen Stellen wie dem Rücken).In a receiver for a resonant inductive system for wireless energy transmission (WPT) there is a coil on the charger that excites a coil on the implantable medical device. The alignment of the coils on the charger and the implantable medical device is critical to highly efficient energy transfer. Efficient energy transfer enables less thermal stress on the patient and potentially faster charging times. Alignment feedback is also important for the patient to quickly align the charger over the implantable or implanted medical device (in some cases in awkward locations such as the back).

Eine Möglichkeit, die Ausrichtung zu bestimmen, besteht darin, die leitfähigen metallischen Titangehäuse zu identifizieren, die typischerweise in Implantaten (Herzschrittmacher, Neurostimulatoren) verwendet werden.One way to determine the orientation is to identify the conductive metallic titanium housings that are typically used in implants (pacemakers, neurostimulators).

Die Impedanztomographie ist eine Technik, bei der die Impedanz eines Zielobjekts gemessen wird und daraus auf die Zusammensetzung oder das Vorhandensein eines Materials geschlossen werden kann. Impedanzmessungen bestehen aus einer Anordnung von Elektroden (mindestens zwei), an denen ein Wechselstrom ausgegeben und die entsprechende Spannung gemessen wird. Nach dem Ohmschen Gesetz ist die Impedanz Z=V/I, wobei V die gemessene komplexe Spannung und I der eingespeiste komplexe Strom ist. Komplex bezieht sich auf die ohmschen und reaktiven Anteile der Impedanz. Basierend auf dem Medium, in dem der Strom fließt, ändert sich die Impedanz. Die Impedanztomographie ist empfindlich gegenüber der elektrischen Leitfähigkeit. Dabei ermöglichen größere Elektrodenarrays eine feinere Auflösung der Abbildung.Impedance tomography is a technique that measures the impedance of a target object and uses this to infer the composition or presence of a material. Impedance measurements consist of an arrangement of electrodes (at least two) on which an alternating current is output and the corresponding voltage is measured. According to Ohm's law, the impedance is Z = V / I, where V is the measured complex voltage and I is the injected complex current. Complex refers to the ohmic and reactive components of the impedance. Based on the medium in which the current is flowing, the impedance changes. Impedance tomography is sensitive to electrical conductivity. Larger electrode arrays enable a finer resolution of the image.

Im Stand der Technik sind Arrays von Magnetfeldsensorspulen bekannt, die sich auf der Spule des Ladegeräts befinden. Wenn sich das Ladegerät über einem Metallziel befindet, ändern die Magnetfeldsensorspulen ihre Amplitude. Weiterhin ist eine Erkennung der Primärspule des Ladegeräts (Metalldetektor-Modus) bekannt. Ferner kann auch das Vorhandensein einer Rückstreuung (z.B. LSK) erkannt werden.In the prior art, arrays of magnetic field sensor coils are known, which are located on the coil of the charger. When the charger is over a metal target, the magnetic field sensor coils change amplitude. Detection of the primary coil of the charger (metal detector mode) is also known. The presence of backscatter (e.g. LSK) can also be detected.

Weiterhin offenbart die US 2018/0212451 A1 das Aufladen einer Energiequelle, die sich in einer implantierbaren medizinischen Vorrichtung befindet, die in einem Patienten implantiert ist, wobei die Aufladevorrichtung erste und zweite Paare von elektrischen Spulen umfasst, die so konfiguriert sind, dass sie erste und zweite gleichmäßige Magnetfelder in überlappenden ersten und zweiten zylindrischen Bereichen erzeugen, die sich zwischen den jeweiligen Paaren elektrischer Spulen befinden.Furthermore, the US 2018/0212451 A1 charging an energy source located in an implantable medical device implanted in a patient, the charging device comprising first and second pairs of electrical coils configured to generate first and second uniform magnetic fields in overlapping first and second create cylindrical areas located between the respective pairs of electrical coils.

Ferner offenbart die WO 2019/173866 A1 eine Vorrichtung zum Bereitstellen einer sensorischen Stimulation für ein Subjekt, wobei die Vorrichtung ein Spulensystem mit mindestens einer Spule und einem elektronischen Controller aufweist, der in Übereinstimmung mit Software-Anweisungen arbeitet. Im Gebrauch empfängt der Controller Eingangssignale, führt eine Analyse der Eingangssignale durch und verwendet die Ergebnisse der Analyse, um einen Signalgenerator zu veranlassen, Stimulationssignale zu erzeugen, wobei die Stimulationssignale an das Spulensystem angelegt werden, um dadurch ein stimulierendes elektromagnetisches Feld in einer Zielregion des Subjekts zu erzeugen.Furthermore, the WO 2019/173866 A1 an apparatus for providing sensory stimulation to a subject, the apparatus comprising a coil system having at least one coil and an electronic controller that operates in accordance with software instructions. In use, the controller receives input signals, performs an analysis of the input signals, and uses the results of the analysis to cause a signal generator to generate stimulation signals, the stimulation signals being applied to the coil system to thereby create a stimulating electromagnetic field in a target region of the subject to create.

Ausgehend vom oben dargelegten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Mittel zu implementieren, das einem Patienten, der versucht ein externes Ladegerät über seinem Implantat zu positionieren, ein schnelles Ausrichtungsfeedback für eine optimale und effiziente Energieübertragung gibt.Proceeding from the prior art set out above, the present invention is based on the object of implementing a means that gives a patient who is trying to position an external charger over his implant fast alignment feedback for optimal and efficient energy transfer.

Diese Aufgabe wird durch ein medizinisches System mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend beschrieben.This object is achieved by a medical system with the features of claim 1. Advantageous embodiments of the invention are described below.

Gemäß Anspruch 1 wird ein medizinisches System offenbart, aufweisend:

  • - ein implantierbares medizinisches Gerät aufweisend einen Energiespeicher (z.B. in Form einer Batterie) zur Versorgung des medizinischen Geräts mit elektrischer Energie sowie eine Sekundärspule zum Übertragen von elektrischer Energie auf den Energiespeicher, und
  • - ein externes bzw. separates Ladegerät, das zum Aufladen des Energiespeichers ausgebildet ist, wobei das Ladegerät eine Primärspule aufweist, über die elektrische Energie über die Sekundärspule des implantierbaren Geräts auf den Energiespeicher übertragbar ist.
According to claim 1, a medical system is disclosed, comprising:
  • an implantable medical device having an energy store (eg in the form of a battery) for supplying the medical device with electrical energy and a secondary coil for transferring electrical energy to the energy store, and
  • an external or separate charger which is designed to charge the energy store, the charger having a primary coil via which electrical energy can be transmitted to the energy store via the secondary coil of the implantable device.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Ladegerät eine Vielzahl an Metallelektroden aufweist, die vor der Primarspule angeordnet sind und jeweils einem Segment einer Gehäuseoberfläche des Ladegeräts zugeordnet sind, wobei die Segmente ein zweidimensionales Feld bzw. Array bilden, und wobei das Ladegerät dazu ausgebildet ist, mit Hilfe der Metallelektroden für jedes Segment eine Impedanz zu berechnen, um zu prüfen, ob die Primärspule zur optimalen Energieübertragung bezüglich der Sekundärspule ausgerichtet ist, d.h., dieser insbesondere koaxial gegenüberliegt.According to the invention it is provided that the charger has a plurality of metal electrodes which are arranged in front of the primary coil and are each assigned to a segment of a housing surface of the charger, the Segments form a two-dimensional field or array, and the charger is designed to calculate an impedance for each segment with the help of the metal electrodes in order to check whether the primary coil is aligned with the secondary coil for optimal energy transfer, ie, this in particular coaxially opposite.

Das erfindungsgemäße System ermöglicht damit die Erkennung der Position des implantierten medizinischen Geräts und damit die Möglichkeit für das Ladegerät, dem Patienten eine Ausrichtungsrückmeldung (Richtung und grober Abstand) zu geben. Die Erfindung fördert damit eine effiziente Energieübertragung vom Ladegerät auf das Implantat. Mit anderen Worten weist das Ladegerät eine Impedanztomographiefunktion auf, um die Position des Implantats (z.B. IPG) zu identifizieren und anschließend dem Benutzer eine Rückmeldung zur Ausrichtung zwischen den beiderseitigen Spulen zu geben.The system according to the invention thus enables the position of the implanted medical device to be recognized and thus enables the charger to provide the patient with an alignment feedback (direction and approximate distance). The invention thus promotes efficient energy transfer from the charger to the implant. In other words, the charger has an impedance tomography function to identify the position of the implant (e.g. IPG) and then to give the user feedback on the alignment between the coils on both sides.

Im Folgenden sollen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung anhand der Figuren erläutert werden. Es zeigen:

  • 1 eine Gehäuseoberfläche eines Ladegeräts eines erfindungsgemäßen Systems, wobei die Gehäuseoberfläche ein Feld aus Segmenten aufweist, wobei jedem Segment eine Metallelektrode zugeordnet ist, die vor einer Primärspule des Ladegeräts angeordnet sind,
  • 2 eine schematische Schnittansicht des Ladegeräts und des implantierbaren medizinischen Geräts (das in einen Patienten implantiert ist), wobei die Metallelektroden an der Gehäuseoberfläche die Hautoberfläche des Patienten kontaktieren,
  • 3 zeigt die Segmente der Gehäuseoberfläche, wobei hier noch keine optimale Ausrichtung des Ladegeräts vorliegt, da die Achsen der Primär- und Sekundärspule nicht zusammenfallen, und
  • 4 zeigt ein optimale Ausrichtung des Ladegeräts mit zusammenfallenden Spulenachsen der Primär- und Sekundärspule.
In the following, embodiments of the present invention and further features and advantages of the invention are to be explained with reference to the figures. Show it:
  • 1 a housing surface of a charger of a system according to the invention, the housing surface having an array of segments, each segment being assigned a metal electrode which is arranged in front of a primary coil of the charger,
  • 2 a schematic sectional view of the charger and the implantable medical device (which is implanted in a patient), wherein the metal electrodes on the housing surface contact the skin surface of the patient,
  • 3 shows the segments of the housing surface, whereby the charger is not yet optimally aligned because the axes of the primary and secondary coils do not coincide, and
  • 4th shows an optimal alignment of the charger with coinciding coil axes of the primary and secondary coils.

1 zeigt im Zusammenhang mit 2 ein erfindungsgemäßes medizinisches System 1 mit einem drahtlosen Energieübertragungssystem (WPT), aufweisend ein externes Ladegerät 3 und ein implantierbares medizinisches Gerät 2 (z.B. IPG), wobei das Ladegerät 3 eine Primärspule 30 enthält, und wobei das implantierbare medizinische Gerät 2, das gemäß 2 in einen Patienten P implantiert ist, eine Sekundärspule 20 enthält. 1 shows related to 2 a medical system according to the invention 1 with a wireless energy transmission system (WPT), having an external charger 3 and an implantable medical device 2 (e.g. IPG), with the charger 3 a primary coil 30th contains, and wherein the implantable medical device 2 that according to 2 implanted in a patient P is a secondary coil 20th contains.

Das Ladegerät 3 weist zumindest zwei körpernahe Metallelektroden 31 auf, die dazu bestimmt sind, die Haut des Patienten P zu berühren. Die Elektroden 31 sind auf einer Gehäuseoberfläche 33 des Ladegeräts 3 angeordnet. Die Gehäuseoberfläche 33 kann auch durch ein flaches Substrat (z.B. Patch bzw. Pflaster) gebildet sein, das mit dem restlichen Ladegerät 3 geeignet verbunden ist.The charger 3 has at least two metal electrodes close to the body 31 which are intended to touch the skin of the patient P. The electrodes 31 are on a housing surface 33 of the charger 3 arranged. The housing surface 33 can also be formed by a flat substrate (eg patch or plaster) that connects to the rest of the charger 3 is suitably connected.

Das Ladegerät 3 ist gemäß 2 dazu ausgebildet, einen Wechselstrom I in den Metallelektroden 31 zu induzieren, wobei das Ladegerät 3 die entsprechende Wechselspannung V misst, die durch diesen Strom induziert wird. Das Ladegerät 3 berechnet hieraus die komplexe Impedanz (Z=V/I) für mindestens vier Segmente 32 bzw. hier für sämtliche in den 3 und 4 gezeigten Segmente 32 der Gehäuseoberfläche 33 Anhand dieser Bilder, die die Impedanzen in den einzelnen Segmenten 32 angeben und die für verschiedene Ausrichtungen der beiderseitigen Spulen 20, 30 in den 3 und 4 exemplarisch gezeigt sind, wird anhand der Impedanzen das Vorhandensein von Leitern und Nichtleitern unterschieden, so dass eine Bestimmung der Ausrichtung der Spulen 20, 30 zueinander möglich ist. Vorzugsweise ist das Ladegerät 3 dazu ausgebildet, eine Benutzerrückmeldung zum Zwecke der Ausrichtung des Ladegeräts 3 bzw. der Primärspule 30 über dem metallischen Implantat 2 bzw. dessen Sekundärspule 20 auszugeben. Die Benutzerrückmeldung kann z.B. über eine Handfernbedienung, über Warntöne oder dergleichen erfolgen.The charger 3 is according to 2 designed to generate an alternating current I in the metal electrodes 31 to induce the charger 3 measures the corresponding AC voltage V induced by this current. The charger 3 uses this to calculate the complex impedance (Z = V / I) for at least four segments 32 or here for everyone in the 3 and 4th segments shown 32 the housing surface 33 Use these pictures to show the impedances in each segment 32 and those for different orientations of the coils on both sides 20th , 30th in the 3 and 4th are shown by way of example, the presence of conductors and non-conductors is distinguished on the basis of the impedances, so that the alignment of the coils can be determined 20th , 30th is possible to each other. Preferably the charger is 3 designed to provide user feedback for the purpose of aligning the charger 3 or the primary coil 30th above the metallic implant 2 or its secondary coil 20th to spend. The user feedback can take place, for example, via a handheld remote control, via warning tones or the like.

Die 3 zeigt ein Beispiel für ein Impedanzbild, dass sich durch Berechnen der Impedanzen für die Segmente 32 ergibt. In der 3 ist die Achse Z' der Sekundärspule 20 zu weit nach oben und nach rechts vom Zentrum bzw. der Achse Z der Primärspule 30 entfernt.the 3 shows an example of an impedance diagram that is obtained by calculating the impedances for the segments 32 results. In the 3 is the axis Z 'of the secondary coil 20th too far up and to the right of the center or axis Z of the primary coil 30th removed.

Nach der Ausrichtungsrückmeldung durch das Ladegerät 3 an den Patienten P und der Patientenbewegung des Ladegeräts 3 ändert sich die Positionierung zur optimalen Ausrichtung gemäß 4, bei der die Spulenachsen Z, Z' zusammenfallen.After the alignment feedback from the charger 3 to the patient P and the patient movement of the charger 3 the positioning for optimal alignment changes accordingly 4th , in which the coil axes Z, Z 'coincide.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung weist ein Ladegerät mit mehreren Primärspulen in einem Array auf. Die Impedanztomographie wird verwendet, um zu bestimmen, welche Spule optimal für die Aktivierung ist, um eine hohe Effizienz der Leistungsübertragung zu erreichen. Dies ist das Gegenteil zur einzelnen Primärspule, die sich bewegt, um das Implantat zu finden; hier wird elektronisch die richtige Spule ausgewählt.Another embodiment of the invention has a charger with multiple primary coils in an array. Impedance tomography is used to determine which coil is optimal for activation in order to achieve high power transfer efficiency. This is the opposite of the single primary coil that moves to find the implant; here the correct coil is selected electronically.

Die Erfindung gestattet eine sichere Identifizierung des Implantats 2 im Vergleich zu anderen Methoden, die mehrere Sense-/Suchspulen verwenden, um nach Störungen im Anregungsfeld zu suchen. Die Impedanztomographie kann sich auch aus anderen Gründen als nützlich erweisen (z. B. zur Bestimmung der Gewebereaktion auf das Implantat, insbesondere Entzündung, Narbengewebe usw.).The invention allows reliable identification of the implant 2 compared to other methods that use multiple sense / search coils to look for disturbances in the excitation field. Impedance tomography can also prove useful for other reasons (e.g. for Determination of the tissue reaction to the implant, particularly inflammation, scar tissue, etc.).

Es wird für den Fachmann offensichtlich sein, dass zahlreiche Modifikationen und Variationen der beschriebenen Beispiele und Ausführungsformen im Lichte der obigen Lehre möglich sind. Die offengelegten Beispiele und Ausführungsformen werden nur zum Zweck der Veranschaulichung dargestellt. Andere alternative Ausführungsformen können einige oder alle der hier offengelegten Merkmale enthalten. Daher ist es die Absicht, alle solchen Modifikationen und alternativen Ausführungsformen, die innerhalb des wahren Umfangs dieser Erfindung liegen können, abzudecken.It will be apparent to those skilled in the art that numerous modifications and variations of the examples and embodiments described are possible in light of the above teaching. The disclosed examples and embodiments are presented for the purpose of illustration only. Other alternative embodiments may include some or all of the features disclosed herein. Therefore, it is intended to cover all such modifications and alternative embodiments that may come within the true scope of this invention.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • US 2018/0212451 A1 [0006]US 2018/0212451 A1 [0006]
  • WO 2019/173866 A1 [0007]WO 2019/173866 A1 [0007]

Claims (1)

Medizinisches System (1), aufweisend: - ein implantierbares medizinisches Gerät (2) aufweisend einen Energiespeicher zur Versorgung des medizinischen Geräts (2) mit elektrischer Energie sowie eine Sekundärspule (20) zum Übertragen von elektrischer Energie auf den Energiespeicher, - ein Ladegerät (3), das zum Aufladen des Energiespeichers ausgebildet ist, wobei das Ladegerät eine Primärspule (30) aufweist, über die elektrische Energie über die Sekundärspule (20) des implantierbaren medizinischen Geräts (2) auf den Energiespeicher übertragbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Ladegerät (3) eine Vielzahl an Metallelektroden (31) aufweist, die vor der Primärspule (30) angeordnet sind und jeweils einem Segment (32) einer Gehäuseoberfläche (33) des Ladegeräts (3) zugeordnet sind, wobei das Ladegerät (3) dazu ausgebildet ist, mit Hilfe der Metallelektroden (31) für jedes Segment (32) eine Impedanz zu berechnen und anhand der Impedanzen zu prüfen, ob die Primärspule (30) zur optimalen Energieübertragung an der Sekundärspule (20) ausgerichtet ist.Medical system (1), comprising: - an implantable medical device (2) having an energy store for supplying the medical device (2) with electrical energy and a secondary coil (20) for transferring electrical energy to the energy store, - a charger (3 ), which is designed to charge the energy store, the charger having a primary coil (30) via which electrical energy can be transferred to the energy store via the secondary coil (20) of the implantable medical device (2), characterized in that the charger ( 3) has a plurality of metal electrodes (31) which are arranged in front of the primary coil (30) and are each assigned to a segment (32) of a housing surface (33) of the charger (3), the charger (3) being designed to using the metal electrodes (31) to calculate an impedance for each segment (32) and to use the impedances to check whether the primary coil (30) is at the optimum level Energy transmission is aligned on the secondary coil (20).
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DE (1) DE202021104268U1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20180212451A1 (en) 2017-01-26 2018-07-26 Medtronic, Inc. Recharge of implanted medical devices
WO2019173866A1 (en) 2018-03-13 2019-09-19 Augmented Bionics Pty Ltd Sensory stimulation apparatus

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