DE69922106T2 - Implantierbares Gerät mit Ausgangsschaltung zur gleichzeitigen Stimulation an mehreren Orten - Google Patents

Implantierbares Gerät mit Ausgangsschaltung zur gleichzeitigen Stimulation an mehreren Orten Download PDF

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Description

  • Diese Erfindung bezieht sich auf implantierbare Stimulatorvorrichtungen mit steuerbaren Endstufen zur Abgabe von Stimulationspulsen und insbesondere auf eine Vorrichtung mit Endstufen zur Ermöglichung der Stimulation an zwei oder mehr unterschiedlichen Orten bzw. Stellen innerhalb des Körpers eines Patienten zur selben Zeit. Eine solche Vorrichtung ist aus der EP-A-0 229 449 bekannt.
  • Im Gebiet der implantierbaren Stimulatorvorrichtungen existieren häufige Einsatzmöglichkeiten, wo zwei oder mehrere Stimulationspulse im wesentlichen simultan oder gleichzeitig an verschiedene Stellen innerhalb des Körpers eines Patienten abgegeben werden. Deshalb kann in den Gebieten der Neurostimulation und des Herzschrittmachens z.B. das implantierte System notwendig sein, um solche gleichzeitigen Pulse an zwei oder mehr Positionen zu erzeugen und abzugeben. Wie hierin verwendet, werden die Ausdrücke "gleichzeitig" und "simultan" in der Bedeutung entweder exakt zur gleichen Zeit oder im wesentlichen zur gleichen Zeit, z.B. mit einer gewissen Überlappung, verwendet.
  • Ein Problem, das bei solchen Vorrichtungen auftritt, ist das der Querströme von einem Stimulationskanal zum anderen. Wenn beispielsweise zwei Generatoren simultan Pulse abgeben und beide Generatoren die Batterie der implantierbaren Vorrichtung als Referenz haben, kann es ein Neben- bzw. Übersprechen in der Form von Stromfluss zwischen den getrennten Stellen geben, genauso wie einen Stromfluss durch die vorgesehenen Körperlasten. Ein solches Übersprechen kann einen sehr nachteiligen Effekt auf den Stimulationspuls haben, wodurch die Möglichkeit zur richtigen Stimulation beeinträchtigt wird. Ein anderer nachteiliger Effekt ist der des erhöhten Stromflusses und der resultierenden Batterieentladung, was ein ernstes Problem für implantierte Systeme darstellt.
  • Eine erste einfache Lösung für dieses Problem ist, zwei oder mehr vollständig getrennte Generatoren zu haben, die von getrennten Batterien gespeist werden. Dies ist natürlich sehr unpraktikabel und aus diesem Grund als Lösung nicht möglich. Eine andere Langzeitlösung ist gewesen, eine Transformatorisolation zu verwenden, aber das ist ebenfalls aufgrund der Größe und der Kosten eines oder mehrerer Transformatoren unakzeptabel. Die vorgeschlagene Lösung, einfach jeden Generator in Referenz auf die Batterie zu der Zeit der Abgabe der Spannungspulse erdfrei zu lassen, ist wegen der Beschaffenheit der Festkörperschaltungen, die in den Endstufen verwendet werden, ebenfalls keine brauchbare Lösung. Die Generatoren und Regler eines Chips, wie er in einer modernen implantierbaren Vorrichtung verwendet würde, weisen FETs oder andere äquivalente Halbleiterschaltelemente auf, die, wie bekannt, mit der geeigneten anliegenden Vorspannung aufrecht erhalten bzw. in Betrieb gehalten werden müssen. Jeder FET in einer integrierten Schaltung (IC) wird bezüglich der Systemerde vorgespannt, welche in der gezeigten Ausführungsform dieser Erfindung mit dem negativen Anschluss der Batterie verbunden ist. Jede FET-Komponente weist eine inhärente Diode auf, welche normalerweise in Sperrichtung vorgespannt ist, wenn der FET passend in Durchlassrichtung vorgespannt ist, so dass die Diode keinen Faktor darstellt. Wenn jedoch die benötigte Vorspannung, beispielsweise eine positive Vorspannung, nicht über dem FET aufrechterhalten wird, wird die Diode in Durchlassrichtung vorgespannt und macht den FET effektiv zu einer leitfähigen Diode. Wenn diese Situation auftritt, sind die FETs parasitäre Transistoren, was in parasitären Querströmen resultiert. In der Folge muss jede Erdungsanordnung der Endstufen die Notwendigkeit der Steuerung des Zustands al-ler Spannungen, die während der Stimulation abgegeben werden, beachten, um eine solche unvorteilhafte Leitfähigkeit in Durchlassrichtung der Diodensperrschicht zu verhindern. Deshalb besteht im Gebiet der implantierbaren Vorrichtungen, die mit einer Batterie gespeist sind, eine wichtige Notwendigkeit zur Ermöglichung einer kontrollierbaren Erzeugung und Abgabe von zwei oder mehr gleichzeitigen Stimulationspulsen an unterschiedliche Stellen im Körper des Patienten, während ein Übersprechen des Stromflusses vermieden wird und eine geeignete Vorspannung des FET oder anderer IC-Elemente aufrechterhalten wird.
  • In Anbetracht des oben genannten Ziels ist ein implantierbares Stimulationssystem vorgesehen, wobei das System eine Vorrichtung zur Erzeugung von Stimulationspulsen und Leitungen bzw. Zuleitungen zur Abgabe der Stimulationspulse an mindestens zwei Orte bzw. Stellen im Patienten aufweist, wobei die Vorrichtung mindestens zwei Generatorschaltkreise bzw. -Schaltungen zum Erzeugen gleichzeitiger Stimulationspulse und eine Batterie zur Versorgung der Schaltungen aufweist, wobei jede der Schaltungen IC-Komponenten aufweist, wobei die Batterie positive und negative Ausgangsklemmen bzw. -anschlüsse aufweist; und das gekennzeichnet ist durch Umschaltmittel, die während der gleichzeitigen Abgabe von Pulsen durch die Generatorschaltungen in Betrieb sind, um einen vorbestimmten Batterieanschluss mit einer ausgewählten Generatorschaltung zu verbinden und die andere Generatorschaltung von dem vorbestimmten Batterieanschluss zu trennen, so dass die andere Generatorschaltung erdfrei ist in bezug auf die Batterie, wodurch alle IC-Komponenten auf einer bestimmten Vorspannung während der gleichzeitigen Abgabe der Pulse gehalten werden und keine direkte Schaltungsverbindung zwischen den Generatorschaltungen besteht.
  • Die Stimulatorendstufen verwenden Energiespeichervorrichtungen wie z.B. Kondensatoren als temporäre erdfreie Energiequellen während der Stimulation. Zwei oder mehr solcher Quellen mit der geeigneten gespeicherten Schrittmacherenergie werden mit entsprechenden Lasten für die gleichzeitige Stimulation verbunden. Zur Zeit der Abgabe der Pulse werden die Lastspannungen überwacht und für den IC-Typ, der als bevorzugte Ausführungsform dieser Erfindung beschrieben ist, wird die Lastausgabe, die am negativsten ist, mit dem positiven Anschluss der Batterie verbunden, während die andere Ausgabeschaltung von der Batterie getrennt wird, so dass sie erdfrei ist. Abhängig vom IC-Typ oder vom Verfahren, das verwendet wird, d.h. N oder P dotierte Kanäle, kann es notwendig sein, die Last unterschiedlich in Referenz zu den Batterieanschlüssen zu setzen. Diese Verbindung zur Zeit der Stimulation erreicht die beiden Ziele der Eliminierung eines geschlossenen Pfades durch eine gemeinsame Batteriereferenz, wodurch das Übersprechen von Strömen minimiert wird; und sie hält nur positive Spannungen an den Schaltelementen der Schaltung in bezug auf die Systemerde aufrecht, so dass solche Elemente (FETs) nicht in einen Zustand der parasitären Leitfähigkeit versetzt werden.
  • Vorzugsweise weist die Vorrichtung Vergleichsmittel auf, die während der Abgabe der gleichzeitigen Pulse in Betrieb sind, um die Spannung an einem vorbestimmten Anschluss einer ersten Generatorschaltung mit der Spannung an einem vorbestimmten Anschluss der zweiten Generatorschaltung zu vergleichen, und Umschaltmittel, die als eine Funktion des Vergleichsvorgangs und während der gleichzeitigen Pulsabga be in Betrieb sind, um einen vorbestimmten Anschluss der Ausgabeschaltung mit einem vorbestimmten Batterieanschluss zu verbinden und um den anderen vorbestimmten Anschluss der Ausgabeschaltung vom vorbestimmten Batterieanschluss zu trennen.
  • Bevorzugte Ausführungsformen werden nun, nur beispielsweise, mit Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
  • 1A ist eine schematische Systemzeichnung, die eine implantierte Stimulationsvorrichtung und zwei Leitungen zeigt, die zur gleichzeitigen Stimulation an zwei unterschiedlichen Orten im Körper des Patienten angeordnet sind; 1B ist ein Blockdiagramm, das die Hauptsystemkomponenten einer implantierbaren Vorrichtung zeigt, welche zwei Stimulationskanäle und die Abgabe von Stimulationspulsen an zwei unterschiedliche Stellen vorsieht.
  • 2 ist ein Systemblockdiagramm, das zwei Endstufen, oder Generatorschaltungen, mit Verbindungen zu den Lasten des Patienten und zur Vorrichtungsbatterie zeigt, und ebenfalls eine Schaltung zeigt, die während der Abgabe der gleichzeitigen Stimulationspulse aktiv ist, um eine ausgewählte Endstufe mit dem positiven Batterieanschluss zu verbinden und um die andere Endstufe zu trennen, so dass sie erdfrei ist.
  • 3A ist ein Schaltungsdiagramm, das die Anordnung einer Generatorschaltung in Übereinstimmung mit dieser Erfindung während des Ladezustands zeigt; 3B ist ein Schaltungsdiagramm, das die Anordnung einer Generatorschaltung in Übereinstimmung mit dieser Erfindung während des Pulsabgabezustands zeigt.
  • 4A ist ein Schaltungsdiagramm, das zwei Generatorschaltungen zeigt, die mit einzelnen Lasten verbunden sind, und das auch die Potentialübersprechstrompfade während der gleichzeitigen Stimulation zeigt; 4B ist dasselbe Schaltungsdiagramm wie 4A, aber verändert, so dass beide Generatoren erdfrei sind, und es zeigt den Effekt dieser Situation; und 4C ist das gleiche Schaltungsdiagramm wie 4A, verändert, so dass der negative Ausgabeanschluss des Generators mit der größten Spannung über seiner Last mit dem Pluspol bzw. -anschluss der Batterie verbunden ist, während der andere Generator in bezug auf die Batterie erdfrei ist.
  • 5 ist ein Diagramm, das die programmierbaren Parameter der Stimulation zeigt, welche mit einer Endstufe in Übereinstimmung mit dieser Erfindung abgegeben werden kann.
  • Jetzt bezugnehmend auf 1A, wird dort ein Diagramm einer implantierbaren Vorrichtung 30 mit Leitungen bzw. Zuleitungen 32 und 34 zur Übermittlung der Stimulationspulse an zwei unterschiedliche Stellen oder Orte im Körper des Patienten, die hier innerhalb des Herzens des Patienten liegend gezeigt sind, gezeigt. Jede Leitung weist zwei Leiter bzw. Adern auf, welche die Stimulationspulse an ein Paar von Elektroden tragen, die als e1, e2 und e3, e4 gezeigt sind. Wie angegeben, könnten Übersprechströme zur simultanen Abgabe der Stimulationspulse an die zwei Orte und ohne eine präventive Anordnung, entlang der Pfade fließen, die durch die gestrichelten Linien gezeigt sind. Dies ist ferner in Verbindung mit den 4A4C, wie unten erörtert, gezeigt.
  • Bezugnehmend auf 1B, ist dort ein Blockdiagramm eines Systems zur Erzeugung der Stimulationspulse gezeigt, welches die Vorrichtung 30 aufweist. Ein Telemetrieempfänger, der bei 35 gezeigt ist, empfängt Daten, z.B. Parameterdaten für die Steuerung der Stimulationspulse. Diese Daten werden an einen Mikroprozessor 36 oder an eine ausgewählte Logik, welche wiederum mit einem oder mehreren Chips, die bei 37 gezeigt sind, über einen Bus 38 verbunden ist, übertragen und darin gespeichert. Die Chips enthalten die Generatorschaltung zur Erzeugung der Ausgabepulse, wie es detaillierter in Verbindung mit 2 festgestellt ist. Ein 32 kHz Taktgeber (clk), der bei 39 gezeigt ist, betreibt die Register, welche den Betrieb der Schalter steuern, die im Chipblock 37 enthalten sind. Es versteht sich, dass ein Neurostimulator oder Schrittmacher andere Schaltungsbereiche zum Ausführen anderer Steuerungs- und Diagnosefunktionen aufweist, welche hier nicht gezeigt sind, wie es im Stand der Technik wohlbekannt ist.
  • Bezugnehmend auf 2, ist dort ein Schaltungsdiagramm gezeigt, das zwei Endstufen, oder Generatorschaltungen, zeigt, die als auf zwei unterschiedlichen Chips bei 40 bzw. 50 konstruiert gezeigt werden. Es ist zu beachten, dass zwei oder mehr Endstufen auf einem Chip vorgesehen werden könnten; das Verhältnis von Endstufen pro Chip ist eine Funktion der Fläche, die benötigt wird, um den Stimulationsenergiespeicher pro erwünschte Endstufe vorzusehen. Die Erfindung ist nicht bezüglich der Anzahl der Endstufen, die in der Vorrichtung verwendet werden, oder bezüglich der Anzahl der Endstufen pro Chip beschränkt.
  • Generatorblöcke 41 und 51 weisen Energiespeichervorrichtungen, wie z.B. Kondensatoren, auf, welche als Energiequellen während der Abgabe eines Stimulationspulses verwendet werden. Der Generator 41 weist eine Anzahl von Kondensatoren zur Energiespeicherung und ein Schaltnetzwerk auf, um abwechselnd die Kondensatoren zu schalten, um Energie von der Batterie aufzunehmen, und um dann diese in eine erwünschte Konfiguration zur Übertragung der Energie an die Last zur Zeit der Pulsabgabe zu schalten. Die Konfigurationen zur Speicherung und Abgabe werden durch ein Register 42 gesteuert, welches wiederum mit dem Mikroprozessor 36 verbunden ist. Deshalb stellt der Mikroprozessor Taktgebersignale zur Taktung der gleichzeitigen Pulse bereit, genauso wie Daten zur Steuerung der Pulsparameter, wie z.B. Pulsbreite, Spannung usw. Der Generator 41 ist in Reihe mit einem Regler 43, der durch ein Register 44 gesteuert wird, um die Spannungsausgabe einzustellen oder fein einzustellen. Die Spannungsausgabe vom Generator 41 und Regler 43 wird an eine Körperstelle, die als Teil einer Doppelstellenlast 61 gezeigt ist, durch einen Multiplexer 45 übertragen, der wiederum durch ein Register 46 gesteuert wird. Der Multiplexer 45 stellt die erwünschte Verbindung zwischen der Endstufe und der Last bereit, z.B. verbindet er zu einer vorgegebenen Leitung und schaltet die Ausgabeanschlüsse um, um die Polarität zu verändern. Ein Chip 2 ist vorzugsweise eine identisch strukturierte Stufe, die einen Generator 51 aufweist, der durch ein Register 52 gesteuert wird; einen Regler 53, der durch ein Register 54 gesteuert wird und einen Multiplexer 55, der durch ein Register 56 gesteuert wird.
  • Es versteht sich, dass die Chipschaltungskomponenten, d.h. die Komponenten der Generatoren, Regler und Multiplexer, alle von der Vorrichtungsbatterie über Vorspannungsverbindungen, die nicht gezeigt sind, vorgespannt sind. Jeder Generator, Regler und Multiplexer weist eine Anzahl von Schaltvorrichtungen auf, geeigneterweise FETs, welche mit einer passenden positiven Vorspannung aufrechterhalten werden müssen, wie weiter oben erörtert.
  • Weiter bezugnehmend auf 2, ist eine Batterie 62 in einer Schaltungsverbindung mit jeder der Endstufen gezeigt. Ein aktiver Gleichrichter 47 und ein differentieller Ver stärker 48 sind zwischen dem positiven Batterieanschluss und dem gemeinsamen negativen Anschluss eines Generators 41 und der Last, die durch den Multiplexer 45 führt bzw. antreibt, verbunden. Ebenso ist der positive Anschluss der Batterie 62 durch einen aktiven Gleichrichter 57 und einen differentiellen Verstärker 58 mit dem negativen Anschluss eines Generators 51 und der Last, mit der er durch den Multiplexer 55 verbunden ist, verbunden. Zu der Zeit, zu der die Generatoren 41, 51 in einen Generatormodus umgeschaltet werden, wird eine oder die andere der Gleichrichtervorrichtungen 47, 57 in Durchlassrichtung vorgespannt und die andere wird in Sperrichtung vorgespannt. Die differentiellen Verstärker 48, 58 stellen eine Rückkopplungsschleife bereit, um die Schaltelemente zu steuern bzw. zu regeln, wodurch ein sofortiges Schalten der Zustände bereitgestellt wird. Wegen der Schaltungsverbindungen durch den Körper des Patienten wird im allgemeinen eine der Lasten eine größere angelegte negative Spannung als die andere aufweisen, so dass einer der Gleichrichter 47, 57 angeschaltet werden wird und der andere ausgeschaltet werden wird. In 2, wenn die Last, die durch den Generator 41 durch den Multiplexer 45 getrieben wird, eine größere angelegte negative Spannung aufweist, wird der Gleichrichter 47 angetrieben, um zu leiten, und der Gleichrichter 57 wird ausgeschaltet sein. Unter diesen Umständen wird der negative Anschluss des Generators 41 durch den Wert +VB erhöht, so dass alle FETs auf einem Chip 1 positiv vorgespannt gehalten werden. Ein Chip 2 wird von einer Batterie 62 getrennt und deshalb erdfrei sein; die Spannungen auf Chip 1, oder der ersten Endstufe 40, werden alle Vorspannungen auf der Endstufe 50 in einem positiven Zustand halten.
  • Jetzt bezugnehmend auf die 3A und 3B, werden dort zwei Schaltungsdiagramme gezeigt, welche die Grundprinzipien der Endstufe zeigen. Jede Generatorschaltung weist ein Netzwerk von Kondensatoren und Schaltelementen in einer bekannten Art auf. Die Schaltelemente können gesteuert werden, um die Kondensatoren in eine Aufladekonfiguration oder in eine Entlade-Pulsabgabekonfiguration zu bringen. In 3A werden die Schalter des Generators 41 z.B. durch die Schaltmatrix 41S gesetzt, um eine Anzahl von Speicherkondensatoren direkt über die Batterie 62 zu verbinden. Wie gezeigt, sind die Kondensatoren Cl, C2 und C3 direkt über die Batterie verbunden, so dass jeder von ihnen voll auf die Batteriespannung geladen wird; die Kondensatoren C4 und C5 sind in Reihe über die Batteriespannung verbunden, so dass jeder von ihnen auf die Hälfte der Batteriespannung geladen wird. In dieser Konfiguration können die Kondensatoren einen Ausgabestimulationspuls mit (n + 0,5) VB bereitstellen, wobei n die Anzahl der Kondensatoren ist, die auf die volle Batteriespannung geladen werden. Einer oder mehrere zusätzliche Kondensatoren können verwendet werden, um z.B. bis zu fünfmal die Batteriespannung bereitzustellen. Unabhängig von der Ausgabe ist es erwünscht, so viele Kondensatoren wie möglich auf die volle Batteriespannung zu laden und die höchste Kondensatorkombination zu verwenden, um die maximale Effizienz der Aufladung und Entladung der Kondensatoren zu erhalten.
  • Bezugnehmend auf 3B, ist dort ein Schaltungsdiagramm gezeigt, das den Generator 41 mit einer vorbestimmten Anzahl von Kondensatoren zeigt, die in Reihe durch eine Schaltmatrix 41S geschaltet sind, um eine erwünschte Ausgabespannung in Schritten von fünf Zehntel der Batteriespannung bereitzustellen. Ein Regler 43 stellt ein weiteres Unterteilen der Spannung in einer bekannten Weise bereit, d.h. die Einstellung auf schrittweise Werte kleiner als 0,5 VB. Wenn eine erdfreie Stimulation nicht benötigt wird, kann die Batterie 62 in Reihe durch einen Schalter 64 hinzugefügt werden, um eine noch höhere Ausgabespannung be reitzustellen. Die Ausgabespannung ist durch die Umschaltmatrix 46 und die Kopplungskondensatoren 65, 66 mit einer Last verbunden, die als L1 gezeigt ist. Ein Generator 51 kann in derselben Weise geschaltet werden, um ein erwünschtes Vielfaches der Batteriespannung bereitzustellen. Zur selben Zeit, zu der der Generator 41 in eine solche Endstufe geschalten wird, wird der Generator 51 (2) ebenso geschalten, wobei er die zweite gleichzeitige Ausgabespannung bereitstellt, welche über eine zweite Last abgegeben wird. Die Pulsparameter werden durch die Parameterwerte bestimmt, die durch die jeweiligen Register eingegeben werden, die die Generatoren und Regler steuern. Die Regler sind geeigneterweise nur während der Abgabe eines Pulses aktiv; die Ausgabeschaltmatrix ist während der Abgabe eines Pulses und danach aktiv.
  • Jetzt bezugnehmend auf 4A, ist dort ein vereinfachtes Schaltungsdiagramm gezeigt, das die Verbindung von zwei Endstufen mit zwei jeweiligen Lasten zeigt, die als L1 und L2 bezeichnet sind. Die Schaltelemente, oder Gleichrichter 47 und 57, sind in Verbindung zwischen dem positiven Batterieanschluss und dem negativen Anschluss einer jeden Last gezeigt. Ein Widerstand, der als CTR-1 bezeichnet ist, ist mit gestrichelten Linien in Verbindung zwischen der positiven Seite einer jeden Last gezeigt, während ein Widerstand, der als CTR-2 bezeichnet ist, mit gestrichelten Linien in Verbindung zwischen den negativen Seiten einer jeden Last gezeigt ist. Diese Widerstände stellen die Übersprechwiderstände durch den Körper des Patienten dar, welche durch die Pfade gezeigt sind, die in 1 gezeigt sind. Abhängig davon, welche Stellen für die Abgabe der jeweiligen Stimulationspulse ausgewählt sind, wird gewöhnlicherweise einer dieser Widerstände relativ groß sein und der andere wird relativ klein sein. Um Übersprechen zu vermeiden, ist es wichtig, dass die Lasten nicht direkt zu einem gemeinsamen Batterieanschluss verbunden sind, in welchem Fall eine Schleife mit kleinem Widerstand durch nur einen der Übersprechpfade bestehen könnte. Wenn beispielsweise jede Last negativ mit der Batterieerde verbunden wurde, könnte eine Schleife bestehen, die nur L1, L2 und CTR-1 aufweist. Wenn CTR-1 ein relativ kleiner Wert ist, dann würde signifikanter Übersprechstrom resultieren. Wenn jedoch die zwei Lasten nicht mit einem gemeinsamen Batterieanschluss verbunden sind, dann sind sowohl CTR-1 als auch CTR-2 in der Übersprechschleife, wobei einer von diesen der relativ größere Widerstand ist, so dass der Übersprechstrom auf einen minimalen Wert beschränkt ist.
  • Bezugnehmend auf 4B, ist dieselbe Schaltung wie in 4A gezeigt, dadurch verändert, dass jede Endstufe erdfrei gehalten wird. In diesem Fall, und eine Spannung von 7V über L1 und eine Spannung von 5V über L2 annehmend, können der Generator 41 und/oder die Regler 43 und die Schaltmatrix 45 FET-Elemente mit negativer Vorspannung zur Zeit der Pulsabgabe aufweisen, was in unerwünschten parasitären Strömen resultiert. Bezugnehmend auf 4C, ist dieselbe Schaltung verändert bzw. in modifizierter Form gezeigt, so dass während der Pulsabgabe der negative Anschluss L1 mit dem positiven Anschluss der Batterie verbunden ist und die zweite Endstufe aufgrund der Vorspannung in Sperrichtung des Schaltelements 57 erdfrei ist. In diesem Fall wird die Spannung am negativen Anschluss der Last 1 mit +VB verbunden und alle Spannungen an den Schaltern (FETs) der ersten Endstufe sind bei VB oder höher als VB. Die Spannungen der zweiten Endstufe, welche mit der ersten Generatorschaltung durch die Körperübersprechwiderstände verbunden ist, regeln ein, so dass alle FET-Vorspannungen in der zweiten Endstufe auch positiv sind.
  • Die Endstufen, die in dem System dieser Erfindung verwendet werden, können gesteuert werden, um unterschiedliche Arten von zusammengesetzten Pulsen bereitzustellen und um bipolare oder tripolare Stimulation bereitzustellen. Tripolare Stimulation weist die Abgabe von Pulsen zwischen zwei jeweiligen Anoden und einer gemeinsamen Kathode auf, zum "Steuern", wie es z.B. bei Neurostimulationsanwendungen verwendet wird. Als ein Beispiel der Programmierbarkeit eines Pulses wird auf 5 Bezug genommen, die einen zweiphasischen Puls mit einem ins Positive gehenden Stimulationspulsbereich, dem von einem schnellen Wiederaufladepulsbereich gefolgt wird, und einer späteren langsamen Wiederaufladezeit, zeigt. Solche Parameter können durch den Mikroprozessor und die Register, die den Generator und den Multiplexer steuern, programmiert werden. Auch können die Endstufen durch geeignetes Umschalten der Verbindungen dazwischen gestapelt werden, um zwei oder mehrere Ausgaben in Folge zu planieren. Deshalb ist die Erfindung nicht bezüglich der Anzahl der Endstufen oder der Art, in welcher diese in die Stapelbeziehung geschaltet werden, begrenzt, um zusätzliche Flexibilität bei der Bestimmung der Parameter des Ausgabepulses bereitzustellen.

Claims (15)

  1. Implantierbares Stimulatorsystem, wobei das System eine Vorrichtung (30) zur Erzeugung von Stimulationspulsen und Leitungen bzw. Zuleitungen (32, 34) zur Abgabe der Stimulationspulse an mindestens zwei Orte bzw. Stellen im Patienten aufweist, wobei die Vorrichtung mindestens zwei Generatorschaltkreise bzw. -Schaltungen (41, 51) zum Erzeugen gleichzeitiger Stimulationspulse und eine Batterie (62) zur Versorgung der Schaltkreise besitzt, wobei jeder der Generatorschaltkreise IC-Komponenten umfasst, wobei die Batterie positive und negative Ausgangsklemmen aufweist, gekennzeichnet durch, Umschaltmittel (415), die während der zeitgleichen Abgabe von Pulsen durch die Generatorschaltkreise in Betrieb sind, um eine vorbestimmte Batterieklemme mit einem ausgewählten Generatorschaltkreis zu verbinden und den anderen Generatorschaltkreis von der vorbestimmten Batterieklemme zu trennen, so dass der Generatorschaltkreis erdfrei ist in Bezug auf die Batterie, wodurch alle IC-Komponenten auf einer bestimmten Vorspannung während der zeitgleichen Abgabe der Pulse gehalten werden und keine direkte Verbindung zwischen den Generatorschaltkreisen besteht.
  2. System nach Anspruch 1, wobei jeder der Generatorschaltkreise (41, 51) eine Anzahl von Kondensatoren zur Energieaufnahme von der Batterie (62) und zur Speicherung der Energie, bis die Schaltkreise die Stimulationsimpulse erzeugen, aufweist.
  3. System nach Anspruch 2, wobei jeder der Generatorschaltkreise Pegel- bzw. Levelmittel zur Einstellung der Kondensatoren, um einen vorbestimmten Spannungspegel bereitzustellen, und ein erstes Registermittel (52), um den vorher festgelegten Spannungspegel zu programmieren, aufweist.
  4. System nach Anspruch 3, wobei jeder der Generatorschaltkreise (41, 51) positive und negative Anschlussklemmen besitzt, und wobei die Umschaltmittel (415) ein erstes Umschaltelement, das zwischen der negativen Anschlussklemme eines ersten Generatorschaltkreises und einer vorbestimmten Anschlussklemme der Batterie angeschlossen ist, und ein zweites Umschaltelement, das zwischen der negativen Anschlussklemme des zweiten Generatorschaltkreises und der vorbestimmten Anschlussklemme der Batterie angeschlossen ist, wobei die Umschaltelemente so angeordnet sind, dass eines leitend ist, während das andere nicht leitend ist, aufweisen.
  5. System nach Anspruch 4, wobei die negative Anschlussklemme der Batterie (62) die Systemerde für die Generatorschaltkreise ist, und wobei jedes der Umschaltelemente mit der positiven Batterieanschlussklemme verbunden ist.
  6. System nach Anspruch 5, wobei die Umschaltelemente so angeordnet sind, dass der Generatorschaltkreis, der während der Pulsabgabe die größte Ausgangsspannung an seinen Ausgangsklemmen bereitstellt, mit der positiven Anschlussklemme der Batterie verbunden ist.
  7. Ein System nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung ein Herzschrittmacher (30) ist und die zwei Orte in zwei verschiedenen Gegenden im Herz des Patienten liegen, und die Vorrichtung Pulskontrollmittel (36) zur Kontrolle der Parameter der erzeugten Pulse und gleichzeitigen Erzeugung der Pulse aufweist.
  8. System nach Anspruch 7, wobei jeder der Generatorschaltkreise (41, 51) ein Paar Anschlussklemmen aufweist, und eine erste Leitung, die an die Ausgangsklemmen eines ersten Generatorschaltkreises angeschlossen ist, um Schrittmacherpulse an einen ersten Ort abzugeben, und eine zweite Leitung, die an die Ausgangsklemme des zweiten Generatorschaltkreises angeschlossen ist, um Schrittmacherpulse an den zweiten Ort abzugeben, aufweist.
  9. System nach Anspruch 7, das ein Paar Leitungen (32, 34), um Schrittmacherpulse der Generatorschaltkreise (41, 51) an verschiedene Orte anzulegen, und Multiplexermittel (45, 55), um eine Anzahl Verbindungen der Ausgänge der Generatorschaltkreise mit den Leitungen bereitzustellen, aufweist.
  10. System nach einem der voranstehenden Ansprüche, das mehr als zwei Generatorschaltkreise mit einem Ausgang, und Multiplexermittel (45, 55), die an die Ausgänge der Generatorschaltkreise angeschlossen sind, um programmierbare Verbindungen von den Ausgängen zu den jeweiligen vorbestimmten elektrischen Lasten bereitzustellen, aufweist.
  11. System nach Anspruch 10, wobei jeder der Generatorschaltkreise (41, 51) einen programmierbaren Regelungskreis (43, 53), zur Kontrolle der Ausgangsspannung des Schaltkreises aufweist.
  12. System nach Anspruch 11, das programmierbare Kontrollmittel, um die Parameter jedes zeitgleichen Pulses zu kontrollieren, aufweist.
  13. System nach einem der vorstehenden Ansprüche, das Zeitgeber- bzw. Taktmittel (39) zum Takten der Erzeugung der gleichzeitigen Pulse und Umschalten der Umschaltmittel, um die Generatorschaltkreise zu jeweiligen Aufladungs- und Pulserzeugungskonfigurationen zu konfigurieren, aufweist.
  14. System nach einem der vorstehenden Ansprüche, das ferner Vergleichsmittel (48, 58), die während der Abgabe der gleichzeitigen Pulse in Betrieb sind, um die Spannung an einer vorbestimmten Anschlussklemme eines ersten Generatorschaltkreises mit der Spannung an einer vorbestimmten Anschlussklemme des zweiten Generatorschaltkreises zu vergleichen, aufweist, wobei die Umschaltmittel (415) als eine Funktion des Vergleichsvorganges und während der gleichzeitigen Pulsabgabe betrieben werden bzw. wirken, um eine vorbestimmte Anschlussklemme des Ausgangsschaltkreises mit einer vorbestimmten Anschlussklemme der Batterie zu verbinden und um eine vorbestimmte Anschlussklemme des Ausgangsschaltkreises von der vorher festgelegte Anschlussklemme der Batterie zu trennen.
  15. System nach Anspruch 14, wobei die Umschaltmittel Mittel zur Verbindung der Ausgangsschaltkreisanschlussklemme mit der größten negativen Spannung mit der positiven Anschlussklemme der Batterie aufweisen.
DE69922106T 1998-09-11 1999-09-03 Implantierbares Gerät mit Ausgangsschaltung zur gleichzeitigen Stimulation an mehreren Orten Expired - Lifetime DE69922106T2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US09/152,072 US6125300A (en) 1998-09-11 1998-09-11 Implantable device with output circuitry for simultaneous stimulation at multiple sites
US152072 1998-09-11

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE69922106D1 DE69922106D1 (de) 2004-12-30
DE69922106T2 true DE69922106T2 (de) 2005-11-03

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ID=22541407

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Application Number Title Priority Date Filing Date
DE69922106T Expired - Lifetime DE69922106T2 (de) 1998-09-11 1999-09-03 Implantierbares Gerät mit Ausgangsschaltung zur gleichzeitigen Stimulation an mehreren Orten

Country Status (3)

Country Link
US (1) US6125300A (de)
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