專利名稱：System and method for communicating with a telemetric implant的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及遙測(cè)系統(tǒng)并且更具體地涉及用于調(diào)整遙測(cè)系統(tǒng)的電磁場(chǎng)的裝置。
背景技術(shù)：
諸如尋呼機(jī)的裝置以及手持儀器中的無(wú)線技術(shù)長(zhǎng)期被保健業(yè)所利用。然而，對(duì)與 無(wú)線動(dòng)力及通信系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的風(fēng)險(xiǎn)的懷疑妨礙了廣泛采用，尤其在矯形應(yīng)用中?，F(xiàn)在，微電 子技術(shù)及性能方面的顯著進(jìn)步已經(jīng)使這些所覺(jué)察的風(fēng)險(xiǎn)中的許多逐漸變化為無(wú)線技術(shù)對(duì) 于高度集成的醫(yī)療系統(tǒng)是已被證明的競(jìng)爭(zhēng)者這一觀點(diǎn)。如今的醫(yī)療裝置面臨要求越來(lái)越嚴(yán) 格并且競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈的市場(chǎng)。由于業(yè)內(nèi)的性能目標(biāo)持續(xù)升高，提高效率、生產(chǎn)率以及可用 性的新方法被尋求。無(wú)線技術(shù)允許植入式電子裝置和外部閱讀器裝置之間的雙向通信或者 遙測(cè)以及為醫(yī)療產(chǎn)品提供切實(shí)的和被認(rèn)可的好處，并且其為幾乎沒(méi)有制造商會(huì)忽視的關(guān)鍵 技術(shù)。遙測(cè)系統(tǒng)典型地包含用于發(fā)射電磁信號(hào)的單線圈發(fā)射機(jī)以及用于從該發(fā)射機(jī)接 收電磁信號(hào)的接收機(jī)。這些線圈通常以并行配置來(lái)布置。遙測(cè)數(shù)據(jù)可能是任何物理測(cè)量結(jié) 果，諸如植入物負(fù)載、植入物微動(dòng)作、堿度、溫度、壓力等等，其可由遠(yuǎn)程遙測(cè)單元感測(cè)。目前，射頻(RF)遙測(cè)及電感耦合系統(tǒng)對(duì)于在植入物和相伴的閱讀器之間發(fā)射功 率和電子數(shù)據(jù)是最通用的方法。無(wú)線電遙測(cè)系統(tǒng)采用若干不同的調(diào)制方法之一以及若干不 同的復(fù)用技術(shù)之一以將由多個(gè)傳感器產(chǎn)生的信息發(fā)射至遠(yuǎn)離傳感器的用戶位置。調(diào)制用于 傳遞信息的載波頻率的方法包括幅度調(diào)制、頻率調(diào)制、相位調(diào)制及脈沖調(diào)制。常規(guī)遙測(cè)裝置的短距離是遙測(cè)植入物用于醫(yī)療應(yīng)用的潛在限制。在醫(yī)療監(jiān)視領(lǐng) 域，在更長(zhǎng)的距離上連續(xù)可取得的遙測(cè)數(shù)據(jù)(telemetry)被尋求。然而，增加的讀取距離在 功率、尺寸和成本方面對(duì)閱讀器系統(tǒng)有影響。如在圖1中最佳可見(jiàn)的那樣，有效的讀取距離 典型地與功率消耗呈對(duì)數(shù)關(guān)系。在圖1所示的曲線中，大概11英寸的讀取距離需要大約 100瓦的功率。美國(guó)專利No. 5，630，835公開(kāi)了上文所提到的一般類型的遙測(cè)接收機(jī)線圈布置。 該'835專利公開(kāi)了用于與心臟起搏器非入侵性通信的電子設(shè)備。在該電子設(shè)備中提供了 具有以相反方向連接的兩個(gè)線圈的天線布置。具有以相反相位串行連接的兩個(gè)線圈的這種 天線布置有助于抑制所謂的遠(yuǎn)場(chǎng)干擾信號(hào)對(duì)從植入物所接收的近場(chǎng)信號(hào)的影響。美國(guó)專利No. 5，741，315在遙測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)射裝置中示教了將不同直徑的接收機(jī)線圈 和補(bǔ)償線圈部署在杯形支持物上使得多相(inhomogeneous)信號(hào)-即由植入物所發(fā)出的信 號(hào)-僅在接收機(jī)線圈中被觀察，而單相(homogeneous)信號(hào)-即干擾信號(hào)-也在補(bǔ)償線圈 中被測(cè)量。
美國(guó)專利No. 6，405，088涉及用于尤其從心臟植入物接收數(shù)據(jù)信號(hào)的遙測(cè)線圈布 置，其包含在接收方向上被部署為一個(gè)在另一個(gè)之后的線圈對(duì)。在本領(lǐng)域中對(duì)改進(jìn)的遙測(cè)系統(tǒng)仍然有需求并且尤其對(duì)用于調(diào)整遙測(cè)系統(tǒng)的電磁 場(chǎng)的裝置有需求。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到上述問(wèn)題而研究得出本發(fā)明。根據(jù)本發(fā)明的一些方面，提供了一種遙測(cè)系 統(tǒng)。該遙測(cè)系統(tǒng)包括遙測(cè)植入物、被用于從遙測(cè)植入物讀取信號(hào)的閱讀器單元；以及被用于 到閱讀器單元的連接并且被用于從遙測(cè)植入物接收信號(hào)的天線。該天線包括第一線圈、第 二線圈以及連接器。第一線圈電連接到第二線圈，并且連接器允許第一和第二線圈相對(duì)于 彼此移動(dòng)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，第一線圈或者第二線圈被移動(dòng)用于對(duì)由所述線圈產(chǎn)生 的磁場(chǎng)進(jìn)行整形。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，第一線圈或者第二線圈被移動(dòng)用于使天線符合哺乳 動(dòng)物組織表面。在本發(fā)明的還有另一個(gè)實(shí)施例中，天線被用于從傾斜的角度為遙測(cè)植入物提供動(dòng) 力以及讀取遙測(cè)植入物。在本發(fā)明的還有另一個(gè)實(shí)施例中，第一線圈和第二線圈被裝載在柔性聚合物中。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，第一線圈和第二線圈被裝載在小袋中。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，該系統(tǒng)還包括從由計(jì)算裝置、信號(hào)發(fā)生器、電源、可 聽(tīng)反饋系統(tǒng)以及可視指示器組成的集合中所選擇的部件。在本發(fā)明的還有另一個(gè)實(shí)施例中，該系統(tǒng)還包括至少一個(gè)額外的天線線圈。在本發(fā)明的還有另一個(gè)實(shí)施例中，天線還包含至少一個(gè)鐵氧體部件。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，閱讀器單元包含微控制器、線圈驅(qū)動(dòng)器和閱讀器、頻率 計(jì)數(shù)器以及放大器，并且其中所述遙測(cè)植入物包含電源電路、振蕩器電路以及負(fù)載調(diào)制器 電路。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，天線將射頻功率發(fā)送至遙測(cè)植入物并且從遙測(cè)植入 物接收數(shù)據(jù)。本發(fā)明具有若干特征和優(yōu)勢(shì)。舉例來(lái)說(shuō)，通過(guò)仔細(xì)考慮閱讀器裝置的設(shè)計(jì)，有可能 對(duì)由發(fā)射機(jī)線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)進(jìn)行整形以改進(jìn)到植入物的功率傳輸并且減小在植入物的方 向?qū)τ趩尉€圈閱讀器非最優(yōu)的地方為植入物提供動(dòng)力所需要的有效閱讀器范圍。本文所描 述的無(wú)線柔性雙線圈閱讀器系統(tǒng)易于設(shè)置和使用，提供“即插即用”性能，并且可以從并行 或者正交位置為植入物提供動(dòng)力以及從植入物讀取數(shù)據(jù)。作為另一個(gè)例子，雙線圈閱讀器系統(tǒng)具有從傾斜的角度為遙測(cè)植入物提供動(dòng)力以 及讀取遙測(cè)植入物的能力。例如遙測(cè)脊椎植入物(在腰椎區(qū)域最顯著)，其中由于植入物和 閱讀器之間的距離內(nèi)部接收機(jī)線圈難以與以并行配置被布置的常規(guī)單發(fā)射機(jī)線圈耦合。耦 合距離在雙線圈閱讀器被放置在病人的背部與植入物相鄰時(shí)被顯著減小，其中兩組線圈被 正交布置。本發(fā)明可適用的另外的領(lǐng)域根據(jù)下文所提供的詳細(xì)描述將變得顯而易見(jiàn)。應(yīng)當(dāng)理解的是詳細(xì)的描述及專門的例子在指示本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的同時(shí)，意圖僅是為了示意的 目的而不是意圖要限制本發(fā)明的范圍。


被并入本說(shuō)明書(shū)并且構(gòu)成本說(shuō)明書(shū)一部分的附圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例并且連 同書(shū)面描述一起用于解釋本發(fā)明的原理、特性以及特征。在附圖中圖1為示出讀取距離對(duì)電源功率的典型情況的曲線圖；圖2為示出遙測(cè)系統(tǒng)的第一實(shí)施例的示意圖；圖3A和3B示出天線線圈；圖4為第一實(shí)施例中的天線的圖片；圖5A和5B示出天線的第二實(shí)施例；圖6為示出遙測(cè)系統(tǒng)的部件的框圖；圖7為示出功率連接的框圖；圖8為遙測(cè)植入物的電路圖；圖9示出載波和數(shù)據(jù)波；圖10示出單個(gè)線圈的電磁場(chǎng)模擬；圖11示出具有兩個(gè)線圈的天線的電磁場(chǎng)模擬；圖12A-12F示出給定天線配置的電磁場(chǎng)模擬；圖13以俯視圖示出天線的備選實(shí)施例；圖14以側(cè)視圖示出天線的備選實(shí)施例；圖15A-15D示出給定天線配置的電磁場(chǎng)模擬；圖16示出第二實(shí)施例中的遙測(cè)系統(tǒng)；圖17A和17B以圖表示出信號(hào)發(fā)生器驅(qū)動(dòng)電壓；以及圖18是遙測(cè)植入物的第三實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式對(duì)所示出的(一個(gè)或者多個(gè))實(shí)施例的下列說(shuō)明實(shí)質(zhì)上僅是示范性的并且絕對(duì)不 是意圖要限制本發(fā)明、其應(yīng)用或者使用。圖2示出遙測(cè)系統(tǒng)10。系統(tǒng)10包括天線12、閱讀器單元20以及遙測(cè)植入物500。在 所示出的實(shí)施例中，遙測(cè)植入物500是骨髓內(nèi)釘，但是其他種類和類型的植入物可以等同 地被使用。作為例子，植入物500可以是創(chuàng)傷矯形植入物(trauma orthopaedic implant), 諸如骨髓內(nèi)釘或者骨板，或者修復(fù)植入物(prosthetic implant)，諸如臀部、膝部或者肩部 植入物。在圖2所示出的實(shí)施例中，天線12依靠組織510，該組織510將天線12和植入物 500分開(kāi)。一般而言，組織510具有大約0. 5厘米到大約10厘米的厚度。遙測(cè)植入物500可以包括一個(gè)或者多個(gè)植入線圈。備選地，植入線圈可以被稱為 感應(yīng)器(inductor)。在所示出的實(shí)施例中，遙測(cè)植入物500具有一個(gè)植入線圈522。在圖 2中，植入線圈522由600匝具有大約0. 1毫米直徑的漆包銅線構(gòu)成。當(dāng)然，本領(lǐng)域普通技 術(shù)人員應(yīng)理解這些尺寸僅是示范性的并且可以使用其他尺寸。天線12包括第一線圈14、第二線圈16以及連接器18。連接器18也可以被稱為鉸鏈(hinge)。第一線圈14以使得由第一線圈14和第二線圈16生成的磁場(chǎng)是反相的方式 串行地電連接到第二線圈16。由第一線圈14和第二線圈16生成的作為結(jié)果得到的磁場(chǎng)使 得磁場(chǎng)線在植入線圈522的區(qū)域中沿植入物500軸向地通過(guò)。連接器18在物理上將第一 線圈14連接到第二線圈16。在所示出的實(shí)施例中，連接器18是柔性的以允許線圈14、16 相對(duì)于彼此移動(dòng)使得天線在提供動(dòng)力和數(shù)據(jù)獲取期間可以符合組織510的表面。另外，連 接器18的柔性可以提供用于對(duì)作為結(jié)果得到的磁場(chǎng)的形狀的調(diào)整或者改動(dòng)。線圈14、16可以具有相同尺寸和形狀或者線圈14、16可以具有不同尺寸。圖3A 和3B示出線圈14、16的一個(gè)特定的實(shí)施例。在圖3A和3B中，每個(gè)線圈14、16由纏繞有導(dǎo) 線32的塑料卷軸30構(gòu)成。在所示出的實(shí)施例中，通過(guò)使用半自動(dòng)化的線圈纏繞機(jī)器，至少 60匝具有大約0. 4毫米直徑的銅線被纏繞于塑料卷軸上，并且該塑料線軸具有100毫米的 內(nèi)部直徑、140毫米的外部直徑以及8毫米厚的厚度。然而，這些尺寸僅是示范性的并且本 領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解其他尺寸可能被使用。圖4示出天線12的第一實(shí)施例。線圈14、16被裝載在柔性聚合物中并且使用鉸 鏈18在中間將線圈14、16結(jié)合在一起。天線12配備有允許該裝置被用戶手持的把手40。圖5A和5B示出天線12的第二實(shí)施例。線圈14、16被裝載在小袋50中，該小袋 50附接于圍繞病人腰部佩戴的皮帶52上。在為植入物500提供動(dòng)力以及從植入物500記 錄數(shù)據(jù)期間，小袋50和皮帶52為病人提供了更多活動(dòng)性。圖6示出遙測(cè)系統(tǒng)10的框圖。系統(tǒng)構(gòu)架包括手持雙線圈天線12、閱讀器單元20、 計(jì)算裝置60、信號(hào)發(fā)生器70以及電源80?？蛇x地，系統(tǒng)10可以包括可聽(tīng)反饋系統(tǒng)，當(dāng)植入 物被接合并且可靠數(shù)據(jù)正在被獲取的時(shí)候，該可聽(tīng)反饋系統(tǒng)通知用戶。天線12也可以被稱 為閱讀器頭，其可以配備有一個(gè)或者多個(gè)信號(hào)“0K”發(fā)光二極管(LED)24以在優(yōu)化閱讀器相 對(duì)于植入物500的位置時(shí)向用戶提供反饋。在示范性情況下，當(dāng)植入物頻率在5. 3kHz和 6. 3kHz之間并且信號(hào)被充分接收時(shí)，信號(hào)“OK” LED 24被點(diǎn)亮。閱讀器單元20包括微控制器26、線圈驅(qū)動(dòng)器和閱讀器28、IXD頻率計(jì)數(shù)器34、放 大器36以及端口 42。在圖6所示出的實(shí)施例中，端口 42為到PC連接點(diǎn)的RS 232，但是其 他類型的連接端口可以等同地被使用。在一些實(shí)施例中，信號(hào)發(fā)生器70和電源80被集成 到由諸如臺(tái)式單元的單個(gè)單元構(gòu)成的釘閱讀器單元20中。在一個(gè)特定的實(shí)施例中，閱讀器 單元20包括振蕩器電路38，用于優(yōu)化天線12的驅(qū)動(dòng)頻率以使耦合到遙測(cè)植入物500的功 率最大。在所示出的實(shí)施例中，使用定相環(huán)路(phased loop)技術(shù)來(lái)優(yōu)化驅(qū)動(dòng)頻率但是其 他技術(shù)可以等同地被使用。當(dāng)如圖8所示出的那樣，遙測(cè)植入物500是具有電連接于振蕩 器電路的應(yīng)變儀(string gauge)的骨髓內(nèi)釘時(shí)，這些技術(shù)可能尤其有用。圖7是用于系統(tǒng)10的功率連接的示意圖。系統(tǒng)10包括信號(hào)發(fā)生器70、放大器36、 微控制器26、計(jì)算裝置60、閱讀器單元20、天線12以及遙測(cè)植入物500。天線2將RF功率 發(fā)送至遙測(cè)植入物500并且從遙測(cè)植入物500接收數(shù)據(jù)。圖8示出植入物500的板載電子器件520的示范性示意圖。在所示出的實(shí)施例中， 板載電子器件520包括電源電路528、振蕩器電路526以及負(fù)載調(diào)制器電路532。除其他以 外，電源電路528包括感應(yīng)器或者植入線圈522以及電壓調(diào)節(jié)器530。除其他以外，振蕩器 電路526包括應(yīng)變儀524。在所示出的實(shí)施例中，應(yīng)變儀是來(lái)自Kyowa電子儀器有限公司 (Kyowa Electronic Instruments Co. , Ltd.)并且地址為日本，東京 182-852, Chofugaoka,3-5-1的產(chǎn)品號(hào)為KSP-2-1K-E4的微應(yīng)變測(cè)量?jī)x。不過(guò)，也可以使用其它應(yīng)變儀。將傳感器 集成到振蕩器電路中具有簡(jiǎn)化儀器(instrumentation)電子器件的優(yōu)勢(shì)。舉例來(lái)說(shuō)，印刷 電路板可以配備有分立部件，簡(jiǎn)化微處理器接口并且允許頻率測(cè)量與電壓測(cè)量相關(guān)聯(lián)，電 壓測(cè)量依次與應(yīng)變儀測(cè)量相關(guān)聯(lián)。內(nèi)部振蕩器電路旨在優(yōu)化天線12的驅(qū)動(dòng)頻率以使耦合 于遙測(cè)植入物500的功率最大。在所示出的實(shí)施例中，使用定相環(huán)路技術(shù)優(yōu)化驅(qū)動(dòng)頻率，但 是其他技術(shù)可以等同地被使用。板載電子器件520可以采用單芯片的形式并且可以消除在 系統(tǒng)10中對(duì)外部信號(hào)發(fā)生器的需求。天線12將功率發(fā)送至板載電子器件520，并且天線12從板載電子器件520接收數(shù) 據(jù)。感應(yīng)器522從天線12接收載波信號(hào)550以通過(guò)電感(inductively)為電源電路528 提供動(dòng)力。在圖9所示出的實(shí)施例中，載波信號(hào)550具有大約125kHz的頻率。電感功率 (inductive power)的使用消除了在遙測(cè)植入物中對(duì)電池的需求。在所示出的實(shí)施例中， 僅當(dāng)從天線12通過(guò)電感為板載電子期間520提供動(dòng)力時(shí)板載電子器件520操作。在其他 實(shí)施例中，電池(未示出)或者其他電源可以被用于在沒(méi)有通過(guò)電感為板載電子器件520 提供動(dòng)力時(shí)候?yàn)榘遢d電子器件520提供動(dòng)力。板載電子器件520不將原始數(shù)據(jù)發(fā)射至天線 12，而相反地通過(guò)負(fù)載調(diào)制器電路532來(lái)調(diào)制負(fù)載信號(hào)560。負(fù)載信號(hào)560與由應(yīng)變儀524 測(cè)得的電阻的量有關(guān)。在所示出的實(shí)施例中，負(fù)載信號(hào)560被調(diào)制在5kHz和6kHz之間的 頻率處，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解其他頻帶可以被使用。在遙測(cè)植入物500上的負(fù) 載中的變化由天線12發(fā)射并且由閱讀器20接收。圖10示出具有單發(fā)射機(jī)線圈110的系統(tǒng)100，該單個(gè)發(fā)射機(jī)線圈110并行地并且 在相同軸線上被布置以得到與植入在骨150中的遙測(cè)植入物120的內(nèi)部接收機(jī)線圈112的 給定分開(kāi)的最大功率耦合。在所示出的實(shí)施例中，遙測(cè)植入物120是骨髓內(nèi)釘，并且骨150 是股骨。發(fā)射機(jī)線圈110產(chǎn)生在接收機(jī)和發(fā)射機(jī)線圈之間的方向上高度定向的磁場(chǎng)。當(dāng)線 圈位于大于10厘米以外處時(shí)，耦合效率顯著減小。另外，當(dāng)發(fā)射機(jī)線圈110垂直于內(nèi)部接 收機(jī)線圈112被放置時(shí)，由這種特定的線圈布置所生成的場(chǎng)較弱。換句話說(shuō)，當(dāng)磁場(chǎng)線沒(méi)有 相對(duì)于接收機(jī)線圈的軸線很好地對(duì)齊時(shí)，耦合被減弱。與系統(tǒng)100相反，如果多個(gè)發(fā)射機(jī)線圈反相連接并且串行地被布置使得它們彼此 相鄰并且通過(guò)將線圈相對(duì)于植入線圈或者感應(yīng)器522正交地放置而允許該多個(gè)發(fā)射機(jī)線 圈符合病人的表面，與單線圈布置相比磁場(chǎng)強(qiáng)度相對(duì)強(qiáng)。增加的場(chǎng)強(qiáng)允許遙測(cè)植入物從組 織的橫向方位(lateral aspect)被提供動(dòng)力以及讀取。由于在通過(guò)組織接收遙測(cè)植入物 信號(hào)方面存在被長(zhǎng)期意識(shí)到但尚未解決的需求，這是意義重大的。圖11示出天線2、遙測(cè)植入物500及骨150。如在上文中所提到的那樣，天線12 包括線圈14、16，并且遙測(cè)植入物500包括感應(yīng)器522。線圈14、16的配置或者布置影響磁 場(chǎng)的方向和強(qiáng)度兩者以及天線12和感應(yīng)器522之間的耦合效率。改動(dòng)線圈14、16之間的 角度可以集中由雙線圈布置生成的磁場(chǎng)。圖12A-12F示出線圈角度對(duì)場(chǎng)強(qiáng)的影響。圖12A、12C及12E示出作為結(jié)果而得到 的場(chǎng)線和場(chǎng)強(qiáng)，而圖12B、12D和12F僅示出場(chǎng)強(qiáng)。在圖12中，“X”指示植入線圈或者感應(yīng) 器522的大體位置。通過(guò)改變第一線圈14和第二線圈16之間的角度，可以操縱磁場(chǎng)。圖 12A和12B示出當(dāng)線圈14、16彼此大體上在同一平面上時(shí)作為結(jié)果而得到的磁場(chǎng)強(qiáng)度。當(dāng) 線圈角度從180度減小至大約160度時(shí)，磁場(chǎng)顯現(xiàn)為更好地被限制在植入線圈或者感應(yīng)器522的區(qū)域中，如在圖12C和12D中最佳可見(jiàn)的那樣。在圖12E和12F中，當(dāng)線圈角度從160 度減小至120度時(shí)，場(chǎng)變得更集中。此外，場(chǎng)線和場(chǎng)強(qiáng)僅稍微被改變并且仍然符合植入物的 優(yōu)選耦合方向。值得注意的是這些模擬沒(méi)有把磁場(chǎng)穿過(guò)活體組織的任何效應(yīng)考慮在內(nèi)。在一個(gè)特定的實(shí)施例中，大約160度的線圈角度被選擇為更好地遵循臀部附近的 羊下肢(ovine hind limb)的物理輪廓，其在遙測(cè)骨髓內(nèi)釘植入物的區(qū)域中產(chǎn)生“更平的 (flatter)”磁場(chǎng)。這種線圈布置已被顯示為改進(jìn)耦合效率。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解可 以基于其他因素來(lái)選擇特定的線圈角度并且其不被限制于專門的線圈角度或者專門的應(yīng) 用。在一些實(shí)施例中，天線還包括附接于把手側(cè)的具有鐵氧體的一個(gè)或者多個(gè)部件。 作為例子，具有鐵氧體的部件可以采用合金低損耗磁性材料或者合成結(jié)構(gòu)的形式。鐵氧體 部件緊密地限制沒(méi)有被遙測(cè)植入物所利用的磁場(chǎng)。對(duì)具有鐵氧體的部件的選擇可以包括 裝配在天線線圈之間的單個(gè)鐵氧體棒或者板；裝配在天線線圈之間的一系列并行的鐵氧體 棒或者盤(pán)；或者裝配在天線線圈之間的一系列并行的鐵氧體棒或者板但是在線圈和鐵氧體 之間具有空氣縫隙。單個(gè)棒或者板的類型和長(zhǎng)度可以被選擇用于優(yōu)化線圈之間的磁場(chǎng)耦 合。在鐵氧體和線圈之間使用空氣縫隙可以允許增加線圈角度的范圍。在所示出的實(shí)施例 中，鐵氧體采用裝配于塑料塊的鐵棒或者板的形式。具有鐵氧體的部件也可以被稱為鐵氧 體線圈架(former)。圖13和14示出具有第一線圈214和第二線圈216的天線212。天線212還包括 至少一個(gè)鐵氧體部件。在圖13和14所示出的實(shí)施例中，天線212包括第一鐵氧體型244 和第二鐵氧體型246。然而，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)理解可以使用更多數(shù)量或者更少數(shù)量的 鐵氧體部件。在圖13和14所示出的實(shí)施例中，天線212還包括把手240、裝配塊248以及 一個(gè)或者多個(gè)裝配板250。在圖13和14中，裝配塊248是塑料的，但是其他材料也可以被 使用。裝配板250僅提供一些額外的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性并且在一些實(shí)施例中可以被省略。在圖13 和14所示出的實(shí)施例中，裝配板250由透明塑料制成，但是其他材料可以等同地被使用。在所示出的實(shí)施例中，第一鐵氧體型244和第二鐵氧體型246的尺寸大概是75毫 米X28毫米X6毫米，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)理解也可以使用其他尺寸和其他形狀。 雖然可以在線圈14、16之間的中心線上等距離地放置第一鐵氧體型244和第二鐵氧體型 246，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)理解可以優(yōu)化型(forma) 244、246的位置和/或尺寸以避免磁 性飽和(saturation)、使耦合距離最大、減小線圈功率要求、和/或改進(jìn)功率耦合效率。在 圖13和14所示出的實(shí)施例中，第一鐵氧體型244和第二鐵氧體型246以及把手240被裝 配于裝配塊248上。圖15A-D示出采用與線圈14、16相鄰的鐵氧體部件以緊密地限制區(qū)域中不是意圖 用于遙測(cè)植入物的磁場(chǎng)的效果。在圖15A-D所示出的實(shí)施例中，天線212具有160度的線 圈角度并且有兩個(gè)鐵氧體部件。低損耗鐵氧體材料的使用顯現(xiàn)為限制在線圈14、16后面的 磁場(chǎng)同時(shí)延伸線圈的植入物側(cè)上的磁場(chǎng)，從而允許增加的耦合距離。在圖15A-D所示出的 實(shí)施例中，鐵氧體部件的添加將耦合距離增加大約1厘米，從而提供從大約6厘米而來(lái)的大 約7厘米的最大耦合距離而不改變提供給線圈14、16的功率。圖16示出遙測(cè)系統(tǒng)300。系統(tǒng)300包括天線312、閱讀器單元320以及遙測(cè)植入 物400。天線312包括第一線圈314、第二線圈316以及連接器318。遙測(cè)植入物400包括感應(yīng)器或者接收機(jī)線圈414。在圖16所示出的實(shí)施例中，天線312依靠組織510，其將天線 312和植入物400分開(kāi)。閱讀器單元320配備有可視和可聽(tīng)的指示器。在圖16所示出的實(shí)施例中，可視指 示器是發(fā)光二極管，但是其他裝置可以等同地被使用?？梢暫涂陕?tīng)的指示器允許用戶定位 用于為遙測(cè)植入物400提供動(dòng)力和讀取遙測(cè)植入物400的最優(yōu)位置。天線312和遙測(cè)植入 物400之間在組織510的橫向方位上的穿過(guò)距離被定義為Tx。Ty被定義為位于天線312 的中心和感應(yīng)器414的中心的“甜區(qū)”之間的縱向距離。在所謂的“甜區(qū)”內(nèi)，振蕩器電路 的頻率是不變的，但是幅度是可變的。在“甜區(qū)”外部，頻率改變并且不建議用戶獲取任何 有意義的測(cè)量結(jié)果。可以通過(guò)使用板載微控制器電子化地控制這種指示器(this)，除去人 為誤差的問(wèn)題。在一些實(shí)施例中，閱讀器單元320可以配備有顏色編碼信號(hào)以指示天線312是否 處于最優(yōu)位置。舉例來(lái)說(shuō)，閱讀器單元320可以配備有三個(gè)顏色編碼的燈光指示器(light indicator)。在所示出的實(shí)施例中，閱讀器單元320包括紅色LED、橙色LED和綠色LED。 紅色LED的發(fā)光表示天線312超出范圍。橙色LED的發(fā)光表示天線312至少正在從感應(yīng)器 414接收一些信號(hào)。綠色LED的發(fā)光表示天線312處于將功率發(fā)送至感應(yīng)器414并且從遙 測(cè)植入物400接收信號(hào)的最優(yōu)位置。在一些實(shí)施例中，高音調(diào)的可聽(tīng)見(jiàn)的聲音也通知用戶 植入物400被提供動(dòng)力以及可以從病人處讀取數(shù)據(jù)。如在圖17A中最佳可見(jiàn)的那樣，用恰當(dāng)?shù)男盘?hào)發(fā)生器驅(qū)動(dòng)電壓(大約1至大約3V) 在內(nèi)部補(bǔ)償Tx以匹配組織深度。在圖17B中分別指6kHz和5. SkHz的“加載”和“去載”頻 率對(duì)于1和3伏特之間的驅(qū)動(dòng)電壓作為組織距離的函數(shù)響應(yīng)。在所示出的實(shí)施例中，對(duì)于 大約2. 5伏特的驅(qū)動(dòng)電壓Tx在大約5厘米至大約6厘米處被優(yōu)化。Ty “甜區(qū)”的直徑為大 約4厘米。圖18示出遙測(cè)系統(tǒng)600的還有另一個(gè)備選實(shí)施例。除其他以外，系統(tǒng)600包括遙 測(cè)植入物610和天線612。在所示出的實(shí)施例中，遙測(cè)植入物610是被置于腰部區(qū)域中的脊 椎植入物。天線612包括第一線圈614和第二線圈616。由于它的配置，天線612能夠從傾 斜的角度為遙測(cè)植入物610提供動(dòng)力以及讀取遙測(cè)植入物610。增加磁場(chǎng)強(qiáng)度并且因此增加內(nèi)部和外部閱讀器線圈之間的耦合距離可以通過(guò)增 加線圈的直徑和閱讀器的功率輸出來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)植入物由諸如Ti64的導(dǎo)電材料制作時(shí)，也可 以通過(guò)采取措施來(lái)減小在植入物中所感應(yīng)的渦電流來(lái)增加功率耦合范圍。這可以通過(guò)在纏 繞到植入物上的接收機(jī)線圈下方插入凹槽或者狹縫并且用諸如環(huán)氧樹(shù)脂等聚合物絕緣材 料填充凹槽來(lái)實(shí)現(xiàn)。增加系統(tǒng)的有效讀取范圍也可以通過(guò)以脈沖或者非連續(xù)方式驅(qū)動(dòng)嵌入電路來(lái)實(shí) 現(xiàn)。該實(shí)施例可能需要額外的電路系統(tǒng)來(lái)接通或者斷開(kāi)應(yīng)變儀振蕩器電路526和負(fù)載調(diào)制 器電路532。提高或者添加應(yīng)變儀電路系統(tǒng)中的電容可以準(zhǔn)許足夠的能量存儲(chǔ)以取得足夠 的操作來(lái)讀取信號(hào)。如果電路被充分激勵(lì)而提供信號(hào)足夠的時(shí)間以被閱讀器讀取至少一 次，則植入物500上的嵌入振蕩器電路526和負(fù)載調(diào)制器電路532可以優(yōu)選于被連續(xù)驅(qū)動(dòng) 而被提供脈沖。該選擇將(a)減小閱讀器電路的功率需求；(b)減小閱讀器線圈過(guò)熱和短 路的可能性；(c)增加讀取范圍。另外，增加系統(tǒng)的有效讀取范圍也可以通過(guò)獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)和讀取嵌入電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。
9提高或者添加應(yīng)變儀電路系統(tǒng)中的電容可以準(zhǔn)許足夠的能量存儲(chǔ)以取得足夠的操作來(lái)讀 取信號(hào)。如果電路被充分激勵(lì)而提供信號(hào)足夠的時(shí)間以被閱讀器讀取至少一次，則閱讀器 驅(qū)動(dòng)可以優(yōu)先于被連續(xù)驅(qū)動(dòng)而被提供脈沖。該選擇將(a)減小閱讀器電路的功率需求；(b) 減小閱讀器線圈過(guò)熱和短路的可能性；(C)準(zhǔn)許讀取信號(hào)與閱讀器信號(hào)的立即隔離以消除 閱讀器中的一些過(guò)濾網(wǎng)絡(luò)；(d)準(zhǔn)許將不同線圈用于發(fā)射和接收，提供對(duì)線圈的更好調(diào)節(jié) 以讀取特定的發(fā)射頻率；以及(e)消除影響嵌入電路系統(tǒng)的閱讀器信號(hào)的問(wèn)題。本發(fā)明還包括使用從外部柔性雙線圈閱讀器裝置所生成的醫(yī)療裝置的電磁遠(yuǎn)程 通信和/或無(wú)線供電來(lái)監(jiān)視病人健康的方法。閱讀器系統(tǒng)的獨(dú)特設(shè)計(jì)為尤其在假體植入物 中的數(shù)據(jù)信號(hào)接收改進(jìn)了遙測(cè)線圈布置的接收特性。該方法可以被用于通過(guò)解釋從遙測(cè)植 入物所接收的遙測(cè)數(shù)據(jù)而為病人執(zhí)行對(duì)治療的有效監(jiān)視、管理和調(diào)整。柔性雙線圈閱讀器 頭生成磁場(chǎng)，其能夠?yàn)樘幱趦A斜位置的遙測(cè)植入物提供動(dòng)力，即從并行到正交位置的范圍。 通過(guò)改動(dòng)線圈對(duì)之間的角度來(lái)集中電磁場(chǎng)的能力在其中植入物被定向使得難以用常規(guī)閱 讀器系統(tǒng)提供動(dòng)力的情況下是有利的。為了保存功率，當(dāng)閱讀器被帶到植入物附近時(shí)，RF遙測(cè)系統(tǒng)僅被周期性地激活； 激活周期足夠段以允許植入物適度迅速地響應(yīng)由外部裝置提出對(duì)通信會(huì)話的請(qǐng)求。板載可 聽(tīng)和可看信號(hào)“0K”發(fā)光二極管(LED)指示器兩者在閱讀器和/或發(fā)射機(jī)線圈上的添加簡(jiǎn) 化了定位以及為內(nèi)部遙測(cè)植入物提供動(dòng)力，指示接收機(jī)和發(fā)射機(jī)線圈之間的耦合的強(qiáng)度， 并且在植入物被接合時(shí)通知用戶關(guān)于獲取與傳感器有關(guān)的可靠測(cè)量結(jié)果的過(guò)程。在本文中所描述的手持柔性雙線圈閱讀器系統(tǒng)配備有用于優(yōu)化其相對(duì)于遙測(cè)植 入物的位置的信號(hào)“0K”LED反饋系統(tǒng)。閱讀器也能夠通過(guò)將來(lái)自內(nèi)部閱讀器(發(fā)射機(jī))線 圈對(duì)的能量通過(guò)電感耦合到裝載在植入物上的內(nèi)部功率接收機(jī)線圈以無(wú)線方式同時(shí)為植 入式遙測(cè)植入物提供動(dòng)力以及讀取植入式遙測(cè)植入物。電感電源對(duì)于帶有測(cè)量?jī)x器的植入 物(instrumented implant)是有優(yōu)勢(shì)的，因?yàn)闇y(cè)量時(shí)間不受限制并且用在電池中的高毒性 材料被避免。近磁場(chǎng)耦合可以被用于將功率傳輸至內(nèi)部接收機(jī)線圈。用生成AC磁場(chǎng)的在 119和135kHz之間的AC電流驅(qū)動(dòng)內(nèi)部發(fā)射機(jī)線圈。當(dāng)接收機(jī)線圈被置于該場(chǎng)中時(shí)，AC電 壓在其上生成。遙測(cè)植入物僅在其處于閱讀器的詢問(wèn)區(qū)域內(nèi)時(shí)被激活。當(dāng)植入物沒(méi)有被讀 取時(shí)，其處于“睡眠”模式。在本文中所描述的閱讀器能夠獨(dú)立地或者同時(shí)地為遙測(cè)植入物提供動(dòng)力以及讀 取遙測(cè)植入物。如果植入物接收機(jī)線圈獨(dú)立地被提供動(dòng)力，累積的電荷可以被存儲(chǔ)在位于 遙測(cè)植入物上的電容器中。在這種情況下，植入物像“閃光槍”那樣操作，用遙測(cè)發(fā)射器傳 送(telemeter)數(shù)據(jù)至用戶。遙測(cè)植入物可以將模擬或者數(shù)字技術(shù)用于植入物物理特性的測(cè)量，諸如骨髓內(nèi)釘 或者骨板上的負(fù)載。另外，遙測(cè)系統(tǒng)的特定構(gòu)建適用于除植入物負(fù)載以外的變量的測(cè)量。作 為例子，本文所描述的裝置可以很好地適合用于植入物微動(dòng)作、堿度、溫度、壓力等等的測(cè)量。由于可對(duì)如在上文中參考對(duì)應(yīng)圖示所說(shuō)明的那樣的示范性實(shí)施例進(jìn)行各種改變 而不背離本發(fā)明的范圍，所以意圖是前述說(shuō)明中所包含的并且附圖中所示的所有內(nèi)容應(yīng)當(dāng) 被解釋為示意性的而不是限制性的。因此，本發(fā)明的外延及范圍不應(yīng)當(dāng)受任何上述示范性 實(shí)施例限制，而應(yīng)當(dāng)僅根據(jù)隨附于此的下列權(quán)利要求及它們的等效物來(lái)定義。
權(quán)利要求
一種遙測(cè)系統(tǒng)，其包含a.遙測(cè)植入物；b.閱讀器單元，其被用于從所述遙測(cè)植入物讀取信號(hào)；以及c.天線，其被用于到所述閱讀器單元的連接并且被用于從所述遙測(cè)植入物接收信號(hào)，所述天線具有第一線圈、第二線圈以及連接器，所述第一線圈電連接到所述第二線圈，并且所述連接器允許所述第一和第二線圈相對(duì)于彼此移動(dòng)。
2.如權(quán)利要求1所述的遙測(cè)系統(tǒng)，其中所述第一線圈或者所述第二線圈被移動(dòng)用于對(duì) 由所述線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)進(jìn)行整形(shape)。
3.如權(quán)利要求1所述的遙測(cè)系統(tǒng)，其中所述第一線圈或者所述第二線圈被移動(dòng)用于使 所述天線符合哺乳動(dòng)物組織表面。
4.如權(quán)利要求1至3中任何一項(xiàng)所述的遙測(cè)系統(tǒng)，其中所述天線被用于從傾斜的角度 為所述遙測(cè)植入物提供動(dòng)力以及讀取所述遙測(cè)植入物。
5.如權(quán)利要求1至4中任何一項(xiàng)所述的遙測(cè)系統(tǒng)，其中所述第一線圈和所述第二線圈 被裝載在柔性聚合物中。
6.如權(quán)利要求1至5中任何一項(xiàng)所述的遙測(cè)系統(tǒng)，其中所述第一線圈和所述第二線圈 被裝載在小袋中。
7.如權(quán)利要求1至6中任何一項(xiàng)所述的遙測(cè)系統(tǒng)，其還包含從由計(jì)算裝置、信號(hào)發(fā)生 器、電源、可聽(tīng)反饋系統(tǒng)以及可視指示器組成的集合中所選擇的部件。
8.如權(quán)利要求1至7中任何一項(xiàng)所述的遙測(cè)系統(tǒng)，其還包含至少一個(gè)額外的天線線圈。
9.如權(quán)利要求1至8中任何一項(xiàng)所述的遙測(cè)系統(tǒng)，其中所述天線還包含至少一個(gè)鐵氧 體部件。
10.如權(quán)利要求1至9中任何一項(xiàng)所述的遙測(cè)系統(tǒng)，其中所述閱讀器單元包含微控制 器、線圈驅(qū)動(dòng)器和閱讀器、頻率計(jì)數(shù)器以及放大器，并且其中所述遙測(cè)植入物包含電源電 路、振蕩器電路以及負(fù)載調(diào)制器電路。
11.如權(quán)利要求1至10中任何一項(xiàng)所述的遙測(cè)系統(tǒng)，其中所述天線將射頻功率發(fā)送至 所述遙測(cè)植入物并且從所述遙測(cè)植入物接收數(shù)據(jù)。
全文摘要
文檔編號(hào)G06K19/077GK101953021SQ20088011543
公開(kāi)日2011年1月19日 申請(qǐng)日期2008年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月6日
發(fā)明者Peter A Brady, Martin S Goodchild, Sied W Janna, Darren J Wilson 申請(qǐng)人:Smith & Nephew Inc