用于根据影响电池容量的历史参数对植入式医疗设备中的电池进行充电的电路制造技术

本发明专利技术公开了一种编程入可再充电电池植入式医疗设备(IMD)的控制电路中的算法，其可随时间(例如，IMD的使用寿命)的流逝根据影响可再充电电池容量的一个或多个参数对提供给所述可再充电电池的充电电流(Ibat)进行调整，其中所述一个或多个参数包括，例如，充电循环的数量、放电深度、负载电流和电池年龄。所述算法查阅随IMD的运行历史存储在参数日志中的这些参数，并且结合反映了这些参数对电池容量的影响的电池容量数据库来估算电池容量的变化，并且调整涓流充电路径和主动充电路径中的一者或两者内的充电电流以减缓电池容量的损失并延长IMD的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求于2014年1月16日提交的美国临时专利申请案61/928,342和61/928,391的优先权。
本专利技术涉及植入式医疗设备领域，尤其涉及一种用于植入式医疗设备的电池充电电路。
技术介绍
植入式刺激设备将电刺激递送到神经和组织以用于各种生物失常的治疗，例如，用于治疗心律失常的起搏器，用于治疗心脏纤维颤动的去颤器，用于治疗耳聋的耳蜗激励器，用于治疗失明的视网膜激励器，用于产生协调肢体运动的肌肉激励器，用于治疗慢性疼痛的脊髓激励器，用于治疗运动和心理失常的皮质和深脑激励器以及用于治疗尿失禁、睡眠呼吸暂停、肩部半脱位等的其它神经激励器。下文的描述一般将集中于本专利技术在脊髓刺激(SCS)系统中的使用，例如公开于美国专利6,516,227中。然而，本专利技术可适用于任何植入式医疗设备或任何植入式医疗设备系统。SCS系统通常包括在图1A和1B中以平面图和横截面图示出的植入式脉冲生成器(IPG)10。IPG 10包括生物相容设备外壳30，其容纳有所述IPG运行所必需的电路和电池36。IPG 10经由形成电极阵列12的一个或多个电机引线14耦合到电极16。电极16被配置成接触患者的组织并且由柔性体18承载，所述柔性体18还容纳耦合到各个电极16的单个引线20。引线20还耦合到邻面触点22，其可插入固定在IPG 10上的头部28中的引线连接器24，其中所述头部可包含，例如，环氧树脂。一旦插入，邻面触点22就连接到头部触点26，所述头部触点26又通过馈通引脚34经由外壳馈通32耦合到外壳30内的电路。在示出的IPG 10中，三十二个引线电极(E1-E32)分裂在四个引线14之间，其中头部28含有2x2阵列的引线连接器24。然而，IPG中的引线和电极的数量是应用特定的，因此能够变化。在SCS应用中，电极引线14典型地植入患者脊髓内硬脊膜的附近，并且当使用四引线IPG 10时，这些引线通常在硬脊膜的左右侧中的每一侧分裂两个。邻面电极22隧穿患者组织到达IPG外壳30所植入的远端位置，例如，臀部，在该点处其耦合到引线连接器24。在另一示例中，四引线IPG 10还可用于深脑刺激(DBS)。在设计用于在需要刺激的部位直接植入的其它IPG示例中，IPG可无引线的，而是具有出现在IPG主体上的用于接触患者组织的电极16。如图1B的横截面中所示，IPG 10包括：印刷电路板(PCB)40。电耦合到PCB 40的是电池36，在本示例中，电池36是可再充电的；耦合到PCB的顶面和底面的其它电路50a和50b；遥测线圈42，其用于与外部控制器(未示出)无线通信；充电线圈44，其用于从用以对电池36进行再充电的外部充电器90(图2)中无线接收磁性充电场；以及馈通引脚34(连接未示出)。若电池36为永久的且不可再充电，则无需充电线圈44。(可在于2013年9月13日提交的美国专利申请案序列号61/877,871中找到关于线圈42和44及其所通信的外部设备的进一步细节)。用于IPG 10中的可再充电电池36的电池管理电路84描述于共同拥有的美国专利申请公开案2013/0023943的一个示例中并且示于图2中。可再充电电池36可包含锂离子聚合物电池，当充满电时，其可提供约4.2伏的电压(Vbat＝Vmax)。然而，其它可再充电电池化学也可用于电池36。外部充电器90通常为手持式电池供电设备，其从线圈92生成磁性非数据调制充电场98(例如，80kHz)。在IPG 10中，前端充电电路96与磁场98相遇，此处通过在线圈中感生电流对充电线圈44进行激励。包括整流器且可选地包括滤波电容器和电压-量值限制齐纳二极管(例如，限制为5.5V)的整流器电路46对感生电流进行处理以建立电压V1(例如，<5.5V)，将此电压通过防逆流二极管48以生成DC电压Vdc。耦合到充电线圈44的晶体管102可由IPG 10进行控制(通过控制信号LSK)以在磁场98的生成过程中通过负载位移键控(Load Shift Keying)向外部充电器90回传数据，如众所周知的那样。向电池管理电路84提供Vdc，电池管理电路84连同IPG 10的运行所必需的其它电路可位于专用集成电路(ASIC)上，其中IPG 10的运行所必需的其它电路包括：电流生成电路(用于向电极16的所选一个(些)提供指定电流)；遥测电路(用于对与图1B的遥测线圈42相关的数据进行调制和解调)；各种测量和生成器电路；系统存储器；等等。前端充电电路96和电池36通常包含：芯片外(ASIC外)组件，连同IPG 10中的其它电子设备，例如遥测线圈42；耦合到电极16的各种DC截断电容器(未示出)；微控制器100，其可通过数字总线88与ASIC(以及电池管理电路84)通信；以及与本文关系不大的其它组件。在一个示例中，微控制器100可包含Part Number MSP430，其由Texas Instruments制造，描述于http://www.ti.com/lsds/ti/microcontroller/16-bit_msp430/overview.page？DCMP＝MCU_other&HQS＝msp430处的数据表中。ASIC可如美国专利申请公开案2012/0095529中所描述。图2中的电池管理电路84由两个电路块组成：充电电路80，其用于生成对电池36进行充电的电流；以及负载隔离电路82，其用于将电池36可控地连接到在IPG 10的正常运行过程中电池36所供电的负载75或与其断开。负载75可包含芯片内(ASIC内)电路块(例如电流生成电路和前述的遥测电路)和芯片外(ASIC外)组件(例如微控制器100)两者。如所描绘，充电电路80、负载隔离电路82和电池36通常具有T形拓扑，其中充电电路80介于前端充电电路96(Vdc)和电池36的正极端子(Vbat)之间，并且负载隔离电路82介于Vbat和负载75之间。取决于若干条件，负载隔离电路82能够防止电池36(Vbat)向负载(Vload)供电。例如，若负载75正引出相当高的电流(如由过电流检测电路74通过断定控制信号OI来指示的那样)，或者若Vbat过低(如由欠压检测电路70通过断定控制信号UV来指示的那样)，或者若舌簧开关78指示外部磁场信号μ(例如，在由患者许可外部关机磁铁的存在的紧急情况下)，负载75将通过开关62或64从Vbat去耦合，如由“或”门76辅助。若Vbat过高，则还提供放电电路68以故意地消耗电池36。与本公开内容更为相关的是充电电路80，其开始于Vdc，即前端充电电路96响应于外部充电器90的磁场98而生成的DC电压。Vdc分成并联连接在Vdc
和Vbat之间的充电电路80中的两个路径：涓流充电(trickle charging)路径和主动充电(active charging)路径，其任一者可用于向电池36(Vbat)提供充电电流(Ibat)。涓流充电路径是被动的，即，其运行不受控制信号的控制，并且除了由Vdc所提供的生成用于电池36的充电电流(Itrickle)的功率之外无需其它功率。如所示，涓流充电路径向限流电阻器50和一个或多个二极管52呈现Vdc，并且用于向电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于医疗设备的电路，包含：可再充电电池；控制电路，其被配置成确定所述电池的容量；以及源电路，其被配置成向所述电池提供充电电流；其中，所述控制电路被配置成控制所述源电路以根据所确定的电池容量来调整所述电池充电电流的量值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.01.16 US 61/928,352;2015.01.09 US 14/593,7081.一种用于医疗设备的电路，包含：可再充电电池；控制电路，其被配置成确定所述电池的容量；以及源电路，其被配置成向所述电池提供充电电流；其中，所述控制电路被配置成控制所述源电路以根据所确定的电池容量来调整所述电池充电电流的量值。2.如权利要求1所述的电路，其中，所述控制电路包含：存储器，其被配置成存储对所述可再充电电池的容量具有影响的至少一个参数，其中，所述至少一个参数是选自由与下列各项相关的一个或多个参数组成的群组：电池的先前充电、医疗设备用以提供治疗的先前使用以及电池的年龄；算法，其中所述控制电路被配置成执行所述算法以使用所述至少一个参数来确定所述电池的容量。3.如权利要求2所述的电路，其中，所述至少一个参数以时间的函数存储在所述存储器中。4.如权利要求2所述的电路，其中，所述至少一个参数存储为供所述算法使用的当前值。5.如权利要求2-4中任一项所述的电路，其中，所述至少一个参数包括从在所述电池的先前充电或所述医疗设备的先前使用期间测量的至少一个其它参数中计算的值。6.如权利要求2-4中任一项所述的电路，其中，与所述可再充电电池的先前充电相关的参数包含：先前充电会期的数量、先前充电会期开始时电池的电压、先前充电会期结束时电池的电压、先前充电会期的持续时间、先前充电会期期间向电池提供的电荷、包含先前充电会期开始和结束时的电池电压差的放电深度、以及先前充电会期期间向电池提供的电池充电电流。7.如权利要求2-4或6中任一项所述的电路，其中，与医疗设备用以提供治疗的先前使用相关的参数包含：先前使用期间可再充电电池的电压、先前使用期间从电池拉出的负载电流、先前使用期间从电池拉出的功率、使用的持续时间以及先前使用期间从电池拉出的电荷。8.如权利要求2-7中任一项所述的电路，进一步包含：电池容量数据库，其中所述电池容量数据库将所述至少一个参数与电池容量的变化相关联，其中所述算法将所述至少一个参数与电池容量数据库中的容量的变化进行比较以确定所述电池的容量。9.如权利要求2-8中任一项所述的电路，所述算法被配置成通过生成用于控制所述源电路的一个或多个控制信号来调整所述电池充电电流的量值。10.如权利要求2-9中任一项所述的电路，其中，所述存储器进一步包含：至少一个参数中每一个的权重或优先级，其中所述算法被配置成使用所述至少一个参数的权重或优先级或两者皆有来确定所述电池的容量。11.如权利要求1-10中任一项所述的电路，其中，所述源电路包含：电流反射镜，其被配置成根据接收到的参考电流产生电池充电电流。12.如权利要求11所述的电路，其中，所述控制电路被配置成通过使用所述一个或多个控制信号调整所述参考电流的量值来调整所述电池充电电流的量值。13.如权利要求1-12中任一项所述的电路，进一步包含：前端电路，其被配置成在接收到无线充电场时生成DC电压，其中，所述源电路是由所述DC电压供电。14.如权利要求13所述的电路，其中，所述前端电路进一步包含：线圈，其被配置成由所述无线充电场激励；以及整流器电路，其被配置成从所述被激励的线圈产生DC电压。15.如权利要求1-14中任一项所述的电路，其中，所述算法被配置成若确定所述可再充电电池的容量减小则减小所述电池充电电流的量值。16.一种对医疗设备的可再充电电池进行再充电的方法，包含：确定所述可再充电电池的容量；以及根据所确定的可再充电电池的容量调整向所述电池提供的电池充电电流的量值。17.如权利要求16所述的方法，其中，所述医疗设备进一步包含：存储器，其被配置成存储对所述可再充电电池的容量具有影响的至少一个参数，其中所述至少一个参数是选自由与下列各项相关的一个或多个参数组成的群组：电池的先前充电、医疗设备用以提供治疗的先前使用、以及电池的年龄；并且其中，所述电池的容量根据所述至少一个参数来确定。18.如权利要求17所述的方法，其中，与所述可再充电电池的先前充电相关的参数包含：先前充电会期的数量、先前充电会期开始时电池的电...

【专利技术属性】
技术研发人员：戈兰·N·马恩费尔特，拉斐尔·克尔布纳鲁，乔迪·巴拉蒙，
申请(专利权)人：波士顿科学神经调制公司，
类型：发明
国别省市：美国;US