專利名稱：用于在可植入設(shè)備之間傳送信息的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本主題涉及一種用于在可植入設(shè)備之間傳送信息的系統(tǒng)，更具體地涉及一種用于 使用電信號的容積導(dǎo)電(volume conduction)而在可植入設(shè)備之間傳送信息的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
專利文獻W02007/028035公開了一種用于在動物體內(nèi)傳送信息的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包 括第一設(shè)備，其包括被配置成經(jīng)由與病人身體的準(zhǔn)靜電耦合來傳送信號的發(fā)射器；以及 第二設(shè)備，其包括被配置成經(jīng)由與病人身體的準(zhǔn)靜電耦合來接收所傳送的信號的接收器。 數(shù)據(jù)是使用載波信號傳送的，所述載波信號具有典型地處于大約lO-lOOKHz范圍內(nèi)的載波 頻率。數(shù)據(jù)是使用已知的調(diào)制技術(shù)編碼的，所述已知的調(diào)制技術(shù)例如是載波信號的幅度調(diào) 制、頻率調(diào)制或相位調(diào)制。W02007/028035中公開的解決方案也許不是很適合電刺激設(shè)備，這是因為刺激可 以污染數(shù)據(jù)信號。這可以導(dǎo)致不可靠的數(shù)據(jù)傳輸。另外，數(shù)據(jù)信號生成處理可能需要附加 的電子裝置。為了產(chǎn)生運送數(shù)據(jù)的信號，可能需要專用的信號生成電路，為了傳送和接收數(shù) 據(jù)信號，可能需要專用的發(fā)射/接收電極對。因此，具有可以在兩個植入對象體內(nèi)的醫(yī)療設(shè)備之間可靠地傳送信息的改進的系 統(tǒng)將是有利的。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本主題優(yōu)選地試圖單獨地或者組合地緩解、減輕或者消除一個或多個上述 缺陷。特別地，本主題的目的可以被視為是提供一種用于在植入對象體內(nèi)的兩個或更多個 醫(yī)療設(shè)備之間傳送信息的改進的系統(tǒng)。在本主題的第一方面中，這個目的以及若干個其他目的是通過提供一種用于使用 電信號的容積導(dǎo)電作為通信手段而在至少兩個植入對象體內(nèi)的醫(yī)療設(shè)備之間傳送信息的 系統(tǒng)獲得的，該系統(tǒng)包括
第一植入設(shè)備，其具有至少兩個被配置成傳送刺激脈沖的發(fā)射電極，其中所述電極之 一可以是共用返回電極；
編碼裝置，被配置成使用信道作為用于刺激脈沖的傳輸介質(zhì)，以及將信息編碼到刺激 脈沖中；
第二植入設(shè)備，其具有至少兩個被配置成接收所傳送的具有經(jīng)過編碼的信息的刺激脈 沖的接收電極；以及
解碼裝置，被配置成對編碼到刺激脈沖中的信息進行解碼。所公開的解決方案基于這樣一種見解，那就是用于將刺激遞送到對象身體的信道 同樣可以用于在植入物之間傳送信息。所公開的系統(tǒng)可以克服數(shù)據(jù)污染的問題。所公開的 系統(tǒng)提供了若干種手段來編碼信息。該信息可以通過脈沖自身的定時或形狀來運送，或者 可以交錯在刺激脈沖之間。例如，信息可以編碼在刺激脈沖的定時中，或者信息可以編碼在以下電信號(即脈沖或者振蕩波形)中，所述電信號在后續(xù)的電刺激脈沖之間的如果不傳送 所述電信號則靜默的周期中傳送。由此可以避開由電刺激的存在而使數(shù)據(jù)信號受到污染的 問題。另外，通過使用刺激脈沖信號，可以將存在于第一植入設(shè)備之中用于治療用途的 相同的電路和電極重新用于傳送該信息。所要編碼的信息可以是一系列數(shù)據(jù)，諸如植入設(shè)備設(shè)置、植入設(shè)備狀態(tài)以及所記 錄的生理信號。在這里，詞語“編碼”指的是獲取適合傳輸(例如比特流)的數(shù)據(jù)的表示(例 如數(shù)字的列表)。在一個實施例中，編碼裝置被配置成使用治療刺激脈沖的定時和/或形狀作為對 信息進行編碼的手段。該實施例可以有效使用已經(jīng)生成的治療脈沖。作為一個說明性示例，作為疾病或外傷的結(jié)果其功能部分喪失的神經(jīng)通常是使用 電刺激脈沖來刺激的。神經(jīng)刺激器植入物可用于這種目的。信息可以使用這種電刺激脈沖 來編碼。在另一個實施例中，編碼裝置被配置成使用非治療電信號(即脈沖)作為編碼信息 的手段。未被配置成提供電刺激的植入設(shè)備可以使用非治療信號來編碼信息。而且，在設(shè) 備被配置成提供治療刺激的情況下，非治療刺激可以交錯在治療刺激之間。后一種方法具 有可能實現(xiàn)更高的帶寬的優(yōu)點。非治療信號指的是具有不能引發(fā)生理反應(yīng)的足夠低的幅度 的信號。另外，非治療信號不需要被限制為脈沖。作為一個說明性示例，當(dāng)藥物治療無法適度減輕病痛(或者導(dǎo)致不可忍受的效果) 時，神經(jīng)刺激治療會向脊髓或末梢神經(jīng)遞送適度電流的脈沖，以便減緩與神經(jīng)有關(guān)的疼痛。 信息可以使用這種適度電流的脈沖來編碼。在另一個實施例中，編碼裝置和解碼裝置被配置成使用脈沖寬度編碼方案或脈沖 時間編碼方案之一。這些編碼方案允許將信息適當(dāng)?shù)鼐幋a到刺激脈沖中。此外，其他的編 碼方案也可用于相同的目的。在另一個實施例中，第一植入設(shè)備和第二植入設(shè)備是電刺激器設(shè)備，并且編碼裝 置和解碼裝置被配置成使用脈沖時間編碼方案。電刺激脈沖的定時可以被調(diào)制以表示信 息。脈沖時間編碼方案具有以下優(yōu)點其不會(即在限度內(nèi))影響第一植入設(shè)備和第二植入 設(shè)備的治療工作。作為另一個說明性示例，在對象體內(nèi)植入了兩個腦深部刺激器設(shè)備A和B。植入 物A可能需要對所述植入物A處理的不同電極處的電生理活動進行測量。為了檢測提供電 刺激的最佳位置，該測量可能是必須進行的。為了執(zhí)行恰當(dāng)?shù)臏y量，必須避免來自植入物B 的電刺激的干擾。原因在于來自植入物B的電刺激可能污染植入物A試圖拾取的微小的電 生理信號。在這種情況下，植入物A可以使用治療刺激的脈沖定時編碼來向植入物B發(fā)送 信息。該信息可以包括對于“暫停”植入物B的刺激的請求。植入物B利用確認進行響應(yīng)。 該確認信息可以再次編碼在由植入物B傳送的刺激的脈沖定時中，并且植入物B可以暫緩 刺激。在接收到確認信息之后，植入物A可以開始測量信號(S卩，與植入物A處理的不同電 極處的電生理活動相關(guān)的信號)。在記錄被請求的信息之后，植入物A可以向植入物B傳送 所述刺激可以重新開始的信號。作為另一個說明性示例，在對象體內(nèi)植入了兩個皮層設(shè)備，即植入物A和植入物B。植入物A是刺激器，需要接收對于其由植入物B測量的刺激引發(fā)的反應(yīng)的信息(例如反 應(yīng)幅度和反應(yīng)延遲)，其中植入物B是傳感器。在這種情況下，植入物A可以向植入物B發(fā) 送請求以測量引發(fā)的反應(yīng)。該請求可以編碼在其治療脈沖的脈沖定時中。植入物B可以使 用亞治療脈沖(即低幅度)來送回確認。植入物A可以向植入物B提供定時信息，以便校準(zhǔn) 所述測量。在測量引發(fā)的反應(yīng)之后，植入物B可以使用例如脈沖時間調(diào)制來向植入物A傳 送特定參數(shù)和/或測量的信號特性。作為另一個說明性示例，在對象體內(nèi)植入兩個刺激器設(shè)備，即植入物A和植入物 B。植入物A可以提供連續(xù)刺激，植入物B可以根據(jù)需要來提供刺激。植入物A可以通過發(fā) 送恰當(dāng)?shù)拿钚盘杹砜刂浦踩胛顱提供的刺激的定時。命令信號和刺激參數(shù)可以編碼在治 療刺激脈沖中。植入物B可以拾取這些信號，對它們進行解碼，并且安排恰當(dāng)?shù)母鶕?jù)請求的 刺激。植入物B可以通過發(fā)送運送該信息的亞治療幅度信號來確認接收到植入物A的請求。作為另一個說明性示例，腦深部模擬器設(shè)備可以使用例如130Hz的標(biāo)稱頻率、即 8ms的脈沖間持續(xù)時間來刺激體組織。信息可以通過使用脈沖時間調(diào)制方案來編碼。通過 在距標(biāo)稱定時-0. 5毫秒或+0. 5毫秒的時間發(fā)送脈沖，可以編碼一個比特。這種方案可以 容易擴展，以便編碼更多的比特。作為另一個實施例，電刺激設(shè)備處理刺激電極的陣列。第一組刺激電極用于以 130Hz的重復(fù)頻率來遞送治療電脈沖。通過以小亞治療幅度脈沖流的形式來將信號交錯在 治療脈沖之間，可以對信息進行編碼，其中所述小亞治療幅度脈沖流是以相對較高的頻率 (例如2kHz)遞送的。在一個實施例中，第一組刺激電極用于傳送交錯的信息。在另一個實 施例中，第二組電極用于傳送交錯的信息。所述第一和第二組可以共享共用返回電極。在另一個實施例中，第一植入設(shè)備和第二植入設(shè)備是植入顱骨的電刺激器設(shè)備， 并且編碼裝置被配置成使用用于刺激脈沖的信道并且將信息編碼到刺激脈沖中。顱骨的傳 導(dǎo)率要遠遠低于頭皮的傳導(dǎo)率以及腦組織的傳導(dǎo)率，例如為25分之一。如果每一個刺激器 都具有與頭皮良好接觸的電極，那么這種情況可以有利地用于在植入顱骨的兩個或者更多 個腦深部刺激器之間形成通信信道。顱骨可以充當(dāng)雙向通信信道的隔離層。而且，在設(shè)備 被配置成提供治療刺激的情況下，非治療刺激可以交錯在治療刺激之間。后一種方法具有 可能實現(xiàn)更高帶寬的優(yōu)點。非治療信號指的是具有不會引發(fā)生理反應(yīng)的足夠低的幅度的信 號。另外，非治療信號不必限制于脈沖。在另一個實施例中，第一植入設(shè)備包括至少三個電極，其中第一電極被配置成傳 送刺激脈沖，第二電極和第三電極被配置成返回電極。第二電極和第三電極的位置可被切 換，以便產(chǎn)生一個或多個電場分布。第二植入設(shè)備可以被配置成檢測所傳送的刺激脈沖。該實施例的優(yōu)點在于通過切換第一植入設(shè)備中提供的返回電極(單獨切換第二 電極，單獨切換第三電極，或者一起切換第二和第三電極)，可以創(chuàng)建不同的電場分布，并且 可以使用所述電場分布來編碼信息。在另一個實施例中，第一植入設(shè)備被配置成使用電信號的容積導(dǎo)電作為通信手段 來與外部設(shè)備進行通信。例如，該設(shè)備可以是控制器單元。在本主題的第二個方面中，公開了一種使用電信號的容積導(dǎo)電作為通信手段而在 至少兩個植入對象體內(nèi)的醫(yī)療設(shè)備之間傳送信息的方法。該方法包括
使用信道作為刺激脈沖的傳輸介質(zhì)，以及將信息編碼到刺激脈沖中；使用在第一植入設(shè)備中提供的至少兩個發(fā)射電極來傳送經(jīng)過編碼的刺激脈沖； 使用在第二植入設(shè)備中提供的至少兩個接收電極來接收所傳送的經(jīng)過編碼的刺激脈 沖；以及
對編碼到刺激脈沖中的信息進行解碼。所述至少兩個接收電極還可以用于傳送和接收，并且不是僅僅用于傳送或接收 (但是所述傳送和接收不是同時進行的)。信道充當(dāng)將信號從第一植入設(shè)備輸送到第二植入 設(shè)備的載體。所述信道是使經(jīng)過編碼的信號經(jīng)過的介質(zhì)。


這些和其它方面、特征和優(yōu)點，將參照附圖、以僅為示例的方式、通過以下的描述 來進一步解釋，附圖中相同的參考標(biāo)號指示相同或者相似的部件，附圖中
圖Ia示意性示出了在對象他或她體內(nèi)的不同位置植入了多個植入設(shè)備的對象； 圖Ib示意性示出了例示的幅度調(diào)制的載波信號；
圖Ic示意性示出了在存在治療刺激的情況下的例示的幅度調(diào)制的載波信號； 圖加示意性示出了根據(jù)本主題的實施例的用于在對象體內(nèi)植入的兩個醫(yī)療設(shè)備之間 傳送信息的例示系統(tǒng)；
圖2b示意性示出了顯示交錯的亞治療脈沖的例示波形； 圖3a示意性示出了根據(jù)本主題的實施例的腦深部刺激器系統(tǒng)； 圖北示意性示出了用于例示的腦深部刺激器設(shè)備的脈沖定時位置； 圖4a4c示意性示出了根據(jù)本主題的系統(tǒng)的另一個實施例；以及 圖5示意性示出了根據(jù)本主題的系統(tǒng)的另一個實施例，其中在顱骨中植入了電刺激設(shè)
具體實施例方式現(xiàn)在參考圖la，顯示了是在他(或她)身體的各個位置植入了多個可植入設(shè)備102、 104,106的對象100。在這里，術(shù)語“對象”指的是包括人類在內(nèi)的動物界的成員。植入設(shè)備102、104和106可以是同一設(shè)備的多個實例，由此允許測量參數(shù)的局部 變化和/或局部地執(zhí)行各種動作。作為替換，植入設(shè)備102、104、106可以是不同的設(shè)備。專利文獻W02007/(^8035公開了一種用于使用接收與發(fā)射單元之間的準(zhǔn)靜電耦 合而在可植入設(shè)備之間進行數(shù)據(jù)通信的解決方案。數(shù)據(jù)是使用載波信號傳送的，所述載波 信號具有典型地處于大約lO-lOOKHz范圍內(nèi)的載波頻率。數(shù)據(jù)是使用已知調(diào)制技術(shù)編碼 的，所述已知調(diào)制技術(shù)例如是載波信號的幅度調(diào)制、頻率調(diào)制或相位調(diào)制。圖Ib示意性地 顯示了例示的幅度調(diào)制的載波信號。如果存在治療電刺激脈沖，那么所述治療刺激的高幅 度可能會污染數(shù)據(jù)信號(參見圖lc)。更高幅度的數(shù)據(jù)信號可以對此加以補償，但其可能導(dǎo) 致不需要的或者非控制的神經(jīng)或肌肉組織的刺激。此外，在存在治療電刺激的情況下，數(shù)據(jù) 的解調(diào)可能需要更加復(fù)雜的電子裝置，提高比特差錯率(BER)，并且在編碼之后可能需要冗 余數(shù)據(jù)傳輸來使得能夠?qū)崿F(xiàn)差錯校正。W02007/028035中公開的解決方案也許不是很適合電刺激設(shè)備，這是因為刺激可 以污染數(shù)據(jù)信號。這可以導(dǎo)致不可靠的數(shù)據(jù)傳輸。另外，數(shù)據(jù)信號生成處理可能需要附加的電子裝置。為了產(chǎn)生運送數(shù)據(jù)的信號，可能需要專用的信號生成電路，為了傳送和接收數(shù) 據(jù)信號，可能需要專用的發(fā)射/接收電極對。現(xiàn)在參考圖2，所公開的用于在植入對象100體內(nèi)的設(shè)備之間傳送信息的系統(tǒng) 2000包括
1.具有發(fā)射電極204和206的第一植入設(shè)備202
2.具有接收電極2M和256的第二植入設(shè)備(或是與身體物理接觸的外部設(shè)備)
3.編碼裝置MO
4.解碼裝置沈0
假設(shè)第一植入設(shè)備202和第二植入設(shè)備252具有適當(dāng)?shù)拇笮　⑿螤畈⑶冶慌渲贸稍诓?干擾期望生理機能的情況下工作，那么第一植入設(shè)備202和第二植入設(shè)備252可以位于對 象身體的任何位置。第一植入設(shè)備202和第二植入設(shè)備252可以包括任何能夠經(jīng)由植入或攝食進入對 象100的身體并且在處于身體內(nèi)部時執(zhí)行一些具有診斷和/或治療意義的活動的電子、機 電或機械設(shè)備。另外，第一植入設(shè)備202和第二植入設(shè)備252并不是物理連接的(也就是說， 它們并不是有線連接的)。作為一個說明性示例，第一植入設(shè)備202和第二植入設(shè)備252可以位于諸如心臟、 大腦、胃之類的生命器官的內(nèi)部或外部，靠近手術(shù)部位或傷口位置，靠近腫瘤部位或是處于 腹腔內(nèi)部，抑或是靠近關(guān)節(jié)。第一植入設(shè)備202和第二植入設(shè)備252可以用于心血管應(yīng)用， 例如起搏應(yīng)用、心臟再同步化治療應(yīng)用。第一植入設(shè)備202配備了兩個用于傳送刺激脈沖的發(fā)射電極204和206。在這兩 個發(fā)射電極204和206中，其中一個(204或206)可以是共用電極。在發(fā)射電極204與206 之間施加了電壓差。電場是在對象的身體中產(chǎn)生的。刺激脈沖(即電刺激脈沖)是使用通過 身體(例如人類，動物)的容積導(dǎo)電經(jīng)由所產(chǎn)生的電場傳送的。術(shù)語“容積導(dǎo)電”是指用電流穿過諸如活體生物組織之類的導(dǎo)電介質(zhì)的無線通道 進行的電信號傳輸(例如用于數(shù)據(jù)傳輸)。發(fā)射電極204和206傳送刺激脈沖。作為輸入，編碼裝置140接收i)刺激脈沖 ii)將要傳送到第二植入設(shè)備252的信息(或數(shù)據(jù))。編碼裝置240被配置成使用用于傳送刺激脈沖的信道，并且將信息編碼到刺激脈 沖中。為了將信息編碼到刺激脈沖中，編碼裝置可以使用任何信息編碼方案。信息充當(dāng)將 信號從一個植入物輸送到另一個植入物的載體。該信道是使經(jīng)過編碼的信號經(jīng)過的介質(zhì)。所公開的解決方案基于這樣一種見解，那就是用于將刺激遞送到身體的信道同樣 可以傳送信息。一些選項是i)通過對電刺激脈沖的定時進行調(diào)制來表示信息，ii)在刺激 脈沖之間添加包含該信息的信號(參見圖2)。另外，通過使用刺激脈沖信號，可以將存在于第一植入設(shè)備和第二植入設(shè)備之中 用于治療用途的電路和電極重新用于傳送信息。由此，為了產(chǎn)生數(shù)據(jù)載體信號，不需要任何 附加電子裝置/電路。編碼裝置MO的輸出是經(jīng)過編碼的刺激脈沖，該刺激脈沖被使用貫穿對象身體的 容積導(dǎo)電的原理作為通信手段而傳送到第二植入設(shè)備252。第二植入設(shè)備252配備了兩個被配置成接收所傳送的刺激脈沖的接收電極2M和256 (這些接收電極也可用于傳輸)。接收電極邪4和256用于通過不同地感測第一植入設(shè) 備202 (即發(fā)射電極204和206)產(chǎn)生的電場，來接收所傳送的刺激脈沖。接收到的編碼刺 激脈沖被輸入到解碼裝置260。該解碼裝置260使用恰當(dāng)?shù)慕獯a方案來對編碼到刺激脈沖 中的信息進行解碼。而且，第二植入設(shè)備252也可以是與身體物理連接的外部設(shè)備。發(fā)射電極可以作為接收電極來工作，反之亦然，從而使得能夠?qū)崿F(xiàn)雙向通信，或者 用于傳送和接收的專用電極可以存在。換句話說，第一植入設(shè)備和第二植入設(shè)備配備了電 刺激和感測功能，并且可以作為收發(fā)器來工作(即，傳送和接收，并且反之亦然)。不但可以 重新使用刺激電子裝置，例如將其用于產(chǎn)生數(shù)據(jù)載體，而且還可以將感測電子裝置作為接 收鏈的一部分來例如用于放大接收到的數(shù)據(jù)信號。在一個實施例中，編碼裝置可以被配置成使用治療刺激脈沖的定時和/或形狀作 為編碼信息的手段。該實施例可以有效使用已經(jīng)產(chǎn)生的治療脈沖。作為一個說明性示例，作為疾病或外傷的結(jié)果其功能部分喪失的神經(jīng)通常是使用 電刺激脈沖來刺激的。神經(jīng)刺激器植入物可用于這種目的。信息可以使用這種電刺激脈沖 來編碼。在另一個實施例中，編碼裝置被配置成使用非治療電信號(即脈沖)作為編碼信息 的手段。未被配置成提供電刺激的植入設(shè)備可以使用非治療信號來編碼信息。而且，在設(shè) 備被配置成提供治療刺激的情況下，非治療刺激可以交錯在治療刺激之間。后一種方法具 有可能實現(xiàn)更高帶寬的優(yōu)點。非治療信號指的是具有不能引發(fā)生理反應(yīng)的足夠低的幅度的 信號。另外，非治療信號不需要被限制為脈沖。作為一個說明性示例，當(dāng)藥物治療無法適度減輕病痛(或者導(dǎo)致不可忍受的效果) 時，神經(jīng)刺激治療向脊髓或末梢神經(jīng)遞送適度電流的脈沖，以便減緩與神經(jīng)有關(guān)的疼痛。信 息可以使用這種適度電流的脈沖來編碼。編碼裝置240可以使用脈沖寬度編碼方案或脈沖時間編碼方案來將信息編碼到 電刺激脈沖中。解碼裝置260使用恰當(dāng)?shù)慕獯a方案來解碼被編碼到刺激脈沖中的信息。一般來說，本領(lǐng)域中廣為人知的數(shù)據(jù)編碼和解碼方案以及信號調(diào)制方案可用于將 信息編碼到刺激脈沖中以及對其進行解碼?，F(xiàn)在參考圖3a，一種腦深部刺激器系統(tǒng)由以下部分組成
i)通過外科手術(shù)而被植入在鎖骨下方的植入的脈沖生成器320 (IPG) )分接線路324，其與植入的脈沖生成器相連接并且穿過頸部延伸至顱骨，在那里其 終止于連接器
iii)腦深部刺激器探針326，其通過顱骨鉆孔而被植入到腦組織中。作為另一個說明性示例，在對象體內(nèi)植入了兩個腦深部刺激器設(shè)備A和B。植入 物A可能需要對所述植入物A處理的不同電極處的電生理活動進行測量。為了檢測提供電 刺激的最佳位置，該測量可能是必須進行的。為了執(zhí)行恰當(dāng)?shù)臏y量，必須避免來自植入物B 的電刺激的干擾。原因在于來自植入物B的電刺激可能污染植入物A試圖拾取的微小的電 生理信號。在這種情況下，植入物A可以使用治療刺激的脈沖定時編碼來向植入物B發(fā)送 信息。該信息可以包括對于“暫停”植入物B的刺激的請求。植入物B利用確認進行響應(yīng)。 該確認信息可以再次編碼在由植入物B傳送的刺激的脈沖定時中，并且植入物B可以暫緩 刺激。在接收到確認信息之后，植入物A可以開始測量信號(S卩，與植入物A處理的不同電極處的電生理活動相關(guān)的信號)。在記錄被請求的信息之后，植入物A可以向植入物B傳送 所述刺激可以重新開始的信號。作為另一個說明性示例，在對象體內(nèi)植入了兩個皮層設(shè)備，即植入物A和植入物 B。植入物A是刺激器，需要接收對于其由植入物B測量的刺激引發(fā)的反應(yīng)的信息(例如反 應(yīng)幅度和反應(yīng)延遲)，其中植入物B是傳感器。在這種情況下，植入物A可以向植入物B發(fā) 送請求以測量引發(fā)的反應(yīng)。該請求可以編碼在其治療脈沖的脈沖定時中。植入物B可以使 用亞治療脈沖(即低幅度)來送回確認。植入物A可以向植入物B提供定時信息，以便校準(zhǔn) 所述測量。在測量引發(fā)的反應(yīng)之后，植入物B可以使用例如脈沖時間調(diào)制來向植入物A傳 送特定參數(shù)和/或測量的信號特性。作為另一個說明性示例，在對象體內(nèi)植入兩個刺激器設(shè)備，即植入物A和植入物 B。植入物A可以提供連續(xù)刺激，植入物B可以根據(jù)請求來提供刺激。植入物A可以通過發(fā) 送恰當(dāng)?shù)拿钚盘杹砜刂浦踩胛顱提供的刺激的定時。命令信號和刺激參數(shù)可以編碼在治 療刺激脈沖中。植入物B可以拾取這些信號，對它們進行解碼，并且安排恰當(dāng)?shù)母鶕?jù)請求的 刺激。植入物B可以通過發(fā)送運送該信息的亞治療幅度信號來確認接收到植入物A的請求。作為另一個說明性示例，腦深部模擬器設(shè)備(即第一植入設(shè)備202和第二植入設(shè) 備252)可以使用例如130Hz的標(biāo)稱頻率、即8ms的脈沖間持續(xù)時間來刺激體組織。信息可 以通過脈沖時間調(diào)制方案來編碼。通過感測距標(biāo)稱定時-0. 5毫秒或+0. 5毫秒的脈沖，可 以編碼一個比特。此方案可以被擴展以便編碼更多的比特。脈沖時間調(diào)制編碼方案在圖北 中示出?，F(xiàn)在參考圖北，頂部的跡線302顯示用于腦深部模擬器設(shè)備的標(biāo)稱脈沖定時位 置。中間的跡線304顯示將要編碼的信息(或數(shù)據(jù))(低=0;高=1)。底部的跡線306顯示 用于編碼數(shù)據(jù)信號的脈沖定時調(diào)制。可以使用本領(lǐng)域已知的各種數(shù)據(jù)編碼和解碼方案以及信號調(diào)制方案均來將信息 280編碼到刺激脈沖中。所述示例示出電刺激設(shè)備之間的通信。這種通信可以通過在用于治療目的的脈沖 序列中編碼信息來執(zhí)行。該信息可以編碼到治療脈沖信號的定時中。此外，用于將信息編 碼到治療脈沖序列中的其他手段是可用的，并且可以適當(dāng)?shù)剡M行使用(例如將信號添加到 脈沖之間的靜默相位中)?，F(xiàn)在參考圖4a，第一植入設(shè)備202包括至少三個電極
1.第一發(fā)射電極402
2.返回電極404和406
第二植入設(shè)備252包括兩個接收電極2M和256。第一發(fā)射電極402被配置成傳送刺 激脈沖。返回電流路徑則可以切換，以便經(jīng)由任一返回電極404和406或是經(jīng)由這二者(也 就是在第一植入設(shè)備202中)運行，并且由此產(chǎn)生一個或多個電場分布。如圖4a、4b和如所示，通過返回電極404和406的不同位置之間進行切換(分別 用方形和三角形來指示)，可以在體組織中為給定的發(fā)射電極位置402 (用圓形來指示)建立 不同的電分布?？梢酝ㄟ^第二植入設(shè)備202處的接收電極2M和256檢測所產(chǎn)生的電場分 布。等效的效果可以通過切換發(fā)射電極402的位置來實現(xiàn)。優(yōu)點在于如圖^、4b、k所示，通過切換返回電極(S卩，單獨切換返回電極404，單獨切換返回電極406，或者一起切換返回電極404和返回電極406)，可以創(chuàng)建不同的電場分 布，并且所述電場分布可以用于編碼信息。在一些實施例中，第一植入設(shè)備可以被配置成使用電信號的容積導(dǎo)電作為通信手 段來與外部設(shè)備進行通信，其中所述外部設(shè)備與人體物理接觸。現(xiàn)在參考圖5，在顱骨中植入了第一植入設(shè)備202和第二植入設(shè)備252。所述第一 植入設(shè)備202包括
i)與頭皮接觸的頭皮電極504，
ii)在探針508上的電極506，其中探針508與第一植入設(shè)備202相連接(在這里，連接 意味著電極506還電連接到設(shè)備202和252的電子裝置)
第二植入設(shè)備252包括
i)與頭皮接觸的頭皮電極陽4，
ii)在探針558上的電極556，其中探針558與第二植入設(shè)備252相連接(在這里，連接 意味著電極556還電連接到設(shè)備202和252的電子裝置)
用于在第一植入設(shè)備202與第二植入設(shè)備252之間傳送信息的信道是使用頭皮、顱骨 和腦組織形成的。該通信信道是由與頭皮接觸的植入物上的每一個電極(即頭皮電極504 或頭皮電極554)、以及探針上的(大)返回電極和/或任何刺激電極中形成的，其中該返回 電極(即返回電極506或返回電極556)被用于接觸腦組織?？梢孕纬傻碾娏鳝h(huán)路是用虛線圈指示的，其中所述虛線圈是如下給出的
頭皮電極504今探針508上的電極506今腦組織今探針558上的電極556今頭皮電
極554今頭皮今頭皮電極504
電流還可以通過第一植入設(shè)備和第二植入設(shè)備經(jīng)由頭皮以及探針上的一些電極(例如 電極506、556)流動。探針可以包含較大的電極，所述電極通常被稱為返回電極，這是因為該電極通常 連接到地，并且通常會在末梢端經(jīng)由探針上的一些其他電極來收集注入腦部的所有電流。 但是，這個接地電極也可以是探針上的其他任何電極(或電極組)，這僅僅取決于哪一個電 極與接地相連。參考圖5，形成了可以用于傳送信息的電流環(huán)路，而在其他實施例中測量電場，即 電位差。后者意味著至少需要兩個電極來感測腦組織中的電場，而利用電流環(huán)路方式，一個 與腦組織接觸的電極就足夠了(另一個電極與頭皮相連接)。在圖5中并未顯示處于探針末 端的(通常更小的)刺激電極，但是這些電極還可以取代探針上的(通常更大的)返回電極而 被用于在兩個(或更多個)可植入物之間形成電流環(huán)路。具有亞治療幅度的電流可以利用本領(lǐng)域已知的任何調(diào)制方案來調(diào)制，以便將來自 第一植入設(shè)備的數(shù)據(jù)傳送到第二植入設(shè)備，反之亦然。發(fā)射器可以部署在頭皮電極504與 探針508上的返回電極506 (或是探針上的其他任何電極)之間。接收器可以部署在頭皮 電極陽4與探針558上的返回電極556 (或是探針上的其他任何電極)之間。這兩者全都 可以是收發(fā)器，以便使得能夠在植入物之間進行雙向通信(并不是同時進行的)。另外，探針和電子裝置可以包含在一個鉆孔中，或者可以占用顱骨上的不同位置。此外，非治療脈沖可以交錯在刺激脈沖之間。這意味著在每次給出非治療脈沖時都可以將電極與第一植入設(shè)備斷開連接。與頭皮接觸的第一植入設(shè)備的電極可以連接到接 地，這迫使非治療電流經(jīng)由腦組織、經(jīng)由電極與頭皮相連接的第二植入設(shè)備、經(jīng)由皮膚流回 到第一植入設(shè)備的電極?？偟膩碚f，信息可以包含在刺激脈沖自身當(dāng)中和/或與非治療脈沖交錯。使用電信號的容積導(dǎo)電而在至少兩個植入對象體內(nèi)的醫(yī)療設(shè)備之間傳送信息的 方法包括以下步驟
使用信道作為刺激脈沖的傳輸介質(zhì)以及將信息編碼到刺激脈沖中的步驟； 使用在第一植入設(shè)備中提供的至少兩個發(fā)射電極來傳送經(jīng)過編碼的刺激脈沖的步
驟；
使用在第二植入設(shè)備中提供的至少兩個接收電極來接收所傳送的經(jīng)過編碼的刺激脈 沖的步驟；以及
對編碼到刺激脈沖中的信息進行解碼的步驟。所述至少兩個發(fā)射電極和至少兩個接 收電極也分別可以用于接收和傳送，但是所述接收和傳送不是同時進行的。另外，信道充當(dāng) 將信號從一個植入物輸送到另一個植入物的載體。所述信道是使經(jīng)過編碼的信號穿過的介 質(zhì)。一般來說，可以對配置可植入設(shè)備、電容積導(dǎo)電原理、編碼方案、調(diào)制方案的現(xiàn)有 技術(shù)加以考慮，以便提供如何將它們并入所公開的系統(tǒng)的示例。這種信息在本領(lǐng)域中都是 已知的，并且不再對其進行詳細闡述。總的來說，公開了一種用于使用電信號的容積導(dǎo)電作為通信手段而在至少兩個植 入對象體內(nèi)的醫(yī)療設(shè)備之間傳送信息的系統(tǒng)，并且其中一個植入的醫(yī)療設(shè)備被配置成向組 織提供電刺激。該系統(tǒng)包括第一植入設(shè)備，其具有至少兩個被配置成傳送刺激脈沖的發(fā)射 電極；編碼裝置，被配置成使用信道作為刺激脈沖的傳輸介質(zhì)，以及將信息編碼到刺激脈沖 中；第二植入設(shè)備，其具有至少兩個被配置成接收所傳送的具有經(jīng)過編碼的信息的刺激脈 沖的接收電極，以及解碼裝置，被配置成對編碼到刺激脈沖中的信息進行解碼。所公開的系 統(tǒng)在植入物之間提供了可靠和有效的通信。所公開的系統(tǒng)可以用在與人類相關(guān)的診斷、治 療以及一般監(jiān)護活動中。雖然在本申請中將權(quán)利要求整理成特征的特定組合，但是應(yīng)該理解本主題的公 開的范圍還包括在這里明確公開或者隱含公開的任何新穎的特征或者任何新穎的特征組 合或者其任何概括，無論其是否與當(dāng)前在任何權(quán)利要求中要求保護的相同主題有關(guān)，并且 無論其是否緩解了與本主題所緩解的技術(shù)問題相同的技術(shù)問題中的任一個或者所有技術(shù) 問題。另外，雖然在附圖和以上描述中詳細說明了本主題，但是這種說明和描述被認為 是說明性或示例性的，而不是限制性的；本主題并不限制于所公開的實施例。對于實施要求 保護的主題的本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，通過研究附圖、公開以及附加的權(quán)利要求，可以理解和 實現(xiàn)對于所公開的實施例的其他變體。動詞“包括”及其詞性變化的使用不排除除了權(quán)利 要求或說明書所列舉的元素之外的元素的存在。在元素或步驟之前使用不定冠詞“一”或 “一個”不排除多個這種元素或步驟的存在。附圖和說明書僅僅應(yīng)該被視為說明性的，其并 不限制本主題。權(quán)利要求中的任何參考符號都不應(yīng)被解釋成是對范圍進行限制。
權(quán)利要求
1.一種用于使用電信號的容積導(dǎo)電作為通信手段而在至少兩個植入對象體內(nèi)的醫(yī)療 設(shè)備之間傳送信息的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括第一植入設(shè)備，其具有至少兩個被配置成傳送刺激脈沖的發(fā)射電極，其中所述電極之 一可以是共用返回電極；編碼裝置，其被配置成使用信道作為刺激脈沖的傳輸介質(zhì)以及將信息編碼到刺激脈沖中；第二植入設(shè)備，其具有至少兩個被配置成接收所傳送的具有經(jīng)過編碼的信息的刺激脈 沖的接收電極；以及解碼裝置，其被配置成對編碼到刺激脈沖中的信息進行解碼。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中編碼裝置被配置成使用治療刺激脈沖的定時和/或 形狀作為編碼信息的手段。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中編碼裝置被配置成將數(shù)據(jù)信號交錯在刺激脈沖之 間，作為編碼信息的手段，并且其中交錯的數(shù)據(jù)信號在幅度上小于刺激脈沖。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中第一植入設(shè)備和第二植入設(shè)備是電刺激器設(shè)備，并 且編碼裝置和解碼裝置被配置成使用脈沖時間編碼方案。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中第一植入設(shè)備和第二植入設(shè)備是植入顱骨的電刺 激器設(shè)備，并且編碼裝置被配置成使用用于刺激脈沖的信道以及將信息編碼到刺激脈沖 中。
6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中第一植入設(shè)備包括至少三個電極，第一發(fā)射電極被 配置成傳送刺激脈沖，第二電極和第三電極被配置成能夠被切換以產(chǎn)生一個或多個電場分 布的返回電極，第二植入設(shè)備被配置成檢測這些不同的電場分布。
7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中第一植入設(shè)備還被配置成使用電信號的容積導(dǎo)電 作為通信手段來與外部設(shè)備進行通信。
8.一種用于使用電信號的容積導(dǎo)電作為通信手段而在至少兩個植入對象體內(nèi)的醫(yī)療 設(shè)備之間傳送信息的方法，該方法包括使用信道作為刺激脈沖的傳輸介質(zhì)，以及將信息編碼到刺激脈沖中；使用在第一植入設(shè)備中提供的至少兩個發(fā)射電極來傳送經(jīng)過編碼的刺激脈沖；使用在第二植入設(shè)備中提供的至少兩個接收電極來接收所傳送的經(jīng)過編碼的刺激脈 沖；以及對編碼到刺激脈沖中的信息進行解碼。
全文摘要
公開了一種用于使用電信號的容積導(dǎo)電作為通信手段而在至少兩個植入對象體內(nèi)的醫(yī)療設(shè)備之間傳送信息的系統(tǒng)，其中所植入的醫(yī)療設(shè)備之一被配置成向組織提供電刺激。該系統(tǒng)包括第一植入設(shè)備，其具有至少兩個被配置成傳送電刺激脈沖的發(fā)射電極，其中所述電極之一可以是共用返回電極；編碼裝置，其被配置成使用信道作為刺激脈沖的傳輸介質(zhì)以及將信息編碼到刺激脈沖中；第二植入設(shè)備，其具有至少兩個被配置成接收所傳送的具有經(jīng)過編碼的信息的刺激脈沖的接收電極；以及解碼裝置，其被配置成對編碼到刺激脈沖中的信息進行解碼。所公開的系統(tǒng)在可植入物之間提供了可靠和有效的通信。
文檔編號A61B5/00GK102112045SQ200980129697
公開日2011年6月29日 申請日期2009年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月29日
發(fā)明者P. M. 布德澤拉爾 F., C. F. 馬坦斯 H., J. A. 托爾 J. 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司