專(zhuān)利名稱(chēng)：具有遠(yuǎn)程讀出器的可植入裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及遠(yuǎn)程可讀取電子裝置，特別是可植入裝置，涉及用于 遠(yuǎn)程讀取這種裝置的讀取器，而且涉及包括這種裝置和讀取器的無(wú)線 通信系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
美國(guó)2004/0113790 Al公開(kāi)了一種可植入傳感器，其具有用于接 收(take up)由體外的發(fā)送器發(fā)射的射頻(RF)信號(hào)的天線。通過(guò)把 附加電容器連接到電抗電路或者與電抗電路斷開(kāi)，能夠選擇性地改變 所述電抗電路的阻抗以對(duì)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，其中所述電抗電路被 耦合到天線。這些阻抗變化能夠用讀取器來(lái)遠(yuǎn)程檢測(cè)。發(fā)明內(nèi)容基于這種情形，本發(fā)明的目的是提供允許電子裝置的更多樣遠(yuǎn)程 讀出的裝置。這個(gè)目的是通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求1的遠(yuǎn)程可讀取電子裝置、根據(jù)權(quán) 利要求5的讀取器、根據(jù)權(quán)利要求7的無(wú)線通信系統(tǒng)以及根據(jù)權(quán)利要 求9的可植入裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)的。從屬權(quán)利要求公開(kāi)了優(yōu)選的實(shí)施例。根據(jù)本發(fā)明的遠(yuǎn)程可讀取電子裝置可以用于要隔一段距離無(wú)線地 讀出數(shù)據(jù)、例如感測(cè)的測(cè)量值的任何應(yīng)用中。該裝置包括以下部件a) 諧振電路，具有用于接收射頻(RF)信號(hào)的接收器并具有用于 把諧振電路選擇性設(shè)置成至少三個(gè)給定諧振狀態(tài)之一的開(kāi)關(guān)系統(tǒng)，所 述至少三個(gè)給定諧振狀態(tài)具有不同的諧振頻率。b) 控制單元，用于根據(jù)數(shù)據(jù)編碼的預(yù)定協(xié)議來(lái)控制所述開(kāi)關(guān)系統(tǒng)。 所述電子裝置的優(yōu)勢(shì)在于，其諧振電路能夠選擇性地采取能夠從外部被檢 測(cè)的具有不同諧振頻率的三個(gè)、優(yōu)選四個(gè)或更多個(gè)不同狀態(tài)。 每個(gè)狀態(tài)因此能夠編碼n狀態(tài)邏輯(n>3)中的一個(gè)值，并且諧振電 路的每個(gè)讀出步驟能夠傳送相應(yīng)的信息量。與只能夠在兩個(gè)不同意義 狀態(tài)之間切換的電抗相比，這意味著數(shù)據(jù)傳輸率的很大提高。如果諧，則例如可能通過(guò)每個(gè)讀出步驟傳送兩位信 息，因而相對(duì)于兩狀態(tài)情況使數(shù)據(jù)流加倍。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，諧振電路的給定諧振狀態(tài)包括諧振電路的開(kāi)路狀態(tài)，即不表現(xiàn)出任何諧振并且不從其所曝露的RF場(chǎng)中吸收 任何能量的狀態(tài)。通過(guò)把諧振電路的開(kāi)路狀態(tài)包括到可能的有意義的 值的集合內(nèi)，能夠以最少的硬件來(lái)編碼最大的信息量。在電子裝置的可選實(shí)施例中，諧振電路包括至少一個(gè)電容器，所 述電容器能夠經(jīng)由開(kāi)關(guān)系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)被選擇性連接或斷開(kāi)。優(yōu)選地，諧 振電路包括兩個(gè)這樣的電容器，其允許編碼三種不同狀態(tài)(無(wú)電容器、 僅一個(gè)電容器和兩個(gè)電容器被連接)。如果這兩個(gè)電容器具有不同的 電容，則這還允許在僅一個(gè)電容器被連接的情況下區(qū)分兩個(gè)電容器中 的哪一個(gè)被連接，并由此允許編碼兩位信息。在通常情況下，諧振電 路包括n個(gè)電容器(n>2)，優(yōu)選具有在如下意義上不相關(guān)的電容 Cl， ...Cn:它們彼此不同并且不存在總和為相同值的Ci的兩個(gè)不同組 合。數(shù)學(xué)上這能夠由滿(mǎn)足如下等式的條件來(lái)表示i=l其中ai € {-1; 0; 1}，只有在所有i的ai = 0的情況下才能滿(mǎn)足這個(gè)等式。 具有這樣的一組電容器的電路能夠編碼2n個(gè)不同狀態(tài)，這就允許在每 個(gè)讀出步驟中發(fā)送n位。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，諧振電路包括至少一個(gè)電感(例如 線圏)，所述電感能夠經(jīng)由開(kāi)關(guān)系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)被選擇性連接或斷開(kāi).優(yōu) 選地，所述電感可以同時(shí)用作接收RF信號(hào)的接收器.本發(fā)明還涉及用于遠(yuǎn)程可讀取電子裝置的讀取器，尤其是用于如 上所述的裝置的讀取器。該讀取器包括用于發(fā)射具有可調(diào)諧頻率的RF 信號(hào)的發(fā)送器和用于區(qū)分所發(fā)射RF信號(hào)的能量吸收中的至少三個(gè)不同 譜圖樣(spectral pattern)的檢測(cè)器。讀取器可以是緊湊式單元以 及分布式系統(tǒng)；因而發(fā)送器可以例如位于第一位置(優(yōu)選靠近遠(yuǎn)程可 讀取電子裝置)，而檢測(cè)器位于不同位置，其中發(fā)送器和檢測(cè)器可以 有線或無(wú)線通信。所述讀取器的優(yōu)勢(shì)在于，能夠把三個(gè)不同的邏輯值編碼到所發(fā)射 的RF信號(hào)的能量吸收譜中。因而每次詢(xún)問(wèn)吸收器，例如上述種類(lèi)的遠(yuǎn)程可讀取電子裝置，能夠傳送一位以上的信息。所述讀取器的發(fā)送器可以例如發(fā)送寬帶RF信號(hào)，該寬帶RF信號(hào) 產(chǎn)生能夠在其中找到期望的譜圖樣的能量吸收譜。在另一個(gè)實(shí)施例中， 發(fā)送器包括用于重復(fù)掃描給定頻率范周的掃描模塊，其中檢測(cè)器把譜 圖樣與每一掃描相關(guān)聯(lián)。在這種情況下，傳感器總是發(fā)射單頻信號(hào)， 其中所述信號(hào)的頻率在給定頻率范圍內(nèi)改變。檢測(cè)器在每種情況下觀的出現(xiàn)而被檢查的完整的譜圖像。本發(fā)明還涉及一種無(wú)線通信系統(tǒng)，其包括上述種類(lèi)的遠(yuǎn)程可讀取 電子裝置和讀取器。前述系統(tǒng)優(yōu)選包括用于遠(yuǎn)程可讀取電子裝置的控制電路和讀取器 之間的同步的裝置。該可讀取裝置可以例如讓其諧振電路的諧振狀態(tài) 對(duì)于某個(gè)或某些時(shí)鐘周期保持恒定以允許讀取器確定所述狀態(tài).在這 種情況下，讀取器應(yīng)當(dāng)與時(shí)鐘周期的開(kāi)始和持續(xù)時(shí)間同步。如果時(shí)鐘 周期的持續(xù)時(shí)間(至少近似)固定，則讀取器可以例如使內(nèi)部時(shí)鐘與 諧振電路的狀態(tài)的每一被檢測(cè)的變化同步。本發(fā)明還涉及一種可植入裝置，其包括上述種類(lèi)的遠(yuǎn)程可讀取電 子裝置。對(duì)于可植入裝置，尤其重要的是用最少的功率消耗傳達(dá)盡可 能多的信息。這能夠通過(guò)所提出的遠(yuǎn)程可讀取電子裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，原因 在于其能夠被無(wú)源地詢(xún)問(wèn)同時(shí)通過(guò)使用至少三個(gè)不同邏輯值來(lái)編碼信 息而允許高數(shù)據(jù)流率?？芍踩胙b置優(yōu)選包括用于感測(cè)某些生理學(xué)參數(shù)的傳感器，尤其是 用于感測(cè)壓力(例如血壓)、化學(xué)成分(例如C02或糖)、pH值、溫 度或電信號(hào)(例如心電圖信號(hào))的傳感器。


本發(fā)明的這些方面以及其他方面會(huì)從下文所描述的實(shí)施例中顯現(xiàn) 出來(lái)并且參照這些實(shí)施例來(lái)闡述。這些實(shí)施例將借助于附圖以示例方 式進(jìn)行描述，在附圖中圖l示意性示出了根據(jù)本發(fā)明具有相關(guān)讀取器的可植入裝置；圖2圖解說(shuō)明了圖1的系統(tǒng)的通信協(xié)議.具體實(shí)施方式
醫(yī)療可植入裝置的功率要求日益由為把數(shù)據(jù)從植入物發(fā)送到人 (或動(dòng)物)體外的裝置所需的功率支配。這種可植入裝置中所生成的RF信號(hào)傳播經(jīng)過(guò)身體并且能夠被體外的天線檢測(cè)。這就需要大量的功 率，所述功率因體內(nèi)的衰減而不能被減少。因此，這里提出的是使用無(wú)源通信來(lái)把數(shù)據(jù)從植入物發(fā)送到外部 世界。這能夠極大地減少植入物的功率消耗因而例如提高可植入醫(yī)療 裝置的電池壽命。圖1示意性示出了根據(jù)前述方法的遠(yuǎn)程可讀取電子裝置10，該電 子裝置IO被植入到患者的身體1內(nèi)以用于感測(cè)某些參數(shù)(例如血壓或 化學(xué)物質(zhì)的濃度).可植入裝置10包括諧振電路12和相關(guān)控制單元 13，它們被生理學(xué)上可接受的殼體11氣密地(hermitically)密封。 諧振電路12包括串聯(lián)的以下元件- 歐姆電阻器R,- 線團(tuán)L，用作電感和用于接收射頻信號(hào)RF的天線，和- 經(jīng)由開(kāi)關(guān)系統(tǒng)并聯(lián)連接的兩個(gè)電容器Cl和C2，該開(kāi)關(guān)系統(tǒng)具有用 于每個(gè)電容器的獨(dú)立開(kāi)關(guān)S1和S2，其中開(kāi)關(guān)S1和S2的狀態(tài)("打開(kāi)" 或"閉合，，)由控制單元13獨(dú)立控制。諧振電路12的諧振頻率(o如下取決于開(kāi)關(guān)Sl和S2的狀態(tài)(注意 這里下標(biāo)"0-0" 、 "1-0"等等應(yīng)表示二進(jìn)制數(shù)字) S1和S2打開(kāi)od00Sl閉合而S2打開(kāi)Sl打開(kāi)而S2閉合Sl和S2閉合<formula>formula see original document page 7</formula>優(yōu)選地，電容C1和C2是不同的(C1^C2)，因?yàn)橹C振頻率oh。和 01那么也會(huì)不同，因此能夠區(qū)分諧振頻率oh。和ra(H。諧振電路12的不同諧振狀態(tài)、即不同頻率(0ij能夠被位于身體1 外部的讀取器20遠(yuǎn)程檢測(cè)。這可以例如通過(guò)使用"柵陷(grid-dipping) 原理"來(lái)實(shí)現(xiàn).術(shù)語(yǔ)"柵陷"的名稱(chēng)來(lái)源于一件稱(chēng)為"柵陷計(jì)"的測(cè) 試設(shè)備，其用來(lái)調(diào)諧LC儲(chǔ)能電路(tanks)的諧振頻率。在這樣的過(guò)程期間，外部調(diào)諧電路生成能夠被經(jīng)受測(cè)試的電路所拾取的RF信號(hào). 當(dāng)外部調(diào)諧電路以經(jīng)受測(cè)試的電路的諧振頻率振蕩時(shí)，由于經(jīng)受測(cè)試 的電路所增加的負(fù)載，外部調(diào)諧電路的柵電流(grid current)將陷 落(dip)。因而，能夠無(wú)線測(cè)量RF電路的諧振頻率。這個(gè)原理能夠應(yīng)用于從可植入醫(yī)療裝置向外部裝置的無(wú)源通信 中，其中該可植入醫(yī)療裝置IO能夠含有與圖1的振蕩器電路相似的振 蕩器電路12。因?yàn)檫@一電路的諧振頻率會(huì)根據(jù)開(kāi)關(guān)Sl和S2的狀態(tài)而 改變，所以從外部檢測(cè)所述開(kāi)關(guān)狀態(tài)是可能的。因此能夠通過(guò)針對(duì)開(kāi) 關(guān)的狀態(tài)創(chuàng)建二進(jìn)制碼來(lái)建立2位通信，例如 S1和S2打開(kāi)"0-0" S1閉合而S2打開(kāi)"1-0" S1打開(kāi)而S2閉合"0-1"(如果C1^C2) Sl和S2閉合"1-1"。能夠通過(guò)改變開(kāi)關(guān)Sl和S2以作為時(shí)間的函數(shù)以及通過(guò)用外部讀 取器20感測(cè)開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，從可植入醫(yī)療裝置IO向外部世界發(fā)送信息。讀取器20包括用于發(fā)射RF信號(hào)的天線22以及位于殼體21中的 用于在給定的頻率范圍F內(nèi)重復(fù)地掃掠(sweep)這些RF信號(hào)的頻率co 的掃描模塊23。這示于圖2中，圖2示出了持續(xù)時(shí)間At的四個(gè)示例 性?huà)呗樱鼈冺樞虻馗袦y(cè)在諧振頻率(O。。 ra。。(即沒(méi)有陷落)、(Du和 Oh。處的陷落。讀取器20的檢測(cè)器24檢測(cè)這些頻率并把它們與二進(jìn)制 碼"0-1" 、 "0-0" 、 "1-1"和"1-0"相關(guān)聯(lián)。雖然所述示例的諧振電路包括兩個(gè)電容器Cl、 C2，但是該原理顯 然還可以利用更多的電容器來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且還可能替代電容器地或除電 容器之外而使用多個(gè)電感器以改變振蕩器的諧振狀態(tài)，此外，無(wú)源通 信的所述原理不僅能夠用于醫(yī)療可植入裝置，而且還能夠用于如自主 式傳感器的其他應(yīng)用中。最后要指出的是，在本申請(qǐng)中，詞"包括"不排除其他元件或步 驟，"一"或"一個(gè)"不排除多個(gè)，單個(gè)處理器或其他單元可實(shí)現(xiàn)若 干裝置的功能。本發(fā)明在于每個(gè)新穎的特征以及特征的每種組合。此 外，權(quán)利要求中的附圖標(biāo)記不應(yīng)當(dāng)解釋成限制權(quán)利要求的范圍。
權(quán)利要求
1. 一種遠(yuǎn)程可讀取電子裝置(10)，包括a)諧振電路(12)，具有用于接收RF信號(hào)的接收器(L)并具有用于將所述諧振電路選擇性設(shè)置成至少三個(gè)給定諧振狀態(tài)之一的開(kāi)關(guān)系統(tǒng)(S1，S2)，所述至少三個(gè)給定諧振狀態(tài)具有不同的諧振頻率(ω00，ω10，ω01，ω11)；b)控制單元(13)，用于根據(jù)數(shù)據(jù)編碼的預(yù)定協(xié)議來(lái)控制所述開(kāi)關(guān)系統(tǒng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的遠(yuǎn)程可讀取電子裝置(10)，特征在于 所述給定諧振狀態(tài)包括諧振電路(12)的開(kāi)路狀態(tài)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的遠(yuǎn)程可讀取電子裝置(10)，特征在于 所述諧振電路(12)包括至少一個(gè)電容器(Cl， C2)，優(yōu)選兩個(gè)電容 器，所述電容器能夠經(jīng)由所述開(kāi)關(guān)系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)(Sl， S2)而被選擇性 連接或斷開(kāi)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的遠(yuǎn)程可讀取電子裝置(10)，特征在于 所述諧振電路U2)包括至少一個(gè)電感，優(yōu)選兩個(gè)電感，所述電感能 夠經(jīng)由所述開(kāi)關(guān)系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)而被選擇性連接或斷開(kāi)。
5. —種用于遠(yuǎn)程可讀取電子裝置(10)、尤其是根據(jù)權(quán)利要求1 的裝置(10)的讀取器(20)，包括a )發(fā)送器(22 )，用于發(fā)射具有可調(diào)諧頻率的RF信號(hào)， b)檢測(cè)器(24)，用于區(qū)分所發(fā)射RF信號(hào)的能量吸收中的至少 三個(gè)不同的鐠圖樣。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的讀取器，特征在于其包括用于重復(fù)掃描 給定頻率范圍(F)的掃描模塊(23),其中所述檢測(cè)器(24)將譜圖 樣與每一掃描相關(guān)聯(lián)。
7. —種無(wú)線通信系統(tǒng)，包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的遠(yuǎn)程可讀取電 子裝置(10 )和根據(jù)權(quán)利要求5所述的讀取器(20 )。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，特征在于其包括用于所述遠(yuǎn)程可 讀取電子裝置(10)的控制單元(13)和所述讀取器(20)之間的同 步的裝置。
9. 一種可植入裝置，包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的遠(yuǎn)程可讀取電子 裝置(10)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的可植入裝置，特征在于其包括用于某些 生理學(xué)參數(shù)、尤其是用于壓力、化學(xué)成分、pH值、溫度或電信號(hào)的傳 感器。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有相關(guān)讀取器(20)的遠(yuǎn)程可讀取電子裝置(10)，特別是可植入裝置。該裝置包括諧振電路(12)，該諧振電路能夠被選擇性設(shè)置成至少三個(gè)不同的諧振狀態(tài)之一，其中這個(gè)狀態(tài)能夠用遠(yuǎn)程讀取器進(jìn)行無(wú)線感測(cè)。在特定實(shí)施例中，諧振電路(12)包括兩個(gè)電容器(C1，C2)，它們能夠被選擇性地連接到諧振電路(12)或與諧振電路(12)斷開(kāi)。讀取器(20)優(yōu)選掃描給定的頻率范圍以檢測(cè)與諧振電路(12)的某些諧振狀態(tài)對(duì)應(yīng)的譜吸收?qǐng)D樣。
文檔編號(hào)G06K7/00GK101536009SQ200780041055
公開(kāi)日2009年9月16日 申請(qǐng)日期2007年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月3日
發(fā)明者M·默茨, R·H·W·皮南伯格, R·德克, Y·V·波諾馬雷夫 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司