ES2598486T3

ES2598486T3 - Telemetría de datos inductivos de campo giratorio y transferencia de energía en un sistema de dispositivo médico implantable

Info

Publication number: ES2598486T3
Application number: ES08797683.3T
Authority: ES
Inventors: Thomas Warren Stouffer; Lev Freidin; Daniel Aghassian
Original assignee: Boston Scientific Neuromodulation Corp
Current assignee: Boston Scientific Neuromodulation Corp
Priority date: 2007-09-11
Filing date: 2008-08-12
Publication date: 2017-01-27
Anticipated expiration: 2028-08-12
Also published as: CA2824505C; WO2009035806A1; US20160023007A1; EP2185239B1; JP5183742B2; CA2687456A1; JP2010536532A; CA2687456C; EP2185239A1; CA2824505A1; US20090069869A1

Abstract

Un dispositivo externo (60) utilizable para la transferencia de energía o datos a un dispositivo médico implantable, que comprende: una placa de circuito impreso (120) que tiene un lado frontal y un lado posterior, en el que el lado frontal de la placa de circuito impreso (120) lleva una interfaz de usuario; una primera bobina (62a) formada en un primer plano paralelo a la placa de circuito impreso (120) y que comprende una pluralidad de vueltas envueltas alrededor de un primer eje perpendicular al primer plano, estando envuelta la primera bobina (62a) en una configuración de pista de carreras alrededor de la parte posterior de la placa de circuito impreso (120); una segunda bobina (62b) que comprende una pluralidad de vueltas envueltas alrededor de un segundo eje, en el que el primer eje es ortogonal al segundo eje, y en el que la segunda bobina (62b) está envuelta alrededor de un núcleo de ferrita (128) y fijada a la placa de circuito impreso (120); un circuito transmisor configurado para producir una señal para accionar las primera y segunda bobinas (62a, 62b); y una batería (126); en el que la primera y segunda bobinas (62a, 62b), el circuito transmisor y la batería (126) están situados en el lado posterior de la placa de circuito impreso (120); y en el que la señal está desplazada en fase en una de las bobinas cuando se compara con la otra bobina para producir un campo magnético giratorio para la transferencia de energía o datos al dispositivo médico implantable.

Description

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DESCRIPCION

Telemetrfa de datos inductivos de campo giratorio y transferencia de energfa en un sistema de dispositivo medico implantable

Referenda cruzada a solicitudes relacionadas

Esta es una solicitud internacional (PTC) que reivindica la prioridad de la solicitud de patente US n.° de serie 11/853.624, presentada el 11 de septiembre de 2007.

Campo de la invencion

La presente invencion se refiere a telemetrfa de datos y/o a una tecnica de transferencia de energfa que tiene aplicabilidad a sistemas de dispositivos medicos implantables.

Antecedentes

Los dispositivos de estimulacion implantables son dispositivos que generan y suministran estfmulos electricos a los nervios y tejidos del cuerpo para la terapia de diversos trastornos biologicos, tales como marcapasos para tratar arritmia cardfaca, desfibriladores para tratar fibrilacion cardfaca, estimuladores cocleares para tratar la sordera, estimuladores retinianos para tratar la ceguera, estimuladores musculares para producir un movimiento coordinado de las extremidades, estimuladores de la medula espinal para tratar el dolor cronico, estimuladores corticales y cerebrales profundos para el tratamiento de trastornos motores y psicologicos, y otros estimuladores neuronales para el tratamiento de incontinencia urinaria, apnea del sueno, subluxacion de hombro, etc. La presente invencion puede encontrar aplicabilidad en todas estas aplicaciones, aunque la descripcion que sigue generalmente se centra en el uso de la invencion dentro de un sistema de estimulacion de la medula espinal (SCS), tal como el descrito en la patente US 6.516.227.

La estimulacion de la medula espinal es un metodo clfnico bien aceptado para reducir el dolor en ciertas poblaciones de pacientes. Como se muestra en las figuras 1A y 1B, un sistema de SCS incluye tfpicamente un generador de pulsos implantable (IPG) 100, que incluye una carcasa biocompatible 30 formada de titanio, por ejemplo. La carcasa 30 suele contener los circuitos y la fuente de alimentacion o la baterfa necesaria para que el IPG funcione, aunque los IPGs tambien pueden ser alimentados a traves de la energfa de RF externa y sin baterfa. El IPG 100 esta acoplado a unos electrodos 106 a traves de uno o mas conductores de electrodos (se muestran dos de estos conductores 102 y 104), de manera que los electrodos 106 forman un conjunto de electrodos 110. Los electrodos 106 son llevados en un cuerpo flexible 108, que tambien aloja cables de senal individuales 112 y 114 acoplados a cada electrodo. En la realizacion ilustrada, hay ocho electrodos en el conductor 102, etiquetados E1-E8, y ocho electrodos en el conductor 104, etiquetados E9-E16, aunque el numero de conductores y de electrodos es especffico de la aplicacion y, por lo tanto, puede variar.

Como se muestra en la figura 2, el IPG 100 tfpicamente incluye un conjunto de sustrato electronico 14 que incluye una placa de circuito impreso (PCB) 16, junto con diversos componentes electronicos 20, tales como microprocesadores, circuitos integrados, y condensadores montados en la PCB 16. Dos bobinas estan generalmente presentes en el IPG 100: una bobina de telemetrfa 13 se utiliza para transmitir/recibir datos a/desde un controlador externo 12; y una bobina de carga 18 para cargar o recargar la baterfa 26 o fuente de alimentacion del IPG utilizando un cargador externo 50. La bobina de telemetrfa 13 se puede montar dentro del conector delantero 36, como se muestra.

Como se acaba de senalar, un controlador externo 12, tal como un programador portatil o un programador de un medico, se utiliza para enviar datos de forma inalambrica y recibir datos desde el IPG 100. Por ejemplo, el controlador externo 12 puede enviar datos de programacion al IPG 100 para dictar la terapia que el IPG 100 proporcionara al paciente. Ademas, el controlador externo 12 puede actuar como un receptor de datos desde el IPG 100, tal como diversos datos que informan sobre el estado del IPG. El controlador externo 12, como el IPG 100, tambien contiene una PCB 70 sobre la que se colocan los componentes electronicos 72 para controlar la operacion del controlador externo 12. Una interfaz de usuario 74 similar a la utilizada para un ordenador, telefono celular, u otro dispositivo electronico portatil, y que incluye botones tactiles y una pantalla, por ejemplo, permite que un paciente o medico opere el controlador externo 12. La comunicacion de datos hacia y desde el controlador externo 12 esta activada por una bobina 17, que se describe mas adelante.

El cargador externo 50, tambien tfpicamente un dispositivo portatil, se utiliza para transmitir de forma inalambrica energfa al IPG 100, donde la energfa se puede utilizar para recargar la baterfa del IPG 26. La transferencia de energfa desde el cargador externo 50 se activa mediante una bobina 17', que se describe mas adelante. Para el proposito de la explicacion basica aquf, el cargador externo 50 se representa como que tiene una construccion similar a la del controlador externo 12, pero en realidad sera diferente de acuerdo con su funcionalidad, como un experto en la tecnica apreciara. Sin embargo, dadas las similitudes basicas entre el controlador externo 12 y el cargador externo 50 en lo que se refiere a esta divulgacion, se representan como un unico dispositivo externo 60 en la figura 3.

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La transferencia inalambrica de datos y/o la transferencia de energfa entre el dispositivo externo 60 y el IPG 100 se realiza a traves del acoplamiento inductivo y, especfficamente, acoplamiento inductivo magnetico. Para implementar esta funcionalidad, y como se ha aludido anteriormente, el IPG 100 y el dispositivo externo 60 tienen bobinas que actuan juntas como un par. Cuando el dispositivo externo 60 es un controlador externo 12, el par relevante de bobinas comprende la bobina 17 desde el controlador y la bobina 13 del IPG. Cuando el dispositivo externo 60 es un cargador externo 50, el par relevante de bobinas comprende la bobina 17 desde el cargador externo y la bobina 18 del IPG. En el dispositivo externo generico 60 representado en la figura 3, solo un par de bobinas se representa por simplicidad, a saber, la bobina 62 desde el dispositivo externo 60 (que puede comprender cualquiera la bobina 17 o 17'), y la bobina 64 desde el IPG 100 (que puede comprender la bobina 13 o 18). Cualquier bobina 62 o 64 puede actuar como el transmisor o el receptor, lo que permite una comunicacion bidireccional entre el dispositivo externo 60 y el IPG 100.

Cuando los datos ha de enviarse desde el dispositivo externo 60 al IPG 100, por ejemplo, la bobina 62 se activa con una corriente alterna (CA). Esta activacion de la bobina 62 para transferir datos puede realizarse usando un protocolo de teclado de cambio de frecuencia (FSK), por ejemplo, tal como se describe en la solicitud de patente n.° de serie 11/780.369, presentada el 19 de julio de 2007, que se incorpora aquf por referencia en su totalidad. La activacion de la bobina 62 induce un campo electromagnetico 29, que a su vez induce una corriente en la bobina del IPG 64, cuya corriente puede entonces demodularse para recuperar los datos originales.

Cuando la potencia va a ser transmitida desde el dispositivo externo 60 al IPG 100, la bobina 62 de nuevo se activa con una corriente alterna. Esta activacion es generalmente de una frecuencia constante, y de una magnitud mas grande que la utilizada durante la transferencia de datos, pero por lo demas la ffsica implicada es similar.

Independientemente de si el dispositivo externo 60 esta transfiriendo datos o potencia, la energfa utilizada para activar la bobina 62 puede venir desde una baterfa en el dispositivo externo 60 (no mostrado en la figura 3), que al igual que la baterfa del IPG 26, es preferentemente recargable. Sin embargo, la energfa tambien puede provenir de la conexion del dispositivo externo 60 en una clavija de salida de la pared (no mostrada), etc.

Como es bien sabido, la transmision inductiva de datos o energfa se puede producir de forma transcutanea, es decir, a traves del tejido 25 del paciente, por lo que, es especialmente util en un sistema de dispositivo implantable medico. Durante la transmision de datos, las bobinas 62 y 64 se encuentran preferentemente en planos que son paralelos, a lo largo de ejes colineales, y con las bobinas lo mas cerca posible entre sf, como se muestra en general en la figura 3. Esta orientacion entre las bobinas 62 y 64, en general, mejorara el acoplamiento entre las mismas, pero la desviacion de las orientaciones ideales todavfa puede resultar en datos adecuadamente fiables o de transferencia de energfa.

Sin embargo, la realizacion de esta condicion de orientacion ideal se basa necesariamente en la implementacion exitosa por parte del usuario del dispositivo externo 60. Por ejemplo, y como se muestra en la figura 4, si el angulo 0 entre el eje 54 de la bobina 62 y el eje 56 de la bobina 60 es no ideal (es decir, no cero), la transferencia de datos o energfa sera no ideal. Cuando los ejes 54, 56, son perpendiculares, teoricamente no se transferira ninguna energfa, y de manera realista se transferira solamente una cantidad insignificante de energfa. Otra orientacion no ideal entre la bobina 62 y la bobina 60 se muestra en la figura 5. En este caso, los ejes 54 y 56 de las bobinas son paralelas, al igual que sus planos 51 y 52, pero no son colineales, con el resultado de que las bobinas no se superponen. Esto tambien afecta negativamente el acoplamiento de la bobina 62 a la bobina 64.

Las orientaciones no ideales representadas en las figuras 4 y 5 ilustran que un usuario de un dispositivo externo 60 debe estar atento a la colocacion correcta de ese dispositivo en relacion con el IPG 100. El requerir la colocacion correcta por parte del usuario es, por supuesto, un inconveniente de este hardware del sistema IPG tradicional, porque no es realista asumir que cualquier usuario dado estara tan atento, y como datos resultado, la transferencia de datos o de potencia puede verse afectada negativamente.

Exacerbando ademas el problema potencial de la orientacion externa indebida del dispositivo respecto al IPG es el reconocimiento de que las orientaciones inadecuadas no son necesariamente siempre el resultado de la inadvertencia del usuario. Hasta el momento, se ha asumido que es relativamente facil que el usuario entienda o infiera la posicion de las bobinas 62 y 64. Por ejemplo, cuando el dispositivo externo 60 y el IPG 100 son basicamente planos, la colocacion de las bobinas 62, 64 cerca de la orientacion ideal representada en la figura 3 no es diffcil. Pero ^y si el dispositivo externo 60 o el IPG 100 no son planos? ^Que pasa si las bobinas estan montadas dentro de la carcasa de una manera en la que la posicion de la bobina no se puede deducir? si el IPG 100 se implanta profundo en un paciente, de manera que la orientacion de su bobina 62 no puede deducirse a traves del tejido del paciente? ^Que pasa si el IPG 100 se mueve o gira dentro del paciente despues de que se implante? Cualquiera de estos efectos puede hacer que sea diffcil o imposible, incluso para un usuario atento, alinear correctamente la bobina 62 en el dispositivo externo 60 y la bobina 64 en el IPG 100.

A partir de lo anterior, debe quedar claro que la tecnica de los sistemas de dispositivos medicos implantables acoplados magneticamente se beneficiarfa de tecnicas mejoradas para garantizar un buen acoplamiento entre el dispositivo externo y el IPG, incluso durante condiciones de alineacion no ideales. Esta divulgacion proporciona realizaciones de una solucion de este tipo. El documento US-A-6 141 588 divulga el estado de la tecnica mas

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relevante. La invencion se define en la reivindicacion 1.

Breve descripcion de los dibujos

Las figuras 1A y 1B muestran un generador de pulsos implantable (IPG), y la manera en que un conjunto de electrodos esta acoplado al IPG de acuerdo con la tecnica anterior.

La figura 2 muestra la comunicacion inalambrica de datos entre un controlador externo y un IPG, y la comunicacion inalambrica de energfa desde un cargador externo al IPG.

La figura 3 generaliza el controlador externo y la carga externa a un unico dispositivo externo.

Las figuras 4 y 5 muestran tipos de orientaciones no ideales entre el dispositivo externo y el IPG que dan como resultado un acoplamiento pobre y, por lo tanto, datos y transferencia de energfa pobres.

La figura 6 muestra una realizacion del enfoque de la bobina de transmisor dual divulgada, en la que se usan bobinas duales ortogonales en el transmisor del sistema de IPG de dispositivo externo.

Las figuras 7 y 8 muestran los circuitos del transmisor utilizados en el transmisor, y muestra que las dos bobinas se accionan con los datos de difusion con una diferencia de fase de aproximadamente 90 grados.

La figura 9 muestra la estructura interna de un dispositivo externo, que incluye las bobinas de transmisor dual.

La figura 10 muestra los circuitos del receptor utilizables en un dispositivo que utiliza bobinas de transmisor duales.

Descripcion detallada

La descripcion que sigue se refiere al uso de la invencion dentro de un sistema de estimulacion de la medula espinal (SCS). Sin embargo, la invencion no es tan limitada. Mas bien, la invencion se puede utilizar con cualquier tipo de sistema de dispositivo medico implantable que podrfa beneficiarse del acoplamiento mejorado entre un dispositivo externo y el dispositivo implantado. Por ejemplo, la presente invencion se puede usar como parte de un sistema que emplea un sensor implantable, una bomba implantable, un marcapasos, un desfibrilador, un estimulador coclear, un estimulador retiniano, un estimulador configurado para producir un movimiento coordinado de las extremidades, un estimulador cerebral cortical y profundo, o en cualquier otro estimulador neural configurado para tratar cualquiera de una variedad de condiciones.

Como se muestra en la ilustracion simplificada de la figura 6, el sistema de dispositivo medico implantable 200 mejorado descrito utiliza bobinas duales 62a y 62b en el dispositivo de transmision. En una implementacion preferida, las bobinas duales 62a y 62b se incluyen en el dispositivo externo 60 tal como el transmisor, aunque las bobinas duales tambien podrfan incluirse en el IPG para mejorar su capacidad de datos de estado de telemetro de retorno. Cuando las bobinas duales 62a y 62b se incluyen en el dispositivo externo 60, el dispositivo externo es mas preferiblemente el controlador externo 12, pero tambien podrfa comprender el cargador externo 50 (ver la figura 2). Por razones de simplicidad, y sin intencion de limitar la tecnica, la descripcion anterior describe una realizacion que emplea estas preferencias en las que se emplean las bobinas duales de transmision en un controlador externo para una transferencia de datos mejorada.

Como se muestra en la figura 6, las bobinas duales 62a y 62b estan envueltas respectivamente alrededor de los ejes 54a y 54b que son preferentemente ortogonales, es decir, el angulo entre los ejes 54a y 54b es preferiblemente de 90 grados. Sin embargo, esto no es estrictamente necesario, y la tecnica divulgada mejora la tecnica anterior si se utiliza cualquier angulo no nulo entre los ejes 54a y 54b. Dicho esto, el maximo beneficio se logra cuando este angulo se aproxima a 90 grados, es decir, aproximadamente 90 lo mas cerca que las tolerancias mecanicas permitan.

Las figuras 7 y 8 representan los circuitos del transmisor 210 que se utilizan para accionar las dos bobinas 62a y 62b. La figura 7 describe tales circuitos en una forma de diagrama de bloques basico, mientras que la figura 8 muestra detalles adicionales como actualmente preferidos en una implementacion real. En cualquier caso, se debe entender que otros detalles de los circuitos del transmisor no se exponen por claridad, pero son bien conocidos.

Como se muestra en la figura 7, las dos bobinas 62a y 62b se accionan con la misma senal, pero fuera de fase, y mas preferiblemente con un desplazamiento de fase de 90 grados entre las mismas. Por ejemplo, se considera una aplicacion en la que las bobinas duales 62a y 62b se utilizan en un controlador externo para bits de datos de telemetro en serie para el IPG 100. Esas senales se centran alrededor de fc = 125 kHz, con un bit ‘1’ logico representado por una senal de entrada 80 de aproximadamente 129kHz (fi), y un bit ‘0’ logico esta representado por una senal de entrada 80 de aproximadamente 121kHz (f0). (Este ejemplo ilustra el uso de la modulacion FSK, que se describe con mas detalle en la solicitud '369 incorporada anteriormente). Esta senal de entrada modulada 80 esta dividida, y esta desplazada en fase aproximadamente 90 grados (es decir, por 1 / (4 * fc), o 2 microsegundos) en la pata que va al accionador 82b de la bobina 62b. Este cambio de fase en la pata a la bobina 62b puede comprender un desfase de 90 grados o un conductor de 90 grados cuando se compara con la senal en la pata superior a la bobina 62a; sin embargo, para facilitar la descripcion, en el presente documento se ilustra una senal de retraso. Debe tenerse en cuenta que el desplazamiento de fase entre las dos patas es de aproximadamente 90 grados, y el angulo real entre las mismas en funcion de la frecuencia particular (f0 o fO que se esta procesando en un momento dado.

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La figura 8 divulga un esquema mas detallado de los circuitos del transmisor 210 en una realizacion preferida. La generacion de las senales de accionamiento para las dos bobinas 62a y 62b comienza con microcontrolador 150 del dispositivo externo, preferentemente la pieza MSP430 fabricada por Texas Instruments, Inc. El microcontrolador 150 emite una cadena de bits de datos digitales que, en ultima instancia, seran transmitidos de forma inalambrica mediante los circuitos 210 del transmisor. Los datos digitales se envfan a los circuitos de modulacion (oscilador) 90, preferiblemente la pieza AD9834 fabricada por Analog Devices, Inc. El oscilador 90 convierte los bits digitales a las formas de onda de CA, cuya frecuencia depende del estado logico del bit particular que esta siendo procesado (de nuevo, como es consistente con el uso de un protocolo FSK). En esta realizacion, la frecuencia central fc’ como salida por el oscilador 90 es de 250 kHz, o dos veces la frecuencia central deseada fc = 125 kHz para ser finalmente transmitida por el circuito transmisor 210. Cuando se modula con los estados logicos, el resultado es una salida de CA de cualquiera de fc’ = 242 kHz o f1 = 258 kHz. Esta salida de CA se conecta a continuacion en una onda cuadrada de la misma frecuencia mediante un comparador 92 como apreciara un experto en la tecnica.

A continuacion, la senal de datos de onda cuadrada modulada se divide en dos patas que, en ultima instancia, accionan las dos bobinas 62a y 62b. Cada pata recibe la salida de onda cuadrada en una entrada de reloj (CLK) de biestables DQ 96a y 96b, aunque los datos recibidos en la pata se invierten mediante un inversor 94. El inversor trabaja esencialmente un cambio de 180 grados en la senal de datos de onda cuadrada. La salida Q’ complementaria de cada biestable 96a y 96b se acopla a la entrada D correspondiente. Teniendo en cuenta esta disposicion, y apreciando que los biestables 96a y 96b solo pueden cambiar los estados de los datos en un borde ascendente de su entrada de reloj, el efecto es que las salidas (Q/Q') de los biestables 96a y 96 comprenden una senal de onda cuadrada a la mitad de la frecuencia (es decir, las frecuencias de f0 = 121 kHz y f = 129 kHz), pero en las que la senal de activacion de la pata inferior esta desfasada 90 grados. Este cambio aproximado de 90 grados en la frecuencia inferior de la senal (fc = 125 kHz) se deriva a partir del desplazamiento de aproximadamente 180 grados impartido por el inversor 94 en la senal de frecuencia mas alta (fc’ = 250 kHz).

Las senales de onda cuadrada de frecuencia mas baja a su vez se utilizan para la resonancia de las bobinas 62a y 62b, una vez mas, con las senales que llegan a la bobina 62b con un desfase de 90 grados. La resonancia se logra por cada bobina 62a y 62b a traves de una conexion en serie a un condensador de sintonizacion 98a, 98b, haciendo un circuito LC resonante. Como un experto en la tecnica apreciara, los transistores del canal N (NCH) y del canal P (PCH) se cierran por la salida (Q) o la salida complementaria (Q') de los biestables 96a y 96b para aplicar la tension, Vbat, necesaria para activar las bobinas 62a y 62b. Esta tension Vbat proviene de la baterfa (u otra fuente de alimentacion) con el dispositivo externo 60. Un experto en la tecnica apreciara que la disposicion divulgada invierte la polaridad de esta tension de la baterfa Vbat a traves del circuito LC conectado en serie (+Vbat seguido por -Vbat seguido de +Vbat, etc.), que a su vez hace que las bobinas resuenen y, por lo tanto, emitan en las frecuencias de interes f = 125 kHz; f = 129 kHz). Debe entenderse que los circuitos del transmisor 210 como se representan en la figura 8 se podrfan hacer de diferentes maneras y, por lo tanto, lo que se describe es meramente un ejemplo no limitativo.

La figura 9 muestra la estructura de un dispositivo externo 60 y la orientacion ffsica de las bobinas 62a y 62b, asf como algunos de los otros componentes. Segun lo previsto, el dispositivo externo 60 como se muestra comprende un controlador externo, pero tambien podrfa comprender un cargador externo (vease la figura 2). De manera que los componentes internos se puedan ver mas facilmente, el dispositivo externo (controlador) 60 se representa sin su carcasa exterior, y desde perspectivas delantera, trasera y lateral.

Como se muestra, el dispositivo externo (controlador) 60 comprende una placa de circuito impreso (PCB) 120, cuyo lado delantero lleva la interfaz de usuario, incluyendo una pantalla 124 y unos botones 122. Los circuitos operativos, que incluyen las bobinas 62a y 62b y la baterfa 126, estan situados en el lado posterior de la PCB 120, junto con otros componentes integrados y discretos necesarios para implementar la funcionalidad del controlador externo. Como se ve en las vistas trasera y lateral, las dos bobinas 62a y 62b estan envueltas respectivamente alrededor de los ejes 54a y 54b, que son ortogonales. La bobina 62a esta envuelta en una configuracion de pista de carreras alrededor de la parte posterior de la PCB 120, mientras que la bobina 62b se envuelve alrededor de un nucleo de ferrita 128 y se fija a la PCB 120 mediante epoxi.

Con el circuito transmisor 210 y la construccion ffsica del dispositivo externo (controlador) 60 expuesto, se explica brevemente la teorfa de operacion del dispositivo. Al hacer que las senales de entrada a las dos bobinas esten 90 grados fuera de sincronizacion, el campo magnetico producido por las dos bobinas girara de manera efectiva alrededor de un tercer eje 54c (figura 6) ortogonal a los dos ejes 54a y 54b de las bobinas. El efecto puede ser una analogfa a un hilado magnetico de barra alrededor del eje 54c con una velocidad angular de fo (121 kHz) o f (129 kHz) en funcion del estado de los datos que se transmiten en un momento dado. Debido a los giros producidos por el campo magnetico, el numero y la gravedad de valores nulos en el campo magnetico se reducen en la bobina receptora 64 en el IPG 100. De hecho, la unica condicion nula significativa existe cuando los ejes del campo de giro 54c y el eje de la bobina receptora 56 estan alineados (no se muestra en la figura 6). Como resultado, el sistema no depende de la atencion del usuario para proporcionar un acoplamiento adecuado entre las bobinas 62a y 62b en el dispositivo externo 60 y la bobina 64 en el IPG 100, con el resultado de que se mejora la fiabilidad de los datos o de transferencia de energfa.

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Afortunadamente, el uso de la tecnica de doble bobina divulgada no requiere ningun cambio en el circuito del receptor que se utiliza junto con la bobina receptora 64 en el IPG 100. Esto resulta de la comprension de que la corriente puede ser inducida en la bobina receptora 64, ya sea cambiando la magnitud del campo magnetico producido (como ocurre en sistemas de bobinas transmisoras de senales tradicionales), o cambiando la direccion del campo magnetico (como ocurre con la tecnica de doble bobina transmisora divulgada). En cualquier caso, un

experto en la tecnica debe apreciar que la ley de Faraday ilustra que la corriente inducida en la bobina receptora

sera equivalente a si se usa una sola bobina transmisora, o se usan dos bobinas transmisoras ortogonales, pero accionadas 90 grados fuera de fase. Esto supone, sin embargo, que cada una de las bobinas 62a y 62b en el sistema de doble bobina son capaces de generar un campo magnetico de la misma resistencia que el producido por la bobina singular en un sistema de una sola bobina. El diseno de las bobinas 62a y 62b (numero de vueltas, etc.) y los circuitos 210 del transmisor para lograr una resistencia magnetica igual de los dos campos magneticos de contribucion, por lo tanto, es deseable, pero no es absolutamente necesario. Los beneficios de la utilizacion de bobinas transmisoras dobles todavfa se aprecian incluso si las bobinas no contribuyen igualmente al campo magnetico producido.

A partir de lo anterior, y debido al deseo de mantener una magnitud constante de corriente inducida en la bobina

receptora, el enfoque de doble bobina divulgado puede proporcionar mas potencia (por ejemplo, el doble de

potencia) que los enfoques que usan bobinas individuales. Este requisito de potencia adicional generalmente no es problematico, ya que la potencia de la baterfa en el dispositivo externo no es crftica y puede recargarse facilmente durante los perfodos en los que no se utiliza el dispositivo externo 60. En cualquier caso, claramente es beneficioso que la implementacion de la tecnica de doble bobina no requiera ningun mecanizado adicional del IPG o su circuito receptor.

Aunque el circuito del receptor en el IPG 100 no requiere modificaciones, el circuito receptor en el dispositivo externo 60 pueden modificarse para tener en cuenta las dos bobinas 62a y 62b, suponiendo que tales bobinas se utilizan como las antenas para la llamada "telemetrfa de retorno" (por ejemplo, los datos de estado) del IPG 100. (Obviamente, el dispositivo externo 60 no contendrfa ningun circuito receptor en un sistema de IPG que carece de la capacidad de telemetrfa de retorno).

Un circuito receptor 220 ejemplar utilizable con las bobinas duales 62a y 62b en el dispositivo externo 60 y para recibir una senal inalambrica de datos modulados desde el IPG 100 se muestra en la figura 10. Al igual que con el circuito transmisor 210 (figuras 7 y 8) el circuito receptor 220 comprende dos patas acopladas a cada una de las dos bobinas. Unos preamplificadores (preamps) 130a y 130b inicialmente amplifican las senales moduladas recibidas desde las dos bobinas 62a y 62b, respectivamente. A continuacion, la senal amplificada desde el preamplificador 130b se desplaza 132 en 90 grados, cuyo desplazamiento puede ser impartido por cualquier numero de enfoques de circuitos como un experto en la tecnica apreciara. Al igual que con el circuito transmisor 210, este desplazamiento de fase 132 puede comprender un retraso o adelanto de la senal comparable como recibida desde la bobina 62a; un retraso es preferible porque es mas facil de implementar.

A continuacion, las senales amplificadas, con el desplazamiento de fase aplicado entre las mismas, se anaden juntas en un circuito sumador 134, que a su vez puede comprender cualquier circuito sumador analogico conocido en la tecnica. La senal resultante se somete despues a un filtro de paso de banda (BPF) 136, que elimina el componente de las frecuencias de la senal fuera de la banda de frecuencia de interes (por ejemplo, fuera del intervalo de 121 a 129 kHz). Esta senal entonces se demodula de nuevo en bits digitales en un bloque demodulador 138 que opera bajo el control de un oscilador local 140. El ruido se elimina de estos bits digitales en un bloque de filtro de paso bajo 142, que luego permite que los datos recibidos en envfen al microcontrolador 150 del controlador externo para su interpretacion y procesamiento. Un experto en la tecnica apreciara que el sumador 134, el BPF 136, el bloque de demodulacion 138, el oscilador local 140, y el LPF 142, o cualquier combinacion de estos bloques, pueden comprender circuitos de demodulacion de manera colectiva.

El circuito receptor 220 de la figura 10 no es la unica manera en la que los datos pueden ser recibidos en las dos bobinas 62a y 62b. Por ejemplo, durante los perfodos de recepcion de datos, cada antena (bobina) 62a y 62b podrfa ser monitorizada de forma secuencial durante una porcion de preambulo del protocolo de comunicacion para evaluar la calidad de la senal en cada bobina de antena. A continuacion, la bobina 62a o 62b con la mejor calidad de senal se podrfa utilizar para la recepcion, con la otra bobina desconectada durante el resto del perfodo de recepcion de datos.

Otras realizaciones de la invencion se pueden variar a partir de las realizaciones preferidas descritas. Por ejemplo, y como se senalo anteriormente, ni el angulo ffsico entre los ejes 54a y 54b de las bobinas transmisoras 62a y 62b, ni el angulo de fase entre la senal de accionamiento de las mismas, tienen por que ser exactamente 90 grados.

Aunque se describe en el contexto de un sistema de dispositivo medico implantable para el que se contemplo originalmente la invencion, debe reconocerse que el enfoque de doble bobina mejorado en el presente documento no esta limitado de esta manera, y se puede usar en otros contextos que empleen comunicaciones a traves de acoplamiento inductivo magnetico, tal como en sistemas de identificacion por radiofrecuencia (RFID), etc. Los circuitos divulgados tambien se pueden utilizar en cualquier contexto en el que el acoplamiento inductivo magnetico se podrfa utilizar como un medio de comunicacion, incluso si no se utilizara anteriormente.

Aunque se han mostrado y descrito realizaciones particulares de la presente invencion, debe entenderse que la descripcion anterior no pretende limitar la presente invencion a estas realizaciones. Sera obvio para los expertos en la tecnica que varios cambios y modificaciones pueden hacerse sin apartarse del espfritu y del alcance de la presente invencion. Por lo tanto, la presente invencion esta prevista que cubra alternativas, modificaciones y 5 equivalentes que puedan caer dentro del alcance de la presente invencion como se define mediante las reivindicaciones.

Claims

5

10

15

20

25

30

35

REIVINDICACIONES

1. Un dispositivo externo (60) utilizable para la transferencia de energfa o datos a un dispositivo medico implantable, que comprende:

una placa de circuito impreso (120) que tiene un lado frontal y un lado posterior, en el que el lado frontal de la placa de circuito impreso (120) lleva una interfaz de usuario;

una primera bobina (62a) formada en un primer plano paralelo a la placa de circuito impreso (120) y que comprende una pluralidad de vueltas envueltas alrededor de un primer eje perpendicular al primer plano, estando envuelta la primera bobina (62a) en una configuracion de pista de carreras alrededor de la parte posterior de la placa de circuito impreso (120);

una segunda bobina (62b) que comprende una pluralidad de vueltas envueltas alrededor de un segundo eje, en el que el primer eje es ortogonal al segundo eje, y en el que la segunda bobina (62b) esta envuelta alrededor de un nucleo de ferrita (128) y fijada a la placa de circuito impreso (120);

un circuito transmisor configurado para producir una senal para accionar las primera y segunda bobinas (62a, 62b); y

una baterfa (126);

en el que la primera y segunda bobinas (62a, 62b), el circuito transmisor y la baterfa (126) estan situados en el lado posterior de la placa de circuito impreso (120); y

en el que la senal esta desplazada en fase en una de las bobinas cuando se compara con la otra bobina para producir un campo magnetico giratorio para la transferencia de energfa o datos al dispositivo medico implantable.
2. El dispositivo de la reivindicacion 1, en el que el campo magnetico gira alrededor de un tercer eje, en el que el tercer eje es preferentemente ortogonal al primer y segundo ejes.
3. El dispositivo de la reivindicacion 1, en el que la senal comprende una senal de datos modulada, en el que la senal de datos modulada se modula preferentemente usando un protocolo de modulacion por desplazamiento de frecuencia.
4. El dispositivo de la reivindicacion 1, en el que la primera y segunda bobinas estan acopladas al circuito receptor para recibir una transmision inalambrica desde el dispositivo medico implantable.
5. El dispositivo de la reivindicacion 1, que comprende ademas una carcasa, en el que la carcasa contiene la placa de circuito impreso (120), la primera y segunda bobinas, y el circuito transmisor, en el que la carcasa es preferiblemente portatil.
6. El dispositivo de la reivindicacion 1, en el que la senal esta desplazada en fase en una de la primera y segunda bobinas en comparacion con la otra de la primera y la segunda bobinas en 90 grados.
7. El dispositivo de la reivindicacion 1, en el que la interfaz de usuario comprende una pantalla y unos botones.
8. El dispositivo de la reivindicacion 4, en el que el circuito receptor comprende:

un sumador configurado para recibir una primera y segunda senales de la primera y segunda bobinas, respectivamente, en el que el sumador anade la primera y segunda senales recibidas, y un circuito de demodulacion acoplado a la salida del sumador;

en el que una de la primera y segunda senales es una senal desplazada en fase con respecto a la otra de la primera y segunda senales antes de ser recibida en el sumador.