ES2904702T3 - Controlador para circuito de estimulación nerviosa y sistemas y métodos asociados - Google Patents

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Abstract

Un circuito de monitoreo de tensión para usar con un sistema que administra pulsos terapéuticos a un paciente del tipo que incluye: un regulador de tensión (208) acoplable a una batería (204), el regulador de tensión está configurado para producir una tensión de suministro variable (VDD, 401); un circuito generador de corriente (202) configurado para suministrar una corriente solicitada a uno o más electrodos (242), en donde el circuito generador de corriente incluye uno o más transistores (M1, M2) acoplados a la tensión de suministro variable y configurado para estar en saturación al suministrar la corriente solicitada, el circuito de monitoreo de tensión que comprende: una ruta de corriente de referencia que incluye un transistor (M5, M6) acoplado a la tensión de suministro variable (VDD, 401) que está configurado para producir una tensión (402) en un terminal (A) que rastrea la tensión de suministro variable (VDD, 401); y un circuito comparador (260) configurado para producir una señal de salida (VNC, 404) cuando la tensión de suministro (VDD, 401) producida por el regulador de tensión (208) es insuficiente para permitir que el circuito generador de corriente (202) suministre la corriente solicitada, en donde el circuito comparador (260) tiene: una primera entrada (A,-) acoplada al terminal del transistor (M5, M6) en la ruta de corriente de referencia para detectar la tensión (402) que rastrea la tensión de suministro variable (VDD, 401); y una segunda entrada (B,+) acoplada a un terminal de uno o más transistores (M1, M2) en el circuito generador de corriente (202) para detectar una disminución de tensión (403) a través de uno o más transistores (M1, M2) en el circuito generador de corriente (202), y en donde, cuando la diferencia entre la tensión de suministro variable (VDD, 401) y la tensión (403) en la segunda entrada (B,+) es menor que la diferencia entre la tensión de suministro variable (VDD, 401) y la tensión (402) en la primera entrada (A,-), el circuito comparador (260) está configurado para producir la señal (VNC, 404) que indica que la tensión de suministro variable (VDD, 401) producida por el regulador de tensión (208) es insuficiente para permitir que el circuito generador de corriente (202) suministre la corriente solicitada.

Description

DESCRIPCIÓN
Controlador para circuito de estimulación nerviosa y sistemas y métodos asociados
Campo técnico
La tecnología descrita se refiere en general a circuitos implantables de estimulación nerviosa y, en particular, a circuitos para monitorizar el consumo de energía de la batería en un circuito implantable de estimulación nerviosa y sistemas y métodos asociados.
Antecedentes
Se han desarrollado estimuladores neurológicos para tratar el dolor, los trastornos del movimiento, los trastornos funcionales, la espasticidad, el cáncer, los trastornos cardíacos y varias otras afecciones médicas. Los sistemas de estimulación neurológica implantables generalmente tienen un generador de señales implantable y uno o más conductores que envían pulsos eléctricos al tejido neurológico o muscular. Por ejemplo, varios sistemas de estimulación neurológica para la estimulación de la médula espinal (SCS) tienen conductores cilíndricos que incluyen un cuerpo del conductor con una forma de sección transversal circular y uno o más anillos conductores (es decir, contactos) espaciados entre sí en el extremo distal del cuerpo principal. Los anillos conductores funcionan como electrodos individuales y pueden implantarse de forma percutánea a través de una aguja insertada en el espacio epidural, con o sin la ayuda de un estilete.
Una vez implantado, el generador de señales aplica pulsos eléctricos a los electrodos, que a su vez modifican la función del sistema nervioso del paciente, por ejemplo, alterando la capacidad de respuesta del paciente a los estímulos sensoriales y/o alterando la salida del circuito motor del paciente. En SCS para el tratamiento del dolor, el generador de señales aplica pulsos eléctricos a la médula espinal a través de los electrodos. En el SCS convencional, los pulsos eléctricos de "baja frecuencia" se utilizan para generar sensaciones (conocidas como parestesia) que enmascaran o alteran de otro modo la sensación de dolor del paciente. Por ejemplo, en muchos casos, los pacientes informan de la parestesia como una sensación de hormigueo que se percibe como menos incómoda que la sensación de dolor subyacente.
Como ocurre con cualquier dispositivo implantable, la duración de la batería es una preocupación de diseño importante. Si la tensión de suministro que se aplica a los circuitos de generación de corriente es demasiado bajo, los circuitos no funcionarán como se desea. Por otro lado, si la tensión de suministro aplicado a los circuitos es demasiado alto, entonces la energía de la batería se está desperdiciando innecesariamente y la batería deberá recargarse más temprano que tarde. La cantidad de tensión suministrada que está por encima del nivel requerido para operar los circuitos se conoce generalmente como el "margen" de tensión de suministro de la fuente de corriente.
Como se explicará en detalle a continuación, la tecnología descrita se refiere a circuitos para detectar si una tensión de suministro es insuficiente para permitir que los circuitos generadores de corriente en un dispositivo implantable de estimulación nerviosa funcionen correctamente.
Breve descripción de los dibujos
La Figura 1 es una ilustración parcialmente esquemática de un sistema de estimulación de la médula espinal implantable colocado en la columna vertebral de un paciente para entregar señales terapéuticas de acuerdo con varias realizaciones de la presente tecnología.
La Figura 2 es un diagrama de bloques simplificado de un dispositivo terapéutico implantable de acuerdo con una realización descrita de la presente tecnología.
La Figura 3 es un diagrama de circuito de un circuito generador de corriente terapéutica que incluye un circuito de monitoreo de tensión de acuerdo con una realización descrita de la presente tecnología.
La Figura 4 es una simulación del funcionamiento del circuito de monitoreo de tensión que se muestra en la Figura 3.
La Figura 5 es un diagrama de flujo de etapas realizadas por un dispositivo lógico en un dispositivo terapéutico implantable de acuerdo con una realización descrita de la presente tecnología.
Descripción detallada
La tecnología descrita se refiere en general a sistemas y métodos para gestionar la energía de la batería en un dispositivo médico implantable que suministra corrientes terapéuticas a un paciente. En una realización, la tecnología descrita determina cuándo una tensión suministrada a un circuito generador de corriente no es suficiente para permitir que el circuito generador de corriente suministre una corriente solicitada a uno o más electrodos. En una realización, un procesador está programado para controlar la tensión suministrada al circuito generador de corriente para minimizar el consumo innecesario de energía de una batería.
Los aspectos generales de los entornos en los que opera la tecnología divulgada se describen a continuación en el Título 1.0 ("Descripción general") con referencia a la Figura 1. Las realizaciones particulares de la tecnología se describen con más detalle en el Título 2.0 ("Realizaciones representativas") con referencia a las Figuras 2-5. Se describen ejemplos adicionales en el Título 3.0 ("Ejemplos adicionales").
1.0 Descripción general
La Figura 1 ilustra esquemáticamente un sistema de terapia de paciente representativo 100 para proporcionar alivio del dolor crónico y/u otras condiciones, dispuesto en relación con la anatomía general de la columna vertebral de un paciente 191. El sistema 100 puede incluir un generador de señales 101 (por ejemplo, un generador de pulsos implantado o implantable o IPG), que puede implantarse subcutáneamente dentro de un paciente 190 y acoplarse a uno o más elementos o dispositivos de suministro de señal 110. Los elementos o dispositivos de suministro de señal 110 pueden implantarse dentro del paciente 190, típicamente en o cerca de la línea media de la médula espinal del paciente 189. Los elementos de suministro de señal 110 llevan características para administrar terapia al paciente 190 después de la implantación. El generador de señales 101 puede conectarse directamente a los dispositivos de suministro de señal 110, o puede acoplarse a los dispositivos de suministro de señal 110 a través de un enlace de señales o una extensión de conductores 102. En una realización representativa adicional, los dispositivos de suministro de señal 110 pueden incluir uno o más conductores alargados o cuerpo o cuerpos de conductores 211 (identificados individualmente como un primer conductor 111a y un segundo conductor 111b). Como se usa en este documento, los términos dispositivo de suministro de señal, conductor y/o cuerpo del conductor incluyen cualquiera de varios sustratos adecuados y/o miembros de soporte que llevan electrodos/dispositivos para proporcionar señales de terapia al paciente 190. Por ejemplo, el conductor o conductores 111 pueden incluir uno o más electrodos o contactos eléctricos que dirigen señales eléctricas al tejido del paciente, por ejemplo, para proporcionar alivio terapéutico. En otras realizaciones, los elementos de suministro de señal 110 pueden incluir estructuras distintas de un cuerpo conductor (por ejemplo, una paleta) que también dirigen señales eléctricas y/u otros tipos de señales al paciente 190.
En una realización representativa, puede implantarse un dispositivo de suministro de señal en un lado de la línea media de la médula espinal 189, y puede implantarse un segundo dispositivo de suministro de señal en el otro lado de la línea media de la médula espinal 189. Por ejemplo, los primer y segundo conductores 111a, 111b que se muestran en la Figura 1 pueden colocarse justo fuera de la línea media de la médula espinal 189 (por ejemplo, aproximadamente 1 mm de desviación) en direcciones laterales opuestas de modo que los dos conductores 111a, 111b estén separados entre sí, otro por unos 2 mm. En realizaciones particulares, los conductores 111 pueden implantarse a un nivel vertebral que varía de, por ejemplo, aproximadamente T8 a aproximadamente T12. En otras realizaciones, se pueden implantar uno o más dispositivos de suministro de señales en otros niveles vertebrales, por ejemplo, como se describe en Publicación de solicitud de patente de Estados Unidos Núm. 2013/0066411.
El generador de señales 101 puede transmitir señales (por ejemplo, señales eléctricas) a los elementos de suministro de señales 110 que regulan al alza (por ejemplo, excitan) y/o regulan a la baja (por ejemplo, bloquean o suprimen) los nervios objetivo. Como se usa en este documento, y a menos que se indique lo contrario, los términos "modular", "modulación", "estimular" y "estimulación" se refieren generalmente a señales que tienen cualquiera de los tipos de efectos anteriores sobre los nervios diana. El generador de señales 101 puede incluir un medio legible por máquina (por ejemplo, legible por ordenador) o legible por controlador que contiene instrucciones para generar y transmitir señales de terapia adecuadas. El generador de señales 101 y/u otros elementos del sistema 100 pueden incluir uno o más procesadores 107, unidades de memoria 108 y/o dispositivos de entrada/salida 112. En consecuencia, el proceso de proporcionar señales de modulación, proporcionar información de guía para posicionar los dispositivos de suministro de señal 110, establecer los parámetros de carga y/o descarga de la batería y/o ejecutar otras funciones asociadas se puede realizar mediante instrucciones ejecutables por ordenador contenidas por, en o en medios legibles por ordenador ubicados en el generador de pulsos 101 y/u otros componentes del sistema. Además, el generador de pulsos 101 y/u otros componentes del sistema pueden incluir hardware, microprograma y/o software dedicado para ejecutar instrucciones ejecutables por ordenador que, cuando se ejecutan, realizan uno o más métodos, procesos y/o subprocesos descritos en este documento; por ejemplo, los métodos, procesos y/o subprocesos descritos con referencia a las Figuras 2-5 a continuación. El hardware, microprograma y/o software dedicados también sirven como "medios para" realizar los métodos, procesos y/o subprocesos descritos en este documento. El generador de señales 101 también puede incluir múltiples porciones, elementos y/o subsistemas (por ejemplo, para dirigir señales de acuerdo con múltiples parámetros de suministro de señales), transportados en una sola carcasa, como se muestra en la Figura 1, o en múltiples carcasas.
El generador de señales 101 también puede recibir y responder a una señal de entrada recibida de una o más fuentes. Las señales de entrada pueden dirigir o influir en la manera en que se seleccionan, ejecutan, actualizan y/o ejecutan las instrucciones de terapia, carga y/o proceso. Las señales de entrada pueden recibirse desde uno o más sensores (por ejemplo, un dispositivo de entrada 112 mostrado esquemáticamente en la Figura 1 con fines de ilustración) que son transportados por el generador de señales 101 y/o distribuidos fuera del generador de señales 101 (por ejemplo, en otros ubicaciones del paciente) sin dejar de comunicarse con el generador de señales 101. Los sensores y/u otros dispositivos de entrada 112 pueden proporcionar entradas que dependen o reflejan el estado del paciente (por ejemplo, posición del paciente, postura del paciente y/o nivel de actividad del paciente) y/o entradas que son independientes del paciente (por ejemplo, tiempo). Aún más detalles se incluyen en Patente de Estados Unidos Núm. 8355797.
En algunas realizaciones, el generador de señales 101 y/o los dispositivos de suministro de señal 210 pueden obtener energía para generar las señales de terapia desde una fuente de energía externa 103. En una realización, por ejemplo, la fuente de alimentación externa 103 puede desviar un generador de señales implantado y generar una señal de terapia directamente en los dispositivos de suministro de señal 110 (o mediante componentes de retransmisión de señales). La fuente de energía externa 103 puede transmitir energía al generador de señales implantado 101 y/o directamente a los dispositivos de suministro de señales 110 usando inducción electromagnética (por ejemplo, señales de RF). Por ejemplo, la fuente de energía externa 103 puede incluir una bobina externa 104 que se comunica con una bobina interna correspondiente (no mostrada) dentro del generador de señal implantable 101, dispositivos de suministro de señal 110 y/o un componente de relé de energía (no mostrado). La fuente de alimentación externa 103 puede ser portátil para facilitar su uso.
En otra realización, el generador de señales 101 puede obtener la energía para generar señales de terapia de una fuente de energía interna, además de o en lugar de la fuente de energía externa 103. Por ejemplo, el generador de señales 101 implantado puede incluir una batería no recargable o una batería recargable para proporcionar tal energía. Cuando la fuente de energía interna incluye una batería recargable, la fuente de energía externa 103 puede usarse para recargar la batería. La fuente de energía externa 103 puede recargarse a su vez desde una fuente de energía adecuada (por ejemplo, energía de pared convencional).
Durante al menos algunos procedimientos, se puede acoplar un estimulador externo o modulador de prueba 105 a los elementos de suministro de señal 110 durante un procedimiento inicial, antes de implantar el generador de señal 101. Por ejemplo, un médico (por ejemplo, un médico y/o un representante de una empresa) puede utilizar el modulador de prueba 105 para variar los parámetros de modulación proporcionados a los elementos de suministro de señal 110 en tiempo real y seleccionar parámetros óptimos o particularmente eficaces. Estos parámetros pueden incluir la ubicación desde la que se emiten las señales eléctricas, así como las características de las señales eléctricas proporcionadas a los dispositivos de suministro de señal 110. En algunas realizaciones, la entrada se recopila a través del estimulador externo o modulador de prueba y el médico puede usarla para ayudar a determinar qué parámetros variar. En un proceso típico, el médico usa un conjunto de conductores 120 para conectar temporalmente el modulador de prueba 105 al dispositivo de suministro de señal 110. El médico puede probar la eficacia de los dispositivos de suministro de señal 110 en una posición inicial. A continuación, el médico puede desconectar el conjunto de conductores 120 (por ejemplo, en un conector 122), reposicionar los dispositivos de suministro de señal 110 y volver a aplicar las señales eléctricas. Este proceso se puede realizar de forma iterativa hasta que el médico obtenga la posición deseada para los dispositivos de suministro de señal 110. Opcionalmente, el médico puede mover los dispositivos de suministro de señal 110 parcialmente implantados sin desconectar el conjunto de conductores 120. Además, en algunas realizaciones, el proceso iterativo de reposicionar los dispositivos de suministro de señal 110 y/o variar los parámetros de la terapia puede no realizarse.
El generador de señales 101, la extensión del conductor 102, el modulador de prueba 105 y/o el conector 122 pueden incluir cada uno un elemento receptor 109. Por consiguiente, los elementos receptores 109 pueden ser elementos implantables por el paciente, o los elementos receptores 109 pueden ser integrales con un elemento, dispositivo o componente externo de tratamiento del paciente (por ejemplo, el modulador de prueba 105 y/o el conector 122). Los elementos receptores 109 pueden configurarse para facilitar un procedimiento simple de acoplamiento y desacoplamiento entre los dispositivos de suministro de señal 110, la extensión del conductor 102, el generador de pulsos 201, el modulador de prueba 105 y/o el conector 122. Los elementos receptores 109 pueden ser al menos generalmente similares en estructura y función a los descritos en Publicación de solicitud de patente de Estados Unidos Núm. 2011/0071593.
Después de que se implanten los elementos de suministro de señal 110, el paciente 190 puede recibir terapia a través de señales generadas por el modulador de prueba 105, generalmente durante un período de tiempo limitado. Durante este tiempo, el paciente lleva el conjunto de conductores 120 y el modulador de prueba 105 fuera del cuerpo. Suponiendo que la terapia de prueba sea efectiva o muestre la promesa de ser efectiva, el médico entonces reemplaza el modulador de prueba 105 con el generador de señal implantado 101 y programa el generador de señal 101 con programas de terapia seleccionados en base a la experiencia adquirida durante el período de prueba. Opcionalmente, el médico también puede reemplazar los elementos de suministro de señal 110. Una vez que el generador de señales implantable 101 se ha colocado dentro del paciente 190, los programas de terapia proporcionados por el generador de señales 101 todavía se pueden actualizar de forma remota a través de un programador médico inalámbrico (por ejemplo, la ordenador portátil de un médico, un dispositivo remoto o remoto de un médico, etc.) 117 y/o un programador 106 de paciente inalámbrico (por ejemplo, la ordenador portátil de un paciente, el dispositivo remoto o remoto del paciente, etc.). Generalmente, el paciente 190 tiene control sobre menos parámetros que el médico. Por ejemplo, la capacidad del programador 106 del paciente puede limitarse a iniciar y/o detener el generador de señales 101 y/o ajustar la amplitud de la señal. El programador del paciente 106 puede configurarse para aceptar la entrada de alivio del dolor así como otras variables, tales como el uso de medicación. En cualquiera de las realizaciones anteriores, los parámetros según los cuales el generador de señales 101 proporciona señales pueden ajustarse durante partes del régimen de terapia. Por ejemplo, la frecuencia, amplitud, ancho de pulso y/o ubicación de entrega de la señal se pueden ajustar de acuerdo con un programa de terapia preestablecido, entradas del paciente y/o médico, y/o de manera aleatoria o pseudoaleatoria. Estas variaciones de parámetros se pueden utilizar para abordar una serie de situaciones clínicas potenciales. Ciertos aspectos de los sistemas y métodos anteriores pueden simplificarse o eliminarse en realizaciones particulares de la presente divulgación. Otros aspectos de estos y otros resultados beneficiosos esperados se detallan en Publicación de solicitud de patente de Estados Unidos Núm. 2013/0066411, y Publicaciones de solicitud de patente de Estados Unidos Núms. 2010/0274314; 2009/0204173; y 2010/0274317.
2.0 Realizaciones representativas
La Figura 2 muestra un diagrama de bloques simplificado de un dispositivo terapéutico implantable 200 configurado de acuerdo con una realización de la tecnología descrita. El dispositivo implantable incluye un circuito generador de corriente 202 (generador de corriente etiquetado) que produce corrientes terapéuticas para uno o más conductores de electrodo 240 u otro dispositivo o dispositivos de suministro de señal. El dispositivo terapéutico incluye además una batería recargable 204 y un circuito de carga inductiva 206 que se usa para recargar la batería desde un cargador externo 103. Alternativamente, la batería 204 puede ser una batería de un solo uso que debe reemplazarse periódicamente. El dispositivo terapéutico también incluye un circuito lógico o procesador (CPU) 210 (por ejemplo, un microprocesador, un microcontrolador, un procesador de señales digitales FPGA, ASIC o similar). La tensión de la batería 204 se suministra a un regulador de tensión programable 208 que produce una tensión de suministro variable al circuito generador de corriente 202 bajo el control del procesador 210. En una realización, la batería 204 es una batería de iones de litio que produce una tensión de aproximadamente 3,2 voltios cuando está completamente cargada. El regulador de tensión programable 208 puede aumentar esta tensión a un nivel más alto (por ejemplo, 4-20 voltios) o puede disminuir la tensión, por ejemplo, hasta aproximadamente 2,0 voltios o menos. En una realización, el procesador 210 está programado para enviar señales al regulador de tensión programable 208 para ajustar la tensión suministrada al circuito generador de corriente 202 de modo que el circuito generador de corriente 202 pueda suministrar una corriente solicitada a los electrodos en los conductores 240 pero no suministran una tensión tan alta que se desperdicie la energía de la batería.
Un conjunto de interruptor programable 214 en el dispositivo implantable 200 se usa para configurar las conexiones a los electrodos 242 en los conductores 240 con el fin de controlar cómo se suministra la corriente solicitada al paciente. El conjunto de conmutador 214 es controlado por el procesador 210 de modo que las corrientes se pueden suministrar entre cualquiera de los electrodos 242 en el conductor (por ejemplo, entre uno o más contactos de "ánodo" y uno o más contactos de cátodo para operar el dispositivo en un bipolar u otra manera multipolar). Alternativamente, el conjunto de interruptor programable 214 puede configurar las conexiones a los contactos de modo que las corrientes fluyan entre uno o más de los contactos 242 y un electrodo o contacto común remoto (como el caso del dispositivo implantable) para operar los contactos 242 de manera unipolar.
En una realización, el dispositivo implantable 200 incluye un circuito 220 de comunicación inalámbrica que transmite y recibe señales de un programador externo 106, 117 mostrado en la Figura 1, con el fin de controlar las terapias que se administran al paciente, para suministrar un médico o técnico con información sobre el funcionamiento del dispositivo, para actualizar el programa operativo o los parámetros del dispositivo y para otros usos.
Como se discutió anteriormente, es deseable que la tensión suministrada por el regulador de tensión programable 208 sea suficiente para permitir que el circuito generador de corriente 202 genere las corrientes solicitadas para su suministro a los contactos. Por otro lado, si la tensión suministrada al circuito generador de corriente es mayor que la tensión necesaria, la energía de la batería se desperdicia y la energía de la batería se agota innecesariamente. La Figura 3 muestra una realización del circuito generador de corriente 202 que incluye un circuito de monitoreo de tensión y está configurado para gestionar los requisitos competitivos descritos anteriormente. El circuito generador de corriente 202 incluye un circuito espejo de corriente. El circuito de espejo actual incluye una parte de control y una parte controlada que incluye varios MOSFET u otros transistores etiquetados como M1, M2, M3 y M4. Cada uno de los transistores M1 y M2 es en realidad una serie de transistores MOSFET que están conectados en paralelo, aunque solo se muestra un transistor para facilitar la ilustración. En la realización mostrada, la parte controlada del espejo actual incluye un primer número de transistores MOSFET conectados en paralelo M1 que están en serie con un segundo número de transistores MOSFET conectados en paralelo M2. El primer número de transistores M1 conectados en paralelo tiene sus terminales fuente conectados a la tensión de suministro Vdd y sus terminales de drenaje conectados a los terminales fuente del segundo número de transistores M2 conectados en paralelo. Los terminales de drenaje del segundo número de transistores M2 conectados en paralelo están conectados a la carga (por ejemplo, los electrodos o contactos en los conductores).
La parte de control del espejo de corriente incluye un tercer transistor MOSFET M3 y un cuarto transistor MOSFET M4 que están conectados en serie entre una tensión de suministro Vdd y una fuente de corriente programable Ient. En la realización mostrada, el terminal de fuente del tercer transistor M3 está conectado a Vdd y el terminal de drenaje está conectado a un terminal de fuente del cuarto transistor M4. Los electrodos de puerta de los transistores M1 y M3 están conectados entre sí y están conectados al terminal de drenaje del transistor M4. El terminal de drenaje del cuarto transistor M4 está conectado a la fuente de corriente programable Ient.
Debido a que los transistores en el espejo actual están emparejados y debido a que el tercer transistor M3 y el primer número de transistores conectados en paralelo M1 están comúnmente polarizados, la corriente que fluye a través de la mitad controlada del espejo actual (conjuntos paralelos de transistores M1 y M2) será sea N veces la corriente establecida por la fuente de corriente programable Ient, donde N es el número de transistores conectados en paralelo. En una realización, N es igual a 100, por lo que la corriente entregada a la carga es 100 veces la corriente programable Ient. En una realización, la corriente programable Ient es controlada por un convertidor de digital a analógico (DAC) para producir una corriente entre 0 y 150 microamperios. Por lo tanto, la corriente entregada a la carga se puede controlar entre 0 y 15 miliamperios. Aunque el espejo de corriente descrito usa MOSFETS de canal P, se apreciará que se pueden usar otros transistores adecuados para implementar el espejo de corriente. Los detalles de un circuito de espejo de corriente se consideran bien conocidos por los expertos en la técnica de la electrónica y, por lo tanto, no se comentan con más detalle.
Para determinar si el nivel de tensión suministrada por el regulador de tensión programable 208 es suficiente para permitir que el espejo de corriente entregue la corriente solicitada, se incluye un circuito de monitoreo de tensión de suministro de fuente de corriente en el circuito generador de corriente 202. El circuito de supervisión de la tensión de suministro incluye un comparador 260 que tiene entradas que comparan la tensión en dos nodos etiquetados como "A" y "B". La tensión en el nodo A se toma en un punto en una ruta de corriente de referencia que está formada por los transistores quinto y sexto MOSFET M5 y m6. Los transistores quinto y sexto M5 y M6 en la trayectoria de la corriente de referencia están conectados en serie entre la tensión de suministro Vdd y una fuente de corriente constante Ipolarización. El terminal de fuente del quinto transistor M5 está conectado a la tensión de suministro Vdd y el terminal de drenaje del transistor M5 está conectado a un terminal de fuente del sexto transistor M6. El terminal de drenaje del sexto transistor M6 está conectado a la fuente de corriente constante Ipolarización. En una realización, la fuente de corriente constante Ipolarización se implementa con un circuito de banda prohibida y una resistencia de precisión. Las puertas de los transistores quinto y sexto M5 y M6 están vinculadas a la fuente de corriente constante Ipolarización. Las puertas de los transistores M2 y M4 en el espejo de corriente también están vinculadas a la fuente de corriente constante Ipolarización, de modo que las puertas de los transistores M6, M4 y el segundo conjunto de transistores M2 conectados en paralelo en el espejo de corriente están normalmente polarizadas. En una realización, la fuente de corriente constante Ipolarización se establece de modo que el transistor M6 permanezca en saturación independientemente del nivel de Vdd o del nivel de la corriente solicitada, mientras que el transistor M5 normalmente estará en la región lineal (o triodo).
Para monitorear la tensión Vdd que se suministra al circuito generador de corriente 202, el comparador 260 compara la tensión en el nodo A (entre el terminal de drenaje del quinto transistor M5 y el terminal de fuente del sexto transistor M6 en la ruta de corriente de referencia) con la tensión en el nodo B (entre los terminales de drenaje del primer conjunto de transistores M1 conectados en paralelo y los terminales fuente del segundo conjunto de transistores M2 conectados en paralelo). Cuando la tensión en el nodo A es mayor que la tensión en el nodo B, la salida del comparador 260 es negativa o cero. A la inversa, cuando la tensión en el nodo B excede la tensión en el nodo A, la salida del comparador 260 es positiva. El comparador 260 puede ser un circuito integrado separado o si el comparador 260 va a integrarse con otros circuitos del sistema, el comparador puede estar hecho de componentes discretos que incluyen un par diferencial de transistores. Los detalles del diseño de un comparador se consideran bien conocidos por los expertos en la técnica del diseño de circuitos.
La tensión en el nodo A rastrea la tensión de suministro Vdd. En consecuencia, a medida que aumenta la tensión Vdd, aumenta la tensión en el nodo A. De manera similar, a medida que disminuye la tensión de suministro Vdd, la tensión en el nodo A también disminuye. Cuando la tensión de suministro se establece lo suficientemente alto como para que el primer y segundo conjunto de transistores conectados en paralelo M1 y M2 puedan suministrar la corriente solicitada a la carga, los transistores estarán operando en la región de saturación. Sin embargo, si la tensión de suministro disminuye hasta el punto en que los transistores ya no pueden suministrar la corriente solicitada, los transistores M2 y/o M1 conectados en paralelo saldrán de la saturación y la tensión en el nodo B aumentará con respecto a la tensión en nodo A. Cuando la diferencia entre VDD y la tensión en el nodo B es menor que la diferencia entre Vdd y la tensión en el nodo A, el comparador 260 produce una señal de salida Vnc (tensión no compatible) que indica que el suministro la tensión Vdd es insuficiente para permitir que el espejo de corriente produzca la corriente solicitada.
En una realización, la salida Vnc del comparador 260 se alimenta al procesador 210, que está programado para interpretar la señal Vnc. En una realización, el procesador 210 está programado para ordenar al regulador de tensión programable 208 que aumente la tensión de suministro hasta un punto en donde la salida del comparador, Vnc, vuelva a ser negativa después de detectar una señal Vnc positiva. Por otro lado, si la señal Vnc es negativa, el procesador puede indicarle al regulador de tensión programare 208 que reduzca la tensión suministrada y ahorre energía de la batería
La Figura 4 muestra un gráfico de tensiones en el circuito generador de corriente 202 frente a cambios en la tensión suministrada Vdd. Una primera línea 401 representa la tensión de suministro Vdd a medida que se reduce. Una segunda línea 402 representa la tensión en el nodo A en la Figura 3 y una tercera línea 403 representa la tensión en el nodo B en la Figura 3. Como se muestra, la tensión en el nodo A varía con los cambios en la tensión de suministro. La tensión en el nodo A sigue (por ejemplo, permanece una diferencia constante con respecto a) variaciones en la tensión de suministro VDD. La tensión en el nodo B rastrea la tensión de suministro hasta el punto 410 (encerrado en un círculo) cuando los transistores del espejo de corriente ya no pueden suministrar la corriente solicitada. En este punto, la tensión a través de los transistores en la parte controlada del espejo de corriente disminuye y la tensión en el nodo B se vuelve mayor que la tensión en el nodo A. En consecuencia, la salida del comparador (indicada por la línea 404) cambia de estado. El comparador 260 puede ser muy sensible y, en una realización, puede cambiar de estado cuando la diferencia de corriente es inferior al 0,5-0,9% de la corriente solicitada.
La Figura 5 es un diagrama de flujo de etapas realizadas por un procesador programado para monitorear y ajustar la tensión suministrada desde una batería a un circuito generador de corriente de acuerdo con realizaciones descritas en particular. Comenzando en el bloque 500, el procesador controla el regulador de tensión programable 208 para proporcionar una tensión de funcionamiento inicial. Tal tensión puede ser la tensión operativo más alto que el regulador de tensión puede producir a partir de la batería o puede ser una tensión menor que se selecciona de acuerdo con un mapeo determinado previamente de una tensión de suministro versus una corriente solicitada para ser entregada a los electrodos. Un mapeo de este tipo puede basarse en la prueba del circuito a medida que se diseña o prueba el circuito generador de corriente 202.
En el bloque 502, el procesador determina si la señal de disparo Vnc del comparador indica que la tensión de suministro no es compatible con la corriente solicitada a entregar. En una realización, el procesador puede sondear periódicamente un puerto de entrada que está conectado directa o indirectamente a la salida del comparador. En otra realización, la salida del comparador puede conectarse directa o indirectamente a un puerto de interrupción que activa el procesador para realizar una secuencia deseada de acciones cuando el comparador cambia de estado. Si la respuesta en el bloque 502 es sí y el comparador indica que la tensión de suministro no es conforme, entonces el procesador indica al regulador de tensión programable 208 que aumente la tensión de suministro Vdd en el bloque 508. Por ejemplo, el procesador puede ejecutar instrucciones que indiquen al regulador de tensión programable que suministre la tensión deseada (por ejemplo, suministro de 6,3 voltios). Alternativamente, el procesador puede ejecutar instrucciones que hacen que el procesador produzca una señal (digital o analógica) que es detectada por la tensión programable para aumentar o disminuir la tensión suministrada. También son posibles otras instrucciones que, por ejemplo, hacen que el procesador indique al suministro de tensión programable que aumente o disminuya la tensión suministrada en una cantidad determinada (por ejemplo 2,3 voltios, -1,6 voltios). En una realización, este proceso continúa hasta el momento en que el comparador cambia de estado para indicar que la tensión de suministro es conforme.
Si la respuesta en el bloque 502 es no, el procesador determina si ha transcurrido un período de tiempo de espera en el bloque 504. En una realización, el período de tiempo de espera se establece para evitar que el procesador cambie la tensión de suministro demasiado rápido. Si el período de tiempo de espera no ha transcurrido, el procesamiento vuelve al bloque 502 para comprobar la señal de activación.
Si el período de tiempo de espera ha transcurrido en el bloque 504, entonces el procesador ordena al regulador de tensión programable 208 que reduzca o reduzca la tensión de suministro Vdd en el bloque 506. De esta manera, la tensión de suministro se mantiene a un nivel justo por encima del nivel que necesita el circuito generador de corriente para suministrar la corriente solicitada a la carga.
Como se apreciará, otras realizaciones de la tecnología descrita actualmente pueden incluir otros algoritmos para ajustar la tensión de suministro. Por ejemplo, una vez que se detecta o determina una tensión de suministro no conforme, la tensión de suministro puede aumentarse y luego no cambiarse hasta que se reciba una nueva señal de activación. En otra realización más, el procesador puede programarse para aumentar o disminuir la tensión de suministro mediante etapas no uniformes con el fin de determinar rápidamente el nivel de tensión en donde se ajusta la tensión de suministro.
Las realizaciones del tema y las operaciones descritas en este documento se pueden implementar en circuitos electrónicos digitales, o en software, microprograma o hardware de ordenador, incluidas las estructuras descritas en este documento y sus equivalentes estructurales, o en combinaciones de uno o más de ellos. Las realizaciones del tema descrito en esta descripción se pueden implementar como uno o más programas de ordenador, es decir, uno o más módulos de instrucciones de programas de ordenador, codificados en o en medios de almacenamiento de ordenador para su ejecución o para controlar la operación de una base de datos. Aparato de procesamiento.
Un medio de almacenamiento informático puede ser, o puede incluirse en, un dispositivo de almacenamiento legible por ordenador, un sustrato de almacenamiento legible por ordenador, una matriz o dispositivo de memoria de acceso aleatorio o en serie, o una combinación de uno o más de ellos. Además, aunque un medio de almacenamiento informático no es una señal propagada, un medio de almacenamiento informático puede ser una fuente o destino de instrucciones de programa informático codificadas en una señal propagada generada artificialmente. El medio de almacenamiento informático también puede estar, o puede estar incluido en, uno o más componentes físicos o medios separados (por ejemplo, RAM, ROM, EPROM, EEPROM u otros dispositivos de almacenamiento). Las operaciones descritas en esta especificación pueden implementarse como operaciones realizadas por un aparato de procesamiento de datos sobre datos almacenados en uno o más dispositivos de almacenamiento legibles por ordenador o recibidos de otras fuentes.
El término "procesador" abarca una amplia variedad de aparatos, dispositivos y máquinas adecuados para procesar datos, que incluyen, por ejemplo, un procesador programable, un ordenador, un sistema en un chip o varios, o combinaciones de los anteriores. El aparato puede incluir circuitos lógicos de propósito especial, por ejemplo, un FPGA (conjunto de puertas programables en campo) o un ASIC (circuito integrado de aplicación específica). Los circuitos lógicos, tal como se utiliza aquí, incluye por tanto circuitos lógicos de propósito especial como circuitos lógicos de propósito general como un procesador programado.
Un programa de ordenador (también conocido como programa, software, aplicación de software, rutina o código) se puede escribir en cualquier forma de lenguaje de programación, incluidos los lenguajes compilados o interpretados, los lenguajes declarativos o procedimentales, y se puede implementar en cualquier forma, incluso como programa independiente o como módulo, componente, subrutina, objeto u otra unidad adecuada para su uso en un entorno informático. Un programa de ordenador puede, pero no necesariamente, corresponder a un archivo en un sistema de archivos. Un programa se puede almacenar en una parte de un archivo que contiene otros programas o datos (por ejemplo, uno o más rutinas almacenadas en un documento de lenguaje de marcado), en un solo archivo dedicado al programa en cuestión, o en varios archivos coordinados (por ejemplo, archivos que almacenan uno o más módulos, subprogramas o partes de código).
Los procesos y flujos lógicos descritos en este documento pueden ser realizados por uno o más procesadores programables que ejecutan uno o más programas informáticos para realizar acciones operando con datos de entrada y generando salida. Los procesos y flujos lógicos también se pueden realizar y el aparato también se puede implementar como un circuito lógico de propósito especial, por ejemplo, un FPGA (matriz de puertas programables en campo) o un ASIC (circuito integrado de aplicación específica).
Los procesadores adecuados para la ejecución de un programa informático incluyen, a modo de ejemplo, microprocesadores tanto generales como de propósito especial, y uno o más procesadores de cualquier tipo de ordenador digital. Generalmente, un procesador recibirá instrucciones y datos de una memoria de solo lectura o una memoria de acceso aleatorio o ambas. Los elementos esenciales de un ordenador son un procesador para realizar acciones de acuerdo con instrucciones y uno o más dispositivos de memoria para almacenar instrucciones y datos. En otra realización, el procesador que recibe la señal del circuito de monitoreo de tensión se reemplaza con un FPGA, ASIC u otro circuito lógico dedicado que implementa un algoritmo de control para controlar el regulador de tensión programable en respuesta a la señal del circuito de monitoreo de tensión.
3.0 Ejemplos adicionales, que están presentes solo con fines ilustrativos
En un ejemplo, el sistema incluye una unidad de control implantable que tiene una batería recargable y un procesador. La unidad de control incluye además uno o más circuitos generadores de corriente que usan un espejo de corriente para entregar una corriente solicitada a uno o más electrodos. Un circuito de monitoreo de tensión incluye un detector que detecta cuando una tensión de suministro no es suficiente para permitir que el espejo de corriente produzca la corriente solicitada.
En algunos ejemplos, el circuito de monitoreo de tensión incluye un comparador que compara la tensión en dos nodos de referencia en el circuito generador de corriente. El primer nodo de referencia produce una tensión que rastrea los cambios en la tensión de suministro, mientras que el segundo nodo de referencia produce una tensión que rastrea los cambios en la tensión de suministro hasta un punto donde la corriente entregada a los electrodos difiere de la corriente solicitada. En este punto, el comparador produce una señal de salida que indica que la tensión de suministro es insuficiente para permitir que el espejo de corriente produzca la corriente solicitada.
En un ejemplo, un procesador está configurado para recibir la señal de salida del comparador y para ajustar la tensión de suministro producido por la batería a un nivel que sea suficiente para permitir que el circuito generador de corriente produzca la corriente solicitada, pero no tan grande que exceda la energía de la batería se desperdicia.

Claims (7)

REIVINDICACIONES
1. Un circuito de monitoreo de tensión para usar con un sistema que administra pulsos terapéuticos a un paciente del tipo que incluye:
un regulador de tensión (208) acoplable a una batería (204), el regulador de tensión está configurado para producir una tensión de suministro variable (VDD, 401);
un circuito generador de corriente (202) configurado para suministrar una corriente solicitada a uno o más electrodos (242), en donde el circuito generador de corriente incluye uno o más transistores (M1, M2) acoplados a la tensión de suministro variable y configurado para estar en saturación al suministrar la corriente solicitada, el circuito de monitoreo de tensión que comprende:
una ruta de corriente de referencia que incluye un transistor (M5, M6) acoplado a la tensión de suministro variable (VDD, 401) que está configurado para producir una tensión (402) en un terminal (A) que rastrea la tensión de suministro variable (VDD, 401); y
un circuito comparador (260) configurado para producir una señal de salida (VNC, 404) cuando la tensión de suministro (VDD, 401) producida por el regulador de tensión (208) es insuficiente para permitir que el circuito generador de corriente (202) suministre la corriente solicitada, en donde el circuito comparador (260) tiene:
una primera entrada (A,-) acoplada al terminal del transistor (M5, M6) en la ruta de corriente de referencia para detectar la tensión (402) que rastrea la tensión de suministro variable (VDD, 401); y
una segunda entrada (B,+) acoplada a un terminal de uno o más transistores (M1, M2) en el circuito generador de corriente (202) para detectar una disminución de tensión (403) a través de uno o más transistores (M1, M2) en el circuito generador de corriente (202), y
en donde, cuando la diferencia entre la tensión de suministro variable (VDD, 401) y la tensión (403) en la segunda entrada (B,+) es menor que la diferencia entre la tensión de suministro variable (VDD, 401) y la tensión (402) en la primera entrada (A,-), el circuito comparador (260) está configurado para producir la señal (VNC, 404) que indica que la tensión de suministro variable (VDD, 401) producida por el regulador de tensión (208) es insuficiente para permitir que el circuito generador de corriente (202) suministre la corriente solicitada.
2. El circuito de monitoreo de tensión de la reivindicación 1, en donde la primera entrada (-) se toma en un nodo (A) que está ubicado entre un par de transistores (M5, M6) conectados en serie entre la tensión de suministro (VDD, 401) y una fuente de corriente constante (¡polarización).
3. El circuito de monitoreo de tensión de la reivindicación 2, en donde el circuito de generación de corriente (202) incluye conjuntos de transistores (M1, M2) conectados en paralelo y en donde la segunda entrada (+) se toma en un nodo (B) que está ubicado entre los conjuntos de transistores conectados en paralelo que suministran la corriente solicitada.
4. El circuito de monitoreo de tensión de la reivindicación 2, en donde:
la ruta de corriente de referencia está configurado para operar el transistor (M5, M6) en el mismo en una región lineal; y
el circuito comparador (260) está configurado para indicar que la tensión de suministro (VDD, 401) es insuficiente para permitir que el circuito generador de corriente (202) suministre la corriente solicitada cuando uno o más transistores (M1, M2) en el circuito generador de corriente sale de saturación.
5. El circuito de monitoreo de tensión de la reivindicación 2, en donde:
los uno o más transistores (M1, M2) en el circuito generador de corriente (202) están conectados directamente a la tensión de suministro variable (VDD); y el transistor (M5, M6) en la ruta de corriente de referencia está conectado a la tensión de suministro variable (VDD).
6. El circuito de monitoreo de tensión de cualquier reivindicación anterior en combinación con: una batería (204);
y un procesador (210) y en donde el procesador del sistema está configurado para recibir la señal (VNC, 404) del circuito de monitoreo de tensión y para controlar el regulador de tensión (208) para aumentar la tensión de suministro (VDD, 401) proporcionada al circuito generador de corriente (202).
7. Un método para monitorear la tensión en un dispositivo de estimulación nerviosa implantable, que comprende:
producir una tensión de suministro variable (VDD, 401) a partir de una batería (204) con un regulador de tensión programable (208);
establecer una corriente solicitada para ser suministrada por un circuito generador de corriente (202) a uno o más electrodos (242) con un circuito generador de corriente (202) que está conectado a la tensión de suministro variable (VDD, 401) desde el regulador de tensión programable (208), existiendo una ruta de corriente de referencia que incluye un transistor (M5, M6) acoplado a la tensión de suministro variable (VDD, 401) que está configurada para producir una tensión (402) en un terminal (A) que rastrea la tensión de suministro variable (VDD, 401);
comparar:
una primera entrada (A,-) acoplada al terminal del transistor (M5, M6) en la ruta de corriente de referencia para detectar una tensión (402) que rastrea la tensión de suministro variable (VDD, 401); y
una segunda entrada (B,+) acoplada a un terminal de uno o más transistores (M1, M2) en el circuito generador de corriente (202) para detectar una disminución de tensión (403) a través de uno o más transistores (M1, M2) en el circuito generador de corriente (202), y detectar cuándo la tensión de suministro variable (VDD, 401) del regulador de tensión programable (208) es insuficiente para permitir que el circuito generador de corriente suministre la corriente solicitada produciendo una señal de salida (VNC, 404),
producir la señal de salida (VNC, 404) que indica que la tensión de suministro variable (VDD, 401) es insuficiente para producir la corriente solicitada cuando la diferencia entre la tensión de suministro variable (VDD, 401) y la tensión (403) en la segunda entrada (B,+) se vuelve menor que la diferencia entre la tensión de suministro variable (VDD, 401) y la tensión (402) en la primera entrada (A,-).
El método de la reivindicación 7, que comprende además controlar el regulador de tensión programable (208) para aumentar la tensión de suministro variable (VDD) que se proporciona al circuito generador de corriente (202) en respuesta a la señal.
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