CN114025834A - 被配置为从外部充电器接收无线电力的无线绕线圈的可植入医疗设备 - Google Patents
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Abstract
公开了可植入医疗设备，其能够从磁场无线地接收电力以向IMD供电或给其电池充电，但是不使用线绕线圈来进行磁场接收。IMD可以包括壳体，该壳体容纳IMD的控制电路***，其中壳体的至少一部分是导电的，其中响应于磁场在导电壳体部分中形成壳体电流。IMD包括在壳体内部的电力接收电路***，并且包括第一和第二电连接部的各种示例，该第一和第二电连接部用于将壳体电流中的至少一些作为电力电流转移到电力接收电路***，从而允许电力接收电路***使用电力电流向IMD提供电力或者为其电池充电。
Description
技术领域
本发明涉及用于从外部充电器无线地接收电力的可植入医疗设备和装置。
背景技术
可植入刺激设备是生成电刺激并将其递送到身体神经和组织以便进行各种生物疾病的疗法的设备，诸如用于治疗心律失常的起搏器、用于治疗心纤维性颤动的除颤器、用于治疗耳聋的耳蜗刺激器、用于治疗失明的视网膜刺激器、用于产生协调的肢体运动的肌肉刺激器、用于治疗慢性疼痛的脊髓刺激器、用于治疗运动和心理疾病的皮质和深部脑刺激器、以及用于治疗尿失禁、睡眠呼吸暂停、肩部半脱位等的其他神经刺激器等。下面的描述将总体上集中在本发明在脊髓刺激(Spinal Cord Stimulation，SCS)***(诸如美国专利6,516,227中公开的***)中的用途。然而，本发明可以在任何可植入医疗设备***(包括深度脑刺激(Deep Brain Stimulation，DBS)***)中找到应用。
如图1A至图1B所示，SCS***通常包括可植入脉冲发生器(Implantable PulseGenerator，IPG)10(更一般地，可植入医疗设备(Implantable Medical Device，IMD)10)，该可植入脉冲发生器包括例如由导电材料(诸如钛)形成的生物相容性设备壳体12。壳体12通常保持IMD 10起作用所必需的控制电路***86(图3)和电池14(图1B)。IMD 10经由一个或多个电极引线18耦合到电极Ex 16，使得电极16形成电极阵列20。电极16被承载在柔性主体22上，该柔性体还容纳耦合到每个电极的各个信号线24。在所示的实施例中，在两条引线18上有八个电极(Ex)，尽管引线和电极的数量是特定于应用的并且因此可以变化。引线18耦合到IMD 10中的引线连接器26，这些引线连接器被固定在不导电的头部材料28(诸如环氧树脂)中。馈通引脚23连接到引线连接器26中的电极触点(未示出)，这些引脚穿过壳体12的顶部上的密封馈通25，在那里它们连接到IMD 10的壳体内部的刺激电路***。控制电路***86可以包括被配置为向电极中的所选择的电极提供刺激电流的刺激电路***，并且可以包括例如USP6,181,969、8,606,362、8,620,436、美国专利申请公开2018/0071520和2019/0083796中公开的电路***。导电壳体12材料也可以作为壳体电极Ec操作，从而为基于引线的电极Ex处提供的电流提供返回电流路径。
如图1B的横截面所示，IMD 10通常包括印刷电路板(printed circuit board，PCB)29以及安装到PCB 29的各种电子部件32，这些电子部件中的一些将在随后讨论。IMD10传统上包括用于使用外部充电器对IMD的电池14充电或再充电的充电线圈30。壳体12通常由两个蛤壳状部分(clam-shell-like portion)12i和12o形成，当被植入时这两个蛤壳状部分被设计成分别面向患者的内部和外部。这些部分12i和12o通常沿着壳体的***焊接(11)在一起，并且包括焊接到馈通25的凸缘。当如此形成时，壳体12包括形成在外部和内部壳体部分12o和12i中的平坦的平行主表面，以及垂直于主表面的、包括馈通25的大致平坦的顶表面12t。
图2A和图2B示出了与外部充电器通信的IMD 10，并且示出了充电器40和60的两个不同示例。两种类型的充电器40和60用于以电磁场55(简称为“磁场”)的形式向IMD 10无线地输送电力，该电力可以用于对IMD的电池14再充电。来自外部充电器40的电力的传送通过图2A中的初级充电线圈44和通过图2B中的初级充电线圈66实现。图2A示出了这样的示例，在该示例中，充电线圈44被集成在与其他充电器电子设备相同的外壳中，而在图2B中，充电线圈66和充电器电子设备被分离到不同的外壳中，并通过线缆68连接。
在图2A中，集成充电器40包括在其上放置电子部件48的PCB 46，这些电子部件中的一些将在随后讨论。充电线圈44可以安装到PCB 46上，并且优选地安装在PCB的面向IMD10的一侧，如图所示。包括可触摸按钮、LED(未示出)以及可能的显示器和扬声器(未示出)的用户接口允许患者或临床医生操作外部充电器40。在图2A中，用户接口被简单地示出为包括用于打开或关闭磁场55的开/关按钮42。电池50为外部充电器40提供电力，该电池50本身可以是可再充电的。充电器40通常被配置为可手持和便携式的，并且在美国专利申请公开2017/0361113中进一步描述。
在图2B中，充电器60包括在分离的外壳中的、通过线缆68连接的充电线圈组件62和电子设备模块64。充电线圈组件62包括充电线圈66，而电子设备和用户接口元件由电子设备模块64提供。电子设备外壳64可以包括PCB 70、电池72、各种控制电路***74和用户接口元件76(诸如上面提及的那些)。充电器60(尽管通常呈两个件62和64的形式)通常也被配置为可手持和便携的，并且在上面引用的2017/0361113公布中再次进一步描述。
磁场55从充电器40或60中的一个到IMD 10的传输经由感应耦合无线地和经皮地穿过患者的组织发生。图3示出了用于实施这种功能的电路***的细节。外部充电器中的初级充电线圈44或66通过充电电路64利用AC电流Icharge通电，以产生AC磁充电场55。提供调谐电容器45以与充电线圈44或66形成谐振LC振荡回路，该谐振LC振荡回路通常设置AC磁场55的频率。
电磁场55的磁部分在IMD 10内的次级充电线圈30中感应出电流Icoil，该电流在电力接收电路***81处被接收。电力接收电路***81可以包括调谐电容器80，其用于将IMD中的LC电路的谐振调谐到磁场的频率。本领域技术人员将理解，电容器45或80可以与它们相应的线圈(电感)44/66或30串联或并联放置，尽管优选的是电容器45与充电器40/60中的线圈44/66串联放置，而电容器80与IMD 10中的线圈30并联放置。电力接收电路***81还包括用于将线圈30上的AC电压转换成DC电压Vdc的整流器82。电力接收电路***81还可以包括其他调节电路***(诸如充电和保护电路***84)，以生成电压Vbat，该电压Vbat可以用于向IMD 10提供经调整的电力，并生成用于对电池14充电的电流Ibat。磁场55的频率可能是80kHz左右。
IMD 10还可以将数据通信传送回外部充电器40或60，并且这可以以不同的方式进行。如在上面引用的2017/0361113公布中所解释的那样，IMD 10可以采用反射阻抗调制来向充电器传输数据，这在本领域中有时被称为负载变化键控(Load Shift Keying，LSK)，并且涉及利用由IMD 10的控制电路***86提供的数据位来调制充电线圈30的阻抗。IMD还可以使用与用于提供电力以向充电器传输数据的通信信道分离的通信信道，尽管为了简单起见，没有示出这种替代性信道和所需的天线。充电器40或60可以包括解调电路***68，以恢复所传输的数据，并将这些数据发送到充电器的控制电路***72。从IMD 10遥测到充电器40/60的这种数据可以包括充电器在充电期间知道有用的信息，诸如IMD的温度(由温度传感器87感测)、IMD的电池14的电压Vbat或提供给电池的充电电流Ibat。充电器40/60可以使用这种遥测数据来控制磁场55的产生，诸如通过增加或减少磁场55的幅值(通过增加或减少Icharge)、或者通过开始或停止磁场55的生成。如上面引用的2017/0361113公布中所解释的那样，充电器40/60也可以用于确定充电线圈44/66与IMD 10的对准，并且可以包括对准指示器(LED或声音)，用户可以查看该对准指示器以确定如何重新定位充电器，以更好地与IMD 10对准，从而更有效地进行电力传送。
发明内容
公开了一种被配置为从电磁场无线地接收电力的可植入医疗设备(IMD)，该可植入医疗设备可以包括：壳体，该壳体容纳IMD的控制电路***，其中壳体的至少一部分是导电的，并且其中响应于电磁场在导电壳体部分中形成壳体电流；壳体内部的电力接收电路***；以及第一电连接部和第二电连接部，用于将壳体电流中的至少一些作为电力电流转移到电力接收电路***，其中电力接收电路***被配置为使用电力电流向IMD提供电力。
在一个示例中，IMD还包括贴附到壳体上的非导电头部。在一个示例中，第一电连接部和第二电连接部中的至少一个包括头部中或头部上的天线部分，从而导致头部中或头部上的至少一个天线部分。在一个示例中，IMD还包括头部中的一个或多个引线连接器、头部和壳体之间的馈通以及多个电极馈通线，其中电极馈通线连接到引线连接器中的触点并穿过壳体内部的馈通。在一个示例中，第一电连接部和第二电连接部中的至少一个包括连接到至少一个天线部分的穿过馈通的馈通线。在一个示例中，至少一个天线部分由壳体的材料形成。在一个示例中，壳体包括平坦表面，该平坦表面被配置为在被植入时面向患者的外部，其中至少一个天线部分在头部中或头部上朝向外部平坦表面偏移。在一个示例中，存在在头部中或头部上的包括第一电连接部的第一天线部分，并且存在在头部中或头部上的包括第二电连接部的第二天线部分。在一个示例中，第一天线部分包括第一端和第二端，并且其中第二天线部分包括第一端和第二端。在一个示例中，第一电连接部还包括连接到第一天线部分的第一端的第一线，其中第一天线部分的第二端连接到导电壳体部分，其中第二电连接部还包括连接到第二天线部分的第一端的第二线，其中第二天线部分的第二端连接到导电壳体部分。在一个示例中，存在在头部中或头部上的包括第一电连接部的单个天线部分。在一个示例中，单个天线部分包括第一端和第二端，其中第一电连接部还包括连接到单个天线部分的第一端的第一线，其中单个天线部分的第二端连接到导电壳体部分。在一个示例中，第二电连接部包括连接到导电壳体部分的第二线。在一个示例中，存在在头部中或头部上的包括第一电连接部和第二电连接部的单个天线部分。在一个示例中，单个天线部分包括沿其长度连接到导电壳体部分的横向构件。在一个示例中，第一电连接部包括连接到单个天线部分的第一端的第一线，并且其中第二电连接部包括连接到单个天线部分的第二端的第二线。在一个示例中，单个天线部分包括在第一触点处和在第二触点处连接到导电壳体部分的横向构件，其中在横向构件和第一触点和第二触点之间的壳体之间存在空间。在一个示例中，第一电连接部包括第一触点和连接到单个天线部分的第一端的第一线，并且其中第二电连接部包括第二触点和连接到单个天线部分的第二端的第二线。在一个示例中，第一连接部和第二连接部不形成在头部中或头部上。在一个示例中，第一电连接部和第二电连接部中的至少一个包括连接到导电壳体部分的线。在一个示例中，第一电连接部包括在第一触点处连接到导电壳体部分的第一线，并且其中第二电连接部包括在第二触点处连接到导电壳体部分的第二线。在一个示例中，第一电连接部和第二电连接部由壳体的具有第一导电率的一部分分离，并且其中形成壳体电流的导电壳体部分具有高于第一导电率的第二导电率。在一个示例中，电力接收电路***包括整流器，该整流器被配置为将电力电流转换成用于向IMD提供电力的DC电压。在一个示例中，IMD还包括壳体内的电池，其中电力接收电路***被配置为使用电力电流向IMD提供电力以对电池充电。在一个示例中，导电壳体部分包括施加到壳体的导电层。在一个示例中，IMD不包括头部。在一个示例中，壳体包括介电材料，并且其中导电壳体部分包括导电窗口。在一个示例中，介电材料包括陶瓷。在一个示例中，导电窗口以覆盖介电材料中的孔的方式贴附到介电材料。在一个示例中，导电窗口包括贴附在介电材料上或介电材料中的板。在一个示例中，控制电路***还包括刺激电路***，用于在与患者的组织接触的多个电极中的所选择的电极处形成刺激电流，其中导电窗口包括多个电极中的一个。在一个示例中，导电窗口被配置为与患者的组织接触，并且还被配置为作为壳体电极操作。在一个示例中，电力接收电路***没有耦合到被配置为接收电磁场的线绕线圈。
公开了一种被配置为从电磁场无线地接收电力的可植入医疗设备(IMD)，该可植入医疗设备可以包括：壳体，该壳体容纳IMD的控制电路***，其中壳体的至少一部分是导电的，并且其中响应于电磁场在导电壳体部分中形成壳体电流；壳体内部的电力接收电路***；贴附到壳体上的非导电头部；以及第一电连接部和第二电连接部，用于将壳体电流中的至少一些作为电力电流转移到电力接收电路***，其中第一电连接部包括头部中或头部上的第一天线部分，并且其中第二电连接部包括头部中或头部上的第二天线部分，其中电力接收电路***被配置为使用电力电流向IMD提供电力。
在一个示例中，IMD还包括头部中的一个或多个引线连接器、头部和壳体之间的馈通以及多个电极馈通线，其中电极馈通线连接到引线连接器中的触点并穿过壳体内部的馈通。在一个示例中，第一电连接部包括连接到第一天线部分的穿过馈通的第一馈通线，其中第二电连接部包括连接到第二天线部分的穿过馈通的第二馈通线。在一个示例中，第一天线部分和第二天线部分由壳体的材料形成。在一个示例中，该壳体包括平坦表面，该平坦表面被配置为在被植入时面向患者的外部，其中第一天线部分和第二天线部分在头部中或头部上朝向外部平坦表面偏移。在一个示例中，第一天线部分包括第一端和第二端，并且其中第二天线部分包括第一端和第二端。在一个示例中，第一电连接部还包括连接到第一天线部分的第一端的第一线，其中第一天线部分的第二端连接到导电壳体部分，其中第二电连接部还包括连接到第二天线部分的第一端的第二线，其中第二天线部分的第二端连接到导电壳体部分。在一个示例中，第一线和第二线穿过壳体中的馈通。在一个示例中，第一线和第二线通过壳体中的一个或多个开口连接到第一天线部分的第一端和第二天线部分的第一端。在一个示例中，该壳体包括平坦表面，该平坦表面被配置为在被植入时面向患者的外部，其中一个或多个开口形成在平坦表面中。在一个示例中，第一天线部分的第二端和第二天线部分的第二端连接到壳体的顶部。在一个示例中，壳体包括平坦表面，该平坦表面被配置为在被植入时面向患者的外部，其中第一天线部分的第二端和第二天线部分的第二端连接到平坦表面。在一个示例中，电力接收电路***包括整流器，该整流器被配置为将电力电流转换成用于向IMD提供电力的DC电压。在一个示例中，IMD还包括壳体内的电池，其中电力接收电路***被配置为使用电力电流向IMD提供电力以对电池充电。在一个示例中，导电壳体部分包括施加到壳体的导电层。在一个示例中，导电层也被施加到第一天线部分和第二天线部分。在一个示例中，导电层被施加在壳体内部。在一个示例中，壳体包括不同于壳体的材料的材料的窗口，其中窗口材料的导电率小于壳体的材料的导电率。在一个示例中，导电壳体部分至少部分地围绕窗口。在一个示例中，壳体包括平坦表面，该平坦表面被配置为在被植入时面向患者的外部，其中该窗口形成在平坦表面中。在一个示例中，电力接收电路***没有耦合到被配置为接收电磁场的线绕线圈。
公开了一种被配置为从电磁场无线地接收电力的可植入医疗设备(IMD)，该可植入医疗设备可以包括：壳体，该壳体容纳IMD的控制电路***，其中壳体的至少一部分是导电的，并且其中响应于电磁场在导电壳体部分中形成壳体电流；壳体内部的电力接收电路***；贴附到壳体上的非导电头部；以及第一电连接部和第二电连接部，用于将壳体电流中的至少一些作为电力电流转移到电力接收电路***，其中至少电连接部包括头部中或头部上的单个天线部分，其中电力接收电路***被配置为使用电力电流向IMD提供电力。
在一个示例中，IMD还包括头部中的一个或多个引线连接器、头部和壳体之间的馈通以及多个电极馈通线，其中电极馈通线连接到引线连接器中的触点并穿过壳体内部的馈通。在一个示例中，第一连接部和第二连接部中的至少一个包括连接到单个天线部分的穿过馈通的馈通线。在一个示例中，单个天线部分由壳体的材料形成。在一个示例中，壳体包括平坦表面，该平坦表面被配置为在被植入时面向患者的外部，其中单个天线部分在头部中或头部上朝向外部平坦表面偏移。在一个示例中，单个天线部分仅包括第一电连接部，而不包括第二电连接部。在一个示例中，单个天线部分包括第一端和第二端，其中第一电连接部还包括连接到单个天线部分的第一端的第一线，其中单个天线部分的第二端连接到导电壳体部分。在一个示例中，第二电连接部包括连接到导电壳体部分的第二线。在一个示例中，头部中或头部上的单个天线部分包括第一电连接部和第二电连接部。在一个示例中，单个天线部分包括沿其长度连接到导电壳体部分的横向构件。在一个示例中，第一电连接部包括连接到单个天线部分的第一端的第一线，并且其中第二电连接部包括连接到单个天线部分的第二端的第二线。在一个示例中，单个天线部分包括在第一触点处和在第二触点处连接到导电壳体部分的横向构件，其中在横向构件和第一触点和第二触点之间的壳体之间存在空间。在一个示例中，第一电连接部包括第一触点和连接到单个天线部分的第一端的第一线，并且其中第二电连接部包括第二触点和连接到单个天线部分的第二端的第二线。在一个示例中，电力接收电路***包括整流器，该整流器被配置为将电力电流转换成用于向IMD提供电力的DC电压。在一个示例中，IMD还包括壳体内的电池，其中电力接收电路***被配置为使用电力电流向IMD提供电力以对电池充电。在一个示例中，导电壳体部分包括施加到壳体的导电层。在一个示例中，导电层也被施加到单个天线部分。在一个示例中，导电层被施加在壳体内部。在一个示例中，壳体包括不同于壳体的材料的材料的窗口，其中窗口材料的导电率小于壳体的材料的导电率。在一个示例中，导电壳体部分至少部分地围绕窗口。在一个示例中，壳体包括平坦表面，该平坦表面被配置为在被植入时面向患者的外部，其中该窗口形成在平坦表面中。在一个示例中，电力接收电路***没有耦合到被配置为接收电磁场的线绕线圈。
公开了一种被配置为从电磁场无线地接收电力的可植入医疗设备(IMD)，该可植入医疗设备可以包括：壳体，该壳体容纳IMD的控制电路***，其中壳体的至少一部分是导电的，并且其中响应于电磁场在导电壳体部分中形成壳体电流；壳体内部的电力接收电路***；以及第一电连接部和第二电连接部，用于将壳体电流中的至少一些作为电力电流转移到电力接收电路***，其中第一电连接部包括被形成于导电壳体部分的第一触点，并且其中第二电连接部包括形成于导电壳体部分的第二触点，其中电力接收电路***被配置为使用电力电流向IMD提供电力。
在一个示例中，IMD还包括贴附到壳体上的非导电头部。在一个示例中，IMD还包括头部中的一个或多个引线连接器、头部和壳体之间的馈通以及多个电极馈通线，其中电极馈通线连接到引线连接器中的触点并穿过壳体内部的馈通。在一个示例中，第一连接部和第二连接部不形成在头部中或头部上。在一个示例中，第一电连接部包括在第一触点处连接到导电壳体部分的第一线，并且其中第二电连接部包括在第二触点处连接到导电壳体部分的第二线。在一个示例中，第一触点和第二触点由壳体的具有第一导电率的一部分分离，并且其中形成壳体电流的导电壳体部分具有高于第一导电率的第二导电率。在一个示例中，导电壳体部分包括施加到壳体的导电层。在一个示例中，导电层被施加在壳体外部。在一个示例中，导电层被施加在壳体内部。在一个示例中，壳体的具有第一导电率的部分包括不同于壳体的材料的材料的窗口。在一个示例中，导电壳体部分至少部分地围绕窗口。在一个示例中，壳体包括平坦表面，该平坦表面被配置为在被植入时面向患者的外部，其中该窗口形成在平坦表面中。在一个示例中，窗口包括介电材料，并且导电壳体部分包括金属材料。在一个示例中，窗口和导电壳体部分包括金属材料。在一个示例中，第一触点通过导电壳体部分中的开口形成于导电壳体部分的外部，并且其中第二触点通过导电壳体部分中的开口形成于导电壳体部分的外部。在一个示例中，第一触点和第二触点分别包括导电引脚。在一个示例中，第一触点形成于导电壳体部分的内部，并且其中第二触点形成于导电壳体部分的内部。在一个示例中，电力接收电路***包括整流器，该整流器被配置为将电力电流转换成用于向IMD提供电力的DC电压。在一个示例中，IMD还包括壳体内的电池，其中电力接收电路***被配置为使用电力电流向IMD提供电力以对电池充电。在一个示例中，IMD不包括头部。在一个示例中，壳体包括介电材料，并且其中导电壳体部分包括导电窗口。在一个示例中，介电材料包括陶瓷。在一个示例中，导电窗口以覆盖介电材料中的孔的方式贴附到介电材料。在一个示例中，导电窗口包括贴附在介电材料上或介电材料中的板。在一个示例中，控制电路***还包括刺激电路***，用于在与患者的组织接触的多个电极中的所选择的电极处形成刺激电流，其中导电窗口包括多个电极中的一个。在一个示例中，导电窗口被配置为与患者的组织接触，并且还被配置为作为壳体电极操作。在一个示例中，电力接收电路***没有耦合到被配置为接收电磁场的线绕线圈。
附图说明
图1A和图1B示出了根据现有技术的可植入脉冲发生器(即一种可植入医疗设备(IMD))的不同视图。
图2A和图2B示出了用于对IMD的电池无线充电或为IMD提供电力的外部充电器的不同的示例。
图3示出了根据现有技术的外部充电器和IMD中的相关充电电路***。
图4A至图4D示出了没有线绕线圈但能够通过利用IMD的导电壳体中生成的涡流从外部充电器接收无线电力的改进的IMD的第一示例，其中一个或多个天线部分设置在IMD的头部区域。
图5示出了改进的IMD的第二示例，其中天线部分不同地连接到IMD的壳体。
图6A至图6C示出了使用单个天线部分的改进的IMD的第三示例。
图7示出了改进的IMD的第四示例，其中天线部分使用壳体的材料形成。
图8示出了改进的IMD的第五示例，其中导电层用于增强涡流的流动。
图9示出了改进的IMD的第六示例，其中在壳体中使用较低导电率的窗口来强化涡流的流动。
图10A和图10B示出了不在头部区域使用天线部分而是使用导电层来强化涡流的流动的改进的IMD的第七示例。
图11示出了没有在头部区域使用天线部分但是在壳体中使用了较低导电率的窗口来强化涡流的流动的改进的IMD的第八示例。
图12A至图12C示出了呈较小的形状因子的改进的IMD的第九示例。
图13示出了包括两个导电壳体模块的改进的IMD的第十示例。
图14示出了缺少附接到壳体的头部的改进的IMD的第十一示例。
具体实施方式
发明人看到了IMD的无线充电方面的改进空间。特别是，发明人发现，不幸的是，像IMD 10的传统IMD需要机械线绕的次级线圈30来拾取磁场55。这种线圈相对昂贵、难以起作用、并且可能受到可靠性问题的影响。典型地，这种充电线圈30由多股铜Litz线制成，这增加了线导电率并改善了AC性能，但是复杂且昂贵。这种线圈30通常在组装到IMD 10之前缠绕并形成在心轴(mandrel)上。将线圈30连接到PCB 29可能是困难的，并且这种连接可能会断开并变得不可靠。此外，线圈30在IMD的壳体12中可能占据很大的体积，这可能妨碍使IMD10更小和对患者更方便。发明人期望提供这样的IMD，其能够从外部充电器无线地接收电力，但是不包括线绕线圈30。
发明人注意到，如已经提及的那样，IMD 10的壳体12通常是导电的，并且由此它对进入的磁场55是反应性的。具体而言，AC磁场55的磁部分将在壳体12中感应出AC涡流。众所周知，根据法拉第感应定律，涡流包括在导电材料内感应处的电流回路。涡流在垂直于磁场55的平面内以闭环形式流动，并且由此将在面对外部充电器的IMD的外部壳体部分12o中显著流动。给定回路中的电流的幅值与磁场的强度、回路的面积和通量的变化率成比例，并且与材料的导电率成比例。涡流在以趋肤深度在导电材料中流动，并且由此更加普遍存在于在面对撞击磁场(impinging magnetic field)55的壳体部分12o的外表面处。
当对IMD充电时，涡流通常被认为是不希望的效应。当感应出涡流时，磁场55中的电力中的一些在壳体12中损失，因此减少了到达壳体内部的充电线圈30的电力。简而言之，壳体12通常将能够到达线圈30的电力衰减到对IMD的电池14充电有用的效果。此外，在壳体12中生成的涡流通常作为热量损失，并且因此通过磁感应进行的充电存在壳体可能过热的风险，当人们考虑到IMD10被设计用于植入患者体内时，这是特有的安全问题。
尽管有这样的传统观点，但是发明人期望提供一种改进的IMD，其利用在磁感应充电期间至少部分地在IMD的壳体12中生成的涡电流的电力，并且使用这种利用的电力来对IMD的电池14充电(或者更一般地，向IMD提供电力)。这样做，发明人的改进的IMD设计不需要线绕的次级充电线圈30，这降低了制造成本和复杂性，并降低了使用线绕线圈时固有的可靠性问题。此外，缺少次级充电线圈30允许将IMD制造得更小并且对患者更方便。
这种改进的IMD 100的第一示例在图4A中示出。在这个示例中，天线部分102a和102b包括在IMD 100的头部28中。在这一点上，注意到并非所有实施例中都严格要求这样的天线部分(如稍后从图10A开始解释的那样)是有用的。
天线部分102a和102b不是缠绕线圈，并且优选地不是由线制成，但它们可以是。相反，天线部分102a和102b优选地由金属片形成所示的形状。部分102a和102b优选地是导电的，并且可以由任何数量的导电材料或合金(诸如包含钛、铜、金、银等的那些材料或合金)制成。部分102a和102b还可以包括在不同层中形成的合金的组合，并且在这点上，这些部分可以利用导电材料涂覆、镀覆或包覆，如随后进一步讨论的那样。
在图4A的示例中，天线部分102a和102b通常是C形的，同时外端附接到壳体12(110)，并且同时内端分别附接到天线馈通线104a和104b。更具体而言，并且如右侧的截面图所示，部分102a和102b(仅示出部分102a)的外端机械地和电气地连接到壳体的顶表面12t，并且更具体地连接到外部壳体部分12o的顶表面12t。这种附接可以通过将外端焊接或钎焊到顶表面12t上来进行，如焊接点110所示。左侧截面图示出了部分102a和102b(同样，仅示出了102a)的内端，并且示出了内端到天线馈通线104a和104b(仅示出了104a)的附接，该附接可以通过焊料或焊接点108进行。在这个示例中，天线馈通线104a和104b穿过与电极馈通线23相同的馈通25，该电极馈通线23连接到引线连接器26中的电极触点。这个示例示出了以2×2的方式布置在头部28中的四个引线连接器26，但是可以使用更多或更少的引线连接器。
如图4A的横截面所示，天线部分102a和102b优选地在头部28中朝向IMD100的外部壳体部分12o的主表面偏移(如图所示向左)，同时头部中的引线连接器26朝向内部壳体部分12i的主表面偏移(向右)。这优选地使天线部分102a和102b更靠近外部充电器的磁场55，并且最小化引线连接器26中的导电结构对磁场接收的干扰。一旦引线连接器26附接到电极馈通线23，并且天线部分102a和102b连接到壳体12以及天线馈通线104a和104b，头部28可以形成在这些结构上方，例如通过利用合适的头部材料(例如，聚合物、环氧树脂或热固性塑料)封装或包覆成型。然而，天线部分102a和102b位于头部28中或者封装在头部材料中，对于正常工作并不是严格必要的。例如，天线部分102和102b也可以从头部28延伸，或者在头部28的外表面上。在不需要引线的IMD设计中，头部28可以不包括引线连接器。
图4B中示出了用于向IMD 100提供电力的电路***和电流Ipower的形成的另外的细节。如上所讨论那样，磁场55将在导电壳体12中感应出涡流。这些圆形电流在壳体的中心将趋向于彼此相对，但朝向壳体的***将相互加强(reinforce)，从而产生电流Icase，在靠近***具有最高电流密度，如所示出的那样。这个电流Icase通常会朝向壳体的顶部返回为电流Ix。
然而，电流Icase中的至少一些(在其他设计中，可能是全部)也将通过电连接部110转移到天线部分102a和102b作为电流Ipower。电流Ipower的流动以不同的方式被促进。首先，天线部分102a和102b的外端连接(110)在壳体12的***附近，在那里Icase最高。其次，天线部分102a和102b优选地由高导电率(低电阻)材料形成，如上所述。在这点上，优选的是，天线部分102a和102b(例如，银)具有比用于形成壳体的导电材料(例如，钛)更高的导电率，这相对于返回电流Ix加强了Ipower的幅值。第三，如刚刚所讨论那样，涡流偏向于流动到导电结构的***意味着电流将偏向于流过天线部分102a和102b，这些天线部分在IMD100中比其中形成返回电流Ix的壳体部分更***。简而言之，并且通过这些装置，生成了显著的AC电流Ipower，其可以近似0.5至3.0安培并且适合于对电池14充电。
天线馈通线104a和104b连接到天线部分102a和102b，并且连接到壳体12内部的PCB 29，以向电力接收电路***101提供电力。如前文那样电力接收电路***101可以包括调谐电容器105，该调谐电容器可以串联连接，但是被示为并联在天线馈电线104a和104之间。调谐电容器105的电容值可以被修改以将接收调谐到磁场55的频率，如下面进一步讨论的那样。如前文的整流器82可以导出DC电压Vdc，该DC电压可以可选地被提供给充电和保护电路***84，用于导出Vbat和Ibat以给IMD 100的电池14充电，或者更一般而言，向IMD 100提供电力。
简而言之，第一和第二电连接部将Icase中的至少一部分电力作为Ipower转移，从而允许电力接收电路***101使用Ipower向IMD提供电力。这些电连接部可以包括不同的结构，诸如天线部分、线、触点或这些的组合，如下面的其他各种实施例中所解释的那样。
在图4A的示例中，天线部分102a和102b被相似地确定大小，并且在它们之间包括间隙103，该间隙103通常在IMD 100中从左到右居中。然而，天线部分102a和102b可以具有不同的大小，并且间隙103可以设置在不同的位置，而不影响用于形成Ipower的电流路径。例如，在图4C的IMD 100’中，间隙103已经向左移动，因此天线部分102b小于天线部分102a。
在图4D的IMD 100”中，只有单个天线部分102存在于头部28区域中，使右端贴附到壳体(110)的顶表面12t上，并且使自由端如前文那样附接到天线馈通线104a上。在这个示例中，天线线104b不穿过馈通25，而是连接107到外部壳体部分12o。这种连接107可以以不同的方式建立，如图4D的横截面所示。在左横截面中，天线线104b在焊料或焊接点111处连接到外部壳体部分12o的内表面，即壳体内部。在右横截面中，天线线104b最终与外部壳体部分12o的外表面进行电连接。这通过使用穿过外部壳体部分12o的主表面中的开口(未标记)的导电引脚113来促进。这个引脚113可以焊接到外表面，并且在壳体内部焊接到天线线104b。右横截面中的连接107可能优于左横截面，因为更具有导电性以增加Ipower的幅值。这是因为如前所述的涡流(通过趋肤深度现象)将倾向于形成在外部壳体部分12o的外表面上，右横截面中的引脚113直接连接到该外表面。当连接107建立在内表面上时，如在左横截面中，外部壳体部分12o的厚度介于外表面上的涡流和内表面上的连接部107之间，从而产生了可能不利地影响Ipower的流动的体电阻。可能期望额外的步骤来确保如右横截面所示的连接部107适当地密封以防止流体进入。例如，并且如以下其他示例中所讨论的那样，可以使用玻璃套圈将引脚113固定在外部壳体部分12o中的开口中，和/或头部28可以被包覆成型为覆盖连接部。
在任何情况下，在IMD 140”中，并且不管连接107连接到壳体12的方式如何，电路实际上与图4B中描述的相同：一定量的Icase通过天线线104b被提供给电容器105和相关电路***(未示出)作为Ipower，而天线线104a和天线部分102将Ipower返回给Icase。
图5示出了具有天线部分122a和122b的改进的IMD 120的另一示例，该示例在天线部分的连接的方式上不同于前面的示例。在这个示例中，并且如在横截面中最佳所见，天线部分122a和122b连接到外部壳体部分12o的主表面，而不是连接到顶表面12t。右侧截面示出了在壳体的***处的天线部分(仅示出了122a)的外端的连接，并且示出了外端已经焊接(128)到外部壳体部分12o的主表面以建立电连接。
左侧截面示出了天线部分的内端(同样仅示出了122a)。在这个示例中，内端不连接到穿过IMD的馈通25的天线馈通线(比较图4A中的104a)。相反，来自内端的导电路径穿过形成在外部壳体部分12o的主表面中的开口127。这可以以不同的方式进行，但是如所示出的那样，天线部分122a的内端包括或连接到穿过外部壳体部分12o中的开口127的导电引脚125。玻璃套圈126可以***引脚125和外部壳体部分12o之间的开口127中，并且以类似于电极馈通线23在穿过馈通25时传统上密封贴附和绝缘的方式熔化。玻璃套圈126在内端处将信号与壳体12绝缘，并且还提供气密密封以防止液体在引脚125的入口点处进入。天线线124a(用于天线部分122b的124b)然后可以通过焊接、焊接等连接到引脚125。如前文那样，天线线124a和124b连接到PCB 29、调谐电容器105、整流器82和其他电路***84，类似于图4A和图4B中所描述的内容。
注意，在图5的横截面中，将天线部分122a和122b附接到或穿过外部壳体部分12o的主表面可以稍微增加设备的厚度，并且如所示的那样，可以保证增加头部28的厚度，使得可以封装这种结构。天线部分122a和122b如文前文那样被间隙123分离，该间隙被示出为在IMD 120中居中。然而，这个间隙123的位置可以类似于图4C和图4D中所示的内容变化，尽管为了简单起见没有描述这种变化。
天线部分连接到IMD的方式可以变化，并且图4A和图5中示出的方法可以一起使用。例如，如图4A所示，天线部分的外端可以连接到壳体12的顶表面12t，同时内端通过外部壳体部分12o的主表面中的开口127连接，如图5所示。同样地，如图5所示，外端可以连接到主表面，而内端连接到穿过馈通25的天线馈通线，如图4A所示。
图6A示出了改进的IMD 140的另一个示例，并且在这个示例中，在头部28中只有单个天线部分。如前文的天线部分包括两个C形部分142a和142b，但也包括在底部连接其的横向构件145。在这个示例中，类似于图4A中天线部分102a和102b的外端连接到壳体的顶部的方式，使用焊接点110将横向构件145贴附到壳体12的顶表面12t。IMD 140的设计可能更容易制造，因为只有单个天线部分142，并且因为该部分沿着顶表面12t的长度连接到壳体12，从而使得这种连接更加稳定。尽管如此，电流仍然以类似于前面关于图4B所描述的内容的方式流动。第一眼看上去，似乎横向构件145将充当短路，从而通过Ix发送所有电流Icase，并且因此将Ipower减小到零。然而，上面解释的迫使涡流到导电结构***的趋势阻止了这种情况的发生，使得Ipower仍然保持显著，并且具有合适的幅值来对IMD 140的电池14充电。
尽管未示出，注意天线部分142，特别是它的横向构件145，也可以附接到外部壳体部分12o的主表面，如图5(128)所示，尽管没有描述这种变化。天线部分142的内端可以连接到穿过馈通25的天线馈通线144a和144b，如所描绘的那样(例如，图4a)，或者可以通过外部壳体部分12o中的开口(127)连接到电路***(如图5所示)。天线部分142a和142b之间的间隙143也可以被移动到不同的位置(例如，参见图4C和图4D)，并且图6B的IMD 140’示出了其中间隙143已经被移动到左侧的示例。注意，天线线144b被示出为通过馈通连接到横向构件，但是它也可以连接到壳体，如图4D所示。
图6C示出了改进的IMD 140”的另一示例，其中天线部分142a和142b通过横向构件145连接。然而，在这个示例中，横向构件145没有沿着其长度连接到壳体12(例如，顶表面12t)。相反，在这个示例中，横向构件145在左端和右端处使用焊接点110连接。这在横向构件145和壳体12之间留下了空间147。这个空间147将被头部28材料填充，或者也可以在头部28内被留下为空气间隙。实验示出，空间147的使用增加了Ipower电流路径中的电感，这意味着较低的Ipower将在电容器105和整流器82上建立较高的电压，从而使得电路向IMD140”递送电力更有效。
图7示出了改进的IMD 160的另一示例。在这个示例中，天线部分162a和162b不是由分离的结构形成的，而是使用壳体12本身的材料形成的。具体而言，外部壳体部分12o的导电材料继续进入到头部28区域中，从而形成在它们之间具有间隙163的天线部分162a和162b。内部壳体部分12i的材料也可以继续进入头部区域中(如果期望的话)，尽管这没有示出。右横截面示出了允许天线部分162a从外部壳体部分12o进入头部28区域中，而左横截面示出了内端到穿过馈通25的天线馈通线164a的连接(168)，如图4A所示。这个内端也可以通过外部壳体部分12o(未示出)中的开口连接，如图5所示。一旦结构被连接，头部材料28可以通过模具注射形成在天线部分162a和162b内，并且尽管未示出，头部材料28也可以完全包围或封装这些部分。电流Ipower和IMD 160的电池14的充电将如前所解释那样发生。如在较早的示例中出现的那样，天线部分162a和162b之间的间隙163的位置可以变化。
图8示出了改进的IMD 180的另一示例。在这个示例中，通过施加导电层185，携带Icase和Ipower的电流路径的导电率增加。如所示出的那样，这个导电层185被施加到壳体12的***，特别是施加到外部壳体部分12o的主表面的***，Icase将倾向于在该***形成。导电层185优选地包括比用于形成外部壳体部分12o的材料更具导电性的材料，并且由此导电层185围绕在外部壳体部分12o的中间的不太具有导电性的区域186。这促进了响应于由磁场55感应的涡流的Icase(图4B)的传导。附加地，导电层185也可以施加到天线部分122a和122b，这促进了Ipower的传导。(图8的示例建立在图5的示例的基础上，但是导电层185也可以应用于先前描述的示例中的任何一个，尽管为了简单起见没有描述这种变化)。
导电层185可以以不同的方式形成。例如，区域186和其他重要结构(例如，引线连接器26)可以被掩蔽，并且导电层185通过溅射、化学气相沉积(Chemical VaporDeposition，CVD)、电镀和类似技术形成。导电层185也可以包括所施加的包覆层。注意，一旦组装了IMD 180的相关部分，就可以施加导电层185，或者可以在将各种件(12o、122a、122b)组装到IMD 180中之前单独地施加导电层185。导电层185可以包括任何数量的导电材料，诸如铜、金、银等、或者不同化合物的混合物，并且可以形成为具有适于促进电流Icase和Ipower的流动的厚度。虽然图8示出了形成在外部壳体部分12o和天线部分122a和122b两者上的导电层185，但是这个层可以仅形成在这些结构中的一个上。例如，如果天线部分122a和122b已经由合适的导电材料形成，则可能只需要将导电层185施加到外部壳体部分12o。就导电层185不是生物相容的而言，它可以被头部材料涂覆或者甚至覆盖，但是这个细节没有示出。
导电层185的施加意味着壳体12可以由不同于通常使用的钛合金的材料形成。例如，图8的示例中的壳体12可以由介电材料形成，诸如陶瓷、玻璃、环氧树脂或各种塑料。虽然这种材料通常不容易响应磁场55而形成涡流，但是导电层185将允许涡流流动，因此最终提供IMD供电和充电所需的电流Icase和Ipower。
图9示出了改进的IMD 200的另一示例，该IMD在通过增加Icase和Ipower流动的区域中的导电率来促进Icase和Ipower的传导方面在功能上类似于图8的IMD 180。(同样，这个示例建立在图5的示例上，但是可以应用于前面描述的示例中的任何一个)。然而，在这个示例中，不同的材料被用于形成外部壳体部分12o，从而导致导电率差异，这再次促进电流Icase和Ipower的流动。具体而言，外部壳体部分12o包括由与外部壳体部分12o的其余部分分离的材料形成的“窗口”206。窗口206由具有比外部壳体部分12o的其余部分更低的导电率(并且优选地也低于天线部分122a和122b的导电率)的材料形成。这相对于由较高导电率的壳体材料形成的外部壳体部分12o的部分205中的返回电流Ix(图4B)促进了电流Icase的流动，这又增加了Ipower。
在一个示例中，窗口206可以包括介电材料，诸如陶瓷、玻璃、环氧树脂或各种塑料。在另一示例中，窗口206可以包括金属结构或合金，但是是具有用于壳体12的其余部分或外部壳体部分12o的较低导电率的金属结构或合金。例如，窗口206可以由较低导电率的钛-铝-钒合金(诸如Ti-6Al-4V(例如，等级5或23)形成，而壳体12的剩余部分或外部壳体部分12o由较高导电率的纯钛(例如，等级1)形成。钎焊、激光焊接或类似技术可以用于将窗口206贴附在形成于外部壳体部分12o中的孔内。优选地，用于窗口206的材料的导电率是用于壳体12的剩余部分或外部壳体部分12o的材料的导电率的三分之一或更低。虽然未示出，但是窗口206和承载Ipower和Icase的部分之间的导电率差异可以通过施加导电层185而进一步强化，如图8中所进行的那样。
图10A和图10B示出了改进的IMD 220的另一个示例，其像其他示例一样利用壳体12中的涡流来促进IMD供电和充电。然而，在这个示例中，在IMD的头部28区域中没有提供天线部分，并且头部28可以如传统设计中那样形成。相反，相关电流Icase和Ipower完全使用壳体生成，如参考图10B进一步解释的那样。在图10A的示例中，提供了导电层185，其被定位在壳体***的一部分周围。具体而言，导电层185形成在外部壳体部分12o上，以及特别是形成在其围绕***的主表面上，并且沿着接近顶表面12t的部分，留下间隙223。导电层185可以如前面参照图8所述形成，并且可以由相同的材料形成。导电层185同样优选地包括比用于形成外部壳体部分12o的材料更具导电性的材料，并且由此导电层围绕在外部壳体部分12o的中间并且在间隙223中的不太具有导电性的区域186。
图10B示出了在IMD 220形成的相关电流Icase、Ix和Ipower。在这个示例中，如先前所解释那样响应于磁场55通过涡流形成Icase，其中Icase优先地形成在导电层185中。返回电流Ix出现在间隙223中，并且因此形成在外部壳体部分12o的较低导电率的材料内。天线线224a和224b提供了到靠近间隙223的导电层185的电连接，如稍后解释的那样，并因此将Icase中的至少一些作为Ipower转移。如上文的承载Ipower的天线线224a和224b连接到电力接收电路***101，该电力接收电路***可以与前面描述的相同。
图10A示出了可以形成导电层185并将其连接到天线线224a和224b(仅示出了到224a的连接)的不同方式。在左横截面中，导电层185形成在外部壳体部分12o的外部上。为了更容易观察，导电层185的厚度被夸大了。导电层185与天线线224a的连接通过外部壳体部分12o中的开口227进行。虽然线224a和224b可以直接连接到导电层185，但是在所描述的示例中，导电引脚226被用作中间体，并且被定位在开口227中并且被玻璃套圈228包围，这如上文那样对于提供密封性和防止流体进入是有用的。引脚226的一个端部连接到壳体12内的天线线224a，而引脚226的外端被暴露以在施加导电层之后接触导电层185。尽管未示出，注意，头部28的材料可以被包覆成型，以便覆盖导电层185，以及特别是开口227，从而进一步提高密封性。引脚226也可以在没有玻璃套圈的情况下使用，类似于前面关于图4D所描述的内容。
在右横截面中，导电层185形成在外部壳体部分12o的内部，使得导电层185在壳体12的内部。在该示例中，不需要在外部壳体部分12o中设置开口227，而是天线线224a可以以适当的连接部230直接连接到导电层185，诸如通过焊接或焊合。如同对于图8的示例也是如此，导电层185的施加意味着壳体12可以由不同的材料形成，并且可以由前面解释的介电材料形成。在导电层185位于壳体内部的右横截面中示出的示例中，电介质壳体材料的使用可能是优选的；如果壳体12材料是导电的，涡流将在外表面上形成，同时体电阻——外部壳体部分12o的厚度——介于涡流和导电层185之间，如前面参考图4D所解释的那样。如果壳体材料是电介质，这将不是问题，因为涡流将直接在导电层185中形成。
图11示出了改进的IMD 240的另一示例。类似于IMD 220，IMD 240不使用头部28区域中的天线部分，并且相关电流Icase、Ipower和Ix完全使用壳体12生成，类似于参考图10B所解释的内容。然而，在这个示例中，外部壳体部分12o包括由与外部壳体部分12o的其余部分分离的材料形成的低电导材料的窗口206，类似于图9中所描述的内容。与图10A的间隙223类似，较低导电率窗口206优选地也存在于间隙243中，这相对于由较高导电率壳体材料形成的部分205中的返回电流Ix(图10B)促进了电流Icase和Ipower的流动。在这个示例中，天线线244a和244b接触靠近间隙243的较高导电率壳体部分205。这种接触可以在壳体12的外部进行(例如，参见图4D)，或者天线线224a和224b可以在如所示出的连接间250处连接到外部壳体部分12o的内部。如同图9的示例一样，窗口206可以包括介电材料或者金属结构或合金，但是具有比用于壳体12的其余部分或外部壳体部分12o更低的导电率的金属结构或合金。
图12A示出了没有线绕充电线圈的改进的IMD 260的另一示例，如在其他示例中，其使用壳体262来形成必要的电流以从磁场55导出电力。IMD 260具有较小的形状因数，并且可以如美国专利申请公开2017/0151440中所述那样。到目前为止，IMD 260可能显著小于IMD示例。注意，所公开的技术的应用——其不需要线绕充电线圈30——极大地促进了较小的IMD(IMD 260)的制造。
IMD 260包括壳体262，该壳体包含相关的电子设备，诸如电池和刺激电路***(未示出)。一个或多个引线连接器268形成在壳体262的外部，并且经由电极馈通线(未示出)经由馈通266连接到壳体内部的电路***，类似于先前的示例。在这个示例中，壳体262和(多个)引线连接器268可以利用诸如硅树脂的介电材料264包覆成型，尽管也可以使用其他材料的环氧树脂。这个示例中的壳体262包括围绕其***的较高导电率区域275，其围绕较低导电率区域276。如在图10A和11的示例中那样，较低导电率区域276包括间隙263，如前所解释那样，该间隙有助于抑制返回电流Ix，并且因此促进电流Ipower通过天线线284a和284b。较高和较低导电率区域275和276可以以前面参照图10A至图11描述的方式中的任何一个制成，诸如通过使用较高导电率层185或较低导电率窗口206，并且壳体262可以包括或包含介电材料。IMD 260也可以像在前面的示例中那样在靠近(多个)引线连接器268的头部中包括天线部分，尽管这没有示出。
图12B示出了具有与图12A的IMD 260相似的形状因子的改进的IMD 280的更具体的示例。如前文的IMD 280包括一个或多个引线连接器268、馈通266和包覆成型介电材料264。然而，壳体由不同的材料制成。壳体的大部分由介电材料282(诸如陶瓷)构成。壳体的主表面中的一个上包括导电材料283，该导电材料可以包括附接到介电壳体材料282的导电窗口，如横截面中最佳所示。导电窗口283可以钎焊到陶瓷壳体材料282上。
在这个示例中，导电窗口283用于双重目的。首先，并且如在其他示例中，导电窗口283用作接收磁场55用于IMD 280供电和电池充电的装置。就这一点而言，导电窗口283可以像在先前的示例中那样包括围绕其周边的较高导电区域285，以及在其中心的较低导电区域286，该较低导电区域包括对于生成提供给电力接收电路***的电力是有用的的间隙263。如在较早的示例中，较高和较低导电率区域285和286可以以不同的方式形成。它们可以由不同的材料(例如，不同的合金)形成，或者可以通过使用导电层来增强区域285的导电率。导电层可以如前文那样放置在导电窗口283的外部或内部，同时天线线284a和284b适当地连接，类似于前面针对图10A所解释的那样。在图12A中，导电层被施加到导电窗口的外部，同时其厚度在横截面中被放大。
导电窗口283还可以用于充当壳体电极Ec目的。如本领域技术人员所理解的那样，在神经刺激期间使用壳体电极对于为在电极Ex(例如，在引线上)处形成的刺激电流提供返回电流路径特别有用，这通常被称为单极刺激模式。用于向电极Ex中的所选择的电极提供刺激电流的壳体中的刺激电路***298可以连接到导电窗口283以形成壳体电极Ec。这种连接可以形成于较高或较低导电率区域285或286，并且通常由连接到壳体的内部的线来进行。如在横截面中最佳所见，包覆成型的介电材料264可以形成有开口264a，从而允许导电窗口283的外部与患者的组织物理和电接触。
在图12B中示出的示例电路***中，天线线284a和284b中的一个或多个(另外地用于将电力接收电路***101连接到导电区域285)也可以用于操作导电窗口283作为壳体电极。这可以以不同的方式发生，但是在所示的示例中，一个或多个开关297连接在刺激电路298的壳体电极输出Ec和天线线284a和284b中的一个或多个之间。(实际上，只需要将连接到284a或284b中的任何一个的一个开关297，但是示出了连接到两者的两个开关)。逻辑(例如，IMD的控制电路***86，图3)可以控制(多个)开关297，使得开关当IMD 280接收磁场时断开，而当刺激电路298用于驱动作为壳体电极的导电窗口283时闭合。使用天线线284a和284b中的一根或多根的方法虽然不是必须的，但却是有利的，因为它允许导电窗口283作为壳体电极工作，而不需要为壳体电极提供天线线以外的到导电窗口283的额外连接部。
图12C以横截面示出了IMD 280的替代性方案(IMD 280’)，其中导电特征284不包括可定位在介电壳体282的孔中的导电窗口283，而是包括可定位在壳体上或壳体中的导电板283’。在图12C的示例中，导电板283’已经被定位在电介质壳体282的外部，因此允许其用作刚刚解释的壳体电极Ec。然而，导电板283’也可以放置在电介质壳体282的内部。导电板283’可以如前文那样具有更高和更低导电区域285和286，如参考图12B所解释的那样。虽然未示出，但是电介质壳体282中的开口可以允许天线线284a和284b连接到较高导电区域285，如在较早的示例中发生的那样。出于本公开的目的，诸如283’的“板”可以被认为是诸如283的“窗”的类型，并且由此，窗283或283’可以被放置在壳体282中的孔中(图12B)，或者放置在没有相对应的孔的壳体282上或壳体282中(图12C)。
注意，在前面介绍的示例中也可以使用贴附在壳体上或壳体中的导电板，诸如283’。例如，贴附在壳体上或壳体中的导电板可以包括图8和图10A中的导电层185。
虽然在示例中使用用于电力接收的相同导电窗口283或板283’形成壳体电极是有用的，但是注意，这不是严格必要的。与壳体结合形成的不同导电窗口、板或其他电极可以用作与用于电力接收的导电窗口283或板283’分离的壳体电极。
图13示出了改进的IMD 300的另一示例。在这个示例中，壳体被分离成不同的壳体模块302和304，这些模块被包围在包覆成型件306内。为了简单起见，引线连接器在该示例中未示出，但是可以以任何数量的不同方式结合到包覆成型件306中、具有端接到壳体模块302中的信令。在这个示例中，壳体模块302和304容纳IMD 300的不同电路***。例如，壳体模块302可以包括刺激电路***和其他电子设备，而壳体模块304可以容纳电池14(未示出)。IMD 300的电路***可以以任何期望的方式在两个壳体模块302和304之间分开。
在这个示例中，壳体模块302和304以促进Icase流动的方式形成和连接，如前文那样，Icase被分接为Ipower以向IMD 300的电池14提供电力或充电。为了促进电流Icase，壳体模块302优选地包括围绕其***的较高导电率区域305，该***至少部分地围绕较低导电率区域306。如在先前示例中的壳体那样，较高和较低导电率区域305和306可以以不同的方式形成，诸如通过使用导电层185(图8)或较低导电率窗口206(图9)，尽管没有示出这些细节。壳体模块304优选地具有较高导电率，并连接到壳体模块282中的较高导电率区域305，以促进Icase的流动，如所示出的那样。为了促进这种流动，壳体模块302和304通过不同的方式连接在一起。在所示的示例中，在左侧，壳体模块302和304通过导电线309连接，而在右侧，这些模块通过导电接头307(其也可以包括用于从模块304中的电池向模块302提供电力和接地线的导管)连接。左右连接也可以类似地进行。一旦壳体模块302和304被连接，Icase将通过涡流流过壳体模块302和304中的两者，如所示出那样。如前文的较低导电率间隙303介于导电区域305之间，同时天线线跨过间隙连接到区域305。如前文的这些天线线将向电容器105和相关联的电路***运送Ipower，以允许IMD 300被供电或充电，如前面所解释那样。
图14示出了能够利用涡流来提供IMD电力，但是缺少连接到壳体的头部的改进的IMD 320的另一示例。IMD 320也通常在上面引用的2017/0151440公布中示出，假定读者熟悉该公布。IMD 320通常被划分为三个部分：电子设备部分322、连接器块部分324和电极线部分326。在这个示例中，部分324和326进一步由各自耦合到它自己的电极线线缆327a和327b的左和右连接器块325a和325b构成，这些线缆可以是柔性的。引线18的近端(图1A)可以耦合连接器块325a和325b中的开口。电极线缆327a和327b中的电极线连接到连接器块中的触点，并连接到电子部件322内部的刺激电路***。
电子设备部分320包括壳体330，在这个示例中，该壳体通常是圆柱形的并且在被植入时具有面向患者的外侧的主平坦表面。这个表面包括较高导电率区域335，该较高导电率区域包围较低导电率区域336，该较低导电率区域包括间隙333。这些区域335和336可以以前面提及的任何方式形成，并且可以由前面也提及的材料的不同组合形成。天线线跨过间隙333连接到较高导电率区域335，并且连接到电容器105和如前文的电力接收电路***101的其他方面，以允许在区域335中形成的涡流为IMD 320提供电力。IMD 320可以包括包覆成型电子设备322、连接器块324和电极线326部分中的一个或全部的包覆成型件350。这个包覆成型件350可以包括用于壳体电极的开口(例如，264a，图12B)，尽管这没有示出。
能够使用涡流接收电力并且没有线绕线圈的IMD的各种公开示例可以使用一定范围的频率来操作，并且由此，由外部充电器产生的AC磁场55可以包括一定范围的频率。用于向各种所公开的IMD提供电力的频率可以高于传统上在使用线绕线圈30拾取磁场55的IMD中使用的频率。例如，虽然具有传统线绕线圈30的IMD可以被调谐以接收具有近似100kHz的频率的磁场55，但是所公开的示例可以被调谐以接收具有近似1到10MHz的频率的磁场55。在一个具体的示例中，可以使用6.78MHz或13.56MHz的ISM频带频率。使用更高的频率向所公开的IMD提供电力可能是优选的，以在其中感应处涡流的外壳中减少发热。如本领域技术人员将理解的那样，电流Icase以与频率成反比的趋肤深度流动。因此，更高的频率将减少趋肤深度，这将倾向于减少Icase，但也将减少发热。本领域技术人员将理解，通过改变电容105，可以将IMD调谐到在磁场55的频率下谐振。在一个示例中，对于所讨论的较高频率，电容器105可以具有范围从1到100纳法的值。
如本领域技术人员将理解的那样，前述示例示出了IMD可以通过其从外部充电器无线地接收电力以使用壳体感应的涡流向IMD供电或充电而不需要线绕线圈的几种不同的方式。应当理解，这些不同的示例并不相互排斥，并且因此在某些示例中使用的技术可以与不同的示例相结合。所有这些变化没有明确显示，因为这样做是很麻烦的。
此外，尽管在可植入刺激器设备的上下文中示出了前述示例，但是本领域技术人员将理解，可以使用磁感应对许多不同的可植入医疗装置供电或充电，并且所有这样的可植入设备因此可以受益于本公开中提供的教导。即使是完全没有头部的可植入医疗设备也是如此。具有导电壳体部分并且能够使用磁感应供电或充电的不可植入或非医疗设备也可以受益。
Claims (70)
1.一种被配置为从电磁场无线地接收电力的可植入医疗设备(IMD)，包括：
壳体，所述壳体容纳所述IMD的控制电路***，其中所述壳体的至少一部分是导电的，并且其中响应于所述电磁场而在导电壳体部分中形成壳体电流；
电力接收电路***，其位于所述壳体内部；以及
第一电连接部和第二电连接部，其用于将所述壳体电流中的至少一些壳体电流作为电力电流转移到所述电力接收电路***，
其中所述电力接收电路***被配置为使用所述电力电流向所述IMD提供电力。
2.根据权利要求1所述的IMD，还包括贴附到所述壳体的非导电头部。
3.根据权利要求2所述的IMD，其中所述第一电连接部和所述第二电连接部中的至少一个包括所述头部中或所述头部上的天线部分，从而导致所述头部中或所述头部上的至少一个天线部分。
4.根据权利要求3所述的IMD，还包括所述头部中的一个或多个引线连接器、所述头部和所述壳体之间的馈通以及多个电极馈通线，其中所述电极馈通线连接到所述引线连接器中的触点并穿过所述壳体内部的馈通。
5.根据权利要求4所述的IMD，其中所述第一电连接部和所述第二电连接部中的至少一个包括穿过所述馈通的馈通线，所述馈通线连接到所述至少一个天线部分。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的IMD，其中所述至少一个天线部分由所述壳体的材料形成。
7.根据权利要求3所述的IMD，其中所述壳体包括平坦表面，所述平坦表面被配置为在被植入时面向患者的外部，其中所述至少一个天线部分在所述头部中或所述头部上朝向外部平坦表面偏移。
8.根据权利要求3所述的IMD，其中在所述头部中或所述头部上存在包括所述第一电连接部的第一天线部分，并且在所述头部中或所述头部上存在包括所述第二电连接部的第二天线部分。
9.根据权利要求3所述的IMD，其中在所述头部中或所述头部上存在包括所述第一电连接部的单个天线部分。
10.根据权利要求3所述的IMD，其中在所述头部中或所述头部上存在包括所述第一电连接部和所述第二电连接部的单个天线部分。
11.根据权利要求2所述的IMD，其中所述第一连接部和所述第二连接部不形成在所述头部中或所述头部上。
12.根据权利要求1所述的IMD，其中所述所述第一电连接部和所述第二电连接部中的至少一个包括连接到所述导电壳体部分的线。
13.根据权利要求1所述的IMD，其中所述第一电连接部包括在第一触点处连接到所述导电壳体部分的第一线，并且其中所述第二电连接部包括在第二触点处连接到所述导电壳体部分的第二线。
14.根据权利要求13所述的IMD，其中所述第一电连接部和所述第二电连接部由所述壳体的具有第一导电率的部分分离，并且其中形成所述壳体电流的所述导电壳体部分具有高于所述第一导电率的第二导电率。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的IMD，其中所述电力接收电路***包括整流器，所述整流器被配置为将所述电力电流转换成用于向所述IMD提供电力的DC电压。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的IMD，还包括所述壳体内的电池，其中所述电力接收电路***被配置为使用所述电力电流向所述IMD提供电力以对所述电池充电。
17.根据权利要求1所述的IMD，其中所述导电壳体部分包括施加到所述壳体的导电层。
18.根据权利要求1所述的IMD，其中所述壳体包括介电材料，并且其中所述导电壳体部分包括导电窗口。
19.根据权利要求18所述的IMD，其中所述介电材料包括陶瓷。
20.根据权利要求18或19所述的IMD，其中所述控制电路***还包括刺激电路***，用于在与患者的组织接触的多个电极中的所选择的电极处形成刺激电流，其中所述导电窗口包括所述多个电极中的一个电极，并且还被配置为操作为壳体电极。
21.一种被配置为从电磁场无线地接收电力的可植入医疗设备(IMD)，包括：
壳体，所述壳体容纳所述IMD的控制电路***，其中所述壳体的至少一部分是导电的，并且其中响应于所述电磁场而在导电壳体部分中形成壳体电流；
电力接收电路***，其位于所述壳体内部；
非导电头部，其贴附到所述壳体上；以及
第一电连接部和第二电连接部，其用于将所述壳体电流中的至少一些壳体电流作为电力电流转移到所述电力接收电路***，其中所述第一电连接部包括所述头部中或所述头部上的第一天线部分，并且其中所述第二电连接部包括所述头部中或所述头部上的第二天线部分，
其中所述电力接收电路***被配置为使用所述电力电流向所述IMD提供电力。
22.根据权利要求21所述的IMD，还包括所述头部中的一个或多个引线连接器、所述头部和所述壳体之间的馈通以及多个电极馈通线，其中所述电极馈通线连接到所述引线连接器中的触点并穿过所述壳体内部的馈通。
23.根据权利要求22所述的IMD，其中所述第一电连接部包括连接到第一天线部分的穿过所述馈通的第一馈通线，其中所述第二电连接部包括连接到第二天线部分的穿过所述馈通的第二馈通线。
24.根据权利要求21至23中任一项所述的IMD，其中所述第一天线部分和所述第二天线部分由所述壳体的材料形成。
25.根据权利要求21至24中任一项所述的IMD，其中所述壳体包括平坦表面，所述平坦表面被配置为在被植入时面向患者的外部，其中所述第一天线部分和所述第二天线部分在所述头部中或所述头部上朝向外部平坦表面偏移。
26.根据权利要求21所述的IMD，其中所述第一天线部分包括第一端和第二端，并且其中所述第二天线部分包括第一端和第二端，其中所述第一电连接部还包括连接到所述第一天线部分的第一端的第一线，其中所述第一天线部分的第二端连接到所述导电壳体部分，其中所述第二电连接部还包括连接到所述第二天线部分的第一端的第二线，其中所述第二天线部分的第二端连接到所述导电壳体部分。
27.根据权利要求26所述的IMD，其中所述第一线和所述第二线穿过所述壳体中的馈通，或者其中所述第一线和所述第二线通过所述壳体中的一个或多个开口连接到所述第一天线部分的第一端和所述第二天线部分的第一端。
28.根据权利要求26或27所述的IMD，其中所述第一天线部分的第二端和所述第二天线部分的第二端连接到所述壳体的顶部，或者其中所述壳体包括平坦表面，所述平坦表面被配置为在被植入时面向患者的外部，其中所述第一天线部分的第二端和所述第二天线部分的第二端连接到所述平坦表面。
29.根据权利要求21至28中任一项所述的IMD，其中所述电力接收电路***包括整流器，所述整流器被配置为将所述电力电流转换成用于向所述IMD提供电力的DC电压。
30.根据权利要求21至29中任一项所述的IMD，还包括所述壳体内的电池，其中所述电力接收电路***被配置为使用所述电力电流向所述IMD提供电力以对所述电池充电。
31.根据权利要求21至30中任一项所述的IMD，其中所述导电壳体部分包括施加到所述壳体的导电层。
32.根据权利要求31所述的IMD，其中所述导电层施加在所述壳体内部。
33.根据权利要求21至32中任一项所述的IMD，其中所述壳体包括材料与所述壳体的材料不同的窗口，其中所述窗口的材料的导电率小于所述壳体的材料的导电率。
34.根据权利要求33所述的IMD，其中所述导电壳体部分至少部分地围绕所述窗口。
35.根据权利要求33或34所述的IMD，其中所述壳体包括平坦表面，所述平坦表面被配置为在被植入时面向患者的外部，其中所述窗口形成在所述平坦表面中。
36.一种被配置为从电磁场无线地接收电力的可植入医疗设备(IMD)，包括：
壳体，所述壳体容纳所述IMD的控制电路***，其中所述壳体的至少一部分是导电的，并且其中响应于所述电磁场而在导电壳体部分中形成壳体电流；
电力接收电路***，其位于所述壳体内部；
非导电头部，其贴附到所述壳体上；以及
第一电连接部和第二电连接部，其用于将所述壳体电流中的至少一些壳体电流作为电力电流转移到所述电力接收电路***，其中至少所述电连接部包括所述头部中或所述头部上的单个天线部分，
其中所述电力接收电路***被配置为使用所述电力电流向所述IMD提供电力。
37.根据权利要求36所述的IMD，还包括所述头部中的一个或多个引线连接器、所述头部和所述壳体之间的馈通以及多个电极馈通线，其中所述电极馈通线连接到所述引线连接器中的触点并穿过所述壳体内部的馈通。
38.根据权利要求37所述的IMD，其中所述第一连接部和所述第二连接部中的至少一个包括穿过所述馈通的馈通线，所述馈通线连接到所述单个天线部分。
39.根据权利要求36至38中任一项所述的IMD，其中所述单个天线部分由所述壳体的材料形成。
40.根据权利要求36至39中任一项所述的IMD，其中所述壳体包括平坦表面，所述平坦表面被配置为在被植入时面向患者的外部，其中所述单个天线部分在所述头部中或所述头部上朝向外部平坦表面偏移。
41.根据权利要求36至40中任一项所述的IMD，其中所述单个天线部分仅包括所述第一电连接部，而不包括所述第二电连接部。
42.根据权利要求41所述的IMD，其中所述单个天线部分包括第一端和第二端，其中所述第一电连接部还包括连接到所述单个天线部分的第一端的第一线，其中所述单个天线部分的第二端连接到所述导电壳体部分。
43.根据权利要求42所述的IMD，其中所述第二电连接部包括连接到所述导电壳体部分的第二线。
44.根据权利要求36至40中任一项所述的IMD，其中所述头部中或所述头部上的所述单个天线部分包括所述第一电连接部和所述第二电连接部。
45.根据权利要求44所述的IMD，其中所述单个天线部分包括沿其长度连接到所述导电壳体部分的横向构件。
46.根据权利要求45所述的IMD，其中所述第一电连接部包括连接到所述单个天线部分的第一端的第一线，并且其中所述第二电连接部包括连接到所述单个天线部分的第二端的第二线。
47.根据权利要求44所述的IMD，其中所述单个天线部分包括在第一触点处和在第二触点处连接到所述导电壳体部分的横向构件，其中在所述横向构件和在所述第一触点与所述第二触点间的壳体之间存在空间。
48.根据权利要求47所述的IMD，其中所述第一电连接部包括所述第一触点和连接到所述单个天线部分的第一端的第一线，并且其中所述第二电连接部包括所述第二触点和连接到所述单个天线部分的第二端的第二线。
49.根据权利要求36至48中任一项所述的IMD，其中所述电力接收电路***包括整流器，所述整流器被配置为将所述电力电流转换成用于向所述IMD提供电力的DC电压。
50.根据权利要求36至49中任一项所述的IMD，还包括所述壳体内的电池，其中所述电力接收电路***被配置为使用所述电力电流向所述IMD提供电力以对所述电池充电。
51.根据权利要求36至50中任一项所述的IMD，其中所述导电壳体部分包括施加到所述壳体的导电层。
52.根据权利要求36至50中任一项所述的IMD，其中所述壳体包括材料与所述壳体的材料不同的窗口，其中所述窗口材料的导电率小于所述壳体的材料的导电率。
53.一种被配置为从电磁场无线地接收电力的可植入医疗设备(IMD)，包括：
壳体，所述壳体容纳所述IMD的控制电路***，其中所述壳体的至少一部分是导电的，并且其中响应于所述电磁场而在所述导电壳体部分中形成壳体电流；
电力接收电路***，其位于所述壳体内部；
第一电连接部和第二电连接部，其用于将所述壳体电流中的至少一些壳体电流作为电力电流转移到所述电力接收电路***，其中所述第一电连接部包括形成于所述导电壳体部分的第一触点，并且其中所述第二电连接部包括形成于所述导电壳体部分的第二触点，
其中所述电力接收电路***被配置为使用所述电力电流向所述IMD提供电力。
54.根据权利要求53所述的IMD，还包括贴附到所述壳体的非导电头部。
55.根据权利要求54所述的IMD，还包括所述头部中的一个或多个引线连接器、所述头部和所述壳体之间的馈通以及多个电极馈通线，其中所述电极馈通线连接到所述引线连接器中的触点并穿过所述壳体内部的馈通。
56.根据权利要求54所述的IMD，其中所述第一连接部和第二连接部不形成在所述头部中或所述头部上。
57.根据权利要求53至56中任一项所述的IMD，其中所述第一电连接部包括在所述第一触点处连接到所述导电壳体部分的第一线，并且其中所述第二电连接部包括在所述第二触点处连接到所述导电壳体部分的第二线。
58.根据权利要求53至57中任一项所述的IMD，其中所述第一触点和第二触点由所述壳体的具有第一导电率的部分分离，并且其中形成所述壳体电流的所述导电壳体部分具有高于所述第一导电率的第二导电率。
59.根据权利要求58所述的IMD，其中所述导电壳体部分包括施加到所述壳体的导电层，其中所述导电层施加在所述壳体的内部或外部。
60.根据权利要求58所述的IMD，其中所述壳体的具有所述第一导电率的部分包括材料与所述壳体的材料不同的窗口。
61.根据权利要求60所述的IMD，其中所述导电壳体部分至少部分地围绕所述窗口，其中所述壳体包括平坦表面，所述平坦表面被配置为在被植入时面向患者的外部，其中所述窗口形成在所述平坦表面中。
62.根据权利要求60或61所述的IMD，其中所述窗口包括介电材料，并且所述导电壳体部分包括金属材料。
63.根据权利要求60或61所述的IMD，其中所述窗口和所述导电壳体部分包括金属材料。
64.根据权利要求53至63中任一项所述的IMD，其中所述第一触点通过所述导电壳体部分中的开口形成于所述导电壳体部分的外部，并且其中所述第二触点通过所述导电壳体部分中的开口形成于所述导电壳体部分的外部。
65.根据权利要求53至63中任一项所述的IMD，其中所述第一触点形成于所述导电壳体部分的内部，并且其中所述第二触点形成于所述导电壳体部分的内部。
66.根据权利要求53至65中任一项所述的IMD，其中所述电力接收电路***包括整流器，所述整流器被配置为将所述电力电流转换成用于向所述IMD提供电力的DC电压。
67.根据权利要求53至66中任一项所述的IMD，还包括所述壳体内的电池，其中所述电力接收电路***被配置为使用所述电力电流向所述IMD提供电力以对所述电池充电。
68.根据权利要求53所述的IMD，其中所述壳体包括介电材料，并且其中导所述电壳体部分包括导电窗口。
69.根据权利要求68所述的IMD，其中所述导电窗口以覆盖所述介电材料中的孔的方式固定到所述介电材料，或者其中所述导电窗口包括贴附在所述介电材料上或贴附在所述介电材料中的板。
70.根据权利要求68或69所述的IMD，其中所述控制电路***还包括刺激电路***，用于在与患者的组织接触的多个电极中的所选择的电极处形成刺激电流，其中所述导电窗口包括所述多个电极中的一个电极，并且所述导电窗口还被配置为用作壳体电极。
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