CN1872360B - 医用设备 - Google Patents

Abstract

一种医用设备，包括选择性地生成脉冲的脉冲生成器。控制模块选择性地控制脉冲。电力分配***向所述医用设备提供电力。电力分配***包括：N个电池，其中N是大于1的整数；公共节点；以及N个保护模块。N个保护模块与控制模块通信，基于来自控制模块的控制信号选择性地将N个电池中相应一个连接到公共节点，并且监视由N个电池中相应一个所提供的电流。控制模块基于电流生成各自的控制信号。

Description

医用设备

技术领域

本发明涉及医用设备，尤其涉及用于诸如起搏器之类的医用设备的电力分配***。

背景技术

起搏器***一般包括控制器、电池、脉冲生成器和一个或多个引线。脉冲生成器为心脏产生起搏脉冲。引线将脉冲输送到心脏并感测心脏的收缩。与起搏器***相分离的编程模块可被医生用来在起搏器***已被安装在患者体内之后更改起搏器***的操作。

一些起搏器***根据需要操作。换言之，起搏器***处于备用状态，直到上心脏和下心脏的自然心率降到预定心率以下。当发生这种情况时，起搏器***发送出起搏脉冲以确保心脏收缩并抽吸血液。

电池、控制器和脉冲生成器可以被封装在密封的外壳中。引线一般从密封外壳延伸出来，并且具有连接在患者心腔内的末端。引线一般还被用来携带来自心脏的反馈信号。利用反馈信号，控制器能够监视心脏的活动，并且适当地触发脉冲生成器。电池可以被密封在外壳内或起搏器***的另一组件内。当电池中存储的能量降低到低于阈值时，一般会去除外壳和/或其他组件并且更换电池。可以意识到，更换电池要求患者经历额外的手术。

引线一般包括从外壳中的脉冲生成器通过静脉延伸到一个或多个心腔中的绝缘包线。起搏器***通过感测由脉冲生成器通过引线接收到的电信号来监视心脏。接收到的信号提供关于心腔收缩的信息。该信息一般足以供控制器判定何时需要脉冲。

对于单心腔和双心腔应用，都存在起搏器***。单心腔起搏器***通常采用单条引线来将信号传送到和传送出一个心腔。一般，引线连接到右心房或右心室。对于有SA(窦房)节点的患者，通常会选择这类起搏器，其中SA节点很慢地发送出信号，但是其到下心脏的电通道是处于良好状态的。

双心腔起搏器通常包括两条引线。一条引线位于右心房中，另一条引线位于右心室中。这类起搏器***可以监视心腔中的任何一个或两者，并将脉冲输送到心腔中的任何一个或两者。当SA节点信号太慢并且电通道部分或完全阻塞时，一般选择双心腔起搏器***。

还可以使用自适应心率起搏器。自适应心率起搏器一般包括监视身体对血流的需求的额外的传感器。通过监视该信息，起搏器可以增大和/或减小起搏速度，以便在心脏的自然心率没有增大到足以满足更大程度的活动时进行校正。

发明内容

本发明的第一方面提供了一种医用设备。该医用设备包括：P个脉冲生成器，其选择性地生成脉冲以便发送到患者；包括N个电池的电力分配***；M个控制模块，其选择性地控制所述脉冲；以及L个开关模块，其选择性地连接所述P个脉冲生成器中被选择的一个、所述N个电池中至少被选择的一个以及所述M个控制模块中被选择的一个，其中P、M、N和L是大于1的整数。

在该医用设备中，所述M个控制模块监视可以由所述N个电池提供的电流，并基于其选择性地控制所述L个开关模块。

该医用设备还可以包括N个保护模块，其选择性地改变由所述N个电池中的所述至少被选择的一个所提供的电流。

该医用设备还可以包括N个保护模块，其选择性地限制由所述N个电池中的所述至少被选择的一个所提供的电流。

在该医用设备中，所述L个开关模块可以包括选择性地将所述N个电池连接到公共节点的第一开关模块，以及选择性地将所述公共节点连接到所述P个脉冲生成器和所述M个控制模块的第二开关模块。

该医用设备可以包括起搏器***，所述脉冲包括心脏起搏脉冲。

该医用设备还可以包括：引线；以及第三开关模块，其选择性地将所述P个脉冲生成器中的所述被选择的一个连接到所述引线。

在该医用设备中，所述N个保护模块中的每一个可以包括电流限制模块。

在该医用设备中，所述电流限制模块可以包括并联连接的X个晶体管，其中X是大于1的整数，并且其中所述X个晶体管的控制端子可以与所述M个控制模块中的至少一个通信。

在该医用设备中，所述电流限制模块可以包括：电阻元件；以及开关模块，其与所述电阻元件并联连接，并且被所述控制模块选择性地控制。

在该医用设备中，所述电阻元件可以包括可变电阻元件，并且其中所述控制模块可以选择性地改变所述可变电阻元件的电阻。

本发明的第二方面提供了另一种医用设备。该医用设备包括：脉冲生成器，其选择性地生成脉冲；控制模块，其选择性地控制所述脉冲；以及电力分配***，其向所述医用设备提供电力并且包括：N个电池，其中N是大于1的整数；公共节点；以及N个保护模块，其与所述控制模块通信，基于来自所述控制模块的控制信号选择性地将所述N个电池中相应的一个连接到所述公共节点，并且监视由所述N个电池中所述相应的一个所提供的电流；其中所述控制模块基于所述电流生成所述各自的控制信号。

该医用设备还可以包括第一开关模块，其选择性地将所述公共节点连接到所述脉冲生成器和所述控制模块。

在该医用设备可以包括起搏器***，所述脉冲可以包括心脏起搏脉冲。

在该医用设备中，所述控制模块可以包括M个控制模块，并且所述医用设备还可以包括第一开关模块，其选择性地将所述M个控制模块中的一个连接到所述脉冲生成器，其中M是大于1的整数。

在该医用设备中，所述第一开关模块还可以选择性地将所述M个控制模块中的所述的一个连接到所述N个保护模块中的一个。

在该医用设备中，所述脉冲生成器可以包括P个脉冲生成器，并且所述医用设备还可以包括第二开关模块，其选择性地将所述P个脉冲生成器中的一个连接到所述M个控制模块中的所述的一个，其中P是大于1的整数。

该医用设备还可以包括：引线；以及第三开关模块，其选择性地将所述P个脉冲生成器中的所述的一个连接到所述引线。

在该医用设备中，所述第一开关模块可以包括冗余开关模块。

在该医用设备中，所述N个保护模块中的每一个可以包括电流限制模块。

在该医用设备中，所述电流限制模块可以包括并联连接的X个晶体管，其中X是大于1的整数，并且其中所述X个晶体管的控制端子与所述控制模块通信。

在该医用设备中，所述电流限制模块可以包括：电阻元件；以及开关，其与所述电阻元件并联连接，并且被所述控制模块选择性地控制。

在该医用设备中，所述电阻元件可以包括可变电阻元件，并且其中所述控制模块可以选择性地改变所述可变电阻元件的电阻。

本发明的其他应用领域将从以下提供的详细描述中显现出来。应当理解，详细描述和特定示例虽然指示出了本发明的优选实施例，但只是用来说明的，而不是用来限制本发明的范围的。

附图说明

从详细描述和附图中将会更全面地理解本发明，附图中：

图1A是根据现有技术的包括具有串联连接的电池的电池组的膝上型计算机的功能框图；

图1B是根据现有技术的串联连接的多个电池的功能框图；

图1C是根据现有技术的包括DC/DC转换器和电池组的膝上型计算机的功能框图；

图2A是根据本发明的电池组和膝上型计算机负载的并联电池布置的示意图；

图2B是根据本发明一个实现方式的中央处理单元(CPU)、存储器和图形处理单元(GPU)负载的并联电池布置的示意图；

图3A是根据本发明的包括并联连接的电池端子的并联电池布置的功能框图；

图3B示出具有短路检测模块的图3A的电池；

图3C是根据本发明的包括并联连接的电池端子和DC/DC转换器的并联电池布置的功能框图；

图3D示出移动计算设备中具有不同尺寸的电池组的布置；

图4A是根据本发明的结合主板上的端子连接导体的并联电池布置的功能框图；

图4B是根据本发明的结合主板上的端子连接导体和DC/DC转换器的并联电池布置的功能框图；

图5A是根据本发明的结合主板上的到地和电源面的短路金属加强构件的并联电池布置的功能框图；

图5B是根据本发明的结合主板上的到地和电源面的短路金属加强构件和DC/DC转换器的并联电池布置的功能框图；

图6是根据本发明的包括DC/DC转换器和升压转换器的并联电池布置的功能框图；

图7是根据本发明的包括DC/DC转换器和升压转换器的并联电池布置的功能框图；

图8是根据本发明的包括DC/DC转换器和升压转换器的并联电池布置的功能框图；

图9是包括***设备和升压转换器的并联电池布置的功能框图；

图10是根据本发明的包括单级和两级转换器的并联电池布置的功能框图；

图11是根据本发明的包括单级和两级转换器的并联电池布置的功能框图；

图12是根据本发明的包括单级和两级转换器的并联电池布置的功能框图；

图13是具有负载的示例性移动计算设备的功能框图；

图14是根据现有技术在失配的电池中的电流浪涌；

图15是根据本发明的包括分布式电源和电流感测和保护模块的移动计算设备的功能框图；

图16A是电流保护模块的示例性电气示意图；

图16B是另一个电流保护模块的示例性电气示意图；

图16C是活动电流保护模块的示例性电气示意图。

图17是用于诸如起搏器***这样的医用设备的电力输送***的功能框图；

图18是用于诸如起搏器***这样的医用设备的备选电力输送***的功能框图；

图19A-19C是示例性开关模块的功能框图；

图20是用于医用设备的备选电力输送***的功能框图；

图21是用于医用设备的备选电力输送***的功能框图。

具体实施方式

以下对优选实施例的描述只是示例性的，而并不是想要限制本发明、其应用或使用。为了清晰起见，在附图中将使用相同的标号来标识类似的元件。这里所使用的术语模块和/或设备是指专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共享的、专用的或群组的)和存储器、组合逻辑电路和/或提供所描述的功能的其他适当组件。虽然将结合膝上型计算机和/或膝上型负载来描述本发明，但是本发明适用于任何移动数字计算设备和/或移动计算设备负载。这里所使用的术语移动计算设备是指这样的数字设备，这种设备至少包括一个集成电路，并且能够由诸如电池或其他便携式电力存储设备之类的移动电源供电。移动计算设备的示例包括但不限于膝上型计算机、MP3播放器、个人数字助理(PDA)等等。

现参考图1A、1B和1C，根据现有技术的诸如膝上型计算机10这样的移动计算设备包括一个或多个负载12和为负载12供电的电池组14，所述负载12例如是膝上型负载。电池组14包括串联连接的电池。电池组14充当膝上型负载12的集中能量源。换言之，电池组14通过导体16和/或18向膝上型负载12提供电流和电压。导体16或18之一可以连接到参考电势，例如地。在图1B中，电池组14包括串联连接的电池20-1、20-2、...和20-X(统称为电池20)，其中X大于1。在传统电池组设计中，电池20是串联连接的，以增大电压并减小电流。

膝上型计算机10可以包括DC/DC转换器22，如图1C所示。DC/DC转换器22经由导体24和/或26与电池组14通信。膝上型负载12经由导体28和/或30与DC/DC转换器22通信。导体中的一个或多个可以连接到参考电势，例如地。这样，DC/DC转换器22接收来自电池组14的第一电压电平，并向膝上型负载12输出第二电压电平。例如，电池组14可以输出诸如12V的电池组电压。DC/DC转换器22将电池组电压转换成较低的电压电平，例如1V供电电压，以供膝上型负载12使用。换言之，在本示例中，DC/DC转换器22是具有12∶1转换比率的降压转换器。如上所述，高转换比率往往具有相对高的转换损耗。增大电池组电压会减小与寄生分布电压相关联的能量损耗，其代价是会由于转换效率低下而增大损耗。

现参考图2A，根据本发明的用于移动计算设备的电力分配***40包括一个或多个分布式负载中心42-1、42-2、...和42-M(统称为负载中心或负载42)。负载中心42中的每一个包括一个或多个负载。诸如电池44-1、44-2、...和44-M(统称为电池44)之类的一个或多个分布式电源与负载42并联连接。换言之，电池44-1直接连接到负载42-1，并向其提供电力。电池44-2直接连接到负载42-2，并向其提供电力。电池44-M向负载42-M提供电力。负载中心42可以包括多个负载。换言之，电池44和负载42的数目不需要相等。

电池44的并联分布式布置允许以最优方式将电力分配给负载。例如，典型的膝上型计算机子***包括诸如半导体负载和其他类型的负载之类的物理上分散在整个膝上型计算机中的负载。在本发明中，每个负载42可以从具有最优位置的电池44接收电力。相反，负载12(如图1A和1C所示)从位于中央的单个电池组14接收电力。

负载42的电流要求可能是不平衡的。例如，负载42-1可能要求比负载42-2更多的电流。为了防止不均匀的电力消耗，在一种实现方式中电力分配***40包括一个或多个端子连接46和48。端子连接46和48可以是分别短接负载中心42和/或电池44的第一端子和第二端子的任何适当的导电材料。换言之，第一电池的第一端子被连接到电池组中的其他电池的第一端子。对于第二端子使用类似的方法。例如，端子连接46和48可以包括但不限于连接到印刷电路板(PCB)电源线/面(PT/P)和/或地线/面(GT/P)的导电线和/或金属加强构件。

现参考图2B，示例性电力分配***50包括中央处理单元(CPU)负载52、存储器负载54和图形处理单元(GPU)负载56。CPU负载52、存储器负载54和GPU负载56可能具有不同的电流要求。端子连接46和48允许不同的负载从一个或多个电池44接收电力。

现参考图3A，其中示出了根据本发明的第一示例性实现方式的膝上型计算机60。膝上型计算机60包括按并联分布布置连接的负载62和电池64。电池64被结合在电池组66中。电池64通过电池组66和负载62之间的多个相应连接向负载62提供电力。电池64连接在电池组66内(如图2A和2B所示)。

虽然电池组66被示为位于膝上型计算机60内，但是本领域的技术人员可以意识到，电池组66可以位于膝上型计算机60外部。此外，膝上型计算机60可以包括多个电池组66，其中每一个包括并联连接的多个电池，如上所述。例如，膝上型计算机60可以包括物理上位于膝上型计算机60的相反侧的电池组66。

负载62和电池64的并联分布布置对于电池组66的制造是有利的。与负载串联连接的电池组一般包括多个串联连接的电池。一个或多个的电池可以具有比电池组中的其他电池更小的容量。在这种布置中，容量较小(即较弱)的电池可以在容量较大(即较强)的电池放电时自行反向充电。结果，容量较小的电池受到损害，从而减小了电池组的整体容量。每个电池必须被充电和放电，以确定实际存储能量并且避免在电池组内包括具有不相等的容量的电池。

本发明的并联分布布置消除了与平衡电池容量相关联的制造时间和成本。在并联电池组配置中，电流自然地从电池组分配到负载62。较强的电池将比同一电池组内的较弱的电池提供更多电流，而不需要对较弱的电池反向充电。结果，整体电池组寿命将会增大，并且电池组的最大容量被更有效的使用。例如，电池64中的一个或多个可以被放电到最小电压规格，以充分利用电池组的能量，并且反向充电不会发生。类似地，并联分布布置提供了更大的可靠性。当电池64之一随着时间过去而变弱时，较强的电池能够补充或替代较弱的电池的能量输出。因此，电池组的整体容量不会严重减小。

现参考图3B，电池组66可以结合短路检测模块67，该模块在存在短路状况时隔离电池64。换言之，短路检测模块67监视电池组，以确定电池的端子是否被短接以及/或者电池的第一端子是否被短接到另一电池的第二端子。短路检测模块67可以选择性地更改开关或接触器69的位置，以隔离电池。

膝上型计算机60可以包括一个或多个DC/DC转换器70，如图3C所示。正如以上参考图1C所述，DC/DC转换器70将电池64的较高的电压转换成适合于负载62的较低的电压。但是，由于膝上型计算机60的并联分布布置，DC/DC转换器70的转换比率减小了。例如，DC/DC转换器70可以具有小于4∶1的转换比率。在其他实现方式中，转换比率小于或等于3∶1、2∶1和/或1∶1。此外，DC/DC转换器中的每一个可以具有不同的转换比率。这样，提高了膝上型计算机60的整体效率。

膝上型计算机60的某些半导体负载可能要求较高的工作频率。例如，在大约1MHz的工作频率下，外部无源组件比起利用低频DC/DC转换器工作的相当的组件更小且更便宜。在并联分布布置中，DC/DC转换器70可以在不同频率下工作。结果，DC/DC转换器70之一可以在较高的频率(例如1MHz到4MHz之间)下工作。

现参考图3D，膝上型计算机60可以包括并联布置的不同大小的电池，以进一步利用此特征。例如，小外形参数膝上型计算机可以使装配电池和/或各具有一个或多个电池的电池组的可用区域达到最大。在一种实现方式中，膝上型计算机60可以包括具有第一组尺寸和/或形状的第一电池组-1、具有第二组尺寸和/或形状的第二电池组-2和具有第n组尺寸和/或形状的第n电池组66-N。电池组被布置成邻近其主负载62。电池组中的每一个包括一个或多个电池。电池组连接在一起和/或连接到地，以允许如上所述的负载共享。在另一种实现方式中，膝上型计算机60可以包括具有不规则大小和/或形状的电池和/或电池组。

在另一种实现方式中，膝上型计算机60可以包括用于电池和/或电池组的多个安装位置，以允许灵活的电池组放置。例如，第一电池组可以被安装在膝上型计算机60的顶侧，第二电池组可以被安装在膝上型计算机60的底侧。或者，多个电池组可以沿膝上型计算机60的边缘安装以及/或者安装在膝上型计算机60的角落。

现参考图4A和图5A，膝上型计算机80可以包括主板82。在该实现方式中，电池之间的并联连接(如上所述)被结合在主板82上。例如，端子短接连接可以包括连接导体84和86，如图4A所示。或者，端子短接连接可以包括连接到主板82的PT/P和/或GT/P的金属加强构件88。现参考图4B和5B，膝上型计算机80可以包括前述实现方式中所述的一个或多个DC/DC转换器70。

现参考图6、7和8，膝上型计算机90还可以包括降压DC/DC转换器92和升压DC/DC转换器94。膝上型计算机中的半导体设备可以具有相对较低的电压要求。但是，某些半导体设备可能要求较高的电压。例如，膝上型计算机90可以包括第一负载96和第二负载98。第一负载96可能要求第一电压，例如1V。第二负载98可能要求大于第一电压的第二电压，例如5V。如果电池提供小于5V但大于1V的电池电压输出，则可以使用升压和降压转换器。在本实现方式中，升压DC/DC转换器94将电池组66的电压提升到适合于负载98的电压。

在另一种实现方式中，膝上型计算机100可以包括具有多于一个电压要求的一个或多个***设备102(例如硬盘驱动器(HDD)或DVD驱动器)，如图9所示。例如，对于诸如电动机104这样的机械元件，***设备102可以要求为5V的第一电压。对于另一个电子元件106，***设备102可以要求较低的第二电压。在本发明中，电子元件106可能能够在某个供电电压范围内工作。例如，电子元件106可以依靠来自单个LiOn电池源或5V的供电电压的电力工作。在传统的工作在串联布置的5V下的***中，电子元件106以及机械元件104工作在5V下。

但是，***设备102也可以工作在膝上型计算机100的并联分布布置中。这样，膝上型计算机100包括向机械元件104提供5V的升压DC/DC转换器108。不需要第二升压DC/DC转换器以用于电子元件106。换言之，电子元件106被配置成在较低的供电电压下工作以及在5V下工作，这就消除了对额外的升压DC/DC转换器的需要。

现参考图10-12，膝上型计算机110根据两级DC/DC转换过程将电池电压转换成5V供电电压。在一些实现方式中，电池是锂离子电池，但是也可使用其他类型的电池。膝上型计算机110包括DC/DC转换器112、降压DC/DC转换器114和1∶n升压DC/DC转换器116。根据负载18的电压要求，DC/DC转换器112可以是降压或升压转换器。如前述实现方式所述，DC/DC转换器112转换电池120的电压。

对于某些高电流应用，升压转换器的使用可能不那么符合需要。例如，电池124的电压可能在2.7V到4.2V之间。降压DC/DC转换器114首先将电池124的电压转换成较低的电压。例如，降压DC/DC转换器114将电池124的电压转换成2.5V。升压DC/DC转换器116随后将较低的电压转换成适合于负载122的较高的电压。例如，升压DC/DC转换器116具有1∶2的转换比率，并且将降压DC/DC转换器114的输出转换成5V。对于更高的电压要求，升压DC/DC转换器116可以根据需要具有1∶n的转换比率。

本领域的技术人员现在可以从以上描述中意识到，本发明的广泛教导可以以多种形式来实现。本发明可以结合采取并联电池分布的其他已知的电池组和/或电源配置。例如，电源或电池组可以根据这里所述的实现方式中的任何一种利用通用串行总线(USB)技术实现并联电池分布。

现参考图13，其中示出了具有负载的示例性移动计算设备200。移动计算设备200包括中央处理单元(CPU)204、存储器208(例如随机访问存储器、只读存储器和/或其他适合的电子存储装置)以及输入/输出(I/O)接口210。设备200还可以包括图形处理单元(GPU)212。移动计算设备200可以包括一个或多个***设备，例如DVD驱动器214，其包括一个或多个电动机218和控制装置220。另外的***设备可以包括硬盘驱动器(HDD)224，其可以包括一个或多个电动机228和控制模块230。设备200可以包括音频输出232，例如音频输出塞孔或扬声器。设备可以包括显示器234、输入236、盘驱动器240和/或无线局域网接口242。输入236可以包括音频输入、麦克风、键盘、按钮、触摸板和/或其他输入。设备200的组件可以被分组成一个或多个分布式负载中心，并且按上述方式被供电。

现参考图14，其中示出了根据现有技术的失配的电池中的电流浪涌。电路240包括第一电池244和第二电池248。电池244和248并联连接并且为一个或多个负载250供电。可以意识到，如果第一电池244是新的和/或完全充电的电池，第二电池248是旧的、有缺陷的和/或完全放电的电池，则流到第二电池248的电流可能太高，并且会导致损害和/或其他危害。

现参考图15，移动计算设备300根据本发明包括分布式电源302和电流感测和保护模块。设备300包括电池304-1、304-2、304-3和304-4(统称为304)，它们主要分别为负载306-1、306-2、306-3和306-4(统称为负载306)供电。感测和保护模块310-1、310-2、310-3和310-4(统称为感测和保护模块310)分别连接到电池304-1、304-2、304-3和304-4。感测和保护模块310-1、310-2、310-3和310-4以任何适当的方式感测流经电池304-1、304-2、304-3和304-4的电流，并且限制电流，如下所述。控制模块320与感测和保护模块310通信，接收感测到的电流信号并生成一个或多个控制信号，以控制流经电池304的电流。虽然示出了四个电池/负载/感测和保护模块对，但是在特定实现方式中也可以使用更多的和/或更少的对。

现参考图16A，其中示出了电流保护模块330。电流保护模块330包括多个晶体管330-1、330-2、330-3、...和330-N。当流经各个电池的电流足够低时，晶体管330导通。当电流超过阈值时，晶体管330被调节和/或关断，以调整每个晶体管330提供的电阻R_DS。晶体管中的一些可以被选择性地导通，而其他的被关断。虽然示出了并联布置，但是也可以使用串联布置。

现参考图16B，另一个电流保护电路340包括电阻342和并联连接的开关344。开关344通常闭合。当经过相应的电池的电流增大到超过阈值时，开关344断开，以通过增加电阻342来增大串联电阻。结果，流经电池的电流减小。

现参考图16C，其中示出了另一个电流保护电路350，其包括可变电阻352和并联连接的开关354。开关354通常闭合。当经过电池的电流增大到超过阈值时，开关断开，以通过增加可变电阻352来增大串联电阻。所提供的电阻可以被控制模块320所调整。结果，流经电池的电流减小。

在一些实现方式中，电池可以是单芯电池。可以使用电阻器、晶体管或其他适当组件来实现电阻。可以使用晶体管或其他适当组件来实现开关。

现参考图17，其中示出了诸如起搏器***400这样的医用设备。起搏器***400是完全冗余的。换言之，坏的或低的电池可以可靠地与好的或充电的电池隔离开来。坏的或无法工作的电路(例如控制模块或脉冲生成器)可以可靠地与好的或可工作的电路隔离开来。所选择的控制模块和/或脉冲生成器的输出可以可靠地组合，以允许冗余性。结果，可以提高起搏器***400的可靠性。

起搏器***400包括脉冲生成器404A和404B(统称为脉冲生成器404)、开关模块405-1、405-2、...、405-6(统称为开关模块405)和控制模块408A和408B(统称为控制模块408)。一个或多个引线412将所选择的脉冲生成器404连接到患者的心脏414。密封外壳424可以用来容纳医用设备的组件。脉冲生成器404和控制模块408可以被集成到一个或多个组合模块中。此外，开关模块405、控制模块408和/或脉冲生成器404可以被组合到一个或多个集成电路中。

控制模块408中被选择的一个控制第一开关模块405-1，该开关模块选择脉冲生成器404之一的输出。然后所选择的脉冲生成器404被开关模块405-1连接到引线412。脉冲生成器404接收并处理由患者心脏414所生成的信号，并按照控制模块408中被选择的那个的指导选择性地将心脏起搏脉冲输送到心脏414。

第二开关模块405-2将开关和保护模块430-1、430-2、...430-K(统称为开关和保护模块430)之一连接到控制模块408中的一个或多个。当检测到控制模块408之一或脉冲生成器404之一的问题时，开关模块405-2和开关模块405-1分别可以被促动，以选择其他脉冲生成器404或控制模块408。

电力分配***420包括可以并联连接的多个电池450-1、450-2、...和450-K(统称为电池450)。电力分配***420还包括开关和保护模块430。每个开关和保护模块430经由第二开关模块405-2与控制模块408中的一个或多个通信，并且选择性地将电池450中的一个或多个连接到公共的电压干线或节点456。公共电压干线456向开关模块405-3、405-4、405-5和405-6提供电力，这些开关模块分别选择性地向起搏器***400的脉冲生成器404A和404B以及控制模块408A和408B提供电力。

开关和保护模块430可以感测流自各个电池450的电流和/或各个电池450两端的电压。该电流和/或电压信息被传达给控制模块408。控制模块408指导开关和保护模块430根据需要连接和/或断开各个电池450。控制模块408还可以指导开关和保护模块430利用以上结合图16A-16C描述的方法主动调节流自电池450的电流。

控制模块408可以测试电池450之一，以确保在将其切换到公共电压干线456上之前充分充电。控制模块408可以测量、计算和存储每个电池的充电状态。充电状态可以基于开路电压、负载测试(例如顺序连接和测量高电阻和低电阻虚假负载)和/或其他适当的方法。

控制模块408根据需要选择性地将各个电池450连接到公共电压干线456。在一些实现方式中，单个电池450被连接，直到其预留的电力降低到阈值之下。当所选择的电池450无法提供充分的电力时，控制模块408则断开电池450并且同时连接另一电池。可以提供电容性和/或电感性电路和/或滤波器，以便在切换到另一电池期间暂时为设备供电。在其他实现方式中，同一时刻可以有不止一个电池450活动，然后控制模块408可以将总功率和/或总电流调整和/或限制到预定级别。

起搏器***400中提供额外电池450的能力增大了起搏器***400的寿命。冗余性还提供了可靠性并增大了电池寿命。结果，起搏器***400可以更长时间地在患者体内工作。当使用多个电池450时，开关和保护模块430通过限制过大电流而提供额外的安全性。控制模块408A和408B可以被连接在一起，并交换信息。例如，两者都可以始终保持活动。一个可以充当活动处理器，另一个可以充当监督处理器。监督处理器可以发送预定数据到活动处理器，并检查返回的数据以诊断活动处理器的工作性。如果活动处理器未正确地响应，则监督处理器和/或另一控制模块可以变成活动处理器。

现参考图18，其中示出了备选起搏器***500，其包括按备选配置布置的脉冲生成器模块404、开关模块405、控制模块408、引线412、电力分配***504和密封外壳424。第一开关模块405-3选择脉冲生成器404之一。被选择的脉冲生成器404连接到引线412。脉冲生成器404接收和处理由患者心脏414生成的信号，并按照控制模块408的指导选择性地将脉冲输送到心脏414。

控制模块408A和408B连接到开关模块405、保护模块520A和520B(统称为保护模块520)和/或脉冲生成器404，如图18中的“S”、“P”和“PG”概括所示。保护模块520A和520B被开关模块405-1、405-2、405-4和405-5连接到脉冲生成器404A和404B以及控制模块408A和408B。当检测到控制模块408之一或脉冲生成器404之一的问题时，开关模块405可以被调整为选择另一个脉冲生成器404或控制模块408。

电力分配***504包括多个电池450和开关模块510。电池450各自被相应的开关模块510-1A、510-2A、...和510-KA连接到第一保护模块520A。此外，电池450各自被相应的开关模块510-1B、510-2B、...和510-KB连接到第二保护模块520B。

保护模块520向起搏器***500提供电力。由于两个保护模块520都连接到所选择的控制模块408，因此如果一个保护模块520发生故障，则可以使用另一个。如果开关模块510之一发生故障，则可以使用另一个保护模块520。此外，如果例如开关模块510-1A和510-2B都发生故障，则可以使用保护模块520，以允许访问两个电池450-1和450-2。

控制模块408可以选择性地监视流经开关模块5 10和/或保护模块520的电流，以确保何时选择性地连接和/或断开电池450。控制模块408还可以利用保护模块450选择性地限制流自电池450的电流，其方式可以与以上参考图16A-16C所描述的方式类似。

在另一种实现方式中，每个电池450可以具有测量模块(未示出)，该测量模块测量各个电池450的电流和/或电压。该信息可以被发送到控制模块408。每个电池450还可以具有相关联的保护模块(保护模块520的个体版本)，以个别地限制其电流。图18中的控制模块408还可以工作在监督处理模式下，如上所述。

现参考图19A-19C，其中示出了示例性冗余开关模块510、510′和510″。在图19A中，冗余开关模块510包括串联连接的第一和第二开关模块511-1和511-2。在图19B中，冗余开关模块510′包括F乘G的开关模块阵列560，其中F和G是大于1的整数。例如，F和G可以等于2。F个开关模块560-1-x、560-2-x、...和560-F-x彼此串联连接。这对于从1到G的每个x都成立。G组F个开关模块彼此并联连接。这种内置的冗余性提高了可靠性。在图19C中，组合了N个开关模块510以提供多行开关模块510″。虽然示出了开关模块的特定示例，但是开关模块也可以包括以任何适当配置连接的一个或多个开关。

现参考图20和21，其中示出了诸如起搏器***600这样的医用设备。完全冗余的起搏器***600包括电池602-1、602-2、...和602-C(统称为电池602)、脉冲生成器604-1、604-2、...和604-D(统称为脉冲生成器604)、控制模块608-1、608-2、...和608-E(统称为控制模块608)、开关模块610-1、610-2、...和610-F以及连接到患者的心脏614的一个或多个引线612。

当电池602之一发生故障时，可以利用开关模块610连接电池602中的另一个。当脉冲生成器604或控制模块608之一发生故障时，可以利用开关模块610连接控制模块608和/或脉冲生成器604中的另一个。利用额外的开关模块610-1、610-2、...和610-G，可以添加更高程度的冗余性，如图21所示。

可以意识到，控制模块、脉冲生成器、电池和开关模块的数目可以根据特定应用而变化。

虽然已经联系了本发明的特定示例描述了本发明，但是本发明的真实范围不应当限于此，这是因为本领域的技术人员在研究附图、说明书和所附权利要求书以后可以清楚看出其他修改。

本申请是2005年8月31日递交的美国专利申请No.11/216,843的部分延续案，并且要求2005年5月31日递交的美国临时申请No.60/685,915和2005年8月17日递交的美国临时申请No.60/708,903的优先权。这里通过引用将上述申请的公开内容全部结合进来。

Claims (24)

1.一种医用设备，包括：

P个脉冲生成器，其选择性地生成脉冲以便发送到患者；

包括N个电池的电力分配***；

M个控制模块，其选择性地控制所述脉冲；

L个开关模块，其选择性地连接所述P个脉冲生成器中被选择的一个、所述N个电池中至少被选择的一个以及所述M个控制模块中被选择的一个，其中P、M、N和L是大于1的整数；以及

N个保护模块，其与所述P个脉冲生成器和所述L个开关模块相分离，其中：

所述N个保护模块基于来自所述M个控制模块的控制信号选择性地将所述N个电池中相应的一个连接到公共节点；并且

所述N个保护模块监视由所述N个电池中所述相应的一个所提供的电流，

其中所述L个开关模块选择所述M个控制模块中的任何一个，并且将所述M个控制模块中所述被选择的一个连接到所述N个保护模块中的任何一个，

其中所述M个控制模块中的第一控制模块诊断所述M个控制模块中的第二控制模块的工作性，包括：

发送预定数据到所述M个控制模块中的所述第二控制模块；以及

检查从所述M个控制模块中的所述第二控制模块返回的数据，以确定所述M个控制模块中的所述第二控制模块是否正确地响应，并且

其中当所述M个控制模块中的所述第二控制模块未正确地响应时，所述M个控制模块中除了所述M个控制模块中的所述第二控制模块以外的一个变成活动处理器。

2.如权利要求1所述的医用设备，其中所述M个控制模块监视由所述N个电池提供的电流，并基于其选择性地控制所述L个开关模块。

3.如权利要求1所述的医用设备，其中所述N个保护模块选择性地改变和限制由所述N个电池中的所述至少被选择的一个所提供的电流。

4.如权利要求1所述的医用设备，其中所述L个开关模块包括：

选择性地将所述N个电池连接到所述公共节点的第一开关模块；以及

选择性地将所述公共节点连接到所述P个脉冲生成器和所述M个控制模块的第二开关模块。

5.如权利要求1所述的医用设备，其中所述医用设备包括起搏器***，所述脉冲包括心脏起搏脉冲。

6.如权利要求5所述的医用设备，还包括：

引线；以及

第三开关模块，其选择性地将所述P个脉冲生成器中的所述被选择的一个连接到所述引线。

7.如权利要求3所述的医用设备，其中：

所述N个保护模块中的每一个包括电流限制模块；

所述电流限制模块包括并联连接的X个晶体管，其中X是大于1的整数；并且

所述X个晶体管的控制端子与所述M个控制模块中的至少一个通信。

8.如权利要求7所述的医用设备，其中：

所述电流限制模块包括：

电阻元件；以及

开关模块，其与所述电阻元件并联连接，并且被所述控制模块选择性地控制；

所述电阻元件包括可变电阻元件；并且

所述控制模块选择性地改变所述可变电阻元件的电阻。

9.一种医用设备，包括：

脉冲生成器，其选择性地生成脉冲；

M个控制模块，其选择性地控制所述脉冲，其中M是大于1的整数；

电力分配***，其向所述医用设备提供电力并且包括：

N个电池，其中N是大于1的整数；

公共节点；以及

N个保护模块，其与所述M个控制模块通信，基于来自所述M个控制模块的控制信号选择性地将所述N个电池中相应的一个连接到所述公共节点，并且监视由所述N个电池中所述相应的一个所提供的电流；以及

第一开关模块，其选择所述M个控制模块中的任何一个，并且将所述M个控制模块中所述被选择的一个连接到所述N个保护模块中的任何一个，

其中所述M个控制模块基于所述电流生成所述各自的控制信号，

其中所述N个保护模块与所述P个脉冲生成器和所述L个开关模块相分离，

其中所述M个控制模块中的第一控制模块诊断所述M个控制模块中的第二控制模块的工作性，包括：

发送预定数据到所述M个控制模块中的所述第二控制模块；以及

检查从所述M个控制模块中的所述第二控制模块返回的数据，以确定所述M个控制模块中的所述第二控制模块是否正确地响应，并且

其中当所述M个控制模块中的所述第二控制模块未正确地响应时，所述M个控制模块中除了所述M个控制模块中的所述第二控制模块以外的一个变成活动处理器。

10.如权利要求9所述的医用设备，还包括第一开关模块，其选择性地将所述公共节点连接到所述脉冲生成器和所述M个控制模块。

11.如权利要求9所述的医用设备，其中所述医用设备包括起搏器***，所述脉冲包括心脏起搏脉冲。

12.如权利要求9所述的医用设备，其中所述第一开关模块选择性地将所述M个控制模块中的一个连接到所述脉冲生成器。

13.如权利要求12所述的医用设备，其中：

所述脉冲生成器包括P个脉冲生成器；

所述医用设备还包括第二开关模块；并且

所述第二开关模块选择性地将所述P个脉冲生成器中的一个连接到所述M个控制模块中的所述的一个，其中P是大于1的整数。

14.如权利要求13所述的医用设备，还包括：

引线；以及

第三开关模块，其选择性地将所述P个脉冲生成器中的所述的一个连接到所述引线。

15.如权利要求10所述的医用设备，其中所述第一开关模块包括冗余开关模块。

16.如权利要求9所述的医用设备，其中所述N个保护模块中的每一个包括电流限制模块。

17.如权利要求16所述的医用设备，其中：

所述电流限制模块包括X个晶体管；

所述X个晶体管是并联连接的，其中X是大于1的整数；并且

所述X个晶体管的控制端子与所述M个控制模块通信。

18.如权利要求16所述的医用设备，其中：

所述电流限制模块包括：

电阻元件；以及

开关，其与所述电阻元件并联连接，并且被所述M个控制模块选择性地控制；

所述电阻元件包括可变电阻元件；并且

所述M个控制模块选择性地改变所述可变电阻元件的电阻。

19.如权利要求1所述的医用设备，还包括控制模块，该控制模块诊断所述M个控制模块的工作性，并且基于对所述M个控制模块的所述工作性的所述诊断来选择性地将所述N个电池与所述公共节点断开和选择性地将所述N个电池连接到所述公共节点。

20.如权利要求1所述的医用设备，还包括第二开关模块，该第二开关模块将所述N个保护模块中的每一个连接到所述N个电池中的至少两个，

其中：

全部的所述N个保护模块经由第一开关模块而被连接到所述M个控制模块中的每一个；并且

所述第一开关模块不同于所述第二开关模块。

21.如权利要求1所述的医用设备，还包括第二开关模块，该第二开关模块将所述N个保护模块中的每一个连接到所述N个电池中的至少两个，

其中：

所述第二开关模块中的一个连接在所述M个控制模块中的一个与所述N个电池中的一个之间；并且

所述第二开关模块中的另一个连接在所述第二开关模块中的两个之间并且连接在所述N个电池中的两个之间。

22.如权利要求1所述的医用设备，其中：

所述P个脉冲生成器中的第一个连接在所述M个控制模块中的第一个与所述M个控制模块中的第二个之间；并且

所述M个控制模块中的所述第二个连接在所述P个脉冲生成器中的所述第一个与所述P个脉冲生成器中的第二个之间。

23.如权利要求22所述的医用设备，其中：

所述第一开关模块中的第一个连接在所述M个控制模块中的所述第一个与所述第一开关模块中的第二个之间；并且

所述第一开关模块中的所述第二个连接在所述第一开关模块中的所述第一个与所述P个脉冲生成器中的所述第二个之间。

24.如权利要求23所述的医用设备，其中：

所述第一开关模块中的所述第一个连接在所述M个控制模块中的所述第一个与连接到患者的器官的端子之间；并且

所述第一开关模块中的所述第二个连接在所述P个脉冲生成器中的所述第二个与所述端子之间。

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