KR20240046771A - 무선 전력 전달을 위한 윈도우를 갖는 이식형 의료 디바이스 - Google Patents

무선 전력 전달을 위한 윈도우를 갖는 이식형 의료 디바이스 Download PDF

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KR20240046771A
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진 엠 밥건
조이 첸
제임스 엠 잉글리쉬
키스 알 마일리
브라이언 티 스완슨
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보스톤 싸이엔티픽 싸이메드 인코포레이티드
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Abstract

이식형 의료 디바이스는, 외부 전력 신호의 무선 전달을 위해 구성된 적어도 제1 윈도우를 포함하는 밀폐식 밀봉된 하우징, 안테나가 윈도우를 통해 외부 전력 신호를 수신할 수 있도록 하는 위치에서 하우징 내에 배치된 안테나, 및 하우징 내에 배치되고 안테나에 동작적으로 결합된 회로를 포함한다.

Description

무선 전력 전달을 위한 윈도우를 갖는 이식형 의료 디바이스
관련 출원들에 대한 상호참조
본 출원은, 참조에 의해 그 전체내용이 본 명세서에 포함되는 2021년 9월 24일 출원된 미국 가출원 제63/247,897호의 우선권을 주장한다.
본 발명은 생리학적 파라미터들을 감지하거나 및/또는 치료를 전달하기 위한 의료 디바이스들에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 생리학적 파라미터들을 감지하거나 및/또는 치료를 전달하는데 이용될 수 있는 이식형 의료 디바이스들을 재충전하기 위한 디바이스들 및 방법들에 관한 것이다.
이식형 의료 디바이스(IMD)들은 생리학적 파라미터들을 모니터링하거나, 신호들을 전달하거나, 및/또는 치료를 제공하도록 구성될 수 있다. 이식형 의료 디바이스들은 이들 기능들을 수행하기 위해 배터리 또는 대안적 외부 전원을 통해 제공될 수 있는 충전 소스를 요구한다.
예 1에서, 밀폐식 밀봉된 하우징, 안테나 및 회로를 포함하는 이식형 의료 디바이스. 하우징은 내부 챔버를 정의하고 내부 챔버로의 외부 전력 신호의 무선 전달을 위해 구성된 적어도 하나의 윈도우를 포함한다. 안테나는, 안테나가 윈도우를 통해 외부 전력 신호를 수신할 수 있도록 하는 위치에서 내부 챔버 내에 배치된다. 회로는 내부 챔버 내에 배치되고 안테나에 동작적으로 결합된다.
예 2에서, 하우징은 제1 측벽 및 제2 측벽과 그 사이에서 연장되는 주변 벽을 포함하고, 적어도 하나의 윈도우는 제1 측벽의 일부를 형성하는, 예 1의 이식형 의료 디바이스.
예 3에서, 적어도 하나의 윈도우는 하우징의 대향 측면들에 배치된 제1 윈도우 및 제2 윈도우를 포함하고, 안테나는, 안테나가 제1 윈도우를 통해 외부 전력 신호를 수신할 수 있도록 하는 위치에서 내부 챔버 내에 배치되는, 예 1 또는 예 2 중 어느 하나의 이식형 의료 디바이스.
예 4에서, 하우징은 제1 측벽 및 제2 측벽과 그 사이에서 연장되는 주변 벽을 포함하고, 제1 윈도우는 제1 측벽의 일부를 형성하고, 제2 윈도우는 제2 측벽의 일부를 형성하고, 또한 안테나는, 안테나가 제1 윈도우를 통해 외부 전력 신호를 수신할 수 있도록 하는 위치에서 내부 챔버 내에 배치되는, 예 3의 이식형 의료 디바이스.
예 5에서, 적어도 윈도우와 제1 측벽 사이에 배치된 브레이즈 링(braze ring)을 더 포함하는 예 4의 이식형 디바이스.
예 6에서, 적어도 하나의 윈도우는 원형, 반원형 및 난형 형상 중 하나를 갖는, 예 1의 이식형 디바이스.
예 7에서, 적어도 하나의 윈도우는 비금속 재료로 형성된, 예 1의 이식형 디바이스.
예 8에서, 적어도 하나의 윈도우는 세라믹으로 형성된, 예 8의 이식형 디바이스.
예 9에서, 안테나는 평면 안테나로서 구성되는, 예 1 내지 예 8 중 어느 하나의 이식형 의료 디바이스.
예 10에서, 내부 챔버는, 안테나에 동작적으로 결합되고 회로에 전력을 제공하기 위해 회로에 추가로 동작적으로 결합된 배터리를 포함하는, 예 1 내지 예 9 중 어느 하나의 이식형 의료 디바이스.
예 11에서, 안테나는 적어도 하나의 윈도우를 통해 외부 전력 신호를 수신하여 이식형 의료 디바이스의 회로에 직접 전력을 공급하는, 예 1 내지 예 9 중 어느 하나의 이식형 의료 디바이스.
예 12에서, 안테나는 페라이트 층에 인접하게 배치되는, 예 1 내지 예 11 중 어느 하나의 이식형 의료 디바이스.
예 13에서, 페라이트 층은 구리 층에 인접하게 배치되는, 예 12의 이식형 의료 디바이스.
예 14에서, 안테나는 구리 층에 인접하게 배치되는, 예 1 내지 예 11 중 어느 하나의 이식형 의료 디바이스.
예 15에서, 디바이스는 무선 주파수 신호를 수신 및 전송하기 위한 신호 안테나를 더 포함하는, 예 1 내지 예 14 중 어느 하나의 이식형 의료 디바이스.
예 16에서, 밀폐식 밀봉된 하우징, 안테나 및 회로를 포함하는 이식형 의료 디바이스. 하우징은 외부 전력 신호의 무선 전달을 위해 구성된 적어도 제1 윈도우를 포함한다. 안테나는, 안테나가 윈도우를 통해 외부 전력 신호를 수신할 수 있도록 하는 위치에서 하우징 내에 배치된다. 회로는 하우징 내에 배치되고 안테나에 동작적으로 결합된다.
예 17에서, 하우징은 제1 측벽 및 제2 측벽과 그 사이에서 연장되는 주변 벽을 포함하고, 제1 윈도우는 제1 측벽의 일부를 형성하는, 예 16의 이식형 의료 디바이스.
예 18에서, 제1 윈도우와 제1 측벽 사이에 배치된 브레이즈 링을 더 포함하는 예 17의 이식형 디바이스.
예 19에서, 하우징은 제2 윈도우를 더 포함하고, 제1 윈도우 및 제2 윈도우는 하우징의 대향 측면들 상에 배치되고, 안테나는, 안테나가 제1 윈도우를 통해 외부 전력 신호를 수신할 수 있도록 하는 위치에서 하우징 내에 배치되는, 예 16의 이식형 의료 디바이스.
예 20에서, 하우징은 제1 측벽 및 제2 측벽과 그 사이에서 연장되는 주변 벽을 포함하고, 제1 윈도우는 제1 측벽의 일부를 형성하고, 제2 윈도우는 제2 측벽의 일부를 형성하고, 또한 안테나는, 안테나가 제1 윈도우를 통해 외부 전력 신호를 수신할 수 있도록 하는 위치에서 하우징 내에 배치되는, 예 19의 이식형 의료 디바이스.
예 21에서, 제1 윈도우는, 원형, 반원형 및 난형 형상 중 하나를 갖는, 예 16의 이식형 디바이스.
예 22에서, 제1 윈도우는 비금속 재료로 형성된, 예 16의 이식형 디바이스.
예 23에서, 제1 윈도우는 세라믹으로 형성된, 예 22의 이식형 디바이스.
예 24에서, 안테나는 평면 안테나로서 구성되는, 예 16의 이식형 의료 디바이스.
예 25에서, 안테나에 동작적으로 결합되고 회로에 전력을 제공하기 위해 회로에 추가로 동작적으로 결합된 배터리를 더 포함하는, 예 16의 이식형 의료 디바이스.
예 26에서, 안테나는 윈도우를 통해 외부 전력 신호를 수신하여 이식형 의료 디바이스의 회로에 직접 전력을 공급하는, 예 16의 이식형 의료 디바이스.
예 27에서, 안테나는 페라이트 층에 인접하게 배치되는, 예 16의 이식형 의료 디바이스.
예 28에서, 페라이트 층은 구리 층에 인접하게 배치되는, 예 27의 이식형 의료 디바이스.
예 29에서, 안테나는 구리 층에 인접하게 배치되는, 예 16의 이식형 의료 디바이스.
예 30에서, 밀폐식 밀봉된 하우징, 제1 안테나, 제2 안테나 및 회로를 포함하는 이식형 의료 디바이스. 하우징은 내부 챔버를 정의하고 외부 디바이스와 내부 챔버 사이의 신호 전달을 위해 구성된 적어도 하나의 윈도우를 포함한다. 제1 안테나는, 제1 안테나가 적어도 하나의 윈도우를 통해 외부 전력 신호를 수신할 수 있도록 하는 위치에서 내부 챔버 내에 배치된다. 제2 안테나는, 제2 안테나가 적어도 하나의 윈도우를 통해 신호를 수신 및 전송할 수 있는 위치에서 내부 챔버 내에 배치된다. 회로는 내부 챔버 내에 배치되고 제1 안테나에 동작적으로 결합된다.
예 31에서, 하우징은 제1 측벽 및 제2 측벽과 그 사이에서 연장되는 주변 벽을 포함하고, 제1 윈도우는 제1 측벽의 일부를 형성하는, 예 30의 이식형 의료 디바이스.
예 32에서, 적어도 하나의 윈도우는 제2 측벽의 일부를 형성하는 제2 윈도우를 더 포함하는, 예 32의 이식형 의료 디바이스.
예 33에서, 이식형 의료 디바이스를 제작하는 방법으로서, 제1 측벽, 제2 측벽 및 그 사이의 주변 벽을 갖는 하우징을 형성하는 단계, ―제1 측벽은 외부 전력 신호의 무선 전달을 위해 구성된 윈도우를 포함함―, 안테나가 윈도우를 통해 외부 전력 신호를 수신할 수 있도록 하우징 내에 안테나를 배치하는 단계, 및 하우징 내에 회로 ―회로는 안테나에 동작적으로 결합됨― 를 배치하는 단계를 포함하는 방법.
예 34에서, 하우징 내에 배터리를 배치하는 단계를 더 포함하고, 배터리는 안테나에 동작적으로 결합되고 회로에 전력을 제공하기 위해 회로에 추가로 동작적으로 결합된, 예 33의 방법.
예 35에서, 안테나는 이식형 의료 디바이스의 회로에 직접 전력을 공급하기 위해 윈도우를 통해 외부 전력 신호를 수신하도록 구성되는, 예 33의 방법.
여러 실시예가 개시되지만, 본 발명의 예시적인 실시예들을 도시하고 설명하는 이하의 상세한 설명으로부터 본 발명의 역시 다른 실시예들이 본 기술분야의 통상의 기술자에게 명백해질 것이다. 따라서, 도면과 상세한 설명은 본질적으로 예시로서 간주되어야 하며, 제한적인 것이 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예들과 관련하여 이용될 수 있는 예시적인 이식형 의료 디바이스(IMD)를 도시한다.
도 2는 도 1의 예시적인 IMD의 분해도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 실시예들과 관련하여 이용될 수 있는 안테나의 정면도를 도시한다.
도 4는 도 1의 IMD의 일부를 도시한다.
도 5는 본 발명의 실시예들과 관련하여 이용될 수 있는 예시적인 IMD의 분해도를 도시한다.
도 6a는 본 발명의 실시예들과 관련하여 이용될 수 있는 예시적인 이식형 의료 디바이스이다.
도 6b는 본 발명의 실시예들과 관련하여 이용될 수 있는 예시적인 이식형 의료 디바이스이다.
도 6c는 본 발명의 실시예들과 관련하여 이용될 수 있는 예시적인 이식형 의료 디바이스이다.
도 6d는 본 발명의 실시예들과 관련하여 이용될 수 있는 예시적인 이식형 의료 디바이스이다.
도 6e는 본 발명의 실시예들과 관련하여 이용될 수 있는 예시적인 이식형 의료 디바이스이다.
본 발명은 다양한 수정 및 대안적인 형태가 가능하지만, 특정한 실시예가 도면들에 예시로서 도시되었고 이하에서 상세히 설명된다. 그러나, 본 발명을 설명된 특정한 실시예들로 제한하려는 의도는 아니다. 오히려, 본 발명은 첨부된 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 범위 내에 있는 모든 수정, 균등물, 및 대안들을 포괄하고자 한다.
도 1은 환자에게 이식하기 위한 이식형 의료 디바이스(IMD)(100)를 나타낸다. 실시예들에서, IMD(100)는 환자의 이식 위치 또는 포켓 내에 피하 이식될 수 있고, 표적 환자 조직에 치료를 제공하거나 및/또는 환자와 연관된 생리학적 파라미터들을 모니터링(예컨대, 감지 및/또는 기록)하도록 구성될 수 있다. 실시예들에서, IMD(100)는 또한, 환자 및/또는 외부 디바이스들로부터 신호들을 수신 및/또는 전송하도록 구성될 수 있다. IMD(100)는 치료를 전달하거나, 및/또는 정기적 간격들로, 지속적으로, 및/또는 탐지된 이벤트에 응답하여 신호들을 모니터링, 수신 또는 전달하도록 구성될 수 있다. 다양한 실시예에서, 탐지된 이벤트는 IMD(100), 또 다른 IMD(미도시), 외부 디바이스(미도시), 및/또는 기타 등등의 하나 이상의 센서에 의해 탐지될 수 있다. 따라서, IMD(100)는, 다양한 진단, 치료 및/또는 모니터링 구현들과 관련하여 이용될 수 있는 다양한 생리학적 신호들을 탐지하도록 구성될 수 있다. 실시예들에서, IMD(100)는, 신호들을 수신 및/또는 전송하기 위해 이식형 의료 디바이스를 이용하는 비뇨기과, 신경과, 심장 또는 기타 임의의 적용가능한 분야에서 이용될 수 있다. IMD(100)는 IMD(100)의 적절한 기능을 유지하기 위해 충전 및/또는 전력 신호들이 제공될 것을 요구한다. 전력 및 기타 다양한 신호를 수신하고 전송하는 것과 관련된 IMD(100)의 다양한 실시예가 여기서 설명될 것이다.
예시적인 실시예들에서, IMD(100)는 방광 및/또는 장 조절 장애 등의 그러나 이것으로 제한되지 않는 비뇨기과 장애의 치료를 위해 예를 들어 천골 신경(sacral nerve)들에 선택적 자극을 전달하기 위한 비뇨기과 치료 디바이스로서 구성될 수 있다. 다른 실시예들에서, IMD(100)는 통증 관리 등을 위한 신경자극 치료 디바이스로서 구성될 수 있다. 역시 다른 실시예들에서, IMD(100)는, 서맥, 빈맥 등의 심장 부정맥의 치료 및 심장 재동기화 치료를 위해 심장 조직을 감지하고 자극하기 위한 심장 리듬 관리(CRM; cardiac rhythm management) 디바이스일 수 있다. 다른 실시예들에서, IMD(100)는 표적 조직 또는 기관에 유체를 전달하도록 구성될 수 있다. 역시 다른 실시예들에서, IMD(100)는 환자의 생리학적 파라미터들을 모니터링하기 위한 치료 기능 없는 모니터링 디바이스로서만 구성될 수 있다. 요약하면, 본 개시내용은 임의의 특정한 임상 응용 및 의도한 대로 작동하기 위해 전력을 요구하는 임의의 이식형 디바이스로 제한되지 않는다.
도 1에 도시된 바와 같이, IMD(100)는, 제1 측벽(104), 제2 측벽(106)(도 2), 및 제1 측벽과 제2 측벽(104, 106) 사이에서 연장되는 주변 벽(108)을 갖는 밀폐식 밀봉된 하우징(102)을 포함한다. 실시예들에서, IMD(100)의 하우징(102)은, 제1 측벽(104), 제2 측벽(106) 및 주변 벽(108)에 의해 경계를 이루는 IMD(100) 내의 공간에 의해 정의되는 내부 챔버를 정의한다. 일부 경우에, 하우징(102), 및 그에 따라 제1 측벽(104), 제2 측벽(106) 및 주변 벽(108)은 티타늄 등의 그러나 이것으로 제한되지 않는 금속 재료로 구성된다. 도시된 바와 같이, IMD(100)는 적어도 하나의 윈도우(114)를 추가로 포함한다. 다양한 실시예에서, 윈도우(114)는 하우징(102)의 일부를 형성한다.
실시예들에서, 윈도우(114)는 밀폐식 및/또는 비전도성 재료로 구성될 수 있다.
윈도우(114)는 서멧(Cermet), 알루미나, 사파이어 등의 그러나 이것으로 제한되지 않는 재료로 구성될 수 있다. 다양한 실시예에서, 윈도우(114)는 하우징(102)의 제1 측벽(104)의 적어도 일부를 형성한다. 윈도우(114)가 제1 측벽(104)의 적어도 일부를 정의하는 것으로 도시되어 있지만, 윈도우(114)는 제2 측벽(106) 및/또는 주변 벽(108)의 일부를 정의할 수 있다. 다양한 실시예에서, 윈도우(114)는 외부 디바이스로부터 IMD(100) 내에 내장된 컴포넌트들로 전력 신호들 및/또는 기타의 신호들의 전송을 허용하도록 구성되며 그 반대도 가능하다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 외부 전원이 IMD(100)의 윈도우(114)와 조합하여 이용되어 외부 전원(미도시)에 의해 생성된 전력 신호들을 윈도우(114)를 통해 하우징(102)의 내부 챔버로 그 다음 IMD(100)의 안테나(122)(도 2 참조)에 전달하고, 그에 따라, 본 명세서에서 추가로 설명되는 바와 같이 이식형 의료 디바이스(100)를 재충전하기 위한 에너지를 제공한다.
실시예들에서, 적어도 하나의 링(116)은 도 2에 나타낸 바와 같이 윈도우(114)를 제1 측벽(104)에 밀폐식 밀봉하도록 구성된다. 앞서 언급한 바와 같이, 다른 실시예들에서, 링(116)은 윈도우(114)와 제2 벽(106)(도 2) 및/또는 주변 벽(108) 사이에 밀폐식 밀봉을 제공할 수 있다. 다양한 실시예에서, 적어도 하나의 링(116)은, 금 및 구리 등의 그러나 이것으로 제한되지 않는 재료들로 구성된 브레이징된 합금이다. 적어도 하나의 링(116)이 윈도우(114)와 하우징(102) 사이에 밀폐식 밀봉을 제공하는 실시예들에서, 외부 재료들이 하우징(102)의 내부 챔버로 누출되는 사례들이 감소될 수 있다. 도 1은 제1 단일 링(116)을 포함하는 적어도 하나의 링(116)을 나타내지만, 링(116)은 도 2를 참조하여 추가로 설명되는 바와 같이 윈도우(114)를 밀봉하기 위한 복수의 링(116)을 포함할 수 있다. 추가로, 대체로 원형으로 예시되어 있지만, 적어도 하나의 링(116)은, 윈도우(114)의 형상 또는 크기에 관계없이 적어도 하나의 링(116)이 윈도우(114)와 하우징(102) 사이의 밀폐식 밀봉을 용이화하도록 구성되게끔, 윈도우(114)의 구성에 기초하여 형상에서의 변형들을 포함할 수 있다. IMD(100)는 복수의 센서(101)를 추가로 포함할 수 있다. 센서들(101)은, IMD(100)의 의도된 용도에 따라, 시그널링, 감지, 및/또는 자극 센서들일 수 있다.
도 2는 도 1의 IMD(100)의 분해도이다. 예시된 바와 같이, 하우징(102)은 제2 측벽(106) 반대쪽에 위치한 제1 측벽(104)을 포함한다. 하우징(102)의 주변 벽(108)은 하우징 본체(109)를 둘러싸는 것으로 예시되어 있다. 제1 측벽(104)은, 도 1을 참조하여 앞서 설명된 바와 같이, 윈도우(114)를 둘러싸도록 구성된 적어도 하나의 링(116)을 갖는 윈도우(114)를 수용하고 윈도우(114)와 하우징(102) 사이에 밀폐식 밀봉을 제공하기 위한 개구를 포함한다. 도 2의 예시적인 실시예에서, 적어도 하나의 링(116)은 제1 링(116a) 및 제2 링(116b)을 포함한다. 실시예들에서, 제1 링(116a)은, 위에서 논의된 바와 같이, 브레이즈 재료로 구성되고, 제2 링(116b)은 윈도우(114)와 측벽(106)의 개구를 정의하는 인접한 표면 사이의 밀폐식 브레이징된 밀봉(hermetic brazed seal)의 형성을 용이화하도록 구성된 미리형성된 브레이즈 링이다. 도 2는 IMD(100)의 단순화된 분해도를 도시하고, 제1 링(116a)은 개별 컴포넌트로서 도시되어 있지만, 숙련된 기술자라면 제1 링(116a)이 실제로는 본 기술분야에 공지된 바와 같이 브레이징 프로세스 동안 인-시츄 형성된다는 것을 용이하게 인식할 것이다. 다양한 실시예에서, 측벽(106)의 개구에 윈도우(114)를 고정하고 밀폐식 밀봉하기 위한 기술은 임의의 특정한 구조 또는 프로세스로 제한되지 않으며, 숙련된 기술자라면 이들 기능들을 달성하기 위한 임의의 적절한 기술 및 구조(들)가 본 개시내용의 범위 내에서 채용될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
도 2의 예시적인 실시예에서, IMD(100), 구체적으로는 하우징(102)에 의해 정의된 내부 챔버는, 다른 것들 중에서도 특히, 안테나(122)를 포함하는 제1 인쇄 회로 보드(120) 및 추가 회로, 예컨대, 제2 인쇄 회로 보드(126)를 포함한 다양한 회로를 더 포함한다. 제1 인쇄 회로 보드(120) 및 제2 인쇄 회로 보드(126) 각각은, 종래에 이용되는 공지된 방법을 통해 형성될 수 있고, 저항기들, 트랜지스터들 등의 다양한 컴포넌트를 포함할 수 있다. 안테나(122)는, 본 명세서에서 추가로 설명되는 바와 같이, 전력 신호들을 수신 및 전송하도록 구성된다. 따라서, 본 명세서에 사용되는 용어 "안테나"는 전기 또는 전자기 신호들 또는 에너지를 무선으로 수신 및/또는 전송할 수 있는 임의의 전기 컴포넌트를 포함하려는 의도임을 강조한다. 다양한 실시예에서, 예를 들어 도 2에 나타낸 바와 같이, 제1 인쇄 회로 보드(120)는, 도 4를 참조하여 더 설명되는 바와 같이, 외부 디바이스와 안테나(122) 사이의 신호 전달 효율을 증가시킬 수 있는 페라이트 층(124) 및/또는 구리 층(130)을 포함한다. 실시예들에서, 제2 인쇄 회로 보드(126)는 IMD(100)의 치료 및 진단 기능들을 수행하기 위한 필수 회로 및 관련 컴포넌트들을 포함한다. 제2 인쇄 회로 보드(126)의 특정한 설계는 본 개시내용에서 결정적으로 중요한 것은 아니므로, IMD(100)가 의도하는 특정한 임상적 필요성에 따라 요구된다면 달라질 수 있다.
추가로, 실시예들에서, IMD(100)는 IMD(100)의 제2 인쇄 회로 보드(126)에 전력을 제공하도록 구성된 배터리(128)를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에서, 배터리(128)는 외부 전원으로부터 안테나(122)에 전송되는 전력 신호를 통해 재충전될 수 있는 재충전가능한 배터리(128)이다.
제1 인쇄 회로 보드(120) 및 안테나(122)는, 안테나(122)를 통해 외부 전원들로부터 전력 신호를 수신하여 제2 인쇄 회로 보드(126) 상의 회로에 직접 전력을 공급하도록 배치되고 구성될 수 있다. 그 결과, 다양한 실시예에서, 배터리(128)는 IMD(100)에서 생략될 수 있고, IMD(100)는 안테나(122)를 통해 외부 전원으로부터 직접 전력을 공급받을 수 있다.
도 1을 참조하여 전술된 바와 같이, 윈도우(114)는, 외부 전력 신호들이 안테나(122)에 전송되게끔 윈도우(114)를 통한 전력 신호들의 전송을 허용하도록 구성된다. 이들 실시예들에서, 안테나(122)는 외부 전원과 안테나(122) 사이의 거리 감소를 통한 최적의 전력 신호 전달을 위해 윈도우(114) 내에 또는 바로 인접하여 배치될 수 있다. 다양한 실시예에서, 그에 따라 IMD(100)는 외부 전원들로부터 하우징(102)의 윈도우(114)를 통한 안테나(122)로의 전력 전송을 통해 재충전될 수 있다.
다양한 실시예에서, IMD(100)는, 다양한 추가 안테나, 예를 들어 무선 주파수(RF) 신호 등의 그러나 이것으로 제한되는 않는 신호들을 수신 및 전송하도록 구성된 제2 신호 안테나(123)를 포함할 수 있다. 예시된 실시예에서, 신호 안테나(123)는 또한 제1 인쇄 회로 보드(120) 상에 배치된다. 실시예들에서, 신호 안테나(123) 등의 제1 및 제2 인쇄 회로 보드들(120, 126)의 컴포넌트들과 조직 사이의 거리를 최소화하도록 윈도우(114)에 인접하게 제1 인쇄 회로 보드(120) 및/또는 제2 인쇄 회로 보드(126)를 배치하는 것은, 환자 조직으로부터 신호들을 효율적이고 정확하게 수신 및 전송하는 신호 안테나(123)의 능력을 증가시킬 수 있다. 이것은, IMD(100)가 환자의 신체로부터 생리학적 신호들을 수신하고 신호들을 외부 디바이스, 예를 들어 환자 또는 의사에 의해 작동되는 진단 디바이스에 전송하도록 구성된 실시예들에서 유익할 수 있다. 유사하게, 안테나(122)를 통합하기 위해 이전에 참조되고 이식형 디바이스에 통상적으로 이용되는 헤더 영역 등의 추가 영역에 대한 필요성을 제거하는 것은, 안테나(122)와 이식형 의료 디바이스(100) 내의 컴포넌트들 사이의 거리를 감소시킨다. 이들 구성에서, 안테나(122)와 IMD(100)의 다양한 다른 컴포넌트를 접속하기 위해 보통은 요구될 수 있는 피드스루는 생략될 수 있는데, 그 이유는 안테나(122)가 하우징(102)의 내부 챔버 내에 다양한 다른 컴포넌트와 함께 배치되기 때문이다. 추가적으로, 소정의 예들에서 비전도성 및 밀폐식 재료로 구성된 윈도우(114)에 인접하게 안테나(122) 및/또는 신호 안테나(123)를 배치함으로써, 윈도우(114)는 종래의 이식형 디바이스들에 비해 신호 간섭을 최소화할 수 있다.
IMD(100) 내의 컴포넌트들에 전력을 전송하기 위한 능력을 갖는 윈도우(114)를 통합하고 안테나(122) 또는 신호 안테나(123)를 윈도우(114)에 인접하게 및/또는 그 내부에 배치함으로써, 하우징(102) 내의 컴포넌트들을 위한 전력 접속을 지원하고 제공하기 위해 보통은 통합될 수 있는 헤더가 제거될 수 있다. 이들 실시예들에서, 추가 헤더의 제거는, 적어도, IMD(100)에 의해 이용되는 전체 재료 및 공간을 감소시키는 목적에 유익하다. 전력 전송을 위해 구성된 안테나 또는 다양한 다른 컴포넌트들은 IMD(100)의 하우징(102)의 일부를 형성하는 윈도우(114) 내에 직접 배치될 수 있으므로 전력 전송에 요구되는 IMD(100) 내의 전체 공간을 감소시킬 수 있다. 추가적으로, 보통은 요구될 수 있는 IMD(100) 내의 컴포넌트들로부터 외부 안테나 또는 전원까지의 접속들이 제거될 수 있다.
도 3은 도 2의 안테나(122)의 추가 도면이다. 예시된 바와 같이, 안테나(122)는 대체로 코일형 및/또는 나선형 형상을 포함하고 평면 구성을 갖는다. 다양한 실시예에서, 예를 들어 도 2에 도시된 바와 같이, 안테나(122)는 대체로 원형일 수 있다. 다른 실시예들에서, 안테나(122)는, 예컨대, 삼각형, 직사각형 또는 타원형 등의, 다양한 다른 형상 및 구성을 포함할 수 있다. 전술된 바와 같이, 안테나(122)는, 배터리(128)(존재하는 경우)에 충전 전력을 제공하거나 이식형 의료 디바이스(100)에 직접 전력을 공급하기 위해 외부 전원으로부터 전력 신호들을 수신하도록 구성된다. 안테나(122)는 구리 또는 금 등의 그러나 이것으로 제한되지 않는 전도성 재료로 구성될 수 있다. 금속들 등의 다양한 다른 적절한 전도성 재료도 역시 이용될 수 있다. 다양한 실시예에서, 안테나(122)는 유전체 재료로 코팅될 수 있다. 일부 실시예에서, 도 4를 참조하여 더 설명되는 바와 같이, 페라이트 층(124)(도 2) 및/또는 구리 층(130)(도 4)과 조합하여 안테나(122)를 이용하는 것이 유익할 수 있다.
도 4는 그 다양한 기능 층들의 적층을 나타내는 제1 인쇄 회로 보드(120)의 단순화된 단면 개략도이다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 안테나(122)는 제1 인쇄 회로 보드(120) 상에서 페라이트 층(124)에 인접하게 배치되고, 구리 층(130)은 안테나(122)에 관해 페라이트 층(124)의 반대측 상에서 페라이트 층(124)에 인접하여 배치된다. 다른 경우들에서, 페라이트 층(124)은 안테나(122)에 인접하게 배치될 수 있고 구리 층(130)은 생략될 수 있다. 추가 예들에서, 구리 층(130)은 안테나(122)에 인접하게 배치되고 페라이트 층(124)은 생략된다. 실시예들에서, 페라이트 층(124)은 유연한 소결된 페라이트 시트 층(flexible sintered ferrite sheet layer)일 수 있지만, 다양한 유형의 페라이트 또는 페라이트 층의 구성들이 포함될 수 있다.
다양한 경우에, 안테나(122)에 인접한 페라이트 층(124)의 배치는, 적어도, 전력 신호의 전송 동안 수신된 자기장들을 포커싱하는 능력에 유익하다. 예를 들어, 안테나(122)에 인접하게 배치된 페라이트 층(124)은, 안테나(122)와, 안테나(122)에 전력 신호들을 전송하는 외부 전력 신호 전송기 사이의 상호결합을 증가시킬 수 있다. 추가적으로, 안테나(122)에 인접하게 페라이트 층(124)을 배치하는 것은, 제1 인쇄 회로 보드(120) 및 안테나(122) 등의, 내부 챔버의 컴포넌트들 내의 자체 인덕턴스를 증가시킬 수 있다. 추가 실시예에서, 자기장들을 포커싱하기 위해 페라이트 층(124)을 통합하는 것은, IMD(100)의 하우징(102) 내부 온도 상승을 피할 수 있어서, 고온으로 인해 발생할 수 있는 IMD(100)에 대한 손상, 예를 들어 IMD(100)의 용융 또는 변형을 감소시킬 수 있다. 다양한 실시예에서, 이러한 온도 감소는, 윈도우(114)에만 국한되는 것이 아니라 윈도우(114) 및 IMD(100) 전체를 둘러쌀 수 있는 와전류(eddy current)의 사례들을 제거한 결과이다. 이들 경우에, 페라이트 층(124)의 통합은 안테나(122)로의 전력 전달 효율을 증가시킨다. 예를 들어, 외부 전력 디바이스와 안테나(122) 사이의 전력 전달 효율은, 외부 전력 디바이스에 의해 전송되는 전력 신호들 대 안테나(122)에 의해 후속 전송된 전력 신호들의 양의 비율에 의해 정의되며, 적어도 70%의 효율 값 백분율을 가질 수 있다.
예를 들어, 한 실시예에서, 구리로 구성되고 페라이트 층(124)이 등판을 이루는 1x7 코일형 안테나(122)는 인쇄 회로 보드(120)와 결합되고 1등급 티타늄 하우징(102) 내에 결합되었다. 인가된 신호들의 주파수는 6.78MHz였다. 외부 전력 신호로부터 안테나(122)로의 전력 전달의 결과적인 효율 백분율은 74.4%였다. 페라이트 층(124)이 통합되지 않은 유사한 실시예들에서, 전력 전달의 효율 백분율은 3.38%였다.
전술된 바와 같이, 다양한 경우에, 구리 층(130)은 페라이트 층(124) 및/또는 안테나(122)에 인접하여 배치된다. 구리 층(130)은 동작 동안에 Faraday 차폐를 제공하는 지지대로서 작용한다. 즉, 구리 층(130)은 외부 전력 디바이스와 안테나(122) 사이의 신호 전송으로 인해 생성하는 자기장들이 IMD(100) 전체 및 그 다양한 컴포넌트들에 영향을 미치는 것을 차단하는 기능을 한다. 예를 들어, 구리 층(130)은 과도한 자기장들로부터의 배터리(128)에 대한 보호 또는 차폐를 제공하는데 유익할 수 있다.
도 1 내지 도 4를 참조하여 본 명세서에 설명된 실시예들은 대체로 적어도 하나의 윈도우(114) 및 예시적으로 단일 윈도우(114)의 이용을 참조하였지만, 적어도 하나의 윈도우(114)는 2개 이상의 윈도우를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 5는 IMD(200)의 추가 실시예를 나타낸다. 실시예들에서, 도 2의 IMD(200)는 도 1 내지 도 4에 도시된 IMD(100)와 유사할 수 있다. 또한, IMD(200)는 도 2의 IMD(100)에 포함된 것들과 동일하거나 유사한 컴포넌트들을 포함할 수 있다.
도 5에 나타낸 바와 같이, IMD(200)는 제1 측벽(204), 제2 측벽(206), 주변 벽(208) 및 하우징 본체(209)로 구성된 하우징(202)을 포함한다. 도시된 바와 같이, IMD(200)는, 제1 링(216a)으로 둘러싸여 있고 제1 측벽(204) 상에 배치된 제1 윈도우(214a)를 포함할 수 있다. IMD(200)는, 제2 링(216b)으로 둘러싸여 있고 제2 측벽(206) 상에 배치된 제2 윈도우(214b)를 추가로 포함할 수 있다. 따라서, 이들 실시예들에서, 이식형 의료 디바이스(200)는, 전력 신호들이 제1 윈도우(214a)를 통해 전송되고 전력 신호들이 제2 윈도우(214b)를 통해 전송될 수 있도록 구성된다. 제1 윈도우 및 제2 윈도우(214a, 214b)는 또한, 도 1 및 도 2의 IMD(100)를 참조하여 설명한 것과 유사하게 환자의 생리학적 신호들에 관련된 신호들 및 원격측정 등의, 전력 신호들 이외의 신호들의 수신 또는 전송을 허용하도록 구성될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, IMD(200)는 도 1 내지 도 4의 IMD(100)에 관해 설명된 바와 같이 제1 인쇄 회로 보드(120)를 포함할 수 있다. 다양한 경우에, IMD(200)는 제2 인쇄 회로 보드(216)(도 2)를 추가로 포함한다. 제1 윈도우 및 제2 윈도우(214a, 214b)는 도 1 및 도 2에 도시된 원형 윈도우(114)와는 달리, 쐐기형 또는 사분면 형상을 갖는 것으로 도시되어 있다. 도 6a 내지 도 6e의 비제한적인 예들을 참조하여 추가로 설명되는 바와 같이, 윈도우들(114, 214)의 다양한 다른 형상들 및 구성들이 포함될 수 있다. 변형들을 갖는 것으로 설명되었지만, 도 6a 내지 도 6e의 예시적인 실시예들의 이식형 의료 디바이스들은, 도 1 내지 도 4의 IMD(100) 또는 도 5의 이식형 의료 디바이스(200)의 윈도우(114)와 구성 및 기능들에 있어서 유사하거나 동일할 수 있다.
도 6a는 예를 들어 원의 사분면과 닮은 쐐기 형상을 포함하는 구성을 갖는 윈도우(314)를 갖는 이식형 의료 디바이스(100)를 나타낸다. 달리 말하면, 윈도우(314)는 제1 선형 엣지(332)와 제2 선형 엣지(334), 그리고 제1 및 제2 선형 엣지들(332, 334) 사이에서 연장되는 아치형 부분(336)을 포함한다. 도 6b는, 윈도우(314)가 하우징(302) 상에서 도 6a의 윈도우에 대해서 상이한 위치에 배치되어 있지만, 동일한 쐐기 또는 사분면 구성을 갖고 있는 도 6a의 이식형 의료 디바이스(100)를 나타낸다. 윈도우(314)는 제1 측벽(104)을 따라 다양한 다른 위치, 예를 들어 중앙 또는 상위 좌측 및 상위 우측 모서리들에 배치될 수 있다.
도 6c는 윈도우(414)를 갖는 IMD(100)의 추가적인 구성을 나타낸다. 윈도우(414)는 만곡된 부분(440)의 말단들 사이에서 연장되는 선형 엣지(438)를 갖는 반 난형 형상(semi ovular shape)을 포함한다. 도 6d는 윈도우(514)를 포함하는 IMD(100)의 추가 실시예를 나타내며, 여기서 윈도우(514)는 대체로 직사각형 형상을 포함하고 IMD(100)의 제1 측벽(204)의 폭에 관해 대체로 중앙에 배치된다. 직사각형 구성을 갖는 것으로 예시되어 있지만, 윈도우(514)는 또한 정사각형 형상을 포함할 수 있다. 또한, 도 6e는, 적어도 도 1 및 도 2에 도시된 윈도우(114)와 유사한 원형 구성을 갖는 윈도우(114)를 갖는 도 1의 이식형 의료 디바이스(100)를 나타낸다. 다양한 실시예에서, 윈도우(114)는, 적어도, 윈도우(114)와 IMD(100)의 나머지 컴포넌트들 사이의 응력 상승, 균열, 및/또는 인터페이스 문제를 감소시키기 위해 둥근 모서리들을 갖도록 성형된다. 본 명세서에 나타낸 임의의 실시예에서, 윈도우(114)의 배치는 하우징(102)의 제1 및/또는 제2 측벽들(104, 106)을 따라 달라질 수 있다. 또한, 윈도우(114)의 크기는 본 실시예들에 도시된 것들보다 더 작거나 더 큰 표면적을 갖도록 변경될 수 있다. 추가적으로, 예를 들어 삼각형, 오각형, 팔각형, 또는 대체로 불규칙한 형상이 포함될 수 있지만 이것으로 제한되지는 않는, 윈도우(114)의 다른 형상들이 포함될 수 있다. 윈도우(114)를 참조하여 설명되었지만, 본 개시내용은 도 1 내지 도 6e의 윈도우들 중 임의의 것에 적용된다.
논의된 예시적인 실시예들에 대한 다양한 수정 및 추가가 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 이루어질 수 있다. 예를 들어, 전술된 실시예들은 특정한 피처들을 언급하지만, 본 발명의 범위는 또한, 상이한 피처 조합들을 갖는 실시예들과 설명된 피처들 모두를 포함하지는 않는 실시예들을 포함한다. 따라서, 본 발명의 범위는 청구항들의 범위 내에 속하는 이러한 모든 대안, 수정 및 변형들과 그 균등물들을 모두 포괄하고자 한다.

Claims (15)

  1. 이식형 의료 디바이스로서,
    내부 챔버를 정의하는 밀폐식 밀봉된 하우징, ―상기 밀폐식 밀봉된 하우징은 상기 하우징의 일부를 형성하고 외부 전력 신호의 상기 내부 챔버로의 무선 전달을 위해 구성된 적어도 하나의 윈도우를 포함함―;
    상기 내부 챔버 내에 배치된 안테나, ―상기 안테나는 상기 윈도우를 통해 상기 외부 전력 신호를 수신할 수 있도록 하는 위치에 배치됨―; 및
    상기 내부 챔버 내에 배치되고 상기 안테나에 동작적으로 결합된 회로
    를 포함하는, 이식형 의료 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 하우징은 제1 측벽 및 제2 측벽과 그 사이에서 연장되는 주변 벽을 포함하고, 상기 적어도 하나의 윈도우는 상기 제1 측벽의 일부를 형성하는, 이식형 의료 디바이스.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 적어도 하나의 윈도우는 상기 하우징의 대향 측면들에 배치된 제1 윈도우 및 제2 윈도우를 포함하고, 상기 안테나는, 상기 안테나가 상기 제1 윈도우를 통해 외부 전력 신호를 수신할 수 있도록 하는 위치에서 상기 내부 챔버 내에 배치되는, 이식형 의료 디바이스.
  4. 제3항에 있어서, 상기 하우징은 제1 측벽 및 제2 측벽과 그 사이에서 연장되는 주변 벽을 포함하고, 상기 제1 윈도우는 상기 제1 측벽의 일부를 형성하고, 상기 제2 윈도우는 상기 제2 측벽의 일부를 형성하며, 또한 상기 안테나는, 상기 안테나가 상기 제1 윈도우를 통해 외부 전력 신호를 수신할 수 있도록 하는 위치에서 상기 내부 챔버 내에 배치되는, 이식형 의료 디바이스.
  5. 제4항에 있어서, 상기 적어도 윈도우와 상기 제1 측벽 사이에 배치된 브레이즈 링(braze ring)을 더 포함하는 이식형 디바이스.
  6. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 윈도우는, 원형, 반원형, 및 난형 형상 중 하나를 갖는, 이식형 디바이스.
  7. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 윈도우는 비금속 재료로 형성된, 이식형 디바이스.
  8. 제8항에 있어서, 상기 적어도 하나의 윈도우는 세라믹으로 형성된, 이식형 디바이스.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 안테나는 평면 안테나로서 구성되는, 이식형 의료 디바이스.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내부 챔버는, 상기 안테나에 동작적으로 결합되고 회로에 전력을 제공하기 위해 상기 회로에 추가로 동작적으로 결합된 배터리를 포함하는, 이식형 의료 디바이스.
  11. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 안테나는 상기 적어도 하나의 윈도우를 통해 상기 외부 전력 신호를 수신하여 상기 이식형 의료 디바이스의 회로에 직접 전력을 공급하는, 이식형 의료 디바이스.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 안테나는 페라이트 층에 인접하게 배치되는, 이식형 의료 디바이스.
  13. 제12항에 있어서, 상기 페라이트 층은 구리 층에 인접하게 배치되는, 이식형 의료 디바이스.
  14. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 안테나는 구리 층에 인접하게 배치되는, 이식형 의료 디바이스.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 디바이스는 무선 주파수 신호를 수신 및 전송하기 위한 신호 안테나를 더 포함하는, 이식형 의료 디바이스.
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