[发明专利]具有低功率△-∑模数转换器的可植入医疗装置

说明书

技术领域

本发明涉及可植入医疗装置，并且更具体地，涉及减少可植入医 疗装置中的功耗。

背景技术

在多种应用中，可植入医疗装置用于监测患者或向患者递送治疗 中的一种或用于这两者。例如，心脏起搏器通常经电极监测来自心脏 的电信号，即，心电图(ECG)，并将电刺激递送至心脏。各电极可定位 在心脏内，并通过静脉内导线与起搏器连接，或可使用任意的非静脉 内位置定位在皮下，例如肌肉层下，或诸如在胸腔内。

例如，在需要起搏的情况下，心脏起搏器监测ECG以确定是否在 心率间期内出现固有的心脏去极化，例如，P波或R波。如果出现固 有去极化，起搏器将计时器复位并继续监测来自心脏的电信号。如果 没有出现固有去极化，起搏器将一个或更多个电脉冲递送至心脏，并 将计时器复位。

许多起搏器已使用模拟电路来处理ECG，例如，以检测P波和R 波。对于此目的将期望实现数字信号加工，但将需要ECG的相对高分 辨率的模数转换。模数转换的增加的分辨率通常需要较高的模拟信号 的过采样，或较复杂的比较器电路，这两者都增加与模数转换相关的 电流消耗(current drain)量。增加的电流消耗是可植入医疗装置中的被关 注问题，并且尤其是在原电池装置中，其中增加的电流消耗可缩短可 植入医疗装置的电源的寿命，从而需要可植入医疗装置的较早移除和 替换。从患者的角度来考虑，对于具有可再充电电源的可植入医疗装 置也期望最小化功耗，例如，以减小再充电事件的频率，并且由此增 加可植入医疗装置的方便性。

可植入医疗装置中的数字信号加工的另一应用实例是分析经电极 感知的脑内的电信号，例如，脑电图(EEG)。可植入医疗装置可分析 EEG，例如，以鉴定癫痫发作或其他神经学问题。在一些情况下，可 植入医疗装置可响应于或基于EEG的分析，向脑或患者的其他组织递 送电刺激。此外，数字信号加工可用在可植入医疗装置中，以便基于 患者的生理参数，诸如压力、阻抗、温度或身体运动来分析由多个传 感器中的任一传感器生成的多个信号中的任一信号。

发明内容

大体上，本公开描述了减少可植入医疗装置(IMD)内的功耗的技 术。植入在患者体内的IMD可具有预期持续数年的有限的功率源。为 了提高设备寿命，IMD的感知和治疗电路被设计成消耗低水平的功率。 为此，IMD的感知电路可加入根据在此公开的技术设计的Δ-∑模数转 换器(ADC)，该转换器以相对低的运行频率提供相对高的分辨率输出， 并且以相对低的功耗来完成此过程。根据在此所述的技术设计的ADC 采用分辨率比用于负反馈的数模转换器(DAC)低的量化器。在一个实施 方案中，DAC的分辨率可包括为量化器的分辨率的至少4倍的位数 (bit)。例如，ADC可采用驱动加减计数器的一位比较器，然后其驱动8 位DAC反馈。此配置提供较高分辨率DAC反馈的益处，即，较高的 精确度从而允许较低的量化噪声，而不必使用导致高功耗的高过采样 比。

在一个实施方案中，可植入医疗装置包括生成模拟输入信号的至 少一个传感器，将该模拟输入信号转换为数字信号的至少一个Δ-∑模 数转换器(ADC)和接收来自Δ-∑ADC的数字信号的处理器。Δ-∑ADC 包括基于模拟输入信号和模拟输入信号重建之间的累加差分(integrated difference)产生控制信号的量化器，根据该控制信号调节数字值的加/ 减计数器，以及基于该加/减计数器的数字值生成模拟输入信号重建并 将该模拟输入信号重建作为负反馈提供给积分器的数模转换器(DAC)。 量化器的分辨率小于DAC的分辨率。

在另一个实施方案中，方法包括接收来自可植入医疗装置的至少 一个传感器的模拟输入信号，使用至少一个Δ-∑模数转换器(ADC)将该 模拟输入信号转换为数字信号，并将来自Δ-∑ADC的该数字信号发送 至处理器进行分析。将模拟输入信号转换为数字信号包括使用量化器 基于模拟输入信号和模拟输入信号重建之间的累加差分产生控制信 号，根据该控制信号调节加/减计数器的数字值，以及使用数模转换器 (DAC)基于该加/减计数器的数字值生成模拟输入信号重建。量化器的 分辨率小于DAC的分辨率。