[发明专利]用于优化的植入体线圈耦合的规定的铁磁材料的使用

说明书

本申请要求于2012年4月27日提交的美国临时专利申请61/639,208的优先权，在此通过引用将其并入本文。

技术领域

本发明涉及一种可植入医疗设备，并且特别涉及该设备中的能量传输机构。

背景技术

一些有源的医疗植入体由原电池供电。取决于它们的功率消耗，它们需要被具有新的原电池的新植入体替换。所需的外科手术会产生对患者的压力，各种典型风险(例如感染、麻醉等等)，以及费用(新植入体、手术费用等等)。

在医疗植入体中使用可再充电电池能够使再次植入的次数最小化，并且由此减少患者的风险和费用。具有提供几十毫安电功率的可再充电电池(例如可再充电锂聚合物电池(LiPo-battery))的植入体应该具有使患者舒适和可接受的再充电周期。典型地可以通过充电100mW或更高的功率而实现。

经由皮肤的植入体连接可能会造成外科手术以及诸如由经由皮肤的连接器导致的感染和生物膜等风险的医疗风险。因此无线充电装置通常是优选的。这能够通过使用感应链路而实现，例如来自Boston Scientific的Precision Plus^TM SCS系统和由Medtronic制造的RestoreSensor/RestoreAdvanced/RestoreUltra SCS。该感应链路装置通常使用在身体外侧的患者皮肤上的外部充电器设备，其包括外部充电线圈和必要的电子器件。并且还有相对应的内部线圈作为植入体的一部分。这些线圈利用功率传输通过感应链路与由外部线圈产生的交变磁场磁耦合，其中磁场的某一分数k(耦合系数)穿过皮肤至植入体线圈，该植入体线圈感应出电压从而驱动用于植入体电子器件的电流。

对于经由皮肤的感应线圈之间的给定距离，磁耦合主要是线圈形状的函数，线圈形状典型地是圆形或螺旋形。理想地，如果两个线圈具有相同的直径，其为线圈之间距离的至少√2倍，则能够实现最佳耦合系数。例如参见K.Finkenzeller,RFID Handbook。Fundamentals and Applications in Contactless Smart Cards and Identification,(3rd ed.),Wiley,Hoboken,NJ(2010)，在此通过引用将其并入本文。例如，给定线圈距离20mm，优化耦合需要28mm的线圈半径，这对于大多数植入体来说都太大了。

为了患者的舒适度，外部充电设备应该是紧凑的并且便携的，具有其自身集成的电池。为了保持该外部设备的小型化并且使相邻组织由于涡电流而产生的自加热最小化，能量传输必须是有效的。涡电流导致的自加热不仅是不舒服的，而且温度上限还受法律和法规的限定。

Medtronic充电设备是以175kHz频率运行的体积相当大的系统，据说会承受相当大的自加热问题。相似的问题由St.Jude Medical报道。美国专利No.7,599,744(在此通过引用将其并入本文)描述了一种经由皮肤的线圈装置，其使用由软铁的杆，将磁力线沿规定的路线重新导向。

发明内容

本发明的实施方式涉及一种用于可植入医疗系统的线圈装置。线圈绕组具有封闭线圈内部区域的平面环形绕组。所述线圈绕组适于平行于对应的合作线圈放置，以用于植入体链路信号的通信，该信号具有由表示线圈之间的磁场耦合的分数量的耦合系数k表征的相关联的磁场分量。导磁性材料(例如，诸如软铁的铁氧体材料)的线圈耦合透镜具有多个透镜表面，并且适于使磁场分量成形以增加耦合系数并且使相邻组织由于磁场分量而产生的自加热最小化。所述透镜表面包括：i.内透镜表面，设置为大致平行于所述环形线圈绕组的平面，并且具有被封闭在线圈内部区域内的内透镜表面周边，ii.外透镜表面，设置为大致平行于所述内透镜表面，并且具有大于所述内透镜表面周边的外透镜表面周边，以及iii.至少一个透镜连接表面，连接所述内透镜表面周边和所述外透镜表面周边。

在具体实施方式中，所述内透镜表面可以大致设置在所述环形绕组的平面中，或者在所述环形绕组的平面的上方或下面。所述线圈绕组可以是可植入的接收线圈，并且合作线圈是外部发送器线圈，或者反之亦然。还可以有被封闭在所述线圈耦合透镜内的电子器件模块。所述内透镜表面和所述外透镜表面中的一个或两个可以具有封闭透镜内部区域的平面环形或者平面盘形。

附图说明

图1A-B显示了根据本发明的一个实施方式的线圈装置的侧截面图和顶部平面图。

图2显示了本发明的另一个实施方式的侧视图。

图3显示了如本发明的实施方式中的感应链路的简化等效电路。