DE69736990T2

DE69736990T2 - Digitales Übertragungssystem

Info

Publication number: DE69736990T2
Application number: DE69736990T
Authority: DE
Inventors: Steven D. Forest Lake Goedeke; Gregory J. Champlin Haubrich; David L. Fridley Thompson; John G. New Brighton Keimel
Original assignee: Medtronic Inc
Current assignee: Medtronic Inc
Priority date: 1996-01-11
Filing date: 1997-01-06
Publication date: 2007-03-08
Anticipated expiration: 2017-01-07
Also published as: WO1997025100A1; EP0876179B1; EP1151759B1; DE69716035D1; US5683432A; EP0876179A1; EP1151759A3; AU1692997A; DE69736990D1; US5843139A; EP1151759A2; DE69716035T2

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein System mit einem Impulsradiosender und einem Impulsradioempfänger, das auf dem Gebiet der medizinischen Vorrichtungen verwendet werden kann, und insbesondere auf implantierbare medizinische Vorrichtungen, welche ein Kommunikations-Untersystem aufweisen.
Seit der Einführung der ersten implantierbaren Schrittmacher in den 60er Jahren dieses Jahrhunderts wurden erhebliche Fortschritte sowohl auf dem Gebiet der Elektronik als auch der Medizin erzielt, so daß es gegenwärtig eine große Auswahl an im Handel erhältlichen, in den Körper implantierbaren elektronischen medizinischen Vorrichtungen gibt. Die Klasse implantierbarer medizinischer Vorrichtungen schließt nun nicht nur Schrittmacher, sondern unter anderem auch implantierbare Kardioverter, Defibrillatoren, Nervenstimulatoren und Arzneimittelverabreichungsvorrichtungen ein. Heutige implantierbare medizinische Vorrichtungen nach dem Stand der Technik sind viel hochentwickelter und komplexer als frühere, und diese können erheblich komplexere Aufgaben ausführen. Die therapeutischen Vorteile solcher Vorrichtungen sind erwiesen.
Weil der funktionelle Entwicklungsstand und die Komplexität von Systemen mit implantierbaren medizinischen Vorrichtungen im Laufe der Jahre zugenommen haben, ist es zunehmend wichtiger geworden, daß diese Systeme ein System aufweisen, um die Kommunikation zwischen einer implantierten Vorrichtung und einer weiteren implantierten Vorrichtung und/oder einer externen Vorrichtung, beispielsweise einer Programmierkonsole, einem Überwachungssystem oder dergleichen, zu ermöglichen.
Kurz nach der Einführung der ersten unbeschränkten Schrittmacher mit fester Rate hat sich gezeigt, daß es für einen Arzt wünschenswert wäre, nichtinvasiv Informationen zum Betriebszustand der implantierten Vorrichtung zu erhalten und/oder mindestens ein gewisses Maß an Kontrolle über die Vorrichtung auszuüben, beispielsweise die Vorrichtung ein- oder auszuschalten oder die feste Stimulationsrate einzustellen, nachdem die Implantation stattgefunden hat. Zunächst erfolgte die Kommunikation zwischen einer implantierten Vorrichtung und der Außenwelt in erster Linie auf indirekte Weise. Beispielsweise konnten Informationen über den Betriebszustand einer implantierten Vorrichtung durch das Elektrokardiogramm des Patienten übermittelt werden, indem die Übertragungsrate von Stimulationsimpulsen in irgendeiner Weise moduliert wurde. Dies war bei Spectrax^TM von Medtronic um 1979 der Fall, wobei eine 10%ige Änderung der Stimulationsrate zum Angeben des Batteriezustands verwendet wurde. Dieses Verfahren konnte nur eine Übertragung mit einer sehr niedrigen Datenrate bieten, ohne die klinische Anwendung der Vorrichtung zu stören. Ein frühes Verfahren zum Übertragen von Informationen zu einer implantierten Vorrichtung erfolgte durch Bereitstellen eines magnetischen Zungen- bzw. Reed-Schalters in der implantierbaren Vorrichtung. Nach der Implantation wurde der Reed-Schalter durch Anordnen eines Magnets über der Implantationsstelle betätigt. Das Schließen des Reed-Schalters konnte dann beispielsweise verwendet werden, um die Vorrichtung abwechselnd zu aktivieren oder zu deaktivieren. Alternativ konnte die feste Schrittrate der Vorrichtung anhand der Dauer des Schließens des Reed-Schalters um inkrementelle Beträge erhöht oder verringert werden.
Im Laufe der Zeit wurden zahlreiche verschiedene Schemata entwickelt, bei denen ein Reed-Schalter zum Einstellen von Parametern implantierter medizinischer Vorrichtungen verwendet wurde. Es sei beispielsweise auf die Druckschriften US-Patent 3 311 111 von Bowers, US-Patent 3 518 997 von Sessions, US-Patent 3 623 486 von Berkovits, US-Patent 3 631 860 von Lopin, US-Patent 3 738 369 von Adams u.a., US-Patent 3 805 796 von Terry, Jr. und US-Patent 4 066 086 von Alferness u.a. verwiesen.
Weil neue, höher entwickelte Merkmale in implantierbare Vorrichtungen aufgenommen wurden, ist es zunehmend notwendig geworden, der Vorrichtung entsprechend mehr Informationen hinsichtlich der Auswahl und der Steuerung bzw. Regelung dieser Merkmale zu übermitteln. Falls ein Schrittmacher beispielsweise selektiv in verschiedenen Schritt- bzw. Stimulationsmodi arbeiten kann (beispielsweise VVI, VDD, DDD usw.), ist es wünschenswert, daß der Arzt oder Kliniker einen Betriebsmodus nichtinvasiv wählen kann. Falls der Schrittmacher in ähnlicher Weise bei verschiedenen Raten stimulieren kann oder Stimulationsimpulse bei verschiedenen Energieniveaus abgeben kann, ist es wünschenswert, daß der Arzt oder Kliniker in der Lage ist, Patient für Patient die geeigneten Werte für diese veränderlichen Betriebsparameter zu wählen.
Sogar noch größere Anforderungen werden an das Kommunikationssystem in implantierbaren Vorrichtungen gestellt, die so hochentwickelte Merkmale wie eine Ratenanpassung auf der Grundlage einer Aktivitätswahrnehmung aufweisen, wie beispielsweise in dem US-Patent 5 052 388 von Sivula u.a. mit dem Titel "Method and Apparatus for Implementing Activity Sensing in a Pulse Generator" (Verfahren und Vorrichtung zum Implementieren einer Aktivitätswahrnehmung in einem Pulsgenerator) oder in dem US-Patent 5 271 395 von Wahlstrand u.a. mit dem Titel "Method and Apparatus for Rate-Responsive Cardiac Pacing" (Verfahren und Vorrichtung für eine ratenempfindliche Herzschrittstimulation) offenbart ist.
Die Informationen, die in heutigen Schrittmachern nach dem Stand der Technik zur implantierbaren Vorrichtung übermittelt werden, können den Stimulationsmodus, mehrere ratenempfindliche Einstellungen, die Elektrodenpolarität, die maximale und die minimale Stimulationsrate, die ausgegebene Energie (die Ausgangsimpulsbreite und/oder den Ausgangsstrom), die Leseverstärkerempfindlichkeit, Refraktärperioden, Kalibrierungsinformationen, ratenempfindliche Kriterien zum Erkennen des Beginns einer Attacke (Beschleunigung) und eines Abfalls (Verzögerung) und möglicherweise viele andere Parametereinstellungen einschließen.
Weil es erforderlich wurde, mehr und mehr Informationen zu implantierten Vorrichtungen übermitteln zu können (also "Abwärts"-Kommunikationskanäle einzurichten), wurde die einfache Reed-Schalter-Schließanordnung schnell ungenügend. Weiterhin hat sich gezeigt, daß es auch wünschenswert wäre, nicht nur das Übermitteln von Informationen an die implantierte Vorrichtung zu ermöglichen, sondern es der implantierten Vorrichtung auch zu ermöglichen, Informationen an die Außenwelt zu übermitteln (also "Aufwärts"- Kommunikationskanäle einzurichten). (Die Begriffe "Aufwärtsverbindungs-" und "Aufwärtskommunikation" sollen hier die Kommunikationskanäle zum Übertragen von Informationen von der implantierten Vorrichtung zu einer externen Einheit irgendeiner Art bezeichnen. Umgekehrt werden die Begriffe "Abwärtsverbindungs-" und "Abwärtskommunikation" verwendet, um den Kommunikationskanal zum Übertragen von Informationen von einer externen Einheit zu der implantierten Vorrichtung zu bezeichnen. Wenngleich bei dieser Terminologie angenommen wird, daß die Kommunikation zwischen einer implantierten Vorrichtung und einer externen Vorrichtung auftritt, ist vorgesehen, daß das hier beschriebene Kommunikationssystem in Situationen genauso nützlich und vorteilhaft ist, in denen die Kommunikation zwischen zwei oder mehr Vorrichtungen auftritt, wobei einige implantiert sind und andere extern sind oder alle implantiert sind.
Es ist zu diagnostischen Zwecken erwünscht, daß die implantierte Vorrichtung in der Lage ist, Informationen hinsichtlich des Betriebszustands der Vorrichtung und des Zustands des Patienten zum Arzt oder Kliniker zu übermitteln. Es sind implantierbare Vorrichtungen nach dem neuesten Stand der Technik verfügbar, die sogar ein digitalisiertes elektrisches Signal übertragen können, das die elektrische Herzaktivität wiedergibt (beispielsweise ein EKG, ein EGM oder dergleichen), um es anzuzeigen, zu speichern und/oder von einer externen Vorrichtung zu analysieren. Weiterhin wurden bekannte Schrittmachersysteme mit einer sogenannten Markierungskanalfunktionalität ("Marker Channel functionality") ausgestattet, wobei Aufwärtsverbindungsinformationen hinsichtlich des Betriebs des Schrittmachers und des Auftretens physiologischer Ereignisse zu einer externen Programmiereinheit übermittelt werden. Die Markierungska nalinformationen können dann für ein EKG ausgedruckt oder angezeigt werden, um zusätzliche Informationen hinsichtlich des Schrittmacherbetriebs bereitzustellen. Beispielsweise werden Ereignisse, wie das Stimulieren oder Messen natürlicher Herzschläge, mit einer Markierung aufgezeichnet, die die Zeit des Ereignisses bezüglich des EKGs angibt. Dies ist für den Arzt beim Interpretieren des EKGs und beim Überprüfen des richtigen Betriebs des Schrittmachers nützlich. Ein Beispiel eines Markierungskanalsystems ist in dem US-Patent 4 374 382 von Markowitz mit dem Titel "Marker Channel Telemetry System for a Medical Device" (Markierungskanal-Telemetriesystem für eine medizinische Vorrichtung) offenbart.
Existierende Systeme, die eine Markierungskanalausgabe aufweisen, arbeiten im wesentlichen durch Ausgeben eines Hinweises auf ein physiologisches Ereignis oder ein Schrittmacherereignis, beispielsweise einen übertragenen Stimulationsimpuls oder einen gemessenen Herzschlag, der in etwa zur Zeit des Ereignisses auftritt, wodurch inhärent die zeitliche Einordnung des Ereignisses in bezug auf das aufgezeichnete EKG bereitgestellt wird. Alternativ kann das Markierungskanalsystem Daten über einen Zeitraum, beispielsweise einen Herzzyklus, sammeln und eine Datenreihe für dieses Intervall zu Beginn des nächsten Intervalls senden. Dies scheint in dem US-Patent 4 601 291 von Boute u.a. mit dem Titel "Biomedical System with Improved Marker Channel Means and Method" (Biomedizinisches System mit verbessertem Markierungskanalmittel und Verfahren) vorgeschlagen worden zu sein.
Auf dem Fachgebiet wurden verschiedene Kommunikationssysteme zum Bereitstellen der erforderlichen Aufwärts- und Abwärtskommunikationskanäle zwischen einer externen Einheit und einer implantierten Vorrichtung dargestellt. Kommunikationssysteme sind beispielsweise in den folgenden US-Patenten offenbart: US-Patent 4 539 992 von Calfee u.a. mit dem Titel "Method and Apparatus for Communicating With Implanted Body Function Stimulator" (Verfahren und Vorrichtung zur Kommunikation mit einem implantierten Körperfunktionssimulator), US-Patent 4 550 732 von Batty Jr. u.a. mit dem Titel "System and Process for Enabling a Predefined Function Within An Implanted Device" (System und Prozeß zum Ermöglichen einer vordefinierten Funktion in einer implantierten Vorrichtung), US-Patent 4 571 589 von Slocum u.a. mit dem Titel "Biomedical Implant With High Speed, Low Power Two-Way Telemetry" (Biomedizinisches Implantat mit Zwei-Wege-Telemetrie bei hoher Geschwindigkeit und geringem Energieverbrauch), US-Patent 4 676 248 von Berntson mit dem Titel "Circuit for Controlling a Receiver in an Implanted Device" (Schaltkreis zum Steuern eines Empfängers in einer implantierten Vorrichtung), US-Patent 5 127 404 von Wyborny u.a. mit dem Titel "Telemetry Format for Implanted Medical Device" (Telemetrieformat für eine implantierte medizinische Vorrichtung), US-Patent 4 211 235 von Keller, Jr. u.a. mit dem Titel "Programmer for Implanted Device" (Programmiereinrichtung für eine implantierte Vorrichtung), das vorstehend erwähnte Patent mit der Endnummer 382 von Markowitz und US-Patent 4 556 063 von Thompson u.a. mit dem Titel "Telemetry System for a Medical Device" (Telemetriesystem für eine medizinische Vorrichtung).
Typischerweise werden Kommunikationssysteme in der Art der in den vorstehend erwähnten Patenten beschriebenen in Zusammenhang mit einer externen Programmier-/Verarbeitungseinheit eingesetzt. Eine Programmiereinrichtung zum nicht invasiven Programmieren eines Herzschrittmachers ist in ihren verschiedenen Aspekten in den folgenden US-Patenten von Hartlaub u.a. beschrieben: US-Patent 4 250 884 mit dem Titel "Apparatus For and Method Of Programming the Minimum Energy Threshold for Pacing Pulses to be Applied to a Patient's Heart" (Vorrichtung und Verfahren zum Programmieren der minimalen Energieschwelle für Stimulationspulse, die an einem Herzen eines Patienten angelegt werden), US-Patent 4 273 132 mit dem Titel "Digital Cardiac Pacemaker with Threshold Margin Check" (Digitaler Herzschrittmacher mit Schwellenrandüberprüfung), US-Patent 4 273 133 mit dem Titel "Programmable Digital Cardiac Pacemaker with Means to Override Effects of Reed Switch Closure" (Programmierbarer digitaler Herzschrittmacher mit Mittel zum Umgehen der Effekte des Schließens eines Reed-Schalters), US-Patent 4 233 985 mit dem Titel "Multi-Mode Programmable Digital Cardiac Pacemaker" (Programmierbarer digitaler Multi-modus-Herzschrittmacher), US-Patent 4 253 466 mit dem Titel "Temporary and Permanent Programmable Digital Cardiac Pacemaker" (Temporärer und permanenter programmierbarer digitaler Herzschrittmacher) und US-Patent 4 401 120 mit dem Titel "Digital Cardiac Pacemaker with Program Acceptance Indicator" (Digitaler Herzschrittmacher mit Programmakzeptanz-Indikator).
Aspekte der Programmiereinrichtung, die der Gegenstand der vorstehenden Patente von Hartlaub u.a. ist (nachstehend als "die Programmiereinrichtung von Hartlaub" bezeichnet) sind auch in dem US-Patent 4 208 008 von Smith mit dem Titel "Pacing Generator Programming Apparatus Including Error Detection Means" (Schrittgenerator-Programmiervorrichtung mit Fehlererkennungsmittel) und in dem US-Patent 4 236 524 von Powell u.a. mit dem Titel "Program Testing Apparatus" (Pro grammtestvorrichtung) beschrieben.
Ein im Handel erhältliches Beispiel einer zum Kommunizieren mit implantierten medizinischen Vorrichtungen verwendeten Programmiereinrichtung ist das von Medtronic, Inc., Minneapolis, Minnesota, hergestellte Modell 9790. Die Programmiereinrichtung des Modells 9790 beruht auf einer Vielzweck-Mikroprozessorplattform, beispielsweise auf einem 80 × 86-Mikroprozessor von Intel oder dergleichen, und weist einen Anzeigeschirm für Text und Graphik ähnlich dem üblicherweise bei Personalcomputern verwendeten auf. Der Graphikanzeigeschirm ermöglicht graphische Darstellungen, beispielsweise von elektrischen Echtzeit-Herzwellenformen, die von der implantierten Vorrichtung übertragen werden, um sie dem Arzt oder Kliniker zu zeigen. Weiterhin können bei Schrittmachern, die eine Markierungskanalfähigkeit aufweisen, die verschiedenen, von der implantierten Vorrichtung erfaßten physiologischen Ereignissen und Stimulationsereignissen zugeordneten Ereignismarkierungen einer EGM- oder EKG-Wellenform auf der Anzeige der Programmiereinrichtung überlagert oder neben dieser angezeigt werden, wodurch es dem Arzt oder Kliniker ermöglicht wird, die zeitliche Beziehung zwischen Markierungsereignissen und der EGM- oder EKG-Wellenform zu betrachten. Dies gibt dem Arzt oder Kliniker ein gewisses Maß an Verständnis davon, ob der Schrittmacher richtig arbeitet.
Bisher wurden drei Grundtechniken zur telemetrischen Kommunikation in einem System mit einer implantierbaren Vorrichtung verwendet, nämlich die magnetische Feldkopplung, die reflektierte Impedanzkopplung und die Funkfrequenz-(RF)-Kopplung. Bei der statischen Magnetfeldkopplung, für die das vorstehend beschriebene Patent mit der Endnummer 111 von Bowers ein Beispiel ist, wird außerhalb der medizinischen Vorrichtung, beispielsweise unter Verwendung eines Permanentmagneten, ein statisches Magnetfeld erzeugt, dessen Stärke ausreicht, um einen magnetischen Reed-Schalter innerhalb der implantierten Vorrichtung zu schließen. Wenngleich diese Technik einen recht zuverlässigen Mechanismus zum Ein- und Ausschalten verschiedener Funktionen innerhalb der implantierten Vorrichtung bereitstellt, ist die Technik, wie vorstehend erwähnt wurde, für ein wirksames Übertragen einer erheblichen Datenmenge viel zu langsam. Weiterhin ist das statische Magnetsystem für alle praktischen Zwecke nur zur Abwärtskommunikation und nicht zur Aufwärtskommunikation geeignet. Trotz der Beschränkungen der Abwärtskommunikation durch magnetische Kopplung sind ihre Einfachheit und Zuverlässigkeit derart, daß diese Anordnungen selbst in heutigen Vorrichtungen angetroffen werden können, beispielsweise im implantierbaren Nervenstimulator Itrel II von Medtronic, wie im wesentlichen in dem US-Patent 4 520 825 von Thompson u.a. beschrieben ist.
Die dynamische Magnetfeldprogrammierung beruht andererseits auf der Erzeugung einer Reihe starker magnetischer Impulse, die einen magnetischen Reed-Schalter innerhalb der implantierten Vorrichtung periodisch betätigen. Die Ausgabe des Reed-Schaltkreises bildet die Programmiereingabe in Datenregister in der implantierbaren Vorrichtung, wie beispielsweise im vorstehend erwähnten Patent mit der Endnummer 796 von Terry, Jr. u.a. dargestellt ist. Diese Anordnungen haben mehrere Beschränkungen, einschließlich der Rate, bei der starke magnetische Impulse erzeugt werden können (einige Hundert Hertz), der physikalischen Größe des Reed-Schalters und des Magneten, der Empfindlichkeit gegenüber der Magnetfeldorientierung und der Notwendigkeit, die Im pulse in sehr großer Nähe zur implantierten Vorrichtung zu erzeugen.
Bei einem System mit reflektierter Impedanzkopplung werden Informationen unter Verwendung der Rückwirkungsimpedanz einer internen (implantierten) L-R- oder L-C-Schaltung, die durch eine induktiv gekoppelte, externe L-R- oder L-C-Schaltung HF-erregt wird, übertragen. Ein solches System ist beispielsweise in dem US-Patent 4 223 679 von Schulman u.a. dargestellt. Vorteilhafterweise wird bei einem solchen System nur ein geringer oder kein Strom zum Übertragen von Informationen verwendet. Es ist jedoch nachteilig, daß die maximale Datenrate von Systemen mit Rückwirkungs-Impedanzkopplung verhältnismäßig gering ist und der Abstand oder die Rate, über den oder bei der Informationen übertragen werden können, begrenzt ist.
Bei HF-gekoppelten Systemen, die bei modernen Systemen mit implantierbaren Vorrichtungen möglicherweise die am gebräuchlichsten eingesetzten Kommunikationssysteme sind, werden Informationen durch ein Funkfrequenz-Trägersignal von einer Sendespule zu einer Empfangsspule übertragen. Das Trägersignal wird unter Verwendung eines geeigneten Modulationsschemas, unter anderem beispielsweise der Phasenumtast-(PSK)-Modulation, der Frequenzumtast-(FSK)-Modulation oder der Pulspositionsmodulation (PPM), mit den zu übertragenden Daten moduliert. Der modulierte Träger induziert eine Spannung in der Empfangsspule, die das modulierte Trägersignal verfolgt. Dieses empfangene Signal wird dann demoduliert, um die übertragenen Daten wiederherzustellen. Weil das Gehäuse aus Edelstahl oder Titan, das gewöhnlich zum hermetischen Einschließen einer implantierten Vorrichtung verwendet wird, als ein Tiefpaßfilter für die übertra genen RF-Signale wirkt, nimmt die Abschwächung zu, wenn die Frequenz erhöht wird. Vorrichtungen, die gegenwärtig auf dem Markt sind, haben eine maximale Frequenz von weniger als 200 kHz. Weiterhin war die Sendereichweite auf etwa 5 bis 7,5 cm (2 bis 3 Zoll) begrenzt.
Ein Beispiel eines HF-Kommunikationssystems ist im vorstehend erwähnten Patent mit der Endnummer 063 von Thompson u.a. dargestellt.
Abhängig von dem Typ der in einem HF-Kommunikationssystem verwendeten Modulation und Demodulation kann die Daten- oder Bitrate nicht einen vorgegebenen Bruchteil der Trägerfrequenz übersteigen. Andernfalls wird die Fähigkeit zum zuverlässigen Unterscheiden zwischen einer Modulation, die eine digitale (binäre) "1" darstellt, von einer Modulation, die eine digitale "0" darstellt, beeinträchtigt. Es sind Schemata bekannt, welche digitale Daten so codieren, daß mehr Daten je Zeiteinheit übertragen werden und der Verluststrom der implantierten Vorrichtung verringert wird, wie im vorstehend erwähnten Patent mit der Endnummer 404 von Wyborny u.a. dargestellt ist. Bei sehr hohen Datenübertragungsraten wäre der Verluststrom jedoch sehr hoch.
HF-Kommunikations-Programmiereinheiten, wie die Programmiereinrichtung des vorstehend erwähnten Modells 9790, stellen typischerweise durch Verwendung eines Programmierkopfs oder einer Programmierbedienung, einer Handeinheit, die dafür ausgelegt ist, über der Implantationsstelle der implantierten Vorrichtung des Patienten auf dem Körper des Patienten angeordnet zu werden, eine Verbindung mit der implantierten Vorrichtung her. In manchen Fällen bewirkt ein Magnet in dem Programmierkopf das Schließen eines Reed- Schalters in der implantierten Vorrichtung, um eine Kommunikationssitzung einzuleiten (dies ist eine Sicherheitsmaßnahme gegen eine versehentliche Programmierung der Vorrichtung, ansonsten hat das Schließen eines Reed-Schalters wenig Bedeutung für die Kommunikation von Informationen). Danach findet eine Aufwärts- und Abwärtskommunikation zwischen dem Sender und dem Empfänger der implantierten Vorrichtung und einem in dem Programmierkopf angeordneten Empfänger und Sender statt.
Bei den meisten HF-Programmiereinrichtungen ändern sich die Aufwärtsverbindungs- und die Abwärtsverbindungs-Signalstärke als Funktion der Position des Programmierkopfs. Es ist dementsprechend bei vielen Systemen aus dem Stand der Technik entscheidend, daß der Programmierkopf richtig über der Implantationsstelle des Patienten positioniert wird, und nicht nur so, daß der Magnet in dem Programmierkopf dicht genug bei der implantierten Vorrichtung liegt, um das Schließen des Reed-Schalters zu bewirken, sondern auch so, daß die Abwärtsverbindungs-HF-Signale in der implantierten Vorrichtung und die Aufwärtsverbindungssignale von dem Programmierkopf erfaßt werden können. Falls der Programmierkopf zu weit von der implantierten Vorrichtung entfernt ist, kann die Abschwächung der übertragenen HF-Signale zu groß sein, wodurch verhindert wird, daß die Kommunikationsverbindung eingerichtet wird.
Wenngleich sowohl die Aufwärtsverbindungs- als auch die Abwärtsverbindungs-Signalstärke von der Kopfposition abhängen, können die Kopplungskenndaten für die Aufwärts- und die Abwärtskommunikation verschieden sein. Das heißt, daß eine optimale Positionierung für die Aufwärtskommunikation möglicherweise für die Abwärtskommunikation weniger optimal ist und umgekehrt.
Unterschiede zwischen den Kopplungskenndaten bei der Aufwärts- und der Abwärtskommunikation ergeben sich gewöhnlich infolge von Differenzen der Sendeleistung in der Aufwärtsverbindung und der Abwärtsverbindung und in den Empfindlichkeiten der Empfänger in der Aufwärtsverbindung und der Abwärtsverbindung. Unterschiede treten auch auf, wenn in der Programmiereinrichtung ein sogenanntes "Doppelspulensystem" eingesetzt wird. Ein Beispiel eines Doppelspulen-Kommunikationssystems ist in dem US-Patent 4 542 532 von McQuilkin mit dem Titel "Dual Antenna Receiver" (Doppelantennen-Empfänger) beschrieben. Bei einem Doppelspulensystem sind zwei Spulen in Reihe gegeneinander geschaltet, um im Empfangsmodus eine Rauschunterdrückung zu erreichen. Die Reihen-Gegenschaltungskonfiguration mit zwei Spulen macht die Programmiereinrichtung für die Rotation von Magnetfeldern empfindlich. Diese Rotationsempfindlichkeit führt zu einer erheblichen Erhöhung der Rauschunterdrückung über einer einspuligen Antenne für innerhalb des Bands liegende, räumlich ausgerichtete Interferenzfelder, die in der Nähe der Antenne vorhanden sind.
Für die Übertragung von einer Doppelspulenantenne werden die zwei Spulen in "parallel unterstützender" Weise konfiguriert, so daß das von der Antenne übertragene Magnetfeld im wesentlichen verdoppelt wird.
Häufig sind Programmiereinrichtungen für medizinische Vorrichtungen, beispielsweise die vorstehend erwähnte Programmiereinrichtung vom Modell 9790, mit einem Kopfpositionierungsindikator versehen, der entweder hörbar oder sichtbar ist, um dem Arzt oder Kliniker anzuzeigen, wenn der Programmierkopf richtig über einer implantierten Vorrichtung eines Patienten angeordnet ist. Im Stand der Technik kann die am häufigsten verwendete Technik zum Bestimmen, wenn der Programmierkopf richtig positioniert ist, in der Hinsicht, daß die Bestimmung der richtigen Kopfpositionierung ausschließlich von der Beurteilung abhängt, ob das Aufwärtsverbindungssignal (also das von der implantierten Vorrichtung zum externen Programmierkopf gesendete Signal) eine Minimalbedingung erfüllt, im allgemeinen als "offene Schleife" gekennzeichnet werden. Insbesondere wird die Aufwärtsverbindungs-Signalstärke auf der Grundlage der Betriebsverstärkung des Aufwärtskommunikationsempfängers gemessen. Bei solchen Überprüfungssystemen mit einer offenen Schleife wird die angemessene Abwärtsverbindungs-Signalstärke nicht geprüft.
Ein Beispiel eines Systems mit einer offenen Schleife zum Bestimmen der richtigen Positionierung eines Programmierkopfs ist in dem US-Patent 4 531 523 von Anderson mit dem Titel "Digital Gain Control for the Reception of Telemetry Signals From Implanted Medical Devices" (Digitale Verstärkungskontrolle für den Empfang von Telemetriesignalen von einer implantierten medizinischen Vorrichtung) beschrieben. Das Patent mit der Endnummer 523 betrifft ein System, bei dem die Überprüfung der Programmierung einer implantierten Vorrichtung durch die Übertragung vorgegebener Signale von der implantierten Vorrichtung bereitgestellt wird. Wenn in diesen Aufwärtsverbindungssignalen Fehler erkannt werden, wird die Anzahl der Fehler über einen Zeitraum gezählt. Falls in dieser Zeit mehr als eine vorgegebene Anzahl von Fehlern auftritt, wird die Verstärkung des Empfängers der Programmiereinheit um einen vorgegebenen Betrag heruntergeregelt. Diese Einstellung bzw. Regelung wird fortgesetzt, bis Aufwärtsverbindungssignale fehlerfrei empfangen werden. Als ein System mit einer offenen Schleife prüft das System des Patents mit der Endnummer 523 jedoch nicht auf Fehler in Abwärtsverbindungssignalen und beurteilt nicht die Stärke der empfangenen Abwärtsverbindungssignale.
Wenn die Abwärtsverbindungs-Signalstärke nicht geprüft werden kann, ist es wichtig, daß der Arzt oder Kliniker in der Lage ist, auf andere Weise zu überprüfen, daß von dem Programmierkopf übertragene Programmiersignale von der implantierten Vorrichtung richtig empfangen und verarbeitet werden. Hierzu ist in dem vorstehend erwähnten Patent mit der Endnummer 120 von Hartlaub u.a. ein System beschrieben, bei dem eine Schaltungsanordnung in der implantierten Vorrichtung mehrere verschiedene Prüfungen an dem erfaßten Abwärtsverbindungs-Programmiersignal, einschließlich einer Paritätsprüfung und einer Zugangscodeprüfung, ausführt und ein Programmannahmesignal ausgibt, wenn herausgefunden wird, daß die Abwärtsprogrammierung gültig ist.
Wie Durchschnittsfachleute verstehen werden, kann ein Kommunikationsprotokoll, bei dem ein gemeinsamer Quittungsaustausch bzw. ein gemeinsames Handshake verwendet wird, überprüfen, daß eine minimale Abwärtsverbindungs-Feldstärke zur Erfassung in der implantierten Vorrichtung existiert, bevor dem Arzt oder Kliniker signalisiert wird, daß die richtige Kopfpositionierung erreicht worden ist. Ein Quittungsaustauschprotokoll kann jedoch keinerlei Informationen liefern, die zum Optimieren der Kopfpositionierung nützlich sind, um einen angemessenen Betriebsspielraum zu gewährleisten. Dies bedeutet, daß die richtige Programmierkopfpositionierung angegeben werden kann, wenngleich der Programmierkopf tatsächlich an dem Rand positioniert ist, so daß eine sehr leichte Verschiebung der Positionierung (beispielsweise infolge einer Bewegung des Patienten) zu einem Fehler in der Abwärtskommunikation führt.
Durchschnittsfachleute werden verstehen, daß ein möglicher Weg zum Gewährleisten eines angemessenen Spielraums zwischen der Stärke der erfaßten Abwärtsverbindungssignale in einer implantierten medizinischen Vorrichtung und dem Erfassungsschwellenwert der Vorrichtung darin besteht, Abwärtsverbindungssignale zu übertragen, die viel größere als die nominalen Amplituden haben. In Hinblick auf den Energieverbrauch ist diese Lösung besonders geeignet, wenn diese in Zusammenhang mit einer netzgespeisten (im Gegensatz zu einer batteriegespeisten) externen Programmiereinheit verwendet wird, weil der Energieverbrauch für eine netzgespeiste Programmiereinheit kein kritischer Faktor ist. Falls sehr starke Abwärtsverbindungssignale übertragen werden, könnte die Programmiereinrichtung sicherstellen, daß die Signale stark genug sind, um von der implantierten Vorrichtung erfaßt zu werden. Auf diese Weise würde eine Angabe der Abwärtsverbindungs-Signalstärke überflüssig werden.
Mit der Verwendung sehr starker Abwärtsverbindungssignale zum Gewährleisten ihrer Erfassung durch die implantierte Vorrichtung sind jedoch über die Erfüllung von Funkvorschriften hinaus mehrere Nachteile verbunden. Erstens wird es, wenngleich der Leistungsverbrauch bei netzgespeisten Programmiereinrichtungen kein entscheidender Faktor ist, zunehmend üblich, daß die Programmiereinheiten tragbar und batteriegespeist werden, so daß diese leicht transportiert und in einer Vielzahl klinischer und/oder nichtklinischer Umgebungen verwendet werden können. Es wäre unwirksam und unerwünscht, wenn batteriegespeiste Program miereinrichtungen die begrenzte Batterieleistung mit unnötig starken Abwärtsverbindungssignalen verbrauchen würden.
Ein möglicherweise noch entscheidenderer Nachteil der Übertragung starker Abwärtsverbindungssignale besteht in der Möglichkeit, daß die großen HF-Energiestöße in der Abwärtsübertragung die Arbeitsweise der implantierten Vorrichtung stören können. Es ist insbesondere bei sehr hochenergetischen Abwärtsverbindungsimpulsen möglich, daß das Abwärtsverbindungssignal Spannungen auf implantierten Stimulations-/Meßleitungen induziert. Solche induzierten Spannungen können von der empfindlichen Meßschaltungsanordnung der implantierten Vorrichtung (beispielsweise eines Schrittmachers) als Herzereignisse interpretiert werden und dadurch eine Blockierung des Schrittmachers hervorrufen oder zu einem Verlust an Synchronisation mit der natürlichen Herzaktivität führen. Es ist wahrscheinlich, daß sich dieses Problem verschlechtert, wenn verbesserte (also empfindlichere) Meßschaltungsanordnungen entwickelt werden.
Im Stand der Technik wurden implantierte Vorrichtungen mit Klemmdioden zum Verhindern eines übermäßigen Ansteuerns der Kommunikationssystemeingänge der implantierten Vorrichtungen und mit Schaltungsanordnungen zum Abführen in der implantierten Abwärtsverbindungs-Empfängerspule induzierter Energie versehen. Beispielsweise kann die in einer Empfängerspule einer Vorrichtung induzierte Energie in begrenztem Maße wieder zu der Batterie der Vorrichtung gerichtet werden.
Nichtsdestoweniger ist es wahrscheinlich, daß Probleme mit zu hoher Energie von Abwärtsverbindungssignalen bei Vorrichtungen aus dem Stand der Technik und bei künftigen Vor richtungen verschlimmert werden, zu denen über verhältnismäßig lange Zeiträume mehr und mehr Informationen übertragen werden müssen.
Ein weiteres Problem, das sich bei Programmieranordnungen aus dem Stand der Technik aus der Unfähigkeit ergibt, die Stärke des von der implantierten Vorrichtung erfaßten Abwärtsverbindungssignals zu bestätigen, besteht darin, daß mit Kommunikationsfehlern verbundene Probleme schwierig zu finden sind. Dies liegt teilweise daran, daß die Programmiereinrichtung, wenn Abwärtsverbindungssignale nicht erfolgreich empfangen werden, nicht feststellen kann, ob das Problem an der Positionierung des Programmierkopfs, an der unzureichenden Abwärtsverbindungs-Signalstärke oder an etwas anderem liegt.
Die Verwendung einer sekundären (Rückkopplungs-) Meßspule innerhalb der Programmiereinrichtung selbst zum Abtasten der Intensität des Abwärtsverbindungssignals innerhalb des Programmierkopfs kompensiert solche Variablen, wie Versorgungsspannungsänderungen, temperaturinduzierte Änderungen, Teiletoleranzänderungen, Sendeantennen-Verstimmungen und Sendeantennen-Belastungen. Eine Sendespule kompensiert jedoch keine Feldverzerrungen jenseits des Programmierkopfs, die nicht zu Intensitätsänderungen in der Rückkopplungsmeßspule führen. Das Feld wird lediglich genormt bzw. standardisiert und nicht dynamisch eingestellt, um eine Feldverzerrung oder -abschwächung zu kompensieren, die in der implantierten Vorrichtung selbst oder um diese herum auftritt, und um die Ausrichtung des elektromagnetischen Feldvektors mit dem Abwärtsverbindungs-Meßvektor der implantierten Vorrichtung zu kompensieren.
Anhand der vorstehenden Erwägungen wurde es als wünschenswert erkannt, eine Programmiereinrichtung mit der Fähigkeit zu versehen, die Stärke der von der implantierten Vorrichtung erfaßten Abwärtsverbindungssignale zu beurteilen, also die implantierte Vorrichtung in die Lage zu versetzen, der Programmiereinrichtung Informationen über die Stärke der von der implantierten Vorrichtung empfangenen Abwärtsverbindungssignale zu übermitteln. Eine solche Fähigkeit ist in Zusammenhang mit Doppelspulensystemen besonders erwünscht, bei denen die Aufwärtsverbindungs- und Abwärtsverbindungs-Kopplungskenndaten infolge der unterschiedlichen Spulenkonfigurationen, die in der Programmiereinrichtung zum Senden und zum Empfang verwendet werden, verschieden sind. Mit dieser Fähigkeit kann die Programmiereinrichtung die Amplitude der Abwärtsverbindungsimpulse dynamisch einstellen, so daß die Abwärtsverbindungssignale bei einem Pegel übertragen werden, von dem bekannt ist, daß dieser den Erfassungsschwellenwert der implantierten Vorrichtung übersteigt. Gleichzeitig kann die Programmiereinrichtung die Übertragung übermäßig oder unnötig hoher Abwärtsverbindungssignale minimieren, die zu den vorstehend erwähnten Problemen hinsichtlich der übermäßigen Ansteuerung des Empfängers, der Blockierung des Schrittmachers infolge der an die Meßschaltungsanordnung angelegten induzierten Spannungen und dergleichen führen könnten.
Eine Kommunikationsanordnung, bei der die Aufwärtsverbindungs- und die Abwärtsverbindungs-Signalstärke unabhängig voneinander beurteilt werden können, kann in der Hinsicht als eine "geschlossene Schleife" beschrieben werden, als die Beurteilung der Abwärtsverbindungs-Signalstärke nicht von der Aufwärtsverbindungs-Signalstärke abgeleitet wird. Dementsprechend wird bei Kommunikations anordnungen mit einer geschlossenen Schleife den Unterschieden zwischen den Aufwärtsverbindungs- und den Abwärtsverbindungs-Kopplungskenndaten Rechnung getragen. Ein Beispiel hiervon ist in dem US-Patent 5 324 315 von Grevious mit dem Titel "Closed Loop Downlink Telemetry and Method for Implantable Medical Device" (Abwärtsverbindungstelemetrie mit geschlossener Schleife und Verfahren für eine implantierbare Vorrichtung) beschrieben. Gemäß dem Patent mit der Endnummer 315 ist die implantierte Vorrichtung mit der Fähigkeit versehen, die Stärke des Abwärtsverbindungssignals zu beurteilen, und diese ist in der Lage, der externen Programmiereinheit Informationen über die Stärke der Abwärtsverbindungssignale zu übermitteln, nachdem diese von der implantierten Vorrichtung empfangen worden sind. Ein solches System ermöglicht es, daß die Abwärtsverbindungseinstellung der Programmiereinrichtung in geeigneter Weise die Empfangsschwelle der implantierbaren Vorrichtung übersteigt, ohne daß übermäßig große Abwärtsverbindungssignale verwendet werden und die vorstehend erwähnten Anomalien der Vorrichtungsfunktion hervorgerufen werden. Ebenso ermöglicht die Beurteilung der Stärke des Aufwärtsverbindungssignals der Programmiereinrichtung, eine implantierte Vorrichtung zu veranlassen, ihre Aufwärtsverbindungs-Signalstärke zu erhöhen, falls ein unzureichender Aufwärtsverbindungsempfang erkannt wird, oder ihre Aufwärtsverbindungs-Signalstärke zu verringern, falls ein mehr als ausreichender Aufwärtsverbindungsempfang erkannt wird. Im letztgenannten Fall wird die Langlebigkeit der Batterie der implantierten Vorrichtung durch Minimieren oder Beseitigen des unnötigen Verluststroms an der Batterie maximiert.
Ein weiterer Vorteil der Beurteilung der Stärke des Ab wärtsverbindungssignals bei einer geschlossenen Schleife besteht darin, daß Programmiereinrichtungen mit sehr hohen Ausgangspegelfähigkeiten verwendet werden könnten, um die Reichweite des Systems zu vergrößern, wenn die empfangene Abwärtsverbindung gesteuert werden kann.
Die Implementierung und der Betrieb der meisten, wenn nicht aller, HF-Kommunikationssysteme umfaßt ein Ausgleichen bestimmter entgegengesetzter Überlegungen, die sich auf solche miteinander in bezug stehende Betriebsparameter, wie unter anderem die Datenübertragungsrate und die Sendereichweite, beziehen, oder das Schließen eines Kompromisses zwischen diesen. Solche Betriebsparameter stehen häufig in dem Sinne miteinander in Bezug, daß das Einstellen eines Betriebsparameters das Einstellen von einem oder mehreren anderen Betriebsparametern zulassen oder erforderlich machen kann, selbst wenn die vorgegebenen Systemfunktionsweiseziele und/oder Anforderungen weiterhin erfüllt sind und vorgegebene Beschränkungen, die bei einer Einstellung von Betriebsparametern auferlegt werden, hinzugefügt werden. Ein Beispiel hierfür ist der Ausgleich zwischen der Signalreichweite und der Signalleistung. Einfach ausgedrückt, hat ein stärkeres Signal (beispielsweise ein Signal mit einer höheren Amplitude) bei einem gegebenen Kommunikationsschema eine größere wirksame Reichweite. Demgemäß ermöglicht das Verringern der Reichweite einer Kommunikationsverbindung (beispielsweise durch Verringern des Abstands zwischen Sendern und Empfängern in der Verbindung) das Verringern der Sendeleistung, während andere Betriebsparameter, beispielsweise die Datenübertragungsrate, auf einem konstanten Wert gehalten werden können.
Ein anderes Beispiel ist der Ausgleich zwischen der Daten übertragungsrate und der übertragenen Signalleistung. Durchschnittsfachleute werden verstehen, daß in den meisten Fällen das Erhöhen der Datenübertragungsrate auf einem HF-Kanal typischerweise eine erhöhte Signalbandbreite erfordert. Das Erhöhen der Bandbreite führt wiederum leicht zu einem erhöhten Leistungsverbrauch des Kommunikationssystems, der in dem Bestreben auftritt, ein annehmbares Signal-Rausch-Verhältnis aufrechtzuerhalten.
Ein weiteres Beispiel der Ausgleiche, die mit den Betriebsparametern verbunden sind, und der Systemfunktionsweiseziele eines HF-Kommunikationssystems besteht in der Datenübertragungsrate gegenüber der Signalreichweite. Wie vorstehend erwähnt wurde, ist für das Erhöhen der Datenübertragungsrate typischerweise das Erhöhen der Bandbreite der übertragenen Signale erforderlich, und umgekehrt ermöglicht ein Verringern der Datenübertragungsrate typischerweise ein Verringern der Signalbandbreite. Falls die Bandbreite verringert werden kann, wird die Betriebsreichweite für ein gegebenes Niveau des Leistungsverbrauchs erhöht.
Wie vorstehend erwähnt wurde, ergeben sich die vorstehend erwähnten und andere Ausgleiche in Zusammenhang mit verschiedenen Betriebsparametern eines Kommunikationssystems bei den meisten Anwendungen, bei denen eine HF-Übertragung und ein HF-Empfang auftreten, obwohl die Natur der Wechselbeziehung zwischen den verschiedenen Betriebsparametern beispielsweise vom Typ der verwendeten Modulation (Pulspositionsmodulation, Frequenzumtastungsmodulation, Frequenzmodulation, Amplitudenmodulation usw.) sowie von dem verwendeten Codierungstyp abhängen kann. In Zusammenhang mit Systemen mit implantierbaren medizinischen Vorrichtungen müssen zusätzliche Überlegungen berücksichtigt werden. Zu diesen gehören in erster Linie die Zuverlässigkeit der Übertragung und des Empfangs und das Bewahren der Energie der implantierten Vorrichtung. Das Bewahren der Energie der implantierten Vorrichtung (das in den meisten Fällen mit einem Minimieren des Verluststroms der internen Batterie der implantierten Vorrichtung verbunden ist) macht insbesondere die erwähnten Ausgleiche zwischen der Rate und der Reichweite, der Reichweite und der Leistung, der Rate und der Leistung usw. sehr wichtig. In den meisten Fällen sind die Einstellungen der interessierenden Betriebsparameter jedoch statisch, oder sie werden, wenn diese einstellbar sind, einfach unter Verwendung eines einzigen Parameters, wie der Signalamplitude, eingestellt.
Angesichts der vorstehenden Überlegungen betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einrichten und Aufrechterhalten einer optimierten Kommunikationsverbindung zwischen zwei oder mehr elektronischen Vorrichtungen, beispielsweise zwischen implantierten medizinischen Vorrichtungen und externen Programmier-/Steuereinheiten, oder zwischen zwei oder mehr implantierten Vorrichtungen.
Die vorliegende Erfindung sieht demgemäß ein System mit einem Impulsradiosender und einen Impulsradioempfänger vor, wobei der Impulsradiosender aufweist:
einen Grundband-Taktgenerator zum Erzeugen eines Impulsstroms;
einen Pseudozufallscodegenerator, der die Zeitintervalle zwischen einzelnen Impulsen, die durch den Taktgenerator erzeugt werden, stört, wodurch ein Pseudozufalls-Grundbandsignal erzeugt wird, das eine Grundbandsequenz von pseudozufällig beabstandeten Impulsen aufweist, welche ein zigartig in ihrer Separierung von Impulsen ist und somit als Steuerkanalidentifizierer dient;
Mittel zum Modulieren des Pseudozufalls-Grundbandsignals mit zu sendenden bzw. übertragenden Binärdaten, wobei die Modulation derart bewirkt wird, dass für einen Datenzustand der zu übertragenden Daten wenigstens ein Impuls in dem Pseudozufalls-Grundbandsignal nicht übertragen wird; und
wobei der Empfänger Mittel zum Erzeugen des Pseudozufalls-Grundbandsignals und Mittel zum Bestimmen der Korrelation zwischen dem Pseudozufalls-Grundbandsignal und dem modulierten Pseudozufalls-Grundbandsignal, das von dem Sender empfangen wurde, aufweist.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist eine implantierbare Vorrichtung mit einem Kommunikationssystem versehen, das eine Schaltungsanordnung zum Überwachen verschiedener Betriebsparameter und Betriebszustände und Randbedingungen der Kommunikationsverbindung aufweist. Das Kommunikationssystem weist weiterhin eine Steuerschaltungsanordnung und eine Betriebsparameter-Einstellungsschaltungsanordnung zum dynamischen Einstellen mehrerer miteinander in bezug stehender Betriebsparameter der Kommunikationsverbindung auf, so daß Systemfunktionsweiseziele erfüllt werden und fortgesetzt eine Systemoptimierung erreicht wird. Die Systemfunktionsweiseziele können abhängig von den jeweiligen Umständen des Vorrichtungsbetriebs in unterschiedlicher Weise definiert werden. Mehrere mit Prioritäten versehene Funktionsweiseziele können für jeden einer Anzahl verschiedener Betriebsumstände spezifiziert werden, wobei die Betriebsparameter automatisch entsprechen, um so viele der Funktionsweiseziele wie unter den Umständen möglich deren Priorität nach zu erreichen.
Die Erfindung kann beispielsweise in einem implantierbaren Schrittmacher, Defibrillator oder einer anderen Vorrichtung und einer zugeordneten Programmiereinrichtung oder einer zugeordneten Regel- bzw. Steuereinrichtung verwirklicht werden, die verwendet werden sollen, um verschiedene Typen von Informationen zu übertragen, für die unterschiedliche Genauigkeitsgrade und unterschiedliche Datenübertragungsraten, beispielsweise von Vorrichtungssteuerinformationen, eine Echtzeittelemetrie gemessener physiologischer Parameter oder eine Telemetrie gespeicherter Informationen, erforderlich sind. In ähnlicher Weise können die Programmiereinrichtung und implantierbare Vorrichtungen zur Verwendung in unterschiedlichen Situationen, beispielsweise Situationen, in denen die Sende- und Empfangsantennen der implantierbaren Vorrichtung und der Programmiereinrichtung entweder dicht benachbart zueinander angeordnet sind oder in einem erheblichen Abstand getrennt sind, vorgesehen sein. In Zusammenhang mit einer implantierbaren Vorrichtung, die mit einer externen Programmiereinrichtung oder mit einer zweiten implantierbaren Vorrichtung kommuniziert, können sich die Funktionsweiseziele auch abhängig von der Übertragungsrichtung ändern.
Die vorliegende Erfindung kann dadurch, daß sie die Flexibilität aufweist, sich an eine Anzahl von Betriebsparametern anzupassen, die spezifischen Parameter zur Einstellung auswählen, welche die Übertragungsverbindung optimieren, um die Funktionsweiseziele zu erreichen, die durch die Betriebsumstände und die Typen der übertragenen Daten definiert sind.
Die vorhergehenden und andere Aspekte der vorliegenden Er findung können möglicherweise am besten beim Lesen einer detaillierten Beschreibung einer nur als Beispiel dienenden spezifischen Ausführungsform der Erfindung zusammen mit der anliegenden Zeichnung verstanden werden.
1 zeigt eine Darstellung eines Systems mit einer in den Körper implantierbaren Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, das eine in einen Patienten implantierte hermetisch gedichtete Vorrichtung und eine externe Programmiereinheit aufweist.
2 zeigt ein Blockdiagramm der implantierten Vorrichtung aus 1.
3a zeigt ein Blockdiagramm eines Empfängers nach dem Stand der Technik.
3b zeigt ein Blockdiagramm eines Heterodynempfängers mit Frequenzumtastung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
4 zeigt eine perspektivische Ansicht der externen Programmiereinheit aus 1.
5 zeigt ein Blockdiagramm, in dem das erfindungsgemäße Kommunikationssystem aus der implantierten Vorrichtung aus 2 und ein ähnliches Kommunikationssystem aus der externen Programmiereinheit aus 4 dargestellt sind.
6 zeigt ein Blockdiagramm des Senders aus dem Kommunikationssystem der implantierten Vorrichtung aus 5.
7 zeigt ein Blockdiagramm des Empfängers aus dem Kommunikationssystem der implantierten Vorrichtung aus 5.
Die 6 und 7 offenbaren nicht das Modulationsprinzip der Erfindung, sind jedoch geeignet zur Veranschaulichung der Konfiguration der Schaltung.
1 zeigt eine Darstellung eines Systems mit einer implantierbaren medizinischen Vorrichtung, das zur Verwendung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ausgelegt ist. Das in 1 dargestellte System mit einer medizinischen Vorrichtung weist eine implantierbare Vorrichtung 10, gemäß dieser Ausführungsform einen Schrittmacher, auf, der in einen Patienten 12 implantiert worden ist. Wie es auf dem Fachgebiet allgemein üblich ist, ist der Schrittmacher 10 in einem hermetisch gedichteten, biologisch reaktionsträgen Außengehäuse untergebracht, das selbst leitend sein kann, um als eine indifferente Elektrode bzw. eine Blindelektrode in der Stimulations-/Meßschaltung des Schrittmachers zu dienen. Eine oder mehrere Schrittmacherleitungen, die in 1 gemeinsam mit einer Bezugsziffer 14 bezeichnet sind, sind in herkömmlicher Weise elektrisch mit dem Schrittmacher 10 gekoppelt und erstrecken sich über eine Vene 18 in das Herz 16 des Patienten. Eine oder mehrere freiliegende leitende Elektroden zum Empfangen elektrischer Herzsignale und/oder zum Übertragen elektrischer Stimulationsimpulse auf das Herz 16 sind im allgemeinen in der Nähe des distalen Endes der Leitungen 14 angeordnet. Wie Durchschnittsfachleute verstehen werden, können die Leitungen 14 so implantiert werden, daß sich das distale Ende entweder im Atrium oder im Ventrikel des Herzens 16 befindet.
Wenngleich die vorliegende Erfindung hier anhand einer Ausführungsform beschrieben wird, die einen Schrittmacher aufweist, werden Durchschnittsfachleute, die die vorliegende Offenbarung lesen konnten, verstehen, daß die vorliegende Erfindung vorteilhaft in Verbindung mit zahlreichen anderen Typen von Systemen mit implantierbaren medizinischen Vorrichtungen verwirklicht werden kann.
In 1 ist auch eine externe Programmiereinheit 20 für eine nichtinvasive Kommunikation mit der implantierten Vorrichtung 10 über Aufwärts- und Abwärts-Kommunikationskanäle dargestellt, die nachstehend in näheren Einzelheiten beschrieben wird. Der Programmiereinheit 20 ist ein Programmierkopf 22 gemäß herkömmlichen Programmiersystemen für medizinische Vorrichtungen zugeordnet, der dazu dient, die Zweiwegekommunikation zwischen der implantierten Vorrichtung 10 und der Programmiereinrichtung 20 zu erleichtern. Bei vielen bekannten Systemen mit implantierbaren Vorrichtungen ist ein Programmierkopf in der Art des in 1 dargestellten über der Implantationsstelle der Vorrichtung (gewöhnlich innerhalb von 5 bis 7,5 cm (2 bis 3 Zoll) vom Hautkontakt) auf dem Körper des Patienten angeordnet, so daß eine oder mehrere Antennen innerhalb des Kopfs HF-Signale zu einer Antenne senden und von dieser empfangen können, die in dem hermetischen Gehäuse der implantierten Vorrichtung angeordnet ist oder innerhalb des Anschlußblocks der Vorrichtung angeordnet ist, wie es auf dem Fachgebiet üblich ist.
In 2 ist ein Blockdiagramm der elektronischen Schal tungsanordnung dargestellt, die den Impulsgenerator 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung bildet. Wie in 2 ersichtlich ist, umfaßt der Schrittmacher 10 eine primäre Stimulationssteuerschaltung 20 zum Steuern der Stimulations- und Meßfunktionen der Vorrichtung. Die der Stimulationssteuerschaltung 20 zugeordnete Schaltungsanordnung kann eine herkömmliche Konstruktion aufweisen, die beispielsweise derjenigen entspricht, die im vorstehend erwähnten Patent mit der Endnummer 388 von Sivula u.a. dargelegt ist. Bestimmte Komponenten des Impulsgenerators 10, die in ihrer Konstruktion und in ihrer Arbeitsweise herkömmlich sind, werden hier nicht detailliert beschrieben, weil angenommen wird, daß die Konstruktion und die Implementation dieser Komponenten für Durchschnittsfachleute Routine ist. Beispielsweise weist die Stimulationssteuerschaltung 20 in 2 eine Leseverstärker-Schaltungsanordnung 24, eine Stimulationsimpuls-Ausgangsschaltungsanordnung 26, einen Kristalltaktgeber 28, eine Direktzugriffsspeicher- und Nurlesespeicher-Einheit (RAM/ROM-Einheit) 30 und eine Zentralverarbeitungseinheit (CPU) 32 auf, die alle auf dem Fachgebiet wohlbekannt sind.
Der Schrittmacher 10 weist auch eine interne Kommunikationsschaltung 34 auf, so daß dieser in der Lage ist, mit der externen Programmier-/Steuerschaltung 20 zu kommunizieren, wie nachstehend in näheren Einzelheiten beschrieben wird.
Unter weiterem Bezug auf 2 sei bemerkt, daß der Impulsgenerator 10 mit einer oder mehreren Leitungen 14 gekoppelt ist, die sich, wenn diese implantiert sind, transvenös zwischen der Implantationsstelle des Impulsgenerators 10 und dem Herzen 16 des Patienten erstrecken, wie vorstehend mit Bezug auf 1 erwähnt wurde. Physisch sind die Verbindungen zwischen den Leitungen 14 und den verschiedenen internen Komponenten des Impulsgenerators 10 durch eine herkömmliche Verbindungsblockanordnung 11 erleichtert, die in 1 dargestellt ist, jedoch in 2 nicht dargestellt ist. Elektrisch kann die Kopplung der Leiter der Leitungen und der internen elektrischen Komponenten des Impulsgenerators 10 durch eine Leitungsschnittstellenschaltung 19 ermöglicht werden, die in der Art eines Multiplexers, um selektiv und dynamisch erforderliche Verbindungen zwischen verschiedenen Leitern in den Leitungen 14 unter Einschluß beispielsweise des atriellen Spitzenelektrodenleiters ATIP und des atriellen Ringelektrodenleiters ARING und des ventrikulären Spitzenelektrodenleiters VTIP und des ventrikulären Ringelektrodenleiters VRING und individuellen elektrischen Komponenten des Impulsgenerators 10 bewirkt, einzurichten, wie Durchschnittsfachleuten bekannt sein wird. Aus Klarheitsgründen sind die spezifischen Verbindungen zwischen den Leitungen 14 und den verschiedenen Komponenten des Impulsgenerators 10 in 2 nicht dargestellt, wenngleich es Durchschnittsfachleuten klar sein wird, daß die Leitungen 14 beispielsweise notwendigerweise direkt oder indirekt mit der Leseverstärker-Schaltungsanordnung 24 und der Stimulationsimpuls-Ausgangsschaltung 26 gekoppelt werden, wie es allgemein üblich ist, so daß elektrische Herzsignale zur Meßschaltungsanordnung 24 übermittelt werden können und die Stimulationsimpulse über Leitungen 14 auf das Herzgewebe übertragen werden können. Obgleich dies in 2 nicht dargestellt ist, ist die Schutzschaltungsanordnung gewöhnlich in implantierten Vorrichtungen enthalten, um beispielsweise die Meßschaltungsanordnung der Vorrichtung vor Hochspannungs-Stimulationsimpulsen zu schützen.
Wie vorstehend erwähnt wurde, enthält die Stimulationssteuerschaltung 20 die Zentralverarbeitungseinheit 32, die ein handelsüblicher programmierbarer Mikroprozessor oder eine handelsübliche programmierbare Mikrosteuereinrichtung sein kann, die jedoch gemäß der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eine kundenspezifische integrierte Schaltung ist. Wenngleich spezifische Verbindungen zwischen der CPU 32 und anderen Komponenten der Stimulationssteuerschaltung 20 in 2 nicht dargestellt sind, werden Durchschnittsfachleute verstehen, daß die CPU 32 den Zeitablauf der Stimulationsimpuls-Ausgangsschaltung 26 und der Leseverstärkerschaltung 24 unter Kontrolle der in der RAM/ROM-Einheit 30 gespeicherten Programmierung steuert. Es wird angenommen, daß Durchschnittsfachleute mit dieser Betriebsanordnung vertraut sind.
Unter fortgesetztem Bezug auf 2 sei bemerkt, daß die Kristalloszillatorschaltung 28 bei der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform ein 32.768-Hz-kristallgesteuerter Oszillator, der Stimulationssteuerschaltung 20 Hauptzeittaktsignale zuführt. Wiederum sind die Leitungen, über die diese Taktsignale den verschiedenen zeitlich gesteuerten Komponenten des Impulsgenerators 10 (beispielsweise dem Mikroprozessor 32) zugeführt werden, in 2 aus Klarheitsgründen fortgelassen.
Es sei bemerkt, daß die verschiedenen in 2 dargestellten Komponenten des Impulsgenerators 10 durch eine Batterie (nicht dargestellt) mit Energie versorgt werden, die im hermetischen Gehäuse des Schrittmachers 10 enthalten ist, wie es auf dem Fachgebiet üblich ist. Aus Klarheitsgründen sind in den Figuren die Batterie und die Verbindungen zwischen dieser und den anderen Komponenten des Impulsgenerators 10 nicht dargestellt.
Die Stimulationsimpuls-Ausgangsschaltung 26, die unter der Steuerung von der CPU 32 ausgegebener Signale Herzstimulationsimpulse erzeugt, kann beispielsweise von dem Typ sein, der im Thompson erteilten US-Patent 4 476 868 mit dem Titel "Body Stimulator Output Circuit" (Körperstimulator-Ausgabeschaltkreis) beschrieben ist. Wiederum wird jedoch angenommen, daß Durchschnittsfachleute unter vielen verschiedenen Typen von Stimulationsausgangsschaltungen aus dem Stand der Technik auswählen könnten, die zum Verwirklichen der vorliegenden Erfindung geeignet wären.
Die Leseverstärkerschaltung 24, die eine herkömmliche Konstruktion aufweist, bewirkt das Empfangen elektrischer Herzsignale von Leitungen 14 und das Verarbeiten dieser Signale zum Ableiten von Ereignissignalen, die das Auftreten spezifischer elektrischer Herzereignisse unter Einschluß atrieller Kontraktionen (P-Zacken) und ventrikulärer Kontraktionen (R-Zacken) wiedergeben. Diese Ereignisse angebende Signale werden der CPU 32 zugeführt, um von der CPU beim Steuern der synchronen Stimulationsoperationen des Impulsgenerators 10 verwendet zu werden, wie es auf dem Fachgebiet allgemein üblich ist. Weiterhin können diese Ereignisse angebende Signale über eine Aufwärtsübertragung zur externen Programmiereinheit 20 übermittelt werden, um einem Arzt oder einem Kliniker eine Sichtanzeige bereitzustellen.
Durchschnittsfachleute werden verstehen, daß der Schrittmacher 10 zahlreiche andere Komponenten und Untersysteme, beispielsweise Aktivitätssensoren und zugeordnete Schaltungsanordnungen, aufweisen kann. Das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein dieser zusätzlichen Komponenten in dem Schrittmacher 10 wird jedoch nicht als zur vorliegenden Erfindung gehörend angesehen, die in erster Linie das Implementieren und den Betrieb des Kommunikationsuntersystems 34 in dem Schrittmacher 10 und eines zugeordneten Kommunikationsuntersystems in der externen Einheit 20 betrifft.
3a zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung eines HF-Kommunikationsempfängers 40, wie er typischerweise in Systemen mit implantierbaren medizinischen Vorrichtungen vorgefunden wird. Der Empfänger 40 verwendet eine in 3a allgemein mit 42 bezeichnete Antenne, die, wie auf dem Fachgebiet allgemein üblich ist, einen Kondensator 44 aufweist, der mit einer Induktionsspule 46 parallel geschaltet ist. Der Ausgang der Antenne 42 ist an den Eingang eines Verstärkers 48 angeschlossen, der von der Antenne 42 empfangene HF-Signale verstärkt. Die Ausgabe des Verstärkers 48 wird einem Eingang einer Vergleicherschaltung 50 zugeführt, die an ihrem Eingang eine Schwellenspannung V_THLD empfängt. Von dem Vergleicher 50 wird immer dann ein empfangener Datenausgangsimpuls erzeugt, wenn das verstärkte empfangene Signal den Pegel von V_THLD übersteigt. Der Informationsgehalt des empfangenen Signals kann aus dem Strom von Ausgangsimpulsen vom Vergleicher 50 durch geeignete Demodulation entnommen werden.
3b zeigt eine schematische Darstellung eines Überlagerungsfrequenz- bzw. Heterodynkommunikationsempfängers 52 mit Umtastung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Es wird angenommen, daß die folgende Kurzbeschreibung der Arbeitsweise des Empfängers 52 nützliche Hintergrundinformationen und Terminologie zur Bildung der Grundlage eines Verständnisses der vorliegenden Erfindung bietet.
Der Empfänger 52 ist mit der Antenne 36, die die Form einer leitenden Spule annehmen kann, in der ein Strom durch übertragene HF-Signale induziert wird, oder alternativ mit einem Stimulationsleitungsdraht, der als ein strahlendes Monopolantennenelement verwendet wird, gekoppelt. Für den Signalempfang durch die Antenne 36 wird das induzierte Signal in der Antenne 36 zuerst in einem Vorwähler-Bandpaßfilter 51 Bandpaß-gefiltert und durch einen Verstärker 53 verstärkt, dessen Ausgabe dann an den Eingang eines Mischers (Multiplizierers) 54 angelegt wird. Der Mischer 54 empfängt auch ein Lokaloszillator-Eingangssignal von einem Lokaloszillator 55. Wie Durchschnittsfachleute verstehen werden, führt der Mischer 54 mit einer geeigneten Lokaloszillatorfrequenz eine Abwärtswandlung des auf der Antenne 36 empfangenen Signals durch auf der niedrigen Seite und/oder auf der hohen Seite erfolgende Injektion zu einer Zwischenfrequenz (IF) aus. (Die IF kann bei einem Direktumwandlungssystem 0 Hz betragen.) Das gemischte Signal von dem Mischer 54 wird dann einem Bandpaßfilter 56 zugeführt, dessen Durchlaßband bei der Zwischenfrequenz des Systems zentriert ist. Das Bandpaß-gefilterte Signal wird dann einem Demodulatorblock 57 zugeführt, dessen Natur sich abhängig von dem an dem gesendeten Signal ausgeführten Modulationstyp (beispielsweise Frequenzmodulation, Pulspositionsmodulation usw.) ändert. Das demodulierte Signal wird einem Bandpaßfilter 58 zugeführt, um den extrahierten Informationsgehalt des empfangenen Signals zu bekommen.
Für einen Empfänger in der Art des Empfängers 52 aus 3b ist das "Empfängergrundrauschen" (RNF), nämlich der in einer ansonsten rauschfreien Umgebung in das empfangene Signal eingeführte Rauschbetrag, durch den folgenden Aus druck gegeben: RNF = K × T × Empfängerrauschfaktorwobei K die Boltzmann-Konstante ist, T die Temperatur in Grad Kelvin ist und B die Systembandbreite (in Hz) ist, die durch die Breite des Durchlaßbands des Bandpaßfilters 56 festgelegt ist. Demgemäß ist das RNF für eine hypothetische Bandbreite von 200 kHz und einen Empfängerrauschfaktor (Rx-Rauschfaktor) von 1 durch die folgende Gleichung gegeben:
Für ein in Dezibel der relativen Leistung der Signalamplitude dividiert durch RNF in der interessierenden Bandbreite ausgedrücktes gegebenes Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) ergibt sich eine bestimmte Bitfehlerrate (BER). Das heißt, daß infolge des Rauschens in dem Empfänger gelegentlich ein Bit in dem empfangenen Signal falsch demoduliert wird. Bei einer nicht-kohärenten synchronen Demodulation mit Frequenzumtastung (FSK) erzeugt ein SNR von 13,4 dB beispielsweise ein BER von 1·10^–5, so daß eines von hundert Bits falsch demoduliert wird.
Weil SNR und BER in Beziehung zueinander stehen, kann für eine gegebene BER die erforderliche Leistung des empfangenen Signals P_REC als Summe von RNF zuzüglich SNR be rechnet werden. Falls demgemäß, um das vorstehende Beispiel fortzusetzen, bei einer gegebenen Anwendung (ein Beispiel der vorstehend erwähnten Systemfunktionsweiseziele, die für ein System mit einer implantierbaren Vorrichtung definiert werden können) eine maximale BER von 1·10^–5 erforderlich ist, beträgt die erforderliche Leistung P_REC des empfangenen Signals (also des Signals an der Antenne) –120,8 dBm + 13,4 dB = –107,4 dBm. Natürlich ist die Leistung des Signals an der Antenne eine Funktion der Sendereichweite, und weiterhin wird bei allen der vorstehenden Berechnungen eine ansonsten rauschfreie Umgebung angenommen. Die Beziehung zwischen BER und SNR gilt auch für Systeme, die nicht thermisch rauschbegrenzt sind.
Die vorstehende Erörterung bietet eine Erläuterung einiger der vorstehend erwähnten Ausgleiche oder Kompromisse, die den Betriebsparametern eines HF-Kommunikationssystems zugeordnet sind. Beispielsweise zeigen die vorstehenden Berechnungen, daß das Verringern der Systembandbreite zu einer Verringerung des RNF führen kann, weil das RNF des Empfängers 52 eine Funktion der Systembandbreite ist. Das Verringern der Systembandbreite macht jedoch eine entsprechende Verringerung der Datenübertragungsrate notwendig. Hierbei wird angenommen, daß als ein Systemfunktionsweiseziel eine konstante BER aufrechtzuerhalten ist, wobei alternativ eine Modifikation der BER für eine gegebene Übertragung die Reichweite verbessern kann (beispielsweise während einer EGM-Übertragung, wobei keine so hohe Datenrate erforderlich ist). Andererseits ist beim Erhöhen der Übertragungsrate eine entsprechende Erhöhung der Systembandbreite erforderlich, wodurch für ein gegebenes SNR mehr Rauschen in das System eingeführt wird (also das RNF erhöht wird), wodurch eine Erhöhung der Leistung erfor derlich ist, um das Systemfunktionsweiseziel zu erfüllen oder eine gegebene BER bei einem gegebenen Reichweite- oder Wegverlust aufrechtzuerhalten. Ähnliche Änderungen der Systemfunktionsweise können durch Ändern des Codierschemas erhalten werden.
Angesichts der Wechselbeziehung zwischen verschiedenen Parametern eines RF-Systems, wie der Bandbreite, der BER, des SNR und des RNF, ist gemäß der vorliegenden Erfindung ein System vorgesehen, das das Ausgleichen und/oder Optimieren bestimmter Systembedingungen und Betriebsparameter auf einer dynamischen Basis gewährleistet, so daß das System fortwährend in Hinblick auf die Funktionsweise und den Leistungsverbrauch optimiert wird und die Systemfunktionsweiseziele erfüllt werden, wie nachstehend in näheren Einzelheiten beschrieben wird.
4 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Programmiereinheit 20 gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung. Innerhalb der Programmiereinrichtung 20 befindet sich eine Verarbeitungseinheit (in den Figuren nicht dargestellt), die gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung eine Personalcomputer-Hauptplatine, beispielsweise eine Computer-Hauptplatine mit einem Intel 80 × 86-Mikroprozessor und zugeordneten Schaltungsanordnungen, wie digitalem Speicher, ist. Die Einzelheiten des Aufbaus und der Arbeitsweise des Computersystems der Programmiereinrichtung werden in der vorliegenden Beschreibung nicht detailliert dargelegt, weil davon ausgegangen wird, daß diese Einzelheiten Durchschnittsfachleuten wohlbekannt sind.
Wie in 4 dargestellt ist, weist die Programmier einrichtung 20 ein Außengehäuse 60 auf, das vorzugsweise aus thermischem Kunststoff oder einem anderen ausreichend widerstandsfähigem, jedoch verhältnismäßig leichtgewichtigem Material besteht. Ein in 4 allgemein mit 62 bezeichneter Tragegriff ist in den vorderen Teil des Gehäuses 60 integriert bzw. einstückig eingeformt. Mit dem Griff 62 kann die Programmiereinrichtung 20 in der Art einer Aktentasche getragen werden.
Ein mit Gelenken angebrachter Anzeigeschirm 64 ist an der oberen Fläche des Gehäuses 60 angeordnet. Der Anzeigeschirm 64 läßt sich in eine geschlossene Position (nicht dargestellt) herunterfalten, wenn die Programmiereinrichtung 20 nicht verwendet wird, wodurch die Größe der Programmiereinrichtung 20 verringert wird und die Anzeigefläche der Anzeige 54 während des Transports und der Lagerung geschützt wird.
Ein Diskettenlaufwerk ist innerhalb des Gehäuses 60 angeordnet und über einen Disketteneingabeschlitz (nicht dargestellt) zugänglich. Ein Festplattenlaufwerk ist ebenfalls innerhalb des Gehäuses 60 angeordnet, und es ist vorgesehen, daß ein Festplattenlaufwerks-Aktivitätsindikator (beispielsweise eine nicht dargestellte LED) bereitgestellt werden könnte, um einen Sichthinweis für die Aktivierung der Festplatte zu geben.
Wie Durchschnittsfachleute verstehen werden, ist es häufig erwünscht, ein Mittel für die Programmiereinrichtung 20 bereitzustellen, damit diese ihren Betriebsmodus abhängig vom Typ der zu programmierenden implantierten Vorrichtung anpaßt. Es kann dementsprechend erwünscht sein, eine EPROMs oder dergleichen enthaltende Erweiterungskassette zum Spei chern von Programminformationen bereitzustellen, um die Programmiereinrichtung 20 so zu steuern, daß diese entsprechend einem gegebenen Typ einer implantierbaren Vorrichtung, in einer bestimmten Weise arbeitet.
Gemäß der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Programmiereinrichtung 20 mit einem inneren Drucker (nicht dargestellt) versehen, so daß eine Papierkopie des EKG eines Patienten oder einer Graphik, die auf dem Anzeigeschirm 64 der Programmiereinrichtung angezeigt wird, erzeugt werden kann. Es sind mehrere Typen von Druckern, wie der von General Scanning Co. erhältliche Drucker AR-100, bekannt und im Handel erhältlich.
In der perspektivischen Ansicht von 4 ist die Programmiereinrichtung 20 als mit einem mit Gelenken angebrachten Anzeigeschirm 64 versehen dargestellt, der in eine von mehreren möglichen offenen Positionen aufgestellt wurde, so daß seine Anzeigefläche für einen Benutzer sichtbar ist, der sich vor der Programmiereinrichtung 20 befindet. Der mit Gelenken angebrachte Anzeigeschirm ist vorzugsweise vom LCD-Typ oder von einem elektrolumineszenten Typ, der dadurch gekennzeichnet ist, daß dieser, beispielsweise verglichen mit einer Kathodenstrahlröhre (CRT) oder dergleichen, verhältnismäßig dünn ist.
Wie Durchschnittsfachleute verstehen werden, ist der Anzeigeschirm 64 wirkungsmäßig mit der innerhalb des Gehäuses 60 angeordneten Computerschaltungsanordnung gekoppelt und dafür ausgelegt, von dem internen Computer gesteuert eine Sichtanzeige von Graphiken und/oder Daten zu liefern.
Die hier mit Bezug auf 4 beschriebene Programmier einrichtung 20 ist in näheren Einzelheiten im Thomas J. Winkler erteilten anhängigen US-Patent 5 345 362 mit dem Titel "Portable Computer Apparatus With Articulating Display Panel" (Tragbare Computervorrichtung mit schwenkbarem Anzeigefeld) beschrieben. Weiterhin sind die Programmiereinrichtungen vom Modell 9760 oder 9790 von Medtronic andere Programmiereinheiten für implantierbare Vorrichtungen, mit denen die vorliegende Erfindung vorteilhaft verwirklicht werden kann.
5 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm des Kommunikationsuntersystems 34 des Schrittmachers 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Weiterhin ist ein Teil von 5 ein noch weiter vereinfachtes Blockdiagramm eines einer externen Programmiereinheit 20 zugeordneten Kommunikationsuntersystems 100. Das Kommunikationsuntersystem 100 ist vorzugsweise mit dem Kommunikationsuntersystem 34 in der implantierten Vorrichtung 10 identisch. Der Einfachheit wegen sind in 5 jedoch nur ein Sender 120, ein Empfänger 122 und eine Antenne 124 des Kommunikationsuntersystems 100 dargestellt.
Das Kommunikationsuntersystem 34 in der implantierten Vorrichtung 10 weist einen Empfänger 102 und einen Sender 104 auf, die jeweils mit der Antenne 36 gekoppelt sind, die, wie zuvor erwähnt wurde, als eine mehrere Wicklungen aufweisende Drahtspule, ein Stumpfdraht oder eine Stimulationsleitung implementiert sein kann. Das Kommunikationsuntersystem 34 kann weiterhin bei einer Ausführungsform eine Fehlererkennungs-Schaltungsanordnung 106, eine Signalstärkeerfassungs-Schaltungsanordnung 108 und eine Rauschstärkeerfassungs-Schaltungsanordnung 110 aufweisen. Allgemein ausgedrückt, können die Fehlererkennungsschaltung 106, die Signalstärkeerfassungsschaltung 108 und die Rauschstärkeerfassungsschaltung 110 als Systemfunktionsweise-Überwachungsschaltungen bezeichnet werden, die, wie der Name nahelegt, einen oder mehrere Aspekte des Kommunikationssystems 34 dynamisch überwachen. Die Fehlererkennungsschaltung 106 kann beispielsweise wohlbekannte Fehlererkennungstechniken verwenden, um die Bitfehlerrate (BER) und das SNR der vom Empfänger 102 empfangenen digitalen Informationen zu bestimmen. Die Signalstärke-Detektorschaltung 108 kann im wesentlichen aus einem logarithmischen Verstärker bestehen, der das HF-Signal (oder das IF-Signal, falls abwärtsgewandelt) erfaßt und filtert, um eine RSSI-Ausgabe (empfangene Signalstärkeindikator-Ausgabe) bereitzustellen, die eine Spannung ergibt, die zum Logarithmus der Signalstärke an dem HF-Eingang des Empfängers proportional ist. Der Detektor 108 spricht nur auf das Signal an, das innerhalb des Durchlaßbands des Empfängers vorhanden ist. Auf diese Weise kann die gewünschte Signalstärke (tatsächlich Signal plus Rauschen) gemessen werden. Ebenso kann das Rauschen mit der gleichen Vorrichtung unter der Bedingung eines bekannten Zeitraums, in dem keine Übertragung empfangen wird, gemessen werden. Auf diese Art kann das Signal-Rausch-Verhältnis des empfangenen Signals durch einen einfachen Vergleich des Signals und der Rausch-RSSI-Abtastwerte gemessen werden. Wie Durchschnittsfachleute verstehen werden, würde dieses Verfahren die Schaltung 110 sowie die Schaltung 108 in 5 wirksam implementieren.
Unter fortgesetztem Bezug auf 5 sei bemerkt, daß die Schaltungen 106, 108 und 110 wiederum mit einer Steuerschaltung 112 gekoppelt sind, die gemäß einer Ausführungsform eine kundenspezifisch integrierte Schaltung oder dergleichen sein kann, oder die, wenn diese Teil des Unter systems 100 ist, Teil der PC-Computerplattform der vorstehend beschriebenen Programmiereinrichtung 20 sein kann. Die Steuerschaltung 112 in dem Kommunikationsuntersystem 34 steuert verschiedene Aspekte des Kommunikationsvorgangs in der Vorrichtung 10 und arbeitet darüber hinaus zum Erzeugen von Befehlen, die zum Kommunikationsuntersystem 100 zu übertragen sind, um darin eine Einstellung von Betriebsparametern hervorzurufen. Wie beispielsweise in 5 dargestellt ist, ist die Steuerschaltung 112 mit einer Sendeleistungs-Steuerschaltung 114 gekoppelt, so daß, von der Steuerschaltung 112 gesteuert, die Leistung der von dem Sender 104 gesendeten Signale erhöht oder verringert werden kann. In ähnlicher Weise ist die Steuerschaltung 112 mit einer Datenraten-Steuerschaltung 116 gekoppelt, die die Rate steuert, mit der Daten von dem Sender 104 gesendet werden. Die Steuerschaltung 112 ist auch mit einer Antennenmuster-(Feldstärke als Funktion der Position)-Steuerschaltung 118 gekoppelt, so daß das Antennenmuster zum Empfang und zum Senden von übertragenen Signalen während des Betriebs des Kommunikationsuntersystems 34 dynamisch konfiguriert werden kann, und mit der Empfängerschaltung 102 gekoppelt, so daß die Bandbreite des darin vorhandenen Bandpaßfilters eingestellt werden kann.
Die Steuerschaltung 112 spricht auf der Priorität nach geordnete Reihen von Betriebszielen an, die in Zusammenhang mit jedem von mehreren im RAM/ROM 30 (2) gespeicherten Telemetrieübertragungstypen zu erreichen sind. Ansprechend auf eine Identifikation des folgenden Telemetrietyps schreibt der Prozessor 32 (2) der Steuerschaltung 112 Betriebsparameter vor und überwacht durch die Steuerschaltungsanordnung 112 die Ausgaben der Funktionsweise-Überwachungsschaltungen 106, 108, 110, 111. Die Steuer schaltungsanordnung stellt, von dem Prozessor 32 gesteuert, die verschiedenen Parametereinstellungsschaltungen ein, um die im RAM/ROM 30 gespeicherten Betriebsziele in der Reihenfolge ihrer Prioritäten zu erreichen. Die Steuerschaltungsanordnung 112 stellt in manchen Fällen die Betriebsparameter ein, die dem Sender 104 oder dem Empfänger 102 zugeordnet sind. Alternativ können Parametereinstellungsbefehle von dem Prozessor 32 zur Übertragung durch den Sender 104 zu dem Empfänger 122 formatiert werden, um dem Sender 120 zugeordnete entsprechende Parametereinstellungsschaltungen zu steuern. Spezifische Beispiele der Arbeitsweise der Parametereinstellungsschaltungen und der Funktionsweise-Überwachungsschaltungen werden nachstehend in näheren Einzelheiten dargelegt.
Wie vorstehend erwähnt wurde, soll die Beschreibung der Fehlererkennungsschaltung 106, der Signalstärke-Erfassungsschaltung 108 und der Rauschstärke-Erfassungsschaltung 110 in dem Kommunikationssystem 34 aus 5 lediglich die Typen von Betriebsparametern erläutern, die in dem dynamischen Optimierungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung vorhanden sein können, und es ist vorgesehen, daß in einem Kommunikationssystem gemäß der vorliegenden Erfindung auch verschiedene andere Typen von Betriebsparameter-Überwachungschaltungen vorhanden sein können. Diese Möglichkeit ist dadurch ausgedrückt, daß in 5 ein anderer Systemfunktionsweise-Überwachungsschaltungsblock 111 und ein anderer Parametereinstellungs-Schaltungsblock 115 aufgenommen sind. Ein zusätzlicher Aspekt der Systemfunktionsweise, der gemäß der vorliegenden Erfindung vorteilhaft überwacht werden kann, ist beispielsweise die lokale elektromagnetische Umgebung, also das Vorhandensein oder der Pegel und die Frequenz von Funkfrequenzsignalen von anderen Quellen als dem Telemetriesystem selbst (also HF-"Rauschen"). Diese Signale könnten die Telemetrieübertragung stören. Falls eine Rauschüberwachungsschaltung unter anderen Systemfunktionsweise-Überwachungsschaltungen 111 aufgenommen wäre, wäre es möglich, den Parametereinstellungsschaltungen 115 in 5 eine Frequenzauswahlschaltung hinzuzufügen, um zu bewirken, daß der Sender 104 seine Sendefrequenz dynamisch zu einer Sendefrequenz regelt, bei der von der Rauschüberwachungsschaltung 111 die geringste Rauschmenge erfaßt wird. Es wird angenommen, daß die Konstruktion und die Implementierung einer geeigneten Rauscherfassungsschaltung (beispielsweise einer einfachen Spektrumanalysierschaltung zum Erfassen von HF-Signalen im interessierenden Frequenzbereich, beispielsweise von 174 bis 216 MHz) für einen Durchschnittsfachmann eine Routineangelegenheit ist. In ähnlicher Weise wird angenommen, daß es eine Routineangelegenheit ist, den Sender 104 so einzurichten, daß dieser in der Lage ist, bei einer von mehreren Frequenzen zu senden. Vor dem Einstellen seiner Frequenz kann der Sender 104 dem Empfänger 122 eine Benachrichtigungsmeldung senden, die den Empfänger 122 warnt bzw. davon unterrichtet, daß folgende Übertragungen bei einer anderen Frequenz auftreten. Es wird angenommen, daß es diese Fähigkeit ermöglicht, daß das Telemetriesystem 34 weniger empfindlich gegenüber Interferenzen durch Rauschen und andere lokale HF-Signale ist.
In ähnlicher Weise können zu den Funktionsweise-Überwachungsschaltungen 111 und Parametereinstellungsschaltungen 115 Schaltungsanordnungen zum Überwachen von Fehlerraten, Rauschen usw. in dem Telemetriesignal und zum Bewirken, daß der Sender 104 seinen Modulationstyp und/oder seinen Codiertyp ändert, gehören. Die Typen von Betriebsparametern, die gemäß den Grundgedanken der vorliegenden Erfindung überwacht und eingestellt werden können, können beispielsweise von den Parametern, die als in einer gegebenen Anwendung kritisch angesehen werden, und von der Natur der Sender und Empfänger, die zum Einrichten einer Kommunikationsverbindung verwendet werden, abhängen.
Gemäß einem wichtigen Aspekt der Erfindung sind die Kommunikationsuntersysteme 34 und 100 vorzugsweise in der Lage, Informationen miteinander auszutauschen, so daß jedes das Einstellen bestimmter Betriebsparameter des anderen bewirken kann. Falls die Signalstärke-Detektorschaltung 108 in dem Untersystem 34 beispielsweise feststellt, daß das von dem Sender 120 gesendete empfangene Signal unannehmbar schwach ist, kann die Steuerschaltungsanordnung 112 die Übertragung eines Befehls zu dem Untersystem 100 einleiten, der den Sender 120 anweist, seine Sendeleistung zu erhöhen.
Die Schaltungen 114, 116 und 118 können allgemein als Betriebsparameter-Einstellungsschaltungen bezeichnet werden, weil diese jeweils mit irgendeiner Komponente der Kommunikationsschaltung 34 gekoppelt sind, um irgendeinen Aspekt der Arbeitsweise der Kommunikationsschaltung 34 zu steuern. Wie vorstehend erwähnt wurde, kann die Datenratenschaltung 116 beispielsweise, von der Steuerschaltung 112 gesteuert, die Datenübertragungsrate des Senders 104 erhöhen oder verringern. Zusätzliche Betriebsparameter, die eingestellt werden können, sind der Leistungspegel der Übertragung, die Anzahl der Wiederholungen der gesendeten Daten und die zur Übertragung der Daten gewählte Frequenz.
Die Fehlererkennungsschaltung 106, die Signalstärke-Erfas sungsschaltung 108 und die Rauschstärke-Erfassungsschaltung 110 sind lediglich Beispiele von Systemfunktionsweise-Überwachungsschaltungen, die in dem Kommunikationssystem 34 enthalten sein können. Es ist vorgesehen, daß eine oder mehrere zusätzliche Systemfunktionsweise-Überwachungseinrichtungen, die gemeinsam durch den Block 111 in 5 dargestellt sind, abhängig von den Umständen der Implementierung, in das Kommunikationssystem 34 aufgenommen werden können, wie nachstehend in weiteren Einzelheiten beschrieben wird. Ebenso kann das Kommunikationssystem 34 zusätzliche Betriebsparameter-Einstellungsschaltungen aufweisen, wie durch den Block 115 in 5 dargestellt ist.
Ein wichtiges Prinzip, das der vorliegenden Erfindung zugrundeliegt, betrifft das dynamische Überwachen, Zuordnen und Einstellen miteinander verbundener Betriebsparameter, die dem Kommunikationssystem zugeordnet sind, so daß ein marginales Niveau eines Übererfüllens eines Betriebsparameters zugunsten anderer Betriebsparameter wiederangewendet werden kann, woraus sich eine Gesamtverbesserung der Systemfunktionsweise ergibt. Falls also ein Betriebsparameter bis zu einem Punkt eingestellt wird, an dem die Systemfunktionsweise in manchen Hinsichten vorgegebene minimale Normen übersteigt, können dieser Betriebsparameter und/oder andere an beiden Enden der Kommunikationsverbindung wiedereingestellt werden, um die Systemfunktionsweise über diesen Normen zu halten und gleichzeitig Verbesserungen oder eine Optimierung bezüglich anderer Aspekte der Systemfunktionsweise zu erreichen.
Als ein Beispiel dieses Konzepts kann die Steuerschaltungsanordnung 112, falls die Fehlererkennungsschaltung 106 im Kommunikationssystem 34 aus 5 be stimmt (und die Steuerschaltungsanordnung 112 davon informiert), daß die BER des vom Empfänger 102 empfangenen Signals niedriger ist als der Wert, der als die maximal erforderliche oder annehmbare BER für das System angesehen wird, diese Marge der Systemfunktionsweise über minimal annehmbaren Standards ausnutzen, indem diese entweder (1) den Sender 120 anweist, seine Sendeleistung zu verringern, wodurch die Stromentnahme an der Spannungsversorgung des Untersystems 100 verringert wird, (2) den Sender 120 anweist, seine Datenrate zu erhöhen, wodurch möglicherweise die Informationsmenge in dem vom Empfänger 102 empfangenen Signal erhöht wird, wobei BER jedoch auch die Systemwirksamkeit und die Geschwindigkeit erhöht, mit der Informationen über die Verbindung übertragen werden können, oder (3) die Übertragungsrate und die Sendeleistung ungeändert läßt, jedoch das System 100 informiert, daß die Reichweite der Verbindung vergrößert werden kann. In jedem Fall wird die Existenz einer Grenze bzw. Marge irgendeines Aspekts der Systemfunktionsweise über minimalen Standards (in diesem Fall die besser als notwendige BER) ausgenutzt, was zu einer Verbesserung oder Optimierung anderer Aspekte der Systemfunktionsweise führt.
Als ein weiteres Beispiel kann die Signalstärke-Detektorschaltung 108 in dem Kommunikationssystem 34 aus 5 feststellen, daß die Stärke des vom Empfänger 102 empfangenen Signals einen vorgegebenen Minimalpegel übersteigt. In diesem Fall kann die Steuerschaltung 112 den Sender 104 veranlassen, eine Anweisung zu dem Sender 100 in der externen Einheit 20 zu senden, entweder (1) die Sendeleistung für den Sender 120 zu verringern oder (2) die übermäßige Signalstärke durch Erhöhen der Datenübertragungsrate des Senders 120 auszunutzen. Alternativ wird die maximal zulässige Reichweite der Verbindung erhöht, falls keine dieser Aktionen ausgeführt wird.
Bisher wurde die vorliegende Erfindung in bezug auf die Erfassung von Aspekten der Systemfunktionsweise, von denen herausgefunden wurde, daß diese vorgegebene minimale Normen übersteigen, beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist auch auf Umstände anwendbar, in denen einige Aspekte der Systemfunktionsweise als unannehmbar schlecht herausgefunden werden. Beispielsweise kann die Fehlererkennungsschaltung 106 feststellen, daß die BER des von dem Empfänger 102 empfangenen Signals höher ist als diejenige, die als für die Verbindung annehmbar angesehen wird. In diesem Fall kann die Steuerschaltung 112 den Sender 104 veranlassen, eine Anweisung zu der externen Einheit 100 zu senden, (1) die Sendeleistung des Senders 120 zu erhöhen, oder (2) die Datenübertragungsrate des Senders 120 zu verringern, oder dem Bediener Informationen darüber liefern, wie die Verbindungsleistung erhöht werden kann (beispielsweise durch einen Ton- oder Sichthinweis).
Es wird angenommen, daß die letzte Überlegung, nämlich der Typ der Sender und Empfänger, die zum Implementieren der Verbindung verwendet werden, einen besonders großen Einfluß auf die Typen der Betriebsparameterüberwachung hat, die beim Verwirklichen der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden sollte. Es wird angenommen, daß die bisher mit Bezug auf das System aus 5 beschriebenen Überwachungstypen mehr oder weniger allgemein auf jeden beliebigen Typ einer Kommunikationssystemimplementierung anwendbar sind. Andere zusätzliche Überwachungstypen können abhängig von der spezifischen Natur des Kommunikationssystems geeignet sein. Beispielsweise ist bei einer Pulspositions-modulierten Kom munikationsverbindung, bei der binäre Einsen und Nullen auf der Grundlage des Zeitintervalls zwischen gesendeten Impulsen unterschieden werden, ein Betriebsparameter, für den die Überwachung und dynamische Einstellung geeignet ist, die Zwischenimpulsbreite des Signals. Falls es dann erwünscht ist, die BER des gesendeten Signals zu verringern, besteht eine Vorgehensweise in diesem Fall darin, die Impulswiederholungsrate auf Kosten einer verringerten Datenübertragungsrate zu erhöhen (oder alternativ die Anzahl der je Bit integrierten Impulse zu erhöhen).
Für ein uncodiertes Heterodyn-Frequenzumtastungssystem, wie es hier allgemein mit Bezug auf 3b beschrieben wird, ist ein Betriebsparameter, der gemäß den Grundgedanken der vorliegenden Erfindung vorteilhaft überwacht und dynamisch eingestellt wird, das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR), das anhand der Ausgaben der Signalstärke-Erfassungsschaltung 108 und der Rauschstärke-Erfassungsschaltung 110 erhalten werden kann. Falls bei einem solchen System beispielsweise festgestellt wird, daß eine höhere Datenübertragungsrate wünschenswert oder erforderlich ist, kann das vorstehend beschriebene System durch Erhöhen der Datenübertragungsrate ansprechen. Eine solche Erhöhung macht jedoch eine größere Zwischenfrequenz-Bandbreite erforderlich, was bedeutet, daß wahrscheinlich eine Verringerung des SNR wahrscheinlich erfaßt wird. Das verringerte SNR kann ein unannehmbares Niveau erreichen, wodurch eine Erhöhung der Datensendeleistung erforderlich wird. Dieses Beispiel erläutert den vorstehend erwähnten Ausgleich zwischen den Betriebsparametern der Übertragungsrate und der Sendeleistung. Es sei bemerkt, daß ähnliche Ausgleiche der Funktionsweise bei der Codierung erhalten werden können.
Es kann in ähnlicher Weise bei manchen Anwendungen erwünscht oder notwendig sein, die Reichweite der Verbindung zu erhöhen. In diesem Fall kann die Steuerschaltungsanordnung 112 den Sender 104 veranlassen, bei einer verringerten Übertragungsrate zu senden, so daß eine geringere Zwischenfrequenz-Bandbreite für einen gegebenen Sendeleistungspegel erforderlich ist. Theoretisch wird beim Verringern der Übertragungsrate um einen Faktor zehn das empfangene SNR um einen Faktor Zehn erhöht. Weil die Reichweite in einem Fernfeldsystem mit 1/R² abnimmt (wobei R die Reichweite der Verbindung ist), bedeutet dies, daß die Reichweite für ein gegebenes SNR infolge der zehnfachen Verringerung der Übertragungsrate um die Quadratwurzel von Zehn (etwa 3,162) erhöht ist. Dies zeigt den vorstehend erwähnten Ausgleich zwischen den Betriebsparametern der Sendereichweite und der Übertragungsrate für ein gegebenes SNR.
Der erwähnte Ausgleich zwischen den Betriebsparametern der Sendereichweite und der Sendeleistung ist möglicherweise der offensichtlichste, weil Durchschnittsfachleute leicht verstehen werden, daß das Erhöhen der Sendeleistung zu einer Erhöhung der Sendereichweite führt, wenn angenommen wird, daß als ein Systemfunktionsweiseziel ein gegebenes SNR und eine gegebene BER aufrechtzuerhalten sind.
In manchen Fällen und in Zusammenhang mit Kommunikationssystemen für implantierbare medizinische Vorrichtungen insbesondere gibt es einige vorrangige Überlegungen hinsichtlich eines oder mehrerer Betriebsparameter, die die Beurteilung leiten, welcher Betriebsparameter im Laufe der dynamischen Parametereinstellung gemäß der vorliegenden Erfindung andere überwiegt. In der vorstehenden Beschreibung zeigte sich dies in den annehmbaren Normen von Betriebsparametern und den für die Verbindung definierten Systemfunktionsweisezielen. Beispielsweise kann eine Obergrenze für die BER eines Kommunikationssystems oder für das SNR des Systems festgelegt werden. Ebenso kann dem System eine minimale Sendereichweite oder ein maximales Niveau des Leistungsverbrauchs auferlegt werden.
Gemäß einer Erscheinungsform der vorliegenden Erfindung können die Funktionsweiseziele des Kommunikationssystems und die den Betriebsparametern auferlegten Normen oder Grenzen selbst auf einer dynamischen Grundlage eingestellt werden. Beispielsweise kann bei einem Herzschrittmacherpatienten, der in einer Klinikumgebung einer routinemäßigen Nachsorgebehandlung unterzogen wird, die von dem Kommunikationssystem aufrechtzuerhaltende minimale Reichweite verhältnismäßig gering sein, weil es unter diesen Bedingungen nicht schwierig ist, den Transceiver in der Nähe des Patienten anzuordnen. In einer Notsituation jedoch, wenn beispielsweise der Patient einer Operation unterzogen wird, kann das Anordnen eines Programmierkopfs in unmittelbarer Nähe der Implantationsstelle unerwünscht, wenn nicht unmöglich sein. Es wäre dann wünschenswert, die von dem Kommunikationssystem aufrechtzuerhaltende minimale Sendereichweite zu erhöhen, so daß eine Programmiereinrichtung eine Telemetriekommunikation mit der implantierten Vorrichtung des Patienten aus einer größeren als der normalen Entfernung, beispielsweise von der Bettseite oder sogar quer durch das Zimmer, herstellen kann. Die Normen für die Maximalwerte des Leistungsverbrauchs können vorteilhafterweise auch auf einer dynamischen, fortlaufenden Grundlage eingestellt werden. Beispielsweise ist der Leistungsverbrauch in der Nähe des Lebensdauerendes der Vorrichtung kritisch, und es kann dann wünschenswert sein, eine verringerte Obergrenze für die von dem Kommunikationssystem verbrauchte Leistungsmenge festzulegen.
Typischerweise weist ein Telemetriesystem gemäß der vorliegenden Erfindung mehrere Funktionsweiseziele auf, die in Verbindung mit jedem von einer Vielfalt von Telemetrieübertragungstypen anwendbar sind. Es ist in den meisten Fällen vorgesehen, daß die Funktionsweiseziele eine oder mehrere absolute Anforderungen aufweisen, damit eine Übertragung als annehmbar angesehen wird. Beispielsweise ist in den meisten Fällen eine maximale Fehlerrate das Funktionsweiseziel mit der höchsten Priorität, wobei sich die annehmbaren Fehlerraten auf der Grundlage der Telemetrietypen unterscheiden. Bei einer Abwärtsübertragung von Steuerparametern von einer externen Programmiereinrichtung zu einer implantierten Vorrichtung ist die annehmbare Fehlerrate beispielsweise typischerweise geringer als bei einer Aufwärtsübertragung gespeicherter Elektrogrammdaten von einer implantierten Vorrichtung zu einem externen Empfänger. In ähnlicher Weise kann sich das Funktionsweiseziel mit der zweiten Priorität zwischen zwei solchen Telemetrieübertragungstypen unterscheiden. In Zusammenhang mit unverknüpften gespeicherten EGM-Segmenten kann der Leistungsverbrauch beispielsweise das Funktionsweiseziel mit der zweiten Priorität sein. In diesem Fall kann die externe Programmiereinrichtung die implantierte Vorrichtung ansprechend darauf, daß die externe Programmiereinrichtung eine Fehlerrate erfaßt, die größer ist als die annehmbare Fehlerrate, anweisen, die Übertragungsgeschwindigkeit zu verringern, und die Programmiereinrichtung kann dann die Bandbreite des Bandpaßfilters in ihrer Empfängerschaltungsanordnung verringern. Falls die Fehlerrate der empfangenen Übertragung umgekehrt unterhalb der annehmbaren Fehlerrate liegt, kann die Programmiereinrichtung die implantierte Vorrichtung anweisen, den Leistungspegel der Übertragung zu verringern. Dagegen kann in Zusammenhang mit der Abwärtsübertragung von Steuerparametern von der externen Programmiereinrichtung zu der implantierten Vorrichtung das Funktionsweiseziel mit der zweiten Priorität die erhöhte Übertragungsgeschwindigkeit sein. In einem solchen Fall kann der implantierte Empfänger, wenn er feststellt, daß die Bitfehlerrate der empfangenen Übertragung unannehmbar hoch ist, die externe Programmiereinrichtung anweisen, ihren Sendeleistungspegel zu erhöhen. Falls die implantierte Vorrichtung umgekehrt eine ausreichend geringe Fehlerrate erfaßt, kann diese den externen Sender anweisen, seine Übertragungsgeschwindigkeit zu erhöhen. Als ein zusätzliches Beispiel kann in Zusammenhang mit einer implantierten Vorrichtung, die erweiterte EGMs (beispielsweise über 24 Stunden) speichert, eine verhältnismäßig hohe maximale Fehlerrate annehmbar sein, wobei auch eine minimale Übertragungsgeschwindigkeit und ein maximaler Leistungspegel erforderlich sind. In diesem Fall kann eine Verringerung des Leistungspegels eine höhere Priorität haben als das Erhöhen der Übertragungsgeschwindigkeit, die wiederum eine höhere Priorität haben kann als eine Verringerung der Fehlerrate, wobei angenommen wird, daß die absoluten Anforderungen an die Fehler, die Leistung und die Übertragungsgeschwindigkeit erfüllt werden. In diesem Fall kann die externe Programmiereinrichtung ansprechend auf das Erfassen einer übermäßigen Fehlerrate zuerst versuchen, das Problem zu korrigieren, indem diese die implantierte Vorrichtung anweist, die Übertragungsgeschwindigkeit zu verringern, wobei diese jedoch, falls hierfür eine Übertragungsgeschwindigkeit unterhalb der minimalen Übertragungsgeschwindigkeit erforderlich wäre, danach die implantierte Vorrichtung anweist, den Sendeleistungspegel nur ausreichend zu erhöhen, um die erforderliche minimale Fehlerrate und die erforderliche Geschwindigkeitsgenauigkeit und Geschwindigkeit bereitzustellen. Falls der Leistungspegel, der erforderlich ist, um die absolute Übertragungsrate und die Genauigkeitsanforderungen zu erfüllen, oberhalb des definierten maximalen Leistungspegels liegt, kann die externe Programmiereinrichtung oder die externe Überwachungseinrichtung den Arzt anweisen, daß der Abstand zwischen der Programmiereinrichtung oder der Überwachungseinrichtung und der implantierten Vorrichtung zu groß ist und daß der Patient und die Programmiereinrichtung oder die Überwachungseinrichtung dichter zueinander bewegt werden sollten. Als eine weitere Alternative kann der Arzt bestimmen, daß die maximale Sendereichweite die höchste Priorität hat, woraus sich das Ergebnis ergibt, daß eine oder mehrere der Anforderungen an die maximale Fehlerrate, die minimale Geschwindigkeit oder den maximalen Leistungspegel hinsichtlich der Priorität oder hinsichtlich des Werts geändert werden oder aus der Reihe der Funktionsweiseziele entfernt werden.
In der vorstehenden Erörterung wird angenommen, daß während des Einrichtens der Telemetrieverbindung die anfängliche Kommunikation zwischen den Vorrichtungen unter Verwendung eines Telemetrieübertragungsprotokolls stattfinden kann, das, durch Rückübertragungen überprüft, als für die Übertragung von Steuersignalen zwischen den Vorrichtungen annehmbar festgelegt wurde, und daß diese anfängliche Kommunikation den Typ der folgenden Telemetrieübertragung festlegt. Dieses Protokoll kann auch in Zusammenhang mit Einstellungen der Funktionsweiseparameter verwendet werden, wie vorstehend erörtert wurde. In vielen Fällen ist eine Rückkopplung von dem Empfänger zu dem Sender jedoch nicht erforderlich, um anzugeben, daß das wirksame Telemetrieprotokoll die Funktionsweiseparameter nicht erfüllt. In Zusammenhang mit der Übertragung gespeicherter 24-Stunden-Elektrogramme, wie vorstehend erörtert wurde, kann das Versagen der Programmiereinrichtung, die Genauigkeit der empfangenen Übertragung zu bestätigen, beispielsweise als ein Indikator für eine unannehmbare Fehlerrate dienen. In der vorstehend beschriebenen Situation kann die implantierte Vorrichtung dann einfach die Übertragungsrate verringern, bis die minimale Übertragungsrate erreicht wurde, und danach die Leistung erhöhen, bis entweder ein spezifizierter maximaler Leistungspegel erreicht wurde oder eine Rückübertragung von der Programmiereinrichtung eine annehmbare Fehlerrate angibt.
Eine Klasse von HF-Übertragungssystemen, für die die vorliegende Erfindung als besonders vorteilhaft angesehen wird, wird als Impulsfunk bezeichnet, wobei es sich um eine Technologie handelt, die auf der Pulspositionsmodulation von HF-Pulsen mit einem sehr niedrigen Tastgrad bzw. Schaltverhältnis und einer äußerst großen Bandbreite beruht. Impulsfunk-(IR)-Pulse werden mit einer Datencodierung und Pseudozufallsrauschcodierung verarbeitet, um die Energie im Frequenzbereich zu glätten und eine Kanalisierung bereitzustellen.
6 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Impulsfunksenders 150. Ein Pseudozufallscodegenerator 152 stört die Zeitintervalle zwischen von einem Grundband-Taktgenerator 154 erzeugten einzelnen Taktimpulsen. Es wurde gezeigt, daß IR-Systeme mit einer Trennung von 500 Nanosekunden zwischen Pulsen arbeiten. Der Pseudozufalls codegenerator 152 stört die Trennung der Pulse um etwa ein Prozent oder, bei einer nominalen Pulstrennung von 500 Nanosekunden, um etwa 5 Nanosekunden. Die resultierende Folge von Pulsen ist hinsichtlich ihrer Pulstrennung eindeutig und daher mit einem Kommunikationskanalidentifizierer analog (und wird so verwendet).
Informationen werden durch einen veränderlichen Verzögerungsblock 156 in 6 zu der Grundbandfolge von pseudozufällig beabstandeten Pulsen hinzugefügt, wodurch das Zeitintervall zwischen einzelnen Pulsen weiter um sehr kleine Beträge in der Größenordnung von Bruchteilen einer Nanosekunde gestört wird. Der Betrag der Störung reicht nicht aus, um die eindeutig identifizierbare Natur der Pseudozufalls-Grundbandfolge zu verdecken, dieser ist jedoch ausreichend, um sicher Informationen aufzuprägen. Die Grundband-Pulsfolge enthält nun sowohl Kanalidentifizierungsinformationen als auch Binärdaten, die zu übertragen sind. Noch ein weiteres Modulationsprinzip wird gemäß Patentanspruch 1 verwendet. Die codierte Pulsfolge wird dann auf einen HF-Pulsgenerator angewendet, der mit einer Breitband-HF-Antenne 160 gekoppelt ist. Jeder Grundbandpuls löst eine für die Strahlung von der Antenne 160 geeignete HF-Wellenform aus.
Zusätzlich dazu, daß dieser eine eindeutige Kanalidentifikation bereitstellt, beeinflußt der Pseudozufalls-Grundbandcode auch das HF-Spektrum des gesendeten IR-Signals in einer erwünschten Weise. Durchschnittsfachleute werden verstehen, daß das HF-Spektrum des gesendeten Signals von regelmäßig beabstandeten Pulsen oder "Kammlinien" belegt ist, wenn die HF-Pulse in dem gesendeten Signal gleichmäßig beabstandet sind. Für die pseudozufällig beab standeten Pulse ist das RF-Spektrum jedoch mehr oder weniger gleichmäßig belegt.
7 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm eines IR-Empfängers 170. Das gesendete HF-Signal wird von einer Antenne 172 empfangen. Das eingehende Signal wird mit einer Kopie des erwarteten Signals, das von einem Grundband-Taktgenerator 174, dessen Pulse von einem Pseudozufallscodegenerator 176 gestört werden, und einem HF-Pulsgenerator 178 erzeugt wird, korreliert (also multipliziert und summiert, wie durch einen Multipliziererblock 173 in 7 dargestellt ist). Das korrelierte Signal wird dann integriert, wie durch einen Block 180 dargestellt ist.
Falls das eingehende Signal nicht die Identifikation des erwarteten Kanals ist (also falls der von dem Generator 152 in dem Sender 150 erzeugte Pseudozufallscode nicht dem von dem Generator 176 in dem Empfänger 170 erzeugten Pseudozufallscode gleicht), ist die Ausgabe des Integrators 180 nahezu null. Falls die eingehenden und erwarteten Codes andererseits identisch oder nahezu identisch sind, ist die Ausgabe des Integrators 180 von Null verschieden. Die Ausgabe schwankt etwas, weil die zwei Folgen nicht exakt identisch sind, da der Pseudozufallscode des gesendeten Signals durch die gesendeten Daten etwas gestört oder moduliert wurde. Demgemäß werden die Schwankungen in dem Ausgangssignal von dem Integrator 180 verwendet, um den Informationsgehalt des gesendeten Signals wiederherzustellen, nachdem eine Tiefpaßfilterung in dem Block 182 stattgefunden hat. Bei einer Ausführungsform werden die Pulse in der Pseudozufalls-Grundbandsequenz für einen Datenzustand, beispielsweise eine binäre "1", leicht gestört, jedoch für den anderen Datenzustand, beispielsweise eine binäre "0", nicht gestört.
Demgemäß ist die Korrelation zwischen dem gesendeten Signal und dem erwarteten Signal etwas geringer, wenn eine binäre "1" gesendet wird, als wenn eine binäre "0" gesendet wird. Diese verringerte Korrelation zeigt sich daher als eine Verringerung der Ausgabe des Tiefpaßfilters 182 für eine gesendete "1" verglichen mit der Ausgabe des Tiefpaßfilters 182 für eine gesendete "0". Der Informationsgehalt in dem empfangenen Signal kann auf diese Weise mit einer einfachen Spannungsvergleicherschaltung entnommen werden.
Ein Hauptvorteil beim IR ist dessen Fähigkeit, zusammen mit anderen RF-Systemen zu existieren. Die IR-Signale werden so weit über das RF-Spektrum verteilt, daß diese in Umgebungsrauschen verdeckt werden und auf diese Weise von herkömmlichen HF-Empfängern größtenteils undetektierbar sind. Die Informationskapazität von IR-Systemen C in Bits je Sekunde ist durch die folgende Gleichung gegeben: C = BW × log2(1 + SNR)wobei BW die belegte Bandbreite des Kanals ist und SNR das Signal-Rausch-Verhältnis ist. Selbst bei einem sehr kleinen SNR kann die Informationskapazität eines IR-Kommunikationssystems durch Vergrößern der Kanalbandbreite beliebig groß gemacht werden.
IR-Systeme sind in weiteren Einzelheiten im Fullerton erteilten US-Patent 4 641 317 mit dem Titel "Spread Spectrum Radio Transmission System" (Spread-Spektrum-Funkübertragungssystem), im Fullerton erteilten US-Patent 4 743 906 mit dem Titel "Time Domain Radio Transmission System" (Zeitbereichsfunkübertragungssystem) und im Fullerton erteilten US-Patent 4 813 057 mit dem Titel "Time Domain Ra dio Transmission System" (Zeitbereichsfunkübertragungssystem) beschrieben.
Die US-A-5442625 offenbart digitale Systeme, bei denen die Daten vor der Übertragung mit einzigartigen bzw. eindeutigen Identifikationscodes kombiniert werden.
In der praktischen Implementierung werden IR-Systeme typischerweise so konfiguriert, daß jedes Informationsbit mehrere Male (bis zu mehrere Tausend Male) gesendet wird, so daß die Schwankungen in der Ausgabe des Integrators 180 und des Tiefpaßfilters 182 stark genug sind, um eine zuverlässige und genaue Entnahme des Informationsgehalts zu ermöglichen. Die Häufigkeit, mit der jedes Informationsbit übertragen wird, wird als der Pulswiederholungsfaktor (PRF) bezeichnet. Ein als "Integrationsfaktor" bezeichneter Betriebsparameter ist die Anzahl der Pulse, die integriert werden, um den Wert eines Bits festzulegen.
Es wird angenommen, daß der Integrationsfaktor zu den Betriebsparametern eines IR-Systems gehört, die gemäß den Grundgedanken der vorliegenden Erfindung vorteilhaft überwacht und dynamisch eingestellt werden können, weil die effektive Datenrate durch Verringern oder Erhöhen der Anzahl der zum Senden jedes Informationsbits verwendeten Pulse entsprechend erhöht oder verringert wird. In ähnlicher Weise ist die Frequenz der Grundband-Taktgeneratoren 154 und 174 in dem IR-Sender und -Empfänger aus den 6 bzw. 7 ein Betriebsparameter des IR-Systems, der erhöht oder verringert werden kann, um die gewünschten Systemfunktionsweiseziele zu erreichen oder andere Betriebsparameter des Systems, die innerhalb erforderlicher Normen oder Grenzen liegen, aufrechtzuerhalten.
Die Natur der Wechselbeziehung zwischen Betriebsparametern und Systemfunktionsweisezielen in einem IR-Kommunikationssystem kann folgendermaßen zusammengefaßt werden: Die Datenübertragungsrate ist proportional zum PRF und daher umgekehrt proportional zum Integrationsfaktor, die Sendereichweite ist proportional zur Sendeleistung (wie vorstehend erörtert wurde) und zum Integrationsfaktor, und der Leistungsverbrauch steht in einer linearen Beziehung zum PRF. Durch Analysieren der BER und anderer Systemfunktionsweiseziele stellt das Kommunikationssystem 34, bei dem IR-Sender und -Empfänger gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung eingesetzt werden, die Pulswiederholungsrate, den Integrationsfaktor und die Sendeleistung dynamisch ein, um die Datenrate, die Sendereichweite und den Leistungsverbrauch zu optimieren.
Wenn angenommen wird, daß die Kommunikationssysteme 34 und 100 in 5 beide IR-Sender verwenden, läuft eine Kommunikationssitzung zwischen der implantierten Vorrichtung 10 und der Programmiereinheit 20 folgendermaßen ab: Eine Kommunikationsverbindung wird mit einem zunächst hohen Integrationsfaktor (zum Maximieren der Reichweite) und einer gemäßigten Pulswiederholungsrate eingerichtet. Sobald die Verbindung eingerichtet wurde, wird die BER der Verbindung von der Fehlererkennungsschaltung 106 gemessen. Die für die gewünschte Reichweite und Fehlerrate (einschließlich des Effekts des Umgebungsrauschens) erforderliche Prozeßverstärkung wird verwendet, um den Integrationsfaktor zu modulieren. Die Pulswiederholungsrate wird dann an die gewünschte Datenrate und den gewünschten Leistungsverbrauch angepaßt. Natürlich müssen Informationen hinsichtlich einer Modulation der Pulswiederholungsrate zuerst zu dem Empfän ger übermittelt werden, so daß der Sender und Empfänger miteinander koordiniert bleiben können.
In Situationen, in denen der Leistungsverbrauch von primärer Wichtigkeit ist, wie es bei einer langfristigen ambulanten Überwachung, Vorrichtungen mit Batterien in der Nähe des Endes ihrer Nutzungsdauer usw. der Fall ist, kann die Steuerschaltung 112 den Sender 104 anweisen, eine niedrigere Pulswiederholungsrate und einen geeigneten Integrationsfaktor zu verwenden. In Fällen, in denen eine hohe Datenübertragungsrate ein Systemfunktionsweiseziel ist, werden eine höhere Pulswiederholungsrate und eine niedrigere IF verwendet. In Fällen, in denen eine Maximierung der Sendereichweite ein Systemfunktionsweiseziel oder eine Systemfunktionsweiseanforderung ist, werden eine höhere IF und eine höhere Wiederholungsrate verwendet. Das Optimieren der Betriebsparameter der Kommunikationsverbindung entsprechend den Grundgedanken der vorliegenden Erfindung ermöglicht es, daß die Kommunikationssysteme 34 und 100 viele Funktionen ausführen, ohne daß die Komplexität mehrerer Sender und Empfänger vergrößert wird. Zusätzlich können Systemfunktionsweiseziele und/oder -anforderungen während der Kommunikationssitzung auf der Grundlage von Datenrateneinschränkungen, Umgebungsfaktoren und dergleichen dynamisch eingestellt werden. Wiederum muß allen bevorstehenden Änderungen der Betriebsparameter des Senders eine Warnmeldung an die Empfänger vorhergehen, so daß die Empfänger die Änderung erwarten und stets mit dem Sender koordiniert bleiben.
Ein Vorteil der inhärenten Kanalidentifizierungseigenschaften der IR-Codierung besteht darin, daß mehrere Kommunikationsverbindungen gemeinsam in derselben Umgebung existieren können, ohne daß das Risiko einer Zwischenkanal interferenz auftritt. Dieser Aspekt des IR, gekoppelt mit den verhältnismäßig geringen Leistungsanforderungen für IR-Sender, den Frequenzbereichseigenschaften von IR-Übertragungen, der Rauschunempfindlichkeit von IR-Systemen und der Möglichkeit verhältnismäßig langreichweitiger Kommunikationsverbindungen legt nahe, daß der IR in Zusammenhang mit Systemen medizinischer Vorrichtungen besonders vorteilhaft ist. Es ist beispielsweise vorgesehen, daß IR-Kommunikationssysteme gemäß der vorliegenden Erfindung die ambulante Überwachung von Patienten mit implantierten Vorrichtungen ermöglichen können (infolge der Möglichkeit einer langen Reichweite), und daß diese das Überwachen von außerhalb eines chirurgischen Gebiets ermöglichen können (wiederum infolge der Möglichkeit einer langen Reichweite), daß diese eine Überwachung über Telefon ermöglichen können (teilweise infolge der Fähigkeit des erfindungsgemäßen Systems, seine Sende-Betriebsparameter, wie die Datenrate usw., automatisch anzupassen, um einer Telefonverbindung Rechnung zu tragen) und daß diese eine Kommunikation mit mehreren Vorrichtungen in derselben Umgebung ermöglichen können (beispielsweise das Überwachen mehrerer Patienten in einem Krankenhaus von einer zentralisierten Überwachungsstation).
Weil das Minimieren des Leistungsverbrauchs in Zusammenhang mit batteriebetriebenen Systemen mit in den Körper implantierbaren Vorrichtungen besonders wichtig ist, ist eine Abänderung des vorstehend beschriebenen Impulsfunkschemas vorgesehen, bei der die Tatsache ausgenutzt wird, daß die Korrelation zwischen dem empfangenen Signal und dem erwarteten Pseudozufallssignal kleiner ist, wenn ein Datenzustand übertragen wird (beispielsweise eine übertragene "1") als wenn der andere Datenzustand übertragen wird (bei ven Ausführungsform wird, wie vorstehend beschrieben wurde, ein Pseudozufalls-Grundbandcode verwendet. Während der Modulation des Pseudozufalls-Grundbandcodes für die Zwecke des Einbringens von Informationsgehalt in diesen, werden Impulse, deren Position im Pseudozufalls-Grundband-Pulsstrom normalerweise gestört wird, jedoch gar nicht übertragen. Das heißt, daß, obgleich die Position eines Pulses normalerweise gestört wird, um eine binäre "1" in den Pulsstrom zu modulieren (um die Korrelation zwischen dem empfangenen Signal und dem erwarteten Signal zu verringern), dieser Puls bei dieser alternativen Ausführungsform einfach nicht übertragen wird. Indem der Puls nicht übertragen wird, ist die Korrelation in dem Empfänger zwischen dem empfangenen Signal und dem erwarteten Signal sogar noch kleiner als dann, wenn die Pulsposition einfach während der Datenmodulation gestört worden wäre. Pulse, deren Position in dem Pseudozufalls-Grundbandstrom nicht gestört worden ist (beispielsweise um eine binäre "0" in den Pulsstrom zu modulieren), werden, wie gewöhnlich, übertragen, was zu einer hohen Korrelation zwischen dem empfangenen Signal und dem erwarteten Signal für diese Datenbits führt. Indem einem Datenzustand entsprechende Pulse nicht übertragen werden, kann eine erhebliche Verringerung des Leistungsverbrauchs erreicht werden.
Aus der voranstehenden detaillierten Beschreibung einer spezifischen Ausführungsform der Erfindung sollte deutlich geworden sein, dass ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Implementierung adaptiver, optimierender Kommunikationssysteme als besonders geeignet für, jedoch in keiner Weise beschränkt auf das Gebiet der implantierbaren medizinischen Vorrichtungen offenbart worden ist.

Claims

System mit einem Impulsradiosender (104, 150) und einem Impulsradioempfänger (122, 170), wobei der Impulsradiosender aufweist einen Grundband-Taktgenerator (154) zum Erzeugen eines Impulsstroms; einen Pseudozufallscodegenerator (152), der die Zeitintervalle zwischen einzelnen Impulsen, die durch den Taktgenerator (154) erzeugt werden, stört, wodurch ein Pseudozufalls-Grundbandsignal erzeugt wird, das eine Grundbandsequenz von pseudozufällig beabstandeten Impulsen aufweist, welche einzigartig in ihrer Separierung von Impulsen ist und somit als Steuerkanalidentifizierer dient; Mittel (156) zum Modulieren des Pseudozufalls-Grundbandsignals mit zu sendenden bzw. übertragenden Binärdaten, wobei die Modulation derart bewirkt wird, dass für einen Datenzustand der zu übertragenden Daten wenigstens ein Impuls in dem Pseudozufalls-Grundbandsignal nicht übertragen wird; und wobei der Empfänger (122, 170) Mittel zum Erzeugen des Pseudozufalls-Grundbandsignals und Mittel zum Bestimmen der Korrelation zwischen dem Pseudozufalls-Grundbandsignal und dem modulierten Pseudozufalls-Grundbandsignal, das von dem Sender empfangen wurde, aufweist.
System nach Anspruch 1, bei dem eine der Komponenten Sender (104) oder Empfänger eingereichtet ist, um in eine implantierbare Vorrichtung (10) eingebaut zu werden, und die jeweils andere Komponente Sender (104) oder Empfänger (122) eingerichtet ist, um in einer assoziierten Vorrichtung zur Kommunikation mit der implantierbaren Vorrichtung (10) eingebaut zu werden.
Vorrichtungskommunikationssystem mit einer implantierbaren medizinischen Vorrichtung (10) und einer assoziierten Vorrichtung (20), und einem System nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem wenigstens eines der Elemente implantierbare Vorrichtung oder assoziierte Vorrichtung mit einem Sender (104) des Systems ausgebildet ist, und die jeweils andere Komponente mit einem Empfänger des Systems (122) ausgebildet ist, wobei das Vorrichtungskommunikationssystem ferner mit Mitteln zum optimieren der Kommunikation zwischen der implantierten Vorrichtung und der assoziierten Vorrichtung ausgebildet ist, wobei die Optimierungsmittel aufweisen: Mittel (32, 106, 108, 110, 111), die mit dem Sender und dem Empfänger assoziiert sind, zum Definieren einer Anzahl von Telemetrieübertragungstypen, und zum Definieren, im Zusammenhang mit jedem der Telemetrietypen, eines priorisierten Satzes bzw. einer priorisierten Menge einer Anzahl von Leistungs- bzw. Performancezielen, die in Abhängigkeit von dem Telemetrieübertragungstyp variieren; Mittel (112, 114, 116, 118), die mit wenigstens einer der Komponenten Sender oder Empfänger assoziiert sind, zum steuerbaren Verändern einer Anzahl von Operationsparametern bzw. Betriebsparametern wenigstens einer der Komponenten Sender oder Empfänger; Mittel (32), die mit wenigstens einer der Komponenten Sender oder Empfänger assoziiert sind, zur Bestimmung, ob eine Übertragung zwischen dem Sender und dem Empfänger die Leistungsziele erreicht; und Mittel (115), die mit wenigstens einer der Komponenten Sender oder Empfänger assoziiert sind, zum Auswählen unter den Betriebsparametern und Einstellen der ausgewählten Betriebsparameter auf der Grundlage der priorisierten Menge von Leistungszielen zum Erreichen der Leistungsziele in der Reihenfolge ihrer Priorität.
Vorrichtungskommunikationssystem nach Anspruch 3, bei dem die implantierbare medizinische Vorrichtung (10) und die assoziierte Vorrichtung beide mit dem Sender (104) und dem Empfänger (122) ausgebildet sind.
Vorrichtungskommunikationssystem nach einem der Ansprüche 3 oder 4, bei dem die einstellbaren Betriebsparameter eine Anzahl einschließlich Übertragungsgeschwindigkeit, Anzahl der Wiederholungen der übertragenen Daten, Übertragungsleistung, Übertragungsfrequenz, Empfängerbandbreite und Empfänger umfassen.
Vorrichtungskommunikationssystem nach einem der Ansprüche 3, 4 oder 5, bei dem die Menge der Leistungsparameter eine Anzahl einschließlich Übertragungsgeschwindigkeit, Übertragungsleistung, Fehlerrate, Rauschpegel und Übertragungsbereich umfasst.