DE69837499T2

DE69837499T2 - In lebendes Gewebe implantierbare, hintereinandergeschaltete Sensoren und Stimulatoren

Info

Publication number: DE69837499T2
Application number: DE69837499T
Authority: DE
Inventors: John C. Venice Gord; Joseph H. Santa Clarita Schulman
Original assignee: Alfred E Mann Foundation for Scientific Research; Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering of USC
Current assignee: Alfred E Mann Foundation for Scientific Research; Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering of USC
Priority date: 1997-09-12
Filing date: 1998-09-11
Publication date: 2007-12-13
Anticipated expiration: 2018-09-12
Also published as: EP1040848A1; CA2286022C; EP1030715B1; CA2286022A1; WO1999012607A1; DE69837499D1; DE69819553D1; EP1356847B1; DE69819553T2; DE69817022T2; US5999848A; DE69817022D1; AU9314598A; EP1356847A1; EP1040848B1; EP1030715A1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf implantierbare medizinische Vorrichtungen, und insbesondere auf sehr kleine implantierbare Sensoren und/oder Stimulatoren, die in einer Prioritätsverkettung (daisy chain) mit lediglich zwei Leitern in Serie geschaltet werden können. Wichtige Aspekte der Erfindung beziehen sich auf Niedrigstleistungs-Gleichrichterschaltungen, Leitungsschnittstellenschaltungen und Strom-Frequenz-Wandlerschaltungen, die Teil einer jeden implantierbaren Sensor/Stimulator-Prioritätsverkettung sind, wobei die Schaltungen das Versorgen und Bedienen des implantierbaren Sensors/Stimulators erleichtert, der über lediglich zwei Leiter verfügt, die mit allen anderen Sensoren/Stimulatoren der Prioritätsverkettung geteilt werden.
Hintergrund der Erfindung
Auf dem Gebiet der implantierbaren medizinischen Vorrichtungen wird eine medizinische Vorrichtung, die zur Ausübung einer gewünschten medizinischen Funktion ausgebildet ist, in das lebende Gewebe eines Patienten implantiert, so dass eine gewünschte Funktion, wie sie für das Wohl des Patienten notwendig ist, ausgeübt werden kann. Auf diesem Gebiet sind zahlreiche Beispiele für implantierbare medizinische Vorrichtungen bekannt, die von implantierbaren Schrittmachern, Cochlear-Stimulatoren, Muskelstimulatoren bis zu Glukosesensoren und dergleichen reichen.
Viele implantierbare medizinische Vorrichtungen sind so konfiguriert, dass sie nur die Stimulationsfunktion ausführen, d.h. auf Befehl ein vorbestimmtes Muskelgewebe stimulieren, um eine Kontraktion der Muskeln zu bewirken. Ein Beispiel für einen kleinen implantierbaren Stimulator ist z.B. in den US-Patenten Nr. US-A-5.324.316 oder 5.358.514 angeführt.
Andere implantierbare medizinische Vorrichtungen sind so konfiguriert, dass sie lediglich die Abfühl-Funktion erfüllen, d.h. einen speziellen Parameter abfühlen, wie z.B. die Menge einer spezifizierten Substanz im Blut oder im Gewebe des Patienten, um ein elektrisches Signal zu erzeugen, das auf die Menge oder die Konzentration der abgefühlten Substanz hinweist. Ein derartiges elektrisches Signal wird anschließend mit einem geeigneten Steuerungselement gekoppelt, das implantierbar sein kann oder nicht, und das Steuerungselement reagiert auf die abgefühlte Information auf eine Art und Weise, die der medizinischen Vorrichtung ein Ausüben ihrer vorbestimmten Funktion ermöglicht, wie z.B. das Anzeigen und/oder Aufzeichnen des Messwerts der abgefühlten Substanz. Ein Beispiel für eine implantierbare medizinische Vorrichtung, die die Abfühlfunktion ausübt, ist z.B. im US-Patent Nr. 4.671.288 angeführt.
Weitere implantierbare medizinische Vorrichtungen sind ausgebildet, um sowohl die Abfühl- als auch die Stimulationsfunktion auszuüben. In diesem Fall umfassen die medizinischen Vorrichtungen üblicherweise separate Abfühl-, Stimulations- und Steuerungsschaltungen. Die Abfühlschaltung misst, ob ein bestimmter Parameter oder eine bestimmte Substanz vorhanden ist oder nicht. Die Steuerungsschaltung analysiert die vom Sensor gefühlte Information und bestimmt, ob ein Stimulations-Stromimpuls notwendig ist. Wenn ein Stimulations-Stromimpuls erforderlich ist, weist die Steuerungsschaltung die Stimulationsschaltung dazu an, einen spezifizierten Stimulations-Stromimpuls bereitzustellen.
Ein klassisches Beispiel für eine implantierbare medizinische Vorrichtung, die sowohl Abfühlfunktion (fühlen, ob und mit welchem Rhythmus das Herz stimuliert werden muss) als auch die Stimulationsfunktion (das Herz wie erforderlich stimulieren, um eine gewünschten Herzrhythmus aufrechtzuerhalten) ausübt, ist ein Herzschrittmacher.
Nachdem medizinische Vorrichtungen immer hochentwickelter geworden sind, besteht ein kontinuierlicher Bedarf an der Verwendung von mehr als einem Sensor. In manchen Fällen wird z.B. mehr als ein Sensor benötigt, um mehr als eine Substanz oder mehr als einen physiologischen Parameter zu messen. Anderweitig kann mehr als ein Sensor benötigt werden, um dieselbe Substanz oder denselben physiologischen Parameter an unterschiedlichen Stellen im Körper des Patienten zu messen oder abzufühlen. Ähnlich kann auch, je nach involvierter medizinischer Anwendung, der Bedarf bestehen, Muskelgewebe an mehr als einer Stelle im Körper zu stimulieren. Eine Möglichkeit, mehrere Stellen zu stimulieren, ist es, separate Stimulatoren an jeder der gewünschten Stellen zu implantieren und dann das Betreiben der Stimulatoren so zu koordinieren, das das gewünschte Ergebnis erzielt wird. Siehe z.B. US-Patent Nr. 5.571.148.
Immer wenn mehrere Sensoren und/oder mehrere Stimulatoren implantiert werden und zur gemeinsamen Verwendung gedacht sind, um eine gewünschte medizinische Funktion zu erfüllen, besteht Bedarf, diese Vielzahl von getrennten Sensoren/Stimulatoren zu einer einzigen Steuerungsschaltung oder einem gemeinsamen Steuerungspunkt zu schalten oder zu koppeln. Die Steuerungsfunktion wird manchmal außerhalb des Patienten durchgeführt, so dass die Sensoren/Stimulatoren mit einer implantierten Fernmessschaltung oder dergleichen verbunden sind; alternativ dazu kann eine Fernmessschaltung als Bestandteil in jeden Sensor eingeschlossen sein, der das Senden und Übertragen von Befehlen und Daten zwischen einer externen Steuerungsvorrichtung und dem implantierten Sensor/Stimulator ermöglicht oder anderweitig über das Gewebe/die Haut des Patienten gekoppelt ist. Manchmal wird die Steuerungsfunktion durch eine implantierbare Steuerungsschaltung ausgeübt, die im Allgemeinen direkt mit den implantierten Sensoren/Stimulatoren verbunden ist. Wenn eine implantierte Steuerungsschaltung verwendet wird, schließt diese üblicherweise eine Fernmessschaltung oder dergleichen ein, die das Kommunizieren der implantierten Steuerungsschaltung mit einem externen Programmierer ermöglicht, wodurch die implantierte Steuerungsschaltung programmiert oder durch den externen Programmierer anderweitig modifiziert und/oder überwacht werden kann.
Wenn eine Vielzahl von Sensoren/Stimulatoren verwendet wird, gibt es mehrere Probleme zu bewältigen. Beispielsweise muss jeder Sensor/Stimulator über eine eigene Fernmessschaltung oder dergleichen verfügen, wenn nicht jeder der Sensoren/Stimulatoren mit einer gemeinsamen Steuerungs- und/oder Fernmessschaltung verbunden ist, die eine Überwachung und/oder Steuerung ermöglicht. Solche individuellen Fernmess- oder Kommunikationsschaltungen können die implantierten Sen soren/Stimulatoren unnötig komplizierter machen und Größe, Gewicht und/oder Stromverbrauch der Sensoren erhöhen. Benötigt werden relativ einfache Sensoren und Stimulatoren, die an mehreren Stellen im Patienten implantiert werden können, jedoch unabhängig voneinander effizient und wirksam funktionieren.
Wenn eine Vielzahl von Sensoren/Stimulatoren direkt durch eine Steuerungsschaltung überwacht und/oder kontrolliert werden, muss es eine direkte Verbindung geben, d.h. zumindest einen getrennten Leiter und einen Rückführpfad für jeden Sensor/Stimulator. Ist die Anzahl von Sensoren/Stimulatoren groß, so kann die Zahl der zum Steuern und/oder Überwachen der Sensoren/Stimulatoren benötigten getrennten Leiter unhandlich werden. Die Zahl der Leiter kann besonders groß und schwer zu verwalten sein, wenn jeder Sensor mehr als zwei Leiter braucht, z.B. wenn jeder Sensor eine Vielzahl von Funktionen ausübt, die einen getrennten Ausgangsleiter für jede Funktion zusätzlich zu Leitern, die den Sensor mit Strom versorgen, notwendig machen. Darüber hinaus ist das Ausgangssignal von vielen Sensoren, d.h. das Signal, das eine Messung des/der zu überwachenden oder abzufühlenden Parameters oder Substanz bereitstellt, üblicherweise ein sehr schwaches analoges Signal, das ohne Verstärkung oder Pufferung nicht über sehr große Distanzen übertragen werden kann. Das bedeutet, dass derartige schwache Signale leicht gestört werden können, v.a. wenn die Leiter in einer sehr aggressiven Umgebung (d.h. innerhalb von lebendem Gewebe, was gleichbedeutend mit dem Eintauchen in Salzwasser ist) angeordnet sind. Schwache Signalpegel ergeben in einer aggressiven Umgebung einen Rauschabstand (S/N, signal-to-noise ratio), der unannehmbar niedrig ist. Ein derartig niedriger Rauschabstand macht wiederum die Verwendung einer Signalverstärkung und/oder spezielle Pufferungsschaltungen notwendig. Diese Signalverstärkung und/oder -pufferung erfordert jedoch zum Nachteil eine zusätzliche Schaltung, wodurch Komplexität, Größe und Gewicht der Vorrichtung erhöht wird und weiters zusätzlicher Betriebsstrom notwendig wird. Es besteht daher eindeutig der Bedarf an Sensoren/Stimulatoren, die problemlos in einer Konfiguration mit einer Vielzahl von Sensoren/Stimulatoren eingesetzt werden kann, jedoch nur eine minimale Anzahl an Leitern benötigt, um die Sensoren/Stimulatoren mit einer Steuerungsschaltung zu verbinden, und worin ein hoher Rauschabstand für Daten- und Befehlssignale auf recht erhalten werden kann, die zu und von den Sensoren/Stimulatoren übertragen werden.
Die US-A-5.016.631 offenbart eine implantierbare medizinische Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung nimmt sich der obigen sowie weiterer Bedürfnisse an, indem eine implantierbare medizinische Vorrichtung, wie z.B. ein Sensor/Stimulator bereitgestellt wird, die mit einem Steuerungselement, üblicherweise ein implantierbares Steuerungselement (oder ein implantierbarer Transceiver, der mit einem Fernsteuerungselement kommuniziert), verbunden sein kann, wobei lediglich zwei Leiter verwendet werden, die sowohl Betriebsspannung als auch Daten (Datenbefehle und/oder gemessene Daten) zwischen der Vorrichtung und der Steuerungsschaltung übertragen. Darüber hinaus kann eine Vielzahl solcher Vorrichtungen unter der Verwendung von lediglich zwei Leitungen miteinander verbunden sein. Das heißt, eine erste Vorrichtung kann mit dem Steuerungselement über lediglich zwei Leiter verbunden sein. Eine andere Vorrichtung kann über dieselben zwei Leiter, die an der ersten Vorrichtung angeschlossen sind, mit einer zweiten Vorrichtung verbunden sein, wodurch eine Prioritätsverkettung derartiger Vorrichtungen ausgebildet wird. Vorteilhaft ist es, wenn jede Vorrichtung in der Prioritätsverkettung von der Steuerungsschaltung individuell adressierbar ist, und die Art der Datenübertragung zwischen einer gegebenen Vorrichtung und der Steuerungsschaltung gegen Störungen äußerst immun ist, wodurch ein hoher Rauschabstand bereitgestellt wird.
Die Erfindung ist in den Ansprüchen definiert, wobei nicht-erfindungsgemäße Vorrichtungen lediglich zur Veranschaulichung der Erfindung geoffenbart sind.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst die Erfindung eine medizinische Vorrichtung mit einem hermetisch abgedichteten Teil, der den Stromkreis enthält, und einen nicht-hermetisch abgedichteten Teil. Der nicht-hermetisch abgedichtete Teil umfasst ein erstes Paar an Anschlüssen und ein zweites Paar an Anschlüssen. Das erste Paar an Anschlüssen dient als Ein- und Ausgangsanschluss zum Verbinden einer ersten medizinischen Vorrichtung an ein Steuerungselement, das lediglich zwei Leiter verwendet, wobei ein Leiter mit jeweils einem Anschluss verbunden ist. Das zweite Paar an Anschlüssen dient als Verbindungsanschluss zur Anbringung einer medizinischen Zusatzvorrichtung an der ersten medizinischen Vorrichtung. Die Ein- und Ausgangsanschlüsse einer medizinischen Zusatzvorrichtung können dann mit dem Steuerungselement verbunden werden, indem einfach die jeweiligen Leiter zwischen den Verbindungsanschlüssen der bereits mit dem Steuerungselement verbundenen medizinischen Vorrichtung mit den Ein- und Ausgangsanschlüssen der medizinischen Zusatzvorrichtung verbunden werden. Auf diese Weise kann eine Prioritätsverkettung solcher medizinischer Vorrichtungen ausgebildet werden.
In einer Ausführungsform ist das erste Paar an Anschlüssen mittels Durchführungsmittel mit dem zweiten Paar an Anschlüssen elektrisch verbunden, wodurch die gewünschte elektrische Verbindung durch den hermetisch abgedichteten Teil bereitgestellt wird. In einer solchen Ausführungsform stellen die ersten Durchführungsmittel einen elektrischen Kontakt zwischen den einzelnen Anschlüssen des ersten Paars an Anschlüssen und dem jeweiligen Abschnitt des elektrischen Stromkreises im hermetisch abgedichteten Teil her. Anschließend stellen die zweiten Durchführungsmittel einen elektrischen Kontakt zwischen den jeweiligen Abschnitten des elektrischen Stromkreises im hermetisch abgedichteten Teil und dem zweiten Paar an Anschlüssen her, sodass eine direkte elektrische Verbindung zwischen den jeweiligen Anschlüssen des ersten und zweiten Paars an Anschlüssen hergestellt wird. Somit umfasst das erste Paar an Anschlüssen oder Ein- und Ausgangsanschlüssen Mittel zum Anlegen von elektrischer Spannung und von Daten an den elektrischen Stromkreis innerhalb des hermetisch abgedichteten Teils sowie ein Mittel zum Empfangen von Daten aus dem elektrischen Stromkreis innerhalb des hermetisch abgedichteten Teils; und das zweite Paar an Anschlüssen oder Verbindungsanschlüssen umfasst ein Mittel zum Hindurchleiten von elektrischer Spannung und Daten, die auf dem ersten Paar an Anschlüssen empfangen werden, an ein entsprechendes erstes Paar an Anschlüssen einer weiteren implantierbaren medizinischen Vorrichtung.
In einer weiteren Vorrichtung kann das erste Paar an Anschlüssen mit dem zweiten Paar an Anschlüssen direkt innerhalb oder auf dem nicht-hermetisch abgedichteten Teil verbunden sein, ohne durch den hermetisch abgedichteten Teil hindurchgeführt zu werden. In dieser Ausführungsform ist folglich nur ein Satz an Durchführungsmitteln erforderlich, um die ersten und zweiten Paare an Anschlüssen mit den jeweiligen Abschnitten des elektrischen Stromkreises innerhalb des hermetisch abgedichteten Teils zu verbinden.
In jeder der Vorrichtungen besteht ein Merkmal der Erfindung darin, dass eine Vielzahl an solchen implantierbaren medizinischen Vorrichtungen hintereinanderschaltbar sind, indem einfach ein Paar an Leitern zwischen dem ersten Paar an Anschlüssen und einer implantierbaren medizinischen Vorrichtung mit dem ersten Paar an Anschlüssen einer weiteren implantierbaren medizinischen Vorrichtung verbunden wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst die medizinische Vorrichtung eine implantierbare Sensor/Stimulator-Vorrichtung, die ausgebildet ist, um in lebendes Gewebe implantiert zu werden und insbesondere ausgebildet ist, um einen gewünschten physiologischen Parameter oder eine Funktion, z.B. den Glukosewert eines Patienten, abzufühlen und/oder ausgewähltes Gewebe mittels Elektroschock zu stimulieren. Solche implantierbare Sensoren/Stimulatoren umfassen: (1) einen Träger mit ersten und zweiten Anschlusspunkten, an welche erste und zweite Leitungsleiter angebracht werden können; (2) eine Niedrigstleistungs-Gleichrichterschaltung, die von einem Träger getragen wird und mit den ersten und zweiten Anschlusspunkten verbunden ist, wobei die Gleichrichterschaltung Mittel zur Erzeugung einer Betriebsspannung aus zweiphasigen Impulsen, die über den ersten und zweiten Anschlusspunkten angelegt werden, umfasst; (3) eine Leitungsschnittstellenschaltung, die von dem Träger getragen ist und mit den ersten und zweiten Anschlusspunkten verbunden ist; (4) einen Sensor, der einen spezifizierten Parameter oder eine Substanz abfühlt und ein analoges Ausgangssignal erzeugt, das als Funktion je nach Ausmaß des abgefühlten spezifizierten Parameters oder der Substanz variiert; (5) eine Konverterschaltung, der das analoge Ausgangssignal aus dem Sen sor in ein digitales Sensorsignal umwandelt und aus einer Vielzahl an jeweiligen Bits besteht; (6) Statusgerätemittel, die Adressdaten definieren, welche dem implantierbaren Sensor/Stimulator entsprechen und detektierte Daten des implantierbaren Sensors/Stimulators empfängt und in einem solchen Fall darauf antwortet, indem ein digitales Sensorsignal an die Leitungsschnittstellenschaltung angelegt wird, sodass es zu den ersten und zweiten Leitungsleitern übertragen werden kann, die an den ersten und zweiten Anschlusspunkten angebracht sind; und (7) Mittel zum hermetischen Abdichten der Gleichrichterschaltung, Leitungsschnittstellenschaltung, Konverterschaltung und Statusgerätemittel.
In einer solchen Vorrichtung umfasst die Leitungsschnittstellenschaltung Detektionsmittel zur Detektion in Serie, ob die über den ersten und zweiten Anschlusspunkten angelegten zweiphasigen Eingangsimpulse aus der ersten Phase oder der zweiten Phase sind, wobei eine erste Phase einem empfangenen Datenbit entspricht, der für die Binärzahl „1" steht, und eine zweite Phase einem empfangenen Datenbit entspricht, der für die Binärzahl „0" steht. Auf diese Weise kann die Leitungsschnittstellenschaltung einen Eingangsdatenstrom aus zweiphasigen Datenimpulsen empfangen, die zwischen den ersten und zweiten Leitungsleitern, und zwar zwischen den ersten und zweiten Anschlusspunkten, angelegt sind, die an den ersten und zweiten Leitungsleitern angebracht sind.
Die Leitungsschnittstellenschaltung umfasst Übertragungsmittel zum Anlegen in Serie eines Ausgangsimpulses, z.B. eines einphasigen oder vorzugsweise zweiphasigen Impulses, mit einer ersten oder zweiten Amplitude über den ersten und zweiten Anschlusspunkten innerhalb jener Zeit, in welcher die zweiphasigen Eingangsimpulse über den ersten und zweiten Anschlusspunkten angelegt werden, worin eine erste Amplitude, z.B. eine Maximalamplitude, des Ausgangsimpulses für eine binäre „1" steht, und eine zweite Amplitude, z.B. eine Minimalamplitude oder sogar eine Nullamplitude (nämlich bei Abwesenheit eines Impulses), des Ausgangsimpulses für eine binäre „0" steht. Auf diese Weise kann ein Ausgangsdatenstrom von der Leitungsschnittstellenschaltung auf die ersten und zweiten Anschlusspunkte übertragen und folglich auf die ersten und zweiten Leitungsleiter, die an den ersten und zweiten Anschlusspunkten angebracht sind, übertragen werden.
Es ist von Vorteil, dass durch die Verwendung von zweiphasigen Impulsen auf die hierin beschriebene Art die Impulse zweierlei Zwecken dienen:

(1) die darin enthaltene Energie kann durch eine Gleichrichterschaltung gleichgerichtet werden und zum Versorgen der Vorrichtung verwendet werden, und
(2) die darin enthaltene Information kann detektiert werden und einen Strom an Eingangs- oder Steuerungsdaten für die Vorrichtung bereitstellen.

Weiters können die durch die Vorrichtung gemessenen oder erzeugten Ausgangsdaten auf demselben ersten und zweiten Leitungsleiter übertragen werden, der zum Senden eines Eingangsdatenstrom an die Vorrichtung verwendet wird, indem die amplitudenmodulierten Ausgangsimpulse zwischen die eintreffenden zweiphasigen Impulse verschachtelt werden. Bezeichnenderweise kann, wenn die Abwesenheit eines einphasigen Impulses zum Darstellen eines binären Zustands, z.B. einer binären „0", und ein Ausgangsimpuls mit maximaler Amplitude zum Darstellen eines anderen binären Zustands, z.B. einer binären „1", verwendet wird, ein hoher Rauschabstand erreicht werden, indem die Ausgangsdaten in einer stark rauschenden Umgebung über eine minimale Anzahl an Leitern (zwei Leiter) übertragen werden.
Es ist somit ein Merkmal der vorliegenden Erfindung, ein Mittel bereitzustellen, durch das implantierbare Sensoren oder Stimulatoren in einer Prioritätsverkettung miteinander verbunden werden können, bei der nur eine minimale Anzahl an Verbindungsleitern verwendet wird.
Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Offenbarung ist es, eine Prioritätsverkettung von implantierbaren Sensoren/Stimulatoren-Vorrichtungen bereitzustellen, die durch eine gemeinsame Spannungs/Daten-Sammelleitung in Serie geschaltet sind, worin jede der Vorrichtungen von einer gemeinsamen Steuerungseinheit adressierbar ist, die durch die gemeinsame Spannungs/Daten-Sammelleitung mit jeder implantierbaren Vorrichtung verbunden ist.
Ein anderes Merkmal der Erfindung ist es, individuelle implantierbare Sensoren und/oder Stimulatoren bereitzustellen, die Spannungs- und Datensignale über eine minimale Anzahl an dazwischen geschalteten Signalleitungen übertragen und/oder empfangen können.
Noch ein weiteres Merkmal der Erfindung ist es, eine implantierbare Sensor/Stimulator-Vorrichtung bereitzustellen, die einen hermetisch abgedichteten Teil und einen nicht-hermetisch abgedichteten Teil aufweist, wobei elektrische Durchführungsmittel zum Erzeugen elektrischer Verbindungen zwischen dem hermetisch abgedichteten Teil und dem nicht-hermetisch abgedichteten Teil angeordnet sind, und worin der hermetisch abgedichtete Teil elektrische Schaltungen zum Betreiben und Steuern der Vorrichtung umfasst, und worin weiters der nicht hermetisch abgedichtete Teil einen Sensor zum Abfühlen eines Zustands oder einer Substanz, der die Vorrichtung ausgesetzt ist, elektrische Anschlüsse oder Anschlusspunkte zum Verbinden mit verbindenden Leitern und/oder Elektroden einschließt, durch die stimulierende Stromimpulse auf umliegende Gewebe oder Körperflüssigkeiten ausgeübt werden können.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die obigen sowie weitere Aspekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende detailliertere Beschreibung in Zusammenhang mit den folgenden Zeichnungen deutlicher, worin:
1 ein nicht-erfindungsgemäßes Blockschaltbild ist, das die Vielzahl miteinander über eine Zwei-Leiter-Sammelleitung (Bus) verbundenen Sensoren/Stimulatoren veranschaulicht, wobei die Zwei-Leiter-Sammelleitung (Bus) mit einem Steuerungselement verbunden sein kann;
2 schematisch eine bevorzugte Art veranschaulicht, wie ein Sensor/Stimulator nach der vorliegenden Erfindung mit einem Steuerungselement und anderen Sensoren/Stimulatoren in Serie oder in einer Prioritätsverknüpfung (daisy chain) geschaltet sein kann;
3A eine perspektivische Ansicht, teils in Einzelteilen, eines bevorzugten Sensors/Stimulators darstellt, wie er in der Prioritätsverkettung in 2 verwendet wird;
3B eine seitliche Querschnittsansicht des Sensors/Stimulators aus 3A darstellt;
3C eine Querschnittsansicht des Sensors/Stimulators aus 3A von oben darstellt;
3D eine Querschnittsansicht des Sensors/Stimulators aus 3A von vorne darstellt;
4 eine implantierbare Leitung veranschaulicht, die eine Vielzahl von Sensoren/Stimulatoren aus den 3A–3D einschließt;
5A ein Funktionsblockschaltbild einer einfachen, durch Prioritätsverkettung verknüpfbaren implantierbaren Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt, worin ein elektrischer Pfad zum Anbringen zusätzlicher Vorrichtungen durch einen hermetisch abgedichteten Abschnitt der implantierbaren Vorrichtung verläuft;
5B ein Funktionsblockschaltbild wie in 5A darstellt, worin der elektrische Pfad zum Anbringen zusätzlicher Vorrichtungen jedoch den hermetisch abgedichteten Abschnitt der implantierbaren Vorrichtung umgeht;
5C ein nicht-erfindungsgemäßes Funktionsblockschaltbild wie in 5A darstellt, worin jedoch zusätzliche Schaltungsvorrichtungen bereitgestellt sind, so dass eine Vielzahl an unterschiedlichen Sensoren und ein Stimulator innerhalb der durch Prioritätsverkettung verknüpfbaren implantierbaren Vorrichtung eingeschlossen werden können;
6 ein Zeitsteuerungsdiagramm ist, das Eingangs- und Ausgangsdaten veranschaulicht, die an eine durch Prioritätsverkettung verknüpfbare Vorrichtung, wie sie in den 5A, 5B oder 5C gezeigt wird, gesendet sowie von dieser empfangen werden;
7 einen Datenrahmen veranschaulicht, der für die Kommunikation mit der implantierbaren Vorrichtung der vorliegenden Erfindung verwendet wird, wenn sie in einer Prioritätsverkettung in Serie geschaltet ist;
8 ein Zeitsteuerungsdiagramm darstellt, das Zeitmultiplex-Eingangs- und -Ausgangsdaten innerhalb eines Datenrahmens veranschaulicht, wie er auf der Zwei-Leiter-Sammelleitung vorkommt, die eine Vielzahl von durch Prioritätsverkettung verknüpfbaren Vorrichtungen wie in den 5A, 5B oder 5C verbindet; und
9 ein repräsentatives schematisches Diagramm einer typischen Leitungsschnittstellenschaltung zeigt, die als Teil von durch Prioritätsverkettung verknüpfbaren implantierbaren Vorrichtungen, wie sie in den 5A, 5B oder 5C veranschaulicht sind, verwendet werden kann.
Übereinstimmende Bezugszeichen weisen auf in den unterschiedlichen Ansichten der Zeichnungen übereinstimmende Komponenten hin.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die folgende Beschreibung stellt die Ausführungsform dar, die derzeit als beste Umsetzungsform der Erfindung erachtet wird. Die Beschreibung ist nicht einschränkend zu verstehen, sondern dient rein dem Zweck der Beschreibung der allgemeinen Prinzipien der Erfindung. Der Schutzumfang der Erfindung sollte mit Verweis auf die Ansprüche bestimmt werden.
Bezugnehmend auf 1 ist ein nicht-erfindungsgemäßes Blockschaltbild dargestellt, das eine Vielzahl von Sensoren/Stimulatoren 12a, 12b, ... 12n oder andere implantierbare Vorrichtungen, die miteinander verbunden sind, sowie ein Steuerungselement (nicht dargestellt) veranschaulicht, das lediglich zwei gemeinsame Leiter 14 und 16 aufweist. Die zwei Leiter 14 und 16 stellen einen gemeinsamen Signal- und Rückführleiter für Datensignale und Spannungssignale bereit, die vom Steuerungselement an die Vorrichtungen 12a, 12b ... 12n gesendet werden, sowie einen gemeinsamen Signal- und Rückführpfad für Datensignale, die von den Vorrichtungen 12a, 12b ... 12n an das Steuerungselement übertragen werden. Eine ähnliche Sammelleiter(BUS)-Verbindung ist in US-A-5.593.430 offenbart.
2 veranschaulicht schematisch, wie eine implantierbare Vorrichtung, z.B. ein Sensor/Stimulator 18a, gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem Fernsteuerungselement 20 und anderen implantierbaren Vorrichtungen 18b, ... 18n in Serie oder in einer Prioritätsverkettung geschaltet sein kann. Wie in 2 ersichtlich wird, ist die Vorrichtung 18a durch zwei Leiter 14' und 16' mit dem Steuerungselement 20 verbunden, die an einem ersten Paar von Anschlusspunkten oder Anschlüssen 13 und 15 entlang einer proximalen (d.h. der dem Steuerungselement 20 am nächsten liegenden) Seite der Vorrichtung 18a angebracht sind. Ein weiteres Paar von Anschlusspunkten oder Anschlüssen 17 und 19 ist entlang einer distalen Seite (d.h. der vom Steuerungselement 20 am weitesten entfernten Seite) der Vorrichtung 18a angeordnet. Wie aus der nachfolgenden Beschreibung ersichtlich wird, ist der distale Anschlusspunkt 17 durch die Schaltung 21, die auf der Vorrichtung 18a angeordnet ist, elektrisch mit dem proximalen Anschlusspunkt 13 verbunden. Auf ähnliche Art ist der distale Anschlusspunkt 19 durch die Schaltung 21, die innerhalb der Vorrichtung 18a eingeschlossen ist, mit dem proximalen Anschlusspunkt 15 elektrisch verbunden. Zwei zusätzliche Leiter 14'' und 16'' werden nun verwendet, um die distalen Anschlusspunkte 17 und 19 der Vorrichtung 18a mit den zugehörigen proximalen Anschlusspunkten 13' und 15' der nächsten Vorrichtung 18b in der Prioritätsverkettung zu verknüpfen. Auf diese Weise können so viele Vorrichtungen wie erwünscht durch lediglich zwei Leiter mit dem Steuerungselement 20 in Serie geschaltet werden.
Es ist festzustellen, dass die 1 funktionell und elektrisch mit der 2 übereinstimmt. 2 verwendet einfach proximale und distale Paare von Anschlusspunkten oder Anschlüssen, um die Verbindung zusätzlicher Vorrichtungen mit der Kette zu ermöglichen, indem zwei Leiter von den distalen Anschlusspunkten 17 und 19 einer nächstgelegenen Vorrichtung in der Kette zu den proximalen Anschlusspunkten 13' und 15' einer neuen zur Kette hinzugefügten Vorrichtung verlängert werden. Wenn es die jeweilige Anwendung jedoch erlaubt, Verbindungen von den zwei Hauptleitern 14 und 16 weg auszubilden oder abzuleiten, kann die Konfiguration aus 1 genauso gut verwendet werden, wie die Konfiguration aus 2.
Es gibt viele verschiedene Anwendungsmöglichkeiten für die in den 1 und 2 dargestellten, durch Prioritätsverkettung verbindbaren Sensoren/Stimulatoren 12 oder 18 der vorliegenden Offenbarung. Im Allgemeinen sind die Sensoren/Stimulatoren 12 oder 18, wenn sie implantiert werden, so gestaltet, dass sie einen oder mehrere Körperparameter oder in Körpergewebe oder -flüssigkeiten vorhandene Substanzen, wie Glukosegehalt, Blut-pH, O₂, Temperatur oder dergleichen, messen. Derartige Messungen können wertvolle Information bezüglich des Zustands und Status des Patienten geben. Daher ist es oft erwünscht, mehr als eine Messung innerhalb desselben allgemeinen Körpergewebebereichs zu machen, so dass ein Durchschnitt oder Mittelwert der so durchgeführten Messungen berechnet werden kann, oder anderweitig eine Übereinstimmung aus mehreren unterschiedlichen Messergebnissen erzielt werden kann, wodurch eine bessere Sicherstellung von Genauigkeit und Verlässlichkeit der so gesammelten Daten ermöglicht werden kann.
Manchmal kann es auch erwünscht sein, mehrere Messwerte einer gegebenen Substanz an körperlich zusammenhängenden, jedoch unterschiedlichen Stellen im Körper zu bestimmen. Bei manchen Anwendungen, wie z.B. einem geschlossenen Glukose-Infusionssystem, könnte es von Vorteil sein, einen Glukosemesswert innerhalb des Blutstroms und einen anderen Glukosemesswert innerhalb des Körpergewebes nahe dem Blutstrom zu bestimmen. Der Grund dafür liegt darin, dass die Zeitkonstante, die mit der Geschwindigkeit, mit der sich der eine Glukosewert im Verhältnis zum anderen Glukosewert verändert, unterschiedlich sein kann (und in der Tat nor malerweise auch unterschiedlich ist), und die Möglichkeit, diesen Unterschied zu bestimmen oder zu überwachen, würde wertvolle Information in Bezug auf die Regulierung der Glukoseinfusion bereitstellen.
Bezugnehmend auf die 3A, 3B, 3C und 3D ist eine Perspektive in Einzelteilen (3A), eine Seitenansicht (3B), eine Draufsicht (3C) bzw. eine Stirn-Ansicht (3D) einer typischen implantierbaren Sensorvorrichtung 30 dargestellt, die sich für die Verwendung mit der vorliegenden Erfindung eignet. Wie in der 3A am besten ersichtlich ist, schließt die Sensorvorrichtung üblicherweise einen Träger oder ein Substrat 36 ein, auf dem eine integrierte Schaltung 38 und andere Komponenten, wie ein Kondensator 40, angebracht sind. Es muss festgestellt werden, dass in manchen Ausführungsformen der Träger oder das Substrat 36 eigentlich das Substrat umfassen, auf dem die integrierte Schaltung 38 hergestellt ist; aufgrund der nachfolgenden Erläuterung wird jedoch angenommen, dass ein getrenntes Substrat oder ein getrennter Träger 36 verwendet wird, auf dem mehrere Schaltungselemente in Form einer Gabelschaltung befestigt sind. Der Träger oder das Substrat weisen geätzte oder anderweitig ausgebildete Verdrahtungsmuster auf, um die integrierte Schaltung 30, den Kondensator 40 und beliebige andere Komponenten in Form einer Gabelschaltung miteinander zu verbinden, die die erwünschte Abfühlfunktion (oder eine erwünschte andere Funktion) ausführt.
Sämtliche Komponenten der Gabelschaltung sind innerhalb eines Hohlraums, der durch einen Deckel oder eine Abdeckung 42 geformt wird und auf das Substrat 36 geklebt ist, hermetisch abgedichtet. Proximale Anschlusspunkte oder Anschlüsse 13 und 15 sowie distale Anschlusspunkte oder Anschlüsse 17 und 19 verbleiben außerhalb des hermetisch abgedichteten Teils der Gabelschaltung, der durch die Abdeckung 42 ausgebildet wird. Diese proximalen und distalen Anschlusspunkte sind jedoch durch geeignete Durchführungsverbindungen elektrisch mit der Schaltung innerhalb des hermetisch abgedichteten Bereichs verbunden. Obwohl für diesen Zweck eine beliebige geeignete Durchführungsverbindung verwendet werden kann, wird die Durchführungsverbindung vorzugsweise so ausgebildet, dass eine Durchführungsverbindung verwendet wird, die treppenartig durch den Träger oder das Substrat verläuft (einschließlich vertikaler sowie horizontaler Segmente), wie sie in der anhängigen Patentanmeldung mit der Seriennummer 08/515.559, eingereicht am 16. August 1995 mit dem Titel „Hermetically-Sealed Electrical Feedthrough For Use With Implantable Electronic Devices" geoffenbart ist, wobei die Anmeldung auf den gleichen Anmelder wie die vorliegende Anmeldung übertragen ist.
Auf dem der elektrischen Gabelschaltung gegenüberliegenden Seite des Trägers oder des Substrats kann ein geeigneter elektrochemischer Sensor 44 oder ein anderer gewünschter Sensor- oder Stimulatortyp ausgebildet oder angebracht sein. Eine Art von elektrochemischem Sensor, die verwendet werden kann, ist z.B. der im US-Patent Nr. 5.497.772, und insbesondere in den 2A, 2B, 2C, 3, 4A und 4B dieses Patents beschriebene Enzym-Elektrodensensor. Es muss jedoch betont werden, dass die genaue Art des Sensors 44 und anderer implantierbarer Elemente, die innerhalb der Vorrichtung 30 verwendet werden, für die vorliegende Erfindung nicht entscheidend ist. Was wichtig ist, ist, dass der Sensor oder ein anderes Element implantierbar sind, und dass er die gewünschte Funktion erfüllt, wie z.B. das Abfühlen eines gewissen Substanzparameters, oder das Erzeugen eines gewissen Signals in Reaktion auf ein geeignetes Steuerungssignal oder -signale.
Egal welche Art von Steuerungssignal(en) oder Ausgangsignal(en) durch den Sensor 44 oder ein anderes Element erzeugt wird, die Signale können von der der Gabelschaltung zugewandten Seite des Substrats oder Trägers 36 (die die Oberseite ist, wenn die Vorrichtung 30 wie in den 3B oder 3D ausgerichtet ist, und welche Oberseite den hermetisch abgedichteten Abschnitt der Vorrichtung umfasst) auf die dem Sensor zugewandte Seite der Vorrichtung 30 übertragen werden (die wie in den 3B oder 3D gezeigt die Unterseite ist), indem geeignete hermetisch abgedichtete Durchführungen angeordnet werden, die stufenweise von der Gabelseite (Oberseite) der Vorrichtung 30 durch das Substrat oder den Träger, z.B. wie in oben als Verweis angeführtem US-Patent Nr. 5.750.926 dargelegt, bis zur Sensorseite (Unterseite) der Vorrichtung 30 verlaufen.
Wenn der Sensor z.B. einen Glukosesensor, wie er im US-Patent Nr. 5.497.772 gelehrt wird, umfasst, gibt es im Wesentlichen fünf Leiter, die die Hauptelemente (Elektroden) des Sensors elektrisch verbinden, wie in 4A der Patentschrift '772 am besten ersichtlich ist. Wenn ein solcher Glukosesensor verwendet wird, verbinden diese fünf Leiter die elektrische Gabelschaltung, die sich auf der Oberseite des Trägers 36 befindet, durch geeignete Durchführungen, die stufenweise hermetisch durch den Träger 36 verlaufen, d.h. sowohl mit vertikalen als auch horizontalen Segmenten durch den Träger verlaufen, wie es im US-Patent 5.750.926 gelehrt wird.
Es muss betont werden, dass die Erfindung nicht auf die in den 3A–3D dargestellte spezifische Sensor-Konfiguration beschränkt ist. Vielmehr könnte jede beliebige Art an implantierbarer Vorrichtung, ob konfiguriert wie in den 3A–3D oder anders, in der Erfindung verwendet werden. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Art und Weise, wie eine Vielzahl von Sensoren oder andere implantierbare Vorrichtungen ungeachtet ihrer Form oder Konfiguration mit einer minimalen Anzahl an Leitern, z.B. zwei Leiter, wie eine Prioritätsverkettung in Serie geschaltet werden können, sowie darauf, wie solche Vorrichtungen mit dem Steuerungselement 20 oder einer anderen externen Vorrichtung elektrisch kommunizieren können, so dass jede durch das Steuerungselement individuell adressierbar ist und jede Daten an das Steuerungselement senden kann.
Es ist festzustellen, dass die Konfiguration aus 2 besonders gut geeignet ist, bei der mehrere implantierbare Vorrichtungen durch eine Prioritätsverkettung verbunden werden sollen, um eine einzelne Leitung 32 wie in 4 auszubilden. Wie in 4 ersichtlich ist, sind drei sensorartige Vorrichtungen 30a, 30b und 30c durch Leitungssegmente 46a, 46b und 46c miteinander verbunden. Jedes der Leitungssegmente 46a, 46b und 46c verfügt über zwei Leiter 14 und 16 und kann auf eine beliebige geeignete Weise konstruiert sein, z.B. können die zwei Leiter wie eine Spirale innerhalb der Leitungssegmente gewickelt sein und die Spiralenwicklungen von einer Schicht Silicongummi umhüllt oder bedeckt sein, wie es auf dem Gebiet der Leitungstechnik bekannt ist. (Es ist anzumerken, dass in 4 jeder der beiden Leiter 14 und 16 innerhalb der Leitung 32 als ein Leiter angesehen wird, obwohl sie innerhalb der ein zelnen Leitungssegmente 46a, 46b und 46c segmentiert sind, wenn sie sich vom distalen Anschlusspunkt einer Vorrichtung zum proximalen Anschlusspunkt einer anderen Vorrichtung erstrecken). Ein distaler Verschluss 34 bedeckt die distalen Anschlusspunkte der End- oder am weitesten entfernten Vorrichtung 30c der Leitung 32.
Wie oben erwähnt wurde, ist es festzustellen, dass die Vorrichtung 30 nicht unbedingt einen Träger 36 per se verwenden muss, wie in den 3A, 3B, 3C, 3D und 4 veranschaulicht, worin die Steuerungselektronik auf einer Seite (der Oberseite) des Trägers 36 angebracht ist, und der Sensor oder eine andere Vorrichtung, die mit der Elektronik verwendet wird oder durch diese gesteuert wird, auf der anderen Seite (der Unterseite) des Trägers angeordnet ist. Es kann vielmehr ein Keramikstoff oder ein anderes Substrat, auf dem die integrierte Schaltung 38 ausgebildet ist, selbst als Träger fungieren. Das heißt, die Wege, die in einem Substrat oder zwischen den verschiedenen Schichten einer integrierten Schaltung bei der Herstellung der integrierten Schaltung ausgebildet werden, können als hermetische Durchführungen dienen, wobei ausgewählte Schichten und Bahnen nach Bedarf mit Aluminiumoxid oder anderen Oxidbeschichtungen überzogen sein können, wie es in der zuvor angeführten Patentanmeldung '559 und/oder in der vorläufigen US-Anmeldung mit der Seriennummer 60/033.637, eingereicht am 20. Dezember 1996 (Vertreternummer 57720) gelehrt wird, um die geeigneten Bereiche oder Abschnitte der integrierten Schaltung abzudichten, so dass die beschichtete integrierte Schaltung selbst implantiert werden kann. Bei einer solchen Ausführungsform kann der Sensor oder ein anderes implantierbares Element 44, das zusammen mit der integrierten Schaltung verwendet oder von dieser gesteuert wird, auf der Rückseite des Substrats der integrierten Schaltung ausgebildet sein. Somit wird kein Träger per se benötigt, da das Substrat der integrierten Schaltung als Träger dient.
Ein wichtiges Merkmal der vorliegenden Offenbarung ist die elektrische Schaltung, die innerhalb oder als Teil des oben als „Gabelschaltungsabschnitt" bezeichneten Bereichs der implantierbaren Vorrichtung 30 enthalten ist. Der Zweck dieser elektrischen Schaltung ist es, eine Verbindung der implantierbaren Vorrichtung 30 durch eine Prioritätsverkettung mit anderen ähnlichen implantierbaren Vorrichtungen zu ermöglichen, und dennoch eine individuelle Adressierbarkeit jeder einzelnen Vorrichtung zuzulassen, die von einem einzigen Steuerungselement 20 kontrolliert und überwacht werden. Diese elektrische Schaltung, die im Nachfolgenden häufig als Schnittstellen/Steuerungsschaltung bezeichnet wird, wird in den 3A, 3B, 3C, 3D und 4 so dargestellt, dass sie auf der „Oberseite" des Trägers 36, überwiegend unter der Abdeckung 42 in einem hermetisch abgedichteten Abschnitt der Vorrichtung 30, angebracht ist. Es ist jedoch zu verstehen, dass die Position der Schnittstellen/Steuerungsschaltung innerhalb der Vorrichtung 30 nicht entscheidend ist, solange sie geeignet hermetisch abgedichtet ist.
Die Steuerungs/Schnittstellenschaltung kann auf zahlreiche unterschiedliche Arten ausgebildet sein. Die unten erläuterten 5A, 5B und 5C zeigen drei dieser Varianten. Bezugnehmend auf 5A ist z.B. ein Funktionsblockschaltbild einer grundlegenden Konfiguration der Steuerungs/Schnittstellenschaltung 50 dargestellt, die mit einem einzelnen Sensor 52 gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Die strichlierte Linie 54 repräsentiert eine hermetische Dichtung, die die Schaltung 50 und den gesamten Sensor 52 bis auf einen Abschnitt hermetisch abdichtet. (Im Allgemeinen wird bei der Verwendung eines Sensors zumindest ein Abschnitt des Sensors, z.B. eine Elektrode, in Kontakt mit dem Gewebe und den Körperflüssigkeiten belassen, in die die Vorrichtung 30 implantiert wird, so dass der Sensor seine jeweilige Funktion, einen in Gewebe und/oder Körperflüssigkeiten vorhandenen Parameter oder ein Element zu messen, erfüllen kann). Die Eingangsanschlusspunkte 13 und 15 sowie die Ausgangsanschlusspunkte 17 und 19 sind nicht hermetisch abgedichtet, wodurch sich diese Anschlusspunkte einfach mit den beiden Leitern 14 und 16 (1) des Steuerungselements 20 verbinden lassen.
Wie in der 5A ersichtlich ist, sind die Anschlusspunkte 13 und 15 mit zugehörigen Leiterbahnen mit der Bezeichnung LEITUNG 1 (EINGANG) und LEITUNG 2 (EINGANG) verbunden, und jede dieser Leiterbahnen erstreckt sich durch zugehörige Durchführungen 53 und 55 in den hermetisch abgedichteten Abschnitt der Schaltung 50. Anschlusspunkte 17 und 19 auf der anderen Seite der Schaltung sind eben so mit zugehörigen Leiterbahnen mit der Bezeichnung LEITUNG 1 (AUSGANG) und LEITUNG 2 (AUSGANG) verbunden, und jede dieser Leiterbahnen erstreckt sich durch zugehörige Durchführungen 57 und 59 in den hermetisch abgedichteten Abschnitt 54 der Schaltung 50. Innerhalb des hermetisch abgedichteten Abschnitts ist die LEITUNG 1 (EINGANG) über die Leiterbahn 56 mit der LEITUNG 1 (AUSGANG) und die LEITUNG 2 (EINGANG) über die Leiterbahn 58 mit der LEITUNG 2 (AUSGANG) verbunden. Dadurch ist der Anschlusspunkt 13 über die Bahn 56, die durch den zwischen den Durchführungen 53 und 57 liegenden hermetisch abgedichteten Abschnitt 54 verläuft, mit dem Anschlusspunkt 17 verbunden. Diese Verbindung zwischen Anschlusspunkt 13, Bahn 56 und Anschlusspunkt 57 kann einfach als LEITUNG 1 bezeichnet werden. Auf ähnliche Art ist der Anschlusspunkt 15 über die Bahn 58 elektrisch mit dem Anschlusspunkt 19 verbunden, wobei die Spur ebenfalls durch den zwischen den Durchführungen 55 und 59 liegenden hermetisch abgedichteten Bereich 54 verläuft. Diese Verbindung kann einfach als LEITUNG 2 bezeichnet werden.
Wie in 5A ersichtlich ist, ist zwischen der LEITUNG 1 und der LEITUNG 2 eine Leistungsgleichrichtungsschaltung geschaltet. Diese Schaltung extrahiert und demoduliert jeden Signalimpuls, der auf der LEITUNG 1 und der LEITUNG 2 auftritt, und erzeugt eine Betriebsspannung, +V und -V, zum Versorgen der Schaltung 50. Das Gleichrichten ist angesichts der schwachen Signale, die im Allgemeinen auf der LEITUNG 1 und der LEITUNG 2 auftreten und normalerweise unter dem Spannungsabfall einer herkömmlichen Siliziumdiode von 0,6–0,8 V liegen, keine einfache Aufgabe. Details hinsichtlich einer solchen Schaltung sind in der anhängigen Patentanmeldung mit dem Titel „A Low Power Rectifier Circuit For Implantable Devices" mit der Vertreternummer 57795 zu finden.
Zwischen der LEITUNG 1 und der LEITUNG 2 ist auch eine Leitungsschnittstellenschaltung 62 geschaltet. Die Schaltung 62 dient als Schnittstelle zwischen der Schaltung 50, der LEITUNG 1 und der LEITUNG 2. Dafür empfängt die Schnittstellenschaltung 50 hereinkommende Datenimpulse auf LEITUNG 1/LEITUNG 2 und erzeugt daraus ein DATEN-EINGANG-Signal auf Leitung 64. Die Schnittstellenschal tung 62 erzeugt zudem ein Taktsignal (CLK) auf der Leitung 66, das mit den hereinkommenden Datensignalen synchronisiert wird. Die Schnittstellenschaltung 50 empfängt auch digitale Ausgangsdaten, DATEN-AUSGANG, von einem Zähler 68, und wandelt diese Ausgangsdaten in ein geeignetes Format um, bevor die Ausgangsdaten wieder an die LEITUNG 1/LEITUNG 2 abgegeben werden. Ein Typ an Leitungsschnittstellenschaltung 62, der in der Schaltung 50 verwendet werden kann, ist im schematischen Diagramm der 9 veranschaulicht und wird untenstehend in Verbindung mit dieser erläutert.
Immer noch bezugnehmend auf 5A kann als Sensor 52 ein beliebiger geeigneter implantierbarer Sensor eingesetzt werden, der für das Abfühlen eines gewünschten Zustands, Parameters oder einer Substanz ausgebildet ist, welche im implantierbaren Gewebe, in das die Vorrichtung 30 implantiert wird, vorhanden sind (oder nicht vorhanden sind). Der Sensor 52 kann z.B. einen Glukosesensor umfassen, der auf der Leitung 69 einen analogen Ausgangsstrom I erzeugt, dessen Größenordnung als Funktion des gemessenen Glukose-Gehalts variiert.
Aus praktischen Gründen erzeugt der Sensor 52, egal was für eine Art von Sensor verwendet wird, normalerweise entweder eine analoge Ausgangsspannung oder einen analogen Ausgangsstrom als Funktion der Konzentration, Größenordnung, Zusammensetzung oder eines anderen Attributs des zu messenden Parameters. Analogstrom oder Analogspannung können dann mittels einer geeigneten Konverterschaltung 70 in ein Frequenzsignal auf der Leitung 72 umgewandelt werden. Das Frequenzsignal auf Leitung 72 umfasst typischerweise eine Abfolge von Impulsen mit einer Frequenz (oder Wiederholungsrate), die als Funktion der Eingangsspannung oder des Eingangsstroms variiert. In 5A wird z.B. angenommen, dass der Sensor 52 einen Ausgangsstrom I erzeugt, und die Konverterschaltung 70 eine Strom-Frequenz-Konverterschaltung (I/F) umfasst, die auf der Leitung 72 eine Abfolge von Ausgangsimpulsen erzeugt, deren Frequenz variiert, wenn sich die Größenordnung des Stroms I ändert. (Natürlich wäre es für den Sensor genauso möglich, eine Ausgangsspannung V zu erzeugen und eine Konverterschaltung 70 mit einer Spannung-Frequenz-Konverterschaltung aufzuweisen, die auf der Leitung 72 eine Abfolge von Ausgangsimpulsen erzeugt, deren Frequenz variiert, wenn sich die Größenordnung der Spannung ändert).
Wenn eine Impulsabfolge 72, oder ein anderes Wechselstromsignal, mit einer Frequenz erzeugt wird, die sich als Funktion des durch den Sensor 52 gemessenen Parameters verändert, wird dieses Signal an einen Zähler 68 angelegt. (Es ist zu beachten, dass ein Signal, das auf einer Signalleitung mit einem gegebenen Bezugszeichen auftritt, in dieser Anwendung als Abkürzung als Signal mit diesem gegebenen Bezugszeichen bezeichnet werden kann, d.h. das Signal auf der Signalleitung 72 kann einfach als „Signal 72" bezeichnet werden). Der Zähler zählt die Anzahl der Impulse, die im Signal 72 in einer bestimmten Zeitspanne auftreten, wodurch ein Maß für die Frequenz des Signals 72 bereitgestellt wird. Wenn das Signal 72 z.B. ein Signal mit 100 Impulsen pro Sekunde (pps) umfasst, und der Zähler 68 so eingestellt ist, dass er die Impulse über eine Zeitspanne oder ein Zeitmessfenster von einer Sekunde zählt, wird der Zähler 68 unter der Annahme, dass am Beginn des Messzeitraums auf null zurückgestellt wird, am Ende des Messzeitraums einen darin gespeicherten Zählerstand von 100 aufweisen. Wenn die Frequenz des Signal 72 steigt, z.B. auf 120 pps, dann sollte sich der Zählerstand im Zähler am Ende des Messzeitraums auf 120 erhöhen. Wenn das Frequenzsignal 72 sinkt, z.B. auf 80 pps, dann sollte sich der Zählerstand im Zähler am Ende des Messzeitraums auf 80 verringern. Durch das Zurücksetzen des Zählers 68 zu Beginn jedes Messzeitraums, stellt der Zählerstand des Zählers am Ende des Messzeitraums ein Signal bereit, das repräsentativ für die Frequenz des Signals 72 ist. Ein solches Zählsignal kann daher, für die in 5A dargestellte grundlegende Ausführungsform, als das Ausgangsdatensignal DATEN-AUSGANG dienen, das über die Signalleitung 74 an die Leitungsschnittstellenschaltung 62 gesendet wird.
Die Steuerung des Zählers 68, d.h. das Zurücksetzen des Zählers und/oder Stoppen des Zählers nach einem vorbestimmten Messzeitraum, erfolgt durch die Steuerlogik 76. In einer einfachen Ausführungsform kann der Messzeitraum eine fixe Zeitspanne umfassen. In anderen Ausführungsformen kann der Messzeitraum von den von der Leitungsschnittstellenschaltung 62 über die Signalleitung 64 empfangenen Ein gangsdaten festgesetzt werden. Das Taktsignal 66 kann als ein Maß für die verstrichene Zeit sein, sowie das Senden des DATEN-AUSGANG-Signals 74 vom Zähler 68 an die Leitungsschnittstellenschaltung 62 koordinieren.
Je nach Bedarf erzeugt ein Spannungsgeneratorkreis 78 eine Referenzspannung V_REF sowie ein Ansteuersignal V_BIAS, auf die die Strom-Frequenz-Konverterschaltung 70 (I/F) zurückgreift, wenn sie ihre Funktion ausübt und das Analogstromsignal 69 in ein Frequenzsignal 72 umwandelt, wie in oben als Verweis angeführten anhängigen Patentanmeldung mit dem Titel „A Low Power Rectifier Circuit For Implantable Devices" mit der Vertreternummer 57795 detailliert erläutert ist.
Bezugnehmend auf 5B ist ein Funktionsblockschaltbild einer nicht-erfindungsgemäßen alternativen implantierbaren Vorrichtung 50' dargestellt. Die Vorrichtung 50' stimmt größtenteils mit der Vorrichtung 50 aus 5A überein oder ist dieser ähnlich. Das heißt, die Vorrichtung schließt einen hermetisch abgedichteten Abschnitt 54' ein, worin gewünschte elektronische Schaltungsanordnungen, einschließlich einer Leistungsgleichrichterschaltung 60' und einer Leitungsschnittstellenschaltung 62', untergebracht sind. Weitere Schaltungen, die allgemein als Block 80 dargestellt sind, sind mit der Leitungsschnittstellenschaltung 62' gekoppelt. Diese Schaltungen 80 können z.B. einen Strom-Frequenz-Konverter, einen Sensor, einen Stimulator, einen Zähler, einen Mikroprozessor und/oder andere Schaltungen nach Bedarf einschließen, um eine gewünschte Stimulations- oder Abfühlfunktion zu steuern und auszuführen.
Wie die Vorrichtung 50 aus 5A schließt die Vorrichtung 50' aus 5B ein Paar Durchführungsanschlüsse 53' und 55' ein, durch die eine LEITUNG-1- und eine LEITUNG-2-Verbindung zwischen externen (nicht hermetisch abgedichteten) Eingangsanschlusspunkte 13' bzw. 15' und der hermetisch abgedichteten Leistungsgleichrichterschaltung 60' sowie der Leitungsschnittstellenschaltung 62' ausgebildet werden kann. Anders als die Vorrichtung 50 aus 5A schließt die Vorrichtung 50' aus 5B Ausgangsanschlusspunkte 17' und 19' für LEITUNG 1 und LEITUNG 2 ein, die jeweils direkt mit den Eingangsanschlusspunkten 13' und 15' verbunden sind, ohne dass die Verbindung durch den hermetisch abgedichteten Abschnitt 54' der Vorrichtung verläuft. Die Konfiguration der in 5B veranschaulichten Vorrichtung 50' eignet sich als solches besser für Anwendungen, bei denen Sensor/Stimulatorvorrichtungen in der Prioritätsverkettung nicht in Serie oder wie in einer Leitung angeordnet sein müssen (wie z.B. durch die Vorrichtungen 18a, 18b ... 18n in 3 nahegelegt), sondern worin jede Vorrichtung 50' der Kette ausgefächert und an unterschiedlichen Stellen relativ zu den anderen Vorrichtungen der Kette angeordnet oder positioniert sein kann.
Bezugnehmend auf 5C ist ein Funktionsblockschaltbild einer Sensor-Stimulator-Vorrichtung 50'' dargestellt. Die Vorrichtung 50'' ist in vielerlei Hinsicht der Vorrichtung 50 aus 5A ähnlich, schließt jedoch, wie aus der 5C hervorgeht, zusätzliche Schaltungsfunktionen ein, die die Bereitstellung einer Vielzahl von unterschiedlichen Sensor- und/oder Stimulatorfunktionen ermöglichen. Mit Ausnahme der stimulierenden Elektroden 82 und 83 sowie Abschnitten eines oder mehrerer des Sensoren 53a, 53b, 53c ... 53n sind sämtliche in 5C gezeigten Elemente in einem hermetisch abgedichteten Abschnitt der Vorrichtung 50'' eingeschlossen.
Ähnlich der Vorrichtung 50 aus 5A umfasst die Vorrichtung 50'' aus 5C eine Leistungsgleichrichterschaltung 60'' und eine Leitungsschnittstellenschaltung 62'', die beide mit den LEITUNG 1 und LEITUNG 2 Eingangs/Ausgangsleitern verbunden sind. Diese LEITUNG-1- und LEITUNG-2-Leiter sind durch geeignete Durchführungslemente (nicht dargestellt) mit geeigneten Anschlusspunkten verbunden (ebenfalls in 5C nicht dargestellt, die jedoch gleich oder ähnlich sind wie die Eingangs/Ausgangspunkte 13, 15, 17 und 19 in 5A oder Eingangs/Ausgangspunkte 13', 15', 17' oder 19' in 5B). Die Leistungsgleichrichterschaltung 60'' und die Leitungsschnittstellenschaltung 62'' dienen derselben Funktion wie die oben beschriebene oder in Verbindung mit 5A erwähnte Leistungsgleichrichterschaltung 60 und Leitungsschnittstellenschaltung 62, und können auch gleich oder ähnlich wie diese gestaltet sein. Gleich wie oder ähnlich der Vorrichtung 50 aus 5A kann die Vorrichtung 50'' aus 5C auch einen Spannungsgeneratorkreis 78'' beinhalten, der ein V_REF- und ein V_BIAS-Signal erzeugt, die von verschiedenen anderen Schaltungen in der Vorrichtung 50'' genutzt werden.
Anders als die einfache Vorrichtung 50 aus 5A, die einen einzelnen Sensor 52 einschließt, umfasst die Vorrichtung 50'' aus 5C eine Vielzahl von Sensoren 53a, 53b, 53c, 53d ... 53n. Jeder dieser Sensoren kann so konfiguriert sein, dass er einen unterschiedlichen Parameter oder eine unterschiedliche Substanz misst, oder es können alle so gestaltet sein, dass sie denselben Parameter oder dieselbe Substanz messen. Als Alternative kann eine erste Gruppe von Sensoren, z.B. die Sensoren 53a und 53b, so ausgebildet sein, dass sie denselben Parameter oder dieselbe Substanz messen; während eine zweite Gruppe von Sensoren, z.B. die Sensoren 53c, 53d ... 53n, so konfiguriert sein können, dass sie noch einen zusätzlichen Parameter oder eine zusätzliche Substanz messen; während ein dritter Sensor oder eine Gruppe von Sensoren, z.B. ein Sensor, der eine Spannung V_C erzeugt, so konfiguriert sein kann, dass sie noch einen zusätzlichen Parameter oder eine zusätzliche Substanz messen. Die Sensoren 53a und 53b können z.B. Dehnungsmessstreifen umfassen, die die Bewegung des Gewebes messen, in das sie implantiert werden; die Sensoren 53c, 53d ... 53n können Glukosesensoren umfassen, die die Glukosekonzentration in Gewebe oder Körperflüssigkeiten bestimmen, in die sie implantiert werden, und die Spannung V_C kann eine Spannung repräsentieren, die innerhalb der Vorrichtung 50'' ermittelt wurde und ein Maß für die Temperatur der Vorrichtung 50'' und somit ein Temperaturmaß (über die Zeit) des Gewebes darstellt, in das die Vorrichtung 50'' implantiert wurde.
Wie in der 5C dargestellt, erzeugen die Sensoren 53a und 53b jeweils einen Ausgangsstrom I_a bzw. I_b als Ausgangssignal (mit einer Größenordnung, die auf eine bekannte Weise, z.B. linear, als Funktion des gemessenen Parameters oder der gemessenen Substanz variiert). Falls nötig kann die Spannung V_c, die einen Statuszustand oder einen anderen Parameter in Bezug auf die Vorrichtung 50'' repräsentiert, an eine Spannung-Strom-Konverterschaltung 88 angelegt werden, wobei die Schaltung die gemessene Spannung V_c in ein entsprechendes Stromsignal I_c umwandelt. Die Stromsignale I_a, I_b und I_c sind alle über eine analoge Multiplexschaltung 90 mit einer ersten Strom-Frequenz-Konverterschaltung 71a (I/F₀) verbunden. Die Multiplexschaltung 90 wird durch ein geeignetes Steuerungssignal gesteuert, das sie von einer Status-Gerätesteuerlogik 94 über die Signalleitung 92 empfängt.
Die I/F₀-Konverterschaltung 71a erzeugt ein variables Frequenz-Ausgangssignal (mit einer Frequenz, die als Funktion des ausgewählten Eingangsstroms I_a, I_b oder I_c variiert), das durch einen digitalen Multiplexer 96 zu einem ersten Messzähler 98a gelenkt wird. Wie in 5C dargestellt, kann der digitale Multiplexer 96, unter der Kontrolle eines Steuerungssignals 95 von der Status-Gerätesteuerlogik 94, auch das Frequenz-Ausgangsignal auswählen, das von einer zweiten Strom-Frequenz-Konverterschaltung 71b (I/F₁) erzeugt wird, wobei die I/F₁-Konverterschaltung 71b einen Eingangsstrom I₁ vom Sensor 53c empfängt. Der erste Messzähler 98a misst daher je nach Steuerung durch die Status-Gerätesteuerlogik 94 entweder die Ausgangsfrequenz von der I/F₀-Schaltung 71a oder die Ausgangsfrequenz von der I/F₁-Schaltung 71b.
Andere Messzähler 98b, ... 98n können auch verwendet werden, um jeweils die von zusätzlichen Sensoren 53d, ... 53n erzeugten Frequenzsignale zu messen. Das heißt, der Sensor 53d erzeugt einen Ausgangsstrom I₂ als Funktion eines gemessenen Parameters oder einer gemessenen Substanz. Dieser Strom I₂ wird an eine dritte Strom-Frequenz-Konverterschaltung 71c (I/F₂) angelegt. Die I/F₂-Schaltung 71c wandelt den Strom I₂ in ein Frequenzsignal um, das an die Messzählerschaltung 98b angelegt wird. Auf ähnliche Art erzeugt jeder in der Vorrichtung 50'' vorhandene Sensor bis zum Sensor 53n einen zugehörigen Ausgangsstrom als Funktion eines gemessenen Parameters oder einer gemessenen Substanz. Der von jedem dieser Sensoren stammende Strom, einschließlich dem Strom I_n von Sensor 53n, wird an eine zugehörige Strom-Frequenz-Konverterschaltung, bis hin zur I/F_n-Konverterschaltung 71n, angelegt.
Jede der I/F-Konverterschaltungen, bis hin zur I/F_n-Konverterschaltung 71n, wandelt den jeweiligen Eingangsstrom in ein zugehöriges Frequenzsignal um, welches dann an eine zugehörige Messzählerschaltung angelegt wird. Der Sensor 53n erzeugt da her z.B. einen Strom I_n als Funktion eines gemessenen Parameters oder einer gemessenen Substanz, und legt diesen Strom I_n an den Konverter I/F_n an, dessen Ausgangs-Frequenzsignal dann an den Messzähler 98n angelegt wird.
Die Ausgangssignale jedes Messzählers 98a, 98b ... 98n, die ein digitales Maß des durch einen zugehörigen Sensor, der stromauf des Messzählers liegt, gemessenen Parameters darstellen, werden dann durch eine Ausgangsmultiplexschaltung 100 selektiv an die Leitungsschnittstellenschaltung 62'' angelegt. Diese Auswahl wird durch die Status-Gerätesteuerlogik 94 mittels einem geeigneten Steuerungssignal 97 kontrolliert. Das durch den Multiplexer 100 ausgewählte Ausgangssignal umfasst somit Ausgangsdaten (in 5C als „DATEN-AUSGANG" bezeichnet), die an die LEITUNG-1- und LEITUNG-2-Leiter des Zwei-Leiter-Kabels (oder Verbindungssammelleitung) angelegt werden, die jede der implantierbaren Vorrichtungen 50'' mit einem geeigneten Steuerungselement 20 verbinden. Die Ausgangsdaten können somit über die LEITUNG-1/LEITUNG-2-Leiter auf unten beschriebene Art auf das Steuerungselement 20 übertragen werden.
Wie oben beschrieben wurde, wird dadurch gezeigt, dass es die Vorrichtung 50'' ermöglicht, dass eine Vielzahl von Sensoren 53a, 53b ... 53n einen geeigneten Parameter, Substanz oder Zustand abfühlt, den bestimmten Parameter, Substanz oder Zustand zuerst in ein Frequenzsignal und als zweites in ein Digitalsignal umwandelt, wobei das Digitalsignal dann selektiv an andere Vorrichtungen, z.B. ein Fernsteuerungselement 20 oder eine weitere Vorrichtung 50, die mit den LEITUNG-1/LEITUNG-2-Leitern gekoppelt ist, übertragen. Es ist von Vorteil, dass durch die Verwendung der Multiplexer 90, 96 und 100, die jeweils durch eine geeignete Status-Gerätesteuerlogik 94 gesteuert werden, die Frequenz, mit der ein gegebener Sensor abgefragt wird, auf gewünschte Art gesteuert werden kann. Wie von der in 5C dargestellten Konfiguration nahegelegt wird, können die Sensoren 53d ... 53n z.B. mit einer Frequenz abgefragt werden, die durch den Ausgangsmultiplexer 100 gesteuert wird. Der Sensor 53c kann auf ähnliche Art mit einer Frequenz abgefragt werden, die durch den Ausgangsmultiplexer 100 und den Multiplexer 96 gesteuert wird; und die Sensoren 53a und 53b sowie die Status-Spannung V_c können mit einer Frequenz abgefragt werden, die durch den Ausgangsmultiplexer 100, den Multiplexer 96 und den Multiplexer 90 gesteuert wird.
Es muss betont werden, dass die spezielle (in 5C gezeigte) Konfiguration, bei der eine Vielzahl von Sensoren und Multiplexern verwendet wird, lediglich exemplarisch und nicht einschränkend ist. Jede beliebige Konfiguration einer implantierbaren durch Prioritätsverkettung verbindbaren Vorrichtung, die die Verwendung eines oder mehrerer, z.B. einer Vielzahl von Sensoren in der Vorrichtung zulässt, wobei die von jedem Sensor gemessenen Daten in eine geeignete Form umwandelbar und über eine geeignete Leitungsschnittstellenschaltung auf die LEITUNG-1/LEITUNG-2-Leiter übertragbar sind, im Schutzumfang der Erfindung eingeschlossen sein soll.
Immer noch bezugnehmend auf 5C ist ersichtlich, dass die Vorrichtung 50'' weiters eine Stimulatorschaltung 86 einschließt. Die Stimulatorschaltung 86 wird durch die Status-Gerätesteuerlogik 94 gesteuert. Die Stimulatorschaltung 86 erzeugt geeignete elektrische Stimulationsimpulse, die auf eine oder mehrere Elektroden 82 und/oder 83 angelegt werden. Die Elektroden 83 und/oder 83 sind über Leiter mit der Stimulatorschaltung 86 verbunden, die durch einen geeigneten Durchführungsanschluss oder eine Dichtung 84 verlaufen, wodurch zumindest eine der Elektroden im nicht hermetisch abgedichteten Abschnitt der Vorrichtung 50'' verbleiben kann. Die Gestaltung der Stimulatorschaltung 86 kann auf herkömmliche Art erfolgen, wie sie z.B. auf dem Gebiet der Cochlear-Stimulation, siehe z.B. US-Patent Nr. 5.603.726, der Kardiogewebestimulation, der neuralen Stimulation und/oder der Schmerzlinderungsstimulation üblicherweise verwendet wird.
Die Status-Gerätesteuerlogik 94 kann ebenso herkömmlich gestaltet sein, und zwar auf eine Weise, die für die Beschränkungen durch die schwachen Stromsignale, die an sämtliche Schaltungsanordnungen innerhalb der Vorrichtung 50'' angelegt werden, geeignet ist. Die Funktion der Status-Gerätesteuerlogik 94 ist es, Steuerungssignale zu erzeugen, die das Betreiben der Stimulatorschaltung 86 sowie das Abfragen und Daten-Umwandeln in Verbindung mit jedem der unterschiedlichen Sensoren 53a, 53b ... 53n steuern, die alle durch sowie synchron mit DATEN-EINGANG- Signalen und einem von der Leitungsschnittstellenschaltung 62'' empfangenen Taktsignal (CLK) gesteuert werden. In ihrer einfachsten Form kann die Steuerlogik 94 eine oder zwei einfache Kippschaltungen (FLIP-FLOP) und zugehörige Verknüpfungsglieder umfassen, die die DATEN-EINGANG- und CLK-Signale empfangen und diese Signale zum Steuern oder Kontrollieren der Kippschaltung(en) verwenden, um zwischen verschiedenen Betriebsstufen umzuschalten oder diese zu durchlaufen. In jeder Stufe werden durch die Steuerlogik geeignete Steuerungssignale erzeugt, um einen bestimmten Sensor abzufragen und/oder einen Stimulationsimpuls zu erzeugen. Je nach Bedarf werden in den verschiedenen Stufen auch Rücksetzsignale produziert, um die unterschiedlichen Zählerschaltungen rückzustellen. Zusätzlich kann eine Stromeinschalt-Rücksetz-Schaltung 102 mit der Status-Gerätesteuerlogik 94 gekoppelt sein, um sicherzustellen, dass die Steuerlogik 94 in einem gewünschten Status oder Betriebsart einsetzt, jedesmal wenn Spannung an die Vorrichtung 50'' angelegt wird. Die Einzelheiten der Status-Gerätesteuerlogik sind für die Zwecke der vorliegenden Erfindung nicht entscheidend. Fachleute auf dem Gebiet können problemlos eine geeignete Status-Gerätesteuerlogik ausbilden, die ein für die Vorrichtung 50'' gewünschtes Betriebsverhalten erfüllt.
Es sollte auch darauf hingewiesen werden, dass jede beliebige Schaltungsanordnung, die die Funktion der Status-Gerätesteuerlogik 94 erfüllt, statt oder zusätzlich zur oben beschriebenen herkömmlichen Status-Gerätesteuerlogik verwendet werden könnte. Derartige Schaltungsanordnungen schließen z.B. einen Niedrig-Strom-Mikroprozessor ein, der mit einem im Festwertspeicher (ROM, read-only memory) gespeicherten Betriebsprogramm programmiert ist.
Darüber hinaus ist festzustellen, dass das Integrieren einer Stimulatorschaltung 86 und zugehöriger Elektroden 82 und/oder 83 in die implantierbare Vorrichtung 50'' als Option angesehen werden sollte, und nicht als Erfordernis. Bei vielen Anwendungen ist alles, was die durch Prioritätsverkettung verbindbare implantierbare Vorrichtung 50'' leisten muss, das Abfühlen eines oder mehrerer Parameter oder Substanzen, ohne dabei Stimulation bereitstellen zu müssen. Für solche Anwendungen kann die Stimulationsfunktion weggelassen werden.
Die Strom-Frequenz-Wandlerschaltungen 71a, 71b ... 71n können im Wesentlichen wie in der oben zitierten Patentanmeldung mit dem Titel „Low Power Current-To-Frequency Converter" ausgebildet sein.
Die Zählerschaltkreise 98a, 98b ... 98n sowie die Multiplexschaltungen 90, 96 und 100 können alle herkömmlich gestaltet sein, und verwenden z.B. integrierte CMOS-Niedrig-Strom-Schaltungen.
Um noch einmal auf 2 zurückzukommen, wo eine Vielzahl implantierbarer durch Prioritätsverkettung verbindbarer Sensor/Stimulatorvorrichtungen 18a, 18b ... 18n gemäß der vorliegenden Erfindung in Reihe geschaltet dargestellt sind, muss festgestellt werden, dass ein Schlüsselmerkmal der vorliegenden Erfindung in der Fähigkeit der Steuerungselements 20 liegt, für jede der Vorrichtungen 18 Betriebsspannung bereitzustellen, individuell an diese Steuerungsdaten zu senden sowie Daten von diesen zu empfangen, die über dieselben zwei Leiter 14 und 16 mit dem Steuerungselement verbunden sind. Wie das Versorgen und das individuelle Adressieren bevorzugt erfolgt, wird als nächstes in Verbindung mit den 6, 7 und 8 erläutert.
6 veranschaulicht ein Ablaufdiagramm, das ein bevorzugtes Verhältnis zwischen Eingangsdaten (obere Wellenform), die an die implantierbaren Vorrichtungen gesendet werden, und Ausgangsdaten (untere Wellenform), die von den implantierbaren Vorrichtungen empfangen werden, zeigt, da solche Daten auf den beiden LEITUNG-1/LEITUNG-2-Leitern auftreten würden, die sämtliche Vorrichtungen miteinander verbinden. In 6 wird angenommen, dass die Zeit die horizontale Achse ist, während die Amplitude die vertikale Achse ist. Es ist auch festzustellen, dass die Wellenformen in 6 wellenförmige Stromimpulse darstellen.
Wie in 6 ersichtlich ist, besteht die bevorzugte Form der Eingangsdaten in zweiphasigen Impulsen. Jeder zweiphasige Impuls umfasst einen ersten Stromimpuls mit einer ersten Polarität, gefolgt von einem zweiten Stromimpuls derselben Größenordnung jedoch mit gegenteiliger Polarität. Somit beträgt der Nettostrom jedes zweipha sigen Impulses vorzugsweise null, wobei der positive Stromimpuls den negativen Stromimpuls wirksam ausgleicht.
Eine binäre „1" wird durch einen zweiphasigen Impuls einer Phase, z.B. ein positiver Stromimpuls gefolgt von einem negativen Stromimpuls, dargestellt, während eine binäre „0" durch einen zweiphasigen Impuls mit entgegengesetzter Phase, z.B. ein negativer Impuls gefolgt von einem positiven Impuls, repräsentiert wird.
Wie in 6 gezeigt, kann somit eine binäre „1" als positiver Stromimpuls gefolgt von einem negativen Stromimpuls dargestellt werden, während eine binäre „0" durch einen negativen Stromimpuls gefolgt von einem positiven Stromimpuls dargestellt wird.
Wie aus 6 weiters hervorgeht, kann es eine „Unterbrechungszeit" zwischen den zwei Stromimpulsen jedes zweiphasigen Impulses geben, die jedoch nicht immer erforderlich ist (sie kann daher, wie angedeutet ist, auf null reduziert werden). Eine vorbestimmte Zeiterhöhung T1 trennt einen zweiphasigen Eingangsdaten-Stromimpuls vom nächsten zweiphasigen Eingangsdaten-Stromimpuls.
In 6 ist zudem ersichtlich, dass die bevorzugte Form der Ausgangsdaten ebenfalls ein zweiphasiger Impuls ist, wobei die Amplitude als eine Funktion davon moduliert (oder vorzugsweise ein-aus moduliert ist), ob die Ausgangsdaten eine binäre „1" oder „0" sind. In der bevorzugten Ausführungsform ist die Spitzenamplitude des Ausgangsdatenimpulses für eine binäre „1" I_P, während die Spitzenamplitude des Ausgangsdatenimpulses für eine binäre „0" null ist. Somit repräsentiert in diesem bevorzugten EIN/AUS-Modulationsschema ein vorhandener Ausgangsdatenimpuls eine binäre „1" und ein fehlender Ausgangsdatenimpuls eine binäre „0". Die Ausgangsdatenimpulse werden in den auf den LEITUNG-1/LEITUNG-2-Leiterimpulsen auftretenden Datenstrom zu eine bestimmten Zeit T2 nach dem Eingangsdatenimpuls eingeführt, so dass sie als Zeitmultiplex zwischen den Eingangsdatenimpulsen auftreten. Obwohl die bevorzugte Form der Ausgangsdatenimpulsen ein zweiphasiger Impuls ist (um eine Stromausgleichung zu erreichen), ist festzustellen, dass in manchen Fäl len auch ein einphasiger Impuls zum Zeitpunkt T2 (mit einer Amplitude I_P oder null) verwendet werden kann.
Wie in den 7 und 8 dargestellt ist, sind die durch das Steuerungselement über die LEITUNG-1-/LEITUNG-2-Leiter gesendeten Eingangsdaten in Datenrahmen der Länge T3 unterteilt. Innerhalb jedes Datenrahmen sind N Datenbits zu finden, wobei N eine ganze Zahl üblicherweise von 8 bis 64 ist. In 7 ist eine repräsentative Zuordnung der in einem Datenrahmen vorhandenen Datenbits veranschaulicht. Wie aus 7 ersichtlich ist, ist das erste Bit des Datenrahmens ein Startbit, gefolgt von drei Bits (Bit 2, 3 und 4), die Adressbits umfassen. Die Bits 5, 6 und 7 umfassen einen Operationscode (Opcode), der eine Operation definiert (z.B. eine von acht Operationen), die von der adressierten Vorrichtung ausgeführt werden soll. Die Bits 8–12 definieren dann spezielle Steuerungsparameter, die mit der auszuführenden Operation in Zusammenhang stehen, z.B. die Amplitude eines Stimulationsimpulses oder der/die jeweilige(n) Sensor(en), von dem/denen Daten abgefragt werden sollen, etc. Bit 13 umfasst ein Paritätsbit. Die Bits 14 bis N-1 umfassen Übertragungsdaten, gefolgt von Bit N, das ein Stoppbit oder Endbit des Datenrahmens ist.
Die Übertragungsdatenbits definieren in einer Ausführungsform wirksam die Zeitfenster innerhalb des Datenrahmens, während denen Daten, die von einer gegebenen implantierbaren Vorrichtung an das Steuerungselement gesendet werden, in den Datenrahmen eingeführt werden sollen. Das Steuerungselement kann z.B. so eingestellt sein, dass es erkennt, dass Ausgangsdaten, die T2 Sekunden nach dem 13. Dateneingangsimpuls (d.h. während Bit 13) auftreten, Daten entsprechen, die von einer bestimmten Vorrichtung in der Prioritätsverkettung gesendet wurden. Dadurch können von jeder der implantierbaren Vorrichtungen in der Kette während jedem Datenrahmen gewisse Daten empfangen werden. Alternativ können andere Schemen verwendet werden, um festzustellen, welche auf den LEITUNG-1/LEITUNG-2-Leitern auftretenden Ausgangsdaten zu welchen Vorrichtungen gehören. Es können z.B. alle Vorrichtungen bis auf eine wirksam heruntergefahren werden, zumindest was das Senden von Ausgangsdaten betrifft, bis sämtliche von dieser einen freigegebenen Vorrichtung benötigten Daten abgefragt worden sind. Dies ermöglicht, dass Daten von einer gegebenen Vorrichtung schneller empfangen werden können, wobei dies jedoch auf Kosten des Empfangens von Daten der anderen Vorrichtung geschieht, bis die Übertragung abgeschlossen ist.
Da die Eingangsdaten zweiphasige Impulse umfassen, die in regelmäßigen Intervallen oder Zeiteinheiten (z.B. alle T1 Sekunden) auftreten, kann die in diesen Impulsen enthaltene Energie dazu verwendet werden, Betriebsstrom für die Schaltungen innerhalb der Vorrichtung 50'' bereitzustellen. Dies wird durch die Verwendung der Gleichrichterschaltung 60, 60' oder 60'' (5A, 5B oder 5C) erreicht. Eine bevorzugte Gleichrichterschaltung ist in oben zitierter anhängiger Anmeldung mit dem Titel „A Low Power Rectifier Circuit For Implantable Devices" beschrieben.
Die Eingangs- und Ausgangsdatenimpulse, wie sie in den 6 und 8 dargestellt sind, werden durch die Leitungsschnittstellenschaltung 62, 62' oder 62'' (5A, 5B oder 5C) erzeugt. Eine schematische Darstellung einer repräsentativen Leitungsschnittstellenschaltung ist in 9 veranschaulicht. Die spezielle in 9 gezeigte Leitungsschnittstellenschaltung empfängt zweiphasige Impulse vom Steuerungselement 20 (2) und sendet einphasige Impulse an dieses zurück. Die Funktionsweise der in 9 gezeigten Schaltung sollte für Fachleute auf dem Gebiet eindeutig sein. Die folgende Erklärung gibt einen Überblick über die Funktionsweise.
Die auf den LEITUNG-1/LEITUNG-2-Leitern auftretenden zweiphasigen Impulse sind effektiv Impulspaare, wobei ein Impuls des Paars positiv und der andere Impuls negativ ist und die Polarität des ersten Impulses bestimmt, ob der Impuls eine binäre „1" oder eine binäre „0" darstellt. Die LEITUNG-1/LEITUNG-2-Leiter sind mit CMOS-Schaltern M3 und M4 verbunden, so dass beim Übergang in den logischen HOCH-Zustand, der LEITUNG 1 M4 ein- und M3 ausgeschaltet wird. Durch das Einschalten von M4 wird das Niveau am Drain-Anschluss von M4 für die Dauer des Impulses abgesenkt. Durch das Ausschalten von M3 geht der Drain von M3 auf HIGH. Der schwache Impuls am Drain-Anschluss von M4 geht durch drei Inverter 112, 114 und 116 und tritt an der DATEN-EINGANG Signalleitung 64 als starker Datenimpuls auf, der dieselbe Impulsdauer wie der Eingangsimpuls aufweist. Somit werden positive Eingangsimpulse auf der LEITUNG 1 als positive Impulse an die DATEN-EINGANG-Leitung 64 weitergegeben.
Auf ähnliche Art und Weise führen negative Impulse auf der LEITUNG 1 dazu, dass M3 auf EIN und M4 auf AUS geschaltet wird. Durch das Ausschalten von M4 wird der Drain von M4 hochgezogen, und dieser HIGH-Pegel geht durch die Inverter 112, 114 und 116 hindurch, um einen Datenimpuls mit LOW-Pegel an die DATEN-EINGANG Signalleitung 64 weiterzugeben, der dieselbe Impulsdauer wie das negative Eingangssignal aufweist. Dadurch werden negative Eingangssignale von LEITUNG 1 als LOW-Impulse an die DATEN-EINGANG-Leitung 64 weitergegeben.
Das Taktsignal auf der Signalleitung 66 wird durch ein D-FLIP-FLOP 122 erzeugt, das durch die Anstiegsflanke des Q*-Ausgangs eines NOR-Glieds 120 gesteuert (oder getaktet) wird. Das NOR-Glied 120 wird durch das Gatter 118 zurückgesetzt, wodurch der Q*-Ausgang des Glieds 120 ansteigt, sobald einer der Schalter M3 oder M4 eingeschaltet wird, was der Fall ist, wenn ein Eingangsimpuls beliebiger Polarität empfangen wird. Ist das NOR-Glied 120 zurückgesetzt und dadurch sein Q*-Ausgang von einem LOW-Pegel auf einen HIGH-Pegel angestiegen, werden zwei Vorgänge ausgelöst: (1) eine erste Zeitgeberschaltung 124 beginnt ihren Zeitzyklus; und (2) das D-FLIP-FLOP 122 wird getaktet, wodurch sein Q-Ausgang (mit der Signalleitung 66 verbunden) auf einen HIGH-Level gebracht wird. Die Anstiegsflanke des Signals auf der Signalleitung 66 verursacht zudem, dass eine zweite Zeitgeberschaltung 126 ausgelöst wird. Die repräsentativen Zeiten für den ersten und den zweiten Zeitgeber sind 152 Mikrosekunden (μsec) bzw. 44 μsec. Sobald der positive oder negative Eingangsimpuls empfangen wird, beginnen sowohl der erste als auch der zweite Zeitgeber mit dem Time-out.
Solange die erste Zeitgeberschaltung 124 unterbricht, z.B. für 152 μsec nach einem Eingangsimpuls, wird das NOR-Glied 120 gesperrt, wodurch es gegen jegliche weitere von den Schaltern M3 oder M4 hereinkommende Signale immun wird (d.h. es wird unempfindlich gegenüber jeglicher Leitungsaktivität auf den LEITUNG-1/LEITUNG-2-Signalleitungen). Die Leitungsaktivität, die während dieser Immunitätszeitspanne auf tritt, schließt typischerweise den zweiten Leitungsimpuls des zweiphasigen Impulspaars, jeden Antwortimpuls, der willkürlich auf die LEITUNG-1/LEITUNG-2-Signalleitungen angelegt werden kann (wie unten beschrieben ist), oder Rauschen ein. Sobald der erste Zeitgeber 124 seinen Zyklus beendet, wird das NOR-Glied 120 freigegeben, wodurch es für die nächste auftretenden Leitungsaktivität, wie z.B. den nächsten zweiphasigen Datenimpuls, der das nächste Datenbit des Datenrahmens repräsentiert, empfänglich gemacht wird.
Wenn der zweite Zeitgeber 126 seinen Zyklus beendet, z.B. 44 μsec nach dem Empfang eines Eingangsimpulses, steigt der Q-Ausgang des zweiten Zeitgebers 126 an, wodurch das D-FLIP-FLOP 122 rückgesetzt wird, was wiederum dazu führt, dass das Taktsignal auf der Signalleitung 66 auf LOW geht. Das Taktsignal auf der Signalleitung 66 bleibt auf LOW bis das D-FLIP-FLOP 122 durch das NOR-Glied 120 auf Empfang des nächsten Eingangsimpulses über die LEITUNG-1/LEITUNG-2-Leiter hin wieder hochgetaktet wird (nach dem die Immunitätszeitspanne des ersten Zeitgebers 124 von 152 μsec vorüber ist). Das Taktsignal CLK (auf der Signalleitung 66) umfasst ein Signal, das auf Empfang des ersten Impulses über die LEITUNG-1/LEITUNG-2-Leiter auf HIGH geht, für die Zeitdauer des zweiten Zeitgebers HIGH bleibt (z.B. 44 μsec), und dann sinkt und niedrig bleibt, bis nach dem Ende des ersten Zeitgeberzeitraums (z.B. 152 μsec) der nächste Eingangsimpuls über die LEITUNG-1/LEITUNG-2-Leiter hereinkommt. Aus diesem Grund sollte der Datenübertragungszyklus des Fernsteuerungselements 20 (2) nicht kürzer sein als die längst mögliche Zeitspanne des ersten Zeitgebers 124, wobei Schwankungen im Zeitgeberzeitraum aufgrund von Prozessvariationen berücksichtigt werden müssen. Wenn z.B. ein nominaler erster Zeitgeberwert von 154 μsec angenommen wird, beträgt ein sicherer Wert für den Datenübertragungszyklus etwa 244 μsec, was in der ersten Zeitgeberzeitspanne eine Schwankung von etwa ± 52 % zulässt.
Es muss beachtet werden, dass eine geringere Stufenverzögerung vom Empfang eines Impulses auf den LEITUNG-1/LEITUNG-2-Eingangsleitungen zur DATEN-EINGANG-Leitung 64 besteht als zur CLK-Leitung 66. Dies ist wichtig, um durch ein weiteres D-FLIP-FLOP 128 eine gepufferte Datenleitung 127 auszubilden. Diese ge pufferte Datenleitung 127 wird durch das Verbinden der DATEN-EINGANG-Leitung 64 mit dem D-Eingang des D-FLIP-FLOP 128 geschaffen, während der Takteingang des D-FLIP-FLOP 128 mit der CLK-Leitung 66 verbunden wird. Dadurch dass die Stufenverzögerung zur DATEN-EINGANG-Leitung 64 kürzer gestaltet wird als die Stufenverzögerung zur CLK-Leitung 66, wird das D-FLIP-FLOP 128 zum Zeitpunkt des Taktübergangs immer die richtigen Daten auf der DATEN-EINGANG-Leitung erfassen und festhalten. Somit erfasst das D-FLIP-FLOP 128, wann immer ein positiver Impuls relativ zur LEITUNG 2 zuerst auf der LEITUNG 1 empfangen wird (d.h. wann immer der erste Impuls des zweiphasigen Impulspaares positiv ist), wodurch die DATEN-EINGANG-Leitung für die Dauer des Impulses wie oben erläutert hochfährt, diesen Vorgang als einen Hochpegel erfasst, und dadurch veranlasst, dass die gepufferte Datenleitung 127 auf HIGH geschaltet wird. Auf ähnliche Weise erfasst das D-FLIP-FLOP 128, wann immer ein negativer Impuls relativ zur LEITUNG 2 zuerst auf der LEITUNG 1 empfangen wird (d.h. wann immer der erste Impuls des zweiphasigen Impulspaares negativ ist), wodurch die DATEN-EINGANG-Leitung für die Dauer des Impulses wie oben erläutert auf LOW geht, diesen Vorgang als einen LOW-Pegel erfasst, und dadurch veranlasst, dass die gepufferte Datenleitung 127 auf LOW geschaltet wird.
Es muss festgestellt werden, dass das D-FLIP-FLOP 128 nicht als Bestandteil einer Leitungsschnittstellenschaltung 62 beinhaltet sein muss (obwohl dies möglich wäre), wobei es vielmehr üblich ist, dieses in die Status-Gerätesteuerlogik 94 oder andere verarbeitende Schaltungsanordnungen zu inkludieren, die Eingangsdaten empfangen und verarbeiten.
Ausgangsdaten, die zu einem Zeitpunkt T2 nach Empfang eines Eingangdatenimpulses an die LEITUNG-1/LEITUNG-2-Leiter abgegeben werden müssen, werden an die DATEN-AUSGANG-Signalleitung 74 angelegt. Diese Daten werden dann in das D-FLIP-FLOP 132 getaktet, was dazu führt, dass die Daten (ein HIGH oder ein LOW) am Ende des durch den zweiten Zeitgeber 126 festgesetzten Zeitraums von 44 μsec auf der Signalleitung 134 auftreten. Wenn das Ausgangsdatensignal eine „1" ist, d.h. ein HIGH-Pegel, wird dadurch eine dritte Zeitgeberschaltung 136 ausgelöst, die nach einer vorgeschriebenen Zeitspanne, z.B. 1 sec, unterbricht. Das Time-out der dritten Zeitgeberschaltung 136 setzt das D-FLIP-FLOP 132 zurück, wodurch die Signalleitung 134 auf LOW geht, und somit ein Ausgangssignalimpuls mit einer Impulsdauer von etwa 1 μsec auf der Signalleitung 134 erzeugt wird. Dieser Ausgangsdatenimpuls wird dann durch Einwirkung der komplementären Schalter M1 und M2 auf die LEITUNG-1/LEITUNG-2-Leiter übertragen, wobei beide Schalter durch den 1 μsec Ausgangsdatenimpuls auf EIN geschaltet werden, wobei für die Zeitdauer des Ausgangsdatenimpulses, z.B. 1 μsec., M1 die LEITUNG 1 auf HIGH und M2 die LEITUNG auf LOW setzt. Dadurch tritt der Ausgangsdatenimpuls auf LEITUNG 1/LEITUNG 2 zu einem Zeitpunkt T2 auf, wie in den 6 und 8 dargestellt ist.
Wenn die Ausgangsdaten auf der DATEN-AUSGANG-Leitung 74 eine „0", d.h. ein LOW-Pegel, sind, wird ein LOW-Pegel in das D-FLIP-FLOP 132 getaktet. Das bedeutet, dass es zu keiner Veränderung auf der Signalleitung 134 kommt, die dritte Zeitgeberschaltung 136 nicht ausgelöst wird und Schalter M1 und M2 nicht auf EIN geschaltet werden. Dadurch wird kein Datenimpuls auf die LEITUNG 1/LEITUNG 2 übertragen, und dieser fehlende Datenimpuls bedeutet, dass das Ausgangsdatensignal „0" ist. Indem das Ausgangsdatensignal „0" durch das Fehlen eines Ausgangsimpulses dargestellt wird, wird für die Vorrichtung nötiger Betriebsstrom gespart. Das Einsparen von Betriebsstrom ist bei der hierin beschriebenen Art von implantierbaren Sensor/Stimulatorvorrichtungen immer eine wichtige Überlegung.
Die durch die Zeitgeberschaltung 136 festgesetzte Zeitspanne von 1 μsec wird, wie in der 9 veranschaulicht, dadurch erreicht, dass eine Inverterschaltung ausgebildet wird, die komplementäre Transistoren M5 und M6 umfasst, wobei der NFET (M6) des Paars mit langen Abmessungen gestaltet ist, wie aus Tabelle 1 hervorgeht. Die langen Maße führen zusammen mit der elektrischen Kapazität des Kondensators C3 (nominell 3 Pikofarad) zur gewünschten Verzögerung von 1 μsec. Die typischen Abmessungen der anderen Transistoren M1, M2, M3, M5 und M5, die in der Schaltung von 9 eingeschlossen sind, sind ebenfalls in Tabelle 1 angeführt.
Wie oben beschrieben wurde, ist somit ersichtlich, dass die vorliegende Erfindung ein Mittel bereitstellt, durch das implantierbare Sensoren oder Stimulatoren in einer Prioritätsverkettung über eine herkömmliche Strom/Daten-Sammelleitung unter Verwendung einer minimalen Anzahl von Verbindungsleitern, z.B. zwei, verbunden werden können, und worin jede einzelne Vorrichtung der Prioritätsverkettung von einer gemeinsamen Steuerungseinheit einzeln adressierbar ist, die durch die gemeinsame Strom/Daten-Sammelleitung mit jeder der implantierbaren Vorrichtungen verbunden ist.
Wie oben ebenso erläutert wurde, wird gezeigt, dass die Erfindung individuelle implantierbare Sensoren und/oder Stimulatoren bereitstellt, die Strom- und Datensignale über eine minimale Anzahl an dazwischen geschalteter Signalleitungen übertragen und/oder empfangen können.
Des Weiteren geht aus obiger Beschreibung hervor, dass jede implantierbare Sensor/Stimulatorvorrichtung der Erfindung einen hermetisch abgedichteten Teil und einen nicht hermetisch abgedichteten Teil aufweist, die elektrische Durchführungsmittel besitzen, um elektrische Verbindungen zwischen dem hermetisch abgedichteten Teil und dem nicht hermetisch abgedichteten Teil auszubilden, und worin der hermetisch abgedichtete Teil elektrische Schaltungen zum Betreiben und Steuern der Vorrichtung umfasst, und worin weiters der nicht hermetisch abgedichtete Teil einen Sensor zum Abfühlen eines Zustands oder einer Substanz, dem/der die Vorrichtung ausgesetzt ist, elektrische Anschlüsse oder Anschlusspunkte, mit denen Verbindungsleiter verbunden werden können, und/oder Elektroden einschließt, durch die stimulierende Stromimpulse an das umliegende Gewebe oder umliegende Körperflüssigkeiten angelegt werden können.
Obwohl die hierin offenbarte Erfindung anhand von spezifischen Ausführungsformen und Anwendungen derselben beschrieben worden ist, könnten von Fachleuten auf dem Gebiet zahlreiche Modifikationen und Variationen durchgeführt werden, ohne dass dabei der in den Ansprüchen erläuterte Schutzumfang der Erfindung überschritten wird.

Claims

Implantierbare medizinische Vorrichtung (12, 18, 30), Folgendes umfassend: einen hermetisch abgedichteten Teil (54, 54'), der einen Stromkreis enthält; und ein erstes Paar an Anschlüssen (13, 15), die ein Mittel zum Anlegen von elektrischer Spannung und von Daten an den elektrischen Stromkreis innerhalb des hermetisch abgedichteten Teils sowie ein Mittel zum Empfangen von Daten aus dem Stromkreis innerhalb des hermetisch abgedichteten Teils umfassen, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ferner Folgendes umfasst: einen nicht-hermetisch abgedichteten Teil, wobei der nicht-hermetisch abgedichtete Teil das erste Paar an Anschlüssen und ein zweites Paar (17, 19) an Anschlüssen umfasst, worin das erste Paar an Anschlüssen mit dem zweiten Paar an Anschlüssen elektrisch verbunden ist; und ein Durchführungsmittel (53, 53', 55, 55', 57, 59) zur Herstellung eines elektrischen Kontakts zwischen jedem Anschluss des ersten Paars an Anschlüssen und des zweiten Paars an Anschlüssen sowie einem entsprechenden Abschnitt des elektrischen Stromkreises (50, 50', 50'') innerhalb des hermetisch abgedichteten Teils; worin das zweite Paar an Anschlüssen auf ähnliche Weise ein Mittel zum Hindurchleiten von elektrischer Spannung und Daten, die auf dem ersten Paar an Anschlüssen empfangen werden, an ein entsprechendes erstes Paar an Anschlüssen einer weiteren implantierbaren medizinischen Vorrichtung umfasst, wodurch eine Vielzahl der implantierbaren medizinischen Vorrichtungen hintereinanderschaltbar sind, indem ein Paar an Leitern (14, 16) zwischen dem zweiten Paar an Anschlüssen einer implantierbaren medizinischen Vorrichtung und dem ersten Paar an Anschlüssen einer weiteren implantierbaren medizinischen Vorrichtung verbunden sind.
Implantierbare medizinische Vorrichtung nach Anspruch 1, worin das erste Paar an Anschlüssen entlang einer Seite der Vorrichtung und das zweite Paar an Anschlüssen entlang einer weiteren Seite der Vorrichtung angeordnet ist und worin das Durchführungsmittel Folgendes umfasst: ein erstes Durchführungsmittel (53, 53', 57) zur Herstellung eines elektrischen Kontakts zwischen jedem Anschluss des ersten Paars an Anschlüssen sowie einem entsprechenden Abschnitt des elektrischen Stromkreises innerhalb des hermetisch abgedichteten Teils; und ein zweites Durchführungsmittel (55, 55', 59) zur Herstellung eines elektrischen Kontakts zwischen jedem Anschluss des zweiten Paars an Anschlüssen und dem entsprechenden Abschnitt des elektrischen Stromkreises innerhalb des hermetisch abgedichteten Teils; worin die entsprechenden Abschnitte des elektrischen Stromkreises, die mit einem ersten des ersten und zweiten Paars an Anschlüssen verbunden sind, elektrisch miteinander verbunden sind und worin die entsprechenden Abschnitte des elektrischen Stromkreises, die mit einem zweiten des ersten und zweiten Paars an Anschlüssen verbunden sind, ebenfalls elektrisch miteinander verbunden sind; wodurch ein erster Anschluss des ersten Paars an Anschlüssen auf einer Seite des nicht-hermetisch abgedichteten Teils folglich mit einem entsprechenden ersten Anschluss des zweiten Paars an Anschlüssen auf der anderen Seite des nicht-hermetisch abgedichteten Teils durch den elektrischen Stromkreis innerhalb des hermetisch abgedichteten Teil elektrisch verbunden ist; und wodurch ferner ein zweiter Anschluss des ersten Paars an Anschlüssen mit einem entsprechenden zweiten Anschluss des zweiten Paars an Anschlüssen durch den elektrischen Stromkreis innerhalb des hermetisch abgedichteten Teils ebenfalls elektrisch verbunden ist.
Implantierbare medizinische Vorrichtung nach Anspruch 1, worin die implantierbare medizinische Vorrichtung einen implantierbaren Sensor (44, 52, 53) umfasst, der einen in Zusammenhang mit lebendem Gewebe, in welches die medizinische Vorrichtung implantiert ist, stehenden Parameter abfühlt und worin der hermetisch abgedichtete Teil der implantierbaren medizinischen Vorrichtung einen elektrischen Sensorstromkreis zum Betreiben und Überwachen des Sensors umfasst, und worin der elektrische Stromkreis elektrische Signale durch das Durchführungsmittel, das den Betrieb des Sensors speist und steuert, empfängt.
Implantierbare medizinische Vorrichtung nach Anspruch 3, worin die implantierbare medizinische Vorrichtung ferner ein Stimulationsmittel (86) zum Stimulieren von lebendem Gewebe, in welches die medizinische Vorrichtung implantiert ist, mit einem elektrischen Impuls umfasst.
Implantierbare medizinische Vorrichtung nach Anspruch 3, worin der implantierbare Sensor einen elektrischen Strom mit einer Größe erzeugt, die als Funktion des abgefühlten Parameters variiert und worin der elektrische Sensorstromkreis Folgendes umfasst: eine Gleichrichterschaltung (60, 60', 60''), die mit dem ersten Paar an Anschlüssen verbunden ist, wobei die Gleichrichterschaltung ein Mittel zum Erzeugen einer Betriebsspannung aus einem an das erste Paar an Anschlüssen angelegten elektrischen Signal umfasst; eine Leitungsschnittstellenschaltung (62, 62', 62''), die ebenfalls mit dem ersten Paar an Anschlüssen verbunden ist, um Eingabedaten im elektrischen Signal, das an das erste Paar an Anschlüssen angelegt ist, zu detektieren und damit die Ausgabedaten im elektrischen Signal, das an dem ersten und zweiten Paar an Anschlüssen auftritt, angeordnet werden können; ein Strom-Frequenz-Wandlermittel (70, 71), das mit dem Sensor gekoppelt ist, um den vom Sensor erzeugten elektrischen Strom in ein Signal umzuwandeln, das einen Strom an elektrischen Impulsen umfasst, worin das Zeitintervall zwischen den benachbarten Impulsen des Stroms an elektrischen Impulsen als Funktion der Größe des elektrischen Stroms variiert; und eine Zählerschaltung (68, 98) zum Zählen der Anzahl an Impulsen, die im Strom der elektrischen Impulse in einer vorbestimmten Zeitdauer auftreten, die mit der Leitungsschnittstellenschaltung gekoppelt ist, wobei die so gezählte Anzahl an Impulsen ein Maß des elektrischen Stroms bereitstellt und die aus der Zählerschaltung nach abgelaufener vorbestimmter Zeitdauer hervorgehende Zählung Ausgangsdaten umfasst.