Optimización de telemetría en un sistema de dispositivo médico que se puede implantar para conseguir distancias iguales y máximas en comunicaciones bidireccionales.

Un método para optimizar comunicaciones inalámbricas entre un primer y un segundo dispositivos en un sistema de dispositivo médico que se puede implantar,

teniendo el primer y segundo dispositivos un primer y segundo circuitos de telemetría respectivamente, que comprende:

(a) simular en un sistema informático una primera distancia máxima de comunicaciones inalámbricas desde el primer dispositivo al segundo dispositivo, y una segunda distancia máxima de comunicaciones inalámbricas desde el segundo dispositivo al primer dispositivo, en el que la simulación ocurre para un primer parámetro del primer circuito de telemetría y un segundo parámetro del segundo circuito de telemetría;

(b) repetir la operación (a) a diferentes valores para el primer parámetro y el segundo parámetro;

(c) compilar los resultados de la operación (b) en una matriz en el sistema informático, comprendiendo cada elemento de la matriz una primera y una segunda distancias máximas para un primer y segundo parámetros particulares; y (d) determinar el primer y segundo parámetros óptimos determinando al menos un elemento para el que la primera y

segunda distancias máximas están más próximas o maximizadas.

Optimización de telemetría en un sistema de dispositivo médico que se puede implantar para conseguir distancias iguales y máximas en comunicaciones bidireccionales El presente invento se refiere a la optimización de telemetría en un sistema de dispositivo médico que se puede implantar.

Los dispositivos de estimulación que se pueden implantar son dispositivos que generan y entregan estímulos eléctricos a nervios y tejidos corporales para la terapia de distintos desórdenes biológicos, tales como marcapasos para tratar arritmia cardíaca, desfibriladores para tratar fibrilación cardíaca, estimuladores cocleares para tratar sordera, estimuladores retinianos para tratar la ceguera, estimuladores musculares para producir movimiento de extremidades o miembros coordinados, estimadores de la médula espinal para tratar el dolor crónico, estimuladores cerebrales corticales y profundos para tratar desórdenes motores y fisiológicos, y otros estimuladores neuronales para tratar la incontinencia urinaria, la apnea del sueño, la subluxación del hombro, etc. La descripción siguiente se centrará generalmente en el uso del invento dentro de un sistema de Estimulación de la Médula Espinal (SCS) , tal como se ha descrito en la Patente Norteamericana Nº 6.516.227. Sin embargo, el presente invento puede encontrar aplicabilidad en cualquier sistema de dispositivo médico que se puede implantar.

Como se ha mostrado en las figs. 1A y 1B, un sistema de SCS incluye típicamente un Generador de Impulsos que se puede Implantar (IPG) 100, que incluye una caja 30 de dispositivo biocompatible formada de un material conductor tal como titanio por ejemplo. La caja 30 contiene típicamente los circuitos y la batería 26 necesarios para que el IPG funcione, aunque los IPG pueden también ser alimentados mediante energía externa de RF y sin una batería. El IPG 100 incluye una o más agrupaciones de electrodos (dos de tales agrupaciones 102 y 104 están mostradas) , conteniendo cada una varios electrodos 106. Los electrodos 106 son llevados sobre un cuerpo flexible 108, que aloja también los conductores de electrodos individuales 112 y 114 acoplados a cada electrodo. En la realización ilustrada hay ocho electrodos en la agrupación 102, etiquetados E1-E8, y ocho electrodos en la agrupación 104, etiquetados E9-E16, aunque el número de agrupaciones y electrodos es aplicación específica y por ello puede variar. Las agrupaciones 102, 104 se acoplan al IPG 100 utilizando conectores 38a y 38b del conductor, que son fijados en un material 36 de cabecera no conductor, que puede comprender una resina epoxídica por ejemplo.

Como se ha mostrado en sección transversal en la figura 2A, el IPG 100 incluye típicamente un conjunto de sustrato electrónico que incluye una placa de circuito impreso (PCB) 16, junto con distintos componentes electrónicos 20, tales como microprocesadores, circuitos integrados, y condensadores montados en la PCB 16. Dos bobinas (más generalmente, antenas) están generalmente presentes en el IPG 100; una bobina 13 de telemetría utilizada para transmitir/recibir datos a/desde un controlador externo 12; y una bobina de carga 18 para cargar o recargar la batería 26 del IPG utilizando un cargador externo (no mostrado) . La bobina 13 de telemetría puede ser interna a la caja 30 como se ha mostrado, o puede ser colocada alternativamente en la cabecera 36.

Como se acaba de señalar, un controlador externo (EC) 12 es utilizado para enviar datos al IPG 100 y recibir datos desde el IPG 100 de manera inalámbrica. Por ejemplo el EC 12 puede enviar datos de programación al IPG 100 para dictar la terapia que el IPG de 100 proporcionará al paciente. También, el EC 12 puede actuar como un receptor de datos procedentes del IPG 100, tal como distintos datos que se refieren al estado del IPG. El EC 12, como en el IPG 100, también contiene una PCB 70 sobre la que son colocados componentes electrónicos 72 para controlar la operación del EC 12. Una interfaz de usuario 74 similar a la utilizada para un ordenador, teléfono móvil, u otro dispositivo electrónico manual, y que incluye botones táctiles y una pantalla de presentación por ejemplo, permite que un paciente o clínico haga funcionar el EC 12. La comunicación de datos a y desde el EC 12 es habilitada por una bobina (antena) 17.

La telemetría de datos inalámbricos entre el EC 12 y el IPG 100 tiene lugar mediante acoplamiento inductivo, y específicamente acoplamiento inductivo magnético. Para implementar tal funcionalidad, tanto el IPG 100 como el EC 12 tienen bobinas 13 y 17 que actúan juntas como un par. Cuando los datos han de ser enviados desde el EC 12 al IPG 100 por ejemplo, la bobina 17 es excitada con una corriente alterna (CA) . Tal excitación de la bobina 17 para transferir datos puede ocurrir utilizando un protocolo de Modulación por Desplazamiento de Frecuencia (FSK) por ejemplo. Véase, por ejemplo, la Publicación de Patente Norteamericana 2009/0024179. La transmisión inductiva de datos puede ocurrir transcutáneamente, es decir a través del tejido 25 del paciente haciéndola particularmente útil en un sistema de dispositivo médico que se puede implantar. Durante la transmisión de datos, las bobinas 17 y 13 se encuentran preferiblemente en planos que son paralelos , a lo largo de ejes colineales, y con las bobinas tan cerca como sea posible una de otra, como se ha mostrado generalmente en la figura 2A. Tal orientación entre las bobinas 17 y 13 mejorará generalmente el acoplamiento entre ellas, pero la desviación de las orientaciones ideales puede aún dar como resultado una transferencia de datos fiable de manera adecuada.

La fig. 3 muestra otros detalles de los circuitos de telemetría en el EC 12 y el IPG 100. Aunque los circuitos de telemetría en estos dispositivos pueden tener diferencias significativas en una aplicación real, para el propósito de la fig. 3 tales circuitos están ilustrados simplemente, y pueden verse como esencialmente el mismo en ambos dispositivos.

Como se ha mostrado, el EC 12 contiene un transmisor TX1 para transmitir una corriente en serie de datos digitales (DATA_TX1) al IPG 100. El transmisor TX1 contiene circuitos de modulación bien conocidos para modular los datos a una frecuencia apropiada de acuerdo con el protocolo de FSK utilizado. Los datos modulados son presentados al circuito resonante (o "circuito de depósito") en el controlador externo, que consiste de un circuito L-C formado por un condensador y la inductancia de la bobina de telemetría 17. El circuito resonante puede comprender una conexión en paralelo o en serie entre la capacitancia y la inductancia. En un ejemplo, una conexión L-C en serie es utilizada cuando un dispositivo está transmitiendo datos, mientras que una conexión L-C en paralelo es utilizada cuando el dispositivo está recibiendo datos. Tales circuitos de telemetría de modo doble, y racionales para conmutación entre una conexión en serie y en paralelo dependiendo de sí el circuito está transmitiendo o recibiendo, pueden encontrarse en la Publicación de Patente Norteamericana 2009/0281597. Esta Publicación se ha supuesto que es familiar al lector, y por tanto sus detalles no están reflejados en los circuitos de la fig. 3, en su lugar, el condensador esta mostrado en líneas de puntos tanto en serie como en paralelo con la inductancia de la bobina, indicando que podría estar en cualquier orientación dependiendo de las circunstancias.

Los datos modulados son presentados a los circuitos resonantes como una tensión de salida, Vo1, que en realidad comprende tensiones +Vo1 y -Vo1 rápidamente alternantes para proporcionar resonancia a las frecuencias de FSK deseadas. Estimulando el circuito resonante de esta manera se crea un campo magnético de corriente alterna modulado, cuyo campo es a continuación detectado en la bobina 13 de telemetría en el IPG 100. Específicamente, el campo magnético induce una corriente en la bobina 13, que por último forma una tensión Vi2 a través del circuito resonante L-C en IPG 100. De nuevo, la polaridad de Vi2 alterna dependiendo de la frecuencia de transmisión. Esta tensión de salida Vi2 es presentada a un receptor RX2, donde es desmodulada para recuperar la corriente de datos digitales (DATA_RX2) .

La transmisión de datos desde el IPG 100 al controlador externo 12 ocurre en su mayor parte de la misma manera. Los datos digitales (DATA_TX2) son modulados en un transmisor TX2 en el IPG 100, que modula los datos a frecuencias de FSK particulares. La tensión de salida resultante Vo2 es presentada a través del circuito resonante formado por un condensador y la inductancia de la bobina 13 de telemetría. El campo magnético resultante es detectado en la bobina 17 de telemetría en el controlador externo, y la tensión de entrada resultante Vi1 que forma... [Seguir leyendo]

1. Un método para optimizar comunicaciones inalámbricas entre un primer y un segundo dispositivos en un sistema de dispositivo médico que se puede implantar, teniendo el primer y segundo dispositivos un primer y segundo circuitos de telemetría respectivamente, que comprende:

(a) simular en un sistema informático una primera distancia máxima de comunicaciones inalámbricas desde el primer dispositivo al segundo dispositivo, y una segunda distancia máxima de comunicaciones inalámbricas desde el segundo dispositivo al primer dispositivo, en el que la simulación ocurre para un primer parámetro del primer circuito de telemetría y un segundo parámetro del segundo circuito de telemetría;

(b) repetir la operación (a) a diferentes valores para el primer parámetro y el segundo parámetro;

(c) compilar los resultados de la operación (b) en una matriz en el sistema informático, comprendiendo cada elemento de la matriz una primera y una segunda distancias máximas para un primer y segundo parámetros particulares; y

(d) determinar el primer y segundo parámetros óptimos determinando al menos un elemento para el que la primera y segunda distancias máximas están más próximas o maximizadas.

2. El método según la reivindicación 1, en el que determinar el primer y segundo parámetros óptimos comprende determinar al menos un elemento para el que la primera y segunda distancias máximas están más próximas y maximizadas.

3. El método según la reivindicación 1, en el que el primer circuito de telemetría comprende una primera bobina, en el que el segundo circuito de telemetría comprende una segunda bobina, y en el que el primer y segundo parámetros respectivamente comprenden un número de vueltas de la primera y segunda bobinas..

4. El método según la reivindicación 3, en el que el número óptimo de vueltas de la primera y segunda bobinas comprende además un número menor de vueltas de la primera y segunda bobinas.

5. El método según la reivindicación 1, en el que la operación (d) es al menos parcialmente automatizada en el sistema informático.

6. El método según la reivindicación 1, en el que el primer circuito de telemetría comprende un primer receptor con un primer umbral, el segundo circuito de telemetría comprende un segundo receptor con un segundo umbral, en el que la primera distancia máxima es determinada determinando una entrada al segundo receptor que es igual al segundo umbral, y en el que la segunda distancia máxima es determinada determinando una entrada al primer receptor que es igual al primer umbral.

7. El método según la reivindicación 1, en el que el primer dispositivo comprende un dispositivo médico que se puede implantar, y en el que el segundo dispositivo comprende un controlador externo para el dispositivo médico que se puede implantar.

8. El método según la reivindicación 1, en el que el primer y segundo parámetros son seleccionados del grupo que consiste de un número de vueltas en una bobina de telemetría, un área de una bobina de telemetría, una tensión de salida de una bobina de telemetría de transmisión, y un umbral de entrada de un receptor de telemetría.

9. El método según la reivindicación 1, que comprende además optimizar comunicaciones inalámbricas entre el primer dispositivo y un tercer dispositivo en un dispositivo médico que se puede implantar, teniendo el tercer dispositivo un tercer circuito de telemetría, que comprende:

(e) simular en el sistema informático una tercera distancia máxima de comunicaciones inalámbricas desde el primer dispositivo al tercer dispositivo, y una cuarta distancia máxima de comunicaciones inalámbricas desde el tercer dispositivo al primer dispositivo, en el que la simulación ocurre para el primer parámetro óptimo del primer circuito de telemetría y un tercer parámetro del tercer circuito de telemetría;

(f) repetir la operación (e) a diferentes valores para el tercer parámetro;

(g) compilar los resultados de la operación (f) en una matriz en el sistema informático, comprendiendo cada elemento de la matriz una tercera y cuarta distancias máximas para el primer parámetro óptimo y un tercer parámetro particular; y

(h) determinar un tercer parámetro óptimos determinando al menos un elemento para el que la tercera y cuarta distancias máximas están más próximas o maximizadas.

10. El método según la reivindicación 9, en el que determinar el tercer parámetro óptimo comprende determinar al menos un elemento para el que la tercera y cuarta distancias máximas están más próximas y maximizadas.

11. El método según la reivindicación 9, en el que el primer dispositivo comprende un controlador externo para un dispositivo médico que se puede implantar, el segundo dispositivo comprende el dispositivo médico que se puede implantar, y el tercer dispositivo comprende un estimulador de ensayo externo.