專利名稱：醫用設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及醫用設備，尤其涉及用于諸如起搏器之類的醫用設備的電力分配系統。
背景技術：
起搏器系統一般包括控制器、電池、脈沖生成器和一個或多個引線。脈沖生成器為心臟產生起搏脈沖。引線將脈沖輸送到心臟并感測心臟的收縮。與起搏器系統相分離的編程模塊可被醫生用來在起搏器系統已被安裝在患者體內之后更改起搏器系統的操作。
一些起搏器系統根據需要操作。換言之，起搏器系統處于備用狀態，直到上心臟和下心臟的自然心率降到預定心率以下。當發生這種情況時，起搏器系統發送出起搏脈沖以確保心臟收縮并抽吸血液。
電池、控制器和脈沖生成器可以被封裝在密封的外殼中。引線一般從密封外殼延伸出來，并且具有連接在患者心腔內的末端。引線一般還被用來攜帶來自心臟的反饋信號。利用反饋信號，控制器能夠監視心臟的活動，并且適當地觸發脈沖生成器。電池可以被密封在外殼內或起搏器系統的另一組件內。當電池中存儲的能量降低到低于閾值時，一般會去除外殼和/或其他組件并且更換電池。可以意識到，更換電池要求患者經歷額外的手術。
引線一般包括從外殼中的脈沖生成器通過靜脈延伸到一個或多個心腔中的絕緣包線。起搏器系統通過感測由脈沖生成器通過引線接收到的電信號來監視心臟。接收到的信號提供關于心腔收縮的信息。該信息一般足以供控制器判定何時需要脈沖。
對于單心腔和雙心腔應用，都存在起搏器系統。單心腔起搏器系統通常采用單條引線來將信號傳送到和傳送出一個心腔。一般，引線連接到右心房或右心室。對于有SA(竇房)節點的患者，通常會選擇這類起搏器，其中SA節點很慢地發送出信號，但是其到下心臟的電通道是處于良好狀態的。
雙心腔起搏器通常包括兩條引線。一條引線位于右心房中，另一條引線位于右心室中。這類起搏器系統可以監視心腔中的任何一個或兩者，并將脈沖輸送到心腔中的任何一個或兩者。當SA節點信號太慢并且電通道部分或完全阻塞時，一般選擇雙心腔起搏器系統。
還可以使用自適應心率起搏器。自適應心率起搏器一般包括監視身體對血流的需求的額外的傳感器。通過監視該信息，起搏器可以增大和/或減小起搏速度，以便在心臟的自然心率沒有增大到足以滿足更大程度的活動時進行校正。
發明內容
本發明的第一方面提供了一種醫用設備。該醫用設備包括P個脈沖生成器，其選擇性地生成脈沖以便發送到患者；包括N個電池的電力分配系統；M個控制模塊，其選擇性地控制所述脈沖；以及L個開關模塊，其選擇性地連接所述P個脈沖生成器中被選擇的一個、所述N個電池中至少被選擇的一個以及所述M個控制模塊中被選擇的一個，其中P、M、N和L是大于1的整數。
在該醫用設備中，所述M個控制模塊監視可以由所述N個電池提供的電流，并基于其選擇性地控制所述L個開關模塊。
該醫用設備還可以包括N個保護模塊，其選擇性地改變由所述N個電池中的所述至少被選擇的一個所提供的電流。
該醫用設備還可以包括N個保護模塊，其選擇性地限制由所述N個電池中的所述至少被選擇的一個所提供的電流。
在該醫用設備中，所述L個開關模塊可以包括選擇性地將所述N個電池連接到公共節點的第一開關模塊，以及選擇性地將所述公共節點連接到所述P個脈沖生成器和所述M個控制模塊的第二開關模塊。
該醫用設備可以包括起搏器系統，所述脈沖包括心臟起搏脈沖。
該醫用設備還可以包括引線；以及第三開關模塊，其選擇性地將所述P個脈沖生成器中的所述被選擇的一個連接到所述引線。
在該醫用設備中，所述N個保護模塊中的每一個可以包括電流限制模塊。
在該醫用設備中，所述電流限制模塊可以包括并聯連接的X個晶體管，其中X是大于1的整數，并且其中所述X個晶體管的控制端子可以與所述M個控制模塊中的至少一個通信。
在該醫用設備中，所述電流限制模塊可以包括電阻元件；以及開關模塊，其與所述電阻元件并聯連接，并且被所述控制模塊選擇性地控制。
在該醫用設備中，所述電阻元件可以包括可變電阻元件，并且其中所述控制模塊可以選擇性地改變所述可變電阻元件的電阻。
本發明的第二方面提供了另一種醫用設備。該醫用設備包括脈沖生成器，其選擇性地生成脈沖；控制模塊，其選擇性地控制所述脈沖；以及電力分配系統，其向所述醫用設備提供電力并且包括N個電池，其中N是大于1的整數；公共節點；以及N個保護模塊，其與所述控制模塊通信，基于來自所述控制模塊的控制信號選擇性地將所述N個電池中相應的一個連接到所述公共節點，并且監視由所述N個電池中所述相應的一個所提供的電流；其中所述控制模塊基于所述電流生成所述各自的控制信號。
該醫用設備還可以包括第一開關模塊，其選擇性地將所述公共節點連接到所述脈沖生成器和所述控制模塊。
在該醫用設備可以包括起搏器系統，所述脈沖可以包括心臟起搏脈沖。
在該醫用設備中，所述控制模塊可以包括M個控制模塊，并且所述醫用設備還可以包括第一開關模塊，其選擇性地將所述M個控制模塊中的一個連接到所述脈沖生成器，其中M是大于1的整數。
在該醫用設備中，所述第一開關模塊還可以選擇性地將所述M個控制模塊中的所述的一個連接到所述N個保護模塊中的一個。
在該醫用設備中，所述脈沖生成器可以包括P個脈沖生成器，并且所述醫用設備還可以包括第二開關模塊，其選擇性地將所述P個脈沖生成器中的一個連接到所述M個控制模塊中的所述的一個，其中P是大于1的整數。
該醫用設備還可以包括引線；以及第三開關模塊，其選擇性地將所述P個脈沖生成器中的所述的一個連接到所述引線。
在該醫用設備中，所述第一開關模塊可以包括冗余開關模塊。
在該醫用設備中，所述N個保護模塊中的每一個可以包括電流限制模塊。
在該醫用設備中，所述電流限制模塊可以包括并聯連接的X個晶體管，其中X是大于1的整數，并且其中所述X個晶體管的控制端子與所述控制模塊通信。
在該醫用設備中，所述電流限制模塊可以包括電阻元件；以及開關，其與所述電阻元件并聯連接，并且被所述控制模塊選擇性地控制。
在該醫用設備中，所述電阻元件可以包括可變電阻元件，并且其中所述控制模塊可以選擇性地改變所述可變電阻元件的電阻。
本發明的其他應用領域將從以下提供的詳細描述中顯現出來。應當理解，詳細描述和特定示例雖然指示出了本發明的優選實施例，但只是用來說明的，而不是用來限制本發明的范圍的。
從詳細描述和附圖中將會更全面地理解本發明，附圖中圖1A是根據現有技術的包括具有串聯連接的電池的電池組的膝上型計算機的功能框圖；圖1B是根據現有技術的串聯連接的多個電池的功能框圖；圖1C是根據現有技術的包括DC/DC轉換器和電池組的膝上型計算機的功能框圖；圖2A是根據本發明的電池組和膝上型計算機負載的并聯電池布置的示意圖；圖2B是根據本發明一個實現方式的中央處理單元(CPU)、存儲器和圖形處理單元(GPU)負載的并聯電池布置的示意圖；
圖3A是根據本發明的包括并聯連接的電池端子的并聯電池布置的功能框圖；圖3B示出具有短路檢測模塊的圖3A的電池；圖3C是根據本發明的包括并聯連接的電池端子和DC/DC轉換器的并聯電池布置的功能框圖；圖3D示出移動計算設備中具有不同尺寸的電池組的布置；圖4A是根據本發明的結合主板上的端子連接導體的并聯電池布置的功能框圖；圖4B是根據本發明的結合主板上的端子連接導體和DC/DC轉換器的并聯電池布置的功能框圖；圖5A是根據本發明的結合主板上的到地和電源面的短路金屬加強構件的并聯電池布置的功能框圖；圖5B是根據本發明的結合主板上的到地和電源面的短路金屬加強構件和DC/DC轉換器的并聯電池布置的功能框圖；圖6是根據本發明的包括DC/DC轉換器和升壓轉換器的并聯電池布置的功能框圖；圖7是根據本發明的包括DC/DC轉換器和升壓轉換器的并聯電池布置的功能框圖；圖8是根據本發明的包括DC/DC轉換器和升壓轉換器的并聯電池布置的功能框圖；圖9是包括外圍設備和升壓轉換器的并聯電池布置的功能框圖；圖10是根據本發明的包括單級和兩級轉換器的并聯電池布置的功能框圖；圖11是根據本發明的包括單級和兩級轉換器的并聯電池布置的功能框圖；圖12是根據本發明的包括單級和兩級轉換器的并聯電池布置的功能框圖；圖13是具有負載的示例性移動計算設備的功能框圖；圖14是根據現有技術在失配的電池中的電流浪涌；
圖15是根據本發明的包括分布式電源和電流感測和保護模塊的移動計算設備的功能框圖；圖16A是電流保護模塊的示例性電氣示意圖；圖16B是另一個電流保護模塊的示例性電氣示意圖；圖16C是活動電流保護模塊的示例性電氣示意圖。
圖17是用于諸如起搏器系統這樣的醫用設備的電力輸送系統的功能框圖；圖18是用于諸如起搏器系統這樣的醫用設備的備選電力輸送系統的功能框圖；圖19A-19C是示例性開關模塊的功能框圖；圖20是用于醫用設備的備選電力輸送系統的功能框圖；圖21是用于醫用設備的備選電力輸送系統的功能框圖。
具體實施例方式
以下對優選實施例的描述只是示例性的，而并不是想要限制本發明、其應用或使用。為了清晰起見，在附圖中將使用相同的標號來標識類似的元件。這里所使用的術語模塊和/或設備是指專用集成電路(ASIC)、電子電路、執行一個或多個軟件或固件程序的處理器(共享的、專用的或群組的)和存儲器、組合邏輯電路和/或提供所描述的功能的其他適當組件。雖然將結合膝上型計算機和/或膝上型負載來描述本發明，但是本發明適用于任何移動數字計算設備和/或移動計算設備負載。這里所使用的術語移動計算設備是指這樣的數字設備，這種設備至少包括一個集成電路，并且能夠由諸如電池或其他便攜式電力存儲設備之類的移動電源供電。移動計算設備的示例包括但不限于膝上型計算機、MP3播放器、個人數字助理(PDA)等等。
現參考圖1A、1B和1C，根據現有技術的諸如膝上型計算機10這樣的移動計算設備包括一個或多個負載12和為負載12供電的電池組14，所述負載12例如是膝上型負載。電池組14包括串聯連接的電池。電池組14充當膝上型負載12的集中能量源。換言之，電池組14通過導體16和/或18向膝上型負載12提供電流和電壓。導體16或18之一可以連接到參考電勢，例如地。在圖1B中，電池組14包括串聯連接的電池20-1、20-2、...和20-X(統稱為電池20)，其中X大于1。在傳統電池組設計中，電池20是串聯連接的，以增大電壓并減小電流。
膝上型計算機10可以包括DC/DC轉換器22，如圖1C所示。DC/DC轉換器22經由導體24和/或26與電池組14通信。膝上型負載12經由導體28和/或30與DC/DC轉換器22通信。導體中的一個或多個可以連接到參考電勢，例如地。這樣，DC/DC轉換器22接收來自電池組14的第一電壓電平，并向膝上型負載12輸出第二電壓電平。例如，電池組14可以輸出諸如12V的電池組電壓。DC/DC轉換器22將電池組電壓轉換成較低的電壓電平，例如1V供電電壓，以供膝上型負載12使用。換言之，在本示例中，DC/DC轉換器22是具有12∶1轉換比率的降壓轉換器。如上所述，高轉換比率往往具有相對高的轉換損耗。增大電池組電壓會減小與寄生分布電壓相關聯的能量損耗，其代價是會由于轉換效率低下而增大損耗。
現參考圖2A，根據本發明的用于移動計算設備的電力分配系統40包括一個或多個分布式負載中心42-1、42-2、...和42-M(統稱為負載中心或負載42)。負載中心42中的每一個包括一個或多個負載。諸如電池44-1、44-2、...和44-M(統稱為電池44)之類的一個或多個分布式電源與負載42并聯連接。換言之，電池44-1直接連接到負載42-1，并向其提供電力。電池44-2直接連接到負載42-2，并向其提供電力。電池44-M向負載42-M提供電力。負載中心42可以包括多個負載。換言之，電池44和負載42的數目不需要相等。
電池44的并聯分布式布置允許以最優方式將電力分配給負載。例如，典型的膝上型計算機子系統包括諸如半導體負載和其他類型的負載之類的物理上分散在整個膝上型計算機中的負載。在本發明中，每個負載42可以從具有最優位置的電池44接收電力。相反，負載12(如圖1A和1C所示)從位于中央的單個電池組14接收電力。
負載42的電流要求可能是不平衡的。例如，負載42-1可能要求比負載42-2更多的電流。為了防止不均勻的電力消耗，在一種實現方式中電力分配系統40包括一個或多個端子連接46和48。端子連接46和48可以是分別短接負載中心42和/或電池44的第一端子和第二端子的任何適當的導電材料。換言之，第一電池的第一端子被連接到電池組中的其他電池的第一端子。對于第二端子使用類似的方法。例如，端子連接46和48可以包括但不限于連接到印刷電路板(PCB)電源線/面(PT/P)和/或地線/面(GT/P)的導電線和/或金屬加強構件。
現參考圖2B，示例性電力分配系統50包括中央處理單元(CPU)負載52、存儲器負載54和圖形處理單元(GPU)負載56。CPU負載52、存儲器負載54和GPU負載56可能具有不同的電流要求。端子連接46和48允許不同的負載從一個或多個電池44接收電力。
現參考圖3A，其中示出了根據本發明的第一示例性實現方式的膝上型計算機60。膝上型計算機60包括按并聯分布布置連接的負載62和電池64。電池64被結合在電池組66中。電池64通過電池組66和負載62之間的多個相應連接向負載62提供電力。電池64連接在電池組66內(如圖2A和2B所示)。
雖然電池組66被示為位于膝上型計算機60內，但是本領域的技術人員可以意識到，電池組66可以位于膝上型計算機60外部。此外，膝上型計算機60可以包括多個電池組66，其中每一個包括并聯連接的多個電池，如上所述。例如，膝上型計算機60可以包括物理上位于膝上型計算機60的相反側的電池組66。
負載62和電池64的并聯分布布置對于電池組66的制造是有利的。與負載串聯連接的電池組一般包括多個串聯連接的電池。一個或多個的電池可以具有比電池組中的其他電池更小的容量。在這種布置中，容量較小(即較弱)的電池可以在容量較大(即較強)的電池放電時自行反向充電。結果，容量較小的電池受到損害，從而減小了電池組的整體容量。每個電池必須被充電和放電，以確定實際存儲能量并且避免在電池組內包括具有不相等的容量的電池。
本發明的并聯分布布置消除了與平衡電池容量相關聯的制造時間和成本。在并聯電池組配置中，電流自然地從電池組分配到負載62。較強的電池將比同一電池組內的較弱的電池提供更多電流，而不需要對較弱的電池反向充電。結果，整體電池組壽命將會增大，并且電池組的最大容量被更有效的使用。例如，電池64中的一個或多個可以被放電到最小電壓規格，以充分利用電池組的能量，并且反向充電不會發生。類似地，并聯分布布置提供了更大的可靠性。當電池64之一隨著時間過去而變弱時，較強的電池能夠補充或替代較弱的電池的能量輸出。因此，電池組的整體容量不會嚴重減小。
現參考圖3B，電池組66可以結合短路檢測模塊67，該模塊在存在短路狀況時隔離電池64。換言之，短路檢測模塊67監視電池組，以確定電池的端子是否被短接以及/或者電池的第一端子是否被短接到另一電池的第二端子。短路檢測模塊67可以選擇性地更改開關或接觸器69的位置，以隔離電池。
膝上型計算機60可以包括一個或多個DC/DC轉換器70，如圖3C所示。正如以上參考圖1C所述，DC/DC轉換器70將電池64的較高的電壓轉換成適合于負載62的較低的電壓。但是，由于膝上型計算機60的并聯分布布置，DC/DC轉換器70的轉換比率減小了。例如，DC/DC轉換器70可以具有小于4∶1的轉換比率。在其他實現方式中，轉換比率小于或等于3∶1、2∶1和/或1∶1。此外，DC/DC轉換器中的每一個可以具有不同的轉換比率。這樣，提高了膝上型計算機60的整體效率。
膝上型計算機60的某些半導體負載可能要求較高的工作頻率。例如，在大約1MHz的工作頻率下，外部無源組件比起利用低頻DC/DC轉換器工作的相當的組件更小且更便宜。在并聯分布布置中，DC/DC轉換器70可以在不同頻率下工作。結果，DC/DC轉換器70之一可以在較高的頻率(例如1MHz到4MHz之間)下工作。
現參考圖3D，膝上型計算機60可以包括并聯布置的不同大小的電池，以進一步利用此特征。例如，小外形參數膝上型計算機可以使裝配電池和/或各具有一個或多個電池的電池組的可用區域達到最大。在一種實現方式中，膝上型計算機60可以包括具有第一組尺寸和/或形狀的第一電池組-1、具有第二組尺寸和/或形狀的第二電池組-2和具有第n組尺寸和/或形狀的第n電池組66-N。電池組被布置成鄰近其主負載62。電池組中的每一個包括一個或多個電池。電池組連接在一起和/或連接到地，以允許如上所述的負載共享。在另一種實現方式中，膝上型計算機60可以包括具有不規則大小和/或形狀的電池和/或電池組。
在另一種實現方式中，膝上型計算機60可以包括用于電池和/或電池組的多個安裝位置，以允許靈活的電池組放置。例如，第一電池組可以被安裝在膝上型計算機60的頂側，第二電池組可以被安裝在膝上型計算機60的底側。或者，多個電池組可以沿膝上型計算機60的邊緣安裝以及/或者安裝在膝上型計算機60的角落。
現參考圖4A和圖5A，膝上型計算機80可以包括主板82。在該實現方式中，電池之間的并聯連接(如上所述)被結合在主板82上。例如，端子短接連接可以包括連接導體84和86，如圖4A所示。或者，端子短接連接可以包括連接到主板82的PT/P和/或GT/P的金屬加強構件88。現參考圖4B和5B，膝上型計算機80可以包括前述實現方式中所述的一個或多個DC/DC轉換器70。
現參考圖6、7和8，膝上型計算機90還可以包括降壓DC/DC轉換器92和升壓DC/DC轉換器94。膝上型計算機中的半導體設備可以具有相對較低的電壓要求。但是，某些半導體設備可能要求較高的電壓。例如，膝上型計算機90可以包括第一負載96和第二負載98。第一負載96可能要求第一電壓，例如1V。第二負載98可能要求大于第一電壓的第二電壓，例如5V。如果電池提供小于5V但大于1V的電池電壓輸出，則可以使用升壓和降壓轉換器。在本實現方式中，升壓DC/DC轉換器94將電池組66的電壓提升到適合于負載98的電壓。
在另一種實現方式中，膝上型計算機100可以包括具有多于一個電壓要求的一個或多個外圍設備102(例如硬盤驅動器(HDD)或DVD驅動器)，如圖9所示。例如，對于諸如電動機104這樣的機械元件，外圍設備102可以要求為5V的第一電壓。對于另一個電子元件106，外圍設備102可以要求較低的第二電壓。在本發明中，電子元件106可能能夠在某個供電電壓范圍內工作。例如，電子元件106可以依靠來自單個LiOn電池源或5V的供電電壓的電力工作。在傳統的工作在串聯布置的5V下的系統中，電子元件106以及機械元件104工作在5V下。
但是，外圍設備102也可以工作在膝上型計算機100的并聯分布布置中。這樣，膝上型計算機100包括向機械元件104提供5V的升壓DC/DC轉換器108。不需要第二升壓DC/DC轉換器以用于電子元件106。換言之，電子元件106被配置成在較低的供電電壓下工作以及在5V下工作，這就消除了對額外的升壓DC/DC轉換器的需要。
現參考圖10-12，膝上型計算機110根據兩級DC/DC轉換過程將電池電壓轉換成5V供電電壓。在一些實現方式中，電池是鋰離子電池，但是也可使用其他類型的電池。膝上型計算機110包括DC/DC轉換器112、降壓DC/DC轉換器114和1∶n升壓DC/DC轉換器116。根據負載18的電壓要求，DC/DC轉換器112可以是降壓或升壓轉換器。如前述實現方式所述，DC/DC轉換器112轉換電池120的電壓。
對于某些高電流應用，升壓轉換器的使用可能不那么符合需要。例如，電池124的電壓可能在2.7V到4.2V之間。降壓DC/DC轉換器114首先將電池124的電壓轉換成較低的電壓。例如，降壓DC/DC轉換器114將電池124的電壓轉換成2.5V。升壓DC/DC轉換器116隨后將較低的電壓轉換成適合于負載122的較高的電壓。例如，升壓DC/DC轉換器116具有1∶2的轉換比率，并且將降壓DC/DC轉換器114的輸出轉換成5V。對于更高的電壓要求，升壓DC/DC轉換器116可以根據需要具有1∶n的轉換比率。
本領域的技術人員現在可以從以上描述中意識到，本發明的廣泛教導可以以多種形式來實現。本發明可以結合采取并聯電池分布的其他已知的電池組和/或電源配置。例如，電源或電池組可以根據這里所述的實現方式中的任何一種利用通用串行總線(USB)技術實現并聯電池分布。
現參考圖13，其中示出了具有負載的示例性移動計算設備200。移動計算設備200包括中央處理單元(CPU)204、存儲器208(例如隨機訪問存儲器、只讀存儲器和/或其他適合的電子存儲裝置)以及輸入/輸出(I/O)接口210。設備200還可以包括圖形處理單元(GPU)212。移動計算設備200可以包括一個或多個外圍設備，例如DVD驅動器214，其包括一個或多個電動機218和控制裝置220。另外的外圍設備可以包括硬盤驅動器(HDD)224，其可以包括一個或多個電動機228和控制模塊230。設備200可以包括音頻輸出232，例如音頻輸出塞孔或揚聲器。設備可以包括顯示器234、輸入236、盤驅動器240和/或無線局域網接口242。輸入236可以包括音頻輸入、麥克風、鍵盤、按鈕、觸摸板和/或其他輸入。設備200的組件可以被分組成一個或多個分布式負載中心，并且按上述方式被供電。
現參考圖14，其中示出了根據現有技術的失配的電池中的電流浪涌。電路240包括第一電池244和第二電池248。電池244和248并聯連接并且為一個或多個負載250供電。可以意識到，如果第一電池244是新的和/或完全充電的電池，第二電池248是舊的、有缺陷的和/或完全放電的電池，則流到第二電池248的電流可能太高，并且會導致損害和/或其他危害。
現參考圖15，移動計算設備300根據本發明包括分布式電源302和電流感測和保護模塊。設備300包括電池304-1、304-2、304-3和304-4(統稱為304)，它們主要分別為負載306-1、306-2、306-3和306-4(統稱為負載306)供電。感測和保護模塊310-1、310-2、310-3和310-4(統稱為感測和保護模塊310)分別連接到電池304-1、304-2、304-3和304-4。感測和保護模塊310-1、310-2、310-3和310-4以任何適當的方式感測流經電池304-1、304-2、304-3和304-4的電流，并且限制電流，如下所述。控制模塊320與感測和保護模塊310通信，接收感測到的電流信號并生成一個或多個控制信號，以控制流經電池304的電流。雖然示出了四個電池/負載/感測和保護模塊對，但是在特定實現方式中也可以使用更多的和/或更少的對。
現參考圖16A，其中示出了電流保護模塊330。電流保護模塊330包括多個晶體管330-1、330-2、330-3、...和330-N。當流經各個電池的電流足夠低時，晶體管330導通。當電流超過閾值時，晶體管330被調節和/或關斷，以調整每個晶體管330提供的電阻RDS。晶體管中的一些可以被選擇性地導通，而其他的被關斷。雖然示出了并聯布置，但是也可以使用串聯布置。
現參考圖16B，另一個電流保護電路340包括電阻342和并聯連接的開關344。開關344通常閉合。當經過相應的電池的電流增大到超過閾值時，開關344斷開，以通過增加電阻342來增大串聯電阻。結果，流經電池的電流減小。
現參考圖16C，其中示出了另一個電流保護電路350，其包括可變電阻352和并聯連接的開關354。開關354通常閉合。當經過電池的電流增大到超過閾值時，開關斷開，以通過增加可變電阻352來增大串聯電阻。所提供的電阻可以被控制模塊320所調整。結果，流經電池的電流減小。
在一些實現方式中，電池可以是單芯電池。可以使用電阻器、晶體管或其他適當組件來實現電阻。可以使用晶體管或其他適當組件來實現開關。
現參考圖17，其中示出了諸如起搏器系統400這樣的醫用設備。起搏器系統400是完全冗余的。換言之，壞的或低的電池可以可靠地與好的或充電的電池隔離開來。壞的或無法工作的電路(例如控制模塊或脈沖生成器)可以可靠地與好的或可工作的電路隔離開來。所選擇的控制模塊和/或脈沖生成器的輸出可以可靠地組合，以允許冗余性。結果，可以提高起搏器系統400的可靠性。
起搏器系統400包括脈沖生成器404A和404B(統稱為脈沖生成器404)、開關模塊405-1、405-2、...、405-6(統稱為開關模塊405)和控制模塊408A和408B(統稱為控制模塊408)。一個或多個引線412將所選擇的脈沖生成器404連接到患者的心臟414。密封外殼424可以用來容納醫用設備的組件。脈沖生成器404和控制模塊408可以被集成到一個或多個組合模塊中。此外，開關模塊405、控制模塊408和/或脈沖生成器404可以被組合到一個或多個集成電路中。
控制模塊408中被選擇的一個控制第一開關模塊405-1，該開關模塊選擇脈沖生成器404之一的輸出。然后所選擇的脈沖生成器404被開關模塊405-1連接到引線412。脈沖生成器404接收并處理由患者心臟414所生成的信號，并按照控制模塊408中被選擇的那個的指導選擇性地將心臟起搏脈沖輸送到心臟414。
第二開關模塊405-2將開關和保護模塊430-1、430-2、...430-K(統稱為開關和保護模塊430)之一連接到控制模塊408中的一個或多個。當檢測到控制模塊408之一或脈沖生成器404之一的問題時，開關模塊405-2和開關模塊405-1分別可以被促動，以選擇其他脈沖生成器404或控制模塊408。
電力分配系統420包括可以并聯連接的多個電池450-1、450-2、...和450-K(統稱為電池450)。電力分配系統420還包括開關和保護模塊430。每個開關和保護模塊430經由第二開關模塊405-2與控制模塊408中的一個或多個通信，并且選擇性地將電池450中的一個或多個連接到公共的電壓干線或節點456。公共電壓干線456向開關模塊405-3、405-4、405-5和405-6提供電力，這些開關模塊分別選擇性地向起搏器系統400的脈沖生成器404A和404B以及控制模塊408A和408B提供電力。
開關和保護模塊430可以感測流自各個電池450的電流和/或各個電池450兩端的電壓。該電流和/或電壓信息被傳達給控制模塊408。控制模塊408指導開關和保護模塊430根據需要連接和/或斷開各個電池450。控制模塊408還可以指導開關和保護模塊430利用以上結合圖16A-16C描述的方法主動調節流自電池450的電流。
控制模塊408可以測試電池450之一，以確保在將其切換到公共電壓干線456上之前充分充電。控制模塊408可以測量、計算和存儲每個電池的充電狀態。充電狀態可以基于開路電壓、負載測試(例如順序連接和測量高電阻和低電阻虛假負載)和/或其他適當的方法。
控制模塊408根據需要選擇性地將各個電池450連接到公共電壓干線456。在一些實現方式中，單個電池450被連接，直到其預留的電力降低到閾值之下。當所選擇的電池450無法提供充分的電力時，控制模塊408則斷開電池450并且同時連接另一電池。可以提供電容性和/或電感性電路和/或濾波器，以便在切換到另一電池期間暫時為設備供電。在其他實現方式中，同一時刻可以有不止一個電池450活動，然后控制模塊408可以將總功率和/或總電流調整和/或限制到預定級別。
起搏器系統400中提供額外電池450的能力增大了起搏器系統400的壽命。冗余性還提供了可靠性并增大了電池壽命。結果，起搏器系統400可以更長時間地在患者體內工作。當使用多個電池450時，開關和保護模塊430通過限制過大電流而提供額外的安全性。控制模塊408A和408B可以被連接在一起，并交換信息。例如，兩者都可以始終保持活動。一個可以充當活動處理器，另一個可以充當監督處理器。監督處理器可以發送預定數據到活動處理器，并檢查返回的數據以診斷活動處理器的工作性。如果活動處理器未正確地響應，則監督處理器和/或另一控制模塊可以變成活動處理器。
現參考圖18，其中示出了備選起搏器系統500，其包括按備選配置布置的脈沖生成器模塊404、開關模塊405、控制模塊408、引線412、電力分配系統504和密封外殼424。第一開關模塊405-3選擇脈沖生成器404之一。被選擇的脈沖生成器404連接到引線412。脈沖生成器404接收和處理由患者心臟414生成的信號，并按照控制模塊408的指導選擇性地將脈沖輸送到心臟414。
控制模塊408A和408B連接到開關模塊405、保護模塊520A和520B(統稱為保護模塊520)和/或脈沖生成器404，如圖18中的“S”、“P”和“PG”概括所示。保護模塊520A和520B被開關模塊405-1、405-2、405-4和405-5連接到脈沖生成器404A和404B以及控制模塊408A和408B。當檢測到控制模塊408之一或脈沖生成器404之一的問題時，開關模塊405可以被調整為選擇另一個脈沖生成器404或控制模塊408。
電力分配系統504包括多個電池450和開關模塊510。電池450各自被相應的開關模塊510-1A、510-2A、...和510-KA連接到第一保護模塊520A。此外，電池450各自被相應的開關模塊510-1B、510-2B、...和510-KB連接到第二保護模塊520B。
保護模塊520向起搏器系統500提供電力。由于兩個保護模塊520都連接到所選擇的控制模塊408，因此如果一個保護模塊520發生故障，則可以使用另一個。如果開關模塊510之一發生故障，則可以使用另一個保護模塊520。此外，如果例如開關模塊510-1A和510-2B都發生故障，則可以使用保護模塊520，以允許訪問兩個電池450-1和450-2。
控制模塊408可以選擇性地監視流經開關模塊5 10和/或保護模塊520的電流，以確保何時選擇性地連接和/或斷開電池450。控制模塊408還可以利用保護模塊450選擇性地限制流自電池450的電流，其方式可以與以上參考圖16A-16C所描述的方式類似。
在另一種實現方式中，每個電池450可以具有測量模塊(未示出)，該測量模塊測量各個電池450的電流和/或電壓。該信息可以被發送到控制模塊408。每個電池450還可以具有相關聯的保護模塊(保護模塊520的個體版本)，以個別地限制其電流。圖18中的控制模塊408還可以工作在監督處理模式下，如上所述。
現參考圖19A-19C，其中示出了示例性冗余開關模塊510、510′和510″。在圖19A中，冗余開關模塊510包括串聯連接的第一和第二開關模塊511-1和511-2。在圖19B中，冗余開關模塊510′包括F乘G的開關模塊陣列560，其中F和G是大于1的整數。例如，F和G可以等于2。F個開關模塊560-1-x、560-2-x、...和560-F-x彼此串聯連接。這對于從1到G的每個x都成立。G組F個開關模塊彼此并聯連接。這種內置的冗余性提高了可靠性。在圖19C中，組合了N個開關模塊510以提供多行開關模塊510″。雖然示出了開關模塊的特定示例，但是開關模塊也可以包括以任何適當配置連接的一個或多個開關。
現參考圖20和21，其中示出了諸如起搏器系統600這樣的醫用設備。完全冗余的起搏器系統600包括電池602-1、602-2、...和602-C(統稱為電池602)、脈沖生成器604-1、604-2、...和604-D(統稱為脈沖生成器604)、控制模塊608-1、608-2、...和608-E(統稱為控制模塊608)、開關模塊610-1、610-2、...和610-F以及連接到患者的心臟614的一個或多個引線612。
當電池602之一發生故障時，可以利用開關模塊610連接電池602中的另一個。當脈沖生成器604或控制模塊608之一發生故障時，可以利用開關模塊610連接控制模塊608和/或脈沖生成器604中的另一個。利用額外的開關模塊610-1、610-2、...和610-G，可以添加更高程度的冗余性，如圖21所示。
可以意識到，控制模塊、脈沖生成器、電池和開關模塊的數目可以根據特定應用而變化。
雖然已經聯系了本發明的特定示例描述了本發明，但是本發明的真實范圍不應當限于此，這是因為本領域的技術人員在研究附圖、說明書和所附權利要求書以后可以清楚看出其他修改。
本申請是2005年8月31日遞交的美國專利申請No.11/216,843的部分延續案，并且要求2005年5月31日遞交的美國臨時申請No.60/685,915和2005年8月17日遞交的美國臨時申請No.60/708,903的優先權。這里通過引用將上述申請的公開內容全部結合進來。
權利要求
1.一種醫用設備，包括P個脈沖生成器，其選擇性地生成脈沖以便發送到患者；包括N個電池的電力分配系統；M個控制模塊，其選擇性地控制所述脈沖；以及L個開關模塊，其選擇性地連接所述P個脈沖生成器中被選擇的一個、所述N個電池中至少被選擇的一個以及所述M個控制模塊中被選擇的一個，其中P、M、N和L是大于1的整數。
2.如權利要求1所述的醫用設備，其中所述M個控制模塊監視由所述N個電池提供的電流，并基于其選擇性地控制所述L個開關模塊。
3.如權利要求1所述的醫用設備，還包括N個保護模塊，其選擇性地改變由所述N個電池中的所述至少被選擇的一個所提供的電流。
4.如權利要求3所述的醫用設備，還包括N個保護模塊，其選擇性地限制由所述N個電池中的所述至少被選擇的一個所提供的電流。
5.如權利要求1所述的醫用設備，其中所述L個開關模塊包括選擇性地將所述N個電池連接到公共節點的第一開關模塊，以及選擇性地將所述公共節點連接到所述P個脈沖生成器和所述M個控制模塊的第二開關模塊。
6.如權利要求1所述的醫用設備，其中所述醫用設備包括起搏器系統，所述脈沖包括心臟起搏脈沖。
7.如權利要求6所述的醫用設備，還包括引線；以及第三開關模塊，其選擇性地將所述P個脈沖生成器中的所述被選擇的一個連接到所述引線。
8.如權利要求3所述的醫用設備，其中所述N個保護模塊中的每一個包括電流限制模塊。
9.如權利要求8所述的醫用設備，其中所述電流限制模塊包括并聯連接的X個晶體管，其中X是大于1的整數，并且其中所述X個晶體管的控制端子與所述M個控制模塊中的至少一個通信。
10.如權利要求8所述的醫用設備，其中所述電流限制模塊包括電阻元件；以及開關模塊，其與所述電阻元件并聯連接，并且被所述控制模塊選擇性地控制。
11.如權利要求10所述的醫用設備，其中所述電阻元件包括可變電阻元件，并且其中所述控制模塊選擇性地改變所述可變電阻元件的電阻。
12.一種醫用設備，包括脈沖生成器，其選擇性地生成脈沖；控制模塊，其選擇性地控制所述脈沖；以及電力分配系統，其向所述醫用設備提供電力并且包括N個電池，其中N是大于1的整數；公共節點；以及N個保護模塊，其與所述控制模塊通信，基于來自所述控制模塊的控制信號選擇性地將所述N個電池中相應的一個連接到所述公共節點，并且監視由所述N個電池中所述相應的一個所提供的電流；其中所述控制模塊基于所述電流生成所述各自的控制信號。
13.如權利要求12所述的醫用設備，還包括第一開關模塊，其選擇性地將所述公共節點連接到所述脈沖生成器和所述控制模塊。
14.如權利要求12所述的醫用設備，其中所述醫用設備包括起搏器系統，所述脈沖包括心臟起搏脈沖。
15.如權利要求12所述的醫用設備，其中所述控制模塊包括M個控制模塊，并且所述醫用設備還包括第一開關模塊，其選擇性地將所述M個控制模塊中的一個連接到所述脈沖生成器，其中M是大于1的整數。
16.如權利要求15所述的醫用設備，其中所述第一開關模塊還選擇性地將所述M個控制模塊中的所述的一個連接到所述N個保護模塊中的一個。
17.如權利要求15所述的醫用設備，其中所述脈沖生成器包括P個脈沖生成器，并且所述醫用設備還包括第二開關模塊，其選擇性地將所述P個脈沖生成器中的一個連接到所述M個控制模塊中的所述的一個，其中P是大于1的整數。
18.如權利要求17所述的醫用設備，還包括引線；以及第三開關模塊，其選擇性地將所述P個脈沖生成器中的所述的一個連接到所述引線。
19.如權利要求13所述的醫用設備，其中所述第一開關模塊包括冗余開關模塊。
20.如權利要求12所述的醫用設備，其中所述N個保護模塊中的每一個包括電流限制模塊。
21.如權利要求9所述的醫用設備，其中所述電流限制模塊包括并聯連接的X個晶體管，其中X是大于1的整數，并且其中所述X個晶體管的控制端子與所述控制模塊通信。
22.如權利要求20所述的醫用設備，其中所述電流限制模塊包括電阻元件；以及開關，其與所述電阻元件并聯連接，并且被所述控制模塊選擇性地控制。
23.如權利要求22所述的醫用設備，其中所述電阻元件包括可變電阻元件，并且其中所述控制模塊選擇性地改變所述可變電阻元件的電阻。
全文摘要
一種醫用設備，包括選擇性地生成脈沖的脈沖生成器。控制模塊選擇性地控制脈沖。電力分配系統向所述醫用設備提供電力。電力分配系統包括N個電池，其中N是大于1的整數；公共節點；以及N個保護模塊。N個保護模塊與控制模塊通信，基于來自控制模塊的控制信號選擇性地將N個電池中相應一個連接到公共節點，并且監視由N個電池中相應一個所提供的電流。控制模塊基于電流生成各自的控制信號。
文檔編號A61N1/378GK1872360SQ20061007823
公開日2006年12月6日 申請日期2006年5月16日 優先權日2005年5月31日
發明者塞哈特·蘇塔迪嘉 申請人:馬維爾國際貿易有限公司