本發(fā)明在實(shí)施例中涉及包括自主供應(yīng)式機(jī)械致動器的可植入裝置：例如但非排他地，一種骨科牽引器，其包括在氣密囊中的電機(jī)和被布置成用于雙向移置骨或骨骼單元的生物兼容傳送系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

骨科牽引器可應(yīng)用于多種疾病和畸形的治療，具體但非排他性地，應(yīng)用于長骨延伸，但也應(yīng)用于脊柱、顎骨或其他骨骼區(qū)域的手術(shù)治療。這類技術(shù)采用固定在骨上的外部牽引裝置，并且越來越多地采用完全植入體內(nèi)的內(nèi)部裝置，例如用于長骨延伸的中髓牽引釘（centromedullary distractor nail）、用于脊柱治療的撐頂牽引器（jack distractor）以及其他專用形式的有源植入物。

FR2961386描述例如一種可由磁力傳送操作的中髓釘，而US200629683涉及驅(qū)動螺桿裝置的牽引器。WO9100065也描述一種類似的裝置。

這些裝置共有的問題是確保包含電機(jī)的植入物的生物兼容性。這些裝置實(shí)際上包括一定不能接觸身體組織的若干種材料，例如，控制電子設(shè)備、稀土磁體、電繞組和磁路。同樣的限制也適用于用于供應(yīng)能量的電池。

US6245075描述一種具有內(nèi)部或外部電源的牽引器，并且其中，通過液壓致動器確保牽引動作。通過US5626581和US6416516已知其他類似方案。

US7753915描述一種具有磁轉(zhuǎn)子的中髓釘，通過體外線圈產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場驅(qū)動所述磁轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，并且US2004023623描述一種牽引器，其中電機(jī)未被植入而是在體外，并且運(yùn)動被磁力地傳送到內(nèi)部致動器。這些裝置解決了封閉可能不兼容的部件的問題，但是并未完全包含在體內(nèi)，并且需要可能使患者厭煩的體積相對大的外部部分。

包括機(jī)電致動器的其他形式的可植入裝置也是已知的，例如，呈用于輸送藥物的可植入泵的形式。在這些裝置中，以及在機(jī)電牽引器中，電機(jī)、電子單元和電池組與身體組織的分離是最重要的。

WO2010/061391公開一種用于調(diào)整牙槽嵴高度或擴(kuò)張患者體內(nèi)的牽引間隙的自動牽引器，其中，電機(jī)和減速齒輪被封閉在密封圓筒中。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明的目的是提供一種生物兼容的可植入裝置，其包括機(jī)械致動器并且可在不依靠外部元件或電源的條件下操作。

根據(jù)本發(fā)明，此目標(biāo)憑借從屬權(quán)利要求的對象實(shí)現(xiàn)，并且具體憑借一種可植入裝置實(shí)現(xiàn)，所述裝置包括聯(lián)接在一起的驅(qū)動單元和動力學(xué)組件：所述驅(qū)動單元包括驅(qū)動第一磁轉(zhuǎn)子的電機(jī)；所述動力學(xué)組件包括第二磁轉(zhuǎn)子，所述第二磁轉(zhuǎn)子磁力地耦合到所述第一磁轉(zhuǎn)子從而使得其可被所述電機(jī)旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動，所述動力學(xué)組件還包括由第二轉(zhuǎn)子驅(qū)動的致動器，其特征在于，封閉所述驅(qū)動單元、所述電機(jī)和第一轉(zhuǎn)子的氣密囊；以及所述第二磁轉(zhuǎn)子在所述氣密囊外。

附圖說明

本發(fā)明的實(shí)施方式的例子在以下描述中被指出并且由附圖圖示，在附圖中：

圖1在簡化的剖視圖中描繪被應(yīng)用到用于延長長骨的髓內(nèi)牽引器的本發(fā)明的可行實(shí)施例。

圖2a示出被包括在本發(fā)明的實(shí)施例中的磁力傳送裝置的細(xì)節(jié)。

圖2b再次示出本發(fā)明的實(shí)施例的磁力傳送裝置，為了清楚起見已經(jīng)移除了磁轉(zhuǎn)子中的一個(gè)。

圖3a和3b圖示本發(fā)明的可行實(shí)施例，其為脊柱牽引器。

圖4示出是本發(fā)明的實(shí)施例的下頜牽引器。

圖5a和5b以簡化的示意形式示出本發(fā)明的實(shí)施例的兩個(gè)可行變形，其包括與可植入裝置無線連接的外部控制單元。

圖6a和6b示意性地示出植入的電子模塊的可行結(jié)構(gòu)，其具有接收天線和適合與圖5a和5b的實(shí)施例一起使用的能量儲存器。

圖5a-b和6a-b的布置也是圖7的框圖的對象。

圖8和9圖示之前實(shí)施例的無線鏈路的可行的調(diào)制方案。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的可能實(shí)施例是用于修正長骨（如，例如，股骨、脛骨、肱骨或任何其他長骨）中的長度不足的髓內(nèi)釘牽引器。如在以上引用的現(xiàn)有技術(shù)中已知的，這類情況的可行治療包括將牽引釘經(jīng)手術(shù)插入目標(biāo)骨的髓腔中，所述牽引釘包括容許修改其總長度的致動器，并且所述致動器可施加足夠的線性力，從而促進(jìn)人造骨折線兩側(cè)上的骨生長。通常，植入物在根據(jù)具體的伸長計(jì)劃在持續(xù)的時(shí)間段內(nèi)操作，一旦骨已經(jīng)達(dá)到期望長度，植入物通常留在原位，作為無源的結(jié)構(gòu)性髓內(nèi)釘。連接端31和61的相對線性速度約為大約每天幾毫米。

根據(jù)本實(shí)施例，如圖1和2a、2b所示，可植入裝置包括同軸地聯(lián)接在一起的驅(qū)動單元25和運(yùn)動學(xué)組件27：驅(qū)動單元25位于髓內(nèi)釘?shù)囊粋€(gè)末端處，并且包括可被命令單元（圖中不可見）設(shè)定為旋轉(zhuǎn)的電機(jī)35以及電源32，例如鋰電池堆或另一種合適的原電池或二次（可充電）電池或超級電容器。

驅(qū)動單元25被完全封閉到例如由鈦、PEEK或任何合適的生物兼容材料制成的氣密囊20中。囊的用途是防止體液進(jìn)入封閉電子器件、電機(jī)（可選地包括第一減速級）、電池以及作為磁力耦合器的第一級的磁轉(zhuǎn)子的空間中，并且有效地防止這些部件和身體組織之間的任何接觸。優(yōu)選地，囊被氣密地密封或焊接，并且不存在任何開口，從而在本質(zhì)上無限的時(shí)間內(nèi)保證密閉度。更優(yōu)選地，整個(gè)驅(qū)動單元被包含在雙重密封的囊中，從而防止任何污染。

在本發(fā)明的可行變形中，電池組可包含在與封閉電機(jī)35的囊不同的單獨(dú)的氣密囊中，并且該囊具有貫穿的電連接器，以容許電能從一個(gè)傳送到另一個(gè)。

在一些場合，有利的是提供單獨(dú)的能量源，可植入裝置可連接到該能量源。能量源可位于體內(nèi)或體外，并且憑借合適的有線或無線連接將能量傳送到可植入裝置。本發(fā)明的此變形特別適合，例如，當(dāng)致動器必須長的時(shí)間跨度內(nèi)操作時(shí)，或者當(dāng)合適的自主電池不能配合在植入位置處的可用空間中時(shí)。根據(jù)需要，可植入裝置可完全依賴外部能量源來進(jìn)行其運(yùn)作，或包括可由外部能量源補(bǔ)充的可再沖儲能器。

無線能量傳送的獲得可通過電感應(yīng)或磁感應(yīng)，或通過超聲換能器，或通過任何其他合適的能量傳送裝置，。

電機(jī)35直接或間接地連接到也被包括在囊20中的第一磁轉(zhuǎn)子37上，其呈現(xiàn)交變磁極的布置。其旋轉(zhuǎn)被磁力耦合器傳送到第二磁轉(zhuǎn)子41，該第二磁轉(zhuǎn)子41在囊20外并與所述第一磁轉(zhuǎn)子磁力耦合，從而使得其可被電機(jī)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。圖2a和2b描繪這類耦合轉(zhuǎn)子37和41的可行布置其作為面對面放置的一對同軸的盤。替代性結(jié)構(gòu)，例如具有圓柱形轉(zhuǎn)子，也是可行的。

在大多數(shù)骨科應(yīng)用中，移置速度很慢并且施加的力相當(dāng)高，因此需要減速系統(tǒng)。在本例子中，如圖2和3a所示，減速的獲得是通過齒輪箱45，例如一系列行星減速裝置；以及通過最后的螺桿48和螺母49傳送裝置，該螺桿48和螺母49傳送裝置將齒輪減速裝置45的輸出端處的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化成活塞60相對于套管50的線性運(yùn)動。在氣密囊20內(nèi)的電機(jī)35和第一磁轉(zhuǎn)子37之間的減速級也是可行的。本實(shí)施例的減速系統(tǒng)的至少一部分，包括行星級45以及螺桿和螺母組件，未被封閉到氣密囊中，并且因此能夠與體液接觸，并且實(shí)際上被體液潤滑。因此，它由生物兼容材料（如鈦、鈷-鉻合金、鎳鈦諾、BioDur? 108合金、不銹鋼、聚乙烯、PEEK、PET、PTFE、生物兼容陶瓷、或任何其他合適的生物兼容材料）一體構(gòu)成。也可以應(yīng)用生物兼容涂層，如，例如ADLC。

在典型的應(yīng)用中，齒輪箱45的減速比被包括在500：1和2000：1之間。例如，一系列五個(gè)4：1行星級可用于實(shí)現(xiàn)1024：1的總減速比。以這種方式，假設(shè)電機(jī)35的旋轉(zhuǎn)速度為約1000rpm，則螺桿40每分鐘可以轉(zhuǎn)動約一圈。

在其他未描繪的變形中，減速系統(tǒng)可使用諧波減速器、擺動齒輪、擺線齒輪、擺線驅(qū)動減速器（cyclo-drive reducer）、或?qū)崿F(xiàn)期望傳送比的其他傳送系統(tǒng)。

在臨床肢體延長實(shí)踐中，牽引計(jì)劃持續(xù)若干天或周的時(shí)間，在此期間，鼓勵(lì)患者移動并鍛煉治療的肢體。相應(yīng)地，齒輪箱45和螺桿/螺母組件48、49被布置成抵抗由患者的體重和運(yùn)動引起的軸向和徑向負(fù)載，以及牽引期間傳送的扭矩。優(yōu)選地，這憑借齒輪箱45中的生物兼容的軸向軸承46來實(shí)現(xiàn)。在優(yōu)選實(shí)施例中，軸承具有鈦籠和陶瓷球或輥?zhàn)?，并且具有雙作用（double-acting）構(gòu)造，被布置成用于支持沿牽引和收縮方向的推力。

圖2a示出，也許更清楚地示出，磁轉(zhuǎn)子37和41的排布。每個(gè)轉(zhuǎn)子包括限定具有交變極性（由顏色變化表示）的磁極模式的多個(gè)磁化區(qū)。未被保護(hù)在氣密囊20內(nèi)的第二轉(zhuǎn)子41優(yōu)選具有被保護(hù)性生物兼容材料（不可見）覆蓋的磁性材料。有利地，氣密囊20中的電機(jī)35、磁轉(zhuǎn)子37和41、減速系統(tǒng)45、螺桿48和螺母49全部同軸地對齊，并且每個(gè)元件直接連接到下一個(gè)，因此，傳送裝置是有效且緊湊的。

如上所述，本發(fā)明的致動器完全被包含在可植入釘中，并且其操作不依靠外部能量源或加壓流體。附接點(diǎn)61和31的線性相對運(yùn)動可以是雙向的，不論是延長或縮短可植入釘，在這個(gè)意義上，本發(fā)明的另一個(gè)有利特征是整個(gè)傳送鏈?zhǔn)强赡孓D(zhuǎn)的。由于此特征，如果需要的話，牽引是可逆轉(zhuǎn)的。

優(yōu)選地，驅(qū)動單元還包括可遠(yuǎn)程控制的命令電路，其確定電機(jī)35的旋轉(zhuǎn)或停止。由于此特征，電機(jī)可在植入之后基于預(yù)定的后手術(shù)計(jì)劃和/或基于臨床的和X射線的觀察來操作。若干個(gè)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)可被容納在本發(fā)明的框架中。在可行的變形中，命令電路包括磁場傳感器，例如霍爾傳感器。以此方式，外科醫(yī)生可通過在被植入的肢體外的預(yù)定位置處放置永磁體來控制電機(jī)35的操作，在此情形中優(yōu)選地，命令電路具有處于分隔開的位置處的兩個(gè)磁場傳感器，一個(gè)用于沿正常的延長方向操作致動器，另一個(gè)用于逆轉(zhuǎn)牽引。但是，在更優(yōu)選的變形中，驅(qū)動單元的遠(yuǎn)程控制包括無線數(shù)據(jù)鏈路，如下面將解釋的。

在所示例子中，在以下意義上來說，螺桿傳送裝置優(yōu)選是自鎖的，即，該釘通常抵抗軸向負(fù)載，而不改變其長度，除非電機(jī)被激活。如果需要的話，有源鎖定機(jī)構(gòu)可被添加到植入物中。優(yōu)選通過使電機(jī)短路來幫助鎖定，并且鎖定可包括任何合適的形式或機(jī)械的或電的制動。

本發(fā)明還允許其他形式的遠(yuǎn)程控制，例如，通過無線電傳送、近場電磁通信、超聲波或任何其他合適的無線通信系統(tǒng)。

圖1、2、3a、3b的變形特別適合植入長骨的髓管中。但是，這不是本發(fā)明的唯一應(yīng)用。圖3a、3b圖示可應(yīng)用于骨骼的其他部分的本發(fā)明的變形，具體是用于醫(yī)治脊柱和脊柱側(cè)凸。在此變形中，螺桿48操作可用作可植入的脊柱牽引器的關(guān)節(jié)式撐頂13。在另一方面，圖4圖示根據(jù)本發(fā)明的用作顱-頜牽引器（Cranio-Maxillo distractor）的裝置15的可能的植入。在此應(yīng)用中，植入物被固定在骨外側(cè)，在此情形中是下頜骨。

本發(fā)明的植入物可以有其他應(yīng)用，包括：天生的和外傷后的肢體長度修正；脊髓灰質(zhì)炎；假關(guān)節(jié)癥；截肢之后的骨斷端延伸；腫瘤切除術(shù)之后的骨移位；單側(cè)或雙側(cè)受損的或異常的生長；部分或全部髖關(guān)節(jié)置換，腫瘤型膝關(guān)節(jié)假體；修飾性延長；骨科手術(shù)；修正頜骨變形；顱頜面牽引；牙槽嵴牽引；多向量牽引；以及在脊柱區(qū)域中的非融合脊柱側(cè)凸及其他骨科情況。

本發(fā)明不限于骨科應(yīng)用，其他未描繪的實(shí)施例可包括替代螺桿和螺母的不同致動器，如，例如推動器、正排量泵或需要移動或移置的任何其他裝置。

根據(jù)實(shí)施例，本發(fā)明包括在可植入裝置中的可充能能量儲存器32，能量儲存器32可包括例如一個(gè)或若干個(gè)鋰離子電池或其他電化學(xué)電池或高值電容器，如，例如雙層電容器、超級電容器、準(zhǔn)電容器或任何合適的能量儲存裝置。運(yùn)作可植入裝置所需的能量憑借合適的天線從外部控制單元90無線地接收，并且積累在儲存裝置32中。

圖7以框圖方式圖示了本發(fā)明的本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)。除了磁轉(zhuǎn)子之外，氣密囊20包括連接到控制電子單元33的接收天線84。天線84拾取傳送天線80和外部模塊90產(chǎn)生的AC或RF信號，所述信號之后經(jīng)電子電路33整流并且被存儲在儲存裝置32中。電子電路33還包括電機(jī)驅(qū)動子單元，該子單元被布置成用于根據(jù)確定的牽引計(jì)劃驅(qū)動電機(jī)35，例如。有利地，電子電路33被布置成當(dāng)天線84拾取足夠的AC或RF信號時(shí)用于為儲存裝置32充能，并且當(dāng)外部激勵(lì)天線80未激活或脫離患者時(shí)利用積累在儲存裝置中的電能自主地操作。以此方式，在體內(nèi)植入有本發(fā)明的裝置的患者不需要始終與外部裝置連接。但是，在一些情形中，例如在股骨的牽引治療中，所需的能量可超過儲存器32的容量，并且患者將需要在醫(yī)治期間佩戴外部裝置。但是，可植入裝置可為了診斷目的在牽引循環(huán)之間繼續(xù)運(yùn)作。

重要地，電子單元33、能量儲存器32、電機(jī)35以及由電機(jī)驅(qū)動的磁轉(zhuǎn)子37被封閉在囊20限定的氣密體積中，由此避免任何污染或缺乏生物兼容性的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，通過經(jīng)由無線鏈路99提供足夠次數(shù)和持續(xù)時(shí)間的再充能，可植入裝置可操作無限的時(shí)間。如已經(jīng)提及的，氣密囊20還可包括其他元件，如，例如在電機(jī)35和磁轉(zhuǎn)子37之間的減速單元，或額外的電子元件，如無線電接口、用于捕獲力、溫度或其他有用變量的傳感器、處理單元、存儲器裝置等。

測試已經(jīng)示出，當(dāng)接收天線被封閉在一體的金屬囊20中時(shí)，通過審慎地選擇激勵(lì)頻率和/或囊的材料，也可通過無線鏈路99傳送合適水平的電能。如果尋求特別低水平的損失，則囊22可被實(shí)現(xiàn)為合適的電介質(zhì)生物兼容材料中，例如，PEEK、生物陶瓷或生物玻璃。但是，金屬囊是優(yōu)選的，既由于其優(yōu)異的強(qiáng)度，也因?yàn)槠湎鄬τ诓幌Ｍ碾娮痈蓴_屏蔽內(nèi)部電子元件。

到目前為止，已經(jīng)獲得的最佳結(jié)果是利用低頻勵(lì)磁（例如被包括在10kHz和100kHz之間）。在電磁譜的此區(qū)域中，接收器和傳送器天線可有效地由合適尺寸的線圈實(shí)現(xiàn)。但是，其他形式的天線及其他頻率值也是可行的。

有利地，無線鏈路99可不僅用于為能量儲存器32充能，還可用于在外部控制單元90和電子模塊33之間交換數(shù)字形式的信息。優(yōu)選地，傳送是雙向的：下行鏈路（從控制單元90至植入裝置）可用于例如下載牽引計(jì)劃，醫(yī)師可在醫(yī)治過程中基于可用的臨床診斷修改或修訂牽引計(jì)劃。沿逆轉(zhuǎn)方向的上行鏈路可用于傳遞包括與致動器自身相關(guān)的臨床參數(shù)和/或診斷信息的若干信息。這種信息可包括例如螺桿的線性位置（即到目前為止得到的實(shí)時(shí)牽引量）、作用在植入物上的力、體溫、致動器溫度、儲存單元的狀態(tài)等。有用地，電子單元33可被布置成將可變RF或AC場的強(qiáng)度傳送到控制器90，并且此信息可實(shí)時(shí)地用于定位激勵(lì)天線80并優(yōu)化其與接收器84的耦合。

在優(yōu)選的變形中，控制單元90包括可充電的電池，并且可在不永久地連接到主電網(wǎng)的條件下操作。

圖7描繪的本發(fā)明的系統(tǒng)因此可被再分成三個(gè)區(qū)域：

· 外部區(qū)110包括控制單元90、傳送線圈80以及與控制單元90通信的其他可行裝置120，例如，與控制單元90建立互聯(lián)網(wǎng)連接的遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)或遠(yuǎn)程移動裝置。此區(qū)中的裝置未被植入并且不接觸人體或有限地接觸人體。

· 保護(hù)區(qū)112包括被氣密囊20封閉的植入物的所有元件。囊20被構(gòu)造成使得這些元件在任何環(huán)境下均不能與活組織接觸。優(yōu)選地，氣密囊具有未被饋通連接器、通道或任何種類的開口打斷的連續(xù)的不可滲透的邊界。保護(hù)區(qū)中的元件可經(jīng)由天線84通過電磁相互作用與外部區(qū)110相互作用，并通過磁力耦合的轉(zhuǎn)子37、41與“濕”區(qū)115中的元件相互作用。

· 最后，“濕”區(qū)115至少包括第二磁轉(zhuǎn)子41、減速器45和致動器，其可例如是螺桿48或另一種合適的機(jī)械裝置。這些元件可被設(shè)計(jì)成與體液及活組織持續(xù)接觸地操作。

圖5a和5b圖示可用于使外部控制單元90與可植入裝置無線地耦合的兩種可行的設(shè)置。在圖5a中，一個(gè)激勵(lì)線圈80包圍植入有裝置的肢體（這里是大腿104，植入物10處于股骨105中）。合適的連接器85使線圈80與外部控制裝置90聯(lián)接。

即使圖中未示出，但必須理解，外部天線不限于一個(gè)線圈，并且實(shí)際上可以包括任何數(shù)量的線圈。例如，可以想到使用成亥姆霍茲配置的兩個(gè)相同的平行線圈，用于增加植入位置處的磁力的強(qiáng)度和均勻性。但是，在許多情形中，單個(gè)線圈是足夠的，并且傳送器線圈80的放置不是關(guān)鍵的。此布置產(chǎn)生相對于被醫(yī)治的肢體沿軸向占優(yōu)勢的磁場。植入物中的接收器線圈（圖中未示出）將優(yōu)選纏繞同一軸線，以便最大化耦合。

圖5b圖示替代性布置，其中，傳送器線圈不包圍肢體，但基本平行于大腿皮膚。優(yōu)選地，如在圖中那樣，傳送器線圈82彎曲，甚至是柔性的，以符合肢體形狀。在此情形中，磁場相對于被醫(yī)治的肢體沿橫向呈優(yōu)勢，并且接收器線圈據(jù)此纏繞。由于線圈不需要圍繞肢體佩戴，因而此方案更舒適。

如上所述，以及此變形，本發(fā)明不限于單個(gè)傳送器線圈，并且可對稱地放置另一線圈，以增強(qiáng)植入物處的磁場。本發(fā)明包括具有任何配置的任何數(shù)量的激勵(lì)線圈的布置。

圖6a和6b描繪包含在氣密囊20中的一些子單元的可行排布。印刷電路板上實(shí)現(xiàn)的電子電路33連接到超級電容器32，并且兩個(gè)接收線圈88相對于彼此以90°角纏繞，以便與主要沿橫向方向的可變磁場耦合。此布置適合與圖5a的彎曲線圈激勵(lì)一起使用。由于雙重交叉的接收線圈，耦合在所有的橫向方向上基本是全向的，因此傳送線圈82可自由地位于此平面中。但是必須理解，本發(fā)明還可在氣密囊20中存在單個(gè)線圈或更多數(shù)量的線圈。

在可行的變形中（未描繪），接收器單元被布置為以確定其相對于磁場的方向，例如，由于具有不同方向和位置的多個(gè)不同的接收線圈。此信息可實(shí)時(shí)地用于將外部激勵(lì)線圈與植入物對齊。

為了簡潔起見，在圖6a、6b中未示出電機(jī)、磁轉(zhuǎn)子和可存在于囊中的其他部件。

如果圖5a的軸向排布是優(yōu)選是，則優(yōu)選地適應(yīng)性修改接收線圈88的布置，以便優(yōu)化與軸向磁部件而非橫向磁部件的耦合。接收線圈可以是例如纏繞在電路33和超級電容器32上的軸向螺線管。

優(yōu)選地，控制單元90和/或接收單元33可被布置成實(shí)時(shí)調(diào)諧激勵(lì)場的頻率，以及傳送器和接收器天線或附接到其上的槽路的電感應(yīng)率和/或容量，以便在它們之間建立和保持諧振條件，因此改進(jìn)外部天線80、82和接收天線84之間的能量傳遞?？捎酶唠娏鲝?qiáng)度（通常在1和50A之間）激勵(lì)傳送器線圈，以便得到期望的功率傳遞。

由于無線連接99使數(shù)據(jù)能從植入裝置上載到外部控制器，因此該信道可由于反饋用于實(shí)現(xiàn)和保持控制環(huán)路中的諧振的信息。可選地，控制單元90被布置成用于控制功率傳遞水平，以便保持植入裝置的溫度處于預(yù)定限制內(nèi)。

由于需要裝置產(chǎn)生大的力（約為1kN或更大），因此可能需要用大的功率和電流驅(qū)動電機(jī)。電機(jī)所需的瞬時(shí)功率于是可能高于鏈路99可無線傳送的最大功率，并且在此情形中，充能時(shí)間可長于操作時(shí)間?？芍踩胙b置因此可以以循環(huán)方式操作，間歇的牽引階段與更長的充能階段交錯(cuò)。由于這些部件的高功率密度，在此類應(yīng)用中使用用于能量儲存器32的超級電容器特別有利。

通過對天線80產(chǎn)生的磁場進(jìn)行任何合適的調(diào)制，可獲得外部控制單元99和植入處理器33之間的通信。接收器電路中消耗的功率的變化通過背向散射效應(yīng)在傳送器側(cè)可見。但是，還可行的是，產(chǎn)生在控制器80和植入的處理器之間的獨(dú)立的頻率的無線電無線鏈路，并利用單獨(dú)的天線。

可通過FSK（移頻鍵控）方案調(diào)制天線80產(chǎn)生的磁場。有利地，F(xiàn)SK對振幅變化相對不敏感，振幅變化例如可由患者運(yùn)動引起并且對功率傳遞沒有影響。但是，此調(diào)制方案與諧振條件相干擾。為了保持諧振，應(yīng)該將調(diào)制深度限制成小于諧振峰寬度，隨之鏈路預(yù)算降低，或增大調(diào)諧控制器的帶寬，使得它可遵循調(diào)制偏移。

ASK（幅移鍵控）是另一種可行調(diào)制，其可用于下行鏈路信道和上行鏈路（背向散射）信道中。它相對容易實(shí)現(xiàn)，但是存在一些缺點(diǎn)：

· ASK對傳播條件中的所有種類的變化都敏感，特別是傳送器線圈的或植入物相對于彼此的任何移動或方向變化。這意味著應(yīng)該裝配解碼器，以將這些無關(guān)變化與調(diào)制分開。

· 在ASK的所有形式中（尤其是在開關(guān)鍵控中），載波的占空比遠(yuǎn)低于100%，并且因此，無線信道中可傳送的功率顯著降低。

根據(jù)本發(fā)明的變形，根據(jù)雙調(diào)制原理編碼從外部單元90傳送到植入裝置的信息，在該原理中，不同的符號被編碼成頻率和/或振幅偏移的預(yù)定序列。在由圖8描繪的優(yōu)選實(shí)施例中，磁場被調(diào)制為代表以由“0”和“1”表示的兩個(gè)值，通過不同的臨時(shí)振幅變化率對其編碼。在所描繪的例子中，通過方波振幅調(diào)制以頻率f_M=f_c/8編碼“0”，其中，f_M和f_c分別表示調(diào)制和載波頻率，而通過方波振幅調(diào)制以頻率f_M=f_c/10編碼“1”。但是，其他因數(shù)也可行。

如在例子中，調(diào)制可以與載波相位同步，并且符號時(shí)間優(yōu)選為恒定的。在例子中，每個(gè)符號（或比特，在此情形中）被40 RF周期的間隔編碼，40是8和10的最小公倍數(shù)，但也可使用其他因數(shù)。

異步調(diào)制也是可行的，并且在某些條件下可以是有利的。具體地，由于空間和能量限制，控制單元33可裝配有有限功率的微控制器，其操作頻率可以不是非常精確的內(nèi)時(shí)鐘。同時(shí)，載波的頻率可偏移，以便在傳送天線80處實(shí)現(xiàn)諧振條件。在此情形中，可通過解調(diào)器級以及硬件UART接口或合適的微控制器軟件，處理接收天線處可獲得的異步信號。如果調(diào)制是異步的，則載波頻率優(yōu)選為與數(shù)據(jù)速度相比足夠高，在本申請中就是這樣。

換言之，圖8的調(diào)制方案可被視為雙調(diào)制，其中，存在于任意比特序列的原始消息130首先被FSK調(diào)制，獲得變頻數(shù)字信號134，信號134之后被ASK調(diào)制并給出經(jīng)雙調(diào)制的信號138。此雙調(diào)制也可用于本發(fā)明的裝置的調(diào)制器的實(shí)際實(shí)施。但是，信號138也可被直接合成，或通過任何合適的算法被獲得。

有利地，在此調(diào)制模式中，可被指示為“碼片速率”振幅變化的頻率相當(dāng)高。假設(shè)20-30kHz的載波頻率（這是典型的），則碼片速率將為2-3kHz或更高，遠(yuǎn)高于身體移動的頻譜區(qū)域。因此，運(yùn)動導(dǎo)致的振幅變化在接收器中被相當(dāng)容易地過濾掉，因此輸送原始消息130的變頻消息134通過FSK調(diào)制恢復(fù)。如上所述，具體的實(shí)施方式可采用其他調(diào)制方案。

上述雙調(diào)制方案的另一優(yōu)點(diǎn)是，所得信號具有基本恒定的頻率f=f_c。調(diào)制對經(jīng)調(diào)制的信號的頻率的影響可忽略，并且諧振的無線充能是可行的。

此外，所提出的雙調(diào)制方案具有信號138的平均AC電流恒定的優(yōu)點(diǎn)。所傳遞的功率不依賴調(diào)制狀態(tài)。

根據(jù)圖9所示的另一可行的調(diào)制方案，本發(fā)明采用雙FSK調(diào)制方案，其中，存在于比特序列中的消息130首先被FSK調(diào)制，獲得變頻數(shù)字信號134，信號134繼而被用于產(chǎn)生經(jīng)雙調(diào)制的AF信號138。經(jīng)雙調(diào)制的信號138存在于一系列包含單頻（pure tone）的間隔，其具有兩個(gè)可行頻率：f=f₁和f=f₂，中的任意一個(gè)。在經(jīng)雙調(diào)制的信號138中，通過的頻率的不同變化率編碼值“1”和“0”，這與圖8的變形相反，圖8的變形使用不同的振幅變化率以編碼“1”、“0”值。

如在之前的情形中，在此僅以舉例的方式描繪圖9的調(diào)制的兩個(gè)級，并且可直接從消息130合成經(jīng)雙調(diào)制的信號138，而不產(chǎn)生中間信號134。如之前可見的，調(diào)制可與載波相位同步或不同步，當(dāng)植入控制器33裝配有簡單的微控制器時(shí)，第二個(gè)方案是優(yōu)選的。

如之前的調(diào)制系統(tǒng)，此調(diào)制系統(tǒng)具有高度免疫運(yùn)動引起的振幅波動的優(yōu)點(diǎn)。此外，由于振幅恒定，因此所傳遞的功率可以較高。

雖然圖8的系統(tǒng)以基本恒定的頻率操作，但在此變形中頻率是可變的。優(yōu)選地，外部控制單元90包括調(diào)諧系統(tǒng)，其被布置成自動地調(diào)諧發(fā)射器天線80的或與其連接的槽路的諧振頻率，以便遵循經(jīng)調(diào)制的信號138的頻率變化。

測試和模擬已經(jīng)示出可以設(shè)計(jì)用于天線80的可調(diào)諧槽路，其可被控制成足夠快，以實(shí)現(xiàn)用于本申請的合適的數(shù)據(jù)傳遞速度，同時(shí)保持諧振條件和最大的功率傳遞。

從植入控制器33至外部單元90的上行鏈路通信信道的實(shí)現(xiàn)，優(yōu)選地（如已經(jīng)提及的）利用背向散射效應(yīng)：植入的微控制器33調(diào)制通過接收天線84看到的負(fù)載，并且這些變化在傳送器天線80處被感應(yīng)成電壓或電流信號。這種方式的通信的優(yōu)點(diǎn)是，植入控制器不需要包括高頻發(fā)生器，但必須簡單地控制可變負(fù)載，在簡單的實(shí)現(xiàn)方式中，這可簡化成橫跨線圈84的終端連接的晶體管。但是，其他排布也可行。

優(yōu)選地，上行鏈路信道也采用調(diào)制方案或更好地采用雙調(diào)制方案，以便避免移動引起的誤差。在優(yōu)選變形中（但其不是本發(fā)明范圍內(nèi)的唯一可行的變形），天線84上的負(fù)載被切換到兩個(gè)可行頻率f=f₁和f=f₂中的任意一個(gè)。通過不同的頻率變化率編碼為值“1”和“0”。依據(jù)下行鏈路情形，此調(diào)制可由標(biāo)準(zhǔn)微控制器產(chǎn)生。

因此，本發(fā)明提出使用AC磁場將數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)和能量從外部單元傳遞到植入人體或動物體內(nèi)的裝置，其中，AC磁場被具有可變比率的數(shù)字信號在頻率和/或振幅方面雙調(diào)制，數(shù)字信號的變化率代表信息的符號或比特。即使此調(diào)制方案結(jié)合牽引器裝置一起存在，但它可有用地用于任何種類的植入裝置，包括那些不包括機(jī)械致動器的裝置。

附圖標(biāo)記

10 髓內(nèi)牽引器

13 脊柱牽引器

15 顱-頜牽引器

20 氣密囊

25 驅(qū)動單元

27 動力學(xué)組件

31 附接區(qū)域

32 能量源或可充能能量儲存器

33 植入控制單元，微控制器

35 電機(jī)

37 磁轉(zhuǎn)子

40 螺桿

41 磁轉(zhuǎn)子

44 徑向軸承

45 行星減速裝置

46 軸向軸承

48 致動器，螺桿

49 螺母

50 套管

60 活塞

61 附接區(qū)域

71 平的推動部

72 平的推動部

80 充電線圈（軸向的）

82 充電線圈（彎曲的）

84 接收器天線

85 連接器

90 控制單元

103 上頜骨

104 腿

105 股骨

110 外部區(qū)

112 保護(hù)區(qū)

115 “濕”區(qū)

120 連接網(wǎng)絡(luò)的裝置

130 消息

134 FSK調(diào)制信號

138 經(jīng)雙調(diào)制的信號