專利名稱：具有遠程讀出器的可植入裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及遠程可讀取電子裝置，特別是可植入裝置，涉及用于 遠程讀取這種裝置的讀取器，而且涉及包括這種裝置和讀取器的無線 通信系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
美國2004/0113790 Al公開了一種可植入傳感器，其具有用于接 收(take up)由體外的發(fā)送器發(fā)射的射頻(RF)信號的天線。通過把 附加電容器連接到電抗電路或者與電抗電路斷開，能夠選擇性地改變 所述電抗電路的阻抗以對傳感器數(shù)據(jù)進行編碼，其中所述電抗電路被 耦合到天線。這些阻抗變化能夠用讀取器來遠程檢測。發(fā)明內(nèi)容基于這種情形，本發(fā)明的目的是提供允許電子裝置的更多樣遠程 讀出的裝置。這個目的是通過根據(jù)權(quán)利要求1的遠程可讀取電子裝置、根據(jù)權(quán) 利要求5的讀取器、根據(jù)權(quán)利要求7的無線通信系統(tǒng)以及根據(jù)權(quán)利要 求9的可植入裝置來實現(xiàn)的。從屬權(quán)利要求公開了優(yōu)選的實施例。根據(jù)本發(fā)明的遠程可讀取電子裝置可以用于要隔一段距離無線地 讀出數(shù)據(jù)、例如感測的測量值的任何應(yīng)用中。該裝置包括以下部件a) 諧振電路，具有用于接收射頻(RF)信號的接收器并具有用于 把諧振電路選擇性設(shè)置成至少三個給定諧振狀態(tài)之一的開關(guān)系統(tǒng)，所 述至少三個給定諧振狀態(tài)具有不同的諧振頻率。b) 控制單元，用于根據(jù)數(shù)據(jù)編碼的預(yù)定協(xié)議來控制所述開關(guān)系統(tǒng)。 所述電子裝置的優(yōu)勢在于，其諧振電路能夠選擇性地采取能夠從外部被檢 測的具有不同諧振頻率的三個、優(yōu)選四個或更多個不同狀態(tài)。 每個狀態(tài)因此能夠編碼n狀態(tài)邏輯(n>3)中的一個值，并且諧振電 路的每個讀出步驟能夠傳送相應(yīng)的信息量。與只能夠在兩個不同意義 狀態(tài)之間切換的電抗相比，這意味著數(shù)據(jù)傳輸率的很大提高。如果諧，則例如可能通過每個讀出步驟傳送兩位信 息，因而相對于兩狀態(tài)情況使數(shù)據(jù)流加倍。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，諧振電路的給定諧振狀態(tài)包括諧振電路的開路狀態(tài)，即不表現(xiàn)出任何諧振并且不從其所曝露的RF場中吸收 任何能量的狀態(tài)。通過把諧振電路的開路狀態(tài)包括到可能的有意義的 值的集合內(nèi)，能夠以最少的硬件來編碼最大的信息量。在電子裝置的可選實施例中，諧振電路包括至少一個電容器，所 述電容器能夠經(jīng)由開關(guān)系統(tǒng)的開關(guān)被選擇性連接或斷開。優(yōu)選地，諧 振電路包括兩個這樣的電容器，其允許編碼三種不同狀態(tài)(無電容器、 僅一個電容器和兩個電容器被連接)。如果這兩個電容器具有不同的 電容，則這還允許在僅一個電容器被連接的情況下區(qū)分兩個電容器中 的哪一個被連接，并由此允許編碼兩位信息。在通常情況下，諧振電 路包括n個電容器(n>2)，優(yōu)選具有在如下意義上不相關(guān)的電容 Cl， ...Cn:它們彼此不同并且不存在總和為相同值的Ci的兩個不同組 合。數(shù)學(xué)上這能夠由滿足如下等式的條件來表示i=l其中ai € {-1; 0; 1}，只有在所有i的ai = 0的情況下才能滿足這個等式。 具有這樣的一組電容器的電路能夠編碼2n個不同狀態(tài)，這就允許在每 個讀出步驟中發(fā)送n位。在本發(fā)明的另一個實施例中，諧振電路包括至少一個電感(例如 線圏)，所述電感能夠經(jīng)由開關(guān)系統(tǒng)的開關(guān)被選擇性連接或斷開.優(yōu) 選地，所述電感可以同時用作接收RF信號的接收器.本發(fā)明還涉及用于遠程可讀取電子裝置的讀取器，尤其是用于如 上所述的裝置的讀取器。該讀取器包括用于發(fā)射具有可調(diào)諧頻率的RF 信號的發(fā)送器和用于區(qū)分所發(fā)射RF信號的能量吸收中的至少三個不同 譜圖樣(spectral pattern)的檢測器。讀取器可以是緊湊式單元以 及分布式系統(tǒng)；因而發(fā)送器可以例如位于第一位置(優(yōu)選靠近遠程可 讀取電子裝置)，而檢測器位于不同位置，其中發(fā)送器和檢測器可以 有線或無線通信。所述讀取器的優(yōu)勢在于，能夠把三個不同的邏輯值編碼到所發(fā)射 的RF信號的能量吸收譜中。因而每次詢問吸收器，例如上述種類的遠程可讀取電子裝置，能夠傳送一位以上的信息。所述讀取器的發(fā)送器可以例如發(fā)送寬帶RF信號，該寬帶RF信號 產(chǎn)生能夠在其中找到期望的譜圖樣的能量吸收譜。在另一個實施例中， 發(fā)送器包括用于重復(fù)掃描給定頻率范周的掃描模塊，其中檢測器把譜 圖樣與每一掃描相關(guān)聯(lián)。在這種情況下，傳感器總是發(fā)射單頻信號， 其中所述信號的頻率在給定頻率范圍內(nèi)改變。檢測器在每種情況下觀的出現(xiàn)而被檢查的完整的譜圖像。本發(fā)明還涉及一種無線通信系統(tǒng)，其包括上述種類的遠程可讀取 電子裝置和讀取器。前述系統(tǒng)優(yōu)選包括用于遠程可讀取電子裝置的控制電路和讀取器 之間的同步的裝置。該可讀取裝置可以例如讓其諧振電路的諧振狀態(tài) 對于某個或某些時鐘周期保持恒定以允許讀取器確定所述狀態(tài).在這 種情況下，讀取器應(yīng)當與時鐘周期的開始和持續(xù)時間同步。如果時鐘 周期的持續(xù)時間(至少近似)固定，則讀取器可以例如使內(nèi)部時鐘與 諧振電路的狀態(tài)的每一被檢測的變化同步。本發(fā)明還涉及一種可植入裝置，其包括上述種類的遠程可讀取電 子裝置。對于可植入裝置，尤其重要的是用最少的功率消耗傳達盡可 能多的信息。這能夠通過所提出的遠程可讀取電子裝置來實現(xiàn)，原因 在于其能夠被無源地詢問同時通過使用至少三個不同邏輯值來編碼信 息而允許高數(shù)據(jù)流率。可植入裝置優(yōu)選包括用于感測某些生理學(xué)參數(shù)的傳感器，尤其是 用于感測壓力(例如血壓)、化學(xué)成分(例如C02或糖)、pH值、溫 度或電信號(例如心電圖信號)的傳感器。


本發(fā)明的這些方面以及其他方面會從下文所描述的實施例中顯現(xiàn) 出來并且參照這些實施例來闡述。這些實施例將借助于附圖以示例方 式進行描述，在附圖中圖l示意性示出了根據(jù)本發(fā)明具有相關(guān)讀取器的可植入裝置；圖2圖解說明了圖1的系統(tǒng)的通信協(xié)議.具體實施方式
醫(yī)療可植入裝置的功率要求日益由為把數(shù)據(jù)從植入物發(fā)送到人 (或動物)體外的裝置所需的功率支配。這種可植入裝置中所生成的RF信號傳播經(jīng)過身體并且能夠被體外的天線檢測。這就需要大量的功 率，所述功率因體內(nèi)的衰減而不能被減少。因此，這里提出的是使用無源通信來把數(shù)據(jù)從植入物發(fā)送到外部 世界。這能夠極大地減少植入物的功率消耗因而例如提高可植入醫(yī)療 裝置的電池壽命。圖1示意性示出了根據(jù)前述方法的遠程可讀取電子裝置10，該電 子裝置IO被植入到患者的身體1內(nèi)以用于感測某些參數(shù)(例如血壓或 化學(xué)物質(zhì)的濃度).可植入裝置10包括諧振電路12和相關(guān)控制單元 13，它們被生理學(xué)上可接受的殼體11氣密地(hermitically)密封。 諧振電路12包括串聯(lián)的以下元件- 歐姆電阻器R,- 線團L，用作電感和用于接收射頻信號RF的天線，和- 經(jīng)由開關(guān)系統(tǒng)并聯(lián)連接的兩個電容器Cl和C2，該開關(guān)系統(tǒng)具有用 于每個電容器的獨立開關(guān)S1和S2，其中開關(guān)S1和S2的狀態(tài)("打開" 或"閉合，，)由控制單元13獨立控制。諧振電路12的諧振頻率(o如下取決于開關(guān)Sl和S2的狀態(tài)(注意 這里下標"0-0" 、 "1-0"等等應(yīng)表示二進制數(shù)字) S1和S2打開od00Sl閉合而S2打開Sl打開而S2閉合Sl和S2閉合<formula>formula see original document page 7</formula>優(yōu)選地，電容C1和C2是不同的(C1^C2)，因為諧振頻率oh。和 01那么也會不同，因此能夠區(qū)分諧振頻率oh。和ra(H。諧振電路12的不同諧振狀態(tài)、即不同頻率(0ij能夠被位于身體1 外部的讀取器20遠程檢測。這可以例如通過使用"柵陷(grid-dipping) 原理"來實現(xiàn).術(shù)語"柵陷"的名稱來源于一件稱為"柵陷計"的測 試設(shè)備，其用來調(diào)諧LC儲能電路(tanks)的諧振頻率。在這樣的過程期間，外部調(diào)諧電路生成能夠被經(jīng)受測試的電路所拾取的RF信號. 當外部調(diào)諧電路以經(jīng)受測試的電路的諧振頻率振蕩時，由于經(jīng)受測試 的電路所增加的負載，外部調(diào)諧電路的柵電流(grid current)將陷 落(dip)。因而，能夠無線測量RF電路的諧振頻率。這個原理能夠應(yīng)用于從可植入醫(yī)療裝置向外部裝置的無源通信 中，其中該可植入醫(yī)療裝置IO能夠含有與圖1的振蕩器電路相似的振 蕩器電路12。因為這一電路的諧振頻率會根據(jù)開關(guān)Sl和S2的狀態(tài)而 改變，所以從外部檢測所述開關(guān)狀態(tài)是可能的。因此能夠通過針對開 關(guān)的狀態(tài)創(chuàng)建二進制碼來建立2位通信，例如 S1和S2打開"0-0" S1閉合而S2打開"1-0" S1打開而S2閉合"0-1"(如果C1^C2) Sl和S2閉合"1-1"。能夠通過改變開關(guān)Sl和S2以作為時間的函數(shù)以及通過用外部讀 取器20感測開關(guān)的狀態(tài)，從可植入醫(yī)療裝置IO向外部世界發(fā)送信息。讀取器20包括用于發(fā)射RF信號的天線22以及位于殼體21中的 用于在給定的頻率范圍F內(nèi)重復(fù)地掃掠(sweep)這些RF信號的頻率co 的掃描模塊23。這示于圖2中，圖2示出了持續(xù)時間At的四個示例 性掃掠，它們順序地感測在諧振頻率(O。。 ra。。(即沒有陷落)、(Du和 Oh。處的陷落。讀取器20的檢測器24檢測這些頻率并把它們與二進制 碼"0-1" 、 "0-0" 、 "1-1"和"1-0"相關(guān)聯(lián)。雖然所述示例的諧振電路包括兩個電容器Cl、 C2，但是該原理顯 然還可以利用更多的電容器來實現(xiàn)，并且還可能替代電容器地或除電 容器之外而使用多個電感器以改變振蕩器的諧振狀態(tài)，此外，無源通 信的所述原理不僅能夠用于醫(yī)療可植入裝置，而且還能夠用于如自主 式傳感器的其他應(yīng)用中。最后要指出的是，在本申請中，詞"包括"不排除其他元件或步 驟，"一"或"一個"不排除多個，單個處理器或其他單元可實現(xiàn)若 干裝置的功能。本發(fā)明在于每個新穎的特征以及特征的每種組合。此 外，權(quán)利要求中的附圖標記不應(yīng)當解釋成限制權(quán)利要求的范圍。
權(quán)利要求
1. 一種遠程可讀取電子裝置(10)，包括a)諧振電路(12)，具有用于接收RF信號的接收器(L)并具有用于將所述諧振電路選擇性設(shè)置成至少三個給定諧振狀態(tài)之一的開關(guān)系統(tǒng)(S1，S2)，所述至少三個給定諧振狀態(tài)具有不同的諧振頻率(ω00，ω10，ω01，ω11)；b)控制單元(13)，用于根據(jù)數(shù)據(jù)編碼的預(yù)定協(xié)議來控制所述開關(guān)系統(tǒng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的遠程可讀取電子裝置(10)，特征在于 所述給定諧振狀態(tài)包括諧振電路(12)的開路狀態(tài)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的遠程可讀取電子裝置(10)，特征在于 所述諧振電路(12)包括至少一個電容器(Cl， C2)，優(yōu)選兩個電容 器，所述電容器能夠經(jīng)由所述開關(guān)系統(tǒng)的開關(guān)(Sl， S2)而被選擇性 連接或斷開。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的遠程可讀取電子裝置(10)，特征在于 所述諧振電路U2)包括至少一個電感，優(yōu)選兩個電感，所述電感能 夠經(jīng)由所述開關(guān)系統(tǒng)的開關(guān)而被選擇性連接或斷開。
5. —種用于遠程可讀取電子裝置(10)、尤其是根據(jù)權(quán)利要求1 的裝置(10)的讀取器(20)，包括a )發(fā)送器(22 )，用于發(fā)射具有可調(diào)諧頻率的RF信號， b)檢測器(24)，用于區(qū)分所發(fā)射RF信號的能量吸收中的至少 三個不同的鐠圖樣。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的讀取器，特征在于其包括用于重復(fù)掃描 給定頻率范圍(F)的掃描模塊(23),其中所述檢測器(24)將譜圖 樣與每一掃描相關(guān)聯(lián)。
7. —種無線通信系統(tǒng)，包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的遠程可讀取電 子裝置(10 )和根據(jù)權(quán)利要求5所述的讀取器(20 )。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，特征在于其包括用于所述遠程可 讀取電子裝置(10)的控制單元(13)和所述讀取器(20)之間的同 步的裝置。
9. 一種可植入裝置，包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的遠程可讀取電子 裝置(10)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的可植入裝置，特征在于其包括用于某些 生理學(xué)參數(shù)、尤其是用于壓力、化學(xué)成分、pH值、溫度或電信號的傳 感器。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有相關(guān)讀取器(20)的遠程可讀取電子裝置(10)，特別是可植入裝置。該裝置包括諧振電路(12)，該諧振電路能夠被選擇性設(shè)置成至少三個不同的諧振狀態(tài)之一，其中這個狀態(tài)能夠用遠程讀取器進行無線感測。在特定實施例中，諧振電路(12)包括兩個電容器(C1，C2)，它們能夠被選擇性地連接到諧振電路(12)或與諧振電路(12)斷開。讀取器(20)優(yōu)選掃描給定的頻率范圍以檢測與諧振電路(12)的某些諧振狀態(tài)對應(yīng)的譜吸收圖樣。
文檔編號G06K7/00GK101536009SQ200780041055
公開日2009年9月16日 申請日期2007年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月3日
發(fā)明者M·默茨, R·H·W·皮南伯格, R·德克, Y·V·波諾馬雷夫 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司