ES3032345T3 - Circuit for an implantable device - Google Patents

Abstract

Un circuito integrado incluye: un circuito rectificador de radiofrecuencia (RF) a corriente continua (CC) acoplado a una o más antenas en un dispositivo implantable alimentado de forma inalámbrica, estando el circuito rectificador configurado para: rectificar una señal de RF de entrada recibida en una o más antenas y desde un controlador externo a través de acoplamiento radiativo eléctrico; y extraer energía eléctrica de CC y datos de configuración de la señal de RF de entrada; un circuito de control lógico conectado al circuito rectificador y a un circuito de accionamiento, estando el circuito de control lógico configurado para: generar una corriente para el circuito de accionamiento utilizando únicamente la energía eléctrica de CC extraída; de acuerdo con los datos de configuración extraídos, establecer información del estado de polaridad para cada electrodo; y un circuito de accionamiento acoplado a uno o más electrodos, comprendiendo el circuito de accionamiento espejos de corriente y estando configurado para: dirigir, a cada electrodo y a través de los espejos de corriente, una corriente de estimulación únicamente a partir de la corriente generada. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Circuito para un dispositivo implantable

Campo técnico

Esta solicitud se refiere, en general, a estimuladores implantables.

Antecedentes

La modulación de tejido excitable en el cuerpo por estimulación eléctrica se ha convertido en un tipo importante de terapia para pacientes con estados de discapacidad crónica, incluidos dolor crónico, problemas de inicio y control de movimiento, movimientos involuntarios, insuficiencia vascular, arritmias cardiacas y más. Una variedad de técnicas terapéuticas de estimulación eléctrica intracorporal pueden tratar estas afecciones. Por ejemplo, pueden usarse dispositivos para suministrar señales estimuladoras a tejido excitable, registrar signos vitales, llevar a cabo operaciones de estimulación o desfibrilación, registrar la actividad potencial de acción del tejido diana, controlar la liberación de fármaco desde cápsulas de liberación temporal o unidades de bomba de fármaco, o interactuar con el sistema auditivo para ayudar con la audición. Típicamente, tales dispositivos utilizan un generador de impulsos implantable (IPG, por sus siglas en inglés) operado por batería subcutánea para proveer energía u otros mecanismos de almacenamiento de carga.

El documento de Feldman y otros (Publicación de EE. UU. n.° US 2013/0184794) describe una arquitectura para un IPG que tiene circuitos integrados excitadores de electrodo maestro y esclavo.

Compendio

La invención se define por las reivindicaciones anexas.

Breve descripción de los dibujos

La FIG. 1 representa un diagrama de alto nivel de un ejemplo de un sistema de estimulación inalámbrica. La FIG. 2 representa un diagrama detallado de un ejemplo del sistema de estimulación inalámbrica.

La FIG. 3 es un diagrama de flujo que muestra un ejemplo del funcionamiento del sistema de estimulación inalámbrica.

La FIG. 4 es un diagrama de circuito que muestra un ejemplo de un dispositivo estimulador implantable inalámbrico.

La FIG. 5 es un diagrama de circuito de otro ejemplo de un dispositivo estimulador implantable inalámbrico. La FIG. 6 es un diagrama de bloques que muestra un ejemplo de funciones de control y retroalimentación de un dispositivo estimulador implantable inalámbrico.

La FIG. 7 es un esquema que muestra un ejemplo de un dispositivo estimulador implantable inalámbrico con componentes para implementar funciones de control y retroalimentación.

La FIG. 8 es un esquema de un ejemplo de una red de conmutación de enrutamiento de polaridad.

La FIG. 9A es un diagrama de un ejemplo de estimulador de campo de microondas (MFS, por sus siglas en inglés) que funciona junto con un dispositivo estimulador implantable inalámbrico.

La FIG. 9B es un diagrama de otro ejemplo de MFS que funciona junto con un dispositivo estimulador implantable inalámbrico.

La FIG. 10 es un diagrama detallado de un MFS a modo de ejemplo.

La FIG. 11 es un diagrama de flujo que muestra un proceso a modo de ejemplo en el cual el MFS transmite información de configuración de polaridad al dispositivo estimulador implantable inalámbrico.

La FIG. 12 es otro diagrama de flujo que muestra un proceso de ejemplo en el cual el MFS recibe y procesa la señal de retroalimentación de telemetría para realizar ajustes en transmisiones posteriores.

La FIG. 13 es un esquema de una implementación a modo de ejemplo de potencia, señal y flujo de control en el dispositivo estimulador implantable inalámbrico.

La FIG. 14 es un diagrama de un chip de circuito integrado para aplicaciones específicas (ASIC, por sus siglas en inglés) a modo de ejemplo para uso implantable.

La FIG. 15 muestra una secuencia a modo de ejemplo durante el funcionamiento del chip ASIC mostrado en la FIG. 14.

La FIG. 16A muestra una característica de dirección de corriente a modo de ejemplo para el chip ASIC mostrado en la FIG. 14.

La FIG. 16B muestra formas de onda a modo de ejemplo simuladas basándose en el modelo de chip ASIC representado.

La FIG. 17 muestra formas de onda a modo de ejemplo en diversos puntos en un chip ASIC con la característica de dirección de corriente.

Los símbolos de referencia iguales en los diversos dibujos indican elementos iguales.

Descripción detallada

En diversas implementaciones, se describen sistemas y métodos para aplicar uno o más impulsos eléctricos a tejido excitable diana como, por ejemplo, nervios, para tratar dolor crónico, inflamación, artritis, apnea del sueño, convulsiones, incontinencia, dolor asociado a cáncer, problemas de inicio y control de movimiento, movimientos involuntarios, insuficiencia vascular, arritmias cardíacas, obesidad, diabetes, dolor craneofacial como, por ejemplo, migrañas o cefaleas en racimo y otros trastornos. En ciertas realizaciones, se puede usar un dispositivo para enviar energía eléctrica al tejido nervioso diana usando energía de radiofrecuencia (RF) remota sin cables o acoplamiento inductivo para alimentar un dispositivo estimulador inalámbrico implantado pasivo. Los nervios diana pueden incluir, pero no se limitan a, la médula espinal y áreas circundantes, incluidos el asta dorsal, el ganglio de la raíz dorsal, las raíces nerviosas salientes, los ganglios nerviosos, las fibras de la columna dorsal y los haces de nervios periféricos que salen de la columna dorsal y el cerebro como, por ejemplo, los nervios vago, occipital, trigémino, hipogloso, sacro, coccígeos y similares.

Un sistema de estimulación inalámbrica puede incluir un dispositivo estimulador implantable con uno o más electrodos y una o más antenas conductoras (por ejemplo, antenas dipolo o de parche), y circuitos internos para la rectificación de la forma de onda de frecuencia y la energía eléctrica. El sistema puede comprender además un controlador externo y una antena para transmitir radiofrecuencia o energía de microondas de una fuente externa al dispositivo estimulador implantable sin cables ni acoplamiento inductivo para proveer potencia.

En diversas implementaciones, el dispositivo estimulador implantable inalámbrico se alimenta de forma inalámbrica (y, por lo tanto, no requiere una conexión por cable) y contiene los circuitos necesarios para recibir las instrucciones de impulso de una fuente externa al cuerpo. Por ejemplo, diversas realizaciones emplean configuración(es) de antena dipolo interna (u otra) para recibir potencia de RF a través de acoplamiento de radiación eléctrica. Esto permite que tales dispositivos produzcan corrientes eléctricas capaces de estimular haces de nervios sin una conexión física a un generador de impulsos implantable (IPG) o el uso de una bobina inductiva.

Según algunas implementaciones, el dispositivo estimulador implantable inalámbrico incluye un chip de circuito integrado para aplicaciones específicas (ASIC) para interactuar con un controlador externo y los electrodos contenidos dentro del dispositivo. El chip ASIC puede recoger potencia de RF de la señal de entrada recibida enviada desde el controlador externo para alimentar el dispositivo estimulador implantable inalámbrico, incluido el chip ASIC. El chip ASIC también puede extraer parámetros de forma de onda de la señal de entrada recibida y usar dicha información para crear impulsos eléctricos para estimular tejidos excitables a través de los electrodos. En particular, el chip ASIC contiene una característica de dirección de corriente para reflejar corrientes a cada electrodo con regularidad, manteniendo al mismo tiempo un tamaño de chip compacto. Además, el chip ASIC puede extraer información de configuración de polaridad de la señal de entrada recibida y usar tal información para configurar la polaridad para las interfaces de electrodo.

Descripciones adicionales de sistemas inalámbricos a modo de ejemplo para proveer estimulación neural a un paciente pueden encontrarse en solicitudes PCT publicadas en tramitación junto con la presente, comúnmente asignadas PCT/US2012/23029, presentada el 28 de enero 2011, PCT/US2012/32200, presentada el 11 de abril de 2011, PCT/US2012/48903, presentada el 28 de enero de 2011, PCT/US2012/50633, presentada el 12 de agosto de 2011 y PCT/US2012/55746, presentada el 15 de septiembre de 2011.

La FIG. 1 representa un diagrama de alto nivel de un ejemplo de un sistema de estimulación inalámbrica. El sistema de estimulación inalámbrica puede incluir cuatro componentes principales, a saber, un módulo 102 programador, un módulo 106 generador de impulsos de RF, una antena 110 de transmisión (TX) (por ejemplo, una antena de parche, una antena de ranura o una antena dipolo) y un dispositivo 114 estimulador inalámbrico implantado. El módulo 102 programador puede ser un dispositivo informático como, por ejemplo, un teléfono inteligente, que ejecuta una aplicación de software que soporta una conexión 104 inalámbrica como, por ejemplo, Bluetooth®. La aplicación puede permitir al usuario ver el estado del sistema y los diagnósticos, cambiar varios parámetros, aumentar/disminuir la amplitud de estímulo deseada de los pulsos de electrodo y ajustar la sensibilidad de retroalimentación del módulo 106 generador de pulsos de RF, entre otras funciones.

El módulo 106 generador de pulsos de RF puede incluir electrónica de comunicación que soporte la conexión 104 inalámbrica, los circuitos de estimulación, y la batería para alimentar la electrónica del generador. En algunas implementaciones, el módulo 106 generador de pulsos de RF incluye la antena de TX incorporada en su factor de forma de empaquetado mientras que, en otras implementaciones, la antena de TX está conectada al módulo 106 generador de pulsos de RF a través de una conexión 108 cableada o una conexión inalámbrica (no se muestra). La antena 110 TX puede acoplarse directamente al tejido para crear un campo eléctrico que alimenta el dispositivo 114 estimulador inalámbrico implantado. La antena 110 TX se comunica con el dispositivo 114 estimulador inalámbrico implantado a través de una interfaz de RF. Por ejemplo, la antena 110 de TX radia una señal de transmisión de RF que es modulada y codificada por el módulo 106 generador de impulsos de RF. El dispositivo estimulador inalámbrico implantado del módulo 114 contiene una o más antenas como, por ejemplo, antena(s) dipolo, para recibir y transmitir a través de la interfaz 112 de RF. En particular, el mecanismo de acoplamiento entre la antena 110 y la una o más antenas en el dispositivo de estimulación inalámbrica implantado del módulo 114 utiliza acoplamiento eléctrico radiativo y no acoplamiento inductivo. En otras palabras, el acoplamiento es a través de un campo eléctrico en lugar de un campo magnético.

A través de este acoplamiento eléctrico radiativo, la antena 110 TX puede proveer una señal de entrada al dispositivo 114 estimulador inalámbrico implantado. Esta señal de entrada contiene energía y puede contener información que codifica formas de onda de estímulo para ser aplicadas en los electrodos del dispositivo 114 estimulador inalámbrico implantado. En algunas implementaciones, el nivel de potencia de esta señal de entrada determina directamente una amplitud aplicada (por ejemplo, potencia, corriente o tensión) del uno o más pulsos eléctricos creados usando la energía eléctrica contenida en la señal de entrada. Dentro del dispositivo 114 estimulador inalámbrico implantado hay componentes para demodular la señal de transmisión de RF, y electrodos para suministrar la estimulación al tejido neuronal circundante.

El módulo 106 generador de pulsos de RF puede implantarse por vía subcutánea, o puede llevarse fuera del cuerpo. Cuando es externo al cuerpo, el módulo 106 generador de RF puede incorporarse en un diseño de cinturón o arnés para permitir el acoplamiento radiativo eléctrico a través de la piel y el tejido subyacente para transferir energía y/o parámetros de control al dispositivo 114 estimulador inalámbrico implantado. En cualquier caso, circuito(s) receptor(es) interno(s) al dispositivo 114 estimulador inalámbrico (o dispositivo 1400 estimulador implantable inalámbrico cilíndrico mostrado en las FIGS. 14A y 14B, el dispositivo 1900 estimulador implantable inalámbrico helicoidal mostrado en las FIGS. 19A a 19C) puede capturar la energía radiada por la antena 110 de TX y convertir esta energía en una forma de onda eléctrica. El(los) circuito(s) receptor(es) puede(n) modificar además la forma de onda para crear un pulso eléctrico adecuado para la estimulación de tejido neural.

En algunas implementaciones, el módulo 106 generador de pulsos de RF puede controlar remotamente los parámetros de estímulo (es decir, los parámetros de los pulsos eléctricos aplicados al tejido neural) y monitorizar la retroalimentación del dispositivo 114 estimulador inalámbrico basándose en señales de RF recibidas del dispositivo 114 estimulador inalámbrico implantado. Un algoritmo de detección de retroalimentación implementado por el módulo 106 generador de pulsos de RF puede monitorizar los datos enviados de forma inalámbrica desde el dispositivo 114 estimulador inalámbrico implantado, incluidas información sobre la energía que el dispositivo 114 estimulador inalámbrico implantado recibe del generador de pulsos de RF e información sobre la forma de onda del estímulo que se suministra a las almohadillas de electrodo. Con el fin de proveer una terapia eficaz para una afección médica dada, el sistema puede ajustarse para proveer la cantidad óptima de excitación o inhibición a las fibras nerviosas mediante estimulación eléctrica. Puede usarse un método de control de retroalimentación de bucle cerrado en el cual las señales de salida del dispositivo 114 estimulador inalámbrico implantado se monitorizan y usan para determinar el nivel apropiado de corriente de estimulación neural para mantener la activación neuronal efectiva, o, en algunos casos, el paciente puede ajustar manualmente las señales de salida en un método de control de bucle abierto.

La FIG. 2 representa un diagrama detallado de un ejemplo del sistema de estimulación inalámbrica. Como se representa, el módulo 102 de programación puede comprender un sistema 202 de entrada de usuario y un subsistema 208 de comunicación. El sistema 221 de entrada de usuario puede permitir que el usuario ajuste varios ajustes de parámetros (en algunos casos, en forma de bucle abierto) en forma de conjuntos de instrucciones. El subsistema 208 de comunicación puede transmitir estos conjuntos de instrucciones (y otra información) a través de la conexión 104 inalámbrica como, por ejemplo, Bluetooth o Wi-Fi, al módulo 106 generador de pulsos de RF, así como recibir datos del módulo 106.

Por ejemplo, el módulo 102 programador, que puede utilizarse para múltiples usuarios como, por ejemplo, una unidad de control del paciente o una unidad programadora del médico clínico, puede usarse para enviar parámetros de estimulación al módulo 106 generador de pulsos de RF. Los parámetros de estimulación que pueden controlarse pueden incluir amplitud de pulso, frecuencia de pulso y ancho de pulso en los intervalos mostrados en la Tabla 1. En este contexto, el término pulso se refiere a la fase de la forma de onda que produce directamente la estimulación del tejido; los parámetros de la fase de equilibrio de carga (descrita a continuación) pueden controlarse de manera similar. El paciente y/o el médico clínico también pueden controlar opcionalmente la duración y el patrón de tratamiento globales.

Tabla 1 de parámetros de estimulación

El módulo 106 generador de pulsos de RF puede programarse inicialmente para cumplir con los ajustes de parámetros específicos para cada paciente individual durante el procedimiento de implantación inicial. Debido a que las afecciones médicas o el propio cuerpo pueden cambiar con el tiempo, la capacidad de reajustar los ajustes de parámetros puede ser beneficiosa para garantizar la eficacia en curso de la terapia de modulación neural.

El módulo 102 programador puede ser funcionalmente un dispositivo inteligente y una aplicación asociada. El hardware del dispositivo inteligente puede incluir una CPU 206 y utilizarse como vehículo para gestionar la entrada de la pantalla táctil en una interfaz 204 gráfica de usuario (GUI, por sus siglas en inglés), para procesar y almacenar datos.

El módulo 106 generador de pulsos de RF puede conectarse a través de una conexión 108 por cable a una antena 110 TX externa. Alternativamente, tanto la antena como el generador de pulsos de RF están situados subcutáneamente (no se muestra).

Las señales enviadas por el módulo 106 generador de pulsos de RF al dispositivo 114 estimulador inalámbrico implantado pueden incluir atributos de potencia y ajuste de parámetros con respecto a la forma de onda del estímulo, amplitud, ancho del pulso y frecuencia. El módulo 106 generador de pulsos de RF puede funcionar también como una unidad de recepción inalámbrica que recibe señales de retroalimentación del dispositivo 114 estimulador inalámbrico implantado. Para ello, el módulo 106 generador de pulsos de RF puede contener microelectrónica u otros circuitos para gestionar la generación de las señales transmitidas al dispositivo 114 así como gestionar señales de retroalimentación como, por ejemplo, las del dispositivo 114 estimulador. Por ejemplo, el módulo 106 generador de pulsos de RF puede comprender un subsistema 214 controlador, un oscilador 218 de alta frecuencia, un amplificador 216 de RF, un conmutador de RF, y un subsistema 212 de retroalimentación.

El subsistema 214 controlador puede incluir una CPU 230 para gestionar el procesamiento de datos, un subsistema 228 de memoria como, por ejemplo, una memoria local, un subsistema 234 de comunicación para comunicarse con el módulo 102 programador (incluida la recepción de parámetros de estimulación del módulo programador), circuitos 236 generadores de pulsos, y convertidores 232 digital/analógico (D/A).

El subsistema 214 controlador puede ser utilizado por el paciente y/o el médico clínico para controlar los ajustes de los parámetros de estimulación (por ejemplo, controlando los parámetros de la señal enviada del módulo 106 generador de pulsos de RF al dispositivo 114 estimulador). Estos ajustes de parámetros pueden afectar, por ejemplo, a la potencia, el nivel de corriente o la forma del uno o más pulsos eléctricos. La programación de los parámetros de estimulación puede llevarse a cabo usando el módulo 102 de programación, como se ha descrito anteriormente, para establecer la tasa de repetición, el ancho de pulso, la amplitud y la forma de onda que se transmitirán por la energía de RF a la antena 238 de recepción (RX), típicamente una antena dipolo (aunque pueden usarse otros tipos), en el dispositivo 214 de estimulación inalámbrica implantado. El médico clínico puede tener la opción de bloquear y/u ocultar ciertos ajustes dentro de la interfaz del programador, limitando así la capacidad del paciente de ver o ajustar ciertos parámetros porque el ajuste de ciertos parámetros puede requerir conocimiento médico detallado de neurofisiología, neuroanatomía, protocolos para modulación neural y límites de seguridad de estimulación eléctrica.

El subsistema 214 controlador puede almacenar ajustes de parámetros recibidos en el subsistema 228 de memoria local, hasta que los ajustes de los parámetros son modificados por los nuevos datos de entrada recibidos del módulo 102 de programación. La CPU 206 puede utilizar los parámetros almacenados en la memoria local para controlar los circuitos 236 del generador de impulsos para generar una forma de onda de estímulo que es modulada por un oscilador 218 de alta frecuencia en el intervalo de 300 MHz a 8 GHz (preferiblemente entre aproximadamente 700 MHz y 5,8 GHz y más preferiblemente entre aproximadamente 800 MHz y 1,3 GHz). La señal de RF resultante puede amplificarse entonces mediante un amplificador 226 de RF y después enviarse a través de un conmutador 223 de RF a la antena 110 TX para alcanzar a través de profundidades de tejido la antena 238 de RX.

En algunas implementaciones, la señal de RF enviada por la antena 110 de TX puede ser simplemente una señal de transmisión de potencia utilizada por el módulo 114 de dispositivo de estimulación inalámbrica para generar impulsos eléctricos. En otras implementaciones, también se puede transmitir una señal de telemetría al dispositivo 114 estimulador inalámbrico para enviar instrucciones acerca de las diversas operaciones del dispositivo 114 estimulador inalámbrico. La señal de telemetría puede enviarse mediante la modulación de la señal portadora (a través de la piel si es externo, o a través de otros tejidos corporales si el módulo 106 generador de pulsos se implanta por vía subcutánea). La señal de telemetría se usa para modular la señal portadora (una señal de alta frecuencia) que está acoplada a la(s) antena(s) 238 implantada(s) y no interfiere con la entrada recibida en el mismo dispositivo estimulador para alimentar el dispositivo. En una realización, la señal de telemetría y la señal de alimentación se combinan en una señal, donde la señal de telemetría de RF se usa para modular la señal de alimentación de RF y, por lo tanto, el dispositivo de estimulación inalámbrica se alimenta directamente por la señal de telemetría recibida; subsistemas separados en el dispositivo de estimulación inalámbrica aprovechan la potencia contenida en la señal e interpretan el contenido de datos de la señal.

El conmutador 223 de RF puede ser un dispositivo multiuso como, por ejemplo, un acoplador direccional doble, que pasa el pulso de RF de amplitud relativamente alta y duración extremadamente corta a la antena 110 de TX con pérdida mínima de inserción mientras que simultáneamente provee dos salidas de bajo nivel al subsistema 212 de retroalimentación; una salida suministra una señal de potencia directa al subsistema 212 de retroalimentación, donde la señal de potencia directa es una versión atenuada del pulso de RF enviado a la antena 110 de TX, y la otra salida entrega una señal de potencia inversa a un puerto diferente del subsistema 212 de retroalimentación, donde la potencia inversa es una versión atenuada de la energía de RF reflejada de la antena 110 de TX.

Durante el tiempo de funcionamiento (cuando se está transmitiendo una señal de RF al dispositivo 114 estimulador inalámbrico), el conmutador 223 de RF se establece para enviar la señal de potencia directa al subsistema de retroalimentación. Durante el tiempo de apagado (cuando no se está transmitiendo una señal de RF al dispositivo 114 estimulador inalámbrico), el conmutador 223 de RF puede cambiar a un modo de recepción en el cual la energía de RF reflejada y/o las señales de RF del dispositivo 114 estimulador inalámbrico se reciben para ser analizadas en el subsistema 212 de retroalimentación.

El subsistema 212 de retroalimentación del módulo 106 generador de pulsos de RF puede incluir circuitos de recepción para recibir y extraer telemetría u otras señales de retroalimentación del dispositivo 114 estimulador inalámbrico y/o energía de RF reflejada de la señal enviada por la antena 110 de TX. El subsistema de retroalimentación puede incluir un amplificador 226, un filtro 224, un demodulador 222, y un convertidor 220 A/D.

El subsistema 212 de retroalimentación recibe la señal de potencia directa y convierte esta señal de CA de alta frecuencia en un nivel de CC que puede muestrearse y enviarse al subsistema 214 controlador. De esta manera, las características del pulso de RF generado pueden compararse con una señal de referencia dentro del subsistema 214 controlador. Si existe una disparidad (error) en cualquier parámetro, el subsistema 214 controlador puede ajustar la salida al generador 106 de pulsos de RF. La naturaleza del ajuste puede ser, por ejemplo, proporcional al error calculado. El subsistema 214 controlador puede incorporar entradas y límites adicionales en su esquema de ajuste como, por ejemplo, la amplitud de señal de la potencia inversa y cualquier valor máximo o mínimo predeterminado para diversos parámetros de pulso.

La señal de potencia inversa puede usarse para detectar condiciones de fallo en el sistema de suministro de potencia de RF. En una condición ideal, cuando la antena 110 de TX tiene una impedancia perfectamente adaptada al tejido en donde entra en contacto, las ondas electromagnéticas generadas por el generador 106 de pulsos de RF pasan sin obstáculos de la antena 110 TX hacia el tejido corporal. Sin embargo, en aplicaciones del mundo real, puede existir un gran grado de variabilidad en los tipos de cuerpo de usuarios, tipos de ropa que visten y colocación de la antena 110 con respecto a la superficie corporal. Dado que la impedancia de la antena 110 depende de la permitividad relativa del tejido subyacente y cualquier material intermedio, y también depende de la distancia de separación total de la antena de la piel, en cualquier aplicación dada puede haber una falta de coincidencia de impedancia en la interfaz de la antena 110 de TX con la superficie corporal. Cuando se produce tal desajuste, las ondas electromagnéticas enviadas desde el generador 106 de pulsos de RF se reflejan parcialmente en esta interfaz, y esta energía reflejada se propaga hacia atrás a través de la alimentación de antena.

El conmutador 223 de RF de acoplador direccional doble puede impedir que la energía de RF reflejada se propague de vuelta al amplificador 226, y puede atenuar esta señal de RF reflejada y enviar la señal atenuada como la señal de potencia inversa al subsistema 212 de retroalimentación. El subsistema 212 de retroalimentación puede convertir esta señal de CA de alta frecuencia en un nivel de CC que puede muestrearse y enviarse al subsistema 214 controlador. El subsistema 214 controlador puede calcular entonces la relación de la amplitud de la señal de potencia inversa con respecto a la amplitud de la señal de potencia directa. La relación de la amplitud de la señal de potencia inversa con respecto al nivel de amplitud de la potencia directa puede indicar la gravedad de la falta de coincidencia de impedancia.

Para detectar las condiciones de desajuste de impedancia, el subsistema 214 controlador puede medir la relación de potencia reflejada en tiempo real, y según umbrales preestablecidos para esta medición, el subsistema 214 controlador puede modificar el nivel de potencia de RF generada por el generador 106 de pulsos de RF. Por ejemplo, para un grado moderado de potencia reflejada, el curso de la acción puede ser que el subsistema 214 controlador aumente la amplitud de la potencia de RF enviada a la antena 110 de TX, como será necesario para compensar un acoplamiento de antena de TX ligeramente no óptimo pero aceptable al cuerpo. Para mayores relaciones de potencia reflejada, el curso de la acción puede ser evitar el funcionamiento del generador 106 de pulsos de RF y establecer un código de fallo para indicar que la antena 110 de TX tiene poco o ningún acoplamiento con el cuerpo. Este tipo de condición de fallo de potencia reflejada también puede generarse mediante una conexión pobre o interrumpida a la antena de TX. En cualquier caso, puede ser deseable detener la transmisión de RF cuando la relación de potencia reflejada está por encima de un umbral definido, porque la potencia reflejada internamente puede conducir a un calentamiento no deseado de componentes internos, y esta condición de fallo significa que el sistema no puede suministrar suficiente potencia al dispositivo de estimulación inalámbrica implantado y, por lo tanto, no puede suministrar la terapia al usuario.

El controlador 242 del dispositivo 114 estimulador inalámbrico puede transmitir señales de información como, por ejemplo, una señal de telemetría, a través de la antena 238 para comunicarse con el módulo 106 generador de pulsos de RF durante su ciclo de recepción. Por ejemplo, la señal de telemetría del dispositivo 114 estimulador inalámbrico puede acoplarse a la señal modulada en la(s) antena(s) 238 dipolo, durante el estado de encendido y apagado del circuito de transistor para habilitar o deshabilitar una forma de onda que produce las ráfagas de RF correspondientes necesarias para transmitir al módulo 106 generador de pulsos externo (o implantado remotamente). La(s) antena(s) 238 puede(n) estar conectada(s) a electrodos 254 en contacto con el tejido para proveer una trayectoria de retorno para la señal transmitida. Se puede usar un convertidor A/D (no se muestra) para transferir datos almacenados a un patrón serializado que se puede transmitir en la señal modulada por pulsos desde la(s) antena(s) 238 interna(s) del dispositivo 114 estimulador inalámbrico.

Una señal de telemetría del dispositivo 114 estimulador inalámbrico implantado puede incluir parámetros de estímulo como, por ejemplo, la potencia o la amplitud de la corriente que se suministra al tejido desde los electrodos. La señal de retroalimentación puede transmitirse al módulo 116 generador de pulsos de RF para indicar la intensidad del estímulo en el haz de nervios por medio del acoplamiento de la señal a la antena 238 de RX implantada, que irradia la señal de telemetría al módulo 106 generador de pulsos de RF externo (o implantado de manera remota). La señal de retroalimentación puede incluir una o ambas señales portadoras moduladas por pulsos de telemetría analógica y digital. Datos como, por ejemplo, los parámetros del pulso de estimulación y las características medidas del rendimiento del estimulador pueden almacenarse en un dispositivo de memoria interno dentro del dispositivo 114 estimulador implantado, y enviarse a la señal de telemetría. La frecuencia de la señal portadora puede estar en el intervalo de 300 MHz a 8 GHz (preferiblemente entre aproximadamente 700 MHz y 5,8 GHz y más preferiblemente entre aproximadamente 800 MHz y 1,3 GHz).

En el subsistema 212 de retroalimentación, la señal de telemetría puede modularse hacia abajo usando un demodulador 222 y digitalizarse mediante procesamiento a través de un convertidor 220 analógico-digital (A/D). La señal de telemetría digital puede entonces ser enviada a una CPU 230 con código incorporado, con la opción de reprogramar, para traducir la señal en una medición de corriente correspondiente en el tejido en base a la amplitud de la señal recibida. La CPU 230 del subsistema 214 controlador puede comparar los parámetros de estímulo notificados con los mantenidos en la memoria 228 local para verificar el dispositivo 114 estimulador inalámbrico que administró los estímulos especificados al tejido. Por ejemplo, si el dispositivo de estimulación inalámbrica informa una corriente más baja que la especificada, el nivel de potencia del módulo 106 generador de pulsos de RF puede aumentarse de modo que el dispositivo 114 estimulador inalámbrico implantado tendrá más potencia disponible para la estimulación. El dispositivo 114 estimulador inalámbrico implantado puede generar datos de telemetría en tiempo real, por ejemplo, a una velocidad de 8 Kbits por segundo. Todos los datos de retroalimentación recibidos del dispositivo 114 estimulador implantado pueden registrarse en tiempo y muestrearse para almacenarse para su recuperación a un sistema de monitorización remoto accesible por el profesional sanitario para la tendencia y correlaciones estadísticas.

La secuencia de señales de RF programables remotamente recibidas por la(s) antena(s) 238 interna(s) puede acondicionarse en formas de onda que se controlan dentro del dispositivo 114 estimulador inalámbrico implantable por el subsistema 242 de control y encaminarse a los electrodos 254 apropiados que se colocan cerca del tejido a estimular. Por ejemplo, la señal de RF transmitida desde el módulo 106 generador de pulsos de RF puede ser recibida por la antena 238 de RX y procesarse por circuitos como, por ejemplo, circuitos 240 de acondicionamiento de forma de onda, dentro del dispositivo 114 estimulador inalámbrico implantado para convertirse en impulsos eléctricos aplicados a los electrodos 254 a través de la interfaz 252 de electrodo. En algunas implementaciones, el dispositivo 114 estimulador inalámbrico implantado contiene entre dos y dieciséis electrodos 254.

Los circuitos 240 de acondicionamiento de forma de onda pueden incluir un rectificador 244, que rectifica la señal recibida por la antena 238 de RX. La señal rectificada puede alimentarse al controlador 242 para recibir instrucciones codificadas del módulo 106 generador de pulsos de RF. La señal del rectificador también puede alimentarse a un componente 246 de equilibrio de carga que está configurado para crear uno o más pulsos eléctricos basándose de tal manera que el uno o más pulsos eléctricos dan como resultado una carga neta sustancialmente cero en el uno o más electrodos (es decir, los pulsos están equilibrados en carga). Los pulsos de carga equilibrada se pasan a través del limitador 248 de corriente a la interfaz 252 de electrodo, que aplica los pulsos a los electrodos 254 según corresponda.

El limitador 248 de corriente garantiza que el nivel de corriente de los pulsos aplicados a los electrodos 254 no está por encima de un nivel de corriente umbral. En algunas implementaciones, una amplitud (por ejemplo, nivel de corriente, nivel de tensión o nivel de potencia) del pulso de RF recibido determina directamente la amplitud del estímulo. En este caso, puede ser particularmente beneficioso incluir un limitador 248 de corriente para evitar que se suministre una corriente o carga excesiva a través de los electrodos, aunque el limitador 248 de corriente puede utilizarse en otras implementaciones donde este no es el caso. Generalmente, para un electrodo dado que tiene varios milímetros cuadrados de área superficial, es la carga por fase la que debe limitarse por seguridad (donde la carga suministrada por una fase de estímulo es la integral de la corriente). Pero, en algunos casos, el límite puede colocarse en cambio en la corriente, donde la corriente máxima multiplicada por la duración de pulso máxima posible es menor que o igual a la carga segura máxima. Más generalmente, el limitador 248 actúa como un limitador de carga que limita una característica (por ejemplo, corriente o duración) de los pulsos eléctricos de modo que la carga por fase permanece por debajo de un nivel umbral (típicamente, un límite de carga segura).

En caso de que el dispositivo 114 estimulador inalámbrico implantado reciba un impulso "fuerte" de potencia RF suficiente para generar un estímulo que superará el límite predeterminado de carga segura, el limitador 248 de corriente puede limitar o "recortar" automáticamente la fase de estímulo para mantener la carga total de la fase dentro del límite de seguridad. El limitador 248 de corriente puede ser un componente de limitación de corriente pasivo que corta la señal a los electrodos 254 una vez alcanzado el límite de corriente seguro (nivel de corriente umbral). De manera alternativa o adicional, el limitador 248 de corriente puede comunicarse con la interfaz 252 de electrodo para apagar todos los electrodos 254 para evitar niveles de corriente que dañan el tejido.

Un evento de recorte puede activar un modo de control de retroalimentación del limitador de corriente. La acción de recorte puede hacer que el controlador envíe una señal de datos de potencia umbral al generador 106 de pulsos. El subsistema 212 de retroalimentación detecta la señal de potencia umbral y demodula la señal en datos que se comunican al subsistema 214 controlador. Los algoritmos del subsistema 214 controlador pueden actuar sobre esta condición de limitación de corriente reduciendo específicamente la potencia de RF generada por el generador de pulsos de RF, o cortando completamente la potencia. De esta manera, el generador 106 de pulsos puede reducir la potencia de RF suministrada al cuerpo si el dispositivo 114 estimulador inalámbrico implantado informa que está recibiendo un exceso de potencia de RF.

El controlador 250 del estimulador 205 puede comunicarse con la interfaz 252 de electrodo para controlar diversos aspectos de la configuración de los electrodos y los pulsos aplicados a los electrodos 254. La interfaz 252 de electrodos puede actuar como un múltiplex y controlar la polaridad y conmutación de cada uno de los electrodos 254. Por ejemplo, en algunas implementaciones, el estimulador 106 inalámbrico tiene múltiples electrodos 254 en contacto con el tejido, y para un estímulo dado, el módulo 106 generador de pulsos de RF puede asignar arbitrariamente uno o más electrodos para 1) que actúen como un electrodo estimulante, 2) para que actúen como un electrodo de retorno, o 3) para que estén inactivos mediante la comunicación de asignación enviada inalámbricamente con las instrucciones de parámetro, que el controlador 250 usa para ajustar la interfaz 252 de electrodos según corresponda. Puede ser fisiológicamente ventajoso asignar, por ejemplo, uno o dos electrodos como electrodos de estimulación y asignar todos los electrodos restantes como electrodos de retorno.

Asimismo, en algunas implementaciones, para un pulso de estímulo dado, el controlador 250 puede controlar la interfaz 252 de electrodos para dividir arbitrariamente la corriente (o según instrucciones del módulo 106 generador de pulsos) entre los electrodos de estimulación designados. Este control sobre la asignación de electrodos y el control de corriente puede ser ventajoso porque, en la práctica, los electrodos 254 pueden distribuirse espacialmente a lo largo de diversas estructuras neurales, y a través de la selección estratégica de la ubicación del electrodo estimulador y la proporción de corriente especificada para cada ubicación, la distribución de corriente agregada en el tejido puede modificarse para activar selectivamente objetivos neurales específicos. Esta estrategia de dirección de corriente puede mejorar el efecto terapéutico para el paciente.

En otra implementación, el curso temporal de los estímulos puede manipularse arbitrariamente. Una forma de onda de estímulo dada puede iniciarse en un tiempo T_inicio y terminarse en un tiempo T_final, y este curso de tiempo puede sincronizarse a lo largo de todos los electrodos de estimulación y retorno; además, la frecuencia de repetición de este ciclo de estímulo puede ser sincrónica para todos los electrodos. Sin embargo, el controlador 250, por sí solo o en respuesta a instrucciones del generador 106 de pulsos, puede controlar la interfaz 252 de electrodos para designar uno o más subconjuntos de electrodos para suministrar formas de onda de estímulo con tiempos de inicio y detención no síncronos, y la frecuencia de repetición de cada ciclo de estímulo puede especificarse de manera arbitraria e independiente.

Por ejemplo, un estimulador que tiene ocho electrodos puede configurarse para tener un subconjunto de cinco electrodos, llamado conjunto A, y un subconjunto de tres electrodos, llamado conjunto B. El conjunto A puede configurarse para usar dos de sus electrodos como electrodos de estimulación, siendo el resto electrodos de retorno. El conjunto B puede configurarse para tener solo un electrodo de estimulación. El controlador 250 puede especificar entonces que el conjunto A suministra una fase de estímulo con 3 mA de corriente durante período con una duración de 200 us seguido de una fase de equilibrio de carga de 400 us. Este ciclo de estímulo puede especificarse para repetirse a una velocidad de 60 ciclos por segundo. A continuación, para el conjunto B, el controlador 250 puede especificar una fase de estímulo con corriente de 1 mA durante 500 us seguida de una fase de equilibrio de carga de 800 us. La tasa de repetición para el ciclo de estímulo del conjunto-B se puede establecer independientemente del conjunto A, digamos que, por ejemplo, puede especificarse en 25 ciclos por segundo. O, si el controlador 250 se configuró para que coincida la tasa de repetición para el conjunto B con la del conjunto A, para tal caso el controlador 250 puede especificar los tiempos de inicio relativos de los ciclos de estímulo para que coincidan en el tiempo o para que estén arbitrariamente desplazados entre sí en algún intervalo de retardo.

En algunas implementaciones, el controlador 250 puede conformar arbitrariamente la amplitud de la forma de onda del estímulo, y puede hacerlo en respuesta a instrucciones del generador 106 de pulsos. La fase de estímulo puede ser suministrada por una fuente de corriente constante o una fuente de tensión constante, y este tipo de control puede generar formas de onda características que son estáticas, p. ej., una fuente de corriente constante genera un pulso rectangular característico en el cual la forma de onda de corriente tiene un aumento muy pronunciado, una amplitud constante durante la duración del estímulo, y luego un retorno muy pronunciado a la línea base. De manera alternativa o adicional, el controlador 250 puede aumentar o disminuir el nivel de corriente en cualquier momento durante la fase de estímulo y/o durante la fase de equilibrio de carga. Por lo tanto, en algunas implementaciones, el controlador 250 puede suministrar formas de onda de estímulo conformadas arbitrariamente como, por ejemplo, un pulso triangular, pulso sinusoidal o pulso gaussiano, por ejemplo. De manera similar, la fase de equilibrio de carga puede tener forma de amplitud arbitraria, y de manera similar un pulso anódico delantero (antes de la fase de estímulo) también puede tener forma de amplitud.

Como se describió anteriormente, el dispositivo 114 estimulador inalámbrico puede incluir un componente 246 de equilibrio de carga. Generalmente, para pulsos de estimulación de corriente constante, los pulsos deben equilibrarse en carga al tener la cantidad de corriente catódica igual a la cantidad de corriente anódica, lo cual se denomina típicamente estimulación bifásica. La densidad de carga es la cantidad de corriente por la duración que se aplica, y se expresa típicamente en unidades uC/cm2. Con el fin de evitar las reacciones electroquímicas irreversibles como, por ejemplo, el cambio de pH, la disolución del electrodo así como la destrucción del tejido, no debe aparecer carga neta en la interfaz electrodo-electrolito, y es generalmente aceptable tener una densidad de carga menor que 30 uC/cm2. Los pulsos de corriente de estimulación bifásica aseguran que no aparece carga neta en el electrodo después de cada ciclo de estimulación y los procesos electroquímicos se equilibran para evitar corrientes cc netas. El dispositivo 114 estimulador inalámbrico puede diseñarse para asegurar que la forma de onda del estímulo resultante tenga una carga neta cero. Se cree que los estímulos de carga equilibrada tienen efectos dañinos mínimos sobre el tejido reduciendo o eliminando los productos de reacción electroquímica creados en la interfaz electrodo-tejido.

Un pulso de estímulo puede tener una tensión o corriente negativa, llamado la fase catódica de la forma de onda. Los electrodos de estimulación pueden tener fases tanto catódicas como anódicas en diferentes momentos durante el ciclo de estímulo. Un electrodo que suministra una corriente negativa con suficiente amplitud para estimular tejido neural adyacente se denomina un "electrodo estimulante". Durante la fase de estímulo, el electrodo de estimulación actúa como un sumidero de corriente. Uno o más electrodos adicionales actúan como una fuente de corriente y estos electrodos se denominan "electrodos de retorno". Los electrodos de retorno se colocan en otro lugar en el tejido a cierta distancia de los electrodos de estimulación. Cuando se suministra una fase de estímulo negativo típica al tejido en el electrodo de estimulación, el electrodo de retorno tiene una fase de estímulo positivo. Durante la fase de equilibrio de carga posterior, las polaridades de cada electrodo se invierten.

En algunas implementaciones, el componente 246 de equilibrio de carga utiliza un condensador de bloqueo colocado eléctricamente en serie con los electrodos de estimulación y el tejido corporal, entre el punto de generación de estímulos dentro de los circuitos estimuladores y el punto de suministro de estímulos al tejido. De esta manera, se puede formar una red de resistencia-condensador (RC). En un estimulador de electrodos múltiples, se puede usar un condensador de equilibrio de carga para cada electrodo o se puede usar un condensador centralizado dentro de los circuitos estimuladores antes del punto de selección del electrodo. La red RC puede bloquear la corriente continua (CC), sin embargo, también puede evitar que la corriente alterna (CA) de baja frecuencia pase al tejido. La frecuencia por debajo de la cual la red RC en serie bloquea esencialmente las señales se denomina comúnmente frecuencia de corte, y en una realización el diseño del sistema estimulador puede asegurar que la frecuencia de corte no esté por encima de la frecuencia fundamental de la forma de onda del estímulo. En esta realización como se describe en la presente memoria, el estimulador inalámbrico puede tener un condensador de equilibrio de carga con un valor elegido según la resistencia en serie medida de los electrodos y el entorno tisular en el cual se implanta el estimulador. Al seleccionar un valor de capacitancia específico, la frecuencia de corte de la red RC en esta realización está en o por debajo de la frecuencia fundamental del pulso de estímulo.

En otras implementaciones, la frecuencia de corte puede elegirse para que esté en o por encima de la frecuencia fundamental del estímulo, y en este escenario la forma de onda del estímulo creada antes del condensador de equilibrio de carga, denominada forma de onda de activación, puede diseñarse para que no sea estacionaria, donde la envolvente de la forma de onda de activación varía durante la duración del pulso de activación. Por ejemplo, en una realización, la amplitud inicial de la forma de onda de activación se establece en una amplitud inicial Vi, y la amplitud aumenta durante la duración del pulso hasta que alcanza un valor final k*Vi. Al cambiar la amplitud de la forma de onda de activación a lo largo del tiempo, la forma de la forma de onda del estímulo que pasa a través del condensador de equilibrio de carga también se modifica. La forma de la forma de onda del estímulo puede modificarse de esta manera para crear un estímulo fisiológicamente ventajoso.

En algunas implementaciones, el dispositivo 114 estimulador inalámbrico puede crear una envolvente de forma de onda de activación que sigue la envolvente del pulso de RF recibido por la(s) antena(s) 238 dipolo de recepción. En este caso, el módulo 106 generador de pulsos de RF puede controlar directamente la envolvente de la forma de onda de activación dentro del dispositivo 114 estimulador inalámbrico y, por lo tanto, puede no requerirse almacenamiento de energía dentro del propio estimulador. En esta implementación, los circuitos estimuladores pueden modificar la envolvente de la forma de onda de activación o pueden pasar directamente al condensador de equilibrio de carga y/o etapa de selección de electrodo.

En algunas implementaciones, el dispositivo 114 estimulador inalámbrico implantado puede entregar una forma de onda de activación monofásica al condensador de equilibrio de carga o puede entregar formas de onda de activación multifásicas. En el caso de una forma de onda de activación monofásica, por ejemplo, un pulso rectangular de sentido negativo, este pulso comprende la fase de estímulo fisiológico, y el condensador de equilibrio de carga se polariza (carga) durante esta fase. Después de que se complete el pulso de activación, la función de equilibrio de carga se lleva a cabo únicamente mediante la descarga pasiva del condensador de equilibrio de carga, donde disipa su carga a través del tejido en una polaridad opuesta con respecto al estímulo anterior. En una implementación, una resistencia dentro del estimulador facilita la descarga del condensador de equilibrio de carga. En algunas implementaciones, mediante el uso de una fase de descarga pasiva, el condensador puede permitir una descarga virtualmente completa antes del inicio del pulso de estímulo posterior.

En el caso de formas de onda de activación multifásicas, el estimulador inalámbrico puede llevar a cabo la conmutación interna para pasar pulsos (fases) de sentido negativo o de sentido positivo al condensador de equilibrio de carga. Estos pulsos pueden ser entregados en cualquier secuencia y con amplitudes y formas de forma de onda variables para conseguir un efecto fisiológico deseado. Por ejemplo, la fase de estímulo puede ir seguida de una fase de equilibrio de carga activamente activada, y/o la fase de estímulo puede ir precedida de una fase opuesta. Por ejemplo, preceder el estímulo con una fase de polaridad opuesta puede tener la ventaja de reducir la amplitud de la fase de estímulo requerida para excitar el tejido.

En algunas implementaciones, la amplitud y la temporización de las fases de estímulo y equilibrado de carga se controlan por la amplitud y la temporización de los pulsos de RF del módulo 106 generador de pulsos de RF, y en otros, este control puede administrarse internamente mediante circuitos a bordo del dispositivo 114 estimulador inalámbrico como, por ejemplo, un controlador 250. En el caso de control a bordo, la amplitud y la temporización pueden especificarse o modificarse mediante comandos de datos suministrados desde el módulo 106 generador de pulsos.

La FIG. 3 es un diagrama de flujo que muestra un ejemplo de una operación de un sistema de estimulación neural inalámbrica. En el bloque 302, el dispositivo 114 estimulador inalámbrico se implanta cerca de haces de nervios y se acopla al campo eléctrico producido por la antena 110 de TX. Es decir, el módulo 106 generador de pulsos y la antena 110 TX están posicionados de tal manera (por ejemplo, cerca del paciente) que la antena 110 de TX está acoplada eléctricamente de manera radiativa con la antena 238 de RX implantada - del dispositivo 114 estimulador inalámbrico. En ciertas implementaciones, tanto la antena 110 como el generador 106 de pulsos de RF están localizados subcutáneamente. En otras implementaciones, la antena 110 y el generador 106 de pulsos de RF están situados externos al cuerpo del paciente. En este caso, la antena 110 de TX puede estar acoplada directamente a la piel del paciente.

La energía del generador de pulsos de RF se irradia al dispositivo 114 estimulador inalámbrico implantado de la antena 110 a través del tejido, como se muestra en bloque 304. La energía radiada puede controlarse mediante las entradas de parámetros del paciente/médico clínico en bloque 301. En algunos casos, los ajustes de parámetros pueden ser ajustados en un modo de bucle abierto por el paciente o el médico clínico, que ajustará las entradas de parámetros en el bloque 301 al sistema.

El dispositivo 114 estimulador inalámbrico implantado utiliza la energía recibida para generar pulsos eléctricos que se aplicarán al tejido neural a través de los electrodos 238. Por ejemplo, el dispositivo 114 estimulador inalámbrico puede contener circuitos que rectifican la energía de RF recibida y acondicionan la forma de onda para equilibrar la carga de la energía suministrada a los electrodos para estimular los nervios o tejidos diana, como se muestra en el bloque 306. El dispositivo 114 estimulador inalámbrico implantado se comunica con el generador 106 de pulsos utilizando la antena 238 para enviar una señal de telemetría, como se muestra en el bloque 308. La señal de telemetría puede contener información sobre parámetros de los pulsos eléctricos aplicados a los electrodos como, por ejemplo, la impedancia de los electrodos, si se ha alcanzado el límite de corriente seguro, o la amplitud de la corriente que se presenta al tejido desde los electrodos.

En el bloque 310, el generador 106 de pulsos de RF detecta, amplifica, filtra y modula la señal de telemetría recibida mediante el uso del amplificador 226, filtro 224, y demodulador 222, respectivamente. El convertidor 230 A/D a continuación digitaliza la señal analógica resultante, como se muestra en 312. La señal de telemetría digital se encamina a la CPU 230, que determina si los parámetros de la señal enviada al dispositivo 114 estimulador inalámbrico necesitan ajustarse basándose en la señal de telemetría digital. Por ejemplo, en el bloque 314, la CPU 230 compara la información de la señal digital con una tabla de consulta, que puede indicar un cambio apropiado en los parámetros de estimulación. El cambio indicado puede ser, por ejemplo, un cambio en el nivel de corriente de los pulsos aplicados a los electrodos. Como resultado, la CPU puede cambiar la potencia de salida de la señal enviada al dispositivo 114 estimulador inalámbri

aplicada por los electrodos 254, como se muestra en bloque 316.

Así, por ejemplo, la CPU 230 puede ajustar los parámetros de la señal enviada al dispositivo 114 estimulador inalámbrico cada ciclo para coincidir con el ajuste de amplitud de corriente deseado programado por el paciente, como se muestra en el bloque 318. El estado del sistema estimulador puede muestrearse en tiempo real a una velocidad de 8 Kbits por segundo de datos de telemetría. Todos los datos de retroalimentación recibidos del dispositivo 114 estimulador inalámbrico pueden mantenerse frente al tiempo y muestrearse por minuto para almacenarse para su descarga o carga a un sistema de monitorización remoto accesible por el profesional sanitario para la tendencia y correlaciones estadísticas en el bloque 318. Si se opera en un modo de bucle abierto, la operación del sistema estimulador puede reducirse a solo los elementos funcionales mostrados en los bloques 302, 304, 306 y 308, y el paciente usa su criterio para ajustar los ajustes de parámetros en lugar de la retroalimentación en bucle cerrado desde el dispositivo implantado.

La FIG. 4 es un diagrama de circuito que muestra un ejemplo de un dispositivo 114 estimulador inalámbrico. Este ejemplo contiene electrodos emparejados, que comprenden electrodo(s) 408 de cátodo y electrodo(s) 410 de ánodo, tal como se muestra. Cuando se energizan, los electrodos cargados crean un campo de conducción de volumen de densidad de corriente dentro del tejido. En esta implementación, la energía inalámbrica se recibe a través de una antena 238 dipolo. Al menos cuatro diodos están conectados entre sí para formar un rectificador 402 en puente de onda completa unido a la antena 238 dipolo. Cada diodo, hasta 100 micrómetros de longitud, utiliza un potencial de unión para evitar que el flujo de corriente eléctrica negativa, de cátodo a ánodo, pase a través del dispositivo cuando dicha corriente no exceda el umbral inverso. Para la estimulación neural a través de energía inalámbrica, transmitida a través del tejido, la ineficiencia natural del material con pérdidas puede conducir a una tensión umbral bajo. En esta implementación, un rectificador de diodo polarizado por cero da como resultado una impedancia de salida baja para el dispositivo. Una resistencia 404 y un condensador 406 de suavizado se colocan a lo largo de los nodos de salida del rectificador en puente para descargar los electrodos a la tierra del ánodo en puente. El puente 402 de rectificación incluye dos ramas de pares de diodos que conectan un ánodo a un ánodo y luego un cátodo a un cátodo. Los electrodos 408 y 410 están conectados a la salida del circuito 246 de equilibrio de carga.

La FIG. 5 es un diagrama de circuito de otro ejemplo de un dispositivo 114 estimulador inalámbrico. El ejemplo representado en la FIG. 5 incluye control de electrodos múltiples y puede emplear control de bucle cerrado completo. El dispositivo de estimulación inalámbrica incluye una matriz 254 de electrodos en la cual la polaridad de los electrodos puede estar asignada como catódica o anódica, y para la que los electrodos pueden no estar alimentados alternativamente con energía. Cuando se energizan, los electrodos cargados crean un campo de conducción de volumen de densidad de corriente dentro del tejido. En esta implementación, la energía inalámbrica es recibida por el dispositivo a través de la antena 238 dipolo. La matriz 254 de electrodos se controla a través de un circuito 242 controlador de a bordo que envía la información de bit apropiada a la interfaz 252 de electrodo para establecer la polaridad de cada electrodo en la matriz, así como la potencia a cada electrodo individual. La falta de potencia a un electrodo específico establecerá ese electrodo en una posición de APAGADO funcional. En otra implementación (no se muestra), la cantidad de corriente enviada a cada electrodo también se controla a través del controlador 242. Los datos de los parámetros de corriente, polaridad y estado de potencia del controlador, mostrados como la salida del controlador, se envían de vuelta a la antena 238 para la transmisión de telemetría de vuelta al módulo 106 generador de pulsos. El controlador 242 también incluye la funcionalidad de la monitorización de corriente y establece un contador de registro de bits de modo que el estado de la corriente total consumida puede enviarse de vuelta al módulo 106 generador de pulsos.

Al menos cuatro diodos pueden estar conectados entre sí para formar un rectificador 302 en puente de onda completa unido a la antena 238 dipolo. Cada diodo, hasta 100 micrómetros de longitud, utiliza un potencial de unión para evitar que el flujo de corriente eléctrica negativa, de cátodo a ánodo, pase a través del dispositivo cuando dicha corriente no exceda el umbral inverso. Para la estimulación neural a través de energía inalámbrica, transmitida a través del tejido, la ineficiencia natural del material con pérdidas puede conducir a una tensión umbral baja. En esta implementación, un rectificador de diodo polarizado a cero da como resultado una impedancia de salida baja para el dispositivo. Una resistencia 404 y un condensador 406 de suavizado se colocan a lo largo de los nodos de salida del rectificador en puente para descargar los electrodos a la tierra del ánodo en puente. El puente 402 de rectificación puede incluir dos ramas de pares de diodos que conectan un ánodo a un ánodo y luego un cátodo a un cátodo. La polaridad del electrodo produce, ambos cátodo 408 y ánodo 410 están conectados a las salidas formadas por la conexión en puente. Circuitos 246 de equilibrio de carga y circuitos 248 limitadores de corriente se colocan en serie con las salidas.

La FIG. 6 es un diagrama de bloques que muestra un ejemplo de funciones 605 de control y funciones 630 de retroalimentación de un dispositivo 600 estimulador inalámbrico implantable como, por ejemplo, los descritos anteriormente o a continuación. Una implementación a modo de ejemplo puede ser un módulo 114 de dispositivo estimulador inalámbrico, como se ha descrito anteriormente en asociación con la FIG. 2. Funciones 605 de control incluyen funciones 610 para la conmutación de polaridad de los electrodos y funciones 620 para el reinicio del encendido.

Las funciones 610 de conmutación de polaridad pueden emplear, por ejemplo, una red de conmutación de enrutamiento de polaridad para asignar polaridades a los electrodos 254. La asignación de polaridad a un electrodo puede ser, por ejemplo, una de: una polaridad catódica (polaridad negativa), una polaridad anódica (polaridad positiva) o una polaridad neutra (desactivada). La información de asignación de polaridad para cada uno de los electrodos 254 puede estar contenida en la señal de entrada recibida por el dispositivo 600 estimulador inalámbrico implantable a través de la antena 238 Rx del módulo 106 generador de pulsos de RF. Debido a que un módulo 102 programador puede controlar el módulo 106 generador de pulsos de RF, la polaridad de los electrodos 254 puede ser controlada remotamente por un programador a través del módulo 102 programador, como se muestra en la FIG. 2.

Las funciones 620 de reinicio de encendido pueden restablecer la asignación de polaridad de cada electrodo inmediatamente en cada evento de encendido. Como se describirá con más detalle a continuación, esta operación de reinicio puede provocar que un módulo 106 generador de pulsos de RF transmita la información de asignación de polaridad al dispositivo 600 estimulador inalámbrico implantable. Una vez que la información de asignación de polaridad es recibida por el dispositivo 600 estimulador inalámbrico implantable, la información de asignación de polaridad puede almacenarse en un archivo de registro u otro componente de memoria a corto plazo. A continuación, la información de asignación de polaridad puede usarse para configurar la asignación de polaridad de cada electrodo. Si la información de asignación de polaridad transmitida en respuesta al reinicio codifica el mismo estado de polaridad que antes del evento de encendido, entonces el estado de polaridad de cada electrodo puede mantenerse antes y después de cada evento de encendido.

Las funciones 630 de retroalimentación incluyen funciones 640 para monitorizar la potencia suministrada a los electrodos 254 y las funciones 650 para realizar el diagnóstico de impedancia de electrodos 254. Por ejemplo, las funciones 640 de potencia entregadas pueden proveer datos que codifican la cantidad de energía que se suministra de los electrodos 254 al tejido excitable y funciones 650 de diagnóstico de impedancia de tejido pueden proveer datos que codifican la información de diagnóstico de la impedancia del tejido. La impedancia del tejido es la impedancia eléctrica del tejido como se ve entre los electrodos negativo y positivo cuando se libera una corriente de estimulación entre los electrodos negativo y positivo.

Las funciones 630 de retroalimentación pueden incluir además funciones 660 de cálculo de profundidad de tejido para proveer datos que indiquen la profundidad de tejido total que la señal de radiofrecuencia (RF) de entrada del módulo generador de pulsos como, por ejemplo, el módulo 106 generador de pulsos de RF, ha penetrado antes de alcanzar la antena implantada como, por ejemplo, la antena 238 RX, dentro del dispositivo 600 estimulador implantable inalámbrico como, por ejemplo, un dispositivo 114 estimulador inalámbrico implantado. Por ejemplo, el cálculo de profundidad de tejido puede proveerse comparando la potencia de la señal de entrada recibida con la potencia del pulso de RF transmitido por el generador 106 de pulsos de RF. La relación entre la potencia de la señal de entrada recibida y la potencia del pulso de RF transmitido por el generador 106 de pulsos de RF puede indicar una atenuación causada por la propagación de la onda a través del tejido. Por ejemplo, el segundo armónico descrito a continuación puede ser recibido por el generador 106 de pulsos de RF y usarse con la potencia de la señal de entrada enviada por el generador de pulsos de RF para determinar la profundidad del tejido. La atenuación puede usarse para inferir la profundidad total del dispositivo 600 estimulador inalámbrico implantable debajo de la piel.

Los datos de los bloques 640, 650 y 660 pueden transmitirse, por ejemplo, a través de la antena 110 Tx a un generador 106 de impulsos de RF implantable, como se ilustra en las FIGS. 1 y 2.

Como se ha descrito anteriormente en asociación con las FIGS. 1, 2, 4 y 5, un dispositivo 600 estimulador inalámbrico implantable puede utilizar circuitos de rectificación para convertir la señal de entrada (p. ej., que tiene una frecuencia portadora dentro de un intervalo de aproximadamente 300 MHz a aproximadamente 8 GHz) en una potencia de corriente continua (CC) para accionar los electrodos 254. Algunas implementaciones pueden proveer la capacidad de regular la potencia de CC de manera remota. Algunas implementaciones pueden proveer además diferentes cantidades de potencia a diferentes electrodos, como se describe con más detalle a continuación.

La FIG. 7 es un esquema que muestra un ejemplo de un dispositivo 700 estimulador inalámbrico implantable con componentes para implementar funciones de control y retroalimentación como se ha explicado anteriormente en asociación con la FIG 6. Una antena 705 de RX recibe la señal de entrada. La antena 705 de RX puede estar incorporada como un una antena dipolo, microcinta, dipolo plegada u otra configuración de antena distinta de una configuración enrollada, como se describió anteriormente. La señal de entrada tiene una frecuencia portadora en el intervalo de GHz y contiene energía eléctrica para alimentar el dispositivo 700 estimulador implantable inalámbrico y para proveer pulsos de estimulación a los electrodos 254. Una vez recibida por la antena 705, la señal de entrada se encamina a los circuitos 710 de gestión de potencia. Los circuitos 710 de gestión de potencia están configurados para rectificar la señal de entrada y convertirla a una fuente de alimentación de CC. Por ejemplo, los circuitos 710 de gestión de potencia pueden incluir un puente de rectificación de diodos como, por ejemplo, el puente 402 de rectificación de diodos Ilustrado en la FIG. 4. La fuente de alimentación de CC provee energía a los circuitos 711 de estimulación y a los circuitos 713 de potencia lógicos. La rectificación puede utilizar uno o más rectificadores de puente de diodos de onda completa dentro de los circuitos 710 de gestión de potencia. En una implementación, se puede colocar una resistencia a lo largo de los nodos de salida del rectificador en puente para descargar los electrodos a la tierra del ánodo en puente, como se ilustra por el registro 404 de derivación en la FIG. 7.

Con referencia momentáneamente a la FIG. 8, se muestra un esquema de un ejemplo de una red 800 de conmutación de enrutamiento de polaridad . Como se ha descrito anteriormente, la energía catódica (-) y la energía anódica se reciben en la entrada 1 (bloque 722) y entrada 2 (bloque 723), respectivamente. La red 800 de conmutación de enrutamiento de polaridad tiene una de sus salidas acoplada a un electrodo de los electrodos 254 que puede incluir tan pocos como dos electrodos, o tantos como dieciséis electrodos. En esta implementación se muestran ocho electrodos como ejemplo.

La red 800 de conmutación de enrutamiento de polaridad está configurada para conectar individualmente cada salida a una de la entrada 1 o entrada 2, o desconectar la salida de cualquiera de las entradas. Esto selecciona la polaridad para cada electrodo individual de los electrodos 254 como uno de: neutro (apagado), cátodo (negativo) o ánodo (positivo). Cada salida está acoplada a un conmutador 830 de tres estados correspondiente para el ajuste del estado de conexión de la salida. Cada conmutador de tres estados está controlado por uno o más de los bits de la entrada 850 de selección. En algunas implementaciones, la entrada 850 de selección puede asignar más de un bit a cada conmutador de tres estados. Por ejemplo, dos bits pueden codificar la información de tres estados. Así, el estado de cada salida del dispositivo 800 conmutador de enrutamiento de polaridad se puede controlar mediante información que codifica los bits almacenados en el registro 732, que puede establecerse por la información de asignación de polaridad recibida del módulo 106 generador de pulsos de RF remoto, como se describe más adelante.

Con referencia a la FIG. 7, se pueden utilizar circuitos de detección de potencia e impedancia para determinar la potencia suministrada al tejido y la impedancia del tejido. Por ejemplo, una resistencia 718 de detección puede colocarse en conexión en serie con la rama 714 anódica. Los circuitos 719 de detección de corriente detectan la corriente a lo largo de la resistencia 718 y los circuitos 720 de detección de tensión detectan la tensión a lo largo de la resistencia. La corriente y la tensión medidas pueden corresponder a la corriente y tensión reales aplicadas por los electrodos al tejido.

Como se describe a continuación, la corriente y tensión medidas pueden proveerse como información de retroalimentación al módulo 106 generador de pulsos de RF. La potencia suministrada al tejido puede determinarse integrando el producto de la corriente y tensión medidas durante la duración de la forma de onda que se suministra a los electrodos 254. De manera similar, la impedancia del tejido puede determinarse en base a la tensión medida que se aplica a los electrodos y la corriente que se aplica al tejido. También se puede utilizar un circuito alternativo (no se muestra) en lugar de la resistencia 718 de detección, dependiendo de la implementación de la característica y si tanto la impedancia como la retroalimentación de potencia se miden individualmente, o se combinan.

Las mediciones de los circuitos 719 de detección de corriente y de los circuitos 720 de detección de tensión pueden encaminarse a un oscilador 733 controlado por tensión (VCO, por sus siglas en inglés) o circuitos equivalentes capaces de convertirse de una fuente de señal analógica en una señal portadora para modulación. VCO 733 puede generar una señal digital con una frecuencia portadora. La frecuencia portadora puede variar en base a mediciones analógicas como, por ejemplo, una tensión, un diferencial de una tensión y una potencia, etc. VCO 733 puede utilizar también modulación de amplitud o modulación por desplazamiento de fase para modular la información de retroalimentación en la frecuencia portadora. El VCO o el circuito equivalente pueden denominarse generalmente modulador de portadora controlado analógico. El modulador puede transmitir información que codifica la corriente o tensión detectada de vuelta al generador 106 de pulsos de RF.

La antena 725 puede transmitir la señal modulada, por ejemplo, en el intervalo de frecuencia de GHz, de vuelta al módulo 106 generador de pulsos de RF. En algunas realizaciones, las antenas 705 y 725 pueden ser la misma antena física. En otras realizaciones, las antenas 705 y 725 pueden ser antenas físicas separadas. En las realizaciones de antenas separadas, la antena 725 puede funcionar a una frecuencia de resonancia que es superior a la frecuencia de resonancia de la antena 705 para enviar la retroalimentación de estimulación al módulo 106 generador de pulsos de RF. En algunas realizaciones, la antena 725 puede operar también a la frecuencia de resonancia más alta para recibir datos que codifican la información de asignación de polaridad del módulo 106 generador de pulsos de RF.

La antena 725 puede incluir una antena 725 de telemetría que puede encaminar datos recibidos como, por ejemplo, información de asignación de polaridad, al circuito 730 de retroalimentación de estimulación. La información de asignación de polaridad codificada puede estar en una banda en el intervalo de GHz. Los datos recibidos pueden ser demodulados por circuitos 731 de demodulación y a continuación ser almacenados en el archivo 732 de registro. El archivo 732 de registro puede ser una memoria no permanente. El archivo 732 de registro puede ser un banco de memoria de 8 canales que puede almacenar, por ejemplo, varios bits de datos para cada canal al que se le asignará una polaridad. Algunas realizaciones pueden no tener archivo de registro, mientras que algunas realizaciones pueden tener un archivo de registro de hasta 64 bits de tamaño. La información codificada por estos bits puede enviarse como la señal de selección de polaridad a la red 721 de conmutación de enrutamiento de polaridad, como se indica por la flecha 734. Los bits pueden codificar la asignación de polaridad para cada salida de la red de conmutación de enrutamiento de polaridad como uno de: (positivo), - (negativo) o 0 (neutro). Cada salida se conecta a un electrodo y el ajuste de canal determina si el electrodo se ajustará como un ánodo (positivo), cátodo (negativo) o apagado (neutro).

Con referencia a los circuitos 710 de gestión de potencia, en algunas realizaciones, aproximadamente el 90 % de la energía recibida se encamina a los circuitos 711 de estimulación y menos del 10 % de la energía recibida se encamina a los circuitos 713 de potencia lógicos. Los circuitos 713 de potencia lógicos pueden alimentar los componentes de control para polaridad y telemetría. En algunas implementaciones, los circuitos 713 de potencia, sin embargo, no proveen la potencia real a los electrodos para estimular los tejidos. En ciertas realizaciones, la energía que sale de los circuitos 713 de potencia lógicos se envía a un circuito 716 de condensador para almacenar una cierta cantidad de energía fácilmente disponible. La tensión de la carga almacenada en el circuito 716 del condensador puede denominarse Vdc. Posteriormente, esta energía almacenada se usa para alimentar un circuito 716 de reinicio de encendido configurado para enviar una señal de reinicio en un evento de encendido. Si el estimulador 700 neural implantable inalámbrico pierde potencia durante un cierto período, por ejemplo, en el intervalo de aproximadamente 1 milisegundo a más de 10 milisegundos, el contenido en el archivo 732 de registro y el establecimiento de polaridad en la red 721 de conmutación de enrutamiento de polaridad pueden ser puestos a cero. El dispositivo 700 de estimulación inalámbrica implantable puede perder potencia, por ejemplo, cuando se alinea menos con el módulo 106 generador de pulsos de RF. Mediante el uso de esta energía almacenada, el circuito 740 de reinicio de encendido puede proveer una señal de reinicio como se indica por la flecha 717. Esta señal de reinicio puede provocar que el circuito 730 de retroalimentación de estimulación notifique al módulo 106 generador de pulsos de RF la pérdida de potencia. Por ejemplo, el circuito 730 de retroalimentación de estimulación puede transmitir una señal de retroalimentación de telemetría al módulo 106 generador de pulsos de RF como una notificación de estado del corte de alimentación. Esta señal de retroalimentación de telemetría puede transmitirse en respuesta a la señal de reinicio e inmediatamente después de que la alimentación vuelva al dispositivo 700 de estimulación inalámbrica. El módulo 106 generador de pulsos de RF puede transmitir entonces uno o más paquetes de telemetría al dispositivo de estimulación inalámbrica implantable. Los paquetes de telemetría contienen información de asignación de polaridad, que puede guardarse en el archivo 732 de registro y puede enviarse a la red 721 de conmutación de enrutamiento de polaridad. Por lo tanto, la información de asignación de polaridad en el archivo 732 de registro puede recuperarse de paquetes de telemetría transmitidos por el módulo 106 generador de pulsos de RF y la asignación de polaridad para cada salida de la red 721 de conmutación de enrutamiento de polaridad puede actualizarse por consiguiente basándose en la información de asignación de polaridad.

La antena 725 de telemetría puede transmitir la señal de retroalimentación de telemetría de vuelta al módulo 106 generador de pulsos de RF a una frecuencia superior a la frecuencia característica de una antena 705 de RX. En una implementación, la antena 725 de telemetría puede tener una frecuencia de resonancia elevada que es el segundo armónico de la frecuencia característica de la antena 705 de RX. Por ejemplo, el segundo armónico puede utilizarse para transmitir información de retroalimentación de potencia con respecto a un cálculo de la cantidad de potencia que se recibe por los electrodos. La información de retroalimentación puede ser utilizada entonces por el generador de pulsos de RF para determinar cualquier ajuste del nivel de potencia que se transmitirá por el generador 106 de pulsos de RF. De manera similar, la segunda energía armónica puede usarse para detectar la profundidad del tejido. La transmisión del segundo armónico puede detectarse mediante una antena externa, por ejemplo, en el módulo 106 generador de pulsos de RF que está sintonizado en el segundo armónico. En términos generales, los circuitos 710 de gestión de potencia pueden contener circuitos rectificadores que son dispositivos no lineales capaces de generar energías armónicas a partir de la señal de entrada. La recolección de dicha energía armónica para transmitir una señal de retroalimentación de telemetría puede mejorar la eficiencia del dispositivo 700 estimulador inalámbrico implantable.

La FIG. 9A es un diagrama de una implementación a modo de ejemplo de un estimulador 902 de campo de microondas (MFS) como parte de un sistema de estimulación que utiliza un dispositivo 922 estimulador inalámbrico implantable. En este ejemplo, el MFS 902 es externo al cuerpo de un paciente y puede colocarse dentro en estrecha proximidad, por ejemplo, dentro de 3 pies, a un dispositivo 922 estimulador inalámbrico implantable. El módulo 106 generador de pulsos de RF puede ser una implementación a modo de ejemplo de MFS 902. MFS 902 puede ser conocido generalmente como un módulo controlador. El dispositivo 922 estimulador inalámbrico implantable es un dispositivo pasivo. El dispositivo 922 estimulador inalámbrico implantable no tiene su propia fuente de alimentación independiente, sino que recibe potencia para su funcionamiento de señales de transmisión emitidas desde una antena de TX alimentada por el MFS 902, como se ha descrito anteriormente.

En ciertas realizaciones, el MFS 902 puede comunicarse con un programador 912. El programador 912 puede ser un dispositivo informático móvil como, por ejemplo, un ordenador portátil, un teléfono inteligente, una tableta, etc. La comunicación puede ser cableada, usando, por ejemplo, un cable USB ofirewire.La comunicación también puede ser inalámbrica, utilizando, por ejemplo, un protocolo bluetooth implementado por un módulo 904 bluetooth de transmisión, que se comunica con el módulo 914 bluetooth anfitrión dentro del programador 912.

El MFS 902 puede comunicarse además con el dispositivo 922 estimulador inalámbrico transmitiendo una señal de transmisión a través de una antena 907 Tx acoplada a un amplificador 906. La señal de transmisión puede propagarse a través de la piel y los tejidos subyacentes para llegar a la antena 923 Rx del dispositivo 922 estimulador inalámbrico. En algunas implementaciones, el dispositivo 922 estimulador inalámbrico puede transmitir una señal de retroalimentación de telemetría de vuelta al estimulador 902 de campo de microondas.

El estimulador 902 de campo de microondas puede incluir un microcontrolador 908 configurado para gestionar la comunicación con un programador 912 y generar una señal de salida. La señal de salida puede ser utilizada por el modulador 909 para modular una señal portadora de RF. La frecuencia de la señal portadora puede estar en el intervalo de microondas, por ejemplo, de aproximadamente 300 MHz a aproximadamente 8 GHz, preferiblemente de aproximadamente 800 MHz a 1,3 GHz. La señal portadora de RF modulada puede amplificarse mediante un amplificador 906 para proveer la señal de transmisión para la transmisión al dispositivo 922 estimulador inalámbrico a través de una antena 907 TX.

La FIG. 9B es un diagrama de otro ejemplo de una implementación de un estimulador 902 de campo de microondas como parte de un sistema de estimulación que utiliza un dispositivo 922 estimulador inalámbrico. En este ejemplo, el estimulador 902 de campo de microondas puede estar incorporado en el cuerpo del paciente, por ejemplo, por vía subcutánea. El estimulador 902 de campo de microondas incorporado puede recibir energía de un cargador 932 de batería inalámbrico remoto separado.

La potencia del cargador 932 de batería inalámbrico al estimulador 902 de campo de microondas incorporado puede transmitirse a una frecuencia en el intervalo de MHz o GHz. El estimulador 902 de campo de microondas deberá estar incorporado subcutáneamente a una profundidad muy baja (p. ej., menos de 1 cm) y métodos de acoplamiento alternativos pueden usarse para transferir energía de un cargador 932 de batería inalámbrico al MFS 902 incorporado de la manera más eficaz como se conoce en la técnica.

En algunas realizaciones, el estimulador 902 de campo de microondas puede adaptarse para su colocación en la capa epidural de una columna vertebral, cerca de o sobre la duramadre de la columna vertebral, en tejido muy próximo a la columna vertebral, en tejido ubicado cerca de un asta dorsal, en ganglios de la raíz dorsal, en una o más de las raíces dorsales, en fibras de la columna dorsal, o en haces nerviosos periféricos que abandonan la columna dorsal de la columna vertebral.

En esta realización, el estimulador 902 de campo de microondas transmitirá señales de potencia y parámetros a una antena Tx pasiva también incorporada por vía subcutánea, que se acoplará a la antena RX dentro del dispositivo 922 estimulador inalámbrico. La potencia requerida en esta realización es sustancialmente menor ya que la antena de TX y la antena de RX ya están en el tejido corporal y no hay necesidad de transmitir la señal a través de la piel.

La FIG. 10 es un diagrama detallado de un estimulador 902 de campo de microondas a modo de ejemplo. Un estimulador 902 de campo de microondas puede incluir un microcontrolador 908, un módulo 1002 de retroalimentación de telemetría, y un módulo 1004 de gestión de potencia. El estimulador 902 de campo de microondas tiene un esquema de comunicación bidireccional con un programador 912, así como con una antena 1006 de comunicación o de telemetría. El estimulador 902 de campo de microondas envía señales de potencia de salida y datos a través de una antena 1008 de TX.

El microcontrolador 908 puede incluir un dispositivo 1014 de almacenamiento, una interfaz 1013 bluetooth, una interfaz 1012 USB, una interfaz 1011 de potencia, un convertidor 1016 analógico-digital (ADC, por sus siglas en inglés), y un convertidor 1015 digital-analógico (DAC, por sus siglas en inglés). Implementaciones de un dispositivo 1014 de almacenamiento pueden incluir memoria permanente como, por ejemplo, memoria estática de solo lectura programable y borrable eléctricamente (SEEPROM, por sus siglas en inglés) o memoria flash NAND. Un dispositivo 1014 de almacenamiento puede almacenar información de parámetros de forma de onda para que el microcontrolador 908 sintetice la señal de salida utilizada por el modulador 909. La forma de onda de estimulación puede incluir múltiples pulsos. La información de parámetro de forma de onda puede incluir la forma, duración, amplitud de cada pulso, así como frecuencia de repetición de pulso. Un dispositivo 1014 de almacenamiento puede almacenar además información de asignación de polaridad para cada electrodo del dispositivo 922 estimulador inalámbrico. La interfaz 1013 Bluetooth y la interfaz 1012 USB respectivamente interactúan con cualquiera del módulo 1004 bluetooth o del módulo USB para comunicarse con el programador 912.

La antena 1006 de comunicación y una antena 1008 TX pueden, por ejemplo, configurarse en una variedad de tamaños y factores de forma, incluidas, pero sin limitarse a, una antena de parche, una antena de ranura o una antena dipolo. La antena 1008 TX puede adaptarse para transmitir una señal de transmisión, además de potencia, al dispositivo 922 estimulador neural pasivo implantable. Como se ha descrito anteriormente, una señal de salida generada por el microcontrolador 908 puede ser utilizada por el modulador 909 para proveer las instrucciones para la creación de una señal portadora de RF modulada. La señal portadora de RF puede amplificarse mediante el amplificador 906 para generar la señal de transmisión. Un acoplador 1009 direccional puede utilizarse para proveer acoplamiento bidireccional de modo que tanto la potencia directa del flujo de señal de transmisión transmitido por la antena 1008 de TX y la potencia inversa de la transmisión reflejada puede ser recogida por el detector 1022 de potencia del módulo 1002 de retroalimentación de telemetría. En algunas implementaciones, una antena 1006 de comunicación separada puede funcionar como la antena receptora para recibir la señal de retroalimentación de telemetría del dispositivo 922 estimulador inalámbrico. En algunas configuraciones, la antena de comunicación puede operar en una banda de frecuencia más alta que la antena 1008 de TX. Por ejemplo, la antena 1006 de comunicación puede tener una frecuencia característica que es un segundo armónico de la frecuencia característica de la antena 1008 de TX, como se ha descrito anteriormente.

En algunas realizaciones, el estimulador 902 de campo de microondas puede incluir además un módulo 902 de retroalimentación de telemetría. En algunas implementaciones, el módulo 1002 de retroalimentación de telemetría puede estar acoplado directamente a la antena 1006 de comunicación para recibir señales de retroalimentación de telemetría. El detector 1022 de potencia puede proveer una lectura tanto de la potencia directa de la señal de transmisión como de una potencia inversa de una porción de la señal de transmisión que se refleja durante la transmisión. La señal de telemetría, la lectura de potencia directa y la lectura de potencia inversa pueden amplificarse mediante un amplificador 1024 de bajo ruido (LNA, por sus siglas en inglés) para procesamiento adicional. Por ejemplo, el módulo 902 de telemetría puede configurarse para procesar la señal de retroalimentación de telemetría demodulando la señal de retroalimentación de telemetría para extraer la información codificada. Dicha información codificada puede incluir, por ejemplo, un estado del dispositivo 922 estimulador inalámbrico y uno o más parámetros eléctricos asociados a un canal (electrodo) particular del dispositivo 922 estimulador inalámbrico. Basándose en la información decodificada, el módulo 1002 de retroalimentación de telemetría puede usarse para calcular una característica operativa deseada para el dispositivo 922 estimulador inalámbrico.

Algunas realizaciones del MFS 902 pueden incluir además un módulo 1004 de gestión de potencia. Un módulo 1004 de gestión de potencia puede gestionar diversas fuentes de alimentación para el MFS 902. Fuentes de alimentación a modo de ejemplo incluyen, pero no se limitan a, baterías de iones de litio o de polímeros de litio. El módulo 1004 de gestión de potencia puede proveer varios modos operativos para ahorrar energía de la batería. Modos de funcionamiento a modo de ejemplo pueden incluir, pero no se limitan a, un modo regular, un modo de baja potencia, un modo de suspensión, un modo de suspensión profunda/hibernación y un modo apagado. El modo regular provee la regulación de la transmisión de señales de transmisión y estímulos al dispositivo 922 estimulador inalámbrico. En el modo regular, la señal de retroalimentación de telemetría se recibe y procesa para monitorizar los estímulos como normales. El modo de baja potencia también provee la regulación de la transmisión de señales de transmisión y estímulos a los electrodos del dispositivo de estimulación inalámbrica. Sin embargo, en este modo, la señal de retroalimentación de telemetría puede ignorarse. Más específicamente, la señal de retroalimentación de telemetría que codifica la potencia de estímulo puede ignorarse, ahorrando de este modo consumo general de potencia del MFS 902. En el modo de suspensión, el transceptor y el amplificador 906 se apagan, mientras que el microcontrolador se mantiene encendido con el último estado guardado en su memoria. En el modo de suspensión profunda/hibernación, el transceptor y el amplificador 906 se apagan, mientras que el microcontrolador está en un modo de potencia reducida, pero los reguladores de potencia están encendidos. En el modo apagado, todos los transceptores, microcontroladores y reguladores se apagan consiguiendo una potencia de reposo cero.

La FIG. 11 es un diagrama de flujo que muestra un proceso a modo de ejemplo en el cual el estimulador 902 de campo de microondas transmite información de configuración de polaridad al dispositivo 922 estimulador inalámbrico. La información de asignación de polaridad se almacena en una memoria 1102 permanente dentro del microcontrolador 908 del MFS 902. La información de asignación de polaridad puede ser representativamente específica y puede elegirse para satisfacer la necesidad específica de un paciente particular. Basándose en la información de asignación de polaridad elegida para un paciente particular, el microcontrolador 908 ejecuta una rutina específica para asignar polaridad a cada electrodo de la matriz de electrodos. El paciente particular tiene un dispositivo de estimulación inalámbrica como se ha descrito anteriormente.

En algunas implementaciones, el procedimiento de asignación de polaridad incluye enviar una señal al dispositivo de estimulación inalámbrica con una porción de encendido inicial seguida de una porción de configuración que codifica las asignaciones de polaridad. La porción de encendido puede, por ejemplo, incluir simplemente la señal portadora de RF. La porción de encendido inicial tiene una duración que es suficiente para encender el dispositivo de estimulación inalámbrica y permitir que el dispositivo se restablezca en un modo de configuración. Una vez en el modo de configuración, el dispositivo lee la información codificada en la porción de configuración y establece la polaridad de los electrodos como se indica por la información codificada.

Por lo tanto, en algunas implementaciones, el microcontrolador 908 enciende el modulador 909 de modo que la portadora de RF no modulada se envía al dispositivo 1104 estimulador inalámbrico. Después de una duración establecida, el microcontrolador 908 inicia automáticamente la transmisión de información que codifica la asignación de polaridad. En este escenario, el microcontrolador 908 transmite los ajustes de polaridad en ausencia de señales de toma de contacto del dispositivo de estimulación inalámbrica. Debido a que el estimulador 902 del campo de microondas está operando en estrecha proximidad al dispositivo 922 estimulador inalámbrico, la degradación de la señal puede no ser lo suficientemente severa como para garantizar el uso de señales de toma de contacto para mejorar la calidad de la comunicación.

Para transmitir la información de polaridad, el microcontrolador 908 lee la información de asignación de polaridad de la memoria permanente y genera una señal digital que codifica la información 1106 de polaridad. La señal digital que codifica la información de polaridad puede convertirse en una señal analógica, por ejemplo, mediante un convertidor 1112 digital-analógico (DAC). La señal analógica que codifica la forma de onda puede modular una señal portadora en el modulador 909 para generar una porción de configuración de la señal de transmisión (1114). Esta porción de configuración de la señal de transmisión puede amplificarse mediante el amplificador 906 de potencia para generar la señal a transmitir por la antena 907 (1116). A continuación, la porción de configuración de la señal de transmisión se transmite al dispositivo 922 estimulador inalámbrico (1118).

Una vez que la porción de configuración se transmite al dispositivo de estimulación inalámbrica, el microcontrolador 908 inicia la porción de estimulación de la señal de transmisión. De manera similar a la porción de configuración, el microcontrolador 908 genera una señal digital que codifica la forma de onda de estimulación. La señal digital se convierte en una señal analógica usando el DAC. La señal analógica se usa entonces para modular una señal portadora en el modulador 909 para generar una porción de estimulación de la señal de transmisión.

En otras implementaciones, el microcontrolador 908 inicia el protocolo de asignación de polaridad después de que el microcontrolador 908 haya reconocido una señal de reinicio de encendido transmitida por el estimulador neural. La señal de reinicio de encendido puede extraerse de una señal de retroalimentación recibida por el microcontrolador 908 del dispositivo 922 estimulador inalámbrico. La señal de retroalimentación también puede conocerse como una señal de toma de contacto en el sentido de que alerta al estimulador 902 de campo de microondas del estado preparado del dispositivo 922 estimulador inalámbrico. En un ejemplo, la señal de retroalimentación puede demodularse y muestrearse al dominio digital antes de que la señal de reinicio de encendido se extraiga en el dominio digital.

La FIG. 12 es un diagrama de flujo que muestra un ejemplo del proceso en el cual el estimulador 902 de campo de microondas recibe y procesa la señal de retroalimentación de telemetría para realizar ajustes en transmisiones posteriores.

En algunas implementaciones, el microcontrolador 908 sondea el módulo 1002 de retroalimentación de telemetría (1212). El sondeo es para determinar si se ha recibido una señal de retroalimentación de telemetría (1214). La señal de retroalimentación de telemetría puede incluir información basada en qué MFS 902 puede determinar el consumo de energía que se utiliza por los electrodos del dispositivo 922 estimulador inalámbrico. Esta información también puede usarse para determinar las características operativas del sistema de combinación del MFS 902 y el dispositivo 922 estimulador inalámbrico, como se describirá con más detalle en asociación con la FIG. 13. La información también puede registrarse por el estimulador 902 de campo de microondas de modo que la respuesta del paciente puede correlacionarse con tratamientos anteriores recibidos a lo largo del tiempo. La correlación puede revelar la respuesta individual del paciente a los tratamientos que el paciente ha recibido hasta la fecha.

Si el microcontrolador 908 determina que el módulo 1002 de retroalimentación de telemetría no ha recibido todavía ninguna señal de retroalimentación de telemetría, el microcontrolador 908 puede continuar el sondeo (1212). Si el microcontrolador 908 determina que el módulo 1002 de retroalimentación de telemetría -ha recibido la señal de retroalimentación de telemetría, el microcontrolador 908 puede extraer la información contenida en la señal de retroalimentación de telemetría para llevar a cabo cálculos (1216). La extracción puede llevarse a cabo demodulando la señal de retroalimentación de telemetría y muestreando la señal demodulada en el dominio digital. Los cálculos pueden revelar características operativas del dispositivo 922 estimulador inalámbrico, incluidos, por ejemplo, niveles de tensión o corriente asociados a un electrodo particular, consumo de potencia de un electrodo particular, y/o impedancia del tejido que está estimulándose a través de los electrodos.

A continuación, en ciertas realizaciones, el microcontrolador 908 puede almacenar información extraída de las señales de telemetría así como los resultados de cálculo (1218). Los datos almacenados pueden proveerse a un usuario a través del programador a petición (1220). El usuario puede ser el paciente, el médico o representantes del fabricante. Los datos pueden almacenarse en una memoria permanente como, por ejemplo, memoria flash NAND o EEPROM.

En otras realizaciones, se puede activar un esquema de gestión de potencia 1222 por el microcontrolador (908). Bajo el esquema de gestión de potencia, el microcontrolador 908 puede determinar si ajustar un parámetro de transmisiones posteriores (1224). El parámetro puede ser la amplitud o la forma de la forma de onda de estimulación. En una implementación, el nivel de amplitud puede ajustarse basándose en una tabla de búsqueda que muestra una relación entre el nivel de amplitud y una potencia correspondiente aplicada al tejido a través de los electrodos. En una implementación, la forma de la forma de onda puede estar predistorsionada para compensar una respuesta de frecuencia del estimulador 902 de campo de microondas y el dispositivo 922 estimulador inalámbrico. El parámetro también puede ser la frecuencia portadora de la señal de transmisión. Por ejemplo, la frecuencia portadora de la señal de transmisión puede modificarse para proveer una sintonización fina que mejore la eficiencia de transmisión.

Si se realiza un ajuste, las señales de transmisión transmitidas posteriormente se ajustan en consecuencia. Si no se realiza ajuste alguno, el microcontrolador 908 puede volver a sondear el módulo 1002 de retroalimentación de telemetría para la señal de retroalimentación de telemetría (1212).

En otras implementaciones, en lugar de sondear el módulo 1002 de retroalimentación de telemetría, el microcontrolador 908 puede esperar una solicitud de interrupción del módulo 1002 de retroalimentación de telemetría. La interrupción puede ser una interrupción de software, por ejemplo, a través de un manipulador de excepciones del programa de aplicación. La interrupción también puede ser una interrupción de hardware, por ejemplo, un evento de hardware y gestionado por un manipulador de excepciones del sistema operativo subyacente.

La FIG. 13 es un esquema de una implementación a modo de ejemplo del flujo de potencia, señal y control para el dispositivo 922 estimulador inalámbrico. Una fuente 1302 de CC obtiene energía de la señal de transmisión recibida en el dispositivo 922 estimulador inalámbrico durante la porción de encendido inicial de la señal de transmisión mientras la potencia de RF está aumentando. En una implementación, un rectificador puede rectificar la porción de encendido recibida para generar la fuente 1302 de CC y un condensador 1304 puede almacenar una carga de la señal rectificada durante la porción inicial. Cuando la carga almacenada alcanza una cierta tensión (por ejemplo, una suficiente o próxima a suficiente para alimentar operaciones del dispositivo 922 estimulador inalámbrico), el circuito 1306 de reinicio de encendido puede activarse para enviar una señal de reinicio de encendido para reiniciar los componentes del estimulador neural. La señal de ajuste de encendido puede enviarse al circuito 1308 para restablecer, por ejemplo, registros digitales, conmutadores digitales, lógica digital u otros componentes digitales como, por ejemplo, lógica 1310 de transmisión y recepción. Los componentes digitales también pueden estar asociados a un módulo 1312 de control. Por ejemplo, un módulo 1312 de control puede incluir control 252 de electrodo, archivo 732 de registro, etc. El reinicio de encendido puede reiniciar la lógica digital de modo que el circuito 1308 comienza a operar desde un estado inicial conocido.

En algunas implementaciones, la señal de reinicio de encendido puede provocar posteriormente que el circuito 1308 FPGA transmita una señal de telemetría de reinicio de encendido de nuevo al MFS 902 para indicar que el dispositivo 922 estimulador inalámbrico implantable está listo para recibir la porción de configuración de la señal de transmisión que contiene la información de asignación de polaridad. Por ejemplo, el módulo 1312 de control puede señalizar al módulo 1310 RX/TX que envíe la señal de telemetría de reinicio de encendido a la antena 1332 de telemetría para la transmisión al MFS 902.

En otras implementaciones, la señal de telemetría de reinicio de encendido puede no proveerse. Como se ha descrito anteriormente, debido a la proximidad entre el MFS 902 y el dispositivo 922 estimulador implantable, pasivo, la degradación de la señal debida a la pérdida de propagación puede no ser lo suficientemente grave como para garantizar implementaciones de señales de toma de contacto desde el dispositivo 922 estimulador pasivo implantable en respuesta a la señal de transmisión. Además, la eficiencia operativa del dispositivo 922 estimulador neural pasivo implantable puede ser otro factor que sopesa la implementación de señales de toma de contacto.

Una vez que el circuito 1308 FPGA se haya reestablecido a un estado inicial, el circuito 1308 FPGA pasa a un modo de configuración configurado para leer asignaciones de polaridad codificadas en la señal de transmisión recibida durante el estado de configuración. En algunas implementaciones, la porción de configuración de la señal de transmisión puede llegar al dispositivo de estimulación inalámbrica a través de la antena 1334 de RX. La señal de transmisión recibida puede proveer una fuente 1314 de CA. La fuente 1314 de CA puede estar en la frecuencia portadora de la señal de transmisión, por ejemplo, de aproximadamente 300 MHz a aproximadamente 8 GHz.

A continuación, el módulo 1312 de control puede leer la información de asignación de polaridad y ajustar la polaridad para cada electrodo a través del control 1316 de multiplexor analógico según la información de asignación de polaridad en la porción de configuración de la señal de transmisión recibida. La interfaz 252 de electrodo puede ser un ejemplo de control 1316 de multiplexor analógico, que puede proveer un canal a un electrodo respectivo del dispositivo 922 estimulador inalámbrico implantable.

Una vez que la polaridad de cada electrodo se ajusta a través del control 1316 de multiplexor analógico, el dispositivo 922 estimulador inalámbrico implantable está listo para recibir las formas de onda de estimulación. Algunas implementaciones pueden no emplear una señal de toma de contacto para indicar que el dispositivo 922 estimulador inalámbrico está listo para recibir las formas de onda de estimulación. En su lugar, la señal de transmisión puede pasar automáticamente de la porción de configuración a la porción de estimulación. En otras implementaciones, el dispositivo 922 estimulador inalámbrico implantable puede proveer una señal de toma de contacto para informar al MFS 902 que el dispositivo 922 estimulador inalámbrico implantable está listo para recibir la porción de estimulación de la señal de transmisión. La señal de toma de contacto, si se implementa, puede ser provista por el módulo 1310 RX/TX y transmitida por la antena 1332 de telemetría.

En algunas implementaciones, la porción de estimulación de la señal de transmisión también puede llegar al dispositivo de estimulación inalámbrica implantable a través de la antena 1334 de RX. La señal de transmisión recibida puede proveer una fuente 1314 de CA. La fuente 1314 de CA puede estar en la frecuencia portadora de la señal de transmisión, por ejemplo, de aproximadamente 300 MHz a aproximadamente 8 GHz. La porción de estimulación puede rectificarse y acondicionarse según las descripciones anteriores para proveer una forma de onda de estimulación extraída. La forma de onda de estimulación extraída puede aplicarse a cada electrodo del dispositivo 922 estimulador inalámbrico implantable. En algunas realizaciones, la aplicación de la forma de onda de estimulación puede ser concurrente, es decir, aplicada a todos los electrodos a la vez. Como se ha descrito anteriormente, la polaridad de cada electrodo ya se ha establecido y la forma de onda de estimulación se ha aplicado a los electrodos según los ajustes de polaridad para el canal correspondiente.

En algunas implementaciones, cada canal de control 1316 de multiplexor analógico está conectado a un electrodo correspondiente y puede tener una resistencia de referencia colocada en serie. Por ejemplo, la FIG.

13 muestra resistencias 1322, 1324, 1326 y 1328 de referencia en una conexión en serie con un canal de correspondencia. El control 1316 de multiplexor analógico puede incluir además una resistencia 1320 de calibración colocada en un canal separado y puesto a tierra. La resistencia 1320 de calibración está en paralelo con un electrodo dado en un canal particular. Las resistencias 1322, 1324, 1326 y 1328 de referencia así como la resistencia 1320 de calibración también se pueden conocer como resistencias 718 de detección. Estas resistencias pueden detectar un parámetro eléctrico en un canal dado, como se describe a continuación.

En algunas configuraciones, un modulador de portadora controlado analógico puede recibir una tensión diferencial que se usa para determinar la frecuencia de portadora que debe generarse. La frecuencia portadora generada puede ser proporcional a la tensión diferencial. Un modulador de portadora controlado analógico a modo de ejemplo es el VCO 733.

En una configuración, la frecuencia portadora puede indicar una tensión absoluta, medida en términos de la diferencia relativa de una tensión predeterminada y conocida. Por ejemplo, la tensión diferencial puede ser la diferencia entre una tensión a lo largo de una resistencia de referencia conectada a un canal bajo medición y una tensión estándar. La tensión diferencial puede ser la diferencia entre una tensión a lo largo de la resistencia 1320 de calibración y la tensión estándar. Una tensión estándar a modo de ejemplo puede ser la tierra.

En otra configuración, la frecuencia portadora puede revelar una característica de impedancia de un canal dado. Por ejemplo, la tensión diferencial puede ser la diferencia entre la tensión en el electrodo conectado al canal bajo medición y una tensión a lo largo de la resistencia de referencia en serie. Debido a la conexión en serie, una comparación de la tensión a lo largo de la resistencia de referencia y la tensión en el electrodo indicará la impedancia del tejido subyacente que se estimula en relación con la impedancia de la resistencia de referencia. Como se conoce la impedancia de la resistencia de referencia, la impedancia del tejido subyacente que se estimula puede inferirse en base a la frecuencia portadora resultante.

Por ejemplo, la tensión diferencial puede ser la diferencia entre una tensión en la resistencia de calibración y una tensión a lo largo de la resistencia de referencia. Debido a que la resistencia de calibración está colocada en paralelo a un canal dado, la tensión en la calibración es sustancialmente la misma que la tensión en el canal dado. Debido a que la resistencia de referencia está en una conexión en serie con el canal dado, la tensión en la resistencia de referencia es una parte de la tensión a lo largo del canal dado. Por lo tanto, la diferencia entre la tensión en la resistencia de calibración y la tensión a lo largo de la resistencia de referencia corresponde a la caída de tensión en el electrodo. Por lo tanto, la tensión en el electrodo puede inferirse en base a la diferencia de tensión.

En incluso otra configuración, la frecuencia portadora puede proveer una lectura de una corriente. Por ejemplo, si la tensión sobre la resistencia 1322 de referencia se ha medido, como se ha descrito anteriormente, se puede deducir la corriente que pasa a través de la resistencia de referencia y el canal correspondiente dividiendo la tensión medida por la impedancia de la resistencia 1322 de referencia.

Pueden existir muchas variaciones según los ejemplos específicamente descritos anteriormente. Los ejemplos y sus variaciones pueden detectar uno o más parámetros eléctricos simultáneamente y pueden usar los parámetros eléctricos detectados simultáneamente para accionar un dispositivo modulador controlado analógico. La frecuencia portadora resultante varía con el diferencial de las mediciones simultáneas. La señal de retroalimentación de telemetría puede incluir una señal en la frecuencia portadora resultante.

El MFS 902 puede determinar la variación de frecuencia portadora demodulando en una frecuencia fija y medir la acumulación de desplazamiento de fase causada por la variación de frecuencia portadora. Generalmente, unos pocos ciclos de ondas de RF en la frecuencia portadora resultante pueden ser suficientes para resolver la variación de frecuencia portadora subyacente. La variación determinada puede indicar una característica de funcionamiento del dispositivo 922 estimulador inalámbrico implantable. Las características de funcionamiento pueden incluir una impedancia, una potencia, una tensión, una corriente, etc. Las características de funcionamiento pueden estar asociadas a un canal individual. Por lo tanto, la detección y modulación de frecuencia de portadora pueden ser específicas al canal y aplicarse a un canal en un momento dado. Por consiguiente, la señal de retroalimentación de telemetría puede ser compartida en el tiempo por los diversos canales del dispositivo 922 estimulador inalámbrico implantable.

En una configuración, el MUX 1318 analógico puede ser utilizado por el módulo 1312 controlador para seleccionar un canal particular en un esquema de compartición de tiempo. La información detectada para el canal particular, por ejemplo, en forma de una modulación de frecuencia de portadora, puede encaminarse al módulo 1310 de RX/TX. A continuación, el módulo 1310 RX/TX transmite, a través de la antena 1332 de telemetría, al MFS 902, la retroalimentación de telemetría que codifica la información detectada para el canal particular.

Algunas implementaciones pueden incluir un chip de circuito integrado para aplicaciones específicas (ASIC) en el dispositivo estimulador inalámbrico para procesar la señal de entrada e interactuar con los electrodos implantados. El chip ASIC puede estar acoplado a antena(s) para recibir la señal de entrada de un controlador externo. El chip ASIC puede recoger potencia de RF de la señal de entrada recibida para alimentar el chip ASIC y los electrodos. El chip ASIC también puede extraer información de configuración de polaridad de la señal de entrada recibida y usar tal información para configurar la polaridad para las interfaces de electrodo. Además, el chip ASIC puede extraer parámetros de forma de onda de la señal de entrada recibida y usar tal información para crear impulsos eléctricos para estimular tejidos excitables a través de los electrodos. En particular, el chip ASIC puede incluir una característica de dirección de corriente para reflejar corrientes a cada electrodo con regularidad, manteniendo al mismo tiempo un tamaño de chip compacto.

La FIG. 14 es un diagrama de un ejemplo de chip 1400 ASIC para uso implantable. El chip 1400 puede fabricarse en base a un proceso de doble poli de 0,6 gm que utiliza resistencias de alto valor, diodos Schottky y transistores de alta tensión. En algunas implementaciones, el chip 1400 puede fabricarse en un ancho de 0,5 mm para encajar en, por ejemplo, una aguja de calibre 18. En estas implementaciones, el chip 1400 puede tener una relación longitud-ancho de hasta 10 a 1. El chip 1400 puede acoplarse a, por ejemplo, cuatro (4) u ocho (8) electrodos de platino-iridio que suministran impulsos eléctricos al tejido.

El chip 1400 incluye un circuito 1402 de rectificación de RF a CC, un circuito 1404 de control lógico y un circuito 1406 de accionamiento. El circuito 1402 rectificador de RF a CC está acoplado a las antenas 1412A y 1412B diferenciales. Una señal de entrada de RF puede recibirse en las antenas diferenciales y luego rectificarse para tener la amplitud detectada. La señal rectificada puede proveer potencia al chip 1400. A continuación, el circuito 1404 de control lógico puede extraer parámetros de forma de onda de la señal de amplitud detectada. Posteriormente, el circuito 1404 de control lógico puede generar impulsos eléctricos según los parámetros de forma de onda extraídos y únicamente basándose en la potencia eléctrica extraída. Los impulsos eléctricos generados pueden proveerse entonces al circuito 1406 de accionamiento, que incluye circuitos de equilibrio de carga y de reflejo de corriente. El circuito 1406 de accionamiento está acoplado a las interfaces 1408A a 1408H de electrodo, cada una acoplada a una carga 1409A a 1409H eléctrica respectiva. Los impulsos eléctricos son entregados posteriormente a cada electrodo, a saber 1410A a 1410H.

En este diagrama, se incluye un circuito 1414 de puente de diodos para proveer rectificación de onda completa a la señal de entrada recibida en forma diferencial de las antenas 1412A y 1412B diferenciales. La rectificación de onda completa puede utilizar tanto las porciones positivas como negativas de la señal de entrada de RF como se recibe en las antenas 1412A y 1412B diferenciales.

En algunas implementaciones, una antena dipolo en una configuración diferencial puede estar incorporada en un dispositivo estimulador implantable inalámbrico. La antena dipolo recibe potencia, comunicación en serie y formas de onda de estímulo de un transmisor externo colocado fuera del cuerpo del paciente. La antena dipolo está conectada directamente a una placa de circuito flexible incorporada dentro del dispositivo estimulador implantable que contiene componentes discretos y el chip 1400. El chip 1400 puede incluir un receptor de comandos en serie inalámbrico con hasta ocho funcionalidades de multiplexación de canales.

La rectificación puede proveer potencia a las porciones restantes del chip 1400. En algunos casos, el circuito 1418 VDD y el circuito 1419 de tierra están acoplados al condensador 1420 C1 para proveer cargas almacenadas. Las cargas almacenadas pueden alimentar generalmente el chip 1400. En algunas implementaciones, se puede usar un diodo para suministrar el suministro lógico de VDD de Vrect. Si el chip 1400 está activo y la tensión VDD cae por debajo de 1,8 V, el chip 1400 puede entrar en un modo de "recuperación de baja tensión VDD". En este estado, cualquiera/todos los controladores de lado alto serán temporalmente sobrecargados al estado de alta impedancia (Hi-Z) y todos los controladores de lado bajo serán Hi-Z. Una vez que VDD devuelve t6 por encima de 3,0 V y en el modo de funcionamiento, los controladores volverán a su estado previamente programado.

La salida del circuito 1402 rectificador está acoplada al circuito 1404 de control lógico. Como se representa, el circuito 1404 de control lógico puede incluir la máquina 1422 de control/estado lógico y el temporizador/oscilador 1424. La máquina 1422 de control/estado lógico puede estar acoplada al selector 1426 de canal.

La señal de entrada de RF recibida puede contener parámetros de forma de onda para impulsos eléctricos para estimular tejidos. La señal de entrada de RF recibida puede contener información de ajuste de polaridad para ajustar la interfaz para cada electrodo.

Con referencia a la FIG. 15, se muestra un diagrama de secuencia durante el funcionamiento del chip 1400. Específicamente, la secuencia 1500 de pulsos incluye segmentos de pulsos. Cada segmento puede durar un tiempo de época (representado como T<época>). Cada segmento puede incluir dos porciones, a saber, una porción inicial y una porción de estimulación posterior. Con más detalle, la porción inicial se refiere a la porción en la cual la energía eléctrica contenida en la señal de entrada de RF se recolecta y las cargas eléctricas se bombean al condensador 1420 C1. La porción inicial puede durar un período marcado como Talto. La porción inicial puede denominarse pulsos 1502A y 1502B de inicialización de comunicación. La porción de estimulación corresponde a la porción 1504 y puede contener un mensaje en serie que codifica parámetros de forma de onda para impulsos eléctricos e información de ajuste de polaridad para las interfaces de electrodo. En algunos casos, la porción 1504 puede estar presente en el primer segmento de la secuencia 1500 para configurar los impulsos eléctricos y el ajuste de polaridad. En ausencia de un evento de reinicio de encendido, la información de configuración de los parámetros de forma de onda y el ajuste de polaridad pueden fijarse una vez que se haya completado la inicialización.

El chip 1400 puede tolerar mensajes en serie incorporados entre ráfagas de potencia. Por ejemplo, el transmisor puede iniciar un mensaje de comunicación en serie enviando un "Pulso de Inicialización de Comunicación", CIP, por sus siglas en inglés, (T<alto>), de 2 ms, seguido de un período de 2 ms sin transmisión de potencia (T<msj>- T<alto>). En este ejemplo, la transmisión de datos puede seguir inmediatamente este retardo de 2 ms y comienza en el tiempo T<msj>. La calibración de temporización de bits puede llevarse a cabo midiendo la longitud del byte de encabezado en el flujo de datos transmitido.

En algunas implementaciones, los datos en serie pueden usar un formato basado en el formato SIR de IrDA. Este formato de codificación envía un impulso donde el bit a enviar es un '0'. Durante los tiempos de bit donde el bit se establece en "1", no se puede enviar ningún pulso. Cada pulso puede ser tan corto como 3/16 de un bit de tiempo, sin embargo, este ancho puede ajustarse si es necesario. Este formato puede requerir menos potencia y, por lo tanto, puede permitir que la transmisión de datos en serie opere a velocidades de baudios más bajas.

En una comunicación de datos en serie a modo de ejemplo, los datos pueden transmitirse de forma asíncrona como bytes con 1 bit inicio y 1 bit de detención (p. ej., el formato 8-n-1 transporta la misma sobrecarga a RS-232 con 10 bits transmitidos pero solo 8 de los 10 bits transportan datos mientras que los otros 2 bits son sobrecarga de protocolo). El LSB puede ser el primer bit de datos transmitido. Esto suma hasta 70 bits transmitidos en total para 7 bytes de datos. Diez de estos bits son sobrecarga de protocolo y 60 de estos bits están disponibles para transportar datos. En este ejemplo, no hay ningún retardo adicional entre bytes, el flujo de datos es continuo.

En el ejemplo, la tasa de baudios en serie es 19200. Los mensajes en serie pueden ser de una longitud fija de 7 bytes, incluidos un byte de encabezado, cinco bytes de carga útil y un byte de suma de comprobación. Los bytes de carga útil pueden codificar generalmente el ajuste de polaridad para cada interfaz de electrodo, los controladores de electrodo para su uso para cada electrodo, el nivel de amplitud para cada controlador de electrodo, etc. El byte de suma de comprobación generalmente ayuda a garantizar la integridad del mensaje.

El byte de encabezado se utiliza para identificar el inicio de un mensaje de datos. En algunas implementaciones, puede preestablecerse en el valor OxAA. En estas implementaciones, el byte de encabezado puede ser descartado hasta que se reciba un byte de encabezado correcto. El encabezado también puede usarse para calibrar el oscilador interno, que se alimenta mediante energía inalámbrica almacenada en VDD. Algunas implementaciones pueden proveer una estructura única de encendido-apagado-encendido-apagadoencendido-apagado-encendido-apagado-encendido-apagado para la secuencia de 10 bits como marcadores de temporización a intervalos regulares (104 gis entre transmisiones).

En algunas implementaciones, el encabezado puede incluir la dirección de la matriz de electrodos seleccionada. Por ejemplo, el bit 7 del byte 1 puede ser la dirección de avance para distinguir entre una de dos posibles matrices de electrodos en el mensaje previsto. Una matriz de electrodos puede implementar solamente mensajes que coincidan con su dirección de avance asignada. Si un conductor del canal A recibe un mensaje que está destinado al canal B, la máquina de estados puede rechazar el nuevo mensaje y mantener los contenidos de registro previamente almacenados. En este ejemplo, cada matriz de electrodos puede tener una dirección de 0 o 1 que puede determinarse mediante conmutación de pines durante la fabricación del conductor.

Con referencia a la FIG. 14, en algunas implementaciones, el detector 1416 de AM puede emitir cero lógico cuando se recibe potencia de RF. En algunas implementaciones, la preamplificación de señales de datos de baja tensión o la limitación de señales de datos de alta tensión pueden extender el rango operativo del detector 1416 de AM. Como tal, se detectarán señales de 100 mV o mayores. El detector 1416 de AM puede decodificar flujos en serie que se transmiten a 19200 Baudios. La entrada del detector 1416 de AM puede ser interna al chip 1400 y estar caracterizada para su uso a altas frecuencias (869-915 MHz).

El detector 1416 de AM puede procesar generalmente señales rectificadas dentro de un intervalo nominal de entre 50 m Vpp y 15 Vpp de niveles de suministro de potencia (pico a pico). El detector 1416 de AM puede incluir una preamplificación para fijar señales de oscilación más altas sin que la salida colapse o se pliegue. El preamplificador debe tener suficiente ganancia y bajo desplazamiento para resolver señales de datos de 100 m Vpp.

El detector 1416 de AM puede detectar datos en serie codificados usando el formateo de IrDA (SIR). El receptor de datos en serie puede incluirse en el detector 1416 de AM y puede convertir los datos de un formato en serie en un formato en paralelo. Las operaciones del hardware del receptor de datos en serie pueden controlarse mediante una señal de reloj, que se ejecuta a un múltiplo de la velocidad de datos. En algunas implementaciones, el receptor puede probar el estado de la señal entrante en cada pulso de reloj para buscar el bit de inicio. Si el bit de inicio aparente es válido, entonces el bit señala el inicio de un nuevo carácter. Si no, el bit se considera un pulso falso o pulso de potencia falso y se ignora. Después de esperar otro tiempo de bit, se muestrea de nuevo el estado de la línea y se marca el nivel resultante en un registro de desplazamiento.

Después de que haya transcurrido el número requerido de períodos de bits para la longitud de carácter, el contenido del registro de desplazamiento se pone a disposición del sistema de recepción. El receptor de datos en serie no tiene un sistema de temporización compartido con el transmisor aparte de la señal de comunicación.

El receptor de datos en serie en el chip 1400 puede recibir y almacenar en memoria intermedia siete (7) palabras de ocho bits. Los datos contenidos en las palabras se usarán para programar los registros de control en el IC receptor LMI927 si una coincidencia de suma de comprobación es exitosa. Los datos serán ignorados si una coincidencia de suma de comprobación no tiene éxito y el receptor continuará escuchando datos válidos. El receptor de datos en serie se restablecerá y preparará para recibir una nueva palabra si un byte recibido no cumple los parámetros de formación de tramas de IrDA (SIR). Esto permitirá que el receptor en serie se restablezca rápidamente después de activarse falsamente mediante la recepción de una señal falsa o un pulso de potencia de estimulación. El receptor de datos en serie no tendrá que esperar a recibir completamente todas las palabras si un byte individual no cumple los parámetros de temporización.

El chip 1400 puede permanecer en un estado no configurado (todas las salidas del lado alto son altas Z, las salidas del lado bajo están en modo triodo) hasta que se reciba un conjunto válido de datos en serie. Notablemente, en algunas implementaciones, el receptor en serie puede no estar operativo si se establece el bit de bloqueo de dispositivo.

La máquina 1422 de control/estado lógico puede sincronizarse mediante el temporizador/oscilador 1424. La sincronización puede permitir que la máquina 1422 de control/estado lógico extraiga y decodifique parámetros de forma de onda, así como información de establecimiento de polaridad de la porción 1504. La máquina 1422 de control/estado lógico puede crear entonces uno o más impulsos eléctricos según los parámetros de forma de onda. La máquina 1422 de control/estado lógico también puede establecer polaridades de las interfaces 1408A a 1408H de electrodo según la información de establecimiento de polaridad extraída.

La salida de la Máquina 1422 de Control/Estado Lógico puede acoplarse al circuito 1406 de accionamiento que incluye características de equilibrio de carga, resistencias de derivación y reflejo de corriente. En particular, el circuito 1406 de accionamiento incluye un controlador 1430 de resistencia de derivación construido para acoplar una resistencia de derivación a la red 1432 de conmutación. El acoplamiento puede mejorar la resistencia 1431 por defecto a través del controlador 1433 de retardo. El controlador de retardo puede insertar una resistencia de derivación correspondiente al circuito que incluye el electrodo de estimulación al final de un impulso eléctrico para reducir la cantidad de corriente de fuga.

Algunas implementaciones pueden incorporar una resistencia de derivación variable para controlar la descarga del pulso de estímulo desde los condensadores de bloqueo de CC. En estas implementaciones, los comandos en serie iniciales contienen instrucciones para el valor establecido para la resistencia de derivación. Por ejemplo, el operador puede seleccionar entre cuatro (4) ajustes diferentes. Las derivaciones internas están configuradas de manera que durante un pulso de estímulo están apagadas, y después de un pulso están activadas.

El accionamiento de las resistencias puede retrasarse tras la aplicación del impulso eléctrico. El temporizador es para retrasar el inicio de la descarga de los condensadores de bloqueo de CC. El temporizador puede ser inicializado durante el pulso de estímulo y comienza su retardo al final de la fase de estímulo. El retardo tiene una duración fija y puede ser independiente de la amplitud del estímulo, la tasa de repetición y el ancho del pulso.

En algunas implementaciones, el impulso eléctrico estimulante se entrega a un electrodo particular a través de la red 1432 de conmutación. Para suministrar impulsos eléctricos a ambas polaridades, la red de conmutación está acoplada al DAC 1434A de fuente de corriente y al DAC 1434B de sumidero de corriente. Como se representa, el DAC 1434A de fuente de corriente incluye un rango dinámico de 7 bits y está acoplado a la tensión de rectificación Vrect 1417. El DAC 1434A de fuente de corriente se invoca con la polaridad del electrodo conectado establecido como positivo. De manera similar, el DAC 1434A de fuente de corriente incluye un intervalo dinámico de 7 bits. El DAC 1434B de disipador de corriente se invoca con la polaridad del electrodo conectado establecido como negativo. El DAC 1434A de fuente de corriente y el DAC 1434B de disipador de corriente son complementarios. El DAC 1434A de fuente de corriente y el DAC 1434B de disipador de corriente incluyen ambos espejos de corriente que pueden funcionar para producir una copia de la corriente en un dispositivo, por ejemplo, el dispositivo que genera la tensión Vrect 1417, replicando la corriente en otro dispositivo, por ejemplo, el DAC 1434A de fuente de corriente o el DAC 1434B de disipador de corriente. Un espejo de corriente tiene generalmente una resistencia de salida relativamente alta que ayuda a mantener constante la corriente de salida independientemente de las condiciones de carga. Otra característica del espejo de corriente es una resistencia de entrada relativamente baja que ayuda a mantener constante la corriente de entrada independientemente de las condiciones de accionamiento.

El chip 1400 puede incluir un circuito de supervisión de reinicio de encendido (POR, por sus siglas en inglés) diseñado para mantener el dispositivo en reinicio hasta que la tensión del sistema haya alcanzado el nivel adecuado y se haya estabilizado. El circuito POR también funciona como protección contra condiciones de caída de tensión cuando la tensión de alimentación cae por debajo de un nivel operativo mínimo. El diseño del circuito POR es tal que incorpora una histéresis apropiada entre los niveles de reinicio y de habilitación para evitar que las corrientes de irrupción de arranque provoquen que el dispositivo se reinicie durante las condiciones normales de encendido de funcionamiento. El circuito POR funciona según sea necesario para mantener la funcionalidad de chip adecuada en todas las condiciones de fluctuación de potencia, incluidos los transitorios de alta velocidad y condiciones de cambio de tensión de baja velocidad. Si es necesario, el circuito POR puede incorporar un evento de tictac del temporizador de vigilancia para garantizar el funcionamiento adecuado del chip 1400.

Como se representa en la FIG. 14, cada interfaz de electrodo está acoplada a un condensador 1409A a 1409H respectivo. Estos condensadores se colocan en serie con el propósito de bloqueo de CC. Los condensadores se encuentran en último lugar en la cadena de señales antes de que los impulsos eléctricos de estimulación se suministren a los electrodos. En algunas implementaciones, la capacitancia nominal en serie puede ser de 3,0/pF en cada electrodo. Cada condensador a su vez se acopla a un electrodo 1410A a 1410H respectivo en un dispositivo estimulador de 8 electrodos. Como se ha indicado, el chip 1400 puede estar acoplado a 8 salidas de electrodo. Cada salida de electrodo puede establecerse para o bien fuente, sumidero o Hi-Z.

Con referencia a la FIG. 16A, se muestra un espejo digital-analógico a modo de ejemplo para el chip 1400. El ejemplo destaca una característica de reflejo de corriente. Generalmente, múltiples DAC con códigos de corriente controlables y direccionables individualmente incrementarán el espacio de registro del ASIC y la complejidad del diseño y el área de la matriz. Por otro lado, tener menos DAC que los canales disponibles puede requerir recuento de culombios para limitar la corriente a través de canales individuales. Con menos canales DAC que los electrodos, la corriente a través de los electrodos individuales puede aumentar para canales de impedancia más baja.

En algunas implementaciones, se usa un único DAC de dirección de corriente con un valor de corriente de bit menos significativo (LSB, por sus siglas en inglés) reducido para generar una corriente de polarización maestra. En estas implementaciones, no se puede desperdiciar corriente en los espejos de corriente. Después de generar la corriente de polarización maestra, la corriente DAC se refleja entonces en electrodos individuales con una relación de espejo de corriente de 1:N. Aquí, reflejada en electrodos individuales se refiere generalmente a conectarse a través de espejos de corriente a electrodos individuales. N puede seleccionarse en base a los requisitos de coincidencia del DAC de dirección de corriente. Por ejemplo, N puede estar en el intervalo de 10. El tamaño LSB de los electrodos individuales puede ser de 100 uA. Con 7 bits, el intervalo dinámico completo de la corriente de accionamiento puede ser de hasta 12,7 mA.

La implementación representada en la FIG. 16A muestra un enfoque de DAC dual con fuentes de corriente especulares a lo largo de ocho (8) electrodos. La puerta 1603A de transistor es una réplica de la puerta 1603B de transistor en el espejo de transistor 1:1. El circuito 1602A de conversión digital a analógica (DAC) representa un DAC de empuje y puede corresponder a un sumidero de corriente. Mientras tanto, el DAC 1602B representa un DAC de extracción y puede corresponder a una fuente de corriente. Lógicamente, el DAC 1602A y el DAC 1602B pueden corresponder respectivamente al DAC 1434A y al DAC 1434B como se representa en la FIG.

14. Para reducir los desajustes de espejo de corriente y la corriente desperdiciada, se usa un DAC de sumidero de corriente, de lado N, para esta aplicación. En esta configuración, los canales individuales están habilitados con señales complementarias. Específicamente, el canal 0 es activado por los transistores 1604A (para CH0 positivo) y 1604B (para CH0 negativo) complementarios. La puerta 1604A de transistor está acoplada al Vrect 1417 mientras que la puerta 1604B de transistor está acoplada a VDD 1418. El circuito 1605 representa la carga tisular en el canal 0 así como condensadores de bloqueo de CC. En algunas implementaciones, la carga tisular del canal 0 puede incluir un componente capacitivo además del componente de resistencia. Asimismo, los transistores 1606A y 1606B complementarios representan respectivamente las disposiciones de polaridad positiva y negativa para accionar la carga 1607 de tejido para el canal 1. Esta implementación representa una configuración de DAC de sumidero de corriente de 8 lados en la cual el reflejo de corriente se replica para cada canal del conductor de electrodo de 8 canales acoplado. Por ejemplo, las disposiciones de accionamiento del canal 7 están representadas por transistores 1608A y 1608B complementarios, así como por carga 1608 de tejido, como se muestra en la FIG. 16A. Notablemente, en esta implementación del lado N, se pueden configurar tres estados para cada uno de los sumideros de corriente, a saber, el modo de sumidero de corriente controlado (espejo), un dispositivo de corte (modo apagado) y un dispositivo encendido como un conmutador de modo triodo. Como se representa, cada canal incluye además un conmutador ENCENDIDO. Por ejemplo, el canal 0 incluye un conmutador CH0_ENCENDIDO, mientras que el canal 1 y el canal 7 incluyen respectivamente los conmutadores CH1_ENCENDIDO y CH7_ENCENDIDO.

Basándose en este modelo, se puede modelar una variedad de parámetros de señal eléctrica antes de fabricar un chip ASIC. En un ejemplo, que denota la forma de onda de estimulación después de la rectificación como Vest, la FIG. 16B muestra la forma de onda Vest esperada (en el canal 1) y la señal de entrada de RF (en el canal 2). Como se ha demostrado, se puede simular una gran cantidad de rendimiento detallado durante la etapa de diseño.

La FIG. 17 provee una temporización de formas de onda a modo de ejemplo en la implementación anterior. La traza 1712 muestra la porción de estimulación de una señal de entrada de RF rectificada como se ve en el conmutador CHOn, mientras que la traza 1714A muestra la forma de onda vista en el conmutadorCHOyy la traza 1714B muestra la forma de onda vista en el conmutador CH0_ON. La resistencia de ENCENDIDO del modo triodo puede no ser crítica, ya que está encendida durante la descarga inversa, y no durante el modo de estímulo.

La dirección de corriente como se implementa (una fuente de corriente y ocho espejos) puede limitar la carga por fase de manera que se apliquen impulsos eléctricos para estimulación dentro de los intervalos de seguridad.

En algunas implementaciones, el transmisor externo puede prescribir un límite en el ancho de pulso y el nivel de corriente escrito en serie de la amplitud. Con estos parámetros prescritos (o limitados), se evita que un usuario paciente solicite una carga insegura por fase porque el usuario paciente tiene opciones de selección de parámetros limitadas. En estas implementaciones, cuando la porción de estímulo no está presente en la señal de entrada de RF rectificada, los DAC de corriente pueden estar inactivos.

Para evitar que un único electrodo se someta a fuente o sumidero más que la carga aceptable por fase, se puede usar un enfoque de control de corriente tanto para los lados alto como bajo. En el enfoque de estímulo de dirección de corriente, el lado alto es un DAC de fuente de corriente único conectado a la tensión de Vrect con espejos de corriente para cada electrodo. El lado bajo es un DAC de sumidero de corriente. Cada DAC de dirección de corriente puede incluir un convertidor de 7 bits. Debido a que un LSB corresponde a 100 pA, la corriente máxima puede limitarse a 12,7 mA por electrodo. La referencia de corriente maestra para el DAC puede derivarse de Vrect. Los espejos de corriente siguiente pueden tomarse de Vrect. Se puede usar un enfoque similar en el lado bajo para evitar que un único electrodo hunda demasiada carga.

Claims (11)

REIVINDICACIONES

1. Un circuito (700, 1400) integrado para un dispositivo implantable alimentado de forma inalámbrica para su implantación en el cuerpo de un paciente, comprendiendo el circuito integrado:

un circuito (1402) rectificador de radiofrecuencia (RF) a corriente continua (CC) acoplado a una o más antenas (1412) en el dispositivo implantable alimentado inalámbricamente, el circuito rectificador configurado para: rectificar una señal de RF de entrada recibida en la una o más antenas y de un controlador externo a través de acoplamiento no inductivo; y

extraer energía eléctrica de CC de la señal de RF de entrada;

un circuito (1404) de control lógico conectado al circuito rectificador y a un circuito (1406) de accionamiento, estando configurado el circuito de control lógico para:

extraer parámetros de forma de onda de la señal rectificada;

generar una corriente para el circuito de accionamiento utilizando únicamente la energía eléctrica de CC extraída;

generar uno o más impulsos eléctricos según los parámetros de forma de onda extraídos; y

el circuito (1406) de accionamiento acoplado a uno o más electrodos (1410) y configurado para: suministrar los impulsos eléctricos generados a través del uno o más electrodos para modular el tejido neural dentro del cuerpo del paciente.

2. El circuito integrado de la reivindicación 1, en donde el circuito de control lógico está configurado además para establecer el estado de polaridad para cada electrodo durante un pulso de inicialización de comunicación de la señal de RF de entrada.

3. El circuito integrado de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el circuito de accionamiento comprende además espejos de corriente, un controlador (1430) de resistencia de derivación y una red (1432) de conmutación, en donde la red de conmutación está acoplada a los espejos de corriente para suministrar el uno o más impulsos eléctricos al uno o más electrodos, y en donde el controlador de resistencia de derivación está configurado para acoplar una resistencia de derivación a la red de conmutación.

4. El circuito integrado de la reivindicación 3, en donde el circuito de accionamiento comprende: un circuito (1434A) digital a analógico, DAC, de fuente de corriente y un circuito (1434B) digital a analógico, DAC, de sumidero de corriente, siendo el DAC de fuente de corriente y el DAC de sumidero de corriente complementarios entre sí y estando ambos conectados a cada electrodo a través de los espejos de corriente.

5. El circuito integrado de cualquiera de las reivindicaciones 1 - 3, en donde el circuito de accionamiento comprende: una red (1432) de conmutación configurada para controlar un estado de polaridad para cada electrodo.

6. El circuito integrado de cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en donde el circuito de accionamiento comprende:

una resistencia (1430) de derivación variable adaptada para reducir la corriente de fuga en el electrodo conectado a la misma cuando el impulso eléctrico acaba de terminar.

7. El circuito integrado de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además: un temporizador (1424) de retardo de descarga para retardar un inicio de descarga de condensadores (1409) acoplados a cada uno de los electrodos.

8. El circuito integrado de la reivindicación 1, en donde el circuito rectificador comprende un puente (1414) de diodos.

9. El circuito integrado de la reivindicación 1, en donde el circuito rectificador comprende: un circuito (1416) de detección de modulación de amplitud (AM) para extraer la energía eléctrica de la señal de entrada.

10. Un dispositivo implantable alimentado inalámbricamente, que comprende:

el circuito integrado según cualquiera de las reivindicaciones anteriores; y

la una o más antenas (1412), en donde la una o más antenas están configuradas para recibir la señal de RF de entrada a través de un acoplamiento no inductivo.

11. El dispositivo implantable alimentado inalámbricamente de la reivindicación 10, en donde la una o más antenas comprenden una antena (1412A, 1412B) dipolo diferencial.