專利名稱：有雙電源的可植入式醫(yī)療器件的制作方法
有雙電源的可植入式醫(yī)療器件
背景技術(shù)：
本發(fā)明一般涉及用于可植入式醫(yī)療器件的電源，本發(fā)明尤其涉及用于優(yōu)化可 植入式醫(yī)療器件性能的雙電池單元電源。
各種不同的可植入式醫(yī)療器件(IMD)可用于心臟的治療性刺激并且在本領(lǐng) 域中是公知的。例如，可植入式心律轉(zhuǎn)復(fù)除顫器(ICD)被用于治療那些遭受心室 纖顫——一種若不被校正則可能快速致死的紊亂心律——的患者。在工作中，ICD 持續(xù)地監(jiān)視患者心臟的電活動，檢測心室纖顫，并響應(yīng)于該檢測放出恰適電擊以復(fù) 原正常心律。類似地，自動可植入式除顫器(AID)可用于心臟的治療性刺激。在 工作中，AID器件檢測心室纖顫并通過位于心臟外面間隔很寬的電極向心臟放出非 同步的高電壓脈沖，由此來模仿經(jīng)胸除顫。現(xiàn)有技術(shù)心律轉(zhuǎn)復(fù)器的又一個示例包括 例如在授予Engle等的美國專利No. 4,375,817中公開的起搏器/心律轉(zhuǎn)復(fù)器/除顫器 (PCD)。該設(shè)備檢測快速性心律失常的發(fā)作并且包括用以監(jiān)視或檢測快速性心律 失常的進(jìn)展以便可以向心臟施加逐漸增大的能級來中斷室性心動過速或纖顫的裝 置。還有眾多其他類似的可植入式醫(yī)療器件例如可編程起搏器可用。
不管確切的構(gòu)造和用法如何，上述這些IMD中的每一種一般包括3個主要組 件低功率控制電路、高功率輸出電路、以及電源?？刂齐娐芳缺O(jiān)視和確定各種工 作特性，諸如舉例而言有心臟刺激脈沖的速率、同步、脈寬和輸出電壓之類，也執(zhí) 行諸如監(jiān)視心臟之類的診斷功能。相反，高功率輸出電路響應(yīng)于來自控制電路的信 號生成要經(jīng)由 一條或更多條引線施加給心臟的電刺激脈沖。
電源向低功率控制電路和高功率輸出電路兩者提供功率。作為參照點，典型
地要求電源向控制電路提供10-20微安而向輸出電路提供更高的電流。取決于特定 IMD應(yīng)用，高功率輸出電路可能需要少至0.1焦耳的刺激能量用于起搏器到多至 40焦耳的刺激能量用于可植入式除顫器。除了提供充足的刺激能量之外，還期望 電源有低自放電以具有多年的使用壽命，并且期望它是高度可靠的，且能夠從最小 封裝體積供應(yīng)能量。
對IMD合適的電源或電池實質(zhì)上本質(zhì)總是電化學(xué)的，通常被稱為電化學(xué)電池單元。IMD可接受的電化學(xué)電池單元典型地包括包圍陽極、隔板、陰極和電解液 的外殼。陽極材料典型地是鋰金屬，或?qū)τ诳稍俪潆婋姵貑卧獮殇囯x子包含體。鋰 電池一般被認(rèn)為是可接受電源，部分由于其相對于其他類型的電池有高能量密度和 低自放電特性。陰極材料典型地是基于金屬的，諸如銀釩氧化物(SVO) 、 二氧化錳等。
在一些情形中，輸出電路的功率要求比電池能放出的更高。由此，在現(xiàn)有技 術(shù)中在放出刺激脈沖之前的某一刻先累積起刺激脈沖能量并用諸如輸出電容器之 類將其存儲在輸出能量存儲設(shè)備中是常見的。當(dāng)控制電路向輸出電路指示要放出刺
激脈沖時，輸出電路系統(tǒng)導(dǎo)致存儲在該輸出電容器中的能量將經(jīng)由植入的引線被施 加給心臟組織。在放出后續(xù)刺激脈沖之前，輸出電容器典型地先被再充電，其中電 源對輸出電容器再充電所需的時間被稱為"充電時間"。
不管是否采用輸出電容器，當(dāng)前已知的治療性脈動IMD的一個已察覺到的缺 點是它們通常必須在其電池耗損水平已到達(dá)最大值之前就被更換掉。當(dāng)IMD的輸 出電容器正被再充電時，電池電壓由于充電電流流經(jīng)固有的電池阻抗而下降。盡管 該電壓下降在電池很新或剛用時可能并不顯著，但其可能隨著電池老化或正逼近耗 盡而明顯地增大，如此使得在電容器再充電操作期間，對控制電路的電壓供應(yīng)可能 下降到最小可允許電平之下。該暫時性下降可能導(dǎo)致控制電路故障。IMD可能在 任何這樣的故障發(fā)生之前被移除和更換，即使電池可能仍有足以刺激心臟的容量。 簡單而言，當(dāng)前可用的基于鋰的電池單元的倍率能力是高度依賴于時間或放電深度 的，因為電池單元隨著時間推移和/或隨著重復(fù)使用逐漸形成高內(nèi)阻。對于IMD應(yīng) 用，該時間或放電深度依賴性限制了電池的使用壽命。
對上述問題的一種解決方案是提供兩個電池， 一個用于對輸出電路或電容器 充電而分開的電池用于對控制電路供電。遺憾的是，該設(shè)備對控制和充電/輸出電 路系統(tǒng)所需能量的相對量趨于因患者而異。用以對控制電路供電的電池的容量只能 針對一個患者概況來優(yōu)化。因此對于其他患者， 一個電池可能在另一個之前耗盡， 從而在該設(shè)備中留下浪費掉的能量。這樣的系統(tǒng)的示例在授予Takeuchi等的美國 專禾UNo.5，614,331中公開。
此外，與IMD電源相關(guān)聯(lián)的相關(guān)考量涉及整體尺寸約束。具體而言，為了提 供恰適功率電平達(dá)相對長的時段(在4-7年的數(shù)量級上)，與高功率輸出電路系統(tǒng) 相關(guān)聯(lián)的電源典型地具有某個電極表面積以達(dá)成高倍率能力。由于安全性和制造約 束，該必要的電極表面積可以用增大的電池單元體積來達(dá)成。所得電池單元可以滿足輸出電路系統(tǒng)功率要求，但遺憾的是在體積方面可能是效率低下的。甚至進(jìn)一步，
近期的IMD設(shè)計要求電源呈除矩形以外的形狀，諸如"D"或半"D"輪廓，從而
進(jìn)一步促使體積效率低下。
由此總的說來，當(dāng)前可用的電化學(xué)電池單元設(shè)計——特別是Li/SVO構(gòu)造—— 至少可以初步滿足對輸出電路系統(tǒng)的功率要求。然而，這些電池單元固有的體積效 率低下注定了在電池單元的可用容量尚未被用完之前就到達(dá)壽命結(jié)束。再一次，當(dāng) 前可用電池單元表現(xiàn)出高度依賴于使用時間或放電深度的輸出電路系統(tǒng)充電時間。 隨著時間推移，電池單元的阻抗增大，從而增大了最終充電時間。實質(zhì)上，所有 IMD對輸出電路系統(tǒng)都有最大可允許充電時間。 一旦電池單元的充電時間超過了 最大可允許充電時間，該IMD就會被更換掉。體積上效率低下的電池單元會快速 到達(dá)該最大充電時間，即使該電池單元的容量中有很大部分尚未使用(在可用容量 的40%的數(shù)量級上)。由此，不管電源是納入了一個還是兩個電池單元，所得配 置在高倍率電池的可用容量的意義上是效率非常低下的。
制造商一直在IMD構(gòu)造和尺寸特性方面進(jìn)行改善。為此，當(dāng)前可用的電源設(shè) 計還不是最優(yōu)的。因此，存在對具有優(yōu)越的空間體積效率和更高的能量密度而充電 時間上不會成比例地增加的IMD電源的需要。
與IMD電源相關(guān)聯(lián)的又一個問題涉及使用無線收發(fā)機(jī)來與外部設(shè)備互傳IMD 數(shù)據(jù)。由IMD傳送的數(shù)據(jù)可以包括與植入該IMD的患者相關(guān)的生理數(shù)據(jù)。例如， 如果IMD是起搏器或心律轉(zhuǎn)復(fù)器/除顫器，則該生理數(shù)據(jù)可以包括從如先前所討論 地植入患者的心臟內(nèi)的電極獲得的心電信號。IMD與其傳送此生理數(shù)據(jù)的外部設(shè) 備可以包括例如監(jiān)視和/或處理從IMD接收到的生理數(shù)據(jù)的計算機(jī)。
IMD還可以傳送與其性能相關(guān)的數(shù)據(jù)，諸如其針對給定的一組監(jiān)視到的心電 信號經(jīng)由植入的電極放出治療性電擊的強(qiáng)度級。外部計算機(jī)設(shè)備可以分析接收到的 數(shù)據(jù)并向IMD傳送編程數(shù)據(jù)以調(diào)整其治療。例如，該編程數(shù)據(jù)可以向IMD指示要 減小向患者放出的治療性電擊的強(qiáng)度。
典型地，IMD內(nèi)的無線收發(fā)機(jī)要求相對較高的電流脈沖，由此導(dǎo)致對IMD內(nèi) 的電源的更高消耗。由于預(yù)計IMD的復(fù)雜性和由IMD執(zhí)行的通信傳輸?shù)拇螖?shù)在接 下來幾年中會增加，因此可能會對IMD的電源造成重得多的負(fù)擔(dān)，由此減少了其 壽命。由于電源的可及性典型地是經(jīng)由外科手術(shù)來達(dá)成的，因此電池壽命上的減少 是關(guān)注焦點。
本發(fā)明針對于減少以上闡述的問題中的一個或更多個的影響。
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明， 一種裝置包括耦合至第一電源以控制該裝置的操作的控制電路， 該控制電路適配于接收來自第一電源的功率。通信電路耦合至第二電源以與外部設(shè) 備通信，該通信電路適配于接收來自第二電源的功率。
根據(jù)本發(fā)明， 一種可植入式醫(yī)療器件包括用以控制該可植入式醫(yī)療器件的操 作并且從植入該可植入式醫(yī)療器件的患者獲得生理數(shù)據(jù)的控制電路。通信電路耦合 至該控制電路以將生理數(shù)據(jù)傳送給外部設(shè)備，第一電源耦合至控制電路以對該控制 電路供電，并且第二電源耦合至通信電路以對該通信電路供電。
根據(jù)本發(fā)明， 一種用于在可植入式醫(yī)療器件中納入電源的方法包括由第一電
源對控制電路供電，該控制電路獲得至少植入該控制電路的患者的生理數(shù)據(jù)；由第 二電源對通信電路供電；以及從該通信電路向外部設(shè)備傳送所述生理數(shù)據(jù)。
附圖簡要說明
圖1是納入了根據(jù)本發(fā)明的電源的可植入式醫(yī)療器件(IMD)的一個實施例 的簡化示意圖2是根據(jù)本發(fā)明的可供與圖1的IMD—起使用的電源的簡化示意電路圖3是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例電源的簡化示意圖4是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例電源的簡化示意圖5A是根據(jù)本發(fā)明的第三替換實施例電源的橫截面視圖5B是圖5A的實施例的變形的橫截面視圖5C是圖5A的包括內(nèi)部并聯(lián)連接的電源的立體圖6是根據(jù)本發(fā)明的第四實施例電源的頂視圖7是納入了第5實施例電源的IMD的橫截面視圖8是第六實施例電源的簡化示意圖9是示出按常規(guī)技術(shù)平衡的電池的放電曲線的圖表；
圖10是示出可供與圖8的電源一起使用的陽極受限電池的放電曲線的圖表； 圖ll是納入了根據(jù)本發(fā)明另一實施例的電源的可植入式醫(yī)療器件(IMD)的 簡化框圖IIA是圖11的IMD的控制電路的更詳細(xì)表達(dá)；
圖12圖解圖11的IMD與外部數(shù)據(jù)處理設(shè)備的通信能力；圖13是圖11的IMD的根據(jù)本發(fā)明一個實施例的電源的更詳細(xì)表達(dá)；以及
圖14圖解了圖13的IMD的根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的電源的另一種更詳細(xì)表達(dá)。
優(yōu)選實施例的詳細(xì)說明
圖1是根據(jù)本發(fā)明的可植入式醫(yī)療器件("IMD" ) 20及其與人體心臟22的關(guān)系的一個實施例的簡化示意圖。IMD20在圖1中被示為優(yōu)選地是起搏器/心律轉(zhuǎn)復(fù)器/除顫器(PCD)，盡管該IMD替換地可以是釋藥設(shè)備、神經(jīng)刺激器、或本領(lǐng)域中已知的任何其他類型的可植入式器件。該IMD包括外殼或氣密包封23以及相關(guān)聯(lián)的電引線24、 26和28。如以下更詳細(xì)描述的，包封外殼23包含各種電路和電源。引線24、 26和28借助于多端口連接器塊組30耦合至IMD20，多端口連接器塊組30包含分別用于所示三條引線24、 26和28中的每一條的單獨端口。
在一個實施例中，引線24耦合至皮下電極40，該電極旨在被皮下地安放在左胸區(qū)域中。替換地，可以采用有源的"罐"如此使得能在植入的電極與包封外殼23之間提供刺激。在又一個實施例中，刺激是在單條多極引線上載帶的兩個電極之間提供的。
引線26是采用位于心臟22的冠狀竇和大靜脈區(qū)域中的拉長的線圈電極的冠狀竇引線。該電極的定位是以42處的虛線格式示出的，并且從冠狀竇的開口內(nèi)的點繞心臟22向左心耳附近的點延伸。
引線28設(shè)有位于心臟22的右心室中的拉長的電極線圈38。引線28還包括螺旋刺激電極44，其采取擰進(jìn)右心室的心肌組織中的可伸縮螺旋線圈的形式。引線28還可以包括用于近場或遠(yuǎn)場電圖感測的一個或更多個附加電極。
在所示系統(tǒng)中，心臟起搏脈沖是在螺旋電極44與線圈電極38之間放出的。電極38和44還用于感測指示心室收縮的電信號。此外，心律轉(zhuǎn)復(fù)器/除顫電擊可以在線圈電極38與電極40之間、以及在線圈電極38與電極42之間放出。在后續(xù)脈沖除顫期間，設(shè)想將在皮下電極40與線圈電極38之間、以及在冠狀竇電極42與線圈電極38之間順序地放出脈沖。還可提供單脈沖雙電極除顫脈沖法，典型地是在線圈電極38與冠狀竇電極42之間提供。替換地，可以在電極38與40之間放出單脈沖。這些電極與IMD20的具體互連將在一定程度上取決于具體的單電極，相信更可能采用成對除顫脈沖法。
不管IMD 20的確切配置和操作如何，IMD 20皆包括在圖2中以框形式示出的若干基本組件。IMD 20包括高功率輸出電路50、低功率控制電路52、電源54 (用虛線示出的)以及電路系統(tǒng)56。如以下將更詳細(xì)地描述的，電源54優(yōu)選地是 雙電池單元配置，并且能夠廣為采取各種形式。類似地，電路系統(tǒng)56可以包括模 擬和/或數(shù)字電路，能釆取各種配置，并且將電源54電連接至高功率電路50和低 功率電路52。
高功率輸出電路50和低功率控制電路52典型地作為與IMD 20相關(guān)聯(lián)的電子 模塊的一部分來提供。 一般而言，高功率輸出電路50被配置成放出電脈沖治療， 諸如除顫或心律轉(zhuǎn)復(fù)/除顫脈沖。總而言之，高功率輸出電路50負(fù)責(zé)在IMD20的 各種電極38-44 (圖1)之間施加刺激脈沖能量。如本領(lǐng)域中公知的，高功率輸出 電路50可以與電容器組(未示出)相關(guān)聯(lián)用于生成恰適的輸出能量，例如在0.1-40 焦耳范圍之中的輸出能量。
低功率控制電路52類似地在本領(lǐng)域中是公知的。 一般而言，低功率控制電路 52監(jiān)視心臟活動并且信令高功率輸出電路50的激活以放出恰適刺激治療。進(jìn)一步， 如本領(lǐng)域中公知的，低功率控制電路52可以從高功率輸出電路50生成優(yōu)選脈沖系 列作為整體治療的一部分。
電源54和相關(guān)聯(lián)的電路系統(tǒng)56能廣為采取各種配置，如以下各個實施例中 描述的。然而，優(yōu)選地，電源54包括第一高倍率電池單元60和諸如中或低倍率電 池單元之類的第二較低倍率電池單元62。值得注意，第一和第二電池單元60、 62 可彼此分開地形成或包含在單個包封之內(nèi)。取決于具體應(yīng)用，高倍率電池單元60 被配置成對起搏器提供少至0.1焦耳到對可植入式除顫器提供多至40焦耳的刺激 能量。如以下參考具體實施例描述的，高倍率電池單元60可以廣為采取本領(lǐng)域中 已知的各種形式。優(yōu)選地，高倍率電池單元60包括陽極、陰極和電解質(zhì)。電解質(zhì) 包括基底液態(tài)電解質(zhì)組分和阻抗穩(wěn)定添加劑?；纂娊赓|(zhì)組分典型地包括1.0摩爾 (M)四氟硼酸鋰(重量％為1-20%) 、 r-丁內(nèi)酯(重量％為50-70%)、以及1,2-二甲氧基乙烷(重量％為30-50%)，阻抗穩(wěn)定添加劑為2，2,2-三氟乙酰胺。
對于可充電應(yīng)用，優(yōu)選地將陽極形成為包括或者金屬形式或者離子形式的鋰。 考慮到這一點，高倍率電池單元60最優(yōu)選地是例如在授予Howard等的"High Reliability Electrochemical Cell and Electrode Assembly Therefor (高可靠性電化學(xué)電 池單元及其電極組裝)"的美國專利No. 5,439,760以及授予Berkowitz等的"High Reliability Electrochemical Cell and Assembly Therefor (高可靠性電化學(xué)電池單元及 其電極組裝)"的美國專利No. 5，434，017中所公開類型的螺旋巻繞式電池，以上申請的公開通過援引納入于此。高倍率電池單元60次優(yōu)選地是具有例如在授予
化學(xué)電池單元的內(nèi)部電極和組裝方法)"的美國專利No. 5,312,458和5,250,373、授予Takeuchi等的"Method of Making Prismatic Cell (制作棱形電池單元的方法)"的美國專利No. 5,549,717、授予Kiester等的"Non-aqueous Lithium Battery (非水性鋰電池)"的美國專利No. 4,964，877、授予Post等的"Electrochemical Cell WithImproved Efficiency Serpentine Electrode(帶有效率提高的蛇形電極的電化學(xué)電池單元)"的美國專利No. 5,14,737、以及授予Pyszczek等的"Use of Standard UniformElectrode Components in Cells of Either High or Low Surface Area Design (在或高或低表面積設(shè)計的電池單元中使用標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一電極組件)"的美國專利No. 5,468,569中所公開類型的螺旋巻繞、疊板、或蛇形電極的電池，以上申請的公開通過援引納入于此。替換地，高倍率電池單元60可以包括單陰極電極。
用于高倍率電池單元60的陰極的材料最優(yōu)選地為固態(tài)并且包括諸如氧化釩、銀釩氧化物(SVO)或二氧化錳之類的金屬氧化物作為其活性組分，這在本領(lǐng)域中是已知的。替換地，高倍率電池單元60的陰極還可以包括一氟化碳及其復(fù)合體或者任何其他活性電解組分和組合物。在對陰極采用SVO的場合中，SVO最優(yōu)選地為在授予Crespi等的美國專利No. 5,221,453、 5,439,760和5,306,581中公開的稱為"組合銀礬氧化物"(或即"CSVO")的類型，盡管可以采用其他類型的SVO。
應(yīng)理解，也可以對高倍率電池單元60利用除以上明確闡述的那些以外的電化學(xué)系統(tǒng)，包括但不限于，諸如鋰/氧化銀、鋰/氧化錳、鋰/￥205、鋰/銅銀礬氧化物、鋰/氧化銅、鋰/氧化鉛、鋰/一氟化碳、鋰/氧化鉻、鋰/含鉍氧化物、鋰/硫酸銅，以上列出的各種陰極材料的混合物——諸如銀礬氧化物與一氟化碳的混合物、以及鋰離子可再充電電池等陽極/陰極系統(tǒng)，以上僅是舉出了其中的一些。
一般而言，第二較低倍率電池單元62具有比高倍率電池單元60小的倍率能力，并且足以對低功率控制電路52供電。例如，在一個優(yōu)選實施例中，第二較低倍率電池單元62是中倍率的SVO電池單元，更優(yōu)選地為SVO/CFx電池單元。替換地，第二較低倍率電池單元62可以是電流消耗在10-30微安范圍中的低倍率鋰/碘起搏器電池。如本領(lǐng)域中已知的，第二較低倍率電池單元62的可接受構(gòu)造包括例如在授予Sunderland等的"Electrochemical Cell (電化學(xué)電池單元)"的美國專利No. 5,716,729中描述的單陰極電極設(shè)計，該申請的公開通過援引納入于此。如貫穿本說明書使用的，對"較低倍率電池單元"的引述包括低倍率和中倍率電池單元兩者。不管確切構(gòu)造如何，高倍率電池單元60和較低倍率電池單元62優(yōu)選地具
有相近的壽命起始(BOL)電壓(例如，相差小于100mV)。進(jìn)一步，電池單元 60、 62優(yōu)選地具有相近的耗盡電壓，從而在電池單元60或62中有第一個到達(dá)耗 盡時，電池單元60、 62各自的容量已被高效率地使用掉。
考慮到高倍率電池單元60和第二較低倍率電池單元62的上述參數(shù)，電源54A 和電路系統(tǒng)56A的一個優(yōu)選組合A在圖3中示意性地描繪。電源54A包括如以上 所描述的第一高倍率電池單元60A和第二較低倍率電池單元62A。此外，電路系 統(tǒng)56A將高倍率電池單元60A和較低倍率電池單元62A并行地電連接至高功率輸 出電路50和低功率控制電路52。具體而言，電路系統(tǒng)56A包括配置成選擇性地解 開高倍率電池單元60與低功率控制電路52的耦合的開關(guān)70。在這點上，電路系 統(tǒng)56A可以包括附加組件/連接(未示出)用于響應(yīng)于以下描述的操作條件啟用和 停用開關(guān)70。
電源/電路系統(tǒng)配置A提供勝于現(xiàn)有技術(shù)中的單電池單元設(shè)計的獨特優(yōu)點。例 如，在IMD20 (圖l)的操作期間，電源54A不時地被要求向高功率輸出電路50 放出高電流脈沖或放電，同時維持高到足以持續(xù)地對低功率控制電路52供電的電 壓。如果供電電壓降到某一值之下，貝UIMD20將停止操作。電源/電路系統(tǒng)配置A 并行地放置高倍率電池單元60A和較低倍率電池單元62A以在高功率輸出電路50 沒有被啟用的時段期間對低功率控制電路52供電。在諸如除顫脈沖之類的瞬態(tài)高 功率脈沖期間，使開關(guān)70開路以解開高倍率電池單元60A與低功率控制電路52 的耦合。較低倍率電池單元62A保持電連接至低功率控制電路52。由此，較低倍 率電池單元62A持續(xù)地對低功率控制電路52供電，而不管高倍率電池單元60A經(jīng) 歷任何電壓降落。在電路系統(tǒng)56A的并聯(lián)配置下，高倍率電池單元60A和較低倍 率電池單元62A能組合地操作長達(dá)約各個電池單元60A、 62A的整個使用壽命。 進(jìn)一步，視需要，能將電池單元60A和/或62A的尺寸和形狀設(shè)計成能滿足由IMD 20 (圖1)造成的某些體積或形狀約束。
替換實施例電源/電路系統(tǒng)配置B在圖4中示意性地描繪。電源/電路系統(tǒng)配置 B包括電源54B和電路系統(tǒng)56B。電源54B包括第一高倍率電池單元60B和第二 較低倍率電池單元62B。電路系統(tǒng)56B將高倍率電池單元60B和較低倍率電池單 元62B并行地與高功率輸出電路50和低功率控制電路52連接，并且包括開關(guān)80。 開關(guān)80被配置成選擇性地解開高倍率電池單元60B與低功率控制電路52的耦合， 如此使得電路系統(tǒng)56B可以包括附加組件/連接(未示出)用于響應(yīng)于以下描述的操作條件啟用和停用開關(guān)80。
電源54B優(yōu)選地是蓄電電池，藉此高倍率電池單元60B和較低倍率電池單元 62B兩者都被維持在以82概括地示出的單個外殼內(nèi)。在這點上，高倍率電池單元 60B包括與較低倍率電池單元62B的陽極/陰極構(gòu)造電化學(xué)地相關(guān)(優(yōu)選為相同) 的陽極/陰極組合，如此使得公用電解質(zhì)84激活電池單元60B、 62B兩者。例如， 高倍率電池單元60B可以是高倍率Li/SVO，而較低倍率電池單元62B是具有芯塊 設(shè)計的諸如Li/SVO或Li/Mn02電池單元等高體積效率電池單元。替換地，如先前 所描述的，電池單元60B、 62B的其他構(gòu)造是同樣可接受的。
經(jīng)由電路系統(tǒng)56B將電池單元60B、 62B并行地連接至高功率輸出電路50和 低功率控制電路52就允許電池單元60B、62B兩者皆能對低功率控制電路52供電， 藉此延長電源54B的使用壽命。進(jìn)一步，如同使用先前描述的電源/電路系統(tǒng)配置 A (圖3)時一樣，開關(guān)80確保在高功率輸出電路50產(chǎn)生瞬態(tài)高功率脈沖期間低 功率控制電路52的操作。例如，當(dāng)促使高功率輸出電路50放出高功率脈沖或放電 時，電路系統(tǒng)56B使開關(guān)80開路以解開高倍率電池單元60B與低功率控制電路 52的耦合。較低倍率電池單元62B保持電連接到低功率控制電路52以向其提供連 續(xù)、不間斷的功率。
此外，較低倍率電池單元62B能用于對高倍率電池單元60B再充電。更具體 地，在高倍率電池單元60B被脈動之后，高倍率電池單元60B的電勢將低于較低 倍率電池單元62B的電勢。當(dāng)較低倍率電池單元62B (經(jīng)由開關(guān)80)再連接至高 倍率電池單元60B時，較低倍率電池單元62B將被放電而高倍率電池單元60B相 應(yīng)地被充電，直至它們達(dá)到等電勢。電子從較低倍率電池單元62B的陽極向高倍 率電池單元60B的陽極移動，并且從高倍率電池單元60B的陰極向較低倍率電池 單元62B的陰極移動。在一個優(yōu)選實施例中，為了令再充電能發(fā)生，高倍率電池 單元60B必須擁有至少一定程度的可再充電性。這就是說，高倍率電池單元60B 若被高度放電則或許不能按以上描述再充電。已發(fā)現(xiàn)將高倍率電池單元60B配置 成顯現(xiàn)出"微可再充電性"特性便允許在高功率輸出電路50操作(例如，治療) 期間被移走的小量容量能被歸回。已進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)包括SVO陰極的高倍率電池單元 60B顯現(xiàn)出這種合需的微可再充電性特性。替換地，其他陰極材料也是可接受的。 值得注意，與此相同的再充電機(jī)制適用于先前描述的配置A (圖3)。
作為附加優(yōu)點，可以將高倍率電池單元60B的尺寸(例如，電池單元體積) 設(shè)計成能滿足高功率輸出電路50的要求，而不用特地關(guān)注對低功率控制電路52的供電。如先前所描述的，在現(xiàn)有技術(shù)的單電池單元設(shè)計中，電池單元體積是效率
非常低的。電源54B通過使高倍率電池單元60B的尺寸最小化并且利用尺寸能更 便利地設(shè)計的較低倍率電池單元62B克服了這個問題。換言之，高倍率電池單元 60B可以是有益于繞線圈的、蛇形、或其他高電極面積構(gòu)造(但可能有較低的體積 能量密度)的相對簡單的形狀，而較低倍率電池單元62B可以是與IMD20的合需 體積形狀共形并對其高效率地加以利用的形狀，諸如具有相對較高的體積能量密度 的"D"形芯塊或繞線電池單元。結(jié)果所得的電源54B憑借其獨特的復(fù)雜形狀利用 IMD 20中可用的體積并且促使IMD 20具有最優(yōu)體積。
又一替換實施例電源/電路系統(tǒng)配置C在圖5A中以橫截面來描繪。更具體地， 圖5A示出包括高倍率電池單元60C、蓄電芯塊90、和用作較低倍率電池單元62C 的鋰體92的電源54C。高倍率電池單元60C、芯塊90、和鋰體92被布置在進(jìn)一 步包含電解質(zhì)96的外殼94中。盡管在圖5A中未示出，但高倍率電池單元60C和 較低倍率電池單元62C (包括蓄電陰極芯塊90和鋰體92)由可以包括也可以不包 括開關(guān)的電路系統(tǒng)(未示出)并行地連接至高功率輸出電路50 (圖2)和低功率控 制電路52 (圖2)。進(jìn)一步，鋰體92與陰極蓄電芯塊90具有大致相同的長和寬。
高倍率電池單元60C可以采取數(shù)種構(gòu)造，但優(yōu)選地包括繞線的陽極98和陰極 100。例如，陽極98優(yōu)選地為鋰材料，而陰極100是含恰適金屬的材料(例如，金 屬氧化物或金屬硫化物)，優(yōu)選地為SVO。無論如何，陽極98和陰極IOO優(yōu)選地 繞蓄電芯塊90巻繞。替換地，蓄電芯塊90和鋰體92可以位于高倍率電池單元60C 的繞組外部，就像例如由圖5B的替換實施例所示的那樣。
回到圖5A，蓄電芯塊90與陰極100有相同的組分。例如，在優(yōu)選實施例中， 蓄電芯塊90是稠密SVO或Mn02陰極芯塊。類似地，鋰體92與陽極98有相同的 組分，并且可用于平衡蓄電芯塊90的能力。在這點上，鋰體92無需為分開的元件， 取而代之的是，可將陽極98的最內(nèi)匝102 (即，圍繞蓄電芯塊90的那匝)加厚(即， 提供額外的鋰材料)。
電源/電路系統(tǒng)配置C通過利用蓄電芯塊90對高倍率電池單元60C充電來給 電源54C提供比常規(guī)技術(shù)的平行板或線圈配置更高的能量密度，而不存在制作、 繞線、或折疊多個厚電極的困難。
在使用期間，高倍率電池單元60C和蓄電芯塊90并行地操作以對低功率控制 電路52 (圖2)供電。在瞬態(tài)高脈沖操作期間，高倍率電池單元60C和蓄電芯塊 90操作以對高功率輸出電路50 (圖2)供電。此功率中的絕大部分是由高倍率電池單元60C放出的，由于它與較低倍率電池單元62C相比內(nèi)阻較低(再次，由蓄 電陰極芯塊90和鋰體92定義)。在瞬態(tài)高脈沖操作以后，較低倍率電池單元62C 優(yōu)選將行動以如先前關(guān)于電源54B(圖4)所描述地對高倍率電池單元60C再充電。 具體而言，蓄電芯塊90用作輔助陰極，以在瞬態(tài)高脈沖操作以后接受來自陰極100 的電子和鋰離子。例如，在蓄電芯塊90包括與陰極100的組分(例如，SVO或 Mn02)化學(xué)地兼容的材料的場合，隨著高倍率電池單元60C被放電，陰極100被 陰極100與蓄電芯塊90之間的電子和鋰離子流充電或氧化。結(jié)果所得的電源54C 比沒有蓄電芯塊90的類似電池單元具有更高的平均電壓、更高的體積能量密度和 改善的壽命結(jié)束電壓信號。進(jìn)一步，鋰體92平衡蓄電芯塊90的容量，藉此在瞬態(tài) 高功率脈沖以后促使對高倍率電池單元60C再充電。
在電源54C的一個更優(yōu)選的實施例中，高倍率電池單元60C和較低倍率電池 單元62C (或蓄電芯塊90)在電源54C自身內(nèi)部并聯(lián)連接。例如，圖5C圖解與圖 5A的配置C相關(guān)聯(lián)的互連技術(shù)。作為參照點，外殼94的一部分已被移除以更好 地圖解組件互連?？紤]到這點，電源54C進(jìn)一步包括第一導(dǎo)電突片102、第二導(dǎo)電 突片104、以及連接器106。第一突片102連接至與高倍率電池單元60C相關(guān)聯(lián)的 陰極100并從其延伸出來。相反，第二突片104連接至形成較低倍率電池單元62C 的蓄電(或陰極)芯塊90并從其延伸出來。最后，連接器106互連突片102、 104， 并且在本來會從電池外殼94向外延伸的饋通管腳108中終止。
通過內(nèi)部并聯(lián)連接電池單元60C和62C，就僅需要單個饋通108，藉此比其中 需要兩個或更多個饋通的其他雙電池設(shè)計降低了成本和復(fù)雜性。將理解圖5C的構(gòu) 造必然使得電池單元60C、 62C不是可獨立放電的，并且諸如圖4的開關(guān)80之類 的開關(guān)不可用。然而，該設(shè)計提升了形狀靈活性和體積效率。例如，與高能量IMD 電源相關(guān)聯(lián)的一個特定制造考量是出于已知的安全性考慮要求巻繞電池單元利用 厚陰極的要求。在采用巻繞設(shè)計的場合，厚陰極材料會趨于在拐角中破裂并且將應(yīng) 力傳過其他組件(諸如隔板和/或鋰陽極)。這可能進(jìn)而導(dǎo)致內(nèi)部短路。然而在圖 5C的配置下，能量供應(yīng)中相當(dāng)大的部分被存儲在蓄電芯塊90 (或較低倍率電池單 元62C)、以及毗鄰的鋰體92中。芯塊90沒有被巻繞，且由此可以相對較厚而不 會帶來與巻繞陰極材料相關(guān)聯(lián)的應(yīng)力問題。由于能量中有相當(dāng)大的部分是存儲在芯 塊90中的，因此與高倍率電池單元60C相關(guān)聯(lián)的陰極100材料現(xiàn)在可以相對較薄， 且由此更容易巻繞而不會經(jīng)歷應(yīng)力相關(guān)的缺陷。進(jìn)一步，通過將蓄電芯塊90形成 為相對較厚，與高倍率電池單元60C相關(guān)聯(lián)的最內(nèi)繞組的半徑就得以增大或比在常規(guī)技術(shù)的巻繞電池單元中所見的更大，這再次減小了繞組導(dǎo)致的應(yīng)力。
具有提高的體積效率的又一替換電源/電路系統(tǒng)配置D在圖6中示意性地描
繪。配置D包括電源54D和電路系統(tǒng)56D。電源54D包括維護(hù)高倍率電池單元60D、 較低倍率電池單元62D、以及電解質(zhì)(未示出)的外殼110。電路系統(tǒng)56D將電池 單元60D、 62D并行地與高功率輸出電路50 (圖2)和低功率控制電路52 (圖2) 連接。盡管在圖6中示意性地圖解，但高倍率電池單元60D能釆用以上描述的形 式中的任何哪種并且優(yōu)選地是有益于采取繞線、蛇形、或其他高表面積電極配置的 簡單形狀。相反，較低倍率電池單元62D是采用諸如D形之類或以其他方式與外 殼110的可用體積共形并對其加以利用的不規(guī)律形狀的表面積相對較低的輔助電 極。再次，較低倍率電池單元62D可包括以上描述的材料中任何哪種，并且可以 是中或低倍率電池單元。無論如何，結(jié)果所得的電源54D憑借其獨特、復(fù)雜的形 狀來利用IMD20 (圖l)中可用的體積并且由此促使設(shè)備的尺寸最優(yōu)化。
在操作中，電源54D與先前實施例類似地操作，其中高倍率電池單元60D和 較低倍率電池單元62D并行地操作以對高功率輸出電路50 (圖2)和低功率控制 電路52 (圖2)供電。在這點上，與電源54D相關(guān)聯(lián)的電路系統(tǒng)56D可以包括在 瞬態(tài)高功率脈沖期間解開高倍率電池單元60D與低功率控制電路52的耦合的開關(guān) (未示出)。較低倍率電池單元62D與高倍率電池單元60D隔離的操作將持續(xù)地 對低功率控制電路52供電，而不用顧慮與高倍率電池單元60D相關(guān)聯(lián)的電壓降落。 進(jìn)一步，當(dāng)電源54D經(jīng)受高電流脈沖放電時，高倍率電池單元60D和較低倍率電 池單元62D將在各脈沖之間均衡且由此停留在相同的放電深度，其中高倍率電池 單元60D的容量中的絕大部分是以比不并聯(lián)連接較低倍率電池單元62D時本將觀 察到的電壓更高的電壓來放電的。
具有提高的體積效率的又一相關(guān)替換電源/電路系統(tǒng)配置E在圖7中作為IMD 112的一部分來描繪。更具體地，IMD112被示為包括外殼114、電路116 (在圖7 中概括地示出)、以及電源54E。電源54E包括高倍率電池單元60E和較低倍率 電池單元62E。在圖7的實施例下，電池單元60E、 62E被分開地形成(即，分開 包封)并且經(jīng)由電路系統(tǒng)56E并聯(lián)連接。值得注意，電路系統(tǒng)56E不包括開關(guān)， 并且電池單元60E、 62E不是可獨立放電的。
盡管在圖7中示意性地圖解，但高倍率電池單元60E能采取以上描述的形式 中的任何哪種并且優(yōu)選地是有益于呈繞線、蛇形、或其他高表面積電極配置的簡單 形狀。相反，較低倍率電池單元62E是被定形成能高效率地利用外殼114中的可用體積的相對低表面積的輔助電極。在一個優(yōu)選實施例中，高倍率電池單元60E 是本領(lǐng)域中已知的薄膜電池。在這點上，制造薄電極的一個優(yōu)選方法是在恰適溶劑 中制備電極材料的漿料。該漿料隨后被敷設(shè)到薄箔基底上作為集流器。為此，最常 用的方法是使用"滾筒刮刀"辦法，藉此使用刀口控制厚度(即，刮墨刀)來 把漿料敷設(shè)到正移動的網(wǎng)(例如，該金屬箔)上。溶劑隨后被蒸發(fā)，留下陰極材 料薄膜。替換地，其他已知薄電極制造技術(shù)是同樣可接受的。
通過將高倍率電池單元60E形成為薄膜電池，電源54E的特征在于體積效率 得以提高。進(jìn)一步，尤其在IMD112為ICD的場合，電源54E呈現(xiàn)出改善的可比 例縮放性。作為參照點，ICD電池典型地被建造為具有最大安全功率能力(即，最 大安全電極表面積)。由此，在維持特定表面積的同時在一維上改變"標(biāo)準(zhǔn)"ICD 電池的大小所強(qiáng)加的幾何約束典型地會大過所能得到滿足的。作為結(jié)果，對于不同 大小的ICD應(yīng)用，"標(biāo)準(zhǔn)"ICD電池經(jīng)常必須在兩維上改變，且因此是不可比例 縮放的。圖7的雙電池單元設(shè)計克服了該問題。具體而言，通過將高倍率電池單元 60E形成為薄電極，便允許高倍率電池單元60E位于電路116下面。相反，較低倍 率電池單元(優(yōu)選地為中倍率電池單元)62E被構(gòu)造成具有與外殼114的內(nèi)部維相 同的厚度(即，與電路116和高倍率電池單元60E相同的厚度)。則如圖7中所 示，較低倍率電池單元62E ffl比鄰電路116/高倍率電池單元60E堆疊來定位。ICD 112 的高能量電容器(未示出)位于較低倍率電池單元62E的另一側(cè)并且在厚度上匹 配此中倍率電池單元62E。對于不同大小的ICD，較低倍率電池單元62E可以在一 維上比例縮放以提供特定應(yīng)用的能量需要。然而，電路116、高倍率電池單元60E、 電容器、以及任何器件連接器塊組(未示出)都是不變動的固定組件。由此，圖7 的配置滿足合需的可比例縮放性準(zhǔn)則。
另一個替換實施例電源/電路系統(tǒng)配置F在圖8中示意性地描繪。配置F包括 電源54F和相關(guān)聯(lián)的電路系統(tǒng)56F。再一次，電源54F包括第一高倍率電池單元 60F和第二較低倍率電池單元62F。電路系統(tǒng)56F將高倍率電池單元60F和較低倍 率電池單元62F連接至高功率輸出電路50和低功率控制電路52。不同于先前的實 施例的是，電路系統(tǒng)56F不必并聯(lián)連接電池單元60F、 62F。進(jìn)一步，雖然較低倍 率電池單元62F非常類似于先前描述的實施例，但高倍率電池單元60F優(yōu)選地是 如以下描述的陽極受限電池單元。
具體而言，對于配置F，高倍率電池單元60F包括固態(tài)陰極，液態(tài)有機(jī)電解質(zhì) 和用于放出高電流脈沖的鋰陽極。電池單元60F進(jìn)一步包括包含這些電池單元組件的殼體(未示出)并且陰極結(jié)構(gòu)一般巻繞多匝，其中鋰陽極介入陰極繞組的各匝 之間。該殼體還包含非水性液態(tài)有機(jī)電解質(zhì)，其優(yōu)選地包括鋰鹽和操作用于接觸陽 極和陰極的有機(jī)溶劑的組合。向陽極提供電連接并且向陰極提供電連接。陰極包括
諸如SVO或Mn02之類的活性材料。
在以上構(gòu)造下，高倍率電池單元60F是體積上受約束的系統(tǒng)。進(jìn)入到電池單 元60F中的每個組件(陰極、陽極、隔板、集流器、電解質(zhì)等)的量不能超過電 池外殼的可用體積。此外， 一些組件的恰適量取決于所使用的其他組件的量。這些 組件必須被"平衡"以提供合需程度的放電。
例如，在諸如在除顫器應(yīng)用中使用的陰極受限的Li/SVO電池中，陰極的容量 (Q+)不得超過陽極的容量(Q-)。其他電池組件占用的體積還取決于如由電池 中陰極材料的量反映的陰極容量(Q+)。所有這些電池組件都必須針對給定電池 體積作調(diào)整。
隨ICD使用的按常規(guī)技術(shù)平衡的鋰陽極電池單元是用充足的鋰和電解質(zhì)來平 衡以使陰極放完電。然而，按常規(guī)技術(shù)平衡的電池單元具有隨時間和放電深度增大 的阻抗。這些電池單元的功率能力受出于安全性原因而強(qiáng)加的電極面積約束的限 制。歷史上，已可用掉電池的幾乎總的容量同時維持尚可功率(即，可接受的充電 時間)。然而，隨著時間推移，按常規(guī)技術(shù)平衡的高倍率電池單元由于增大的電池 單元阻抗而顯現(xiàn)出增加的充電時間。當(dāng)電池單元不再能夠滿足充電時間要求時，該 ICD (或其他IMD)就必須被更換了。為此，工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)已實現(xiàn)了更嚴(yán)格的充電時間 要求。由此，在充電時間不合格之前要用掉全部電池單元容量已變得日益困難。
Li/SVO型電池單元經(jīng)受的上述問題的一個示例在圖9中圖表地示出。具體而 言，常規(guī)技術(shù)的Li/SVO高倍率電池單元設(shè)計經(jīng)歷著如曲線120所示的電壓隨時間 推移的下降。此外，由于內(nèi)阻隨時間推移而增大，致使電容器充電時間增加，如曲 線122所代表的。作為參照點，曲線120、 122從壽命起始(BOL)點向壽命結(jié)束 (EOL)點延伸。制造商典型地針對特定IMD應(yīng)用來劃界就在EOL前的潛在功能 喪失點(在圖9中的"PLF"處指出)。PLF由該IMD的電路性能要求決定。對 于圖9的示例，根據(jù)制造商標(biāo)準(zhǔn)，按常規(guī)技術(shù)平衡的電池單元將在大約2.20伏特 處經(jīng)歷潛在功能喪失(PLF)。為確保IMD在PLF之前被移植出和更換，工業(yè)標(biāo) 準(zhǔn)要求IMD向用戶提供選擇性更換指示(ERI) 。 ERI通常由制造商參考電壓曲線 120任命為就在PLF之前。例如，制造商的標(biāo)準(zhǔn)可能要求IMD在ERI之后繼續(xù)操 作達(dá)3個月?？紤]到該標(biāo)準(zhǔn)，制造商從PLF向回推算以選擇滿足如此選擇的標(biāo)準(zhǔn)的ERI值。參考圖9的示例，常用的ERI值為2.45伏特。
考慮到以上定義，圖9圖表地示出充電時間曲線122取決于放電深度或時間， 從BOL到ERI和PLF兩者均漸增。由于這種時間相關(guān)性，并且作為參照點，可隨 IMD使用的典型的高倍率電池單元的充電時間在BOL處約為8秒，在EIR處為 14秒，而在PLF處為25秒。隨著IMD性能要求不斷演進(jìn)，超過16秒的充電時間 很有可能不再是可接受的。換言之，將來的工業(yè)要求可能要求16秒的PLF值(且 由此有相應(yīng)減小的ERI值)。雖然納入了基于鋰的高倍率電池單元的IMD能夠被 編程以提供更早的ERI信號(相對于充電時間曲線120而言)，但由于對放電深 度或時間的依賴性，在此減小的ERI水平處將僅用掉電池容量的一小部分。例如， 在對應(yīng)于12秒的充電時間的ERI處，常規(guī)技術(shù)的電池單元的容量中約40%已被用 掉。顯然，這樣的低效率是非常不可取的。
為克服與先前的基于鋰的高倍率電池單元相關(guān)聯(lián)的時間依賴特性，電源54F (圖8)將高倍率電池單元60F (圖8)形成為陽極受限的。具體而言，高倍率電 池單元60F優(yōu)選地是例如在美國專利No. 5,458,997中描述的鋰受限電池單元，該 申請的教導(dǎo)通過援引納入于此。 一般來說，諸如Li/SVO、 LiZMn02等可用的基于 鋰的高倍率電池單元被再平衡，如此使得該電池單元包含的鋰和電解質(zhì)足以僅被放 電到第一電壓坪(在圖9中標(biāo)注為124)。通過使用較少鋰和電解質(zhì)而變得可用的 體積允許陰極材料能有更多空間，藉此使第一電壓坪延伸為如點線126所示。在這 種配置下，鋰陽極在陰極耗盡之前耗盡，從而防止氣體形成。此外，鋰受限設(shè)計在 電池壽命中的絕大部分上產(chǎn)生極微阻抗。在一個優(yōu)選實施例中，鋰受限的高倍率電 池單元60F為SVO/CFx復(fù)合型陰極設(shè)計，其中x在范圍0.9-1.1中。
如圖10中圖表地示出的，鋰受限高倍率電池單元60F (圖8)顯現(xiàn)出對放電 深度或時間有很少依賴性的充電時間特性。作為參照點，圖10描繪了電壓曲線130 和充電時間曲線132。與圖9中示出的按常規(guī)技術(shù)平衡的電池單元性能特性相比， 鋰受限高倍率電池單元60F的電壓曲線130具有延伸的第一電壓坪134，以及在第 二電壓坪136之后的迅速電壓下降。然而重要地，在第二電壓坪136之前，充電時 間曲線132即使隨著增加的放電深度和/或時間增加也僅是稍微增加。由此在實效 上，鋰受限高倍率電池單元60E的特征在于貫穿該電池壽命中的絕大部分，其倍 率能力顯現(xiàn)出對時間或放電深度極微的依賴性?？紤]到該特性，納入了包括高倍率 電池單元60F的電源54F (圖8)的IMD可被編程以建立圖10中所示的PLF和 ERI值。作為示例并且根據(jù)一個優(yōu)選實施例，PLF建立在約2.6伏特處而ERI在2.65 伏特處。在這些值處，倍率能力或充電時間曲線132顯現(xiàn)出對放電深度和時間的極 微依賴性。例如，BOL充電時間約為8秒，ERI充電時間約為10秒，而PLF充電 時間約為16秒。在第二電壓坪136后，充電時間快速增加到EOL。然而，與按常 規(guī)技術(shù)平衡的電池單元不同的是，陽極受限的高倍率電池單元60F的ERI和PLF 相對靠近EOL (相對于電壓曲線130的總長度而言)。由此，與按常規(guī)技術(shù)平衡 的高倍率電池單元不同的是，陽極受限的高倍率電池單元60F允許能夠選擇使得 倍率能力和充電時間對放電深度或時間具有極微依賴性的ERI值，并且結(jié)果使得 電池單元60F能力中很大的部分得以被利用。更具體地，如此來選擇高倍率電池 單元60F的ERI以使得陰極的至少40%被消耗掉；優(yōu)選地為至少50%;更優(yōu)選地 為至少60%;最優(yōu)選地為至少75%。
如先前所描述的，在實施例F (圖8)的情況下，高倍率電池單元60F和較低 倍率電池單元62F不必并聯(lián)連接。然而若使用并行連線，則較低倍率電池單元62F 在實效上將根據(jù)先前描述的再充電機(jī)制在瞬態(tài)高功率脈沖之后對高倍率電池單元 60F再充電。進(jìn)一步，若使用并行配置，則優(yōu)選將較低倍率電池單元62F設(shè)計成比 高倍率電池單元60F具有更高的電壓(超過BOL)，如此使得當(dāng)電池單元60F、 62F被放電時，高倍率電池單元62F將在電池單元60F的使用壽命中更大的部分上 逗留在更靠近其BOL電壓和倍率能力處。在配置F的采用并行構(gòu)造的進(jìn)一步優(yōu)選 實施例中，高倍率電池單元60F是鋰受限SVO電池單元而較低倍率電池單元62F 為SVO/CFx復(fù)合型陰極較低倍率電池單元。該構(gòu)造給這兩個電池單元提供相近的 BOL電壓、相近的耗盡電壓(例如，在PLF處有大于90y。的耗盡)，并且較低倍 率電池單元62F將比高倍率電池單元60F具有更高的電壓(超過BOL)。
具有本發(fā)明的雙電池單元電源的IMD提供勝于先前設(shè)計的顯著進(jìn)步。在一個
實施例中，通過并行地將第一高倍率電池單元和第二較低倍率電池單元連接至控制 電路和輸出電路，并且納入開關(guān)來選擇性地解開高倍率電池單元與較低倍率電池單 元的耦合，該IMD將獨立于充電條件高效率地利用這兩個電池中的容量。不管是 否包括開關(guān)，該優(yōu)選并聯(lián)連接皆能取決于高倍率電池單元的構(gòu)造而便于較低倍率電 池單元在瞬態(tài)高功率脈沖之后對高倍率電池單元再充電。在另一個替換實施例中， 雙電池單元作為單個蓄電器來提供。在又一個替換實施例中，高倍率電池單元具有 陽極受限構(gòu)造并且顯現(xiàn)出對時間或放電深度具有極微依賴性的充電時間特性。在這 種配置下，在滿足嚴(yán)格充電時間要求的同時高倍率電池單元的容量中的絕大部分得以被利用。
圖11圖解根據(jù)本發(fā)明另一實施例的可植入式醫(yī)療器件(IMD) 200。根據(jù)該實施例的IMD 200可以用起搏器、心率轉(zhuǎn)復(fù)器、除顫器、神經(jīng)刺激器、或給藥設(shè)備的形式來提供。然而將領(lǐng)會，IMD200可以采取各種其他可植入式醫(yī)療器件的形式，并且由此不必被限定于前述示例。然而出于例示說明的目的，IMD200將以可植入式心臟除顫器(ICD)的配置來描述。
根據(jù)所示實施例，IMD 200包括控制IMD 200的整體操作的控制電路205?？刂齐娐?05可以被配置成經(jīng)由一個或更多個布置在患者體內(nèi)的經(jīng)由電引線耦合至IMD 200的電極來監(jiān)視生理數(shù)據(jù)。例如，控制電路205可以經(jīng)由一個或更多個植入患者心臟內(nèi)的電極來監(jiān)視心臟活動。控制電路205可以收集并處理經(jīng)由這些植入電極接收到的生理數(shù)據(jù)。取決于經(jīng)由這些植入電極在IMD 200處接收到的生理數(shù)據(jù)，控制電路205可以進(jìn)一步被配置成向患者身體的一部分投放治療。根據(jù)示例性實施例，該治療可以是按經(jīng)由這一個或更多個植入患者心臟內(nèi)的電極來向患者心臟放出的治療電脈沖的形式來提供的。
根據(jù)本發(fā)明一個實施例，以如圖11A中所示的處理器單元207的形式來提供控制電路205以控制其整體操作。在一個實施例中，處理器單元207可以例如采取微處理器、微控制器、或數(shù)字信號處理器的形式?？刂齐娐?05可以進(jìn)一步包括用于存儲由這一個或更多個植入患者體內(nèi)的電極接收到的生理數(shù)據(jù)的存儲器模塊208。存儲器模塊208還可以存儲在處理器單元207上執(zhí)行的用于控制IMD 200的軟件固件、和/或微代碼。
再次參考圖ll，根據(jù)此示例性實施例，IMD 200可以進(jìn)一步包括用于放出諸如除顫或心率復(fù)轉(zhuǎn)/除顫脈沖之類的電脈沖治療的高功率輸出電路210。高功率輸出電路210可以按用于生成將要經(jīng)由這一個或更多個植入患者心臟內(nèi)的電極來向患者心臟放出的高輸出電子脈沖的電容器的形式來提供的。根據(jù)所示實施例，高功率輸出電路210可以接收來自控制電路205的控制信號以響應(yīng)于對經(jīng)由這一個或更多個植入患者心臟內(nèi)的電極接收到的生理數(shù)據(jù)(即，心電信號)的分析放出高輸出電擊。
根據(jù)所示實施例，IMD200進(jìn)一步設(shè)有通信接口電路215，其可以為IMD200提供通信能力以與外部數(shù)據(jù)處理設(shè)備通信。數(shù)據(jù)處理設(shè)備可以被配置成監(jiān)視和/或分析由IMD 200收集并后續(xù)傳送的生理數(shù)據(jù)。然而將領(lǐng)會，通信接口電路215還可以被配置成與患者體外的其他各種設(shè)備通信而不會脫離本發(fā)明的精神和范圍。在替換實施例中，通信接口電路215可以與位于IMD 200外部但位于患者體內(nèi)的發(fā)射設(shè)備(未示出)通信。該發(fā)射設(shè)備隨后可以與外部數(shù)據(jù)處理單元通信。
根據(jù)所示實施例，通信接口電路215被配置成傳達(dá)由控制電路205從這一個或更多個植入患者體內(nèi)的電極獲得的生理數(shù)據(jù)。通信接口電路215還可以被配置成接收由IMD 200外部的另一設(shè)備生成的、將要由控制電路205處理的數(shù)據(jù)。根據(jù)所示實施例，通信接口電路215經(jīng)由無線通信與該外部設(shè)備傳達(dá)數(shù)據(jù)。
根據(jù)所示實施例，IMD200進(jìn)一步配置有電源220以向控制電路205、高功率輸出電路210和通信接口電路215供電。電源220固有地在IMD 200的操作中扮演重要角色，因為IMD可能隨著電池迫近壽命結(jié)束而進(jìn)入受限功能模式。這樣，IMD或許不能對患者投放恰適治療，從而危及患者的健康。而且，由于IMD 200是植入患者體內(nèi)的，因此電池的可及性通常需要外科手術(shù)。相應(yīng)地，如果電源220失效，則可能使患者的健康處于危險中直至執(zhí)行了這樣的手術(shù)。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖12,示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例的IMD200與外部設(shè)備的通信能力。IMD200的通信接口電路215配置有無線接口 230，用于通過無線通信介質(zhì)232經(jīng)由數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送設(shè)備235與數(shù)據(jù)處理設(shè)備240通信。根據(jù)所示實施例，無線接口 230可以采取射頻(RF)收發(fā)機(jī)的形式，其與也配置有RF收發(fā)機(jī)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送設(shè)備235傳送和接收射頻信號。然而將領(lǐng)會，可以在IMD 200的無線接口 230與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送設(shè)備235之間作為射頻通信的代替或者補(bǔ)充使用其他形式的通信協(xié)議，而不會脫離本發(fā)明的精神和范圍。例如，在無線接口 230與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送設(shè)備235之間使用的通協(xié)議可以包括超聲通信和其他類型的通信。
根據(jù)所示實施例，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送設(shè)備235可以用可接近植入患者體內(nèi)的可植入式醫(yī)療器件200放置的手持式設(shè)備的形式來提供。在該實施例中，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送設(shè)備235經(jīng)由有線鏈路237耦合至數(shù)據(jù)處理設(shè)備240。然而將領(lǐng)會，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送設(shè)備235可以替換地經(jīng)由無線通信介質(zhì)與數(shù)據(jù)處理設(shè)備240通信。例如，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送設(shè)備235與數(shù)據(jù)處理設(shè)備240之間的無線通信介質(zhì)可以是RF通信介質(zhì)或紅外(IR)通信介質(zhì)。替換地，在一個實施例中，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送設(shè)備235被去掉，而數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送直接在無線接口230與數(shù)據(jù)處理設(shè)備240之間發(fā)生。
將進(jìn)一步領(lǐng)會，IMD 200的通信接口電路215與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送設(shè)備235之間的通信信號的功率電平也可以變化。例如，可以在IMD 200與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送設(shè)備235之間使用低功率RF通信如此使得其可能必須緊密接近IMD200來放置。替換地，可以在RF通信介質(zhì)232上使用更高傳輸功率電平如此使得數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送設(shè)備235與IMD200的緊密物理接近不是必要的。當(dāng)然，將領(lǐng)會到在RF通信介質(zhì)232上使用的傳輸功率電平越高，對IMD 200的電源220的消耗就越高。
如先前提及的，生理數(shù)據(jù)由IMD 200的控制電路205經(jīng)由一個或更多個植入患者體內(nèi)的電極來收集。在一個實施例中，生理數(shù)據(jù)可以采取來植入自患者體內(nèi)的電極、并且例如以心電圖的形式記錄在IMD 200的存儲器模塊208內(nèi)的心電信號的形式。該生理數(shù)據(jù)隨后可以從存儲器模塊208被取回并被轉(zhuǎn)送到通信接口電路215以便無線傳輸?shù)綌?shù)據(jù)轉(zhuǎn)送設(shè)備235，供由數(shù)據(jù)處理設(shè)備240監(jiān)視和/或處理。在替換實施例中，生理數(shù)據(jù)可以隨著該數(shù)據(jù)由這一個或更多個植入患者體內(nèi)的電極感測到而在實時基礎(chǔ)上被控制電路205獲得并轉(zhuǎn)送到通信接口電路215以供傳輸?shù)綌?shù)據(jù)轉(zhuǎn)送設(shè)備235。除了經(jīng)由數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送設(shè)備235向數(shù)據(jù)處理設(shè)備240傳輸生理數(shù)據(jù)之外，通信接口電路215還可以傳送與IMD 200的性能相關(guān)的數(shù)據(jù)。性能數(shù)據(jù)可以包括例如先前從IMD 200向患者身體投放的治療的有效性。
根據(jù)本發(fā)明一個實施例，數(shù)據(jù)處理設(shè)備240是以編程器或其他計算機(jī)的形式來提供的。數(shù)據(jù)處理設(shè)備240可用于監(jiān)視和/或分析從IMD 200經(jīng)由通信接口電路215傳送而來的生理數(shù)據(jù)和/或性能數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理設(shè)備240還可以基于所收集到的生理數(shù)據(jù)和性能數(shù)據(jù)來確定由IMD 200投放的治療的功效。例如，數(shù)據(jù)處理設(shè)備240可用于確定向患者投放的治療是否有正當(dāng)?shù)哪芰繌?qiáng)度。
基于由數(shù)據(jù)處理設(shè)備240使用IMD 200所接收到的生理和性能數(shù)據(jù)執(zhí)行的分析，數(shù)據(jù)處理設(shè)備240還可以被配置成經(jīng)由數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送設(shè)備235向IMD 200傳送編程數(shù)據(jù)以調(diào)整IMD200的各種設(shè)置。例如，如果數(shù)據(jù)處理設(shè)備240 (例如基于所收集到的生理數(shù)據(jù))確定IMD200正在投放的電脈沖治療信號的強(qiáng)度高過所需要的，則傳送給IMD 200的編程數(shù)據(jù)可以減小向患者身體投放的電治療信號的強(qiáng)度。
典型地，IMD 200的通信接口電路215要求相對較高的電流脈沖，由此導(dǎo)致對電源220相對較高的消耗。如果在通信接口電路215與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送設(shè)備235之間傳達(dá)相當(dāng)大量的數(shù)據(jù)，則其可能產(chǎn)生對電源220的顯著消耗，這是因為通信接口電路215在傳送數(shù)據(jù)時的高電流脈沖和時間量。此外，隨著IMD 200與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送設(shè)備235之間傳達(dá)的數(shù)據(jù)量增加，對電源220造成的負(fù)擔(dān)也增加，從而減少了IMD200內(nèi)的電源220的壽命。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖13，提供了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的電源220的更詳細(xì)表達(dá)。電源220包括主電源250和次電源255。主電源250用于既對高輸出功率電路210供電，也對IMD 200的控制電路205供電。根據(jù)本發(fā)明一個實施例，主電源250采取鋰/CFx-CSVO電池的形式。然而將領(lǐng)會到，主電源250可以采取各種其他電池類型，其可以包括Li/CSVO、 Li/CFX、 Li/Mn02、 Li/12、 Li/SOCl2，或其他類似類型的化學(xué)組成。
根據(jù)所示實施例，次電源255向通信接口電路215供電以減輕通信接口電路215本會對主電源250造成的任何額外負(fù)擔(dān)。根據(jù)一個實施例中，次電源255是以可再充電電池的形式提供的。次電源255可以包括有或液態(tài)或聚合物電解質(zhì)的鋰離子電池。然而將領(lǐng)會到，次電源255還可以采取其他電池類型的形式，諸如鎳/金屬氫化物或其他類似類型的化學(xué)組成而不會脫離本發(fā)明的精神和范圍。根據(jù)所示實施例，次電源255可以經(jīng)由經(jīng)皮磁感應(yīng)過程來再充電，這在本領(lǐng)域中已被很好地確
根據(jù)一個實施例，次電源255僅向通信接口電路215供電，從而緩減通信接口電路215本會向主電源250要求的任何額外功率要求。由此，在該實施例中，次電源255是通信接口電路215的專用電源。相應(yīng)地，主電源250僅需要向控制電路205和高輸出功率電路210中必不可少的"壽命保障"操作電路系統(tǒng)供電而無需供電來支持IMD 200的通信要求(即，通過通信接口電路215)，從而節(jié)約主電源250的功率和壽命。主電源可以采取以上討論的這些雙電池單元實施例中的任何哪種的形式。替換地，主電源可以是常規(guī)技術(shù)的單電池單元設(shè)計。
在圖13的所示實施例中，電源250和255可以彼此獨立地操作。由此，在一個實施例中，如果電源250和255之一失效，則另一個電源250、 255繼續(xù)對其相應(yīng)各個電路供電。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖14，示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例的電源220。在該特定實施例中，主電源250和次電源255耦合至電源開關(guān)260，該開關(guān)260能夠切換連接以對IMD200的各種組件供電。如對圖13中所提供的配置提及的，主電源250平常僅對IMD200的控制電路205和高輸出功率電路210供電。另一方面，次電源255平常僅對通信接口電路215供電。根據(jù)圖14的所示實施例，電源開關(guān)260被配置成取決于電源250、 255是否耗盡了其功率來切換主電源250和/或次電源255的連接。
根據(jù)一個實施例，開關(guān)260耦合至功率電平傳感器265，該傳感器265被配置成確定主電源250和/或次電源255的剩余功率電平。功率電平傳感器265可以進(jìn)一步被配置成確定主電源250和/或次電源255的剩余功率電平是否已降落到預(yù)定功率電平之下。相應(yīng)地，電源開關(guān)260可以被配置成基于傳感器265確定功率電平低于該預(yù)定閾值來切換IMD 200的電路205、 210、和215與主電源和次電源250、255之間的連接。在一個實施例中，該預(yù)定閾值可以是剛好在零剩余功率電平(即， 用完的電池)以上的功率電平。
例如，如果IMD200正在其通信接口電路215與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送設(shè)備235 (圖2)之 間轉(zhuǎn)送數(shù)據(jù)，并且功率電平傳感器265確定次電源255的功率電平幾乎耗盡(即， 在預(yù)定閾值之下)，則傳感器265可以向開關(guān)260發(fā)送控制信號以將主電源250 耦合至IMD 200的通信接口電路215如此便不會中斷該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送。類似地，如果 確定主電源250內(nèi)的功率電平將耗盡到預(yù)定閾值以下，則電源開關(guān)260可以切換控 制電路205和/或高輸出功率電路210的連接以接收來自次電源255的功率，這與 接收來自主電源250的功率形成對比。
在替換實施例中，電源開關(guān)260可以包括用以感測主電源250和/或次電源255 內(nèi)剩余的功率電平并且基于所感測到的功率電平來切換IMD 200的電路205、 210、 和215與主電源和次電源250、 255之間的連接的電路系統(tǒng)。即，用于感測主電源 和次電源250、255的剩余功率電平的傳感器265可以是電源開關(guān)260的整合組件， 這與作為圖14中所示的分立組件形成對比。在另一個替換實施例中，第一和第二 電源可以被設(shè)計成使得每個電源獨立于另一個電源。在該實施例中，這兩個電源 (即，電池)中有至少一個或其兩個皆包含包括添加劑2,2,2-三氟乙酰胺的電解質(zhì)。
雖然已參考優(yōu)選實施例描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將領(lǐng)會，可 廣為使用推算出能達(dá)成相同目的的各種替代和/或等效實現(xiàn)來代替所示出和所描述 的具體實現(xiàn)而不會脫離本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1. 一種可植入式醫(yī)療器件，包括控制電路，用以控制所述可植入式醫(yī)療器件的操作并且從植入所述可植入式醫(yī)療器件的患者獲得生理數(shù)據(jù)；耦合至所述控制電路的通信電路，用以將所述生理數(shù)據(jù)傳送給外部設(shè)備；位于所述器件內(nèi)并且耦合至所述控制電路的第一電源，用以對所述控制電路供電；位于所述器件內(nèi)并且耦合至所述通信電路的第二電源，用以對所述通信電路供電；以及可共用地激活所述第一電源和所述第二電源的電解質(zhì)，所述電解質(zhì)包括2，2，2-三氟乙酰胺。
2. 如權(quán)利要求1所述的可植入式醫(yī)療器件，其特征在于，所述第一電源包括 電池。
3. 如權(quán)利要求2所述的可植入式醫(yī)療器件，其特征在于，所述電池包括 Li/CFx-CSVO、 Li/CSVO、 Li/CFX、 Li/Mn02、 Li/12、禾卩Li/SOCl2電池中的至少一 者。
4. 如權(quán)利要求1所述的可植入式醫(yī)療器件，其特征在于，所述第二電源包括 可再充電電池。
5. 如權(quán)利要求4所述的可植入式醫(yī)療器件，其特征在于，所述可再充電電池 包括鋰離子和鎳/金屬氫化物電池中的至少一者。
6. 如權(quán)利要求1所述的可植入式醫(yī)療器件，其特征在于，還包括 開關(guān)，用于逢第一預(yù)定事件發(fā)生便將所述第一 電源耦合至所述通信電路。
7. 如權(quán)利要求6所述的可植入式醫(yī)療器件，其特征在于，所述第一電源和第二電源各自具有與其相關(guān)聯(lián)的剩余功率電平，所述器件還包括耦合至所述第一電源和第二電源的傳感器，用以感測所述第一電源和第二電 源中的至少一者的所述剩余功率電平。
8. 如權(quán)利要求7所述的可植入式醫(yī)療器件，其特征在于，所述第一預(yù)定事件 包括所述傳感器感測到所述第二電源的所述剩余功率電平低于剩余功率電平閾值。
9. 如權(quán)利要求7所述的可植入式醫(yī)療器件，其特征在于，所述開關(guān)逢第二預(yù)定事件發(fā)生便將所述第二電源耦合至所述控制電路。
10. 如權(quán)利要求9所述的可植入式醫(yī)療器件，其特征在于，所述第二預(yù)定事 件包括所述傳感器感測到所述第一電源的所述剩余功率電平低于剩余功率電平閾 值。
11. 一種用于在可植入式醫(yī)療器件中納入電源的方法，包括以下步驟 由位于所述器件內(nèi)的第一 電源向控制電路供電，所述控制電路獲得至少植入所述控制電路的患者的生理數(shù)據(jù)；由位于所述器件內(nèi)的第二電源向通信電路供電，其中所述第一電源和第二電 源中至少有一者包括在電解質(zhì)中的2,2,2-三氟乙酰胺；以及從所述通信電路向外部設(shè)備傳送所述生理數(shù)據(jù)。
12. 如權(quán)利要求ll所述的方法，其特征在于，還包括 感測所述第二電源的剩余功率電平；確定所述剩余功率電平是否已降落到預(yù)定閾值之下；以及響應(yīng)于確定所述剩余功率電平已降落到所述預(yù)定閾值之下由所述第一電源來 向所述通信電路供電。
13. 如權(quán)利要求ll所述的方法，其特征在于，還包括-感測所述第一電源的剩余功率電平；確定所述剩余功率電平是否已降落到預(yù)定閾值之下；以及 響應(yīng)于確定所述剩余功率電平已降落到所述預(yù)定閾值之下由所述第二電源來 向所述控制電路供電。
全文摘要
一種可植入式醫(yī)療器件，包括用以控制該器件的操作并且用于從植入該醫(yī)療器件的患者獲得生理數(shù)據(jù)的控制電路。該植入設(shè)備還包括用于將生理數(shù)據(jù)傳送給外部設(shè)備的通信電路。第一電源耦合至控制電路并且對該控制電路供電。第二電源耦合至通信電路并且對該通信電路供電。
文檔編號A61N1/365GK101484204SQ200780025372
公開日2009年7月15日 申請日期2007年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月1日
發(fā)明者C·L·施密特 申請人:麥德托尼克公司