(57)【要約】  開示するものは、埋込型医療装置システムで利用可能な改良型外部コントローラである。外部コントローラの通信コイルは、プリント基板（ＰＣＢ）内に、すなわち、ＰＣＢの様々なトレース層とビアとを使用することによって形成される。図示のように、ＰＣＢコイルは、ＰＣＢ内で複数のトレース層に形成され、一部又は全ての層で複数の巻回を含む。通信コイルは、外部コントローラに使用される他の回路の回りを包むことができ、他の回路は、ＰＣＢの前面及び／又は背面に装着することができる。コイルの幾何学形状は、そのインダクタンスを最大にするために特別に調整され、従って、人間の身体によって有意に減衰しない４ＭＨｚ以下の範囲で通信する機能を最大にする。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
埋込型医療装置と通信するための外部コントローラであって、
トレースの少なくとも１つの層を有するプリント基板（ＰＣＢ）と、
埋込型医療装置のための治療プログラムをコンパイルするために前記ＰＣＢに結合された外部コントローラ回路と、
磁気結合を通じて前記埋込型医療装置へ前記治療プログラムを同報通信するために前記外部コントローラ回路に結合された通信コイルと、を備え、この通信コイルは、前記少なくとも１つの層の前記トレースに形成されている、コントローラ。
【請求項２】
前記通信コイルは、複数の巻回を含むことを特徴とする請求項１に記載の外部コントローラ。
【請求項３】
前記複数の巻回は、トレースの複数の層に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の外部コントローラ。
【請求項４】
前記複数の巻回は、トレースの単一の層に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の外部コントローラ。
【請求項５】
トレースの前記複数の層は、前記ＰＣＢ内のビアによって接続されていることを特徴とする請求項３に記載の外部コントローラ。
【請求項６】
前記外部コントローラ回路の少なくとも一部分が、前記通信コイル内にあることを特徴とする請求項１に記載の外部コントローラ。
【請求項７】
前記外部コントローラ回路の全てが、前記通信コイル内にあることを特徴とする請求項１に記載の外部コントローラ。
【請求項８】
前記治療プログラムは、４ＭＨｚよりも低い周波数で前記通信コイルによって同報通信されることを特徴とする請求項１に記載の外部コントローラ。
【請求項９】
埋込型医療装置と通信するための外部装置であって、
トレースの複数の層を有するプリント基板（ＰＣＢ）と、
前記ＰＣＢに結合された外部装置回路と、
４ＭＨｚよりも低い周波数で磁気結合を通じて埋込型医療装置へ同報通信するために前記外部装置回路によって活性化されるコイルと、を備え、このコイルは、トレースの前記複数の層に形成されている、装置。
【請求項１０】
前記コイルは、トレースの前記複数の層の各々において少なくとも１つの巻回を含むことを特徴とする請求項９に記載の外部装置。
【請求項１１】
トレースの前記複数の層は、前記ＰＣＢ内のビアによって接続されていることを特徴とする請求項９に記載の外部装置。
【請求項１２】
前記外部装置回路の少なくとも一部分が、前記コイル内にあることを特徴とする請求項９に記載の外部装置。
【請求項１３】
前記外部装置回路の全てが、前記コイル内にあることを特徴とする請求項９に記載の外部装置。
【請求項１４】
外部充電器を含み、
前記同報通信は、前記埋込型医療装置のための電力を含む、
ことを特徴とする請求項９に記載の外部装置。
【請求項１５】
外部コントローラを含み、
前記同報通信は、前記埋込型医療装置のためのデータを含む、
ことを特徴とする請求項９に記載の外部装置。
【請求項１６】
埋込型医療装置へ無線信号を送信するための外部装置と、埋込型医療装置と、を含むシステムであって、
前記外部装置が、
トレースの少なくとも１つの層を有するプリント基板（ＰＣＢ）と、
前記ＰＣＢに結合された外部装置回路と、
前記少なくとも１つの層の前記トレースに形成され、磁気結合を通じて埋込型医療装置へ無線信号を同報通信するために外部コントローラ回路によって活性化される第１のコイルと、を含み、
前記埋込型医療装置が、前記第１のコイルから同報通信された前記無線信号を受信するための第２のコイルを含む、システム。
【請求項１７】
前記第１のコイルは、複数の巻回を含むことを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記複数の巻回は、トレースの複数の層に形成されていることを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記複数の巻回は、トレースの単一の層に形成されていることを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
【請求項２０】
トレースの前記複数の層は、前記ＰＣＢ内のビアによって接続されていることを特徴とする請求項１８に記載のシステム。
【請求項２１】
前記外部装置回路の少なくとも一部分が、前記第１のコイル内にあることを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項２２】
前記外部装置回路の全部が、前記第１のコイル内にあることを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項２３】
前記無線信号は、データを含むことを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項２４】
前記無線信号は、電力を含むことを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項２５】
前記無線信号は、１０ＭＨｚよりも低い周波数の信号を含むことを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、埋込型医療装置システムに対して特殊適用性を有する改良型外部コントローラに関する。
【背景技術】
【０００２】
埋込型刺激装置は、心不整脈を治療するペースメーカ、心細動を治療する除細動器、難聴を治療する蝸牛刺激器、失明を治療する網膜刺激器、協調四肢運動を生成する筋肉刺激器、慢性疼痛を治療する脊髄電気刺激器、運動及び精神的疾患を治療する皮質及び脳深部刺激器、尿失禁、睡眠時無呼吸、肩関節亜脱臼などを治療する他の神経性刺激器のような各種生物学的疾患の治療のために電気刺激を発生させて身体神経及び組織に送出する装置である。本発明は、全てのそのような用途に適用性を見出すことができるが、以下の説明は、一般的に、本明細書にその全体が引用により組み込まれている米国特許第６、５１６、２２７号に開示されているような「脊髄電気刺激法（ＳＣＳ）」システム内での本発明の使用に着目する。
【０００３】
脊髄電気刺激法は、患者のある一定の母集団で疼痛を軽減するように十分受け入れられている医療法である。図１Ａ及び１Ｂに示すように、ＳＣＳシステムは、一般的に、例えば、チタンで形成した生体適合性ケース３０を含む「埋込型パルス発生器（ＩＰＧ）」１００を含む。ケース３０は、典型的には、ＩＰＧが機能するのに必要な回路及び電源又はバッテリを保持するが、ＩＰＧには、外部ＲＦエネルギを通じてバッテリなしで電源を供給することもできる。ＩＰＧ１００は、電極１０６が電極アレイ１１０を形成するように、１つ又はそれよりも多くの電極リード（２つのそのようなリード１０２及び１０４が示されている）により電極１０６に結合される。電極１０６は、各電極に結合された個々の信号線１１２及び１１４も収容する可撓性本体１０８上に担持される。例示する実施形態では、リード１０２上にＥ1−Ｅ8とラベル付けした８つの電極があり、リード１０４上にＥ9−Ｅ16とラベル付けした８つの電極があるが、リード及び電極の数は、用途に特異であり、従って、変わる可能性がある。
【０００４】
ＩＰＧシステムの各部分は、断面で図２に示されており、ＩＰＧ１００及び外部コントローラ１２を含む。ＩＰＧ１００は、一般的に、マイクロプロセッサ、集積回路、及びＰＣＢ１６に装着されたコンデンサのような様々な電子構成要素２０と共にプリント基板（ＰＣＢ）１６を含む電子基板アセンブリ１４を含む。２つのコイルが、一般的にＩＰＧ１００に存在しており、すなわち、外部コントローラ１２との間でデータを送信／受信するのに使用される遠隔測定コイル（テレメトリーコイル）１３、及び外部充電器（図示せず）を使用してＩＰＧ電源又はバッテリ２６を充電又は再充電するための充電コイル１８である。遠隔測定コイル１３は、図示のようにヘッダコネクタ３６内に装着することができる。
【０００５】
上述のように、手持ち式プログラマー又は臨床医プログラマーのような外部コントローラ１２は、ＩＰＧ１００との間でデータを無線送受信するのに使用される。例えば、外部コントローラ１２は、ＩＰＧ１００が患者に提供する治療を設定するためにＩＰＧ１００にプログラミングデータを送信することができる。また、外部コントローラ１２は、ＩＰＧのステータスについての様々なデータ報告のような、ＩＰＧ１００からのデータの受信機として作用することができる。
【０００６】
外部コントローラ１２との間のデータ通信は、磁気誘導結合を通じて行われる。外部コントローラ１２からＩＰＧ１００にデータが送信される時は、コイル１７に交流電流（ＡＣ）が通電される。データ移送のためのそのようなコイル１７の通電は、例えば、本明細書にその全体が引用により組み込まれている２００７年７月１９に出願された米国特許出願出願番号第１１／７８０、３６９号に開示するような「周波数偏移変調（ＦＳＫ）」プロトコルを使用して行われる。コイル１７への通電が電磁場を誘起し、それが次にＩＰＧ遠隔測定コイル１３に電流を誘起し、その電流が次に復調されて元のデータを回復する。そのようなデータは、典型的には約１２５ｋＨｚの周波数で伝達されるが、ＦＳＫプロトコルでは、論理「０」に対して１２１ｋＨｚ、論理「１」に対して１２９ｋＨｚになると考えられる。公知のように、データの誘導伝送は、経皮的に、すなわち、患者の組織２５を通して行われ、医療埋込型装置システムにおいてそれを特に有用にする。
【０００７】
典型的な外部コントローラ１２が図３及び図４Ａ〜４Ｃにより詳細に示されている。図３は、ユーザインタフェースを含む外部コントローラの平面図を示している。ユーザインタフェースは、ユーザが一般的に外部コントローラ１２からＩＰＧ１００までデータ（例えば、新しい治療プログラム）を遠隔通信すること、又は例えば様々な形態のステータスフィードバックをＩＰＧからモニタすることを可能にする。ユーザインタフェースは、携帯電話又は当業技術で使用される他の外部コントローラとある程度類似しており、ディスプレイ２６５、入力又は選択ボタン２７０、及びメニューナビゲーションボタン２７２のような典型的な機能を含む。ソフトキー２７８は、様々な機能を選択するのに使用することができ、これら機能は、任意の所定の時点で利用可能なメニューオプションのステータスに応じて変わる。ハウジング２１５内にスピーカも含まれ、ユーザにオーディオキューが提供される（図示せず）。代替的に、振動モータは、聴覚障害ユーザのためにフィードバックを提供することができる。
【０００８】
図４Ａ〜４Ｃは、外側ハウジング２１５が取り除かれた外部コントローラ１２の様々な図を示している。主プリント基板（ＰＣＢ）１２０の下側に見えるのは、外部コントローラ１２に電源を供給するバッテリ１２６である。バッテリ１２６は、ＡＣ電源２９２（例えば、壁コンセント）に結合可能な電源ポート２８０（図３）を通じて再充電可能であるか、又は再充電不能なバッテリを含むことができる。外部コントローラ１２がバッテリ１２６を収容していない場合、電源ポート２８０は、装置に電源を供給する唯一の手段として使用される。データポート２８２（図３）は、外部コントローラ２１０がコンピュータ２９５のような他の装置と通信することを可能にするために提供される。そのようなデータポート２８２は、例えば、別の機械とデータを共有し、外部コントローラ２１０がソフトウエア更新を受けるのを可能にし、又は外部コントローラ２１０が医療プログラマーからスターター治療プログラムを受け取るのを可能にするのに有用である。ハウジングの側面に引っ込めて取り付けられているロック解除ボタン２８１は、キー及びボタンのロックを解除するのに使用され、ある時間にわたって（例えば、１秒間）そのボタンを押して保持することによって作動させることができる。
【０００９】
先に示唆したように、図４Ａ〜４Ｃは、外部コントローラ１２のハウジング２１５内の電子機器を示している。先の図から見ることができるように、電子機器は、一般的にＰＣＢ１２０によって支持されている。図示の事例では、ＰＣＢ１２０の前面（図４Ａ）は、ディスプレイ２６５及びハウジング２１５（図３参照）上に存在する様々なボタンと相互作用するスイッチ１２２を含む。ＰＣＢの背面（図４Ｂ）は、バッテリ１２６及びデータコイル１７を含む。この実施形態では、背面は、外部コントローラ１２が作動するのに必要な回路の大部分（例えば、集積回路、コンデンサ、レジスタなど）を収容する。例えば、外部コントローラ１２の主マイクロコントローラは、ＰＣＢ１２０の背面側に存在する。しかし、これは厳密に必要ということではなく、回路は、ＰＣＢ１２０の前面又は他の位置に置くこともできるであろう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第６、５１６、２２７号
【特許文献２】米国特許出願出願番号第１１／７８０、３６９号
【特許文献３】米国特許出願出願番号第１１／４６０、９５５号
【特許文献４】米国特許出願出願番号第１１／８５３、６２４号
【特許文献５】米国特許出願出願番号第１１／６２２、３９５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
外部コントローラ１２の製造業者にとって特に懸念されることは、データコイル１７である。当業者が認めるように、コイル１７を製造することは、一般的に困難かつ高価である。コイル１７は、一般的に、中実又はより線の銅ワイヤの絶縁ストランドで形成される。そのようなワイヤは、予め成形されたいわゆるマンドレルの周りに巻かれてコイル１７を形成する。コイルの正しい抵抗及びインダクタンスが達成されるように、コイル１７を正しい巻き数で正確に巻くことが重要である。巻かれた状態で、コイル１７は、次に、一般的に、バラバラにならないように接着剤を用いて互いに結合される。使用される絶縁材料の種類に応じて、溶剤又は熱の適用もワイヤの結合を助ける。次に、ワイヤの端末端子は、インダクタンス及び抵抗を検証し、かつ巻き作業中のワイヤ絶縁に対する損傷が原因で短絡した巻回を検査するために、剥ぎ取るべきである。コイル完成品は、次に、接着剤を用いてＰＣＢ１２０に取り付けられ、端子がＰＣＢに半田付けされる。必要に応じて、コイル１７は、図４Ｃの側面図に最も良く示すように、コイルをＰＣＢ１２０上の下に重なる回路の上方に持ち上げるために特別な装着構造を必要とする場合がある。たとえ製造してＰＣＢ１２０への取り付けが成功しても、機械的な衝撃、振動、温度変動、及び／又は湿度に対するその弱さのために、コイル１７には、信頼性の問題が残っている。更に、コイル１７の純然たる塊は、外部コントローラ１２の全体サイズを増加させ、これは望ましくない。本発明の開示は、外部コントローラの通信コイルの製造及び信頼性に関連する欠点を緩和する解決法の実施形態を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】従来技術による埋込型パルス発生器（ＩＰＧ）とＩＰＧに電極アレイが結合される方式を示す図である。
【図１Ｂ】従来技術による埋込型パルス発生器（ＩＰＧ）とＩＰＧに電極アレイが結合される方式を示す図である。
【図２】外部コントローラとＩＰＧの間のデータの無線通信を示す図である。
【図３】従来技術の典型的な外部コントローラを示す図である。
【図４Ａ】従来的に巻かれた通信コイルの組込みを含む、異なる視点からの図３の外部コントローラの内部構成要素を示す図である。
【図４Ｂ】従来的に巻かれた通信コイルの組込みを含む、異なる視点からの図３の外部コントローラの内部構成要素を示す図である。
【図４Ｃ】従来的に巻かれた通信コイルの組込みを含む、異なる視点からの図３の外部コントローラの内部構成要素を示す図である。
【図５Ａ】ＰＣＢ通信コイルを有する本発明の改良型外部コントローラの異なる視点からの内部構成要素を示す図である。
【図５Ｂ】ＰＣＢ通信コイルを有する本発明の改良型外部コントローラの異なる視点からの内部構成要素を示す図である。
【図６】改良型外部コントローラに使用される多層ＰＣＢ通信コイルの概略形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に続く説明は、脊髄電気刺激法（ＳＣＳ）システム内での本発明の使用に関連する。しかし、本発明は、そのように限定されることはない。その反対に、本発明は、埋込型装置と通信する外部装置に対して改良された設計から恩典を得ることができるあらゆる種類の埋込型医療装置システムと共に使用することができる。例えば、本発明は、埋込型センサ、埋込型ポンプ、ペースメーカ、除細動器、蝸牛刺激器、網膜刺激器、協調四肢運動を生成するように構成された刺激器、皮質及び脳深部刺激器、又は様々な条件の全てを処理するように構成されたあらゆる他の神経性刺激器を利用するシステムの一部として使用することができる。
【００１４】
開示するものは、埋込型医療装置システムで利用可能な改良型外部コントローラである。外部コントローラの通信コイルは、プリント基板（ＰＣＢ）内に、すなわち、ＰＣＢの様々なトレース層とビアとを使用することによって形成される。図示のように、ＰＣＢコイルは、ＰＣＢ内で複数のトレース層に形成され、一部又は全ての層で複数の巻回を含む。通信コイルは、外部コントローラに使用される他の回路の回りに巻くことができ、他の回路は、ＰＣＢの前面及び／又は背面に装着することができる。コイルの幾何学形状は、そのインダクタンスを最大にするために特別に調整され、従って、人間の身体によって有意に減衰しない４ＭＨｚ以下の範囲で通信する機能を最大にする。
【００１５】
改良型外部コントローラ２９０の一実施形態が図５Ａ及び図５Ｂに示されている。対応する図４Ｂ及び図４Ｃと同様に、図５Ａ及び図５Ｂは、ハウジングが取り除かれた状態の外部コントローラ２９０の背面及び側面を示している。（ハウジング、ユーザインタフェース、及び前面側は、図３及び４Ａに示すように従来技術と同じにすることができるので、そのような事項をここでは繰返さないことにする。）改良型外部コントローラ２９０の製造は、上述の外部コントローラ１２と同様に、プリント基板（ＰＣＢ）３００に集中する。しかし、従来技術の外部コントローラ１２で使用されたＰＣＢ１２０と異なり、改良型外部コントローラ２９０のＰＣＢ３００は、通信コイル３０５を含む。この通信コイル３０５は、従来技術の通信コイル１７の場合に使用されたような銅ワイヤ巻き線を使用するのとは対照的に、ＰＣＢ３００上のトレースを使用して作られる。そのようなＰＣＢトレースは、より詳細に後で説明する。
【００１６】
通信コイル３０５に対してＰＣＢ導体を使用すると、外部コントローラの設計及び製造の大きな問題が解決する。上述のように、従来の銅ワイヤ通信コイル１７を構成することは、一般的に困難であり信頼性がない。更に、そのような従来の銅ワイヤ通信コイルをそれらのＰＣＢに取り付けるために特別な装着段階を使用する必要がある。それに反して、コイル３０５のトレースは、ちょうどＰＣＢ３００上の他のトレースと同じように形成されるので、コイルを作るための別々の製造工程を不要にする。ＰＣＢ３００上に巻き付けられるトレースは、良好な精度と反復性で容易に作ることができ、製造時のコイルの抵抗及びインダクタンスの変動性に関する問題を軽減する。そのような値の試験は、必要に応じて、ＰＣＢの別の標準信頼性試験中に容易に達成することができる。そのようなトレースは、確立された形成技術を使用するので信頼性があり、従来技術の従来的な巻き線によって受ける種類の機械的故障モード（例えば、短絡した巻回）になりにくく、かつ衝撃、振動、温度変動、及び／又は湿度に対して影響も受けない。ＰＣＢコイルは、何千ものユニットの量産にも十分に適している。
【００１７】
好ましい実施では、ＰＣＢ３００は、ＰＣＢの複数の層においてトレースを有する多層ＰＣＢである。そのような多重レベルＰＣＢは、電子産業界で広く普及しており、ＰＣＢに装着された様々な構成要素（例えば、集積回路）の相互接続の柔軟性を最大にするのに好ましいものである。多層ＰＣＢ３００を使用して形成された例示的コイル３０５が図６に示されている。図示のようにコイル３０５が６層を有するＰＣＢ３００で示されており、層３１０ａが背面側に隣接し、層３１０ｆが前面側に隣接し、４つの層３１０ｂ〜ｅがその間にある。当業者は、層３１０の各々の間に絶縁の層３２０ａ〜３２０ｇが存在することを理解するであろう。しかし、これらの絶縁層は、コイル構造を３次元でより良く認めることができるように図６に示されていない。６つの層３１０ａ〜ｆを含むように示しているが、この数は単なる例示であり、１から遙かに大きい数までの異なる数の層を含むことができるであろう。選択される層の数は、以下に更に説明するように、コイル３０５によって必要とされるインダクタンスに依存する。十分な数の巻回を設けることができる場合、コイル３０５は、トレースの単層で構成することができる。業界標準ＦＲ４ベースのＰＣＢを含むＰＣＢ３００に対するあらゆる標準材料が許容可能である。
【００１８】
図６に示すコイル３０５は、両端に２つの端子３５０ａと３５０ｂを有し、いずれかがＰＣＢ背面側で適切な通信回路３６０に対するコイルの結合を可能にする。図には一般的に示されているが、通信回路３６０は、ＩＰＧ１００に対して治療プログラムをコンパイルするための回路を含み、そのプログラムは、最終的に、コイル３０５を作動させることによって通信回路により無線信号としてＩＰＧに同報通信（broadcast）される。端子３５０ａから始めて、層３１０ａでのトレースは、内向きにらせん状に渦巻く反時計回りの２回転の巻回を作るのを見ることができる。この点で、トレースは、層３１０ａにおけるトレースを層３１０ｂにおけるトレースに接続するビア３３０ａと交差する。そのような層間ビア及びそれらの製造方法は、公知であり説明の必要がない。その後、層３１０ｂにおけるトレースは、再度、反時計回りの２回転の巻回を作るが、今回は、外向きに渦巻く。トレース３１０ｂは、次に、層３１０ｃにおけるトレースと接続するために次のビア３３０ｂに交差し、そのトレースは、層３１０ｃにおいて再度内向きに渦巻く２回転の反時計回り巻回を作り、以下同様である。全体の効果は、コイル３０５であり、基本的に従来の銅巻き線と類似であるが、より精密かつ確実に構成される。図６に示すコイル３０５は、適切なＰＣＢコイル３０５を作るための単なる１つの方法であることを理解すべきである。
【００１９】
（前面）層３１０ｆにおいて巻回が完全な２巻回に不足して止まり、ビア３４０がコイルのその端部を端子３５０ｂで（背面）層３１０ａまで戻るように経路指定することを可能にすることに注意されたい。巻回が足らずに止まるために、端子３５０ｂは、層３１０ａの巻回内にある。これは、図５Ａに最も良く示すように、コイル３０５を層３１０ａの巻回内のＰＣＢ３００上に存在する外部コントローラ回路３６０に接続することを可能にする。好ましい実施では、コイル３５０は、マイクロコントローラ、コイルと対話するための通信回路などのような標準回路を含む外部コントローラ回路３６０を周回するか又は少なくとも一部を取り囲むように作られる。そのような外部コントローラ回路３６０は、図５Ｂの側面図に示すように本質的にＰＣＢ３００の背面側に存在することができるのに対して、この回路３６０の一部（スイッチ１２２など）はまた、図６に示すように前面側に存在することができる。外部コントローラ回路３６０の全てが厳密にコイル３０５内側に存在する必要があるのではなく、そのような配列が好ましいのであり、回路３６０の少なくとも一部分がＰＣＢ３００上のコイル３０５の外側にある場合、コイルの巻回が少なくとも一部の層との相互接続性を制限するために、そのような回路をコイル内側の残りの回路３６０に結合することが困難である場合がある。これをふまえて、外部コントローラ回路３６０の少なくとも一部分は、ＰＣＢ３００上のコイル３０５の外側に存在することもできる。例えば、図５を参照すると、バッテリ１２６及びディスプレイ２６５がコイル３０５の外側に配置することができることが分かる。そのような回路をコイル内側の他の回路３６０に接続するために、相互接続性を可能にするように最外層３１０ａにおいてコイルの全巻回を持たないことが有利であろう。
【００２０】
ＰＣＢコイル３０５は、それが生成する磁界と干渉する場合がある構造体によって実質的に遮られないままでいることが好ましい。例えば、バッテリ１２６は、そのような干渉をもたらすことがあり、従って、バッテリ１２６は、好ましくは、コイル３０５に覆い被さらない。代替的に、コイル３０５は、そのような干渉を回避するために、バッテリ１２６の周囲、すなわち、ＰＣＢ３００の周囲全体の周りを周回することができる。
【００２１】
埋込型医療装置システムのための外部コントローラ２９０で使用される時に、適切なコイル３０５は、６層のＰＣＢ３００上で１層につき２から４巻回、すなわち、全部で１２から２４の間の巻回を有することができる。コイルを含むトレースは、約１〜２ミリメートルの幅を有し、各巻回は（図５Ａに示すようにほぼ正方形に構成された場合）、約４センチメートル×６センチメートルの面積を取り囲むことができる。そのように構成されると、結果的なコイル３０５のインダクタンスは、約５０マイクロヘンリーとすることができる。図示の埋込型医療装置システムで意図される通信周波数（例えば、５０〜５００ｋＨｚ）では、以下に更に説明するように、そのような高いインダクタンスが望ましい。インダクタンスは、コイルの面積を増すことにより、各層における巻回数を増すことにより、又は層の数を増すことによって更に増すことができる。トレースの幅及び厚み（銅の量）を増すと、抵抗値が減少してコイルのクォリティファクタ「Ｑ」が増大し、これが効率を改善する。遠隔通信コイルに対して、１０のＱ値は、典型的な遠隔データ速度が要求される帯域幅を提供するのに十分である。Ｑがより高いコイルは、より高効率であるが、帯域幅を低下させる。一般的には、ＰＣＢコイルは、潜在的により大きな表面積のためにより高い電力処理機能を有することができる。
【００２２】
開示するＰＣＢコイルは、磁気結合を通じて通信するために、それは、例えば、携帯電話で見られかつ一般的により高周波数で作動すると考えられる典型的な通信アンテナ（例えば、マイクロストリップ又はパッチアンテナ）としては作動しない。代わりに、開示するＰＣＢコイルは、磁界を生成し、その磁界が、受信コイル中で磁気誘導結合によって通信を搬送する。埋込型医療装置システムにおいて、通信のためにＰＣＢコイルを使用することは新規であると考えられる。幸いなことに、ＰＣＢコイルは、上述の人体環境によって決定される比較的低周波数（４ＭＨｚ以下）での通信をサポートするので、埋込型医療装置システムにおける使用ために良く適合する。対照的に、４ＭＨｚ以下で作動する従来的な通信アンテナはＰＣＢ上で実施することができるものと理解されていない。というのは、１０ＭＨｚ以下の放射は、典型的なプリント基板回路に収容するには遥かに大きい数メートルもの波長を含むことになるためである。換言すれば、従来的なＰＣＢ通信アンテナは、埋込型医療装置システムにおいて４ＭＨｚ以下で作動するように単に修正することはできなかった。
【００２３】
ＰＣＢコイル３０５のインダクタンスの最大化は、一般的に、図示の医療用埋込型装置通信システムでは有益である。これは、外部コントローラ２９０とＩＰＧ１００の間の通信が通常４ＭＨｚを超えず、その代わりに典型的に５０〜５００ｋＨｚの間に入るためである。これは、ＩＰＧ１００が実施される人間の患者の身体が典型的に４ＭＨｚを超える領域で電界を減衰することになるためである。そのような減衰は、激しすぎる場合には信号強度に影響を及ぼし、又は信号強度のそのような損失を補償するためにより大きなバッテリ電力を必要とするので望ましくないのは当然である。１０ＭＨｚ以下の範囲での通信は、比較的高い、例えば、上述のように５０マイクロヘンリーのインダクタンスを含むコイルの使用を必要とすることになる。
【００２４】
従来的な巻き線コイルと比較した時に改善された信頼性の提供と同様に、外部コントローラ２９０はまた、ＰＣＢコイル３０５がもたらすよりスリムなプロフィールから恩典を得る。ＰＣＢコイル３０５を使用して得られる回路のより薄い性質は、図５Ｂを図４Ｃと比較してみると明らかである。
【００２５】
本発明は、ＩＰＧ１００との間でデータを送受信するのに使用される外部コントローラの観点から説明したが、ＰＣＢコイルは、ＩＰＧ内のバッテリを無線で再充電するために外部充電器で使用されるコイルを置換するのにも使用することができる。外部充電器の事例は、その全体が本明細書に組み込まれている２００６年７月２８日出願の米国特許出願出願番号第１１／４６０、９５５号に提供されている。その特許出願を精査すると理解されるように、外部充電器は、ＩＰＧ１００内の充電コイルに電力を伝送する磁界を含む無線信号を同報通信するために充電コイルを活性化し、その信号は、整流されて、ＩＰＧ内のバッテリを充電するか又はＩＰＧにその他の方法で電力供給するのに使用することができる。
【００２６】
本出願人に指定された他の特許出願は、少なくとも２つの直交コイルを有する外部コントローラ又は外部充電器の恩典を説明している。例えば、両方とも本明細書において引用により組み込まれている２００７年９月１１に出願された米国特許出願出願番号第１１／８５３、６２４号、及び２００７年１月１１日出願の米国特許出願出願番号第１１／６２２、３９５号を参照されたい。本明細書に開示するＰＣＢコイルは、これらの特許出願に基づいて、通信の方向性を改善するために直交して置くことができる。これは、直交して取り付けられた２つ又はそれよりも多くの剛性ＰＣＢコイルのいずれかによって達成することができる。更に、２つのＰＣＢコイルは、基板が、互いに直交して基板上に置かれた２つ又はそれよりも多くのコイルを整列させるために曲げ可能であるように、可撓性である１つの基板に組み込むことができる。
【００２７】
本発明の特定的な実施形態を示して説明したが、以上の説明が本発明をこれらの実施形態に制限するように意図されていないことを理解すべきである。本発明の精神及び範囲から逸脱することなく様々な変更及び修正を行うことができることは当業者には明らかであろう。従って、本発明は、特許請求の範囲によって定められる本発明の精神及び範囲に該当すると考えられる代替物、修正、及び均等物を網羅するように意図されている。
【符号の説明】
【００２８】
３０５  コイル
３１０  層
３２０  絶縁層
３３０  ビア
３５０  端子
【図１Ａ】
2011512941.tif 000003
【図１Ｂ】
2011512941.tif 000004
【図２】
2011512941.tif 000005
【図３】
2011512941.tif 000006
【図４Ａ】
2011512941.tif 000007
【図４Ｂ】
2011512941.tif 000008
【図４Ｃ】
2011512941.tif 000009
【図５Ａ】
2011512941.tif 000010
【図５Ｂ】
2011512941.tif 000011
【図６】
2011512941.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成22年8月26日(2010.8.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
埋込型医療装置と通信するための外部コントローラであって、
トレースの複数の層を有するプリント基板（ＰＣＢ）と、
埋込型医療装置のための治療プログラムをコンパイルするために前記ＰＣＢに結合された外部コントローラ回路と、
磁気結合を通じて前記埋込型医療装置へ前記治療プログラムを同報通信するために前記外部コントローラ回路に結合された通信コイルと、を備え、この通信コイルは、前記ＰＣＢの前記複数の層の前記トレースに複数の巻回を備え、ビアが層間の前記複数の巻回を接続している、コントローラ。
【請求項２】
前記外部コントローラ回路の少なくとも一部分が、前記通信コイル内にあることを特徴とする請求項１に記載の外部コントローラ。
【請求項３】
前記外部コントローラ回路の全てが、前記通信コイル内にあることを特徴とする請求項１に記載の外部コントローラ。
【請求項４】
前記治療プログラムは、４ＭＨｚよりも低い周波数で前記通信コイルによって同報通信されることを特徴とする請求項１に記載の外部コントローラ。
【請求項５】
埋込型医療装置と通信するための外部装置であって、
トレースの複数の層を有するプリント基板（ＰＣＢ）と、
前記ＰＣＢに結合された外部装置回路と、
４ＭＨｚよりも低い周波数で磁気結合を通じて埋込型医療装置へ同報通信するために前記外部装置回路によって活性化されるコイルと、を備え、このコイルは、トレースの前記複数の層に形成されている、装置。
【請求項６】
前記コイルは、トレースの前記複数の層の各々において少なくとも１つの巻回を含むことを特徴とする請求項５に記載の外部装置。
【請求項７】
トレースの前記複数の層は、前記ＰＣＢ内のビアによって接続されていることを特徴とする請求項５に記載の外部装置。
【請求項８】
前記外部装置回路の少なくとも一部分が、前記コイル内にあることを特徴とする請求項５に記載の外部装置。
【請求項９】
前記外部装置回路の全てが、前記コイル内にあることを特徴とする請求項５に記載の外部装置。
【請求項１０】
外部充電器を含み、
前記同報通信は、前記埋込型医療装置のための電力を含む、
ことを特徴とする請求項５に記載の外部装置。
【請求項１１】
外部コントローラを含み、
前記同報通信は、前記埋込型医療装置のためのデータを含む、
ことを特徴とする請求項５に記載の外部装置。
【請求項１２】
埋込型医療装置へ無線信号を送信するための外部装置と、埋込型医療装置と、を含むシステムであって、
前記外部装置が、
トレースの複数の層を有するプリント基板（ＰＣＢ）と、
前記ＰＣＢに結合された外部装置回路と、
磁気結合を通じて埋込型医療装置へ無線信号を同報通信するために外部コントローラ回路によって活性化される第１のコイルと、を含み、このコイルは、前記ＰＣＢの前記複数の層の前記トレースに複数の巻回を備え、ビアが層間の前記複数の巻回を接続しており、
前記埋込型医療装置が、前記第１のコイルから同報通信された前記無線信号を受信するための第２のコイルを含む、システム。
【請求項１３】
前記外部装置回路の少なくとも一部分が、前記第１のコイル内にあることを特徴とする請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記外部装置回路の全部が、前記第１のコイル内にあることを特徴とする請求項１２に記載のシステム。
【請求項１５】
前記無線信号は、データを含むことを特徴とする請求項１２に記載のシステム。
【請求項１６】
前記無線信号は、電力を含むことを特徴とする請求項１２に記載のシステム。
【請求項１７】
前記無線信号は、１０ＭＨｚよりも低い周波数の信号を含むことを特徴とする請求項１２に記載のシステム。
【請求項１８】
各層における前記複数の巻回の各々が、反時計方向に巻かれ、
前記複数の巻回は、連続する層において内向きと外向きに巻かれるように交替している、
ことを特徴とする請求項１に記載の外部コントローラ。
【請求項１９】
各層における前記複数の巻回の各々が、反時計方向に巻かれ、
前記複数の巻回は、連続する層において内向きと外向きに巻かれるように交替している、
ことを特徴とする請求項１２に記載のシステム。
【手続補正書】
【提出日】平成23年1月13日(2011.1.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
埋込型医療装置と通信するための外部コントローラであって、
複数のトレースの層を有するプリント基板（ＰＣＢ）と、
磁気結合を通じて前記埋込型医療装置へ治療プログラムを同報通信するための通信コイルであって、前記ＰＣＢの前記複数の層の前記トレースに複数の巻回を備え、ビアが層間の前記複数の巻回を接続している前記通信コイルと、
埋込型医療装置のための治療プログラムをコンパイルし、前記通信コイルを活性化するために前記ＰＣＢに結合された外部コントローラ回路であって、前記通信コイル内にある前記外部コントローラ回路と、を備えた外部コントローラ。
【請求項２】
前記治療プログラムは、４ＭＨｚよりも低い周波数で前記通信コイルによって同報通信されることを特徴とする請求項１に記載の外部コントローラ。
【請求項３】
埋込型医療装置と通信するための外部装置であって、
複数のトレースの層を有するプリント基板（ＰＣＢ）と、
４ＭＨｚよりも低い周波数で磁気結合を通じて埋込型医療装置へ同報通信するためのコイルであって、前記複数のトレースの層に形成されている前記コイルと、
前記コイルを活性化するために前記ＰＣＢに結合された外部装置回路であって、前記コイル内にある前記外部装置回路と、を備えた外部装置。
【請求項４】
前記コイルは、前記複数のトレースの層の各々において少なくとも１つの巻回を含むことを特徴とする請求項３に記載の外部装置。
【請求項５】
前記複数のトレースの層は、前記ＰＣＢ内のビアによって接続されていることを特徴とする請求項３に記載の外部装置。
【請求項６】
外部充電器を含み、
前記同報通信は、前記埋込型医療装置のための電力を含む、
ことを特徴とする請求項３に記載の外部装置。
【請求項７】
外部コントローラを含み、
前記同報通信は、前記埋込型医療装置のためのデータを含む、
ことを特徴とする請求項３に記載の外部装置。
【請求項８】
埋込型医療装置へ無線信号を送信するための外部装置と、埋込型医療装置と、を含むシステムであって、
前記外部装置が、
複数のトレースの層を有するプリント基板（ＰＣＢ）と、
磁気結合を通じて埋込型医療装置へ無線信号を同報通信するための第１のコイルであって、前記ＰＣＢの前記複数の層の前記トレースに複数の巻回を備え、ビアが層間の前記複数の巻回を接続している前記第１のコイルと、
前記ＰＣＢに結合され、前記第１のコイルを活性化するための外部装置回路であって、前記第１のコイル内にある前記外部装置回路と、を備え、
前記埋込型医療装置が、前記第１のコイルから同報通信された前記無線信号を受信するための第２のコイルを含む、システム。
【請求項９】
前記無線信号は、データを含むことを特徴とする請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記無線信号は、電力を含むことを特徴とする請求項８に記載のシステム。
【請求項１１】
前記無線信号は、１０ＭＨｚよりも低い周波数の信号を含むことを特徴とする請求項８に記載のシステム。
【請求項１２】
各層における前記複数の巻回の各々が、反時計方向に巻かれ、
前記複数の巻回は、連続する層において内向きと外向きに巻かれるように交替している、
ことを特徴とする請求項８に記載のシステム。
【請求項１３】
前記外部装置回路は、前記コイルと対話するための通信回路を含むことを特徴とする請求項８に記載のシステム。
【請求項１４】
前記外部装置回路は、マイクロコントローラを含むことを特徴とする請求項８に記載のシステム。
【国際調査報告】
2011512941.tif 000013
2011512941.tif 000014
2011512941.tif 000015