(57)【要約】  再充電可能バッテリ「埋込可能な医療デバイス（ＩＭＤ）」の制御回路の中にプログラムされ、充電サイクルの回数、充電電流、放電深度、負荷電流、及びバッテリ暦年齢のような再充電可能バッテリの容量に影響を与えるパラメータのうちの１又は２以上に従って時間と共に（例えば、ＩＭＤの寿命にわたって）再充電可能バッテリに供給される充電電流（Ｉｂａｔ）を調節することができるアルゴリズムを開示する。アルゴリズムは、パラメータログ内のＩＭＤの作動履歴にわたって格納されるようなパラメータを調べ、これらのパラメータのバッテリ容量への影響を反映するバッテリ容量データベースと合わせて、バッテリ容量の変化を推定し、かつトリクル充電経路及び能動充電経路の一方又は両方における充電電流を調節してバッテリ容量の損失を遅らせてＩＭＤの寿命を延長する。【選択図】図７Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
医療デバイスのための回路であって、
再充電可能バッテリと、
前記バッテリの容量を決定するように構成された制御回路と、
バッテリ充電電流を前記バッテリに供給するように構成されたソース回路と、
を含み、
前記制御回路は、前記ソース回路を制御して前記バッテリの決定された容量に従ってバッテリ充電電流の大きさを調節するように構成されていることを特徴とする回路。
【請求項２】
前記制御回路は、
前記再充電可能バッテリの容量に影響を及ぼす少なくとも１つのパラメータを格納するように構成されたメモリであって、該少なくとも１つのパラメータが、該バッテリの以前の充電、治療を提供するための前記医療デバイスの以前の使用、及び該バッテリの年数に関連する１又は２以上のパラメータから構成される群から選択される、前記メモリと、
前記制御回路が、アルゴリズムを実施して前記少なくとも１つのパラメータを用いて前記バッテリの容量を決定するように構成される、前記アルゴリズムと、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の回路。
【請求項３】
前記少なくとも１つのパラメータは、前記メモリに時間の関数として格納されることを特徴とする請求項２に記載の回路。
【請求項４】
前記少なくとも１つのパラメータは、前記アルゴリズムによって使用するために現在値として格納されることを特徴とする請求項２に記載の回路。
【請求項５】
前記少なくとも１つのパラメータは、前記バッテリの以前の充電中又は前記医療デバイスの以前の使用中に測定された少なくとも１つの他のパラメータから計算された値を含むことを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の回路。
【請求項６】
前記再充電可能バッテリの以前の充電に関連するパラメータが、
以前の充電セッションの回数、
以前の充電セッションの開始時の該バッテリの電圧、
以前の充電セッションの終了時の該バッテリの電圧、
以前の充電セッションの持続時間、
以前の充電セッション中に該バッテリに供給された電荷、
以前の充電セッションの開始時及び終了時の該バッテリの電圧の差を含む放電深度、
以前の充電セッション中に該バッテリに供給されたバッテリ充電電流、を含むことを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の回路。
【請求項７】
治療を提供するための前記医療デバイスの以前の使用に関連するパラメータが、
以前の使用中の前記再充電可能バッテリの電圧、
以前の使用中に該バッテリから引き出された負荷電流、
以前の使用中に該バッテリから引き出された電力、
使用の持続時間、
以前の使用中に該バッテリから引き出された電荷、を含むことを特徴とする請求項２〜４又は６のいずれか１項に記載の回路。
【請求項８】
バッテリ容量データベースを更に含み、
前記バッテリ容量データベースは、前記少なくとも１つのパラメータを前記バッテリの容量の変化に関連付け、
前記アルゴリズムは、前記少なくとも１つのパラメータを前記バッテリ容量データベース内の前記容量の変化と比較して前記バッテリの容量を決定する、
ことを特徴とする請求項２〜７のいずれか１項に記載の回路。
【請求項９】
前記アルゴリズムは、前記ソース回路を制御するための１又は２以上の制御信号の発生を通じて前記バッテリ充電電流の大きさを調節するように構成されることを特徴とする請求項２〜８のいずれか１項に記載の回路。
【請求項１０】
前記メモリは、少なくとも１つのパラメータの各々の重み又は優先度を更に含み、
前記アルゴリズムは、前記少なくとも１つのパラメータの前記重み、又は優先度、又は該重みと優先度の両方を使用することによって前記バッテリの容量を決定するように構成される、
ことを特徴とする請求項２〜９のいずれか１項に記載の回路。
【請求項１１】
前記ソース回路は、受け取った基準電流に従って前記バッテリ充電電流を生成するように構成された電流ミラーを含むことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の回路。
【請求項１２】
前記制御回路は、１又は２以上の制御信号を用いて前記基準電流の大きさを調節することによって前記バッテリ充電電流の大きさを調節するように構成されることを特徴とする請求項１１に記載の回路。
【請求項１３】
無線充電場の受信時にＤＣ電圧を発生するように構成されたフロントエンド回路を更に含み、
前記ソース回路は、前記ＤＣ電圧によって給電される、
ことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の回路。
【請求項１４】
前記フロントエンド回路は、前記無線充電場によって励起されるように構成されたコイルと、該励起されたコイルから前記ＤＣ電圧を生成するように構成された整流器回路と、を更に含むことを特徴とする請求項１３に記載の回路。
【請求項１５】
前記アルゴリズムは、前記再充電可能バッテリの容量が減少していると決定された場合に前記バッテリ充電電流の大きさを低減するように構成されることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の回路。
【請求項１６】
医療デバイスの再充電可能バッテリを再充電する方法であって、
前記再充電可能バッテリの容量を決定する段階と、
前記再充電可能バッテリの決定された容量に従って該バッテリに供給されるバッテリ充電電流の大きさを調節する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１７】
前記医療デバイスは、前記再充電可能バッテリの容量に影響を及ぼす少なくとも１つのパラメータを格納するように構成されたメモリを更に含み、
前記少なくとも１つのパラメータは、前記バッテリの以前の充電、治療を提供するための前記医療デバイスの以前の使用、及び該バッテリの年数に関連する１又は２以上のパラメータから構成される群から選択され、
前記バッテリの容量は、前記少なくとも１つのパラメータに従って決定される、
ことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記再充電可能バッテリの以前の充電に関連するパラメータが、
以前の充電セッションの回数、
以前の充電セッションの開始時の該バッテリの電圧、
以前の充電セッションの終了時の該バッテリの電圧、
以前の充電セッションの持続時間、
以前の充電セッション中に該バッテリに供給された電荷、
以前の充電セッションの開始時及び終了時の該バッテリの電圧の差を含む放電深度、
以前の充電セッション中に該バッテリに供給されたバッテリ充電電流、を含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
治療を提供するための前記医療デバイスの以前の使用に関連するパラメータが、
以前の使用中の前記再充電可能バッテリの電圧、
以前の使用中に該バッテリから引き出された負荷電流、
以前の使用中に該バッテリから引き出された電力、
使用の持続時間、
以前の使用中に該バッテリから引き出された電荷、を含むことを特徴とする請求項１７又は１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記医療デバイスは、前記少なくとも１つのパラメータを前記バッテリの容量の変化に関連付けるバッテリ容量データベースを更に含み、
前記方法は、前記少なくとも１つのパラメータを前記バッテリ容量データベース内の前記容量の変化と比較することによって前記再充電可能バッテリの容量を決定する、
ことを特徴とする請求項１７〜１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２１】
無線充電場の受信時にＤＣ電圧を発生する段階を更に含み、
前記ＤＣ電圧は、前記バッテリ充電電流を供給するための電力を与える、
ことを特徴とする請求項１６〜２０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２２】
前記ＤＣ電圧は、フロントエンド回路によって発生され、
前記フロントエンド回路は、前記無線充電場によって励起されるように構成されたコイルと、該励起されたコイルから該ＤＣ電圧を発生するように構成された整流器回路と、を含むことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記バッテリ充電電流の大きさは、前記再充電可能バッテリの容量が減少していると決定された場合に低減されることを特徴とする請求項１６〜２２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２４】
前記バッテリ充電電流は、能動充電経路に沿ってソース回路によって発生され、
前記バッテリ充電電流の大きさは、前記ソース回路を制御することによって調節されることを特徴とする請求項１６〜２３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２５】
前記バッテリ充電電流は、抵抗を含む受動トリクル充電経路に沿って前記バッテリに供給され、
前記バッテリ充電電流の大きさは、前記抵抗を調節することによって調節されることを特徴とする請求項１６〜２４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２６】
前記バッテリ充電電流の大きさを調節するために前記医療デバイスの寿命にわたって複数回実施されることを特徴とする請求項１６〜２５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２７】
医療デバイスのためのバッテリ充電回路であって、
再充電可能バッテリと、
無線充電場の受信時にＤＣ電圧を発生するように構成されるフロントエンド回路と、
前記ＤＣ電圧と前記バッテリの間にあり、第１バッテリ充電電流を該バッテリに通すように構成され、抵抗を含む受動トリクル充電経路と、
前記抵抗を調節するように構成された制御回路と、
を含むことを特徴とする回路。
【請求項２８】
前記制御回路は、アルゴリズムを実施するように更に構成され、
前記アルゴリズムは、前記再充電可能バッテリの容量を決定するように構成される、
ことを特徴とする請求項２７に記載の回路。
【請求項２９】
前記アルゴリズムは、決定されたバッテリ容量に従って前記抵抗を調節するように更に構成されることを特徴とする請求項２８に記載の回路。
【請求項３０】
前記アルゴリズムは、前記再充電可能バッテリの容量が減少していると決定された場合に前記抵抗を増加させるように構成されることを特徴とする請求項２８に記載の回路。
【請求項３１】
前記再充電可能バッテリの容量に影響を及ぼす少なくとも１つのパラメータを格納するように構成されたメモリを更に含み、
前記少なくとも１つのパラメータは、前記バッテリの以前の充電、治療を提供するための前記医療デバイスの以前の使用、及び該バッテリの年数に関連する１又は２以上のパラメータから構成された群から選択される、
ことを特徴とする請求項２８に記載の回路。
【請求項３２】
前記アルゴリズムは、前記少なくとも１つのパラメータを用いて前記再充電可能バッテリの容量を決定するように構成されることを特徴とする請求項３１に記載の回路。
【請求項３３】
バッテリ容量データベースを更に含み、
前記バッテリ容量データベースは、前記少なくとも１つのパラメータを前記バッテリの容量の変化に関連付け、
前記アルゴリズムは、前記少なくとも１つのパラメータを前記バッテリ容量データベース内の前記容量の変化と比較して前記バッテリの容量を決定する、
ことを特徴とする請求項３２に記載の回路。
【請求項３４】
前記抵抗は、複数の抵抗器段から構成されることを特徴とする請求項２７〜３３のいずれか１項に記載の回路。
【請求項３５】
前記制御回路は、前記抵抗器段を前記抵抗に含めるか又は含めないようにプログラムすることによって該抵抗を調節するように構成されることを特徴とする請求項３４に記載の回路。
【請求項３６】
前記抵抗器段は、破壊的にプログラムされることを特徴とする請求項３５に記載の回路。
【請求項３７】
前記トリクル充電経路は、前記ＤＣ電圧から前記バッテリまで順方向バイアスされた少なくとも１つのダイオードを更に含むことを特徴とする請求項２７〜３６のいずれか１項に記載の回路。
【請求項３８】
前記ＤＣ電圧と前記バッテリの間にあり、第２バッテリ充電電流を該バッテリに通すように構成された能動充電経路を更に含むことを特徴とする請求項２７〜３７のいずれか１項に記載の回路。
【請求項３９】
前記能動充電経路は、前記第２バッテリ充電電流を発生させるためのソース回路を更に含むことを特徴とする請求項３８に記載の回路。
【請求項４０】
前記ソース回路は、前記バッテリの電圧が閾値よりも高い時に有効にされて前記第２バッテリ充電電流を発生させることを特徴とする請求項３９に記載の回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
〔関連出願への相互参照〕
本出願は、共に２０１４年１月１６日出願の米国仮特許出願第６１／９２８，３４２号明細書及び第６１／９２８，３９１号明細書に関する。
【０００２】
本出願は、埋込可能な医療デバイスの分野に関し、特に埋込可能な医療デバイスのためのバッテリ充電回路に関する。
【背景技術】
【０００３】
埋込可能な刺激デバイスは、心不整脈を治療するペースメーカー、心細動を治療する除細動器、難聴を治療する蝸牛刺激器、視覚消失症を治療する網膜刺激器、協働四肢移動を生成する筋刺激器、慢性疼痛を治療する脊髄刺激器、運動及び精神的疾患を治療する大脳皮質及び脳深部刺激器、並びに尿失禁、睡眠時無呼吸、肩関節亜脱臼などを治療する他の神経刺激器のように様々な生物学的疾患の治療のために神経及び組織に対して電気刺激を送出する。以下に示す説明は、一般的に、米国特許第６，５１６，２２７号明細書に開示するような「脊髄刺激（ＳＣＳ）」システムにおける本発明の使用に重点が置かれることになる。しかし、本発明は、あらゆる埋込可能な医療デバイスとの又はあらゆる埋込可能な医療デバイスシステムにおける適用性を見出すことができる。
【０００４】
図１Ａ及び図１Ｂの平面図及び断面図に示すように、ＳＣＳシステムは、通常、「埋込可能なパルス発生器（ＩＰＧ）」１０を含む。ＩＰＧ１０は、ＩＰＧが機能するのに必要な回路及びバッテリ３６を保持する生体適合性デバイスケース３０を有する。ＩＰＧ１０は、電極アレイ１２を形成する１又は２以上の電極リード１４を通して電極１６に結合される。電極１６は、患者の組織に接触するように構成され、各電極に結合された個々のリードワイヤ２０も収容する可撓性本体１８上に担持される。リードワイヤ２０はまた、ＩＰＧ１０上のヘッダ２８に固定されたリードコネクタ２４の中に挿入可能である近位接点２２に結合され、そのヘッダは、例えば、エポキシを含むことができる。挿入された状態で、近位接点２２は、ヘッダ接点２６に接続され、それは、次に、貫通ピン３４によってケース貫通部３２を通してケース３０内の回路に結合される。
【０００５】
図示のＩＰＧ１０では、４つのリード１４間で分割された３２個のリード電極（Ｅ１−Ｅ３２）が存在し、ヘッダ２８はリードコネクタ２４の２ｘ２アレイを収容している。しかし、ＩＰＧにおけるリード及び電極の数は、用途特定であり、従って、異なる場合がある。ＳＣＳ用途では、電極リード１４は、一般的に患者の脊髄にある硬膜の近くに埋め込まれ、４リードＩＰＧ１０を使用する場合に、通常、硬膜の左側及び右側の各々に２つずつ分割される。近位電極２２は、ＩＰＧケース３０が埋め込まれる臀部のような離れた位置に患者の組織を通してトンネリングされ、そこでリードコネクタ２４に結合される。４リードＩＰＧ１０はまた、別の例では「脳深部刺激（ＤＢＳ）」に使用可能である。刺激を必要とする部位に直接に移植するように設計された他のＩＰＧの例では、ＩＰＧは、リードレスとすることができ、電極１６は、患者の組織に接触させる代わりに、ＩＰＧ本体上に現れるようにする。
【０００６】
図１Ｂの断面図に示すように、ＩＰＧ１０は、プリント回路基板（ＰＣＢ）４０を有する。バッテリ３６はＰＣＢ４０に電気的に結合され、この例では再充電可能であり、別の回路５０ａ及び５０ｂが、ＰＣＢの上面及び底面に結合され、外部コントローラ（図示せず）との無線通信のためのテレメトリコイル４２、バッテリ３６を再充電するために外部充電器９０（図２）から充電磁場を無線受信するための充電コイル４４、並びに貫通ピン３４（接続は図示せず）が存在する。バッテリ３６が永久的で再充電可能でない場合に、充電コイル４４は不要になる。（コイル４２及び４４、並びにそれらが通信する外部デバイスの作動に関する更なる詳細は、２０１３年９月１３日出願の米国特許出願第６１／８７７，８７１号明細書に見ることができる。）
【０００７】
ＩＰＧ１０内の再充電可能バッテリ３６のためのバッテリ管理回路８４は、一例として本出願人所有の米国特許出願公開第２０１３／００２３９４３号明細書に説明されており、図２に示している。再充電可能バッテリ３６は、リチウムイオンポリマーバッテリを含むことができ、それは完全充電すると約４．２Ｖの電圧（Ｖｂａｔ＝Ｖｍａｘ）を供給することができる。しかし、別の再充電可能バッテリ化学物質も、バッテリ３６のために使用することができる。
【０００８】
外部充電器９０、典型的には手持ち式バッテリ電動デバイスは、コイル９２から磁気非データ変調充電場９８（例えば、８０ｋＨｚ）を生成する。ＩＰＧ１０においてフロントエンド充電回路９６が磁場９８に遭遇すると、フロントエンド充電回路９６は、充電コイル４４に電流を誘導することによって充電コイル４４を通電又は励起する。誘導電流は、整流器、並びに任意的にフィルタリングコンデンサ及び電圧マグニチュード制限ツェナーダイオード（例えば、５，５Ｖに）を含む整流器回路４６で処理されて電圧Ｖ１（例えば、≦５．５Ｖ）を確立し、この電圧は逆流阻止ダイオード４８を通過してＤＣ電圧Ｖｄｃを生成する。充電コイル４４に結合されたトランジスタ１０２は、公知のようにロード・シフト・キーイング（ＬＳＫ）によって磁場の生成中に外部充電器９０にデータを送信して戻すようにＩＰＧ１０によって（制御信号ＬＳＫを通して）制御することができる。
【０００９】
Ｖｄｃは、バッテリ管理回路８４に供給されるが、バッテリ管理回路８４は、電流発生回路（電極１６のうちの選択された電極に特定の電流を供給するのに使用される）、テレメトリ回路（図１Ｂのテレメトリコイル４２と関連するデータの変調及び復調のための）、様々な測定回路及び発生回路、システムメモリなどを含むＩＰＧ１０の作動に必要な他の回路と共に特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）に存在することができる。フロントエンド充電回路９６及びバッテリ３６は、テレメトリコイル４２、電極１６に結合された様々なＤＣ阻止コンデンサ（図示せず）、デジタルバスを通してＡＳＩＣ（及びバッテリ管理回路８４）と通信可能なマイクロコントローラ１００、及びここではあまり関連のない他の構成要素のようなＩＰＧ１０内の他の電子機器と共に、オフチップ（オフＡＳＩＣ）構成要素を一般的に含む。マイクロコントローラ１００は、一例ではテキサスインストルメンツ製の部品番号ＭＳＰ４３０を含むことができ、この製品は、ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｔｉ．ｃｏｍ／ｌｓｄｓ／ｔｉ／ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ／１６−ｂｉｔ＿ｍｓｐ４３０／ｏｖｅｒｖｉｅｗ．ｐａｇｅ？ＤＣＭＰ＝ＭＣＵ＿ｏｔｈｅｒ＆ＨＱＳ＝ｍｓｐ４３０でデータシートに説明されている。ＡＳＩＣは、米国特許出願公開第２０１２／００９５５２９号明細書に記載のものとすることができる。
【００１０】
図２のバッテリ管理回路８４は、２つの回路ブロック、すなわち、バッテリ３６を充電するために電流を発生させる充電回路８０、及びＩＰＧ１０の通常作動中にバッテリ３６が給電する負荷７５を制御可能に接続又は切断するための負荷隔離回路８２から構成される。負荷７５は、上述の電流発生回路及びテレメトリ回路のようなオンチップ（オンＡＳＩＣ）の回路ブロックと、マイクロコントローラ１００のようなオフチップ（オフＡＳＩＣ）構成要素とを有することができる。
【００１１】
図に示すように、充電回路８０、負荷隔離回路８２、及びバッテリ３６は、一般的にＴ字形トポロジーを有し、充電回路８０がフロントエンド充電回路９６（Ｖｄｃ）とバッテリ３６の正端子（Ｖｂａｔ）の間に介在し、負荷隔離回路８２がＶｂａｔと負荷７５の間に介在している。
【００１２】
負荷隔離回路８２は、いくつかの条件に依存してバッテリ３６（Ｖｂａｔ）を通して負荷（Ｖｌｏａｄ）を給電することを妨げることができる。例えば、負荷７５が非常に高い電流（制御信号ＯＩのアサートを通して過電流検出回路７４によって示される）を引き出す場合、又はＶｂａｔが低すぎる場合（制御信号ＵＶのアサートを通して不足電圧検出回路７０によって示される）、又は外部磁場信号μがリードスイッチ７８によって示される場合に（例えば、患者による外部停止磁石の提示を正当化する緊急条件で）、負荷７５は、ＯＲゲート７６によって補助されてスイッチ６２又は６４を通してＶｂａｔから切り離されることになる。放電回路６８も設けられて、Ｖｂａｔが高すぎる場合は意図的にバッテリ３６を枯渇させる。
【００１３】
本発明の開示に大きく関連するのは充電回路８０であり、それは、Ｖｄｃ、すなわち、外部充電器９０の磁場９８に応答してフロントエンド充電回路９６によって生成されるＤＣ電圧で始まる。Ｖｄｃは、ＶｄｃとＶｂａｔの間に並列接続された充電回路８０内の２つの経路、すなわち、トリクル充電経路及び能動充電経路に分かれ、そのいずれかを用いてバッテリ３６（Ｖｂａｔ）にバッテリ充電電流（Ｉｂａｔ）を供給することができる。
【００１４】
トリクル充電経路は受動的であり、すなわち、その作動は、制御信号によって制御されず、バッテリ３６のための充電電流（Ｉｔｒｉｃｋｌｅ）を生成するためにＶｄｃによって生成される電力以外には電力を必要としない。図示のように、トリクル充電経路は、電流制限抵抗器５０及び１又は２以上のダイオード５２に対してＶｄｃを提供し、バッテリ３６に対して小充電電流を供給するのに使用される。小さいトリクル充電電流の使用は、バッテリ３６が有意に枯渇している時に、つまりＶｂａｔが例えば２．７Ｖのような閾値Ｖｔ１未満の場合に、特に有用である。
【００１５】
Ｉｔｒｉｃｋｌｅを生成するために、Ｖｄｃは、抵抗器５０及びダイオード５２にかかる電圧降下とバッテリ３６の電圧Ｖｂａｔとの和よりも高くなければならない。通常条件の下で３つのダイオード５２及び２００Ωの抵抗器５０が使用されていると仮定すると、抵抗器５０及びダイオード５２にかかる電圧降下は約２．０Ｖになる。従って、Ｉｔｒｉｃｋｌｅは、Ｖｄｃが約２．０Ｖ＋Ｖｂａｔを超える場合に、バッテリ３６に受動的に流れ込むことになる。この条件が満たされない場合に、これは、Ｖｄｃが小さすぎる（恐らくは外部充電器９０とＩＰＧ１０の間の結合が不十分なため）、又はＶｂａｔが大きすぎる（これはバッテリ３６が徐々に充電される時に生じる場合がある）ということを示すことになるが、ダイオード５２は、バッテリ３６がトリクル充電経路を通して逆向きに流出しないようにすることになる。Ｉｔｒｉｃｋｌｅは、一般的に１０ｍＡのオーダーである。公知のように、有意に枯渇した再充電可能バッテリ３６は、高すぎる充電電流（Ｉｂａｔ）を受け入れる場合に損傷する可能性があるので、Ｉｔｒｉｃｋｌｅは、小さいことが望ましい。
【００１６】
能動充電経路は、図２において、充電電流Ｉａｃｔｉｖｅを生成するのに使用される電流／電圧ソース５６を通してＶｄｃからバッテリ３６へ進む。図２の例では、能動充電経路はまた、充電電流検出器７２と併せて使用される充電電流感知抵抗器５８、バッテリ電圧Ｖｂａｔが最大限度値（例えば、Ｖｍａｘ＝４．２Ｖ）を超えた場合に能動充電経路を開放するために過電圧検出器６６と併せて使用される過電圧保護スイッチ６０を含めて、バッテリ管理回路の制御及び保護手段を通過する。
【００１７】
能動充電経路における電圧／電流ソース５６に対する回路を図３Ａに示している。その名称が示唆するように、ソース５６は、能動充電中、定電流又は定電圧をバッテリ３６に供給するために制御することができる。ソース５６は、Ｐチャネルトランジスタ１０４及び１０６から構成される電流ミラーを含み、その電流ミラーは、Ｖｄｃによって給電され、基準電流発生回路１１３によって供給される基準電流Ｉｒｅｆを受け入れる。電流ミラー制御トランジスタ１０４は、電流ミラー出力トランジスタ１０６にＩｒｅｆを再現させて能動充電電流Ｉａｃｔｉｖｅを生成する。図示の例では、Ｍ個の出力トランジスタ１０６が並列に配線され、従って、出力トランジスタ１０６によって供給される電流Ｉａｃｔｉｖｅは、Ｍ＊Ｉｒｅｆに等しい。単一幅広出力トランジスタ１０６（電流ミラー制御トランジスタ１０４のＭ倍幅広い）を使用することも可能である。
【００１８】
Ｉｒｅｆを生成するのに使用される基準電流発生回路１１３は、１又は２以上の制御信号Ｉｔｒｉｍ［２：０］を通して調節可能であり、基準電流発生回路１１３も電流ミラーを含む。図示のように、システム基準電流Ｉ’（例えば、１００ｎＡ）はトランジスタ１１６、１１８、及び１２０に反映され、その各々はＩｔｒｉｍ制御信号によって制御されるゲートトランジスタに直列に結合されている。トランジスタ１１６、１１８、及び１２０は、Ｉｒｅｆに対して異なる寄与を与えるように、好ましくは異なる幅であるか、又は異なる数の並列トランジスタである。例えば、トランジスタ１１６、１１８、及び１２０は、ＩｒｅｆにそれぞれＩ’＊Ｎ，Ｉ’＊２Ｎ，及びＩ’＊４Ｎを与えることができ、従って、どの制御信号Ｉｔｒｉｍ０、Ｉｔｒｉｍ１、及びＩｔｒｉｍ２が有効であるかに応じて、ＩｒｅｆがＩ’＊ＮからＩ’＊７ＮまでＩ’＊Ｎ刻みで変化することが可能になる。追加Ｉｔｒｉｍ制御信号及び追加電流ミラー出力トランジスタ（例えば、１１６−１２０）を用いて、より広範囲にわたって及び／又はより小さい分解能でＩｒｅｆを制御することができる。このようにしてＩｒｅｆを調節することは、次に、上述の電流ミラートランジスタ１０４及び１０６の作動を通してＩａｃｔｉｖｅを調節する。
【００１９】
制御信号Ｉｔｒｉｍは、デジタルバス８８によりマイクロコントローラ１００と通信するソースコントローラ８６によって送出されるので、マイクロコントローラ１００は、ソースコントローラ８６を制御し、次に、Ｉｔｒｉｍ及び更に以下で説明する他の制御信号を通してソース５６を制御することができる。
【００２０】
ソース５６が充電電流を発生するように作動するモードは、マイクロコントローラ１００に既知のバッテリ電圧Ｖｂａｔの大きさに依存する。バッテリ３６が有意に枯渇している、つまりＶｂａｔ＜Ｖｔ１（例えば、２．７Ｖ）の場合に、マイクロコントローラ１００は、ソースコントローラ８６に対してソース５６を無効とする（Ｃｈ＿ｅｎ＝‘０’）ように指令し、有効化トランジスタ１０８をオフにし、Ｉａｃｔｉｖｅを無効にする。従って、この状況でのバッテリ３６は、トリクル充電経路を通してのみかつ磁場９８及びＶｄｃが存在して十分である場合にのみ充電可能である。
【００２１】
Ｖｂａｔ＞Ｖｔ１であるが、以下で更に説明する上側閾値Ｖｔ２未満の場合は（すなわち、Ｖｔ１＜Ｖｂａｔ＜Ｖｔ２の場合は）、ソース５６は定電流モードで作動する。このモードでは、ソース５６は有効にされ（Ｃｈ＿ｅｎ＝‘１’）、ＩａｃｔｉｖｅがＩｔｒｉｍ制御信号に示す値に従って流れることが可能になる。ソース５６が定電流モードで作動する時に、Ｉａｃｔｉｖｅは一般的に５０ｍＡのオーダーである。能動的電流経路にあるＰチャネルトランジスタスイッチ１１４は完全にオンであり、従って、Ｉａｃｔｉｖｅは、抵抗なくソース５６からバッテリ３６に流れることが可能になる。
【００２２】
Ｖｂａｔ＞Ｖｔ２（例えば、４．０Ｖ）の場合に、ソース５６は定電圧モードで作動する。Ｃｈ＿ｅｎ及びＩｔｒｉｍ制御信号は、このモードではまだアサートされている。Ｖｔ２閾値を超えること及び充電モードの切換は、この例ではマイクロコントローラ１００に頼らず、代わりにソース５６にあるＶｂａｔ測定回路１１１によって達成される。Ｖｂａｔは、この回路１１１で高インピーダンス抵抗器ラダーを通して決定され、これはＶｂａｔを示唆する電圧Ｖａを生成する。Ｖａ及び既知のバンドギャップ基準電圧Ｖｒｅｆは、増幅器１１２で比較される。Ｖｂａｔ＞Ｖｔ２を示唆するＶａ＞Ｖｒｅｆの場合に、増幅器１１２はトランジスタ１１４をオフにし始めて、ソース５６は定電圧モードで作動し、バッテリ３６の正端子に本質的に定電圧を供給する。バッテリ３６の内部セル電圧がこのモードで増加する時に、その内部抵抗は、Ｖｂａｔが最大限度値Ｖｍａｘ（例えば、４．２Ｖ）に達するまでＩａｃｔｉｖｅを指数関数的に低減する。この時点で、マイクロコントローラ１００は、バッテリ３６の充電が完了したと見なし、再度Ｃｈ＿ｅｎ＝‘０’をアサートして更に別の能動充電を省くことになる（加えて、過電圧スイッチ６０も開放される場合がある）。対照的に、Ｖｂａｔ＜Ｖｔ２を示唆するＶａ＜Ｖｒｅｆの場合に、増幅器１１２はＰチャネルトランジスタ１１４をオンにして、ソース５６は上述の定電流モードで作動する。電圧Ｖａは、本質的に閾値Ｖｔ２を設定するラダーの抵抗を調節する制御信号Ｖｔｒｉｍを用いて、必要に応じて調節することができる。
【００２３】
図３Ｂは、重篤枯渇バッテリ３６（すなわち、Ｖｂａｔが更に低い閾値Ｖ（ＵＶ）＝２．０Ｖよりも低い場合）が受け入れる充電電流（Ｉｂａｔ）を生成する充電回路８０の作動を上述のように充電回路８０によって可能になるトリクル、定電流、及び定電圧のモードを含めて充電セッション中の時間の関数として一般的に示している。更に、これらのモードの各々における充電電流の典型的な値を示し、バッテリ３６の容量をパーセンテージで示している。
【００２４】
図２のバッテリ管理回路８４は、再び‘９４３公報に説明するように過電圧スイッチ６０を通したバッテリ３６の漏れ電流を防止するためにトリクル充電経路と能動充電経路の間に接続されるダイオード５４のような追加防護手段を提供している。このようにダイオード５４は、特に、Ｖｂａｔが既に危機的に低く、従ってＰチャネルトランジスタ６０のゲートに適切な高電圧を与えてオフにすることが困難である不都合な時に、バッテリ３６が意図せずして過電圧スイッチ６０を通して放電することを防ぐ。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２５】
【特許文献１】米国仮特許出願第６１／９２８，３４２号明細書
【特許文献２】米国仮特許出願第６１／９２８，３９１号明細書
【特許文献３】米国特許第６，５１６，２２７号明細書
【特許文献４】米国特許出願第６１／８７７，８７１号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２０１３／００２３９４３号明細書
【特許文献６】米国特許出願公開第２０１２／００９５５２９号明細書
【特許文献７】米国特許出願第６１／８７３，３１４号明細書
【特許文献８】米国特許出願第６１／８９１，７３０号明細書
【特許文献９】米国特許出願公開第２０１３／００９６６５１号明細書
【非特許文献】
【００２６】
【非特許文献１】ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｔｉ．ｃｏｍ／ｌｓｄｓ／ｔｉ／ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ／１６−ｂｉｔ＿ｍｓｐ４３０／ｏｖｅｒｖｉｅｗ．ｐａｇｅ？ＤＣＭＰ＝ＭＣＵ＿ｏｔｈｅｒ＆ＨＱＳ＝ｍｓｐ４３０
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００２７】
再充電可能バッテリと、バッテリ容量を決定するように構成された制御回路と、バッテリ充電電流をバッテリに供給するように構成されたソース回路とを含み、制御回路が、ソース回路を制御して決定されたバッテリ容量に従ってバッテリ充電電流の大きさを調節するように構成される医療デバイスのための回路を開示する。制御回路は、再充電可能バッテリの容量に影響を及ぼす少なくとも１つのパラメータを格納するように構成されたメモリであって、少なくとも１つのパラメータが、以前のバッテリ充電、治療を提供するための以前の医療デバイス使用、及びバッテリの使用年数に関連する１又は２以上のパラメータから構成された群から選択される上記メモリと、アルゴリズムとを含むことができ、制御回路は、アルゴリズムを実施して、少なくとも１つのパラメータを用いてバッテリ容量を決定するように構成される。
【００２８】
少なくとも１つのパラメータは、メモリ内に時間の関数として格納可能であるか又はアルゴリズムによって使用される現在値として格納可能である。少なくとも１つのパラメータはまた、以前のバッテリ充電中に又は以前の医療デバイス使用中に測定された少なくとも１つの他のパラメータから計算される値を含む。
【００２９】
再充電可能バッテリの以前の充電に関連するパラメータは、以前の充電セッションの回数、以前の充電セッション開始時のバッテリ電圧、以前の充電セッション終了時のバッテリ電圧、以前の充電セッションの持続時間、以前の充電セッション中にバッテリに供給された電荷、以前の充電セッションの開始及び終了時のバッテリ電圧間の差を含む放電深度、及び以前の充電セッション中にバッテリに供給されたバッテリ充電電流を含む。
【００３０】
治療を提供するための医療デバイスの以前の使用に関連するパラメータは、以前の使用中の再充電可能バッテリの電圧、以前の使用中にバッテリから引き出された負荷電流、以前の使用中にバッテリから引き出された電力、使用の持続時間、及び以前の使用中にバッテリから引き出された電荷を含む。
【００３１】
回路は、バッテリ容量データベースを更に含むことができ、バッテリ容量データベースは、少なくとも１つのパラメータをバッテリ容量の変化に関連付け、アルゴリズムは、少なくとも１つのパラメータをバッテリ容量データベースにおける容量の変化と比較してバッテリ容量を決定する。
【００３２】
アルゴリズムは、ソース回路を制御するための１又は２以上の制御信号の発生を通してバッテリ充電電流の大きさを調節するように構成することができる。
【００３３】
メモリは、少なくとも１つのパラメータの各々の重み又は優先度を更に含み、アルゴリズムは、少なくとも１つのパラメータの重み又は優先度、又はその両方を使用することによってバッテリ容量を決定するように構成される。
【００３４】
ソース回路は、受信した基準電流からバッテリ充電電流を生成するように構成された電流ミラーを含むことができる。制御回路は、１又は２以上の制御信号を用いて基準電流の大きさを調節することによってバッテリ充電電流の大きさを調節するように構成することができる。
【００３５】
回路は、無線充電場の受信時にＤＣ電圧を発生するように構成されたフロントエンド回路を更に含むことができ、ソース回路はＤＣ電圧によって給電される。フロントエンド回路は、無線充電場により励起されるように構成されたコイルと、励起されたコイルからＤＣ電圧を生成するように構成された整流器回路とを更に含むことができる。
【００３６】
アルゴリズムは、再充電可能バッテリの容量が減少していると決定される場合にバッテリ充電電流の大きさを低減するように構成することができる。
【００３７】
再充電可能バッテリの容量を決定する段階と、再充電可能バッテリの決定された容量に従ってバッテリに供給されるバッテリ充電電流の大きさを調節する段階とを含む上述のように構成されたもののような医療デバイスの再充電可能バッテリを再充電する方法も開示する。バッテリの容量は、上述の少なくとも１つのパラメータに従って決定することができる。本方法は、更に、無線充電場の受信時にＤＣ電圧を発生させることができ、そのＤＣ電圧は、上述のフロントエンド回路によって生成され、バッテリ充電電流を供給する電力を与える。本方法は、再充電可能バッテリの容量が減少していると決定された場合にバッテリ充電電流の大きさを低減することができ、バッテリ充電電流は、その大きさがソース回路を制御することによって調節される能動充電経路に沿ってソース回路により発生させることができる。バッテリ充電電流はまた、抵抗を含む受動トリクル充電経路に沿ってバッテリに供給することができ、そこでは抵抗値を調節することによってバッテリ充電電流の大きさが調節される。本方法は、バッテリ充電電流の大きさを調節するために医療デバイスの寿命にわたって複数回実施することができる。
【００３８】
再充電可能バッテリと、無線充電場の受信時にＤＣ電圧を発生するように構成されたフロントエンド回路と、第１バッテリ充電電流をバッテリに通すように構成され、抵抗を含むＤＣ電圧及びバッテリ間の受動トリクル充電経路と、その抵抗を調節するように構成された制御回路とを含む医療デバイスのための代替バッテリ充電回路も開示する。
【００３９】
この代替における制御回路は、更に、再充電可能バッテリの容量を決定するように構成されたアルゴリズムを実施するように構成することができる。アルゴリズムは、更に、決定されたバッテリ容量に従ってその抵抗を調節するように構成することができ、再充電可能バッテリの容量が減少していると決定された場合にその抵抗を増加させるように構成される。回路はまた、上述の少なくとも１つのパラメータを格納するように構成されたメモリを含むことができ、アルゴリズムは、少なくとも１つのパラメータを用いて再充電可能バッテリの容量を決定するように構成される。回路はまた、上述のバッテリ容量データベースを含むことができ、アルゴリズムは、少なくとも１つのパラメータをバッテリ容量データベースにおける容量の変化と比較する。抵抗は、複数の抵抗器段から構成することができ、制御回路は、その抵抗器段を抵抗に含めるか又は含めないようにプログラムすることによってその抵抗を調節するように構成される。抵抗器段は、破壊的にプログラムすることができる。トリクル充電経路は、ＤＣ電圧からバッテリまで順方向バイアスされた少なくとも１つのダイオードを更に含むことができる。回路は、第２バッテリ充電電流をバッテリに通すように構成されたＤＣ電圧及びバッテリ間の能動充電経路を更に含むことができ、能動充電経路は、第２バッテリ充電電流を発生させるためのソース回路を更に含む。ソース回路は、バッテリの電圧が閾値よりも高い時に第２バッテリ充電電流を発生させるように有効にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１Ａ】従来技術による再充電可能バッテリを有する埋込可能型パルス発生器（ＩＰＧ）の平面図である。
【図１Ｂ】従来技術による再充電可能バッテリを有する埋込可能型パルス発生器（ＩＰＧ）の断面図である。
【図２】従来技術によるトリクル充電経路及び能動充電経路を共に含む再充電可能バッテリ式ＩＰＧのためのバッテリ管理回路を示す図である。
【図３Ａ】能動充電経路における電圧／電流ソースに関する回路を示す図である。
【図３Ｂ】従来技術によるトリクル充電経路及び能動充電経路の両方によって供給されるバッテリ充電電流を時間の関数として示すグラフである。
【図４】本発明の態様による改善されたバッテリ管理回路と、特にバッテリ容量に影響を及ぼす履歴パラメータに従ってトリクル充電電流及び能動充電電流を調節するのに使用される改善された充電回路とを示す図である。
【図５Ａ】容量関連パラメータログを示す図である。
【図５Ｂ】図５Ａのログから決定された現在の容量関連パラメータを示す図である。
【図５Ｃ】本発明の態様による充電電流を調節するための充電調節アルゴリズムに従って使用されるバッテリ容量データベースを示す図である。
【図６Ａ】トリクル充電経路における抵抗を調節する充電調節アルゴリズムによって使用される回路の図である。
【図６Ｂ】トリクル充電経路における抵抗を調節する充電調節アルゴリズムによって使用される回路の図である。
【図６Ｃ】本発明の態様により調節可能な抵抗を構成することができる様々な方法を示す図である。
【図６Ｄ】本発明の態様により調節可能な抵抗を構成することができる様々な方法を示す図である。
【図６Ｅ】本発明の態様により調節可能な抵抗を構成することができる様々な方法を示す図である。
【図６Ｆ】本発明の態様により調節可能な抵抗を構成することができる様々な方法を示す図である。
【図７Ａ】流れ図形式で例示する充電調節アルゴリズムの図である。
【図７Ｂ】流れ図形式で例示する充電調節アルゴリズムの図である。
【図７Ｃ】流れ図形式で例示する充電調節アルゴリズムの図である。
【図７Ｄ】流れ図形式で例示する充電調節アルゴリズムの図である。
【図８】本発明の態様に従ってＩＰＧの寿命にわたって異なる時間に行われる異なる充電セッション中にトリクル充電経路及び能動充電経路の両方によって供給されるバッテリ充電電流を時間の関数として示すグラフ、並びに充電調節アルゴリズムがこれらの電流を調節した方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
本発明者は、バッテリの暦年齢（Ａ）及び再充電可能バッテリに加えられるストレスに関連付けられる様々なパラメータを含めて、特定のパラメータがＩＰＧのような「埋込可能な医療デバイス」の寿命にわたって再充電可能バッテリの容量に影響を及ぼす可能性があることを知っている。例えば、バッテリがこれまでに再充電された回数（Ｎｃ）、バッテリを充電するのに使用された充電電流（Ｉｂａｔ）、充電電流と合わせてバッテリが受け入れた総電荷量（Ｃｃ）を決定するバッテリを再充電するために要した時間（Ｔｃ）（Ｃｃ＝Ｉｂａｔ＊Ｔｃ）、充電セッションの開始から終了までのバッテリ電圧の差を示す放電深度（ΔＶｂａｔ）のようなパラメータは、バッテリ充電と関連する場合がある。例えば、バッテリ充電が行われていないと考えられる通常の作動期間中に負荷７５によってバッテリから引き出される電流（Ｉｌｏａｄ）又は電荷（Ｃｕ＝Ｉｌｏａｄ＊Ｔｕ、ここでＴｕは使用の持続時間に等しい）のようなパラメータは、ＩＭＤに電力を供給するためのバッテリの使用とも関連する場合がある。
【００４２】
これらのパラメータは、再充電可能バッテリ内での化学的及び物理的な変化に寄与するので、バッテリの容量を時間と共に低減する傾向がある。バッテリ容量は時間と共に減少するので、再充電可能バッテリは、もはや有意な時間にわたってＩＰＧを作動させるために充電することができない程度にまで最後には枯渇することになる。このようなバッテリの枯渇は、ＩＭＤ内の再充電可能バッテリを交換するか、又は恐らくは新しい再充電可能バッテリを有する新しいＩＭＤを患者に提供するために患者からＩＭＤを取り除く摘出手術を必要とするので重大な意味を有する。
【００４３】
バッテリ容量の損失は、容量の低減した再充電可能バッテリはより容易に枯渇することになるという点で更に重大である。すなわち、Ｖｂａｔは、不適切に低いレベルまでより低下しやすくなり、又はバッテリ３６が新しかった時よりも急速に低下することになる。Ｖｂａｔが重篤に枯渇している場合に、すなわち、例えば、Ｖｂａｔ＜２．０Ｖの場合に、バッテリ３６を回復（再充電）させることが困難である場合がある。これは、本発明の開示の技術と併せて使用することができる上記参照の第６１／９２８，３４２号出願により詳細に説明されている。
【００４４】
バッテリ充電（例えば、Ｎｃ、Ｉｂａｔ、Ｔｃ、Ｃｃ、ΔＶｂａｔ）、バッテリ使用（例えば、Ｉｌｏａｄ）、及び／又はバッテリ年数（Ａ）に関連するパラメータを含めて、上述の容量関連パラメータのうちの１又は２以上に従って充電セッション中にＩＭＤ内の再充電可能バッテリへ供給されるバッテリ充電電流を調節することが望ましいと本発明者は判断した。このような経時的な（例えば、ＩＭＤの寿命にわたる）Ｉｂａｔの調節は、これらのパラメータを記録するＩＭＤ内のバッテリログに従って行うことができる。
【００４５】
具体的には、ＩＭＤ内で作動可能なアルゴリズムは、バッテリログ内のＩＭＤの作動履歴にわたって格納されるようなパラメータを調べて、Ｉｂａｔを調節して（一般的に、Ｉｂａｔを低減することにより）経時的なバッテリ容量の損失を遅らせ、それによってバッテリ及びＩＰＧの寿命が延長される。このような調節は、トリクル充電電流、能動充電電流、又は両方に適用可能である。Ｉｂａｔを低減することは、与えられた充電セッション中にバッテリを充電するのに必要とされる時間を延ばす可能性があるが、患者に対するこのような潜在的な不便さは、上述のようにＩＰＧの摘出手術というかなりの不便さを要するバッテリ／ＩＰＧの寿命を延ばすという利益に対しては、全体として取るに足らないものである。
【００４６】
図４は、再充電可能バッテリ３６を有するＩＭＤ１０のような埋込可能な医療デバイスのための改善された充電回路１８０及び論理部を示している。構成要素の多くは、図２に示す従来技術から変わっておらず、従って、簡単のために再度説明はしない。
【００４７】
図４の改善には、相違点が存在する。第１に、ソースコントローラ１３０が変更されており、電流／電圧ソース５６の制御に加えて、トリクル充電経路内の調節可能抵抗（Ｒｔｒｉｃｋｌｅ）１４０をも制御する。調節可能抵抗１４０のこのような制御は、電荷ポンプ１３５の利用により補助される。回路のこれらの新しい態様を図６Ａ−図６Ｆを参照して以下に説明する。
【００４８】
第２に、マイクロコントローラ１００は、充電調節アルゴリズム１５０を実施するようにプログラムされる。このアルゴリズム１５０は、後で詳細に説明することになるが、能動充電経路内のソース５６によって（バス８８及びソースコントローラ１３０を通じた）バッテリ充電、並びに必要に応じて抵抗１４０の調節によってトリクル充電を制御するのに使用される。
【００４９】
充電調節アルゴリズム１５０への入力は、容量関連パラメータログ１２０とバッテリ容量データベース１２２の２つのデータセットであり、これらを図５Ａ−図５Ｃに詳細に示している。簡単には、容量関連パラメータログ１２０は、ＩＭＤ１０の過去の充電及び使用及びその年数に関するデータを含めて、バッテリ容量に影響を与える上述のパラメータのような履歴パラメータを収容する。バッテリ容量データベース１２２は、それらのパラメータをバッテリ容量と互いに関連付けるデータを有する。このデータベース１２２は、手近にある特定の再充電可能バッテリ３６へのパラメータの関連性の理解に基づいて製造業者によってプログラムされることが好ましい。
【００５０】
従って、充電調節アルゴリズム１５０は、ログ１２０内のバッテリ容量に関連付けられた履歴パラメータを再精査し、並びにデータベース１２２内の相関性の観点からこのようなパラメータを見直して、バッテリ容量を維持してその寿命を延ばす方法でＩＰＧ１０の寿命にわたって適切にバッテリ充電を調節及び制御する。
【００５１】
容量関連パラメータログ１２０及びバッテリ容量データベース１２２をマイクロコントローラ１００のメモリの中へプログラムするものとして示すが、それらは、代わりに、マイクロコントローラ１００の外部にかつ典型的にはマイクロコントローラ１００で作動することになる充電調節アルゴリズム１５０にアクセス可能とされて存在することができる。
【００５２】
容量関連パラメータログ１２０の一例を図５Ａに示している。ログ１２０内の一部又は全てのデータは、ＩＭＤ１０の通常作動中に既に格納されてしまっている場合があり、従って、ログ１２０は、このようなデータの集合を有利な形式で単に示しているに過ぎないということに注意されたい。見やすくするために、容量関連パラメータログ１２０は、３つのセクション１２０ｃ、１２０ｕ、及び１２０ａに分割されている。
【００５３】
セクション１２０ｃは、充電セッションの数（Ｎｃ）、充電セッションの開始及び終了時のバッテリ電圧（Ｖｂａｔ（ｉ）、Ｖｂａｔ（ｆ）、これらから放電深度（ΔＶｂａｔ）を計算することができる）、及び充電電流Ｉｂａｔを含めて、以前の充電セッション中に入手又は計算された履歴パラメータを収容する。ソース５６がそれに対してプログラムされた（Ｉｔｒｉｍ制御信号によって）Ｉａｃｔｉｖｅ値とは対照的に、Ｉｂａｔは、能動充電経路でソース５６によって供給される実際の電流の測定値を好ましくは含むということに注意されたい。特定のＩａｃｔｉｖｅを供給するようにソース５６（図２）をプログラムすることは、この電流が実際にバッテリ３６へ供給されたということを保証しないので、これは好ましいことである。これは、外部充電器９０とＩＭＤ１０の間の結合が不十分であり、かつプログラムされた電流を生成するには低すぎるＶｄｃをソース５６に与える場合に特に真実である。ログ１２０内の実際のＩｂａｔは、充電電流検出器７２を用いて充電電流感知抵抗器５８の両端の電圧降下を感知することによって測定することができ、充電電流検出器７２はデジタル化可能なアナログ信号ＣＩを生成する（図２）。
【００５４】
容量関連パラメータログ１２０内のＩｂａｔは、関連する充電セッション中のトリクル充電経路（Ｉｔｒｉｃｋｌｅ）に関連付けられたデータを一切収容していないということに注意されたい。Ｉｔｒｉｃｋｌｅは、一般的にＩａｃｔｉｖｅと比べて小さいので、バッテリ容量に関連するパラメータとしての寄与は重要ではなく、従って、無視することができる。これは有利であり、その理由は、有意なトリクル充電が行われている時にＶｂａｔは低く、従って、ＩＭＤ１０の回路は信頼できないので、Ｉｔｒｉｃｋｌｅは正確に測定することが困難である場合があるからである。
【００５５】
セクション１２０ｃには、充電セッションの持続時間（Ｔｃ）を同じく示している。これは、任意的にログ１２０に与えられるタイムスタンプ値に反映される通り、ＩＭＤの内部クロックを用いて測定することができる。充電セッションＴｃから充電セッション中にバッテリへ供給される総電荷（Ｃｃ）を計算することができる（Ｉｂａｔ＊Ｔｃ）。
【００５６】
セクション１２０ｕは、例えば、患者を治療するためにＩＭＤ１０の通常使用中のバッテリ容量に関連するパラメータを示している。上述のように、ＩＭＤ１０によって引き出される電力（例えば、Ｉｌｏａｄ）は、バッテリ容量に影響を与えるので、Ｉｌｏａｄを１２０ｕに含める。図示しないが、バッテリ電圧Ｖｂａｔも１２０ｕに提供することができ、電力引き出し（Ｐ＝Ｉ＊Ｖ）のより厳密な表示を提供することになり、それも１２０ｕのパラメータとして含めることができる。使用継続時間（Ｔｕ）も提供され、次に総電荷（Ｃｕ）を決定することができる（Ｉｌｏａｄ＊Ｔｕ）。Ｉｌｏａｄは、ＩＭＤ１０が作動する時には動的なパラメータであり、ＩＭＤが実際にパルスを電極１６に与えているその時間中はかなり高くなるということに注意されたい。従って、このようなパルスの周波数、持続時間、及び強度は、Ｉｌｏａｄ及びＣｕに影響を与える（又は主としてそれらを決定する）ことになり、それによってスケーリングされた又は平均された値を表すことができる。２０１３年９月３日出願の米国特許出願第６１／８７３，３１４号明細書を参照されたい。Ｉｌｏａｄはまた、２０１３年１０月１６日出願の米国特許出願第６１／８９１，７３０号明細書に開示する技術を用いて、直接的に測定することができる。セクション１２０ｃ及び１２０ｕのタイムスタンプは、簡単のために充電と使用とが時間的に重ならないことを示唆しているが（交互配置されたタイムスタンプｔｘに注意されたい）、これは、一般的に充電セッション中にＩＭＤを使用し続けることができるので厳密には必要ではない。
【００５７】
セクション１２０ａは、現在のタイムスタンプによって反映される通り、単にＩＭＤの年数を示すに過ぎない。バッテリ管理回路８４に由来するログ１２０内の一部のパラメータ（例えば、ＩｂａｔやＩｌｏａｄ）は、ログ１２０内への格納のためにバス８８を通してマイクロコントローラ１００へ通信することができる。
【００５８】
容量関連パラメータログ１２０の特定構造は変えることができ、充電調節アルゴリズム１５０に使用される統一された単一構造又はファイルを有する必要がない。特に一部のパラメータのログが何らかの理由で既にＩＭＤ１０内で取られている場合に、パラメータは、アルゴリズム１５０によって簡単に照会されるＩＭＤ内の異なるデータ構造に存在することができる。アルゴリズム１５０は、関連するパラメータを計算する機能（例えば、電荷Ｃｃ＝Ｉｂａｔ＊Ｔｃ）を更に含むことができるので、ログ１２０は、アルゴリズム１５０の便宜のためにこのような値を事前に計算する必要がない。
【００５９】
ログ１２０を構成する図示のパラメータは、製造業者プリファレンス、並びに恐らくはＩＭＤに使用される特定の再充電可能バッテリ３６の枯渇に関する製造業者の経験によることに注意されたい。従って、製造業者は、図５Ａに示されている一部のパラメータはバッテリ容量と無関係である（あるいは、ごく僅かに関連がある）と見なし、従ってそのパラメータをログ１２０に含めない場合がある。別の製造業者は、示されていない追加のパラメータの方がバッテリ充電調節に対して関連があると見なし、従ってそのような追加のパラメータを含める場合がある。要するに、図５Ａに示す容量関連パラメータログ１２０に含まれるパラメータは、バッテリ充電調節に役立つパラメータの僅かに一例として理解しなければならない。
【００６０】
後で詳細に説明するように、充電調節アルゴリズム１５０は、ＩＰＧ１０の寿命中に充電電流を調節するためにログ１２０内のパラメータを考慮することになる。図５Ｂは、ログ１２０内のデータをアルゴリズム１５０でより使いやすいように現在の容量関連パラメータの形式１２０’にまとめる方法を示しており、１２０’は現時点のアルゴリズムに使用するパラメータを集約している。例えば、ＩＭＤの寿命にわたる充電中にバッテリ３６へ与えられた総電荷Ｃｃ（ｔｏｔ）が提供されており、それは、ログ１２０のセクション１２０ｃからの電荷値の合計を含む。図５Ｂに示すように、この合計された電荷は、現在値Ｃｃ（ｔｏｔ）２によって示されており、時間と共に増大することになる。ＩＭＤの使用中に消費された総電荷Ｃｕ（ｔｏｔ）も同様に提供され、それは現在値Ｃｕ（ｔｏｔ）２で示されている。更に現在のパラメータ１２０’には、現在はＮｃ４に示すように、ＩＭＤが充電された総回数Ｎｃが提供され、これはログ１２０のセクション１２０ｃ内のＮｃに関する最終値を有することになる。平均放電深度ΔＶｂａｔ（ａｖｇ）、平均充電電流及び平均使用電流のＩｂａｔ（ａｖｇ）及びＩｌｏａｄ（ａｖｇ）も、セクション１２０ｃ内の個々の値を平均することによって与えられる。
【００６１】
ログ１２０’内の現在の容量関連パラメータＺは、使用中に消費された電荷（Ｃｕ（ｔｏｔ））と充電中にバッテリへ与えられた電荷（Ｃｃ（ｔｏｔ））との比を含む。このパラメータは、バッテリへの電荷入力とバッテリからの電荷出力とが理論的に同じ欠損問題であるべきなので、関連があり、かつ理想的には１に等しくあるべきである。勿論、この比の精度は、総電荷をどの程度正確に測定することができるかに依る。たとえ総電荷が不完全に測定されるとしても、それでも尚、良好なバッテリ容量を有して正しく作動しているＩＭＤ１０に対するＺのベースライン値を設定することができる。Ｚの値が時間と共に減少する場合に、これは、充電中にバッテリに与えられる電荷の増加量がＩＭＤ内の回路に使用されていないこと、並びに結果として再充電可能バッテリ３６に漏れ電流のようなバッテリ容量問題が存在する可能性があるということを示唆する。
【００６２】
ログ１２０に含まれるパラメータが、製造業者プリファレンス及び経験に従うように、現在のパラメータログ１２０’に含まれるデータ、並びにこのようなデータがログ１２０から集約される方法もそうである。一部の簡単な例を引用すると、製造業者は、小さい放電深度（ΔＶｂａｔ）がバッテリ容量及びアルゴリズム１５０の作動には無関係であると見なす場合があるので、１２０’内の平均値から閾値よりも小さい値を除外する場合がある。これに代えて、製造業者は、１２０’内の現在のパラメータとして、放電深度が履歴的にこの閾値を超えた回数のパーセンテージを含めたいと望む場合がある。
【００６３】
現在のパラメータ１２０’はまた、ログの履歴全体を通して見出されるデータを必ずしも反映しない場合がある。例えば、Ｉｂａｔ（ａｖｇ）、Ｉｌｏａｄ（ａｖｇ）、及び比Ｚは、ログ１２０内のより最近のデータから決定される時により適切になると考えられ、従って、１ヶ月のような最近の期間にわたって見出されるログ内のデータのみを使用して計算する場合がある。ログ１２０の最近の部分のみを使用することは、ＩＭＤ１０の作動に対してバッテリ容量に影響を与える変更を加える場合に特に有用である場合がある。
【００６４】
図５Ｂに示すパラメータは、本発明の開示の技術を説明するのに役立つ単なる一例を提供するに過ぎない。現在の容量関連パラメータ１２０’は、ログ１２０の一部分を含むことができ、又は個別のものとすることができる。更に、現在の容量関連パラメータ１２０’は、スケジュールに従って自動的に更新することができ、これに代えて、充電電流アルゴリズム１５０が実施された状態で、計算又は更新することができる。
【００６５】
バッテリ容量データベース１２２の一例を図５Ｃに示している。上述のように、バッテリ容量データベース１２２は、ログ１２０内のパラメータ（あるいは、好ましくはログ１２０’内に集約された通りのパラメータ）をバッテリ容量に関連付けるデータを有する。図示のように、データベース１２２は、パラメータの特定値がバッテリ容量にどのように影響を与えるかを表現している。例えば、充電中にバッテリへ供給される総電荷が、Ｃｃ（ｔｏｔ）２の値（あるいは、Ｃｃ（ｔｏｔ）２とＣｃ（ｔｏｔ）３の間の値）を含む場合に、データベース１２２は、バッテリ容量が２％だけ減少していることを反映する。ここでは説明を容易にするためにパーセンテージを使用するが、バッテリ容量の結果はまた、パーセンテージ以外の値を用いてデータベース１２２に反映することができるということに注意されたい。
【００６６】
上述のように、データベース１２２内のデータは、各パラメータのバッテリ容量への影響の理解に基づいて、好ましくはＩＭＤ又はバッテリの製造業者によって決定される。例えば、パラメータＣｃ（ｔｏｔ）に対する適切なパーセンテージを決定するのに、製造業者は、Ｃｃ（ｔｏｔ）１、Ｃｃ（ｔｏｔ）２などに達してそれに応じてデータベース１２２内のパーセンテージが設定された状態で、バッテリ容量を試験的に決定するか又は測定することができる。
【００６７】
簡単のために図５Ｃに示すように、図５Ｃでのパラメータ値とパーセンテージの間の関係は、ただそのパラメータのバッテリ容量への影響を反映し、他のパラメータへの考慮を欠いている。代わりに、図示しないが、より複雑な多重パラメータ関係を反映することができる。例えば、データベース１２２は、１又は２以上のパラメータに依存するパーセンテージを反映することができ、例えば、Ｃｃ（ｔｏｔ）＞Ａであるが、Ｉｌｏａｄ（ａｖｇ）＜Ｂである場合は、パーセンテージはＣ％であり、又はΔＶｂａｔ（ａｖｇ）＊Ｉｂａｔ（ａｖｇ）＝Ｐ（ａｖｇ）＞Ｘの場合に、パーセンテージはＹであるなどとすることができる。
【００６８】
バッテリ容量データベース１２２内のパラメータの大部分は、パラメータ値が増加する時にバッテリ容量が減少することを示している（従って、負のパーセンテージ）。しかし、上述の比Ｚのように、これは必ずしもそうとは限らない。更に、パラメータの全てがバッテリ容量の減少をもたらすことを示すが、一部のパラメータは（特に様々なバッテリ化学物質が使用されている場合に、又は様々なパラメータを数学的に処理する方法を考えれば）、時間と共に容量の増加（正のパーセンテージ）をもたらす場合があるので、これは必ずしもそうとは限らない。
【００６９】
バッテリ容量データベース１２２は、更に、パラメータの重み又は優先度に関するデータを含むことができ、充電電流を調節する際には、このようなパラメータを充電調節アルゴリズム１５０により適用しなければならない。例えば、充電中の総電荷（Ｃｃ（ｔｏｔ））がバッテリ容量に最も重大な影響を与えるパラメータであると製造業者は見なすということを見ることができる。従って、このパラメータに重み‘１’（アルゴリズム１５０によって十分に考慮されることを示唆する）を提供し、最高優先度を与える。対照的に、平均放電深度（ΔＶｂａｔ（ａｖｇ））は、それほど重要でないと見なされ、従って、重み０．５を有し、優先度では４番目に高い。ここでもまた、データベース１２２におけるこれらの重み及び優先度は、製造業者プリファレンス及び経験に従うものである。
【００７０】
充電アルゴリズム１５０の作動の詳細を説明する前に、トリクル充電経路内のＲｔｒｉｃｋｌｅ１４０の調節に役立つソースコントローラ１３０に対する修正を図６Ａ−図６Ｆに示している。図６Ａは、マイクロコントローラ１００及び詳細には充電調節アルゴリズム１５０の下でのソースコントローラ１３０による新しい制御信号Ｖｐ＿ｅｎ及びＲｔｒｉｍ［ｎ：０］の送出を示している。制御信号Ｒｔｒｉｍ［ｎ：０］を用いてＲｔｒｉｃｋｌｅ１４０の抵抗を調節する。一部の例では、この調節は恒久的であり、Ｒｔｒｉｃｋｌｅ１４０と関連するヒューズＦｘ（図６Ｃ−６Ｅ）又はアンチヒューズＡＦｘ（図６Ｄ−図６Ｅ）をブローすることによって達成される。Ｒｔｒｉｃｋｌｅをプログラムする非破壊的かつ可逆的な手法を使用することもできる（図６Ｆ）。制御信号Ｖｐ＿ｅｎを用いて電荷ポンプ１３５を有効にして、ヒューズＦｘ及びアンチヒューズをブローするのに使用される高電圧Ｖｐを生成し、又はＲｔｒｉｃｋｌｅ１４０の抵抗をプログラムする。
【００７１】
電荷ポンプ１３５を図６Ｂに詳細に示し、これを用いて、ＶｂａｔとすることができるＩＰＧ内の電源からプログラミング電圧Ｖｐを生成する。電荷ポンプ１３５は、従来設計である。クロック発生器１３２を用いて、逆位相で、従って異なる時間で高レベルになるクロック信号φ１及びφ２を生成する。クロック発生器１３２は、マイクロコントローラ１００及び上述のＡＳＩＣでも受信可能なこれらのクロック信号をＩＰＧ１０に存在するシステムクロックＣＬＫから生成することができる。電荷ポンプ１３５は、多くのダイオード／コンデンサの段を含み、クロック信号φ１及びφ２は、それぞれ奇数及び偶数の段にあるコンデンサに蓄えられる電圧を押し上げる。ダイオードはコンデンサに蓄えられる電荷が電荷ポンプ１３５に逆方向に漏れないようにするので、各段の電圧は増加する。このような電荷ポンプを使用すると、生成されるプログラミング電圧Ｖｐは、入力電圧（例えば、Ｖｂａｔ）、クロック信号の大きさ、使用される段数、及びダイオードにかかる閾値電圧降下の関数になる。様々なコンデンサベースの電荷ポンプ、誘導子ベースの昇圧コンバータを含めて、別の高電圧発生回路を代わりに使用することができる。これらの回路のうちの一部は、既にＩＰＧ１０に存在して別用途に使用されている場合があり、更にＶｐを生成するために時々これに加えて使用することができる。
【００７２】
調節可能な抵抗Ｒｔｒｉｃｋｌｅ１４０の一例を図６Ｃに示している。図示のように、Ｒｔｒｉｃｋｌｅは主抵抗器Ｒを含み、従来技術に関連して上述した２００Ωの抵抗を有することができる。多くの段がＲと直列に含まれ、各段は並列に結合されたトリミング抵抗器Ｒｘ及びヒューズＦｘを有している。ヒューズＦｘは、集積回路技術に使用されるような従来設計とすることができ、多くの異なる方法で形成することができる。トリミング抵抗器Ｒｘは、主抵抗器Ｒよりも小さいことになり、例えば、１０Ωを有することができる。
【００７３】
Ｉａｃｔｉｖｅが、容量関連パラメータログ１２０に格納されるパラメータに従ってＩＰＧ１０の年数にわたって全体として低減される時に、これらの同じパラメータは、Ｉｔｒｉｃｋｌｅの調節が正当化されることも示唆するので、ＩｔｒｉｃｋｌｅもＲｔｒｉｍ制御信号の作動によって全体として低減される。この点については、新しいＩＰＧ内のＲｔｒｉｃｋｌｅ１４０は、好ましくはその最低点にあり、従って、ヒューズＦｘのいずれも最初はブローされていない。従って、トリミング抵抗器Ｒｘは、ヒューズＦｘを通してバイパスされ、Ｒｔｒｉｃｋｌｅ＝Ｒである。様々なタイミングで、充電調節アルゴリズム１５０は、Ｒｔｒｉｃｋｌｅ１４０を調節する（例えば、増加させる）べきであると決定する。この時に、アルゴリズムは、マイクロコントローラ１００にバス８８を通してソースコントローラ１３０へ信号を送出させ、これは、次に、Ｖｐ＿ｅｎと制御信号Ｒｔｒｉｍのうちの１又は２以上とをアサートすることになる。
【００７４】
例えば、充電調節アルゴリズム１５０が、Ｒｔｒｉｃｋｌｅ１４０を増加させるためにトリミング抵抗器Ｒ０を主抵抗器Ｒと直列にプログラムしなければならないと決定したと仮定する。（以下で更に説明するように、Ｒｔｒｉｃｋｌｅ１４０のこのようなプログラミングは、好ましくはバッテリ３６が充電された後に行われる。それによってＶｂａｔがＲｔｒｉｃｋｌｅ１４０をプログラムするのに必要な電圧及び制御信号を確実に生成するのに十分高いということが保証される。）ソースコントローラ１３０は、好ましくは最初に制御信号Ｖｐ＿ｅｎを送出して、適切なプログラミング電圧Ｖｐを生成するための時間を電荷ポンプ１３５に与える。Ｖｐが設定された状態で、ソースコントローラ１３０は、トリミング抵抗器Ｒ０と関連する制御信号Ｒｔｒｉｍ０を送出する。図６Ｃに示すように、この制御信号は、ヒューズＦ０の両側に結合されたトランジスタに提供され、それによってＶｐ及びＧＮＤをＦ０の両端に提供させ、Ｆ０をブローしてオープンにする。（図示しないが、Ｒｔｒｉｍ制御信号は、Ｖｐに対してレベルシフトされてトランジスタの適切な制御を確実にすることができる。ＶｄｃからＶｂａｔへ順方向バイアスされた下流のダイオード５２（図４）は、プログラミング中にＶｂａｔがＧＮＤへ短絡しないようにする。）
【００７５】
それ以降、トリミング抵抗器Ｒ０は、トリクル充電経路においてバイパスされず、従って、Ｒｔｒｉｃｋｌｅ１４０の抵抗はＲ＋Ｒ０に増加し、従って、Ｉｔｒｉｃｋｌｅを低減する。時間と共に、充電調節アルゴリズム１５０によって示される通りに、Ｒｔｒｉｃｋｌｅを更に増加させてＲ１などを加えることができる（Ｒｔｒｉｍ１に従ってヒューズＦ１をブローすることにより）。Ｒｔｒｉｃｋｌｅ及びＩｔｒｉｃｋｌｅは、このようにＩＰＧ１０の寿命にわたって調節可能である。プログラムされた状態で、このような調節は受動的であり、能動的な制御が信頼できないトリクル充電中にアサートする必要がある制御信号には頼らない。
【００７６】
図６Ａ−図６Ｃに説明するＩｔｒｉｃｋｌｅを調節するために使用するための手段は、単に説明目的の簡単な例に過ぎず、多くの変更が可能であることに注意すべきである。例えば、図６Ｄに示すように、Ｒｔｒｉｃｋｌｅ１４０内の１又は２以上の段は、オープンから短絡状態へのプログラマブルアンチヒューズ（ＡＦ）を含むことができる。従って、プログラミング前は、アンチヒューズＡＦはオープンであり、トリミング抵抗器ＲＸは、Ｒｔｒｉｃｋｌｅに含められる（Ｒ＋ＲＸ）。プログラミング後は、アンチヒューズはＲＸをバイパスするので、その抵抗は、Ｒｔｒｉｃｋｌｅから取り除かれる。これは、アルゴリズム１５０により決定される通りに又は別の理由から、Ｒｔｒｉｃｋｌｅを時間と共に低減することのできる方法の例を提供するということに注意されたい。
【００７７】
図６Ｅに示す別の例では、Ｒｔｒｉｃｋｌｅ１４０の１又は２以上の段にあるトリミング抵抗器が並列に接続される。図示のように、ヒューズと直列に接続されたトリミング抵抗器もあるが、一方ではアンチヒューズと直列に接続されたものもある。従って、プログラミング前には、ヒューズ付きのトリミング抵抗器は、トリミング抵抗器ＲＹと並列に接続されているので、その段の抵抗をＲＹより低い値に低減するのに寄与している。ヒューズのプログラミング（オープン化）によってその段の全体抵抗を増加させることができるが、一方ではアンチヒューズのプログラミング（短絡化）によって全体抵抗を低減することができ、従って、Ｒｔｒｉｃｋｌｅを増加又は低減することが可能になり、Ｉｔｒｉｃｋｌｅをそれぞれ減少又は増加させることが可能になる。
【００７８】
図６Ｆは、Ｒｔｒｉｃｋｌｅの１又は２以上の段が不揮発性メモリセルを用いて非破壊的にプログラムされる別の例を示している。図示のように、フローティングゲートを有するトランジスタがトリミング抵抗器を横切って見える。制御信号Ｒｔｒｉｍがアサートされた状態で、制御電圧は、トランジスタに通信されて、フローティングゲートに負電荷を蓄えてトランジスタをオフにする（枯渇モード）ことによってトリミング抵抗器をプログラムし、又はフローティングゲートの負電荷を除去してトランジスタをオンにする（強化モード）ことによってトリミング抵抗器を消去することを可能にする。好ましくは、フローティングゲートトランジスタのこのような制御は、フローティングゲートが、トリクル充電中にトランジスタ制御信号のアサートなしで、かつこのようなトランジスタ制御信号が浮動する電圧にかかわらず、トランジスタの作動を受動的に制御する程度に行われる。当業者は、プログラム又は消去のいずれかのためにフローティングゲートに与えられる電圧が異なり、別の電荷ポンプによって生成可能であることを理解するであろう。要するに、フローティングゲートトランジスタをプログラムすることにより、トリミング抵抗器ＲＺはＲｔｒｉｃｋｌｅに含められ、Ｉｔｒｉｃｋｌｅを低減する。フローティングゲートトランジスタを消去することにより、トリミング抵抗器ＲＺはバイパスされ、Ｉｔｒｉｃｋｌｅを増加させる。
【００７９】
バッテリ容量に関する懸念、並びにＩＰＧ内の再充電可能バッテリの寿命を延ばすことが、Ｒｔｒｉｃｋｌｅ及びＩｔｒｉｃｋｌｅに対する本発明の開示の調節の動機となったとは言え、本発明者は、このような調節がそれ自体で新規であると信じていることに注意すべきである。バッテリ容量の考察とは関係のない理由でＩｔｒｉｃｋｌｅ又はＲｔｒｉｃｋｌｅを調節したいと思う場合があるので、これは意味のあることである。一例では、Ｖｄｃ、すなわち、フロントエンド充電回路９６（図２）によって生成される電圧は、患者毎に変動する場合があるので、Ｒｔｒｉｃｋｌｅを通してＩｔｒｉｃｋｌｅを調節することが望ましい場合がある。Ｖｄｃは、外部充電器９０とＩＰＧ１０内の充電コイル４４との間の結合に従って変化し、その結合はコイル間の距離、軸線方向オフセット、及び角度オフセットに影響される。例えば、米国特許出願公開第２０１３／００９６６５１号明細書を参照されたい。異なる患者は、異なる深さと角度でＩＰＧを埋め込まれることになるので、Ｖｄｃは患者間で異なる場合がある。浅い（結合十分の）ＩＭＤを有する第１の患者は、深い（結合不十分の）ＩＭＤを有する第２の患者よりも高いＶｄｃ、従って、高いＩｔｒｉｃｋｌｅを記録する場合がある。従って、第１患者のベースラインＩｔｒｉｃｋｌｅ電流を低減するか（Ｒｔｒｉｃｋｌｅを増加させることにより）、又は第２患者のベースラインＩｔｒｉｃｋｌｅ電流を増加させるように（Ｒｔｒｉｃｋｌｅを低減することにより）、トリクル充電経路に対する本発明の開示の調節を使用することが役に立つ場合がある。このような調節は、トリクル充電経路の抵抗（例えば、抵抗器５０）が、調節不能な構成要素を用いてＩＰＧの製造中に予め設定されているので、従来技術（例えば、図２）では不可能であった。
【００８０】
図７Ａは、一例での充電調節アルゴリズム１５０を説明している。図示のように、アルゴリズム１５０は、好ましくは、充電セッションが開始される時に、すなわち、ＩＰＧ１０がＶｄｃは現在充電に適すると感知する時にはいつでも、作動を開始する。しかし、これは厳密には必要でない。代わりに、アルゴリズム１５０は、スケジュールに従って（例えば、月に１回）実行することができ、従って、調節がそのスケジュールで正当化されるか否かを決定するだけとすることができる。更に、アルゴリズム１５０の一部の部分は、充電セッション外で実行するか又は決定することができる。
【００８１】
トリクル充電は、上述のようにＶｂａｔ＜Ｖｔ１＝２．７Ｖの場合に、後で説明することになるが、恐らくは前回のアルゴリズム１５０の実行中に調節された通りのＲｔｒｉｃｋｌｅ１４０を用いて始めることができる。ある量のトリクル充電の後にＶｂａｔ＞Ｖｔ１になった状態で、又は初期にＶｂａｔ＞Ｖｔ１の場合に、アルゴリズム１５０は、ソース５６を用いて能動充電を提供する。特に、この段階でのアルゴリズム１５０は、容量関連パラメータログ１２０（図５Ａ）又は現在の容量関連パラメータログ１２０’（図５Ｂ）を見た限りでは最適のＩａｃｔｉｖｅに対する値を決定する（必要に応じてＲｔｒｉｃｋｌｅも）。容量関連パラメータは、その後にバッテリ容量データベース１２２（図５Ｃ）内のデータと比較されてＩａｃｔｉｖｅ及び／又はＲｔｒｉｃｋｌｅを決定する。Ｉａｃｔｉｖｅ及びＲｔｒｉｃｋｌｅの決定は、バッテリ電圧が適度に高い（＞２．７Ｖ）処理中のある時点で行われ、このような処理は、マイクロコントローラ１００で確実に実行可能であることを保証するということに注意されたい。
【００８２】
図７Ｂは、充電調節アルゴリズム１５０がＩａｃｔｉｖｅをどのようにして調節すべきかを決定するために実施することができる更に別の部分段階を説明している。アルゴリズム１５０は、Ｉａｃｔｉｖｅに対して使用すべき初期値（Ｉａｃｔｉｖｅ（ｉｎｉｔ））の仮定から開始することができる。これは、上述の従来技術のＩａｃｔｉｖｅに対して使用される値とすることができる（例えば、５０ｍＡ）。
【００８３】
現在の容量関連パラメータ１２０’に対する値は、その後にアルゴリズム１５０によって照会されるが、この値が決定されておらず予め格納されていない場合に、アルゴリズムはこの時点でログ１２０から決定することができる。次に、これらの値の各々に対して正当化されるバッテリ容量のパーセンテージ変化が、上述のようにバッテリ容量データベース１２２を用いて決定される。その次の処理を理解しやすくするために、パーセンテージ変化に対する実際の値を図７Ｂに提供する。更に、パラメータの各々に対する重み及び優先度も、存在する場合はデータベース１２２から取り出すことができる。
【００８４】
この時点で、アルゴリズム１５０は、Ｉａｃｔｉｖｅ（ｉｎｉｔ）に適用する総計パーセンテージ変化を決定することになり、この総計を決定するためのデータ処理は、いくつかの異なる方法で行うことができ、その一部を図７Ｃに示している。例えば、アルゴリズム１５０は、この容量関連パラメータがバッテリ容量に最大の影響を与えているということに基づいて、単に最大パーセンテージ変化（−７％）だけを使用することができる。代わりに、アルゴリズム１５０は、決定されたパーセンテージを加える（−２８％）又は平均する（−３．５％）ことができ、従って、各パラメータの影響は、ある程度まで考えられている。
【００８５】
これに代えて、アルゴリズム１５０は、特定数（例えば、Ｘ＝３）の最も高い決定されたパーセンテージ（−７、−６、−５％）のみを考慮に入れ、バッテリ容量への影響が過小であるとしてその後の分析から全ての他のパーセンテージを切り捨てることができる。その後に、これらの残ったパーセンテージを前のように加える（−１８％）又は平均する（−６％）ことができる。代わりに、これらの残ったパーセンテージを取り出した重み（存在する場合に）を用いて重み付けして加えることができる（−９．２％）。
【００８６】
これに代えて、アルゴリズム１５０は、最大の優先度（１、２、及び３）を有する特定数（例えば、Ｘ＝３）の決定されたパーセンテージ（−２、−７、−５％）のみをそのようなデータが存在する場合に考慮に入れることができる。これらのパーセンテージは、その後に、前段落に説明されているように加える（−１４％）、平均する（−４．７％）、又は重み付けして加える（−１０．６％）ことができる。
【００８７】
更に別の例では、アルゴリズム１５０は、そのような重みデータが存在する場合に、決定されたパーセンテージの全てに重みを付けることができる。これらの得られる重み付きパーセンテージは、その後に加えることができる（−１４．１％）。全てが考慮される時に、より関連性の低い容量関連パラメータほど総計パーセンテージ変化に小さい影響を与えるので、これは最も好ましいパーセンテージ処理の方法を構成することができる。代わりに、重み付きパーセンテージのうちで最も関連のあるものだけを更に考慮に入れて（−５．６％、−３％、−２％）、加えることができる（−１０．６％）。
【００８８】
決定されたパーセンテージを処理してバッテリ容量の全体的な変化を示す総計パーセンテージ変化に到達するためのこれらの代替物の全ては、何らかの合理的根拠を有し、そのいずれも、Ｉａｃｔｉｖｅを調節するために適用された状態で、程度は異なるが、ＩＰＧ１０の寿命にわたるバッテリ容量の損失を遅らせることを助けることになる。容量関連パラメータを処理する更に別の方法は、製造業者プリファレンス及び経験に応じて可能である。
【００８９】
総計パーセンテージ変化が決定された状態で、それをＩａｃｔｉｖｅ（ｉｎｉｔ）に適用して、バッテリ容量の減少を遅らせるためにこの時点でソース５６によって生成すべきＩＰＧ寿命のＩａｃｔｉｖｅの値を決定する。図７Ｃに示す様々な総計パーセンテージ変化に対して、これを図７Ｄに示している。再充電可能バッテリに対して決定された総計パーセンテージ変化と矛盾なく、調節された通りにＩａｃｔｉｖｅを図７Ｄに示すが、これらのパーセンテージのこのような１対１対応は厳密には必要ではなく、総計パーセンテージ変化の他のスケーリング又は処理をＩａｃｔｉｖｅ（ｉｎｉｔ）に適用する前に実行することができることに注意されたい。
【００９０】
図７Ｂに戻ると、充電調節アルゴリズム１５０は、この時点でＲｔｒｉｃｋｌｅも調節すべきか否かを決定することができる。このような調節は、Ｉａｃｔｉｖｅを調節するのに使用されたのと同じ総計パーセンテージ変化を用いて行われ、本質的にＩａｃｔｉｖｅに比例して変化するようにＩｔｒｉｃｋｌｅを調節しようと試みることができる。例えば、トリクル充電経路の全体抵抗が約４００Ωであると仮定する（Ｒｔｒｉｃｋｌｅ１４０及びダイオード５２（図４）を含めて）。更に簡単のために、Ｒｔｒｉｃｋｌｅ１４０は図６Ｃに示すように形成され、Ｒｔｒｉｃｋｌｅを増加させることができるようになっていると仮定する。更に、各段のトリミング抵抗器は、全体のトリクル充電経路抵抗に１０Ωを加えること、つまり２．５％の増加を加えることができると仮定する。総計パーセンテージ変化はこれらの増分（すなわち、−２．５％、−５％、−７．５％など）を通過するので、アルゴリズム１５０は、次のオープン段階で次のヒューズ（例えば、Ｆ０，Ｆ１，Ｆ２など）をブローするタイミングであるか否かを決定することができる。このようにして、Ｉｔｒｉｃｋｌｅは概略的にＩａｃｔｉｖｅに比例して変化することになる。アルゴリズム１５０が各充電セッションでＲｔｒｉｃｋｌｅを調節することが必要ではない場合があり、実際には、ＲｔｒｉｃｋｌｅのプログラミングがＩＰＧ１０の寿命中に少数回だけ行われることが期待されることになるが、勿論、これは、Ｒｔｒｉｃｋｌｅ１４０の各段が抵抗を調節することができる量と使用される段数とに依るものである。
【００９１】
Ｒｔｒｉｃｋｌｅ１４０のために使用される構成は、単にその変化を実施することができない場合があるので、アルゴリズム１５０は、Ｉａｃｔｉｖｅに使用される総計パーセンテージ変化に従ってＲｔｒｉｃｋｌｅを調節することはいつも可能であるとは限らない。例えば、総計パーセンテージ変化が前回の充電セッションで−３％であると決定され、ヒューズＦ０がその時にブローされてＲｔｒｉｃｋｌｅ１４０を２．５％だけ増加させたと仮定する。後のただ１つのパーセンテージが−１％であるならば、Ｒｔｒｉｃｋｌｅを低減することが好ましいことになる。しかし、Ｒｔｒｉｃｋｌｅが図６Ｃに示すように構成されている場合に、抵抗を低減することができないので（増加させるのみ）、アルゴリズム１５０は、Ｒｔｒｉｃｋｌｅの抵抗を変えないままにすることになる。（図６Ｄ−図６ＦのＲｔｒｉｃｋｌｅ構成は、Ｒｔｒｉｃｋｌｅを低減することを可能にするということに注意されたい。）
【００９２】
Ｉａｃｔｉｖｅ及びＲｔｒｉｃｋｌｅが形成された後、図７Ａに戻ると、充電調節アルゴリズム１５０は、次にソース５６を制御してＩａｃｔｉｖｅの決定（調節）値を有する充電電流を生成する。上述のように、これは、マイクロコントローラ１００がバス８８を通してソースコントローラ１３０に指令して適切なＩｔｒｉｍ制御信号をアサートすることを伴う。Ｉａｃｔｉｖｅは、より多くのＩｔｒｉｍ制御信号（及びそれに応じて基準電流発生回路１１３（図３Ａ）内により多くの段）を使用することにより、より細かい分解能でソース５６において調節可能であることに注意されたい。
【００９３】
図７Ａの点線枠内に示すように、充電調節アルゴリズム１５０はまた、決定されたＩａｃｔｉｖｅが限度内にあるか否かを考察することができ、総計パーセンテージ変化がそうするように示唆する場合でも、そのような限度を超えてＩａｃｔｉｖｅを調節しないことに決定することができる。例えば、アルゴリズム１５０は、基準値を超えるか又は基準値未満のＩａｃｔｉｖｅの調節を許容することができない。例えば、アルゴリズム１５０は、Ｉａｃｔｉｖｅ＞１００ｍＡが設定されることを許容することができないが、これは、ソース５６がそのような充電電流を供給することができない場合があるから又はそのような充電電流はＩＰＧを損傷するか又は安全でない可能性があるからである。これに代えて、アルゴリズム１５０は、例えば、Ｉａｃｔｉｖｅ＜８ｍＡを許容することができないが、これは、これよりも低いレベルでの充電は非常に無意味であるので（及び非常に長い充電セッション時間をもたらすので）、これらの実際的な理由が、アルゴリズム１５０によって与えられるバッテリ容量の低減を遅らせることに対する利益を超えるからである。
【００９４】
図７Ａについて続けると、バッテリ３６は、決定されたＩａｃｔｉｖｅでソース５６によって能動的に充電され、Ｖｂａｔが増加する時に、上述のように最後には一定電圧の充電が提供されることになる。バッテリが完全充電されると（Ｖｂａｔ＝Ｖｍａｘ＝４．２Ｖ）、充電は終わる。
【００９５】
この時点で、充電調節アルゴリズム１５０は、トリクル充電がアルゴリズム作動中の早期に既に行われているとしても、必要に応じてＲｔｒｉｃｋｌｅをその以前に決定された値に従って調節する。言い換えれば、Ｒｔｒｉｃｋｌｅ（及び従ってＩｔｒｉｃｋｌｅ）は、次の充電セッションのために調節される。バッテリ３６は今や完全充電されており、従って、Ｒｔｒｉｃｋｌｅ１４０をプログラムする際に必要とされる回路の作動は、電荷ポンプ１３５を含めて最適に、並びに確実に機能するはずなので、アルゴリズム１５０のこの時点でＲｔｒｉｃｋｌｅを調節することが望ましい。従って、マイクロコントローラ１００は、バス８８を通してソースコントローラ１３０に適切なＲｔｒｉｍ制御信号をアサートするように指令し、上述のようにかつ必要に応じて、Ｒｔｒｉｃｋｌｅをプログラムする。ここでもまた、アルゴリズム１５０は、Ｒｔｒｉｃｋｌｅが最小限度又は最大限度の外にある場合に、Ｒｔｒｉｃｋｌｅを調節しないことに決定する。
【００９６】
充電調節アルゴリズム１５０で実施される段階の説明の順番は、単に一例に過ぎず、開示する順序に対してその総合的な結果に影響を与えない方法で変更を加えることは可能である。更に、全ての段階が厳密に必要とは限らず、別の段階も同様に含めることができる。
【００９７】
図８は、重篤枯渇バッテリ３６が受け入れる充電電流（Ｉｂａｔ）を生成するために充電調節アルゴリズム１５０によって制御される通りに、ＩＰＧ１０の寿命にわたって時間ｔａ，ｔｂ，及びｔｃで行われる充電セッション中の時間の関数として、改善された充電回路１８０の作動を一般的に説明している。この例では、簡単のために、非常によくあることであるが、容量関連パラメータは、バッテリ容量を維持し、従って、ＩＰＧの寿命を延ばすためにＩＰＧ１０の寿命にわたって充電電流を低減することを一般的に保証すると仮定される。従って、Ｉｔｒｉｃｋｌｅ（Ｒｔｒｉｃｋｌｅを通るトリクル充電経路によって生成される）とＩａｃｔｉｖｅ（ソース５６によって生成される）の両方とも、アルゴリズム１５０の作動を通して時間と共に減少したことが見られる。従って、充電電流Ｉｔｒｉｃｋｌｅ及びＩａｃｔｉｖｅを低減する時にＶｂａｔはよりゆっくりと増加することになるので、これが、図示のように、バッテリを完全充電するのに必要な時間、並びに充電モードが変化する時間を長くするということに注意されたい。しかし、このような充電セッションの延長は、時間と共に体験されるバッテリ容量の減少により軽減され、その容量の減少は、本発明の開示の技術の使用によってその速度は落ちるがそれでもなお存在するということに注意されたい。
【００９８】
充電調節アルゴリズム１５０をＩａｃｔｉｖｅとＩｔｒｉｃｋｌｅの両方を調節することに役立つものとして開示したが、このアルゴリズムを用いて充電電流の一方だけを調節することができるということに注意すべきである。実際に、上記参照の米国仮特許出願第６１／９２８，３４２号明細書に説明されているように、トリクル充電経路の包含は厳密には必要ではない。
【００９９】
マイクロコントローラ１００からソースコントローラ１３０まで段階的に行われるものとして充電回路１８０の制御を開示したが、このような分割制御は厳密に言えば必要ではない。代わりに、充電回路１８０のための制御回路は、アルゴリズム１５０を実行する機能のある回路を含めて、単一集積回路のような別のＩＭＤ設計に統合することができる。充電回路１８０自体も、上述のＡＳＩＣのようなそのような制御回路に統合することができる。
【符号の説明】
【０１００】
１００  マイクロコントローラ
１２０  容量関連パラメータログ
１２２  バッテリ容量データベース
１３０  ソースコントローラ
１５０  充電調節アルゴリズム
【図１Ａ】
2017502819.tif 000003
【図１Ｂ】
2017502819.tif 000004
【図２】
2017502819.tif 000005
【図３Ａ】
2017502819.tif 000006
【図３Ｂ】
2017502819.tif 000007
【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図６Ｆ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年7月19日(2016.7.19)
【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】
医療デバイスのための回路であって、
再充電可能バッテリと、
前記バッテリの容量を前記医療デバイスの寿命中に複数回決定するように構成された制御回路と、
バッテリ充電電流を前記バッテリに供給するように構成されたソース回路と、
無線充電場の受信時にＤＣ電圧を発生するように構成されたフロントエンド回路と、
を含み、
前記ソース回路は、前記ＤＣ電圧によって給電され、
前記制御回路は、前記ソース回路を制御して前記バッテリの決定された現在の容量に従って一定なバッテリ充電電流の大きさを調節するように構成されていることを特徴とする回路。
【請求項２】
前記制御回路は、
前記再充電可能バッテリの容量に影響を及ぼす少なくとも１つのパラメータを格納するように構成されたメモリであって、該少なくとも１つのパラメータが、該バッテリの以前の充電中に決定される少なくとも１つの第１のパラメータ、治療を提供するための前記医療デバイスの以前の使用中に決定される少なくとも１つの第２のパラメータ、及び該バッテリの年数の１又は２以上を含む、前記メモリを含み、
前記制御回路が、アルゴリズムを実施して前記少なくとも１つのパラメータを用いて前記バッテリの現在の容量を決定するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の回路。
【請求項３】
前記少なくとも１つのパラメータは、前記メモリに時間の関数として格納されることを特徴とする請求項２に記載の回路。
【請求項４】
前記少なくとも１つのパラメータは、前記アルゴリズムによって使用するために現在値として格納されることを特徴とする請求項２に記載の回路。
【請求項５】
前記少なくとも１つのパラメータは、前記バッテリの以前の充電中又は前記医療デバイスの以前の使用中に決定された少なくとも１つの他のパラメータから計算された値を含むことを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の回路。
【請求項６】
前記再充電可能バッテリの以前の充電中に決定される少なくとも１つの第１のパラメータが、
以前の充電セッションの回数、
以前の充電セッションの開始時の該バッテリの電圧、
以前の充電セッションの終了時の該バッテリの電圧、
以前の充電セッションの持続時間、
以前の充電セッション中に該バッテリに供給された電荷、
以前の充電セッションの開始時及び終了時の該バッテリの電圧の差を含む放電深度、
以前の充電セッション中に該バッテリに供給されたバッテリ充電電流、の１又は２以上を含むことを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の回路。
【請求項７】
治療を提供するための前記医療デバイスの以前の使用中に決定される少なくとも１つの第２のパラメータが、
以前の使用中の前記再充電可能バッテリの電圧、
以前の使用中に該バッテリから引き出された負荷電流、
以前の使用中に該バッテリから引き出された電力、
使用の持続時間、
以前の使用中に該バッテリから引き出された電荷、の１又は２以上を含むことを特徴とする請求項２〜４又は６のいずれか１項に記載の回路。
【請求項８】
バッテリ容量データベースを更に含み、
前記バッテリ容量データベースは、前記少なくとも１つのパラメータを前記バッテリの容量の変化に関連付け、
前記アルゴリズムは、前記少なくとも１つのパラメータを前記バッテリ容量データベース内の前記容量の変化と比較して前記バッテリの現在の容量を決定する、
ことを特徴とする請求項２〜７のいずれか１項に記載の回路。
【請求項９】
前記アルゴリズムは、前記ソース回路を制御するための１又は２以上の制御信号の発生を通じて前記一定なバッテリ充電電流の大きさを調節するように構成されることを特徴とする請求項２〜８のいずれか１項に記載の回路。
【請求項１０】
前記メモリは、少なくとも１つのパラメータの各々の重み又は優先度を更に含み、
前記アルゴリズムは、前記少なくとも１つのパラメータの前記重み、又は優先度、又は該重みと優先度の両方を使用することによって前記バッテリの現在の容量を決定するように構成される、
ことを特徴とする請求項２〜９のいずれか１項に記載の回路。
【請求項１１】
前記ソース回路は、受け取った基準電流に従って前記一定なバッテリ充電電流を生成するように構成された電流ミラーを含むことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の回路。
【請求項１２】
前記制御回路は、１又は２以上の制御信号を用いて前記基準電流の大きさを調節することによって前記一定なバッテリ充電電流の大きさを調節するように構成されることを特徴とする請求項１１に記載の回路。
【請求項１３】
前記フロントエンド回路は、前記無線充電場によって励起されるように構成されたコイルと、該励起されたコイルから前記ＤＣ電圧を生成するように構成された整流器回路と、を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の回路。
【請求項１４】
前記アルゴリズムは、前記再充電可能バッテリの容量が減少していると決定された場合に前記バッテリ充電電流の大きさを低減するように構成されることを特徴とする請求項２〜１３のいずれか１項に記載の回路。
【国際調査報告】
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