(57)【要約】  様々な電源電圧から引き出される電流のようなＩＭＤにおける１又は２以上の電流を測定するための測定回路を有する埋込可能な医療デバイス（ＩＭＤ）を開示する。そのような電流は、通常のＩＭＤ作動を妨害することなく測定され、かつ精査のためにＩＭＤからテレメトリすることができる。測定されている電流と一線上にあるスイッチング回路は、ある期間にわたって一時的に開かれ、給電されている回路から電源電圧を切断する。回路と並列のキャパシタンスにわたる電圧は、スイッチング回路を開かれた時に測定され、その期間の終わりに再度閉じられ、回路は、この期間中に充電されたキャパシタンスから電力を引き出す。電源電圧によって引き出される平均電流は、測定電圧の差、既知のキャパシタンス、及び測定間の期間を使用して決定される。【選択図】図５Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源電圧と、
キャパシタンスと並列の負荷回路と、
前記負荷回路及び前記キャパシタンスにわたる負荷回路電圧と、
前記電源電圧を前記負荷回路電圧に選択的に結合するように構成されたスイッチング回路と、
電流測定回路と、を含み、
前記電流測定回路は、
前記スイッチング回路を開いて前記負荷回路電圧を前記電源電圧から切断し、前記負荷回路が作動している間に該負荷回路電圧が下がることを可能にし、かつ
前記負荷電流を指示する前記負荷回路電圧の差を該負荷回路電圧が下がる間に決定する、
ことによって前記負荷回路により引き出される負荷電流を測定するように構成されている、ことを特徴とする医療デバイス。
【請求項２】
バッテリを更に含み、
前記電源電圧は、前記バッテリによって提供される、
ことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記バッテリは、１次バッテリであることを特徴とする請求項２に記載のデバイス。
【請求項４】
調整器回路を更に含み、
前記調整器回路は、別の電源電圧から前記電源電圧を生成するように構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項５】
ステップアップ回路を更に含み、
前記ステップアップ回路は、別の電源電圧から前記電源電圧を生成するように構成されており、前記ステップアップ回路は、ブーストコンバータ又は電荷ポンプを含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項６】
前記電流測定回路は、前記負荷電流を測定した後で前記スイッチング回路を閉じて前記負荷回路電圧を前記電源電圧に接続するように更に構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項７】
テレメトリ回路を更に含み、
前記テレメトリ回路は、測定された前記負荷電流の少なくとも１つの表現を外部デバイスに無線で送信するように構成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項８】
電流測定回路は、ある期間にわたって前記スイッチング回路を開くように構成され、その後に該電流測定回路は、該スイッチング回路を閉じて前記負荷回路電圧を前記電源電圧に接続するように構成され、
前記期間は、前記負荷回路が該期間中に前記キャパシタンスに貯蔵された電荷から電力を引き出すことによって作動することを許容する、
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項９】
前記電流測定回路は、前記負荷回路電圧が下がっている間に該負荷回路電圧を少なくとも一度測定することによって該負荷回路電圧の前記差を決定することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記電流測定回路は、前記負荷回路電圧が下がっている間に該負荷回路電圧を２度測定することによって該負荷回路電圧の前記差を決定することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記電流測定回路は、前記スイッチング回路を開く前に前記負荷回路電圧を測定することにより、かつ該負荷回路電圧が下がっている間に該負荷回路電圧を測定することによって、該負荷回路電圧の前記差を決定することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記電流測定回路は、前記負荷回路電圧が下がる速度を決定するように更に構成され、
前記速度によって前記負荷電流が指示される、
ことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項１３】
速度は、前記負荷回路電圧の前記差を該差を引き起こしている前記スイッチング回路が開かれている期間で割り算して決定され、
前記電流測定回路は、前記速度を前記キャパシタンスによって掛け算することによって前記負荷電流を決定するように更に構成される、
ことを特徴とする請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記電流測定回路は、前記負荷回路電圧の前記差がそこから決定される少なくとも１つの負荷回路電圧を測定するように構成された電圧測定回路を含むことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの負荷回路電圧を測定するように前記電圧測定回路を有効にするように構成されたマイクロコントローラを更に含み、
前記マイクロコントローラは、前記スイッチング回路を開閉するように更に構成され、
前記マイクロコントローラは、前記電圧測定回路から前記少なくとも１つの測定された負荷回路電圧を受け入れるように更に構成されている、
ことを特徴とする請求項１４に記載のデバイス。
【請求項１６】
電源電圧と、
キャパシタンスと並列の負荷回路と、
前記負荷回路及び前記キャパシタンスにわたる負荷回路電圧と、
前記電源電圧を前記負荷回路電圧に選択的に結合するように構成されたスイッチング回路と、
電流測定回路と、を含み、
前記電流測定回路は、
前記スイッチング回路を開いて前記負荷回路電圧を前記電源電圧から切断し、前記負荷回路が作動している間に該負荷回路電圧が下がることを可能にし、かつ
前記負荷電流を指示する前記負荷回路電圧の低下速度を決定する、
ことによって前記負荷回路により引き出される負荷電流を測定するように構成されている、ことを特徴とする医療デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、埋込可能な医療デバイスシステムに関し、特に埋込可能な刺激器を伴うシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
埋込可能な刺激デバイスは、心不整脈を処置するペースメーカー、心細動を処置する除細動器、難聴を処置する蝸牛刺激器、盲目を処置する網膜刺激器、協働四肢運動を引き起こす筋肉刺激器、慢性疼痛を処置する脊髄刺激器、運動疾患及び精神疾患を処置する脳皮質及び脳深部刺激器、及び尿失禁、睡眠時無呼吸、肩亜脱臼、その他を処置する他の神経刺激器のような様々な生物学的疾患を治療するために電気刺激を生成して体内神経及び組織へ送出するデバイスである。以下の説明は、一般的に、米国特許第６，５１６，２２７号明細書に開示されているような「脊髄刺激（ＳＣＳ）」システム内で本発明を使用することに着目する。しかし、本発明は、あらゆる埋込可能な医療デバイスシステムに適用性を見出すことができる。
【０００３】
図１Ａに示すように、ＳＣＳシステムは、典型的には、「埋込可能なパルス発生器（ＩＰＧ）」１０を含み、これは、例えば、チタンのような導電材料で形成された生体適合性デバイスケース１２を含む。ケース１２は、典型的には、以下で詳細に説明するように、ＩＰＧが機能するのに必要な回路及びバッテリ１４を保持する。ＩＰＧ１０は、患者組織に接触するように設計された遠位電極１６に結合される。遠位電極１６は、電極１６が電極アレイ２２を形成するように１又はそれ以上の電極リード（２つのそのようなリード１８及び２０を示す）を通じてＩＰＧ１０に結合される。電極１６は、各電極に結合された個々の信号ワイヤ２６を同じく収容する可撓性本体２４上に担持される。図示の実施形態において、リード１８及び２０の各々の上に８つの電極が存在するが、リード及び電極の数は用途固有のものであり、従って、変えることができる。リード１８及び２０は、エポキシのような非導電性ヘッダ材料３０に固定されたリードコネクタ２８を使用してＩＰＧ１０に結合する近位電極接点２９を収容する。
【０００４】
図１Ｂの断面に示すように、ＩＰＧ１０は、典型的には、一部を以下で考察する様々な電子構成要素３４が装着されたプリント基板（ＰＣＢ）３２を含む。テレメトリ（アンテナ）コイル３６が、患者の組織を通じてデータを外部デバイス（図示せず）へ／から送信／受信するのに使用される。そのような無線通信は、異なるハードウエアと、周波数シフトキーイング、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ低エネルギ、ＷｉＦｉ、Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標）などのようなプロトコルとを使用して行うことができる。
【０００５】
描いた例のＩＰＧ１０は、再充電不能１次バッテリ１４ｐ（ここで「ｐ」は「１次」を示す）を収容する。再充電可能バッテリとは異なり、１次バッテリ１４ｐにおける電気化学反応は、充電電流を通過させることによる可逆性ではない。これに代えて、１次バッテリ１４ｐは、最終的にその電極の一方又は両方で材料を使い果たすことになり、従って、限られた使用寿命を有する。バッテリ１４ｐが消耗した状態で、バッテリ１４ｐを交換してＩＰＧ１０を再移植することができるように、又は（より可能性が高いのは）新しいバッテリ１４ｐを有する新しいＩＰＧ１０を移植することができるように、患者からＩＰＧ１０を外植する必要があることになる。１次バッテリ１４ｐは、異なる化学的性質を使用して形成することができるが、リチウムＣＦｘバッテリ又はリチウム／ＣＦｘ−ＳＶＯ（酸化銀バナジウム）ハイブリッドバッテリは、埋込可能な医療デバイスに使用するのに一般的であり、一例では、１．２〜３．２ボルトのバッテリ電圧Ｖｂａｔを生成する。以下の図３Ｂに関連して更に説明するように、Ｖｂａｔは、１次バッテリ１４ｐがＩＰＧ１０の寿命にわたって使用される時に時間と共に減少することになる。
【０００６】
図２は、米国特許出願公開第２０１３／０３３１９１０号明細書に説明されているＩＰＧ１０のアーキテクチャ５を示している。特に強調して示しているのは、より太い線で示すＩＰＧ１０における様々な電源である。単に少数の他の非電源信号は、それらを以下で考察する範囲で図２に示しており、そのような信号は、より細い線で示されている。ＩＰＧ１０は、多くのそのような「通常の」信号線を収容することができ、かつ便宜上示していない他の電源を収容することができることを当業者は認識するであろう。
【０００７】
１次バッテリ１４ｐは、主電源電圧Ｖｂａｔを提供し、そこからＩＰＧ１０内の全ての他の電源電圧が導出される。以下で更に説明するＤＣ−ＤＣコンバータ６２及びタンク回路６８のような一部の回路は、直接にＶｂａｔから電力を受け入れる。ＩＰＧ１０に必要な他の電源電圧は、Ｖｂａｔよりも高い場合があり、従って、より高い電源電圧ＶｕｐをＶｂａｔから生成するブーストコンバータ７０を使用して発生される。Ｖｕｐは、一例では、３．２Ｖである場合がある。ブーストコンバータ７０は、コンデンサベースの交換ポンプ、誘導子ベースのステップアップコンバータ、又はその組合せを含むことができる。例えば、米国特許第７，８７２，８８４号明細書を参照されたい。
【０００８】
図示のように、アーキテクチャ５は、アナログ回路５２、デジタル回路５４、及びメモリ６０を収容し、それらの各々は、それら自体の電源電圧Ｖａ、Ｖｄ、及びＶｆによって給電され、それらの各々は、調整器４４、４６、及び４８を通じてＶｕｐから発生される。調整器４４、４６、及び４８は、殆ど電力を使用せずにスイッチング調整器よりも生じるノイズが少ない低ドロップアウト線形調整器を含むことができる。たとえ電源電圧Ｖｄ、Ｖａ、及びＶｆが、ＩＰＧ１０内で同じ大きさのもの（例えば、２．８Ｖ）であっても、調整器を通じてそれらを隔離して一方の電源上のノイズが他方に影響を与えるのを防止することが有用である。例えば、デジタル回路５４は、それが切り換わる時にＶｄ上でノイズを生じる場合があり、このノイズは、隔離されない場合には潜在的にＶａに及び従ってアナログ回路５２の性能に影響を与える可能性があると考えられる。メモリ６０（例えば、フラッシュＥＰＲＯＭ）は、それが、Ｖｆ及び調整器４８が供給すべきである大量の電流を消費する場合があるので（例えば、プログラムされるか又は消去される時）、それ自体の調整器４８を有することが好ましい。これに加えて、調整器４８は、節電するために時々無効にすることができる。
【０００９】
Ｖａによって給電されるアナログ回路５２は、温度（Ｔ）を測定するためのサーミスタ、温度不感基準電圧（Ｖｒｅｆ）を生成するためのバンドギャップ発生器、発振器及びクロック発生回路（ＣＬＫ）、変調及び復調回路を含むテレメトリ回路７２、及びアナログ測定回路７４などを含むいくつかの回路を含む。
【００１０】
デジタル回路５４は、電源電圧Ｖｄによって給電されてマイクロコントローラ５８及び様々なタイミング回路５６を含むＩＰＧ１０内のデジタル回路を含む。デジタル回路５４は、例えば、米国特許出願公開第２００８／０３１９４９７号明細書及び第２０１２／００９５５２９号明細書に示すように、単一混合モード「特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）」上でアナログ回路５２の少なくとも一部と少なくとも部分的に一体化することができる。デジタル回路５２はまた、アナログ回路５４から個別のものとすることもできる。例えば、‘４９７及び‘５２９公開のＡＳＩＣは、例えば、テキサス・インストルメンツのマイクロコントローラ５８部品番号ＭＳＰ４３０と共に使用することができ、これは、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。マイクロコントローラ５８はまた、マイクロプロセッサ集積回路、インピーダンス回路の集合、非集積回路の集合、又は集積回路と非集積回路の両方の集合、すなわち、本質的に本明細書に開示する方式でＩＰＧ１０を作動させることができるあらゆるハードウエアを含むことができる。
【００１１】
電源電圧Ｖｆによって給電されるメモリ６０は、ＩＰＧ１０のための（例えば、マイクロコントローラ５８のための）作動ソフトウエアを保持することができ、かつ解析するために外部デバイスに無線でテレメトリされるログデータのようなデータを格納し、及び／又は患者、臨床医、又はＩＰＧ製造業者にフィードバックを提供するための自由空間として作用することもができる。メモリ６０はまた、電流パルスを提供するのにどの電極１６が活性であるか、並びにそれらのパルスの大きさ、極性、周波数、及び幅のような与えられた患者に対する治療設定値のような外部デバイスから送信されたデータを格納することができる。そのような治療設定値は、相応に指定電流パルス（Ｉｏｕｔ）を発生する１又は２以上の「デジタルアナログコンバータ（ＤＡＣ）」６４にマイクロコントローラ５８から送信される。例えば、米国特許出願公開第２００７／０１００３９９号明細書を参照されたい。簡単にするために単に１つの電極１６が図２に示されているが、治療設定値が１よりも多い電極を伴うことを当業者は理解するであろう。例えば、別の電極１６（これは導電性ケース１２を含むことができると考えられる、図１Ａ）を使用して、患者の組織内の電荷の蓄積を防止するためにＩｏｕｔのための戻り経路が提供されるであろう。これに加えて、１よりも多い電極１６は、患者の組織への電流のソースとして使用することができ、１よりも多い電極１６は、患者の組織からの電流のシンクとして使用することができる。例えば、米国特許出願公開第２０１３／０１８４７９４号明細書及び第２０１３／０００６３１５号明細書を参照されたい。
【００１２】
電極１６での電流パルスの電力（例えば、大きさ）は、所与の患者に対して時間によって又は患者によって異なる可能性がある。従って、コンプライアンス電圧（Ｖ＋）と呼ばれるＤＡＣ６４に対する電源電圧は固定されず、これに代えて、フィードバックループを通じて最適レベルに設定される。Ｖ＋モニタ及び調節回路６６は、活性電極１６と一致する電圧をモニタし、これは、活性電極がＤＡＣ６４に対して妥当な大きさの電源電圧Ｖ＋を発生するためにＤＣ−ＤＣコンバータ６２を制御するのに使用するものである。例えば、米国特許第７，４４４，１８１号明細書、米国特許出願公開第２０１０／０２１１１３２号明細書、第２０１３／０２８９６６５号明細書、及び第２０１３／０３１０８９７号明細書を参照されたい。そのようなＶ＋の調節は、Ｖ＋が低すぎる場合にＤＡＣ６４が「負荷状態」になって指定電流Ｉｏｕｔを提供することができなくなるので望ましい。Ｖ＋が高すぎる場合に、ＤＡＣ６４は望ましい電流を提供することができることになるが、電力は無駄になり、コンプライアンス電圧Ｖ＋の一部は、いかなる有用な効果もなくＤＡＣ６４にわたって低下する。例えば、米国特許第７，５３９，５３８号明細書及び第７，８７２，８８４号明細書を参照されたい。上述のように、ＤＣ−ＤＣコンバータ６２は、直接にＶｂａｔからＶ＋を生成し、コンバータ６２（ブーストコンバータ７０のような）は、コンデンサベースの電荷ポンプ、誘導子ベースのステップアップコンバータ、又はその組合せを含むことができる。Ｖ＋は、ここでもまた、ＤＡＣ６４が提供しなければならない電流の電力に応じて、一例において３〜１８ボルトにコンバータ６２によって設定することができる。
【００１３】
タンク回路６８は、テレメトリコイル３６に結合され、かつＤＣ−ＤＣコンバータ６２と同様に直接にＶｂａｔによって給電される。タンク回路６８は、コイル３６のインダクタンスと共に作動して外部デバイスとの通信に必要な時にタンクの共振周波数を設定する同調コンデンサ（図示せず）を含むことができる。タンク回路６８はまた、テレメトリ回路７２内の変調回路によって制御されるトランジスタスイッチを含み、変調回路は、送信されることになるマイクロコントローラ５８からのデジタルデータを共振周波数又はその近くでトランジスタスイッチを切り換える信号に変換する。データを受信する時に、タンク回路６８は、マイクロコントローラ５８による解釈のために受信信号からデジタルデータを抽出するためのテレメトリ回路７２内の復調回路に結合される。例えば、米国特許出願公開第２００９／００６９８６９号明細書及び米国特許第８，０８１，９２５号明細書を参照されたい。
【００１４】
ＩＰＧ製造に関連付けられた問題は、ＩＰＧ品質及び信頼性であり、これに関して製造業者は、多くの場合にＩＰＧに欠陥がないことを保証するために試験を使用する。例えば、ＩＰＧの回路をそのケース１２の中に挿入する前に、回路が依然としてアクセス可能であり、かつバッテリ１４ｐがそれに接続される前に、製造業者は、多くの場合に、ＩＰＧが過度に多くの電流を引き出しているか否かを見るために様々な試験を実行する。これは、例えば、ＩＰＧ回路における欠陥が電源電圧（又は他の電圧）から接地への電流漏れを引き起こしている場合に発生すると考えられる。そのような電流漏れが存在する場合に、ＩＰＧ１０は、単に機能しないと考えられ、又は１次バッテリ１４ｐは、接続された状態で、通常よりも急速に消耗すると考えられる。通常よりも急速なバッテリ消耗は、上述のように、バッテリを消費した時に患者への相当な不便さを伴ってＩＰＧを外植する必要があるので、１次バッテリＩＰＧに対する特別な問題である。
【００１５】
この段階でのＩＰＧ試験の例は、図３Ａに示されている。試験装置７５は、ＩＰＧ回路内のＶｂａｔノード（すなわち、バッテリ１４ｐの正端子が最終的に接続されることになるノード）に結合される。試験装置７５は、このノードを適正な電圧まで付勢して（例えば、Ｖｂａｔ＝３．０Ｖ）ＩＰＧ１０に給電し、そのノードを通じた電流引き出しＩｂａｔを測定し、これは、ＩＰＧ１０によって引き出される全電流を含む。図示していないが、試験装置７５はまた、ＩＰＧ回路内のコネクタのような他のノードに恐らくは結合し、ＩＰＧ１０を正常に作動させるのに必要な信号を提供し、従って、Ｉｂａｔを実際的な使用条件下で決定することを可能にする。試験装置７５によって決定された時のＩｂａｔが異常に高い場合に（例えば、閾値Ｉｂａｔ’を超える）、試験中のＩＰＧ１０は、故障していると見なすことができ、従って、それ以上製造又は出荷されることはない。Ｉｂａｔの決定以外に、この段階でＩＰＧ１０の他の試験を実行することができることを当業者は認識するであろう。
【００１６】
しかし、ＩＰＧ回路が、そのバッテリ１４ｐに接続されてそのケース１２の内側に密封され、もはやアクセスできない状態では、電流の試験は、達成するのが困難である。それにも関わらず、本発明者は、ＩＰＧ回路の封入及び追加の構造（バッテリ１４ｐのような）の接続に関連付けられた製造段階は、見つけることが望ましい追加の欠陥を生じる可能性があるので、この段階でそのような電流を決定することが望ましいと考えている。
【００１７】
少なくとも無線再充電可能バッテリ１４ｒ（ここで「ｒ」は「再充電可能」を示す）を有するＩＰＧに対して（図１１Ａ〜１１Ｃを参照）、この段階でＩＰＧ電流引き出しを推測するためにＩＰＧ製造業者によって使用される方法は、バッテリ１４ｒを充電し、無線でその電圧（Ｖｂａｔ１）を外部デバイスに送信し、ある期間にわたって正常にＩＰＧ１０を作動させ（例えば、１週間「バーンイン」）、その後に無線でその電圧（Ｖｂａｔ２）を送信し、次に、前後のバッテリ電圧の差（ΔＶｂａｔ＝Ｖｂａｔ１−Ｖｂａｔ２）を決定することである。得られるΔＶｂａｔは、次に、閾値（Ｖｂａｔ（ｔｈ））と比較することができ、ΔＶｂａｔ＞ΔＶｂａｔ（ｔｈ）である場合に、製造業者は、ＩＰＧ１０がバッテリ１４ｒから過度に多くの電流を引き出しており、ＩＰＧは、少なくともこの視点から許容できないと結論を下すことができる。
【００１８】
しかし、この手法は、いくつかの理由のために１次バッテリＩＰＧの試験に適用する時に問題になる。第１に、及び図３Ｂに示すように、１次バッテリの放電曲線（一定電流引き出しを仮定した時間の関数としてのＶｂａｔ）は非線形である。それは、Ｖｂａｔがその使用の早期に比較的急速に下がる低下部分７６を含み、その後にバッテリの少なくとも「使用寿命終了（ＥＯＬ）」に達するまで（すなわち、その時点でバッテリ１４ｐがもはやＩＰＧの回路を作動させることができない電圧Ｖｂａｔ＿ＥＯＬ）Ｖｂａｔがゆっくり下がる比較的平坦な部分７８に入る。新しいものを購入した時の１次バッテリ１４ｐは、それらがこの放電曲線上のどこで現在作動しているように見えるかに関して一貫していないことを経験が教示している。一部の新しいバッテリは、それらの低下部分７６の最初にあるように見え、従って、使用すると急速に下がるが、他のものは、少なくともある程度は低下部分７６を越えており、すなわち、平坦な部分７８に近づくか又はそこにあるように見える。すなわち、同じバーンイン時間に対して、たとえ試験されている１次バッテリＩＰＧが実際に同じ量の電流Ｉｂａｔを引き出しているとしても、ΔＶｂａｔに対する異なる値を生じる可能性があると考えられる。換言すると、ΔＶｂａｔは、１次バッテリ１４ｐに対する電流引き出しの良好な予測因子ではない。
【００１９】
第２に、１次バッテリ１４ｐに対するＶｂａｔは、たとえ１次バッテリ１４ｐが依然としてその低下部分７６内にあるとしても再充電可能バッテリ１４ｒと比べてゆっくり下がることになる。その結果、１次バッテリＩＰＧに対する意味のあるバーンイン時間は、ΔＶｂａｔの有意差を見るために数か月のような１週間よりも実質的に長いことが必要であると考えられ、これは製造業者にとって非実用的である。更に、数か月のバーンインは、１次バッテリ１４ｐをある程度までは恒久的に消耗させ、結局、同等量だけＩＰＧ１０の有用寿命を短縮することになる。（再充電可能バッテリＩＰＧ１０に対しては、比較的短いバーンイン期間の後に、適切に小さいΔＶｂａｔを示す許容可能なＩＰＧ１０は、ＩＰＧ１０を出荷する前にそのバッテリ１４ｒを再充電することができるので、これは問題ではないことに注意されたい。）
【００２０】
本発明者は、１次バッテリＩＰＧ１０の製造が完了した後に電流引き出しを測定する方法を考案し、１つの方法を図３Ｃに示している（これは、革新的であると考えられ、従来技術として認められるものではない）。この例では、電流測定回路５５は、バッテリ１４ｐとＩＰＧ回路の残りの部分との間にＩｂａｔと一線上に置かれた測定レジスタ（測定抵抗器）Ｒｍを含む。Ｒｍは、バッテリ電力（例えば、Ｉｂａｔ2＊Ｒｍ）を浪費にしないように小さいことが好ましいと考えられ（例えば、１オーム）、かつヒューズのような経路に既存の構成要素を含むことができる。ＩｂａｔがＲｍを通過すると、電圧Ｖｍ（Ｉｂａｔ＊Ｒｍ）がＲｍにわたって蓄積し、これは、差動増幅器７３で測定することができる。この測定電圧Ｖｍは、測定回路７４（図２）の一部を構成して通常はＩＰＧ１０に存在して他の理由のために使用されるアナログ・ツー・デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ７４でデジタル化することができる。その後に、マイクロコントローラ５８は、Ｖｍ（又はＶｍをＲｍの既知の値で割り算することによるＩｂａｔ）を製造業者の精査のためにテレメトリ回路７２を使用して外部デバイスに無線で送信することができる。
【００２１】
従って、製造業者は、図３Ｃの電流測定回路５５を使用してＩＰＧ製造が完了した後でもＩｂａｔを評価することができ、従って、Ｉｂａｔが欠陥を示すほど十分に高いか否か、従ってＩＰＧを出荷すべきでないと決定することができる。有利なことに、この測定は、少なくとも部分的に１次バッテリ１４ｐを消耗すると考えられる長く続くバーンイン期間の必要なく行われる。
【００２２】
しかし、図３Ｃの電流測定回路５５は、確かに妥当であるが、それは、全てのＩＰＧ設計において実施するには必ずしも実際的ではない。これは、一部には、ＩＰＧ１０の通常作動中のＩｂａｔの変化する性質によるものである。図３Ｄに示すように、Ｉｂａｔは、一般的に一定ではなく、高電流引き出しスパイク（Ｉｔｅｌｅｍ）を含む。実際に、図３Ｄの対数ｙ軸スケールが明確にするように、それらの電流スパイクは、それらの間のベースライン電流（Ｉｂ）よりも１０００倍大きい可能性がある。
【００２３】
これらの電流スパイクは、ＩＰＧ１０と外部デバイスの間に使用する通信方式によって生じ、これは米国特許第７，７２５，１９４号明細書及び米国特許第８，１３１，３７７号明細書に考察されており、それを簡単に説明する。ＩＰＧ１０は、外部デバイスと無線で通信するように設計されているが、ＩＰＧ１０に外部デバイスがそれといつ通信しようと試みるかを決定させるために絶えず電力をＩＰＧのテレメトリ回路７２に提供するのは実用的ではない。ＩＰＧのテレメトリ回路７２内の受信機回路は、これを可能にするために過多の電力を引き出す。代わりに、ＩＰＧ１０は、定期的に出される（例えば、Ｔｐ＝０．５秒）短い持続時間（例えば、Ｔｄ＝２０ミリ秒）のリスニングウインドウ中にのみその受信機回路を給電する。少なくともＴｐの持続時間、好ましくは、より長い持続時間にわたってウェイクアップ信号を連続的に一斉送信し、ＩＰＧ１０がそのリスニングウインドウのうちの少なくとも１つの間にそのようなウェイクアップ信号を感知することができることを保証することは、ＩＰＧ１０と通信することを希望する外部デバイスに対して義務である。ＩＰＧ１０がそのようにウェイクアップ信号を感知した場合に、それは、次に、通信セッション中に外部デバイスと通信する必要がある限りその受信機回路（及び同じく恐らくはＩＰＧ１０がデータを送信する必要がある場合にその送信回路）を給電することができ、その後に、それは、リスニングウインドウを定期的に出すことに再度戻ることができる。
【００２４】
すなわち、図３ＤのＩｂａｔは、テレメトリ回路７２が電源電圧Ｖａから電流Ｉｔｅｌｅｍを引き出すので、これらのリスニングウインドウ期間（Ｔｄ）中は高い。これに比較すると、これらのウインドウ間で引き出されるベースライン電流Ｉｂは、ＩＰＧが、それ以外に患者に治療を提供するなどのその通常作動中に様々なアナログ５２、デジタル５４、及びメモリ６０回路から電流を引き出している時には、比較的小さい。
【００２５】
図３Ｃの電流測定回路５５は、理論的にＩｂａｔを決定することを可能にするが、Ｉｂａｔは、実際にはＩＰＧ１０においてそれほど容易には決定されない。第１に、差動増幅器７３は、Ｉｂａｔが変化する何桁にもわたって小さい電圧を正確に分解することができる大きいダイナミックレンジを有するべきである。例えば、典型的なＩｂａｔ電流（ＩｂからＩｔｅｌｅｍまで）に対してかつＲｍ＝１オームの測定レジスタを仮定して、Ｖｍは、電圧を測定することが困難である数マイクロボルトから数ミリボルトの範囲に及ぶことになる。
【００２６】
第２に、Ａ／Ｄ７４は、Ｖｍを通じてＩｂａｔを意味があるように解釈するのに十分に適していない場合がある。Ａ／Ｄ７４は、ＩＰＧ作動中に様々な電圧を測定するためにＩＰＧ１０に典型的に存在するが、Ａ／Ｄ７４は、Ｉｂａｔを分解するのに必要な速度で測定電圧をサンプリングするように構成されていない場合がある。これに関して、Ｉｂａｔは、リスニングウインドウよりも更に短い持続時間、例えば、マイクロ秒ほどの小さい持続時間の電流変動を有する可能性がある。Ａ／Ｄ７４が１マイクロ秒ほどの小さいＩｂａｔの電流変動を捕捉する必要があると仮定する場合に、それは、少なくとも０．５マイクロ秒毎にＩｂａｔをサンプリングしなければならない（公知のサンプリング規則に従って）。これは、毎秒２百万サンプル、すなわち、ＩＰＧ１０が格納することができない場合がある大量のデータになるであろう。この問題は、少なくとも少数の電流スパイクを拾い上げるほど十分に長い間Ｉｂａｔをサンプリングする必要性、及び従ってＩｂａｔを１秒よりも長くサンプリングする必要がある場合があることによって悪化する。
【００２７】
高いサンプリング速度はまた、ＩＰＧ１０における通常使用中にこの速度でデータをサンプリングする必要性が典型的になく、従ってそうすることができない場合があるＡ／Ｄ７４に負担を課すであろう。たとえ試験目的のためにＡ／Ｄ７４を許容可能な速度でＩｂａｔをサンプリングするように構成することができる場合でも、Ａ／Ｄ７４は、そのより速い作動により、Ａ／Ｄ７４が提供している大量のデータを取り扱おうと試みるＩＰＧ１０における他の回路がそうするように、有意な電流を引き出し始めるであろう。この測定中のＩＰＧ１０のそのような特殊な使用は、従って、Ｉｂａｔを増加させると考えられ、すなわち、Ｉｂａｔが通常ＩＰＧ作動を反映しないと考えられるので、その測定を歪めるであろう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２８】
【特許文献１】米国特許第６，５１６，２２７号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１３／０３３１９１０号明細書
【特許文献３】米国特許第７，８７２，８８４号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２００８／０３１９４９７号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２０１２／００９５５２９号明細書
【特許文献６】米国特許出願公開第２００７／０１００３９９号明細書
【特許文献７】米国特許出願公開第２０１３／０１８４７９４号明細書
【特許文献８】米国特許出願公開第２０１３／０００６３１５号明細書
【特許文献９】米国特許第７，４４４，１８１号明細書
【特許文献１０】米国特許出願公開第２０１０／０２１１１３２号明細書
【特許文献１１】米国特許出願公開第２０１３／０２８９６６５号明細書
【特許文献１２】米国特許出願公開第２０１３／０３１０８９７号明細書
【特許文献１３】米国特許第７，５３９，５３８号明細書
【特許文献１４】米国特許出願公開第２００９／００６９８６９号明細書
【特許文献１５】米国特許第８，０８１，９２５号明細書
【特許文献１６】米国特許第７，７２５，１９４号明細書
【特許文献１７】米国特許第８，１３１，３７７号明細書
【特許文献１８】米国特許出願公開第２０１３／００２３９４３号明細書
【非特許文献】
【００２９】
【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】
【発明が解決しようとする課題】
【００３０】
最後に、図３Ｃの電流測定回路５５は、電源電圧Ｖｂａｔから引き出されているＩｂａｔを測定することができるが、本発明者は、ＩＰＧ１０内の他の電源電圧から電流引き出しを決定することが望ましいと考えている。これは、それがＩＰＧ内のどの回路が過剰電流を引き出している可能性があるかを製造業者が理解することを可能にするので有益であると考えられる。例えば、電源電圧Ｖｕｐから引き出されている電流が異常に高い場合に、それは、この電源電圧から電流を引き出す調整器４４、４６、又は４８における問題を示唆する場合がある。そのような過剰電流は、最終的にＩｂａｔに寄与すると考えられ、従って、その測定において目立つ場合があるが、Ｉｂａｔは、電流漏れの発生源を明らかにすることはできないであろう。これに加えて、特定の電源電圧からの電流漏れは比較的小さく、従って、そのような漏れがその電源電圧によって給電される回路にとって依然として有意であり、その回路が少なくとも故障する危険性がある場合であっても、Ｉｂａｔ内で分解不能である。すなわち、本発明者は、図３Ｃの電流測定回路５５を電源電圧の全てに即して含めて、それらの電流引き出しを決定することはできると考えられるが、ここでもまた、より実用的な電流測定解決法が望ましいことを認識するものである。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
電源電圧と、キャパシタンスと並列の負荷回路と、負荷回路及びキャパシタンスにわたる負荷回路電圧とを含む埋込可能にすることができる医療デバイスを開示する。スイッチング回路が、電源電圧を負荷回路電圧に選択的に結合するために含まれる。電流測定回路が、スイッチング回路を開いて電源電圧から負荷回路電圧を切断し、従って、負荷回路が作動している間に負荷回路電圧が下がることを可能にすることによって負荷回路によって引き出される負荷電流を測定するために同じく含まれる。電流測定回路は、負荷回路電圧が下がる間に負荷回路電圧の差を決定することができ、負荷回路電圧の差は、負荷電流を示している。電流測定回路は、これに代えて、負荷回路電圧が下がる速度を決定することができ、速度は、負荷電流を示している。
【００３２】
医療デバイスは、１次バッテリとすることができる電源電圧を提供するためのバッテリを更に含むことができる。医療デバイスはまた、別の電源電圧から電源電圧を生成するための調整器回路を更に含むことができる。医療デバイスは、別の電源電圧から電源電圧を生成するためのステップアップ回路を更に含むことができ、ステップアップ回路は、ブーストコンバータ又は電荷ポンプを含むことができる。医療デバイスは、測定された負荷電流の少なくとも１つの表現を外部デバイスに無線で送信するためのテレメトリ回路を更に含むことができる。
【００３３】
電流測定回路は、更に、負荷電流を測定した後にスイッチング回路を閉じて負荷回路電圧を電源電圧に接続することができる。電流測定回路はまた、ある期間にわたってスイッチング回路を開くことができ、その後に、電流測定回路は、スイッチング回路を閉じて負荷回路電圧を電源電圧に接続するように構成され、この期間は、この期間中にキャパシタンス上に貯蔵された電荷から電力を引き出すことによって負荷回路を作動させるものである。
【００３４】
電流測定回路は、負荷回路電圧が下がっている間に負荷回路電圧を少なくとも一度測定することによって負荷回路電圧の差を決定することができる。電流測定回路はまた、負荷回路電圧が下がっている間に負荷回路電圧を２度測定することによって負荷回路電圧の差を決定することができる。電流測定回路はまた、スイッチング回路を開く前に負荷回路電圧を測定することにより、かつ負荷回路電圧が下がっている間に負荷回路電圧を測定することにより、負荷回路電圧の差を決定することができる。電流測定回路は、更に、負荷回路電圧が下がる速度を決定することができ、その速度は、負荷電流を示しており、この速度は、スイッチング回路を開いて差を引き起こしている期間で負荷回路電圧の差を割り算して決定することができ、負荷電流は、この速度をキャパシタンスによって掛け算することによって決定される。
【００３５】
電流測定回路は、負荷回路電圧の差がそこから決定される少なくとも１つの負荷回路電圧を測定するように構成された電圧測定回路を含むことができる。医療デバイスは、電圧測定回路が少なくとも１つの負荷回路電圧を測定することを可能にするマイクロコントローラを更に含むことができる。マイクロコントローラは、更に、スイッチング回路を開閉し、かつ電圧測定回路から少なくとも１つの測定負荷回路電圧を受け入れることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１Ａ】従来技術による１次バッテリを有する「埋込可能なパルス発生器（ＩＰＧ）」及び電極をＩＰＧに固定する方式を示す図である。
【図１Ｂ】従来技術による１次バッテリを有する「埋込可能なパルス発生器（ＩＰＧ）」及び電極をＩＰＧに固定する方式を示す図である。
【図２】従来技術による様々な電源電圧を含むＩＰＧのアーキテクチャを示す図である。
【図３Ａ】従来技術による製造業者にアクセス可能である間及びＩＰＧのバッテリの接続前のＩＰＧ回路によって引き出される電流の試験を示す図である。
【図３Ｂ】従来技術による１次バッテリに対する放電曲線を示す図である。
【図３Ｃ】バッテリ電源電圧から引き出される電流を測定するための電流測定回路の一例を示す図である。
【図３Ｄ】従来技術によるＩＰＧにおいてバッテリ電源電圧から引き出される電流の変動を示す図である。
【図４】本発明の実施形態によるバッテリ電源電圧から引き出される電流を測定するためのスイッチング回路を含む電流測定回路を有するＩＰＧのための改善されたアーキテクチャを示す図である。
【図５Ａ】本発明の実施形態によりスイッチング回路を開閉する時に電圧を測定することを含み、その電圧差が電流引き出しに対応する本発明の実施形態による電流測定回路の作動を示す図である。
【図５Ｂ】本発明の実施形態によりスイッチング回路を開閉する時に電圧を測定することを含み、その電圧差が電流引き出しに対応する本発明の実施形態による電流測定回路の作動を示す図である。
【図６Ａ】本発明の実施形態によりバッテリ電源電圧から引き出される電流が過剰であることを電流測定回路が決定する例を示す図である。
【図６Ｂ】本発明の実施形態によりバッテリ電源電圧から引き出される電流が過剰であることを電流測定回路が決定する例を示す図である。
【図６Ｃ】本発明の実施形態によりバッテリ電源電圧から引き出される電流が過剰であることを電流測定回路が決定する例を示す図である。
【図７】本発明の実施形態による電圧測定のための異なるタイミングを示す図である。
【図８】本発明の実施形態によるスイッチング回路の更なる詳細を示す図である。
【図９Ａ】本発明の実施形態によりバッテリ電源電圧から引き出される電流とコンプライアンス電源電圧から引き出される電流の同時測定を示す図である。
【図９Ｂ】本発明の実施形態によりバッテリ電源電圧から引き出される電流とコンプライアンス電源電圧から引き出される電流の同時測定を示す図である。
【図９Ｃ】本発明の実施形態によりスイッチング回路を使用せずに代わりに電源電圧を発生する回路の無効化に依存する電流測定回路の使用を示す図である。
【図１０Ａ】本発明の実施形態によりＩＰＧにおいて複数の電源電圧から引き出される複数の電流を測定するためにいくつかのスイッチング回路を含める電流測定回路の修正を示す図である。
【図１０Ｂ】本発明の実施形態によりＩＰＧにおいて複数の電源電圧から引き出される複数の電流を測定するためにいくつかのスイッチング回路を含める電流測定回路の修正を示す図である。
【図１０Ｃ】本発明の実施形態によりＩＰＧにおいて複数の電源電圧から引き出される複数の電流を測定するためにいくつかのスイッチング回路を含める電流測定回路の修正を示す図である。
【図１０Ｄ】本発明の実施形態によりＩＰＧにおいて複数の電源電圧から引き出される複数の電流を測定するためにいくつかのスイッチング回路を含める電流測定回路の修正を示す図である。
【図１１Ａ】本発明の実施形態により再充電可能バッテリを備えたＩＰＧへの開示された電流測定回路の適用を示す図である。
【図１１Ｂ】本発明の実施形態により再充電可能バッテリを備えたＩＰＧへの開示された電流測定回路の適用を示す図である。
【図１１Ｃ】本発明の実施形態により再充電可能バッテリを備えたＩＰＧへの開示された電流測定回路の適用を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
バッテリを含む様々な電源電圧から引き出される電流のようなＩＰＧ内の１又は２以上の電流を測定するための電流測定回路を有する「埋込可能なパルス発生器（ＩＰＧ）」のような埋込可能な医療デバイス（ＩＭＤ）を開示する。電流測定回路は、ＩＰＧが、典型的にＩＰＧに存在する構成要素を使用して正常に作動している間に、そのような電流を測定することを可能にし、そのような電流測定は、そのような構成要素に過大な負担をかけず又は測定されている電流を歪めないような方式で行われる。更に、そのような電流測定は、ＩＰＧの回路がもはやアクセス可能でないＩＰＧ製造後に行われ、かつ精査するためにＩＰＧから外部デバイスにテレメトリすることができる。
【００３８】
電流測定回路は、測定されている電流に沿って配置されたスイッチング回路を含み、スイッチング回路は、少なくとも部分的にＩＰＧの中に既に存在して電流測定以外の目的のために使用される場合がある。電流を測定したい時には、スイッチング回路は、電源電圧によって給電されその電源電圧から電流を引き出す回路から電源電圧を切断するため、ある期間にわたって一時的に開かれる。そのような切断はまた、電源電圧を発生する回路を無効にすることを含むことができる。意図的に追加することができ、かつ既知の値のものである回路と並列のキャパシタンスは、スイッチング回路を閉じると電源電圧によって充電され、このキャパシタンスにわたる電圧は、好ましくは、スイッチング回路を開く前に測定される。スイッチング回路を開いた後に、回路は、充電されたキャパシタンスから電力を引き出し、従って、正常に作動する。キャパシタンス上の電圧は、回路によって引き出されている電流のその値及び量に従って下がることになる。もはや回路を給電し続けることができない点までこの電圧が下がる前に、コンデンサの電圧を再度測定し、スイッチング回路は期間の終わりに閉じて回路を電力回路に再接続し、回路は正常に作動し続ける。
【００３９】
電源電圧によって引き出される平均電流は、次に、測定された電圧の差、既知のキャパシタンス、及び測定間の期間を使用して決定することができる。より具体的には、平均電流は、測定された電圧の差をスイッチング回路が開いている間の測定間の期間で割り算することによって決定することができる測定電圧の低下速度にキャパシタンスを掛け算したものを含む。この測定された電流が、測定電圧の差によって単に表される場合に、この差は、差閾値と比べられ、電流が高すぎること、及び恐らくはＩＰＧにおける欠陥を示唆するか否かを決定することができる。
【００４０】
上述のＩＰＧ１０のようなＩＰＧのための改善されたアーキテクチャ１００は、図４に示されており、１次バッテリ１４ｐとＩＰＧの回路の残りの部分との間にスイッチング回路１０２を含む。それ以外は、ＩＰＧ１０における回路は、上述のものと変わりなく、従って、ここでは繰り返さない。
【００４１】
スイッチング回路１０２は、図５Ａに示す電流測定回路１０５によって制御され、ＩＰＧ回路からバッテリ１４ｐを一時的に切断することによってバッテリ１４ｐから引き出されている電流Ｉｂａｔを決定する。電流測定回路１０５において使用する構成要素は、アナログ回路５２及びデジタル回路５４回路の両方に含まれており、典型的には、既にＩＰＧに存在して他の目的に使用されている。
【００４２】
ＩＰＧ回路は、キャパシタンスＣｂａｔと並列の電圧Ｖｂａｔ’によって給電される可変電流負荷Ｉｂａｔとして図５Ａにモデル化されることに注意されたい。Ｖｂａｔ’は、スイッチング回路１０２を閉じる時にバッテリ１４ｐによって供給されるようなＶｂａｔを含むが、スイッチング回路１０２を開く時にＶｂａｔから切断される。Ｃｂａｔは、少なくとも部分的には、ブーストコンバータ７０、ＤＣ−ＤＣコンバータ６２、及びＶｂａｔノードを接続するタンク回路６８の入力キャパシタンスのような固有キャパシタンスを含む。しかし、実際には、Ｃｂａｔへの寄与の大部分は、ＩＰＧ回路にわたって意図的に追加された１又は２以上の減結合コンデンサに由来する。そのような減結合コンデンサの追加は、Ｖｂａｔを濾過して安定化するように作用することを当業者は認めるであろう。図５ＡのＣｂａｔは、一例では５６μＦとすることができる。
【００４３】
このキャパシタンスＣｂａｔを使用して、ＩＰＧ回路の通常作動を妨害することなくＩｂａｔを測定する。これは、以下の通りに行われ、すなわち、スイッチング回路１０２は、マイクロコントローラ５８から出された制御信号Ｓｂａｔ＝０を使用して最初に閉じられて、Ｖｂａｔ及びＶｂａｔ’は接続され、Ｃｂａｔは相応に充電され、かつＩＰＧは正常に作動される。次に、スイッチング回路１０２は、短期間（Ｔｂａｔ）にわたって開かれ（Ｓｂａｔ＝１）、従って、バッテリ１４ｐをＩＰＧ回路から切断し、すなわち、Ｖｂａｔ’をＶｂａｔから切断する。後でより詳細に説明するように、信号ＥＮｂａｔによって測定が有効にされ、この時点又はその付近でＡ／Ｄ７４を使用してＶｂａｔ’（Ｖｂａｔ’１）が測定される。スイッチング回路１０２を開いても、ＩＰＧ回路は、依然としてＣｂａｔに蓄積された電荷を使用してある期間にわたって正常に作動させることができる。従って、ＩＰＧ回路は、その電力を得るためにこの蓄積された電荷を引き出すことによって作動し続け、これは、Ｖｂａｔ’を低下させる。Ｖｂａｔ’が極端に下がる前に、すなわち、ＣｂａｔがＩＰＧ回路を給電し続けることができなくなる前に、Ｖｂａｔ’（Ｖｂａｔ’２）が再度測定される。次に、スイッチング回路１０２は閉じられ（Ｔｂａｔの終わりにＳｂａｔ＝０）、従って、Ｖｂａｔ’をＶｂａｔに再調整し、従って、ＩＰＧ回路がその通常作動を続けることを可能にする。
【００４４】
Ｖｂａｔ’１とＶｂａｔ’２の間の差ΔＶｂａｔ’は、期間Ｔｂａｔ中にＩＰＧ回路によって引き出される平均電流Ｉｂａｔ（ａｖｇ）：
Ｉｂａｔ（ａｖｇ）＝Ｃｂａｔ＊ΔＶｂａｔ’／Ｔｂａｔ
に相関し、ここで、Ｔｂａｔ及びＣｂａｔは既知であり、かつΔＶｂａｔ’は測定される。言い換えれば、平均電流Ｉｂａｔ（ａｖｇ）は、Ｖｂａｔ’の低下速度にキャパシタンスＣｂａｔを掛け算したものからなり、この速度は、測定電圧の差ΔＶｂａｔ’をスイッチング回路が開かれている間の測定間の期間ΔＴ＝Ｔｂａｔで割り算することによってマイクロコントローラ５８において決定することができる。
【００４５】
Ｉｂａｔ（ａｖｇ）は、このようにして計算することができるが、特に製造業者に対してより情報に富んだものにするには、測定電流を単にΔＶｂａｔ’として表すか、又はその構成値Ｖｂａｔ’１及びＶｂａｔ’２により、又はＶｂａｔ’の低下速度（ΔＶｂａｔ’／Ｔｂａｔ）によって表すことができ、これら全ては、Ｉｂａｔ（ａｖｇ）を示している。電流を表す方法に関係なく、その表現は、次に、製造業者が精査するために外部デバイスにテレメトリすることができる。外部デバイスは、Ｖｂａｔ’１及びＶｂａｔ’２を引き算してΔＶｂａｔ’を決定することにより、又は既知の値Ｃｂａｔ及びＴｂａｔを計算に入れてＩｂａｔ（ａｖｇ）を決定することによるなどで、必要に応じてテレメトリされた表現を処理することができる。ΔＶｂａｔ’又はＩｂａｔ（ａｖｇ）が、製造業者によって決定された品質閾値Ｖｂａｔ（ｔｈ）又はＩｂａｔ（ｔｈ）を超える場合に、ＩＰＧ１０は、故障として指定することができる。閾値Ｖｂａｔ（ｔｈ）は、以下の例で考察かつ使用される。
【００４６】
この電流測定の更なる詳細は、図５Ｂに示されている。この例では、スイッチング回路１０２を開いている期間Ｔｂａｔは、１．５秒に等しく、スイッチは、ｔ＝０（Ｓｂａｔ＝１）で開かれている。信号Ｓｂａｔによって確立されるようなＴｂａｔは、Ｃｂａｔ及び予想平均電流引き出しＩｂａｔ（ａｖｇ）の値に照らして選択されてΔＶｂａｔ’を提供し、これは、有意ではあるが、特に、Ｖｂａｔ’がその最も低いところにあると考えられるＴｂａｔの終わりではＩＰＧ回路作動を妨げるほど大きくないことに注意されたい。Ｔｂａｔはまた、好ましくは、上述のリスニングウインドウから生じるテレメトリベースの電流スパイクのようなＩｂａｔにおける偏差を拾い上げるほど十分に長い。例えば、Ｔｂａｔ＝１．５秒である場合に、３つの電流スパイクが包含されることになり（Ｔｐ＝０．５ｓである場合）、従って、それらの３つのスパイク中に受ける電流は、この期間中にＩＰＧ１０によって引き出されるＩｂａｔ（ａｖｇ）に含まれることになる。
【００４７】
図５Ｂに示すように、Ａ／Ｄ７４は、スイッチング回路１０２がｔ＝０で開かれる直前にＶｂａｔ’１を測定するようにＥＮｂａｔを通じて有効にされる。図５Ｂの時間スケールで示すのは困難であるが、ＥＮｂａｔは、Ａ／Ｄ７４を短期間、妥当な数のサンプルを平均化することによってＶｂａｔ’１を正確に決定する有意な時間（例えば、５ミリ秒）にわたってのみ有効にする。
【００４８】
次に、スイッチング回路１０２はｔ＝０で開かれ、ＩＰＧ回路は作動し続け、かつＶｂａｔ’は低下し始める。ＩＰＧ１０がテレメトリウインドウ（Ｔｄ）の外側で作動し、従って、そのベースライン電流Ｉｂａｔ＝Ｉｂのみを引き出す時に、Ｖｂａｔ’は比較的ゆっくり低下する。ＩＰＧ１０がリスニングウインドウを発する時、Ｉｂａｔ＝Ｉｔｅｌｅｍであって有意により高くなり、従って、Ｖｂａｔ’は、より急速に下がる。
【００４９】
スイッチング回路１０２をｔ＝１．５で閉じる前に、Ｖｂａｔ’２は、ＥＮｂａｔを通じて有効にされた時にＡ／Ｄ７４によって測定される。次に、スイッチング回路１０２は閉じられ、Ｖｂａｔ’は、Ｃｂａｔが充電されるとＶｂａｔに戻り、正常なＩＰＧ作動が続けられる。次に、ΔＶｂａｔ’又はＩｂａｔ（ａｖｇ）が、ＩＰＧ１０で又は外部デバイスのいずれかで決定され、品質閾値と比較することができる。例えば、ΔＶｂａｔ’の閾値は、図５Ｂに示すようにＶｂａｔ（ｔｈ）＝１．３Ｖとすることができる。測定されたΔＶｂａｔ’は、図５ＢではＶｂａｔ（ｔｈ）よりも小さいので、試験されているＩＰＧ１０は容認可能と見なされる。この測定中におけるＩｂａｔの積分から生じる平均電流は、例えば、Ｉｂａｔ（ａｖｇ）＝約２５μＡとすることができる。
【００５０】
図５Ａの電流測定回路１０５のいくつかの恩典は、特に上述の図３Ｃの電流測定回路５５と比較すると明らかである。第１に、測定レジスタＲｍ又は高ダイナミックレンジの差動増幅器７３（図３Ｃ）の必要はない。Ａ／Ｄ７４は、図５Ａの電流測定回路１０５において使用されるが、図３Ｃにおいて行われるように測定中に連続的に使用する必要はない。これに代えて、Ａ／Ｄ７４のみを使用して時間内に２つの点でＶｂａｔ’を測定し、Ｖｂａｔ’は、それらの測定の短期間にわたって有意に変化しないので、そのような測定は、急速にかつＩＰＧ１０内で他の電圧をサンプリングするのにＡ／Ｄ７４によって通常使用される速度で行うことができる。従って、Ｉｂａｔの測定は、ＩＰＧ１０によって容易に取り扱われる少量のデータのみを必要とする。Ｉｂａｔにおけるどのような摂動も、たとえ非常に小さい持続時間（例えば、１マイクロ秒又はそれ未満）のものであっても、Ｔｂａｔ中に起こるＩｂａｔのいかなる偏差も必ずＣｂａｔから電荷を引き出して、従ってΔＶｂａｔ’を増加させ、測定において捕捉されることになるので見過ごされる危険はない。最後に、ＩＰＧ回路からのバッテリ１４ｐの切断にもかかわらず、Ｉｂａｔの測定は、正常なＩＰＧ作動を妨げることがなく、かつＩＰＧに過大な負担をかけずにＩｂａｔ測定を歪めないように行われる。
【００５１】
図６Ａ〜図６Ｃは、Ｉｂａｔ及び従ってＩｂａｔ（ａｖｇ）をＩＰＧ１０内で高くする異なる漏れ電流を示し、漏れ電流は、電流測定回路１０５によって捕捉される。図６Ａでは、ベースライン電流Ｉｂは高すぎて、従って、Ｖｂａｔ’は、リスニングウインドウ（Ｔｄ）間で下がるのが急速過ぎる。しかし、テレメトリ電流Ｉｔｅｌｅｍは、リスニングウインドウ中に正常であり、Ｖｂａｔ’は、それらの期間中に予想された速度で下がる。それにも関わらず、得られるΔＶｂａｔ’は、過剰なベースライン電流のために許容可能な閾値Ｖｂａｔ（ｔｈ）よりも大きい。図６Ｂでは、テレメトリ電流Ｉｔｅｌｅｍは高すぎて、恐らくはテレメトリ回路７２における電流漏れを示唆し、従って、Ｖｂａｔ’は、リスニングウインドウ（Ｔｄ）中に過度に急速に下がり、ベースライン電流Ｉｂは正常である。ここでもまた、最終結果は、閾値Ｖｂａｔ（ｔｈ）と比較して高すぎるΔＶｂａｔ’である。図６Ｃでは、テレメトリ及びベースライン電流はほぼ正常であるが、矢印に示すように、恐らくは回路における何らかの効果によりＩｂａｔにある一定の摂動が存在する。これらの摂動は、Ｖｂａｔ’の予想外の降下を引き起こし、ここでもまた、許容不能であるΔＶｂａｔ’をもたらす。
【００５２】
スイッチング回路１０２のステータスを変化させる直前に（すなわち、ｔ＝０で開く前及びｔ＝１．５で閉じる前に）Ｖｂａｔ’を測定することが好ましいが、これは厳密には必要であるとは限らず、ΔＶｂａｔ’を比較するのに使用する電圧は、他の時間に測定することができる。例えば、Ｖｂａｔ’１は、スイッチング回路１０２がｔ＝０で開かれる実質的に前にＥＮｂａｔを通じて測定することができる。実際に、Ｖｂａｔが、ＩＰＧ１０の通常作動中（スイッチング回路１０２を閉じている時）に当然のことながら定期的に決定される場合に、電流測定回路１０５による異なるＶｂａｔ’１測定は、Ｖｂａｔの最新の値をＶｂａｔ’１の代わりに使用することができるので必ずしも必要でない場合がある。
【００５３】
これに加えて、Ｖｂａｔ’１が、合理的に既知である場合に、全く測定する必要がない場合がある。例えば、試験中の新しいＩＰＧは、一部の環境ではＶｂａｔの信頼できる初期値を有する場合があり、従って、そのような値は、ΔＶｂａｔ’を決定する時にＶｂａｔ’１に対して簡単に使用することができる。換言すると、Ｖｂａｔ’２のみを測定してＶｂａｔ’１の既知の値（すなわち、Ｖｂａｔ）から引き算してΔＶｂａｔ’を決定し、従って、Ｖｂａｔ’及びＩｂａｔ（ａｖｇ）の低下速度（ΔＶｂａｔ’／ΔＴ）を決定することを可能にする。要するに、一部の実施において、Ｖｂａｔ’が下がる間及びスイッチング回路１０２が開いている間に測定回路１０２が一度Ｖｂａｔ’を測定する必要があるに過ぎない。
【００５４】
Ｖｂａｔ’１はまた、図７に示すように、スイッチング回路１０２がｔ＝０で開かれたかなり後に行うことができる。ここで、Ｖｂａｔ’１は、スイッチング回路１０２がｔ＝０で開かれてＶｂａｔ’が下がり始めた後にｔ＝０．２５で測定される。同様に、Ｖｂａｔ’２は、スイッチング回路１０２がｔ＝１．５で閉じられるかなり前にｔ＝１．２５で測定される。この事例におけるΔＶｂａｔ’は、２つの測定間の異なるより小さい期間ΔＴ（１．２５−０．２５＝１．０秒）を使用してＩｂａｔに相関し、すなわち、
Ｉｂａｔ（ａｖｇ）＝ΔＶｂａｔ’*Ｃｂａｔ／ΔＴ
より小さい品質閾値Ｖｂａｔ（ｔｈ）（例えば、１Ｖ）が、この事例において２つの測定間のより小さい期間ΔＴを考慮するために使用されるであろう。
【００５５】
Ｖｂａｔ’が下がる速度を決定するための関連の期間ΔＴ、すなわち、負荷電流Ｉｂａｔ（ａｖｇ）に比例するものは、スイッチング回路１０２を開いている間のみの測定間の期間を含むことを覚えておくべきである。これは、両測定Ｖｂａｔ’１及びＶｂａｔ’２が、スイッチを開いている間に行われ、従って、ΔＴが、単にそれらの測定値の間の差を含むので図７では問題ではない。しかし、Ｖｂａｔ’１は、遙かに以前に、例えば、ｔ＝−１０ｓで、恐らくＶｂａｔのＩＰＧのルーチンモニタリング中に測定され、スイッチング回路１０２を開く前のそのような時間はΔＴには含まれていない。例えば、このシナリオでは、スイッチング回路１０２は、ｔ＝０で開かれ、Ｖｂａｔ’２は、１．２５ｓで測定され、Ｖｂａｔ’の低下速度を反映する関連の期間は、ΔＴ＝１．２５ｓであり、１１．２５ｓではない。要するに、関連の期間ΔＴは、Ｖｂａｔ’測定が行われる時間によって定義される必要はない。
【００５６】
図８は、スイッチング回路１０２の一例の更なる詳細を示している。最終的に、バッテリ（Ｖｂａｔ）及びＩＰＧ回路（Ｖｂａｔ’）は、この例ではＰ−チャネルトランジスタ１０６によって接続されるか又は切断される。トランジスタ１０６は、Ａｎａｌｏｇ  Ｄｅｖｉｃｅｓ，Ｉｎｃ．，によって製造された部品番号ＡＤＰ１９０／ＡＤＰ１９１のようなハイサイド電源スイッチ１０７内に構成要素を含むことができ、これは、それに加えて、インバータ１０１、レベルシフター１０３、及びダイオード１０９を含む。それらの部品の使用は、それらが抵抗に対しては低く（約０．１オーム）、小さく、かつ電力をほとんど引き出さないので好ましい。１０７の外側に追加されるのは、Ｎ−チャネルトランジスタ１０４、並びにプルアップ及びプルダウンレジスタＲ１及びＲ２であり、これは好ましくは大きくて（例えば、１Ｍオーム）電力を保存する。それらの追加の構成要素は、ＩＰＧ１０を最初に給電する時でさえも、バッテリ１４ｐ（Ｖｂａｔ）がデフォルトによってＩＰＧ回路（Ｖｂａｔ’）に接続することを保証することが好ましい。この場合に、Ｒ２は、Ｓｂａｔを接地（Ｓｂａｔ＝０）まで引いてトランジスタ１０４がオフであることを保証し、Ｒ１は、インバータ１０１の入力を引いて高くし、これは、次に、（レベルシフター１０３により）トランジスタ１０６のゲートを引いて低くすることになり、従って、トランジスタ１０６を閉じてＶｂａｔ’をＶｂａｔに接続する。Ｓｂａｔをアサートして開示された測定（Ｓｂａｔ＝１）を行う時に、トランジスタ１０４はオンになり、インバータ１０１の入力まで接地を通過させ、プルアップレジスタＲ１を支配する。従って、インバータ１０１は、トランジスタ１０６のゲートを引いて高くし（レベルシフター１０３により）、従って、そのトランジスタを開いてＶｂａｔ’をＶｂａｔから切断する。しかし、図８のスイッチング回路１０２は、単に一例に過ぎず、より容易な回路を使用することができる。例えば、Ｓｂａｔは、インバータ１０１の入力に直接に提供することができ、又は１０６のような単一トランジスタのゲートに提供することができる。Ｓｂａｔは、電流測定中にスイッチング回路１０２を開くため活性が高いが、他の例では活性が低い場合がある。
【００５７】
上述のように、本発明者は、特定の電源（主電源Ｖｂａｔ以外の）からの電流引き出しを決定し、ＩＰＧ１０内でどの回路が過剰な電流を引き出している可能性があるかを絞り込む機能を望むものである。電流測定回路１０５は、そのような測定を行うために適用可能である。例えば、図９Ａに示すように、以前と同様の主電源電圧Ｖｂａｔからの電流引き出し（Ｉｂａｔ）の測定に加えて、電流測定回路１０５はまた、ＤＡＣ６４を給電して治療用パルスを発生するためのＶ＋電源電圧からの電流引き出し（Ｉ＋）、すなわち、ＤＣ−ＤＣコンバータ６２（図４）によって提供されるものを同時に決定するように構成されている。これに関して、電源電圧Ｖ＋’と並列にキャパシタンスＣ＋が現れ、これは、コンバータ６２の出力及びＤＡＣ６４の入力に固有のキャパシタンスを含むことができるが、恐らくは主としてＶ＋を濾過かつ安定化させるために追加された意図的キャパシタンスを含むと考えられることに注意されたい。
【００５８】
図示のように、Ａ／Ｄ７４は、入力としてＶｂａｔ’及びＶ＋’の両方を受け入れ、図９Ｂに詳細に示すように、有効化信号ＥＮｂａｔ及びＥＮ＋を使用してそれらの測定値を時分割する。この例では、ｔ＝０より前に、命令されたＤＣ−ＤＣコンバータ６２を有して１８ＶのＶ＋に対しての最大電圧を発生する。ＥＮ＋を活性化してＶ＋’１を測定し、その後にＶｂａｔ’１を測定するためにＥＮｂａｔの活性化が続く。次に、スイッチング回路１０２は、ｔ＝０で以前と同様に開かれる（Ｓｂａｔ＝１）。これに加えて、マイクロコントローラ５８は、コンバータ６２（Ｓ＋＝１）を無効にし、これは、Ｖ＋’がＣ＋及びそれから引き出される電流Ｉ＋に従って低下することを可能にする。図示のようなＶ＋’は、電流Ｉ＋が有意な変動を受けないはずなので滑らかに下がることになり、測定中に有意値に留まり、ＤＡＣ６４が継続的に電流パルスを生成することを可能にする。有効化信号ＥＮ＋及びＥＮｂａｔは、再度活性化されてＶ＋’２及びＶｂａｔ’２を期間Ｔｂａｔの終わりに向けて測定し、スイッチング回路１０２は、再度閉じ、コンバータ６２をｔ＝１．５で有効化する（Ｓｂａｔ＝Ｓ＋＝０）。次に、ΔＶｂａｔ’及びΔＶ＋’を計算し（ＩＰＧ又は外部デバイスのいずれかで）、Ｉｂａｔ（ａｖｇ）（上記で考察したように）及びＩ＋（ａｖｇ）を決定することができ、ここで、以下の通りである。
Ｉ＋（ａｖｇ）＝ΔＶ＋’＊Ｃ＋／Ｔｂａｔ
ΔＶｂａｔ’及びΔＶ＋’はまた、Ｉｂａｔ及びＩ＋が高すぎるか否かの品質決定を行うために閾値Ｖｂａｔ（ｔｈ）及びＶ＋（ｔｈ）と比較することができる。閾値Ｖ＋（ｔｈ）は、この例では０．５５Ｖに設定することができる。
【００５９】
図９Ａ及び図９Ｂは、Ｉｂａｔ及びＩ＋を同時に決定することの利便性を示すが、Ｉ＋はまた、スイッチング回路１０２においてＶｂａｔを切断することなく単独で決定しておくことができることに注意されたい。これに代えて、マイクロコントローラ５８は、単にＤＣ−ＤＣコンバータ６２を一時的に無効にすることができ（例えば、ｔ＝０から１．５までＳ＋＝１）、それが電源電圧Ｖ＋を更に発生するのを防止し、Ｖ＋’が下がってＩ＋測定を行うことを可能にする。
【００６０】
この例は、追加のスイッチング回路１０２の使用が、開示された技術により電流を測定し、電流引き出し負荷をその電源から隔離するのに必ずしも必要ないことを示している。図９Ｃに示すように、特定の電源（例えば、Ｖ＋）を生成する回路（ＤＣ−ＤＣコンバータ６２のような）を無効化することができる場合に、一時的期間にわたるそのような無効化は、スイッチング回路１０２の必要なく負荷（Ｖ＋’）をその電源から切断するように実質的に作動することができる。実際に、電源発生回路ブロックの無効化は、実際にスイッチを開くことを伴ってそのブロックをその電源から切断することができ、その場合に、この内蔵無効化スイッチは、事実上、開示されたスイッチング回路１０２のように使用される。
【００６１】
図９Ｃには示していないが、ＩＰＧ１０におけるブーストコンバータ７０も、マイクロコントローラ５８によって同様に有効化及び無効化することができ、従って、電源電圧Ｖｕｐから引き出される電流（すなわち、Ｉｕｐ）を期間ＴｕｐにわたってＶｕｐ’１及びＶｕｐ’２を通じて測定することを可能にする。別の例では、電源電圧Ｖｄから引き出されているＩｄを測定したい場合に、Ｖｄを生成する調整器４６又は調整器４８にＶｕｐを提供する上流のブーストコンバータ７０のいずれかを一時的に無効化する必要があると考えられる。しかし、それらの例では、上述のＶｂａｔと同じ期間（Ｔｂａｔ）にわたってそれらの電源電圧を必ず無効化することができると仮定することはできない。その理由は、各電源電圧に接続された負荷回路が、電流が引き出されていると仮定すると、電源における電圧がいかに急速に下がるかを決定することになるそれら自体のキャパシタンスを有することになるからである。
【００６２】
図１０Ａ〜図１０Ｃは、各電源電圧（Ｖｂａｔ、Ｖｕｐ、Ｖａ、Ｖｄ、Ｖｆ、Ｖ＋）にそれ自体のスイッチング回路（１０２ｂａｔ、１０２ｕｐ、１０２ａ、１０２ｄ、１０２ｆ、１０２＋）が設けられ、それらの供給源（それぞれＩｂａｔ、Ｉｕｐ、Ｉｄ、Ｉａ、Ｉｆ、Ｉ＋）の各々から引き出される電流の独立した又は同時の測定を可能にするように電流測定回路１０５がスケーリングされた網羅的解決法を提供している。これに加えて、それらの電源電圧の一部の分枝にはスイッチング回路１０２が設けられ、それらの分枝から引き出されたばかりの電流を評価する。例えば、図１０Ａに示すように、ＤＣ−ＤＣコンバータ６２への電源電圧、すなわち、Ｖｂａｔの分枝には、コンバータ６２の電流（Ｉｄｃ）を決定することを可能にするに過ぎないスイッチング回路１０２ｄｃが備えられる。同様に、調整器４８への電源電圧、すなわち、Ｖｕｐの分枝には、その調整器の電流（Ｉ４８）を決定することを可能にするに過ぎないスイッチング回路１０２＿４８が備えられる。その電流引き出しを知ることが望ましいＩＰＧ１０における他の電源電圧又はそれらの分枝、又は実際にはあらゆる電圧には、同様にそれら自体の専用スイッチング回路１０２を備えることができる。
【００６３】
図１０Ａに描かれたある一定のスイッチング回路１０２は、与えられたＩＰＧ１０に既に存在する場合があり、従って、そのような既存のスイッチは、マイクロコントローラ５８によって適正に制御され、かつ開示の技術に従って電流測定回路１０５に接続する必要があるのみであることに注意されたい。上述のように、ブーストコンバータ７０及びＤＣ−ＤＣコンバータ６２にこれが当て嵌まる場合がある。ＩＰＧ１０における他の回路は、同様に、同じく使用することができる適切なスイッチング回路を既に有する場合がある。要するに、複数の電源に対する開示された電流測定技術の実施は、関連の全ての電源へのスイッチング回路１０２の追加を必ずしも必要としない場合がある。それにも関わらず、描かれた例では、個別のスイッチング回路１０２を各電源に使用することは、簡潔性のために仮定されることになる。
【００６４】
図１０Ｂに示すように、ＩＰＧ内のマイクロコントローラ５８は、それぞれの制御信号Ｓｘを通じて様々なスイッチング回路１０２ｘを開いて関連の電源電圧Ｖｘからの電流引き出しの測定を可能にすべき期間Ｔｘがプログラムされる（１１０）。ここでもまた、そのような期間Ｔｘは、様々な電源に固有の又はその中に提供されたキャパシタンスＣｘによって決定されることになる。好ましくは、Ｔｘは、電源電圧Ｖｘから引き出された回路が継続的に作動し、かつそのような回路が許容可能な電力を受け取っていないために作動を停止することなくそのようにし続けることを可能にするように決定される。例えば、電源電圧ＶｄにおけるキャパシタンスＣｄが比較的大きい場合に、かつ予想電流引き出しＩｄが比較的小さい場合に、信号Ｓｄを使用してスイッチング回路１０２ｄを一時的に開くべき測定時間Ｔｄは、比較的大きくすることができる。必要に応じて、かつそれがＩＰＧ１０の作動を妨げないと考えられる場合に、Ｃｘを特定の負荷回路に対して変化させて電流Ｉｘの測定を容易にすることができる。例えば、電源電圧ＶｆにおけるキャパシタンスＣｆが比較的小さい場合に、かつ予想電流引き出しＩｄが比較的大きい場合に、キャパシタンスＣｆを意図的に増加させ、切断する時にＶｆが低下する速度を低減することができ、従って、Ｉｆが測定されている（Ｖｆ１、Ｖｆ２）期間Ｔｆを増加させる。
【００６５】
これに加えて、様々な電圧Ｖｘ’を測定すべき時を決定する有効化信号ＥＮｘは、マイクロコントローラ５８に格納された値Ｔｘに関連付けられるか又はそれに基づいて決定することができ、その結果、マイクロコントローラ５８は、測定有効化信号ＥＮｘを出して妥当な時間に制御信号Ｓｘを切り換えることを可能にする。例えば、マイクロコントローラ５８が、与えられた電源電圧に対するＴｘを知っている場合に、かつＳｘをアサートし、一時的に電源電圧Ｖｘを切断してその電流Ｉｘを測定する時に、それは、Ｓｘのアサーションの直前に（スイッチ１０２ｘを開く時に）Ａ／Ｄ７４がＶｘ’１を測定することを可能にし、再度Ｓｘをデアサーションする直前に（スイッチ１０２ｘを再度閉じる時に）Ｖｘ’２を測定する有効化信号ＥＮｘをアサートすることができる。しかし、上述したように、ΔＶｘ’及び従ってＩｘを決定するのに必要なＶｘ’１及びＶｘ’２の測定は、スイッチング回路１０２ｘの状態変化の直前に行う必要はなく、従って、マイクロコントローラ５８は、Ｔｘに従って異なる時間にＥＮｘをアサートすることができる（例えば、図７参照）。図１０Ｃは、各電源の電流測定に適切な特定の期間Ｔｘが与えられた状態で、様々なスイッチング回路１０２ｘを制御することができる異なるタイミングの例を示している。
【００６６】
図１０Ｂに示すように、どの電源電圧Ｖｘが有効化信号ＥＮｘに従って任意の所与の時間にＡ／Ｄ７４によって測定されるかを制御するために、マルチプレクサ１０８を使用することができ、マイクロコントローラ５８は、有効化信号ＥＮｘの発令を調停して一度に１つだけの電圧を測定することを保証することができる。マルチプレクサ１０８は、追加の入力をしてＡ／Ｄ７４にＩＰＧにおいて他の電圧を測定させることが十分に可能であること、及びサンプル及びホールド回路を使用してＡ／Ｄ７４に提示する前にそのような電圧を安定化させることができることに注意されたい。例えば、米国特許出願公開第２０１２／００９５５２９号明細書を参照されたい。
【００６７】
図１０Ａ〜図１０Ｃの電流測定回路１０５は、従って、あらゆる電源電圧Ｖｘにおける電流ＩｘをＩＰＧ１０の作動を妨げることなくいつでも測定することを可能にする。必要に応じてかつ図１０Ｂに示すように、マイクロコントローラ５８はまた、上述のように、閾値Ｖｘ（ｔｈ）を用いてプログラムされ（１１０）、様々な電流Ｉｘに関連して品質決定を行うことを可能にする。様々な電源Ｖｘでの様々な電流Ｉｘを決定する機能は、それがＩＰＧの回路のどこで電流漏れが起きていると考えられるかに関して通知することができるので、ここでもまた有益である。
【００６８】
製造業者が外部デバイスのユーザインタフェースから特定の測定のための指令を無線で送信することによるなどで、特定の電流Ｉｘの測定をオンデマンドで行うことができる。これに代えて、マイクロコントローラ５８は、電流Ｉｘのうちの１又は２以上を自動で測定するようにプログラムすることができ、この電流Ｉｘ（ΔＶｘ’）は、格納され、いかに電流Ｉｘが時間と共に変化しているかを理解するために後で製造業者に送信することができる。
【００６９】
これに加えて、開示する電流測定技術は、ＩＰＧ作動を妨げないので、そのような測定は、ＩＰＧ１０を患者に埋め込んだ後でさえも継続して行うことができる。従って、患者も、その患者の外部デバイスのグラフィカルユーザインタフェースを使用して、ある一定の電流Ｉｘを測定するように指令し、又はＩＰＧ１０によって自動で取られて格納された場合にそれらを精査することができる。
【００７０】
図１０Ｄは、患者又は製造業者のいずれかの利益のためのＩＰＧ１０における電流Ｉｘのうちの１又は２以上の自動モニタリングを示している。この例では、マイクロコントローラ５８は、１５秒かその付近毎などの定期的な間隔で１又は２以上の測定値を取って格納するようにプログラムされる（１１２）。図示のように、単一電流測定は、これらの間隔で行うことができ、かつ図示のように、個々の制御信号Ｓｘは、Ｉｂａｔ（ΔＶｂａｔ’）、Ｉｄ（ΔＶｄ’）、Ｉａ（ΔＶａ’）、Ｉｆ（ΔＶｆ’）、Ｉｕｐ（ΔＶｕｐ’）、Ｉ＋（ΔＶ＋’）、及び関連の２つの他の電流（Ｉｏｔｈ１、Ｉｏｔｈ２）を測定するために第１の８つの間隔中にアサートされる。後の方の間隔は、１よりも多い電流を同時に測定するが、制御信号Ｓｘは、各電源電圧Ｖｘに適切で異なる期間Ｔｘを前提として、異なる量の時間にわたってアサートされる場合があることを覚えておくべきである。最終間隔は、電流の全てを測定し、従って、全ての制御信号がアサートされる。そのような制御信号Ｓｘは、この事例では重なる場合があるが、マイクロコントローラ５８は、恐らくは、Ａ／Ｄ７４が一度に１つの電圧を測定することを保証するために、様々なスイッチ制御信号Ｓｘ及びそれに関連付けられた測定有効化信号ＥＮｘの発令を調停する必要があるであろう。（追加Ａ／Ｄ回路７４も、必要に応じて各電源測定に対して提供することができると考えられる。）要するに、各間隔で行った測定値は、電源電圧Ｖｘ又は関連の他の電圧での電流の１つ、一部、又は全てを含むことができる。これに代えて、様々な電流は、異なる間隔で測定することができると考えられ、関連性のより高い電流は、より高い頻度で測定される。
【００７１】
次に、測定された電流ΔＶｘ’（又は処理に応じてＶｘ’１及びＶｘ’２、又はＩｘ（ａｖｇ））は、それらの外部デバイスにおいて精査するために製造業者、臨床医、又は患者に後で送信するために格納される（１１２）。そのような格納された値には、好ましくは、タイムスタンプ（ｔｘ）も設けられ、必要に応じて時間の関数として電流を精査することを可能にする。図１０Ｄに示すように、測定値ΔＶｘ’は、電源の各々に対するタイムスタンプの各々で提供されるが、上述のように、全ての電源に対する全ての電流を全ての間隔で測定することができるとは限らない。
【００７２】
これに加えて、ＩＰＧ１０は、１よりも多いモードで作動させることができ、異なるモードは異なる方法で様々な電流に影響を与える。従って、マイクロコントローラ５８は、これに加えて測定時のモードに関する情報を格納し、時間と共にモードの関数としての電流の精査を考慮することができる。
【００７３】
この時点までの本発明の開示は、１次バッテリ１４ｐを有するＩＰＧ１０との電流測定技術の使用に着目してきた。しかし、本技術はそのように限定されるものではなく、図１１Ａに示すような再充電可能バッテリ１４ｒを有するＩＰＧ１０においても同じく使用することができる。再充電可能やバッテリ１４ｒは、異なる化学的性質を使用して形成することができるが、リチウムイオンポリマーバッテリは、埋込可能な医療デバイスにおいて使用するのに一般的であり、一例ではＶｂａｔ＿ｍａｘ＝約４．２ボルトのバッテリ電圧まで充電することができる。再充電可能バッテリ１４ｒのバッテリ電圧Ｖｂａｔは、それが使用されると下がることになり、適正なＩＰＧ作動を保証するために、好ましくは、Ｖｂａｔ＝約２．５ボルトで再充電される。
【００７４】
図示のように、図１１Ａの再充電可能バッテリＩＰＧ１０は、追加の充電コイル３７を含むが、他の例では、テレメトリコイル３６が充電コイルとしても機能することができる。公知のようにかつ米国特許出願公開第２０１３／００２３９４３号明細書から大部分は複製した図１１Ｃを参照すると、充電コイル３７は、手持ち式及び携帯式外部充電器（図示せず）のような外部デバイスにおいてコイルから磁気充電場を受け入れる。この磁気充電場は、充電コイル３７にＡＣ電流を誘導し、これは、ＤＣレベルに整流され（４５）、バッテリインタフェース回路４２を使用してバッテリ１４ｒを再充電するのに使用される。
【００７５】
バッテリインタフェース回路４２は、再充電可能バッテリ１４ｒが過充電して電圧を高くし過ぎないように保護し（過電圧条件、ＯＶ）、同じく必要に応じてバッテリ１４ｒを意図的に放電することができる（１４４）。バッテリインタフェース回路４２はまた、並列に結線されたトランジスタ１０２ａ及び１０２ｂを通じてＩＰＧ回路（Ｖｂａｔ’）の残りの部分からバッテリ１４ｒを切断することができる。スイッチ１０２ａ及び１０２ｂは、過度の電流Ｉｂａｔが引き出されている場合（過電流条件、ＯＩ）、バッテリ電圧Ｖｂａｔが低く下がり過ぎる場合（不足電圧条件、ＵＶ）、又は外部棒磁石によって与えられる磁場の検出時のような緊急時にＩＰＧを切り離す必要がある場合（μ）にＩＰＧ回路を切断するために、‘９４３公開においては制御可能である。バッテリインタフェース回路４２の作動に関する更なる詳細は、‘９４３公開に見出すことができ、その公開からの一部の要素番号は、図１１Ｃに使用されている。
【００７６】
再充電可能バッテリＩＰＧのアーキテクチャ１５０は、図１１Ｂに示されており、１次バッテリアーキテクチャ１００（図４）によって使用される多くの同じ回路及び電源を含む。従って、再充電可能バッテリアーキテクチャ１５０は、詳細には議論しない。しかし、図１１Ｂに示されているのは、図示のようにバッテリ１４ｒとバッテリインタフェース回路４２との間又はバッテリインタフェース回路４２とＩＰＧ回路の残りの部分との間のいずれかで発生する可能性がある電源電流（この場合Ｉｂａｔ）を測定するためのスイッチング回路１０２の具備である。他のスイッチング回路１０２も、上述のように（例えば、図１０Ａを参照）異なる電源電圧での電流引き出しを測定するために設けることができるが、それらは便宜上示していない。
【００７７】
上述のように、図１１Ｃのバッテリインタフェース回路４２は、バッテリ１４ｒとＩＰＧ回路の残りの部分（Ｖｂａｔ’）との間のスイッチ１０２ａ及び１０２ｂを既に使用しており、従って、電流測定回路１０５は、それらのスイッチを使用してΔＶｂａｔ’を通じてＩｂａｔを測定することができる。図１１Ｃに示すように、Ｖｂａｔ’は、上述で開示したような電流測定回路１０５に接続され、制御信号Ｓｂａｔは、ＯＲゲート１５３ａ及び１５３ｂを通じて提供され、上述の他の制御信号ＯＩ、ＵＶ、及びμに加えて、スイッチ１０２ａ及び１０２ｂの両方を制御する。ＯＲゲート１５３ｂは新規なものであり、‘９４３公開には開示されていない。ＯＩ、ＵＶ、及びμが低いと仮定する場合、これはこれらの信号が示すように設計されＩＰＧ１０に問題はない典型的な仮定であるが、かつ電流測定が電流測定回路１０５によって行われておらずＳｂａｔが低い場合に、ＯＲゲート１５３ａ及び１５３ｂは、低入力をＰ−チャネルトランジスタ１０２ａ及び１０２ｂのゲートに提供してＶｂａｔをＶｂａｔ’に接続し、従って、ＩＰＧが正常に作動して再充電可能バッテリ１４ｒから電力を引き出すことを可能にする。Ｓｂａｔが電流測定回路１０５によって一時的にアサートされた時に（Ｓｂａｔ＝１）、ＯＲゲート１５３ａ及び１５３ｂの両方は高い値を出力し、これはトランジスタ１０２ａ及び１０２ｂをオフにし、すなわち、Ｉｂａｔ（ΔＶｂａｔ’）の測定に必要なようにＶｂａｔ’をＶｂａｔから一時的に切断する。
【００７８】
開示した電流測定技術は、埋込可能な医療デバイス以外の関連にも同様に使用することができる。
【符号の説明】
【００７９】
１４ｐ  １次バッテリ
６８  タンク回路
７０  ブーストコンバータ
１０２  スイッチング回路
１０５  電流測定回路
【図１Ａ】
2016538907.tif 000003
【図１Ｂ】
2016538907.tif 000004
【図２】
2016538907.tif 000005
【図３Ａ】
2016538907.tif 000006
【図３Ｂ】
2016538907.tif 000007
【図３Ｃ】
2016538907.tif 000008
【図３Ｄ】
2016538907.tif 000009
【図４】
2016538907.tif 000010
【図５Ａ】
2016538907.tif 000011
【図５Ｂ】
2016538907.tif 000012
【図６Ａ】
2016538907.tif 000013
【図６Ｂ】
2016538907.tif 000014
【図６Ｃ】
2016538907.tif 000015
【図７】
2016538907.tif 000016
【図８】
2016538907.tif 000017
【図９Ａ】
2016538907.tif 000018
【図９Ｂ】
2016538907.tif 000019
【図９Ｃ】
2016538907.tif 000020
【図１０Ａ】
2016538907.tif 000021
【図１０Ｂ】
2016538907.tif 000022
【図１０Ｃ】
2016538907.tif 000023
【図１０Ｄ】
2016538907.tif 000024
【図１１Ａ】
2016538907.tif 000025
【図１１Ｂ】
2016538907.tif 000026
【図１１Ｃ】
2016538907.tif 000027
【手続補正書】
【提出日】平成28年4月18日(2016.4.18)
【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】
電源電圧と、
キャパシタンスと並列の負荷回路と、
前記負荷回路及び前記キャパシタンスにわたる負荷回路電圧と、
閉じた時に前記電源電圧を前記負荷回路電圧に接続し、それによって前記負荷回路が作動している間に該電源電圧を用いて該負荷回路を給電するように構成されたスイッチング回路と、
電流測定回路と、を含み、
前記電流測定回路は、
前記スイッチング回路を開いて前記負荷回路電圧を前記電源電圧から切断し、前記負荷回路が作動している間に該負荷回路電圧が下がることを可能にし、かつ
前記負荷電流を指示する前記負荷回路電圧の差を該負荷回路電圧が下がる間に決定する、
ことによって前記負荷回路により引き出される負荷電流を測定するように構成されている、ことを特徴とする医療デバイス。
【請求項２】
バッテリを更に含み、
前記電源電圧は、前記バッテリによって提供される、
ことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記バッテリは、１次バッテリであることを特徴とする請求項２に記載のデバイス。
【請求項４】
調整器回路を更に含み、
前記調整器回路は、別の電源電圧から前記電源電圧を生成するように構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項５】
ステップアップ回路を更に含み、
前記ステップアップ回路は、別の電源電圧から前記電源電圧を生成するように構成されており、前記ステップアップ回路は、ブーストコンバータ又は電荷ポンプを含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項６】
前記電流測定回路は、前記負荷電流を測定した後で前記スイッチング回路を閉じて前記電源電圧を前記負荷回路電圧に接続し、それによって該負荷回路が作動している間に該電源電圧を用いて該負荷回路を給電するように更に構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項７】
テレメトリ回路を更に含み、
前記テレメトリ回路は、測定された前記負荷電流の少なくとも１つの表現を外部デバイスに無線で送信するように構成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項８】
電流測定回路は、ある期間にわたって前記スイッチング回路を開くように構成され、その後に該電流測定回路は、該スイッチング回路を閉じて前記電源電圧を前記負荷回路電圧に接続し、それによって前記負荷回路が作動している間に該電源電圧を用いて該負荷回路を給電するように構成され、
前記期間は、前記負荷回路が該期間中に前記キャパシタンスに貯蔵された電荷から電力を引き出すことによって作動することを許容する、
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項９】
前記電流測定回路は、前記負荷回路電圧が下がっている間に該負荷回路電圧を少なくとも一度測定することによって該負荷回路電圧の前記差を決定することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記電流測定回路は、前記負荷回路電圧が下がっている間に該負荷回路電圧を２度測定することによって該負荷回路電圧の前記差を決定することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記電流測定回路は、前記スイッチング回路を開く前に前記負荷回路電圧を測定することにより、かつ該負荷回路電圧が下がっている間に該負荷回路電圧を測定することによって、該負荷回路電圧の前記差を決定することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記電流測定回路は、前記負荷回路電圧が下がる速度を決定するように更に構成され、
前記速度によって前記負荷電流が指示される、
ことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項１３】
速度は、前記負荷回路電圧の前記差を該差を引き起こしている前記スイッチング回路が開かれている期間で割り算して決定され、
前記電流測定回路は、前記速度を前記キャパシタンスによって掛け算することによって前記負荷電流を決定するように更に構成される、
ことを特徴とする請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記電流測定回路は、前記負荷回路電圧の前記差がそこから決定される少なくとも１つの負荷回路電圧を測定するように構成された電圧測定回路を含むことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの負荷回路電圧を測定するように前記電圧測定回路を有効にするように構成されたマイクロコントローラを更に含み、
前記マイクロコントローラは、前記スイッチング回路を開閉するように更に構成され、
前記マイクロコントローラは、前記電圧測定回路から前記少なくとも１つの測定された負荷回路電圧を受け入れるように更に構成されている、
ことを特徴とする請求項１４に記載のデバイス。
【請求項１６】
電源電圧と、
キャパシタンスと並列の負荷回路と、
前記負荷回路及び前記キャパシタンスにわたる負荷回路電圧と、
閉じた時に前記電源電圧を前記負荷回路電圧に接続し、それによって前記負荷回路が作動している間に該電源電圧を用いて該負荷回路を給電するように構成されたスイッチング回路と、
電流測定回路と、を含み、
前記電流測定回路は、
前記スイッチング回路を開いて前記負荷回路電圧を前記電源電圧から切断し、前記負荷回路が作動している間に該負荷回路電圧が下がることを可能にし、かつ
前記負荷電流を指示する前記負荷回路電圧の低下速度を決定する、
ことによって前記負荷回路により引き出される負荷電流を測定するように構成されている、ことを特徴とする医療デバイス。
【国際調査報告】
2016538907.tif 000028
2016538907.tif 000029