本申請(qǐng)要求于2014年5月12日提交的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)61/992,150的權(quán)益，該申請(qǐng)被整體以引用方式并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)總體上涉及包括向可植入裝置遠(yuǎn)程提供功率和刺激參數(shù)的天線組件的RF刺激系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：天線已經(jīng)被設(shè)計(jì)出來并且與被植入裝置一起使用，來幫助多種醫(yī)學(xué)條件下的治療。通常，這些天線被靠近患者身體放置。在一些情況下，天線的導(dǎo)電元件過度地吸收電磁能，當(dāng)這些天線靠近患者身體放置時(shí)，這會(huì)引起不利的事件，比如組織燃燒、不期望的血塊以及由于天線直接粘附到皮膚組織而引起的皮膚刺激。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：在一個(gè)方面中，一些實(shí)施方式提供了一種天線組件，包括：天線，所述天線包括：具有輻射表面的金屬信號(hào)層，和饋入端口；以及波導(dǎo)，其包圍天線并且被配置用于在遠(yuǎn)離天線的方向上引導(dǎo)從輻射表面發(fā)射的電磁能；和控制器模塊，其被連接到所述饋入端口并且被配置用于驅(qū)動(dòng)天線以從輻射表面發(fā)射電磁能；其中，所述天線、波導(dǎo)和控制器模塊被構(gòu)造成使得，當(dāng)控制器模塊驅(qū)動(dòng)天線時(shí)，所發(fā)射的電磁能匹配可植入裝置的接收特征并且，在所述可植入裝置被設(shè)置為距天線至少10厘米時(shí)，足以使可植入裝置僅僅利用從天線接收的電磁能即可制造振幅足以刺激患者的神經(jīng)組織的一個(gè)或多個(gè)電脈沖。實(shí)施方式可包括下述特征中的一個(gè)或多個(gè)。天線組件可還包括介質(zhì)透鏡，其充填波導(dǎo)并且從波導(dǎo)的開口向外突伸以形成突出部，所述突出部被成形為使所發(fā)射的電磁能在遠(yuǎn)離發(fā)射表面的方向上在空間上縮窄。所述突出部可被制成錐形漸縮形狀。所述突出部可被制成錐形漸縮而具有高斯或正弦曲線輪廓。所述天線組件可具有與波導(dǎo)相關(guān)聯(lián)的回波損耗截止頻率并且所述介質(zhì)透鏡可被進(jìn)一步配置用于降低回波損耗截止頻率。所述天線可在從約500MHz至約4GHz的頻帶內(nèi)可操作。所述輻射表面可以是蝶形的并且具有兩個(gè)葉結(jié)構(gòu)，所述兩個(gè)葉結(jié)構(gòu)在饋入端口處通過兩個(gè)大致平行的桿結(jié)構(gòu)連接到彼此。所發(fā)射的電磁能可被沿著桿結(jié)構(gòu)的長軸極化。所述輻射表面可以是從第一空間定向至第二空間定向可調(diào)節(jié)的以使在可植入裝置處接收的極化電磁能增加。所述波導(dǎo)可以是矩形波導(dǎo)，所述矩形波導(dǎo)具有包圍所述蝶形的輻射表面的四個(gè)壁。所述矩形波導(dǎo)可具有約15cm的內(nèi)部長度，約7.6cm的內(nèi)部寬度，和約5cm的高度。所述矩形波導(dǎo)可具有至少10cm的內(nèi)部長度，所述矩形波導(dǎo)可具有約為15:7.6:5的內(nèi)部長度、寬度、和高度比。在另一個(gè)方面中，一些實(shí)施方式可包括一種向可植入裝置無線供應(yīng)能量的方法，所述方法包括：從天線組件上的輻射表面輻射電磁能，被輻射的電磁能到達(dá)可植入裝置，所述可植入裝置被設(shè)置在至少10厘米遠(yuǎn)處并且被植入患者體內(nèi)，使得可植入裝置僅僅通過利用所輻射的電磁能即可制造適合于刺激患者的神經(jīng)組織的一個(gè)或多個(gè)電刺激脈沖并且將所述電刺激脈沖應(yīng)用到患者的神經(jīng)組織。實(shí)施方式可包括下述特征中的一個(gè)或多個(gè)。輻射電磁能還包括在患者睡著時(shí)輻射電磁能，使得被制造的所述一個(gè)或多個(gè)電刺激脈沖在患者睡著期間被應(yīng)用而刺激患者的神經(jīng)組織。所述方法可還包括：調(diào)節(jié)天線組件的位置使得天線組件的輻射表面距離可植入裝置不大于六英尺。所述方法可還包括：調(diào)節(jié)天線組件的位置使得天線組件的輻射表面距離可植入裝置不小于一英尺。所述方法可還包括：調(diào)節(jié)天線組件的定向使得在可植入裝置處接收的被輻射電磁能增加。所述方法可還包括：將天線組件連接到控制器模塊；和從連接于其上的控制器模塊驅(qū)動(dòng)天線組件，使天線組件上的輻射表面輻射電磁能以啟動(dòng)可植入裝置。所述方法可還包括：建立編程模塊至控制器模塊之間的鏈接；和從編程模塊向控制器模塊發(fā)射對(duì)將在可植入裝置處制造以及隨后被應(yīng)用于刺激患者的神經(jīng)組織的所述一個(gè)或多個(gè)刺激脈沖的參數(shù)編碼的數(shù)據(jù)。在又另一方面中，一些實(shí)施方式可包括一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：無線啟動(dòng)可植入裝置的天線組件，天線組件包括：天線，所述天線包括：金屬信號(hào)層，其具有輻射表面并且被配置為經(jīng)由輻射耦合而發(fā)射電磁能；波導(dǎo)，其包圍天線并且被配置用于在遠(yuǎn)離天線的方向上引導(dǎo)從輻射表面發(fā)射的電磁能；和；控制器模塊，其被連接到天線的饋入端口并且被配置用于驅(qū)動(dòng)天線組件以使天線上的輻射表面輻射電磁能。實(shí)施方式可包括下述特征中的一個(gè)或多個(gè)。所述系統(tǒng)可還包括可植入裝置，其從患者體內(nèi)的一位置可操作并且距離天線組件大于10厘米，其中，可植入裝置僅僅利用從天線組件接收的電磁能即制造振幅足以刺激患者的神經(jīng)組織的一個(gè)或多個(gè)刺激脈沖。所述波導(dǎo)可以是具有包圍輻射表面的四個(gè)壁的矩形波導(dǎo)。所述矩形波導(dǎo)可具有約15cm的內(nèi)部長度，約7.6cm的內(nèi)部寬度，和約5cm的高度。所述矩形波導(dǎo)可具有至少10cm的內(nèi)部長度，并且所述矩形波導(dǎo)可具有約為15:7.6:5的內(nèi)部長度、寬度、和高度比。所述系統(tǒng)可還包括介質(zhì)透鏡，其充填波導(dǎo)并且從波導(dǎo)的開口向外突伸以形成突出部，所述突出部被成形為使所發(fā)射的電磁能在遠(yuǎn)離發(fā)射表面的方向上在空間上縮窄。所述突出部可被制成錐形漸縮形狀。所述突出部可被制成錐形漸縮而具有高斯或正弦曲線輪廓。所述天線可以是在從約500MHz至約4GHz的頻帶內(nèi)可操作的。所述輻射表面可以是蝶形的并且具有兩個(gè)葉結(jié)構(gòu)，所述兩個(gè)葉結(jié)構(gòu)在饋入端口處通過兩個(gè)大致平行的桿結(jié)構(gòu)連接到彼此。所發(fā)射的電磁能可被沿著桿結(jié)構(gòu)的長軸極化。所述可植入裝置可包括設(shè)置在患者體內(nèi)的可植入裝置上的偶極天線，并且所述輻射表面是從第一空間定向至第二空間定向可調(diào)節(jié)的以使在偶極天線處接收的極化電磁能增加。附圖說明圖1描繪出無線刺激系統(tǒng)的例子的高級(jí)概要圖。圖2描繪出無線刺激系統(tǒng)的例子的細(xì)節(jié)圖。圖3A-3C示出微波刺激系統(tǒng)的操作的例子。圖4A-4B示出當(dāng)微波刺激系統(tǒng)處于操作中時(shí)的輻射空間區(qū)域的例子。圖5A-5B示出了無線刺激系統(tǒng)的天線組件的例子。圖6A-6C是帶波導(dǎo)的天線組件的示意圖。圖7示出了圖6A-6C的天線組件的回波損耗特征的例子。圖8示出了在約915MHz處共振的天線組件的模擬回波損耗特征的例子。圖9A-9B示出了來自圖8的天線組件的模擬電磁輻射圖的例子。圖10示出了包括蝶形輻射表面、波導(dǎo)、和介質(zhì)透鏡的天線組件的例子。圖11A-11B示出了圖10的天線組件的模擬回波損耗和發(fā)射特征。圖12示出了來自圖10的天線組件的模擬電磁輻射圖的立體圖。圖13A-13B示出了圖12的模擬電磁輻射圖的X-Z和Y-Z平面圖。不同圖中類似的參考標(biāo)記表示類似的部件。具體實(shí)施方式在各實(shí)施方式中，公開了向目標(biāo)可刺激組織、比如神經(jīng)應(yīng)用一個(gè)或多個(gè)電脈沖的系統(tǒng)和方法，用于治療慢性疼痛，炎癥，關(guān)節(jié)炎，睡眠呼吸暫停，病情突發(fā)，大小便失禁，與癌癥相關(guān)的疼痛，大小便失禁，運(yùn)動(dòng)開始與控制的問題，不自主運(yùn)動(dòng)，血管功能不全，心率不齊，肥胖癥，糖尿病，顱面痛、比如偏頭痛或叢集性頭痛，以及其它身心機(jī)能失調(diào)。在某些實(shí)施例中，一裝置可被用于，通過在不使用纜線或感應(yīng)耦合的情況下利用遠(yuǎn)程射頻(RF)能量，發(fā)送電能至目標(biāo)神經(jīng)組織，以啟動(dòng)無源的被植入無線刺激器裝置。這些目標(biāo)神經(jīng)可包括、但不限于脊髓和周圍區(qū)域，包括背角，背根節(jié)，存在的神經(jīng)根，神經(jīng)節(jié)，背柱纖維和離開背柱和腦的周圍神經(jīng)束，比如迷走神經(jīng)，枕骨，三叉神經(jīng)，舌下神經(jīng)，骶椎，尾神經(jīng)等。無線刺激系統(tǒng)可包括帶有一個(gè)或多個(gè)電極和一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電天線(例如，偶極或貼片天線)的可植入刺激器裝置，以及用于頻率波形和電能整流的內(nèi)部電路。該系統(tǒng)可還包括外部控制器和天線，用于在既不用纜線也不用感應(yīng)耦合的方式從外部源向可植入刺激器裝置發(fā)射射頻或微波能量以提功率。在各種實(shí)施方式中，無線的可植入刺激器裝置被以無線方式啟動(dòng)(并且因此不需要有線連接)，并且包含從體外源接收脈沖指令所必須的電路。例如，各實(shí)施例采用內(nèi)部偶極(或其它)天線配置來通過電輻射耦合接收RF功率。這允許這種裝置在不用物理連接到可植入脈沖反生器(IPG)的情況下或不使用感應(yīng)線圈的情況下產(chǎn)生能夠刺激神經(jīng)束的電流。天線可被設(shè)計(jì)用于從一遙遠(yuǎn)位置(例如，多達(dá)四至六英尺并且靜止不動(dòng))向接收天線發(fā)射微波能量的目的，所述接收天線位于患者的皮膚下面，或位于皮膚上。該天線設(shè)計(jì)可取決于患者在接受治療的同時(shí)進(jìn)行移動(dòng)的需求。天線具有小尺寸可能是有利的，這樣天線就可以與房間的周圍環(huán)境協(xié)調(diào)。本公開聚焦于具有較好的匹配和收益的、緊湊的遠(yuǎn)程發(fā)射天線設(shè)計(jì)，比同類天線便宜若干數(shù)量級(jí)以及更容易制造。根據(jù)一些實(shí)施方式，無線刺激系統(tǒng)可包括天線組件，其被耦合至控制器模塊并且被配置用于向可植入裝置輻射電磁能。在一些例子中，可植入裝置可以是被配置用于以無線方式接收RF能量和刺激參數(shù)的無源神經(jīng)刺激器裝置。僅僅通過使用所接收的電磁能，可植入的無源神經(jīng)刺激器制造一個(gè)或多個(gè)刺激脈沖來刺激患者的神經(jīng)組織。特別地，天線組件可包括具有蝶形輻射表面和饋入端口的天線。饋入端口可被耦合到控制器模塊，所述控制器模塊驅(qū)動(dòng)天線以從蝶形輻射表面發(fā)射電磁能。蝶形輻射表面被總體上設(shè)計(jì)尺寸和形狀為輻射電磁能，以匹配可植入的無源神經(jīng)刺激器的接收特征。在一個(gè)例子中，可植入的無源神經(jīng)刺激器包括偶極天線，并且所述輻射表面被配置用于發(fā)射與偶極接收特征相應(yīng)的極化(polarized)電磁能。而且，天線組件可還包括波導(dǎo)，其包圍天線以遠(yuǎn)離所述輻射表面引導(dǎo)所發(fā)射的電磁能。在一些例子中，介質(zhì)透鏡充滿(fill)波導(dǎo)并且從波導(dǎo)的開口向外延伸以形成突出部。該突出部被成形為使所發(fā)射的電磁能在遠(yuǎn)離發(fā)射表面的方向上在空間上縮窄。該突出部在形狀上可被制成錐形并且可具有高斯或正弦曲線輪廓。用于向患者提供神經(jīng)刺激的示例性無線系統(tǒng)的進(jìn)一步介紹可在下述共同擁有的、已公布的待審PCT申請(qǐng)中找到：2011年1月28日提交的PCT/US2012/23029，2011年4月11日提交的PCT/US2012/32200，2011年1月28日提交的PCT/US2012/48903，2011年8月12日提交的PCT/US2012/50633和2011年9月15日提交的PCT/US2012/55746，這些申請(qǐng)被以引用方式并入本文。圖1描繪了無線刺激系統(tǒng)的例子的高級(jí)概要圖。無線刺激系統(tǒng)可包括四個(gè)主要部件，即，程序設(shè)計(jì)器模塊102，RF脈沖發(fā)生器模塊106，發(fā)射(TX)天線110(例如，貼片天線、槽縫天線、或偶極天線)，和被植入無線刺激器裝置114。程序設(shè)計(jì)器模塊102可以是運(yùn)行支持無線連接104的軟件應(yīng)用、比如的計(jì)算機(jī)裝置，比如智能手機(jī)。本申請(qǐng)可使使用者能夠觀察系統(tǒng)狀態(tài)和診斷情況，改變各參數(shù)，增大/減小電極脈沖的預(yù)期刺激振幅，和調(diào)節(jié)RF脈沖發(fā)生器模塊106的反饋敏感性，以及其它功能。RF脈沖發(fā)生器模塊106可包括支持無線連接104的通信電子器件，刺激電路，和為發(fā)生器電子器件供電的電池。在一些實(shí)施方式中，RF脈沖發(fā)生器模塊106包括嵌到其包裝尺寸外型(formfactor)內(nèi)的TX天線，而在其它實(shí)施方式中，TX天線被通過有線連接108或無線連接(未示出)連接到RF脈沖發(fā)生器模塊106。TX天線110可被直接耦合到組織，以制造啟動(dòng)被植入無線刺激器裝置114的電場。TX天線110通過RF接口與被植入無線刺激器裝置114通信。例如，TX天線110輻射RF發(fā)射信號(hào)，該信號(hào)通過RF脈沖發(fā)生器模塊110調(diào)制和編碼。模塊114的被植入無線刺激器裝置包含一個(gè)或多個(gè)天線，比如偶極天線，用于通過RF接口112接收和傳輸。特別地，天線110與模塊114的被植入無線刺激裝置上的所述一個(gè)或多個(gè)天線之間的耦合機(jī)構(gòu)利用的是電輻射耦合并且不是感應(yīng)耦合。換句話說，此耦合是通過電場，而不是磁場。通過此電輻射耦合，TX天線110可向被植入無線刺激器裝置114提供輸入信號(hào)。此輸入信號(hào)包含能量并且可包含對(duì)將在被植入無線刺激器裝置114的電極處應(yīng)用的刺激波形進(jìn)行編碼的信息。在一些實(shí)施方式中，此輸入信號(hào)的功率水平直接決定利用包含在該輸入信號(hào)中的電能產(chǎn)生的所述一個(gè)或多個(gè)電脈沖的應(yīng)用振幅(例如，功率，電流，或電壓)。在被植入無線刺激器裝置114內(nèi)具有用于解調(diào)RF發(fā)射信號(hào)的部件，和用于向周圍的神經(jīng)組織傳遞刺激的電極。RF脈沖發(fā)生器模塊106可被皮下植入，或它可被穿戴在體外。當(dāng)在體外時(shí)，RF發(fā)生器模塊106可被合并到帶或背帶設(shè)計(jì)中，以允許穿過皮膚和下面的組織的電輻射耦合，向被植入無線刺激器裝置114傳遞功率和/或控制參數(shù)。在任一情況下，無線刺激器裝置114(或圖14A和14B中示出的圓柱形無線可植入刺激器裝置1400，圖19A至19C中示出的螺旋形無線可植入刺激器裝置1900)內(nèi)部的接收器電路可捕捉由TX天線110輻射的能量并且將此能量轉(zhuǎn)換成電波形。接收器電路可進(jìn)一步修改該波形以制造適合于神經(jīng)組織的刺激的電脈沖。在一些實(shí)施方式中，RF脈沖發(fā)生器模塊106可遠(yuǎn)程控制刺激參數(shù)(即，應(yīng)用于神經(jīng)組織的電脈沖的參數(shù))和基于從被植入無線刺激器裝置114接收的RF信號(hào)監(jiān)控來自無線刺激器裝置114的反饋。通過RF脈沖發(fā)生器模塊106實(shí)施的反饋檢測算法可監(jiān)控從被植入無線刺激器裝置114無線發(fā)送的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)包括與被植入無線刺激器裝置114正在從RF脈沖發(fā)生器接收的能量有關(guān)的信息以及與正在被傳遞至電極墊的刺激波形有關(guān)的信息。為了在給定醫(yī)療條件下提供有效治療，該系統(tǒng)可被調(diào)節(jié)，以通過電刺激向神經(jīng)纖維提供最佳量值的應(yīng)激或抑制。閉環(huán)反饋控制方法可被使用，其中來自被植入無線刺激器裝置114的輸出信號(hào)被監(jiān)控并且被用于確定適當(dāng)水平的神經(jīng)刺激電流用于維持有效的神經(jīng)活動(dòng)，或者，在一些情況下，在開環(huán)控制方法中患者可手動(dòng)調(diào)節(jié)輸出信號(hào)。圖2繪示了無線刺激系統(tǒng)的例子的詳細(xì)圖示。如圖所示，編程模塊102可包括用戶輸入系統(tǒng)202和通信子系統(tǒng)208。用戶輸入系統(tǒng)221可允許各參數(shù)設(shè)置被用戶以指令組的形式進(jìn)行調(diào)節(jié)(在一些情況下，在開環(huán)形式中)。通信子系統(tǒng)208可經(jīng)由無線連接104、比如Bluetooth或Wi-Fi向RF脈沖發(fā)生器模塊106發(fā)射這些指令組(以及其它信息)，以及從模塊106接收數(shù)據(jù)。例如，程序設(shè)計(jì)器模塊102可為多個(gè)用戶使用，比如患者的控制單元或臨床醫(yī)生的程序設(shè)計(jì)器單元，可被用于發(fā)送刺激參數(shù)至RF脈沖發(fā)生器模塊106?？杀豢刂频拇碳?shù)可包括如表1中所示范圍內(nèi)的脈沖振幅、脈沖頻率、和脈沖寬度。本文中，術(shù)語脈沖是指直接產(chǎn)生該組織的刺激的波形相位；電荷平衡相位的參數(shù)(在下面描述的)可類似地進(jìn)行控制?；颊吆?或臨床醫(yī)生也可以可選地控制治療的總體持續(xù)時(shí)間和模式。刺激參數(shù)表1脈沖振幅：0至20mA脈沖頻率：0至10000Hz脈沖寬度：0至2ms在初始植入手術(shù)期間，RF脈沖發(fā)生器模塊106可初始時(shí)被編程為滿足用于每一單個(gè)患者的特殊參數(shù)設(shè)置。因?yàn)獒t(yī)療條件或身體本身可能隨時(shí)間變化，能夠重新調(diào)節(jié)參數(shù)設(shè)置可能是有益的，以確保神經(jīng)調(diào)節(jié)療法的持續(xù)功效。程序設(shè)計(jì)器模塊102在功能上可以是智能裝置和相關(guān)的應(yīng)用裝置。智能裝置的硬件可包括CPU206，并且可被用作媒介物用于處理在圖形用戶界面(GUI)204上的觸摸屏輸入，進(jìn)行處理和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。RF脈沖發(fā)生器模塊106可經(jīng)由有線連接108連接到外部TX天線110。可選地，天線和RF脈沖發(fā)生器兩者都被皮下設(shè)置(未示出)。由RF脈沖發(fā)生器模塊106發(fā)送至被植入無線刺激器裝置114的信號(hào)可包括功率和參數(shù)設(shè)置屬性兩者，關(guān)于刺激波形、振幅、脈沖寬度、和頻率。RF脈沖發(fā)生器模塊106可還用作從被植入無線刺激器裝置114接收反饋信號(hào)的無線接收單元。為此目的，RF脈沖發(fā)生器模塊106可包含，用于處理被發(fā)射至裝置114的信號(hào)的產(chǎn)生以及用于處理反饋信號(hào)、比如來自刺激器裝置114的那些信號(hào)，的微電子器件或其它電路。例如，RF脈沖發(fā)生器模塊106可包括控制器子系統(tǒng)214，高頻振蕩器218，RF放大器216，RF開關(guān)，和反饋?zhàn)酉到y(tǒng)212?？刂破髯酉到y(tǒng)214可包括用于處理數(shù)據(jù)處理的CPU230，存儲(chǔ)子系統(tǒng)228、比如本地存儲(chǔ)器，與程序設(shè)計(jì)器模塊102通信(包括從程序設(shè)計(jì)器模塊接收刺激參數(shù))的通信子系統(tǒng)234，脈沖發(fā)生器電路236，和數(shù)字/模擬(D/A)轉(zhuǎn)換器232?？刂破髯酉到y(tǒng)214可被患者和/或臨床醫(yī)生使用，用于控制刺激參數(shù)設(shè)置(例如，通過控制從RF脈沖發(fā)生器模塊106發(fā)送至刺激器裝置114的信號(hào)的參數(shù))。例如，這些參數(shù)設(shè)置能夠影響所述一個(gè)或多個(gè)電脈沖的功率、電流水平、或形狀。對(duì)刺激參數(shù)的編程可使用編程模塊102進(jìn)行，如上所述，以設(shè)置通過RF能量發(fā)射至被植入無線刺激裝置214中的接收(RX)天線238、典型地偶極天線(但其它類型可被使用)的重復(fù)率、脈沖寬度、振幅、和波形。臨床醫(yī)生可選擇將某些設(shè)置鎖定和/或隱藏在程序設(shè)計(jì)器接口內(nèi)，從而限制患者觀察或調(diào)節(jié)某些參數(shù)的能力，因?yàn)槟承﹨?shù)的調(diào)整可能需要神經(jīng)心理學(xué)、神經(jīng)解剖學(xué)、神經(jīng)調(diào)控協(xié)議、和電刺激的安全極限的詳細(xì)醫(yī)學(xué)知識(shí)?？刂破髯酉到y(tǒng)214可將所接收的參數(shù)設(shè)置存儲(chǔ)在當(dāng)?shù)卮鎯?chǔ)器子系統(tǒng)228中，直到這些參數(shù)設(shè)置被從編程模塊102接收的新輸入數(shù)據(jù)修改。CPU206可使用存儲(chǔ)在當(dāng)?shù)卮鎯?chǔ)器裝置中的參數(shù)來控制脈沖發(fā)生器電路236，以產(chǎn)生刺激波形，該波形通過從300MHz至8GHz范圍內(nèi)(優(yōu)選約700MHz和5.8GHz之間并且更優(yōu)選約800MHz和1.3GHz之間)的高頻振蕩器218調(diào)制。所生成的RF信號(hào)可被RF放大器226放大，然后通過RF開關(guān)223發(fā)送至TX天線110，穿過組織的深度到達(dá)RX天線238。在一些實(shí)施方式中，通過TX天線110發(fā)射的RF信號(hào)簡單地來說可以是被無線刺激裝置模塊114使用用來產(chǎn)生電脈沖的功率發(fā)射信號(hào)。在其它實(shí)施方式中，遙測信號(hào)也可被發(fā)射到無線刺激器裝置114，以發(fā)送有關(guān)無線刺激器裝置114的各操作的指令。遙測信號(hào)可通過載體信號(hào)的調(diào)制而發(fā)送(如果在外面則穿過皮膚，或如果脈沖發(fā)生器模塊106被皮下植入則穿過其它身體組織)。遙測信號(hào)被用于調(diào)制該載體信號(hào)(高頻信號(hào))，所述載體信號(hào)被耦合到植入天線238但不與在同一刺激器裝置上接收的輸入干涉，用于啟動(dòng)該裝置。在一個(gè)實(shí)施例中，遙測信號(hào)和啟動(dòng)信號(hào)被結(jié)合成一個(gè)信號(hào)，其中RF遙測信號(hào)被用于調(diào)制RF啟動(dòng)信號(hào)，因此無線刺激裝置通過所接收的遙測信號(hào)直接啟動(dòng)；無線刺激裝置中的分離的子系統(tǒng)利用包含在信號(hào)中的功率并且解釋信號(hào)的數(shù)據(jù)內(nèi)容。RF開關(guān)223可以是多功能器件、比如雙定向耦合器，其以最小的插入損耗將相對(duì)高振幅的、極短持續(xù)時(shí)間的RF脈沖傳遞至TX天線110，同時(shí)提供兩個(gè)低水平輸出至反饋?zhàn)酉到y(tǒng)212；一個(gè)輸出傳遞前向功率信號(hào)至反饋?zhàn)酉到y(tǒng)212，其中前向功率信號(hào)是被發(fā)送至TX天線110的RF脈沖的衰減形式，另一輸出傳遞反向功率信號(hào)至反饋?zhàn)酉到y(tǒng)212的不同端口，其中反向功率是來自TX天線110的反射RF能的衰減形式。在運(yùn)轉(zhuǎn)周期時(shí)間期間(其中RF信號(hào)被發(fā)射至無線刺激器裝置114)，RF開關(guān)223被設(shè)定為向反饋?zhàn)酉到y(tǒng)發(fā)送前向功率信號(hào)。在停止運(yùn)轉(zhuǎn)周期時(shí)間期間(其中RF信號(hào)不被發(fā)射至無線刺激器裝置114)，RF開關(guān)223可變化至接收模式，其中來自無線刺激器裝置114的反射RF能和/或RF信號(hào)被接收，以在反饋?zhàn)酉到y(tǒng)212中進(jìn)行分析。RF脈沖發(fā)生器模塊106的反饋?zhàn)酉到y(tǒng)212可包括接收電路，用于接收和提取來自無線刺激器裝置114的遙測或其它反饋信號(hào)，和/或來自TX天線110發(fā)射的信號(hào)的反射RF能。反饋?zhàn)酉到y(tǒng)可包括放大器226，濾波器224，解調(diào)器222，和AID轉(zhuǎn)換器220。反饋?zhàn)酉到y(tǒng)212接收前向功率信號(hào)并且將此高頻AC信號(hào)轉(zhuǎn)換成能夠被取樣和發(fā)送到控制器子系統(tǒng)214的DC水平。以這種方式，所生成的RF脈沖的特征可被與控制器子系統(tǒng)214內(nèi)的參考信號(hào)進(jìn)行比較。如果在任一參數(shù)中存在差異(誤差)，則控制器子系統(tǒng)214可以調(diào)控至RF脈沖發(fā)生器106的輸出。例如，該調(diào)節(jié)的特性可與計(jì)算誤差成比例?？刂破髯酉到y(tǒng)214可在其調(diào)控方案上引入另外的輸入并且限制，比如反向功率的信號(hào)振幅和各脈沖參數(shù)的任何預(yù)定最大或最小值。反向功率信號(hào)可被用于檢測RF功率傳遞系統(tǒng)中的故障環(huán)境。在理想環(huán)境下，當(dāng)TX天線110具有與其接觸的組織完美匹配的阻抗時(shí)，從RF脈沖發(fā)生器106產(chǎn)生的電磁波將不受阻地從TX天線110傳遞到身體組織內(nèi)。然而，在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，在用戶的身體體型、所穿戴的衣服類型、以及天線110相對(duì)于身體表面的定位方面可能存在較大程度的變化性。因?yàn)樘炀€110的阻抗取決于下面的組織和任何介入材料的相對(duì)介電常數(shù)，并且還取決于天線距皮膚的總體間隔距離，在任何給定應(yīng)用中，在TX天線110與身體表面的接口處都可能阻抗的不匹配。當(dāng)發(fā)生這種不匹配時(shí)，從RF脈沖發(fā)生器106發(fā)出的電磁波就會(huì)在此接口處部分地反射，并且此反射的能量向回傳播通過天線饋送裝置。雙定向耦合器RF開關(guān)223可防止被反射的RF能向回傳播到放大器226內(nèi)，并且可減弱此反射RF信號(hào)以及將被減弱的信號(hào)作為反向功率信號(hào)發(fā)射至反饋?zhàn)酉到y(tǒng)212。反饋?zhàn)酉到y(tǒng)212可將此高頻AC信號(hào)轉(zhuǎn)換成能夠進(jìn)行取樣并且發(fā)送到控制器子系統(tǒng)214的DC水平。然后，控制器子系統(tǒng)214可以計(jì)算反向功率信號(hào)的振幅與前向功率信號(hào)的振幅的比。反向功率信號(hào)的振幅與前向功率信號(hào)的振幅的比可以表示阻抗不匹配的嚴(yán)重性。為了感測阻抗匹配環(huán)境，控制器子系統(tǒng)214可實(shí)時(shí)測量反射功率比，并且根據(jù)此測量的預(yù)設(shè)臨界值，控制器子系統(tǒng)214可修改由RF脈沖發(fā)生器106產(chǎn)生的RF功率的水平。例如，對(duì)于中等程度的反射功率來說，采取的方案可以是控制器子系統(tǒng)214增大被發(fā)射到TX天線110的RF功率的振幅，如用于補(bǔ)償TX天線至身體的耦合輕微不佳、但可接受的情況時(shí)所需要的那樣。對(duì)于較高比值的反射功率來說，采取的方案可以是禁止RF脈沖發(fā)生器106操作并且設(shè)定表示TX天線110與身體很少地耦合或沒有耦合的錯(cuò)誤代碼。這種類型的反射功率故障環(huán)境也可能由至TX天線的不良連接或斷開的連接產(chǎn)生。在任一情況下，當(dāng)反射功率比高于預(yù)定臨界值時(shí)都可能希望停止RF發(fā)射，因?yàn)閮?nèi)部反射的功率可導(dǎo)致不希望的加熱內(nèi)部部件，并且此故障環(huán)境意味著本系統(tǒng)不能傳遞足夠的功率至被植入無線刺激裝置因而不能向用戶傳遞療法。在接收循環(huán)期間，無線刺激器裝置114的控制器242可通過天線238發(fā)射報(bào)告信號(hào)、比如遙測信號(hào)，以與RF脈沖發(fā)生器模塊106通信。例如，在晶體管電路的通和斷狀態(tài)期間，來自無線刺激器裝置114的遙測信號(hào)可被耦合到偶極天線238上的調(diào)制信號(hào)，以啟動(dòng)或禁用生成用于發(fā)射到外部(或遠(yuǎn)程植入的)脈沖發(fā)生器模塊106所必須的對(duì)應(yīng)RF突發(fā)的波形。天線238可被連接到與組織接觸的電極254，以為所發(fā)射的信號(hào)提供返回路徑。A/D(未示出)轉(zhuǎn)換器可用于將所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成能夠在來自無線刺激器裝置114的內(nèi)部天線238的脈沖-調(diào)制信號(hào)上傳輸?shù)男蛄谢Ｊ?。來自被植入無線刺激器裝置114的遙測信號(hào)可包括刺激參數(shù)，比如從電極傳遞到組織的電流的功率或振幅。反饋信號(hào)可被發(fā)射到RF脈沖發(fā)生器模塊116，以指示在神經(jīng)束處的刺激的強(qiáng)度，通過將該信號(hào)耦合到被植入RX天線238，RX天線238輻射遙測信號(hào)至外部(或遠(yuǎn)程植入的)RF脈沖發(fā)生器模塊106。反饋信號(hào)可包括模擬的和數(shù)字的遙測脈沖調(diào)制載體信號(hào)之一或兩者。諸如刺激脈沖參數(shù)以及所測量的刺激器性能的特征的數(shù)據(jù)可被存儲(chǔ)在被植入刺激器裝置114內(nèi)的內(nèi)部存儲(chǔ)裝置中，并且被發(fā)送到遙測信號(hào)上。載體信號(hào)的頻率可在300MHz至8GHz的范圍內(nèi)(優(yōu)選在約700MHz和5.8GHz之間并且更優(yōu)選在約800MHz和1.3GHz之間)。在反饋?zhàn)酉到y(tǒng)212中，遙測信號(hào)可利用解調(diào)器222向下行調(diào)制，并且通過模擬至數(shù)字(AD)轉(zhuǎn)換器220進(jìn)行處理而被數(shù)字化。然后，數(shù)字遙測信號(hào)可被路由到CPU230，所述CPU230帶嵌入碼、帶有重新編程的選項(xiàng)，以基于所接收的信號(hào)的振幅將該信號(hào)翻譯成該組織中的對(duì)應(yīng)電流測量結(jié)果。控制器子系統(tǒng)214的CPU230可以使報(bào)告的刺激參數(shù)與保持在本地存儲(chǔ)器228中的那些相比較，來驗(yàn)證無線刺激器裝置114傳遞到組織的特定刺激。例如，如果無線刺激裝置報(bào)告電流比指定的低，則來自RF脈沖發(fā)生器模塊106的電流可被增大，以使被植入無線刺激器裝置114具有更大的可用功率用于刺激。被植入無線刺激器裝置114可實(shí)時(shí)生成遙測數(shù)據(jù)，例如，以每秒8千字節(jié)的速率。從被植入刺激器裝置114接收的所有反饋數(shù)據(jù)可按照時(shí)間進(jìn)行記錄，并且被取樣進(jìn)行存儲(chǔ)以被能夠由健康護(hù)理人員訪問的遙控監(jiān)測系統(tǒng)取用用于進(jìn)行趨勢研究和分析相互關(guān)系。被內(nèi)部天線238接收的可遠(yuǎn)程編程的RF信號(hào)序列可被調(diào)理成波形，所述波形在可植入無線刺激器裝置114內(nèi)通過控制子系統(tǒng)242控制并且被路由至靠近待刺激組織設(shè)置的適當(dāng)電極254。例如，從RF脈沖發(fā)生器模塊106發(fā)射的RF信號(hào)可被RX天線238接收，并且通過被植入無線刺激器裝置114內(nèi)的電路、比如波束調(diào)理電路240處理而被轉(zhuǎn)換成電脈沖，所述電脈沖通過電極接口252應(yīng)用到電極254。在一些實(shí)施方式中，被植入無線刺激器裝置114包含兩個(gè)至十六個(gè)之間的電極254。波束調(diào)理電路240可包括整流器244，所述整流器整流RX天線238接收的信號(hào)。經(jīng)整流的信號(hào)可被饋送到控制器242用于接收來自RF脈沖發(fā)生器模塊106的編碼指令。整流器信號(hào)也可被饋送到電荷平衡部件246，所述電荷平衡部件被配置用于制造一個(gè)或多個(gè)電脈沖使得所述一個(gè)或多個(gè)電脈沖在所述一個(gè)或多個(gè)電極處生成大致零凈電荷(也就是，脈沖被電荷平衡)。被電荷平衡的脈沖經(jīng)過限流器248傳遞至電極接口252，其根據(jù)需要將脈沖應(yīng)用到電極254。限流器248確保了被應(yīng)用到電極254的脈沖的電流水平不高于臨界電流水平。在一些實(shí)施方式中，被接收的RF脈沖的振幅(例如，電流水平、低壓水平、或功率水平)直接決定刺激的振幅。在這種情況下，包括限流器248來防止過高電流或電荷被傳遞通過這些電極可能是特別有利的，雖然在其它實(shí)施方式中限流器248可以使用，而在本實(shí)例中不是這種情況。一般來說，對(duì)于具有若干平方毫米表面積的給定電極來說，為安全起見應(yīng)該被限制的是每相的電荷數(shù)(其中，刺激相所傳遞的電荷是電流的積分)。但是，在一些情況下，該限制可以放置在電流上，其中最大電流乘以最大可能的脈沖持續(xù)時(shí)間小于或等于最大安全電荷。更一般地，限制器248用作限制電脈沖特征(例如，電流或持續(xù)時(shí)間)的電荷限制器，以使每相的電荷數(shù)保持低于臨界水平(典型地，安全電荷極限)。在被植入無線刺激器裝置114接收足以產(chǎn)生超過預(yù)定安全電荷極限的刺激的RF功率“強(qiáng)”脈沖的情況下，限流器248可自動(dòng)限制或“剪斷”刺激相以將相的總電荷維持在安全極限內(nèi)。限流器248可以是一旦達(dá)到安全電流極限(臨界電流水平)即切斷至電極254的信號(hào)的無源電流限制件?？蛇x地或附加地，限流器248可與電極接口252通信以斷開所有電極254，防止破壞組織的電流水平。剪斷事件可以觸發(fā)限流器反饋控制模式。剪斷的動(dòng)作可導(dǎo)致控制器向脈沖發(fā)生器106發(fā)送臨界功率數(shù)據(jù)信號(hào)。反饋?zhàn)酉到y(tǒng)212檢測到臨界功率信號(hào)并且將該信號(hào)解調(diào)成被通信至控制器子系統(tǒng)214的數(shù)據(jù)?？刂破髯酉到y(tǒng)214算法可以通過特別地降低RF脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的RF功率或完全切斷功率而在此電流限制環(huán)境發(fā)揮作用。以這種方式，如果被植入無線刺激器裝置114報(bào)告其正在接收過高RF功率則脈沖發(fā)生器106可降低被傳遞至身體的RF功率。刺激器205的控制器250可與電極接口252通信，用于控制電極設(shè)置的各方面以及被應(yīng)用到電極254的脈沖。電極接口252可用作多路并且控制每一個(gè)電極254的極性和開關(guān)。例如，在一些實(shí)施方式中，無線刺激器106具有與組織接觸的多個(gè)電極254，并且，對(duì)于給定的刺激來說，RF脈沖發(fā)生器模塊106可以通過以參數(shù)指令無線地發(fā)送分派訊息來任意分派一個(gè)或多個(gè)電極1)用作刺激電極，2)用作回流電極，或3)停用，該控制器250根據(jù)需要利用所述參數(shù)指令設(shè)置電極接口252。例如，在生理學(xué)上來說可能有利的是分派一個(gè)或兩個(gè)電極作為刺激電極并且分派所有剩余的電極作為回流電極。而且，在一些實(shí)施方式中，對(duì)于給定的刺激脈沖來說，控制器250可以控制電極接口252，以在被指定的各刺激電極中任意分割電流(或根據(jù)來自脈沖發(fā)生器模塊106的指令)。此對(duì)電極分派的控制和電流控制可能是有利的，因?yàn)閷?shí)際上電極254可能沿著不同的神經(jīng)結(jié)構(gòu)空間地分配，并且，通過對(duì)刺激電極位置的戰(zhàn)略性選擇以及為每一個(gè)位置指定的電流比例，組織中的總體電流分布可被修改，以選擇性地激活特定神經(jīng)目標(biāo)。此電流控制策略可提高患者的治療效果。在另一實(shí)施方式中，刺激的時(shí)間進(jìn)程可被任意操控。給定的刺激波形可在時(shí)刻T_start開始并且在時(shí)刻T_final結(jié)束，此時(shí)間進(jìn)程可被橫跨所有刺激電極和回流電極同步；此外，此刺激循環(huán)的重復(fù)頻率可以對(duì)于所有電極同步。然而，控制器250，獨(dú)立地或響應(yīng)于來自脈沖發(fā)生器106的指令，能夠控制電極接口252以指定一個(gè)或多個(gè)電極子集以非同步的開始和停止時(shí)間傳遞刺激波形，并且每一個(gè)刺激循環(huán)的重復(fù)頻率可被任意且獨(dú)立地指定。例如，具有八個(gè)電極的刺激器可被配置為具有五個(gè)電極構(gòu)成的一子集，被稱為集合A，和三個(gè)電極構(gòu)成的一子集，被稱為集合B。集合A可被配置為使其電極中的兩個(gè)用作刺激電極，剩余的用作回流電極。集合B可被配置為僅具有一個(gè)刺激電極。然后，控制器250指定集合A傳遞3mA的刺激相、持續(xù)時(shí)間為200us，然后是電荷平衡相持續(xù)時(shí)間為400us。此刺激循環(huán)可被指定以每秒60個(gè)循環(huán)的速率重復(fù)。然后，對(duì)于集合B，控制器250可指定1mA電流的刺激相、持續(xù)時(shí)間為500us，然后是電荷平衡相持續(xù)時(shí)間為800us。集合B的刺激循環(huán)的重復(fù)速率可獨(dú)立于集合A設(shè)置，例如可以指定每秒25個(gè)循環(huán)?；蛘?，如果控制器250被配置為使集合B的重復(fù)速率匹配至集合A，那么，對(duì)于這種情況，控制器250可以指定刺激循環(huán)的相對(duì)開始時(shí)間在時(shí)間上同時(shí)進(jìn)行或從彼此隨意偏置某一延遲間隔。在一些實(shí)施方式中，控制器250可任意成形刺激波形振幅，并且可以響應(yīng)于來自脈沖發(fā)生器106的指令進(jìn)行。刺激相可通過恒流源或恒壓源進(jìn)行，并且這種類型的控制可產(chǎn)生靜態(tài)不變的特征波形，例如恒流源產(chǎn)生特征矩形脈沖，其中電流波形具有非常急劇的上升、用于刺激持續(xù)的恒定振幅、以及之后非常急劇地返回到基線?？蛇x地或附加地，控制器250能夠增大或減小在刺激相期間和/或在電荷平衡相期間任一時(shí)刻的電流水平。因此，在一些實(shí)施方式中，控制器250可傳遞任意成形的刺激波形，比如三角形脈沖、正弦脈沖、或高斯脈沖，例如。類似地，電荷平衡相可被任意地振幅成形，并且也可以振幅成形為領(lǐng)先的陽極脈沖(在刺激相之前)。如上所述，無線刺激器裝置114可包括電荷平衡部件246。一般來說，對(duì)于恒流刺激脈沖來說，脈沖應(yīng)通過使陰電流的量值等于陽電流的量值而進(jìn)行電荷平衡，這通常稱為雙相刺激。電荷密度是電流的量值乘以其被應(yīng)用的持續(xù)時(shí)間，并且通常用單位uC/cm2表示。為了避免諸如pH變化的不可逆電化學(xué)反應(yīng)、電極溶解以及組織破壞，在電極-電解質(zhì)界面處不應(yīng)出現(xiàn)凈電荷，電荷密度小于30uC/cm2一般來說是可接受的。雙相刺激電流脈沖確保了在每一個(gè)刺激循環(huán)之后沒有凈電荷出現(xiàn)在電極處，并且電化學(xué)過程被平衡以防止純直流電流。無線刺激器裝置114可被設(shè)計(jì)用于保證所生成的刺激波形具有零凈電荷。通過減少或消除在電極-組織分界面處形成的電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物，電荷平衡的刺激被認(rèn)為對(duì)組織具有最小破壞效果。刺激脈沖可具有負(fù)電壓或電流，被稱為波形的陰極相。刺激電極在刺激循環(huán)期間的不同時(shí)刻可具有陰極相和陽極相兩者。傳遞振幅足以刺激相鄰神經(jīng)組織的負(fù)電流的電極被稱為“刺激電極”。在刺激相期間，刺激電極用作電流吸收器。一個(gè)或多個(gè)另外的電極用作電流源并且這些電極被稱為“回流電極”?；亓麟姌O設(shè)置在距刺激電極某一距離處的、組織中的其它地方。當(dāng)?shù)湫偷呢?fù)刺激相被在刺激電極處傳遞到組織時(shí)，回流電極具有正刺激相。在隨后的電荷平衡相期間，每一個(gè)電極的極性被顛倒。在一些實(shí)施方式中，電荷平衡部件246利用與刺激電極和身體組織串聯(lián)電設(shè)置的隔直流電容器，其位于在刺激器電路內(nèi)的刺激產(chǎn)生點(diǎn)和刺激傳遞至組織的位置點(diǎn)之間。以這種方式，可形成阻容(RC)網(wǎng)絡(luò)。在多電極刺激器中，對(duì)于每一個(gè)電極可使用一個(gè)電荷平衡電容器或者在刺激器電路內(nèi)、在電極選擇點(diǎn)之前可使用集中式電容器。RC網(wǎng)絡(luò)可阻擋直流電(DC)，然而它還可以阻止低頻交流電(AC)被傳遞到組織。低于一截止頻率，串聯(lián)RC網(wǎng)絡(luò)會(huì)從根本上阻擋信號(hào)，并且在一個(gè)實(shí)施例中，刺激器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以確保截止頻率不高于刺激波形的基頻。在如這里描述的本實(shí)施例中，無線刺激器可具有電荷平衡電容器，其具有根據(jù)所測量的電極串聯(lián)電阻和植入該刺激器的組織環(huán)境來選擇的數(shù)值。在本實(shí)施例中，通過選擇特定的電容值，RC網(wǎng)絡(luò)的截止頻率為刺激脈沖的基頻或之下。在其它實(shí)施方式中，截止頻率可被選擇為該刺激的基頻或之上，并且，在此情景下，在電荷平衡電容器之前制造的刺激波形被稱為驅(qū)動(dòng)波形，其可被設(shè)計(jì)為非平穩(wěn)的，其中驅(qū)動(dòng)波形的包絡(luò)在驅(qū)動(dòng)脈沖的持續(xù)時(shí)間期間變化。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)波形的初始振幅被設(shè)定為初始振幅Vi，并且在脈沖的持續(xù)時(shí)間期間本振幅增加，直到其到達(dá)最終值k*Vi。通過隨時(shí)間改變驅(qū)動(dòng)波形的振幅，經(jīng)過電荷平衡電容器的刺激波形的形狀也被修改。刺激波形的形狀可以此方式修改以便制造在生理學(xué)上有利的刺激。在一些實(shí)施方式中，無線刺激器裝置114可制造遵循由接收偶極天線238接收的RF脈沖的包絡(luò)的驅(qū)動(dòng)波形包絡(luò)。在這種情況下，RF脈沖發(fā)生器模塊106可直接控制無線刺激器裝置114內(nèi)驅(qū)動(dòng)波形的包絡(luò)，因而在刺激器自身內(nèi)不需要能量存儲(chǔ)裝置。在本實(shí)施方式中，刺激器電路可以修改驅(qū)動(dòng)波形的包絡(luò)或可以將其直接傳遞至電荷平衡電容器和/或電極選擇平臺(tái)(stage)。在一些實(shí)施方式中，被植入無線刺激器裝置114可傳遞單相驅(qū)動(dòng)波形至電荷平衡電容器或者它可以傳遞多相驅(qū)動(dòng)波形。在單相驅(qū)動(dòng)波形、例如負(fù)向矩形脈沖情況下，脈沖包括生理學(xué)刺激相，并且電荷平衡電容器在此相期間被極化(充電)。在驅(qū)動(dòng)脈沖結(jié)束之后，電荷平衡功能完全由電荷平衡電容器的被動(dòng)放電進(jìn)行，其以相對(duì)于前面的刺激相反的極性穿過組織散盡其電荷。在一個(gè)實(shí)施方式中，刺激器內(nèi)的電阻器有助于電荷平衡電容器的放電。在一些實(shí)施方式中，利用被動(dòng)放電階段，電容器可在后面的刺激脈沖開始之前允許差不多完全放電。在多相驅(qū)動(dòng)波形情況下，無線刺激器可進(jìn)行內(nèi)部切換以傳遞負(fù)向的或正向的脈沖(相)到電荷平衡電容器。這些脈沖可以任何序列以及以變化的振幅和波形形狀傳遞，以實(shí)現(xiàn)預(yù)期的生理學(xué)效果。例如，刺激相之后可以是主動(dòng)驅(qū)動(dòng)的電荷平衡相，和/或在刺激相之前可以是相反相。在該刺激之前具有相反極性相，例如，可以具有減小用于刺激組織所需的刺激相振幅的優(yōu)勢。在一些實(shí)施方式中，刺激和電荷平衡相的振幅和定時(shí)通過來自RF脈沖發(fā)生器模塊106的RF脈沖的振幅和定時(shí)控制，并且在其它實(shí)施方式中此控制可以通過無線刺激器裝置114自身攜帶的電路、比如控制器250內(nèi)部管理。在自身攜帶方式控制的情況下，振幅和定時(shí)可以通過從脈沖發(fā)生器模塊106傳遞的數(shù)據(jù)命令指定或修改。在一些應(yīng)用中，發(fā)射天線110可緊密靠近接收天線238放置。例如，發(fā)射天線110可由患者佩戴。在其它例子中，發(fā)射天線110可放置成更遠(yuǎn)離患者(以及容置著接收天線238的被植入無源神經(jīng)刺激器)。在前一情況下，較少的能量可被從遠(yuǎn)程天線發(fā)射出，以向無源神經(jīng)刺激器無線地提供功率和刺激參數(shù)設(shè)置。在一些場景中，患者可保持固定不動(dòng)或睡著。在睡覺期間，患者可能不想佩戴通過纜線連接到控制器模塊(比如控制器子系統(tǒng)214)的發(fā)射天線110。天線組件可被用于遠(yuǎn)程提供功率和刺激參數(shù)設(shè)置至無源神經(jīng)刺激器。在本例子中，天線組件可以距被植入患者體內(nèi)的無源神經(jīng)刺激器大于10厘米。如果患者可以在房間四周移動(dòng)；那么整個(gè)房間可能需要用微波能量場照射。在此情形下，天線的陣列、或?qū)挷ㄊ炀€可被使用。一些實(shí)施方式可引入可調(diào)控(例如，機(jī)械地，電地)的天線布置，包括接收天線位置跟蹤系統(tǒng)。這些實(shí)施方式可進(jìn)一步應(yīng)用發(fā)射天線110的運(yùn)動(dòng)控制，以調(diào)節(jié)天線的照射角度或定向，使其指向接收天線的方向。輸出功率根據(jù)需要、根據(jù)發(fā)射天線和接收天線之間的距離以及發(fā)射天線的指向性進(jìn)行調(diào)節(jié)。圖3A-3C示出RF刺激系統(tǒng)的操作的例子。這些例子可引入單一遠(yuǎn)程發(fā)射天線或發(fā)射天線陣列。在一些例子中，該陣列可以是可調(diào)控的以聚焦到特殊位置上。在其它例子中，發(fā)射天線可以是固定的。在圖3A中，被植入有神經(jīng)刺激器裝置114的患者304在床306上休息，同時(shí)從發(fā)射天線系統(tǒng)302(例如，發(fā)射天線110和控制器子系統(tǒng)214)接受療法。如圖示，發(fā)射天線系統(tǒng)302被放置在同一房間中的其它地方，用于向被植入神經(jīng)刺激器裝置114發(fā)射包括功率和刺激參數(shù)的電磁能308。例如，遠(yuǎn)程發(fā)射天線系統(tǒng)302可放置在外科手術(shù)助手310身上或患者床附近的床頭柜上。遠(yuǎn)程發(fā)射天線310系統(tǒng)可以是電池或墻上的電源。遠(yuǎn)程發(fā)射天線系統(tǒng)310可通過實(shí)體按鈕(或控制器子系統(tǒng)214上的其它觸碰用戶界面)手動(dòng)地、或通過無線指令協(xié)議比如Bluetooth或RF(例如，cellular，Wi-Fi等)從編程模塊(未示出)接收編程或治療指令。患者304可通過實(shí)體按鈕或Bluetooth控制遠(yuǎn)程發(fā)射天線系統(tǒng)302。圖3B描繪了在沒有可佩帶天線系統(tǒng)的情況下發(fā)射電磁能308以向被植入神經(jīng)刺激器裝置114遠(yuǎn)程提供功率和刺激器參數(shù)同時(shí)患者304站立或四處走動(dòng)的場景。在圖示中，發(fā)射天線系統(tǒng)302(例如，發(fā)射天線110和控制器子系統(tǒng)214)設(shè)置在與站立或走動(dòng)的患者在同一房間中的任意家具320上。圖3C描繪了帶有被植入神經(jīng)刺激器裝置114的患者304背離發(fā)射天線系統(tǒng)302(例如，發(fā)射天線110和控制器子系統(tǒng)214)坐著的另一類似場景。例如，患者304可坐在辦公椅上。在本圖示中，電磁能308被從發(fā)射天線系統(tǒng)302發(fā)射出以向被植入神經(jīng)刺激器裝置114遠(yuǎn)程提供功率和刺激參數(shù)。圖4A示意出射線空間區(qū)域404在從遠(yuǎn)程發(fā)射天線系統(tǒng)302發(fā)射時(shí)的俯視圖。更具體地，遠(yuǎn)程發(fā)射天線系統(tǒng)302的范圍被圖示為大致錐形和定向的，在遠(yuǎn)離遠(yuǎn)程發(fā)射天線系統(tǒng)302的一個(gè)方向上延伸。一般來講，患者406可能需要停留在該射線空間區(qū)域內(nèi)，來接收預(yù)期的刺激療法。該空間區(qū)域可與站著或坐著的患者相互作用(即，遠(yuǎn)程發(fā)射天線系統(tǒng)可被配置為與在距遠(yuǎn)程天線給定距離和有效角度內(nèi)的被植入天線相互作用)。圖4B示意出射線空間區(qū)域404在從遠(yuǎn)程發(fā)射天線系統(tǒng)302產(chǎn)生時(shí)的側(cè)視圖和三維圖。在本圖示中，系統(tǒng)射線空間區(qū)域404可覆蓋在有效角度/距離內(nèi)站立的患者406，以在患者站立時(shí)在被植入神經(jīng)刺激器裝置114上的接收天線處產(chǎn)生有效電場。在這些圖示中，功率和刺激參數(shù)的無線發(fā)射總體上通過視線操作。換句話說，發(fā)射天線系統(tǒng)302大致發(fā)射電磁輻射通過自由空間然后進(jìn)入人體和被植入神經(jīng)刺激器裝置114內(nèi)。阻擋的物體，比如帶有導(dǎo)電損耗材料(例如，低介電常數(shù))或反射RF的材料、比如金屬，可能負(fù)面影響無線發(fā)射。在這些圖示中，發(fā)射天線系統(tǒng)302的位置可被調(diào)節(jié)以使發(fā)射天線系統(tǒng)302的輻射表面距被植入神經(jīng)刺激器裝置不小于一英尺。在此配置中，對(duì)于患者來說發(fā)射天線系統(tǒng)302可能不能是可穿戴設(shè)備。發(fā)射天線系統(tǒng)302的位置也可被調(diào)節(jié)為使得發(fā)射天線系統(tǒng)302的輻射表面距被植入神經(jīng)刺激器裝置不大于六英尺，以便可植入神經(jīng)刺激器裝置從發(fā)射天線系統(tǒng)302無線地接收足夠的操作能量。發(fā)射天線系統(tǒng)302可以輻射極化電磁能，并且發(fā)射天線系統(tǒng)302的發(fā)射天線的定向可被調(diào)節(jié)以使發(fā)射天線與可植入神經(jīng)刺激器裝置上的接收天線更好地對(duì)準(zhǔn)。當(dāng)該對(duì)準(zhǔn)通過重新定向而改進(jìn)時(shí)，在接收天線處接收的電磁能也能夠增加?？傮w上參考圖5A-5B，示出了UWB天線(例如，用于遠(yuǎn)程發(fā)射天線系統(tǒng)302)的總體設(shè)計(jì)。如圖所示，遠(yuǎn)程發(fā)射天線系統(tǒng)302包括包圍具有輻射表面504和饋入端口502的天線的矩形孔隙波導(dǎo)506。饋入端口502可包括用于耦合到纜線的纜線連接器508。示例性連接器可包括BNC(BayonetNeill-Concelman)連接器或SMA(SubMiniatureversionA)連接器。在本例子中，天線的輻射表面504是蝶形形狀的。除兩個(gè)葉結(jié)構(gòu)504C1和504C2之外，此蝶形形狀還包括連接這兩個(gè)葉結(jié)構(gòu)的兩個(gè)桿結(jié)構(gòu)504A和504B。蝶形輻射表面504具有連接波導(dǎo)506的接觸件504C和504D。蝶形天線在波導(dǎo)506中分布電磁場并且誘導(dǎo)例如沿著桿結(jié)構(gòu)504A和504B的長軸極化的波導(dǎo)傳播模式。蝶形天線可在類似偶極子的寬帶寬上輻射。用波導(dǎo)506包圍天線改進(jìn)了天線的指向性。將天線尺寸縮放比例可以確定天線的帶寬。在一個(gè)實(shí)施方式中，天線尺寸可被縮放比例使得天線被參數(shù)化為具有從500MHz至4GHz的帶?？s放比例可被簡化至僅僅矩形波導(dǎo)內(nèi)部的長度、寬度、和高度。天線的優(yōu)化尺寸的一個(gè)例子在下面的表1中給出了：優(yōu)化的UWB天線尺寸數(shù)值(單位)波導(dǎo)(內(nèi)部)的長度30【cm】波導(dǎo)(內(nèi)部)的寬度15【cm】波導(dǎo)(內(nèi)部)的高度10.03【cm】表1：參數(shù)化后的UWB天線示例尺寸波導(dǎo)尺寸可隨著蝶形天線的操作頻率成比例變化。本文中，每個(gè)波導(dǎo)具有截止頻率，超出了該頻率波導(dǎo)便不能支持波的傳播。當(dāng)波導(dǎo)包圍發(fā)射天線時(shí)，例如如圖所示的蝶形天線，波導(dǎo)需要足夠大以支持來自發(fā)射天線的電磁波的傳播。然而，對(duì)于在圖3A-3C中繪示的應(yīng)用來說緊湊的發(fā)射天線系統(tǒng)是有利的。如這里繪示的蝶形天線組件在尺寸上可小于在同一頻率上操作的喇叭天線。在一些例子中，蝶形天線組件比在同一頻率上操作的喇叭天線小2至3的因子。除波導(dǎo)橫截面和總長度減小了之外，蝶形天線組件的指向性也可得到控制。在一些例子中，天線從波導(dǎo)的嘴口開始并且在輻射表面上可包括被制成錐形的介電過渡部。此錐形部在嘴口處可匹配波導(dǎo)，從而減少至饋入端口508的向回反射。此錐形還可以通過在空間上縮窄蝶形天線的主束寬而聚焦蝶形天線的主束。例如，在一個(gè)空間尺寸上縮窄能夠致使所發(fā)射的電磁束在相同尺寸上的帶寬縮窄。下面示出了超寬帶(UWB)天線的設(shè)計(jì)，同時(shí)通過建模進(jìn)行了分析。在理論結(jié)果和從原型得到的實(shí)際測量結(jié)果之間具有強(qiáng)烈的相互關(guān)系，從而證明了仿真模型的精確度和可信性。一般來說，背后帶腔的矩形孔隙天線(CB-RAA，如這里所使用的)具有使它們自身完美適合于遠(yuǎn)程天線應(yīng)用的性能特征。CB-RAA可擁有用于在寬帶上輻射的輻射特征。此外，其輻射效率非常接近圓形孔(81％對(duì)83.6％)，同時(shí)CB-RAA的電場線是平行的，因而在發(fā)射偏離發(fā)射天線110的瞄準(zhǔn)線時(shí)提高了交叉極化性能。用于UWB天線的這些特征可被引入到在這里討論的發(fā)射天線110中。有利的是遠(yuǎn)程發(fā)射天線110是定向的、高效的、且深至遠(yuǎn)處的天線，所有這些都相對(duì)簡單且容易制造。用于發(fā)射天線110的交叉極化和E-場定向可允許天線放置在一定范圍內(nèi)的位置，使得足夠的能量到達(dá)被植入天線以啟動(dòng)該天線。與波導(dǎo)和聚焦透鏡的添加相關(guān)聯(lián)的大帶寬響應(yīng)可允許發(fā)射天線110精調(diào)至特殊頻率，從而使天線更加能夠在不同的特殊頻率下操作。參考圖6A-6C，示出了帶有波導(dǎo)的天線組件的例子。在圖6A-6B中，側(cè)板被除去以暴露出天線組件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，包括帶有蝶形輻射表面以及被耦合到纜線連接器的饋入端口的發(fā)射天線110。圖6C描繪出完整的天線組件(沒有除去側(cè)壁)。尺寸與目標(biāo)天線模型(在表1中示出的)的尺寸的匹配在±0.5mm的公差內(nèi)。圖7示意出HFSS模型(從有限元求解器)和圖6的天線組件的原型在感興趣的頻帶上的回波損耗的比較?；夭〒p耗的特征在于由于天線的阻抗不匹配而導(dǎo)致的反射能的量。較多的反射損耗表示更加有效的功率傳輸。如圖7中所示，用于回波損耗的模擬值和實(shí)際測量值兩者都大致小于或等于-5dB。實(shí)際測量的原型值在500MHz和1.25GHz之間的頻率上緊密匹配或改進(jìn)了建模結(jié)果。圖8示出以915MHz的共振頻率設(shè)計(jì)的天線組件的模擬回波損耗特征的例子。如圖所示，根據(jù)需要反射缺口發(fā)生在915MHz處，那么蝶形天線參數(shù)化至915MHz。圖9A-9B示出模擬的來自圖8的天線組件的電磁輻射圖的例子。這些圖對(duì)應(yīng)于參數(shù)化的蝶形天線在共振(915MHz)時(shí)的總遠(yuǎn)場輻射圖。在圖9A中，該圖是對(duì)蝶形天線并且沒有波導(dǎo)的情況下計(jì)算得到的。在此結(jié)構(gòu)中，蝶形天線圍繞著極化軸線均勻地輻射。為了改進(jìn)發(fā)射天線110的指向性，矩形波導(dǎo)可布置在蝶形天線的周圍。圖9B示出蝶形天線在共振(915MHz)時(shí)并且具有矩形孔隙波導(dǎo)的情況下在遠(yuǎn)場輻射圖中所證明的改進(jìn)的指向性。如圖示，能量被集中在凸角上，如波導(dǎo)的孔隙所引導(dǎo)的。因此，在蝶形天線周圍添加波導(dǎo)根據(jù)需要極大地增加了天線的指向性。在一些情況下，束寬可被矩形波導(dǎo)減小50％或以上。然而，由于波導(dǎo)的截止頻率引起的頻率成形，回波損耗、以及阻抗匹配可減小。為了緩和其下側(cè)，波導(dǎo)的嘴口可提供被制成錐形的介電(例如，Dk＝3)圓頂部?，F(xiàn)在參考圖10，介電圓頂部1006安裝在波導(dǎo)孔隙1004的嘴口處并且覆蓋輻射表面1002。在這種結(jié)構(gòu)中，圓頂部1004用作天線嘴口處的聚集透鏡。添加介電圓頂部1006以充填波導(dǎo)并且覆蓋波導(dǎo)的嘴口可為蝶形天線的設(shè)計(jì)提供若干好處，例如，包括將沒有介電充填物的矩形波導(dǎo)的回波損耗截止頻率降低至915MHz以下，使得矩形波導(dǎo)的尺寸可進(jìn)一步減小。此外，介電圓頂部在被制成錐形時(shí)可使所發(fā)射的能量在空間上縮窄，從而發(fā)射變得更集中。例如，在一個(gè)尺寸上被制成錐形的介電圓頂部可致使被輻射電磁波的束寬在相同尺寸上變窄。圓頂部可以具有簡單的半周期正弦或高斯形狀，例如，沿著Y方向(雖然沿著X-方向的曲線分布可以保持常數(shù))。如上面所討論的，天線組件可誘導(dǎo)被沿著X方向(沿著桿結(jié)構(gòu)1002A和1002B的長軸的方向)極化的波導(dǎo)發(fā)射模式圖。顯著地，被成形的介電圓頂部可在蝶形天線的上方和下方充填波導(dǎo)。然而，形狀或輪廓的變化僅從波導(dǎo)的嘴口延伸，如圖示。形狀或輪廓的變化-如圖示在本示例中為沿著Y方向-可有助于使所發(fā)射的電磁能在其向前傳播時(shí)的散布減少。圓頂部的高度-Hdome-可被配置用于改進(jìn)S11(回波損耗)和S21(發(fā)射損耗)。圓頂部的高度是指從波導(dǎo)的嘴口延伸到圓頂部的頂點(diǎn)的高度。在一些實(shí)施方式中，高度可從0.5英寸變化到6英寸，取決于介電常數(shù)，介電常數(shù)可從1.5變化到9。對(duì)于915MHz的操作來說，介電的圓頂部的高度被選擇為3英寸。如圖示，L表示波導(dǎo)的長度并且在從2.5cm至10cm的范圍內(nèi)變化。Hbowtie是指蝶形的高度位置并且可以固定在L/2處。在本圖示中，“a”表示波導(dǎo)基部的較短側(cè)向尺寸，其可以在從3.75cm至7.5cm的范圍內(nèi)變化，“b”表示波導(dǎo)基部的較長側(cè)向尺寸，其可以在從7.5cm至15cm的范圍內(nèi)變化。選擇特定的介電常數(shù)可以減小波導(dǎo)的尺寸。介電常數(shù)也可以幫助從金屬波導(dǎo)釋放電磁波，因而用作緩沖器來減少饋入端口處的反射。饋入端口可經(jīng)由如上面所討論的多種連接器(例如，BNC，SMA等)耦合到50ohm同軸電纜。圖11A-11B示出了圖10的天線組件的模擬回波損耗和發(fā)射特征。在圖11A中，對(duì)于一定范圍的圓頂部高度來說，回波損耗被繪制為頻率的函數(shù)。特別地，圖示的回波損耗是與在915MHz下操作并且被間隔開1英寸的兩個(gè)偶極天線的基線回波損耗相比的相對(duì)回波損耗。參數(shù)化(即，調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì))的結(jié)果顯示三英寸以及更大的圓頂部高度產(chǎn)生良好的匹配。然而，對(duì)于回波損耗中相對(duì)小收益的尺寸權(quán)衡顯示高于三英寸僅有邊際收益。因此，三英寸可被認(rèn)為是具有可接受的反射損耗的最小高度，因此是可取的圓頂部高度。圖11B示出了對(duì)于一定范圍的圓頂部高度的模擬發(fā)射損耗與頻率。發(fā)射損耗是所發(fā)射的電磁波的衰減的特征。較大的數(shù)值(較小的負(fù)值)對(duì)應(yīng)于較好的發(fā)射損耗和更高效的天線。當(dāng)圓頂部高度高于三英寸時(shí)發(fā)射損耗中的增益在減小。顯著地，發(fā)射損耗可以用作遠(yuǎn)程發(fā)射天線的特性的互補(bǔ)量度。因此，將圓頂部的高度制造成大于3英寸可得到非常小的收益。參數(shù)化之后，尺寸可被明智地確定。用于915MHz的尺寸的例子在表2中給出了。反射和發(fā)射損耗曲線說明本設(shè)計(jì)得到了實(shí)質(zhì)上的改進(jìn)，用于本公開目的，但是為了進(jìn)一步驗(yàn)證這些結(jié)果，可以檢查在接收器處電場相互作用的等高線(contour)和遠(yuǎn)場輻射圖。下面在表2中示出的波導(dǎo)尺寸隨著蝶形天線的尺寸(如在上面表1中所示)成比例變化。優(yōu)化的遠(yuǎn)程天線尺寸數(shù)值(單位)波導(dǎo)(內(nèi)部)的長度15.0【cm】波導(dǎo)(內(nèi)部)的寬度7.6【cm】波導(dǎo)(內(nèi)部)的高度5.0【cm】表2：參數(shù)化后的最終遠(yuǎn)程天線尺寸圖12示出了來自圖10的天線組件的模擬電磁輻射圖的立體圖。特別地，圖12示出了根據(jù)表2的遠(yuǎn)程天線設(shè)計(jì)在915MHz時(shí)的遠(yuǎn)場輻射圖。介質(zhì)加載波導(dǎo)進(jìn)一步改進(jìn)了天線的指向性，用于提供傳遞至被植入神經(jīng)刺激器裝置的足夠能量。遠(yuǎn)場圖顯示附加的介質(zhì)加載進(jìn)一步改進(jìn)了指向性，這證實(shí)了前面發(fā)現(xiàn)的損耗特征以及E-場傳播結(jié)果。另外，該圖量化了天線相對(duì)于被植入神經(jīng)刺激器裝置的空間定向變化。結(jié)果證明被植入神經(jīng)刺激器可以在遠(yuǎn)程發(fā)射天線的中心軸線的15°內(nèi)并且仍接收所發(fā)射能量的一大部分。圖13A-13B示出了圖12的模擬電磁輻射圖的X-Z和Y-Z平面圖。接收器天線1304是這兩個(gè)平面的頂部部分。等高線示出與接收器天線1304相互作用的電磁能的前移凸角。這些圖顯示發(fā)射天線1302和接收器天線1304良好地耦合到一起，因?yàn)榘l(fā)射天線1302指向包括接收器天線1304的植入體，并且能量被高效地傳遞到植入體。由于所進(jìn)行的進(jìn)一步參數(shù)化，在915MHz時(shí)的遠(yuǎn)場輻射圖得以改進(jìn)，如上面所討論的。已經(jīng)描述了許多實(shí)施方式。然而，應(yīng)理解可制造許多修改。相應(yīng)地，其它實(shí)施方式在下述權(quán)利要求的范圍內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3