AIMD · MRI-Compat KB

US8626310B2 External RF telemetry module for implantable medical devices

US8626310B2 External RF telemetry module for implantable medical devices

摘要

  • 问题:外置遥测天线须经穿过气密壳的 RF 馈通连接壳内遥测电路；该路径因承载 RF 遥测信号通常不可滤波，构成 EMI 进入壳内电子学的通道。
  • 方案:把天线 22 与 RF module 24 一并移到 housing 14 外，仅让电源和低频 data bit signals 穿过可滤的 feedthrough conductive paths 26。
  • 效果:专利陈述该布置可阻挡 EMI、MRI signals 与 noise 经馈通进入壳内，并可提高 PC-69 protection。
  • 形态:天线与模块可置于 header block 16，或构成含 ceramic 40、embedded antenna 22 与 RF module 24 的 integrated assembly 42，嵌入壳体的 recessed region 32。

原理与方案

标注:引号内英文 = 专利 raw 原文;[推导] = 由专利参数与电路模型推出的结论,非专利原文;[推断] = 按 RF/工艺常识的判断,专利未述;[待确认] = 专利未给、需另行定夺的输入或判断。

失效机理

本篇所指的失效路径位于 AIMD 壳体的信号穿透点。外置天线接收或发射远场遥测 RF 后，传统结构将该 RF 信号穿过 conductive housing 14 送到壳内遥测电路；专利称未滤的 RF feedthrough 为 EMI 进入壳内的 “open pathway”。干扰若耦合到壳内 therapy module、pulsing circuits 或其他电子学，可能影响其工作；专利以患者常被排除接受 MRI 为例。

远场遥测是该通路不能直接滤波的前提：导电壳会降低天线辐射效率，故 antenna 22 外置以获得 far field telemetry；原有架构的馈通必须保留 RF 频段，滤波会同时去除遥测信号。专利列出 MICS/MEDS 401–406 MHz、900 MHz 与 2.4 GHz 等可选工作频段。

解决机理

本方案把 RF 信号处理边界移到壳外：antenna 22 经 electrical interconnect 28 接到壳外的 RF module 24，RF transmit/receive、匹配和遥测信号处理均在壳外完成。穿壳的 paths 26 因而只需传送 “power and/or low frequency data bit signals”，可加入 filter devices 阻挡高频 EMI、MRI signals 与 noise。

[推导] 对壳内电子学而言，方案把原先必须宽带通过的 RF 馈通改为低频/供电穿透点；若滤波器在干扰频段呈高阻或将干扰旁路，入壳干扰电压、电流才会降低。

该机理针对的是 RF telemetry feedthrough 的传导入侵，与外壳对空间电磁场的屏蔽不同。模块外置还避免它在壳内对 therapy module 或 pulsing circuits 的近场干扰；shielding material 25 是模块自身的附加 EMI/EMC isolation。

工程实现

FIG. 2 将 housing 14、header block 16、antenna 22、RF module 24、feedthrough conductive paths 26 与 electrical interconnect 28 画为系统边界。外置天线远离 conductive housing 14 以改善辐射效率；RF module 24 可含 receiver/transmitter、matching circuit、filters、baluns、tuning elements、varactors 或 limiter diodes。

【关键图占位｜库主定稿时补】FIG. 2 — housing 14 外的 antenna 22 与 RF module 24，经 feedthrough conductive paths 26 连接壳内电路。

FIG. 3–4 给出 header block 16 内的形态：antenna 22 可顺应 header 外形，RF module 24 可为 flex PCB 并贴近 paths 26；antenna 22 也可蚀刻在 flex module 周缘。模块与天线可被 potting material 封为单一可更换 subassembly，其受控厚度用于限定二者的 parasitics。该工程选择服务于天线效率、体积与可装配性，不改变前述“壳外处理、壳内低频穿透”的单一缓解机理。

FIG. 5–7 是另一封装路线：壳体外表面 46 形成 recessed region 32，integrated assembly 42 的 RF module 24 收入该凹位；ceramic material 40 包埋 antenna 22，conductive pads 38 接触底面的 filtered paths 26，壳内 PWB 34 经 wired connectors 36 接入。assembly 42 的 edges 44 可与 housing 14 气密封合，作为 hermetic cover 或 header 16。

【关键图占位｜库主定稿时补】FIG. 6 — recessed region 32 内的 filtered paths 26、conductive pads 38、RF module 24 与壳内 PWB 34 的连接关系。

专利给出 LTCC 的 co-fire 温度约 850–1150 C、HTCC 约 1100–1700 C，并允许通过 ceramic dielectric constant 调整 antenna 与周围环境间的有效介电特性。

取舍

外置天线解除导电壳对辐射效率的限制，却把 RF module 24 置于植入环境，需 potting、hermetic cover 或 shielding material 25。recessed region 32 可使 assembly 42 与 housing 14 近乎齐平并减小总体尺寸，但陶瓷封装、气密边缘封合、pad 接触与 flex/互连增加封装界面。

专利背景引用 U.S. Patent 7,317,946 所述外置 wire 或 planar serpentine antenna，表明外置天线本身属既有路线；本篇的差异是把 RF module 也外移，使 filtered feedthrough 成为可能。

效果与证据

  • 结构与权项证据:Abstract、说明书与 claim 1 一致描述 ceramic hermetic cover、embedded antenna、外置 telemetry module 与至少一条 filtered feedthrough conductive path。抽取文本的 claims 2–7 分别覆盖凹位顺形、阻止干扰、cofired monolithic structure、shielding layer、potted flex module 与天线-模块集成。
  • 频率与标准陈述:说明书列举遥测可用的 401–406 MHz、900 MHz 与 2.4 GHz 等频段，并称 filtered paths 可提供较高 PC-69 protection；PC-69 的描述范围为 450–3,000 MHz 电干扰测试。
  • 封装/制造参数:LTCC 与 HTCC 的 co-fire 温度区间、recessed region、ceramic assembly 与气密封合构成本篇的结构和工艺证据。
  • MR 相关陈述:MRI signals 被列为滤波对象，背景将 destructive EMI 与患者 MRI 限制相连。

严谨性缺口

  • 无 filter circuit、元件值、截止/阻带或 insertion loss，无法将“可过滤”量化为对 MRI RF 的实际抑制。
  • 无针对壳内电路的干扰注入或功能测试；PC-69 protection 是专利陈述，未附测试条件和结果。
  • 无 ISO/TS 10974、ASTM 或 MR-conditional 标签证据，不能作为 MRI 验证层的通过证据。
  • 无壳外模块、antenna、feedthrough 与 return/ground 的完整高频模型；壳体、封装介电材料和互连寄生对实际 EMI 路径的影响未定量。
  • 未指定实施例的遥测工作频段或其与 MRI RF 的频谱关系，也未给具体 malfunction 形式、阈值或 MRI 序列。
  • 未给 shielding material 25 的材料、厚度、屏蔽效能，亦未测试外置模块的气密性、疲劳或天线失配对滤波效果的影响。
  • raw 标称 8 Claims，抽取文本只列 claim 1–7；缺失 claim 8，不能据此完整判断授权保护范围。
  • 无同类结构的对照数据，无法判断该安排在行业中的普遍性或相对于壳内 RF module 的增益。
  • 无样品数量、制造良率、He leak、机械载荷或环境老化结果，也无 MRI scanner 场强、RF coil、sequence、phantom、植入构型、温升、误触发、复位、therapy 输出或 telemetry 链路的实测/仿真数据。
  • rf-malfunction 关联仅限壳内 RF/EMI 入侵。专利没有处理 DBS lead 的 RF 致热、梯度感应或 B0 相关风险，不能直接外推到双侧皮层导线的 MR 安全性。

关联