用于皮下可植入式心律復律除顫器的電容器配置的制作方法
【技術領域】
[0001]本申請公開的技術涉及可植入式心律復律除顫器，尤其涉及柔性皮下可植入式心律復律除顫器的電容器配置與排布。
[0002][交叉引用]
[0003]本申請要求以下美國臨時專利申請的優先權:US 62/034, 804、US 62/201, 595和US 62/201, 609ο
【背景技術】
[0004]可植入式心律復律除顫器(本文縮寫為I⑶)是將心律復律器和除顫器組合成一個單一的可植入單元的醫療器械。I⑶因此是一個小電池供電的電脈沖發生器，被植入在由于心室纖維性顫動(其可以通過去纖維性顫動來補救)和室性心動過速(其可以通過心臟復律來補救)而具有心臟猝死風險的病人體內。由于除顫和心臟復律都需要大量的能量來傳遞到心臟，從而產生效果，所以ICD通常需要多個高能量的電容器在每電脈沖儲存足夠的能量，以通過該I⑶傳送至患有心室顫動(本文縮寫為VF)或室性心動過速(本文縮寫為VT)的患者。
[0005]一種已知的I⑶是植入到血管內或植入心內，其具有位于心臟內以及連接到心臟外表面的引線。該引線本質上是為心臟提供高電壓電脈沖的電極。這樣的ICD需要多個高能量電容器，以提供大約35-40焦耳每電脈沖的能量，以及700-800伏每電脈沖范圍內的高電壓，用以例如為VF患者適當地除顫。另一種已知的ICD是植入到皮下的，其具有置于皮下且未直接接觸心臟的引線。這種ICD在本領域也被稱為皮下ICD。由于引線設置在皮下而未與心臟接觸，所以皮下ICD的電脈沖需要穿過肌肉、肺和骨骼來為心臟除顫。因此，皮下ICD相比心內ICD必須配置更高的能量和電壓。舉例來說，目前唯一市場銷售的皮下ICD是由波士頓科學公司生產的品牌名為Emblem? S-1CD的系統，其產生大約80焦耳和1000伏特每電脈沖。然而無論采用哪種方式，心內ICD和皮下ICD都需要能夠存儲所需水平的能量和能夠支持所需的每電脈沖電壓的多個高能電容器。
[0006]大多數最新的ICD中都使用濕式鉭質電容器。這種電容器被使用源于其儲存高能量水平的能力及其維持高電壓的能力，因此容積效率高。大多數I⑶，包括Emblem? S_I⑶系統，具有一個罐和引線的設計。在這些ICD中電容器存放在罐中，因此其形狀設計和建造為適應罐的形狀。ICD中最常用的電容器形狀為半圓形或接近于半圓的形狀，也被稱為“D形”。參考圖1，其為現有技術中已知的一個濕式鉭質電容器的示意圖，總體標記為10。該濕式鉭質電容器10包括一個“D形”主體12和用于將該濕式鉭質電容器10與其他電子部件(未示出)電耦合的連接器14。如圖所示，該“D形”主體12的厚度16遠遠小于“D形”主體12的長度18，使得“D形”主體12具有基本上扁平的外觀。濕式鉭質電容器10在最新的I⑶以及皮下I⑶中都有使用。
[0007]制作用于I⑶和皮下I⑶的電容器的一個挑戰是每單位體積的能量效率。一方面，ICD需要大量的能量來有效工作，皮下ICD更是如此。因此存在使用更大尺寸的電容器來滿足這些要求的愿望。然而，由于I⑶和皮下I⑶是植入患者體內的，希望這樣的裝置越小越不顯眼越好。目前所有市售的ICD都使用電容器來為電脈沖存儲和提供能量，例如濕式鉭質電容器10。這種電容器能夠實現每單位體積合適的能源效率，同時也能滿足ICD和皮下ICD關于能源和電壓的需求，以及這些裝置對形狀和體積的約束。ICD和皮下ICD電容器的形狀設計是本領域已知的，并且下列專利中具有描述:WeStlund的美國專利5749911、Beauvais等的美國專利7715174和Sherwood的美國專利7656646。
[0008]然而，圖1所示的濕式鉭質電容器10的配置、形狀和設計并不適用于例如NewPace公司開發的可植入皮下串式心臟裝置(本文縮寫為ISSD)的柔性ICD，因為在將ISSD的空間配置約束考慮在內時，其電容值與尺寸之間的比例低。由NewPace公司開發的ISSD是設計為植入皮下的具有柔性形狀的管狀或圓柱形結構。該ISSD可具有圓形橫截面，也可具有橢圓形橫截面。因此具有圓柱形陽極(例如，由鉭制成)和陰極(例如，覆蓋陽極的箔)的圓柱狀電容器將是ISSD的理想候選。然而，為ISSD制造和使用圓柱形濕式鉭質電容器的問題之一是，圓柱形陽極會增大陽極上任意一點到陰極上任意一點之間的整體距離。這種距離的增加會導致電容器的內電阻增加，從而增大這種電容器的等效串聯電阻(在此縮寫ESR)。ESR的增加將因而無法使足夠的能量被儲存和遞送到在皮下植入給定大小和體積限制的ISSD的患者心臟。例如，由InnerPulse公司開發的血管內心臟設備，被設計為植入到心臟的血管系統內，其使用圓柱形電容器來提供電脈沖，如Ransbury等的美國專利公開2012/0123489A1所示。InnerPulse公司的裝置的能量需求類似于I⑶的能量需求。然而InnerPulse公司裝置的圓柱形電容器提供的能量要比皮下ICD所需的能量小得多，因而這種電容器設計和配置不適于ISSD。滿足柔性皮下I⑶(例如NewPace公司的ISSD)的能量需求的具有更高電容的圓柱形電容器由于該ISSD對形狀和體積的約束是很具挑戰性的。本領域都知道高性能電容器最大可儲存每立方厘米7焦耳能量，每電容器儲存250伏特電壓。因此，任何使用高性能電容器的ICD都需串聯連接多個高性能電容器以滿足血管內ICD所需的電壓和能量水平。對于如前所述的需要更高電壓和能量(例如，需要例如1200伏特電壓和70焦耳能量)的柔性皮下ICD來說更是如此。

【發明內容】

[0009]本申請公開的技術通過為皮下ICD提供一種新的電容器排布和配置克服了現有技術中的缺陷。根據本申請公開的技術的第一實施例，提供了一種用于具有管形形狀的皮下可植入式I⑶的電容器配置。該電容器配置包括多個第一高容積效率電容器。該高容積效率電容器的每一個為盤形。該高容積效率電容器并聯連接且被堆疊布置成第一電容器陣列，從而形成一圓柱形電容器。
[0010]根據本申請公開的技術的第二實施例，該電容器配置還具有多個第二高容積效率電容器。該多個第二高容積效率電容器并聯連接且被堆疊布置成第二電容器陣列。該第一電容器陣列和第二電容器陣列串聯連接。
【附圖說明】
[0011]結合下列附圖的詳細描述可以更充分地理解本申請所公開的技術，在附圖中:
[0012]圖1是現有技術中濕式鉭質電容器的示意圖；
[0013]圖2是根據本申請公開的技術的一個實施例構造和操作的用于柔性皮下ICD的高能量電容器配置的示意圖；
[0014]圖3是根據本申請公開的技術的另一實施例構造和操作的一個硬幣形狀的濕式鉭質電容器的示意圖；
[0015]圖4是根據本申請公開的技術的另一實施例構造和操作的多個圖3所示硬幣形狀濕式鉭質電容器的示意圖，其配置為電容器陣列；
[0016]圖5是根據本申請公開的技術的另一實施例構造和操作的各種電容器配置的示意圖；
[0017]圖6是根據本申請公開的技術的另一實施例構造和操作的圖4所示電容器陣列的不意圖，其包括一個封套；和
[0018]圖7是根據本申請公開的技術的另一實施例構造和操作的用于柔性皮下ICD的高能量濕式鉭質電容器配置的示意圖。
【具體實施方式】
[0019]本申請公開的技術通過為柔性皮下I⑶提供了一種新型高能量電容器配置克服了現有技術的缺陷，其在符合皮下植入的管形器件的體積和形狀限制的同時滿足了皮下ICD對能量和電壓的需求。該新型電容器配置也適用于前述的可植入皮下串式心臟裝置。該高能量電容器配置還可用于濕式鉭質電容器配置，其表現為圓柱形從而適于插入到例如NewPace公司的ISSD的柔性管形結構中。所述ISSD是一種柔性且一體化的皮下I⑶，其植入到患者皮膚內并提供具有類似于皮下ICD特性的電脈沖。如前所述，該ISSD還是一個柔性的管形結構，其相比血管內和心內ICD需要更高的每電脈沖能量和電壓，這是因為ISSD是皮下ICD，其電脈沖能量需要穿過更多的組織、肌肉和骨骼才能到達心臟。
[0020]根據本申請公開的技術，濕式鉭質電容器形成為盤狀、硬幣形或橢圓形，以適應ISSD縱向的容積和形狀。該盤狀或硬幣形可以為圓形橫截面或橢圓形橫截面。多個電容器因此能夠被并聯布置，形成電容器陣列以適應ISSD縱向的容積和形狀。可在電容器配置中串聯連接多個電容器陣列，從而在適應ISSD縱向形狀和容積的同時提供足夠的每電脈沖能量和電壓。由于每個電容器陣列與另一電容器陣列耦合，所以電容器陣列之間具有一定程度的柔韌性。根據本申請公開的技術的電容器配置可以傳遞所需量的電壓和能量，以足夠為患者的心臟除顫，而使引線設置在皮下而非心內或血管內。而且，這種電容器配置可以集成入限定了每個電容器外徑和長度的管形柔性器件內。
[0021]一般而言，將例如濕式鉭質電容器的高能量電容器擠進小的圓柱形(例如NewPace公司的ISSD的柔性和管形器件所需的圓柱形狀)是具有挑戰性的。如前所述，大多數現有的ICD，甚至現有的皮下ICD都使用扁平的半圓形或“D”形電容器來滿足能量與電壓的需求，同時也滿足這類器件的空間需要。根據本申請公開的技術，由于NewPace公司的ISSD為圓形或橢圓形，所以需要一種新型電容器配置，該電容器配制需要具有基本為圓柱形的形狀，以匹配NewPace公司的ISSD的形狀，并同時也提供皮下ICD所需的足夠能量和電壓，如前面所描述的，其為大約70-80焦耳和1100-1200伏特。值得注意的是，對皮下ICD例如ISSD的能量和電壓需求可以稍低，如50焦耳和1000伏特，然而這些要求仍然比心內I⑶的要求更高。
[0022]現在參考圖2，其為根據本申請公開的技術的一個實施例構造和操作的用于柔性皮下ICD中的高能量電容器配置的示意圖，該高能量電容器配置總體標記為100。高能量電容器配置100更多是示意性的電路圖，其并不代表本申請公開的技術的各個電容器的實際物理排布。各個電容器的物理排布在下面的圖7中示出和解釋。圖2示出了如何將多個高能量電容器耦合，以滿足皮下ICD的能量和電壓需求。根據本申請公開的技術的一個實施例，一個高能量電容器配置具有多個(即，兩個或更多個)扁平