声波发射器和植入式接收器制造技术

本发明专利技术除其他事项外，一般情况下说明声音-机械的换能器以交互转换电能及声波。此外介绍这种换能器的制造方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】声波发射器和植入式接收器 相关申请案 本案请求2013年5月8日的申请美国第61/821，185号临时专利案为优先权，该 案在此加入作为参考之用。
技术介绍
越来越多需要电力的主动式医疗植入物正被开发出。这类装置包括人工心律调节 器，人工心脏，药物栗，神经刺激器，人工耳蜗植入物，视网膜植入物，和各种其他感应器，监 视器以及介面医疗装置。传统上低电力装置（例如〈lmW)情况下这些装置通过植入电池 提供电力，或在高功率装置（例如>lmW)的情况下通过磁感应连结。磁感应连结包括两个 线圈，一个在外部以及一个为植入的。当电流驱动通过外部线圈时，经由磁感应内部线圈， 其能够使用来对植入装置供电。磁感应线圈遭遇几个主要缺点。效率低下的主要来源在 于传输线圈的欧姆加热，其只能够通过增加使用于线圈中电线直径加以缓和，其通常增加 装置的尺寸。例如，使用来供应30-80mW电力损耗的人工耳蜗植入物感应线圈至少为50mm 直径。没有植入永久性磁铁大型的外部线圈单元难以连结至身体。其在充电期间改善线圈 的握持；不过磁铁会干扰MRI扫瞄，越来越常见的诊断工具。此外，对于大电力传输（例如 >1W)，外部线圈的加热会使外部单元发热，造成病人的不适。 作为磁感应连结的替代方法，可以用声波能量传送能量至植入装置。此方法使用 外部传送换能器将电能转变为声波能量/声波以及导引该能量经由病人的皮肤朝向植入 接收换能器，其将声波能量转换回电能。接收的电能能用于直接地对医疗装置供电，或可能 存储在电容器或电池供以后使用。几位研究人员提出使用声波能量的装置对植入医疗装置 供电。到目前为止，这种装置受限于他们的低效率，高灵敏度对准，以及对周围组织加热的 安全问题。近年来具有较高本质性机电耦合系数的压电材料已经具备，特别是弛豫-PT材 料。这种材料可能达成高功率效率（>20%)传输通过几个毫米组织的效果，但声功率传输 已经仍然不能取代感应连结。其有很多原因：声学连结在发送和接收换能器之间历史上需 要高度角度及横向对准；接收换能器必须封装在密闭性但仍然能够透过声波的方式，其很 难实现；以及负载的阻抗匹配性往往是效率低下。因此，主动性植入式医疗装置仍然需要制 造更高效率，可靠性以及容易使用声连结电力转换系统。
技术实现思路
本专利技术公开了高传输性效率电能及声能交互转换的能量转换系统。可以制造一系 统以产生植入式接收换能器密封性以及声学地穿透性包装。也可以制造一系统以尽量减少 角度度以及横向对准的问题。本专利技术亦公开制造发送/接收换能器以及电力转换系统的方 法。 -般情况下，在一项目中，说明声能-机械换能器使用于主动性植入式装置，其能 够将电能转换成声波或反之亦然，其具有前侧以及后侧压电材料以及接触压电材料于周边 支撑间隔器。其实施可包括一个或多个下列功能。这种材料具有柱状物电极，使得每一柱 状物在导电隔离的区域中。柱状物周围为填充材料。材料为电极化，使得每一柱状物在导 电隔离的地区。 -般情况下，在一项目中，说明声能-机械换能器使用于主动性植入式装置，其能 够将电能转换成声波或反之亦然，其具有前侧以及后侧压电材料以及由填充材料围绕着的 压电材料柱状物。其实施可包括一个或多个下列功能。柱状物为电极化，使得每一柱状物 在导电隔离的区域中。柱状物周围为填充材料。存在支撑间隔器，其接触压电材料于周边 处。 -般情况下，在一项目中，说明声能-机械换能器使用于主动性植入式装置，其能 够将电能转换成声波或反之亦然，其具有前侧以及后侧压电材料以及电极化压电材料柱状 物，使得每一柱状物在导电隔离的区域中。其实施可包括一个或多个下列功能。柱状物周 围为填充材料。存在支撑间隔器，其接触压电材料于周边处。 实现任何上述情况可包括一个或多个下列功能。压电材料（以及假如存在柱状 物）包括单晶弛豫-PT铁电材料。压电材料包括PMN-PT。压电材料被弯曲。压电材料被成 形为球冠形的。填充材料（如果存在）包含环氧树脂。支撑间隔器（如果存在）是环形。 支撑间隔器更进一步包含声音间隔器，配有长度相等的插销，使得每一声音间隔器插销超 越压电材料的前端。存在一结构支撑，其连接支撑间隔器相对于压电材料背侧，其产生空气 袋状物于两者之间。结构支撑具有通道。通道被填充。存在导电连接，其由压电材料延伸 通过空气袋状物以及被填充的通道到达换能器外侧一点。声音间隔器为圆形的。结构支撑 突出而连接至侧边外壳，其再连接至结构支撑于周边处。侧边外壳包含钛。侧边外壳为圆 形的。存在顶部外壳，其连接至侧边外壳相对于结构支撑，其形成凹腔于顶部外壳与压电材 料前端之间，其由侧边外壳围绕着。顶部外壳为圆形的。侧边外壳及顶部外壳间的接触为 圆形的。顶部外壳厚度小于大约50微米。凹腔填充聚合物。聚合物含有硅树脂。聚合物 含有聚对二甲苯。聚合物含有环氧树脂。聚合物含有聚亚酰胺。预先选择聚合物以及顶部 外壳在预先选择频率下为音频共振以及在压电材料与组织之间达成预先决定阻抗匹配。每 一导电隔离区域（假如存在）串连地彼此连接。每一导电隔离区域连接至整流器。整流器 为二极体。整流器为同步开关。换能器为发送感应器，其配置成将电能转换成声波。换能 器为接收换能器，配置为将声波转换成电能。换能器导电地连接到主动式植入性医疗装置。 医疗装置是助听器。医疗装置是人工耳蜗植入物。 一般情况下，在一项目中，功率转换系统已说明具有上述所说明的发送感应器，有 效地耦合至电力负载，以及上述所说明接收换能器，使得当负载启动时系统对接收换能器 存在固定阻抗。实施情况可包含一个或多个下列功能。预先选择接收换能器柱状物的容积 率以及接收换能器填充材料的容积率以与连接至发送换能器的电力负载阻抗相匹配。接收 换能器顶部外壳表面积大于发送换能器顶部外壳表面积。声波频率都大于大约200千赫。 发送换能器可插入至主体耳朵的耳廓碗状物，以及接收换能器可植入于该耳朵的耳廓中。 发送换能器可安装于主体耳朵背面以及接收换能器可植入于该耳朵的耳廓中。 一般情况下，在一项目中，说明弯曲的压电复合体的制造方法，该方法包括在压电 材料前端上在两个方向产生规则的切割，形成柱状物；浇置未固化环氧树脂至围绕着柱状 物的切割物，形成填充材料；推移支撑基板靠在弯曲的铸模使其成形；以及附接支撑基板。 其实施可包括一个或多个下列功能。研磨压电材料前端至预先决定的厚度。电极层沉积在 柱状物上。作为最后一步，环氧树脂可加以固化或让其固化。 -般情况下，在一项目中，说明具有换能器的主动性植入式医疗装置供电的电力 连结，其包括含有聚合物的声学匹配层以及含有钛的顶部外壳，相匹配层以及顶部外壳的 厚度以及组成份为预先选定的以在预先选定频率下为音频共振的以及在压电材料与组织 之间达成预先决定阻抗匹配。实施情况可包含一个或多个下列功能。相匹配层由约为环状 的间隔物围绕着。存在对准磁铁，其围绕着压电材料。换能器是接收换能器，以及可植入于 乳突骨中。 本专利技术先前所提及以及优点以及特性经底下说明变为明显的，本专利技术的性质通过 参考本专利技术下列详细说明以及申请专利范围变为更加清楚。【附图说明】 图1显示出声音-机械换能器的剖面图。 图2显示出声音-机械换能器的部份透视图。 图3显示出声音-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种声音‑机械换能器，其使用于主动式植入性医疗装置以转换电能成为声波或反之亦然，其包括具有前端以及后端的压电材料以及只与压电材料周边接触的支撑间隔器以保持跨越压电材料后端的空间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特·B·A·亚当森，杰弗里·R·利百特，杰里米·A·布郎，马诺哈尔·邦司，
申请(专利权)人：达尔豪西大学，
类型：发明
国别省市：加拿大;CA