植入式传感器和用于这样的传感器的方法技术

本发明专利技术涉及植入式传感器，该植入式传感器被配置成植入到受试者的身体内并且被配置成测量所述受试者的身体组织内的由流过所述身体组织的电流引起的阻抗，其中，该身体组织为受试者的真皮下组织或皮下组织。一对注入电极被配置成将电流注入到身体组织中，并且一对感测电极被配置成检测结果电压。检测器可操作性地连接至感测电极，并被配置成接收由感测电极检测的电压，其中，检测器被配置成基于由该对感测电极检测的电压测量身体组织的阻抗。微控制器可操作性地连接至检测器并且被配置成接收来自检测器的阻抗信号并向电流信号输出电路提供控制信号，并且包括线圈的供电和通信电路被配置成通过由外部线圈产生的电磁场供电。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于测量生物阻抗的植入式医疗设备和植入式传感器的领域。在本专利技术的具体实施例中，其涉及可以植入到身体中以检测或测量身体的至少一个生理参数(诸如血液葡萄糖水平)的传感器。
技术介绍
至今为止，对用户相关状况或参数(诸如不同生理参数、健康状态、药物依从性)进行有效的监测和跟进一直受限于用户佩戴的植入式心脏起搏器和植入式心律转复除颤器(ICD)。当前的设备允许对反映设备功能和用户的整体临床状况的多个关键数据点进行访问。后续设备的最新进步通过利用无线连接提供了对设备所存储数据的较容易访问，并且提供了对数据的基于因特网的访问，作为从保健机构点得到的信息的补充。然而，尽管取得了这些技术进步，但还是需要一种改善的系统，该改善的系统用于有效地监测和跟进用户相关状况或参数，诸如不同生理参数(包括水化、葡萄糖水平等)、健康状态、药物依从性，从而用以关于器官移植来监测器官在从捐赠者迁移到受赠者期间的生命力并且监测迹象或排斥、感染或缺血，用以使用例如温度监测卵巢周期，以及用以监测葡萄糖和水化以识别飞行员、卡车驾驶员等的警觉性。明显需要可以与下述植入式传感器一起使用的这样的系统，上述植入式传感器较小、可靠、简单以及生产成本低，并且可以长时间段地携带而无需重新充电或更换电池。明显地，植入式心脏起搏器和植入式心律脏转复除颤器(ICD)不适合这样的系统。此外，在这样的改善的系统中包括植入式传感器将会是非常有益的。植入式传感器是被配置成植入到活组织内(例如活患者内)的传感器。患者可以包括动物或人。这样的植入式传感器通常用于监测与患者相关联的一个或多个生理参数。例如，针对特定物质的存在或缺乏，植入式传感器可以监测患者的血液或其他身体流体。其他植入式传感器可以监测患者的身体温度。一般而言，植入式传感器可以用于提供辅助诊断或治疗疾病的有价值数据，或用于帮助保持或维持给定水平的生理活性或失活、化学活性或失活或者其他活性或失活。其中植入式传感器和监测系统将具有很大用途的、受高度重视的领域为葡萄糖监测或糖尿病监测。目前，患有糖尿病的患者依靠每天使用侵入式(invasive)血液葡萄糖仪来监测血液葡萄糖数次。这种方法通常涉及抽取少量的血液样本，然后针对葡萄糖水平直接对该血液样本进行测试。这种方法存在诸多缺点，例如，患者每天必须以规律的间隔在一天内抽取血液样本数次，从而存在一些与重复抽取血液样本相关联的不舒适。此外，存在误差幅度，例如，患者可能忘记取血液样本。通常与某种类型的胰岛素递送系统一起使用以治疗糖尿病的当前葡萄糖传感器提供了将患者身体内的葡萄糖浓度维持在可接受水平所需的数据。这样的葡萄糖传感器必须恰当地执行；否则，可能会提供错误数据。这样的错误数据(如果根据其采取动作)可能导致施用不适当量的胰岛素，从而导致死亡或严重伤害。因此，本领域亟需一种可靠的、并且可以被监测以定期地恰当运行的传感器。同样地，需要一种必须在某些特定的精确度限制内恰当工作的葡萄糖传感器。许多植入式传感器需要电源(诸如电池)以对传感器和发送器供电，因此它们在植入后仅在有限的时间段内有用。在机载(on-board)电源耗尽之后，如果需要移除或替换设备，则除了最初的植入之外，还将必须进行侵入性操作。因此，还需要一种植入式设备，该植入式设备可以感测或检测一个或多个生理参数值，并且可以通过例如手持式读取器远程访问以利用非侵入性方式获得所感测的参数值。不须使用机载电源，使得从不需要为了替换电源而从植入位点移除设备，因此可以保持植入持续无限的时间段。在Rai P.和Varadan V.的“Wireless Glucose Monitoring Watch enabled by an Implantable Self-sustaining Glucose sensor system”(出自Progress in Biomedical Optica and Imaging，SPIE8548议程，2012)中，描述了包括可以利用电感耦合进行供电的植入式葡萄糖传感器的系统。该传感器可以与表通信，并且葡萄糖数据可以显示在该表上。然而，由于该篇文章中描述的传感器在使用期间消耗本身，所以其仅具有有限的工作寿命。在Gupta等人的US2007276201中，公开了一种用于监测应变(strain)作为生物状况(诸如脊柱融合、葡萄糖水平、脊柱负荷以及心率)的指标的系统。该系统包括叉指形(inter-digitated)电容传感器和RF发送器以及相关联的天线，所有这些部件在尺寸方面均为微小型或微小的，并且可以植入到生物宿主(诸如人或动物)中。还采用了电感耦合电源以避免对植入化学电池的需求。当将外部接收设备(诸如手持式RF ID类型接收器)置于接近植入式传感器、发送器以及电感耦合电源的位置处时，电力被提供至传感器和发送器，并且从传感器发送数据。所植入的传感器、发送器以及电感耦合电源可以永久地留在适当的位置，或在期望时移除。在Yang等人的US2004180391中，通过探测器(10、70、210、270)提供对患者的间质流体或待分析的流体样本中的化学和生化物质(例如，pH或葡萄糖水平)的体内或体外监测。对于体内监测，容易通过微创法来插入探测器。采用光学或电化学感测法来检测物理或化学变化，诸如pH、颜色、电势、电流等，该物理或化学变化指示待检测的物种的浓度或待检测的化学性质。利用这种方法，患者的视觉观察可能足以监测某些生化指标(例如，葡萄糖)。CAP膜允许高酶载量，从而使得能够使用微型探测器，和/或使得能够利用足够的信噪比和低背景电流来诊断低水平的分析物。在Lei M.等人的“A hydrogel-based implantable micromachined transponder for wireless glucose measurement”(出自Diabetes technology&Therapeutics，卷8,第1期，2006)中，描述了一种基于水凝胶的植入式无线葡萄糖传感器。基本结构为耦合至刺激灵敏性水凝胶的无源微型机械谐振器，该刺激灵敏性水凝胶被限制在刚性(stiff)纳米多孔膜和薄玻璃隔膜之间。在下述文献中研究了器官的阻抗测量：“Die Impedanzmessung zur Beurteilung vonder humanen Leber in der Vorbereitung zur Transplantation”，Gersing E.，Langenbecks Arch Chir(1993)378:233-238；“Impedance spectroscopy on living tissue for determination of the state of organs”，Gersing E.，Bioelectrochemistry and Bioenergetics(1998)45:145-149；“Quantitative analysis of impedance spectra of organs during ischemia”，Gheorghiu M，Gersing E，Gheorgh本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于测量受试者中的阻抗的设备，所述设备被配置成植入到所述受试者的身体内并且被配置成测量由流过所述受试者的身体组织的电流引起的所述身体组织内的阻抗，其中，所述身体组织为所述受试者的真皮下组织或皮下组织，所述设备包括：一对注入电极，被配置成用于将电流注入到所述身体组织中，其中，所述电流从所述注入电极中的一个经过所述身体传到所述注入电极中的另一个；一对感测电极，被配置成检测由在所述一对注入电极之间流动并流经所述身体组织的电流所引起的结果电压；电流信号输出电路，操作性地连接至微控制器和所述注入电极并且被配置成将预定频率的电流提供至所述注入电极；检测器，操作性地连接至所述感测电极并且被配置成接收由所述感测电极检测的电压，其中，所述检测器被配置成基于由所述一对感测电极检测的电压来测量所述身体组织的阻抗；微控制器，操作性地连接至所述检测器，并且被配置成接收来自所述检测器的阻抗信号并向所述电流信号输出电路提供控制信号；以及包括线圈的供电和通信电路，所述供电和通信电路被配置成通过由外部线圈产生的电磁场供电，供电电路操作性地连接至所述微控制器并且被配置成对所述微控制器、所述电流信号输出电路和所述检测器供电。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.01.16 US 14/157,2981.一种用于测量受试者中的阻抗的设备，所述设备被配置成植入到所述受试者的身体内并且被配置成测量由流过所述受试者的身体组织的电流引起的所述身体组织内的阻抗，其中，所述身体组织为所述受试者的真皮下组织或皮下组织，所述设备包括：一对注入电极，被配置成用于将电流注入到所述身体组织中，其中，所述电流从所述注入电极中的一个经过所述身体传到所述注入电极中的另一个；一对感测电极，被配置成检测由在所述一对注入电极之间流动并流经所述身体组织的电流所引起的结果电压；电流信号输出电路，操作性地连接至微控制器和所述注入电极并且被配置成将预定频率的电流提供至所述注入电极；检测器，操作性地连接至所述感测电极并且被配置成接收由所述感测电极检测的电压，其中，所述检测器被配置成基于由所述一对感测电极检测的电压来测量所述身体组织的阻抗；微控制器，操作性地连接至所述检测器，并且被配置成接收来自所述检测器的阻抗信号并向所述电流信号输出电路提供控制信号；以及包括线圈的供电和通信电路，所述供电和通信电路被配置成通过由外部线圈产生的电磁场供电，供电电路操作性地连接至所述微控制器并且被配置成对所述微控制器、所述电流信号输出电路和所述检测器供电。2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述检测器包括I/Q(同相/正交)解调器，所述I/Q解调器包括用于分别提取I分量和Q分量的一条信号路径，其中，从所述感测电极接收所感测的电压作为输入，并且所述I/Q解调器的输出为至少一个直流信号。3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述设备被配置成测量或监测所述受试者的身体的至少一个生理参数，其中，监测引擎被配置成使所测量的阻抗与阻抗和至少一个生理参数之间的预定关系相关。4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述微控制器操作性地连接至所述检测器，并且被编程为通过使所测量的阻抗与阻抗和所述至少一个生理参数的水平之间的预定关系相关来确定所述受试者的生理参数。5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述微控制器被编程为通过使所测量的阻抗与阻抗和血液葡萄糖水平之间的预定关系相关来确定所述受试者的葡萄糖水平。6.根据权利要求3所述的设备，其中，所述微控制器被配置成将所测量的阻抗经由所述供电和通信电路传送至外部设备，并且其中，所述监测引擎布置在所述外部设备中。7.根据权利要求3所述的设备，其中，所述微控制器被配置成将所测量的阻抗经由所述供电和通信电路传送至外部设备，并且其中，所述监测引擎布置在所述外部设备中并且被配置成通过使所测量的阻抗与阻抗和血液葡萄糖水平之间的预定关系相关来确定所述受试者的葡萄糖水平。8.根据权利要求3所述的设备，其中，所述至少一个生理参数包括身体温度、水化水平、荷尔蒙水平、乳酸水平。9.根据权利要求1所述的设备，其中，所述电流信号输出电路被配置成提供处于多个频率的注入电流，所述多个频率在1kHz至3MHz之间的范围内，且优选地在1.5kHz至2.5MHz之间的范围内，并且更优选地在1.90kHz至2MHz之间的范围内。10.根据权利要求1所述的设备，还包括频率生成电路，所述频率生成电路操作性地连接至所述检测器，并且被配置成生成参考信号并将所述参考信号递送至所述检测器，所述参考信号具有的频率在5kHz至50
\tMHz之间，且优选地在10kHz至20MHz之间的范围内，并且更优选地在16kHz至16MHz之间的范围内。11.根据权利要求2所述的设备，其中，所述I/Q解调器包括被配置成使所接收的电压与所述参考信号相乘的乘法器。12.根据权利要求1所述的设备，其中，所述检测器还包括用于对由所述感测电极感测的电压进行放大的电压放大器。13.根据权利要求1所述的设备，其中，所述检测器还包括用于对经放大的信号进行滤波的低通滤波器。14.根据权利要求1所述的设备，其中，所述设备被配置成在真皮下或在皮下植入到所述受试者的身体内。15.根据权利要求1所述的设备，其中，所述供电和通信电路被配置成使用背散射技术与外部通信设备进行通信。16.根据权利要求1所述的设备，还包括光学检测单元，所述光学检测单元包括LED和检测器，其中，所述光学检测单元连接至所述微控制器。17.一种用于使用设备来测量受试者中的阻抗的方法，所述设备被配置成植入到所述受试者的身体内并且被配置成测量由流过所述受试者的身体组织的电流引起的所述身体组织内的阻抗，其中，所述身体组织为所述受试者的真皮下组织或皮下组织，所述方法包括：通过经由由外部线圈产生的电磁场在线圈处接收电力，提供用于阻抗测量的电力；经由一对注入电极将电流注入到所述身体组织中，其中，所述电流从所述注入电极中的一个经过所述身体传到所述注入电极中的另一个；在一对感测电极处感测由在所述一对注入电极之间流动并且流经所述身体组织的电流所引起的结果电压；以及基于由所述一对感测电极检测的电压，确定所述身体组织的阻抗。18.根据权利要求17所述的方法，还包括：对用于分别提取I(同相)分量和Q(正交)分量的一条信号路径执行I/Q解调，其中，从所述感测电极接收所感测的电压作为输入，并且所述I/Q解调的输出为至少一个直流信号。19.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿纳·鲁苏，索尔·亚历杭德罗·罗德里格斯·杜埃尼亚斯，斯蒂格·奥尔马，
申请(专利权)人：德麦尔设备公司，
类型：发明
国别省市：加拿大;CA