使用超声背向散射用于传感生理学状况的移植物制造技术

本发明专利技术描述了一种可移植装置，其具有传感器，该传感器被构造用于检测分析物、pH、温度、应变或压力的量；以及在最长的维度上长度为大约5mm或更低的超声波换能器，其被构造用于接收基于由传感器检测的分析物、pH、温度或压力的量而调制的电流，并且基于接收的电流发射超声背向散射。所述的可移植装置可以被移植到受试对象中，例如动物或植物。本发明专利技术还描述了一种系统，其包含一个或多个可移植装置，以及包含一个或多个超声波换能器的问询器，其中所述的超声波换能器被构造用于将超声波传输至一个或多个可移植装置或者由一个或多个可移植装置接收超声背向散射。本发明专利技术还描述了检测分析物、pH、温度、应变或压力的方法。

Transplants Sensing Physiological Status Using Ultrasound Backscattering

The present invention describes a portable device with a sensor which is constructed to detect the amount of analyte, pH, temperature, strain or pressure, and an ultrasonic transducer with a length of about 5mm or less in the longest dimension. The transducer is constructed to receive current modulated based on the amount of analyte, pH, temperature or pressure detected by the sensor and based on the connection. Received current emits ultrasonic backscattering. The portable device can be transplanted into a subject, such as an animal or a plant. The invention also describes a system comprising one or more portable devices and a questioner comprising one or more ultrasonic transducers, wherein the ultrasonic transducer is constructed for transmitting ultrasound to one or more portable devices or receiving ultrasonic backscattering by one or more portable devices. The invention also describes a method for detecting analyte, pH, temperature, strain or pressure.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用超声背向散射用于传感生理学状况的移植物相关申请的交叉引用本申请要求2016年7月7日提交的标题为“NEURALDUSTANDULTRASONICBACKSCATERIMPLANTSANDSYSTEMS，ANDAPPLICATIONSFORSUCHSYSTEMS”的美国临时申请No.62/359,672的优先权，就所有目的而言，上述文献的内容以引用方式并入本文。关于联邦资助的研究的声明本专利技术是在由美国国防高级研究计划局(theDefenseAdvancedResearchProjectsAgency(DARPA))授予的GrantNos.HR0011-15-2-0006下，在政府的支持下研发的。政府具有本专利技术的某些权利。
本专利技术涉及使用超声背向散射，用于传感和报告受试对象的生理学状况的可移植装置。
技术介绍
之前已知的“神经尘埃”系统包括小的可移植装置(称为“神经尘埃”或“灰尘”)，使用超声波透射以及由灰尘反射的背向透射与各个灰尘通讯的可移植超声波收发器，以及与可移植的超声波收发器无线通讯的外部收发器。参见Seo等人的Neuraldust:anultrasonic,lowpowersolutionforchronicbrain-machineinterfaces,arXiv:1307.2196v1(July8,2013)；Seoetal.,Modelvalidationofuntethered，ultrasonicneuraldustmotesforcorticalrecording，JournalofNeuroscienceMethods，vol.224，pp.114-122，2014年8月7日可在线获得；以及Bertrand等人的Beamformingapproachesforuntethered,ultrasonicneuraldustmotesforcorticalrecording:asimulationstudy,IEEEEMBC(Aug.2014)。这些文件中所述的神经尘埃系统用于皮层记录(即，脑电信号的记录)。在文件中所示的那些应用中，灰尘被移植到脑组织(皮质)中，超声波收发器(即，“问询器”)被移植到硬脑膜的皮质上，并且外部收发器被放置在紧靠患者的头部与移植硬膜下超声波收发器临近的位置。这种神经尘埃系统示于图1中。小心地监测受试对象的某些生理学状况可以更好地了解健康和疾病进程。例如血糖监测用于监测糖尿病患者的健康，而血氧水平用于监测间隔综合征、癌症或器官植入物。然而，使用已知的技术连续地深组织监测某些生理学状况是不实际的。所需要的是用于传感生理学状况的可移植装置。专利技术概述本专利技术描述了用于传感受试对象的生理学状况(例如pH、分析物水平、压力、应变或温度)的可移植装置，以及使用超声背向散射报告传感的生理学状况。本专利技术进一步描述了包含一个或多个可移植装置和问询器的系统。本专利技术还描述了传感生理学状况和使用超声背向散射报告传感的生理学状况的方法。在一个方面中，提供一种可移植装置，其包含：传感器，其被构造成检测分析物的量、pH、温度、应变或压力；以及超声波换能器，其在最长的维度上的长度为大约5mm或更小，并且被构造成接收基于通过传感器检测的分析物的量、pH、温度、应变或压力而调节的电流，并基于接收的电流发射超声背向散射。在可移植装置的一些实施方案中，超声波换能器被构造用于接收给可移植装置提供电源的超声波。在一些实施方案中，超声波换能器被构造用于由包含一个或多个超声波换能器的问询器接收超声波。在一些实施方案中，超声波换能器为体压电换能器、压电微加工超声波换能器(PMUT)或电容式微加工超声波换能器(CMUT)。在可移植装置的一些实施方案中，可移植装置的最长维度的长度为大约5mm或更小。在一些实施方案中，可移植装置的体积为大约5mm3或更小。在一些实施方案中，可移植装置被移植到受试对象中。在一些实施方案中，受试对象为人类。在一些实施方案中，受试对象为动物或植物。在可移植装置的一些实施方案中，传感器检测分析物的量或pH。在一些实施方案中，传感器检测pH或氧。在可移植装置的一些实施方案中，传感器为光学传感器。在一些实施方案中，光学传感器包含光源和光学检测器。在一些实施方案中，光学传感器检测血压或脉搏。在一些实施方案中，光学传感器包含含有荧光团的基质，并且其中荧光团的荧光强度或荧光寿命取决于分析物的量。在一些实施方案中，光学传感器被构造用于实施近红外光谱法。在一些实施方案中，传感器检测葡萄糖。在一些实施方案中，传感器为电位计化学传感器或或安培计化学传感器。在一些实施方案中，传感器检测氧、pH或葡萄糖。在可移植装置的一些实施方案中，传感器为温度传感器。在一些实施方案中，温度传感器为热敏电阻、热电偶或者与绝对温度成比例(PTAT)的电路。在可移植装置的一些实施方案中，可移植装置包含体压电超声波换能器和热敏电阻。在可移植装置的一些实施方案中，传感器为压力传感器。在一些实施方案中，传感器为微机电系统(MEMS)传感器。在一些实施方案中，可移植装置被构造用于测量血压或脉搏。在可移植装置的一些实施方案中，传感器为应变传感器。在可移植装置的一些实施方案中，可移植装置进一步包含集成电路。在一些实施方案中，集成电路包含电源电路、被构造用于向传感器提供电路的驱动器、被构造用于由传感器接收信号的嵌段或数字电路的一个或多个。在一些实施方案中，集成电路包含数字电路，并且其中数字电路被构造用于操作调制电路。在一些实施方案中，数字电路被构造用于向调制电路传输数字化信号，其中所述的数字化信号是基于分析物、温度、应变或压力的检测量。在可移植装置的一些实施方案中，移植的装置至少部分被生物相容性材料封装。在可移植装置的一些实施方案中，可移植装置进一步包含无响应性反射器。在可移植装置的一些实施方案中，可移植装置包含两个或多个传感器。本专利技术进一步提供一种系统，其包含一个或多个可移植装置，和问询器，该问询器包含一个或多个超声波换能器，其被构造用于将超声波传输给一个或多个可移植装置，或者由一个或多个可移植装置接收超声背向散射。在一些实施方案中，问询器包含一个或多个超声波换能器阵列，其中每个换能器阵列都包含两个或多个超声波换能器。在一些实施方案中，所述的系统包含多个可移植装置。在一些实施方案中，问询器被构造用于传输的超声波的波束操纵，从而备选地使传输的超声波聚焦在多个可移植装置的第一部分上，或者将传输的超声波聚焦在多个可移植装置的第二部分上。在一些实施方案中，问询器被构造用于由至少两个可移植装置同时接收超声背向散射。在一些实施方案中，问询器被构造用于使用时分多路法,空间多路法或频率多路法，将超声波传输至多个可移植装置上，或者由多个可移植装置接收超声背向散射。在一些实施方案中，问询器被构造成受试对象可佩带的。在一个方面中，提供检测分析物、pH、温度、应变或压力的量的方法，其包括接收为一个或多个可移植装置提供电源的超声波，其中所述的可移植装置包含在最长的维度上长度为大约5mm或更小的超声波换能器；将由超声波得到的能量转换成电流；将电流传输至传感器，该传感器被构造用于测量分析物、pH、温度、应变或压力的量；基于分析物、pH、温度、应变或压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可移植装置，其包含：传感器，其被构造用于检测分析物、pH、温度、应变或压力的量；以及在最长的温度下的长度为大约5mm或更低的超声波换能器，其被构造用于接收基于所述的传感器检测的所述的分析物的量、所述的pH、所述的温度或所述的压力来调制的电流；以及基于所述的接收电流发射超声背向散射。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.07.07 US 62/359,6721.一种可移植装置，其包含：传感器，其被构造用于检测分析物、pH、温度、应变或压力的量；以及在最长的温度下的长度为大约5mm或更低的超声波换能器，其被构造用于接收基于所述的传感器检测的所述的分析物的量、所述的pH、所述的温度或所述的压力来调制的电流；以及基于所述的接收电流发射超声背向散射。2.权利要求1所述的可移植装置，其中所述的超声波换能器被构造用于接收为所述的可移植装置提供电源的超声波。3.权利要求2所述的可移植装置，其中所述的超声波换能器被构造用于由包含一个或多个超声波换能器的问询器接收超声波。4.权利要求1-3的任意一项所述的可移植装置，其中所述的超声波换能器为体压电换能器、压电微加工超声波换能器(PMUT)或电容式微加工超声波换能器(CMUT)。5.权利要求1-4的任意一项所述的可移植装置，其中所述的可移植装置在所述的最长的温度下的长度为大约5mm或更低。6.权利要求1-5的任意一项所述的可移植装置，其中所述的可移植装置的体积为大约5mm3或更低。7.权利要求1-6的任意一项所述的可移植装置，其中所述的可移植装置被移植到受试对象中。8.权利要求7所述的可移植装置，其中所述的受试对象为人类。9.权利要求7所述的可移植装置，其中所述的受试对象为动物或植物。10.权利要求1-9的任意一项所述的可移植装置，其中所述的传感器检测所述的分析物或pH的量。11.权利要求10所述的可移植装置，其中所述的传感器为光学传感器。12.权利要求11所述的可移植装置，其中所述的光学传感器包含光源和光学检测器。13.权利要求11或12所述的可移植装置，其中所述的光学传感器检测血压或脉搏。14.权利要求11或12所述的可移植装置，其中所述的光学传感器包含具有荧光团的基质，并且其中所述的荧光团的荧光强度或荧光寿命取决于所述的分析物的量。15.权利要求11、12或14的任意一项所述的可移植装置，其中所述的传感器检测pH或氧。16.权利要求11或12所述的可移植装置，其中所述的光学传感器被构造用于实施近红外光谱法。17.权利要求16所述的可移植装置，其中所述的传感器检测葡萄糖。18.权利要求1-10的任意一项所述的可移植装置，其中所述的传感器为电位计化学传感器或安培计化学传感器。19.权利要求18所述的可移植装置，其中所述的传感器检测氧、pH或葡萄糖。20.权利要求1-10的任意一项所述的可移植装置，其中所述的传感器为温度传感器。21.权利要求20所述的可移植装置，其中所述的温度传感器为热敏电阻、热电偶或与绝对温度成比例(PTAT)的电路。22.权利要求1-10的任意一项所述的可移植装置，其中所述的可移植装置包含体压电超声波换能器和热敏电阻。23.权利要求1-9的任意一项所述的可移植装置，其中所述的传感器为压力传感器。24.权利要求23所述的可移植装置，其中所述的压力传感器为微机电系统(MEMS)传感器。25.权利要求23或24所述的可移植装置，其中所述的可移植装置被构造用于测量血压或脉搏。26.权利要求1-9的任意一项所述的可移植装置，其中所述的传感器为应变传感器。27.权利要求1-26的任意一项所述的可移植装置，其中所述的可移植装置进一步包含集成电路。28.权利要求27所述的可移植装置，其中所述的集成电路包含以下的一个或多个：电源电路；驱动器，其被构造用于为所述的传感器提供电流；前端，其被构造用于由所述的传感器接收信号；或者数字电路。29.权利要求27或28所述的可移植装置，其中所述的集成电路包含所述的数字电路，并且其中所述的数字电路被构造用于操作调制电路。30.权利要求28或29所述的可移植装置，其中所述的数字电路被构造用于向所述的调制电路传输数字化信号，其中所述的数字化信号是基于所述的分析物、所述的温度、所述的应变或所述的压力的检测量。31.权利要求1-30的任意一项所述的可移植装置，其中所述的移植的装置被生物相容性材料至少部分封装。32.权利要求1-31的任意一项所述的可移植装置，其中所述的移植的装置进一步包含无响应性反射器。33.权利要求1-32的任意一项所述的可移植装置，其中所述的移植的装置包含两个或更多的传感器。34.一种系统，其包含根据权利要求1-33的任意一项所述的一个或多个可移植装置，以及包含一个或...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·M·马哈贝兹，J·M·卡梅纳，M·安瓦尔，B·A·欧兹根，徐东进，F·法瓦，
申请(专利权)人：加州大学评议会，
类型：发明
国别省市：美国,US