包括光学单元的植入式医疗装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种植入式医疗装置(1)，该植入式医疗装置包括包封电路和电源的壳体(2)、以及密封地耦接到该壳体的光学单元(3)，所述光学单元由以下组成：·整体块单元(4)，该整体块单元由透明陶瓷材料制成并且包括：o由内表面和外表面限定的薄窗口(4w)；o用于将光纤耦接到该整体块的外部配合结构(4om)；以及o用于永久性地耦接光单元的内部配合结构(4im)；以及·光单元(5)，该光单元刚性安装在该整体块单元的内部配合结构(4im)上并且包括光元件，该光元件包括内部光源(5L)和/或光电探测器(5d)中的一个或多个，其中该光元件和接合在该外部配合结构中的光纤与位于该薄窗口上的对应参考点(4r)对准。

Implantable medical device including optical unit

The invention relates to an implantable medical device (1). The implantable medical device comprises a housing (2) encapsulating circuit and power supply, and an optical unit (3) sealed coupled to the housing. The optical unit comprises the following components: (4) an integral block unit (4). The integral block unit is made of transparent ceramic material and includes: o is a thin window (4w) Limited by the inner surface and the outer surface; Optical fibers are coupled to the external matching structure (4om) of the block, and O to the internal matching structure (4im) of the permanently coupled optical unit, and optical unit (5), which is rigidly mounted on the internal matching structure (4im) of the block unit and includes optical elements, which include one or more of the internal light sources (5L) and/or photodetectors (5d). The optical fibers connected to the external coordination structure are aligned with the corresponding reference point (4r) located on the thin window.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括光学单元的植入式医疗装置
本专利技术涉及一种用于医学治疗的植入式医疗装置(IMD)，该医学治疗涉及通过一条或多条光纤从植入式医疗装置传输光或将光传输到植入式医疗装置。本专利技术通过减少接头的数量，优选地减少至单个接头，从而防止水分和体液进入，以及保护身体免受密封装置内所包含污染物的影响，由此延长IMD内所容纳的电子器件的寿命。本专利技术还通过将光传输组件的各种部件精确对准到迄今为止在IMD领域中从未获得的水平来提高光传输的效率。
技术介绍
植入式医疗装置(IMD)已经使用了数十年，用于治疗许多障碍，特别是心脏病和神经障碍。一种类型的IMD由神经刺激器组成，神经刺激器向组织(诸如神经、肌肉或脑组织)递送电脉冲，用于诊断或治疗多种障碍，诸如帕金森病、癫痫、慢性疼痛、运动障碍和许多其他应用。在其最简单的形式中，用于递送此类电脉冲的装置包括电脉冲发生器、刺激电极以及将电极电耦接到电脉冲发生器的导线。在许多应用中，电极必须直接应用到待治疗的组织上，因此需要使用植入式装置。显然，IMD的小型化至关重要。不是将电流通过电导体从包含电子器件、控件和电源的IMD传导至固定到靶组织的电极，而是已经开发出使用光通过光纤将能量从IMD传递到电极的若干应用。在PCT/EP2015/053585中描述了一个实例。光能通过光伏电池变换成电流，所述电流被递送到电极以刺激待治疗的组织。在一些应用中，可以通过将光束直接引导到靶组织上来刺激组织，如例如在US8721695和US7951181中所述。在光学刺激应用中，不需要电极和光伏电池，因为从光单元通过光纤传输的光被引导到待治疗的组织上。光也可以用于传递信息。信息可以从一个电子部件传递到另一个电子部件，或者可以用于监测人体或动物体的生理功能以及感测各种生理参数。例如，瞄准靶组织的光束的光散射变化可以通过组织中指示所述组织中的结构事件的电势变化来引起。由于IMD必须小型化，因此只使用少量能源，从而限制了它们的自主性。当然，可以使用可再充电电池，但由于两个原因必须减少对电池再充电的频率。第一，可再充电电池的使用寿命取决于充电操作的次数，因为电池的容量随着每次新充电而减小。一旦电池容量变得太低，则必须更换新的IMD。两次再充电操作之间的周期越长，电池的使用寿命越长。第二，对电池再充电通常在充电过程所需的时间期间阻断IMD的宿主并且阻止其进行大多数非静态活动。在例如PCT/EP2016/061722中描述了再充电装置的一个实例。对于不可再充电电池和可再充电电池两者，显然能量不会被浪费，并且从发射器到接收器的光传递必须尽可能节能。IMD的另一个问题是其寿命。为了避免必须更换植入的医疗装置，希望IMD的使用寿命尽可能长。IMD失效的主要原因之一是外来污染物(特别是水分)通过劣化的接头造成的渗透。主要问题是通常用于将电流从IMD外部传导到其内部以及反向传导的馈通件。顾名思义，馈通件是延伸穿过IMD的壁的销，使IMD的内部与外部环境处于导电连通。通常需要若干馈通件，并且形成在长时间暴露于人体或动物体的侵蚀性环境中足够紧密的接头是一项挑战。毫无疑问，馈通件成为了IMD的弱点，许多记录的失效都因此而起。馈通件也可用于在IMD的内部和外部之间运送光。例如，US7280870描述了一种包括光纤的IMD，该光纤用于在耦接到IMD的外部光纤与IMD的内部之间传送光。替代性地，对于要传输的光波长而言透明的窗口可以安装在外部光纤与IMD的内部之间，其中IMD的内部容纳光源、光电探测器或内部光纤。该窗口保护容纳敏感电路的IMD的内部免受宿主身体的侵蚀性周围环境的影响。然而，此类窗口也必须密封到IMD的壳体上。因此，外部光纤与IMD的内部之间的光耦接单元通常由以下构成：(a)外部光纤，(b)用于将外部光纤耦接到IMD的耦接装置，(c)密封到IMD的壁上的窗口或内部光纤，(d)位于IMD内部的光源或光电探测器，(e)透镜，经常位于外部光纤与光源或光电探测器之间以改变光束的特性，诸如将光束会聚到焦点上。在外部光纤与光源或光电探测器之间传递光的效率在很大程度上取决于光耦接单元的各个部件之间的对准。在窗口设有改变光束特性的透镜的情况下，使得对准甚至更加重要。图1示出了耦接效率(以％计)，其作为以下项的函数进行绘制：(a)光源与设置在耦接光单元的窗口的内表面处的透镜的未对准；以及(b)所述透镜与外部光纤的未对准。可以看出，任一部件与透镜的30-50μm量级的未对准导致外部光纤与IMD的内部之间的光传递效率急剧下降。考虑到IMD必须小型化，从而减小电池的尺寸，这限制了IMD的自主性并且对电池再充电是一项麻烦的操作，显然，必须优化光纤与IMD的内部之间的耦接效率。在光耦接单元的各种部件的对准小于50μm、优选地小于30μm下，才能实现这一点。通过焊接将元件连接到支撑结构能够将此类元件的定位控制到约100-150μm的精度。参考图1的图，显然不足以确保外部光纤与IMD的内部之间的高效光能传递。本专利技术提出一种包括光学单元的IMD，其中各种部件在小于30μm内对准，从而在光纤与IMD的内部之间产生非常高效的光能传递。接头的数量与现有技术的IMD相比可以大幅减少，在优选的实施例中减少为单个外接头。在以下部分中更详细地描述了本专利技术的这些和其他优点。
技术实现思路
本专利技术在所附的独立权利要求中被限定。优选实施例在从属权利要求中被限定。具体地，本专利技术涉及一种植入式医疗装置，该植入式医疗装置包括：(a)壳体(2)，该壳体限定与外部环境分离的内部容积并且包封电路和电源，以及(b)密封地耦接到该壳体的光学单元(3)，所述光学单元由以下组成：·整体块单元(4)，该整体块单元由对包含在300nm与2200nm之间的波长是透明的透明陶瓷材料制成，并且包括：○由面向该壳体的内部容积的内表面和面向外部环境的外表面限定的薄窗口(4w)，○位于该薄窗口的外表面的那侧的外部配合结构(4om)，以用于将外部光纤(9)与该薄窗口的内表面或外表面的对应参考点(4r)对准地耦接，以及○位于薄窗口内表面的那侧的内部配合结构(4im)，以用于永久性地耦接光单元(5)，以及包括光元件的光单元(5)，该光元件包括内部光源(5L)和/或光电探测器(5d)和/或内部光纤中的一个或多个，所述光单元刚性地安装在该整体块单元的内部配合结构(4im)上，使得该内部光源(5L)和/或光电探测器(5d)和/或内部光纤中的一个与该薄窗口的内表面或外表面的所述对应参考点(4r)对准。如本领域普通技术人员所熟知，术语“透明材料”是指具有允许光穿过材料而不被散射的物理特性的材料。在宏观尺度上，光子遵循斯涅尔定律。透明材料与半透明材料的不同之处在于后者允许光穿过，但在宏观尺度上不遵循斯涅尔定律并且光子被散射。斯涅尔定律描述了当提到穿过两种不同各向同性介质(诸如水、玻璃或空气)之间的边界的光或其他波时入射角与折射角之间的关系。斯涅尔定律表明，sin·1/sin·2＝n2/n1，其中·是从边界法线测量的角度，n是折射率，下标1和2是指传播光的第一介质和第二介质。因此，透明度是材料的固有特性并且取决于光的波长，并且对于结晶材料而言，透明度随诸如晶粒的结晶度、大小、数量和取向等特性而变化。材料对给定波长光束的透射率是透本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种植入式医疗装置(1)，包括：(a)壳体(2)，该壳体限定与外部环境分离的内部容积并且包封电路和电源，以及(b)密封地耦接到该壳体的光学单元(3)，所述光学单元由以下组成：●整体块单元(4)，该整体块单元由对包含在300nm与2200nm之间的波长是透明的透明陶瓷材料制成，并且包括：○薄窗口(4w)，该薄窗口由面向该壳体的内部容积的内表面和面向该外部环境的外表面限定，○位于该薄窗口的外表面的那侧的外部配合结构(4om)，以用于将外部光纤(9)与该薄窗口的内表面或外表面的对应参考点(4r)对准地耦接，以及○位于薄窗口内表面的那侧的内部配合结构(4im)，以用于永久性地耦接光单元(5)，以及●包括光元件的光单元(5)，该光元件包括内部光源(5L)和/或光电探测器(5d)和/或内部光纤中的一个或多个，所述光单元刚性地安装在该整体块单元的内部配合结构(4im)上，使得该内部光源(5L)和/或光电探测器(5d)和/或内部光纤中的一个与该薄窗口的内表面或外表面的所述对应参考点(4r)对准。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种植入式医疗装置(1)，包括：(a)壳体(2)，该壳体限定与外部环境分离的内部容积并且包封电路和电源，以及(b)密封地耦接到该壳体的光学单元(3)，所述光学单元由以下组成：●整体块单元(4)，该整体块单元由对包含在300nm与2200nm之间的波长是透明的透明陶瓷材料制成，并且包括：○薄窗口(4w)，该薄窗口由面向该壳体的内部容积的内表面和面向该外部环境的外表面限定，○位于该薄窗口的外表面的那侧的外部配合结构(4om)，以用于将外部光纤(9)与该薄窗口的内表面或外表面的对应参考点(4r)对准地耦接，以及○位于薄窗口内表面的那侧的内部配合结构(4im)，以用于永久性地耦接光单元(5)，以及●包括光元件的光单元(5)，该光元件包括内部光源(5L)和/或光电探测器(5d)和/或内部光纤中的一个或多个，所述光单元刚性地安装在该整体块单元的内部配合结构(4im)上，使得该内部光源(5L)和/或光电探测器(5d)和/或内部光纤中的一个与该薄窗口的内表面或外表面的所述对应参考点(4r)对准。2.根据权利要求1所述的植入式医疗装置，其中该薄窗口(4w)包括面向该光元件的部分，该部分具有不大于2000μm、优选地不大于1000μm、更优选不大于500μm的厚度，并且其中所述部分对于包含在300nm与2200nm之间的波长优选具有至少75％、优选至少80％的透射率。3.根据权利要求1或2所述的植入式医疗装置，包括用于改变光束的特性的微光学部件(4L)，该光束由该内部光源朝该外表面的方向发射，或由外部光源朝该内表面的方向和该光电探测器或内部光纤的方向发射。4.根据权利要求3所述的植入式医疗装置，其中该微光学部件是该薄窗口的内表面或外表面的组成部分和/或刚性地固定到该光单元，优选地固定到该内部光源。5.根据权利要求4所述的植入式医疗装置，其中该对应参考点(4r)位于与该薄窗口的内表面或外表面成一体的该微光学部件(4L)上。6.根据前述权利要求中任一项所述的植入式医疗装置，其中该壳体由至少主壳体元件(2m)和辅助元件(2s)形成，该辅助元件通过辅助接头(7s)密封到该主壳体元件，并且其中：(a)该光学单元(3)是该主壳体元件(2m)或该辅助元件(2s)的组成部分，或(b)该光学单元(3)通过气密接头(7)密封地耦接到设置在该主壳体元件(2m)或该辅助元件(2s)上的开口(2o)，并且其中该气密接头(7)和/或该辅助接头(7s)通过以下方式形成：钎焊、扩散粘结、共晶键合、胶合(粘性粘结)或焊接，包括待焊接表面的金属化，然后进行直接焊接或使用中间金属，这些中间金属包括钛或金。7.根据前述权利要求中任一项所述的植入式医疗装置，其中该光元件与该薄窗口的内表面或外表面的对应参考点对准，其中公差小于30μm、优选地小于10μm。8...

【专利技术属性】
技术研发人员：帕斯卡·朵盖，博诺瓦·奥博瑞思，卡曼·古德弗兰德，奥蕾莉·德考特德哈莫因，
申请(专利权)人：赛纳吉亚医疗公司，
类型：发明
国别省市：比利时,BE