带无线通信的医疗植入物制造技术

一种用于人体内的植入物装置12包括：数据源；以及非自谐振天线，其用于与外部通信系统进行反向散射通信。所述非自谐振天线包括至少两个电极16，所述至少两个电极包含布置成当所述植入物装置12在使用中时间隔开的两个导电贴片16。所述植入物装置12布置成控制所述非自谐振天线的反向散射属性，以便将数据从所述数据源发射到所述外部通信系统。所述植入物装置12布置成使得所述非自谐振天线的所述反向散射属性受一个或多个电开关14控制，所述一个或多个电开关包含布置成通过在经由人体组织18耦合所述至少两个电极16和经由导电路径耦合所述至少两个电极16之间切换来改变所述非自谐振天线的阻抗的电开关。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】带无线通信的医疗植入物本专利技术涉及一种布置成用于从人体内进行无线通信的医疗植入物，并且涉及一种用于与植入物通信的系统，以及相关方法。医疗植入物用于收集关于人体的信息，并且用于在各种情形下与人体相互作用。例如，胶囊内窥镜用于收集消化系统内的图像并用于获取样品或递送药物，神经假体系统将大脑与外部装置相联系并与大脑交换电信号，心脏起搏器或心脏无引线起搏器用于使心跳同步，并且已经提出了各种其它装置，这些装置依赖于保持在人体内或通过人体。对于所有这些医疗植入物装置来说，如果能够与人体内外的其它装置进行无线通信，它将提供优势。这可以用于植入物的无线控制或编程，用于发射来自诸如照相机、温度传感器、血液监测传感器等传感器的数据，以及其它目的。下表阐述了典型的数据传递速率和植入物在人体表面下的深度。为了实现植入物的完全无线操作，这些范围内的无线数据发射是非常理想的。事实上，对于某些应用来说，从人体外部到植入物的有线连接是不可能的，而且很难也不方便有线连接到离人体表面较近的单独的所植入发射器装置(如在神经假肢的一些情况下所使用的)。应用所需数据速率范围胶囊内窥镜(视频流)1-100Mbps30-150mm心脏监测40-200Kbps100mm神经监测512个传感器，430Mbps20-30mm对于从人体外部到植入物装置位置的完全无线连接，会因为对最小数据传递速率的需要和人体组织的深度而产生挑战。现有技术中已经提出了带无线通信能力以及无线电力传递的植入物装置。例如，US2013/0215979描述了一种用于从人体外部向植入物装置供电并同时进行数据传递的方法。植入物装置上的电路用于从外部RF信号收集电力，并且可能存在从植入物到外部装置的反向散射通信。提出了用于将数据信号发射回到外部装置的负载调制。充电RF信号的一部分用于反向散射通信，且其余部分用于无线电力传递。US2014/0055088描述了一种用于对植入物装置进行无线充电的方法。来自通信线圈的反向散射用于指示进行有效充电的最佳频率。因此，外部发射器可以使用反向散射信息基于基本反馈机制来调整它用于无线电力传递的频率。US2014/0084855论述了到植入物(从外部到植入物)的无线电力传递和数据发射。反向散射信号在外部系统中接收并进行处理，以便控制植入物阻抗匹配单元或改变外部装置的频率。在这两种情况下，这样做都是为了获得最大无线电力传递。这些现有装置都不能完全满足理想的数据传递速率要求，也不能充分地深入人体。需要一种更有效的方式来与医疗植入物进行通信，尤其是增加可以进行有效通信的人体组织的可能深度，同时避免过度使用植入物装置的内部电源。与在人体内部较深位置的植入物装置可靠通信的能力将大大提高医疗植入物的无线数据发射的效用。从第一方面看，本专利技术提供一种在人体内使用的植入物装置，所述植入物装置包括：数据源；以及非自谐振天线，其用于与外部通信系统进行反向散射通信，所述非自谐振天线包括至少两个电极，所述至少两个电极包含布置成当所述植入物装置在使用中时间隔开的两个导电贴片；其中所述植入物装置布置成控制所述非自谐振天线的反向散射属性，以便将数据从所述数据源发射到所述外部通信系统；并且其中所述植入物装置布置成使得所述非自谐振天线的所述反向散射属性受一个或多个电开关控制，所述一个或多个电开关包含布置成通过在经由人体组织耦合所述至少两个电极和经由导电路径耦合所述至少两个电极之间切换来改变所述非自谐振天线的阻抗的电开关。通过这样组合特征，非自谐振天线可以用植入物装置所需的极低功率来控制，并且有可能对天线阻抗产生极大改变，从而实现与外部发射器/接收器系统的有效反向散射通信，所述外部发射器/接收器系统一般包含在人体外部的天线。使用非自谐振天线实现了较大的雷达散射截面(RCS)，并且因此实现了高效的反向散射性能。开关通过改变周围人体组织对天线的有效阻抗的影响程度来改变非自谐振天线的阻抗。因此，开关可以打开，使得人体组织成为天线电路内的耦合的主要部分，或者开关可以关闭，使得所述两个贴片通过导电路径耦合，并且人体组织具有最小影响，因为它只在天线电路内与导电路径“平行”。应了解，通过此方法以及对之间具有间隔的两个贴片天线的使用，有可能在植入物装置使用最少电力的情况下使反向散射属性产生显著变化。第一方面的天线是非自谐振天线。在此情形下，自谐振意味着天线结构和几何形状以一种提供谐振的方式设计(如共用天线方法中所使用的)。在非自谐振(例如电极天线)的情况下，天线自身没有谐振，但是天线周围的介质的阻抗可以提供谐振。对于非自谐振天线的操作来说，谐振可能是不必要的，实际上，天线的操作可基于阻抗变化。在示例实施例中，当在包括生物组织的导电介质中使用非自谐振天线时，可以在导电介质内部的天线的两个电极之间产生电流路径。电流路径延伸到生物环境，并在生物介质中产生具有电流分布的较大区域。所述区域的大小比天线的物理大小大得多。这使得天线具有较大的虚拟大小，并因此实现高效。在使用自谐振天线的现有技术中，天线效率限于天线几何形状的物理大小，而在例如第一方面中的非自谐振天线，天线效率可以使用天线的较大虚拟大小来增加。非自谐振天线和电开关有利地利用人体组织的阻抗来影响非自谐振天线的反向散射属性，其中两部分天线具有布置成间隔开且在使用时与人体组织接触的两个电极。电极之间的间隔可为例如从5mm到35mm。非自谐振天线使用两个导电贴片作为电极，它们可形成非自谐振天线的主要组件。可以使用金属贴片。所述两个电极可以布置成与人体组织接触，例如经由组织与贴片的导电材料直接接触，或者与薄的生物相容性不导电涂层的中间层接触，所述涂层例如是聚合物涂层。生物相容性不导电材料层可允许天线与人体组织的耦合中存在间隙，这可以增强天线的操作。所述层可以经由壳体提供，例如放置在天线和植入物装置的其它部分周围的外壳。壳体或涂层可包封植入物装置并将其密封，以防内部零件直接暴露于人体组织和体液。这还可增强装置的安全性和/或减少对装置的其余部分的生物相容性材料的需要。例如，所述层可具有1mm或更小的厚度，例如约0.5mm的厚度。在一些实例中，可以使用具有0.1mm或更小的厚度的涂层。非自谐振天线的反向散射属性受电开关控制，所述电开关布置成通过在经由生物介质(例如，人体组织)耦合所述两个电极和经由导电路径耦合所述两个电极之间切换来改变非自谐振天线的阻抗。因此，实际上当开关打开时，因为经由生物组织的耦合而提供高阻抗，当开关关闭时，经由通过开关的导电路径而提供低(名义上为零)阻抗。阻抗的较大变化可以通过位于人体表面上或皮肤下的接收天线来识别。反射的高效因为较大RCS、装置的较大带宽和较大阻抗变化而实现。这可使用较低/中等发射器功率在高达18cm的深度处产生较大读取范围。已经测量出12Mbps的高数据速率，并且预期可以实现70Mbps的潜力。示例天线使用提供天线的两个电极的两个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于人体内的植入物装置，所述植入物装置包括：/n数据源；以及/n非自谐振天线，其用于与外部通信系统进行反向散射通信，所述非自谐振天线包括至少两个电极，所述至少两个电极包含布置成当所述植入物装置在使用中时间隔开的两个导电贴片；/n其中所述植入物装置布置成控制所述非自谐振天线的反向散射属性，以便将数据从所述数据源发射到所述外部通信系统；且/n其中所述植入物装置布置成使得所述非自谐振天线的所述反向散射属性受一个或多个电开关控制，所述一个或多个电开关包含布置成通过在经由人体组织耦合所述至少两个电极和经由导电路径耦合所述至少两个电极之间切换来改变所述非自谐振天线的阻抗的电开关。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180118 GB 1800820.11.一种用于人体内的植入物装置，所述植入物装置包括：
数据源；以及
非自谐振天线，其用于与外部通信系统进行反向散射通信，所述非自谐振天线包括至少两个电极，所述至少两个电极包含布置成当所述植入物装置在使用中时间隔开的两个导电贴片；
其中所述植入物装置布置成控制所述非自谐振天线的反向散射属性，以便将数据从所述数据源发射到所述外部通信系统；且
其中所述植入物装置布置成使得所述非自谐振天线的所述反向散射属性受一个或多个电开关控制，所述一个或多个电开关包含布置成通过在经由人体组织耦合所述至少两个电极和经由导电路径耦合所述至少两个电极之间切换来改变所述非自谐振天线的阻抗的电开关。


2.根据权利要求1所述的植入物装置，其中所述电极之间的间隔在5mm到35mm的范围内。


3.根据权利要求1或2所述的植入物装置，其中包括生物相容性不导电材料层，用于在所述人体组织和所述电极之间提供间隙。


4.根据权利要求3所述的植入物装置，其中所述生物相容性不导电材料层由所述植入物装置外部周围的外壳提供。


5.根据权利要求3或4所述的植入物装置，其中所述层具有1mm或更小的厚度，例如约0.5mm的厚度。


6.根据任一前述权利要求所述的植入物装置，其中所述导电贴片中的所述至少一个采用导电材料管的形式。


7.根据权利要求6所述的植入物装置，其中所述导电贴片由更大的不导电管上的两个导电管提供。


8.根据权利要求6或7所述的植入物装置，其中形成所述导电贴片的所述导电管具有在3mm到15mm的范围内的直径，并且沿着其轴线具有在3mm到6mm的范围内的长度。


9.根据权利要求到1至6中任一项所述的植入物装置，其中所述导电贴片包含圆盘形贴片或由球形表面的一部分提供的贴片中的一个或多个。


10.根据任一前述权利要求所述的植入物装置，其中所述天线的所述反向散射属性受改变所述天线的负载和/或几何形状的一个或多个电开关控制，并且其中所述装置包括多个电开关和滤波器，所述多个电开关和滤波器对所述天线的反向散射属性具有不同影响，并且因此允许所述反向散射信号具有超过两个不同状态。


11.根据任一前述权利要求所述的植入物装置，其中所述植入物装置是医疗植入物装置，且包含用于收集数据以供医疗使用的一个或多...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿里·哈勒吉，伊兰科·巴拉辛厄姆，
申请(专利权)人：奥斯陆大学医院，
类型：发明
国别省市：挪威;NO