用于测量和监测医疗参数的植入式电子感测系统技术方案

本发明专利技术涉及植入式感测系统，包括电子植入物和读取单元，该读取单元用于获取源自植入物或其周围的测量值，以表征活体的物理和/或化学临床参数。该电子植入物包括电子电路和连接电子电路的至少两个电极。该电子电路包括串联在两个电极之间的电容和能够整流交变电流的不对称电导装置。电子部件与不对称电导装置并联，用于使电容放电。电容器、不对称电导装置和/或电子部件可以是换能器，换能器被选择为例如该换能器的工作参数根据活体介质的物理和/或化学条件而变化。植入物具有极小侵入性，例如其可以通过注射或导管插入而无需通过开放手术来植入。放手术来植入。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于测量和监测医疗参数的植入式电子感测系统


[0001]本专利技术总体上涉及用于测量和监测活人或动物体的医疗参数的植入式感测系统。
[0002]更具体地，本专利技术涉及电子植入物和读取单元，以获得用于表征活体的物理和/或化学临床参数的源自植入物或其周围的测量值，以用于医学和生物医学应用。
[0003]本专利技术的目的在于提供尺寸减小的电子植入物，该电子植入物在植入期间具有最小侵入性，使得可以通过注射或导管插入而不是通过开放手术来植入该植入物。
[0004]有利地，本专利技术的系统可用于例如监测：充血性心力衰竭、血管内血压、脉搏血氧饱和度、血糖、组织局部缺血和组织水肿等。

技术介绍

[0005]已开发植入式感测系统来测量和监测活体中的临床相关数值，以用于医学应用如：用于糖尿病患者的血糖，用于监测胃食管反流的pH值，用于监测心脏衰竭的血压，尿失禁患者的膀胱压力等。与外部感测系统相比，植入式系统能够检测刺激源并为其提供更高的精确度。
[0006]通常，这些植入式感测系统用于诊断和确定治疗剂量和治疗时机。令人惊讶的是，与植入式传感器领域的大量公开的学术研究相比，商用产品的数量则少得多。这种差异是由于市场和监管约束所导致的，更重要地，是由于诸如可用植入物的侵入性等实际因素所导致的。
[0007]因此，植入式感测系统是微创性的，这是因为装置的植入是通过导管化或通过注射完成的，或者因为该系统再利用已经手术植入的装置；即使非侵入性产品的性能低于手术植入产品，但植入式感测系统仍远优于需要高度侵入手术植入的系统。
[0008]已知类型的电子感测植入物基于有源电子器件。这些植入物结合用于产生电能的机构，以向电子电路供电，其中该电子电路能够从传感器读取和处理信号、并将结果传输到外部单元以供进一步处理或表征。在一些情况下，电力完全是在内部生成的(例如，利用电化学电池)。在其他情况下，通过将已经存于体内中的某种能量(例如所谓能量摄取器，其能够将动能转换成电能)来生成电力，或者通过外部单元的无线电力传输(例如，通过超声电力传输或通过感应式耦合电力传输)来生成电力。
[0009]在上述情况下，用于生成电能的机构需要体积庞大的部件，这阻碍了植入物的小型化，因此不便于通过导管插入或注射植入。
[0010]另一种已知类型的电子感测植入物基于无源电子器件，其不包括用于为电路供电的机构。大多数这种类型的商用系统基于电感器和电容器(LC系统)的组合，该LC系统在施加交变磁场时以特定频率谐振。这种频率通常由作为传感器的电容器来确定，因为其电容值取决于感兴趣的量值。这些系统的主要缺点是它们需要在植入物和外部单元处具有较大直径的线圈，尤其是当该装置用于深植入时。
[0011]在非电子感测植入物中，感兴趣的量值转换成由读取单元读取和处理的非电性量值。这种类型的一些可用系统是基于光学特性(尤其是荧光)的转换的。这些系统具有一些
明显缺点，例如，由于这些系统使用化学反应，植入物的工作寿命较短。此外，这些系统受限于传感器非常靠近读取单元以便于光学传输的应用。
[0012]植入式感测系统可以用于血压监测。对于某些临床需要，需要长期且连续的血压监测，然而这些临床需要无法由常规的基于血压计或导管压力传感器的血压测量系统满足。这两种技术对于长期且连续的血压监测来说太过于干扰。已经尝试通过植入植入式压力传感器来以不干扰的方式监测血压。然而，目前为止，已开发的植入式系统仍然比较庞大，不适于部署在外周血管系统的狭窄动脉和静脉中(优选地，植入腹部或胸部的血管)，以最小化风险。
[0013]在另一种情况下，可以使用植入式感测系统，以基于肺的阻抗测量值来检测充血性心力衰竭。现有的植入式起搏器和除颤器包括类似功能：它们提供所谓的经胸阻抗的测量值，用于尽早检测恶化心力衰竭。这些测量值是通过提供的经电极执行阻抗测量而获得，以用于治疗作用。然而，由于这些电极植入在大的血液腔(即，心室和心耳)内，并且血液的电导率远高于肺组织的电导率，因此这些系统执行的测量值对肺的电导率表现出低灵敏度，其呈现出高的假阳性率。此外，需要注意的是，仅少数具有充血性心力衰竭的患者被植入除颤器或起搏器。
[0014]在科学出版物(Conf.Proc.ICNR2014 447
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455doi:10.1007/978
‑3‑
319
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08072
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7_67,J Neural Eng.2015 12(6):066010doi:10.1088/1741
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2560/12/6/066010)和专利US9,446,255中公开了用于刺激所使用的植入物。然而，这些出版物仅涉及刺激，并没有涉及使用这些植入物来测量或监测活体的参数。
[0015]美国专利US8,725,270和US8,909,343描述了基于单个二极管的植入物的用途，其当施加射频电磁波时由该二极管产生谐波，通过处理该谐波以用于感测组织的阻抗和生物电势。在这些专利中，由于二极管是唯一感测元件，所以约束了能够被感测的量值，测量精确性降低。
[0016]已知的是使用人体组织的容积传导特性作为传送能量的天然介质。例如，PCT申请WO2006105245(A2)公开了使用容积传导向植入物传送能量。该PCT申请聚焦于外部天线设计，该外部天线设计包括布置成接收电压并协同工作以将电能传输到目标部位的电极阵列，其中，执行从人体外到人体内目标部位的外部电能传送，例如肌肉的电刺激和向植入装置的电力输送。
[0017]该PCT申请未涉及使用容积传导电流的电子整流来获得源自植入物或其周围的测量值，以表征用于医学和生物医学应用的活体的物理和/或化学临床参数。该PCT申请也未涉及该植入物的结构。
[0018]因此，该领域仍需要进一步减少植入式感测系统的尺寸和侵入性，使得可以容易地通过注射或通过导管插入来部署这些系统。

技术实现思路

[0019]本专利技术由所附独立权利要求1限定，且包括由从属权利要求限定的优选实施例。本专利技术通过提供呈现出减少的侵入性的植入物(其厚度为几毫米到零点毫米级(例如0.5mm))，例如可以通过注射或通过导管插入来部署该植入物，从而很好地解决了现有技术的缺点。
[0020]本专利技术涉及一种感测系统，包括至少一个植入物、以及与植入物协作的读取单元，用于获得精确的测量值以表征活体的物理和/或化学临床参数。
[0021]本专利技术的一个方面涉及一种植入物，包括电子电路和连接所述电子电路的至少两个电极，其中所述电路包括串联连接在两个电极之间的电容和不对称电导装置。不对称电导装置是二端子电子部件或系统，其能够控制流过(例如，二极管，三极管的p
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n结或智能二极管的)两个端子的电流的方向。
[0022]所述电容防止DC电流流过植入物，因为这些DC电流将在植入物电极处引起不可逆的电化学反应，进而将损害电极和活体组织。
[0023]植入物电路还包括放电网络，所述放电网络与不本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种感测系统，包括：至少一个植入物(1)和读取单元(2)；其中，所述植入物包括电子电路(4)和连接所述电子电路(4)的至少两个电极(5a，5b)；其中，所述电子电路(4)包括在所述两个电极(5a，5b)之间串联连接的电容器(8)和不对称电导装置(9)，所述电子电路(4)还包括与所述不对称电导装置(9)并联连接的放电网络(10)，以用于为所述电容器(8)放电；其中，所述放电网络(10)包括至少一个电气或电子部件(11)；所述读取单元(2)用于当所述植入物(1)部署在介质(3)中时读取电子植入物(1)，其中，所述读取单元(2)包括两个或更多个电极(6)、用于生成跨越所述电极(6)的交变电压的交变电压发生器(34)、以及控制和处理模块(17)；其中，所述读取单元(2)被配置成发送询问信号，所述询问信号包括适用于通过容积传导经由所述介质(3)到达植入物(1)的交变电流的至少一个突发脉冲(35)，并且其中，所述读取单元(2)适用于在所述读取单元的电极(6)处测量电压和/或电流信号，其中，所述信号取决于所述植入物在传送所述交变电流的突发脉冲(35)期间和/或之后的操作。2.根据权利要求1所述的感测系统，其中，所述读取单元(2)适用于以100kHz至100MHz的频率发送所述交变电流的突发脉冲(35)，其中，所述突发脉冲(35)持续时间为0.1μs至10ms，重复频率为0Hz至100kHz。3.根据权利要求1或2中任一项所述的感测系统，其中，所述植入物(1)包括由电绝缘材料制成的细长且柔性的主体(36)，并且其中，所述电子电路(4)容纳在所述主体内，并且其中，所述植入物(1)还包括位于所述主体的相对端的两个金属电极(5a，5b)，所述两个金属电极(5a，5b)电连接至所述电子电路，并且其中，可选地，所述植入物的长度在0.5cm至5cm的范围内。4.根据权利要求1至3中任一项所述的感测系统，其中，所述植入物(1)的所述放电网络(10)包括用于控制所述电容器(8)的放电电流的电流控制装置，并且使放电过程独立于所述介质(3')的阻抗和所述电极(5a'，5b')的阻抗。5.根据前述权利要求中任一项所述的感测系统，其中，所述电容器(8)、或所述不对称电导装置(9)、和/或所述电气或电子部件(11)是换能器，所述换能器被选择成使得当所述植入物部署在所述介质(3)内时，所述换能器的工作参数根据所述介质(3)的物理和/或化学条件变化，并且其中，可选地，所述不对称电导装置(9)是二极管(优选地是肖特基二极管或LED)、晶体管的p
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n结、或智能二极管。6.根据权利要求5所述的感测系统，其中，所述放电网络的所述电气或电子部件(11)是给定标称值的电阻，并且其中，所述电容器(8)是电容值根据所述介质(3)的物理和/或化学条件变化的换能器。7.根据权利要求5所述的感测系统，其中，所述电容器(8)具有给定的标称电容值，并且其中，所述放电网络的所述电子部件(11)是电阻式换能器。8.根据权利要求5所述的感测系统，其中，所述电容器(8)的电容值在10pF至10nF的范围内，并且其中，所述放电网络(10)的电阻值在1kΩ至10MΩ的范围内。9.根据权利要求5所述的感测系统，其适用于测量生物电势，其中，所述电容器(8)具有给定的标称电容值，并且其中，所述放电网络(10)包括晶体管(38)，所述晶体管的栅极或基极端子被布置成借助于第三电极(5c)与所述介质(3)接触，例如所述晶体管的电导取决于
所述第三电极(5c)处的电压。10.根据权利要求5所述的感测系统，其适用于测量化学物种，其中，所述电容器(8)具有给定的标称电容值，并且其中，所述放电网络(10)包括ChemFet晶体管或离子选择性场效应晶体管(ISFET)，所述ChemFet晶体管或离子选择性场效应晶体管适用于例如当所述植入物部署在所述介质(3)内时其栅极与所述介质(3)接触，例如所述晶体管的电导取决于所述晶体管的栅极处的化学物种的浓度。11.根据权利要求5所述的感测系统，其中，所述电容器(8)具有给定的标称电容值，所述植入物(1)还包括光学反应性材料(13)，优...

【专利技术属性】
技术研发人员：安东尼，
申请(专利权)人：庞培法布拉大学，
类型：发明
国别省市：