测量和监测脉管内压力的可植入传感器、包括所述传感器的系统及其操作方法技术方案

本发明专利技术涉及一种用于测量压力的可植入压力传感器，包括具有部分柔性部分的密封容器(3)；容纳在容器(3)中的电子电路(4)，根据容器(3)外部的绝对压力产生转换压力信号；连接到电子电路(4)的电极对(5、5

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】测量和监测脉管内压力的可植入传感器、包括所述传感器的系统及其操作方法


[0001]本专利技术属于有源植入医疗器械(active implantable medical device，AIMD)领域。更具体地，本专利技术涉及一种用于监测脉管内压力的可植入压力传感器，其可以由容积传导(volume conduction，也称为电流耦合)供电和激励。

技术介绍

[0002]如今，在临床实践中已知使用可植入传感系统以便测量活体(动物或人类)中的相关量值，如血压。与外部感测系统相比，可植入系统可以有利地检测到离刺激源更近的刺激，从而提供更精确的测量。这些可植入传感系统通常用于诊断和确定治疗剂量和时间。
[0003]数百万患者可以受益于对生物医学参数的连续监测，而这些参数目前只能在不连续的时间测量。一个显著的例子是心力衰竭监测中的血管内压力。定期的肺动脉压力测量以及临床体征和症状，可以改善心力衰竭患者的管理，降低住院率。
[0004]非侵入式外部测量系统明显优于植入式或半植入式系统。然而，对于大多数生物医学参数，外部系统需要患者执行一些特定的动作，因此不允许连续监测。此外，由于非侵入式外部测量系统通常依赖于间接参数或感测远离相关体内区域的量值，因此它们通常表现出可靠性和准确性问题。所有这些都解释了为什么需要半植入式或植入式传感系统。在某些情况下(如血糖监测)，可选择半植入式系统，该系统由连接至植入式传感器或导管的外部电子模块组成。然而，由于感染的风险，半植入式系统在其他情况下是不可行的(例如，用于血管内压力监测)，在这些情况下，需要完全植入式系统。
[0005]一种已知类型的电子传感植入物基于无源电子器件，其不包括为植入物供电的机构。大多数这种类型的市售传感器都是基于电感器和电容器的组合(LC系统)，当施加交变磁场时，这些电感器和电容器在特定频率下共振。这种频率通常由充当传感器的电容器确定，因为其电容取决于感兴趣的数值(即压力)。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相对较大直径的线圈，尤其是如果该设备用于深度植入。
[0006]作为无源电子器件的替代，其他传感器基于有源电子器件。这些植入物包含产生电能的机制，为能够读取和处理来自传感器的信号并将结果传输到外部单元以进行进一步处理或图形表示的电子电路供电。在一些情况下，电能完全在内部产生(例如，利用电化学电池)；而在其他情况下，电能或者通过转换体内已经存在的能量源(例如，可以将动能转换成电能的所谓的能量采集器)产生，或者通过来自外部读取单元的无线功率传输(wireless power transfer，WPT)产生(例如，通过超声波功率传输或通过感应耦合功率传输)。
[0007]过去已经提出并演示了一些用于查询血管内传感器的无线系统。例如，专利申请WO 2017200769A2涉及一种通过与皮肤直接接触的近场电连接，使用“接触探针”天线(例如，外部电极)对植入的支架进行供电和查询的方法。在该文中，接触探针总是被描述为平面(矩形)和刚性结构，并且连续提供激励。然而，该申请没有提及气密性和压力传感器的构造。
[0008]在现有技术中，CardioMEMS HF系统(由雅培制造)也是已知的，其是用于监测肺动脉压力以预测心力衰竭的微机电传感器(microelectromechanical sensor，MEMS)。植入物由一个LC谐振电路组成，其电容随压力而变化。这个传感器的尺寸是45毫米
×
3.4毫米
×
2毫米。然而，CardioMEMS的查询系统需要笨重的拨片和桌面系统。此外，CardioMEMS技术仅适用于离散测量(例如，一天一次)，这是一个重要的限制。
[0009]此外，专利US 7,353,711 B1公开了一种通过使用外壳的一部分作为隔膜而形成在气密封腔中的电子电容式压力传感器，从而为安装感测电子器件(即，集成电路，IC)提供足够的空间。然而，这种传感器的制造相当复杂。
[0010]最近，通过集成用于检测血管再狭窄(restenosis)或监测医疗状况(例如，血压或血流速度)的各种传感器，提出了所谓的智能血管内支架，如在研究文章“A Single
‑
Connector Stent Antenna for Intravascular Monitoring Applications”(Liu et al.，发表于Sensors，vol.19，no.21，p.4616)中所提出的。由这些传感器获得的有关压力信号的信息然后通过无线通信传输到外部监控系统。在所述文章中，还公开了一种用作电感应器或天线的支架，用于将信号从集成传感器传输到外部监控系统，其中天线由包含冠状物和支柱的多个导电环组成。尽管这种支架提供了具有良好电磁辐射效率的天线，但是支架天线与所述环的放置可能会在外科手术植入过程中导致并发症。这样，优选提供一种无需手术即可植入的支架。此外，在植入物中嵌入宽且刚性的线圈阻碍了小型化。专利申请US2016/0029956 A1公开了无线血管植入物，其包含外壳、压力传感器、内部电子器件和包括柔性膜的薄壁，该柔性膜通过填充由外壳和薄壁形成的空腔的不可压缩流体或凝胶，将压力传递到内部电子器件。薄壁可以是作为传感电子电路一部分的柔性膜，从而将压力直接转换成传感电路的电信号。然而，该文献没有公开为这种植入物供电的任何手段，而是涉及没有任何内部供电元件的无源传感器。因此，对于它们的操作，它们利用诸如LC谐振回路、天线和线圈之类的元件。
[0011]利用人体组织的容积传导特性，它也被认为是输送能量的天然介质。例如，专利申请WO 2006105245A2公开了将容积传导用于向植入物输送能量，作为电池的替代。该申请的公开内容集中在外部天线设计上，该外部天线设计由电极阵列组成，该电极阵列被布置成接收电压并协同工作以将电能传输到目标位置。在这种布置下，电能从人体外部向人体内的目标部位的外部输送是通过向肌肉提供电刺激和向植入设备输送电能实现的。然而，该申请没有提及传感器的结构以及必须如何处理所述容积传导电流。在L.Becerra Fajardo et al.的“Microcontrolled injectable stimulators based on electronic rectification of high frequency current bursts”(2016)中，公开了包括使用容积传导向肌肉植入物输送能量的若干系统的另一个例子。然而，该文献没有提出这些植入物在除肌肉以外的血管或体腔中使用的任何应用或改进。
[0012]此外，专利US 8,515,559 B2专门涉及在血管内传感器中使用容积传导进行通信。该文献仍然没有提及将容积传导用于不同于通信的目的。然而，在该专利公开的传感器中，发现了三个主要缺点：
[0013](1)电极总是部分绝缘的，这对于获得有效的功率传输是不利的。
[0014](2)在传感器的容器中有一个开口，该开口暴露出容纳在容器中的压力传感器。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】1.一种适于植入人体或动物体脉管(2)内以用于测量压力的压力传感器(1)，包括：密封容器(3)，包括至少部分柔性部分(3
’
)；电子电路(4)，容纳在所述容器(3)中，所述电子电路(4)适于取决于所述容器(3)外部的绝对压力，产生由所述容器(3)的部分柔性部分(3
’
)的变形所导致的电转换压力信号；电极对(5、5
’
)，电连接到所述电子电路(4)，其中所述电极对(5、5
’
)的每个电极至少部分地布置在所述容器(3)外；其中所述电子电路(4)包括：数字控制单元(29)；查询级(25)，适于接收通过容积传导传输到所述电极对(5、5
’
)的查询信号；通过所述数字控制单元(29)处理所述查询信号；响应于所述查询信号，产生所述电转换压力信号；并且响应于所述查询信号，通过所述电极对(5、5
’
)利用容积传导将所述电转换压力信号传输到介质(15)；功率传输级(23)，适于接收通过容积传导传输到所述电极对(5、5
’
)的所述查询信号的至少一部分，并将与所述查询信号的至少一部分相关联的功率传输到所述数字控制单元(29)和所述查询级(25)。2.根据前述权利要求所述的压力传感器(1)，其中所述容器(3)主体至少部分地由金属材料制成。3.根据前述权利要求中任一项所述的压力传感器(1)，还包括容纳在所述容器(3)内部的压力传输流体，其中所述流体布置在所述容器(3)的柔性部分(3
’
)和所述电子电路(4)之间，并且其中所述电子电路(4)还包括压力换能器。4.根据权利要求1
‑
2所述的压力传感器(1)，其中所述容器(3)的部分柔性部分(3
’
)部分电连接到所述电子电路(4)，并且通过导体(19)电容耦合所述电子电路(4)，形成压力换能器，所述压力换能器电容取决于所述容器(3)的部分柔性部分(3
’
)的变形。5.根据权利要求1
‑
2所述的压力传感器(1)，其中所述传感器(1)包括两个导体(19、19
’
)，并且其中所述电子电路(4)通过所述导体(19、19
’
)电容耦合到所述容器(3)，形成串联连接的两个压力换能器。6.根据前述权利要求中任一项所述的压力传感器(1)，还包括适于将所述传感器(1)附接到脉管(2)的固定装置(12)。7.根据前述权利要求所述的压力传感器(1)，其中所述固定装置(12)包括所述电极对(5、5
’
)。8.根据权利要求6
‑
7中任一项所述的压力传感器(1)，其中，所述电极对(5、5
’
)或所述固定装置(12)包括以下至少一种：支架结构(16、16
’
、16...

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