本發(fā)明涉及一種醫(yī)療裝置，進一步涉及一種完全植入式光學(xué)醫(yī)療器械。

背景技術(shù)：

隨著老齡化社會的到來，阿爾茨海默、帕金森等老年神經(jīng)退行性疾病越來越受到關(guān)注。然而，大腦依舊是人類認知的黑洞。2005年之后發(fā)展起來的光遺傳學(xué)方法可通過光來激活或者失活特定腦區(qū)的神經(jīng)環(huán)路或者單個神經(jīng)元，由于光具有實時、原位、快速、可逆等優(yōu)點，該方法一經(jīng)問世就掀起了腦科學(xué)研究領(lǐng)域上百年來的第三次革命，光遺傳學(xué)技術(shù)被譽為21世紀(jì)神經(jīng)生物學(xué)最有影響力的技術(shù)方法。目前光遺傳學(xué)還處在鼠類和非人靈長類動物的研究階段，通過將LED光探針植入大腦的不同區(qū)域，以記錄和刺激大腦中特定的位點，從而能夠進行細胞級別實驗的檢測、處理以及解釋神經(jīng)數(shù)據(jù)，從而幫助醫(yī)學(xué)人員深入了解神經(jīng)疾病并研究出合理的治療方案。

然而，現(xiàn)階段實驗用的醫(yī)學(xué)實驗設(shè)備多采用半植入式的方式，在未來應(yīng)用于人類疾病的治療并不實用。現(xiàn)有技術(shù)的光刺激裝置大多屬于半植入式裝置，用于裝置的部分部件仍位于實驗的生物體外部，且控制光探針的模塊均為有源裝置，即與電源或者電池相連接。例如現(xiàn)有的心臟起搏器、腦深部電刺激系統(tǒng)都通過臨床手術(shù)完全植入身體內(nèi)部，能夠保證長時間工作。所以在光學(xué)神經(jīng)調(diào)控研究領(lǐng)域，半植入式的光控裝置只局限于實驗級的研究使用，在未來人類疾病的治療中，LED光學(xué)神經(jīng)調(diào)控的設(shè)備技術(shù)還需要不斷的改進和提高。同時，傳統(tǒng)的植入式醫(yī)療器械均為有源系統(tǒng)，存在較大的電池供電模塊，一般埋于胸腔位置，這種系統(tǒng)給臨床手術(shù)、器械的定期更換或充電都帶來了較大的難度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種完全植入式光學(xué)醫(yī)療器械，以解決以上所述的至少一項技術(shù)問題。

本發(fā)明提供一種完全植入式光學(xué)醫(yī)療器械，包括體外裝置和體內(nèi)裝置，其中，

所述體外裝置配置為設(shè)置于生物體外部，用于向體內(nèi)裝置提供無線能量和電磁波控制信號；

所述體內(nèi)裝置配置為完全植入生物體內(nèi)，包括集成線圈、驅(qū)動電路、解調(diào)電路、控制器、發(fā)光源以及傳感器，其中，

所述集成線圈用于接收體外裝置提供的所述無線能量和控制信號，并發(fā)送數(shù)據(jù)采集信號；

所述驅(qū)動電路，用于將集成線圈接收到的能量轉(zhuǎn)換為體內(nèi)裝置工作下的電流電壓模式；

所述解調(diào)電路，用于解析集成線圈采集到的電磁波控制信號，識別為的信號指令并傳送給控制器；

所述控制器，用于根據(jù)所述信號指令控制所述發(fā)光源并收收集傳感器接收的數(shù)據(jù)信號后傳送給集成線圈。

作為優(yōu)選的，所述發(fā)光源為LED光源。

作為優(yōu)選的，所述驅(qū)動電路、解調(diào)電路以及控制器為IC集成電路，且集成于同一襯底上。

作為優(yōu)選的，所述集成線圈為分離式器件或者集成器件，所述分離式器件采用焊接工藝固定于硅襯底上，集成器件則直接集成于硅襯底之上。

作為優(yōu)選的，所述的發(fā)光源為半導(dǎo)體發(fā)光材料，芯片長寬尺寸小于200um×200um。

作為優(yōu)選的，所述發(fā)光源發(fā)射的波長為280nm-630nm，為一顆或多顆串并聯(lián)形式的LED等，發(fā)光源配置為發(fā)光源在控制器的控制下，可調(diào)節(jié)發(fā)光強度、閃爍頻率及波長。

作為優(yōu)選的，所述傳感器包括溫度檢測傳感器、電流檢測傳感器或光信號檢測傳感器。

作為優(yōu)選的，所述體內(nèi)裝置密封封裝。

作為優(yōu)選的，所述密封封裝的材料包括ABS或TPU生物玻璃。

作為優(yōu)選的，所述發(fā)光源尺寸為亞微米級

通過上述技術(shù)方案，可以獲知本發(fā)明至少包括以下有益效果：

1、本發(fā)明體內(nèi)可完全植入動物或人體身體內(nèi)部，包括腦部、頸部、脊髓身體部位；

2、本發(fā)明結(jié)構(gòu)體積微小，不含電池模塊，不需要充電，更有利于疾病的治療；

3、本發(fā)明可實現(xiàn)無線操控和數(shù)據(jù)采集，通過外部發(fā)射裝置控制植入式LED醫(yī)療器械的發(fā)光強度、發(fā)光周期以及發(fā)光波長，同時能夠接收來自植入身體內(nèi)部該醫(yī)療器械采集到的傳感器數(shù)據(jù)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例的完全植入式光學(xué)醫(yī)療器械的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明實施例的體內(nèi)裝置封裝結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明的墓本構(gòu)思在于，針對未來LED光學(xué)神經(jīng)調(diào)控在神經(jīng)科人類疾病治療過程中，提供一種適用于人類身體內(nèi)部長期使用、穩(wěn)定供電、生物安全的完全植入式光學(xué)醫(yī)療器械，本器械為不含電池供電模塊的無源系統(tǒng)，體積微型且便于植入，工作模式為無線供電。本器械主要包括體外裝置和體內(nèi)裝置，體外裝置設(shè)置于生物體外部，用于向體內(nèi)裝置提供無線能量和電磁波控制信號；體內(nèi)裝置完全植入生物體內(nèi)，并將數(shù)據(jù)采集信號發(fā)送給體外裝置。

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明作進一步的詳細說明。

圖1是本發(fā)明實施例的完全植入式光學(xué)醫(yī)療器械的結(jié)構(gòu)示意圖。該圖顯示了完全植入式光學(xué)醫(yī)療器械的其中一種實現(xiàn)形式，該醫(yī)療器械包括兩個主要部分：體外裝置1和體內(nèi)裝置2，體內(nèi)裝置實現(xiàn)信息互通，且體外裝置1為體內(nèi)裝置2提供無線能源，以替代現(xiàn)有技術(shù)中的電池模塊，使該器械整體不需要充電，治療過程無需中斷，更有利于疾病的治療。

其中，所述體外裝置1是無線能量發(fā)送及信號發(fā)射和采集裝置，可以通過該體外裝置1發(fā)送無線能量電波，無線能量能夠被體內(nèi)裝置2采集，為體內(nèi)裝置2中各電子元件的驅(qū)動能量，同時可采集讀取體內(nèi)裝置2發(fā)送出來的傳感器數(shù)據(jù)并且向體內(nèi)裝置2發(fā)送控制信號。體外裝置1實質(zhì)上可以分為兩部分用途，一部分用于向體內(nèi)裝置2輸送能量，另一部分用于和體內(nèi)裝置3實現(xiàn)無線通信。

體外裝置1可以設(shè)置于待醫(yī)療生物體(包括人體或動物體)外部，可以隨身體攜帶或者與生物體間隔一定距離，該距離能夠保證功能和無線通信即可，例如與生物體的間隔距離為2米以內(nèi)。

其中，所述體內(nèi)裝置2可以包括集成線圈21、驅(qū)動電路22、解調(diào)電路23、控制器24、發(fā)光源25以及傳感器26。體內(nèi)裝置2可以配置為完全植入生物體內(nèi)，通過外科手術(shù)的方式將體內(nèi)裝置2整體植入生物體待醫(yī)療部位。在體內(nèi)裝置2中，集成線圈21用于從體外裝置接收無線能量，以及與體外裝置之間收發(fā)信號；本發(fā)明實施例中，集成線圈21接收的無線微波能量為毫伏級的正弦波信號，驅(qū)動電路22的具體功能包括整流、濾波、基準(zhǔn)調(diào)壓，通過以上能量轉(zhuǎn)換后，可給控制器24，發(fā)光源25及傳感器26提供穩(wěn)定的工作電壓和電流。

而驅(qū)動電路22與集成線圈電性連接，用于將集成線圈21采集到的能量轉(zhuǎn)換為可供植入式醫(yī)療器械內(nèi)部控制器24、發(fā)光源25及傳感器26等內(nèi)部元件工作的電壓電流(例如穩(wěn)壓恒流)模式，所述解調(diào)電路23可解析集成線圈21采集到的電磁波中的編碼波形，將識別到的信號指令傳送給控制器24，所述的控制器24根據(jù)解調(diào)電路23獲得的指令信號控制發(fā)光源25的發(fā)光強度、頻閃及波長，同時收集sensor26數(shù)據(jù)信號后通過集成線圈21再發(fā)送給體外裝置1。本發(fā)明中發(fā)光源25芯片可采用正裝、倒裝和垂直芯片結(jié)構(gòu)，單顆發(fā)光源驅(qū)動電流小于10mA。

作為優(yōu)選，驅(qū)動電路22、解調(diào)電路23以及控制器24為IC集成電路，可以采用CMOS工藝集成于同一襯底28(例如為硅襯底)上，具有高集成度、小體積的特點，同時襯底28空余部位可以留出若干焊盤。上述元件可采用倒裝植球焊接、金線打線焊接或芯片與襯底共晶焊接等焊接工藝實現(xiàn)。

作為優(yōu)選，集成線圈21可為分離式器件或者集成器件(采用半導(dǎo)體集成工藝制備)，分離式器件可采用焊接工藝固定于襯底28上以與其他元件相連，集成器件則直接采用金屬材料集成于襯底28之上。

作為優(yōu)選，發(fā)光源25可以為半導(dǎo)體發(fā)光材料，可以為LED光源，且為亞微米級尺寸(尺寸可選為0.1—10微米)，芯片長寬尺寸可以為50μm×50μm，能夠直接照射并控制生物體內(nèi)的單個神經(jīng)元。發(fā)光源25波長范圍為280nm-630nm，優(yōu)選的波長為450nm，可為一顆或多顆串并聯(lián)形式，波長可以在控制器24的控制下，調(diào)節(jié)發(fā)光強度、閃爍頻率及波長選擇。上述參數(shù)可以通過控制器24發(fā)送的控制指令信號進行控制。

作為優(yōu)選，傳感器26的功能為在發(fā)光源25調(diào)控神經(jīng)元的同時，采集生物體內(nèi)部感應(yīng)信號，可為溫度檢測、電流檢測或光信號檢測，檢測到的數(shù)據(jù)傳送至控制器24。所述傳感器可以包括溫度檢測傳感器、電流檢測傳感器和/或光信號檢測傳感器。

圖2是本發(fā)明實施例的體內(nèi)裝置封裝結(jié)構(gòu)示意圖。作為優(yōu)選，完全植入式發(fā)光源光學(xué)醫(yī)療器械為密封封裝結(jié)構(gòu)27，但不能為金屬介質(zhì)材料，采用生物玻璃封裝，材料為ABS。密封封裝結(jié)構(gòu)27后的體內(nèi)裝置2可固定在生物體大腦、頸、脊髓等對應(yīng)神經(jīng)刺激部位。所述密封封裝結(jié)構(gòu)的材料不能為金屬介質(zhì)材料，可采用與生物體兼容的不產(chǎn)生排異反應(yīng)和炎癥反應(yīng)的材料，例如采用生物玻璃封裝，材料為丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物(ABS)樹脂或熱塑性聚氨酯彈性體橡膠(TPU)。

本發(fā)明實施例中的體內(nèi)裝置2，可以制作配套的模具，采用一次成型的燒結(jié)工藝，形成固定外形的生物玻璃封裝體27。由于本發(fā)明實施例提供一種適用于人類身體內(nèi)部長期使用、穩(wěn)定供電、生物安全的完全植入式發(fā)光源光學(xué)醫(yī)療器械，作為技術(shù)改進點之一，本發(fā)明實施例采用的是微型集成技術(shù)，體內(nèi)裝置2的體積小于20mm³，重量小于20g，采用微型集成技術(shù)使設(shè)備更加小巧、輕便，更有利于手術(shù)的植入。

本發(fā)明實施例中，體外裝置1和體內(nèi)裝置2的有效無線工作距離最遠可以達到2m，采用無線供電和控制的方式來控制和操作微型體內(nèi)裝置2，可以讓生物實驗和醫(yī)療患者在實際的使用過程中更加便捷，對相關(guān)的醫(yī)學(xué)研究具有重大意義。

本發(fā)明實施例的完全植入式光學(xué)醫(yī)療器械，是一種可用于光遺傳學(xué)醫(yī)學(xué)研究和存在巨大潛在實用價值的神經(jīng)科疾病的治療工具。

以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。