用于眼植入体的3线圈的无线功率传输系统的制作方法
【专利说明】用于眼植入体的3线圈的无线功率传输系统
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求于2012年8月22日提交的美国临时申请第61/692, 138号的权益，其 在此通过引用W其整体被并入用于所有目的。
[0003] 关于在联邦资助的研究和开发下完成的发明权利的声明
[0004] 本发明用依据由国家科学基金会授予的邸C0310723的政府支持完成。政府具有 本发明中的某些权利。
[000引背景 [000引 1.技术领域
[0007] 本发明的各个实施方案通常涉及对外科手术植入的假体的无线功率传输，特别地 涉及H线圈的功率传输系统，且线圈中的一个完全是眼内线圈。
[0008] 2.相关技术的描述
[0009] 年龄相关的黄斑变性（AMD)和视网膜色素变性（R巧是人眼的两种最常见的外层 视网膜变性疾病。使用视网膜假体W便允许受疾病折磨的人看见是有前途的。绕开有缺陷 的外层视网膜光感受器并且直接电刺激内层视网膜神经元的视网膜假体已经允许患有AMD 和RP的某些盲人感知光。
[0010] 认识到的是，该些早期的假体仅仅包括非常少数的针对神经元的刺激电极。为了 实现面部识别或大号字的阅读，下一代的视网膜假体装置可W使用1024个或多于1024个 的刺激电极。
[0011] 不幸地，高分辨率的传感器和处理器具有相对较高的功率消耗，例如大于100毫 瓦（mw)。当前的电池技术限制其用于此类植入体的有效性，因此优选地，从身体之外汲取功 率。电缆往往在用于将患者的眼连接到外部电源上是笨重的，因此无线功率传输是优选的。
[0012] 两个线圈之间的电磁感应禪合已经被广泛地研究并且被优化，W用于无线驱动视 网膜假体装置。然而，由于在眼中W及眼附近的极其苛刻的物理约束，植入的接收器线圈的 物理放置仍然是不断争辩的事情。在功率传输能力、外科手术风险W及长期植入之间存在 权衡。虽然对在身体之外的发射线圈存在较少的约束，但其不能太高功率的W免其太多地 加热接收器线圈或使患者经受不可接受的电磁场水平。
[0013] 通常，两个线圈之间的感应链接效率与禪合系数化）的平方和禪合线圈的各自的 品质因子（Qs)成比例。无线功率传输自然不包括磁变压器磁芯，如在常规的电力变压器中 的围绕所述磁变压器磁芯卷绕初级绕组和次级绕组。而是，无线感应链接的线圈通过空气 (或其他介于中间的介质）禪合。
[0014] 在现有技术中，为了补偿该种空芯禪合的低效率并且满足安全限制，比如热耗散、 电磁场暴露等，接收器线圈被放置在眼外并且通过穿透眼球的电缆连接到位于眼内的电 极。为了穿透眼球进到内部，人们通常穿透眼的巩膜和脉络膜。在长期的植入中，该种贯穿 巩膜、贯穿脉络膜的电缆潜在地引起感染和张力减退。
[0015] 已经尝试在移除天然的晶状体之后将接收器线圈放置在晶状体囊之内的完全在 眼内的视网膜植入体。然而，在发射器线圈和接收器线圈之间的25毫米（mm) (1英寸）的 间距下，该种2线圈的构造由于接收器线圈的有限的Q和禪合的线圈之间的小禪合系数k 而经受低效率（例如7% )。
[0016] 在本领域中存在对用于视网膜植入体的更有效率的无线电功率传输方法的需求。
[0017] 简要概述
[001引通常，称为"缓冲线圈"的第H个线圈被引入到发射器线圈和接收器线圈之间W增 加发射器线圈和接收器线圈之间的功率传输效率。特别地，在人眼的物理约束下，介于中间 的缓冲线圈充分地纳入到可利用的空间内。在某些例子中，可能完全不需要进行外科手术 植入，而是作为巩膜透镜被患者戴上。
[0019] 缓冲线圈和/或接收器线圈可W在几何上是楠圆形的比如卵形的，W便负责眼在 水平方向上（如与垂直方向相对）的较大的运动。
[0020] 使用微机械加工技术和拆纸手工（origami)技术两者可W制造可W适合紧密放 置在人类身体内的尺寸的高Q的接收器线圈。薄的导电迹线被布置在柔性绝缘体内的平坦 的基底上并且然后从基底中剥离。在柔性绝缘体中迹线的细长的列然后被折叠在彼此上。 产生的折叠的迹线被盘绕成环。环或线圈可W被径向挤压W便其可W穿过小切口被插入， 并且一旦释放就将很快恢复到其环的形状。
[0021] 由集肤效应引起的电阻可W通过适当地针对电磁感应频率设置电迹线的尺寸来 最小化。此外，迹线可W被布置W便当其被卷绕成线圈时，迹线改变其轴向位置W共享（轴 向的）外部位置，因此将由邻近效应引起的电阻减到最小。迹线可W通过使最外面的迹线 经过折叠线（即折痕）而内部的迹线占据其在最外面的位置处的地方来改变轴向位置。
[0022] 因为娃晶片基底可W是小的，迹线的U形部分可W有效地将待被盘绕成线圈的迹 线的长度加倍。多个U形的部分可W使迹线的长度增至H倍、四倍等。折叠U形区域并且 然后将U的两侧折叠到一起使得曾经在基底上邻近的迹线沿彼此相反的方向进行布置。
[0023] 接收器线圈可W配备有充当浮选装置的空气填充腔室，并且因此满足在眼内的有 效质量约束。该腔室可W由外科医生用气体填充和/或不失时机地捕获空气气泡。
[0024] 虽然讨论的实施方案中的多个涉及人眼，但预想了用于植入到身体的其他部分和 其他动物物种内的装置和方法。无线电功率传输一定是有效的任何地方可W从本文教导的 方面中找到用途。
[00巧]本发明的某些实施方案涉及感应式供电的眼植入体设备。设备包括；缓冲线圈，其 适合于被附加到眼的巩膜之外，缓冲线圈具有被生物相容层覆盖的导体；接收器线圈，其适 合用于在眼内植入，接收器线圈具有被生物相容层覆盖的导体，接收器线圈适合用于通过 电磁感应从发射器线圈经过缓冲线圈接收电功率，当分别被附加到眼之外和植入在眼之内 时，缓冲线圈和接收线圈适合于进行电磁禪合；W及处理电路，其与接收器线圈的导体连接 并且被配置成从接收器线圈接收电功率。
[0026] 设备可W包括；刺激电极阵列，其适合于与眼中的内层视网膜神经元连接并且与 处理电路连接；W及电力电缆，其将接收器线圈与阵列禪合。缓冲线圈可W适合用于环绕角 膜并且在眼的结膜之下安装，或可W有包住缓冲线圈的巩膜透镜，巩膜透镜适合于被戴在 巩膜上从而将缓冲线圈附加到眼的巩膜之外。
[0027] 在某些实施方案中，缓冲线圈适于附加到巩膜之外的眼的一侧，并且接收器线圈 适合用于在巩膜之内的眼的玻璃体之内安装到眼的内侧。
[0028] 设备可W具有缓冲线圈，所述缓冲线圈是圆形的并且具有等于或在约19毫米和 约20毫米之间的外径。或缓冲线圈可W是卵形的并且具有约19毫米的外短轴和约24毫 米的外长轴，缓冲线圈适合于被附加到巩膜之外使得外长轴是大体上水平的。设备可W具 有当从轴向方向观察时呈多边形形状的缓冲线圈或接收器线圈。
[0029] 可选地，设备的接收器线圈通过W下操作来生产：在电绝缘的薄片上蚀刻导体迹 线；在蚀刻的导体迹线上沉积足W在生物相容层中嵌入蚀刻的导体迹线的电绝缘体；折叠 薄片到其自身上；堆叠嵌入的导体迹线；并且然后W螺旋卷绕折叠的薄片W便形成闭合的 形状。此外，在电绝缘的薄片上的导体迹线可W包括U形区域，所述U形区域连接从U形区 域沿着相同方向伸出的两段导体迹线。接收器线圈的生产还可W通过W下操作来生产：在 卷绕之前折叠薄片，使得U形区域垂直于薄片；并且然后折叠U形区域使得两段导体迹线从 U形区域沿着相反的方向伸出。
[0030] 某些实施方案涉及在眼内部有效地接收用于眼内电子装置的功率而无需刺穿巩 膜的电缆的方法。方法包括；通过第一电磁感应的方式将变化的磁场接收到被附加在眼的 巩膜之外的缓冲线圈内，变化的磁场在缓冲线圈中引起电流；通过来自缓冲线圈中的电流 到接收器线圈的第二电磁感应的方式在眼内的接收器线圈内感应电流；W及使用来自接收 器线圈的感应电流驱动眼内电子装置。
[0031] 该方法还可W包括将来自接收器线圈的感应电流整流W产生直流电。
[0032] 某些实施方案涉及制造适合用于电磁感应的线圈的方法。该方法可W包括：在基 底上蚀刻导体迹线，所述导体迹线下覆有柔性的生物相容的电绝缘体的薄片；在导体迹线 上沉积更多的电绝缘体W将导体迹线嵌入