用于iop监视的软性接触镜中的集成化柔性被动传感器的制作方法

专利名称：用于iop监视的软性接触镜中的集成化柔性被动传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及被动传感器装置，尤其用于测量生理参数(例如眼内的眼睛压力(IOP)),所述被动传感器装置可被合并到接触镜(contact lens)尤其是软性接触镜(softcontact lens)中或其上。本发明还涉及制作方法和测量生理参数的方法。
背景技术：
眼内压是用于诊断青光眼的生理数据，该眼内压的特征在于，在多数情况下由于眼内的巨大变化而提高的压力。一般地，眼内压采用被称作眼压计(Tonometer)的特殊眼科设备来测量。该测量只能在医生的实践下或在医院内执行。结果是，这种类型的测量需要患者存在于实践中或在医院内，并且IOP压力只在一天中的给定时刻测量。因此，在患者的正常环境中的一天的长时段期间没有获得关于IOP进展的信息。因此，有需要提供改良的测量和监视系统，该测量和监视系统实现记录可能的原因，该可能的原因包括对IOP值的变化有影响的身体活动、环境、姿势或心理原因。同时，在研究中任意时间都知道生理参数的值，这使患者不仅可以获得改进的诊断，还可以遵循合适的医疗治疗。现有技术文献WO 03/001991提出了一种眼内压记录系统，该系统无关乎患者的姿势和活动而允许在延长的时段内连续地监视。该文献中描述的记录系统包括软性接触镜，该软性接触镜包括用于测量球形变形的主动应变仪。信息被传输至外部记录系统。由于接触镜上的主动应变仪的使用，需向接触镜提供实质的电力，从而可观察到靠近患者眼睛的、相当高的辐射水平并且需将热消散。在电池驱动使用的情况下，能量消耗导致系统的有限自治。进一步的，在无线系统的情况下，能源传输设备需要被定位地尽可能地靠近使用者，这样会减少患者佩戴的舒适度。所以，有需要为这样的眼内压记录系统提供改良的感测装置。

发明内容
这个目的由根据权利要求1的感测装置实现。用于接触镜的发明的感测装置具有:电感，该电感包括载体基底的第一主侧上的第一螺旋部(spire)，和载体基底的与第一主表面相对的第二主表面上的第二螺旋部；以及电容。使用完全的被动感测装置，可由其变形(例如在压力下)基于这样的LC电路的共振频率的偏移来测量生理参数，其中，通过在载体基底两侧上提供电感螺旋部，可朝着允许用于人体上测量的频率范围来偏移LC电路的共振频率。利用纯被动 感测装置，出现在生理参数测量系统周围的辐射能量损耗可被保持得很低，以减少涉及在患者眼睛附近出现的任何风险。该设备实现创建提供良好测量灵敏度、为患者提供改良的舒适的医疗设备，并且其能够遵守依据生物适应性的规则和传感器活动频段的使用。同时，可以实现薄的感测装置，这是利用主动元件的设计是不可能实现的。
较优地，电容可与电感一体形成，其中，一个电极在载体基底的第一主侧上并且第二电极在载体基底的第二主侧上，电容的电介质是载体基底的一部分。集成电容的存在使制作过程简单化，因为电容可和电感螺旋部同时被制作。
根据优选的实施例，在从螺旋部的中央看时，电容可朝着螺旋部的外部而布置。利用这样的设计，一旦感测装置附接至接触镜，患者的佩戴舒适度可保持得很高，因为电容器不会模糊患者的视野。
有利地，电容可为弧形并且可延伸小于一个完整的圆。利用这种形状，电容可适于接触镜的形状，并且通过防止电容形成完整的圆，其不影响电感。
进一步优选地，接触镜的感测装置可进一步包括至少一个交叉指型电容(interdigitated capacitance),其特别连至电容。典型地具有交错的指状物的这样的附加电容，使LC电路能够微调，以使得可保证共振频率在正确的范围内。一旦测试该电路，交叉指型电容的一个或多个指状物可例如通过激光切除而被切以改变感测电路的属性。
优选地，交叉指型电容可为弧形。从而，尤其当朝着螺旋部外部布置交叉指型电容时，交叉指型电容的期望优点可被保持，而同时形状可适于接触镜。
有利地，螺旋部的两个连接部件可都被朝着螺旋部的内部布置或者可都被朝着螺旋部的外部布置 。在这样的情况下，与附加的电容的连接被简化了。本文中，内部和外部涉及当从螺旋部的中央看时的布置。朝着外部的布置更优选地为在电感的特定布置处，当电容被保持在患者视野之外时，佩戴舒适度得到改善。
优选地，连接部件被布置在柔性载体基底的同一侧。如果不是集成电容而是附加的元件连至螺旋部，则连接被简化，假使连接位于载体基底的顶部或位于载体基底的底部。
根据优选实施例，第一螺旋部和第二螺旋部可通过多个连通柱(Vias)在螺旋部的整个长度上连接。在这种情况下，由于有效厚度的本质上加倍而可减少电感的电阻率。该连通柱可以以在相对彼此固定的距离处布置。
有利地，感测装置可包括两个相交区域，其中，螺旋部的本质上半圆形部分与随后圆形螺旋部中的另一本质上半圆形部分连接。这样简化了设计以得到在内部或在外部的连接部件。
进一步优选地，螺旋部的两个本质半圆形部分之间的连接可以在第一主表面侧上或在第二主表面侧上实现。有利地，所连接的螺旋部的本质半圆形部分可从外部朝着内部延伸，然后从内部延伸回至外部。进一步优选地，每一向内去的螺旋部只可和一个向外去的螺旋部相交，并且反之亦然。在这样的情况下，朝着外部的连接可例如连接在第一表面侧上，反之，朝着内部的连接可被布置在第二表面侧上。在这样的情况下，由相互连接的两个本质半圆形部分构建的且朝外绕的一个螺旋部，只与由相互连接的两个本质半圆形部分而构建的且朝内绕的一个螺旋部相交，以使得寄生电容可被保持得很小。
根据优选的变型，第一螺旋部和第二螺旋部可在第一螺旋部末端处和第二螺旋部开始处通过一个连通柱连接，其中螺旋部以同一方向缠绕以形成串联的两个电感。以这种方式，电感值可被加强而不需要更多的区域。
优选地，电感可包括一到二十五个螺旋部，该螺旋部特别具有每层10 μ m至40 μ m的厚度及大约70 μ m至100 μ m的宽度。针对这些数值，在佩戴接触镜时没有限制患者的舒适度而可获得期望的共振频率。
优选地，在没有螺旋部和/或电容器和/或交叉指型电容器的区域中，可至少部分地移除载体基底。这加强了感测装置的柔性，使得由感测装置的变形的灵敏度可被提高。
本发明进一步涉及用于包括一个或两个接触镜的生理参数测量系统的接触镜，其包括根据上述权利要求中的一个的感测装置并且实现上述的益处。
还由包括一个或两个接触镜的生理参数测量系统实现目的，其中，每个接触镜是根据上述权利要求中的一个。与现有技术形成对照，本发明的系统提出被动感测装置的使用，使得与主动应变仪的使用相比，可极大减少能源消耗以及因此的朝向接触镜的能量传输。优选地，生理参数为眼内眼压。
优选地，被动感测装置可包括电容器或换能器尤其为压电式换能器。使用现成的电容器或在被嵌入到接触镜中之前与天线一起制作的电容器，可导致简化的表示LC电路的设计。压电式换能器可代替电容器，且与天线平行布置。电等效模型示出共振频率的变化的测量原则仍然有效。这种解决方案提供了更高的灵敏度，从而要求更少的能量来为传感器供电。使用这种感测装置，可能对患者有害的辐射和能量损耗的不希望影响可被降低。同时，基于观察到的共振频率偏移，可识别生理参数的变化。
有利地，生理参数测量系统可进一步包括在一个或两个接触镜外部的一个或两个天线片。经由天线片，可使用接触镜的电路来实现感应耦合，使得由感测装置提供的信号可经由接触镜的天线而由天线片接收。因为电缆连接为非必要的，所以与基于电缆的测量系统相比，在IOP系列测量期间，患者的舒适度得到改进。
有利地，天线片可包括透明的，尤其柔性的支撑层和粘性层。该天线片从而可简单地附接在一副眼镜上，使得他们可被定位在接触镜的前面以保证接触镜的天线和片天线之间的感应耦合。
进一步优选的，生理参数测量系统可包括连至天线片的至少一个电子调节单元，尤其为每天线片一个电子调节单元，该电子调节单元被配置为向天线片供应激励信号并接收响应信号，该响应信号继而由天线片从接触镜的天线接收。例如，激励信号可为具有变化频率的正弦波，从而像扫频的正弦波一样。
有利地，调节单元进一步被配置为分析响应信号(尤其在频域中的响应信号)并且确定响应信号的相位属性。因此，与基于振幅测量的测量相比，接触镜和天线片之间耦合的影响可被减少。优选地，利用接触镜 的天线的被动感测装置的共振属性的改变，以确定生理参数的值。
进一步优选的，在生理参数测量系统中，至少一个电子调节单元中的至少一个连接至(特别地无线连接至)数据监视单元。生理参数的进展可被容易地连续监视。优选地，数据监视单元可继而包括将IOP的监视数据例如通过在远处的因特网而传输至另一电子设备的接口。
进一步优选地，电子调节单元附接至眼镜的分支或框架并且一个或两个天线片中的每一个各自粘附在眼镜的一个镜片上，尤其在镜片朝着患者眼睛的一侧上。从而，提供了容易让患者佩戴的简洁的测量系统。具有其数据存储装置的数据监视单元可被传送(例如在口袋中)，使得在数据监视单元存在下，提供了可容易佩戴的监视系统。电子调节单元可被夹在或粘附在患者的眼镜上。
进一步优选地，粘性层可被配置为使得天线片可从眼镜镜片上分离，优选地在移除后不留下残余。从而，患者可使用他自己的镜片作为测量系统的一部分并且一旦完成监视就可将天线片移除。
优选地，生理参数测量系统可进一步包括过滤单元，该过滤单元被配置为，基于从两个接触镜收到的响应信号的同时预定的改变属性的检测，来从响应信号中减少假性的假象。因此，假性的值可被自动地从一套测量压力中移除以改进测量的精确性。在那种情况下，通过与标准比较来测试响应信号以第一次检查其是否“正常”。此操作在每个眼睛上单独进行。如果观察到一些反常的行为，则系统被配置为检查两个眼睛上的响应是否相似。在那种情况下，可为眨眼或眼睛转动，例如系统决定擦除结果和重复测量。
根据进一步优选的变型，过滤单元还可被配置为通过减少电磁干扰的贡献来改进信噪比，该电磁干扰还可通过进行此双通道测量而被消除，这是因为当发生电磁干扰时它们出现在两个通道上。因此，采用双目测量，可利用差分测量。
优选地，过滤可在数模转换后使用数字信号处理来执行，并且可因此提供关于数据处理的高灵活性。
进一步优选地，两个电子调节单元可被布置在使用两个电子调节单元的系统中的主和从结构中。采用这种结构，可平衡眼镜的分支或其上的重量。例如，一个调节器可包括电池、电力管理器和一些电子器件的第一部分，而另一调节器包括其余的电子器件以实现此平衡。
根据优选的实施例，接触镜可为视力纠正接触镜或者眼镜可具有视力纠正镜片。这进一步改进发明的生理参数测量系统的使用者友好度(尤其是与患者自己的眼镜结合)。
有利地，天线和纯被动感测装置可被布置在柔性载体基底的两侧。从而可改进系统的敏感度而不必使用更大表面。
有利地，天线和纯被动感测装置可包括在柔性载体基底的一侧上的螺旋部和在柔性载体基底的另一侧上的螺旋部，其中，螺旋部通过多个连通柱而相互连接。这种布置降低了电路的电阻率并且从而改进LC电路的品质因数。
在一种变型中，天线和纯被动感测装置可包括在柔性载体基底的一侧上的螺旋部和在柔性载体基底的另一侧上的螺旋部，其中，螺旋部通过连通柱连接以形成串联布置的第一电感和第二电感。这样布置与简化了的却仍有用的设计对应。
优选地，螺旋部的末端区域可被扩大以使得形成具有预定电容的电容器，从而调整LC电路的共振频率。
本发明进一步涉及制作如上所述的接触镜的方法，并且包括如下步骤:(a)提供如上所述的感测装置，(b)在螺旋部之间和/或电容器之间和/或交叉指型电容器之间的区域中至少部分移除载体基底，(c)使感测装置塑性变形以获得与接触镜的形状对应的弯曲形状，并且(d)将弯曲的感测装置附接至接触镜。通过本方法，可实现具有集成感测装置的接触镜以提供必须的灵敏度并同时加强佩戴舒适度。
本发明还涉及测量生理参数尤其测量眼内眼压的方法，该方法包括如下步骤:(a)从尤其是粘附在镜片或眼镜上的天线片将激励信号发送至接触镜的纯被动感测装置，(b)经由天线片接收来自纯被动感测装置的响应信号，并且(C)基于共振频率和/或相移确定生理参数。使用纯被动感测装置，可将存在于生理系数测量系统周围的辐射能量损耗保持得很低，以降低涉及出现在患者眼睛附近的任何风险。粘附到镜片的天线片允许天线之间的改进的耦合。
有利地，步骤(a)至(c)可通过使用两个天线片和两个相应的接触镜执行，并且还进一步地包括过滤步骤，该过滤步骤基于从两个接触镜接收到的响应信号中的同时的预定变化属性，来滤出假性的假象，尤其是导致观看方向改变的眼睛眨眼或眼镜转动。通过执行双目测量，可实现自动过滤以改进设备的精确度。


基于结合以下附图描述的有利实施例，以下将对本发明进行更具体描述，在所附图不中:
图1说明根据本发明的生理参数测量系统；
图2a示意性地说明在本发明的第一和第二实施例中使用的接触镜的结构；
图2b说明根据本发明的接触镜的天线和感测装置的第一实施例；
图2c说明根据本发明的接触镜的天线和感测装置的第二实施例；
图2d说明根据本发明的接触镜的天线和感测装置的第三实施例；
图2e具体说明第三实施例的交叉指型电容器；
图2f说明第三实施例的电等效电路；
图2g说明根据本发明的接触镜的天线和感测装置的第四实施例；
图3说明根据本发明第六实施例的天线中的一个的部分三位视图4说明电等效电路；
图5说明依据采用根据本发明的接触镜的第七实施例的方法；
图6说明采用根据本发明的实践示例的谐振测量；和
图7说明根据本发明的第八实施例，其中，生理参数测量系统另外包括过滤单元；和
图8a至图8d说明根据本发明的第五实施例的制造方法，其用于制造根据第一至第五实施例中的一个接触镜。
具体实施方式
图1说明根据本发明的生理参数测量系统I。该生理参数测量系统I包括根据本发明的在镜片朝着患者眼睛的一侧的第一接触镜3a和第二接触镜3b和粘附在一副眼镜9的镜片7a、7b上的第一天线 片5a和第二天线片5b。天线片5a、5b与第一电子调节单元Ila和第二电子调节单元I Ib连接，第一电子调节单元I Ia和第二电子调节单元I Ib相互连接。进一步的，本实施例中的电子调节单元中的一个电子调节单元Ila被配置为与数据监视单元13进行通信(例如通过使用无线技术Wif1、蓝牙、Zigbee、ISM等等)。该数据监视单元13进一步包括数据接口 15，通过该数据接口 15可将监视数据(例如使用有线或无线通信线路)传输至外部设备(例如计算机17)。
根据变型，系统I可只包括与天线平7a、7b都连接一个电子调节单元。
图2a示意性地说明根据本发明的接触镜3a、3b中的每一个接触镜的结构。接触镜包括接触镜底座21，与标准的软性接触镜相比，其可具有或可不具有视力纠正属性。
另外，接触镜3a、3b包括嵌入到接触镜底座12中以用于改进佩戴舒适度的天线23和感测装置25。根据本发明，感测装置25为完全被动感测装置。
在这个实施例中，纯被动感测装置25为电容器，例如为添加到天线23上的现成的电容器，或与天线线圈同时制作的集成电容器，或将机械励磁转换为电信号的压电式换能器。
天线23和感测装置25有效的建立对应于LC (电感+电容)电路的被动设备。生理参数测量可以基于根据角膜变形的共振频率的频率漂移的观测。选择电感和电容以使得共振频率被观察到在国家安全法规允许的频率范围内，尤其在被称为ISM频段26，957MHz至27，283Mhz内。为使共振频率适合这样的频段，可以调整天线23的螺旋部数量(例如在大约I个至25个螺旋部的范围内，更特别地为I个到5个螺旋部)，并且通过使用除天线圈(antenna loop)的自有电容之外的适当附加电容器来调整电容。
根据本发明的接触镜3a、3b以两步的制作过程来制作。在根据本发明的实践示例中，首先制作天线和感测装置。根据本发明的天线23可通过具有螺旋形状的第一金属层(尤其为铜层)和在其顶部的第二层(尤其由生物相容性材料如金制成)形成。第一层和第二层被设置在载体基底的一个主表面上，其为例如柔性材料，像例如聚酰亚胺可作为LC电路的电容的一部分。为了在不必扩大天线覆盖的表面的情况下改进敏感度，可在载体基底的相对的另一主表面上设置铜制第三层和金制第四层(以保证生物相容性)。一对层的厚度处于大约20 μ m至40 μ m的范围内，而柔性载体基底的厚度一般处于2 μ m至30 μ m的范围内，尤其为3μπι至7μπι。如果将载体基底用作电容的电介质，则因为电介质厚度越小，电容集成密度越高，所以应选择更小的厚度。还可沉积特定的电介质层，以当电容集成被改进时创造甚至更低的电容器。在以生物相容性材料(例如用作接触镜的PDMS(聚二甲基矽氧烷)硅聚合物)浇铸之前，天线23连接至感测装置25的电容器(现成的或和天线同时制作的)或压电式换能器。根据变型，带有天线23和电容器的柔性载体还可附接至接触镜。
不使用层对(一方面第一和第二层，以及另一方面第三和第四层)，而是本发明还可以使用唯一层来实现或使用柔性载体基底的每侧上的一层来实现。在这种情况下，厚度典型地在10 μ m的范围内。
图2b说明LC电路的第一实施例61，LC电路包括根据本发明的天线和感测装置，在稍后的阶段该天线 和感测设备成为接触镜3a、3b的一部分。在这个第一实施例中，螺旋部63和螺旋部65被布置在柔性载体基底的前侧和后侧(未在图中说明)。导电连通柱(尤其为金属连通柱)67a、67b、67n-l、67n在沿着连通柱整个长度的一边与螺旋部63连接，并且在沿着连通柱整个长度的另一边与螺旋部65连接。这种布置具有优点在于，螺旋部的厚度本质上加倍，并且从而减少电阻以及增强电路的品质因数。选择这样的设计以致两个连接部件(连接部件69和连接部件71)在柔性载体基底的一个表面上并排，以允许连至附加的电容器。图2a的设计具有两个交叉区域73和75，该两交叉区域73和75将内部区域上的本质上半圆形部分与随后圆形螺旋部中的本质上半圆形部分连接，以使得最后，基底一侧上的螺旋部不会与基底另一侧上的多于一个的螺旋部相交。
图2c说明第二实施例81。螺旋部83和螺旋部85又被布置在柔性载体基底的前侧和后侧(未说明)。螺旋部通过穿过载体基底的连通柱87来相互连接。连通柱将第一电感的末端和第二电感的开端连接，并且两者因此形成串联连接的两个电感。两个电感以相同的方向绕，所以总电感被加强，而不需要更多的空间。图2c进一步的说明连接至第一电感83的开端和第二电感85的末端的两个电极(电极89和电极91)，从而形成集成电容以使共振频率适合期望频率范围。
图2d说明根据本发明的接触镜的LC电路的第三实施例。该结构与第一实施例中的结构相似，然而，其包括更大数量的形成电感的螺旋部101 (即15个螺旋部)以及集成电容器103。另外，LC电路进一步包括交叉指型电容，这里事实上是与集成电容103连接的两个交叉指型电容105a和105b。交叉指型电容105a和交叉指型电容105b用于微调共振频率。
在本实施例中，上螺旋部和下螺旋部101 (图2e中的参考标号IOla和IOlb)被布置在柔性载体基底的前侧和后侧(本图中又未说明)。如第一实施例中的导电连通柱(尤其为金属连通柱106)在沿其整个长度的一侧连接螺旋部并且在沿螺旋部整个长度的另一侧连接螺旋部。这种布置又具有优点在于，螺旋部的有效厚度本质上加倍，并且从而减少电阻以及加强电路的品质因数。
选择第三实施例中的设计，以致朝着集成电容器103的连接部件107关于螺旋部的中央是向外的。图2d的设计(如图2b的设计)具有多个交叉区域109和111，所述交叉区域将内部区域上的本质上半圆形部分与随后圆形螺旋部中的本质上半圆形部分连接，使得最终，基底一侧的螺旋部不会与载体基底的另一侧的超过一个的螺旋部相交。
电感值需要尽可能的大以减小电容值，并且结果，其集成所需的区域、大电容器的区域可实际改变患者的舒适度。为了增加电感的值，与在没有集成电容的第一实施例中一样，螺旋部101数量应该更高。针对第三实施例的设计，可以集成大约10到20个螺旋部(这里为15个螺旋部)，而并不必须填充中央区域，填充中央区域又会减少患者的舒适度。利用大致对应于接触镜的表面区域上的10到20个螺旋部，可以实现在范围1500nH至5000nH中的电感值。螺旋部区域还可被限制，螺旋部宽度的限制也存在。典型的在70um至IOOum的范围内。由于沉积处理和用于改进传感器灵敏度(也取决于结构厚度)的柔性结构的需要，在已知金属厚度通常限定在大约10 μ m每层下，结果是可变大的电感电阻率。
为了降低总体电感电阻率并增加总体LC结构的品质系数，益处从而从提供至少两个金属层(基底的每侧上一层)的事 实中得到。通过使用借由连通柱106连接的至少两个金属层，螺旋部101的厚度实质上加倍了。
通过实现螺旋部101的“有效的”更高金属厚度，提供进一步的优点在于，与只有一层的情况相比，自身寄生电容更高，从而减少集成电容103的电容值。从而集成区域可保持得很小，这改善了患者的舒适度。进一步，由于传感器灵敏度由电感的自身寄生电容驱动，所以该传感器灵敏度增加。最后，布置被设计为使得自身寄生电容为:使电感的自身共振频率(SRF)总是保持高于传感器的工作频率。
电容器103由两块金属板(金属-绝缘体-金属或MIM电容器)建成，其中载体基底的每侧上具有一块金属板。不使用载体基底，而是取决于所使用的沉积处理来在两块金属板之间放置任意的电介质(例如特氟纶或Si02)。金属-绝缘体-金属电容器用于调整共振频率。
在这个实施例中，电容器具有弧形形状，使得其适合于接触镜的形状。进一步的，在这个实施例中，电容103被布置在螺旋部的外部上(从螺旋部中央看去)。作为替代的，它当然可具有任意其他合适的形状(例如圆形或矩形)。如图2d中所说明的，由于对电感值的不利影响(将降低电感值)，电容器优选地不形成围绕电感的螺旋部101的完整的环。
针对如图2d中说明的电容器103，可实现0.5至20pF的电容值。
介电损失特征(还被称为tan δ)是重要的，因为这个参数驱动了 MM电容器的ESR(等效串联电阻)特征。高ESR值将对LC电路品质因数提供差表现。因为电感线圈和电容器二者为电串联连接，所以ESR参数和电感器的电阻率一样重要。
交叉指型电容105a和105b被用于在电测试操作期间，微调传感器的共振频率，以使得其保持在期望的频段中。如示出图2d的放大细节的图2e中所说明的，交叉指型电容105a使用交错的金属指状物实现。指状物113连接至电容器103的上金属层103a并且指状物115经由连通柱117与电容器103的下金属层103b连接。在LC电路的校准期间，可以减少电路的电容值，并且从而通过用激光光束来在一个或多个指状物上切割或进行金属切除操作来增加和调谐共振频率。例如，嵌入的交叉指型电容105a、105b具有用于27MHzISM频段中操作的在0.6pF范围中的值。
在这个实施例中，交叉指型电容105a、105b的形状为具有与电容器103a相同半径的弧形，并且交叉指型电容105a、交叉指型电容105b连在电容器103a的两末端处且被布置在载体基底的一侧。根据变型，仅提供一个交叉指型电容105a并且/或者在载体基底的两侧上提供附加交叉指型电容。
图2f说明根据本发明的第三实施例的接触镜3a、3b的电等效电路。螺旋部101形成感测电感LsmsOT，还表示变化部分根据作为角膜变形结果的接触镜变形的压力相关的电容改变与Csmsot对应，并且将共振频率调谐至期望值的附加电容103与Ctune对应。最后，用于在校准期间微调的交叉指型电容105a、105b由Cintwdigitated指示。整个电路设计的电阻未被表不。
图2g说明本发明接触镜的第四实施例。螺旋部121被布置在柔性载体基底的前侧(未说明)。通过穿过载体基底的连通柱125，螺旋部121的内部末端与连接元件123连接，该连接元件123将螺旋部121的内部末端与电容器127的下电极连接。图2g示出了电容器127，其为如像第三实施例中建造的朝着螺旋部121外部的弧形集成电容器127，以形成使共振频率适应于期望频率范围的集成电容。电容器的上电极连至第一电感121的开端。最终，以如同第三实施例中的同样的方式，两个交叉指型电容129a和12%连至集成电容器127。
根据变型，线性连接元件123可由如图2c中说明的第二实施例中的第二组螺旋部取代，从而形成串联电感。第二组螺旋部务必以相同方向缠绕。
当然，就像第二实施例至第四实施例中的任意一个的设计可连至外部电容那样，集成电容还可提供于第一实施例中。通常对于至少一个实施例的上述的任意特征还可被并入到剩余的实施例中的任何一个中，以实现本发明的进一步发明实施例。
针对所有的被动设计，可以在接触镜中嵌入薄组件，像已经提到过的大约20 μ m至40 μ m每层对，接触镜的厚度可保持在大约100 μ m，这样与现有设备相比，会极大地增强佩戴的舒适度，现有设备由于主动应变仪的存在会更厚(一般为至少150μπι)，对应于很快地减少患者佩戴舒适度的厚度。另外，镜片制得越薄，IOP测量则越灵敏。事实上，薄镜片比更坚硬的厚镜片能更好的识别出压力的变化。
纯被动感测装置的使用有点在于，与住动感测装置相比，极大的减少了接触镜的电路中的能量损耗，使得与使用主动应变仪的现有技术相比，可将可能会伤害患者眼睛的辐射和能量消散现象保持在更低的水平。
图8a至图8d说明根据本发明第五实施例的制作过程，以将如图2d中说明的传感器的LC电路与接触镜(尤其为软性接触镜)集成。取代第三实施例，根据其他实施例中的一个的LC电路可以同样的方式被与软性接触镜集成。
一旦在传感器的LC电路上执行电测试和微调操作来测量Ι0Ρ，传感器就为其与软性接触镜的集成做准备。
图8a说明在横切视图中的图2d的LC电路。该切视图说明电容器103顶部螺旋部IOla和底部螺旋部101b，以及连接顶部螺旋部IOla和底部螺旋部IOlb的连通柱106。在这个切视图中，不能看出交叉指型电容105a、105b。图8a进一步说明上述已经描述的柔性载体基底131。在这个实施例中，柔性载体基底131为聚酰亚胺层，但也可使用其他材料。
根据变型，因为螺旋部被放置在载体基底上方，并且由于在接下来的步骤(图Sb)中执行的材料移除，所以载体基底还可为坚硬的，形状仍然可适合于接触镜中的一个。如果螺旋部的宽度非常小就更是如此。
如图Sb中所说明的下一个步骤，移除螺旋部之间的基底材料。该步骤例如使用选择的激光切除来实现。如同图8b中说明的，传感器结构133包括上螺旋部IOla和下螺旋部IOlb之间的载体基底材料135。在中央区域中没有材料保留，这样改善了患者舒适度。
最后，载体基底的薄层保留在上螺旋部IOla的一侧上。在这样的情况下，从载体基底的后侧(进而具有下螺旋部IOIb的一侧)执行激光切除处理。
接下来，如图Sc中说明的，赋予传感器结构133弯曲形状，以便其适合于接触镜(例如软性接触镜)的形状。为此，传感器结构133被定位在成形工具137中，该成形工具137包括公部件139和母部件1341。传感器结构被定位在公部件139上，该公部件包括具有标准镜片半径的形状。通过闭合成形工具137，母部件141上的引导突出物进入公部件139中的配合引导孔中，以确保正确对齐，之前的扁平的传感器结构133变形成遵循接触镜形状的形状143。
由于弯曲形状与扁平形状相比引入了共振频率偏移的事实，考虑这种偏移来实现以交叉指型电容器 调谐的共振频率。接下来，弯曲传感器结构12随后附接至接触镜(例如具有或没有视力纠正属性的现成的软性接触镜)。
最后，弯曲传感器结构143或未弯曲结构133被预先嵌入到与接触镜材料兼容的材料中。如图8d中可看到的，在接触镜145的远离人眼球的一侧设置弯曲结构。因此，患者在眼球上不会感到与标准接触镜的任何不同，并且由于薄的最后结构，整体佩戴舒适度可保持得很高。
图3说明天线片5a和天线片5b中的一个以及相应的调节器Ila和调节器Ilb的局部三维视图。
根据本发明的第六实施例，天线片5a、天线片5b包括透明支撑层31、根据变型也可为透明的天线圈33和用于分别将每个天线片5a和天线片5b附接至眼镜的镜片7a和镜片7b中的一个的粘性层35。粘性层35被选择为使得可从镜片7a和镜片7b上移除天线片，而不留下痕迹或不使眼镜的镜片7a和镜片7b变坏。
该天线片5a和天线片5b从而可附接至任意的带视力矫正或不带视力矫正的镜片。例如，患者日常生活中使用的眼镜的镜片可用于监视系统I。
优选地，可提供具有不同形状的天线片5a、5b以能够与眼镜镜片的任意形状和设计兼容。
电连接器37将天线片和电子调节单元IlaUlb连接，所述电子调节单元IlaUlb被附接或夹持到眼镜的分支39。在这个实施例中，电连接器37被电子调节单元IlaUlb捏住。
图4说明接触镜3a、3b和天线片5a、5b的电等效电路。天线圈33与天线电感Lant对应，天线23与还表现了变化部分ΔLsens的感测电感Lsens对应，根据作为角膜变形结果的接触镜变形的压力相关的电容的改变与Csens对应，并且将共振频率调谐至期望值的最终呈现的附加电容与Ctune.对应。整个电路设计的电阻由Rsens表示。
根据第七实施例依据以下发明方法来使用如图1至图3中说明的发明的生理参数测量系统，以测量生理参数(尤其为眼内眼压)。图5中说明了该方法。
用作主电子调节单元的电子调节单元Ila将信号发送以发动从电子调节单元(步骤S2)。随后经由与接触镜3a、3b的天线23感应耦合的天线片5a、5b的天线来发送激励信号(步骤S3)。然后，接触镜3a、3b继而将其响应信号从接触镜3a、3b的每一个中的感测装置25发送回至天线片(步骤S4)，以使电子调节单元IlaUlb可接收响应信号以用于在电子调节单元IlaUlb中的一个中或两个中或在数据监视单元13中进行进一步处理(步骤S5)。数据监视单元13中的信号在可编程集成电路(诸如DSP (数字信号处理器)或FPGA (现场可编程门阵列))中处理，以使系统I关于刺激类型、先处理和后处理类型是完全可编程的，从而可适应于任意特殊要求。
使用根据本发明的系统I的生理参数测量(这里特别为IOP测量)基于以下方法。通过将天线片的激励电压与流经天线圈33的电流组合，可以计算出从天线看到的数学复数阻抗。复数阻抗Z(其中Z= α+_]_β)的特征在于模数(M)和相位(Φ)。天线23的LC电路和感测装置25的共振频率随着IOP变化而偏移，并且阻抗相位(Φ (Z))在镜3a、3b上的LC电路的共振频率处经历极小值。在天线片5a、5b上进行频率扫描，从而使能发现相位最小值以及因此的由于IOP变化造成的频率偏移。将频率偏移信息发送至数据监视单元13，在确认测量后，通过考虑角膜厚度信息而将该信息计算到IOP变化中，该角膜厚度信息就在给患者装备设备之前在患者身上进行测量。因此，本发明访问表现青光眼患者重要情况的压力变化。
基于测量的频率的使用具有优点在于，其对信号振幅不敏感并且因而与在眼镜的镜片和接触镜3a之间的距离无关。然而，使用透明天线片5a、5b，天线圈33可位于接触镜3a和3b的右前方。从而在佩戴舒适度可被保持在高得很高的同时，可最优化两个电路之间的耦接。
在如图1至图3中说明的实施例中，使用了两个接触镜、两个天线片和两个调节单元，然而，在不偏离在接触镜中只使用被动设备的发明构思的情况下，生理参数测量系统可进一步通过只使用一个接触镜、一个天线片和一个调节单元来简化。
图6说明了使用如图2b中说明的具有天线23的接触镜的频率和相位测量的结果。为了得到期望范围内的共振频率，增加附加电容，此处为MLCC(多层陶瓷电容)型电容器。
通过将具有被定位在镜上方1.5.cm处的天线片5a的接触镜3a放置在摘除的猪的眼睛上，来获得图6中说明的测量结果。眼中的压力通过注入液体来改变。在此实践示例中，四条曲线对应于Oml空气注入(大约20mmHg Ι0Ρ)，0.2ml空气注入(大约70mmHg10P), 0.3ml空气注入(大约85mmHg 10P), 0.4ml空气注入(大约90mmHg Ι0Ρ)。鉴于上图说明阻抗变化而下图说明针对大约70mmHg的IOP压力变化的相位变化，观察到大约77KHz的频率偏移。
图7说明根据本发明的第八实施例，其中生理参数测量系统41另外包括过滤单元43，该过滤单元43被配 置为移除假性的假象，该假象在测量到的信号中观察到并且由于眼睛眨眼或注视方向的改变而造成，而眼睛眨眼或注视方向的改变所导致的信号中的预定改变可由过滤单元43移除，以改进系统的准确度。因为眼睛眨眼和注视方向的改变是左眼和右眼之间的一般同步事件，所以观察到同时在两个信号通道中的信号的预定改变被用于触发过滤事件。为了改进信噪比，还可基于双通道测量来在过滤单元中消除信号的电磁干扰，因为当电磁扰动发生时其存在于两个响应信号中。在本实施例中，过滤基于数字信号处理。本实施例中的过滤单元43被嵌入到数据监视单元13中。如上面所提到的，在两个通道上容易检测同时发生的事件(例如光谱中的相同形状)。
权利要求
1.接触镜的感测装置，具有电感，所述电感包括在载体基底的第一主侧上的第一螺旋部(IOla)和在载体基底上的与第一主表面相对的第二主表面上的第二螺旋部(IOlb)以及电容。
2.根据权利要求1所述的接触镜的感测装置，其中，所述电容(103)与电感一体形成，其中一个电极在载体基底的第一主侧上且第二电极在载体基底的第二主侧上，并且电容的电介质为载体基底的一部分。
3.根据权利要求2所述的接触镜的感测装置，其中，当从螺旋部的中央看时，所述电容朝着螺旋部的外部布置。
4.根据权利要求2或3所述的接触镜的感测装置，其中，所述电容为弧形并且所述电容延伸小于完整的圆。
5.尤其根据权利要求1至权利要求4中的一项所述的包括电感和电容的接触镜的感测装置，进一步包括至少一个交叉指型电容(115a、115b)，所述交叉指型电容尤其与所述电容(103)连接。
6.根据权利要求5所述的感测装置，其中，所述交叉指型电容为弧形。
7.根据权利要求1至6中的一项所述的感测装置，其中，所述螺旋部的两个连接部件(69，71)都朝着螺旋部内部布置或都朝着螺旋部外部布置。
8.根据权利要求7所述的感测装置，其中，所述连接部件(69，71)被布置在柔性载体基底的同一侧上。
9.根据权利要求1至7中的一项所述的感测装置，其中，所述第一螺旋部出3，IOla)和所述第二螺旋部(65，IOlb)通过多个连通柱(67n，106)在螺旋部的整个长度上连接。
10.根据权利要求9所述的感测装置，其中，所述感测装置包括两个交叉区域(73和75，109和111)，其中，所述螺旋部的本质上半圆形部分与随后圆形螺旋部中的另一个本质上半圆形部分连接。
11.根据权利要求10所述的感测装置，其中，所述螺旋部的两个本质上半圆形部分之间的连接在第一主表面侧上或在第二主表面侧上实现。
12.根据权利要求10或11所述的感测装置，其中，所连接的螺旋部的本质上半圆形部分从外部朝着内部延伸，并随后从内部延伸回外部。
13.根据权利要求12所述的感测装置，其中，每个向内去的螺旋部只与一个向外去的螺旋部相交，并且反之亦然。
14.根据权利要求1至8中的一项所述的感测装置，其中，第一螺旋部和第二螺旋部在第一螺旋部的末端处和第二螺旋部的开端处通过一个连通柱(125)连接，其中螺旋部以相同的方向绕以形成串联的两个电感。
15.根据权利要求1至14中的一项所述的感测装置，其中，在没有螺旋部(IOlaUOlb)和/或电容器(103)和/或交叉指型电容(105a、105b)的区域中至少部分地移除载体基底。
16.包括一个或两个接触镜的用于生理参数测量系统的接触镜，包括根据权利要求1至15中的一项所述的感测装置。
17.制作根据权利要求16所述的接触镜的方法，包括如下步骤: (a)提供根据权利要求1至15中的一项所述的感测装置； (b)至少部分地移除在螺旋部之间和/或电容器之间和/或交叉指型电容之间的区域中的载体基底； (C)将感测装置塑性变形以获得与接触镜形状对应的弯曲形状；并且 (d)将弯曲的感测装置附接至接触镜。
18.测量生理参数，尤其为眼内眼压的方法，包括如下步骤: (a)将激励信号从尤其粘附到眼镜镜片的天线片发送至接触镜的纯被动感测装置； (b)通过所述天线片接收来自纯被动感测装置的响应信号；并且 (C)基于共振频 率和/或相位偏移，确定所述生理参数。
全文摘要
本发明涉及用于生理参数测量系统的接触镜的感测装置，所述测量系统包括一个或两个接触镜，其中，为了改善患者的佩戴舒适度，每个接触镜包括天线和纯被动感测装置。本发明还涉及相应的方法和制作感测装置和接触镜的方法。
文档编号A61B5/00GK103153169SQ201180035793
公开日2013年6月12日 申请日期2011年7月28日 优先权日2010年7月30日
发明者菲利普·奥夫雷, 加埃勒·利索尔格, 利昂内尔·鲁索 申请人:欧费提玛利亚公司