完全植入式光学医疗器械的制作方法

本发明涉及一种医疗装置，进一步涉及一种完全植入式光学医疗器械。

背景技术：

随着老龄化社会的到来，阿尔茨海默、帕金森等老年神经退行性疾病越来越受到关注。然而，大脑依旧是人类认知的黑洞。2005年之后发展起来的光遗传学方法可通过光来激活或者失活特定脑区的神经环路或者单个神经元，由于光具有实时、原位、快速、可逆等优点，该方法一经问世就掀起了脑科学研究领域上百年来的第三次革命，光遗传学技术被誉为21世纪神经生物学最有影响力的技术方法。目前光遗传学还处在鼠类和非人灵长类动物的研究阶段，通过将LED光探针植入大脑的不同区域，以记录和刺激大脑中特定的位点，从而能够进行细胞级别实验的检测、处理以及解释神经数据，从而帮助医学人员深入了解神经疾病并研究出合理的治疗方案。

然而，现阶段实验用的医学实验设备多采用半植入式的方式，在未来应用于人类疾病的治疗并不实用。现有技术的光刺激装置大多属于半植入式装置，用于装置的部分部件仍位于实验的生物体外部，且控制光探针的模块均为有源装置，即与电源或者电池相连接。例如现有的心脏起搏器、脑深部电刺激系统都通过临床手术完全植入身体内部，能够保证长时间工作。所以在光学神经调控研究领域，半植入式的光控装置只局限于实验级的研究使用，在未来人类疾病的治疗中，LED光学神经调控的设备技术还需要不断的改进和提高。同时，传统的植入式医疗器械均为有源系统，存在较大的电池供电模块，一般埋于胸腔位置，这种系统给临床手术、器械的定期更换或充电都带来了较大的难度。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种完全植入式光学医疗器械，以解决以上所述的至少一项技术问题。

本发明提供一种完全植入式光学医疗器械，包括体外装置和体内装置，其中，

所述体外装置配置为设置于生物体外部，用于向体内装置提供无线能量和电磁波控制信号；

所述体内装置配置为完全植入生物体内，包括集成线圈、驱动电路、解调电路、控制器、发光源以及传感器，其中，

所述集成线圈用于接收体外装置提供的所述无线能量和控制信号，并发送数据采集信号；

所述驱动电路，用于将集成线圈接收到的能量转换为体内装置工作下的电流电压模式；

所述解调电路，用于解析集成线圈采集到的电磁波控制信号，识别为的信号指令并传送给控制器；

所述控制器，用于根据所述信号指令控制所述发光源并收收集传感器接收的数据信号后传送给集成线圈。

作为优选的，所述发光源为LED光源。

作为优选的，所述驱动电路、解调电路以及控制器为IC集成电路，且集成于同一衬底上。

作为优选的，所述集成线圈为分离式器件或者集成器件，所述分离式器件采用焊接工艺固定于硅衬底上，集成器件则直接集成于硅衬底之上。

作为优选的，所述的发光源为半导体发光材料，芯片长宽尺寸小于200um×200um。

作为优选的，所述发光源发射的波长为280nm-630nm，为一颗或多颗串并联形式的LED等，发光源配置为发光源在控制器的控制下，可调节发光强度、闪烁频率及波长。

作为优选的，所述传感器包括温度检测传感器、电流检测传感器或光信号检测传感器。

作为优选的，所述体内装置密封封装。

作为优选的，所述密封封装的材料包括ABS或TPU生物玻璃。

作为优选的，所述发光源尺寸为亚微米级

通过上述技术方案，可以获知本发明至少包括以下有益效果：

1、本发明体内可完全植入动物或人体身体内部，包括脑部、颈部、脊髓身体部位；

2、本发明结构体积微小，不含电池模块，不需要充电，更有利于疾病的治疗；

3、本发明可实现无线操控和数据采集，通过外部发射装置控制植入式LED医疗器械的发光强度、发光周期以及发光波长，同时能够接收来自植入身体内部该医疗器械采集到的传感器数据。

附图说明

图1是本发明实施例的完全植入式光学医疗器械的结构示意图。

图2是本发明实施例的体内装置封装结构示意图。

具体实施方式

本发明的墓本构思在于，针对未来LED光学神经调控在神经科人类疾病治疗过程中，提供一种适用于人类身体内部长期使用、稳定供电、生物安全的完全植入式光学医疗器械，本器械为不含电池供电模块的无源系统，体积微型且便于植入，工作模式为无线供电。本器械主要包括体外装置和体内装置，体外装置设置于生物体外部，用于向体内装置提供无线能量和电磁波控制信号；体内装置完全植入生物体内，并将数据采集信号发送给体外装置。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明实施例的完全植入式光学医疗器械的结构示意图。该图显示了完全植入式光学医疗器械的其中一种实现形式，该医疗器械包括两个主要部分：体外装置1和体内装置2，体内装置实现信息互通，且体外装置1为体内装置2提供无线能源，以替代现有技术中的电池模块，使该器械整体不需要充电，治疗过程无需中断，更有利于疾病的治疗。

其中，所述体外装置1是无线能量发送及信号发射和采集装置，可以通过该体外装置1发送无线能量电波，无线能量能够被体内装置2采集，为体内装置2中各电子元件的驱动能量，同时可采集读取体内装置2发送出来的传感器数据并且向体内装置2发送控制信号。体外装置1实质上可以分为两部分用途，一部分用于向体内装置2输送能量，另一部分用于和体内装置3实现无线通信。

体外装置1可以设置于待医疗生物体(包括人体或动物体)外部，可以随身体携带或者与生物体间隔一定距离，该距离能够保证功能和无线通信即可，例如与生物体的间隔距离为2米以内。

其中，所述体内装置2可以包括集成线圈21、驱动电路22、解调电路23、控制器24、发光源25以及传感器26。体内装置2可以配置为完全植入生物体内，通过外科手术的方式将体内装置2整体植入生物体待医疗部位。在体内装置2中，集成线圈21用于从体外装置接收无线能量，以及与体外装置之间收发信号；本发明实施例中，集成线圈21接收的无线微波能量为毫伏级的正弦波信号，驱动电路22的具体功能包括整流、滤波、基准调压，通过以上能量转换后，可给控制器24，发光源25及传感器26提供稳定的工作电压和电流。

而驱动电路22与集成线圈电性连接，用于将集成线圈21采集到的能量转换为可供植入式医疗器械内部控制器24、发光源25及传感器26等内部元件工作的电压电流(例如稳压恒流)模式，所述解调电路23可解析集成线圈21采集到的电磁波中的编码波形，将识别到的信号指令传送给控制器24，所述的控制器24根据解调电路23获得的指令信号控制发光源25的发光强度、频闪及波长，同时收集sensor26数据信号后通过集成线圈21再发送给体外装置1。本发明中发光源25芯片可采用正装、倒装和垂直芯片结构，单颗发光源驱动电流小于10mA。

作为优选，驱动电路22、解调电路23以及控制器24为IC集成电路，可以采用CMOS工艺集成于同一衬底28(例如为硅衬底)上，具有高集成度、小体积的特点，同时衬底28空余部位可以留出若干焊盘。上述元件可采用倒装植球焊接、金线打线焊接或芯片与衬底共晶焊接等焊接工艺实现。

作为优选，集成线圈21可为分离式器件或者集成器件(采用半导体集成工艺制备)，分离式器件可采用焊接工艺固定于衬底28上以与其他元件相连，集成器件则直接采用金属材料集成于衬底28之上。

作为优选，发光源25可以为半导体发光材料，可以为LED光源，且为亚微米级尺寸(尺寸可选为0.1—10微米)，芯片长宽尺寸可以为50μm×50μm，能够直接照射并控制生物体内的单个神经元。发光源25波长范围为280nm-630nm，优选的波长为450nm，可为一颗或多颗串并联形式，波长可以在控制器24的控制下，调节发光强度、闪烁频率及波长选择。上述参数可以通过控制器24发送的控制指令信号进行控制。

作为优选，传感器26的功能为在发光源25调控神经元的同时，采集生物体内部感应信号，可为温度检测、电流检测或光信号检测，检测到的数据传送至控制器24。所述传感器可以包括温度检测传感器、电流检测传感器和/或光信号检测传感器。

图2是本发明实施例的体内装置封装结构示意图。作为优选，完全植入式发光源光学医疗器械为密封封装结构27，但不能为金属介质材料，采用生物玻璃封装，材料为ABS。密封封装结构27后的体内装置2可固定在生物体大脑、颈、脊髓等对应神经刺激部位。所述密封封装结构的材料不能为金属介质材料，可采用与生物体兼容的不产生排异反应和炎症反应的材料，例如采用生物玻璃封装，材料为丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物(ABS)树脂或热塑性聚氨酯弹性体橡胶(TPU)。

本发明实施例中的体内装置2，可以制作配套的模具，采用一次成型的烧结工艺，形成固定外形的生物玻璃封装体27。由于本发明实施例提供一种适用于人类身体内部长期使用、稳定供电、生物安全的完全植入式发光源光学医疗器械，作为技术改进点之一，本发明实施例采用的是微型集成技术，体内装置2的体积小于20mm³，重量小于20g，采用微型集成技术使设备更加小巧、轻便，更有利于手术的植入。

本发明实施例中，体外装置1和体内装置2的有效无线工作距离最远可以达到2m，采用无线供电和控制的方式来控制和操作微型体内装置2，可以让生物实验和医疗患者在实际的使用过程中更加便捷，对相关的医学研究具有重大意义。

本发明实施例的完全植入式光学医疗器械，是一种可用于光遗传学医学研究和存在巨大潜在实用价值的神经科疾病的治疗工具。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。