本發明涉及一種醫療裝置，進一步涉及一種完全植入式光學醫療器械。

背景技術：

隨著老齡化社會的到來，阿爾茨海默、帕金森等老年神經退行性疾病越來越受到關注。然而，大腦依舊是人類認知的黑洞。2005年之后發展起來的光遺傳學方法可通過光來激活或者失活特定腦區的神經環路或者單個神經元，由于光具有實時、原位、快速、可逆等優點，該方法一經問世就掀起了腦科學研究領域上百年來的第三次革命，光遺傳學技術被譽為21世紀神經生物學最有影響力的技術方法。目前光遺傳學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、處理以及解釋神經數據，從而幫助醫學人員深入了解神經疾病并研究出合理的治療方案。

然而，現階段實驗用的醫學實驗設備多采用半植入式的方式，在未來應用于人類疾病的治療并不實用?，F有技術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。例如現有的心臟起搏器、腦深部電刺激系統都通過臨床手術完全植入身體內部，能夠保證長時間工作。所以在光學神經調控研究領域，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光學神經調控的設備技術還需要不斷的改進和提高。同時，傳統的植入式醫療器械均為有源系統，存在較大的電池供電模塊，一般埋于胸腔位置，這種系統給臨床手術、器械的定期更換或充電都帶來了較大的難度。

技術實現要素：

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種完全植入式光學醫療器械，以解決以上所述的至少一項技術問題。

本發明提供一種完全植入式光學醫療器械，包括體外裝置和體內裝置，其中，

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

所述體內裝置配置為完全植入生物體內，包括集成線圈、驅動電路、解調電路、控制器、發光源以及傳感器，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，并發送數據采集信號；

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

所述解調電路，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，用于根據所述信號指令控制所述發光源并收收集傳感器接收的數據信號后傳送給集成線圈。

作為優選的，所述發光源為LED光源。

作為優選的，所述驅動電路、解調電路以及控制器為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。

作為優選的，所述的發光源為半導體發光材料，芯片長寬尺寸小于200um×200um。

作為優選的，所述發光源發射的波長為280nm-630nm，為一顆或多顆串并聯形式的LED等，發光源配置為發光源在控制器的控制下，可調節發光強度、閃爍頻率及波長。

作為優選的，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。

作為優選的，所述體內裝置密封封裝。

作為優選的，所述密封封裝的材料包括ABS或TPU生物玻璃。

作為優選的，所述發光源尺寸為亞微米級

通過上述技術方案，可以獲知本發明至少包括以下有益效果：

1、本發明體內可完全植入動物或人體身體內部，包括腦部、頸部、脊髓身體部位；

2、本發明結構體積微小，不含電池模塊，不需要充電，更有利于疾病的治療；

3、本發明可實現無線操控和數據采集，通過外部發射裝置控制植入式LED醫療器械的發光強度、發光周期以及發光波長，同時能夠接收來自植入身體內部該醫療器械采集到的傳感器數據。

附圖說明

圖1是本發明實施例的完全植入式光學醫療器械的結構示意圖。

圖2是本發明實施例的體內裝置封裝結構示意圖。

具體實施方式

本發明的墓本構思在于，針對未來LED光學神經調控在神經科人類疾病治療過程中，提供一種適用于人類身體內部長期使用、穩定供電、生物安全的完全植入式光學醫療器械，本器械為不含電池供電模塊的無源系統，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裝置，體外裝置設置于生物體外部，用于向體內裝置提供無線能量和電磁波控制信號；體內裝置完全植入生物體內，并將數據采集信號發送給體外裝置。

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

圖1是本發明實施例的完全植入式光學醫療器械的結構示意圖。該圖顯示了完全植入式光學醫療器械的其中一種實現形式，該醫療器械包括兩個主要部分：體外裝置1和體內裝置2，體內裝置實現信息互通，且體外裝置1為體內裝置2提供無線能源，以替代現有技術中的電池模塊，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是無線能量發送及信號發射和采集裝置，可以通過該體外裝置1發送無線能量電波，無線能量能夠被體內裝置2采集，為體內裝置2中各電子元件的驅動能量，同時可采集讀取體內裝置2發送出來的傳感器數據并且向體內裝置2發送控制信號。體外裝置1實質上可以分為兩部分用途，一部分用于向體內裝置2輸送能量，另一部分用于和體內裝置3實現無線通信。

體外裝置1可以設置于待醫療生物體(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。

其中，所述體內裝置2可以包括集成線圈21、驅動電路22、解調電路23、控制器24、發光源25以及傳感器26。體內裝置2可以配置為完全植入生物體內，通過外科手術的方式將體內裝置2整體植入生物體待醫療部位。在體內裝置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信號；本發明實施例中，集成線圈21接收的無線微波能量為毫伏級的正弦波信號，驅動電路22的具體功能包括整流、濾波、基準調壓，通過以上能量轉換后，可給控制器24，發光源25及傳感器26提供穩定的工作電壓和電流。

而驅動電路22與集成線圈電性連接，用于將集成線圈21采集到的能量轉換為可供植入式醫療器械內部控制器24、發光源25及傳感器26等內部元件工作的電壓電流(例如穩壓恒流)模式，所述解調電路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根據解調電路23獲得的指令信號控制發光源25的發光強度、頻閃及波長，同時收集sensor26數據信號后通過集成線圈21再發送給體外裝置1。本發明中發光源25芯片可采用正裝、倒裝和垂直芯片結構，單顆發光源驅動電流小于10mA。

作為優選，驅動電路22、解調電路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。

作為優選，集成線圈21可為分離式器件或者集成器件(采用半導體集成工藝制備)，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。

作為優選，發光源25可以為半導體發光材料，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的單個神經元。發光源25波長范圍為280nm-630nm，優選的波長為450nm，可為一顆或多顆串并聯形式，波長可以在控制器24的控制下，調節發光強度、閃爍頻率及波長選擇。上述參數可以通過控制器24發送的控制指令信號進行控制。

作為優選，傳感器26的功能為在發光源25調控神經元的同時，采集生物體內部感應信號，可為溫度檢測、電流檢測或光信號檢測，檢測到的數據傳送至控制器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是本發明實施例的體內裝置封裝結構示意圖。作為優選，完全植入式發光源光學醫療器械為密封封裝結構27，但不能為金屬介質材料，采用生物玻璃封裝，材料為ABS。密封封裝結構27后的體內裝置2可固定在生物體大腦、頸、脊髓等對應神經刺激部位。所述密封封裝結構的材料不能為金屬介質材料，可采用與生物體兼容的不產生排異反應和炎癥反應的材料，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)。

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

本發明實施例中，體外裝置1和體內裝置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裝置2，可以讓生物實驗和醫療患者在實際的使用過程中更加便捷，對相關的醫學研究具有重大意義。

本發明實施例的完全植入式光學醫療器械，是一種可用于光遺傳學醫學研究和存在巨大潛在實用價值的神經科疾病的治療工具。

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