CN106714666A - 用于患者监测的具有无线接口的超低功率充电植入式传感器 - Google Patents

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Abstract

本文提供用于使用微型可植入传感器装置监测患者眼内压的方法和装置。方法包括根据采样程序在延长的监测时间段的增量期间每天获取多个压力测量结果并且无线传送存储的测量数据以及对所述装置无线充电。以低功率需求进行测量和数据处理，使得可以使用存储在微型装置上的能量在至少一周内每小时采样一次，并且可以传送测量数据，当外部便携式数据获取/充电装置靠近所述微型装置时，所述微型能够被快速充电。在一个方面，方法包括在不同使用模式之间切换，并且使用微控制器在超级电容器和电池之间切换来进行阻抗变换，从而向具有高阻抗电池的采样装置供电。

Description

用于患者监测的具有无线接口的超低功率充电植入式传感器
相关申请的交叉引用
本申请要求以下美国临时专利申请的优先权权益：2014年7月1日提交的No.62/019,826；2014年7月1日提交的No.62/019,841；以及2014年9月2日提交的No.62/044,895；上述专利申请的每一者均全文以引用方式并入本文中。
本申请与以下共同转让的申请相关：2014年7月1日提交的名称为“用于眼内压传感器植入的方法和装置(Methods and Devices for Implantation of IntraocularPressure Sensors)”的美国临时专利申请No.62/019,826(代理人案卷号96933-000100US)、2014年7月1日提交的名称为“具有垂直叠堆架构的气密密封植入式传感器(Hermetically Sealed Implant Sensors with Vertical Stacking Architecture)”的美国临时专利申请No.62/019,841(代理人案卷号96933-000200US)、同时提交的美国非临时专利申请No.14/789,491(代理人案卷号96933-000110US-947259)以及同时提交的美国非临时专利申请No.14/789,839(代理人案卷号96933-000210US-947262)；上述专利申请的每一者出于所有目的全文以引用方式并入本文中。
背景技术
本申请整体涉及用于监测患者眼睛内的眼内压(IOP)的装置和方法，具体地讲，涉及使用微型植入装置对IOP采样的方法。这些方面包括改进电源管理和/或具有超低功率要求的配置，其允许在患者没有启动的情况下进行连续频繁监测以及仅定期快速充电和遥测。
青光眼是导致眼内压力增大并且最终造成对将图像传送到大脑的视神经的损害进而导致视力逐步丧失的疾病。在视神经病变的特征模式中，眼内压力增大造成视网膜神经节细胞损失。患有青光眼的患者通常经历房水积聚，这会增大眼内压力(即，IOP)。升高的IOP是罹患青光眼的主要风险因素之一，其必须在治疗青光眼时加以谨慎监测和控制。由于视网膜神经节细胞受青光眼损害，所以来自至少一部分视野的视觉信号不再被报告给大脑，从而形成盲点或暗点。随着青光眼发展并且损害视神经中的越来越多神经组织，视力由于暗点的大小和/或数量增大而继续丧失。未能恰当治疗青光眼并且未能降低和监测IOP可能造成不可逆的视力丧失。未经治疗的青光眼是全世界失明的第二主要原因，50岁以下每200人中就有一人受其影响并且80岁以上有10％的人受其影响。截至2012年，全世界大约6千万人患有青光眼，并且据估计，到2020年，大约8千万人将患有青光眼。另外，由于有很高比例的人年龄超过75岁，并且随着世界人口老龄化且寿命增加，预计青光眼患者人口将持续增加。
健康人眼中的IOP通常在10mmHg与20mmHg之间。与健康眼睛中所经受的IOP相比，青光眼造成IOP显著增大和/或变化。IOP主要由进入和离开眼睛的房水的量决定。房水是由睫状体产生以向晶状体和角膜供应营养物质并且带走代谢废物。通常，房水在虹膜与晶状体之间流动，穿过瞳孔，并且到达排液角，之后通过该排液角中的称为小梁网的组织离开眼睛。如果房水的产生速率比排出快，则IOP将上升。升高的IOP与两种主要类型的青光眼相关：开角型青光眼和闭角型青光眼。在开角型青光眼中，角膜与虹膜之间的排液角是开放的并且允许眼睛的房水到达小梁网，但小梁网的异常减少了房水从眼睛的流出。在闭角型青光眼中，小梁网内的栓塞阻止房水恰当地从眼睛排出。
尽管可对许多患者使用多种治疗(例如，药物、处方滴眼液、分流术和外科手术)来基本上停止青光眼发展，但未能恰当诊断以及/或者监测患者的IOP可大幅降低可用治疗的有效性。当前，通常在医疗机构处由医生进行不频繁的IOP测量来监测青光眼。例如，典型的患者可通过非创伤性技术(诸如眼压测量)平均每年四到六次测量其IOP。尽管眼压测量技术通常是低价、容易且非创伤性的，但许多不同类型的错误可大大降低这种诊断工具的准确性并且因而潜在地导致不恰当的诊断和/或无效的后续医学治疗。
例如，这些非创伤性临床技术中的至少一些技术可能检测不到升高的IOP水平(例如，压力峰值)，因为在眼睛检查期间仅进行单点测量。未能在眼科门诊外面连续和/或频繁地监测IOP水平(例如，每年四到六次以上测量)可能引起对患者真实IOP曲线的不准确检测(例如，真实IOP可能高于或低于所测得的IOP)。非创伤性测量在一些情况下还缺乏准确性，因为这些装置使用间接测量眼睛内部的实际压力的外部传感器测量眼睛的压力。例如，影响准确性的因素可包括未能考虑到解剖学差异(诸如患者的角膜厚度、巩膜硬度或锥形曲率)、由于操作者的使用或技术引起的差异、生理影响(诸如咖啡因或酒精使用)或可能影响患者IOP的先前屈光手术等等。因此，由此类非侵入式装置获得的间接IOP测量结果可能不同于眼睛内部的实际IOP(例如，过高估计或过低估计)，这可导致不恰当的诊断和/或后续治疗。另外，让患者严格按时间表定期去眼科门诊做重复的IOP测量常常是不方便且不切实际的。
虽然已经针对每天进行直接IOP测量提出了可植入式IOP装置，但这些第一代植入体仍可具有若干缺点，进而可导致间接和/或不准确的IOP测量以及不恰当的青光眼医学治疗。例如，IOP装置可能在尺寸、大小或形状方面太大或笨重而不能安全且有效地完全放置在眼睛的所需位置或结构内以用于直接测量IOP。另外，一些装置可能极具侵入性，从而需要大手术来植入和/或复杂定位多个部件，这些部件各自被植入在眼睛的不同结构或区域中，这会不必要地增加患者风险和/或伤害以及总的医疗成本。
另外，一些用于IOP测量的可植入式装置可利用压力端口，其容易出现感测不准确性或要求直接植入在某些解剖学位置(诸如眼睛的前房、后房、脉络膜上腔或角膜)内，这可导致意外的并发症。另外，这些装置中的一些装置可能由于进水和/或热应力等IOP植入体设计问题(例如，与聚合物包装相关)而不是非常适合长期植入，而这又妨碍连续监测IOP。此类所提出的柔性传感器还具有稳定性退化问题。在一些情况下，一些IOP装置还会出现不良校准和/或不能调整监测从而进一步导致不准确的IOP检测水平。
因此，希望提供能克服至少一些上述缺点的改进的植入装置和方法。具体地讲，希望开发出微型可植入式IOP装置，其在延长的监测时间段内连续提供更频繁的采样并且可调整IOP采样。理想的是，此类装置应当直接测量IOP水平并且安全有效地完全植入在眼睛内的所需位置中，这种植入在门诊环境(诸如医生办公室)中即能快速容易地进行而无需侵入式大手术。此类装置还应允许长期植入以便提供长期稳定且连续的IOP测量概况以实现恰当的诊断和后续治疗。另外，仍然需要改进的用于此类装置的植入方法，其允许使用可植入式传感器对IOP进行长期监测而不需要外科介入并且与患者交互极少。还需要如下的监测IOP的方法，其降低了耗电量要求并且简化了充电和测得数据的无线传送，从而改善监测和患者依从性。
发明内容
本发明提供了如下装置和方法：用于使用植入在眼睛内的微型传感器装置一天多次获得患者眼睛内的IOP测量结果并对该传感器装置无线充电，以及将这些IOP测量结果传送到用于监测IOP测量结果并且/或者分析其趋势的外部装置或服务器以改善青光眼治疗。在一个方面，本发明提供在超低耗电量下测量并存储IOP数据的传感器装置，使得可更频繁地(最快达到每小时采样)获得IOP测量结果并且在对所述微型装置进行单次充电后以至少一个星期为时间增量进行存储，其中在相对较短的持续时间内进行单次充电，该持续时间诸如约三小时或更短，通常介于大约20分钟与2小时之间，具体取决于所述装置在其使用期内所经历的充电循环数量。在一些实施例中，所述传感器装置包括微控制器，其允许所述传感器装置在不同使用模式之间切换，并允许改善灵活性和重新编程/更新以及改进电源管理。例如，在一些实施例中，所述传感器装置使用微控制器通过在电池与超级电容器之间切换来用高阻抗薄膜电池对所述传感器装置功能供电，该超级电容器将电池与装置的ASIC解耦以便进行阻抗转换。此类配置允许改进的电源管理和增加的功能性。
在一个方面，本发明涉及根据存储在装置存储器上的采样协议，在延长的监测时间段的时间增量期间，每天通过使用植入在玻璃体内的微型传感器装置测量压力并且将多个压力测量结果存储在所述传感器装置的存储器上来监测IOP。所述传感器装置使用适于无线通信的一个或多个线圈定期地将所存储的压力测量结果传送到外部数据采集装置。所述一个或多个线圈还可适于装置的无线充电。在一些实施例中，所述一个或多个线圈包括适于无线通信的第一线圈和适于无线充电的第二线圈，其中可在外部读取器/充电装置被固持在紧邻植入装置处时同时或依序进行无线通信和无线充电。另选地，所述传感器装置可利用适于无线通信和无线充电两者的单个线圈，其中可根据预定遥测协议依序进行无线通信和无线充电。在一个方面，所述传感器装置被配置为以低RF功率比通信和/或充电，使得其可有利地以超低功率要求(诸如1μW或更低耗电量)进行操作。另外，此类超低功率要求可不需要可植入式传感器装置与外部充电器之间的任何特定对准(例如，旋转对准)，除非再充电时间段高于15秒的上限(归因于低功率传输效率或对AC磁场的有限可容许的组织暴露)。这允许微型化传感器装置在外部数据采集/充电装置被固持在各种不同位置中时容易且快速地(通常在几秒或更少时间内)充电和通信，只要所述外部装置处在所述传感器装置的一定距离内，诸如大约6英寸或更短距离，通常在2英寸或更短距离内。
由于促使眼内压增大的过程在前房或其相邻处发生，所以常规方法通常专注于测量前房内的IOP。因为前房是特别敏感的区域，所以必须很小心以免接触前房的各个部分，而这种接触可能导致损害其中的精细结构。由于前房内的压力推挤并增大玻璃体内的压力，所以测量玻璃体内的压力能提供对眼睛的IOP的相对准确的压力测量。在某些方面，测量IOP的方法包括将压力传感器定位在玻璃体内，使得将所述压力传感器的整个压力感测膜维持在玻璃体内。在一个方面，可将玻璃体内的压力的IOP测量结果与前房内的压力进行比较并相互关联，前房内的压力可根据各种其他独立测量方法来测量。这种比较或相互关联可确定IOP的任何降级或衰减(如果存在的话)，因为压力是从前房传送到玻璃体的。如上所述，不值得冒着严重影响视觉或相关可能性的风险而直接监测前房。即使当在玻璃状液内测量时存在IOP的轻微降级或衰减，仍可使用连续压力概况检测增大的压力，该连续压力概况可令人满意地对前房中压力的相对增大进行定量。如本领域的技术人员将了解的，所提出的测量位置还可容易地在一系列动物模型上得到验证，这还可用于在必要时调整传感器灵敏度。
可植入式装置的压力传感器可包括电容压力换能器。在一些实施例中，该装置包括以换能器内的真空为绝对参考，并且可包括使用两个分别用于感测和参考的电容器的差分模式。然而，应当了解，第一晶片可结合有其他类型的传感器或换能器，诸如加速度计或压电体，具体取决于需要测量和感测的生理信号。电容压力换能器包括至少第一腔体结构和第二腔体结构，其中所述至少第一腔体在所述至少第二腔体的远端。该至少第一腔体处于真空条件下以便测量生理信号，诸如IOP，而该至少第二腔体结构被配置为测量除IOP之外的又一个参数的参考压力，使得其与通过该至少第一腔体测量的实际IOP无关。该第二腔体也具有真空，但其膜具有减小的区域以显著减小对压力的敏感性，但具有相同的电特性(例如，电容)。
由于该装置适于以相对较低耗电量(在一些实施例中，超低耗电量(1μW或更低耗电量)获得并存储压力数据，所以可在至少一个星期(优选地，每次几个星期)内连续测量并存储压力数据而无需再充电。通过将外部数据采集/充电装置固持在紧邻植入式传感器装置处，在检测到外部装置后即刻快速地(通常在小于15秒的时间段内，优选地为几秒或更短时间)启动并进行无线数据传送和/或充电。本发明的方法通过避免与常规IOP传感器相关的复杂充电/数据传送例程来改善对眼睛的压力的监测，同时改善患者依从性。另外，通过利用传送所测得的IOP数据并且从玻璃体/在玻璃体内充电的可植入式微型传感器装置，可避免对周围眼睛组织的损害，从而防止潜在的患者不适和视觉损害。一旦植入，所述传感器装置便可提供连续监测，在充电之间间隔多达至少一个星期，通常几个星期(例如，两个到十个星期)。植入的微型传感器将测量结果存储在存储器中并且可诸如通过确定趋势或平均值来处理这些数据，并且将经过处理的数据存储在微型装置的存储器上以供外部数据采集/充电装置在下一次充电时采集。在从微型装置采集之后，可使得患者、主治医生或其他保健专业人员能够随时得到这些数据(例如，通过经由云或中心服务器上传到电子病历)。数据采集/充电装置可作为单独附件并入到个人移动装置中(例如，作为壳体卡扣到电话主体上的超薄外壳)，该个人移动装置诸如为智能电话、平板电脑或眼镜或者其他可穿戴装备(需要外部收发器模块来提供不同形状因数)，其可被容易地固持或定位在紧邻眼睛处(诸如大约2英寸或更少)并持续足以传送所存储的测量结果并对微型装置充电的一段时间(通常，小于15秒、小于5秒以及优选地几秒或更少的时间段)以便传输给用户。可在完成数据/电力传输时向用户发送音频或视频信号。
在一个方面，微型传感器装置的尺寸被设计为足够小以允许通过注射器递送整个装置，使得该装置可通过注射(例如，通过19号针或更小)来植入，这有利地允许在医生办公室中执行植入程序而无需侵入式外科手术(也称为办公室内小型外科手术)。所述传感器装置的配置以及其在眼睛的组织(通常，玻璃体)内的放置和稳定锚定为测量IOP提供了增大的准确性和一致性，例如0.25mmHg至1mmHg内的采样准确性。通过利用超低耗电量来采样并将测量数据存储在装置的存储器上，所述传感器装置允许在日循环(例如，活动、睡觉)内进行IOP曲线的数据采集，而除了对装置的周期性充电(例如，每个星期或每2至3个星期)之外不需要患者介入。为了实现本文所述的这些超低功率特征和有利方面，IOP传感器装置可被构造为芯片级装置，其被气密地密封或封闭以便提供稳定操作，在数年内(通常超过10年左右)不发生退化、偏移或故障，无需更换。
在一个方面，所述微型传感器装置的传感器的至少一部分是通过晶片加工形成的MEMs装置，并且与采样、存储和无线充电/数据传送相关的部件集成在微型装置内，该微型装置被植入于所进行测量的组织内。例如，所述微型装置可包括传感器，其中感测膜被气密地封装并植入在正被测量压力的组织(例如，玻璃体)内。用于无线充电/数据传送的一个或多个线圈和任何相关的电气部件(例如，存储器、处理器)可直接与微型装置连接或并入到装置中以使得所述微型装置包括单个集成装置而非植入在单独组织中的分立部件。
附图说明
图1A是根据本发明实施例的植入式IOP传感器装置的概览的图示，该植入式IOP传感器装置与用于利用外部计算机和/或云服务器与系统通信的外部数据采集/充电装置无线连接。
图1B是根据本发明实施例的利用植入式IOP传感器装置的监测处理系统的概览图示。
图2是根据本发明实施例的植入式传感器装置的示意图，该植入式传感器装置与用于充电和数据传送的外部装置无线连接。
图3A示出了根据本发明实施例的患者使用便携式手持数据采集/充电装置对植入式IOP传感器装置充电。
图3B示出了根据本发明实施例的植入式传感器装置的示意图，该植入式传感器装置与用于充电和数据传送的外部装置无线连接。
图4示出了根据本发明实施例的外部接收器架构的示意图。
图5A示出了根据本发明实施例的可植入式传感器装置的示例性实施例。
图5B示出了根据本发明实施例的可植入式传感器装置中的适用于充电和/或数据传送的示例性交叉线圈。
图6A示出了图5A中的示例性可植入式传感器装置的剖视图，该可植入式传感器装置根据本发明实施例设置在注射器内以用于通过注射植入到患者组织中。
图6B示出了具有电力接收和/或数据传送线圈的图1A的垂直叠堆式可植入式装置的横截面侧视图。
图7A至图7C示出了根据本发明实施例的可植入式传感器装置的另选设计的若干视图。
图8A至图9B示出了根据本发明实施例的具有减小宽度的可植入式传感器装置以及示出了传感器和参考电容器的膜位移的相关模型的示意图。
图10示出了根据本发明实施例的电池与解耦电容器之间的电连接的示意图。
图11示出了根据本发明实施例的可植入式传感器装置的过程控制和电源管理单元的框图。
图12示出了根据本发明实施例的可植入式传感器装置的ASIC的功能框图。
图13示出了根据本发明实施例的在示例性可植入式传感器装置的控制单元中登录的框图。
图14示出了常规眼内压监测技术潜在未能检测到的眼内压变化。
图15示出了青光眼患者与正常人群相比，在24小时的时间段内的眼内压变化。
图16至图18示出了根据本发明各方面的使用可植入式传感器装置进行监测的方法。
具体实施方式
图1A是植入眼睛1内的微型传感器装置10的概览图示，该微型传感器装置与固持在紧邻眼睛处以用于充电和/或数据传送的外部便携式装置20无线通信。在被植入眼睛内时，微型传感器装置10根据存储在传感器装置10的存储器上的采样程序在给定时间增量内获得多个压力测量结果，并且将对应于这些压力测量结果的压力测量信息存储在某一装置的存储器上，该装置由传感器装置10的储能部件中所存储的能量供电。在检测到固持在紧邻具有植入式传感器装置的眼睛处的外部数据采集/充电装置的线圈后，启动充电和/或遥测序列，其中传感器装置10的一个或多个线圈与外部装置20的一个或多个对应线圈21无线连接并且将能量传送到传感器装置以便对装置充电并将压力测量信息从传感器装置传送到外部装置。在一些方面，外部装置还可传送对存储在传感器装置10上的可编程指令的更新以便调整传感器装置10的采样程序和/或操作。
在一个方面，通过使用充液注射器或注入器将IOP传感器装置10注入或推入眼睛中来将微型IOP传感器装置10植入患者的眼睛1内。可通过沿延伸通过视网膜锯齿缘区的插入轴线I使用注射器20的针的远端尖端刺穿结膜和巩膜来将IOP传感器装置定位在眼睛1的玻璃体内。在这个位置通过注入来植入传感器装置优于常规植入方法，因为其避免了损害前房内的精细结构以及损害视网膜的光敏组织的可能性。在一些实施例中，将针的远端尖端插入穿过结膜并且进入巩膜5和脉络膜6中。接着推进传感器装置10，通常通过将针撤回到注射器中，直到传感器所位于的传感器装置的至少远端部分定位在玻璃体7内为止。巩膜5是封闭除了角膜所覆盖的部分(未示出)之外的眼球的致密纤维不透明白色外层，而脉络膜6是在视网膜8与巩膜5之间延伸到眼睛1的睫状体和虹膜(未示出)的血管层。IOP传感器10设置在充液注射器的远端尖端21内，并且可包括一个或多个锚定构件，所述构件被限制在远端尖端内以在释放后即刻部署(例如，自动扩展)。在从注入器或充液注射器释放之后，在传感器装置10的近端端部处的锚定构件可抵靠巩膜5从注入轴线横向向外扩展，以便将压力传感器锚定在传感器装置10的在玻璃体7内的远端部分附近。通过在玻璃体外部沿巩膜延伸锚定构件，锚定构件17防止传感器装置10可能地滑入玻璃体中，滑入玻璃体中可对视网膜或视神经9造成损害。这些植入方法可参考2014年7月1日提交的名称为“用于IOP传感器植入的方法和装置(Methods and Devices for Implantation of IOP Sensors)”的美国临时专利申请No.62/019,826来进一步理解，该美国临时专利申请的全文以引用方式并入本文中。虽然参考IOP传感器描述了遥测和充电方面，但应当理解，这些方面不限于此并且可应用于感测各种其他参数和生理状况并适合于植入眼睛的各种其他区域或者其他组织或器官(例如，血管、心脏、头颅等)中的各种其他类型的微型传感器。
在一个方面，微型传感器装置被植入在身体内的目标位置内，使得感测换能器的感测膜片(未示出)完全位于需要压力测量的目标位置内。所述传感器装置包括具有处理器的控制单元，其使用压力换能器控制测量，使得可以规则间隔整天多次频繁地对压力采样，所述规则间隔在5分钟与两个小时之间，优选地每小时，以便在延长的监测时间段内提供基本上连续的压力概况。监测时间段可持续好几个月，通常好几年，因为青光眼是慢性疾病，其一旦确诊就必须对患者进行终生监测。与利用外部装置来对采样供电或获得测量结果的常规方法相反，可植入式传感器装置适于在其结构内存储足以对在延长的时间段(诸如大约一个星期或更长时间的时间增量，通常2至3个星期或更长时间)内频繁采样和存储压力测量信息供电的能量，而在这个延长的时间段期间没有患者介入。为了实现这点，传感器装置10包括微型传感器装置内的各种控制和逻辑部件，其管理该装置的耗电量以便针对基本上连续的IOP监测提供频繁采样，一些部件在图2所示的示意图中示出。
图1B是根据本发明实施例的利用植入式IOP传感器装置的监测处理系统的概览图示。传感器装置10与外部数据采集单元20(诸如智能电话)无线连接，使得通过植入式传感器装置所获得的生理测量结果定期地由外部数据采集单元收集，然后可被无线地传送到医生300、家庭成员和/或护理者400以及研究者或医药实体500中的任一者或全部并且还可用于更新患者的电子病历(EMR)。外部数据采集单元20除了用作读取器和/或充电器之外还可具有增强的功能性，并且可包括患者应用程序，医生可通过该患者应用程序使用医生应用程序重新编程或更新植入式传感器装置10(诸如通过患者装置320(例如，智能电话、平板电脑))。家人或看护人也可使用专门护理者应用程序用家人/看护人装置420监测或管理数据。继而，研究者也可利用类似的装置或应用程序。然而，被发送给研究者的信息可为去除身份识别的数据以便保护患者的隐私，同时仍允许医疗或医药研究。通常，生理信息被存储在患者数据库中，可从患者数据库将信息传送到医生或看护人，或将数据传送到研究数据库，研究者可从该研究数据库使用这些数据以进行研究学习。在一些实施例中，将信息存储在远程服务器上并且/或者上传到云200。
图2示出了与植入式微型传感器装置10无线连接的外部数据采集/充电装置20的示意图。外部装置20包括用于充电的外部功率发射器单元以及数据传送和接收器单元，其连接到一个或多个外部线圈21，该外部线圈用于通过患者的皮肤或组织与植入式微型传感器装置10的一个或多个对应内部线圈11无线连接。除了内部线圈11之外，可植入式微型传感器装置10包括内部功率恢复与数据传送和接收器单元14a、电力存储部件14、15(例如，存储电容器和/或电池)、植入体信号处理控制单元14b以及传感器/换能器12，其适于测量一个或多个生理参数，诸如IOP。外部数据采集/充电装置可被配置为便携式手持装置以允许患者容易定期(例如，每天以高采样率(5分钟)或每个星期或2至3个星期以每小时采样率)在其方便时(例如，在家或工作时)进行再充电和遥测而不必拜访医生或医疗机构。有利的是，外部装置可并入到个人手持装置(诸如智能电话)中，其不需要很多患者交互，因为其可容易地固持在紧邻植入传感器装置的眼睛处，如图3A所示。在这个实施例中，数据采集/充电装置被并入到智能电话中，然而，应当了解，对于需要更长持续时间来遥测和/或充电的传感器装置而言，数据采集/充电装置可被并入到患者能够在所需要的持续时间内舒适佩戴的一副眼镜或其他可穿戴装置中。在一些实施例中，将智能电话靠近较短的持续时间即足以获得通过传感器装置所获得的生理测量结果，但传感器装置的充电可能需要单独充电装置靠近更长的持续时间，例如大于15分钟的持续时间，诸如介于大约15分钟与三个小时之间或大约20分钟与2个小时之间的持续时间。在此类实施例中，可将充电装置并入到一副眼镜或其他可穿戴装置中以便在该持续时间内通过天线或充电线圈向传感器装置传输能量。在一些实施例中，也可将数据采集单元并入到充电装置中。通常，仅需要大约每周一次或更少地进行充电，具体取决于采样频率。
图3B示出了根据本发明的某些实施例的植入式微型传感器10和外部数据采集装置20的示意图。可植入式微型传感器10包括一个或多个用于接收能量并且传送/接收数据的线圈11，该线圈附接到包括用于微机电系统(MEMS)的专用集成电路(ASIC)的控制单元13，该控制单元与微型压力换能器12电连接。数据采集/充电装置20包括与微控制器23所控制的RF驱动电路26连接的一个或多个用于传送能量和传送/接收数据的线圈21，并且可包括用户界面显示器22。用户界面显示器22可用于查看、处理或向中心服务器上传所接收的与压力测量结果相关的数据，或可用于配置传感器装置或更新存储在传感器装置10的存储器上的采样程序的可编程指令。由于外部装置通常是便携式手持装置，所以外部装置20可包括电池25和电源管理单元24，该电源管理单元用于在充电和遥测序列期间控制来自电池25的电能释放。
图4示出了并入到智能电话中的示例性外部接收器20的架构的示意图。在这个实施例中，所述接收器包括：用于促进无线通信的RF/遥测无线电212和蓝牙无线电210；具有用于存储可编程指令和所接收数据的RAM 214和闪存存储器224的处理器216；用于向装置供电的纽扣电池218；以及用于促进对植入装置充电和/或与植入装置的无线通信的充电/通信线圈220。在一些实施例中，所述外部接收器还可包括大气压力传感器222，以便进一步优化由植入式传感器装置10所获得的生理压力测量结果。所述接收器还可包括用于进行本文所述的任何功能或者在各种模式之间切换或操作各种模式(甚至同时)的专门应用程序。在一个方面，所述接收器可被配置成从外部来源获得大气压力传感器数据，以用于与所获得的生理数据相关联(例如，与基于GPS的智能电话的位置相关联的天气数据)。应当了解，除了本文所描述的那些功能之外，可将各种其他功能并入到智能电话中。
图5A至图5B和图6A至图6B示出了根据本发明的方面的示例性微型传感器装置10。通常，传感器和/或天线特征结构利用MEMs技术，使得整个装置的大小可被设计得足够小以植入到正在被所述传感器测量的组织内。在一个方面，微型传感器装置10具有大约4mm或更小的长度、大约650微米或更小的宽度以及大约200微米或更小的厚度。传感器装置10包括利用一个或多个晶片的垂直叠堆架构，其中各种特征结构被限定在一个或多个晶片的一个或多个层中或与其附接。可利用MEMS实现超微型化，IC晶片薄化到低于200μm厚度的尺寸，诸如小到50μm的厚度，这允许通过注入将传感器装置10植入到所需目标位置中。基于外部尺寸(宽度和高度)以适配在用作递送和保护装置的19号注射器(等于690μm)内。通过利用芯片级集成，可使用粘合的多个晶片将垂直叠堆的尺寸设计为600μm或更低。微型传感器装置的垂直叠堆架构和芯片级可通过参考2014年7月1日提交的名称为“具有垂直叠堆架构的气密密封植入式传感器(Hermetically Sealed Implant Sensors with VerticalStacking Architecture)”的美国临时专利申请No.62/019,841来进一步理解，该美国临时专利申请的全部内容出于所有目的并入本文中。
如图5A的概览所示，传感器装置包括压力传感器24，其包括部分地由MEMs装置形成的电容压力换能器。通常，压力换能器具有与1Atm(760mmHg)相比，从-100mmHg到+200mmHg的满刻度范围，并且更具体地讲，在660mmHg至960mmHg(绝对值)的范围内，从而适合用于测量人眼内的IOP。传感器装置10可包括形成在MEMs晶片中位于装置的远端部分附近以至少部分地限定压力传感器24的MEMs换能器。电气垫36可限定在更近端部分中以提供共用节点连接，从而将压力传感器的MEMs晶片电连接到传感器装置的ASIC晶片(并且还可连接任选的参考传感器)，通过这种方式控制压力传感器24并且获得压力测量结果。
在一个方面，传感器装置10包括一个或多个锚定构件17，所述一个或多个锚定构件在植入后即刻横向向外移位，以便将远端传感器12锚定在测量压力的目标位置内。所述传感器装置还可包括用于植入的远端穿刺尖端特征结构30和设置在近端末端上以有利于移出或移除植入式传感器装置10的移出特征结构31中的一者或两者。远端穿刺特征结构30可包括位于其远端尖端处的楔形特征结构，该楔形特征结构将被定位在注射器或注入器的尖端处，诸如图5A所示。楔形特征结构有利于将植入体插入到眼睛组织中。注射器将形成第一切口，并且随着推动注射器内的盐水溶液(还包括止痛溶液)，楔尖端将易于穿过巩膜插入到其最终位置中。在注射器内，植入体不会与空气接触，因为植入体浸没在盐水溶液(还包括止痛溶液)中，并且含有植入体的整个递送系统是无菌的。可植入式传感器装置可具有允许移出装置的机械特征结构31，但是在无源模式中将对患者没有影响(生物相容性、MRI兼容性并且不遮挡视野)。锚定机械特征结构可作为单独部件附接到植入装置，其允许没有锚的植入装置附接到青光眼治疗分流器。其他锚定特征结构能够与可植入式微型传感器装置一起用于监测其他生理参数，诸如ICP(颅压)、心血管(PAP)参数和心脏瓣膜参数(例如，作为流量计)，其使电子器件能够满足应用要求(例如，用于心脏应用的100Hz更高采样率以及跨高达100mmHg的更大表压)。
在一个方面，可植入式装置传感器装置在亚阈值模式(针对超低动态耗电量和尽可能少的静态耗电量或低泄漏CMOS工艺)下使用超低功率电路技术，该亚阈值模式允许装置自主地以非常低的采样率运行并且记录原始数据，直到外部装置或基站无线地连接到该装置为止。当基站已对植入式传感器重供能以使得其能够操作植入体内的嵌入式RF收发器时触发数据上传，操作植入体内的嵌入式RF收发器需要持续接入外部电源。在完成数据上传并且植入体储能装置(包括在传送之前使用所存储的系数进行的原始数据校准)被充满电之后；外部单元使植入体进入自主模式(例如，植入体的所有内部块从电源断开以减少泄漏(称为深度休眠模式)并且只有定时器(以设定采样率运行)开启)。如果装置处于完全失效运行模式，则对患者没有影响，因为装置完全是无源的、非辐射的、非刺激性的或不可能造成感染。本文所述的设计允许可植入式传感器装置能够无故障地运行延长的时间段，通常至少10至15年，这使得无需定期手术治疗或重复往返于办公室，仅长期监测便能获得根据常规技术所获得的IOP测量结果。
在一个方面，所述传感器装置还可包括与压力传感器24相邻的参考传感器18，其可用于测量与压力传感器所获得的压力测量结果相关联的二阶效应。参考传感器18还可至少部分地形成于MEMs晶片内，并且可由与传感器装置基本上相似的构造限定，以便测量与压力传感器所获得的压力测量结果相关联的二阶效应。由于传感器装置的晶片中的应力或温度改变引起的变化可影响压力测量信号。通过包括参考传感器，可将由于二阶效应引起的这些变化考虑在内，从而提高压力测量结果的准确性。在一个方面，所述压力传感器包括柔性压力感测膜，其在真空下形成密封腔室的一部分。在一些实施例中，所述参考传感器可包括类似大小的腔室，并且由于参考传感器不用于测量压力，所以对应腔室不需要处于真空下(为此该腔室可填充有氧化物)，以便测量除IOP之外的又一个参数的参考压力(例如，由于应力、温度等引起的变化)，使得其与感测电容器24所测得的实际IOP无关。在其他实施例中，感测腔和参考腔两者具有真空，但在机械上不同。例如，在也具有真空的参考电容器26中，为了去除对压力的敏感性，可将膜做得更小以增大刚度，但电容是相同的，以在用于差分模式(Csense/Cref)时更匹配。在图8A、图8B和图9A的实施例中示出具有宽度减小的参考电极的此类配置的实例。应当了解，图8A和图9A的实施例中所示的尺寸仅仅是装置尺寸的示例，并且应当注意，此类装置可根据本发明的实施例依据各种其他尺寸来制造。例如，可根据特定应用的需要放大或缩小(例如，5％、10％、20％等)所示的任何尺寸。
如在图8C和图9B的位移模型中可见，宽度减小的参考电极的膜具有增大的刚度，使得其响应于压力改变的位移显著小于压力传感器电极的位移。有利的是，这种配置使得微型装置中的额外空间可用于通信/充电线圈或所需要的各种其他部件。将参考电容器26定位在感测电容器24的附近，以便准确地消除噪声信号或更改感测测量结果的其他伪迹。另外，参考电容器24和/或感测电容器26可具有居于其中的柱子34，以便防止顶部参考膜和/或感测膜22接触基座结构28。压力换能器将具有拥有共用节点的感测电容器24和参考电容器26，诸如块体晶片12。通常，压力换能器具有与1Atm(760mmHg)相比，从-100mmHg到200mmHg的满刻度范围，并且更具体地讲，在660mmHg至960mmHg(绝对值)的范围内。图10示出了管芯设计示意图，其示出传感器和参考电极与一个或多个电源/储能晶片之间的电连接。
在一个方面，二阶效应可由参考传感器测量并且内嵌于压力测量数据中，这些压力测量数据被传送到外部装置以使得这些测量数据可在传感器装置10外部进行处理。在另一个方面，传感器装置10可被配置成处理这些压力测量数据并将参考传感器所检测到的二阶效应考虑在内，然后将经过处理的测量数据存储在传感器装置10的存储器上以供稍后传送到外部传感器装置。尽管本文所述的传感器装置10的各方面可适用于不包括此类参考传感器的传感器装置，但参考传感器的使用对于提高使用微型压力传感器获得的压力测量结果的准确性特别有用。尽管微型大小的压力传感器就植入和可测量压力的地方来讲提供各种优点，但也可能存在与此类微型传感器相关的某些挑战。例如，微型或超微型传感器装置的压力感测膜显著小于许多常规压力感测换能器，因而可能降低准确性。例如，各种因素(例如，装置内的温度或应力的变化)对微型压力传感器中的压力测量信号的影响程度可大于对显著更大的膜的影响程度。因此，通过在微型压力传感器相邻处包括基本上相似构造的参考传感器，可测量这些二阶效应并将其考虑在内，从而允许微型压力传感器获得准确性接近或甚至超过显著较大压力传感器的准确性的压力测量结果。
在另一个方面，传感器装置10包括储能部件15，其存储足够的能量以在至少一个星期的时间增量内每天获得多个压力测量结果，优选地在两到三个星期内的每小时测量结果。通常，储能部件15包括储能电容器，其至少部分地由晶片形成于与压力传感器24和参考传感器26相反的传感器装置的背侧上。在其他实施例中，所述储能部件可包括可再充电电池。由于参考传感器15不测量压力，所以储能电容器可被定位成与参考传感器15重叠，以便使微型传感器装置上的储能电容器的大小最大化，这允许有足够的电力来获得并存储至少一个星期(通常两个或三个星期或更多)的压力测量结果。
在诸如上文所述的具有参考传感器的实施例中，一个或多个线圈可覆盖参考传感器以便使用于微型传感器装置的线圈的大小最大化，从而允许通过一个或多个线圈11进行显著快速的充电和无线通信的传送/接收。在一个方面，所述一个或多个线圈可包括双叠堆线圈，其中一个线圈适于通过感应线圈接收能量以对储能部件充电，而另一个线圈适于无线通信以传送或接收与压力测量采样相关的数据。植入装置提供通往介质并且连接到用于电力和数据传输的天线的接口，并且其侧壁涂覆有Ti(针对第二气密屏障)和PPMA以向组织提供软接触，具体地讲以圆化装置边缘，其可与消炎溶液一同作用以最小化刺激/免疫系统响应。在一个方面，用于电感耦合的线圈可位于植入体的气密屏障外部。这些线圈可用介电层和线圈层限定，其对于由Au或其他生物相容性材料制成的线圈通常在20μm至30μm厚的范围内。在一些实施例中，分别地使用两个线圈，其中一个用于电力而另一个用于数据。在本实例中，可在单独阶段中操作电力和数据传输，使得不需要细分线圈。在一些实施例中，所述一个或多个线圈可被定义为3D交叉双线圈，其中两个线圈盘绕在同一层内，诸如图5B所示。出于示例性目的在玻璃晶片基板上示出交叉线圈。应当了解，此类线圈可附接到各种其他类型的基板，诸如图5A所示的传感器装置的硅块体晶片。
图6A示出图5A所示的传感器装置10的剖视图，正如其在部署之前被设置于充液注射器的针19中那样。可以看出，横向延伸的锚定件17被限定于可包括硅晶片的内插层47内，将横向延伸的锚定件17向内约束在针内。压力传感器、参考传感器和控制用传感器采样、电源管理、充电和遥测的各种逻辑部件可被包括在微型传感器装置的垂直叠堆构造内的一个或多个其他层和晶片中。例如，锚定构件可被限定在内插晶片中，ADC和校准特征结构可被限定在设置于内插晶片47的顶部上的块体晶片43中，压力传感器24可部分地由附接至晶片43的压力换能器晶片42形成。储能电容器以及电源管理和遥测逻辑可被包括在附接至设备的下侧的晶片44中，用于充电和遥测的一个或多个线圈11也附接至该晶片。该垂直叠堆构造仅仅是可根据本文所述方面实现的微型传感器装置的一个例子。应当理解，可根据本文所述的原理和方法使用微型传感器的各种其他配置和构造。
图6B示出可植入传感器装置10的一个实施例的纵向剖视图。在该实施例中，MEMS晶片42垂直叠堆或设置于CMOS晶片43上方以便形成第一气密密封。具体地讲，晶片的垂直叠堆被配置成在可植入设备10的MEMS晶片42和CMOS晶片43之间形成气密密封腔46。
所述晶片或管芯叠堆的方法有时被称为电子制造领域内的“芯片级包装”。芯片级包装易于被MEMS/CMOS制造行业中的本领域技术人员所理解，并且对于本发明来说特别有益的是：能够生产较易制造的更小的集成晶片组件，提供改善的性能并且成本低得多。具体地讲，基于该垂直叠堆方法构建可植入设备10允许植入体形状因数(例如维度、尺寸、形状、体积等)显著减小(例如减小1/10)。常规植入体通常需要钛、陶瓷、玻璃等外包装，这增加了此类常规植入体的总体尺寸和体积。本发明有利地采用垂直叠堆来限定其自身气密包装，所述气密包装封装所有电子器件。正因为如此，植入体10的架构和所得的形状因数允许它作为可注入体容易地植入到患者眼睛内的所需位置中。
具体地讲，至少一个线圈11被示出用于对无电池植入体进行无线充电并且与外部基站(例如眼镜、手机等)进行数据通信。在该图中，当定位于远端的感测电容器24(参加图5A)保持暴露状态并且完全设置于玻璃体内用于精确和直接的IOP测量时，至少一个线圈11垂直叠堆或设置于第一晶片42和参考电容器26上方。可对线圈11在形貌方面进行限定以提供最高电感，所述最高电感取决于植入深度和能量传输效率。操作的第一阶段可为对植入体10的再充电，而第二阶段可为数据传输以恢复和记录存入数据。图1的示例性可植入装置10的概览示意图在图5A中示出，其示出了设备上线圈11、参考电容器26和感测电容器24的位置。应当认识，可根据本文所述的本发明的各方面使用各种其他配置。
如上所述，植入体10的垂直叠堆被配置成在MEMS晶片42和ASIC晶片43之间形成气密密封腔46。例如，金密封环46或凸缘可设置于第一和第二晶片之间以在MEMS晶片42和ASIC晶片43之间形成该第一气密密封件。植入体还可通过在可植入设备上方沉积介质层诸如二氧化硅来并入第二气密密封件，以及通过在沉积的介质层上沉积钛阻隔件来并入第三气密阻隔件。该充分的气密密封确保长期植入并且提供增强的感测稳定性。更进一步，生物相容性聚合物涂层诸如聚对二甲苯和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等聚合物可被设置于钛阻隔件上以将任何免疫系统响应(例如植入体的排斥)最小化。
在一些实施例中，叠堆包括一个或多个另外的晶片，例如适合用作电源的一个或多个晶片。此类实施例可包括第三晶片，所述第三晶片包括超级电容器。在一些实施例中，叠堆还包括第四晶片，所述第四晶片包括电池。为了进行阻抗变换并且从高阻抗膜电池诸如LiPON电池提供更加高效的电能释放，此类实施例可利用在超级电容器和电池之间切换的电源管理方案。由于与高阻抗相关的缺点，使用电池直接为传感器装置供电是不可行的。电阻抗是施加电压时电路提供的对电流的抵抗的量度。高阻抗是指对于每单位施加的电压，电路允许相对较少量的电流经过。高阻抗一般是指约30K欧姆范围的欧姆值。相比之下，典型电源一般只有几欧姆。利用高阻抗电池的此类配置的一个例子在图7A至图7C中的实施例中示出。如可分别在图7B和图7C中的横截面A-A和B-B中看到的，图7A的叠堆的传感器装置包括MEMS晶片12、CMOS晶片14、解耦电容器晶片13和薄膜电池/储能晶片15。在一个方面，当使用硅间熔合粘合剂形成腔时，叠堆的晶片可用低温金铟(Au-In)粘合剂粘合在一起。当硅间熔合粘合剂提供长期真空稳定性(例如大于20年)时，该配置提供改善的热预算管理。在该实施例中，叠堆的设备放置于支撑结构或晶舟19内而非内插层18内。此类“晶舟”的一个例子可见于图7a的实施例中。
在一些实施例中，锚定结构形成于独立支撑结构或“晶舟”中，其中切割的多晶片叠堆放置有或附接有低温金属合金。在一些实施例中，该支撑结构或晶舟还可包括远端渐缩尖端20以有助于在植入期间刺穿巩膜并且还可包括一个或多个锚定特征结构38。此类特征结构可被包括作为夹在巩膜上的具有机械功能的部件(例如巩膜相对侧上的近端锚定件和远端锚定件)。该锚定特征结构也可包括锚定环或伸出部。此类锚定特征结构可由硅、钛、形状记忆合金或其他合适材料形成。在一些实施例中，晶舟由整体材料形成并且包括沿着叠堆的传感器装置10的厚度维度至少部分地向上延伸的侧壁。
ASIC晶片43还可包括射频链路、电力存储和/或数据存储，以使晶片形貌沿着其长度最大化并且降低叠堆的植入体10的制造复杂性和成本。图11至图12示出示例性ASIC框图，该框图示出了ASIC晶片43的各种功能，诸如信号处理、ADC、能量/电源管理、数据采集和记录、射频链路、校准等。可植入设备10可完全由相同基质材料(优选地硅晶片或管芯)形成，并且具有倒圆的或抗创伤边缘以使得定位或植入期间任何附属组织损伤最小化。在整个晶片叠堆(MEMS 42、ASIC 43、内插层47)使用硅材料的方法提供膨胀温度系数(TCE)匹配，其使得整个植入体10能够具有机械稳定性并且减少测量偏移。任选的远端穿刺特征结构30可形成于内插层47中，锚定特征结构17也形成于该内插层中。压力换能器24中也可嵌入有机械应力隔离特征结构44以解耦与垂直叠堆架构(并且具体地讲，TSV电连接件和/或密封环46)相关联的任一内应力。具体地讲，至少一个应力隔离特征结构44可被并入到MEMS晶片42中，以将压力传感器与ASIC晶片43机械解耦。
本文所述微型传感器装置10的独特特征之一是，允许植入体维度减小1/10的芯片级包装方法。在典型的植入装置中，长期植入体需要Ti、陶瓷或玻璃外包装。就芯片级包装方法而言，装置限定其自身的气密包装，所述气密包装封装长期植入体的所有电子器件。用于粘合的材料需要具有生物相容性，诸如金、Ti等。在一个方面，避免在装置中使用有机材料以便提供增强的稳定性并且避免材料脱气或蠕变。可注入装置的外表面可涂覆有用于边缘的软接触和圆化的聚合物。可注入装置可包括在允许长期存储和保护的注射器中折叠的锚定结构。在注射器中暴露于盐水不会有损装置运行。装置在不需要打开灭菌阻隔件或者小袋的情况下装配于注射器中之后，可测试装置。在装置注入之前，独特ID的最终测试和读出可由适于与受试传感器装置通信的任一外部装置或基站完成。这些方面允许这样的传感器装置：足够稳固以提供长期监测例如10年或更久时间段，也足够小从而可作为单个装置注入到组织内。在该方法提供诸多优势的情况下，也提出了与由超小型MEMs式传感器获得的压力测量结果的准确性、装置充电、电源管理和遥测相关的某些挑战，这些挑战由本文详细描述的方法解决。
在另一个方面，可通过精密室校准装置并出于成本效率并行校准多个单元。例如，可同时校准一批10、25或50个单元。可通过在受控环境中用传感器获得测量结果来校准传感器装置，在所述受控环境中，控制一个或多个参数(例如压力、温度)。在一个或多个参数(例如较高和较低的温度和压力)的不同值下获得测量结果，以便确定与每个具体设备的机械结构相关的测量结果的变化。可根据校准系数来定量此变化。每个传感器装置的校准数据可存储于装置的存储器上，用于由传感器装置处理由该装置获得的数据，或在将测量数据传送至外部装置之后进行存储。
把电容压力换能器与其自身的数字化IC集成在一起的芯片级方法，把体内植入物的电子器件气密封装起来，并且采用嵌入式应力隔离，让体内植入物能够长时间保持测量稳定性(例如较低偏移)。利用硅晶片通孔，用后侧触点叠堆MEMS压力换能器，来为用单个电极测量的介质(例如前房、玻璃体或颅室)提供接口，这样能够使寄生电容器诸如噪声耦合件最小化。在整个晶片叠堆中都使用硅材料的方法，能够保持膨胀温度系数一致，使得整个装置能够保持机械稳定性，减少长期植入物的测量偏移。数字化IC和遥测接口的总体集成使用通过晶片通孔连接的多个管芯叠堆来实现，这种方式仅需要低区域密度并且需要处于气密封装中。遥测顺序可被配置成从测量传感器获取数据并且在待存储的存储器诸如电可擦可编程只读存储器(EEPROM)上存储测量(例如原始的或经处理的)信息，直至出现后续充电或遥测事件为止。一个或多个线圈可被配置成天线，用于无线传输存储的测量信息。所述天线可被包括在ASIC的后侧，通过硅通孔连接至RF功率放大器。
在一些实施例中，传感器装置包括具有嵌入式储能装置诸如存储电容器的传感器(例如数字化电容换能器)，这些储能装置用于允许在超低功率运行诸如约1μW功率或更低功率的运行下，以大约至少1个样品/小时(1周期间内)的速率或一天内1个样品/5分钟的更高采样速率进行采样。在一些实施例中，嵌入式储能装置可让传感器装置在没有电池的情况下运行，但是在其他实施例中，嵌入式储能装置可结合具有先进电源管理系统的电池诸如薄膜电池(例如LiPON)使用。通常，薄膜电池具有相对较高阻抗，因此此类电池在电能释放方面存在一些问题。在嵌入式储能装置(例如电容器或超级电容器)和电池之间切换，就可以把电池释放的电能存储在嵌入式储能装置中，用于为电池供电。电池和嵌入式储能装置之间的快速切换由微控制器管理。这样一来既可使用较高阻抗电池，还可避免使用较高阻抗电源所带来的的问题。
在一些实施例中，可通过耦合线圈回收磁能来为传感器装置充电，而耦合线圈由电压整流器馈电，进而为植入物供电，让植入物可以获取数据，并在一周的目标时间段内记录总共至少148个样本。压力换能器测量的数据(绝对压力)在具有最小计算需求的压力和温度下进行校准，并且所有校准系数都存储在植入物上。数据记录操作可自动完成并且存储于EEPROM内，EEPROM能够一直存储信息，直到外部装置或基站链接至植入物。如果装置的电量不足，数据可在存储器中存储长达10年之久，完全不用担心数据会丢失。可使用外部装置或基站，通过无线接口来收集记录的测量数据，在数据传输期间，由外部装置或基站提供功率和数据接口。基站或外部装置能够读取EEPROM中存储的植入物的独特标识符，并且对传输的数据加密。在一个方面，无线接口使用支持类似于RFID(13.57Mhz或更高，以便缩小天线尺寸)的较低数据传输速率的调制方案，或任一相当方案。无线通信模式可被配置成仅仅在贴近检测到外部装置或基站时进行运行。植入物装置的配置可取决于若干因素，诸如所用的晶片、具有超薄轮廓的晶片叠堆技术和/或晶片减薄技术，这些因素可用于限定提供额外功能的特征。例如，微型可植入装置中的特征可包括在可注入装置的形状因数中实施的电源管理和数据后处理。在有些应用中，植入物的深度超过2 英寸，诸如心脏应用(例如肺动脉或颅应用)，在这些应用中，植入的装置也可按比例放大，用于监控环境。
图11示出了具有微机电系统(MEMS)的专用集成电路(ASIC)接口的框图，这种专用集成电路接口可用于压力传感器装置的控制单元中。传感器装置的控制单元可包括各种特征和功能，其中包括：合并模数转换器(10至12位)、校准(三阶)和数据记录(以1个样本/小时的速率1周采样168个)、支持以超低功率(例如少于1μW)获取样本的电源管理、线性化和无线数据传输、高电源抑制比、其他各种先进的电源管理特征。ASIC可被配置成具有独特ID诸如RFID，这样一来，在把数据传输到外部数据获取装置时，就可以轻松检测到ID并且把ID与装置测得的生理测量数据关联起来。控制单元可包括RF调制方案，用于满足短程数据传输时的超低RF功率需求，和/或天线的后处理，以适应于目标传输/距离。这些方面能够让外部充电装置贴近眼睛一段相对较短的时间诸如10秒钟或更短时间内(诸如12英寸或更短)来完成充电，有利于无线充电。
在一个方面，微型化传感器装置包括一个或多个线圈，用于对传感器装置的储能部件进行充电。在利用两个或更多个线圈的实施例中，线圈可叠堆(诸如图6A中所示)或可被配置成交叉指型线圈，诸如图5B中所示。此类传感器装置可经由传感器装置的线圈和外部数据获取/充电装置的对应线圈之间的磁耦合进行充电。流过外部线圈的电流在传感器装置的接收线圈上产生电压。该电压之后会通过向植入物提供稳定电源的稳压器和整流器。解耦电容器可并入传感器装置内部，用于提供能量存储，满足在频繁采样(例如至少每天采样，通常为每天或每小时多次采样)情况下至少持续一周的连续监测所需的电量。关于线圈之间的无线耦合，理想的情况是在两个线圈同轴(在相同轴线上对准)的时候进行，因为线圈间不同轴时会降低传输效率，导致传输效率非常快速地下降。因此，如果线圈不同轴，就可能需要更长时间地对植入物再充电，但是由于充电和运行时的功率需求非常低，通常低于10μW，并且优选地为约1μW或更低，所以仍能够在相对较短的一段时间内，诸如少于30秒、或10秒或更少、或优选地三秒或更少，达到充满电的状态。
在另一个方面，关于装置的充电，传感器装置可被配置成通过与整流器/调节器进行磁耦合，或在有些情况下，与考克饶夫特-瓦尔顿整流器耦合时的电磁波传播，来对储能电容器充电。这样有助于提高电力传输效率，具体取决于使用最优频率时植入物的深度。其中一个考量因素是特定吸收速率要求(例如辐射到人体的RF能量的热值)。利用耦合的线圈便可满足这些需求中的电力传输和数据传输需求。在一些实施例中，可使用与数据链路分离的电力链路(例如双天线/线圈)。
关于采样，在一个方面，传感器装置被配置成在至少一周(24/7)内每小时采样一次。在另一个方面，采样速率可被调节成每2个小时或每半个小时采样一次。一般来讲，采样装置以约12位的分辨率非常缓慢地进行采样。对IOP采样时，由于IOP行为缓慢，一般不需要以更高速率进行采样，每小时采样一次基本上便能实现连续监控。基本原则是以仍然能够精确地表现信号的可能的最低速率对IOP采样(尼奎斯特定理)。然而，当在其他应用中进行采样时，诸如心血管和颅监测应用，可能需要采用更高的采样速率。例如，在心脏监测应用中，可能会期望采用更高的采样速率，诸如250S/s。
关于电源管理，在一个方面，控制单元管理储电部件的电能释放，储电部件通常包括一个或多个存储电容器(例如多层电容器)，用于支持传感器装置获取一组特定样本(例如每天每小时收集一次的24个样本)，或以特定的采样速率(例如每小时或可基于测出的一个或多个生理状况变化的速率)收集样本。在获取多个压力测量结果的过程中，测量结果会存储到微型可植入装置的存储器诸如EEPROM中。与传感器装置相关联的独特ID也存储在存储器上，这样一来从存储器获取的任一压力测量信息都能够与相应装置关联起来。因此，即使是从不同的数据获取装置获取的数据，也能够集中到中央位置(例如执业医生能够访问的中央服务器)进行编译和处理。外部装置可被配置成把从传感器装置获取的数据记录压力测量结果下载至基站或外部装置。
在一个方面，ASIC接口控制微型传感器装置的耗电量，以支持实现上述的有利特征。通常，传感器装置包括储能电容器，储能电容器存储足够的能量，供传感器装置运行至少一周，优选地为若干周。上述电源管理电路和控制器调节储能部件在监测期间(通常至少一周)的电能释放。在一些实施例中，可使用较宽供电范围的电池电源直接为传感器装置供电，不需要进行调节。然而，通常优选的是利用一个或多个储能电容器而非电池，因为这样不仅可以可以在植入的装置内存储电能，还能避免植入装置中因为使用电池而出现通常伴随电池的化学物质。在一个方面，耗电量预算按照预期在单次充电后采样的样本数(例如每小时采样，一周共168个样本)之间进行分配。可在架构/电路层级运用不同技术，实现接通时(瞬态)电流的消耗最小化，诸如可运用以下方面的任意一种技术：低功率前端和ADS、快速加电至稳定运行、智能电源排序(动态电源管理)、高效DC-DC转换器、超低静电或泄露电流下的睡眠模式。尽管可让各个方面在运行时的耗电量达到最小或暂停来节省电量，但是也可把某些运行子块(例如提供植入物心跳的计时器)配置成在运行期间保持激活，例如RTC振荡器、电源管理、系统控制器或其他各种方面的任一方面。在一个方面，传感器装置可利用各种超低功率特征(电源管理、片上振荡器)来实现自动运行(硅验证)，诸如可利用ASIC设计合作伙伴研发出的任一种。
数据获取可由RF能量传输来实现。传感器装置可被配置成具有带RF能量检测器(例如EM MARIN 0.18–um/1.8V技术，用于RFID应用中的发射器唤醒的更低功率RF能量检测器)或其他合适的RF传输/检测部件的2.4GHz RFID FSK发射器。在一个方面，传感器装置的该特征结构可被配置成以在无源RFID芯片中的相似方式运行，在无源RFID芯片中，从外部阅读器装置传输的RF能量为传感器装置的数据传输提供电力。由于允许在传感器装置中存储的能量储备没有耗尽的情况下为传感器装置的数据传输提供电力，所以这个方面是有利的。在具有单个线圈的实施例中，充电和数据传输一般根据特定顺序进行，在这个过程中单个线圈用于每一个功能，而在具有多个线圈的实施例中，可同时或根据特定顺序，使用各个任务专用的特定线圈进行充电和数据传输。数据通常存储在传感器装置的存储器诸如EEPROM上，因此保存的测量数据信息能够在不消耗大量功率的情况下存储下来，并且能够在很长一段时间内，至少在期望的时间增量内，优选地(如果需要)为在很多周或月内，存储在传感器装置的存储器上。
在一个方面，如果存储器装置没有再充电或者在期望的监测时间段结束时数据未被获取，传感器装置就可在被配置成进一步降低耗电量和/或采样频率的辅助采样模式下运行。例如，为了避免监测数据失效，在辅助模式下，传感器装置可使用任何剩余的存储能量降低频率进行采样，诸如每两个或三个小时采样一次，或以规则间隔进行采样，总次数不超过10次。此外，这一方面可包括额外辅助模式，每个模式都具有逐渐降低的耗电量，因此当传感器装置最终再充电并被获取数据时，能够避免测得的数据失效。如果不管出于什么原因(例如外部装置或智能手机丢失，外部装置发生故障)，植入的传感器装置未再充电，或者存储的测量数据没有在预期的时间增量内被获取，那么这一方面是有利的。
在另一方面，外部装置可集成在个人手持装置诸如智能手机中，诸如通过下载至装置的应用程序和/或通过连接至装置的额外硬件。当集成到个人手持装置中时，外部装置可被配置成正常使用手持装置或智能手机便足以实现充电，以及从传感器装置传输测量数据。例如，外部装置的应用程序可跟踪上次充电/传输数据的时间，以及何时达到相应的时间(例如6天或更久)，使用个人手持装置时，启动传感器装置的无线通信，并且在没有患者启动的情况下诸如通过RF能量传输和/或电感耦合进行充电和数据传输。由于除了正常地每日使用个人手持装置之外，患者不需要执行与充电/数据获取相关联的任何特定任务，所以这一方面有助于改善性能和监测。
图12示出根据本发明的实施例用于传感器装置的控制单元的另一专用集成电路(ASIC)的框图。利用所示ASIC的传感器装置系统的值得注意的方面包括使用绝对压力传感器、温度传感器、微控制器、嵌入式存储器、主定序器和超低功率时钟发生器、电源管理单元、遥测和无线电力传输和测试接口。在一些实施例中，传感器装置包括适用于给定应用的、具有合适的分辨率和精确度的绝对压力传感器。如果使用此类装置测量IP，绝对压力传感器可具有0.15mmHg的分辨率和0.5mmHg精确度(11位，520mmHg至860mmHg范围内)，温度传感器具有16mV的精确度(8位，0V至4.1V范围内)，微控制器需要达到8位的分辨率。嵌入式存储器可包括用于存储程序、装置ID、修整系数和使用模式标志的程序存储器(例如ULP NVM存储器)，以及用于存储压力、温度和电压值的数据存储器，例如256×3B的ULP NVM存储器支持以1周内每小时1个样本的速率和1天内每5分钟1个样本的速率自主运行。主定序器和超低功率时钟发生器可基于时钟发生器(例如ULP时钟)利用睡眠唤醒控制。电源管理单元可包括参考电压发生器、板载调节器和电池充电器。遥测和无线电力传输可被配置成在2.4GHz ISM频带下运行、数据向下传输、植入物配置向上传输，并且允许距离3cm以50μW的功率传递能量，能够在几小时或更短时间内，优选地约30分钟或更短时间内，为电池充满电。该系统还可包括测试界面，供用户进行生产测试和编程。
在一个方面，本文所述的传感器装置配置允许有多种采样模式。例如，研究表明，以每小时1个样本的速率在每周自主模式下运行一周后，传感器装置使用了薄膜电池(即2uA薄膜电池)可提供电能的96％。以每6分钟1个样本的速率在每天自主模式下运行一天后，传感器装置耗费的电能高达相同薄膜电池可提供电能的29％。
图13示出了控制/处理单元13的逻辑配置的示意图，该单元控制来自压力传感器(CSENS)的测量数据的接收，存储压力测量数据，并且任选地处理压力测量数据并控制数据输出至外部装置的通信。在包括任选参考传感器15(CREF)的实施例中，控制/处理单元控制来自参考传感器和任选的一个或多个其他数据源(例如温度传感器)的测量数据的接收，然后存储与压力测量相关联的参考数据，或在把数据传输至外部装置或基站之前，利用参考数据处理测量数据。传感器垂直叠堆设计的一个有利方面是，达到ASIC输入级的所有连接到压力传感器和任选的参考传感器的电连接件，均可被设置在晶片背侧。传感器装置可按如下方式配置：与参考传感器相关联的参考板完全与传感器装置的外部隔离，使得只有感测板与正在感测的介质(例如眼房水、玻璃体或脑液，具体视使用传感器装置的应用或目标区域而定)接触。
图14示出了患者IOP可发生的变化，以及在典型次数的就诊之外青光眼患者在常规IOP监测中可经历的潜在的未被发现的IOP峰。从图中可以看出，压力监测不频繁时，无法提供对青光眼患者经历的IOP范围的准确描述。在分散的监测就诊之外的时间出现的压力增加，可能会造成患者的视神经受损，导致不可逆的视力受损。图15示出在单个24小时内IOP可能发生的变化。从图中可以看出，青光眼患者经历的IOP波动比正常患者大得多。此外，在给定时刻测量的IOP还可能受到可能会在一天之中发生变化的各种因素诸如心跳或海拔的影响。本发明的方法提供了一种微型装置，该装置能够在至少一周的延长时间增量期间，以高达每小时一个样本的频率每天获取多个IOP测量结果，这种方法极大地改善了IOP监测，并且患者只需要使用个人手持装置诸如智能手机定期为微型装置充电，除此之外不需要进行任何操作。
本发明的方法还允许调整采样来改善监测。例如，传感器装置可响应于测出的生理状况(例如活动、睡眠、IOP升高)自动调节采样速率，或者可由医师根据医师确定的具体采样方案来调节采样速率，并在下一次再充电和/或使用外部装置获取数据时上传至装置。在一个方面，采样程序包括至少一个第一采样速率和不同的第二采样速率。这两个采样速率中的任意一个可以是固定的，也可以是变化的采样速率。可响应于测出的生理状况诸如超过预先确定的IOP阈值的压力测量结果，来选择采样速率。例如，第一采样速率可以是每三个小时采样一次，在检测到IOP升高时采样，传感器装置以第二采样速率诸如每小时或每半个小时采样一次，直至测出的IOP升高状况得到解决。在另一方面，所测量的生理状况可以是患者的清醒时间。在检测到代表清醒时间的眼睛活动后，或者以光学检测方式检测到与患者清醒时间相关联的光线后，与当患者正在睡觉时相比，传感器装置可以采用比患者睡眠时更高的采样速率。
IOP监测系统使用模式
在一个方面，传感器装置可被配置成具有适用于不同用途的各种运行模式。下表1中示出了与根据本发明的实施例的监测系统一起使用的使用模式的例子。
表1.监测系统使用模式
有关上述的每一种使用模式，下面给出了更加详细的描述：
1-独特ID和校准系数：
在一些实施例中，该模式被定义为64位字符，其向每个植入物分配一个数字来逐个识别每个植入物。在与植入物的任何活动开始时，外部阅读器读取寄存器来识别患者，并且把寄存器与单元特定的校准系数(IOP连接)相关联。
2-采样模式(a)实时：
a.在此模式下，或者按需求采样(询问一个IOP读取，其中包括一个绝对压力读取、温度和电池电压)。
b.如果是20毫秒时间段(50Hz)至1分钟的采样，则以更快速率询问数据(流模式)，并且通常限制为一段更短的时间段(少于30分钟)。该选项对电池的需求很高，充满电或存储器尺寸将限制可接受的采样时间段。在此模式下，装置可能需要在每个采样时间段之间再充电，这个采样时间段可以是20分钟或更长时间。电池充电可控制在保持在25％和75％之间，以维持其运行。
c.在这两种模式下，装置都是连接至接收器并且在非自主模式下运行。在这两种模式下，可捕获更高频率的事件并且能够进行实时监测。
3-采样模式(b)基线：
a.自主模式：采样速率可设定在1分钟到1小时之间。在这种情况下，采样窗口受到存储器的存储容量与可用电量的限制。如果所请求的时间段要长于装置的存储容量，阅读器应用程序会将采样窗口分成几个子时间段并且交替进行功率/数据循环来下载装置存储器并且对电池充电。此选项对患者和执业医生是透明的。采样时间段可被限定为具有不同速率和不同的时长。例如，1分钟/1天、1小时/3天、1分钟/1天、1小时/6天等…该顺序由患者附近的接收器管理而不加任何干预。有些顺序可以是不连续的并且需要插入再充电操作。
b.部分自主模式：对于1分钟1个样本的采样速率，时间段如同上述(2.a)那样受限，但是电池和/或存储器会限制获取数据的时间段。获取数据的时间段结束时，阅读器可能需要重新连接植入物，收集与再充电耦合相关的信息。在此模式下，与流模式(非自主)下管理的2.b相比，数据的获取是自主进行的。
c.对于模式3(a/b)，本发明使用此模式来进行治疗管理，确定与基线相比给药方案的疗效。此模式可以监测并且表征药物潜伏期。此模式可以捕获并且表征长期趋势。更高频率事件通常不会在1分钟内被捕获到。速率超过1个样本/分钟的采样，目的是提取患者IOP的基线。
4-可变数据获取配置：
a.在时间段模式3下，本发明把数据的获取一般化成在各种速率/时间段下重复的(速率/时间窗口)顺序。由于装置具有独特的可编程性，以及捕获不同事件/配置的能力；所述顺序可广泛地进行定义并且只受再充电或数据下载周期限制。有些限制必须纳入考虑(样本集的尺寸)，例如，由于电池电量是有限的，采样长度受到限制。
5-IOP数据处理选项
a.由于IOP连接植入物中具有MCU(微控制器)，装置能够预处理数据。可以使用多种DSP功能并且这些DSP功能可以与接收器相互协调。需要把数据样本(绝对压力)与大气压力结合起来，计算计示压力。如果从植入物请求预处理顺序，在产生最终数据集之前，相同预处理可复制到接收器中。
i.例如，IOP连接植入物将收集8个样本，并且取它们的平均值来消除由于心博(眼脉动幅度)而产生的变化。
b.后处理是在接收器或App中完成的。
6-数据完整性-在进行所有数据处理和采样期间，接收器将监测数据是否在可接受范围内。在一些实施例中，任何数据都不会被删除，而是标记出潜在的不一致数据。
a.数据管护的范围包括数据分析和筛选的各个不同层。执业医生将可以访问历史数据的图形显示，因为历史数据在延长的时间段(年/月等)内仍具有统计意义。
b.在从患者至任何数据消费者的整个数据流中实施数据库管理服务，通过这一服务维持数据完整性和隐私。元数据也将添加进去，用以支持较广范围的服务。例如，固件可被配置成使得制药公司或研究人员无权访问与所传送的数据相关联的患者身份。
c.例如，如果接收器的压力传感器不在患者头部附近，那么捕获的大气压可能会有偏移并且可能生成不能用的数据。可运用可能的数据校正算法，并且完成实地测试来识别较广范围的情形。系统的适应性应当足以产生复杂的函数和验证模式。可通过统计参数和其他数据集特性来支持较广范围的分析。随着时间的推移，可运用数据分析来进行IOP数据挖掘，从而识别模式、与事件的相关性，识别所记录的信号中的特定分量(光谱分解)。
7-警示模式：这些模式将向执业医生呈现内置或用户定义的较广范围的事件检测结果。有一个警示库可供使用，当有新选项连接至InjectSense服务器时，新选项将被上传至每个接收器。
a.事件类型：最小值、最大值、波动(升高或降低)、峰值、数据误差等，事件类型明显受限于所记录的数据集。在一些情况下，如果测出了特定事件(较大波动)，那么有可能生成不同的采样(速率/窗口)，尝试在样本之间记录额外信息。尽管非常强大，但是这种动态可调性可能受限于存储器和可获得的电量。在一些情况下，由于植入物的状态，警示功能可能无法调节采样顺序。为了估计在哪些状况下可以进行此类调节，必须生成更多的历史数据才行。另外，还必须针对不同的警示类型限定关于采样模式的可能调节。这种调节可被插入到采样顺序中，并且在该新顺序完成之后，可应用先前定义的采样顺序。
8a/8b-再充电模式和电池管理/异常模式：
a.由于电池(LiPON)的特定特性，电池管理可结合到植入物中，也可结合到接收器中，使得寿命实现最大化并且避免初始性能下降。InjectSense将实施一种缓解潜在失效模式的保守方法。
b.如果选择使用需要持续供电的SRAM，电池电量将控制在25％到75％之间。接收器记录了关于所有IOP活动的连续日志并且将预测将需要与植入物建立链接的一些状况。接收器或App(智能电话)会通知患者执行所需的特定操作。
c.植入物装置IOP连接已建立监测，避免植入物装置出现可能的失效(例如电池完全放电)、过度采样等。
d.可利用其他诊断来评估装置的运行状况，以及需要接收器进行某种形式的干预的潜在问题。这些诊断通常经由与外部接收器建立的链路进行，并且在自主模式期间，为了节约电池电量，将不会进行这些诊断。
e.如果电池电量几乎用尽，装置可被强制进入深度睡眠，包括RTC(临时终止模式)。在这种情况下，装置会被锁定，需要到医院找执业医生进行解锁。
9-患者治疗管理：
a.IOP连接连续监测的一个重要的有利方面在于，能够了解关于给药方案疗效的详细情况。捕捉药物潜伏期和IOP降低的持续时间、动态量化疗效，这些操作能够让职业医生清楚了解药物的疗效(或是否缺药)。可捕捉并量化剂量和递增疗效的调节。可通过与IOP趋势/波动的详细相关性来潜在地确定患者的生活方式之类的其他因素，以及如何管理影响IOP的其他参数(患者的移动、位置和一般活动)。
b.可把其他参数，如呼吸率、血压波动和其他生理方面，与IOP波动关联起来，建立因果关系，证明它们对患者健康的影响，尤其是阻止青光眼向失明演变。
c.利用大数据范式进行分析，可更好地了解在长时间范围内需要如何控制单个患者的疗效和影响因素，或在众多患者当中需要如何控制疗效和影响因素。
d.在连续监测中，还可以获取白天的数据和夜间的数据，潜在地确定IOP是否存在昼夜节律周期。
e.可从长年的精确并连续的IOP监测之间为患者选择个性化的治疗/疗法，并且把个性化的治疗/疗法与青光眼诊断(如视野检查法和视觉神经头的盘/杯比)关联起来。
f.远程监测患者和远程可配置性通过将就医次数减至最低需求而将允许在患者和眼科医师之间建立更加有效、更节省成本的关系，并且眼科医师可根据每位患者的独特数据集有针对地进行治疗，这一点填补了Goldman压平式眼压测量法留下的空白——Goldman压平式眼压测量法只能在医生办公室完成并且针对一个样本生成非常有限的数据。
先进的电源管理
在一个方面，ASIC包括超级电容器和薄膜电池，采用利用微控制器的先进电源管理系统。电源管理系统：(a)管理从电池向超级电容器的电力传送(由于电池受到高阻抗的限制)。超级电容器接收每个功能块所需的能量，并且与电池来回切换，进行阻抗变换。由于电池在连接器处存在明显的高阻抗(例如40k欧姆)，所以直接使用电池是不可行的。(b)工作方式：超级电容器充当第一充电电源，使电池与电路块解耦，并且通过管理负载(例如根据周期调节能量)来提供经调节的/稳定的电源电压。
在另一方面，ASIC已经升级至顶级状态机，具有与微控制器(MCU)耦合的实时时钟(RTC)。此配置为电路块的可配置性提供了更高的适应性。与硬连线状态机相比，此配置使得具有固件/软件的植入物的可配置性和可编程性变得更高。此配置也允许对植入物的固件进行升级，支持更广范围的使用型号，并且允许通过对固件重新编程调节性能参数，或通过根据换能器接收的数据使用不同采样速率/时间窗口来实现IOP测量的动态可(重)配置性，调节性能参数。例如，使用传感器装置测量IOP时，如果IOP非常稳定，可降低采样速率，反之亦然。这种自适应模式可提供给用户使用或可在MCU的固件内配置。
在又另一方面，所述传感器装置配置提供在静态用电和动态用电之间分层的能量管理。例如，在上述实施例中，超级电容器用作动态电源，而电池被用作解决静态能量使用和动态能量使用的预留电源。
关于装置的电力传送，对植入的装置充分充电所需的感应电压按如下方式确定：
假设在30分钟时间段内不受控制的暴露极限为1mW/cm2，则下列方程(1)可用于确定向植入的传感器装置充电所需的感应电压。
假设在用外部充电装置进行充电期间，植入物与入射场平面呈45°角。外部充电装置可并入到患者佩戴的一副眼镜或患者可佩戴一段时间的其他此类装置，佩戴时长(一般不到三小时，通常在约15分钟到3小时之间，更通常在约20分钟到2小时之间)应满足植入传感器装置的充电需求。在一些实施例中，在完成1000次充电之后，充电持续时间在约20分钟到70分钟之间。
在确定所需感应电压时，偶极的有效长度＝2mm。使用方程(2)得到：
因此，植入物处的O.C.电压由下列方程(3)确定：
(3) Voc＝|∈|leff＝86.83x1.414e-3＝0.123V
短偶极的电容根据下列方程(4)确定：
因此，整流级的电容≈100fF至500fF(参见下图)。
二极管上的电压≈100mV。为了满足二极管的阈值电压，可使用匹配值。
图16为示出根据本发明的各个方面的示例方法的流程图。该方法包括以下步骤：用植入的传感器装置的线圈和外部数据获取/充电器装置的线圈之间的电感耦合，对植入的传感器装置的储电部件充电801；获取组织的多个压力测量结果，其中在对储电部件完成一次充电后，在至少一周的时间增量内，根据传感器装置的存储器上存储的采样程序，每天植入传感器802；在时间增量期内，在传感器存储器上存储与压力测量结果相关联的压力测量信息，直至外部装置进行下一次的再充电/数据获取803；任选地获取与每个压力测量结果相关联的二阶效应的测量结果，并且使用二阶效应将测量结果存储于存储器上或处理压力测量信息804；以及向外部装置传送压力测量信息，同时或按顺序用可携带外部装置对传感器装置充电805。在一个方面，传感器装置在单次充电后运行至少一周的时间增量，优选地在单次充电后运行两周或三周。
图17为示出根据本发明的方面的示例方法的流程图。该方法包括以下步骤：在植入的传感器装置的附近握住或佩戴外部装置对植入到组织中的微型化生理传感器充电，所述传感器被设置于正在进行生理测量感测的组织中901；获取组织的生理数据测量结果，根据存储于植入的传感器装置的存储器上的采样方案，在至少一周的监测持续时间内，在组织中每天多次植入传感器902；把对应于监测持续时间内测得的生理数据的测量数据存储在装置的存储器903；以及用外部装置传送存储的测量数据，并且把外部装置靠近传感器装置，在不到10秒钟的时间内对传感器装置再充电904。应当了解，图9和图10中所示的方法仅为示例性的，各个步骤可被修改并且仍保持具有本文所述的本发明的有利方面。
图18为示出根据本发明的方面为微型植入采样装置供电的示例方法的流程图。该方法包括以下步骤：使用装置内的高阻抗薄膜电池对植入到患者组织中的微型化传感器装置充电1001；使用传感器装置的微控制器在高阻抗薄膜电池和超级电容器之间来回切换，以便进行阻抗变换1002；以及接收来自传感器装置的超级电容器的能量，用于进行生理采样1003。
在前面的说明中，参考其具体实施例对本发明加以描述，但本领域的技术人员将认识到本发明不限于所述具体实施例。以上描述的本发明的各特征和方面可单独或结合使用。而且，在不脱离本说明书的更宽泛的精神和范围的情况下，本发明可用于除本文所描述的那些以外的任何数量的环境和应用。因此，本说明书和附图应视为示例性的而非限制性的。已经认识到，本文所用的术语“包括”、“包含”和“具有”特别地旨在被解读为开放式的技术术语。

Claims (35)

1.一种用于监测IOP的遥测方法，所述方法包括：
用植入在玻璃体内的传感器装置获取患者眼睛玻璃体内的多个IOP测量结果，其中所述多个压力测量结果在一段监测时间段内获得，并且由所述可植入传感器装置的储能部件为所述装置供电；
至少在所述监测时间段内，在所述可植入传感器装置的可记录存储器上存储对应于所述多个压力测量结果的IOP数据；以及
在外部装置靠近所述可植入传感器装置时，从所述可植入传感器装置向所述外部装置无线传送IOP数据。
2.在所述方法中，根据存储于所述可植入传感器装置的所述存储器上的采样程序，获取所述多个压力测量结果。
3.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
用所述可植入传感器装置的处理器处理所述多个压力测量结果，使得所述IOP信息对应于所述时间增量内IOP的趋势或变化。
4.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
用所述传感器装置的参考传感器获取与所述多个压力测量结果相关联的二阶效应的测量结果。
5.根据权利要求4所述的方法，所述方法还包括：
处理所述多个压力测量结果，以便将用所述参考传感器测得的与所述多个压力测量结果相关联的二阶效应纳入考量。
6.根据权利要求1所述的方法，其中获取所述多个压力测量结果包括用完全设置在所述玻璃体中的所述压力传感器的感测膜测量所述玻璃体内的压力。
7.根据权利要求1所述的方法，其中获取所述多个压力测量结果包括在至少一周的时间增量期内，每天多次用所述传感器的所述压力传感器测量压力。
8.根据权利要求7所述的方法，其中根据所述采样程序获取所述多个压力测量结果，包括在所述时间增量期内，频繁至每小时用所述压力传感器测量一次压力。
9.根据权利要求7所述的方法，其中根据所述采样程序获取所述多个压力测量结果，包括在规则采样间隔内用所述压力传感器测量压力，所述规则采样间隔在5分钟至2小时范围内。
10.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
使用微控制器在所述传感器装置的不同使用模式之间切换，其中所述不同使用模式包括以下任何一个：工厂初始化模式、实时采样模式、基线采样模式、可变数据获取配置模式、IOP数据处理模式、数据验证模式、警示模式、再充电模式、异常模式和患者治疗模式。
11.根据权利要求1所述的方法，其中获取所述多个压力测量结果包括以第一采样速率用所述压力传感器测量压力，其中所述第一采样速率是固定的采样速率。
12.根据权利要求11所述的方法，其中获取所述多个压力测量结果包括基于测得的一个或多个状况以第二采样速率用所述压力传感器测量压力。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述第二采样速率高于所述第一采样速率，并且所述生理状况指的是测得的IOP超过了预先确定的阈值。
14.根据权利要求12所述的方法，其中所述第二采样速率是基于所述一个或多个状况的可变速率。
15.根据权利要求12所述的方法，其中所述一个或多个状况包括患者的清醒时间。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述第二采样速率包括在清醒期间每小时采样一次。
17.根据权利要求1所述的方法，其中在所述时间增量期间获取所述多个压力测量结果所需的电力，由所述传感器装置的储能部件在所述储能部件的单次充电过程中接收的电能提供，所述时间增量为至少一周。
18.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
从所述外部装置无线接收与所述采样程序相关联的数据，并且对所述采样程序进行更新。
19.根据权利要求1所述的方法，其中由所述传感器装置的一个或多个线圈和所述外部装置的对应线圈来无线传送所述IOP数据。
20.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
通过所述可植入传感器的一个或多个线圈和所述外部装置的对应线圈之间的电感耦合，对所述储能部件充电。
21.根据权利要求20所述的方法，其中向所述外部装置无线传送所述IOP信息与接收充电电能同时或按顺序进行。
22.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
从所述外部装置无线接收能量，通过把所述无线接收的能量存储在被植入的所述传感器装置的所述储能部件中而对所述传感器装置充电。
23.根据权利要求22所述的方法，其中无线接收充电能量包括用与所述接收线圈磁耦合的外部装置的对应线圈在所述传感器装置的接收线圈中感生出电压。
24.根据权利要求23所述的方法，其中通过稳压器和整流器调节在所述接收线圈中感生的所述电压，以便向所述植入的传感器装置提供稳定的电源。
25.根据权利要求23所述的方法，其中所述传感器装置包括解耦电容器，所述解耦电容器被配置成存储足够的来自在所述接收线圈中感生的所述电压的能量，用以运行所述传感器装置至少一周的持续时间。
26.根据权利要求23所述的方法，其中在测量和存储压力测量数据期间，运行所述传感器装置需消耗约1μW功率或更低，使得所述传感器装置可持续运行至少一周的时间，才需要再次充电。
27.根据权利要求19所述的方法，所述方法还包括：
在获得所述多个压力测量结果、传送数据，以及无线接收充电能量以外的时间段内，转变到消耗约1nW功率或更低功率的睡眠模式。
28.根据权利要求19所述的方法，其中所述装置发射和接收与所述压力测量结果相关联的数据，并且在接收到由所述外部装置传输的RF能量时，依靠无源RFID配置接受能量而为所述装置供电。
29.一种校准可植入压力传感器装置的方法，所述方法包括：
在一个或多个受控参数具有不同值的受控条件下，用所述可植入压力传感器装置获取多个压力测量结果；
确定在所述一个或多个受控参数具有所述不同值的情况下所述多个压力测量结果之间的变化，其中所述变化与特定于所述可植入压力传感器装置的影响所述多个压力测量的机械特性相对应；以及
把与所述确定的变化相关联的校准数据存储在所述可植入压力传感器的存储器中，用于调节从被植入的所述传感器装置获取的现场测量结果，以提高所述多个压力测量结果的精确度。
30.根据权利要求29所述的方法，所述方法还包括：
存储具有与所述可植入传感器装置相关联的独特标识符的校准数据，以便与被植入的所述传感器装置通信连接的外部装置接收所述存储的校准数据，用于处理从所述装置接收的具有所述独特标识符的所述多个测量结果。
31.根据权利要求29所述的方法，其中所述可植入传感器装置包括IOP传感器，所述多个测量结果包括多个压力测量结果，并且所述一个或多个受控参数包括压力和/或温度。
32.一种用于测量患者眼睛的IOP的可植入传感器装置，所述装置包括：
压力传感器，所述压力传感器能够测量多个压力测量结果，其中所述压力传感器被配置成使得所述压力传感器的压力感测膜被完全设置在所述眼睛的玻璃体中；
控制单元，所述控制单元耦合至所述压力传感器，并且包括处理器，所述处理器被配置成根据采样程序控制所述压力传感器对压力测量结果进行采样；
储能部件，所述储能部件耦合至所述控制单元并且被配置成在被植入时无线接收充足的能量，以便为采样和存储所述多个压力测量结果供电延长的监测时间段的时间增量；以及
一个或多个线圈，所述一个或多个线圈能够无线接收能量，用于对所述储能部件充电并且无线传送和接收与所述多个压力测量结果相关联的数据。
33.根据权利要求32所述的传感器装置，其中所述控制单元被配置成：
启动与外部装置的无线通信，以便在检测到有所述外部装置靠近所述植入的传感器装置时进行无线通信并且/或者接收充电能量；
当所述外部装置靠近所述植入的装置时，同时或按顺序地进行充电和无线通信；并且/或者
基于在所述外部装置和所述植入的传感器装置之间测出的距离来优化无线充电和/或无线通信。
34.根据权利要求32所述的传感器装置，其中所述传感器装置包括至少部分地在晶片或刚性基板上形成的芯片级封装，其中所述一个或多个线圈与所述传感器装置盘绕在一个平面内。
35.根据权利要求32所述的传感器装置，其中所述可植入传感器装置被配置成利用在单次充电过程中存储在薄膜电池中的能量供电，在至少一周的时间增量内每天获取多个压力测量结果，并且在所述时间增量内存储与所述多个压力测量结果相关联的IOP信息，
其中所述传感器装置被配置成通过在超级传感器和所述薄膜电池之间来回切换来进行阻抗变换，使得从所述超级传感器接收用于获取多个压力测量结果的能量。
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