CN108289614B - 射频和光学读取器扫描阵列 - Google Patents

Abstract

一种读取器设备包括天线线圈阵列，所述天线线圈阵列被配置为与植入人体的皮肤下方或内部的设备进行电磁耦合。一种植入设备可以包括环形天线或被配置为与所述读取器设备的至少一个天线线圈来耦合的其它装置，用以从所述读取器设备接收射频能量，并且向所述读取器设备发送射频传输。所述天线线圈阵列被配置为安装至所述皮肤表面，以改善所述植入设备和所述阵列中的线圈的耦合。进一步，所述读取器设备被配置为选择所述阵列中的一个或多个天线线圈，并且操作所选择的天线线圈经由射频传输与所述植入设备通信和/或将射频能量提供至所述植入设备。所述阵列中的天线线圈可以基于检测的与所述植入设备的耦合的量来选择。

Description

射频和光学读取器扫描阵列

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年10月7日提交的美国非临时专利申请第14/877,347号的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

背景技术

除非本文另有说明，否则本部分中描述的素材不是本申请中的权利要求的现有技术，并且不承认通过包括在本部分中而成为现有技术。

某些医疗状况或状态可以通过生理特性(例如，脉管系统的部分中的血流量和/或血液量、血液的氧饱和度、血压)的值和/或随时间的变化来表征。此种生理特性可以通过位于身体以外的设备来测量。附加地或替代地，植入设备或可穿戴设备可以用于提供对这样的生理特性的连续或接近连续的测量。这样的可植入或可穿戴设备可以由电池供电和/或由射频能量或其他无线能量源供电。此外，这样的设备可以被配置为无线地指示所测量的生理特性(例如，通过使用RFID天线和发射器，通过使用蓝牙天线和发射器)。

发明内容

本公开的一些实施例提供了一种设备，包括：(i)天线线圈阵列，所述天线线圈阵列被配置为靠近皮肤表面安装并且跨越皮肤表面的指定区域，使得天线线圈阵列中的每个天线线圈具有与植入所述皮肤表面以下的植入设备的天线的电磁耦合的相应程度；(ii)控制器，所述控制器可操作地耦合到天线线圈阵列，并且包括被编程为执行控制器操作的计算设备的控制器。所述控制器操作包括：(a)选择天线线圈阵列的天线线圈；以及(b)操作所选择的天线线圈，其中，操作所选择的天线线圈包括以下至少一个：(1)向植入设备提供无线功率，或(2)从植入设备接收无线传输。

本公开的一些实施例提供了一种设备，包括：(i)天线线圈阵列，所述天线线圈阵列被配置为靠近皮肤表面安装并且跨越皮肤表面的指定区域，使得天线线圈阵列中的每个天线线圈具有与植入所述皮肤表面以下的植入设备的天线的电磁耦合的相应程度；(ii)控制器装置，所述控制器装置可操作地耦合到天线线圈阵列，并且包括被编程为执行控制器操作的计算装置。所述控制操作包括：(a)选择天线线圈阵列的天线线圈；以及(b)操作所选择的天线线圈，其中，操作所选择的天线线圈包括以下至少一个：(1)向植入设备提供无线功率，或(2)从植入设备接收无线传输。

本公开的一些实施例提供了一种方法，包括：(i)将读取器设备安装到皮肤表面，其中，所述读取器设备包括跨越所述皮肤表面的指定区域的天线线圈阵列，其中，植入设备植入所述皮肤表面下方，并且其中，所述天线线圈阵列中的每个天线线圈具有与植入设备的天线电磁耦合的相应程度。所述方法还包括：(ii)选择天线线圈阵列的天线线圈；以及(iii)操作所选择的天线线圈，其中，操作所选择的天线线圈包括以下至少一个：(a)向植入设备提供无线功率，或(b)从植入设备接收无线传输。

通过阅读以下详细描述并适当参考附图，这些以及其它方面、优点和替代方案对于本领域的普通技术人员而言将变得显而易见。

附图说明

图1A是邻近手臂设置的示例读取器设备和植入手臂的皮肤表面以下并且与读取器设备通信的示例微电子设备的横截面视图。

图1B是图1A所示的示例读取器设备在被安装至手臂的皮肤表面时的横截面视图，并且示出植入设备的天线和读取器设备的天线线圈之间的电磁耦合的程度。

图1C是图1A和图1B所示的读取器设备的天线线圈阵列的示意性视图。

图2是安装至手臂的皮肤表面的示例读取器设备以及被植入手臂的皮肤表面以下并且与读取器设备通信的示例微电子设备的元件的横截面示意性视图。

图3A是示例性微电子设备的透视图。

图3B是图3A所示的示例微电子设备的横截面视图。

图4是包括与外部读取器无线通信的微电子设备的示例系统的框图。

图5是包括可以被操作为与微电子设备通信的天线阵列的示例系统的框图。

图6是用于操作读取器设备的示例方法的流程图。

具体实施方式

在以下详细描述中，参考形成其部分的附图。在附图中，除非上下文另有规定，否则相似的标记通常标识相似的组件。在详细说明、附图和权利要求书中描述的示意性实施例并不意味着限制。可以使用其他实施例，并且可以做出其它改变，而不脱离本文呈现的主题的范围。将容易理解的是，如本文一般性描述的和附图所示的本公开的多方面可以以各种各样的不同配置进行布置、替换、组合、分离和设计，所有这些都在本文中被明确地考虑到。

I、概述

本公开的一些实施例提供了一种读取器设备，该读取器设备被配置为放置成与活体的皮肤表面(例如，人的上臂或腹部的皮肤)接触或以其他方式安装到该皮肤表面，并且与植入皮肤内和/或皮下的一个或多个设备相互作用。这种植入设备可各自包括一个或多个传感器，其被配置为检测身体的变量，例如，检测与脉管系统和/或皮肤中的血液的血液动力学特性有关的变量。读取器设备被配置为与植入设备光学地、电磁地或通过一些其他手段通信和/或向植入设备提供功率。例如，读取器设备可以包括一个或多个天线线圈，其可操作以与植入设备的天线电磁耦合。这种电磁耦合的天线线圈可以用于向植入设备传递射频能量和/或从植入设备接收无线传输(例如，通过检测由注入设备反射的和/或背散射的射频能量的量随时间的模式)。

植入设备和天线线圈之间的电磁耦合的程度可以与多种因素相关。这些因素可包括天线线圈相对于植入设备的天线的取向和位置。例如，通过增加天线线圈与植入设备的天线之间的对准度和/或通过减小天线线圈与植入设备的天线之间的距离，可以增加天线线圈与植入设备的天线之间的耦合程度。读取器设备可以包括天线线圈阵列，该天线线圈阵列可以安装在植入设备在其下方植入的皮肤表面的附近。这种天线线圈阵列中的每个天线线圈可以具有各自的与植入设备电磁耦合的程度，其与每个天线线圈相对于植入设备的天线的相应位置和/或取向有关。相应地，每个天线线圈可以具有到植入设备的功率传输的相应的效率，从植入设备接收到的无线传输的强度、或者与植入设备的相互作用的一些其他特性。在这样的示例中，天线线圈阵列中的特定的天线线圈可以被选择并用于与植入设备相互作用(例如，向植入设备提供射频能量、从/向植入设备接收/发送无线传输)。可替代地，可以使用多于一个的天线线圈，例如作为相控阵列，来与植入设备相互作用。

可以根据各种因素使用各种手段和/或方法来选择天线线圈阵列中的天线线圈。每个天线线圈相对于植入设备的位置可以被确定并用于选择到植入设备最近的天线线圈，或根据一些其他考虑来选择另一天线线圈。确定植入设备的相对位置可以包括操作相机或读取器设备的其他光检测装置，例如用以检测来自植入设备的发射和/或反射光。附加地或替代地，天线线圈可以被操作以检测每个天线线圈与植入设备之间的电磁耦合和/或相互作用的程度。例如，可以检测由每个天线线圈接收的(例如，从植入设备接收的)射频信号的信号强度，并且可以确定具有最大接收信号强度的天线线圈。在一些示例中，响应于从读取器设备接收射频能量，可以由植入设备发送这种接收到的射频信号。例如，每个天线线圈可以在相应的时间段期间被操作，以发射射频能量和/或从植入设备接收响应性地发射的射频信号。

如本文所述的天线线圈阵列的天线线圈可以以各种方式配置。天线线圈可以基本共面。天线线圈可以不重叠(例如，阵列可以是六边形、方形、三角形或其他图案化的平铺天线线圈的规则或不规则阵列)，或者一个或多个天线线圈可以重叠。天线线圈可以具有基本上相同的尺寸和/或其他电磁特性(例如，阻抗、谐振频率、射频发射模式)或可以不同。线圈的尺寸(例如直径)可以根据应用指定，例如基于由线圈发射的射频能量的频率(例如，一个或多个线圈可以具有大约3毫米的直径)。此外，天线线圈可以具有指定的形状，例如六边形、圆形、椭圆形、方形、三角形或其他指定的形状(例如，被指定为在重叠或不重叠的天线线圈的重复阵列中平铺的形状)。

读取器设备的天线线圈可以以不同方式操作。在一些示例中，每个天线线圈可以耦合到相应的射频发射器和/或接收器(其被配置为例如分别发射射频信号和/或能量并接收射频信号)。可替选地，两个或更多个天线线圈可以例如经由射频开关耦合到单个射频发射器和/或接收器。这样的射频开关可以被配置为将选定的天线线圈电耦合到射频发射器和/或接收器的振荡器、放大器、包络检测器、解调器、电平移位器、滤波器或其他部件。此外，频率开关可以被配置为将未选择的天线线圈耦合到指定的高阻抗或者指定的低阻抗，使得未选择的天线线圈不干扰所选择的天线线圈和植入设备之间的电磁耦合和/或相互作用。

读取器设备可以包括与天线线圈阵列和/或一个或多个植入设备和这种线圈之间的电磁耦合有关的附加元件。在一些示例中，读取器设备可以包括导电接地面，该接地平面与天线线圈阵列基本平行，并且从天线线圈阵列安装在其上的皮肤表面与天线线圈阵列相对设置。这种接地面的特性(例如，面积、厚度、导电率、接地平面与天线线圈阵列之间的距离)和/或介于接地面与天线线圈阵列之间的材料(例如，低损耗间隔材料或衬底层)可根据应用或根据一些其他考虑指定，例如用以减少天线线圈阵列与读取器设备的其他元件(例如，电子装置)之间的干扰，以改善天线线圈阵列和植入设备之间的耦合。在一些示例中，读取器设备可以包括设置在天线线圈阵列与天线线圈阵列安装到其上的皮肤表面之间的接触层。这样的接触层可以被配置(例如，可以具有指定的厚度、组成、损耗角正切(losstangent)、相对介电常数)以减少皮肤表面的电特性(例如，电导率、电磁负载)与天线线圈阵列的操作之间的干扰，例如用以减少与电接触和/或靠近皮肤表面的组织有关的天线线圈的失谐。

如本文所述的植入设备和/或可植入设备可以包括被配置为检测植入设备的环境特性和/或各种生理特性的各种传感器。在一些示例中，传感器可以包括被配置为检测分析物的光传感器、压力传感器、应变传感器、加速度计、生物电势传感器、温度传感器、电化学传感器或一些其他传感器，或配置成检测与人体的血液动力学特性有关的一个或多个物理变量(例如，压力、位移、透射光强度)，所述血液动力学特性例如植入了该植入设备的身体的脉管系统、心脏和/或心血管系统的一些其他元件的部分的血液流量、血液流速、脉搏率、脉搏时间、血压、血氧饱和度、脉搏传播时间、或血液的其他血液动力学特性。例如，植入设备可被植入到靠近植入设备所位于的表面之下的皮肤内的表面下脉管系统的部分。

在一些示例中，植入设备可以包括一个或多个光检测器，该一个或多个光检测器被配置为检测从皮肤外部通过地皮下脉管系统的部分的传输到光检测器的光的强度(或其他特性)。这种检测到的强度可以与皮下脉管系统部分中的血液量相关，并且可以用于确定脉搏率、血压、脉搏传播时间、或皮下脉管系统的部分和/或其中的血液的其他血液动力学特性。此外，读取器设备可以包括配置成提供从皮肤表面外部发射的这种光的光发射器。附加地或替代地，植入设备可以包括太阳能电池和/或可以操作光检测器以接收来自透射光的能量以给植入设备供电。

读取器设备可以包括光发射器阵列，每个光发射器配置成向植入设备提供光学无线功率，将光学无线传输(例如，编码样式和/或发射光的脉冲)发送到植入设备，用以向植入设备的光传感器提供照明(例如，用以允许检测照明通过其中的皮下脉管系统的部分的特性)，或者通过向植入设备发射光来提供一些其他功能。这种阵列的每个光发射器可以与设备的天线阵列中的一个或多个天线线圈相关联，并且可以基于这样的关联来操作光发射器。例如，与选定的天线线圈相关联的一个或多个光发射器(即，已经被选择为操作以提供无线功率、从植入设备接收无线传输、或以其他方式与植入设备相互作用的天线线圈)可以被操作以提供照明而为植入设备供电，向植入设备的传感器提供照明，或提供一些其他功能。光发射器阵列中的每个光发射器可以与天线线圈阵列中的单个相应的天线线圈相关联(例如，每个光发射器可以位于相应的天线线圈的中心)；可替选地，每个光发射器可以与多个天线线圈相关联和/或每个天线线圈可以与多个光发射器相关联。

本领域技术人员将认识到，可以将本文所述的读取器设备、植入设备/可植入设备、以及其他设备、系统和方法提供于可安装于人体的多种部分上、安装在人体的多种部分附近、和/或在人体的多种部分内，以测量人体的多种生理和/或血液动力学特性(例如，身体多种流体中的多种分析物的浓度、温度、电流特性、ECG、肌肉活动、血液流量、血流速度、血压、血氧、脉搏传递时间)。本领域技术人员还将认识到，本文描述的可植入设备可以设置在可植入或以其他方式定位在除人体皮肤内的位置之外的位置中，例如人体的一些其他组织中的位置、动物体内的位置、属于自然或人造环境的部分的位置。相应地，本文描述的读取器设备可以被配置为安装在这种植入设备的位置上和/或靠近这些植入设备的位置，并且被配置为电磁地供电、与这样的植入设备通信或以其他方式与其相互作用。应理解，上述实施例以及本文描述的其它实施例是为了说明的目的而提供的，并且不旨在是限制性的。

II、示例读取器设备

在各种应用中，将传感器放置在感兴趣的环境中会是有益的，例如将可植入感测平台植入人体组织内以检测人体的生理和/或血液动力学参数。将传感器放置在感兴趣的环境中可以允许检测感兴趣的特性，例如，改善检测脉搏率、血流量、血液或其他组织的光学或其他性特性、流体中分析物的浓度、或人体的一些其他参数，例如皮下脉管系统和/或其中的血液的一些其他参数。例如，配置成检测一个或多个血液动力学参数和/或与其相关的物理变量的传感器可以放置在靠近皮下脉管系统的部分处。这种改进的检测会与传感器和感兴趣目标之间的减小的距离、介于传感器和感兴趣目标之间的组织或其他材料的减少的数量、传感器与感兴趣目标的环境之间的界面的增加的稳定性(例如，由于传感器在还包含目标的环境内安置在目标附近，传感器与目标之间的相对运动减少)或其它因素有关。

植入人体内(例如，在皮肤表面下方，靠近皮下脉管系统的部分)的这种传感器可以以各种方式配置。在一些示例中，传感器可以是植入设备的部分，该植入设备被配置为通过植入设备在其下植入的皮肤表面与其他设备进行无线通信(例如，传输传感器读数)、从其他设备接收能量、或者以其他方式与其他设备相互作用(所述其他设备例如为被配置为与植入设备通信、向植入设备提供电量、或以其他方式与其相互作用的读取器设备)。这种相互作用可以包括光能、射频能量或能够通过中间组织(例如通过皮肤表面)传输的其他能量或场的传输和/或接收。例如，植入设备可以包括被配置为与读取器设备的一个或多个相应的天线线圈电磁耦合的天线(例如，线环或线圈)。

这种电磁耦合可以允许由读取器设备或植入设备中的一个产生的电磁场(例如，通过随时间变化的电压和/或电流分别驱动天线线圈或天线)由相对的设备接收。例如，读取器设备可以操作天线线圈向植入设备提供无线功率，向植入设备发送无线传输，从植入设备接收无线传输，或者以其他方式与植入设备相互作用。相反，植入设备可以操作天线将无线传输发送到读取器设备(例如，通过背散射、反射或以其他方式修改由读取器设备提供的射频能量或场)，从读取器设备接收无线传输，或者以其他方式与读取器设备相互作用。

作为示意性示例，图1A以横截面示出包含位于皮肤表面111下方的皮下脉管系统115的部分的手臂110。植入设备120植入皮肤表面111下方(例如，在皮肤表面111下方大约1毫米和大约5毫米之间的深度处)，使得皮下脉管系统115的部分位于微电子装置120和皮肤表面111之间。皮下脉管系统115的部分可以是动脉、静脉、毛细管或皮肤表面111下方的脉管系统的一些其他部分。皮下脉管系统115的部分可以是皮肤内毛细血管床的部分。读取器设备125位于靠近手臂110的皮肤表面111的外部。读取器设备125包括天线线圈140阵列，每个天线线圈被配置为具有与植入设备125的天线(未示出)一定程度的电磁耦合。这种电磁耦合可以与天线线圈阵列140中的每个天线线圈相对于植入设备120的天线的位置和/或定向、靠近设备120、125的手臂的组织的组成或几何结构，或其他因素相关。读取器设备125进一步包括光发射器130。

注意的是，靠近皮下脉管系统的部分植入的植入设备的图示意图旨在用作非限制性示例。如本文所述的植入设备可位于身体各种不同元件(例如，神经、肌腱、肌肉纤维、骨骼、器官)附近，以检测身体的这些不同元件的特性。在一些示例中，植入设备可以被植入到肌腱附近，并且可以检测肌腱的运动。这可以包括检测从肌腱接收的光中的相长干涉和相消干涉的模式的改变，所述光例如响应于照射(例如，来自靠近肌腱的皮肤表面的外部的相干光的照射)而从肌腱散射、反射或以其它方式从肌腱发射的光。在一些示例中，植入设备可以植入到神经或肌肉纤维附近，并且可以检测神经或肌肉纤维的电活性(例如，动作电位)。这可以包括检测由神经或肌肉纤维产生的电场或电流，例如通过检测微电子设备的两个或更多个电极之间的生物电位。如本文所述的植入设备可以设置在其他组织内或附近，并且被配置为检测其他生理参数和/或物理变量，或者可以设置在不属于人体的部分的环境内。

此外，虽然图1A的读取器设备125被图示为远离手臂111的表面定位，但是如本文所述的读取器设备可以被配置为被放置成与在其下方定位植入设备的皮肤表面接触，或者接触包含本文所述的无线传感器设备的一些其它环境或材料的表面。

植入设备120可以被配置成检测手臂110的生理和/或血液动力学参数(例如，皮下脉管系统115的部分和/或其中的血液的血液动力学参数)，以检测一些其他特性，或者提供一些其他功能。与植入设备120的这些操作有关，读取器设备125被配置为(使用天线线圈阵列140的天线线圈中的一个)向植入设备120提供无线功率143，并从植入设备120接收无线传输145。植入设备120可以使用这样提供的能量，用以例如操作传感器以检测生理参数(例如，皮下脉管系统115的这部分的血液动力学参数)，用以提供与这些检测到的参数有关的无线传输145或其他信息至读取器设备125，或执行一些其他操作。读取器设备125可以被配置为操作天线线圈140阵列以提供一些其他功能，例如，将无线传输发送到植入设备120(例如，通过调制所提供的无线功率143的频率、相位、振幅或其他特性)，以检测植入设备120相对于读取器设备125的位置和/或取向，或提供一些其他功能。

所提供的无线功率143可以是由天线线圈阵列140的天线线圈发射的射频能量(例如，具有大于或等于微波波长的波长的电磁辐射)。植入设备120可以包括一个或更多天线、线圈、波导、铁氧体、条状线、或被配置为接收这种射频能量(例如，接收指定频率下的射频能量)的其它部件。这样的能量接收元件可以被配置为提供进一步的功能，例如，从读取器设备125接收无线传输(例如，通过检测接收到的射频能量的幅度、相位、频率或其他特性的随时间变化的模式)，检测随时间变化的磁场(例如，在植入设备120随着手臂110的运动而平移和/或旋转时的检测到的方向和/或地球磁场的大小的变化)，提供射频无线传输145到读取器设备125，或者根据应用提供一些其他功能。

附加地或替代地，植入设备120可以由一些其他元件和/或能量源供电。例如，微电子设备120可以包括电化学电池(例如锌-氧电池)、电容器、或一些其他能量存储装置，其可以在将植入设备120植入身体(例如，在皮肤表面111下面)之前被充电或以其他方式被配置为包括储存能量。在一些示例中，植入设备120可以被配置为从植入设备120的环境中接收化学能量，例如从葡萄糖、ATP或血液中、间质液或其他一些接触植入设备120的物质中的化学能源中的一些其它来源。在一些示例中，植入设备120可被配置为接收光功率，例如来自手臂110的环境中的环境光源的光，从读取器设备125发射的光功率(例如，来自光发射器130的发射光135)或来自某个其他源。

无线传输145包括由植入设备120发射的随时间变化的电磁场(例如，射频信号)。所发射的电磁场的强度、频率、相位、方向或偏振程度、或一些其他特性可以通过与待指示的信息有关的方式由植入设备120控制，例如，用以提供被编码为表示数字代码、二进制值或其它信息的幅度、相位、频率或者以其他方式调制的载波，所述数字代码、二进制值或其它信息与植入设备的一个或多个传感器检测到的物理特性、植入设备120的操作状态(例如，设备120接收到的能量的量)、密钥或其他用户凭证、或一些其他信息相关。所发射的电磁场可以由植入设备120的线圈、条状线、天线或其他元件产生；附加地或替代地，所发射的电磁场可以包括由植入设备120接收并由线圈、天线或植入设备120的具有可控阻抗或一些其他可控电学特性的一些其他元件反射的电磁能量。例如，阻抗可以选择性地施加到线圈(或其他一个或多个天线元件)的端子以使线圈失谐，使得线圈随时间背散射或以其他方式反射更多或更少的所接收的电磁能量，以便指示一些信息。

光发射器130(例如，LED、激光器或被配置为产生可见的、红外的、紫外的和/或某些其他波长的光能的其他部件)被配置为发射照明135穿过皮肤111的表面至植入设备120。在一些实例中，由植入设备120接收的照明135可由植入设备120的一个或多个光传感器接收，用以检测皮下脉管系统115的部分、手臂110的参数，或身体的其他血液动力学和/或生理参数。例如，照明135可以照射皮下脉管系统115的部分并且被皮下脉管系统115的部分吸收。附加地或替代地，可以提供照明135向植入设备120提供电量。穿过皮下脉管系统115的部分传输的照明135的部分可以由植入设备120的光传感器和/或光能接收器接收，并且用于给设备120供电，和/或检测皮下脉管系统115的部分的一个或多个特性(例如，皮下血管部分中的血量、血液中的氧含量)。在一些示例中，光能接收器和光传感器可以包括一个或多个共同的元件。例如，光传感器可以包括光伏电池，并且光能接收器可以被配置成使用光伏电池接收光能，并且使用所接收的光能为植入设备120供电。

如图所示，照明135通过天线线圈阵列140发射。这可以包括穿过通过阵列140形成的窗口发射照明135(例如，通过基底、导电材料、接地平面、或设备125的其它元件在天线线圈阵列140中的一个的中间形成的窗口)。这种窗口可以通过穿过设备125的多个元件形成孔(例如，穿过接地位置、接触层、间隔层或天线阵列140的其他层或元件形成孔)和/或通过整体或部分地采用由对照明135基本上透明的材料形成天线线圈阵列140的基底、导电材料、线圈、接地平面或其它元件而形成。附加地或替代地，光发射器130可以位于另一位置，使得照明135可以朝向植入设备120发射。例如，光发射器130可以设置在天线线圈阵列140的下面(即，在天线线圈阵列140和皮肤111的表面之间)，到天线线圈阵列140的侧面，并被配置为从天线线圈阵列140的边缘之外或在某个其他位置朝向植入设备120发射照明135。此外，在一些示例中，如本文所述的读取器设备不包括被配置为向植入设备提供照明的这种光发射器。

如图所示，读取器设备125包括单个光发射器130。然而，读取器设备125可以包括光发射器阵列，每个光发射器被配置为将照明(例如，红外光、可见光、紫外光)提供给植入设备120，以例如向植入设备120提供光功率，向植入设备125的传感器提供照明(例如，检测照明从中通过的皮下脉管系统115的部分的特性)，提供到植入设备120的光学无线通信，或者提供一些其他功能。可操作特定的一个或多个光发射器(例如，配置成照射手臂110的包含植入设备120的部分的一个或多个光发射器)以提供这种照明。在一些示例中，天线线圈阵列140中的每个天线线圈可以与光发射器阵列中的一个或多个光发射器相关联，并且与天线线圈相关联的已经被选择用于提供无线功率给植入设备120，接收来自植入设备120的无线传输，或以其它方式与植入设备120相互作用的光发射器可被操作以提供照明(例如，为植入设备120提供光功率，为植入设备120的光传感器提供照明)。

在一些示例中，这样的光发射器阵列可以包括与天线线圈阵列140的每个天线线圈相关联的单个光发射器。例如，每个光发射器可以位于相应的天线线圈的中心。或者，单个光发射器可以与多个天线线圈相关联，例如，单个光发射器可以设置在一组天线线圈(例如，一组三个非重叠的天线线圈)的中心处，并且与该组天线线圈中的每个天线线圈关联，使得当该组中的任何天线线圈被选择为与植入设备120电磁相互作用时，该光发射器可以被操作为提供照明。在一些示例中，多个光发射器可以与天线线圈阵列中的每个天线线圈关联。

在一些示例中，植入设备120可以被配置为独立地操作以记录检测到的物理变量和/或血液动力学或生理参数的多个值(例如，由环境能量源通过电池、通过葡萄糖或身体中的一些其他生物化学能量的来源，或者通过一些其他电源来供电)，并且随后向例如读取器设备125提供指示这些记录的信息的无线传输145。附加地或替代地，植入设备120可以被配置响应于从读取器设备125接收无线能量143和/或照明135而操作，并且向读取器设备125无线传输与检测到的物理变量、血液动力学或生理参数、或一些其他信息有关的信息。在一些示例中，植入设备120的一个或多个传感器检测血液动力学或生理特性(例如，皮下脉管系统115的部分中的血量)的操作可以包括检测皮下脉管系统115的部分和/或臂110和读取器设备125之间的相互作用，例如检测由读取器设备125的光发射器130提供的照明135由皮下脉管系统115的部分的吸收量。

如图1A所示，读取器设备125正在操作天线线圈阵列140中的特定天线线圈与植入设备120相互作用(即，向植入设备120提供无线传输145，以及从植入设备120接收无线传输145)。读取器设备125可以选择和操作天线线圈阵列140中的任意天线线圈来执行这样的功能或附加功能(例如，将无线传输发送到植入设备120，以检测植入设备120在皮肤111的表面之下的深度)。附加地或替代地，天线线圈阵列140中的多于一个的天线线圈可以被操作(例如，作为相控阵列形成发射电磁能量的波束或其他模式)，以提供无线能量至植入设备120、从植入设备120接收无线输出、或以其他方式与植入设备120进行无线相互作用。此外，多个植入设备可以布置在手臂110(或其他感兴趣的环境)以内，并且，读取器设备125可以操作阵列140中的多个天线线圈与多个对应的植入设备相互作用(例如，向其提供无线能量，从其接收无线传输)。

阵列140中的每个天线线圈具有与植入设备120的天线的相应程度的电磁耦合。为了说明这一点，图1B示出了安装到手臂110的皮肤表面111(例如，用手保持就位、用带捆绑、用粘合剂粘附、或以其他方式放置成与之接触)。天线线圈阵列140的五个特定天线线圈141a-e以横截面示出。此外，植入设备120的天线121以横截面示出(作为示例，示出为环形天线)。与每个特定天线线圈141a-e之间的电磁耦合的程度由相应的箭头的厚度示出。

特定天线线圈与植入设备120的天线121之间的电磁耦合的程度可以与植入设备120相对于特定天线线圈的位置或定向、天线121和线圈的环境特性、或其他一些因素相关。例如，电磁耦合的程度可以随着植入设备天线121之间的距离增加而减小。电磁耦合的程度可以附加地与对准程度相关(例如，植入设备天线121和阵列140中的天线线圈的特征轴线之间的相对角度，例如垂直于天线线圈平面的轴线)。这在图1B中被图示为对应于天线线圈141a、141e的箭头145a、145e的厚度小于对应于天线线圈141b、141d的箭头145b、145d的厚度，箭头145b、145d更细，并且箭头145c对应于中间天线线圈141c。耦合程度还可以与布置在植入设备天线121和阵列140的天线线圈之间和/或附近的材料的透电率(permeability)、导磁率、导电率、介电常数或其它特性相关。

如图所示，读取器设备125被配置为安装到皮肤表面111以最小化植入设备天线121和天线线圈阵列140的天线之间的距离。此外，读取器设备和/或其天线线圈阵列可以是柔性的，可以具有弯曲的形状，或者可以以某种其他方式配置以最小化植入设备的天线与天线线圈阵列的天线线圈之间的距离。

为了使植入设备天线121与阵列140的天线线圈之间的电磁耦合程度最大化，可以移动阵列和/或其一个或多个天线线圈以最小化植入设备天线121和阵列140的天线线圈之间的距离。这可以包括操作伺服器或其他致动器以调整阵列140和/或其元件的位置。附加地或替代地，例如，响应于由读取器设备125的显示器或其他元件提供的指令指示，用户可以调整读取器设备125在皮肤上的位置。替代地，阵列140可以包括跨越指定区域(例如，当读取器设备125安装到其上时的皮肤表面111的指定区域)的多个天线线圈(如所示)，并且，阵列的特定天线线圈(例如，141c)可以被选择(例如，基于确定所选天线线圈具有与植入设备天线121电磁耦合的最大程度)。然后，可以操作所选择的天线线圈向植入设备120提供无线能量，从植入设备120接收无线传输，以其它方式与植入设备120相互作用。

为了说明这一点，图1C示出了读取器设备的天线线圈阵列140的天线线圈(例如，141a-e)的布置。图1C还示出了形成在天线线圈中的一个141c的中间的圆形窗口150的位置，光发射器可以通过该圆形窗口照射植入设备120(例如，为植入设备120提供功率、向植入设备120的传感器、与植入设备120通信)。还示出了植入设备120相对于阵列140的线圈的位置。注意的是，天线线圈的尺寸、形状和布置、窗口150、以及植入设备120的相对尺寸，旨在作为跨越指定区域的天线线圈阵列的配置的非限制性示例，所述指定区域例如当安装到一皮肤表面时的这样的皮肤表面的指定区域。此外，注意到可以在阵列140的其他天线线圈内形成附加的窗口(例如，窗口可以形成在阵列140的每个天线线圈的中间)。

如图1C所示，天线线圈是六边形的，具有基本上相同的尺寸，不重叠，并且在由阵列140跨越的区域上以基本规则的重复图案布置。然而，如本文所述的读取器设备的天线线圈阵列中的天线线圈可以根据应用以某种其他方式被配置和/或布置以跨越指定阵列。例如，天线线圈可以是三角形、圆形、方形、长形或其他形状。此外，天线线圈可以彼此部分重叠，可以不规则地布置(即，不是基本规则的重复图案)。此外，尽管图示的天线线圈阵列140包括大致平面的天线线圈，并且其布置在阵列140中使得天线线圈基本上共面，但是天线线圈的其他取向和/或布置是可以预期的。例如，天线线圈阵列可以包括具有多种不同取向的多个天线线圈，例如，使得与植入设备的天线最对齐的该阵列的天线线圈可以被选择并用于与该植入设备相互作用。

此外，天线线圈的尺寸、阻抗或其他特性可以根据应用来指定。例如，天线线圈可以具有与通过天线线圈提供给植入设备的射频能量的频率相关的尺寸(在图1C中由直径d_coil表示)。附加地或替代地，可以指定这样的尺寸以最大化天线线圈与位于皮肤下方的指定深度处的植入设备之间的电磁耦合程度。在特定示例中，天线线圈可具有约3毫米至约3.5毫米之间的直径，以便例如使得与在皮肤表面的下方约1毫米与约2毫米之间的植入设备中的天线线圈之间的电磁耦合程度最大化。可以增加天线线圈的尺寸以便最大化与位于皮肤内更深处的植入设备的电磁耦合程度。相应地，可以减小由天线线圈提供的电磁能量的频率。天线线圈阵列的天线可以具有各自不同的尺寸或其他各自不同的特性。

可以指定天线线圈之间的距离以最小化阵列的天线线圈之间的电磁耦合程度，以使位于阵列的至少一个天线线圈内的阵列的面积最大化(例如，用以使得与植入设备的电磁耦合程度低的面积最小化)，或者根据一些其他考虑。例如，可以指定天线线圈阵列140中的各个天线线圈的绕组之间的距离(在图1C中由距离d_gap表示)，以使相邻线圈之间的电磁耦合最小化，同时还使得阵列140的不由任何天线线圈覆盖的面积最小化。在特定示例中，天线线圈阵列140中的各个天线线圈的绕组之间的距离d_gap可以是大约0.5毫米。天线线圈的中心之间的距离(在图1C中由距离d_cc表示)可以基于这个指定的天线间距离和线圈的尺寸来指定。例如，如果d_gap大约为0.5毫米并且线圈的尺寸(d_coil)在大约3毫米至大约3.5毫米之间，则d_cc可以在大约3.2毫米至大约3.7毫米之间。在一些示例中，可以确定并选择与植入设备120的天线121具有最大程度的电磁耦合的天线线圈。这种确定可以包括以某种方式测量耦合程度。这可以包括检测由阵列140中的每个天线线圈接收的射频信号的强度，并且基于检测到的信号强度确定哪个天线线圈具有最大的接收信号强度(例如，141c)。在一些示例中，由特定天线线圈接收的射频信号可以由植入设备120响应于从特定天线线圈接收的无线功率而被发送。例如，无线功率可以包括射频能量，并且所接收的射频信号可以包括被植入设备120的天线背散射的一定量的无线功率。在一些示例中，选择阵列140的天线线圈可以包括确定植入设备120相对于天线阵列140的天线线圈的位置，并选择例如物理上最靠近植入设备120的天线线圈。用于选择天线线圈阵列中的天线线圈来提供无线能量至植入设备，发送无线传输至植入设备，从植入设备接收无线传输，或以其它方式与植入设备相互作用的方法和/或标准是可以预期的。

读取器设备125可以包括光发射器阵列(未示出)，该阵列中的每个光发射器被配置为向植入设备提供光学无线能量，向无线设备提供光学无线传输(例如，用于植入设备的程式、用于无线设备的命令)，向植入设备的光传感器提供照明(例如，照射皮下脉管系统的部分，使得光传感器可以检测由皮下脉管系统的部分吸收、折射、反射、散射、或以其它方式发射的光的特性)，或为了某种其他目的提供照明。这种阵列的光发射器可以以各种方式相对于阵列140的天线线圈布置。在一些示例中，可为每个天线线圈提供单个的光发射器(例如，设置在每个天线线圈的中心附近)。对应于所选择的天线线圈的光发射器可被操作以向植入设备120提供照明。

在一些示例中，单个天线线圈可以与多个光发射器相关联，和/或单个光发射器可以与多个天线线圈相关联。例如，读取器设备125可以包括设置在阵列140的每个天线线圈的拐角附近的光发射器的阵列(即，光发射器的六边形阵列，其中光发射器从天线线圈阵列140的中心偏移)。该阵列中的每个光发射器可以与靠近光发射器的天线线圈相关联，使得例如当选择特定的天线线圈时，可以操作一组六个相关的相邻的光发射器以向植入设备120提供照明。光发射器阵列相对于相关天线线圈阵列的其他配置、此类天线线圈与此类光发射器之间的关联模式、以及这些光发射器的操作是可预期的。

可以根据各种考虑来指定天线线圈阵列的天线线圈的尺寸、形状和组成或读取器设备的天线线圈阵列的配置的其他特性。此类考虑可以包括最大化阵列的天线线圈与植入在皮肤表面下面的植入设备的天线之间的电磁耦合程度。这可以包括使得在读取器设备被安装到皮肤表面时、天线线圈与植入设备和读取器设备之间的距离最小化，例如通过配置读取器设备使得天线线圈与皮肤表面直接接触和/或使得天线线圈通过具有指定的小厚度的保护层或以其它方式配置的材料层与皮肤表面分离。

使阵列的天线线圈与植入设备的天线之间的电磁耦合程度最大化还可以包括指定品质因子、尺寸、谐振频率、阻抗、驻波比或其他一些阵列的天线线圈的特性。这可以包括将天线线圈耦合到相应的电容器，在天线线圈和皮肤表面之间设置具有指定厚度、介电常数或其他特性的材料层，例如用以防止天线线圈的失谐或由皮肤组织引起的天线线圈的电学特性上的其他影响。最大化阵列的天线线圈与植入设备的天线之间的电磁耦合程度可以包括根据进一步的考虑来配置读取器设备。

作为示意性示例，图2以横截面图示出了读取器设备200的元件，其包括读取器设备200的天线阵列的特定天线线圈210的绕组。读取器设备200被安装到皮肤205的表面靠近皮肤内的植入设备207的位置。植入设备207位于由d_min和d_max指示的预期深度范围内的皮肤表面下方的深度处。读取器设备200的安装表面245与皮肤205接触。具有厚度t_superstrate的接触层240设置在天线线圈210和皮肤205之间并且包括安装表面245。读取器设备200还包括接地平面220，其通过具有厚度t_substrate的间隔层230与天线线圈210分开。读取器设备还包括印刷电路板250(PCB)，在印刷电路板250上设置电子装置260。电子装置260经由形成在PCB 250上的迹线265耦合到天线线圈210、接地平面220和读取器设备200的其它元件(未示出)。设备200的特性(例如，线圈210的尺寸或直径、接触层240和/或间隔层230的厚度)可以相对于植入设备207在皮肤下方的预期深度(例如，基于d_min和d_max)、植入设备207的天线的尺寸或一些其他因素而指定。

如图所示，天线线圈210通过接触层240与皮肤表面分离。接触层240可以被配置为保护天线线圈210免受损害。接触层240还可以具有指定的厚度、介电常数或其它特性，以便防止或减少加载、失谐、或皮肤205在天线线圈210的电学特性的其它影响。例如，接触层210可以由低损耗材料(例如，碳氢化合物/陶瓷层压材料)组成，以最小化由线圈210发射的电磁能量的耗散。例如，接触层240可以由具有小于大约0.002的损耗角正切的材料组成。附加地或替代地，接触层210可以具有低的相对介电常数，其是低的以便最大化天线的效率。例如，接触层可以具有小于约3.5的相对介电常数。

为了减少天线线圈210的失调或者皮肤205对天线210的性能的其他有害电学影响(例如，相对较高的相对介电常数或皮肤的其它电学特性)，接触层210可以增加。然而，增加接触层240的厚度可以通过增加植入设备207和天线线圈210之间的距离来减少天线线圈210和植入设备207的天线之间的耦合。因此，接触层240的厚度可以基于因素的组合来指定(例如，减小到植入设备207的距离，同时最小化皮肤205对天线线圈210的电学特性的影响)，例如，接触层240可以具有在大约0.1毫米和大约0.4毫米之间的厚度。替代地，接触层240可以在读取器设备200中被省略。

所图示的读取器设备200包括与天线线圈210分离的、并且基本上平行于天线线圈210的接地平面220。接地平面220可以由铜或一些其他导电材料组成。接地平面220通过间隔层230与天线线圈210分开。间隔层可以由低损耗材料(例如，具有小于约0.002的损耗角正切)组成，或以其他方式指定(例如，具有低的相对介电常数，例如，小于约3.5)，以改善天线线圈210和植入设备207之间的电磁耦合，以减少从天线线圈210发射的能量被间隔层230吸收的量，以增加天线线圈210的效率，以通过将线圈210连接到设备200的其他元件的过孔215使得电磁能量的辐射最小化，或者根据一些其他考虑。

接地平面220及其特性(例如，厚度、材料成分、距天线线圈210的距离)可以被配置为增加天线线圈210与植入设备207的天线之间的电磁耦合，例如通过反射从天线210和/或植入设备207发射的射频波(例如，通过与天线线圈210分开一距离，该距离与所发射的射频波的波长有关和/或与天线线圈210的尺寸有关)。例如，如果天线线圈210的直径在大约3毫米至大约3.5毫米之间，则接地平面可以距离天线线圈210超过大约1.5毫米(也就是说，间隔层230厚度t_substrate可以大于约1.5毫米)。间隔层230的厚度可以随着天线线圈210的尺寸的增加而增加。

接地平面可以被形成为包括多种结构，例如射频谐振器、反射器或被配置为改善天线线圈210和植入设备207之间的射频能量传递和/或传输的其它结构。读取器设备200可以包括附加的接地平面层和/或具有形成的谐振器、反射器或其他结构的层(例如，设置在所示的接地平面220和天线线圈210之间，设置在接触层240的安装表面上和/或接触层240内)。替代地，接地平面220可以在读取器设备200中被省略。

读取器设备200的所示结构可以以多种方式制造。在一些示例中，天线线圈210、接地面220和/或迹线265可以经由沉积、光图案化、或一些其它方法形成在多层的印刷电路板上。例如，天线线圈210和接地平面220可以形成在低损耗材料的板件的相反侧，并且电学和机械地联接到其上形成迹线265的PCB 250。在另一个示例中，接地平面220和迹线265可以形成在PCB250的相反侧，并且间隔层230、天线线圈210(例如，作为缠绕成线圈的一根或多根线)和接触层240可以布置在其上。在另一个示例中，迹线265、PCB 250、接地平面220、间隔层230、天线线圈210和接触层240可以形成为单个多层印刷电路板。在一些示例中，所示结构中的一个或多个可以是柔性材料，使得包括所示结构的天线线圈阵列是柔性的。

在一些示例中，所示结构中的一个或多个可以由透明材料组成，使得照明可以通过这样的结构传递到植入设备207和/或皮肤205，和/或使得可以通过此类结构检测被植入设备207和/或皮肤205反射、散射、荧光吸收和再发射、或以其它方式发射的光。附加地或可选地，可以通过一个或多个所示结构形成窗口，以允许通过这些窗口发射照明，和/或允许通过这些窗口从植入设备207和/或皮肤205接收光。

III、示例可植入微电子设备

本文所述的读取器设备包括天线线圈阵列，其被配置为提供无线(例如，射频)能量至植入设备，发送无线传输至植入设备，从植入设备接收无线传输，或以其它方式与植入设备相互作用。此类植入设备可以包括一个或多个天线，所述一个或多个天线被配置为接收此类无线功率，与读取器设备无线通信，或执行一些其他功能。此类植入设备可以包括多种电子装置，其被配置为提供此类功能和/或提供进一步的功能，例如操作植入设备的传感器(例如，光传感器、加速度计、应变传感器、分析物传感器、生物电位传感器)来测量特性，并且发送与测量的特性有关的和/或与一些其他信息(例如，关于植入设备的身份或操作状态的信息，关于密码密钥的信息，关于用户资料或用户认证信息有关的信息)有关的无线传输。

此类植入设备可以具有非常小的尺寸(例如，可以具有小于大约1毫米的最大尺寸)。因此，本文所示的植入设备可以描述为微电子设备。此类微电子设备可以包括逻辑门、微控制器、或其他数字逻辑元件，其被配置为由从读取器设备接收的无线功率供电，和/或生成到读取器设备的无线传输。替代地，本文所述的植入设备可仅包括模拟部件(例如，谐振器、具有与感兴趣的物理变量有关的电容的可变电容器、表面声波换能器和/或滤波器)。在一些示例中，此类植入设备的部件(例如，电子装置、传感器、天线)可被封装在保护性和/或封装性壳体或层(例如，玻璃)以内，以保护部件免受身体内的环境的影响，和/或改善植入设备的生物相容性。

本文所述的微电子植入设备(例如，120、207)可以通过多种工艺形成，使得微电子设备具有小尺寸(例如，最大尺寸小于约0.4毫米)。在一些示例中，这可以包括在单个集成电路(例如，具有小于大约400微米乘以小于大约400微米的面积以及小于大约100微米的厚度的集成电路)上或内部形成微电子装置的大部分或全部元件。也就是说，微电子设备的传感器、能量接收器、发送器、控制器和/或一些其他元件可以被设置在单个集成电路中。在一些示例中，附加部件可以形成在此种集成电路上和/或粘附或连接到此种集成电路。例如，线圈或其他天线结构(一个或多个)可以电连接到在此种集成电路和/或围绕此种集成电路的外围缠绕。此外，可以在此种集成电路的一个或多个表面上形成一层保护性的、生物相容的、分析物敏感的、或以其它方式配置的材料(例如，用以封装集成电路)，用以提供一些功能，例如，控制集成电路和集成电路植入或以其它方式植入其中的组织之间的接口。在一些示例中，微电子设备可由通过回流焊、用粘合剂粘合、或以其他方式结合在一起的多个集成电路形成(例如，包括控制器和结合到第二集成电路的传感器的第一集成电路，所述第二集成电路包括能量接收器、发送器以及电连接到能量接收器和发送器的天线线圈)。

作为示意性示例，图3A和3B(分别以透视图和横截面图)示出了可植入微电子设备300，其包括单个集成电路310(例如，由单件的硅或一些其它半导体或其它集成电路基底材料形成的集成电路)。微电子设备300的多种部件由集成电路310形成。这些部件包括天线线圈325、光伏电池320、多个光传感器330(例如，光电二极管、光电晶体管、一些其他光电元件)以及第一和第二电极350。微电子装置300还包括形成在集成电路310的(一个或多个)表面上的滤光器335、封装层340、和分析物敏感物质355。

线圈325可以被配置为接收无线能量(例如，从读取器设备或其他外部系统发送的射频能量)来为微电子设备300供电。附加地或替代地，线圈325可以被配置为从/向外部系统或设备接收和/或发送无线传输(例如，从/向本文其它部分所述的读取器设备的天线线圈阵列的天线线圈)。线圈可以被操作以通过控制被线圈325背散射或以其他方式反射的所接收的射频能量的量随时间的模式来发射无线指示。这可以包括通过将指定的阻抗连接到线圈325(例如，通过操作电气开关而在线圈325的两个端子之间连接指定的低阻抗或高阻抗)来解调线圈325或者以其它方式控制线圈325的随时间变化的一个或多个电特性。如所示，线圈325包括形成为多层的多匝导电材料(例如，多晶硅、金属迹线、一些其他导电材料)。替代地，线圈可以包括形成为多层的单匝(例如，有效螺旋线圈)，形成为单层的多匝(例如，盘旋线圈)，或一些其他形状或配置。此外，微电子设备300可以包括条状线、分形天线、贴片天线、或被配置为发送或接收无线传输和/或接收无线能量以给微电子设备300供电的一些其他形成元件。

附加地或替代地，微电子设备300可以包括被配置为提供光学无线指示的LED、激光器或其它光电元件(一个或多个)(未示出)(例如，通过随时间控制发射的光学能量的强度、波长、偏振度或方向、一些其它特性的随时间变化的模式)。

光伏电池320被配置为接收光学能量，以为微电子设备300供电。此外，光伏电池320可以用作光传感器以检测由光伏电池320接收的光的强度或其他特性(例如，用以检测透过皮下脉管系统的部分而传输并由光伏电池320接收的光的强度)。这可以包括检测由光伏电池320产生的电流或电压。

光传感器330每个包括光电二极管、光电晶体管、光阻元件或其他光敏元件中的一个或多个。光传感器330可以检测具有指定波长、偏振，入射方向或光的一些其他特性的光的强度。在一些示例中，这可以包括对于接收光的强度敏感的光传感器330的光敏元件，以及滤光器335，所述滤光器被配置为阻挡具有不对应指定范围的波长、偏振方向或其他特性的波长、偏振方向或者其它特性的光，使得由光敏元件检测到的强度对应于在指定范围的波长、偏振方向或其他特性内的光的强度。例如，滤光器335可以包括布拉格反射器、滤色器或配置成使波长在指定范围内的光通过的其他元件。在另一示例中，滤光器335可以包括光栅或其他元件，其被配置为使相对于微电子设备在指定角度范围内的入射光通过。光学滤波器335可以由集成电路310形成(例如，可以由多个导电迹线形成格栅而形成，由具有不同介电常数的多个材料层形成布拉格反射器而形成)。附加地或替代地，滤光器335可以形成在集成电路310上，或粘接至集成电路310，例如通过溅射或其他沉积技术、通过在与集成电路310分离的工艺中形成并随后通过粘合剂、或一些其它手段附接到集成电路310，或根据某些其他工艺。

如图所示，微电子设备300包括多个不同的光传感器330。光传感器330可以被配置为检测在微电子设备的不同位置处(例如，对应光传感器330的位置的位置)接收的基本上相同特性的光(例如，接收光的强度在指定波长范围内，来自基本相同的相对于微电子设备300的入射角度范围)。在此类示例中，不同光传感器330的输出可以用于映射横跨微电子设备300的表面的光的强度，确定光强度的梯度，确定由靠近微电子设备300的皮下脉管系统的部分吸收的光的相对吸收(例如，通过比较由皮下脉管系统的部分下方的光传感器330接收的光强度与不在皮下脉管系统的部分下方的光传感器330接收的光强度)，或执行一些其他确定或功能。附加地或替代地，不同的光传感器330可以被配置为检测不同波长范围内的光、来不同的入射方向的光，或者根据一些其他特性不同的光。例如，第一光传感器330可以被配置为检测透过皮下脉管系统的部分的第一波长(例如，红色波长)的光，并且，第二光传感器330可以被配置为检测透过皮下脉管系统给的部分的第二波长的光(例如，近红外波长)，并且，可以基于由第一光传感器和第二光传感器330检测到的光的强度来确定皮下脉管系统的部分的血液的氧含量或饱和度。

第一和第二电极350可以以多种方式配置和/或操作以提供对于生物电位(例如，与肌电图、心电图或与其他身体的电活性细胞有关的信号相关的电压和/或电流)的检测，检测分析物(例如，水合氢离子、钾、葡萄糖)的浓度，或提供一些其他功能。第一和第二电极350可以在形成集成电路310的过程中由金属和/或导电材料(例如，多晶硅、铝、金)形成。附加地或替代地，银、氯化银、铂、金或者其它材料的层可以随后可以在电极350的表面上形成(例如，通过溅射、通过电镀)。

在一些示例中，电极350可以被配置和/或操作以检测微电子设备300设置在其内的皮肤或其它一些组织内的间质(或其它流体)中的分析物。电极350可以电化学地检测分析物，例如通过检测与分析物的浓度、存在或一些其他特性有关的电极330之间的电压和/或流动通过电极330的电流。因此，电极350中的一个可以被配置为充当工作电极，其具有选择性地与工作电极上或附近的分析物相互作用的固定的分析物敏感物质355(例如，试剂、蛋白质、酶)。此类分析物选择性物质可以通过将该物质交联到电极表面上的交联层中而固定在工作电极的表面上。这可以包括使用醛、二醛(例如，戊二醛)或其他交联剂在电极表面上形成物质的交联层。附加地或替代地，这样的分析物选择性物质可以位于设置在工作电极上的分析物可渗透聚合物层以内。

保护层340被设置以保护集成电路310免受组织环境的影响(例如，免受异物反应引起的损害)，保护组织免受集成电路310的影响(例如，防止细胞毒化学物质和/或集成电路210的表面损坏组织和/或将有害化学物质发射到身体中)，减少和/或控制身体对微电子设备200的存在的异物反应，或提供一些其他功能。如所示，保护层340包括穿过保护层340形成的窗口345，以允许微电子设备300的环境中的流体和/或组织接触电极350和/或分析物敏感物质355。保护层340可以包括其他窗口或其他特征部，例如，用以提供对其他传感器(例如，电极、压力传感器、分析物或流体传感器)的到达，提供用于安装集成电路310的装置(例如，将缝合线或其他连接装置附接到孔、突片或保护层340的其他形成特征部)，或根据一些其他应用。

集成电路310进一步包括被配置为操作微电子设备300的元件以从外部源接收无线功率(例如，从外部读取器设备或一些其它功率源接收光学、射频或一些其他形式的能量)的电子装置(未示出)，以检测物理变量和/或确定微电子设备300设置在其中的身体的血液动力学或生理参数，提供所检测到的特性或参数的无线传输，并提供微电子设备300的其它功能。这种控制器可以包括模拟元件(例如，放大器、滤波器、缓冲器、功率调节电路、模拟振荡器)、数字元件(例如，模数转换器、微处理器、比较器、逻辑门、数字振荡器、存储器)或被配置为提供微电子设备300的功能的其他部件。

在一些示例中，设备300的传感器(例如，光传感器330、光伏电池320)的操作以生成与感兴趣的特性或参数相关的信号，以及与其相关的无线指示的生成可以涉及大量模拟操作。例如，可以施加由传感器产生的电流、电压或其他信号来控制模拟压控振荡器的频率。可以应用模拟压控振荡器的输出(例如，通过放大器、混频器或其他元件)以产生具有与由传感器输出的信号相关的频率或其他特性的射频信号，该信号通过线圈325或一些其他发送和/或辐射装置发送。在另一示例中，可以施加由传感器生成的电流、电压或其他信号以控制线圈325的阻抗(例如，通过控制连接到线圈的压控电容器的电容，通过控制被配置为将阻抗连接到线圈325以使线圈325失谐的模拟开关)。因此，与传感器输出的信号有关的线圈325的有效阻抗、品质因数或其他特性可以通过朝向线圈325发射射频能量(例如，通过天线，线圈或其他发射设备外部读取器设备)并且检测被线圈325反射、背散射或以其他方式响应性地发射的发射能量的量、相位或一些其他特性而被检测。

附加地或替代地，设备300的传感器(例如，光传感器330、光伏电池320)生成与感兴趣的特性或参数相关的信号的操作以及与其相关的无线指示的生成可以涉及数字操作。例如，设备300的模数转换器可以被操作以生成与由微电子设备300的传感器生成的电流、电压或其他信号有关的一个或多个数字代码。微控制器或微电子设备300的其他数字元件随后可以随时间控制由微电子设备300的指示装置(例如，线圈、天线、发光二极管、激光器、液晶、电子纸元件)生成、反射、背散射、或以其他方式发射的发射射频、光学或其它无线指示的强度、相位、频率、偏振度或检测、或其它特性，以提供与所生成的数字代码相关的指示(例如，包括发射指示的强度或其它特性的间变化的编码。此外，这样的微控制器(或微电子设备300的其他数字元件)可以操作以将这样的数字代码存储在存储器中供以后使用(例如，稍后的无线指示)，用以基于一个或多个这样的数字代码确定生理或血液动力学参数(例如，基于通过皮下脉管系统的部分传输的光的一个或多个检测到的光的强度来确定血液的氧含量)，提供与这样确定的参数相关的指示，或执行一些其他操作。

注意的是，所示的微电子设备300旨在作为非限制性示例。如本文所述的微电子设备可以包括更多或更少的所示元件，或者可以包括附加元件(例如，附加类型的传感器，用于提供无线指示的附加装置)。例如，微电子设备可完全或部分包围皮下脉管系统的部分，例如可包括配置成至少部分地包围皮下脉管系统的部分的应变敏感延伸部，使得皮下脉管系统的部分的延伸部(例如，与皮下脉管系统的部分中的压力相关，与皮下脉管系统的部分中的血量有相关)可以使应变敏感延伸部变形，允许微电子设备检测与皮下脉管系统的部分的血液动力学特性有关的应变。

此外，特别注意的是，尽管包括这种传感器的传感器和可植入微电子设备在本文中作为示例被描述为被配置为植入人的皮肤表面下方(例如，靠近皮下脉管系统的部分)的设备，但应该注意的是，所公开的微电子设备也可以应用于其他情况。例如，本文公开的微电子设备可以包括在用于测量与动物有关的血液动力学或生理参数或其他信息的可植入设备中。在另一示例中，本文公开的微电子设备可以被包括在设备中，以测量作为人工过程的部分的自然环境、材料或流体的光强度或其它特性，所述人工过程例如废物处理过程、药物合成过程、食物制备过程、发酵过程、或医疗过程，或测量一些其他材料或环境的光强度或其他特性。此外，如本文所述的读取器设备(即，包括被配置为与这种微电子设备相互作用的天线线圈阵列的读取器设备)可以被配置为安装到这种可选环境的表面和/或这种可选环境内。

IV、读取器设备的示例电子装置

图4是包括与外部读取器设备480无线通信的植入微电子设备400的系统的框图。微电子设备400包括单个集成电路410，其提供微电子设备400的一个或多个元件(例如，电子装置、传感器、发送器、能量接收器)，并且被配置为植入或以其他方式放置在皮肤表面下方，例如使得皮下脉管系统的部分位于微电子设备400和皮肤表面之间。如图所示，集成电路410提供光传感器420、收发器440和控制器450。收发器440通过从外部读取器480接收无线能量471来提供操作电压至控制器450和/或微电子设备480的其它元件，和/或经由天线阵列470发送无线传输至外部读取器480。光传感器420被配置为检测从微电子设备400的环境接收的光的特性(例如，强度)，所述光例如通过皮下脉管系统的部分反射、散射、部分吸收或以其他方式传输。这种光可以作为由外部读取器480的光发射器460提供的照明461来提供，或者可以从环境光源或一些其他照明源提供。收发器440可由控制器450操作以提供与使用光传感器420检测或确定的信息有关的、和/或与一些其他信息有关的无线指示(例如，射频指示471)。

如图所示，收发器440、控制器450和光传感器420由集成电路410提供。然而，这些部件或其元件中的一个或多个可以附着到和/或形成在集成电路410上，和/或设置在一个或多个附加的集成电路中(例如，一个或多个附加的集成电路被钎焊到、利用粘合剂粘合到、或者以其他方式结合到集成电路410并且与集成电路410电连接)。例如，收发器440的线圈或其他天线可以被提供为形成在集成电路410上或以其他方式设置在集成电路410上的导线或其他导电元件的环形。在一些示例中，可以经由形成在集成电路410的表面上的一个或多个焊垫将这样的元件或附加的集成电路连接至集成电路410。进一步，集成电路410可以用保护层(例如，聚合物层)或其他材料覆盖涂覆以保护集成电路410，以控制微电子设备400和周围的组织或流体之间的界面，以使集成电路的传感器对感兴趣的分析物是敏感的，以控制由光传感器420从环境接收到的光的特性(例如，通过在光传感器420上方在集成电路410上形成和/或设置光学滤波器)。

形成在集成电路410中的控制器450可以包括多种元件。例如，控制器450可以包括逻辑门、算术逻辑单元、微处理器、寄存器、数字振荡器、计数器、逻辑总线、放大器、模数转换器(ADC)、混频器、模拟振荡器、缓冲器或一些其他部件或多个部件。这些部件可以经由在集成电路410上或集成电路410内形成(例如，图案化)的互连部或迹线电连接。控制器450可以包括模拟部件(例如，放大器、缓冲器、电流源)、逻辑元件(例如，比较器、计数器、数字时钟或振荡器)、或被配置为操作光传感器420以检测接收到的光的强度或一些其它特性的其它部件(例如，ADC)、编码器、调制器、混频器、放大器、或被配置为经由收发器440提供无线指示的其他元件(例如，光强度水平、由ADC生成的数字代码、所确定的生理参数或血液动力学参数)，和/或提供其他功能。

收发器440可以被配置为从天线阵列470的天线接收无线能量(例如，射频能量)以为微电子设备400供电。在这样的示例中，收发器440可以包括环形天线(例如，由形成在集成电路410上或集成电路410内的导电材料的一个或多个层和/或环形成的环形天线，和/或由形成和/或设置在集成电路410上的导线或其他导电材料的一个或多个环形成的环形天线)，其被配置为从外部读取器480接收RF能量。在一些示例中，这种RF能量接收天线还可以用于通过例如发送无线传输与外部设备进行通信。附加地或替代地，微电子设备400可以包括光伏电池、光电二极管或用于接收光能的一些其他装置。这种光能可以是由微电子设备300的环境提供的环境光，例如经由微电子设备植入或以其他方式设置在其下方的皮肤表面。在一些示例中，这样的光能可以由外部设备(例如，读取器设备480的光发射器460)的光发射器(例如，红外、可见光或紫外光发射器)提供，该外部设备被配置为向微电子设备400提供光学能量。在这样的示例中，由外部设备发射的光能可以具有指定的波长(例如，被皮肤中的血液和/或组织最小程度地吸收的波长)，并且，微电子设备400的(一个或多个)光能接收元件(例如，光电二极管、或光伏电池)可配置为有效地接收所发射的光能，并且提供所接收的能量以为微电子设备400供电。

传感器接口模块452可以根据用于检测由光传感器420接收的光的特性的方法和/或用于检测与感兴趣的生理和/或血液动力学参数有关的其他物理变量的微电子设备400的进一步的传感器的配置或操作来采取多种形式。传感器420可以包括光电二极管、光电晶体管、光阻元件、或者被配置为输出与接收到的光的强度、在指定的波长范围内的接收的光的强度、在指定的偏振范围内的接收的光的强度、从指定的相对于微电子设备400的入射角度范围接收的光的强度有关的电压、电流或者一些其它电信号或配置为检测接收的光的其它特性的一些其他部件。传感器接口模块452可以包括放大器、跨阻放大器、滤波器、缓冲器、电压参考、ADC、或被配置为操作光传感器420(或一些其他传感器(一个或多个))输出与由光传感器420接收的光的检测特性有关的信号(例如，生成一个或更多数字代码)的其它部件。

附加的或替代的传感器可以由传感器接口模块452操作。这种传感器可以包括温度传感器、应变传感器、加速度计、陀螺仪、压力传感器、电或磁场传感器、电极或被配置为检测与电极接触的流体或组织的两个或更多位置之间的电流和/或电势的其它元件，分析物传感器或一些其他类型的传感器。

传感器接口452可以包括ADC，该ADC被配置为接收由光传感器420(或微电子设备400的一些其他传感器)和/或传感器接口452的与血液动力学和/或生理参数(例如，血流量、血液氧化、皮肤中的血液量、或一些其他物理变量)相关联的传感器接口452的元件生成的电信号，并生成数字代码。电信号可以是由微电子设备400的电极、放大器、缓冲器、光电检测器、多路复用器、或微电子设备400的一些其他电子部件(一个或多个)生成的信号。此外，生成的数字代码可以与电压、电流、频率、脉冲率、脉冲间间隔、或电信号的一些其他特性相关。ADC可以包括被直接转换AD、逐次逼近ADC、斜坡比较ADC、管线ADC、西格玛-德尔塔ADC、或一些其它类型的ADC，和/或配置为基于所接收的电信号的特性生成数字代码的电子部件。附加地或替代地，与感兴趣的特性相关的信号可以由设备400的模拟电子装置使用(例如，用以控制压控振荡器以控制由收发器440发送的无线传输的频率、相位或其他特性)，以提供与感兴趣的特性有关的指示。

控制器450可以被配置为基于由传感器接口452生成的一个或多个数字代码或其他信号来确定检测到的生理参数(例如，脉搏率、血氧含量)的值。例如，控制器450可以包括数字加法器、乘法器、算术逻辑单元、可编程门阵列、寄存器、累加器、桶式移位器、或被配置为对所生成的数字代码执行计算以便确定相关生理参数的值的其它逻辑元件。设备400可以被操作以响应于多个因素或其他考虑因素确定生理参数(例如，脉搏率、血氧含量)的一个或多个值。例如，设备400可以从另一系统(例如，使用通信电路456从外部读取器480)接收请求生理参数的值的通信(例如，读取器480可以使用天线阵列470的天线阵线圈、光发射器460、或指示这种请求的一些其他部件发送无线信息)，并且，控制器450可以响应性地确定生理参数的值并且使用收发器440无线地指示这样的值。附加地或替代地，微电子设备400可以操作以提供无线传输，操作光传感器420或一些其他传感器以检测物理变量，基于这样的传感器操作确定生理参数，或响应于使用收发器440从天线阵列470接收功率来执行一些其他功能。

存储器454可以包括各种易失性和非易失性电子存储元件，其被配置为提供用于微电子设备400记录和/或录志与检测到的和/或确定的生理特性(例如，有关接收光的强度、有关血液氧含量)、校准信息、和/或由微电子设备400检测的其它信息或到微电子设备400的输入有关的信息(例如，数字代码)的装置。例如，存储器454可包括一个或多个EEPROM存储器、闪存存储器、NVRAM存储器、DRAM存储器、SRAM存储器、正反器或其他信息存储元件。存储器454可以具有足够的信息存储容量，用以记录以一些指定的检测速率使用光传感器420检测到的一些指定的信息周期(例如，基于由光传感器420生成的信号生成的数字代码)。附加地或替代地，微电子设备400可以与微电子设备400外部的存储器通信，并且可以如上所述使用(例如，存储生成的数字代码、存储和/或存取校准或微电子设备400的其它配置数据)。

控制器450包括通信电路456，用于经由收发器440向天线阵列470的天线线圈提供无线传输。通信电路456可以可选地包括一个或多个振荡器、混频器、频率注入器等，以调制和/或解调载波频率上的信息，所述信息作为射频指示将由线圈、天线、或收发器440的其它元件发送。在一些示例中，微电子设备400被配置通过以外部读取器480的天线阵列470的天线线圈可感知的方式调制收发器440的天线(例如，环形天线或线圈)的阻抗来发送信息(例如，生成的数字代码、从其确定的生理参数的值)。例如，通信电路456可以引起来自收发器440的天线的背散射辐射的幅度、相位和/或频率的变化，并且这种变化可以由天线阵列470的天线线圈检测。这样的无线通信可以与一个或多个现有的背散射无线通信标准(例如RFID)兼容。附加地或替代地，通信电路456和收发器440可以被配置为根据一些其他方法，例如根据蓝牙(例如，蓝牙低能量)、ZigBee、WiFi、LTE和/或一些其他无线通信标准或方案发送无线信号。在一些示例中，这种通信(例如，从微电子设备400发送的数据)可以被密码保护；也就是说，无线通信链路可以被加密。

注意的是，为了便于说明，结合功能模块说明图4中所示的框图。然而，微电子设备400的实施例可以布置有在单个集成电路(例如，410)中实现的一个或多个功能模块(“子系统”)、物理和电学地结合在一起的多个集成电路、形成和/或设置在这种集成电路板(一个或多个)上的一个或多个导线环或其它元件、或者根据一些其他考虑。

外部读取器480包括天线阵列470。天线阵列包括多个天线线圈，所述多个天线线圈跨越指定区域(例如，微电子设备400设置在其下的皮肤表面的指定区域)并且具有与收发器440的天线电磁耦合的各自的程度。天线阵列470可操作为选择阵列470中的天线线圈(例如，使用射频开关)，并且操作选定的天线线圈进行以下至少一个：(i)经由轨迹(trajectories)440的天线接收无线来自微电子设备400的无线传输471，或(ii)向微电子设备400提供无线功率471。在一些示例中，用于向微电子设备400提供射频能量的天线可以附加地用于检测被微电子设备400背散射或以其他方式反射的所发送的射频能量的量，以向读取器设备提供信息的无线传输。天线阵列470和/或其天线线圈可以被配置为执行进一步的功能，例如，将无线传输发送到微电子设备400，检测微电子设备400的位置、取向或深度，或者一些其他功能。

外部读取器480进一步包括光发射器460。光发射器460被配置为提供可以由微电子设备400的光传感器420接收的照明461。光发射器460可以包括一个或多个LED、激光器或被配置为发射具有指定波长、光谱含量、偏振程度或方向、相干长度、或根据应用指定的一些其他特性的光的其他光发射元件。这样的照明可以通过皮下脉管系统的部分或感兴趣的目标或其它组织被散射、部分吸收、荧光吸收、和再发射、背反射或以其他方式发送。发射光与感兴趣目标(例如，皮下脉管系统的部分中的血液)之间的这种相互作用的特性可以由光传感器420检测，例如确定目标的一个或多个特性。例如，在一个或多个波长处由皮下脉管系统的部分吸收的光的吸收量可以与皮下脉管系统的部分中的血量、血液的氧含量或一些其他特性有关。附加地或替代地，通过皮下脉管系统的部分中的血液散射、或以其它方式发送的相干光的相长和相消干涉的随时间变化的模式可与在皮下脉管系统的部分中流动的血细胞的速度(例如，速度的分布)相关。光发射器460可以以脉冲或根据某种其他模式连续地发光。此外，光发射器460可以被操作以光学地指示例如在光脉冲的编码模式中的信息，其可以由控制器450使用光传感器420检测到。

在一些示例中，光发射器460可以包括光发射器阵列。此种阵列中的每个光发射器可以配置为提供照明至靠近读取器设备480且在其中植入设备(例如，400)的对应的组织部分(例如，皮肤、皮下脉管系统)。此种光发射器可以配置为提供照明以光学地为植入设备400供电，照明光传感器420，提供光学传输(例如，命令、程式)至植入设备400，或提供一些其它功能。此种光发射器460的阵列中的光发射器可以被选择为最大化光功率传输的效率，优化使用光传感器420对一些生理参数的光学检测，最小化组织的曝光量，或根据一些其它考虑。在一些示例中，天线线圈阵列470中的每个天线线圈可以关联于此种光发射器460的阵列中的一个或多个光发射器。特定天线线圈的选择可以包括选择关联的光发射器，其可以操作为提供照明。在一些实例中，光发射器和天线线圈之间的关联可以是一对一的(即，光发射器阵列460可以包括对于天线线圈阵列470中的每个天线线圈的一个光发射器)。替代地，每个天线线圈可以与多于一个的光发射器关联(例如，沿着天线线圈的边缘设置的一组光发射器)，和/或每个光发射器可以与多于一个的天线线圈关联(例如，一组天线线圈邻近或以其它方式靠近天线线圈)。外部读取器480还包括具有与存储器482通信的处理器486。外部读取器480还可以包括一个或多个用户控件485、显示器487和通信接口489。存储器482是非暂时性计算机可读介质，其可以包括但不限于磁盘、光盘、有机存储器和/或任何其他处理器486可读的易失性(例如，RAM)或非易失性(例如，ROM)存储系统。存储器482可以包括数据存储器483，用于存储数据的指示，诸如传感器读数(例如，生成的数字代码和/或从其确定的、与使用光传感器420产生的信号有关的生理特性的值)、程序设置(例如，调整微电子设备400和/或外部读取器480的行为)等。

存储器482还可以包括用于由处理器486执行的程序指令484，以导致外部读取器480执行由指令484指定的过程。例如，程序指令484可以导致外部读取器480执行任何本文描述的功能。例如，程序指令484可以导致外部读取器480提供用户界面，该用户界面允许检索从微电子设备400通信的信息(例如，由传感器接口452生成的数字代码，由控制器从其确定的生理参数的值450)，通过响应于通过用户控件485输入的命令在显示器487上显示该信息。外部读取器480还可以包括用于操作天线阵列的一个或多个硬件部件，用以选择天线阵列470的天线线圈，使用所选天线线圈从微电子设备400接收无线传输471，提供无线能量471以使用所选天线线圈至少部分地为微电子设备400供电，或执行一些其他功能(例如，发射无线传输到微电子设备400)。外部读取器480还可以包括用于操作光发射器460以照射461感兴趣目标(例如，皮下脉管系统的部分)或执行一些其他操作的一个或多个硬件部件。

外部读取器480还可以被配置为包括通信接口489以经由通信介质491向和从远程系统490通信信号。例如，远程系统490可以是智能电话、平板计算机、膝上型计算机、或个人计算机，并且通信接口489和通信介质491可以分别是蓝牙模块和无线蓝牙通信信号。在这一示例中，外部读取器480可以被配置为将关于由微电子设备400检测或确定的生理参数或其他信息的信息发送到智能电话、平板计算机、膝上型计算机或个人计算机以进行存储和离线分析。在另一示例中，远程系统490是诊所或医生办公室的服务器，通信接口489是WiFi无线电模块，并且通信介质491是足以实现远程服务器与WiFi无线电模块之间的数据传输的网络。医生可以使用这一数据进行与受试者的状况有关的确定或诊断。此外，外部读取器480可以被配置为从远程服务器接收信号，例如由远程位置的医生发送的指令，以例如增加或减少采样频率。通信接口389可以被配置为实现其他形式的有线或无线通信；例如CDMA、EVDO、GSM/GPRS、WiMAX、LTE、红外线、ZigBee、以太网、USB、FireWire、有线串行链路、或近场通信。

外部读取器480可以是具有足以提供无线通信链路471和/或无线功率471的无线连接的智能电话、数字助理或其他便携式计算设备。外部读取器480也可以被实现为可插入便携式计算设备中的天线阵列模块，例如在以下的示例中，无线通信链路471和/或无线功率471包括在便携式计算设备中不常用的载波频率的电磁场和/或波。在一些情况下，外部读取器480是专用设备，其被配置为周期性地相对地放置在微电子设备400附近，以允许无线通信链路471和/或无线功率链路471以低功率预算进行操作。

如本文别处所述，可以选择和操作这种天线线圈阵列(例如，140、470)中的特定天线线圈向植入设备提供无线功率，从这样的植入设备接收无线传输，或执行一些其他操作。这种天线阵列和/或其天线线圈可以以各种方式配置以提供这种功能。在一些示例中，每个天线线圈可以耦合到相应的接收器和/或发射器，并且特定天线线圈的选择可以包括选择和操作所选天线线圈的接收器和/或发射器，同时禁用或以其他方式操作未选择的天线线圈的接收器和/或发射器。例如，可以操作未选择的天线线圈的接收器和/或发射器将未选择的天线线圈连接到相应的指定的高阻抗(例如，将未选择的天线线圈与其他部件电断开)或指定的低阻抗(例如，将未选择的天线线圈的端子电短接)，以例如防止未选择的天线线圈干扰所选择的天线线圈提供无线功率、接收无线传输或执行一些其他功能的操作。

附加地或替代地，天线阵列的所有天线线圈(或天线阵列的天线线圈的子集)可以经由射频(RF)开关耦合到接收器和/或发射器。在这样的示例中，操作选定的天线线圈可以包括操作RF开关以将选择的天线线圈耦合到接收器和/或发射器。为了说明这一点，图5示出了读取器设备500的元件。这些元件包括天线线圈阵列510的天线线圈551a-e(即，例如被配置为当阵列被安装到皮肤表面时跨越该皮肤表面的指定区域)，其经由相应的匹配电路515a-e电连接到RF开关520。RF开关继而经由匹配电路525连接到收发器530。

RF开关520可以包括被配置为经由另一个匹配电路525将天线线圈511a-e中的一个(经由相应的匹配电路515a-e)选择性地耦合到收发器530的多种部件。RF开关520可以包括一个或多个晶体管、场效应晶体管、双极型晶体管、结型场效应晶体管、继电器或其他电子开关元件，其可控制以将所选天线线圈的一个或多个端子(经由对应的匹配电路)(经由附加的匹配电路525)耦合至收发器530。此外，RF开关520可以被配置和/或操作以将未选择的天线线圈耦合到相应的指定的高阻抗或低阻抗，例如以减少未被选择的天线线圈对所选择的天线线圈的操作(例如，提供无线功率、接收无线传输)的干扰。

收发器530可以包括各种放大器、缓冲器、振荡器、滤波器、调制器或其它元件，其被配置为执行以下至少一个(i)经由天线线圈511a-e中的选择的天线线圈提供无线功率到植入设备，或(ii)经由天线线圈511a-e中选择的一个从植入设备接收无线传输。收发器530可以被配置为执行这两个操作，或者附加地执行进一步的操作，例如，经由天线线圈511a-e中选择的一个将无线传输发送到植入设备。在一些示例中，收发器530可以被配置为经由选择的天线线圈向植入设备提供射频无线能量，经由选择的天线线圈接收作为由植入设备背散射或以其它方式反射的所提供的无线能量的量的无线传输。

在一些示例中，RF开关520的端口的阻抗可与RF开关520与之电耦合的部件(例如，天线线圈511a-e、收发器530)显著不同。在此种示例中，可以提供匹配电路515a-e、525以匹配读取器设备500的部件之间的阻抗。这种匹配电路可以包括线圈、扼流圈、电容器、条状线、短截线、电阻器或被配置为发送射频能量或读取器设备500的部件之间的信号的其它部件。这种匹配电路可以具有附加功能，例如，在RF开关520和天线线圈511a-e之间提供的匹配电路515a-e可以设置谐振频率、品质因数或者天线线圈511a-e的一些其他特性。注意的是，在一些示例中，天线线圈匹配电路515a-e和/或附加的匹配电路525可以被省略，例如，因为RF开关520的端口的阻抗基本匹配天线线圈511a-e和/或收发器530的阻抗。

注意的是，微电子设备400和外部读取器480、500的所示部件意图作为非限制性示例实施例，并且如本文所述的微电子设备和/或外部读取器可包括更多或更少的所示元件，和/或可包含进一步的元件。例如，外部读取器480可以不包括光发射器(例如460)。在这样的示例中，感兴趣的目标(例如，皮下脉管系统的部分)可以被一些其他光源(例如，环境光源)照射。植入设备和外部读取器的被配置为对此类植入设备供电、从植入设备接收无线传输或与此类植入设备相互作用的进一步的示例是可预期的。

V、示例方法

图6是用于操作读取器设备，例如本文别处所述的读取器设备的方法600的流程图。读取器设备被配置为与微电子装置结合操作(例如，提供电量至微电子装置，从微电子装置接收无线传输)，或植入皮肤表面以下的以其它方式配置的设备。读取器设备包括跨越皮肤表面的指定区域的天线线圈阵列。阵列中的每个天线线圈具有与植入设备的天线电磁耦合的相应程度。

方法600包括安装读取器设备至皮肤表面602。这可以包括将读取器设备放置为靠近植入设备，并且在那里手动地操纵它。附加地或替代地，将读取器设备安装至皮肤表面可以包括在示例中操作读取器设备的带、扣、粘合剂或其它安装装置将读取器设备固定到例如佩戴者的手腕的身体部位，其中植入设备位于手腕的皮肤表面以下。

方法600还包括选择天线线圈阵列604的天线线圈。选择天线线圈可以基于多种因素来执行，例如基于植入设备的天线和阵列中的天线线圈中的每一个之间的耦合程度。这可以包括确定植入设备的位置，并且选择最靠近植入设备的位置的阵列的天线线圈。选择天线线圈可以包括直接或间接地检测植入设备的天线和阵列的天线线圈中的每一个之间的电磁耦合的程度，并且选择具有最大的耦合程度的天线线圈。例如，选择天线线圈可以包括检测每个天线线圈接收到的(例如，从植入设备接收的)射频信号的接收信号强度，并且确定阵列中的哪个天线线圈具有最大的接收信号强度。在一些示例中，由特定天线线圈接收的射频信号可以由植入设备响应于从特定天线线圈接收射频无线能量而被发送；也就是说，选择天线线圈可以包括使用阵列中的每个天线线圈来尝试供电，并从植入设备接收响应性地发射的信号。选择天线线圈604可以包括附加的或替代的布置。

方法600进一步包括操作所选择的天线线圈以执行以下至少一个(i)向植入设备提供无线功率，(ii)从植入设备606接收无线传输。这可以包括操作射频开关以将所选择的天线线圈耦合到射频接收器、发射器和/或收发器。操作所选择的天线线圈向植入设备606提供无线功率可以包括用指定频率的射频能量驱动所选择的天线线圈。在一些示例中，操作所选择的天线线圈606可以包括向植入设备提供无线功率以及从植入设备接收无线传输。例如，所选择的天线可以用于向植入设备提供射频无线能量，并且植入设备可以操作植入设备的天线以控制被背散射或以其他方式反射到选择的天线的所提供的无线能量的量。然后，所选择的天线可以被操作以检测反射的无线能量的振幅、相位或其他特性，以从植入设备接收无线传输。操作所选择的天线线圈606可以包括进一步的操作，例如可以操作所选择的天线将无线传输(例如，命令、校准数据、操作参数)发送到植入设备。

方法600可以包括附加的步骤。方法600可以包括发送光到植入设备(例如，通过皮下脉管系统的部分)，使得植入设备的光传感器检测已经被感兴趣的目标(例如，皮下脉管系统的部分)散射、反射、部分吸收或以其它方式发送的光的部分。在此种示例中，由植入设备的光传感器检测的接收光的特性(例如，强度)可以与皮下脉管系统的部分中的血液的量，该血液的氧含量，该血液的流量或压力，或目标(例如，皮下脉管系统的部分和/或其中的血液)的一些其它血液动力学或其它特性相关。方法600可以包括由读取器设备基于从植入设备接收的无线传输(使用选择的天线)确定这种血液动力学或其他特性，其与在一个或多个时间点使用光传感器或植入设备的一些其他类型的传感器检测的检测到的物理变量(例如，接收的光的强度)相关，例如基于通过皮下脉管系统给的部分的发送的、以及使用光传感器在多个不同的时间点检测的光的强度的接收的指示确定脉搏率、脉搏时间、血压或皮下脉管系统和/或其中的血液的其他特性。发射的光可以附加或替代地用于提供光学功率至植入设备，提供光学无线传输(例如，命令、程式)至植入设备，或提供一些其它功能。读取器设备可以包括光发射器的阵列，并且读取器设备的每个天线线圈可以关联于一个或多个光发射器。此种阵列的光发射器可以基于对于天线线圈阵列中的天线线圈的选择而被操作(例如，提供无线传输，如上文所述)，即，关联于所选择的天线线圈的一个或多个光发射器可以操作为提供照明。方法600可以包括附加的步骤，或替代此处所列的那些的步骤。

VI、结论

在示例实施例涉及与个人或个人的设备相关信息的情况下，应理解实施例包括隐私控制。这种隐私控制至少包括设备标识符的匿名化、透明度和用户控制，包括使用户能够修改或删除与用户使用产品有关的信息的功能。

此外，在本文讨论的实施例收集关于用户的个人信息或可以利用个人信息的情况下，可以向用户提供控制程序或特征是否收集用户信息(例如，关于用户的病史、社交网络、社交行为或活动、职业、用户偏好或用户的当前位置)的机会，或者控制是否和/或如何从内容服务器接收会与用户更相关的内容。附加地，某些数据可以在其被存储或使用之前以一种或多种方式处理，使得个人可识别的信息被移除。例如，可以对用户的身份进行处理，使得不能针对用户确定个人可识别信息，或者在获得位置信息(例如城市、ZIP代码、或州级)的情况下，用户的地理位置可以被一般化，使得用户的特定位置不能被确定。因此，用户可以具有对于如何收集关于用户的信息和如何由内容服务器使用信息的控制。

附图所示的特定的布置方式不应被认为是限制性的。应理解，其它的实施例可以包括更多或更少的在给定附图中显示的每种元件。进一步，所示元件中的一些可以结合或省略。再进一步，示例性实施例可以包括在附图中未示出的元件。

附加地，尽管本文已经公开了多种方面和实施例，但是其他方面和实施例对于本领域技术人员将是显而易见的。本文公开的多个方面和实施例是用于说明目的，而并非旨在使限制性的，真正的范围和构思由所附权利要求书指出。可以使用其他实施例，并且可以做出其他改变而不脱离本文呈现的主题的构思或范围。将容易理解的是，如本文一般性描述的以及在附图中示出的本公开的方面可以以各种各样的不同配置布置、取代、组合、分离和设计，所有这些都在本文中考虑。

Claims (15)

1.一种读取器设备，包括：

天线线圈阵列，其中，所述天线线圈阵列被配置为安装成靠近皮肤表面，并且跨越所述皮肤表面的指定区域，使得所述天线线圈阵列中的每个天线线圈具有与植入所述皮肤表面下方的植入设备的天线电磁耦合的相应程度，

光发射器阵列，其中，当所述天线线圈阵列被安装为靠近所述皮肤表面时，所述光发射器阵列被配置为安装成靠近所述皮肤表面，并且跨越所述皮肤表面的所述指定区域，使得由所述光发射器阵列的每个光发射器发射的光照射所述皮肤表面的指定区域的相应部分，

控制器，其可操作地耦合至所述天线线圈阵列和所述光发射器阵列，其中，所述控制器包括被编程为执行控制器操作的计算设备，所述控制器操作包括：

选择所述天线线圈阵列中的天线线圈，其中，选择所述天线线圈阵列中的天线线圈包括：

(a)检测由每一个天线线圈接收的射频信号的接收信号强度，以及

(b)确定所述天线线圈阵列中的哪个天线线圈具有最大的接收信号强度；以及

操作所述天线线圈阵列中的所选择的天线线圈执行以下至少一个：

(i)提供无线功率至所述植入设备，或

(ii)从所述植入设备接收无线传输；以及

选择与靠近至少一个光发射器的所操作的天线线圈相关联的至少一个光发射器，以及

操作所选择的光发射器，以执行以下至少一个：

(i)提供光学无线功率至所述植入设备，或

(ii)提供照明至所述植入设备的光传感器。

2.如权利要求1所述的设备，其中，所述天线线圈阵列中的至少一个天线线圈具有六边形形状。

3.如权利要求1所述的设备，其中，所述天线线圈阵列中的至少一个天线线圈具有在3毫米至3.5毫米之间的直径。

4.如权利要求1所述的设备，其中，所述天线线圈阵列中的各个天线线圈的绕组彼此分开至少0.5毫米。

5.如权利要求1所述的设备，其中，所述设备还包括接地平面，所述接地平面在局部与所述天线线圈阵列基本平行，并且其中，所述接地平面通过一间隔层与所述天线线圈阵列分开。

6.如权利要求1所述的设备，还包括接触层，其中，当所述天线线圈阵列被安装为靠近所述皮肤表面时，所述接触层被配置为接触所述皮肤表面，并且被设置在所述皮肤表面和所述天线线圈阵列之间。

7.如权利要求6所述的设备，其中，所述接触层具有低于3.5的相对介电常数和低于0.002的损耗角正切。

8.如权利要求6所述的设备，其中，所述接触层具有在0.1毫米至0.4毫米之间的厚度。

9.如权利要求1所述的设备，其中，所述设备还包括穿过所述天线线圈阵列的窗口，并且其中，所述光发射器阵列的至少一个光发射器被配置为通过所述窗口照射所述皮肤表面的一部分。

10.如权利要求1所述的设备，还包括：

射频开关，其中，所述天线线圈阵列中的每个天线线圈耦合至所述射频开关；以及

控制器，其可操作地耦合至所述射频开关，其中，操作所述天线线圈阵列中的天线线圈包括操作所述射频开关以将所述天线线圈耦合至所述控制器。

11.如权利要求10所述的设备，其中，所述天线线圈阵列中的每个天线线圈经由相应的匹配电路耦合至所述射频开关。

12.一种操作读取器设备的方法，包括：

安装读取器设备至皮肤表面，其中，所述读取器设备包括跨越所述皮肤表面的指定区域的天线线圈阵列以及跨越所述皮肤表面的所述指定区域的光发射器阵列，其中，植入设备被植入所述皮肤表面下方，并且其中，所述天线线圈阵列中的每个天线线圈具有与所述植入设备的天线电磁耦合的相应程度；

选择所述天线线圈阵列中的天线线圈，其中，选择所述天线线圈阵列中的天线线圈包括：

(a)检测由每一个天线线圈接收的射频信号的接收信号强度，以及

(b)确定所述天线线圈阵列中的哪个天线线圈具有最大的接收信号强度；

操作所选择的天线线圈，其中，操作所选择的天线线圈包括以下至少一个：

(i)提供无线功率至所述植入设备，或

(ii)从所述植入设备接收无线传输，

选择与靠近至少一个光发射器的所操作的天线线圈相关联的至少一个光发射器，以及

操作所选择的光发射器，以执行以下至少一个：

(i)提供光学无线功率至所述植入设备，或

(ii)提供照明至所述植入设备的光传感器。

13.如权利要求12所述的方法，其中，所述天线线圈阵列中的至少一个天线线圈具有在3毫米至3.5毫米之间的直径。

14.如权利要求12所述的方法，其中，所述读取器设备还包括接触层，其中，当所述天线线圈阵列被安装为靠近所述皮肤表面时，所述接触层被配置为接触所述皮肤表面，并且被设置在所述皮肤表面和所述天线线圈阵列之间，并且其中，所述接触层具有在0.1毫米至0.4毫米之间的厚度。

15.如权利要求12所述的方法，其中，由给定天线线圈接收的射频信号由所述植入设备响应于由给定天线线圈发送的射频能量而被发送。

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