CN110505898A - 植入式引线 - Google Patents
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Abstract
公开了密封封装以及形成这种封装的方法的各种实施例。封装包括壳体、气密地密封至壳体的基板以及设置在基板的第一主表面上的光源。封装进一步包括设置在基板的第一主表面上并且具有检测表面的检测器。封装还包括设置在基板的第一主表面和第二主表面中的至少一个上的掩膜层，其中掩膜层包括在与基板的第一主表面正交的方向上与光源的发射轴对齐的第一孔。掩模层进一步包括在与基板的第一主表面正交的方向上与检测器的检测轴对齐的第二孔。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年4月3日提交的美国申请序列号15/477,904的权益。
背景技术
各种系统需要设置在密封外壳或壳体内的电气设备与外壳外部的设备或系统之间的电耦合。通常，这种电耦合需要承受各种环境因素，使得从外壳的外表面到外壳内部的一条或多条传导通路保持稳定。例如，包括电子电路系统和一个或多个电源的植入式医疗设备(IMD)需要外壳或壳体来将这些元件容纳并且密封在患者身体内，该植入式医疗设备例如为心脏起搏器、除颤器、神经刺激器以及药物泵。
这些IMD中的许多包括一个或多个电馈通组件，以用于在包括在壳体内的元件和壳体外部的IMD的组件之间提供电连接，例如，一个或多个传感器、电极以及安装在壳体的外表面上的引线或被容纳在连接器头部内的电气触头，该连接器头部被安装在壳体上以用于为一个或多个引线提供耦合，该一个或多个引线通常携载一个或多个电极和/或一个或多个其他类型的生理传感器。结合在引线体内的生理传感器(例如压力传感器)也可能需要用于容纳传感器的电子电路系统的气密密封壳体、以及用于提供一条或多条导线与所容纳的电路系统之间的电连接的电馈通组件，该一条或多条导线在植入式引线体内延伸。
用于监测生理状况和/或递送治疗的IMD可包括一个或多个生理传感器。此类传感器能够提供与患者状态的一个或多个生理状况有关的一个或多个信号。此类IMD的示例包括心脏监测器、起搏器、植入式心脏复律除颤器(ICD)、肌肉刺激器、神经刺激器、药物递送设备、胰岛素泵、血糖监测器等。
光学传感器可在IMD中被采用作为生理传感器，该生理传感器被配置成检测由于体液或组织中的生理状况的变化而导致的通过例如体液或组织测量体积的光调制的变化。此类光学传感器可被用于例如检测血液中代谢物水平(诸如，氧饱和水平或血糖水平)的变化，或组织灌注的变化。典型的光学传感器可包括一个或多个光源以及被适配(adapt)以用于检测由光源发射的并且由例如体液或组织测量体积调制的光的一个或多个检测器。
监测此类生理状况提供了有用的诊断测量并且可在管理用于治疗医疗状况的治疗中使用。例如，血氧饱和度或组织灌注的下降可与心脏输出或呼吸功能不足相关联。由此，监测此类状况可允许植入式医疗设备对氧饱和度或组织灌注的下降作出响应，例如，通过将电刺激治疗递送至心脏以用于恢复正常的血液动力功能。
发明内容
一般而言，本公开提供了密封封装以及形成这种封装的方法的各种实施例。密封封装可包括壳体以及密封到壳体上的基板。封装还可包括设置在壳体内的一个或多个光源和检测器。在一个或多个实施例中，光源中的一个或多个以及检测器中的一个或多个可被设置在基板的面向壳体内部的第一主表面上。密封封装可被植入到患者体内任意合适的位置中并且被利用以用于检测患者的生理状况。例如，可通过分析由光源发射的并且通过从患者的组织散射来调制的光的至少一部分来检测生理状况。
在一个方面中，本公开提供了气密密封封装，该气密密封封装包括具有内表面和外表面的壳体、气密地密封至该壳体并且具有第一主表面和第二主表面的基板以及设置在该基板的第一主表面上并且具有发射表面的光源。光源被适配以用于发射光穿过基板的第一主表面和第二主表面。封装进一步包括检测器，该检测器设置在基板的第一主表面上并且包括检测表面，其中检测器被适配以用于检测由光源发射的光的至少一部分。封装还包括设置在基板的第一主表面和第二主表面中的至少一个上的掩膜层，其中掩膜层包括在与基板的第一主表面正交的方向上与光源的发射轴对齐的第一孔。掩模层进一步包括在与基板的第一主表面正交的方向上与检测器的检测轴对齐的第二孔。
在另一方面中，本公开提供了气密密封封装，该气密密封封装包括具有内表面和外表面的壳体、气密地密封至该壳体并且具有第一主表面和第二主表面的基板以及设置在该基板的第一主表面上并且具有发射表面的光源。光源被适配以用于发射光穿过基板的第一主表面和第二主表面。封装进一步包括检测器和漫射区，其中该检测器设置在基板的第一主表面上并且具有检测表面，检测器被适配以用于检测由光源发射的光的至少一部分，该漫射区在与基板的第一主表面平行的侧向方向上被设置在光源的发射轴和检测器的检测轴之间。
在另一方面中，本公开提供了气密密封封装，该气密密封封装包括具有内表面和外表面的壳体、气密地密封至该壳体并且具有第一主表面和第二主表面的基板以及设置在该基板的第一主表面上并且具有发射表面的光源。光源被适配以用于发射光穿过基板的第一主表面和第二主表面。封装进一步包括：设置在基板的第二主表面上并且具有检测表面的检测器，，其中该检测器被适配以用于检测由光源发射的光的至少一部分；设置在基板的第一主表面上的导体，其中该导体被电连接至光源；以及设置在基板的第一主表面和第二主表面之间的通孔，其中该通孔被电连接至检测器和导体。
本文中所提供的所有标题都是为了方便读者，而不应该用于限制标题之后的任何文本的含义，除非另有规定。
术语“包括”及其变形在这些术语出现在说明书和权利要求书中时不具有限制意义。这种术语将被理解为暗示包含所述步骤或元件或一组步骤或元件，但不排除任何其它步骤或元件或一组步骤或元件。
在本申请中，诸如“一(a/an)”和“该(the)”之类的术语并不旨在仅指单个实体，而是包括可以用于说明的具体示例的一般种类。术语“一(a/an)”和“该(the)与术语“至少一个”可互换地使用。”短语“……中的至少一个”和“包括……中的至少一个”之后的列表是指的列表中的项目以及列表中两个或更多个项目的任意组合中的任一者。
短语“……中的至少一个”和“包括……中的至少一个”之后的列表是指的列表中的项目以及列表中两个或更多个项目的任意组合中的任一者。
如本文中所使用的，术语“或”一般以其包括“和/或”的通常含义来使用，除非该内容另外明确地指出。
术语“和/或”是指所列的元素中的一个或全部或所列的元素中的任何两个或更多个的组合。
如本文中关于测量的量所使用的，术语“约”是指如由做出测量并运用与测量的目标以及所使用的测量设备的精度相称的关心的等级的本领域技术人员将预期的测量的量的变化。本文中，“多达”一数字(例如，多达50个)包括该数字(例如，50)。
同样在本文中，通过端点对数值范围的记载包括归纳在该范围内的所有数字以及端点(例如，1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4、5等)。
本公开的这些和其它方面将从下面的详细描述中变得显而易见。然而，无论如何，上述发明内容不应被解释为对所要求保护的主题的限制，该主题仅由所附权利要求所限定，其可在审查期间进行修改。
附图说明
贯穿说明书地参照附图，其中类似参考标记指定类似元件，并且在附图中：
图1是密封封装的一个实施例的示意性透视图。
图2是图1的密封封装的示意性分解图。
图3是图1的密封封装的基板的第一主表面的示意性平面视图。
图4是图1的密封封装的基板的第二主表面的示意性平面视图。
图5是图1的密封封装的基板的示意性横截面图。
图6是密封封装的另一实施例的基板的第一主表面的示意性透视图。
图7是被设置成在患者体内并且与患者的组织相邻的密封封装的另一实施例的示意性横截面图。
图8是被设置成在患者体内并且与患者的动脉相邻的密封封装的另一实施例的示意性横截面图。
图9是密封封装的另一个实施例的示意性图。
图10是被设置成在患者体内并且与患者的组织相邻的密封封装的另一实施例的示意性横截面图。
图11是密封封装的另一个实施例的示意性横截面图。
图12是密封封装的另一个实施例的示意性横截面图。
图13是密封封装的另一个实施例的示意性横截面图。
图14是形成密封封装的方法的另一实施例的流程图。
具体实施方式
一般而言，本公开提供了密封封装以及形成这种封装的方法的各种实施例。密封封装可包括壳体以及密封到壳体上的基板。封装还可包括设置在壳体内的一个或多个光源和检测器。在一个或多个实施例中，光源中的一个或多个以及检测器中的一个或多个可被设置在基板的面向壳体内部的第一主表面上。密封封装可被植入到患者体内任意合适的位置中并且被利用以用于检测患者的生理状况。例如，可通过分析由光源发射的并且通过从患者的组织散射来调制的光的至少一部分来检测生理状况。
在一个或多个实施例中，封装还可包括一个或多个光学设备，该一个或多个光学设备可由于在基板与相邻元件或患者的体液/组织之间的边界处的总内反射而减少由光源发射的沿着基板传播的光。当此类传播的光没有入射到患者的体液或组织上时此类传播的光可入射到检测器的检测表面上，并且降低由检测器生成的信号的质量和幅度中的一者或两者，。一个或多个光学设备可包括任何合适的层、区或光学元件(诸如，掩模层或漫射区)。进一步地，一个或多个光学设备可利用任意合适的一项或多项技术以用于阻止不期望的光到达检测器，例如，吸收、散射等。
本文中所描述的密封封装的各种实施例可被利用以用于利用任何合适的系统进行远程患者诊断、监测以及治疗。例如，本文中所描述的密封封装的一个或多个实施例可包含被设置在密封封装内的植入式医疗设备或系统。在一个或多个实施例中，密封封装可以被电连接到植入式医疗设备。采用引线的几乎任何植入式医疗设备或系统可以与本文中所描述的密封封装的各种实施例结合使用。被包含在本文中所描述的密封封装的各种实施例中的或与本文中所描述的密封封装的各种实施例一起使用的植入式医疗设备的代表性示例包括：听力植入器，例如耳蜗植入器；感测或监测设备；信号发生器(诸如心脏起搏器或除颤器)、神经刺激器(诸如脊髓刺激器、脑或深部脑刺激器、外周神经刺激器、迷走神经刺激器、枕神经刺激器、皮下刺激器等)、胃刺激器、心室辅助设备；等等。
最近，健康护理费用大幅度上升，部分原因是慢性病的发病率增加，诸如心力衰竭、睡眠呼吸暂停以及慢性阻塞性肺病(COPD)及上述病症的相互作用(interaction)。通常以对于症状的循环式响应来管理这些慢性疾病，即，患者的症状变得逐渐显著，寻求临床医生的帮助，然后临床医生诊断并且治疗该状况。然而临床医生问诊的费用较为高昂。此外，随着症状加剧，治疗此类患者的费用也会显著上升。另一方面，为患者提供预防以及充足的警告可以廉价许多。
当前，临床医生收集并且吸收了大量用于诊断和管理患者的信息。可使用实验室工作、门诊生物医学测量以及从患者处的直接观察和信息来收集此类信息。通常，可采用试验治疗，并且可通过观察患者对于治疗的各种响应来确认此类治疗的疗效。
在提供长期植入式检测设备(诸如光学传感器)上的先前尝试被证明是具有挑战性的，因为形成此类检测设备需要较高的成本、较大的大小以及相对较多的组件数量。使用此类长期植入式设置的光学传感器的一个目的是更好地引导现有治疗并且减少临床负担。
本文中所描述的密封封装的一个或多个实施例包括可提供用于提供对患者的一个或多个生理状况的远程测量的低成本机制的一个或多个传感器(例如，光学传感器)。密封封装的示例性实施例可在成为症状之前，提供患者正趋于朝向恶化的状况的较早指示。进一步地，本文中所描述的密封封装的一个或多个实施例与先前解决方案相比，可使得能够以减少的成本和大小进行低功率皮下光学感测。此类封装还可以在受控和可重复的条件下提供对任意期望的生理状况(例如，动脉氧)的远程监测，这对于利用典型的外部设备进行可靠地监测可能是困难并且复杂的。
图1-图5是密封封装10的一个实施例的各种示意图。封装10包括壳体20和基板30。壳体20包括内表面22和外表面24。基板30可以是非传导基板并且包括第一主表面32和第二主表面34。封装10还可包括设置在壳体10内的一个或多个电子设备40。例如，电子设备40可包括光源80(图3)。在一个或多个实施例中，光源80可设置在基板30的第一主表面32上。光源80可被适配以用于发射光穿过基板30的第一主表面32和第二主表面34。
电子设备40可进一步包括检测器90(图3)。在一个或多个实施例中，检测器90可设置在基板30的第一主表面32上。检测器90可被适配以用于检测由光源80发射的光。在一个或多个实施例中，光源80和检测器90可一起提供光学传感器。
封装10还包括至少部分地设置在壳体20内的电源50。在一个或多个实施例中，电源50可以被设置在壳体20的空腔26内。电源50可包括如本文进一步所描述的任何合适的一个或多个电源。
基板30可以被密封到壳体20上。在一个或多个实施例中，基板30可以被气密地密封到壳体20上。可使用任何合适的一项或多项技术来将基板30密封至壳体30上。在一个或多个实施例中，基板30可以通过激光接合(bond)气密地密封到壳体20。
壳体20可以包括任何合适的一种或多种材料，例如金属、聚合物、陶瓷、或无机材料。在一个或多个实施例中，该壳体20可包含玻璃、石英、二氧化硅、蓝宝石、碳化硅、金刚石、和氮化镓中的至少一种。在一个或多个实施例中，壳体20可以包括以下各项中的至少一项：铜、银、钛、铌、锆、钽、不锈钢、铂、以及铱。壳体20可包括与基板30相同的材料或材料的组合。在一个或多个实施例中，壳体20可包括与基板30的一种或多种材料不同的一种或多种材料。此外，在一个或多个实施例中，该壳体20可包含生物相容性材料，使得该封装10可被植入到患者的体内。例如，一个或多个涂层(coating)或层(layer)可被设置在该壳体20的外表面24上以提供生物相容性。在一个或多个实施例中，该壳体20可以是导电的，用以提供用于封装10的如本领域所知的接地电极。
进一步地，壳体20可以采用任何合适的形状或形状组合并且可以具有任何合适的尺寸。在一个或多个实施例中，壳体20采用形成空腔26的形状，所述空腔26可以容纳电源50(包括活性材料和电源电子器件)和一个或多个电子设备40，如本文进一步描述的。
基板30被密封到壳体20上。在一个或多个实施例中，基板30可以是非传导性的的或绝缘的基板，使得电子设备40(包括光源80和检测器90)、可选的外部电极74、76、以及被设置基板上的任何导体或其他设备可以被电隔离(如果期望的话)。基板30可以包括任何合适的一种或多种材料。在一个或多个实施例中，该基板30可包含玻璃、石英、二氧化硅、蓝宝石、碳化硅、金刚石、和氮化镓中的至少一种。与壳体20一样，基板30可以包括生物相容性材料。例如，基板30可以包括可提供生物相容性的一个或多个涂层或层。
在一个或多个实施例中，基板30可以是透明基板。如本文所使用的，短语“透明基板”是指在使用本文所述的激光接合技术期间可以透射(transmit)入射到其上的给定百分比的光的基板，以优先仅加热基板的外表面(例如，基板30的第一主要表面32或第二主表面34)而不是基板的内部块体，并且由此创建具有比基板的块体强度相对更大的强度的接合。进一步地，透明基板30可透射由光源80发射的具有任意合适的波长或波长的组合的光。基板30可以在期望的波长或波长范围处基本透明。如本文所使用的，短语“基本透明”是指对于选定的波长或波长范围，假定在空气-基板边界处没有反射，基板30透射大于50％的入射到基板上的光。在一个或多个实施例中，基板30可以基本上透射具有至少200nm波长的光。在一个或多个实施例中，基板30可以基本上透射具有大于10,000nm波长的光。在一个或多个实施例中，基板30可以基本上透射具有在200nm到10,000nm范围内波长的光。在一个或多个实施例中，基板30可以基本上透射UV光、可见光、以及IR光中的至少一个。
在一个或多个实施例中，基板30的至少一部分可以是透明的，使得当将封装10设置在患者体内时，设置在第一主表面32上的检测器90可以检测例如来自患者的一个或多个外部信号。在一个或多个实施例中，基板30的所述至少一部分可以足够透明以使得能够透射全部或足够量的入射到基板上的光以供检测器90接收，使得可对所接收到的光进行处理来检测外部信号。在一个或多个实施例中，基板30可以是不透明的，并且可穿过基板形成贯通孔(through-hole)，贯通孔中填充透明气密材料(诸如，玻璃)以用于提供基板的透明部分。
基板30可包括任意合适的尺寸，例如，厚度。进一步地，基板30可以采用任何合适的形状或形状组合。在一个或多个实施例中，基板30可以采用与壳体20的形状互补的形状或形状组合，使得基板可以被密封到壳体并且为密封封装10提供小轮廓形状。进一步地，基板30可以是单一一体基板或连结在一起的多个基板。
多个电子设备40被设置在基板30的第一主表面32上。虽然被描绘为设置在第一主表面32上，但一个或多个电子设备40可以被设置在第二主表面34上，或者一个或多个电子设备可以被设置在第一主表面和第二主表面两者上。在一个或多个实施例中，一个或多个电子设备可以被设置在壳体20内并且不连接到基板30上。电子设备40可包括任意合适的电路或组件，例如，电容器、晶体管、集成电路(包括控制器和多路复用器)、传感器、光源、检测器、加速度计、信号处理器等。
进一步地，可利用任意合适的技术或技术的组合来将一个或多个电子设备40设置在基板30上和/或在壳体20的空腔26内。在一个或多个实施例中，一个或多个电子设备40可以形成在基板30的第一主表面32上。在一个或多个实施例中，一个或多个设备40可以单独形成并且随后附接到第一主表面32上。可以利用任何合适的一项或多项技术来将电子设备40附接到基板30上，例如，可以在电子设备与基板的第一主表面32之间形成接合(bond)。
电子设备40可包括一个或多个光源80。光源80可包括任意合适的光源或光源的组合。例如，光源80可包括能够响应于所施加的电压或电流发射光的任意电路组件(多个)，包括，例如，发光二极管(LED)、激光二极管、垂直腔表面发射激光器(VCSEL)、直接印刷在表面上的有机LED、纳米发射器等。光源80可以是发射一个或多个离散波长的一个或多个组件或跨越大范围波长的宽带发射器的集群。
尽管被描绘为包括单个光源80，但是如本文进一步描述的，设备10可包括任意合适数量的光源。光源80可包括发射表面88。尽管被描绘为具有一个发射表面88，光源80可包括两个或更多个发射表面。
光源80可以是封装的光源。在一个或多个实施例中，光源80可包括倒装芯片类型的封装。在一个或多个实施例中，光源80可以是裸半导体管芯。
光源80可被适配以用于发射任意合适的一个或多个波长的光。在一个或多个实施例中，光源80可发射红外光、近红外光、可见光和UV光中的至少一个。在一个或多个实施例中，光源80可发射具有至少350nm并且不大于850nm的波长的可见光。光源80可发射任意合适带宽的光。在一个或多个实施例中，光源80可以发射窄带光，例如，光源被适配以用于发射具有不大于20nm、15nm、10nm或5nm半峰全宽(FWHM)的发射轮廓(emission profile)的光。在一个或多个实施例中，窄带源可以与对由源发射的所有波长敏感的宽带检测器配对。在一个或多个实施例中，窄带源可以与窄带检测器配对。进一步地，在一个或多个实施例中，窄带源可以与两个或更多个宽带检测器配对。例如，硅检测器可在可见光到近红外光波长范围内(例如，最大约1000nm)敏感，而砷化镓则可以对更长的红外光波长(例如，大于1000nm)敏感。
在一个或多个实施例中，光源80可包括利用磷材料的重发射的宽带发射器或宽带FWHM LED(例如具有跨入720nm波长的大于50nm FWHM的680nm LED)的组合。在此类实施例中，单个LED可提供在680nm和720nm处的发射，与可区分这两个波长的检测器90配对。相似地，第二宽带FWHM光源80可以800nm使用，其还跨越(span)760nm。在此类实施例中，两个宽带FWHM LED可跨越四个波长(例如，680、720、760和800nm)，并且可与可以检测全部四个波长的检测器90配对。在此类实施例中，检测器90可包括用于检测所发射的光的一个或多个窄带通滤波器。
在一个或多个实施例中，光源80可被适配以用于发射具有任意合适的脉冲宽度和周期性的一个或多个脉冲的光。进一步地，在一个或多个实施例中，光源80可以顺序的方式发出脉冲。
光源80可具有任意合适的发射锥角(cone angle)。如本文中所使用的，术语“锥角”指的是相对于发射器的表面的法线的立体角。在一个或多个实施例中，光源80可具有不大于90度、80度、70度、60度、50度、40度、30度、20度、10度或5度的锥角。在一个或多个实施例中，光源80可包括一个或多个光学元件，该一个或多个光学元件可以引导(direct)光穿过基板30，以用于提升光源效率并且防止光泄露到壳体20的内部中而由此导致与设置在壳体内的其他组件产生干扰。
总体上，在本文中所描述的封装中利用的光源80的数量以及对应的发射波长可根据特定应用的要求来被选择并且将取决于所监测的一个或多个生理状况。
光源80可被设置在设备10的壳体20中的任何合适的位置中。在一个或多个实施例中，光源80可被设置成与基板30的第一主表面32相邻。如本文所使用，术语“相邻”意味着元件或组件被设置成与距离设置在壳体20内的电源50的距离相比，更靠近基板30的第一主表面32。在一个或多个实施例中，可使用任意合适的一项或多项技术如图5中所示地将光源80设置在基板30的第一主表面32上。在此类实施例中，光源80的发射表面88可使用任意合适的技术被连接至基本30的第一主表面32。例如，在一个或多个实施例中，可使用光学耦合层(并未示出)将发射表面88设置在基板30的第二主表面32上。可以利用任何适合的耦合层。在一个或多个实施例中，光学耦合层的折射率可被选择成使得由光源80发射的光的大部分从发射表面88被引导并且进入基板30，而不是所发射的光的大部分在发射表面和基板30的第一主表面32之间的边界处被反射。在一个或多个实施例中，光学耦合层可包括光学粘合剂(adhesive)。
可使用任意合适的一项或多项技术来将光源80电连接至设置在基板30的第一主表面32和第二主表面34中的一者或两者上或设置在壳体20内的一个或多个电子设备40。例如，光源80可被电连接至设置在基板30上或基板30内的导体82(图3)。导体82可将光源80电连接至电子设备40的控制器42。任意合适的一项或多项技术可被用于将光源80电连接至导体82，例如，凸块接合(bump bonding)、焊接回流、常规线接合、激光带接合、传导环氧树脂接合等。
封装10还包括检测器90。检测器90包括检测表面94(图3)。检测器90可包括被适配以用于检测由光源80发射的光的任意合适的检测器，例如，一个或多个光电二极管、光敏电阻或光敏电阻器、光电晶体管、光伏电池、电荷耦合设备、雪崩检测器等。在一个或多个实施例中，光源80还可被利用作为检测器。尽管被描绘为包括单个检测器90，但是如本文进一步描述的，封装10可包括任意合适数量的检测器。
检测器90可被适配以用于检测任意期望的一个或多个波长。在一个或多个实施例中，检测器90可检测红外光、近红外光、可见光和UV光中的一个或多个。在一个或多个实施例中，检测器90可检测具有至少350nm并且不大于850nm的波长的可见光。
检测器90可被设置在设备10的壳体20内的或壳体外的任意合适的位置中(例如，在基板30的第二主表面34上)。在一个或多个实施例中，检测器90可被设置成与基板30的第一主表面32相邻。在一个或多个实施例中，可使用任意合适的一项或多项技术如图5中所示地将检测器90设置在基板30的第一主表面32上。在此类实施例中，可使用任意合适的技术将检测表面94连接至基本30的第一主表面32。例如，在一个或多个实施例中，可使用光学耦合层将检测表面94设置在基板30的第一主表面32上。可以利用任何适合的耦合层。在一个或多个实施例中，光学耦合层可包括光学粘合剂。在一个或多个实施例中，检测器90可被电连接至设置在载体上的电极。检测器90还可从光源80被线接合至载体上的第二电极。载体可被设计成使得两个电极在单个平面中，载体可随后被凸块接合至设置在基板30上的一个或多个导体(例如，导体92)。
可使用任意合适的一项或多项技术来将检测器90电连接至设置在基板30的第一主表面32和第二主表面34中的一者或两者上的或设置在壳体20内的其他电子设备40中的一个或多个。例如，检测器90可被电连接至设置在基板30上或基板30内的导体92。在一个或多个实施例中，导体92可将检测器90电连接至电子设备40的控制器42。可利用任意合适的一项或多项技术来将检测器90电连接至导体92。
如本文所提到的，封装10可包括任意合适数量的光源80和检测器90。例如，图6是密封封装100的另一个实施例的示意性平面图。关于图1-图5的密封封装10的设计考虑和可能性中的所有同样适用于图6的封装100。封装100包括壳体(为了清楚起见，并未示出)以及气密地密封至壳体并且包括第一主表面132和第二主表面(并未示出)的基板130。
图6的封装100和图1-图5的封装10之间的一个差异在于，封装100所包括的电子设备140包括光源180的阵列。阵列180被设置在基板182上。在一个或多个实施例中，阵列180的一个或多个光源可被设置在基板182上或直接被设置在封装100的基板130的第一主表面132上。
阵列180可以包括任何合适数量的光源。在图6中示出的实施例中，阵列包括六个光源。阵列180的光源中的每一个可具有相同的属性。在一个或多个实施例中，阵列180的一个或多个光源可具有与阵列的一个或多个额外光源的属性不同的一个或多个属性。例如，阵列180的第一光源184可发射具有第一波长的光，并且阵列的第二光源186可发射具有与第一波长相同或不同的第二波长的光。在一个或多个实施例中，阵列180的光源可独立寻址，使得光源中的一个或多个可独立于阵列的一个或多个额外光源而打开或关闭。
封装100和封装10之间的另一差异是封装100包括检测器190的阵列，该检测器190的阵列在所示出的实施例中具有设置在基板192上的第一检测器194和第二检测器196。在一个或多个实施例中，检测器阵列190可包括任意合适数量的检测器。阵列190的检测器可被设置在基板192上或被直接设置在基板130的第二主表面132上。阵列190的检测器中的每一个可以是相同的；替代地，阵列的至少一个检测器可与阵列的另一检测器不同。例如，第一检测器194可被适配以用于检测具有第一波长的光，并且第二检测器196可被适配以用于检测具有与第一波长相同或不同的第二波长的光。在一个或多个实施例中，检测器阵列190的检测器可独立寻址，使得检测器中的一个或多个可独立于阵列的一个或多个额外检测器而打开或关闭。
返回图1-图5，电子设备40可以被电连接到一个或多个额外的电子设备，该一个或多个额外的电子设备被设置在第一主表面32和第二主表面34中的一者或两者上、或者被设置在壳体20内。例如，可以使用任何合适的一项或多项技术来将电子设备40电连接到电源50。在一个或多个实施例中，电子设备40可以包括一个或多个设备触头44(图3)，该一个或多个设备触头44被使用任何合适的一项或多项技术电连接到电子设备中的一个或多个。设备触头44通过导体46被电连接至一个或多个设备40。虽然被展示为包括两个设备触头44，但封装10可以包括任何合适数量的设备触头。设备触头44可以包括提供到其他设备(例如电源50)的电连接的任何合适的触头、焊盘、端子等。触头44可以采用任何合适的形状或形状组合，并且可以被设置在基板30的第一主表面32上或基板30的第一主表面32中的任何合适位置中。任何合适的一项或多项技术可用于形成设备触头44和导体46，诸如化学气相沉积、等离子气相沉积、物理气相沉积等，然后进行光刻、化学蚀刻等。进一步地，设备触头44和导体46可包含任何合适的传导材料或传导材料的组合。在一个或多个实施例中，电子设备40可以被电连接到被设置在基板30之上或附近、或在壳体20内的其他电子电路系统或设备。
可使用任意合适的一项或多项技术来将电子设备40电连接至设备触头44以及导体46、82、92。例如，在一个或多个实施例中，可使用任意合适的技术或技术的组合(例如，焊合、焊接、激光接合、机械连接(例如，直接压力接触)等)来将电子设备40的焊料凸块和/或接触焊盘直接附接至一个或多个触头44。在一个或多个实施例中，可以使用任何合适的技术或技术组合(例如焊合、焊接、激光接合、机械连接(例如，直接压力接触)等)将一个或多个导体46、82、92电连接到一个或多个设备触头44和电子设备40中的一个或多个的一个或多个焊料凸块和/或触头焊盘。
可以利用任何合适的一项或多项技术将设备触头44和导体46、82、92设置在基板30上，例如，题为“动力学受限纳米级扩散接合结构和方法(KINETICALLY LIMITED NANOSCALE DIFFUSION BOND STRUCTURES AND METHODS)”的美国专利公开号2016/0185081中描述的技术。例如，电磁辐射可以从第二主表面34被引导通过基底30到在设备触头44和基板30之间的并且在导体46、82、92和基板30之间的区域。电磁辐射可以形成将设备触头44和导体46、82、92密封到基板30的、任何合适的模式或形状的接合。该接合可以是激光接合。
封装10还可以包括电源50。任何合适的电源或电源组合都可以与封装10一起使用，所述电源例如为一个或多个电池、电容器、感应耦合能量设备、光伏设备、β伏打设备(betavoltaic device)、α伏打设备(alphavoltaic device)、以及热电设备。
电源50可以被设置在任何合适的位置中。在一个或多个实施例中，电源50被至少部分地设置在壳体20内。如本文所使用的，术语“至少部分地在……内”是指电源50的至少一部分被设置在壳体20内。在一个或多个实施例中，整个电源50可以被设置在壳体20内。电源50可包括其自身的壳体或壳(casing)。在一个或多个实施例中，壳体20提供电源50的外壳的至少一部分。例如，壳体20的内表面22可以提供电源50的壳的部分，并且可以在壳体内设置单独的盖或保护层，使得电源位于保护层与壳体的内表面之间。电源50可以与壳体20成一体。在一个或多个实施例中，电源50是单独制造并且然后设置在壳体20内的单独元件。
电源50包括一个或多个电源触头52、54。虽然被描绘为包括三个触头52、54，但电源50可以包括任何合适数量的触头，该触头可以电连接到一个或多个设备以用于从电源向此类设备提供电能。电源触头52、54可以相对于电源50被设置在任何合适的位置。如图2所示出的，电源触头52、54被设置在电源50的第一端53处。
电源触头52、54可以包括任何合适的触头，例如与关于设备触头44描述的相同的触头。在一个或多个实施例中，电源触头52、54可以包括一个或多个可压缩构件或弹性构件，当基板30被密封到壳体20上时所述可压缩或弹性构件可以咬合一个或多个设备触头，例如设备触头44。每一个电源触头52、54可以是相同的触头或相同类型的触头。在一个或多个实施例中，每一个电源触头52、54可以不同于每一个额外的电源触头。
在一个或多个实施例中，可以使用任何合适的一项或多项技术将电子设备40电连接到电源50。在一个或多个实施例中，当基板30被密封到壳体20时，电子设备40中的一个或多个可以电连接到电源50上。当基板30被密封到壳体20时，可以利用任何合适的一项或多项技术将电子设备40电连接到电源50。例如，当基板30被密封到壳体20时，一个或多个电源触头52、54可以被电连接到一个或多个设备触头44。可以利用电源触头52、54与设备触头44之间的任何合适的电耦合。在一个或多个实施例中，当基板30被密封到壳体20时，可以在一个或多个设备触头44与一个或多个电源触头52、54之间形成非接合性电连接。如本文所使用的，术语“非接合性电连接”是指在两个或更多个触头、端子、电极等之间形成电连接，该电连接可以通过所述两个或更多个触头之间的用于维持电连接的合适的接触压力来维持，而无需使用接合介质，例如传导粘合剂、焊料等。在一个或多个实施例中，可使用任意合适的技术或技术的组合在一个或多个设备触头44和一个或多个电源触头52、54之间形成接合电连接。
可使用任意合适的一项或多项技术将基板30密封至壳体20，例如机械紧固、粘合、压配、激光接合、磁耦合等。在一个或多个实施例中，基板30的第一主表面32可被密封至凸缘28的边缘表面29。凸缘28可以与壳体20集成。在一个或多个实施例中，可以使用任何合适的一项或多项技术将凸缘28附接到壳体。
在一个或多个实施例中，基板30可以被气密地密封至壳体20。可以利用任何合适的一项或多项技术将基板30气密地密封至壳体20。例如，在一个或多个实施例中，基板30可以通过接合而被气密地密封到壳体20。可以利用任何合适的一项或多项技术来形成这样的接合，例如在共同拥有和共同提交的题为“动力学受限纳米级扩散接合结构和方法(KINETICALLY LIMITED NANO SCALE DIFFUSION BOND STRUCTURES AND METHODS)”的美国专利公开号2016/0185081中描述的技术。在一个或多个实施例中，电磁辐射(例如光)可以从第二主表面34被引导通过基板30并且聚焦在基板与壳体20之间的区域。可以利用任何合适的电磁辐射来形成接合。在一个或多个实施例中，该电磁辐射可包含激光，该激光可包含任何合适的波长和波长范围。在一个或多个实施例中，该激光可包含具有至少200nm波长的光。在一个或多个实施例中，激光可以包括不大于2000nm的波长。例如，激光可包括UV光、可见光、IR光、以及其组合。可由UV激光器来提供UV光，该UV光具有任何合适的波长或波长的范围以及任何合适的脉宽。在一个或多个实施例中，可以利用UV激光器来提供具有在100nm到400nm范围内的波长和在1ns到100ns范围内的脉冲宽度的光。在一个或多个实施例中，用于基板30和壳体20的材料以及所使用的光的功率水平和波长可以被选择成使得光不会直接损坏、烧蚀、翘曲、或切割基板和壳体，并且使得基板和壳体保持其块体属性。
一般而言，可通过任何合适的激光器(laser)或激光系统来提供光。例如，激光器可产生具有相对窄的一组波长(例如，单一波长)的光。在一个或多个实施例中，由激光器发射的光可形成可不被聚焦在特定点处的准直光束。在一个或多个实施例中，由激光器发射的光可以聚焦在基板30的第一主表面32与壳体20之间的区域的焦点处以产生激光接合。
虽然激光器可以提供具有窄波长范围的光，但在一个或多个实施例中，激光器可以表示比单一典型激光器发射具有更宽的波长范围的电磁辐射的一个或多个设备。多种设备可用于发射具有窄或宽范围的波长的电磁辐射。在一个或多个实施例中，激光器可包括一个或多个激光设备，该一个或多个激光设备包括二极管激光器或光纤激光器。激光源还可以包括例如TI蓝宝石激光器、氩离子激光器、Nd:YAG激光器、XeF激光器、HeNe激光器、染料激光器、GaAs/AlGaAs激光器、变石激光器、InGaAs激光器、InGaAsP激光器、Nd：玻璃激光器、Yb:YAG激光器、以及Yb光纤激光器。激光设备还可包括连续波模式、调制模式、或脉冲模式中的一种。因此，在接合过程中可以使用多种激光设备。在一个或多个实施例中，激光器的功率水平可以被设定为大致1W，以10μm的大致聚焦射束直径分布，具有高帽形、高斯或其他合适的空间能量曲线。
如本文所提及的，一个或多个电子设备40可以被设置在基板30的第一主表面32上。在一个或多个实施例中，还可以将一个或多个额外的设备或特征设置在基板30的第二主表面34上。例如，在图1-图5所示出的实施例中，第一电极74和第二电极76被设置在基板30的第二主表面34上。第一电极74和第二电极76可以包括任何合适的电极或电极组合并且可以采用任何合适的形状并且具有任何合适的尺寸。
可以利用第一电极74和第二电极76中的一者或两者来将封装10电连接到封装外部的任何合适的一个或多个设备。例如，第一电极74和第二电极76中的一者或两者可以将封装10电连接到植入式医疗设备的引线上。在一个或多个实施例中，第一电极74和第二电极76中的一者或两者可以将封装10电连接到一个或多个额外的电源。进一步地，在一个或多个实施例中，第一电极74和第二电极76中的一者或两者可以是治疗电极，所述治疗电极可以用于在封装位于患者体外或体内时向患者递送一个或多个电信号和/或从患者接收一个或多个电信号。可以利用任何合适的一项或多项技术(例如，焊合、物理接触、焊接等)通过第一电极74和第二电极76中的一者或两者将封装10电连接到一个或多个设备。第一电极74和第二电极76可以包括任意合适的传导材料或传导材料组合，例如铜、银、钛、铌、锆、钽、不锈钢、铂、铱、或其组合。在一个或多个实施例中，第一电极74和第二电极76可以包括两种或更多种材料，例如双金属、覆层层压材料等。
进一步地，第一电极74和第二电极76可以采用任何合适的形状或形状的组合。在一个或多个实施例中，第一电极74和第二电极76可以在与基板30的第二主表面34平行的平面中采用圆形形状。在一个或多个实施例中，第一电极74和第二电极76可以在与第二主表面34平行的平面中采用矩形形状。进一步地，第一电极74和第二电极76可以在与第二主表面34正交的平面中采用任何合适的形状或形状的组合，例如正方形、锥形、圆顶形等。在一个或多个实施例中，第一电极74和第二电极76可以包括复杂的形状，诸如在电极中形成的凹槽或通道，以便于将导体或电子设备附接到触头上。
第一电极74和第二电极76还可以包括任意合适的尺寸。在一个或多个实施例中，第一电极74和第二电极76可以在垂直于基板30的第二主表面34的方向上具有任意合适的厚度。在一个或多个实施例中，此厚度可以是至少10微米。在一个或多个实施例中，该厚度可以不大于200微米。在一个或多个实施例中，第一电极74和第二电极76可以具有足够的大小和厚度，以使激光焊、电阻焊或其他焊接和连结技术能够用于将导体和/或电子设备电耦合到电极。
第一电极74和第二电极76可以电连接到被设置在封装上或封装内的一个或多个电子设备，例如电子设备40。可以利用任何合适的一项或多项技术将第一电极74和第二电极76中的一者或两者电连接至被设置在壳体上或壳体内的一个或多个设备。在一个或多个实施例中，第一电极74可以通过通孔(via)78(图3)被电连接到设备40，该通孔78通过导体75被电连接到设备40。通孔78可以形成在基板30的第一主表面32与第二主表面34之间，并且可以使用任何合适的技术或技术的组合将传导材料设置在通孔内。类似地，第二电极76可以通过通孔79(图3)电连接到电子设备40上，该通孔79通过导体77被电连接到设备。同样，通孔79可以形成在基板30的第一主表面32与第二主表面34之间，并且可以使用任何合适的技术或技术的组合将传导材料设置在通孔内。
图1-图5的封装10还可以包括导体70，该导体70被设置在基板30的第二主表面34上或在该基板内位于第一主表面32和第二主表面34之间。导体70可以包括任何合适的形状或形状组合，并且可以使用任何合适的传导材料形成。虽然被描绘为包括一个导体70，但是可以在基板30的第二主表面34上或在基板内形成两个或更多个导体。进一步地，导体70可以被图案化以包括任何合适的形状或形状组合。
在一个或多个实施例中，导体70可被形成用于提供天线，并且通过这种天线可以将该封装10无线地被耦合至设备或系统。封装10可利用例如RF、电感、光、磁、声或其他传输机制通过天线无线地通信。进一步地，在一个或多个实施例中，导体70可以形成电感线圈，该电感线圈可以用于提供到一个或多个外部设备(例如一个或多个电感电源)的电感耦合。
可以使用任何合适的一项或多项技术将导体70电连接到被设置在封装10的壳体内的一个或多个电子设备。例如，通孔(并未示出)可以形成在基板30的第一主表面32与第二主表面34之间，基板30通过导体被电连接至例如一个或多个电子设备40。传导材料可被设置将导体70与一个或多个电子设备40电连接的通孔内。可使用任何适合的一项或多项技术将导体70电连接至通孔。
电子设备40可包括设置在封装10的基板30或壳体20上的或基板30或壳体20内的任意合适的位置的加速度计(并未示出)。在一个或多个实施例中，加速度计可用于减轻由患者的运动和/或姿势导致的可能的混杂影响。如果加速度计或其他电子设备40检测到患者的高活动水平，则可推迟封装10的测量周期，直至出现低活动水平的时间为止。在一个或多个实施例中，测量周期可被推迟，直至患者处于优选的姿势。
同样，对于环境光，检测器90可检测环境光水平。如果环境光水平低于所选择的低水平阈值，则可继续对患者的生理状况的测量。如果该水平高于低水平阈值但是低于中间环境光阈值，则可以继续生理测量。控制器42可被适配以用于将环境光从测量中减去或移除。如果环境光水平高于高环境光阈值，则测量可被推迟，直至环境光回到低于中间或低环境光阈值的水平。控制器42还可被适配以用于基于其他条件(例如，温度、呼吸、ECG异常等)推迟测量。基于一个或多个所选择的条件推迟测量可协助保留电池电力以及捕获具有生理意义的数据，例如，当患者正具有ECG事件(episode)时可激活测量。
本文所描述的封装的各种实施例可用于确定一个或多个生理状况。可确定任意合适的生理状况，例如，心率、动脉血氧水平(SpO2)、血流、流体体积(例如，水肿)、组织氧饱和度(StO2)、灌注指数(PI)、总血红蛋白/血细胞比容、组织血红蛋白浓度指数(THI)、静脉血氧饱和度(SvO2)、患者体内的环境光、呼吸率、光学询问的生化传感器(例如，与组织接触的荧光或其他涂层和材料)、脉冲波速(例如，脉冲传输时间)等。
例如，图7是在患者体内邻近组织202或在组织202内植入的密封封装200的一个实施例的部分的示意性横截面图。关于图1-图5的封装10的设计考虑和可能性中的所有同样适用于图7的封装200。封装200包括壳体(为了清楚起见，并未示出)以及密封至壳体的基板230。光源阵列280被设置在基板230的第一主表面232的第一部分204上，并且包括第一光源282、第二光源284、第三光源286和第四光源288。光源阵列280进一步包括设置在基板230的第一主表面232的第二部分206上的第五光源289。阵列280的光源中的每一个被适配以用于发射光210穿过基板230的第一主表面232和第二主表面234。
封装200还包括检测器阵列290，该检测器阵列290包括各自设置在基板230的第一主表面232上的第一检测器292和第二检测器294。检测器阵列290的每一个检测器被适配以用于检测由光源阵列280发射的光210的至少一部分。
从光源阵列280发射的光210由体液或组织体积202散射并且吸收。由体积202散射的光211的至少一部分行进穿过基板230至检测器阵列290。与检测器阵列290响应的波长相对应的散射光将导致检测器292和294中的一个或两个产生与所检测的光的各种特性(例如，强度)相对应的电流或电压。由于生理变化引起的光调制可导致由检测器阵列290生成的信号，该信号可与变化的生理状况相关。
光源阵列280的每一个光源可被适配以用于发射具有所选择的特性的光。例如，光源282可被适配以用于发射具有第一波长的光212、光源284可被适配以用于发射具有第二波长的光214、光源286可被适配以用于发射具有第三波长的光216、以及光源286可被适配以用于发射具有第四波长的光218。进一步地，光源289可被适配以用于发射具有第五波长的光220。由阵列280的光源中的每一个发射的光可具有与由阵列的其他光源中的一个或多个发射的光相同的波长或不同的波长。
相似地，检测器阵列290的各种检测器可各自被适配以用于检测具有所选择的特性(例如，波长)的光。例如，检测器292可被适配以用于检测由光源282、288以及289发射并且由体积202散射的光212、218以及220。进一步地，检测器294可被适配以用于检测由光源284和286发射的光214和216。
由此，由体液或组织体积202散射的光可导致检测器阵列290响应于所选择的光的波长以发射在对体液或组织体积内的一个或多个生理状况(或此类生理状况的改变)的测量中有用的信号。例如，光源阵列280和检测器阵列290可被适配以用于估计血液中的氧饱和度。在此类实施例中，光源阵列280的一个或多个光源可被适配以用于发射红光。由体液或组织体积202散射并且由检测器阵列290检测的红光的强度取决于血液中含氧血红蛋白的浓度。由体液或组织体积202散射的红外光的强度可通过对波长的适当选择(例如，800nm)来被使得与含氧血红蛋白的浓度无关。所检测的散射红光可通过所检测的红外光进行归一化，以校正诸如总血红蛋白、组织过度生长以及血流速度或其他伪影等变量。
在一个或多个实施例中，本文所描述的密封封装可测量患者的血流的脉冲波速度。例如，图8是植入在患者体内邻近动脉302的密封封装200的另一实施例的部分的示意性横截面图。关于图1-图5的密封封装10的设计考虑和可能性中的所有同样适用于图8的密封封装300。封装300包括壳体(为了清楚起见，并未示出)以及密封至壳体的基板330。封装300还可包括设置在基板330的第一主表面332上的光源阵列380。封装300进一步包括设置在基板330的第一主表面332的第一部分304上的第一检测器390，以及设置在基板的第一主表面的第二部分306上的第二检测器392。
光源阵列380可被适配以用于发射任意合适的一个或多个波长的光。在一个或多个实施例中，阵列380的每一个光源可发射与一个或多个额外的光源相同或不同的波长。进一步地，检测器390、392可被适配以用于检测任意合适的一个或多个波长。
总体上，封装300可被设置成与动脉302相邻或与动脉302接触，使得由光源380中的一个或多个发射的光310的至少一部分入射在动脉上。所发射的光310的第一部分312入射在动脉302上并且由动脉和周围组织308散射。光的第一部分312的至少一部分入射在第一检测器390上，该第一检测器390检测该部分并且将第一信号发送至设置在封装300的壳体内的控制器或其他电子设备(例如，图1中的控制器42)。进一步地，光的第二部分314是由光源380发射并且入射在动脉302上，在动脉302处光的第二部分314由动脉和周围组织308散射。光的第二部分314的至少一部分入射在第二检测器392上，该第二检测器392检测光的该部分并且将第二信号发送至控制器。
可利用任意合适的技术来基于第一信号和第二信号确定流过动脉302的血液的脉冲波速度。例如，ECG和单个脉动光信号(光电容积脉搏波，PPG)可以以时间同步的方式同时测得。来自ECG信号的R波可被检测并且标记。还可标记PPG上的基准诸如，峰振幅或收缩反应的起始点。R波的发生和PPG基准之间的时间间期可被测得以用于确定脉冲传输时间。可基于脉冲传输时间，使用任意合适的一项或多项技术计算脉冲波速度。
进一步地，例如，可通过利用设置在封装300内的不同位置中的两个或更多个传感器测量两个PPG事件之间的时间来导出脉冲速度。基准可被应用至每一个波形。并且，可测量两个波形之间的时间延迟以用于确定脉冲速度。
可结合本文所描述的密封封装的各种实施例利用任意合适的电路系统或组件以提供与患者的一个或多个生理状况有关的信息。例如，图9是密封封装400的另一实施例的一个实施例的示意性框图。关于图1-图5的密封封装10的设计考虑和可能性中的所有同样适用于图9的密封封装400。封装400包括壳体和基板(为了清楚起见，同样未示出)。封装400还包括光源480和检测器490，各自均设置在基板的第一主表面上，如本文进一步描述的。
密封封装400可包括设置在基板的第一主表面和第二主表面中的一者或两者上或设置在壳体内(例如，图1-图5中的电子设备40)的一个或多个电子设备440(包括光源480和检测器490)。除了光源480和检测器490之外，电子设备440包括输入模块402、信号处理器404、存储器405、控制器406以及输出模块408。
当由控制器406通过控制/状态线416启用以用于感测时，输入模块402接收一个或多个信号。输入模块402可执行预处理信号调节，诸如模拟滤波。输入模块402在控制器406控制下经由控制总线418和420选择光源480和检测器490的功能。输入模块402进一步将一个或多个信号从检测器490提供至信号处理器404。输入模块402可额外地将其他传感器信号提供至处理器404和/或控制器406以用于监测生理信号和检测生理状况或事件。
被用于控制光源480和检测器490的技术将部分地取决于整体医疗设备架构以及所采用的硬件、固件和软件。在光源480包括多个光源并且检测器490包括多个检测器的一个或多个实施例中，对用于操作的光源和检测器的选择包括在控制总线418上提供用于将检测器490耦合至光电积分器的控制信号，该光电积分器将设备生成的电流转换为电压信号，该电压信号随后被提供至A/D转换器。对光源480的选择通常包括将源耦合至驱动信号源以用于激活光源以发射光。用于控制设备的总线系统的一个示例大体上在美国专利号7,013,178(Reinke等人)中被公开。
处理器404接收来自检测器490的信号并且执行信号处理，以用于将在监测患者状况中有用的信号提供给控制器406并且合适地控制输出模块408。处理器404可以是数字信号处理器(DSP)、模拟处理器、或模拟和数字处理器两者的组合。
控制器406在性能测试期间控制输入模块402选择光源480和检测器490的功能。密封封装400可执行光学传感器性能测试以评估在不同的组件功能配置期间获取的光学传感器信号。由控制器406控制光源480和检测器490的功能配置。控制器406控制对每个组件的选择以用作在用于患者监测的光源480和检测器490的功能配置中的光发射部分或光检测部分(或在一些实施例中，既不用作光发射部分也不用作光检测部分或既用作光发射部分也用作光检测部分)。
在性能测试期间，光源480和检测器490的功能是受控的并且检测器信号被提供至处理器404。处理器404向控制器406提供信号数据，控制器406根据该信号数据确定用于光学感测的最佳组件功能配置。随后在事件期间由输入模块402在控制器406控制下选择最佳感测配置，在该事件期间光源480和检测器490被启用用于监测生理信号。
信号数据可由处理器404存储在存储器405中，并由控制器406检取以用于确定光源480和检测器490的最佳功能配置。用于性能测试和其他功能的算法也可被存储在存储器405中并且由控制器406检取。
在正常操作期间，控制器406分析由处理器404提供的经处理的信号以检测生理事件或患者状况。控制器406可确定光源480和检测器490的哪些发射和检测配置提供具有最高信噪比和可接受信号水平的信号，并且可选择额外的光源、检测器、和其他类型的传感器(例如，加速度计)来操作以用于提供冗余信号以促进精确检测。在一个或多个实施例中，控制器406可选择光源480和传感器490中的一者或两者的、最小化能量需求同时提供在患者监测中使用的可靠的传感器信号的发射和检测配置。随着时间选择光源480和传感器490中的一者或两者的功能的能力允许密封封装400适应信号特性随着时间改变的情况，例如，由于封装的移位或相邻组织组分的改变，诸如增加的组织包封。通过周期性重复性能测试，控制器406可在光源和检测器的最佳配置随着时间改变时选择光源和检测器的最佳配置。
控制器406使用经数字处理的信号以用于做出如下的决策：与治疗递送模块410的治疗递送有关的决策、用于确定诊断输出(诸如所检测的生理事件)并且将其存储在诊断模块412中的决策、和/或用于选择要由遥测模块414传送的数据的决策。控制器406可采用微处理器和关联的存储器405或数字状态机以用于对感测和治疗递送功能进行计时并且根据编程的操作模式控制其他设备操作。本文所描述的信号获取、处理和分析方法以及对一个或多个光源和检测器的选择可使用软件、硬件和/或固件的任意组合来被实现。
治疗递送模块410可提供电刺激治疗或药物递送治疗。在一个或多个实施例中，治疗递送模块410包括用于生成低压起搏脉冲的脉冲发生器，该低压起搏脉冲例如用于心动过缓起搏、心脏再同步治疗以及抗心动过速起搏。治疗递送模块410可进一步包括用于生成高压心脏复律/除颤电击的高压电路系统。治疗递送单元410包括用于给予治疗的治疗递送元件(未明确地示出)，诸如电极、导管、药物递送端口等。
诊断模块412可被用于使用任意可用的传感器信号或由IMD获取的其他数据来检测生理事件或患者状况并且存储与对经处理的信号的分析相关的数据。所存储的数据可被使得对临床医生而言通过遥测模块414的遥测而可用或所存储的数据可由控制器406访问以用于作出治疗决策。
控制器406可被适配以用于控制光源480和检测器490以任意合适的方式检测患者的任意期望的生理状况或特性，如在共同拥有并且共同提交的题为“气密密封封装及其形成方法(HERMETICALLY-SEALED PACKAGE AND METHOD OF FORMING SAME)”(代理人案卷号C00013400.USU1)(‘400申请)的美国专利申请序列号15/477,835中所描述的。
此外，本文所描述的密封封装可使用任意合适的一项或多项技术制造，所述一项或多项技术例如，在共同拥有的于2015年11月3日提交的题为“包括电子设备和电源的密封封装(SEALED PACKAGE INCLUDING ELECTRONIC DEVICE AND POWER SOURCE)”的美国专利申请号62/250,194以及该‘400申请中所描述的技术。进一步地，可结合任意的一项或多项技术来利用本文所描述的密封封装的各种实施例以用于确定患者的特性或生理状况，例如，在该‘400申请中所描述的技术。
本文所描述的封装的一个或多个实施例可包括被适配以用于将由封装的光源发射的并且沿着封装的光导传播的光重定向或吸收的一个或多个光学设备或元件。进一步地，此类光学设备还可被适配以用于重定向或吸收已由患者的组织散射并且被引导至其沿着基板传播的基板中的所发射的光。通过将该光重定向或吸收，光学设备可改进检测器的信噪比，由此改进封装的灵敏度。进一步地，此类光学设备可利用任意合适的一项或多项光学技术来重定向或吸收光，例如，反射、折射、散射、吸收等。
图10是密封封装500的另一个实施例的示意性横截面图。关于图1-图5的密封封装10的设计考虑和可能性中的所有同样适用于图10的封装500。封装500包括壳体(为了清楚起见，并未示出)以及密封至壳体的基板530。封装500还包括设置在基板500的第一表面532上的光源580，其中光源包括发射表面584。封装500还包括设置在基板530的第一主表面532上的检测器590，其中检测器包括检测表面594。在一个或多个实施例中，封装500还可包括设置在基板530的第二主表面534上的天线570。
封装500和封装10之间的一个差异在于掩模层560被设置在基板530的第一主表面532上。在一个或多个实施例中，掩膜层560可被设置在基板530的第二主表面534上。进一步地，在一个或多个实施例中，掩模层560可被设置在基板530的第一主表面532上，并且第二掩膜层可被设置在第二主表面534上。
在一个或多个实施例中，掩膜层560可被适配以用于在由光源580发射的在基板530内传播的光510入射在检测器590的检测表面594上之前，重定向或吸收光510。例如，光516由光源580发射并且在光导530与周围组织502或体液之间的边界处被完全内部反射。因此，光516在基板530内传播。然而，该光516在到达检测器590的检测表面594之前，由掩膜层560重定向或吸收。进一步地，光514由光源580发射并且入射在组织502上，在组织502处光514由组织散射并且被引导进入光导530。该光514入射在掩膜层560上并且在其可到达检测器590的检测表面594之前被重定向或吸收。进一步地，光512由光源580发射并且入射在组织502上，在组织502处光512被散射并且被引导至检测器590的检测表面594。该被散射的光512可提供表示期望检测的一个或多个生理特性的检测器信号。在一个或多个实施例中，掩模层560的使用可通过重定向或吸收不想要的光(即，不表示要被检测的生理特性的光)来帮助优化检测器590的信号水平和动态范围。
掩模层560可包括任意合适数量的层。进一步地，掩膜层560可包括任意合适的一种或多种材料，例如，聚合物、金属、非有机材料及其组合。在一个或多个实施例中，掩膜层560可包括介电材料。在一个或多个实施例中，掩膜层560可包括导电材料。在一个或多个实施例中，掩膜层560可包括光吸收材料，使得该层被适配以用于吸收具有任意合适的波长或波长范围的光，例如，紫外光、可见光、近红外光以及红外光中的一个或多个。用于掩膜层560的合适的材料包括TiN、分形TiN、钛等。
如果掩膜层560包括导电材料，则可选的绝缘层562可被设置在掩膜层和一个或多个导体550之间。绝缘层562可包括将掩膜层560与导体550绝缘的任意合适的一种或多种材料，例如，硅氧烷、氮化硅等。在一个或多个实施例中，绝缘层562包括介电材料。
可使用任意合适的一项或多项技术将掩膜层560设置在基板530的第一主表面532的任意合适的一个或多个部分上。在一个或多个实施例中，可使用例如等离子体气相沉积、化学气相沉积、等离子体气相沉积、物理气相沉积等结合之后的光刻、化学蚀刻等将掩膜层560设置在第一主表面532上。
进一步地，可以以任意合适的一个或多个模式设置掩膜层560。例如，在图10中示出的实施例中，掩膜层560包括在与基板530的第一主表面532正交的方向上与光源580的发射轴582对齐的第一孔564。进一步地，掩膜层560还包括在与基板530的第一主表面532正交的方向上与检测器590的检测轴592对齐的第二孔566。在掩膜层560被设置在基板500的第一主表面532上的实施例中，光源580可被设置在第一孔564内并且检测器590可被设置在第二孔566内。第一孔564和第二孔566允许由光源580发射的光510被引导穿过第一孔和基板530，使得光510入射在组织502上。该光512可由组织502散射并且穿过第二孔566返回检测器590。
第一孔564和第二孔566中的每一个可以采用任何合适的形状或形状的组合。在一个或多个实施例中，掩膜层560可被设置成使得光源580在与基板530的第一主表面532平行的方向上位于掩膜层的边缘的侧向(lateral)。进一步地，在一个或多个实施例中，第一孔564和第二孔566中的一者或两者可以是槽，使得光源580的阵列以及检测器590的阵列中的一者或两者可被设置在相同的孔内。例如，在一个或多个实施例中，第二孔可采取细长槽的形状，使得两个或更多个检测器590可设置在孔内，即，检测器中的每一个的检测轴在与基板530的第一主表面532正交的方向上与第二孔径对齐。
如本文所提到的，可利用任意合适的光学设备或元件来重定向或吸收由光源发射的不想要的光。例如，图11是封装600的另一实施例的示意性横截面图。关于图1-图5的封装10和图10的封装500的设计考虑和可能性中的所有同样适用于图11的封装600。
封装600包括具有发射轴682的光源680。光源680被设置在基板630的第一主表面632上。封装600还包括设置在基板630的第二主表面634上的天线670。在一个或多个实施例中，天线670被设置在基板630的第二主表面634的第一部分636上。光源680可被设置成使得发射轴682在与基板的第一主表面632正交的方向上与基板630的第二主表面634的第二部分638对齐，使得光源与天线的外边缘678侧向地设置。进一步地，天线670包括第一间质部分676。如本文所使用的，术语“间质(interstitial)”指的是天线670中的在由天线的外边缘形成的外边界内形成为开口或空间的一个或多个部分。检测器690在与基板630的第一主表面632正交的方向上与第一间质部分676对齐。即，检测器690的检测轴692在与基板630的第一主表面630正交的方向上与天线370的间质部分676对齐。
由光源680发射并且由患者的组织散射使得其将入射在光将不到达检测器690的部分中的光导630上的光可由天线670反射，由此仅允许将在通过基板630的第一通道上入射到检测器690的检测表面694上的散射光到达检测器。
在一个或多个实施例中，天线670可包括传导层672以及设置在传导层和基板630的第二主表面634之间的籽晶(seed)层674。在一个或多个实施例中，籽晶层674可被利用以在基板670上形成传导层672。
籽晶层674可以包括任何合适的一种或多种材料。在一个或多个实施例中，籽晶层674可包括吸收光的材料，使得由光源680发射的在基板630内传播的光可在入射到检测器690的检测表面694上之前由籽晶层吸收。因此，籽晶层674通过重定向或吸收在基板630内传播的光而可以是掩膜层(例如，图10中的掩膜层560)。
在一个或多个实施例中，籽晶层674可包括位于与基板630的接口处的纹理化或粗糙化的表面675。可使用任意合适的一项或多项技术粗糙化该表面675，所述一项或多项技术例如，激光纹理化、化学蚀刻、机械蚀刻等。在一个或多个实施例中，可通过引导激光穿过基板630的第一主表面632并且到达籽晶层674上来形成粗糙化表面675。位于与基板630的接口处的籽晶层674的粗糙化可增加籽晶层的光吸收。
尽管并未示出，封装600还可包括设置在基板630的第一主表面632上的掩膜层(例如，图10中的掩膜层560)。此类掩膜层还可在基板630内传播的光进入检测器690之前重定向或吸收该光。
本文所描述的封装的各种实施例可包括设置在相对于封装的基板的任意合适的位置中的任意合适的光学设备或元件，其可以通过减少到达检测器的不想要的光的量来改进封装的检测器的信号。此类光学设备或元件可被设置在基板的一个或两个主表面上或被设置在基板内。例如，图12是密封封装700的另一实施例的示意性横截面图。关于图1-图5的封装10和图10的封装500的设计考虑和可能性中的所有同样适用于图12的封装700。封装700和封装500之间的一个差异在于漫射区760被设置在封装730的基板730上或基板730中。在一个或多个实施例中，漫射区760包括与用于形成基板730相同的一种或多种材料。在一个或多个实施例中，漫射区760包括被用于形成基板730不同的一种或多种材料。
可使用任意合适的一项或多项技术形成漫射区760。在一个或多个实施例中，可通过使用任意合适的技术(例如、激光消融、化学蚀刻等)改变基板730的一个或多个块体属性来形成漫射区760。例如，在基板730包括蓝宝石的实施例中，可使用飞秒激光器或其他合适的激光器处理蓝宝石基板的块体并且形成非晶氧化铝(Al2O3)的局部区域。激光脉冲可在基板730的该块体内形成非晶蓝宝石的微型点或以更高功率水平的激光形成微空隙。
尽管被描绘为包括一个漫射区760，但是封装700可包括以任意合适的模式设置在基板730上或基板730内的任意合适数量的漫射区。在一个或多个实施例中，漫射区760的阵列可被形成以用于在基板730内提供光学屏障(optical barriers)，该光学屏障可重定向或吸收在基板内传播的光。
漫射区760可以采取任何合适的一个或多个形状。在一个或多个实施例中，漫射区760可沿着基板的宽度延伸(即，在与图12的平面正交的方向上延伸)。进一步地，漫射区760可具有任意合适的深度。在一个或多个实施例中，漫射区760可在基板730的第一主表面732和第二主表面734之间延伸。在一个或多个实施例中，漫射区760可具有如在与基板730的第一主表面732和第二主表面734正交的方向上测得的高度，该高度等于或小于沿着相同方向测得的基板730的高度。进一步地，散射区760可具有如在与基板730的第一主表面732和第二主表面734平行的方向上(即，在图12的平面中)测得的任意合适的长度。
漫射区760可被设置在基板730之上或之内的任何合适的位置中。在一个或多个实施例中，漫射区760可在与基板730的第一主表面732的平行的侧向方向上被设置在光源780的发射轴782和检测器790的检测轴792之间，使得在基板730内在朝向检测器的检测表面794的方向上传播的光可在到达检测表面之前由漫射区重定向或吸收。
如本文所提到的，漫射区760可包括与基板730的材料不同的材料。例如，可通过例如首先在基板730内形成间隙，并且使用所期望的材料填充该间隙来形成该漫射区760。
在一个或多个实施例中，漫射区760可被设置在基板730的第一主表面732和第二主表面734中的一者或两者上。可利用任意合适的一项或多项技术来形成该表面漫射区760。例如，在一个或多个实施例中，激光可被用于塑造(shape)第一主表面732和第二主表面734中的一者或两者以用于在一个或两个主表面上提供漫射区。此类漫射表面区可重定向或吸收进入第一主表面732和第二主表面734中的一者或两者的光或在基板730内传播的光。因此，一个或多个此类漫射表面区可抑制在基板730内传播的光的总内部反射并且将该光重定向或吸收到基板外，由此使得该光入射在组织上。封装700可包括以合适的模式设置的任意合适的数量的漫射表面区760。进一步地，漫射区760可采取任意合适的形状并且在基板730的第一主表面732和第二主表面734中的一者或两者上具有任意合适的尺寸。
如本文所提到的，可将一个或多个电子设备设置在密封封装的基板的第二主表面上，使得设备在封装的壳体外部。例如，图13是密封封装800的另一实施例的示意性横截面图。关于图1-图5的封装10和图10的封装500的设计考虑和可能性中的所有同样适用于图13的封装800。封装800包括壳体(为了清楚起见，并未示出)、密封至壳体并且包括第一主表面832和第二主表面834的基板830以及设置在基板的第一主表面上的光源880。封装800还包括设置在基板830的第二主表面834上的检测器890。在一个或多个实施例中，光源880可被设置在基板830的第二主表面834上并且检测器890可被设置在第一主表面832上。在一个或多个实施例中，光源880和检测器890两者均可被设置在基板830的第二主表面834上。进一步地，在一个或多个实施例中，至少一个光源880可被设置在第一主表面832上并且至少一个额外的光源可被设置在第二主表面834上。并且在一个或多个实施例中，至少一个检测器890可被设置在第一主表面832上并且至少一个额外的检测器可被设置在第二主表面834上。
封装800进一步包括设置在基板830的第一主表面832上的导体850。导体850被电连接至设置在第一主表面832上的光源880。通孔852被设置在基板830的第一主表面832和第二主表面834之间，并也被电连接至导体850。通孔852进一步被电连接至检测器890。
可利用任意合适的一项或多项技术来将检测器890设置在基板830的第二主表面834上。在一个或多个实施例中，可使用任意合适的一项或多项多个技术(例如，本文所描述的激光接合技术)在通孔852上将检测器890气密地密封至第二主表面834。在一个或多个实施例中，可将密封物(并未示出)设置在检测器890上以用于保护检测器不暴露于体液和组织。可利用任意合适的密封物，例如，硅树脂。
通过将检测器890放置在基板830的第二主表面834上，由光源880发射的并且在基板830内传播的光将不会入射在检测器的检测表面894上，因为该表面没有被光耦合至基板。进一步地，检测器890可以与光源880间隔任意合适的距离，使得由光源发射的入射在患者的组织上的光在入射到检测器890的检测表面894上之前必须穿过组织行进更远的距离。
可利用任意合适的一项或多项技术来形成本文所描述的包括一个或多个光学设备的密封封装的各种实施例。例如，图14是形成气密密封封装500的方法900的一个实施例的流程图。虽然将参考图10的封装500来描述该方法900，但该方法可被用于形成任何合适的封装。
方法900包括在902处将掩膜层560设置在基板530的第一主表面532和第二主表面534中的至少一个上。可利用任意合适的一项或多项技术来将掩膜层560设置在基板530上。在904处，光源580可被设置在基板530的第一主表面532上，使得光源的发射轴582在与基板的第一主表面正交的方向上与掩模层560的第一孔564对齐。可用任意合适的一项或多项技术来将光源580设置在基板530的第一主表面532上。
在906处，检测器590可被设置在基板530的第一主表面532上，使得检测器的检测轴592在与基板的第一主表面正交的方向上与掩模层566的第二孔566对齐。可利用任意合适的技术或合适的多个技术以用于将检测器590设置在基板530的第一主表面532上。进一步地，在908处，可使用任意合适的一项或多项技术将基板530的第一主表面532气密地密封至壳体(并未示出)。
本文中引用的所有参考文献和出版物藉此通过引用以其整体明确并入本公开中，除了它们可能直接与本公开相矛盾的范围之外。讨论了本公开的说明性实施例，并已提及本公开范围内的可能变型。本公开中的这些和其它变型和修改对于本领域技术人员来说将是显而易见的而不脱离本公开的范围，并且应当理解的是，本公开不限于本文中所阐述的说明性实施例。因此，本公开仅受以下提供的权利要求书限制。
Claims (14)
1.一种气密密封封装，包括：
壳体，所述壳体包括内表面和外表面；
基板，所述基板气密地密封至所述壳体，并且包括第一主表面和第二主表面；
光源，所述光源设置在所述基板的所述第一主表面上，并且包括发射表面，其中所述光源被适配以用于发射光穿过所述基板的所述第一主表面和所述第二主表面；
检测器，所述检测器设置在所述基板的所述第一主表面上，并且包括检测表面，其中所述检测器被适配以用于检测由所述光源发射的所述光的至少一部分；以及
掩膜层，所述掩膜层设置在所述基板的所述第一主表面和所述第二主表面中的至少一个上，其中所述掩膜层包括在与所述基板的所述第一主表面正交的方向上与所述光源的发射轴对齐的第一孔，其中所述掩膜层进一步包括在与所述基板的所述第一主表面正交的方向上与所述检测器的检测轴对齐的第二孔。
2.根据权利要求1所述的封装，其特征在于，所述掩膜层被设置在所述第一主表面上，其中所述光源被设置在所述第一孔内并且所述检测器被设置在所述第二孔内。
3.根据权利要求2所述的封装，其特征在于，进一步包括绝缘层，所述绝缘层被设置成使得掩膜层在所述绝缘层和所述基板的所述第一主表面之间。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的封装，其特征在于，所述掩膜层被设置在所述第二主表面上。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的封装，其特征在于，所述掩膜层包括介电材料。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的封装，其特征在于，所述掩膜层包括导电材料。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的封装，其特征在于，所述掩膜层包括光吸收材料。
8.根据权利要求7所述的封装，其特征在于，所述掩膜层被适配以用于吸收可见光。
9.根据权利要求7所述的封装，其特征在于，所述掩膜层被适配以用于吸收近红外光。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的封装，其特征在于，所述掩膜层包括柱状TiN。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的封装，其特征在于，进一步包括天线，所述天线设置在所述基板的所述第二主表面上。
12.根据权利要求11所述的封装，其特征在于，所述天线被设置在所述基板的所述第二主表面的第一部分上，其中，所述光源被设置成使得所述发射轴在与所述基板的所述第一主表面正交的方向上与所述基板的所述第二主表面的第二部分对齐。
13.根据权利要求11所述的封装，其特征在于，所述天线包括第一间质部分，其中所述检测器在与所述基板的所述第一主表面正交的方向上与所述第一间质部分对齐。
14.根据权利要求11所述的封装，其特征在于，所述掩膜层包括天线籽晶层，所述天线籽晶层设置在所述天线和所述基板的所述第二主表面之间，其中所述天线籽晶层包括粗糙化表面。
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