DE102015106810A1

DE102015106810A1 - Implantierbare Vorrichtung und implantierbares System mit dieser

Info

Publication number: DE102015106810A1
Application number: DE102015106810.9A
Authority: DE
Inventors: Jan Berger; Horst Theuss; Dirk Hammerschmidt; Bernhard Wedl; Harald Witschnig; Walther Pachler
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2015-04-30
Filing date: 2015-04-30
Publication date: 2016-11-03
Also published as: US10117621B2; US20160317095A1

Abstract

Eine implantierbare Vorrichtung umfasst einen Körperteil und einen piezoelektrischen Teil. Der Körperteil ist gestaltet, um ein pulsierendes organisches oder anorganisches Gewebe zu erfassen. Der piezoelektrische Teil ist mechanisch mit dem Körperteil gekoppelt und gestaltet, um eine sich verändernde Scherkraft, die von dem Körperteil zu dem piezoelektrischen Teil übertragen ist, in eine Spannung umzusetzen. Ein implantierbares System umfasst die implantierbare Vorrichtung und ein Objekt wie ein Stent, das gestaltet ist, um in ein pulsierendes oder statisches Gewebe eingeführt und entfaltet zu werden. Die implantierbare Vorrichtung ist gestaltet, um einen abgeschlossenen Übergang mit dem pulsierenden Gewebe zu bilden, während sie gegen ein äußeres Umfangsgebiet des Stents gepresst wird.

Description

HINTERGRUND
Implantierbare Biosensoren zum Überwachen der Gesundheit bezeugen rasche Entwicklungen in der vergangenen Dekade. Während Innovationen in der Mikroelektronik eine kontinuierliche Miniaturisierung von Sensorvorrichtungen ermöglichten, wurde die Batterietechnologie ein begrenzender Faktor. Aus diesem Grund nahm die Forschung in Energieeinbring- bzw. -harvestersysteme drastisch zu. Heutzutage sind die führenden Energieharvestertechnologien piezoelektrische, thermoelektrische, elektromagnetische Bewegung, biokatalytische Brennstoffzellen, Photovoltaik, Hochfrequenz. Es ist wünschenswert, die Effizienz von Energieharvestereigenschaften von diesen implantierbaren Biosensoren oder implantierbaren Vorrichtungen zu verbessern.
Es ist eine Aufgabe, eine implantierbare Vorrichtung vorzusehen, die eine gesteigerte Effizienz im Harvesten bzw. Einbringen oder Messen einer Gewebepulsation liefert und einfach zu implantieren ist.
ZUSAMMENFASSUNG
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsbeispiele und Weiterbildungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen definiert.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel einer implantierbaren Vorrichtung umfasst diese einen Körperteil und einen piezoelektrischen Teil. Der Körperteil ist gestaltet, um ein pulsatiles bzw. pulsierendes Gewebe zu erfassen. Der piezoelektrische Teil ist mechanisch mit dem Körperteil gekoppelt und gestaltet, eine sich verändernde Scherkraft, die von dem Körperteil auf den piezoelektrischen Teil übertragen ist, in eine Spannung umzusetzen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel eines implantierbaren Systems umfasst diese die implantierbare Vorrichtung und einen Stent, der gestaltet ist, um in ein pulsierendes Gewebe eingefügt und in diesem entfaltet zu werden. Die implantierbare Vorrichtung ist gestaltet, um eine abgedichtete Verbindung bzw. einen abgedichteten Übergang mit dem pulsierenden Gewebe zu bilden, während sie gegen ein äußeres Umfangsgebiet des Stents gepresst wird.
Der Fachmann wird zusätzliche Merkmale und Vorteile nach Lesen der folgenden Detailbeschreibung und Betrachten der begleitenden Zeichnungen erkennen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die begleitenden Zeichnungen sind beigeschlossen, um ein weiteres Verständnis der Erfindung zu liefern, und sie sind in die Offenbarung einbezogen und bilden einen Teil von dieser. Die Zeichnungen veranschaulichen die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung zum Erläutern von Prinzipien der Erfindung. Andere Ausführungsbeispiele der Erfindung und beabsichtigte Vorteile werden sofort gewürdigt, da sie unter Hinweis auf die folgende Detailbeschreibung besser verstanden werden.
1A ist eine schematische Darstellung einer implantierbaren Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel in einem kontrahierten Zustand eines pulsierenden Gewebes.
1B ist eine schematische Darstellung einer implantierbaren Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel in einem expandierten Zustand des pulsierenden Gewebes.
2 ist eine schematische Darstellung eines implantierbaren Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel.
3A bis 3F sind schematische perspektivische Darstellungen einer implantierbaren Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen.
4A bis 4C sind schematische perspektivische Darstellungen einer implantierbaren Vorrichtung gemäß weiteren verschiedenen Ausführungsbeispielen.
5A und 5B sind schematische perspektivische Darstellungen einer implantierbaren Vorrichtung mit einer Antennenstruktur gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen.
6 ist eine schematische perspektivische Darstellung einer implantierbaren Vorrichtung mit einer induktiven Struktur gemäß einem Ausführungsbeispiel.
7 ist eine schematische perspektivische Darstellung einer implantierbaren Vorrichtung mit einer elektrischen Schaltungsanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
8 ist ein schematisches Schaltungsdiagramm einer elektrischen Schaltungsanordnung einer implantierbaren Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
9 ist eine schematische perspektivische Darstellung eines implantierbaren Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel.
10 ist eine schematische perspektivische Darstellung eines Stents eines implantierbaren Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel.
11 ist eine schematische perspektivische Darstellung einer implantierbaren Vorrichtung eines implantierbaren Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel.
12A bis 12D sind schematische perspektivische Darstellungen eines Stents gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen.
13A bis 13H veranschaulichen verschiedene Gitterstrukturen eines Stents gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen.
14A und 14B veranschaulichen verschiedene Antennenstrukturen eines Stents gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen.
15A bis 15C sind jeweils eine schematische Vordersicht und zwei Seitensichten eines Stents mit einer elektrischen Schaltungsanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
16A bis 16C sind jeweils eine Vordersicht und zwei verschiedene Seitensichten eines Stents mit einer elektrischen Schaltungsanordnung gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel.
17A und 17B sind jeweils schematische Seitensichten eines Stents mit einer elektrischen Schaltungsanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel in einem gefalteten und einem entfalteten Zustand.
18 ist eine schematische Seitensicht eines Systems mit einem Stent und einer Verstärkungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
DETAILBESCHREIBUNG
In der folgenden Detailbeschreibung wird Bezug genommen auf die begleitenden Zeichnungen, die einen Teil der Offenbarung bilden und in denen für Veranschaulichungszwecke spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgestaltet werden kann. Es ist zu verstehen, dass andere Ausführungsbeispiele verwendet und strukturelle oder logische Änderungen gemacht werden können, ohne von dem Bereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Beispielsweise können Merkmale, die für ein Ausführungsbeispiel veranschaulicht oder beschrieben sind, bei oder im Zusammenhang mit anderen Ausführungsbeispielen benutzt werden, um zu noch einem weiteren Ausführungsbeispiel zu gelangen. Es ist beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung derartige Modifikationen und Veränderungen einschließt. Die Beispiele sind mittels einer spezifischen Sprache beschrieben, die nicht als den Bereich der beigefügten Patentansprüche beschränkend aufgefasst werden sollte. Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu und dienen lediglich für Veranschaulichungszwecke. Zur Klarheit sind die gleichen Elemente durch entsprechende Bezugszeichen in den verschiedenen Zeichnungen versehen, falls nicht etwas anderes festgestellt wird.
Die Begriffe ”haben”, ”enthalten”, ”umfassen”, ”aufweisen” und ähnliche Begriffe sind offene Begriffe, und diese Begriffe geben das Vorhandensein der festgestellten Strukturen, Elemente oder Merkmale an, schließen jedoch zusätzliche Elemente oder Merkmale nicht aus. Die unbestimmten Artikel und die bestimmten Artikel sollen sowohl den Plural als auch den Singular umfassen, falls sich aus dem Zusammenhang nicht klar etwas anderes ergibt.
Der Begriff ”elektrisch verbunden” beschreibt eine permanente niederohmige Verbindung zwischen elektrisch verbundenen Elementen, beispielsweise einen direkten Kontakt zwischen den betreffenden Elementen oder eine niederohmige Verbindung über ein Metall und/oder einen hochdotierten Halbleiter. Der Begriff ”elektrisch gekoppelt” umfasst, dass ein oder mehrere dazwischenliegende Elemente, die für eine Signalübertragung geeignet sind, zwischen den elektrisch gekoppelten Elementen vorgesehen sein können, beispielsweise Widerstände, resistive Elemente oder Elemente, die steuerbar sind, um zeitweise eine niederohmige Verbindung in einem ersten Zustand und eine hochohmige elektrische Entkopplung in einem zweiten Zustand vorzusehen.
1A ist eine schematische Darstellung einer implantierbaren Vorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel unter einem kontrahierten Zustand eines pulsierenden Gewebes 10.
Die implantierbare Vorrichtung 100 umfasst einen Bodyteil 102 und einen piezoelektrischen Teil 104. Der Bodyteil 102 ist gestaltet, um das pulsierende Gewebe 10 zu erfassen. Der piezoelektrische Teil ist mechanisch mit dem Bodyteil 102 gekoppelt und ist weiterhin angepasst, um eine sich verändernde Scherkraft F, die von dem Bodyteil 102 zu dem piezoelektrischen Teil 104 übertragen ist, in eine Spannung umzusetzen. Der Bodyteil 104 umfasst einen ersten Erfassungsteil 106, der gestaltet ist, einen ersten Gewebeteil 12 des pulsierenden Gewebes 10 mit einem ersten Oberflächengebiet 108 zu erfassen, und einen zweiten Erfassungsteil 110, der gestaltet ist, um einen zweiten Gewebeteil 14 des pulsierenden Gewebes 10 mit einem zweiten Oberflächengebiet 112 zu erfassen. Das erste Oberflächengebiet 108 und das zweite Oberflächengebiet 112 liegen einander gegenüber, um das pulsierende Gewebe 10 einzuschließen, wobei der erste Gewebeteil 12 direkt an das erste Oberflächengebiet 108 des ersten Erfassungsteiles 106 anstößt und der zweite Gewebeteil 14 direkt an das zweite Oberflächengebiet 112 des zweiten Erfassungsteiles 110 anstößt. Der piezoelektrische Teil 104 ist mechanisch zwischen dem ersten Erfassungsteil 106 und dem zweiten Erfassungsteil 110 zwischenverbunden.
Wie aus dem Vergleich von 1A und 1B ersehen werden kann, führt das pulsierende Gewebe 10 eine reziproke Kontraktion und Expansion innerhalb wenigstens einer Richtung A durch, die im Wesentlichen senkrecht oder senkrecht zu dem ersten Oberflächengebiet 108 des ersten Erfassungsteiles 106 und dem zweiten Oberflächengebiet 112 des zweiten Erfassungsteiles 110 ist. Das pulsierende Gewebe 10 kann ein Blutgefäß oder ein anderes organisches oder anorganisches Gefäß in einem menschlichen oder einem tierischen Körper oder ein Objekt allgemein, das eine pulsierende bzw. pulsatile Bewegung ausführt, sein. Falls keine pulsierende Bewegung des Gewebes 10 notwendig sein sollte, ist es auch möglich, ein organisches oder anorganisches Gefäß/Rohr wie ein Objekt zu verwenden, das in einem statischen Zustand ist. In einem Ausführungsbeispiel kann das pulsierende Gewebe 10 auch ein Teil eines Muskels sein. Irgendein pulsierendes Gewebe 10 kann verwendet werden, um eine Bewegungsmessung durch die implantierbare Vorrichtung 10 einzubringen bzw. zu harvesten, falls das pulsierende Gewebe 10 gestaltet ist, um eine Scherkraft auf den ersten Erfassungsteil 102 und den zweiten Erfassungsteil 110, die das pulsierende Gewebe 10 einschließen, zu übertragen.
Wie aus 1B ersehen werden kann, presst die Expansion bzw. Ausdehnung des pulsierenden Gewebes 10 den ersten Erfassungsteil 106 und den zweiten Erfassungsteil 110 voneinander weg bzw. auseinander. Der erste Erfassungsteil 106 ist mechanisch mit dem piezoelektrischen Teil 104 an einem ersten Zwischenflächengebiet 114 verbunden. Der zweite Erfassungsteil 110 ist mechanisch mit dem piezoelektrischen Teil 104 an einem zweiten Zwischenflächengebiet 116 verbunden. An dem ersten Zwischenflächengebiet 114 liegt eine Grenzoberfläche 114a des ersten Erfassungsteiles 106 einer Grenzoberfläche 114b des piezoelektrischen Teiles 104 gegenüber. An dem zweiten Zwischenflächengebiet 116 liegt eine Grenzoberfläche 116a des zweiten Erfassungsteiles 110 einer Grenzoberfläche 116b des piezoelektrischen Teiles 104 gegenüber.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der erste Erfassungsteil 106 so geformt, dass die Ausrichtungen bzw. Orientierungen des ersten Oberflächengebietes 108 und die Grenzoberfläche 114b des piezoelektrischen Teiles 104 aneinander festgelegt bzw. befestigt sind. Zusätzlich kann der zweite Erfassungsteil 110 so geformt sein, dass die Ausrichtungen bzw. Orientierungen des zweiten Oberflächengebietes 112 und der Grenzoberfläche 116b des piezoelektrischen Teiles 104 aneinander festgelegt bzw. befestigt sind. Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind das erste Oberflächengebiet 108 und die Grenzoberfläche 114b des piezoelektrischen Teiles 104 parallel zueinander. Zusätzlich können das zweite Oberflächengebiet 112 und die Grenzoberfläche 116b des piezoelektrischen Teiles 104 parallel zueinander sein. Der erste Erfassungsteil 106 und der zweite Erfassungsteil 110 können mechanisch mit dem piezoelektrischen Teil 104 beispielsweise durch Kleben oder mechanisches Befestigen verbunden sein.
Somit erzeugen im Fall einer Expansion bzw. Ausdehnung des pulsierenden Gewebes 10, wie aus 1B ersehen werden kann, der erste Erfassungsteil 106 und der zweite Erfassungsteil 110, vergleichbar mit einer Schere, eine auf die Grenzoberflächen 114b und 116b des piezoelektrischen Teiles 104 und somit auf den Körper oder eine Masse bzw. ein Volumen des piezoelektrischen Teiles 104 zwischen dessen Grenzoberflächen 114b und 116b wirkende Scherkraft. Mit anderen Worten, der Teil des piezoelektrischen Teiles 104, der dem pulsierenden Gewebe 10 gegenüberliegt, wird gedehnt bzw. expandiert, während der Teil des piezoelektrischen Teiles 104, der entgegengesetzt zu dem pulsierenden Gewebe 10 ist, kontrahiert bzw. zusammengezogen wird, wenn das pulsierende Gewebe 10 expandiert bzw. gedehnt wird. Aufgrund der sich verändernden Scherkraft F innerhalb des piezoelektrischen Teiles 104 wird eine piezoelektrische Spannung erzeugt, die durch die implantierbare Vorrichtung 100 gesammelt bzw. eingebracht oder auch durch die implantierbare Vorrichtung gemessen werden kann, um die Bewegung des pulsierenden Gewebes 10 zu erfassen.
Aufgrund der Übertragung einer Scherkraft F von den ersten und zweiten Erfassungsteilen 106, 110 auf den piezoelektrischen Teil 104 kann eine piezoelektrische Kraft erzeugt werden, indem hohe Hebelkräfte jeweils auf den Grenzoberflächen 114b und 116b des piezoelektrischen Teiles 104 von den ersten und zweiten Oberflächengebieten 108 und 112 der ersten und zweiten Erfassungsteile 106 und 110 verwendet werden. Somit kann die Effizienz im Einbringen bzw. Harvesten oder Messen einer Gewebepulsation des pulsierenden Gewebes 10 gesteigert werden, während die implantierbare Vorrichtung 100 einfach zu implantieren ist.
2 ist eine schematische Darstellung eines implantierbaren Systems 300 gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Das implantierbare System 300 umfasst die implantierbare Vorrichtung 100 und weist weiterhin einen Stent 200 auf, der gestaltet ist, um in das pulsierende Gewebe 10 eingefügt und in diesem entfaltet zu werden. Im Falle eines implantierbaren Systems 300 kann das den Stent haltende Gefäß/Rohr-ähnliche Objekt auch in einem nicht-pulsierenden Betrieb verwendet werden. Mit anderen Worten, die Merkmale des implantierbaren Systems 300 sind nicht auf das Ausführungsbeispiel eines Einbringens bzw. Harvestens von mechanischer Energie von einem pulsierenden Gewebe 10 beschränkt. Die implantierbare Vorrichtung 100 ist gestaltet, um ein abgeschlossenes Übergangsgebiet 118 mit dem pulsierenden Gewebe 10 zu bilden, während gegen ein äußeres Umfangsgebiet einer Mantelfläche 202 des Stents 200 gepresst wird. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die implantierbare Vorrichtung 100 als eine Manschette gestaltet sein, um wenigstens einen Teil des pulsierenden Gewebes 10 einzuschließen. Der Stent 200 kann ein Maschenrohr sein, das in eine natürliche Passage oder eine Leitung in einem menschlichen oder tierischen Körper eingefügt ist, um eine krankheitsbedingte, lokalisierte Strömungsbegrenzung zu verhindern oder dieser entgegenzuwirken. Der Stent 200 kann auch eine rohrförmige Vorrichtung sein, die verwendet wird, um zeitweise oder dauernd eine derartige natürliche Leitung offenzuhalten. Ein Beispiel für eine zeitweise Anwendung ist das Vorsehen für einen Zugang in einer chirurgischen Operation. Der Stent 200 kann auch eine bestimmte elektronische Funktionalität oder Sensorfunktionalität umfassen, wie dies weiter unten näher erläutert werden wird.
Die 3A bis 3F sind schematische perspektivische Darstellungen einer implantierbaren Vorrichtung 100 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen. Wie aus den 3A bis 3F ersehen werden kann, kann die implantierbare Vorrichtung 100 als eine Manschette gebildet werden, die um die Umfangs- bzw. Manteloberfläche 16 eines pulsierenden Gewebes 10 gewickelt werden kann. Für ein besseres Verständnis der Eigenschaften und Strukturen der implantierbaren Vorrichtung 100 ist das pulsierende Gewebe 10 in den 3A bis 3F nicht dargestellt. Eine Veranschaulichung der das pulsierende Gewebe 10 erfassenden bzw. ergreifenden implantierbaren Vorrichtung 100 kann in 2 gefunden werden, wobei die Vorsehung des Stents 200 optional ist und gemäß einem Ausführungsbeispiel verwendet werden kann.
Wie aus den 3A bis 3F ersehen werden kann, können der Körperteil 102 und der piezoelektrische Teil 104 eine Manschette bilden, die gestaltet ist, das pulsierende Gewebe 10 zu erfassen bzw. zu ergreifen. Wie aus den 3A bis 3C zu ersehen ist, ist der piezoelektrische Teil 104 mechanisch zwischen dem ersten Erfassungsteil 106 und dem zweiten Erfassungsteil 110 zwischenverbunden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel von 3A können der piezoelektrische Teil 104, der erste Erfassungsteil 106 und der zweite Erfassungsteil 110 in einem mittleren Teil des Körperteiles 102 angeordnet sein, wobei der piezoelektrische Teil 104, der erste Erfassungsteil 106 und der zweite Erfassungsteil 110 durch einen ersten Endteil 120 und einen zweiten Endteil 122 des Körperteiles 102 benachbart sind. Der erste Endteil 120 und der zweite Endteil 122 können als eine Manschette gebildet sein und können integral mit dem ersten Erfassungsteil 106 und dem zweiten Erfassungsteil 110 gestaltet sein.
Wie aus 3B ersehen werden kann, können gemäß einem Ausführungsbeispiel der piezoelektrische Teil 104, der erste Erfassungsteil 106 und der zweite Erfassungsteil 110 zu einem Ende des Körperteiles 102 ausgedehnt und nur durch den ersten Endteil 120 benachbart sein. Gemäß den Ausführungsbeispielen von 3A und 3B sind der erste Erfassungsteil 106 und der zweite Erfassungsteil 110 mechanisch miteinander durch den zwischenverbundenen piezoelektrischen Teil 104 und wenigstens einen Endteil 120, 122 des Körperteiles 102 verbunden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel von 3C sind der piezoelektrische Teil 104 der erste Erfassungsteil 106 und der zweite Erfassungsteil 110 von einem Ende zu dem anderen Ende des Körperteiles 102 der implantierbaren Vorrichtung 100 ausgedehnt. Somit sind der erste Erfassungsteil 106 und der zweite Erfassungsteil 110 mechanisch miteinander lediglich durch den zwischenverbundenen piezoelektrischen Teil 104 verbunden.
Wie aus den 3D und 3E ersehen werden kann, können der erste Endteil 120 und/oder der zweite Endteil 122 des Körperteiles 102 einen elastischen Endteil 124, 126 umfassen. Der elastische Endteil 124 des ersten Endteiles 120 ist mechanisch zwischen einem ersten Erfassungsendteil 128 und einem zweiten Erfassungsendteil 130 zwischenverbunden. Der elastische Endteil 126 des zweiten Endteiles 122 ist mechanisch zwischen einem ersten Erfassungsendteil 132 und einem zweiten Erfassungsendteil 134 des zweiten Endteiles 122 zwischenverbunden. Falls die ersten Erfassungsendteile 128, 132 integral mit dem ersten Erfassungsteil 106 gebildet sind (und falls die zweiten Erfassungsendteile 130, 134 integral mit dem zweiten Erfassungsteil 110 gebildet sind), gewährleistet der elastische Endteil 124 (oder gewährleisten die elastischen Endteile 124, 126), dass die Scherkraft F auf den piezoelektrischen Teil 104 fokussiert und nicht durch den ersten Endteil 120 (oder durch die Endteile 120, 122) absorbiert wird. Somit können gemäß dem Ausführungsbeispiel der 3D und 3E der erste Erfassungsteil 106 und der zweite Erfassungsteil 110 mechanisch miteinander durch den zwischenverbundenen piezoelektrischen Teil 104 und wenigstens einen Endteil 120, 122 verbunden sein, der einen elastischen Endteil 124, 126 umfasst. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel kann auch der Körperteil 102 ein piezoelektrisches Material aufweisen. Der elastische Endteil 124, 126 kann ein elastisches Material (das einen Elastizitätsmodul von weniger als 1 kN/mm² hat) umfassen, wobei der erste Erfassungsteil 106, der zweite Erfassungsteil 110, die ersten Erfassungsendteile 128, 132 und die zweiten Erfassungsendteile 130, 134 ein steifes oder starres Material (das einen Elastizitätsmodul von höher als 1 kN/mm² hat) und/oder ein elastisches oder flexibles Material aufweisen können. Die elastischen Endteile 124, 126 können ein flexibles oder elastisches Material, wie beispielsweise ein synthetisches oder Kunststoffmaterial umfassen, das PET, PI oder Silikon umfasst. Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist ein Bereich des ersten Erfassungsteiles 106 und des zweiten Erfassungsteiles 110 direkt angrenzend an den piezoelektrischen Teil 104 ein steifes Material auf.
Wie aus 3F ersehen werden kann, können der erste Erfassungsteil und der zweite Erfassungsteil 110 einen steifen Teil 136 aufweisen. Der steife Teil 136 kann beispielsweise ein starres oder steifes Material, wie Glas, Metall (beispielsweise Titan), Silizium oder ein biokompatibles Material umfassen. Der elastische Teil 138 kann ein synthetisches bzw. Kunststoffmaterial aufweisen. Das synthetische Material kann PET, PI oder Silikon umfassen. Der steife Teil 136 und der elastische Teil 138 können ein synthetisches bzw. Kunststoffmaterial der gleichen Materialzusammensetzung aufweisen, wobei das synthetische Material chemisch innerhalb des steifen Teiles 136 gehärtet ist. Der steife Teil 136 und der elastische Teil 138 können gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel ein synthetisches bzw. Kunststoffmaterial der gleichen Materialzusammensetzung aufweisen, wobei das synthetische Material mit einem starren Material innerhalb des steifen Teiles 136 beschichtet ist. Der steife Teil 136 und der elastische Teil 138 können auch verschiedene Materialien aufweisen und können mechanisch beispielsweise mittels Klebens oder Schweißens verbunden sein.
Aufgrund des Vorsehens eines steifen Teiles 136 und eines elastischen Teiles 136 kann die manschettenförmige implantierbare Vorrichtung 100 einfach um das pulsierende Gewebe 10 durch Deformieren des elastischen Teiles 138 gewickelt werden, während eine pulsierende Hin- und Herbewegung, d. h. eine Expansion und eine Kontraktion des pulsierenden Gewebes 10, die steifen Teile 136 des ersten Erfassungsteiles 106 und des zweiten Erfassungsteiles 110 wegdrückt, um eine Scherkraft F von den steifen Teilen 136 in den piezoelektrischen Teil 104 zu übertragen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind das erste Oberflächengebiet 108 und das zweite Oberflächengebiet 112 innerhalb der steifen Teile 136 jeweils des ersten Erfassungsteiles 106 und des zweiten Erfassungsteiles 110. Somit kann eine optimierte Übertragung der Kraft des pulsierenden Gewebes 10 in der Richtung A zu dem piezoelektrischen Teil 104 erzielt werden.
Die 4A bis 4C sind schematische perspektivische Darstellungen einer implantierbaren Vorrichtung 100 gemäß weiteren verschiedenen Ausführungsbeispielen. Wie aus den 4A bis 4C ersehen werden kann, bilden der Körperteil 102 und der piezoelektrische Teil 104 eine Rohrstruktur, die geeignet ist, das pulsierende Gewebe 10 zu umschließen bzw. einzuschließen.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel von 4A sind ein erster Endteil 120 mit einem elastischen Endteil 124 und ein zweiter Endteil 122 mit einem elastischen Endteil 126 vorgesehen, um benachbart zu dem piezoelektrischen Teil 104, dem ersten Erfassungsteil 106 und dem zweiten Erfassungsteil 110 zu sein.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel von 4B erstrecken sich der piezoelektrische Teil 104, der erste Erfassungsteil 106 und der zweite Erfassungsteil 110 von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende des Körperteiles 102 der implantierbaren Vorrichtung.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel von 4C ist ein zusätzlicher piezoelektrischer Teil 104' mechanisch zwischen dem ersten Erfassungsteil 106 und dem zweiten Erfassungsteil 110 zwischenverbunden. Hier ist der erste Erfassungsteil 106 mechanisch mit dem zusätzlichen piezoelektrischen Teil 104' an einem ersten Zwischenflächengebiet 114' verbunden. Der zweite Erfassungsteil 110 ist mechanisch mit dem zusätzlichen piezoelektrischen Teil 104' an einem zweiten Zwischenflächengebiet 116' verbunden. An dem ersten Zwischenflächengebiet 114' liegt eine Grenzoberfläche 114a' des ersten Erfassungsteiles 106 einer Grenzoberfläche 114b' des zusätzlichen piezoelektrischen Teiles 104' gegenüber. An dem zweiten Zwischenflächengebiet 116' liegt eine Grenzoberfläche 116a' des zweiten Erfassungsteiles 110 einer Grenzoberfläche 116b' des zusätzlichen piezoelektrischen Teiles 104' gegenüber. Die Scherkraft von dem pulsierenden Gewebe 10 kann in den zusätzlichen piezoelektrischen Teil 104' in analoger Weise wie in den piezoelektrischen Teil 104 übertragen werden.
Die 5A und 5B sind schematische perspektivische Darstellungen einer implantierbaren Vorrichtung 100 mit einer Antennenstruktur 140 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen. Obwohl in den weiteren Zeichnungen nicht dargestellt, kann die Struktur der implantierbaren Vorrichtung 100 die Merkmale umfassen, wie diese in 3A bis 3F und 4A bis 4C gezeigt sind.
Wie aus 5A ersehen werden kann, kann die implantierbare Vorrichtung 100 eine Rohrstruktur mit integrierter elektronischer Funktionalität zur Verwendung in medizinischen Anwendungen haben. Das Rohr kann zur Ausgestaltung beispielsweise durch Chirurgie innerhalb oder außerhalb von natürlichen Passagen/Leitungen in dem Körper eines Menschen oder eines Tieres vorgesehen sein. Material des Körperteiles 102 kann ein biokompatibles Material sein, das aus einem elastischen Material oder einem steifen Material, wie oben erwähnt, gebildet ist. Die implantierbare Vorrichtung 100 kann auch mit einer Passivierungsschicht, wie Parylen, beschichtet sein, um die implantierbare Vorrichtung 100 biokompatibel zu machen. Das Basismaterial des Körperteiles 102 kann entweder leitend, beispielsweise Metalle oder zusammengesetzte Materialien, auch Metalle mit einem zusätzlichen Überzug für Passivierungs- und/oder Isolationszwecke, sowie Nicht-Polymere, wie ein dielektrisches Material, sein, beispielsweise kann ein Polyacetat verwendet werden. Das Material des Körperteiles kann weiterhin porös sein oder eine maschen- oder siebähnliche Struktur aufweisen.
Wie aus 5A ersehen werden kann, kann die implantierbare Vorrichtung 100 selektiv auf der Innenseite und/oder Außenseite mit einer Metallschicht 140a beschichtet sein, um eine Antennenstruktur 140 zu bilden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann eine andere Passivierungsbeschichtung vorgesehen sein, um elektrisch die Metallschicht 140a von der Umgebung zu isolieren. Somit wird die implantierbare Vorrichtung 100 als eine rohrähnliche Struktur mit einer selektiven Metallschicht 140a innerhalb und/oder außerhalb der rohrähnlichen Struktur gebildet, um eine Antennenstruktur 140 vorzusehen. Wie aus 5B ersehen werden kann, kann die Metallschicht 140a mit einer zusätzlichen elektrischen Schaltungsanordnung 142 verbunden sein. Die elektrische Schaltungsanordnung 142 kann einen Halbleiterchip oder flexible Polymer-Elektroniken, wie gedruckte Polymer-Elektroniken, umfassen.
6 ist eine schematische perspektivische Darstellung einer implantierbaren Vorrichtung 100 mit einer induktiven Struktur 144 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Wie aus 6 ersehen werden kann, kann die implantierbare Vorrichtung 100 eine Rohrstruktur einschließlich mehreren Schichten einer metallischen und/oder einer nicht-leitenden Beschichtung aufweisen. Gemäß dem Ausführungsbeispiel von 6 können Leiterleitungen einer Metallschicht 144a einer induktiven Struktur 144 in benachbarten Schichten elektrisch durch Löcher 146 in dem Körperteil 102 zwischenverbunden sein, der mit einer elektrischen Schaltungsanordnung 142 an einem Innenteil der implantierbaren Vorrichtung 100 zu verbinden ist. Somit kann die implantierbare Vorrichtung 100, die eine Rohrstruktur oder eine Manschettenstruktur hat, ähnlich zu einer gedruckten Schaltungsplatte mit mehreren Schichten ausgestaltet werden.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel von 6 ist eine Zweischicht-Metallplattierung mit der Metallschicht 144a auf der Innenseite und auf der äußeren Oberfläche des Körperteiles 102, der eine Rohrstruktur hat, vorgesehen, um eine funktionalisierte implantierbare Vorrichtung 100 zu bilden. Die implantierbare Vorrichtung 100 kann die elektrische Schaltungsanordnung 142, wie einen Halbleiterchip oder passive Komponenten, enthalten, die entweder auf die innere oder äußere Oberfläche der implantierbaren Vorrichtung 100 montiert ist. Falls die implantierbare Vorrichtung als eine Mehrschicht-Rohrstruktur gebildet ist, können diese Komponenten auch in verschiedenen Schichten ausgebildet oder eingebettet sein. Wie aus dem Ausführungsbeispiel von 6 ersehen werden kann, sind eine dielektrische Schicht und zwei Metallschichten vorgesehen, um eine funktionalisierte implantierbare Vorrichtung 100 zu bilden. Die Komponenten der elektrischen Schaltungsanordnung 142 sind gemäß einem Ausführungsbeispiel mit der Metallschicht 140a oder 144a verbunden, wie dies aus den 5A, 5B und der 6 ersehen werden kann. Die elektrische Schaltungsanordnung 142 kann auch durch Polymer-Elektroniken, d. h. mittels elektronischer Schaltungsstrukturen auf einem Polymer, hergestellt werden. Die Komponenten der elektrischen Schaltungsanordnung 142 können so starr (einschließlich Siliziumchips) oder flexibel (unter Verwendung von Polymer-Elektroniken) sein. Gemäß den 5A und 5B ist die Metallschicht 140a eine Antenne oder enthält eine Antenne, wobei in dem Ausführungsbeispiel von 6 die Metallschicht 144a eine Induktivität enthält.
Somit kann die implantierbare Vorrichtung 100 weiterhin eine Antennenstruktur 140 oder eine induktive Struktur 144, geschichtet auf die Oberfläche des Körperteiles 102 durch eine Metallschicht 140a oder 144a, aufweisen.
7 ist eine schematische perspektivische Darstellung einer implantierbaren Vorrichtung 100 mit einer elektrischen Schaltungsanordnung 142 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die elektrische Schaltungsanordnung 142 umfasst eine Energieeinbring- bzw. -harvestereinheit 148, die mit dem piezoelektrischen Teil 104 der implantierbaren Vorrichtung 100 verbunden ist. Die Energieharvestereinheit 148 ist gestaltet, um die sich verändernde Spannung des piezoelektrischen Teiles 104 in elektrische Energie umzuwandeln. Die Energieharvestereinheit 148 ist elektrisch mit einer Sender/Empfängereinheit 150 verbunden, die eine Antenneneinheit 152, wie eine Antennenstruktur oder eine induktive Struktur, aufweist. Die Sender/Empfängereinheit 150 kann wenigstens eine Einheit aus einer Hochfrequenz-Identifikation-(RFID)/Nahfeldkommunikation-(NFC-)Antenne aufweisen, die mit einer externen Leseeinheit kommuniziert. RFID-Vorrichtungen arbeiten bei verschiedenen Hochfrequenzbereichen, beispielsweise Niederfrequenz (LF) bei etwa 28 bis 135 kHz, Hochfrequenz (HF) bei etwa 13,56 MHz und Ultrahochfrequenz (UHF) bei 860 bis 960 MHz. Zusätzlich kann eine Kommunikation über ein Band aus einem industriellen, wissenschaftlichen und medizinischen (ISM) Band durchgeführt werden, das in einem Frequenzbereich zwischen 6,765 MHz bis 246 GHz arbeitet und Bandbreiten von bis zu 2 GHz hat.
Die implantierbare Vorrichtung 100 kann weiterhin eine Sensoreinheit 154 umfassen, die mit der Sender/Empfängereinheit 150 verbunden ist, um ein Messergebnis zu der Sender/Empfängereinheit 150 zu übertragen. Die Sendereinheit 154 kann wenigstens einen Sensor aus einem Drucksensor, einem Strömungssensor, einem Temperatursensor, einem Beschleunigungssensor, einem Gyrosensor oder einem magnetischen Sensor aufweisen. Die Sensoreinheit 154 kann weiterhin Komponenten auf in oder eingebettet in den Körperteil 102 umfassen, der Mikrokanäle zum Transport von Fluiden für biochemische Analysezwecke aufweist. Somit kann die implantierbare Vorrichtung 100 betrieben werden wie eine Labor-auf-einem-Chip-Vorrichtung. Die elektrische Schaltungsanordnung 142 kann wenigstens eine Einheit aus einem Sender, einem Empfänger, einem Prozessor, einem Speicher oder einer Strom- bzw. Spannungsquelle bzw. einem Netzteil aufweisen. Die implantierbare Vorrichtung 100 kann als ein unabhängiger Sensorknoten wirken. Die Sensoreinheit 154 tastet eine physikalische oder chemische Größe ab und überträgt sie zu der Sender/Empfängereinheit 150, die die Daten zu der Außenseite eines menschlichen Körpers oder eines tierischen Körpers überträgt. Die notwendige Energie kann durch eine externe elektromagnetische Strahlung (in welcher die Antenneneinheit 152 verwendet werden kann), durch eine Batterie oder die Energieharvestereinheit 148 geliefert werden.
Wie aus 7 ersehen werden kann, hat die manschettenförmige implantierbare Vorrichtung eine offene Rohrstruktur. Diese offene Rohr kann flexibel sein, so dass es optional von der Außenseite eines pulsierenden Gewebes oder einer jeweiligen Passage/Leitung in einem menschlichen oder tierischen Körper angewandt werden kann durch Wickeln des ersten Erfassungsteiles 106 und des zweiten Erfassungsteiles 110 um das pulsierende Gewebe 10. Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist der Körperteil 102 Federeigenschaften auf, so dass seine offene Seite umgekehrt bzw. entgegengesetzt erweitert werden kann, wie dies oben erläutert wurde. Durch Verzerren des piezoelektrischen Teiles 104, beispielsweise durch eine periodische Druckänderung in einem Blutgefäß oder dem pulsierenden Gewebe 10, wird eine periodische elektrische Spannung hervorgerufen, die durch die Energieharvestereinheit 148 eingebracht werden kann oder die gemessen werden kann, um beispielsweise eine Pulsfrequenz zu bestimmen oder einen periodischen mechanischen Stoß zu messen.
Ein schematisches Schaltungsdiagramm einer elektrischen Schaltungsanordnung 142 einer implantierbaren Vorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel ist in 8 gezeigt. Die elektrische Schaltungsanordnung 142 umfasst die Sensoreinheit 154, den piezoelektrischen Teil 104, die Energieharvestereinheit 148 und die Sender/Empfängereinheit 150. Der piezoelektrische Teil 104 kann ein piezoelektrisches Material umfassen. Das piezoelektrische Material kann Polyvinyliden-Fluorid (PVDF) umfassen. Dieses Material hat einen niedrigen Youngschen Modul bzw. Elastizitätsmodul (um 3 NPa), weist keine gefährlichen Materialien auf (wie beispielsweise Blei in PZT) und ist in sehr dünnen Lagen bzw. Schichten gebildet. Jedoch kann irgendein piezoelektrisches Material verwendet werden. Da der piezoelektrische Teil 104 zwischen dem ersten Erfassungsteil 106 und dem zweiten Erfassungsteil 110 zwischenverbunden ist, kann die Dicke des piezoelektrischen Teiles 104 die gleiche wie diejenige des Bodyteiles 102 sein.
Wie aus 8 ersehen werden kann, resultiert die pulsierende Natur einer arteriellen Ausdehnung und Zusammenziehung bzw. Kontraktion 155 in einer niederfrequenten umgebenden biologischen Energiequelle, von welcher Energie durch den piezoelektrischen Teil 104 und die Energieharvestereinheit 148 eingebracht werden kann, um eine autonome Leistung zu liefern bzw. vorzusehen. Die Energieharvestereinheit 148 umfasst einen Wechselstrom/Gleichstrom-Wandler 156, eine Energiespeichereinheit 158, eine Pegelerfassungsschaltungsanordnung 160 und einen elektronischen Schalter 162, um den Rest der elektrischen Schaltungsanordnung 142 zu erregen, wenn genügend Energie eingebracht wurde. Durch diese Energie kann eine ausreichende Leistung vorgesehen werden, um einen vollständigen Betriebszyklus der implantierbaren Vorrichtung 100 zu vervollständigen, wie beispielsweise einen Messprozess der Sensoreinheit 154 eines Parameters des pulsierenden Gewebes 10, wie z. B. einen Blutdruck, eine Blutzuckerkonzentration oder eine Heparinkonzentration von Blut in einem Gefäß, einen Datenspeicherprozess und, falls in dem besonderen Zyklus gefordert, eine Datenübertragung. Alle Komponenten sind optimiert, um eine hohe Energieeinbringeffizienz, einen minimalen Leistungsverlust und sehr niedriges Lecken zu erzielen. Die arterielle Expansion und Kontraktion 155 wird durch den piezoelektrischen Teil 104 in eine sich verändernde elektrische Spannung umgesetzt. Die Sender/Empfängereinheit 150 umfasst eine Datenspeichereinheit 166 und eine Kommunikationseinheit 168, um Messdaten 170 zu einer externen Leseeinheit zu übertragen. Die Energiespeichereinheit 158 kann eine aufladbare Speichervorrichtung aufweisen. Hier kann eine auf Silizium beruhende wiederladbare Lithiumbatterie verwendet werden. Da Silizium ein höchstes Lithiumionenspeicher-Kapazität/Volumen hat, kann selbst eine sehr winzig bemessene Batterie (A < 1 mm²) eine Speicherkapazität in der Größenordnung von bis zu 250 bis 500 μAh vorsehen, die für zahlreiche Anwendungen ausreichend ist. Die Energiespeichereinheit 158 kann weiterhin einen Kondensator umfassen. Hier können gedruckte Energiespeichervorrichtungen oder gedruckte Superkondensatoren verwendet werden.
Somit können Messdaten eines Parameters eines pulsierenden Gewebes 10 oder eines Umgebungsfluids durch die Sensoreinheit 154 gemessen werden, und die Messdaten 170 können zu einer externen Leseeinheit übertragen werden, wobei der Messungs- und Übertragungsprozess energetisch durch die Energieharvestereinheit 148 versorgt wird, die die pulsierende Bewegung des pulsierenden Gewebes 10 einbringt bzw. abgreift.
9 ist eine schematische perspektivische Darstellung eines implantierbaren Systems 300 gemäß einem Ausführungsbeispiel. 10 ist eine schematische perspektivische Darstellung eines Stents 200 eines implantierbaren Systems 300 gemäß einem Ausführungsbeispiel. 11 ist eine schematische perspektivische Darstellung einer implantierbaren Vorrichtung 100 des implantierbaren Systems 300 gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Wie aus den 9 bis 11 ersehen werden kann, umfasst der Stent 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel einen Öffnungsteil 204 in der Umfangs- bzw. Mantelfläche 202, um einen Zugang zu einem inneren Teil des pulsierenden Gewebes 10 vorzusehen. Die implantierbare Vorrichtung 100 kann ein Sensorgebiet 172 umfassen, in welchem die Sensoreinheit 154 gelegen sein kann, die entgegengesetzt zu dem Öffnungsteil 204 des Stents 200 angeordnet ist. Das Sensorgebiet 172 kann gestaltet sein, um einen Gewebefluidparameter, beispielsweise Druck, Strömungsgeschwindigkeit oder Blutzucker des inneren Teiles des pulsierenden Gewebes 10 zu messen. Somit kann der Stent 200 innerhalb des pulsierenden Gewebes 10, beispielsweise eines Blutgefäßes, eines Kunststoffrohres, mit der implantierbaren Vorrichtung 100 kombiniert werden, die als ein äußerer offener Stent eingebettet ist. Hier kann der innere Stent 200 das pulsierende Gewebe 10 halten, d. h. das Gefäß für eine Blutströmung öffnen, während die implantierbare Vorrichtung 100, die als ein äußerer Stent wirkt, um das pulsierende Gewebe 10 geklemmt werden kann, das ein Gefäß sein kann, um ein funktionales Element, wie die Sensoreinheit 154, zu positionieren und diese mit äußeren Systemen, beispielsweise über gedruckte Drähte auf der Oberfläche der äußeren Stentoberfläche der implantierbaren Vorrichtung 100, oder der implantierbaren Vorrichtung 100 selbst zu verbinden. Das funktionale Element, wie die Sensoreinheit 154 in dem Sensorgebiet 172, kann das pulsierende Gewebe, wie das Blutgefäß, durch den Öffnungsteil 204 des inneren Stents 200 und das pulsierende Gewebe 10 selbst ausreifen bzw. ausbrüten. Die äußere implantierbare Vorrichtung 100 ist über das pulsierende Gewebe 10 geklemmt und dichtet die Öffnung ab, die verwendet wurde, um den inneren Stent 200 einzusetzen, und erlaubt es, das funktionale Element, wie die Sensoreinheit 154 innerhalb des Blutstromes des pulsierenden Gewebes 10 zu erhalten.
Um die Abdichtung zu verbessern, kann ein biokompatibler Klebstoff verwendet werden. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann die elektrische Schaltungsanordnung 142 mit dem inneren Stent 200 verbunden werden, und die Kopplung zwischen dem inneren Stent 200 und der äußeren implantierbaren Vorrichtung 100 kann über gedruckte Spulen auf den Stent 200 und die implantierbare Vorrichtung 100 einwirken, die angeordnet sind, um einen Transformator (induktive Nahfeldkopplung) zu bilden. Somit ist gemäß einem Ausführungsbeispiel eine rohrähnliche Struktur zur Implantation in oder um natürliche Passagen/Leitungen innerhalb eines tierischen oder menschlichen Körpers vorgesehen, wobei das Rohr elektrische Funktionen, wie Sensoren oder Sender/Empfänger enthalten kann. Weiterhin kann das Rohr offen sein und eine Piezostruktur, wie beispielsweise den piezoelektrischen Teil 104, enthalten.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist ein funktionalisierter Stent vorgesehen, der Sensordaten zu einer externen Leseeinheit liefert. Das pulsierende Gewebe 10 kann ein Blutgefäß nahe zu dem Herzbereich sein, um die implantierbare Vorrichtung 100 als einen Herzschrittmacher anzuwenden. Jedoch kann die implantierbare Vorrichtung 100 auch auf andere Blutgefäßbereiche angewandt werden, um ein lokales Energieharvesten in Körperbereichen, wie in einem Kniebereich oder einem Beinbereich, vorzusehen. Hier kann auch Muskelenergie durch den piezoelektrischen Teil 104 der implantierbaren Vorrichtung 100 eingebracht werden. Das mechanische Energieharvesten der Deformation der Blutgefäße kann verwendet werden, um elektrische Energie zu erzeugen. Aus der Intensität und Frequenz des Kontraktions- und Expansionsprozesses des Blutgefäßes können jeweils gleichzeitig Blutdruck und Pulsfrequenz gemessen werden.
Die 12A bis 12D sind schematische perspektivische Darstellungen des Stents 200 gemäß weiteren verschiedenen Ausführungsbeispielen. Der im Folgenden erläuterte Stent 200 kann in dem implantierbaren System 300, wie oben beschrieben, verwendet werden. Jedoch braucht der Stent 200 nicht in dem implantierbaren System 300 benutzt zu werden, sondern kann allein verwendet werden. Weiterhin kann der im Folgenden erläuterte Stent die Funktionalität haben, wie diese oben im Hinblick auf die implantierbare Vorrichtung 100 beschrieben ist.
Die Point-of-care-(POC-)Technologie bzw. die punktgerichtete Vorsorgetechnologie für Gesundheitsvorsorge dringt bereits in unser Leben ein. Verschiedene einfache biologische schnelle Tests sind auf dem Markt verfügbar, wie Blutglukose-Tests, Schwangerschafts-Tests und Hämoglobin-Diagnostik. Diese Tests sind schnell, wenig kostenaufwendig, effektiv und einfach. Jedoch erfolgt die Diagnose von lebensbedrohenden Infektionen und komplexen Krankheiten, wie Sepsis und Krebs, noch durch Laboratorien. Wenn ein ernsthafter Krankheitsverdacht vorliegt, müssen Spezialisten Blut- oder Gewebeproben analysieren mit zeitaufwendigen und teuren Prozeduren bzw. Verfahren.
Hoch miniaturisierte Sensorkörner oder Mikrolabs können für amperometrische Messungen mit Biochips, Impedanzspektroskopie oder sogar Deoxyribonukleinsäure-(DNA-)Erfassung mittels komplementärer Metall-Oxid-Halbleiter-(CMOS-)Sensorarrays verwendet werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel können kleine drahtlose Diagnosevorrichtungen direkt in ein Blutgefäß implantiert werden. Somit können Blutparameter, wie beispielsweise Blutglukose, sofort bzw. augenblicklich gemessen werden.
Eine von möglichen medizinischen Intensivbehandlungen eines Herzinfarktes wird mittels einer Kathetererweiterung und Stentimplantation durchgeführt. Die Stentimplantation ist eine gut eingeführte Methode, in einer rohrförmigen Passage, wie einer Arterie, Raum zu schaffen. Es ist zu bemerken, dass Stents auch angewandt werden können, um den Urinfluss zwischen Niere und Blase zu stützen. Weiterhin kann er in dem Bronchus ausgeführt werden, um entsprechende Parameter zu messen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Stent 200 gestaltet sein, um Flüssigkeits-(Blut, Urin, usw.) oder Gas-(Konzentrationen von Sauerstoff und/oder CO₂ beispielsweise) Parameter zu messen. Der Stent 200 kann daher mit kleinen Sensorkörnern ausgerüstet sein. Ein Sensorkorn kann eine vollständig arbeitende monolithische, chip-bemessene Vorrichtung sein, die gestaltet ist, um Flüssigkeits- und Gasparameter mit ihrer erfassenden Oberfläche zu messen. Hier kann eine integrierte Auf-Chip-Antenne eine drahtlose Kommunikation und Leistungsübertragung erlauben.
Wie aus 12A ersehen werden kann, kann der Stent 200 eine Gitterstruktur, eine Raster- bzw. Netzstruktur, eine Maschenstruktur oder eine Siebstruktur, im Folgenden als Gitterstruktur 206 angegeben, haben, die den Stent 200 mit einem elastischen Verhalten ausstattet. Die Gitterstruktur 206 kann ein Kunststoffmaterial und/oder ein Metallmaterial aufweisen. Der Stent 200, wie in 12A gezeigt, kann eine Gitterstruktur 206 eines Metalles umfassen, das eine Diamantstruktur hat. Jedoch kann, wie aus 12B bis 12D ersehen werden kann, der Stent 200 eine Gitterstruktur 206 mit verschiedenen Geometrien aufweisen.
Die 13A bis 13H zeigen verschiedene Gitterelemente von Gitterstrukturen 206 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen. Hier zeigt 13A eine Diamantstruktur, 13B zeigt eine Hexagon-A-Struktur, 13C zeigt eine Hexagon-B-Struktur, 13D zeigt eine Doppelhexagonstruktur, 13E zeigt eine Pfeilstruktur, 13F zeigt eine auxetische Struktur, 13G zeigt eine Hybrid-A-Struktur, und 13H zeigt eine Hybrid-C-Struktur einer Gitterstruktur 206.
Die 14A und 14B veranschaulichen verschiedene Antennenstrukturen des Stents 200 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen.
14A zeigt einen Teil der Gitterstruktur 206 des Stents 200, wie beispielsweise in 12A bis 12D dargestellt. Wie aus 14A ersehen werden kann, kann die Gitterstruktur 206 einen leitenden Gitterteil 206a und einen nicht-leitenden Gitterteil 206b aufweisen. Der leitende Gitterteil 206a ist als durchgehende Linien veranschaulicht, während der nichtleitende Gitterteil 206b in Strichlinien gezeigt ist.
In dem Ausführungsbeispiel von 14A ist der leitende Gitterteil 206a so gebildet, dass der leitende Gitterteil 206a eine Struktur einer elektrisch leitenden Spule hat. Hier sind die Enden der leitenden Spule des leitenden Gitterteiles 206 mit einer elektrischen Schaltungsanordnung 208 verbunden. Der leitende Gitterteil 206a in 14A wirkt als eine Spulenantennenstruktur 210, die mit der elektrischen Schaltungsanordnung 208 verbunden ist. Es soll betont werden, dass die elektrische Schaltungsanordnung 208 die gleiche Struktur und die gleiche Funktionalität wie die elektrische Schaltungsanordnung 142 haben kann, wie diese in 5B, 6, 7 und 8 gezeigt ist. Hier kann die Spulenantennenstruktur 210 von 14A als die induktive Struktur 144 oder die Antenneneinheit 152, wie in 6 und 7 gezeigt, verwendet werden.
Zum Erzielen der Struktur der Spulenantenne 210 ist der leitende Gitterteil 206a der Gitterstruktur 206 des Stents 200 so gebildet, dass Teile des leitenden Gitterteiles 206a derart verbunden sind, dass eine geschlossene Schleife einer leitenden Leitung gebildet wird, wobei der leitende Gitterteil 206a mit dem Gitterteil 206 durch den nicht-leitenden Gitterteil 206b derart verbunden ist, dass die Geometrie der Gitterstruktur 206 die gleiche ist innerhalb des leitenden Gitterteiles 206a und des nicht-leitenden Gitterteiles 206b. Mit anderen Worten, der leitende Gitterteil 206a und der nicht-leitende Gitterteil 206b bilden zusammen eine Gitterstruktur 206 ohne Unterbrechungen in der Geometrie oder Gestalt der Gitterstruktur. Die leitende Leitung des leitenden Gitterteiles 206a kann eine Mäandergestalt haben. Der leitende Gitterteil 206a kann durch selektives Beschichten eines nicht-leitenden Materials, das den nicht-leitenden Teil 206b der Gitterstruktur 206 bildet, mit einem leitenden Material, wie beispielsweise einem Metall, gebildet werden. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Gitterstruktur 206 als eine zusammengesetzte Struktur gebildet werden, die durch Verbinden des leitenden Gitterteiles 206a eines leitenden Materials, wie beispielsweise eines Metalles, und des nicht-leitenden Teiles 206b eines nichtleitenden Materials, wie beispielsweise eines Kunststoffes, gebildet ist.
Wie aus 14B ersehen werden kann, kann der leitende Gitterteil 206a auch verwendet werden, um eine Dipolantenne 212 zu bilden. Hier umfasst der leitende Gitterteil 206a einen ersten Dipolantennenteil 212a und einen zweiten Dipolantennenteil 212b, von denen jeder mit einem jeweiligen Anschluss der elektrischen Schaltungsanordnung 208 verbunden ist. Wie aus 14B ersehen werden kann, ist die Dipolantennenstruktur 212 gebildet durch Vorsehen geschlossener Gebiete eines leitenden Gitterteiles 206a, der durch den nicht-leitenden Gitterteil 206b umgeben ist.
Die Struktur, wie in 14B gezeigt, kann beispielsweise in einem Ausführungsbeispiel, wie in 5B gezeigt, verwendet werden, wobei der Bodyteil 102 der implantierbaren Vorrichtung 100 als die Gitterstruktur 206 gebildet werden kann, die den leitenden Gitterteil 206a und den nicht-leitenden Gitterteil 206b, wie in 14B gezeigt, aufweist.
Somit können, wie aus 14A und 14B zu ersehen ist, eine induktive Antennenstruktur und eine Dipolantennenstruktur beide durch den Stent 200 vorgesehen sein, der die Gitterstruktur 206 gemäß den Ausführungsbeispielen von 14A und 14B hat. Somit ist es möglich, Antennenauslegungen bzw. -designs zu erzielen, um eine Spulenantenne 210 oder eine Dipolantenne 212 innerhalb der Gitterstruktur 206 des Stents 200 auszuführen.
Die 15A bis 15C sind eine schematische Vordersicht und zwei Seitensichten des Stents 200 mit der elektrischen Schaltungsanordnung 208 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Wie aus 15A ersehen werden kann, kann die elektrische Schaltungsanordnung 208 an der Gitterstruktur 206 des Stents 200 durch eine Fixier- bzw. Befestigungseinrichtung 214 befestigt werden. Hier hält die Befestigungseinrichtung 214 die elektrische Schaltungsanordnung 208 in einer Mittenposition innerhalb der rohrförmigen Gitterstruktur 206 des Stents 200. In dem Ausführungsbeispiel der 15A bis 15C kann die elektrische Schaltungsanordnung 208 in der Mitte eines Gefäßfluidstromes platziert bzw. angeordnet sein, wenn sie in einem Gefäß 10, wie beispielsweise einem Blutgefäß, entfaltet ist. Da die elektrische Schaltungsanordnung 208 in der Mittenposition eines Gefäßes 10 gelegen ist, kann ein Sensorgebiet der elektrischen Schaltungsanordnung 208 (wie beschrieben beispielsweise wie die Sensoreinheit 154 in 7 und 8) in Kontakt mit dem Gefäßfluidfluss sein. Somit kann ein gutes und zuverlässiges Messergebnis der Sensoreinheit 154 der elektrischen Schaltungsanordnung 208 erzielt werden.
Die 16A bis 16C sind eine Vordersicht und zwei verschiedene Seitensichten eines Stents 200 mit einer elektrischen Schaltungsanordnung 208 gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die elektrische Schaltungsanordnung 206 an einer äußeren Umfangs- oder Manteloberfläche der Gitterstruktur 206 des Stents 200 befestigt. Die Struktur, wie in 16A gezeigt, sieht die Möglichkeit vor, die elektrische Schaltungsanordnung 208 an einem äußeren Teil eines Blutgefäßes 10 zu befestigen, wenn eine Implantation in dasselbe vorliegt. Durch Vorsehen dieser Struktur ist eine Störung des Blutgefäßfluidflusses in dem Gefäß 10 durch die elektrische Schaltungsanordnung 208 im Vergleich mit der Struktur, wie in 15A bis 15C gezeigt, reduziert. Ein derartiges Ausführungsbeispiel, wie in 16A bis 16C gezeigt, kann verwendet werden, falls die elektrische Schaltungsanordnung 208 als ein Blutflussmesser verwendet wird.
Die 17A und 17B sind schematische Seitensichten eines Stents 200 mit einer elektrischen Schaltungsanordnung 208 gemäß einem Ausführungsbeispiel in einem gefalteten (oder nicht entfalteten) (17A) und einem entfalteten (17B) Zustand.
Da der Durchmesser der Gitterstruktur 206 in einem gefalteten Zustand viel kleiner ist als der Durchmesser der Gitterstruktur 206 in einem entfalteten Zustand, kann der Stent 200 genau innerhalb einer besonderen Stelle innerhalb eines Gefäßes 10 positioniert werden. Er erlaubt weiterhin eine einfache/geprüfte Injektion. Zusätzlich beeinflusst er nicht den Gefäßfluidfluss, da das Gefäß 10 demgemäß gedehnt bzw. expandiert werden kann.
18 ist eine schematische Seitendarstellung eines Systems 500 mit einem Stent 200 und einer Verstärkungsvorrichtung 400 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Verstärkungsvorrichtung 400 umfasst einen Verstärkungsantennenteil 420 und eine mit der Verstärkungsantenne 420 verbundene elektrische Schaltungsanordnung 410. Die Verstärkungsvorrichtung 400 umfasst weiterhin eine Kopplungsantenne 430, die gestaltet ist, um mit einer Antennenstruktur des Stents 200, wie in 14A und 14B gezeigt, zu kommunizieren. Die Verstärkungsvorrichtung 400 kann ausgebildet sein als ein Hautfleck oder Pflaster, das auf einer Haut 600 eines Benutzers anzubringen ist.
Die Verstärkungsvorrichtung 400 ist gestaltet, um elektromagnetische Wellen von einem externen Sender/Empfänger 700 zu empfangen. Die von dem externen Sender/Empfänger 700 durch die Verstärkungsantenne 420 empfangenen elektromagnetischen Wellen werden dann zu der elektrischen Schaltungsanordnung 410 geleitet, die die elektromagnetischen Wellen von dem externen Sender/Empfänger 700 zu der Antenneneinheit 152 (7) sendet. Die Antenneneinheit 152 kann als eine Spulenantenne 210 (14A) oder eine Dipolantenne 212 (14B) ausgebildet sein. Die elektromagnetischen Wellen, die von der Antenneneinheit 152 empfangen sind, werden zu der elektrischen Schaltungsanordnung 208 des Stents 200 geleitet.
Somit kann eine drahtlose Kommunikation zwischen dem externen Sender/Empfänger 700 mit der elektrischen Schaltungsanordnung 208 des Stents 200 mit Unterstützung der Verstärkungsvorrichtung 400 durchgeführt werden. Hier kann die Verstärkungsvorrichtung 400 die Kommunikationsfrequenz umsetzen und kann weiterhin die Übertragungsleistung verstärken, um die Kommunikation zwischen dem Stent 200 und dem externen Sender/Empfänger 700 zu optimieren. Weiterhin kann die Verstärkungsvorrichtung 400 gestaltet sein, um eine Energiespeichervorrichtung der elektrischen Schaltungsanordnung 208 mittels einer induktiven Kopplung zwischen der Kopplungsantenne 430 und einer Spulenantenne 210 des Stents 200 zu laden. Somit kann der drahtlose Kommunikationskanal der implantierten Diagnosevorrichtung des Stents 200 weiter durch die Verwendung der Verstärkungsvorrichtung 400 verbessert werden, die die Verstärkungsantenne 420 und die Kopplungsantenne 430 hat.
Obwohl spezifische Ausführungsbeispiele hier veranschaulicht und beschrieben sind, ist es für den Fachmann selbstverständlich, dass eine Vielzahl von alternativen und/oder äquivalenten Ausgestaltungen für die gezeigten und beschriebenen spezifischen Ausführungsbeispiele herangezogen werden kann, ohne von dem Bereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Diese Anmeldung soll daher jegliche Anpassungen oder Veränderungen der hier diskutierten spezifischen Ausführungsbeispiele abdecken. Daher ist beabsichtigt, dass diese Erfindung lediglich durch die Patentansprüche und deren Äquivalente begrenzt ist.

Claims

Implantierbare Vorrichtung (100), umfassend: einen Körperteil (102), der gestaltet ist, um ein pulsierendes Gewebe (10) zu erfassen, und einen piezoelektrischen Teil (104), der mechanisch mit dem Körperteil (102) gekoppelt und gestaltet ist, eine von dem Körperteil (102) zu dem piezoelektrischen Teil (104) übertragene, sich verändernde Scherkraft in eine Spannung umzusetzen.
Implantierbare Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, bei der der Körperteil (102) aufweist: einen ersten Erfassungsteil (106), der gestaltet ist, einen ersten Gewebeteil (12) des pulsierenden Gewebes (10) mit einem ersten Oberflächengebiet (108) zu erfassen, und einen zweiten Erfassungsteil (110), der gestaltet ist, einen zweiten Gewebeteil (14) des pulsierenden Gewebes (10) mit einem zweiten Oberflächengebiet (112) zu erfassen, wobei das erste Oberflächengebiet (108) und das zweite Oberflächengebiet (112) einander gegenüberliegen, wobei der piezoelektrische Teil (104) mechanisch zwischen dem ersten Erfassungsteil (106) und dem zweiten Erfassungsteil (110) zwischenverbunden ist.
Implantierbare Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei der der Körperteil (102) und der piezoelektrische Teil (104) eine Manschette bilden, die gestaltet ist, um das pulsierende Gewebe (10) zu erfassen.
Implantierbare Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei der der Körperteil (102) und der piezoelektrische Teil (104) eine Rohrstruktur bilden, die gestaltet ist, um das pulsierende Gewebe (10) einzuschließen.
Implantierbare Vorrichtung (100) nach Anspruch 4, weiterhin umfassend einen zusätzlichen piezoelektrischen Teil (104'), der mechanisch zwischen dem ersten Erfassungsteil (106) und dem zweiten Erfassungsteil (110) zwischenverbunden ist.
Implantierbare Vorrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der der Körperteil (102) ein piezoelektrisches Material aufweist.
Implantierbare Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, bei der der erste Erfassungsteil (106) und der zweite Erfassungsteil (110) mechanisch miteinander lediglich durch den zwischenverbundenen piezoelektrischen Teil (104) verbunden sind.
Implantierbare Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, bei der der erste Erfassungsteil (106) und der zweite Erfassungsteil (110) mechanisch miteinander durch den zwischenverbundenen piezoelektrischen Teil (104) und wenigstens einen Endteil (120, 122), der einen elastischen Endteil (124, 126) aufweist, verbunden sind.
Implantierbare Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, bei der ein Bereich des ersten Erfassungsteiles (106) und des zweiten Erfassungsteiles (110) direkt angrenzend an den piezoelektrischen Teil (104) ein steifes Material aufweist.
Implantierbare Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 9, bei der der erste Erfassungsteil (106) und der zweite Erfassungsteil (110) aufweisen: einen steifen Teil (136) in einem Bereich direkt angrenzend an den piezoelektrischen Teil (104), und einen elastischen Teil (138) in einem Bereich direkt angrenzend an den steifen Teil (136).
Implantierbare Vorrichtung (100) nach Anspruch 10, bei der der steife Teil (136) und der elastische Teil (138) ein Kunststoffmaterial der gleichen Materialzusammensetzung aufweisen, wobei das Kunststoffmaterial chemisch innerhalb des steifen Teiles gehärtet ist.
Implantierbare Vorrichtung (100) nach Anspruch 10, bei der der steife Teil (136) und der elastische Teil (138) ein Kunststoffmaterial der gleichen Materialzusammensetzung aufweisen, wobei das Kunststoffmaterial innerhalb des steifen Teiles (136) beschichtet ist.
Implantierbare Vorrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, weiterhin umfassend eine Energieharvestereinheit (148) zum Umsetzen der sich verändernden Spannung des piezoelektrischen Teiles (104) in elektrische Energie.
Implantierbare Vorrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, weiterhin umfassend eine Antennenstruktur (140) oder eine induktive Struktur (144), beschichtet auf die Oberfläche des Körperteiles durch Metallbeschichten.
Implantierbare Vorrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, weiterhin umfassend eine elektrische Schaltungsanordnung (142) mit wenigstens einer Einheit aus einem Sender, einem Empfänger, einem Prozessor, einem Speicher oder einer Strom- bzw. Spannungsversorgung.
Implantierbare Vorrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, weiterhin umfassend eine Sensoreinheit (154) mit wenigstens einer Einheit aus einem Drucksensor, einem Strömungssensor, einem Temperatursensor, einem Beschleunigungssensor, einem Gyrosensor oder einem magnetischen Sensor.
Implantierbare Vorrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, weiterhin umfassend Komponenten auf, in oder eingebettet in dem Körperteil (102), mit Mikrokanälen für einen Transport von Fluiden für biochemische Analysezwecke aufweist.
Implantierbares System, umfassend: die implantierbare Vorrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, und einen Stent (200), der gestaltet ist, um in ein pulsierendes Gewebe (10) eingeführt und entfaltet zu werden, wobei die implantierbare Vorrichtung (100) gestaltet ist, um ein abgeschlossenes Übergangsgebiet (118) mit dem pulsierenden Gewebe (10) zu bilden, während sie gegen ein äußeres Umfangsgebiet einer Umfangsoberfläche (202) des Stents (200) gepresst wird.
Implantierbares System nach Anspruch 18, bei dem der Stent (200) einen Öffnungsteil (204) in der Umfangsoberfläche (202) aufweist, um einen Zugang zu einem inneren Teil des pulsierenden Gewebes (10) vorzusehen.
Implantierbares System nach Anspruch 19, bei dem die implantierbare Vorrichtung (100) ein Sensorgebiet (172) aufweist, das entgegen zu dem Öffnungsteil (204) des Stents (200) gelegen ist, wobei das Sensorgebiet (172) gestaltet ist, um ein Gewebefluid oder einen Gasparameter des inneren Teiles des pulsierenden Gewebes (10) zu messen.