DE112012004146T5 - Herzkatheter mit Verwendung oberflächentreuer Elektronik zur Abbildung - Google Patents

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DE112012004146T5
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DE112012004146.1T
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Roozbeh Ghaffari
Stephen P. Lee
Brian Elolampi
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MC10 Inc
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Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur medizinischen Diagnose und/oder Behandlung vorgeschlagen. Die Vorrichtung umfasst ein flexibles Substrat, einen auf dem flexiblen Substrat angeordneten Zwischenbus und eine Vielzahl von auf dem Substrat angeordneten und an den Zwischenbus gekoppelten Sensorelementen. Die Vielzahl von Sensorelementen und der Zwischenbus sind so auf dem flexiblen Substrat angeordnet, dass die Sensorelementen an Bereichen minimaler Beanspruchung des flexiblen Substrats angeordnet sind.

Description

  • QUERVERWEISE AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
  • Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der am 5. Oktober 2011 eingereichten provisorischen US-Anmeldung Nr. 61/543,713 mit dem Titel „CARDIAC CATHETER METHODS AND APPARATUS AND SYSTEMS EMPLOYING CONFORMAL ELECTRONICS FOR CARDIAC MAPPING”, und der am 5. Oktober 2011 eingereichten provisorischen US-Anmeldung Nr. 61/543,748 mit dem Titel „CONFORMAL ELECTRONICS EMPLOYING ELECTRODE ARRAYS”, die hiermit jeweils in ihrer Gesamtheit durch Verweis aufgenommen sind.
  • HINTERGRUND
  • Bestehende Sensor- und Therapievorrichtungen weisen aufgrund mangelnder Ausgereiftheit bezüglich der Sensor-, Bildgebungs- und Therapiefunktionen möglicherweise nur begrenzte Anwendbarkeit auf. Die Präzision und Geschwindigkeit der Sensor-, Bildgebungs- und Therapiefunktionen ist für die Behandlung bestimmter Herzerkrankungen, wie zum Beispiel Vorhofflimmern, von Vorteil.
  • Laut mancher Studien sind in den Industrieländern 5 Millionen Patienten von Vorhofflimmern (atriale Fibrillation, AF) betroffen und die Erkrankung ist die häufigste Ursache von Schlaganfällen bei Herzpatienten. Mit jährlich bis zu 400 000 neu diagnostizierten Fällen reichen die negativen Folgen der verschiedenen Formen der AF von dekompensierter Herzinsuffizienz bis zum plötzlichen Tod. Katheterablationstechniken haben sich zunehmend zur vorherrschenden Interventionsstrategie in der Behandlung verschiedener Formen der kardialen Rhythmusstörung, darunter AF, Kammerflimmern (ventrikuläre Fibrillation, VF) und ventrikuläre Tachykardie (VT), entwickelt. Einige Katheterablationstechniken erzeugen mit Radiofrequenzelektroden (RF) „Punkt um Punkt” lineare Läsionen; solche Techniken konnten jedoch keine effektive Erfolgsquote bei Patienten mit anhaltender AF erzielen, was zumindest teilweise daran liegt, dass die Ablationsziele nicht gut definiert sind, da es sich bei den Techniken im Allgemeinen um langwierige Verfahren handelt, die hochqualifiziertes Bedienpersonal erfordern, um das Risiko eines Schlaganfalls oder anderer klinischer Komplikationen zu minimieren. Zu den derzeitigen Ablationszielen bei anhaltender AF gehören Bereiche, die „komplex fraktionierte atriale Elektrogramme” (CFAEs) aufweisen. Hierbei handelt es sich um elektrische Messungen mit einem hochgradig desorganisierten Erscheinungsbild. Es wird angenommen, dass CFAEs die rapide elektrische Aktivität einer nahegelegenen Triebkraft (Rotor) darstellen.
  • Studien an isolierten Herzen unter Verwendung hochauflösender optischer Abbildung haben die Anwesenheit von Rotoren (Reentry-Kreise) als ursächlichen Mechanismus für AF aufgezeigt. Es wird angenommen, dass von den Rotoren ausgehende Hochfrequenzimpulse einer räumlich verteilten, intermittierenden Blockade unterliegen, die von der Anwesenheit funktionaler und anatomischer Hürden in deren Verlauf erzeugt wird, was zu der die AF charakterisierenden scheinbar desorganisierten Aktivität führt. Bislang war die Darstellung von Rotoren im klinischen Umfeld durch fehlende Möglichkeiten zur hochauflösenden Spannungsabbildung nur eingeschränkt möglich. Infolgedessen bleiben Behandlungsstrategien wie die Katheterablation in Fällen anhaltender AF aufgrund der Unfähigkeit, klare Ziele zu definieren, nur begrenzt wirksam.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Die Erfinder haben erkannt und gewürdigt, dass aufblasbare Körper, die Sensorelemente umfassen, Datenmessungen zur Verfügung stellen können, die für die medizinische Diagnose und/oder Behandlung von Vorteil sein könnten. Die Erfinder haben außerdem erkannt, dass solche Systeme für die Nutzung im Bereich der medizinischen Diagnose und/oder Behandlung robuster gestaltet werden, nützliche Messungen von Gewebezuständen (einschließlich der Intensität des Kontakts zum Gewebe) bereitstellen und optimale Leistungsfähigkeit beibehalten können, wenn die Sensorelemente selektiv an bestimmten Regionen eines flexiblen Substrats angeordnet sind. Hinsichtlich dessen sind zahlreiche hier genannte Beispiele allgemein auf Verfahren, Vorrichtungen und Systeme zur medizinischen Diagnose und/oder Behandlung ausgerichtet, die ein flexibles Substrat und eine Vielzahl von auf dem flexiblen Substrat angeordneten Sensorelementen aufweisen, wobei die Sensorelemente selektiv an bestimmten Regionen des flexiblen Substrats angeordnet sind. Auch eine verteilte Anordnung von Stromkreisen zum Auslesen von Signalen solcher Sensorelemente wird vorgeschlagen.
  • Die vorliegende Offenbarung bietet einige Beispiele einer Vorrichtung zur medizinischen Diagnose und/oder Behandlung, die ein flexibles Substrat, einen auf dem Substrat angeordneten Zwischenbus und eine Vielzahl von auf dem flexiblen Substrat angeordneten Sensorelementen umfasst. Die Vielzahl von Sensorelementen ist an den Zwischenbus gekoppelt. Die Vielzahl von Sensorelementen und der Zwischenbus sind so auf dem flexiblen Substrat angeordnet, dass die Sensorelemente an Bereichen minimaler Krümmung und/oder Biegung des flexiblen Substrats angeordnet sind.
  • In einigen der hier genannten Beispiele wird eine Vorrichtung zur medizinischen Diagnose und/oder Behandlung vorgeschlagen, die ein flexibles Substrat, das einen aufblasbaren Körper bildet, und eine Vielzahl von auf dem flexiblen Substrat angeordneten Sensorelementen umfasst. Die Vielzahl von Sensorelementen ist so um eine distale Region des aufblasbaren Körpers angeordnet, dass die Sensorelemente an Bereichen minimaler Krümmung des aufblasbaren Körpers im entleerten Zustand angeordnet sind.
  • Eine beispielhafte Vorrichtung wird gemäß den hierin beschriebenen Prinzipien für die medizinische Diagnose und/oder Behandlung bereitgestellt. Die Vorrichtung umfasst ein flexibles Substrat, zumindest einen auf dem flexiblen Substrat angeordneten Zwischenbus und eine Vielzahl von Sensorelementen, die in einem eng gepackten Feld nahe einem Ende des zumindest einen Zwischenbusses angeordnet sind. Jedes Sensorelement der Vielzahl von Sensorelementen ist an den zumindest einen Zwischenbus gekoppelt.
  • In verschiedenen Beispielen können die Sensorelemente an Bereichen minimaler Biegung und/oder Krümmung des flexiblen Substrats angeordnet sein.
  • In einem Beispiel kann das flexible Substrat ein Klebepflaster oder ein Verband sein.
  • In einem Beispiel kann eine Messung der Vielzahl von Sensorelementen dazu verwendet werden, ein Maß einer Intensität des Kontakts zwischen dem aufblasbaren Körper und einer Oberfläche bereitzustellen.
  • Die Oberfläche kann ein Abschnitt eines Gewebes sein. In einem Beispiel ergibt eine Messung der Vielzahl von Sensorelementen einen Hinweis auf eine Rhythmusstörung des Gewebes. In einem weiteren Beispiel ergibt die Messung der Vielzahl von Sensorelementen einen Hinweis auf ein Vorhofflimmern oder ein Kammerflimmern des Gewebes.
  • Das flexible Substrat kann einen aufblasbaren Körper bilden, wobei ein Abschnitt des zumindest einen Zwischenbusses um eine distale Region des aufblasbaren Körpers angeordnet ist.
  • Der aufblasbare Körper kann an einem Katheter angeordnet sein, wobei eine Messung der Vielzahl von Sensorelementen ein Maß einer Intensität des Kontakts zwischen dem aufblasbaren Körper und einem Gewebe angibt. In einem Beispiel kann die Messung der Vielzahl von Sensorelementen zum Erstellen einer Abbildung des Gewebes verwendet werden. In einem weiteren Beispiel kann die Messung der Vielzahl von Sensorelementen zum Erstellen einer räumlichen Abbildung und/oder einer zeitlichen Abbildung einer Rhythmusstörung verwendet werden.
  • In einem weiteren Beispiel gemäß den hierin beschriebenen Prinzipien wird eine Vorrichtung für die medizinische Diagnose und/oder Behandlung bereitgestellt, wobei die Vorrichtung ein einen aufblasbaren Körper bildendes flexibles Substrat, zumindest einen Zwischenbus, und eine Vielzahl von Sensorelementen, die auf dem flexiblen Substrat nahe der distalen Region des aufblasbaren Körpers in einem Feld angeordnet sind, umfasst. Ein Abschnitt des zumindest einen Zwischenbusses ist um eine distale Region des aufblasbaren Körpers angeordnet. Zumindest ein Sensorelement der Vielzahl von Sensorelementen ist an den zumindest einen Zwischenbus gekoppelt.
  • In einem Beispiel ist der zumindest eine Zwischenbus elektrisch leitfähig. In einigen Beispielen können Abschnitte des zumindest einen Zwischenbusses aus einem nicht leitfähigen Material gebildet sein.
  • Die Vorrichtung kann zumindest eine um eine distale Region des aufblasbaren Körpers angeordnete Kopplungsstruktur aufweisen. Ein Abschnitt des zumindest einen Zwischenbusses kann an einen Abschnitt des zumindest einen Koppelbusses gekoppelt sein.
  • In einem Beispiel kann die Kopplungsstruktur eine nicht leitfähige Struktur sein.
  • In einem Beispiel kann die Vielzahl von Sensorelementen in einem Feld an einem Bereich minimaler Krümmung des aufblasbaren Körpers nahe der distalen Region des aufblasbaren Körpers angeordnet sein.
  • Jeder des zumindest einen Zwischenbusses kann jedes Sensorelement der Vielzahl von Sensorelementen elektrisch mit einer Stromquelle verbinden.
  • Die Vielzahl von Sensorelementen kann in einem Feld in einem Quadranten der distalen Region des aufblasbaren Körpers angeordnet sein.
  • In einem Beispiel kann der Zwischenbus eine Ansammlung von serpentinenförmigen Bussen sein, wobei die serpentinenförmigen Busse elektrisch an die Vielzahl von Sensorelementen koppeln.
  • Die Vorrichtung kann auch ein Kapselmaterial umfassen, das im Wesentlichen über einem Abschnitt des Zwischenbusses und/oder der Vielzahl von Sensorelementen angeordnet ist.
  • In einem Beispiel positioniert die Kapselschicht die Sensorelemente in einer neutralen mechanischen Ebene der Vorrichtung.
  • Das Kapselmaterial kann ein Polyurethan aufweisen.
  • In einem Beispiel umfasst der zumindest eine Zwischenbus einen ersten Zwischenbus und einen zweiten Zwischenbus. Der erste Zwischenbus koppelt an Sensorelemente der in einem ersten Quadranten der distalen Region des aufblasbaren Körpers angeordneten Vielzahl von Sensorelementen. Der zweite Zwischenbus koppelt an Sensorelemente der in einem zweiten Quadranten der distalen Region des aufblasbaren Körpers angeordneten Vielzahl von Sensorelementen. Der erste Quadrant kann dem zweiten Quadranten gegenüberliegend angeordnet sein. In einem weiteren Beispiel kann die Vorrichtung auch einen dritten Zwischenbus und einen vierten Zwischenbus umfassen. Der dritte Zwischenbus kann an Sensorelemente der in einem dritten Quadranten der distalen Region des aufblasbaren Körpers angeordneten Vielzahl von Sensorelementen koppeln. Der vierte Zwischenbus kann an Sensorelemente der in einem vierten Quadranten der distalen Region des aufblasbaren Körpers angeordneten Vielzahl von Sensorelementen koppeln. Der dritte Quadrant kann dem vierten Quadranten gegenüberliegend angeordnet sein, wobei der dritte Quadrant im Wesentlichen in einem Winkel von 90° zu dem ersten Quadranten ausgerichtet ist.
  • Der aufblasbare Körper kann um einen Schaft angeordnet sein, wobei der Schaft eine Kryoablationseinrichtung, eine Laserablationseinrichtung, eine hochintensive Ultraschalleinrichtung und/oder eine RF-Einrichtung umfasst.
  • Die Vielzahl von Sensorelementen kann zumindest einen Drucksensor und/oder zumindest einen Impedanzsensor umfassen.
  • Eines oder mehrere der Sensorelemente der Vielzahl von Sensorelementen können Kontaktsensoren umfassen.
  • Der aufblasbare Körper kann ein Ballon sein. In verschiedenen Beispielen kann der Ballon zylindrisch, zwiebelförmig, kegelförmig, hundeknochenförmig oder tonnenförmig sein.
  • Die Sensorelemente können aus einem leitfähigen Material gebildet sein.
  • In einem Beispiel nach den hierin genannten Prinzipien ist ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zur medizinischen Diagnose und/oder Behandlung vorgeschlagen. Das Verfahren kann das Bereitstellen einer elektronischen Struktur umfassen, die einen ersten Zwischenbus und eine Vielzahl von Sensorelementen umfasst. Ein erstes Sensorelement der Vielzahl von Sensorelementen kann an den ersten Zwischenbus gekoppelt sein. Das Verfahren umfasst das Anordnen eines Abschnitts des ersten Zwischenbusses an einer ersten distalen Region eines aufblasbaren Körpers und das Anordnen des ersten Sensorelements der Vielzahl von Sensorelementen um einen Abschnitt des aufblasbaren Körpers nahe der ersten distalen Region.
  • In einem Beispiel kann die Vielzahl von Sensorelementen so um den Abschnitt des aufblasbaren Körpers nahe der distalen Region angeordnet sein, dass die Sensorelemente an Bereichen minimaler Krümmung des aufblasbaren Körpers angeordnet sind.
  • Das Verfahren kann weiter das Extrahieren der elektronischen Struktur aus einem Trägersubstrat vor dem Anordnen der elektronischen Struktur um den aufblasbaren Körper umfassen.
  • Das Anordnen der elektronischen Struktur um den aufblasbaren Körper kann das Aufbringen des ersten Zwischenbusses und/oder der Vielzahl von Sensorelementen mittels eines löslichen Tapes umfassen.
  • Die elektronische Struktur kann weiter eine Kopplungsstruktur aufweisen, wobei der erste Zwischenbus an einen Abschnitt der Kopplungsstruktur gekoppelt ist, und wobei das Anordnen der elektronischen Struktur um den aufblasbaren Körper das Anordnen der Kopplungsstruktur um den aufblasbaren Körper und das Ausrichten der Vielzahl von Sensorelementen an der distalen Region des aufblasbaren Körpers umfasst.
  • Die elektronische Struktur kann mittels eine CMOS-Verfahrens hergestellt werden.
  • In einem Beispiel kann die elektronische Struktur weiter einen zweiten Zwischenbus umfassen, wobei ein zweites Sensorelement der Vielzahl von Sensorelementen an den zweiten Zwischenbus gekoppelt ist.
  • Das Verfahren kann weiter das Anordnen eines Abschnitts des zweiten Zwischenbusses an einer von der ersten Region unterschiedlichen zweiten distalen Region des aufblasbaren Körpers und das Anordnen des zweiten Sensorelements der Vielzahl von Sensorelementen um einen Abschnitt des aufblasbaren Körpers nahe der zweiten distalen Region umfassen.
  • Das Verfahren kann weiter das Koppeln des ersten Zwischenbusses und des zweiten Zwischenbusses an einen Signalprozessor umfassen, wobei die elektronische Struktur konfiguriert ist, ein oder mehrere Multiplexsignale über den ersten Zwischenbus und den zweiten Zwischenbus an den zumindest einen Signalprozessor zu senden.
  • In einem weiteren Beispiel nach den hierin beschriebenen Prinzipien wird ein Verfahren zur Durchführung einer medizinischen Diagnose und/oder Behandlung an einem Gewebe vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst das Anordnen einer Vorrichtung nahe dem Gewebe, die ein einen aufblasbaren Körper bildendes flexibles Substrat und zumindest einen Zwischenbus umfasst, wobei ein Abschnitt des zumindest einen Zwischenbusses an einer distalen Region des aufblasbaren Körpers angeordnet ist, und die eine Vielzahl von Sensorelementen umfasst, die auf dem flexiblen Substrat nahe der distalen Region des aufblasbaren Körpers angeordnet sind. Zumindest ein Sensorelement der Vielzahl von Sensorelementen ist an den zumindest einen Zwischenbus gekoppelt. Das Verfahren umfasst weiter das Aufzeichnen einer Messung von zumindest einem Sensorelement der Vielzahl von Sensorelementen, wobei die Messung einen Hinweis auf einen Zustand eines Abschnitts des Gewebes ergibt.
  • In einem Beispiel kann die Messung einen Hinweis auf einen Krankheitszustand des Abschnitts des Gewebes ergeben. In einem weiteren Beispiel kann die Messung einen Hinweis auf den Zustand eines Kontakts des Abschnitts des Gewebes zu dem zumindest einen Sensorelement der Vielzahl von Sensorelementen ergeben. Die Vielzahl von Sensorelementen kann in einem Feld an Bereichen minimaler Krümmung des aufblasbaren Körpers nahe der distalen Region des aufblasbaren Körpers angeordnet sein.
  • In einem weiteren Beispiel nach den hierein beschriebenen Prinzipien wird ein System zur Abbildung eines Kontakts mit einer Oberfläche beschrieben. Das System umfasst einen aufblasbaren Körper mit einem distalen Abschnitt, eine Vielzahl von Sensorelementen, die auf dem aufblasbaren Körper nahe dem distalen Abschnitt angeordnet ist, zumindest einen Zwischenbus und eine elektrisch an die Vielzahl von Sensorelementen gekoppelte elektronische Anzeige. Das zumindest eine Sensorelement der Vielzahl von Sensorelementen kann an den zumindest einen Zwischenbus gekoppelt sein. Die elektronische Anzeige kann eine visuelle Darstellung der räumlichen Ausrichtung der Vielzahl von Sensorelementen auf dem aufblasbaren Körper zur Verfügung stellen und ein visuelles Merkmal einer Elektrode in der Vielzahl von Sensorelementen verändern, wenn sich ein von der Elektrode erzeugtes elektrischen Signal verändert. Die Veränderung des elektrischen Signals kann zum Identifizieren eines Zustands des Kontakts der Elektrode zur Oberfläche dienen.
  • Das visuelle Merkmal kann eine binäre Darstellung oder eine quantitative Darstellung sein.
  • Die vorliegende Offenbarung zeigt auch Beispiele eines dehnbaren elektronischen Systems, das eine flexible Verbindung und eine mit der flexiblen Verbindung gekoppelte Vielzahl von impedanzbasierten Elektrodenpaaren umfasst. Die Elektrodenpaare messen die Impedanz zwischen zwei Elektroden des Elektrodenpaars.
  • Gemäß den hierin offenbarten Beispielen kann das Zusammenlegen von Kontaktsensoren (elektrischen, Druck-, Temperatur- oder sonstigen Sensoren) mit der therapeutischen Einrichtung (die Schaltungen und Elemente zum Durchführen einer hierin beschriebenen Ablation umfassen kann) den Bedarf von Färbemitteln reduzieren und die Dauer der Verfahren verkürzen. Weiter können hierein offenbarte beispielhafte Systeme und Vorrichtungen angewandt werden, um die ablative Therapie durchzuführen, und dieselbe Vorrichtung kann während desselben Verfahrens verwendet werden, um Daten zur elektrischen Leitfähigkeit des behandelten Ortes nach der Ablation zu sammeln.
  • Verschiedene Beispiele nach den hierin beschriebenen Prinzipien umfassen eine Vorrichtung mit einem flexiblen Substrat und einer Vielzahl von an das flexible Substrat gekoppelten aktiven Stromkreisen. Die aktiven Stromkreise in der Vielzahl von aktiven Stromkreisen können über zumindest eine leitfähige flexible Verbindung an zumindest einen benachbarten aktiven Stromkreis in der Vielzahl von aktiven Stromkreisen gekoppelt sein. Die Vielzahl von aktiven Stromkreisen kann konfiguriert sein, ein oder mehrere Multiplexsignale an zumindest einen Signalprozessor zu senden.
  • Einer oder mehrere der aktiven Stromkreise in der Vielzahl von aktiven Stromkreisen können zumindest eine Elektrode aufweisen. Einer oder mehrere der aktiven Stromkreise in der Vielzahl von aktiven Stromkreisen können zumindest einen Multiplextransistor aufweisen. Einer oder mehrere der aktiven Stromkreise in der Vielzahl von aktiven Stromkreisen können zumindest einen Verstärker aufweisen. Einer oder mehrere der aktiven Stromkreise in der Vielzahl von aktiven Stromkreisen können zumindest einen Stromspiegel aufweisen, und der Stromspiegel kann zwischen einem Off-Zustand und einem On-Zustand schaltbar sein.
  • Einer oder mehrere der aktiven Stromkreise in der Vielzahl von aktiven Stromkreisen können zumindest einen Strombegrenzungswiderstand aufweisen.
  • Einer oder mehrere der aktiven Stromkreise in der Vielzahl von aktiven Stromkreisen können ein differenzielles Transistorenpaar aufweisen, das an einen dritten Transistor gekoppelt ist, der als ein von einem On-Zustand in einen Off-Zustand schaltbarer Stromspiegel konfiguriert ist. Der eine oder die mehreren aktiven Stromkreise können weiter einen an den dritten Transistor gekoppelten Widerstand aufweisen, der konfiguriert ist, das Differenzialpaar zusammenbrechen zu lassen, wenn der dritte Transistor in einem On-Zustand ist.
  • In verschiedenen Beispielen ist die Vielzahl von aktiven Stromkreisen in einer Vielzahl von Feldern auf dem flexiblen Substrat angeordnet.
  • In einigen Beispielen ist der zumindest eine Signalprozessor konfiguriert, ein Multiplexsignal von jedem aktiven Stromkreis zu empfangen.
  • In einigen Beispielen kann das Substrat dehnbar sein und in einigen Beispielen kann das Substrat elastisch sein.
  • Die leitfähige flexible Verbindung kann in einigen Beispielen geknickt sein und in einigen Beispielen eine serpentinenförmige geometrische Konfiguration aufweisen.
  • Die aktiven Stromkreise können eine oder mehrere aus der Gruppe bestehend aus einem Transistor, einem Widerstand, einem Kondensator, einem Induktor und einer Diode ausgewählte Komponenten aufweisen.
  • In einigen Beispielen kann der zumindest eine Stromkreis in der Vielzahl von aktiven Stromkreisen zumindest eine der folgenden Komponenten aufweisen: einen Temperatursensor, einen Drucksensor, einen Kontaktsensor, einen Leitfähigkeitssensor, einen Dehnungsstreifen, einen komplementären Metalloxidhalbleiter, einen Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor, eine Licht emittierende Diode, eine Elektrode, einen pH-Sensor, einen chemischen Sensor, einen biologischen Sensor und einen Calciumsensor.
  • In einigen Beispielen kann der Prozessor konfiguriert sein, durch Verknüpfung eines Abschnitts des Multiplexsignals mit einem oder mehreren ausgehenden aktiven Stromkreisen in der Vielzahl von aktiven Stromkreisen eine Abbildung von zumindest einem physiologischen Parameter zu erstellen.
  • Die Vorrichtung kann in einigen Beispielen eine Dichte an aktiven Stromkreisen von mindestens 64 Stromkreisen pro cm2 aufweisen. Die Vorrichtung kann in einigen Beispielen eine Dichte an aktiven Stromkreisen von 200 bis 500 Stromkreisen pro cm2 aufweisen.
  • In einem Beispiel nach den hierin beschriebenen Prinzipien schlägt die vorliegende Offenbarung eine Vorrichtung zum Auslesen eines oder mehrerer Multiplexsignale vor. Die Vorrichtung umfasst ein flexibles Substrat und eine Vielzahl von auf dem Substrat in einer verteilten Anordnung angeordneten aktiven Stormkreisen, wobei die Vielzahl von aktiven Stromkreisen dazu konfiguriert ist, ein oder mehrere Multiplexsignale an zumindest einen Signalprozessor zu senden. Zumindest ein aktiver Stromkreis der Vielzahl von aktiven Stromkreisen umfasst zumindest eine Elektrode und zumindest einen an die zumindest eine Elektrode gekoppelten Differenzialpaarverstärker. Die Vielzahl von aktiven Stromkreisen ist in einer verteilten Anordnung auf dem Substrat angeordnet, so dass die Vorrichtung einer Kontur einer zu messenden Oberfläche angepasst werden kann.
  • Das flexible Substrat kann ein Abschnitt eines aufblasbaren Körpers sein, wobei die Vielzahl von aktiven Stromkreisen an Bereichen minimaler Krümmung des aufblasbaren Körpers in der verteilten Anordnung angeordnet ist.
  • Jeder aktive Stromkreis der Vielzahl von aktiven Stromkreisen kann über zumindest eine leitfähige flexible Verbindung an zumindest einen benachbarten aktiven Stromkreis der Vielzahl von aktiven Stromkreisen gekoppelt sein.
  • Die Vorrichtung kann weiter zumindest einen leitfähigen Zwischenbus umfassen, wobei der zumindest eine aktive Stromkreis der Vielzahl von aktiven Stromkreisen an den zumindest einen leitfähigen Zwischenbus gekoppelt ist.
  • Die Vielzahl von aktiven Stromkreisen kann konfiguriert sein, ein oder mehrere Multiplexsignale über den zumindest einen leitfähigen Zwischenbus an den zumindest einen Signalprozessor zu senden.
  • Der zumindest eine aktive Stromkreis der Vielzahl von aktiven Stromkreisen kann weiter ein Endstück umfassen, wobei der zumindest eine Differenzialpaarverstärker an das Endstück gekoppelt ist.
  • In einem Beispiel kann jeder der aktiven Stromkreise der Vielzahl von aktiven Stromkreisen zumindest eine Elektrode und zumindest einen an die zumindest eine Elektrode gekoppelten Differenzialpaarverstärker umfassen. Jeder des zumindest einen Differenzialpaarverstärkers kann ein Transistorenpaar umfassen, dessen Sourcen in einer gemeinsamen Verbindung verbunden sind, um eine gemeinsame Source bereitzustellen. Die Transistoren des Transistorenpaares können PMOS-Transistoren sein. Jeder der Transistoren kann mit einem Strombegrenzungswiderstand in Reihe geschaltet sein.
  • In einem Beispiel kann jeder des zumindest einen Differenzialpaarverstärkers an ein Endstück gekoppelt sein. Das Endstück kann ein Transistor sein, wobei die gemeinsame Source des zumindest einen Differenzialpaarverstärkers an einen Drain des Endstücks gekoppelt ist. Das Gate des Endstücks kann von einem Stromspiegel angetrieben werden.
  • In einem Beispiel kann zumindest eine Elektrode an ein Gate eines Transistors des Transistorenpaars gekoppelt sein.
  • In einem Beispiel kann die Vielzahl von aktiven Stromkreisen in einer Zeilen-Spalten-Anordnung ausgelesen werden, wobei jedes Zeilen-Spalten-Element der Zeilen-Spalten-Anordnung zumindest einem aktiven Stromkreis der Vielzahl von aktiven Stromkreisen entspricht, und wobei ein Drain eines ersten Transistors des Transistorenpaars jedes jeweiligen aktiven Stromkreises an einen Spaltenausgang jedes jeweiligen Zeilen-Spalten-Elements gekoppelt ist. Ein zweiter Transistor des Transistorenpaars jedes jeweiligen aktiven Stromkreises kann an einen Belastungswiderstand gekoppelt sein. Alle Spalten der Zeilen-Spalten-Anordnung können im Wesentlichen gleichzeitig ausgelesen werden, wobei eine einzelne Zeile der Zeilen-Spalten-Anordnung aktiv ist, wenn die Spalten der Zeilen-Spalten-Anordnung ausgelesen werden. Der Drain des ersten Transistors des Transistorenpaars von zumindest zwei aktiven Stromkreisen kann an den Spaltenausgang jedes jeweiligen Zeilen-Spalten-Elements gekoppelt sein.
  • In einem Beispiel ist jeder des zumindest einen Differenzialpaarverstärkers jedes aktiven Stromkreises an ein Endstück gekoppelt, wobei jeder Zeileneingang der Zeilen-Spalten-Anordnung an ein Gate eines Endstücks jedes aktiven Stromkreises der Vielzahl von aktiven Stromkreisen gekoppelt ist. Jeder Zeileneingang der Zeilen-Spalten-Anordnung kann an ein Gate eines Endstücks jedes aktiven Stromkreises der Vielzahl von aktiven Stromkreisen gekoppelt sein.
  • In einem Beispiel kann der zumindest eine aktive Stromkreis der Vielzahl von aktiven Stromkreisen zwei Elektroden und einen Differenzialpaarverstärker umfassen, wobei die beiden Elektroden an den Differenzialpaarverstärker gekoppelt sind. Der Differenzialpaarverstärker kann ein Transistorenpaar umfassen, dessen Sourcen in einer gemeinsamen Verbindung verbunden sind, um eine gemeinsame Source bereitzustellen. Jede Elektrode kann an ein Gate jedes Transistors des Transistorenpaars gekoppelt sein. Ein Auslesen des zumindest einen aktiven Stromkreises kann auf einem Differenzial von Signalen der beiden Elektroden basieren.
  • In einem weiteren Beispiel schlägt die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Auslesen eines oder mehrerer Multiplexsignale vor. Das Verfahren umfasst das Anordnen einer Vorrichtung nahe einer Oberfläche. Die Vorrichtung umfasst eine Vielzahl von aktiven Stromkreisen, die auf einem flexiblen Substrat in einer verteilten Anordnung angeordnet sind, wobei die Vielzahl von aktiven Stromkreisen konfiguriert ist, ein oder mehrere Multiplexsignale an zumindest einen Signalprozessor zu senden. Zumindest ein aktiver Stromkreis der Vielzahl von aktiven Stromkreisen umfasst eine Elektrode, einen an die Elektrode gekoppelten Differenzialpaarverstärker, und ein an den Differenzialpaarverstärker gekoppeltes Endstück, wobei das Endstück an einen Zeilensteuerschalter gekoppelt ist, wobei der Differenzialpaarverstärker an einen Spaltenausgang gekoppelt ist, und wobei das Aktivieren des Zeilensteuerschalters den Differenzialpaarverstärker aktiviert, so dass ein Signal von der Elektrode an den Spaltenausgang gesendet wird. Das Verfahren kann weiter ein Anlegen einer Spannung an den Zeilensteuerschalter und das Auslesen einer Ausgabe an dem Spaltenausgang umfassen, wodurch das eine oder die mehreren Multiplexsignale bereitgestellt werden.
  • Die Vielzahl von aktiven Stromkreisen kann an ein einen aufblasbaren Körper bildendes flexibles Substrat gekoppelt sein. Jeder aktive Stromkreis der Vielzahl von aktiven Stromkreisen ist über zumindest eine leitfähige flexible Verbindung an zumindest einen benachbarten aktiven Stromkreis der Vielzahl von aktiven Stromkreisen gekoppelt.
  • In einem Beispiel kann das Verfahren weiter das Senden des einen oder der mehren Multiplexsignale von der Vielzahl von aktiven Stromkreisen über die zumindest eine leitfähige flexible Verbindung an den zumindest einen Signalprozessor umfassen.
  • Die Vorrichtung kann weiter zumindest einen leitfähigen Zwischenbus umfassen, wobei der zumindest eine aktive Stromkreis der Vielzahl von aktiven Stromkreisen an den zumindest einen leitfähigen Zwischenbus gekoppelt ist.
  • In einem Beispiel kann das Verfahren weiter das Senden des einen oder der mehreren Multiplexsignale von der Vielzahl von aktiven Stromkreisen über den zumindest einen leitfähigen Zwischenbus an den zumindest einen Signalprozessor umfassen.
  • Die Elektrode kann an ein erstes Gate des Differenzialpaarverstärkers gekoppelt sein.
  • Die Vorrichtung kann weiter eine zweite Elektrode umfassen, wobei ein zweites Gate des Differenzialpaarverstärkers an die zweite Elektrode gekoppelt ist.
  • Die Vorrichtung kann weiter eine zweite Elektrode umfassen, wobei ein zweites Gate des Differenzialpaarverstärkers auf ein Erdpotenzial vorgespannt ist.
  • Das Endstück kann über einen Stromspiegel an den Zeilensteuerschalter gekoppelt sein, wobei das Aktivieren des Zeilensteuerschalters den Stromspiegel vorspannt, wodurch der Differenzialpaarverstärker aktiviert wird.
  • Der zumindest eine aktive Stromkreis kann zwei aktive Stromkreise umfassen, wobei jeder der beiden aktiven Stromkreise an einen jeweiligen Zeilensteuerschalter gekoppelt ist, wobei die beiden aktiven Stromkreise an einen gemeinsamen Spaltenausgang gekoppelt sind, und wobei einer der Zeilensteuerschalter während des Auslesens der Ausgabe des gemeinsamen Spaltenausgangs aktiviert wird.
  • In einem weiteren Beispiel schlägt die vorliegende Offenbarung eine Vorrichtung zum Auslesen eines oder mehrerer Multiplexsignale vor. Die Vorrichtung umfasst ein flexibles Substrat, das einen aufblasbaren Körper bildet, und eine Vielzahl von auf dem flexiblen Substrat angeordneten aktiven Stormkreisen, die dazu konfiguriert ist, ein oder mehrere Multiplexsignale an zumindest einen Signalprozessor zu senden. Der zumindest eine aktive Stromkreis der Vielzahl von aktiven Stromkreisen umfasst zumindest eine Elektrode und zumindest einen an die zumindest eine Elektrode gekoppelten Sourcefolger-Verstärker. Die Vielzahl von aktiven Stromkreisen ist in einer verteilten Anordnung auf dem Substrat angeordnet, so dass die Vorrichtung einer Kontur einer zu messenden Oberfläche angepasst werden kann.
  • Die Vielzahl von aktiven Stromkreisen kann an Bereichen minimaler Krümmung des aufblasbaren Körpers in der verteilten Anordnung angeordnet sein.
  • Jeder aktive Stromkreis der Vielzahl von aktiven Stromkreisen kann über zumindest eine leitfähige flexible Verbindung an zumindest einen benachbarten aktiven Stromkreis der Vielzahl von aktiven Stromkreisen gekoppelt sein.
  • Die Vorrichtung kann weiter zumindest einen leitfähigen Zwischenbus umfassen, wobei der zumindest eine aktive Stromkreis der Vielzahl von aktiven Stromkreisen an den zumindest einen leitfähigen Zwischenbus gekoppelt ist, und jeder aktive Stromkreis der Vielzahl von aktiven Stromkreisen zumindest ein Sensorelement aufweist.
  • Die Vielzahl von aktiven Stromkreisen kann konfiguriert sein, ein oder mehrere Multiplexsignale über den zumindest einen leitfähigen Zwischenbus an den zumindest einen Signalprozessor zu senden.
  • Der zumindest eine aktive Stromkreis der Vielzahl von aktiven Stromkreisen kann weiter zumindest einen Durchgangsschalter umfassen, wobei der zumindest eine Sourcefolger-Verstärker an den zumindest einen Durchgangsschalter gekoppelt ist.
  • Jeder der aktiven Stromkreise der Vielzahl von aktiven Stromkreisen kann zumindest eine Elektrode, zumindest einen an die zumindest eine Elektrode gekoppelten Sourcefolger-Verstärker und zumindest einen an den zumindest einen Sourcefolger-Verstärker gekoppelten Durchgangsschalter umfassen.
  • Der zumindest eine Sourcefolger-Verstärker kann ein Eingangstransistor mit einem gegen Erde gekoppelten Drain sein, wobei der Durchgangsschalter ein an den Eingangstransistor gekoppelter Durchgangstransistor ist.
  • Eine Source des Eingangstransistors kann an einen Drain des Durchgangstransistors gekoppelt sein.
  • Eine Source des Durchgangstransistors kann an den Drain des jeweiligen Durchgangstransistors gekoppelt sein, wobei die jeweilige zumindest eine Elektrode jedes aktiven Stromkreises an ein Gate des jeweiligen Eingangstransistors gekoppelt ist.
  • Der Eingangstransistor kann ein NMOS-Transistor sein.
  • Der Durchgangstransistor kann ein NMOS-Transistor sein.
  • Die Vielzahl von aktiven Stromkreisen kann in einer Zeilen-Spalten-Anordnung ausgelesen werden, wobei jedes Zeilen-Spalten-Element der Zeilen-Spalten-Anordnung zumindest einem aktiven Stromkreis der Vielzahl von aktiven Stromkreisen entspricht.
  • Die Source des Durchgangstransistors jedes jeweiligen aktiven Stromkreises kann an einen Spaltenausgang jedes jeweiligen Zeilen-Spalten-Elements gekoppelt sein.
  • Alle Spalten der Zeilen-Spalten-Anordnung können im Wesentlichen gleichzeitig ausgelesen werden, wobei eine einzelne Zeile der Zeilen-Spalten-Anordnung aktiv ist, wenn die Spalten der Zeilen-Spalten-Anordnung ausgelesen werden.
  • Die Source des Durchgangstransistors von zumindest zwei aktiven Stromkreisen kann an den Spaltenausgang jedes jeweiligen Zeilen-Spaltenelements gekoppelt sein.
  • Jeder Zeileneingang der Zeilen-Spalten-Anordnung kann an ein Gate eines Durchgangstransistors jedes aktiven Stromkreises der Vielzahl von aktiven Stromkreisen gekoppelt sein.
  • Die Spannung am Gate des Eingangstransistors kann die Spannung an der Source de Eingangstransistors bestimmen.
  • Die vorliegende Offenbarung schlägt auch ein Verfahren zum Auslesen eines oder mehrerer Multiplexsignale vor. Das Verfahren kann das Anordnen einer Vorrichtung nahe einer Oberfläche umfassen. Die Vorrichtung umfasst eine Vielzahl von aktiven Stromkreisen, die in einer verteilten Anordnung auf einem einen aufblasbaren Körper bildenden flexiblen Substrat angeordnet sind, wobei die Vielzahl von aktiven Stromkreisen konfiguriert ist, ein oder mehrere Multiplexsignale an zumindest einen Signalprozessor zu senden. Zumindest ein aktiver Stromkreis der Vielzahl von aktiven Stromkreisen umfasst eine Elektrode, einen an die Elektrode gekoppelten Sourcefolger-Verstärker, und einen Durchgangsschalter, der an den Sourcefolger-Verstärker, einen Zeilensteuerschalter und einen Spaltenausgang gekoppelt ist. Eine an den Zeilensteuerschalter angelegte Spannung aktiviert den Durchgangsschalter, so dass ein Signal von der Elektrode an den Spaltenausgang gesendet wird. Das Verfahren umfasst weiter das Anlegen einer Spannung an den Zeilensteuerschalter und das Auslesen einer Ausgabe an dem Spaltenausgang, wodurch das eine oder die mehreren Multiplexsignale bereitgestellt werden.
  • Die Vielzahl von aktiven Stromkreisen kann nahe der Elektrode in der verteilten Anordnung angeordnet sein.
  • Jeder aktive Stromkreis der Vielzahl von aktiven Stromkreisen kann über zumindest eine leitfähige flexible Verbindung an zumindest einen benachbarten aktiven Stromkreis der Vielzahl von aktiven Stromkreisen gekoppelt sein. In einem Beispiel kann das Verfahren weiter das Senden des einen oder der mehren Multiplexsignale von der Vielzahl von aktiven Stromkreisen über die zumindest eine leitfähige flexible Verbindung an den zumindest einen Signalprozessor umfassen.
  • Die Vorrichtung kann außerdem zumindest einen leitfähigen Zwischenbus umfassen, wobei der zumindest eine aktive Stromkreis der Vielzahl von aktiven Stromkreisen an den zumindest einen leitfähigen Zwischenbus gekoppelt ist. In einem Beispiel umfasst das Verfahren weiter das Senden des einen oder der mehreren Multiplexsignale von der Vielzahl von aktiven Stromkreisen über den zumindest einen leitfähigen Zwischenbus an den zumindest einen Signalprozessor.
  • Die Elektrode kann an ein Gate des Sourcefolger-Verstärkers gekoppelt sein.
  • Eine Source des zumindest einen Sourcefolger-Verstärkers ist an einen Drain des zumindest einen Durchgangsschalters gekoppelt, wobei ein Gate des Durchgangsschalters an den Zeilensteuerschalter gekoppelt ist, und wobei eine Source des Durchgangsschalters an den Spaltenausgang gekoppelt ist.
  • Der Drain des Sourcefolger-Verstärkers kann auf ein Erdpotenzial vorgespannt sein.
  • Der zumindest eine aktive Stromkreis kann zwei aktive Stromkreise umfassen, wobei jeder der beiden aktiven Stromkreise an einen jeweiligen Zeilensteuerschalter gekoppelt ist, wobei die beiden aktiven Stromkreise an einen gemeinsamen Spaltenausgang gekoppelt sind, und wobei die Spannung während des Auslesens der Ausgabe aus dem gemeinsamen Spaltenausgang an einen der Zeilensteuerschalter angelegt wird.
  • Die folgenden Veröffentlichungen, Patente und Patentanmeldungen sind hiermit in ihrer Gesamtheit durch Verweis aufgenommen:
    • Kim et al., „Stretchable and Foldable Silicon Integrated Circuits”, Science Express, 27. März 2008, 10.1126/science.1154367;
    • Ko et al., „A Hemispherical Electronic Eye Camera Based on Compressible Silicon Optoelectronics”, Nature, 7. August 2008, Bd. 454, S. 728–753;
    • Kim et al., „Complementary Metal Oxide Silicon Integrated Circuits Incorporating Monolithically Integrated Stretchable Wavy Interconnects”, Applied Physics Letters, 31. Juli 2008, Bd. 93, 044102;
    • Kim et al., „Materials and Noncoplanar Mesh Designs for Integrated Circuits with Linear Elastic Responses to Extreme Mechanical Deformations”, PNAS, 2. Dezember 2008, Bd. 105, Nr. 48, S. 18675–18680;
    • Meitl et al., „Transfer Printing by Kinetic Control of Adhesion to an Elastomeric Stamp”, Nature Materials, Januar 2006, Bd. 5, S. 33–38;
    • US-Patentanmeldung Veröffentlichungsnr. 2010 0002402-A1, veröffentlich am 7. Januar 2010, eingereicht am 5. März 2009, und betitelt „STRETCHABLE AND FOLDABLE ELECTRONIC DEVICES”;
    • US-Patentanmeldung Veröffentlichungsnr. 2010 0087782-A1, veröffentlicht am 8. April 2010, eingereicht am 7. Oktober 2009, und betitelt „CATHETER BALLOON HAVING STRETCHABLE INTEGRATED CIRCUITRY AND SENSOR ARRAY”;
    • US-Patentanmeldung Veröffentlichungsnr. 2010 0116526-A1, veröffentlicht am 13. Mai 2010, eingereicht am 12. November 2009, und betitelt „EXTREMELY STRETCHABLE ELECTRONICS”;
    • US-Patentanmeldung Veröffentlichungsnr. 2010 0178722-A1, veröffentlicht am 15. Juli 2010, eingereicht am 12. Januar 2010, und betitelt „METHODS AND APPLICATIONS OF NON-PLANAR IMAGING ARRAYS”; und
    • US-Patentanmeldung Veröffentlichungsnr. 2010 027119-A1, veröffentlicht am 28. Oktober 2010, eingereicht am 24. November 2009, und betitelt „SYSTEMS, DEVICES, AND METHODS UTILIZING STRETCHABLE ELECTRONICS TO MEASURE TIRE OR ROAD SURFACE CONDITIONS”.
    • Kim, D. H. et al. (2010). Dissolvable films of silk fibroin for ultrathin conformal bio-integrated electronics. Nature Materials, 9, 511–517.
    • Omenetto, F. G. and D. L. Kaplan. (2008). A new route for silk. Nature Photonics, 2, 641–643.
    • Omenetto, F. G., Kaplan, D. L. (2010). New opportunities for an ancient material. Science, 329, 528–531.
    • Halsed, W. S. (1913). Ligature and suture material. Journal of the American Medical Association, 60, 1119–1126.
    • Masuhiro, T., Yoko, G., Masaobu, N., et al. (1994). Structural changes of silk fibroin membranes induced by immersion in methanol aqueous solutions. Journal of Polymer Science, 5, 961–968.
    • Lawrence, B. D., Cronin-Golomb, M., Georgakoudi, I., et al. (2008). Bioactive silk protein biomaterial systems for optical devices. Biomacromolecules, 9, 1214–1220.
    • Demura, M., Asakura, T. (1989). Immobilization of glucose oxidase with Bombyx mori silk fibroin by only stretching treatment and its application to glucose sensor. Biotechnology and Bioengineering, 33, 598–603.
    • Wang, X., Zhang, X., Castellot, J. et al. (2008). Controlled release from multilayer silk biomaterial coatings to modulate vascular cell responses. Biomaterials, 29, 894–903.
    • US-Patentanmeldung Nr. 12/723,475, betitelt „SYSTEMS, METHODS, AND DEVICES FOR SENSING AND TREATMENT HAVING STRETCHABLE INTEGRATED CIRCUITRY”, eingereicht am 12. März 2010.
    • US-Patentanmeldung Nr. 12/686,076, betitelt „Methods and Applications of Non-Planar Imaging Arrays”, eingereicht am 12. Januar 2010.
    • US-Patentanmeldung Nr. 12/636,071, betitelt „Systems, Methods, and Devices Using Stretchable or Flexible Electronics for Medical Applications”, eingereicht am 11. Dezember 2009.
    • US-Patentanmeldung Veröffentlichungsnr. 2012-0065937-A1, veröffentlicht am 15. März 2012, und betitelt „METHODS AND APPARATUS FOR MEASURING TECHNICAL PARAMETERS OF EQUIPMENT, TOOLS AND COMPONENTS VIA CONFORMAL ELECTRONICS”.
    • US-Patentanmeldung Nr. 12/616,922, betitelt „Extremely Stretchable Electronics”, eingereicht am 12. November 2009.
    • US-Patentanmeldung Nr. 12/575,008, betitelt „Catheter Balloon Having Stretchable Integrated Circuitry and Sensor Array”, eingereicht am 7. Oktober 2009.
    • US-Patentanmeldung Nr. 13/336,518, betitelt „Systems, Methods, and Devices Having Stretchable Integrated Circuitry for Sensing and Delivering Therapy”, eingereicht am 23. Dezember 2011.
  • Weitere Kombinationen und Unterkombinationen verschiedener Konzepte sind untenstehend in den Ansprüchen dargelegt. Es soll verstanden werden, dass alle Kombinationen solcher Konzepte und untenstehend genauer beschriebener zusätzlicher Konzepte (solange diese Konzepte einander nicht widersprechen) als Teil des hierin offenbarten Gegenstandes angesehen werden. Insbesondere werden alle Kombinationen des als nummerierte Ansprüche am Ende dieser Offenbarung erscheinenden Gegenstands als Teil des hierin offenbarten Gegenstands angesehen. Außerdem werden alle Kombinationen des von dieser Offenbarung einschließlich der Zeichnungen, der Beschreibung und der Ansprüche gestützten Gegenstands als Teil des Gegenstands angesehen, auch wenn diese nicht ausdrücklich als einer der nummerierten Ansprüche wiedergegeben sind.
  • Es soll erkannt werden, dass alle Kombinationen der vorstehend beschriebenen Konzepte und der im Weiteren näher beschriebenen zusätzlichen Konzepte (solange solche Konzepte einander nicht widersprechen) als Teil des hierin offenbarten Gegenstands angesehen werden. Insbesondere werden alle Kombinationen des am Ende dieser Offenbarung erscheinenden beanspruchten Gegenstands als Teil des hierin offenbarten Gegenstands angesehen. Es soll auch erkannt werden, dass der hierin ausdrücklich verwendete Terminologie, die auch in den durch Verweis enthaltenen Offenbarungen erscheinen kann, eine Bedeutung beigemessen werden soll, die den hierin offenbarten Konzepten am ehesten entspricht.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Der Fachmann wird verstehen, dass die Zeichnungen in erster Linie veranschaulichenden Zwecken dienen und den Bereich des hierin beschriebenen Gegenstands nicht einschränken sollen. Die Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. In einigen Fällen können Aspekte des hierin offenbarten Gegenstands in den Zeichnungen übertrieben oder vergrößert dargestellt sein, um ein Verständnis der verschiedenen Merkmale zu erleichtern. In den Zeichnungen entsprechen gleiche Bezugszeichen im Allgemeinen gleichen Merkmalen (z. B. funktional ähnliche und/oder strukturell ähnliche Elemente).
  • 1A–1F zeigen beispielhafte flexible und dehnbare elektronische und optoelektronische Vorrichtungen gemäß den hierin beschriebenen Prinzipien.
  • 2A–2D zeigen nicht einschränkende beispielhafte Verarbeitungsverfahren und Ausgestaltungen elektronischer Strukturen gemäß den hierin beschriebenen Prinzipien.
  • 3A–3B zeigen ein Beispiel eines aufblasbaren Körpers gemäß den hierin beschriebenen Prinzipien.
  • 4 zeigt eine beispielhafte rechnerunterstützte Konstruktionszeichnung (CAD-Zeichnung) einer elektronischen Struktur gemäß den hierin beschriebenen Prinzipien.
  • 5A zeigt eine beispielhafte Anordnung der elektronischen Struktur aus 5B auf einem aufblasbaren Körper gemäß den hierin beschriebenen Prinzipien.
  • 5B zeigt eine beispielhafte elektronische Struktur gemäß den hierin beschriebenen Prinzipien.
  • 6A–6D zeigen eine nicht einschränkende beispielhafte Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß den hierin beschriebenen Prinzipien.
  • 7 zeigt eine beispielhafte Darstellung der Herstellung multipler elektronischer Strukturen auf einem Fabrikationswafer gemäß den hierin beschriebenen Prinzipien.
  • 8 zeigt ein beispielhaftes Verfahren zum Integrieren elektronischer Strukturen gemäß den hierin beschriebenen Prinzipien.
  • 9A–9D zeigen einen beispielhaften Betrieb von Sensorelementen, die impedanzbasierte Kontaktsensoren gemäß den hierin beschriebenen Prinzipien sind.
  • 10 zeigt Ergebnisse einer beispielhaften Umsetzung der Verwendung von auf einem flexiblen Substrat angeordneten Sensorelementen gemäß den hierin beschriebenen Prinzipien.
  • 11A–11C zeigen eine nicht einschränkende beispielhafte Multifunktionsvorrichtung und Systeme gemäß den hierin beschriebenen Prinzipien.
  • 12 zeigt eine vergrößerte Ansicht der Vorrichtung aus 11B gemäß den hierin beschriebenen Prinzipien.
  • 13A–13F zeigen Modellergebnisse für eine beispielhafte Vorrichtung gemäß den Prinzipien von 12 gemäß den hierin beschriebenen Prinzipien.
  • 14 zeigt an einem Hasenherz gemessene epikardiale Aufzeichnungen von EKG-, Temperatur- und Dehnungswerten gemäß den hierin beschriebenen Prinzipien.
  • 15A und 15B zeigen eine beispielhafte Vorrichtung gemäß den hierin beschriebenen Prinzipien.
  • 16 zeigt ein flexibles hochdichtes Elektrodenfeld mit Multiplexstromkreisen und Messungen gemäß den hierin beschriebenen Prinzipien.
  • 17 zeigt dichte Felder oberflächentreuer Elektroden mit metallischen serpentinenförmigen Verbindungen gemäß den hierin beschriebenen Prinzipien.
  • 18A–18F zeigen nicht einschränkende Beispiele von Ballonkathetern und mittels dieser Katheter vorgenommene Messungen gemäß den hierin beschriebenen Prinzipien.
  • 19 zeigt eine beispielhafte Anordnung von Stromkreiselementen gemäß den hierin beschriebenen Prinzipien.
  • 20 zeigt ein nicht einschränkendes Beispiel einer verteilten Anordnung von Stromkreiselementen gemäß den hierin beschriebenen Prinzipien.
  • 21 zeigt einen beispielhaften aktiven Stromkreis gemäß den hierin beschriebenen Prinzipien.
  • 22 zeigt einen weiteren beispielhaften aktiven Stromkreis gemäß den hierin beschriebenen Prinzipien.
  • 23 zeigt die Charakteristika des in 21 gezeigten aktiven Stromkreises gemäß den hierin beschriebenen Prinzipien.
  • 24 und 25 zeigen eine Vielzahl von beispielhaften aktiven Stromkreisen gemäß den hierin beschriebenen Prinzipien.
  • 26 und 27 zeigen die Charakteristika beispielhafter aktiver Stromkreise gemäß den hierin beschriebenen Prinzipien.
  • 28 zeigt eine Vielzahl von beispielhaften aktiven Stromkreisen gemäß den hierin beschriebenen Prinzipien.
  • 29 zeigt beispielhafte Gleichstrombetriebspunkte für eine Vielzahl gekoppelter aktiver Stromkreise gemäß den hierin beschriebenen Prinzipien.
  • 30 ist eine die Eigenschaften von Transistoren darstellende Kurve gemäß den hierin beschriebenen Prinzipien.
  • 31 zeigt Strom-Spannungskurven gemäß den hierin beschriebenen Prinzipien.
  • 32A–32C zeigen Schemata der Sourcefolger- und Durchgangstransistorfeldausführungen gemäß den hierin beschriebenen Prinzipien.
  • 33 zeigt eine beispielhafte Ausgabe für das Schema von 32A gemäß den hierin beschriebenen Prinzipien.
  • 34 zeigt eine beispielhafte Ausgabe für das Schema von 32C gemäß den hierin beschriebenen Prinzipien.
  • 35 zeigt eine beispielhafte einzelne Elementarzelle eines neuralen Felds gemäß den hierin beschriebenen Prinzipien.
  • 36 zeigt eine beispielhafte Ausgabe des Felds von 35 gemäß den hierin beschriebenen Prinzipien.
  • 37A und 37B zeigen ein beispielhaftes Schema eines 2 × 2 Stromkreisfelds gemäß den hierin beschriebenen Prinzipien.
  • 38 zeigt eine beispielhafte Ausgabe des 2 × 2 Felds aus den 37A und 37B gemäß den hierin beschriebenen Prinzipien.
  • 39 zeigt eine beispielhafte Reihe von Screenshots einer beispielhaften graphischen Nutzerschnittstelle gemäß den hierin beschriebenen Prinzipien.
  • 40A und 40B zeigen ein weiteres Beispiel einer Visualisierung von Messungen gemäß den hierin beschriebenen Prinzipien.
  • 41 zeigt ein weiteres Beispiel einer Nutzerschnittstelle gemäß den hierin beschriebenen Prinzipien.
  • Die Merkmale und Vorteile der verschiedenen Beispiele werden anhand der untenstehenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen deutlich.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Es folgten nähere Beschreibungen der verschiedenen Konzepte und Beispiele von Systemen, Verfahren und Vorrichtungen zur Verwendung mit Ballonkathetern und anderen Arten von Kathetern. Die Systeme, Verfahren und Methoden können zur hochdichten Abbildung und zum gebündelten Auslesen von Sensorelementen verwendet werden. Es soll erkannt werden, dass verschiedene obenstehend eingeführte und nachfolgend näher beschriebene Konzepte auf verschiedenste Art und Weise ausgeführt werden können, da die offenbarten Konzepte nicht auf eine bestimmte Ausführungsform beschränkt sind. Beispiele spezieller Ausführungen und Anwendungen dienen in erster Linie veranschaulichenden Zwecken.
  • So wie hier verwendet, bedeutet der Begriff „umfasst” „umfasst, ist aber nicht beschränkt auf”, der Begriff „einschließlich” bedeutet „einschließlich, aber nicht ausschließlich”. Der Begriff „auf Basis” bedeutet „zumindest teilweise auf Basis”.
  • So wie hier verwendet, wird der Begriff „angeordnet auf” oder „angeordnet über” als die Bedeutung „zumindest teilweise eingebettet in” umfassend definiert.
  • Flexible, dehnbare Elektronik bietet eine Lösung für eine Vielzahl von in der Praxis zu findenden Anwendungen, die mit starrer Elektronik unmöglich sind. Ein Beispiel ist ein flexibles neurales Feld zum Abbilden von EEG-Daten auf der Oberfläche des Gehirns oder auf Abschnitten kardialen Gewebes. Starre Elektronikkomponenten können sich nicht an solche Oberflächen anpassen.
  • Bestehende Systeme bieten keine Ausführungen, die für Umgebungen wie die Oberfläche des Gehirns oder des Herzens geeignet sind, insbesondere in Fällen, in denen ein solches System die maßgeblichen Parameter schnell in hoher räumlicher Auflösung bewerten kann (z. B. durch hochdichtes Abbilden).
  • Die vorliegende Offenbarung bietet einige Beispiele einer Vorrichtung zur medizinischen Diagnose und/oder Behandlung, die ein flexibles Substrat, einen auf dem Substrat angeordneten Zwischenbus und eine Vielzahl von auf dem flexiblen Substrat angeordneten Sensorelementen umfasst. Die Vielzahl von Sensorelementen ist an den Zwischenbus gekoppelt. Die Vielzahl von Sensorelementen und der Zwischenbus sind so auf dem flexiblen Substrat angeordnet, dass die Sensorelemente an Bereichen minimaler Krümmung und/oder Biegung des flexiblen Substrats angeordnet sind.
  • In einem Beispiel sind die Sensorelemente in einem dicht gepackten Feld nahe einem Ende des zumindest einen Zwischenbusses angeordnet. Die Sensorelemente können beispielsweise in einer viereckigen, runden, dreieckigen oder diamantförmigen Anordnung oder in einer beliebigen anderen dicht gepackten Anordnung ausgebildet sein, wobei jedes Sensorelement eine elektrische Verbindung umfasst, die an einen einzelnen Zwischenbus koppelt oder anderweitig mit diesem kommuniziert.
  • In einem Beispiel ist das flexible Substrat ein Abschnitt eines aufblasbaren Körpers. Das flexible Substrat oder der aufblasbare Körper können aus jedem geeigneten flexiblen und/oder dehnbaren Material des Stands der Technik gebildet sein. Nicht einschränkende Beispiele umfassen Polyethylenterephthalat (PET), Polyurethan und Nylon.
  • In einem Beispiel kann der aufblasbare Körper als ein expandierbarer Abschnitt nahe einem Ende eines Katheters positioniert sein. In nicht einschränkenden Beispielen kann der aufblasbare Körper ein Ballonkatheter sein. Der aufblasbare Körper kann beispielsweise ein Ballon mit einer zylindrischen Morphologie, einer kegelförmigen Morphologie oder einer hundeknochenförmigen Morphologie, einer „zwiebelförmigen” Morphologie (d. h. einer Form, die in x- und y-Richtung unterschiedliche Krümmungen aufweisen kann), oder einer tonnenartigen Morphologie sein. In einem weiteren Beispiel kann der aufblasbare Körper eine Mischform aufweisen. Der aufblasbare Körper kann zum Beispiel in manchen Bereichen abgerundet sein und zumindest einen abgeflachten Bereich aufweisen. In einem weiteren Beispiel kann der aufblasbare Körper als abgeflachter, dehnbarer Abschnitt ausgebildet sein, der ausgedehnt werden oder zusammenfallen kann. In einer beispielhaften Ausführungsform kann ein solcher abgeflachter Abschnitt des aufblasbaren Körpers expandiert werden, um im Wesentlichen vollständigen Kontakt zu einem Abschnitt eines Gewebes herzustellen, z. B. als Teil eines Gewebelumens.
  • In einem Beispiel kann der aufblasbare Körper an einem Katheter angebracht sein, so dass die Spitze des Katheters nicht über die im Wesentlichen abgeflachte distale Region des aufblasbaren Körpers hinausragt. Ein aufblasbarer Körper, bei dem der Katheter für gewöhnlich über die Spitze hinausragt, kann beispielsweise von innen nach außen umgestülpt werden, so dass der Hals nach innen schlüpft. Der umgestülpte aufblasbare Körper kann an einem inneren koaxialen Führungsdraht eines Katheters befestigt und so an dem Katheter angebracht werden, dass die Katheterspitze nicht über den im Wesentlichen abgeflachten Bereich des aufblasbaren Körpers hinausragt. Der innere Führungsdraht kann zur Expansion des umgestülpten aufblasbaren Körpers ausgefahren und dann zum Ausbilden der abgeflachten Oberfläche zurückgezogen werden.
  • Nicht einschränkende Beispiele eines Gewebelumens gemäß den Prinzipien der hierin beschriebenen Beispiele umfassen den Kanal innerhalb einer röhrenförmigen Gewebestruktur, wie zum Beispiel, aber nicht ausschließlich, einem Blutgefäß (einschließlich einer Arterie oder Vene), oder der Kavität in einem hohlen Teil eines Organs, wie zum Beispiel, aber nicht ausschließlich, eines Darms, eines oralen Kanals, eines Herzens, einer Niere oder eines Gehörgangs.
  • In einem Beispiel kann der Zwischenbus leitfähige Abschnitte umfassen, die eine elektrische Kommunikation zwischen den Sensorelementen und einem externen Stromkreis erleichtern. Der externe Stromkreis kann beispielsweise einen Signalprozessor umfassen. Für Anwendungen, bei denen eine hohe Leitfähigkeit von Vorteil ist, kann ein Metall oder eine Metalllegierung verwendet werden, einschließlich, aber nicht ausschließlich, Aluminium oder ein Übergangsmetall (einschließlich Kupfer, Silber, Gold, Platin, Zink, Nickel, Chrom oder Palladium oder jegliche Kombination derselben), und jede verwendbare Metalllegierung, einschließlich Legierungen mit Kohlenstoff. Geeignete leitfähige Materialien können ein halbleiterbasiertes leitfähiges Material, einschließlich siliciumbasiertes leitfähiges Material, Indiumzinnoxid oder Leiter der Gruppe III–IV (einschließlich GaAs), umfassen.
  • In einem weiteren Beispiel kann der Zwischenbus derartige leitfähige Abschnitte und auch nicht leitfähige Abschnitte umfassen. Derartige nicht leitfähige Abschnitte können zum Erreichen einer symmetrischen Form und/oder Gewichtsverteilung des Zwischenbusses, zum Einbringen mechanischer Stabilität in das Zwischenbus-Sensorelemente-System, zum Reduzieren oder Eliminieren einer Belastung an einem Übergang zwischen einer Verbindung von Sensorelement und Zwischenbus, zum Verkapseln der leitfähigen Abschnitte für die leistungstechnische, elektrische und/oder mechanische Stabilität, und/oder zum Isolieren der leitfähigen Abschnitte von einer während der Verwendung in einer medizinischen Diagnose- und/oder Behandlungsverfahren auf das System einwirkenden externen Dehnung dienen. Der nicht leitfähige Abschnitt kann ein polymeres Material, wie zum Beispiel, aber nicht ausschließlich, ein Polyimid, ein Polyethylenterephthalat (PET) oder ein Polyurethan sein. Andere nicht einschränkende Beispiele anwendbarer polymerer Materialien umfassen Kunststoffe, Elastomere, thermoplastische Elastomere, Elastoplaste, Thermostate, Thermoplaste, Acrylate, Acetalpolymere, biologisch abbaubare Polymere, Cellulosepolymere, Fluorpolymere, Nylons, Polyacrylonitrilpolymere, Polyamid-Imid-Polymere, Polyarylate, Polybenzimidazol, Polybutylen, Polycarbonat, Polyester, Polyetherimid, Polyethylen, Polyethylencopolymere und modifizierte Polyethylen, Polyketone, Polymethylmethacrylat, Polymethylpenten, Polyphenylenoxide und Polyphenylensulfide, Polyphthalamid, Polypropylen, Polyurethane, Styrolharze, sulfonbasierte Harze, vinylbasierte Harze oder jegliche Kombinationen aus diesem Materialien sein. In einem Beispiel kann ein Polymer hierbei ein DYMAX® Polymer (Dymax Corporation, Torrington, CT) oder ein anderes UV-härtendes Polymer sein.
  • In einem Beispiel kann die Vielzahl von Sensorelementen einen oder mehrere verschiedene Sensortypen umfassen, zum Beispiel, aber nicht ausschließlich, Impedanzsensoren (einschließlich bipolare Elektroden), Querdehnungssensoren, Temperatursensoren, interkardiale Elektrogrammsensoren (EKG-Sensoren), Licht emittierende Dioden (LEDs), einschließlich Mikro-LEDs, Transistoren (einschließlich Schalter), Multiplexer, Aufzeichnungselektroden, Radiofrequenzelektroden (RF-Elektroden, einschließlich RF-Ablationselektroden), Temperatursensoren und/oder Kontaktsensoren (einschließlich impedanzbasierte Kontaktsensoren).
  • In einem Beispiel kann die Vielzahl von Sensorelementen Kombinationen aus verschiedenen Sensortypen umfassen. In einem Beispiel kann die Vielzahl von Sensorelementen Komponenten wie zum Beispiel Schrittmacherelektroden, EKG-Elektroden und biopolare Elektroden umfassen. In einem weiteren Beispiel kann die Vielzahl von Sensorelementen Komponenten wie zum Beispiel Impedanzelektroden und Kontaktsensorelektroden umfassen. In einem weiteren Beispiel kann die Vielzahl von Sensorelementen Stromsteuerkomponenten umfassen, wie zum Beispiel Komponenten, die eine Ablation durchführen können. In einem weiteren Beispiel kann die Vielzahl von Sensorelementen aktive Komponenten umfassen, zum Beispiel Komponenten, die für eine lokale Signalverstärkung sorgen, z. B. zum Puffer oder zum Erzeugen einer Signalzunahme. In jedem Beispiel, in dem die Sensorelemente aktive Komponenten umfassen, können die Aktivierung der aktiven Komponenten und die Messungen der aktiven Komponenten gebündelt werden.
  • In jedem Beispiel gemäß den hierin beschriebenen Prinzipien können die Sensorelemente einschließlich der Elektroden als oberflächentreue Komponenten ausgebildet sein, um sich einer Form und/oder Bewegung einer Oberfläche anzupassen, über der sie angeordnet sind, einschließlich hinsichtlich Flexibilität und/oder Dehnbarkeit.
  • Die hierein beschriebenen beispielhaften Systeme und Vorrichtungen nutzen dünne, oberflächentreue Felder von in flexiblen Substraten eingebetteten Sensorelektronikkomponenten (Sensorelementen). Nicht einschränkende Beispiele solcher flexibler Substrate umfassen Silikon- oder Polyurethansubstrate. Gemäß den hierein beschriebenen Prinzipien integrieren die beispielhaften Systeme und Vorrichtungen hierbei oberflächentreue Sensoren zusammen mit halbleiterbasierten Elektronikkomponenten auf flexiblen Substraten, wie zum Beispiel, aber nicht ausschließlich, expandierbare Folien und Ballons (aufblasbarer Körper). Die hierin beschriebenen beispielhaften Systeme und Vorrichtungen erleichtern die Integration von Verstärkungs-, Logik- und Schaltfähigkeiten innerhalb der Systeme oder Vorrichtungen, wodurch die Messung optimiert und die Verkabelungsschemata in der Vorrichtung oder dem System minimiert werden.
  • Es werden auch Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zur medizinischen Diagnose und/oder Behandlung beschrieben. Ein beispielhaftes Verfahren umfasst das Bereitstellen eines Zwischenbusses, der an eine Vielzahl von Sensorelementen gekoppelt ist, das Anordnen des Zwischenbusses um eine Region eines aufblasbaren Körpers und das Anordnen der Vielzahl von Sensorelementen um einen distalen Abschnitt des aufblasbaren Körpers, so dass die Sensorelemente an Bereichen minimaler Krümmung des aufblasbaren Körpers angeordnet sind.
  • In jedem hierin beschriebenen Beispiel kann ein Bereich minimaler Krümmung Regionen geringer und/oder minimaler Dehnung in dem flexiblen Substrat entsprechen und/oder diesen naheliegen. Ist das flexible Substrat zum Beispiel Teil eines aufblasbaren Körpers, kann der Bereich minimaler Krümmung Regionen geringer und/oder minimaler Dehnung in dem aufblasbaren Körper im entleerten Zustand entsprechen und/oder diesen naheliegen.
  • In einem Beispiel können die Bereiche minimaler Krümmung aus einem Verständnis des Spannungs-Dehnungs-Verhaltens des flexiblen Substrats heraus bestimmt werden, zum Beispiel durch Bestimmung des wiederholbaren Faltverhaltens eines aufblasbaren Körpers und des Krümmungs- oder Biegungsverhaltens anderer Arten von flexiblen Substraten. In einem weiteren Beispiel ermöglicht auch eine Finite-Elemente-Analyse des Spannungs-Dehungs-Profils eines flexiblen Substrats eine mechanische Optimierung. Die funktionalen Elemente, wie die hierin beschriebenen Sensorelemente, Zwischenbusse, aktiven Stromkreise und flexiblen Verbindungen, können auf dem flexiblen Substrat im/in den Bereich(en) minimaler Krümmung des dehnbaren Substrats (einschließlich des aufblasbaren Körpers) positioniert werden, wodurch Ausfälle während des Betriebs minimiert werden. In einem weiteren Beispiel können Ausfalle während des Betriebs minimiert werden, wenn ein aufblasbarer Körper in ein Gewebelumen eingeführt wird, bevor er durch Platzierung des funktionalen Elements an oder nahe Bereichen minimaler Krümmung nahe einer relevanten Geweberegion expandiert wird. In einem weiteren Beispiel kann die hierin beschriebene verteilte Anordnung von Stromkreiselementen an Bereichen eines flexiblen Substrats positioniert werden, die abseits von Regionen mit Biege- oder Dehnungsbelastung liegen, um die Anpassbarkeit eines Systems oder einer Vorrichtung an eine Oberfläche zu unterstützen.
  • Ein beispielhaftes Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zur medizinischen Diagnose und/oder Behandlung kann das Extrahieren des Zwischenbusses und der Vielzahl von Sensorelementen aus einem Trägersubstrat vor dem Anordnen des Zwischenbusses um die Region des wie hierin beschriebenen aufblasbaren Körpers umfassen. In einem beispielhaften Verfahren kann das Anordnen des Zwischenbusses um die Region des aufblasbaren Körpers das Aufbringen des Koppelbusses mittels eines löslichen Trägertapes umfassen.
  • In einem Beispiel kann die Vielzahl von Elektrodenelementen eine oder mehrere der folgenden Komponenten umfassen: bipolare Elektroden, interkardiale Elektrogrammelektroden (EKG-Elektroden), Aufzeichnungselektroden und Radiofrequenzelektroden (RF-Elektroden, einschließlich RF-Ablationselektroden).
  • In einem Beispiel kann jedes System oder jede Vorrichtung gemäß den hierin beschriebenen Prinzipien vollständig oder zumindest teilweise von einem Kapselmaterial, z. B. einem Polymermaterial (einschließlich aller hierin beschriebener Polymermaterialien) eingekapselt sein. Ein Kapselmaterial kann jedes Material sein, das zum Laminieren, Planarisieren oder Einschließen zumindest einer Komponente eines hierin beschriebenen Systems oder einer Vorrichtung verwendet werden kann, einschließlich aller elektronischen oder sonstigen Komponenten. Ein Verfahren zur Herstellung jedes Systems oder jeder Vorrichtung nach den hierin beschriebenen Prinzipien kann weiterhin zum Beispiel das Verkapseln des Systems oder der Vorrichtung umfassen. In einem Beispiel kann ein Kapselmaterial über der Vorrichtung, die das den aufblasbaren Körper bildende flexible Substrat, den Zwischenbus und die auf dem flexiblen Substrat angeordnete Vielzahl von Sensorelementen umfasst, angeordnet oder anderweitig aufgebracht sein. In verschiedenen Beispielen kann ein Kapselmaterial über lediglich der Vielzahl von Sensorelementen und/oder dem Zwischenbus angeordnet oder anderweitig aufgebracht sein. In einem Beispiel kann ein Polyurethan als Kapselmaterial verwendet werden. In einem weiteren Beispiel kann das Kapselmaterial das gleiche Material wie das Material des flexiblen Substrats sein. Das Verkapseln eines Teils der hierin beschriebenen Systeme oder Vorrichtungen kann dazu dienen, die mechanische Stabilität und Widerstandskraft des Systems oder der Vorrichtung zu verbessern oder die elektronische Leistung der elektronischen Komponenten des Systems oder der Vorrichtung gegen eine während der Nutzung auf das System oder die Vorrichtung wirkende Spannung oder Dehnung zu sichern.
  • In einem Beispiel kann jedes der Systeme oder jede der Vorrichtungen nach den hierin beschriebenen Prinzipien so auf dem aufblasbaren Körper angeordnet sein, dass eine funktionale Schicht des Systems oder der Vorrichtung in einer neutralen mechanischen Ebene (NMP) oder auf einer neutralen mechanischen Fläche (NMS) des Systems oder der Vorrichtung liegt. Die NMP oder NMS liegt an der Position durch die Dicke der Vorrichtungsschichten für das System oder die Vorrichtung, an der alle einwirkenden Dehnungen minimiert oder im Wesentlichen null sind. In einem Beispiel umfasst die funktionale Schicht eines Systems oder einer Vorrichtung gemäß den hierin beschriebenen Prinzipien die Vielzahl von Sensorelementen und/oder den Zwischenbus.
  • Die Position der NMP oder NMS kann bezüglich der Schichtstruktur des Systems oder der Vorrichtung durch das Einfügen von Materialien verändert werden, welche die Dehnungsisolation in verschiedenen Schichten des Systems oder der Vorrichtung unterstützen. In verschiedenen Beispielen können hierin beschriebene Polymermaterialien eingefügt werden, um als Dehnungsisoliermaterialien zu dienen. Beispielsweise kann das oben beschriebene Kapselmaterial zum Positionieren der NMP oder NMS verwendet werden, z. B. durch Variieren des Kapselmaterialtyps und/oder der Schichtdicke. So kann zum Beispiel die Dicke des über den hierin beschriebenen funktionalen Schichten angeordneten Kapselmaterials modifiziert (d. h. verringert oder erhöht) werden, um die funktionale Schicht gegenüber der Gesamtdicke des Systems oder der Vorrichtung zu komprimieren, wodurch sich die Position der NMP oder NMS gegenüber der funktionalen Schicht variieren lässt. In einem weiteren Beispiel kann die Art der Verkapselung einschließlich aller Unterschiede im (Youngschen) Elastizitätsmodul des Kapselmaterials verändert werden.
  • In einem weiteren Beispiel kann eine zumindest partielle Zwischenschicht aus einem Material, das eine Dehnungsisolation bereitstellen kann, zwischen der funktionalen Schicht und dem flexiblen Substrat angeordnet sein, um die NMP oder NMS gegenüber der funktionalen Schicht zu positionieren. In einem Beispiel kann die Zwischenschicht aus jedem beliebigen der hierein beschriebenen Polymermaterialien, aus Aerogelmaterialien oder aus jedem anderen Material mit geeigneten elastischen mechanischen Eigenschaften gebildet sein.
  • Auf Basis der hierin beschriebenen Prinzipien kann die NMP oder NMS nahe einer, übereinstimmend mit einer oder angrenzend an eine Schicht des Systems oder der Vorrichtung angeordnet sein, welche die dehnungsempfindliche Komponente umfasst, zum Beispiel, aber nicht ausschließlich, der funktionalen Schicht. Die Schicht kann als „dehnungsempfindlich” angesehen werden, wenn sie zu Brüchen neigt oder ihre Leistung bei einem Grad an auftretender Dehnung anderweitig beeinträchtigt ist. In einem Beispiel, bei dem die NMP oder NMS nahe einer dehnungsempfindlichen Komponente angeordnet ist, anstatt mit ihr zusammenzufallen, kann die Position der NMP oder NMS der dehnungsempfindlichen Komponente immer noch von mechanischem Nutzen sein, zum Beispiel indem sie die Dehnung, die ansonsten in Abwesenheit der Dehnungsisolierungsschichten auf die dehnungsempfindliche Komponente ausgewirkt würde, wesentlich reduziert. In verschiedenen Beispielen wird die NMS- oder NMP-Schicht als der dehnungsempfindlichen Komponente naheliegend angesehen, die zumindest 10%, 20%, 50% oder 75% Dehnungsreduktion für eine zum Beispiel beim Aufblasen des aufblasbaren Körpers einwirkende Dehnung in der dehnungsempfindlichen Komponente leistet.
  • Als nicht einschränkendes Beispiel können ultradünne oberflächentreue Nanomembransensoren (ca. 250 nm groß), die in neutralen mechanischen Ebenenanordnungen in ein Substrat (z. B., aber nicht ausschließlich, dünne Polyimid- und Elastomersubstrate mit einer Dicke von ca. 50 μm bis ca. 100 μm) eingebettet sind, für eine deutliche mechanische Beständigkeit bei Krümmungsradien von weniger als ca. 1 mm sorgen.
  • In verschiedenen Beispiel kann das Kapselmaterial und/oder das Zwischenschichtmaterial an Positionen, die mit der dehnungsempfindlichen Komponente zusammenfallen, einschließlich in der funktionalen Schicht, angeordnet sein. Abschnitte des Kapselmaterials und/oder des Zwischenschichtmaterials können zum Beispiel mit der dehnungsempfindlichen Komponente durchsetzt sein, so auch an Positionen innerhalb der funktionalen Schicht.
  • In einem Beispiel kann ein wie hierin beschriebenes System, eine Vorrichtung oder ein Verfahren dazu verwendet werden, an einem Gewebe während einer medizinischen Diagnose und/oder Behandlung eine Art der Therapie durchzuführen. Das System, die Vorrichtung und das Verfahren können auf einer Vorrichtung basieren, die das den aufblasbaren Körper bildende flexible Substrat und die Vielzahl von auf dem flexiblen Substrat angeordneten Sensorelemente umfasst, oder auf einem dehnbaren elektronischen System, das eine flexible ringförmige Verbindung und eine Vielzahl von an die flexible ringförmige Verbindung gekoppelten Elektroden umfasst, wobei das dehnbare elektronische System auf einem aufblasbaren Körper angeordnet ist. Jeder der hierin beschriebenen aufblasbaren Körper kann zum Beispiel nahe einem distalen Abschnitt eines Katheters angeordnet sein, und eine Art der Therapie kann während der medizinischen Diagnose und/oder Behandlung an einer Geweberegion durchgeführt werden. In einem Beispiel kann die Art der Therapie durch einen Schaft des Katheters ausgeführt werden. In einem Beispiel kann die Therapie eine ablative Therapie und/oder eine Verabreichung von Medikamenten sein. Nicht einschränkende Beispiele der ablativen Therapie umfassen Kryoablation, Laserablation und hochintensiven Ultraschall.
  • Ein beispielhaftes Verfahren zum Durchführen einer medizinischen Diagnose und/oder Behandlung an einem Gewebe umfasst das Anordnen einer Vorrichtung, die ein einen aufblasbaren Körper bildendes flexibles Substrat, einen Koppelbus und eine Vielzahl von an den Koppelbus gekoppelten Sensorelementen umfasst, nahe einem Gewebe. Das eine oder die mehreren Sensorelemente der Vielzahl von Sensorelementen umfassen Kontaktsensoren. Der Koppelbus ist nahe einem distalen Ende des aufblasbaren Substrats angeordnet, und die Vielzahl von Sensorelementen ist so um den aufblasbaren Körper angeordnet, dass die Sensorelemente an Bereichen minimaler Krümmung des aufblasbaren Körpers angeordnet sind. Das Verfahren umfasst das Aufzeichnen einer Messung von zumindest einem Sensorelement der Vielzahl von Sensorelementen. Die Messung ergibt einen Hinweis auf einen Zustand eines Abschnitts des Gewebes.
  • In einem Beispiel kann die Messung dazu dienen, einen Hinweis auf einen Erkrankungszustand des Abschnitts des Gewebes zu ergeben. In einem weiteren Beispiel kann die Messung dazu dienen, einen Hinweis auf einen Kontaktzustand des Abschnitts des Gewebes mit zumindest einem Sensorelement der Vielzahl von Sensorelementen zu ergeben.
  • Es wird hierbei auch eine beispielhafte Instrument-Nutzer-Schnittstelle beschrieben, die dazu dienen kann, eine Darstellung von Messungen einer Vielzahl von Sensorelementen oder aktiven Stromkreisen anzuzeigen, die nahe einer Oberfläche (wie zum Beispiel, aber nicht ausschließlich, einem Gewebelumen) angeordnet sind. In einem Beispiel kann eine hierin beschriebene Instrument-Nutzer-Schnittstelle auch dazu dienen, einen Kontakt zwischen einer Vielzahl von Sensorelementen oder aktiven Stromkreisen und einer Oberfläche abzubilden. Die Mess- oder Abbildungsdaten können dazu dienen, eine Darstellung eines Grads des Kontakts zwischen einem die Vielzahl von Sensorelementen oder aktiven Stromkreisen tragenden aufblasbaren Körper und der Oberfläche bereitzustellen. Eine beispielhafte Instrumenten- und/oder Nutzerschnittstelle kann mit jedem der hierin beschriebenen beispielhaften Systeme, Verfahren oder Vorrichtungen verwendet werden.
  • Es werden auch beispielhafte Vorrichtungen zum Anzeigen einer Darstellung von Messungen einer Vielzahl von Sensorelementen oder aktiven Stromkreisen, die währen einer medizinischen Diagnose und/oder Behandlung eines Gewebes nahe einer Oberfläche positioniert sind, beschrieben. In diesem Beispiel umfasst die Anzeigevorrichtung eine Anzeige, einen maschinenlesbare Anweisungen speichernden Speicher und eine oder mehrere Prozessoreinheiten zum Ausführen der maschinenlesbaren Anweisungen. Durch das Ausführen der maschinenlesbaren Anweisungen zeigt die Anzeige die Darstellung der Messungen an. Die Darstellung umfasst eine Vielzahl erster Indikatoren und eine Vielzahl zweiter Indikatoren. Jeder erste Indikator entspricht einem Sensorelement der Vielzahl von Sensorelementen (oder aktiven Stromkreisen), das ein Signal unterhalb eines Grenzwerts misst. Jeder zweite Indikator entspricht einem Sensorelement der Vielzahl von Sensorelementen (oder aktiven Stromkreisen), das ein Signal oberhalb des Grenzwerts misst.
  • In einem Beispiel kann eine Messung unterhalb des Grenzwerts als Hinweis darauf dienen, dass das entsprechende Sensorelement der Vielzahl von Sensorelementen (oder aktiven Stromkreisen) nicht in Kontakt zu dem Gewebe steht.
  • In einem Beispiel kann eine Messung oberhalb des Grenzwerts als Hinweis darauf dienen, dass das entsprechende Sensorelement der Vielzahl von Sensorelementen (oder aktiven Stromkreisen) in Kontakt zu dem Gewebe steht.
  • In einem Beispiel kann eine Messung unterhalb eines ersten Grenzwertes als Hinweis auf einen Zustand „kein Kontakt” oder „keine Messung” für ein Sensorelement dienen. In einem weiteren Beispiel kann eine Messung oberhalb eines zweiten Grenzwerts als Hinweis auf einen Zustand „Kontakt” oder „Messung” für ein Sensorelement dienen. In einem weiteren Beispiel kann eine Messung zwischen dem ersten Grenzwert und dem zweiten Grenzwert als Hinweis auf einen Zustand „mangelhafter Kontakt” oder „mangelhafte Messung” für ein Sensorelement oder einen aktiven Stromkreis dienen.
  • In einem Beispiel zeigt jede der ersten räumlichen Darstellungen und jede der zweiten räumlichen Darstellungen einen ersten Hinweis darauf an, ob das entsprechende Sensorelement ein Signal oberhalb eines Grenzwerts misst. In einem weiteren Beispiel zeigt jede der ersten räumlichen Darstellungen und jede der zweiten räumlichen Darstellungen einen zweiten Hinweis darauf an, ob das entsprechende Sensorelement ein Signal unterhalb eines Grenzwerts misst.
  • In einem Beispiel kann ein hierein beschriebenes System zum Abbilden eines Kontakts mit einer Oberfläche verwendet werden. Das System umfasst einen aufblasbaren Körper, eine Vielzahl von an den aufblasbaren Körper gekoppelten Elektroden und eine elektrisch an die Vielzahl von Elektroden gekoppelte elektronische Anzeige. Die elektronische Anzeige zeigt eine visuelle Wiedergabe der räumlichen Position der Vielzahl von Elektroden auf dem aufblasbaren Körper an. Die elektronische Anzeige verändert außerdem ein visuelles Merkmal einer Elektrode in der Vielzahl von Elektroden, wenn sich ein von der Elektrode erzeugtes elektrisches Signal verändert, wobei die Veränderung des elektrischen Signals dazu verwendet werden kann, einen Kontaktzustand der Elektrode bezüglich der Oberfläche zu identifizieren.
  • In einem Beispiel kann das visuelle Merkmal eine binäre Darstellung oder eine quantitative Darstellung sein.
  • In einem weiteren Beispiel umfassen die hierin beschriebenen aktiven Stromkreise oder Sensorelemente eine flexible Verbindung und eine Vielzahl von impedanzbasierten Elektrodenpaaren, die an die flexible Verbindung gekoppelt sind. Die Elektrodenpaare sind konfiguriert, eine Impedanz zwischen zwei Elektroden des Elektrodenpaars zu messen.
  • Bei dem Gewebe kann es sich zum Beispiel um kardiales Gewebe handeln, und bei dem Lumen kann es sich um die Lungenvenen eines Patienten handeln.
  • Die vorliegende Offenbarung beschreibt beispielhafte Ergebnisse, die den Nutzen von Kontaktsensoren in Verbindung mit medizinischen Diagnostik- und/oder Behandlungsverfahren unter Verwendung eines aufblasbaren und/oder expandierbaren Körpers, einschließlich Kryoballonablationsverfahren, zeigen.
  • Hierein beschriebene beispielhafte Systeme und Vorrichtungen ermöglichen die Integration von Komponenten, einschließlich einer oder mehrerer Elektroden, Photodioden, Thermistoren, Mikro-LEDs und/oder Kraftsensoren oder von Feldern von Feldern von Elektroden, Photodioden, Thermistoren, Mikro-LEDs und/oder Kraftsensoren, die auf flexiblen Substraten eingesetzt werden können. Die Systeme und Vorrichtungen nach den hierin beschriebenen Prinzipien können eine große Bandbreite von Anwendungsbereichen in der medizinischen Geräteindustrie aufweisen.
  • Eine beispielhafte, auf kryothermischer Energie basierende Therapie stellt eine alternative Ablationstherapie zur Radiofrequenzenergie (RF-Energie) für die Behandlung bestimmter Erkrankungen, einschließlich kardialer Rhythmusstörungen, dar. Ein Kryoballonsystem ist in der Lage, durch den Übergang von Lachgas vom flüssigen in den gasförmigen Aggregatzustand kryothermische Energie zu übertragen. In dieser beispielhaften Ausführung kann der Übergang von Lachgas vom flüssigen in den gasförmigen Zustand durch eine Drucksteigerung und eine gleichzeitige Temperaturreduktion von etwa –50°C während des kryoablativen Verfahrens ausgelöst werden. Das Ostium der Lungenvene kann das strukturelle Ziel für eine Ablation bei Patienten mit paroxysmaler AF sein. Das Schaffen einer Okklusion nahe dem Antrum der Lungenvene hilft beim Erreichen einer wirksamen Läsionsbildung mit Kryoballonen.
  • In verschiedenen nicht einschränkenden Beispielen hierin beschriebene oberflächentreue Elektronikkomponenten können an polymere oder elastomere Oberflächen (einschließlich Ballons und Folien) gehaftet sein und können sich ausgehend von dem distalen Ende eines Katheterschlauchs mechanisch entfalten, ohne dadurch eine Signalverschlechterung zu verursachen. Die hierin beschriebenen beispielhaften Ausführungen erleichtern den Einsatz vielzähliger Sensormodalitäten in vivo in intrakardialen und epikardialen Räumen bei hochdichten Anordnungen von Sensorelementen. Die geringe Biegesteifigkeit der hierin beschriebenen Elektronik erleichtert einen starken oberflächentreuen Kontakt zu weichen Geweben (wie dem des Herzens) ohne Pins oder separate Klebstoffe. Dementsprechend werden eine hochdichte Abbildung innerhalb der Vorhöfe und Einblicke in die grundlegenden Mechanismen von CFAEs, einschließlich der Analyse von Rotoren und Wellenfronten in Fällen anhaltender AF möglich. Die hierin beschriebenen beispielhaften Ausführungen können zum Erkennen des Vorliegens von AF-Mechanismen bei deutlich reduzierten elektrischen Abbildungszeiten dienen, wobei Sicherheitsrisiken verringert und klinische Ergebnisse während Ablationsverfahren verbessert werden.
  • Beispiele aufblasbarer Körper sind hierin in Bezug auf eine Art Ballonkatheter beschrieben. Die auf die hierin beschriebenen Systeme, Verfahren und Vorrichtungen anwendbaren aufblasbaren Körper sind jedoch nicht derartig eingeschränkt. Es soll verstanden werden, dass die hierin beschriebenen Prinzipien auf jede Art von aufblasbarem Körper (einschließlich eines expandierbaren Körpers) zutreffen, auf dem wie hierein beschriebene dehnbare elektronische Systeme angeordnet werden können.
  • Die 1A–1F zeigen beispielhafte flexible und dehnbare elektronische und optoelektronische Einrichtungen, die gemäß den hierin beschriebenen Prinzipien ausgeführt werden können. 1A zeigt Mikroskopbilder eines Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistors (MOSFET) des p-Typs (links) und des n-Typs (rechts), die in verschiedenen hierin beschriebenen Beispielen eingesetzt werden können. Der untere Frame von 1A zeigt die Charakterisierungsergebnisse eines n-MOSFET, einschließlich I–V- und Transfercharakteristika. 1B zeigt beispielhafte flexible Vorrichtungen, die in verschiedenen Beispielen auf einem 25 μm Polyimidsubstrat ausgebildet sind, das n- und p-Transistoren (links), CMOS-Inverter (rechts) und einen dreistufigen Ringoszillator (Mitte) umfasst. 1D zeigt einen beispielhaften 3D-Multilayer aus auf einem Plastiksubstrat positionierten aktiven Stromkreisen, und 1D zeigt beispielhafte gewellte dehnbare 2D-CMOS-Stromkreise auf einem elastomeren Substrat. Die in D1 gezeigte beispielhafte gewellte dehnbare Ausführung ist in der Figur entsprechend einer niedergedrückten Mitte des Substrats deformiert. 1E zeigt Rasterelektronenmikroskopbilder (REM-Bilder) eines deformierten (oben) und nicht deformierten (unten) CMOS-Inverterfelds mit gebogenen oder hervorspringenden Verbindungen gemäß den veranschaulichenden Beispielen der vorliegenden Offenbarung. Ausführungen der vorliegenden Offenbarung können auf dünnen Elastomeren, zum Beispiel auf einem ungefähr 1 mm dicken Elastomer ausgebildet sein. 1E zeigt beispielhafte Ausführungen von GaAs-iLED-Feldern, die über serpentinenförmige hervorspringende Verbindungen im flachen, um 360° und um 720° gewundenen Zustand gemäß verschiedenen dehnbaren Beispielen verbunden sind. Die in den 1A–1F gezeigten beispielhaften Verbindungen, Substrate und aktiven Stromkreise oder Komponenten eines aktiven Stromkreises stellen Komponenten dar, die in beispielhaften Systemen, Verfahren und Vorrichtungen gemäß den hierin beschriebenen Prinzipien für diagnostische und/oder therapeutische Zwecke eingesetzt werden können.
  • In einem nicht einschränkenden Beispiel können die hochauflösenden Abbildungsfähigkeiten der beispielhaften beschriebenen Systeme, Verfahren und Vorrichtungen zur Verbesserung des Verständnisses von „komplex fraktionierten atrialen Elektrogrammen” (CFAEs), Rotoren und den grundlegenden Ursachen anhaltender AF und zu deren Behandlung beitragen. Es wird beispielsweise angenommen, dass CFAEs die rapide elektrische Aktivität einer nahegelegenen Triebkraft (Rotor) anzeigen. Dieses Wissen kann angewandt werden, um auch andere komplexe Rhythmusstörungen, einschließlich, aber nicht ausschließlich, Kammerflimmern, zu behandeln. Hierin beschriebene beispielhafte Systeme, Verfahren und Vorrichtungen können dazu dienen, einen Weg zu einer schnelleren, sichereren und effektiveren Diagnose und Behandlung von Rhythmusstörungen zu bereiten.
  • Die 2A–2D zeigen nicht einschränkende beispielhafte Verarbeitungsverfahren und Ausgestaltungen gemäß den hierin beschriebenen Prinzipien. Die durch verschiedene Beispiele der vorliegenden Offenbarung bereitgestellten hochdichten Abbildungstechniken können unter Verwendung von Mikrofabrikationsverarbeitungstechniken, die auf ultradünne, flexible und dehnbare Einkristall-Nanomaterialien anwendbar sind, erreicht werden. Diese Verfahren können auf Silicium basiert sein, zum Beispiel auf einem in 2A gezeigten hochqualitativen Einkristallwafer aus (111) Silicium (oben), (100) einem Silicon-on-Insulator (SOI) (Mitte), oder einem epitaktisch gewachsenen III–V-Halbleiter (unten). Lithographie und eine Vielzahl von Ätztechniken können in verschiedenen Beispielen angewandt werden, um komplexe Muster zu definieren, die nachfolgend in ultradünnen Schichten (zum Beispiel mit einer Dicke von hunderten Nanometern) von dem Wafer freigegeben werden.
  • Die freigegebenen Nanostrukturen können in flexiblen Substraten mittels Transferdrucktechnologie integriert werden. 2B stellt den Transferdruckprozess dar, der in einigen beispielhaften Ausführungen mit einem weichen, gummiartigen, Polydimethylsiloxan (PDMS) genannten Stempel beginnt, der durch Van-der-Waals-Kräfte Nanomaterialien erfasst. Wie im oberen Frame von 2B gezeigt, kann ein Stempel verwendet werden, um eine hergestellte Struktur aus einem Fabrikationswafer zu extrahieren. Wie im unteren Frame von 2B gezeigt, kann der Stempel mit einem zweiten Substrat, zum Beispiel einem hierin beschriebenen flexiblen Substrat, in Kontakt gebracht werden, und die hergestellte Struktur kann auf das zweite Substrat freigegeben werden. Dieser Transferprozess kann über großen Bereichen segmentierter Nanomembransensoren unter Verwendung eines flachen Stempels oder über ausgewählten Bereichen mittels eines strukturierten Stempels durchgeführt werden. Die extrahierten Nanomembransensoren können mit Mikropräzision selektiv an vorbestimmten Stellen platziert werden (unteres Bild von 2B). Ein Haftmittel kann verwendet werden, um die hergestellte Struktur an dem flexiblen Substrat anzubringen, um eine größere Haftstärke und höheren Durchsatz zu fördern. So können beispielsweise dünne Klebeschichten, wie zum Beispiel Polyimide oder Epoxide, als Haftmittel verwendet werden. Ein Beispiel eines repräsentativen GaAs-Nanomembranfelds, welches das Konzept auf einer gekrümmten Struktur darstellt, ist in der Detailabbildung von 2C gezeigt. 2D zeigt beispielhafte Nanostrukturen, die zur Ausbildung der hierin beschriebenen elektronischen Strukturen, einschließlich der „Fischgrätenstrukturen” (oberes Bild von 2D), gebogener Strukturen (mittleres Bild von 2D) und nicht komplanarer serpentinenförmiger Strukturen (unteres Bild von 2D), verwendet werden können.
  • Die 3A–3B zeigen ein nicht einschränkendes Beispiel eines aufblasbaren Körpers, der auf ein System, ein Verfahren oder eine Vorrichtung gemäß den hierin beschriebenen Prinzipien anwendbar ist. 3A zeigt den aufblasbaren Körper 300 im entleerten Zustand und 3B zeigt den aufblasbaren Körper 300 in einem teilweise aufgeblasenen Zustand. Der aufblasbare Körper weist auch einen im Wesentlichen abgeflachten Abschnitt, d. h. einen Abschnitt 304 mit gegenüber anderen Regionen des Ballons geringerer oder minimaler Krümmung auf (s. 3B). In diesem nicht einschränkenden Beispiel handelt es sich bei dem aufblasbaren Körper um einen Ballon. Wie oben beschrieben kann der aufblasbare Körper eine zylindrische Morphologie, eine kegelförmige Morphologie, eine hundeknochenförmige Morphologie, eine „zwiebelförmige” Morphologie (d. h. eine Form, die in x- und y-Richtung unterschiedliche Krümmungen aufweisen kann) oder eine tonnenförmige Morphologie aufweisen. In einem weiteren Beispiel kann der aufblasbare Körper eine Kombination aus diesen Formen aufweisen.
  • In den nicht einschränkenden Beispielen von 3B ist der aufblasbare Körper 300 an einem Katheter 302 angeordnet. Wie in 3A gezeigt, kann der innere Führungsdraht des Katheters 302 ausgefahren werden, um den aufblasbaren Körper zum Einsatz in einem Lumen zu entleeren. Wie in 3A gezeigt, kann der innere Führungsdraht des Katheters 302 zurückgezogen werden, um den aufblasbaren Körper aufzublasen und die im Wesentlichen abgeflachte Oberfläche 304 auszubilden. Der aufblasbare Körper 300 kann eine stärker gerundete Form aufweisen, wenn er voll aufgeblasen ist. In einem beispielhaften Verfahren zur Durchführung einer Abbildung einer Oberfläche gemäß den hierin beschriebenen Prinzipien kann der aufblasbare Körper zur Abbildung verwendet werden, während er nur teilweise aufgeblasen ist. Im teilweise aufgeblasenen Zustand kann ein Großteil der im Wesentlichen abgeflachten Oberfläche 304 nahe einem Gewebe oder einer anderen abzubildenden Oberfläche positioniert werden und mit dieser in wesentlichen Kontakt treten.
  • 4 zeigt ein nicht einschränkendes Beispiel einer computergestützten Konstruktionszeichnung (CAD-Zeichnung) einer elektronischen Struktur 400 gemäß den hierin beschriebenen Prinzipien. Die elektronische Struktur 400 umfasst einen Zwischenbus 402 und Sensorelemente 404. Der Zwischenbus 402 kann an mehrere der Sensorelemente 404 gekoppelt sein. Wie in 4 gezeigt, kann der Zwischenbus 402 beispielsweise an die Sensorelemente 404 in einem Quadranten der elektronischen Struktur 404 gekoppelt sein.
  • Im nicht einschränkenden Beispiel von 4 umfasst die elektronische Struktur 400 vier Zwischenbusse 402, die jeweils an mehrere Sensorelemente 404 gekoppelt und in vier Quadranten angeordnet sind. In weiteren Beispielen kann die elektronische Struktur aus einem der Zwischenbusse, zwei Zwischenbussen, drei Zwischenbussen oder mehr Zwischenbussen gebildet sein. Außerdem können die Sensorelemente in Anordnungen mit unterschiedlichen Symmetrien angeordnet sein.
  • Wie im Beispiel von 4 gezeigt, kann ein Abschnitt der Zwischenbusse 402 an eine Kopplungsstruktur 406 gekoppelt sein. In weiteren Beispielen kann auf die Kopplungsstruktur 406 verzichtet werden. Die Kopplungsstruktur 406 kann aus einem nicht leitfähigen Material, einschließlich eines nicht leitfähigen polymerbasierten Materials, gebildet sein.
  • 5A stellt eine beispielhafte Platzierung einer in 5B gezeigten elektronischen Struktur 500 auf einem aufblasbaren Körper 502 dar. Wie in 5A gezeigt, kann die elektronische Struktur 500 an einer distalen Region der Oberfläche des aufblasbaren Körpers 502 angeordnet sein. In diesem Beispiel ist die elektronische Struktur 500 an einem im Wesentlichen abgeflachten Abschnitt des aufblasbaren Körpers 502 (wie in 3B gezeigt) angeordnet. Ein Abschnitt des Zwischenbusses 504 der elektronischen Struktur 500 ist um die distale Region des aufblasbaren Körpers 502 angeordnet, und die Sensorelemente 506 sind in einem Feld auf dem aufblasbaren Körper nahe der distalen Region angeordnet.
  • Wie im Beispiel der 5A und 5B gezeigt, kann die elektronische Struktur 500 eine Kopplungsstruktur 508 umfassen, die um die distale Region des aufblasbaren Körpers 502 angeordnet sein kann. Die Kopplungsstruktur 508 kann dazu dienen, der elektronischen Struktur während der Herstellung, der Extraktion aus dem Trägersubstrat und/oder der Anordnung auf dem aufblasbaren Körper mechanische Stabilität zu verleihen. Die Kopplungsstruktur 508 kann auch die Ausrichtung der elektronischen Struktur 500 mit dem aufblasbaren Körper 502 unterstützen. Die Kopplungsstruktur 508 kann beispielsweise als Hohlringstruktur ausgebildet sein, die um ein Ende eines Katheters, an dem der aufblasbare Körper befestigt ist, angeordnet ist.
  • Die Beschreibung einiger der hierin beschrieben Beispiele, einschließlich des Beispiels von 5A, erfolgt mit Bezug auf die elektronische Struktur, die auf einem flexiblen Substrat angeordnet ist, das einen Teil eines aufblasbaren Körpers bildet. Das flexible Substrat ist jedoch nicht auf aufblasbare Körper beschränkt. Das bedeutet, dass die elektronischen Strukturen in anderen Beispielen auf einem flexiblen Substrat angeordnet sein können, das nicht Teil eines aufblasbaren Körpers ist. Die elektronischen Strukturen einschließlich des Zwischenbusses und der Sensorelemente können beispielsweise auf einem flexiblen Substrat angeordnet sein, das Teil eines Pflasters, eines Verbands oder eines anderen im Wesentlichen flachen Substrats ist.
  • Die 6A–6D zeigen eine nicht einschränkende beispielhafte Ausführung einer Vorrichtung gemäß den hierin beschriebenen Prinzipien. 6A zeigt einen aufblasbaren Körper 602 im entleerten Zustand. Zumindest zwei Zwischenbusse 604 und mehrere Sensorelemente 606 sind auf Abschnitten der Oberfläche des aufblasbaren Körpers an oder nahe dem distalen Abschnitts des aufblasbaren Körpers 602 angeordnet.
  • 6B zeigt eine andere perspektivische Ansicht der in 6A gezeigten Vorrichtung. 6B zeigt außerdem einen Port 610, in dem weitere Diagnose- und/oder Behandlungsgeräte, einschließlich eines Kryoablationsgeräts, positioniert werden können.
  • 6C zeigt die Vorrichtung in einem teilweise aufgeblasenen Zustand. 6D zeigt die Vorrichtung im entleerten Zustand. Die 6C–6D zeigen die Sensorelemente (einschließlich verschiedener Sensoren) und die Verbindungen (einschließlich des Zwischenbusses) beim Durchlaufen der Kompression, wenn der aufblasbare Körper entleert wird. Wie in 6C gezeigt ist, weist der die Sensorelemente umfassende distale Abschnitt des aufblasbaren Körpers während der verschiedenen Stadien der Entleerung eine geringere Krümmung auf als andere Abschnitte des aufblasbaren Körpers.
  • Die elektronische Struktur nach den hierein beschriebenen Beispielen kann gemäß den hierin beschriebenen Verfahren hergestellt werden. Die Sensorelemente der elektronischen Struktur können so hergestellt sein, dass sie Elektroden, einschließlich unipolare oder bipolare Elektroden, Kontaktsensoren oder andere Sensortypen und auch integrierte Stromkreise umfassen. Wie obenstehend in Verbindung mit den 2B–2C beschrieben, können die elektronischen Strukturen aufgrund ihrer Entfernbarkeit und Platzierbarkeit auf einem Zielsubstrat mittels eines weichen, elastomeren Stempels druckbar sein und auf einen aufblasbaren Körper transferiert werden. Diese Art der Herstellung begünstigt ultradünne Stromkreisschemata mit der mechanischen Flexibilität, um sich an Lumen mit verschiedenen Konturen (zum Beispiel, aber nicht ausschließlich, der ungewöhnlichen Oberflächenrauheit der Vorhöfe) anzupassen. Diese Art der Herstellung begünstigt außerdem die Fähigkeit, multimodale Sensormessungen mit einem einzigen System durchzuführen. Als nicht einschränkendes Beispiel kann das einzelne System ein einzelner Katheter sein, der eine elektronische Struktur gemäß eines hierin beschriebenen Beispiels und ein weiteres Diagnose- und/oder Behandlungsinstrument, wie zum Beispiel, aber nicht ausschließlich, ein Kryoablationsgerät, umfasst.
  • 7 zeigt eine beispielhafte Darstellung der Herstellung multipler elektronischer Strukturen auf einem Fabrikationswafer. Jede beispielhafte elektronische Struktur umfasst zumindest einen Zwischenbus 704 und zumindest ein Feld von Sensorelementen 706. Die elektronischen Strukturen können wie in 7 dargestellt in einer gepackten Anordnung auf einem Fabrikationswafer hergestellt werden. In einem Beispiel können lithographische Verarbeitungstechniken und vertikale Graben-Nassätztechniken angewandt werden, um isolierte Chiplets, wie zum Beispiel, aber nicht ausschließlich, Chiplets mit einer Fläche von etwa 0,1 × 0,1 mm2 und etwa 1–5 μm Dicke zu erhalten, die durch „Ankerstrukturen” an den darunterliegenden Fabrikationswafer gebunden bleiben. Dieses Verfahren kann zum Erzeugen der Zwischenbusse und Sensorelemente (einschließlich Elektroden, Kontaktsensoren und andere Sensoren) und auch der integrierten Stromkreise angewandt werden. Diese Strukturen sind aufgrund ihrer Entfernbarkeit vom Fabrikationswafer, zum Beispiel mit einem Stempel, und ihrer Platzierbarkeit auf einem Zielsubstrat, zum Beispiel einem flexiblen Substrat einschließlich eines Abschnitts eines aufblasbaren Körpers, Pflasters oder Verbands, druckbar.
  • Wie auch in 7 gezeigt, kann die elektronische Struktur mit einer Kopplungsstruktur 708 gefertigt sein. Die Kopplungsstruktur 708 kann aus nicht leitfähigen Materialien gebildet sein. In einem Beispiel kann die Kopplungsstruktur 708 dabei helfen, der elektronischen Struktur während der Extraktion mittels des Stempels mechanische Stabilität zu verleihen. In einem Beispiel kann die Kopplungsstruktur 708 dabei helfen, die elektronische Struktur auszurichten, wenn sie auf dem aufblasbaren Körper angeordnet wird. In einem weiteren Beispiel kann die Kopplungsstruktur 708 leitfähige Abschnitte umfassen. Diese leitfähigen Abschnitte können als elektrisch leitfähige Pfade dienen, so dass in einem Abschnitt der elektronischen Struktur angeordnete Sensorelemente elektronisch an in einem anderen Abschnitt der elektronischen Struktur angeordnete Sensorelemente und/oder einen Zwischenbus gekoppelt werden können.
  • 8 zeigt ein beispielhaftes Verfahren zum Integrieren gefertigter elektronischer Strukturen 820 und 840, um eine integrierte elektronische Struktur 860 mit einer großen Zahl von Sensorelementen zu bilden. Die elektronische Struktur 820 wird beispielsweise gegenüber der elektronischen Struktur 840 gedreht und diese werden dann aneinander gekoppelt, um die integrierte elektronische Struktur 860 zu schaffen. Die integrierte elektronische Struktur 860 kann auf einem flexiblen Substrat, wie zum Beispiel einem Abschnitt eines aufblasbaren Körpers, einem Pflaster, einem Verband oder einer anderen flexiblen Struktur angeordnet werden. Außerdem können die Zwischenbusse der integrierten elektronischen Struktur 860 an einen oder mehrere Signalprozessoren gekoppelt werden, so dass die Signale der die integrierte elektronische Struktur 860 bildenden Vielzahl von Sensorelementen ausgelesen werden können, um ein oder mehrere Multiplexsignale der Messungen der Sensorelemente bereitzustellen.
  • In einer beispielhaften Ausführung können die elektronischen Strukturen der 4 bis 8 zum Abbilden einer Oberfläche genutzt werden. Die beispielhaften Systeme und Vorrichtungen, die auf den elektronischen Strukturen der 4 bis 8 basieren, können dazu genutzt werden, eine hochdichte Abbildung der Oberfläche zu erhalten. Das bedeutet, dass die Abbildungsausführung gemäß den hierin beschriebenen Prinzipien größere Abbildungsfähigkeiten bieten kann und den Störabstand verglichen mit einem elektrischen Abbildungskatheter oder anderen Systemen, die dünn besetzte Felder bipolarer Elektroden zum Sammeln elektrischer Informationen an verstreuten Punkten auf einer Oberfläche verwenden, verbessert. In einem System auf Basis dünn besetzter Felder von biopolaren Elektroden werden mehrere aufeinanderfolgende Aufzeichnungen durch Software überlagert, um eine statische Darstellung der elektronischen Aktivität über einer relevanten Region zu erzeugen. Diese serielle Herangehensweise kann zeitaufwendig sein und ein Risiko klinischer Komplikationen bei einer medizinischen Anwendung (z. B. das Schlaganfallrisiko während der Verwendung zum Abbilden eines Abschnitts eines Vorhofs) erhöhen. Eine Abbildungsausführung unter Verwendung eines Systems oder einer Vorrichtung gemäß den hierin beschriebenen Prinzipien kann ein oder mehrere Multiplexsignale von einer hohen Dichte an abgetasteten Datenpunkten auf einer relevanten Oberfläche bereitstellen, um eine dynamische, hochdichte Abbildung der Oberfläche zu erzeugen.
  • Als nicht einschränkendes Beispiel können Systeme oder Vorrichtungen nach den hierin beschriebenen Prinzipien Sensorelemente aufweisen, die in Packungsdichten von etwa 48 bis etwa 64 Sensorelementen pro cm2 angeordnet sind, um eine Oberfläche (zum Beispiel, aber nicht ausschließlich, kardiales Gewebe) mit gutem Kontakt-Feedback abzubilden.
  • Zusätzlich zum elektrischen Abbilden einer Oberfläche können hierin beschriebene Sensorelemente, die impedanzbasierte Kontaktsensoren sind, zum Bewerten eines Kontakts zwischen dem flexiblen Substrat und der zu messenden Oberfläche genutzt werden.
  • Eine Kontaktsensormessung während der Überwachung elektrischer Abbildungsaktivität kann für eine starke Leistungsfähigkeit sorgen. In einer einzigen Plattform kann eine solche Leistungsfähigkeit die Sicherheit und Effizienz eines Abbildungsverfahrens, zum Beispiel, aber nicht ausschließlich, zur kardialen Abbildung, verbessern. Die 9A–9D stellen einen beispielhaften Betrieb von Sensorelementen dar, bei denen es sich um impedanzbasierte Kontaktsensoren handelt. Die impedanzbasierten Kontaktsensoren können biopolare Elektroden sein. In diesem Beispiel sind die Sensorelemente 904 auf einem aufblasbaren Körper 902 angeordnet. 9A zeigt den aufblasbaren Körpers 902 im aufgeblasenen Zustand und 9 zeigt den aufblasbaren Körper 902 im entleerten Zustand. 9C zeigt ein Röntgenbild des aufblasbaren Körpers, zur Darstellung von Kontakt- und Nichtkontaktzuständen von Messungen einer Oberfläche. In diesem Beispiel befindet sich die Oberfläche nahe der oberen Hohlvene in einem lebenden Schweinemodell. Die in diesem nicht einschränkenden Beispiel verwendeten impedanzbasierten Kontaktsensoren können einfache und dünne Profile (< 5 μm), hohe Sensibilität sowie schnelle Reaktions- und Abbildungsfähigkeiten (einschließlich EKG-Abbildungsfähigkeit in medizinischen Anwendungen) aufweisen. In weiteren beispielhaften Ausführungen können die Sensorelemente leitfähige Siliciumpads umfassen, die quantitative Druckmessungen vornehmen können.
  • Im beispielhaften Betrieb der Sensorelemente einschließlich der impedanzbasierten Kontaktsensoren werden kleine Mengen Wechselstrom (< 10 μA) durch die beiden Pole der bipolaren Elektroden eingespeist, und es werden durch Unterschiede in der Leitfähigkeit der Oberfläche der umgebenden Medien verursachte Spannungsänderungen gemessen. Beispielhafte Ergebnisse zeigen Veränderungen der Impedanz während On/Off-Kontakten. 9D zeigt zum Beispiel die Ergebnisse von Messungen der Impedanzkontaktsensoren. Es ist ersichtlich, dass die Aufblas- und Entleerzyklen mit plötzlichen Änderungen von Werten der Impedanz zusammenfallen, die mit den Kontaktereignissen übereinstimmen.
  • Ein System, eine Vorrichtung oder ein Verfahren nach den hierin beschriebenen Prinzipien kann als Plattform für heterogene Kollektionen von Hochleistungssensor- und Aktorgeräten genutzt werden. Sie können vielseitige Betriebsarten mit hohen Sensordichten zur Verfügung stellen. Ein System, eine Vorrichtung oder ein Verfahren nach den hierin beschriebenen Prinzipien kann zum Beispiel dazu dienen, die Messung der elektrophysiologischen Aktivität einer Oberfläche und die Bewertung einer Kontaktsensormessung mit einem einzelnen Instrument zu erleichtern. In einem Beispiel kann ein System, eine Vorrichtung oder ein Verfahren, das den Zwischenbus und auf einem wie hierin beschriebenen flexiblen Substrat angeordnete Sensorelemente umfasst, durch Schleusen eingeführt werden, Signaltreue gewährleisten und zur Durchführung von Ablationsverfahren genutzt werden.
  • Jede hierin beschriebene Vorrichtung oder jedes solche System kann an ein Datenerfassungssystem zum Messen und/oder Sammeln eines oder mehrerer Multiplexsignale einer Messung der Vielzahl von Sensorelementen gekoppelt sein. Ein beispielhaftes Datenerfassungssystem nach den hierin beschriebenen Prinzipien kann mit einer Spannungsabbildungsnutzerschnittstelle gekoppelt sein. Die Signale der Sensorelemente können mittels des einen oder der mehreren Zwischenbusse zum Datenerfassungssystem geleitet werden.
  • In einer nicht einschränkenden beispielhaften Ausführung umfasst das Datenerfassungssystem zwei Module zum Messen von Kontakten und Elektrogrammen. Ein Transistor, wie zum Beispiel, aber nicht ausschließlich, ein MMBT4403 PNP-Transistor, kann im Feedbackpfad eines Operationsverstärkers, zum Beispiel, aber nicht ausschließlich, eines AD8671 Operationsverstärkers, platziert sein, um eine spannungsgesteuerte Stromquelle zu erzeugen. Für die Kontaktsensormessung können zwei benutzerdefinierte, mehrkanalige softwaregesteuerte Stromquellen zum Betrieb des Felds von Sensorelementen genutzt werden. Eine National Instruments PXI-6289 Datenerfassungskarte, die mit benutzerdefinierter LABVIEWTM Software gesteuert wird, steuert Spannungen an den Sensorelementen. Die Erregung wird mittels eines Gleichstroms von 50 μA bis 1 mA bereitgestellt. Die von den Sensorelementfeldern erkannten elektrophysiologischen Signale werden mit einem Intan Technologies RHA1016 Multiplex-Biopotenzialverstärker aufbereitet. Ein Digitalsignalverarbeitungssystem (Grapevine-System, Ripple Inc) wird verwendet, um das gebündelte Analogsignal des RHA1016 in eine digitale Ausgabe umzuwandeln. Die Ausgabe des RHA1016 Biopotenzialverstärkers wird bei 300 ksps abgetastet und bei 1 ksps für einzelne Kanäle dezimiert. Außerdem wird das Grapevine-System dazu verwendet, einen digitalen 50/60 Hz Kerbfilter auf das Signal zu legen. Die Daten werden im Format Cyberkinetics NEV2.2 NS2 aufgezeichnet und mit benutzerdefinierter Matlab-Software zur Echtzeitanalyse der Spannungs- und Isochronabbildungen von Depolarisations-/Hyperpolarisationswellenfronten betrachtet. In einem weiteren Beispiel können die Elektrogrammdaten mit einem kommerziellen GE Prucka Cardiolab System (unipolare und bipolare Modi) verarbeitet werden. Fehlende oder rauschende Elektrogramme können mit einer auf Wellenabgleich basierenden (WEB)-Interpolationsstrategie synthetisiert werden. Die Elektrogramme können anschließend durch raumzeitliche Spannungs- und Phasenabbildungsalgorithmen analysiert und visualisiert werden.
  • 10 zeigt das Ergebnis einer beispielhaften Ausführung von auf einem flexiblen Substrat eines aufblasbaren Körpers angeordneten Sensorelementen zum Durchführen von Messungen einer Oberfläche. Das eine oder die mehreren Multiplexsignale der Sensorelemente werden über den einen oder die mehreren Zwischenbusse an das Datenerfassungssystem gesendet. 10A zeigt die Sensorelemente in der Konfiguration als bipolare Elektroden in vier Quadranten des aufblasbaren Körpers, wobei jeder Quadrant etwa 12 bis 16 bipolare Elektroden umfasst. 10B zeigt ein Röntgenbild des aufblasbaren Körpers, der in einem rechten Vorhof naher der oberen Hohlvene eingesetzt ist. 10C zeigt vier Isothermenabbildungen im rechten Vorhof, die vier verschiedene Momentaufnahmen von Messungen zu unterschiedlichen Zeitpunkten darstellen. Das Aktivierungsmuster in den Abbildungen von 10C zeiget die Ausbreitung einer Wellenfront mit circa 1,5 m/s. Die Elektrogramme sind unter Verwendung einer Interpolation auf Basis einer Wellengleichung synthetisiert.
  • In einer nicht einschränkenden beispielhaften Ausführung kann ein aufblasbarer Körper gemäß den hierin beschriebenen Prinzipien an einem Katheter mit einer lenkbaren Schleuse angebracht sein. Die lenkbare Schleuse ermöglicht es dem Katheter einschließlich des aufblasbaren Körpers und der elektronischen Struktur, im Wesentlichen vollen Kontakt zu einer Oberfläche (zum Beispiel, aber nicht ausschließlich, den Vorhofwänden) zu erreichen. Sobald der Kontakt hergestellt ist, kann der Modus der Sensormessung (zum Beispiel, aber nicht ausschließlich, elektrische Sensormessung) vom Messen unipolarer und bipolarer Elektrogramme auf das Messen monophasischer Aktionspotenziale (MAPs) umgeschaltet werden. In der MAP-Konfiguration können extrazellulare Messungen verwendet werden, um eine gegenüber unipolaren/bipolaren Aufzeichnungen verbesserte Leistung, einschließlich erhöhter Stabilität gegenüber Fernfeldinterferenzen, lokaler Identifikation von Polarisations- und Depolarisationstakten, und wesentlich genauer Aufzeichnungen der Aktionspotenzialdauer bereitzustellen. Ein guter Kontakt der Abbildungselektroden kann das Erhalten stabiler MAP-Aufzeichnungen erleichtern, da die Wellenformamplitude proportional zum aufgewandten Druck angenähert werden kann. Ein Katheter, der einen aufblasbaren Körper und eine elektronische Struktur gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung (wie zum Beispiel mit abgeflachten Oberflächengeometrien) umfasst, kann eine im Vergleich zu bestehenden Geräten bessere Leistung bereitstellen und multimodale Sensormessungen (elektrische Abbildung und Kontaktsensormessung) ermöglichen. Mit den Vorrichtungen, Systemen und Verfahren gemäß den hierin beschriebenen Prinzipien durchgeführte Messungen bieten fortschrittliche Signalverarbeitungstechniken, wie zum Beispiel Filtern, Zeitfrequenzanalyse und sofortige Nachverfolgung von Phasensingularitäten. Diese hochdichten Multisensorabbildungs- und Ablationsfähigkeiten können die Identifikation und Behandlung von anhaltender AF mit einem einzigen Gerät erleichtern.
  • Die 11A–11C stellen nicht einschränkende beispielhafte multifunktionale Vorrichtungen und Systeme nach den hierin beschriebenen Prinzipien dar. Die 11A–11C zeigen Beispiele von Feldern von auf aufblasbaren Körpern angeordneten Sensorelementen dar. Die nicht einschränkenden beispielhaften Vorrichtungen und Systeme verwenden dünne, oberflächentreue Felder von auf flexiblen Substraten eingebetteten Sensorelementen. 11A zeigt ein Bild von auf einem aufblasbaren Körper, zum Beispiel einem Katheterballon, angebrachten multifunktionalen Sensorfeldern. 11B stellt eine vergrößerte Ansicht der Vorrichtung aus 11A dar, wobei der aufblasbare Körper aufgeblasen auf ungefähr 120% gedehnt ist und auf seiner Oberfläche angeordnete elektronische Strukturen umfasst. 11C zeigt eine weitere perspektivische Ansicht der in den 11A und 11B dargestellten multifunktionalen Vorrichtungen in entleerten und aufgeblasenen Zuständen ohne Beleuchtung von außen. Die beispielhafte Vorrichtung aus 11C umfasst Temperatursensoren und dehnbare Felder von m-ILEDs. In einem Beispiel umfasst die multifunktionale Vorrichtung eine Vielzahl von wie hierin beschriebenen Sensorelementen und zumindest eine weitere Einrichtung. In verschiedenen Beispielen können Einrichtungen wie zum Beispiel, aber nicht ausschließlich, Elektrophysiologieelektroden (EP-Elektroden), Radiofrequenzablationselektroden (RF-Ablationselektroden), Temperatursensoren, Kontaktsensoren und Felder von iLEDs in oder auf der beispielhaften Vorrichtung oder dem System angebracht sein.
  • 11D zeigt beispielhafte Elektrogrammaufzeichnungen eines aufgeblasenen Ballonsubstrats, das in direktem mechanischem Kontakt zu einem lebenden Schweineherz positioniert ist. Diese Betriebsweise kann für Ballonablationskatheter nützlich sein, wobei eine schnelle Bewertung der Ablation stattfinden kann, ohne dass separate diagnostische Instrumente notwendig sind. Ergänzend zu elektrischen Sensoren und Temperatursensoren können auch impedanzbasierte Kontaktsensoren und Stimulationselektroden in oder an verschiedenen beispielhaften Vorrichtungen umfasst sein. Kontaktsensoren können zum Melden der Zeit und/oder Intensität des Kontakts zwischen dem aufblasbaren Körper (der Ballonhaut) und der zu messenden Oberfläche (endokardialem Gewebe) dienen, wodurch sie (ohne Röntgenbildgebung) Rückmeldung darüber geben, wie der aufblasbare Körper zum Erreichen eines optimalen Kontakts zum Herzgewebe einzustellen und zu lenken ist.
  • 12 zeigt eine vergrößerte Ansicht der Vorrichtung aus 11B. Die Vorrichtung zum Erzeugen eines oder mehrerer Multiplexsignale umfasst ein flexibles Substrat 1200 und eine Vielzahl von an das flexible Substrat 1200 gekoppelten aktiven Stromkreisen 1202. Wie in 12 gezeigt, ist jeder aktive Stromkreis 1202 über zumindest eine leitfähige flexible Verbindung 1204 an einen anderen aktiven Stromkreis 1202 gekoppelt. Die Vielzahl von aktiven Stromkreisen ist konfiguriert, das eine oder die mehreren Multiplexsignale an zumindest einen Signalprozessor zu senden.
  • In dieser nicht einschränkenden beispielhaften Struktur sind die aktiven Sensorstromkreise über serpentinenförmige Verbindungen gemäß den hierin beschriebenen Prinzipien verbunden. In einem nicht einschränkenden Beispiel können die aktiven Stromkreise 1202 auf dem flexiblen Substrat integrierte Elektroden für die elektrische Abbildung umfassen.
  • Die 13A–13F zeigen Modellergebnisse für eine beispielhafte Vorrichtung gemäß den Prinzipien von 12. Unter Verwendung von Modellsimulationen können die dynamischen materialtechnischen und mechanischen Eigenschaften oberflächentreuer Sensorfelder und Ballons charakterisiert werden. Es wird eine analytische und Finite-Elemente-Modellierung der Mechanik von an Ballonkathetern befestigten dehnbaren Elektronikkomponenten durchgeführt. Die 13A–13F stellen außerdem den Einfluss einer Dehnung auf die Beanspruchung und die Positionen von gemäß verschiedenen Beispielen auf einem dehnbaren Substrat angeordneten aktiven elektronischen Stromkreisen dar. Die durch analytische und rechnerische Modellierung gewonnene Dehnungsverteilung kann die Art der Verformungen in den elektronischen Schichten verschiedener Beispiele quantitativ erfassen. Durch die Charakterisierung der wirksamen Dehnungs- und Verlagerungsverteilung in den Sensorinseln und serpentinenförmigen Verbindungen kann eine Einsicht in kritische Bruchdehnungen und Biegungsphänomene gewonnen werden. Eine derartige Charakterisierung oberflächentreuer Sensoren kann die Art und Weise verbessern, in der dehnbare Elektronikkomponenten auf hochflexiblen Substraten angewandt werden. Die Modellierung kann außerdem zur Einschätzung mechanischer Belastungen dienen, die währen des Kathetereinsatzes in vivo auftreten.
  • In einem nicht einschränkenden Beispiel können Systeme und Verfahren gemäß den hierin beschriebenen Prinzipien in nach Langendorff perfundierten Herzen angewandt werden, um die Leistungsfähigkeit von hochdichten oberflächentreuen Sensoren zu demonstrieren. In einem nicht einschränkenden Beispiel werden oberflächentreue Sensoren mit mehr als 288 aktiven Stromkreisen pro cm2 dazu verwendet, eine Einsicht in Depolarisationswellenfronten in lebenden Schweineherzen zu geben. Beispiele der vorliegenden Offenbarung können mit aktiven Stromkreisdichten von ungefähr 200 bis 512 Stromkreisen pro cm2 ausgebildet sein. Die von solchen Systemen gewonnenen Daten können mittels benutzerdefinierter Datenerfassung analysiert werden.
  • Ultradünne Geometrien von in den hierin beschriebenen beispielhaften Systemen und Vorrichtungen ausgebildeten Sensorelementen und Verbindungen können eigentlich starren und brüchigen Materialien Flexibilität verleihen. Ultradünne oberflächentreue Nanomembransensoren, zum Beispiel mit 250 nm Dicke, die in dünnen Polyimid- und Elastomersubstraten, zum Beispiel Substraten von ungefähr 50–100 μm, in neutralen mechanischen Ebenenanordnungen eingebettet oder an diese gekoppelt sind, können mechanische Beständigkeit bei Krümmungsradien von über circa 1 mm ermöglichen. Um oberflächentreue Sensoren mit solchen Ausgestaltungen zu erreichen, können dicht gepackte Elektrodenfelder auf Siliciumwafern (0,6 μm CMOS-Verfahren) oder durch Verdünnung herkömmlicher Halbleiterwafer (zum Beispiel Siliciumwafer) gebildet werden. Lithographische Verarbeitungstechniken und vertikale Graben-Nassätztechniken können angewandt werden, um isolierte Chiplets, zum Beispiel Chiplets von circa 0,1 × 0,1 mm2 und circa 1–5 μm Dicke, zu erzeugen, die mit dem darunterliegenden Wafer durch „Ankerstrukturen” verbunden bleiben. Dieses Verfahren kann zur Erzeugung von Elektroden, Temperatursensoren, Kontaktsensoren und auch integrierten Stromkreisen verwendet werden, die man aufgrund ihrer Entfernbarkeit und Platzierbarkeit auf einem Zielsubstrat durch einen weichen Elastomerstempel als „druckbar” bezeichnet. Messungen einzelner auf diese Weise gebildeter Sensoren und Transistoren zeigen hohe Leistungen. Die Elektroden weisen im Allgemeinen charakteristische Impedanzen von 100–300 Ohm auf, und die Si-basierten Transistoren wiesen relativ hohe Elektronen-Loch-Mobilitäten (ungefähr 530 und ungefähr 150 cm2/Vs; ON/OFF-Verhältnisse größer als 105) ähnlich wie herkömmliche Elektronikkomponenten auf. Diese Prozesse zeigen einen Weg zur Entwicklung von Verstärkern und Multiplexern gemäß verschiedener Beispiele auf, um die Zahl von entlang Kathetern verlaufenden Drähten deutlich zu reduzieren.
  • 14 zeigt epikardiale Aufzeichnungen von EKG-, Temperatur- und Dehnungswerten, die durch verschiedene Beispiele von einem Hasenherz gewonnen wurden. Die in 14 dargestellten Beispiele nutzen Au-Elektroden (16 Kanäle), die auf der epikardialen Oberfläche eines lebenden Hasenherzens angebracht sind. Diese Felder umfassen bipolare Elektroden für die elektrische Abbildung. Konkret zeigt 14 Fotografien von Elektroden auf einem lebenden Hasenherz. 14 zeigt außerdem EKG-Messungen, welche die Aktivität während normaler, schneller und abnormaler Rhythmen darstellen. Oberflächenkonturabbildungen einer Depolarisation zeigen, dass 16 Kanäle auch bei geringer Dichte an oberflächentreuen Sensoren Einblick in die Wellenfrontausbreitung geben können. 14 zeigt außerdem 24-kanalige Dehnungsfugensensoren, die dazu verwendet werden können, das rhythmische Schlagen des Herzens währen normaler, abnormaler und schneller Rhythmen aufzuzeichnen. 14 zeigt weiterhin ein oberflächentreues Temperatursensorenfeld (16 Kanäle) mit biopolaren Elektroden. 14 zeigt außerdem Temperaturmessungen an der epikardialen Oberfläche des Hasenherzens während der Bildung von Kryoläsionen. Temperaturen von bis zu –50°C werden mit oberflächentreuen Sensoren aufgezeichnet. Die attraktiven Merkmale dieser Herangehensweise umfassen: (1) ultradünne Stromkreisschemata für mechanische Flexibilität zur Anpassung an die ungewöhnliche Oberflächenrauheit der Vorhöfe, (2) benutzerdefiniertes Datenerfassungssystem zum Auswählen und Verarbeiten von Daten über viele Zeilen und Spalten von Elektroden einschließlich Kontaktsensoren und Temperatursensoren, die durch Anlegen von Dauerstrom und Aufzeichnen von Spannungsänderungen arbeiten.
  • Ein nichteinschränkendes beispielhaftes Datenerfassungssystem für hochdichte Abbildungssysteme gemäß verschiedenen Beispielen kann Differenzsignale von bis zu 1024 einzelnen Kanälen empfangen. Eine Reihe von Datenerfassungskonsolen kann vorgesehen sein, die Temperatursensor- und Drucksensormodule und ein elektrophysiologisches Abbildungsmodul umfassen. Die Temperatur- und Drucksensorstromkreise senden gesteuerten programmierbaren Strom durch ihre jeweiligen Sensorpole. Der AD8639 Funktionsverstärker mit einem MMBT5088 in der Rückkopplung erzeugt den spannungsgesteuerten Dauerstrom. Ein Schalter schaltet zwischen zwei Strombereichen. Spannungsänderungen an diesen Sensoren werden von einem NI PXI-6289 und PXIe-10731 Datenerfassungsmodul überwacht.
  • Die von den Elektrodenfeldern erfassten elektrophysiologischen Signale werden mit dem Intan RHA1016, einem Multiplex-Biopotenzial-Verstärkerfeld, aufbereitet. Der RHA1016 sorgt für Gleichtaktunterdrückung, Verstärkung, Tiefpassfilterung bei 5 kHz und Multiplexierung. Ein Ripple Grapevine-System wandelt das analoge Multiplexsignal (32–64 Kanäle) des RHA1016 in eine digitale Ausgabe um. Es tastet die Ausgabe des RHA016 bei 300 ksps ab und dezimiert das Signal auf 1 ksps. Außerdem legt es einen digitalen 50/60 Hz Kerbfilter auf das Signal. Die vorläufigen Daten können im Format Cyberkinetics NEV2.2 NS2 aufgezeichnet werden. Die Daten können dann per Software, zum Beispiel benutzerdefinierte MATLAPTM Software, betrachtet werden. Diese Ausführungsform bietet eine Basis für die Konstruktion großer Multikanalsysteme mit mehr als 512 bipolaren Elektrodenkanälen.
  • Beispiele, in denen Datenerfassungssysteme mit hunderten bis tausenden von Kanälen erreicht werden, können Stromkreise mit lokaler Zeilen- und Spaltenwahlfunktionalität auf dem flexiblen Substrat umsetzen. Nachdem die aktiven Elektroden das Signal verstärkt und gebündelt haben, kann das Signal auf einem benutzerdefinierten Signalaufbereitungsmodul hochpassgefiltert werden, um DC-Offsets zu entfernen. Das Signal passiert dann einen multipolaren linearphasigen Tiefpass-/Antialiasing-Filter, um hohe Out-Of-Band-Frequenzen zu entfernen. Zweiunddreißig 1.3MSPS SAR ADCs können das Signal gleichzeitig abtasten, um so eine ausreichende Umwandlungsgeschwindigkeit zum Übertasten von 1024 Kanälen zur Verfügung zustellen und dabei dennoch digital gefilterte Signale von 2 kHz Bandbreite zu erzeugen. Es kann eine Echtzeit-Digitalfilterung mit Xilinx Virtex5 FPGAs durchgeführt werden, um Klarheit herzustellen und die Visualisierung der Depolarisationswellenfronten zu verbessern. Außerdem kann das FPGA die Zeilen-/Spaltenmultiplexierung und die Datendemultiplexierung des aktiven Elektrodenfelds steuern. Einmal gesammelt, können die Daten demultiplexiert, gespeichert und mit nutzerdefinierter MATLABTM-Software (The MathWorks) angezeigt werden. Schnelle Fourier-Transformationen (FFTs), Frequenzgradientanalyse und dominante Frequenzanalyse während einer AF werden von dieser Plattform unterstützt.
  • Die Leistung von hochdichten Elektroden und Datenerfassungssystemen kann zur räumlichen und zeitlichen Abbildung von Rhythmusstörungen ausgebildet sein. Die 15A und 15B zeigen eine beispielhafte Vorrichtung gemäß den hierin beschriebenen Prinzipien, die 288 Elektroden umfasst. Während eines Tests wird die Vorrichtung bei normalem und schnellem Rhythmus auf der epikardialen Oberfläche platziert. Unipolare Spannungsdaten werden von allen 288 Elektroden mit der oben beschriebenen Abtast- und Multiplexierungsstrategie aufgezeichnet. Mit dem Feld werden Basisliniendaten im Sinusrhythmus an verschiedenen Positionen auf den Ventrikeln gesammelt. Es werden auch Daten gesammelt, während das Herz stimuliert wird. Die Distanz zwischen der Stimulationselektrode und dem Feld variiert bei vorläufigen Experimenten zwischen 2 und 5 cm.
  • Die 15A bis 15C zeigen Fotografien einer flexiblen elektrophysiologischen Abbildungsvorrichtung gemäß verschiedenen Beispielen. 15A zeigt eine flexible Vorrichtung, die durch Oberflächenspannung an ein Herzgewebe anliegt. Die Detailabbildung von 15A zeigt ein vergrößertes Bild in einem anderen Blickwinkel. 15B stellt eine Reihe von Standbildern eines Films dar, die zu verschiedenen Zeitpunkten während des Kontraktionszyklus des Herzens aufgenommen wurden und die Fähigkeit der Vorrichtung zeigen, sich auf eine Weise zu biegen, die während des Herzrhythmus engen, oberflächentreuen Kontakt zu dem Gewebe hält. Gepunktete Linien verdeutlichen den Biegungsgrad entlang der Vorrichtung. Eine herkömmliche Stimulationselektrode ist im Bild ganz links angedeutet (schwarzer Pfeil). 15C zeigt eine Fotografie einer Vorrichtung auf der vorderen linken Koronararterie (LAD-Koronararterie) (Pfeile) mit einer darüber gelegten Farbkarte der relativen Depolarisationszeit.
  • Das in den 15A bis 15C dargestellte System wies eine ausreichende Auflösung (mit 288 Elektroden) zur Erkennung der Ausbreitung von Wellenfronten über ungefähr 1 cm2 Flächenabdeckung auf den Ventrikeln auf. Biopolare Elektroden mit ähnlicher Datenerfassungsarchitektur können zur visuellen Abbildaktivierung während akuter AF in Langendorff-Herzen genutzt werden.
  • In anderen verwandten vorläufigen Messungen, die an der lebenden Hirnoberfläche durchgeführt wurden, zeigen Beispiele die Fähigkeit zur Abbildung von Rotoren und Wellenfronten während Epilepsieschüben. Diese Arbeit demonstriert die extrem hohe räumlich-zeitliche Auflösung, die für die Rhythmusstörungsabbildung besonders relevant ist. 16 zeigt hochdichte Schichten von aktiven Stromkreisen (ungefähr 360 Stromkreise pro cm2), die eine detaillierte Abbildung von Rotoren und Wellenfronten auf der Oberfläche des Hirns erzeugen können (16). Dementsprechend erleichtern die epikardialen und endokardialen Abbildungsfähigkeiten bei diesen in verschiedenen Beispielen hierin beschriebenen hohen Dichten den direkten Kontakt zur Oberfläche der Wände der Vorhöfe.
  • 16 stellt ein flexibles hochdichtes Elektrodenfeld mit Multiplex-Stromkreisen und damit vorgenommene Messungen gemäß verschiedener Beispiele dar. Am Gehirn vorgenommene und in den 7c–7e dargestellte vorläufige Messungen zeigen die tatsächliche Fähigkeit verschiedener Beispiele, elektrische Muster von Rotoren und Wellenfronten mit beispielloser räumlich-zeitlicher Auflösung abzubilden. Diese einzigartige Fähigkeit kann bedeutende Einsicht in die grundlegenden Mechanismen der AF geben.
  • Oberflächentreue Sensorfelder und Datenerfassungskonsolen gemäß den Beispielen der vorliegenden Offenbarung können dazu verwendet werden, Messungen an lebenden Schafmodellen mit akuter AF vorzunehmen. Atriale Signale können während eines normalen Rhythmus und in akuten Fällen von AF gemessen werden, wobei die akute AF durch rapide atriale Stimulation und gegebenenfalls durch die Infusion von Isoproterenol induziert werden kann. Diese Strategie ermöglicht die demonstrative Abbildung der AF in vivo und erlaubt Einsicht in Rotormechanismen der AF. Aufgrund der Komplexität der Anatomie des linken Vorhofs können in verschiedenen Beispielen unterschiedliche Katheterausführungen angewandt werden, um verschiedene Bereiche der Vorhöfe abzubilden. Während Katheter auf Ballonbasis für die Abbildung von die Ostien der Lungenvenen umgebenden Regionen optimiert sind, eignen sie sich unter Umständen nicht für die Abbildung von Regionen entlang der Vorhofwände. Demzufolge können Katheter mit verformbaren Folien verwendet werden. Diese ballon- und folienbasierten Katheter können endokardial zur Bewertung der mechanischen und elektrischen Leistung angewandt werden.
  • 17 zeigt dichte Felder oberflächentreuer Elektroden mit metallischen, serpentinenförmigen Verbindungen auf dünnen Polymerfolien gemäß verschiedenen Beispielen. Einfache Nitinolkäfigausführungen in Verbindung mit hochelastischen Folien bieten eine neue Plattform für Herzablationskatheter (17). An seinem proximalen Ende umfasst der in 17 gezeigte Katheter einen einfachen Käfig, der am proximalen Ende am Katheterschaft und an einer Polymerfolie mit oberflächentreuen Elektroden an seinem distalen Ende befestigt ist. Metallspuren und Drähte können sich über dünne flexible Bänder entlang der Nitinolarme erstrecken und zusammenlaufen, um ein größeres Band innerhalb des Katheterschafts (ungefähr 10 F) zu bilden. Die Folie kann sich in den Katheterschaft zurückziehen, indem sie sich nach innen faltet, so dass das Polymermaterial (um 50–80%) komprimiert wird und sich in der Führungsschleuse nach unten faltet. Vorläufige Tests zeigen, dass sich Folien mit oberflächentreuen Sensoren mit ausreichender Beständigkeit an die verformbare Form des schlagenden Herzens anschmiegen können (14) und sich auf mit dieser Katheterausführung kompatible Weise falten und entfalten können. Diese Herangehensweise eröffnet einen neuen Weg zum Einsatz oberflächentreuer Sensoren ausgehend von dem distalen Ende von Kathetersystemen zum Abbilden atrialer Signale in Bereichen außerhalb der Lungenvenen.
  • Von illustrierenden Beispielen vorgesehene ballonbasierte Katheter werden zum Abbilden der die Ostien der Lungenvenen umgebenden Bereiche angewandt. Ballonkatheterausführungen bieten eine Plattform für heterogene Kollektionen hochleistungsfähiger Halbleitereinrichtungen und Sensoren. Das Ergebnis ist ein Herzkatheter, der vielseitige Betriebsarten bei hohen Sensordichten bietet. Nicht einschränkende Beispiele von Ballonkathetern mit eingebetteten Elektroden, Temperatur- und Drucksensoren sind in den 11 und 18A–18F gezeigt. Mit diesen Kathetern vorgenommene Messungen zeigen, dass sie atriale und ventrikuläre Signale aufzeichnen können (18C und 18E). In verschiedenen Beispielen können auch mit oberflächentreuen Sensoren ausgestattete Katheter zum Einsatz kommen, die nicht standardmäßige Ballonformen (Advanced Polymers Inc.) verwenden, die sich an die Vorhofwände anschmiegen. Die Beständigkeit dieser oberflächentreuen Sensoren kann nach dem Einführen durch Schleusen getestet und die Signaltreue kann während der mechanischen Lenkung bewertet werden. Vorläufige Messungen mittels in die rechten und linken Vorhöfe eingeführter oberflächentreuer Sensorenfelder (18D) können ausreichend beständig sein. Flexible Flachbandanschlüsse, welche die oberflächentreuen Elektroden und entlang des Schafts verlaufende dünne Drähte verbinden, sorgen für eine starke Haftung zum Überdauern von Biege- und Drehbelastungen.
  • Elektrische Stromkreise
  • Systeme und Vorrichtung werden hierin auch zum Auslesen eines oder mehrerer Multiplexsignale beschrieben. Die Vorrichtung kann ein flexibles Substrat und eine Vielzahl von auf dem flexiblen Substrat angeordneten aktiven Stromkreisen umfassen. Die Vielzahl von aktiven Stromkreisen ist konfiguriert, ein oder mehrere Multiplexsignale an einen Signalprozessor zu senden. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann der aktive Stromkreis eine Elektrode und einen an die Elektrode gekoppelten Differenzialpaarverstärker umfassen. In einem weiteren nicht einschränkenden Beispiel kann der aktive Stromkreis eine Elektrode und einen an die Elektrode gekoppelten Sourcefolger-Verstärker umfassen. Gemäß den hierin beschriebenen Prinzipien ist die Vielzahl von aktiven Stromkreisen auf dem flexiblen Substrat in einer verteilten Stromkreisanordnung angeordnet, so dass die Vorrichtung an eine Kontur einer zu messenden Oberfläche angepasst werden kann.
  • 19 zeigt eine beispielhafte Anordnung eines Stromkreiselements, wobei die Komponenten über einem bestimmten Bereich gruppiert sind. Wie in 19 gezeigt, sind die integrierten Stromkreiskomponenten (IC-Komponenten) 1900, die an die Elektroden 1902 koppeln, im Allgemeinen an einem lokalen Bereich gruppiert. Die Stromkreiskomponenten können beispielsweise so angeordnet sein, dass der lokale Bereich mehrere Verstärker umfasst. Diese Art der Anordnung weist in einem traditionell starren System mehrere Vorteile auf, da sie den Fertigungsprozess der integrierten Stromkreise vereinfachen und günstiger herzustellen sein kann.
  • In einer auf einem flexiblen Substrat basierenden Vorrichtung oder einem solchen System, wie zum Beispiel den hierin beschriebenen Systemen und Vorrichtungen, weist eine derartige Anordnung in örtlich begrenzten Bereichen potentielle Fehlerstellen für die Vorrichtungen auf. Es besteht beispielsweise die Möglichkeit, dass die lokalen IC-Bereiche an Krümmungs- und/oder Biegungsbereichen des Substrats positioniert werden (siehe z. B. Bereich 1908 in 19). Abschnitte eines flexiblen Substrats eines aufblasbaren Körpers können zum Beispiel sehr hohen Druck- und Faltgraden unterworfen sein, wenn der aufblasbare Körper entleert ist (siehe z. B. 3A und 6D). Ein flexibles Substrat, das Teil eines Pflasters, Verbands oder eines ähnlichen Systems ist, kann auch Krümmungs-, Biegungs- oder Faltbelastungen unterworfen sein, die in einem starren System nicht auftreten würden. Diese Belastungen können einen mechanischen und/oder elektrischen Ausfall der Komponenten an dem lokalen IC-Bereich zur Folge haben, wenn diese Belastungen eine Toleranz der IC-Komponenten übersteigen. Ein solcher Ausfallbereich kann katastrophal für die Funktion der gesamten elektrischen Stromkreise sein, da, wie in 19 gezeigt, mehrere essenzielle IC-Komponenten auf einmal beschädigt werden könnten. Diese IC-Komponenten versorgen mehrere Elementarzellen eines größeren Felds von elektrischen Stromkreisen, und in der Folge könnte die Funktion großer Bereiche des Felds gestört werden, was zum Ausfall des Felds von elektrischen Stromkreisen führt. Weiterhin kann ein traditionelleres Stromkreisdesign, das eine große Zahl von Transistoren oder anderen Stromkreiskomponenten in einem Chip oder einem Bereich eines Chips integriert, größere Bereiche erzeugen, die nicht so oberflächentreu oder anschmiegsam an die Kontur einer Oberfläche sind.
  • Gemäß den hierin beschriebenen Systemen und Verfahren sind die aktiven Stromkreise in einer verteilten Anordnung von Stromkreiselementen in einem Netz oder Gewebe von Stromkreiskomponenten angeordnet. 20 stellt ein nicht einschränkendes Beispiel einer verteilten Anordnung von Stromkreiselementen dar. Die Elektroden 2002 sind über einen Bereich auf einem flexiblen Substrat verteilt. IC-Komponenten der Vorrichtung oder des Systems sind ebenfalls verteilt. So sind zum Beispiel die Verstärker 2004 über das flexible Substrat verteilt. Das System oder die Vorrichtung umfasst außerdem zahlreiche Verbindungen (wie hierin beschrieben), wie zum Beispiel Verbindungen 2006, welche die IC Komponenten an andere Komponenten (zum Beispiel den Signalprozessor) koppeln, oder Verbindungen 2007, welche die Elektroden 2002 (oder andere ähnliche Komponenten eines Sensorelements) an die IC-Komponenten 2004 koppeln. Diese Verbindungen sind als nicht einschränkende Beispiele als die Komponenten 1204 von 12 oder als der Zwischenbus der 4, 5B und 6A dargestellt.
  • Wie in 20 gezeigt, ermöglicht die verteilte Anordnung von Stromkreiselementen eine Vorrichtung oder ein System, das auf einem flexiblen Substrat positioniert werden kann, so dass ein bedeutend geringeres Risiko besteht, dass empfindlichere Komponenten auf Bereiche 2008 höherer Krümmungs- oder Biegungsbelastungen des flexiblen Substrats fallen. Die verteilte Anordnung von Stromkreiselementen ermöglicht ein Netz oder Gewebe von Stromkreiskomponenten, die eine oberflächentreuere Vorrichtung oder ein oberflächentreueres System stützen, das an die Kontur einer zu messenden Oberfläche angepasst kann. Die hierin beschriebene verteilte Anordnung von Stromkreiselementen teilt den Gesamtkreis in Inseln auf, die durch Verbindungen, zum Beispiel, aber nicht ausschließlich, durch die serpentinenförmigen Verbindungen, getrennt sind. Dies kann zu einer größeren Widerstandskraft des oberflächentreuen Systems gegenüber Krümmungs- und/oder Biegungsbelastungen führen. Die verteilte Anordnung sorgt für mehr Flexibilität, indem sie die Separierung der Stromkreisinseln ermöglicht. Die verteilten Stromkreiselemente können selektiv und strategisch an Bereichen geringer Belastung des flexiblen Substrats positioniert werden, um die Zuverlässigkeit zu verbessern. Die verteilte Anordnung ermöglicht also die strategische Platzierung von auf dem flexiblen Substrat zu positionierenden Stromkreisinseln und Verbindungen außerhalb höher belasteter/flexiblerer Bereiche.
  • Darüber hinaus kann die hierin beschriebene verteilte Anordnung von Stromkreisen in einer oder mehreren Regionen ausfallstabiler sein. Schäden an einer einzelnen Zelle in der verteilten Anordnung von Stromkreisen können zwar dazu führen, dass ein Auslesen der Zeilen- und Spalten einer bestimmten Zelle fehlschlägt, aber die übrigen Zellen des Felds der verteilten Anordnung von Stromkreiselementen können weiterhin normal arbeiten.
  • Komponenten der verteilten Anordnung von Stromkreiselementen sind wie folgt beschrieben. Die verteilte Anordnung von Stromkreiselementen kann mit einem beliebigen Feld von Sensorelementen verwendet werden, einschließlich solcher Felder, in denen die Sensorelemente und/oder die aktiven Stromkreise die unten beschriebenen Elektroden umfassen. Die verteilte Anordnung von Stromkreiselementen kann zum Beispiel in der Region der Vielzahl von Sensorelementen und des zumindest einen Zwischenbusses gemäß den hierin beschriebenen Prinzipien und wie in Verbindung mit einer der 4 bis 8 beschrieben positioniert sein. Als weiteres Beispiel kann die verteilte Anordnung von Stromkreiselementen in der Region der Vielzahl von aktiven Stromkreisen und der zumindest einen flexiblen Verbindung gemäß den hierin beschriebenen Prinzipien und wie in Verbindung mit einer der 11 bis 13 beschrieben positioniert sein. Weiter kann das Auslesen des einen oder der mehreren Multiplexsignale der im Folgenden beschriebenen Stromkreiskomponenten dazu dienen, Werte von den oben beschriebenen Sensorelementen und aktiven Stromkreisen zu erhalten.
  • 21 zeigt einen gemäß den hierin beschriebenen Prinzipien ausgebildeten aktiven Stromkreis. Dieser Stromkreis, der in neuralen flexiblen Elektronikanwendungen genutzt werden kann, umfasst einen Sourcefolger mit einem Durchgangstransistor zur Multiplexierung, wie in 1 gezeigt.
  • 22 stellt einen weiteren gemäß den hierin beschriebenen Prinzipien ausgebildeten aktiven Stromkreis dar. In diesem nicht einschränkenden Beispiel ist der Stromkreis als einen positiven oder p-Metalloxidhalbleiter-Differenzialpaarverstärker (PMOS-Differenzialpaarverstärker) umfassender Stromkreis mit einem Endstück dargestellt. Dieser Stromkreis kann auch in neuralen flexiblen Elektronikanwendungen genutzt werden. In einigen Beispielen ist das Endstück ein als Transistor fungierender Stromspiegel.
  • 23 veranschaulicht die Charakteristika des in 21 gezeigten aktiven Stromkreises. Der aktive Stromkreis von 21 puffert das Elektrodeneingangssignal und gibt es an den Ausgang weiter. Sofern der Transistor M1 angemessen dimensioniert und vorgespannt ist, beträgt die Verstärkung ungefähr 1. Der Multiplextransistor M2 dient als Durchgangstransistor. Im Betrieb wird M2 hart geschaltet, was dem Signal an der Source von M1 ermöglicht, den Ausgang Vout zu passieren. Dementsprechend agiert M2 als ein Schalter, der dem Signal das Passieren von Vout gestattet. Der Drain von M1 ist mit Masse verbunden, um einem Leckstrom des Stromkreises vorzubeugen. Bei einer medizinischen Anwendung könnte ein solcher Strom zum Beispiel in einen Patienten abgeleitet werden, wenn der Stromkreis beispielsweise mit ausgelaufener Kochsalzlösung in Kontakt kommt (selbst wenn der der Stromkreis in eingekapselter Form vorliegt). Eine Konfiguration des Stromkreises, in der der Drain von M1 auf eine Masse anliegt oder vorgespannt ist, kann die Potenzialdifferenz zu einer Oberfläche, auf der das flexible Substrat und die Stromkreise angeordnet sind, minimieren. In nicht einschränkenden Beispielen kann die Oberfläche das Gehirn, das Herz oder eine andere interne oder externe Körperfläche sein.
  • In einigen Beispielen kann der Bereich des Eingangstransistors M1 maximiert sein und das Weite-Länge-Verhältnis (W/L) des Gates von M1 kann erhöht sein, um Rauschen zu reduzieren.
  • Die 24 und 25 stellen eine Vielzahl von aktiven Stromkreisen von 21 dar, die gemäß den hierin beschriebenen Prinzipien elektrisch gekoppelt sind. Das in den 24 und 25 dargestellte Feld umfasst m Zeilen (il, ..., im) und n Spalten (jl, ..., jn). In einer beispielhaften Ausführung werden alle n Spalten gleichzeitig gelesen. In diesem Beispiel ist jeweils nur eine Zeile aktiv, so dass nur Daten von dieser Zeile gesendet werden, wenn das Datenerfassungssystem die Ausgänge jeder Spalte liest. Es wird jeweils eine Zeile angeschaltet. Alle Ausgänge einer Spalte werden gleichzeitig gelesen. Die Darstellungen in den 24 und 25 zeigen, dass Zeile 1 aktiviert ist (ON) und alle anderen Zeilen nicht aktiviert sind (OFF). Somit werden die n Elektroden von Zeile 1 gleichzeitig gelesen. Die Gesamtzahl von exponierten Ports für eine Vielzahl von Stromkreisen, die wie in den 24 und 25 gezeigt konfiguriert sind (in einer Konfiguration von n Zeilen auf m Spalten), ist eine mehr (für eine einzelne Source-Stromquelle) als die Summe der Anzahl von Zeilen plus die Anzahl von Spalten/Ausgängen. Tabelle 1: Anzahl von exponierten Ports für ein m × n Feld
    Portname Anzahl
    Positive Versorgungsspannung 1
    Zeilensteuerung N
    Ausgang M
    Gesamtanzahl der Ports 1 + n + m
  • Wie oben angegeben, ist der aktive Stromkreis von 21 als ein Folger konfiguriert, dem ein Durchgangsschalter nachgeschaltet ist, der als Multiplexer dient. Die Spannung am Gate bestimmt die Source des Eingangstransistors M1. Dementsprechend bestimmt die Elektrodenspannung die Spannung an der Source. Ein Konstantstrom dient als Last und liefert den Drainstrom sowohl für den Eingangstransistor als auch für den Durchgangstransistor M2. Anhand der untenstehenden Gleichung 1 kann die Gate-Source-Spannung Vgs für M1 und M2 berechnet werden.
    Figure DE112012004146T5_0002
    Gleichung 1: Gate-Source-Spannungsgleichung
  • Die 26 und 27 zeigen die Charakteristika des in 22 gezeigten aktiven Stromkreises in einer single-ended Verbindung (26) und ein einer differenziellen Verbindung (27). Wie oben festgestellt, befindet sich der in den 21, 23 und 24 dargestellte Stromkreis in der Sourcefolger-Konfiguration. Die Stromkreiskonfiguration in den 22, 26 und 27 verstärkt ein differenzielles Signal und unterstützt die Rauschunterdrückung. Wenn gmRs die funktionale Form von Gleichung 2 dominiert, kann die Verstärkung geringfügig weniger als 1 betragen. Im gezeigten Beispiel basiert Rs auf M1 und die durch die aktive Last erzeugte Last ist mit dem Widerstand von M2 in Reihe. Die Verstärkung des Spannungsfolgers in der in den 21 und 22 gezeigten Konfiguration kann anhand der Gleichung 2 berechnet werden.
    Figure DE112012004146T5_0003
    Gleichung 2: Verstärkung des Spannungsfolgers
  • Da die verwendeten Transistoren in einigen Beispielen eine hohe W/L aufweisen können, um Rauschen zu reduzieren, kann ein schwacher Strom (zum Beispiel 10 μA) verwendet werden, um die Einrichtungen im Subthreshold-Bereich zu betreiben. Dementsprechend kann gm anhand der durch Gleichung 3 abgebildeten schwachen Inversionsformel (weak-invesion formula) berechnet werden:
    Figure DE112012004146T5_0004
    Gleichung 3: Berechnung von gm in schwacher Inversion
  • Der aktive Stromkreis aus den 22, 26 und 27 erreicht die Verstärkung durch Anwendung eines anderen Verfahrens als dem der Stromkreise in den 21, 23 und 24. Der aktive Stromkreis der 22, 26 und 27 verstärkt das Signal, wobei der Signalbetrag verstärkt wird, während der Rauscheffekt aufgrund von M1 und M2 reduziert wird. Darüber hinaus bereitet der Stromkreis der 22, 26 und 27 das Signal auf andere Weise auf als der Stromkreis der 1 und 3, indem er eine Differenzialpaar-Konfiguration verendet. Der Stromkreis von 26 vergleicht das Signal an der zugeordneten Elektrode mit der Masse und verstärkt diese Differenz. Das Potenzial der darunterliegenden Kontaktoberfläche (zum Beispiel der Oberfläche des Gehirngewebes) liegt auf Masse, so dass das Differenzialpaar effektiv nur das relevante Signal verstärkt. Darüber hinaus ermöglicht eine differenzielle Signalverarbeitung eine bessere Rauschunterdrückung. An beiden Gates von M1 und M2 aufgenommenes Rauschen wird unterdrückt. Der Stromkreis von 27 vergleicht das Signal an einer zugeordneten Elektrode mit dem Signal an der anderen zugeordneten Elektrode und jegliches auf Basis des Vergleichs identifizierte Rauschen wird unterdrückt. Außerdem wird auch Rauschen am Drain von M3 unterdrückt. Um das oben genannte Problem bezüglich ausgelaufener Kochsalzlösung zu vermeiden, falls und wenn die Kapselschicht bricht, können Strombegrenzerwiderstände, zum Beispiel Widerstände mit 1 kΩ und 12,5 kΩ, in der Stromkreisleitung angeordnet werden. Die Größe dieses Widerstands kann von der benötigten Gleichtakt-Aussteuerungsreserve vorgegeben sein. Der Strombegrenzerwiderstand RD kann von mehreren Differenzialpaaren geteilt werden. Wenn der Strombegrenzerwiderstand RD zum Beispiel von 16 Differenzialpaaren geteilt wird, würde 16·Id/2 Strom durch RD fließen und er könnte auf Basis dieser benötigten Stromkapazität dimensioniert sein. In medizinischen Anwendungen wird dieser Strom bei 10 μA oder weniger gehalten. Wenngleich nicht dargestellt, wird das Gate von M3 durch einen Stromspiegel angetrieben. Der Spiegel treibt alle entsprechenden M3-Gates in der Zeile dieses Felds an. Um diese Zeile zu multiplexieren, kann der Stromspiegel vorgespannt oder nicht vorgespannt sein. Ist er nicht vorgespannt, wird ein Pull-up-Widerstand zwischengeschaltet, um das Gate von M3 auf ein höheres Potential zu bringen, und das Differenzialpaar kollabiert. In anderen Worten schaltet sich die Elementarzelle ab, wenn der Spiegel ausgeschaltet wird.
  • 28 stellt eine Vielzahl von aktiven Stromkreisen der 22 und 26 dar, die gemäß den hierin beschriebenen Prinzipien elektrisch gekoppelt sind. Alle Spalten werden gleichzeitig gelesen. In diesem Beispiel ist nur jeweils eine Zeile auf ON aktiviert. In dem in 6 dargestellten Beispiel ist Zeile 1 auf ON aktiviert und alle Elektroden in Zeile 1 werden gleichzeitig gelesen. Daten werden durch Vout Spalte 1 bis Spalte n ausgegeben. Ähnlich den in den 24 und 25 gezeigten Stromkreisfeldern können die in 28 gezeigten Felder ein m auf n großes Feld von Verstärkern [m Zeilen (il, ..., im) und n Spalten (jl, ..., jn) umfassen. In einem Beispiel ist zu einem beliebigen Zeitpunkt eine Zeile aktiv und Daten werden gleichzeitig aus dieser Zeile gelesen. In 28 ist Zeile 1 aktiv. Jede Spalte teilt einen Ausgangsknoten, aber da nur Zeile 1 aktiv ist, liefert ein Ausgangsknoten einer Spalte nur ein Signal von Zeile 1.
  • Der Multiplexmechanismus der in 28 gezeigten Konfiguration unterscheidet sich von der in 25 gezeigten Konfiguration dahingehend, dass der Zeilensteuerschalter entweder Strom zieht, zum Beispiel 10 μA Strom, um den Stromspiegel (bei M4) vorzuspannen und damit den neuralen Verstärker zu aktivieren, oder der Zeilensteuerschalter bringt die Gates von M3 und M4 auf ein höheres Potenzial, um den jeweiligen Verstärker abzuschalten.
  • Um die Zahl der Eingangs-Ausgangs-Ports (E/A-Ports) möglichst gering zu halten, kann RD von allen Drains von M1 geteilt werden. In Beispielen, in denen das Signal nur am Drain von M2 aufbereitet und gemessen wird, kann der Strompfad am Drain von M1 geteilt werden, sofern M1 angemessen vorgespannt ist. RD ist so bemessen, dass er am Drain von M2 die gleiche Ruhespannung erzeugt, die RL am Drain von M3 erzeugt, wodurch ein symmetrisches Differenzialpaar gewährleistet wird. Obwohl der Drain von M2 nicht sehr sensibel für Veränderungen in der Spannung am Drain ist, wird eine Aufrechterhaltung der Symmetrie angestrebt. Es gibt eine ohmsche Last RL an jeder Spalte, diese werden aber über jede Zeile geteilt. Für ein m × n großes Feld gibt es eine n Anzahl von RLs. Die n Lasten unterstützen die Erzeugung der Verstärkung für die n Ausgangskanäle. Alle Sourcen von M3 teilen einen positiven Versorgungsport. Ein Strombegrenzerwiderstand begrenzt den durch die Versorgung fließenden Strom. In einem Beispiel ist jeweils nur eine Zeile aktiv, so dass der Begrenzerwiderstand üblicherweise von Id·16 durchflossen wird. Jede Zeile der in 28 gezeigten aktiven Stromkreiskonfiguration weist einen Stromspiegel-Vorspannungstransistor (M4) auf, der einen Stromspiegel mit allen M3 einer betreffenden Zeile bildet. Alle Spiegel teilen einen positiven Versorgungsport. Der Drain des Stromspiegels ist exponiert und wird dazu verwendet, den Strom durch den Spiegel zu steuern und eine Zeile abzuschalten.
  • Die Gesamtzahl von exponierten Ports, die für eine Vielzahl von wie in 28 dargestellt (z. B. in einer Konfiguration von n Zeilen auf m Spalten) konfigurierten Stromkreisen benötigt wird, beträgt zwei mehr (für eine Single-Source-Stromversorgung) als die Summe der Anzahl von Zeilen plus die Anzahl von Spalten/Ausgängen, wie im Weiteren in der untenstehenden Tabelle 2 beschrieben ist. Es liegen zum Beispiel 34 exponierte Ports für ein wie in 28 konfiguriertes System von 16 Zeilen auf 16 Spalten vor. Tabelle 2: Anzahl exponierter Ports für ein m × n aktives Stromkreisdesign
    Portname Anzahl
    Positive Versorgungsspannung 1
    Zeilensteuerung N
    RL (Ausgang) M
    RD 1
    Gesamtanzahl der Ports 1 + n + m + 1
  • Ein Referenzstrom und die Spannung an den Gates von M1 und M2 bestimmen den Betrieb des Differenzialpaars/Verstärkers. Wie zuvor erwähnt, weist jede Zeile einen Stromspiegel auf, der die Vorspannungsniveaus für den Verstärker dieser Zeile bestimmt. Zehn Mikroampere Strom, die durch M4 gezogen werden, erzeugen eine Vgs, die auf das Gate von M3 angelegt wird. Wie in Gleichung 4 gezeigt, ist Vgs abhängig von Id.
    Figure DE112012004146T5_0005
    Gleichung 4: Durch Festlegen von Id wird die Vgs von M4 bestimmt; alle übrigen Terme sind definiert.
  • Die Werte von W, L, μp, Cox und Vth können den untenstehenden Tabellen 3, 4 und 5 entnommen werden. Die Maße von W und L sind untenstehend in Verbindung mit Rauschen und Anpassung beschrieben. Tabelle 3: Verfahrensparameter und Transistormaße
    Konstanten
    k (Boltzmann-Konstante) 1,38E-23 J/K
    T 300 K
    K 1,00E-25 V2F
    n (Subthreshold-Slope-Faktor*) 2
    *typischerweise zwischen 1,5–2. Er ist auch gleich 1 + Cd/Cox; es wird jedoch 2 = n angewandt, um die Simulationsergebnissen besser anzupassen
    Figure DE112012004146T5_0006
  • 29 stellt die Gleichstrombetriebspunkte für eine Vielzahl von gekoppelten aktiven Stromkreisen von 22 gemäß den hierein beschriebenen Prinzipien dar. 29 zeigt, dass Id für medizinische Anwendungen auf 10 μA eingestellt ist, da dies der gemäß den IEC60601-Richtlinien maximal zulässige Leckstrom ist. In einigen Beispielen kann die Leckstromgrenze des gesamten Systems auf 10 μA eingestellt sein.
  • Unter Anwendung von Gleichung 4 zeigt sich, dass eine Vgs von 1,04 V über das Gate und die Source von M4 erzeugt wird. In ähnlicher Weise zeigt M3 die gleiche Vgs von 1,04 V, und somit wird ein Strom Id mit 10 μA über M3 in M1 und M2 eingespeist. Die 10 μA werden über die positive Versorgungsspannung durch einen 1 kΩ Widerstand gespeist. Da eine Stromquelle plus 16 Differenzialpaare 10 μA durch den 1 kΩ Widerstand ziehen, zeigt sich ein Spannungsabfall von 170 mV.
  • Eine Vgs von M1 und M2 von 0,991 V steht auf dem jeweiligen Gate von M1 und M2. Dies bedeutet, dass die Source von M1 und M2 ebenfalls steigt, wenn die Gleichtaktspannung an den Gates von M1 und M2 steigt. Eine ausreichende Aussteuerungsreserve verbleibt, so dass die Gleichtaktspannungsschwingungen M1, M2 und M3 nicht sättigen. Wie in 29 gezeigt, ist die positive Versorgungsspannung auf 1,5 V eingestellt. Zwischen den 80 mV der Vgs-Vth von M3 und den 170 mV über den Strombegrenzerwiderstand an der positiven Versorgungsspannung ist es mehr als ausreichend, 259 MV Aussteuerungsreserve für Gleichtaktschwingungen und die erwarteten intrakranialen EEG-Signale (10–20 mV) bereitzustellen.
  • Auf der negativen Schwingung liegt eine Aussteuerungsreserve von 1,55 V, wenn eine negative Versorgungsspannung von –3,5 V genutzt wird. Bei diesem negativen Wert wird eine Aussteuerungsreservenschwingungsverstärkung angewandt, so dass die Aussteuerungsreserve und die Spannungshöhe über RL die Obergrenze der aufgewandten Verstärkung bestimmen. Bei Anwendung dieser Werte ist eine Ausgangsschwingung von 1 V die Maximalschwingung (unter Vernachlässigung des Offsets).
  • Ein System oder eine Vorrichtung, die eine verteilte Anordnung gemäß den Prinzipien des aktiven Stromkreises der 22, 26 und 27 aufweist, kann mit reduziertem Rauschen betrieben werden. Da ein Elektroenzephalogramm (EEG) im Bereich von 0,5 Hz bis 500 Hz und gegebenenfalls bei bis zu 1 kHz gemessen wird, ist das dominante Rauschen als 1/f charakterisiert. Um das Rauschen zu reduzieren, kann die Fläche der Eingangstransistoren M1 und M2 vergrößert werden. In einem Beispiel kann die Fläche der Transistoren auf W = 300 μm und L = 2 μm vergrößert werden. Wie in Gleichung 5, die eine Annäherung an ein Flickerrauschen darstellt, zu sehen ist, führt eine 4-fache Vergrößerung der Fläche zu einer 2-fachen Reduktion des Rauschens.
  • 30 ist eine Kurve, die das Verhältnis zwischen einem Flickerrauschen, beschrieben als 1/f, und einer Frequenz für gemäß den hierin beschriebenen Prinzipien ausgestaltete negative und positive Metalloxidhalbleiter (NMOS bzw. PMOS) abbildet. Während Gleichung 5 nicht zwischen NMOS und PMOS unterscheidet, kann ein PMOS als weniger 1/f-Rauschen aufweisend charakterisiert werden, da ein PMOS Löcher in einem „vergrabenen Kanal” besitzt. Beispiele gemäß den hierin beschriebenen Prinzipien können PMOS-Eingangstransistoren verwenden, um das geringere 1/f-Rauschen auszunutzen.
    Figure DE112012004146T5_0007
    Gleichung 5: Annäherung eines Flickerrauschens; es wird von der Fläche des Transistors dominiert.
  • In einigen Beispielen kann das W/L-Verhältnis groß ausgelegt werden, um die Transkonduktanz gm wie in Gleichung 6 abgebildet zu erhöhen. Eine hohe Transkonduktanz reduziert die thermische Rauschdichte im Differenzialpaar, wie in Gleichung 7 abgebildet. Das thermische Rauschen über 500 Hz beträgt 180 nV.
  • Figure DE112012004146T5_0008
    Gleichung 6: Allgemeiner Transkonduktanzausdruck
  • Figure DE112012004146T5_0009
    Gleichung 7: die Thermische Rauschdichte, normalisiert auf 1 Hz, kann durch Erhöhen der Transkonduktanz (und der Verstärkung gm2RD) reduziert werden
  • Elektroenzephalogrammsignale (EEG-Signale) sind klein und die Einwirkung des Rauschens der Instrumente degradiert das Signal zu einem Rauschen. Die Anwendung der Verstärkung am Eingang erhöht die Größe des Signals und reduziert den Einfluss des Rauschens, das an einem späteren Punkt in die Signalkette eingespeist wird. Somit ist es vorteilhaft, die Verstärkung frühzeitig in der EEG-Messung einzusetzen.
  • Eine beispielhafte Messung eines single-ended-Ausgangs ist beschrieben. Die Verstärkung ist definiert durch:
    Figure DE112012004146T5_0010
    Gleichung 8: Verstärkung eines Differenzialpaars mit single-ended-Ausgang. RL ist eine ohmsche Last.
  • M1 und M2 können in einigen Beispielen groß sein. M1 und M2 können zum Beispiel durch W/L = 300 μm/2 μm charakterisiert sein. Mit einem kleinen Strom, zum Beispiel 5 μA (10 μA/2), der jeweils durch M1 und M2 fliest, laufen die Stromkreise im Subthreshold-Bereich. In diesem Subthreshold-Bereich ist gm durch Gleichung 10 modelliert, die unter den gegenwärtigen beispielhaften Parametern ein gm von 96,7 μA/V ergibt. Wäre die Inversion stark, könnte Gleichung 9 zum Bestimmen der Verstärkung angewandt werden. Gleichung 10 kann auch zum Berechnen von rho angewandt werden, oder rho kann anhand der in 31 gezeigten IV-Kurve von M2 geschätzt werden.
    Figure DE112012004146T5_0011
    Gleichung 9: gm in starker Inversion.
    Figure DE112012004146T5_0012
    Gleichung 10: gm in schwacher Inversion.
  • M3 dient als Stromquelle für das Differenzialpaar. Der Strom von M3 wird durch das Verhältnis seiner W/L zu der W/L von M4 gesteuert. In dem beispielhaften Beispiel ist M3 1:1 zu M4 bemessen. Die Übereinstimmung der W/L bestimmt, wie nahe der Endstückstrom des Differenzialpaars mit dem des Referenzstroms übereinstimmt.
  • Die optimale Größe von M3 kann von zwei Faktoren abhängen: (a) der Fähigkeit, die W/L anzupassen und (b) der Menge des Drainstroms – welche die gleiche ist, wie der Referenzstrom in dem beispielhaften Beispiel. Bei der Anpassung der W/L verbessert es die Anpassung, wenn L größer als die Minimallänge bemessen ist, da die photolithographische Abweichung im Allgemeinen einen geringere Auswirkung auf größere Längen als auf kleinere hat.
  • Figure DE112012004146T5_0013
    Gleichung 11: Drainstrom in Abhängigkeit von W, L und Vgs.
  • M3 weist in dem beispielhaften Beispiel eine feste Id auf. Da in diesem Beispiel eine Id = 10 μA genutzt wird, ist Vgs – Vth per Gleichung 12 ein sehr kleiner Wert. Um sicherzustellen, dass die Id von M3 mit der Referenz-Id von M4 übereinstimmt, kompensiert Vgs Varianzen in Vth. Um den von Vgs zu kompensierenden Wert zu verringern, kann Id in einigen Beispielen erhöht werden. Alternativ dazu kann ein kleiner W/L-Faktor verwendet werden.
  • Figure DE112012004146T5_0014
    Gleichung 12: Vgs in Abhängigkeit von Id und Vth
  • Die 32A bis 34 zeigen beispielhafte Ergebnisse einer Simulation eines Felds auf Basis von Sourcefolger-Verstärkern und Durchgangsschaltern. Die 32A–32C zeigen Schemata der Ausgestaltungen des Sourcefolger-plus-Durchgangstransistorfelds. 32A stellt den typischen Fall unter Verwendung von XT06-Modellen dar. 32B verwendet gattungsgemäße Transistormodelle. 32C verwendet XT06-Modelle mit einer passiven Last.
  • 33 zeig einen beispielhaften Ausgang für das Schema von 32A, abgenommen zwischen der Source von M2 und der aktiven Last (Stromquelle).
  • 34 zeigt einen Ausgang für das Schema von 32C, abgenommen zwischen der Source von M2 und der passiven Last (Widerstand).
  • Die 35 bis 38 zeigen beispielhafte Ergebnisse einer Simulation eines Felds auf Basis von Differenzialpaar-Verstärkern. 35 zeigt eine einzelne Elementarzelle eines neuralen Felds, das M2, M3 und M4 umfasst. 36 zeigt einen Ausgang des Felds von 35 mit einer Verstärkung von circa 8,8.
  • Die 37A und 37B zeigen ein Schema eines 2 × 2 Stromkreisfelds. Zeile 1 ist zunächst ON. Die Eingänge sind 1 mV Sinuswellen und Rechteckwellen. Dann wird Zeile 2 auf ON geschaltet. Alle Spalten einer Zeile werden gleichzeitig ausgelesen. Der Betrag von Vin1 und Vin3 beträgt 1 mV. Der Betrag von Vin4 und Vin5 beträgt 2 mV.
  • 38 zeigt einen Ausgang des 2 × 2 Felds der 37A und 37B. Die Ausgänge von Zeile 1 werden gleichzeitig ausgelesen. Sowohl die Rechteckwelle als auch die Sinuswelle werden ausgelesen. Bei Zeit = 5 s wird Zeile 1 deaktiviert und Zeile 2 wird aktiviert. Dann werden die Signale der zweiten Zeile ausgelesen. Die Verstärkung für diesen Stromkreis beträgt circa 8,8.
  • Beispielhafte Schnittstellen
  • 39 zeigt eine Reihe von Screenshots einer beispielhaften graphischen Nutzerschnittstelle, die eine Vielzahl von mit einer hierin beschriebenen Vorrichtung oder einem System simulierten Zuständen darstellt. In diesem Beispiel dient jeder Kreis auf der Nutzerschnittstelle zur Angabe eines Kontakt- oder Nicht-Kontaktzustands zwischen einem Sensorelement und/oder einem aktiven Stromkreis und einer Oberfläche. Jeder Kreis kann konfiguriert sein, einem einzelnen Sensorelement oder einer bestimmten Gruppe von Sensorelementen zu entsprechen.
  • Im Beispiel von 39 kann jeder Kreis konfiguriert sein, einen Zustand des Sensorelements (oder der Gruppe von Sensorelementen) wiederzugeben. In diesem Beispiel entspricht ein offener Kreis auf der Anzeige einem Nicht-Kontakt zwischen einem Sensorelement und dem Gewebe, und der schattierte Kreis gibt eine Intensität des Kontakts zwischen einem Sensorelement und dem Gewebe an. In einem weiteren Beispiel dienen die Kreise einer ersten Farbe der Screenshots dazu, einen ersten Zustand (zum Beispiel einen Nicht-Kontakt) anzuzeigen, während Kreise einer zweiten Farbe dazu dienen, einen zweiten Zustand (zum Beispiel einen Kontakt oberhalb eines bestimmten Grenzwerts) anzuzeigen.
  • In einem weiteren Beispiel können die Kreise der Nutzerschnittstelle dazu dienen, anzuzeigen, ob ein bestimmtes Sensorelement in einem Feld eine Messung vorgenommen hat, zum Beispiel eine Messung eines Drucks, einer Temperatur, einer elektrischen Eigenschaft oder eine chemische Messung, die oberhalb oder unterhalb eines Grenzwerts liegt.
  • Der Zwischenbus und/oder die flexible Verbindung können dazu dienen, eine elektrische Kommunikation zwischen den Sensorelementen und einem Datenerfassungssystem herzustellen.
  • In einem nicht einschränkenden Beispiel kann eine Impedanz gemessen werden, wen ein aufblasbarer Körper in ein Lumen eingeführt und aufgeblasen wird, um eine weiteren Vorgang, zum Beispiel, aber nicht ausschließlich, eine Kryoablation, durchzuführen.
  • In Ergänzung zur Reduzierung der Wahrscheinlichkeit einer Ablösung der Vorrichtung von dem flexiblen Substrat kann die Verwendung eines Kapselmaterials gemäß den hierin beschriebenen Prinzipien die thermischen Auswirkungen der Präsenz von Sensorelementen und/oder aktiven Stromkreisen auf dem Ballon währen einer Kryoablation reduzieren und die Auswirkung der kryothermischen Wechselbelastung auf die Leistung der Sensorelemente minimieren.
  • Um ein widerstandsfähiges, quantitatives Mittel zur Bewertung eines Abbildungsvorgangs einzurichten, können die Veränderung der während des Abbildens gemessenen Impedanz durch eine hierin beschriebene Vorrichtung oder ein solches System bewertet und über die Nutzerschnittstelle angezeigt werden. Die Ergebnisse liefern zum ersten Mal einen neuen Weg zur Bewertung der Abbildung und ermöglichen gleichzeitig das Sammeln neuer Daten zum Verhalten und Erfolg individueller Kryoballonbediener. Der Kontakt zwischen einem Kryoballon kann durch Impedanzmessungen gemessen werden.
  • Die 40A und 40B stellen ein weiteres Beispiel einer Visualisierung von Sensorelement- und/oder aktiven Stromkreismessungen einer Oberfläche anhand gemessener Daten dar. Eine derartige Visualisierung kann Personen dabei unterstützen, Bewertungen der Oberfläche, zum Beispiel ihres Krankheitszustands, vorzunehmen. Durch Farbe oder Textur der kleinen Kreise, die jeweils einen Sensor (oder eine bestimmte Gruppe von Sensoren) darstellen, kann die beispielhafte Nutzerschnittstelle dazu dienen, anzuzeigen, ob ein bestimmter Messwert für ein bestimmtes Sensorelement und/oder einen bestimmten aktiven Stromkreis abgleitet wird. Ein Messwert des Sensorelements und/oder aktiven Stromkreises über einem Grenzwert kann zum Beispiel als Indikator dafür bestimmt werden, dass der Sensor Kontakt mit einem Abschnitt eines Gewebes hergestellt hat und ein Messwert des Sensorelements unterhalb des Grenzwerts kann als Indikator dafür bestimmt werden, dass der Sensor keinen Kontakt zu einem Abschnitt eines Gewebes hergestellt hat. 40B ist eine beispielhafte Diagrammdarstellung einer Messung der von jedem Sensor erfahrenen Kontaktkraft.
  • Während die Nutzerschnittstellen der 40A und 40B hinsichtlich einer Angabe der Kontaktkraft zwischen dem Sensorelement und der Oberfläche beschrieben sind, kann die Nutzerschnittstelle und die Visualisierungstechnik dazu verwendet werden, die Ergebnisse weiterer Messungen anzuzeigen, einschließlich Impedanz-, Temperatur-, Druck- oder jede anderen Art von Messung, die durch Sensorelemente gemäß den hierin beschriebenen Prinzipien gemessen werden kann.
  • In einem Beispiel kann die Anzeige der 40A und 40B als Nutzerschnittstelle angesehen werden, die binäre Ausleseergebnisse von auf einem flexiblen Substrat angeordneten Sensorelementen und/oder aktiven Stromkreisen anzeigt.
  • 41 zeigt eine weitere beispielhafte Nutzerschnittstelle, die quantitative Ausleseergebnisse von auf einem flexiblen Substrat angeordneten Sensorelementen und/oder aktiven Stromkreisen anzeigt. In diesem Beispiel dient eine Länge eines Pfeils bei jeder Darstellung eines Sensorelements und/oder aktiven Stromkreiselements als Indikator für die Größe einer Messung des jeweiligen Sensorelements/und oder aktiven Stromkreiselements.
  • Zusammenfassung
  • Jegliche in dieser Anmeldung zitierte Literatur und alle zitierten ähnlichen Materialien, einschließlich, aber nicht ausschließlich, Patente, Patentanmeldungen, Artikel, Bücher, Aufsätze und Webseiten, sind ungeachtet des Formats dieser Literatur und ähnlicher Materialien ausdrücklich in ihrer Gesamtheit durch Verweis aufgenommen. Falls eine oder mehrere der aufgenommen Literaturquellen oder der ähnlichen Materialien, einschließlich, aber nicht ausschließlich, der definierten Begriffe, Begriffsverwendung, beschriebenen Techniken oder dergleichen, von dieser Anmeldung abweichen oder dieser widersprechen, so obsiegt die Anmeldung.
  • Obwohl hier verschiedenste Beispiele beschrieben und dargestellt wurden, kann sich der durchschnittliche Fachmann ohne Weiteres eine Vielzahl von anderen Mitteln und/oder Strukturen zur Durchführung der Funktion und/oder zum Erreichen der Ergebnisse und/oder eines oder mehrerer der hierin beschriebenen Vorteile vorstellen, und jede dieser Variationen und/oder Modifikationen gilt als in den Bereich der hierin beschriebenen Beispiele fallend. Ganz allgemein wird der Fachmann ohne Weiteres verstehen, dass alle hierin beschriebenen Parameter, Maße, Materialien und Konfigurationen als Beispiel dienen sollen und dass die tatsächlichen Parameter, Maße, Materialien und/oder Konfigurationen von der spezifischen Anwendung oder den Anwendungen abhängen, für welche die Lehre eingesetzt wird. Der Fachmann wird viele Entsprechungen der spezifischen hierin beschriebenen Beispiele erkennen, oder mittels routinemäßiger Experimente in der Lage sein, diese zu ermitteln. Es soll daher verstanden werden, dass die vorangehenden Beispiele nur beispielhaft dargestellt sind und dass Beispiele innerhalb des Bereichs der anhängigen Ansprüche und deren Entsprechungen auch anders umgesetzt sein können als in der speziell beschriebenen und beanspruchten Weise. Beispiele der vorliegenden Offenbarung richten sich auf alle hierin beschriebenen individuellen Merkmale, Systeme, Artikel, Materialien, Kits und/oder Methoden. Darüber hinaus ist jegliche Kombination zweier oder mehrerer solcher Merkmale, Systeme, Artikel, Materialien, Kits und/oder Methoden vom Bereich der vorliegenden Offenbarung umfasst, sofern diese Merkmale, Systeme, Artikel, Materialien, Kits und/oder Methoden sich nicht gegenseitig ausschließen.
  • Die oben beschriebenen Beispiele können auf zahlreiche Arten ausgeführt werden. Einige Beispiele können beispielsweise unter Verwendung von Hardware, Software oder einer Kombination derselben ausgeführt werden. Wenn ein Aspekt eines Beispiels zumindest teilweise als Software ausgeführt ist, so kann der Softwarecode auf jedem geeigneten Prozessor oder einer Ansammlung von Prozessoren ausgeführt werden, ob diese nun in einem einzelnen Computer vorliegen oder auf mehrere Computer verteilt sind.
  • Diesbezüglich können verschiedene Aspekte zumindest teilweise als computerlesbares Speichermedium (oder als mehrere computerlesbare Speichermedien) (z. B. als Computerspeicher, eine oder mehrere Disketten, Compactdiscs, Optical Discs, Magnetbänder, Flashspeicher, Stromkreiskonfigurationen in Field Programmable Gate Arrays oder Halbleitervorrichtungen, oder anderes materielles Computerspeichermedium oder dauerhaftes Medium) ausgebildet sein, das mit einem oder mehreren Programmen codiert ist, die bei Ausführung auf einem oder mehreren Computer oder anderen Prozessoren Verfahren ausführen, welche die verschiedenen Beispiele der oben beschriebenen Technologie umsetzen. Das computerlesbare Medium oder die Medien können transportabel sein, so dass das/die darauf gespeicherte(n) Programm(e) auf einen oder mehrere verschiedene Computer oder andere Prozessoren geladen werden kann/können, um verschiedene Aspekte der vorliegenden, wie oben beschrieben Technologie umzusetzen.
  • Die Begriffe „Programm” oder „Software” werden hier im allgemeinen Sinn verwendet und beziehen sich auf jede Art von Computercode oder von einem Computer ausführbare Anweisungen, die zum Programmieren eines Computers oder eines anderen Prozessors eingesetzt werden können, um verschiedene Aspekte der vorliegenden wie oben beschriebenen Technologie umzusetzen. Außerdem soll verstanden werden, dass gemäß eines Aspekts dieses Beispiels ein oder mehrere Computerprogramme, die bei Ausführung Verfahren der vorliegenden Technologie durchführen, sich nicht in einem einzelnen Computer oder Prozessor befinden müssen, sondern in modularer Weise auf mehrere verschiedene Computer oder Prozessoren aufgeteilt sein können, um verschiedene Aspekte der vorliegenden Technologie umzusetzen.
  • Computerlesbare Anweisungen können in vielen Formen vorliegen, zum Beispiel als Programmmodule, die von einem oder mehreren Computer oder anderen Geräten ausgeführt werden. Im Allgemeinen umfassen Programmmodule Routinen, Programme, Objekte, Komponenten, Datenstrukturen etc., die bestimmte Aufgaben ausführen oder bestimmte abstrakte Datentypen umsetzen. Typischerweise kann die Funktionalität der Programmmodule in verschiedenen Beispielen nach Wunsch kombiniert oder verteilt werden.
  • Außerdem kann die hierin beschriebene Technologie als ein Verfahren ausgebildet sein, zu dem zumindest ein Beispiel genannt wurde. Die im Zuge des Verfahrens ausgeführten Aktionen können in jeder beliebigen angemessene Reihenfolge ablaufen. Dementsprechend können Beispiele konstruiert werden, in denen Aktionen in einer anderen Reihenfolge als der dargestellten ausgeführt werden, was das gleichzeitige Ausführen einiger Aktionen beinhalten kann, obwohl diese in erläuternden Beispielen als aufeinanderfolgende Aktionen dargestellt sind.
  • Alle hierein definierten und verwendeten Definitionen sollen als über Wörterbuchdefinitionen, Definitionen in durch Verweis aufgenommenen Dokumenten und/oder gewöhnlichen Bedeutungen der definierten Begriffe stehend betrachtet werden.
  • Die in der Beschreibung und in den Ansprüchen verwendeten unbestimmten Artikel „ein” und „eine” sollen als „zumindest ein/eine” verstanden werden, sofern nichts klar Gegenteiliges angegeben ist.
  • Der in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendete Ausdruck „und/oder” soll als „eines von beiden oder beide” der so verknüpften Elemente verstanden werden, d. h. der Elemente, die in manchen Fällen konjunktiv und in anderen Fällen disjunktiv vorliegen. Mehrere Elemente, die mit „und/oder” aufgelistet sind, sollten in der gleichen Weise interpretiert werden, d. h. als „eines oder mehrere” der so verknüpften Elemente. Außer den durch den Ausdruck „und/oder” speziell identifizierten Elementen können gegebenenfalls weitere Elemente mit oder ohne Bezug zu diesen speziell identifizierten Elementen vorhanden sein. Als nicht einschränkendes Beispiel kann sich ein Verweis auf „A und/oder B”, wenn in Verbindung mit offener Sprache wie zum Beispiel „umfassend” verwendet, somit in einem Beispiel nur auf A beziehen (ggf. einschließlich anderer Elemente als B), in einem anderen Beispiel nur auf B (ggf. einschließlich anderer Elemente als A) und in einem weiteren Beispiel sowohl auf A als auch auf B (ggf. einschließlich weiterer Elemente), etc.
  • So wie hier in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendet, soll „oder” als gleichbedeutend mit „und/oder” wie oben definiert verstanden werden. Wenn beispielsweise Gegenstände in einer Liste abgegrenzt werden, sollen „oder” oder „und/oder” als einschließend interpretiert werden, d. h. einschließlich zumindest eines, aber auch einschließlich mehr als eines mehrerer Listenelemente und ggf. zusätzlicher, nicht aufgelisteter Gegenstände. Nur Begriffe, die eindeutig das Gegenteil anzeigen, wie zum Beispiel „nur eines der”, oder „genau eines der” oder, wenn in den Ansprüchen verwendet, „bestehend aus”, beziehen sich auf die Einbeziehung genau eines Elements einer Anzahl oder Liste von Elementen. Der wie hier verwendete Begriff „oder” soll generell nur als ausschließende Alternativen (d. h. „eine oder das andere, aber nicht beide”) anzeigend verstanden werden, wenn ihm ausschließende Begriffe vorausgehen, wie zum Beispiel „entweder”, „eines von”, „nur eines von” oder „genau eines von”. „Im Wesentlichen bestehend aus”, wenn in den Ansprüchen verwendet, soll seine gewöhnliche Bedeutung besitzen, wie sie im Bereich des Patentrechts verwendet wird.
  • Wie hier in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendet, soll der Ausdruck „zumindest ein” in Bezug auf eine Liste von einem oder mehreren Elementen so verstanden werden, dass er zumindest ein Element, das aus einem oder mehreren der Elemente der Liste von Elementen ausgewählt ist, aber nicht unbedingt zumindest eines von jedem speziell in der Liste von Elementen aufgelisteten Element bezeichnet und Kombinationen von Elementen in der Liste von Elementen nicht ausschließt. Diese Definition erlaubt auch, dass gegebenenfalls andere Elemente als den speziell in der Liste von Elementen definierten Elementen, auf die sich der Ausdruck „zumindest ein” bezieht, mit oder ohne Bezug zu den speziell identifizierten Elementen vorhanden sind. Somit kann sich „zumindest eines von A und B” (oder gleichermaßen „zumindest eines von A oder B” oder gleichermaßen „zumindest eines von A und/oder B”) in einem nicht einschränkenden Beispiel auf zumindest ein, gegebenenfalls mehr als ein, A ohne vorhandenes B (und ggf. einschließlich anderer Elemente als B) beziehen, in einem anderen Beispiel auf zumindest ein, ggf. einschließlich mehr als ein, B ohne vorhandenes A (und ggf. einschließlich anderer Elemente als A) und in einem weiteren Beispiel auf zumindest ein, ggf. einschließlich mehr als ein, A und zumindest ein, ggf. mehr als ein, B (und ggf. einschließlich anderer Elemente), etc.
  • In den Ansprüchen und in der obigen Beschreibung sollen Ausdrücke wie „umfassend”, „einschließend”, „aufweisend”, „habend”, „enthaltend”, „beinhaltend”, „zusammengesetzt aus” und dergleichen als offen verstanden werden, d. h. als einschließend, aber nicht ausschließend. Nur die überleitenden Ausdrücke „bestehend aus” und „im Wesentlichen bestehend aus” sollen als geschlossene bzw. halb geschlossene überleitende Ausdrücke verstanden werden, wie es im United States Patent Office Manual of Patent Examining Procedures (Handbuch für das Patentprüfungsverfahren des US-Patentamtes), Kapitel 2111.03 ausgeführt ist.
  • Die Ansprüche sollen, sofern nicht ausdrücklich so angegeben, nicht als auf die beschriebene Reihenfolge von Elementen begrenzt interpretiert werden. Es soll verstanden werden, dass zahlreiche Änderungen an Form und Details durch einen durchschnittlichen Fachmann vorgenommen werden können, ohne dass diese vom Geist und Umfang der anhängigen Ansprüche abweichen. Alle Beispiele und deren Entsprechungen, die in den Geist und Bereich der nachfolgenden Ansprüche fallen, gelten als beansprucht.

Claims (133)

  1. Vorrichtung zur medizinischen Diagnose und/oder Behandlung, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: ein flexibles Substrat; zumindest einen auf dem flexiblen Substrat angeordneten Zwischenbus; und eine Vielzahl von Sensorelementen, die in einem dicht gepackten Feld nahe einem Ende des zumindest einen Zwischenbusses angeordnet sind; wobei jedes Sensorelement der Vielzahl von Sensorelementen an den zumindest einen Zwischenbus gekoppelt ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Sensorelemente in Bereichen minimaler Krümmung und/oder Biegung des flexiblen Substrats angeordnet sind.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das flexible Substrat ein Klebepflaster oder ein Verband ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Messung der Vielzahl von Sensorelementen ein Maß einer Intensität des Kontakts zwischen dem aufblasbaren Körper und einer Oberfläche ergibt.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Oberfläche ein Abschnitt eines Gewebes ist, wobei eine Messung der Vielzahl von Sensorelementen einen Hinweis auf reine Rhythmusstörung des Gewebes ergibt.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Oberfläche ein Abschnitt eines Gewebes ist, wobei eine Messung der Vielzahl von Sensorelementen einen Hinweis auf ein Vorhofflimmern oder ein Kammerflimmern des Gewebes ergibt.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das flexible Substrat einen aufblasbaren Körper bildet, und wobei ein Abschnitt des zumindest einen Zwischenbusses um eine distale Region des aufblasbaren Körpers angeordnet ist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei der aufblasbare Körper an einem Katheter angeordnet ist, und wobei eine Messung der Vielzahl von Sensorelementen ein Maß einer Intensität des Kontakts zwischen dem aufblasbaren Körper und einem Gewebe ergibt.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Messung der Vielzahl von Sensorelementen eine Abbildung des Gewebes ergibt.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Messung der Vielzahl von Sensorelementen eine räumliche Abbildung und/oder eine zeitliche Abbildung einer Rhythmusstörung ergibt.
  11. Vorrichtung zur medizinischen Diagnose und/oder Behandlung, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: ein flexibles Substrat, das einen aufblasbaren Körper bildet; zumindest einen Zwischenbus, wobei ein Abschnitt des zumindest einen Zwischenbusses um eine distale Region des aufblasbaren Körpers angeordnet ist; und eine Vielzahl von Sensorelementen, die auf dem flexiblen Substrat nahe der distalen Region des aufblasbaren Körpers in einem Feld angeordnet sind, und wobei zumindest ein Sensorelement der Vielzahl von Sensorelementen an den zumindest einen Zwischenbus gekoppelt ist.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei der zumindest eine Zwischenbus elektrisch leitfähig ist.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei Abschnitte des zumindest einen Zwischenbusses aus einem nicht leitfähigen Material gebildet sind.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 11, weiter umfassend zumindest eine Kopplungsstruktur, die um eine distale Region des aufblasbaren Körpers angeordnet ist, wobei ein Abschnitt des zumindest einen Zwischenbusses an einen Abschnitt des zumindest einen Koppelbusses gekoppelt ist.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Kopplungsstruktur eine nicht leitfähige Struktur ist.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Vielzahl von Sensorelementen in einem Feld an einem Bereich minimaler Krümmung des aufblasbaren Körpers nahe der distalen Region des aufblasbaren Körpers angeordnet ist.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei jeder des zumindest einen Zwischenbusses jedes Sensorelement der Vielzahl von Sensorelementen elektronisch mit einer Stromquelle verbindet.
  18. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Vielzahl von Sensorelementen in einem Feld in einem Quadranten der distalen Region des aufblasbaren Körpers angeordnet ist.
  19. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei der Zwischenbus eine Ansammlung von serpentinenförmigen Bussen ist, und wobei die serpentinenförmigen Busse elektrisch an die Vielzahl von Sensorelementen koppeln.
  20. Vorrichtung nach Anspruch 11, weiter umfassend ein Kapselmaterial, das im Wesentlichen über einem Abschnitt des Zwischenbusses und/oder der Vielzahl von Sensorelementen angeordnet ist.
  21. Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei das Kapselmaterial ein Polyurethan umfasst.
  22. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei: der zumindest eine Zwischenbus einen ersten Zwischenbus und einen zweiten Zwischenbus umfasst, wobei der erste Zwischenbus an Sensorelemente der in einem ersten Quadranten der distalen Region des aufblasbaren Körpers angeordneten Vielzahl von Sensorelementen koppelt, wobei der zweite Zwischenbus an Sensorelemente der in einem zweiten Quadranten der distalen Region des aufblasbaren Körpers angeordneten Vielzahl von Sensorelementen koppelt; und wobei der erste Quadrant dem zweiten Quadranten gegenüberliegend angeordnet ist.
  23. Vorrichtung nach Anspruch 22, weiter umfassend: einen dritten Zwischenbus und einen vierten Zwischenbus, wobei der dritte Zwischenbus an Sensorelemente der in einem dritten Quadranten der distalen Region des aufblasbaren Körpers angeordneten Vielzahl von Sensorelementen koppelt, wobei der vierte Zwischenbus an Sensorelemente der in einem vierten Quadranten der distalen Region des aufblasbaren Körpers angeordneten Vielzahl von Sensorelementen koppelt; und wobei der dritte Quadrant dem vierten Quadranten gegenüberliegend angeordnet ist; und wobei der dritte Quadrant im Wesentlichen in einem Winkel von 90° zu dem ersten Quadranten ausgerichtet ist.
  24. Vorrichtung nach Anspruch 22, wobei der aufblasbare Körper um einen Schaft angeordnet ist, und wobei der Schaft eine Kryoablationseinrichtung, eine Laserablationseinrichtung, eine hochintensive Ultraschalleinrichtung und/oder eine RF-Einrichtung umfasst.
  25. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Vielzahl von Sensorelementen zumindest einen Drucksensor und/oder zumindest einen Impedanzsensor umfasst.
  26. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei eines oder mehrere der Sensorelemente der Vielzahl von Sensorelementen Kontaktsensoren umfassen.
  27. Vorrichtung nach Anspruch 11, weiter umfassend eine über der Vielzahl von Sensorelementen angeordnete Kapselschicht, wobei die Kapselschicht die Sensorelemente in einer neutralen mechanischen Ebene positioniert.
  28. Vorrichtung nach Anspruch 27, wobei die Kapselschicht ein Polymer umfasst.
  29. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei der aufblasbare Körper nahe einem distalen Ende eines Katheters angeordnet ist.
  30. Vorrichtung nach Anspruch 29, wobei der Katheter eine Kryoablationseinrichtung, eine Laserablationseinrichtung, eine hochintensive Ultraschalleinrichtung und/oder eine RF-Einrichtung umfasst.
  31. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei der aufblasbare Körper ein Ballon ist.
  32. Vorrichtung nach Anspruch 31, wobei der Ballon zylindrisch, zwiebelförmig, kegelförmig, hundeknochenförmig, tonnenförmig ist.
  33. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Sensorelemente aus einem leitfähigen Material gebildet sind.
  34. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei der Zwischenbus aus einem leitfähigen Material gebildet ist.
  35. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zur medizinischen Diagnose und/oder Behandlung, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bereitstellen einer elektronischen Struktur, umfassend: einen ersten Zwischenbus; und eine Vielzahl von Sensorelementen, wobei ein erstes Sensorelement der Vielzahl von Sensorelementen an den ersten Zwischenbus gekoppelt wird; Anordnen eines Abschnitts des ersten Zwischenbusses an einer distalen Region eines aufblasbaren Körpers; und Anordnen des ersten Sensorelements der Vielzahl von Sensorelementen um einen Abschnitt des aufblasbaren Körpers nahe der ersten distalen Region.
  36. Verfahren nach Anspruch 35, wobei die Vielzahl von Sensorelementen so um den Abschnitt des aufblasbaren Körpers nahe der distalen Region angeordnet wird, dass die Sensorelemente an Bereichen minimaler Krümmung des aufblasbaren Körpers angeordnet sind.
  37. Verfahren nach Anspruch 35, weiter umfassend das Extrahieren der elektronischen Struktur aus einem Trägersubstrat vor dem Anordnen der elektronischen Struktur um den aufblasbaren Körper.
  38. Verfahren nach Anspruch 37, wobei das Anordnen der elektronischen Struktur um den aufblasbaren Körper das Aufbringen des ersten Zwischenbusses und/oder der Vielzahl von Sensorelementen mittels eines löslichen Tapes umfasst.
  39. Verfahren nach Anspruch 35, wobei die elektronische Struktur weiter eine Kopplungsstruktur umfasst, wobei der erste Zwischenbus an einen Abschnitt der Kopplungsstruktur gekoppelt wird, und wobei das Anordnen der elektronischen Struktur um den aufblasbaren Körper das Anordnen der Kopplungsstruktur um den aufblasbaren Körper; und das Ausrichten der Vielzahl von Sensorelementen an der distalen Region des aufblasbaren Körpers umfasst.
  40. Verfahren nach Anspruch 35, wobei die elektronische Struktur mittels eines CMOS-Verfahrens hergestellt ist.
  41. Verfahren nach Anspruch 35, wobei die elektronische Struktur weiter einen zweiten Zwischenbus umfasst, wobei ein zweites Sensorelement der Vielzahl von Sensorelementen an den zweiten Zwischenbus gekoppelt wird.
  42. Verfahren nach Anspruch 41, weiter umfassend das Anordnen eines Abschnitts des zweiten Zwischenbusses an einer von der ersten Region unterschiedlichen zweiten distalen Region des aufblasbaren Körpers; und Anordnen des zweiten Sensorelements der Vielzahl von Sensorelementen um einen Abschnitt des aufblasbaren Körpers nahe der zweiten distalen Region.
  43. Verfahren nach Anspruch 42, weiter umfassend das Koppeln des ersten Zwischenbusses und des zweiten Zwischenbusses an einen Signalprozessor, wobei die elektronische Struktur konfiguriert ist, ein oder mehrere Multiplexsignale über den ersten Zwischenbus und den zweiten Zwischenbus an den zumindest einen Signalprozessor zu senden.
  44. Verfahren zum Durchführen einer medizinischen Diagnose und/oder Behandlung an einem Gewebe, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Anordnen einer Vorrichtung in der Nähe des Gewebes, die Folgendes umfasst: ein flexibles Substrat, das einen aufblasbaren Körper bildet; zumindest einen Zwischenbus, wobei ein Abschnitt des zumindest einen Zwischenbusses an einer distalen Region des aufblasbaren Körpers angeordnet ist; und eine Vielzahl von Sensorelementen, die auf dem flexiblen Substrat nahe der distalen Region des aufblasbaren Körpers angeordnet sind, wobei zumindest ein Sensorelement der Vielzahl von Sensorelementen an den zumindest einen Zwischenbus gekoppelt ist; und Aufzeichnen einer Messung des zumindest einen Sensorelements der Vielzahl von Sensorelementen, wobei die Messung einen Hinweis auf einen Zustand eines Abschnitts des Gewebes ergibt.
  45. Verfahren nach Anspruch 44, wobei die Messung einen Hinweis auf einen Krankheitszustand des Abschnitts des Gewebes ergibt.
  46. Verfahren nach Anspruch 44, wobei die Messung einen Hinweis auf einen Kontaktzustand des Abschnitts des Gewebes mit dem zumindest einen Sensorelement der Vielzahl von Sensorelementen ergibt.
  47. Verfahren nach Anspruch 44, wobei die Vielzahl von Sensorelementen in einem Feld an Bereichen minimaler Krümmung des aufblasbaren Körpers nahe der distalen Region des aufblasbaren Körpers angeordnet ist.
  48. System zur Abbildung des Kontakts mit einer Oberfläche, wobei das System Folgendes umfasst: einen aufblasbaren Körper mit einem distalen Abschnitt; eine Vielzahl von Sensorelementen, die auf dem aufblasbaren Körper nahe dem distalen Abschnitt angeordnet sind; zumindest einen Zwischenbus, wobei zumindest ein Sensorelement der Vielzahl von Sensorelementen an den zumindest einen Zwischenbus gekoppelt ist; und eine elektrisch an die Vielzahl von Sensorelementen gekoppelte elektronische Anzeige, die eine visuelle Darstellung der räumlichen Ausrichtung der Vielzahl von Sensorelementen auf dem aufblasbaren Körper bereitstellt, wobei die elektronische Anzeige ein visuelles Merkmal einer Elektrode in der Vielzahl von Sensorelementen verändert, wenn sich ein von der Elektrode erzeugtes elektrisches Signal verändert, und wobei die Veränderung des elektrischen Signals einen Zustand des Kontakts der Elektrode zur Oberfläche kennzeichnet.
  49. Vorrichtung nach Anspruch 48, wobei das visuelle Merkmal eine binäre Darstellung ist.
  50. Vorrichtung nach Anspruch 48, wobei das visuelle Merkmal eine quantitative Darstellung ist.
  51. Vorrichtung zur Erzeugung eines oder mehrerer Multiplexsignale, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: ein flexibles Substrat; und eine Vielzahl von an das flexible Substrat gekoppelten aktiven Stromkreisen, wobei jeder aktive Stromkreis in der Vielzahl von aktiven Stromkreisen über zumindest eine leitfähige flexible Verbindung an zumindest einen benachbarten aktiven Stromkreis in der Vielzahl von aktiven Stromkreisen gekoppelt ist, wobei die Vielzahl von aktiven Stromkreisen konfiguriert ist, ein oder mehrere Multiplexsignale an den zumindest einen Signalprozessor zu senden.
  52. Vorrichtung nach Anspruch 51, wobei einer oder mehrere der aktiven Stromkreise in der Vielzahl von aktiven Stromkreisen zumindest eine Elektrode aufweisen.
  53. Vorrichtung nach Anspruch 51, wobei einer oder mehrere der aktiven Stromkreise in der Vielzahl von aktiven Stromkreisen zumindest einen Multiplextransistor aufweisen.
  54. Vorrichtung nach Anspruch 51, wobei einer oder mehrere der aktiven Stromkreise in der Vielzahl von aktiven Stromkreisen zumindest einen Verstärker aufweisen.
  55. Vorrichtung nach Anspruch 51, wobei einer oder mehrere der aktiven Stromkreise in der Vielzahl von aktiven Stromkreisen zumindest einen Stromspiegel aufweisen.
  56. Vorrichtung nach Anspruch 51, wobei der Stromspiegel zwischen einem abgeschalteten Zustand und einem angeschalteten Zustand schaltbar ist.
  57. Vorrichtung nach Anspruch 51, wobei einer oder mehrere der aktiven Stromkreise in der Vielzahl von aktiven Stromkreisen zumindest einen Strombegrenzungswiderstand aufweisen.
  58. Vorrichtung nach Anspruch 51, wobei die Vielzahl von aktiven Stromkreisen in einer Vielzahl von Feldern auf dem flexiblen Substrat positioniert ist.
  59. Vorrichtung nach Anspruch 58, wobei der zumindest eine Signalprozessor konfiguriert ist, ein Multiplexsignal von jedem aktiven Stromkreis zu empfangen.
  60. Vorrichtung nach Anspruch 51, wobei das Substrat dehnbar ist.
  61. Vorrichtung nach Anspruch 51, wobei das Substrat elastisch ist.
  62. Vorrichtung nach Anspruch 51, wobei die leitfähige flexible Verbindung gebogen ist.
  63. Vorrichtung nach Anspruch 51, wobei die leitfähige flexible Verbindung eine serpentinenförmige geometrische Konfiguration aufweist.
  64. Vorrichtung nach Anspruch 51, wobei die aktiven Stromkreise eine oder mehrere Komponenten aufweisen, die aus der Gruppe bestehend aus einem Transistor, einem Widerstand, einem Kondensator, einem Induktor und einer Diode ausgewählt sind.
  65. Vorrichtung nach Anspruch 51, wobei zumindest ein Stromkreis in der Vielzahl von aktiven Stromkreisen zumindest eine der folgenden Komponenten aufweist: einen Temperatursensor, einen Drucksensor, einen Kontaktsensor, einen Leitfähigkeitssensor, einen Dehnungsmessstreifen, einen komplementären Metalloxidhalbleiter, einen Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor, eine Licht emittierende Diode, eine Elektrode, einen pH-Sensor, einen chemischen Sensor, einen biologischen Sensor und einen Calciumsensor.
  66. Vorrichtung nach Anspruch 51, wobei die Vielzahl von aktiven Stromkreisen in einem oder mehreren Feldern auf dem flexiblen Substrat positioniert ist.
  67. Vorrichtung nach Anspruch 51, wobei der zumindest eine Prozessor konfiguriert ist, durch Verknüpfung eines Abschnitts des Multiplexsignals mit einem oder mehreren ausgehenden aktiven Stromkreisen in der Vielzahl von aktiven Stromkreisen eine Abbildung von zumindest einem physiologischen Parameter zu erstellen.
  68. Vorrichtung nach Anspruch 51, wobei das Substrat eine Dichte an aktiven Stromkreisen von mindestens 64 Stromkreisen pro cm2 aufweist.
  69. Vorrichtung nach Anspruch 51, wobei das Substrat eine Dichte an aktiven Stromkreisen von 200 bis 500 Stromkreisen pro cm2 aufweist.
  70. Verfahren zum Erzeugen eines oder mehrerer Multiplexsignale, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Positionieren eines flexiblen Substrats im Anschluss an eine innere Körperfläche, wobei das flexible Substrat eine Vielzahl von daran gekoppelten aktiven Stromkreisen aufweist, wobei jeder aktive Stromkreis der Vielzahl von aktiven Stromkreisen über zumindest eine leitfähige flexible Verbindung an zumindest einen benachbarten aktiven Stromkreis in der Vielzahl von aktiven Stromkreisen gekoppelt ist; Verbringen des Substrats von einer ersten Konfiguration in eine zweite Konfiguration; Senden eines oder mehrerer Multiplexsignale von der Vielzahl von aktiven Stromkreisen an zumindest einen Signalprozessor; und Charakterisieren des zumindest einen physiologischen Parameters auf Basis des von dem Signalprozessor empfangenen Multiplexsignals.
  71. Vorrichtung zum Auslesen eines oder mehrerer Multiplexsignale, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: ein flexibles Substrat, das einen aufblasbaren Körper bildet; und eine Vielzahl von auf dem flexiblen Substrat angeordneten aktiven Stormkreisen, die dazu konfiguriert sind, ein oder mehrere Multiplexsignale an zumindest einen Signalprozessor zu senden, wobei zumindest ein aktiver Stromkreis der Vielzahl von aktiven Stromkreisen Folgendes umfasst: zumindest eine Elektrode; und zumindest einen an die zumindest eine Elektrode gekoppelten Sourcefolger-Verstärker; wobei die Vielzahl von aktiven Stromkreisen in einer verteilten Anordnung auf dem Substrat angeordnet ist, so dass die Vorrichtung einer Kontur einer zu messenden Oberfläche angepasst werden kann.
  72. Vorrichtung nach Anspruch 71, wobei die Vielzahl von aktiven Stromkreisen an Bereichen minimaler Krümmung des aufblasbaren Körpers in der verteilten Anordnung angeordnet ist.
  73. Vorrichtung nach Anspruch 71, wobei jeder aktive Stromkreis der Vielzahl von aktiven Stromkreisen über zumindest eine leitfähige flexible Verbindung an zumindest einen benachbarten aktiven Stromkreis der Vielzahl von aktiven Stromkreisen gekoppelt ist.
  74. Vorrichtung nach Anspruch 71, weiter umfassend einen leitfähigen Zwischenbus, wobei der zumindest eine aktive Stromkreis der Vielzahl von aktiven Stromkreisen an den zumindest einen leitfähigen Zwischenbus gekoppelt ist, und jeder aktive Stromkreis der Vielzahl von aktiven Stromkreisen zumindest ein Sensorelement aufweist.
  75. Vorrichtung nach Anspruch 74, wobei die Vielzahl von aktiven Stromkreisen konfiguriert ist, ein oder mehrere Multiplexsignale über den zumindest einen leitfähigen Zwischenbus an den zumindest einen Signalprozessor zu senden.
  76. Vorrichtung nach Anspruch 71, wobei der zumindest eine aktive Stromkreis der Vielzahl von aktiven Stromkreisen weiter zumindest einen Durchgangsschalter umfasst, und wobei der zumindest eine Sourcefolger-Verstärker an den zumindest einen Durchgangsschalter gekoppelt ist.
  77. Vorrichtung nach Anspruch 71, wobei jeder der aktiven Stromkreise der Vielzahl von aktiven Stromkreisen Folgendes umfasst: zumindest eine Elektrode; zumindest einen an die zumindest eine Elektrode gekoppelten Sourcefolger-Verstärker; und zumindest einen an den zumindest einen Sourcefolger-Verstärker gekoppelten Durchgangsschalter.
  78. Vorrichtung nach Anspruch 77, wobei der zumindest eine Sourcefolger-Verstärker ein Eingangstransistor mit einem gegen Erde gekoppelten Drain ist, und wobei der Durchgangsschalter ein an den Eingangstransistor gekoppelter Durchgangstransistor ist.
  79. Vorrichtung nach Anspruch 78, wobei eine Source des Eingangstransistors an einen Drain des Durchgangstransistors gekoppelt ist.
  80. Vorrichtung nach Anspruch 79, wobei eine Source des Durchgangstransistors an den Drain des jeweiligen Durchgangstransistors gekoppelt ist, und wobei die jeweilige zumindest eine Elektrode jedes aktiven Stromkreises an ein Gate des jeweiligen Eingangstransistors gekoppelt ist.
  81. Vorrichtung nach Anspruch 79, wobei der Eingangstransistor ein NMOS-Transistor ist.
  82. Vorrichtung nach Anspruch 79, wobei der Durchgangstransistor ein NMOS-Transistor ist.
  83. Vorrichtung nach Anspruch 79, wobei die Vielzahl von aktiven Stromkreisen in einer Zeilen-Spalten-Anordnung ausgelesen wird, und wobei jedes Zeilen-Spalten-Element der Zeilen-Spalten-Anordnung zumindest einem aktiven Stromkreis der Vielzahl von aktiven Stromkreisen entspricht.
  84. Vorrichtung nach Anspruch 83, wobei die Source des Durchgangstransistors jedes jeweiligen aktiven Stromkreises an einen Spaltenausgang jedes jeweiligen Zeilen-Spalten-Elements gekoppelt ist.
  85. Vorrichtung nach Anspruch 84, wobei alle Spalten der Zeilen-Spalten-Anordnung im Wesentlichen gleichzeitig ausgelesen werden, und wobei eine einzelne Zeile der Zeilen-Spalten-Anordnung aktiv ist, wenn die Spalten der Zeilen-Spalten-Anordnung ausgelesen werden.
  86. Vorrichtung nach Anspruch 84, wobei die Source des Durchgangstransistors von zumindest zwei aktiven Stromkreisen an den Spaltenausgang jedes jeweiligen Zeilen-Spaltenelements gekoppelt ist.
  87. Vorrichtung nach Anspruch 84, wobei jeder Zeileneingang der Zeilen-Spalten-Anordnung an ein Gate eines Durchgangstransistors jedes aktiven Stromkreises der Vielzahl von aktiven Stromkreisen gekoppelt ist.
  88. Vorrichtung nach Anspruch 84, wobei die Spannung am Gate des Eingangstransistors die Spannung an der Source de Eingangstransistors bestimmt.
  89. Verfahren zum Auslesen eines oder mehrerer Multiplexsignale, wobei das Verfahren Folgendes Umfasst: Anordnen einer Vorrichtung nahe einer Oberfläche, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: eine Vielzahl von aktiven Stromkreisen, die in einer verteilten Anordnung auf einem einen aufblasbaren Körper bildenden flexiblen Substrat angeordnet sind, wobei die Vielzahl von aktiven Stromkreisen konfiguriert ist, ein oder mehrere Multiplexsignale an zumindest einen Signalprozessor zu senden, wobei zumindest ein aktiver Stromkreis der Vielzahl von aktiven Stromkreisen Folgendes umfasst: eine Elektrode; einen an die Elektrode gekoppelten Sourcefolger-Verstärker; und einen Durchgangsschalter, der an den Sourcefolger-Verstärker, einen Zeilensteuerschalter und einen Spaltenausgang gekoppelt ist, wobei eine an den Zeilensteuerschalter angelegte Spannung den Durchgangsschalter aktiviert, so dass ein Signal von der Elektrode an den Spaltenausgang gesendet wird; Anlegen einer Spannung an den Zeilensteuerschalter; und Auslesen einer Ausgabe an dem Spaltenausgang, wodurch das eine oder die mehreren Multiplexsignale bereitgestellt werden.
  90. Verfahren nach Anspruch 89, wobei die Vielzahl von aktiven Stromkreisen nahe der Elektrode in der verteilten Anordnung angeordnet ist.
  91. Verfahren nach Anspruch 89, wobei jeder aktive Stromkreis der Vielzahl von aktiven Stromkreisen über zumindest eine leitfähige flexible Verbindung an zumindest einen benachbarten aktiven Stromkreis der Vielzahl von aktiven Stromkreisen gekoppelt ist.
  92. Verfahren nach Anspruch 91, weiter umfassend das Senden des einen oder der mehren Multiplexsignale von der Vielzahl von aktiven Stromkreisen über die zumindest eine leitfähige flexible Verbindung an den zumindest einen Signalprozessor.
  93. Verfahren nach Anspruch 89, wobei die Vorrichtung weiter zumindest einen leitfähigen Zwischenbus umfasst, wobei der zumindest eine aktive Stromkreis der Vielzahl von aktiven Stromkreisen an den zumindest einen leitfähigen Zwischenbus gekoppelt ist.
  94. Verfahren nach Anspruch 93, weiter umfassend das Senden des einen oder der mehreren Multiplexsignale von der Vielzahl von aktiven Stromkreisen über den zumindest einen leitfähigen Zwischenbus an den zumindest einen Signalprozessor.
  95. Verfahren nach Anspruch 89, wobei die Elektrode an ein Gate des Sourcefolger-Verstärkers gekoppelt ist.
  96. Verfahren nach Anspruch 95, wobei eine Source des zumindest einen Sourcefolger-Verstärkers an einen Drain des zumindest einen Durchgangsschalters gekoppelt ist, wobei ein Gate des Durchgangsschalters an den Zeilensteuerschalter gekoppelt ist, und wobei eine Source des Durchgangsschalters an den Spaltenausgang gekoppelt ist.
  97. Verfahren nach Anspruch 89, wobei der Drain des Sourcefolger-Verstärkers auf ein Erdpotenzial vorgespannt ist.
  98. Verfahren nach Anspruch 89, wobei der zumindest eine aktive Stromkreis zwei aktive Stromkreise umfasst, wobei jeder der beiden aktiven Stromkreise an einen jeweiligen Zeilensteuerschalter gekoppelt ist, wobei die beiden aktiven Stromkreise an einen gemeinsamen Spaltenausgang gekoppelt sind, und wobei die Spannung während des Auslesens der Ausgabe aus dem gemeinsamen Spaltenausgang an einen der Zeilensteuerschalter angelegt wird.
  99. Vorrichtung zum Auslesen eines oder mehrerer Multiplexsignale, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: ein flexibles Substrat; und eine Vielzahl von aktiven Stromkreisen, die auf einem Substrat in einer verteilten Anordnung angeordnet sind, wobei die Vielzahl von aktiven Stromkreisen konfiguriert ist, ein oder mehrere Multiplexsignale an zumindest einen Signalprozessor zu senden, wobei zumindest ein aktiver Stromkreis der Vielzahl von aktiven Stromkreisen Folgendes umfasst: zumindest eine Elektrode; und zumindest einen an die zumindest eine Elektrode gekoppelten Differenzialpaarverstärker; wobei die Vielzahl von aktiven Stromkreisen in einer verteilten Anordnung auf dem Substrat angeordnet ist, so dass die Vorrichtung einer Kontur einer zu messenden Oberfläche angepasst werden kann.
  100. Vorrichtung nach Anspruch 99, wobei das flexible Substrat ein Abschnitt eines aufblasbaren Körpers ist, und wobei die Vielzahl von aktiven Stromkreisen an Bereichen minimaler Krümmung des aufblasbaren Körpers in der verteilten Anordnung angeordnet ist.
  101. Vorrichtung nach Anspruch 99, wobei jeder aktive Stromkreis der Vielzahl von aktiven Stromkreisen über zumindest eine leitfähige flexible Verbindung an zumindest einen benachbarten aktiven Stromkreis der Vielzahl von aktiven Stromkreisen gekoppelt ist.
  102. Vorrichtung nach Anspruch 99, weiter umfassend zumindest einen leitfähigen Zwischenbus, wobei der zumindest eine aktive Stromkreis der Vielzahl von aktiven Stromkreisen an den zumindest einen leitfähigen Zwischenbus gekoppelt ist.
  103. Vorrichtung nach Anspruch 102, wobei die Vielzahl von aktiven Stromkreisen konfiguriert ist, ein oder mehrere Multiplexsignale über den zumindest einen leitfähigen Zwischenbus an den zumindest einen Signalprozessor zu senden.
  104. Vorrichtung nach Anspruch 99, wobei der zumindest eine aktive Stromkreis der Vielzahl von aktiven Stromkreisen weiter ein Endstück umfasst, und wobei der zumindest eine Differenzialpaarverstärker an das Endstück gekoppelt ist.
  105. Vorrichtung nach Anspruch 99, wobei jeder der aktiven Stromkreise der Vielzahl von aktiven Stromkreisen Folgendes umfasst: zumindest eine Elektrode; und zumindest einen an die zumindest eine Elektrode gekoppelten Differenzialpaarverstärker.
  106. Vorrichtung nach Anspruch 105, wobei jeder des zumindest einen Differenzialpaarverstärkers ein Transistorenpaar umfasst, deren Sources in einer gemeinsamen Verbindung verbunden sind, um eine gemeinsame Source bereitzustellen.
  107. Vorrichtung nach Anspruch 106, wobei das Transistorenpaar PMOS-Transistoren sind.
  108. Vorrichtung nach Anspruch 106, wobei jeder der Transistoren mit einem Strombegrenzungswiderstand in Reihe geschaltet ist.
  109. Vorrichtung nach Anspruch 106, wobei jeder des zumindest einen Differenzialpaarverstärkers an ein Endstück gekoppelt ist.
  110. Vorrichtung nach Anspruch 109, wobei das Endstück ein Transistor ist, und wobei die gemeinsame Source des zumindest einen Differenzialpaarverstärkers an einen Drain des Endstücks gekoppelt ist.
  111. Vorrichtung nach Anspruch 109, wobei das Gate des Endstücks von einem Stromspiegel angetrieben wird.
  112. Vorrichtung nach Anspruch 106, wobei die zumindest eine Elektrode an ein Gate eines Transistors des Transistorenpaars gekoppelt ist.
  113. Vorrichtung nach Anspruch 106, wobei die Vielzahl von aktiven Stromkreisen in einer Zeilen-Spalten-Anordnung ausgelesen wird, wobei jedes Zeilen-Spalten-Element der Zeilen-Spalten-Anordnung zumindest einem aktiven Stromkreis der Vielzahl von aktiven Stromkreisen entspricht, und wobei ein Drain eines ersten Transistors des Transistorenpaars jedes jeweiligen aktiven Stromkreises an einen Spaltenausgang jedes jeweiligen Zeilen-Spalten-Elements gekoppelt ist.
  114. Vorrichtung nach Anspruch 113, wobei ein zweiter Transistor des Transistorenpaars jedes jeweiligen aktiven Stromkreises an einen Belastungswiderstand gekoppelt ist.
  115. Vorrichtung nach Anspruch 113, wobei alle Spalten der Zeilen-Spalten-Anordnung im Wesentlichen gleichzeitig ausgelesen werden, und wobei eine einzelne Zeile der Zeilen-Spalten-Anordnung aktiv ist, wenn die Spalten der Zeilen-Spalten-Anordnung ausgelesen werden.
  116. Vorrichtung nach Anspruch 113, wobei der Drain des ersten Transistors des Transistorenpaars von zumindest zwei aktiven Stromkreisen an den Spaltenausgang jedes jeweiligen Zeilen-Spalten-Elements gekoppelt ist.
  117. Vorrichtung nach Anspruch 106, wobei jeder des zumindest einen Differenzialpaarverstärkers jedes aktiven Stromkreises an ein Endstück gekoppelt ist, und wobei jeder Zeileneingang der Zeilen-Spalten-Anordnung an ein Gate eines Endstücks jedes aktiven Stromkreises der Vielzahl von aktiven Stromkreisen gekoppelt ist.
  118. Vorrichtung nach Anspruch 117, wobei jeder Zeileneingang der Zeilen-Spalten-Anordnung an ein Gate eines Endstücks jedes aktiven Stromkreises der Vielzahl von aktiven Stromkreisen gekoppelt ist.
  119. Vorrichtung nach Anspruch 99, wobei der zumindest eine aktive Stromkreis der Vielzahl von aktiven Stromkreisen Folgendes umfasst: zwei Elektroden, und einen Differenzialpaarverstärker, wobei die beiden Elektroden an den Differenzialpaarverstärker gekoppelt sind.
  120. Vorrichtung nach Anspruch 119, wobei der Differenzialpaarverstärker ein Transistorenpaar umfasst, deren Sources in einer gemeinsamen Verbindung verbunden sind, um eine gemeinsame Source bereitzustellen.
  121. Vorrichtung nach Anspruch 120, wobei jede Elektrode an ein Gate jedes Transistors des Transistorenpaars gekoppelt ist.
  122. Vorrichtung nach Anspruch 121, wobei ein Auslesen des zumindest einen aktiven Stromkreises auf einem Differenzial von Signalen der beiden Elektroden basiert.
  123. Verfahren zum Auslesen eines oder mehrerer Multiplexsignale, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Anordnen einer Vorrichtung nahe einer Oberfläche, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: eine Vielzahl von aktiven Stromkreisen, die auf einem flexiblen Substrat in einer verteilten Anordnung angeordnet sind, wobei die Vielzahl von aktiven Stromkreisen konfiguriert ist, ein oder mehrere Multiplexsignale an zumindest einen Signalprozessor zu senden, wobei zumindest ein aktiver Stromkreis der Vielzahl von aktiven Stromkreisen Folgendes umfasst: eine Elektrode; einen an die Elektrode gekoppelten Differenzialpaarverstärker; und ein an den Differenzialpaarverstärker gekoppeltes Endstück, wobei das Endstück an einen Zeilensteuerschalter gekoppelt ist, wobei der Differenzialpaarverstärker an einen Spaltenausgang gekoppelt ist, und wobei das Aktivieren des Zeilensteuerschalters den Differenzialpaarverstärker aktiviert, so dass ein Signal von der Elektrode an den Spaltenausgang gesendet wird; Anlegen einer Spannung an den Zeilensteuerschalter; und Auslesen einer Ausgabe an dem Spaltenausgang, wodurch das eine oder die mehreren Multiplexsignale bereitgestellt werden.
  124. Verfahren nach Anspruch 123, wobei die Vielzahl von aktiven Stromkreisen an ein einen aufblasbaren Körper bildendes flexibles Substrat gekoppelt ist.
  125. Verfahren nach Anspruch 123, wobei jeder aktive Stromkreis der Vielzahl von aktiven Stromkreisen über zumindest eine leitfähige flexible Verbindung an zumindest einen benachbarten aktiven Stromkreis der Vielzahl von aktiven Stromkreisen gekoppelt ist.
  126. Verfahren nach Anspruch 125, weiter umfassend das Senden des einen oder der mehren Multiplexsignale von der Vielzahl von aktiven Stromkreisen über die zumindest eine leitfähige flexible Verbindung an den zumindest einen Signalprozessor.
  127. Verfahren nach Anspruch 123, wobei die Vorrichtung weiter zumindest einen leitfähigen Zwischenbus umfasst, wobei der zumindest eine aktive Stromkreis der Vielzahl von aktiven Stromkreisen an den zumindest einen leitfähigen Zwischenbus gekoppelt ist.
  128. Verfahren nach Anspruch 127, weiter umfassend das Senden des einen oder der mehreren Multiplexsignale von der Vielzahl von aktiven Stromkreisen über den zumindest einen leitfähigen Zwischenbus an den zumindest einen Signalprozessor.
  129. Verfahren nach Anspruch 123, wobei die Elektrode an ein erstes Gate des Differenzialpaarverstärkers gekoppelt ist.
  130. Verfahren nach Anspruch 129, wobei die Vorrichtung weiter eine zweite Elektrode umfasst, und wobei ein zweites Gate des Differenzialpaarverstärkers an die zweite Elektrode gekoppelt ist.
  131. Verfahren nach Anspruch 129, wobei die Vorrichtung weiter eine zweite Elektrode umfasst, und wobei ein zweites Gate des Differenzialpaarverstärkers auf ein Erdpotenzial vorgespannt ist.
  132. Verfahren nach Anspruch 123, wobei das Endstück über einen Stromspiegel an den Zeilensteuerschalter gekoppelt ist, und wobei ein Aktivieren des Zeilensteuerschalters den Stromspiegel vorspannt, wodurch der Differenzialpaarverstärker aktiviert wird.
  133. Verfahren nach Anspruch 123, wobei der zumindest eine aktive Stromkreis zwei aktive Stromkreise umfasst, wobei jeder der beiden aktiven Stromkreise an einen jeweiligen Zeilensteuerschalter gekoppelt ist, wobei die beiden aktiven Stromkreise an einen gemeinsamen Spaltenausgang gekoppelt sind, und wobei einer der Zeilensteuerschalter während des Auslesens der Ausgabe des gemeinsamen Spaltenausgang aktiviert wird.
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