CN118119344A - 可压缩的微创植入体及相关的***和方法 - Google Patents
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Abstract
涉及通过微创入口切口将植入体定位在植入体口袋内的***和方法,以及相关植入体。在某些实现方式中,植入体可以折叠、滚动或以其他方式压缩,以适合皮下植入体口袋,然后再将其减压,以适合一个或多个尺寸明显大于入口切口的植入体口袋。此类植入物可用于多种用途,包括为位于全身的其他各种植入体产生电能。
Description
相关申请对照表
根据《美国法典》第35卷第119(e)条,本申请要求2021年12月30日提交的美国临时专利申请第63/295,068号"用于微创植入和组织植入的装置、***和方法"的利益。上述申请全文并入本文作为参考。
摘要
本文公开了植入体(如可压缩植入体)的各种示例,这些植入体可通过优选的微创入口切口进入植入体口袋进行植入,同时还公开了相关的***和方式。下文结合以下编号段落披露了用于在皮下植入体口袋内递送植入体的植入物、***和方式的更具体示例。
施例/权利要求
下文结合以下编号段落披露了皮下植入体口袋内植入体植入物、植入***和植入方式的实施例。
1.用于在植入体口袋中定位的可压缩植入体,包括
一种由柔性材料构成的植入体,其中植入体可重新配置为两种形状,这两种形状包括第一压缩形状,其中植入体被配置为在压缩形状下通过微创入口切口递送;以及
第二种未压缩形状,其中植入体被配置为从压缩形状重新配置为未压缩形状,同时被定位在患者体内形成的植入体口袋中,这样植入体在植入后可在植入体口袋中以功能状态保持未压缩形状。
2.如权利要求1.其中所述的可压缩植入体,植入体包括一个在未压缩形状中具有一定面积的空间面积,其中,空间面积包括一个最大空间面积尺寸,其中,植入体包括一个在至少基本垂直于空间面积的方向上测量的最大厚度,其中,植入体的配置使得最大厚度不大于最大空间面积尺寸的约25%。
3.如权利要求1.其中所述的可压缩植入体,该植入体可在压缩形状时通过微创入口切口植入。
4.如权利要求3.其中所述的可压缩植入体,该植入体可在压缩形状时通过超微创入口切口递送。
5.如权利要求1其中所述的可压缩植入体,植入体包括递送药物的植入植入体。
6.根据权利要求5其中所述的可压缩植入体,植入体包括pH敏感、热敏感、葡萄糖敏感、生物反应性、磁敏感和智能水凝胶中的至少一种。
7.根据权利要求5其中所述的可压缩植入物5其中,植入体包括可生物降解粘合剂和可再吸收的锚。
8.根据权利要求5其中所述的可压缩植入体,植入体包括小分子和生物制剂中的至少一种,用于从植入体中递送药物。
9.如权利要求1所述的可压缩植入体其中,植入体包括至少一个小孔,该小孔配置成与器械接合,以便于植入植入体。
10.如权利要求9其中所述的可压缩植入体,还包括一个X射线可探测标记,该标记位于至少一个小孔的附近。
11.如权利要求9其中所述的可压缩植入体,还包括一个突出片,其中至少一个小孔形成在突出片中。
12.如权利要求9其中所述的可压缩植入体,进一步包括至少一个结构增强区域,其中至少一个结构增强区域位于至少一个小孔周围。
13.根据权利要求12其中所述的可压缩植入体,至少结构增强区域紧邻植入体的***边缘,但不突出于植入体。
14.如权利要求1其中所述的可压缩植入体,植入体包括聚合物基质,聚合物基质包括用于释放药剂的小孔。
15.如权利要求1其中所述的可压缩植入体,植入体包括一个或多个层叠体。
16.根据权利要求15其中所述的可压缩植入体,其中植入体包括一个膀胱,膀胱形成于一个或多个层叠体的两个相邻层叠体之间。
17.根据权利要求15其中所述的可压缩植入体.,还包括在一个或多个层叠体中形成的多个小孔,其中多个小孔可被配置为从植入体中通过其递送药物。
18.根据权利要求17所述的可压缩植入体,其中小孔包括门,门包括电致动膜和热致动脂膜中的至少一种。
19.如权利要求1其中所述的可压缩植入体,植入体包括沿植入体的一个或多个边缘设置的多个目标结合材料。
20.如权利要求1其中所述的可压缩植入体,植入体的空间面积至少为50平方厘米。
21.如权利要求1.其中所述的可压缩植入体,植入体至少配置为在植入体口袋内递送药物,并包括一个或多个电气元件。
22.如权利要求所述的可压缩植入体21其中,植入体的空间面积至少为100平方厘米。
23.如权利要求1其中所述的可压缩植入体,植入体包括扇形植入体。
24.根据权利要求23所述的可压缩植入体.其中扇形植入体在压缩形状下可折叠。
25.如权利要求1其中所述的可压缩植入体,植入体在未压缩形状时呈矩形。
26.如权利要求1所述的可压缩植入体,还包括相互交叉的材料条带。
27.如权利要求26所述的可压缩植入体,其中交叉的材料条带形成网格。
28.权利要求27其中所述的可压缩植入体,网格包括保护性网格,该保护性网状物用于在植入体口袋内可压缩植入体的位置为用户提供物理保护。
29.如权利要求28其中所述的可压缩植入体,保护网格包括凯夫拉纤维或石墨烯。
30.如权利要求28其中所述的可压缩植入体还包括一层可生物相容性塑料涂层。
31.如权利要求30其中所述的可压缩植入体还包括与可生物相容性塑料涂层结合的抗菌剂。
32.根据权利要求31其中所述的可压缩植入体,抗菌剂被配置为在与穿透物体撞击时释放。
33.如权利要求28其中所述的可压缩植入体,植入体包括至少一个***褶皱,其配置有助于减轻穿透性伤口。
34.如权利要求28所述的可压缩植入体还包括一个由粘结元件固定的重叠区。
35.如权利要求28所述的可压缩植入体还包括电感线圈、印刷电路板、传感器和天线中的至少一种。
36.权利要求28所述的可压缩植入体中的***进一步包括第二个可压缩植入体,该第二个可压缩植入体被配置为与可压缩植入体以重叠形状的方式定位在植入体口袋中,以有效地形成更大的植入体。
37.权利要求27其中所述的可压缩植入体,纤维网包括多个大孔,其配置允许血管通过多个大孔穿过植入体。
38.权利要求27其中所述的可压缩植入体,纤维网格由可生物吸收聚合物组成。
39.权利要求27其中所述的可压缩植入体,纤维网格包括多个层面。
40.根据权利要求39其中所述的可压缩植入体,多个层面中的至少一层包括pH敏感层。
41.如权利要求1其中所述的可压缩植入体还包括一个上层结构,用于将植入体偏向未压缩形状。
42.如权利要求41其中所述的可压缩植入体,上层结构被配置为在遇到体液时自动***。
43.如权利要求41其中所述的可压缩植入体,上层结构进一步被配置为可从中递送药物和生物制剂中的至少一种。
44.如权利要求41所述的可压缩植入体,上层结构包括确定加号形状的相对横梁。
45.如权利要求41所述的可压缩植入体,上层结构的形状至少与未压缩形状的植入体的形状基本匹配。
46.如权利要求45所述的可压缩植入体,上层结构包括圆形和多边形中的至少一种,并且上层结构在未压缩形状时从植入体的外周嵌入。
47.如权利要求41所述的可压缩植入体还包括与上层结构流体联接的注射口,其中注射口被配置用于对上层结构充气和向上层结构递送治疗剂以最终释放到患者体内中的至少一种情况。
48.如权利要求所述的可压缩植入体41其中上层结构是可充气的。
49.如权利要求所述的可压缩植入体41其中,上层结构包含治疗剂。
50.如权利要求49所述的可压缩植入体49.还包括一个微型泵,用于从上层结构中选择性地泵送治疗剂。
51.如权利要求其中所述的可压缩植入体1还包括一个用于无线产生电能的电感线圈。
52.如权利要求51.其中所述的可压缩植入体进一步包括LED、电池和药物递送门中的至少一个,其中电感线圈与LED、电池和药物递送门中的至少一个电联接,以提供电能,为LED、电池和药物递送门中的至少一个供电。
53.如权利要求51其中所述的可压缩植入体,进一步包括多个电感线圈。
54.如权利要求53其中所述的可压缩植入体,其中多个电感线圈包括一个微型线圈阵列,该阵列被配置为电感链路接收器。
55.如权利要求53其中所述的可压缩植入体,多个电感线圈包括堆叠的多个电感线圈。
56.如权利要求51其中所述的可压缩植入体还包括一个电压传感器。
57.如权利要求56其中所述的可压缩植入体,电压传感器被配置为通过在无线充电期间向用户提供声音、视觉和触觉反馈中的至少一种,使用户能够最大限度地提高充电电压。
58.如权利要求1其中所述的可压缩植入体,植入体包括一个支架状网格,该网格由聚合物组成,用于将药物结合在其上。
59..根据权利要求58所述的可压缩植入体,进一步包括分层结构,其中包括夹在两个亲水层之间的疏水层和包括疏水治疗剂的核心。
60.如权利要求1其中所述的可压缩植入体,还包括一层涂层。
61.如权利要求60其中所述的可压缩植入物,涂层包括生物活性涂层。
62.如权利要求61其中所述的可压缩植入物,其中生物活性涂层包括消炎剂、类固醇、抗抑郁剂和生长因子中的至少一种。
63.如权利要求60其中所述的可压缩植入体,涂层包括伪润滑涂层,其作用是减少摩擦,以便于通过微创切口取出植入体。
64.根据权利要求63所述的可压缩植入体假润滑涂层包括聚四氟乙烯涂层。
65.如权利要求1所述的可压缩植入体还包括一个电感线圈和一个与电感线圈相连的电池。
66.如权利要求1所述的可压缩植入体还包括一个中央处理器。
67.如权利要求1所述的可压缩植入体还包括至少一个电子元件。
68.如权利要求67所述的可压缩植入体其中至少一个电气元件包括至少一个可伸缩的电气元件。
69.如权利要求68所述的可压缩植入体68其中至少一个可伸缩的电气元件包括可伸缩的导体、可伸缩的半导体、可伸缩的电介质和可伸缩的晶体管中的至少一种。
70.如权利要求67所述的可压缩植入体还包括可生物相容的绝缘体,用于在植入可压缩植入体后使至少一个电气元件与体液绝缘。
71.如权利要求1所述的可压缩植入体还包括一个用于向患者递送治疗剂的储存器。
72.权利要求71.所述的可压缩植入体还包括一个微机械***,用于通过储存器从可压缩植入体中递送治疗剂。
73.权利要求71.所述的可压缩植入体还包括一个热力气动微型泵,用于从储存器递送治疗剂。
74.权利要求71所述的可压缩植入体其中储存器是可压缩的。
75.如权利要求1所述的可压缩植入体还包括一个释放机构,用于从可压缩植入体中选择性地释放治疗剂。
76.权利要求75.其中所述的可压缩植入体其中释放机构包括由聚合物基质组成的隔膜,其中聚合物基质被配置为在第一状态下相对无孔,在第二状态下更多小孔,并且聚合物基质被配置为响应外部刺激从第一状态过渡到第二状态。
77.权利要求76.所述的可压缩植入体其中,所述聚合物基质包括多个磁性颗粒,且所述多个磁性颗粒被配置为在施加磁场时使膜片过渡到第二状态。
78.权利要求75所述的可压缩植入体其中释放机构包括一个或多个可通过施加磁场选择性致动的磁性微盘。
79.权利要求75所述的可压缩植入体其中释放机制包括聚合物微球药物载体,该载体由可生物降解聚合物构成,可随时间释放治疗剂。
80.如权利要求1所述的可压缩植入体还包括一个可生物相容性外壳,该外壳包括一个中空的内
核,用于在其中储存治疗剂。
81.如权利要求80所述的可压缩植入体,空心芯包括多个隔室,多个隔室中的每个隔室都含有单独的治疗剂。
82.如权利要求1所述的可压缩植入体其中,植入体包括一个细长的股线,该股线上有多个间隔设置的植入体荷载仓。
83.权利要求82所述的可压缩植入体其中每个植入体荷载仓的至少一个子集包括一个生物细胞簇。
84.权利要求83所述的可压缩植入体还包括含有血管生长刺激素的网格。
85.如权利要求84所述的可压缩植入体血管生长刺激素包括增殖素、催乳素、生长激素和胎盘泌乳素中的至少一种。
86.如权利要求1所述的可压缩植入体其中,植入体包括神经刺激植入体,该植入体由多个电极组成,用于刺激植入体口袋内的神经。
87.权利要求86.所述的可压缩植入体还包括心率传感器,其中心率传感器被配置为根据心率传感器检测到的心率调整多个电极的信号强度和信号频率中的至少一个。
88.权利要求86.所述的可压缩植入体其中,多个电极被配置为以随时间变化的预编程释放模式释放。
89.权利要求86所述的可压缩植入体其中,多个电极中的至少一个子集的每个电极都包括一个沿着围绕植入体部分的带状延伸的圆周电极。
90.一种用于在植入体口袋中定位可压缩植入体的***,包括
可重新配置为两种配置的植入体,这两种配置包括
第一压缩形状,其中植入体被配置为在压缩形状下通过微创入口切口递送;以及
第二种未压缩形状,其中植入体被配置为从压缩形状重新配置为未压缩形状,同时被定位在患者体内形成的植入体口袋中,以便植入后植入体可在植入体口袋中保持未压缩形状;以及
一种仪器,包括
尖端配置为穿过微创入口切口;以及
一根轴,用于在压缩形状中与植入体接合,并通过微创入口切口递送植入体。
91.权利要求90.其中,器械被配置为便于在通过微创入口切口延伸植入体后,将植入体从压缩形状重新配置为非压缩形状。
92.权利要求90其中,顶端包括一个扩张器,用于扩大微创入口切口的尺寸。
93.权利要求92其中尖端包括螺纹。
94.权利要求90其中仪器包括将植入体固定到仪器上的装置。
95.权利要求94.其中用于固定的装置包括一个或多个与轴连接的突出部,其中每个突出部都被配置为与植入体上形成的孔啮合。
96.权利要求95其中一个或多个突出部包括球形突出部。
97.权利要求94.其中用于固定的装置包括一个卡扣,配置成与从植入体延伸出来的卡扣啮合。
98.权利要求90其中仪器还包括一个可释放的手柄。
99.权利要求90其中植入体包括一个电感线圈。
100.权利要求99进一步包括一个无线电感联接机构,该机构配置为通过电感线圈向植入体无线传输电能。
101.用于在植入体口袋中定位的植入体,包括
从植入体***的外末端到邻近种植体中心的内末端呈螺旋状(涡状螺旋)延伸的臂,其中臂定义了多个相邻带,每个相邻带之间有空间,其中植入体被配置为在植入植入体口袋之前和之后至少基本保持螺旋状。
102.一种***,包括权利要求101还包括与该植入体电连接的辅助植入体,其中辅助植入体包括天线、中央处理器、电池和电感线圈中的至少一个。
103.权利要求101所述的植入体其中,植入体被配置为电感线圈。
104.权利要求101所述的植入体其中,植入体被配置为可选择性地从中递送治疗剂。
105.权利要求101所述的植入体其中,植入体包括一个聚合物外部层叠体,该层叠体被配置为可从中递送治疗剂。
106.权利要求101所述的植入体其中,植入体包括对光、磁场、超声波、射频和X射线辐射中的至少一种有响应的纳米级药剂,用于释放治疗剂。
107.权利要求101所述的植入体其中,植入体包括多个可选择打开的小孔,这些小孔可通过热穿孔扩散打开。
108.权利要求107所述的植入体其中,热穿孔被配置为通过电、超声波和辐射中的至少一种选择性诱导。
109.权利要求101所述的植入体其中,植入体包括电子元件和微型泵中的至少一个。
110.权利要求101所述的植入体其中,植入体包括可通过射线、声波和电磁识别的材料中的至少一种。
111.权利要求101所述的植入体其中,植入体包括一个保护性护套。
112.权利要求111所述的植入体其中,植入体包括保护性内护套和保护性外护套,保护性内护套和保护性外护套之间含有液体。
113.权利要求101所述的植入体其中,植入体包括一个温度传感器。
114.权利要求113.所述的植入体其中,植入体包括电感线圈,温度传感器被配置为响应温度传感器检测到的阈值温度,减少或终止来自外部无线电感线圈的充电。
115.权利要求101所述的植入体其中,植入体包括一个药物储存器,该药物储存器由一个可选择性打开的门组成。
116.权利要求115所述的植入体其中,门被配置为通过施加无线感应电流进行选择性电化学溶解。
117.权利要求101所述的植入体其中,植入体不可压缩,臂包括一个实心。
118.权利要求101所述的植入体其中,植入体包括一个上层结构。
119.权利要求118所述的植入体其中,上层结构与注射口流体连接。
120.权利要求101所述的植入体其中,臂包括一个中空中心。
121.权利要求120所述的植入体其中还包括一根位于中空中心内的导丝。
122.权利要求120所述的植入体进一步包括设置在中空中心内的电子元件、电池、电感线圈、电容器、数据存储元件、加热元件、心率传感器和血氧饱和度监测器中的至少一个。
123.权利要求120.所述的植入体还包括一个电磁干扰抑制元件,用于保护位于中空中心内的一个或多个电气元件。
124.权利要求120所述的植入体进一步包括一个微流体通道,用于将流体从中空中心外部递送到中空中心内。
125.权利要求124所述的植入体其中微流体通道终止于与臂相邻带之间的空间之一相对应的位置。
126.权利要求101所述的植入体其中,植入体在平面图上呈圆形。
127.权利要求101所述的植入体其中,植入体在平面图上呈多边形。
128.权利要求101所述的植入体其中外臂末端包括一个球状组织通道促进器,用于促进臂通过微创入口切口,并在安装过程中抑制组织卡在外臂末端。
129.权利要求128.所述的植入体其中,球状组织通道促进器还包括一个端口,可通向臂内限定的内部通道。
130.权利要求101.所述的植入体其中,植入体包括一个或多个从臂延伸的柔性翻板,并且其中每个柔性翻板被配置为在通过微创入口切口安装时压紧手臂,并且在植入体口袋内自动减压以延伸离开手臂。
131.权利要求130所述的植入体其中,一个或多个柔性翻板中的每一个都被配置为从中递送治疗剂。
132.权利要求130所述的植入体其中一个或多个柔性翻板中的每一个都被配置为为无线感应充电提供更大的表面积。
133.权利要求101所述的植入体其中,植入体被配置为电感线圈功能、药物洗脱植入体功能和天线功能中的至少一种。
134.权利要求101所述的植入体其中臂沿至少两个完整的转折延伸以形成螺旋形状。
135.权利要求101所述的植入体其中植入体的直径至少约为2厘米。
136.权利要求135所述的植入体的直径至少约为10厘米。
137.权利要求101所述的植入体进一步包括多个电极,这些电极设置在植入体的外表面,其中臂包括中空中心,电池、CPU、PCB、心率传感器、温度传感器和天线中的至少一个设置在中空中心内。
138.权利要求101所述的植入体中的***进一步包括一个细长的条带,该条带可通过微创入口切口定位在细长的皮下植入隧道中。
139.权利要求138所述的***,其中细长条带包括多个电极,用于刺激神经。
140.权利要求138所述的***,其中该细长条带包括一个心脏除颤器。
141.权利要求138所述的***还包括一个由多个引线组成的心电图植入体。
142.权利要求141所述的***.其中心电图植入体的多个引线是弹性柔性的,并被配置为通过微创入口切口以压缩形状的方式递送,然后一旦进入植入体口袋中就自动减压,以将多个引线定位在针对特定心脏形状和一系列心脏形状中的至少一种形状中。
143.权利要求138.其中,该***进一步包括与该细长条带电联接的可植入电机单元***,其中,该可植入马达单元***包括多个马达驱动装置,这些马达驱动装置被配置为穿过人体关节彼此联接,以提供使人体关节枢转的力。
144.权利要求的***143.进一步包括第二细长条带,该第二细长条带被配置为通过微创入口切口定位在细长的皮下植入隧道中,与细长条带电联接,以允许从细长股向第二细长股和多个马达驱动器中的至少一个发送信号,从而完成人体关节的选择性枢转。
145.权利要求144所述的***其中多个马达驱动器中的每一个都可独立驱动。
146.权利要求144所述的***进一步包括至少一个与多个马达驱动器中的至少一个相连的植入式传感器。
147.权利要求101所述的植入体还包括多个LED。
148.权利要求147.所述的植入体其中,多个LED中的每个都位于臂的外表面。
149.一种细长的柔性植入体,包括
多个舱盒,其中多个舱盒中的每个舱盒可选择性地与多个舱盒中的相邻舱盒联接以形成舱盒链,其中舱盒链被配置为通过微创入口切口定位在植入体口袋内。
150.权利要求149所述的细长柔性植入体149中的***,包括细长的柔性植入体,还包括螺旋形植入体,该植入体包括一个臂,该臂以螺旋形从植入体***的外末端延伸到邻近植入体中心的内端,其中臂定义了多个相邻带,每个相邻带之间有空间,其中植入体被配置为在植入体口袋内植入之前和之后至少基本保持螺旋形,其中螺旋形植入体包括一个空心内核。
151.权利要求150所述的***其中,空心内核包括至少一个隔板,用于将空心芯体分隔成不同的功能区域。
152.权利要求150所述的***其中,螺旋植入体的配置是,一旦进入植入体口袋,就收集患者的体液。
153.权利要求152所述的***其中螺旋植入体进一步配置为从体液中产生水,其中多个舱盒中的至少一个包括一个混合舱盒,该混合舱盒包含干药,并且该混合舱盒配置为接收从螺旋植入体的体液中产生的水,以从中产生液体药物。
154.权利要求153所述的***其中,混合舱盒包括多个仓室,多个仓室中的至少一个仓室包括用于存储干药的存储仓室,多个仓室中的至少一个仓室包括混合仓室,混合仓室与存储仓室和螺旋植入体联接,以允许干药与螺旋植入体的体液产生的水混合。
155.一种通过微创入口切口植入螺旋植入体的方式,该方式包括以下步骤:
形成微创入口切口;
在入口切口附近的患者体内形成植入体口袋;
通过微创入口切口***螺旋植入体的末端,其中螺旋植入体包括以螺旋形状从植入体***的外部末端延伸至邻近植入体中心的内部末端的臂部;以及
旋转螺旋植入体,通过微创入口切口推进螺旋植入体,直至将螺旋植入体植入患者皮下。
156.根据权利要求155所述的方式其中,形成植入体口袋的步骤该植入体口袋包括植入体递送袋部分和植入体口袋部分,其中,植入体递送袋部分被配置为在植入过程中接收螺旋植入体,植入体口袋部分被配置为在植入后无限期地接收螺旋植入体。
157.根据权利要求156所述的方法.其中,植入体递送袋部分位于微创入口切口的第一侧,并且其中,植入体口袋部分位于微创入口切口与第一侧相对的第二侧。
158.根据权利要求156所述的方法156进一步包括将螺旋植入体从螺旋植入体至少部分位于植入体递送口袋部分内的位置推进到螺旋植入体完全位于植入体口袋部分内的位置。
159.根据权利要求158所述的方法其中,将螺旋植入体从至少部分定位在植入体递送口袋部分内的位置推进到螺旋植入体完全定位在植入体口袋部分内的位置的步骤是通过使用手指按压患者的外层皮肤来操作螺旋植入体来完成的。
160.根据权利要求156所述的方法其中,植入体口袋部分包括多边形。
161.根据权利要求155所述的方法.其中螺旋植入体包括一层涂层,用于减少安装过程中的摩擦。
162.根据权利要求155所述的方法其中,末端包括螺旋植入体的外末端。
163.用于在植入体口袋中定位的可压缩植入体,包括
一种植入体,包括一个电磁辐射源,其中植入体可重新配置为两种形状,这两种形状包括
第一压缩形状,其中植入体被配置为在压缩形状下通过微创入口切口递送;以及
第二种未压缩形状,其中植入体被配置为从压缩形状重新配置为未压缩形状,同时被定位在患者体内形成的植入体袋中,这样植入体在植入后可在植入体口袋中以功能状态保持未压缩形状。
164.权利要求163所述的可压缩植入体其中电磁辐射源包括光源,并且其中植入体被配置成当在植入体口袋中时可从皮肤下观察到光源。
165.权利要求164所述的可压缩植入体其中,光源包括LED。
166.权利要求164所述的可压缩植入体其中,光源包括多层堆叠和LED阵列中的至少一种。
167.权利要求166所述的可压缩植入体还包括一层聚二甲基硅氧烷涂层。
168.权利要求163所述的可压缩植入体还包括薄膜封装。
169.权利要求163所述的可压缩植入体还包括有机纳米复合层。
170.权利要求163所述的可压缩植入体还包括一个隔离层,用于将光源与植入体口袋内的生物环境隔离。
171.权利要求163所述的可压缩植入体其中电磁辐射源包括治疗辐射源。
172.权利要求163所述的可压缩植入体其中电磁辐射源包括OLED面板,并且可压缩植入体进一步包括剥离减少层。
173.权利要求163所述的可压缩植入体其中电磁辐射源包括OLED面板,并且可压缩植入体进一步包括多层封装膜。
174.权利要求163所述的可压缩植入体其中,电磁辐射源包括mLED设备,可压缩植入体包括可选择性照明的内部纹身。
175.根据权利要求174所述的可压缩植入体还包括一个无线接收器,其中无线接收器被配置为接收无线信号,用于调整与可选择性照明的内部纹身相关的显示光。
176.权利要求163所述的可压缩植入体其中电磁辐射源包括柔性mLED装置,该装置包括
柔性基底;
上层绝缘膜;
底层绝缘膜;
位于上层绝缘膜和底层绝缘膜之间的金属层;以及
安装在柔性基板上的多个mLED芯片。
177.权利要求176所述的可压缩植入体其中柔性基底包括反射层。
178.权利要求163所述的可压缩植入体163其中,可压缩植入体包括可照明的内部纹身,电磁辐射源包括有机聚合物LED。
179.权利要求178所述的可压缩植入体还包括保护性钝化层。
180.权利要求163所述的可压缩植入体其中电磁辐射源包括OLED,并进一步包括由有机层和无机层交替组成的薄膜封装结构。
181.权利要求163所述的可压缩植入体进一步包括可生物相容性聚合物,其中电磁辐射源包括网状LED阵列。
182.权利要求163所述的可压缩植入体.其中,该植入体可在压缩形状时通过微创入口切口植入。
183.如权利要求182所述的可压缩植入体其中,该植入体被配置为在压缩形状时可通过超微创入口切口递送。
184.权利要求163所述的可压缩植入体***还包括
一种能源;以及
与能源电联接的电感线圈,以便对能源进行无线充电,其中电感线圈可通过微创入口切口***。
185.权利要求184所述的***其中能量源包括电池和电容器中的至少一种。
186.权利要求163所述的可压缩植入体其中电磁辐射源包括一个光片。
187.根据权利要求186所述的可压缩植入体其中,光片被配置为显示图像。
188.权利要求187所述的可压缩植入体.还包括一个天线,用于接收信号,以改变显示在光片上的图像。
189.权利要求163所述的可压缩植入体还包括一个心率传感器。
190.如权利要求所述的可压缩植入体其中,心率传感器被配置为根据心率传感器检测到的心率改变电磁辐射源产生的光显示。
191.一种配置在种植体口袋中的可压缩植入体可选择性照明的***,包括
一个外部装置,包括一个心率传感器和一个无线发射器;
植入式能源
与植入式能量源电联接的植入式电感线圈;
植入式无线接收器;以及
一种植入体,包括与植入式能量源电联接的光源,其中植入体可重新配置为两种形状,这两种形状包括
第一压缩形状,其中植入体被配置为在压缩形状下通过微创入口切口递送;以及
第二种未压缩形状,其中植入体被配置为从压缩形状重新配置为未压缩形状,同时被定位在患者体内形成的植入体口袋中,这样植入体在植入后可在植入体口袋中以功能状态保持未压缩形状。
192.权利要求191所述的***其中,外部设备包括腕带、臂带和智能手机中的至少一种。
193.权利要求191所述的***.其中,可植入电感线圈包括一个臂,该臂以螺旋状从位于可植入电感线圈***的外末端延伸到邻近可植入电感线圈中心的内末端,其中,臂限定了多个相邻带其中每个相邻带之间有空间,并且其中,可植入电感线圈被配置为在植入体口袋之前和之后至少基本保持螺旋状。
194.权利要求191所述的***其中,可植入能源包括电池和电容器中的至少一种,并且可植入能源是可压缩植入体的一部分。
195.权利要求191所述***191.其中,可压缩植入体形成心脏形状,可压缩植入体的大小和配置可定位在用户心脏附近的植入体口袋中。
196.权利要求191所述的***其中,可压缩植入体被配置为根据心率传感器检测到的心率调整光源的显示光。
197.一种皮下照亮墨水纹身的方式,该方法包括以下步骤
从微创入口切口形成皮下植入体口袋,其中皮下植入体口袋形成于墨水纹身下方;
压缩可照明植入体,使其通过微创入口切口植入;
将可发光植入体推进皮下植入体口袋;
减压可发光植入体;以及
减压后,在皮下植入体口袋中照亮可照明植入体,以从包含墨水纹身的皮肤下方照亮墨水纹身。
198.根据权利要求197所述的方法197其中,可发光植入体包括由LED灯组成的光片。
199.一种可通过微创入口切口植入植入体口袋内的植入体,包括
可生物吸收的材料,形成植入体的基底;
多个RFID芯片穿插在整个基底中,其中基底的配置是在植入植入体口袋后被患者的组织吸收,从而将多个RFID芯片留在植入体口袋中。
200.权利要求199所述的植入体其中,植入体可压缩,以便通过微创入口切口***,并可选择性地减压,以便在植入体口袋中定位。
201.权利要求199所述的植入体其中,相对于多个RFID芯片中的每个剩余RFID芯片,多个RFID芯片中的每个RFID芯片围绕基板随机地定位在基板上。
202.权利要求199所述的植入体其中,多个RFID芯片的至少一个子集包括可充电电源。
203.一种配置在植入体口袋中的神经刺激植入体,包括
沿着植入体细长轴线延伸的主干部;
从主干部延伸出的多个分支;以及
多个神经刺激电极,至少位于多个分支的一部分上。
204.权利要求203所述的神经刺激植入体203其中多个分支中的每个分支都向植入体的近侧延伸。
205.权利要求203所述的神经刺激植入体还包括一个电感线圈,用于产生无线电能。
206.权利要求203所述的神经刺激植入体其中,神经刺激电极被配置为以波状模式发射。
207.权利要求203所述的神经刺激植入体进一步包括心率传感器,其中心率传感器与多个神经刺激电极的至少一个子集联接,使得强度和发射率中的至少一个被配置为根据心率传感器检测到的心率自动改变。
208.一种配置在植入体口袋中的神经刺激植入体,包括
细长条带,其形状为蛇形,包括多个重复弯曲,其中每个弯曲的延伸方向与其相邻弯曲的延伸方向相反;以及
多个神经刺激电极设置在细长条带上,其中多个神经刺激电极的至少一个子集设置在多个重复弯曲的弯曲处。
209.权利要求208所述的神经刺激植入体.其中多个重复弯曲中的每个弯曲都包括一个神经刺激电极。
210.权利要求208所述的神经刺激植入体208.其中,细长条带形成正弦形状。
211.感官反馈植入***,包括
多个相互联接的植入体,其中每个植入体均可通过微创入口切口植入相应的皮下植入体口袋,以及
其中多个植入体中的至少一个被配置为采集电能、
其中多个植入体中至少有一个包括感官植入体,以及
其中,多个植入体中的至少一个包括细长条带,该细长条带被配置为定位在植入体通道中,以便将多个植入体中的两个植入体电联接起来。
212.根据权利要求211所述的感官反馈植入***其中配置为采集电能的多个植入体中的至少一个包括电感线圈。
213.根据权利要求211所述的感官反馈植入***其中配置为采集电能的多个植入体中的至少一个包括热电发生器。
214.根据权利要求211所述的感官反馈植入***.其中,配置为采集电能的多个植入体中的至少一个包括静电发生器和压电装置中的至少一个,配置为将来自用户身体运动的动力转换为电能。
215.根据权利要求211所述的感官反馈植入***其中,配置为收集电能的多个植入体中的至少一个包括生物燃料电池。
216.根据权利要求211所述的感官反馈植入***其中多个植入体中的至少一个包括一个辅助植入体,该辅助植入体包括天线、中央处理器、电池、电容器、数据存储元件、心率传感器和片上实验室元件中的至少一个。
217.根据权利要求211所述的感官反馈植入***其中,感官植入体包括听觉植入体。
218.根据权利要求211所述的感官反馈植入***.还包括一副与多个植入体中的至少一个通信连接的眼镜。
219.一种植入式起搏器***,包括
第一电感线圈和热电植入体中的至少一个,通过微创入口切口形状定位在第一植入体口袋中;
第二个电感线圈,通过微创入口切口定位在第二个植入体口袋中;
细长的柔性条带植入体,配置为通过微创入口切口定位在隧道植入体口袋内,并配置为将第一电感线圈和热电植入体中的至少一个与第二电感线圈电联接;以及
一种无线心脏起搏器,配置为放置在患者心脏上或邻近心脏的位置,其中无线心脏起搏器包括第三电感线圈,配置为接收来自第一电感线圈和热电植入体中至少一个的无线能量。
220.权利要求219所述的植入式起搏器***.还包括辅助植入体,该辅助植入体配置为与第一和第二电感线圈中的至少一个电联接,其中辅助植入体包括电池、电容器、CPU、PCB和天线中的至少一个。
221.权利要求219所述的植入式起搏器***其中,第一电感线圈和热电植入体中的至少一个包括一个热电植入体,并且热电植入体包括一个螺旋形,该螺旋形被配置为可通过微创入口切口定位。
222.一种皮下植入式能量递送***,包括
第一可植入电感线圈,包括从位于可植入电感线圈***的外末端向邻近可植入电感线圈中心的内末端以螺旋形延伸的臂,其中臂限定了多个相邻带,其中每个相邻带之间有空间,并且第一可植入电感线圈被配置为在植入第一植入体口袋之前和之后至少基本保持螺旋形;
第二可植入电感线圈,包括以螺旋形从位于可植入电感线圈***的外末端延伸至邻近可植入电感线圈中心的内末端的臂,其中臂限定了多个相邻带,其中每个相邻带之间具有空间,其中第二可植入电感线圈被配置为在植入第二植入体口袋之前和之后至少基本保持螺旋形;以及
细长的柔性条带植入体,配置为通过微创入口切口定位在隧道植入体口袋内,并配置为将第一电感线圈与第二电感线圈电联接,其中第二可植入电感线圈配置为向可植入设备无线传输电能。
223.权利要求222.还包括辅助植入体,该辅助植入体可通过微创入口切口定位在植入体口袋内,其中辅助植入体包括天线、中央处理器、电池、电容器、数据存储元件、心率传感器和芯片实验室元件中的至少一个。
224.权利要求222所述的***其中,可植入装置包括胃植入体、运动神经植入体、化学泵植入体、脑植入体、耳蜗植入体和植入式马达单元中的至少一种。
225.一种通过微创入口切口植入柔性植入体的方法,该方法包括以下步骤:
通过微创入口切口形成植入体口袋;
将一条或多条缝线与可压缩植入体连接起来;
将一条或多条缝合线中的至少一条缝合线通过微创入口切口伸入植入体口袋,并通过在植入体口袋中形成的针孔穿出;
通过微创入口切口,将可压缩植入体以压缩形状在器械上延伸;以及
通过拉扯一条或多条缝合线中的至少一条,在植入袋中对可压缩植入体进行减压。
226.权利要求225所述的方法其中,可压缩植入体包括一个或多个小孔,将一个或多个缝合线联接到可压缩植入体的步骤包括将一个或多个缝合线固定到一个或多个小孔上。
227.权利要求225其中,压缩形状包括卷曲形状,且减压可压缩植入体的步骤包括展开可压缩植入体。
附图简述
此处的书面披露描述了非限制性和非穷尽性的说明性实施例。请参阅图中描述的某些此类说明性实施例,其中
图1a描述了带有2个微珠尖端的微创电切装置远端部分的俯视平面图。
图1b描述了微创电切装置的俯视平面图,该装置的顶端有2个微珠,微珠之间有类似微珠的结构。
图1c描述了一种微创电切装置,其2个珠状尖端从带有手柄的轴上伸出。
图2a描述了一个人体躯干,该躯干接受了比较性双侧外科手术,以形成不同类型的植入体口袋,其中一个包括一个扩大的植入体口袋,该植入体口袋可通过电外科设备的多次冲程来形成,另一个包括一个细长的植入体口袋,该植入袋可通过此类器械的单次冲程来形成,或如图所示,通过剪刀等机械设备来形成。
图2b描述了传统的外科钝剪刀、加长手术刀和电外科笔。
图3a描述了一个圆形、柔性和可压缩植入体的顶部平面图。
图3b是植入体的侧视图。
图3c是植入体的顶部透视图。
图4a描述了根据另一个实施方案制作的圆形、柔性和可压缩植入体的顶平面图。
图4b是图4a种植体的侧视图。
图4c是植入体的放大侧视图。
图4d描述了植入体的顶部透视图。
图5a描述了根据另一个实施方案制作的植入体卷成压缩形状的侧视图。
图5b描述了植入体卷成压缩形状的侧视图。
图5c是将植入体卷成压缩形状的透视图。
图6a描述了用于***可压缩植入体的仪器的侧视图。
图6b是将植入体卷成压缩状态的透视图。
图6c描述了在安装过程中可用于保护植入体的护套的透视图。
图6d描述了柔性组织植入促进***(FTIFS)的一个实施方案的透视图。
图6e描述了图6d中柔性组织植入促进***的侧视图。
图7a描述了可与FTIFS结合使用的仪器的侧视图。
图7b描述了FTIFS的侧视图。
图7c描述了根据另一个实施方案的FTIFS的侧视图。
图8a描述了根据其他实施方案的可压缩植入体的顶平面图。
图8b是植入体在护套内折叠状态的横截面图
图8c描绘了植入体在未压缩形状下的侧视图。
图8d描述了根据一个实施方案制作的可压缩植入体的顶部透视图。
图9a描述了一种可用于移除手术器械的手术器械。
图9b描述了一种可用于移除手术器械的手术器械。
图10a描述了根据一个实施方案制作的可压缩植入体的顶平面图。
图10b描述了植入体在未压缩/未卷曲形状下的侧视图。
图10c描绘了植入体在压缩/滚动形状下的另一个侧视图。
图10d是植入体的顶部透视图。
图11描述了圆形植入体的一个实施方案的俯视平面图,该植入体包括非突出的增强区域。
图12描述了方形植入体的一个实施方案的俯视平面图,该种植体包括非突出的增强区域。
图13描述了矩形植入体的一个实施方案的俯视平面图,该植入体包括非突出增强区域。
图14描述了圆形植入体的一个实施方案的俯视平面图,该植入体包括非突出的增强区域。
图15描述了方形植入体的一个实施方案的俯视平面图,该种植体包括非突出的增强区域。
图16描述了矩形植入体的一个实施方案的俯视平面图,该植入体包括非突出的增强区域。
图17a描述了FTIFS仪器的一个实施方案的侧视图。
图17b描述了一个完整的FTIFS的侧视图。
图17c描述了完整的FTIFS的侧视图。
图18a描述了FTIFS仪器另一个实施方案的侧视图。
图18b描述了根据一个实施方案,植入体在滚动形状下的透视图。
图18c描述了根据一个实施方案制作的护套的透视图。
图18d描述了根据一个实施方案用于联接植入体孔的伴侣器械的侧视图。
图19a描述了一个圆形、柔性和可压缩植入体的底部平面图,根据一个实施方案,该植入体具有圆形上层结构。
图19b描述了一个圆形、柔性和可压缩植入体的侧视图,根据一个实施方案,该植入体具有圆形上层结构。
图19c描述了一个圆形、柔性和可压缩植入体的底部透视图,根据一个实施方案,该植入体具有圆形上层结构。
图19d描述了根据一个实施方案,植入体在滚动形状下的侧视图。
图20a描述了一个圆形、柔性和可压缩植入体的底视图,根据一个实施方案,该植入体具有"+"形上层结构。
图20b描述了根据一个实施方案制作的带有"+"形上层结构的矩形柔性可压缩植入体的底视图。
图20c描述了一个矩形、柔性和可压缩植入体的底视图,根据一个实施方案,该植入体还具有矩形上层结构。
图21描述了另一种椭圆形柔性可压缩植入体的俯视图,根据一个实施方案,该植入体可能包括一个椭圆形电感线圈。
图22描述了另一种矩形柔性可压缩植入体的俯视图,根据一个实施方案,该植入体可能包括一个矩形电感线圈。
图23描述了另一种可压缩细长矩形植入体的俯视图,根据一个实施方案,该植入体可用作多个电感线圈的基板。
图24a描述了圆形柔性可压缩网状植入体的俯视图。
图24b描述了圆形柔性可压缩网状植入体的侧视图。
图24c是圆形柔性可压缩网状植入体的顶部透视图。
图24d描述了滚压/压缩植入体的侧视图。
图25描述了可压缩的圆形柔性网状植入体的另一个实施方案的俯视图。
图26描述了可压缩矩形柔性网状植入体的另一种实施方案的俯视图。
图27描述了一种可压缩的多边形柔性网状植入体的另一种实施方案的俯视图。
图28描述了可压缩矩形柔性网状植入体的另一种实施方案的俯视图。
图29描述了网状植入体的俯视图,根据一个实施方案,该植入体可包括开口和电感线圈。
图30描述了网状植入体的俯视图,根据一个实施方案,网状植入体可包括增强区域、小孔和/或电池。
图31描述了网状植入体的俯视图,根据一个实施方案,该植入体可包括增强区域、小孔和/或电容器。
图32描述了一个植入体的侧视图,显示了根据一个实施方案,各种元件如何堆叠或以其他方式应用于一个植入体。
图33描述了一个圆形、柔性和可压缩植入体的底视图,根据一个实施方案,该植入体具有中空、可填充、圆形的上层结构。
图34描述了一个圆形、柔性和可压缩植入体的底视图,根据一个实施方案,该植入体具有中空可填充的"+"形上层结构。
图35描述了一个矩形、柔性和可压缩植入体的下视图,根据一个实施方案,该植入体的一侧带有中空可填充矩形上层结构。
图36描述了一个矩形、柔性和可压缩植入体的下视图,根据一个实施方案,该植入体具有中空可填充的"+"形上层结构。
图37a描述了圆形螺旋植入体的俯视图。
图37b描述了圆形螺旋植入体的侧视图。
图37c描述了圆形螺旋植入体的顶部透视图。
图37d描述了圆形螺旋植入物的放大截面图。
图38是根据一个实施方案制作的具有圆形实体横截面的圆形螺旋植入体的透视图。
图39是另一个圆形螺旋种植体的透视图,该种植体具有一个圆形中空截面。
图40描述了另一种圆形螺旋植入体的透视图,该植入体具有圆形横截面,根据一个实施方案,该植入体包含一根内部导丝。
图41描述了矩形螺旋植入体的俯视图。
图42a描述了多边形螺旋植入体的俯视图。
图42b描述了根据一个实施方案的螺旋植入体末端的放大图。
图43是根据一个实施方案绘制的螺旋带椭圆形横截面放大图。
图44描述了一种面条状的柔性植入体。
图45a描述了柔性面条状植入体的一部分侧视图,该植入体可能包含电子元件。
图45b描述了硬质空心套管/套管的侧视图,根据一个实施方案,这种套管/套管可以方便地植入面条状植入体。
图45c描述了一个柱塞的侧视图,该柱塞可用于推动面条状植入体穿过套管/导管。
图46描述了根据一个实施方案设计的柔性/面条状植入***的侧视图。
图47a描述了植入体口袋、植入体输送袋和入口切口。
图47b描述了一个植入体口袋和递送袋,皮肤表面有一个螺旋状植入体。
图47c描述了一个植入体口袋和递送袋,其中的螺旋形植入体在植入切口处转了几圈。
图47d描述了通过切口植入螺旋植入体的植入体口袋和递送袋。
图47e描述的是完全植入并位于植入袋中的螺旋植入体。
图48a描述的是从侧面观察的扁平植入体。
图48b描述了植入体的圆形横截面。
图48c描述了包含包壳的植入体的横截面图。
图48d描述了包含包壳的植入体的圆形截面图。
图48e描述了由多层包裹体组成的植入体的横截面图。
图48f描述了由多层包裹体组成的植入体的圆形截面图。
图48g描述了完全包裹的植入体的横截面图。
图48h描述了植入体的矩形横截面。
图48i描述了包含内部网格的扁平植入体的横截面图。
图48j描述了完全包裹的植入体的矩形横截面。
图48k描述了一个完全包裹的植入体的椭圆形横截面。
图48l描述了由多层全包裹体组成的植入体的截面图
图49描述了一个接受过手术的人体躯干,手术中使用裂解尖端形成植入体口袋,其中可能包含皮下光源。
图50描述了一名人体患者在植入体口袋中植入皮下可压缩植入体的情况。
图51a描述了根据一个实施方案,植入体在展开/未压缩状态下的顶平面图。
图51b描述了植入体在展开/未压缩状态下的侧视图。
图51c描绘的是植入体在滚动状态下的侧视图。
图52a描述了根据另一个实施方案,植入体在展开/未压缩状态下的俯视平面图。
图52b描述了植入体在展开/未压缩状态下的侧视图。
图52c描述了植入体在滚动状态下的侧视图。
图53a描述了一种可压缩的皮下植入体的顶部平面图,该植入体包括一个照明屏幕。
图53b描述了植入体的侧视图,说明了根据一个实施方案,每个元件如何与屏幕连接。
图53c描述了带有阻挡元件的植入体的侧视图。
图54a描述了另一种可压缩植入体,它包括一个辅助植入体,根据一个实施方案,该辅助植入体可与植入体电联接。
图54b从侧面描绘了一个未压缩的植入体,显示了植入体一侧的电感线圈。
图54c描述了一个由植入体和辅助植入体组成的完整***。
图55a描述了一个植入人体腹部皮下的可压缩网状植入体。
图55b描述了带有可选则性网状植入体***褶皱的网状植入体的侧视图。
图55c描述了带有可选重叠区的网状植入体的侧视图。
图56a描述了一名士兵在植入体口袋中植入多个皮下可压缩网状植入体的情况。
图56b描述了两个植入体,它们位于一个共用的皮下植入口袋中,并在一定程度上相互重叠,如重叠区域所示。
图57a描述了患者腹部的皮下可压缩植入体,这些植入体被放置在各自的植入体口袋中。
图57b描述了一种植入体的俯视图,该植入体含有RFID芯片,芯片的放置位置不太容预测。
图58a描述了一个微创电切削装置,根据一个实施方案,该装置带有2个微珠尖端。
图58b描述的是经过双侧对比手术后的人体躯干。
图58c描述了植入体排出套管的另一个实施方案的侧视图,该套管被配置为从侧面开口排出植入体。
图58d详细描述了连接到轴上的植入体排出套管的侧视图,描述了植入体排出柱塞将一系列可排出的植入体推过正面/侧面轴开口的情况。
图59a描述了一个人体躯干,该躯干接受了比较性双侧外科手术,干细胞培养箱植入条被放置在各自的植入体口袋中。
图59b描述了微创干细胞培养箱植入带实施方案的侧视图。
图59c描述了微创干细胞培养箱植入体的另一种实施方案的侧视图,其中有荷载仓夹在层叠层中。
图60a描述了一名人体患者的躯干,该患者通过微创入口切口将矩形可压缩皮下电子神经模拟(SQENS)植入***放置在植入体口袋中。
图60b描述了***植入体的侧立视图,说明了根据一个实施方案,每个元件如何与植入体连接。
图60c是植入体展开/未压缩状态下的俯视图
图60d描述了植入体在展开/未压缩状态下的顶部平面剖视图。
图61a描述了一名患者躯干右侧的螺旋皮下电子神经模拟(SSENS)植入***,该***具有多个植入体,每个植入体最好都位于通过微创入口切口制作的各自植入袋中。
图61b描述了单个3匝SSENS植入体的俯视图,该植入体具有外末端,电极沿螺旋面的一个或多个侧面或侧面分散,相邻带之间留有空间。
图61c描述了螺旋植入体实施方案的横截面放大图。
图62a描述了一名人体患者的躯干右侧,该患者通过微创入口切口将柔性条带/绳线皮下电子神经模拟(FSQENS)植入***植入到相应的植入体口袋中。
图62b描述了FSQENS柔性条带/绳线植入体的侧视图,说明了每个元件如何与条带联接。
图62c描述了沿柔性条带/绳线皮下电子神经模拟器(FSQENS)植入体的各种末端电极的布线方案的一个实施方案的放大透明视图。
图63a描述了一名人体患者躯干右侧的情况,该患者的皮下植入体是柔性条带/绳线,植入体分别位于微创入口切口附近的植入体口袋中。
图63b描述了直立斜面相对锋利的套管的俯视图。
图63c描述了同一套管轴旋转90度的俯视图。
图63d描述了斜面相对钝铲尖套管的直立替代实施方案的俯视图。
图63e展示了同一套管轴旋转90度的俯视图。
图63f展示了一个带有弯曲轴的套管。
图63g描述了植入体排出套管的另一个实施方案的侧视图,该套管被配置为从侧面开口而不是通过装置的远端排出植入体。
图64a描述了一名人体患者躯干的前侧,该患者通过微创入口切口将矩形可压缩皮下电子肌肉模拟(SQEMS)植入***放置在各自的植入体口袋中。
图64b描述了该***植入体的底视图,说明了每个元件在植入体上的连接方式。
图64c描述了腹部张力检测带的正视图,根据一个实施方案,该检测带可以选择与植入体一起使用。
图65a描述了一名人体患者躯干的正面,该患者的躯干上有多个螺旋式皮下电子肌肉刺激器(SSEMS)植入体。
图65b描述了单个3转SSEMS植入体的平面图。
图65c描述了SSEMS植入体手臂横截面的放大图。
图66a描述了植入柔性条带/绳线皮下电子肌肉刺激器(FSQEMS)的人体患者躯干的正面。
图66b描述了辅助植入体的一个实施方案,它可能包括天线、CPU/PCB和电池。
图66c是FSQEMS植入体末端电极布线方案的放大透视图。
图67a描述了螺旋植入体的一个实施方案,该植入体由多个穿插其中的LED组成。
图67b描述了具有矩形截面的螺旋植入体的截面图。
图67c描述了横截面相对较平的螺旋植入体的截面图。
图67d描述了横截面为椭圆形的螺旋植入体的截面图
图67e描述了具有五边形横截面的螺旋植入体的截面图
图67f描述了螺旋植入体的内末端,它包括一个开放的环/手柄。
图67g描述了螺旋植入体的内末端,它包括一个凹槽。
图67h描述了螺旋植入体的横截面图,该植入体的一侧附有上层结构。
图67i描述了一种螺旋植入体的横截面图,该植入体包括一个位于植入体腔体内的上层结构。
图67j描述了螺旋植入体的横截面图,该植入体包括一个位于植入体腔体内的上层结构,夹在其他功能元件(如电池和电感线圈)之间。
图67k描述了另一种螺旋植入体的横截面图,该植入体在螺旋臂的外侧有一个外部连接的上层结构。
图67L描述了另一种螺旋植入体的截面图,该植入体包含一个完全封闭的半圆形上层结构。
图67m描述了另一种螺旋植入体的截面图,该植入体在螺旋臂的内侧有一个外部连接的上层结构。
图67n描述了一个螺旋植入体的横截面图,该植入体包括一个上层结构,位于植入体的上下表面。
图68a描述了包含***上层结构的可压缩植入体的俯视平面图。
图68b描述了一种可压缩植入体的横截面图,该植入体包括一个***上层结构。
图68c描述了一种可压缩植入体的横截面图,该植入体包括一个***上层结构。
图68d描述了一种可压缩植入体的横截面图,该植入体包括一个***上层结构。
图68e描述了一种可压缩植入体的横截面图,该植入体包括一个***上层结构。
图69描述了一种螺旋植入体,其螺旋臂之间几乎没有空隙。
图70a描述了植入柔性条带/绳线电子生殖器刺激***(FSEGS)的人类患者躯干的前视图。
图70b描述了FSEGS植入体和辅助植入体的侧视图,辅助植入体可包括天线、CPU/PCB和电池。
图70c描述了FSEGS植入体上各种末端电极的布线方案的放大透视图。
图70d描述了延伸至******的绳状植入体。
图70e描述的是延伸至***关键部位的绳状植入体。
图70f描述了一个FSEGS植入体沿着***轴向下延伸,部分进入******。
图70g展示了两个并排放置在***内的植入体。
图71a描述了由柔性条带/绳线电子植入体(FSEI)组成的感官处理反馈***的一个示例。
图71b描述了辅助植入体的透视图,该植入体可包括电池、存储设备、天线和CPU/PCB。
图71c描述了另一种辅助植入体的侧透视图,该植入体可安装在FSEI的末端。
图72a描述了一个躯干的正视图,该躯干具有一个由FSEI-EKG植入体组成的皮下心电图(EKG/ECG)示例。
图72b描述了辅助植入体的透视图,该植入体可包括电池、存储设备、天线和CPU/PCB。
图73a描述了一个躯干的正视图,该躯干上有一个皮下动力递送***,该***包括一个FSEI。
图73b描述了辅助植入体的透视图,该植入体可包括电池、存储设备、天线和CPU/PCB。
图73c描述了一个供电***的侧立视图,该***包括一个几乎完全植入的热电植入体。
图74a描述了一个人体躯干的正视图,该躯干具有皮下动力递送***和皮下植入式心律转复除颤器***的一个示例。
图74b描述了辅助植入体的透视图,该植入体可能包括电池、存储设备、天线和CPU/PCB。
图75a描述了一个皮下动力递送***的正面侧视图,该***包括一个FSEI,可为各种其他植入装置提供动力。
图75b描述了辅助植入体的透视图,该植入体可包括电池、存储设备、天线和CPU/PCB。
图75c描述了由电感线圈组成的无线供电胃植入体的侧视图。
图75d描述了由电感线圈组成的无线供电足底/腿部植入装置的侧视图。
图75e描述了由电感线圈组成的无线供电药物/化学泵植入装置的侧视图。
图75f描述了由电感线圈组成的无线供电脑部/神经***植入体的侧视图。
图75g描述了无线供电耳部/内部刺激器植入体的侧视图,该植入体包括一个电感线圈。
图76a描述了皮下输电***的一个示例的正面侧视图,该***由FSEI组成,可为植入式电机单元供电。
图76b描述了辅助植入体的透视图,该植入体可包括电池、存储设备、天线和CPU/PCB。
图77描述了柔性植入促进***(FTIFS)的局部透明俯视图。
图78a描述了无线充电***的横截面侧视图。
图78b描述了用于冷却无线充电***的膀胱的透视图。
图79a描述了一种分支状柔性皮下电子神经刺激植入体的顶部平面图。
图79b描述了另一个实施方案中的分支状柔性皮下电子神经刺激植入体的顶部平面图。
图79c描述了蛇/曲线状柔性皮下电子神经刺激植入体的俯视平面图。
图80a描述了圆形螺旋植入体的俯视图。
图80b描述了螺旋植入体的横截面图。
图80c描述了根据其他实施方案的螺旋植入体的横截面图。
图80d描述了根据其他实施方案的螺旋植入体的截面图。
图81a描述了一个复合***的俯视平面图,该***包括一个用于延长/控制药物/化学物质递送的微创植入体。
图81b描述了图81a***中螺旋植入体的截面图。
图81c描述了图81a***中类似膀胱的可压缩植入体的横截面图。
图81d描述了根据某些实施方案的螺旋植入体上部的放大截面图。
图81e描述了图81a***的辅助植入体的透视图。
图81f描述了图81a***的粉末混合/分配分段舱盒的放大图。
图81g描述了图81a***的气体递送分段舱盒的放大图。
图81h描述了图81a***的液体混合/分配分段舱盒的放大图。
详细说明
图1a描述了微创电切装置远端部分的俯视平面图,该装置带有2个珠状尖端,其中两个珠状尖端从轴的远端突出。尖端102包括一个珠状结构,可定位在轴的远端。
图1b描述了微创电切装置的俯视平面图,该装置的顶端有两个珠状结构,珠状结构之间有一个似珠状结构。顶端103包括一个珠状结构,也可位于轴的远端。
图1c描述了一种微创电切装置,其2个珠状尖端104从轴105的远端伸出,近端有手柄106。一些这样的和类似的装置可以在题为"微创解剖组织的装置、***和方法"的美国专利10,603,101;题为"微创解剖组织的装置、***和方法"的美国专利10,952,786,及其部分延续专利中找到。
图2a描述了一个接受了双侧对比外科手术后的人体躯干。在患者的右侧(图中的左侧),使用裂解尖端,例如具有珠子和邻近凹入部的裂解尖端(例如图1c)来形成植入体口袋202,其一个或多个尺寸远超过用于开始创建植入体口袋的入口切口250a(例如约5毫米)的尺寸。向外箭头描绘了解剖装置从入口切口250a向外延申的初始前进路径;所示装置也可配置为向后方向解剖。不过,出于空间考虑,示意图中未显示向后箭头。在患者的左侧(图中的右侧),图中所示的是一把钝头加长型Metzenbaum手术解剖剪刀205,它可以伸展到最长,直到指环与入口切口250b相邻。请注意,由于入口切口较小,剪刀无法展开,因此解剖袋203的大小受到限制。因此,即使250b扩大到1.5厘米(是250a的三倍,而且大多数患者也不希望这样),那么总柄宽为8毫米的剪刀也只能在距离指环15厘米处展开剪刀刀尖,在所描述的情况下还不到几毫米。这种极小的剪刀刀尖扩散范围在手术解剖中效率很低,而且很可能导致口袋变小,更不用说远处出血的前景了,而远处出血实际上很难止住,也很费时。图中还展示了其他典型的加长型手术器械。
图2b描述了传统外科钝剪刀205、加长手术刀204和电外科笔206。值得注意的是,加长手术刀204和电外科笔206各自通常会遇到解剖限制和时效性不强的问题。使用超声波和/或射频绝缘内窥镜剪刀和/或夹持器械(其中一些还可能使用超声波)等工具,可以尝试在皮下组织中进行大面积解剖,同时进行电凝/电切。然而,这类剪刀的通电表面积更大,尽管刀尖可能很钝,但在通电后盲目用于大面积解剖时,由于缺乏对这类器械的精确控制,可能会在不需要的情况下迅速切开外部皮肤;朝前的通电表面积更大,可能会有损伤关键神经的风险,并造成更不规则的解剖平面,从而增加风险和并发症。使用内窥镜钳夹器械的渐进式钳夹和松开钳夹来解剖大面积的皮下(就像外科医生在腹腔内工作一样)可能会非常耗时、乏味,而且可能会留下极不规则的解剖区域,这本身就会为并发症和风险提供更大的表面积,包括但不限于感染、血肿、血清瘤和过度纤维化。使用带电或不带电的单点探针设备,如超声波或激光驱动的吸脂套管等,很少能完全切断垂直穿过皮下脂肪的纤维隔膜,因此会在皮下留下瑞士奶酪状的外观,这实际上不允许植入大尺寸的植入体。即使如图2a所述,以扇形方式使用上述器械,同时使用内窥镜观察出血或平面置放情况,该手术也可能存在时间效率低下的问题,而且需要使用两种器械占据一个微创入口切口,从而可能使所需的入口切口增加一倍,和/或由于多种器械在前后方向不断摩擦入口切口而增加入口切口的创伤。因此,内窥镜剪刀和/或夹持器械可用于创建体腔(例如腹膜、胸膜)微创植入体口袋,但用于创建皮下微创植入体口袋可能会有问题,或在大部分植入体口袋(例如超过10平方厘米)中不切实际。
图3a描述了圆形、柔性和可压缩植入体301的俯视图。植入体301可以滚动和/或折叠(用于皮下放置),因此具有可压缩性。图3a中显示的植入体301处于未卷或未压缩/原生状态。在某些实施方案中,植入体301可包括柔性固体或半固体材料,如水凝胶、塑料、金属、有机聚合物、生物聚合物或类似材料。其他实施方案可包括纳米聚合物或甚至硬质固体(如玻璃、石英等),当它们被分割成足够小的碎片并封装在柔性材料中时,可用于本文所述的程序。药物、维生素或其他化学物质,包括生物制剂,也可以通过包括但不限于3D打印的方法,结合或溶解或存在于植入体301的部分或全部结构中。该结构的不同区域和/或部分可以打印或以其他方式设计成不同的药物或化学物质,如果设想使用多种材料,一些材料可能呈饼图形状,以便最终递送到患者体内。
植入体301可包括一个或多个突出片302,有助于植入微创入口切口。图3b是植入体301的侧视图,显示了边缘304和突出片302。图3c是植入体301的顶部透视图。植入体301可以在压缩状态(例如卷曲状态)下展开,然后在通过入口切口***并定位在植入体口袋中后展开或以其他方式减压,这一点将在下文中讨论。本文公开的各种实施方案,包括但不限于植入体301,可以特别配置为没有任何尖锐边缘和/或尖点,这可能有助于排除或至少抑制组织刺激和/或损伤,例如炎症,这可能是由尖锐边缘、尖点等引发的。
在包括植入体301在内的各种优选实施方案中,植入体不仅可以压缩和减压,还可以在减压后膨胀为扁平或相对扁平的形状。***植入体或组织扩张器植入体的不同之处在于,它们可能在非空间面积维度上具有非扁平和/或厚得多的形状。
植入体301可包括以下一种或多种材料或相关材料:高水性pH敏感性水凝胶可包括PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)和PHEMA(聚羟乙基丙烯酸甲酯)共聚物,在中性或高pH值下膨胀,在低pH值下不膨胀。高水性热敏性水凝胶可包括聚有机膦苯和α-氨基ω-甲基聚乙二醇的水凝胶,这种水凝胶可输送药物,如人体生长激素。对高水性葡萄糖敏感的水凝胶可包括聚乙二醇和甲基丙烯葡酸的交联聚合物,当葡萄糖浓度升高时,可递送胰岛素等药物。纳米水凝胶可由天然多糖(如葡聚糖、葡聚糖或其他含胆固醇的多糖)形成,可用于控制溶菌酶、白蛋白和免疫球蛋白等蛋白质的释放。水凝胶可由多糖组成,这些多糖通过甲基丙烯酸酯和醛基团的功能化作用形成网络,软骨细胞可从中释放出来。皮洛卡品和噻吗洛尔等药物可注入木聚糖等水凝胶中。微凝胶还可用于将大分子(如吞噬体)输送到抗原递呈细胞的胞浆中,并使其自身与软骨修复所需的组织膜模式相匹配。上述信息以及其他药物和水凝胶可参见《作为潜在药物输送***的水凝胶》,Amin,《科学研究与论文》,第3(11)卷,1175-1183,2009年,特此全文并入作为参考。
水凝胶可由合成聚合物(如PVA、聚(羟基烷基甲基丙烯酸酯))和生物聚合物(如藻酸盐、胶原蛋白和壳聚糖)制成。此类水凝胶可用于递送药物,例如重组人粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(rhGMC-SF),以治疗烧伤等。含有疏水域的水凝胶可包括合成聚合物,如聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAm),可用于递送多柔比星等疏水性药物。可降解水凝胶可包括可生物降解PED水凝胶系列,这些水凝胶可通过缓慢水解的酯键释放蛋白质或药物。治疗药物与水凝胶之间的共价连接(如用于将TGF-Beta1与PEG水凝胶连接的酰胺键)聚合物也可用于或替代用于增加稳定性。上述信息以及药物与水凝胶的其他组合可参见"DesigningHydrogels for Controlled Drug Delivery",Li,Nat Rev Mater,2016,特此全文并入作为参考。
对pH值敏感的水凝胶也可用于某些应用,例如聚丙烯酸水凝胶,可用于向肿瘤等部位递送药物,如2-甲氧基***。热致伸缩性水凝胶也可用于各种应用,因此可与本文公开的一种或多种植入体结合使用。此类水凝胶的示例包括聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAm),可用于静脉注射多西他赛(DTX)。光敏水凝胶也可用于本文公开的一种或多种植入体,例如包括[Mn(CO)3(qbt)(4-vpy)](CF3SO3)(qbt-2-(喹啉基)苯并噻唑)photoCORM、通过4-vinylpyridyne(4-vpy)与2-hydroxyethyl methacrylate聚合物链(HEMA)共价键合,用于递送一氧化碳(CO)作为抗增殖措施。对磁场敏感的水凝胶也可用于某些实施方案和实施方式,其中可包括由聚(乙二醇)二甲基丙烯酸酯(PEGDMA)交联的具有PEGMMA主干的聚合物合成的含SPION的水凝胶,联接药物洗脱和热处理。生物反应性水凝胶可由PEG和对金属蛋白酶(MMP)敏感的交联剂合成,形成对金属蛋白酶(MMP)等蛋白质有反应的可生物降解***。可使用智能水凝胶,其中一些可对多种外部刺激做出反应,以结合各种治疗方法。上述及其它智能水凝胶和可递送药物可参见"智能水凝胶--合成刺激响应型抗肿瘤药物释放***",Kasinski,《国际纳米医学杂志》,2020年,特此全文并入作为参考。
在某些实施方案中,可生物降解的亲水性水凝胶可包括分散的低水溶性亲脂颗粒。这种亲脂微粒可包括疏水性治疗剂等。有关所公开的水凝胶给药***的更多详情,可参见标题为"给药***及应用"的美国专利第10,226,417号,现将该专利全文并入作为参考。
在某些实施方案中,可植入聚合物水凝胶以递送治疗剂(例如胰岛素、双氯芬酸等)。这种水凝胶可包括共价交联水凝胶等,可控制治疗剂的释放。水性聚合物前体可在注射前以可流动的粘度与治疗剂在体内结合。在某些情况下,水凝胶可被设计为粘附在某些组织上,在原位联接,和/或降解为生物相容性产品。此类水凝胶***可使用生物相容性前体(可包括乙烯基己内酰胺、丙烯酸酯封端聚乙二醇等)和/或含有高比例的水。在一个优选的实施方案中,植入的水凝胶可以是柔软的、亲水性的、配置成与空间相适应而没有硬边缘的,和/或可以降解成生物相容性产品。一些用于给药的水凝胶可包括琥珀酰亚胺基琥珀酸酯、琥珀酰亚胺基戊二酸酯等。更多信息可参见题为"水凝胶聚合物组合物和方法"的美国专利第10,251,954号,现将其全文并入作为参考。
局部药物递送***可包括锚定在组织和/或器官上的药物洗脱可吸收装置等。在某些实施方案中,药物洗脱装置可包括可生物降解粘合剂和至少一个可吸收锚。一些锚的实施方案可包括可吸收倒钩、线圈或钩。在某些情况下,该装置可包括针状形状、钩针形状、芯片形状等。在某些实施方案中,可调节降解速率以获得更长/更短的药物递送持续时间。用于递送药物的材料可包括聚乳酸-共聚-乙醇酸等。与本文所公开的各种实施方案相关的、可能有用的药物递送***的其它信息可参见美国专利申请公开号2015/0080855,标题为"局部药物递送的***、装置和方法",现将其全文并入作为参考。
植入式药物洗脱装置可包括水凝胶和异凝胶等物质。在某些情况下,药物洗脱水凝胶可通过交联治疗剂周围的前体形成。前体可溶解到有机溶剂中,形成有机凝胶,有机凝胶可由天然(如多糖)、合成或生物合成聚合物形成。合成有机凝胶或水凝胶可由生物稳定前体形成,例如聚(羟基烷基甲基丙烯酸酯)和/或聚丙烯酰胺。前体还可包括亲水部分,例如聚氧化乙烯。前体还可包括合成前体、天然蛋白质、多糖、疏水/亲水部分、官能团、多臂前体、分支状聚合物、肽等。水凝胶的交联密度和扩散药剂的分子量等因素可能会影响药剂的扩散速度。有关水凝胶给药***的更多详情可参见美国专利申请公开号2016/0166504,标题为"水凝胶药物递送植入体",现将其全文并入作为参考。
在某些实施方案中,可以植入药物洗脱水凝胶,使其在原位发生交联。这种水凝胶递送***可递送多种治疗药物,例如疏水剂/亲水剂。一些实施方案可能包括将水性聚合物前体与药剂以可流动的粘度结合并植入体内,在体内交联的水凝胶在原位形成。一些实施方案可包括配制成粘附于组织的水凝胶,这可提高治疗货物的释放和稳定性。一个较好的实施方案可包括可随时间降解为生物相容性产品而不会引起炎症的水凝胶。有关水凝胶药物递送***的更多详情可参见美国专利申请公开号2016/0331738,标题为"水凝胶药物递送",现将其全文并入作为参考。
可植入药物洗脱装置的进一步***可包括可再充填的药物递送装置。在某些实施方案中,药物递送装置可以包括载体和目标识别分子,实施例如,它们可以形成双组分结合对。以这种方式释放的药物可包括抗癌药物(如多柔比星)、血管生成促进药物、再狭窄预防药物等。在某些情况下,载体可包括聚合物、蛋白质、合成/生物水凝胶、复合材料等。实施例如,水凝胶可包括聚乙二醇、胶原蛋白、藻酸盐、多糖、透明质酸等。在一些实施例中,药物递送***可包括至少两个药物递送装置,它们可位于体内的相同位置或不同位置。在一些实施方案中,目标可包括生物正交官能团,目标识别基团可包括互补官能团,其中这两个基团都能发生化学反应。在某些实施方案中,治疗货物可包括小分子或生物制剂。生物制剂可包括抗体、疫苗、基因治疗、细胞治疗等。药物补充剂可以口服、腹腔注射、静脉注射或动脉内注射。在某些实施方案中,药物组合物可以通过可裂解连接剂附着在目标上,从而使药物补充剂可以掩盖药物组合物的潜在毒性。在某些实施方式和实施方案中,药物组合物在递送到药物递送装置后,可通过裂解药物组合物与目标之间的连接来解除掩蔽。有关此类药物递送方法的更多详情可参见美国专利申请公开号2020/0197526,标题为"可再充填药物递送装置及其使用方法",现将其全文并入作为参考。
在某些实施方案中,可生物降解聚合物药物载体可用于长时间递送药物。植入的聚合物药物载体可施用的药物包括氯尼替丁等,可减轻多种原因引起的疼痛。当植入可生物降解聚合物时,这种缓解可持续数天至数月。药物递送***的一个实施方案可包括通过可生物降解聚合物递送药物的氯尼定,该聚合物可包括聚(乳酸-共聚-乙二醇)等。另一个实施方案可以包括例如由聚(乳酸-共-乙二醇)释放的盐酸氯尼定。有关合适的氯尼定递送药物方法的更多详情,可参见题为"可生物降解聚合物载体中的氯尼定制剂"的第9,763,917号美国专利,现将其全文并入作为参考。
在某些实施方案中,植入的水凝胶可对温度等刺激做出反应。在某些实施方案中,这种水凝胶可包括壳聚糖和核酸等。在某些情况下,可以对水凝胶进行调整,使其在室温下呈溶胶状,一旦进入体内则转变为凝胶状。在一个优选的实施方案中,核酸和壳聚糖的重量比可从约50:1到约2000:1,其中DNA为核酸。在某些实施方案中,核酸可以是DNA、RNA或它们的混合物。在某些情况下,DNA可包括寡核苷酸、多核苷酸和多脱氧核苷酸。在某些实施例中,水凝胶可以包括额外的聚合物材料,例如,可以包括透明质酸、纤维素、藻酸盐等。有关水凝胶***的更多细节可参见美国专利申请公开号2019/0054015,标题为"包括核酸和壳聚糖的温度敏感水凝胶组合物",现将其全文并入作为参考。
含生物活性剂的凝胶可用于某些应用,例如治疗血管疾病。在某些实施方案中,凝胶可以是触变性和浑浊的,在低剪切力下具有高粘度,并含有生物活性剂。因此,在无血流/低血流条件下,凝胶可停留在血管的管腔空间中;凝胶可溶于血液,因此当血流恢复时,凝胶可溶解。在某些实施方案中,凝胶可用于向血管治疗部位递送生物活性剂。实施例如,某些实施方案可包括一种基于环糊精聚合物的组合物,该组合物包含环糊精、聚合物(例如,包含可与环糊精形成水凝胶的乙二醇单元,其中环糊精和聚合物自组装形成水凝胶)和至少一种药物。有关凝胶型药物递送***的更多信息可参见美国专利申请公开号2019/0247306,标题为"治疗血管病症的物品和方法",现将其全文并入作为参考。
在某些实施方案中,非腐蚀性聚合装置可植入皮下,在数月到数年的较长时间内递送药物。在某些实施方案中,多巴胺激动剂等药物可通过聚合物基质中的小孔隙释放。在某些情况下,聚合物装置可包括乙烯-醋酸乙烯酯(EVA),而多巴胺激动剂可包括阿朴***、罗匹诺尔、罗替戈汀等产品。在某些实施方案中,聚合物基质中可能含有抗炎剂(如抗组胺剂)和/或抗氧化剂。此类制剂可与多巴胺激动剂同时递送药物。有关此类制剂和递送药物的方法的其它信息可参见美国专利第9,278,163号,标题为"用于持续释放多巴胺激动剂的可植入聚合装置",现将其全文并入作为参考。
在某些情况下,含有治疗剂的微胶囊可用于递送药物。在某些实施方案中,微胶囊可包含聚合物,例如聚乳酸、聚乙醇酸及其共聚物。这种微胶囊可以延迟或立即释放治疗剂。在某些实施方案中,微胶囊可分散在载体中,例如水、凝胶和/或非水溶剂。有关微胶囊药物递送***的更多详情,请参阅题为"可植入药物洗脱***和使用方法"的美国专利申请公开号2021/0077114,现将其全文并入作为参考。
在皮肤上进行阈值微创手术,以改变构成皮肤的任何成分(包括皮下脂肪),应定义为:皮肤切口的面积小于总周长或皮肤表面下区域凸周长的10%,该区域将被或已被拟议/已完成的手术所改变。因此,如果一个10x10厘米的矩形区域(=40厘米周长)的皮下区域被破坏,任何低于4厘米的切口都将被视为"阈值"微创手术。
这里所说的皮肤极微创手术是指:皮肤切口的面积小于总周长或皮肤表面下凸面周长的5%,该皮肤切口将或已经被拟议/已完成的手术所改变,例如可能包括植入体口袋的大小和/或减压植入体本身的大小。因此,如果皮下区域有一个10x10厘米的矩形区域(=40厘米周长)被破坏,任何低于2厘米的切口都将被视为极微创。
在皮肤上进行超微创手术,以改变构成皮肤的任何成分(包括皮下脂肪),其定义是:皮肤切口的面积小于总周长或皮肤表面下区域凸周长的3%,该区域将被或已被拟议/已完成的手术所改变,其中也可能包括植入体口袋的大小和/或减压植入体的大小。因此,如果皮下区域有一个10x10厘米的长方形区域(=40厘米周长)被破坏,任何低于1.2厘米的切口都将被视为超微创切口。
对于不规则区域/周长(甚至像变形虫一样的植入区域),可以按照Wirth的方法测量凸周长(包围物体的凸壳的周长),利用《形状分析与测量》,Wirth M,2004http://www.cyto.purdue.edu/cdroms/micro2/content/education/wirth10.pdf中介绍的方法和公式进行周长计算,该书在此全文引用。另一种简单的方法是利用网格点估算不规则区域的周长。
在此,阈值微创植入体(,植入和/或配置为植入皮肤层或邻近层)被定义为:在植入体总周长或凸周长小于10%的皮肤切口后,配置为实现成功植入并在优选实施例/实施方式中保持植入体预期寿命功能的植入体。在本文公开的实施例/实施方式中,阈值微创植入体包括可***皮肤切口的植入体,该切口的尺寸小于植入体"空间面积"(即......本文所用的植入体"空间面积")总周长的10%,或者在植入体具有凹陷、凹槽或类似凹面的情况下,小于凸周长的10%、从患者皮肤的平面图向下看,植入体的二维形状,植入体在患者的植入体口袋中完全安装(包括对可压缩植入体进行减压)后位于该区域下方;植入体的"空间面积"通常至少与患者皮肤大致平行,为皮肤的各种褶皱和曲线留出余地)。因此,就本公开而言,植入体的"空间面积区域"可视为使用此定义的植入体"空间面积"区域。因此,举例来说,一个8x8厘米的长方形植入体(从上述角度看)(=32厘米周长)必须能够通过3.2厘米的切口,才能符合微创植入体的阈值定义。
在此,极微创植入体(植入和/或配置为植入皮肤层或邻近层)被定义为:植入体被配置为实现成功植入,并且在优选实施例/实施方式中,在植入体总周长或凸周长小于7%的皮肤切口中植入后,在植入体的预期寿命内保持功能的植入体。在本文公开的实施例/实施方式中,极微创植入体包括可***皮肤切口的植入体,其切口面积小于植入体"空间面积"(即......)总周长的7%,或在植入体具有凹陷、凹槽或类似凹面的情况下,小于凸周长的7%、从患者皮肤的平面图向下看,植入体的二维形状,植入体在患者的植入体口袋中完全安装(包括对可压缩植入体进行减压)后位于该区域下方;种植体的"空间面积"通常至少与患者皮肤大致平行,为皮肤的各种褶皱和曲线留出余地)。因此,就本公开而言,植入体的"空间面积区域"可视为使用此定义的植入体"空间面积"区域。因此,举例来说,一个8x8厘米的长方形植入体(周长=32厘米)必须能够通过2.2厘米的切口,才能符合超微创植入体的定义。
在此,超微创植入体(植入和/或配置为植入皮肤层或邻近层)被定义为:植入体在***皮肤切口(切口面积小于植入体总周长或凸周长的5%)后,能够成功植入,并且在优选实施例/实施方式中,能够在植入体预期寿命内保持功能的植入体。在本文公开的实施例/实施方式中,超微创植入体包括可***皮肤切口的植入体,其切口面积小于植入体"空间面积"(即......)总周长的5%、从患者皮肤的平面图向下看,植入体的二维形状,植入体在患者的植入体口袋中完全安装(包括对可压缩植入体口体进行减压)后位于该区域下方;植入体的"空间面积"通常至少与患者皮肤大致平行,为皮肤的各种褶皱和曲线留出余地)。因此,就本公开而言,植入体的"空间面积区域"可视为使用此定义的植入体"空间面积"区域。因此,举例来说,8x8厘米的矩形植入体(周长=32厘米)必须能够通过1.6厘米的切口,才能符合超微创植入体的定义。
在此,成功的植入和功能被定义为:在将植入体***限定尺寸的皮肤切口后,能够保持预期的形状(不会折叠)和/或在预期寿命内保持预期的位置。迄今为止,许多已发表设计的精密电子元件或薄膜都无法忍受使用许多常见手术工具通过这种大小相称的切口进行植入,因此预期功能/寿命可能会受到影响。
可填充***和组织扩张植入体的最终厚度(三维)通常大于其最大二维空间面积尺寸(如矩形/圆形植入体空间面积形状的对角线/直径)的50%;这种形状类似于可填充膀胱。不过,在此类植入体通常连续进行的端口填充阶段,非最终厚度的范围可能接近于0到最终厚度的百分比。可填充的***和组织扩张植入体通常也不用于储存液体,因为液体中可能含有化学品或药物,以便日后递送。
本文所述的非线性植入体实施例可以是柔韧、可膨胀的层叠状结构,也可以是用于储存液体的区域,其中可能含有化学品或药物,以便日后递送。因此,在优选的实施例中,本文所述的非线性植入体实施例优选配置为比例如***和其他组织扩张植入体更"平"。更具体地说,在优选的实施方案中,这些植入体的配置可避免膨胀到最终厚度超过其最大足迹尺寸的25%。
对于充气式植入体,未压缩应视为包括最终完全充气配置的植入体。还应理解的是,虽然现有技术中可无线充电的典型组织植入体体积相对较小,因此消耗/利用的电能相对较少,但由于本文所公开的独特结构和方法,本文所公开的各种实施例可以大得多,因此可以接收、产生和/或利用相对大得多的电能、这极大地扩展了本文所披露的植入体的潜在功能,如为光线发射提供电源、为较大的电机和其他较大和/或较多的设备提供电源,这些设备单独或共同需要更多的能量。
图4a描述了另一种可压缩植入体401的俯视图。植入体401同样包括一个圆形、柔性和可压缩的植入体,可以滚动和/或折叠,以便进行皮下放置。图4a描述了植入体401的未卷曲或未压缩/原生状态。植入体401可以由与植入体301类似的材料组成。植入体401还可能包括突出片402,有助于植入微创入口切口。不过,植入体401还可能包括宏观定位/器械接合小孔403,该小孔位于一个或多个(在某些情况下是全部)突出片402中或其结构的其他地方,可配置为接收和/或接合器械或器械的一部分,以方便将植入体401置入微创入口切口。在某些实施方式和实施方案中,可使用包含突起的器械,这些突起能够拖曳或拉动小孔周围的材料,从而将植入体401推进到通过此类小入口切口的适当位置。
图4b是植入体401的侧视图,描述了可选层叠体的使用情况,这些层叠体也可用于图4a的植入体。图4b描述了植入体401边缘404,该边缘带有可选的上层叠体405和下层叠体406。
在某些实施例中,层叠体405和406可以仅在各自的外边缘处密封,以便在其间形成一个膀胱,膀胱中可以容纳各种液体,以便最终递送到患者体内。在某些实施例中,两块层叠体之间的结构可以部分或全部移除。例如,可以形成孔洞或其他开口,使夹在层叠体405/406之间的液体能够来回流动,从而有效地形成一个单一的膀胱或腔室。因此,应该理解的是,层叠体405/406中的一个或两个可能具有完全与植入体401主体接触的表面(尽管在图中看起来两者之间有空隙),或者可能存在与一个或两个层叠体405/406相邻的空间,这同样可以容纳流体。在进一步考虑的实施方案中,层叠体可包括乙烯-乙烯醇共聚物。
层叠体405和406可进一步包括小孔/空洞/空隙407h,这些小孔/空洞/空隙可使药物、分子、化学品等从植入体401中排出,最好是在植入后排出。这些物质可被配置为通过渗透等被动方式或通过电磁场等间接驱动等主动方式从植入体401中排出。小孔/空洞/空隙407h可由诸如门407g的结构选通,例如,门407g可包括电致动智能纳米多孔膜(如Langer,无线按需给药,《自然电子学》,2021年)。
在某些实施方案中,层叠体405和406可包括电反应凝胶,例如装有药物(例如胰岛素)的聚(二甲基氨基丙基丙烯酰胺)(PDMAPAA)。这种凝胶可配置成在外部施加电场的刺激下释放药物和/或其他化学物质/材料。同样,由壳聚糖-接枝-聚苯胺共聚物和氧化葡聚糖制备的载入阿莫西林/布洛芬的水凝胶也显示出了由外加电压设定的可控释放率。电致动智能纳米多孔膜在某些实施方案中也可使用或替代使用,例如可由掺杂十二烷基苯磺酸盐(DBS)的聚吡咯(PPy)制成,用于脉冲式药物释放。上述信息以及可用于本文所公开的一个或多个实施例的可促动药物释放的多孔膜的其他示例,可参见《无线按需给药》(Wirelesson-Demand Drug Delivery),Langer,Nature Electronics,2021,特此将其全文并入本文作为参考。
在某些实施方案中,热致动型脂膜可用于按需递送药物,并可纳入本文公开的各种实施方案中。在某些情况下,可使用电感联接线圈向电阻加热元件递送电能。在某些实施方案中,脂膜可包括例如二棕榈酰磷脂酰胆碱、1,2-二月桂酰-sn-甘油-3-磷脂酰乙醇胺、二棕榈酰磷脂酰甘油和/或1,2-二油酰-3-三甲基铵丙烷和胆固醇。在某些实施方案中,植入物可包括一个可单独寻址的热致动器阵列,每个热致动器阵列由一个与电阻器联接的接收线圈和一层包裹药物的热致动脂膜组成。在一个优选的实施方案中,药物释放可在高于正常体温但低于最高允许温度的温度下进行,这样就可以有选择地驱动药物递送。有关药物递送***的更多详情,请参阅"Biological Lipid Membranes for On-Demand,WirelessDrug Delivery from Thin,Bioresorbable Electronic Implants",Lee,NPG AsiaMaterials,2015,10.1038/am.2015.114,特此全文并入作为参考。
图4c描述了植入体401的放大侧视图,目标结合材料409沿着植入体401的边缘404结合目标/受试物材料410,如图所示。释放后,目标结合材料408可以不结合。
图4d是植入体401的顶部透视图,也描述了植入体的边缘404。如前所述,植入体401可以在压缩状态(例如卷曲状态)下植入,然后在通过入口切口***并定位在植入体口袋中后展开或以其他方式减压。
图5a描述了植入体501压缩后的侧视图,以便从切口进入。在所描述的配置中,植入体501已被卷成所示的压缩配置。植入体501可以类似于之前讨论过的一种或多种植入体,因此可以由之前提到的任何材料制成。植入体501可进一步包括突出片502,如前所述,突出片502可配置为便于使用待讨论的器械置入微创入口切口。就本公开而言,入口切口可视为在表皮和真皮中形成一个开口,以便到达皮下和/或深层组织。
图5b是轧制植入体501的侧视图,显示边缘504和标签502。图5c是植入体501的透视图,显示了边缘504和标签502。如图5a-5c所示,植入体501可以配置为允许具有较大表面积的植入体(例如矩形植入体)滚动,以便在通过入口切口时最大化表面积能力和/或最小化滚动植入体的限制。在某些实施方案中,包含电子元件和/或配置用于递送药物的植入体在各自的未压缩形状中,可具有至少50平方厘米的空间面积。在一些这样的实施方案中,一些植入体包含电子元件和/或配置为递送药物的植入体,在其各自的未压缩形状中,可具有至少100平方厘米的空间面积。
如图5b所示,植入体501经过多次滚动和/或折叠,滚动和/或折叠的次数取决于植入体的厚度和尺寸,还可能取决于压缩后所需的中心空间。某些植入体(例如小而灵活的植入体)在经过极度紧密的滚动后,精密的电子元件可能无法正常工作。因此,植入体的性质及其包含的组件也可能决定了滚动/折叠的次数。同样,入口切口的大小也可能决定折叠/滚动/压缩的松紧。
图6a-6e描述了柔性组织植入促进***(FTIFS)600和装置的侧视图。图6a描述了一种器械(在本例中是更完整器械或"子器械"的一部分),包括一个钝的导入尖端609、一个扩张器608,扩张器608具有最宽的直径610,并在尖端609处逐渐变窄。尖端609连接到具有远侧部分614d和近侧部分614p的轴614上。在所描述的实施方案中,轴的远侧部分614d可以包括一个植入体啮合部件,在所描述的实施例中,该部件包括一个凸片紧固件612。凸片紧固件612可以啮合滚动的植入凸片602。例如,在某些实施例和实施方式中,可将卡舌602部分或全部***由卡舌紧固件612形成的槽中。在某些实施方案中,螺纹611可以与轴轴线呈法线方向,或至少基本呈法线方向,因此螺纹可以以接近于平行于皮肤表面的角度切开真皮(因为入口切口被扩张/伸缩),因此切口/疤痕可能更难察觉,因为它们比表面更深,模仿了亚切口技术。
在一些实施方案中,可以在标签602中形成宏观定位/器械接合孔603,这可以进一步方便将植入体601放置在器械上。例如,在一些实施方案中,外科医生可以使用一对镊子或类似物,在将植入体601与器械联接的过程中,将镊子或类似物通过小孔603***,例如将卡舌602拉过卡舌紧固件612形成的槽。如下文将更详细地描述,在一些实施方案中,可以使用与小孔603类似的小孔,通过接收在器械中形成的突出部件(例如在器械轴上)来促进这种联接,这些突出部件可以延伸穿过形成小孔的植入体材料并与之啮合(因此,优选相对柔性的植入体材料和相对不柔性的突出部件)。
图6b显示的是将植入体601卷成压缩形状,以便通过优选的微创入口伤口***。图中所示的标签602突出于植入体601的边缘,在此配置中,标签602与边缘604垂直延伸。植入体601可以由前面提到的任何材料组成。
图6c展示了可用于某些实施方案和实施方式的鞘607。图6d显示的是鞘607与带有植入体601的器械连接后的情况。因此,在某些实施方式中,可以在植入体601与器械连接之前或之后将鞘607简单地滑动到滚动/压缩的植入体601上。例如,鞘607可以由聚乙烯、聚氨酯或其他合适的聚合物薄片组成。
在图6d中,该器械的鞘607包覆着下部的滚动植入体(在该视图中隐藏),如前所述,该植入体又包裹着器械轴的远侧部分614d。如图所示,器械轴的近侧部分614p可以与可拆卸手柄615连接。手柄615可以是一个可滑动、可调节的手柄,它可以简单地包括一个中心轴向孔,该孔的形状和构造可以将轴接收到其中。如图所示,手柄615还可以进一步包括一个或多个摩擦特征,以便在外科医生使用期间提供牵引力。在所描述的实施方案中,为此目的形成了多个细长的平行凹陷615f(当然,在其他实施方案中,这些凹陷也可以是突出的肋条或其他突出特征)。
图6e显示了完整的FTIF***600。如图所示,扩张器608可包括螺纹611。螺纹611有利于通过相对较小的入口伤口推进尖端609以及器械的相邻部分和底层植入体601。例如,外科医生最初可以将尖端609的远侧尖头部分推进入口伤口。为了伸缩伤口开口以最终容纳植入体601,外科医生可以旋转器械,这可能会导致螺纹与周围组织啮合,并进一步将器械(和植入体601)沿着尖端609的渐细部分推进。
图6e还显示了完全包裹滚动植入体的护套607(在该视图中也是隐藏的)。该图还显示了由可释放手柄615覆盖的轴的近侧部分614p,该手柄可通过杠杆闩616与轴614p牢固联接,例如锁定。杠杆闩锁616可具有非对称突起和非对称小孔,销钉可从手柄穿过闩锁616,在啮合和齐平时与轴形成摩擦配合。因此,通过旋转杠杆闩锁616,用户可以将杠杆闩锁616的闩锁部分的啮合区域锁定在轴上。
图7a-7c描述了根据其他实施方案的柔性组织植入促进***(FTIFS)700的侧视图。***700不使用护套,而是使用缎带717r来固定植入体701。图7a描述了扩张器708顶端的钝头,该扩张器连接到轴上,包括标签紧固件712,最终形成近侧轴部分714p。图7b显示了带有扩张器孔708h的扩张器,该扩张器位于轧制的植入体701上,植入体可由前面提到的材料组成。图7c展示了穿过扩张器孔708h的带状条带717r的一端以钩状缠绕在种植体上,以便在外科医生用手握住手柄715时固定种植体。缎带717r的另一端可以保持平直,但最好由外科医生的手固定,直到整个植入体701顺利通过入口伤口,然后将缎带的缠绕部分松开,与入口伤口摩擦,之后整个缎带就可以由一个部分拉过扩张器小孔。与之前一样,杠杆闩716可用于将手柄715与近侧轴部分714p可释放地连接起来。
图8a描述了另一种可压缩植入体801的俯视图。植入体801可以是多边形、柔性和/或可压缩的扇形植入体。更特别的是,植入体801可以折叠,以便通过相对较小的入口伤口进行皮下植入。在某些实施方式中,植入体可以是可滚动的和/或滚动的,而不是折叠的,如前所述。
图8a描述了植入体801展开或未压缩/原生状态。植入体801可以由与植入体301类似的材料制成。植入体801还可能包括一个或多个突出片802,有助于植入微创入口切口。然而,植入体801还可以包括宏观定位/器械接合小孔803,该小孔位于一个或多个(在某些情况下是全部)突出片802中或其结构的其他地方,可配置为接收和/或接合器械或器械的一部分,以方便将植入体801置入微创入口切口。在一些实施方案和实施方式中,可使用包含突起的器械,这些突起能够拖拽或拉动小孔周围的材料,从而将植入体801推进到通过此类小入口切口的适当位置。
图8b描述了植入体801的放大侧视图,显示了折叠平面804和折叠809,并由植入体护套807包围。
图8c是带有边缘804的植入体801的侧视图。
图8d是植入体801的顶部透视图,也描述了植入体的边缘804和折叠809。如前所述,植入体801可以在压缩状态(如折叠状态)下展开,然后在通过入口切口***并定位在植入体口袋中后展开或以其他方式减压,下文将对此进行更详细的讨论。
图9a-b描述了有助于移除不可生物降解植入体的手术工具。图9a中的镊子911的末端可能是非尖锐点,而图9b中的镊子912的末端可能是环形。这种镊子可在植入体发挥其作用或出现问题后引入入口伤口。种植体的边缘可被夹住,器械以其轴线为中心旋转通过入口伤口,直到部分或全部植入体缠绕在工具上,然后将工具和植入体整个拉过入口伤口(如果外科医生选择在移除植入体之前将其在患者体内分割开来,则可将其分割成碎片)。
图10a描述了根据其他实施方案的另一种可压缩植入体1001的俯视图。植入体1001同样由圆形、柔性和可压缩植入体组成,可折叠用于皮下放置。在某些实施方案中,植入体可以滚动,因此可以滚动成图10c所示的形状。图10a描述了植入体1001未卷曲或未压缩/原生状态。如前所述,植入体1001可由与本文公开的任何其他植入体类似的材料制成。
植入体1001没有突出片,这些凸片可能会卡在入口伤口附近的组织上,或占据宝贵的直径尺寸,从而降低植入体通过微创入口切口的难度。不过,植体体1001可包括内部和/或非突出片1002,在此也可称为小孔定义和/或结构增强区域。一个或多个内部突出片1002可以定义一个或多个宏观定位/器械啮合小孔1003。各种非生物降解材料,如聚丙烯、聚对苯二甲酰对苯二甲酰胺或聚四氟乙烯(PTFE)可用于增强植入体,因此可用于形成内部突出片1002。此外,还可使用可生物降解材料,如聚乳酸或聚乳酸钙等。小孔1003可配置为接收和/或接合器械或器械的一部分,以方便将植入体1001置入微创和/或相对(相对于植入体)较小的入口切口中。在某些实施方式和实施方案中,可以使用包含突起的器械,这些突起能够拖曳或拉动小孔周围的材料,从而将植入体1001推进到通过这种小入口切口的适当位置。图10b描述了带边缘1004的未卷曲或未压缩植入体1001的侧视图。
植入式贴片1001可包含悬浮在聚乳酸(PLA)等水凝胶中的庆大霉素或甲氨蝶呤等药物。此外,在某些实施方案中,药物尼可刹米或IP6(磷酸肌醇)也可混合在PCL(聚己内酯)和/或石墨烯纳米颗粒中。也可使用生物支架,其中可包括掺入PCL、PLGA(聚乳酸共聚乙醇酸)或Beta-TCP(磷酸三钙)中的药物,如rhBMP-2(重组骨形态发生蛋白-2)。另一个合适的生物支架是***,它可以嵌入Sr-MBG(锶介孔生物活性玻璃)中。在某些实施例中,还可使用用于骨生成和感染的生物陶瓷,其中可包括VNC(万古霉素)、rhBMP-2和/或肝素,并可嵌入刷石、未反应的α或β-TCP、壳聚糖和/或HPMC等材料中。VNC和头孢唑肟也可混入聚乳酸(PLA)笼和聚乳酸(PLGA)纳米纤维中。其他用于植入式补片、支架、网格、支架和/或生物陶瓷的药物和材料可参见"3D打印递送药物和测试***--是过眼云烟还是未来趋势?",Lim,Advanced Drug Delivery Reviews 132(2018)p.139-168,2018,特此全文并入作为参考。
在某些实施方案中,硅酮、聚氨酯、聚丙烯酸酯或共聚物等聚合物可用于制备非生物降解植入物。此类聚合物可以形成基质,在其中均匀地分散药物,也可以形成储存器型植入体,其中包括由可渗透膜覆盖的药物核心。在某些情况下,聚(己内酯)、聚(乳酸)或聚(乳酸-共-乙醇酸)等聚合物可用于制备可生物降解的药物洗脱装置。有关适合用于递送药物的聚合物的更多详情,请参阅《植入式聚合物递送药物装置》:分类、制造、材料和临床应用》,Stewart,MDPI,2018,doi.org/10.3390/polym10121379,特此全文并入作为参考。
图10c描述了带边缘1004的轧制或压缩植入体1001的轴线侧视图。
图10d是植入体1001的顶部透视图,也描述了植入体的边缘1004。如前所述,植入体1001可以在压缩状态(例如卷曲状态)下展开,然后在通过入口切口***并定位在植入体口袋中后展开或以其他方式减压,下文将对此进行更详细的讨论。
图10e描述了植入体1001的另一个侧视图,这次是从沿着带有边缘1004的滚压或压缩圆形植入体1001的整个轴线延伸的一侧观察,而不是像图10c中那样从轴线向下观察。需要注意的是,与矩形植入体相比,在角较少(角材料较少)的植入体中,如图10e所示,轧制/折叠植入体的两端可能会变细和/或阶梯状,因此在压缩形状中,它们的中心比沿着一个或两个对立端要厚。在一些设想的实施方式中,锥形和/或阶梯状的末端可以使植入体具有一个或多个较小的末端,从而便于手动***微创入口伤口,特别是如果按照植入体折叠的方向旋转,这样在旋转和推动时,植入体的运行边缘就不容易与入口切口发生摩擦。这种手动***可以通过戴无菌手套的指尖进行。在某些实施方式中,可以使用小孔1003和带有突起1824b的无菌探针/器械在皮下展开植入体1001,如图18d所示。
图11描述了植入体1101的另一种实施方案,该植入体包括非突出结构增强区1102,每个增强区都定义了一个宏观定位/器械啮合小孔1103,该小孔位于植入体1101的边缘/***,因此,如上文对植入体1001所述,可提供结构增强以改善每个小孔1103的结构完整性。此外,植入体1101与植入体1001的不同之处在于,在未压缩的情况下,植入体1101呈椭圆形,而不是圆形。植入体1101还包括多个宏观血管化小孔1177("宏观"指的是小孔的大小,而不是通过小孔生长的血管的大小),其中一个或多个可包括增强区1178,该增强区可与小孔1177同轴,以提供保护并防止或至少抑制撕裂。在腹部等部位使用相对较大(如图11所示,直径或植入/减压后的最大尺寸为10-20厘米或更大)的植入体,其大部分血液供应来自深层组织,而不是切向来自邻近组织,这可能会导致覆盖植入体中心的组织的血液供应和其他要素减少。如果植入体上有血管化孔,且孔宽足够大,允许血管生长并通过植入体与表层组织沟通,腹部表层组织就可能获得更好的生长条件和血液供应,而不是只能从相对较远的植入体***获得血液供应。如果小孔的直径小于1毫米,血管的生长可能难以从植入体的一侧穿过到另一侧。因此,可以开一个或多个直径超过1毫米(最好至少几毫米)的血管化孔1177,以便血管生长和/或血管穿过植入体,使植入体另一侧的组织受益。小孔1177周围区域可包括环形或其他形状的增强物1178,以保持植入体的完整性。在一些此类实施方案中,植入体中可能存在小孔阵列,可根据需要包括数十个甚至数百个或数千个小孔。在考虑的实施方案中,由于中心上方的组织距离***较远,因此***放置的孔可能不如中心放置的孔对组织有益,因此一些优选的植入体可能主要包括,或在某些情况下完全包括中心或至少基本中心定位的血管化孔。就本公开而言,如果大血管化孔位于植入体空间面积的任何一点,该点距离植入体空间面积的数学中心点和通过中心点的直线所交的周边点的距离约为三分之一,则该大血管化孔应被视为至少基本位于中心位置。某些实施方案可能包括位于"相对中心"位置的宏血管化孔,就本公开而言,"相对中心"位置应被视为位于植入体空间面积的任何一点,该点位于植入体空间面积的数学中心点与通过中心点的直线相交的周长上的一点之间距离的50%以内。
在其他设想的实施方案中,这种用于血管化和生物交叉交流的小孔可能会出现在整个植入体的所需区域。血管可以更加丰富,以滋养更需要血液供应的远离血液供应的组织。这种贯通孔(指完全穿透植入物的厚度)可能有利于组织液取样,因为新生血管可能不是封闭的,因此每个血管/毛细管通过的速度和/或体积更大。微流体通道1188和/或探针可允许芯片上实验室1185技术进入植入体或有线或无线连接的辅助植入体,以评估体液。新的活动血管靠近受保护的内壁也有利于通过光纤1189进行光学取样,以帮助对通过通孔1187的体液进行光学分析。
在某些实施方案中,微流控芯片实验室设备可包括用于操作的双光纤。在某些情况下,此类设备可包括用于精确光纤排列的通道、样品通道和/或样品通道中的之字形结构。在某些实施例中,光纤可用于捕获不同大小的微观粒子和/或伸缩细胞。在某些情况下,可使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)通过软光刻技术制造该装置。在一个优选的实施方案中,光纤***可包括两根对齐的光纤,用于传输反向传播的激光束,这些激光束可用于捕获/分类/识别颗粒/细胞等功能。有关可用于本文所披露的各种植入体的所披露的片上实验室装置的更多详情,可参见"用于基于光纤的双光束光学操纵的3D打印微流体片上实验室装置",Wang,Scientific Reports,2021,11:14584,特此通过引用将其全文并入本文作为参考。
在某些实施方案中,微流体装置可被纳入植入体,其中可包括微流体探针(MFP)。在这种微流体探针装置中,微流体流可应用于样品,从而使微流体探针使用流体力学流动限制而不是壁来限制微流体流。在某些实施方案中,这种MFP可以是开放式微流体***。此类微流控装置的应用可包括控制细胞微环境、局部处理组织切片、产生浓度梯度等。在某些实施方案中,这种多功能流体器件可以在硅晶片中制造,硅晶片可以粘合到PDMS芯片上,PDMS芯片可以作为世界到芯片的接口和/或包括小孔。微流体技术具有多种优势,例如,可以更好地控制微环境。微流控芯片可与连续层流灌注结合使用,用于电生理学研究、生物标记物发现、毒理学研究等。在其他实施方案中,MFP设备可用于癌症组织切片的免疫组化,从而可将植入体用于组织分析。有关此类MFP设备的更多详情,请参阅"用于生命科学和医学的微流体探针",Qasaimeh,The Royal Society of Chemistry 2012,DOI:10.1039/c2lc40898h,特此全文并入作为参考。
在某些实施方案中,微流控芯片可包括光学折射率(RI)传感器,该传感器由刻入小直径单模光纤(SDSMF)内的长周期光栅(LPG)组成。此类器件可通过逐层自组装技术等方法制造,该技术可在SDSMF-LPG传感器上沉积聚(乙烯亚胺)和聚(丙烯酸)多层膜。在某些实施方案中,这种SDSMF-LPG传感器可包括用于分子传感的层,例如用于葡萄糖传感的葡萄糖氧化酶。在某些实施方案中,微流控芯片可以通过将分子传感层和SDSMF-LPG嵌入芯片的微通道来完成。在某些实施方案中,芯片制造可使用PDMS和交联剂的混合物(例如10:1)。在一个优选的实施方案中,微通道可包括一个螺旋形的混合部分,这有助于溶液在通过传感器之前均匀混合。有关此类生物传感器的更多详情可参见"用于超灵敏葡萄糖检测的集成微流控芯片的光纤LPG生物传感器",Yin,《生物医学光学快报》,2016年第7卷第5期,特此全文并入作为参考。
在某些实施方案中,光电倍增管可用于通过发射和检测光纤探针将光送入或送出微流体***。在某些情况下,这种探针可用于DNA分析、血细胞分析、粒子计数/分选等。在某些实施方案中,移动粒子也可通过LED光进行检测;不过,在某些实施方案中,可能需要使用滤光器来抑制来自LED光谱上端的背景噪声。在某些情况下,可以通过测量微颗粒荧光的动态测量值来计算移动微颗粒的速度。有关此类微流体装置的更多详情,请参阅"Lab-on-a-chip optical detection system using plastic fiber optics"(使用塑料光纤的片上实验室光学检测***),McMullin,Applications of Photonic Technology6,Vol.5620,2003,特此全文并入作为参考。
在某些情况下,微流体平台可由毛细管力、压力、电动力和/或听觉驱动。微流体平台可提供多种优势,如按需生成液体微腔,可实现精确操作试剂量,直至单个细胞,同时保持高吞吐量,这是通过表面与体积比的有利方面实现的。在某些情况下,微流体平台可用于生物转化(通过酶、细菌、真核细胞等)、分析(生物大分子、蛋白质、核酸等)和/或细胞检测(评估药物实体的效果)。在某些实施方案中,微流体芯片可通过线性驱动、压力驱动层流等方式置换液体。在一些实施方案中,相转移磁泳涉及磁性微颗粒流经微通道网络,可用于DNA纯化、PCR、电泳分离等。在某些实施方案中,微流体设备可包括微流体通道电路和芯片集成微阀***,可用于形成更复杂的单元,如微泵、混合器等。在某些情况下,这种芯片可以用夹在两层PDMS之间的平面玻璃层来制造。此类芯片可用于蛋白质结晶、免疫测定、自动化细胞培养等应用。在某些实施方案中,微流体设备可采用分段流微流体技术,从而允许液滴的合并/分离。在某些情况下,微流体操作中可使用电动力学来控制作用于电偶极子的电场梯度,从而产生电渗、电泳、极化等效应。在某些情况下,电润湿可用于生成、传输、***、合并和/或处理微滴,方法是在由可寻址电极阵列组成的疏水表面上包含微滴。在某些实施方案中,微流体设备可包括用于大规模并行分析的专用***。这种阵列可包括微阵列和/或与皮孔板相结合的基于珠子的检测。有关此类微流控平台的更多细节可参见《微流控芯片实验室平台:要求、特征和应用》,马克,化学学会评论,2010年第3期,特此全文并入作为参考。图12描述了植入体1201的另一个替代实施方案,该植入体包括非突出结构增强区域1202,其中每个区域再次定义了宏观定位/器械接合孔1203,因此,如上所述,提供了结构增强以改善每个小孔1203的结构完整性。此外,植入体1201与植入体1001和1101的不同之处在于,它在未压缩的情况下呈正方形。
图13描述了植入体1301的另一个替代实施方案,该植入体包括非突出的结构增强区1302,每个增强区都定义了一个宏观定位/器械啮合孔1303,因此,如上所述,可提供结构增强以改善每个孔1303的结构完整性。此外,植入体1301与之前的植入体不同之处在于,它在未压缩的形状下呈长方形,而不是正方形,在某些应用中,长方形可能更受欢迎。
图14描述了植入体1401的另一个替代实施方案,该实施方案再次包括非突出结构增强区1402,每个增强区再次定义了一个宏观定位/器械啮合孔1403,因此,如上所述,可提供结构增强以改善每个小孔1403的结构完整性。此外,植入体1401还包括穿插在整个植入体1401中的增强纤维1411f。在某些实施方案中,包括所描述的实施方案,这些纤维1411f与结构增强区域1402相互连接。但是,在所有设想的实施方案中,情况不一定都是这样。这些纤维1411f可以在使用过程中帮助保持植入体1401的整体结构完整性,因为植入体在安装过程中可能会被伸缩、牵拉等。因此,虽然图14-16中的每个图都描述了与结构增强区域连接使用的结构纤维,但在其他实施方案中,这些纤维可以在不伴随结构增强区域的情况下使用。
图15描述了植入体1501的另一个替代实施方案,该实施方案再次包括非突出结构增强区1502,每个增强区再次限定了一个小孔1503,因此,如上所述,可提供结构增强以改善每个宏观定位/器械接合孔1503的结构完整性。此外,植入体1501还包括增强纤维或其他材料股,包括某些实施方案中的中空材料。不过,在本实施方案中,这些纤维形成了纤维网1511m。在某些实施方案中,包括所描述的实施方案,网状1511m的纤维与结构增强区域1502相互连接。不过,在所有设想的实施方案中,情况不一定都是这样。例如,本文公开的其他各种网状植入体可能只是由构成植入体的材料交错股组成的网状物,而不是作为植入体的结构增强物。在某些实施方案中,这种交叉股可能涂有层压材料或其他生物相容性材料,允许内部物质(如药物)通过,以调节其生物利用度。
图16描述了植入体1601的另一个替代实施方案,该实施方案同样包括非突出结构增强区。在本实施方案中,既有设置在每个角落的***结构增强区域1602p,也有沿着中心区域设置在植入体1601两侧的中心结构增强区域1602c。与之前的实施方案一样,每个结构增强区域都可以再次限定一个宏观定位/器械接合孔(孔1603p和1603c),因此,如上所述,可以提供结构增强以改善每个小孔的结构完整性。此外,植入体1601还包括增强纤维。不过,在本实施方案中,这些纤维形成了独立的部分,即一系列位于中心位置的柱1611c和一系列沿其相邻的两个周边/侧边部分的相交斜线,如1611p所示。
图17a-17c描述了根据其他实施方案的柔性组织植入促进***(FTIFS)1700的侧视图。在某些实施方案中,***1700可以使用护套(图中未显示)将植入体1701固定在扩张器1708下方。图17a描述了突起部1712,在某些实施方案(包括所描述的实施方案)中,突起部1712可以是连接到轴1714的球体。轴1714可以有不同的长度,以适应不同尺寸的植入体。在某些实施方案中,沿着轴的突起的间距最好是一致的,这样可以与***中的植入孔之间的距离相匹配,例如宏观定位/器械啮合孔1703。如果带或不带增强装置的植入孔具有轻微的弹性,则使用球形突起可以更牢固地抓住球体的内轴固定部分,并且由于孔的作用类似于球体周围的***,因此可能会有更明显的触觉或听觉释放。球体和孔之间的尺寸差可能是有益的,因为外科医生可以在体外用力将植入体"装载"到轴的球体上,当植入体在体内时,可以通过扭转或用最小的力与引入入口伤口的其他物体分离。因此,在使用柔性植入体材料时,最好在植入体上形成直径小于球形突起1712直径的孔,这样突起部1712就能伸缩小孔,使其回缩,将植入体固定在器械上。当然,也可以使用各种其他特征将植入体固定到器械上,例如卡扣或其他可重复使用的紧固件。在其他可考虑的实施方案中,小孔可以大于植入装置的突起部,这样松动的配合可以方便/加速脱钩。
图17b显示手柄1715通过杠杆闩1716固定植入体1701的近端或基部,从而在图17c中可释放地保持固定。
图18a-18d描述了根据其他实施方案的柔性组织植入促进***(FTIFS)中各种元件的侧视图,其中器械的轴1814可以弯曲成类似手柄的形状,这样可以降低成本、减少零件和医疗废物。轴1814可以弯曲成一个类似台阶的区域,以限制植入体1801的近端移动。所描述的实施方案中,鞘1807将植入体1801限制在扩张器1807下方。在其他实施方案中,鞘可以是可选的。图18a描述了与轴1814连接的突起部1812(最好是球形),轴1814反过来又弯曲到手柄凸缘1816中以限制种植体的移动,手柄1815则便于旋转植入。如前所述,轴1814可以有不同的长度,以适应不同尺寸的植入体。如前所述,球体与宏观定位/器械啮合孔之间的尺寸差可能是有益的,因为外科医生可以在体外用力将植入体"装载"到轴的球体上,当植入体在体内时,通过扭转或对其他物体施加最小的力即可将其分离。如前所述,该器械可进一步包括一个扩张器1808,该扩张器可包括螺纹1811。在进一步考虑的实施方案中,突起部1812可以是圆柱形,具有圆形尖端,例如,可以从轴1814突出约4到约8毫米。最好,突起部1812的直径比相应的小孔1803小约1毫米,而相应的小孔1803被配置为接收突起部1812的小孔。在某些实施方案中,突起部1812可从轴的远端部分以约20度到约90度之间的角度延伸;此类突起部1812的直径可小于植入体孔的直径,以方便脱钩。
在所描述的实施方案中,还可以使用另一种器械,如图18d中所示的带轴1824的器械,该器械也可以导入入口伤口/切口。图18d显示了***中的辅助器械,该器械可通过突起部1822和/或分支1824b连接植入小孔1803,分支1824b以相对于轴1824的角度从轴1824延伸出来。轴1824连接到手柄1825上;这种钩挂器械可以与图18a中的器械配合使用,也可以单独使用,例如,在某些实施方式中,也可以将植入体以手动方式松开入口伤口。也可根据需要使用其他工具,如内窥镜抓取器等。
图19a描述了圆形、柔性和可压缩植入体1901的底部平面图,该植入体的一个或多个侧面增加了上层结构1919。在某些实施方案中,上层结构1919在整体形状和/或横截面上是圆形的,并且可能只存在于植入体1901的一侧,植入时可能会在患者体内朝内。不过,也可以考虑在其他实施方案中,在植入体的两侧都有一个或多个这样的上层结构。
植入体1901可以通过可卷曲和/或可折叠的方式进行压缩。图19a显示了植入体1901未卷起或未压缩/原生状态。植入体上层结构1919同样可以压缩。在某些实施方案中,植入体上层结构1919可以包括柔性固体或半固体材料,例如水凝胶、塑料、金属、有机聚合物、生物聚合物或类似材料。其他实施方案可包括聚合物外部层叠体或容器,以保留水凝胶等更易溶解的材料。因此,在某些实施方案中,上层结构1919可以配置为在遇到体液时自动硬化。这可以使植入体1901在整个结构(包括上层结构1919)处于压缩形状的情况下植入,然后在展开、展开或以其它方式减压植入体1901时,上层结构1919提供刚性以将植入体1901保持在其减压配置中。
药物、维生素或其他化学物质(包括生物制剂)也可以结合、溶解或以其他方式存在于植入体1901和/或上层结构1919的部分或全部结构中。上层结构1919的不同区域和/或部分也可印刷或以其他方式加入不同的药物或化学物质,如果设想使用多种材料,其中一些可能呈饼图形状,以便最终递送到患者体内。此外,电子元件、微型泵和/或印刷电路板在得到适当保护的情况下,可以放置在植入体上层结构1919上或内部。
图19b是植入体1901的侧视图,显示植入体上层结构1919延伸至植入体1901的下部/远端表面上方。
图19c是植入体1901的底部透视图。植入体1901和植入体上层结构1919可以在压缩状态(例如卷曲状态)下植入,然后在通过入口切口***并定位在植入体口袋中后展开或以其他方式减压,这一点将在下文中讨论。如果植入体上层结构1919被退火至植入体1901的半透塑料膜包围,并填充有相对缺水的水凝胶/赛璐璐或类似物,则在植入时可以减压和/或收缩。植入后,渗入上层结构1919的液体可提供张力和硬度。在某些实施方案中,微型泵(可以是植入体1901的一部分,也可以是与之临时连接的部分)可以帮助填充植入体上层结构1919。此外,在某些实施方案中,这种泵可用于将流体排出上层结构1919和/或植入体1901的其他部分。
在某些实施方案中,半透膜可用于将水扩散到医疗植入体中。在某些情况下,此类装置可能具有较高的透水性,并可能限制其他化合物的扩散。例如,这种半透膜可包括一个分离功能层,该功能层由聚酰胺等组成,聚酰胺是由芳香族多官能胺和多官能酸卤化物形成的。在某些实施方案中,除了分离功能层,半透膜还可包括基材层和多孔支撑膜层。有关此类半透膜的更多详情,可参见题为"半透膜及其制造方法"的第9,486,745号美国专利,特此将其全文并入作为参考。
在某些实施方案中,聚合物膜也可用作过选择膜。在某些情况下,三羧酸/四羧酸的适当衍可生物与二胺反应形成聚酰胺酸,聚酰胺酸可用于形成膜,聚酰胺酸可被酰亚胺化形成聚酰胺-酰亚胺膜,聚酰胺-酰亚胺膜可被处理以打开酰亚胺环。这种工艺可用于形成一种全选择膜。有关这种高选择性膜的更多详情,可参见美国专利第3,835,207号,标题为"形成由聚氨基甲酸盐构成的反渗透膜的方法",现将该专利全文并入作为参考。
同样如图19c所示,植入体1901可以包括一个或多个凸片1902,其中一个或多个凸片可以包括一个宏观定位/仪器啮合孔1903,用于与合适的仪器连接,如前所述。
图19d是滚动植入体1901的侧视图,显示了标签1902和植入体上层结构1919的一部分。
图20a描述了圆形柔性可压缩植入体2001的底视图,该植入体的一侧带有"+"形上层结构2020以及一对相对的宏观定位/器械啮合孔2003。这些元件可能与之前在其他实施方案中描述的元件类似。
图20b描述了矩形、柔性和可压缩植入体2011的底视图,该植入体的一侧还带有"+"形上层结构2022,每个角上都有小孔。
图20c描述了矩形、柔性和可压缩植入体2021的底视图,该植入体的一侧也带有矩形上层结构2033,每个角上都有器械孔。除圆形和矩形上层结构外,其他实施方案也可根据需要采用其他多边形。
图21描述了根据其他实施方案的另一种可压缩植入体2101的俯视图。植入体2101同样包括一个椭圆形、柔韧且可压缩的植入体,可滚动用于皮下放置。在某些实施方案中,植入体2101可以折叠。如前所述,植入体2101可由与本文公开的任何其他植入体类似的材料制成。植入体2101没有突出片,这些突出片可能会卡在入口伤口附近的组织上,或者占据宝贵的直径尺寸,从而降低植入体通过微创入口切口的难度。但是,如前所述,可以提供宏观定位/器械接合孔2103,其周围有可选的增强区2102,可配置为接收和/或接合器械或器械的一部分,以方便将植入体2101置入微创和/或相对(相对于植入体)较小的入口切口。
植入体2101还可用作电感线圈2111的基板,后者可用作植入体中或周围其他元件的天线或无线充电器。这可用于多种目的,为各种用途吸收能量。例如,线圈2111可用于为LED、电池等产生无线能量,或产生电场以驱动给药元件或***,例如打开一个用于给药的闸门。线圈2111还可用作天线,以促进与植入体电气元件的无线通信。例如,可以接收和/或发送来自传感器和/或中央处理器的信号,以便向内部传感器或植入体的其他元件发出指令和/或接收数据。
图22描述了另一种可压缩植入体2201的俯视图,该植入体可能与图21中所示的植入体类似,只是植入体2201及其相应电感线圈2211的形状不同,两者均为矩形。宏定位/器械啮合孔2203与周围可选的增强区2202可配置为接收和/或啮合器械或器械的一部分,以方便将植入体2201置入微创和/或相对(相对于植入体)较小的入口切口中。植入体2201还可以作为上述电感线圈2211的基底,不过除了所描述的形状外,还可以使用各种形状的线圈。
在某些实施方案中,射频能量传输***可用于传输能量和/或数据。例如,此类设备可包括圆形辐射贴片和印在圆形基板上的圆形接地平面。在某些实施方案中,可以从贴片上切割出两个槽(如圆形槽),以实现两个不同的工作频率。为了提高生物相容性,接收天线可以由基板覆盖。在一个优选的实施方案中,接收电路中的电源可流经电压倍增器,以便转换成直流电。在某些实施方案中,二极管(如Skyworks 7630或HSMS2850)可用于电源整流。在某些实施方案中,整流电路可以安装在与天线尺寸相同或至少基本相同的表面上。此外,在某些情况下,还可在天线背面添加另一个电路层。在某些实施方案中,天线的地平面和电路的地平面可以电连接。有关此类传输***的更多详情可参阅"用于生物医学无线应用的微型可植入式电力传输***",Ding,《无线电力传输》,牛津大学出版社,2020年,第1-9页,现将其全文并入本文作为参考。
在某些实施方案中,微线圈阵列可用于电感链路接收器。在某些实施方案中,这种接收阵列对横向和/或角度偏差效应的敏感度较低。在某些实施方案中,电感链路的两侧可调谐到相同的谐振频率,以提高功率传输效率。有关此类微型线圈的更多详情,请参阅"为植入式医疗设备供电的基于多线圈的电感链路:建模、设计和实验结果",Sawan,SpringerScience,Biomed Microdevices,2009,11:1059-1070,特此全文引用。
在某些实施方案中,多个植入线圈可用于同时或至少基本同时从多个外部线圈接收能量。在某些实施方案中,此类线圈***可包括由射频接收器组成的反馈***。在某些情况下,为植入电路供电所需的功率可分为若干部分,这样每个线圈可提供所需功率的一部分。在某些实施方案中,还可提供第二电路,该电路可包括一个控制***和/或电压控制电路,用于维持第二电路足够的功率。在某些实施方案中,第一和第二线圈可组成多个线圈对。在某些情况下,每个接收线圈可根据需要植入身体周围不同位置的不同组织片段下方。与本文所公开的各种实施方案相关的、可能有用的电力传输***的更多详情,可参见美国专利第6,058,330号,标题为"经皮能量传输装置",该专利全文并入本文作为参考。
一些实施方案和实施方式可将各种元件作为经皮功率传输和/或通过感应进行通信的***的一部分。在这些实施方案中,植入体可包括一个或多个发射线圈,其中一个或多个线圈可位于体外,如充电/外部设备中,还可包括一个接收组件,该组件可位于皮下,最好是在植入体上。在某些实施方案中,***的发射和/或接收组件可包括一些元件和/或特征,这些元件和/或特征的配置允许电感线圈的有效线圈面积发生变化。此类元件/特征的示例可参见题为"Varying the Effective Coil Area for an Inductive TranscutaneousPower Link"的第10,080,893号美国专利,现将其全文并入作为参考。
某些实施方案可能包括磁通量接收器和/或磁通量集中器。磁通量接收器通常与接收电感线圈一起使用。如前所述,接收线圈可用于通信和/或电力传输。植入式医疗设备可采用围绕位于设备内的磁通量集中器布置的接收线圈。磁通量集中器可用于集中通过接收线圈的近场能量,从而将近场能量转换为电能。与本文公开的各种实施方案相关的合适的磁通量接收器和集中器的示例可参见美国专利第10,918,875号,标题为"具有磁通量集中器和围绕磁通量集中器布置的接收线圈的可植入医疗设备",本文将其全文并入作为参考。
某些实施方案可能包括其他特征,例如一个或多个电感线圈的不同几何形状。其中一些实施方案可以包括线圈,其中线圈的第一位置比第二位置大。其他实施方案可以包括线圈,其中第一和第二位置位于线圈的同一圈上。还有一些实施方案可以包括一个线圈,其中第一位置在第一圈上,第二位置在最后一圈上。这种电感线圈对可用于经皮供电或与植入式医疗设备通信。有关此类特征的更多细节和示例可参见美国专利申请公开号2020/0395168,标题为"具有不同几何形状的电感线圈",现将其全文并入作为参考。
在某些情况下,可在与通电导线平行的断电导线中感应电压和电流。这种感应电压和电流可能是由电场和磁场感应引起的。有关并联导线感应的更多详情,请参阅《并联输电线路中的感应电压和电流:Horton,2008,IEEE Transactions on Power Delivery,23(4):2339-2346,特此全文引用。
图23描述了另一种可压缩的长方形植入体2301的俯视图。宏定位/器械啮合孔2303与周围可选的增强区2302可配置为接收和/或啮合器械或器械的一部分,以方便将植入体2301置入微创和/或相对(相对于植入体)较小的入口切口中。植入体2301还可以作为多个电感线圈2311的基底,这些线圈可以通过导电布线2312电联接。图中所示的每个线圈2311都是相同的矩形,但也可以使用任意形状,这些形状可以在整个植入体2301中保持一致,也可以在其中有所不同。如图所示,串联在一起的电感线圈可以最大限度地减少从外部能源传输能量时产生的有害影响,从而提高能量传输效率。电感线圈2311可终止于布线2314和/或电气端口,该端口可与其他电气组件2315(如中央处理器)相连。在某些实施方案中,电感线圈(例如但不限于电感线圈2311)可用于为植入体上的各种元件供电,例如LED、泵、电场发生器、天线、传感器等。
某些实施方案可能包括电压传感器2305,当植入体2301位于患者体内时,电压传感器2305可能会在充电过程中起到帮助作用,因此从业人员可能看不到植入体中的各种电感线圈2311。通过提供电压传感器2305,用户可以在植入体2301所在的患者区域移动电感充电器的发射线圈(可以是一个大线圈,也可以是与植入体2301上的接收线圈类似的较小线圈阵列),查看电压变化,从而最大限度地提高充电电压。在具有大小匹配的独立内部和外部阵列的实施方案中,正确对齐发射和接收线圈可能是有益的。但是,如果发射阵列远大于接收阵列,则可能不需要精确对准阵列,因为发射阵列的内部部分可能表现出类似同质磁场的特性,因此导致整个接收阵列的磁场发生类似的变化。无论在哪种情况下,有了电压传感器(可与声音警报器或外部可查看的刻度盘/刻度等提示器连接),用户就可以最大限度地提高电池充电的效率,而电池可能是植入装置2301的一部分。
在一些实施方案中,多个发射线圈可以重叠或堆叠,以克服由于发射和接收无线充电电感线圈的错位而导致的低效率。这种设计可以在整个发射阵列中产生均匀的磁场,使接收线圈的放置更加自由,同时保持高效率。有关这些特性的更多详情,请参阅"Geometrical Design of a Scalable Overlapping Planar Spiral Coil Array toGenerate a Homogenous Magnetic Field",Jow,IEEE Trans Magn,2012;49:2933-2945,特此全文并入作为参考。
次级电感线圈在某些实施方案中也可使用,次级电感线圈可包括在某些情况下堆叠和/或层叠在植入体上的电感线圈,而不是如图23所示的阵列。在某些实施方案中,除了初级线圈外,这种次级电感线圈还可以封闭在植入设备的外壳内,以增强向更深处的功率传输。例如,可以通过纵向排列和/或物理和电气平行的多个线圈来实现这种增强的功率传输,从而形成功率传输***的次级回路,而不是只有一个回路。这种具有两个或更多接收电感线圈的***可以将收集磁通量的匝数增加一倍。有关此类次级电感线圈的更多详情,请参阅美国专利第7,191,007号,标题为"用于优化经皮能量传递(TET)功率传递特性的空间去耦双次级线圈",现将其全文并入作为参考。
图24a描述了根据其他实施方案的另一种可压缩植入体2401的俯视图。植入体2401同样由圆形、柔性、网状和可压缩植入体组成,可折叠用于皮下放置。在某些实施方案中,植入体可以滚动,因此可以滚动成图24d所示的形状。图24a描述了植入体2401未卷曲或未压缩/原生状态。与上文提到的前几种类似植入体不同,植入体2401可以由网状格组成,网状格可以是可生物吸收聚合物或非可生物吸收聚合物等。这对于递送不需要湿度的药物可能更有用,还可以大大增加植入体的可用表面积。这种网状植入体也可以使用添加制造工艺制造。使用尺寸较大的网状植入体可能对上覆组织有益,例如直径为10-20厘米的网状植入体对腹部皮肤有益,因为如果网状植入体足够宽,允许血管生长并通过植入体与较表层的组织沟通,腹部表层组织可能会有更好的生长条件和血液供应,而不是只能从相对较远的植入体***获得血液供应。如果网眼尺寸小于1毫米,血管的生长可能难以从网眼的一侧穿越到另一侧。因此,甚至可以在网状物上开一个或多个直径超过1毫米(最好至少几毫米)的大血管孔2477,以便血管生长和/或血管穿过植入体,使植入体另一侧的组织受益。小孔2477周围区域可包括环形或其他形状的增强物2478,以保持植入体的完整性。孔周围植入凯夫拉纤维网的增强区域可能有利于防止弹道穿透,如果小孔的位置会削弱特定区域的话。在设想的实施方案中,由于中心上覆盖的组织距离***较远,xiao孔的***放置可能不如中心放置的小孔对组织有益,因此植入体可以包括中心孔。在其他设想的实施方案中,这种用于血管化和生物交叉交流的小孔可存在于整个植入体的所需区域。在螺旋线圈植入体的预期实施方案中,可以改变螺旋臂之间的间距,以便让血管生长进入和穿过这些区域。
可植入网格2401可包含药物,如庆大霉素或甲氨蝶呤,悬浮在水凝胶(如聚乳酸)中。此外,在某些实施方案中,药物尼可刹米或IP6(磷酸肌醇)可混入PCL(聚己内酯)和/或石墨烯纳米颗粒中。也可使用生物支架,其中可包括掺入PCL、PLGA(聚乳酸共聚乙醇酸)或Beta-TCP(磷酸三钙)中的药物,如rhBMP-2(重组骨形态发生蛋白-2)。另一个合适的生物支架是***,它可以嵌入Sr-MBG(锶介孔生物活性玻璃)中。在某些实施方案中,还可使用用于骨生成和感染的生物陶瓷,其中可包括VNC(万古霉素)、rhBMP-2和/或肝素,并可嵌入刷石、未反应的α或β-TCP、壳聚糖和/或HPMC等材料中。VNC和头孢唑肟也可混入聚乳酸(PLA)笼和聚乳酸(PLGA)纳米纤维中。用于植入式补片、支架、网片、支架和/或生物陶瓷的其他药物和材料可参见"3D打印递送药物和测试***--是过眼云烟还是未来趋势?",Lim,Advanced Drug Delivery Reviews 132(2018)p.139-168,2018,特此全文并入作为参考。
药物洗脱支架释放的药物也可用于某些实施方案中。这类药物可包括免疫抑制剂,例如西罗莫司(Sirolimus)和他克莫司(Tacrolimus)。这类药物可有助于对抗新内膜增生。西罗莫司洗脱支架有助于减少再狭窄的发生。有关此类药物的更多详情,可参见《释放西罗莫司或他克莫司的药物洗脱支架不同结果的分子基础》(Molecular Basis ofDifferent Outcomes for Drug-Eluting Stents that Release Sirolimus orTacrolimus),Curr.Opin.Drug Discov.Devel.,Giordano,2010;13:159-68,特此全文并入作为参考。
在某些实施例中,药物洗脱支架背后的技术可重新用于本文公开的一种或多种植入体。例如,在某些实施例中,可形成具有与支架类似的材料和/或结构的网状物。因此,这种网状物可以包括各种合金/金属,例如钴铬或铂铬,这样可以使支撑杆更细,同时保持较高的径向强度、抗辐射能力、生物相容性和/或耐腐蚀性。在某些实施方案中,紫杉醇等亲脂性药物可与网状物连接,而无需使用聚合物。可从网片中洗脱的其他药物包括依维莫司、佐他洛莫司、乌米洛莫司、诺沃利莫司、安菲利莫司和/或西罗莫司。用于将药物与植入体中的支架网结合的聚合物可包括亚乙烯基-氟化六氟丙烯共聚物和/或C10-C19聚乙烯吡咯烷酮聚合物等。也可使用可生物降解的聚合物涂层,其中可包括乳酸和/或乙醇酸。此类共聚物可包括聚乳酸(PLLA、PDLLA)、聚乙二醇(PGA)和/或聚乳酸-共-乙二醇(PLGA)共聚物等。在某些实施方案中,上述网状材料可以具有光滑、大孔、微孔和/或纳米孔表面。这种网状材料还可以填充药物,从而通过激光钻孔释放药物。在某些应用中,这种材料还可以涂上生物制剂,如CD34,以促进血管愈合。氮氧化钛等复合材料也可用于或替代用于加速血管内皮化。有关上述支架类网状材料的更多信息,可参见"最新一代药物洗脱支架及其他",Lee,《欧洲心脏病学评论》,2018;13:54-9,特此全文并入作为参考。
在某些实施方案中,支架等植入式装置可包括能产生和释放治疗剂的细胞。这些细胞可以是裸细胞、封装细胞或它们的混合物。此类支架可包括皮下端口、导管和储存器等。在某些情况下,植入体可以使用支架技术进行设计,例如以网状或其他更适合本文所公开植入体的形式为支架提供框架。因此,一些这样的实施方案可以配置成根据生理条件的变化释放治疗剂。在某些实施方案中,储存器可包含细胞或其他治疗剂,并可包括多孔聚合物,例如藻酸盐。更多的实施方案可包括具有免疫屏障功能的储存器,在允许营养物质交换的同时保护治疗细胞不受人体免疫***的影响。有关支架材料和相关治疗***的更多详情,可参见美国专利第9,788,978号,标题为"用于治疗的含有细胞的可植入***和支架",现将其全文并入作为参考。
在某些实施方案中,支架状网状植入体可用于释放治疗药物。因此,在某些实施方案中,此类植入体可包括至少一种第一亲水性聚合物材料,其中包含由第二亲水性材料外层、第一疏水性材料内层和疏水性治疗剂核心组成的颗粒。在某些实施方案中,第一和第二亲水材料可能是相同的。在某些情况下,亲水材料可包括聚合物,例如聚乙烯醇(PVA)和/或聚(L-内酰胺)。在其他一些实施方案中,该装置可包括至少一种第一聚合物疏水材料,其颗粒包括第二疏水材料的外层、第一亲水材料的内层和亲水治疗剂的核心。在某些实施方案中,第一和第二疏水材料可能是相同的。在某些情况下,疏水聚合物材料可包括苯乙烯和异丁烯的共聚物、聚酸酐和/或类似材料。有关药物洗脱支架的更多详情,可参见标题为"具有药物洗脱涂层的支架"的美国专利第8,119,153号,该专利同样可用于制造各种药物洗脱植入体,适用于放置在本文公开的植入袋中。
在某些实施方案中,植入式网状装置可包括多层,其中一些层可对pH等刺激敏感。在一个实施方案中,这种装置可包括:一个主要的共层结构层,该层可能是不可降解的;至少一个内部共层pH敏感层;至少一个外部共层pH敏感层。在某些情况下,pH触发器可能会导致pH敏感层的特性发生变化,例如水溶性和/或降解。有关此类网状装置的更多详情可参见美国专利申请公开号2019/0343991,标题为"多层装置",特此将其全文并入作为参考。
在某些实施方案中,植入网片可包括具有多个开口的管状部件。在某些情况下,此类装置还可包括至少一条用于递送治疗剂的细长聚合物链。有关此类网状装置的更多详情,可参见美国专利申请公开号2004/0236415,标题为"具有药物释放聚合物贮库的医疗装置",现将其全文并入作为参考。
在某些实施方案中,植入网状装置可包括机械缠结在可生物降解或永久性网状物中的脱矿物质骨纤维。网状装置可进一步包括诸如PLGA、可降解/不可降解聚合物、聚四氟乙烯等材料。有关这些额外网状装置的更多详情,请参阅美国专利第10,813,763号,标题为"可植入网状物",现将其全文并入作为参考。
在某些实施方案中,可植入网片可以涂上可生物降解剂。在某些实施方案中,此类制剂可促进网片的植入。在某些情况下,可生物降解聚合物涂层可包括临时硬化剂、生物活性剂和/或药物等。有关此类网状物植入的更多详情,请参阅美国专利第10,765,500号,标题为"临时增硬网状假体",现将其全文并入作为参考。
在某些实施方案中,植入的网片可包括涂层,涂层可包含生物活性材料,这些材料可被洗脱。在某些情况下,可以使用溶胶-凝胶技术来涂覆所述涂层。这种生物活性涂层可包括消炎剂、抗抑郁剂、生长因子等。在某些情况下,可将各种生物活性剂组合在一起,和/或生物活性部分可包括两层或多层,每层都有可调整的生物活性材料。有关此类涂层和网状植入体的更多详情,请参阅题为"药物洗脱可扩张装置"的美国专利第10,285,968号,现将该专利全文并入作为参考。
在某些实施方案中,植入网状装置可包括可生物吸收聚合物。例如,这种可生物吸收聚合物可包括聚羟基烷酸、聚L-乳酸、聚酸酐等。有关此类聚合物的更多详情可参见美国专利第9,980,800号,标题为"用于外科植入体的可生物吸收网",现将其全文并入作为参考。
在某些实施方案中,植入装置可涂覆旋转纺丝材料,这些材料可用于递送治疗剂。在某些情况下,例如雷帕霉素、紫杉醇、肝素等药物可以用这种方式递送。在某些实施方案中,旋转纺丝涂层可包括聚四氟乙烯、凯夫拉尔纤维、聚乙烯、壳聚糖、甲壳素等。在某些情况下,释放的治疗剂可通过共价键和/或离子键等结合方法与旋转纺丝涂层结合。有关此类材料和涂层方法的更多详情可参见美国专利第9,198,999号,标题为"药物洗脱旋转纺丝涂层和使用方法",现将其全文并入作为参考。
在某些实施方案中,植入网格可与刺激装置结合使用。此类刺激装置可包括神经电刺激器等。在某些实施方案中,此类网格可包括内置导电元件。这种导电元件可用于对神经刺激器发出的调制波形进行导电。有关此类神经刺激装置的更多详情,请参阅美国专利第8,751,003号,标题为"用于神经刺激的导电网",现将其全文并入作为参考。
在某些实施方案中,聚合物多孔膜可用于洗脱生物活性剂。在某些情况下,聚合物的组成、浓度、初始分子量、表面活性剂、均质率等因素可用于改变治疗药物的释放曲线。在某些实施方案中,多孔膜可由聚合物组成,例如PDLGA。有关多孔膜的其它信息,可参见美国专利第8,697,117号,标题为"药物洗脱膜",现将其全文并入作为参考。
在某些实施方案中,可将网格涂在可生物降解聚合物上,并将其制成小袋,用于植入装置,例如心律管理装置。这种网袋可用于抑制细菌生长、止痛、抑制瘢痕/纤维化、允许组织生长等。在某些情况下,可生物降解聚合物涂层可包括聚合物,例如聚乳酸、聚乙醇酸、聚氧化乙烯等。有关此类网袋的更多详情可参见美国专利第8,591,531号,标题为"用于植入式医疗器械的网袋",现将其全文并入作为参考。
在某些实施方案中,柔性网状植入体可用于修复组织或肌壁缺损。在这种网状植入体中,从主区域向外延伸的网状"臂"可以折叠/弯曲并固定(例如通过胶水或焊接)到主区域。在某些实施方案中,预制网格可以是平面的二维形状,可以通过折叠/弯曲将其加工成三维形状。有关这种网状植入体的更多详情,请参阅题为"外科植入体"的美国专利第10,357,350号,现将该专利全文并入作为参考。
在某些实施方案中,植入网状装置可用于修复骨盆底。这种网格可包括植入式支撑吊带,适于锚定到患者组织中。在某些情况下,其应用可包括疝气、***脱垂等。有关此类网状植入体的更多详情,可参见标题为"盆底修复***"的美国专利第10,251,738号,现将其全文并入作为参考。
在某些实施方案中,植入装置可包括三维网状结构。在某些情况下,所述结构的层状部件可包括Ti-6Al-4V或Co-26Cr-6Mo-0.2C粉末等。在某些实施方案中,三维结构可包括多孔涂层、烧结网状阵列等。在某些情况下,该结构可配置为释放治疗剂,如细胞生长因子等。有关此类结构的更多详情可参见美国专利第8,828,311号,标题为"使用电子和激光束熔化的增材分层制造网状阵列和异形阵列单体",现将其全文并入作为参考。
在某些实施方案中,植入体可包括带有生物内核的栅栏式中空外壳。在某些情况下,这种设计可以改善与周围组织的界面,有助于与周围组织的固定等过程。在某些实施方案中,这种装置可用于基因治疗、组织工程和生长因子等功能。有关此类外壳和相关过程的更多详情,可参见美国专利申请公开号2020/0015973,标题为"用于无缝植入固定的组织集成设计",现将其全文并入作为参考。
植入体2401没有突出片,这些凸片可能会卡在入口伤口附近的组织上,或占据宝贵的直径尺寸,从而降低植入体通过微创入口切口的难度。不过,植入体2401可包括内部和/或非突出片2402,在此可称为小孔定义和/或结构增强区域。一个或多个内部突出片2402可以定义一个或多个宏观定位/器械啮合孔2403。图24b描述了带边缘2404的未卷绕或未压缩植入体2401的侧视图。图24c是植入体2401的顶部透视图,也描述了小孔2403。网状植入体可以是3D打印的,并且可以进行层压,如之前讨论过的其他植入体。图24d描述了卷曲或压缩植入体2401的侧视图。
植入体可能会在受术者身上造成不必要的瘢痕或免疫反应。在考虑的实施方案中,可以用纤维化和/或其他免疫抑制药物(包括类固醇)浸渍网格、植入体包膜等,以治疗瘢痕/瘢痕疙瘩。例如,在一些此类实施方案和实施方式中,可使用曲安奈德(TAC)、5-氟尿嘧啶(5-FU)、博来霉素(BLM)和维拉帕米(VER)。其中一些药物可能具有抗炎和抗有丝***的机制,从而抑制成纤维细胞的生长,减少内皮细胞的萌发以及胶原蛋白和糖胺聚糖的合成。这类药物可与包膜元件或附着的可生物降解元件(如聚乳酸、聚果酸等)结合,有时是可释放地结合,以便缓慢释放。
图25描述了根据其他实施方案的另一种可压缩植入体2501的俯视图。植入体2501同样由圆形、柔性、网状和可压缩植入体组成,可折叠用于皮下植入。如前所述,植入体2501可由与本文公开的任何其他植入体类似的材料制成。不过,考虑到各种药物的3D打印和其他沉积方法,植入体2501可根据需要通过扇区2525划分为包含各种浓度药物和化学品的不同区域。宏定位/器械啮合孔2503可选择由增强区2502包围,这可能有利于植入。
小孔2503周围还可选择设置可检测标记2515,这有利于确定植入位置或固定植入体,直到人体的自然组织反应抑制植入体。标记可由埋在小孔2503周围区域内(此处显示为虚线)的高密度材料组成。在某些实施方案中,标记2515可以由金属组成,以便通过X射线等方式进行检测。其他可用作标记的致密材料可以是可生物降解或可生物吸收的,如结合在聚合物中的钙等。用于标记物2515的其他致密材料可包括非可生物吸收材料,如某些聚合物等。其他可考虑的实施方案可能仅仅依靠密度差异(包括密度之间的界面)来进行检测。外科医生无需直接观察即可知道小孔的位置,然后可以通过经皮缝合将植入体固定在适当位置,一旦固定效果令人满意,就可以拆除缝合线。在植入体上的某些已知区域设置孔洞和/或标记,可方便正确的表皮下定位和/或展开。在某些实施方案中,标记2515可包括用于检测植入体和/或标记和/或用于确定连接点(如缝合线)的合适位置的***目标。在某些实施方案中,可以通过在扇区2525上涂抹不同的药物或其他物质来确定扇区2525。或者,也可以考虑在某些实施方案中,通过物理屏障来定义扇区,例如,物理屏障可以防止药物相互混合。
图26描述了根据其他实施方案的另一种可压缩植入体2601的俯视图。植入体2601由矩形、柔性、网状和可压缩植入体组成,可折叠/滚动,用于皮下放置。植入体2601可包括宏观定位/器械接合孔2603,可选择由增强区2602包围,这可能有利于植入,每个增强区都位于植入体2601的各自角落区域。
图27描述了根据其他实施方案的另一种可压缩植入体2701的俯视图。植入体2701由多边形、柔性、网状和可压缩植入体组成,可折叠/滚动,用于皮下放置。植入体2701可包括宏观定位/器械啮合孔2703,可选择由增强区2702包围,这可能有利于植入。增强区2702及其相应的小孔2703仅显示在多边形植入体2701的两个角上,但也可以出现在每个角上,或在其他实施方案中的其他地方(如角之间)。
图28描述了根据其他实施方案的另一种可压缩植入体2801的俯视图。植入体2801包括矩形、细长、柔韧、网状和可压缩的植入体,可折叠用于皮下放置。植入体2801可包括宏观定位/器械啮合孔2803,可选择由增强区2802包围,这可能有利于植入。图中显示,在植入体2801伸缩尺寸的两端各有一个增强区2802和相应的小孔2803。
图29描述了另一种植入体2901的俯视图,该植入体与植入体2201相似,但它由网状材料制成,并包括在网状材料内形成的开口(如宏观定位/器械啮合孔)2903,而不提供增强区域。根据植入体使用的材料,在某些实施方案中可能不需要这些区域。此外,大型感应线圈2929位于植入体2901内。
在某些实施方案中,一个或多个植入体可包括可生物相容性涂层,例如聚四氟乙烯涂层。在某些情况下,聚四氟乙烯涂层可用作伪润滑剂,以方便移除植入体。有关聚四氟乙烯涂层的更多详情,请参阅"植入玻璃体腔的聚四氟乙烯涂层铂铱丝的可生物相容性和耐久性",Nishida,2011年,J.Artif.Organs,PubMed,特此并入全文作为参考。
在某些情况下,纤维蛋白可用作某些植入体的密封剂/粘合剂。有关纤维蛋白及其在各种植入体中的可能用途的更多详情,请参阅"Randomized Trial of a Dry-Powder,Fibrin Sealant in Vascular Procedures",Gupta,doi.org/10.1016/j.jvs.2015.05.038,PubMed,特此全文引用。
在某些实施方案中,可使用胶水和/或粘合剂,例如止血剂、密封剂等,这些粘合剂可与各种植入体一起用于各种目的,包括用于加固上层结构等。在一个优选的实施方案中,粘合剂可具有较强的湿粘附性、高稳定性、快速固化/交联、低毒性和/或可生物降解性。在某些情况下,可使用纤维蛋白胶,其中可能含有抗纤维蛋白溶解剂,如epsilon氨基己酸。在某些实施方案中,粘合糖蛋白与胶原蛋白和/或其他蛋白质之间可形成交联。可调节纤维蛋白成分以控制降解时间。在某些实施方案中,明胶-间苯二酚-甲醛/戊二醛(GRFG)可用作胶水。在基本条件下,间苯二酚-甲醛可形成交联聚合物。由于醛的致癌特性,在人类患者中的临床使用可能会受到限制,不过,由于兽医/动物的寿命较短,致癌表达较少,因此可以在兽医/动物中使用。在某些实施方案中,明胶-间苯二酚基粘合剂可以用水溶性碳二亚胺或基因平代替甲醛-戊二醛进行交联。在某些情况下,可使用蛋白类物质(如RGDKANE)来改善交联和/或粘合强度。在某些特定的实施方案中,氰基丙烯酸酯胶可用于粘合目的。在某些情况下,可以用烷氧基链取代烷基侧链,以提高胶水的弹性。由于氰基丙烯酸酯的毒性,在人类患者中的临床使用可能会受到限制,但兽医/动物使用可能是可行的。在某些实施方案中,粘合剂可包括多糖、多肽和/或聚合物粘合剂等。胺、羟基和羧酸等基团可通过共价作用粘附到组织上的胺基团上。在一个优选的实施方案中,粘合剂可包括明胶,因为明胶具有可生物降解性和可生物相容性。在某些情况下,水凝胶可用作粘合剂,例如通过席夫碱反应使醛官能化海藻酸盐与胺官能化明胶交联。粘合剂的某些实施方案可包括乙烯基化蛋白质和/或多糖等,在光照下可粘附到组织上。在某些情况下,粘合剂还可用于或替代用于局部递送药物。在某些实施方案中,粘合剂可以用酚类和/或硫醇基团官能化,以促进组织相互作用。组织粘合剂的某些实施方案可采用激光焊接、逐层组装和/或温度硬化等技术。在其他实施方案中,粘合剂可包括聚乙二醇(PEG)水凝胶。为使PEG可生物降解,可对其进行可降解官能团改性或与可降解聚合物共聚。在某些情况下,PEG还可与多糖和/或基于蛋白质的粘合剂结合使用。某些医用粘合剂也可以是仿生物的。例如,此类仿生物组织粘合剂可包括贻贝启发粘合剂、壁虎启发粘合剂、沙堡虫启发组织粘合剂、藤壶启发粘合剂、蝶形花启发粘合剂等。有关潜在有用医用粘合剂的更多详情,可参阅"Degradable Adhesives forSurgery and Tissue Engineering",Bhagat,BioMacromolecules,American ChemicalSociety,3009-3039,2017,特此全文并入作为参考。
用于向人体传输无线电能的优选方法和***可避免不必要的加热和潜在的健康问题。因此,某些实施方案和实施方式可包括使用多个柔性线圈,以避免因皮肤发热而造成性能损失。在某些实施方案和实施方式中,它们还可以包括优化功率传输的软件,以避免不必要的组织加热。本文公开的各种实施方案在这方面可能有用的其他细节可参见"植入体无线充电的突破",Earls,《医疗技术》,2018年第6期,特此全文并入作为参考。
植入式电感线圈设计可包括连接到柔性印刷电路板上的线圈。为避免Tx(发射线圈)产生的交变磁场对健康造成任何潜在危害,可在WPT(无线电力传输)线圈的顶部和底部使用铁氧体材料。上述信息和更多细节可参见"用于可穿戴设备无线电力传输的柔性PCB线圈的设计、仿真和测量",Jeong,IEEE,2018,特此全文并入作为参考。
各种植入式近场电感联接电感线圈的设计可以优化线圈品质因数和联接系数之间的权衡,从而为各种需求和高效率量身定制特定的线圈。这种优化设计的示例以及电感充电线圈和设备的优化设计方法可参见"用于植入式生物医学设备的电感联接线圈的设计、测试和优化",Zhao,《低功率电子学杂志》,第15卷,76-86,2019年,特此全文并入作为参考。
图30描述了另一种植入体3001的俯视图,该植入体同样可以包括各种增强区域3002和/或宏观定位/器械接合孔3003,以便于根据需要与合适的器械联接。此外,植入体3001还包括一个电池3030,可用于为递送药物机构/***的驱动提供能量。电池3030还可根据需要配置为接收来自电感线圈(未显示)或类似装置的能量,上文对此进行了更详细的讨论。
在某些情况下,薄型电池可放置在电感线圈内。该设备可植入人体;电池可用于为医疗设备供电,线圈可用于为电池无线充电。更多信息可参见美国专利第8,798,752号,标题为"位于植入线圈内部的可拆卸植入式电池",现将其全文并入作为参考。
在某些实施方案中,植入式微型发电机可包括用于利用自然身体运动产生的机械能并将其转换为电能的机制。在某些实施方案中,微型发电机的总体结构可能类似于机械手表的上发条装置。例如,这种发电机可包括一个质心偏移的旋转体。人体的自然运动可导致旋转体旋转。发电机可将旋转体的旋转动能转化为电能,供一个或多个植入体使用。在某些情况下,这种微型发电机可用于为电容器或植入式电池充电。微型发电机还可用于为心脏起搏器、除颤器等供电。有关利用身体自然运动能量的发电机的更多详情,请参阅美国专利申请公开号2005/0256549,标题为"微型发电机植入体",该专利可在不使用电感线圈和/或电池的情况下为植入体产生能量(尽管电池仍可用于存储此类能量),现将其全文并入作为参考。
在某些实施方案中,电源可植入皮下。在某些情况下,电源可由一个或多个薄型光伏电池组成,电池装在由塑料层叠形成的外壳中。塑料层可以很薄,并且在覆盖电池的区域是半透明的,因此电源可以是柔性的。该电源可用于为各种不同的植入设备供电。有关此类电源的更多详情,请参阅美国专利第6,961,619号,标题为"皮下植入式电源",现将其全文并入作为参考。
在某些实施方案中,医疗设备可包含可充电锂离子电池。在某些情况下,电池可包括一个正电极,正电极包括一个集流器以及第一和第二活性材料。电池还可包括带集流器的负极、第三种活性材料以及与负极集流器电接触的锂。在某些实施方案中,该装置可用于为患者提供治疗。有关此类电池及相关设备和方法的更多详情,请参阅美国专利第7,642,013号,标题为"具有锂离子电池的医疗设备",现将其全文并入作为参考。
在某些实施方案中,植入式电池可进行生物降解。在进行电化学氧化时,阳极(包括内表面和外表面)材料可产生无毒产品;在进行电化学还原时,阴极(包括内表面和外表面)材料可产生无毒产品。在一个优选的实施方案中,阴极应比阳极具有更大的标准还原电位。在某些情况下,阴极的内表面可与阳极的内表面通过可渗透膜隔开,与人体的水环境直接流体接触。在某些实施方案中,阴极的外表面和阳极的部分外表面可覆盖一层或多层可生物降解涂层。有关此类可降解电池的更多详情,请参阅美国专利第9,362,571号,标题为"可降解植入式电池",现将其全文并入作为参考。
在某些实施方案中,微型电池可具有可生物相容性、自充电和/或生物燃料。在某些情况下,微型电池可包括生物膜,用于在阳极和阴极之间扩散生物流体。在某些实施方案中,生物膜可包括用于储存化学物质和生物燃料的隔间。为电池供电的生物流体可包括葡萄糖等。在某些情况下,生物膜可配置为允许生物流体在阳极和阴极之间扩散,以产生电子流为电池充电或提供恒定电源。有关合适的微型电池的更多详情,请参阅美国专利第10,340,546号,标题为"带有葡萄糖燃烧室的可自充电生物燃料微型电池",现将其全文并入作为参考。
在某些实施方案中,大功率电池可植入医疗用途。在某些情况下,电池可包括输入端、输出端、多个电池模块,每个模块包括多个永久并联的低压电池单元。在某些实施方案中,可以使用开关使电池模块并联充电(用于低充电电压),和/或使电池模块串联放电(用于高输出电压)。在某些情况下,电源还可用于为植入式除颤器供电,以替代高压电容器。有关此类电池***的更多详情,请参阅美国专利申请公开号2006/0129192,标题为"用于植入式医疗用途的高能电池电源",现将其全文并入作为参考。
在其他实施方案中,高功率植入式电池可包括第一高倍率电化学电池和第二高倍率电化学电池,它们可并联到低功率控制电路,串联到高功率输出电路。包含此类电池的植入式医疗设备可包括密封外壳、电路和用于功率控制的电阻负载等。有关此类电池的更多详情,请参阅美国专利第7,209,784号,标题为"具有更高的安全性和制造方法的高功率植入式电池",现将其全文并入作为参考。
无线电感联接置(WICM)的外部发射组件可包括电源、振荡器和发射器线圈。WICM的接收组件可包括接收线圈、电源整流器和电源稳定器,从而产生高效稳定的电压,为设备供电或为电池充电。振荡器可产生高振荡电流,以便发射线圈产生强大的交变磁场。整流器可将高频电压整流为脉动直流信号。电容器可用作滤波器,以平滑整流器产生的纹波直流电流。此外,电容器还可用作去耦电容器,用于过滤输出端(正在充电的电池)的高频噪声。还可使用稳压器,保持电压稳定,使电路具有恒定的充电电压。在线圈设计方面,扁平螺旋线圈具有更高的效率,传输距离更长,因此可能更适合某些植入体。有关这种电感联接无线充电的更多详情,请参阅"Wireless Inductive Charging for Low Power Devices"(低功耗设备的无线电感充电),Macharia,2017,该文献全文并入本文作为参考。
图31显示的是另一个植入体3101的俯视图,该植入体与植入体3001相似,但它有一个电容器3131,并且形状不同(五边形)。可以再次提供宏观定位/器械啮合孔3103。
可生物降解电容器也可用于某些实施方案中,在这些实施方案中,电容器可连接到可植入垫上。例如,这种可植入垫可包括具有以下一种或多种对称堆叠结构的垫:聚乳酸支撑基底、聚乳酸纳米柱阵列、氧化锌纳米多孔层和PVA/PBS水凝胶层。上述信息和更多信息可参见"完全可生物吸收电容器作为植入式医疗电子设备的能量存储单元",李,《先进科学》,2019年,通过引用将其全文并入本文。
图32描述了植入体3201的侧视图,显示了如何将各种元件堆叠或以其他方式应用于单个植入体。因此,图中显示了与植入体3201连接的电感线圈3229以及电池3230,电池3230可用于接收和存储来自电感线圈3229的能量,因此可与电感线圈3229电联接。组件中还可能有一个电容器3231,以及其他各种必要的电气元件,如中央处理器3232和/或辅助电路3233,例如,可为中央处理器3232和上层结构3219提供保护。
在某些实施方案中,植入式医疗设备可包括可充电锂离子电池。在某些情况下,这种电池可包括钛阳极和用于电池充电和保护的电路。更多详情可参见美国专利第7,295,878号,标题为"使用可充电零伏技术锂离子电池的植入式设备",现将其全文并入作为参考。
在一个优选的实施方案中,皮肤启发电子器件可以具有伸缩、自愈和/或可生物降解的能力。在某些情况下,此类器件可包括可伸缩导体(如聚(3,4-乙烯二氧噻吩)聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS))、可伸缩半导体(如与无定形聚乙烯共聚的聚(3-己基噻吩))、可伸缩电介质(如PDMS)、可伸缩传感器和显示器以及可伸缩晶体管。在某些情况下,材料设计可基于分子间相互作用,例如氢键、金属配位、π-π相互作用和/或电子相互作用。在某些实施方案中,自愈合基质可与导电填料结合。可用于电子器件的可生物降解材料可包括蚕丝、纤维素、明胶、聚乳酸(PLGA)等。有关此类电子设备的更多详情,请参阅"皮肤启发电子学:AnEmerging Paradigm",Wang,Accounts of Chemical Research,2018:51;1033-1045,特此全文并入作为参考。
为了保护电子元件和电路免受体液的影响,植入体3201可以使用可生物相容性绝缘体进行绝缘,其中可以包括聚酰亚胺和对二甲苯-C。有关此类植入式绝缘体的更多详情,请参阅"Bio-Compatibility and Bio-Insulation of Implantable ElectrodeProsthesis Ameliorated by A-174Silane Primed Parylene-C Deposited Embedment",Lin,Micromachines,2020,该文全文并入本文作为参考。
绝缘植入体3201的进一步方法可包括聚合材料,例如聚(V3D3)(聚(三乙烯基三甲基环三硅氧烷),它可用作永久电绝缘体。此类聚合材料可通过化学气相沉积等方法沉积到表面。有关聚(V3D3)的更多详情,请参阅"Stable Biopassive Insulation Synthesizedby Initiated Chemical Vapor Deposition of Poly(1,3,5-trivinyltrimethylcyclotrisiloxane)",O'Shaughnessy,Biomacromolecules,2007;8:2564-2570,特此全文并入作为参考。
对于永久性电植入体,最好使用不可生物降解的绝缘体。硅酮、聚氨酯、聚丙烯酸酯等非生物降解聚合物或聚(乙烯-醋酸乙烯)等共聚物可用作植入式电子设备的非生物降解电绝缘体。有关此类绝缘聚合物的更多详情,请参阅《植入式聚合物给药装置》:分类、制造、材料和临床应用",Stewart,MDPI,2018;10:1379-1317,特此全文并入作为参考。
为了给植入体3201供电,可以使用超薄电池或电容器。此类设计可包括连接到可植入垫上的柔性电池,可植入垫由嵌入排列整齐的碳纳米管电极和电解质的纳米多孔纤维素纸形成,碳纳米管电极和电解质用作阴极,而薄锂金属层用作阳极,电池两侧的铝用作集流器。植入垫上的柔性电容器可包括由两层纳米多孔纤维素纸形成的电容器,纤维素纸层中嵌入排列整齐的碳纳米管电极和电解质层。上述信息和进一步示意图可参见"基于纳米复合纸的柔性储能器件",Pushparaj,PNAS,2007;104:13574-13577,现将其全文并入作为参考。
可充电锂电池可用于某些实施方案,例如,可用于为其他植入体充电/供电(除了植入体口袋内的植入体本身,或作为该植入体的替代品)。例如,锂电池或其他类似电池可用于为植入式电池供电设备供电,如自动植入式心律转复器/除颤器。植入式设备可能还包括传感器和/或控制器,用于监控电池的充电状态和/或加速充电过程,充电过程可能通过磁感应等方式进行。有关此类电池的更多详情,请参阅美国专利第5,411,537号,标题为"可充电生物医学电池供电设备及其充电和控制***",现将其全文并入作为参考。
在某些实施方案中,心律转复除颤器可植入皮下。在某些情况下,此类设备可包括一个密封外壳,外壳上有一个或多个皮下传感和心律转复除颤递送导线。作为另一种可选的实施方式,两个密封外壳可通过电源/信号电缆连接。在某些实施方案中,外壳的配置可与各种肋骨结构相匹配。有关植入式心律转复除颤装置的更多详情,请参阅题为"皮下心律转复除颤器"的第7,684,864号美国专利,现将其全文并入作为参考。
图33描述了圆形、柔性和可压缩植入体3301的底视图,其一侧增加了中空、可填充、圆形的上层结构3333。在某些实施方案中,上层结构3333在整体形状和横截面上都是圆形的,可能只存在于植入体3301的一侧,植入患者体内时可能向内。植入体3301可以通过滚动和/或折叠的方式进行压缩。植入体3301在图33中显示为未卷曲或未压缩/原生状态。植入体上层结构3333同样可以压缩。植入体上层结构3333的内部可以是中空的,并且/或者在某些实施方案中可以具有由柔性塑料、有机聚合物、生物聚合物或类似物组成的外层。其他实施方案可包括聚合物外层或容器,以保留更多可溶解材料,如水凝胶等。药物、维生素或其他化学物质,包括生物制剂,也可以结合、溶解或以其他方式存在于植入体上层结构3333的部分或全部结构中,或植入体3301的其他部位。上结构的不同区域和/或部分也可印刷或以其他方式设计成不同的药物或化学物质。此外,电子器件、微型泵和/或印刷电路板在得到适当保护的情况下,可以放置在植入体上层结构3333中或其上。注射口和/或管道3334还可用于允许外科医生或其他用户注射液体,以对上层结构3333进行充气和/或注射药物。端口3334可以延伸到患者皮肤上方,或者也可以设置在患者皮肤下方,以便皮下注射此类药物和/或其他液体。在某些实施方案中,端口3334可以具有放射、声波或电磁可识别材料,以允许注射针填充上层结构,例如用于化疗的药物。
在某些实施方案中,水凝胶可用于填充上层结构3333。用于递送药物的常见水凝胶可包括聚乙二醇(PEG),它本身是不可生物降解的。为使不可生物降解的水凝胶可降解,可向PEG等水凝胶中添加各种可降解和活性基团,使其可生物降解。水凝胶链的长度和多功能性也可用于调节降解。可降解水凝胶还可用于递送药物,同时还具有递送药物后无需手术移除的额外好处。有关此类药物释放特性和模型的更多详情可参见"Predicting DrugRelease from Degradable Hydrogels Using Fluorescence Correlation Spectroscopyand Mathematical Modeling",Sheth,Bioengineering and Biotechnology,2019,doi.org/10.3389/fbioe.2019.00410,特此全文并入作为参考。在某些实施方案中,水凝胶可能缺乏水分,因此是一种更紧密的相对干燥的异凝胶,它可以通过选择性渗透膜或其他方式吸收水分成为水凝胶。
图34描述了圆形柔性可压缩植入体3401的下视图,该植入体的一侧增加了中空可填充"+"形上层结构3434。在某些实施方案中,上层结构3434在充气后横截面可为圆形。还可以使用注射口和管道3435,如上所述,它们可以与上层结构3434进行流体沟通。
微机械***(MEMS)可用于某些实施方案中,以便为患者或医生提供释放动力学控制。此类微机电***可包括微泵、微探针、悬臂、微针、形状记忆合金和/或微芯片。微芯片可提供复杂的释放模式,同时提供数据遥测。微芯片可分为固态硅芯片和可吸收聚合物芯片。微型芯片可包括储存器阵列、电池、微控制器、处理单元和/或天线等递送药物组件。钛涂层可用于微型芯片的一个或多个可生物相容层。储存器可单独寻址,也可使用电热激活等工艺熔化储存器的盖子,有选择性地从植入体中递送药物。射频***可用于向芯片传输电力,芯片将电力整流为直流电压。用于输注药物的泵可包括输液泵、蠕动泵、渗透泵和正排量泵等。电源可通过射频技术提供。微阀可纳入植入体和/或上层结构的设计中,并有选择地驱动以控制药物制剂的路径。例如,此类微阀可由热致伸缩材料(如水凝胶)或其他材料(如帕里烯、离子聚合物金属复合材料和/或压电材料)组成。螺旋线圈或多层线圈可用于接收射频功率。热气动微型泵可将射频传输产生的热量传递到泵室,从而使药物流动。
在某些实施方案中,药物洗脱胶囊可包括一个储存器和一个分环储存器。当外部射频(RF)与分环储存器的共振频率相匹配时,就会产生热量,使胶囊盖融化,从而释放药物。微型机器人也可用于递送药物。微机器人可由外部射频信号或外部磁场控制或驱动,以推动自身穿过血管。此外,微型机器人还可以自带电源,或利用外部射频或磁场提供动力或释放药物。纳米粒子也可用于药物递送或治疗。当暴露于外部射频波时,纳米粒子(如由金组成的纳米粒子)可产生热量,对癌细胞进行热消融,从而使本文公开的各种植入体可用于癌症治疗。纳米粒子的表面还可以涂上抗体(如癌症特异性抗体)、蛋白质、肽甚至糖残基,以改善在目标细胞内的内化。晶硅、量子点和铂纳米粒子在暴露于射频辐射时会产生高热。纳米粒子可以注入海绵状的微型喷嘴,以实现精确的重复递送药物。这种可逆变形的磁性海绵可包括聚二甲基硅氧烷弹性体和铁磁性羰基铁微颗粒等。更多细节,包括可用于本文公开的各种实施方案的可植入式无线电力传输设备的装置和方法,可参见"射频控制的无线给药装置",Khan,Applied Physics Reviews 6,2019(041301),特此全文并入作为参考。
在某些情况下,药剂可通过植入式致动递送药物装置进行药物递送。例如,某些实施方案可包括位于第一隔室的可压缩配药室、用于配药的往复式柱塞、位于第二隔室的可压缩储药室、配药室与储药室之间的单向阀和/或与前两个隔室相通的可压缩填充流体室。还可提供各种其他元件,如控制板、电机驱动器、微处理器和/或电池。在某些实施方案中,该装置可以重新填充。有关此类给药***的更多详情可参见美国专利申请公开号2014/0214010,标题为"具有可压缩流体室的递送药物装置",现将其全文并入作为参考。合适的递送药物***的某些实施方案可以包括,例如,包含可独立分配每种药物的双药配置的装置。在这些实施方案中,第一和第二药室可以有一个单向阀,进入包含活塞的隔室和包含与所述活塞流动交流的跟随器的第二隔室。有关此类递送药物***的更多详情,请参阅题为"植入式给药装置"的第9,381,299号美国专利,现将其全文并入作为参考。
在某些情况下,可将泵植入皮下,通过植入导管将药物递送到特定目标部位。皮下植入泵的类型可包括渗透泵、蒸汽压泵、电解泵、压电泵、电化学泵、泡腾泵等。在某些实施方案中,可将递送药物的泵植入皮下,通过导管向心肌组织释放药物。有关此类泵和递送药物方法的更多详情可参见美国专利申请公开号2003/0009145,标题为"从植入心肌组织或心包腔的缓释装置中递送药物",现将其全文并入作为参考。
例如,植入式给药装置的某些实施方案可包括位于基底内的多个储存器、可破裂的储存器盖和/或加速储存器内容物释放的方法。例如,增强储存器内容物释放的方法可包括形状记忆材料、制造膨胀产品的推进剂、柔性膜、增强扩散的方法等。在某些实施方案中,可通过电流、热烧蚀、氧化等方法选择性地分解储存器盖。有关此类递送药物***的更多详情可参见美国专利申请公开号2005/0055014,标题为"从储存器加速释放材料的方法",现将其全文并入作为参考。
在某些实施方案中,植入式递送药物装置可包括例如可向递送药物通道提供药物的供药库和用于递送药物的致动器。在某些实施方案中,药物储存器可通过一个或多个药物供应阀与递送通道连接。在某些情况下,药物递送通道可用于将药物递送到身体的各个部位。第一致动器可用于驱动药物通过递药通道,并以可控的载液稀释度从出口流出。在某些实施方案中,第二致动器可用于使药物在递送通道中流动。在某些情况下,可对储药器进行加压。有关此类递送药物***的更多详情,请参阅美国专利第8,876,795号,标题为"递送药物装置",现将其全文并入作为参考。
在某些情况下,植入式递送药物***可包括中空构件,该构件可限定至少一个管腔,用于促进治疗流体通过管腔的循环流动和/或用于控制治疗流体流速的泵。在某些实施方案中,治疗流体可包括体液和药物。在某些情况下,一旦分配了药物,循环流体可用于填充装置内的耗尽容积。一个较好的实施方案可以包括一种设备,该设备可以使用插管接口向患者的目标内腔进行再循环药物递送。在某些实施方案中,接口部件可配置为从正在递送药物的位置抽取体液。例如,这种***可以帮助降低净输注率,而无需降低泵的流速。有关此类递送药物方法的更多详情,请参阅美国专利第7,867,193号,标题为"递送药物装置",现将其全文并入作为参考。
在某些实施方案中,药物可通过植入式微型输液装置递送。例如,此类装置可包括一个治疗液储存器、一个驱动器和/或一个或多个电极,这些电极可用于提供治疗性电刺激。在某些情况下,驱动器可包括泵,例如隔膜泵、负压泵或蠕动泵。在某些实施方案中,驱动器可通过电磁方式驱动。有关此类药物输注装置的更多详情,请参阅美国专利第7,776,029号,标题为"微型输液泵",现将其全文并入作为参考。
在某些实施方案中,植入式给药装置可包括释放机制,可根据外部刺激选择性地释放治疗剂。在某些情况下,此类装置可包括与储存器密封接合以释放货物的释放机制。在某些实施方案中,释放机制可包括由聚合物基质组成的隔膜,聚合物基质在第一种状态下可能是无孔的,但在外部刺激的作用下,基质可过渡到第二种基本多孔或至少更多孔的状态。在某些情况下,聚合物基质可包括多个磁性颗粒,在施加磁场时,磁性颗粒可使隔膜过渡到第二种状态。在某些实施方案中,膜片可由包含磁性颗粒的电纺纳米纤维组成。在某些情况下,设备可包括旋转膜。在一些这样的实施方案中,旋转膜可以粘贴到不可移动膜上,使不可移动膜位于旋转膜和储存器之间,并且/或者可以限定至少一个小孔或孔隙。可旋转膜可以旋转,当旋转膜和不可移动膜上的孔对齐时,治疗剂就会释放出来。在某些实施方案中,释放机制可包括连接储存器与膜孔的微通道。在某些实施方案中,这种微通道可包括允许或限制流体流动的阀门。有关此类递送药物装置的更多信息可参见美国专利申请公开号2012/0226265,标题为"远程控制递送药物***",现将其全文并入作为参考。
在某些情况下,装置可用于调节微流体流动。例如,此类装置可包括限定流体传导腔室的基板、密封腔室的柔性膜(使柔性膜可在两个位置之间移动,其中一个位置比另一个位置允许更多流体流动),以及设置在基板上以在两个位置之间移动膜的方法(例如电磁机构)。有关此类流量调节器的更多详情可参见美国专利申请公开号2016/0003229,标题为"电磁驱动的微流体流量调节器及相关应用",现将其全文并入作为参考。
在某些实施方案中,植入式装置可配置为零阶药物释放动力学。例如,此类装置可包括由可生物相容性材料形成的外壳。所述外壳可包括一个中空的内核,内核与外部空间之间有通道连接,药物通过第一端装载,和/或外壳第一端的可生物相容性密封件。在某些实施方案中,该装置可包括多个隔室,从而实现治疗剂的单独释放率。该装置可用于递送药物、蛋白质、遗传物质等药剂。有关此类药物递送装置的更多详情,可参见美国专利申请公开号2018/0042549,标题为"Methods for Making Controlled Delivery Devices HavingZero Order Kinetics",特此将其全文并入作为参考。
图35描述了矩形柔性可压缩植入体3501的下视图,其一侧增加了中空可填充矩形上层结构3535。在某些实施方案中,上层结构3535在充气后横截面可为圆形。也可使用注射口和管道3536,并可与上层结构3535进行流体沟通。
在某些实施方案中,上层结构3535可以包含微型磁盘。磁场可用于控制微型磁盘,以破坏靶细胞的完整性、递送药物、产生热量和/或分离肿瘤/癌细胞以进行早期检测。例如,各种类型的磁盘可包括平面内合成反铁磁(SAF)磁盘、垂直SAF磁盘和涡旋磁盘。平面内磁盘可能有两个铁磁层,通过非磁性间隔物隔开,磁矩在平面内方向相反。垂直磁盘可能有两个通过非磁性间隔物隔开的铁磁层,磁矩在平面外指向相反的方向。磁盘可利用机械力(通过外部磁场产生的扭矩)诱导靶细胞凋亡。漩涡磁盘可由Ni80Fe20组成,并用两层金封盖(以隔绝对人体的不利影响)。这种磁盘可以用与靶细胞膜上抗原相匹配的抗体进行功能化,通过扭矩和机械力诱导细胞凋亡。磁盘还可被靶细胞内吞并积聚到溶酶体中,而溶酶体可能会因磁盘的扭矩而破裂。磁盘还可用于药物和基因递送。可将硫醇化壳聚糖等聚合物组装到磁盘表面。然后,可利用机械扭矩和力渗透目标细胞膜,同时递送治疗材料。磁盘还可用于磁热疗,其主要加热机制是磁滞损耗。与本文公开的植入体有关的各种其他细节和进一步信息可参见"用于癌症治疗的盘状磁性粒子",Munoz,《应用物理评论》7,2020(011306),特此全文并入作为参考。
图36描述了矩形柔性可压缩植入体3601的下视图,其一侧增加了中空可填充"+"形上层结构3636。在某些实施方案中,上层结构3636在充气后横截面可能呈圆形。也可以使用注射口和管道3637,它们可以与上层结构3636进行流体沟通。
根据本文公开的各种实施方案,递送药物***可包括微颗粒(可包括可生物降解聚合物、天然聚合物)、纳米颗粒(可包括可生物降解聚合物、天然聚合物)、胶束(可包括两亲嵌段共聚物)、药物共轭物(可包括亲水性聚合物、树枝状聚合物)、水凝胶和植入体(可包括亲水性聚合物、可生物降解聚合物、天然聚合物)或类似物。用于递送药物和治疗的纳米材料可包括金纳米粒子、银纳米粒子、氧化铁纳米粒子、碳纳米管、荧光纳米金刚石、二氧化硅纳米珠等。聚合物胶束纳米粒子可由两亲嵌段共聚物自组装而成。胶束装载药物的方法可包括溶剂蒸发、共溶剂蒸发、透析、闪蒸纳米沉淀等。用于胶束的二嵌段共聚物可包括聚(L-乳酸-嵌段-丙烯酸),三嵌段共聚物可包括聚乳酸-嵌段-聚(乙二醇)-嵌段-聚乳酸。聚合物微球药物载体可用于在用药前后保护不稳定的药物。微球可用于长期释放药物,延长疗效。微球可由可生物降解聚合物组成,例如聚乳酸-聚乙二醇(PLGA)。纳米粒子的表面可以用聚乙二醇修饰,以延长体内寿命。与本文公开的各种实施方案相关的聚合物也可配置为抗免疫反应,因为它们缺乏表面识别蛋白。在某些实施方案中,微凝胶和纳米凝胶还可用于封装水溶性小分子原料药,否则传统的可生物降解聚合物颗粒很难封装这些原料药。聚合物纳米颗粒可通过纳米沉淀等方法制备。脂质体具有良好的可生物相容性,而纳米颗粒则具有出色的稳定性和载药能力,因此也可用作药物递送装置。脂质聚合物混合纳米粒子(LPNs)可用于结合脂质体和纳米粒子的优势特性。可用于LPN核心的聚合物包括PLGA,而磷脂酰胆碱等脂质可与聚乙二醇(PEG)脂质共轭物一起用于LPN的外壳。在某些实施方案中,还可通过使用对pH值敏感的脂质包衣(如脂质-琥珀酸-MPEG)来设计LPN,使其对刺激做出反应,对pH值等刺激做出响应。LPN特别适用于递送药物,如多西他赛、紫杉醇、姜黄素和多柔比星。壳聚糖等多糖可用作递送药物分子和/或配制成递送药物纳米粒子(根据所需结构特征,通过共价交联、离子交联、聚电解质络合和疏水修饰多糖的自组装等机制)。这些天然聚合物可形成生物粘附性,作为载体具有优势,因为它们可以延长药物的停留时间,从而提高药物的吸收率。根据所需的纳米颗粒或纳米胶束特性,天然聚合物可在与本文公开的各种植入体一起使用前进行改性。其中一个例子是壳聚糖:可通过将疏水基团接枝到胺官能团上形成两亲壳聚糖。此外,某些胶束载体***的疏水核心可以作为水不溶性药物的储存器,从而提高药物的溶解度和稳定性。两亲性天然聚合物胶束(如基于壳聚糖的胶束)可用于包裹布洛芬和两亲性阿霉素等药物,最终递送到本文公开的一种或多种植入体中。基于天然聚合物的胶束甚至可以封装某些蛋白质、肽和核酸。刺激响应材料也可用于根据需要选择性地递送药物,这些材料可包括热敏和/或pH值敏感材料(由于人体各部位的热敏和pH值条件不同,热敏和pH值敏感材料最为普遍)。热敏性聚合物的过渡温度最好接近生理温度。刺激响应型聚合物可配制成刺激响应型胶束,用于向癌细胞递送多柔比星等药物。也可对此类聚合物的结构进行改性,以包裹脂质体。在某些实施方案中,水凝胶还可与纳米级形状变化结构相结合,以释放药物。在某些实施方案中,水凝胶的溶胀和脱水可导致机械变形,从而实现致动。自身折叠递送药物***(DDS),如theragrippers(具有可随外部刺激开合的指针的DDS),可用于化学机械控制药物释放。美沙拉嗪和多柔比星等药物可以装载到这种热力钳中。用于递送药物的水凝胶可被多种基团官能化,如甲氧基、羟基、马来酰亚胺、硫醇和叠氮基团。水凝胶还可用于制造生物基质,以包裹成纤维细胞等各种细胞类型。与各种实施方案相关的其他药物/治疗载体还包括胶原蛋白、聚(2-噁唑啉)、聚噁唑啉、分支状聚酯支架、筏状聚合物载体和/或线性支链聚乙烯亚胺。有关可能对各种实施方案有用的药物和治疗货物递送技术的更多详情,可参见《聚合物药物递送技术转化聚合物科学用于药物递送》,Aldrich Materials Science(2015),特此将其全文并入作为参考。
图37a描述了圆形螺旋植入体3701的俯视图,该植入体具有外臂带末端3712和内臂带末端3711以及臂带之间的空间3710。在所描述的实施方案中,空间3710的大小与每个相邻臂/带的相应宽度相似,其中一对臂/带定义了空间3710的大小。因此,在某些实施方案中,空间3710可以与上述臂/带宽度相同,或至少基本相同。当然,在其他实施方案中,空间3710可以小于(或大于)该臂/带宽度。事实上,在某些实施方案中,在植入体3701的静止配置中,空间3710可以为零或接近零(例如,参见图69)。然而,在这些实施方案中,优选地,臂具有足够的柔韧性和可分离性,以允许临时分离臂,从而创造足够的空间,便于使用本文所述的技术之一通过微创入口切口进行安装。然而,无论螺旋植入体的相邻带/臂区域之间是否存在永久性空间,或者植入体是否具有足够的柔韧性,可以临时创造出这样的空间以进行安装,都应该理解,如本文所使用的、空间"--或短语"相邻带之间的空间"--应被视为要求能够利用该空间通过入口切口(最好是微创入口切口)***螺旋植入体,在安装过程中的任何给定时刻仅有一个臂/带通过入口切口(而不是整个植入体)。因此,应该理解的是,在这种情况下使用上述"空间",无论是永久性的还是临时性的,都应被视为排除了具有排除为此目的使用该空间的结构的任何装置,例如,具有将线圈的各个带连接在一起的基板(如板或其他元件)的螺旋形电感线圈,尽管线圈的带之间可能存在某种意义上的"空间",但同样排除了以上述方式进行安装的可能性。
应该理解的是,一些包括螺旋/线圈形状或至少基本为螺旋形状的实施方案可以在垂直方向上延伸(垂直于上述相邻带之间的空间),因此,例如可以形成锥形。因此,在同一平面上的每个相邻带之间可能存在"空间",或者,在某些实施方案中,在垂直方向上的每个相邻带之间可能存在空间,从而使整个线圈不在同一平面上,或者代替上述横向"空间",或者除了上述横向"空间"之外。
在某些实施方案中,螺旋植入体3701的整体形状可以是圆形,横截面可以是矩形。但如下所述,在其他实施方案中也可以使用其他各种形状。螺旋植入体3701可以是刚性的,也可以是柔性的。在某些实施方案中,螺旋植入体3701可以通过滚动和/或折叠来压缩。在某些实施方案中,螺旋植入体3701可以由金属、陶瓷、金属陶瓷、玻璃、柔性塑料、有机聚合物、生物聚合物或类似材料组成。其他实施方案可包括聚合物外部层压或容器,以保留更多可溶解材料,如水凝胶等。药物、维生素或其他化学物质,包括生物制剂,也可以结合、溶解或以其他方式存在于螺旋植入体3701的部分或全部结构和/或其中包含的元件中。
在某些实施方案中,螺旋植入体3701可包括小孔3791,例如可对刺激做出反应的纳米级药剂。这种纳米级药剂可以对光、磁场、超声波、射频和X射线等刺激做出反应,从而可以从使用者/患者体外进行选择性致动。磁场可用于磁化和磁场药物靶向。电流或电压可用于电穿孔和离子渗透。超声波可用于声动力疗法和声穿刺。脉冲光可用于光穿透和药物释放。温度可用于热穿刺和热疗。这种温度变化可以通过电流(例如通过薄膜电阻器)、超声波或辐射(例如微波或红外线辐射)来诱导。可通过磁性微粒或与金纳米棒联接的近红外线诱导高热。磁性纳米粒子的各种混合体可用于通过磁流体热疗消除乳腺、肝脏、结肠等肿瘤。在纳米设备中可实现各种光触发功能,如光诱导癌症纳米otheranostics,通常对紫外线、可见光和近红外线有反应。对紫外线、可见光或近红外光有反应的光敏剂可包括无机或有机光敏剂,例如酞菁锌、氧化锌、量子点等。近红外光可触发金纳米棒、聚吡咯等纳米粒子进行光热治疗。由于光的穿透深度较低,通过手术或内窥镜***的光导纤维可帮助将光更深入地送入体内。有关此类可能的纳米级药剂及相关材料和装置的更多信息,可参见"用于下一代癌症治疗的物理刺激纳米otheranostics:聚焦磁刺激和光刺激",Thorat,AppliedPhysics Reviews 6,2019(041306),特此将其全文并入作为参考。
螺旋植入体3701的不同区域和/或部分也可印刷或设计不同的药物或化学物质。此外,在适当保护的情况下,螺旋植入体3701中还可能有电子元件、微型泵和/或印刷电路板。植入体3701中还可能有射线、声波和/或电磁可识别材料,以帮助定位和/或操作植入体。螺旋状(涡状螺旋)植入体可通过旋转/缠绕植入体***微创入口伤口,稍后将详细讨论和描述。螺旋植入体还可用于携带电子器件,如电感线圈、薄膜电池、印刷电路板以及化学品、药物和/或生物聚合物。
在某些实施方案中,螺旋植入体(如植入体3701)的直径至少为2厘米(从外带的一个外缘到外带的另一个外缘,沿着植入体的空间面积测量)。在某些实施方案中,螺旋植入体的直径至少为5厘米,在某些情况下直径至少为10厘米,在某些实施方案中直径至少为20厘米。
图37b是植入体3701的侧视图,也描述了外臂带末端3712,如下文所述,该末端可能包括一个开口,以便进入植入体3701的内部,也可能是实心的。
图37c是植入体3701的顶部透视图,也描绘了外臂带末端3712。
图37d描述了螺旋植入体3701沿着图37a所描述的直线和箭头的剖面图。螺旋植入体3701的横截面图描述了位于植入体上表面的上层结构3719。当然,在其他实施方案中,上层结构3719可以设置在植入体的任何其他侧面和/或部分。螺旋植入体3701还可以包括温度传感器3719t,它可以从植入体3701上的另一个位置伸出。所描述的实施方案还包括各种层/元件,包括金属电感线圈3721、电池3722(在本实施方案中为薄膜)、印刷电路板3723、一个或多个附加电感线圈3721a、电容器3726、数据存储3727、片上实验室3729、天线3792、辅助电子元件3724(如加热元件、薄膜电阻器等),以及聚合物保护性内护套3725i,其位置可与保护性外护套3725o相邻。如图所示,内外护套3725i/3725o之间可形成中空空间,可用于容纳流体和/或凝胶,例如,可用作保护性护套/密封件、上层结构和/或药物容纳和/或递送位置。在一些实施方案中,微流体通道(未显示)可将位于保护性护套/包裹层外的患者血清/血液/组织液与芯片上的实验室接触,以进行分析。在进一步考虑的实施方案中,温度传感器可以放置在螺旋植入体3701或本文公开的任何其他植入体内部和/或外部的许多位置。在某些实施方案中,位于外部的温度传感器可被配置为向中央处理器发送温度数据,中央处理器可根据设定的温度阈值(例如45℃)进行编程,以关闭或减少外部无线电感线圈充电,从而保护脆弱的邻近组织。一旦外部温度恢复到预设的安全阈值,例如42℃,就可以重新开始无线充电。放置在螺旋线圈内部的温度传感器可具有预设阈值,以改变充电参数,从而保护螺旋线圈3701的一个或多个上述内部元件。某些设想的实施方案可能包括多个内部天线。
蚕丝纳米带(SNR)、魔芋葡甘露聚糖(KGM)和铬或金银花可用于制备可生物降解金属丝,供某些实施方案使用。可使用真空过滤工艺将SNR和KGM结合成薄膜。可以将铬或金蒸发到复合薄膜上作为电极。有关此类工艺的更多详情可参见《用于植入式生物电子器件的天然聚合物基可生物吸收导电线》,Niu,Journal of Materials Chemistry A,2020,DOI:10.1039/d0ta09701b,特此全文并入作为参考。
在某些实施方案中,植入式无线药物洗脱装置可采用无线感应电流,以电化学方式加速密封药物储存器的金属闸门的溶解,从而导致药物释放。例如,聚丁二硫醇-1,3,5-三烯丙基-1,3,5-三嗪-2,4,6(1H,3H,5H)-三酮戊酸酐(PBTPA)可用作底物和相关药物的储存器。可通过感应式无线充电向设备输送电流,以便立即启动,或者将能量储存在电容器中,以便随后在所需时间启动。在某些实施方案中,镁电极可构成栅极。采集器可能会产生过电位偏压,从而导致镁电极在周围生物流体的作用下发生法拉第反应,加速电化学腐蚀。鉴于反应的不可逆性质,该装置在某些实施方案中可能只能一次性使用。有关此类可能应用的更多详情,请参阅"Wirelessly controlled,bioresorbabledrug delivery devicewith active valves that exploit electrochemically triggered crevicecorrosion",Koo,Health and Medicine,2020,Vol.6No.35,特此全文并入作为参考。
在某些实施方案中,可以将附加元件(如电子元件)连接到线圈上,使线圈作为独立的植入体或作为另一个辅助植入体的电源而独立配置的植入体更加有用。在某些实施方案中,如图80a所示,使用单体线圈可以完全消除对辅助植入体的需求。因此,在设想的实施方案中,单元线圈可以与其他植入体连接,例如单元线圈提供能量的植入体,而无需使用辅助植入体来帮助单元线圈完成这项工作。不过,我们也认为,某些线圈实施方案可能具有辅助植入体上可能提供的部分组件,但并非全部,因此可被视为"混合"线圈植入体。
图38描述了圆形螺旋植入体3801的透视图,其横截面为圆形,中心为实心(而非空心),末端为外臂带状终点3812。
图39描述了另一种圆形螺旋植入体3901的透视图,其横截面为圆形。不过,与螺旋形植入体3801不同的是,螺旋形植入体3901包括一个中空中心,终止于外臂带终端3912。注射口和/或管道3934还可用于允许外科医生或其他用户注射液体,以便为隐藏在植入体3901中的上层结构充气和/或注射药物。端口3934可以延伸到患者皮肤上方,或者可以设置在患者皮肤下方,以便皮下注射此类药物和/或其他液体。在某些实施方案中,端口3934可以具有放射、声波或电磁可识别材料,以允许注射针填充上层结构,例如,用于化疗的药物。在本实施方案中,植入体4001的中心又是中空的,并终止于外臂带末端4012。不过,与螺旋形植入体3901不同的是,螺旋形植入体4001包括一根内部导丝4014,以增强刚性,方便植入等。在其他实施方案中,例如较小的螺旋植入体,导丝4014可以是可拆卸的,这样就可以回缩和引入其他元件和/或材料,例如凝胶、药物、电子元件等。
图41描述了矩形螺旋植入体4101的俯视图,如图所示,该植入体的平面图可以是矩形,在某些实施方案中,其横截面也可以是矩形。另外,横截面形状也可以是圆形、椭圆形或其他合适的形状,包括但不限于几何形状或三维形状。在某些实施方案中,可将附加元件(如电子元件)联接到线圈上,以使线圈作为独立的植入体或配置为独立的植入体作为另一个辅助植入体的电源更有用。在某些实施方案中,如图80a所示,使用单体线圈可以完全消除对辅助植入体的需求。因此,在设想的实施方案中,单元线圈可以与其他植入体连接,例如单元线圈提供能量的植入体,而无需使用辅助植入体来帮助单元线圈完成这一操作。不过,我们也认为,某些线圈实施方案可能具有辅助植入体上可能提供的部分组件,但并非全部,因此可被视为"混合"线圈植入体。
图42a描述了五边形/多边形螺旋植入体4201的俯视图,其横截面可以是矩形,外臂带末端4201a。在进一步考虑的实施方案中,横截面可以不是矩形。从该植入体的形状可以看出,螺旋状植入体可以根据需要制成任何形状,最好是以允许将植入体缠绕/旋转到微创入口切口的方式,如本文所讨论的那样,每次缠绕/旋转一个带状/臂状植入体。如图69所示,当相邻臂之间的空间接近零时,由螺旋臂形成或切割成螺旋状的形状几乎是无限的。
图42b描述了外臂带末端4201a的放大俯视图,该末端带有一个球状的、可捕捉到的组织通道促进器4201b,该促进器带有开口/端口4201c,可配置为容纳电子联接和/或流体递送/抽取。例如,组织通道促进器4201b可包括一个光滑的盖和/或球状物,其配置既可促进末端4201a穿过入口伤口,又可提供一个更光滑的顶端,防止末端4201a在植入体4201旋转并推进到体内/袋中时卡在组织上。端口4201c可包括一个电端口,与植入体的另一个元件或***的附件装置、植入体和/或元件电连接,例如图54a中所示的辅助植入体5408,下文将对其进行更详细的讨论。
图43是位于螺旋带4301a和螺旋带4301c之间的螺旋带4301b的椭圆形横截面放大图。图中螺旋带4301b穿过入口伤口250并被其压缩。在本实施方案中,植入体包括翻板4301f,翻板可以是柔性的,部分或全部折叠/缠绕在螺旋带4301b周围,这可以使翻板弯曲、折叠、压缩或以其他方式以较低的外形贴合微创入口伤口250,一旦进入体内就展开/解压,如其他两个臂/带4301a和4301c所示。在图43所示的形状中,4301a已穿过入口伤口250,因此位于患者体内,而4301c尚未穿过入口伤口250,因此完全位于患者体外。下文将更详细地描述将该植入体植入患者体内的过程。
在某些实施方案中,翻板4301f可使柔性电感线圈4319不仅位于螺旋带4301b的中央部分,还可延伸至翻板4301f本身。翻板4301f进入机身后,可以像卫星上的太阳能电池板一样展开,为各种用途提供更大的表面积。例如,当电感线圈4319部分或全部置于其中时,可为电感充电器提供更大的表面积。在其他实施方案中,增大的表面积也可能有利于药物的释放。因此,例如,在某些实施方案中,翻板4301f可以与螺旋植入体的中心/主体流体联接,并可配置为凭借其中包含的流体压力分别反卷/展开到植入体的内带和外带4301a和4301c的配置。
图44描述了一种植入体4401,其中带状物的横截面呈矩形,类似于扁面条,植入后可呈面条状,例如类似于图44中所示的形状。在其他实施方案中,横截面形状可以是圆形,更像面条或其他所需的形状。面条状植入体一旦植入腹腔,可能会相对平面/扁平(x、y尺寸远大于厚度z尺寸)和/或呈现"三级"三维形状(其中x、y、z尺寸彼此相差不到一个数量级)。在某些实施方案中,这种植入体可用于填充皮下、肌肉和/或其他外在可见的创伤或癌症缺陷,和/或通过携带监测癌症复发或抗癌治疗的电子设备实现多功能。在某些实施方案中,当植入胸腔或腹部等解剖位置时,例如网膜区域内或周围,这种形状可能非常有用。
图45a是柔性植入体4501部分的侧视图,其中可包含电子元件4511,如果需要,在植入过程中和/或植入后,电子元件4511也可以呈面条状。电子器件4511可包括电感线圈、电池、印刷电路板、薄膜电阻加热器等。在某些实施方案中,植入体4501可类似于绦虫。可选的导丝4512在这里显示为直线延伸,可方便植入和/或从植入体4501上拆卸。可选的导丝4512可包括金属或其他材料,例如,可用于在植入体内放置的金属或其他材料,例如,可用于将柔软、高弹性植入体导入组织口袋中的自然成型的不锈钢、弹簧钢线圈,并在移除时,使植入体保持由导丝形状赋予的所需线圈形状。在某些实施方案中,可以使用形状记忆材料来形成导丝4512,例如形状记忆合金或形状记忆聚合物。这样就可以通过微创入口伤口***各种形状的植入体,如细长型植入体,并根据需要在体内恢复任何形状或保持细长配置。
为了给这种面条状植入体供电,在某些实施方案中可以使用柔性电缆电池。柔性植入式电池设计可包括电缆型锂离子电池等。这种电池可包括多条呈中空螺旋状的铜阳极线(涂有镍硒),使用改良的PET隔离膜与铝线圈缠绕在一起,周围环绕着钴酸锂管状阴极,整个阴极可以是绝缘的。上述信息和进一步示意图可参阅"基于中空多螺旋电极的电缆型柔性锂离子电池",Kwon,Advanced Materials,2012,特此全文并入作为参考。
图45b是硬质空心套管/导管4515的侧视图,该套管/导管可用于皮下、腹腔内或胸腔内植入柔性面条状植入体。在其他实施方案中,套管/导管可能具有一定程度的柔韧性,或可用于其他器官***/腔室。
图45c是柱塞4520的侧视图,柱塞4520可用于驱动植入体,如柔性和/或面条状植入体通过刚性中空套管/导管进入目标安放部位。柱塞***可具有柱塞活塞4525,当外科医生对柱塞顶端4530施力时,柱塞活塞4525可驱动植入体通过套管。
图46a是柔性和/或面条状植入***4600的侧视图,该***可能有点像分段绦虫。植入***4600可包括放大的分段舱盒4671和连接段4672,连接段可包括管子等,管子可根据需要穿过各种元件,如柔性电子元件4673,包括电感线圈、布线、印刷电路板、光纤等。在某些实施方案中,分段舱盒4671可以是可拆卸和可添加的,以使植入体模块化和/或可定制。例如,一个或多个分段舱盒4671可包括/包含一个或多个微型泵/马达4674、印刷电路板4675、传感器4676、流体管道4678、流体管道4679(可配置为沿管道4678的相反方向递送流体)和/或存储存仓4677(可容纳药物、流体、粉末等)。在进一步考虑的实施方案中,可以在分段舱盒4671的外部和/或连接段4672的外部放置包裹物4670,这可以方便将植入体滑入切口并穿过组织,和/或可以提供保护和/或流体密封,以保护各种舱盒4671的组件。在一些实施方案中,包膜4670可以包括收缩膜,或以其它方式粘附在一个或多个舱盒4671上,在这种情况下,包膜4670可以挤压/延伸到荚膜之间的一个或多个连接段4672的上方空间。虽然包装纸4670显示为两端开口,意在表达可在任一端将任意数量的额外舱盒4671添加到植入体中的概念,但应该理解的是,在植入之前,包装纸通常是闭合的。
图46b描述了有助于实现上述模块化的一个实施方案。更具体地说,图中第一舱盒4671a与第二舱盒4671b通过可释放的公连接器4680a连接,公连接器4680a与母连接器4680b配合使用。通过这种方式,可以根据需要在组件中添加舱盒。例如,药剂师可以将药物添加到专门为特定病人定制的舱盒中,然后通过将舱盒与相邻舱盒连接,将舱盒固定或以其他方式连接到链条上。还应该理解的是,舱盒可以有选择地与本文公开的任何其他植入体和/或植入组件联接。例如,植入式电感线圈可配置一个连接器,该连接器可与舱盒连接,以便有选择性地添加电源。提到面条是为了说明,开始时可能是有组织的植入体,例如缠绕在卷轴上的植入体,一旦***体内,可能会呈现出相对随意的外观,类似于随意丢弃的长面条。面条状植入体可能有帮助的部位包括腹腔内、胸腔内或其他体腔,在这些部位,假定用适形材料填充自然空隙/裂隙是可能的。在皮下层,面条状植入体可能适用于因以前的创伤或***、阴囊或腋窝的自然空隙而缺失组织的区域。
图47a-e描述了一种将螺旋植入体的外部部分/末端4701o放入皮下植入体口袋的方法,该口袋由图47a中用虚线勾勒的两个口袋部分组成,即植入体口袋部分4711(可能与之前描述的口袋类似)和植入体递送口袋部分4712(在这些图中形成于微创入口切口4710下方,与微创入口切口相对于植入体口袋部分4711)。如下文更详细地描述,植入体递送袋部分4711是一个临时袋,仅在植入植入体4701期间使用,由于植入体4701的形状,该袋在所描述的实施方案中呈半圆形,但在其他方法中也可以形成其他形状。相比之下,植入体口袋部分4711被配置为完全、有时是永久性地接收完整的植入体4701。
图47a描述了人体躯干的右侧,在该处通常使用手术刀进行表皮/真皮入口切口4710,以在腹股沟/下腹部区域的皮下/脂肪层下方形成相对最小的入口伤口,从而通过微创解剖器械(如图1和图2所示)创建植入体口袋。在某些实施方案中,植入体口袋的位置可以是身体上任何可以在非骨性、非软骨组织中进行解剖的地方。
图47b描述了皮下层中植入体递送口袋部分4712和相连的多边形植入体口袋4711(在其他实施方案中可能是其他形状)的虚线轮廓,微创入口伤口4710大致位于它们的交叉点/基台之间。如图47b所示,螺旋状植入体4701预安放在皮肤外侧,最终可能几乎直接安放在皮肤下方。一旦外科医生拿起螺旋植入体4701(最好使用无菌技术),螺旋植入体4701的外侧部分4701o就会沿着旋转方向4714穿过入口伤口4710。
电线/接线元件可连接到线圈内端4701i和/或线圈外端4701o,当线圈旋转或以其他方式定位在植入体口袋(如植入体口袋4711)内时,这些电线/接线元件可留在原位。这些导线/元件最好是耐用且柔韧的,可以穿过切口4710,如果足够柔韧且动态连接,则可以在线圈从体外通过微创入口切口旋转并重新定位到植入体口袋内时与线圈一起旋转,正如本公开中讨论的那样。
图47c描述了皮下层中植入体递送口袋部分4712和连接植入体口袋部分4711的虚线轮廓,微创入口伤口4710。螺旋形植入体4701现在已经沿着箭头4714的方向旋转了几圈,邻近植入体4701o的外端/部分,因此植入体4701的大部分用虚线描绘,表明这部分位于皮肤真皮外层以下的皮下层。需要注意的是,线圈的内端4701i和植入体4701的邻近部分是现在留给外科医生推进和扭转的区域,因为它位于入口伤口4710的外部。此外,在图47c中描述的手术过程中,植入体4701的大部分已经由于旋转***和形状而从植入体口袋部分4712移出,进入植入体递送口袋部分4711。因此,显而易见的是,如果先***外部末端4701o,随着植入体4701进入体内,植入体4701会自然地向植入体口袋部分4711移动。
图47d描述了这一过程的后续阶段,此时植入体4701已完全***患者/用户皮肤下的皮下层。螺旋形植入体4701现在完全由虚线描绘,因此可以理解为完全隐藏在皮肤表面以下。由于旋转***和形状的原因,植入体4701很可能已经尽可能地移入植入体递送口袋部分4712中。然后,外科医生可以如图47e所示,将植入体4701推进到植入体口袋部分4711中。在某些实施方案中,这可以通过触诊和手指按压外层皮肤来完成,最好是利用图47d中箭头4716方向4715位置的边缘植入体4701的感觉。通过将外科医生的手指按压在植入体4701的边缘,并沿着箭头4716的方向用力,就像揉面团一样,外科医生可以将植入体4701从入口切口移开,更多地向植入体口袋部分4711移入。在某些设想的实施方案中,可以使用器械或缝合线来放置/移动植入体。
图47e显示植入体4701完全位于皮下层的植入体口袋部分4711内。现在可以缝合入口伤口,除非有更多辅助部件需要通过入口伤口进行连接或递送,如导线、管子等,这些部件可用于连接植入体与能量源、药物或类似物。
在将螺旋形植入体放入皮下植入体口袋的替代实施方案中,内侧/末端4701i可以在外侧/末端4701o之前通过微创入口切口4710***/穿过,并沿内侧/末端4701i的方向旋转/旋入口袋4711,几乎不需要或完全不需要半圆形植入体口袋4712来放置,特别是如果植入体4701是柔性的。因此,如果使用这种替代方法,可能不需要半圆形植入体口袋4712。在植入螺旋植入体时,内侧/末端4701i可能会先***/穿过,这样做的一个可能的缺点是,内末端在植入体旋转过程中移动最小(因为它是圆的中心),在手术结束时会更远地进入植入体口袋,从而使通过内末端4701i放置固定缝线更加困难。
法拉第定律指出,磁通量变化引起的电磁场取决于磁通量变化Δ、时间Δt和线圈匝数。因此,图中显示的匝数和/或表面间距可能并不代表特定用途的最佳选择。
图48a-48L描述了具有各种不同配置的螺旋植入体4801a-4801L的各种替代实施方案。植入体4801a包括一个从侧面看是扁平的植入体。植入体4801b包括一个从横截面看呈螺旋状的圆形植入体,例如,它可以包括螺旋状植入体的一个带状部分。植入体4801c包括一个包壳4802c,包壳可包括一层或多层。植入体4801d还包括封装/外层4802d。植入体4801e包括多个层叠体/层,即内层4802e和外层4803e。同样,植入体4801f包括一个内包层4802f和一个外包层4803f。植入体4801g是一个平面植入体,具有完整的包膜4802g。植入体4801h包括横截面为矩形的植入体(同样,在某些实施方案中,这可能只是螺旋植入体的一个臂/分支)。植入体4801i是一个扁平的植入体,包含一个内部网状结构。植入体4801j包括一个完整的包囊4802j。植入体4801k包括横截面呈椭圆形的膀胱状植入体,该植入体具有相应的椭圆形包壳4802k。植入体4801L包括两个封装件,即内层封装件4802L和外层封装件4803L。在某些设想的实施方案中,植入体或包壳的部分或全部可以是可生物吸收/可生物降解的。然而,在其他设想的实施方案中,植入体的部分或全部可以不是可生物吸收/可生物降解的;在其中一些设想的实施方案中,植入体的全部或部分可以涂覆聚四氟乙烯(PTFE)或其他惰性/生物相容性物质/元素。这种材料和/或类似物的涂层可以使通过相对较小的入口伤口进行手术取出更加可行,特别是对于图9a-b所示的器械而言。在一些设想的螺旋/线圈和/或网状植入体的实施方案中,这种涂层可能有利于方便取出和/或最大限度地减少组织相互作用。
图49描述了一名人类患者在接受外科手术后,使用裂解尖端(例如具有珠子和用于传递能量的相邻凹槽的裂解尖端)形成一个或多个植入体口袋,每个植入体口袋的一个或多个尺寸大大超过用于创建相应植入体口袋4905a/4905b/4905c的切口4904a/4904b/4904c的尺寸。每个植入体口袋4905a/4905b/4905c中都有一个植入体4901/4902/4903。在所描述的示例中,每个植入体口袋4905a/4905b/4905c都包含一个各自的植入体4901/4902/4903,其中包括一个皮下纹身。
图49中所示的每个皮下纹身4901/4902/4903都是由LED、mLED或OLED等光源组成的发光纹身。因此,植入体4901包括一个心形LED皮下纹身植入体,它被放置在患者心脏器官上方胸部区域形成的植入体口袋4905a中。植入体4902包括一个十字形LED皮下纹身植入体,该植入***于形成于患者腹部中央区域的植入体口袋4905b中。植入体4903包括一个微型心形LED皮下纹身植入体,该植入***于邻近患者腹股沟区域的另一个植入体口袋4905c中。
在某些实施方案中,外部设备(如智能手机)或外部可穿戴设备(如手表或其他臂带4998)可用于检测患者的心率。因此,臂带4998可以包括心率传感器4998c和无线发射器或收发器4998t,这样就可以通过收发器4999t将包含心率的信号发送到智能手机4999和/或发送到内部接收器或收发器,内部接收器或收发器可以是一个或多个植入体或辅助植入体的一部分。通过这种方式,用户可以将内部纹身(如植入体4901)与用户的心率联系起来,使植入体4901提供的照明与用户的心跳相匹配。为实现这一功能,可提供一个或多个其他植入体或植入体组件,如电感线圈4914和/或能量存储源,如电池4907或超级电容器,它们可安装在植入体4901上或连接的辅助植入体中。无线接收器或收发器4908可设置在一个或多个植入体上,例如植入体4901,并可配置为接收来自心率传感器4998c的信号,这些信号可直接来自臂带4998或间接通过智能手机4999接收,智能手机4999可进行编程,以允许用户改变植入体4901提供的照明的颜色、图案等,同时或作为将图案与佩戴者/用户的心率联系起来的替代方案。
在某些实施方案中,薄膜封装可用于封装OLED器件。进行薄膜封装的方法可包括原子层沉积(ALD)等。在某些实施方案中,Al2O3可用作原子层沉积阻挡层。在某些情况下,可以使用O3基Al2O3,因为它可能比H2O基Al2O3具有更好的阻挡特性。最好使用O3作为ALD反应器,但在某些情况下也可使用H2O。在其他实施方案中,可通过ALD制备纳米层叠材料,例如Al2O3/TiO2。在某些实施方案中,阻隔结构可包括在层叠体中嵌入聚合物的混合材料,以兼具高阻隔性和高柔韧性。在某些实施方案中,可采用Al2O3/HfO2纳米层叠挡层,并***一层SiNx,以帮助减轻阻挡应力。在某些实施方案中,OLED器件可能受益于额外的散热***。因此,在一些此类实施方案中,具有高柔性、延展性和/或透明度的超薄导热膜可用于封装OLED器件。这种阻挡层可以简单地包括银或Al2O3/Ag/Al2O3结构,以提高抗反射效果。在某个实施方案中,阻挡层可包括Al2O3/Ag/Al2O3/S-H纳米复合材料/Al2O3结构。可***有机纳米复合层以提高柔韧性。有关此类封装方法和材料的更多详情可参见《通过原子层沉积实现有机发光二极管显示的薄膜封装》,李,材料研究学报,2019,DOI:10.1557/jmr.2019.331,特此将其全文并入本文作为参考。
在某些实施方案中,LED器件可用于发光缝合线、植入片(即LED纹身)、光学传感器、导管、光疗等。在某些情况下,可将触点、互连和/或结构桥印到临时基底上,临时基底可包括PMMA等,然后再转移到弹性片上并与之集成,弹性片可包括聚二甲基硅氧烷(PDMS)等。聚二甲基硅氧烷是一种柔软、弹性、可生物相容性好的材料,因此可能更受青睐。在一个优选的实施方案中,mLED阵列可通过蛇形带连接,蛇形带可用作电互连或结构桥。这种蛇形结构可吸收部分或大部分外加应变。在某些实施方案中,LED器件可由多层堆叠或LED阵列组成,以克服单个阵列中LED密度可能较低的问题。可使用PDMS涂层实现众多阵列的集成,PDMS涂层可用作层间电介质、封装剂和/或粘合剂。在某些实施方案中,这种PDMS涂层的厚度可薄至300微米,从而形成厚度达~1.3毫米的四层LED***。在某些实施方案中,LED设备可以串联连接,以实现对整个阵列的完全控制。在某些情况下,可将mLED阵列放置在涂有粘合环氧层的聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜薄片上,并用PDMS进行双面封装。薄陶瓷绝缘金线可用于连接阵列边缘的金属垫和外部电源。有关合适LED器件的更多详情,请参阅"Waterproof AlInGaP Optoelectronics on Stretchable Substrates withApplications in Biomedicine and Robotics",Kim,Nature Meterials,2010,DOI:10.1038/NMAT2879,特此全文并入作为参考。
在某些实施方案中,可伸缩LED阵列可用于流体成分传感器、接近传感器和/或发光缝合线。在某些实施方案中,此类LED设备可包括防水保护元件,从而允许设备与生物环境相互作用。在某些实施方案中,此类器件可包括柔性和/或可伸缩电子电路,其中可包括无机半导体元件、与所述电路电通信的控制器和/或柔性基底,其中可包括诸如PDMS等材料和/或封装阻挡层,其中可包括弹性体材料。在某个实施方案中,LED器件可包括缝合线,缝合线可由可生物相容性材料、可生物惰性材料或它们的组合组成。在某些实施方案中,缝合线可以是可生物吸收的,包括诸如聚乳酸(PLA)、聚乳酸(PLGA)等材料。在某些情况下,此类材料可包括聚乙醇酸、聚乳酸、聚丙烯、聚酯、尼龙等。在一些实施方案中,装置可包括阻隔层,该阻隔层具有微结构外表面,提供多个暴露于生物环境的特征,例如通道、孔隙、开口等。在一些实施方案中,可使用复制成型和/或纳米压印光刻技术对这些特征进行图案化。在某些实施方案中,植入的LED设备可用于为目标组织提供光疗。在一些实施方案中,该装置可与控制器进行电气通信,例如,控制器可为电路提供电流/电压。在一些实施方案中,可使用与控制器的电气互连,其中可包括线键合互连、带状电缆、光刻图案导体等。在一些实施方案中,LED阵列可包括AlInGaP LED、GaN LED、堆叠无机LED、无机LED等。在某些实施方案中,每个LED都可以单独寻址。在一些实施方案中,LED阵列可以堆叠,其中堆叠的LED元件可以发出绿光、红光和/或蓝光。在某些实施方案中,LED阵列可产生电磁辐射,可用于组织致动、检测和/或通过等离子晶体或类似物传输。在某些情况下,LED阵列层可配置在横向偏移位置,这样每层中的LED就不会彼此重叠。在某些实施方案中,设备可以采用岛桥结构,其中连接设备岛的桥可以是波浪形、弯曲形、蛇形和/或蜿蜒形。在某些实施方案中,LED装置可与等离子晶体进行光通信,后者可用于发射或接收/电磁辐射。有关LED的此类结构和材料的更多详情,可参见美国专利申请公开号2018/0359850,标题为"防水可伸缩光电子学",现将其全文并入本文作为参考。
在某些实施方案中,可将柔性和/或可伸缩电子显示器植入人体。例如,这种植入式电子装置可包括柔性和/或可伸缩基板、由基板支撑的可伸缩和/或柔性电路、封装至少部分电路的阻挡层和/或基板。在某些实施方案中,柔性/可伸缩基底可包括聚合物、橡胶/硅胶材料、可生物相容性/可生物惰性材料、透气弹性片等。在某些实施方案中,电路可包括电极、晶体管、感应器、LED、LED阵列、电容器、传感器、致动器、电感器、控制器等的任意组合。其他实施方案可包括由纳米带、微膜和/或纳米膜组成的电路,例如,纳米带、微膜和/或纳米膜可包括金属结构、晶体结构或其混合结构。在某些情况下,电路可包括岛和桥结构。在一些实施方案中,阻挡层可包括聚合物(有机/无机)、弹性体、生物聚合物、可生物相容性/可生物惰性材料等。阻隔层组合物的一些实方案可包括丙烯酸酯聚合物、硅氧烷聚合物、氰基丙烯酸酯等。在某些实施方案中,阻隔层可用于诸如电子、热和/或光学等与生物环境隔绝的功能。这种植入式电子元件还可包括多层几何结构。例如,基底层、电路层和隔离层可以是层叠体,也可以是中间层。在某些实施方案中,隔离层的结构可包括光学透射/不透明区域和/或可渗透特定分子的区域。在其他实施方案中,阻挡层可包括多层结构和/或纳米/微结构特征等。在某些实施方案中,致动元件可包括电极元件、电磁辐射发射元件、发光二极管、激光器等。有关此类电子设备的更多详情,请参阅美国专利申请公开号2020/0315488,标题为"用于表皮电子的柔性可伸缩电子***",现将其全文并入作为参考。
在某些情况下,植入式设备可配置为利用光或其他电磁辐射达到治疗目的。这类植入式装置可包括天线、电路、超级电容器、光源(可组装成阵列)和/或光纤导光板(将光引导至目标组织)等。在某些实施方案中,该装置可通过经皮无线传输从外部线圈接收能量,从而为超级电容器充电,而超级电容器又可为光源供电。在一个优选的实施方案中,该装置可使用光来靶向光敏蛋白,从而引发目标组织内的变化。在某些实施方案中,该装置可以远程供电和/或采用无线通信。在某些情况下,设备可通过机载计算机或外部数据遥测进行控制。在某些实施方案中,光源可包括LED或激光等。有关此类光疗设备和方法的更多详情可参见美国专利申请公开号2014/0324138,标题为"生物组织的无线供电照明",现将其全文并入作为参考。
例如,在某些实施方案中,剥离减少层可用于减少OLED面板的潜在剥离。例如,OLED设备可包括基板(包括开口区域和非开口区域)、设置在基板上的OLED、设置在非开口区域上的银行层以及设置在非开口区域中的具有反锥形形状的剥离减少层。有关具有剥离还原层的OLED设备的更多详情,请参阅美国专利第9,570,524号,标题为"柔性有机发光二极管显示面板",现将其全文并入作为参考。
在某些实施方案中,LED可包括层堆叠体,例如,可包括p型层、n型层和其间的p/n结。在某些情况下,p型电极可以布置在基板的第一侧,与p型层的裸露表面接触,n型电极则布置在基板的第一侧,与n型层的n+子层表面接触。有关此类LED的更多详细信息,请参阅题为"具有均匀电流扩散和制造方法的LED"的美国专利第8,502,192号,现将其全文并入作为参考。
在某些实施方案中,LED芯片可包括安装在子安装架上的多个子LED。在某些情况下,子LED可以串行互连,这样驱动子LED所需的电压取决于子LED的数量和子LED的结电压。有关此类LED设备的更多详情,请参阅美国专利第8,530,921号,标题为"高压低电流表面发光LED",现将其全文并入作为参考。
某些实施方案可包括用于刺激细胞的植入式LED装置。在某些情况下,基因转移(通过病毒等方法)可用于诱导光敏生物分子蛋白质的表达。这些蛋白质可包括与目标细胞结合的光敏蛋白质等。在其他实施方案中,该装置可用于刺激可电兴奋的细胞,例如神经元。有关此类装置的更多详情,请参阅美国专利申请公开号2008/0085265,标题为"光学刺激靶细胞***",现将其全文并入作为参考。
在某些情况下,发光二极管装置可用于沿拉长的光传输通道刺激目标细胞。在某些实施方案中,这种装置可用于将光传递给沿拉长的光传递结构与激活光源相邻的光响应蛋白质。这些细胞可包括神经元等,神经元可通过基因改造来表达诸如ChR2等蛋白质,从而使神经元对光产生反应。有关此类光刺激装置和技术的更多详情,请参阅美国专利第10,426,970号,标题为"植入式光刺激器",现将其全文并入作为参考。
在某些实施方案中,LED设备可以是柔性的。例如,此类器件可包括柔性LED模块(其中LED以阵列形式布置在柔性电路板上)、覆盖LED的保护片、柔性LED模块下的热传导片和/或热传导片下的热辐射片。有关此类柔性LED设备的更多详情,请参阅题为"柔性LED基板设备"的美国专利第10,107,488号,现将该专利全文并入作为参考。
在某些实施方案中,OLED显示器可以是柔性的。例如,这种设备可包括多层封装薄膜,薄膜的弯曲部分上或内有金属层。例如,这种多层封装薄膜可至少包括第一无机层、有机层和第二无机层。金属层的形成和放置可减少封装薄膜因弯曲而产生的应力,并防止在封装薄膜内形成裂缝。有关此类柔性有机发光二极管设备的更多详情,请参阅美国专利第10,326,109号,标题为"柔性有机发光二极管显示设备",现将其全文并入作为参考。
在某些实施方案中,有机发光二极管可用作本文公开的各种植入体的一部分和/或与之相关联。可通过将阳极连接到植入体上所含电池的正极侧,并将有机发光二极管的阴极连接到电池的负极侧,将此类发光二极管应用到电路中。在使用有机发光二极管的电路中,限流电阻可能也很有用,因为过大的电流会导致烧毁。其他值得考虑的OLED特性可能包括正向压降、最大推荐电流和亮度。
微型LED(mLED)装置可用于某些实施方案中,例如涉及照明内纹身的实施方案。例如,这种装置可包括并联InGaN蓝色微型LED的二维阵列。InGaN或GaN LED可以提供新的方法,通过蚀刻微晶盘来增加表面积,从而使LED释放更多的光。LED晶圆可以在蓝宝石衬底上生长,同时采用GaN缓冲层、Si掺杂GaN层、InGaN/GaN多量子阱进行发射。在n-触点使用Ti或Al,p-触点使用Ni或Au之前,可使用SiO2层作为绝缘层。可采用倾斜的侧壁,以便于单个元件通过金属化并行互连。虽然LED、mLED或类似光源可能是首选,但任何光源,包括白炽灯光源,都可用于各种实施方案中。有关基于氮化镓的mLED的更多详情,请参阅"EfficientGaN-based Micro-LED Arrays",Choi,2003,Mat.Res.Soc.Proc.第743卷,材料研究学会,特此将其全文并入作为参考。
在某些实施方案中,微显示器(mD)可包括基于氮化镓的绿色和蓝色mLED,具有透明外延和绝缘蓝宝石衬底。红色mLED可包括AlGaInP等,可生长在不透明和/或导电的砷化镓基底上。AlGaInP外延层也可用于某些应用,例如,可通过晶圆键合将外延层与双抛光蓝宝石衬底结合,然后移除吸收性砷化镓衬底。为了提高红色mLED的性能,在一些实施方案和实施方案中,mLED的外延层可以通过晶圆键合转到蓝宝石衬底上。这种mLED的发光可能取决于电流;随着与p触点距离的增加,电阻也会增加,从而导致亮度降低。因此,用户可以调整输送到mLED的电流大小,例如通过等无线通信技术,让用户调整底层植入体的照明和/或显示效果。关于与本文所公开的一个或多个实施方案相关的可能有用的mLED和微型显示器(例如基于AlGaInP的红色mLED)的更多细节,可参见"Fabrication and Study onRed Light Micro-LED Displays,Horng,2018,IEEE 2168-6734(c)",特此将其全文并入作为参考。/>
在某些实施方案中,mLED显示屏可以基于无机氮化镓基LED。mLED显示屏具有高分辨率、高亮度、灵活性、耐用性/可靠性、低功耗和快速响应时间等优点。生长技术、转移印刷技术和/或色彩转换技术可用于产生全彩mLED显示屏,该显示屏可包括本文公开的各种植入体和/或其一部分。mLED可包括纳米线LED、多色量子阱(QW)mLED和纳米栅LED等。在某些用途中,QW mLED可与互补金属氧化物半导体(CMOS)集成。用于组装和处理mLED显示屏的转印技术可包括拾放工艺(可利用聚二甲基硅氧烷***(PDMS))、激光选择性释放、静电拾取转印、电磁拾取转印和/或流体转印等。色彩转换可通过以下一种或多种方法实现:使用紫外线mLED阵列激发有机荧光材料;将量子点和喷墨打印技术与紫外线mLED阵列相结合。颜色转换可通过胶体镉硒/锌硒纳米晶体等材料与自对准固化方法相结合来实现,从而将材料限制在指定的紫外mLED顶部。mLED的供体基底可包括硅、碳化硅、蓝宝石基底等。为了形成顶部发射的mLED,可以通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)等方法在基底上进行mLED的外延生长。在某些实施方案中,外延结构可由掺杂GaN缓冲层、n-GaN层、InGaN/GaN多QW区域和p-GaN层组成。可在p-GaN层表面制作铟锡氧化物(ITO)薄膜,该薄膜可通过磁控管支撑的电子束蒸发形成。然后,可通过电感联接等离子体等方法对外延晶片进行介蚀,并进行热退火,以形成p-GaN的p型欧姆接触。在某些实施方案中,等离子体增强化学气相沉积可用于沉积二氧化硅钝化层。溅射可用于在ITO层上沉积Ti/Au层,以形成p-焊盘。基底去除可用于全彩显示屏。移除方法可包括激光剥离技术(仅适用于紫外线透明基底,如蓝宝石基底)和化学基底移除方法(可能仅适用于硅基底)等。用于全彩mLED显示屏的纳米结构像素可通过高分辨率光刻技术精确制造。选择性面积生长技术(SAG)可实现对InGaN/GaN纳米线生长的精确控制。纳米线(InGaN/GaN组合或单根)的直径可以增加,以产生从蓝色到红色的彩色发射。例如,由横向和纵向QW组成的核壳纳米线可能会因偏置电压的变化而产生颜色调制,随着电压的增加而从红色转向蓝色。同样,这也为调节LED/显示器的电压以选择性地调整植入体的一个或多个方面和/或参数提供了可能性。通过单片外延生长制造纳米LED也可用于生产全彩mLED显示屏。在某些实施方案中,可以利用色彩转换来改变单色mLED的颜色。可以用蓝色/紫外线mLED激发红色和绿色量子点或荧光粉,从而获得红色和绿色光。用于颜色转换的AJ印刷方法可与光阻模具相结合,以减少光学串扰并提高颜色纯度。还可采用几何颜色转换器来提高mLED颜色的对比度和纯度。在颜色转换过程中可使用液体毛细管力传递技术。有关mLED技术和mLED显示器的更多详情,可参见"Growth,Transfer Printing andColour Conversion Techniques Towards Full-Colour Micro-LED Display",Zhou,2020,JPQE,100263,本文将其全文并入作为参考。
在某些实施方案中,mLED还可以采用彩色滤光片来改变单色mLED的颜色,使其包含RGB光谱。此外,mLED显示器还可利用柔性基板来实现柔性显示,由于本文在优选实施方案中披露的植入体的性质,这可能特别有用。亮度可能会发生变化,因此需要进行校正,使整个显示屏亮度一致。有关此类mLED显示器的更多详情,请参阅"MicroLED制造和质量的进展:缩小商业化差距":Closing the Commercialization Gap",康宁,2021年,RadiantVision Systems,radiantvisionsystems.com/blog/progress-microled-fabrication-and-quality-closing-commercialization-gap,特此全文并入作为参考。
mLED阵列可构成直视mLED显示器或mLED微型显示器。例如,直视型mLED显示器可包括以较小像素间距制造的mLED,将其分离成单个晶粒,并使用拾取贴装技术等方法将其转移到有源矩阵背板上。较大的扩展可以实现高发光显示。单个LED之间较大的未占用空间可用于互连电子设备和更大的电流分配,以开发和集成无源矩阵显示屏,还可用于大面积的有源矩阵方法。由此产生的大型(3-70英寸)直视mLED显示器可能会显示出更好的发光效果和色域。直视型mLED显示屏的辅助基板可包括玻璃或柔性基板。有源矩阵格式可通过将mLED与例如铟镓锌氧化物和/或低温多晶硅晶体管转移到二级基板上来实现。mLED微型显示器可利用半导体集成技术将小像素间距mLED与晶体管背板结合起来,后者可与光学***集成。由于微型显示器的像素间距较小,mLED的扩展可能得益于晶圆制造层面的全面集成,从而产生有源矩阵方案,因为无源矩阵方案可能无法实现2英寸以下显示器的亮度或分辨率。半导体集成的方法可能包括像素到晶体管键合、芯片级mLED像素到CMOS晶体管键合、LED外延转移到硅CMOS和/或与薄膜晶体管集成。微管技术可帮助芯片级键合的键合过程。晶体管可以用多晶硅制造,以产生高性能的低温晶体管,从而形成必要的电路。例如,可通过以下一种或多种方法产生颜色:组合三个mLED微型显示器;集成荧光粉材料;堆叠红、绿、蓝外延层。抛物线式mLED结构可用于光准直和光提取(类似于的mLED技术)。有关mLED显示屏的更多信息,请参见"Micro-LED技术与应用",Lee,Frontline Technology,2016,特此将其全文并入作为参考。
在某些实施方案中,植入体中使用的微型LED(mLED)显示器可以使用微型印刷技术组装。在某些情况下,可以在原生基底上制备mLED器件,然后将其印刷到显示基底上,显示基底可以是柔性和/或透明的。这种方法可以在可能不适合显示基板的条件下形成mLED。某些实施方案可包括显示基板,例如由塑料、聚合物、树脂、蓝宝石等组成。某些实施方案可能包括带有稀疏分布的mLED和/或集成功能(如嵌入式存储器、微型传感器(如光传感器)、功率收集装置、天线等)的显示器。在某些情况下,可使用不同颜色的附加mLED,如黄色、青色或略有不同的RGB发光体,以扩大色域。有关此类显示器的更多详情,可参见美国专利申请公开号2015/0372051,标题为"微型组装LED显示器和照明元件",现将其全文并入作为参考。
粘合和激光脱模等工艺可用于将mLED从工作基板转移到载体基板上,载体基板可包括柔性和/或可生物相容性材料等。在某些应用中,载体基底最好至少包括两层,其中可包括载体层和柔性聚合物层。这样的载体基底可以将单个LED结构嵌入柔性环境中,这对于本文所披露的某些植入体可能特别有用。例如,某些实施方案可包括柔性基底上的氮化镓基mLED矩阵,适合植入体内。有关此类方法和***的更多详情,可参见美国专利第10,276,631号,标题为"Micro-LED Martix、Micro-LED矩阵的生产方法和使用",现将其全文并入作为参考。
柔性mLED设备的某些实施方案可包括柔性基板、上绝缘膜、下绝缘膜、上绝缘膜和下绝缘膜之间的薄金属层、排列在柔性基板顶面上的多个mLED芯片,和/或在柔性基板顶面上覆盖mLED芯片顶面和侧面的透光树脂。在某些实施方案中,柔性基板可包括反射层,如白色反射层,该反射层可与透光树脂接触。有关此类mLED显示器的更多详情,可参见美国专利申请公开号2021/0265328,标题为"使用微型LED芯片的柔性照明设备和显示面板",现将其全文并入作为参考。
在某些情况下,mLED器件可以包括,例如,CMOS(互补金属氧化物半导体)单元可以布置在mLED驱动基板背板中的器件,以及可以倒装芯片键合到驱动基板上的mLED面板。在mLED面板的某些实施方案中,mLED像素可与CMOS单元电连接,其中mLED像素可通过沿像素区域蚀刻发射结构的第一表面来形成,而分隔符可在mLED像素位置之间的第二表面上形成。有关此类mLED显示器的更多信息,可参见美国专利第10,636,349号,标题为"Micro LED显示设备及其制造方法",现将其全文并入作为参考。
在某些实施方案中,例如带有mLED前置灯的反射式显示屏,可以在显示屏观察区域内或其下方使用反射像素。某些实施方案可能包括一个显示屏,该显示屏包括一个位于可视区域下方的反射像素层,以及一个可设置在反射显示屏可视区域上或上方的层,该层可以是透明层等。在某些情况下,该层(本例中为透明层)可包括多个朝向反射式显示屏观察区域发光的mLED、多个与mLED电连接的导体和/或用于mLED功能的控制器。有关此类反射式显示器的更多详情,请参阅美国专利第10,133,426号,标题为"带微型LED前置灯的显示器",现将其全文并入作为参考。
在某些情况下,mLED设备可包括接收基板和mLED。在某些实施方案中,mLED可包括第一和第二半导体层、电流控制层、反射层和/或一个或多个电极。第一和第二类半导体可以连接在一起。电流控制层可与半导体层连接,并可在其中包含至少一个开口。反射层可与第一类半导体层电联接。第一电极可设置在反射层面向接收基板层的一侧,作为与接收基板的粘接***。有关此类微型发光二极管(MLED)器件的更多详情,可参见美国专利第10,297,719号,标题为"微型发光二极管(Micro-LED)器件",现将其全文并入作为参考。
mLED器件的某些实施方案可构成mLED,例如,包括一个微型p-n二极管和p-n二极管与接合层之间的金属化层。在某些情况下,p-n二极管的侧壁可能会跨过保形介质屏障。在某些实施方案中,p-n二极管的底面可以比p-n二极管的顶面宽,这可以通过例如提供锥形侧壁来实现。在其他实施方案中,p-n二极管的顶面可以比p-n二极管的底面宽,或与底层具有相同的宽度。在其他实施方案中,p-n二极管的底面可以比金属化层的顶面宽。一旦形成,mLED结构和阵列可从原生基底转移到接收基底。在某些实施方案中,接收基板可包括照明基板、带有晶体管或集成电路等器件的基板和/或带有金属再分布线的基板等。有关此类mLED器件的更多详情,请参阅题为"Micro LED显示器"的美国专利第10,297,712号,现将其全文并入作为参考。
图49所示的皮下纹身4901/4902/4903在某些实施方案中还可包括有机LED器件,如有机聚合物LED(PLED),其厚度可薄至3微米或更薄。例如,这种PLED可以在超薄的对二甲苯薄膜上制造,同时使用氧化铟锡(ITO)制成的透明电极。可在显示薄膜中***保护性钝化层(可由5层交替的SiON和对二甲苯组成),以提高PLED的耐用性和半衰期。上述PLED***在某些实施方案和实施方式中可与有机光电探测器(OPD)结合使用,以生产超薄传感器,如反射式脉搏血氧仪。还可以通过使用橡胶基底和层叠预伸缩丙烯酸胶带-硅橡胶片,使此类有机光学器件具有柔性和可伸缩性。有关此类PLED的更多信息,请参阅"UltraflexibleOrganic Photonic Skin"(超柔性有机光子皮肤),Yokota,2016年,advantages.sciencemag.org,特此全文引用。
有机发光二极管通常对水蒸气和氧气极为敏感。因此,可采用薄膜封装(TFE)方法将可植入的有机发光二极管器件封装到可生物相容性植入体中。为了最大限度地降低损坏有机发光二极管的风险,薄膜可能需要在较低的温度下使用,这可能会导致缺陷。如果需要,可以使用交替堆叠的多层薄膜,这样每一层的缺陷就不会跨越封装的整个厚度。在某些情况下,交替堆叠层中的一层可能由TPD(TPD-N,N'-二苯基-N,N'-双-3-甲基苯基[1,1'-联苯]-4,4'-二胺)组成,而另一层可能由合成材料XP(2.5,5′-(4,4′-(2,6-二叔丁基蒽-9,10-二基)双(4,1-亚苯基))双(2-(4-己基苯基)-1,3,4-噁二唑)。在某些实施方案中,可以使用真空热沉积来形成用于封装的交替叠层。更多详情可参阅"用于有机发光二极管的新型有机薄膜封装",Grover,《科学研究》,2011;1:23-28,特此全文并入作为参考。
一些植入式发光二极管可能包含可生物相容性聚合物,如聚二甲基硅氧烷(PDMS),以形成网格状的发光二极管阵列。PDMS等聚合物可使阵列具有柔韧性和/或可伸缩性。有关此类植入式LED的更多信息,请参阅《植入皮下的柔性LED》(Flexible LED ForImplanting Under the Skin),Edwards,2010年。
其他实施方案可能涉及和/或包括用于OLED设备的封装材料,以防止外部来源的损坏。在某些实施方案中,薄膜屏障可能是理想的选择,因为薄膜屏障为OLED提供了柔性功能。例如,这种屏障可包括Al2O3和聚合己烷的交替层。在这种薄膜屏障之上,可以放置可生物相容性层来保护接收生物。有关OLED设备封装的更多信息,可参阅"Review of Organic/Inorganic Thin Film Encapsulation by Atomic Layer Deposition for a FlexibleOLED Display",Lee,The Minerals,Metals,and Materials Society,2018,特此全文并入作为参考。
OLED设备的制造方式也可以使其无需附着在基板上。其中一些OLED可以夹在两个混合TFE(薄膜封装)层(一个由Al2O3/ZrO2纳米层叠体组成,另一个由对二甲苯-C组成)之间。这种无基底封装可使OLED具有柔韧性和防水性。有关无基底OLED器件的更多信息,请参见"一种无基底、柔性和防水的有机发光二极管",Keum,《自然-通讯》,2020年;11:6250,现将其全文并入作为参考。
每个植入体口袋的形成和大小可专门容纳特定的植入体。因此,包含十字架的植入体口袋4905b最大,可容纳最大的纹身植入体,而包含微型心脏的植入体口袋4905c最小,可容纳最小的纹身植入体。但是,每个植入体口袋和每个植入体4901/4902/4903都比形成口袋的切口大得多。更具体地说,每个切口的长度大大小于植入体口袋的"宽度"或与切口平行的最大尺寸。
在优选的实施方案和实施方式中,每个切口4904a/4904b/4904c的长度可在约5毫米和约25毫米之间。在一些这样的实施方案和实施方式中,切口4904a/4904b/4904c的长度可在约12毫米和约18毫米之间。因此,本文所述的手术均可视为微创手术,并应几乎不留疤痕。不过,由于采用了本文所述的技术和创造性结构与特征,植入体和植入体口袋的尺寸可以大得多。
例如,在某些实施方式和实施方案中,植入体口袋的最大尺寸可超过入口切口长度的三倍。在一些这样的实施方式和实施方案中,植入体口袋的最大尺寸可超过入口切口长度的四倍。在一些这样的实施方式和实施方案中,植入体口袋的最大尺寸可超过入口切口长度的五倍。
在某些实施方式和实施方案中,植入体口袋的尺寸在与切口方向平行或至少基本平行的方向上的最大尺寸可以是入口切口长度的三倍、四倍或五倍以上。
在某些实施方案中,植入体口袋的最小尺寸至少是入口切口长度的三倍、四倍或五倍。
在某些实施方案中,植入体本身的尺寸可以被设计成大大缩小,以便通过入口切口***,一旦通过入口切口并进入植入体口袋内,植入体的尺寸就会扩大。例如,如前所述,可以通过压缩、滚动和/或折叠植入体来实现尺寸的缩小和扩大。
在一些优选的实施方式和实施方案中,植入后未压缩的植入体的最大尺寸--高度、宽度和/或任何可测量的尺寸--可以至少是压缩/展开形状下植入体最大横截面尺寸的四倍。在一些这样的实施方式和实施方案中,植入后未压缩植入体的最大尺寸--高度、宽度和/或任何可测量尺寸--至少是压缩/展开形状下植入体最大横截面尺寸的七倍。在某些此类实施方案和实施方式中,植入后未压缩植入体的最大尺寸--高度、宽度和/或任何可测量尺寸--可至少是压缩/展开形状下植入体最大横截面尺寸的十倍。
在某些实施方式和实施方案中,植入体在展开或未压缩(未压缩应视为包括任何植入体在被卷起、折叠或以其他方式压缩之前的状态,或在被展开、展开或以其他方式减压之后的状态;对于充气式植入体,未压缩状态应被视为包括植入体最终完全充气的状态)的最小横截面尺寸是其压缩或投放形状下最小横截面尺寸的三倍、四倍或五倍以上,以便可以通过上述微创入口切口***。
在某些实施方案中,皮下纹身植入体可以是可编程和/或无线充电的。例如,用户可以改变发光二极管发出的光的颜色,打开或关闭发光二极管,和/或使其闪烁,可以是所需的闪烁模式。此外,如下文所详细讨论的,植入体可包括感应线圈和/或电路,以实现无线充电。
图50描述了另一名人类患者,其皮下可压缩植入体被放置在各自的植入体口袋中。更具体地说,灯片5001位于传统墨水纹身5003后面的植入体口袋5005a中。这可以让用户选择性地照亮纹身。在某些实施方案中,光片5001可以由柔性可压缩光片组成,其中包括LED、mLED或OLED等光源。同样,植入体口袋5005a要比(如前所述的)入口切口5004"大"得多(入口切口5004用于让裂解尖端进入人体皮下区域并创建植入体口袋5005a)。同样,光片5001在展开和/或未压缩状态下比压缩状态下"大"得多,也比入口切口5004的长度大得多。
另一种皮下可压缩植入体如图5002所示。植入体5002可包括一个屏幕,例如LED屏幕,可用于显示图像或视频等。同样,如前所述,植入体5002位于植入体口袋5005b中,可以在压缩状态(如卷曲状态)下展开,然后在通过入口切口***并位于植入体口袋中后展开或以其他方式减压。在所描述的实施方案中,由于裂解尖端的性质以及创建植入体口袋所涉及的技术,可以使用相同的入口切口5004来创建两个植入体口袋5005a/5005b。实际上,如图50所示,植入体口袋5005a可以通过从切口5004向左侧延伸组织剥离器来形成,植入体口袋5005b可以通过从切口5004向右侧延伸组织剥离器来形成,在这两种情况下,最好采用来回运动的方式,逐渐扩大各自的植入体空袋。
图51a描述了植入体5101展开/未压缩状态下的平面图。图51b描述了植入体5101展开/未压缩状态下的侧视图。图51c描述了处于压缩状态的植入体5101的侧视图,如前所述,压缩状态是植入体5101可以通过入口切口***的状态。在所描述的实施方案中,压缩植入体5101包括滚动植入体5101,如图51c所示。
图51a中显示的距离w1是植入体的宽度或直径。同样,距离L1是植入体的长度。在圆形植入体中,W1和L1的距离是相同的。但矩形植入体等的情况可能并非如此。距离d1是植入体在压缩(在所描述的实施方案中为滚动)以准备***患者体内后的横截面直径。虽然d1是在横截面上形成圆形的滚压植入体的直径,但在所有设想的实施方案中不一定都是这种情况。因此,应该理解的是,例如,在折叠式植入体的情况下,d1可以是角到角的对角线距离。因此,应将D1视为植入体在压缩形状下的最大横截面尺寸(因此也是必须最小化的尺寸,以便将入口伤口的尺寸减到最小。
图52a描述了植入体5202展开/未压缩状态下的平面图。图52b描述了植入体5202在展开/未压缩状态下的侧视图。图52c描述了处于压缩状态的植入体5202的侧视图,如前所述,这是可通过入口切口***植入体5202的状态。与植入体5201一样,植入体5202在压缩状态下是滚动的。但是,正如本公开内容的其他部分所讨论的,可以考虑采用其他实施方式,例如通过折叠、放气或类似方式来压缩植入体。
类似的距离如图52a-52c所示。因此,距离w2是矩形植入体5202压缩前的宽度,w3是从该视图看该配置中种植体的最大距离。同样,L2是植入体的长度,对于非正方形、矩形植入体来说可能与w2不同,d2是压缩配置中的最大横截面尺寸。
图53a描述了可压缩皮下植入体5300的另一个示例。植入体5300包括一个光屏或薄片5301(如前所述),可用于显示图像和/或视频。例如,植入体5300可以用作内部纹身,包括上述图49和图50所示的实施方案。植入体5300还可以用于更多的治疗实施方案,例如用于提供光疗的植入体。有关此类光疗的更多详情可参见"光疗过程中成人体内卢米红素的形成",《生物科学杂志》4(3):357-360(2004),该文献全文并入本文作为参考。植入体5300可进一步包括天线5302,用于接收电磁信号,这些信号可用于传输数据,以便在屏幕5301上显示图像。还可提供一个CPU 5303,用于处理通过天线5302接收的信号。还可提供柔性电池5304。为了给柔性电池5304充电,可以提供无线充电***,例如图53a中所示的无线感应组件5305。优选地,植入体5300的每个元件都是柔性和/或可压缩的,或者其本身足够小,可以在植入体5300的其他元件对其进行压缩的情况下放入微创入口切口内。
图53b是植入体5300的侧视图,说明每个元件如何与屏幕5301连接。如图53c所示,最好将植入体5300的每个元件(包括屏幕5301)密封在容器或封套5306中,容器或封套最好既防水又具有可生物相容性。容器5306的合适材料包括聚乙烯、对二甲苯、聚酰亚胺等。
在某些实施方案中,可提供传感器5303s,在某些实施方案中,该传感器可用于通过例如类似于心电图的电学方法、脉搏氧饱和度方法和/或听觉/振动方法来检测用户的心率,其中传感器5303s可检测到脉搏的振动。例如,这可能有助于向外显示脉搏率。例如,可以通过将植入体上的光显示屏与心率相匹配,或者让光显示屏以佩戴者当前心率的倍数或分数的速率进行脉冲显示。在其他实施方案中,传感器5303s可以包括压力传感器,例如,用户可以通过对植入体的选定部分施加压力来启动和/或改变植入体的光元件,如启动内部纹身灯、改变纹身的颜色、改变灯的显示属性(例如脉冲)或启动治疗灯。
植入体5300可进一步包括一个无线收发器5307,例如蓝牙收发器,它可以通过例如智能手机或类似设备无线驱动设备的一个或多个功能。
图54a描述了另一种可压缩植入体***5400,该***包括植入体5401和辅助植入体5408,该辅助植入体可通过导线5407与植入体5401电联接。提供辅助植入体5408可以将某些组件(例如敏感的电气组件)置于单独的植入体中,这样可以更好地保护这些组件,例如置于防水/密封容器中。
植入体5401可与之前讨论过的一种或多种植入体类似,因此可包括电感线圈5405、天线5402a和层叠体/包装器5406。辅助植入体5408中包含的组件可包括天线5402b(可代替天线5402a,也可作为天线5402a的补充)、CPU 5403和电池5404。可使用密封件(如包装纸)将辅助植入体5408的所有元件封装在其中。在植入过程中,辅助植入体5408可以通过与压缩植入体5401相同的入口切口***,可以在植入体5401之前***,也可以在植入体5401之后***。
图54b从侧面描绘了未压缩形状的植入体5401,显示电感线圈5405从植入体5401的一侧延伸出来。
图54c展示了由植入体5401和辅助植入体5408组成的完整***。该图还显示了层叠体/包裹器5406的使用情况,该层叠体/包裹器可以延伸至整个植入体5401。
图55a描述了一名人类患者的腹部,其皮下可压缩网状植入体5501位于各自的植入体口袋5505R和5505L,其中从微创入口切口5504射出的虚线表示植入体口袋的破坏/组织切除区域的边缘。更具体地说,本图中所示的两个单独的网状植入体5501分别位于各自的植入袋5505R/5505L中,每个植入袋都由虚线划出,可以通过如图2所示的方法创建。同样,植入体口袋5505R和5505L比用于让裂解尖端进入人体皮下区域并创建植入体口袋的入口切口5504要"大"得多(如前所述)。同样,网状植入体5501在展开和/或未压缩状态下比压缩状态下"大"得多,也比入口切口5504的长度和/或尺寸大得多。如前所述,宏观定位/器械啮合孔5503有助于植入体的放置。在一些实施方案/实施方式中,网状植入体5501可以是凯夫拉或类似凯夫拉的士兵/间谍防护网,例如由对位芳纶合成纤维和纤维-PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯(丙烯酸))复合材料组成,其中芳纶具有可生物相容性。在考虑的实施方案中,可在网格上涂上一层可生物相容性塑料涂层,在某些情况下,该涂层可包含抗生素和/或防腐剂,可在受到冲击时释放,以防止/减少感染,例如在受到足够的力和/或压力的冲击时和/或在受到子弹或其他弹道物体或刀具等穿透性物体的冲击时。在某些实施方案/实施方式中,例如用于腹部疝气修复的实施方案/实施方式,网状植入体5501可以是凯夫拉纤维或膨体聚四氟乙烯(ePTFE)和POL-胶原,例如,用于加固腹壁,以抵御与疝气有关的下层薄弱组织受到的压力。
图55b描述了网状植入体5501的侧视图,网状植入体的***有可选的褶皱5501f,可以帮助减轻穿透性伤口,例如,如果网状体是凯夫拉等抗弹道材料,可以在边缘捕捉子弹,而不是让边缘滑动。
图55c描述了带有可选重叠区5501o的网状植入体5501的侧视图,重叠区5501o可通过捆绑元件5501b固定,例如订书钉、缝合线、扣眼、铆钉等。重叠区5501o和绑定元件5501b可以帮助减轻穿透性伤口,如果网片是抗弹道材料,例如凯夫拉纤维,则可以通过在原本直接削弱下方底层结构的区域/空间的边缘增加一倍厚度来减轻穿透性伤口。
图56a描述了一名类似姜饼人的士兵,他的多个皮下可压缩网状植入体5601位于植入体口袋5605中,其中从微创入口切口5604射出的虚线表示植入体口袋中被破坏/组织剥离区域的边缘。更具体地说,如前所述,网状植入体5601位于植入体口袋5605中。同样,植入体口袋的一个或多个(在某些情况下是全部)周边边缘尺寸要比入口切口5604的一个或多个或全部相应尺寸大得多。值得注意的是,多个植入体口袋5605可以共享一个微创入口切口5604。在一些实施方案/实施方式中,网状植入体5601可以是抗弹道/抗穿透的,如凯夫拉或类似凯夫拉的士兵/间谍防护网,例如由对位芳纶合成纤维和纤维-PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯(丙烯酸)复合材料)组成,其中芳纶是一种可生物相容性材料。区域5601e可包括电子元件,包括但不限于电感线圈、天线、中央处理器/印制电路板和传感器,用于接收电源,以及用于传输士兵状态的天线和网格结构中的传感器/布线,以确定折衷方案和中继数据,以便从机载或远程中央处理器进行补救。在某些实施方案中,网格可能包括传感器、电线和/或光纤,以确定网格的完整性和/或士兵的状态。虽然图56a中描述的植入体中只有一个包含上述电气元件区域5601e,但应该理解的是,如果需要,每个植入体上都可以有该区域。在一些实施方案中,一个或多个植入体,如植入体5607,可以是层叠的(有网或无网),并且可以包括石墨烯等。在一些实施方案中,外部层叠体可以包括聚四氟乙烯,以获得可生物相容性,并在必要时便于移除。如前所述,更多的实施方案可包括***置放小孔和/或大血管孔。
在某些实施方案中,堆叠的石墨烯薄片可用作防弹层。在某些情况下,单个石墨烯薄片可包括以蜂巢结构排列的一原子厚的碳原子层。鉴于每个石墨烯层都非常薄,因此可以堆叠许多石墨烯层来提高防弹性能。有关此类石墨烯装甲的更多详情,请参阅"石墨烯防弹衣:重量仅为凯夫拉尔的几分之一,阻击力却是凯夫拉尔的两倍",Anthony,extremetech.com,2014年,全文并入本文作为参考。
在某些实施方案中,最好只堆叠两片单原子厚的石墨烯。这种配置可产生二亚硝基烯(2片石墨烯的叠层),在受到冲击时可硬化成类似金刚石的稠度。在没有机械压力的情况下,二亚硝基烯可能会保持一定程度的柔韧性;然而,当受到突然的机械压力时,二亚硝基烯可能会暂时硬化。最好只堆叠两个单原子厚的石墨烯层,因为只有在二二甲苯中才能观察到上述特性。有关上述二烯烃结构的更多详情,可参见"这种超薄材料可以像钻石一样硬化来阻挡子弹",拉特纳,硬科学,大思维,2017年,其全文也并入本文作为参考。
在某些实施方案中,防弹物品可包括由不同织物部分组成的混合材料。在一个优选的实施方案中,这种物品可由3层织物组成,呈梯度排列,其中最外层、面向打击面的部分具有最高的韧性。在某些实施方案中,每层织物可包括由一个或多个纤维层组成的纤维层。第二种纤维材料的韧性可低于第一种材料,第三种纤维材料的韧性可低于第二种材料。第一、第二和第三纤维材料可以粘合在一起,形成一个复合材料制品。在某些实施方案中,第三纤维材料可包括尼龙纤维、聚酯纤维、聚丙烯纤维、聚烯烃纤维或它们的组合。在某些实施方案中,第一纤维材料可包括高分子量聚乙烯纤维,第二纤维材料可包括高分子量聚乙烯纤维和/或芳纶纤维,第三纤维材料可包括尼龙纤维。在其他实施方案中,第一纤维材料可包括芳纶编织物,第二纤维材料可包括芳纶无纺布,第三纤维材料可包括尼龙纤维。在某些情况下,第一纤维材料可包括单向取向纤维的无纺布,第二纤维材料可包括单向取向纤维的无纺布,第三纤维材料可包括单向取向纤维的无纺布、机织物、针织物和/或毛毡。在某些实施方案中,防弹复合材料可包括附着在第三纤维材料上的非纤维状各向同性聚合物层,从而使第一、第二和第三层与纤维状各向同性聚合物粘合在一起,形成一个综合复合材料。有关所公开的抗弹道物品的更多细节可参见美国专利申请公开2019/0016089,标题为"用于平衡弹道性能的装甲内材料梯度",现将其全文并入本文作为参考。
在某些实施方案中,凯夫拉纤维可用作防弹物品。此类物品可包括相对于彼此的90/45/90方向的堆叠凯夫拉纤维层。最好有6到7层3倍数的200GSM凯夫拉纤维(90/45/90配置)(共18到21层),以有效阻止弹道射弹。可以看出,可能需要两倍于损坏量的凯夫拉纤维层数来阻挡弹道射弹。有关凯夫拉防弹衣和凯夫拉防弹能力的更多详情,可参阅《不同重量和层数的凯夫拉防弹能力与9毫米弹丸的实验研究》,Stopforth,Science Direct,DefenseTechnology,2018年,特此全文并入作为参考。
图56b描述了两个植入体5601,它们位于共用的皮下植入体口袋中,并在一定程度上相互重叠,如重叠区域5601o所示。这对某些应用可能很有用。例如,可以从多个较小的植入体中有效地制作出一个较大的植入体,这些植入体可以分别***,最终可能会与患者的组织融合在一起。这可能是在体内更安全和/或更有效地重建较大植入体的一种选择。
图57a描述了一名人类患者的腹部,其皮下可压缩植入体5701分别位于植入体口袋5705R和5705L,其中虚线来自单个微创入口切口5704。同样,外侧虚线表示口袋5705R/5705L中被破坏/组织剥离区域的边缘。植入体口袋5705R和5705L可以相对拉长,以容纳拉长的植入体。在本实施方案中,植入体的主体可以是可生物吸收的,并以随机模式放置RFID芯片5707,使其数量较多,且位置较难预测,以便不想要的人取出。
图57b描述了植入体5701的俯视图,该植入体包含RFID芯片5707,其放置方式不太容易预测。同样,一旦植入体5701在体内被吸收,每个RFID芯片5707都将被放置在最好是全身的随机位置,这样,在不知道所有芯片位置的情况下,取出一个芯片或多个芯片很可能会导致保留至少一个或多个芯片。例如,人贩子等可能会找到一个RFID芯片并将其取出,以阻止定位/识别受害者,但在随机位置植入多个RFID芯片可能会非常困难和/或成本高昂,例如,可能需要外科医生、抗生素、X射线、专用微金属探测器等。在优选的实施方案中,RFID芯片5707都被配置为板状或板状元件,具有彼此平行或至少基本平行的平坦的上下表面。
此外,即使尝试移除随机放置的多个芯片,也会存在漏掉一个芯片的风险(只要漏掉一个芯片就会触发警报)。此外,移除多个芯片造成的感染和明显疤痕可能会提醒他人(如医生或警察)注意RFID被移除,从而阻止人口贩运。
射频识别芯片可用于某些实施方案中,例如可用作跟踪和/或监测病人健康状况的设备。例如,射频识别装置可以是有源或无源的,具有低功耗、长距离收发器,用于定位和移动跟踪。在某些实施方案中,RFID电路可以是多功能的。例如,RFID电路可包括一个与温度传感器等设备电感联接的电路,这些设备可用于评估病人的健康状况。跟踪设备还可包括微控制器、无线电收发器、天线和/或电源。有关与本文所公开的各种实施方案相关的合适RFID设备的更多详情,请参阅题为"使用远距离RFID和温度监测进行动物位置跟踪和健康监测的***和方法"的第11,141,062号美国专利,现将其全文并入作为参考。
例如,某些射频识别(RFID)装置可包括一个放置在线圈附近的铁磁块和一个与所述线圈联接的谐振电路,该谐振电路可配置为在接收线圈电流时产生共鸣。天线可与谐振器电路联接。在某些实施方案中,设备可包含一个调制器,耦合到谐振器电路以调制输出。铁磁块可随着身体运动自然滑入和滑出线圈,这可能会在线圈中产生电压,从而为电路供电,在某些情况下根本不需要外部电源。与本文所公开的各种实施方案相关的更多有用细节可参见标题为"可植入式RFID标签"的美国专利申请公开号2015/0129664,现将其全文并入作为参考。
在某些实施方案中,RFID芯片可包含电源储存器,可在存在电磁场(如收发器单元产生的电磁场)的情况下为其充电。电源储存器可包括电容器或电池等。应答器单元可通过多种频率进行通信,从而提高实时性能、识别能力和/或相容性。应答器单元可进一步包括传输单元、储存器和/或电源电路。在某些情况下,应答器单元可与一个或多个天线连接。在某些实施方案中,RFID设备可能被包裹起来,使设备与周围环境隔绝。有关RFID芯片和***的更多详情,请参阅题为"射频动物追踪***"的美国专利申请公开号2011/0169610。
一些实施方案可能包括用于识别和标记医疗设备的植入式RFID收发器,例如本文所披露的植入体中的医疗设备或与此类植入体通信连接的医疗设备。某些实施方案可能包括标签设备和相关组件,例如带有制造信息、植入信息和/或患者识别信息的标签设备。例如,此类RFID标签可与植入的除颤器、脉冲发生器和/或支架连接。在某些情况下,RFID模块可集成到医疗设备中,用于识别、数据存储和/或通信目的。有关此类RFID植入体的更多详情,请参阅美国专利第7,429,920号,标题为"用于植入式医疗设备和医疗设备***的射频识别和标签",现将其全文并入作为参考。
一些实施方案和实施方式可包括用于有源植入式医疗设备(AIMD)的RFID芯片。例如,此类***可包括一个询问器和/或一个由基板、RFID芯片和天线组成的密封RFID设备。在某些情况下,RFID设备可用于存储患者信息、制造信息、序列号等数据。更多详情可参见题为"用于植入式医疗设备的RFID检测和识别***"的第7,916,013号美国专利,现将其全文并入作为参考。
图58a描述了一种微创电切装置,根据某些实施方案,该装置带有2个珠状尖端5804,从轴5805和手柄5806的远端突出两个珠状结构。尖端5804包括一个珠状结构,可定位在轴的远端。该装置/***可进一步包括植入体排出套管5820,该套管可固定或可释放地连接到轴5805上(或在其他实施方案中完全分离),并可包括植入体排出柱塞5821。
图58b描述的是接受了双侧对比外科手术后的人体躯干。在患者的右侧(图中的左侧),使用裂解尖端,例如具有珠子和邻近凹槽的裂解末端(例如图58a)来形成植入体口袋5803R和5803L,其一个或多个尺寸大大超过用于开始创建口袋的入口切口5850的尺寸(例如约5mm)。向外的箭头描绘了解剖装置沿轴5805的轴线辐射远离入口切口5850的初始前进路径;所示装置也可配置为向后方向解剖。不过,出于空间考虑,没有显示向后的箭头。图58b中的植入体口袋5803L是人体患者腹部接受皮下可排出植入体5801后,在植入体排出套管5820向前或向后通过时沉积的结果。在本实施方案中,可排出植入体5801包括RFID芯片。在其他可考虑的实施方案中,可排出植入体可包括电子器件或药物或生物材料团,如干细胞。
虽然图中显示植入体口袋5803L和5803R是由仪器5804多次冲程形成的,但应该理解的是,在其他实施方案中,可以使用单次冲程。因此,与本文公开的大多数实施方案不同的是,植入体5801不必是可压缩的,因此不必大于或至少基本上大于入口切口5850。因此,器械5805的一次冲程既可以用来创建植入体5801的路径,也可以用来***植入体。因此,口袋可以由单个冲程组成,也可以由多个冲程组成,这些冲程可以连接起来形成一个更大的、连续的口袋,如图58b所示,也可以由多个口袋组成,每个口袋都由从入口切口5850喷出的单个冲程确定。进一步说明,在另一种实施方案中,如果后冲程沿相同的路径进行,则沿第一方向的第一冲程可形成仅由第一冲程定义的第一口袋,而第二冲程可相对于第一冲程以一定角度延伸,例如角度可达或甚至超过90度,这样,包含在各自单冲程口袋中的植入体5801可按所需的任何距离彼此分开。与植入体5707不同的是,植入体5801可以配置成圆柱形或至少是基本圆柱形,或与植入体5707不同的另一种形状,即这种形状可以缺少彼此平行的相对平面。
图58c描述了植入体排出套管5820s的另一个实施方案的侧视图,该套管被配置为从侧面开口5820os而不是通过设备的远端排出植入体。与图58a所示的器械一样,该器械可进一步包括一个植入体排出柱塞5821c,图中显示该柱塞通过开口5820os推进一系列可排出植入体5801中的每个植入体,每个植入体包括RFID芯片5801rf,每个排出的植入体通过角度分流5820a从套管轴线上重新定向,角度分流5820a可包括斜坡结构等。图58c中显示的设备没有联接组织解剖器械,不过,本领域的普通技术人员会明白,如果需要,该设备可以很容易地安装在这种器械上或以其他方式与这种器械联接在一起。
图58d描绘了固定或可释放地连接到轴5805上的植入体排出套管5820的更详细侧视图,同样也描绘了植入体排出活塞5821,将包含RFID芯片的一系列可排出植入体5801中的每个植入体从正面/侧面轴开口5820推出。
图59a描绘了接受双侧对比外科手术后的人体躯干,在该手术中,微创干细胞培养箱植入矩形条5901被放置在植入口体口袋5903R和5903L中,其一个或多个尺寸远远大于用于开始创建口袋的入口切口5950的尺寸(例如约5毫米)。微创干细胞培养箱植入矩形条5901可包括,例如,植入有效荷载仓5901p,包括活的生物细胞簇(如干细胞),它们可被安放在植入保护袋5901b内,该保护袋可包括光滑层板、网格和/或半透膜,以及可能的营养物质、激素、生物制剂、药物、抗生素,可支持干细胞的正常存活。最好使用网格,以促进血管向其中的细胞生长。在某些实施方案中,可在网格中添加激素,以进一步促进这种生长,例如,增殖素、催乳素、生长激素和胎盘泌乳素。为了通过手术提取恢复生长中的干细胞,这种条带状和/或包状材料最好是不可生物降解和不可生物吸收的,以便在移除时完好无损。不过,可以想象的是,可生物吸收材料可用于其他实施方案和实施方式中。通过组织匹配捐赠者和接受者,干细胞代用品有可能为其他患者培养细胞簇。在某些情况下,代用品也可以是非人类的,如转基因猪,其免疫***不会损害或以其他方式对外来干细胞产生负面影响。宏定位/器械啮合孔5901h可方便放置和/或操作和/或固定。
如上所述,催乳素、生长激素、胎盘泌乳素、增殖素和增殖素相关蛋白具有结构相似性和生物活性,包括血管生成,因此,将一种或多种这些蛋白/物质或其他已知的促进血管生成的物质加入本文公开的一种或多种植入体中可能是有用的。这些物质既可作为循环激素,也可作为旁分泌/自分泌因子,刺激或抑制新血管形成和重塑的各个阶段,包括内皮细胞增殖、迁移、蛋白酶产生和凋亡。这种相反的作用可能存在于相似但独立的分子中,如增殖素和增殖素相关蛋白分别刺激和抑制血管生成。对血管生成产生相反作用的潜力也可能存在于同一分子中,因为母体蛋白可促进血管生成(如催乳素、生长激素和胎盘泌乳素),但经过蛋白水解处理后,产生的肽片段具有抗血管生成的特性(如16kDa催乳素、16kDa生长激素和16kDa胎盘泌乳素)。因此,可以在植入体中同时使用血管生成促进物质和血管生成抑制物质,例如,在植入体的下表面/侧面促进血管和/或组织生长,治疗剂可在该表面/侧面释放,而在植入体的上表面/侧面抑制血管和/或组织生长。血管生成抑制物质,如16kDa催乳素、16kDa生长激素和/或16kDa胎盘泌乳素,或任何其他已知的血管生成抑制物质,可选择性地应用于植入体的某些区域,这些区域希望没有血管和/或组织形成。有关可加入本文公开的各种植入体中的血管生成促进物质和血管生成抑制物质的更多详情,请参阅"Roles Of Prolactin And Related Members Of The Prolactin/Growth Hormone/Placental Lactogen Family In Angiogenesis,"Corbacho A,Martinez G,Clapp C,Journal of Endocrinology(2002)173,219-238,该文献全文并入本文作为参考。
在某些情况下,网格(如支架)可用于辅助组织工程。在一个优选的实施方案中,这种支架可用于保留和递送细胞以及细胞粘附和迁移的生化因子。在某些实施方案中,此类支架还可用于模板,例如引导组织发育。在某些实施方案中,天然生物材料、陶瓷、合成生物材料和/或仿生天然聚合物等材料可用于植入式支架。在某些情况下,天然生物聚合物可包括蛋白质、多糖等。在某些情况下,合成聚合物可包括聚乳酸(PLA)、聚丙烯酰胺(PGA)、聚乳酸(PLGA)等。在某些实施方案中,陶瓷可用作支架,陶瓷可包括羟基磷灰石、磷酸三钙、氧化铝等。在某些情况下,支架的特性,例如生物材料、可生物降解性、ECM变体、孔隙率、形状等,可根据植入体的应用需要而改变。在某些实施方案中,支架可包括水凝胶支架、纤维支架、微球支架、生物陶瓷支架、介孔生物活性玻璃支架等。在某些实施方案中,三维细胞培养***可用于创造人工环境,帮助实现细胞分化和形态发生等过程。有关此类支架的更多详情,请参阅《生物材料支架》(Scaffolds from Biomaterials:Alaribe,Biologia;353-367,2016》,特此全文并入作为参考。
图59b描述了微创干细胞培养箱植入体带5901的侧视图,其中植入体荷载仓5901p位于单个植入体保护袋5901b内。如图所示,托架5901p和/或口袋5901b可位于植入体/条带5901的任一侧或两侧。
图59c描述了微创干细胞培养箱植入体5901C的另一个实施方案的侧视图,其中植入体荷载仓5901p及其相应内容物(例如干细胞)被夹在植入体层叠体层5901L1和5901L2中。
图60a描述了一名人类患者躯干的右侧,该患者通过微创入口切口6010将矩形可压缩皮下电子神经刺激(SQENS)植入***6000放置在各自的植入体口袋6005中。更具体地说,SQENS植入体6001位于植入体口袋6005中,其中一个或两个植入体口袋可能与前面提到的任何其他植入体和/或植入体口袋相似。植入体口袋6005可以通过本应用中其他地方描述的方法制作,包括图1和图57。在某些实施方案中,一系列SQENS植入体可以沿皮肤、硬膜、肌膜和/或神经图区域定向。在某些实施方案中,植入体6001可以由柔性、可压缩的电子片或电子片堆叠组成。同样,植入体口袋6005比用于让裂解末端进入人体皮下区域并创建植入体口袋6005的入口切口6004要"大"得多(如前所述)。同样,植入体6001在展开和/或未压缩状态下要比压缩状态下"大"得多,也比入口切口6004的长度大得多。
植入***6000可进一步包括一个天线6007,用于接收电磁信号,这些信号可用于将数据传输到中央处理器/印制电路板6003,以便使用来自电池6004和电感线圈6014的能量激活***末端电极6012和可选的非***末端电极6011。如图所示,***末端电极6012可以只部分安装在植入体6001上,而非***末端电极6011则可以全部安装在植入体6001上。患者或医护人员可以调整外部发射器,将信号传输到内部天线6007,而内部天线6007又可以向中央处理器6003发出指令,以协调电极6011和/或6012的电输出。例如,这些外部信号可以从智能手机或其他无线通信设备6099生成和/或接收。电池6004也可以是灵活的。可以提供无线充电***,例如无线感应组件6014可以为柔性电池6004充电。优选地,植入体6001的每个元件都是柔性和/或可压缩的,或者其本身足够小,可以在植入体6001的其他元件对其进行压缩的情况下,放入微创入口切口内。
图60b是***6000的植入体6001的侧立视图,说明每个元件如何连接到植入体6001上;但是,在其他实施方案中,方向和位置可能会有所不同。在某些实施方案中,植入体6001的每个元件(末端电极6011和6012可能除外)都可以密封在容器或封套中,容器或封套最好既防水又具有可生物相容性。适用于上述容器的材料包括聚乙烯、聚氨酯、聚丙烯等。在某些实施方案中,也可以使用或替代使用各种涂层,如聚合物涂层。
如图60b所示,在某些实施方案中,还可以提供上层结构6001s。这种上层结构最好是柔性的和/或可扩展的。这种上层结构可以位于图60b所示元件的底部,有助于完全展开/松开植入体6001,当植入体6001依偎在下面的皮下层时,保持植入体6001的形状和/或位置。在某些实施方案中,上层结构6001可以由选择性渗透的可生物相容性聚合物组成。在某些实施方案中,上层结构6001s是中空的、端部密封的,和/或可能包含一种xerogel,当水通过选择性可渗透聚合物进入上层结构6001s内部时,这种xerogel可能会膨胀,导致上层结构6001s在不同程度上***。这可能有利于减少不必要的折叠和/或迁移。
图60c描述了植入体6001展开/未压缩状态下的顶部平面图。外部可探测的宏观定位/器械接合孔6023(如前所述)可帮助植入体***6000定位。在其他实施方案中,小孔6023是无法从外部检测到的。还可以提供一个或多个印刷电路板6003和/或中央处理器、辅助电子设备6024,包括但不限于心率传感器和氧饱和度监视器。在疼痛或不适发作期间,患者的心率可能会升高。因此,辅助电子心率传感器6024选件可检测到心率升高,SQENS在检测到例如阈值心率和/或给定时间内心率的阈值增加时,可利用该阈值来发出信号/刺激神经。这样,如果植入体6001减轻了疼痛,心率就会降低,从而停止刺激。在某些实施方案中,内部或外部编程可确定一个预设的心率减弱值,如果在可编程的时间阈值/限值内未达到该值,则将停止SQENS装置的发射,因为另一个健康原因可能是特定热率采样升高的根源。
相比之下,经皮神经电刺激(PENS)比经皮神经电刺激(TENS,表面电极)更深入,虽然两者的共同点都是将小型电线连接到电池供电的电刺激器上,但经皮神经电刺激是通过针电极将电流更接近皮下神经或肌肉,希望绕过上层神经,从而减少皮肤传导疼痛。PENS通常需要***类似针灸的针头,探入软组织或肌肉,电刺激与患者疼痛症状相对应的硬膜、肌层或皮层分布的神经纤维。然而,针头***甚至轻微的移动都会导致PENS疼痛。因此,在植入程序之外,SQENS可同时提供针刺和皮肤传输疼痛较少的便利。
图60d描述了另一种植入体在展开/未压缩状态下的顶部平面剖视图。图中还显示了***末端电极6012a-d和可选的非***末端电极6011a-c,每个电极都可以直接或间接地与CPU(如图60c中的CPU 6003)电联接。如果电极与中央处理器之间的电路是独立的,那么每个电极都可以按照预先编程的模式随机或独立地编程,以便随着时间的推移为受试者提供不同的刺激模式。例如,通过随机或根据预先设定的模式改变各个电极的驱动,这可以提高避免疼痛的能力。心理学和神经学研究表明,随着时间的推移,刺激物一成不变地重复使用,其效果可能会减弱(接受者的神经***会对重复使用的一成不变/令人厌烦的刺激物感到厌倦)。因此,预编程、随机化或不断变化的可编程刺激可增强SQENS的效果。电极的输出可以在振幅、频率和/或激活方面进行单独处理,以实现多重刺激。
多个堆叠电感线圈可以增加功率传输,同时增加联接线圈之间的互感。参考文献:"利用堆叠电感器实现高功率密度25.08.2021,https://www.electronicdesign.com
在某些实施方案中,电极可通过一种或多种技术和/或本文公开的一种或多种植入体注入体内。在一个优选的实施方案中,此类电极可由体内固化聚合物和金属复合材料组成。在某些情况下,此类电极可与神经刺激装置结合使用。在某些实施方案中,注射电极可包括硅酮-金属颗粒复合材料。在某些实施方案中,复合材料可包括硅酮弹性体和金属银片。有关此类可注射电极的更多详情可参见"一种由体内固化聚合物/金属复合材料制成的可注射神经刺激电极",Trevathan,Advanced Healthcare Materials,2019,DOI:10.1002/adhm.201900892,特此将其全文并入本文作为参考。
图61a描述了一名人类患者躯干的右侧,该患者的皮下螺旋电子神经刺激(SSENS)植入***6100具有多个植入体,每个植入体最好都位于通过微创入口切口6110制作的各自植入体口袋中。在本实施方案中,一系列3个SSENS螺旋植入体6101a、6101b、6101c分别位于各自的植入体口袋中。更具体地说,螺旋植入体6101c(用虚线表示已植入皮肤下方)位于植入体口袋6122中。植入体口袋6122可以通过本应用中其他地方描述的方法制作,包括图47a-e。在某些实施方案中,一系列SSENS植入体可以沿皮层、硬膜、肌层或神经图区域定向。螺旋植入体可通过包括图47a-e所述的方法安装在微创入口伤口中。更具体地说,图中螺旋植入体6101a和6101b没有虚线,表示它们在手术前被放置在预处理(用洗必泰和/或碘酒)的手术部位上方,以便外科医生在形成口袋或标记皮肤之前评估每个植入体的最佳植入位置、间距和入口伤口距离。
图61b所示为单个3圈SSENS植入体6101的俯视图,该植入体具有外末端6101o,电极沿螺旋面的一个或多个侧面或侧面分散,具有外臂带末端6101o和内臂带末端6101i,相邻臂带之间有间距6188。间距6188可用于多种目的,例如提高螺旋植入体通过微创入口切口进行手术植入的便利性。螺旋植入体的相邻带之间的间距6188还可以在植入后为植入体提供潜在的好处,例如为递送药物或其他目的提供更大的表面积,和/或为各种目的提供永久或有选择地突出到该空间6188中的特征。
在某些实施方案中,如图61b所示,从顶部平面图看,螺旋植入体6101整体呈圆形,横截面呈矩形。但如下所述,在其他实施方案中也可根据需要使用其他各种形状。螺旋植入体6101可以是刚性的,也可以是柔性的。在某些实施方案中,螺旋植入体6101可以通过滚动和/或折叠来压缩。在某些实施方案中,螺旋植入体6101可以由金属、陶瓷、金属陶瓷、玻璃、柔性塑料、有机聚合物、生物聚合物或类似材料组成。其他实施方式可包括聚合物外部层叠体或容器,以保留更多可溶解材料,如水凝胶等。药物、维生素或其他化学物质,包括生物制剂,也可以结合、溶解或以其他方式存在于螺旋植入体6101的部分或全部结构和/或其中包含的元件中。图中还显示了末端电极6111a-f,如图61c所示,每个电极可以串联、并联或独立地直接或间接连接到CPU 6103pb。如果电极与中央处理器的电路是独立的,那么每个电极都可以按照预先编程的模式随机或独立地启动,以便随着时间的推移为受试者/受试者提供不同的刺激模式。心理学和神经学研究表明,随着时间的推移,刺激物一成不变地重复使用,其效果可能会减弱(受试者的神经***会对一成不变/令人厌烦的重复刺激物感到厌倦)。因此,预编程、随机化或不断变化的可编程刺激可增强SSENS的效果。电极的输出可以在振幅、频率和/或激活方面进行单独处理,以实现多重刺激。
图61c是图61b中与箭头相交的线所划定位置靠近外臂带末端6101o的横截面放大图,其中描绘了各种层面/元件,包括金属电感线圈6114、电池6104(薄膜)。其中描绘了各种层面/元件,包括金属电感线圈6114、电池6104(本实施方案中为薄膜)、印刷电路板6103pb(在某些实施方案中,印刷电路板6103pb是CPU)、天线6102b、辅助电子设备6124(如心率传感器或氧饱和度监视器),这些电子设备可以放置在保护性外护套6117的附近。在其他可考虑的实施方案中,可堆叠附加金属电感线圈6114a,以增强植入体的功能。在疼痛或不适发作期间,患者的心率可能会升高。辅助电子心率传感器6124选项可检测到心率升高,从而在SSENS中发出信号/刺激神经,如果疼痛减轻,心率就会降低。内部或外部编程可确定一个预设的心率减弱值,如果在可编程的时间阈值/限值内未达到该值,则将停止SSENS装置的启动,因为另一个健康原因可能是特定热率采样升高的根源。一些可考虑的实施方案可能包括多个内部天线。外部发射器可由患者或医护人员调整,以向内部天线6102b发射信号,而内部天线6102b又可向印刷电路板6103pb提供指令,以协调电极末端电极6111a-f的电输出。例如,这些外部信号可以从智能手机或其他无线通信设备6199生成和/或接收。
除末端电极6111和6112外,植入体6101的每个元件都可以密封在一个容器或封套(保护性外护套6117)内,该容器或封套最好既防水又具有可生物相容性。适用于上述容器的材料包括聚乙烯、聚氨酯、聚丙烯等。同样,优选柔性和/或可膨胀的上层结构6101s可以帮助完全展开/松开植入体和/或保持植入体的形状和位置,因为它嵌套在下面的皮下层中。在一些实施方案中,上层结构6101s可包括选择性渗透的可生物相容性聚合物。在某些实施方案中,上层结构6101可以是中空的、端部密封的,并且/或者可以包括膨胀/伸缩材料,例如xerogel,当水通过选择性渗透聚合物进入柔性可膨胀上层结构6101的内部时,这种材料会膨胀,导致膨胀/伸缩材料在有限的空间内膨胀,从而在不同程度上相对僵化。这可能有利于减少不必要的植入体折叠和/或移位。
电感线圈/"堆叠线圈组"可以按照图37d中描述的线圈横截面来设计。
多个堆叠电感线圈可以增加功率传输,同时增加联接线圈之间的互感。参考文献:"利用堆叠电感器实现高功率密度25.08.2021,https://www.electronicdesign.com
为了提供正确的对准,在某些实施方案中,线圈组每个方向的最大能量传递可由内部或外部中央处理器进行评估,当接近或偏离最佳对准,或达到或失去最佳对准时,中央处理器会发出信号。在某些实施方案中,最大能量传输率可确定最佳位置/方向。
如图37d所示,植入体6101中可能有一个温度传感器,如3719t,该温度传感器可配置为检测线圈和/或包裹器外部的组织温度,以便***中的硬件和/或软件可以提醒用户/外部线圈根据情况增加或减少能量传输。在某些实施方案中,可以设定一个或多个阈值温度,例如关闭温度,可以是例如45摄氏度,这可能导致能量传输终止,直到温度恢复到第二个阈值温度,例如40摄氏度,此时能量传输可以恢复。
在某些实施方案中,可以将附加元件(如电子元件)连接到线圈上,使线圈作为独立的植入体或作为另一个辅助植入体的电源而独立配置的植入体更加有用。在某些实施方案中,如图80a所示,使用单体线圈可以完全消除对辅助植入体的需求。因此,在设想的实施方案中,单元线圈可以与其他植入体连接,例如单元线圈提供能量的植入体,而无需使用辅助植入体来帮助单元线圈完成这项工作。不过,我们也认为,某些线圈实施方案可能具有辅助植入体上可能提供的部分组件,但并非全部,因此可被视为"混合"线圈植入体。
图62a描述了一名人类患者躯干的右侧,该患者具有柔性股线/条带皮下电子神经刺激(FSQENS)植入***6200,该***包括植入体,植入***于各自的植入体口袋中,最好通过微创入口切口6210制作。更具体地说,植入***6200包括一个FSQENS柔性股线/条带植入体6201,该植入体可放置在一个植入体口袋6205c中,该植入体口袋包括一个可通过套管、探针和/或珠状剥离器制作的管道,如稍后所示。电感线圈6214(可附加或不附加电子元件)和辅助植入体6208可以放置在各种植入体口袋中,这些植入体口袋的制作方法与本应用中其他地方(包括图1和图57)所描述的方法类似。在某些实施方案中,FSQENS植入体可以沿着皮肤瘤、硬腱瘤或肌腱瘤或神经图区域定向。在某些实施方案中,柔性股线/条带植入体6201可包括柔性管或电子条带。
如本文所述,"柔性电子条带/股线"植入体是多个末端效应器的线性组合。在某些实施方案中,柔性电子条带/股线植入体的长度超过植入体最大宽度至少25倍。在某些实施方案中,柔性电子条带/股线植入体的长度超过植入体最大宽度至少50倍。如本文所用,"末端效应器"是指任何向体内释放能量的末端,包括光、热、电或电磁放电。
植入***6200可进一步包括辅助植入6208元件,先前类似地在图54a-c中进行了描述,包括但不限于天线6202b,用于接收电磁信号,该信号可用于将数据传输到中央处理器/印制电路板6203,以便使用来自电池6204、布线6215i和电感线圈6214的能量激活基于***的末端电极6211、6211a-g。患者或医护人员可以调整外部发射器,将信号传输到内部天线6202b,内部天线6202b反过来指示中央处理器6203协调电极6211a-g的电输出。在某些实施方案中,电池6204也可以是柔性的和/或安装在电感线圈6214内或沿电感线圈6214安装。可以提供无线充电***,例如无线感应组件6214可以为电池6204充电。优选地,植入***6200的每个元件都是柔性和/或可压缩的,或者其本身足够小,可以安装在微创入口切口6210中,植入***6200的其他元件可以移动到其在单独组织口袋中的最佳位置,例如扩大的组织口袋6205,在所描述的实施方案中,该组织口袋包含电感线圈6214。辅助植入体6208可以将某些组件(例如敏感的电气组件)置于单独的植入体中,这样可以更好地保护这些组件,例如置于防水/密封容器中。可以使用密封件(例如包装纸)将辅助植入体6208的所有元件都装入其中。外部发射器可由患者或医护人员调整,以向内部天线6202b发射信号,而内部天线6202b又可向中央处理器/印刷电路板6203提供指令,以协调输出。例如,这些外部信号可以从智能手机或其他无线通信设备6299生成和/或接收。
在某些实施方案中,可以将附加元件(如电子元件)连接到线圈上,使线圈作为独立的植入体或作为另一个辅助植入体的电源而独立配置的植入体更加有用。在某些实施方案中,如图80a所示,使用单体线圈可以完全消除对辅助植入体的需求。因此,在设想的实施方案中,单元线圈可以与其他植入体连接,例如单元线圈为其提供能量的植入体,而无需使用辅助植入体来帮助单元线圈。不过,我们也认为,某些线圈实施方案可能具有辅助植入体上可能提供的部分组件,但并非全部,因此可被视为"混合"线圈植入体。
图62b是FSQENS柔性股线/条带植入体6201的侧视图,说明了每个元件在条带6201上的连接方式;但是,在其他实施方案中,方向和位置可能会有所不同。图62b中未显示的是,除末端电极6211外,植入体6201的每个元件最好都密封在一个容器或封套中,该容器或封套最好既防水又具有可生物相容性。适用于上述容器的材料包括聚乙烯、聚氨酯、聚丙烯等。可使用导线6215o将辅助植入体6208与股线植入体6201的一个或多个(最好是全部)不同电极6211a-g连接起来。
在疼痛或不适发作时,病人的心率可能会升高。辅助电子心率传感器6224选件可检测到心率升高,从而在FSQENS中发出信号/刺激神经,如果疼痛减轻,心率就会降低。内部或外部编程可确定一个预设的心率减弱值,如果在可编程的时间阈值/限值内未达到该值,则将停止SQENS装置的启动,因为另一个健康原因可能是特定热率采样升高的根源。图中还显示了末端电极6211a-g,每个电极都可以直接或间接地与中央处理器6203和/或其他合适的电路电连接。
图62c是图62b的放大透视图,描述了沿柔性股线/条带皮下电子神经刺激(FSQENS)植入体6201的各种末端电极6211a-e的布线方案的一个实施方案。在本实施方案中,电极6211a-e相互独立布线(例如,在与电极6211a相连的6211aw等导线上),从而允许对每个电极进行不同的可编程控制。在其他可考虑的实施方案中,布线可以是串联、并联或另一种形式的独立布线或其组合。释放的幅度和时间以及通断周期可以不同。同样,这可以是随机的,也可以由用户控制,或两者兼而有之(由患者选择随机或特定)。如果电极与中央处理器之间的电路是独立的,那么每个电极都可以按照预先编程的模式随机或独立释放,以便随着时间的推移为受试者/受试者提供不同的刺激模式。心理学和神经学研究表明,随着时间的推移,刺激物一成不变地重复使用,其效果可能会减弱(受试者的神经***会对一成不变/令人厌烦的重复刺激物感到厌倦)。因此,预编程、随机化或不断变化的可编程刺激可增强FSQENS的效果。电极的输出可以在振幅、频率和/或激活方面进行单独处理,以实现多重刺激。图62a-c中用于表示电极的三角形绝不是电极形状的限制或指示。例如,在图62b和62c中,内部布线6211aw连接到***/圆周电极6211a,这可能有几个潜在的好处。例如,提供带状/环向电极可使信号分布更广,不易漏掉特定的目标神经或其他组织区域。然而,在某些应用中,可能需要形成这样的电极,使其仅部分延伸到股线状和/或管状植入体6201的***。例如,可能希望避免因不完整的圆周电极而增加终止点(如拐角)。不过,应该理解的是,对于某些应用来说,这样的终止点可能是优选的,特别是因为对于某些应用(例如FSQENS应用)来说,改变信号的位置、强度和/或其他参数可能是可取的。
虽然图62c中显示电极6211a稍微突出于植入体6201的外周壁,但也应该理解,电极与该外周壁齐平可能是理想的,例如,该外周壁可以是空心管或实心管,这样可以使植入体更容易滑过套管、邻近组织和/或入口伤口。植入体6201的横截面形状可以根据需要而变化,例如在各种预期的实施方案中,可以是圆形、椭圆形、带状或多边形。
电感线圈/"堆叠线圈组"可以按照图37d中描述的线圈横截面来设计。
多个堆叠电感线圈可以增加功率传输,同时增加联接线圈之间的互感。参考文献:"利用堆叠电感器实现高功率密度25.08.2021,https://www.electronicdesign.com
为了实现正确的对准,在某些实施方案中,可以通过内部或外部中央处理器来评估线圈组每个方向的最大能量传递,并在接近或偏离最佳对准,或实现或失去最佳对准时发出信号。
如图37d,温度传感器(如3719t)可用于检测线圈和/或包裹器外部的组织温度,以便***中的硬件和/或软件能够提醒用户/外部线圈增加或减少能量传输。在一些实施方案中,可以设定一个或多个阈值温度,例如关闭温度,可以是例如45摄氏度,这可能导致能量传输终止,直到温度恢复到第二个阈值温度,例如40摄氏度,此时能量传输可以恢复。
图63a描述了人类患者躯干右侧的情况,该患者的柔性股线/条带皮下植入体6301位于各自的植入体口袋中,该植入体口袋包括邻近微创入口6310a-c的细长管道。更具体地说,植入***6300包括柔性股线/条带植入体6301,该植入体可定位在可通过套管、探针和/或珠状剥离器制作的管道内,如前所述。
虽然本公开中描述的大多数植入体口袋都是通过器械5804的多次冲程形成的,但在套管/导管实施中,可以使用单次冲程。因此,与本文公开的大多数实施方案不同,植入体6301不需要是可压缩的,因此不需要比入口切口6310a-c大,或至少基本不需要比入口切口6310a-c大。因此,可使用套管/导管6331和6332的单次冲程来创建植入体6301将进入的路径。
植入体6301可以在***身体之前送入初始套管/导管6331,延伸不超过内部斜坡6331r。初始套管/导管6331通过初始切口6310a(通常在皮下组织中)***,矢量指向用于可选第二套管/导管6332的第二入口切口6310b。用于第二套管/导管6332的第二入口切口6310b可以成为初始套管/导管6331的出口切口。或者,一旦开口6331o允许植入体6301的货物通过,可将初始套管/导管6331退出初始切口6310a。植入体6301p的近端可以继续送入初始入口伤口,直到达到所需的长度和位置。将足够数量/长度的植入体送入第二套管/导管6332后,可将第二套管/导管6332沿着朝向可选的第三入口切口6310c的矢量6333v推入第二入口切口6310b,然后重复上述过程,只是在初始切口6310a之后,套管不能再方便地退到植入体上方。通过这种方式,可根据需要将任意长度的股线状植入体沿任意线(直线或曲线)植入人体的任意区域。
图63b描述了带有尖头6331p的直立斜面相对锋利的套管6331c的上平面图。
图63c描述了与图63b中相同的套管6331c轴向旋转90度的平面图,其上有轴开口/小孔6331h和尖端6331p。
图63d描述了带有钝铲尖6331b的直立斜面相对钝铲尖套管6331d的上平面图。
图63e描述了与图63d中相同的套管6331d轴线旋转90度的平面图,该套管具有轴开口6331o和钝铲尖6331b。
图63f描述了另一种可供选择的套管6331f,除了套管轴的形状可以是弯曲的外,它可能与前面讨论和描述的套管类似。在某些实施方案中,轴可以是永久/刚性弯曲的,或者可以是柔性的,以便在材料的限制下获得各种曲率。开口/小孔6331a和尖端6331t也可以是钝的或尖的。
图63g描述了植入体排出套管6331b的侧视图,该套管被配置为从侧面开口6331o排出股线状植入体6301。该图还描绘了一个斜坡6331r,其可配置为将植入体6301从开口6331o分流或重新定向。
图64a描述了一名人类患者躯干的前侧,该患者躯干上有一个或多个可压缩皮下电子肌肉刺激器(SQEMS)植入体,这些植入体可以是***6400的一部分,每个植入体都可以定位在一个或多个各自的植入体口袋中,例如口袋6405R和6405L,最好通过微创入口切口6410制作。在描述的实施方案中,使用单个微创入口切口6410形成两个植入体口袋6405R/6405L。但是,如果植入体口袋的距离不够近,或者出于其他原因,也可以根据需要为每个植入体口袋使用单独的入口切口。
更具体地说,SQEMS植入体6401位于植入体口袋6405R中,其中一个或两个植入体口袋可能与前面提到的任何其他植入体和/或植入体口袋相似。植入体口袋6405R可以通过本应用中其他地方描述的方法制作,包括图1和图57。在某些实施方案中,一个或多个SQEMS植入体可根据需要沿着腹直肌或其他腹部肌肉的位置,或在替代实施方案或实施方式中的任何其他肌肉群的位置定向。在某些实施方案中,植入体6401可以由柔性、可压缩的电子片或电子片堆叠组成。同样,植入体口袋6405R和6405L最好比入口切口6410要"大"得多(如前所述),入口切口6410用于让裂解末端进入人体皮下区域并创建植入体口袋6405R/6405L。同样,植入体6401在展开和/或未压缩状态下,最好比压缩状态下"大"得多,并且比入口切口6410的长度大得多。对侧植入体(未用虚线表示它位于手术预处理过的皮肤上方,以便进行规划)说明了植入体的各种组件。由于肌肉位于皮肤皮下脂肪层最深处以下的投资筋膜中,因此肌肉刺激的解剖/植入体口袋可能有所不同。因此,用于刺激肌肉的植入体可以放置在更深的位置,例如与肌肉相邻的脂肪下层,或直接放置在肌肉和/或其相邻筋膜上,以便从更近的位置刺激肌肉组织。此外,也可将电极朝向植入体的下侧。
***6400的植入体6401可进一步包括天线6407(如前所述),以便接收和/或传输电磁信号,电磁信号可用于将数据传输到中央处理器/印制电路板6403或其他合适的电气元件,以便利用例如来自电池6404和/或电感线圈6414(如前所述)的能量激活***末端电极6412和可选的非***末端电极6411。如图所示,***末端电极6412可仅部分安装在植入体6401上,而非***末端电极6411则可全部安装在植入体6401上。患者或医护人员可以调整外部发射器,将信号传输到内部天线6407,而内部天线6407又可以向中央处理器6403发出指令,以协调电极6411和/或6412的电输出。例如,这些外部信号可以从智能手机或其他无线通信设备6499生成和/或接收。电池6404也可以是灵活的。可提供无线充电***,例如无线电感组件6414,它可用于为柔性电池6404充电和/或提供更直接的能量传输,例如传输到电容器。优选地,植入体6401的每个元件都是柔性和/或可压缩的,或者其本身足够小,可以在植入体6401的其他元件对其进行压缩的情况下,安装在微创入口切口内。
在某些实施方案中,还可以提供一个或多个肌电传感器6425。这些传感器6425可用于感知肌肉组织何时开始疲劳,从而调整和/或终止对肌肉的刺激,以防止对肌肉组织造成损伤,或者只是提供一个停止刺激的阈值。在某些实施方案中,用户可以根据所需的"锻炼"强度或当前心情等因素来调整该阈值。
某些实施方案还可进一步包括一个或多个外部可检测的宏观定位/器械啮合孔6423(如前所述),可在安装过程中帮助植入***6400定位。在其他实施方案中,定位小孔6423不需要可从外部检测到,或者根本不需要存在。还可根据需要提供一个或多个印刷电路板/CPU 6403和/或辅助电子设备6424,包括但不限于心率传感器、氧饱和度监视器等。
举个更具体的例子,在疼痛或不适发作期间,病人的心率可能会升高。因此,辅助电子心率传感器6424可以检测到心率的升高,SQEMS在检测到例如阈值心率和/或给定时间内心率的阈值增加时,就可以利用它来停止或减少对神经的进一步刺激。通过这种方式,如果疼痛是由植入体6401引起的,则植入体6401可配置为减少或终止对肌肉的刺激,以减轻或消除疼痛和/或避免组织损伤。如前所述,对于神经刺激,各种末端电极可直接或间接地与CPU(如CPU 6403)电联接。如果电极与中央处理器之间的电路是独立的,那么每个电极都可以按照预先编程的模式随机或独立地进行编程,以便随着时间的推移为受试者/受试者提供不同的刺激模式。例如,通过随机或根据预设模式改变各个电极的驱动,这可以提高减轻疼痛或肌肉疲劳的能力。让肌肉的一部分放松,同时激活另一部分,可以增强效果,同时让病人更加舒适。因此,预编程、随机化或不断变化的可编程输出可增强SQEMS的效果。电极输出可在振幅、频率和/或激活方面单独处理,以实现多种不同的输出。这种效果可以通过使用多个植入体来增强或实现。例如,在所描述的实施方案中,右侧的植入体可配置为在左侧植入体释放时间歇性停止刺激,反之亦然。这可以作为在单个植入体上间歇或随机发射多个电极的替代方法,也可以作为在单个植入体上独立发射多个电极的补充方法。
图64b是***6400的植入体6401的底平面图,说明了每个元件在植入体6401上的连接方式;但是,在其他实施方案中,方向和位置可能会有所不同。在某些实施方案中,植入体6400的每个元件(可能除了末端电极6411和6412)都可以密封在容器或封套中,容器或封套最好既防水又具有可生物相容性。在某些实施方案中,一个或多个电极可能会暴露在外,例如通过容器/信封中形成的开口突出。适用于所述容器的材料可包括聚乙烯、聚氨酯、聚丙烯等。在某些实施方案中,也可以使用或替代使用各种涂层,例如聚合物涂层。
图64c描述了腹部张力检测带6451的前视图,该腹部张力检测带可选择与植入体6401结合使用。腹部张力检测带6451可包括天线6457、张力传感器6458、CPU 6454和电池6453。检测带6451可与一个或多个植入体6401通信连接。例如,在检测到阈值张力时,可生成一个信号来释放一个或多个植入体6401的一个或多个电极。例如,这可用作一种训练工具,自愿或非自愿地训练用户避免腹部/胃部向外突出到不希望的程度和/或避免不良姿势。例如,如果用户姿势不良,腹部可能会向外突出,这可能会导致传感器达到阈值张力。这一阈值可能会导致一个或多个电极释放,其感觉/疼痛可能会使用户向内吸吮或收回腹部以避免这种感觉,随着时间的推移,这种感觉可用于训练更好的姿势。
电感线圈/"堆叠线圈组"可以按照图37d中描述的线圈横截面来设计。
多个堆叠电感线圈可以增加功率传输,同时增加联接线圈之间的互感。参考文献:"利用堆叠电感器实现高功率密度25.08.2021,https://www.electronicdesign.com
为了实现正确的对准,在某些实施方案中,可以通过内部或外部中央处理器评估线圈组每个方向的最大能量转移,并在接近或偏离最佳对准时,或在实现或失去最佳对准时发出信号。
如图37d,温度传感器(如3719t)可用于检测线圈和/或包裹器外部的组织温度,以便***中的硬件和/或软件能够提醒用户/外部线圈增加或减少能量传输。在一些实施方案中,可以设定一个或多个阈值温度,例如关闭温度,可以是例如45摄氏度,这可能导致能量传输终止,直到温度恢复到第二个阈值温度,例如40摄氏度,此时能量传输可以恢复。
图65a描述了一名人类患者躯干的前侧,该患者躯干上有多个螺旋式皮下电子肌肉刺激(SSEMS)植入体6501a-6501g,这些植入体可能是SSEMS***6500的一部分。每个植入体6501a-6501g最好都放置在通过微创入口切口6510a、b、n制作的各自植入体口袋中。如图所示,在某些植入体口袋中可植入多个植入体,而在其他植入体口袋中则可能只植入一个植入体(即植入体口袋6522c中的植入体6501g)。当然,这也可以根据需要在其他实施方案中有所不同。如前所述,可以使用单个入口切口来形成每个植入体口袋,或者为每个植入体口袋或植入体口袋的子集使用单独的入口切口。不过,在所描述的实施方案中,单个入口切口6510a用于形成植入体口袋6522a和6522b,而单独的切口6510b用于形成下部植入体口袋6522c。圆形/椭圆形切口6510n也是一种可选的替代方案,切口可以隐藏在肚脐内。因此,切口可在该闭合环所代表的肚脐内任何位置形成。在本实施方案中,一系列7个SSEMS螺旋植入体6501a-g被放置在各自的植入体口袋中。更具体地说,螺旋植入体6501g(用虚线表示已植入皮下)位于植入体口袋6522c中。植入体口袋6522a-c可以通过本应用中其他地方描述的方法制作,包括图47a-e。在某些实施方案中,一系列SSEMS植入体可以沿着腹直肌的理想部分定向。螺旋植入体可以通过包括图47a-e所述的方法安装在微创入口伤口中。螺旋植入体6501g用虚线表示,表明它已被植入体口袋6522c的皮下。更具体地说,螺旋植入体6501a-f显示为无虚线,表示它们在手术前被放置在预处理(使用洗必泰和/或碘酒)的手术部位上方,以便外科医生在形成袋或标记皮肤之前评估每个植入体的最佳植入位置、间距和入口伤口距离。如前所述,便携式电子设备(如智能手机6599)可以是***6500的一部分,因此可以与一个或多个植入体通信。
图65b描述了单个3转SSEMS植入体6501的平面图,该植入体具有外末端6501o,电极沿螺旋面的一个或多个侧面分散,具有外臂带末端6501o和内臂带末端6501i以及相邻臂带之间的间距6588。间距6588可用于多种目的,例如提高螺旋植入体通过微创入口切口进行手术植入的便利性。螺旋植入体的相邻带之间的间距6588还可在植入后为植入体带来潜在的益处,例如为递送药物或其他目的提供更大的表面积,和/或为各种目的提供永久性或选择性地突出到该空间6588中的特征。
在某些实施方案中,如图65b所示,从顶部平面图看,螺旋植入体6501整体呈圆形,和/或如图65c所示,横截面呈椭圆形。但如下所述,在其他实施方案中也可根据需要使用其他各种形状。螺旋植入体6501可以是刚性的,也可以是柔性的。在某些实施方案中,螺旋植入体6501可以通过滚动和/或折叠来压缩。然而,由于本文所述的新型螺旋结构和植入技术的性质,植入体6501在某些实施方案中可以是不可压缩和/或不可折叠的。在某些实施方案中,螺旋植入体6501可包括金属、陶瓷、金属陶瓷、玻璃、柔性塑料、有机聚合物、生物聚合物或类似材料。其他实施方式可包括聚合物外部层叠体或容器,以保留更多可溶解材料,如水凝胶等。药物、维生素或其他化学物质,包括生物制剂,也可以结合、溶解或以其他方式存在于螺旋植入体6501的部分或全部结构和/或其中包含的元件中。图中还显示了末端电极6511a-f,如图65c所示,在某些情况下,每个电极都可以直接或间接地独立与CPU 6503pb电联接。如果电极与中央处理器之间的电路是独立的,那么每个电极都可以按照预先编程的模式随机或独立地进行编程,以便随着时间的推移为受试者/受试者提供不同的刺激模式。因此,预编程或随机化或不断变化的可编程刺激可增强SSEMS的效果。电极输出可在振幅、频率和/或激活方面单独处理,以实现多重刺激。
图65c是图65b中箭头交叉线所划定位置的横截面放大图。其中描述了各种层/元件,包括金属电感线圈6514、天线6502b、电池6504(在本实施方案中为薄膜)、印刷电路板6503pb(在某些实施方案中,印刷电路板6503pb可包括CPU)和辅助电子元件6524,例如心率传感器、氧饱和度监视器或类似元件,其中任何元件都可靠近保护性外护套6517。在其他设想的实施方案中,可以堆叠额外的金属电感线圈6514a和6514b,以增强植入体的发电能力。一些设想的实施方案可包括多个内部天线。
在某些实施方案中,可以将附加元件(如电子元件)连接到线圈上,使线圈作为独立的植入体或作为另一个辅助植入体的电源而独立配置的植入体更加有用。在某些实施方案中,如图80a所示,使用单体线圈可以完全消除对辅助植入体的需求。因此,在设想的实施方案中,单元线圈可以与其他植入体连接,例如单元线圈提供能量的植入体,而无需使用辅助植入体来帮助单元线圈完成这项工作。不过,我们也认为,某些线圈实施方案可能具有辅助植入体上可能提供的部分组件,但并非全部,因此可被视为"混合"线圈植入体。
如前所述,在某些实施方案中可以提供肌电传感器6525,用于向电极提供有关受刺激肌肉疲劳情况的反馈。
在某些实施方案中,植入体6501的每个元件(末端电极6511可能除外)都可以密封在一个容器或封套(保护性护套6517)内,该容器或封套最好既防水又具有可生物相容性。适用于所述容器的材料可包括聚乙烯、聚氨酯、聚丙烯等。此外,所描述的实施方案还包括植入体上层结构6501s。就本公开而言,"植入体上层结构"应被视为包括任何在植入体上形成的结构和/或作为植入体的延伸结构,以增加植入体在未压缩形态下的刚性。一些植入体上层结构可以用液体或其他流体充气,从而可以选择性地增加这种刚性,而其他结构则可以配置为自动提供这种刚性,例如在展开或以其他方式减压植入体时。优选地,植入体上部结构是柔性和/或可膨胀的,这有助于完全展开/解压植入体和/或当植入体嵌套在下面的皮下层时保持植入体的形状和位置。在一些实施方案中,上层结构6501可以包括可生物相容性聚合物,这些聚合物具有选择性渗透性。在一些实施方案中,上层结构6501可以是中空的、端部密封的,并且/或者可以包括膨胀/伸缩材料,例如xerogel,当水或另一种液体(例如体液)穿过选择性可渗透聚合物进入柔性可膨胀上层结构6501的内部时,这种材料可以膨胀,从而使膨胀/伸缩材料在有限的空间内膨胀,从而在不同程度上相对僵化。这可能有利于减少不必要的植入体折叠和/或移位。虽然上层结构6501s显示位于螺旋植入体6501的内腔中,但应该理解的是,可以根据植入体类型、应用和所需的刚性修改,在所需的其他位置形成类似的上层结构。因此,在某些实施方案中,上层结构可以形成在螺旋植入体的外表面,这可以在某些情况下提供保持螺旋形状所需的刚性。
电感线圈/"堆叠线圈组"可以按照图37d中描述的线圈横截面来设计。
多个堆叠电感线圈可以增加功率传输,同时增加联接线圈之间的互感。参考文献:"利用堆叠电感器实现高功率密度25.08.2021,https://www.electronicdesign.com
为了实现正确的对准,在某些实施方案中,可以通过内部或外部中央处理器评估线圈组每个方向的最大能量转移,并在接近或偏离最佳对准时,或在实现或失去最佳对准时发出信号。
如图37d,温度传感器(如3719t)可用于检测线圈和/或包裹器外部的组织温度,以便***中的硬件和/或软件能够提醒用户/外部线圈增加或减少能量传输。在一些实施方案中,可以设定一个或多个阈值温度,例如关闭温度,可以是例如45摄氏度,这可能导致能量传输终止,直到温度恢复到第二个阈值温度,例如40摄氏度,此时能量传输可以恢复。
图66a描述了一名人体患者躯干的前侧,该患者躯干上有一个柔性股线/条带皮下电子肌肉刺激器(FSQEMS)植入体6601,该植入体可能是***6600的一部分。植入体6601可以通过微创入口切口6610放置在相应的植入体口袋中。更具体地说,植入***6600包括一个FSQEMS柔性股线/条带植入体6601,该植入体可放置在一个植入体口袋中,在本实施方案中,该植入体口袋可包括一个管道,而不是一个用于接收可扩张植入体的扩大口袋。口袋/管道6605c可以由套管、探针和/或珠状剥离器等工具制作,如前所述。***6600可进一步包括电感线圈6614(带或不带附加电子装置)和/或辅助植入体6608,这些植入体可放置在各种扩大的非***植入体口袋中,例如口袋6605,其制作方法类似于本公开中其他地方描述的其他方法,包括图1和图57。在某些实施方式和实施方案中,FSQEMS线状植入体6601可以沿着腹直肌或其他腹部肌肉或任何其他肌肉群的位置定向。在某些实施方案中,柔性条带/股线植入体6601可以由柔性管和/或电子线组成。对侧植入体(未用虚线表示其位于手术预处理的皮肤上方,以便于规划)说明了植入体的各种可能组件。用于肌肉刺激的串状植入体的解剖/植入体口袋/管道可能有所不同,因为肌肉位于皮肤皮下脂肪层最深处以下的内陷筋膜中。因此,用于刺激肌肉的植入体可以放置在更深的位置,例如与肌肉相邻的脂肪下层,或直接放置在肌肉和/或其相邻筋膜上,以便从更近的位置刺激肌肉组织。此外,还可将电极朝向植入体的下侧。患者或医护人员可以调整外部发射器,将信号传输到内部天线6602b,而内部天线6602b又可以向中央处理器/印制电路板6603发出指令,以协调电极6611的电输出。例如,这些外部信号可以从智能手机或其他无线通信设备6699生成和/或接收。
如图66b所示,植入***6600可以进一步包括辅助植入体6608,其各种可能的元件可以如图54a-c所述,包括但不限于天线6602b,用于发送和/或接收电磁信号,电磁信号可以用于将数据传输到CPU/印制电路板6603,以便使用来自电池6604和/或电感线圈6614以及布线6615i/6615o的能量激活***末端电极6611a-f。辅助植入装置6608还可包括一个电容器6626和/或一个片上实验室6629。芯片上的实验室可能有利于糖尿病患者等在肌肉活动前、后和/或活动期间评估血糖水平。在某些实施方案中,微流体通道(未显示)可将位于受保护的封装/包裹外的患者血清/血液/组织液与芯片上的实验室接触,以进行分析。患者或医护人员可以调节外部发射器,将信号传送到内部天线6602b,而内部天线6602b又可以指示CPU 6603协调电极6611a-f的电输出,同样,电极6611a-f可以单独或一起启动。在某些实施方案中,电池6604也可以是柔性的和/或安装在电感线圈6614内或沿电感线圈6614安装。可提供无线充电***,如无线电感组件,用于为电池6604充电。优选地,植入***6600的每个元件都是柔性和/或可压缩的,或者其本身足够小,可以安装在微创入口切口6610中,而植入***6600的其他元件可以移动到其在单独组织口袋中的最佳位置。辅助植入体6608可以将某些组件(例如敏感的电气组件)置于单独的植入体中,这样可以更好地保护这些组件,例如置于防水/密封容器中。可以使用密封件(例如包装纸)将辅助植入体6608的所有元件都封装在其中。
在某些实施方案中,可以将附加元件(如电子元件)连接到线圈上,使线圈作为独立的植入体或作为另一个辅助植入体的电源而独立配置的植入体更加有用。在某些实施方案中,如图80a所示,使用单体线圈可以完全消除对辅助植入体的需求。因此,在设想的实施方案中,单元线圈可以与其他植入体连接,例如单元线圈提供能量的植入体,而无需使用辅助植入体来帮助单元线圈完成这项工作。不过,我们也认为,某些线圈实施方案可能具有辅助植入体上可能提供的部分组件,但并非全部,因此可被视为"混合"线圈植入体。
在某些实施方案中,还可以提供一个或多个肌电传感器6625。这些传感器6625可用于感知肌肉组织何时开始疲劳,从而调整和/或终止对肌肉的刺激,以防止对肌肉组织造成损害,或者只是提供一个停止刺激的阈值。在某些实施方案中,用户可以根据所需的"锻炼"强度或当前心情等因素来调整该阈值。
举个更具体的例子,在疼痛或不适发作期间,病人的心率可能会升高。因此,辅助电子心率传感器6624选件可以检测到心率升高,FSQEMS在检测到例如阈值心率和/或给定时间内阈值心率增加时,可以利用它停止或减少对肌肉的进一步刺激。这样,如果植入体6601引起疼痛,植入体6601就可以配置为减少或终止对肌肉的刺激,以减轻或消除疼痛和/或避免组织损伤。如前所述,对于神经刺激,各种末端电极可以直接或间接地与CPU(如CPU6603)电联接。如果电极与中央处理器之间的电路是独立的,那么每个电极都可以按照预先编程的模式随机或独立地进行编程,以便随着时间的推移为受试者/受体提供不同的刺激模式。例如,通过随机或根据预设模式改变各个电极的驱动,这可以提高减轻疼痛或肌肉疲劳的能力。让肌肉的一部分放松,同时激活另一部分,可以增强效果,同时让病人更加舒适。因此,预编程、随机化或不断变化的可编程输出可增强FSQEMS的效果。电极输出可在振幅、频率和/或激活方面单独处理,以实现多种不同的输出。这种效果可以通过使用多个植入体来增强或实现。例如,在所描述的实施方案中,右侧的植入体可配置为在左侧植入体释放时间歇性停止刺激,反之亦然。这可以作为在单个植入体上间歇或随机发射多个电极的替代方法,也可以作为在单个植入体上独立发射多个电极的补充方法。
图66b是FSQEMS柔性股线/条带植入体6601的侧视图,说明了每个元件在条带6601上的连接方式;但在其他实施方案中,方向和位置可能会有所不同。在某些实施方案中,植入体6601的每个元件(电极6611a-f可能除外)都可以密封在容器或封套中,容器或封套最好既防水又具有可生物相容性。适用于上述容器的材料包括聚乙烯、聚氨酯、聚丙烯等。可使用导线6615o将辅助植入体6608与线状植入体6601的一个或多个(最好是全部)电极6611a-f连接起来。
图66c是图66b的放大透视图,描述了沿柔性股线/条带皮下电子肌肉刺激器(FSQEMS)植入体6601的各种末端电极6611a-e的布线方案的一个实施方案。在本实施方案中,电极6611a-e都是相互独立接线的(例如,在诸如6611aw的导线上,6611aw与电极6611a相连),因此可以对每个电极进行不同的可编程控制。在其他可考虑的实施方案中,布线可以是串联、并联或另一种形式的独立布线或其组合。释放可以在振幅、释放时间和/或通断周期方面发生变化。同样,这可以是随机的,也可以由用户控制,或两者兼而有之(由患者选择随机或特定)。如果电极与中央处理器之间的电路是独立的,那么可以对每个电极进行编程,以随机间隔或预设模式独立释放,从而随着时间的推移为受试者/受试者提供不同的刺激模式。因此,预编程、随机化或不断变化的可编程刺激可增强FSQEMS的效果。电极输出可按振幅、频率和/或激活程度单独处理,以实现多重刺激。图66a-c中用于表示电极的三角形绝不是电极形状的限制或指示。在图66b和66c中,内部布线6611aw可以连接到***/圆周电极6611a,这可能有几个潜在的好处。例如,提供带状/圆周电极可使信号分布更广,不易漏掉特定的目标神经或其他组织区域。不过,在某些应用中,可能需要形成这样的电极,使其仅部分延伸到线状和/或管状植入体6601的***。例如,可能希望避免因不完整的圆周电极而增加终止点(如拐角)。不过,应该理解的是,对于某些应用来说,这种终止点可能是优选的,特别是因为对于某些应用(如FSQEMS应用)来说,改变信号的位置、强度和/或其他参数可能是可取的。
虽然图66c中显示电极6611a稍微突出于植入体6601的外周壁,但也应该理解,电极与该外周壁齐平可能更为理想,例如,该外周壁可以是空心管或实心管,这样可以使植入体更容易滑过套管、邻近组织和/或入口伤口等。此外,这些元件之间的平齐匹配可减少带有硬突起的植入体与血管或神经等组织结构之间的组织创伤/剪切机会。植入体6601的横截面形状可以根据需要而变化,例如在各种设想的实施方案中,可以是圆形、椭圆形、带状或多边形。
如图64c,植入***6600还可包括一个腹部张力检测带,该检测带可选择与植入体6601一起使用。这可用作一种训练工具,例如,自愿或非自愿地训练用户避免腹部/胃部向外突出到不希望的程度和/或避免不良姿势。例如,如果用户姿势不良,腹部可能会向外突出,这可能会导致传感器达到阈值张力。这一阈值可能会导致一个或多个电极释放,其感觉/疼痛可能会使用户向内吸吮或收回腹部以避免这种感觉,随着时间的推移,这种感觉可用于训练更好的姿势。
植入***6600在治疗长期行动不便或卧床不起的病人时可能特别有用。例如,在治疗中风或其他创伤患者时,使用***6600可以锻炼肌肉和/或帮助糖类代谢。此外,类似于EMS(肌肉电刺激)和PEM(经皮肌肉电刺激)可以通过降低餐后血糖来帮助2型糖尿病患者(Diabetes Res.Clin.实践。2012年6月;96(3):306-12),在某些替代实施方案中,FSQEMS***的实施方案可用于此类治疗,但没有经皮肌肉电刺激的疼痛针刺。虽然FSQEMS在这里显示的是与腹直肌相关的肌肉组织,但可以理解的是,与许多其他自主肌肉群一起使用也是切实可行的。
电感线圈/"堆叠线圈组"可以按照图37d中描述的线圈横截面来设计。
多个堆叠电感线圈可以增加功率传输,同时增加联接线圈之间的互感。参考文献:"利用堆叠电感器实现高功率密度25.08.2021,https://www.electronicdesign.com
为了实现正确的对准,在某些实施方案中,可以通过内部或外部中央处理器评估线圈组每个方向的最大能量转移,并在接近或偏离最佳对准时,或在实现或失去最佳对准时发出信号。
如图37d,温度传感器(如3719t)可用于检测线圈和/或包裹器外部的组织温度,以便***中的硬件和/或软件能够提醒用户/外部线圈增加或减少能量传输。在一些实施方案中,可以设定一个或多个阈值温度,例如关闭温度,可以是例如45摄氏度,这可能导致能量传输终止,直到温度恢复到第二个阈值温度,例如40摄氏度,此时能量传输可以恢复。
在某些实施方案中,可将芯片上实验室装置集成到本文公开的一种或多种植入体中,这些装置可包括微流控芯片。在一些实施方案中,微流控芯片可包括通过例如管道***与储存器连接的通道***。在某些实施方案中,传感器、探测器、光学元件等可集成在芯片上。在某些情况下,微型化技术和/或反应体积的减小可减少分析物的绝对量,从而可对流动的大块样品中的小化合物进行分析。在某些实施方案中,荧光分析由于具有高时间分辨率和灵敏度,可以进行实时测量。此类微芯片可用于酶测定、光诱导蛋白质转化、DNA分析等应用。在某些实施方案中,合并通道几何形状可用于调节试剂浓度。此外,在某些情况下,还可以调节温度。在某些实施方案中,此类芯片可包括连续流微反应器,这可促进多步反应,允许将多个反应步骤和在线分析相结合。在某些实施方案中,这种芯片可用于高通量筛选和/或细胞分选。在某些实施方案中,芯片可用于检测和/或分选DNA片段和/或细菌细胞,最好是高通量速率。将适当的生物检测与高灵敏度检测技术相结合,可促进目标细胞和/或分子的鉴定和分离。在某些实施方案中,可生成少量体积液体,以便在蛋白质结晶或分子进化等精确反应中调节试剂供应。在某些情况下,上述体积可由载体介质中的水滴形成。在某些实施方案中,芯片可用于微流体细胞处理,因为反应体积可接近于细胞内的体积,从而可在受控环境中操作细胞大小的物体。有关这种片上实验室设备的更多详情,请参阅"Lab-on-a-chip:药物发现中的微流控技术",Dittrich,《自然》,第5卷,210-218页,2006年。
图67a描述了螺旋植入体6701的一个实施方案,该螺旋植入体6701包括穿插在整个植入体6701中的多个LED 6711,例如LED、OLED和/或mLED,其中每个LED可设置在螺旋植入体6701的腔体内或其外表面上。螺旋植入体6701包括内末端6701i和外末端6701o,每对相邻螺旋臂之间可包括空间6788。图67a所描述的实施方案可用于通过皮肤表面照亮预先存在的墨水纹身。其他用途可包括前面讨论过的改善情绪的植入。一些实施方案可包括从可照明的皮下植入式螺旋体对覆盖的传统纹身进行照明,该螺旋体可选择通过外部设备进行控制。其他实施方案可包括照明皮下可植入螺旋本身作为可植入纹身艺术,可选择从外部设备进行控制;这些用途的组合也是可能的。在各种设想的实施方案中,在可压缩植入体上显示或讨论的任何LED或其他光源都可用于螺旋/非可压缩植入体。
进一步的实施方案可包括用于治疗肝病、癌症或其他疾病状态下的胆红素或由此衍生的化学物质。在各种设想的实施方案中,可压缩植入体上显示或讨论的LED或其他光源也可用于螺旋/非可压缩植入体,并可用于治疗。例如,光疗可在胆汁酸代谢中产生特定变化,并可通过改变皮肤胆汁酸池来减轻肝病患者的瘙痒。更多详情可参见"Effects OfPhototherapy On Hepatic Function In Human Alcoholic Cirrhosis",Knodell,Gastroenterology,70:1112,1976,特此全文引用。光疗可使胆红素转变为水溶性更强的异构体。体外改变胆红素的有效波长(即导致超过25%的光异构体)在约390至470纳米的蓝色光谱范围内。绿光(530纳米)不仅不能产生光异构体,反而会使反应逆转。结果表明,临床上有用的光疗装置应包括可见光谱的蓝色部分,如果不使用绿光,效果会越来越好。更多详情,请参阅《新生儿黄疸的光疗》:Optimal Wavelengths Of Light",Ennever,J Pediatr,103:295,1983,特此全文引用。因此,蓝色LED光可降低肝病患者的胆红素。
在某些实施方案中,可以将附加元件(如电子元件)连接到线圈上,使线圈作为独立的植入体或作为另一个辅助植入体的电源而独立配置的植入体更加有用。在某些实施方案中,如图80a所示,使用单体线圈可以完全消除对辅助植入体的需求。因此,在设想的实施方案中,单元线圈可以与其他植入体连接,例如单元线圈提供能量的植入体,而无需使用辅助植入体来帮助单元线圈完成这项工作。不过,我们也认为,某些线圈实施方案可能具有辅助植入体上可能提供的部分组件,但并非全部,因此可被视为"混合"线圈植入体。
在某些实施方案中,线圈/螺旋植入体可包括沿至少2个完整圈延伸的臂,以形成螺旋形状。在某些实施方案中,线圈/螺旋植入体可包括沿至少10个完整圈延伸的臂,以形成螺旋形状。在一些这样的实施方案中,线圈/螺旋植入体可包括一个沿至少15个完整圈延伸以形成螺旋形状的臂。在一些这样的实施方案中,线圈/螺旋植入体可包括沿至少20个完整圈数延伸以形成螺旋形状的臂。在一些这样的实施方案中,线圈/螺旋植入体可包括沿至少25个完整圈延伸的臂,以形成螺旋形状。
图67b描述了以图67a中的直线和箭头为界,具有矩形截面6701re的螺旋植入体的一个实施方案的截面图。
图67c描述了另一种螺旋植入体6701fL的截面图,其截面形状相对较平。
图67d描述了螺旋植入体6701ov的另一个实施方案的横截面图,其横截面呈椭圆形。
图67e描述了截面形状为五边形的螺旋植入体6701pe的另一个实施方案的截面图。在进一步的预期实施方案中,横截面形状可以是任何几何形状,包括但不限于多边形。
图67f是螺旋植入体6701if的另一个替代实施方案的侧视图,显示了内末端,其中包括一个开口的环状端或手柄6750f。环端6750f可以方便外科医生放置固定缝线或引导缝线等。在螺旋植入体的情况下,由于植入体口袋通常略大于植入体的尺寸,如果外科医生希望在身体将其密封到位之前限制植入体的活动度,缝合线可能会有所帮助。
图67g是螺旋植入体6701ig的另一个替代实施方案的侧视图,显示了植入体的内末端,其内端包括一个凹口6750g,该凹口可以方便放置缝合线或其他类似结构,这些缝合线或类似结构可以与植入体连接,以方便将植入体固定在植入体口袋中的所需位置。例如,在某些实施方案中,植入体口袋可能比植入体大得多,因此植入体可能容易在植入体口袋中移动。为了将植入体保持在所需位置,例如直接位于墨水纹身下方,外科医生可以将缝线缠绕在凹口6750g上,并将缝线与该位置的皮肤联接,以防止植入体移位。凹槽6750g还可用于或替代用于促进植入体的移动,例如,允许外科医生用缝线拉动植入体,类似于系绳。
图67h描述了另一种螺旋植入体6701h的剖面图。植入体6701h与图67b中的螺旋植入体类似,但进一步包括一个上层结构6751h,该上层结构可以沿着植入体6701h的整个长度延伸,也可以只延伸一部分,以增加植入体6701h的结构。在某些实施方案中,上层结构6751h可以粘附在螺旋植入体6701h的一侧和/或表面上,虽然在图中显示为半圆形,但可以根据需要包括任何形状。
图67i描述了同样具有上层结构6751i的类似螺旋植入体6701ii的横截面视图,但在这种情况下,上层结构6751i位于植入体的腔体内,而不是与其外表面相连。在设想的实施方案中,横截面为圆形的上层结构可以是各种其他形状,包括椭圆形和/或多边形。
图67j描述了另一个类似螺旋植入体6701j的横截面图,该植入体包括一个完全封闭的上层结构6751j,该上层结构位于其腔体内。不过,在本实施方案中,上层结构6751j被夹在植入体的其他各种元件(如电池6704和电感线圈6714)之间。不过,应该理解的是,上层结构可以与组件的任何其他元件联接和/或夹在其中,包括其他功能元件,或者唯一目的是将上层结构6751j与植入体联接的元件,例如层叠体和/或粘合层。
图67k描述了另一个螺旋植入体6701k的横截面图,该种植体包括一个外部连接的上层结构6751k,如图所示,该上层结构可以连接到植入体的外侧/表面。
图67L描述了另一个螺旋植入体6701L的横截面图,该植入体包括一个完全封闭的半圆形上层结构6751L。
图67m描述了另一个螺旋植入体6701m的横截面图,该植入体包括一个外部联接的上层结构6751m。植入体6701m与植入体6701h的不同之处在于,上层结构与植入体6701h的另一侧(例如内侧与外侧)相连接。
图67n描述了螺旋植入体6701n的横截面视图,该植入体包括设置在植入体上下表面的上层结构6751n。当然,在其他实施方案中,上层结构6751n可以只设置在植入体的顶部或底部。
图68a描述了可压缩植入体6801的一个实施方案的顶平面图,该植入体可包括半固体植入体,并进一步包括***上层结构6851b。植入体6801还包括宏观定位/器械啮合孔6803和增强区域6802。
如图68b-68e所示,其中每个图都是图68a的一般实施方案的可能迭代的横截面视图,上层结构6851b-6851e是图68a中所示上层结构6851b的变体,可以沿着植入体6801、6801c、6801d的外周边缘延伸,如图68b、68c和68d所示,也可以在植入体6801e内部延伸(例如、如图68e所示,也可以延伸到植入体6801e的内部(例如,在其上下表面之间),以确定或邻近植入体的外周边缘。
上述任何上层结构,例如上层结构6851b-6851e,在某些实施方案中可包括可充气的膀胱状结构。同样,在某些实施方案中,植入体本身也可以包括类似膀胱的结构,如图68c所示,该图描述了一个植入体6801c,该植入体具有一个中央空间,其***两端分别被上层结构6851c约束。在某些实施方案和实施方式中,这种类似膀胱的植入体可以配置电子控制、能量源和/或泵/递送药物***,以将药物/化学品直接注入目标组织的血液供应中,例如,将化疗药物注入癌症。上层结构,例如但不限于上层结构6851b-6851e,也可配置为减少或消除潜在的问题边缘和/或相对尖锐的点,如上所述,这可能会导致炎症和/或其他问题。因此,优选的实施方案可以专门或至少主要配置光滑和/或软化的边缘、表面和/或点,以减少或消除这些问题。
图69描述了一种螺旋植入体6900,包括螺旋臂6901a,如6988所示,每对相邻螺旋臂6901a之间几乎没有空隙。例如,这种形状可以通过简单地从平面基底上切割出螺旋来制造,臂之间没有空隙。不过,要想以相对容易的方式植入这种螺旋,植入体的材料必须具有足够的柔韧性,以便通过切割产生的螺旋可以相互弯曲/屈曲,以便通过优选的微创入口伤口,如之前公开的技术所示。如图47所示,这种螺旋状植入体6900可以从内部或外部末端旋转进入切口。
电感线圈/"堆叠线圈组"可以按照图37d中描述的线圈横截面来设计。
多个堆叠电感线圈可以增加功率传输,同时增加联接线圈之间的互感。参考文献:"利用堆叠电感器实现高功率密度25.08.2021,https://www.electronicdesign.com
为了实现正确的对准,在某些实施方案中,可以通过内部或外部中央处理器评估线圈组每个方向的最大能量转移,并在接近或偏离最佳对准时,或在实现或失去最佳对准时发出信号。
如图37d,温度传感器(如3719t)可用于检测线圈和/或包裹器外部的组织温度,以便***中的硬件和/或软件能够提醒用户/外部线圈增加或减少能量传输。在一些实施方案中,可以设定一个或多个阈值温度,例如关闭温度,可以是例如45摄氏度,这可能导致能量传输终止,直到温度恢复到第二个阈值温度,例如40摄氏度,此时能量传输可以恢复。
图70a描述了人类患者的躯干,尤其是下腹部和生殖器区域的前视图,该患者具有柔性股线/条带电子生殖器刺激器(FSEGS)植入***7000,该***包括一个或多个植入体,这些植入体最好通过一个或多个微创入口切口7010定位在各自的植入体口袋中。更具体地说,植入***7000包括一个FSEGS柔性股线/条带植入体7001,该植入体可放置在植入体口袋7005c中,该植入体口袋可包括一个管道,该管道可通过套管、探针和/或如前所示的珠状剥离器制作。***7000可进一步包括连接线7015i、电感线圈7014(带或不带附加电子元件)和/或辅助植入体7008,其中每个植入体都可以放置在不同的植入体口袋中,可以是它们自己的单独植入体口袋,也可以是与***的另一个植入体共享的植入体口袋,其制作方法与本应用中其他地方(包括图1和图57)所描述的方法类似。在某些实施方案中,***7000的主FSEGS植入体7001可以位于***或***皱襞组织内或周围,或者位于***内或邻近***。在某些实施方案中,柔性股线/条带植入体7001可以由柔性管或电子股组成。
在某些实施方案中,电感线圈可以由其他发电和/或产生能量的装置取代,例如热电发电机、柔性压电能量收集器、电容联接传输、磁动力联接传输、微波功率传输等,具体取决于病人的情况和安全准则。
不仅对生殖器的神经供应进行电极刺激,而且通过例如振动机械装置(如压电装置7071a)对生殖器组织本身进行同步或有节奏的间断刺激可能是有益的。在进一步考虑的实施方案中,压电发生器/致动器/装置7071a可以用例如小型化偏心旋转质量电机、线性谐振致动器、螺线管等代替。
如图70b的最佳描述,植入***7000可进一步包括辅助植入体7008,其可包括图54a-c中先前描述的任何元件,包括但不限于天线7002b,以允许接收电磁信号,该电磁信号可用于将数据传输至中央处理器/印制电路板7003,以使用来自电池7004和/或电感线圈7014的能量激活基于外周的终端电极7011a-e。病人或医护人员可调整外部发射器,将信号传输至内部天线7002b,后者反过来指示中央处理器7003协调电极7011a-e的电输出。在某些实施例中,电池7004也可以是柔性的和/或安装在电感线圈7014内或沿电感线圈7014安装。如前所述,可提供无线充电***,该***可配置为通过电感线圈7014对电池7004进行无线充电。优选地,植入***7000的每个元件都是柔性和/或可压缩的,或者其本身足够小,可以放入微创入口切口7010中,同时将植入***7000的其他元件移入其在独立组织口袋中的最佳位置,例如口袋7005,在所描述的实施方案中,口袋7005包含电感线圈7014。辅助植入体7008可以将某些组件(例如敏感的电气组件)置于单独的植入体中,这样可以更好地保护这些组件,例如置于防水/密封容器中。可使用密封件(例如包装纸)将辅助植入体7008的所有元件封装在其中。
在进一步考虑的实施方案中,植入***可包括一个辅助植入体,该植入体具有任何元件,包括但不限于图66中所述辅助植入体的元件,例如CPU/印制电路板、电池、存储器/数据存储元件、天线、电容器、电子心率传感器、片上实验室元件。在其他可考虑的实施方案中,线圈或辅助植入体均可包含脉搏血氧仪元件。虽然图中显示的一些辅助植入体是圆柱形的,但在进一步考虑的实施方案中,它们可以包括各种形状,包括但不限于卵形、多边棱形、垫状、枕状、包状、带或不带各种空腔或凸起。
电极末端可定位和配置为刺激生殖器(如***或***)内和/或邻近生殖器(如***或***),在某些情况下还可刺激生殖器及其相关组织,如***神经分支。例如,某些实施方案可能涉及刺激***背神经和***神经或***背神经、生殖器股神经和/或例如可能由骶丛供应的其他神经分支,或任何其他能够进行性刺激的神经。
患者或医护人员可调整外部发射器,将信号传输到内部天线7007,而内部天线7007又可向中央处理器7003远程提供指令,以协调电极7011a-e的电输出。例如,这些外部信号可以从智能手机或其他无线通信设备7099生成和/或接收。智能手机/无线通信设备可包括中央处理器和软件,能够解释和/或发送信号到植入式中央处理器7003或从植入式中央处理器7003接收信号。外部中央处理器和/或内部中央处理器可包含编程序列,这些序列将以预定模式激发电极发射,这些模式可能具有理想的刺激作用。例如,与所有电极同时释放相比,以波浪状模式发生的性刺激对某些受试者可能更有快感,在这种模式下,一组远端电极释放,然后关闭,下一组更近端的电极释放,然后关闭,然后下一组更近端的电极释放,然后关闭。
在某些实施方案中,可以为拥有***的患者植入刺激***的装置。例如,某些***可包括植入***背神经附近的装置。在某些情况下,信号发生器可根据指令启动,以产生能量脉冲并刺激***背神经。这些脉冲可以通过存储的程序和内部传感器以受控方式产生,和/或由外部设备动态控制。在某些情况下,产生的能量可包括超声波能量、电能、化学能等。有关此类***刺激装置的更多详情,请参阅美国专利申请公开号2009/0259095,标题为"治疗性高潮减退和性高潮缺失的***和方法",现将其全文并入本文作为参考。
某些实施方案可能包括帮助实现女性***组织增大状态的***。在某些情况下,可将装置植入女性***组织内,这样,在激活时,流体可从皮下储存器泵入装置,使装置增大,从而有助于实现女性***组织的增大状态。某些实施方案可能包括可通过外部设备控制或充电的装置。此类***可用于帮助达到女性性高潮。有关此类***的更多详情可参见美国专利第10,568,804号,标题为"治疗性功能障碍女性患者的***、装置和方法",以及美国专利申请公开第2020/0390643号,标题为"治疗性功能障碍女性患者的***、装置和方法",二者的全部内容通过引用并入本文。
一些实施方案可能包括由分布式植入装置组成的***,这些装置可选择性地刺激不同的神经,在某些情况下可为性功能和排尿活动障碍患者提供帮助。在某些情况下,主控制器可与每个刺激装置进行通信(最好是无线通信),以传输控制命令。在某些实施方案中,主控制器设备和/或单个刺激器可配置为响应来自传感设备的信号。刺激的例子可包括以选定的时间间隔对选定的装置进行电刺激,以实现不同阶段的性兴奋。有关此类植入体和***的更多详情,请参阅美国专利申请公开号2006/0020297,标题为"带有分布式刺激器的神经刺激***",现将其全文并入本文作为参考。
在某些实施方案中,可植入式***刺激器可用于增强对刺激的性反应。在某些情况下,植入式***可包括一个用于控制刺激装置的操作装置。刺激装置的运动/振动可配置为由电磁装置、电动马达等产生。此外,在某些实施方案中,***还可包括用于手动控制的植入式开关/无线遥控器和/或一个或多个用于检测自动控制物理参数的传感器。有关此类装置和***的更多详情,可参见题为"治疗女性性功能障碍的装置、***和操作方法"的美国专利第9,107,796号,该专利全文并入本文作为参考。
增强女性性兴奋***的一些实施方案可包括植入体和/或***,其配置可限制从***组织流出的血流。在某些实施方案中,此类***可以利用两阶段限制流出患者***组织的血流,例如对***组织进行初始刺激以引起收缩并在初始阶段减少流出***组织的血流,然后再对流出***组织的血流进行额外的温和收缩,以进一步帮助***组织充血。有关此类装置和***的更多详情,请参阅美国专利第8,795,153号,标题为"治疗女性性功能障碍的方法",该专利全文并入本文作为参考。
在某些情况下,电刺激器可利用本文所公开的技术和/或植入体植入体内。在某些实施方案中,此类电刺激器可包括电感线圈,可用于例如无线数据和电力传输等目的。有关此类电刺激器的更多详情可参阅"Implantable Functional Electrical Stimulationwith Inductive Power and Data Transmission System",Lee,2007,doi.org/10.12701/YUJM.2007.24.2.97,其全文并入本文作为参考。
在某些实施方案中,植入式刺激器可包括外部外壳,外壳由第一金属部分和第二部分组成,第二部分可包括塑料/聚合物部分。某些实施方案可能包括嵌入外壳聚合物/塑料部分的电感线圈。有关此类外壳的更多详情可参见美国专利第7,376,466号,标题为"用于植入式刺激器的外壳及其制造方法",该专利全文并入本文作为参考。
在某些实施方案中,植入式引线连接器可用于在多个装置之间实现互连和/或在所述装置和/或目标器官之间传输电信号。一些实施方案可能包括引线连接器,例如,第一和第二端口配置为各自接收适合组织刺激的信号,第三端口配置为连接器官。有关此类引线连接器的更多详情可参见美国专利第8,706,230号,标题为"植入式引线连接器",该专利全文并入本文作为参考。
在某些实施方案中,电刺激***可包括可植入的控制模块。例如,这些模块可包括一个外壳,外壳中包含一个电子组件、一个天线和/或多个连接器。某些实施方案可包括控制模块、连接器插座和/或导线,引线远端包括多个电极,近端包括多个触点。在某些实施方案中,引线的近端可安装在连接器中,通过引线弹簧触点等与控制模块电连接。有关此类控制模块的更多详情可参见美国专利第7,803,021号,标题为"带片簧连接触点的可植入式电刺激***及其制造和使用方法",以及美国专利第8,983608号,标题为"用于可植入式电刺激***的引线连接器及其制造和使用方法",这两项专利的全部内容均以引用方式并入本文。
一些电刺激装置涉及使用可从皮下组织延伸至目标组织的无源导电体。例如,此类装置可包括设置在皮下电极上下部的表层电极,形成一个拾取端,该拾取端最好具有足够的表面积,以允许足够部分的电流从表层电极流经脂肪并流向拾取电极。在某些实施方案中,此类装置可能具有阻断/激活神经冲动和/或刺激目标组织等功能。有关此类电刺激方法和装置的更多详情,请参阅美国专利第9,072,886号,标题为"通过植入式无源导体将电流输送到身体组织的方法",该专利全文并入本文作为参考。
在某些实施方案中,植入式电刺激设备可配置为通过使用受控电流脉冲来模拟受控电压脉冲等方式提供电刺激治疗。在某些情况下,可对电流和/或电压水平进行调制。有些设备可配置为受控电流和/或受控电压设备,最好配置为有选择地向植入患者体内的电极提供电流或电压。有关此类刺激装置的更多详情,请参阅美国专利第9,259,578号,标题为"使用调节电流的电压模式仿真电刺激器",该专利全文并入本文作为参考。
在某些实施方案中,植入式刺激器装置可包括用于刺激肌肉和神经等的电极阵列。在某些情况下,刺激器可包括至少一个可用作输入和/或输出的电极阵列。例如,刺激器的某些实施方案可包括用于控制刺激器的集成电路、存储芯片、电源和/或收发器。在某些实施方案中,每个元件都可以包裹在可生物相容性外壳中,并用柔性布线连接。在某些情况下,电极可包括可动态选择的柔性电触点阵列。某些实施方案还可能包括用于检测生理状况的传感器。有关此类刺激器的更多详情,请参阅标题为"植入式电刺激器"的美国专利申请公开号2020/0406030,现将其全文并入本文作为参考。
在某些实施方案中,微型植入式刺激器可用于产生单向传播的动作电位。例如,某些配置可包括微型刺激器,用于抑制沿大型和/或小型神经单向传播的动作电位。例如,此类装置可包括用于施加刺激电流的电极;密封封装在可生物相容性材料中的电气/机械部件;用于接收能量和/或传输信息的线圈;和/或用于存储电能的装置。在某些实施方案中,此类微刺激器可配置为独立运行或与其他植入装置合作运行。有关此类微刺激器的更多详情可参见美国专利第9,823,394号,标题为"植入式微刺激器和单向传播动作电位的方法",该专利全文并入本文作为参考。
包括电刺激器的一些实施方案可包括电极,其中包括由可生物相容性材料组成的多孔基底,其配置可模拟细胞外基质包埋。这种基底可具有可调节的孔径,用于控制组织的生长。在某些实施方案中,这种电极可与脉冲发生器联接,在目标组织周围产生电场。有关所公开的刺激装置的更多详情,可参见美国专利第10,780,275号,标题为"可植入的神经刺激装置",该专利全文并入本文作为参考。
在某些情况下,可通过植入电极以电流波形提供电刺激。此类设备可支持对刺激的选择性控制,例如,可通过两个或多个与调节电流通路相连的电极和/或至少一个与非调节电流通路相连的电极的组合来实现。在某些情况下,非调节电流可以平衡调节电流通路之间原本不平衡的电流。有关此类刺激器的更多详情,请参阅美国专利第9,987,493号,标题为"用于提供基于电流的电刺激疗法的医疗设备和方法",该专利全文并入本文作为参考。
一些植入式神经刺激装置可能偏爱非常薄的电极和衬底,这些电极和衬底可能与身体的弧形区域相适应;但是,受压的植入体可能会发生移位,如果在组织纤维化和"愈合"的相对较长一段时间内没有充分硬化,非常灵活的小型植入体可能会发生折叠、翻转和/或不必要的移位。电子元件的尖锐边缘(即使是在塑料衬底上)意外移位到脆弱的神经甚至是粗血管附近,可能会引起炎症,导致神经疼痛或血管壁变薄,从而导致破裂。有关此类植入体的更多详情,请参阅美国专利第10,653,888号(标题为"无线神经刺激器")和美国专利申请公开第2020/0254266号(标题为"无线神经刺激器"),其全文并入本文作为参考。还需注意的是,在本参考文献中,图13显示了植入体的大小,这在某些情况下可能会限制某些功能。
利用现有技术,替代实施方案/实施方式可以允许智能手机或其他无线通信设备7099以与***7000输出的性刺激同步的模式或质量显示色***或图像网站。进一步考虑的实施方案/实施方式可以允许在***7000中同步声音和性刺激。例如,在某些实施方案和实施方式中,电影中的特定场景可以联接到***7000,从而在启动特定场景时自动产生刺激。同样,场景的特定部分可能会导致刺激增加或减少,从而使场景的特定部分而不是整个场景本身与***7000同步。
值得注意的是,现在被认为是外置的智能手机或其它无线通信设备7099在某些实施方案中可以通过例如移除屏幕和/或传统的保护组件,并使用如本文所述的方法植入电池、CPU、天线和其它必要的电子元件来实现内部化。因此,可以理解的是,***7000也可以将这类传统的外部设备植入具有内部化功能的内部化位置。这些部件可能不限于所讨论的部件,还可能包括与***通信的眼镜/矫正镜片以及助听器或植入式听力设备等。最终,所谓的"元宇宙"可能会高度微型化,但在此之前,许多设备可能需要大量的电力和无线充电,这就需要相对较大的空间和/或表面积,而本文所述的设备和方法可以容纳这些空间和/或表面积,其示例将在下文讨论。
在某些实施方案中,可以将附加元件(如电子元件)连接到线圈上,使线圈作为独立的植入体或作为另一个辅助植入体的电源而独立配置的植入体更加有用。在某些此类实施方案中,如图80a所示,使用单体线圈可以完全消除对辅助植入体的需求。因此,在设想的实施方案中,单元线圈可以与其他植入体连接,例如单元线圈提供能量的植入体,而无需使用辅助植入体来帮助单元线圈完成这一操作。不过,我们也认为,某些线圈实施方案可能具有辅助植入体上可能提供的部分组件,但并非全部,因此可被视为"混合"线圈植入体。
图70b是FSEGS柔性股线/条带植入体7001的侧立视图,说明了每个元件在股线植入体7001上的连接方式;但是,在其他实施方案中,方向和/或位置可能会有所不同。在某些实施方案中,植入体7001的一个或多个或每个元件(末端电极7011a-e可能除外)可以密封在容器或封套中,容器或封套最好既防水又具有可生物相容性。适用于上述容器的材料包括聚乙烯、聚氨酯、聚丙烯等。可使用引线7015o将辅助植入体7008与线状植入体7001的一个或多个(最好是全部)不同电极7011a-e联接。在某些实施方案中,线状植入体7001还可包括压电元件7071a-e。所述压电元件还可包括柔性压电材料,例如PbZr0.52Ti0.48O3、LiNbO3、LiTaO3、PZT/PVDF复合材料和/或类似材料。在进一步考虑的实施方案中,线状植入体7001可进一步包括LED 7081a-c,例如LED/OLED/mLED,它们可通过提供可编程照明进一步愉悦患者或患者伴侣。
在某些实施方案中,压电能量收集器可基于聚酰亚胺(PI)/Bi,La)FeO3-PbTiO3(BLF-PT)0-3复合材料。这种压电能量收集器可以是柔性的、轻质的和/或独立的。有关此类压电材料的更多详情可参见"Flexible Piezoelectric Energy Harvester/Sensor withHigh Voltage Output over Wide Temperature Range",Sun,Nanoenergy,2019,doi.org/10.1016/j.nanoen.2019.04.055,特此通过引用将其全文并入本文。
在某些实施方案中,压电能量收集器可包括一种夹层结构,例如由填充有FeTiNbO6(FTN)半导体颗粒的PVDF薄膜、一层或多层中间层和/或作为上层和下层屏障的纯PVDF薄膜组成。此类压电材料可以通过热压技术制备,在某些情况下,可以是柔性的。有关此类压电器件的更多详情可参见"Flexible Piezoelectric Energy Harvester withExtremely High Power Generation Capability by Sandwich Structure DesignStrategy",Fu,Applied Math&Interfaces,2020,DOI:10.1021/acsami.9b21201,特此全文并入作为参考。
在某些实施方案中,压电器件可包括全无机化合物,例如,Pb(Zr0.52Ti0.48)O3。在某些情况下,这种压电器件可以是柔性的。在某些实施方案中,此类压电体可通过溶胶-凝胶法以二维云母基底为基础。更多详情可参见"All-Inorganic FlexiblePiezoelectric Energy Harvester Enabled by Two-Dimensional Mica",Wang,Nanoenergy,2017,doi.org/10.1016/j.nanoen.2017.11.037,特此通过引用将其全文并入本文。
在某些实施方案中,压电器件可包括多材料压电纤维。在某些情况下,此类压电器件的形状可以是空心圆柱体。例如,此类器件可包括聚偏二氟乙烯-三氟乙烯外壳,外壳还可包括碳载聚碳酸酯/铟电极和/或聚碳酸酯包层。在某些实施方案中,压电器件可包括通式为ABX3的包晶石。例如,可包括LaAlO3、NaWO3等材料。在一个优选的实施方案中,压电器件可具有高机电联接特性,同时表现出低介电损耗。适合此类用途的材料可包括PbMg1/3Nb2/3O3-PbTiO3、PbZn1/3Nb2/3O3-PbTiO3等。在某些实施方案中,由于压电晶体具有很高的压电性能,因此也可以使用压电晶体。有关压电器件的更多详情可参见"Developmentsof Immobilized Surface Modified Piezoelectric Crystal Biosensors for AdvancedApplications",Pramanik,International Journal of Electrochemical Science,2013,researchgate.net/publication/258052187,现将其全文并入本文作为参考。
在性唤起或刺激过程中,患者的心率可能会发生变化。因此,可将辅助电子心率传感器7024选件配置为检测心率,预编程的FSEGS即可发出所需的刺激或刺激模式变化信号。作为安全防范措施,内部或外部程序可确定一个预设心率,达到该心率可停止FSEGS装置的启动。辅助脉搏血氧计7025也可与刺激模式相协调。
末端电极7011a-e和/或压电元件7071a-e可以直接或间接地与中央处理器7003和/或其他合适的电路电联接。此外,发光二极管7081a-c的点亮可编程。
图70c是图70b的放大透视图,描述了沿柔性股线/条带电子生殖器刺激器(FSEGS)植入体7001的各种末端电极7011a-e的布线方案的一个实施方案。在本实施方案中,电极7011a-e都是独立接线的(例如,在诸如7011aw(与电极7011a连接)这样的引线上),因此可以对每个电极进行不同的可编程控制。在本实施方案中,压电体7071a-e也可以相互独立地布线,从而实现各自不同的可编程控制。在其他可考虑的实施方案中,布线可以是串联、并联或另一种形式的独立布线或其组合。释放的幅度和时间以及通断周期可以不同。同样,这可以是随机的,也可以由用户控制,或两者兼而有之(由患者选择随机或特定)。如果电极与中央处理器之间的电路是独立的,那么每个电极都可以按照预先编程的模式随机或独立释放,以便随着时间的推移为受试者/受试者提供不同的刺激模式。心理学和神经学研究表明,随着时间的推移,刺激物一成不变地重复使用,其效果可能会减弱(受试者的神经***会对一成不变/令人厌烦的重复刺激物感到厌倦)。因此,预编程、随机化或不断变化的可编程刺激可增强FSEGS的效果。电极输出可在振幅、频率和/或激活方面进行单独处理,以实现多重刺激。图70b-c中用于表示电极的三角形绝不是电极形状的限制或指示。例如,在图70b和70c中,内部布线7011aw连接到***/圆周电极7011a,这可能有几个潜在的好处。例如,提供带状/环向电极可使信号分布更广,不易漏掉特定目标神经或其他组织区域。然而,在某些应用中,可能需要形成这样的电极,使其仅部分延伸到线状和/或管状植入体7001的***。例如,可能希望避免因不完整的圆周电极而增加终止点(如拐角)。不过,应该理解的是,对于某些应用来说,这样的终止点可能是优选的,特别是因为对于某些应用(如FSEGS应用)来说,改变信号的位置、强度和/或其他参数可能是可取的。
虽然图70c中显示电极7011a从植入体7001的外周壁稍稍伸出,但也应该理解,电极与该外壁齐平可能是理想的,例如,该外壁可以是空心或实心管,这可以使植入体更容易滑过套管、邻近组织和/或入口伤口。植入体7001的横截面形状可根据需要而变化,例如在各种设想的实施方案中,可以是圆形、椭圆形、带状或多边形。
图70d-70g描述了与本文所披露的FSEGS***相关的各种植入部位,这些部位可能特别适合使用。例如,图70d描述了在植入体口袋7005c中伸入***的线状植入体7001。在优选实施方案和实施方式中,植入体7001可直接伸入***7069g,如图70d所示。或者,或者另外,植入体可以延伸到***的嵴7069c,如图70e所示,该图描述了实施的结果,包括延伸到***轴和/或***7069g的第一植入体7001a、延伸到嵴7069c第一侧/翼的第二植入体7001b,以及延伸到嵴7069c第二侧/翼的第三植入体7001c。虽然本图中没有显示,但应该理解的是,每个植入体都可以根据需要在各自的植入体口袋中延伸,该植入体口袋可以包括一个植入管。
图70f和70g描述了FSEGS植入体在***内的位置。更具体地说,图70f描述了一个植入体7001被放置在一个植入体口袋7005c中,该口袋沿着患者***7096s的轴向下延伸,并至少部分进入***7096s的***7096g。同样,图70g描述了另一种实施方式的结果,其中两个植入体7001并排放置在***7096s内。同样,该图中没有显示植入体口袋,但应该理解的是,植入体口袋可能存在。
电感线圈/"堆叠线圈组"可以按照图37d中描述的线圈横截面来设计。
多个堆叠电感线圈可以增加功率传输,同时增加联接线圈之间的互感。参考文献:"利用堆叠电感器实现高功率密度25.08.2021,https://www.electronicdesign.com
为了实现正确的对准,在某些实施方案中,可以通过内部或外部中央处理器评估线圈组每个方向的最大能量转移,并在接近或偏离最佳对准时,或在实现或失去最佳对准时发出信号。
如图37d,温度传感器(如3719t)可用于检测线圈和/或包裹器外部的组织温度,以便***中的硬件和/或软件能够提醒用户/外部线圈增加或减少能量传输。在一些实施方案中,可以设定一个或多个阈值温度,例如关闭温度,可以是例如45摄氏度,这可能导致能量传输终止,直到温度恢复到第二个阈值温度,例如40摄氏度,此时能量传输可以恢复。
图71a描述了感官处理反馈***7100的一个示例,在所描述的实施方案中,该***包括柔性股线/条带电子植入体(FSEI)。***7100包括一个或多个植入体,这些植入体最好通过一个或多个微创入口切口7110放置在各自的植入体口袋中。更具体地说,植入***7100包括柔性股线/条带植入体(FSEI)7101,可将其放置在细长的植入体口袋7105c中,该植入体口袋包括一个管道,可通过套管、探针和/或如前所示的珠状剥离器进行剥离。***7100可进一步包括电感线圈7114(带或不带附加电子元件)和/或辅助植入体7108,其中每个植入体都可以放置在不同的植入体口袋7105中,它们可以是各自的植入体口袋,也可以是与***的另一个植入体共用的植入体口袋,这些植入体口袋的制作方法与本应用中其他地方(包括图1和图57)描述的方法类似。电感线圈7114可以通过进线7115i连接到辅助植入体7108,辅助植入体7108可以通过出线7115o连接到FSEI 7101。在一些实施方案和实施方式中,***7100的主FSEI植入体7101可以朝向远端/远端辅助植入体7141的目标区、围绕目标区或朝向目标区,远端/远端辅助植入体7141可以放置在上半身的皮下组织中,或身体上相对于入口切口和/或***7100的其他植入体的其他偏远位置。远端/近端辅助植入体7141可包括无线通信装置/天线7141a和/或经皮声音接收器7141s,例如皮下植入的麦克风。
柔性股线/条带植入体7101在某些实施方案中可包括柔性管或电子、电线和/或光纤股。在某些实施方案中,电感线圈可由其他发电和/或产生能量的装置取代,例如热电发生器、柔性压电能量收集器、电容联接传输、磁动力联接传输、微波功率传输等,具体取决于受试患者和安全准则。在某些实施方案中,光纤可传输数据和/或能量。
在某些实施方案中,热电发生器可包括SiGe、CoSb3、Bi2Te3、PbTe等材料。在某些实施方案中,Bi2Te3等材料可与纳米材料混合,以降低晶格热导率。在某些情况下,这种热电发生器可以是柔性的。例如,这种热电发生器可由聚苯胺等聚合物组成,聚苯胺具有良好的热电特性。在某些情况下,可通过加入导电添加剂(例如带有金纳米颗粒的碳纳米管)来增强热电特性。在某些实施方案中,TEG可由混合材料制成,混合材料包括颗粒状碳纳米管与p/n型碲化铋,后者可分布在柔性材料(如聚二甲基硅氧烷)中。在某些实施方案中,TEG可以是圆柱形的,甚至是薄膜状的,在某些情况下只有几微米厚。TEG可以通过主动/被动冷却方法进行冷却。在一个优选的实施方案中,多级TEG可用于在给定温度梯度下产生比单级TEG更高的功率。为提高可生物相容性,可在TEG上涂覆可生物相容性膜。有关热电发生器的更多详情可参见"热电发生器的设计及其医疗应用",Kumar,MDPI,2019,DOI:10.3390/designs3020022,特此全文并入作为参考。
在某些实施方案中,热电发生器可包括直流-直流整流器,以产生电流/电势,用于为电池充电。
在某些实施方案中,热电发生器模块顶部电极的方向可采用可提高单向灵活性的方式。在一个优选的实施方案中,所有顶部电极可以并联集成,以提高灵活性。在某些情况下,小型热电半导体芯片可以高封装密度安装在基板上,在保持稳定附着力和柔性的同时实现高效功率回收。有关此类电极的更多详情,请参阅"柔性热电发生器模块":A SilverBullet to Fix Waste Energy Issues",大阪大学,2018年,摘自phys.org/news/2018-12-flexible-thermoelectric-module-silver-bullet.html,特此将其全文并入本文作为参考。
在某些实施方案中,热电发生器可包括聚二甲基硅氧烷基底和/或热电偶。聚二甲基硅氧烷可为TEG提供柔韧性和低导热性。较低的热传导率有助于减少流经热电偶的热量损失。有关植入式热电设备的更多详情,请参阅"使用柔性热电发生器进行人体热能收集以实现自主微***",Kim,材料科学,2012,特此将其全文并入本文作为参考。
在某些实施方案中,静电发生器可用于通过静电感应产生能量。这种装置可通过相对于电场移动换能器的一部分,将机械振动转换为电能。在某些实施方案中,基于静电换能器的动能发生器可包括可变电容。在某些实施方案中,磁感应发生器可用于发电。此类装置可通过沿轴线旋转电路等方式引起磁通量变化,从而改变与磁通量相关的表面。此类装置可包括偏心块、永磁环和/或平面线圈等。在某些实施方案中,热电采集器可用于发电。此类装置可包括热电偶,热电偶可通过高热阻串联电气连接,同时也可并联热电偶。此类装置可利用温度差产生电力。在某些实施方案中,环境能量采集可用于为植入设备供电。在某些实施方案中,其中一种采集方法可能包括电容耦合链接,这可能涉及两个充当电容器的平行板。第一块板可以在体外,而第二块板则植入体内。这种电容联接装置可用于传输数据和/或电力。在某些情况下,压电装置可用于将机械运动/应变转换为电能。有关此类能量收集方法的更多详情,请参阅《植入式生物医学设备的能量收集:问题与挑战》(EnergyHarvesting for the Implantable Biomedical Devices:问题与挑战",Hannan,《生物医学工程在线》,2014,13:79,特此全文并入作为参考。
在某些实施方案中,电池(例如锂电池)可用于为植入设备供电。在某些情况下,生物燃料电池可用于产生电力。生物燃料电池可从体内的葡萄糖和/或淀粉等来源产生电力。在某些实施方案中,热电发电机可用于利用人体周围的温差发电。在某些情况下,通过电感联接的经皮电力传输可用于为植入设备充电/供电。在某些实施方案中,人体运动产生的动能可转化为电能。有关此类供电方法的更多详情可参见《植入式医疗设备的供电方法》(Power Approaches for Implantable Medical Devices),Amar,Sensors,2015;15:28889-28914,现将其全文并入本文作为参考。
***7100还可包括智能眼镜7142,能够与佩戴者之间传输光学信息。***7100还可包括听觉植入体7143,该植入体可设置在例如耳内和/或邻近组织内。与之前讨论的植入体相比,将植入体7141设置在相对远离电感线圈和/或其他相关电子设备/植入体的位置的目的是,下腹部是一个通常穿着衣服的区域,可能有足够的皮下组织来容纳、缓冲和/或隐藏相对较大的植入体。此外,身体这一区域的组织相对惰性,因此可能会降低电磁致癌的风险。因此,目前可能通过或其他无线通信协议传输的持续视觉信号在各种姿势角度下可能无法穿透皮肤,而放置辅助植入体7141可以减少从眼镜或助听器/扬声器传输信号所需的距离和能量,从而提高信号的质量。在一些设想的实施方案中,电感线圈7114在不接收传输的无线能量时,也可以被配置为发射和/或接收天线。在一些实施方案和实施方式中,切口或切口之一可在患者肚脐7110n区域进行。
在某些实施方案中,可以将附加元件(如电子元件)连接到线圈上,使线圈作为独立的植入体或作为另一个辅助植入体的电源而独立配置的植入体更加有用。在某些此类实施方案中,如图80a所示,使用单体线圈可以完全消除对辅助植入体的需求。因此,在设想的实施方案中,单元线圈可以与其他植入体连接,例如单元线圈提供能量的植入体,而无需使用辅助植入体来帮助单元线圈完成这一操作。不过,我们也认为,某些线圈实施方案可能具有辅助植入体上可能提供的部分组件,但并非全部,因此可被视为"混合"线圈植入体。
如图71b的透视图所示,植入***7100可进一步包括辅助植入体7108,其可包括图54a-c中先前描述的任何元件,包括但不限于用于接收电磁信号的天线7102b,电磁信号可用于将数据传输到CPU/印制电路板7103。患者或医护人员可调节外部发射器,将信号传送到内部天线7102b,而内部天线7102b则指示中央处理器7103协调植入体7101中所含线路的电气输出。在某些实施方案中,电池7104也可以是柔性的和/或安装在电感线圈7114内或沿电感线圈7114安装。如前所述,可提供无线充电***,该***可配置为通过电感线圈7114对电池7104进行无线充电。优选地,植入***7100的一个或多个元件是柔性和/或可压缩的,或者其本身足够小,可以放入微创入口切口7110中,而植入***7100的其他元件可以移动到其在单独组织口袋中的最佳位置,例如口袋7105,在所描述的实施方案中,口袋7105包含电感线圈7114。但是,某些组件,如线状植入体7101,不一定是可压缩的。同样,在某些实施方案中,电感线圈7114可以是刚性的,但由于本文所公开的螺旋植入体***技术,可以如前所述***到更大的植入体口袋中。辅助植入体7108可以将某些组件(例如敏感的电气组件)置于单独的植入体中,这样可以更好地保护这些组件,例如置于防水/密封容器中。可以使用密封件(例如包装纸)将辅助植入体7108的所有元件都封装在其中。辅助植入体7108还可包括例如存储器/数据存储元件7125。
在进一步考虑的实施方案中,植入***可包括一个辅助植入体,该植入体具有任何元件,包括但不限于图66中所述辅助植入体的元件,例如CPU/印制电路板、电池、存储器/数据存储元件、天线、电容器、电子心率传感器、片上实验室元件。在其他可考虑的实施方案中,线圈或辅助植入体均可包含脉搏血氧仪元件。虽然图中显示的一些辅助植入体是圆柱形的,但在进一步考虑的实施方案中,它们可以包含各种形状,包括但不限于卵形、多角棱形、垫状、枕状、包状、带或不带各种空腔或凸起。
如前所述,在一些实施方案中,***7100可进一步包括和/或替代各种其他功能元件,例如,与***通信的眼镜/矫正镜片、助听器和/或植入式听力设备。在一些实施方案中,天线7141a可配置为与***7100的各种感官反馈元件通信,例如眼镜7142和/或助听器7143。
图71c是辅助植入体7141的侧透视图,该植入体可安装在FSEI 7101的末端。在本实施方案中,辅助植入体7141可包括天线7141a和经皮音频接收器7141s。在某些实施方案中,可提供两个独立的植入体7141,以减少信号到各种感知设备(如眼镜7142和/或助听器/扬声器7143)和/或从这些设备发出信号的距离。
在某些实施方案中,电感线圈可以由其他发电和/或产生能量的装置取代,例如热电发电机、柔性压电能量收集器、电容联接传输、磁动力联接传输、微波功率传输等,具体取决于病人的情况和安全准则。
电感线圈/"堆叠线圈组"可以按照图37d中描述的线圈横截面来设计。
多个堆叠电感线圈可以增加功率传输,同时增加联接线圈之间的互感。参考文献:"利用堆叠电感器实现高功率密度25.08.2021,https://www.electronicdesign.com
为了实现正确的对准,在某些实施方案中,可以通过内部或外部中央处理器评估线圈组每个方向的最大能量转移,并在接近或偏离最佳对准时,或在实现或失去最佳对准时发出信号。
如图37d,温度传感器(如3719t)可用于检测线圈和/或包裹器外部的组织温度,以便***中的硬件和/或软件能够提醒用户/外部线圈增加或减少能量传输。在一些实施方案中,可以设定一个或多个阈值温度,例如关闭温度,可以是例如45摄氏度,这可能导致能量传输终止,直到温度恢复到第二个阈值温度,例如40摄氏度,此时能量传输可以恢复。
图72a描述了皮下心电图(ECG=EKG)***7200的一个示例,在所描述的实施方案中,该***包括皮下心电图引线7201a-c的柔性股线/条带电子(FSEI-EKG)植入体。***7200包括一个或多个植入体,这些植入体最好通过一个或多个微创入口切口7210放置在各自的植入体口袋7205中。更具体地说,植入***7200包括一个FSEI-EKG植入体7201,该植入体包括三个引线,即引线7201a、7201b和7201c,可将其放置在一个细长的植入体口袋7205c中,该植入体口袋包括一个管道,该管道可通过套管、探针和/或如前所示的珠状剥离器制作。当然,在某些实施方案中,可以使用多于或少于三根引线。同样,虽然在一个优选的实施方案中,每个引线都可以一起封装在一个植入体中;但在其他实施方案中,每个导联都可以包括一个单独的植入体。***7200可进一步包括电感线圈7214(带或不带附加电子元件)和/或辅助植入体7208,其中每个植入体都可以放置在不同的植入体口袋7205中、它们自己单独的植入体口袋中或与***的另一个植入体共用的植入体口袋中,这些植入体口袋可以类似于本应用中其他地方(包括图1和图57)所描述的方法中描述的其他植入体口袋。电感线圈7214可以通过输入引线7215i连接到辅助植入体7208,辅助植入体7208可以通过输出引线7215o连接到FSEI-EKG 7201a-c。柔性股线/条带电子(FSEI-EKG)植入体7201的皮下心电图导线7201a、7201b和7201c可分别终止于心脏7220上各自的引线末端7221a、7221b和7221c。
虽然传统的体外贴肤心电图通常指的是12引线心电图,但它通常只使用10个电极。某些电极是两对电极的一部分,因此提供两条引线。不过,皮下植入可以使用更少的引线。因此,例如,使用图72a所描述的实施方案及其变体,可使用三引线皮下心电图为起搏或除颤提供足够的数据。在某些实施方案中,皮下植入式心脏除颤器(S-ICD)有时利用一个或两个传感电极和脉冲发生器之间记录的电图进行心室传感。有关电极要求的更多详情可参阅《有多少患者符合皮下植入式心脏除颤器植入的表面心电图标准?》
在某些实施方案中,柔性股线/条带植入体7201可包括柔性管或电子、电线和/或光纤股。在某些实施方案中,电感线圈可由其他发电和/或产生能量的装置取代,例如热电发生器、柔性压电能量收集器、电容联接传输、磁动力联接传输、微波功率传输等,具体取决于受试患者和安全准则。在下腹部皮下脂肪中安装电感线圈和/或其他相关电子元件/植入体的目的是,该区域通常穿着衣物,可能有足够的皮下组织来容纳、缓冲和/或隐藏相对较大的植入体。此外,身体这一区域的组织相对惰性,因此可能会降低电磁致癌的风险。在一些设想的实施方案中,电感线圈7214在不接收传输的无线能量时,也可配置为发射和/或接收天线。在一些实施方案和实施方式中,切口或切口之一可在患者肚脐7210n区域进行。
在某些实施方案中,可以将附加元件(如电子元件)连接到线圈上,使线圈作为独立的植入体或作为另一个辅助植入体的电源而独立配置的植入体更加有用。在某些实施方案中,如图80a所示,使用单体线圈可以完全消除对辅助植入体的需求。因此,在设想的实施方案中,单元线圈可以与其他植入体连接,例如单元线圈提供能量的植入体,而无需使用辅助植入体来帮助单元线圈完成这项工作。不过,我们也认为,某些线圈实施方案可能具有辅助植入体上可能提供的部分组件,但并非全部,因此可被视为"混合"线圈植入体。
图72b是辅助植入体7208的透视图,该植入体可包括图54a-c中先前描述的任何元件,包括但不限于用于接收电磁信号的天线7202b,这些电磁信号可用于将数据传输到CPU/印制电路板7203。患者或医护人员可调节外部发射器,将信号传送到内部天线7202b,而内部天线7202b又可指示中央处理器7203协调植入体7201中所含线路的电气输出。在某些实施方案中,电池7204也可以是柔性的和/或安装在电感线圈7214内或沿电感线圈7214安装。如前所述,可提供无线充电***,该***可配置为通过电感线圈7214对电池7204进行无线充电。虽然在所描述的实施方案中,由于其性质和/或本文所公开的独特结构和/或植入技术,***7200的每个植入体不需要是可压缩的,但可以考虑在某些实施方案中,植入***7200的一个或多个元件是柔性和/或可压缩的、或者本身足够小,可以放入微创入口切口7210中,而植入体7200的其他元件则被移至单独组织口袋中的最佳位置,例如口袋7205,在所描述的实施方案中,口袋7205包含电感线圈7214。但是,某些组件,例如线状植入体7201,也不一定是可压缩的。同样,在某些实施方案中,电感线圈7214可以是刚性的,但由于本文公开的螺旋植入体***技术,可以如前所述***到更大的植入体口袋中。辅助植入体7208可以将某些组件(例如敏感的电气组件)置于单独的植入体中,这样可以更好地保护这些组件,例如置于防水/密封容器中。可以使用密封件(例如包装纸)将辅助植入体7208的所有元件都装入其中。辅助植入体7208还可包括例如储存器/数据存储元件7225。
图72c描述了皮下心电图(ECG=EKG)***组件的另一个实施方案,在某些实施方案中,该组件可配置为与植入体7201的远端连接,或可配置为取代植入体7201。在所描述的实施方案中,该组件或子***包括支状且优选具有弹性的柔性皮下植入体,该植入体可配置为定位在优选通过微创入口切口7210c制作的植入体口袋7910c中。支状皮下植入体包括分支7231c,这些分支可以相对于植入体轴线以不同角度延伸,在这种情况下,电极7241c的末端位置与所需的5引线心电图近似。在优选的实施方案中,每个分支/引线都可以预先配置成特定的形状/配置,在某些情况下,这些形状/配置可能是专门为特定患者设计的,这可能因患者的体型和/或心脏而异/取决于患者的体型和/或心脏。在一些这样的实施方案中,引线/分支可以是弹性柔性的,这样包括引线的植入体就可以通过微创入口切口以压缩形状的形式递送,然后可以配置成一旦都送到植入体口袋中就可以自动减压、每个分支/引线按所需/预先配置的方向和/或所需/预先配置的距离延伸,这可能对特定患者(或某类患者,例如"X-Y岁儿童"或"心脏大小相对正常的成人")最有用。因此,心电图植入体的导联可包括一个植入体,该植入体可配置为与螺旋植入体/电感线圈联接的线状植入体联接,也可直接与螺旋植入体/电感线圈联接、所描述的替代实施方案进一步包括远端和近端定位小孔/环7251、一个或多个电感线圈7214c,其可配置为接收外部无线能量和/或信号接收/发射,最好还包括电池和/或PCB/CPU 7204c。元件7204c可包括***的一个单独部件,该部件可与支状植入体/心电图植入体电联接,或者,可作为支状植入体的一部分,例如设置在支状植入体/心电图植入体的躯干上/内和/或以其他方式与支状植入体/心电图植入体的躯干联接。该***可进一步包括外部天线7202c和/或PCB/CPU 7204d,该外部天线和/或PCB/CPU 7204d可集成到手机或手表或可穿戴电子设备或类似设备中,可将心电图延迟或实时传输到健康专家或人工智能进行评估。可以设想,在其他实施例中,一个或多个分支7231c可以包括周向电极,这些电极可以定位为环绕或以其他方式延伸各个分支7231c中的一个或多个的一部分,如之前结合其他实施方案所述。更多的实施方案可以包括其他数量的分支和/或引线,例如,3到12个分支/引线。在考虑的实施方案中,小孔/环7251可包括发光材料,例如磷光、化学发光、生物发光和/或放射发光材料,以帮助外科医生识别植入位置,从而在外部照明瞬时变暗的情况下通过缝合促进植入体的放置/固定。当然,这一功能也可应用于本文所公开的任何其他实施方案和/或与之配合使用,以帮助将植入体稳定定位在所需位置,最好是植入体口袋内。在更进一步的实施方案和实施方式中,植入体的分支大小和位置可根据不同的患者情况(如心脏肥大、垂直心脏等)进行定制设计/装配,例如通过胸部X光、超声波或其他技术(如核磁共振成像)进行3-D打印引导。在更进一步的实施中,植入体可暂时被包裹在可移动的护套中,以伴随植入体通过入口切口足够长的距离,并将分支压缩成易于管理的形状,以便***/通过。
在进一步考虑的实施方案中,植入***可包括一个辅助植入体,该植入体具有任何元件,包括但不限于图66中所述辅助植入体的元件,例如CPU/印制电路板、电池、储存器/数据存储元件、天线、电容器、电子心率传感器、片上实验室元件。在其他可考虑的实施方案中,线圈或辅助植入体均可包含脉搏血氧仪元件。虽然图中所示的一些辅助植入体是圆柱形的,但在进一步考虑的实施方案中,它们可以包含各种形状,包括但不限于卵形、多边棱形、垫状、枕状、包状、带或不带各种空腔或凸起。
在某些实施方案中,电感线圈7214可由其他类似装置取代,例如,在某些实施方案中,电感线圈可由其他发电和/或产生能量的装置取代,例如,热电发电机、柔性压电能量收集器、电容联接传输、磁动力联接传输、微波功率传输等,具体取决于受试患者和安全准则。
电感线圈/"堆叠线圈组"可以按照图37d中描述的线圈横截面来设计。
多个堆叠电感线圈可以增加功率传输,同时增加联接线圈之间的互感。参考文献:"利用堆叠电感器实现高功率密度25.08.2021,https://www.electronicdesign.com
为了实现正确的对准,在某些实施方案中,可以通过内部或外部中央处理器评估线圈组每个方向的最大能量转移,并在接近或偏离最佳对准时,或在实现或失去最佳对准时发出信号。
如图37d,温度传感器(如3719t)可用于检测线圈和/或包裹器外部的组织温度,以便***中的硬件和/或软件能够提醒用户/外部线圈增加或减少能量传输。在一些实施方案中,可以设定一个或多个阈值温度,例如关闭温度,可以是例如45摄氏度,这可能导致能量传输终止,直到温度恢复到第二个阈值温度,例如40摄氏度,此时能量传输可以恢复。
图73a描述了皮下供电***7300的一个示例,该***可用于为植入式心脏起搏器供电。在所描述的实施方案中,***7300包括柔性股线/条带电子(FSEI)植入体7301。***7300可进一步包括一个或多个其他植入体,这些植入体最好通过一个或多个微创入口切口7310放置在各自的植入体口袋中。如图所示,用于制作植入体口袋7305a的入口切口7310与植入体口袋呈任意角度,这说明本文所公开的设备和技术可以根据需要在切口角度的360度范围内任意方向制作植入体口袋。更具体地说,植入***7300包括一个FSEI植入体7301,该植入体可定位在一个细长的植入体口袋7305c中,该植入体口袋包括一个管道,该管道可通过套管、探针和/或珠状剥离器制作,如前所述。***7300还可包括电感线圈7314a(可附加或不附加电子装置)和/或辅助植入体7308,每个植入体都可放置在不同的植入体口袋7305a/7305c,可以是各自的植入体口袋,也可以是与***中另一个植入体共用的植入体口袋,这些植入体口袋的制作方法与本应用中其他地方(包括图1和图57)所描述的方法类似。电感线圈7314a可以通过进线7315i连接到辅助植入体7308,辅助植入体7308可以通过出线7315o连接到FSEI 7301。柔性股线/条带电子设备(FSEI)7301终止于第二电感线圈7314b,在某些实施方案中,第二电感线圈7314b也可配置为天线。电感线圈7314b可以安装在第二个植入体口袋7305b。电感线圈7314b可以配置和定位为向第三电感线圈7314c发射无线能量,第三电感线圈7314c可以是可植入/植入式心脏起搏器7321的一部分,该起搏器可以放置在心脏7320的心脏静脉上。应当理解的是,在某些实施方案中,起搏器7321因此可被视为由***7300供电的不同***的一部分。不过,也可以考虑在某些实施方案中将起搏器7321视为***7300的一部分。
柔性股线/条带植入体7301在某些实施方案中可包括柔性管或电子线、引线和/或光纤股。在下腹部皮下脂肪中安装电感线圈和/或其他相关电子元件/植入体的目的是,该区域通常穿着衣物,可能有足够的皮下组织来容纳、缓冲和/或隐藏相对较大的植入体。此外,身体这一区域的组织相对惰性,因此可能会降低电磁致癌的风险。在一些设想的实施方案中,电感线圈7314a在不接收传输的无线能量时,也可配置为发射和/或接收天线。在一些实施方案和实施方式中,切口或切口之一可在患者肚脐7310n区域进行。
如图73b的透视图所示,植入***7300可进一步包括辅助植入体7308,其可包括图54a-c中先前描述的任何元件,包括但不限于天线7302b,以允许接收电磁信号,该电磁信号可用于向CPU/印制电路板7303传输数据和/或从CPU/印制电路板7303接收数据。患者或医护人员可调节外部发射器,将信号传送到内部天线7302b,而内部天线7302b又可指示中央处理器7303协调植入体7301所含线路的电气输出。在某些实施方案中,电池7304也可以是柔性的和/或安装在电感线圈7314内或沿电感线圈7314安装。如前所述,可提供无线充电***,该***可配置为通过电感线圈7314a对电池7304进行无线充电。可以选择的是,植入***7300的一个或多个元件是柔性和/或可压缩的,或者其本身足够小,可以放入微创入口切口7310中,而植入***7300的其他元件可以移动到其在单独组织口袋中的最佳位置。但是,某些组件,如线状植入体7301,不一定是可压缩的。同样,在某些实施方案中,电感线圈可以是刚性的,但由于本文公开的螺旋植入体***技术,可以如前所述,***到较大的植入体口袋中。辅助植入体7308可以压缩,使其适合于优选的微创入口切口7310,可以将某些组件(例如敏感的电气组件)置于单独的植入体中,这样可以更好地保护这些组件,例如置于防水/密封容器中。可以使用密封件(例如包装纸)将辅助植入体7308的所有元件都装入其中。辅助植入体7308可进一步包括储存器/数据存储元件7325等。
在进一步考虑的实施方案中,植入***可包括一个辅助植入体,该植入体具有任何元件,包括但不限于图66中所述辅助植入体的元件,例如CPU/印制电路板、电池、储存器/数据存储元件、天线、电容器、电子心率传感器、片上实验室元件。在其他可考虑的实施方案中,线圈或辅助植入体均可包含脉搏血氧仪元件。虽然图中显示的一些辅助植入体是圆柱形的,但在进一步考虑的实施方案中,它们可以包括各种形状,包括但不限于卵形、多边棱形、垫状、枕状、包状、带或不带各种空腔或凸起。
可用于一个或多个实施方案的心脏装置可包括一个脉冲发生器,该发生器可与一些经静脉引线一起植入例如胸前皮下口袋中。每根引线都可以近端连接到罐子上,远端固定在心脏的心内膜上。植入引线可能需要静脉穿刺,通常使用锁骨下静脉、腋静脉和头静脉。然而,设备植入通常与感染、血肿、不慎动脉穿刺、气胸、血胸和心脏填塞有关。经静脉***的晚期并发症包括引线断裂、引线移位、静脉阻塞和感染性心内膜炎。关于与本文所公开的各种能量输送实施方案相关的起搏器和/或除颤器可能有用的装置和方法的更多详情,可参见"Update On Leadless Cardiac Devices For General Physicians",Wiles BM,Clin Med(Lond)17:33-36,2017,特此全文并入作为参考。
本文公开的一些实施方案对于一些现有的无线/无引线装置可能特别有用,这些装置可能被配置为在心腔外部植入,以避免高心内压力梯度,同时能够在血管内将装置部署到心脏前静脉。本文中的各种实施方案可通过提供更方便和/或侵入性更小的方法为这些装置供电,从而对这些***进行改进。本文公开的设备和方法还可以增加可产生和/或递送到各种心脏植入体(如起搏器、心电图植入体和/或除颤器)的电能量。有关此类心脏设备的更多详情,请参阅"通过微型起搏器和远程刺激控制***进行感应式无线起搏"。AbiriP.Sci Rep.7:6180,2017ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5522478/,其全文并入本文作为参考。
电感线圈/"堆叠线圈组"可以按照图37d中描述的线圈横截面来设计。
多个堆叠电感线圈可以增加功率传输,同时增加联接线圈之间的互感。参考文献:"利用叠层电感器实现高功率密度25.08.2021,https://www.electronicdesign.com
为了实现正确的对准,在某些实施方案中,可以通过内部或外部中央处理器评估线圈组每个方向的最大能量转移,并在接近或偏离最佳对准时,或在实现或失去最佳对准时发出信号。
如图37d,温度传感器(如3719t)可用于检测线圈和/或包裹器外部的组织温度,以便***中的硬件和/或软件能够提醒用户/外部线圈增加或减少能量传输。在一些实施方案中,可以设定一个或多个阈值温度,例如关闭温度,可以是例如45摄氏度,这可能导致能量传输终止,直到温度恢复到第二个阈值温度,例如40摄氏度,此时能量传输可以恢复。
在某些实施方案中,电感线圈7314可以被其他类似装置取代,例如,在某些实施方案中,电感线圈7314的无线充电可以被例如热电发生器、柔性压电能量收集器、电容联接传输、磁动力联接传输、微波功率传输等取代,具体取决于主体患者和安全准则。预计这些装置的某些实施方案可以配置成类似于已讨论过的电感线圈的螺旋形状,从而受益于类似的微创植入技术。
图73c是供电***7300的另一个实施方案的侧立视图,该***可用于为本文公开的各种植入体和/或***提供电能。***7300描述了一个几乎完全植入的热电植入体7314t(用虚线表示其存在于皮肤之下),该植入体通过切口7310t被重新定位到患者的植入体口袋7305t,在某些实施方案中,可以采用类似于图47a-e中描述的方式。但是,当到达植入体7314t的发夹状(180度弯曲)中心内线圈73180时,外科医生只需扭转旋转方向即可继续将植入体***患者体内。如之前结合图47b所讨论的,在某些实施方案中,导线/布线元件可以连接到内线圈和/或外线圈的末端,当线圈在植入体口袋7305t中重新定位时,导线/布线元件可以留在原位。导线/布线元件可穿过切口7310t,如果具有足够的柔韧性和动态连接,则可在植入体7314t转动并通过微创入口切口7310t从体外重新定位到植入体口袋7305t内时与植入体7314t一起旋转。在某些实施方案中,可将附加元件(如电子元件)联接到线圈上,使线圈作为独立的植入体或配置为独立的植入体作为另一个辅助植入体的电源更有用。在某些实施方案中,如图80a所示,使用单体线圈可以完全消除对辅助植入体的需求。因此,在设想的实施方案中,单元线圈可以与其他植入体连接,例如单元线圈为其提供能量的植入体,而无需使用辅助植入体来帮助单元线圈。不过,我们也认为,某些线圈实施方案可能具有辅助植入体上可能提供的部分组件,但并非全部,因此可被视为"混合"线圈植入体。
图74a描述了皮下电源供应***和皮下可植入式心律转复除颤器(SICD)***7400的一个示例,在所描述的实施方案中,该***包括柔性股线/条带电子植入体(FSEI)7401,该植入体终止于皮下可植入式心律转复除颤器(SICD)。***7400包括一个或多个植入体,分别放置在各自的植入体口袋中,每个植入体口袋最好通过一个或多个微创入口切口7410制作。更具体地说,植入***7400包括一个FSEI植入体7401,该植入体可定位在一个细长的植入体口袋7405c中,该植入体口袋包括一个管道,可通过套管、探针和/或珠状剥离器(如前所述和讨论过的)进行切割。***7400可进一步包括电感线圈7414(带或不带附加电子元件)和/或辅助植入体7408,其中每个植入体都可以放置在不同的植入体口袋7405中,可以是它们自己单独的植入体口袋,也可以是与***的另一个植入体共用的植入体口袋,这些植入体口袋的制作方法与本应用中其他地方(包括图1和图57)描述的方法类似。电感线圈7414可以通过一根或多根导线7415i连接到辅助植入体7408,辅助植入体7408可以通过一根或多根导线7415o连接到FSEI 7401。
柔性股线/条带植入体7401在某些实施方案中可包括柔性管或电子、电线和/或光纤股。在下腹部皮下脂肪中安装电感线圈和/或其他相关电子元件/植入体的目的是,该区域通常穿着衣物,可能有足够的皮下组织来容纳、缓冲和/或隐藏相对较大的植入体。此外,身体这一区域的组织相对惰性,因此可能会降低电磁致癌的风险。在一些设想的实施方案中,电感线圈7414在不接收传输的无线能量时,也可以被配置为发射和/或接收天线。在一些实施方案和实施方式中,切口或切口之一可在患者肚脐7410n区域进行。
如图74b的透视图所示,植入***7400可进一步包括辅助植入体7408,其可包括图54a-c中先前描述的任何元件,包括但不限于天线7402b,以允许接收电磁信号,该信号可用于将数据传输到CPU/印制电路板7403。患者或医护人员可调整外部发射器,将信号传送到内部天线7402b,而内部天线7402b又可指示中央处理器7403协调植入体7401中所含线路的电气输出。在某些实施方案中,电池7404也可以是柔性的和/或安装在电感线圈7414内或沿电感线圈7414安装。如前所述,可提供无线充电***,该***可配置为通过电感线圈7414对电池7404进行无线充电。植入***7400的一个或多个元件最好是柔性和/或可压缩的,或者其本身足够小,以适应微创入口切口7410,同时将植入***7400的其他元件移动到单独组织口袋中的最佳位置,例如口袋7405,在所描述的实施方案中,口袋7405包含电感线圈7414。但是,某些元件,如线状植入体7401和/或线圈7414,不一定是可压缩的。同样,在某些实施方案中,电感线圈7414可以是刚性的,但由于本文公开的螺旋植入体***技术,可以如前所述***到较大的植入体口袋中。辅助植入体7408可以将某些组件(例如敏感的电气组件)置于单独的植入体中,这样可以更好地保护这些组件,例如置于防水/密封容器中。可以使用密封件(例如包装纸)将辅助植入体7408的所有元件都装入其中。辅助植入体7408还可包括例如存储器/数据存储元件7425。
在进一步考虑的实施方案中,植入***可包括一个辅助植入体,该植入体具有任何元件,包括但不限于图66中所述辅助植入体的元件,例如CPU/印制电路板、电池、存储器/数据存储元件、天线、电容器、电子心率传感器、片上实验室元件。在其他可考虑的实施方案中,线圈或辅助植入体均可包含脉搏血氧仪元件。虽然图中显示的一些辅助植入体是圆柱形的,但在进一步考虑的实施方案中,它们可以包括各种形状,包括但不限于卵形、多边棱形、垫状、枕状、包状、带或不带各种空腔或凸起。
在所描述的实施方案中,植入体7401的一部分可能是绝缘的,如7401i部分,而另一部分可能是非绝缘或裸露的,如7401c部分,这部分可能需要暴露在外以提供足够的能量来充当除颤器。
心脏设备传统上由两部分组成:脉冲发生器(也称为"罐"),通常植入胸前皮下口袋中;一个或多个经静脉引线。每根引线近端连接在"罐"上,远端固定在心脏的心内膜上。然而,引线的植入通常需要静脉穿刺,通常使用锁骨下静脉、腋静脉和头静脉。这种装置的植入通常与感染、血肿、不慎动脉穿刺、气胸、血胸和心脏填塞有关。经静脉***的晚期并发症包括引线断裂、引线移位、静脉阻塞、感染性心内膜炎等。相比之下,皮下植入式心律转复除颤器(S-ICD)通常比经静脉植入式心律转复除颤器(TV-ICD)(例如35焦耳)需要更大的除颤能量(例如80焦耳)。这些更高的能量要求导致充电时间更长,因此需要更大更重的罐子。S-ICD的起搏能力也极为有限。皮下起搏与经皮起搏类似,患者会感到非常不舒服,而且会对骨骼肌造成机械性损伤。有关与本文公开的各种***和方法相关的植入式除颤器的更多详细信息,请参阅"Update On Leadless Cardiac Devices For General Physicians",Wiles BM,Clin.Med.(Lond)17:33-36,2017,其全文并入本文作为参考。
虽然在所描述的实施方案中仅显示了单个引线/植入体7401,但应该理解的是,其他实施方案可能具有多个引线和/或多个植入体(在某些实施方案中,单个植入体可能包括多个引线,而在其他实施方案中,每个引线可能是单独植入体的一部分)。例如,某些实施方案还可以另外或替代性地配置为心电图仪。因此,可以考虑将某些实施方案与另一个***(例如图72a-72b中描述的***)联接,从而在单个***中实现这两个功能的联接。
在某些实施方案中,电感线圈可由其他发电和/或产生能量的装置取代,例如热电发电机、柔性压电能量收集器、电容联接传输、磁动力联接传输、微波功率传输等,具体取决于受试患者和安全准则。
电感线圈/"堆叠线圈组"可以按照图37d中描述的线圈横截面来设计。
多个堆叠电感线圈可以增加功率传输,同时增加联接线圈之间的互感。参考文献:"利用堆叠电感器实现高功率密度25.08.2021,https://www.electronicdesign.com
为了实现正确的对准,在某些实施方案中,可以通过内部或外部中央处理器评估线圈组每个方向的最大能量转移,并在接近或偏离最佳对准时,或在实现或失去最佳对准时发出信号。
如图37d,温度传感器(如3719t)可用于检测线圈和/或包裹器外部的组织温度,以便***中的硬件和/或软件能够提醒用户/外部线圈增加或减少能量传输。在一些实施方案中,可以设定一个或多个阈值温度,例如关闭温度,可以是例如45摄氏度,这可能导致能量传输终止,直到温度恢复到第二个阈值温度,例如40摄氏度,此时能量传输可以恢复。
在某些实施方案中,可以将附加元件(如电子元件)连接到线圈上,使线圈作为独立的植入体或作为另一个辅助植入体的电源而独立配置的植入体更加有用。在某些实施方案中,如图80a所示,使用单体线圈可以完全消除对辅助植入体的需求。因此,在设想的实施方案中,单元线圈可以与其他植入体连接,例如单元线圈提供能量的植入体,而无需使用辅助植入体来帮助单元线圈完成这项工作。不过,我们也认为,某些线圈实施方案可能具有辅助植入体上可能提供的部分组件,但并非全部,因此可被视为"混合"线圈植入体。
图75a描述了皮下供电***7500的一个示例的正面侧视图,该***可用于为各种植入式设备供电。在所描述的实施方案中,***7500包括柔性股线/条带电子植入体(FSEI)7501。***7500可进一步包括一个或多个其他植入体,这些植入体最好通过一个或多个微创入口7510放置在各自的植入体口袋中。如图所示,用于制作植入体口袋7505a的入口切口7510与植入体口袋呈任意角度,这说明本文所公开的设备和技术可以根据需要,在与切口角度成360度的任意方向上制作植入体口袋。植入***7500包括一个或多个FSEI植入体7501,每个植入体都可以放置在一个细长的植入体口袋7505c中,该植入体口袋包括一个管道,可以通过套管、探针和/或如前所示的珠状剥离器进行剥离。***7500可进一步包括电感线圈或堆叠线圈组7514a(带或不带附加电子装置)和/或辅助植入体7508,每个线圈或堆叠线圈组均可放置在不同的植入体口袋7505a/7505c中,可以是它们自己单独的植入体口袋,也可以是与***中另一个植入体共享的植入体口袋,这些植入体口袋的制作方法与本应用中其他地方(包括图1和图57)描述的其他方法类似。电感线圈7514a可以通过一根或多根进导线7515i连接到辅助植入体7508,辅助植入体7508可以通过一根或多根出导线7515o连接到FSEI 7501。柔性股线/条带电子设备(FSEI)7501可与第二电感线圈7514x和天线7502x连接。在某些实施方案中,电感线圈7514x也可配置为天线。
电感线圈7514x可以定位在第二个植入体口袋中,最好是在与另一个植入体75x相邻的位置,该植入体可以根据需要位于身体的不同位置,如图75c-75g中的示例所示,其中每个示例表示图75a中通用植入体75x的可能特定植入体。电感线圈7514x可以配置和定位为向第三个电感线圈7524c-g发射无线能量,第三个电感线圈7524c-g可以是可植入/植入式设备选择的一部分,这些设备由患者左肩上方的星形黑框75x表示。方框75x可以代表各种可植入手术***/装置,这些装置可以放置在所描述的各种器官/位置内/周围,但不限于图75c-g中所示的器官/位置,通常放置在较深的位置或其他不易触及的位置。因此,相对于方框75x所表示的各种可能的植入体,或者更具体地说,相对于图75c-g中的示例,***7500的元件最好定位在更浅的位置和/或更容易接近的位置。应该理解的是,在某些实施方案中,图75c-g中选择的可植入/植入***/装置因此可被视为不同***的一部分,该***只是由***7500供电。不过,也可以考虑在某些实施方案中,将图75c-g中选择的可植入/植入***/设备视为***7500的一部分。天线7502x可以与选择的一个或多个可植入/植入设备进行通信。
带有多个电感线圈的体腔或器官"跃进"***的好处在于,建议将电线/光纤传输放入和/或穿过皮下脂肪,因为脂肪垫和相对较低的电抗可能会带来好处;这还可以避免长期电线进入/穿过/在重要的体腔/解剖屏障之间穿行。目前,通过电线传输电力的效率要高于无线传输,但通过无线方式穿过重要的解剖结构为小型高能效设备或电池供电可能会带来好处。在某些实施方案和实施方式中,磁对准可能有助于避免外部电力输送线圈和/或第一内部电力接收线圈之间的错位,错位可能会阻止或减少向关键设备的电力传输。在考虑的实施方案中,***内部或外部的中央处理器或其他可编程设备可以评估无线对或组之间传输和/或接收的最大/峰值功率水平,然后提醒参与设备的即时手术、疗养和/或术后定位的人员是否保持了最佳对准。
在某些实施方案中,柔性股线/条带植入体7501可以由柔性管或电子、电线和/或光纤股组成。将电感线圈和/或其他相关电子元件/植入体放置在下腹部皮下脂肪中可能是有益的,因为该区域通常穿着衣物,可能有足够的皮下组织来容纳、缓冲和/或隐藏相对较大的植入体。此外,身体这一区域的组织相对惰性,因此可能会降低电磁致癌的风险。在一些设想的实施方案中,电感线圈在不接收传输的无线能量时,也可配置为发射和/或接收天线。在一些实施方案和实施方式中,切口或切口之一可在患者肚脐7510n区域进行。
如图75b透视图所示,植入***7500可进一步包括辅助植入体7508,其可包括CPU/印制电路板7503、电池7504、存储器/数据存储元件7525、天线7502b、电容器7526、电子心率传感器7024和片上实验室7527。辅助植入装置7508还可包括图54a-c中先前描述的任何元件,包括但不限于天线7502b,以便接收电磁信号,这些信号可用于向中央处理器/印制电路板7503发送数据和/或从中央处理器/印制电路板7503接收数据。患者或医护人员可调整外部发射器,以将信号传输到内部天线7502b,而内部天线7502b又可指示中央处理器7503协调植入体7501所含线路的电气输出。在某些实施方案中,电池7504也可以是柔性的和/或安装在电感线圈7514a内或沿电感线圈7514a安装。如前所述,可提供无线充电***,该***可配置为通过电感线圈7514a对电池7504进行无线充电。可以选择的是,植入***7500的一个或多个元件是柔性的和/或可压缩的,或者其本身足够小,可以放入微创入口切口7510中,同时将植入***7500的其他元件移动到它们在单独组织口袋中的最佳位置。但是,某些组件,如线状植入体7501,不一定是可压缩的。同样,在某些实施方案中,电感线圈可以是刚性的,但由于本文公开的螺旋植入体***技术,可以如前所述,***到更大的植入体口袋中。辅助植入体7508可以压缩,使其适合于优选的微创入口切口7510,可以将某些组件(例如敏感的电气组件)置于单独的植入体中,这样可以更好地保护这些组件,例如置于防水/密封容器中。可使用密封件(如包装纸)将辅助植入体7508的所有元件封装在其中。辅助植入体7508可进一步包括例如存储器/数据存储元件7525。
在进一步考虑的实施方案中,植入***可包括一个辅助植入体,该植入体具有任何元件,包括但不限于图66中所述辅助植入体的元件,例如CPU/印制电路板、电池、存储器/数据存储元件、天线、电容器、电子心率传感器、片上实验室元件。在其他可考虑的实施方案中,线圈或辅助植入体均可包含脉搏血氧仪元件。虽然图中显示的一些辅助植入体是圆柱形的,但在进一步考虑的实施方案中,它们可以包括各种形状,包括但不限于卵形、多边棱形、垫状、枕状、包状、带或不带各种空腔或凸起。
在某些实施方案中,电感线圈可由其他发电和/或产生能量的装置取代,如热电发电机、柔性压电能量收集器、电容联接传输、磁动力联接传输、微波功率传输等,具体取决于受试患者和安全准则。
图75c描述了无线供电胃/胃植入体7524c的一个示例的侧视图,该植入体可包括一个电感线圈,以及一个位于植入体口袋7521c中的更浅的电感线圈7514c。例如,植入体7524c可包括植入附近胃部7520c和/或胃窦平滑肌的电极。植入体7524c可以配置为由位于皮下脂肪7523c中相对较近的植入体口袋7521c(通过表面皮肤看不到,因此用虚线表示)中的植入体线圈7514c无线供电。植入体7514c可反过来由植入体7501中包含的接线从植入线圈7514a输出的电能供电,而植入线圈7514a也可位于植入体口袋7505a,其位置可允许使用比远程线圈7514c产生更多电功率/能量的较大电感线圈。美敦力公司生产的ExilisTM胃电刺激(GES)***就是***7500可用于供电的植入体的一个例子。
图75d描述了无线供电的足下垂/腿部运动神经植入体7524d的一个示例的侧视图,该植入体可包括一个电感线圈,并可包括植入到附近运动神经(如腓总神经7520d)上的电极,在某些情况下,该电极可改善足下垂。植入体7524d可配置为由***7500无线供电。更具体地说,植入体7514d可以直接为植入体7524d供电,其本身也可以接收来自植入线圈7514a的能量。植入体7514d可以定位在更近和/或相邻的植入体口袋7521d,最好是皮下脂肪7523d。植入体7514d可通过线圈7514a由植入体7501中的电线输出供电。ActiGait是nstim Services GmbH+Neurodan A/S公司的产品,是***7500在这种情况下可配置为其供电的植入体的一个例子。不过,Arthrex、Bioness、Finetech Medical、Ottobock、Stryker和Wright Medical也生产其他类似设备。
图75e描述了无线供电药物/化学泵植入体7524e的一个示例的侧视图。例如,植入体7524e可包括胰岛素释放泵或其他药物释放泵,如阿片类药物释放泵或Narcan释放泵,该泵包括植入泵电机/电磁/液压驱动***7520e的电极。植入体7524e可以由植入体7514e无线供电,植入体7514e可以包括电感线圈和/或可以定位在更近和/或相邻的植入体口袋7521e,最好是皮下脂肪7523e。植入体7514e又可通过线圈7514a由植入体7501中的电线输出供电。
图75f描述了无线供电脑/神经***植入体7524f的一个示例的侧视图,该植入体可包括植入到脑神经组织7520f中的电极。植入体7524f可以由植入体7514f无线供电,植入体7514f可以定位在更近和/或相邻的植入体口袋7521f中,最好位于皮下脂肪和/或神经节7523f中。植入体7514f又可通过线圈7514a由植入体7501所含线路的电输出供电。例如,雅培公司、美敦力公司和波士顿科学公司都生产了适用于这一目的的脑深部刺激植入体。
图75g描述了耳蜗植入体7524g的无线供电耳部/内部刺激器部分示例的侧视图,该部分可包括植入附近耳蜗7520g的电极。植入体7524g可以由植入体7514g无线供电,植入体7514g可以放置在更近和/或相邻的植入体口袋7521g,最好是皮下脂肪7523g。植入体7514g可反过来通过线圈7514a由植入体7501中的电线输出供电。在某些设想的实施方案中,对于某些患者,人工耳蜗植入体的传统外部组件(通常包括佩戴在耳后的外部麦克风和语音处理器,它们将声波转换为电信号)可能会被例如辅助植入体7508中的类似硬件/软件所替代、其中,附近或上方的经皮麦克风可提供一些声音数据/信号,通过植入体7501和7514g处理并转发给人工耳蜗植入体中更传统的内部接收器-刺激器组件,后者可将信号转换为快速电脉冲,分配到植入体电极阵列上的多个电极,刺激沿耳蜗管的螺旋神经节细胞,引起听觉神经兴奋,供大脑处理。可用于此目的的人工耳蜗包括由Cochlear Corp、Advanced Bionics Corp和Med-El Corp制造的人工耳蜗。
电感线圈/"堆叠线圈组"可以按照图37d中描述的线圈横截面来设计。
多个堆叠电感线圈可以增加功率传输,同时增加联接线圈之间的互感。参考文献:"利用堆叠电感器实现高功率密度25.08.2021,https://www.electronicdesign.com
为了实现正确的对准,在某些实施方案中,可以通过内部或外部中央处理器评估线圈组每个方向的最大能量转移,并在接近或偏离最佳对准时,或在实现或失去最佳对准时发出信号。
如图37d,温度传感器(如3719t)可用于检测线圈和/或包裹器外部的组织温度,以便***中的硬件和/或软件能够提醒用户/外部线圈增加或减少能量传输。在一些实施方案中,可以设定一个或多个阈值温度,例如关闭温度,可以是例如45摄氏度,这可能导致能量传输终止,直到温度恢复到第二个阈值温度,例如40摄氏度,此时能量传输可以恢复。
在某些实施方案中,可以将附加元件(如电子元件)连接到线圈上,使线圈作为独立的植入体或作为另一个辅助植入体的电源而独立配置的植入体更加有用。在某些实施方案中,如图80a所示,使用单体线圈可以完全消除对辅助植入体的需求。因此,在设想的实施方案中,单元线圈可以与其他植入体连接,例如单元线圈提供能量的植入体,而无需使用辅助植入体来帮助单元线圈完成这项工作。不过,我们也认为,某些线圈实施方案可能具有辅助植入体上可能提供的部分组件,但并非全部,因此可被视为"混合"线圈植入体。
图76a描述了皮下供电***7600的一个示例的正面侧视图,该***可用于为植入式电机单元供电。在所描述的实施方案中,***7600包括柔性股线/条带电子植入体(FSEI)7601。***7600可进一步包括一个或多个其他植入体,这些植入体最好通过一个或多个微创入口切口7610a安放在各自的植入体口袋中。如图所示,用于制造植入体口袋7605a的初始入口切口7610a与植入体口袋呈任意角度,这说明本文所公开的设备和技术可以根据需要在切口角度的360度范围内制造植入体口袋。植入***7600包括一个FSEI植入体7601,该植入体由多个部分组成,这些部分以相对较大的角度相互延伸,使植入体7601可以向上延伸至肩部,然后向下延伸至手臂。因此,如图所示,植入体7601可以放置在彼此相邻的多个植入体口袋中。初始植入体口袋7605b和辅助植入体口袋7605c(可使用另一个入口切口7610b,该切口位于或邻近植入体口袋7605b的远端)均可制作。植入体口袋7605b和7605c可包括一个管道,该管道可通过套管、探针和/或如前所示的珠状剥离器制作。***7600可进一步包括一个或多个电感线圈,包括电感线圈7614a。如前所述,***7600可进一步包括辅助植入体7608。同样,这些不同植入体中的每一个都可以放置在不同的植入体口袋7605a/7605b/7605c中,可以是它们自己单独的植入体口袋,也可以是与***中的另一个植入体共用的植入体口袋,这些植入体可以通过本应用中其他地方(包括图1和图57)描述的方法制成,与其他植入体类似。电感线圈7614a可以通过进线7615i连接到辅助植入体7608,辅助植入体7608可以通过出线7615o连接到FSEI 7601。柔性股线/条带电子装置(FSEI)7601可与一个或多个电机驱动器(如电机驱动器7621和/或7623)连接,以模拟或辅助肌肉骨骼***,该***的肌肉通常在一个关节上成对工作。应当理解的是,在某些实施方案中,选择植入/植入式电机驱动***/装置7621/7623因此可被视为不同***的一部分,该***只是由***7600供电。不过,也可以考虑在某些实施方案中,选择可植入/植入式电机驱动***/装置7621/7623可被视为***7600的一部分。
柔性股线/条带植入体7601在某些实施方案中可包括柔性管或电子线、导线和/或光纤股。在下腹部皮下脂肪中放置电感线圈和/或其他相关电子元件/植入体可能是有益的,因为该区域通常穿着衣物,可能有足够的皮下组织来容纳、缓冲和/或隐藏相对较大的植入体。此外,身体这一区域的组织相对惰性,因此可能会降低电磁致癌的风险。在一些设想的实施方案中,电感线圈7614a在不接收传输的无线能量时,也可配置为发射和/或接收天线。在一些实施方案和实施方式中,切口或切口之一可在患者肚脐7610n区域进行。
如图76b的透视图所示,植入***7600可进一步包括辅助植入体7608,其可包括CPU/印制电路板7603、电池7604、存储器/数据存储元件7625、天线7602b。辅助植入体7608还可包括图54a-c中先前描述的任何元件,包括但不限于天线7602b,以便接收电磁信号,这些信号可用于向CPU/印制电路板7603传输数据和/或从CPU/印制电路板7603接收数据。患者或医护人员可以调整外部发射器,将信号传送到内部天线7602b,内部天线7602b反过来又指示中央处理器7603协调植入体7601中所含线路的电气输出。在某些实施方案中,电池7604也可以是柔性的和/或安装在电感线圈7614a内或沿电感线圈7614a安装。如前所述,可提供无线充电***,该***可配置为通过电感线圈7614a对电池7604进行无线充电。可以选择的是,植入***7600的一个或多个元件是柔性的和/或可压缩的,或者本身足够小,可以放入微创入口切口7610a中,植入体7600的其他元件可以移动到单独组织口袋中的最佳位置。但是,某些组件,如线状植入体7601,不一定是可压缩的。同样,在某些实施方案中,电感线圈7614a可以是刚性的,但由于本文公开的螺旋植入体***技术,可以如前所述,***较大的植入体口袋中。辅助植入体7608可以压缩,使其适合于优选的微创入口切口7610a,可以将某些组件(例如敏感的电气组件)置于单独的植入体中,这样可以更好地保护这些组件,例如置于防水/密封容器中。可以使用密封件(例如包装纸)将辅助植入体7608的所有元件都装入其中。辅助植入体7608还可包括例如存储器/数据存储元件7625。
在进一步考虑的实施方案中,植入***可包括一个辅助植入体,该植入体具有任何元件,包括但不限于图66中所述辅助植入体的元件,例如CPU/印制电路板、电池、存储器/数据存储元件、天线、电容器、电子心率传感器、片上实验室元件。在其他可考虑的实施方案中,线圈或辅助植入体均可包含脉搏血氧仪元件。虽然图中显示的一些辅助植入体是圆柱形的,但在进一步考虑的实施方案中,它们可以包含各种形状,包括但不限于卵形、多角棱形、垫状、枕状、包状、带或不带各种空腔或凸起。
在某些实施方案中,肌肉骨骼***的电机驱动可包括液压和/或磁力运动***等。由于天然肌肉在一个关节上成对工作,合成肌肉与电动机器人类似,可在一个可移动的界面上工作,在所描述的实施方案中,该界面是下臂7620(尺骨)穿过手指关节,尺骨通过天然或合成肌腱7629连接,近端运动部分7621吸引(或排斥以复位)远端运动部分7623,远端运动部分7623又通过天然或合成肌腱7624连接到指骨的腹侧部分。这些手术可以单独进行,也可以与创建口袋7605a、7605b和7605c以及植入所述元件的手术同时进行。
电机或其他元件可以从植入体7601获得各自的指令和/或动力,植入体7601通过切口7610a和7610b到达手臂,并在切口7610c附近终止,如之前在图63中讨论的那样。
最终,能量可通过外部线圈以无线方式馈送到线圈7614a,***可根据需要将能量储存并馈送到电机/组。
在某些实施方案中,假肢装置可使用传感无刷电机进行驱动。此类传感无刷电机可包括无刷电机、场面导向控制***、旋转编码器和齿轮箱。在某些实施方案中,旋转编码器可包括隧道磁阻传感器。在某些情况下,每个电机都可以单独驱动。有关所公开的假肢装置的更多详细信息,请参阅美国专利公开申请No.2020/0306059,标题为"具有感应无刷电机的假手的***和方法",现将其全文并入作为参考。
在某些实施方案中,动力义肢装置(如义肢大腿)可以使用计算机控制的致动器来旋转义肢大腿。在一个优选的实施方案中,计算机控制的致动器可配置为沿相对于插座的矢状平面旋转假肢大腿。在某些实施方案中,如果脚与地面接触,致动器可增加关节的硬度;如果脚不与地面接触,致动器可降低硬度。有关所公开的假体装置的更多详情,请参阅美国专利公开申请2013/0261766号,标题为"动力假体髋关节",现将其全文并入作为参考。
在某些情况下,致动器可用于增强关节功能。例如,这种致动器可以启动横向磁通电机,向关节施加扭矩。在某些情况下,电机可直接与低减速比传动***相连,而低减速比传动***则与连接到关节的弹性元件相连,从而为关节提供扭矩、平衡和/或阻抗。有关所披露的致动关节的更多详细信息,请参阅题为"仿生关节致动器"的第10143570号美国专利。
在某些情况下,动力踝足假肢可用于提高截肢者行走的代谢经济性。例如,这种装置可包括一个控制器,其中包括肌电处理单元,该处理单元可与肌电传感器连接,该肌电传感器可与多个伺服控制器连接,该伺服控制器可将可控动力致动器与控制器连接起来。在某些情况下,伺服控制器可包括扭矩控制器、阻抗控制器和/或位置控制器。在某些实施方案中,单向弹簧可与可控致动器并联配置。有关所公开的踝关节的更多详细信息,请参阅美国专利第10137011号,标题为"动力踝足假肢",现将其全文并入作为参考。
在某些实施方案中,膝关节假体可包括由两个并联的串联弹性致动器、一个膝关节和一个用于独立给致动器通电的控制器组成的激动-拮抗安排。在一个优选的实施方案中,第一旋转致动器可连接到第一直线滚珠螺杆,而第一直线滚珠螺杆可通过一个连接件连接到机械膝关节,该连接件可包括一个与第一直线螺杆螺纹连接的第一滚珠螺母。在此实施方案中,第二旋转致动器可连接到第二直线滚珠丝杠,该丝杠可通过一个连接件与机械膝关节相连,该连接件可包括一个与第二直线丝杠螺纹啮合的第二滚珠螺母。在驱动旋转致动器时,线性螺杆旋转,从而使连接件沿线性螺杆移动,导致关节旋转。有关所披露的膝关节的更多详细信息,可参见美国专利第9149370号,标题为"带有激动剂-拮抗剂驱动装置的动力人工膝关节",现将其全文并入作为参考。
在某些情况下,假肢可能包括电子控制的、可产生动力的膝关节。在某些情况下,膝关节可以是被动的,也可以是主动的,辅助或完全控制步态。在主动/被动模式下,膝关节仍可产生电能。在某些实施方案中,假肢可能包括一个用于假肢整体操作的电子控制***,以及用于存储过量产生的电能的存储设备。有关所公开的假肢的更多详细信息,请参阅美国专利第7485152号,标题为"具有再生制动功能的电子控制假膝的假肢",现将其全文并入作为参考。
激动-拮抗致动器可用于假肢中的人工关节,例如,可用于矫形、假肢或外骨骼应用。在一些实施方案中,屈曲致动器可包括第一有源元件和第一弹性元件的串联组合;伸展致动器可包括第二有源元件和第二弹性元件。在某些实施方案中,串联弹性可用于机械功率放大。有关所公开关节的更多详细信息,请参阅美国专利第8870967号,标题为"使用激动-拮抗致动器的人工关节",现将其全文并入作为参考。
在某些实施方案中,假肢装置可包括带电机单元的动力膝关节和踝关节,用于向每个关节提供动力。例如,这种假肢可包括用于测量实时输入的传感器和用于控制运动的控制器。控制***可包括处理器、用于存储指令的存储器以及用于为每个动力关节生成控制信号的装置等。有关所公开的假肢装置的更多详情,可参见美国专利第8652218号,标题为"用于获得接近正常步态的动力腿假肢和控制方法",现将其全文并入作为参考。
在某些实施方案中,植入设备可包括电机。例如,这些电机可以是无铁芯的。此外,无铁芯电机还可延长电池寿命,加快循环速度。在一个优选的实施方案中,永磁电机可包括高能量密度、更强的抗氧化性和稳定的磁化曲线。在某些情况下,烧结陶瓷轴承可提供比传统电机更高的精度。对于内部应用,由于流体动力轴承或磁性轴承的使用寿命更长,因此在某些实施方案中可能更倾向于使用流体动力轴承或磁性轴承。有关所公开电机的更多详情,请参阅"医疗和临床应用电机",Gieras,2008,researchgate.net/publication/245024769,现将其全文并入作为参考。
电感线圈/"堆叠线圈组"可以按照图37d中描述的线圈横截面来设计。
多个堆叠电感线圈可以增加功率传输,同时增加联接线圈之间的互感。参考文献:"利用堆叠电感器实现高功率密度25.08.2021,https://www.electronicdesign.com
为了实现正确的对准,在某些实施方案中,可以通过内部或外部中央处理器评估线圈组每个方向的最大能量转移,并在接近或偏离最佳对准时,或在实现或失去最佳对准时发出信号。
如图37d,温度传感器(如3719t)可用于检测线圈和/或包裹器外部的组织温度,以便***中的硬件和/或软件能够提醒用户/外部线圈增加或减少能量传输。在一些实施方案中,可以设定一个或多个阈值温度,例如关闭温度,可以是例如45摄氏度,这可能导致能量传输终止,直到温度恢复到第二个阈值温度,例如40摄氏度,此时能量传输可以恢复。
在某些实施方案中,可以将附加元件(如电子元件)连接到线圈上,使线圈作为独立的植入体或作为另一个辅助植入体的电源而独立配置的植入体更加有用。在某些实施方案中,如图80a所示,使用单体线圈可以完全消除对辅助植入体的需求。因此,在设想的实施方案中,单元线圈可以与其他植入体连接,例如单元线圈提供能量的植入体,而无需使用辅助植入体来帮助单元线圈完成这一操作。不过,我们也认为,某些线圈实施方案可能具有辅助植入体上可能提供的部分组件,但并非全部,因此可被视为"混合"线圈植入体。
图77描述了柔性组织植入促进***(FTIFS)7700和装置的部分透明的俯视图,该装置包括钝头7709、扩张器7708、位于扩张器7708锥形部分上的顺时针螺纹7711。尖端7709与轴7714的远端部分相连。顺时针方向卷起的植入体7704卷成压缩状,并***组织口袋7705中,组织口袋7705用虚线表示,这些元件位于微创入口伤口/切口7710附近的皮肤表面以下。当植入体在体外时(安装前),缝合线7751i的内部部分先前被粘贴到植入体宏观定位/器械啮合孔7703上。当植入***于切口7710外时,缝合线的非针绑端被系在小孔7703上;然后,内窥镜针驱动装置将缝合针和随附的远端缝合线从内向外穿过皮肤,最好是穿过植入体口袋的远处区域(远离入口切口),例如植入体口袋的一个或多个角落,导致缝合线的外化部分7751e从植入体口袋7705内通过一个或多个开口延伸出来,如上所述,在一些优选实施方案中,这些开口可能是通过内窥镜针驱动装置制作的,以便外科医生和/或抓取器械可以抓取。然后,外部缝合线7751e可以被拉动,最好使用合适的器械,因为手柄7715和可释放地绑定轴可以逆时针转动剩余的植入体7704,使植入体7704像旗帜一样展开。缝合材料可以是不可吸收的,例如聚丙烯,也可以是可吸收的,例如聚乙二醇,还可以在缝合线离开皮肤一定距离后打结固定。从植入体上松开后,未捆绑/未系绳的FTIFS部件可从切口/入口伤口7710流出,将植入体留在原位。如果在***过程开始前将植入体装入/缠绕到轴7714上之前已经用缝线将孔7703缝好,则可以通过内窥镜针驱动器以类似方式从内向外穿透皮肤,将其缝合到对角上(此类孔可能是邻近轴和任何突出连接元件的孔)。在某些实施方案中,扩张器上的螺纹7711可以逆时针制造,以满足外科医生/患者的需求。
图78a描述了无线充电***7800的一个示例,该***包括一个外部/发射电感线圈装置7814e,该装置可用于例如为内部植入体7814i充电或以其他方式提供电源。外部/发射电感线圈装置7814e可以与相应的接收/内部电感线圈7814i相邻设置,后者可以是独立的线圈,也可以是植入体的一部分,以便根据需要向植入体无线传输电力。然而,人体皮肤表皮/真皮7840e和皮下脂肪7840s位于线圈之间,可能会加热皮肤结构。在某些实施方案和实施方式中,电感线圈7814e和/或7814i可以由多个线圈组成,这可以提高***的效率和/或功能。例如,在某些实施方案中,蝶形电感线圈可用于促进与植入体的通信和/或电力传输。有关此类蝶形线圈的更多详情,可参见美国专利申请公开号2008/0027513,标题为"使用蝶形线圈与植入式医疗设备通信或向其传输电源的***和方法",现将其全文并入本文作为参考。由于皮肤和/或周围组织可能发热,图78b描述了***7800的可选元件,包括带有水/流体入口端口7861i和出口端口7861o的塑料囊7860,用于循环冷却水/流体,从而冷却皮肤以减少无线能量传输的发热影响。在某些实施方案中,塑料囊可以是柔性的。然而,在其他实施方案和实施方式中,塑料囊可以是刚性的。
图79a描述了一种分支树枝状柔性皮下电子神经刺激(FSQENS)植入体7901a,该植入体包括一个辅助植入单元7908a,该单元位于一个植入体口袋7905a中,最好通过微创入口切口进行植入。在进一步考虑的实施方案中,类似的配置可用作分支/树枝状柔性皮下电子肌肉刺激(FSQEMS)植入体。更具体地说,植入体7901a可以定位在植入体口袋7905a中,该口袋可以如前所述通过微创剥离和/或珠状剥离器制作。带或不带辅助植入体7908a等附加电子元件的线圈(例如图62所示,但出于空间考虑未在此处显示)可放置在各种植入体口袋中,这些植入体口袋的制作方法与本应用中其他地方(包括图1和图57)所描述的其他方法类似,并通过接线/连接7915a连接。在某些实施方案中,分枝/树枝状FSQENS植入体可以沿着皮肤瘤、硬腱瘤或肌腱瘤或神经图区域定向。
在本实施方案中,树枝状突起/分支,如分支7921a,可从植入体7901a的主细长轴线延伸。在所描述的实施方案中,这些分支7921a可以垂直或至少基本垂直于植入体7901a的轴线延伸。植入体7901a可包括末端电极7911a、可选的周边/环周电极7912a、定位环/小孔7922a、外部联接器/适配器7923a和内部联接器7909a。定位环/小孔7922a可用于定位、缝合、固定或本文讨论的其他定位小孔。该装置可密封在一个容器或信封内,最好是防水和可生物相容的。每个末端电极7911a都可以直接或间接地与中央处理器和/或其他合适的电路电连接,和/或也可以彼此独立接线,从而允许对每个电极进行不同的可编程控制。在其他可考虑的实施方案中,布线可以是串联、并联或另一种形式的独立布线或其组合。
图79b描述了分支状/树枝状柔性皮下电子神经刺激(FSQENS)植入体7901b的另一个实施方案,该植入***于最好通过微创入口切口制作的植入体口袋7905b中。在进一步考虑的实施方案中,类似的配置可用作分支/树枝状柔性皮下电子肌肉刺激(FSQEMS)植入体。与植入体7901a不同的是,植入体7901b包括相对于植入体轴线以锐角延伸的分支7921b,如图所示,两个相对的分支最好都指向具有定位小孔/环7922b的植入体远端,这样可以方便植入体的***。不过,在其他实施方案中,一个或多个分支可以朝向远端延伸,而不是远离远端。否则,植入体7901b可与植入体7901a类似,并可包括,例如,一个或多个末端电极7911b,其可定位在各分支7921b的顶端或邻近顶端,或至少是分支7921b的子集,以及一个或多个周向电极7912b,其可定位为环绕或以其它方式延伸到各分支7921b中的一个或多个分支的一部分。
在某些实施方案中,多个分支7911b可用作心电图植入的引线。因此,图79b的实施方案可以修改为包括例如3-12个分支/引线,如果需要,这些分支/引线可以比图中描述的分支长很多,以便定位在患者心脏附近的理想位置。
图79c描述了蛇形/蜿蜒形柔性皮下电子神经刺激器(FSQENS)植入体7901c,该植入***于最好通过微创入口切口制作的植入体口袋7905c。在进一步考虑的实施方案中,类似的配置也可用作蛇形/蜿蜒形柔性皮下电子肌肉刺激器(FSQEMS)植入体。更特别的是,植入体7901c可以定位在植入体口袋7905c中,该植入体口袋可以如前所述通过微创剥离和/或珠状剥离器制作。
在此实施方案中,可形成交替弯曲,如弯曲7921c,从而使植入体以周期性的方式来回蜿蜒。在某些实施方案中,植入体可形成或至少基本形成正弦曲线形状,至少部分如图79c所示。植入体的各个弯曲或周期都可以相对于整体植入体轴线(由近端植入体末端表示)大致倾斜。同样,植入体的远端可以包括定位环/小孔7922c,植入体7901c可以包括末端电极7911c,这些电极可以定位在植入体的各个弯曲/周期的顶点或至少一个子集。如上所述,如果需要,也可以使用可选的周边/环周电极7912c。各种电极中的每一个,如电极7911c和/或电极7912c,都可以直接或间接地与中央处理器和/或其他合适的电路电连接,和/或也可以相互独立地接线,从而允许对每个电极进行不同的可编程控制。在其他可考虑的实施方案中,布线可以是串联、并联或其他形式的独立布线或其组合。
优选地,植入体7901c正弦形状的每个峰值或至少这些峰值的一个子集包括一个电极,这可以最大限度地增加相对和/或相邻电极之间的距离。此外,优选地,植入体7901c被配置为保持其形状,而不需要外科医生将植入体7901c重新配置为这种形状。因此,植入体7901c可以由刚性材料或弹性柔性材料组成,例如具有形状记忆的材料。
图80a描述了圆形螺旋植入体(或微创可旋转植入式单元线圈)8001的俯视图,该植入体具有外臂带末端8012和内臂带末端8011以及臂带之间的空间8010。在某些实施方案中,螺旋植入体8001的整体形状可以是圆形,横截面为矩形。不过,在其他实施方案中也可以使用其他各种形状。螺旋植入体8001可以是刚性的,也可以是柔性的(如果更喜欢的话)。在某些实施方案中,螺旋植入体8001可以通过滚动和/或折叠来压缩。在某些实施方案中,螺旋植入体8001可以由金属、陶瓷、金属陶瓷、玻璃、柔性塑料、有机聚合物、生物聚合物或类似材料组成,因此,由于本文公开的独特***方法,不需要可压缩性。其他实施方案可能包括聚合物外部层叠体或容器,以保留更多可溶解材料,如水凝胶等。药物、维生素或其他化学物质,包括生物制剂,也可以结合、溶解或以其他方式存在于螺旋植入体8001的部分或全部结构和/或其中包含的元件中。在某些实施方案中,可以在植入体上和/或植入体中涂覆或以其他方式加入抗生素/抗微生物剂,以防止或至少抑制植入体上的微生物生长。如图80a所示,使用单元线圈可以完全消除对辅助植入体的需求。因此,在设想的实施方案中,单元线圈可以与其他植入体连接,例如单元线圈提供能量的植入体,而无需使用辅助植入体来帮助单元线圈完成这一操作。不过,我们也认为,某些线圈实施方案可能具有辅助植入体上可能提供的部分组件,但并非全部,因此可被视为"混合"线圈植入体。
螺旋植入体8001的不同区域和/或部分也可印刷或设计不同的药物或化学物质。此外,在适当保护的情况下,螺旋植入体8001中还可能存在电子元件、微型泵和/或印刷电路板。植入体8001中还可能有射线、声波和/或电磁可识别材料,以帮助定位和/或操作植入体。螺旋植入体可通过旋转/缠绕植入体***微创入口伤口中,稍后将详细讨论和描述。螺旋植入体还可用于携带电子器件,如电感线圈、薄膜电池、印刷电路板以及化学品、药品和/或生物聚合物。从线圈8011的内末端,布线/连接器8015i可以电连接到植入体8001的一个或多个组件。同样,线圈8012的外末端可包括接线/连接器8015o,该接线/连接器可连接/耦合到线圈的各个部分,以便在例如植入体的一部分通过入口切口后完成电路。
图80b描述了从图80a沿其中描述的线和箭头拍摄的螺旋植入体8001的横截面视图。螺旋植入体8001的横截面视图还描述了电磁干扰(EMI)抑制元件,包括磁铁8031和通过铁金属元件8032进行屏蔽的元件,在某些实施方案中可包括270度屏蔽。在进一步考虑的实施方案中,铁金属屏蔽元件8032的位置和配置可以使该元件缺少沿一侧或两侧延伸的部分,因此不需要如图中所示横向包覆任何元件。在其他实施方案中,EMI抑制装置可包括一块磁铁。螺旋植入体8001的横截面图还描述了设置在植入体上表面的上层结构8019。当然,在其他实施方案中,上层结构8019可以设置在植入体的任何其他侧面和/或部分。螺旋植入体8001还可以包括温度传感器8019t,该传感器可以从植入体8001上的另一个位置伸出。所描述的实施方案还包括各种层/元件,包括金属电感线圈8021、电池8022(本实施方案中为薄膜电池)、印刷电路板/CPU 8023、一个或多个附加电感线圈8021a、电容器8026、数据存储器8027、片上实验室8029、辅助电子器件8024(如加热元件、薄膜电阻器等),以及聚合物保护内护套8025i,其位置可与保护外护套8025o相邻。如果需要,还可以使用辅助电子装置8024,其中可以包括心率传感器、氧饱和度监测器等,其中任何一个都可以设置在保护外护套8025o附近。在其他可考虑的实施方案中,可以堆叠一个或多个额外的金属电感线圈8021a,以增强植入体的发电能力。如图所示,内护套8025i/8025o与外护套8025i/8025o之间可形成中空空间,可用于容纳流体和/或凝胶,例如,可用作保护护套/密封件、上层结构和/或药物容纳和/或递送位置。在一些实施方案中,可使用微流体通道(未显示,后文显示为8029m),其可配置为输送位于受保护的封装/包裹外的患者血清/血液/组织液,使其与片上实验室接触,以进行分析。在进一步考虑的实施方案中,温度传感器可放置在螺旋植入体8001或本文公开的任何其他植入体内部和/或外部的一个或多个位置。在某些实施方案中,位于外部的温度传感器可被配置为向中央处理器发送温度数据,中央处理器可根据设定的温度阈值(例如45℃)进行编程,以关闭或减少外部无线电感线圈充电,从而保护脆弱的邻近组织。一旦外部温度恢复到预设的安全阈值,例如42℃,就可以重新开始无线充电。置于螺旋线圈内部的温度传感器可预设阈值,以改变充电参数,从而保护螺旋线圈8001的一个或多个上述内部元件。患者或医护人员可以调整外部发射器,将信号传输到内部天线8002b,而内部天线8002b又可以指示中央处理器8023协调植入体的功能。某些设想的实施方案可能包括多个内部天线。
图80c描述了另一个实施方案的截面图,该实施方案包括(EMI)抑制元件,其中包括磁铁8031和通过铁金属元件8032c进行屏蔽的平面屏蔽。该实施方案进一步包括电感线圈8021、一个或多个附加电感线圈8021a、电池8022、印刷电路板/CPU 8023、天线8002b、电容器8026、数据存储器8027、片上实验室8029、辅助电子元件8024(如加热元件、薄膜电阻器等)和聚合物保护内护套8025i,其位置可邻近保护外护套8025o。微流体通道8029m可配置为将位于保护性封装/护套外的患者血清/血液/组织液输送到芯片上实验室8029进行分析。光纤8029o可配置为与芯片上实验室8029协同分析位于受保护的封装/包裹外的患者血清/血液/组织液。由于血管形成可能会从下方穿过植入体以滋养植入体上方的组织(例如,如果植入体放置在皮下),面向螺旋臂/带之间的空间8010放置微流体通道8029m和/或光纤8029o可能有利于血管形成后的测量。在进一步考虑的实施方案中,将光纤和/或微流控终端放置在远离空隙的位置,可在这些空隙内出现新生血管之前进行更即时的分析。
图80d描述了另一个实施方案的横截面视图,该实施方案包括由磁铁8031和通过铁金属元件8032d进行屏蔽的(EMI)抑制元件,在所描述的实施方案中,它包括对一个或多个选定元件的360度环绕屏蔽。本实施方案还包括电感线圈8021、一个或多个附加电感线圈8021a、电池8022、印刷电路板/CPU 8023、天线8002b、电容器8026、数据存储器8027、片上实验室8029、辅助电子元件8024(如加热元件、薄膜电阻器等)和聚合物保护内护套8025i,其位置可与保护外护套8025o相邻。
在某些实施方案中,无线功率传输***可能需要电磁干扰(EMI)抑制屏蔽,以保护电子元件免受不必要的磁场波动的影响。在某些实施方案中,这种EMI抑制屏蔽可能涉及铁氧体薄膜、金属薄膜和/或由金属和铁氧体成分组成的混合材料。有关EMI抑制屏蔽的更多详情,请参阅"Electromagnetic Interference Shielding Effects in Wireless PowerTransfer Using Magnetic Resonance Coupling for Board-to-Board LevelInterconnections",Kim,InCompliance Magazine,2013,特此全文引用。
在某些实施方案中,EMI抑制屏蔽可包括薄型柔性磁屏蔽。在某些情况下,使用具有高磁导率的材料可能是有益的,这可以通过磁场遏制/吸收提高屏蔽性能。在其他实施方案中,使用具有较高电阻的材料可能是有益的,这可能会带来更好的噪声抑制;但是,可能需要特别小心,因为即使较高的电阻值可以吸收更多的磁场噪声,它们也可能会产生更多的热量。在某些情况下,金属屏蔽可用作EMI抑制屏蔽,因为它们可以反射这种噪声能量。在其他情况下,可以使用磁屏蔽,因为它们可以吸收这些噪声能量并将其转化为热量。在某些实施方案中,可使用混合材料(例如铁氧体材料和铜)来增强EMI抑制效果,混合材料可包括带有金属化背层的磁片。在某些实施方案中,可能需要低磁导率和高电阻。此类实施方案可包括此类EMI抑制屏蔽与电感线圈非常接近的实施方案。在某些情况下,混合材料可包括由绝缘层、导电层和磁片组成的叠层。有关EMI抑制装置和材料的更多详情,请参阅《EMI抑制屏蔽:了解基础知识",Burket,《电子设计》,TechXchange:深入研究EMI、EMC和噪声》,2020年,特此全文引用。
在某些实施方案中,磁通分流可用于屏蔽元件,使其免受电磁干扰。在某些实施方案中,屏蔽可采用高磁导率结构,用于集中磁通量。在某些实施方案中,这种高磁导率金属可包括由少量铜、铬和/或钼组成的镍铁合金。有关磁通分流屏蔽的更多详情,请参阅《电感输电屏蔽》,《电子学笔记》,https://www.electronics-notes.com/articles/equipment-items-gadgets/wireless-battery-charging/inductive-power-transmission-shielding.php,现将其全文并入作为参考。
在某些实施方案中,可使用无源和/或有源消除环来减轻EMI。此类环路可产生一个与初始磁场相反的磁场。如果无源环路受到变化磁场的激励,环路可能会获得电磁场,在环路中产生电流,从而产生磁场。在某些情况下,为了提高屏蔽性能,可使用串联电容器在回路中产生电流。有关此类EMI抑制方法的更多详细信息,请参阅"Active ShieldingDesign for Wireless Power Transfer Systems",Cruciani,IEEE Transactions onElectromagnetic Compatibility,Vol.61,Issue 6,2019,特此全文引用。
在某些实施方案中,纳米磁性结构可用于抑制EMI。在某些实施方案中,此类结构可包括垂直排列的磁性复合结构,作为联接电感器。在一些实施方案中,磁性纳米粒子可被无定形绝缘基体包围,例如,无定形绝缘基体可包括铁基和钴基薄膜。在其他实施方案中,此类结构可包括铁磁层与绝缘聚合物介电薄层交替堆叠,并由绝缘聚合物介电薄层隔开。在某些情况下,铁磁层可包括镍铁、镍铁合金和/或CoZrO。在某些实施方案中,此类叠层中使用的绝缘体可包括氧化铝等。这种绝缘层可用于增加反射损耗。有关此类EMI抑制屏蔽的更多详情可参见"无线充电应用中用于电感联接和屏蔽的纳米磁结构",Mishra,IEEE,DOI:10.1109/ECTC.2015.7159707,2015,特此全文并入作为参考。
在某些实施方案中,光纤可用于化学传感装置。在某些实施方案中,光纤电缆和传感器头之间的连接器可包括蓝宝石球透镜、固定器、提供聚焦/准直的弹簧等。这种布置可用于发射和接收直径为5毫米的光束。在某些情况下,某些发射波长可能会造成组织损伤,因此用滤波器阻挡这些波长可能是有益的。为了最大限度地减少不可预见的规格变化,采集光纤的直径可为200或400微米。在某些实施方案中,氙弧灯光源的强度变化可能会导致误差;为了尽量减少这种误差,可以使用光强控制器。有关上述光纤装置的更多详情,请参阅《用于测量前眼药物浓度的光纤耦合眼光谱仪--在制药研究中的应用》,Miller,IEEETransactions on Biomedical Engineering,第57卷,第12期,2010年12月,特此全文并入作为参考。
在某些实施方案中,光纤传感器可包括干涉传感器,它可通过光路长度的变化对外部刺激做出响应,从而在干涉仪中产生相位差。在其他实施方案中,光纤传感器可包括基于蒸发波吸收效应的本征光纤传感器。这种基于本征蒸发波的光纤传感器可以使用LED光源。在某些实施方案中,与本征蒸发波传感器结合使用的光纤电缆可包括具有硅芯和塑料包层的多模光纤。在某些情况下,光缆的功能涂层可包括浸涂和旋涂、逐层沉积、静电自组装、化学和物理气相沉积等。在优选实施方案中,涂层的最外层可包括卟啉(TSPP)。在优选的实施方案中,卟啉薄膜/化合物可用作光学传感器的敏感元件,因为它们具有高灵敏度和光学特性,这些特性取决于(目标分子存在的)环境条件。在某些实施方案中,光纤传感器可包括锥形光纤,其光学特性可能会受到锥形渐变部分轮廓的影响。在某些情况下,光纤可作为一个平台,通过在光纤上涂覆适当的功能材料(如用于氨的介孔PDDA/SiO2纳米粒子),促进对不同化学物质的检测。在某些实施方案中,光纤涂层可包括PAH/SiO2薄膜(使传感器具有更大的通用性),用于检测有机化合物。有关上述光纤装置的更多详情,请参阅《基于纳米薄膜组装的光纤化学传感器方法:未来传感器技术的挑战》(Fibre-Optic ChemicalSensor Approaches Based on Nanoassembled Thin Films:A Challenge to FutureSensor Technology",Korposh,2013年6月13日,DOI:10.5772/53399,特此全文并入作为参考。
在某些实施方案中,血管内皮生长因子(VEGF)可用于增加血管增殖。血管内皮生长因子已被证明能显著促进侧支血管和毛细血管的发育。血管内皮生长因子有四种同源二聚体,每种单体有121、165、189或206个氨基酸。血管内皮生长因子121和血管内皮生长因子165在分泌后可扩散,而血管内皮生长因子189和血管内皮生长因子206可分泌,但往往与含肝素的聚糖结合。血管内皮生长因子可刺激血管生成,甚至在新生血管中也是如此,因为血管内皮生长因子和血管内皮生长因子受体会与新生血管部位共聚焦。值得注意的是,血管内皮生长因子165对肝素有很强的亲和力。循环中的α2-macroglobin可与VEGF共价结合并使其失活;不过,肝素可用于抑制α2-macroglobin对VEGF的结合和失活。有关血管内皮生长因子的更多详情,请参阅《治疗性血管生成》(Therapeutic Angiogenesis),Takeshita,《临床研究杂志》(Journal of Clinical Investigation),第93卷,第662-670页,1994年。
阳性血管生成因子可帮助血管增殖。阳性血管生成因子还可包括aFGF、bFGF、VEGF、血管生成素等。有关血管生成因子的更多详情,请参阅"癌症、血管性类风湿及其他疾病中的血管生成",Folkman,《自然医学》,1995年第1卷第1期,特此全文并入作为参考。
图81a是一个复合***8100的顶平面图,该***包括一个用于延长和/或控制药物/化学物质递送药物的微创植入体,其中包括一个单元线圈8114、分段舱盒植入体8171a、8171b、辅助植入体8108a和/或一个类似膀胱的可压缩植入体8101。如果不对这种***进行充电/再充填,水溶性药物的长期植入式递送药物可能需要高浓度液体或无水粉末储存。然而,这种浓度的直接释放可能会对局部产生腐蚀性,通常会产生毒性和/或致命性。因此,水不溶性药物可浓缩储存在脂质体中或以其他方式与水混合,如"用于提高水不溶性药物生物利用度的脂质体:In Vivo Evidence&Recent Approaches,Pharmaceutics 2020,vol.12,264,特此全文并入作为参考。因此,***8100可配置为储存高浓度药物,采集体液(如水)与所述药物混合,以及在某些情况下监测药物浓度并混合/分散药物,以长期保持所需的药物浓度。这对于那些生活在偏远地区的人,那些病重到无法自理的人,例如精神病患者,可能会有好处。
在单元线圈8114附近的***8100可包括空间8110、连接段适配器/连接器8173和一个或多个定向阀8170v。分段舱盒8171a/8171b附近的***8100可包括连接段8172a/8172b/8172c以及膀胱植入接头8180。在类似膀胱的可压缩植入体8101附近的***8100可包括上层结构8151,以及在一个或多个部分,例如所描述的实施方案的上半部分(从边缘看),完整和/或部分约束抗伸缩形式保持分区(BSRFMP)8191u。一个或多个其他部分,例如完整和/或部分(BSRFMP)8191L下方的下半部分,可包括电子组件8120,其中可包括例如电感线圈8121、电池8122、印刷电路板/CPU 8123、天线8102b和电容器8126。这些元件可通过入口切口8160经皮肤递送。***8100可由带有辅助软件和相关天线8199的中央处理器8198进行远程编程/控制。某些设想的实施方案可能包括多个内部天线。
图81b描述了螺旋植入体8114沿图81a中描述的线和箭头的剖面图。如图所示,螺旋植入体8114的下部可包括(EMI)抑制元件8132,该元件可包括平面屏蔽。植入体8114的这一部分可进一步包括电感线圈8121、电池8122、印刷电路板/CPU 8123、天线8102b、电容器8126、数据存储器8127、片上实验室8129、辅助电子器件8124(例如加热元件、薄膜电阻器等)和保护内层8125i,保护内层8125i可与保护外层8125o相邻设置,保护外层8125o可包括例如护套或护套的一部分或外部层叠体。聚合物保护内层8125i也可包括护套或护套的一部分或内层叠体等,可由一个或多个隔板连接和分割成若干部分,例如带有上肢8162b的"Y"形隔板、带有下肢8162c的"Y"形隔板和带有上肢8162b的"Y"形隔板、图中所示的带有上肢8162b、8162c和下肢8162a的"Y"形隔板,进一步将螺旋线圈植入体8114横截面的上半部分细分为多个腔室,包括中央上腔室8161b、侧腔室8161a和8161c。片上实验室8129可接收来自生物传感器8197的信息,以评估药物/药物杂质/化学品的存在/浓度。在某些实施方案中,生物传感器可包括光纤、电化学、纳米机械等。应该理解的是,可以根据需要提供任意数量的腔室/分区。例如,在某些实施方案中,可以只提供一个隔板,将螺旋植入体8114的中空内芯的一部分分隔成两个腔室,而不是三个腔室。
图81c描绘了从图81a沿其中描绘的线和箭头拍摄的膀胱样可压缩植入体8101的横截面图。上层结构8151可用于为植入体8101提供刚度,和/或将上半层叠体8101u与下半层叠体8101L以及中层叠体8101m粘合在一起。上部BSRFMP 8191u还可将上半部层叠体8101u与中层8101m粘合在一起。下半BSRFMP 8191L还可将下半层叠体8101L与中层8101m结合在一起,中层8101m可容纳、保护和保留中层电子组8120。在某些实施方案中,BSRFMP可通过防止球形充气和/或保持腔内压力来促进植入体8101保持圆盘状形状,从而有利于药物通过多孔的下半层8101L膜。螺旋植入体和/或相对扁平的可压缩植入体的相对较大尺寸和/或表面积可促进液体收集和/或药物/化学物质的递送药物,而无需进行血管导管***/封管/穿刺。在某些实施方案中,用所需溶剂对***的一个或多个部分进行引流可促进操作。如前所述,膀胱状可压缩植入体8101可包括孔隙8101p,例如可对刺激做出反应的纳米级药剂。
图81d描述了图81b中部分螺旋植入体8114的进一步放大横截面图,包括聚合物保护内层8125i、外层8125o、"Y"形隔板上肢8162b、8162c和下肢8162a、中央上腔8161b、上侧腔8161a和8161c。Y型"隔板上肢8162b、8162c和下肢8162a,中央上腔8161b,上侧腔8161a和8161c。一个或多个门8138可以沿植入体8114的外部设置,以选择性地允许化学/分子进入其中限定的一个或多个腔室。例如,这些闸门可包括电致动智能纳米多孔膜(根据Langer,无线按需递送药物,《自然电子学》,2021年)。生物传感器8197可以存在于任何显示的腔室内部或外部,也可以延伸到植入体外部,以评估药物/药物杂质/化学物质的存在/浓度。内化分区门8130也可沿一个或多个内部分区设置,其配置可选择性地允许化学/分子通过。例如,这些内部闸门8130可包括电致动智能纳米多孔膜。
螺旋植入体8114可用于收集体液,包括但不限于生理盐水和脱盐水。例如,体液可通过小孔8125p进入侧腔8161a,小孔的平均直径可达到所需的数值,以允许所需的道尔顿分子量的分子通过。进入的流体可通过多孔膜8136进一步过滤,多孔膜8136仅在小孔8125p附近延伸,但在某些实施方案中,可在植入体8114的整个周边延伸,或至少在植入体与特定存储腔室相邻的部分延伸,小孔8125p在功能上与该存储腔室相关联。多孔膜8136可以包括例如用于反渗透的聚合物和/或纳米增强膜。内部负压可由微流控泵8139辅助,例如,微流控泵可包括压电微流控泵/微隔膜泵等。内部压力积聚可以通过管道8195在***内部或外部的其他地方进行平衡,如果需要,管道8195可以包括定向阀。因此,植入体8114可以配置为从患者体液中吸取过滤水进入腔室8161a。这些水可以通过微泵和管道分配到***8100的其他地方,以便与浓缩药物混合,受控地排出到植入体周围的患者组织中。
螺旋植入体8114可收集体液,包括但不限于生理盐水和脱盐水。例如,流体可通过小孔8125p被吸入侧腔8161c,小孔8125p可具有所需的平均直径,以允许所需的道尔顿分子量数的分子通过,在此基础上,流体可通过例如电渗透泵进一步被吸入,电渗透泵可包括例如外层带电多孔膜8131、穿过电渗透过滤夹层8132到达外层带电多孔膜8133。同样,虽然图中的结构8131、8132和8133只延伸到小孔8125p附近,但这只是为了便于说明,如果需要,这些结构可以延伸到腔室8161c的整个***。因此,过滤后的水可以积聚在腔室8161c中。这些水可以通过例如微泵和管道分配到***内的其他地方,以便与浓缩药物混合,受控地排出到植入体周围的患者组织中。压电元件8170可促进混合和/或加热和/或清洁。
如图81e的透视图所示,植入***8100可进一步包括辅助植入体8108a,该植入体可包括CPU/印制电路板8183、电池8184、存储器/数据存储元件8185、天线8182b、电容器8186、电子心率传感器8188和/或芯片实验室8187。
图81f是粉末混合/分配分段舱盒8171a的放大图,该舱盒可进一步包括流体管8178、流体管8179,流体管8179可配置为从管子和/或诸如8177f的储存仓向/反方向递送流体。这些储存仓可存放药物、液体、粉末等,并可与用于分配药物(最好是干药)的装置相连接,例如螺旋驱动装置8195和8194或活塞等。最好是高浓度的药物粉末可储存在一个或多个托架中,如托架8177f。在一些实施方案中,这种药物/粉末可以通过压电元件8170和/或螺杆8195朝螺杆8194移动/保持可移动,这可以促进将浓缩粉末递送到混合/储存仓8177m,该储存仓可以进一步包括混合元件8170s,例如磁性搅拌元件,其可以配置为将粉末与由一个或多个流体管8178/8179携带的流体混合,该流体管可以从螺旋植入体8114接收。生物传感器8197可用于确定材料的混合浓度,其指示信号可转发至***元件内的中央处理器,从而触发所需的操作。在进一步考虑的实施方案中,可在托架和/或管道之间安装微型泵/电机。
图81g描述了分段舱盒8171g的另一个示例,在某些实施方案中,该舱盒可用于替代或补充任何其他舱盒。舱盒8171g可以包括气泡递送分段舱盒,该舱盒可以进一步包括流体管8178、流体管8179,流体管8179可以配置为从管路和/或储存仓(如8177g)向/反方向递送流体,和/或储存仓8177gg可以容纳流体、粉末,这些粉末能够在直接混合时和/或在催化剂存在下和/或在能量(热、光、电等)存在下反应形成气体。8177m可进一步包括磁性混合元件8197,该磁性混合元件可配置为将粉末或流体与由一个或多个流体管8178/8179携带的另一种流体混合。同样,生物传感器8197可用于确定材料的混合浓度,该浓度可通过信号转发给***元件内的中央处理器,以执行所需的操作。可通过压电元件8170和/或搅拌元件或类似装置移动/保持仓室8177h和/或储存仓8177hh中的高浓度化学溶液和/或粉末。可用于提供无毒、相对惰性气源的化学配对的一个例子是碳酸氢钠(小苏打)和乙酸反应生成二氧化碳。在某些实施方案中,气泡递送分段舱盒8171g可以放置在一个有利的位置,例如靠近螺旋植入体8114的位置,以便通过气体贡献驱动***。在其他实施方案中,气泡8187g可用于分离各种成分和/或浓度的液体等分试样,这些液体等分试样可在其路径上的任意点通过生物传感器进行分析。
图81h描述了可能的模块化分段舱盒的另一个示例,即液体混合/分配分段舱盒8171b,该舱盒可进一步包括流体管8178、流体管8179,流体管8179可配置为从管道和/或储存仓,如储存仓8177h和/或储存仓8177hh,向/反方向递送流体,储存仓8177h和/或储存仓8177hh中的一个或两个可容纳药物、液体、粉末等。和/或可包括微型泵/马达8174,以方便输送到混合/储存仓8177m。储存/混合舱8177m可以选择性地包括一个混合元件,例如磁性搅拌元件,它可以促进粉末和/或流体与一个或多个流体管8178/8179所携带的流体的混合,流体管8178/8179可以连接到螺旋植入体8114和/或一个或多个相邻舱盒,并且/或者从螺旋植入体8114和/或一个或多个相邻舱盒接收。生物传感器8197可用于确定材料的混合浓度,该浓度可通过信号转发到***内的中央处理器或其他电子元件,从而触发所需的操作。可通过压电元件8170和/或搅拌元件或类似装置移动/保持舱8177h和/或储存仓8177hh中的高浓度药物溶液。
在进一步考虑的实施方案中,可以在一个或多个分段荚的外部和/或连接段的外部放置包裹物,例如图46中所示的包裹物,这样可以方便将植入体滑入切口并穿过组织。在某些实施方案中,该包裹物可包括收缩膜,或以其他方式粘附在一个或多个荚膜上,在这种情况下,包裹物可挤压/延伸到荚膜之间的一个或多个分段的上方空间。
在进一步的实施过程中,可以在层叠体和/或隔间内/外/间放置无机吸附溶质,例如硫酸镁和/或硫酸铜,以促进溶剂的流动。
在进一步考虑的实施方案和实施方式中,可结合图中具体提及的装置使用各种装置,包括但不限于可将射频传输产生的热量传递到泵室从而导致药物流动的热气动微型泵,以及可包括治疗液储存器、驱动器和/或一个或多个电极(可用于提供治疗性电刺激)的微型输液装置。在某些情况下,驱动器可包括泵,例如隔膜泵、负压泵和/或蠕动泵。在某些实施方案中,驱动器可通过电磁方式驱动。可使用纳米级药剂,其配置可对光、磁场、超声波、射频和/或X射线等刺激做出响应,从而可从用户/患者体外进行选择性致动。磁场可用于磁化和磁场药物靶向。电流和/或电压可用于电穿孔和离子渗透。超声波可用于声动力疗法和声穿刺。脉冲光可用于光穿透和药物释放。温度可用于热穿透。
在某些实施方案中,自持碳纳米管中空纤维支架支撑聚酰胺薄膜复合膜(CNTTFC-FO)可用于正渗透。这种膜具有高孔隙率、良好的亲水性、优异的电导率和极强的抗有机物和微生物污垢的电辅助能力,因此可能更受欢迎。在某些情况下,完整的TFC-FO中空纤维膜可包括一个在CNT中空纤维外表面界面聚合的拒盐聚酰胺活性层。膜可包括面向进料溶液的活性层和面向拉丝溶液的支撑层。有关所披露膜的更多详细信息,请参见"HighlyPermeable Thin-Film Composite Forward Osmosis Membrane Based on CarbonNanotube Hollow Fiber Scaffold with Electrically Enhanced FoulingResistance",Fan,Environ.Sci.Technol.,2018,特此全文并入作为参考。
在某些情况下,石墨烯、氧化石墨烯、沸石、碳纳米管、二氧化硅、银和/或二氧化钛纳米粒子可用于提高膜的透水性。在某些实施方案中,二氧化硅可用于提高渗透膜的亲水性。在某些情况下,银和二氧化钛可用于减少生物污染。在某些实施方案中,聚合物膜(如醋酸纤维素和聚酰胺)可与其他聚合物或纳米粒子结合形成反向渗透膜。在某些情况下,纳米颗粒与聚合物膜的结合可提高反渗透膜的防污性能。有关此类渗透膜的更多详情可参见"ACritical Review on Recent Polymeric and Nano-Enhanced Membranes for ReverseOsmosis",Giwa,RSC Advances,Issue 10,2016,特此全文并入作为参考。
对于正渗透(FO)中使用的膜,最好使用较薄的支撑层,以减少浓度极化对FO过程的影响(浓度极化较高会导致水通量下降);然而,在某些情况下,较薄的支撑层也可能会影响机械强度。在一些实施方案中,碳基纳米材料(如碳纳米管、石墨烯和/或氧化石墨烯)可用于提高水通量、污垢倾向和/或FO膜的机械强度。在某些情况下,可将亲水性纳米材料掺入FO膜中,以增加膜的孔隙率和亲水性,同时降低支撑层的曲折度,减轻内部浓度极化的影响。在某些情况下,氧化石墨烯衍生物可用于例如提高此类FO膜的选择性、性能和/或生产率。在某些实施方案中,聚合物非对称膜可覆盖功能化碳材料。在一个优选的实施方案中,非对称流化床膜可包括一个致密、薄的选择性层,用于排斥溶质,以及一个多孔基质层,为膜提供机械稳定性。用于制造FO膜支撑层的合成聚合物可包括纤维素衍生物、聚醚砜和聚砜、聚丙烯腈、疏水性聚偏氟乙烯等。在某些实施方案中,FO膜可包括平板FO膜、中空纤维FO膜和/或管状FO膜。在某些情况下,导电傅里叶变换膜可以用可作为负电极的材料(如金属、碳等)进行改性。将外部电压施加到FO膜上可提高抗污能力。在一个具体的实施方案中,可使用防污双层FO膜,其中可包含聚酰胺拒盐层和齐聚物刷饰多壁碳纳米管(MWCNT)防污层。用于提高FO膜性能的材料可包括碳纳米管、石墨烯、氧化石墨烯、沸石、金属有机框架、二氧化钛等。在某些实施方案中,活性层可包括聚合物活性层,聚合物活性层可包括聚酰胺等聚合物。在某些情况下,支撑基底可包括纳米复合基底、多孔基底等。在某些实施方案中,FO膜可包括介于活性层和支撑层之间的纳米材料夹层。有关此类FO膜的更多详情可参见"Recent Developments in Forward Osmosis Membranes Using Carbon-BasedNanomaterials",Yadav,ScienceDirect,Desalination482(2020),114375,现将其全文并入作为参考。
在某些实施方案中,刺激响应水凝胶可用作FO膜中的牵引溶质。刺激响应型水凝胶可能更受欢迎,因为它们很容易再生。在优选的实施方案中,汲取溶质可以具有高渗透压、无毒、低反向通量,并且易于/快速再生。在某些情况下,聚电解质水凝胶(如热响应聚(离子液体)水凝胶)可用作牵引剂,因为它们能产生高渗透压。例如,此类水凝胶可包括P(MTxEOy)。在某些情况下,可以通过复合水凝胶和/或缩小尺寸的水凝胶来提高水通量。在某些情况下,可以通过改变水凝胶的网络结构来提高脱水率。最好是采用异质水凝胶,因为内部微结构可通过将线性亲水侧链接枝到水凝胶网络上而有助于形成水释放通道。有关此类FO膜的更多详情,请参阅"Recent Developments and Future Challenges ofHydrogels as Draw Solutes in Forward Osmosis Process",Wang,MDPI,Water 2020,12,692,特此全文并入作为参考。
例如,在FO膜中,最好具有:超薄但足够致密的活性层,以实现高溶质排斥率;既薄又能提供机械强度的支撑层;高亲水性,以提高水通量、防污性能和减轻CP;以及高pH值、温度和抗氧化范围。在某些实施方案中,可将功能化碳纳米管混入聚醚砜支撑层中,以增强亲水性和水通量。在某些情况下,薄膜无机FO膜可包括固定在不锈钢网基底上的微孔二氧化硅异凝胶。在一些实施方案中,FO膜可进行物理/化学改性,以改善膜特性。在一些实施方案中,可向膜中添加亲水性化学物质,以提高水通量,同时不影响排斥效果。改性方法可包括混合、表面涂层、原位界面聚合等。在某些实施方案中,汲取溶质可包括NaCl、NaNO3、KCl等。其他伸缩溶质可包括有机物、聚合物、水凝胶、离子液体等。有关FO膜的更多详情,请参阅"Research on Forward Osmosis Membrane Technology Still Needs Improvement inWater Recovery and Wastewater Treatment",Li,MDPI,Water 2020,12,107,特此全文并入作为参考。
在某些实施方案中,薄膜无机FO膜可用于各种植入体,例如,薄膜无机FO膜可包括固定在不锈钢网基底上的微孔二氧化硅异凝胶。在某些情况下,NaCl可用于吸取溶液。在某些情况下,微孔无机二氧化硅膜可用于解决不对称结构膜支撑层内部浓度极化严重的问题。在某些情况下,机械刚性不锈钢网可形成自支撑薄膜结构,从而消除了对厚支撑层的需求,实现了短距离水渗透,同时将内部极化降至最低。有关此类FO膜的更多详情,请参阅《新型薄膜无机膜的正向渗透》,You,Environmental Science and Technology 2013,47,8733-8742,特此全文并入作为参考。
在某些情况下,可在FO膜中使用超声波来减轻ICP的影响。在某些情况下,最好使用低频超声波,如40千赫。然而,水通量的提高可能是以反向抽吸溶质通量的增加为代价的。在某些情况下,硫酸镁和硫酸铜可用于汲取溶液中。有关FO中超声波的更多详情,请参阅"使用无机汲取溶质的超声波辅助正向渗透脱盐",Qasim,Ultrasonics Sonochemistry,2019年,特此全文并入作为参考。
在某些实施方案中,可对FO膜的多孔支撑结构进行低频超声波振动,以减轻ICP。低频,如20千赫,可有效提高水通量,甚至提高2倍。这种超声波振动可显著提高膜的水通量,例如由聚砜上的聚酰胺薄膜复合膜和嵌入式支撑层组成的膜。在其他情况下,例如由带嵌入式聚酯筛网的三醋酸纤维素滤芯组成的膜,由于膜的"超声波透明"性质,超声波振动可能几乎不会显示水通量的变化。在某些情况下,硫酸钠可用作汲取溶液。有关上述超声波辅助FO膜的更多详情,可参阅Heikkinen的"Ultrasound-Assisted Forward Osmosis forMitigating Internal Concentration Polarization",Journal of Membrane Science528(2017),147-154,特此全文并入作为参考。
在某些实施方案中,可使用压电泵,该泵可包括一个压电堆叠致动器和两个作为入口和出口阀的单晶压电盘阀。这种泵驱动机构可包括一个泵腔和一个连接到堆叠致动器的隔膜。这种压电盘阀可以帮助抑制通常伴随阀门操作的回流。由此产生的静态和动态压电功能组合可有助于最大化每个冲程的流体输出。有关此类压电泵的更多详情,请参阅《带主动阀的压电液压泵的设计》,Gun Lee,《智能材料***与结构杂志》,第15卷,2004年2月,第107-115页。
在某些情况下,可以使用包含无刷机构的微型泵。有关此类泵的更多详情,请访问TCS Micropumps,www.micropumps.co.uk。
在某些实施方案中,压电泵可包括隔膜泵、常闭阀和/或常开阀。这些装置可以用钛制造。常闭阀可以在阻断流体通道的同时提供较低的泄漏率,只有在启动时才会打开,而常开阀可以在不启动时释放压力。这种压电驱动可实现高能效驱动,每个压电器件只需少量能量。有关此类压电泵的更多详情,请参阅Beate Bussmann的"Piezoelectric TitaniumBased Microfluidic Pump and Valves for Implantable Medical Applications",Sensors and Actuators A 323(2021)112649,现将其全文并入作为参考。
在某些实施方案中,可以使用电渗泵,它可以由多孔纳米晶硅膜制成。在某些实施方案中,可以通过表面改性来改变电渗流的速率。超薄多孔纳米晶硅胶膜的电阻小,穿过薄膜的电场高,因此可在高流速和低外加电压下工作。有关此类电渗泵的更多详情,请参阅"High-Performance,Low Voltage Electroosmotic Pumps with Molecularly ThinSilicon Nanomembranes",Snyder,PNAS,vol.110,no.46,1825-18430,2013,特此全文并入作为参考。
在某些情况下,可以通过改变硅酸铝微粒的铝浓度来改变电渗透泵的流速。在某些实施方案中,简单的电渗透泵可由硅酸铝熔块和作为活性电极材料的茜素组成。这种电渗透泵可以继续工作,直到电活性材料耗尽为止。有关此类渗透泵的更多详情可参见"LowVoltage non-gassing Electro-Osmotic Pump with Zeta Potential TunedAluminosilicate Frits and Organic Dye Electrode",Lakhotiya,Royal Society ofChemistry,2014,特此全文并入作为参考。
在某些实施方案中,电渗泵可包括多级和/或液态金属电极。将液态金属注入PDMS基质可为微型电渗流(EOF)泵制造非接触式电极。PDMS可用于制造EOF泵的微通道,然后通过等离子处理与玻璃载玻片粘合,形成微流体芯片。两个液态金属微通道可与泵送区域平行设置,液态金属微通道与平行泵送通道的两端之间仅有很小的PDMS间隙。可将五个相同的直抽气通道平行放置,形成一个级,五个级串行连接。两个电极通道最好与泵送通道垂直布置,以便在泵送方向上获得最大的电位梯度。有关所公开的EOF泵的更多详情可参见"Development of a Multi-Stage Electroosmotic Flow Pump Using Liquid MetalElectrodes",Gao,MDPI,Micromachines 2016,7,165,特此全文并入作为参考。
在某些实施方案中,可以使用以渗透压为动力的分配装置。这种装置可包括由可折叠材料形成的内壁,内壁外表面沉积一层溶质,这样溶质就会形成渗透梯度。该装置可包括一个外壁,外壁具有保持形状的特性,可渗透水,但不渗透溶质,这样水就可以流入两层之间的空间。当水在两层之间流动时,内层可能会塌陷,从而通过分配通道分配药剂。有关所公开的分配装置的更多详情,请参阅美国专利第3,760,984号,标题为"带填充装置的渗透动力药剂分配装置",现将其全文并入作为参考。
在某些情况下,感应式电源***可用于按需启动和远程调整植入泵的递送量。这种电源***可用于长时间为植入泵供电。这种泵可包括一个电化学致动器,该致动器由帕瑞林波纹管包裹的电解质(如水)和刚性玻璃基板上的一对相互咬合的铂电极组成。向电极施加电流会使水***成氢和氧,从而增加压力,使波纹管偏转,激活单向止回阀,并通过出口导管将液体排出硬质储存器。一旦电流被移除,气体就会重新结合成水,使波纹管恢复原状。在某些情况下,设备中可能会集成两个加注口,以方便储存器的加注和冲洗。这种泵可以在较长的时间内以不同的速率递送一系列剂量(从微升到纳升)。最好有一个闭环反馈***,以便监测泵的性能。有关此类泵的更多详情,请参阅"一种用于慢性抗癌药物输注的无线可植入微泵",Cobo,Sensors and Actuators A,2016,特此全文并入作为参考。
在某些实施方案中,异凝胶纳米复合材料可用于合成超滤膜。在某些情况下,可通过溶胶-凝胶工艺合成此类异构凝胶,其中四甲基原硅烷和/或四乙基原硅烷可用作前体。为获得纳米气凝胶,可在环境温度下用高能行星球磨机研磨气凝胶。在某些实施方案中,可将聚醚砜用作聚合物,与纳米气凝胶一起用于形成此类膜。添加纳米气凝胶有助于提高聚醚砜膜的亲水性。在某些情况下,异构凝胶中硅烷醇基团的存在可增加异构凝胶的亲水性,从而增加膜的水通量。有关此类复合膜的更多详情,请参阅"PES-Xerogel纳米复合超滤膜的制备与表征",Shamsodin,纤维素,5939-5950,2018,特此全文并入以供参考
在某些实施方案中,透水膜可由聚醚砜(PES)制成,包括微流体通道和纳米多孔膜。这种膜只允许Na、K、尿素和肌酐等低分子量分子通过,同时阻挡蛋白质和较大的分子。这种PES膜可通过相反转法形成,其中的铸造溶液可调节渗透性。在某些实施方案中,PES膜可能被微通道夹住。在某些情况下,可在膜表面沉积纳米多孔对二甲苯和氟化类金刚石碳,以改变其特性。在一个优选的实施方案中,由浇铸溶液形成的PED膜可包含17.5%的PES浓度,以平衡透水性和机械强度。更多详情可参见"用于多层微透析***的透水透析膜",To,Frontiers in Bioengineering and Biotechnology 3:70,2015,特此全文并入作为参考。
在某些实施方案中,超亲水-亲水自支撑单层多孔聚醚砜(PES)膜可用于单向液体(如水)递送,其相对表面具有纳米/微孔。可以控制乙醇和水的体积含量,以调整每个表面的微孔/纳米孔尺寸。在一个优选的实施方案中,膜的两面都具有高亲水性。在某些实施方案中,可通过相转移法形成孔隙。有关所公开的PES膜的更多详情,请参阅"HighlyFlexible Monolayered Porous Membrane with Superhydrophilicity-Hydrophilicityfor Unidirectional Liquid Penetration",Zhang,ACS Nano,DOI:10.1021/acsnano.0c02558,2020,特此全文并入作为参考。
在某些实施方案中,光纤可包括用于生物传感应用的化学敏感聚合物层。在某些情况下,此类涂层可包括聚电解质,例如聚(二烯丙基二甲基氯化铵)、聚乙烯亚胺、聚(烯丙基胺盐酸盐)等。不同的聚合物由于其聚合物结构的不同,灵敏度也会有所差异,因此根据预期应用来选择聚合物可能是有益的。在某些实施方案中,光纤传感器阵列可包括用于引导激发光的激发光纤和用于捕捉发光的检测光纤。在某些情况下,探测光纤与激发光纤成直角放置。在某些情况下,与聚合物层相结合的光纤不仅限于检测化学物质,还可用于感知物理参数。在某些实施方案中,聚合物基体可用作固定特定化学换能器的固体支撑,而在其他实施方案中,聚合物基体可直接用作化学换能器。有关此类光纤传感器的更多详情可参见"Optical Fiber Sensors Based on Polymeric Sensitive Coatings",Rivero,MDPI,Polymers 2018,10,280,特此全文并入作为参考。
在某些情况下,可使用生物传感设备,其中包括光学生物传感器,如生物光学电极、基于蒸发场的传感器;电化学传感器,如安培传感器、电位传感器、基于场效应晶体管的传感器和/或阻抗传感器;压电传感器,如石英晶体微天平传感器;和/或纳米机械传感器,如纳米悬臂。生物光学电极传感器可包括光纤装置,而基于蒸发场的装置可包括基于SPR、表面增强拉曼散射、全内反射荧光、光波导干涉仪以及反射和反射干涉光谱生物传感器。光纤生物传感器可包括固定在光纤检测装置远端的生物催化剂,使生物催化剂在传感器和分析物之间起中介作用,形成可检测的化合物。在某些情况下,生物传感器的表面可包括功能化表面,根据化学和/或物理特性和/或应用进行选择。有关此类生物传感器的更多详情可参见"用于治疗药物监测的光学生物传感器",Garzon,MDPI,Biosensors 2019,9,132,特此将其全文并入作为参考。
在某些实施方案中,磁性聚合物复合材料可用于分离微流体设备中的颗粒。这种磁性聚合物可有助于在微流体设备中靶向/捕获磁性微珠或磁性标记细胞。用于操纵微流控设备中磁性微/纳米粒子的磁场可施加排斥力/吸引力。微流体***中的磁源可通过以下方式产生局部微磁场梯度:电流携带微线圈、由外部磁场磁化的软铁磁体(如镍和铁镍合金)制成的微集中器、由硬铁磁材料(如钕铁硼)组成的永久磁化微磁体等。在某些情况下,用于制造复合磁性聚合物的聚合物可包括弹性体,例如PDMS。基于PDMS的复合聚合物可通过将软(铁、镍及其合金)或硬(钕铁硼)磁粉与包含基础聚合物和固化剂的PDMS混合物混合而获得。磁性PDMS可以集成到微通道内的支柱中,以帮助捕获磁性目标。复合磁性聚合物中的磁性微粒含量可从低于10%到超过30%不等。在某些情况下,铁流体可用于分拣细胞。可使用外部磁场对铁流体进行磁化,从而产生梯度场,用于吸引侧通道中的磁标记细胞。例如,这种铁流体可包括浓度低至0.01%的Fe3O4纳米粒子。有关此类复合磁性聚合物的更多详情,请参阅"Magnetic Polymers for Magnetophoretic Separation in MicrofluidicDevices",Descamps,MDPI,Magnetochemistry 2021,7,100,特此全文并入作为参考。
Claims (16)
1.用于在植入体口袋中定位的植入体,包括
从植入体***的外末端到邻近植入体中心的内末端呈螺旋状延伸的臂,其中臂定义了多个相邻带,每个相邻带之间有空间,其中植入体被配置为在植入植入体口袋之前和之后至少基本保持螺旋状。
2.根据权利要求1所述的植入体,其中植入体被配置为可选择性地递送治疗剂。
3.一种***,包括权利要求1的植入体,还包括与植入体电联接的辅助植入体,其中辅助植入体包括天线、中央处理器、电池和电感线圈中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的植入体,还包括设置在植入体中空中心的电子元件、电池、电感线圈、电容器、数据存储元件、加热元件、心率传感器和血氧饱和度监测器中的至少一个。
5.根据权利要求1所述的植入体,其中植入体被配置为电感线圈功能、药物洗脱植入体功能和天线功能中的至少一种。
6.如权利要求1所述的植入体,其中臂至少沿两个完整的转折延伸以形成螺旋形状。
7.如权利要求1所述的植入体,其中植入体的直径至少约为10厘米。
8.一种包含权利要求1所述植入体的***,进一步包含一个细长的条带,可通过微创入口切口定位在细长的皮下植入隧道中。
9.根据权利要求8所述的***,其中细长条带包括多个用于刺激神经的电极。
10.根据权利要求8所述的***,其中细长条带包括心脏除颤器。
11.根据权利要求8所述的***,还包括一个由多个引线组成的心电图植入物。
12.根据权利要求11所述的***,其中,心电图植入体的多个引线具有弹性柔性,可通过微创入口切口以压缩形状的方式递送,然后在植入体口袋内自动减压,将多个引线定位在针对特定心脏配置和一系列心脏配置中至少一种的形状中。
13.如权利要求1所述植入体,还包括多个LED。
14.一种皮下植入式能量传输***,包括
第一可植入电感线圈,包括从位于可植入电感线圈***的外末端点向邻近可植入电感线圈中心的内末端点以螺旋形延伸的臂,其中臂定义了多个相邻带,每个相邻带之间有空间,并且第一可植入电感线圈被配置为在植入第一植入体口袋之前和之后至少基本保持螺旋形;
第二可植入电感线圈,包括以螺旋形从位于可植入电感线圈***的外末端点延伸至邻近可植入电感线圈中心的内末端点的臂,其中臂定义了多个相邻带,每个相邻带之间具有空间,其中第二可植入电感线圈被配置为在植入第二植入体口袋之前和之后至少基本保持螺旋形;以及
细长的柔性条带植入体,配置为通过微创入口切口定位在隧道植入体口袋内,并配置为将第一电感线圈与第二电感线圈电联接,其中第二可植入电感线圈配置为向可植入设备无线传输电能。
15.根据权利要求14所述的***,还包括辅助植入体,该辅助植入体可通过微创入口切口定位在植入体口袋内,其中辅助植入体包括天线、中央处理器、电池、电容器、数据存储元件、心率传感器和芯片上实验室元件中的至少一个。
16.根据权利要求14所述的***,其中可植入装置包括胃植入体、运动神经植入体、化学泵植入体、脑植入体、耳蜗植入体和植入式运动单元中的至少一种。
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