DE112008003193T5

DE112008003193T5 - Anordnung verbundener Mikrotransponder für Implantation

Info

Publication number: DE112008003193T5
Application number: DE112008003193T
Authority: DE
Inventors: Lawrence James Tex. Cauller; Richard Tex. Weiner
Original assignee: Micro-Transponder Inc Tex; University of Texas System; Micro Transponder Inc
Current assignee: Micro-Transponder Inc Tex; University of Texas System; Micro Transponder Inc
Priority date: 2007-11-26
Filing date: 2008-11-26
Publication date: 2011-06-30
Also published as: AU2008352005A1; WO2009110935A1; AU2008352005B2

Abstract

Mikrotransponderanordnung, die umfasst: eine Anordnung, die aus benachbarten und physikalisch verbundenen drahtlosen Mikrotranspondern besteht; wobei jeder Mikrotransponder eine drahtlose Schnittstelle aufweist.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen Patentanmeldung 61/079.004, eingereicht am 8. Juli 2008, und 60/990.278, eingereicht am 26. November 2007, die hiermit durch Literaturhinweis eingefügt ist. Sie ist eine Teilfortführung der nicht vorläufigen Anmeldung 10/741.136, eingereicht am 19. Dezember 2003, und der Anmeldung 61/088.774, eingereicht am 14. August 2008, die hier ebenfalls durch Literaturhinweis eingefügt sind. Diese Anmeldung kann mit der vorliegenden Anmeldung verwandt sein oder kann lediglich einige Zeichnungen und/oder einen Teil der Offenbarung gemeinsam haben.
HTNTERGRUND
Die zahlreichen innovativen Lehren der vorliegenden Anmeldung werden mit besonderem Bezug auf eine Anzahl von Ausführungsformen einschließlich derzeit bevorzugter Ausführungsformen (beispielhaft und nicht als Beschränkung) sowie weiterer Ausführungsformen beschrieben.
Eine Vielzahl medizinischer Bedingungen umfassen Störungen des Nervensystems im menschlichen Körper. Diese Bedingungen können eine Lähmung infolge einer Wirbelsäulenverletzung, eine Zerebralparese, Poliomyelitis, Sinnesverlust, Schlafapnoe, akuten Schmerz usw. enthalten. Ein kennzeichnendes Merkmal dieser Störungen kann z. B. die Unfähigkeit des Gehirns sein, neurologisch mit den überall im Körper verteilten Nervensystemen zu kommunizieren. Dies kann eine Folge physikalischer Unterbrechungen innerhalb des Nervensystems des Körpers und/oder chemischer Ungleichgewichte, die die Fähigkeit des Nervensystems ändern können, elektrische Signale wie etwa jene, die sich zwischen Neuronen fortpflanzen, zu empfangen und zu senden, sein.
Fortschritte auf dem medizinischen Gebiet haben Techniken erzeugt, die auf die Wiederherstellung oder Rehabilitierung neurologischer Mängel, die zu einigen der oben erwähnten Bedingungen führen, gerichtet sind. Allerdings sind diese Techniken üblicherweise auf die Behandlung des Zentralnervensystems gerichtet und somit recht invasiv. Diese Techniken enthalten z. B. das Implantieren von Vorrichtungen wie etwa Elektroden in das Gehirn und das physikalische Verbinden dieser Vorrichtungen über Drähte mit einem externen System, das so ausgelegt ist, dass es Signale zu den implantierten Vorrichtungen sendet und von ihnen empfängt. Obgleich die Inkorporation von Fremdkörpern in den menschlichen Körper nützlich ist, erzeugt sie üblicherweise verschiedene physiologische Komplikationen einschließlich chirurgischer Wunden und Infektion, die diese Techniken sehr herausfordernd zu implementieren machen.
Zum Beispiel können die Größe der implantierten Vorrichtungen und die davon ausgehenden Drähte die Patientenbewegung verringern oder wesentlich beschränken. Darüber hinaus können unvermeidliche Patientenbewegungen verursachen, dass sich die implantierte Vorrichtung verschiebt, was zu Patientenbeschwerden und möglicherweise zur Funktionsunfähigkeit der implantierten Vorrichtung führt. Folglich können korrigierende invasive Eingriffe notwendig sein, um die Vorrichtung innerhalb des Körpers neu zu positionieren, wobei das Risiko einer Infektion oder anderer Komplikationen weiter erhöht wird.
Außerdem erfordert eine implantierte Vorrichtung üblicherweise für den Betrieb eine Batterie, wobei die Batterien, falls die Vorrichtung für längere Zeitdauern innerhalb des Körpers verbleiben soll, ersetzt werden müssen, was zusätzliche Eingriffe erfordert, die zu weiteren Komplikationen führen können. Darüber hinaus erfordern bestimmte Anwendungen, dass die implantierten Vorrichtungen so weit wie möglich miniaturisiert sind, sodass sie genau in den menschlichen Körper implantiert werden können oder sodass eine Gruppe von ihnen innerhalb eines kleinen definierten Bereichs implantiert werden kann.
Die Veröffentlichung US20020198572 von Weiner beschreibt z. B. eine Vorrichtung zum Bereitstellen einer subkutanen elektrischen Stimulation. Die Vorrichtung ist sicher nützlich, da sie durch Stimulation peripherer Nerven eine Schmerzlinderung schafft und somit Eingriffe mit dem Ziel des Gehirns oder Zentralnervensystems (CNS) vermeidet. Allerdings ist die Vorrichtung voluminös und weist Drahtzuleitungen auf, die die Leistungsquellen mit der implantierten Elektrode verbinden.
Techniken wie etwa die in der US-Veröffentlichung 20030212440 von Boveja und in verwandten Patenten beschriebenen vermeiden das Problem des Batterieersatzes in einem Biostimulator unter Verwendung einer magnetischen Sendespule (HF-Sendungsspule), die über dem Gebiet des Körpers platziert wird, das die implantierten Elektroden enthält. Diese Spule empfängt über eine induktive Kopplung Leistung und Befehlssignale, um Stimulationsimpulse zum Aktivieren von Motoreinheiten zu erzeugen. Da die Vorrichtung keine Batterie enthält, wird die elektrische Leistung von dem extern erzeugten HF-Feld in der Sendespule abgeleitet. Allerdings ist die Vorrichtung spezifisch für den Stimulus des Hirnnervs ausgelegt und nicht allgemein anwendbar. Ferner besitzt die offenbarte Vorrichtung immer noch ein wesentliches Implantatbauelement mit Zuleitungen, die die Elektroden (entlang des Hirnnervs) mit dem implantierten Stimulusempfänger (in der Brust) verbinden.
Ein anderer Zugang wird in Vorrichtungen befolgt, die ähnlich jenen sind, die in der US-Veröffentlichung 20030212440 von Boveja beschrieben sind, die unter dem Warenzeichen BION^® gemacht wurden und gegenwärtig für die Behandlung der Harninkontinenz und von Kopfschmerzen in klinischen Studien sind. Die BION^®-Einheiten sind recht groß, im Bereich von etwa 2 mm × 10 mm × 2 mm (Dicke), wobei wesentlich kleinere Ausführungsformen für die Implantation bevorzugt sind. Darüber hinaus müssen BION^®-Einheiten hermetisch abgedichtet sein, um die Spulen vor den schädigenden Wirkungen von Wasser und anderen Körperfluiden zu schützen. Außerdem erfordern BION^®-Einheiten verhältnismäßig hohe Pegel extern angelegter HF-Leistung (häufig > 1 Watt), um die höheren Stimulusströme bereitzustellen, die für ihren Hauptzweck zum aktiven Stimulieren einzelner Muskeln oder Muskelgruppen notwendig sind.
Die US-Veröffentlichung 20050137652 von Cauller u. a. schafft kleine, drahtlose Nervenstimulatoren. In dieser offenbarten Vorrichtung besitzen eine Mehrzahl von Einkanalelektroden eine Schnittstelle mit Zellmaterie und ermöglichen somit, dass kleinere Vorrichtungen verwendet werden, ohne Wirksamkeit zu opfern. Da das subdermale Gewebe elektrische Signale leitet, können die kleinen Elektroden trotz der kleinen Größe der Vorrichtungen und der Entfernung von dem Nerv ein ausreichendes Signal bereitstellen, um Neuronen zu stimulieren.
Die US-Veröffentlichung 20060206162 von Wahlstrand u. a. beschreibt außerdem eine Vorrichtung, die mit einer Anordnung von Elektroden, die an der Rückseite des Halses an der Hautoberfläche befestigt sind, zu transkutanen Stimulationen fähig ist. Allerdings enthält diese Vorrichtung innerhalb des Gehäuses eine Batterie und ist immer noch recht groß.
VeriChip^® ist der erste von der FDA zugelassene in den Menschen implantierbare RFID-Mikrochip. Die Vorrichtung etwa von der doppelten Länge eines Reiskorns ist in Glas gekapselt (um die inneren Bauelemente gegenüber dem Körper abzudichten) und wird über dem Bereich des Trizeps am rechten Arm einer Person implantiert. Wenn der VeriChip^® mit der richtigen Frequenz abgetastet wird, antwortet er mit einer eindeutigen sechzehnstelligen Zahl, die den Nutzer für Identifizierungszwecke, für den Krankenaktenzugriff und zu anderen Zwecken mit in einer Datenbank gespeicherten Informationen korrelieren kann. Die Daten werden nicht verschlüsselt, was schwere Privatsphärebedenken verursacht, und es gibt gewisse Hinweise darauf, dass die Vorrichtungen bei Mäusen Krebs verursachen können.
Die klinische Funktion einer elektronischen Vorrichtung wie etwa eines Mikrotransponders, von Herzschrittmacherzuleitungen, von Neurostimulationszuleitungen oder von anderen elektrischen Zuleitungen hängt davon ab, dass die Vorrichtung einen engen anatomischen Kontakt mit dem Zielgewebe (üblicherweise Nerven- oder Muskelgewebe) aufrechterhalten kann. Alle in den Körper implantierten Fremdsubstanzen unterliegen einer Fremdkörperreaktion von den umgebenden Wirtsgeweben. Der Körper erkennt das Implantat als fremd, was eine Entzündungsreaktion auslöst, worauf die Kapselung des Implantats mit Faserbindegewebe (oder Gliagewebe – Gliose genannt – wenn in dem Zentralnervensystem) folgt. Aus der Verletzung an den anatomischen Strukturen und an dem Gewebe, die das Implantat umgeben, während der Implantation der Vorrichtung kann sich ebenfalls eine Vernarbung (Fibrose oder Gliose) ergeben. Schließlich kann nach einer erfolgreichen Implantation eine Faserkapselung der Vorrichtung auftreten, falls die Vorrichtung manipuliert wird (einige Patienten befingern ein subdermales/subkutanes Implantat ständig) oder durch die täglichen Aktivitäten des Patienten gereizt wird.
Wenn um die implantierte Vorrichtung eine Vernarbung auftritt, verschlechtern sich die elektrischen Charakteristiken der Elektrode-Gewebe-Grenzfläche und kann die Funktion der Vorrichtung auf klinisch signifikante Weise ausfallen. Zum Beispiel kann zusätzlicher elektrischer Strom von der Zuleitung erforderlich sein, um den zusätzlichen Widerstand, der durch die dazwischenliegende Narbe auferlegt wird, zu überwinden. Einer der beobachteten Fehler des VeriChip^®-Entwurfs ist, dass er, da er mit dem umgebenden Gewebe integriert ist, erfordert, dass der Chirurg makellos gutes Fleisch chirurgisch entfernt.
ZUSAMMENFASSUNG
Es gibt Vorteile für die Verwendung noch kleinerer, zuverlässigerer drahtloser implantierbarer Vorrichtungen und/oder Verfahren, die so ausgelegt sind, dass sie Nerven- oder andere biologische Störungen behandeln und die oben erwähnten Nachteile ansprechen, was die leichte Implantation und Entfernung enthält.
Eine Ausführungsform eines drahtlosen Mikrotransponders enthält eine Anordnung. Die Anordnung kann eine entfernbare verbundene Anordnung eingebetteter und verbundener Mikrotransponder umfassen, was die leichte Entfernung der Anordnung mit minimaler chirurgischer Invasion ermöglicht. Eine implantierbare Anordnung kann nach einer akuten Behandlung oder auch im Fall einer Störung oder Patientenparanoia leichter entfernt werden. Diese Erfindung kann eine einfachere Entfernung der tatsächlichen Mikrotransponder zulassen. In einigen Ausführungsformen kann der Entwurf eine Anordnung fest verbundener einzelner Mikrotransponder enthalten, sodass ein Chirurg eher auf die Anordnung als auf einzelne Mikrotransponder zugreifen und sie entfernen kann.
In verschiedenen Ausführungsformen schaffen die offenbarten Neuerungen einen oder mehrere wenigstens der folgenden Vorteile:

– Kleine Größe, die mehrere Stimuli innerhalb eines kleinen Bereichs zulässt.
– Leichtigkeit der Implantation, da die Anordnung die Implantation unter Verwendung einer Nadel zulässt.
– Leichtigkeit der Entfernung, da die feste Anordnung verbundener Mikrotransponder im Vergleich zu einzelnen Mikrotransponder leichter extrahiert werden kann.
– Verringerte invasive Eingriffe für Implantation und Entfernung.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die offenbarten Erfindungen werden anhand der beigefügten Zeichnung beschrieben, die wichtige beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung zeigt und die hiermit durch Bezugnahme in die Beschreibung integriert ist, wobei:
1 ein Funktionsschema eines vollständigen Mikrotransponders zum Abtasten und/oder Stimulieren der Nervenaktivität in Übereinstimmung mit den vorliegenden Neuerungen ist.
2 eine Veranschaulichung einer Laminarspiralmikrospule ist, die in der Konstruktion einer Mikrotransponderplattform zum Stimulieren der Nervenaktivität in Übereinstimmung mit den vorliegenden Neuerungen verwendet wird.
3 eine Veranschaulichung einer Laminarspiralmikrospule ist, die in Übereinstimmung mit den vorliegenden Neuerungen auf einem Substrat galvanisch beschichtet worden ist.
4 eine Veranschaulichung eines Stromlaufplans für einen drahtlosen Mikrotransponder, der für die unabhängige Selbstauslöseoperation (asynchrone Stimulation) ausgelegt ist, in Übereinstimmung mit den vorliegenden Neuerungen ist.
5 mehrere graphische Darstellungen bietet, die zusammenfassen, wie die Stimulusfrequenz, die Stimulusstromspitzenamplitude und die Stimulusimpulsdauer eines drahtlosen Mikrotransponders unter verschiedenen Vorrichtungseinstellungen und Eingabebedingungen externer HF-Leistung in Übereinstimmung mit den vorliegenden Neuerungen variieren.
6 eine Veranschaulichung eines Stromlaufplans für einen drahtlosen Mikrotransponder mit einem Demodulator für ein externes Auslösesignal zum Synchronisieren der gelieferten Stimuli mit einer Mehrzahl weiterer drahtloser Mikrotransponder in Übereinstimmung mit den vorliegenden Neuerungen ist.
7 ein Diagramm ist, das die Demodulation eines Auslösesignals einer externen Unterbrechung durch Differentialfilterung in Übereinstimmung mit den vorliegenden Neuerungen veranschaulicht.
8 mehrere graphische Darstellungen bietet, die die Ergebnisse von Tests eines drahtlosen Mikrotransponders (mit einem Demodulatorelement für die Auslösung einer externen Unterbrechung) unter verschiedenen Vorrichtungseinstellungen und Bedingungen der Stärke der externen HF-Leistung in Übereinstimmung mit den vorliegenden Neuerungen zusammenfassen.
9A eine Veranschaulichung eines Einsatzes mehrerer drahtloser Mikrotransponder, die überall in subkutanen Gefäßbetten und Nervus-Terminalis-Feldern verteilt sind, in Übereinstimmung mit den vorliegenden Neuerungen ist.
9B eine Veranschaulichung eines Einsatzes drahtloser Mikrotransponder, um eine Kopplung mit tiefen Mikrotransponderimplantaten zu ermöglichen, in Übereinstimmung mit den vorliegenden Neuerungen ist.
9C eine Veranschaulichung eines Einsatzes drahtloser Mikrotransponder, um die Kopplung mit tiefen Nervenmikrotransponderimplantaten zu ermöglichen, in Übereinstimmung mit den vorliegenden Neuerungen ist.
10 eine Veranschaulichung ist, wie drahtlose Mikrotransponder unter Verwendung einer abgeschrägten rechteckigen Nadel für die subkutane Injektion in Übereinstimmung mit den vorliegenden Neuerungen eingesetzt werden können.
10A eine Veranschaulichung der vorliegenden Neuerung für den Einsatz verbundener Mikrotransponder ist, die unter Verwendung einer abgeschrägten rechteckigen Nadel für die subkutane Injektion eingesetzt werden.
11 eine Veranschaulichung einer Herstellungsfolge für drahtlose Mikrotransponder vom Spiraltyp in Übereinstimmung mit den vorliegenden Neuerungen ist.
12A eine perspektivische Ansicht der Grundausführungsform einer Anordnung zeigt.
12B eine Seitenansicht der Grundausführungsform einer Anordnung zeigt.
12C eine Draufsicht der Grundausführungsform einer Anordnung zeigt.
13A eine perspektivische Ansicht einer Anordnung zeigt, die durch Fenster in der Anordnung freiliegende Elektroden umfasst.
13B eine Seitenansicht einer Anordnung zeigt, die durch Fenster in der Anordnung freiliegende Elektroden umfasst.
13C eine Draufsicht einer Anordnung zeigt, die durch Fenster in der Anordnung freiliegende Elektroden umfasst.
14A eine perspektivische Ansicht einer Anordnung zeigt, die einen ionendurchlässigen Streifen umfasst.
14B eine Seitenansicht einer Anordnung zeigt, die einen ionendurchlässigen Streifen umfasst.
14C eine Draufsicht einer Anordnung zeigt, die einen ionendurchlässigen Streifen umfasst.
15A eine perspektivische Ansicht einer geschlitzten Anordnung zeigt.
15B eine Seitenansicht der geschlitzten Anordnung zeigt.
15C eine Draufsicht der geschlitzten Anordnung zeigt.
16A eine perspektivische Ansicht einer Anordnung zeigt, die von einer Hüllmatrix umgeben ist.
16B eine Seitenansicht einer Anordnung zeigt, die von einer Hüllmatrix umgeben ist.
16C eine Draufsicht einer Anordnung zeigt, die von einer Hüllmatrix umgeben ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVERZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die zahlreichen innovativen Lehren der vorliegenden Anmeldung werden mit besonderem Bezug auf die derzeit bevorzugte Ausführungsform (beispielhaft und nicht als Beschränkung) beschrieben.
Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind auf die Miniaturisierung minimalinvasiver drahtloser Mikroimplantate gerichtet, die ”Mikrotransponder” genannt werden, die klein genug sein können, um zu ermöglichen, dass zahlreiche unabhängige Mikrotransponder unter einem Quadratzoll Haut implantiert werden, um eine Menge biologischer Signale abzutasten oder eine Vielzahl von Gewebereaktionen zu stimulieren. Die Mikrotransponder können ohne implantierte Batterien oder Drähte arbeiten, indem sie elektromagnetische Leistung von biegsamen Spulen empfangen, die auf der Oberfläche der darüber liegenden Haut platziert sind. Der Mikrotransponderentwurf beruht auf Hochfrequenzidentifizierungsvorrichtungen (RFIDs) mit drahtloser Technologie.
Die vorliegende Anmeldung offenbart neue Zugänge zu Verfahren und Vorrichtungen zur Schaffung minimalinvasiver drahtloser Mikrotransponder, die subkutan implantiert und zum Abtasten einer Menge biologischer Signale und/oder zum Stimulieren einer Vielzahl von Gewebereaktionen konfiguriert werden können. Die Mikrotransponder enthalten miniaturisierte Mikrospulen, die unter Nutzung neuer Herstellungsverfahren gebildet werden, und weisen vereinfachte Schaltungsentwürfe auf, die die Gesamtgröße der Mikrotransponder minimieren. Die mit dieser drahtlosen Mikrotranspondertechnologie ermöglichte beispiellose Miniaturisierung minimalinvasiver biomedizinischer Implantate würden neue Formen der verteilten Stimulation oder der Abtastung mit hoher Auflösung unter Verwendung von Mikroimplantaten, die so klein sind, dass Implantationsdichten von 100 pro Quadratzoll Haut möglich sind, ermöglichen.
Die Einfachheit der Mikrotransponder ermöglicht äußerste Miniaturisierung und lässt zu, dass viele Mikrotransponder, üblicherweise durch verhältnismäßig nichtinvasive Injektionstechniken, in einen gegebenen Bereich implantiert werden. Die Mikrotransponder sind biologisch kompatibel und vermeiden somit die Notwendigkeit des Abdichtens der Vorrichtungen (wie bei dem VeriChip^®) und tragen weiter zu kleiner Größe bei. Es sind viele biologisch kompatible Materialien und Beschichtungen wie etwa Gold, Platin, SU-8, Teflon^®, Polyglycerine oder hydrophile Polymere wie etwa Polyethylenglycol (PEG) bekannt. Außerdem können viele Materialien biologisch kompatibel gemacht werden, indem die Oberfläche passiviert wird, um sie reaktionslos zu machen. In einigen Ausführungsformen kann der Mikrotransponder eine wanderungshemmende Beschichtung wie etwa ein poröses Polypropylenpolymer enthalten, um eine Wanderung von der Implantationsstelle weg zu verhindern. Allerdings zeigen Experimente bisher, dass die unbeschichteten Vorrichtungen nicht wandern. Diese kleinen Vorrichtungen schweben unabhängig in dem Gewebe und bewegen sich lediglich, während sich das Gewebe bewegt, und minimieren somit die Gewebeabstoßung und -kapselung und maximieren die Langlebigkeit und die Effektivität.
Die drahtlose RFID-Technologie umfasst die magnetische Nahfeldkopplung zwischen zwei einfachen Spulen, die auf Resonanz bei derselben Frequenz abgestimmt sind (oder eine Oberschwingung aufweisen, die zu einer Oberschwingung oder zu der Grundfrequenz der anderen Spule passt). Überall in diesem Dokument enthalten Bezugnahmen auf die Abstimmung zweier Spulen auf die ”selbe Frequenz”, dass die Frequenzen der Spulen bei der Grundfrequenz und/oder bei Oberschwingungsfrequenzen angepasst sind.
Elektromagnetische Hochfrequenzleistung (HF-Leistung), die an eine dieser Spulen angelegt wird, erzeugt in dem Raum um diese Leistungsspule ein Feld. In irgendeiner fernen Spule, die innerhalb dieses Leistungsfelds platziert ist, kann fern elektrische Leistung induziert werden, solange die ferne Spule richtig abgestimmt ist, sodass sie mit derselben Frequenz wie die Leistungsspule in Resonanz ist.
In dem Mikrotransponder kann eine miniaturisierte spiralförmige Mikrospule verwendet werden, die für die Nahfeldinduktion optimiert ist. Die Mikrospule enthält ein nicht leitendes Substrat, eine leitende Spule und eine Photoresistschicht, die über der leitenden Spule strukturiert ist, wobei die Mikrospule auf dem nicht leitenden Substrat galvanisch beschichtet ist. Die Mikrospule kann sowohl zum Empfangen als auch zum Senden drahtloser Signale wie etwa eines drahtlosen Leistungs- oder drahtlosen Datensignals verwendet werden.
Leistung kann unter Verwendung der Nahfeldkopplung extern geliefert werden, um über einen PDA-artigen programmierbaren Controller, der zulässt, dass der Nutzer die elektrischen Parameter nach Bedarf für eine gegebene physiologische Bedingung steuert, eine Elektrostimulation zu liefern. Nahfeldkopplung bedeutet, dass der externe Treiber nahe bei dem Mikrotransponder (z. B. etwa 1 cm entfernt) sein muss, wobei aber durch Hinzufügen von Spulen oder Erhöhen der Größe (bis zu einem gewissen Punkt) eine erhöhte Entfernung erzielt werden kann. Schutz vor Störung mit anderen externen HF-Quellen wird teilweise durch die kurze Entfernung zwischen der Leistungsquelle und dem Mikrotransponder erzielt, wobei aber die Verwendung einer ausgewählten Frequenz und einer verschlüsselten Verbindung zwischen dem externen und dem internen System die Möglichkeit der Implantataktivierung durch fremde HF-Quellen weiter verringert.
Ein selbstauslösender drahtloser Mikrotransponder kann verwendet werden, um eine asynchrone Elektrostimulation bereitzustellen. Der Mikrotransponder dieser Ausführungsform enthält ein Resonatorelement, ein Gleichrichterelement, ein Stimulusspannungselement, ein Stimulusentladeelement und eine leitende Elektrode. Der Mikrotransponder ist so konfiguriert, dass er einen elektrischen Stimulus mit einer Wiederholungsrate, die durch die Stärke des extern angelegten HF-Leistungsfelds gesteuert wird, entlädt.
Ein drahtloser Mikrotransponder mit einem Demodulatorelement für ein äußeres Auslösesignal kann zur Bereitstellung einer synchronisierten Elektrostimulation verwendet werden. Der Mikrotransponder dieser Ausführungsform enthält ein Resonatorelement, ein Gleichrichterelement, ein Demodulatorelement für einen externen Auslöseimpuls, ein Stimuluszeitgeberelement, ein Stimulustreiberelement und eine leitende Elektrode. Das Demodulatorelement für den externen Auslöseimpuls ist zum Empfangen eines Auslösesignals von einem externen Hochfrequenzleistungsfeld (HF-Leistungsfeld) konfiguriert. Das Stimulustreiberelement ist zum Entladen eines elektrischen Stimulus, wenn das Demodulatorelement für den externen Auslöseimpuls das Auslösesignal empfängt, konfiguriert.
1 ist ein Funktionsschema eines vollständigen Mikrotransponders zum Abtasten und/oder Stimulieren der Nervenaktivität in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform. Die Schaltung ist für die abhängige Auslöseoperation (synchrone Stimulation) ausgelegt. Die Schaltung 10 enthält elektrische Bauelemente, die als elektrische Schnittstelle mit Neuronen peripherer Nerven ausgelegt sind. Ferner enthält die Schaltung 10 elektrische Bauelemente, die ermöglichen, dass der Mikrotransponder mit gegenüber dem Mikrotransponder externen Systemen in drahtlose Wechselwirkung tritt. Diese Systeme können andere in den Körper implantierte Transponder oder externe Spulen und/oder einen Empfänger enthalten. Die drahtlosen Fähigkeiten der Schaltung 10 ermöglichen die Lieferung elektrischer Signale zu und/oder von den peripheren Nerven. Diese enthalten elektrische Signale, die Nervenspitzensignale und/oder zum Stimulieren überall in dem subkutanen Gewebe verteilter peripherer Nerven konfigurierte Signale angeben.
Dementsprechend enthält die Schaltung 10 die um eine Mittelachse 12 gewickelte Mikrospule 22. Die Mikrospule 22 ist zu einem Kondensator 11 und über einen Schalter 15 zu einem HF-Identitätsmodulator 17 parallelgeschaltet. Der HF-Identitätsmodulator 17 ist mit einem HF-Identitäts und HF-Auslöseimpulsdemodulator 13 gekoppelt, der wiederum mit einem Gleichrichter 14 gekoppelt ist. Der Gleichrichter 14 ist mit einem Spitzensensorauslöser 16 und mit einem Stimulustreiber 20 gekoppelt. Der Gleichrichter 14 und der Spitzensensor 16 sind beide zu einem Kondensator 18 parallelgeschaltet. Außerdem ist der Spitzensensor 16 mit einer Nervenspitzenelektrode 19 gekoppelt und verbindet dadurch elektrisch den Spitzensensor 16 mit Nervenleitungsgewebe (Neuronen). Ähnlich verbindet die Nervenstimuluselektrode 21 den Stimulustreiber 20 mit Nervenleitungsgewebe (Axonen). Der Spitzensensor 16 besteht aus einem oder aus mehreren Sperrschicht-Feldeffekttransistoren (JFET). Wie der Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet würdigen wird, kann der JFET Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs) enthalten.
Die Sensoren, Treiber und anderen elektronischen Bauelemente, die in der vorliegenden Anmeldung beschrieben sind, können unter Verwendung von Standard-Hochintegrations oder Höchstintegrationsverfahren (VLSI-Verfahren) hergestellt werden. Ferner ist der Spitzensensor 16 mit dem HF-Identitätsmodulator 17 gekoppelt, der so ausgelegt ist, dass er ein ankommendes/HF-Trägersignal in Reaktion auf durch den Spitzensensor 16 erfasste Nervenspitzensignale moduliert. In einer Ausführungsform können die Nervenelektroden (d. h. die Nervenspitzenelektrode 19 und die Nervenstimuluselektrode 21), mit denen der Spitzensensor 16 bzw. der Stimulustreiber 20 verbunden ist, gebündelt und als Schnittstelle mit dem Nervenleitungsabschnitt (Axonenabschnitt) eines peripheren Nervs konfiguriert sein.
Eine wie durch 1 gezeigte Konfiguration der obigen Bauelemente ermöglicht, dass der Mikrotransponder als eine autonome drahtlose Einheit arbeitet, die durch periphere Nerven erzeugte Spitzensignale erfassen und diese Signale zur Weiterverarbeitung an externe Empfänger weiterleiten kann. Selbstverständlich führt der Mikrotransponder diese Operationen aus, während er durch externe elektromagnetische HF-Signale mit Leistung versorgt wird. Die oben erwähnten Fähigkeiten werden durch die Tatsache erleichtert, dass Magnetfelder nicht leicht durch menschliches Gewebe gedämpft werden. Dies ermöglicht, dass die elektromagnetischen HF-Signale ausreichend in den menschlichen Körper eindringen, sodass Signale durch den Mikrotransponder empfangen und/oder gesendet werden können. Mit anderen Worten, die Mikrospule 22 ist für die magnetische Wechselwirkung mit dem HF-Feld, dessen Magnetfluss innerhalb des von der Mikrospule 22 umgebenden Raums schwankt, ausgelegt und konfiguriert. Da die Mikrospulen 22 Leiter sind, setzen sie die Schwankungen des Magnetflusses des externen HF-Felds in elektrische Wechselströme um, die innerhalb der Mikrospule 22 und der Schaltung 10 fließen. Der Wechselstrom wird z. B. in den Gleichrichter 14 geleitet, der den Wechselstrom in Gleichstrom umsetzt. Der Gleichstrom kann daraufhin zum Laden des Kondensators 18 verwendet werden, wodurch eine Potentialdifferenz über den JFET des Spitzensensors 16 erzeugt wird.
In einer beispielhaften Ausführungsform kann ein Gate des Spitzensensor-16-JFET über die Nervenspitzenelektrode 19 mit dem Nervenübertragungsgewebe (Neuronen) gekoppelt sein. Das Gate des Spitzensensor-16-JFET kann so gewählt sein, dass es eine Schwellenspannung aufweist, die innerhalb eines Spannungsbereichs jener durch die Nervenaxonen erzeugten Signale liegt. Auf diese Weise wird das Gate des Spitzensensors 16 während Spitzenphasen der Nervenaxonen offen, wodurch die Schaltung 10 schließt. Wenn die Schaltung 10 schließt, erzeugt das externe elektromagnetische HF-Feld eine LC-Antwort in der gekoppelten Induktionsspule 22 und dem Kondensator 18, die daraufhin mit dem externen elektromagnetischen HF-Feld in Resonanz gelangen, wobei ihre Resonanz an die Modulationsfrequenz des elektromagnetischen HF-Felds angepasst ist. Die LC-Charakteristik der Schaltung 10 sowie die Schwellenspannung des Gates des Spitzensensor-16-JFET können so gewählt werden, dass innerhalb der gekoppelten Mikrospule (d. h. der Induktionsspule) 22 und des Kondensators 18 eine eindeutige Modulation bestimmt wird, wodurch ein Identifikationssignal für den Mikrotransponder bereitgestellt wird. Dementsprechend stellt der Spitzensensor-16-JFET für den HF-Identitätsmodulator 17 ein eindeutiges Auslösesignal zum Erzeugen gewünschter HF-Signale bereit. Das Identitätssignal kann das Wesen der Nervenaktivität in der Nähe des Mikrotransponders sowie den Ort der Nervenaktivität innerhalb des Körpers, wie er aus der spezifizierten identifizierten Mikrotransponderposition abgeleitet wird, angeben.
Es sollte gewürdigt werden, dass die HF-Fähigkeiten, wie oben in Bezug auf die Schaltung 10 diskutiert wurde, den Mikrotransponder zu einer passiven Vorrichtung machen können, die mit ankommenden HF-Trägersignalen reagiert. Das heißt, die Schaltung 10 emittiert nicht aktiv irgendwelche Signale, sondern reflektiert und/oder streut vielmehr die elektromagnetischen Signale der HF-Trägerwelle, um Signale mit einer spezifischen Modulation bereitzustellen. Dabei entnimmt die Schaltung 10 Leistung aus einer Hochfrequenz-Trägerwelle (HF-Trägerwelle), um die elektrischen Bauelemente, die die Schaltung 10 bilden, mit Leistung zu versorgen.
Obgleich die in 1 veranschaulichten oben erwähnten Bauelemente verwendet werden können, um in Reaktion auf durch periphere Nerven erzeugte Spitzensignale Signale von dem Mikrotransponder zu empfangen, können andere Bauelemente der Schaltung 10 des Mikrotransponders Bauelemente zum Stimulieren der peripheren Nerven unter Verwendung der externen HF-Signale enthalten. Zum Beispiel können die durch die Mikrospule 22 empfangenen HF-Signale über den HF-Identitäts und HF-Auslöseimpulsdemodulator 13 in elektrische Signale umgesetzt werden, um ausreichend Strom und Spannung für die Stimulation der peripheren Nerven bereitzustellen. Somit leitet der HF-Identitäts und HF-Auslöseimpulsdemodulator 13 Leistung von einem HF-Trägersignal ab, um den Stimulustreiber 20 mit Leistung zu versorgen, der elektrische Signale liefert, die für die Stimulation von Nervenleitungsgewebe (Axonen) geeignet sind. Dies kann verwendet werden, um Nerven zu behandeln, die beschädigt sind oder die auf andere Weise physiologisch mangelhaft sind. Wegen des Wesens des Identifikationssignals kann ein Mikrotransponder wahlweise aktiviert werden, um eine Elektrostimulation bereitzustellen.
Selbstverständlich kann die Minimalgröße für die Mikrotransponder in bestimmten Ausführungsformen durch die Größe der für die Leistungsinduktion verantwortlichen Mikrospule und zweitens durch die Größe der für die Abstimmung der Leistungsspeicherung und Zeitgebung notwendigen Kondensatoren beschränkt sein. Tatsächlich können Mikrospulenentwürfe mit einem Durchmesser von weniger als 1 Millimeter und nur einige Mikrometer dick ausreichend drahtlose Leistung bereitstellen, um die die komplexen integrierten Schaltungen, die viel kleiner als diese Spulen sein können, zu betreiben. Die Kombination der anspruchsvollen Funktionalität mikroelektronischer Chips mit der drahtlosen Leistungsfähigkeit dieser Mikrospulen erzeugt die kleinstmöglichen minimalinvasiven Implantate in Form winziger Flecken so klein wie ~0,1 mm dick und ~1 mm breit. Diese Größen- und Leistungsvorteile ermöglichen es, zu dem kleinsten Transponder verhältnismäßig komplexe Digitalelektronik hinzuzufügen.
2 ist eine Veranschaulichung einer Laminarspiralmikrofolien-Leistungsschaltung, die in der Konstruktion einer Mikrotransponderplattform zur Stimulation der Nervenaktivität in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform verwendet wird. Wie hier gezeigt ist, enthält der Mikrotransponder eine Laminarspiralmikrospule (L_T) 202, die mit einem Kondensator (C_T) 204 gekoppelt ist, der wiederum mit einem Mikroelektronikchip 206 gekoppelt ist. Der Mikroelektronikchip 206 enthält ein Leistungskondensatorelement 208, das mit einem Kondensatorelement (C_DUR-Element) 210 gekoppelt ist, das wiederum mit einem Nervenstimulationschipelement 212 gekoppelt ist. In einer beispielhaften Ausführungsform der Mikrotransponderplattform ist die Mikrospule nicht mehr als 500 μm lang mal 500 μm breit und beträgt die kombinierte Dicke der Laminarspiralmikrospule (L_T) 202, des Kondensators (C_T) 204 und des Mikroelektronikchips 206 nicht mehr als 100 μm.
3 ist eine Veranschaulichung einer Laminarspiralmikrospule, die auf einem Substrat galvanisch beschichtet ist, in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform. Wie in der Zeichnung gezeigt ist, sind anfangs Stromleitungen 302 in einem engen Spiralmuster auf einem nicht reagierenden Substrat (z. B. Glas, Silicium usw.) galvanisch beschichtet. In einer Ausführungsform kann die Laminarspiralmikrospule Stromleitungen 302 enthalten, die etwa 10 μm breit sind, wobei der Abstand 304 zwischen den Stromleitungen auf etwa 10 μm eingestellt ist. In einer weiteren Ausführungsform kann die Laminarspiralmikrospule Stromleitungen 302 enthalten, die etwa 20 μm breit sind, wobei der Abstand 304 zwischen den Stromleitungen 302 auf etwa 20 μm eingestellt ist. Allerdings können die Breiten der Stromleitung 302 und der Leiterabstand 304 zwischen ihnen selbstverständlich auf irgendeinen Wert eingestellt sein, solange die resultierende Mikrospule für die gewünschte Anwendung den gewünschten induzierten Strom erzeugen kann.
Eine Platin-Iridium-Legierung ist das bevorzugte Galvanisiermaterial zum Bilden der Stromleitungen 302. Weitere akzeptable Leiter, die zum Bilden der Stromleitungen 302 genutzt werden können, sind Gold oder Platin.
In bestimmten Ausführungsformen wird dann, wenn die Spiralmikrospule auf dem Substrat galvanisch beschichtet worden ist, auf den Mikrospulen eine Schicht auf Polymergrundlage rotationsbeschichtet, um eine Schutzschicht gegen Korrosion und Zerfall nach der Implantation bereitzustellen. Langzeitstudien an Tieren mit SU-8-Implantaten haben die Biokompatibilität des Kunststoffs SU-8 nachgewiesen, indem sie gezeigt haben, dass diese SU-8-Implantate ohne Anzeichen einer Gewebereaktion oder Materialverschlechterung für die Dauer dieser Studien funktional geblieben sind. Somit umfasst die Schicht auf Polymergrundlage üblicherweise einen Kunststoff SU-8 oder eines äquivalenten Typs mit einer Dicke von näherungsweise 30 μm.
4 ist eine Veranschaulichung eines Stromlaufplans für einen drahtlosen Mikrotransponder, der für einen unabhängigen Selbstauslösebetrieb (asynchrone Stimulation) ausgelegt ist, in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform. Wie der Stromlaufplan zeigt, enthält der selbstauslösende Mikrotransponder ein Resonatorelement 404 (d. h. ”Parallelschwingkreis”), ein Gleichrichterelement 406, ein Stimulusspannungselement 408, ein Stimulusentladeelement 410 und eine oder mehrere Elektroden 412. Das Resonatorelement 404 enthält ein Spulenbauelement (L_T-Bauelement) 403, das mit einem Kondensatorbauelement (C_T-Bauelement) 407 gekoppelt ist. Das Resonatorelement 404 ist so konfiguriert, dass es mit einer genauen Frequenz, die von den Werten dieser beiden Bauelemente (d. h. des Spulenbauelements 403 und des Kondensatorbauelements 407) abhängt, wie in Gleichung 1 beschrieben oszilliert: F_res = I/(2π√LC)
Das Resonatorelement 404 ist mit dem Gleichrichterelement 406 gekoppelt, das wiederum mit dem Stimulusspannungselement 408 und mit dem Stimulusentladeelement 410 gekoppelt ist. Das Gleichrichterelement 406 und das Stimulusspannungselement 408 sind beide zu einem Kondensator 411 parallelgeschaltet. Außerdem ist das Stimulusentladeelement 410 mit Elektroden 412 gekoppelt, wodurch das Stimulusentladeelement 410 mit Nervenleitungsgewebe (Axonen) elektrisch verbunden ist. Es sollte gewürdigt werden, dass in bestimmten Ausführungsformen unmittelbar nach dem Gleichrichterelement 406 ein Spannungserhöhungsbauelement (nicht gezeigt) eingefügt sein kann, um die für die Stimulation und für den Betrieb der integrierten Elektronik verfügbare Versorgungsspannung über die durch den miniaturisierten LC-'Parallelschwing'kreis 404 hinaus erzeugten Grenzwerte zu erhöhen. Diese Spannungserhöhungsschaltung kann unter Verwendung der kleinstmöglichen LC-Bauelemente, die zu kleine Spannungen (< 0,5 V) erzeugen können, eine Elektrostimulation und andere Mikrotransponderoperationen ermöglichen. Beispiele hocheffizienter Spannungserhöhungsschaltungen enthalten Ladungspumpen und Schalterhöhungsschaltungen, die Schottky-Dioden mit niedrigem Schwellenwert verwenden. Allerdings kann in dieser Kapazität selbstverständlich irgendein Typ einer herkömmlichen hocheffizienten Spannungserhöhungsschaltung genutzt werden, solange sie die Für die bestimmte Anwendung des Mikrotransponders erforderliche Spannung erzeugen kann.
In dieser Schaltungskonfiguration kann der selbstauslösende Mikrotransponder einen bistabilen Siliciumschalter 416 nutzen, um zwischen der Ladephase, die auf dem Stimuluskondensator 411 eine Ladung aufbaut, und der Entladephase, die durch Schließen des Zustands des Schalters 416 zum Entladen des Kondensators 411 über die Stimuluselektroden 412 ausgelöst werden kann, wenn die Ladung die gewünschte Stimulationsspannung erreicht, zu oszillieren. Zum Regulieren der Stimulusfrequenz durch Begrenzen der Laderate wird ein einzelner Widerstand 413 verwendet. Die Durchbruchspannung einer einzelnen Zenerdiode 405 ist so konfiguriert, dass sie durch Entladen des Stroms und Auslösen des Schließens des Schalters 416, was den Kondensators 411 auf die Elektroden 412 (Gold oder Platin-Iridium-Legierung) entlädt, wenn sie die Stimulationsspannung erreicht, die gewünschte Stimulusspannung einstellt. Obgleich Anfangs Gold als das bevorzugte Elektrodenmaterial angesehen wurde, wurde erkannt, dass sich bei der Langzeitimplantation Goldsalzablagerungen bilden und eine Mikrobatterie bilden könnten, die das Stimulussignal stört. Für einige Anwendungen bleibt Gold ein realisierbares Elektrodenmaterial, wobei aber für Langzeit-Daueranwendungen eine Platin-Iridium-Legierung als die bevorzugte Ausführungsform angesehen wird. Platin ist ein weiteres akzeptables Elektrodenmaterial.
Die Stimulusspitzenamplitude und -dauer sind unabhängig von der angelegten HF-Leistungsstärke weitgehend durch den effektiven Gewebewiderstand (z. B. Haut 414, Muskel, Fett usw.) bestimmt. Allerdings kann das Erhöhen der HF-Leistung die Stimulationsfrequenz erhöhen, indem die zum Aufladen auf die Stimulusspannung erforderliche Zeit verringert wird.
Der selbstauslösende Mikrotransponder arbeitet ohne Taktsignale von der HF-Leistungsquelle (HF-Leistungsspule) 402 und ”löst” die wiederholte Stimulation unabhängig ”selbst aus”. Im Ergebnis ist die durch eine Mehrzahl solcher selbstauslösender Mikrotransponder erzeugte Stimulation in Abhängigkeit von der durch jede Transponderschaltung 404 induzierten effektiven Transponderspannung von einem Stimulator zu einem anderen in Bezug auf die Phase asynchron und in Bezug auf die Frequenz etwas veränderlich. Obgleich sie für diese Technologie einzigartig ist, gibt es keinen Grund vorherzusagen, dass die verteilte asynchrone Stimulation weniger wirksam als die synchrone Stimulation wäre. Tatsächlich kann eine solche asynchrone Stimulation wahrscheinlicher die Art ungeordneter ”Stifte und Nadeln” oder ”erregt zitternde” Empfindungen der Parästhesie hervorrufen, die Stimulationsverfahren zugeordnet sind, die Schmerzsignale am effektivsten blockieren.
5 zeigt mehrere graphische Darstellungen, die veranschaulichen, wie Stimulusfrequenzen, Stimulusstromspitzenamplituden und Stimulusimpulsdauern drahtloser Mikrotransponder gemäß verschiedenen Vorrichtungseinstellungen und Bedingungen der Eingabe der externen HF-Leistung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform variieren. In der ersten graphischen Darstellung 502 ist die externe HF-Leistungseingabe auf 5 mW eingestellt, was zu einer Stimulusfrequenz von 4 Hz führt. Wie zuvor diskutiert wurde, ist die Stimulusfrequenz eine Funktion der HF-Leistung, da sie direkt die Zeit beeinflusst, die das Aufladen auf die Stimulusspannung dauert. Diese direkte Beziehung zwischen HF-Leistung und Stimulusfrequenz ist deutlich in der graphischen Darstellung 502 im Vergleich zur graphischen Darstellung 504 zu sehen, wo die externe HF-Leistung von 5 mW auf 25 mW ansteigt, was zu einer wesentlichen Erhöhung der Stimulusfrequenz von 4 Hz auf 14 Hz führt. Allerdings sind dies selbstverständlich lediglich Beispiele dafür, wie sich die HF-Leistungseingabeeinstellungen auf die Stimulusfrequenz auswirken. In der Praxis können die Wirkungen der HF-Leistungseingabeeinstellung auf die Stimulusfrequenz in Abhängigkeit von der besonderen Anwendung (z. B. der Tiefe der Implantation, der Nähe störender Körperstrukturen wie etwa Knochen, Organe usw.) und der Vorrichtungseinstellungen verstärkt oder verringert sein.
Während die HF-Stärke die Stimulusfrequenz steuert, wird die Stimulusspannung üblicherweise durch das Transponderzenerdiodenelement gesteuert. Ferner ist die Wirkung der Stimulusspannung auf die Stimulusstromspitzenamplitude und auf die Impulsdauer durch die resistiven Eigenschaften des den Mikrotransponder umgebenden Gewebes bestimmt.
6 ist eine Veranschaulichung eines Stromlaufplans für einen drahtlosen Mikrotransponder mit einem Demodulatorelement für ein externes Auslösesignal zum Synchronisieren der gelieferten Stimuli mit einer Mehrzahl weiterer drahtloser Mikrotransponder in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform. Wie hier gezeigt ist, ist der Entwurf des drahtlosen Transponders aus 5 so geändert, dass er ein Demodulatorelement 608 für ein externes Auslösesignal enthält, sodass die Stimulusentladung durch ein Auslösesignal von einem externen HF-Leistungsfeld synchronisiert werden kann.
Die geänderte Schaltung enthält ein Resonatorelement 604, ein Gleichrichterelement 606, ein Demodulatorelement 608 für einen externen Auslöseimpuls, ein Stimuluszeitgeberelement 610, ein Stimulustreiberelement 611 und eine oder mehrere Elektroden 612. Das Resonatorelement 604 enthält ein Spulenbauelement (L_T) 601, das mit einem Kondensatorbauelement (C_T) 607 gekoppelt ist. Das Resonatorelement 604 ist so konfiguriert, dass es mit einer genauen Frequenz, die von dem Wert dieser zwei Bauelemente (d. h. des Spulenbauelements 601 und des Kondensatorbauelements 607) abhängt, wie in Gleichung 1 beschrieben oszilliert.
Das Resonatorelement 604 ist mit dem Gleichrichterelement 606 gekoppelt, das wiederum mit dem Demodulatorelement 608 für einen externen Auslöseimpuls, mit dem Stimuluszeitgeberelement 610 und mit dem Stimulustreiberelement 611 gekoppelt ist. Das Gleichrichterelement 606 und das Stimuluszeitgeberelement 608 sind beide zu dem Kondensator 607 parallelgeschaltet. Außerdem ist das Stimulustreiberelement 611 mit Elektroden 612 (Gold oder Platin-Iridium-Legierung) gekoppelt, wodurch das Stimulustreiberelement 611 mit Nervenleitungsgewebe (Axonen) elektrisch verbunden ist.
Es sollte gewürdigt werden, dass in bestimmten Ausführungsformen unmittelbar nach dem Gleichrichterelement 606 ein Spannungserhöhungsbauelement (nicht gezeigt) eingefügt sein kann, um die für die Stimulation und für den Betrieb der integrierten Elektronik verfügbare Versorgungsspannung über die durch den miniaturisierten LC-'Parallelschwing'kreis (d. h. das Spulenbauelements 601 und das Kondensatorbauelements 607) hinaus erzeugten Grenzwerte zu erhöhen. Diese Spannungserhöhungsschaltung kann unter Verwendung der kleinstmöglichen LC-Bauelemente, die eine zu kleine Spannung (< 0,5 V) erzeugen können, Elektrostimulation und andere Mikrotransponderoperationen ermöglichen. Beispiele hocheffizienter Spannungserhöhungsschaltungen enthalten Ladungspumpen und Schalterhöhungsschaltungen unter Verwendung von Schottky-Dioden mit niedrigem Schwellenwert. Allerdings kann in dieser Kapazität selbstverständlich irgendein geeigneter Typ einer herkömmlichen hocheffizienten Spannungserhöhungsschaltung genutzt werden, solange sie die für die besondere Anwendung, auf die der Mikrotransponder angewendet wird, erforderliche Spannung erzeugen kann.
Wie in 7 gezeigt ist, kann die (in 6 gezeigte) externe Synchronisationsauslöseschaltungskonfiguration ein Differentialfilterverfahren nutzen, um das Auslösesignal, das aus einer plötzlichen Leistungsunterbrechung 701 besteht, von dem langsameren Abfall der Transponderleistungsspannung 702 während der Unterbrechung abzutrennen. Insbesondere kann die Schaltungskonfiguration (in 6) in dem Stimuluszeitgeberelement 610 einen getrennten Kondensator (C_Dur) 605 nutzen, um die Stimulusdauer unter Verwendung eines monostabilen Multivibrators einzustellen. Die Stimulusstärke kann extern durch die Stärke des durch die externe HF-Leistungsspule 602 erzeugten angelegten HF-Leistungsfelds gesteuert werden. Da das HF-Leistungsfeld moduliert wird, werden die Zeiteinstellung und die Frequenz der Stimuli von allen Mikrotranspondern unter der HF-Leistungsspule 602 extern synchronisiert.
Unter Verwendung der (in 6 gezeigten) externen Synchronisationsauslöseschaltungskonfiguration ist der Grad der raumzeitlichen Steuerung komplexer Stimulationsmuster im Wesentlichen unbeschränkt. In bestimmten Ausführungsformen kann die Schaltungskonfiguration der externen Synchronisationsauslöseschaltung weiter so geändert sein, dass sie zum Demodulieren des eindeutigen Identitätscodes jedes Mikrotransponders konfiguriert ist. Dies ermöglicht im Wesentlichen die unabhängige Steuerung jedes Mikrotransponders über HF-Signale. Diese zusätzliche Fähigkeit kann ein Verfahren bereitstellen, um die raumzeitliche Dynamik zu vermitteln, die notwendig ist, um natürliche Empfindungen bei künstlichen Gliedmaßen wiederherzustellen oder neue Sinnesmodalitäten (z. B. das Fühlen von Infrarotbildern usw.) zu ermöglichen.
8 bietet mehrere graphische Darstellungen, die die Ergebnisse aus Tests eines drahtlosen Mikrotransponders (mit einem Demodulatorelement für die Auslösung einer externen Unterbrechung) unter verschiedenen Vorrichtungseinstellungen und Eingabebedingungen externer HF-Leistung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform zusammenfassen. In der ersten graphischen Darstellung 801 moduliert die externe HF-Leistungsspule das HF-Leistungsfeld, um eine erste Auslösesignaleinstellung zu übermitteln, die zu einer Stimulusfrequenz von 2 Hz führt. Wie zuvor diskutiert wurde, wird die Stimulusfrequenz durch ein Auslösesignal gesteuert, das erzeugt wird, wenn die HF-Leistungsspule das HF-Leistungssignal moduliert. Wie in der zweiten graphischen Darstellung 802 gezeigt ist, wo die Stimulusfrequenz gleich 10 Hz ist, hängt die Stimulusfrequenz somit direkt mit der HF-Leistungsfeld-Modulationsfrequenz zusammen.
Während die Stimulusfrequenz durch externe HF-Leistungsfeld-Modulationseinstellungen gesteuert wird, wird die Stimulusstromspitzenamplitude, wie in der dritten graphischen Darstellung 803 gezeigt ist, durch die HF-Leistungsstärkeeinstellung gesteuert. Das heißt, die Stimulusstromspitzenamplitude hängt direkt mit der HF-Leistungsstärkeeinstellung zusammen. Zum Beispiel erzeugt eine HF-Leistungsstärkeeinstellung von 1 mW eine Stimulusstromspitzenamplitude von 0,2 mA, erzeugt eine HF-Leistungsstärkeeinstellung von 2 mW eine Stimulusstromspitzenamplitude von 0,35 mA und erzeugt eine HF-Leistungsstärkeeinstellung von 4 mW eine Stimulusstromspitzenamplitude von 0,5 mA. Selbstverständlich sind dies aber nur Beispiele dafür, wie die HF-Leistungsstärkeeinstellung die Stimulusstromspitzenamplitude beeinflusst. In der Praxis können die Wirkungen der HF-Leistungsstärkeeinstellung auf die Stimulusstromspitzenamplitude in Abhängigkeit von der besonderen Anwendung (z. B. der Tiefe der Implantation, der Nähe zu störenden Körperstrukturen wie etwa Knochen usw.) und Vorrichtungseinstellungen verstärkt oder verringert sein.
9A ist eine Veranschaulichung eines Einsatzes einer Mehrzahl drahtloser Mikrotransponder, die überall über die subkutanen Gefäßbetten und Nervus-Terminalis-Felder verteilt sind, in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform. Wie gezeigt ist, sind über den betroffenen Bereich subkutan in einem verteilten Muster unter der Haut 904 eine Mehrzahl unabhängiger drahtloser Mikrotransponder 908 implantiert. In dieser Ausführungsform ist jeder Mikrotransponder in der Nähe und/oder mit einer Schnittstelle mit einem Ast der subkutanen sensorischen Nerven 901 positioniert, um für diese Nerven eine Elektrostimulation bereitzustellen. In einer Ausführungsform sind nur synchrone Mikrotransponder eingesetzt. In einer anderen Ausführungsform sind nur asynchrone Mikrotransponder eingesetzt. In einer abermals anderen Ausführungsform ist eine Kombination aus synchronen und asynchronen Mikrotranspondern eingesetzt.
Nach dem Einsatz der Mikrotransponder kann durch Positionieren einer HF-Leistungsspule 902 in der Nähe des Orts, wo die Mikrotransponder implantiert sind, eine Elektrostimulation angelegt werden. Die Parameter für die wirksame Elektrostimulation können von mehreren Faktoren abhängen, einschließlich: der Größe des Nervs oder der Nervenfaser, der/die stimuliert wird, des effektiven Elektroden/Nerv-Schnittstellenkontakts, der Leitfähigkeit der Gewebematrix und der geometrischen Konfiguration der stimulierenden Felder. Während klinische und empirische Studien für herkömmliche Elektrodentechniken einen allgemeinen Bereich geeigneter elektrischer Stimulationsparameter bestimmt haben, unterscheiden sich die Parameter für die Mikroskalenstimulation weit verteilter Felder sensorischer Nervenfelder sowohl in Bezug auf die Stimulationsstromstärken als auch auf die durch diese Stimulation erzielte subjektive sensorische Erfahrung wahrscheinlich wesentlich.
Die Parameter für die effektive wiederholte Impulsstimulation unter Verwendung herkömmlicher Elektrodentechniken werden üblicherweise mit Amplituden im Bereich bis zu etwa 10 V (oder bis zu etwa 1 mA), die bis zu etwa als 1 Millisekunde dauern, für Perioden, die jeweils mehrere Sekunden bis zu einigen Minuten dauern, bis zu etwa 100 Impulse/s wiederholt, berichtet. In einer beispielhaften Ausführungsform kann eine wirksame wiederholte Impulsstimulation mit einer Amplitude von weniger als 100 μA erzielt werden, wobei die Stimulationsimpulse weniger als 100 μs dauern.
9B ist eine Veranschaulichung eines Einsatzes drahtloser Mikrotransponder, um eine Kopplung mit tiefen Mikrotransponderimplantaten zu ermöglichen, in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform. Wie hier gezeigt ist, führen zwei einfache elektrische Drähte 903 von der subdermalen/subkutanen implantierten äußeren Übertragungsspule 907 zu der tieferen subkutanen implantierten inneren Übertragungsspule 903 in der Nähe des Feld implantierter Mikrotransponder 908. Das Fädeln der Drähte 903 durch die Zwischenräume zwischen den Muskeln und der Haut umfasst minimalinvasive Routineeingriffe, die so einfach sind wie das Leiten der Drähte durch eine hypodermale Röhre ähnlich endoskopischen Routineverfahren, die Katheter umfassen. Die minimalen Risiken solcher interstitiellen Drähte 903 sind umfassend akzeptiert.
Die tiefe innere Übertragungsspule 905 wird implantiert, um mit dem tief implantierten Feld von Mikrotranspondern 908 zu koppeln, das sich nach Bedarf zur Behandlung einer Vielzahl klinischer Anwendungen in der Nähe tiefer Ziele der Mikrostimulation wie etwa tiefer peripherer Nerven, Muskeln oder Organe wie etwa der Blase oder des Magens befindet. Die innere Übertragungsspule 905 wird für maximale Kopplungseffizienz so abgestimmt, dass die Resonanz der externen Spule 909 auf die unmittelbare Nähe der implantierten Mikrotransponder 908 ausgedehnt wird. Außer dem Ausdehnen des effektiven Bereichs der Mikrotransponder-908-Implantate stellt die innere Übertragungsspule 905 eine weitere drahtlose Verbindung bereit, die die Integrität irgendeiner weiteren Schutzsperre um die Zielstelle erhalten kann. Zum Beispiel kann die innere Übertragungsspule 905 Mikrotransponder 908 aktivieren, die innerhalb eines peripheren Nervs eingebettet sind, ohne das Epineurium zu schädigen, das das empfindliche Gewebe in einem Nerv schützt. Um optimale Abstimmung der Übertragungsspulen (z. B. der äußeren Übertragungsspule 907 und der innere Übertragungsspule 905) sicherzustellen, werden zu der äußeren Übertragungsspule 907 ein veränderlicher Kondensator oder andere Abstimmelemente in einem Resonanzabstimmkreis 911 hinzugefügt, wo sie mit minimalen Risiko einer Gewebeschädigung implantiert werden können. In bestimmten Ausführungsformen ist dieser Resonanzabstimmkreis 911 erforderlich, während er in anderen unnötig ist.
9C ist eine Veranschaulichung eines Einsatzes drahtloser Mikrotransponder, um die Kopplung mit tiefen Nervenmikrotransponderimplantaten zu ermöglichen, in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform. Wie hier gezeigt ist, ist eine extraneurale innere Übertragungsspule 905, die in der Nähe (oder mit einer Schnittstelle mit) einer Nervenfaser oder eines Zellhaufens 901 positioniert ist, über ein einfaches Paar Zuleitungen 903, die alle Signale und die Leistung, die für den Betrieb der irgendwo in dem Körper implantierten Mikrotransponder 908 notwendig sind, über den direkt wirksamen Bereich irgendeiner externen Spule 909 (z. B. Epidermisspule usw.) hinaus übermitteln, mit einer äußeren Übertragungsspule 907 verbunden. In bestimmten Ausführungsformen wird die subdermale äußere Übertragungsspule 907 für eine maximale drahtlose magnetische Nahfeldkopplung auf die externe Spule 909 abgestimmt und unmittelbar unter der externen Spule 909 direkt unter der Oberfläche der Haut 904 implantiert. Dies ermöglicht ohne Langzeitschädigung für die Haut 904 und das Risiko einer Infektion, dass die durch die externe Spule 909 erzeugten HF-Wellen in den Körper eindringen. In anderen Ausführungsformen wird die äußere Übertragungsspule 907 auf die externe Spule 909 abgestimmt und subkutan tiefer in das Gewebe implantiert. In einigen Ausführungsformen muss zwischen der inneren Übertragungsspule 905 und der äußeren Übertragungsspule 907 ein Resonanzabstimmkreis 911 liegen, um die Frequenz des Signals bei der inneren Übertragungsspule 905 abzustimmen, während er in anderen unnötig ist.
10 ist eine Veranschaulichung, wie drahtlose Mikrotransponder unter Verwendung einer abgeschrägten rechteckigen Nadel zur subkutanen Injektion in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform implantiert werden können. Wie gezeigt ist, ist die Nadel 1002 in der Weise gekrümmt, dass sie an die Querzervixkrümmung angepasst ist (konkav abgeschrägt) und ohne weitere Dissektion quer in den subkutanen Raum über der Basis des betroffenen peripheren Nervengewebes geführt wird. Wenn der Chirurg mit der Technik vertraut wird, beseitigt die schnelle Einführung üblicherweise die Notwendigkeit sogar einer kurzen aktiven Allgemeinanästhesie. Nach der Platzierung der Mikrotransponder 1003 von der Nadel 1002 wird die Nadel 1002 sorgfältig zurückgezogen und kann die Elektrodenplatzierung und -konfiguration unter Verwendung intraoperativer Tests bewertet werden. Unter Verwendung eines temporären HF-Senders, der in der Nähe desjenigen Orts platziert wird, wo die Mikrotransponder 1003 implantiert werden, kann eine Elektrostimulation angelegt werden, sodass der Patient über den Stimulationsort, die Stimulationsstärke und die Gesamtempfindung berichten kann.
10A ist eine Veranschaulichung, wie eine verbundene Anordnung drahtloser Mikrotransponder unter Verwendung einer abgeschrägten rechteckigen Nadel zur subkutanen Injektion in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform implantiert werden können. Wie in 10 gezeigt ist, ist die Nadel 1002 in der Weise gekrümmt, dass sie an die Querzervixkrümmung angepasst ist (konkav abgeschrägt) und ohne weitere Dissektion quer die Basis des betroffenen Nervengewebes mit schneller Einführung, die üblicherweise die Notwendigkeit irgendeiner Anästhesie unnötig macht, in den subkutanen Raum über der Basis des betroffenen peripheren Nervengewebes geführt wird. Die Mikrotransponder 1003 sind miteinander verbunden, um eine verbundene Anordnung 1008 zu bilden.
11 ist eine Veranschaulichung einer Herstellungsfolge für drahtlose Mikrotransponder vom Spiraltyp in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform. In Schritt 1102 wird auf einem Substrat (üblicherweise einem Material auf Pyrex^®-Grundlage, wobei aber andere Materialien ebenfalls verwendet werden können, solange sie mit dem für die Spiralspule verwendeten leitenden Material und mit der besonderen Anwendung, auf die der resultierende Mikrotransponder angewendet wird, kompatibel sind) eine Schicht einer Goldspiralspule galvanisch beschichtet. Als das Leitermaterial wird wegen seiner hohen Leitfähigkeit, seiner Oxidationsbeständigkeit und seiner erwiesenen Fähigkeit, lange Zeitdauern in biologisches Gewebe implantiert zu werden, galvanisch beschichtetes Gold verwendet. Allerdings sollte gewürdigt werden, dass andere leitende Materialien ebenfalls verwendet werden können, solange das Material die von der besonderen Anwendung, auf die die Mikrotransponder angewendet werden, geforderten Leitfähigkeits- und Oxidationsbeständigkeitseigenschaften zeigt. Üblicherweise haben die Goldspiralspulenleiter eine Dicke zwischen näherungsweise 5 μm bis näherungsweise 25 μm.
In einer Ausführungsform nimmt die Goldspiralspule eine erste Konfiguration an, in der der Goldleiter näherungsweise 10 μm breit ist und in der es zwischen den Wicklungen einen Abstand von näherungsweise 10 μm gibt. In einer anderen Ausführungsform nimmt die Goldspiralspule eine zweite Konfiguration an, in der der Goldleiter näherungsweise 20 μm breit ist und in der es zwischen den Wicklungen einen Abstand von näherungsweise 20 μm gibt. Wie der Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet würdigen wird, ist der Umfang der vorliegenden Erfindung aber nicht nur auf diese beispielhaften Goldspiralspulenkonfigurationen beschränkt, sondern umfasst vielmehr irgendeine Kombination aus Leiterbreiten und Wicklungsabstand, die für die besondere Anwendung, auf die die Spule angewendet wird, geeignet ist.
In Schritt 1104 werden die erste Schicht aus Photoresist und die Keimschicht entfernt. In einer Ausführungsform wird die Photoresistschicht unter Verwendung eines herkömmlichen flüssigen Resiststrippers entfernt, um den Photoresist chemisch in der Weise zu verändern, dass er nicht mehr an dem Substrat haftet. In einer anderen Ausführungsform wird der Photoresist unter Verwendung eines Plasmaveraschungsprozesses entfernt.
In Schritt 1106 wird eine Trennschicht aus einem SU-8-Photoresist rotationsbeschichtet und so strukturiert, dass sie jeden Spiralleiter vollständig bedeckt. Üblicherweise hat die SU-8-Schicht eine Dicke von näherungsweise 30 μm. In Schritt 1108 wird auf der SU-8-Trennschicht unter Verwendung eines herkömmlichen Prozesses der Abscheidung aus der Dampfphase (PVD-Prozesses) wie etwa Zerstäuben eine oberste Keimschicht abgelagert. In Schritt 1110 wird auf der obersten Keimschicht und auf der SU-8-Trennschicht eine oberste Schicht aus einer positiven Photoresistbeschichtung strukturiert und in Schritt 1112 wird unter Verwendung eines herkömmlichen Galvanisierungsprozesses eine Schicht aus Platin aufgetragen. In Schritt 1114 werden an der leitenden Platinschicht unter Verwendung von Epoxid ein Chipkondensator und ein RFID-Chip befestigt und durch Drahtkontaktieren die elektrischen Verbindungen hergestellt. In bestimmten Ausführungsformen hat der Kondensator einen Kapazitätsnennwert von bis zu 10.000 Pikofarad (pF).
Es ist möglich, so kleine Mikrotransponder einfach dadurch zu implantieren, dass sie in das subdermale Gewebe injiziert werden. Der Patient kann unter Verwendung einer Lokalanästhesie an der Injektionsstelle in Abhängigkeit von dem Einschnitteintrittspunkt seitlich oder auf dem Bauch positioniert werden. Die subdermalen Gewebe unmittelbar seitlich von dem Einschnitt werden scharf unterhöhlt, um eine Schleife der Elektrode aufzunehmen, die nach der Platzierung und nach dem Tunneln erzeugt wird, um eine Elektrodenwanderung zu verhindern. Eine Tuohy-Nadel ist sanft gekrümmt, um sich an die seitliche hintere Zervixkrümmung anzupassen (konkav abgeschrägt), und wird ohne weitere Dissektion quer in den subkutanen Raum über die Basis der betroffenen peripheren Nerven geführt. Wenn der Chirurg die Technik mühelos beherrscht, beseitigt die schnelle Nadeleinführung üblicherweise die Notwendigkeit selbst einer kurz wirkenden Allgemeinanästhesie. Nach dem Platzieren der Elektrode in der Tuohy-Nadel wird die Nadel zurückgezogen und die Elektrodenplatzierung und -konfiguration unter Verwendung intraoperativer Tests bewertet.
Nach der Zuleitungsplatzierung wird unter Verwendung eines temporären HF-Senders an verschiedene ausgewählte Elektrodenkombinationen eine Stimulation angelegt, die ermöglicht, dass der Patient auf dem Operationstisch über den Stimulationsort, die Stimulationsstärke und die Gesamtempfindung berichtet. Auf der Grundlage früherer Erfahrung mit verdrahteten Transpondern sollten die meisten Patienten bei Spannungseinstellungen von 1 bis 4 Volt mit mittleren Impulsbreiten und Frequenzen eine sofortige Stimulation in der ausgewählten peripheren Nervenverteilung berichten. Ein Bericht über brennenden Schmerz oder Muskelziehen sollte den Chirurgen warnen, dass die Elektrode wahrscheinlich entweder zu nahe an der Faszie oder intramuskulär platziert worden ist.
Eine beispielhafte Mikrotransponderanordnung ist vorzugsweise eine Anordnung verbundener Mikrotransponder. Die verbundene Anordnung wird aus einem biokompatiblen Material, das ausreichend fest ist, um die Mikrotransponder zu halten, und das während der chirurgischen Explantation intakt bleibt, hergestellt oder mit ihm beschichtet. Ein Vorteil der verbundenen Anordnung ist, dass die Entfernung der Anordnung einfacher als die unverbundener Mikrotransponder ist, die in der integrierten Masse anhaftender Gewebe schwieriger zu positionieren und einzeln daraus zu extrahieren wären. Da die Anordnung eine verbundene Anordnung irgendeines Typs implantierter medizinischer Vorrichtungen umfassen kann, ist das Konzept flexibel. Die monolithische Struktur kann die implantierten Vorrichtungen während der Explantation zusammenhalten.
Die verbundene Anordnung kann aus mehreren Typen biokompatibler Materialien hergestellt werden. Beispielhafte synthetische Materialien, die für die entfernbare Anordnung geeignet sind, enthalten Silikonelastomere oder Silikonhydrogele und Kunststoffe wie etwa SU-8 oder Parylen-C. Entfernbare Anordnungen können ebenfalls unter Verwendung biologisch abbaubarer Polymere mit großer Lebensdauer einschließlich Naturmaterialien wie etwa Polymeren wie Gelatine, Seide oder Kollagen auf Proteingrundlage und Polysacchariden wie Zellulose oder Agarose auf Zuckergrundlage konstruiert werden. Andere geeignete biologisch abbaubare Polymere einschließlich Polyglycolsäuren (PGA) Polymilchsäuren (PLA) sind spezifisch für die Implantatkonstruktion entwickelt worden. Diese Konstruktionsmaterialien bieten einen Bereich von Festigkeits-, Haltbarkeits- und Gewebehaftungseigenschaften, der für eine Vielzahl spezifischer Implantatanwendungen geeignet ist. Darüber hinaus kann die Oberfläche irgendeines Anordnungsmaterials durch Beschichten des Implantats mit einer Vielzahl von Materialien, die für diesen Zweck umfassend genutzt werden, einschließlich Formulierungen von PEG (Polyethylenglycol) wie etwa PEG-PLA und kommerziellen Produkten wie etwa Greatbatch Biomimetic Coating ( US-Patent 6.759.338 B1 ) und Medtronics' Trillium Biosurface verbessert werden, um spezifische biologische Eigenschaften wie etwa Zellen/Protein-Haftung und Gewebereaktionen zu fördern.
Die Biokompatibilität der Anordnung ist sehr wichtig. Die verbundene Anordnung kann eine Beschichtung in Form einer Monoschicht oder einer dünnen Schicht aus einem biokompatiblen Material enthalten. Die Vorteile, die Beschichtungen bieten, enthalten die Fähigkeit zum Verbinden von Proteinen mit der Beschichtung. Die verbundenen Proteine können beschränken, welche Zelltypen an der Anordnung haften können. Die Beschichtung kann die Proteinadsorption verhindern und erhöht die Größe der Vorrichtung nicht wesentlich.
Poröse 3D-Materialien sollen das Zelleneinwachsen und die Zellenorganisation fördern. Das poröse 3D-Material kann als ein Puffer zwischen dem Gewebe und den Mikrotranspondern wirken, um eine Reaktionsmikrobewegung zu verhindern. Die potentiellen Vorteile für die Implantat/Gewebe-Integration müssen gegenüber den zusätzlichen Risiken im Zusammenhang mit der Erhöhung der Gesamtgröße des Implantats bei der Zugabe dieser 3D-Materialien abgewogen werden.
Die Sichtbarkeit des Implantats kann durch die Zugabe heller Farbstoffe zu den Konstruktionsmaterialien verbessert werden, wodurch die visuelle Ortung der Anordnung innerhalb des umgebenden Gewebes erleichtert wird, falls sie entfernt werden muss. Dies kann einen Markierungsfarbstoff enthalten, der global auf oder in die Vorrichtung integriert ist. Eine bevorzugte Ausführungsform nutzt einen Fluoreszenzfarbstoff, der sichtbar wird, wenn er geeigneten Lichtquellen ausgesetzt wird, da er den Vorteil maximaler Lumineszenz auf einem solchen Pegel bietet, dass die Implantate durch die Haut sichtbar werden können.
12A zeigt eine perspektivische Ansicht der Grundausführungsform einer Anordnung. Die verbundene Anordnung 1215 umfasst einen vorgefertigten Streifen, wo jeder Mikrotransponder 1220 unter Verwendung von SU-8 zum Erhalten des Zusammenhangs mit benachbarten Mikrotranspondern 1210 verbunden ist. 12B zeigt eine Seitenansicht der Grundausführungsform einer Anordnung. Die Anordnung 1215 besteht aus SU-8 und verbundenen Mikrotranspondern 1210. 12C zeigt eine Draufsicht der Grundausführungsform einer Anordnung. Ein Vorteil dieses Entwurfs ist, dass keine Zusatzmaterialien oder -schritte für die Herstellung der fest verbundenen Anordnung notwendig sind, was sie verhältnismäßig leicht herzustellen macht.
13A zeigt eine perspektivische Ansicht einer Anordnung, die durch Fenster in der Anordnung freiliegende Elektroden umfasst. Die verbundene Anordnung 1215 umfasst einen festen Streifen, der eine verbundene Anordnung einzelner Mikrotransponder 1210 enthält, wobei jeder Mikrotransponder 1210 mit benachbarten Mikrotranspondern 1210 verbunden ist. In dieser Ausführungsform liegen die obenliegende und die untenliegende Elektrode durch Fenster 1310 in den Mikrotranspondern 1210 frei. 13B zeigt eine Seitenansicht einer Anordnung 1215, die durch Fenster 1310 in der Anordnung 1215 freiliegende Elektroden umfasst. 13C zeigt eine Draufsicht einer Anordnung, die durch Fenster 1310 in der Anordnung 1215 freiliegende Elektroden umfasst. Diese Ausführungsform kann ein haltbareres Material als SU-8 verwenden, wobei die verbundenen und eingebetteten Mikrotransponder besser geschützt sind. Außerdem kann die Anordnung flexibler als eine vorgefertigte feste SU-8-Anordnung sein.
14A zeigt eine perspektivische Ansicht einer Anordnung, die einen ionendurchlässigen Streifen umfasst. Die ionendurchlässige verbundene Anordnung 1415 liegt eingewachsen auf umgebendem Gewebe und die verbundenen einzelnen Mikrotransponder 1210 sind vollständig innerhalb der Anordnung 1415 eingebettet. 14B zeigt eine Seitenansicht einer ionendurchlässigen Anordnung. Die Mikrotransponder 1210 sind vollständig innerhalb der ionendurchlässigen Anordnung 1415 eingebettet. 14C zeigt eine Draufsicht einer Anordnung, die einen ionendurchlässigen Streifen umfasst. Die Ausführungsform kann ein haltbareres Material als SU-8 verwenden, wobei die eingebetteten Mikrotransponder 1210 besser geschützt sind. Außerdem kann die Anordnung 1415 biegsamer als eine vorgefertigte feste SU-8-Anordnung sein. Die Elektroden können vollständig vor Proteinen und Geweben isoliert sein, aber immer noch Ionen in Lösung beeinflussen. Da Gewebe eine minimale Entfernung von den Elektroden entfernt gehalten würde, gibt es möglicherweise eine verringerte Effizienz.
15A zeigt eine perspektivische Ansicht der Grundausführungsform einer geschlitzten Anordnung. Dieser Anordnungstyp ist für die dauerhafte Implantation bestimmt und enthält einen in die Oberfläche oder vollständig durch Stellen entlang der Anordnung oder in den Mikrotranspondern selbst abgesenkten Schlitz, der für das Gewebeeinwachsen bestimmt ist, um sicherzustellen, dass die Anordnung an ihrer Stelle ist. Die verbundene geschlitzte Anordnung 1215 umfasst einen vorgefertigten Streifen, wo jeder Mikrotransponder 1210 unter Verwendung von SU-8 zum Erhalten des Zusammenhangs mit benachbarten Mikrotranspondern 1210 verbunden ist. Abschnitte der Anordnungsoberfläche wie etwa direkt über den Mikrotranspondern 1210 können mit einem Material beschichtet sein, um die Proteinadsorption zu verhindern. Die Schlitze 1505 durch die Anordnung 1215 zwischen den Mikrotranspondern sollen Gewebeeinwachsungen aufnehmen, um die Anordnung 1215 dauerhaft an ihrer Stelle zu verankern. 15B zeigt eine Seitenansicht der Grundausführungsform einer geschlitzten Anordnung. Die Anordnung 1215 umfasst SU-8 und verbundene Mikrotransponder 1210 mit Schlitzen 1505, die durch die Anordnung 1215 gehen. 15C zeigt eine Draufsicht der Grundausführungsform einer geschlitzten Anordnung.
16A hat eine perspektivische Ansicht der Grundausführung einer Anordnung, die von einer Hüllmatrix umgeben ist. Die verbundene Anordnung 1215 umfasst einen vorgefertigten Streifen, wo jeder Mikrotransponder 1210 unter Verwendung von SU-8 zum Erhalten des Zusammenhangs mit benachbarten Mikrotranspondern 1210 verbunden ist. Eine Matrix 1605 aus biokompatiblem Material umgibt die verbundene Anordnung 1215, um die verbundene Anordnung 1215 vollständig zu umgeben. 16B zeigt eine Seitenansicht der Grundausführungsform einer Anordnung, die von einer Hüllmatrix umgeben ist. Die biokompatible Matrix 1605 schließt die verbundene Anordnung 1215 verbundener Mikrotransponder 1210 ein. 12C zeigt eine Draufsicht der Grundausführungsform einer von einer Hüllmatrix umgebenen Anordnung. Ein Vorteil dieses Entwurfs ist, dass keine Zusatzmaterialien oder -schritte für die Herstellung der verbundenen Matrix 1215 erforderlich sind, was die Herstellung und das Einschließen in der Matrix verhältnismäßig erleichtert.
Die verbundene Matrix kann ebenfalls aus einem biologisch abbaubaren Material gebildet sein. Während das Material der verbundenen Anordnung gelöst wird, werden die Mikrotransponder freigesetzt, um sich frei zu bewegen und Gewebereaktionen zu minimieren. Die häufigsten Beispiele biologisch abbaubarer Materialien enthalten natürliche Polymere auf der Grundlage von Proteinen (z. B. Gelatine, Kollagen, Seide) und Polysaccharide (Polymere auf Zuckergrundlage wie Zellulose und Stärke) in verschiedenen Formulierungen (d. h. Proteo-Saccharide wie Agarose), die einen weiten Bereich von Festigkeit und Abbauzeiten bereitstellen. Andere bekannte akzeptable biologisch abbaubare Materialien enthalten Polyglycolsäure (PGA) und Polymilchsäure (PLA).
Natürlich sind die Neuerungen der vorliegenden Anmeldung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt, sondern können verschiedene Materialien, Konfigurationen, Positionen oder andere Abwandlungen über die gezeigten Ausführungsformen, die nur beispielhaft sind, hinaus enthalten.
In Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen wird geschaffen: eine Mikrotransponderanordnung, die umfasst: eine Anordnung, die aus benachbarten und physikalisch verbundenen drahtlosen Mikrotranspondern besteht; wobei jeder Mikrotransponder eine drahtlose Schnittstelle aufweist.
In Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen wird geschaffen: eine implantierbare Vorrichtung, die umfasst: eine Anordnung physikalisch verbundener eingebetteter Mikrotransponder mit drahtlosen Schnittstellen; wobei die Elektrodenoberflächen auf der Anordnung durch Fenster in den einzelnen Mikrotranspondern freiliegen.
In Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen wird geschaffen: ein Verfahren zum Bilden einer implantierbaren drahtlosen elektronischen Vorrichtung, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Erzeugen einer entfernbaren Anordnung eingebetteter benachbarter elektronischer Bauelemente auf einem einzelnen Substrat; und Leistungsversorgung der Anordnung unter Verwendung einer drahtlosen Schnittstelle.
In Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen wird geschaffen: ein Verfahren zum Implantieren drahtloser Elektronik in lebendes Gewebe, wobei das Verfahren umfasst: Implantieren einer Anordnung physikalisch verbundener und drahtlos mit Leistung versorgter elektronischer Vorrichtungen in Gewebe; und falls die Entfernung der elektronischen Vorrichtungen notwendig ist, daraufhin Freilegen der Anordnung verbundener elektronischer Vorrichtungen und anschließend Entfernen der Anordnung elektronischer Vorrichtungen aus dem lebenden Gewebe.
In Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen wird geschaffen: eine elektronische Vorrichtung für die Implantation, wobei die Vorrichtung umfasst: eine Anordnung physikalisch verbundener eingebetteter drahtloser Bauelemente; wobei die Anordnung innendurchlässig ist und dem Einwachsen nicht leitender Fasermaterie widersteht.
In Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen wird geschaffen: ein Verfahren zum Entfernen einer implantierten Mehrzahl elektronischer Vorrichtungen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Implantieren der Anordnung mit einer umgebenden Matrix; Entfernt halten des Gewebewachstums in einer minimalen Entfernung wenigstens von einem Abschnitt der verbundenen elektronischen Vorrichtungen; Lokalisieren der Anordnung unter Verwendung einer integrierten Markierung; und chirurgisches Freilegen der Vorrichtung zum Erfassen und Freiziehen.
In Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen wird geschaffen: ein biokompatibles elektronisches Modul, das in lebendes Gewebe implantierbar ist, wobei das Modul umfasst: eine Mehrzahl elektronischer Vorrichtungen, die drahtlos mit Leistung versorgt werden und miteinander gekoppelt sind, um eine physikalisch verbundene Anordnung von einer Größe zu bilden, die die Implantation von einer Nadel zulässt; und wenigstens einen elektrischen Leitungsweg durch die Anordnung, der wenigstens einen Anschluss der Vorrichtung mit dem umgebenden Gewebe verbindet.
Abwandlungen und Änderungen
Wie der Fachmann auf dem Gebiet erkennt, können die in der vorliegenden Anmeldung beschriebenen innovativen Konzepte über einen weiten Bereich von Anwendungen abgewandelt und geändert werden, sodass der Umfang des patentierten Gegenstands nicht auf irgendeine der spezifischen beispielhaften gegebenen Lehren beschränkt ist.
Zum Beispiel können die verbundenen Mikrotransponder in einer Ausführungsform eher als ein langgestreckter oder linearer Streifen sowohl längs als auch quer verbunden sein, um eine geometrische Form zu bilden. Die Formen können Quadrate, Sechsecke, Rechtecke, Ovale und Kreise enthalten.
Außerdem kann die Anordnung auf einem einzelnen Substrat mit einer Kette oder Gruppe von Anordnungen, die vorübergehend konstruiert sind, um eine einzelne integrierte Struktur zu bilden, gebildet sein. Außerdem kann es möglich sein, verbundene Anordnungen unter Verwendung einer Monofilamentleitung als eine Schnur von Mikrotranspondern zu konstruieren.
Die spezifischen hier gegebenen Implementierungen sollen die Praxis der vorliegenden Neuerungen nicht einschränken.
Die folgenden Anmeldungen können zusätzliche Informationen und alternative Abwandlungen enthalten: Aktenzeichen des Anwalts Nr. MTSP-29P, lfd. Nr. 61/088.099, eingereicht am 12.8.2008 und mit dem Titel ”In Vivo Tests of Switched-Capacitor Neural Stimulation for Use in Minimally-Invasive Wireless Implants; Aktenzeichen des Anwalts Nr. MTSP-30P, lfd. Nr. 61/088.774, eingereicht am 15.8.2008 und mit dem Titel ”Micro-Coils to Remotely Power Minimally Invasive Microtransponders in Deep Subcutaneous Applications”; Aktenzeichen des Anwalts Nr. MTSP-31P, lfd. Nr. 61/079.905, eingereicht am 8.7.2008 und mit dem Titel ”Microtransponders with Identified Reply for Subcutaneous Applications”; Aktenzeichen des Anwalts Nr. MTSP-33P, lfd. Nr. 61/089.179, eingereicht am 15.8.2008 und mit dem Titel ”Addressable Micro-Transponders for Subcutaneous Applications”; Aktenzeichen des Anwalts Nr. MTSP-36P, lfd. Nr. 61/079.004, eingereicht am 8.7.2008 und mit dem Titel ”Microtransponder Array with Biocompatible Scaffold”; Aktenzeichen des Anwalts Nr. MTSP-38P, lfd. Nr. 61/083.290, eingereicht am 24.7.2008 und mit dem Titel ”Minimally Invasive Microtransponders for Subcutaneous Applications”; Aktenzeichen des Anwalts Nr. MTSP-39P, lfd. Nr. 61/086.116, eingereicht am 4.8.2008 und mit dem Titel ”Tintinnitus Treatment Methods and Apparatus”; Aktenzeichen des Anwalts Nr. MTSP-40P, lfd. Nr. 61/086.309, eingereicht am 5.8.2008 und mit dem Titel ”Wireless Neurostimulators for Refractory Chronic Pain”; Aktenzeichen des Anwalts Nr. MTSP-41P, lfd. Nr. 61/086.314, eingereicht am 5.8.2008 und mit dem Titel ”Use of Wireless Microstimulators for Orofacial Pain”; Aktenzeichen des Anwalts Nr. MTSP-42P, lfd. Nr. 61/090.408, eingereicht am 20.8.2008 und mit dem Titel ”Update: In Vivo Tests of Switched-Capacitor Neural Stimulation for Use in Minimally-Invasive Wireless Implants”; Aktenzeichen des Anwalts Nr. MTSP-43P, lfd. Nr. 61/091.908, eingereicht am 26.8.2008 und mit dem Titel ”Update: Minimally Invasive Microtransponders for Subcutaneous Applications”; Aktenzeichen des Anwalts Nr. MTSP-44P, lfd. Nr. 61/094.086 eingereicht am 4.9.2008 und mit dem Titel ”Microtransponder MicroStim System and Method”; Aktenzeichen des Anwalts Nr. MTSP-30, lfd. Nr. ..., eingereicht am ... und mit dem Titel ”Transfer Coil Architecture”; Aktenzeichen des Anwalts Nr. MTSP-31, lfd. Nr. ..., eingereicht am ... und mit dem Titel ”Implantable Driver with Charge Balancing”; Aktenzeichen des Anwalts Nr. MTSP-32, lfd. Nr. ..., eingereicht am ... und mit dem Titel ”A Biodelivery System for Microtransponder Array”; Aktenzeichen des Anwalts Nr. MTSP-46, lfd. Nr. ..., eingereicht am ... und mit dem Titel ”Implanted Driver with Resistive Charge Balancing”; Aktenzeichen des Anwalts Nr. MTSP-28, lfd. Nr. ..., eingereicht am ... und mit dem Titel ”Implantable Transponder Systems and Methods”; und Aktenzeichen des Anwalts Nr. MTSP-48, lfd. Nr. ..., eingereicht am ... und mit dem Titel ”Implantable Transponder Pulse Stimulation Systems and Methods”, wobei diese hier sämtlich durch Literaturhinweis eingefügt sind.
Nichts in der Beschreibung in der vorliegenden Anmeldung soll so gelesen werden, dass es bedeutet, dass irgendein bestimmtes Element, irgendein bestimmter Schritt oder irgendeine bestimmte Funktion ein wesentliches Element ist, das in dem Anspruchsumfang enthalten sein muss: DER UMFANG DES PATENTIERTEN GEGENSTANDS IST LEDIGLICH DURCH DIE ZULÄSSIGEN ANSPRÜCHE DEFINIERT. Darüber hinaus soll sich keiner dieser Ansprüche auf den Paragraphen sechs der 35 USC, Abschnitt 112, berufen, es sei denn, dass auf die genauen Wörter ”Mittel zum” ein Partizip folgt.
Die Ansprüche wie eingereicht sollen so umfassend wie möglich sein und KEIN Gegenstand ist absichtlich aufgegeben, dediziert oder fallengelassen worden.
Zusammenfassung
Anordnung drahtloser Mikrotransponder, die aus einer einzelnen Struktur verbundener Mikrotransponder konstruiert ist. Die Mikrotransponder können als ein linearer Anordnungsstreifen mit Verbindungsmaterial dazwischen konfiguriert sein. Die Mikrotransponder können außerdem vollständig innerhalb eines Streifens aus Material eingebettet oder durch eine einzelne, gemeinsame Substratstruktur verbunden sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 20020198572 [0007]
US 20030212440 [0008]
us 20030212440 [0009]
US 20050137652 [0010]
us 20060206162 [0011]
US 6759338 B1 [0100]

Claims

Mikrotransponderanordnung, die umfasst: eine Anordnung, die aus benachbarten und physikalisch verbundenen drahtlosen Mikrotranspondern besteht; wobei jeder Mikrotransponder eine drahtlose Schnittstelle aufweist.
Anordnung nach Anspruch 1, bei der die Anordnung ein lang gestreckter Streifen ist.
Anordnung nach Anspruch 1, bei der die Anordnung sowohl längs als auch quer verbundene drahtlose Mikrotransponder enthält.
Anordnung nach Anspruch 3, bei der die verbundenen drahtlosen Mikrotransponder eine geometrische Form bilden.
Anordnung nach Anspruch 1, bei der die verbundenen drahtlosen Mikrotransponder eine geometrische Form bilden, die wenigstens eine der Folgenden enthalten kann: einen lang gestreckten Streifen; ein Quadrat; ein Rechteck; ein Sechseck; einen Kreis; und ein Oval.
Anordnung nach Anspruch 1, bei der die Anordnung ein Material umfasst, das aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: Silikonelastomere; Silikonhydrogele; Kunststoff.
Anordnung nach Anspruch 6, bei der der Kunststoff ein Material umfasst, das aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: SU-8; und Parylen-C.
Anordnung nach Anspruch 1, bei der die Anordnung biologisch abbaubar ist und ein Material umfasst, das aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: Polymere auf Proteingrundlage; Polysaccharide auf Zuckergrundlage; Polyglycolsäuren (PGA); und Polymilchsäuren (PLA).
Anordnung nach Anspruch 8, bei der die Polymere auf Proteingrundlage ein Material umfassen, das aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: Gelatine; Seide; und Kollagen.
Anordnung nach Anspruch 8, bei der die Polysaccharide auf Zuckergrundlage ein Material umfassen, das aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: Zellulose; und Agarose.
Anordnung nach Anspruch 1, bei der die Anordnung mit einem Material beschichtet ist, das ein Material umfasst, das aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: Polyethylenglycol (PEG); Polymilchsäuren (PLA); biomimetische Beschichtung; und Trillium-Biooberfläche.
Anordnung nach Anspruch 1, die ferner umfasst: ein festes Material, das vollständig eingebettete drahtlose Mikrotransponder enthält.
Anordnung nach Anspruch 1, bei der die drahtlosen Mikrotransponder durch Fenster oben liegende und unten liegende Elektroden freilegen.
Anordnung nach Anspruch 1, die ferner umfasst: ein ionendurchlässiges Material, das dem Einwachsen von umgebendem Gewebe widersteht; und verbundene drahtlose Mikrotransponder, die darin vollständig eingebettet sind.
Anordnung nach Anspruch 1, bei der die Anordnung ein einzelnes Substrat umfasst.
Anordnung nach Anspruch 1, bei der die Anordnung ein Monofilament enthält, das die drahtlosen Mikrotransponder verbindet.
Anordnung nach Anspruch 1, bei der die Anordnung unter Verwendung einer Nadel mit einem rechteckigen Querschnitt implantiert wird.
Anordnung nach Anspruch 17, bei der die Nadel abgeschrägt und gekrümmt ist.
Anordnung nach Anspruch 1, bei der die Anordnung Schlitze für das Gewebeeinwachsen enthält.
Anordnung nach Anspruch 1, die ferner eine Matrix aus biokompatiblem Material umfasst, die die verbundene Mikrotransponderanordnung einhüllt.
Anordnung nach Anspruch 1, bei der die Anordnung ein biologisch abbaubares Material umfasst.
Implantierbare Vorrichtung, die umfasst: eine Anordnung physikalisch verbundener eingebetteter Mikrotransponder mit drahtlosen Schnittstellen; wobei die Elektrodenoberflächen auf der Anordnung durch Fenster in den einzelnen Mikrotranspondern freiliegen.
Vorrichtung nach Anspruch 22, bei der die Anordnung ein Material umfasst, das aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: Polyethylenglycol (PEG); Polymilchsäuren (PLA); biomimetische Beschichtung; und Trillium-Biooberfläche.
Vorrichtung nach Anspruch 22, bei der die Anordnung ein Material umfasst, das aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: Silikonelastomere; Silikonhydrogele; Kunststoff.
Vorrichtung nach Anspruch 22, bei der die Anordnung unter Verwendung einer abgeschrägten Nadel mit einem rechteckigen Querschnitt implantiert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 22, bei der die Anordnungsentfernung durch Erfassen und Zurückziehen der Anordnung aus dem umgebenden Gewebe ausgeführt werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 22, bei der die Anordnung ein gemeinsames Substrat enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 22, bei der die Anordnung Schlitze für Gewebeeinwachsen zum Verankern der Anordnung enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 22, bei der die Anordnung von einer Matrix umgeben ist.
Anordnung nach Anspruch 22, bei der die Anordnung ein biologisch abbaubares Material umfasst.
Verfahren zum Bilden einer implantierbaren drahtlosen elektronischen Vorrichtung, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Erzeugen einer entfernbaren Anordnung eingebetteter benachbarter elektronischer Bauelemente auf einem einzelnen Substrat; und Leistungsversorgung der Anordnung unter Verwendung einer drahtlosen Schnittstelle.
Verfahren nach Anspruch 31, bei der die Anordnung einen Streifen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 31, bei der die Anordnung ein Material umfasst, das aus der folgenden Gruppe ausgewählt wird: Silikonelastomere; Silikonhydrogele; und Kunststoff.
Verfahren nach Anspruch 31, das ferner den folgenden Schritt umfasst: Beschichten der Anordnung mit einem Material, das aus der folgenden Gruppe ausgewählt wird: Polyethylenglycol (PEG); Polymilchsäuren (PLA); biomimetische Beschichtung; und Trillium-Biooberfläche.
Verfahren nach Anspruch 31, das ferner die folgenden Schritte umfasst: Herstellen der Anordnung; und Positionieren der Anordnung unter Verwendung der Markierung.
Verfahren nach Anspruch 31, bei dem die eingebettete Anordnung auf den einzelnen Mikrotranspondern Elektrodenoberflächen besitzt, die durch Fenster freiliegen.
Verfahren nach Anspruch 31, bei dem die eingebettete Anordnung von einer Matrix umgeben ist.
Verfahren zum Implantieren drahtloser Elektronik in lebendes Gewebe, wobei das Verfahren umfasst: Implantieren einer Anordnung physikalisch verbundener und drahtlos mit Leistung versorgter elektronischer Vorrichtungen in Gewebe; und falls die Entfernung der elektronischen Vorrichtungen notwendig ist, daraufhin Freilegen der Anordnung verbundener elektronischer Vorrichtungen und anschließend Entfernen der Anordnung elektronischer Vorrichtungen aus dem lebenden Gewebe.
Verfahren nach Anspruch 38, bei dem die Anordnung durch eine Nadel implantiert wird, die ferner abgeschrägt und gekrümmt ist und eine Tuohy-Nadel umfassen kann.
Verfahren nach Anspruch 38, das ferner den folgenden Schritt umfasst: Beschichten der Anordnung elektronischer Vorrichtungen mit einem Material, das aus der folgenden Gruppe ausgewählt wird: Polyethylenglycol (PEG); Polymilchsäuren (PLA); biomimetische Beschichtung; und Trillium-Biooberfläche.
Anordnung nach Anspruch 40, bei der die verbundenen elektronischen Vorrichtungen eine geometrische Form bilden, die wenigstens eine der Folgenden enthalten kann: einen lang gestreckten Streifen; ein Quadrat; ein Rechteck; ein Sechseck; einen Kreis; und ein Oval.
Verfahren nach Anspruch 38, bei dem die Anordnung elektronischer Vorrichtungen ein ionendurchlässiges Material enthält.
Verfahren nach Anspruch 38, bei dem die Anordnung ein gemeinsames Substrat für die elektronischen Vorrichtungen enthält.
Verfahren nach Anspruch 38, bei dem die Anordnung ein Monofilament enthält, das die elektronischen Vorrichtungen verbindet.
Verfahren nach Anspruch 38, bei dem die Anordnung markiert ist, um das Lokalisieren für die Entfernung zu erleichtern.
Verfahren nach Anspruch 38, das ferner den folgenden Schritt umfasst: Umgeben der Anordnung mit einer biokompatiblen Matrix.
Elektronische Vorrichtung für die Implantation, wobei die Vorrichtung umfasst: eine Anordnung physikalisch verbundener eingebetteter drahtloser Bauelemente; wobei die Anordnung innendurchlässig ist und dem Einwachsen nicht leitender Fasermaterie widersteht.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 47, bei der die Anordnung markiert ist.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 48, bei der die Markierung einen Fluoreszenzfarbstoffmarker enthalten kann, der unter geeigneten Lichtquellen durch die Haut sichtbar ist.
Verfahren nach Anspruch 47, bei dem die Anordnung sowohl längs als auch quer verbundene drahtlose Bauelemente enthält.
Verfahren nach Anspruch 47, bei dem die Anordnung gemeinsam eingebetteter Bauelemente entfernbar ist und mit einem Material beschichtet ist, das aus der folgenden Gruppe ausgewählt wird: Polyethylenglycol (PEG); Polymilchsäuren (PLA); biomimetische Beschichtung; und Trillium-Biooberfläche.
Anordnung nach Anspruch 47, bei der die Anordnung ein biologisch abbaubares Material umfasst.
Verfahren zum Entfernen einer implantierten Mehrzahl elektronischer Vorrichtungen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Implantieren der Anordnung mit einer umgebenden Matrix; Entfernt halten des Gewebewachstums in einer minimalen Entfernung wenigstens von einem Abschnitt der verbundenen elektronischen Vorrichtungen; Lokalisieren der Anordnung unter Verwendung einer integrierten Markierung; und chirurgisches Freilegen der Vorrichtung zum Erfassen und Freiziehen.
Verfahren nach Anspruch 53, bei dem die vorgefertigte Anordnung eine geometrische Form umfasst, die wenigstens eine der Folgenden enthalten kann: einen lang gestreckten Streifen; ein Quadrat; ein Rechteck; ein Sechseck; einen Kreis; und ein Oval.
Verfahren nach Anspruch 53, bei dem die vorgefertigte Anordnung aus einer rechteckigen gekrümmten Nadel an die richtige Stelle ausgestoßen werden kann.
Verfahren nach Anspruch 53, bei dem die Anordnung verbundener mikroelektronischer Vorrichtungen mit einem Material beschichtet wird, das aus der folgenden Gruppe ausgewählt wird: Polyethylenglycol (PEG); Polymilchsäuren (PLA); biomimetische Beschichtung; und Trillium-Biooberfläche.
Verfahren nach Anspruch 53, bei dem die Anordnung ein Material umfasst, das aus der folgenden Gruppe ausgewählt wird: Silikonelastomere; Silikonhydrogele; und Kunststoff.
Verfahren nach Anspruch 53, bei dem die Anordnung ein gemeinsames Substrat für die mikroelektronischen Vorrichtungen umfasst.
Anordnung nach Anspruch 53, bei dem die Anordnung ein ionendurchlässiges Material umfasst, das dem Einwachsen von umgebendem Gewebe widersteht.
Anordnung nach Anspruch 59, bei der die Anordnung mikroelektronische Vorrichtungen umfasst, die vollständig darin eingebettet sind.
Anordnung nach Anspruch 53, die ferner umfasst: eine Gleitmaterialbeschichtung, die auf die Oberfläche der Elektroden auf den mikroelektronischen Vorrichtungen beschränkt ist.
Anordnung nach Anspruch 53, bei der die Anordnung ein Monofilament enthält, das die mikroelektronischen Vorrichtungen verknüpft.
Biokompatibles elektronisches Modul, das in lebendes Gewebe implantierbar ist, wobei das Modul umfasst: eine Mehrzahl elektronischer Vorrichtungen, die drahtlos mit Leistung versorgt werden und miteinander gekoppelt sind, um eine physikalisch verbundene Anordnung von einer Größe zu bilden, die die Implantation von einer Nadel zulässt; und wenigstens einen elektrischen Leitungsweg durch die Anordnung, der wenigstens einen Anschluss der Vorrichtung mit dem umgebenden Gewebe verbindet.
Biokompatibles elektronisches Modul nach Anspruch 63, bei dem die Anordnung sowohl längs als auch quer verbundene elektronische Vorrichtungen enthält.
Biokompatibles elektronisches Modul nach Anspruch 63, bei dem die Anordnung unter Verwendung eines Materials physikalisch verbunden ist, das aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: Silikonelastomere; Silikonhydrogele; Kunststoff; und Monofilament.
Biokompatibles elektronisches Modul nach Anspruch 63, bei dem die elektronische Vorrichtung mit einem Material beschichtet ist, das ein Material umfasst, das aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: Polyethylenglycol (PEG); Polymilchsäuren (PLA); biomimetische Beschichtung; und Trillium-Biooberfläche.
Biokompatible elektronische Vorrichtung nach Anspruch 63, bei der die Anordnungsentfernung durch manuelles Erfassen und Zurückziehen der Anordnung aus dem umgebenden Gewebe ausgeführt werden kann.
Biokompatibles elektronisches Modul nach Anspruch 63, bei dem die elektronischen Vorrichtungen einen Streifen aus Material umfassen, der eine eingebettete Anordnung von Mikrotranspondern enthält.
Biokompatibles elektronisches Modul nach Anspruch 63, bei dem die Anordnung einen ionendurchlässigen Streifen, der dem Einwachsen von umgebendem Gewebe widersteht, und verbundene Mikrotransponder, die vollständig darin eingebettet sind, umfasst.
Biokompatibles elektronisches Modul nach Anspruch 63, bei dem die Anordnung Gewebe in einer minimalen Entfernung wenigstens von einem Abschnitt der elektronischen Vorrichtung hält.
Biokompatibles elektronisches Modul nach Anspruch 63, bei dem die elektronische Vorrichtung eine einzelne Substratstruktur enthält.
Biokompatibles elektronisches Modul nach Anspruch 63, bei dem die Nadel gekrümmt ist und einen rechteckigen Querschnitt besitzt.
Biokompatibles elektronisches Modul nach Anspruch 63, bei dem die Anordnung ein biologisch abbaubares Material umfasst.