СЕНСОРНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СНЯТИЯ ПАРАМЕТРОВ ОРГАНИЗМА ПАЦИЕНТА
SENSOR DEVICE FOR REGISTERING PARAMETERS OF PATIENT'S ORGANISM

Изобретение относится к сенсорному устройству для снятия параметров организма пациента, имеющему имплантируемый сенсор и имплантируемое средство передачи данных, находящееся в сигнальном соединении с сенсором, при этом средство передачи данных снабжено антенной для телеметрической передачи данных на внешний приемный узел и несущей платой для электронных компонентов, при этом расположенные на несущей плате электронные компоненты по меньшей мере на одной стороне несущей платы покрыты защитной оболочкой.
Сенсорное устройство подобного типа известно из DE 10239743 A1, где описано его использование для снятия параметров головного мозга. Сенсорные устройства этого типа известны также из WO 02/062215 A2, US 2006/0020300 A1, US 6083174, DE 19705474 A1, DE 19638813 C1, DE 10156469 A1 и DE 10353144 A1. Известные сенсорные устройства, поскольку они имеют несущую плату с электронными компонентами, являются настолько громоздкими, что они раздражают пациента после имплантации. Кроме того, существует риск послеоперационной инфекции.
Поэтому одной из целей предлагаемого изобретения является создание такого сенсорного устройства для снятия параметров организма пациента вышеописанного типа, которое было бы более комфортным для пациента.
Эта цель предлагаемого изобретения достигается созданием сенсорного устройства для снятия параметров организма пациента, в котором антенна расположена в периферийной области несущей платы и выполнена охватывающей последнюю и электронные компоненты.
Согласно предлагаемому изобретению, было установлено, что периферийное расположение антенны обеспечивает экономию установочного пространства несущей платы, что может быть использовано для размещения компонентов, так что требования к установочному пространству несущей платы, на которой должны размещаться электронные компоненты, в целом могут быть снижены. Соответственно обеспечивается компактность несущей платы и вместе с этим той части сенсорного устройства, которая имеет значительный габарит по высоте. Периферийную антенну легко сделать такой плоской, что она не будет беспокоить пациента после имплантации. При таком решении компоненты можно расположить на несущей плате таким образом, чтобы избежать образования жестких краев, которые оказывают давление на кожу головы, в результате чего возникает риск инфекции. В частности, сенсорное устройство может быть выполнено таким образом, что обеспечивается возможность имплантации сенсорного устройства без необходимости делать вырез в костной ткани головы. Периферийное расположение антенны обеспечивает также улучшение качества передачи данных благодаря увеличившемуся диаметру антенны. Кроме того, предлагаемое изобретение позволяет избежать наложения антенны на другие электронные компоненты, что могло бы стать причиной помех при передаче данных. При имплантации предлагаемого сенсорного устройства кожа головы только минимально поднимается относительно костной ткани в периферийной области устройства, где расположена антенна. Сигнальное соединение между средством передачи данных и сенсором может быть как проводным, так и беспроводным. Защитная оболочка по меньшей мере в области, где она имеет наивысшее поднятие над несущей платой, выполнена выпуклой. Обычно это центральный участок защитной оболочки. Краевые области защитной оболочки, в частности в местах ее соединения с несущей платой, могут быть выполнены вогнутыми. Необходимо заметить, что определения «выпуклый» и «вогнутый» в этом случае относятся к наружной поверхности защитной оболочки. Предлагаемое устройство для снятия параметров организма пациента может быть выполнено, в частности, в качестве сенсорного устройства для снятия параметров головного мозга пациента. Тогда в качестве сенсора используется сенсор параметров головного мозга. Гибкий несущий слой несущей платы может быть выполнен из полиимида.
В защитной оболочке, выполненной выпуклой по меньшей мере частично и покрывающей электронные компоненты на несущей плате по направлению к обеим сторонам, есть возможность снабдить несущие платы на двух сторонах электронными компонентами. Это тоже способствует снижению требований к поверхности для несущей платы и, следовательно, для сенсорного устройства.
Если антенна выполнена как часть гибкого антенного слоя, который в плоскости соединен с несущей платой и охватывает последнюю по краю, то сенсорное устройство во внешней области в имплантированном состоянии может быть адаптировано, в отношении формы, к костной ткани головы, на которой устанавливается сенсорное устройство. Это также делает ношение сенсорного устройства более комфортным. Антенный слой соединен, в частности, с гибким участком несущей платы.
Круглый антенный слой обеспечивает возможность симметрирования в отношении телеметрической передачи данных, что облегчает подсоединение внешнего блока сбора данных.
Выполнение двухслойной конструкции несущей платы с двумя несущими слоями, между которыми расположен антенный слой, упрощает прикрепление антенного слоя. В альтернативном варианте несущая плата может быть выполнена однослойной.
Решение, при котором с гибким несущим слоем несущей платы соединена по меньшей мере одна защитная оболочка, увеличивает гибкость и, благодаря этому, адаптируемость формы сенсорного устройства.
То, что антенна выполнена в виде печатной схемы, делает устройство экономичным и компактным. В альтернативном варианте антенна может быть образована также по меньшей мере одной проволочной навивкой, пущенной вокруг электронных компонентов.
Покрытие или опрессовка, выполненные из биосовместимого материала, и защитная оболочка несущей платы, которая была бы доступна извне, снижают требования к несущей плате. Защитная оболочка электронных компонентов на несущей плате также может быть обеспечена тем же покрытием или опрессовкой. Покрытие или защитная оболочка могут одновременно обеспечивать герметичность сенсорного устройства, так чтобы исключалась возможность проникновения текучих сред к электронным компонентам сенсорного устройства. Кроме того, покрытие или защитная оболочка могут одновременно обеспечивать желаемую изоляцию антенны.
В качестве особенно подходящих биосовместимых материалов для покрытия или опрессовки показали себя такие материалы, как силикон, силиконовая резина, парилен и полиуретан.
Это соответственно относится к таким материалам для защитной оболочки, как керамика или титан.
Соотношение толщин, при котором краевая область несущей платы, где расположена антенна, имеет толщину, по меньшей мере вдвое меньшую, чем толщина, измеренная в том же направлении в той области несущей платы, где расположены электронные компоненты, в предположении определенной базовой гибкости материала несущей платы обеспечивает повышенную гибкость несущей платы, которая тоньше в краевой области. При таком решении обеспечивается создание сенсорного устройства, которое в краевой области является в целом гибким, что опять же способствует повышению адаптируемости и, благодаря этому, повышению комфортности ношения сенсорного устройства. С таким соотношением толщин сенсорное устройство оказывается также наименее раздражающим пациента в краевой области, иначе говоря, там, где оно имеет наибольший поперечный размер, потому что его толщина в краевой области мала.
Далее варианты осуществления предлагаемого изобретения описываются более подробно со ссылками на прилагаемые чертежи.
На фиг.1 на виде сбоку схематично показаны внутренние детали сенсорного устройства для снятия параметров организма пациента согласно одному из вариантов осуществления предлагаемого изобретения на примере сенсорного устройства для снятия параметров головного мозга.
На фиг.2 сенсорное устройство, изображенное на фиг.1, показано на виде сверху.
На фиг.3 на виде сверху показано сенсорное устройство для снятия параметров головного мозга согласно другому варианту осуществления предлагаемого изобретения.
На фиг.4 на виде сбоку (аналогично фиг.1) показано сенсорное устройство для снятия параметров головного мозга согласно еще одному варианту осуществления предлагаемого изобретения с разрезом в области сенсора параметров головного мозга.
На фиг.5 сенсорное устройство, изображенное на фиг.4, показано в уменьшенном масштабе на виде сверху.
На фиг.6 на виде сбоку (аналогично фиг.4) показано сенсорное устройство для снятия параметров головного мозга согласно еще одному варианту осуществления предлагаемого изобретения.
На фиг.7 на виде сбоку (аналогично фиг.4) показано сенсорное устройство для снятия параметров головного мозга согласно еще одному варианту осуществления предлагаемого изобретения.
Сенсорное устройство 1 для снятия параметров головного мозга, рассматриваемое в качестве примера сенсорного устройства для снятия параметров организма пациента согласно предлагаемому изобретению, содержит сенсор 2 для снятия параметров головного мозга, рассматриваемый как пример сенсора для снятия параметров организма пациента согласно предлагаемому изобретению. Последний используется, например, для измерения внутричерепного давления, например, в паренхиматозной ткани или в желудочках головного мозга. В качестве альтернативного решения или дополнительно упомянутый сенсор 2 может быть реализован так же, как датчик температуры. В этом случае сенсор 2 может быть снабжен мостиком Уитстона. В этом случае измеряется омическое сопротивление диагонали мостика, которое явным образом коррелирует с температурой, которую нужно определить. Сенсор 2 через посредство катетерной трубки 3, которая может быть как жесткой, так и гибкой, соединен с несущим узлом 4. Упомянутая катетерная трубка 3 выполнена из пластмассового материала. Сквозь катетерную трубку 3 проведены провода питания и сигнальные проводники (на фиг.1 не показаны), по которым обеспечивается с одной стороны снабжение сенсора 2 энергией, а с другой стороны - передача сигналов, в частности, измеренных параметров и управляющих сигналов. В принципе, вместо катетерной трубки 3 между сенсором 2 и несущим узлом 4 может быть обеспечена беспроводная связь.
Несущий узел 4 размещен на черепной кости пациента (на прилагаемых чертежах не показана) и закреплен. Катетерная трубка 3 с сенсором 2 проведена через соответствующий канал, выполненный в черепной кости, до места, в котором производятся измерения. В этом случае место проведения измерений может находиться как под твердой мозговой оболочкой, так поверх твердой мозговой оболочки.
В имплантированном состоянии к черепной кости обращена гибкая пластинка 5, т.е. гибкий несущий слой несущей платы, толщиной приблизительно 1 мм. Упомянутая гибкая пластинка 5 имеет форму круглого диска. Гибкая пластинка 5 может быть прикреплена к черепной кости с помощью винтов 6. Упомянутые винты 6 могут проходить сквозь фиксирующие ушки, выполненные на гибкой пластинке 5. Гибкая пластинка 5 представляет собой часть несущей платы несущего узла 4. На фиг.1 толщина гибкой пластинки 5 обозначена буквой «А».
На гибкую пластинку 5 наложена и прикреплена к ней жесткая пластинка 7, являющаяся жестким слоем несущей платы, на котором закреплены электронные компоненты.
Упомянутая жесткая пластинка 7 имеет форму круглого диска, диметр которого меньше, чем диаметр гибкой пластинки 5. Гибкая пластинка 5 и жесткая пластинка 7 расположены концентрично, так что гибкая пластинка 5 выступает за пределы жесткой пластинки 7 с образованием кольцеобразной краевой области 8. На фиг.1 толщина жесткой пластинки 7 обозначена буквой «В».
Гибкая пластинка 5 и жесткая пластинка 7 образуют несущие слои несущей платы сенсорного устройства 1. В частности, гибкая пластинка 5 с печатной схемой ламинирована на жесткую пластинку 7. Гибкая пластинка 5 представляет собой плату с печатным монтажом. Жесткая пластинка 7 выполнена из материала FR4.
Что касается соотношения толщин А и В, то оно подчиняется неравенству А≤0,5В. Таким образом, в кольцеобразной краевой области 8 несущая плата 5, 7 имеет толщину А, которая по меньшей мере в два раза меньше толщины В, измеренной в той области несущей платы 5, 7, где расположены электронные компоненты 9, 10.
Высокие SMD-компоненты 9 (SMD - аббревиатура от surface-mount devices - компоненты поверхностного монтажа), которые расположены близко к центру жесткой пластинки 7, составляют часть электронных компонентов. Кроме того, на жесткой пластинке 7 по ее краю расположены плоские электронные компоненты 10. Компоненты 9, 10 - это электронные компоненты сенсорного устройства 1. Эти компоненты 9, 10 используются для электрического питания сенсора 2, а также для телеметрического обмена данными между сенсором 2 и внешним устройством считывания и управления, которое на прилагаемых чертежах не показано. Упомянутое устройство считывания и управления представляет собой внешний блок сбора данных. По причине выполнения телеметрической функции несущий узел 4 также называется телеметрическим блоком или устройством передачи данных. Кроме того, телеметрический блок отвечает за согласование данных измерений, собираемых сенсором 2. Это согласование сигналов имеет место в специализированной интегральной схеме. Сенсор того типа, к которому относится сенсор 2, соединяется со специализированной интегральной схемой просто с помощью микрокабеля, проходящего сквозь катетерную трубку. Упомянутая специализированная интегральная схема используется, помимо прочего, в качестве мультиплексора, то есть как коммутационная схема или как переключатель, как преобразователь переменного тока в постоянный и как последовательный интерфейс. При согласовании сигналов или измеренных величин напряжение сигнала давления и сопротивление диагонали мостика Уитстона измеряются циклично с помощью сенсора 2. Для этой цели линии сенсора на несущей плате 5, 7 периодически переключаются благодаря мультиплексной функции специализированной интегральной схемы. Аналоговые значения сигналов, запрашиваемые после мультиплексирования, передаются на преобразователь переменного тока в постоянный и преобразуются в нем в цифровой сигнал измеренных данных. Это обеспечивается с помощью последовательного интерфейса специализированной интегральной схемы для последующей обработки.
Телеметрический блок может быть выполнен как пассивный повторитель сигналов, иначе говоря, он может не требовать электрического питания.
В кольцеобразной краевой области 8 гибкой пластинки 5 расположен тонкий кольцеобразный антенный слой, который образует антенную катушку 11, проходящую вокруг, т.е огибающую гибкую пластинку 5 (см. фиг.2). Упомянутая антенная катушка 11, таким образом, расположена в кольцеобразной краевой области 8, окружающей несущую плату 5, 7. Антенная катушка 11, таким образом, имеет с несущей платой 5, 7 планарное, т.е плоское соединение. Антенная катушка выполнена в виде печатной платы. Антенная катушка или антенный слой расположены между двумя несущими слоями несущей платы, которые образованы гибкой пластинкой 5 и жесткой пластинкой 7. Антенная катушка 11 может также иметь более одного слоя. Имеются контакты 12, соединяющие антенную катушку 11 с ассоциированными с ней компонентами на жесткой пластинке 7. Так как антенная катушка 11 выполнена на гибкой пластинке 5, эта внешняя антенная область сенсорного устройства 1 является тонкой и гибкой.
С помощью антенной катушки 11 осуществляется передача телеметрических данных между сенсорным устройством 1 и внешним устройством считывания и управления.
В имплантированном состоянии сенсорное устройство 1 располагается под кожей головы пациента. Со стороны кожи головы сенсорное устройство 1 снабжено защитной оболочкой, выполненной в виде гибкой мембраны 14. Внешняя поверхность упомянутой гибкой мембраны 14 имеет асферичную выпуклую форму, иначе говоря, по сравнению со сферической поверхностью она явно уплощена. В целом та часть сенсорного устройства 1, которая в имплантированном состоянии расположена на черепной кости, является настолько плоской, что не происходит никаких нежелательно сильных натяжений кожи головы. Кроме того, благодаря наличию гибкой мембраны 14 сенсорное устройство 1 в области электронных компонентов 9, 10, обращенной в сторону кожи головы, не имеет острых краев.
На несущей плате 5, 7 в ее центре предусмотрен соединитель 15, предназначенный для механического и электрического соединения катетерной трубки 3 с несущей платой 5, 7.
На фиг.3 в качестве еще одного варианта осуществления предлагаемого изобретения показано сенсорное устройство 16 для снятия параметров головного мозга пациента. Те его компоненты, которые аналогичны уже описанным соответствующим компонентам сенсорного устройства, проиллюстрированного на фиг.1 и фиг.2, обозначены теми же ссылочными обозначениями, и они не будут подробно описываться.
В варианте осуществления предлагаемого изобретения, представленном сенсорным устройством 16, катетерная трубка 3 отведена от несущей платы 5, 7 вбок, иначе говоря, она сначала проходит по соседству с несущей платой 5, 7, в несущей плоскости, которая определена заранее. Катетерная трубка 3 является настолько гибкой, что в имплантированном состоянии она проведена с приблизительно S-образным изгибом через соответствующим образом выполненное отверстие в черепной кости, в частности, для проведения измерений поверх твердой мозговой оболочки. Как показано на фиг.3, катетерная трубка 3, отведенная вбок, не создает помех для антенной катушки 11, а, как можно видеть на фиг.3, направлена к наблюдателю и приподнята над антенной катушкой 11, иначе говоря, она смещена в пространстве относительно антенной катушки 11.
В вариантах осуществления предлагаемого изобретения, проиллюстрированных на фиг.1-3, диаметр гибкой пластинки 5 больше, чем диаметр жесткой пластинки 7 приблизительно на 20%. По абсолютной величине жесткая пластинка 7 может быть выполнена даже меньшего диаметра, чем показано на фиг.1-3, так что возможно дальнейшее увеличение отношения диаметра гибкой пластинки 5 к диаметру жесткой пластинки 7. Уменьшение диаметра жесткой пластинки 7 может быть достигнуто при размещении электронных компонентов 9, 10 на ее обеих сторонах. При таком решении гибкая пластинка 5 с оборотной стороны жесткой пластинки 7 имеет соответствующие выемки, предусмотренные для размещения электронных компонентов 9, 10.
Если электронные компоненты 9, 10 размещены на обеих сторонах жесткой пластинки 7, то поперечное сечение несущего узла 4, выполненное как на фиг.1, приобретает контур, практически зеркально-симметричный относительно плоскости несущей платы 5, 7 и приблизительно вентрикулярный, с двумя гибкими мембранами 14, покрывающими несущую плату 5, 7 и электронные компоненты 9, 10 на обеих ее сторонах.
В вариантах осуществления предлагаемого изобретения, проиллюстрированных на фиг.1-3, вместо гибкой мембраны 14 может быть использовано покрытие, которое тоже выполняется выпуклым и состоит из керамики или титана.
На фиг.4 и фиг.5 иллюстрируется еще один вариант сенсорного устройства 1 для снятия параметров головного мозга. Компоненты, соответствующие тем, которые уже описаны ранее в отношении вариантов осуществления предлагаемого изобретения, проиллюстрированных на фиг.1-3, имеют те же ссылочные обозначения, и они не будут подробно описываться.
В варианте осуществления предлагаемого изобретения, проиллюстрированном на фиг.4, жесткая пластинка и компоненты, сходные с компонентами вариантов осуществления предлагаемого изобретения, проиллюстрированных на фиг.1-3, скомбинированы с образованием внутреннего корпуса 17 для электронных компонентов, который также выполняет функцию электронной платы. Упомянутый внутренний корпус 17 для электронных компонентов имеет форму уплощенного цилиндра, у которого отношение высоты к диаметру сравнимо с таковым у хоккейной шайбы, только абсолютные размеры меньше.
Гибкая пластинка 5, которая называется также антенной пластинкой, выступает вбок относительно базовой поверхности 18 внутреннего корпуса 17 для электронных компонентов. Антенная катушка 11, как и в вариантах осуществления предлагаемого изобретения, проиллюстрированных на фиг.1-3, прикреплен к гибкой пластинке 5, но на фиг.4 и фиг.5 не показан. Антенная катушка 11 может быть выполнена в виде витков, напечатанных на гибкой пластинке 5, или в виде отдельных проволочных витков. Это выступание гибкой пластинки 5 соответствует выступанию гибкой пластинки относительно жесткой пластинки в вариантах осуществления предлагаемого изобретения, проиллюстрированных на фиг.1-3. Внутренний корпус 17 для электронных компонентов окружен наружным покрывающим корпусом 19, которому в вариантах осуществления предлагаемого изобретения, проиллюстрированных на фиг.1-3, функционально соответствует гибкая мембрана 14.
Упомянутый наружный покрывающий корпус 19 имеет скорлупообразное покрытие 20, выполненное из керамики или титана, которое является дополняющим по отношению к той части внутреннего корпуса 17 для электронных компонентов, которая выступает вверх над гибкой пластинкой 5, показанной на фиг.4. Стенка упомянутого скорлупообразного покрытия 20, покрывающая внутренний корпус 17 для электронных компонентов сверху, проходит через кольцеобразный скругленный край 21 в рукавообразную боковую стенку скорлупообразного покрытия 20, которое простирается вверх до гибкой пластинки 5.
Помимо верхнего скорлупообразного покрытия 20, показанного на фиг.4, наружный покрывающий корпус 19 может иметь также круглое контрпокрытие 22, также выполненное из керамики или титана (см. фиг.4). Последнее снабжено центральным сквозным отверстием для сенсора 2 для снятия параметров головного мозга. Вокруг цилиндрической двойной стенки внутреннего корпуса 17 для электронных компонентов между скорлупообразным покрытием 20 и контрпокрытием 22 остается кольцеобразный проход для гибкой пластинки 5.
Гибкая пластинка 5 заключена в биосовместимую опрессовку 23, которая в варианте осуществления предлагаемого изобретения, проиллюстрированном на фиг.4 и фиг.5, выполнена в виде покрытия гибкой пластинки, выполненного из силикона, силиконовой резины или полиуретана. Возможно также использование покрытия, выполненного из парилена. Упомянутая биосовместимая опрессовка 23 гарантирует, что контакт пациента с сенсорным устройством 1 будет осуществляться исключительно через посредство наружного покрывающего корпуса 19, биосовместимой опрессовки 23 и сенсора 2 для снятия параметров головного мозга. Биосовместимая опрессовка 23 герметично соединяет гибкую пластинку 5 с наружным покрывающим корпусом 19. Биосовместимая опрессовка 23, которая в варианте осуществления предлагаемого изобретения, иллюстрируемом на фиг.4, прикреплена в виде слоя под гибкой пластинкой 5, герметично соединена с катетерной трубкой 3 сенсора 2.
Далее со ссылками на фиг.6 описывается сенсорное устройство для снятия параметров головного мозга согласно еще одному варианту осуществления предлагаемого изобретения. Компоненты, соответствующие тем, которые уже описаны ранее в отношении вариантов осуществления предлагаемого изобретения, проиллюстрированных на фиг.1-5, имеют те же ссылочные обозначения, и они не будут подробно описываться.
Сенсорное устройство 1, изображенное на фиг.6, по сравнению с сенсорным устройством, изображенным на фиг.4 и фиг.5, не имеет скорлупообразного покрытия, дополняющего относительно внутреннего корпуса 17 для электронных компонентов, а имеет выпуклую защитную оболочку 24, выполненную из керамики или титана. Последнее куполообразно вздымается над выступающей вверх над гибкой пластинкой 5 (см. фиг.6) частью внутреннего корпуса 17 для электронных компонентов и герметично соединяется с краем биосовместимой опрессовки 23 на гибкой пластинке 5.
Далее со ссылками на фиг.6 описывается сенсорное устройство для снятия параметров головного мозга согласно еще одному варианту осуществления предлагаемого изобретения. Компоненты, соответствующие тем, которые уже описаны ранее в отношении вариантов осуществления предлагаемого изобретения, проиллюстрированных на фиг.1-5, имеют те же ссылочные обозначения, и они не будут подробно описываться.
В отличие от решения, проиллюстрированного на фиг.6, в варианте осуществления предлагаемого изобретения, иллюстрируемом на фиг.7, выпуклая оболчка 24 имеет дополнительное наружное покрытие 25, выполненное из биосовместимого материала, иначе говоря, также выполненное из силикона или полиуретана. Упомянутое дополнительное наружное покрытие 25 герметично соединяется с биосовместимой опрессовкой 23 гибкой пластинки 5. Как альтернатива одностороннему покрытию выпуклой защитной оболочки 24, последнее также может быть опрессовано в биосовместимом материале, иначе говоря, например, в силиконе или полиуретане, и может быть полностью заключено в эту опрессовку, как описывалось выше с использованием гибкой пластинки 5.