[发明专利]用于供应能量和返回数据的光学收发器、光学系统、介入设备和方法

说明书

本发明涉及一种光学收发器，其包括光学转换器电路(24)，所述光学转换器电路包括光电子设备(26)、生成数据的电子器件(30)、以及被配置为控制所述光电子设备(26)的所述电子器件(30)电路(28)。所述光电子设备(26)被配置为在接收入射光束时将所述光束转换成电能。所述光电子设备(26)还被配置为发射光脉冲，其中，所述光脉冲的发射是通过由入射光束光致电致发光(PIEL)而引起的，其中，基于光致电致发光的光脉冲包括由所述电子器件(30)生成的数据。所述电路(28)被配置为根据多信号水平编码方案将所述数据调制到所述光电子设备上(26)，使得所述光电子设备(26)以光强度离散的集合的多于两个不同水平发射所述光脉冲。

技术领域

本发明涉及光学收发器、光学系统和介入设备。光学收发器可用于向远程电子设备光学地供应能量和从远程电子设备返回数据，特别是在医疗技术领域。本发明还涉及光学地供应能量和光学地返回数据的方法。

背景技术

光学收发器在应用中是有用的，其中，经由电线的功率输送和数据传输是有问题的，特别是由于功率输送和数据传输路径的尺寸限制。尽管本发明不限于在医学应用中的用途，但是本文中将关于医学应用描述本发明。

在医学领域，存在利用微创介入来取代传统外科手术的显然和持续的趋势。创伤减少、住院时间缩短和成本降低是采用微创技术的最重要驱动因素。为了实现医学仪器的进一步革新——从而实现更先进和更具挑战性的微创介入——需要在如导管和导丝的仪器中集成微型传感器，用于体内成像和生理测量。传感器在这些仪器的尖端中的集成意味着需要能够将电力传递到医学设备的远端尖端并且将数据从远端尖端传送回医学设备的近端末端的线。

将数据和功率输送到诸如导管或导丝的长而薄的设备的尖端用于成像、感测、敏化或甚至消融可能是具有挑战性的。除此之外，包括从远端到近端的高数据速率返回通道更加成问题。这是由于几个原因。

首先，医学介入所需的小的横截面(即小直径)与导线或导管的长的长度的组合确实严重限制了可以集成在这样的仪器中的电线的总数。

其次，多根电线的集成损害了仪器的灵活性，而灵活性是这类仪器的关键特性。

第三，对于高数据速率，例如尖端处的超声换能器所需或用于敏感测量，通常需要同轴电缆，与单芯线相比需要更多空间。

第四，由于电线中的或者电线的谐振导致连接的电子器件中的电磁干扰并且还可能导致组织加热，因此具有电线的仪器通常与磁共振成像的使用不兼容。此外，细电缆通常不能支撑相对高的量的功率以在导管的远端末端使用。

而且，由于它们的一次性使用，导管和导丝必须以相对简单且成本有效的方式制造。

WO2014/072891A1描述了一种光学收发器，其从远程激光光源接收光能并将光能转换成电能以为收发器的光学转换器电路供电。为此，光学收发器包括呈发光二极管(LED)形式的光电子设备。光学转换器电路可以具有生成数据的电子器件。虽然这种已知的光学收发器在提供足够的功率输送能力以致动作为电子设备的超声导管方面是有效的，但是因为光电子设备具有所需的大表面积以实现必要功率输出，所以光电子设备的大表面积限制了带宽以及因此从收发器到近端的返回路径中的数据传输的数据速率。出于这个原因，进一步提出在那里使用单独的光电子设备，特别是垂直腔表面发射激光器(VCSEL)，用于从远端到近端的返回路径中的数据传输。然而，用于数据传输的单独的光电子设备和用于能量收集的单独的光电子设备为使用光学收发器的介入仪器的电子和光学部件增加了显著的复杂性。用作光电子设备的较小的LED将增加数据传输的带宽，但是杂散电容和边缘效应会破坏这种情况，并且LED的光电转换效率降低。

因此，问题在于光学收发器要么不能仅用单个LED提供高带宽，要么在光电转换中效率较低，要么由于额外的VCSEL以及相关的成本、制造和对准问题而复杂。

因此，需要一种改进的光学收发器，其保持实现足够的转换功率输出的能力，但增加了返回路径中的数据传输的带宽。