[发明专利]中场耦合器

说明书

本文描述了利用中场源和植入物进行无线功率传输的装置、系统和方法。在一个变型中，中场源可以通过由一个或多个亚波长结构所构成的图案化的金属板来实现。这些中场源可以操纵材料(例如，组织)之外的倏逝场来激励和控制材料(例如，组织)内部的传播场，从而在材料(例如，组织)中产生空间上受限且自适应的能量传输。能量可以被植入装置接收，植入装置可以被配置用于一个或多个功能，例如刺激、感测或药物输送。

本申请为分案申请，其原申请是2018年1月8日进入中国国家阶段、国际申请日为2015年5月15日的国际专利申请PCT/US2015/030995，该原申请的中国国家申请号是201580081523.6，发明名称为“中场耦合器”。

相关申请

本申请要求享有于2014年5月18日提交的标题为“MIDFIELDCOUPLER”的美国临时专利申请No.61/994,960的优先权，该申请以全文引用的方式并入本文中。

技术领域

本公开内容总体上涉及无线功率传输。具体而言，本文描述了用于中场耦合到植入装置(例如，微刺激器、传感器、消融(ablation)或药物输送装置)的装置、系统以及方法。

背景技术

尽管能量储存技术已经取得了相当大的进步，但电池仍然是植入式电子器件小型化的主要障碍。结果，目前的可植入式电刺激系统通常包括大的脉冲发生器，该脉冲发生器包含包装(encase)电池和用于产生电脉冲的电路的钛外壳。脉冲发生器典型地被植入在身体的腔体内，例如在锁骨下方、胸腔下面、在下腹部区域中或上臀部中。然后电脉冲经由被布线在皮肤下面的引线或通过血管被传递到目标神经或肌肉区域。与这种现有方法相关联的问题包括囊袋感染、引线移位、引线断裂或穿孔、由于植入或取出引线而引起的肌肉撕裂、以及放置电极的有限位置。另外，这些装置的使用寿命是非常有限的，一旦电池组被耗尽，则需要定期的手术更换。

可替换地，能量可以从外部源无线地传输，但是将功率传输到位于超过表皮深度的一个或多个小型植入装置的能力仍然是具有挑战性的。用于植入式电子器件的大多数已知的无线供电方法基于近场耦合方法，并且这些和其它建议的方法具有许多缺点。植入装置中的功率采集结构(例如，线圈或天线)通常较大。最大尺寸通常在厘米量级或更大。近场耦合方法中的体外线圈也通常体积庞大且不灵活。这对于将外部装置融入日常生活中存在一些困难。近场的固有指数性衰减限制了超过表皮深度(大于1cm)的植入器件微型化。另一方面，远场的辐射特性严重限制了能量传输效率。因此需要具有用于向小型植入式装置传送无线功率的装置和方法，以及适用于微创传递方法的对应的小型植入式装置。

发明内容

本文描述了利用中场源和植入物进行无线功率传输的装置、系统和方法。在一个变型中，中场源(耦合器)可以通过由多个亚波长结构中的一个构成的图案化的金属板来实现。这些中场源可以操纵材料(例如，组织)之外的倏逝场来激发和控制材料内部的传播场，从而在材料中产生空间上受限且自适应的能量传输。能量可以被植入装置接收，植入装置可以被配置用于一个或多个功能，例如刺激、消融、感测或药物输送等功能。

在一个变型中，本文描述的装置是中场源。中场源可以包括中场板和一个或多个激励端口。中场板可以包括平面表面和一个或多个亚波长结构。中场源可以被配置用于穿过组织的无线功率传输。在一些变型中，中场源包括平面结构，该平面结构包括金属、槽或金属带中的至少一个、以及耦合到槽或金属带的激励端口，其中，源能够产生电磁场，与源相邻的场的空间频谱具有在范围内的不可忽略的分量。在这些变型中的一些中，该装置包括至少两个槽或至少两个金属带。在这些变型中的一些中，两个槽或两个金属带由相同的激励端口激励。在这些变型中的一些中，两个槽或两个金属带使用微带传输线由相同的激励端口激励。在一些变型中，该装置还包括用于动态地移动电磁场的聚焦区域的控制器。在一些变型中，该装置包括八个槽，其中，八个槽布置成成对的相交线型槽和弯曲槽。在这些变型中的一些中，每一对槽由单个激励端口激励。