用於iop監視的軟性接觸鏡中的集成化柔性被動傳感器的製作方法

2023-06-11 23:46:16

專利名稱：用於iop監視的軟性接觸鏡中的集成化柔性被動傳感器的製作方法
技術領域：
本發明涉及被動傳感器裝置，尤其用於測量生理參數(例如眼內的眼睛壓力(IOP)),所述被動傳感器裝置可被合併到接觸鏡(contact lens)尤其是軟性接觸鏡(softcontact lens)中或其上。本發明還涉及製作方法和測量生理參數的方法。
背景技術：
眼內壓是用於診斷青光眼的生理數據，該眼內壓的特徵在於，在多數情況下由於眼內的巨大變化而提高的壓力。一般地，眼內壓採用被稱作眼壓計(Tonometer)的特殊眼科設備來測量。該測量只能在醫生的實踐下或在醫院內執行。結果是，這種類型的測量需要患者存在於實踐中或在醫院內，並且IOP壓力只在一天中的給定時刻測量。因此，在患者的正常環境中的一天的長時段期間沒有獲得關於IOP進展的信息。因此，有需要提供改良的測量和監視系統，該測量和監視系統實現記錄可能的原因，該可能的原因包括對IOP值的變化有影響的身體活動、環境、姿勢或心理原因。同時，在研究中任意時間都知道生理參數的值，這使患者不僅可以獲得改進的診斷，還可以遵循合適的醫療治療。現有技術文獻WO 03/001991提出了一種眼內壓記錄系統，該系統無關乎患者的姿勢和活動而允許在延長的時段內連續地監視。該文獻中描述的記錄系統包括軟性接觸鏡，該軟性接觸鏡包括用於測量球形變形的主動應變儀。信息被傳輸至外部記錄系統。由於接觸鏡上的主動應變儀的使用，需向接觸鏡提供實質的電力，從而可觀察到靠近患者眼睛的、相當高的輻射水平並且需將熱消散。在電池驅動使用的情況下，能量消耗導致系統的有限自治。進一步的，在無線系統的情況下，能源傳輸設備需要被定位地儘可能地靠近使用者，這樣會減少患者佩戴的舒適度。所以，有需要為這樣的眼內壓記錄系統提供改良的感測裝置。

發明內容
這個目的由根據權利要求1的感測裝置實現。用於接觸鏡的發明的感測裝置具有:電感，該電感包括載體基底的第一主側上的第一螺旋部(spire)，和載體基底的與第一主表面相對的第二主表面上的第二螺旋部；以及電容。使用完全的被動感測裝置，可由其變形(例如在壓力下)基於這樣的LC電路的共振頻率的偏移來測量生理參數，其中，通過在載體基底兩側上提供電感螺旋部，可朝著允許用於人體上測量的頻率範圍來偏移LC電路的共振頻率。利用純被動 感測裝置，出現在生理參數測量系統周圍的輻射能量損耗可被保持得很低，以減少涉及在患者眼睛附近出現的任何風險。該設備實現創建提供良好測量靈敏度、為患者提供改良的舒適的醫療設備，並且其能夠遵守依據生物適應性的規則和傳感器活動頻段的使用。同時，可以實現薄的感測裝置，這是利用主動元件的設計是不可能實現的。
較優地，電容可與電感一體形成，其中，一個電極在載體基底的第一主側上並且第二電極在載體基底的第二主側上，電容的電介質是載體基底的一部分。集成電容的存在使製作過程簡單化，因為電容可和電感螺旋部同時被製作。
根據優選的實施例，在從螺旋部的中央看時，電容可朝著螺旋部的外部而布置。利用這樣的設計，一旦感測裝置附接至接觸鏡，患者的佩戴舒適度可保持得很高，因為電容器不會模糊患者的視野。
有利地，電容可為弧形並且可延伸小於一個完整的圓。利用這種形狀，電容可適於接觸鏡的形狀，並且通過防止電容形成完整的圓，其不影響電感。
進一步優選地，接觸鏡的感測裝置可進一步包括至少一個交叉指型電容(interdigitated capacitance),其特別連至電容。典型地具有交錯的指狀物的這樣的附加電容，使LC電路能夠微調，以使得可保證共振頻率在正確的範圍內。一旦測試該電路，交叉指型電容的一個或多個指狀物可例如通過雷射切除而被切以改變感測電路的屬性。
優選地，交叉指型電容可為弧形。從而，尤其當朝著螺旋部外部布置交叉指型電容時，交叉指型電容的期望優點可被保持，而同時形狀可適於接觸鏡。
有利地，螺旋部的兩個連接部件可都被朝著螺旋部的內部布置或者可都被朝著螺旋部的外部布置 。在這樣的情況下，與附加的電容的連接被簡化了。本文中，內部和外部涉及當從螺旋部的中央看時的布置。朝著外部的布置更優選地為在電感的特定布置處，當電容被保持在患者視野之外時，佩戴舒適度得到改善。
優選地，連接部件被布置在柔性載體基底的同一側。如果不是集成電容而是附加的元件連至螺旋部，則連接被簡化，假使連接位於載體基底的頂部或位於載體基底的底部。
根據優選實施例，第一螺旋部和第二螺旋部可通過多個連通柱(Vias)在螺旋部的整個長度上連接。在這種情況下，由於有效厚度的本質上加倍而可減少電感的電阻率。該連通柱可以以在相對彼此固定的距離處布置。
有利地，感測裝置可包括兩個相交區域，其中，螺旋部的本質上半圓形部分與隨後圓形螺旋部中的另一本質上半圓形部分連接。這樣簡化了設計以得到在內部或在外部的連接部件。
進一步優選地，螺旋部的兩個本質半圓形部分之間的連接可以在第一主表面側上或在第二主表面側上實現。有利地，所連接的螺旋部的本質半圓形部分可從外部朝著內部延伸，然後從內部延伸回至外部。進一步優選地，每一向內去的螺旋部只可和一個向外去的螺旋部相交，並且反之亦然。在這樣的情況下，朝著外部的連接可例如連接在第一表面側上，反之，朝著內部的連接可被布置在第二表面側上。在這樣的情況下，由相互連接的兩個本質半圓形部分構建的且朝外繞的一個螺旋部，只與由相互連接的兩個本質半圓形部分而構建的且朝內繞的一個螺旋部相交，以使得寄生電容可被保持得很小。
根據優選的變型，第一螺旋部和第二螺旋部可在第一螺旋部末端處和第二螺旋部開始處通過一個連通柱連接，其中螺旋部以同一方向纏繞以形成串聯的兩個電感。以這種方式，電感值可被加強而不需要更多的區域。
優選地，電感可包括一到二十五個螺旋部，該螺旋部特別具有每層10 μ m至40 μ m的厚度及大約70 μ m至100 μ m的寬度。針對這些數值，在佩戴接觸鏡時沒有限制患者的舒適度而可獲得期望的共振頻率。
優選地，在沒有螺旋部和/或電容器和/或交叉指型電容器的區域中，可至少部分地移除載體基底。這加強了感測裝置的柔性，使得由感測裝置的變形的靈敏度可被提高。
本發明進一步涉及用於包括一個或兩個接觸鏡的生理參數測量系統的接觸鏡，其包括根據上述權利要求中的一個的感測裝置並且實現上述的益處。
還由包括一個或兩個接觸鏡的生理參數測量系統實現目的，其中，每個接觸鏡是根據上述權利要求中的一個。與現有技術形成對照，本發明的系統提出被動感測裝置的使用，使得與主動應變儀的使用相比，可極大減少能源消耗以及因此的朝向接觸鏡的能量傳輸。優選地，生理參數為眼內眼壓。
優選地，被動感測裝置可包括電容器或換能器尤其為壓電式換能器。使用現成的電容器或在被嵌入到接觸鏡中之前與天線一起製作的電容器，可導致簡化的表示LC電路的設計。壓電式換能器可代替電容器，且與天線平行布置。電等效模型示出共振頻率的變化的測量原則仍然有效。這種解決方案提供了更高的靈敏度，從而要求更少的能量來為傳感器供電。使用這種感測裝置，可能對患者有害的輻射和能量損耗的不希望影響可被降低。同時，基於觀察到的共振頻率偏移，可識別生理參數的變化。
有利地，生理參數測量系統可進一步包括在一個或兩個接觸鏡外部的一個或兩個天線片。經由天線片，可使用接觸鏡的電路來實現感應耦合，使得由感測裝置提供的信號可經由接觸鏡的天線而由天線片接收。因為電纜連接為非必要的，所以與基於電纜的測量系統相比，在IOP系列測量期間，患者的舒適度得到改進。
有利地，天線片可包括透明的，尤其柔性的支撐層和粘性層。該天線片從而可簡單地附接在一副眼鏡上，使得他們可被定位在接觸鏡的前面以保證接觸鏡的天線和片天線之間的感應耦合。
進一步優選的，生理參數測量系統可包括連至天線片的至少一個電子調節單元，尤其為每天線片一個電子調節單元，該電子調節單元被配置為向天線片供應激勵信號並接收響應信號，該響應信號繼而由天線片從接觸鏡的天線接收。例如，激勵信號可為具有變化頻率的正弦波，從而像掃頻的正弦波一樣。
有利地，調節單元進一步被配置為分析響應信號(尤其在頻域中的響應信號)並且確定響應信號的相位屬性。因此，與基于振幅測量的測量相比，接觸鏡和天線片之間耦合的影響可被減少。優選地，利用接觸鏡 的天線的被動感測裝置的共振屬性的改變，以確定生理參數的值。
進一步優選的，在生理參數測量系統中，至少一個電子調節單元中的至少一個連接至(特別地無線連接至)數據監視單元。生理參數的進展可被容易地連續監視。優選地，數據監視單元可繼而包括將IOP的監視數據例如通過在遠處的網際網路而傳輸至另一電子設備的接口。
進一步優選地，電子調節單元附接至眼鏡的分支或框架並且一個或兩個天線片中的每一個各自粘附在眼鏡的一個鏡片上，尤其在鏡片朝著患者眼睛的一側上。從而，提供了容易讓患者佩戴的簡潔的測量系統。具有其數據存儲裝置的數據監視單元可被傳送(例如在口袋中)，使得在數據監視單元存在下，提供了可容易佩戴的監視系統。電子調節單元可被夾在或粘附在患者的眼鏡上。
進一步優選地，粘性層可被配置為使得天線片可從眼鏡鏡片上分離，優選地在移除後不留下殘餘。從而，患者可使用他自己的鏡片作為測量系統的一部分並且一旦完成監視就可將天線片移除。
優選地，生理參數測量系統可進一步包括過濾單元，該過濾單元被配置為，基於從兩個接觸鏡收到的響應信號的同時預定的改變屬性的檢測，來從響應信號中減少假性的假象。因此，假性的值可被自動地從一套測量壓力中移除以改進測量的精確性。在那種情況下，通過與標準比較來測試響應信號以第一次檢查其是否「正常」。此操作在每個眼睛上單獨進行。如果觀察到一些反常的行為，則系統被配置為檢查兩個眼睛上的響應是否相似。在那種情況下，可為眨眼或眼睛轉動，例如系統決定擦除結果和重複測量。
根據進一步優選的變型，過濾單元還可被配置為通過減少電磁幹擾的貢獻來改進信噪比，該電磁幹擾還可通過進行此雙通道測量而被消除，這是因為當發生電磁幹擾時它們出現在兩個通道上。因此，採用雙目測量，可利用差分測量。
優選地，過濾可在數模轉換後使用數位訊號處理來執行，並且可因此提供關於數據處理的高靈活性。
進一步優選地，兩個電子調節單元可被布置在使用兩個電子調節單元的系統中的主和從結構中。採用這種結構，可平衡眼鏡的分支或其上的重量。例如，一個調節器可包括電池、電力管理器和一些電子器件的第一部分，而另一調節器包括其餘的電子器件以實現此平衡。
根據優選的實施例，接觸鏡可為視力糾正接觸鏡或者眼鏡可具有視力糾正鏡片。這進一步改進發明的生理參數測量系統的使用者友好度(尤其是與患者自己的眼鏡結合)。
有利地，天線和純被動感測裝置可被布置在柔性載體基底的兩側。從而可改進系統的敏感度而不必使用更大表面。
有利地，天線和純被動感測裝置可包括在柔性載體基底的一側上的螺旋部和在柔性載體基底的另一側上的螺旋部，其中，螺旋部通過多個連通柱而相互連接。這種布置降低了電路的電阻率並且從而改進LC電路的品質因數。
在一種變型中，天線和純被動感測裝置可包括在柔性載體基底的一側上的螺旋部和在柔性載體基底的另一側上的螺旋部，其中，螺旋部通過連通柱連接以形成串聯布置的第一電感和第二電感。這樣布置與簡化了的卻仍有用的設計對應。
優選地，螺旋部的末端區域可被擴大以使得形成具有預定電容的電容器，從而調整LC電路的共振頻率。
本發明進一步涉及製作如上所述的接觸鏡的方法，並且包括如下步驟:(a)提供如上所述的感測裝置，(b)在螺旋部之間和/或電容器之間和/或交叉指型電容器之間的區域中至少部分移除載體基底，(c)使感測裝置塑性變形以獲得與接觸鏡的形狀對應的彎曲形狀，並且(d)將彎曲的感測裝置附接至接觸鏡。通過本方法，可實現具有集成感測裝置的接觸鏡以提供必須的靈敏度並同時加強佩戴舒適度。
本發明還涉及測量生理參數尤其測量眼內眼壓的方法，該方法包括如下步驟:(a)從尤其是粘附在鏡片或眼鏡上的天線片將激勵信號發送至接觸鏡的純被動感測裝置，(b)經由天線片接收來自純被動感測裝置的響應信號，並且(C)基於共振頻率和/或相移確定生理參數。使用純被動感測裝置，可將存在於生理係數測量系統周圍的輻射能量損耗保持得很低，以降低涉及出現在患者眼睛附近的任何風險。粘附到鏡片的天線片允許天線之間的改進的耦合。
有利地，步驟(a)至(c)可通過使用兩個天線片和兩個相應的接觸鏡執行，並且還進一步地包括過濾步驟，該過濾步驟基於從兩個接觸鏡接收到的響應信號中的同時的預定變化屬性，來濾出假性的假象，尤其是導致觀看方向改變的眼睛眨眼或眼鏡轉動。通過執行雙目測量，可實現自動過濾以改進設備的精確度。


基於結合以下附圖描述的有利實施例，以下將對本發明進行更具體描述，在所附圖不中:
圖1說明根據本發明的生理參數測量系統；
圖2a示意性地說明在本發明的第一和第二實施例中使用的接觸鏡的結構；
圖2b說明根據本發明的接觸鏡的天線和感測裝置的第一實施例；
圖2c說明根據本發明的接觸鏡的天線和感測裝置的第二實施例；
圖2d說明根據本發明的接觸鏡的天線和感測裝置的第三實施例；
圖2e具體說明第三實施例的交叉指型電容器；
圖2f說明第三實施例的電等效電路；
圖2g說明根據本發明的接觸鏡的天線和感測裝置的第四實施例；
圖3說明根據本發明第六實施例的天線中的一個的部分三位視圖4說明電等效電路；
圖5說明依據採用根據本發明的接觸鏡的第七實施例的方法；
圖6說明採用根據本發明的實踐示例的諧振測量；和
圖7說明根據本發明的第八實施例，其中，生理參數測量系統另外包括過濾單元；和
圖8a至圖8d說明根據本發明的第五實施例的製造方法，其用於製造根據第一至第五實施例中的一個接觸鏡。
具體實施方式
圖1說明根據本發明的生理參數測量系統I。該生理參數測量系統I包括根據本發明的在鏡片朝著患者眼睛的一側的第一接觸鏡3a和第二接觸鏡3b和粘附在一副眼鏡9的鏡片7a、7b上的第一天線 片5a和第二天線片5b。天線片5a、5b與第一電子調節單元Ila和第二電子調節單元I Ib連接，第一電子調節單元I Ia和第二電子調節單元I Ib相互連接。進一步的，本實施例中的電子調節單元中的一個電子調節單元Ila被配置為與數據監視單元13進行通信(例如通過使用無線技術Wif1、藍牙、Zigbee、ISM等等)。該數據監視單元13進一步包括數據接口 15，通過該數據接口 15可將監視數據(例如使用有線或無線通信線路)傳輸至外部設備(例如計算機17)。
根據變型，系統I可只包括與天線平7a、7b都連接一個電子調節單元。
圖2a示意性地說明根據本發明的接觸鏡3a、3b中的每一個接觸鏡的結構。接觸鏡包括接觸鏡底座21，與標準的軟性接觸鏡相比，其可具有或可不具有視力糾正屬性。
另外，接觸鏡3a、3b包括嵌入到接觸鏡底座12中以用於改進佩戴舒適度的天線23和感測裝置25。根據本發明，感測裝置25為完全被動感測裝置。
在這個實施例中，純被動感測裝置25為電容器，例如為添加到天線23上的現成的電容器，或與天線線圈同時製作的集成電容器，或將機械勵磁轉換為電信號的壓電式換能器。
天線23和感測裝置25有效的建立對應於LC (電感+電容)電路的被動設備。生理參數測量可以基於根據角膜變形的共振頻率的頻率漂移的觀測。選擇電感和電容以使得共振頻率被觀察到在國家安全法規允許的頻率範圍內，尤其在被稱為ISM頻段26，957MHz至27，283Mhz內。為使共振頻率適合這樣的頻段，可以調整天線23的螺旋部數量(例如在大約I個至25個螺旋部的範圍內，更特別地為I個到5個螺旋部)，並且通過使用除天線圈(antenna loop)的自有電容之外的適當附加電容器來調整電容。
根據本發明的接觸鏡3a、3b以兩步的製作過程來製作。在根據本發明的實踐示例中，首先製作天線和感測裝置。根據本發明的天線23可通過具有螺旋形狀的第一金屬層(尤其為銅層)和在其頂部的第二層(尤其由生物相容性材料如金製成)形成。第一層和第二層被設置在載體基底的一個主表面上，其為例如柔性材料，像例如聚醯亞胺可作為LC電路的電容的一部分。為了在不必擴大天線覆蓋的表面的情況下改進敏感度，可在載體基底的相對的另一主表面上設置銅製第三層和金制第四層(以保證生物相容性)。一對層的厚度處於大約20 μ m至40 μ m的範圍內，而柔性載體基底的厚度一般處於2 μ m至30 μ m的範圍內，尤其為3μπι至7μπι。如果將載體基底用作電容的電介質，則因為電介質厚度越小，電容集成密度越高，所以應選擇更小的厚度。還可沉積特定的電介質層，以當電容集成被改進時創造甚至更低的電容器。在以生物相容性材料(例如用作接觸鏡的PDMS(聚二甲基矽氧烷)矽聚合物)澆鑄之前，天線23連接至感測裝置25的電容器(現成的或和天線同時製作的)或壓電式換能器。根據變型，帶有天線23和電容器的柔性載體還可附接至接觸鏡。
不使用層對(一方面第一和第二層，以及另一方面第三和第四層)，而是本發明還可以使用唯一層來實現或使用柔性載體基底的每側上的一層來實現。在這種情況下，厚度典型地在10 μ m的範圍內。
圖2b說明LC電路的第一實施例61，LC電路包括根據本發明的天線和感測裝置，在稍後的階段該天線 和感測設備成為接觸鏡3a、3b的一部分。在這個第一實施例中，螺旋部63和螺旋部65被布置在柔性載體基底的前側和後側(未在圖中說明)。導電連通柱(尤其為金屬連通柱)67a、67b、67n-l、67n在沿著連通柱整個長度的一邊與螺旋部63連接，並且在沿著連通柱整個長度的另一邊與螺旋部65連接。這種布置具有優點在於，螺旋部的厚度本質上加倍，並且從而減少電阻以及增強電路的品質因數。選擇這樣的設計以致兩個連接部件(連接部件69和連接部件71)在柔性載體基底的一個表面上並排，以允許連至附加的電容器。圖2a的設計具有兩個交叉區域73和75，該兩交叉區域73和75將內部區域上的本質上半圓形部分與隨後圓形螺旋部中的本質上半圓形部分連接，以使得最後，基底一側上的螺旋部不會與基底另一側上的多於一個的螺旋部相交。
圖2c說明第二實施例81。螺旋部83和螺旋部85又被布置在柔性載體基底的前側和後側(未說明)。螺旋部通過穿過載體基底的連通柱87來相互連接。連通柱將第一電感的末端和第二電感的開端連接，並且兩者因此形成串聯連接的兩個電感。兩個電感以相同的方向繞，所以總電感被加強，而不需要更多的空間。圖2c進一步的說明連接至第一電感83的開端和第二電感85的末端的兩個電極(電極89和電極91)，從而形成集成電容以使共振頻率適合期望頻率範圍。
圖2d說明根據本發明的接觸鏡的LC電路的第三實施例。該結構與第一實施例中的結構相似，然而，其包括更大數量的形成電感的螺旋部101 (即15個螺旋部)以及集成電容器103。另外，LC電路進一步包括交叉指型電容，這裡事實上是與集成電容103連接的兩個交叉指型電容105a和105b。交叉指型電容105a和交叉指型電容105b用於微調共振頻率。
在本實施例中，上螺旋部和下螺旋部101 (圖2e中的參考標號IOla和IOlb)被布置在柔性載體基底的前側和後側(本圖中又未說明)。如第一實施例中的導電連通柱(尤其為金屬連通柱106)在沿其整個長度的一側連接螺旋部並且在沿螺旋部整個長度的另一側連接螺旋部。這種布置又具有優點在於，螺旋部的有效厚度本質上加倍，並且從而減少電阻以及加強電路的品質因數。
選擇第三實施例中的設計，以致朝著集成電容器103的連接部件107關於螺旋部的中央是向外的。圖2d的設計(如圖2b的設計)具有多個交叉區域109和111，所述交叉區域將內部區域上的本質上半圓形部分與隨後圓形螺旋部中的本質上半圓形部分連接，使得最終，基底一側的螺旋部不會與載體基底的另一側的超過一個的螺旋部相交。
電感值需要儘可能的大以減小電容值，並且結果，其集成所需的區域、大電容器的區域可實際改變患者的舒適度。為了增加電感的值，與在沒有集成電容的第一實施例中一樣，螺旋部101數量應該更高。針對第三實施例的設計，可以集成大約10到20個螺旋部(這裡為15個螺旋部)，而並不必須填充中央區域，填充中央區域又會減少患者的舒適度。利用大致對應於接觸鏡的表面區域上的10到20個螺旋部，可以實現在範圍1500nH至5000nH中的電感值。螺旋部區域還可被限制，螺旋部寬度的限制也存在。典型的在70um至IOOum的範圍內。由於沉積處理和用於改進傳感器靈敏度(也取決於結構厚度)的柔性結構的需要，在已知金屬厚度通常限定在大約10 μ m每層下，結果是可變大的電感電阻率。
為了降低總體電感電阻率並增加總體LC結構的品質係數，益處從而從提供至少兩個金屬層(基底的每側上一層)的事 實中得到。通過使用藉由連通柱106連接的至少兩個金屬層，螺旋部101的厚度實質上加倍了。
通過實現螺旋部101的「有效的」更高金屬厚度，提供進一步的優點在於，與只有一層的情況相比，自身寄生電容更高，從而減少集成電容103的電容值。從而集成區域可保持得很小，這改善了患者的舒適度。進一步，由於傳感器靈敏度由電感的自身寄生電容驅動，所以該傳感器靈敏度增加。最後，布置被設計為使得自身寄生電容為:使電感的自身共振頻率(SRF)總是保持高於傳感器的工作頻率。
電容器103由兩塊金屬板(金屬-絕緣體-金屬或MIM電容器)建成，其中載體基底的每側上具有一塊金屬板。不使用載體基底，而是取決於所使用的沉積處理來在兩塊金屬板之間放置任意的電介質(例如特氟綸或Si02)。金屬-絕緣體-金屬電容器用於調整共振頻率。
在這個實施例中，電容器具有弧形形狀，使得其適合於接觸鏡的形狀。進一步的，在這個實施例中，電容103被布置在螺旋部的外部上(從螺旋部中央看去)。作為替代的，它當然可具有任意其他合適的形狀(例如圓形或矩形)。如圖2d中所說明的，由於對電感值的不利影響(將降低電感值)，電容器優選地不形成圍繞電感的螺旋部101的完整的環。
針對如圖2d中說明的電容器103，可實現0.5至20pF的電容值。
介電損失特徵(還被稱為tan δ)是重要的，因為這個參數驅動了 MM電容器的ESR(等效串聯電阻)特徵。高ESR值將對LC電路品質因數提供差表現。因為電感線圈和電容器二者為電串聯連接，所以ESR參數和電感器的電阻率一樣重要。
交叉指型電容105a和105b被用於在電測試操作期間，微調傳感器的共振頻率，以使得其保持在期望的頻段中。如示出圖2d的放大細節的圖2e中所說明的，交叉指型電容105a使用交錯的金屬指狀物實現。指狀物113連接至電容器103的上金屬層103a並且指狀物115經由連通柱117與電容器103的下金屬層103b連接。在LC電路的校準期間，可以減少電路的電容值，並且從而通過用雷射光束來在一個或多個指狀物上切割或進行金屬切除操作來增加和調諧共振頻率。例如，嵌入的交叉指型電容105a、105b具有用於27MHzISM頻段中操作的在0.6pF範圍中的值。
在這個實施例中，交叉指型電容105a、105b的形狀為具有與電容器103a相同半徑的弧形，並且交叉指型電容105a、交叉指型電容105b連在電容器103a的兩末端處且被布置在載體基底的一側。根據變型，僅提供一個交叉指型電容105a並且/或者在載體基底的兩側上提供附加交叉指型電容。
圖2f說明根據本發明的第三實施例的接觸鏡3a、3b的電等效電路。螺旋部101形成感測電感LsmsOT，還表示變化部分根據作為角膜變形結果的接觸鏡變形的壓力相關的電容改變與Csmsot對應，並且將共振頻率調諧至期望值的附加電容103與Ctune對應。最後，用於在校準期間微調的交叉指型電容105a、105b由Cintwdigitated指示。整個電路設計的電阻未被表不。
圖2g說明本發明接觸鏡的第四實施例。螺旋部121被布置在柔性載體基底的前側(未說明)。通過穿過載體基底的連通柱125，螺旋部121的內部末端與連接元件123連接，該連接元件123將螺旋部121的內部末端與電容器127的下電極連接。圖2g示出了電容器127，其為如像第三實施例中建造的朝著螺旋部121外部的弧形集成電容器127，以形成使共振頻率適應於期望頻率範圍的集成電容。電容器的上電極連至第一電感121的開端。最終，以如同第三實施例中的同樣的方式，兩個交叉指型電容129a和12%連至集成電容器127。
根據變型，線性連接元件123可由如圖2c中說明的第二實施例中的第二組螺旋部取代，從而形成串聯電感。第二組螺旋部務必以相同方向纏繞。
當然，就像第二實施例至第四實施例中的任意一個的設計可連至外部電容那樣，集成電容還可提供於第一實施例中。通常對於至少一個實施例的上述的任意特徵還可被併入到剩餘的實施例中的任何一個中，以實現本發明的進一步發明實施例。
針對所有的被動設計，可以在接觸鏡中嵌入薄組件，像已經提到過的大約20 μ m至40 μ m每層對，接觸鏡的厚度可保持在大約100 μ m，這樣與現有設備相比，會極大地增強佩戴的舒適度，現有設備由於主動應變儀的存在會更厚(一般為至少150μπι)，對應於很快地減少患者佩戴舒適度的厚度。另外，鏡片製得越薄，IOP測量則越靈敏。事實上，薄鏡片比更堅硬的厚鏡片能更好的識別出壓力的變化。
純被動感測裝置的使用有點在於，與住動感測裝置相比，極大的減少了接觸鏡的電路中的能量損耗，使得與使用主動應變儀的現有技術相比，可將可能會傷害患者眼睛的輻射和能量消散現象保持在更低的水平。
圖8a至圖8d說明根據本發明第五實施例的製作過程，以將如圖2d中說明的傳感器的LC電路與接觸鏡(尤其為軟性接觸鏡)集成。取代第三實施例，根據其他實施例中的一個的LC電路可以同樣的方式被與軟性接觸鏡集成。
一旦在傳感器的LC電路上執行電測試和微調操作來測量Ι0Ρ，傳感器就為其與軟性接觸鏡的集成做準備。
圖8a說明在橫切視圖中的圖2d的LC電路。該切視圖說明電容器103頂部螺旋部IOla和底部螺旋部101b，以及連接頂部螺旋部IOla和底部螺旋部IOlb的連通柱106。在這個切視圖中，不能看出交叉指型電容105a、105b。圖8a進一步說明上述已經描述的柔性載體基底131。在這個實施例中，柔性載體基底131為聚醯亞胺層，但也可使用其他材料。
根據變型，因為螺旋部被放置在載體基底上方，並且由於在接下來的步驟(圖Sb)中執行的材料移除，所以載體基底還可為堅硬的，形狀仍然可適合於接觸鏡中的一個。如果螺旋部的寬度非常小就更是如此。
如圖Sb中所說明的下一個步驟，移除螺旋部之間的基底材料。該步驟例如使用選擇的雷射切除來實現。如同圖8b中說明的，傳感器結構133包括上螺旋部IOla和下螺旋部IOlb之間的載體基底材料135。在中央區域中沒有材料保留，這樣改善了患者舒適度。
最後，載體基底的薄層保留在上螺旋部IOla的一側上。在這樣的情況下，從載體基底的後側(進而具有下螺旋部IOIb的一側)執行雷射切除處理。
接下來，如圖Sc中說明的，賦予傳感器結構133彎曲形狀，以便其適合於接觸鏡(例如軟性接觸鏡)的形狀。為此，傳感器結構133被定位在成形工具137中，該成形工具137包括公部件139和母部件1341。傳感器結構被定位在公部件139上，該公部件包括具有標準鏡片半徑的形狀。通過閉合成形工具137，母部件141上的引導突出物進入公部件139中的配合引導孔中，以確保正確對齊，之前的扁平的傳感器結構133變形成遵循接觸鏡形狀的形狀143。
由於彎曲形狀與扁平形狀相比引入了共振頻率偏移的事實，考慮這種偏移來實現以交叉指型電容器 調諧的共振頻率。接下來，彎曲傳感器結構12隨後附接至接觸鏡(例如具有或沒有視力糾正屬性的現成的軟性接觸鏡)。
最後，彎曲傳感器結構143或未彎曲結構133被預先嵌入到與接觸鏡材料兼容的材料中。如圖8d中可看到的，在接觸鏡145的遠離人眼球的一側設置彎曲結構。因此，患者在眼球上不會感到與標準接觸鏡的任何不同，並且由於薄的最後結構，整體佩戴舒適度可保持得很高。
圖3說明天線片5a和天線片5b中的一個以及相應的調節器Ila和調節器Ilb的局部三維視圖。
根據本發明的第六實施例，天線片5a、天線片5b包括透明支撐層31、根據變型也可為透明的天線圈33和用於分別將每個天線片5a和天線片5b附接至眼鏡的鏡片7a和鏡片7b中的一個的粘性層35。粘性層35被選擇為使得可從鏡片7a和鏡片7b上移除天線片，而不留下痕跡或不使眼鏡的鏡片7a和鏡片7b變壞。
該天線片5a和天線片5b從而可附接至任意的帶視力矯正或不帶視力矯正的鏡片。例如，患者日常生活中使用的眼鏡的鏡片可用於監視系統I。
優選地，可提供具有不同形狀的天線片5a、5b以能夠與眼鏡鏡片的任意形狀和設計兼容。
電連接器37將天線片和電子調節單元IlaUlb連接，所述電子調節單元IlaUlb被附接或夾持到眼鏡的分支39。在這個實施例中，電連接器37被電子調節單元IlaUlb捏住。
圖4說明接觸鏡3a、3b和天線片5a、5b的電等效電路。天線圈33與天線電感Lant對應，天線23與還表現了變化部分ΔLsens的感測電感Lsens對應，根據作為角膜變形結果的接觸鏡變形的壓力相關的電容的改變與Csens對應，並且將共振頻率調諧至期望值的最終呈現的附加電容與Ctune.對應。整個電路設計的電阻由Rsens表示。
根據第七實施例依據以下發明方法來使用如圖1至圖3中說明的發明的生理參數測量系統，以測量生理參數(尤其為眼內眼壓)。圖5中說明了該方法。
用作主電子調節單元的電子調節單元Ila將信號發送以發動從電子調節單元(步驟S2)。隨後經由與接觸鏡3a、3b的天線23感應耦合的天線片5a、5b的天線來發送激勵信號(步驟S3)。然後，接觸鏡3a、3b繼而將其響應信號從接觸鏡3a、3b的每一個中的感測裝置25發送回至天線片(步驟S4)，以使電子調節單元IlaUlb可接收響應信號以用於在電子調節單元IlaUlb中的一個中或兩個中或在數據監視單元13中進行進一步處理(步驟S5)。數據監視單元13中的信號在可編程集成電路(諸如DSP (數位訊號處理器)或FPGA (現場可編程門陣列))中處理，以使系統I關於刺激類型、先處理和後處理類型是完全可編程的，從而可適應於任意特殊要求。
使用根據本發明的系統I的生理參數測量(這裡特別為IOP測量)基於以下方法。通過將天線片的激勵電壓與流經天線圈33的電流組合，可以計算出從天線看到的數學複數阻抗。複數阻抗Z(其中Z= α+_]_β)的特徵在於模數(M)和相位(Φ)。天線23的LC電路和感測裝置25的共振頻率隨著IOP變化而偏移，並且阻抗相位(Φ (Z))在鏡3a、3b上的LC電路的共振頻率處經歷極小值。在天線片5a、5b上進行頻率掃描，從而使能發現相位最小值以及因此的由於IOP變化造成的頻率偏移。將頻率偏移信息發送至數據監視單元13，在確認測量後，通過考慮角膜厚度信息而將該信息計算到IOP變化中，該角膜厚度信息就在給患者裝備設備之前在患者身上進行測量。因此，本發明訪問表現青光眼患者重要情況的壓力變化。
基於測量的頻率的使用具有優點在於，其對信號振幅不敏感並且因而與在眼鏡的鏡片和接觸鏡3a之間的距離無關。然而，使用透明天線片5a、5b，天線圈33可位於接觸鏡3a和3b的右前方。從而在佩戴舒適度可被保持在高得很高的同時，可最優化兩個電路之間的耦接。
在如圖1至圖3中說明的實施例中，使用了兩個接觸鏡、兩個天線片和兩個調節單元，然而，在不偏離在接觸鏡中只使用被動設備的發明構思的情況下，生理參數測量系統可進一步通過只使用一個接觸鏡、一個天線片和一個調節單元來簡化。
圖6說明了使用如圖2b中說明的具有天線23的接觸鏡的頻率和相位測量的結果。為了得到期望範圍內的共振頻率，增加附加電容，此處為MLCC(多層陶瓷電容)型電容器。
通過將具有被定位在鏡上方1.5.cm處的天線片5a的接觸鏡3a放置在摘除的豬的眼睛上，來獲得圖6中說明的測量結果。眼中的壓力通過注入液體來改變。在此實踐示例中，四條曲線對應於Oml空氣注入(大約20mmHg Ι0Ρ)，0.2ml空氣注入(大約70mmHg10P), 0.3ml空氣注入(大約85mmHg 10P), 0.4ml空氣注入(大約90mmHg Ι0Ρ)。鑑於上圖說明阻抗變化而下圖說明針對大約70mmHg的IOP壓力變化的相位變化，觀察到大約77KHz的頻率偏移。
圖7說明根據本發明的第八實施例，其中生理參數測量系統41另外包括過濾單元43，該過濾單元43被配 置為移除假性的假象，該假象在測量到的信號中觀察到並且由於眼睛眨眼或注視方向的改變而造成，而眼睛眨眼或注視方向的改變所導致的信號中的預定改變可由過濾單元43移除，以改進系統的準確度。因為眼睛眨眼和注視方向的改變是左眼和右眼之間的一般同步事件，所以觀察到同時在兩個信號通道中的信號的預定改變被用於觸發過濾事件。為了改進信噪比，還可基於雙通道測量來在過濾單元中消除信號的電磁幹擾，因為當電磁擾動發生時其存在於兩個響應信號中。在本實施例中，過濾基於數位訊號處理。本實施例中的過濾單元43被嵌入到數據監視單元13中。如上面所提到的，在兩個通道上容易檢測同時發生的事件(例如光譜中的相同形狀)。
權利要求
1.接觸鏡的感測裝置，具有電感，所述電感包括在載體基底的第一主側上的第一螺旋部(IOla)和在載體基底上的與第一主表面相對的第二主表面上的第二螺旋部(IOlb)以及電容。
2.根據權利要求1所述的接觸鏡的感測裝置，其中，所述電容(103)與電感一體形成，其中一個電極在載體基底的第一主側上且第二電極在載體基底的第二主側上，並且電容的電介質為載體基底的一部分。
3.根據權利要求2所述的接觸鏡的感測裝置，其中，當從螺旋部的中央看時，所述電容朝著螺旋部的外部布置。
4.根據權利要求2或3所述的接觸鏡的感測裝置，其中，所述電容為弧形並且所述電容延伸小於完整的圓。
5.尤其根據權利要求1至權利要求4中的一項所述的包括電感和電容的接觸鏡的感測裝置，進一步包括至少一個交叉指型電容(115a、115b)，所述交叉指型電容尤其與所述電容(103)連接。
6.根據權利要求5所述的感測裝置，其中，所述交叉指型電容為弧形。
7.根據權利要求1至6中的一項所述的感測裝置，其中，所述螺旋部的兩個連接部件(69，71)都朝著螺旋部內部布置或都朝著螺旋部外部布置。
8.根據權利要求7所述的感測裝置，其中，所述連接部件(69，71)被布置在柔性載體基底的同一側上。
9.根據權利要求1至7中的一項所述的感測裝置，其中，所述第一螺旋部出3，IOla)和所述第二螺旋部(65，IOlb)通過多個連通柱(67n，106)在螺旋部的整個長度上連接。
10.根據權利要求9所述的感測裝置，其中，所述感測裝置包括兩個交叉區域(73和75，109和111)，其中，所述螺旋部的本質上半圓形部分與隨後圓形螺旋部中的另一個本質上半圓形部分連接。
11.根據權利要求10所述的感測裝置，其中，所述螺旋部的兩個本質上半圓形部分之間的連接在第一主表面側上或在第二主表面側上實現。
12.根據權利要求10或11所述的感測裝置，其中，所連接的螺旋部的本質上半圓形部分從外部朝著內部延伸，並隨後從內部延伸回外部。
13.根據權利要求12所述的感測裝置，其中，每個向內去的螺旋部只與一個向外去的螺旋部相交，並且反之亦然。
14.根據權利要求1至8中的一項所述的感測裝置，其中，第一螺旋部和第二螺旋部在第一螺旋部的末端處和第二螺旋部的開端處通過一個連通柱(125)連接，其中螺旋部以相同的方向繞以形成串聯的兩個電感。
15.根據權利要求1至14中的一項所述的感測裝置，其中，在沒有螺旋部(IOlaUOlb)和/或電容器(103)和/或交叉指型電容(105a、105b)的區域中至少部分地移除載體基底。
16.包括一個或兩個接觸鏡的用於生理參數測量系統的接觸鏡，包括根據權利要求1至15中的一項所述的感測裝置。
17.製作根據權利要求16所述的接觸鏡的方法，包括如下步驟: (a)提供根據權利要求1至15中的一項所述的感測裝置； (b)至少部分地移除在螺旋部之間和/或電容器之間和/或交叉指型電容之間的區域中的載體基底； (C)將感測裝置塑性變形以獲得與接觸鏡形狀對應的彎曲形狀；並且 (d)將彎曲的感測裝置附接至接觸鏡。
18.測量生理參數，尤其為眼內眼壓的方法，包括如下步驟: (a)將激勵信號從尤其粘附到眼鏡鏡片的天線片發送至接觸鏡的純被動感測裝置； (b)通過所述天線片接收來自純被動感測裝置的響應信號；並且 (C)基於共振頻 率和/或相位偏移，確定所述生理參數。
全文摘要
本發明涉及用於生理參數測量系統的接觸鏡的感測裝置，所述測量系統包括一個或兩個接觸鏡，其中，為了改善患者的佩戴舒適度，每個接觸鏡包括天線和純被動感測裝置。本發明還涉及相應的方法和製作感測裝置和接觸鏡的方法。
文檔編號A61B5/00GK103153169SQ201180035793
公開日2013年6月12日 申請日期2011年7月28日 優先權日2010年7月30日
發明者菲利普·奧夫雷, 加埃勒·利索爾格, 利昂內爾·魯索 申請人:歐費提瑪利亞公司