專利名稱：具有專用集成電路的眼科裝置和方法
具有專用集成電路的眼科裝置和方法
相關(guān)專利申請(qǐng)的交叉引用本申請(qǐng)要求2010年6月20日提交的、且題為“ASIC Design and Function. ”的美國臨時(shí)申請(qǐng)No. 61/356619的權(quán)益。在此通過引用將上述引用的申請(qǐng)?jiān)谄湔w上并入本文中。
背景技術(shù)：
有兩個(gè)主要狀況影響到個(gè)人聚焦于近處和中等距離物體的能力老花眼 (presbyopia)和假晶狀體(pseudophakia)。老花眼是常常伴隨老齡化發(fā)生的人眼的晶狀體的適應(yīng)性的損失。在老花眼的個(gè)人中，這種適應(yīng)性損失首先導(dǎo)致不能聚焦于近距離的物體，以及后來導(dǎo)致不能聚焦于中等距離的物體。在美國估計(jì)有大約9000萬到I億的老花眼者。在全世界，估計(jì)有大約16億老花眼者。
用于校正老花眼的標(biāo)準(zhǔn)工具是閱讀放大鏡、多焦點(diǎn)眼科透鏡和適于提供單眼視 (monovision)的隱形眼鏡。閱讀放大鏡具有單光焦度(optical power),用于校正近距離聚焦問題。多焦點(diǎn)透鏡是具有一個(gè)以上焦距(即光焦度)的透鏡，用于校正跨越一定距離范圍的聚焦問題。在眼鏡、隱形眼鏡和眼內(nèi)透鏡(IOL)中使用了多焦點(diǎn)光學(xué)系統(tǒng)。多焦點(diǎn)眼科透鏡借助于將透鏡區(qū)域劃分成不同光焦度的區(qū)域而起作用。多焦點(diǎn)透鏡可以由連續(xù)表面構(gòu)成，如在累加透鏡(PAL)中那樣，該連續(xù)表面創(chuàng)建連續(xù)的光焦度。替代地，多焦點(diǎn)透鏡可以由不連續(xù)表面構(gòu)成，如在雙焦點(diǎn)或三焦點(diǎn)透鏡中那樣，不連續(xù)表面創(chuàng)建不連續(xù)的光焦度。 隱形眼鏡適于提供單眼視，其是具有不同光焦度的兩片隱形眼鏡。一個(gè)隱形眼鏡主要用于校正遠(yuǎn)距離聚焦問題，以及另一個(gè)隱形眼鏡主要用于校正近距離聚焦問題。
假晶狀體是利用IOL對(duì)眼睛的晶狀體的替換，通常在白內(nèi)障手術(shù)期間手術(shù)去除晶狀體之后進(jìn)行。出于所有實(shí)際目的，如果個(gè)人活得足夠長，他或她都將患白內(nèi)障。此外，大部分患有白內(nèi)障的人將在他們的生命中的某個(gè)時(shí)點(diǎn)進(jìn)行白內(nèi)障手術(shù)。估計(jì)在美國每年執(zhí)行大約一百二十萬次白內(nèi)障手術(shù)。在假晶狀體的個(gè)人中，缺少晶狀體導(dǎo)致完全損失適應(yīng)性，其導(dǎo)致不能聚焦于近距離或中等距離。
常規(guī)IOL是單焦點(diǎn)的球面透鏡，其為遠(yuǎn)處物體(例如兩米之外的物體)提供聚焦的視網(wǎng)膜圖像。通常，基于觀看在中心凹(fovea)處對(duì)向小角度(例如大約七度)的遠(yuǎn)方物體來選擇球面IOL的焦距(或光焦度)。令人遺憾的是，因?yàn)閱尉劢笽OL具有固定焦距，它們不能夠模仿或替代眼睛的自然適應(yīng)響應(yīng)。幸運(yùn)的是，可以使用具有電活性元件(例如液晶單元) 的眼科裝置來提供可變光焦度，作 為對(duì)受損的或被去除的晶狀體的適應(yīng)性的替代。例如，可以將電活性元件用作快門，其提供動(dòng)態(tài)可變的光焦度，如在針對(duì)Blum等人的美國專利No. 7926940中所公開的，在此通過引用將該專利在其整體上并入本文中。發(fā)明內(nèi)容
所公開技術(shù)的實(shí)施例包括一種可植入眼科裝置以及操作可植入眼科裝置的關(guān)聯(lián)方法，該可植入眼科裝置具有高壓專用集成電路(ASIC)和可操作地耦合到高壓ASIC的低壓ASIC。高壓ASIC被配置成在第一電壓下致動(dòng)電活性元件，低壓ASIC被配置成(i )調(diào)節(jié)所述高壓ASIC和(i i )操作在比所述第一電壓低的第二電壓下。例如，低壓ASIC可以被配置成通過使所述高壓ASIC從空閑狀態(tài)過渡到操作狀態(tài)來調(diào)節(jié)所述高壓ASIC。在一些情況下，所述第一電壓大約為5伏或更低，并且所述第二電壓大約為5伏到大約11伏。例示性可植入眼科裝置還可以包括電源，其在等于或小于第二電壓的電源電壓下向高壓和低壓ASIC中的至少一個(gè)供應(yīng)電流。開關(guān)使得電流能夠響應(yīng)于來自所述低壓ASIC的信號(hào)而從電源流向所述高壓ASIC。任選地，加電重置塊響應(yīng)于致動(dòng)所述開關(guān)來重置所述高壓ASIC。高壓ASIC中的電荷泵可被用于將所述電源電壓轉(zhuǎn)換成所述第一電壓。在一些實(shí)施例中，可植入眼科裝置具有充當(dāng)電源的一個(gè)或多個(gè)電池?？刹僮鞯伛詈系诫姵氐碾姵爻潆娖骼缤ㄟ^對(duì)由射頻(RF)天線感應(yīng)耦合到裝置的RF電壓進(jìn)行整流而對(duì)電池充電。與RF天線串聯(lián)的諧振電容器可以提供阻抗，以用于改變RF天線的功率傳輸特性，并且可以使用調(diào)諧器來微調(diào)諧振電容器。電池充電器可以通過如下方式對(duì)電池充電(i )在恒定電流下對(duì)電池充電，直到電池達(dá)到預(yù)定電壓；以及(ii )在電池達(dá)到預(yù)定電壓之后在恒定電壓下對(duì)電池充電預(yù)定時(shí)間。恒定電流可以是大約120μΑ到大約180μΑ，以及預(yù)定電壓可以是大約1.6V到大約1.8V。替代地，電源可以是或包括太陽能電池，其生成電流，以用于為高壓ASIC和/或低壓ASIC供電。在另外的實(shí)施例中，所述高壓和低壓ASIC中的至少一個(gè)包括配置成存儲(chǔ)用于致動(dòng)電活性元件的信息的非易失性存儲(chǔ)器和/或可編程邏輯控制器，以基于表示患者眼睛的適應(yīng)性響應(yīng)的適應(yīng)信號(hào)來確定所述電活性元件的致動(dòng)狀態(tài)?？梢杂赡?shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)從模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換所述適應(yīng)信號(hào)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器任選地將模擬信號(hào)與來自帶隙塊的參考信號(hào)進(jìn)行比較，該帶隙塊獨(dú)立于溫度和電源電壓兩者。在示范性實(shí)施例中，ASIC之一或兩者可以具有大約2mm或更小的長度或和大約2mm或更小的寬度。ASIC也可以是密封的。在又一實(shí)施例中，可植入眼科裝置包括配置成在第一電壓下供應(yīng)電流的電源。可操作地耦合到所述電源的電荷泵將所述第一電壓轉(zhuǎn)換成第二電壓，所述第二電壓既大于所述第一電壓又適于致動(dòng)電活性元件。電池充電器(i)在恒定電流下為電池充電，直到電池達(dá)到預(yù)定電壓；以及(ii)在電池達(dá)到預(yù)定電壓之后在恒定電壓下為電池充電預(yù)定時(shí)間。以上概要僅僅是例示性的，并非意在通過任何方式進(jìn)行限制。除了上述例示性方面、實(shí)施例和特征之外，通過參考以下附圖和詳細(xì)描述，其他方面、實(shí)施例和特征將變得顯而易見。


被并入本說明書中并構(gòu)成其一部分的附圖例示了本發(fā)明的實(shí)施例，并與描述一起用于解釋本發(fā)明的原理。圖1是可植入眼科裝置的圖示，其包括可充電電池、第一專用集成電路(ASIC)、第二 ASIC和電活性元件。圖2例示了適用于供圖1的可植入眼科裝置中使用的第一和第二 ASIC。圖3是適于在圖1和2的ASIC中使用的電荷泵的電路圖。圖4是適于在圖1和2的ASIC中使用的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的電路圖。
圖5是適于在圖1和2的ASIC中使用的帶隙塊的電路圖。圖6示出了圖2的致動(dòng)器。圖7示出了圖1的可充電電池、第一專用集成電路(ASIC)、第二 ASIC和電活性元件的平面圖和正視圖。圖8例示了適于在圖1的眼科裝置中使用的替代第一和第二 ASIC。圖9示出了圖8的電池電平監(jiān)測(cè)器。圖10示出了圖8的電池充電器。圖11示出了適于為圖8的電池感應(yīng)充電的射頻(RF)天線。圖12示出了適于收獲DC電壓以為圖8的電池充電的整流器電路。圖13例示了利用圖11的合適的RF天線為圖8的電池感應(yīng)充電。圖14是狀態(tài)圖，其例示了例示性第一和第二 ASIC的操作。圖15示出了適于供圖2和8的ASIC使用的示范性電活性元件。圖16是例示性電池充電周期期間電流和電壓相對(duì)于時(shí)間的曲線圖。
具體實(shí)施例方式附圖中例示了本發(fā)明當(dāng)`前優(yōu)選的實(shí)施例。已經(jīng)做出努力來使用相同或相似的附圖標(biāo)記指代相同或相似的部分。具有專用集成電路的眼科裝置
電活性元件，例如用于可植入和可佩戴眼科裝置中的那些，需要大約5-11V (例如大約9V)的操作電壓。這些操作電壓遠(yuǎn)大于由電池、太陽能電池或適于在可植入或可佩戴眼科裝置中使用的其他電源通常所提供的4V或更低電壓，這些電源通常僅有幾毫米的直徑和厚度。可以使用專用的驅(qū)動(dòng)器電路來將電源電壓逐步提升到高到足以驅(qū)動(dòng)電活性元件的電壓，但專用驅(qū)動(dòng)器電路占據(jù)額外的空間，這增大了眼科裝置的尺寸并消耗功率，其減少了眼科裝置的可使用壽命。替代地，可以在與電活性元件相同的電壓下操作眼科裝置中的所有電子設(shè)備；不過，由于與逐步提升來自電源的電壓相關(guān)聯(lián)的功率損失，這導(dǎo)致了增加的散熱。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解的，增加的散熱是不期望的，因?yàn)檫@可能導(dǎo)致對(duì)眼睛的損傷。這里公開的眼科裝置均使用兩個(gè)單獨(dú)的專用集成電路(ASIC)，以提供用于在小面積中且利用最小功耗致動(dòng)電活性元件的所有必要功能。在例如大約4V的相對(duì)低電壓下操作的第一 ASIC提供諸如數(shù)據(jù)存儲(chǔ)(存儲(chǔ)器)、電池充電等的功能。操作在相對(duì)高電壓下的，例如5-1IV的第二 ASIC包括電荷泵，其將來自電源(例如1. 4V鋰離子電池)的電壓逐步提升到電活性單元的5-11V致動(dòng)電壓。因?yàn)榇蟛糠蛛娮釉O(shè)備操作在低電壓下，它們消耗更小的功率，這增加了可使用的電池壽命(以及裝置自身的使用壽命)，例如，達(dá)到大約二十年或更長。此外，電荷泵比其他DC-DC功率轉(zhuǎn)換器消耗更少功率并需要更少面積(即它們具有更小的覆蓋區(qū)(footprint))，這使其可能減小第二 ASIC的尺寸和功耗。電荷泵還不需要其他DC-DC轉(zhuǎn)換器中所使用的昂貴的電感器或額外的半導(dǎo)體。在一些示范性裝置中，如下在第一(低壓)ASIC和第二 (高壓)ASIC之間劃分功能(和關(guān)聯(lián)的功能部件)。第一 ASIC包括由射頻(RF)場供電的功能塊，其包括RF通信部分(天線)、功率管理部分和電池充電。第二 ASIC包括與治療相關(guān)聯(lián)的功能塊。這些治療功能塊可以由一個(gè)或多個(gè)電池供電。第一和第二 ASIC通過串行通信接口進(jìn)行通信，該串行通信接口可以被容納在第二 ASIC上并通過第一 ASIC供電。
第一 ASIC調(diào)節(jié)第二 ASIC。換言之，第一 ASIC通過發(fā)起“喚醒”來控制第二 ASIC 的操作狀態(tài)，通過發(fā)起“喚醒”即通過使第二 ASIC從空閑(睡眠)狀態(tài)過渡到操作狀態(tài)，在該空閑狀態(tài)中，第二 ASIC不致動(dòng)電活性元件或?yàn)槠涔╇娀蛳暮芏喙β?，在操作狀態(tài)中，第二 ASIC逐步提升電池電壓和/或致動(dòng)電活性元件或?yàn)槠涔╇?。通過利用第一(低壓)ASIC 來控制第二(高壓)ASIC的操作狀態(tài)，眼科裝置比向患者提供類似功能的其他眼科裝置消耗更少功率。
第二 ASIC還可以包括電池電壓電平監(jiān)測(cè)器，其在第二 ASIC在空閑和操作狀態(tài)中時(shí)，以周期性方式對(duì)電池電壓進(jìn)行采樣。在電池電平監(jiān)測(cè)器感測(cè)到電池電壓已經(jīng)下降到預(yù)定閾值以下時(shí)，例如，由于自放電，第二 ASIC中的開關(guān)(例如鎖存器元件，諸如R-S觸發(fā)器) 打開，從電池?cái)嚅_第二 ASIC以停止對(duì)電池的進(jìn)一步放電。用于減小電流消耗(并延長裝置壽命)的其他特征包括在低時(shí)鐘頻率下操作ASIC，使得門狀態(tài)過渡盡可能少，并間歇地在只要可能的時(shí)候啟用模擬功能部分。
圖1示出了示范性可植入眼科裝置100，例如I0L，其用于在動(dòng)態(tài)校正或調(diào)整患者視覺時(shí)使用。裝置100包括電源，在這種情況下，為可充電電池130，其耦合到第一 ASIC 110 和第二 ASIC 120。電池130在相對(duì)低的電壓下，例如大約4V或更低，向ASIC 110和120兩者提供電流。第二 ASIC 120被耦合到操作在相對(duì)高的電壓下，例如大約5V到大約IlV的電活性元件140。電活性元件140提供動(dòng)態(tài)可變的光焦度和/或景深，其增加到由裝置的彎曲表面所提供的(任選的)靜態(tài)光焦度。在這種情況下，電活性元件140充當(dāng)可變直徑光圈，其響應(yīng)于適應(yīng)性觸發(fā)器來打開和閉合，以增加或減小景深。裝置100還可以包括傳感器 150，用于檢測(cè)眼睛的適應(yīng)性響應(yīng)。電子設(shè)備可以被嵌入或以其他方式密封在裝置100自身內(nèi)部，其可以由玻璃、樹脂、塑料或任何其他適當(dāng)材料所模制。
圖2更詳細(xì)地示出了第一 ASIC 110和第二 ASIC 120。第一 ASIC 110在非易失性存儲(chǔ)器112中，例如電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)或其他適當(dāng)存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)(即保持)用于電活性元件140的設(shè)置?？梢酝ㄟ^驅(qū)動(dòng)RF前端111的一個(gè)或多個(gè)射頻(RF)天線160 (圖1)向存儲(chǔ)器112上加載針對(duì)電活性元件140的，對(duì)應(yīng)于不同適應(yīng)性響應(yīng)的設(shè)置。 例如，患者可以利用無線遙控器來查詢、致動(dòng)和/或更新眼科裝置，該無線遙控器在由RF天線160接收的頻率下發(fā)射數(shù)據(jù)。也可以使用RF天線160來如下所述對(duì)電源進(jìn)行充電。電平移動(dòng)器113將來自RF前端111的信號(hào)轉(zhuǎn)換成適于由數(shù)字控制器和串行/并行接口(SPI) 解碼器115進(jìn)行解釋的邏輯電平，解碼器115從存儲(chǔ)器111檢索信息并控制電池充電器114 (如下所述)。數(shù)字控制器和SPI解碼器115還通過SPI鏈路119連接到第二 ASIC 120。
第二 ASIC 120中的電平移動(dòng)器129將來自第一 ASIC 110的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成由第二 ASIC 120中的可編程邏輯控制器(PLC)122所使用的邏輯電平。電源開關(guān)127將第一和第二 ASIC 110、120耦合到電池130，以及通過開關(guān)耦合到電池130的電池電平監(jiān)測(cè)器126 監(jiān)測(cè)由電池130所供應(yīng)的電壓。在電源開關(guān)127閉合時(shí)，加電重置塊118重置第二 ASIC 120。對(duì)于上升沿和下降沿，電池電壓閾值電平是相同的。利用延遲來實(shí)現(xiàn)對(duì)閾值電壓附近毛刺(glitch)的過濾。 實(shí)際上,一旦被激活,在加電重置塊118解除認(rèn)定重置信號(hào)之前，電池電平就應(yīng)當(dāng)在最小時(shí)間量內(nèi)低于閾值。
PLC 122還驅(qū)動(dòng)圖3中更詳細(xì)所示的電荷泵121,電荷泵將來自電池的低電壓逐步提升或變換成適于利用致動(dòng)器123致動(dòng)電活性元件140的高電壓。例如，電荷泵121可以將大約2V的電池電壓逐步提升到適于驅(qū)動(dòng)基于液晶的電活性元件的9V電平。電荷泵121通過利用有源開關(guān)定期切換陶瓷或電解質(zhì)電容器來轉(zhuǎn)換DC電池電壓。首先，開關(guān)翻轉(zhuǎn)，以通過將電容器跨越電壓源進(jìn)行連接來對(duì)電容器充電。接下來，開關(guān)將電容器以一種方式連接到輸出，該方式產(chǎn)生不同的電壓電平，即，使用更高的電壓來對(duì)電活性單元140供電。 PLC 122還被耦合到對(duì)來自傳感器150的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化的σ-δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)124,向ADC 124提供參考電壓的帶隙塊125以及時(shí)鐘128。在操作中，圖4中更詳細(xì)示出的ADC 124通過將模擬值與由帶隙塊125所生成的參考信號(hào)相比較來對(duì)來自傳感器150的指示適應(yīng)性響應(yīng)的模擬信號(hào)(例如光電流)進(jìn)行數(shù)字化。ADC 124包括可編程序增益放大器402和自動(dòng)切換模擬電平俘獲范圍的自動(dòng)范圍調(diào)整功能。如圖5中所示，帶隙塊125包括經(jīng)由開關(guān)504耦合到緩存器506的電壓參考502。在啟用帶隙塊125時(shí)，開關(guān)504打開，允許ADC 124采樣并保持參考信號(hào)，同時(shí)禁用帶隙塊125以減小功耗。理想地，參考信號(hào)獨(dú)立于電池電壓和裝置溫度，以向適應(yīng)性觸發(fā)器提供一致的響應(yīng)。ADC 124向PLC 122發(fā)送指示檢測(cè)到的適應(yīng)性觸發(fā)器的數(shù)字信號(hào)，該P(yáng)LC 122通過如下所述的算法或邏輯來處理數(shù)字信號(hào)。PLC 122檢索保持在存儲(chǔ)器112中的查找表中的數(shù)據(jù)并基于數(shù)字信號(hào)和來自查找表的數(shù)據(jù)為電活性元件140確定適當(dāng)?shù)脑O(shè)置。PLC 122然后使用并驅(qū)動(dòng)電荷泵121和致動(dòng)器123以適當(dāng)設(shè)置電活性元件140。例如，傳感器150可以檢測(cè)到瞳孔尺寸上的減小，但在環(huán)境光水平上沒有改變，指示患者試圖聚焦于近距物體。ADC 124對(duì)來自傳感器150的光電流進(jìn)行數(shù)字化，以提供幅度指示了期望的適應(yīng)程度的數(shù)字信號(hào)。(在一些情況下，ADC 124可以將信號(hào)電平放大預(yù)定增益。)PLC 122使用數(shù)字信號(hào)來從存儲(chǔ)器112中的查找表中所存儲(chǔ)的適應(yīng)值對(duì)和對(duì)應(yīng)的電活性元件設(shè)置當(dāng)中選擇用于電活性元件140的適當(dāng)設(shè)置。PLC 122驅(qū)動(dòng)電荷泵121，該電荷泵121轉(zhuǎn)而驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器123 (其在圖6中示為H電橋電路)以通過致動(dòng)電活性元件140 (其在圖6中示為電容性負(fù)載)來增大光焦度和/或景深。在開關(guān)680和686閉合(且開關(guān)682和684打開)時(shí)，跨越電活性元件140施加正電壓。通過打開開關(guān)680和686，并閉合開關(guān)682和684，將這個(gè)電壓反向。圖7示出了平面和透視剖面圖，其例示了包括第一 ASIC 110、第二 ASIC 120和電活性單元140的組件300的構(gòu)造。組件300可以被嵌入可植入鏡片中或附到可植入鏡片，例如球面透鏡，以形成圖1中所示的可植入眼科裝置100。組件300包括電活性材料302，例如液晶材料，布置于在組件300的光軸上居中的固定光圈301附近。固定光圈301對(duì)由電活性元件130所提供的光圈直徑范圍(和景深范圍)限定了限制。用于第一和第二 ASIC110和120的焊盤被置于電活性元件140的任一側(cè)上并夾在以下所述的基板之間。ASIC焊盤可以填充有各種電子部件，包括相對(duì)于圖2Α所述的那些。ASIC 110、120通過置于基板之間的各SPI層而與彼此通信，并經(jīng)由電池接觸線131從電池130汲取電力。電活性材料302被包含在由上玻璃或塑料基板304和下玻璃或塑料基板330所界定的空腔之內(nèi)。上基板304被包覆有第一金屬層306、第一 SPI層308、第一氧化銦錫(ΙΤ0)層310、第二 SPI層312、第一 SiOx層314、第三SPI層316、第二金屬層318和大約60 μ m厚的外玻璃基板320。類似地，下基板330被包覆有第三金屬層332、第四SPI層334和第二ITO層336。電池接觸線131被夾在第二 ITO層336和第二 SiOx層338之間，該第二 SiOx層與另一外基板340相鄰布置。電活性材料302的任一側(cè)上的SP1、金屬、ITO和SiOx層均約為10-15 μ m厚，并且每個(gè)基板大約為60 μπι厚。整個(gè)組件300大約為2. 20mm寬，且大約5. 80mm長。每個(gè)ASIC110、120都具有小于大約3. 5mm2的面積。通常，每個(gè)ASIC 110、120應(yīng)當(dāng)具有大約2mmX 2mm或更小的面積，例如大約1. 75mmXl. 75mm0ASIC 110和120可以是不同尺寸，例如第一ASIC110可以約為3. 15mm2，而第二 ASIC 120可以約為2. 75mm2?？梢詫⒔M件300嵌入或固定到眼內(nèi)透鏡(I0L)、眼內(nèi)鏡片(100)、角膜鑲嵌物、角膜覆蓋物或其他可植入眼科裝置。可植入眼科裝置，例如圖1的裝置100，可以被插入或植入眼睛的前房或后房中，到囊袋或角膜基質(zhì)中(類似于角膜鑲嵌物)，或到角膜的上皮層中(類似于角膜覆蓋物)，或眼睛的任何解剖結(jié)構(gòu)之內(nèi)。在植入時(shí)，第一和第二 ASIC 110、120可以被置于患者視線之外，例如在觸覺/鏡片接頭附近。在可植入眼科裝置為IOL的情況下， IOL可以具有由彎曲表面和/或漸變折射率分布所提供的至少一個(gè)靜態(tài)光焦度。這樣的IOL還包括充當(dāng)動(dòng)態(tài)光圈的電活性元件，其在被致動(dòng)時(shí)，改變患者的景深，如針對(duì)Blum等人的美國專利No. 7926940中所述的，在此通過引用將該專利在其整體上并入本文中。替代地，可植入眼科裝置可以是100，其具有很小到?jīng)]有光焦度，但還包括動(dòng)態(tài)光圈，其提供增加的景深。在具有動(dòng)態(tài)光圈的一些例示性裝置中，打開和閉合光圈用于提供眼科透鏡的固定或靜態(tài)校正光焦度之間的連續(xù)的焦點(diǎn)范圍。用于在例示性眼科裝置中使用的電源
如上所述，第一 ASIC 110和第二 ASIC 120從電源汲取電功率，電源例如是太陽能電池、電容器或像由Excellatron、Wyon或Front Edge所制造的那些的薄膜可充電電池。在圖1中，例如，耦合到第一和第二 ASIC 110和120的可充電電池130為ASIC 110和120以及為電活性元件140提供電力。薄膜可充電電池特別良好地適于在可植入眼科裝置中使用，因?yàn)槠淇梢员谎h(huán)超過45000次，這可以轉(zhuǎn)換成透鏡或鏡片中的20-25年的可用壽命?？梢允褂脙蓚€(gè)薄膜可充電電池，并可以將其彼此堆疊。在這種配置中，電池之一可使用20-25年，并且在第一個(gè)電池不再可操作時(shí)，可以切換到另一個(gè)電池。替代地，可以由向控制器遠(yuǎn)程發(fā)送的信號(hào)來切換到另一個(gè)電池。這樣可以將鏡片或透鏡的壽命延長到40-50年。也可以使用一個(gè)或多個(gè)光敏電池，例如太陽能電池或光伏電池，來補(bǔ)充、增強(qiáng)和/或消除對(duì)電池的需求。光敏電池位于用戶的用戶視線之外，例如，在部分因黑暗而擴(kuò)大但未完全擴(kuò)大時(shí)，位于瞳孔界限的周邊。這樣，可以通過利用能夠激勵(lì)一個(gè)或多個(gè)光敏電池的眼部安全激光器來對(duì)裝置進(jìn)行充電。替代地，光敏電池可以位于用戶眼睛的前方(更接近眼睛的角膜)，并與用戶眼睛的虹膜的一部分分離布置。細(xì)電線可以將太陽能電池可操作地連接到ASIC。該電線可以穿過瞳孔而不接觸虹膜并可操作地連接到可植入眼科裝置。太陽能電池可以足夠大，使得其供應(yīng)足夠的電功率，以消除對(duì)單獨(dú)的電源的需求。細(xì)電線可以不導(dǎo)電，并且可以具有形狀因子，該形狀因子具有適當(dāng)?shù)目估瓘?qiáng)度以將太陽能電池保持在適當(dāng)?shù)奈恢谩Ｔ谝恍┡渲弥?，可以通過眼科激光器來在虹膜中做出一個(gè)或多個(gè)小孔，使得細(xì)電線將太陽能電池連接到可植入眼科裝置。例示性眼科裝置中的可充電電池圖8示出了替代的第一 ASIC 210、替代的第二 ASIC 220和替代的電源230，其適于在此處所公開的眼科裝置(包括圖1的裝置100)中使用。第一 ASIC 210包括存儲(chǔ)用于電活性元件(未示出)的致動(dòng)信息的存儲(chǔ)器212、邏輯213、用于數(shù)字控制部分的低回動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器和用于其他周邊功能的部件215。第二 ASIC 220包括控制邏輯222 (例如PLC)和易失存儲(chǔ)器224。
第一 ASIC 210還包括對(duì)電源230進(jìn)行監(jiān)測(cè)和充電的部件，電源230包括兩個(gè)單獨(dú)的可充電電池232和234。在圖9中更詳細(xì)示出了電池電平監(jiān)測(cè)器216，其監(jiān)測(cè)電源230中的每個(gè)電池232、234的充電狀態(tài)。如圖9中所示，電池電平監(jiān)測(cè)器216包括電容器分壓器， 以節(jié)省交錯(cuò)電流。
在電池電平監(jiān)測(cè)器216感測(cè)到電池232、234充電不足時(shí)，其觸發(fā)圖10中更詳細(xì)示出的電池充電器214。例如，在電池電壓降到預(yù)定值，例如大約1. 2V以下時(shí)，電池電平監(jiān)測(cè)器216可以觸發(fā)電池充電器214。一旦被激活，由RF場所感應(yīng)供電的電池充電器214,根據(jù)圖16中所示的曲線圖對(duì)電池充電。一旦激活電池充電器214，它就進(jìn)入第一階段，其中其利用恒定電流對(duì)充電不足的電池進(jìn)行充電。如果需要，可以在預(yù)定范圍(例如大約120μΑ到大約160μΑ)之內(nèi)微調(diào)該恒定電流。一旦充電不足的電池達(dá)到預(yù)定的結(jié)束充電電壓，電池充電器214就進(jìn)入第二階段，其中它在固定電壓下，例如大約4.1V到大約4. 2V下，對(duì)電池130 充電預(yù)定時(shí)間。預(yù)定的結(jié)束充電電壓是可編程的，并且可以為大約1. 6V到大約1. 8V。一旦預(yù)定時(shí)間過去，電池充電器214就停止對(duì)現(xiàn)在已充電的電池進(jìn)行充電，以防止過度充電。
電池充電器214可以通過圖11中所示的RF天線260感應(yīng)地汲取電力，該RF天線 260通過整流電路211向電池充電器供應(yīng)電流。天線260包括一個(gè)或多個(gè)微調(diào)塊261，每個(gè)微調(diào)塊261包括與開關(guān)262和負(fù)載電容器268兩者都串聯(lián)耦合的調(diào)諧電容器260 ;開關(guān)262 和負(fù)載電容器268并聯(lián)。閉合開關(guān)262將調(diào)諧電容器260連接到負(fù)載266，增大了阻抗，以從外部電源向整流電路211提供更好的功率流?？梢愿鶕?jù)需要激活或去激活微調(diào)塊以優(yōu)化功率流。一旦適當(dāng)設(shè)置了 RF天線260，磁場就在裝置中誘發(fā)電流，并且圖12中所示的整流電路收獲DC電壓，以用于對(duì)電池232、234進(jìn)行充電。如圖13中所示，電源(電池接觸)線沿著裝置的同一側(cè)延伸，以避免形成寄生感應(yīng)環(huán)路。對(duì)于關(guān)于感應(yīng)充電的更多信息，參見題為 “Device for Inductive Charging of Implanted Electronic Devices，，的美國申請(qǐng) No. 12/465970，在此通過引用將該申請(qǐng)?jiān)谡w上并入本文中。
例示性高壓和低壓ASIC的操作狀態(tài)第一和第二 ASIC能夠具有與不同裝置狀態(tài)對(duì)應(yīng)的四個(gè)主要功率狀況，下文在表I中列出其全部。在系統(tǒng)關(guān)閉時(shí)，低壓ASIC處于不加電空閑模式，并且高壓ASIC處于睡眠(關(guān)機(jī)) 狀態(tài)。在正常操作狀況下，例如在用戶正開始他或她的一天時(shí)，系統(tǒng)操作在自主治療功能模式中，以在檢測(cè)到適應(yīng)性響應(yīng)時(shí)提供自動(dòng)適應(yīng)。在裝置正操作在自主治療功能模式中時(shí)，第二 ASIC切換到其操作模式，且第一 ASIC保持在空閑模式中。也可以利用外部讀取器對(duì)裝置進(jìn)行無線充電和/或通信，同時(shí)繼續(xù)為患者提供自主治療功能。在充電 和提供自主治療功能時(shí)，第一 ASIC切換到外部(即感應(yīng))供電狀態(tài)，且第二 ASIC保持在其操作模式中。也可以無線地對(duì)裝置進(jìn)行充電和/或通信而不提供自主治療功能，在這種情況下，第二 ASIC關(guān)機(jī)以使功耗最小化。在每種情況下，第一 ASIC能夠通過經(jīng)由芯片間數(shù)據(jù)接口向第二 ASIC 發(fā)出“中斷”信號(hào)(spi_vdd)，來改變第二 ASIC的狀態(tài)。如果第二 ASIC處于掉電狀態(tài)，則第一 ASIC開始對(duì)第二 ASIC加電并將芯片間數(shù)據(jù)接口設(shè)置成命令接收狀態(tài)。表1:ASIC加電狀況
權(quán)利要求
1.一種可植入眼科裝置，包括 高壓專用集成電路(ASIC)，其被配置成在第一電壓下致動(dòng)電活性元件；以及 低壓ASIC，其被可操作地耦合到所述高壓ASIC并被配置成(i )調(diào)節(jié)所述高壓ASIC和(ii)操作在比所述第一電壓低的第二電壓下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可植入眼科裝置，其中所述低壓ASIC被配置成通過使所述高壓ASIC從空閑狀態(tài)過渡到操作狀態(tài)來調(diào)節(jié)所述高壓ASIC。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可植入眼科裝置，其中所述第一電壓大約為5伏或更低，且所述第二電壓大約為5伏到大約11伏。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可植入眼科裝置，還包括 電源，其被配置成在等于或低于所述第二電壓的電源電壓下向所述高壓和低壓ASIC中的至少ー個(gè)供應(yīng)電流。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的可植入眼科裝置，其中所述高壓ASIC包括電荷泵，以將所述電源電壓轉(zhuǎn)換成所述第一電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的可植入眼科裝置，還包括 開關(guān)，其被配置成使得電流能夠響應(yīng)于來自所述低壓ASIC的信號(hào)來從電源流向所述高壓ASIC^l 加電重置塊，其被配置成響應(yīng)于致動(dòng)所述開關(guān)來重置所述高壓ASIC。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的可植入眼科裝置，其中所述電源包括電池，并且還包括可操作地耦合到電池并被配置成對(duì)所述電池充電的電池充電器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的可植入眼科裝置，還包括 射頻(RF)天線，其可操作地耦合到電池充電并被配置成向所述電池充電器耦合RF能量; 諧振電容器，其與所述RF天線串聯(lián)，以提供阻抗，用于改變所述RF天線的功率傳輸特性；以及 調(diào)諧器，其用以微調(diào)所述諧振電容器。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的可植入眼科裝置，其中所述電池充電器被配置成通過如下方式對(duì)電池充電 (i)在恒定電流下對(duì)所述電池充電，直到所述電池達(dá)到預(yù)定電壓；以及 (ii)在所述電池達(dá)到預(yù)定電壓之后在恒定電壓下對(duì)所述電池充電預(yù)定時(shí)間。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的可植入眼科裝置，其中所述恒定電流為大約120MA到大約180MA。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的可植入眼科裝置，其中所述預(yù)定電壓為大約1.6V到大約1. 8V。
12.根據(jù)權(quán)利要求4所述的可植入眼科裝置，其中所述電源包括太陽能電池。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可植入眼科裝置，其中所述高壓和低壓ASIC中的至少ー個(gè)包括非易失性存儲(chǔ)器，其被配置成存儲(chǔ)用于致動(dòng)所述電活性元件的信息。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可植入眼科裝置，其中所述高壓和低壓ASIC中的至少ー個(gè)包括可編程邏輯控制器，以基于表示患者眼睛的適應(yīng)性響應(yīng)的適應(yīng)信號(hào)來確定所述電活性元件的致動(dòng)狀態(tài)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的可植入眼科裝置，其中所述高壓和低壓ASIC中的至少ー個(gè)包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，其被配置成將來自傳感器的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成適應(yīng)信號(hào)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的可植入眼科裝置，其中所述高壓和低壓ASIC中的至少ー個(gè)還包括帶隙塊，其被配置成向所述ADC提供獨(dú)立于溫度和電源兩者的參考電壓。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可植入眼科裝置，其中所述高壓和低壓ASIC中的至少ー個(gè)具有大約2mm或更小的長度或和大約2mm或更小的寬度。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可植入眼科裝置，其中所述高壓和低壓ASIC是密封的。
19.ー種操作可植入眼科裝置的方法，所述方法包括 在由高壓專用集成電路(ASIC)所供應(yīng)的第一電壓下致動(dòng)電活性元件；以及利用低壓ASIC調(diào)節(jié)所述高壓ASIC，所述低壓ASIC操作在低于所述第一電壓的第二電壓下。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，調(diào)節(jié)所述高壓ASIC包括使所述高壓ASIC從空閑狀態(tài)過渡到操作狀態(tài)。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述第一電壓大約為5伏或更低，且所述第二電壓大約為5伏到大約11伏。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，還包括 在等于或低于所述第二電壓的電源電壓下從電源向所述高壓和低壓ASIC中的至少ー個(gè)供應(yīng)電流。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，還包括 將所述電源電壓轉(zhuǎn)換成所述第一電壓。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，還包括 致動(dòng)開關(guān)使得電流能夠響應(yīng)于來自所述低壓ASIC的信號(hào)來從電源流向所述高壓ASIC ;以及 響應(yīng)于致動(dòng)所述開關(guān)來重置所述高壓ASIC。
25.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述電源包括電池。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，還包括 向可操作地耦合到所述電池的電池充電器感應(yīng)耦合射頻能量。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，還包括 (i)在恒定電流下對(duì)所述電池充電，直到所述電池達(dá)到預(yù)定電壓；以及 (ii)在所述電池達(dá)到預(yù)定電壓之后在恒定電壓下對(duì)所述電池充電預(yù)定時(shí)間。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述恒定電流為大約120yA到大約180UA。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述預(yù)定電壓為大約1.6V到大約1. 8V。
30.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述電源包括太陽能電池且還包括 利用所述太陽能電池生成電流。
31.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，還包括 存儲(chǔ)用于致動(dòng)所述電活性元件的信息。
32.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，還包括 基于表示患者眼睛的適應(yīng)性響應(yīng)的適應(yīng)信號(hào)來確定所述電活性元件的致動(dòng)狀態(tài)。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，還包括將來自傳感器的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成適應(yīng)信號(hào)。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，還包括 利用所述傳感器響應(yīng)于檢測(cè)到適應(yīng)來生成所述模擬信號(hào)。
35.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述高壓和低壓ASIC中的至少ー個(gè)具有大約2mm或更小的長度或和大約2mm或更小的寬度。
36.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述高壓和低壓ASIC是密封的。
37.一種可植入眼科裝置，包括 電源，其被配置成在第一電壓下供應(yīng)電流； 電荷泵，其被可操作地耦合到所述電源并被配置成將所述第一電壓轉(zhuǎn)換成第二電壓，所述第二電壓大于所述第一電壓并適于致動(dòng)電活性元件；以及 電池充電器，其被可操作地耦合到所述電池并被配置成對(duì)所述電池充電 (i)在恒定電流下對(duì)所述電池充電，直到所述電池達(dá)到預(yù)定電壓；以及 (ii)在所述電池達(dá)到預(yù)定電壓之后在恒定電壓下對(duì)所述電池充電預(yù)定時(shí)間。
全文摘要
具有動(dòng)態(tài)電活性元件的眼科裝置提供了可變光焦度和/或景深，其在遭受老花眼或無晶狀體的個(gè)人體內(nèi)恢復(fù)丟失的適應(yīng)性。例示性裝置感測(cè)指示適應(yīng)性響應(yīng)的生理過程并致動(dòng)動(dòng)態(tài)電活性元件以提供光焦度和/或景深中的期望改變。例示性裝置包括兩個(gè)專用集成電路(ASIC)，用于處理適應(yīng)性響應(yīng)并致動(dòng)電活性元件高壓ASIC，其將來自電源的低電壓逐步提升到適于致動(dòng)電活性元件的更高的電壓，以及另一ASIC，其操作在低電壓下(并且因此消耗很少功率)并控制高壓ASIC的操作狀態(tài)。因?yàn)槊總€(gè)ASIC都操作在最低的可能電壓下，所以例示性眼科裝置比其他眼科裝置消耗更少功率。
文檔編號(hào)A61B18/00GK103037790SQ201180039899
公開日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2011年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月20日
發(fā)明者J-N.費(fèi)爾, W.多爾, U.施內(nèi)爾 申請(qǐng)人:伊蘭扎公司