适合植入体内的微型光刺激系统.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201510351863.8 (22)申请日 2015.06.24 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 106267577 A (43)申请公布日 2017.01.04 (73)专利权人 杜鸿业 地址 中国台湾台北市内湖区环山路二段50 巷14弄12号 (72)发明人 杜鸿业 (74)专利代理机构 北京北翔知识产权代理有限 公司 11285 代理人 潘飞郑建晖 (51)Int.Cl. A61N 5/06(2006.01) (56)对比文件 CN 203989504 U。

2、,2014.12.10, CN 101391131 A,2009.03.25, CN 104436447 A,2015.03.25, CN 103002950 A,2013.03.27, US 2014324138 A1,2014.10.30, US 2012123508 A1,2012.05.17, 审查员 梁丽霞 (54)发明名称 适合植入体内的微型光刺激系统 (57)摘要 一种适合植入体内的微型光刺激系统， 包括 微刺激器及体外装置。 微刺激器适合植入体内， 包括本体、 光刺激探头、 连接于本体与光刺激探 头之间的延长线， 以及装设于光刺激探头旁的探 头温度传感器。 本体包括通讯感测芯片。

3、。 通讯感 测芯片中设有芯片温度传感器及第一感应耦合 线圈， 能支持感应耦合、 供电及温度感测功能。 光 刺激探头藉由延长线而能深入体内的欲治疗位 置。 光刺激探头具有导光板阵列及发光二极管阵 列， 能改变光刺激的面积且同时对不同刺激点提 供不同光强度。 探头温度传感器能感测光刺激探 头的温度而提高安全性。 体外装置包括导磁盘及 第二感应耦合线圈， 其与微刺激器的第一感应耦 合线圈之间利用高频感应耦合机制传送光刺激 所需的大量控制信息。 权利要求书2页 说明书8页 附图7页 CN 106267577 B 2018.12.04 CN 106267577 B 1.一种适合植入体内的微型光刺激系统，。

4、 包括： 一微刺激器， 适于植入一人体的组织中， 其包括： 一本体， 适于植入该人体的组织中的一第一位置， 该本体包括一通讯感测芯片、 一芯片 温度传感器及一第一感应耦合线圈， 其中该芯片温度传感器设置于该通讯感测芯片中， 以 感测该通讯感测芯片的温度， 该第一感应耦合线圈电连接于该通讯感测芯片； 一延长线， 具有一固定端及一自由端， 该固定端连接于该本体， 并且电连接于该通讯感 测芯片； 一光刺激探头， 设置于该延长线的该自由端内部， 该光刺激探头适于伸入该人体的组 织中的一第二位置， 其具有多个导光板所排列而成的一导光板阵列及多个发光二极管所排 列而成的一发光二极管阵列， 每一发光二极管藉。

5、由该延长线而电连接于该通讯感测芯片， 该导光板阵列中的每一导光板对应地包覆该发光二极管阵列中的每一发光二极管； 以及 一探头温度传感器， 装设于该延长线的该自由端， 并且位于该光刺激探头旁， 用以感测 该光刺激探头的温度； 以及 一体外装置， 包括一第二感应耦合线圈及一第一导磁盘， 该第一导磁盘与该人体的组 织分别位于该第二感应耦合线圈的两相对侧， 该第二感应耦合线圈对应该微刺激器的该第 一感应耦合线圈， 而以一高频感应耦合机制来对该微刺激器提供电能， 并读取该微刺激器 所产生的信息； 其中该微刺激器还包括一光刺激控制电路， 该光刺激探头通过该光刺激控制电路电连 接于该通讯感测芯片； 且 其中。

6、该光刺激探头包括一光控板， 以供该导光板阵列及该发光二极管阵列设置于其 上； 其中该光刺激控制电路提供每一发光二极管一控制电流通过该延长线传输至该光控 板， 并藉由该光控板连接至每一发光二极管。 2.根据权利要求1所述的适合植入体内的微型光刺激系统， 其中该本体所在的该第一 位置为一接近该人体的体表且适合该高频感应耦合机制进行操作的位置， 该光刺激探头所 在的该第二位置为一欲治疗的位置， 其中该本体与该光刺激探头之间是以该延长线做连 接， 该延长线为一可挠性的结构， 其包含一光刺激探头导线与一探头温度传感器导线， 其中 该光刺激探头导线连接于该本体与每一发光二极管之间， 该探头温度传感器导线电。

7、连接于 该本体及该探头温度传感器之间。 3.根据权利要求1所述的适合植入体内的微型光刺激系统， 其中该微刺激器具有一固 定的通讯频率， 通过该高频感应耦合机制与该体外装置进行通讯， 该固定的通讯频率介于 10MHz与50MHz之间的一频率范围内， 该频率范围适于以该人体为介质进行通讯。 4.根据权利要求1所述的适合植入体内的微型光刺激系统， 还包括一连接于体外装置 的外部接口， 其中该芯片温度传感器产生一芯片温度感测值， 该探头温度传感器产生一探 头温度感测值， 于该光刺激探头进行光刺激运作同时， 透过该本体的该第一感应耦合线圈， 而将该芯片温度感测值及该探头温度感测值回传至该体外装置， 而与。

8、该外部接口形成一回 馈控制。 5.根据权利要求1所述的适合植入体内的微型光刺激系统， 其中该微刺激器的该本体 具有一外壳， 该外壳为一非金属固体材质， 其形状是从圆柱状外壳及扁平状外壳两者中选 择其一， 其中该圆柱状外壳具有两端面及一侧表面， 每一端面为一弧面， 该侧表面连接于该 权利要求书 1/2 页 2 CN 106267577 B 2 两端面之间； 当该本体具有该圆柱状外壳且植入该人体的组织内， 该体外装置放置于该人 体的一皮肤表面上并且具有一底面平行于该皮肤表面， 该圆柱状外壳的该侧表面垂直于该 体外装置的该底面； 当该本体具有该扁平状外壳时， 其适合植入该人体的一扁平骨与一表 皮层之。

9、间， 其中该扁平状外壳具有一底平面， 该底平面平行于该体外装置的该底面。 6.根据权利要求1所述的适合植入体内的微型光刺激系统， 其中该微刺激器具有一第 二导磁盘， 在操作该微型光刺激系统时， 该第二导磁盘与该第二感应耦合线圈分别位于该 第一感应耦合线圈的两相对侧， 该第一感应耦合线圈与该体外装置的该第二感应耦合线圈 之间藉由该高频感应耦合机制来形成一磁场， 其中该第二导磁盘与该体外装置的该第一导 磁盘， 各自为一具导磁功能的铁氧体片， 用于改变该磁场的方向， 稳定该磁场， 并避免该磁 场受到该人体的组织与一外在金属设备的干扰。 7.根据权利要求1所述的适合植入体内的微型光刺激系统， 还包括一。

10、外部接口， 提供一 光刺激控制机制， 其中该体外装置包括一控制单元及一收发芯片， 该控制单元连接于该外 部接口； 该微刺激器包括一光刺激控制电路以及一微控制器， 该光刺激控制电路电连接该 光刺激探头与该通讯感测芯片； 该通讯感测芯片提供该光刺激控制电路所需的电源， 该微 控制器电连接于该光刺激控制电路与该通讯感测芯片之间， 并且该通讯感测芯片内部具有 一存储器及一序列周边接口总线； 其中该光刺激控制机制包括： 该外部接口设定一光刺激 的治疗程序， 该光刺激的治疗程序经由该体外装置的该控制单元及该收发芯片， 透过该第 二感应耦合线圈与该第一感应耦合线圈， 穿过该人体的组织而传送至该存储器中， 再。

11、经由 该序列周边接口总线， 传送至该微控制器解码后， 转换成该光刺激探头的一控制讯号， 并将 该控制讯号传送至该光刺激控制电路， 以转换成每一发光二极管的开关与发光强度控制所 需的一控制电流。 8.根据权利要求1所述的适合植入体内的微型光刺激系统， 提供一装置辨识机制， 该装 置辨识机制包括： 该体外装置接收由一外部接口所发出一装置辨识码， 经该第二感应耦合 线圈及该第一感应耦合线圈传到该微刺激器， 该微刺激器判断该装置辨识码是否正确， 若 判断该装置辨识码为正确， 则该芯片温度传感器及该探头温度传感器开始进行温度感测， 之后该外部接口再提供一光刺激疗程讯号给该光刺激探头， 以启动该微刺激器的。

12、光刺激功 能。 9.根据权利要求8所述的适合植入体内的微型光刺激系统， 其中该通讯感测芯片内部 具有一电位传感器， 该微刺激器被启动后， 藉由该电位传感器进行量测该通讯感测芯片输 出至其外部的一电压值， 并将量测的该电压值回传至该外部接口， 若该外部接口侦测到该 电压值达到一默认值， 则判断该体外装置的该第二感应耦合线圈与该微刺激器的该第一感 应耦合线圈正确对位。 权利要求书 2/2 页 3 CN 106267577 B 3 适合植入体内的微型光刺激系统 技术领域 0001 本发明与一种适合植入体内的微型光刺激系统有关， 特别是与一种整合高频感应 耦合技术、 并提供微型化样式、 且具有多元光刺。

13、激功能的微型光刺激系统有关。 背景技术 0002 在微刺激设备中， 除了以往较常见的功能性电刺激(Functional electrical stimulation； FES)及热刺激设备之外， 基于磁刺激、 化学刺激和光刺激的治疗设备也逐渐 引起研发者的注意。 相较于其他刺激方式而言， 光刺激可以应用在愈合伤口、 脑部穴位刺 激、 视觉神经或运动神经的功能修复等。 然而， 这些习知技术中的光刺激设备大多是采用体 外照射的方式来进行光刺激， 对于体内较隐密的穴位或脑组织间隙等欲治疗位置， 可能会 照射不到或无法提供足够的光照度。 为了提高体内欲治疗位置的光照度， 则需提高体外照 射装置的光照能。

14、量， 如此一来可能会对人体皮肤造成伤害。 为了解决上述体外治疗设备的 局限性， 体内植入装置的研发逐渐兴起。 0003 此外， 主动植入式的医疗组件， 例如： 神经电刺激器、 血糖传感器或药物释放泵等， 均需要电源才能运作， 一般是使用电池。 然而， 对于非持续运作的装置而言。 若改用无线供 电传送的方式来提供电源， 不仅可降低使用电池失效的风险， 也大幅缩小植入装置的体积， 增加植入手术后的舒适度， 及延长植入式医疗组件的使用寿命。 0004 随着先进治疗的需求与无线体网络(Wireless body area network)的通讯发展， 这些用在人体内外的感测、 治疗装置， 可在规范的通。

15、讯频率上被紧密的整合， 形成特定的治 疗系统。 目前高频感应耦合(Inductive coupling)的技术可用在高频10MHz以上的频带范 围， 带宽的增加有助于解决数据传送的问题， 包括： 操作多元光刺激、 安全感测监控、 通讯协 议运算等， 这在现阶段植入式光刺激开发上应予以设计。 0005 体内光刺激常应用于修复神经的红外光刺激、 脑部光基因刺激(Optogenetic stimulation)的蓝光刺激， 对植入式光刺激器设计的要点， 是将电源、 控制讯号传递至体内 以供光刺激使用。 电磁感应耦合供电为常用技术， 然而， 无线传送除了以空气为介质外， 以 人体为介质来传递讯号也是个。

16、方式， 并可排除空间干扰的影响。 此外， 对电源与讯号传送， 两者是可分别用不同频率或利用同一频率进行， 若在同一频率且同一线圈下设计装置最为 简化， 为技术重点。 0006 综上所述， 若能将体外光刺激设备微型化， 设计为体内植入装置， 与高频感应耦合 技术的整合， 执行复杂及多元的光刺激功能。 对外则以电磁耦合线圈， 进行电力输送、 通讯 传输和安全性控制等。 将有助于医疗及诊断治疗的发展， 并可与个人治疗系统进行结合。 发明内容 0007 本发明的一目的在于提出一种适合植入体内的微型光刺激系统， 其具有一微刺激 器可于体内深处进行复杂且多元的光刺激功能， 并于治疗同时提供温度的安全监控。。

17、 藉以 解决目前光刺激器无法于体内进行经常性治疗， 且难以深入体内组织进行复杂及多元的光 说明书 1/8 页 4 CN 106267577 B 4 刺激的问题。 0008 本发明的另一目的在于提出一种适合植入体内的微型光刺激系统， 以面状发光二 极管阵列的结构来提供复杂及多元的光刺激功能， 达成医疗应用， 并利用一高频感应耦合 机制进行供电及通讯， 以通讯感测芯片进行微型化设计来传送控制讯号。 在本发明说明书 中，“复杂的光刺激” 是指针对单一的发光二极管， 进行发光强度、 开关、 闪烁、 颜色的控制调 整；“多元的光刺激” 是指针对发光二极管阵列， 同时进行数个照射面积、 不同位置的发光二 。

18、极管的开关动作、 开关顺序的控制调整。 0009 为了达到上述目的， 本发明提供一种适合植入体内的微型光刺激系统， 包括一微 刺激器及一体外装置。 微刺激器适于植入一人体的组织中， 其包括一本体、 一延长线、 一光 刺激探头以及一探头温度传感器。 本体适于植入人体的组织中的一第一位置， 其包括一通 讯感测芯片、 一芯片温度传感器及一第一感应耦合线圈。 芯片温度传感器设置于通讯感测 芯片中， 以感测通讯感测芯片的温度， 第一感应耦合线圈电连接于通讯感测芯片。 延长线具 有一固定端及一自由端， 固定端连接于本体， 并且电连接于通讯感测芯片。 光刺激探头设置 于延长线的自由端内部。 光刺激探头适于伸。

19、入人体的组织中的一第二位置， 其具有多个导 光板所排列而成的一导光板阵列及多个发光二极管(Light-Emitting Diode， LED)所排列 而成的一发光二极管阵列， 每一发光二极管藉由延长线而电连接于通讯感测芯片， 导光板 阵列中的每一导光板对应地包覆发光二极管阵列中的每一发光二极管。 探头温度传感器装 设于延长线的自由端， 并且位于光刺激探头旁， 用以感测光刺激探头的温度。 体外装置包括 一第二感应耦合线圈及一第一导磁盘。 第一导磁盘与人体的组织分别位于第二感应耦合线 圈的两相对侧， 第二感应耦合线圈对应微刺激器的第一感应耦合线圈， 而以一高频感应耦 合机制来对微刺激器提供电能， 。

20、并读取微刺激器所产生的信息。 其中该微刺激器还包括一 光刺激控制电路， 该光刺激探头通过该光刺激控制电路电连接于该通讯感测芯片； 且其中 该光刺激探头包括一光控板， 以供该导光板阵列及该发光二极管阵列设置于其上； 其中该 光刺激控制电路提供每一发光二极管一控制电流通过该延长线传输至该光控板， 并藉由该 光控板连接至每一发光二极管。 在一实施例中， 上述本体所在的第一位置为一接近人体的 体表， 且适合高频感应耦合机制进行操作的位置， 光刺激探头所在的第二位置为一欲治疗 的位置， 其中本体与光刺激探头之间是以延长线做连接， 延长线为一可挠性的结构， 其包含 一光刺激探头导线与一探头温度传感器导线，。

21、 其中光刺激探头导线连接于本体与每一发光 二极管之间， 探头温度传感器导线电连接于本体及探头温度传感器之间。 本实施例可有效 进行光刺激功能， 并减少对欲治疗位置的组织造成伤害。 0010 在一实施例中， 上述微刺激器具有一固定的通讯频率， 通过高频感应耦合机制与 体外装置进行通讯， 该固定的通讯频率介于10MHz与50MHz之间的一频率范围内， 该频率范 围适于以人体为介质进行通讯。 本实施例可使微刺激器与体外装置之间能够传送光刺激所 需的大量的控制信息。 0011 在一实施例中， 还包括一连接于体外装置的外部接口， 其中上述芯片温度传感器 产生一芯片温度感测值， 探头温度传感器产生一探头温。

22、度感测值， 于光刺激探头进行光刺 激运作同时， 透过本体的第一感应耦合线圈， 而将该芯片温度感测值及该探头温度感测值 回传至体外装置， 而与外部接口形成一回馈控制。 0012 在一实施例中， 上述微刺激器的本体具有一外壳， 外壳为一非金属固体材质， 其形 说明书 2/8 页 5 CN 106267577 B 5 状是从圆柱状外壳及扁平状外壳两者中选择其一， 其中圆柱状外壳具有两端面及一侧表 面， 每一端面为一弧面， 侧表面连接于两端面之间； 当本体具有圆柱状外壳且植入人体的组 织内， 体外装置放置于人体的一皮肤表面上并且具有一底面平行于皮肤表面， 圆柱状外壳 的侧表面垂直于体外装置的底面； 当。

23、本体具有扁平状外壳时， 其适合植入人体的一扁平骨 (flat bone)与一表皮层之间， 并且该扁平状外壳具有一底平面， 该底平面平行于该体外装 置的该底面。 0013 在一实施例中， 上述微刺激器具有一第二导磁盘， 在操作微型光刺激系统时， 第二 导磁盘与第二感应耦合线圈分别位于第一感应耦合线圈的两相对侧， 第一感应耦合线圈与 体外装置的第二感应耦合线圈之间藉由高频感应耦合机制来形成一磁场， 其中第二导磁盘 与体外装置的第一导磁盘各自为一具导磁功能的铁氧体片(Ferrite Sheet)， 用于改变磁 场的方向， 稳定磁场并避免磁场受到人体的组织与一外在金属设备的干扰。 0014 在一实施例。

24、中， 所述适合植入体内的微型光刺激系统还包括一外部接口， 提供一 光刺激控制机制， 其中体外装置包括一控制单元及一收发芯片， 控制单元连接于外部接口； 微刺激器包括一光刺激控制电路以及一微控制器， 光刺激控制电路电连接光刺激探头与通 讯感测芯片； 通讯感测芯片提供光刺激控制电路所需的电源， 微控制器电连接于光刺激控 制电路与通讯感测芯片之间， 并且通讯感测芯片内部具有一存储器及一序列周边接口总线 (Serial Peripheral Interface Bus,SPI)； 其中光刺激控制机制包括： 外部接口设定一光 刺激的治疗程序， 光刺激的治疗程序经由体外装置的控制单元及收发芯片， 透过第二。

25、感应 耦合线圈与第一感应耦合线圈， 穿过人体的组织而传送至存储器中， 再经由序列周边接口 总线， 传送至微控制器解码后， 转换成光刺激探头的一控制讯号， 并将控制讯号传送至光刺 激控制电路， 以转换成每一发光二极管的开关与发光强度控制所需的一控制电流。 0015 在一实施例中， 所述适合植入体内的微型光刺激系统， 提供一装置辨识机制， 装置 辨识机制包括： 体外装置接收由一外部接口所发出一装置辨识码， 经第二感应耦合线圈及 第一感应耦合线圈传到微刺激器， 微刺激器判断装置辨识码是否正确， 若判断该装置辨识 码为正确， 则芯片温度传感器及探头温度传感器开始进行温度感测， 之后外部接口再提供 一光。

26、刺激疗程讯号给光刺激探头， 以启动微刺激器的光刺激功能。 0016 在一实施例中， 上述通讯感测芯片内部具有一电位传感器， 微刺激器被启动后， 藉 由电位传感器进行量测通讯感测芯片输出至其外部的一电压值， 并将量测的电压值回传至 外部接口， 若外部接口侦测到电压值达到一默认值， 则判断体外装置的第二感应耦合线圈 与微刺激器的第一感应耦合线圈正确对位， 藉以确认微刺激器取得足够电量。 0017 本发明的实施例使用高频感应耦合通讯技术， 来提供复杂及多元的光刺激所需的 控制信息， 使微刺激器的结构能够微型化而降低对人体的伤害， 并深入人体的组织以提供 光刺激而达到预期的治疗程序。 附图说明 001。

27、8 图1为本发明的一实施例的微型光刺激系统示意图。 0019 图2为本发明的一实施例的微型光刺激系统的电路结构示意图。 0020 图3A及图3B为本发明的一实施例的微刺激器外观及其使用状态示意图。 0021 图4为本发明的一实施例中的光刺激探头结构示意图。 说明书 3/8 页 6 CN 106267577 B 6 0022 图5为本发明的一实施例的微型光刺激系统， 其天线磁场的改善示意图。 0023 图6为本发明的一实施例的通讯感测芯片的内部架构， 及其与外部的组件的对应 关系示意图。 具体实施方式 0024 有关本发明的前述及其他技术内容、 特点与功效， 在以下配合参考图式的一较佳 实施例的。

28、详细说明中， 将可清楚的呈现。 以下实施例中所提到的方向用语， 例如： 上、 下、 左、 右、 前或后等， 仅是用于参照随附图式的方向。 因此， 该等方向用语仅是用于说明并非是用 于限制本发明。 0025 本发明揭露一种适合植入体内的微型光刺激系统， 提供复杂及多元的光刺激功 能， 其整体结构示意图如图1。 微型光刺激系统100包括一微刺激器200及一体外装置300。 微 刺激器200的尺寸及结构适合植入一人体的组织400中， 例如： 皮肤(Skin)、 脂肪(Fat)、 肌肉 (Muscle)、 骨骼(Bone)等， 利用人体的组织400为介质， 以与感应耦合的方式体外装置300进 行通讯、。

29、 电力传输。 0026 微刺激器200包括一本体210、 一延长线220、 一光刺激探头230及一探头温度传感 器240。 本体210适于植入人体的组织400中的一第一位置P1。 例如， 第一位置P1为一接近人 体的体表， 且适合一高频感应耦合机制进行操作位置。 延长线220具有一固定端222及一自 由端224， 固定端222连接于本体210。 光刺激探头230设置于自由端224的内部， 连接延长线 220而适于伸入人体的组织400中的一第二位置P2。 例如， 第二位置P2为一相较于第一位置 P1更深入人体的组织400的欲治疗的位置。 0027 本体210包括一通讯感测芯片212、 一芯片温度。

30、传感器214及一第一感应耦合线圈 216。 芯片温度传感器214设置于通讯感测芯片212中， 以感测通讯感测芯片212的温度。 图1 所示的第一感应耦合线圈216为一螺旋状感应耦合线圈， 装设于本体210的上端。 第一感应 耦合线圈216的下方依次为通讯感测芯片212与一微控制器218a(micro-control unit, MCU)， 最后是延长线220及光刺激探头230。 在一实施例中， 芯片温度传感器214与探头温度 传感器240的温度感测范围为25至45。 芯片温度传感器214产生一芯片温度感测值， 探 头温度传感器240产生一探头温度感测值， 于光刺激探头230进行光刺激运作同时，。

31、 透过本 体210的第一感应耦合线圈216， 而将芯片温度感测值及探头温度感测值回传至体外装置 300， 而与一连接体外装置300的外部设备500形成一安全的回馈控制， 避免通讯感测芯片 212运作时温度过高。 0028 本体210与光刺激探头230之间是以延长线220做连接。 延长线220为一可挠性的结 构。 光刺激探头230具有多个发光二极管(Light-Emitting Diode， LED)231及多个导光板 232， 以提供面状光源。 多个发光二极管231排列成一发光二极管阵列。 多个导光板232排列 成一导光板阵列。 导光板阵列中的每一导光板232对应地包覆发光二极管阵列中的每一发。

32、 光二极管231。 在植入体内后， 导光板232位于发光二极管231与人体的组织400之间。 每一发 光二极管231藉由延长线220而电连接于通讯感测芯片212。 探头温度传感器240装设于延长 线220的自由端224， 并且位于光刺激探头230旁， 用以感测光刺激探头230的温度。 换句话 说， 延长线220、 光刺激探头230及探头温度传感器240三者可整合为一延长型的探头结构。 0029 附带一提的是， 为保障微刺激器200在运作时的安全性， 芯片温度传感器214及探 说明书 4/8 页 7 CN 106267577 B 7 头温度传感器240分别用以感测通讯感测芯片212与光刺激探头2。

33、30的温度， 以避免过热现 象发生。 由于通讯感测芯片212运作时接收能量时会产生热效应， 而光刺激探头230置于体 内是以光刺激的形式进行治疗， 因此治疗的区域有较高的温度， 所以将探头温度传感器240 设置于靠近光刺激探头230的位置。 0030 体外装置300包括一第二感应耦合线圈310及一第一导磁盘320， 第一导磁盘320与 人体的组织400分别位于第二感应耦合线圈310的两相对侧。 第二感应耦合线圈310对应微 刺激器200的第一感应耦合线圈216， 而以人体的组织400为通讯及电源传输媒介来对微刺 激器200提供电能， 并读取微刺激器200所产生的信息。 在一实施例中， 上述体外。

34、装置300利 用高频感应耦合机制， 以一固定的通讯频率， 对微刺激器200进行供电及通讯， 此固定的通 讯频率介于10MHz与50MHz之间的一频率范围内， 此频率范围适于以人体为介质进行通讯， 并使微刺激器200与体外装置300之间能够传送光刺激所需的大量的控制信息。 0031 图2为本发明的一实施例的微型光刺激系统的电路结构示意图。 图2中皮肤的左侧 为体外装置300的电路300b， 其包含一控制单元(control unit)330、 一收发芯片 (transciver)340及第二感应耦合线圈310。 体外装置300通过控制单元330连接一外部设备 500。 同时参照图1， 此外部设备。

35、500可以采用一平板计算机。 图2的皮肤右侧为植入体内的微 刺激器200的电路200b， 其包含一匹配电路216a、 一光刺激控制电路230a及一温度感测电路 240a。 第一感应耦合线圈216通过匹配电路216a而电连接于通讯感测芯片212。 光刺激探头 230通过光刺激控制电路230a电连接于通讯感测芯片212。 探头温度传感器240通过温度感 测电路240a而电连接于通讯感测芯片212。 0032 体外装置300的电路300b中， 控制单元330电连接收发芯片340， 由收发芯片340来 进行无线供电及讯号发送。 第二感应耦合线圈310以感应耦合的方式， 使讯号穿透皮肤而传 送至体内微刺。

36、激器200的第一感应耦合线圈216。 微刺激器200的电路200b中， 关于通讯感测 芯片212的内部架构请参见图6。 0033 本发明的微刺激器200的本体210是以通讯感测芯片212为基础进行微型化设计。 微型化设计后， 微刺激器200的本体210具有一非金属固体材质制作的外壳， 此外壳可采用 一圆柱状外壳或一扁平状外壳， 其连接一延伸的光刺激探头230。 图3A为本发明一实施例的 圆柱状外型的本体210， 其圆柱状外壳211A的直径D及长度L等尺寸适合植入脊椎骨附近的 皮下组织中。 在图3A的实施例中， 延长线220的长度及光刺激探头230的尺寸设计， 使光刺激 探头230适合延伸进入脊。

37、椎骨的间隙中。 圆柱状外壳211A具有两端面2112、 2114及一侧表面 2116， 每一端面2112、 2114为一弧面， 侧表面2116连接于两端面2112、 2114之间； 当本体210 具有圆柱状外壳211A且植入人体的组织400内， 体外装置300放置于人体的一皮肤表面410 上并且具有一底面350平行于皮肤表面410， 此时， 圆柱状外壳211A的侧表面2116垂直于体 外装置300的底面350。 图3B为本发明另一实施例的扁平状外型的本体210， 其扁平状外壳 211B的尺寸适合植入人体的一扁平骨(flatbone)与一表皮层之间， 例如： 脑壳外部的皮下 组织中。 在图3B的。

38、实施例中， 扁平状外壳211B具有一底平面2118， 底平面2118平行于体外装 置300的底面350。 延长线220的长度及光刺激探头230尺寸设计， 使光刺激探头230适合延伸 进入左脑及右脑之间的脑沟中。 0034 图4为本发明的一实施例中的光刺激探头结构。 光刺激探头230包括一光控板233， 可供导光板阵列232A及发光二极管阵列231A设置于其上。 光刺激控制电路230a提供每一发 说明书 5/8 页 8 CN 106267577 B 8 光二极管一控制电流通过延长线220传输至光控板233， 并藉由光控板233连接至每一发光 二极管231， 而提供复杂及多元的光刺激功能。 上述控。

39、制电流中包含与发光二极管231的发 光强度、 开关、 闪烁、 颜色相关的控制信息。 此外， 每一发光二极管231藉由其所对应的导光 板232照射人体的组织400中的欲治疗的位置， 其可有效进行光刺激功能， 避免光照过于集 中而造成对欲治疗位置的组织伤害。 在图1及图4中， 延长线220包含一光刺激探头导线226 与一探头温度传感器导线228。 光刺激探头导线226是由多条细导线所集结而成， 每一细导 线连接于本体210与一发光二极管231之间。 探头温度传感器导线228则是电连接于本体210 及探头温度传感器240之间。 图4显示探头温度传感器240的装设位置。 0035 关于天线场型的改善，。

40、 体外装置300使用时， 如图5(a)所示， 第二感应耦合线圈310 是置放于皮肤上， 在第二感应耦合线圈310上方磁场会暴露于空气易受干扰。 因此考虑改善 场型使磁场集中于下方， 做法上可以将导磁性佳的第一导磁盘320置于第二感应耦合线圈 310上方， 如图5(b)， 使原磁场改变而由第一导磁盘320导流回天线端， 磁场朝向于体内集 中， 且上方的磁场消失。 在一实施例中， 微刺激器200具有一第二导磁盘260。 操作本发明的 微型光刺激系统100时， 第二导磁盘260与第二感应耦合线圈310分别位于第一感应耦合线 圈216的两相对侧。 第一感应耦合线圈216与体外装置300的第二感应耦合线。

41、圈310之间藉由 高频感应耦合机制来形成一磁场。 第一导磁盘320及第二导磁盘260用于改变该磁场的方 向， 稳定该磁场， 并避免该磁场受到人体的组织400与一外在金属设备的干扰。 在一实施例 中， 第一导磁盘320及第二导磁盘260各自可采用一具导磁功能的铁氧体片(Ferrite Sheet)， 第一导磁盘320在制作上可将铁氧体片裁剪成比第二感应耦合线圈310稍大的圆 形， 第二导磁盘260在制作上可将铁氧体片裁剪成比第一感应耦合线圈216稍大的圆形。 0036 同时参考图2及图6， 通讯感测芯片212内置有一交流转直流的整流器(Rectifier) 215及一控制开关， 用以输出电功率提。

42、供光刺激探头230、 探头温度传感器240及微控制器 218a使用。 在一实施例中， 通讯感测芯片212包括一启动程序如下： 当第一感应耦合线圈216 接收到体外装置300所传来的讯号后， 将电能输入并启动通讯感测芯片212(步骤S10)。 接 着， 微型光刺激系统100还提供一装置辨识机制， 该装置辨识机制包括： 体外装置300接收由 外部设备500所发出一装置辨识码， 经第二感应耦合线圈310及第一感应耦合线圈216传到 微刺激器200。 微刺激器200中的通讯感测芯片212收到启动指令后， 先判断该装置辨识码是 否正确(步骤S20)。 若正确， 则电能经过整流器215， 以供光刺激探头2。

43、30、 探头温度传感器 240及微控制器218a等组件使用， 并于功率输出同时， 芯片温度传感器214及探头温度传感 器240开始进行芯片温度及探头温度的感测(步骤S30)。 之后， 外部设备500再提供一光刺激 疗程讯号给光刺激探头230， 以启动微刺激器200的光刺激功能。 0037 此外， 通讯感测芯片212内部具有一电位传感器217及一存储器2122。 在一实施例 中， 存储器2122可以采用一电子抹除式可复写只读存储器(Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory,EEPROM)。 微刺激器200被启动后， 藉由电位传感器21。

44、7进 行量测由通讯感测芯片212的整流器215输出至其外部的一电压值， 此电压值经由二极管 250a而流向电位传感器217。 二极管250a用以避免产生逆向电流。 所量测的电压值存入存储 器2122中， 再通过高频感应耦合机制而回传至外部设备500。 若外部设备500侦测到该电压 值达到一默认值， 则判断体外装置300的第二感应耦合线圈310与微刺激器200的第一感应 耦合线圈216正确对位， 藉以确认微刺激器200取得足够电量。 说明书 6/8 页 9 CN 106267577 B 9 0038 通讯感测芯片212还包含一处理器2121、 一模拟数字转换器(Analog-to-Digital。

45、 Converter,ADC)2124、 一序列周边接口总线(Serial Peripheral Interface Bus,SPI) 2123、 及一多任务器(Multiplexer,MUX)2125。 在一实施例中， 体外装置300与通讯感测芯片 212之间的通讯频率为13.56MHz时， 处理器2121可以执行ISO15693通讯协议， 与近距离无线 通信(Near Field Communication,NFC)功能， 与体外装置300进行联机。 当通讯感测芯片 212启动后， 芯片温度传感器214开始记录通讯感测芯片212内部温度， 并通过多任务器2125 及模拟数字转换器2124而。

46、储存在存储器2122中。 0039 在一实施例中， 本发明的微型光刺激系统100还提供一光刺激控制机制， 该光刺激 控制机制包括： 外部设备500设定一光刺激的治疗程序， 此光刺激的治疗程序经由体外装置 300的控制单元330及收发芯片340， 透过第二感应耦合线圈310与第一感应耦合线圈216， 穿 过人体的组织400而传送至通讯感测芯片212的存储器2122中， 再经由序列周边接口总线 2123， 传送至微控制器218a解碼后， 转换成光刺激探头230的一控制讯号， 并将控制讯号传 送至光刺激控制电路230a， 以转换成每一发光二极管231的开关与发光强度控制所需的一 控制电流。 0040。

47、 总结来说， 本发明的实施例中的通讯感测芯片212的功能包括： 支持感应耦合电 路、 通讯协议、 内部存储器、 直流电源、 温度传感器、 外部接口。 此外， 通讯感测芯片212可提 供扩充传感器的功能， 或是提供被动模式或用电池的半被动模式操作。 0041 惟以上所述者， 仅为本发明的较佳实施例而已， 当不能以此限定本发明实施的范 围， 即大凡依本发明申请专利范围及发明说明内容所作的简单的等效变化与修饰， 皆仍属 本发明专利涵盖的范围内。 另外本发明的任一实施例或申请专利范围不须达成本发明所揭 露的全部目的或优点或特点。 此外， 摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻之用， 并非 用来限制本发。

48、明的权利范围。 0042 【符号说明】 0043 微型光刺激系统 100 0044 微刺激器 200 0045 微刺激器的电路 200b 0046 本体 210 0047 圆柱状外壳 211A 0048 圆柱状外壳的端面 2112,2114 0049 圆柱状外壳的侧表面 2116 0050 扁平状外壳 211B 0051 扁平状外壳的底平面 2118 0052 通讯感测芯片 212 0053 处理器 2121 0054 存储器 2122 0055 序列周边接口总线 2123 0056 模拟数字转换器 2124 0057 多任务器 2125 0058 芯片温度传感器 214 说明书 7/8 页 。

49、10 CN 106267577 B 10 0059 整流器 215 0060 第一感应耦合线圈 216 0061 匹配电路 216a 0062 电位传感器 217 0063 微控制器 218a 0064 延长线 220 0065 固定端 222 0066 自由端 224 0067 光刺激探头导线 226 0068 探头温度传感器导线 228 0069 光刺激探头 230 0070 光刺激控制电路 230a 0071 发光二极管 231 0072 发光二极管阵列 231A 0073 导光板 232 0074 导光板阵列 232A 0075 光控板 233 0076 探头温度传感器 240 0077 温度感测电路 240a 0078 二极管 250a 0079 第二导磁盘 260 0080 体外装置 300 0081 体外装置的电路 300b 0082 第二感应耦合线圈 310 0083 第一导磁盘 320 0084 控制单元 330 0085 收发芯片 340 0086 体外装置的底面 350 0087 人体的组织 400 0088 皮肤表面 410 0089 人体的组织中的第一位置 P1 0090 人体的组织中的第二。