一种基于时间反演技术的新型无线充电式心脏起搏器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于时间反演技术的新型无线充电式心脏起搏器，属于电磁波时间反演领域。该结构包括心脏起搏器、内置端和基站回溯端；内置端包括收发整流天线、储能电池、电源监测电路、以及脉冲发射器；基站回溯端包括方向可回溯天线阵列以及电源。时间反演充电技术具有自动的能量聚焦的特性，本发明专利技术使用时间反演技术对心脏起搏器充电，则患者在任意位置处都可以充电，相比于传统的近距离，例如电磁感应充电方式，更为方便灵活、适用距离更远；并且电路设计更为简单，采用收发整流天线，省去了复杂的整流电路的设计。

【技术实现步骤摘要】
一种基于时间反演技术的新型无线充电式心脏起搏器
本专利技术属于电磁波时间反演领域，尤其涉及心脏起搏器的无线充电系统及方法。
技术介绍
目前心脏起搏器多采用电池形式，电池寿命约5～10年，一旦用完患者需要重新更换电池，无疑给患者带来再次痛苦。目前对于无线充电有电磁感应、磁共振和电磁波传输三种方式，其中由于电磁波输电效率太低，故至今未得到广泛研究和应用。1965年，Parvulecu和Clay对时间反演(TR,TimeReverse)进行了报道以来，目前时间反演技术已经被广泛用于电磁波领域，时间反演技术主要是利用主动源和探测源辐射的信号通过空间传播后被收发合置的天线阵列记录下来，相应的天线和后部处理系统将接收的时域信号进行归一化，并在时间轴上进行反转，以时间反演后的序列进行重新发射。时间信号将回溯到原信道，在初始源所在的位置进行汇聚，进而实现能量聚焦。在聚焦区域内，能量最大，而且其波形也与初始源发射出来的信号极其相似，仅幅度上的缩放，时间上的反转，整个过程像时间倒流一样，因此称为时间反演技术。时间反演技术因其强大的时空聚焦特性，以及能对多径效应有效抑制的特点，从而为心脏起搏器的无线充电能够带来较先进的方法与应用。
技术实现思路
本专利技术提出了一种可应用于心脏起搏器供电的基于时间反演技术下的新型无线充电技术。为达到上述目的本专利技术采用如下技术方案：一种基于时间反演技术的新型无线充电式心脏起搏器，包括心脏起搏器、内置端和基站回溯端。所述内置端包括收发整流天线、储能电池、电源监测电路、以及脉冲发射器；所述基站回溯端包括方向可回溯天线阵列以及电源。所述收发整流天线用于发射和接受信号，并把接收到的时间反演信号波转换成直流电流；所述脉冲发射器，用于发出试探脉冲信号；电源监测电路是整个内置端的监控电路，用于检测储能电池内电量以及控制脉冲发射器；所述储能电池用于给心脏起搏器装置供电；所述方向可回溯天线阵列，用于接收试探脉冲信号，并发射相应的方向回溯波即时间反演信号波；所述电源用于给方向可回溯天线阵列供电。当内置端的电源监测电路监测到储能电池内电量低于设定阀值时，脉冲发射器发出试探脉冲信号并通过收发整流天线将信号发送给方向可回溯天线阵列。方向可回溯天线阵列接收到试探脉冲信号时，基站回溯端启动输电模式；方向可回溯天线阵列辐射方向回溯波；收发整流天线将接收到的方向回溯波整流为直流电流，并储存于储能电池内，用于给整个内置端和心脏起搏器供电。当内置端的监测电路监测到电量充满或高于预设阀值，内置端所包含的脉冲发射器便不再发射脉冲信号，充电完成。进一步地，所述收发整流天线为全向天线。进一步地，基站回溯端还包括体外监测显示仪，显示体内的电源监控电路的工作情况，以及心脏起搏器的工作情况是否正常。本专利技术的有益效果:1.充电距离相比于传统的电磁感应无线充电要远。一般来说，时间反演用于无线充电的距离可达10米。2.时间反演充电技术具有自动的能量聚焦的特性，因此，使用时间反演技术对心脏起搏器充电，则患者在任意位置处都可以充电，相比于传统的近距离，例如电磁感应充电方式，更为方便和灵活。3.电路设计更为简单，采用收发整流天线，省去了复杂的整流电路的设计。附图说明图1为该装置的内置端示意图，被植入患者身体内。图2为外置端示意图，放在患者身体外。具体实施方式如图1、2所示，根据上述一种基于时间反演技术的新型无线充电式心脏起搏器具体实现步骤是：心脏起搏器内置电源监测电路检查心脏起搏器电路中的电池系统，当电量低于某一阀值，开始对心脏起搏器系统充电，单刀双掷开关将收发整流天线转向发射天线电路；收发整流天线与脉冲发射器连接，这时，脉冲发射器发出的试探脉冲信号ps(t)经收发整流天线向四周全向发射。当基站回溯端检查到方向可回溯天线阵列某天线阵元上的电量高于某一阀值时，基站回溯端启动输电模式，经研究，方向可回溯天线阵辐射的入射波与相应回溯波(反射波，散射波)组成的相位共轭波系统在频偏较小的情况下,表现出了很好的时空聚焦特性。具体过程如下：设第n个方向回溯天线单元收到的入射波信号脉冲psn(t)为为基带高斯二阶脉冲，ps(t)是所有天线阵列入射波信号脉冲psn(t)的总和，入射电场表达式为首先假设共轭波角频率和入射波角频率相同时，令其相位共轭波电场为式中，为入射电场的振幅，为入射电场的相位，为一矢量，表示方向回溯天线阵上的点源到收发整流天线的距离，t表示时间，wsn为入射波的角频率，ksn为入射波的传播常数。记是关于的函数，包含了入射电场的振幅和相位，同理记的共轭为则式(1)和(2)可化简为：将入射波的表达式(3)和共轭波的表达式(4)写成实数形式：比较(5)与(6)式可以得出：式(7)表明共轭波是入射波的时间反演。对广义相位共轭波来说，由于幅度的变化并不影响时间广义相位共轭波的时间反演特性，当共轭波角频率和入射波角频率相异时，设wcn＝wsn+Δw＝wsn(1+Δw/wsn)，wcn是时间反演信号波的角频率，Δw为时间反演信号波的角频率与入射波的角频率的差值，则共轭波的表达式为：其中K为幅度系数，为一任意实数，是入射波的广义时间反演。式(8)表示的共轭波不满足时间反演特性，此时有：但当时，即共轭波角频率和入射波角频率相同或相差很小时，综合(7)式，式(9)变为：于是当共轭波角频率和入射波角频率相同或相差很小时，共轭波的时间反演特性得证，即方向可回溯天线阵辐射的入射波与相应回溯波(反射波，散射波)组成的相位共轭波系统在频偏较小的情况下,表现出了很好的时空聚焦特性。此时，单刀双掷开关将收发整流天线转为接收模式，假设收发整流天线接收到的第n个方向可回溯天线单元(即第n个输能单元)反射后的信号为pcn(t)，利用收发整流天线接收到来自多个方向可回溯天线阵发出的能量信号，然后将这些能量信号存储在储能电池中，完成一次充电。重复上述过程，对心脏起搏器进行多次充电，当内置端的监测电路监测到电量充满或高于预设阀值，内置端所包含的脉冲发射器便不再发射脉冲信号，充电完成。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于时间反演技术的新型无线充电式心脏起搏器，包括心脏起搏器、内置端和基站回溯端；所述内置端包括收发整流天线、储能电池、电源监测电路以及脉冲发射器；所述基站回溯端包括方向可回溯天线阵列以及电源；所述收发整流天线用于发射和接受信号，并把接收到的时间反演信号波转换成直流电流；所述脉冲发射器，用于发出试探脉冲信号；电源监测电路是整个内置端的监控电路，用于检测储能电池内电量以及控制脉冲发射器；所述储能电池用于给心脏起搏器装置供电；所述方向可回溯天线阵列，用于接收试探脉冲信号，并发射相应的方向回溯波即时间反演信号波；所述电源用于给方向可回溯天线阵列供电；当内置端的电源监测电路监测到储能电池内电量低于设定阀值时，脉冲发射器发出试探脉冲信号并通过收发整流天线将信号发送给方向可回溯天线阵列；方向可回溯天线阵列接收到试探脉冲信号时，基站回溯端启动输电模式；方向可回溯天线阵列辐射方向回溯波；收发整流天线将接收到的方向回溯波整流为直流电流，并储存于储能电池内，用于给整个内置端和心脏起搏器供电；当内置端的监测电路监测到电量充满或高于预设阀值，内置端所包含的脉冲发射器便不再发射脉冲信号，充电完成。

【技术特征摘要】
1.一种基于时间反演技术的新型无线充电式心脏起搏器，包括心脏起搏器、内置端和基站回溯端；所述内置端包括收发整流天线、储能电池、电源监测电路以及脉冲发射器；所述基站回溯端包括方向可回溯天线阵列以及电源；所述收发整流天线用于发射和接受信号，并把接收到的时间反演信号波转换成直流电流；所述脉冲发射器，用于发出试探脉冲信号；电源监测电路是整个内置端的监控电路，用于检测储能电池内电量以及控制脉冲发射器；所述储能电池用于给心脏起搏器装置供电；所述方向可回溯天线阵列，用于接收试探脉冲信号，并发射相应的方向回溯波即时间反演信号波；所述电源用于给方向可回溯天线阵列供电；当内置端的电源监测电路监测到储能电池内电量低于设定阀值时，脉冲发射器发出试探脉...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪劲松，唐彬，钟磊，钟琳琳，杨刚，陈礼焱，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51