对植入实验动物或人体内的生物电子装置进行无线充电的设备和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于向植入病人或实验动物体内的生物电子装置的远程可充电电路充电的设备，该设备包括：用于适于限定出容纳病人或实验动物的封闭环境的可组合容器(10)，所述容器(10)包括由非磁性材料制成的且彼此连接一限定出所述封闭环境的多个可组合壁，所述容器(10)包括轴线沿第一方向(Z)设置的至少一个第一线圈(20、21、22)和轴线沿与所述第一方向(Z)垂直的第二方向(Y)设置的至少一个第二线圈(30、31、32、33)。该设备还包括用于向所述可组合容器的线圈供电和驱动所述可组合容器的线圈的系统(40)，所述系统包括：用于每一个线圈(20、21、22、30、31、32、33)的开关电源驱动器(61、62、63、64、65、66、67)，分别与每个所述开关电源驱动器(61、62、63、64、65、66、67)和所述供电和驱动系统(40)的可编程逻辑电路(80)相连的多个锁相环电路(71、72、73、74、75、76、77)，所述可编程逻辑电路(80)用于执行相位比较，所述可编程逻辑电路(80)依次与所述供电和驱动系统(40)的微处理器(50)，所述微处理器(50)用于向所述线圈(20、21、22、30、31、32、33提供驱动信号以在容器(10)的内部产生旋转磁场。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及一种对植入实验动物或人体内的谐振式生物电子装置进行无线充电的设备和方法。已知的，在实验动物身上做科学试验是生物医药装置(特别是生物电子装置)临床应用的必要的步骤，并且在实验动物身上植入试验性的生物电子装置的数量不断增长。基于获得和监控人类脑电信号的系统植入的试验性方案，即癫痫的治疗，也是已知的。这种化学电子装置的充电可以通过使用合适的电缆或采用电磁感应的无线模式完成。优选后者，由于电缆的使用会成为实验动物和病人的感染源，除非移除植入的装置，否则不能消除该感染源，因此，这会导致试验性活动或治疗的中断。消除电缆(为具有不可忽略的尺寸的外部体)也能在试验性活动或治疗过程中预防实验动物和病人经历行为性问题。为了实现无线充电，供电装置(如电感耦合器)的线圈需要与植入的生物电子装置的关联供电电路的对应线圈磁耦合。为了这个目的，两个线圈必须对正，这需要在生物电子植入装置的可充电电池的试验活动和/或完全充电的整个过程中，实验动物或病人保持静止。由于病人的配合，在涉及人类的情况时这种状况是容易完成的，但是在涉及实验动物情况时则必须借助于固定装置或者甚至于麻醉，这将导致严重的道德和组织问题。在实验动物的具体情况中，约束笼已被发展为在地板(实验动物可在其上活动)下设置多个线圈。线圈能够产生彼此平行且沿垂直轴线定向的多个磁场，以便容置在笼内的实验动物可以在平行的磁场间自由活动，并且植入的生物电子装置的供电电路大体上总是和至少一个磁场耦合，因此笼中的实验动物在其位置上可以独立地充电。同样已知的，在与用于实验动物的笼具相关联的供电系统中，笼具完全嵌入到能够产生磁场的线圈内，例如与其轴线平行。这些方案在涉及四条足实验动物(如老鼠)的情况时非常有效的，生物电子装置可以植入到与地板大体平行的位置，即植入到腹部，但是它们已被证明完全不适合向植入到例如猴子的实验动物体内的生物电子装置供电，这种实验动物在整个可活动空间内具有很强的活动性和持续的移动，并伴有快速的敏捷性，即攀爬到形成笼壁和笼顶的格栅上。在向植入病人体内的生物电子装置远程供电时会发生相似且更为严重的问题，该生物电子装置如以本专利技术申请人的名义申请的专利WO2012/143850A1中所公开的装置。实际上，病人不能被限制在笼具内，并且在需要对植入的装置的可充电电池充电时必须躺在床上或坐在椅子上，这通常是通过将包括线圈的供电装置放置在与被植入病人体内的生物电子装置直接接触的区域内来实现的。因为需要病人保持基本静止一段相对长的时间，因此这对于病人是一种不好的体验。因此，一种适于对生物电子装置的电池进行无线充电且无需限制装有生物电子装置的病人或实验动物的行动的充电设备是希望获得的，这是本专利技术的一个目标。该目标通过附加的权利要求项所限定的充电设备和方法而达到。构成本专利技术的方案的理念是利用通常用于具有大能量需求的装置(如发电机、机器人、真空吸尘器或笔记本电脑)的谐振式无线供电技术。根据无线供电模式，连接到电源的第一线圈作为传输元件被使用，而连接到待充电装置的第二线圈作为接受元件被使用，其中两个线圈具有相同的谐振频率。通过采用这一理论，根据本专利技术的设备包括依次包括一个或多个间室的可组合容器，每一个间室与轴线沿第一方向设置的至少一个第一线圈和轴线沿与第一方向相垂直的第二方向设置的至少一个第二线圈相关联。可组合容器也包括向线圈供电且驱动线圈的系统，该线圈用于在可组合容器内、在由线圈的轴线限定的平面内产生旋转磁场。由于这些特征，在容器内能够保持植入的生物电子装置的供电电路与旋转磁场磁耦合，而无需强制病人或实验动物静止。可组合容纳可以构造成用于实验动物的笼具或适于容纳人类的环境，例如与病房或房子的房间形成一体的环境。根据本专利技术的实施例，可组合容器可以包括轴线沿与第一和第二方向相垂直的第三方向设置且用于每个间室的至少一个第三线圈。这种设置允许在空间(即与由三个线圈的轴线所限定的所有平面相关)内而非平面上驱动三个线圈以获得磁场的旋转。根据本专利技术优选的实施例，彼此同轴且在第一方向上相互间隔开的一对相同的第一线圈与可组合容器的每个间室相关联，并且通电以沿相同方向产生磁场，彼此同轴且在第二方向上相互间隔开的一对相同的第二线圈通电以沿相同方向产生磁场。定制且设置成亥姆霍兹线圈的每对线圈允许在二者之间产生在其轴线方向上大体均匀的磁场。在用于实验动物的笼具的情况下，其尺寸满足当前领域中的标准，线圈定制且设置成尽可能地接近这个理想的条件。这种设置特别适用于大型环境，因此本专利技术优选适用于容纳具有高移动性的实验动物(如灵长类)的笼具以及适于容纳人类的环境，如医院或住宅的房间。实际上用于每一个方向的单独线圈可以在那个方向上、在容器的相对端导致一个弱磁场，这不利于植入限制在容器内的人类或实验动物体内的生物电子装置。采用优选设置在可组合容器的相对面上的成对线圈允许从容器的侧面到侧面和/或地板到顶部保持磁场的值大体相同，因此，允许在容器内的任何地方向生物电子装置充电，即使病人或实验动物在移动。有利地，根据本专利技术的可组合容器包括用于每个间室且与一对第一线圈和一对第二线圈相似的一对第三线圈，一对第三线圈彼此相同并且同轴且在容器的与第一和第二方向垂直的第三方向上彼此间隔开，并且接通一对第三线圈以在相同的方向上产生磁场。这样设置允许驱动三对线圈以在空间(即与由三个线圈的轴线所限定的所有平面相关)内获得磁场的旋转。优选地，每对的线圈设置在可组合容器的外部的相对面上，或者与构成其结构的面板的内部形成一体。这有利于允许最大化内部活动空间且避免病人或实验动物意外接地触电流流通过的线圈。根据本专利技术的另一方面，适于检测病人或实验动物的存在的至少一个传感器优选地安装在容器的每个间室内，因此能够仅触发与被占据的间室相关联的线圈并且通过避免向线圈供电消耗而优化其运行和能耗。提交的权利要求项为本说明书的一部分，且作为参考在此插入。对于本领域技术人员，本专利技术的进一步特征以及优点通过下述实施例的详细且无限制性的描述以及结合附图将变得更清楚，其中：图1a是根据本专利技术第一实施例的安装在适于容纳人的房间内的可组合容器的透视图；图1b是根据本专利技术可替换实施例的构造成用于实验动物的笼具的可组合容器的透视图；图2是用于向与图1b中可组合容器相关联的线圈供电并驱动该线圈的系统的框图。根据本专利技术的充电设备包括以数字10标识可组合容器，该可组合容器10设有轴线互相垂直的至少两个线圈20、30和用于向线圈供电和驱动线圈的系本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于向植入病人或实验动物体内的生物电子装置的远程可充电电路充电的设备，所述充电设备包括：a)可组合容器(10)，所述容器限定出适于容纳病人或实验动物的封闭环境，所述容器(10)包括由非磁性材料制成且彼此连接以限定出所述封闭环境的多个可组合的壁，所述容器(10)包括轴线沿第一方向(Z)设置的至少一个第一线圈(20、21、22)和轴线沿与所述第一方向(Z)垂直的第二方向(Y)设置的至少一个第二线圈(30、31、32、33)，所述第一和第二线圈安装在所述壁上或所述壁内，其中：限制在所述容器(10)内的所述病人或实验动物不能与所述第一和第二线圈接触，所述第一和第二线圈具有在安装时仅可从所述容器(10)的外部与之相接触的电气终端，当接通交流电，所述第一和第二线圈沿所述第一方向(Z)和第二方向(Y)向所述封闭环境的内部发射电磁场；b)用于向所述可组合容器的线圈供电和驱动所述可组合容器的线圈的系统(40)，所述供电和驱动系统包括：用于每一个线圈的开关电源驱动器(61、62、63、64、65、66、67)，多个锁相环电路(71、72、73、74、75、76、77)，所述多个锁相环电路分别与每个所述开关电源驱动器(61、62、63、64、65、66、67)和所述供电和驱动系统(40)的可编程逻辑电路(80)相连，所述可编程逻辑电路(80)用于执行相位比较，所述可编程逻辑电路(80)依次与所述供电和驱动系统(40)的微处理器(50)相连，所述微处理器(50)用于向所述线圈提供驱动信号以在容器(10)的内部产生旋转磁场。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.06.18 IT MI2012A0010491.一种用于向植入病人或实验动物体内的生物电子装置的远程可充电电路充电的设
备，所述充电设备包括：
a)可组合容器(10)，所述容器限定出适于容纳病人或实验动物的封闭环境，所述容
器(10)包括由非磁性材料制成且彼此连接以限定出所述封闭环境的多个可组合的壁，所
述容器(10)包括轴线沿第一方向(Z)设置的至少一个第一线圈(20、21、22)和轴线沿
与所述第一方向(Z)垂直的第二方向(Y)设置的至少一个第二线圈(30、31、32、33)，
所述第一和第二线圈安装在所述壁上或所述壁内，其中：
限制在所述容器(10)内的所述病人或实验动物不能与所述第一和第二线圈接触，
所述第一和第二线圈具有在安装时仅可从所述容器(10)的外部与之相接触的电气终
端，
当接通交流电，所述第一和第二线圈沿所述第一方向(Z)和第二方向(Y)向所述封
闭环境的内部发射电磁场；
b)用于向所述可组合容器的线圈供电和驱动所述可组合容器的线圈的系统(40)，所
述供电和驱动系统包括：
用于每一个线圈的开关电源驱动器(61、62、63、64、65、66、67)，
多个锁相环电路(71、72、73、74、75、76、77)，所述多个锁相环电路分别与每个所
述开关电源驱动器(61、62、63、64、65、66、67)和所述供电和驱动系统(40)的可编
程逻辑电路(80)相连，所述可编程逻辑电路(80)用于执行相位比较，所述可编程逻辑
电路(80)依次与所述供电和驱动系统(40)的微处理器(50)相连，所述微处理器(50)
用于向所述线圈提供驱动信号以在容器(10)的内部产生旋转磁场。
2.如权利要求1所述的充电设备，其中，至少一个电容器(611、612、621、622、631、
632、641、642、651、652、661、662、671、672)连接至每个所述线圈(20、21、22、30、
31、32、33)的所述终端，并与之形成连接至各个开关电源驱动器(61、62、63、64、65、
66、67)的谐振电路，其中，所述电容器(611、612、621、622、631、632、641、642、
651、652、661、662、671、672)的电容值和每个谐振电路的所述线圈(20、21、22、30、
31、32、33)的感应系数值被确定为使所述谐振电路在与各个电源驱动器(61、62、63、
64、65、66、67)产生的驱动信号的频率对应的频率上谐振。
3.如权利要求1或2所述的充电设备，包括彼此同轴布置且在所述容器(10)的所述

\t第一方向(Z)上相互间隔开的一对相同的第一线圈(20、21、22)，以及彼此同轴布置且
在与所述第一方向(Z)垂直的所述容器(10)的所述第二方向(Y)上相互间隔开的一对
相同的第二线圈(30、31、32、33)，其中，每对所述线圈用于形成亥姆霍兹线圈，并且所
述线圈的所述供电和驱动系统(40)用于向每对所述线圈供电，以产生具有相同方向的磁
场以及在所述容器(10)内且在由所述第一和第二方向(Z、Y)确定的平面内提供适于产
生旋转磁场的控制信号。
4.如权利要求1-3中任一项所述的充电设备，进一步包括轴线沿所述容器(10)的与
所述第一和第二方向(Z、Y)相垂直的第三方向(X)设置的至少一个第三线圈。
5.如权利要求4所述的充电设备，包括彼此同轴布置且在所述第三方向(X)上相互
间隔开的一对相同的第三线圈，其中每对所述线圈用于形成亥姆霍兹线...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘塔莱奥·罗马内利，安东尼诺·帕里斯，斯特凡诺·马尔凯蒂，
申请(专利权)人：AB医疗股份公司，
类型：发明
国别省市：意大利;IT