一种植入式器件的互补供电方法技术

通过采用直接接触供电单元和非接触供电单元的互补供电，从而解决了单一供电方式的不足，即当直接接触供电单元输电时引起表皮温度的升高，从而给用户带来不适，此时，可通过非接触供电方式继续进行电力的输送，从而维持电力的传输，当电池电量严重不足亟需充电或需要紧急供电时，采用非接触供电方式可能会受限于传输的功率以及传输的效率，同时，还会受制于线圈的磁场方向，从而不能及时有效的提供足够的电力补充，此时，能够通过直接接触供电的方式进行电力的传输，能够稳定的输出足够的电力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种植入式器件的电力供应的
，具体的来说，是一种植入式 器件的互补供电方法。
技术介绍
植入器件可用于测量生命体内生理参数的变化，诊断、治疗某些疾病，也可用来代 替某些功能己丧失的器官。由于其非常突出的作用，而具有光明的、广阔的临床应用前景。 植入电子器件面临的关键技术问题是如何经皮肤向体内植入器件高效的提供充足的电能， 维持其长期、稳定、可靠地工作；（2)如何高效、低功耗地实现体外设备和体内植入器件之 间的信息传递。由于生物组织的体导电特性对磁感应耦合有很强的屏蔽作用，所以采用磁 感应耦合进行能量传递的技术存在传递效率低的缺点，因此传统的磁感应耦合供电方式输 电效率不高，而直接表皮接触的供电方式，电极与生物组织的接触界面存在较大的接触阻 抗，增大了信号衰减率和能量传输损耗；能量传递时皮肤组织中的无效横向电流，可能引起 皮肤组织的发热，从而限制了能量传递效率的最大值。
技术实现思路
基于现有技术的不足，本专利技术提供，该方法包括 直接接触供电单元、非接触供电单元、双向转换开关与无线通信单元，直接接触供电单元与 非接触供电单元通过双向转换开关相连，无线通信单元进行体内与体外的数据传输。 直接接触供电单元的体外交流电源电压vl与电极1和2相联，在交流电势的激励 下皮肤内部产生分布的交流电流，同时在体内电极3和4之间形成交流电势差；在二极管是 理想的条件下，如果经过整流后的电势差大于植入电池的电压v2,则电极3和4经整流器和 植入电池形成闭合回路，产生电池v2的充电电流，实现能量传递。当实现能量传递时，皮肤 内部存在穿透皮肤的纵向电流和在皮肤内流通的横向电流。纵向电流经整流后向体内电池 充电，并向植入电子器件供电，是有用电流；而横向电流无此功能，消耗能量，皮肤的温度增 加，起副作用，是无用电流。通过选择电极材料和设计电极的几何形状及电极分布，使得纵 向电流占总电流的比例较大，横向电流比例小，可有效地向植入电子器件供电。 采用紧贴皮肤的电极组（称为电极皮肤单元），利用生物组织的离子型传导电流 将激励到体外电极组的电能耦合到体内电极组，并传递到植入电池和电子器件。考虑电极 的极化效应和离子型传导电流的特点，直接接触供电单元的电流为交流电流。 当体外是直流电池供电时，DC/AC转换器将外部电池Vs变换为适当电压幅度和频 率的交流电压VI，并作用于电极皮肤单元的体外电极1和2 ;在交流电压的作用下，皮肤内 部形成交流电流，并在电极皮肤单元的体内电极3和4输出交流电流；体内的AC/DC转换器 将交流电流变换为直流电流，向体内的储能元件（可充电电池或超级电容）充电，同时向植 入电子器件供电。 这一能量传递过程的关键是在不伤害皮肤的前提下将体外电极电流最有效地传 递到体内电极，形成有效的对储能元件的充电电流和对植入电子器件的供电电流。 虽然在皮肤内部电流是分布的，但在4个电极为了对电池充电，必须在体内电极 与电池之间插入整流器，（vl，Rl)是交流电源的电压和内阻，（v2，R2)是植入电池的电压和 内阻。 电极3和4间的开路电压V34为： 当V34的最大值大于植入电池电压（V2)和2个二极管的正向导通电压（Vd)时，植 入电池可以被充电，即V34 >V2+2Vd 综合上述两式可得，一个重要参数。因此，定义输入回路阻抗ILIR为： 从充电条件式可得： ①体外交流电源电压的幅值必须大于植入电池电压； ②植入电池的内阻不影响充电条件，但是，体外交流电源电压的内阻影响充电条 件； ③当二极管正向导通电压（Vd)远小于植入电池的电压，交流电源的内阻远小于皮 肤阻抗时，充电条件简化为： 根据前述分析，可得体导电能量传递的重要特性： ①充电条件是体导电能量传递的约束条件。充电条件满足时，可向植入电池传递 能量，否则，不能传递能量。 ②根据充电条件，最佳的交流电源电压波形是方波。因为方波的电压幅值常数，在 交流电压幅值一定并满足充电条件时，方波电压总是使植入电池充电，而正弦波电压在其 过零时不满足充电条件，整流器截止，植入电池不能被充电。 另一种供能方式是采用通过电磁耦合的非接触供电单元供电。它既可以单独为各 种植入式电子器件提供能量，也可以和其他供能方式相互配合，电磁耦合方式通过固定在 体外的初级线圈与植入体内的次级线圈之间的电磁谐振耦合方式供能。与体内直接植入电 池相比，具有无需手术更换电池、无泄露危险的优点。面与采用导线供能方式相比，具有无 需外接导线、无感染危险的优点。 通过电磁场谐振耦合进行非接触能量传输的系统是一个主从耦合谐振回路。系统 包括发射级（初级）谐振电路、接收级（次级）谐振电路和体内接收电路。为了实现向体 内传输信息，还需要调制电路。发射级和接收级谐振电路均是由电感电容谐振回路构成的。 电磁场的耦合通过电路谐振实现。体内接收电路功能包括整流和稳压，有时还需要对载波 调制的信号进行解调，发射和接收线圈将制作于PCB上。 工作时，交流电源的电力通过体外初级线圈进行谐振，体内次级线圈具有与体外 初级线圈相同的共振频率，体外初级线圈通过磁谐振耦合供电的方式将电力传输给体内次 级线圈，体内次级线圈在接收到谐振电力后，进行整流、稳压，从而将电力提供给储能单元 或植入式器件。 电磁耦合系统在传输能量的同时，还可以对载波进行适当的调制以同时进行体内 外信息的交换。无线通信是体外和植入装置之间交换信号的桥梁。体内、外数据的双向交 换是保证植入装置长期、可靠工作的重要保证。体内外信息交换要求可靠的、稳定的通信。 内部微处理器将测到的电池参数（包括电压、电流、温度等），通过无线收发模块发送到体 外显示。外部的控制植入装置和体外程控装置之间完成信息交换用电磁耦合通道作为数据 传输的媒介。 直接接触供电单元与非接触供电单元通过双向转换开关相连，两者不同时导通， 外部送电单元检测体外电极的开路电压，当体外电极的开路电压为电源电压时，表明体外 电极并未与体内电极通过表皮连接，此时，控制器控制双向转换开关将非接触供电单元接 入交流电源，此时，交流电源将电力传输给初级线圈，初级线圈通过谐振的方式将电力传输 给次级线圈，从而完成体外至体内的电力传输，并提供给植入式装置或储能单元，当体外电 极的开路电压低于电源电压或小于设定值，表明体外电极通过表皮与体内电极进行了接 触，此时，控制器控制双向转换开关将直接接触供电单元接入交流电源，断开非接触供电单 元的电力供应，此时，交流电源通当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种植入式器件的互补供电方法，该方法包括直接接触供电单元、非接触供电单元、双向转换开关与无线通信单元，直接接触供电单元与非接触供电单元通过双向转换开关相连，无线通信单元进行体内与体外的数据传输。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：马新攀，
申请(专利权)人：河南行知专利服务有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41