多线圈天线系统及植入式医疗设备技术方案

本发明专利技术公开一种多线圈天线系统，包括双向无线通信的第一通信装置和第二通信装置。其中，第一通信装置置于体外，包括由第一线圈和第三线圈构成的第一共形天线，第二通信装置置于体内，包括由第二线圈和第四线圈构成的第二共形天线且具有生物兼容性。第一线圈与对应的第二线圈相耦合形成能量通道，第三线圈与对应的第四线圈相耦合形成信号通道，并在信号通道执行两次降噪处理。第一通信装置分别通过能量通道和信号通道向第二通信装置传输射频能量和通信信号，第二通信装置接收射频能量和通信信号，并根据射频能量和通信信号由信号通道输出相应的反馈信号至第一通信装置。本发明专利技术还进一步公开了包括前述多线圈天线系统的植入式医疗设备。

Multi coil antenna system and implantable medical equipment

The invention discloses a multi coil antenna system, which comprises a first communication device and a second communication device for bidirectional wireless communication. Wherein, the first communication device is arranged outside the body, including a first conformal antenna composed of a first coil and a third coil, the second communication device is arranged inside the body, including a second conformal antenna composed of a second coil and a fourth coil, and has biological compatibility. The first coil is coupled with the corresponding second coil to form an energy channel, the third coil is coupled with the corresponding fourth coil to form a signal channel, and the noise reduction processing is performed twice in the signal channel. The first communication device transmits radio-frequency energy and communication signal to the second communication device through energy channel and signal channel respectively, the second communication device receives radio-frequency energy and communication signal, and outputs corresponding feedback signal to the first communication device from signal channel according to radio-frequency energy and communication signal. The invention further discloses an implantable medical device including the multi coil antenna system.

【技术实现步骤摘要】
多线圈天线系统及植入式医疗设备
本专利技术涉及医疗领域，尤其涉及一种多线圈天线系统及植入式医疗设备。
技术介绍
随着医疗技术手段和设备的发展，给人们带来诸多便利，极大地丰富了病症的治疗方式，而植入式医疗设备就是其中之一。植入式医疗设备，可以通过无线的方式，实现体外设备与体内的植入式设备之间进行射频能量的传输和双向无线通讯。为了实现植入式医疗设备进行射频能量传输和双向无线通信，现有技术通常采用：(1)单频多线圈系统，例如，13.56MHz的单频双线圈或多线圈系统等方式；(2)双频多线圈系统，例如，双频三线圈等方式。但是，现有的处理方式中，无论是单频多线圈系统还是双频多线圈系统都没有解决高效率的射频能量传输和高速率的双向无线通信问题。其主要困难在于由于受到植入体线圈的体积限制，射频能量会对信号线圈造成严重干扰，体内线圈的微动也会造成失配，且简单调制后的无线通讯速率不高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种多线圈天线系统及植入式医疗设备，能够通过线圈共形、双重降噪以及闭环控制的方法，实现高效率的射频能量传递和高速率的双向无线通信。本专利技术一实施例中，提供一种多线圈天线系统，包括第一通信装置和第二通信装置，所述第一通信装置置于体外，所述第二通信装置置于体内，并与所述第一通信装置双向无线通信；其中，所述第一通信装置至少包括第一线圈和第三线圈，所述第一线圈和所述第三线圈构成第一共形天线，所述第二通信装置至少包括具有生物兼容性的第二线圈和第四线圈，所述第二线圈和所述第四线圈构成第二共形天线，所述第一线圈与对应的所述第二线圈相耦合以形成能量通道并执行品质因数匹配，所述第三线圈与对应的所述第四线圈相耦合以形成信号通道并执行品质因数宽带匹配，并在信号通道内执行两次降噪处理，所述第一通信装置分别通过所述能量通道和所述信号通道向所述第二通信装置传输射频能量和通信信号，所述第二通信装置接收所述第一通信装置发送的射频能量和通信信号，并根据所述射频能量和所述通信信号由所述信号通道输出相应的反馈信号至所述第一通信装置。本专利技术一实施例中，提供一种植入式医疗设备，包括前述多线圈天线系统。与现有技术相比，本专利技术实施案例通过在第一匹配电路和第二匹配电路中优先采用合适的电容或搭配合适的电感进行电路的品质因数匹配后，实现射频能量的高效率传输。在第三匹配电路和第四匹配电路中优先采用合适的电容或搭配合适的电感进行电路的品质因数宽带匹配后，实现通信信号和反馈信号的高速率传输。同时，还通过采用双重降噪技术来降低射频能量对通信信号和反馈信号的干扰，保证通信信号和反馈信号信号的正常传输。所述双重降噪包括第一次降噪和第二次降噪。第一次降噪，主要使用线圈的磁通量对消原理，通过特殊的线圈绕制方式，降低射频能量在传输通道中传输时对通信信号和反馈信号的干扰。第二次降噪，通过陷波电路的作用，对辐射到体外通信单元和体内通信单元中的射频能量进行衰减，降低射频能量对通信信号和反馈信号在传输过程中的干扰。此外，多线圈天线系统还根据由第一通信装置和第二通信装置所构成的闭环回路来调节在体内的第二通信装置出现微动时造成射频能量传输的变化。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术一实施例中多线圈天线系统的电路框图；图2是图1所示多线圈天线系统的第一通信装置的结构示意图；图3是图1所示多线圈天线系统的第二通信装置的结构示意图；图4是图1所示多线圈天线系统的传输通道的结构示意图；图5是图2所示第一通信装置线圈的结构示意图；图6是图3所示第二通信装置线圈的结构示意图；图7是本专利技术实施案例提供的一种陷波电路的结构示意图；图8是本专利技术实施案例提供的一种能量匹配电路的结构示意图；图9是本专利技术实施案例提供的另一种能量匹配电路的结构示意图；图10是图1所示多线圈天线系统的线圈微动调节的流程图；图11是图7所示陷波电路对信号频率的衰减测试曲线图；图12是三个不同频点下的信号天线回波损耗测试曲线图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本专利技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。下面结合附图，具体说明植入式医疗设备中多线圈天线系统的电路结构及其工作过程。请参阅图1，其为本专利技术实施例提供的一种多线圈天线系统的电路框图。如图1所示，多线圈天线系统10包括第一通信装置100和第二通信装置200。第一通信装置100置于体外，其作为体外设备以无线的方式向第二通信装置200传输射频能量和通信信号，并接收第二通信装置200的反馈信号。第二通信装置200置于体内，其作用植入设备以无线的方式接收第一通信装置100的射频能量和通信信号，并向第一通信装置100传输反馈信号。例如，盲人的视网膜植入系统中，第一通信装置100可以提供在体外采集的视频信息作为通信信号，以及提供在体内的第二通信装置200工作所需的射频能量，并将这两种信号通过无线的方式进行传输。体内的第二通信装置200就可以根据接收到的射频能量和通信信号来触发相应的视网膜细胞，达到获取视觉信息的目的。同时，由于受到眼球转动的影响，位于体内的第二通信装置200会轻微移动，引起传输至第二通信装置200的射频能量的变化，第二通信装置200就可以根据这种位移变化向体外的第一通信装置100传输反馈信号，使第一通信装置100能够实时调整射频能量和通信信号的发射功率，从而减少体内装置的功率变化，而且还可以实现体外设备与体内的植入式设备之间进行双向无线通讯。眼球转动时，造成了体内磁通量对消的失配，引起干扰提高，通过双重降噪的电路部分，从而降低了能量的干扰。本专利技术实施例中，第一通信装置100能够以无线的方式向第二通信装置200传输射频能量和通信信号，使第二通信装置200能够根据接收到的射频能量和通信信号输出相应的触发信号至体内组织。所述体内组织例如可以为位于眼部的视网膜细胞，以触发体内组织产生反应。同时，当位于体内的第二通信装置200的位移发生变化时，如位置发生微动时，传输至第二通信装置200上的射频能量也会随着变化，第二通信装置200就可以根据这种变化向体外的第一通信装置100传输反馈信号，使第一通信装置10本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多线圈天线系统，其特征在于，包括第一通信装置和第二通信装置，所述第一通信装置置于体外，所述第二通信装置置于体内，并与所述第一通信装置双向无线通信；其中，所述第一通信装置至少包括第一线圈和第三线圈，所述第一线圈和所述第三线圈构成第一共形天线，所述第二通信装置至少包括具有生物兼容性的第二线圈和第四线圈，所述第二线圈和所述第四线圈构成第二共形天线，所述第一线圈与对应的所述第二线圈相耦合以形成能量通道并执行品质因数匹配，所述第三线圈与对应的所述第四线圈相耦合以形成信号通道并执行品质因数宽带匹配，并在信号通道内执行两次降噪处理，所述第一通信装置分别通过所述能量通道和所述信号通道向所述第二通信装置传输射频能量和通信信号，所述第二通信装置接收所述第一通信装置发送的射频能量和通信信号，并根据所述射频能量和所述通信信号由所述信号通道输出相应的反馈信号至所述第一通信装置。/n

【技术特征摘要】
1.一种多线圈天线系统，其特征在于，包括第一通信装置和第二通信装置，所述第一通信装置置于体外，所述第二通信装置置于体内，并与所述第一通信装置双向无线通信；其中，所述第一通信装置至少包括第一线圈和第三线圈，所述第一线圈和所述第三线圈构成第一共形天线，所述第二通信装置至少包括具有生物兼容性的第二线圈和第四线圈，所述第二线圈和所述第四线圈构成第二共形天线，所述第一线圈与对应的所述第二线圈相耦合以形成能量通道并执行品质因数匹配，所述第三线圈与对应的所述第四线圈相耦合以形成信号通道并执行品质因数宽带匹配，并在信号通道内执行两次降噪处理，所述第一通信装置分别通过所述能量通道和所述信号通道向所述第二通信装置传输射频能量和通信信号，所述第二通信装置接收所述第一通信装置发送的射频能量和通信信号，并根据所述射频能量和所述通信信号由所述信号通道输出相应的反馈信号至所述第一通信装置。


2.根据权利要求1所述的多线圈天线系统，其特征在于，所述第一共形天线包括：
所述第一线圈位于所述第一通信装置的结构中心，所述第三线圈位于所述第一通信装置的结构周边边缘，所述第三线圈位于所述第一线圈外围。


3.根据权利要求2所述的多线圈天线系统，其特征在于，所述第三线圈上有第一重叠区域和第一非重叠区域，且在所述第一重叠区域产生的磁通量与在所述第一非重叠区域产生的磁通量作差值运算后的得到的结果在预定范围内。


4.根据权利要求1所述的多线圈天线系统，其特征在于，所述第二共形天线包括：
第二线圈位于所述第二通信装置的结构中心，所述第四线圈位于所述第二通信装置的结构周边边缘，所述第四线圈位于所述第二线圈的外围。


5.根据权利要求1所述的多线圈天线系统，其特征在于，所述第二线圈和所述第四线圈均由符合生物兼容性的金属材料构成的单股金属线或多股金属线构成的利磁线，每股金属线均在表面覆有生物兼容性的绝缘层或复合绝缘层。


6.根据权利要求4所述的多线圈天线系统，其特征在于，所述第四线圈上有第二重叠区域和第二非重叠区域，且在所述第二重叠区域产生的磁通量与在所述第二非重叠区域产生的磁通量作差值运算后的得到的结果在所述预定范围内。


7.根据权利要求1所述的多线圈天线系统，其特征在于，所述第一通信装置和所述第二通信装置距离确定的情况下，所述第一线圈与所述第二线圈的正面相对应，使所述第二线圈处于所述第一线圈的投影中心。


8.根据权利要求1所述的多线圈天线系统，其特征在于，所述第一线圈、所述第二线圈、所述第三线圈以及所述第四线圈均分别为由多个子线圈串联构成的线圈组。


9.根据权利要求1所述的多线圈天线系统，其特征在于，所述第一通信装置包括体外电路控制单元、体外能量单元与体外通信单元，其中，
所述体外电路控制单元用于控制所述体外能量单元和所述体外通信单元输出预设的射频能量和通信信号，所述体外电路控制单元根据接收到的反馈信号调整射频能量和通信信号的输出功率；
所述体外能量单元电性连接于所述体外电路控制单元，用于接收所述体外电路控制单元输出的能量控制信号，并根据所述能量控制信号的作用输出所述射频能量；
所述体外通信单元电性连接于所述体外电路控制单元，用于接收所述体外电路控制单元输出的通信控制信号，并根据所述通信控制信号的作用输出所述通信信号；
所述体外通信单元也用于接收所述第二通信装置输出的所述反馈信号并传输至所述体外电路控制单元。


10.根据权利要求9所述的多线圈天线系统，其特征在于，所述体外能量单元包括能量射频单元、第一匹配电路以及第一线圈，其中，所述能量射频单元、所述第一匹配电路以及所述第一线圈依次电性连接，
所述体外电路控制单元输出的所述能量控制信号使所述能量射频单元发射出所述射频能量，所述第一匹配电路执行所述品质因数匹配后，通过所述第一线圈将所述射频能量以无线的方式传输至所述体内能量单元。


11.根据权利要求9所述的多线圈天线系统，其特征在于，所述体外通信单元包括通信射频单元、第一陷波电路、第三匹配电路以及第三线圈，其中，所述通信射频单元、所述第一陷波电路、所述第三匹配电路以及所述第三线圈依次电性连接，所述第一共性天线与所述第一陷波电路共同作用形成两次对射频能量的降噪处理；
所述体外电路控制单元输出的通信控制信号使通信射频单元发射出通信信号，所述第一陷波电路接收通信信号，用于衰减辐射到体外通信单元中的射频能量，所述第三匹配电路用于执行品质因数宽带匹配后，通过所述第三线圈将通信信号以无线的方式传输至体内通信单元；
所述第三线圈以无线的方式接收所述反馈信号，再经所述第三匹配电路、所述第一陷波电路和所述通信射频单元传输至所述体外电路控制单元。


12.根据权利要求1所述的多线圈天线系统，其特征在于，所述第二通信装置包括体内电路控制单元、体内能量单元与体内通信单元，其中，
所述体内能量单元以无线的方式接收所述射频能量并传输至所述体内电路控制单元；
所述体内通信单元以无线的方式接收所述通信信号并传输至所述体内电路控制单元；
所述体内通信单元用于接收所述体内电路控制单元输出的响应信号，并根据响应信号的作用输出反馈信号；
所述体内电路控制单元用于接收所述体内能量单元传输的所述射频能量和所述体内通信单元传输的所述通信信号，并根据所述射频能量和所述通信信号输出触发信号至体内组织，以触发体内组织产生反应；
当所述第二通信装置发生微动引起射频能量的变化时，所述体内电路控制单元输出所述响应信号至所述体内通信单元。


13.根据权利要求12所述的多线圈天线系统，其特征在于，所述体内能量单元包括第二线圈、第二匹配电路以及整...

【专利技术属性】
技术研发人员：肜新伟，于峰崎，吴天准，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44