一种低电磁辐射的视觉假体无线充电系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术是一种低电磁辐射的视觉假体无线充电系统及其控制方法。本发明专利技术涉及生物医学工程技术领域，一种低电磁辐射的视觉假体无线充电系统，所述系统包括体外发射端镍铁合金镜架、镜片式PCB发射端、镍铁合金镜脚、接收线圈、电压传感器、蓝牙接收模块、蓝牙发射模块、DSP控制器、切换开关、E类放大器、直流电源、补偿电容、不控整流电路和微电极控制器。本发明专利技术可以通过无线的方式为体内植入式视觉假体提供稳定的能量传输，使患者摆脱了体内蓄电池的束缚，无需定期地进行电池更换手术，减少了患者需要承担的手术风险和手术费用。

【技术实现步骤摘要】
一种低电磁辐射的视觉假体无线充电系统及其控制方法
本专利技术涉及生物医学工程
，是一种低电磁辐射的视觉假体无线充电系统及其控制方法。
技术介绍
植入式医疗装置—视觉假体，可以帮助视觉障碍者，尤其是患有视网膜色素变性、老年黄斑变性的病人恢复视觉。作为一种人造器官，视觉假体可以绕过人体视觉通路中的受损部分，通过功能性地电刺激视觉神经组织来将外部光感信息直接传递给人体大脑，达到修复视觉的目的，有望为盲人患者的复明开辟一条新的道路。视觉假体作为一种植入体内的人造器官，其内部器件，如数据收发单元，电极刺激控制器和刺激电极等等，均需要稳定的能量供给才能维持正常工作。而现阶段，视觉假体通常采用植入式蓄电池作为内部的供电装置。受限于现有电池较低的能量密度和有限的使用寿命，失明患者需要在植入视觉假体的一段时间后定期进行二次手术来更换植入电池，以维持视觉假体的正常工作。频繁的手术不仅增加了失明患者需要承受的痛苦，同时需要大量的手术费用，这大大限制了视觉假体的推广与应用。另一方面，植入式蓄电池在使用过程中可能出现损毁、漏液等故障，具有腐蚀性的电池漏液会对人体肌肉和神经组织产生严重的危害，甚至危及生命。为了解决上述问题，应用于视觉假体的无线电能传输技术逐渐受到了关注。该技术以高频电磁场为能量传输的媒介，通过体外发射端装置将能量以无线的方式透过皮肤传输到植入式接收端当中，为植入式视觉假体提供稳定的供能，同时使视觉假体摆脱了植入式蓄电池的束缚。目前，国内外学者围绕应用于视觉假体的无线供电系统展开了相关研究。专利[公开号CN102258409A]提出了一种用于视觉假体的无线能量与数据传输系统，可以同步向植入式视觉假体传输能量与外部光感信号。专利[公开号CN1961850A]提出了一种基于太阳能电池板作为供电装置的视觉假体无线供电装置。专利[公开号CN102813999A]提出了一种具备功率自适应调节功能的视觉假体无线传输系统，该系统可以通过预测植入刺激电极需要的能量来自动调节发射端装置的输入功率。文献[视觉假体中能量与数据无线传输装置的研究[D],上海交通大学，2011.]设计了一种应用于视觉假体的可传输数据和能量的无线充电装置。然而，上述应用于视觉假体的无线充电装置均忽略了人体的电磁安全性问题，存在潜在的健康危险。为了保证传输足够的功率，上述装置中发射线圈的尺寸均大于接收线圈尺寸的数倍以上，使得系统在正常工作过程中，人体面部几乎完全暴露在发射线圈产生强电磁辐射中。因此，发射线圈产生的电磁辐射会在人体组织中产生热效应，长期会损害人体内较为敏感的器官和组织。针对现有研究中存在的不足之处，本专利技术提出了一种具有低电磁辐射的视觉假体无线充电装置及其充电控制方法。该装置通过体外发射端装置，以无线的方式为体内植入式视觉假体提供稳定的能量传输，使患者摆脱了体内蓄电池的束缚，无需定期地进行电池更换手术。同时，相比于现有的视觉假体无线充电装置，本专利技术所述的装置采用阵列式发射线圈，通过电压注入法，能有效地检测与接收线圈耦合程度最高的发射线圈位置，从而精准地导通对应位置的发射线圈，实现聚焦主磁场，降低无效漏磁场的目的，达到降低系统对人体和植入电子设备产生的电磁辐射、提高系统效率的目的。此外，本专利技术所述的无线充电装置还适用于任意形状，任意植入位置的接收线圈，具有灵活度高、适用性广的优点。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有的应用于植入式视觉假体的无线供电系统中存在的电磁安全性差，传输效率低等问题，本专利技术提供了以下技术方案：一种低电磁辐射的视觉假体无线充电系统，所述系统包括体外发射端镍铁合金镜架、镜片式PCB发射端、镍铁合金镜脚、接收线圈、电压传感器、蓝牙接收模块、蓝牙发射模块、DSP控制器、切换开关、E类放大器、直流电源、补偿电容、不控整流电路和微电极控制器；所述直流电源连接E类放大器，所述E类放大器连接切换开关，所述切换开关连接镜片式PCB发射端，所述镜片式PCB发射端安装在体外发射端镍铁合金镜架内，所述DSP控制器连接控制切换开关，所述DSP控制器连接蓝牙接收模块；所述镜片式PCB发射端与接收线圈通过高频磁场耦合，所述接收线圈连接蓝牙发射模块和电压传感器，所述蓝牙发射模块连接补偿电容，所述补偿电容连接不控整流电路,所述不控整流电路连接微电极控制器，所述微电极控制器连接视神经假体，所述体外发射端镍铁合金镜架侧面连接镍铁合金镜脚。优选地，所述镜片式PCB发射端包括阵列式发射线圈和发射端贴片电容，所述阵列式发射线圈集成于镜片式PCB发射端一面，阵列式发射线圈的输出端与发射端贴片电容串联，所述发射端贴片电容与切换开关连接。优选地，阵列式发射线圈包括N×M个发射线圈，所述N和M均大于等于2，所述发射线圈线圈尺寸相同，在空间上对称分布于镜片式PCB发射端面上，所述发射线圈为矩形或圆形线圈。优选地，所述所述镜片式PCB发射端为双面板结构。优选地，所述体外发射端镍铁合金镜架包括鼻托，铰链和镜片外壳，鼻托安装于镜片外壳内侧；铰链安装于镜片外壳两侧，用于连接镍铁合金镜脚与镜片外壳。一种低电磁辐射的视觉假体无线充电控制方法，包括以下步骤：步骤1：通过直流电源为E类放大器供电，E类放大器输出高频电压，对直流电源进行初始供电；步骤2：通过DSP控制器向切换开关发送控制信号，控制镜片式PCB发射端中的发射线圈与E类放大器串联；步骤3：通过电压传感器检测接收线圈的开路电压有效值，蓝牙发送模块将开路电压有效值发送给蓝牙接收模块，通过蓝牙接收模块将开路电压有效值传递给DSP控制器；步骤4：DSP控制器根据检测到的开路电压有效值的幅值，按电压幅值从大到小的顺序，对发射线圈进行排序；步骤5：DSP控制器根据排序控制切换开关，通过Coil1至Coilk的排序表示发射线圈，k＝1时，仅导通编号Coil1的发射线圈，通过电压传感器检测接收线圈中的感应电压；步骤6：当接收线圈导通时，采集接收线圈的感应电压信息；通过蓝牙发送模块将感应电压信息传递给蓝牙接收模块，蓝牙接收模块再将感应电压信息传递给DSP控制器；步骤7：通过DSP控制器判断感应电压是否大于等于充电所需电压，直至切断E类放大器的供电；步骤8：令直流电源的供电电压Udd满足：Udd新＝Udd+1V；重复步骤5至步骤8，直至感应电压大于等于充电所需电压，通过补偿电容和不控整流电路整流后，对微电极控制器供电，直至微电极控制器的SOC为1，微电极控制器刺激视神经假体产生刺激信号。优选地，步骤2中所述的镜片式PCB发射端中同一时刻仅有单个发射线圈导通，待单个发射线圈导通3s后，关闭与发射线圈相连的开关，再由DSP通过切换开关控制下一个发射线圈与E类放大器连接，直至镜片式PCB发射端中每个发射线圈单元均导通过一次后停止。优选地，当切换开关导通时，各个发射线圈与E类放大器的输出端并联，此时导通的发射线圈具有相同的输入电压。优选地，当所述直流电源的SOC为1时，切断E类放大器的供电。优选地，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低电磁辐射的视觉假体无线充电系统，其特征是：所述系统包括体外发射端镍铁合金镜架、镜片式PCB发射端、镍铁合金镜脚、接收线圈、电压传感器、蓝牙接收模块、蓝牙发射模块、DSP控制器、切换开关、E类放大器、直流电源、补偿电容、不控整流电路和微电极控制器；/n所述直流电源连接E类放大器，所述E类放大器连接切换开关，所述切换开关连接镜片式PCB发射端，所述镜片式PCB发射端安装在体外发射端镍铁合金镜架内，所述DSP控制器连接控制切换开关，所述DSP控制器连接蓝牙接收模块；/n所述镜片式PCB发射端与接收线圈高频磁场耦合，所述接收线圈连接蓝牙发射模块和电压传感器，所述蓝牙发射模块连接补偿电容，所述补偿电容连接不控整流电路,所述不控整流电路连接微电极控制器，所述微电极控制器连接视神经假体，所述体外发射端镍铁合金镜架侧面连接镍铁合金镜脚。/n

【技术特征摘要】
1.一种低电磁辐射的视觉假体无线充电系统，其特征是：所述系统包括体外发射端镍铁合金镜架、镜片式PCB发射端、镍铁合金镜脚、接收线圈、电压传感器、蓝牙接收模块、蓝牙发射模块、DSP控制器、切换开关、E类放大器、直流电源、补偿电容、不控整流电路和微电极控制器；
所述直流电源连接E类放大器，所述E类放大器连接切换开关，所述切换开关连接镜片式PCB发射端，所述镜片式PCB发射端安装在体外发射端镍铁合金镜架内，所述DSP控制器连接控制切换开关，所述DSP控制器连接蓝牙接收模块；
所述镜片式PCB发射端与接收线圈高频磁场耦合，所述接收线圈连接蓝牙发射模块和电压传感器，所述蓝牙发射模块连接补偿电容，所述补偿电容连接不控整流电路,所述不控整流电路连接微电极控制器，所述微电极控制器连接视神经假体，所述体外发射端镍铁合金镜架侧面连接镍铁合金镜脚。


2.根据权利要求1所述的一种低电磁辐射的视觉假体无线充电系统，其特征是：所述镜片式PCB发射端包括阵列式发射线圈和发射端贴片电容，所述阵列式发射线圈集成于镜片式PCB发射端一面，阵列式发射线圈的输出端与发射端贴片电容串联，所述发射端贴片电容与切换开关连接。


3.根据权利要求2所述的一种低电磁辐射的视觉假体无线充电系统，其特征是：阵列式发射线圈包括N×M个发射线圈，所述N和M均大于等于2，所述发射线圈线圈尺寸相同，在空间上对称分布于镜片式PCB发射端面上，所述发射线圈为矩形或圆形线圈。


4.根据权利要求3所述的一种低电磁辐射的视觉假体无线充电系统，其特征是：所述所述镜片式PCB发射端为双面板结构。


5.根据权利要求1所述的一种低电磁辐射的视觉假体无线充电系统，其特征是：所述体外发射端镍铁合金镜架包括鼻托，铰链和镜片外壳，鼻托安装于镜片外壳内侧；铰链安装于镜片外壳两侧，用于连接镍铁合金镜脚与镜片外壳。


6.一种低电磁辐射的视觉假体无线充电控制方法，所述方法基于如权利要求1-5中任意一项权利要求所述的低电磁辐射的视觉假体无线充电系统，其特征是：包括以下步骤：
步骤1：通过直流电源为E类放大器供电，E类放大器输出高频电压，对直流电源进行初始供电；
步骤2：通过DSP控制器向切换开关发送控制信号，控...

【专利技术属性】
技术研发人员：李笑华，帅天姣，尹璐，王睿，石义鹭，张旭春，石金羽，郭巍，郭东青，徐艳敏，
申请(专利权)人：牡丹江医学院，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23