一种基于红外光伏电池的植入式无线供电系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于红外光伏电池的植入式无线供电系统，包括体外红外发射单元和体内红外发电单元，所述体外红外发射单元布置于腰带上，所述体外红外发射单元包括锂电池、DC

【技术实现步骤摘要】
一种基于红外光伏电池的植入式无线供电系统


[0001]本专利技术涉及医疗器械
，尤其是涉及一种基于红外光伏电池的植入式无线供电系统。

技术介绍

[0002]随着现代医疗的迅速发展，有源植入式医疗器械所用的电池经历了几代的更替与发展，从锂电池代替锌汞电池的里程碑式跨越，解决了可靠性和长寿命的问题。近几年，新型电池技术更加注重灵活性和便捷的能量存储，基于无线电能传输(WirelessPowerTransfer,WPT)的可充电式锂电池已经成为有源植入式医疗器械的标准方法。目前来说，从体外到体内的充电方式有三种。其一是基于电感线圈射频谐振的WPT技术，主要技术是高频电源产生相应的高频输入信号，经过谐振电容后由发射线圈进行电磁转换，借助中高频磁场，收发线圈产生共振，最后经接收线圈谐振回路进行磁电变换后为负载供电，从而实现的电能的无线传输。其二是基于纳米发电机(TENG)的WPT技术，主要方法是体外使用超声激励，超声与体内的TENG产生谐振，超声转化为摩擦发电。其三是基于光伏电池的WPT技术，体外发射红外LED透过皮肤，体内PV接收光能发生光电效应转换为电能。目前国内上市的产品仅有美敦力2003年完成国内注册的InterSTIM
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I，产品采用非可充电电池；2022年完成注册的InterSTIMII/X、品驰医疗SNS起搏器等少数几个产品，采用电磁式的无线能量传输技术。
[0003]最初的产品InterSTIM
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I使用的是非可充电电池，能耗高、尺寸大，造成创口大、异物感明显、感染几率大等问题。升级后的产品InterSTIMII/X，是一种集合了可充电电池和无线传能线圈技术的有源植入式医疗器械，从体外到体内的无线能量传输技术是基于电磁谐振的WPT技术，与核磁共振不兼容；并且使用交流电会产生噪声，需要复杂的电源管理电路，对于植入式医疗器械小型化方向发展是不利的。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种基于红外光伏电池的植入式无线供电系统，有效减小了植入芯片的体积，具有异物感减小、手术创口减小、无需更换电池等优势，使该医疗设备的准确性、安全性明显提高，保证治疗效果的同时减少很多麻烦。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于红外光伏电池的植入式无线供电系统，包括体外红外发射单元和体内红外发电单元，所述体外红外发射单元布置于腰带上，所述体外红外发射单元包括锂电池、DC
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DC调压模块、蓝牙收发模块、单片机、LED驱动模块和两个特定波长驱动的红外LED模块，所述体内红外发电单元设置于植入芯片上，所述植入芯片经过硅胶封装后埋入人体内，所述体内红外发电单元包括两个太阳能薄膜电池和正脉冲发生电路、负脉冲发生电路，所述正脉冲发生电路和所述负脉冲发生电路分别具有两个输出电极。
[0006]优选的，所述锂电池通过所述DC
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DC调压模块与所述单片机电连接，所述单片机通
过所述蓝牙收发模块与控制终端通讯连接，所述单片机与所述LED驱动模块电连接，所述LED驱动模块分别与两个所述红外LED模块相连接，所述LED模块发射的红外光波长分别与两个所述太阳能薄膜电池的接收波长相对应。
[0007]优选的，所述LED驱动模块采用ZLED7012驱动芯片，所述ZLED7012驱动芯片向所述红外LED模块提供1.8mA
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20mA恒定电流，所述ZLED7012驱动芯片的输入电压工作范围为2.8V
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5.5V。
[0008]优选的，所述蓝牙收发模块采用nRF52832开发板的BLE蓝牙。
[0009]优选的，所述太阳能薄膜电池为以硅为基底的对红外波段光源敏感的太阳能电池，两个所述太阳能薄膜电池分别与所述正脉冲发生电路或所述负脉冲发生电路相连接，所述正脉冲发生电路和所述负脉冲发生电路中均采用MPPT太阳能控制器，所述正脉冲发生电路和所述负脉冲发生电路具有相反的电流方向。
[0010]因此，本专利技术采用上述结构的一种基于红外光伏电池的植入式无线供电系统，通过蓝牙收发模块将设定好的程序空中传输到腰带内的体外红外发射单元，驱动两个红外LED模块发出特定波长的红外光线，红外光线透过皮肤照射到人体内的体内红外发电单元上的太阳能薄膜电池上，激发正脉冲发生电路和负脉冲发生电路，产生脉冲信号刺激人体病灶神经，实现治疗效果。
[0011]下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0012]图1为本专利技术一种基于红外光伏电池的植入式无线供电系统实施例1的体外红外发射单元结构示意图；
[0013]图2为本专利技术实施例1的体内红外发电单元结构示意图；
[0014]图3为本专利技术实施例2的红外发电流程示意图；
[0015]图4为本专利技术实施例1的体内红外发电单元的输出脉冲波形图；
[0016]图5为本专利技术实施例1的正脉冲发生电路和负脉冲发生电路的输出过程示意图。
[0017]附图标记
[0018]1、腰带；2、蓝牙收发模块；3、LED驱动模块；4、锂电池；5、红外LED模块；6、控制终端；7、植入芯片；8、太阳能薄膜电池；9、输出电极；10、MPPT太阳能控制器。
具体实施方式
[0019]以下通过附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步说明。
[0020]实施例1
[0021]如图所示，一种基于红外光伏电池的植入式无线供电系统，包括体外红外发射单元和体内红外发电单元，体外红外发射单元布置于腰带1上，体外红外发射单元包括锂电池4、DC
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DC调压模块、蓝牙收发模块2、单片机、LED驱动模块3和两个特定波长驱动的红外LED模块5。
[0022]锂电池4通过DC
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DC调压模块与单片机电连接，向整个体外红外发射单元供电，这里采用额定电压1000mA的锂电池4。
[0023]单片机通过蓝牙收发模块2与控制终端6通讯连接，蓝牙收发模块22采用nRF52832
开发板的BLE蓝牙，通过DFU/OTA技术，就能实现用控制终端6，如手机、iPad等控制单片机内程序的驱动与停止、程序更新，以及将核心模块的信息反馈到用户手机上，比如电量检测、程序运行监测等。OTA(Over
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the
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AirTechnology)空中下载技术，早期就被广泛应用于手机行业中，替代了手机需要连接电脑才能完成软件安装升级的频繁操作，在该产品中使得用户的腰带1无需频繁摘下来连接电脑，仅仅在手机端操作就能对单片机的程序更新、实时观测腰带1电量、检测LED的发光情况。
[0024]单片机与LED驱动模块3电连接，LED驱动模块3分别与两个红外LED模块5相连接，LED驱动模块3采用ZLED7012驱动芯片，这是一种低噪声、恒频电荷泵DC/DC转换器，可以同时驱动4个LED通道，每个通道均可提供可编程的1.8mA
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20mA恒本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于红外光伏电池的植入式无线供电系统，其特征在于：包括体外红外发射单元和体内红外发电单元，所述体外红外发射单元布置于腰带上，所述体外红外发射单元包括锂电池、DC
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DC调压模块、蓝牙收发模块、单片机、LED驱动模块和两个特定波长驱动的红外LED模块，所述体内红外发电单元设置于植入芯片上，所述植入芯片经过硅胶封装后埋入人体内，所述体内红外发电单元包括两个太阳能薄膜电池和正脉冲发生电路、负脉冲发生电路，所述正脉冲发生电路和所述负脉冲发生电路分别具有两个输出电极。2.根据权利要求1所述的一种基于红外光伏电池的植入式无线供电系统，其特征在于：所述锂电池通过所述DC
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DC调压模块与所述单片机电连接，所述单片机通过所述蓝牙收发模块与控制终端通讯连接，所述单片机与所述LED驱动模块电连接，所述LED驱动模块分别与两个所述红外LED模块相连接，所述LED模块发射的红外光波长分别与两个所述太阳...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴晓，王文思，吉彦平，曹硕，李嘉伟，赵伯言，李佳慧，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：