具备功率自适应调节功能的视觉假体无线传输系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种功率自适应无线传输系统及方法，用于视觉假体，系统包括刺激器功率预测与调节模块、信号调制模块、射频发射模块、射频接收模块、能量恢复模块和数据解调模块。刺激器功率预测与调节模块根据视觉假体采集的图像的数据编码预测视觉假体的神经微刺激器根据该数据编码工作的所需能量并据此调节射频发射模块的发射功率，以及预测完成调节所需的时间。信号调制模块用于调制该数据编码并指令射频发射模块将经过调制的数据编码和所需能量在上述时间之后传输到射频接收模块，射频接收模块将接收的数据编码传送到数据解调模块以进行解调并将接收的所需能量传送到能量恢复模块以为神经微刺激器提供能量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及生物医学工程领域，尤其涉及用于植入式视觉假体的一种功率自适应无线传输系统及其方法。
技术介绍
视觉假体是一种帮助眼底疾病患者修复视觉功能的植入式医疗装置。视觉假体通过体外的图像传感器(图像采集模块)采集视觉图像，在转换视角和优化图像后，提取图像的关键信息进行数据编码，使用射频发射模块将编码的信号发射出来，继而通过体内的射频接收模块接收该信号，并通过植入式的神经微刺激器对视网膜、视神经或者视皮层进行相应的电刺激，在人脑的视皮层诱发光幻视，以让患者产生视觉感知。可见，视觉假体对视觉信息的处理、编码、传输要求具备较高的实时性，此外，视觉假体必须长期植入、随时携 带，且植入体内的装置的体积受到严格限制，这些因素决定了视觉假体必须采用体外的便携式电源为体内的装置以无线传输的方式提供能量和数据。由于视觉感知的效果与神经微刺激器所控制的电极数量和电极密度密切有关，而在特定刺激条件下，电极数量越多、密度越大，则视觉感知的空间分辨率越高，因此目前应用于视网膜上的视觉假体研究中，神经微刺激器的刺激通道的个数已经高达256，并有望超过1000。可见，随着视觉假体的刺激通道的数量不断增多，植入式的多通道的神经微刺激器的峰值功耗也将大大增加，然而外部电源容量有限，如何高效率地利用电源能量成为视觉假体的无线传输系统亟待解决的问题。目前，针对如何提高视觉假体的无线传输系统能量利用率的各种方案，大多集中于优化其中的射频发射模块的功率放大器的转换效率，其效率提升效果有限。另外一些方案则出现了能量传输效率不稳定、功率放大器电压偏低以及信号的接受和发射之间的响应滞后等问题。可见，目前这些提高视觉假体的无线传输系统能量利用率的方案都不适合于视觉假体的实际使用。因此，本领域的技术人员致力于开发一种功率自适应无线传输系统及其方法，从系统整体角度考虑发射的信息与神经微刺激器功耗的关系，实现自动调节射频发射模块的发射功率。
技术实现思路
有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种功率自适应无线传输系统及其方法，通过预测神经微刺激器实时需要的能量大小实现自动调节进行无线传输的射频发射模块的发射功率。为实现上述目的，本专利技术提供了一种功率自适应无线传输系统，用于视觉假体，其特征在于，包括刺激器功率预测与调节模块、信号调制模块、射频发射模块、射频接收模块、能量恢复模块和数据解调模块；所述刺激器功率预测与调节模块根据所述视觉假体采集的图像的数据编码预测所述视觉假体的神经微刺激器根据所述数据编码工作的所需能量以确定所述射频发射模块的发射功率，以及用于调节所述射频发射模块的所述发射功率；所述信号调制模块用于调制所述数据编码并指令所述射频发射模块将经过所述调制的所述数据编码和所述所需能量传输到所述射频接收模块，所述射频接收模块用于将接收的所述经过调制的所述数据编码传送到所述数据解调模块以进行解调并将接收的所述所需能量传送到所述能量恢复模块以为所述神经微刺激器提供能量。进一步地，所述刺激器功率预测与调节模块预测其完成对所述发射功率的所述调节的时间，所述信号调制模块指令所述射频发射模块在所述时间之后完成所述传输。进一步地，所述射频发射模块包括E类功率放大器、可调电源和方波发生器；所述刺激器功率预测与调节模块通过调节所述可调电源的输出电压来控制所述射频发射模块的所述发射功率。进一步地，所述可调电源包括多个并联的可控分压单元，所述刺激器功率预测与调节模块通过发出数控信号使所述多个可控分压单元中的一个所在的分路导通并使其它的可控分压单元所在的分路皆断开，以控制所述可调电源的所述输出电压。进一步地，所述E类功率放大器包括MOS管和发射线圈。进一步地，所述射频接收模块包括接收线圈。进一步地，所述发射线圈和接收线圈皆为平面螺线型线圈。进一步地，所述平面螺线型线圈为多匝的绝缘利兹线的线圈或多匝的漆包铜线的线圈。本专利技术还提供了一种功率自适应无线传输方法，用于视觉假体，其特征在于，包括步骤把所述视觉假体采集的图像的数据编码传送到刺激器功率预测与调节模块；所述刺激器功率预测与调节模块根据所述数据编码预测所述视觉假体的神经微刺激器根据所述数据编码工作的所需能量以确定所述射频发射模块的发射功率；所述刺激器功率预测与调节模块预测其完成调节所述射频发射模块的所述发射功率的时间；所述刺激器功率预测与调节模块对所述射频发射模块的所述发射功率进行所述调节；所述信号调制模块调制所述数据编码并指令射频发射模块将经过所述调制的所述数据编码和所述所需能量传输到所述视觉假体的射频接收模块且在所述时间之后完成所述传输；所述射频接收模块将接收的所述经过调制的所述数据编码传送到数据解调模块以解调经过所述调制的所述数据编码，并将接收的所述所需能量传送到能量恢复模块以为所述神经微刺激器提供能量。在本专利技术的较佳实施方式中，本专利技术的功率自适应无线传输系统包括刺激器功率预测与调节模块、信号调制模块、射频发射模块、射频接收模块、能量恢复模块和数据解调模块。其中，刺激器功率预测与调节模块、信号调制模块和射频发射模块是体外部分；射频接收模块、能量恢复模块和数据解调模块是体内部分，两者之间的数据和能量的传输通过射频发射模块和射频接收模块的无线发射和接收实现。其中，射频发射模块包括E类功率放大器、可调电源和方波发生器。本专利技术的功率自适应无线传输方法包括步骤把视觉假体采集的图像的数据编码传送到刺激器功率预测与调节模块；刺激器功率预测与调节模块根据该数据编码预测视觉假体的神经微刺激器根据该数据编码工作的所需能量并根据该所需能量确定射频发射模块的发射功率；刺激器功率预测与调节模块预测其根据完成对射频发射模块的发射功率的调节的时间；刺激器功率预测与调节模块调节调节射频发射模块的可调电源的输出电压以调节射频发射模块的发射功率；信号调制模块调制该数据编码并指令射频发射模块将经过调制的数据编码和所需能量传输到射频接收模块且在上述时间之后完成传输；射频接收模块将接收的经过调制的数据编码传送到数据解调模块以解调经过调制的数据编码，并将接收的所需能量传送到能量恢复模块以为神经微刺激器提供能量。由此可见，本专利技术的功率自适应无线传输系统及其方法具有以下优点及显著效果I)、本专利技术根据图像的数据编码通过预测视觉假体的神经微刺激器的能量需求实现了自适应地调节无线传输的发射功率，既实时地满足了植入式视觉假体的功耗，又动态地降低了能耗，从而提高了视觉假体的能量有效利用率，使其更适合于便携式系统应用的外部电池供电；2)、本专利技术的功率自适应无线传输系统及其方法，可以将本专利技术的功率自适应无线传输系统放置位置处的生物体局部的电磁辐射降到最低，从而有利于减小长期携带植入式视觉假体造成的电磁福射损伤。以下将结合附图对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本专利技术的目的、特征和效果。附图说明图I是本专利技术的功率自适应无线传输系统在视觉假体中的结构示意图，图中包括指示了各模块间的数据流向的箭头。图2是本专利技术的功率自适应无线传输系统的可调电源的电路图。图3是使用本专利技术的功率自适应无线传输方法的流程图(体外部分)。具体实施例方式如图I所示，在本专利技术的一个实施例中，本专利技术的功率自适应无线传输系统包括刺激器功率预测与调节模块40、信本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率自适应无线传输系统，用于视觉假体，其特征在于，包括刺激器功率预测与调节模块、信号调制模块、射频发射模块、射频接收模块、能量恢复模块和数据解调模块；所述刺激器功率预测与调节模块用于根据所述视觉假体采集的图像的数据编码预测所述视觉假体的神经微刺激器根据所述数据编码工作的所需能量以确定所述射频发射模块的发射功率，以及用于调节所述射频发射模块的所述发射功率；所述信号调制模块用于调制所述数据编码并指令所述射频发射模块将经过所述调制的所述数据编码和所述所需能量传输到所述射频接收模块，所述射频接收模块用于将接收的所述经过调制的所述数据编码传送到所述数据解调模块以进行解调并将接收的所述所需能量传送到所述能量恢复模块以为所述神经微刺激器提供能量。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴开杰，柴新禹，雷旭平，古陨，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：