[发明专利]医疗系统，压电包，相关方法和医疗过程

说明书

技术领域

本发明涉及电操作移植式医疗设备。更具体地，实施例涉及使用压电能量转换器利用心脏肌肉运动的自然能量的系统。此外，本公开涉及压电包，哺乳动物心脏内部配置以及从哺乳动物心脏提取的医疗过程和方法。本发明的另一方面涉及压电能量转换器。

背景技术

已经对在人类心脏中配置响应于心脏运动获取电能以向起搏器和其它可植入设备提供能量的压电能量源进行多次尝试。

已经在1969年在第3,456,134号美国专利中引入了以完全被包住的压电悬臂梁的形式将身体运动转换成电能量用于驱动植入设备的压电转换器，尽管其没有描述配置具有梁的容器。此系统的一个明显缺点是在容器中封装的压电元件收集的驱动起搏器的能量不足，原因是起搏器仅依靠自身的运动而不是肌肉的运动作出反应。另一难点是对植入心脏内部的要求。

在1972，在第3,659,615号美国专利中提出：在响应于用于产生电能的肌肉运动而弯曲的情况下，使用封装且植入胸腔或邻近心脏左心室的压电双晶片。此专利主要致力于心外膜设备及其合成或天然材料覆盖。这种方法的主要缺点是外科手术治疗导致的较大手术影响。另外，心外膜导线的寿命非常短，需要另外的外科手术治疗。

第4,690,143号美国专利公开了在起搏导线上安装的自给电源以产生用于操纵起搏导线的电能。此专利中描述的区别技术特征是在包括通过静脉插入人体心脏的导管的起搏导线中安装能量产生设备。在心脏肌肉收缩期间导线弯曲的同时收集能量。此系统的主要缺点包括：对于整体起搏器功能，通过封装在导线中的压电元件产生的能量不足，原因是仅依赖导线的运动而不是肌肉本身作出反应。此外，相对于心脏本身，安装在心脏内的物体的任何运动是血栓形成的潜在来源。

此外，起搏器的压电能量产生的应用要连接给基于导线的传感器供能的压电变压器（参见第7,203,551号美国专利）以及包含压电换能器的能量传输系统（参见第5,749,909号美国专利），能量传输系统来自产生磁场或声波以给起搏器电池充电的外部单元。另外，在第5,431,694号美国专利中，提出将具有骨骼号的面对面一系列物（contiguity）中附接的一片柔软的极化聚偏二氟乙烯形式的生物压电产生器连接到起搏器。产生的AC被整流为DC，按需提供给电池。当然，这些架构在身体结构中仅是人造的且外科手术治疗更加复杂。

压电技术的进一步处理（例如，参见美国专利5,835,996，6,655,035B2，2005/0052097A1，2005/0082949A1）允许构建更加有效的压电产生器。对于压电变压器的发展，参见US6,707,235及其引用的文献。

最近现有技术状态呈现在如下专利中：

WO2010/070650Al公开了基于标准双晶片压电弯曲能量产生器方案的低频压电产生器，但是在体内设施中不能产生足够的能量。另外，使用悬臂梁与机械能量获取单元一起封装在封闭盒中，造成了与上述第3,456,134号和第4,690,143号美国专利中描述的相同类型的缺陷。

US2010/0076517A1呈现了基于芯导体周围布置的压电纤维束的技术。作者阐述了：当该束变形时，至少一个纤维将被充分变形，以产生足够的能量供起搏器或其他选择的设备。这种思想与后面提到的第4,690,143号美国专利不同。结果是，使用这种配置的获取不能达到20mW，且不超过50-100uW。

WO2007/1068284Al包含心脏内部或外部的能量获取技术的可能应用的广泛描述。压电部处于开发阶段，且引用Roundy,2003的工作，其中，在频率120Hz从1厘米立方体的悬臂梁产生200uW，大大小于在1Hz最大从0.3cm需求的20mW。结果是，缺陷与WO2010/070650Al中描述的技术相同。

现代电池可以为起搏器供电5-7年，因此实际上心脏内部不需要附加能量源，然而，在电池植入心脏外且起搏导线通过静脉插入心脏的情况下，包含起搏器本身的双重架构带来一些不便。

本发明旨在一种广泛认可的需求，以消除明显给病人带来困扰的体内双重或者甚至三重的复杂结构，因此简化外科手术且为病人提供终身给起搏器供能的能量源。

发明内容

因此，本发明的实施例优选地通过提供根据所附专利权利要求的系统和方法之一或其组合来减轻，缓解或消除在现有技术中的一个或多个不足之处、缺点或问题，诸如上面提到的。