[发明专利]基于非相干光的反馈式AMI能量注入装置

说明书

技术领域

本发明涉及基于非相干光的反馈式AMI能量注入装置，属于光电技术领域。

背景技术

近年来，有源医学植入物(AMI，Active Medical Implant s)的出现，使医学检测与治疗手段渗入到人体内部，可直接在体内相关部位实现生理信息检测、生物刺激、药物释放、器官功能恢复等，从而极大地提高了获取信息的准确性及治疗的针对性。AMI在人体生理、病理过程的检测与影响方面具有广泛的应用空间，将在未来医学领域发挥越来越重要的作用。AMI需在电能的驱动下才能实现相应的功能，其对电能具有强烈的依赖性。目前已有的AMI主要采用锂电池供电。尽管锂电池具有较高的功率密度及较好的放电特性，但仍难以完全满足AMI的电能需求。因此，从体外对AMI进行二次能量注入成为解决AMI电量供给问题的重要途径。

目前，已开展的AMI能量注入研究可分为：压电法，温差法，射频注入法、光学法等。其中，压电法主要基于压电效应实现机械能向电能的转换。目前，基于压电法产生的能量相对较低。同时，基于体内机械能直接转换为电能的研究处于探索阶段；温差法主要利用人体内部的温度差异产生电能。通过该方法得到的电能同样十分有限；射频注入法主要通过不同方式将电磁能注入到体内，经由相应的耦合装置接收后为AMI电池充电。基于该方法可获得较高的输出功率，但其装置结构复杂，可靠性难以保证。此外，传递力矩所需的强电磁场将对AMI电路及人体生理活动造成干扰；光学注入法主要通过体外的激光光源照射人体皮肤，由植入式光电换装置产生电能。光学注入法具备电磁能量法所具有的高能量传递效率优势，同时避免了能量注入过程中的电磁干扰问题。因此，光学注入法被认为是一种具有潜力的AMI能量注入方式。

目前，光学注入法所存在的主要问题包括：

为了获得所需的入射深度及功率密度，已有的光学注入法的光源主要采用激光光源(相干光源)，而长时间激光照射有可能对人体造成潜在的不利影响。另一方面，激光光源的成本相对较高，体积相对较大。

已有光学注入法需通过人工方式对激光的输出功率、照射时间等进行控制，无法得到体内光电转换状态的反馈，从而难以完全保障AMI能量注入的安全性。

由于需根据AMI植入者的实际情况对激光的波长、功率及照射时间进行严格地控制，已有的光学注入法需在医院内由专业医务人员采用专用激光光源完成，从而降低了能量注入的便利性，不利于AMI的广泛应用。国际卫生组织(WHO，World Health Organization)的报告显示：人体对于日光辐射的限制与光波长及照射时间相关。依据国际非电离辐射保护委员会(ICNIRP，International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection)的规定：在10s-8.33h时间范围内，人体对可见光及近红外谱段(400nm-1400nm)的辐射强度限制为2.0×103CAW/m2(CA为与波长λ相关的系数)。

发明内容

本发明的目的是为了解决AMI能量注入的问题，提供了一种基于非相干光的反馈式AMI能量注入装置。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明的基于非相干光的反馈式AMI能量注入装置，包括：非相干光源、滤光片、可变光阑、会聚透镜、光电转换器、温度传感器、测控模块。连接关系为：非相干光源依次通过滤光片、可变光阑、会聚透镜后，经由皮肤层传给光电转换模块。在这个装置中：滤光片用于滤除不适合在人体内传输的光谱，例如：紫外光(长时间照射对人体有害)。可变光阑在测控模块的控制下，用于对入射的非相干光的能量及持续照射时间进行实时控制；会聚透镜对非相干入射光进行会聚，以提高其在人体内的入射深度及功率密度；测控模块与光电转换器和可变光阑相连，用于温度反馈并实时控制光阑以便对入射光能量进行控制。其中，滤光片、可变光阑、会聚透镜之间连接的距离可根据实际需求来调节，其中滤光片与会聚透镜距离在2cm内为优先选择。温度传感器位于可变光阑外围遮盖物的下方，以防止非相干光源直接照射，它与会聚透镜不接触，以保证准确感知皮肤温度。

工作过程如下：

第一步：非相干光源输出非相干光；或直接采用日光辐射作为非相干光(此时无需LED光源)。非相干光入射至下方的滤光片。滤光片滤除不适合在人体内传输的光谱。滤光后的非相干光入射至下方的可变光阑。

第二步：在测控模块的控制下，可变光阑对入射的非相干光能量及持续照射时间进行实时控制。通过可变光阑的非相干光入射至下方的会聚透镜。