[发明专利]植入式医疗仪器用具有调频调幅功能的经皮无线充电装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于植入式医疗仪器的具有调频调幅功能的经皮无线充电装置，属于植入式医疗仪器技术领域。

背景技术

植入式医疗仪器种类多样、应用范围广泛，目前市场上已有的植入式医疗产品多采用高能量密度的锂原电池进行供电，寿命大多较短。近年来，随着无线技术和锂充电电池技术的发展，开发寿命更长的可充电的植入式医疗仪器产品已经成为未来发展的主流趋势。

植入式医疗仪器植入患者体内，与体外充电装置间有皮肤等组织隔离，需要采用经皮无线充电方式。该充电方式一般基于电磁耦合原理，利用电磁场穿透人体皮肤向植入式医疗仪器传递能量。植入式医疗仪器一般使用生物相容性的金属钛密封，形成了较强的电磁屏蔽，然而由于电磁耦合过程中钛外壳存在涡流效应等影响，极易引发充电过程中体内植入式医疗仪器发热的问题。充电过程中很难对植入体内的钛外壳内部的线圈和电路准确定位，存在由于体内外装置对位过偏或充电起始阶段对位时间过长引起体内植入式医疗仪器发热增加的问题。针对对位问题，US20110022125采用旋转偏心磁芯来调整体内外装置的对位关系，US20130023958采用多个传感线圈检测体内外装置的相对位置并在屏幕上进行对位显示，WO9918879采用霍尔传感器测量磁场强度的方法进行对位提示；针对发热问题，US2013105115利用相变材料吸收热量从而抑制仪器温升增加，US5991665利用冷却风扇进行温度控制，US20110022125通过调整发射功率和占空比进行温度反馈的闭环控制。然而，以上的方案中，对位调节速度受体内、外装置无线通信周期限制，存在调节响应速度慢的问题，同时，额外的传感器模块或散热模块会带来系统硬件结构复杂的问题。另外，体内植入式医疗仪器在不同对位位置、不同充电阶段，会导致经皮无线充电装置的最佳工作点不同，充电效率也不同，进而导致体内装置发热也不同。

为解决上述问题，可通过直接监测体外充电状态(如发射电流)来实现体内外装置的快速对位，从而避免因系统通信周期长造成体内外装置对位响应慢的问题。在经皮无线充电技术中，发射能量的频率和幅值是充电系统的最关键参数，充电系统的最佳工作频率点一般位于系统谐振频率附近，结合最佳工作幅值点调节可实现充电效率的最优化控制，因此，需要基于经皮无线通信闭环反馈来控制经皮无线充电系统工作在效率最优点，即最佳工作点，从而最大程度降低因充电效率低而带来体内植入式医疗仪器的发热。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种能够满足植入式医疗仪器要求的具有调频调幅功能的经皮无线充电装置，通过闭环控制实现不同充电阶段、不同对位位置充电系统工作在最佳工作点，进而实现体外向体内充电效率最高，避免体内发热超过规定限值。

为了实现上述发明目的，本发明采用如下的技术方案：

一种经皮无线充电系统，包括体外发射装置和体内接收装置，其中

所述体外发射装置包括充电部、体外天线部、第一状态监测装置和第一控制装置；

所述充电部包括充电驱动装置、通信驱动装置和通信信号处理装置；

所述体外天线部包括外壳、体外通信线圈单元、体外充电线圈单元和电气连接装置；所述充电驱动装置产生的驱动电信号通过所述电气连接装置传送到所述体外充电线圈单元，所述通信驱动装置和通信信号处理装置通过所述电气连接装置与所述体外通信线圈单元相连；

所述第一状态监测装置能够检测所述体外通信线圈单元及所述体外充电线圈单元的工作状态，并将测量得到的数据发送到所述第一控制装置；

所述体内接收装置包括电能储存部、体内天线部、第二状态监测装置和第二控制装置；

所述体内天线部包括体内通信线圈单元和能量接收线圈单元；所述能量接收线圈单元以谐振耦合方式接收所述体外充电线圈单元发射的能量；

所述第二状态监测装置能够检测所述电能储存部的工作状态，并将测量得到的数据发送到所述第二控制装置；

所述第二控制装置将所述电能储存部的工作状态的数据通过体内通信线圈单元、体外通信单元发送至所述第一控制装置；所述第一控制装置能够确定最佳工作点的所述驱动电信号的频率和幅值，使得所述充电系统在所述最佳工作点具有最大的充电效率。

根据以上技术方案所述的经皮无线充电系统，其中，所述体外通信线圈单元包括一扁平状线圈，以及与其同轴安置的扁平磁芯。

根据以上技术方案所述的经皮无线充电系统，其中，所述电能储存部包括锂离子电池。

根据以上技术方案所述的经皮无线充电系统，其中，所述第一状态监测装置包括：