[发明专利]一种用于全植入式血泵的供能系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于全植入式血泵的供能系统及方法。

背景技术

心脏是人体的重要器官，心脏疾病是危害人类健康的重大疾病之一。目前世界上需要接受心脏移植的病人越来越多，但是全世界心脏供体稀缺，许多患者因此失去了生存机会，为解决这一难题，人工心脏(血泵)应用而生。人工心脏是指能够部分或完全代替自然心脏的功能，维持正常的人体血液循环的心脏辅助装置。其可以帮助衰竭的心脏完成循环功能，减轻心功能不全的病人自身的心脏负担，改善病人的临床症状。同时，降低病人的心肌耗氧量，改善其心肌收缩力，促进病人自身心脏泵机能的恢复。它还可用于心脏移植的过渡期，为病人等候以后的心脏移植争取时间。在众多种类的血泵中，全植入式血泵因没有经皮导线，避免了内外贯通，大大降低了人体感染的机会，同时可以有效减少溶血问题，因此成为血泵发展的主要方向。而在全植入式血泵的研究中，面临的主要问题之一是血泵系统的供能方式。

目前国内外主要的血泵系统依然是采用有线供电的，电缆穿皮引起的感染并没有得到很好地克服。现有技术的供电就是直接从体内的血泵装置引出导线，然后接上外部电源供电。

对于体内储能方式，主要有放射性核能源、生物能源以及电池。放射性核能源如238Pu原子能，按输出功率为50W计算，可以用5至10年。但是价格相当昂贵，并且植入体内后的核安全和污染等许多问题还有待进一步解决。至于生物能源，已经有相关的研究人员提出利用食物、肌力或生物电能等作为能源，驱动心室辅助和人工心脏以推动血液循环的设想。但试验之后获得的功率与所需的功率相差太远，目前还没有实用价值。对于电池，由于目前大容量高能电池的发展受到限制，不可能长时间向血泵提供足够的能量，因而限制了整个系统使用的连续性。

常宇和郝冬梅提出利用体外的直流电机驱动体外永磁转子转动，通过磁耦合，引起植入体内的永磁转子的同步转动，再通过发电机将转子的机械能转化为电能，经过倍压整流和滤波电路后，通过充电器向充电电池充电，为血泵工作提供能量(专利号：200620012054.0)。该系统避免了导线穿皮引起的感染，但这种通过电磁感应传递能量的方式传输距离仅为数厘米，且所用电机带动永磁转子转动，进而通过旋转磁场耦合感应生成电流，其能量损耗很大，效率低。另外其滤波和整流电路主要由二极管和电容组成，所输出的电压稳定性较差。该系统接通外部电源时，血泵的供电仍只能由电池提供，电池充电的同时在放电，因而充电时间长，充电效率低。

发明内容

本发明的目的在于为了克服上述现有技术中的电缆穿皮引起的感染、能量无线传输距离太短或线圈安装位置要求苛刻的问题，提供了一种利用磁共振原理供电的用于全植入式血泵的供能系统。

本发明采用如下技术方案：

一种用于全植入式血泵的供能系统，包括体外部分与体内部分；

所述体外部分包括外接电源模块、驱动器、送电线圈、电压与电流检测模块、控制器、无线接收模块及显示模块；所述外接电源、驱动器及送电线圈依次相连；电压与电流检测模块检测送电线圈上的电压和电流，并传输至所述控制器，所述控制器与驱动器相连；所述无线接收模块与显示模块相连；

所述体内部分包括受电线圈、整流与滤波电路、电源管理电路、充电电池、控制电路、电磁体、电量检测模块和无线发送模块；所述受电线圈、整流与滤波电路、控制电路及电磁体依次相连，受电线圈产生的感应电流经整流与滤波电路向控制电路供电，控制电路控制电磁体的磁极的输出状态，从而驱动作为血泵的永磁转子转动，即为血泵供电；

所述控制电路还由充电电池供电，所述整流与滤波电路与所述电源管理电路相连，电源管理电路与充电电池相连；所述电量检测模块与充电电池相连，无线发送模块与电量检测模块相连；

所述送电线圈通过磁共振将能量传递给受电线圈，共振频率为13-14MHz；

所述无线发送模块与无线接收模块无线通信连接。

所述外接电源模块为220V交流电源或24V直流电源，所述220V交流电源通过整流电路输送24V直流电。

所述送电线圈和受电线圈均为印制在PCB板上的环状铜箔。环状铜箔的使用使得线圈体积小，另外PCB板表面涂有三防漆，装置具有防水、轻便等特点。

所述印制有送电线圈的PCB板设置于体外吸盘中。

所述体外吸盘为圆形、中间凹陷的盘状部件，体外吸盘凹陷部内壁上设有与送电线圈所在PCB板尺寸相配合的环状卡槽以及一个用于导线穿过的通孔，吸盘材质为丁腈橡胶。

利用吸盘吸附在人体皮肤上，线圈的安装位置无需完全吻合即可实现能量传输。