[发明专利]一种植入式器件的互补供电方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种植入式器件的电力供应的技术领域，具体的来说，是一种植入式器件的互补供电方法。

背景技术

植入器件可用于测量生命体内生理参数的变化，诊断、治疗某些疾病，也可用来代替某些功能己丧失的器官。由于其非常突出的作用，而具有光明的、广阔的临床应用前景。植入电子器件面临的关键技术问题是如何经皮肤向体内植入器件高效的提供充足的电能，维持其长期、稳定、可靠地工作；(2)如何高效、低功耗地实现体外设备和体内植入器件之间的信息传递。由于生物组织的体导电特性对磁感应耦合有很强的屏蔽作用，所以采用磁感应耦合进行能量传递的技术存在传递效率低的缺点，因此传统的磁感应耦合供电方式输电效率不高，而直接表皮接触的供电方式，电极与生物组织的接触界面存在较大的接触阻抗，增大了信号衰减率和能量传输损耗；能量传递时皮肤组织中的无效横向电流，可能引起皮肤组织的发热，从而限制了能量传递效率的最大值。

发明内容

基于现有技术的不足，本发明提供一种植入式器件的互补供电方法，该方法包括直接接触供电单元、非接触供电单元、双向转换开关与无线通信单元，直接接触供电单元与非接触供电单元通过双向转换开关相连，无线通信单元进行体内与体外的数据传输。

直接接触供电单元的体外交流电源电压vl与电极1和2相联，在交流电势的激励下皮肤内部产生分布的交流电流，同时在体内电极3和4之间形成交流电势差；在二极管是理想的条件下，如果经过整流后的电势差大于植入电池的电压v2，则电极3和4经整流器和植入电池形成闭合回路，产生电池v2的充电电流，实现能量传递。当实现能量传递时，皮肤内部存在穿透皮肤的纵向电流和在皮肤内流通的横向电流。纵向电流经整流后向体内电池充电，并向植入电子器件供电，是有用电流；而横向电流无此功能，消耗能量，皮肤的温度增加，起副作用，是无用电流。通过选择电极材料和设计电极的几何形状及电极分布，使得纵向电流占总电流的比例较大，横向电流比例小，可有效地向植入电子器件供电。

采用紧贴皮肤的电极组(称为电极皮肤单元)，利用生物组织的离子型传导电流将激励到体外电极组的电能耦合到体内电极组，并传递到植入电池和电子器件。考虑电极的极化效应和离子型传导电流的特点，直接接触供电单元的电流为交流电流。

当体外是直流电池供电时，DC/AC转换器将外部电池Vs变换为适当电压幅度和频率的交流电压Vl，并作用于电极皮肤单元的体外电极l和2；在交流电压的作用下，皮肤内部形成交流电流，并在电极皮肤单元的体内电极3和4输出交流电流；体内的AC/DC转换器将交流电流变换为直流电流，向体内的储能元件(可充电电池或超级电容)充电，同时向植入电子器件供电。

这一能量传递过程的关键是在不伤害皮肤的前提下将体外电极电流最有效地传递到体内电极，形成有效的对储能元件的充电电流和对植入电子器件的供电电流。

虽然在皮肤内部电流是分布的，但在4个电极为了对电池充电，必须在体内电极与电池之间插入整流器，(vl，R1)是交流电源的电压和内阻，(v2，R2)是植入电池的电压和内阻。

电极3和4间的开路电压V₃₄为：

V34=Z5R1+Z1+Z2+Z5V1]]>

当V₃₄的最大值大于植入电池电压(V₂)和2个二极管的正向导通电压(V_d)时，植入电池可以被充电，即V₃₄＞V₂+2V_d

综合上述两式可得，