自供能心臟起搏器的制造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種自供能心臟起搏器，包括：心律監(jiān)測部、脈沖發(fā)生器、刺激電極以及發(fā)電部。發(fā)電部包括發(fā)電主體、輸出單元、電能存儲單元、固定單元以及封裝層。其中，發(fā)電主體為多層薄膜結(jié)構(gòu)，包括位于發(fā)電主體中心的壓電材料層，以及位于壓電材料層兩側(cè)的電極層，發(fā)電主體通過貼附于心臟表面以采集心臟能量用于產(chǎn)生電能。輸出單元與電極層相連接，用于將發(fā)電主體產(chǎn)生的電流輸出給電能存儲單元。電能存儲單元用于存儲電能并為心律監(jiān)測部、脈沖發(fā)生器供電。固定單元位于發(fā)電主體的邊緣，用于將發(fā)電主體固定于心外膜。封裝層覆蓋于發(fā)電主體、輸出單元、電能存儲單元以及固定單元的表面。本實用新型的自供能心臟起搏器無需更換電池，可以終身使用。
【專利說明】自供能心臟起搏器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種自供能心臟起搏器，屬于醫(yī)療器械領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]對于各類藥物治療效果不佳、且癥狀明顯的緩慢型心律失?；颊?，往往需要安裝植入式的電子心臟起搏器，從而提高患者的心率以及心輸出量。但現(xiàn)有的植入式電子心臟起搏器均使用電池供電。一般而言，SSI型單腔起搏器的電池使用時間為8年；SSIR型單腔起搏器的電池使用時間為7年；DDD型雙腔起搏器的電池使用時間為6年；DDDR型雙腔起搏器的電池使用時間僅為5年。當(dāng)電池耗竭后只能通過外科手術(shù)的方式更換電池。此外，在實際使用中，心臟起搏器電池使用時間依據(jù)患者自身心率的不同而存在較大差異。
[0003]然而，通過手術(shù)的方式更換電子起搏器的電池既會給患者造成生理上的痛苦以及心理上的恐懼和焦慮，還會增加患者及其家庭的經(jīng)濟負擔(dān)。
實用新型內(nèi)容
[0004]為解決上述問題，本實用新型采用了如下結(jié)構(gòu):
[0005]本實用新型提供一種自供能心臟起搏器，其特征在于，包括:用于監(jiān)測心臟電活動的心律監(jiān)測芯片；用于產(chǎn)生電刺激的脈沖發(fā)生器；用于將電刺激傳導(dǎo)至心臟的刺激電極；以及為心律監(jiān)測芯片、脈沖發(fā)生器供電的發(fā)電部。其中，發(fā)電部包括包括發(fā)電主體、輸出單元、電能存儲單元、固定單元以及封裝層，發(fā)電主體為多層薄膜結(jié)構(gòu)，包括位于發(fā)電主體中心的壓電材料層，以及位于壓電材料層兩側(cè)的電極層，發(fā)電主體通過貼附于心臟表面以采集心臟跳動的能量并轉(zhuǎn)化為電能，輸出單元與電極層相連接，用于將發(fā)電主體產(chǎn)生的電流輸出給電能存儲單元，電能存儲單元用于存儲電能并為脈沖發(fā)生器、心律監(jiān)測芯片和刺激電極供電。固定單元位于發(fā)電主體的邊緣，用于將發(fā)電主體固定于心外膜。封裝層覆蓋于發(fā)電主體、輸出單元、電能存儲單元以及固定單元的表面。
[0006]另外，在本實用新型的自供能心臟起搏器中，還可以具有這樣的特征:其中，發(fā)電主體的形狀為四邊形，固定單元位于四邊形的兩條窄邊的中間。
[0007]另外，在本實用新型的自供能心臟起搏器中，還可以具有這樣的特征:其中，發(fā)電主體的形狀為三角形，固定單元位于三角形的三個頂點。
[0008]另外，在本實用新型的自供能心臟起搏器中，還可以具有這樣的特征:其中，發(fā)電主體的形狀為長圓形。
[0009]另外，在本實用新型的自供能心臟起搏器中，還可以具有這樣的特征:其中，壓電材料層含有納米級壓電材料，納米級壓電材料為壓電晶體、壓電陶瓷和有機壓電聚合物中的任意一種。
[0010]另外，在本實用新型的自供能心臟起搏器中，還可以具有這樣的特征:其中，壓電材料層為至少一層氧化鋅納米線陣列。
[0011]另外，在本實用新型的自供能心臟起搏器中，還可以具有這樣的特征:其中，壓電材料層可以為納米線陣列的單層或多層結(jié)構(gòu)。
[0012]另外，在本實用新型的自供能心臟起搏器中，還可以具有這樣的特征:其中，輸出單元具有輸出電極和整流濾波電路。
[0013]實用新型的作用與效果
[0014]根據(jù)本實用新型的自供能心臟起搏器，由于其發(fā)電主體直接貼附于心臟表面，因此能夠有效的將心臟的收縮與舒張使納米壓電材料發(fā)生形變，從而轉(zhuǎn)化為電能。
[0015]另一方面，由于本實用新型自供能心臟起搏器的發(fā)電主體直接貼附于心臟表面，因此只要心臟跳動，本實用新型的自供能心臟起搏器的發(fā)電主體即可以產(chǎn)生電能，因此能夠終生為自供能心臟起搏器提供電能，避免了手術(shù)更換電池的必要。
[0016]另外，由于本實用新型自供能心臟起搏器的發(fā)電主體采用點固定的方式將發(fā)電系統(tǒng)固定于心外膜，一方面能夠有效的采集心臟運動產(chǎn)生的能量，另一方面也不會對心臟的收縮和舒張運動產(chǎn)生明顯的影響。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本實用新型實施例一的自供能心臟起搏器的發(fā)電主體為四邊形的示意圖，
[0018]圖2是本實用新型實施例一的自供能心臟起搏器的發(fā)電主體的局部截面圖；
[0019]圖3是本實用新型實施例二的自供能心臟起搏器的發(fā)電主體為三角形的示意圖；
[0020]圖4是本實用新型變形例的發(fā)電主體為長圓形的示意圖；以及
[0021]圖5是本實用新型實施例的電路圖。
【具體實施方式】
[0022]以下結(jié)合附圖來說明本實用新型自供能心臟起搏器的【具體實施方式】，
[0023]<實施例一 >
[0024]圖1是實施例1中自供能心臟起搏器的發(fā)電主體為四邊形的示意圖，如圖1所示，自供能心臟起搏器10具有發(fā)電部200、脈沖發(fā)生器17和刺激電極18。其中，發(fā)電部200包括發(fā)電主體11，輸出單元、電能存儲單元16、固定單元22以及封裝層。發(fā)電主體21為矩形，在矩形的兩條窄邊上各具有一個固定單元22，用于將發(fā)電主體11以長軸方向沿著心臟收縮的方向固定于心外膜上。植入發(fā)電主體時，通過外科手術(shù)的方式顯露出心臟，將發(fā)電主體沿著心臟收縮的方向設(shè)置并將固定部縫合在心外膜上，使得發(fā)電主體與心外膜相貼合，此時發(fā)電主體會隨著心臟的跳動產(chǎn)生形變。
[0025]固定單元22由封裝層構(gòu)成，并且固定單元22的內(nèi)部沒有電極或壓電材料等發(fā)電結(jié)構(gòu)，因此在使用縫線固定時不會破壞發(fā)電主體21的發(fā)電結(jié)構(gòu)。發(fā)電主體除了以固定單元22固定之外其余部分并不固定，以利于在心臟收縮的過程中使得發(fā)電主體能夠更好的發(fā)生形變。由于發(fā)電主體采用了矩形，并且安裝方向與心臟收縮的方向一致，因此可以很好的采集心臟收縮產(chǎn)生的機械能。
[0026]輸出電極14用于將發(fā)電主體產(chǎn)生的電能輸出給電能存儲單元16，在電能存儲單元16之前還具有整流濾波電路15，用于對輸出電極14輸出的電流進行整流濾波，從而使得輸出的電流更加穩(wěn)定。電能存儲單元16將電能供應(yīng)給自供能心臟起搏器的脈沖發(fā)生器17,并通過刺激電極刺激心臟，使心臟恢復(fù)跳動。[0027]圖2是本實用新型實施例的自供能心臟起搏器的發(fā)電主體部分的截面圖，如圖2所示，發(fā)電主體11為多層薄膜結(jié)構(gòu)，它的中心層為壓電材料層31，壓電材料層31由ZnO納米線陣列組成，壓電材料層31的兩側(cè)分別為電極層32和電極層33，電極層32和電極層33分別與輸出電極14相連接(圖中未顯示)。封裝層34位于電極層電極層32和電極層33的外側(cè)，封裝層34具有良好的絕緣性，同時封裝層34也具有良好的生物相容性，使得發(fā)電主體12以及自供能心臟起搏器的其它結(jié)構(gòu)在植入體內(nèi)時不會引起免疫反應(yīng)。自供能心臟起搏器20的各個組成部分的表面均覆蓋有一層絕緣的封裝層34，封裝層34使用高分子聚合材料。
[0028]圖5是本實用新型實施例的電路圖，如圖5所示，發(fā)電主體21與整流濾波電路15相連接，發(fā)電主體21產(chǎn)生的電能經(jīng)過整流濾波電路15后對電能存儲單16進行充電，電能存儲單元16用于為用電器進行供電。
[0029]實施例的作用與效果
[0030]根據(jù)本實施例的自供能心臟起搏器，由于發(fā)電主體采用了矩形，并且安裝方向與心臟收縮的方向一致，在心臟收縮時能夠使得矩形產(chǎn)生最大的形變，因此可以很好的采集心臟收縮產(chǎn)生的機械能。
[0031]另外，由于固定單元只固定了發(fā)電主體的矩形的兩個短邊，發(fā)電主體的其它部分沒有固定，因此在心臟收縮的過程中不僅不會限制心臟的收縮，同時也可以最大限度的產(chǎn)生形變，從而產(chǎn)生更多的電能。
[0032]另一方面，由于本實用新型的自供能心臟起搏器是以心臟跳動產(chǎn)生的動能作為能量來源，因此只要心臟跳動，本實用新型的自供能心臟起搏器即可以產(chǎn)生能量，因此能夠終生為植入人體的電子設(shè)備提供電能，避免了更換電池的麻煩。
[0033]此外，由于發(fā)電主體采用多層薄膜結(jié)構(gòu)，并且其中采用了納米級的壓電材料，因此整個發(fā)電主體的厚度薄、順應(yīng)性好，對心臟的收縮與舒張功能無明顯影響。
[0034]<實施例二 >
[0035]圖3是本實用新型實施例的發(fā)電部為三角形的自供能心臟起搏器示意圖，如圖3所示，本實用新型的自供能心臟起搏器20的發(fā)電主體21為三角形，三角形的每個頂點位置均具有一個固定單元22，輸出電極14與電極層(見圖2)相連接，整流濾波電路15與輸出電極14相連接，電能存儲單元16連接于整流濾波電路15之后用于存儲發(fā)電主體21產(chǎn)生的電能。
[0036]發(fā)電主體21的形狀為三角形，在將其安裝于心外膜上時，利用位于三角形三個頂點上的固定單元22將發(fā)電主體21固定于心外膜上。而發(fā)電主體21的三角形的各個邊并不固定，這樣既不會限制心臟的收縮和舒張，還有助于壓電材料層隨著心臟的運動發(fā)生形變從而產(chǎn)生電能。
[0037]發(fā)電主體21制作成三角形的優(yōu)點在于能夠更多的采集心臟跳動的能量，這是因為在心臟跳動的過程中不僅有橫向的收縮和舒張，也有縱向的收縮和舒張，當(dāng)采用三角形的形狀時，三角形的一個頂點設(shè)置為向著心尖的方向，而另外兩個頂點設(shè)置為與心臟橫向收縮的方向相平行，這樣不論是心臟橫向收縮是縱向收縮，均能夠帶動發(fā)電主體21變形。因此三角形的形狀比四邊形的形狀能夠更多的利用心臟跳動產(chǎn)生的能量。
[0038]固定單元22由封裝層在相應(yīng)的位置延展而形成，固定單元22的內(nèi)部不含有壓電材料和電極材料，因此可以避免在縫合時損傷壓電材料層和電極層。
[0039]電能存儲單元16將電能供應(yīng)給自供能心臟起搏器的脈沖發(fā)生器17，并通過刺激電極刺激心臟，使心臟恢復(fù)跳動。
[0040]圖2是本實用新型實施例的自供能心臟起搏器的截面圖，如圖2所示，發(fā)電主體的中心層為壓電材料層31，壓電材料層31由ZnO納米線陣列組成，壓電材料層31的兩側(cè)分別為電極層32和電極層33，電極層32和電極層33分別與輸出電極14相連接。封裝層34位于電極層32和電極層33的外側(cè)。整個自供能心臟起搏器11的表面均覆蓋有一層絕緣性好的封裝層34，封裝層34可使用高分子聚合材料，并且封裝層34具有良好的生物相容性，使得自供能心臟起搏器11在植入體內(nèi)時不會引起排異反應(yīng)。
[0041]實施例的作用與效果
[0042]根據(jù)本實施例的自供能心臟起搏器，由于發(fā)電主體采用了三角形的形狀，并且安裝方向為三形的一個尖端對著心尖的方向，另外兩個尖端與心臟橫向收縮的方向平行，因此既可以采集心臟橫向收縮產(chǎn)生的機械能也能夠采集心臟縱向收縮產(chǎn)生的機械能，與矩形的發(fā)電主體相比，采集能量的效率更高。
[0043]另外，由于固定單元只固定了三角形的三個頂點，發(fā)電主體的其它部分沒有固定，因此在心臟收縮的過程中不僅不會限制心臟的收縮，同時也可以最大限度的產(chǎn)生形變，從而產(chǎn)生更多的電能。
[0044]另一方面，由于本實用新型的自供能心臟起搏器是以心臟跳動產(chǎn)生的動能作為能量來源，因此只要心臟跳動，本實用新型的自供能心臟起搏器即可以產(chǎn)生能量，因此能夠終生為植入人體的電子設(shè)備提供電能，避免了更換電池的麻煩。
[0045]此外，由于發(fā)電主體采用多層薄膜結(jié)構(gòu)，并且其中采用了納米級的壓電材料，因此整個發(fā)電主體的厚度薄、順應(yīng)性好，對心臟的收縮與舒張功能無明顯影響。
[0046]<變形例>
[0047]本變形例與實施例一相比，除了發(fā)電主體的形狀為長圓形以外，其它的設(shè)置均相同。如圖4所示，發(fā)電主體42的形狀為長圓形，在長圓形的兩個頂點處具有固定單元41，發(fā)電主體42的形狀為長圓形的優(yōu)點在于不像矩形的四角那么尖銳，可以減輕對心臟的損傷。
[0048]當(dāng)然，本實用新型的自供能心臟起搏器的發(fā)電主體的形狀可以為多種形狀，不僅限于上述兩個實施例中的三角形、四邊形和長圓形。
[0049]而且，本實用新型的壓電材料層含有的納米級壓電材料，并不限于實施例中提到的ZnO納米線，而可以為壓電晶體、壓電陶瓷和有機壓電聚合物中的任意一種。并且壓電晶體的形狀為薄膜形狀，壓電陶瓷的形狀為納米線陣列，有機壓電聚合物為薄膜形狀。采用的材料和形狀可根據(jù)情況進行選擇。
【權(quán)利要求】
1.一種自供能心臟起搏器，其特征在于，包括: 用于監(jiān)測心臟電活動的心律監(jiān)測芯片； 用于產(chǎn)生電刺激的脈沖發(fā)生器； 用于將電刺激傳導(dǎo)至心臟的刺激電極；以及 為所述心律監(jiān)測芯片、所述脈沖發(fā)生器供電的發(fā)電部， 其中，所述發(fā)電部包括包括發(fā)電主體、輸出單元、電能存儲單元、固定單元以及封裝層，所述發(fā)電主體為多層薄膜結(jié)構(gòu)，包括位于所述發(fā)電主體中心的壓電材料層，以及位于壓電材料層兩側(cè)的電極層，所述發(fā)電主體通過貼附于心臟表面以采集心臟跳動的能量并轉(zhuǎn)化為電能， 所述輸出單元與所述電極層相連接，用于將發(fā)電主體產(chǎn)生的電流輸出給所述電能存儲單元， 所述電能存儲單元用于存儲電能并為所述脈沖發(fā)生器、所述心律監(jiān)測芯片和所述刺激電極供電， 所述固定單元位于所述發(fā)電主體的邊緣，用于將發(fā)電主體固定于心外膜， 所述封裝層覆蓋于所述發(fā)電主體、所述輸出單元、所述電能存儲單元以及所述固定單元的表面。
2.如權(quán)利要求1所述的自供能心臟起搏器，其特征在于: 其中，所述發(fā)電主體的形狀為四邊形，所述固定單元位于四邊形的兩條窄邊的中間。
3.如權(quán)利要求1所述的自供能心臟起搏器，其特征在于: 其中，所述發(fā)電主體的形狀為三角形，所述固定單元位于三角形的三個頂點。
4.如權(quán)利要求1所述的自供能心臟起搏器，其特征在于: 其中，所述發(fā)電主體的形狀為長圓形。
5.如權(quán)利要求1所述的自供能心臟起搏器，其特征在于: 其中，所述壓電材料層為至少一層氧化鋅納米線陣列。
6.如權(quán)利要求5所述的自供能心臟起搏器，其特征在于: 其中，所述壓電材料層可以為納米級壓電材料的單層或多層結(jié)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求1所述的自供能心臟起搏器，其特征在于: 其中，輸出單元具有輸出電極和整流濾波電路。
【文檔編號】A61N1/365GK203694406SQ201320870127
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2013年12月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月26日
【發(fā)明者】張 浩, 曲丹, 郎希龍, 徐志云 申請人:中國人民解放軍第二軍醫(yī)大學(xué)