植入式醫(yī)療儀器用具有調(diào)頻調(diào)幅功能的經(jīng)皮無(wú)線(xiàn)充電裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種植入式醫(yī)療儀器用具有調(diào)頻調(diào)幅功能的經(jīng)皮無(wú)線(xiàn)充電裝置，體外采用內(nèi)置同軸磁芯的扁平狀線(xiàn)圈，體內(nèi)采用空心線(xiàn)圈，實(shí)現(xiàn)從體外向體內(nèi)植入式醫(yī)療儀器充電，通過(guò)閉環(huán)控制調(diào)節(jié)發(fā)射頻率和幅值實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最佳工作點(diǎn)控制，防止因充電效率低導(dǎo)致體內(nèi)植入式醫(yī)療儀器溫度過(guò)高對(duì)人體的影響，同時(shí)體外充電器通過(guò)電路設(shè)計(jì)可保證不存在發(fā)熱超過(guò)人體安全限值。
【專(zhuān)利說(shuō)明】植入式醫(yī)療儀器用具有調(diào)頻調(diào)幅功能的經(jīng)皮無(wú)線(xiàn)充電裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于植入式醫(yī)療儀器的具有調(diào)頻調(diào)幅功能的經(jīng)皮無(wú)線(xiàn)充電裝置，屬于植入式醫(yī)療儀器【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]植入式醫(yī)療儀器種類(lèi)多樣、應(yīng)用范圍廣泛，目前市場(chǎng)上已有的植入式醫(yī)療產(chǎn)品多采用高能量密度的鋰原電池進(jìn)行供電，壽命大多較短。近年來(lái)，隨著無(wú)線(xiàn)技術(shù)和鋰充電電池技術(shù)的發(fā)展，開(kāi)發(fā)壽命更長(zhǎng)的可充電的植入式醫(yī)療儀器產(chǎn)品已經(jīng)成為未來(lái)發(fā)展的主流趨勢(shì)。
[0003]植入式醫(yī)療儀器植入患者體內(nèi)，與體外充電裝置間有皮膚等組織隔離，需要采用經(jīng)皮無(wú)線(xiàn)充電方式。該充電方式一般基于電磁耦合原理，利用電磁場(chǎng)穿透人體皮膚向植入式醫(yī)療儀器傳遞能量。植入式醫(yī)療儀器一般使用生物相容性的金屬鈦密封，形成了較強(qiáng)的電磁屏蔽，然而由于電磁耦合過(guò)程中鈦外殼存在渦流效應(yīng)等影響，極易引發(fā)充電過(guò)程中體內(nèi)植入式醫(yī)療儀器發(fā)熱的問(wèn)題。充電過(guò)程中很難對(duì)植入體內(nèi)的鈦外殼內(nèi)部的線(xiàn)圈和電路準(zhǔn)確定位，存在由于體內(nèi)外裝置對(duì)位過(guò)偏或充電起始階段對(duì)位時(shí)間過(guò)長(zhǎng)引起體內(nèi)植入式醫(yī)療儀器發(fā)熱增加的問(wèn)題。針對(duì)對(duì)位問(wèn)題，US20110022125采用旋轉(zhuǎn)偏心磁芯來(lái)調(diào)整體內(nèi)外裝置的對(duì)位關(guān)系，US20130023958采用多個(gè)傳感線(xiàn)圈檢測(cè)體內(nèi)外裝置的相對(duì)位置并在屏幕上進(jìn)行對(duì)位顯示，W09918879采用霍爾傳感器測(cè)量磁場(chǎng)強(qiáng)度的方法進(jìn)行對(duì)位提示；針對(duì)發(fā)熱問(wèn)題，US2013105115利用相變材料吸收熱量從而抑制儀器溫升增加，US5991665利用冷卻風(fēng)扇進(jìn)行溫度控制，US20110022125通過(guò)調(diào)整發(fā)射功率和占空比進(jìn)行溫度反饋的閉環(huán)控制。然而，以上的方案中，對(duì)位調(diào)節(jié)速度受體內(nèi)、外裝置無(wú)線(xiàn)通信周期限制，存在調(diào)節(jié)響應(yīng)速度慢的問(wèn)題，同時(shí)，額外的傳感器模塊或散熱模塊會(huì)帶來(lái)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問(wèn)題。另外，體內(nèi)植入式醫(yī)療儀器在不同對(duì)位位置、不同充電階段，會(huì)導(dǎo)致經(jīng)皮無(wú)線(xiàn)充電裝置的最佳工作點(diǎn)不同，充電效率也不同，進(jìn)而導(dǎo)致體內(nèi)裝置發(fā)熱也不同。
[0004]為解決上述問(wèn)題，可通過(guò)直接監(jiān)測(cè)體外充電狀態(tài)(如發(fā)射電流)來(lái)實(shí)現(xiàn)體內(nèi)外裝置的快速對(duì)位，從而避免因系統(tǒng)通信周期長(zhǎng)造成體內(nèi)外裝置對(duì)位響應(yīng)慢的問(wèn)題。在經(jīng)皮無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)中，發(fā)射能量的頻率和幅值是充電系統(tǒng)的最關(guān)鍵參數(shù)，充電系統(tǒng)的最佳工作頻率點(diǎn)一般位于系統(tǒng)諧振頻率附近，結(jié)合最佳工作幅值點(diǎn)調(diào)節(jié)可實(shí)現(xiàn)充電效率的最優(yōu)化控制，因此，需要基于經(jīng)皮無(wú)線(xiàn)通信閉環(huán)反饋來(lái)控制經(jīng)皮無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)工作在效率最優(yōu)點(diǎn)，即最佳工作點(diǎn)，從而最大程度降低因充電效率低而帶來(lái)體內(nèi)植入式醫(yī)療儀器的發(fā)熱。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種能夠滿(mǎn)足植入式醫(yī)療儀器要求的具有調(diào)頻調(diào)幅功能的經(jīng)皮無(wú)線(xiàn)充電裝置，通過(guò)閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)不同充電階段、不同對(duì)位位置充電系統(tǒng)工作在最佳工作點(diǎn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)體外向體內(nèi)充電效率最高，避免體內(nèi)發(fā)熱超過(guò)規(guī)定限值。[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:
[0007]—種經(jīng)皮無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)，包括體外發(fā)射裝置和體內(nèi)接收裝置，其中
[0008]所述體外發(fā)射裝置包括充電部、體外天線(xiàn)部、第一狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置和第一控制裝置；
[0009]所述充電部包括充電驅(qū)動(dòng)裝置、通信驅(qū)動(dòng)裝置和通信信號(hào)處理裝置；
[0010]所述體外天線(xiàn)部包括外殼、體外通信線(xiàn)圈單元、體外充電線(xiàn)圈單元和電氣連接裝置；所述充電驅(qū)動(dòng)裝置產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)電信號(hào)通過(guò)所述電氣連接裝置傳送到所述體外充電線(xiàn)圈單元，所述通信驅(qū)動(dòng)裝置和通信信號(hào)處理裝置通過(guò)所述電氣連接裝置與所述體外通信線(xiàn)圈單元相連；
[0011]所述第一狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置能夠檢測(cè)所述體外通信線(xiàn)圈單元及所述體外充電線(xiàn)圈單元的工作狀態(tài)，并將測(cè)量得到的數(shù)據(jù)發(fā)送到所述第一控制裝置；
[0012]所述體內(nèi)接收裝置包括電能儲(chǔ)存部、體內(nèi)天線(xiàn)部、第二狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置和第二控制
裝置；
[0013]所述體內(nèi)天線(xiàn)部包括體內(nèi)通信線(xiàn)圈單元和能量接收線(xiàn)圈單元；所述能量接收線(xiàn)圈單元以諧振耦合方式接收所述體外充電線(xiàn)圈單元發(fā)射的能量；
[0014]所述第二狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置能夠檢測(cè)所述電能儲(chǔ)存部的工作狀態(tài)，并將測(cè)量得到的數(shù)據(jù)發(fā)送到所述第二控制裝置；
[0015]所述第二控制裝置將所述電能儲(chǔ)存部的工作狀態(tài)的數(shù)據(jù)通過(guò)體內(nèi)通信線(xiàn)圈單元、體外通信單元發(fā)送至所述第一控制裝置；所述第一控制裝置能夠確定最佳工作點(diǎn)的所述驅(qū)動(dòng)電信號(hào)的頻率和幅值，使得所述充電系統(tǒng)在所述最佳工作點(diǎn)具有最大的充電效率。
[0016]根據(jù)以上技術(shù)方案所述的經(jīng)皮無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)，其中，所述體外通信線(xiàn)圈單元包括一扁平狀線(xiàn)圈，以及與其同軸安置的扁平磁芯。
[0017]根據(jù)以上技術(shù)方案所述的經(jīng)皮無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)，其中，所述電能儲(chǔ)存部包括鋰離子電池。
[0018]根據(jù)以上技術(shù)方案所述的經(jīng)皮無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)，其中，所述第一狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置包括:
[0019]溫度傳感器，用于測(cè)量充電過(guò)程中散熱板的溫度；
[0020]發(fā)射電流傳感器，用于測(cè)量所述充電驅(qū)動(dòng)裝置的電流。
[0021]根據(jù)以上技術(shù)方案所述的經(jīng)皮無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)，其中，所述發(fā)射電流傳感器是電流
互感器。
[0022]根據(jù)以上技術(shù)方案所述的經(jīng)皮無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)，其中，所述溫度傳感器包括一負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，焊接在電路接線(xiàn)板的圓形區(qū)域，并固定在所述體外充電線(xiàn)圈單元的下方散熱板的中間圓槽位置，測(cè)量充電過(guò)程中散熱板的溫度；
[0023]根據(jù)以上技術(shù)方案所述的經(jīng)皮無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)，其中，所述第二狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置所檢測(cè)的所述電能儲(chǔ)存部的工作狀態(tài)包括以下組中的一個(gè)或多個(gè):充電電流、電池電壓、整流濾波電壓和所述體內(nèi)接收裝置的外殼溫度。
[0024]根據(jù)以上技術(shù)方案所述的經(jīng)皮無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)，其中，所述第一控制裝置在確定所述最佳工作點(diǎn)的所述驅(qū)動(dòng)電信號(hào)的頻率和幅值時(shí)最初使所述充電驅(qū)動(dòng)裝置工作在預(yù)設(shè)的起始固定發(fā)射頻率fo和發(fā)射幅值A(chǔ)tl ；[0025]隨后進(jìn)行最佳發(fā)射頻率點(diǎn)的調(diào)節(jié)，通過(guò)增加發(fā)射頻率或降低發(fā)射頻率計(jì)算當(dāng)前發(fā)射參數(shù)下的充電效率，當(dāng)當(dāng)前充電效率最大時(shí)，結(jié)束發(fā)射頻率的調(diào)節(jié)；
[0026]再隨后進(jìn)行發(fā)射幅值的調(diào)節(jié)，通過(guò)增加發(fā)射幅值或降低發(fā)射幅值并計(jì)算當(dāng)前發(fā)射參數(shù)下的充電效率，當(dāng)當(dāng)前充電效率最大時(shí)，結(jié)束發(fā)射幅值的調(diào)節(jié)；系統(tǒng)即進(jìn)入最佳工作點(diǎn)對(duì)體內(nèi)植入式醫(yī)療儀器進(jìn)行充電。
[0027]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果:
[0028](I)體外發(fā)射電流監(jiān)測(cè)，而非經(jīng)皮無(wú)線(xiàn)通信反饋來(lái)判斷耦合位置，能夠快速實(shí)現(xiàn)體內(nèi)、外裝置的最佳耦合對(duì)位，減小充電對(duì)位過(guò)程時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而導(dǎo)致體內(nèi)植入式醫(yī)療儀器的發(fā)熱增加；
[0029](2)能夠通過(guò)體內(nèi)、外充電狀態(tài)的信息反饋，實(shí)現(xiàn)基于充電效率優(yōu)化策略的最佳工作點(diǎn)控制，提高充電效率，提高可靠性和安全性；
[0030](3)在不同對(duì)位位置或不同充電階段的情況下，能夠自動(dòng)調(diào)整發(fā)射頻率和幅值，以保證系統(tǒng)工作在最佳工作點(diǎn)，有效控制體內(nèi)植入式醫(yī)療儀器發(fā)熱在安全限值以?xún)?nèi)；
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0031]圖1是本發(fā)明的整體示意圖
[0032]圖2是天線(xiàn)部分的結(jié)構(gòu)組件示意圖
[0033]圖3是天線(xiàn)部分的組件安裝示意圖
[0034]圖4是體內(nèi)、外裝置對(duì)位示意圖
[0035]圖5是體外充電器功能模塊示意圖
[0036]圖6是閉環(huán)反饋控制示意圖
[0037]圖7是體外充電器工作流程示意圖
【具體實(shí)施方式】
[0038]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的植入式醫(yī)療儀器用具有調(diào)頻調(diào)幅功能的經(jīng)皮無(wú)線(xiàn)充電裝置的實(shí)施方式做出詳細(xì)說(shuō)明。
[0039]如圖1所示，本發(fā)明的植入式醫(yī)療儀器用具有調(diào)頻調(diào)幅功能的經(jīng)皮無(wú)線(xiàn)充電裝置，由體外充電器和體內(nèi)植入式醫(yī)療儀器50組成；其中體外充電器由充電部分10和天線(xiàn)部分14組成。天線(xiàn)部分14包括體外充電線(xiàn)圈11、體外通信線(xiàn)圈12、體外充電線(xiàn)圈11和體外通信線(xiàn)圈12共用扁平磁芯13等，植入式醫(yī)療儀器鈦殼50內(nèi)部包括能量接收線(xiàn)圈51、體內(nèi)通信線(xiàn)圈52、充電控制電路53、充電電池54等。
[0040]內(nèi)置扁平磁芯13的體外充電線(xiàn)圈11和能量接收線(xiàn)圈51通過(guò)電磁耦合實(shí)現(xiàn)經(jīng)皮膚30和鈦殼50的電磁能量傳遞。植入體內(nèi)的能量接收線(xiàn)圈51為空心扁平線(xiàn)圈，體外充電線(xiàn)圈11和扁平磁芯13的限制較少，通過(guò)調(diào)整體外充電線(xiàn)圈的發(fā)射頻率和發(fā)射幅值等，使系統(tǒng)工作在最佳工作點(diǎn)，提高經(jīng)皮無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)的充電效率，從而降低體內(nèi)植入式醫(yī)療儀器的發(fā)熱。體外通信線(xiàn)圈12和體內(nèi)通信線(xiàn)圈52通過(guò)電磁耦合方式進(jìn)行體、內(nèi)外信息的雙向傳遞。
[0041]如圖2所示，用于植入式醫(yī)療儀器的具有調(diào)頻調(diào)幅功能的經(jīng)皮無(wú)線(xiàn)充電裝置的天線(xiàn)部分14由外殼16、體外充電線(xiàn)圈11、體外通信線(xiàn)圈12、扁平磁芯13、電路接線(xiàn)板15、負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻17、散熱板18等組成；其中外殼16貼近人體皮膚的一側(cè)內(nèi)嵌有散熱板18，以利于體內(nèi)植入式醫(yī)療儀器50的導(dǎo)熱。電路接線(xiàn)板15為柔性線(xiàn)路板，與充電部分10連接的一端局部做FR-4補(bǔ)強(qiáng)，另一端圓形區(qū)域焊接有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻17，并固定在散熱板的中心圓槽內(nèi)。其中，磁芯13的使用可以調(diào)節(jié)體外充電線(xiàn)圈11和體外通信線(xiàn)圈12的電感量、匝數(shù)等和經(jīng)皮無(wú)線(xiàn)充電效率密切相關(guān)的參數(shù)，以提高耦合效率。本申請(qǐng)所述裝置的扁平磁芯13和體外充電線(xiàn)圈11不存在發(fā)熱超出人體能承受的正常范圍的問(wèn)題，無(wú)需采用特殊材料散熱，安全簡(jiǎn)單。外殼16 —側(cè)內(nèi)嵌散熱板18以及負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻17，可利于體內(nèi)植入式醫(yī)療儀器的散熱以及人體皮膚組織溫度的監(jiān)測(cè)。當(dāng)負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻17監(jiān)測(cè)到人體皮膚組織溫度超過(guò)安全范圍以外，體外充電器即切斷充電操作，可及時(shí)停止體內(nèi)植入式醫(yī)療儀器的發(fā)熱，以保證人體皮膚組織的熱安全性。
[0042]如圖3所示，用于植入式醫(yī)療儀器的具有調(diào)頻調(diào)幅功能的經(jīng)皮無(wú)線(xiàn)充電裝置的天線(xiàn)部分14的各組件安裝位置為，電路接線(xiàn)板15的焊接有負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻17的圓形區(qū)域端固定在散熱板18的中心圓槽內(nèi)，在電路接線(xiàn)板15的圓形區(qū)域上面安置與外殼同軸心的扁平磁芯13，體外充電線(xiàn)圈11和體外通信線(xiàn)圈12共用內(nèi)置扁平磁芯13安置在扁平磁芯13外周，體外充電線(xiàn)圈11安置在扁平磁芯13和體外通信線(xiàn)圈12之間，電路接線(xiàn)板15局部補(bǔ)強(qiáng)端安置在與充電部分10的連接線(xiàn)出口位置附近，實(shí)現(xiàn)體外充電線(xiàn)圈11、體外通信線(xiàn)圈12和負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻17的電子線(xiàn)路與充電部分10的電氣連接。天線(xiàn)部分14各組件均安置在外殼16的同一側(cè)，其中，體外充電線(xiàn)圈11、體外通信線(xiàn)圈12、負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻17、扁平磁芯13等均通過(guò)強(qiáng)力雙面膠粘接固定在外殼16下側(cè)內(nèi)壁上，外殼16上側(cè)內(nèi)壁開(kāi)有結(jié)構(gòu)筋架，筋架上粘接有厚度約2_泡棉，進(jìn)一步加強(qiáng)固定體外充電線(xiàn)圈11、體外通信線(xiàn)圈12、扁平磁芯13等在外殼16內(nèi)的位置，電路接線(xiàn)板15通過(guò)螺釘固定在外殼16下側(cè)內(nèi)壁筋架上，體外充電線(xiàn)圈11、體外通信線(xiàn)圈12、負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻17等的連接引線(xiàn)通過(guò)電路接線(xiàn)板15轉(zhuǎn)接與充電部分10進(jìn)行電氣連接。
[0043]如圖4所示，AO為體外充電器天線(xiàn)部分10的軸心線(xiàn)，Al為植入式醫(yī)療儀器能量接收線(xiàn)圈51的軸心線(xiàn)。天線(xiàn)部分10和植入式醫(yī)療儀器外殼50對(duì)中時(shí)，AO和Al并不在重合位置，AO和Al在不同的對(duì)位位置時(shí)，傳輸效率不同，體內(nèi)裝置的發(fā)熱也不同。不同對(duì)位位置時(shí)，體外充電線(xiàn)圈11和能量接收線(xiàn)圈51的耦合系數(shù)不同，耦合系數(shù)的大小反映到體外充電器工作狀態(tài)上為發(fā)射電流的大小，耦合系數(shù)越大，映射到能量發(fā)射端的負(fù)載越大，從而發(fā)射電流越小。在充電啟動(dòng)開(kāi)始階段，可進(jìn)行監(jiān)測(cè)體外發(fā)射電流來(lái)調(diào)節(jié)體外充電線(xiàn)圈11和能量接收線(xiàn)圈51處在最佳對(duì)中位置，即AO和Al接近重合時(shí)的對(duì)位位置。
[0044]圖5所示為體外充電器功能模塊示意圖。體外充電器包含充電部分10和天線(xiàn)部分14，其中，天線(xiàn)部分14由體外充電線(xiàn)圈11、體外通信線(xiàn)圈12和負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻17等組成，充電部分10由微控制器20、充電諧振電容21、通信諧振電容22、通信處理電路23、發(fā)射電流互感器及其處理電路24、溫度信號(hào)處理電路25、驅(qū)動(dòng)放大電路26等組成。通信諧振電容22與體外通信線(xiàn)圈12組成通信諧振回路實(shí)現(xiàn)體內(nèi)、外的雙向信息傳遞，充電諧振電容21與體外充電線(xiàn)圈11組成充電諧振回路實(shí)現(xiàn)體外向體內(nèi)裝置充電的功能。通信處理電路23接收體外通信線(xiàn)圈12上的接收信號(hào)，經(jīng)過(guò)二階帶通濾波27、信號(hào)放大電路28、波形整形電路29等解調(diào)處理后，信號(hào)傳遞給微控制器20進(jìn)行體內(nèi)裝置發(fā)送信息的處理和系統(tǒng)工作狀態(tài)的控制，發(fā)射電流互感器及其處理電路24接收處理充電諧振回路的發(fā)射電流檢測(cè)信號(hào)，處理后的信號(hào)傳遞給微控制器20進(jìn)行體內(nèi)、外裝置對(duì)位位置的判斷。溫度信號(hào)處理電路25接收處理負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻17傳遞的溫度信號(hào)，通過(guò)在外部串聯(lián)一個(gè)電阻進(jìn)行電阻分壓的方式得到隨溫度變化的可被微控制器接收處理的電壓信號(hào)，處理后的電壓信號(hào)傳遞給微控制器20進(jìn)行人體皮膚表面溫度的監(jiān)測(cè)，當(dāng)監(jiān)測(cè)溫度超過(guò)人體安全限值時(shí)，系統(tǒng)將暫停充電過(guò)程以保證人體組織的熱安全性，當(dāng)監(jiān)測(cè)溫度回到監(jiān)測(cè)規(guī)定閾值內(nèi)，系統(tǒng)將重新啟動(dòng)充電過(guò)程繼續(xù)對(duì)體內(nèi)植入式醫(yī)療儀器進(jìn)行充電。驅(qū)動(dòng)放大電路26輸入端接收微控制器20的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)，并進(jìn)行功率放大，以有效驅(qū)動(dòng)控制通信諧振回路和充電諧振回路，其中驅(qū)動(dòng)放大電路26中的驅(qū)動(dòng)芯片均采用帶自適應(yīng)死區(qū)控制的全橋拓?fù)潋?qū)動(dòng)芯片。微控制器20接收來(lái)自體內(nèi)、外工作狀態(tài)的信息監(jiān)測(cè)反饋，依據(jù)效率優(yōu)化策略輸出相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)。
[0045]圖6所示為閉環(huán)反饋控制示意圖。體內(nèi)植入式醫(yī)療儀器50經(jīng)皮無(wú)線(xiàn)通信向體外充電器傳遞體內(nèi)的工作狀態(tài)，包括體內(nèi)充電電流、整流濾波電壓、電池電壓、鈦殼溫度等信息，充電諧振電路31由充電諧振電容21和體外充電線(xiàn)圈11組成，充電諧振電路31上的發(fā)射電流經(jīng)由發(fā)射電流互感器及其處理電路24向微控制器20反饋體外發(fā)射電流信息，微控制器20接收體外發(fā)射電流反饋和體內(nèi)電壓、電流、溫度等反饋的信息，進(jìn)行系統(tǒng)發(fā)射頻率和幅值的計(jì)算，進(jìn)而輸出相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)。
[0046]體外發(fā)射電流的監(jiān)測(cè)反饋，用來(lái)指示當(dāng)前體外充電器天線(xiàn)部分14和體內(nèi)植入式醫(yī)療儀器的能量接收線(xiàn)圈51的對(duì)位位置的優(yōu)劣狀態(tài)，當(dāng)體外發(fā)射電流最小時(shí)，體外充電器天線(xiàn)部分14和體內(nèi)植入式醫(yī)療儀器的能量接收線(xiàn)圈51即進(jìn)入最佳對(duì)位位置。充電對(duì)位結(jié)束后，體外充電器和體內(nèi)植入式醫(yī)療儀器經(jīng)皮無(wú)線(xiàn)通信獲取體內(nèi)充電信息，計(jì)算當(dāng)前狀態(tài)下的充電效率，基于效率優(yōu)化原則進(jìn)行發(fā)射頻率的調(diào)整。在調(diào)整到最佳頻率工作點(diǎn)后，充電效率已無(wú)法更進(jìn)一步優(yōu)化，此時(shí)進(jìn)行發(fā)射幅值的調(diào)整，保證體內(nèi)植入式醫(yī)療儀器正常充電前提下進(jìn)行效率優(yōu)化策略下的發(fā)射幅值控制，達(dá)到充電效率最優(yōu)點(diǎn)，此時(shí)，經(jīng)皮無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)工作在最佳工作點(diǎn)。
[0047]圖7所示為體外充電器工作流程示意圖。體外充電器開(kāi)機(jī)后，在充電部分10的液晶屏幕上將顯示提示充電對(duì)位開(kāi)始，通過(guò)移動(dòng)天線(xiàn)部分14位置可實(shí)時(shí)觀(guān)察充電器屏幕對(duì)位位置的優(yōu)劣狀況，當(dāng)屏幕顯示對(duì)位位置優(yōu)良時(shí)，可選擇進(jìn)入開(kāi)始充電操作；充電對(duì)位結(jié)束后，將進(jìn)行最佳工作點(diǎn)的調(diào)節(jié)控制，最初充電器工作在系統(tǒng)預(yù)設(shè)的起始固定發(fā)射頻率f_0和發(fā)射幅值A(chǔ)_0，第一步進(jìn)行最佳發(fā)射頻率點(diǎn)的調(diào)節(jié)，通過(guò)增加發(fā)射頻率或降低發(fā)射頻率計(jì)算當(dāng)前發(fā)射參數(shù)下的充電效率，當(dāng)當(dāng)前充電效率最大時(shí)，結(jié)束發(fā)射頻率的調(diào)節(jié)，進(jìn)入第二步發(fā)射幅值的調(diào)節(jié)，通過(guò)增加發(fā)射幅值或降低發(fā)射幅值計(jì)算當(dāng)前發(fā)射參數(shù)下的充電效率，當(dāng)當(dāng)前充電效率最大時(shí)，結(jié)束發(fā)射幅值的調(diào)節(jié)，系統(tǒng)進(jìn)入最佳工作點(diǎn)對(duì)體內(nèi)植入式醫(yī)療儀器進(jìn)行充電。
[0048]在鋰充電電池進(jìn)入不同充電階段(預(yù)充階段、恒流階段、恒壓階段)時(shí)，體內(nèi)裝置映射到體外的等效負(fù)載不同，此時(shí)，將重新啟動(dòng)系統(tǒng)最佳工作點(diǎn)的控制，保證系統(tǒng)工作在高充電效率環(huán)境，最大程度降低體內(nèi)植入式醫(yī)療儀器的發(fā)熱。同時(shí)，體內(nèi)植入式醫(yī)療儀器內(nèi)置有熱敏電阻監(jiān)測(cè)鈦殼溫度，當(dāng)監(jiān)測(cè)到鈦殼溫度超過(guò)設(shè)定安全閾值時(shí)，體內(nèi)裝置通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信方式將報(bào)警信號(hào)傳遞給體外裝置，體外裝置將短暫自動(dòng)切斷充電過(guò)程，并定期進(jìn)行體內(nèi)植入式醫(yī)療儀器狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，待進(jìn)入安全狀態(tài)后再繼續(xù)進(jìn)行充電過(guò)程的啟動(dòng)，以保證充電過(guò)程的安全可靠的進(jìn)行。[0049]上述方式只是本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式，對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員而言，在本發(fā)明公開(kāi)的植入式醫(yī)療儀器用具有調(diào)頻調(diào)幅功能的經(jīng)皮無(wú)線(xiàn)充電裝置的基礎(chǔ)上，很容易想到將其應(yīng)用于各種儀器系統(tǒng)，而不僅限于本發(fā)明【具體實(shí)施方式】所描述的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，因此前面描述的方式只是優(yōu)選的，而并不具有限制性的意義。
【權(quán)利要求】
1.一種經(jīng)皮無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)，包括體外發(fā)射裝置和體內(nèi)接收裝置，其中 所述體外發(fā)射裝置包括充電部、體外天線(xiàn)部、第一狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置和第一控制裝置； 所述充電部包括充電驅(qū)動(dòng)裝置、通信驅(qū)動(dòng)裝置和通信信號(hào)處理裝置； 所述體外天線(xiàn)部包括外殼、體外通信線(xiàn)圈單元、體外充電線(xiàn)圈單元和電氣連接裝置；所述充電驅(qū)動(dòng)裝置產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)電信號(hào)通過(guò)所述電氣連接裝置傳送到所述體外充電線(xiàn)圈單元，所述通信驅(qū)動(dòng)裝置和通信信號(hào)處理裝置通過(guò)所述電氣連接裝置與所述體外通信線(xiàn)圈單元相連； 所述第一狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置能夠檢測(cè)所述體外通信線(xiàn)圈單元及所述體外充電線(xiàn)圈單元的工作狀態(tài)，并將測(cè)量得到的數(shù)據(jù)發(fā)送到所述第一控制裝置； 所述體內(nèi)接收裝置包括電能儲(chǔ)存部、體內(nèi)天線(xiàn)部、第二狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置和第二控制裝置； 所述體內(nèi)天線(xiàn)部包括體內(nèi)通信線(xiàn)圈單元和能量接收線(xiàn)圈單元；所述能量接收線(xiàn)圈單元以諧振耦合方式接收所述體外充電線(xiàn)圈單元發(fā)射的能量； 所述第二狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置能夠檢測(cè)所述電能儲(chǔ)存部的工作狀態(tài)，并將測(cè)量得到的數(shù)據(jù)發(fā)送到所述第二控制裝置； 所述第二控制裝置將所述電能儲(chǔ)存部的工作狀態(tài)的數(shù)據(jù)通過(guò)體內(nèi)通信線(xiàn)圈單元、體外通信單元發(fā)送至所述第一控制裝置；所述第一控制裝置能夠確定最佳工作點(diǎn)的所述驅(qū)動(dòng)電信號(hào)的頻率和幅值，使得所述充電系統(tǒng)在所述最佳工作點(diǎn)具有最大的充電效率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的經(jīng)皮無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)，其特征在于，所述體外通信線(xiàn)圈單元包括一扁平狀線(xiàn)圈，以及與其同軸安置的扁平磁芯。`
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的經(jīng)皮無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)，其特征在于，所述電能儲(chǔ)存部包括鋰離子電池。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的經(jīng)皮無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)，其特征在于，所述第一狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置包括: 溫度傳感器，用于測(cè)量充電過(guò)程中散熱板的溫度； 發(fā)射電流傳感器，用于測(cè)量所述充電驅(qū)動(dòng)裝置的電流。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的經(jīng)皮無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)射電流傳感器是電流互感器。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的經(jīng)皮無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)，其特征在于，所述溫度傳感器包括一負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，焊接在電路接線(xiàn)板的圓形區(qū)域，并固定在所述體外充電線(xiàn)圈單元的下方散熱板的中間圓槽位置，測(cè)量充電過(guò)程中散熱板的溫度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的經(jīng)皮無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)，其特征在于，所述第二狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置所檢測(cè)的所述電能儲(chǔ)存部的工作狀態(tài)包括以下組中的一個(gè)或多個(gè):充電電流、電池電壓、整流濾波電壓和所述體內(nèi)接收裝置的外殼溫度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的經(jīng)皮無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)，其特征在于，所述第一控制裝置在確定所述最佳工作點(diǎn)的所述驅(qū)動(dòng)電信號(hào)的頻率和幅值時(shí)最初使所述充電驅(qū)動(dòng)裝置工作在預(yù)設(shè)的起始固定發(fā)射頻率fo和發(fā)射幅值A(chǔ)tl ； 隨后進(jìn)行最佳發(fā)射頻率點(diǎn)的調(diào)節(jié)，通過(guò)增加發(fā)射頻率或降低發(fā)射頻率計(jì)算當(dāng)前發(fā)射參數(shù)下的充電效率，當(dāng)當(dāng)前充電效率最大時(shí)，結(jié)束發(fā)射頻率的調(diào)節(jié)；再隨后進(jìn)行發(fā)射幅值的調(diào)節(jié)，通過(guò)增加發(fā)射幅值或降低發(fā)射幅值并計(jì)算當(dāng)前發(fā)射參數(shù)下的充電效率，當(dāng)當(dāng)前充電效率最大時(shí)，結(jié)束發(fā)射幅值的調(diào)節(jié)；系統(tǒng)即進(jìn)入最佳工作點(diǎn)對(duì)體內(nèi)植入式醫(yī)療儀器進(jìn)行充電。`
【文檔編號(hào)】H02J7/02GK103501037SQ201310469961
【公開(kāi)日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2013年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月30日
【發(fā)明者】王偉明, 李青峰, 陳少波, 郝紅偉, 馬伯志, 胡春華, 李路明 申請(qǐng)人:北京品馳醫(yī)療設(shè)備有限公司, 清華大學(xué)