一種微型植入電刺激無(wú)線射頻供電裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于醫(yī)療器械領(lǐng)域，涉及一種微型植入電刺激無(wú)線射頻供電裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]電刺激是通過(guò)電極施加電流到可興奮的神經(jīng)組織，產(chǎn)生局部電場(chǎng)，使附近神經(jīng)元軸突膜去極化而大量鈣離子流出，通過(guò)神經(jīng)遞質(zhì)引發(fā)肌纖維收縮。從20世紀(jì)60年代至今，電刺激經(jīng)歷了貼附式、經(jīng)皮式和植入式的發(fā)展過(guò)程。植入式電刺激因定位準(zhǔn)確，重復(fù)性好，是目前研宄的重點(diǎn)。多數(shù)植入電刺激醫(yī)療器械，內(nèi)置微型電池，以心臟起搏器為代表。此類設(shè)計(jì)電池體積比較大，同時(shí)電池能量耗盡時(shí)則需要復(fù)雜的外科手術(shù)進(jìn)行更換。
[0003]植入神經(jīng)電刺激系統(tǒng)在臨床治療的應(yīng)用趨于多元化。1994年，美敦力(Medtronic)公司開始研制用于治療堵塞性睡眠呼吸暫停(OSA)植入刺激器(Inspire IISystem)，該植入設(shè)備通過(guò)監(jiān)測(cè)睡眠呼吸胸口的壓力變化，一旦呼吸動(dòng)作停止，管理器就通過(guò)刺激電極給予舌下神經(jīng)刺激，從而打開上呼吸道。2006年，美國(guó)南加州大學(xué)Loeb研宄小組報(bào)道了單通道神經(jīng)刺激器B1N系統(tǒng)，用于治療運(yùn)動(dòng)功能障礙，包括中風(fēng)后肩關(guān)節(jié)半脫臼、足下垂行走康復(fù)等臨床應(yīng)用，取得了極好的臨床效果。2008年，清華大學(xué)李路明團(tuán)隊(duì)研制了一款針對(duì)帕金森綜合癥的中樞神經(jīng)刺激器，通過(guò)電脈沖刺激多巴胺分泌?；陔姶鸥袘?yīng)理論的體外無(wú)線供電技術(shù)在植入醫(yī)療儀器中應(yīng)用對(duì)可靠性和安全性提出了更高要求，同時(shí)人體阻抗變化及的傳輸效率的不足限制了無(wú)線供電技術(shù)的推廣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]鑒于此，本發(fā)明提供一種微型植入電刺激無(wú)線射頻供電裝置，該裝置可高效穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的電磁場(chǎng)，安全驅(qū)動(dòng)體內(nèi)微型植入電刺激器，同時(shí)可為其他無(wú)線終端系統(tǒng)提供能量供給。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0006]一種微型植入電刺激無(wú)線射頻供電裝置，包括控制電路和發(fā)射天線，所述控制電路包括無(wú)線通訊電路、微控制器、E類振蕩功率放大器和阻抗匹配電路，所述阻抗匹配電路與發(fā)射天線連接；所述無(wú)線通訊電路與微控制器通訊；所述穩(wěn)壓電路對(duì)電源進(jìn)行電壓變換，以供控制電路工作；所述穩(wěn)壓電路的第一輸出端分別與無(wú)線通訊電路的電源端、微控制器電源端連接，穩(wěn)壓電路的第二輸出端與E類振蕩功率放大器的電源輸入端連接；所述微控制器的第一輸出端與E類振蕩功率放大器連接，所述微控制器的第二輸出端與保護(hù)電路的輸入端連接；所述保護(hù)電路的電源輸入端與電源連接，所述保護(hù)電路的輸出端與E類振蕩功率放大器連接；所述E類振蕩功率放大器的輸出端與阻抗匹配電路連接。
[0007]進(jìn)一步，所述E類振蕩功率放大器包括依次連接的振蕩電路、分頻電路、驅(qū)動(dòng)電路和斬波電路；所述振蕩電路、分頻電路和驅(qū)動(dòng)電路的電源輸入端分別與穩(wěn)壓電路的第二輸出端連接；所述斬波電路的電源輸入端與保護(hù)電路的輸出端連接，所述斬波電路的輸出端與阻抗匹配電路連接；所述微控制器的第一輸出端與分頻電路連接。
[0008]進(jìn)一步，所述振蕩電路包括振蕩器、第一非門和第二非門，所述振蕩器的兩端分別接對(duì)地電容，振蕩器的兩端并聯(lián)第一電阻，所述第一非門的輸入與振蕩器的一端連接，第一非門的輸出端經(jīng)第二電阻與振蕩器的另一端連接，第一非門的輸出端與第二非門的輸入端連接，第二非門的輸出端與分頻電路的輸入端連接。
[0009]進(jìn)一步，所述驅(qū)動(dòng)電路包括依次串聯(lián)的一級(jí)非門電路、二級(jí)非門電路和三級(jí)非門電路；所述一級(jí)非門路包括一個(gè)非門，所述二級(jí)非門電路包括三個(gè)并聯(lián)的非門，三個(gè)非門的輸入端并聯(lián)，三個(gè)非門的輸出端并聯(lián)；所述三級(jí)非門電路包括六個(gè)并聯(lián)的非門，六個(gè)非門的輸入端并聯(lián)，六個(gè)非門的輸出端并聯(lián)；所述一級(jí)非門的輸入端與分頻電路的輸出端連接，所述三級(jí)非門電路的輸出端與斬波電路的輸入端連接。
[0010]進(jìn)一步，所述斬波電路包括扼流線圈LI和場(chǎng)效應(yīng)管M1，所述扼流線圈的一端與保護(hù)電路的輸出端連接，所述扼流線圈的另一端分別與場(chǎng)效應(yīng)管的漏極、阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入端連接；所述場(chǎng)效應(yīng)管的柵極與驅(qū)動(dòng)電路的輸出端連接，源極接地。
[0011]進(jìn)一步，所述阻抗匹配電路為類JT型匹配電路，包括線圈L2、第一電容Cl、第二電容C2和第三電容C3 ;所述線圈L2的一端分別與場(chǎng)效應(yīng)管Ml的漏極、第一電容Cl的一端連接，第一電容Cl的另一端接地；所述線圈L2的另一端與第二電容C2的一端連接，第二電容C2的另一端分別與第三電容C3的一端、發(fā)射天線的輸入端連接，所述第三電容C3的另一端接地。
[0012]進(jìn)一步，所述發(fā)射天線包括發(fā)射線圈L11、第十電容C10、第^^一電容Cll和第十二電容C12 ;所述發(fā)射線圈Lll與第十二電容C12并聯(lián)，所述發(fā)射線圈Lll的一端與第十電容ClO連接，另一端與第十一電容Cl I連接，所述第十電容ClO的另一端接地，所述第十一電容Cll的另一端與分別與第二電容C2、第三電容C3連接。
[0013]進(jìn)一步，所述發(fā)射線圈由兩匝線圈和屏蔽體構(gòu)成，發(fā)射線圈與屏蔽體印制在同一電路板上；所述屏蔽體為弧形結(jié)構(gòu)，其設(shè)置于兩匝線圈的下方，所述屏蔽體接地，
[0014]進(jìn)一步，所述穩(wěn)壓電路、保護(hù)電路分別通過(guò)電源連接器與電源連接；所述電源連接器為磁性連接器，能將直流電源與無(wú)線射頻供電裝置斷開。
[0015]由于采用了以上技術(shù)方案，本發(fā)明具有以下有益技術(shù)效果:
[0016]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了人體內(nèi)外間的信號(hào)與能量的同時(shí)傳遞；
[0017]在本發(fā)明中，電路與天線為一體，有效地解決了批量生產(chǎn)所面臨的發(fā)射天線一致性問(wèn)題；特殊的功率放大電路與諧振電路，實(shí)現(xiàn)了射頻電刺激波的高功率、高效率的發(fā)射；
[0018]本發(fā)明適合用于植入電刺激器的無(wú)線持續(xù)供電與信號(hào)控制，同時(shí)也可用于體內(nèi)電刺激器的充電，具有很好的安全性和實(shí)用性，能帶來(lái)很好的實(shí)用價(jià)值、社會(huì)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
【附圖說(shuō)明】
[0019]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，其中:
[0020]圖1為植入電刺激器無(wú)線供電裝置的示意圖；
[0021]圖2為E類功率驅(qū)動(dòng)器的電路圖；
[0022]圖3為印制電路板結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]以下將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述；應(yīng)當(dāng)理解，優(yōu)選實(shí)施例僅為了說(shuō)明本發(fā)明，而不是為了限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0024]如圖1所示，一種微型植入電刺激無(wú)線射頻供電裝置，包括控制電路和發(fā)射天線，所述控制電路包括無(wú)線通訊電路、微控制器、E類振蕩功率放大器和阻抗匹配電路，所述阻抗匹配電路與發(fā)射天線連接；所述無(wú)線通訊電路與微控制器通訊；所述穩(wěn)壓電路對(duì)電源進(jìn)行電壓變換，以供控制電路工作；所述穩(wěn)壓電路的第一輸出端分別與無(wú)線通訊電路的電源端、微控制器電源端連接，穩(wěn)壓電路的第二輸出端與E類振蕩功率放大器的電源輸入端連接；所述微控制器的第一輸出端與E類振蕩功率放大器連接，所述微控制器的第二輸出端與保護(hù)電路的輸入端連接；所述保護(hù)電路的電源輸入端與電源連接，所述保護(hù)電路的輸出端與E類振蕩功率放大器連接；所述E類振蕩功率放大器的輸出端與阻抗匹配電路連接。
[0025]微型植入電刺激無(wú)線射頻供電裝置的信號(hào)流程是，微控控制器解譯無(wú)線通訊命令，并根據(jù)保護(hù)電路判定有無(wú)負(fù)載及外界金屬干擾，產(chǎn)生電刺激控制信號(hào)，調(diào)制E類振蕩功率放大器。E類振蕩功率放大器將外接直流電源斬波成半正弦射頻信號(hào)，阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)把半正弦射頻信號(hào)濾波成正弦信號(hào)，發(fā)射天線通過(guò)諧振產(chǎn)生大電流射頻信號(hào)，進(jìn)而發(fā)射足夠強(qiáng)度的射頻電磁波。
[0026]所述穩(wěn)壓電路、保護(hù)電路分別通過(guò)電源連接器與電源連接。所述電源連接器為磁性連接器，能將直流電源與無(wú)線射頻供電裝置斷開，以減少意外力對(duì)系統(tǒng)的損壞。在本實(shí)施例中，電源連接器具有防反插功能，以圖1為例，電源連接器的I腳與3腳相連，這樣其電氣連接圖是對(duì)稱的，無(wú)論從哪個(gè)方向連接，均能正常工作。
[0027]在本實(shí)施例中，穩(wěn)壓電路是對(duì)外接直流電源進(jìn)行電壓變換，產(chǎn)生5V和3.3V的電源，以供控制電路工作。其中，5V電源供予振蕩電路、分頻電路、驅(qū)動(dòng)電路，3.3V電源供予微控制器及無(wú)線通訊電路。3.3V與5V的電源電路優(yōu)選線性穩(wěn)壓電路。
[0028]保護(hù)電路具有檢測(cè)斬波電路的直流電流的功能，微控制器通過(guò)其內(nèi)置的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換獲取數(shù)字化的電流大小，并與設(shè)定的有載最大值頂ax與有載最小值IMin比較，判定是否有人體負(fù)載，或有無(wú)外界金屬干擾，若只有人體負(fù)載則正常發(fā)射，否則均處于關(guān)斷，并把相應(yīng)的狀態(tài)還回給人機(jī)交互界面。
[0029]如圖2所示，所述E類振蕩功率放大器包括依次連接的振蕩電路、分頻電路、驅(qū)動(dòng)電路和斬波電路；所述振蕩電路、分頻電路和驅(qū)動(dòng)電路的電源輸入端分別與穩(wěn)壓電路的第二輸出端連接；所述斬波電路的電源輸入端與保護(hù)電路的輸出端連接，所述斬波電路的輸出端與阻抗匹配電路連接；所述微控制器的第一輸出端與分頻電路連接。振蕩器Y采用2fQ頻率的晶體振蕩器，其與非門相連輸出頻率的方波，然后通過(guò)分頻電路分頻，產(chǎn)生f Y頻率的方波。
[0030]所述振蕩電路包括振蕩器Yl、第一非門U2A和