專利名稱：基于ppm調(diào)制方式的經(jīng)皮雙向無線通信裝置的制作方法
基于PPM調(diào)制方式的經(jīng)皮雙向無線通信裝置技術(shù)領(lǐng)域基于PPM調(diào)制方式的經(jīng)皮雙向無線通信裝置涉及植入式醫(yī)療儀器與體外遙測/程控儀器 的雙向無線通信裝置，屬于植入式醫(yī)療儀器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
植入式醫(yī)療儀器種類很多，如植入式心臟起搏器、腦起搏器、神經(jīng)刺激器、肌肉刺激器、 心電記錄器等，由體內(nèi)植入部分和體外遙測/程控部分組成，兩者之間通過雙向無線通信交換信息。用于植入式醫(yī)療儀器的通信技術(shù)，特點是低速率、近距離、低功耗、小型化、卨可靠性。 一般情況下，因遙測/程控數(shù)據(jù)量較小，每秒鐘幾十字節(jié)以上的通信速率即可滿足要求；植入 式醫(yī)療儀器一般埋植于皮下，程控器貼于體外相應(yīng)位置，通信距離一般大于1英寸即可滿足 要求；植入式醫(yī)療儀器一般用一次性電池供電，而通信要消耗電池能源，所以要求低功耗； 植入式醫(yī)療儀器一般要求體積和重量盡量小，所以要求體內(nèi)部分的通信電路小型化；植入式 醫(yī)療儀器一般要求通信電路設(shè)計簡單、可靠。各類植入式醫(yī)療儀器普遍價格較高，但壽命大多較短。限制植入式醫(yī)療儀器壽命的主要 因素是電池的容量，現(xiàn)有的植入式醫(yī)療儀器產(chǎn)品多采用高能量密度的鋰原電池進行供電，如 鋰一亞硫酸氯電池和鋰一多氟化碳電池等。 一旦電池能量耗盡，患者便不得不重新接受手術(shù)， 更換植入式醫(yī)療儀器，不僅為患者造成身體上的創(chuàng)傷，昂貴的價格也為患者帶來巨大的經(jīng)濟 壓力。為了延長植入式醫(yī)療儀器的使用壽命，對其電路盡可能進行低功耗設(shè)計。另外，為了 減輕植入式醫(yī)療儀器作為人體內(nèi)的異物對患者身體的不利影響，體積和重量也是一個很重要 的因素，對醫(yī)療儀器電路盡可能進行小型化設(shè)計。目前臨床應(yīng)用的植入式起搏器和刺激器等， 一般為國外產(chǎn)品。為了進一步降低植入式醫(yī) 療儀器的功耗，提高其傳輸速率，PPM (Pulse Position Modulation), PIM (Pulse Interval Modulation)等脈沖調(diào)制方式在植入式醫(yī)療儀器中已有應(yīng)用?，F(xiàn)有技術(shù)中的一些基于脈沖調(diào)制方式的通信方法和裝置，大都實現(xiàn)方式復(fù)雜，或使用的元器件較多，體積較大，難以實際 應(yīng)用于植入式醫(yī)療儀器。美國發(fā)明專利"HANDHELD PATENT PROGRAMMER FOR IMPLANTABLE HUMAN TISSUE STIMULATOR"(專利號US 6， 249， 703B1)給出了一種基于脈沖調(diào)制方式的體外程控器 電路設(shè)計，其載波頻率設(shè)計為175KHz。該專利采用定制芯片直接驅(qū)動程控器發(fā)射電路，而本 發(fā)明采用低功耗常用單片機外加驅(qū)動芯片驅(qū)動程控器發(fā)射電路，本發(fā)明具有可以更加靈活調(diào) 整發(fā)射功率的特點，從而根據(jù)不同應(yīng)用需要靈活調(diào)整通信距離；同時，該專利程控器的信號 接收電路所采用的遙控紅外接收芯片現(xiàn)已停產(chǎn)，并且該芯片輸出至其定制芯片的信號電壓范 圍被限定在約5到9伏，而本發(fā)明程控器的信號接收電路設(shè)計簡單，采用常用商用芯片即可 實現(xiàn)，可替代芯片多，輸出信號約為0到3.3伏，該信號可以直接送入低功耗單片機。本發(fā) 明無需定制專用芯片，僅采用低功耗常用單片機和常用芯片即可實現(xiàn)，電路簡單，成本低， 可靠性高，同時具有適應(yīng)性強、持續(xù)發(fā)展性好的特點，可以滿足日益增多的植入式醫(yī)療系統(tǒng) 各種不同應(yīng)用的需要。發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種基于PPM調(diào)制方式的低功耗、小體積、 高可靠性的數(shù)據(jù)通信裝置，通過增加數(shù)據(jù)幀中的有用數(shù)據(jù)比例、精簡通信傳輸協(xié)議的方法， 縮短數(shù)據(jù)通信時間，降低植入式醫(yī)療儀器的通信功耗，并提高通信的可靠性。該裝置只需改 變軟件，即可適用于其他的脈沖調(diào)制方式，如P頂(Pulse Interval Modulation), PSM (Pulse Shape Modulation)等。本發(fā)明提供了一種具有基于PPM調(diào)制方式的經(jīng)皮雙向無線通信裝置， 一種植入式醫(yī)療儀器系統(tǒng)，所述無線通信裝置包括體外程控器，包括控制單元、第一發(fā)射電路、第一接收電路和第一射頻耦合單元。其中，控制單元、第一發(fā)射電路和第一射頻耦合單元共同組成程控器信號發(fā)射電路；控制單元，第 一接收電路和第一射頻耦合單元共同組成程控器信號接收電路。植入式醫(yī)療儀器，包括微控制器、第二發(fā)射電路、第二接收電路和第二射頻耦合單元。 其中，微控制器、第二發(fā)射電路和第二射頻耦合單元共同組成信號發(fā)射電路；微控制器，第 二接收電路和第二射頻耦合單元共同組成信號接收電路。掌上電腦，包括與體外程控器相連的通訊端口。其中，第一發(fā)射電路主要由驅(qū)動放大電路和全橋主拓撲的兩個橋臂組成。控制單元接收 掌上電腦傳來的數(shù)據(jù)，然后對數(shù)據(jù)進行PPM編碼，通過控制單元的P觀端口產(chǎn)生相應(yīng)的驅(qū)動 脈沖觸發(fā)第一發(fā)射電路；第一發(fā)射電路中的驅(qū)動放大電路對控制單元發(fā)出的驅(qū)動脈沖進行電 平轉(zhuǎn)換和功率放大，實現(xiàn)對功率MOSFET進行驅(qū)動；全橋主拓撲采用推拉驅(qū)動方式，兩路驅(qū)動 脈沖共地且相位相差180度，通過控制全橋主拓撲中功率MOSFET，進而控制第一射頻耦合單 元向體內(nèi)植入式醫(yī)療儀器發(fā)送調(diào)制后的相應(yīng)PPM脈沖信息，PPM載波頻率范圍設(shè)計為 120-200KHz, PPM脈沖波形為等幅振蕩脈沖波形。第一接收電路主要由限幅電路、信號放大電路、二階帶通濾波電路、脈沖整形及脈寬拓 展電路組成，用于將收到的體內(nèi)植入式醫(yī)療儀器發(fā)出的衰減振蕩PPM脈沖處理成為控制單元 能夠識別的脈沖信號，然后由控制單元進行PPM解碼，解碼后的數(shù)據(jù)通過控制單元發(fā)送給PDA。第一射頻耦合單元包括采用串聯(lián)諧振的方式連接的第一天線和第一諧振電容，其中第一 天線為空心電感線圈。第一射頻耦合單元由程控器信號發(fā)射電路和程控器信號接收電路分時 共用。第二發(fā)射電路包括開關(guān)元件；微控制器能夠?qū)σl(fā)送的信息進行PPM編碼，并且根據(jù)編 碼結(jié)果發(fā)出相應(yīng)的P觀驅(qū)動脈沖，觸發(fā)開關(guān)元件，從而控制第二射頻耦合單元產(chǎn)生相應(yīng)的PPM 脈沖，PPM載波頻率范圍設(shè)計為120-200KHz;植入式醫(yī)療儀器發(fā)射的PPM脈沖波形為衰減振 蕩脈沖。第二接收電路包括濾波限幅電路和整形電路；微控制器能夠?qū)?jīng)過整形、濾波處理后的 體內(nèi)的植入式醫(yī)療儀器天線上接收到的脈沖信息進行PPM解碼。第二射頻耦合單元包括第二天線和第二諧振電容，其中第二天線為空心電感線圈。第二 射頻耦合單元由信號發(fā)射電路和信號接收電路分時共用。本發(fā)明還提供了一種用于上述植入式醫(yī)療儀器系統(tǒng)的基于PPM調(diào)制的經(jīng)皮雙向數(shù)據(jù)傳輸 方法，該方法包括以下步驟-1. 根據(jù)需要完成的操作任務(wù)生成可用于傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀，所述數(shù)據(jù)幀包括指令信息和數(shù)據(jù) 信息。2. 根據(jù)PPM方式將數(shù)據(jù)幀調(diào)制為可通過射頻信號發(fā)送的序列，所述序列依次由幀同步脈 沖、指令信息、保護帶、數(shù)據(jù)信息組成。3. 將所述序列通過射頻信號在體外的程控器和體內(nèi)的植入式醫(yī)療儀器之間傳輸。此外，本發(fā)明還提供了一種用于上述植入式醫(yī)療儀器系統(tǒng)的基于PPM調(diào)制的經(jīng)皮雙向無 線通信方法，該方法包括以下步驟
1. 掌上電腦通過體外程控器向植入式醫(yī)療儀器發(fā)送請求通信的信息。
2. 植入式醫(yī)療儀器向體外發(fā)送返回應(yīng)答信息，該返回應(yīng)答信息由體外程控器接收，并傳 送至掌上電腦。
3. 掌上電腦通過體外程控器向植入式醫(yī)療儀器發(fā)送指令。
4. 植入式醫(yī)療儀器向體外發(fā)送返回數(shù)據(jù)信息，該返回數(shù)據(jù)信息由體外程控器接收，并傳 送至掌上電腦。其中，掌上電腦通過體外程控器向植入式醫(yī)療儀器發(fā)送指令的過程包括以下步驟 根據(jù)需要完成的操作任務(wù)生成可用于傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀，所述數(shù)據(jù)幀包括指令信息和數(shù)據(jù)信息；根據(jù)數(shù)據(jù)幀的內(nèi)容將射頻信號以PPM方式調(diào)制為可發(fā)送的序列，所述序列依次由幀同步 脈沖、指令信息、保護帶、數(shù)據(jù)信息組成；將所述序列在體外的程控器和植入式醫(yī)療儀器之間傳輸。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果(1) PPM采用120-200KHz的載波頻率范圍，可以實現(xiàn)較大流量、較快速度的數(shù)據(jù)傳輸；(2) 體外程控器信號接收和信號發(fā)射電路共用一個空心電感線圈做天線，體積小、重量 輕，同時可避免收發(fā)用兩個線圈可能產(chǎn)生的互擾，通信距離遠、可靠性高；同樣，體內(nèi)醫(yī)療 儀器信號接收和信號發(fā)射共用一個電感天線，減小了體內(nèi)醫(yī)療儀器的體積和重量，從而減小 了植入式醫(yī)療儀器作為人體內(nèi)異物對患者身體的不良影響，改善了患者的生活質(zhì)量；(3) 體內(nèi)醫(yī)療儀器向程控器發(fā)射衰減振蕩PPM脈沖，與等幅振蕩PPM脈沖相比，進一步 降低了發(fā)射功率，極大的延長了植入式醫(yī)療儀器的使用壽命；體外程控器向體內(nèi)發(fā)射等幅振 蕩PPM脈沖，可以簡化體內(nèi)信號接收電路設(shè)計，減小體內(nèi)電路體積；(4) 用途廣泛，可用于各類植入式心臟起搏器和除顫器、神經(jīng)刺激器、肌肉刺激器、心 電記錄器等，本發(fā)明具有極高的經(jīng)濟效益和社會效益。


圖1是本發(fā)明的植入式醫(yī)療儀器系統(tǒng)整體示意圖。圖2是體外程控器電路原理框圖。圖3是植入式醫(yī)療儀器通信電路原理框圖。圖4是PPM幀定義示意圖。圖5是PDA和植入式醫(yī)療儀器的會話通信過程示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的基于PPM調(diào)制方式的經(jīng)皮雙向無線通信裝置的實施方式做出詳 細說明。圖1所示的是一種用于植入式醫(yī)療儀器系統(tǒng)的基于PPM調(diào)制方式的經(jīng)皮雙向無線通信裝 置，包括植入式醫(yī)療儀器l、體外程控器2和掌上電腦(即PDA) 3。 PDA可通過程控器與體 內(nèi)的植入式醫(yī)療儀器進行無線數(shù)據(jù)傳輸，程控器為PDA和植入式醫(yī)療儀器的通訊接口設(shè)備。 PDA和程控器通信使用串口通信；程控器和體內(nèi)的植入式醫(yī)療儀器通信使用PPM無線通信調(diào) 制方式。植入體內(nèi)的植入式醫(yī)療儀器l盡量簡單，元器件數(shù)量少， 一方面降低功耗，另一方 面提高可靠性。體外程控器2限制較少，可通過改進線圈設(shè)計、調(diào)整PPM載波頻率、提高發(fā) 射線圈的電壓、提高接收放大器的增益等措施，來補償體內(nèi)通信電路l的不足，滿足無線雙 向通信系統(tǒng)的整體性能要求。如圖2所示，體外程控器包括控制單元、第一發(fā)射電路、第一接收電路和第一射頻耦合 單元。其中信號發(fā)射電路主要由控制單元，第一發(fā)射電路和第一射頻耦合單元組成。 控制單元由微控制器5及其外圍電路組成，主要完成如下三個功能微控制器5接收PDA 3串口發(fā)出的數(shù)據(jù)；然后對PDA 3傳來的數(shù)據(jù)進行PPM數(shù)字編碼；通過微控制器5的PWM 口 發(fā)出兩路與編碼結(jié)果相應(yīng)的驅(qū)動脈沖，觸發(fā)第一發(fā)射電路；微控制器可選用TI公司的產(chǎn)品 MSP430F149。第一發(fā)射電路主要由驅(qū)動放大電路6，全橋電路的左橋臂7和右橋臂8組成，主要完成 如下功能驅(qū)動放大電路6對控制單元發(fā)出的兩路P^VM脈沖進行電平轉(zhuǎn)換和功率發(fā)大；放大 后的兩路PWM脈沖驅(qū)動全橋電路左橋臂7和右橋臂8上相應(yīng)的開關(guān)管功率M0SFET，為對角功 率MOSFET同時通斷；從而使第一射頻耦合單元中的接收發(fā)送天線10，即第一天線和諧振電 容9，即第一諧振電容通過串聯(lián)諧振的方式工作，進而天線IO通過電磁耦合的方式將調(diào)制后的PPM信息發(fā)射出去。采用120-200KHz的PPM載波頻率，PPM脈沖部分波形為等幅振蕩脈沖。 PPM載波頻率的選擇要綜合考慮數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾屎头庋b材料的影響等因素，對于較高的數(shù)據(jù) 傳輸率，需要選擇較高的PPM載波頻率，而封裝材料鈦是電的良導(dǎo)體，對電磁場能量有吸收 作用。金屬鈦對電磁場的能量吸收和載波頻率有關(guān)，頻率越高，衰減越大，通信距離短，鈦 殼發(fā)熱量大。本專利植入式醫(yī)療儀器和體外程控器間的雙向通信PPM載波頻率范圍均為 120-200KHz，在該頻率范圍內(nèi)均可獲得理想的通信距離和位置容差。以體外程控器為例，在 120-200KHz載波頻率范圍內(nèi)，不同的載波頻率是通過調(diào)整第一射頻耦合單元中的第一天線和 第一諧振電容實現(xiàn)的，按照/^l/2;rVZ5進行參數(shù)匹配，其中，可以取第一天線為33yH， 第一諧振電容為0.047 uF, PPM載波頻率約為128KHz;可以仍取第一天線為33 y H，第一諧 振電容取0. 022 u F， PPM載波頻率約為187KHz。第一射頻耦合單元主要由第一天線，即接收發(fā)送天線10和第一諧振電容，即諧振電容9 組成，諧振電容9為CBB電容，接收發(fā)送天線10為空心圓柱電感線圈。主要功能為與全橋 主拓撲的左橋臂7和右橋臂8共同組成串聯(lián)諧振電路，產(chǎn)生并向體內(nèi)醫(yī)療儀器發(fā)送相應(yīng)的PPM 脈沖信息。信號接收電路主要由控制單元，第一接收電路和第一射頻耦合單元組成。 信號接收電路射頻耦合單元與信號發(fā)射電路分時共用第一射頻耦合單元。諧振電容9和 接收發(fā)送天線10的參數(shù)匹配需綜合考慮程控器信號發(fā)射和信號接收兩部分功能。在程控器處 于接收狀態(tài)時，由微控制器5發(fā)出兩路P簡驅(qū)動信號，經(jīng)驅(qū)動放大電路6，控制全橋電路的 左橋臂7和右橋臂8的兩個下管功率M0SFET導(dǎo)通，這樣第一射頻耦合單元從發(fā)射狀態(tài)切換到 接收狀態(tài)。通過諧振電容9和接收發(fā)送天線10諧振接收體內(nèi)植入醫(yī)療儀器發(fā)出的PPM脈沖信 息。第一接收電路主要由限幅電路11，信號放大和二階帶通濾波電路12以及脈沖整形及脈 寬拓展電路13組成，可以由一個運放芯片和一個比較器芯片實現(xiàn)該部分功能，諸如0PA4340 和LM393。主要功能是將諧振電容9和接收發(fā)送天線10諧振接收到的體內(nèi)植入醫(yī)療儀器發(fā)出 的PPM信息進行處理，這是因為體外程控器天線10收到的是120-200KHz衰減振蕩的載波信 息，微控制器5是不能識別的。第一接收電路在工作時，體外程控器接收發(fā)送天線10上收到 的體內(nèi)發(fā)出的PPM脈沖信息首先經(jīng)限幅電路11進行限幅，然后經(jīng)由運放組成的放大和二階帶 通濾波電路12進行濾波和信號放大，送入脈沖整形和脈寬拓展電路13，將120-200KHz的載波信號轉(zhuǎn)化成為微控制器5能夠接收、識別的脈沖信號，用以解碼。信號接收電路與發(fā)射電路共用控制單元，主要用于對經(jīng)過第一接收電路處理后的天線10 上收到的脈沖信息進行PPM解碼，解碼后的數(shù)據(jù)由控制單元通過PDA的RXD發(fā)送給PDA。如圖3所示，植入式醫(yī)療儀器包括微控制器、第二發(fā)射電路、第二接收電路和第二射頻耦合單元。其中信號發(fā)射電路主要由微控制器，第二發(fā)射電路和第二射頻耦合單元組成。植入式醫(yī)療儀器的微控制器對體內(nèi)擬發(fā)送給程控器的信息進行數(shù)字PPM編碼，根據(jù)編碼 結(jié)果微控制器發(fā)出相應(yīng)的P觀驅(qū)動脈沖，驅(qū)動第二發(fā)射電路之開關(guān)元件16通斷，從而由第二 諧振電容，即諧振電容18和第二天線，即天線17組成的第二射頻耦合單元諧振，在天線17 上產(chǎn)生相應(yīng)的PPM脈沖信息，通過電磁耦合的方式向體外程控器天線發(fā)射。體內(nèi)醫(yī)療儀器向 體外程控器發(fā)射的PPM載波頻率范圍為120-200kHZ，為衰減振蕩脈沖波形，與等幅振蕩脈沖 相比，進一步降低了體內(nèi)醫(yī)療儀器的功耗。信號接收電路主要由微控制器，第二接收電路和第二射頻耦合單元組成。其中，信號接收電路與信號發(fā)射電路共用同一微控制器，信號接收電路與信號發(fā)射電路 分時共用第二射頻耦合單元，有利于減小體內(nèi)醫(yī)療儀器的體積。第二諧振電容，即諧振電容18和第二天線，即天線17組成的第二射頻耦合單元通過電 磁耦合的方式諧振接收體外程控器天線發(fā)射的PPM脈沖信息，天線上收到的等幅振蕩PPM脈 沖信息通過第二接收電路進行限幅、濾波和整形處理后送入微控制器，進行PPM解碼。本發(fā)明所述的經(jīng)皮雙向無線通信方法和裝置，采用的是PPM這一脈沖調(diào)制方式，每一幀 定義如圖4所示，包括幀同步信息21，為接收端提供同步信息；指令信息22，指定傳送數(shù)據(jù) 所述類別；數(shù)據(jù)信息24，傳送數(shù)據(jù)信息；保護帶23，作為指令信息和數(shù)據(jù)信息間的隔離帶。本發(fā)明所述的基于PPM調(diào)制方式的經(jīng)皮雙向無線通信方法和裝置，使用循環(huán)冗余碼校驗 (Cyclical Redundancy Check,簡稱CRC)算法，諸如CRC-16。在通信時，發(fā)送方在發(fā)送完 數(shù)據(jù)后，根據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)計算CRC校驗碼并發(fā)送；接收方在接收完數(shù)據(jù)后，根據(jù)接收到的數(shù)據(jù) 計算CRC校驗碼；接收方將計算得到的校驗碼和接收得到的校驗碼進行比較，相同則認(rèn)為通 信成功，反之則認(rèn)為通信失敗。圖5顯示一個典型的會話通信流程。本發(fā)明所述的通信方法有三個要素植入式醫(yī)療儀 器一方；體外PDA—方和體外程控器一方。釆用握手機制來實現(xiàn)呼叫的建立和釋放，即采用請求一響應(yīng)的方式。植入式醫(yī)療儀器一方定期處于通信就緒狀態(tài)，體外PDA—方在需要的時 候通過體外程控器向植入式醫(yī)療儀器發(fā)送進入會話指令。 一旦植入式醫(yī)療儀器接收到了進入 會話指令，就會通過體外程控器向PDA發(fā)送應(yīng)答，并進入會話狀態(tài)。在會話狀態(tài)有效期內(nèi)， 體外PDA可以繼續(xù)發(fā)送其他指令，植入式醫(yī)療儀器收到指令后會加以執(zhí)行，隨后將執(zhí)行結(jié)果 通過體外程控器發(fā)送回PDA端。會話狀態(tài)只能保持一段時間，當(dāng)會話狀態(tài)過期后，植入式醫(yī) 療儀器一方自動退出會話狀態(tài)。要繼續(xù)進行會話，體外PDA方必須再次通過程控器向植入式 醫(yī)療儀器發(fā)送進入會話指令。PDA和程控器之間通過串口通信傳遞信息，程控器和植入式醫(yī) 療儀器之間通過PPM這一脈沖調(diào)制方式傳遞信息。由于使用了本發(fā)明前文所述的無線通信方法，將會話指令與相關(guān)參數(shù)用一個數(shù)據(jù)幀發(fā)送， 體外PDA和程控器與植入體內(nèi)的醫(yī)療儀器的通信協(xié)議可以在一次會話中完成一次指令操作， 從而使整個流程得到了精簡。本發(fā)明的基于PPM調(diào)制方式的經(jīng)皮雙向無線通信方法和裝置，支持多種用途的近距離、 大流量數(shù)據(jù)通信，例如植入式醫(yī)療儀器工作參數(shù)的設(shè)置、儀器序列號檢查、用戶信息檢査、 系統(tǒng)固件升級、內(nèi)部信號數(shù)據(jù)遙測、儀器狀態(tài)診斷、儀器功能測試等。上述的雙向無線通信 方法和裝置，獨立于通信數(shù)據(jù)流量規(guī)模大小，可應(yīng)用于各類植入式醫(yī)療儀器，具有實現(xiàn)方式 簡單、通信過程可靠、體積小、功耗低和傳輸速度快等優(yōu)點。上述方式只是本發(fā)明優(yōu)選的實施方式，對于本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員而言，在本發(fā)明公 開的基于PPM調(diào)制方式的經(jīng)皮雙向無線通信方法和裝置的基礎(chǔ)上，很容易想到將其進行修改 或者等同替換，包括在此裝置基礎(chǔ)上實現(xiàn)PIM等其他脈沖調(diào)制方法，應(yīng)用于各種植入式醫(yī)療儀 器系統(tǒng)，而不僅限于本發(fā)明具體實施方式
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、基于PPM調(diào)制方式的經(jīng)皮雙向無線通信裝置，其特征在于，所述無線通信裝置包括體外程控器，包括控制單元、第一發(fā)射電路、第一接收電路和第一射頻耦合單元；植入式醫(yī)療儀器，包括微控制器、第二發(fā)射電路、第二接收電路和第二射頻耦合單元；掌上電腦，包括與體外程控器相連的通訊端口；其中，第一發(fā)射電路包括數(shù)據(jù)發(fā)送處理單元；控制單元能夠接收掌上電腦傳來的數(shù)據(jù)，然后對數(shù)據(jù)進行PPM編碼，通過控制單元的PWM端口產(chǎn)生相應(yīng)的驅(qū)動脈沖觸發(fā)數(shù)據(jù)發(fā)送處理單元；數(shù)據(jù)發(fā)送處理單元主要由驅(qū)動放大電路和全橋主拓撲的兩個橋臂組成，驅(qū)動放大電路對控制單元發(fā)出的驅(qū)動脈沖進行電平轉(zhuǎn)換和功率放大，實現(xiàn)對功率MOSFET進行驅(qū)動；全橋主拓撲采用推拉驅(qū)動方式，兩路驅(qū)動脈沖共地且相位相差180度，通過控制全橋主拓撲中功率MOSFET，進而控制第一射頻耦合單元向體內(nèi)的植入式醫(yī)療儀器發(fā)送調(diào)制后的PPM脈沖信息；第一接收電路包括數(shù)據(jù)接收處理單元，用于對接收到的PPM脈沖信息進行處理并送到控制單元進行PPM解碼，解碼后的數(shù)據(jù)通過控制單元發(fā)送給掌上電腦；所述數(shù)據(jù)接收處理單元主要由限幅電路、信號放大電路、二階帶通濾波電路、脈沖整形及脈寬拓展電路組成，用于將收到的體內(nèi)的植入式醫(yī)療儀器發(fā)出的衰減振蕩PPM脈沖處理成為控制單元能夠識別的脈沖信號；第一射頻耦合單元包括采用串聯(lián)諧振的方式連接的第一天線和第一諧振電容，由第一發(fā)射電路和第一接收電路分時共用；第二發(fā)射電路包括開關(guān)元件；微控制器能夠?qū)σl(fā)送的信息進行PPM編碼，并且根據(jù)編碼結(jié)果發(fā)出相應(yīng)的PWM驅(qū)動脈沖，觸發(fā)開關(guān)元件，從而控制第二射頻耦合單元產(chǎn)生相應(yīng)的PPM脈沖信息；植入式醫(yī)療儀器發(fā)射的PPM脈沖波形為衰減振蕩脈沖；第二接收電路包括濾波限幅電路和整形電路；微控制器能夠?qū)?jīng)過整形、濾波處理后的體內(nèi)的植入式醫(yī)療儀器天線上接收到的脈沖信息進行PPM解碼；第二射頻耦合單元包括第二天線和第二諧振電容，由第二發(fā)射電路和第二接收電路分時共用。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PPM調(diào)制方式的經(jīng)皮雙向無線通信裝置，其特征在于，掌上電腦與體外程控器相連的通訊端口為串行通訊端口 。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PPM調(diào)制方式的經(jīng)皮雙向無線通信裝置，其特征在于，第一射頻耦合單元和第二射頻耦合單元所產(chǎn)生的射頻信號的頻率范圍為120-200kHz。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1 3中任意一項所述的基于PPM調(diào)制方式的經(jīng)皮雙向無線通信裝置， 其特征在于，掌上電腦和植入式醫(yī)療儀器使用循環(huán)冗余碼校驗作為數(shù)據(jù)校驗方法。
5、 一種基于PPM調(diào)制方式的經(jīng)皮雙向無線數(shù)據(jù)傳輸方法，用于權(quán)利要求l所述的基于 PPM調(diào)制方式的經(jīng)皮雙向無線通信裝置，其特征在于，該無線數(shù)據(jù)傳輸方法包括以下步驟根據(jù)需要完成的操作任務(wù)生成可用于傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀，所述數(shù)據(jù)幀包括指令信息和數(shù)據(jù)信息；根據(jù)數(shù)據(jù)幀的內(nèi)容將射頻信號以PPM方式調(diào)制為可發(fā)送的序列，所述序列依次由幀同步 脈沖、指令信息、保護帶、數(shù)據(jù)信息組成；將所述序列在體外程控器和植入式醫(yī)療儀器之間傳輸。
6、 一種基于PPM調(diào)制方式的經(jīng)皮雙向無線通信方法，用于權(quán)利要求1所述的基于PPM調(diào) 制方式的經(jīng)皮雙向無線通信裝置，其特征在于，該無線通信方法包括以下步驟(1) 掌上電腦通過體外程控器向植入式醫(yī)療儀器發(fā)送請求通信的信息；(2) 植入式醫(yī)療儀器向體外發(fā)送返回應(yīng)答信息，該返回應(yīng)答信息由體外程控器接收，并 傳送至掌上電腦；(3) 掌上電腦通過體外程控器向植入式醫(yī)療儀器發(fā)送指令；(4) 植入式醫(yī)療儀器向體外發(fā)送返回數(shù)據(jù)信息，該返回數(shù)據(jù)信息由體外程控器接收，并 傳送至掌上電腦；其中，掌上電腦通過體外程控器向植入式醫(yī)療儀器發(fā)送指令的過程包括以下歩驟-根據(jù)需要完成的操作任務(wù)生成可用于傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀，所述數(shù)據(jù)幀包括指令信息和數(shù)據(jù)信息；根據(jù)數(shù)據(jù)幀的內(nèi)容將射頻信號以PPM方式調(diào)制為可發(fā)送的序列，所述序列依次由幀同步 脈沖、指令信息、保護帶、數(shù)據(jù)信息組成；將所述序列在體外程控器和植入式醫(yī)療儀器之間傳輸。
全文摘要
基于PPM調(diào)制方式的經(jīng)皮雙向無線通信裝置，屬于植入式醫(yī)療儀器技術(shù)領(lǐng)域。該裝置由體外程控器，包括控制單元、第一發(fā)射電路、第一接收電路和第一射頻耦合單元；植入式醫(yī)療儀器，包括微控制器、第二發(fā)射電路、第二接收電路和第二射頻耦合單元；掌上電腦，包括與體外程控器相連的通訊端口組成；植入式醫(yī)療儀器和體外程控器間的無線通信調(diào)制選擇脈沖位置調(diào)制方式(PPM)、體外程控器和PDA間采用串口通信、數(shù)據(jù)校驗使用循環(huán)冗余校驗、用數(shù)據(jù)信令和請求—響應(yīng)方式進行通信控制。本發(fā)明獨立于通信數(shù)據(jù)流量規(guī)模大小，具有實現(xiàn)方式簡單、通信過程可靠、體積小、功耗低和傳輸速度快等優(yōu)點，可廣泛用于各類植入式醫(yī)療儀器系統(tǒng)的多種用途的數(shù)據(jù)通信。
文檔編號H04B14/04GK101217320SQ20081000055
公開日2008年7月9日 申請日期2008年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月21日
發(fā)明者李路明, 王偉明, 郝紅偉, 馬伯志 申請人:清華大學(xué)