CN204910500U - 一种脑起搏器的无线传能系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种针对脑起搏器的无线传能系统，包括外部程控仪、能量发生电路和植入式脑起搏器，所述外部程控仪和所述能量发生电路位于人体皮肤外，所述植入式脑起搏器位于人体皮肤内，所述植入式脑起搏器包括能量接收电路，所述外部程控仪控制所述能量发生电路产生和发射能量信号，通过磁共振的方式传递给所述能量接收电路，所述能量接收电路将磁场能转换成电能对所述植入式脑起搏器进行供电。本实用新型的基于磁共振的脑起搏器的无线传能系统，不但克服了电池能量对脑起搏器寿命的限制，延长了脑起搏器的工作寿命，还免除患者再次开刀更换植入新的脑起搏器的后顾之忧。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种无线传能系统，尤其是涉及一种针对脑起搏器的无线传能系统。
背景技术
脑起搏器，又称脑深部电刺激术(DBS),在脑内特定的神经核团植入电极，释放高频电刺激，抑制了这些因多巴胺能神经元减少而过度兴奋的神经元的电冲动，减低了其过度兴奋的状态，从而减轻帕金森病症状，治疗缓解帕金森病的三个主要症状：震颤、僵直和运动迟缓，尤其对中线症状有很好的改善作用，如起步和翻身困难等。目前，人工脑起搏器可以分为体外临时起搏型和植入型两种，前者主要用于提供急救性临时起搏，而后者主要是供长期植入性起搏治疗。目前，我国共有帕金森患者约250万人，占全球病患人数的一半左右。65岁以上的人群中，发病率为1.7％。该病已成为影响老年人身体健康和生活质量的重大疾病。帕金森病又名震颤麻痹，是最常见的神经退行性疾病之一。因此，其治疗靶点也指向了人为调控大脑神经。在治疗帕金森病的方法中，最受推崇的便是脑起搏器手术。
脑起搏器最为核心的组成部分便是脉冲发生器了，其包括一块电池和一组微电路系统。可感应接收控制器发出的信号，发送电脉冲，经由延长导线至脑深部的目标核团。位于脉冲发生器内的电池会提供1.5V到3V的电压，电极以每秒钟130—185次的高频率连续刺激患者的大脑特定神经。每次释放电流的时间极短，只有60微秒到90微秒。如此微弱的电流强度足以刺激人体神经发生反应，控制身体不再出现颤抖等帕金森症状。目前国内外的植入式脑起搏器的电池一般只有3到5年的续航时间，输出脉冲幅度随之下降，当电池容量进一步下降时，就会影响起搏器的正常工作，当输出脉冲能量不足时，就必须及时更换，重新植入新的起搏器。因此，目前植入式脑起搏器存在的最大缺陷是电池寿命有限，最终会因为电池耗竭而需动手术更换起搏器，这不仅给患者增加了新的生理痛苦、手术风险和经济负担，而且也制约了植入式脑起搏器的使用价值。
现有的无线能量传输技术主要有：①磁场共振技术：当两个物体在同一频率实现共振时，将实现能量的无线传输；②感应耦合技术：通过相对很直接的接触来进行能量传输，尤如把机器放在一个垫子上就能进行充电。③基于微波或光波的辐射技术：通过某种独特的接收器接收空气中尚未散失的辐射能量，并将其转换成电能，储存在电池中。电磁感应是基于主线圈产生主磁场，二次线圈要处于这一磁场之中，所以使得传输距离非常有限，另外，电磁感应方法的目前传输功率也可达数百千瓦，小尺度障碍物也不会对其功率传输带来大的影响，但缺点是对传输距离和传输稳定性要求太高，人时时刻刻处于辐射当中。微波或光波的辐射技术存在损耗大、传输效率低，安全也不可靠。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种适用于脑起搏器的无线传能系统，实现对脑起搏器工作寿命的延长。
本实用新型采用的技术方案是，一种脑起搏器的无线传能系统，包括外部程控仪、能量发生电路和植入式脑起搏器，所述外部程控仪和所述能量发生电路位于人体皮肤外，所述植入式脑起搏器位于人体皮肤内，所述植入式脑起搏器包括能量接收电路，所述外部程控仪控制所述能量发生电路产生和发射能量信号，通过磁共振的方式传递给所述能量接收电路，所述能量接收电路将磁场能转换成电能对所述植入式脑起搏器进行供电。
进一步的，所述植入式脑起搏器还包括可充电电池，所述能量接收电路接收到的能量信号转化为一定电压的电信号后将电量储存在所述可充电电池内，所述可充电电池为所述植入式脑起搏器供能。
进一步的，所述植入式脑起搏器还包括电池检测控制电路，用于检测和控制所述可充电电池的电量，并将结果发送给所述外部程控仪。
进一步的，所述电池检测控制电路由电源能量消耗监测指示电路和充电控制电路构成，分别用于对所述可充电电池的电量进行监测和对充电过程进行控制。
进一步的，所述能量发生电路和所述能量接收电路通过电磁耦合谐振进行能量传输，由能量发射侧的源线圈与第一振荡器以及能量接收侧的第二振荡器与负载线圈组成，所述源线圈通过电磁感应的方式与所述第一振荡器进行耦合，所述第一振荡器和所述第二振荡器间通过电磁耦合谐振完成功率传输，最后所述负载线圈同样通过感应方式从所诉第二振荡器获取能量。
进一步的，所述第一振荡器和所述第二振荡器均采用串联式谐振电路。
由于采用了上述技术方案，本实用新型的基于磁共振的脑起搏器的无线传能系统，不但克服了电池能量对脑起搏器寿命的限制，延长了脑起搏器的工作寿命，还免除患者再次开刀更换植入新的脑起搏器的后顾之忧。
附图说明
图1为本实用新型一种实施例的脑起搏器无线传能系统的工作原理示意图。
图2为本实用新型一种实施例的脑起搏器无线传能系统的拓扑结构示意图。
具体实施方式
为了便于对本实用新型的进一步理解，下面将结合附图以及具体实施例对本实用新型的技术方案做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本实用新型实施例的限定。
本实用新型适用于对脑起搏器的无线供能传输，采用一种新的磁共振技术实现，利用非辐射电磁场近场区域完成电能传输，一方面较之电磁感应式传能，在传输距离上有了较大扩展，为用电设备获取电能带来更大的自由；另一方面相比电磁辐射式传能，近场区域能量具有非辐射的特点，因此有较好的安全性。
如图1所示，一种脑起搏器的无线传能系统，包括外部程控仪10、能量发生电路20和植入式脑起搏器30，外部程控仪10和能量发生电路20位于人体皮肤外，植入式脑起搏器30位于人体皮肤内，外部程控仪10控制能量发生电路20产生和发射能量信号。脑起搏器30包括能量接收电路31、可充电电池32和电池检测控制电路33，能量接收电路31用来接收能量信号，并将接收到的信号转化为一定电压的电信号，并将电量储存在可充电电池32内，可充电电池32为脑起搏器供能，从而实现对植入式脑起搏器电源的能量补充，可充电电池32的电量消耗和充电情况可通过电池检测控制电路33获得，电池检测控制电路33将情况通过无线射频通讯反馈给外部程控仪10。电池检测控制电路33由电源能量消耗监测指示电路和充电控制电路构成，用于对可充电电池32的电量进行监测和对充电过程进行控制，并把电池的耗电和充电状态信息发送给外部程控仪10，外部程控仪10根据接收到的电池检测控制电路33发送来的电池状态信息，可以知道当前可充电电池32的耗电情况和充电情况，以便实时的对可充电电池32进行充电，来保证脑起搏器的能量供给。外部程控仪10也可主动向电池检测控制电路33发送信息，通过电池检测控制电路33查询可充电电池32的电量或充电情况。
能量发生电路20和能量接收电路31的拓扑结构图如图2所示，能量发生电路20和能量接收电路31通过电磁耦合谐振进行能量传输，无线传能系统由发射侧的源线圈S与第一振荡器a1以及接收侧的第二振荡器a2与负载线圈D组成。源线圈S通过电磁感应的方式与第一振荡器a1进行耦合，第一振荡器a1和第二振荡器a2间通过电磁耦合谐振完成功率传输，最后负载线圈D同样通过感应方式从第二振荡器a2获取能量。图中，第一电压U1和第二电压U2分别第一振荡器a1和第二振荡器a2等效电压，第一电流I1和第二电流I2分别第一振荡器a1和第二振荡器a2等效电流，第一电感L1和第二电感L2分别第一振荡器a1和第二振荡器a2等效电感，第一电容C1和第二电容C2分别第一振荡器a1和第二振荡器a2等效电容，第一电阻R1和第二电阻R2分别第一振荡器a1和第二振荡器a2等效电阻，第一空载品质因数Q1和第二空载品质因数Q2分别第一振荡器a1和第二振荡器a2空载品质因数；源线圈的等效电感为Ls，等效电阻为Rs；负载线圈的等效电感为LD，等效电阻为RD；Us为电源电动势；RL为负载电阻；QL＝ωLD/RL为负载品质因数；MS1为源线圈与第一振荡器a1间的等效互感；M12为第一振荡器a1与第二振荡器a2间的等效互感；M2D为第二振荡器a2与负载线圈D间的等效互感。第一振荡器a1和第二振荡器a2均采用串联式谐振电路，即第一振荡器a1的等效电容C1和等效电阻R1串联，第二振荡器a2的等效电容C2和等效电阻R2串联。
通过上述实施例，可以发现本实用新型具有下述优点：
采用本实用新型基于磁共振的无线充电技术给脑起搏器供电，相对于传统的采用电池供电的脑起搏器，不但可以大大减小脑起搏器的体积大小，减小手术的难度，而且可以减少因为更换电池给病人带来的手术痛苦、经济负担和生理痛苦，真正实现“一次植入，终生使用”。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种脑起搏器的无线传能系统，包括外部程控仪(10)、能量发生电路(20)和植入式脑起搏器(30)，所述外部程控仪(10)和所述能量发生电路(20)位于人体皮肤外，所述植入式脑起搏器(30)位于人体皮肤内，其特征在于：所述植入式脑起搏器(30)包括能量接收电路(31)，所述外部程控仪(10)控制所述能量发生电路(20)产生和发射能量信号，通过磁共振的方式传递给所述能量接收电路(31)，所述能量接收电路(31)将磁场能转换成电能对所述植入式脑起搏器(30)进行供电。
2.如权利要求1所述的一种脑起搏器的无线传能系统，其特征在于：所述植入式脑起搏器(30)还包括可充电电池(32)，所述能量接收电路(31)接收到的能量信号转化为一定电压的电信号后将电量储存在所述可充电电池(32)内，所述可充电电池(32)为所述植入式脑起搏器(30)供能。
3.如权利要求2所述的一种脑起搏器的无线传能系统，其特征在于：所述植入式脑起搏器(30)还包括电池检测控制电路(33)，用于检测和控制所述可充电电池(32)的电量，并将结果发送给所述外部程控仪(10)。
4.如权利要求3所述的一种脑起搏器的无线传能系统，其特征在于：所述电池检测控制电路(33)由电源能量消耗监测指示电路和充电控制电路构成，分别用于对所述可充电电池(32)的电量进行监测和对充电过程进行控制。
5.如权利要求1所述的一种脑起搏器的无线传能系统，其特征在于：所述能量发生电路(20)和所述能量接收电路(31)通过电磁耦合谐振进行能量传输，由能量发射侧的源线圈(S)与第一振荡器(a1)以及能量接收侧的第二振荡器(a2)与负载线圈(D)组成，所述源线圈(S)通过电磁感应的方式与所述第一振荡器(a1)进行耦合，所述第一振荡器(a1)和所述第二振荡器(a2)间通过电磁耦合谐振完成功率传输，最后所述负载线圈(D)同样通过感应方式从所诉第二振荡器(a2)获取能量。
6.如权利要求5所述的一种脑起搏器的无线传能系统，其特征在于：所述第一振荡器(a1)和所述第二振荡器(a2)均采用串联式谐振电路。
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Cited By (1)
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2015
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