CN102157990A - 用于植入式医疗装置的无线充电方法及无线充电设备 - Google Patents
用于植入式医疗装置的无线充电方法及无线充电设备 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及用于植入式医疗装置的无线充电方法和无线充电设备，植入式医疗装置包括无线充电接收模块，无线充电接收模块包括接收线圈，所述方法包括：依次驱动线圈阵列中的多个发射线圈；检测每一发射线圈的平均电流值；依据检测结果计算接收线圈的相对位置并输出调整信息，以便用户依据调整信息调整线圈阵列的位置，使多个发射线圈中的一个发射线圈与接收线圈匹配。无线充电设备包括包含多个发射线圈的线圈阵列、功率驱动单元、电路检测单元、主控单元。本发明通过依次驱动线圈阵列中的多个发射线圈以及检测每一发射线圈的平均电流值，可方便快速的定位接收线圈的位置。缩短了定位接收线圈的时间，避免了因定位不准确导致的充电效率过低的问题。
Description
技术领域
本发明涉及植入式医疗装置的充电技术，更具体地说，涉及用于植入式医疗装置的无线充电方法及无线充电设备。
背景技术
当今，植入式医疗装置种类很多，应用范围也很广，例如心脏起搏器、脑起搏器、胃起搏器、神经肌肉刺激器、电子耳蜗等。植入式医疗装置普遍价格高昂，但是寿命却较短。为了延长植入式医疗装置的寿命，现在已开始使用可充电的锂电池来代替锂原电池植入患者体内，采用磁耦合方式经皮无线充电。
然而，目前的充电电路中仅有一个发射线圈和一个接收线圈。两个线圈的相对位置对充电效率影响很大。由于接收线圈植于皮下，在实际应用中很难保证准确放置线圈位置，导致了定位时间过长，充电效率过低。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述定位时间过长，充电效率过低的缺陷，提供一种用于植入式医疗装置的无线充电方法及无线充电设备。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种用于植入式医疗装置的无线充电方法，所述植入式医疗装置包括无线充电接收模块，所述无线充电接收模块包括接收线圈，所述方法包括步骤：
依次驱动线圈阵列中的多个发射线圈；
检测每一发射线圈的平均电流值；
依据检测结果计算所述接收线圈的相对位置并输出调整信息，以便用户依据所述调整信息调整所述线圈阵列的位置，使所述多个发射线圈中的一个发射线圈与所述接收线圈匹配。
在本发明所述的无线充电方法中，所述无线充电接收模块还包括可充电电池，所述方法还包括步骤：
在所述多个发射线圈中的一个发射线圈与所述接收线圈匹配时，以预设频率驱动与所述接收线圈匹配的发射线圈对所述可充电电池进行充电。
在本发明所述的无线充电方法中，其中，依次驱动线圈阵列中的多个发射线圈具体包括：
依次选择线圈阵列中的每一发射线圈；
驱动所选择的发射线圈。
在本发明所述的无线充电方法中，依据检测结果计算所述接收线圈的相对位置具体包括：
将所检测到的每一发射线圈的平均电流值进行降序排列，并将最大平均电流值与预设电流值进行比较；在所述最大平均电流值小于或等于所述预设电流值时，依据排序靠前的多个平均电流值计算所述接收线圈的相对位置。
在本发明所述的无线充电方法中，所述线圈阵列中的多个发射线圈蜂窝式排布。
本发明还提供一种用于植入式医疗装置的无线充电设备，其特征在于，所述植入式医疗装置包括无线充电接收模块，所述无线充电接收模块包括接收线圈，所述无线充电设备包括：
包含多个发射线圈的线圈阵列；
功率驱动单元，用于接收主控单元发送的功率驱动信号并依据所述功率驱动信号依次驱动线圈阵列中的多个发射线圈；
电路检测单元，用于检测每一发射线圈的平均电流值；
主控单元，用于发送功率驱动信号至所述功率驱动单元，以及依据检测结果计算所述接收线圈的相对位置并输出调整信息，以便用户依据所述调整信息调整所述线圈阵列的位置，使所述多个发射线圈中的一个发射线圈与所述接收线圈匹配。
在本发明所述的无线充电设备中，其中，所述无线充电接收模块还包括可充电电池，功率驱动单元还用于在所述多个发射线圈中的一个发射线圈与所述接收线圈匹配时，以预设频率驱动与所述接收线圈匹配的发射线圈对所述可充电电池进行充电。
在本发明所述的无线充电设备中，所述无线充电设备还包括：
线圈选择单元，用于接收主控单元发送的线圈选择信号并依据所述线圈选择信号依次选择线圈阵列中的每一发射线圈，以便由功率驱动单元驱动所选择的发射线圈；和/或
显示单元，用于接收并显示所述调整信息。
在本发明所述的无线充电设备中，所述线圈阵列中的多个发射线圈蜂窝式排布。
在本发明所述的无线充电设备中，所述无线充电设备可拆卸地固定于固定带上。
本发明的有益效果是，通过依次驱动线圈阵列中的多个发射线圈以及检测每一发射线圈的平均电流值，可方便快速的定位接收线圈的位置，再通过调整线圈阵列，使得线圈阵列中的一个发射线圈与接收线圈处于最佳匹配位置。不仅缩短了定位接收线圈的时间，也避免了因定位不准确导致的充电效率过低的问题。
进一步地，无线充电设备通过可拆卸地固定于固定带上，不仅固定牢固，不易滑脱，保证患者运动时充电效率不受影响，而且还可以很方便地调整无线充电设备相对于植入式医疗装置中的接收线圈的位置，从而实现精确定位，保证充电效率。另外，无线充电设备通过可拆卸地固定于固定带，使得能够针对不同体型快速定制低成本的固定带，满足患者的个性化需求。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是依据本发明一实施例的用于植入式医疗装置的无线充电方法的流程示意图；
图2是依据本发明一实施例的线圈阵列示意图；
图3是依据本发明另一实施例的用于植入式医疗装置的无线充电方法的流程示意图；
图4是图1和图3所示的步骤101的详细流程图；
图5是图1和图3所示的步骤103的详细流程图；
图6是依据本发明一实施例的用于植入式医疗装置的无线充电设备的结构示意图；
图7是依据本发明另一实施例的用于植入式医疗装置的无线充电设备的结构示意图；
图8是依据本发明又一实施例的用于植入式医疗装置的无线充电设备的结构示意图；
图9是依据本发明再一实施例的用于植入式医疗装置的无线充电设备的结构示意图；
图10A是依据本发明再一实施例的用于固定无线充电设备的固定带A面的结构示意图；
图10B是依据本发明再一实施例的用于固定无线充电设备的固定带B面的结构示意图；
图11是依据本发明再一实施例的无线充电设备与固定带配合使用的示意图。
具体实施方式
图1是依据本发明一实施例的用于植入式医疗装置的无线充电方法的流程示意图。其中，植入式医疗装置可以是植入体内的任何医疗器械，例如心脏起搏器、脑起搏器、胃起搏器、神经肌肉刺激器、电子耳蜗等，本发明对此不做限制。植入式医疗装置内设置有无线充电接收模块，无线充电接收模块包括接收线圈，无线充电方法100包括如下步骤：
步骤101中，依次驱动线圈阵列中的多个发射线圈；
步骤102中，检测每一发射线圈的平均电流值；
步骤103中，依据检测结果计算所述接收线圈的相对位置并输出调整信息，以便用户依据所述调整信息调整所述线圈阵列的位置，使所述多个发射线圈中的一个发射线圈与所述接收线圈匹配。
在本发明一实施例中，线圈阵列中的多个发射线圈蜂窝式排布，如图2所示，图2中的发射线圈12的数量以及具体的排布仅为示意，并不作为对本发明的限制。实际使用的数量可依据需要以及实际情况来定，线圈阵列包含的发射线圈数为例如但不限于12个。本发明用多个发射线圈来定位接收线圈的位置，来实现快速定位。关于发射线圈与植入体内的植入式医疗装置中的接收线圈的尺寸，只要满足发射线圈的直径略大于或等于接收线圈即可，也即只要满足达到二者的最佳匹配即可。例如，发射线圈的直径为40mm，接收线圈的直径为35mm。
在找到与所述接收线圈匹配的发射线圈后，就可以以预设频率驱动与所述接收线圈匹配的发射线圈对所述可充电电池进行充电，通过ICPT(感应耦合电能传输，Inductively Coupled Power Transfer)技术为植入设备充电。如图3中的步骤104所示。图3中的步骤101～103同图1，此处不再赘述。实际上，步骤101-103执行的是匹配检测过程，步骤104执行的是充电过程。
关于步骤101，依次驱动线圈阵列中的多个发射线圈具体包括如下两个步骤，如图4所示：
步骤1011中，依次选择线圈阵列中的每一发射线圈；
步骤1012中，驱动所选择的发射线圈。
在本发明一实施例中，步骤103中依据检测结果计算所述接收线圈的相对位置并输出调整信息，具体包括如下步骤，如图5所示：
步骤1031中，将所检测到的每一发射线圈的平均电流值进行降序排列；
步骤1032中，将最大平均电流值与预设电流值进行比较，即判断最大平均电流值是否大于预设电流值；此处的预设电流值可依据实际情况进行设置，一般小于发射线圈与接收线圈匹配时的电流值。具体的取值这里不做限制。作为非限制性示例，预设电流值设置为仅次于最大平均电流值的第二大平均电流值的10倍的电流值，即判断最大平均电流值是否大于第二大平均电流值的10倍。这里所说的预设电流值并不是一个固定的数值，而是一个变量，在其中一实施例中，可设置为所检测到的多个平均电流值中仅此于最大平均电流值的平均电流值的倍数，具体倍数的数值可依据实际需要进行选择，在本发明一优选实施例中，预设电流值选为10倍于第二大平均电流值。
步骤1033中，若所述最大平均电流值小于或等于预设电流值(例如第二大平均电流值的10倍)，则依据排序靠前的多个平均电流值计算所述接收线圈的相对位置，输出调整信息，提示用户微调线圈阵列的位置，然后再返回步骤101重新驱动发射线圈并检测每一发射线圈的平均电路，直至线圈阵列中的某个发射线圈与接收线圈匹配，才停止检测，进入充电过程。
假设线圈阵列由12个发射线圈(L1～L12)，按各自对应的平均电流值(例如L1对应I(1))排序如下：I(1)＞I(2)＞I(3)＞I(5)＞I(4)＞I(6)＞I(8)＞I(9)＞I(7)＞I(10)＞I(11)＞I(12)。I(1)为最大平均电流值，I(2)为第二大平均电流值，若I(1)小于或等于10*I(2)，则说明需要调整线圈阵列的位置，发射线圈没有与接收线圈完全匹配。这时可以通过选取平均电流值较大的几个发射线圈，即通过I(1)、I(2)、I(3)、I(5)对应的发射线圈的位置来计算接收线圈相对于I(1)对应的发射线圈的位置，输出调整信息，例如“向左移动”、“向右移动”、“向上移动”之类的语音信息和/或显示信息，提示用户微调线圈阵列的位置。
步骤1033中，若所述最大平均电流值大于例如第二大平均电流值的10倍，则提示用户调整结束，可进行充电。
此处降序排列仅为示例，不作为对本发明的限制，还可以是升序排序方式，只要能够找到最大平均电流值即可。
图6是依据本发明另一实施例的用于植入式医疗装置的无线充电设备600的结构示意图。植入式医疗装置包括无线充电接收模块607，无线充电接收模块607包括接收线圈6071。无线充电设备600包括线圈阵列601、功率驱动单元602、电路检测单元603、主控单元604。
包含多个发射线圈的线圈阵列601；
功率驱动单元602，用于接收主控单元604发送的功率驱动信号并依据所述功率驱动信号依次驱动线圈阵列601中的多个发射线圈。线圈阵列中的多个发射线圈可独立驱动，以蜂窝方式排布。关于发射线圈的数量以及具体的排布方式可参见前文所述。例如，蜂窝式线圈阵列601由12个直径40mm的平面单层螺旋线圈构成，接收线圈6071为直径35mm的平面螺旋线圈。
主控单元604发送的信号例如但不限于PWM(脉宽调制，Pulse Width Modulation)信号，功率驱动电路将PWM信号进行转换，生成能够驱动发射线圈工作的信号。
电路检测单元603，用于检测每一发射线圈的平均电流值，并将检测结果发送给主控单元604；
主控单元604，用于发送功率驱动信号至所述功率驱动单元602，以及依据检测结果计算所述接收线圈6071的相对位置并输出调整信息，以便用户依据所述调整信息调整所述线圈阵列601的位置，使所述多个发射线圈中的一个发射线圈与所述接收线圈601匹配。这里的调整信息可以是语音信息，也可以是可显示的信息，也可以二者兼有，只要能够起到提醒用户的目的即可。
其中，无线充电接收模块还包括可充电电池6072，如图7所示。功率驱动单元602还用于在所述多个发射线圈中的一个发射线圈与所述接收线圈6071匹配时，以预设频率驱动与所述接收线圈6071匹配的发射线圈对所述可充电电池6072进行充电。当然，如要实现接收线圈的电磁能量转换为可充电电池的电能，需要充电控制电路(图中未示出)来实现，关于充电控制电路的详细内容，现有技术中已有详细的记载，此处不再赘述。
在本发明一实施例中，无线充电设备600还包括线圈选择单元605，用于接收主控单元604发送的线圈选择信号并依据所述线圈选择信号依次选择线圈阵列601中的每一发射线圈，以便由功率驱动单元602驱动所选择的发射线圈，如图8所示。
在本发明另一实施例中，无线充电设备还包括显示单元606，用于接收并显示调整信息，如图9所示。
本发明的无线充电设备可拆卸地固定于固定带上。固定带的实例结构如图10A、10B所示。图10A是依据本发明再一实施例的用于固定无线充电设备的固定带A面的结构示意图。设置有用于固定无线充电设备的绒面，以及用于将固定带固定于人体或者其它合适部位的绒面。图10B是依据本发明再一实施例的用于固定无线充电设备的固定带B面的结构示意图。示出了用于将固定带固定于人体或者其它合适部位的钩面，此钩面与固定带A面的用于将固定带固定于人体或者其它合适部位的绒面相配合，实现将固定带固定于人体或者其它合适部位。
图11是依据本发明再一实施例的无线充电设备与固定带配合使用的示意图。无线充电设备上设置有与固定带A面的绒面相配合使用的钩面，无线充电设备上的钩面与固定带A面的绒面相贴合，从而将无线充电设备固定于固定带上，而固定带又固定于人体或者其它合适部位。
固定带和无线充电设备分离式设计，可方便微调体外的发射线圈位置，从而精确定位，保证充电效率。另外，还可以针对不同体型快速定制低成本的固定带，从而满足患者个性化需求。
固定带的具体材质可依据情况选取。例如，无线充电设备600固定在带有尼龙搭扣绒面的带弹性布料上，可根据人体体表适当形变贴紧皮肤。固定带的其中一面缝制有尼龙搭扣绒面，另一面缝制有尼龙搭扣勾面。此固定带可缠绕人体各种部位，通过尼龙搭扣固定。同时露在外面的尼龙搭扣圈面用于固定无线充电设备600。
关于无线充电设备600的详细内容可适用于图1-5所述的无线充电方法，同样，关于图1-5所述的无线充电方法也适用于无线充电设备600，此处不再赘述。
本发明通过依次驱动线圈阵列中的多个发射线圈以及检测每一发射线圈的平均电流值，可方便快速的定位接收线圈的位置，再通过调整线圈阵列，使得线圈阵列中的一个发射线圈与接收线圈处于最佳匹配位置。不仅缩短了定位接收线圈的时间，也避免了因定位不准确导致的充电效率过低的问题。而且，无线充电设备通过可拆卸地固定于固定带上，不仅固定牢固，不易滑脱，保证患者运动时充电效率不受影响，而且还可以很方便地调整无线充电设备相对于植入式医疗装置中的接收线圈的位置，从而实现精确定位，保证充电效率。另外，无线充电设备通过可拆卸地固定于固定带，使得能够针对不同体型快速定制低成本的固定带，满足患者的个性化需求。
Claims (10)
1.一种用于植入式医疗装置的无线充电方法，其特征在于，所述植入式医疗装置包括无线充电接收模块，所述无线充电接收模块包括接收线圈，所述方法包括步骤：
依次驱动线圈阵列中的多个发射线圈；
检测每一发射线圈的平均电流值；
依据检测结果计算所述接收线圈的相对位置并输出调整信息，以便用户依据所述调整信息调整所述线圈阵列的位置，使所述多个发射线圈中的一个发射线圈与所述接收线圈匹配。
2.根据权利要求1所述的无线充电方法，其特征在于，所述无线充电接收模块还包括可充电电池，所述方法还包括步骤：
在所述多个发射线圈中的一个发射线圈与所述接收线圈匹配时，以预设频率驱动与所述接收线圈匹配的发射线圈对所述可充电电池进行充电。
3.根据权利要求1所述的无线充电方法，其特征在于，其中，依次驱动线圈阵列中的多个发射线圈具体包括：
依次选择线圈阵列中的每一发射线圈；
驱动所选择的发射线圈。
4.根据权利要求1~3任一项所述的无线充电方法，其特征在于，其中，依据检测结果计算所述接收线圈的相对位置具体包括：
将所检测到的每一发射线圈的平均电流值进行降序排列，并将最大平均电流值与预设电流值进行比较；在所述最大平均电流值小于或等于所述预设电流值时，依据排序靠前的多个平均电流值计算所述接收线圈的相对位置。
5.根据权利要求1~3任一项所述的无线充电方法，其特征在于，所述线圈阵列中的多个发射线圈蜂窝式排布。
6.一种用于植入式医疗装置的无线充电设备，其特征在于，所述植入式医疗装置包括无线充电接收模块，所述无线充电接收模块包括接收线圈，所述无线充电设备包括：
包含多个发射线圈的线圈阵列；
功率驱动单元，用于接收主控单元发送的功率驱动信号并依据所述功率驱动信号依次驱动线圈阵列中的多个发射线圈；
电路检测单元，用于检测每一发射线圈的平均电流值；
主控单元，用于发送功率驱动信号至所述功率驱动单元，以及依据检测结果计算所述接收线圈的相对位置并输出调整信息，以便用户依据所述调整信息调整所述线圈阵列的位置，使所述多个发射线圈中的一个发射线圈与所述接收线圈匹配。
7.根据权利要求6所述的无线充电设备，其特征在于，其中，所述无线充电接收模块还包括可充电电池，功率驱动单元还用于在所述多个发射线圈中的一个发射线圈与所述接收线圈匹配时，以预设频率驱动与所述接收线圈匹配的发射线圈对所述可充电电池进行充电。
8.根据权利要求6所述的无线充电设备，其特征在于，所述无线充电设备还包括：
线圈选择单元，用于接收主控单元发送的线圈选择信号并依据所述线圈选择信号依次选择线圈阵列中的每一发射线圈，以便由功率驱动单元驱动所选择的发射线圈；和/或
显示单元，用于接收并显示所述调整信息。
9.根据权利要求6~8任一项所述的无线充电设备，其特征在于，所述线圈阵列中的多个发射线圈蜂窝式排布。
10.根据权利要求6~8任一项所述的无线充电设备，其特征在于，所述无线充电设备可拆卸地固定于固定带上。
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