CN207785664U - 无线充电功能内嵌的一体式植入心脏起搏器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无线充电功能内嵌的一体式植入心脏起搏器，包括置于人体外的无线充电发射端和置于心脏起搏器内腔内的无线充电接收端，无线充电发射端包括高频激励电源、驱动电路、功率放大器、发射电路和发射线圈，无线充电接收端包括接收线圈、接收电路、整流滤波电路、充电监控电路、可充电电池和脉搏发生器。本实用新型采用磁耦合谐振方式无线传递能量，将无线充电接收端内嵌于心脏起搏器内，彻底去掉了接收端与可充电电池之间的连接线，降低了连接线脱落、断裂或老化的风险；将无线充电接收端与脉冲发生器集成在一个空腔内，制备为一体式起搏器，未增加体内受创面，减少植入了心脏起搏器患者的痛苦，极大提高了患者的生活质量。

Description

无线充电功能内嵌的一体式植入心脏起搏器

技术领域

本实用新型涉及一种心脏起搏器，尤其涉及一种无线充电功能内嵌的一体式植入心脏起搏器。

背景技术

世界卫生组织统计，目前全球每年约有1750万人死于心脏病。心率过缓、心律失常、心衰都能导致死亡。心脏起搏器已成为治疗心血管病，如窦性停止、窦房阻滞、心房/心室出现异位节律及心动过速等疾病的重要手段。人工心脏起搏器一般可分为体外临时型和植入型两种，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。植入型心脏起搏器是一种植入于体内的电子治疗仪器，由脉冲发生器、电池、导管电极三部分组成，其工作原理是：电池给脉冲发生器提供能量；脉冲发生器产生电脉冲，通过导线电极的传导，刺激电极所接触的心肌，使心脏激动和收缩，从而达到治疗由于某些心律失常所致的心脏功能障碍的目的。

自1958年第一台心脏起搏器植入人体以来，起搏器制造技术和工艺快速发展，功能日趋完善。目前，世界上至少有500万人依靠植入式心脏起搏器治疗来维持生命，且这个数据每年都在按约15％的速度递增。美国每年有30到40万心跳过缓的病人安装起搏器，而我国需要安装起搏器的病人与这一数字基本一致，但是实际安装者只有1.5万到2万人左右，还不及印度的1/5；美国和欧洲每百万人口中心脏起搏器植入量分别为800台和600台左右，而目前中国心脏起搏器植入量仅为每百万人口20台左右。目前我国心脏起搏器的植入率低，且每年有10万以上需植入心脏起搏器的新增患者，随着老龄化社会的到来，心血管疾病有急剧增加的趋势，因此，未来我国对心脏起博器的需求巨大。

目前，国内外心脏起博器多采用一次性锂碘电池，植入后就不能进行能量补充了。当电池消耗了约85％的电量时(一般约为5～7年)，就不能保证起搏器的正常工作，必须及时更换，重新植入新的起搏器。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心脏起搏器的使用价值。特别是，患者对起搏器何时电量耗尽并没有把握，甚至需要在到使用年限的前1～2年内定期赴医院接受检查，这无疑会造成一些年老病人的不便。因此，迫切需要不使用电池或体外无线供电的新技术，以使各类心脏起搏器真正实现“一次植入、终身使用”，免除患者再次开刀更换植入的后顾之忧。

实现无线充电，有微波、电磁感应和磁耦合谐振三种方式。微波方式可实现高功率及远距离传输，但定向性差，不能绕过障碍物，损耗大、易发热。电磁感应方式，传能原理类似于变压器，实现简单，缺点是传输距离短，多在mm级(一般在2cm以内)，且一般希望线圈正对，即发射和接受线圈基本只有完全贴合才能传输能量，因此，常见的方式是将待充电设备放在一个“平板”上，典型产品为充电垫。展览会常见的手机和电动牙刷无线充电多采用电磁感应式。第三种是磁耦合谐振式无线传能技术，传输距离相对较远、效率相对较高、对人体基本无害。该技术较新，于2007年由美国麻省理工学院M.Soljacic等提出，利用该技术点亮了两米外的一盏60瓦灯泡，并成立了WiTricity公司。

近年来，采用电磁感应及磁耦合谐振方式对起搏器进行无线充电均有一些报道。如：中国发明专利《应用于植入式心脏起搏器的功率可调式无线充电装置》(申请号CN201410004449.5，申请日期2014.01.06)公开了一种采用电磁感应对植入式心脏起搏器进行无线充电的方法，其中，在发射端采用三维圆台状螺旋形发射线圈和碗形功率调节单元来调节发射线圈的发射功率，用以解决电磁能功率过于发散而导致的无线传能效率过低甚至失败的问题。中国发明专利《一种植入式心脏起博器磁耦合谐振无线充电装置》(申请号CN201310493063.0,申请日期2013.10.18)和《基于磁共振的心脏起搏器的无线充电方法和装置》(专利申请号CN201410025298.1，申请日期2014.01.20)均提出了采用磁耦合共振方式对起搏器进行无线供电的方法。

由于心脏起搏器的锂碘电池和脉冲发生器，均放置在钛合金焊接而成的密闭的空间里，因为金属会阻挡磁场，所以，目前采用的无线充电方法，均是在无线充电的接受端获得能量后，再通过导线与心脏起搏器内的可充电电池连接，对电池进行充电的，即无线充电的接受端是放置在心脏起搏器之外的。这样会带来两个问题：一是无线充电的接收端与起搏器之间需要电路连接线，存在连接线脱落、断裂或老化等带来的电路连接是否可靠的风险；二是，植入体内的部件除了起搏器之外，又新增了无线充电的接受端，这样，增加了体内的受创面和患者感染的风险。

发明内容

为了克服上述缺陷，本实用新型提供了一种无线充电功能内嵌的一体式植入心脏起搏器，能够一次手术植入，免除患者再次开刀更换植入的后顾之忧，同时减少患者感染的风险。

本实用新型为了解决其技术问题所采用的技术方案是：一种无线充电功能内嵌的一体式植入心脏起搏器，包括置于人体外的无线充电发射端和置于心脏起搏器内腔内的无线充电接收端，所述无线充电发射端包括高频激励电源、驱动电路、功率放大器、发射电路和发射线圈，所述高频激励电源产生高频低功率的正弦信号，并连接所述驱动电路；所述驱动电路内置芯片，将所述正弦信号转化成方波信号送入所述功率放大器；所述功率放大器将所述方波信号放大后送入所述发射电路；所述发射电路与所述发射线圈并联产生谐振；所述发射线圈产生交变磁场并将电磁能量发射出去；所述无线充电接收端包括接收线圈、接收电路、整流滤波电路、充电监控电路、可充电电池和脉搏发生器，所述接收线圈与所述接收电路并联产生谐振，并接收所述发射线圈产生的交变磁场，同时产生交变电流并接入所述整流滤波电路，所述整流滤波电路将接收的交变电流转变为直流并接入所述充电监控电路；所述充电监控电路通过无线射频通讯模块与程控仪交互信息，并将前端整流的直流电源可控的充入所述可充电电池；所述可充电电池为所述脉搏发生器提供持续能量。

作为本实用新型是进一步改进，所述心脏起搏器面向体外的外壳为具有生物兼容性的非磁性材料制成。

作为本实用新型是进一步改进，所述非磁性材料为聚亚安酯、硅胶、聚乳酸和环氧树脂中的至少其中之一。

作为本实用新型是进一步改进，所述高频激励电源产生6.78MHz的正弦信号，供电电压为3.3V；所述驱动电路内置UCC27511芯片，将所述正弦信号转化成电平为12V的方波信号送入所述功率放大器。

作为本实用新型是进一步改进，所述功率放大器内置NTP8G202N型GaN晶体管功放芯片，形成E类功率放大器。

作为本实用新型是进一步改进，所述发射线圈和接收线圈均采用印刷电路板平面方式制作，所述接收线圈的尺寸小于所述心脏起搏器内腔中原有电池的尺寸。

作为本实用新型是进一步改进，所述无线充电接收端的总体积小于所述心脏起搏器内原有电池的空间。

本实用新型的有益效果是：

1、将无线充电接收端内嵌于心脏起搏器内，彻底去掉了接收端与可充电电池之间的连接线，降低了连接线脱落、断裂或老化的风险。

2、将无线充电接收端与脉冲发生器集成在一个空腔内，制备为一体式起搏器，未增加体内受创面，减少植入了心脏起搏器患者的痛苦，极大提高了患者的生活质量。

3、将无线充电技术用于心脏起搏器，无需进行外科手术，即可对植入人体内的心脏起搏器进行充电，避免了手术失败以及手术导致的胸腔感染等风险，减少植入了心脏起搏器患者的痛苦，极大提高了患者的生活质量，同时，还可以为患者节约医疗费用。

附图说明

图1为本实用新型等效电路框图。

具体实施方式

结合附图，对本实用新型作详细说明，但本实用新型的保护范围不限于下述实施例，即但凡以本实用新型申请专利范围及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本实用新型专利涵盖范围之内。

参阅图1，为本实用新型所述的一种无线充电功能内嵌的一体式植入心脏起搏器，包括置于人体外的无线充电发射端1和置于心脏起搏器内腔内的无线充电接收端2。

无线充电发射端1包括高频激励电源11、驱动电路12、功率放大器13、发射电路14和发射线圈15，高频激励电源11产生6.78MHz高频低功率的正弦信号，供电电压为3.3V，并连接驱动电路12，驱动电路12内置ucc27511芯片，将所述正弦信号转化成12V电压的方波信号送入功率放大器，功率放大器内置NTP8G202N型GaN晶体管功放芯片，形成E类功率放大器，将所述方波信号放大后送入发射电路14，发射电路14与发射线圈15并联产生谐振，发射线圈15产生交变磁场并将电磁能量发射出去。

无线充电接收端2包括接收线圈26、接收电路21、整流滤波电路22、充电监控电路23、可充电电池24和脉搏发生器25，接收线圈26与接收电路21并联产生谐振，并接收发射线圈15产生的交变磁场，同时产生交变电流并接入整流滤波电路22，整流滤波电路22将接收的交变电流转变为直流并接入充电监控电路23，充电监控电路23通过无线射频通讯模块与程控仪交互信息，并将前端整流的直流电源可控的充入可充电电池24，可充电电池24为脉搏发生器25提供持续的电源。

其中，心脏起搏器面向体外的外壳为具有生物兼容性的非磁性材料制成，该非磁性材料优选为聚亚安酯、硅胶、聚乳酸和环氧树脂中的一种或其组合，尤其是聚亚安酯抗拉性好，而硅胶耐磨性和生物兼容性好。

另外，所述发射线圈和接收线圈均采用印刷电路板平面方式制作，接收线圈的尺寸小于心脏起搏器内腔中原有的一次电池的尺寸，无线充电接收端的总体积小于心脏起搏器内原有电池的空间，以确保可以置于起搏器内腔内，使无线充电接收端和脉搏发生器形成一个整体器件。

该无线充电功能内嵌的一体式植入心脏起搏器，其无线充电发射端中，高频激励电源，产生高频低功率信号，该信号经高频功率放大器将其功率放大并保持线性不失真。经功放放大产生的高频信号传输至发射线圈，发射线圈产生交变磁场。接收端的接受线圈与发射线圈发生谐振，实现能量交换，接受线圈接受到发射线圈的交变磁场后，产生交变电流，该交变电流通过整流滤波电路转变为直流，对可充电电池进行充电，实现无线充电。其中，接收端的匹配电路中的阻抗(电阻和电容)用于调整磁场的振动频率。

该无线充电功能内嵌的一体式植入心脏起搏器采用磁耦合谐振方式无线传递能量，当发射线圈和接收线圈发生磁耦合谐振时，也即是发射线圈和接收线圈等效电路发生谐振，此时回路阻抗最小，在谐振路径传递大部分能量，从而使得输出功率、传输效率和传输距离都较大，非常适合植入式心脏起搏器的能量供，无线充电发射端置于人体外，无线充电接收端内置于起搏器内腔内，接收端与起搏器为一个整体器件。

由此可见，该无线充电功能内嵌的一体式植入心脏起搏器将无线充电接收端内嵌于心脏起搏器内，彻底去掉了接收端与可充电电池之间的连接线，降低了连接线脱落、断裂或老化的风险；将无线充电接收端与脉冲发生器集成在一个空腔内，制备为一体式起搏器，未增加体内受创面，减少植入了心脏起搏器患者的痛苦，极大提高了患者的生活质量；将无线充电技术用于心脏起搏器，无需进行外科手术，即可对植入人体内的心脏起搏器进行充电，避免了手术失败以及手术导致的胸腔感染等风险，减少植入了心脏起搏器患者的痛苦，极大提高了患者的生活质量，同时，还可以为患者节约医疗费用。

Claims (7)

1.一种无线充电功能内嵌的一体式植入心脏起搏器，其特征在于：包括置于人体外的无线充电发射端(1)和置于心脏起搏器内腔内的无线充电接收端(2)，所述无线充电发射端包括高频激励电源(11)、驱动电路(12)、功率放大器(13)、发射电路(14)和发射线圈(15)，所述高频激励电源产生高频低功率的正弦信号，并连接所述驱动电路；所述驱动电路内置芯片，将所述正弦信号转化成方波信号送入所述功率放大器；所述功率放大器将所述方波信号放大后送入所述发射电路；所述发射电路与所述发射线圈并联产生谐振；所述发射线圈产生交变磁场并将电磁能量发射出去；所述无线充电接收端包括接收线圈(26)、接收电路(21)、整流滤波电路(22)、充电监控电路(23)、可充电电池(24)和脉搏发生器(25)，所述接收线圈与所述接收电路并联产生谐振，并接收所述发射线圈产生的交变磁场，同时产生交变电流并接入所述整流滤波电路，所述整流滤波电路将接收的交变电流转变为直流并接入所述充电监控电路；所述充电监控电路通过无线射频通讯模块与程控仪交互信息，并将前端整流的直流电源可控的充入所述可充电电池；所述可充电电池为所述脉搏发生器提供持续能量。

2.根据权利要求1所述的无线充电功能内嵌的一体式植入心脏起搏器，其特征在于：所述心脏起搏器面向体外的外壳为具有生物兼容性的非磁性材料制成。

3.根据权利要求2所述的无线充电功能内嵌的一体式植入心脏起搏器，其特征在于：所述非磁性材料为聚亚安酯、硅胶、聚乳酸和环氧树脂中的至少其中之一。

4.根据权利要求1所述的无线充电功能内嵌的一体式植入心脏起搏器，其特征在于：所述高频激励电源产生6.78MHz的正弦信号，供电电压为3.3V；所述驱动电路内置UCC27511芯片，将所述正弦信号转化成电平为12V的方波信号送入所述功率放大器。

5.根据权利要求4所述的无线充电功能内嵌的一体式植入心脏起搏器，其特征在于：所述功率放大器内置NTP8G202N型GaN晶体管功放芯片，形成E类功率放大器。

6.根据权利要求1所述的无线充电功能内嵌的一体式植入心脏起搏器，其特征在于：所述发射线圈和接收线圈均采用印刷电路板平面方式制作，所述接收线圈的尺寸小于所述心脏起搏器内腔中原有电池的尺寸。

7.根据权利要求1所述的无线充电功能内嵌的一体式植入心脏起搏器，其特征在于：所述无线充电接收端的总体积小于所述心脏起搏器内原有电池的空间。