[發(fā)明專利]植入式自適應(yīng)無線電源傳輸方法及系統(tǒng)

無效

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• 申請日: 2012-08-31
• 公開（公告）號: CN102832722A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳朝暉;趙明劍;李斌;黃穗彪
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號: H02J17/00
• 分類號: H02J17/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及涉及無線通信、射頻電子電路、無線能量傳感、自動控制以及植入式生物醫(yī)用電子學(xué)等交叉領(lǐng)域，具體涉及一種基于PWM（脈寬調(diào)制）誤差采樣與LSK（負(fù)載鍵控）調(diào)制無線反饋機(jī)制的植入式自適應(yīng)無線電源傳輸方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

近年來隨著科技發(fā)展，電子信息技術(shù)、自動控化技術(shù)與生物、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的融合日漸深入，以生物醫(yī)用為目的的植入式生物醫(yī)用電子學(xué)已成為一個新興的熱點領(lǐng)域，植入式生物醫(yī)用電子設(shè)備在生物電子和醫(yī)學(xué)診斷等方面的研究扮演著越來越來重要的角色。植入式生物醫(yī)學(xué)電子技術(shù)可以使醫(yī)生對人體的腦電波、神經(jīng)信號等生物體的電生理活動進(jìn)行實時準(zhǔn)確的監(jiān)測，在保證醫(yī)生可以對病人進(jìn)行準(zhǔn)確、可靠治療的同時，促進(jìn)如人腦控制假肢、修復(fù)脊椎恢復(fù)肢體運(yùn)動、癌變腫瘤監(jiān)測治療、人工視網(wǎng)膜修復(fù)、人工耳蝸等生物醫(yī)學(xué)前沿技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展，為提高人類對生物體及自身的認(rèn)識，提高人類健康水平及促進(jìn)全球生態(tài)和諧發(fā)展與共存起到了重要作用。

植入式電子設(shè)備都面臨如何高效、穩(wěn)定地供電這個關(guān)鍵問題。傳統(tǒng)的辦法是在植入式設(shè)備中內(nèi)置電池或者采用有線供電的技術(shù)手段。采用內(nèi)置電池方式會使植入式設(shè)備無法獲得長時間的使用壽命，而且在植入式設(shè)備體積、電池的化學(xué)污染、生物排異等方面也存在問題；采用有線供電方式會導(dǎo)致生物體的檢測創(chuàng)口因長期保持開放而易受細(xì)菌感染，而且無法對生物體在無束縛、無麻醉的日常條件下的生物電信號進(jìn)行監(jiān)測與研究。如果采用無線供電方式，則可以解決上述技術(shù)手段存在的不足，它能夠透過皮膚將能量源源不斷地供應(yīng)給體內(nèi)的植入式電子設(shè)備。因此，業(yè)界迫切需要一種安全、可靠的無線供電技術(shù)，保證與促進(jìn)神經(jīng)科學(xué)、智能假肢、脊椎修復(fù)等生物醫(yī)學(xué)方面的前沿領(lǐng)域向更廣泛、深入的方向發(fā)展。

目前，關(guān)于無線電源的傳輸問題國內(nèi)外均處于起步研究階段，其傳輸可分為三種基本方式，一種是基于傳統(tǒng)電磁波理論，直接將射頻電波通過天線及匹配網(wǎng)絡(luò)整流轉(zhuǎn)化為電能，該方式在無線供電功率方面存在不足，難以用于需要mW級電能供給的植入式系統(tǒng)中；另一種是利用電磁場共振的方式，雖然此方式在無線傳輸距離上具有優(yōu)勢，但至少需要4個大體積的電磁諧振線圈，因此由于體積上的限制，該方法目前還難以用于植入式生物醫(yī)用領(lǐng)域；最后一種是采用得較多的感應(yīng)耦合方案（ICPT），利用電磁感應(yīng)原理在近距離的耦合線圈之間進(jìn)行能量傳輸，這種方案可以傳輸數(shù)毫瓦至幾十毫瓦的能量，但是發(fā)送距離需要進(jìn)一步提高。

縱觀上述三種無線電源傳輸方式，均存在植入體內(nèi)設(shè)備接收的能量會隨著無線傳輸距離的變化而變化問題。若接收的能量不足，會使體內(nèi)植入式電子設(shè)備無法工作。對此目前的解決辦法是，在體外無線電源發(fā)射端輻射出足夠冗余的無線電能以保證體內(nèi)設(shè)備工作所需，但這樣作極可能導(dǎo)致體內(nèi)設(shè)備接收的電能過剩，使體內(nèi)設(shè)備以過度熱耗散的形式讓生物體組織感到不適，甚至造成生物體組織損壞。

本專利申請主要針對如腦電、神經(jīng)及生物電行為信號的無線采集與監(jiān)控、智能假肢、脊椎修復(fù)、膀胱刺激等生物醫(yī)用植入式電子設(shè)備的無線供電需求，采用一種新的技術(shù)手段，實現(xiàn)無線供電功率的自適應(yīng)調(diào)節(jié)功能，保證生物醫(yī)用植入式設(shè)備安全、可靠地工作，并與生物體和諧共存，推動我國尖端生物醫(yī)療電子方面自主知識產(chǎn)權(quán)的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種基于PWM（脈寬調(diào)制）誤差采樣與LSK（負(fù)載鍵控）調(diào)制無線反饋機(jī)制的植入式自適應(yīng)無線電源傳輸方法及系統(tǒng)，以便安全、可靠地滿足生物醫(yī)用植入式電子設(shè)備及系統(tǒng)所需的無線供電需求，具體技術(shù)方案如下。

植入式自適應(yīng)無線電源傳輸方法，該方法基于PWM誤差采樣與LSK調(diào)制，通過一個體外無線電源發(fā)射單元及一個體內(nèi)的無線電源接收與恢復(fù)單元實現(xiàn)，體外無線電源發(fā)射單元發(fā)射的能量通過無線電磁耦合方式傳遞到體內(nèi)；體內(nèi)的無線電源接收與恢復(fù)單元將無線電能恢復(fù)為直流電源，為體內(nèi)其他植入設(shè)備供電；由傳輸距離變化及負(fù)載變化引起的直流電源的波動變化量通過PWM誤差采樣與LSK調(diào)制技術(shù)無線反饋到體外無線電源發(fā)射單元，并通過體外LSK解調(diào)與嵌入的MCU數(shù)字控制技術(shù)實現(xiàn)根據(jù)植入體內(nèi)設(shè)備對所需電量的變化進(jìn)行體外無線電源發(fā)射功率的自適應(yīng)調(diào)節(jié)。