[發(fā)明專利]基于電壓反饋的無(wú)線無(wú)源植入式醫(yī)療裝置及其控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410078943.6
• 申請(qǐng)日: 2014-03-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103812232A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-05-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張旭;李春嬋;李剛;劉慶凱;任朝暉;白謙睿;閆立麗;劉斌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 首都醫(yī)科大學(xué)
• 主分類號(hào): H02J17/00
• 分類號(hào): H02J17/00;H02J7/00;H02M3/156
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 溫國(guó)林

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無(wú)線無(wú)源植入式醫(yī)療裝置供能技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于電壓反饋的無(wú)線無(wú)源植入式醫(yī)療裝置及其控制方法。

背景技術(shù)

隨著微電子技術(shù)的發(fā)展和醫(yī)學(xué)水平的提高，植入式醫(yī)療裝置得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，從心臟起搏器、腦深度刺激器、脊髓刺激器到人工細(xì)胞和人工器官等。植入式醫(yī)療裝置制作工藝較高，普遍價(jià)格昂貴。然而目前，絕大多數(shù)的植入式醫(yī)療裝置仍然依靠電池供電，受電池容量限制，使用壽命大概只有3-5年之久。電池一旦耗盡，就需手術(shù)更換，這將給患者帶來(lái)巨大經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，同時(shí)身體上也要承受創(chuàng)傷和痛苦。

中國(guó)發(fā)明專利“一種無(wú)線無(wú)源的測(cè)量方法和電路”（公開(kāi)號(hào)：CN102003973A）公開(kāi)一種測(cè)量電路，分內(nèi)外兩部分。電路中包含外部和內(nèi)部一對(duì)線圈，外部線圈通過(guò)電磁耦合的方式為內(nèi)部電路供電，可實(shí)現(xiàn)無(wú)需電池下的人體參數(shù)測(cè)量。中國(guó)發(fā)明專利“一種無(wú)線無(wú)源測(cè)量裝置”（公開(kāi)號(hào)：CN102944259A）提出一種基于法拉電容的無(wú)線無(wú)源測(cè)量裝置，次級(jí)線圈上的交流電經(jīng)整流濾波和穩(wěn)壓處理后由充電管理模塊為法拉電容充電，以供測(cè)量電路使用。

以上兩種實(shí)施方案都可用于植入式醫(yī)療人體參數(shù)測(cè)量，而且植入式電路部分都不含電池，可無(wú)限期延長(zhǎng)其使用壽命。然而兩者體外供電采用恒定功率方式，能量利用率低，不僅對(duì)能量是一種浪費(fèi)，還會(huì)減少外部供電電池的壽命，另外當(dāng)體內(nèi)體外線圈間距發(fā)生變化時(shí)，需要手動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)射端功率，使用不靈活。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種基于電壓反饋的無(wú)線無(wú)源植入式醫(yī)療裝置及其控制方法，本發(fā)明在無(wú)線供電時(shí)，通過(guò)檢測(cè)接收端的電壓情況，調(diào)整發(fā)射端的功率，可解決無(wú)線無(wú)源植入式醫(yī)療裝置供電中能量利用率低的問(wèn)題，詳見(jiàn)下文描述：

一種基于電壓反饋的無(wú)線無(wú)源植入式醫(yī)療裝置，包括：體外控制器和體內(nèi)植入式醫(yī)療裝置兩部分，所述體外控制器包括：第一微處理器、PWM發(fā)生器和BUCK電路，所述體內(nèi)植入式醫(yī)療裝置包括：電壓反饋電路，所述電壓反饋電路連接在整流濾波電路之后且與醫(yī)療執(zhí)行器并聯(lián)，

所述電壓反饋電路由兩個(gè)串聯(lián)的電阻構(gòu)成，兩電阻中間引出抽頭作為ADC的采樣端，所述電壓反饋電路將所述醫(yī)療執(zhí)行器的采樣電壓反饋至所述第一微處理器；所述第一微處理器

根據(jù)所述采樣電壓調(diào)節(jié)所述PWM發(fā)生器輸出方波的占空比，以控制所述BUCK電路輸出電壓大小。

所述無(wú)線無(wú)源植入式醫(yī)療裝置還包括：可充電電池和充電管理模塊，

所述充電管理模塊負(fù)責(zé)電池充電管理并將所述可充電電池的電量情況反饋給所述第一微處理器，所述第一微處理器控制顯示模塊顯示電池電量。

所述無(wú)線無(wú)源植入式醫(yī)療裝置還包括：功率放大電路和驅(qū)動(dòng)電路，

所述功率放大電路由四個(gè)N溝道場(chǎng)效應(yīng)管連接成全橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，所述功率放大電路輸入端與所述驅(qū)動(dòng)電路輸出端連接，所述驅(qū)動(dòng)電路由一個(gè)全橋驅(qū)動(dòng)芯片或者兩個(gè)半橋驅(qū)動(dòng)芯片構(gòu)成，所述驅(qū)動(dòng)電路輸入端控制信號(hào)為所述第一微處理器輸出的完全對(duì)稱方波。

一種無(wú)線無(wú)源植入式醫(yī)療裝置的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步驟：

（1）設(shè)定電壓反饋電路采樣端的最優(yōu)電壓V_ADP；

（2）獲取電壓差值ΔV_AD=V_AD-V_ADP；

其中，V_AD=R2/(R1+R2)*V0，V0為整流濾波電路輸出的直流電壓；R1、R2為串聯(lián)電阻的電壓，且R1+R2>10Ri,R1、R2阻值配比合理，使V_AD<V1，Ri為后級(jí)電路輸入電阻；V1為穩(wěn)壓電路的輸出電壓；（3）根據(jù)所述電壓差值和預(yù)設(shè)范圍[-a,a]對(duì)PWM發(fā)生器輸出方波的占空比進(jìn)行控制；

當(dāng)|ΔV_AD|-a<0或者|ΔV_AD|-a=0時(shí)，D_n=D_n-1，Dn為第n次進(jìn)行發(fā)射功率調(diào)整時(shí)PWM發(fā)生器輸出方波的占空比，D_n-1為第n-1次進(jìn)行發(fā)射功率調(diào)整時(shí)PWM發(fā)生器輸出方波的占空比；

當(dāng)|ΔV_AD|-a>0時(shí)，D_n=D_n-1-k*ΔV_AD，k為調(diào)節(jié)系數(shù)。