[發明專利]用于醫療設備的能量采集裝置

有效

• 申請號: 201410301841.6
• 申請日: 2009-09-22
• 公開（公告）號: CN104174113B
• 公開（公告）日: 2017-08-08
• 發明（設計）人: M·伊姆蘭
• 申請（專利權）人: 因庫博實驗室有限責任公司
• 主分類號: A61N1/372
• 分類號: A61N1/372;A61B5/0205
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司72002
• 代理人: 李隆濤

本申請是申請日為2009年9月22日、名稱為“用于醫療設備的能量采集裝置”的第200980142008.9號發明專利申請的分案申請。

背景技術

相關申請

本申請要求于2008年9月23日提交的標題為“ENERGY HARVESTING MECHANISM FOR MEDICAL DEVICES”的美國臨時專利申請第61/099,203號的優先權利益，前述在先申請以引用方式被完全納入本文。

技術領域

本發明的實施方案涉及能量采集裝置。更具體地，本發明的實施方案涉及用于為植入的醫療設備——例如起搏器、除顫器和其他設備——提供動力的能量采集裝置的使用。

若干可植入的電子醫療設備——例如心臟起搏器和可植入的除顫器——利用電池電源。許多這些設備的使用期限被電池的壽命所限制。雖然在便攜式電池技術上已經取得許多進步，但是目前大部分的設備仍不能維持超過10年，10年后起搏器必須被移走。許多電池還經歷一定量的自放電，所以即使起搏器或其他設備沒有消耗電，電池故障也會時有發生。電池故障可以是突然的，或者發生在電池電壓的下降中。無論是何種原因，電池故障可危及生命，該故障事件需要立即加以干預——包括進行外科手術。因此，需要一種改進的用于心臟起搏器和其他植入的醫療設備的電源。

發明內容

本發明的實施方案提供用于從生物動力學事件中采集能量，從而為各種植入的醫療設備提供動力的器械、系統和方法。一個實施方案提供用于心臟起搏器的能量采集裝置，其包括能量轉換器和信號路徑組件。所述能量轉換器可定位在人體內，并且被配置為響應人體的生物動力學事件——例如心跳、呼吸或動脈脈動——產生電功率信號。所述轉換器還可具有產生的峰值電壓或其他功率產生特性(例如產生的均方根電壓、或電壓)，所述特性匹配所述生物動力學事件頻率。對于心跳動力應用，所述功率產生特性可以匹配典型生理范圍的脈動速率，例如每分鐘40到180跳。所述功率產生特性還可以匹配特定病人的脈動范圍。如下文解釋的，所述轉換器還可以被配置為因任意軸線或所有三個軸線上的變形而產生電力。

通常，所述轉換器的變形產生的電流是AC，但是該AC可以被整流產生DC。所述轉換器可以被設計大小，或者被配置為產生足夠的電功率為整個起搏器(或其他設備)提供動力，或者補充起搏器電池的電流，從而允許更長的電池壽命，并在電池失效時提供備用。功率管理電路可以被用于在將電池功率作為電源或將轉換器作為電源之間進行切換，并通過涓流充電規則或其他充電規則為電池充電。在特定實施方案中，所述轉換器可以被配置為產生20至40微安之間的電流。

在許多實施方案中，所述能量轉換器包括壓電材料，其響應所述轉換器的機械變形產生電力。理想的是，所述轉換器被定位成響應心跳或其他生物動力學事件的運動而變形，以使得在每次心跳下，所述轉換器產生電功率以向所述起搏器提供動力。所述轉換器的厚度和材料屬性可以被配置為具有剛度/撓性，以容許：對生理范圍的脈動速率內的轉換器變形頻率，產生峰值電壓、電流等。所述轉換器的厚度和材料屬性還可以被配置為使所述轉換器具有在這些脈動速率范圍內的諧振頻率。

在許多實施方案中，所述壓電材料包括壓電纖維束，其被布置圍繞核心導體。所述壓電纖維數量足夠，并且被布置為使得當所述壓電纖維束在給定方向變形時，至少一個纖維會充分變形，從而為起搏器或選擇的其他設備產生足夠的能量。因此，不同于僅在一個方向或限制數量的方向上產生電壓，所述壓電纖維束可以從任意方向的變形中產生電壓。

所述信號路徑組件的結構被設計為使得所述功率信號能夠從所述能量轉換器傳輸到所述心臟起搏器。在許多實施方案中，所述信號路徑組件包括傳輸起搏信號到心臟的電纜或電極線。通常，所述能量轉換器會被定位在所述電纜中，以使得來自跳動的心臟的所述電纜的運動為能量轉換提供動力學能量。也可以預期其他配置，例如將所述轉換器附接到所述電纜，或者附接到裝有起搏器電子設備的容器。

所述電纜或電極線可以包括至少一個用于傳輸起搏信號到心臟的第一線和至少一個用于傳輸功率信號到起搏器的第二線。通常，所述能量轉換器被成形為適合安置在電纜內。所述轉換器可以相對于所述電纜同軸，并可以具有不改變所述電纜的形狀因數(form factor)的形狀因數或形狀。按此方式，不要求額外的用于將轉換器集成到電極線中的體積。