[實用新型]一種穿戴式無線傳能裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201520098943.2
• 申請日: 2015-02-11
• 公開（公告）號: CN204538825U
• 公開（公告）日: 2015-08-05
• 發(fā)明（設計）人: 尹成科
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: H02J17/00
• 分類號: H02J17/00
• 代理公司: 蘇州市中南偉業(yè)知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 32257
• 代理人: 楊明

技術領域

本實用新型涉及一種向生物體內(nèi)無線傳能的裝置和方法，尤其涉及一種穿戴式無線傳能裝置和方法。

背景技術

近年來，植入式有源醫(yī)療器械呈蓬勃發(fā)展之勢。按所消耗的功率劃分，可分為低功耗、中功耗、大功耗三種。低功耗的設備如心臟起搏器、神經(jīng)刺激器、人工耳蝸等，其功耗一般在100毫瓦以下。中功耗的如腸道機器人、人工心臟、植入式透析設備等，功耗一般在10瓦特以下。大功耗的如人工假肢，功耗一般要上百瓦特。

目前植入式有源醫(yī)療器械的能量供給方式有電池供電、經(jīng)皮電纜供電、無線傳能等方法。電池供電往往用在便攜式場合，但電池的續(xù)航能力和壽命僅為3-5年，到期要手術置換，對病人來說都是巨大的精神、身體和經(jīng)濟負擔。人工心臟的經(jīng)皮電纜供電有20％的概率引起感染，日常生活和愈后效果也不理想。對于有源植入式醫(yī)療器械而言，無線傳能被認為是最有潛力的技術方向。

在工業(yè)和消費領域，無線傳能技術發(fā)展了很多年后日臻成熟，很多場合都開始應用，如電動牙刷、手機。不過，面向有源植入式醫(yī)療器械的無線傳能卻還不完善。有源植入式醫(yī)療器械的微功耗無線傳能實現(xiàn)起來比較容易，但中功耗及以上的無線傳能還存在許多工程和臨床問題，如無線傳能裝置的功率、效率、體積、人體活動的影響、生物介質(zhì)內(nèi)的傳播特性、對生物組織的影響等。雖然存在很多能夠?qū)崿F(xiàn)無線傳能的物理過程，但對于中功率植入式醫(yī)療器械(如人工心臟)而言，經(jīng)過大量研究實踐，目前普遍認為交變磁場是首選傳能媒介，線圈間近場磁感應耦合是主要實現(xiàn)方式。人工心臟、膠囊內(nèi)窺鏡等植入/攝入式醫(yī)療裝置是無線傳能的典型應用案例。

以人工心臟為例，經(jīng)皮變壓器傳能(Transcutaneous?energy?transmission，TET)是目前研究最多的無線傳能方案。常見的人工心臟TET無線傳能系統(tǒng)包括體外部分的電池、驅(qū)動器和發(fā)射線圈，植入體內(nèi)的部分的接收線圈、電池和人?工心臟血泵。能量通過發(fā)射線圈和接收線圈之間的局部經(jīng)皮磁感應耦合傳輸。經(jīng)皮位置常常選擇胸部或者兩肋的皮膚。經(jīng)皮處尺寸一般小于10厘米。

十多年來，TET相關基本理論已經(jīng)成熟，目前主要研究方向側(cè)重于系統(tǒng)改良，如線圈對不準的影響，磁芯和線圈的結(jié)構尺寸優(yōu)化，最大效率跟蹤方法，溫升對組織的損傷及溫升控制方法。作為目前為止研究最多的人工心臟無線傳能方案，TET避免了使用經(jīng)皮電纜，傳能效率也能滿足人工心臟的需求。但臨床試驗中TET卻暴露出不少新問題，可總結(jié)為四個方面：

(1)TET可靠性不高?

變壓器設計思想決定了TET傳能距離非常有限，可患者活動時，體外部分容易錯位或意外脫落，長期使用后，體內(nèi)線圈會逐漸嵌入皮下太深，兩種情況都導致傳能效率降低甚至失效，因此無法保證不間斷傳能。

(2)TET系統(tǒng)植入性差?

由于傳能不可靠，患者體內(nèi)需要植入電池。TET體內(nèi)線圈直徑較大(5～10CM)。植入電池和體內(nèi)線圈造成整體植入部分體積遠大于經(jīng)皮電纜方案，植入性很差。

(3)TET整體耐久性差?

體內(nèi)植入電池的壽命僅為3-5年，到期必須手術更換電池。由于體內(nèi)部件、線纜和接頭復雜，在長期使用過程中極易發(fā)生斷線、泄漏、絕緣等問題，因此系統(tǒng)整體耐久性很差。

(4)TET經(jīng)皮處皮膚溫升過高

TET是通過局部經(jīng)皮磁感應方式傳能的，經(jīng)皮處皮膚在皮下皮表線圈的壓迫下血流不暢，皮下皮表又被發(fā)熱線圈覆蓋，極易積累熱量溫升過高，引起并發(fā)癥。當距離變大時傳能效率急劇降低，發(fā)熱更為嚴重。

總體來看，由于TET系統(tǒng)目前還存在可靠性不高、植入性差、耐久性差、經(jīng)皮處皮膚溫升過高等問題，迄今為止，TET技術仍舊不能滿足中功率有源植入式醫(yī)療器械的臨床需求，以至于絕大多數(shù)中功率應用(如人工心臟)中仍然采用傳統(tǒng)的經(jīng)皮電纜能量供給方案。

實用新型內(nèi)容

為解決上述技術問題，本實用新型的目的是提供一種穿戴式無線傳能裝置和?方法，能夠穿戴于身上，避免脫落，保證身體內(nèi)部任何位置都能接收到能量。

本實用新型提出的一種穿戴式無線傳能裝置，包括一穿戴于體外的組件和一植入體內(nèi)的組件，其特征在于：所述穿戴于體外的組件包含：發(fā)射線圈、換能器、固定帶和體外電源，所述換能器固定在所述固定帶上，所述換能器與所述體外電源電性聯(lián)通，所述發(fā)射線圈與所述換能器電性聯(lián)通；所述植入體內(nèi)的組件包含：接收器和體內(nèi)負載，所述接收器與所述體內(nèi)負載電性聯(lián)通。

作為本實用新型的進一步改進，所述發(fā)射線圈為一空間多維線圈，所述空間多維線圈圍成至少一個三維區(qū)域。