[發明專利]一種應用于植入式心臟起搏器的無線通信電路結構及方法

有效

• 申請號: 201710488913.6
• 申請日: 2017-06-23
• 公開（公告）號: CN107362449B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: 張瑞智;楊洋;許江濤;張鴻
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: A61N1/372
• 分類號: A61N1/372;A61N1/362;H04B1/40
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 張弘

本發明公開了一種應用于植入式心臟起搏器的體內專用無線通信電路結構及方法，該電路結構能滿足以下功能：體外程控儀能夠通過通信電路將預設參數傳輸到植入體內的功能裝置內；植入體內的功能裝置能夠通過無線通信電路將存儲在MCU內的硬件信息、各種參數、電池狀態、存儲資料以及心臟起搏器專用電路檢測的心電數據傳輸到體外程控儀。該電路結構能夠滿足以下特征：在穿越人體和鈦殼的情況下和體外程控儀的通信距離大于10cm；體內向體外發送數據速率較高；通信電路的誤碼率小于十萬分之一；通信電路的待機功耗極低；通信電路的工作功耗能夠滿足起搏器的正常壽命需求；在37℃的體液環境溫度下，連續通信0.5小時，鈦殼表面溫度上升小于2℃。

技術領域

本發明屬于生物醫療專用集成電路領域，具體涉及一種應用于植入式心臟起搏器的無線通信電路結構。

背景技術

植入式心臟起搏器是一種植入式醫療設備，工作環境在人體內部，通常要求這些設備具有足夠強的信息處理能力，能夠提供數據遙測功能。現在，隨著工程技術的發展，全世界范圍內大部分的植入式設備都可以在體內被外部程控儀進行程控，來獲得更好的工作效能。植入式的心臟起搏器由單一不可更換的電池供電，一般要求能夠在人體內持續工作10年甚至更久，必須具有極低的功耗，以延長使用壽命并減小熱擴散。另外，為了減小患者的不適感，植入式心臟起搏器中的芯片面積應盡可能小。因此，這種電路系統需要使用大規模集成電路技術、先進的無線技術和電源管理技術。

現在使用的植入式心臟起搏器的遙測功能和數據傳輸功能一般由起搏器和體外的程控儀的雙向通信完成。

現在的植入式心臟起搏器無線通信電路一般是使用FPGA以及分立元件構建的，相比于使用全定制專用集成電路，缺點在于集成度低、面積更大、功耗更高、性能沒有優勢，優點在于開發時間更短、成本更低。

現有的植入式設備的通信方式均將信息調制后加載到線圈上，通過諧振解調進行傳輸。本發明中的通信電路通過線圈耦合互感的方式進行數據傳輸，體內接收端無需解調電路，進一步降低了電路的復雜度和功耗。

在起搏器向程控儀傳輸心電數據的過程中，由電極采集到的心電信號，通過ASIC的相關電路采集到，并送入MCU進行解析。現有的起搏器的方案一般是由MCU將數據處理以后通過發射管和線圈進行發送，這樣進行心電數據傳輸的期間，MCU發熱量大，患者將會感到明顯的不適。

發明內容

本發明的目的在于滿足各種目前的功能需求，提供了一種應用于植入式心臟起搏器的無線通信電路結構及方法，克服現有植入式心臟起搏器無線通信電路的面積、功耗問題，和現有的方案傳輸心電數據的發熱問題，為植入式心臟起搏器專用集成電路提供一套可行的通信電路模塊結構。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案。

一種應用于植入式心臟起搏器的無線通信電路結構，包括無線通信電路，所述無線通信電路包括濾波模塊、放大器模塊、遲滯比較器模塊、波形整形模塊、同步模塊、譯碼模塊、喚醒電路模塊、發射管模塊、通信編碼模塊、混合編碼模塊以及體內線圈L；體外程控儀通過體外線圈L和體內線圈L耦合連接，體內線圈L依次連接濾波模塊、放大器模塊、遲滯比較器模塊、波形整形模塊，波形整形模塊分別通過同步模塊、譯碼模塊和喚醒電路模塊與MCU模塊連接；MCU模塊依次通過通信編碼模塊、發射管模塊、體內線圈L，將MCU訊息發射出無線通信電路模塊，經體外線圈L傳輸至體外程控儀；ASIC模塊與自心臟連接采集心電數據，并傳輸至MCU模塊；無線通信模塊采集ASIC模塊和MCU模塊的心電數據依次通過混合編碼模塊與通信編碼模塊連接。

所述的發射管模塊為雙極型晶體管或MOSFET。

所述的濾波模塊為無源濾波結構或有源濾波結構。

所述的體內線圈L是沿著植入式心臟起搏器鈦殼內側所繞制的異形空心線圈。

所述的無線通信模塊除了體內線圈L以外，均采用集成電路的形式。