CN101020095B - 可挠式无线传能天线模块 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可挠式无线传能天线模块，是以一天线大小控制装置调整一可挠式环形天线的大小，以匹配于一生物体外部位。该可挠式无线传能天线模块具有一天线传能控制模块是根据该可挠式环形天线的形变量以调整驱动该可挠式环形天线的功率。本发明可挠式无线传能天线模块可依不同身材比例、不同身体部位的使用者，调整天线大小及其驱动功率，以提供该使用者舒适安全可靠的使用环境。

Description

可挠式无线传能天线模块

技术领域

本发明是有关于一种无线传能天线模块；特别是有关于一种可调整天线大小以匹配一使用者体外部位的无线传能天线模块。

背景技术

电刺激器是结合中国传统的点穴疗法(Point Percussion Therapy)及西方的经皮神经电刺激(TENS-Transcutaneous Electrical Nerve Stimulation)的原理，利用微量电流刺激特定的穴道或肌肉，达到保健养身的功效，也就是通过由适当强度频率的电流，连续、轻柔的刺激神经、肌肉和细胞，来激发身体自疗的机制。临床上使用的治疗方法，分为经皮神经电刺激(TENS)和肌肉电刺激(Electrical Muscle Stimulation，EMS)两种。

电刺激的发展，已广为运用于复建的功能，而由于近来微电子技术、微机电技术、生物材料与生物兼容性封装技术的突破，使得电刺激器得以趋向微小化、可植入的型式。

图1是一种现有的植入式电刺激装置1，是包括一体内电刺激模块10及一体外传能模块12；前述体内电刺激模块10是具有一电路板100，一体内传能传讯线圈102及一对正、负电极104是安置于前述电路板100上，以及一生物兼容性高分子层106包覆整个前述体内电刺激模块10。前述体外传能模块12是包含一体外控制模块120及一体外传能传讯线圈122。前述体外控制模块120驱动前述体外传能传讯线圈122，以发射无线能量。前述体内传能传讯线圈102接收前述无线能量，通过由前述电路板100将接收能量转换成电压源，施予在前述正、负电极104，以产生电刺激电流。

据上述，现有的植入式电刺激器乃是从外部天线模块将能量透过无线射频(RF，Radio Frequency)方式传送到体内植入式电刺激组件，其内部电子零件接收到能量的信号后，会自动产生电刺激的动作，而非使用电源线穿透皮肤的方式来进行神经肌肉刺激，透过此种方式可降低外部的伤口感染的机率。然而，此种植入式电刺激装置是以固定大小的天线单向传送的方式来提供植入式电刺激装置所需的能量。也就是说，透过外部传能天线将能量传递到体内电刺激模块，进行神经肌肉刺激。此种传能方式的设计会因植入的电刺激组件的偏移或作用时周遭环境的电磁干扰，使得传能电路的特性改变，导致传送过多的能量造成植入式电刺激组件发热，或者传送过少的能量而无法正常工作，或产生误动作，进而对人体产生不必要的伤害。此种植入式电刺激装置是使用固定大小的天线，对于使用者而言使用上较不安全、舒适。此外是否能有效的检测出植入式电刺激组件的位置，提供有效的能量传输，也是此种植入式电刺激器遭遇的问题。

简言的，目前现有的植入式电刺激器的传能方式具有以下的缺点：

1.天线大小固定，使用上较不安全、舒适。

2.不易检测到植入式电刺激器的正确位置。

3.传能功率不易控制。

4.容易因为周遭的电磁干扰，而改变传能电路的特性。

鉴于上述缺失，一种改良的无线传能天线技术是因应而产生。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种可挠式无线传能天线模块，其可依不同身材比例、不同身体部位的使用者，调整一可挠式天线大小以匹配该使用者的身体部位，以提供该使用者舒适安全的使用方式。

本发明的另一目的是提供一种可挠式无线传能天线模块，其可控制一天线大小，并根据该天线的形变量以调整驱动该天线的功率，以提高该可挠式无线传能天线模块传能的可靠度及安全性。

本发明的又一目的是提供一种可挠式无线传能天线模块，其可以无线回授控制方式提供最佳化无线传能能量，使植入式组件能正确有效执行刺激神经肌肉的动作。

根据以上所述的目的，本发明提供一种可挠式传能天线装置，其包括一可挠式环形天线、一压力传感器及一天线大小控制装置。该可挠式环形天线是结合于一生物体外部位，该压力传感器是结合于该可挠式环形天线的一内侧，用以检测该压力传感器接触该生物体外部位的一压力值，及该天线大小控制装置是用以控制该可挠式环形天线大小。当该压力传感器检测到该压力值达到一临界值时，该天线大小控制装置固定该可挠式环形天线大小。

通过上述本发明可挠式传能天线装置，即可依不同身材比例、不同身体部位的使用者，调整该可挠式环形天线大小，以提供使用者方便舒适的使用方式。

另一方面，本发明提供一种可挠式天线传能控制模块是结合于该可挠式传能天线装置，该可挠式天线传能控制模块包括一天线形变参数检测器及一天线形变参数补偿电路。该天线形变参数检测器是用以检测该可挠式环形天线的形变量，及该天线形变参数补偿电路是根据该形变量以调整驱动该可挠式环形天线的一输出功率。通过此一可挠式天线传能控制模块可提高该可挠式传能天线装置传能的有效性、可靠度及安全性。

附图说明

图1是传统植入式电刺激装置的组合构件示意图；

图2A本发明可挠式传能天线装置的一具体实施例的上视示意图；

图2B是图2A可挠式传能天线装置的一侧视示意图；

图3A至图3C是第二图的可挠式传能天线装置的形变过程示意图；

图4A至图4C是显示本发明不同天线大小的可挠式传能天线装置的示意图；

图5是本发明可挠式无线传能天线模块的一具体实施例的功能方块图；

图6是本发明植入式电刺激系统的功能方块图；及

图7是图6植入式电刺激系统的工作流程图。

主要部分的代表符号：

1----植入式电刺激装置         10----体内电刺激模块

12----体外传能模块            100----电路板

102----体内传能传讯天线       104----正、负电极

106----生物兼容性高分子层     120----体外控制模块

122----体外传能传讯天线

2----可挠式传能天线装置       20----可挠式环形天线

22----压力传感器              24----天线大小控制装置

5----可挠式天线传能控制模块

50----中央处理器

51----天线形变参数检测器

52----天线形变参数补偿电路

53----功率控制器              54----无线射频接口电路

6----植入式电刺激系统         60----外部传能模块

62----内部传能模块            64----电刺激信号控制模块

641----第一无线射频接口电路

642----可调式功率控制电路     643----输出控制电路

621----传能天线               622----第二无线射频接口电路

623----回授调变控制电路       624----电刺激控制电路

6231----储能电容              6232----模拟数字转换电路

6233----微处理器    6234----负载调变电路

具体实施方式

本发明提供一种可挠式传能天线装置及其传能控制模块，其可通过由一天线大小控制装置先调整一可挠式环形天线大小，以与一生物体外部位相匹配，进而增加使用的舒适性及方便性。再者，本发明的可挠式传能天线装置结合一传能控制模块，通过该传能控制模块可检测出该可挠式环形天线经调整大小后的形变量，而根据该形变量以对驱动该可挠式环形天线的一输出功率予以补偿，以使该可挠式环形天线发射正确的能量，以使一植入式组件可于该生物体内执行有效、安全的神经肌肉的刺激动作。另一方面，本发明的可挠式传能天线装置及其传能控制模块可搭配一无线回授控制模块，以提供最佳化能量予该植入式组件，以使其能正确有效执行神经肌肉刺激动作。此外，该无线回授控制模块可具有超载保护设计以避免误动作对生物体造成伤害。

本发明的目的及诸多优点通过由以下具体实施例的详细说明，并参照所附图式，将趋于明了。

图2A是本发明可挠式传能天线装置的一具体实施例的上视示意图及图2B是图2A的一侧视示意图。在此具体实施例中，本发明的可挠式传能天线装置2是包括一可挠式环形天线20、一压力传感器22及一天线大小控制装置24。该可挠式环形天线20是可结合于一生物体外部位，该压力传感器22是结合于该可挠式环形天线20的一内侧，用以检测该压力传感器22接触该生物体外部位的一压力值，以及该天线大小控制装置24是用以控制该可挠式环形天线20大小。该可挠式环形天线20是呈多重环状，其可通过由该天线大小控制装置24调整其环状大小，如图3A至图3C所示。换句话说，该可挠式环形天线20可依不同身材比例、不同使用部位的使用者调整其环状大小，如图4A至图4C所示，以使使用者可舒适地穿戴该可挠式环形天线20。本发明该可挠式传能天线装置2在实际使用时，是通过由该天线大小控制装置24先自动调整该可挠式环形天线20的大小直至该压力传感器22检测到其接触该使用者使用部位的一压力值达到一临界值时，该天线大小控制装置24即固定该可挠式环形天线大小20，以与该使用者使用部位相匹配。

另一方面，本发明的可挠式传能天线装置2可结合一可挠式天线传能控制模块5，参图5所示，以使该可挠式传能天线装置2发射的能量不受到因不同身材比例的使用者或不同使用部位造成的该可挠式环形天线20形变的影响。换句话说，该可挠式天线传能控制模块5可根据该可挠式环形天线20调整大小后的形变量，调整驱动该可挠式环形天线20的一输出功率，以使该可挠式环形天线20发射的能量不受到其形变的影响。该可挠式天线传能控制模块5是包括一中央处理器50、一天线形变参数检测器51、一天线形变参数补偿电路52、一功率控制器53及一无线射频接口电路54。该可挠式环形天线20穿戴至一生物体外部位并通过由该天线大小控制装置24调整其环形大小，而由该压力传感器22检测该可挠式环形天线20作用于该生物体外部位的一压力值，并传送至该中央处理器50，再由该中央处理器50判断该压力值是否达到该临界值，当达到该临界值时，该中央处理器50即控制该天线大小控制装置24固定该可挠式环形天线20的大小，并由该天线形变参数检测器51检测出其形变量。该天线形变参数检测器51可以被动组件分压、分流方式，以测得该可挠式环形天线20的形变量，亦可以电场、磁场感测组件测得该可挠式环形天线20的形变量。该天线形变参数补偿电路52则根据该天线形变参数检测器51测得的该可挠式环形天线20的形变量，以决定驱动该可挠式环形天线20的功率补偿值，并传送至该功率控制器53，再由该功率控制器53根据该功率补偿值输出一驱动功率予该无线射频接口电路54，由该无线射频接口电路54转换成一无线电波，经由该可挠式环形天线20传送出去。

另一方面，本发明的可挠式传能天线装置2及其可挠式天线传能控制模块5应用至一植入式电刺激系统时可搭配一无线回授控制的最佳化定位传能模块，以提供一植入式电刺激组件最佳化的电刺激能量，以使该植入式电刺激组件可执行正确有效的神经肌肉电刺激动作。

图6是应用本发明的可挠式传能天线装置2及其可挠式天线传能控制模块5的一植入式电刺激系统6的功能方块图。图7是该植入式电刺激系统6的工作流程图。该植入式电刺激系统6是包括一外部传能模块60及一内部植入模块62，该外部传能模块60是结合于一生物体外部位，其具有前述可挠式天线传能装置2、前述可挠式天线传能控制模块5及一电刺激信号控制模块64。该可挠式天线传能装置2包括该可挠式环形天线20、该压力传感器22及该天线大小控制装置24，如图2A所示。该可挠式天线传能控制模块5包括该天线形变参数检测器51、该天线形变参数补偿电路52及该功率控制器53。该电刺激信号控制模块64包括一第一无线射频接口电路641、一可调式功率控制电路642及一输出控制电路643。该可挠式环形天线20是用以无线传送能量，其可形变以与该生物体外部位相匹配，该天线形变参数检测器51是用以检测该可挠式环形天线20的形变量及该天线形变参数补偿电路52是根据该形变量以提供一补偿功率至该功率控制器53，该第一无线射频接口电路641是用以驱动该可挠式环形天线20发射能量及将该可挠式环形天线20接收的一感测信号转换成一第一电子信号，该可调式功率控制电路642根据该第一电子信号，决定最佳传能功率控制模式，该输出控制电路643根据该最佳传能功率控制模式，输出一输出功率至该功率控制器53，该功率控制器53根据该补偿功率调整该输出功率，以得到一补偿后输出功率并传送至该第一无线射频接口电路641，以驱动该可挠式环形天线20发射能量。该内部植入模块62是植入于该生物体内部，其具有一传能天线621、一第二无线射频接口电路622、一回授调变控制电路623及一电刺激控制电路624。前述回授调变控制电路623更包含一储能电容6231、一模拟数字转换器(Analog-to-Digital converter，ADC)6232、一微处理器(Micro-Central-Unit，MCU)6233及负载调变电路6234。该传能天线621接收该可挠式环形天线20发射的能量，该第二无线射频接口电路622将前述接收的能量转换成一第二电子信号，以传送至该回授调变控制电路623，其中该微处理器6233根据前述第二电子信号，判断接收的能量是否足够启动该电刺激控制电路624。若是，则开始进行电刺激。若否，则根据前述第二电子信号产生一回授信号，经由该传能天线621传送出去，由该可挠式环形天线20接收，以形成前述感测信号。但当该可挠式环形天线20未检测到有回授信号回传时，则细部调整该可挠式环形天线20的驱动功率，直至检测到有回授信号回传。

以下将参照图6及图7，对于前述植入式电刺激系统6的工原理及工作流程予以详细说明如下。

首先，在步骤700，将该可挠式环形天线20结合于一生物体外部位，调整该可挠式环形天线20大小，以与该生物体外部位匹配，并由该可挠式天线传能控制模块5检测该可挠式环形天线20的形变量，而根据该形变量输出一补偿后驱动功率至该第一无线射频接口电路641，以启动该外部传能模块60以进行无线传能。接着，在步骤701，该内部植入模块62的该传能天线621接收前述无线射频能量，并经由该第二无线射频接口电路622将前述无线射频能量转换成前述第二电子信号，并传送至该回授调变控制电路623，而由该微处理器6233根据前述第二电子信号，判断前述能量是否足够启动前述电刺激控制电路624。若是，则进入步骤711，启动该电刺激控制电路624，开始进行电刺激。若否，则进入步骤702，由该回授调变控制电路623上的模拟数字转换器6232检测该储能电容6231的电压准位，接着，在步骤703，该回授调变控制电路623的微处理器6233根据该储能电容6231的电压准位，决定欲传送的回授信号，之后，在步骤704，启动该回授调变控制电路623的负载调变电路6234传送前述回授信号。接着，在步骤705，该外部传能模块60即透过该可挠式环形天线20检测前述回授信号。当该可挠式环形天线20未检测到回授信号时，进行步骤706，细部调整该可挠式环形天线20的驱动功率，接着重复步骤700至705，直至该可挠式环形天线20检测到回授信号。当该可挠式环形天线20检测到回授信号时，进入步骤707，该第一无线射频接口电路641将前述回授信号转换成前述第一电子信号，并将前述第一电子信号传送至该可调式功率控制电路642，该可调式功率控制电路642即根据前述第一电子信号，判断前述传能天线621与该可挠式环形天线20的倾斜角、距离等参数。在步骤708，该可调式功率控制电路642再根据前述参数，决定最佳传能功率控制模式。接着，在步骤709，该输出控制电路643，例如数字控制电路，根据前述最佳传能功率控制模式，输出一相应的输出功率予该功率控制器53，该功率控制器53根据该天线形变补偿电路52提供的补偿功率及该输出功率，输出一补偿后的驱动功率至该第一无线射频接口电路641，以驱动该可挠式环形天线20进行无线传能。接着，进行步骤701，由该第二无线射频接口电路622将接收能量转换成第二电子信号，并根据此第二电子信号判断目前接收的能量是否足够启动电刺激控制电路624。若是，进入步骤711，启动该电刺激控制电路624，开始进行电刺激。若否，则重复步骤702至709，直至可启动该电刺激控制电路624。

据上述，本发明的植入式电刺激系统6具有以下多项优点：

1.透过该天线大小控制装置24调整该可挠式环形天线20大小，以与使用者使用部位匹配，增加使用的舒适性，并利用该可挠式天线传能控制模块5补偿天线形变后造成的天线发射能量的变化量，以增加天线发射能量的正确性。

2.将该可挠式传能天线模块60搭配外部无线回授控制方式，以提供一植入式组件最佳化的电刺激能量，使该植入式组件可执行有效安全的神经肌肉电刺激动作。

3.透过超载保护设计，以避免因误动作对使用者造成伤害，可提高产品使用上的安全性。

4.在未来，可结合回授监测装置，提供相关的生理信息给医生进行特制化刺激信号设计，增加产品使用上的医疗效益。

以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并非用以限定本发明的申请专利范围；凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在下述的申请专利范围内。

Claims (16)

1.一种可挠式传能天线装置，其特征在于，包括：

一可挠式环形天线，可缠绕于一生物体外部位；

一压力传感器，结合于该可挠式环形天线的一内侧，用以检测该压力传感器接触该生物体外部位时所产生的一压力值；及

一天线大小控制装置，是用以控制该可挠式环形天线大小；

其中当该压力传感器检测到该压力值达到一临界值时，该天线大小控制装置固定该可挠式环形天线大小。

2.如权利要求1所述的可挠式传能天线装置，其特征在于，所述该可挠式环形天线是呈多重环状。

3.一种可挠式无线传能天线模块，其特征在于，包括：

一可挠式环形天线，可缠绕于一生物体外部位；

一压力传感器，结合于该可挠式环形天线的一内侧，用以检测该压力传感器接触该生物体外部位时所产生的一压力值；

一天线大小控制装置，用以控制该可挠式环形天线大小，当该压力传感器检测到该压力值达到一临界值时，该天线大小控制装置固定该可挠式环形天线大小；及

一可挠式天线传能控制模块，是根据该可挠式环形天线的一形变量，以控制该可挠式环形天线的驱动功率。

4.如权利要求3所述的可挠式无线传能天线模块，其特征在于，所述该可挠式天线传能控制模块包括：

一天线形变参数检测器，是用以检测该可挠式环形天线的形变量；及

一天线形变参数补偿电路，是根据该形变量以调整驱动该可挠式环形天线的一输出功率。

5.如权利要求4所述的可挠式无线传能天线模块，其特征在于，所述该天线形变参数检测器是以分压、分流方式检测该可挠式环形天线的形变量。

6.如权利要求4所述的可挠式传能天线装置，其特征在于，所述该天线形变参数检测器是以电场、磁场感测组件检测该可挠式环形天线的形变量。

7.一种可挠式传能天线大小控制方法，其特征在于，包括：

将一可挠式环形天线缠绕于一生物体外部位；及

利用一压力传感器结合于该可挠式环形天线的一内侧，用以检测该压力传感器接触该生物体外部位时所产生的一压力值，当该压力值达到一临界值时，利用一天线大小控制装置固定该可挠式天线大小。

8.一种可挠式传能天线传能方法，其特征在于，包括：

将一可挠式环形天线缠绕于一生物体外部位；

利用一压力传感器结合于该可挠式环形天线的一内侧，用以检测该压力传感器接触该生物体外部位时所产生的一压力值，当该压力值达到一临界值时，利用一天线大小控制装置固定该可挠式天线大小；

检测该可挠式环形天线的形变量；及

根据该可挠式环形天线的形变量，以调整提供予该可挠式环形天线的一输出功率。

9.一种植入式组件的最佳化传能装置，其特征在于，包括：

一外部传能模块，缠绕于一生物体外部位，其具有一可挠式环形天线、一可挠式天线传能控制模块及一电刺激信号控制模块；该可挠式天线传能控制模块包括一天线形变参数检测器、一天线形变参数补偿电路及一功率控制器；该电刺激信号控制模块包括一第一无线射频接口电路、一可调式功率控制电路及一输出控制电路；其中该可挠式环形天线是用以无线传送能量，其可形变以与该生物体外部位相匹配，该天线形变参数检测器是用以检测该可挠式环形天线的形变量及该天线形变参数补偿电路是根据该形变量以提供一补偿功率至该功率控制器，该第一无线射频接口电路是用以驱动该可挠式环形天线发射能量及将该可挠式环形天线接收的一感测信号转换成一第一电子信号，该可调式功率控制电路根据该第一电子信号，决定最佳传能功率控制模式，该输出控制电路根据该最佳传能功率控制模式，输出一输出功率至该功率控制器，该功率控制器根据该补偿功率调整该输出功率，以得到一补偿后输出功率并传送至该第一无线射频接口电路，以驱动该可挠式环形天线发射能量；及

一内部植入模块，是植入于该生物体内部，其具有一传能天线、一第二无线射频接口电路、一回授调变控制电路及一电刺激控制电路；其中该传能天线接收该可挠式环形天线发射的能量，该第二无线射频接口电路将前述接收的能量转换成一第二电子信号，以传送至该回授调变控制电路，该回授调变控制电路根据该第二电子信号，以判断是否驱动该电刺激控制电路或产生一回授信号予该电刺激信号控制模块。

10.如权利要求9所述的植入式组件的传能装置，其特征在于，所述该输出控制电路为一数字控制电路。

11.如权利要求9所述的植入式组件的传能装置，其特征在于，所述该回授调变控制电路是具有一储能电容、一模拟数字转换器、一中央微处理器及一负载调变电路，该储能电容是将该第二电子信号转换成一电压准位，该模拟数字转换器用以检测该电压准位，该中央微处理器根据该电压准位，决定欲传送的前述回授信号，并启动该负载调变电路传送前述回授信号。

12.如权利要求9所述的植入式组件的最佳化传能装置，其特征在于，所述该可调式功率控制电路是根据前述回授信号，判断出该传能天线与该可挠式环形天线的倾斜角及距离，以决定前述最佳传能功率控制模式。

13.一种植入式组件的传能方法，其特征在于，包括：

将一可挠式环形天线缠绕于一生物体外部位；

调整该可挠式环形天线大小，以与该生物体外部位匹配；

检测该可挠式环形天线的形变量；

根据该可挠式环形天线的形变量，以提供一补偿功率至一外部传能模块；

启动该外部传能模块，以驱动该可挠式环形天线发射能量；

一内部植入模块接收前述能量，根据前述能量判断是否驱动前述植入式组件或产生一回授信号；

该外部传能模块接收该回授信号，以决定最佳传能功率控制模式；及

该外部传能模块根据该最佳传能功率控制模式及该补偿功率，以驱动该可挠式环形天线发射能量。

14.如权利要求13所述的植入式组件的传能方法，其特征在于，更包含该外部传能模块未接收到前述回授信号时，调整驱动该可挠式环形天线的一输出功率，直至接收到前述回授信号。

15.如权利要求13所述的植入式组件的传能方法，其特征在于，该外部传能模块接收前述回授信号后，根据前述回授信号，判断前述植入式组件与该可挠式环形天线之间的倾斜角及距离，以决定前述最佳传能功率控制模式。

16.如权利要求13所述的植入式组件的传能方法，其特征在于，所述该植入式组件是为一植入式电刺激器。

Images