CN102258409A - 用于视觉假体的无线能量与数据传输系统 - Google Patents
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Abstract
一种生物医学工程技术领域的用于视觉假体的无线能量与数据传输系统，包括：位于体外的体外无线装置、位于体内的体内无线装置以及数据逆向传输模块，体外无线装置接收编码后的图像信号并进行调制后通过无线发射至体内无线装置，体内无线装置进行整流和解调并分别接收驱动电源和接收信号，数据逆向传输模块监测体内的阻抗和温度信息，经过体内线圈发射数据至体外线圈，体外逆向解调电路恢复出阻抗和温度信息，并由体外装置再根据体内的状态调整输入功率。本发明具有电路简单、体积小、效率高等特点。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种生物医学工程领域的装置，具体是一种用于视觉假体的无线能量与数据传输系统。
背景技术
视觉假体是一种通过刺激视觉神经系统使失明患者重新获得视觉的人工器官。在理论上，视觉假体的实现可通过对视觉通路上任意位置进行神经电刺激。视觉假体主要包括以下几个部分：体外信息收集部分和信号处理部分，体内能量恢复、数据解调、神经刺激器、电极以及数据反馈部分，其间通过射频无线传输进行信号与能量传递。其中，体内植入装置对体积，安全性和可靠性具有一定要求。首先，信号收集部分采集图像或文字信息，将该信息传递至信号处理部分，进行图像处理、编码等，再通过无线传输方式将能量和数据传送到体内植入装置，从而产生电脉冲，通过体内的微电极刺激视神经、视网膜或视皮层以产生光幻视。
视觉假体体内部分的装置，如刺激神经的微电极和体内的电路，需要提供能量才能使其正常工作。因为视觉假体的实时性以及全植入式的要求，需要采用无线传输的方式接收能量和数据。若采用电池供能，效率较高，但是小尺寸电池提供的能量有限，会在几年内耗尽，需要再次手术来更换电池，对患者造成不便。所以对于视觉假体来说，无线能量和数据传输系统是视觉假体中的关键技术部分。无线传输的方式有使用红外，激光等，但是效率较低，其中效率较高，并且比较适用于视觉假体的是实用线圈来电磁耦合来传输能量与数据。
通过对现有技术的文献检索发现，中国专利文献号CN1897471A中公开了一种植入式神经刺激器中的射频通信装置，采用FSK调制方式发送数据，采用了三对耦合线圈分别进行数据、能量前向传输和数据的逆向传输。FSK的解调电路比较复杂，增加了体内解调电路的难度和体积。本发明采用调制深度为20-30％的ASK调制来传输数据与能量，仅采用一对线圈进行数据与能量的传输，电路简单，提高了传输效率，减小了装置的体积。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种用于视觉假体的无线能量与数据传输系统，具有电路简单、体积小、效率高等特点。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：位于体外的体外无线装置、位于体内的体内无线装置以及数据逆向传输模块，其中：体外无线装置接收编码后的图像信号并进行调制后通过无线发射至体内无线装置，体内无线装置进行整流和解调并分别接收驱动电源和接收信号，数据逆向传输模块监测体内的阻抗和温度信息并依次由体内无线装置通过无线连接方式发送至体外无线装置，体外逆向解调电路根据体外无线装置收到的信号恢复出阻抗和温度信息并由体外装置调整输入功率。
所述的体外无线装置包括：编码电路、ASK调制电路和体外线圈，其中：编码电路与ASK调制电路相连并传输编码后的图像信息，ASK调制电路与体外线圈相连并传输能量和数据信息。
所述的ASK调制电路包括：PWM控制单元和与之相连的E类功率放大器，其中：PWM控制单元根据输入信号的高低电平输出频率为10M-20MHz的PWM信号并作为E类功率放大器MOS管的开关控制信号，控制E类功率放大器的输出幅度，从而实现ASK调制，载波频率为PWM信号的频率。
所述的体内无线装置包括：体内线圈、滤波整流电路、ASK解调电路，其中：体内线圈与滤波整流电路和相连并恢复能量，同时体内线圈与ASK解调电路相连并恢复数据信息。
所述的ASK解调电路包括：依次连接的包络检波器、带通滤波器、电压比较器和位同步电路，其中：包络检波器接收ASK信号的包络并传输至带通滤波器，带通滤波器去除包络的载波频率接收较平滑的包络并传输至电压比较器，通过电压比较器恢复接收3.3V电平的信号并传输至位同步电路，位同步电路恢复出原始的数字信号和时钟。
所述的体外线圈和体内线圈均采用平面螺线型线圈；
所述的数据逆向传输模块包括：阻抗和温度监测装置、A/D转换装置、ASK发射装置、低通滤波器和逆向解调电路，其中：阻抗和温度监测装置接收体内的阻抗和温度信息并传输给A/D转换装置，A/D转换装置将阻抗和温度信息转换成数字信号传输至体内ASK发射装置调制成载波频率为100KHz左右的ASK信号并经过体内无线装置传输至体外无线装置，体外无线装置将逆向ASK信号传输至低通滤波器，低通滤波器接收低频的ASK信号即逆向传输信号并传输至逆向解调电路恢复接收体内的阻抗和温度信息。
本发明的工作过程如下：体外无线装置接收编码后的图像信号并进行调制后通过无线发射至体内无线装置，体内无线装置进行整流和解调并分别接收驱动电源和接收信号，数据逆向传输模块监测体内的阻抗和温度信息，经过体内线圈发射数据至体外线圈，体外逆向解调电路恢复出阻抗和温度信息，并由体外装置再根据体内的状态调整输入功率。
本发明的技术优点在于：
1采用E类功率放大器传输能量，效率高，其理论效率可达95％。
2利用PWM信号控制E类功率放大器MOS管的开关，控制输出幅度的变化，从而实现ASK调制，电路简单，易于实现。
3ASK的调制深度为20％-30％，体内线圈可接收持续的电压，仅采用一对线圈即实现了能量和数据的同时传输，使装置的体积减小，易于植入体内。由于调制部分需要消耗部分能量，实际应用中总的能量传输效率可达50％。
4线圈采用平面螺线型线圈，线圈耦合系数高，且对位置变化不敏感，体内线圈可接收到更稳定的电压。
5采用数据逆向传输模块，监测体内的阻抗和温度信息，由体内线圈传输至体外线圈，接收逆向传输数据，体外装置可根据体内的状态调整输出功率。由于逆向传输数据的载波频率较低，可通过低通滤波器将体外线圈的前向传输信号和逆向传输信号分离。
附图说明
图1为本发明的系统组成框图。
图2为本发明的体外部分框图。
图3为本发明的体内部分框图。
图4为本发明的体外部分中的ASK调制电路。
图5为ASK调制电路波形示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例
如图1所示，本实施例包括：位于体外的体外无线装置、位于体内的体内无线装置以及数据逆向传输模块，其中：体外无线装置接收编码后的图像信号并进行调制后通过无线发射至体内无线装置，体内无线装置进行整流和解调并分别接收驱动电源和接收信号，数据逆向传输模块监测体内的阻抗和温度信息并依次由体内无线装置通过无线连接方式发送至体外无线装置，体外逆向解调电路根据体外无线装置收到的信号恢复出阻抗和温度信息并由体外装置调整输入功率。
如图2所示，所述的体外无线装置包括：编码电路、ASK调制电路和体外线圈，其中：编码电路与ASK调制电路相连并传输编码后的图像信息，ASK调制电路与体外线圈相连并传输能量和数据信息。
如图3所示，所述的体内无线装置包括：体内线圈、滤波整流电路、ASK解调电路，其中：体内线圈与滤波整流电路和相连并恢复能量，同时体内线圈与ASK解调电路相连并恢复数据信息。
如图2-图5所示，所述的ASK调制电路包括：PWM控制单元和与之相连的E类功率放大器，其中：PWM控制单元根据输入信号的高低电平输出频率为10M-20MHz的PWM信号并作为E类功率放大器MOS管的开关控制信号，控制E类功率放大器的输出幅度，从而实现ASK调制，载波频率为PWM信号的频率。先通过编码电路将数据编成曼切斯特码，再通过E类功率放大器将信号调制成须要的ASK信号。E类功率放大器具有简单的电路，与较高的效率，其理论的效率可达95％以上。载波频率在10M-20MHz左右，保证了数据传输率在500k b/s以上。体外线圈接收到的逆向传输的数据经过滤波和解调返回给信号处理系统。
所述的ASK解调电路包括：依次连接的包络检波器、带通滤波器、电压比较器和位同步电路，其中：包络检波器接收ASK信号的包络并传输至带通滤波器，带通滤波器去除包络的载波频率接收较平滑的包络并传输至电压比较器，通过电压比较器恢复接收3.3V电平的信号并传输至位同步电路，位同步电路恢复出原始的数字信号和时钟。
上述电路实现深度为20-30％的ASK调制。根据E类功率放大电路的性质，给电路中的开关MOS管输入不同占空比的控制信号，E类功率放大器负载上接收的输出功率不同。因此，通过改变控制信号的占空比，可以实现信号的ASK调制。经过编码后的信号输入到PWM控制单元，PWM控制单元根据输入信号的高低电平，选择输出控制信号的占空比，该占空比不同的信号控制Class-E电路中MOS管开关。该电路具有简单、效率高等特点。
本实施例中仅采用一对耦合线圈同时传递能量和数据，避免了能量和数据传输的互相干扰，减小了体内植入装置的体积，在载波频率10M-20MHz的情况下，实际能量传输效率可达50％以上，实际数据传输率可达500k b/s以上。本实例中的发射线圈和接收线圈，都采用平面螺线型线圈，而不是螺线管，这种线圈形状的优点是在外径相同的情况下，耦合效果比螺线管线圈要好。采用平面螺线型线圈，不仅能在接收线圈中接收更大的电压，而且这种形状的耦合线圈对两个线圈之间的相对位置、距离变化不敏感，因此可以接收更稳定的电压。线圈同轴放置，两个线圈的距离为5mm-10mm。接收线圈由于要植入体内，因此尺寸要做到尽量小，而采用上述方法，可以在达到要求的前提下缩小线圈的尺寸，降低了手术的风险，提高了可行性。
所述的数据逆向传输模块包括温度监测、阻抗监测。其中温度监测可监测体内装置的局部温度，以防温度过高损伤组织；阻抗监测电极的阻抗，可以判断电极是否正确连接，以及监视电极阻抗的变化。这些数据经过体内的A/D转换，转换成数字信号，再经过ASK调制，经过体内线圈发送到体外装置。
Claims (6)
1.一种用于视觉假体的无线能量与数据传输系统，其特征在于，包括：位于体外的体外无线装置、位于体内的体内无线装置以及数据逆向传输模块，其中：体外无线装置接收编码后的图像信号并进行调制后通过无线发射至体内无线装置，体内无线装置进行整流和解调并分别接收驱动电源和接收信号，数据逆向传输模块监测体内的阻抗和温度信息并依次由体内无线装置通过无线连接方式发送至体外无线装置，体外逆向解调电路根据体外无线装置收到的信号恢复出阻抗和温度信息并由体外装置调整输入功率。
2.根据权利要求1所述的用于视觉假体的无线能量与数据传输系统，其特征是，所述的体外无线装置包括：编码电路、ASK调制电路和体外线圈，其中：编码电路与ASK调制电路相连并传输编码后的图像信息，ASK调制电路与体外线圈相连并传输能量和数据信息。
3.根据权利要求2所述的用于视觉假体的无线能量与数据传输系统，其特征是，所述的ASK调制电路包括：PWM控制单元和与之相连的E类功率放大器，其中：PWM控制单元根据输入信号的高低电平输出频率为10M-20MHz的PWM信号并作为E类功率放大器MOS管的开关控制信号，控制E类功率放大器的输出幅度，从而实现ASK调制，载波频率为PWM信号的频率。
4.根据权利要求1所述的用于视觉假体的无线能量与数据传输系统，其特征是，所述的体内无线装置包括：体内线圈、滤波整流电路、ASK解调电路，其中：体内线圈与滤波整流电路和相连并恢复能量，同时体内线圈与ASK解调电路相连并恢复数据信息。
5.根据权利要求4所述的用于视觉假体的无线能量与数据传输系统，其特征是，所述的ASK解调电路包括：依次连接的包络检波器、带通滤波器、电压比较器和位同步电路，其中：包络检波器接收ASK信号的包络并传输至带通滤波器，带通滤波器去除包络的载波频率接收较平滑的包络并传输至电压比较器，通过电压比较器恢复接收3.3V电平的信号并传输至位同步电路，位同步电路恢复出原始的数字信号和时钟。
6.根据权利要求1所述的用于视觉假体的无线能量与数据传输系统，其特征是，所述的数据逆向传输模块包括：阻抗和温度监测装置、A/D转换装置、ASK发射装置、低通滤波器和逆向解调电路，其中：阻抗和温度监测装置接收体内的阻抗和温度信息并传输给A/D转换装置，A/D转换装置将阻抗和温度信息转换成数字信号传输至体内ASK发射装置调制成载波频率为100KHz左右的ASK信号并经过体内无线装置传输至体外无线装置，体外无线装置将逆向ASK信号传输至低通滤波器，低通滤波器接收低频的ASK信号即逆向传输信号并传输至逆向解调电路恢复接收体内的阻抗和温度信息。
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|---|---|
| CN (1) | CN102258409A (zh) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102932025A (zh) * | 2012-10-25 | 2013-02-13 | 武汉大学 | 一种基于磁共振的无线能量及信号协同传输系统 |
| CN102921103A (zh) * | 2012-10-19 | 2013-02-13 | 西安理工大学 | 植入式视觉假体神经刺激器 |
| CN103272329A (zh) * | 2013-05-06 | 2013-09-04 | 上海交通大学 | 具有无线能量传输功能的人工视觉假体装置 |
| CN103987347A (zh) * | 2011-12-12 | 2014-08-13 | 爱尔康研究有限公司 | 用于对眼植入物供电的系统和方法 |
| CN105012119A (zh) * | 2014-10-12 | 2015-11-04 | 中国矿业大学 | 一种深度信息感知脑机融合避障导航装置 |
| CN105049070A (zh) * | 2015-07-27 | 2015-11-11 | 北京理工大学 | 用于植入式医疗仪器的上行近场通信接收机 |
| CN105186716A (zh) * | 2015-10-08 | 2015-12-23 | 杭州电子科技大学 | 一种基于e类功放的无线电能传输装置 |
| CN107078558A (zh) * | 2014-07-30 | 2017-08-18 | 艾尔弗雷德E曼科学研究基金会 | 无线动力传输与通信 |
| CN107645321A (zh) * | 2017-09-28 | 2018-01-30 | 复旦大学 | 单频带无线能量与数据传输方法及接收器 |
| CN109701157A (zh) * | 2017-12-29 | 2019-05-03 | 深圳硅基仿生科技有限公司 | 带检测线圈的射频信号检测装置及视网膜刺激器 |
| CN109925092A (zh) * | 2017-12-18 | 2019-06-25 | 深圳先进技术研究院 | 硅胶封装的人造视网膜植入体 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1897471A (zh) * | 2006-06-22 | 2007-01-17 | 上海交通大学 | 植入式神经刺激器中的射频通信装置 |
| CN201048364Y (zh) * | 2007-05-08 | 2008-04-16 | 深圳市配天网络技术有限公司 | 一种简易的超高频读写器调制电路模块 |
| CN101651369A (zh) * | 2009-09-09 | 2010-02-17 | 重庆大学 | 基于超大规模集成电路的神经束植入电极的无线供能及无线采集系统 |
-
2011
- 2011-04-20 CN CN2011101001629A patent/CN102258409A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1897471A (zh) * | 2006-06-22 | 2007-01-17 | 上海交通大学 | 植入式神经刺激器中的射频通信装置 |
| CN201048364Y (zh) * | 2007-05-08 | 2008-04-16 | 深圳市配天网络技术有限公司 | 一种简易的超高频读写器调制电路模块 |
| CN101651369A (zh) * | 2009-09-09 | 2010-02-17 | 重庆大学 | 基于超大规模集成电路的神经束植入电极的无线供能及无线采集系统 |
Cited By (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103987347B (zh) * | 2011-12-12 | 2016-10-19 | 爱尔康研究有限公司 | 用于对眼植入物供电的系统 |
| CN103987347A (zh) * | 2011-12-12 | 2014-08-13 | 爱尔康研究有限公司 | 用于对眼植入物供电的系统和方法 |
| CN102921103A (zh) * | 2012-10-19 | 2013-02-13 | 西安理工大学 | 植入式视觉假体神经刺激器 |
| CN102921103B (zh) * | 2012-10-19 | 2015-04-22 | 西安理工大学 | 植入式视觉假体神经刺激器 |
| CN102932025A (zh) * | 2012-10-25 | 2013-02-13 | 武汉大学 | 一种基于磁共振的无线能量及信号协同传输系统 |
| CN103272329A (zh) * | 2013-05-06 | 2013-09-04 | 上海交通大学 | 具有无线能量传输功能的人工视觉假体装置 |
| CN103272329B (zh) * | 2013-05-06 | 2015-05-20 | 上海交通大学 | 具有无线能量传输功能的人工视觉假体装置 |
| CN107078558A (zh) * | 2014-07-30 | 2017-08-18 | 艾尔弗雷德E曼科学研究基金会 | 无线动力传输与通信 |
| CN107078558B (zh) * | 2014-07-30 | 2020-08-04 | 艾尔弗雷德E曼科学研究基金会 | 无线动力传输与通信 |
| CN105012119A (zh) * | 2014-10-12 | 2015-11-04 | 中国矿业大学 | 一种深度信息感知脑机融合避障导航装置 |
| CN105012119B (zh) * | 2014-10-12 | 2018-04-13 | 中国矿业大学 | 一种深度信息感知脑机融合避障导航装置 |
| CN105049070A (zh) * | 2015-07-27 | 2015-11-11 | 北京理工大学 | 用于植入式医疗仪器的上行近场通信接收机 |
| CN105049070B (zh) * | 2015-07-27 | 2017-06-16 | 北京理工大学 | 用于植入式医疗仪器的上行近场通信接收机 |
| CN105186716A (zh) * | 2015-10-08 | 2015-12-23 | 杭州电子科技大学 | 一种基于e类功放的无线电能传输装置 |
| CN107645321A (zh) * | 2017-09-28 | 2018-01-30 | 复旦大学 | 单频带无线能量与数据传输方法及接收器 |
| CN109925092A (zh) * | 2017-12-18 | 2019-06-25 | 深圳先进技术研究院 | 硅胶封装的人造视网膜植入体 |
| CN109701157A (zh) * | 2017-12-29 | 2019-05-03 | 深圳硅基仿生科技有限公司 | 带检测线圈的射频信号检测装置及视网膜刺激器 |
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