CN104740768A - 自供能心脏起搏器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种自供能心脏起搏器，包括：心律监测部、脉冲发生器、刺激电极以及发电部。发电部包括发电主体、输出单元、电能存储单元、固定单元以及封装层。其中，发电主体为多层薄膜结构，包括位于发电主体中心的压电材料层，以及位于压电材料层两侧的电极层，发电主体通过贴附于心脏表面以采集心脏能量用于产生电能。输出单元与电极层相连接，用于将发电主体产生的电流输出给电能存储单元。电能存储单元用于存储电能并为心律监测部、脉冲发生器供电。固定单元位于发电主体的边缘，用于将发电主体固定于心外膜。封装层覆盖于发电主体、输出单元、电能存储单元以及固定单元的表面。本发明的自供能心脏起搏器无需更换电池，可以终身使用。

Description

自供能心脏起搏器

技术领域

本发明涉及一种自供能心脏起搏器，属于医疗器械领域。

背景技术

对于各类药物治疗效果不佳、且症状明显的缓慢型心律失常患者，往往需要安装植入式的电子心脏起搏器，从而提高患者的心率以及心输出量。但现有的植入式电子心脏起搏器均使用电池供电。一般而言，SSI型单腔起搏器的电池使用时间为8年；SSIR型单腔起搏器的电池使用时间为7年；DDD型双腔起搏器的电池使用时间为6年；DDDR型双腔起搏器的电池使用时间仅为5年。当电池耗竭后只能通过外科手术的方式更换电池。此外，在实际使用中，心脏起搏器电池使用时间依据患者自身心率的不同而存在较大差异。

然而，通过手术的方式更换电子起搏器的电池既会给患者造成生理上的痛苦以及心理上的恐惧和焦虑，还会增加患者及其家庭的经济负担。

发明内容

为解决上述问题，本发明采用了如下结构：

本发明提供一种自供能心脏起搏器，具有脉冲发生器、心律监测部以及刺激电极，其特征在于，还包括：发电部，发电部包括包括发电主体、输出单元、电能存储单元、固定单元以及封装层。其中，发电主体为多层薄膜结构，包括位于发电主体中心的压电材料层，以及位于压电材料层两侧的电极层，发电主体用于产生电能。输出单元与电极层相连接，用于将发电主体产生的电流输出给电能存储单元。电能存储单元用于存储电能并为脉冲发生器、心律监测部和刺激电极供电。固定单元位于发电主体的边缘，用于将发电主体固定于心外膜。封装层覆盖于发电主体、输出单元、电能存储单元以及固定单元的表面。

另外，在本发明的自供能心脏起搏器中，还可以具有这样的特征：其中，发电主体的形状为四边形，固定单元位于四边形的两条窄边的中间。

另外，在本发明的自供能心脏起搏器中，还可以具有这样的特征：其中，发电主体的形状为三角形，固定单元位于三角形的三个顶点。

另外，在本发明的自供能心脏起搏器中，还可以具有这样的特征：其中，发电主体的形状为长圆形。

另外，在本发明的自供能心脏起搏器中，还可以具有这样的特征：其中，压电材料层含有纳米级压电材料，纳米级压电材料为压电晶体、压电陶瓷和有机压电聚合物中的任意一种。

另外，在本发明的自供能心脏起搏器中，还可以具有这样的特征：其中，压电晶体为至少一层氧化锌纳米线阵列。

另外，在本发明的自供能心脏起搏器中，还可以具有这样的特征：其中，压电晶体、压电陶瓷、有机压电聚合物可以为纳米线阵列的单层或多层结构。

另外，在本发明的自供能心脏起搏器中，还可以具有这样的特征：其中，输出单元具有输出电极和整流滤波电路。

发明的作用与效果

根据本发明的自供能心脏起搏器，由于其发电主体直接贴附于心脏表面，因此能够有效的将心脏的收缩与舒张使纳米压电材料发生形变，从而转化为电能。

另一方面，由于本发明自供能心脏起搏器的发电主体直接贴附于心脏表面，因此只要心脏跳动，本发明的自供能心脏起搏器的发电主体即可以产生电能，因此能够终生为自供能心脏起搏器提供电能，避免了手术更换电池的必要。

另外，由于本发明自供能心脏起搏器的发电主体采用点固定的方式将发电系统固定于心外膜，一方面能够有效的采集心脏运动产生的能量，另一方面也不会对心脏的收缩和舒张运动产生明显的影响。

附图说明

图1是本发明实施例一的自供能心脏起搏器的发电主体为四边形的示意图，

图2是本发明实施例一的自供能心脏起搏器的发电主体的局部截面图；

图3是本发明实施例二的自供能心脏起搏器的发电主体为三角形的示意图；

图4是本发明变形例的发电主体为长圆形的示意图；以及

图5是本发明实施例的电路图。

具体实施方式

以下结合附图来说明本发明自供能心脏起搏器的具体实施方式，

<实施例一>

图1是实施例1中自供能心脏起搏器的发电主体为四边形的示意图，如图1所示，自供能心脏起搏器10具有发电部200、脉冲发生器17和刺激电极18。其中，发电部200包括发电主体11，输出单元、电能存储单元16、固定单元22以及封装层。发电主体21为矩形，在矩形的两条窄边上各具有一个固定单元22，用于将发电主体11以长轴方向沿着心脏收缩的方向固定于心外膜上。植入发电主体时，通过外科手术的方式显露出心脏，将发电主体沿着心脏收缩的方向设置并将固定部缝合在心外膜上，使得发电主体与心外膜相贴合，此时发电主体会随着心脏的跳动产生形变。

固定单元22由封装层构成，并且固定单元22的内部没有电极或压电材料等发电结构，因此在使用缝线固定时不会破坏发电主体11的发电结构。发电主体除了以固定单元22固定之外其余部分并不固定，以利于在心脏收缩的过程中使得发电主体能够更好的发生形变。由于发电主体采用了矩形，并且安装方向与心脏收缩的方向一致，因此可以很好的采集心脏收缩产生的机械能。

输出电极14用于将发电主体产生的电能输出给电能存储单元16，在电能存储单元16之前还具有整流滤波电路15，用于对输出电极14输出的电流进行整流滤波，从而使得输出的电流更加稳定。电能存储单元16将电能供应给自供能心脏起搏器的脉冲发生器17，并通过刺激电极刺激心脏，使心脏恢复跳动。

图2是本发明实施例的自供能心脏起搏器的发电主体部分的截面图，如图2所示，发电主体11为多层薄膜结构，它的中心层为压电材料层31，压电材料层31由ZnO纳米线阵列组成，压电材料层31的两侧分别为电极层32和电极层33，电极层32和电极层33分别与输出电极14相连接（图中未显示）。封装层34位于电极层电极层32和电极层33的外侧，封装层34具有良好的绝缘性，同时封装层34也具有良好的生物相容性，使得发电主体12以及自供能心脏起搏器的其它结构在植入体内时不会引起免疫反应。自供能心脏起搏器20的各个组成部分的表面均覆盖有一层绝缘的封装层34，封装层34使用高分子聚合材料。

图5是本发明实施例的电路图，如图5所示，发电主体21与整流滤波电路15相连接，发电主体21产生的电能经过整流滤波电路15后对电能存储单16进行充电，电能存储单元16用于为用电器进行供电。

实施例的作用与效果

根据本实施例的自供能心脏起搏器，由于发电主体采用了矩形，并且安装方向与心脏收缩的方向一致，在心脏收缩时能够使得矩形产生最大的形变，因此可以很好的采集心脏收缩产生的机械能。

另外，由于固定单元只固定了发电主体的矩形的两个短边，发电主体的其它部分没有固定，因此在心脏收缩的过程中不仅不会限制心脏的收缩，同时也可以最大限度的产生形变，从而产生更多的电能。

另一方面，由于本发明的自供能心脏起搏器是以心脏跳动产生的动能作为能量来源，因此只要心脏跳动，本发明的自供能心脏起搏器即可以产生能量，因此能够终生为植入人体的电子设备提供电能，避免了更换电池的麻烦。

此外，由于发电主体采用多层薄膜结构，并且其中采用了纳米级的压电材料，因此整个发电主体的厚度薄、顺应性好，对心脏的收缩与舒张功能无明显影响。

<实施例二>

图3是本发明实施例的发电部为三角形的自供能心脏起搏器示意图，如图3所示，本发明的自供能心脏起搏器20的发电主体21为三角形，三角形的每个顶点位置均具有一个固定单元22，输出电极14与电极层（见图2）相连接，整流滤波电路15与输出电极14相连接，电能存储单元16连接于整流滤波电路15之后用于存储发电主体21产生的电能。

发电主体21的形状为三角形，在将其安装于心外膜上时，利用位于三角形三个顶点上的固定单元22将发电主体21固定于心外膜上。而发电主体21的三角形的各个边并不固定，这样既不会限制心脏的收缩和舒张，还有助于压电材料层随着心脏的运动发生形变从而产生电能。

发电主体21制作成三角形的优点在于能够更多的采集心脏跳动的能量，这是因为在心脏跳动的过程中不仅有横向的收缩和舒张，也有纵向的收缩和舒张，当采用三角形的形状时，三角形的一个顶点设置为向着心尖的方向，而另外两个顶点设置为与心脏横向收缩的方向相平行，这样不论是心脏横向收缩是纵向收缩，均能够带动发电主体21变形。因此三角形的形状比四边形的形状能够更多的利用心脏跳动产生的能量。

固定单元22由封装层在相应的位置延展而形成，固定单元22的内部不含有压电材料和电极材料，因此可以避免在缝合时损伤压电材料层和电极层。

电能存储单元16将电能供应给自供能心脏起搏器的脉冲发生器17，并通过刺激电极刺激心脏，使心脏恢复跳动。

图2是本发明实施例的自供能心脏起搏器的截面图，如图2所示，发电主体的中心层为压电材料层31，压电材料层31由ZnO纳米线阵列组成，压电材料层31的两侧分别为电极层32和电极层33，电极层32和电极层33分别与输出电极14相连接。封装层34位于电极层32和电极层33的外侧。整个自供能心脏起搏器11的表面均覆盖有一层绝缘性好的封装层34，封装层34可使用高分子聚合材料，并且封装层34具有良好的生物相容性，使得自供能心脏起搏器11在植入体内时不会引起排异反应。

实施例的作用与效果

根据本实施例的自供能心脏起搏器，由于发电主体采用了三角形的形状，并且安装方向为三形的一个尖端对着心尖的方向，另外两个尖端与心脏橫向收缩的方向平行，因此既可以采集心脏橫向收缩产生的机械能也能够采集心脏纵向收缩产生的机械能，与矩形的发电主体相比，采集能量的效率更高。

另外，由于固定单元只固定了三角形的三个顶点，发电主体的其它部分没有固定，因此在心脏收缩的过程中不仅不会限制心脏的收缩，同时也可以最大限度的产生形变，从而产生更多的电能。

另一方面，由于本发明的自供能心脏起搏器是以心脏跳动产生的动能作为能量来源，因此只要心脏跳动，本发明的自供能心脏起搏器即可以产生能量，因此能够终生为植入人体的电子设备提供电能，避免了更换电池的麻烦。

此外，由于发电主体采用多层薄膜结构，并且其中采用了纳米级的压电材料，因此整个发电主体的厚度薄、顺应性好，对心脏的收缩与舒张功能无明显影响。

<变形例>

本变形例与实施例一相比，除了发电主体的形状为长圆形以外，其它的设置均相同。如图4所示，发电主体42的形状为长圆形，在长圆形的两个顶点处具有固定单元41，发电主体42的形状为长圆形的优点在于不像矩形的四角那么尖锐，可以减轻对心脏的损伤。

当然，本发明的自供能心脏起搏器的发电主体的形状可以为多种形状，不仅限于上述两个实施例中的三角形、四边形和长圆形。

而且，本发明的压电材料层含有的纳米级压电材料，并不限于实施例中提到的ZnO纳米线，而可以为压电晶体、压电陶瓷和有机压电聚合物中的任意一种。并且压电晶体的形状为薄膜形状，压电陶瓷的形状为纳米线阵列，有机压电聚合物为薄膜形状。采用的材料和形状可根据情况进行选择。

Claims (9)

1.一种自供能心脏起搏器，其特征在于，包括：

用于监测心脏电活动的心律监测部；

用于产生电刺激的脉冲发生器；

用于将电刺激传导至心脏的刺激电极；以及

为所述心律监测部、所述脉冲发生器供电的发电部，

其中，所述发电部包括包括发电主体、输出单元、电能存储单元、固定单元以及封装层，

所述发电主体为多层薄膜结构，包括位于所述发电主体中心的压电材料层，以及位于压电材料层两侧的电极层，所述发电主体通过贴附于心脏表面以采集心脏跳动的能量并转化为电能，

所述输出单元与所述电极层相连接，用于将发电主体产生的电流输出给所述电能存储单元，

所述电能存储单元用于存储电能并为所述脉冲发生器、所述心律监测部和所述刺激电极供电，

所述固定单元位于所述发电主体的边缘，用于将发电主体固定于心外膜，

所述封装层覆盖于所述发电主体、所述输出单元、所述电能存储单元以及所述固定单元的表面。

2.如权利要求1所述的自供能心脏起搏器，其特征在于：

其中，所述发电主体的形状为四边形，所述固定单元位于四边形的两条窄边的中间。

3.如权利要求1所述的自供能心脏起搏器，其特征在于：

其中，所述发电主体的形状为三角形，所述固定单元位于三角形的三个顶点。

4.如权利要求1所述的自供能心脏起搏器，其特征在于：

其中，所述发电主体的形状为长圆形。

5.如权利要求1所述的自供能心脏起搏器，其特征在于：

其中，所述压电材料层含有纳米级压电材料，所述纳米级压电材料为压电晶体、压电陶瓷和有机压电聚合物中的任意一种。

6.如权利要求5所述的自供能心脏起搏器，其特征在于：

其中，所述压电晶体为至少一层氧化锌纳米线阵列。

7.如权利要求5所述的自供能心脏起搏器，其特征在于：

其中，所述压电晶体、压电陶瓷、有机压电聚合物可以为纳米级压电材料的单层或多层结构。

8.如权利要求1所述的自供能心脏起搏器，其特征在于：

其中，输出单元具有输出电极和整流滤波电路。

9.如权利要求1所述的自供能心脏起搏器，其特征在于：

其中，所述封装层以生物相容性好的柔性高分子绝缘材料作为封装材料。