CN104826232B - 一种心脏起搏器振动供能系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种心脏起搏器振动供能系统，该系统包括：柔性振动模块、能量转换模块、开启控制模块、能量整合模块与电池充电模块；其中：所述柔性振动模块，用于将机械振动转化为柔性振动模块的形变；所述能量转换模块，用于将柔性振动模块形变的能量转化为电能；所述开启控制模块，用于根据检测到的电能大小来决定受控开关的断开或导通；所述能量整合模块，用于当受控开关导通后收集电能并暂时存储；所述电池充电模块，用于将能量整合模块存储的电能充入心脏起搏器的锂电池中。通过采用本系统的技术方案，不仅可以实现对人体振动能源的收集利用，同时可以延长心脏起搏器电池的使用年限，减少更换电池手术的次数，减轻患者痛苦。

Description

一种心脏起搏器振动供能系统

技术领域

本发明涉及能量收集技术领域，尤其涉及一种心脏起搏器振动供能系统。

背景技术

心脏起搏器是人体植入式设备，通过脉冲放电刺激心肌来治疗心律失常等疾病，其能源无法从外界得到补充，一旦能量耗尽，就必须经过手术取出起搏器并更换。很多患者需要终身依靠心脏起搏器，频繁的手术更换会对患者带来生理上的痛苦和经济上的负担。

目前，国家对心脏起搏器电池的使用年限已有明确标准，其中双腔带频率应答(DDDR)型起搏器的国家标准仅为5年。通过扩大电池容量的方法来延长心脏起搏器寿命是最为简单直观的方法。这种方法实现简单、成本低廉，却受到人体植入式设备体积上的约束，因此应用前景并不广泛。

同时，现有技术中尚未出现能够不通过手术更换而为心脏起搏器补充能量的相关方法；虽然科学文献中有一些利用无线充电技术为心脏起搏器补充能量的报道，但都处于试验阶段，设备的体积、漏电、工作温度、抗干扰等问题都没有得到很好的解决，可靠性较低。

另外，虽然现有技术中存在一些自供能心脏起搏器的方案，但其发电体被固定于心脏表面，有阻碍心脏跳动的风险，且其固定方案为缝合，不够成熟。

发明内容

本发明的目的是提供一种心脏起搏器振动供能系统，用于在不将心脏起搏器取出体外的条件下对心脏起搏器电池进行能量补充，能够大幅度延长心脏起搏器电池的使用时间，提升患者的生活质量，减轻其经济负担。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种心脏起搏器振动供能系统，该系统包括：柔性振动模块、能量转换模块、开启控制模块、能量整合模块与电池充电模块；其中：

所述柔性振动模块，用于将机械振动转化为柔性振动模块的形变；

所述能量转换模块，用于将柔性振动模块形变的能量转化为电能；

所述开启控制模块，用于根据检测到的电能大小来决定受控开关的断开或导通；

所述能量整合模块，用于当受控开关导通后收集电能并暂时存储；

所述电池充电模块，用于将能量整合模块存储的电能充入心脏起搏器的锂电池中。

所述柔性振动模块包括：柔性梁与质量块；所述柔性梁按照悬臂梁结构设置，其一端与支座相连，另一端粘贴有所述质量块；

在外界产生机械振动时，所述质量块在惯性作用下产生振动，使柔性梁发生形变。

所述能量转换模块包括：压电材料，通过压电效应将柔性振动模块中柔性梁的形变转化为电能；

所述压电材料固定在柔性振动模块中的柔性梁上，且通过导线与开启控制模块相连。

所述开启控制模块检测压电材料输出电压值的大小，并通过峰值抓取算法控制受控开关的断开或导通。

所述通过峰值抓取算法控制受控开关的断开或导通包括：

读取当前压电材料输出的电压值，判断电压值是否在开启范围内；

如果电压值不在开启范围内，则断开受控开关，将计数器设置为0；

否则，根据读取的电压值估计的差分电压的一阶微分值，判断一阶微分值是否在峰值识别范围内；如果一阶微分值不在峰值识别范围内，则断开受控开关，计数器设置为0；否则计数器值加1，并判断此时的计数值是否大于连续稳定时间的阈值，若是，则导通受控开关；否则，断开受控开关，计数器数值保持不变。

所述能量整合模块包括：整流桥与超级电容；其中：

所述整流桥，用于将输入的交流电转变为直流电；

所述超级电容，用于暂时存储所述直流电的电能。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，使心脏起搏器的电池的正常工作的同时可以随时采集振动能量为电池充电，大幅度延长电池寿命，减少手术更换起搏器的次数，减轻了患者在生理上的痛苦和经济上的负担，由于将本系统集成在起搏器内部，因此系统可靠性得到提高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的一种心脏起搏器振动供能系统的示意图；

图2为本发明实施例提供的一种心脏起搏器振动供能系统的原理示意图；

图3为本发明实施例中提供的峰值抓取算法的流程图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

实施例

本发明实施例提供的一种心脏起搏器振动供能系统，如图1所示，该系统主要包括：柔性振动模块、能量转换模块、开启控制模块、能量整合模块与电池充电模块；其中：

所述柔性振动模块，用于将机械振动转化为柔性振动模块的形变；

所述能量转换模块，用于将柔性振动模块形变的能量转化为电能；

所述开启控制模块，用于根据检测到的电能大小来决定受控开关的断开或导通；

所述能量整合模块，用于当受控开关导通后收集电能并暂时存储；

所述电池充电模块，用于将能量整合模块存储的电能充入心脏起搏器的锂电池中。

为了便于理解，下面结合附图2对本发明的原理做详细的介绍。

如图2所示为所述一种心脏起搏器振动供能系统的原理图，该图中示出了所有模块的结构关系及模块的组成结构。具体来说：

1)所述柔性振动模块主要包括：柔性梁与质量块；所述柔性梁按照悬臂梁结构设置，其一端与支座相连，另一端粘贴有所述质量块。

优选的，本发明实施例中，柔性梁可采用薄弹性铜片，当在外界产生机械振动时，所述质量块在惯性作用下产生振动，使得柔性梁发生形变。

2)所述能量转换模块主要包括：压电材料，通过压电效应将柔性振动模块中柔性梁的形变转化为电能；所述压电材料固定在柔性振动模块中的柔性梁上，且通过导线与开启控制模块相连。

优选的，本发明实施例中，该压电材料可选择PVDF压电薄膜。

3)所述开启控制模块检测压电材料输出电压值的大小，并通过峰值抓取算法控制受控开关的断开或导通。

优选的，本发明实施例中，受控开关可选择P沟道MOS管。

其中，所述通过峰值抓取算法控制受控开关的断开或导通的步骤如图3所示，主要包括：

读取当前压电材料输出的电压值，判断电压值是否在开启范围内；优选的，电压开启范围可以是-3V到3V区间以外的电压区间；

如果电压值不在开启范围内，则断开受控开关，将计数器设置为0；

否则，根据读取的电压值估计的差分电压的一阶微分值，判断一阶微分值是否在峰值识别范围内，优选的，峰值识别范围在±0.1V/s之间；如果一阶微分值不在峰值识别范围内，则断开受控开关，计数器设置为0；否则计数器值加1，并判断此时的计数值是否大于连续稳定时间的阈值，优选的，连续时间稳定阈值为5；若是，则导通受控开关；否则，断开受控开关，计数器数值保持不变。

4)所述能量整合模块主要包括：相互连接的整流桥与超级电容；其中：

所述整流桥，用于将输入的交流电转变为直流电；

所述超级电容，用于暂时存储所述直流电的电能。

优选的，本发明实施例中，所述能量整合模块可通过凌力特尔公司的LTC3588-1集成芯片实现。

5)电池充电模块。将能量整合模块存储的电能充入心脏起搏器的锂电池中，该锂电池为二次电池，二次电池可以在充电的同时对心脏起搏器供电。

优选的，本发明实施例中，所述电池充电模块可通过凌力特尔公司的LTC4065A集成芯片实现，二次电池可选择锂聚合物电池。

本发明实施例的上述方案，使心脏起搏器的电池的正常工作的同时可以随时采集振动能量为电池充电，大幅度延长电池寿命，减少手术更换起搏器的次数，减轻了患者在生理上的痛苦和经济上的负担，由于将本系统集成在起搏器内部，因此系统可靠性得到提高。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种心脏起搏器振动供能系统，其特征在于，该系统包括：柔性振动模块、能量转换模块、开启控制模块、能量整合模块与电池充电模块；其中：

所述柔性振动模块，用于将机械振动转化为柔性振动模块的形变；

所述能量转换模块，用于将柔性振动模块形变的能量转化为电能；

所述开启控制模块，用于根据检测到的电能大小来决定受控开关的断开或导通；所述开启控制模块检测压电材料输出电压值的大小，并通过峰值抓取算法控制受控开关的断开或导通；所述通过峰值抓取算法控制受控开关的断开或导通包括：读取当前压电材料输出的电压值，判断电压值是否在开启范围内；如果电压值不在开启范围内，则断开受控开关，将计数器设置为0；否则，根据读取的电压值估计差分电压的一阶微分值，判断一阶微分值是否在峰值识别范围内；如果一阶微分值不在峰值识别范围内，则断开受控开关，计数器设置为0；否则计数器值加1，并判断此时的计数值是否大于连续稳定时间阈值，若是，则导通受控开关；否则，断开受控开关，计数器数值保持不变；

所述能量整合模块，用于当受控开关导通后收集电能并暂时存储；

所述电池充电模块，用于将能量整合模块存储的电能充入心脏起搏器的锂电池中。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述柔性振动模块包括：柔性梁与质量块；所述柔性梁按照悬臂梁结构设置，其一端与支座相连，另一端粘贴有所述质量块；

在外界产生机械振动时，所述质量块在惯性作用下产生振动，使柔性梁发生形变。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述能量转换模块包括：压电材料，通过压电效应将柔性振动模块中柔性梁的形变转化为电能；

所述压电材料固定在柔性振动模块中的柔性梁上，且通过导线与开启控制模块相连。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述能量整合模块包括：整流桥与超级电容；其中：

所述整流桥，用于将输入的交流电转变为直流电；

所述超级电容，用于暂时存储所述直流电的电能。