CN106693167B - 传输模块、电刺激模块及电刺激系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种电刺激系统包括传输模块、电刺激模块以及至少一个定位组件。传输模块包括第一处理单元及电力传输单元。第一处理单元输出控制信号。电力传输单元耦接第一处理单元，并依据控制信号产生第一磁场。电刺激模块包括电力接收单元及第二处理单元。电力接收单元耦合第一磁场，并据以产生第二磁场。第二处理单元耦接电力接收单元。定位组件检测第一磁场或第二磁场，并据以输出至少一个定位信号。传输模块依据至少一个定位信号而输出提示信号。

Description

传输模块、电刺激模块及电刺激系统

技术领域

本发明涉及一种传输模块、电刺激模块及电刺激系统。

背景技术

精密微工艺的成熟科技已可将医疗仪器微小化到可植入到人体内部，过去十数年研究人员在这方面的研发使植入式医疗组件的临床应用渐为全球各界所肯定。

传统的主动植入式医疗组件，如神经电刺激器、血糖传感器或心律调节器等，均是采用电池作为电源，虽然电池可提供稳定的供应电压，但当电池的电量耗尽时，需要再次进行手术将植入式装置拆下以更换电池，十分不便。

有鉴于此，目前已有业者提供一种使用充电电池的植入式装置，当充电电池的电量耗尽时，可借由一外部装置透过无线传能的方式对充电电池进行充电。另外也有业者开发无电源供应的植入式装置，同样是透过无线传能的方式进行供电，以执行治疗或检测等。

不过，在实际使用上，由于植入式装置是被埋入于个体内，因此使用者(如病患、医疗人员或研究人员)无法肉眼看出植入式装置的确切位置，仅能将外部装置放在粗略的植入位置进行供能。这样一来，当外部装置没有位在最佳的位置(即植入式装置与外部装置的最小距离)便进行供电时，外部装置将无法有效率地提供电能，因而造成不必要的能量浪费，同时也影响植入式装置的治疗或检测效果。

发明内容

依据本发明的一种电刺激系统包括传输模块、电刺激模块以及至少一个定位组件。传输模块包括第一处理单元及电力传输单元。第一处理单元输出控制信号。电力传输单元耦接第一处理单元，并依据控制信号产生第一磁场。电刺激模块包括电力接收单元及第二处理单元。电力接收单元耦合第一磁场，并据以产生第二磁场。第二处理单元耦接电力接收单元。定位组件检测第一磁场或第二磁场，并据以输出至少一个定位信号。传输模块依据至少一个定位信号而输出提示信号。

在实施例中，定位组件设置于电刺激模块上，并耦接第二处理单元。定位组件检测第一磁场而输出至少一个定位信号至第二处理单元。

在实施例中，传输模块进一步包括第一信号收发单元，且电刺激模块进一步包括第二信号收发单元。第二处理单元依据至少一个定位信号，使第二信号收发单元传送无线传输定位信号，而第一信号收发单元接收无线传输定位信号。

在实施例中，传输模块进一步包括提示单元。第一处理单元依据无线传输定位信号控制提示单元输出提示信号。

在实施例中，定位组件设置于传输模块上，并耦接第一处理单元。定位组件检测第二磁场而输出至少一个定位信号至第一处理单元。

在实施例中，传输模块进一步包括提示单元。第一处理单元依据至少一个定位信号控制提示单元输出提示信号。

在实施例中，当具有多个该些定位组件时，第一处理单元依据各定位组件的各定位信号计算电力传输单元与电力接收单元的相对位置。

在实施例中，定位组件为霍尔传感组件、磁阻传感组件或超导量子干涉组件。

在实施例中，电力传输单元具有第一线圈，且电力接收单元具有第二线圈。第一线圈产生第一磁场，而第二线圈产生第二磁场。

依据本发明的一种传输模块与电刺激模块配合使用。电刺激模块具有电力接收单元。传输模块包括第一处理单元、电力传输单元以及至少一个定位组件。第一处理单元输出控制信号。电力传输单元耦接第一处理单元，并依据控制信号产生第一磁场，其中电力接收单元耦合第一磁场，并据以产生第二磁场。定位组件耦接第一处理单元。定位组件检测第二磁场，并据以输出至少一个定位信号至第一处理单元。传输模块依据至少一个定位信号而输出提示信号。

在实施例中，传输模块进一步包括提示单元。第一处理单元依据至少一个定位信号控制提示单元输出提示信号。

在实施例中，当具有多个该些定位组件时，第一处理单元依据各定位组件的各定位信号计算电力传输单元与电力接收单元的相对位置。

在实施例中，定位组件为霍尔传感组件、磁阻传感组件或超导量子干涉组件。

在实施例中，电力传输单元具有第一线圈，其产生第一磁场。

依据本发明的一种电刺激模块与传输模块配合使用。传输模块具有第一处理单元及第一信号收发单元。传输模块能够产生第一磁场。电刺激模块包括第二处理单元、至少一个定位组件以及第二信号收发单元。定位组件耦接第二处理单元。定位组件检测第一磁场，并据以输出至少一个定位信号至第二处理单元。第二处理单元依据至少一个定位信号，使第二信号收发单元传送无线传输定位信号，而第一信号收发单元接收无线传输定位信号。传输模块接收无线传输定位信号，并据以输出提示信号。

在实施例中，定位组件为霍尔传感组件、磁阻传感组件或超导量子干涉组件。

承上所述，本发明的传输模块、电刺激模块及电刺激系统借由其定位组件检测第一磁场或第二磁场而输出定位信号，以使传输模块输出提示信号提示使用者传输模块是否已位于最佳的位置，以有效率地提供电能，而不致造成能量浪费。

附图说明

图1为本发明第一实施例的一种电刺激系统1的框图。

图2为本发明第二实施例的一种电刺激系统1a的框图。

图3为本发明第三实施例的一种电刺激系统1b的框图。

图4为本发明第四实施例的一种电刺激系统1c的框图。

图5为本发明第五实施例的一种电刺激系统1d的框图。

具体实施方式

以下将参照相关图式，说明依本发明优选实施例的一种传输模块、电刺激模块及电刺激系统，其中相同的组件将以相同的参照符号加以说明。

图1为本发明第一实施例的一种电刺激系统1的框图。请参照图1所示，电刺激系统1包括传输模块11、电刺激模块12及至少一个定位组件P。电刺激模块12用以植入一个体内部，且优选为神经刺激装置，但不以此为限。电刺激模块12可透过传输模块11进行充能以及电刺激相关参数的设定，也就是传输模块11可向电刺激模块12传输能量及信号。本文所称的“个体”为一生物体，其主要包括哺乳类动物，如老鼠、人类、兔、牛、羊、猪、猴、狗、猫等，优选为人类，以下实施例将以人类为例进行说明。

需先说明的是，在操作传输模块11的过程中，使用者(如病患、医疗人员、或研究人员)是将传输模块11移至个体的外部邻近电刺激模块12的植入处进行供能或电刺激治疗等操作。

传输模块11包括第一处理单元111及电力传输单元112，而电力传输单元112耦接第一处理单元111。电刺激模块12包括电力接收单元121及第二处理单元122，而第二处理单元122耦接电力接收单元121。第一处理单元111输出控制信号S1，而电力传输单元依据控制信号S1产生第一磁场M1。接着，电力接收单元121耦合第一磁场M1，并据以产生第二磁场M2。

进一步而言，第一处理单元111及第二处理单元122皆可由数字电路例如集成电路(IC)，或模拟电路来实现，其中集成电路可例如为微处理器(Micro-processor)、微控制器(MCU)、可编程逻辑门阵列(FPGA或CPLD)或特定应用集成电路(ASIC)，而本实施例是以微控制器(MCU)为例进行说明，但本发明并不限制。

电力传输单元112具有第一线圈1121，而电力接收单元121具有第二线圈1211。当电力传输单元112接收第一处理单元111的控制信号S1时，电力传输单元112将产生流经第一线圈1121的电流，使第一线圈1121产生第一磁场M1。而第二线圈1211耦合第一磁场M1而产生感应电流，并且此感应电流对应产生第二磁场M2。此外，电力接收单元121可将感应电流整流为直流电流，并作为电刺激模块12的电力来源，以提供电刺激模块12所需的电力。

定位组件P可感应磁场而产生信号，其可例如为霍尔传感组件(hall sensor)、磁阻传感组件(magneto resistive sensor)或超导量子干涉组件(superconductingquantum interference device，SQUID)，于此是以霍尔传感组件进行说明。在本实施例中，定位组件P设置于电刺激模块12上，并耦接第二处理单元122。在电力接收单元121产生直流电流以提供电刺激模块12的电力后，定位组件P可检测第一磁场M1而输出至少一个定位信号S2至第二处理单元122。而当定位组件P检测到第一磁场M1而输出定位信号S2时，即表示传输模块11与电刺激模块12之间的距离已位于优选的范围内。在一些实施例中，定位组件P所检测的磁场强度须大于默认值，定位组件P才会产生定位信号S2，因此传输模块11与电刺激模块12之间的距离需在一预定范围内，定位组件P才会检测到第一磁场M1进而产生定位信号S2。此外，在另一些实施例中，定位组件P输出的信号强度可随着检测到的磁场强度增加而增加，而定位组件P持续输出定位信号S2，并随着传输模块11与电刺激模块12之间的距离变化，调整定位信号S2的信号强度，例如是调整定位信号S2的电压大小。

在本实施例中，传输模块11进一步包括第一信号收发单元113，其耦接第一处理单元111。而电刺激模块12进一步包括第二信号收发单元123，其耦接第二处理单元122。其中，第二处理单元122依据定位信号S2使第二信号收发单元123传送无线传输定位信号S3至第一信号收发单元113。接着，第一信号收发单元113将无线传输定位信号S3传送至第一处理单元111。本实施例的传输模块11进一步包括提示单元114，第一处理单元111依据无线传输定位信号S3控制提示单元114输出提示信号S4。需说明的是，提示信号S4是用以告知使用者传输模块11是否已位于优选的供能位置，其形式可为声音、影像、光线、或是震动等，而提示单元114可例如是喇叭、显示屏幕、灯泡、或震动器等，使用者便可依据提示信号S4的有无或其强度变化对应调整传输模块11的位置。在本实施例中，当传输模块11位于适当的位置，使定位组件P检测到第一磁场M1而发出定位信号S2时，即表示传输模块11与电刺激模块12之间的距离已位在优选的范围之内，而传输模块11便可全载供能，以提高传输模块11对电刺激模块12的供能效率。

在一些实施例中，第一处理单元111可控制电力传输单元112先以较低的功率供能至电刺激模块12以进行定位，例如是0.5瓦至2瓦之间，待提示单元114发出提示信号S4以确认定位完成后，再以预定的工作功率供能，例如是2瓦以上且5瓦以下的工作功率，如此可在定位完成之前节省电力的消耗，而在定位完成后能有效率地对电刺激模块12进行充电。实施上，在进行预定的功率供能时，第一处理单元111可例如增加流经第一线圈1121的电流的换向频率，以提高第一磁场M1的方向变化频率，进而提升电刺激模块12的充电效率。或者，由于选用的电力传输单元112与电力接收单元121具有相同共振频率(Resonantfrequency)的特性，借由调整电力传输单元112的操作频率，当操作频率愈接近共振频率时，传输功率愈大，效率越好。另外，上述提升传输功率以有效率地进行充电的方式仅是举例，并非用以限制本发明。

在上述实施例中，都是以一个定位组件P设置于电刺激模块12上作说明，而在一些实施例中，电刺激模块12上可设置有多个定位组件P，而第一处理单元111可依据各定位组件P的各定位信号S2计算电力传输单元112与该电力接收单元121的相对位置。

如图2所示，其为本发明第二实施例的一种电刺激系统1a的示意图。本实施例是以二个定位组件P为例，定位组件P可分别设置于电刺激模块12上的相对的两处(例如是对称的两端部)，当传输模块11靠近电刺激模块12时，各定位组件P将会各自输出定位信号S2。在本实施例中，定位组件P将依据感应的磁场强度大小而输出对应的定位信号S2，例如磁场强度较大时，定位信号S2的电压或电流也较大。如此一来，距离传输模块11较近的定位组件P所输出的定位信号S2的电压或电流较大，而较远的定位组件P输出的定位信号S2的电压或电流较小，此时第一处理单元111可依据各定位信号S2的大小计算出传输模块11的电力传输单元112与电力接收单元121的相对位置。实施上，当各定位信号S2的强度相同时，第一处理单元111可据以判断电力传输单元112与各定位组件P的距离相同，因而控制提示单元114发出提示信号S4。另外，更可搭配当定位信号S2大于设定值时，提示单元114才可发出提示信号S4的设定，这样一来，当定位信号S2大于设定值，且各定位组件P输出的定位信号S2的大小相同时，即表示传输模块11距离电刺激模块12为最佳供能距离，接着提示单元114据以输出提示信号S4，以提示使用者传输模块11已位于最佳位置，而不需再移动传输模块11。优选地，定位组件P的数量可为三个以上，各定位组件P可例如但不限于彼此等距地环设于第二线圈1211的周边，其中各定位组件P的作动方式如上述，如此可更精准地使传输模块11与电刺激模块12之间的距离最小化，以使传输模块11可位于更佳的供能位置。另外，在实施上，以三个霍尔传感组件作为定位组件P为例，当每个霍尔传感组件感测到的磁场强度皆至少有20μT(不考虑地磁强度)，且各定位组件P感测到的磁场强度与其平均值的差皆在10％以内，即可算定位完成。

值得一提的是，定位组件P与第二线圈1211之间可设置有屏蔽件(MagneticShield，图未示)，屏蔽件可将屏蔽磁场，其厚度越厚，磁场的穿透度越低。屏蔽件的设置可防止定位组件P检测到第二线圈1211的第二磁场M2，以避免定位组件P检测到第二磁场M2而发出定位信号S2产生误判的问题。

请参照图3所示，其为本发明第三实施例的一种电刺激系统1b的框图。在本实施例中，传输模块11可包括第一陀螺仪115，而电刺激模块12可包括第二陀螺仪124。第一陀螺仪115耦接第一处理单元111，而第二陀螺仪124耦接第二处理单元122。第一陀螺仪115及第二陀螺仪124可协助使用者调整传输模块11的位置而有利于定位。具体而言，当电刺激系统1b具有多个设置于电刺激模块12上的定位组件P时，第二处理单元122可检测各定位组件P输出的定位信号S2的电压或电流的大小，并将定位信号S2较小的定位组件P之位置及此时第二陀螺仪124的信号借由第二信号收发单元123传送至传输模块11，而传输模块11的第一处理单元111便可据以控制提示单元114输出包含确切移动方向的提示信号S4供使用者参考。其中，此处第一陀螺仪115是用以协助提供提示单元114显示正确的坐标信息。如此一来，使用者可依据提示信号S4精准而快速地将传输模块11移向电刺激模块12，可避免尝试错误的情况发生，从而减少对位的时间。

图4为本发明第四实施例的一种电刺激系统1c的框图。请参照图4所示，在本实施例中，定位组件P是设置于传输模块11上，并耦接第一处理单元111。定位组件P检测第二磁场M2而输出至少一个定位信号S2至第一处理单元111。由于第二线圈1211在耦合第一磁场M1产生感应电流时也对应产生第二磁场M2，因此借由定位组件P检测第二磁场M2而输出定位信号S2，同样可达到上述的定位目的。

另一方面，由于本实施例的定位组件P是位于传输模块11上，因此定位信号S2是直接传送至第一处理单元111，而不需使用无线传输技术，因而成本较低，且信号路径较短，反应更为实时。于此，第一处理单元111便可依据定位信号S2控制提示单元114输出提示信号S4。

上述所有实施例中，当传输模块11与电刺激模块12之间定位完成后，传输模块11即可稳定且有效率地传输能量及信号(如电刺激治疗的数据与参数)至电刺激模块12，以使电刺激模块12可对个体执行电刺激治疗。

请参照图5所示，其为本发明第五实施例的一种电刺激模块1d的框图。本实施例的传输模块11与电刺激模块12上都设置有定位组件P，其连结关系与作动方式可参照上述实施例所述，在此不加以赘述。

另外，电刺激模块12进一步包括电刺激单元125，其可依据第二处理单元121输出的操作信号产生电刺激信号S5至个体，其中操作信号可包括电刺激治疗的治疗时间、治疗周期、电刺激频率、电刺激电压等参数。

此外，电刺激模块12还可包括感测单元126，其耦接第二处理单元121。感测单元126为温度传感器，用以检测电刺激模块12的温度是否高于预定温度，并回传感测结果至感测单元126，其中预定温度可为人体温度(例如36℃)，或略高于人体温度(例如38℃)。当高于预定温度时，第二处理单元121将透过第二信号收发单元123向传输模块11发出指令，以停止传输模块11的供能。实施上，感测单元126可同时检测电刺激模块12与个体，并回传第二处理单元121，第二处理单元121可据以判断此温度差值是否高于预设差值，若是，则通知传输模块11停止供能，其中预设差值可例如是2℃至4℃。

类似地，传输模块11也可包括感测单元116，其耦接第一处理单元111，并用以感测电力传输单元112的温度是否过热。

另外，传输模块11进一步包括电源供应单元117，其耦接第一处理单元111及电力传输单元112，并作为传输模块11的电力来源。电源供应单元117可为电池或充电电池，或可为电源适配器，以连接市电提供电力。

另外，传输模块11可进一步包括输入接口单元118，其耦接第一处理单元111。输入接口单元118为人机接口，以提供使用者可对传输模块11输入指令，例如电刺激治疗的参数设定等。其中，输入接口单元118可例如是触控按键、触控面板、实体按键或上述组合，在此并不加以限制。

值得一提的是，传输模块11也可包括输出接口单元(图未示)，其耦接第一处理单元111，并可为显示面板，以显示电刺激模块12的治疗状态、数据、或个体生理数据等记录，或是显示传输模块11或电刺激模块12的电力状态等。

需注意的是，所有实施例中，各个组件、组件或单元的不同变化态样，在各实施例中均可交互使用，并不以上述实施例中所列出的态样为限制。

综上所述，本发明的传输模块、电刺激模块及电刺激系统借由其定位组件检测第一磁场或第二磁场而输出定位信号，以使传输模块输出提示信号提示使用者传输模块是否已位于最佳的位置，以有效率地提供电能，而不致造成能量浪费。

以上所述仅为举例性，而非为限制性。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于随附的权利要求范围中。

Claims (19)

1.一种电刺激系统，包括：

传输模块，包括：

第一处理单元，输出控制信号；及

电力传输单元，耦接所述第一处理单元，并依据所述控制信号产生第一磁场；

电刺激模块，包括：

电力接收单元，耦合所述第一磁场，并据以产生第二磁场；及

第二处理单元，耦接所述电力接收单元；以及

至少一个定位组件，检测所述第一磁场或所述第二磁场，并据以输出至少一个定位信号；

其中所述传输模块依据所述至少一个定位信号而输出提示信号，

其中，定位完成前，所述电力传输单元先以一第一功率供能至所述电刺激模块以进行定位，待所述传输模块输出所述提示信号以确认定位完成后，所述电力传输单元再以一第二功率供能至所述电刺激模块，其中所述第一功率小于所述第二功率。

2.根据权利要求1所述的电刺激系统，其中所述定位组件设置于所述电刺激模块上，并耦接所述第二处理单元，所述定位组件检测所述第一磁场而输出所述至少一个定位信号至所述第二处理单元。

3.根据权利要求2所述的电刺激系统，其中所述传输模块进一步包括第一信号收发单元，且所述电刺激模块进一步包括第二信号收发单元，所述第二处理单元依据所述至少一个定位信号，使所述第二信号收发单元传送无线传输定位信号，而所述第一信号收发单元接收所述无线传输定位信号。

4.根据权利要求3所述的电刺激系统，其中所述传输模块进一步包括提示单元，所述第一处理单元依据所述无线传输定位信号控制所述提示单元输出该提示信号。

5.根据权利要求1所述的电刺激系统，其中所述定位组件设置于所述传输模块上，并耦接所述第一处理单元，所述定位组件检测所述第二磁场而输出所述至少一个定位信号至所述第一处理单元。

6.根据权利要求5所述的电刺激系统，其中所述传输模块进一步包括提示单元，所述第一处理单元依据所述至少一个定位信号控制所述提示单元输出所述提示信号。

7.根据权利要求1所述的电刺激系统，其中当具有多个所述定位组件时，所述第一处理单元依据所述各定位组件的所述各定位信号计算所述电力传输单元与所述电力接收单元的相对位置。

8.根据权利要求1所述的电刺激系统，其中所述定位组件为霍尔传感组件、磁阻传感组件或超导量子干涉组件。

9.根据权利要求1所述的电刺激系统，其中所述电力传输单元具有第一线圈，且所述电力接收单元具有第二线圈，所述第一线圈产生所述第一磁场，而所述第二线圈产生所述第二磁场。

10.根据权利要求1所述的电刺激系统，其中当具有多个所述定位组件时，所述各定位组件感测到的磁场强度与其平均值的差皆在10％以内的位置，即为所述提示信号用以告知使用者所述传输模块已位于优选的供能位置。

11.一种传输模块，与电刺激模块配合使用，所述电刺激模块具有电力接收单元，所述传输模块包括：

第一处理单元，输出控制信号；

电力传输单元，耦接所述第一处理单元，并依据所述控制信号产生第一磁场，其中所述电力接收单元耦合所述第一磁场，并据以产生第二磁场；以及

至少一个定位组件，耦接所述第一处理单元，所述定位组件检测所述第二磁场，并据以输出至少一个定位信号至所述第一处理单元；

其中所述传输模块依据所述至少一个定位信号而输出提示信号，

其中，定位完成前，所述电力传输单元先以一第一功率供能至所述电刺激模块以进行定位，待所述传输模块输出所述提示信号以确认定位完成后，所述电力传输单元再以一第二功率供能至所述电刺激模块，其中所述第一功率小于所述第二功率。

12.根据权利要求11所述的传输模块，进一步包括：

提示单元，所述第一处理单元依据所述至少一个定位信号控制所述提示单元输出所述提示信号。

13.根据权利要求11所述的传输模块，其中当具有多个所述定位组件时，所述第一处理单元依据所述各定位组件的所述各定位信号计算所述电力传输单元与所述电力接收单元的相对位置。

14.根据权利要求11所述的传输模块，其中所述定位组件为霍尔传感组件、磁阻传感组件或超导量子干涉组件。

15.根据权利要求11所述的传输模块，其中所述电力传输单元具有第一线圈，其产生所述第一磁场。

16.根据权利要求11所述的传输模块，其中当具有多个所述定位组件时，所述各定位组件感测到的磁场强度与其平均值的差皆在10％以内的位置，即为所述提示信号用以告知使用者所述传输模块已位于优选的供能位置。

17.一种电刺激模块，与传输模块配合使用，所述传输模块具有第一处理单元及第一信号收发单元，所述传输模块能够产生第一磁场，所述电刺激模块包括：

第二处理单元；

至少一个定位组件，耦接所述第二处理单元，所述定位组件检测所述第一磁场，并据以输出至少一个定位信号至所述第二处理单元；以及

第二信号收发单元，所述第二处理单元依据所述至少一个定位信号，使所述第二信号收发单元传送无线传输定位信号，而所述第一信号收发单元接收所述无线传输定位信号；

其中所述传输模块接收所述无线传输定位信号，并据以输出提示信号，

其中，定位完成前，所述传输模块先以一第一功率供能至所述电刺激模块以进行定位，待所述传输模块输出所述提示信号以确认定位完成后，所述传输模块再以一第二功率供能至所述电刺激模块，其中所述第一功率小于所述第二功率。

18.根据权利要求17所述的电刺激模块，其中所述定位组件为霍尔传感组件、磁阻传感组件或超导量子干涉组件。

19.根据权利要求17所述的电刺激模块，其中当具有多个所述定位组件时，所述各定位组件感测到的磁场强度与其平均值的差皆在10％以内的位置，即为所述提示信号用以告知使用者所述传输模块已位于优选的供能位置。