CN107580517A - 用于可植入装置的可更换电池 - Google Patents

Abstract

本文描述了用于两个气密密封的装置之间的电力的无线传输的系统和方法。示例性系统可以包含电池包和具有电子器件包的气密密封的可植入身体的电子装置。电池包可以包含一个或多个对准结构，配置为将电池包与电子装置、电池以及无线电力收发器可移除地对准。电池包的至少电池和无线电力收发器可以被包含在与电子装置分开的气密材料内。电力可以在装置之间通过任意手段无线传输，包含电感耦合或电容耦合。一些示例中，气密密封的装置可以植入在活体中。

Description

用于可植入装置的可更换电池

背景技术

除非本文中另有指明，本部分中所描述的材料不是本申请中的权利要求的现有技术，并且不因为包含在此部分中而认可为现有技术。

通常期望可植入电子装置(比如眼内植入、耳蜗植入以及起搏器)提供数十年的使用。一些情况下，这可以通过使用与装置的电子平台集成的超低功率电子器件和不可重新充电的电池来实现。然而，可植入装置的运行寿命可能比不可重新充电的电池更长久。这将可植入装置的寿命本质上限制为电池的寿命，使得电池一旦到期，则更换整个可植入装置。因为可植入装置昂贵且需要大的切口来植入，更换整个装置是不期望的。

如果可以采用可重新充电电池，则许多附加的医疗装置应用会变得可用。然而，尽管可重新充电电池技术正在进展，可重新充电电池仅持续数千个充电循环并且在仅5-10年之后需要更换。基于当前的技术，如果为了为装置供电而每天充电该电池，则可重新充电电池在数十年的使用后将无法维持功能性。照此，装置的总体寿命受电池的寿命限制。因为电池典型地是可植入装置的集成的部件，一旦电池到期，通常更换整个可植入装置。

发明内容

本文描述了用于两个气密密封且未电连接的装置之间的电力的无线传输的系统和方法。每个装置可以包含无线收发器，无线收发器配置为在接近时无线发送和/或接收电力。气密密封的装置中的一个可以充当第二气密密封的装置的无线电源，第二气密密封的装置可以为功能性电子装置，比如可植入医疗装置。

本公开的一些实施例提供了一种装置，包含：(1)电池，(2)无线电力收发器，配置为将电力无线传输到可植入身体的电子装置的电子器件包，其中电池和无线电力收发器两者都被封闭在气密材料内；以及(3)一个或多个对准结构，配置为将装置与可植入身体的电子装置的电子器件包可移除地对准。

本公开的其他实施例提供了一种可植入身体的系统，包含：(1)气密密封的可植入身体的电子装置，包括电子器件包；以及(2)电池包，包括：(a)一个或多个对准结构，配置为将电池包与可植入身体的电子装置可移除地对准，(b)电池，以及(c)无线电力收发器；其中电池包的至少电池和无线电力收发器被包含在与可植入身体的电子装置分开的气密材料内。

本公开的其他实施例提供了一种方法，包含：(1)在第一气密密封的装置和第二气密密封的装置被植入在活体内并且第一气密密封的装置与第二气密密封的装置可移除地对准时，将电力从第一气密密封的装置无线传输到第二气密密封的装置，其中第一气密密封的装置包括：(a)一个或多个对准结构，配置为将第一气密密封的装置与第二气密密封的装置可移除地对准，(b)电池，以及(c)无线电力收发器；并且其中第二气密密封的装置包括无线电力收发器。

通过阅读以下详细说明，并且在适当情况下参考附图，这些以及其他的方面、优点以及替代对本领域普通技术人员将变得显而易见。

附图说明

图1是包含电池包和电子装置的示例性系统的框图。

图2是图1中图示的示例性系统的框图，其中电池包与电子装置可移除地对准。

图3是两个电感耦合的电子电路的框图。

图4是两个电容耦合的电子电路的框图。

图5是包含电池包和电子装置的示例性系统的框图，其中电池包与电子装置可移除地对准。

图6是根据示例实施例的示例方法的流程图。

具体实施方式

在下面的具体实施方式中，参考了形成其部分的附图。在图中，相似的符号通常指代相似的部件，除非上下文另有指示。具体实施方式中所描述的阐述性实施例、附图以及权利要求不意图为限制性的。可以采用其他实施例，并且可以进行其他改变，而不背离本文所呈现的主题的范围。应当容易理解，如本文总体上描述和图中总体上绘示的本公开的方面，能够以广泛的各种不同配置来布置、取代、组合、分离以及设计，其全部在本文中明确地预期到。

I.概览

提供了一种系统，其包含电池包，电池包配置为与可植入电子装置的电子器件包可移除地对准。可植入装置的电池包和电子器件包两者都包含一个或多个电感线圈，以允许经由电感耦合对医疗装置供电。电池包能够从医疗装置拆卸，并且通过以比用来在身体中安装医疗装置的切口小得多的切口来从身体移除。可以将新的电池包重新引入并且与可植入装置重新耦合，从而在不需要完全更换的情况下延长装置的寿命。

第一气密密封的包包含电池、线圈，并且在一些情况下可以提供芯片。医疗装置的主电子器件包可以是气密密封的并且可以包含传感器、电路以及电感线圈。一经安装，比如通过磁体或机械卡扣将两个线圈对准，使得将电力从电池包无线传输到主装置电子器件。一些示例中，无线电力传输可以为电感耦合的方式。其他示例中，可以通过电容耦合来无线传输电力。可以通过分离卡扣/磁性连接来更换电池，并且连接新的电池模块。此系统的一个优点是，电子器件包的气密密封不被电池的移除和更换所破坏，从而不危害植入装置和用户的安全。此外，可以用小的1mm切口来移除和更换电池包，其为比移除和安装可植入电子装置更小的切口和更简单的过程。

此系统的示例应用为包含电子器件的眼内装置。植入电子眼内装置(比如可调节人工晶状体(accommodating intraocular lens))可能涉及大约5mm的切口，以在第一实例中安装气密电子器件包。然而，示例性电池包小得多，并且可以1mm的切口来装配以进行将来的电池更换，其对于典型白内障手术为标准切口大小。其他可植入医疗装置(比如起搏器和耳蜗植入)也可以从本文所描述的系统获益。

应当注意到，提供本文所描述的以上实施例和其他实施例为解释性目的，而不意图为限制性的。

II.示例性系统和装置

图1是系统100的框图，其包含与电子装置130无线通信的电池包110。一些示例中，包含电池包110和电子装置130的系统100可能全部设计为被植入在身体中。可以预期其他应用。电池包110可以包含电池112、无线电力收发器114以及一个或多个对准结构118，一个或多个对准结构118配置为将装置与电子装置130可移除地对准。一个或多个对准结构118可以设置为能够将电池包110和电子装置130可移除地对准的任意结构、装置或机构，比如磁体或卡扣。取决于电子装置130的电力消耗(如将在下面进一步描述的)，电池112可以为可重新充电的或不可重新充电的。例如，在电子装置130具有高电力需求的情况下，电池包110的电池112可以为可重新充电电池。

电池包110的至少电池112和无线电力收发器114可以被封闭在气密材料120内。气密材料120可以为用于提供水密性(并且，在一些情况下气密性)密封的任意材料，使得装置110可以用于湿环境。例如，气密材料120可以为聚四氯乙烯(PTFE)。一个或多个对准结构118可以放置在气密材料120之内或之外。

电子装置130可以包含电子器件包132，电子器件包132含有使能电子装置130的特征和功能的电子部件中的至少一些。电子装置130还可以包含无线收发器134和一个或多个对准结构138，一个或多个对准结构138配置为将电子装置130与电池包110可移除地对准。一个或多个对准结构138可以对应于或互补于设置在电池包110上一个或多个对准结构118。电子装置130的至少电子器件包132和无线收发器134可以设置在气密材料140(比如上面关于气密材料120所描述的)内。一个或多个对准结构138可以在气密材料140之内或外侧。

如图1所示，可以如由箭头A所示使电池包110与电子装置130对准。图2是系统100的框图，绘示了经由一个或多个对准结构118、138与电子装置130可移除地对准的电池包110。图1和图2中所示的电池包110和电子装置130的形状、取向和配置仅为示意性和示例性的，并且可以明确地预期这些元件的其他取向形状、取向和配置，以及它们可移除地对准的方式。当电池包110和电子装置130对准时，它们不电连接。相应地，电子装置130和电池包110可以不必直接彼此邻接。

电池包110的无线电力收发器114配置为将电力无线传输到电子装置130的电子器件包134。一个示例中，无线电力收发器114可以设置为电感线圈，其配置为通过电感耦合将电力无线传输到电子器件包134。图3是电感耦合的系统300的示意性图示，其中装置310表示电池包(比如电池包110)，并且装置330表示电子装置(比如电子装置130)。装置310包含AC电源312，其可以由电池(比如电池112)供电。装置310和装置330中的每一个包含相应的电感线圈314和334。当接近时，电力可以经由电感线圈314和316通过电感耦合从装置310的电源312无线传输到装置330。总体上，使交流电流i1通过线圈114产生变化的磁场350。当紧挨着来自线圈314的变化的磁场350放置时，在线圈334中感应出电流i2。线圈334中感应出的电压和电流取决于通过线圈314的电流变化的速率。另一示例中，无线电力收发器114可以设置为电极，配置为通过电容耦合将电力无线传输到功能性装置电子平台。图4是电容耦合的系统400的示意性图示，其中装置410表示电池包(比如电池包110)，其具有AC电源412，并且装置430表示电子装置(比如电子装置130)。装置410和装置430中的每一个包含相应的电极板414和434。当接近时，电力可以经由电极板414与电极板434之间产生的电场E从装置410的电源412无线传输到装置430。

因为电池包110和电子装置130包含在分开气密密封的包内，并且不电连接或永久地物理连接，电池包110可以容易地与安装的或植入的电子装置130分离，并且一旦电池112到期就被更换。例如，当电池不再重新充电，不再保持电荷或不再起作用时，发生电池112的到期。有益地，电池包110可以设计为在尺寸上小于电子装置的总体尺寸。例如，电池包110可以为大约1mm长乘1mm宽乘1mm深，而电子装置可以具有更大的尺寸，比如5mm。系统100的这些特征允许电子装置130的电源(即，电池包110)的更换，而不必移除和修理或更换总体电子装置130，总体电子装置130的寿命可以比电池的寿命更长。

许多不同的电子装置可以从系统100的特征受益。一些示例中，电子装置130可以设置为可植入电子装置，比如眼内植入、耳蜗植入或起搏器。然而，还预期到，电子装置130可以为需要电源(比如电池)的任意电子装置。例如，电子装置130可以包含如下的任意电子装置中：其中在电子装置的操作寿命到期之前可能需要更换电源，并且其中整个电子装置的取出或更换由于例如难度或花费将会是不期望的。此外，电子装置130可以为湿环境中使用的任意电子装置，从而要求电子装置被气密密封。系统100的特征将允许装置的电源的修理或更换，而没有不期望地要求使气密密封破裂，如假如电子装置提供有集成的电源则将需要的。

回到图1，一些情况下，电池包110还可以包含耦合到电池112和无线电力收发器114的电子电路116。电子电路116可以包括集成电路(比如为此应用定制的ASIC芯片)，或其可以包括分立的电子部件。电子电路116配置为控制电力从电池112的传输，例如通过将频率设定在交流电流将被从电池112提供到无线收发器114的频率，或通过操作电力传输和非电力传输模式之间的开关。

图5是包含与电子装置530无线通信的电池包510的系统500的框图，其经由电池包上的一个或多个对准结构518和电子装置530上的一个或多个相应的对准结构538来可移除地对准。电池包510包含电池512(其在此示例中可以为可重新充电电池)以及无线收发器514，至少两者都可以封闭在气密材料520中。一些示例中，电池包510还可以包含电子电路516，其具有与电子电路116相似的功能性。电子电路516(如果提供)也可以封闭在气密材料520内。电子装置530类似于电子装置130，其具有电子器件包532和无线收发器534，两者分开地封闭在气密材料540内。此外，电子装置530包含天线560、以及耦合到天线560和无线收发器534的电子电路562。天线560可以为RF天线，其配置为接收外部RF信号。在操作中，通过将电力从电子装置530上的无线收发器534(如从天线560所接收的)无线传输到无线收发器514来重新充电电池512。

类似于电子电路516，电子电路562可以配置为控制经由天线560的无线电力的接收，以及从无线收发器534到电池包510上的无线收发器514的无线电力的传输。在一些示例中，电子电路562可以配置为从电子电路516接收信号形式的通知，其指示电池512上的充电的水平，或者何时需要将电池512重新充电的通知。电子电路562还可以配置为控制天线560，以将从电路516接收的信息发送到远程装置，比如，监测或操作电子装置530的人、或者体内植入电子装置530的个体的智能手机或其他计算装置。

III.示例方法

图6是用于在两个气密密封的装置之间无线传输电力的示例方法600的流程图。本文所描述的示例方法可以通过配置为无线传输电力的系统(比如系统100和500)来进行。第一步骤610中，当第一装置与第二装置可移除地对准时，将电力从第一气密密封的装置(比如电池包110、510)无线传输到第二气密密封的装置(比如电子装置130、530)。可以通过无线电力传输的任意手段(包含电感耦合和电容耦合)，来将电力从第一气密密封的装置无线传输到第二气密密封的装置。在一些示例中，第一气密密封的装置和第二气密密封的装置两者都被植入在活体内。然而，本文中预期了其中使用气密密封的电子装置的其他应用。例如，可以通过都浸没在液体环境中的两个气密密封的装置来进行该方法。第一气密密封的装置可以包含一个或多个对准结构，配置为将第一气密密封的装置与第二气密密封的装置可移除地对准。此外，第一气密密封的装置可以包含电池和无线电力收发器。第二气密密封的装置也可以包含无线电力收发器。

一些示例中，方法600还可以包含无线充电第一气密密封的装置的电池的步骤620。可以在第一气密密封的装置植入在活体内的同时进行此步骤620。这样的示例中，第二气密密封的装置还包含天线、以及耦合到天线和无线电力收发器的一个或多个电子电路。可以通过天线接收例如RF信号形式的无线电力。作为响应，电子电路可以使得第二气密密封的装置的无线电力收发器将电力无线传输到第一气密密封的装置的无线电力收发器。可以将由第一气密密封的装置的无线电力收发器所接收的电力传输到电池。通过提供天线以从第二气密密封的装置上的远程源接收电力，可以限制第一气密密封的装置的尺寸，使得在需要的情况下较容易移除和/或更换第一气密密封的装置。如果第一气密密封的装置的电池是不可重新充电电池，在方法600中可以不进行步骤620。

在方法600的一些示例中，可以用第三气密密封的装置更换第一气密密封的装置，并且与第二气密密封的装置(630)可移除地对准。一些情况下，第三气密密封的装置可以在此步骤中植入在活体内。例如，当第一气密密封的装置的电池到期时，可以用第三气密密封的装置更换充当第二气密密封的装置的电源的第一气密密封的装置，以充当电源。类似于第一气密密封的装置，第三气密密封的装置可以包含一个或多个相应的对准结构，一个或多个相应的对准结构配置为将第三气密密封的装置与第二气密密封的装置、相应的电池以及相应的无线电力收发器可移除地对准。例如，可以在第三气密密封的装置被植入在活体内并且与第二气密密封的装置可移除地对准时，将电力从第三气密密封的装置无线传输到第二气密密封的装置。

第二气密密封的装置可以在至少一个维度上大于第一气密密封的装置和第三气密密封的装置。例如，如上所述，电池包长度上可以为大约1mm，而电子装置长度上为大约5mm。相应地，当装置植入在活体中时，可以经由活体中的切口用第三气密密封的装置更换第一气密密封的装置。由于第一气密密封的装置和第三气密密封的装置小于第二装置，切口可以在至少一个维度上小于第二气密密封的装置，使得切口容纳第一气密密封的装置和第三气密密封的装置，但不容纳第二气密密封的装置。

IV.结论

本公开不限制于本申请中所描述的特定实施例，其意图为各方面的说明。可以采用其他实施例并可以进行其他改变，而不背离本文所呈现的主题的精神和范围，如对于本领域技术人员将是显而易见的。将会容易地理解，如本文中总体上描述且在附图中图示的本公开的方面，能够以广泛的不同配置来布置、取代、组合、分离以及设计，其全部明确地在本文中预期。从前述说明，除本文中枚举的那些之外，本公开的范围内的功能等同方法和设备将对本领域技术人员显而易见。这样的修改和变化意图落入所附权利要求的范围内。

上面的具体实施方式参考附图描述了示例性系统、装置以及方法的各种特征和功能。附图中，相似的符号通常指代相似的部件，除非上下文另有指明。本文和图中所描述的示例性实施例不意图为限制性的。应当理解，其他实施例可以包含比给定附图中所示的每个元件更多或更少的元件。此外，图示的元件中的一些可以组合或省略。此外，示例性实施例可以包含附图中未图示的元件。

应当理解，词语“示例”和“示例性”在本文中用来表示“充当示例、实例或例证”。本文所描述的作为“示例”或“示例性”的任意实施例或特征不一定理解为优选或优于其他实施例或特征。本文参考了形成其部分的附图。在附图中，相似的符号通常指代相似的部件，除非上下文另有指明。可以采用其他实施例并进行其他改变，而不背离本文呈现的主题的精神和范围。本文所公开的各种方面和实施例为阐述的目的而非意图为限制性的，且真实范围和精神由所附权利要求指明。

Claims (21)

1.一种装置，包括：

电池和无线电力收发器，所述无线电力收发器配置为将电力无线传输到可植入身体的电子装置的电子器件包，其中所述电池和所述无线电力收发器两者都封闭在气密材料内；以及

一个或多个对准结构，配置为将所述装置与所述可植入身体的电子装置的所述电子器件包可移除地对准。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述无线电力收发器包括电感线圈。

3.根据权利要求2所述的装置，其中所述电感线圈配置为通过电感耦合将电力无线传输到所述电子器件包。

4.根据权利要求1所述的装置，其中所述无线电力收发器包括电极。

5.根据权利要求4所述的装置，其中所述电极配置为通过电容耦合将电力无线传输到所述功能性装置电子平台。

6.根据权利要求1所述的装置，还包括一个或多个电子电路，所述一个或多个电子电路被封闭在所述气密材料内并且电耦合到所述电池和所述无线电力收发器。

7.根据权利要求6所述的装置，其中所述一个或多个电子电路包括集成电路。

8.根据权利要求1所述的装置，其中所述一个或多个对准结构包括磁体。

9.根据权利要求1所述的装置，其中所述一个或多个对准结构包括卡扣。

10.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置不电连接到所述可植入身体的电子装置。

11.一种可植入身体的系统，包括：

气密密封的可植入身体的电子装置，包括电子器件包；

电池包，包括：

一个或多个对准结构，配置为将所述电池包与所述可植入身体的电子装置可移除地对准，

电池；以及

无线电力收发器；

其中所述电池包的至少所述电池和所述无线电力收发器被包含在与所述可植入身体的电子装置分开的气密材料内。

12.根据权利要求11所述的系统，其中所述无线电力收发器包括电感线圈。

13.根据权利要求12所述的系统，其中所述电感线圈配置为通过电感耦合将电力无线传输到所述电子器件包。

14.根据权利要求11所述的系统，其中所述无线电力收发器包括电极。

15.根据权利要求14所述的系统，其中所述电极配置为通过电容耦合将电力无线传输到所述电子器件包。

16.根据权利要求11所述的系统，其中所述电池包还包括一个或多个电子电路，所述一个或多个电子电路封闭在所述气密材料内并且电耦合到所述电池和所述电感线圈。

17.根据权利要求11所述的系统，其中所述电子装置还包括无线电力收发器，所述无线电力收发器配置为从所述电池包无线接收电力。

18.一种方法，包括：

在第一气密密封的装置和第二气密密封的装置被植入在活体内并且所述第一气密密封的装置与所述第二气密密封的装置可移除地对准时，将电力从所述第一气密密封的装置无线传输到所述第二气密密封的装置，其中所述第一气密密封的装置包括：

一个或多个对准结构，所述一个或多个对准结构配置为将所述第一气密密封的装置与所述第二气密密封的装置可移除地对准，

电池；以及

无线电力收发器；并且

其中所述第二气密密封的装置包括无线电力收发器。

19.根据权利要求18所述的方法，还包括：

在所述第一气密密封的装置被植入在所述活体内时，无线充电所述第一气密密封的装置的所述电池。

20.根据权利要求19所述的方法，还包括：

用第三气密密封的装置更换所述第一气密密封的装置，使得所述第三气密密封的装置被植入在所述活体内并且与所述第二气密密封的装置可移除地对准，其中所述第三气密密封的装置包括一个或多个相应的对准结构，所述一个或多个相应的对准结构配置为将所述第三气密密封的装置与所述第二气密密封的装置、相应的电池以及相应的无线电力收发器可移除地对准；以及

在所述第三气密密封的装置被植入在所述活体内并且与所述第二气密密封的装置可移除地对准时，将电力从所述第三气密密封的装置无线传输到所述第二气密密封的装置。

21.根据权利要求20所述的方法，其中所述第二气密密封的装置在至少一个维度上大于所述第一气密密封的装置和第三气密密封的装置，其中经由所述活体中的切口用所述第三气密密封的装置更换所述第一气密密封的装置，并且其中所述切口在所述至少一个维度上小于所述第二气密密封的装置，使得所述切口容纳所述第一气密密封的装置和第三气密密封的装置，但不容纳所述第二气密密封的装置。