CN108233550A - 一种多级多面磁谐振式心脏起搏器无线充电系统 - Google Patents
一种多级多面磁谐振式心脏起搏器无线充电系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108233550A CN108233550A CN201810102859.1A CN201810102859A CN108233550A CN 108233550 A CN108233550 A CN 108233550A CN 201810102859 A CN201810102859 A CN 201810102859A CN 108233550 A CN108233550 A CN 108233550A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- circuit
- coil
- pacemaker
- power
- transmitting
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000007600 charging Methods 0.000 title claims abstract description 48
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims abstract description 14
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims abstract description 14
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 14
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 230000000747 cardiac effect Effects 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 206010003119 arrhythmia Diseases 0.000 description 2
- 230000006793 arrhythmia Effects 0.000 description 2
- 230000036471 bradycardia Effects 0.000 description 2
- 208000006218 bradycardia Diseases 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 2
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 2
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 2
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 230000033764 rhythmic process Effects 0.000 description 2
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 2
- 206010019280 Heart failures Diseases 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 1
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 230000005986 heart dysfunction Effects 0.000 description 1
- 238000001727 in vivo Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 210000004165 myocardium Anatomy 0.000 description 1
- 230000000661 pacemaking effect Effects 0.000 description 1
- 230000035479 physiological effects, processes and functions Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000004936 stimulating effect Effects 0.000 description 1
- 230000001225 therapeutic effect Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
- H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
- H02J50/12—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type
-
- H02J7/025—
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
- Electrotherapy Devices (AREA)
Abstract
一种多级多面磁谐振式心脏起搏器无线充电系统，包括充电模块与起搏器模块，充电模块包括反馈信号放大电路，反馈信号放大电路与发射端主控电路连通，发射端主控电路与电源连通，电源与整流电路连通，整流电路与谐振电路连通，谐振电路与功率放大电路连通，功率放大电路与电源线圈连通，充电模块中还设有发射线圈，电源线圈与发射线圈磁耦合；起搏器模块包括接收线圈，接收线圈与谐振电路连通，谐振电路与信号调制电路连通，信号调制电路与整流电路连通，整流电路与稳压电路连通，稳压电路与欠压自动关断电路连通，欠压自动关断电路与起搏器电池及接收端主控电路连通；发射线圈与接收线圈磁耦合，接收端主控电路与反馈信号放大电路无线连通。
Description
技术领域
本发明涉及无线充电技术，尤其涉及一种多级多面磁谐振式心脏起搏器无线充电系统。
背景技术
心律失常是个人人都得过的病症，也是疾病导致死亡排位第一的病症。心律失常是个药物的不治之症——不对症生物化学产品可以解决的。如今，仅在美国约570万人诊断为心脏衰竭，意味着他们的心脏将逐渐变得无法有效泵血。一些病情严重的患者加入了心脏移植手术的等待名单，但由于捐赠的心脏稀少，许多患者在等待中死亡。而心脏起搏器是一种植入于体内的电子治疗仪器，通过脉冲发生器发放由电池提供能量的电脉冲，通过导线电极的传导，刺激电极所接触的心肌，使心脏激动和收缩，从而达到治疗由于某些心律失常所致的心脏功能障碍的目的。迄今为止，心脏起搏器是治疗心动过缓的唯一手段。这一伟大的技术已使逾2百万人在过去的50年中受益。正是有了起搏器，患有心动过缓的病人可以期盼象正常人一样地生活。
人们通常所说的起搏器，其实是指整个起搏系统。起搏系统由起搏器、起搏电极导线及程控仪组成。其中起搏器和起搏电极导线植入人体。起搏器由安装在金属盒中的电路和电池组成。然而当体内消耗了85％的电量时(5～6年)，电池供电电压下降，输出的脉冲幅度随之下降，当电池电量进一步下降时，则起搏器无法正常工作当输出的脉冲量不足以采获心脏节奏时就必须及时更换，重新植入新的起搏器。因此，目前植入式人工心脏起搏器存在的最大缺陷是电池寿命有限，最终会因为电池的耗尽而需要动手术更换起搏器，这不仅给患者增加了新的生理痛苦，手术风险和经济负担，而且也制约了植入式人工心脏起搏器的使用价值。
由于植入式人工心脏起搏器是安全和抗干扰性要求非常高的医疗设备，而将无线充电技术应用于植入式人工心脏起搏器还处于方案设计和样机制作的阶段。
目前，无线充电技术主要有磁耦合谐振式、电磁感应式、无线电波式、电场耦合式四种基本方式。磁耦合谐振式是麻省理工目前在开发的一类充电技术，同等功率下传输的距离较远。磁耦合谐振式也称为近场谐振式，由能量发送装置和能量接收装置组成，当两个装置调整到相同频率，或者说在一个特定的频率上共振时，它们就可以交换彼此的能量，排列在磁场中的相同振动频率的线圈，可从一个向另一个供电。
2007年，麻省理工学院的物理学助理教授Marin Soljacic及MIT团队在无线电能传输上有了突破性进展，他们利用谐振原理实现了无线电能的中距离传输，与利用电磁感应技术产生相同功率相比，所消耗的电能只有百万分之一，但传输距离得到了显著的提高，弥补了传统电磁感应式传输距离小的缺陷，适用于中等功率、中等距离传输。
传统的磁耦合谐振式人工心脏起搏器无线充电技术其磁耦合器主要是由两个线圈分别作为发射线圈与接收线圈，如图1、图2所示，这种方式最大的缺陷是传输方向固定，患者不能随意的走动，因为当患者体内的线圈与发射线圈不在同轴位置时，发射线圈与接收线圈的耦合系数减小，系统的传输效率会降低，如图3所示；当在磁耦合谐振式无线电能传输系统中发射线圈与接收线圈同轴放置时，发射线圈与接收线圈之间的耦合系数最大，系统的传输效率最高。
然而当人体植入人工心脏后很难保证发射线圈与接收线圈同轴放置，从而导致发射线圈与接收线圈之间的耦合系数减小。当患者突发情况时如果患者体内的接收线圈与发射线圈之间的偏离程度过大，则患者无法及时为体内植入式心脏充电，患者的生命安全无法得到保障。
传统的磁耦合谐振式人工心脏采用两个或者三个线圈作为磁耦合器这样的充电方式为老年患者或者行动不便的患者减少手术痛苦的同时也带来很大的困难，如寻找同轴位置，充电方位固定等。所以传统的磁耦合谐振式人工心脏起搏器充电方式难应对患者在紧急情况以及特殊人群的人工心脏起搏器的电能需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于多级多面磁谐振式心脏起搏器无线充电方法，在提升电能传输的效率的同时扩大接收线圈接收电能的空间范围。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种多级多面磁谐振式心脏起搏器无线充电系统，包括充电模块与起搏器模块，其中：
充电模块包括反馈信号放大电路，反馈信号放大电路与发射端主控电路连通，发射端主控电路与电源连通，电源与整流电路连通，整流电路与谐振电路连通，谐振电路与功率放大电路连通，功率放大电路与电源线圈连通，充电模块中还设有发射线圈，电源线圈与发射线圈磁耦合；
起搏器模块包括接收线圈，接收线圈与谐振电路连通，谐振电路与信号调制电路连通，信号调制电路与整流电路连通，整流电路与稳压电路连通，稳压电路与欠压自动关断电路连通，欠压自动关断电路分别与起搏器电池及接收端主控电路连通；
发射线圈与接收线圈磁耦合，接收端主控电路与反馈信号放大电路无线连通；
电源线圈设有若干个，各电源线圈相互围合形成多面体，发射线圈设有若干个，各发射线圈位于电源线圈外侧，并相互围合形成多面体，接收线圈设有若干个，各接收线圈相互围合形成多面体。
在本发明的一个实施例中，电源线圈设有六个，各电源线圈相互围合形成正六面体，并位于充电模块内部，发射线圈设有六个，各发射线圈分别与对应电源线圈相互平行，发射线圈相互围合形成正六面体，罩覆于电源线圈外部，并位于充电模块表面，接收线圈设有六个，各接收线圈相互围合形成六面体，并位于起搏器表面。
本发明的优点在于：
该充电系统可以保证患者在起搏器充电器周围都能进行充电，从传统的磁耦合谐振式定向充电到所述人工心脏起搏器充电系统，实现了多向充电，解决了单面线圈磁耦合器由于接受线圈与发射线圈偏离程度过大，耦合系数过小，电磁波无法传输的问题，可实现一机多充的功能，减轻了患者的经济负担，同时也可以节约资源。
附图说明
图1是平面式两线圈结构磁耦合器模型示意图之一；
图2是平面式两线圈结构磁耦合器模型示意图之二；
图3是非同轴时的磁耦合模型示意图；
图4是本发明提出的多级多面磁谐振式心脏起搏器无线充电系统的结构示意图；
图5是该多级多面磁谐振式心脏起搏器无线充电系统的原理图；
图6是该充电系统的磁耦合模型示意图；
图7是该充电系统的磁耦合模型等效电路。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合图示与具体实施例，进一步阐述本发明。
如图4～图7所示，本发明提出的多级多面磁谐振式心脏起搏器无线充电系统包括充电模块1与起搏器模块2，充电模块包括反馈信号放大电路3，反馈信号放大电路与发射端主控电路4连通，发射端主控电路与电源5连通，电源与整流电路6连通，整流电路与谐振电路7连通，谐振电路与功率放大电路8连通，功率放大电路与电源线圈9连通，充电模块中还设有发射线圈10，电源线圈与发射线圈磁耦合；起搏器模块包括接收线圈11，接收线圈与谐振电路12连通，谐振电路与信号调制电路13连通，信号调制电路与整流电路14连通，整流电路与稳压电路15连通，稳压电路与欠压自动关断电路16连通，欠压自动关断电路分别与起搏器电池17及接收端主控电路18连通；发射线圈与接收线圈磁耦合，接收端主控电路与反馈信号放大电路无线连通；电源线圈设有若干个，各电源线圈相互围合形成多面体，发射线圈设有若干个，各发射线圈位于电源线圈外侧，并相互围合形成多面体，接收线圈设有若干个，各接收线圈相互围合形成多面体。在本实施例中，电源线圈设有六个，各电源线圈相互围合形成正六面体，并位于充电模块内部，发射线圈设有六个，各发射线圈分别与对应电源线圈相互平行，发射线圈相互围合形成正六面体，罩覆于电源线圈外部，并位于充电模块表面，接收线圈设有六个，各接收线圈相互围合形成六面体，并位于起搏器表面。充电模块的发射线圈为磁耦合器的中继线圈目的在于增加传输距离，立体多面线圈目的在于扩大传输角度范围。当患者位于图4中充电模块正上方时，发射端顶部线圈与接收端底部线圈进行能量交换，患者位于充电模块斜上方位置时，发射端通过反馈信号判断距离最近的发射线圈相应的电源从而进行能量传输，实现了智能充电功能；同理当患者在充电模块的周围均可进行充电。该充电系统能够无线给心脏起搏器充电，其创新之处在于充电发射线圈和起搏器无线接收线圈均为立体六面型线圈，保证在任何位置都能接收发射线圈的传递过来的无线电能，从而确保起搏器的可靠电能供应，保证病人的生命安全。发射线圈为中继线圈可增加传输距离。采用立体六面型磁耦合器，扩大了无线传输的范围，保证患者在多个角度能够及时为起搏器充电，同时可实现“一机多充”功能，可减轻患者的经济负担。
以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让本领域的技术人员了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (2)
1.一种多级多面磁谐振式心脏起搏器无线充电系统，包括充电模块与起搏器模块，其特征在于：
充电模块包括反馈信号放大电路，反馈信号放大电路与发射端主控电路连通，发射端主控电路与电源连通，电源与整流电路连通，整流电路与谐振电路连通，谐振电路与功率放大电路连通，功率放大电路与电源线圈连通，充电模块中还设有发射线圈，电源线圈与发射线圈磁耦合；
起搏器模块包括接收线圈，接收线圈与谐振电路连通，谐振电路与信号调制电路连通，信号调制电路与整流电路连通，整流电路与稳压电路连通，稳压电路与欠压自动关断电路连通，欠压自动关断电路分别与起搏器电池及接收端主控电路连通；
发射线圈与接收线圈磁耦合，接收端主控电路与反馈信号放大电路无线连通；
电源线圈设有若干个，各电源线圈相互围合形成多面体，发射线圈设有若干个，各发射线圈位于电源线圈外侧，并相互围合形成多面体，接收线圈设有若干个，各接收线圈相互围合形成多面体。
2.根据权利要求1所述的一种多级多面磁谐振式心脏起搏器无线充电系统，其特征在于：
电源线圈设有六个，各电源线圈相互围合形成正六面体，并位于充电模块内部，发射线圈设有六个，各发射线圈分别与对应电源线圈相互平行，发射线圈相互围合形成正六面体，罩覆于电源线圈外部，并位于充电模块表面，接收线圈设有六个，各接收线圈相互围合形成六面体，并位于起搏器表面。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810102859.1A CN108233550A (zh) | 2018-02-01 | 2018-02-01 | 一种多级多面磁谐振式心脏起搏器无线充电系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810102859.1A CN108233550A (zh) | 2018-02-01 | 2018-02-01 | 一种多级多面磁谐振式心脏起搏器无线充电系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108233550A true CN108233550A (zh) | 2018-06-29 |
Family
ID=62669192
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810102859.1A Pending CN108233550A (zh) | 2018-02-01 | 2018-02-01 | 一种多级多面磁谐振式心脏起搏器无线充电系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108233550A (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108718119A (zh) * | 2018-08-10 | 2018-10-30 | 杨喜红 | 全方位的远距离无线充电设备 |
| CN109728632A (zh) * | 2018-12-21 | 2019-05-07 | 复旦大学附属中山医院 | 一种植入式心脏起搏器无线充电系统及运行方法 |
| CN110380519A (zh) * | 2019-08-27 | 2019-10-25 | 北京有感科技有限责任公司 | 一种心脏起搏器的无线充电系统及其充电方法 |
| WO2020134759A1 (zh) * | 2018-12-25 | 2020-07-02 | 苏州景昱医疗器械有限公司 | 一种用于神经刺激器的无线充电系统以及欠压启动方法 |
| WO2023165163A1 (zh) * | 2022-03-02 | 2023-09-07 | 北京领创医谷科技发展有限责任公司 | 电能传输系统及其柔性电能中继器、中继谐振线圈、体外能控器和体内电能接收器 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1298097C (zh) * | 2003-09-30 | 2007-01-31 | 夏普株式会社 | 非接触供电系统 |
| US20140252869A1 (en) * | 2013-03-08 | 2014-09-11 | Tdk Corporation | Power feeding device, power receiving device, and wireless power transmission device |
| CN104158237A (zh) * | 2014-01-20 | 2014-11-19 | 中国海洋大学 | 基于磁共振的心脏起搏器的无线充电方法和装置 |
| CN105720704A (zh) * | 2016-04-21 | 2016-06-29 | 中惠创智无线供电技术有限公司 | 谐振线圈耦合的3d无极六面体发射模型 |
| CN106953426A (zh) * | 2017-04-21 | 2017-07-14 | 天津工业大学 | 一种新型无线电能传输全向三维发射线圈装置 |
-
2018
- 2018-02-01 CN CN201810102859.1A patent/CN108233550A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1298097C (zh) * | 2003-09-30 | 2007-01-31 | 夏普株式会社 | 非接触供电系统 |
| US20140252869A1 (en) * | 2013-03-08 | 2014-09-11 | Tdk Corporation | Power feeding device, power receiving device, and wireless power transmission device |
| CN104158237A (zh) * | 2014-01-20 | 2014-11-19 | 中国海洋大学 | 基于磁共振的心脏起搏器的无线充电方法和装置 |
| CN105720704A (zh) * | 2016-04-21 | 2016-06-29 | 中惠创智无线供电技术有限公司 | 谐振线圈耦合的3d无极六面体发射模型 |
| CN106953426A (zh) * | 2017-04-21 | 2017-07-14 | 天津工业大学 | 一种新型无线电能传输全向三维发射线圈装置 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| NAM HA-VAN ET AL.: "A Novel Cubic Transmitter for Multi-Directional Wireless Power Transfer", 《 2015 IEEE WIRELESS POWER TRANSFER CONFERENCE (WPTC)》 * |
| 戴欣等: "基于正四面体的无线电能传输系统多自由度电能拾取机构", 《中国电机工程学报》 * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108718119A (zh) * | 2018-08-10 | 2018-10-30 | 杨喜红 | 全方位的远距离无线充电设备 |
| CN109728632A (zh) * | 2018-12-21 | 2019-05-07 | 复旦大学附属中山医院 | 一种植入式心脏起搏器无线充电系统及运行方法 |
| WO2020134759A1 (zh) * | 2018-12-25 | 2020-07-02 | 苏州景昱医疗器械有限公司 | 一种用于神经刺激器的无线充电系统以及欠压启动方法 |
| CN110380519A (zh) * | 2019-08-27 | 2019-10-25 | 北京有感科技有限责任公司 | 一种心脏起搏器的无线充电系统及其充电方法 |
| WO2023165163A1 (zh) * | 2022-03-02 | 2023-09-07 | 北京领创医谷科技发展有限责任公司 | 电能传输系统及其柔性电能中继器、中继谐振线圈、体外能控器和体内电能接收器 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108233550A (zh) | 一种多级多面磁谐振式心脏起搏器无线充电系统 | |
| Agarwal et al. | Wireless power transfer strategies for implantable bioelectronics | |
| CN101612451B (zh) | 可充电的植入性心脏起搏器设备及其充电方法 | |
| CN100386916C (zh) | 用于植入式医疗仪器的经皮无线充电装置 | |
| Trigui et al. | Maximizing data transmission rate for implantable devices over a single inductive link: Methodological review | |
| US8612014B2 (en) | Multiple telemetry and/or charging coil configurations for an implantable medical device system | |
| CN103595144B (zh) | 一种无线电能传输的可植入式左心室辅助系统 | |
| Mahmood et al. | Near‐field wireless power transfer used in biomedical implants: A comprehensive review | |
| CN106253498A (zh) | 一种植入式自适应无线电能传输系统 | |
| JP2010115025A (ja) | 非接触電力伝送システムおよび電子装置 | |
| CN109728632A (zh) | 一种植入式心脏起搏器无线充电系统及运行方法 | |
| CN201437021U (zh) | 可充电的植入性心脏起搏器设备 | |
| CN103683438B (zh) | 应用于植入式心脏起搏器的功率可调式无线充电装置 | |
| CN106451626B (zh) | 一种植入式电子刺激器的无线充装置 | |
| Seo et al. | Wireless power transfer for a miniature gastrostimulator | |
| CN104158237B (zh) | 基于磁共振的心脏起搏器的无线充电方法和装置 | |
| Ahuja et al. | Wireless power for implantable devices: A technical review | |
| CN110380519A (zh) | 一种心脏起搏器的无线充电系统及其充电方法 | |
| Fadhel et al. | General principle of wireless power transmission and its applications in implantable medical devices | |
| CN104399181A (zh) | 脑深部电刺激装置 | |
| CN207785664U (zh) | 无线充电功能内嵌的一体式植入心脏起搏器 | |
| CN204275292U (zh) | 脑深部电刺激装置 | |
| CN215653440U (zh) | 人工心脏起搏器 | |
| Rita et al. | Effect of Supercapacitor on Power Supply for Rechargeable Implanted Medical Devices | |
| CN113300478A (zh) | 一种用于植入式医疗设备的抗偏移无线输电系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180629 |