CN108686274B - 一种多接收端植入式无线电能传输人体辅助供血装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种多接收端植入式无线电能传输人体辅助供血装置，该供血装置的外置电源控制外置电源、母线电容、逆变器和能量发射线圈依次连接；接收线圈、高压整流桥、DC‑DC转换装置、维持电容和电活性聚合物薄膜依次连接，n个接收线圈接收到无线电能发射装置发出的核共振传递的能量，能量通过高压整流桥变换为电波传输给DC‑DC转换装置，并经过维持电容滤波后供电给电活性聚合物薄膜。解决了传统人体辅助供血装置体积大、电源外置易导致细菌感染从而威胁病人身体健康的问题。本发明的多接收端的供电方式使得体内可植入多个EAP薄膜并同时工作，达到同时对多处血管进行辅助供血，EAP薄膜安装于血管壁外侧，体积小，且内置于人体，避免了细菌感染。

Description

一种多接收端植入式无线电能传输人体辅助供血装置
技术领域
本发明涉及一种人体辅助供血装置，具体涉及一种多接收端植入式无线电能传输人体辅助供血装置，属于辅助供血装置领域。
背景技术
在心脏的四个心房(室)之间存在着瓣膜，其作用至关重要，通过打开或关闭瓣膜来保证血液向一个方向循环流动，阻止血液回流进刚刚离开的心室。对于脏器严重衰竭的患者，心脏各结构已无法正常运转，需要植入人造辅助装置。在针对心脏衰竭的病症治疗过程中，传统方法采用人体辅助供血泵，即在心脏主血管安装电机装置，辅助并替代心脏泵血功能，供给人体器官血液。但这种传统人体辅助供血泵的体积较大，不利于外科医生安装，同时重量较重，对病人也是一种负担，最主要问题是需要通过皮下手术，外接电源线，将电机泵所需电源外置，这样长期的创口裸露，会造成细菌或病毒感染，从而严重威胁病人的生命健康。
发明内容
本发明解决了传统人体辅助供血装置体积较大、电源外置易导致细菌感染从而威胁病人身体健康，且无法满足体内植入多个电活性聚合物薄膜负载并同时工作，同时对多处血管进行辅助供血的需求的问题。
本发明所述的一种多接收端植入式无线电能传输人体辅助供血装置包括无线电能发射模块、n个无线电能接收模块和n个电活性聚合物薄膜，其中n≥2；所述无线电能发射模块包括外置电源控制系统和能量发射线圈，所述外置电源控制系统包括外置电源、母线电容和逆变器，所述外置电源、母线电容、逆变器和能量发射线圈依次连接；
所述n个无线电能接收模块均包括接收线圈、高压整流桥、DC-DC转换装置和维持电容，所述接收线圈、高压整流桥、DC-DC转换装置、维持电容和电活性聚合物薄膜依次连接，n个接收线圈接收到无线电能发射装置发出的核共振传递的能量，所述能量通过高压整流桥变换为电波传输给DC-DC转换装置，并经过维持电容滤波后供电给电活性聚合物薄膜。
优选地，所述电活性聚合物薄膜包括薄膜一、薄膜二和薄膜三，所述薄膜一、薄膜二和薄膜三同心圆叠层设置，所述薄膜一和薄膜三的材质为铁电性的晶体极性聚合物，所述薄膜二的材质为PVC聚合物。
优选地，所述电活性聚合物薄膜的薄膜一与薄膜三均设有用于与导线连接的铝制金属箔片，且金属箔片四周加绝缘薄膜。
优选地，所述能量发射线圈为平面螺旋式多匝线圈，其尺寸为12cm-16cm。
优选地，所述接收线圈为平面螺旋式多匝线圈，其尺寸为6cm-10cm。
优选地，所述能量发射线圈与接收线圈采用感应耦合方式，传输距离为1cm-5cm。
本发明的工作原理是：所述无线电能传输人体辅助供血装置，可辅助或代替人体瓣膜结构工作，所述电活性聚合物(EAP)薄膜分别紧密安装于多个血管壁外侧，通过对多个EAP薄膜施加电压激励，EAP薄膜受到径向力刺激，使其在径向发生形变，从而控制了血管的张开和闭合，并通过一个无线电能发射端可以向多个无线电能接收端发送信号，控制多个EAP薄膜形变。
本发明所述的多接收端植入式无线电能传输人体辅助供血装置有益效果为：
1)所述EAP薄膜的应用完全不需要任何液体，属于干驱动系统，具有结构简单、控制方便，体积小，重量轻，系统效率高等优点。
2)多接收端的供电方式使得体内可植入多个EAP薄膜负载并同时工作，以同时对多处血管进行辅助供血，为患者提供了更好的治疗方式。
3)工作时，多个EAP薄膜紧密安装于多个血管壁外侧，体积小，且无线电能接受端内置于人体，避免了因电源外置而导致的细菌感染问题。
4)系统的能量来源采用外置可更换电源，可以很好的解决能量续航问题。
5)发射和接收线圈采用平面螺旋式，可最大程度缩小接收线圈在体内占用的空间，且便于将发射端内嵌于穿戴式设备中，更简洁美观。
附图说明
图1为本发明所述的电活性聚合物薄膜的侧视图；
图2为本发明所述的电活性聚合物薄膜的俯视图；
图3为本发明所述的多接收端植入式无线电能传输人体辅助供血装置的整体结构示意图；
图4为本发明所述电活性聚合物薄膜对血管的挤压形变前后对比示意图；
图5为本发明所述的逆变器驱动信号和能量发射线圈的电压变化对应的电活性聚合物薄膜的形态变化示意图；
图6为本发明所述的多接收端植入式无线电能传输人体辅助供血装置工作电路图；
其中标注：1-电活性聚合物薄膜；101-薄膜一；102-薄膜二；103-薄膜三；2-外置电源控制系统；3-能量发射线圈；4-接收线圈。
具体实施方式
以下结合附图1-图6对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明：
具体实施方式一：参见图1-图6说明本实施方式。本实施方式所述的一种多接收端植入式无线电能传输人体辅助供血装置包括无线电能发射模块、n个无线电能接收模块和n个电活性聚合物薄膜，其中n≥2；所述无线电能发射模块包括外置电源控制系统和能量发射线圈，所述外置电源控制系统包括外置电源、母线电容和逆变器，所述外置电源、母线电容、逆变器和能量发射线圈依次连接；
n个所述无线电能接收模块均包括接收线圈、高压整流桥、DC-DC转换装置和维持电容，所述接收线圈、高压整流桥、DC-DC转换装置、维持电容和电活性聚合物薄膜依次连接，n个接收线圈接收到无线电能发射装置发出的核共振传递的能量，所述能量通过高压整流桥变换为电波传输给DC-DC转换装置，并经过维持电容滤波后供电给电活性聚合物薄膜。
所述外置电源为电池，根据电池种类选择范围的不同，可选择锂电池或镍氢电池等，其电压为24V-36V，利用外置电源可以很好的解决能量续航问题；所述逆变器与高压整流器用于直流电交流电变换，从而达到能量的变换；所述DC-DC转换装置用于将一个电压值的电能变为另一个电压值的电能；所述维持电容起滤波作用，保证系统升压过程为稳定的梯形波。
所述电活性聚合物薄膜1包括薄膜一101、薄膜二102和薄膜三103，所述薄膜一101、薄膜二102和薄膜三103同心圆叠层设置，所述薄膜一101和薄膜三103为铁电性的晶体极性聚合物，所述薄膜二102为PVC聚合物。
所述电活性聚合物薄膜1的薄膜一101与薄膜三103均设有用于与导线连接的铝制金属箔片，且金属箔片四周加绝缘薄膜。
所述电活性聚合物薄膜1共分三层，所述薄膜一101和薄膜三103为铁电性的晶体极性聚合物，所述铁电性的晶体极性聚合物具有电子偶极距，当施加适当的电场后，这个偶极矩会反向；所述薄膜二102为PVC聚合物，由于电子偶极矩变化，通过提供上下层直流电压，导致接入正极电源的薄膜侧发生收缩，而负极维持原形变，从而导致EAP薄膜1整体形态发生变化，通过阶跃脉冲直流电信号，可实现薄膜规律形变，从而协同挤压血管壁，为心脏提供血液。所述EAP薄膜1最主要优势在于完全不需要任何液体，属于干驱动系统，且结构简单、控制方便，体积小，重量轻，系统效率高等特点。
由于所述EAP薄膜1紧密安装于多个血管壁外侧，给EAP薄膜1供电的无线电能接收端内置于人体内部，将铝制金属箔片代替传统导线外加绝缘薄膜，很好的防止了漏电，起到安全保护作用。
所述EAP薄膜1的供电要求为高压直流电源，利用高压作用在EAP薄膜表面，高压击穿EAP薄膜产生形变，挤压血管，从而产生供血要求，其供电电压为100V-5000V脉冲直流，其功率为5W-10W，根据不同的供血要求，可设计不同电压等级的辅助装置。
所述能量发射线圈3为平面螺旋式多匝线圈，其尺寸为12cm-16cm。
所述接收线圈4为平面螺旋式多匝线圈，其尺寸为6cm-10cm。
所述能量发射线圈3与接收线圈4采用感应耦合方式，传输距离为1cm-5cm。
所述能量发射线圈3和接收线圈4采用平面螺旋式，可最大程度缩小接收线圈在体内占用的空间，且便于将发射端内嵌于穿戴式设备中，更简洁美观。
如具体实施方式一所述的无线电能传输人体辅助供血装置的具体操作过程为：
所述外置电源作为系统的主能源供给直流电到逆变器，逆变器将直流电转化为高频交流电后传递给发射线圈3，发射线圈3将电能转化为高频磁能，n个接收线圈4分别与发射线圈3通过感应耦合将磁能转化为电能，通过高频整流滤波电路及DC-DC转换电路转换成相应EAP薄膜1所需的稳定直流电压供负载工作，完成EAP薄膜的驱动形变。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明。所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，还可以是上述各个实施方式记载的特征的合理组合，凡在本发明精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种多接收端植入式无线电能传输人体辅助供血装置，其特征在于，包括无线电能发射模块、n个无线电能接收模块和n个电活性聚合物薄膜(1)，其中n≥2；所述无线电能发射模块包括外置电源控制系统(2)和能量发射线圈(3)，所述外置电源控制系统(2)包括外置电源、母线电容和逆变器，所述外置电源、母线电容、逆变器和能量发射线圈(3)依次连接；
所述n个无线电能接收模块均包括接收线圈(4)、高压整流桥、DC-DC转换装置和维持电容，所述接收线圈(4)、高压整流桥、DC-DC转换装置、维持电容和电活性聚合物薄膜(1)依次连接，n个接收线圈(4)接收到无线电能发射模块发出的核共振传递的能量，所述能量通过高压整流桥变换为电波传输给DC-DC转换装置，并经过维持电容滤波后供电给电活性聚合物薄膜(1)；所述电活性聚合物薄膜(1)分别紧密安装于多个血管壁外侧，通过对多个电活性聚合物薄膜(1)施加电压激励，电活性聚合物薄膜(1)受到径向力刺激，使其在径向发生形变，从而控制了血管的张开和闭合；
所述电活性聚合物薄膜(1)包括薄膜一(101)、薄膜二(102)和薄膜三(103)，所述薄膜一(101)、薄膜二(102)和薄膜三(103)同心叠层设置，所述薄膜一(101)和薄膜三(103)材质为铁电性的晶体极性聚合物，所述薄膜二(102)材质为PVC聚合物；
所述电活性聚合物薄膜(1)的薄膜一(101)与薄膜三(103)均设有用于与导线连接的铝制金属箔片，且金属箔片四周加绝缘薄膜。
2.根据权利要求1所述的多接收端植入式无线电能传输人体辅助供血装置，其特征在于，所述能量发射线圈(3)为平面螺旋式多匝线圈，其尺寸为12cm-16cm。
3.根据权利要求1所述的多接收端植入式无线电能传输人体辅助供血装置，其特征在于，所述接收线圈(4)为平面螺旋式多匝线圈，其尺寸为6cm-10cm。
4.根据权利要求1所述的多接收端植入式无线电能传输人体辅助供血装置，其特征在于，所述能量发射线圈(3)与接收线圈(4)采用感应耦合方式，传输距离为1cm-5cm。
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