CN109125923B - 一种用于心脏传导阻滞的充电起搏器系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于心脏传导阻滞的充电起搏器系统，属于医疗器械技术领域，主要包括心脏起搏器、电磁波发生装置、电磁波中继装置和程序控制装置，心脏起搏器包括起搏器壳体、刺激电极、电极导线、脉冲发生器、蓄电池、接收换能器、微波/RF放大器、整流接收天线和控制芯片，电磁波中继装置包括电磁波聚焦装置、电磁波传递线圈、电磁波传感器、接收天线、固定基座、微型舵机和电源一，电磁波发生装置包括电磁波发生器、电磁波发射天线、无线接收器和供电装置，程序控制装置包括分程序控制器和总程序控制器。总之，本发明充电效率高且系统工作稳定。

Description

一种用于心脏传导阻滞的充电起搏器系统

技术领域

本发明属于医疗器械技术领域，具体涉及一种用于心脏传导阻滞的充电起搏器系统。

背景技术

心脏传导阻滞是指冲动在心脏传导系统的任何部位的传导均可发生减慢或阻滞。如发生在窦房结与心房之间，称窦房传导阻滞。在心房与心室之间，称房室传导阻滞。位于心房内，称房内阻滞。位于心室内，称为室内阻滞。按照传导阻滞的严重程度，通常可将其分为三度。第一度传导阻滞的传导时间延长，全部冲动仍能传导。第二度传导阻滞，分为两型：莫氏(Mobitz)I型和Ⅱ型。I型阻滞表现为传导时间进行性延长，直至一次冲动不能传导；Ⅱ型阻滞表现为间歇出现的传导阻滞。第三度又称完全性传导阻滞，此时全部冲动不能被传导。此时便外部刺激心脏，辅助其正常跳动。

植入医疗装置种类很多，如心脏起搏器和脊髓刺激器、植入式神经刺激器等。植入式医疗装置一般配置了体外控制装置，两者之间通过双向无线通讯交换信息。

在现有技术中，植入式医疗装置议案利用电池供电，发出特定频率的刺激脉冲，对特定的靶点进行长期刺激，从而改善患者的症状。然而，采用原电池供电的植入式医疗装置普遍价格较高，而且寿命大多较短。限制植入式医疗装置寿命的主要因素是电池的容量，需要的植入式医疗装置产品多采用高能量密度的锂原电池进行供电，如锂-亚硫酸氯电池和锂-多氟化碳电池等。一旦电池能量耗尽，患者便不得不重新接受手术，更换植入式医疗装置，不仅为患者造成身体上的创伤，昂贵的价格也为患者带来巨大的经济压力。现有技术中电磁波无线充电大多采用近距离且一对一的充电方式，效率慢且限制了患者的自由度。

发明内容

针对以上技术问题，本发明提供一种用于心脏传导阻滞的充电起搏器系统，可进行远距离并且同时对多个充电起搏器进行充电。

本发明的技术方案为：一种用于心脏传导阻滞的充电起搏器系统，主要包括心脏起搏器、电磁波发生装置、电磁波中继装置和程序控制装置；

所述心脏起搏器包括起搏器壳体、刺激电极和电极导线，所述起搏器壳体内包括脉冲发生器、蓄电池、接收换能器、微波/RF放大器、整流接收天线和控制芯片，所述刺激电极通过电极导线与所述脉冲发生器相连，脉冲发生器依次与所述蓄电池、接收换能器、微波/RF放大器和整流接收天线相连，所述控制芯片分别与脉冲发生器和蓄电池相连；

所述电磁波中继装置包括电磁波聚焦装置、电磁波传递线圈、电磁波传感器、接收天线、固定基座、微型舵机和电源一，所述电磁波聚焦装置为碗状结构，所述固定基座通过转轴与电磁波聚焦装置的底部相连，所述微型舵机的输出轴与所述转轴相连，所述电源一与微型舵机相连，所述接收天线共有2-4个，分别固定连接在电磁波聚焦装置的顶边上，所述电磁波传感器分别与接收天线的顶端相连，所述电磁波传递线圈位于固定基座的内部并与接收天线相连，电磁波传递线圈将高频电磁波传递给所述整流接收天线；

所述电磁波发生装置包括电磁波发生器、电磁波发射天线、无线接收器和供电装置，所述电磁波发生器产生电磁波，所述电磁波通过所述电磁波发射天线与电磁波中继装置相连，所述无线接收器接收来自所述程序控制装置的控制命令，所述供电装置为电磁波发生装置提供电能；

所述程序控制装置包括分程序控制器和总程序控制器，所述分程序控制器包括MCU主控单元，及分别与所述MCU主控单元相连的信号收发单元、存储单元、数据分析处理单元、通信单元、显示单元和电源一，所述信号收发单元将从所述心脏起搏器接收的信息传输给所述数据分析处理单元，数据分析处理单元将所述信息分析处理后存入所述存储单元并通过所述显示单元显示，所述通信单元通过无线信号与所述总程序控制器相连，所述电源一为分程序控制器提供电能；

所述总程序控制器包括CPU总控单元，及与所述CPU总控单元相连的无线射频收发单元、数据评估监测单元、数据存储单元、总显示单元、警报单元、参数设置单元和电源二，所述无线射频收发单元将从分程序控制器收集的数据传输至所述数据评估监测单元，数据评估监测单元将数据评估后通过所述总显示单元显示，当有异常数据或充电完毕时通过所述警报单元发出警报，所述参数设置单元通过无线射频收发单元与电磁波发生装置相连，用于设置电磁波发生频率参数，所述电源二为总程序控制器提供电能。

进一步的，所述蓄电池和接收换能器之间设有自控开关，当蓄电池电量低于30％时所述自控开关自动连接，当蓄电池电量为100％时自控开关自动断开保护。

进一步的，所述控制芯片包括微处理模块，及与所述微处理模块相连的开关控制模块、传感器阵列模块、充电监测模块和信号传发模块，所述充电监测模块与所述蓄电池相连，所述开关控制模块与所述自控开关相连，所述传感器阵列模块采集人体生理参数信号，所述信号传发模块将所述生理参数信号传输至所述程序控制装置。

进一步的，所述传感器阵列模块包括体温传感器、心率传感器、血样浓度传感器、心音传感器和阻抗传感器，多种传感器实时监测患者的生理状况，并将参数通过无线信号发送至所述分程序控制器，并显示，方便患者和医护人员可随时查看。

进一步的，所述电磁波发生器产生的电磁波频率范围为100KHZ-500KHZ。

进一步的，所述刺激电极共有1-3个，即所述心脏起搏器可为单腔、双腔和三腔，可扩大心脏起搏器的适用范围。

进一步的，所述固定基座的内部还设有磁性屏蔽材料层和石墨散热片，所述磁性屏蔽材料层位于所述电磁波传递线圈的上方，所述石墨散热片等间距设置在磁性屏蔽材料层上方并贯穿固定基座的侧壁，磁性屏蔽材料层可防止电磁波受到干扰，进而影响充电效果，所述石墨散热片防止电磁波传递线圈在充电过程中过渡发热烫伤患者。

进一步的，所述电磁波发生装置可同时连1-10个所述心脏起搏器，进行性一对多充电，更加方便快捷。

一种用于心脏传导阻滞的充电起搏器系统的工作方法，包括以下几个步骤：

S1：将所述心脏起搏器植入人体内，其中所述刺激电极置入相应的心室或心房，所述起搏器壳体植入患者左肩皮肤内，当心脏起搏器监测到心脏节律中断、不规则或太慢时，通过所述脉冲发生器发生微量电信号刺激心脏组织开始跳动，当所述蓄电池电量低于30％时，所述自控开关自动连接并通过所述信号传发模块与所述分程序控制器联系，提醒患者及时进行充电；

S2：所述电磁波发生装置位于磁屏蔽房间的中间位置，需要充电的患者将所述电磁波中继装置通过辅助构件固定在与起搏器壳体相对应的皮肤外，并等距离分布在电磁波发生装置的四周，同时将分程序控制器通过无线信号与所述总程序控制器建立通信信道，将各个心脏起搏器的信息汇总，利用总程序控制器设置电磁波发生装置的电磁波发生频率，所述微型舵机根据所述电磁波传感器反馈的电磁波信号强弱调整方向，以此扩大所述电磁波聚焦装置的接收面积，所述接收天线将经电磁波聚焦装置聚焦后的电磁波传输至所述电磁波传递线圈；

S3：所述整流接收天线从电磁波传递线圈接收电磁波传递给所述微波/RF放大器进一步放大，然后在通过所述接收换能器将电磁波转化成电能存储到所述蓄电池中，当蓄电池电量为100％时，自控开关自动断开保护，同时所述信号传发模块将电已充满的信号通过分程序控制器传至总程序控制器，所述警报单元发出警报提示，及时通知医生将已充电完毕的患者移出所述磁屏蔽房间。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明的用于心脏传导阻滞的充电起搏器系统利用了电磁感应式无线电能传输技术进行无线充电，使患者避免了皮下钻导线孔，大大提高了患者的生活自由度，并且无感染的风险；并且相较于现有技术中电磁波无线充电大多采用近距离且一对一的充电方式，效率慢且限制了患者的自由度，本发明将电磁波中继装置固定在与患者心脏起搏器相对应的位置上，通过电磁波中继装置进一步放大和聚焦电磁波，由此实现一个电磁波发生装置同时对多个心脏起搏器充电的效果，大大提高了充电效率；其中，本发明的心脏起搏器内还设有自控开关，具有充电保护功能。同时，本发明还对心脏起搏装置配有一对一的分程序控制装置，便于产看患者的生理参数及电量情况，此外，在充电过程中，将分程序控制装置均与总程序控制装置相连，便于集中管理。总之，本发明充电效率高且系统工作稳定，具有很好的市场推广意义。

附图说明

图1是本发明的整体结构及连接关系图；

图2是本发明的控制芯片的结构框图。

其中，1-心脏起搏器、10-起搏器壳体、11-刺激电极、12-电极导线、13-脉冲发生器、14-蓄电池、15-接收换能器、16-微波/RF放大器、17-整流接收天线、18-控制芯片、180-微处理模块、181-开关控制模块、182-传感器阵列模块、183-充电监测模块、184-信号传发模块、19-自控开关、2-电磁波发生装置、20-电磁波聚焦装置、21-电磁波传递线圈、22-电磁波传感器、23-接收天线、24-固定基座、240-磁性屏蔽材料层、241-石墨散热片、25-微型舵机、26-电源一、27-转轴、3-电磁波中继装置、30-电磁波发生器、31-电磁波发射天线、32-无线接收器、33-供电装置、4-程序控制装置、40-分程序控制器、400-MCU主控单元、401-信号收发单元、402-存储单元、403-数据分析处理单元、404-通信单元、405-显示单元、406-电源一、41-总程序控制器、410-CPU总控单元、411-无线射频收发单元、412-数据评估监测单元、413-数据存储单元、414-总显示单元、415-警报单元、416-参数设置单元、417-电源二。

具体实施方式

下面结合附图1-2来对本发明进行更进一步详细的说明：

如图1所示，一种用于心脏传导阻滞的充电起搏器系统，主要包括心脏起搏器1、电磁波发生装置2、电磁波中继装置3和程序控制装置4；心脏起搏器1包括起搏器壳体10、刺激电极11和电极导线12，起搏器壳体10内包括脉冲发生器13、蓄电池14、接收换能器15、微波/RF放大器16、整流接收天线17和控制芯片18，刺激电极11通过电极导线12与脉冲发生器13相连，其中，刺激电极11共有2个，即心脏起搏器1可为单腔、双腔和三腔，可扩大心脏起搏器的适用范围。脉冲发生器13依次与蓄电池14、接收换能器15、微波/RF放大器16和整流接收天线17相连；其中，蓄电池14和接收换能器15之间设有自控开关19，当蓄电池电量14低于30％时自控开关19自动连接，当蓄电池电量14为100％时自控开关19自动断开保护；控制芯片18分别与脉冲发生器13和蓄电池14相连，如图2所示，控制芯片18包括微处理模块180，及与微处理模块180相连的开关控制模块181、传感器阵列模块182、充电监测模块183和信号传发模块184，充电监测模块183与蓄电池14相连，开关控制模块181与自控开关19相连，传感器阵列模块182采集人体生理参数信号，信号传发模块184将生理参数信号传输至程序控制装置4，其中，传感器阵列模块182包括体温传感器、心率传感器、血样浓度传感器、心音传感器和阻抗传感器，多种传感器实时监测患者的生理状况，并将参数通过无线信号发送至分程序控制器，并显示，方便患者和医护人员可随时查看；

如图1所示，电磁波中继装置2包括电磁波聚焦装置20、电磁波传递线圈21、电磁波传感器22、接收天线23、固定基座24、微型舵机25和电源一26，电磁波聚焦装置20为碗状结构，固定基座24通过转轴27与电磁波聚焦装置20的底部相连，微型舵机25的输出轴与转轴27相连，电源一26与微型舵机25相连，接收天线23共有4个，分别固定连接在电磁波聚焦装置20的顶边上，电磁波传感器22分别与接收天线23的顶端相连，电磁波传递线圈21位于固定基座24的内部并与接收天线23相连，电磁波传递线圈21将高频电磁波传递给整流接收天线17，如图1所示，固定基座24的内部还设有磁性屏蔽材料层240和石墨散热片241，磁性屏蔽材料层240位于电磁波传递线圈21的上方，石墨散热片241等间距设置在磁性屏蔽材料层240上方并贯穿固定基座24的侧壁，磁性屏蔽材料层240可防止电磁波受到干扰，进而影响充电效果，石墨散热片241防止电磁波传递线圈21在充电过程中过渡发热烫伤患者。

如图1所示，电磁波发生装置3包括电磁波发生器30、电磁波发射天线31、无线接收器32和供电装置33，电磁波发生器30产生电磁波，其中，电磁波发生器30产生的电磁波频率范围为300KHZ；电磁波通过电磁波发射天线31与电磁波中继装置2相连，无线接收器32接收来自程序控制装置4的控制命令，供电装置33为电磁波发生装置3提供电能；其中，电磁波发生装置3同时连4个心脏起搏器1，进行性一对多充电，更加方便快捷。

程序控制装置4包括分程序控制器40和总程序控制器41，分程序控制器40包括MCU主控单元400，及分别与MCU主控单元400相连的信号收发单元401、存储单元402、数据分析处理单元403、通信单元404、显示单元405和电源一406，信号收发单元401将从心脏起搏器1接收的信息传输给数据分析处理单元403，数据分析处理单元403将信息分析处理后存入存储单元402并通过显示单元405显示，通信单元404通过无线信号与总程序控制器41相连，电源一406为分程序控制器40提供电能；

总程序控制器41包括CPU总控单元410，及与CPU总控单元410相连的无线射频收发单元411、数据评估监测单元412、数据存储单元413、总显示单元414、警报单元415、参数设置单元416和电源二417，无线射频收发单元411将从分程序控制器40收集的数据传输至数据评估监测单元412，数据评估监测单元412将数据评估后通过总显示单元414显示，当有异常数据或充电完毕时通过警报单元415发出警报，参数设置单元416通过无线射频收发单元411与电磁波发生装置3相连，用于设置电磁波发生频率参数，电源二417为总程序控制器41提供电能。

本实施例的工作方法，包括以下几个步骤：

S1：将心脏起搏器1植入人体内，其中刺激电极11置入相应的心室或心房，起搏器壳体10植入患者左肩皮肤内，当心脏起搏器1监测到心脏节律中断、不规则或太慢时，通过脉冲发生器13发生微量电信号刺激心脏组织开始跳动，当蓄电池14电量低于30％时，自控开关19自动连接并通过信号传发模块184与分程序控制器40联系，提醒患者及时进行充电；

S2：电磁波发生装置3位于磁屏蔽房间的中间位置，需要充电的患者将电磁波中继装置2通过辅助构件固定在与起搏器壳体10相对应的皮肤外，并等距离分布在电磁波发生装置3的四周，同时将分程序控制器40通过无线信号与总程序控制器41建立通信信道，将各个心脏起搏器1的信息汇总，利用总程序控制器41设置电磁波发生装置3的电磁波发生频率，微型舵机25根据电磁波传感器22反馈的电磁波信号强弱调整方向，以此扩大电磁波聚焦装置20的接收面积，接收天线23将经电磁波聚焦装置20聚焦后的电磁波传输至电磁波传递线圈21；

S3：整流接收天线17从电磁波传递线圈21接收电磁波传递给微波/RF放大器16进一步放大，然后在通过接收换能器15将电磁波转化成电能存储到蓄电池14中，当蓄电池14电量为100％时，自控开关19自动断开保护，同时信号传发模块184将电已充满的信号通过分程序控制器40传至总程序控制器41，警报单元415发出警报提示，及时通知医生将已充电完毕的患者移出磁屏蔽房间。

需要说明的是，虽然上面已经结合附图详细说明了本发明，但我们认为本发明的使用范围并不限制在上述所述的方法。只要是在本发明的精神和原理内所作的各种修改、等同替换、或改进也都在本发明的保护范围内。本发明的保护范围以所附权利要求书为准。

Claims (6)

1.一种用于心脏传导阻滞的充电起搏器系统，其特征在于，主要包括心脏起搏器(1)、电磁波发生装置(2)、电磁波中继装置(3)和程序控制装置(4)；

所述心脏起搏器(1)包括起搏器壳体(10)、刺激电极(11)和电极导线(12)，所述起搏器壳体(10)内包括脉冲发生器(13)、蓄电池(14)、接收换能器(15)、微波/RF放大器(16)、整流接收天线(17)和控制芯片(18)，所述刺激电极(11)通过电极导线(12)与所述脉冲发生器(13)相连，脉冲发生器(13)依次与所述蓄电池(14)、接收换能器(15)、微波/RF放大器(16)和整流接收天线(17)相连，所述控制芯片(18)分别与脉冲发生器(13)和蓄电池(14)相连；

所述电磁波中继装置(2)包括电磁波聚焦装置(20)、电磁波传递线圈(21)、电磁波传感器(22)、接收天线(23)、固定基座(24)、微型舵机(25)和电源一(26)，所述电磁波聚焦装置(20)为碗状结构，所述固定基座(24)通过转轴(27)与电磁波聚焦装置(20)的底部相连，所述微型舵机(25)的输出轴与所述转轴(27)相连，所述电源一(26)与微型舵机(25)相连，所述接收天线(23)共有2-4个，分别固定连接在电磁波聚焦装置(20)的顶边上，所述电磁波传感器(22)分别与接收天线(23)的顶端相连，所述电磁波传递线圈(21)位于固定基座(24)的内部并与接收天线(23)相连，电磁波传递线圈(21)将高频电磁波传递给所述整流接收天线(17)；

所述电磁波发生装置(3)包括电磁波发生器(30)、电磁波发射天线(31)、无线接收器(32)和供电装置(33)，所述电磁波发生器(30)产生电磁波，所述电磁波通过所述电磁波发射天线(31)与电磁波中继装置(2)相连，所述无线接收器(32)接收来自所述程序控制装置(4)的控制命令，所述供电装置(33)为电磁波发生装置(3)提供电能；

所述程序控制装置(4)包括分程序控制器(40)和总程序控制器(41)，所述分程序控制器(40)包括MCU主控单元(400)，及分别与所述MCU主控单元(400)相连的信号收发单元(401)、存储单元(402)、数据分析处理单元(403)、通信单元(404)、显示单元(405)和电源一(406)，所述信号收发单元(401)将从所述心脏起搏器(1)接收的信息传输给所述数据分析处理单元(403)，数据分析处理单元(403)将所述信息分析处理后存入所述存储单元(402)并通过所述显示单元(405)显示，所述通信单元(404)通过无线信号与所述总程序控制器(41)相连，所述电源一(406)为分程序控制器(40)提供电能；

所述总程序控制器(41)包括CPU总控单元(410)，及与所述CPU总控单元(410)相连的无线射频收发单元(411)、数据评估监测单元(412)、数据存储单元(413)、总显示单元(414)、警报单元(415)、参数设置单元(416)和电源二(417)，所述无线射频收发单元(411)将从分程序控制器(40)收集的数据传输至所述数据评估监测单元(412)，数据评估监测单元(412)将数据评估后通过所述总显示单元(414)显示，当有异常数据或充电完毕时通过所述警报单元(415)发出警报，所述参数设置单元(416)通过无线射频收发单元(411)与电磁波发生装置(3)相连，用于设置电磁波发生频率参数，所述电源二(417)为总程序控制器(41)提供电能；

所述蓄电池(14)和接收换能器(15)之间设有自控开关(19)，当蓄电池电量(14)低于30％时所述自控开关(19)自动连接，当蓄电池电量(14)为100％时自控开关(19)自动断开保护；

所述控制芯片(18)包括微处理模块(180)，及与所述微处理模块(180)相连的开关控制模块(181)、传感器阵列模块(182)、充电监测模块(183)和信号传发模块(184)，所述充电监测模块(183)与所述蓄电池(14)相连，所述开关控制模块(181)与所述自控开关(19)相连，所述传感器阵列模块(182)采集人体生理参数信号，所述信号传发模块(184)将所述生理参数信号传输至所述程序控制装置(4)；

所述固定基座的内部还设有磁性屏蔽材料层和石墨散热片，所述磁性屏蔽材料层位于所述电磁波传递线圈的上方，所述石墨散热片等间距设置在磁性屏蔽材料层上方并贯穿固定基座的侧壁，磁性屏蔽材料层可防止电磁波受到干扰，进而影响充电效果。

2.如权利要求1所述的一种用于心脏传导阻滞的充电起搏器系统，其特征在于，所述传感器阵列模块(182)包括体温传感器、心率传感器、血样浓度传感器、心音传感器和阻抗传感器。

3.如权利要求1所述的一种用于心脏传导阻滞的充电起搏器系统，其特征在于，所述电磁波发生器(30)产生的电磁波频率范围为100KHZ-500KHZ。

4.如权利要求1所述的一种用于心脏传导阻滞的充电起搏器系统，其特征在于，所述刺激电极(11)共有1-3个，即所述心脏起搏器(1)可为单腔、双腔和三腔。

5.如权利要求1所述的一种用于心脏传导阻滞的充电起搏器系统，其特征在于，所述刺激电极(11)分为单腔、双腔和三腔。

6.如权利要求1所述的一种用于心脏传导阻滞的充电起搏器系统，其特征在于，所述电磁波发生装置(3)可同时连1-10个所述心脏起搏器(1)。

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