CN109674457A - 一种植入式医疗检测设备 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了医疗技术领域中的一种植入式医疗检测设备，包括装置盒、设于装置盒内的医疗单元和用于让医疗单元与外界通信用的通信天线，医疗单元包括检测电路和检测器；医疗单元还包括有蓄电池和用于给蓄电池充电的声能发电系统，声能发电系统为压电式声能发电系统、电磁式声能发电系统和静电式声能发电系统中的任一。本发明的植入式医疗检测设备，蓄电池的能量来源于身体内的各种“声音”，因此只要人有心跳是活着的，人体内就会有声音，有声音那么声能发电系统就会将声能转换成电能，就可以源源不断的给蓄电池充电，避免了植入时间过长电池电量消耗殆尽的问题，同时也不需要中途将植入式检测器取出，避免了对病人的二次伤害。
Description
技术领域
本发明属于医疗设备领域，尤其涉及一种植入式医疗检测设备。
背景技术
目前，植入式医疗仪器种类很多，如植入式心脏起搏器、脑起搏器、神经刺激器、肌肉刺激器、心电记录器等，现在还出现植入在人体内的诊断器，用于实时诊断患者的心跳、脉动、血压或者其他信息，和其他植入式医疗仪器一样，其依然需要和外界进行通信，才能将信息实时传出去。目前诊断器一般由独特设计的小装置盒以及设于装置盒内的植入式电子医疗单元；再加上用于让植入式电子医疗单元与外界的天线组成，植入式电子医疗单元一般含有检测电路、检测器、电池等。植入式医疗检测设备是要植入到人体内部的，要使其在体内至少存留30天，且只能通过内科或外科的手段取出。但是植入的时间一长，植入式医疗器械的电池电量就会消耗殆尽，例如一些给药型植入物每隔3年就需更换电池，而如果将电池的电量增加，那么势必要增加电池的体积，这样就很难满足植入式医疗设备的植入要求，而如果电池已经不能供给电量了，就需要将植入式医疗检测器械取出更换电池再放入的话，显然会给病人造成二次伤害。
发明内容
本发明意在提供一种植入式医疗检测设备，以解决现有技术的植入式医疗检测器械需要更换电池的问题。
本发明的技术方案为，一种植入式医疗检测设备，包括装置盒、设于装置盒内的医疗单元和用于让医疗单元与外界通信用的通信天线，所述医疗单元包括检测器；所述医疗单元还包括有蓄电池和声能发电系统，声能发电系统与蓄电池充电端电连接，用于给蓄电池充电；所述通信天线电信号连接在检测器的输出端；蓄电池的放电端连接在检测器的电源端，用于给检测器供电。
本发明的工作原理：本发明的植入式医疗检测设备，包括装置盒、设于装置盒内的医疗单元、用于让医疗单元与外界通信用的通信天线、蓄电池和声能发电系统，医疗单元位于装置盒内，包括检测电路和检测器，蓄电池给检测电路、检测器、压电式声能发电系统和通信天线等供电，检测器用以检测人体内的心率、体温、血压、血氧、脉动、病菌等，监测身体内的各种数据进而通过通信天线将这些数据实时的传送给体外的监测器，能够为后续的医疗诊断提供更精准的数据，检测器中设有的声能发电系统，声能发电系统为压电式声能发电系统、电磁式声能发电系统和静电式声能发电系统中的任一，利用人体内的心跳声、心脏收缩、体液流动、肺部的呼吸声、胃液分泌的声音、关节的摩擦声以及神经元的爆裂声等各种声音，通过将声音捕捉、放大和收集在到转换后发电；该系统包括声能收集装置和换能器两部分组成，声能收集装置例如霍尔姆兹共鸣器对入射声波进行收集和放大、利用声学晶体共振腔将入射声波驻留等；换能器是声能发电装置的核心部件，根据换能器的不同种类将声能发电装置主要分为压电式、电磁式和静电式三种形式，其中压电式声能发电装置采用压电材料作为换能元件，入射声波通过时引起压电晶体产生形变，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表而上出现正负相反的电荷产生电动势，即通过压电效应实现声能到电能的转换；电磁式声能发电装置是以基于法拉第电磁感应法则的电磁式换能器为换能元件，主要山固定于磁路中的线圈和可振动的铁磁性部件所组成，当一定频率的声波通过时会引起线圈或者铁磁性部件的运动，线圈切割磁力线而产生交变的电流；静电式声能发电装置采用静电式换能器也称电容式换能器为换能元件，山振膜和后极板组成可变电容，入射声波作用到振膜上，振膜的振动引起可变电容的变化，从而将声能转换为电能。三种方式均能实现声能到电能的转换，转换后的电能存储在蓄电池内，给检测电路、检测器以及通信天线供电，由于电能的来源是基于身体内的各种声音，因此只要人体内有“声音”，即可将声能转变成电能，可以保证植入式医疗检测设备的正常工作。
本发明的有益效果：本发明的植入式医疗检测设备，蓄电池的能量来源于身体内的各种“声音”，因此只要人有心跳是活着的，人体内就会有声音，有声音那么声能发电系统就会将声能转换成电能，就可以源源不断的给蓄电池充电，避免了植入时间过长电池电量消耗殆尽的问题；由于声能发电系统可以源源不断的补充能量，因此在满足植入式医疗检测设备电量供给的同时，可以将能发电系统做得更加的小型化，更能满足植入式医疗检测设备的植入要求，由于中途无需将植入式检测器取出，避免了对病人的二次伤害，最后为了保证植入医疗器械能够无故障的工作，蓄电池本身也是带有电量的，即使声能发电系统损坏，也可以供给一段时间的电力，使植入式医疗检测设备能正常工作。
优选一，所述声能发电系统为微型霍尔姆兹声能发电机、直流纳米声能发电机或者声学晶体共振腔声能发电系统。
优选二，所述声能发电系统为微型霍尔姆兹声能发电机，微型霍尔姆兹声能发电机包括霍尔姆兹共鸣器和声电换能器，所述霍尔姆兹共鸣器的外侧面开有多个声波接收孔，所述霍尔姆兹共鸣器的内侧面开有多个声波输出孔，每个所述声波输出孔上均连接声电换能器。微型霍尔姆兹声能发电机是以柔性的压电复介振膜取代霍尔姆兹共鸣器的刚性背板，以霍尔姆兹共鸣器为声压放大器，精细加工的环形硅压电复介振膜为换能元件，在霍尔姆兹共鸣器内产生一个祸介共振系统，再将压电效应将声能转换为电能，整介后被存储在蓄电池中。
进一步，所述通信天线包括天线辐射单元和PCB基板，天线辐射单元位于PCB基板上，天线辐射单元包括馈电点、馈电微带线、短路点、接地微带线和辐射本体，馈电点和短路点通过馈电微带线和接地微带线连接，辐射本体连接于馈电微带线和接地微带线的连接处，馈电点、馈电微带线、短路点、接地微带线和辐射本体形成PIFA天线，辐射本体包括第一辐射部和第二辐射部，第一辐射部包括多个横向延伸部段及多个纵向延伸部段，该多个横向延伸部段及多个纵向延伸部段交替连接，形成曲折蜿蜒的线型结构。上述通信天线的带宽可用频率范围在1.6GHz至2.85GHz，可以基本满足通信频段的要求，相比于单极子天线多一个接地点，其等效天线尺寸是单极子天线的两倍，相较现有的单极子天线尺寸缩小一半，辐射效率提高一倍，从而实现了使植入式医疗器械更加小型化。
进一步，所述装置盒的外表面为圆弧面。为了减少植入物对人体器官的伤害，将装置盒外部都设置成圆滑的形状，即将装置盒的外表面设置成圆弧面。
进一步，所述装置盒为透明盒。透明盒的设置，可以直观的看到装置盒内的电器元件，便于安装和维修。
进一步，所述装置盒外部均喷涂有食品级防腐涂层。使外壳具有防腐功能，防止体液对装置盒的腐蚀，提高使用寿命。
附图说明
图1为本发明一种植入式医疗检测设备去掉部分装置盒的结构示意图；
图2为图1的侧视图；
图3为通信天线的结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细的说明：
说明书附图中的附图标记包括：装置盒1、声电换能器2、蓄电池3、微型霍尔姆兹声能发电机4、检测电路5、检测器6、通信天线7、辐射本体701、第一辐射部7011、第二辐射部7012、纵向延伸部段7013、横向延伸部段7014、馈电微带线702、接地微带线703、PCB基板704、馈电点705、短路点706。
实施例1基本如附图1和图2所示：一种植入式医疗检测设备，包括装置盒1、设于装置盒1内的医疗单元和用于让医疗单元与外界通信用的通信天线7，装置盒1的外表面为圆弧面，装置盒1由透明材料制成，在装置盒1外部均喷涂有食品级防腐涂层；医疗单元包括检测电路5、检测器6、蓄电池3和用于给蓄电池3充电的微型霍尔姆兹声能发电机4，微型霍尔姆兹声能发电机4包括霍尔姆兹共鸣器和声电换能器2，霍尔姆兹共鸣器的外侧面开有多个声波接收孔，霍尔姆兹共鸣器的内侧面开有多个声波输出孔，每个声波输出孔上均连接声电换能器2，微型霍尔姆兹声能发电机4是以柔性的压电复介振膜取代霍尔姆兹共鸣器的刚性背板，在霍尔姆兹共鸣器内产生一个祸介共振系统，再将压电效应将声能转换为电能，整介后被存储在蓄电池3中，声波接收孔接收“声音”，通过声波输出孔将“声音”输送到声电换能器2，声电换能器2为霍尔姆兹共鸣器，产生一个祸介共振系统，再将压电效应将声能转换为电能，整介后被存储在蓄电池3，蓄电池3的放电端连接在检测器6的电源端。
如图3所示，通信天线7电信号连接在检测器6的输出端，通信天线7包括天线辐射单元和PCB基板704，天线辐射单元位于PCB基板704上，天线辐射单元包括馈电点705、馈电微带线702、短路点706、接地微带线703和辐射本体701，馈电点705和短路点706通过馈电微带线702和接地微带线703连接，辐射本体701连接于馈电微带线702和接地微带线703的连接处，馈电点705、馈电微带线702、短路点706、接地微带线703和辐射本体701形成PIFA天线，辐射本体701包括第一辐射部7011和第二辐射部7012，第一辐射部7011包括多个横向延伸部段7014及多个纵向延伸部段7013，该多个横向延伸部段7014及多个纵向延伸部段7013交替连接，形成曲折蜿蜒的线型结构。PIFA天线是目前应用最广泛的内置天线，具有重量轻、剖面低、造价便宜、机械强度好、频带宽、增益高、受周围环境影响小、对人体辐射伤害小、覆盖频率越多等一系列优点，相比于单极子天线多一个接地点，其等效天线尺寸是单极子天线的两倍，相较现有的单极子天线尺寸缩小一半，辐射效率提高一倍，从而实现了使植入式医疗器械更加小型化。
使用时，将植入式医疗检测设备植入到人体内，蓄电池3给检测电路5、检测器6、压电式声能发电系统和通信天线7等供电，检测器6用以检测人体内的心率、体温、血压、血氧、脉动、病菌等，监测身体内的各种数据进而通过通信天线7将这些数据实时的传送给体外的监测器，而蓄电池3的能量来源于身体内的各种“声音”经过微型霍尔姆兹声能发电机4的转换，因此只要人有心跳是活着的，人体内就会有声音，有声音那么微型霍尔姆兹声能发电机4就会将声能转换成电能，就可以源源不断的给蓄电池3充电，避免了植入时间过长蓄电池3电量消耗殆尽的问题，同时也不需要中途将植入式检测器6取出，避免了对病人的二次伤害。
实施例2与实施例1的区别仅在于将微型霍尔姆兹声能发电机4替换成声学晶体共振腔声能发电系统，声学晶体共振腔声能发电系统由声学晶体和压电材料换能器组成，功率发生器连接扬声器作为声源，声学晶体被固定在一个PMMA平板上，形成共振腔体，压电换能器置于声学晶体腔内进行能量转换。
实施例3与实施例1的区别仅在于将微型霍尔姆兹声能发电机4替换成直流纳米声能发电机。包括纳米线、电锯齿状电极和纳米发电机，一层氧化锌薄膜在纳米线底端，作为纳米发电机的一个电极，另一个电极置于纳米级的顶端，用柔软的聚合物固定，在顶部电极和纳米线之间还留有一个间隙，使得他们能够进行移动程度上的相对振动或形变，当外界的声波传到纳米发电机上时，会导致顶部电极的上下震动以及纳米线的左右摆动或共振，从而将声能转换成电能。
需要注意的是：由于植入式医疗检测设备较小，且使用的电量也相对较少，因此可以将本发明的声能发电系统做得更加的小型化，可以满足植入式医疗设备的电量需求，相较于传统放置时间越长，需要的蓄电池3容积越大的植入式医疗检测设备的来说，无需增加体积就能满足电量的需求，因此更适于长时间植入的植入式医疗器械的使用。
现有技术中一个植入式心脏起搏器体积大约20ml，植入式除颤器体积大约是心脏起搏器体积的(3～4)倍，但是不管是哪一种植入式医疗电子设备，几乎一半的体积是被内部蓄电池3占用了，即蓄电池3的体积至少在10ml(相当于10个1cm x 1cm x 1cm的尺寸＝10个10mm x 10mm x 10mm的尺寸)以上。以实施例4的直流纳米声能发电机为例，2007年美国佐治亚理工学院的研究小组研发的超声波驱动的直流纳米发电机，由纳米或微电子器件组成，已经能做到能生物植入的体积；另外以电磁式微型声能发电机为例，尺寸为3mm x 3mm电磁式微型声能发电机，可获得0.24mV感应电动势，能满足植入式医疗设备的电量需求，且上述声能发电机的体积均比蓄电池3的体积小，完全能封装入植入式医疗检测设备中。
对本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利。
Claims (7)
1.一种植入式医疗检测设备，包括装置盒、设于装置盒内的医疗单元和用于让医疗单元与外界通信用的通信天线，所述医疗单元包括检测器；其特征在于，所述医疗单元还包括有蓄电池和声能发电系统，声能发电系统与蓄电池充电端电连接，用于给蓄电池充电；所述通信天线电信号连接在检测器的输出端；蓄电池的放电端连接在检测器的电源端，用于给检测器供电。
2.根据权利要求1所述的植入式医疗检测设备，其特征在于，所述声能发电系统为微型霍尔姆兹声能发电机、直流纳米声能发电机或者声学晶体共振腔声能发电系统。
3.根据权利要求2所述的植入式医疗检测设备，其特征在于，所述声能发电系统为微型霍尔姆兹声能发电机，微型霍尔姆兹声能发电机包括霍尔姆兹共鸣器和声电换能器，所述霍尔姆兹共鸣器的外侧面开有多个声波接收孔，所述霍尔姆兹共鸣器的内侧面开有多个声波输出孔，每个所述声波输出孔上均连接声电换能器。
4.根据权利要求3所述的植入式医疗检测设备，其特征在于，所述通信天线包括天线辐射单元和PCB基板，天线辐射单元位于PCB基板上，天线辐射单元包括馈电点、馈电微带线、短路点、接地微带线和辐射本体，馈电点和短路点通过馈电微带线和接地微带线连接，辐射本体连接于馈电微带线和接地微带线的连接处，馈电点、馈电微带线、短路点、接地微带线和辐射本体形成PIFA天线，辐射本体包括第一辐射部和第二辐射部，第一辐射部包括多个横向延伸部段及多个纵向延伸部段，该多个横向延伸部段及多个纵向延伸部段交替连接，形成曲折蜿蜒的线型结构。
5.根据权利要求4所述的植入式医疗检测设备，其特征在于，所述装置盒的外表面为圆弧面。
6.根据权利要求5所述的植入式医疗检测设备，其特征在于，所述装置盒为透明盒。
7.根据权利要求6所述的植入式医疗检测设备，其特征在于，所述装置盒外部均喷涂有食品级防腐涂层。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112018517A (zh) * | 2020-08-27 | 2020-12-01 | 金华市金东区大堰河农牧场 | 一种通过无线供能的可植入装置 |
| CN112263227A (zh) * | 2020-10-14 | 2021-01-26 | 阜阳瀚海博欣生物技术有限公司 | 医疗用植入式检测设备 |
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2018
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