CN109921494B - 植入医疗设备及其充电控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种植入医疗设备及其充电控制方法，所述方法包括：在充电过程中获取植入装置的温度，若所述温度未超过温度阈值，则计算所述植入装置的发热损耗，比对所述发热损耗和损耗阈值，并根据比对结果调整体外装置的激励电磁场强度，以及根据所述比对结果调整所述损耗阈值。
Description
技术领域
本发明涉及医疗设备领域，具体涉及一种植入医疗设备及其充电控制方法。
背景技术
人体植入式医疗装置(Implantable Medical Device,IMD)是一种安装于患者身体内部的医疗器械，这种设备内部具有电池，电路板(设有传感器、芯片等元件)，IMD依靠设定的程序和运行参数来实现相应的疗法。IMD植入患者体内，与体外充电装置间有皮肤等组织隔离。因此，需要采用无线能量传输系统对体内的植入式医疗仪器进行充电。
IMD一般使用生物相容性的金属钛密封，同时植入电池一般安装在植入式医疗仪器内被金属钛一起封装。由于无线能量传输过程中钛金属存在涡流效应等影响，极易引发无线能量传输过程中体内植入式医疗仪器的发热。由于用户感知的皮肤温度值低于皮下的最高温度值，容易低估热伤害的风险，因此检测及控制最危险组织的温度值以保障病人热安全就显得尤为必要，这也成为经皮能量传输安全性的关键。
植入式装置在经皮无线充电时的发热主要来自于金属部件的涡流损耗和电子线路损耗，并且电池在不同电压时电子线路上的损耗也会有所不同。现有技术通过功率和温度自适应闭环控制方案解决升温问题，这类方案通常会使充电功率保持在较低的水平以确保安全温度，但由此会降低充电效率，延长充电时间，因此现有的经皮无线充电的控制方案效率较低。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种植入医疗设备充电控制方法，包括：在充电过程中获取植入装置的温度，若所述温度未超过温度阈值，则计算所述植入装置的发热损耗，比对所述发热损耗和损耗阈值，并根据比对结果调整体外装置的激励电磁场强度，以及根据所述比对结果调整所述损耗阈值。
可选地，若所述温度超过温度阈值，则降低体外装置的激励电磁场强度，并降低所述损耗阈值。
可选地，所述根据比对结果调整体外装置的激励电磁场强度，包括：当所述发热损耗超过损耗阈值时，降低体外装置的激励电磁场强度。
可选地，所述根据所述比对结果调整所述损耗阈值，包括：当所述发热损耗超过损耗阈值时，保持所述损耗阈值不变。
可选地，所述根据比对结果调整体外装置的激励电磁场强度，包括：当所述发热损耗未超过所述损耗阈值，且未超过所述损耗阈值与第一回差量的差值时，保持体外装置的激励电磁场强度不变。
可选地，所述根据所述比对结果调整所述损耗阈值，包括：当所述发热损耗未超过所述损耗阈值，且未超过所述损耗阈值与第一回差量的差值时，保持所述损耗阈值不变。
可选地，所述根据比对结果调整体外装置的激励电磁场强度，包括：当所述发热损耗未超过所述损耗阈值，且未超过所述损耗阈值与第二回差量的差值时，增大体外装置的激励电磁场强度。
可选地，所述根据所述比对结果调整所述损耗阈值，包括：当所述发热损耗未超过所述损耗阈值，且未超过所述损耗阈值与第二回差量的差值时，增大所述损耗阈值。
相应地，本发明还提供一种植入式医疗装置的充电设备，包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行上述充电控制方法。
相应地，本发明还提供一种植入式医疗系统，其特征在于，包括植入装置和体外装置，其中所述体外装置用于上述充电控制方法对所述植入装置进行充电。
根据本发明提供的植入医疗设备及其充电控制方法，在确保植入装置温度处于安全值以内的情况下，计算植入装置的发热损耗，根据发热损耗调整无线充电的激励电磁场强度，由此通过精确控制植入装置的发热功率实现更准确地控制植入装置的发热情况；同时动态调整损耗阈值，得到与当前发热情况更加匹配的损耗阈值，由此尽快确认合适的充电参数，减少调整次数，以提高充电控制的效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实施例中的植入式医疗系统的结构示意图；
图2为本实施例中的充电控制方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
图1示出了一种植入式医疗系统，该系统包括植入装置1和体外装置2，其中体外装置2用于对植入装置1进行无线充电，并进行与充电相关的控制操作。具体地，植入装置1包括体内充电线圈11、整流滤波电路12、线性稳压器13、充电电流控制单元14、电池15、温度检测器16、体内控制器17和体内通信单元18。
体外装置2包括体外充电线圈21、全桥驱动电路22、电流检测单元23、体外控制器24和体外通信单元25。
体外装置2用于执行充电控制方法，具体可以由体外控制器24来执行。在一个实施例中，首先使体外通信单元25与体内通信单元18建立连接，准备开始进行充电。此时可以确定一个温度阈值Tsafe和初始的损耗阈值Pref以及初始的充电激励磁场强度，具体可以确定全桥驱动电路22的全桥发射电压Vi，然后进行充电(持续一段时间，如1分钟)。
在本实施例中，充电激励磁场强度和损耗阈值Pref均为可调数值，后续将根据充电情况决定是否对它们进行调整。
下面详细介绍调整方式。首先获取植入装置1的温度To，具体可以由温度检测器16进行采集，由体内控制器17通过体内通信单元18发送到体外装置2。然后比对温度To与温度阈值Tsafe。
当温度To超过温度阈值Tsafe时，说明当前的充电激励磁场强度过大，使得植入装置1的温度超过了设定的安全值，此时直接降低激励磁场强度，而不必进行其它计算，过一段时间后(如1分钟)后再次进行判断。
在温度To未超过温度阈值Tsafe的情况下，计算植入装置1的发热损耗Ph。计算方式有多种，例如可以根据体外装置2的发射功率和植入装置1的接收功率及线路损耗进行计算。本实施例提供一种具体的计算方式，分别计算电池15的充电功率Po、全桥驱动电路22的发射功率Pi和体外充电线圈21的发射线圈损耗Pa，发热损耗Ph＝Pi-Pa-Po。其中Pi＝Vi*Ii，Vi为桥驱动电路22的全桥发射电压、Ii为全桥驱动电路22的电流；Pa＝Ia*Ia*R/2，Ia为体外充电线圈21的电流(取充电持续时间内的最大值)，R为体外充电线圈21及其匹配电容的电阻；Po＝Vb*Io，Vb为电池15的电压、Io为电池15的充电电流。在一个优选的实施例中Io可以是动态值，也即植入装置1可以在充电过程先确定Io再计算上述损耗，关于调整Io具体可参见中国专利文件CN107332320A。
需要说明的是，上述对发热损耗Ph的计算方式只是为了清楚地说明而做的举例，而非对本发明进行限定，实际使用中也可以采用其它方式计算该数值。
比对发热损耗和损耗阈值，并根据比对结果调整体外装置的激励电磁场强度，以及根据比对结果调整损耗阈值。调整的情况有多种，例如在一些情况下，可能只调整充电激励磁场强度，而保持损耗阈值Pref不变；有些情况下可能需要同时对它们做出调整，或者均保持不变。
根据本发明提供的植入医疗设备充电控制方法，在确保植入装置温度处于安全值以内的情况下，计算植入装置的发热损耗，根据发热损耗调整无线充电的激励电磁场强度，由此通过精确控制植入装置的发热功率实现更准确地控制植入装置的发热情况；同时动态调整损耗阈值，得到与当前发热情况更加匹配的损耗阈值，由此尽快确认合适的充电参数，减少调整次数，以提高充电控制的效率。
结合图2所示，在一个优选的实施例中，对激励电磁场强度和损耗阈值Pref的调整包括如下步骤：
S1，以全桥发射电压Vi进行充电。Vi决定无线充电的激励电磁场强度。
S2，调整电池15的充电电流Io，使整流滤波电路12的整流滤波Vo约等于(优选为略大于)线性稳压器13的最低输入电压Vref。此步骤是为了使线性稳压器13的功率损耗最小化。
S3，计算发热损耗Ph。具体可参照上述计算方式Ph＝Pi-Pa-Po。
S4，判断植入装置的温度To是否小于温度阈值Tsafe。如果To＜Tsafe则执行步骤S5，否则执行步骤S8。
S5，判断发热损耗Ph是否小于损耗阈值Pref。如果Ph＜Pref则执行步骤S6，否则执行步骤S9。
S6，判断发热损耗Ph是否小于损耗阈值Pref-P1，其中P1为第一回差量，为预设值。如果Ph＜Pref-P1则执行S7，否则返回步骤S1。
S7，判断发热损耗Ph是否小于损耗阈值Pref-P2，其中P2为第二回差量，为预设值，P2＞P1。如果Ph＜Pref-P2则执行S10，否则执行步骤S11。
S8，减小损耗阈值Pref，并执行步骤S9；
S9，减小全桥发射电压Vi，以减弱激励电磁场强度，并返回步骤S1。
S10，增大损耗阈值Pref，并执行步骤S11；
S11，增大全桥发射电压Vi，以加强激励电磁场强度，并返回步骤S1。
上述方法可以被周期性地执行，每一次都可根据当前的情况做出相应的调整措施。
在本实施例中，当出现植入装置的温度超过安全温度阈值的情况时，体外装置将采取减小损耗阈值Pref并减弱激励电磁场强度的措施，由此来降低植入装置的温度，并适应性调整损耗阈值，以提高充电控制效率；
在温度未超过安全温度阈值的情况下，当出现发热损耗Ph超过损耗阈值Pref时，体外装置将采取保持损耗阈值Pref不变，而减弱激励电磁场强度的措施，尽可能保持植入装置的温度；
在温度未超过安全温度阈值的情况下，并且发热损耗Ph未超过损耗阈值Pref时，体外装置将进一步根据发热损耗Ph与损耗阈值Pref的差距采取不同的措施，以提高充电控制效率。
具体是当Pref-P1＜Ph＜Pref时，认为当前参数符合预期，在确保处于安全温度的情况下，具有较高的充电效率，因此采取保持全桥发射电压Vi和损耗阈值Pref不变的措施，继续充电。
当Pref-P2＜Ph＜Pref-P1时，认为当前充电效率偏低，应当提高充电速度。因此加强激励电磁场强度进行充电，由此会使下一次计算的Ph更高，所以保持当前的损耗阈值Pref不变，尽可能在下一次符合Pref-P1＜Ph＜Pref的情形；
当Ph＜Pref-P2时，认为当前的充电效率很低，应当提高充电速度。因此将采取加强激励电磁场强度进行充电，并提高损耗阈值Pref，尽可能在下一次符合Pref-P1＜Ph＜Pref的情形。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (8)
1.一种植入医疗设备充电控制方法，其特征在于，包括：在充电过程中获取植入装置的温度，若所述温度未超过温度阈值，则计算所述植入装置的发热损耗，比对所述发热损耗和损耗阈值，并根据比对结果调整体外装置的激励电磁场强度，以及根据所述比对结果调整所述损耗阈值；所述根据所述比对结果调整所述损耗阈值，包括：当所述发热损耗未超过所述损耗阈值，且未超过所述损耗阈值与第二回差量的差值时，增大所述损耗阈值；
若所述温度超过温度阈值，则降低体外装置的激励电磁场强度，并降低所述损耗阈值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据比对结果调整体外装置的激励电磁场强度，包括：当所述发热损耗超过损耗阈值时，降低体外装置的激励电磁场强度。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述比对结果调整所述损耗阈值，包括：当所述发热损耗超过损耗阈值时，保持所述损耗阈值不变。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据比对结果调整体外装置的激励电磁场强度，包括：当所述发热损耗未超过所述损耗阈值，且未超过所述损耗阈值与第一回差量的差值时，保持体外装置的激励电磁场强度不变。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述比对结果调整所述损耗阈值，包括：当所述发热损耗未超过所述损耗阈值，且未超过所述损耗阈值与第一回差量的差值时，保持所述损耗阈值不变。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据比对结果调整体外装置的激励电磁场强度，包括：当所述发热损耗未超过所述损耗阈值，且未超过所述损耗阈值与第二回差量的差值时，增大体外装置的激励电磁场强度。
7.一种植入式医疗装置的充电设备，其特征在于，包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行如权利要求1-6中任意一项所述的充电控制方法。
8.一种植入式医疗系统，其特征在于，包括植入装置和体外装置，其中所述体外装置用于根据权利要求1-6中任意一项所述的充电控制方法对所述植入装置进行充电。
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