CN111184514A - 生理讯号无线传输系统及其讯号传输方法和无线充电方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种兼容于核磁共振系统的生理讯号无线传输系统，所述生理讯号无线传输系统包括一植入式感测装置，以及与所述植入式感测装置无线连接的一能源中继装置。其中，所述植入式感测装置包括：一感测模块，具有至少一传感器；一资料传输模块，与所述感测模块连接；以及一能源接收模块，与所述感测模块和所述资料传输模块连接。另一方面，所述能源中继装置包括：一资料收发天线，与所述资料传输模块无线连接；一微处理器，与所述资料收发天线连接；一显示模块，与所述微处理器连接；一能源发射天线，与所述能源接收模块无线连接，以及一能源发射模块，与所述能源发射天线连接。

Description

生理讯号无线传输系统及其讯号传输方法和无线充电方法
技术领域
本发明是关于一种生理讯号无线传输系统及其讯号传输方法和无线充电方法，尤指一种可感测颅内压(Intracranial pressure,ICP)且兼容于核磁共振(MagneticResonance,MR)系统的生理讯号无线传输系统及其运作方法。
背景技术
核磁共振影像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)如果由经过训练的医师判读这些影像，可产生有助于诊断的信息。此系统也可用在介入治疗过程中使用MR兼容系统进行成像。但是，核磁共振检查不适合用于检查装有电子植入物或导电植入物、或内含铁磁性异物的金属的患者。
目前植入式感测接收器在进入核磁共振(MR)系统之前，必须先断开连接的所有电缆和患者监护设备，并且需要特殊固定植入器械以确保患者在核磁共振检查过程中的安全。例如，必须将数米长的传感器导线和电气连接器放置成特定的几何形状，以尽量减少传感器被强力磁场加热的可能性。
而可充电植入式传感器或无线传输传感器为主动式植入物，意即此装置内含有导磁金属物质或可充电电池，严重情况可能导致植入物在体内发生移动或产生抛物状加速运动。
发明内容
为了决上述缺失，本发明提出一种可兼容于核磁共振(MR)系统的生理讯号无线传输系统，包括：一植入式感测装置，以及与所述植入式感测装置无线连接的一能源中继装置。
其中，所述植入式感测装置包括：一感测模块，具有至少一传感器，所述感测模块用以监测至少一生理讯号；一资料传输模块，与所述感测模块连接，所述资料传输模块传送所述至少一生理讯号；以及一能源接收模块，与所述感测模块和所述资料传输模块连接，所述能源接收模块提供所述感测模块和所述资料传输模块一工作电压。
另一方面，所述能源中继装置包括：一资料收发天线，与所述资料传输模块无线连接，所述资料收发天线收发所述至少一生理讯号；一微处理器，与所述资料收发天线连接；一显示模块，与所述微处理器连接，所述显示模块显示所述至少一生理讯号；一能源发射天线，与所述能源接收模块无线连接；以及一能源发射模块，与所述能源发射天线连接，所述能源发射模块可产生815MHz至5.8GHz的一射频信号。
进一步地，本发明提出的生理讯号无线传输系统还可包括一外部监控装置，与所述能源中继装置无线连接。所述外部监控装置包括：一资料接收单元，与所述资料收发天线无线连接，所述资料接收单元接收所述至少一生理讯号；一微处理单元，与所述资料接收单元连接；以及一显示单元，与所述微处理单元连接，所述显示单元显示所述至少一生理讯号。
以上对本发明的简述，目的在于对本发明之数种面向和技术特征作一基本说明。发明简述并非对本发明的详细表述，因此其目的不在特别列举本发明的关键性或重要元件，也不是用来界定本发明的范围，仅为以简明的方式呈现本发明的数种概念而已。
附图说明
图1为本发明较佳实施例的生理讯号无线传输系统示意图；
图2为本发明较佳实施例的植入式感测装置示意图；
图3为本发明较佳实施例的资料传输模块示意图；
图4本发明较佳实施例的能源接收模块示意图；
图5为本发明较佳实施例的能源中继装置示意图；
图6为本发明较佳实施例的外部监控装置示意图；
图7为本发明较佳实施例的生理讯号无线传输系统的讯号传输方法流程图；
图8为本发明较佳实施例的生理讯号无线传输系统的无线充电方法流程图。
附图标号说明：
1…生理讯号无线传输系统
10…植入式感测装置
11…感测模块
12…资料传输模块
122…微处理单元
124…差动放大单元
126…电压调节单元
128…资料传输天线
13…能源接收模块
130…储能单元
132…升压转换单元
134…电压整流单元
136…阻抗匹配单元
138…能源接收天线
20…能源中继装置
210…资料收发天线
220…微处理器
230…显示模块
240…资料储存单元
250…交流/直流转换单元
260…能源发射模块
270…能源放大器
280…能源发射天线
290…蓄电池单元
30…外部监控装置
310…资料接收单元
320…微处理单元
330…显示单元
具体实施方式
为能了解本发明的技术特征及实用功效，并且可依照说明书的内容来实施，在此进一步提出如图式所示的较佳实施例，详细说明如后：
本发明提出了一种可兼容于核磁共振(MR)系统的生理讯号无线传输系统，所述生理讯号无线传输系统移除了传统感测装置中的电池或导磁金属，而采用无线充电的方式提供系统讯号监测及资料传输的能源，以避免感测装置在进行核磁共振扫描的同时，电流磁场受到激发所产生的危险。
请参照图1，其为本发明较佳实施例的生理讯号无线传输系统示意图。如图1所示，本实施例的生理讯号无线传输系统1主要包括一植入式感测装置10，以及与所述植入式感测装置10无线连接的一能源中继装置20。透过植入式感测装置10感测人体的生理讯号，并将所述讯号传送至能源中继装置20后显示于屏幕；另一方面，能源中继装置20也可以无线且非接触的方式提供植入式感测装置10讯号监测及资料传输所需的能源。
除此之外，本实施例的生理讯号无线传输系统1还可包括一外部监控装置30与所述能源中继装置20无线连接，所述外部监控装置30可远端接收能源中继装置20所传送的生理讯号并显示于屏幕，使得远端操作人员也能实时监控所述人体的生理讯号数值。
以下将针对本实施例的植入式感测装置10系统架构及其连接关系做进一步说明。
首先，请参照图2，其为本发明较佳实施例的植入式感测装置示意图。如第二图所示，本实施例的植入式感测装置10包括有植入人体体内的一感测模块11，与所述感测模块11连接的一资料传输模块12，以及分别与所述感测模块11和所述资料传输模块12连接的一能源接收模块13。
其中，所述感测模块11具有至少一传感器(图未示)，用以监测所述人体的至少一生理讯号，而所述至少一传感器可以是侦测人体颅内压力的颅内压(ICP)传感器、侦测人体收缩/舒张压力血压传感器、侦测人体血液氧气的血氧传感器、侦测人体体温的温度传感器、侦测人体脉搏跳动频率的脉搏传感器或侦测人体呼吸/心跳频率的呼吸心跳传感器。
具体而言，本实施例的感测模块11是直径小于5毫米(例如2.5毫米)，壁厚为0.25毫米，内部空腔半径为0.75毫米的金属导管载体内置入颅内压(ICP)传感器并覆以固定胶固定后，将所述感测模块11植入人体头颅内，用以侦测头颅内脑部的颅内压与生理值变化讯号，并将所述些生理讯号传送至体外的资料传输模块12。其中，为使金属导管载体可与欲感测部位的压力做出区隔，所述金属导管载体须为封闭状态，且将其内部的大气压力控制在常压的状态下。
再者，请同时参照图3，其为本发明较佳实施例的资料传输模块示意图。如图3所示，本实施例的资料传输模块12包括一微处理单元122；一差动放大单元124，与所述微处理122单元连接；一电压调节单元126，分别与所述微处理单元122和所述差动放大单元124连接；以及一资料传输天线128，与所述微处理单元122连接。
其中，所述资料传输模块12的差动放大单元124可接受来自感测模块11(可同时参照图2)所传送的生理讯号，更进一步来说，由于感测模块11多半发出的(生理)讯号是用于侦测外界的物理讯号，例如将温度或压力等数值转换成电压，属于类比讯号。因此，需透过差动放大单元124有系统的将各种类比讯号放大后，由微处理单元122将类比讯号转换为数位讯号，同时资料传输模块12将转换后的所述些数位讯号以加密封包的形式透过资料传输天线128传送至外部。具体而言，本实施例中所采用的资料传输天线128可以是蓝牙天线、Wi-Fi天线或ZigBee天线，本发明不以此为限。
而分别与所述微处理单元122和所述差动放大单元124连接的电压调节单元126则接收能源接收模块13(可同时参照第四图)所传送的工作电压，并保持所述工作电压的稳定性，同时分配至微处理单元122和差动放大单元124。电压调节单元126的电阻会伴随负载(即微处理单元和差动放大单元)和输入工作电压的变化，以达到输出的电压稳定不变。其运作方式尤如不停自动调节电阻值的可变电阻，使输入电压调节单元的电压与负载导出的分压维持固定；而过程中因输出与输入电压差而产生的能量则以热的形式消散掉。
最后，请同时参照图4，其为本发明较佳实施例的能源接收模块示意图。如图4所示，所述能源接收模块13包括：一能源接收天线138；一阻抗匹配单元136，与所述能源接收天线138连接；一电压整流单元134，与所述阻抗匹配单元136连接；一升压转换单元132，与所述电压整流单元134连接；以及一储能单元130，与所述升压转换单元132连接。
其中，所述能源接收天线138可以接受来自外部的射频讯号，并经由与能源接收天线138连接的所述阻抗匹配单元136，将所有射频讯号传送至电压整流单元134，使用阻抗匹配单元136的目的在于，阻抗匹配单元136能够将所有高频的微波信号(在此为射频讯号)传送至负载点(在此为电压整流单元134)，且几乎不会有信号反射回源点(在此为能源接收天线138)，进而提升能源转换效益。而电压整流单元134可将接收到的射频讯号经过射频-直流(RF-DC)转换电路转化为直流电压，再透过与电压整流单元134连接的升压转换单元132，将转化后的直流电压提升为稳定的3.0至4.5伏特(V)(较好的是3.8伏特)的工作电压，并提供至所述资料传输模块12和感测模块11使用，而多余的工作电压也可储存于储能单元130中，以备后续提供电力之用。
接续，将针对本实施例的能源中继装置20的系统架构及其连接关系做进一步说明。
请参照图5，其为本发明较佳实施例的能源中继装置示意图。如图5所示，本实施例的能源中继装置20包括：一资料收发天线210，与前述的资料传输模块12(可同时参照图3)无线连接；一微处理器220，与所述资料收发天线210连接；一显示模块230，与所述微处理器220连接；一能源发射天线280，与所述能源接收模块13(可同时参照第四图)无线连接；以及一能源发射模块260，与所述能源发射天线280连接，所述能源发射模块260可产生815MHz至5.8GHz的一射频信号，并传送至所述能源接收模块13。
具体而言，本实施例之能源中继装置20为一独立装置，以无导线或转接器的方式与前述的植入式感测装置10(可同时参照图1)连接，且与所述植入式感测装置10进行资料以及能源的双向传输。首先，举以资料传输为例，植入式感测装置10可透过感测模块11中每一个传感器所监测到人体的生理信息(如颅内压力、收缩/舒张压力、体温、脉搏跳动频率或呼吸/心跳频率等)，透过资料传输模块12中的资料传输天线128，将所述些生理信息传送至外部，并透过能源中继装置20包括的资料收发天线210进行接收；资料收发天线210收到所述些生理信息后，经由微处理器220进行生理信息的比对换算，并透过显示模块230将所述些生理信息显示于屏幕上。在其他可能的实施例中，所述微处理器220还可与一资料储存单元240连接，所述资料储存单元240可以记录所有生理信息的历史纪录，以利于后续信息的调阅与检查。
其中，本实施例的生理信息为颅内压(ICP)传感器所侦测的人体颅内压力值，显示模块230则可以选用习知的液晶显示模块，而本实施例中所采用的资料收发天线210可以是蓝牙天线、Wi-Fi天线或ZigBee天线，本发明全都不以此为限。
另一方面，关于能源传输的具体运作方式如下。首先，能源中继装置20中的能源发射模块260可产生815MHz至5.8GHz(较好的是2.4GHz)的一射频信号，并透过与能源发射模块260连接的能源发射天线280将所述射频信号发送至外部。在其他可能的实施例中，能源发射模块260和能源发射天线280之间还可连接设有一能源放大器270，所述能源放大器270为射频功率放大器，可将功率较小的射频讯号经放大至足够的射频功率后，再馈送至能源发射天线280。而植入式感测装置10中能源接收模块13的能源接收天线138可接收所述射频讯号，并透过能源接收模块13一系列的讯号转换、电压整流以即电压放大后，将所述射频讯号转换至约为3.8伏特(V)的工作电压，以提供整个植入式感测装置10使用。
除此之外，能源中继装置20还可以包括有一交流/直流转换单元250以及一蓄电池单元290。当能源中继装置20闲置时，可将所述交流/直流转换单元250与市电连接，对装置20内的蓄电池单元290进行充电；能源中继装置20操作时，则以所述蓄电池单元290提供能源中继装置20工作电压。
最后，将针对本实施例之外部监控装置30的系统架构及其连接关系做进一步说明。
请参照图6，其为本发明较佳实施例的外部监控装置示意图。如图6所示，本实施例之外部监控装置30与所述能源中继装置20(可同时参照图5)无线连接，所述外部监控装置30包括：一资料接收单元310，与能源中继装置20的资料收发天线210无线连接；一微处理单元320，与所述资料接收单元310连接；以及一显示单元330，与所述微处理单元320连接。其中，所述资料接收单元310接收经由资料收发天线210发送的所述至少一生理讯号，再经由微处理单元320进行生理信息的比对换算，并透过显示单元330将所述些生理信息显示于屏幕上。以此，让第三方使用者以无线方式远端监测植入式感测装置10所测得的生理信息，增加后续应用范围。
除以上所述的生理讯号无线传输系统，本发明更提出一种生理讯号无线传输系统的讯号传输方法以及无线充电方法。首先，请参照图7，其为本发明较佳实施例的生理讯号无线传输系统的讯号传输方法流程图。如图7所示，所述系统的讯号传输方法包括以下步骤：
首先执行步骤(a)，将一感测模块11植入一人体的体内以感测所述人体的至少一生理讯号。其中，所述感测模块11包括至少一传感器，而所述至少一传感器可以是侦测人体颅内压力的颅内压(ICP)传感器、侦测人体收缩/舒张压力血压传感器、侦测人体血液氧气的血氧传感器、侦测人体体温的温度传感器、侦测人体脉搏跳动频率的脉搏传感器或侦测人体呼吸/心跳频率的呼吸心跳传感器。
其中，所述至少一生理讯号包括有颅内压力、收缩/舒张压力、体温、脉搏跳动频率或呼吸/心跳频率等。本实施例系以将颅内压(ICP)传感器植入人体头颅内以测得其颅内压力数值作为生理讯号。
接着执行步骤(b)，一资料传输模块12透过差动放大单元124将各种类比讯号(生理讯号)放大后，由微处理单元122将类比讯号转换为数位讯号，再经由资料传输天线128以无线方式将所述至少一生理讯号传送至一能源中继装置20。
然后执行步骤(c)，所述能源中继装置20的一资料收发天线210接收所述至少一生理讯号，并透过一微处理器220进行所述讯号的编码转换；再执行步骤(d)，一显示模块230显示经过编码转换后的所述至少一生理讯号。
另外，也可在步骤(e)中，透过能源中继装置20的资料收发天线210发送所述至少一生理讯号至一外部监控装置30；最后执行步骤(f)，所述外部监控装置30的资料接收单元310接受生理讯号后，透过一微处理单元320进行所述至少一生理讯号的编码转换，最后以一显示单元330显示经过编码转换后的所述至少一生理讯号。
最后，请参照图8，其为本发明较佳实施例的生理讯号无线传输系统的无线充电方法流程图。如图8所示，所述系统的无线充电方法包括以下步骤：
首先在步骤(a)中，一能源中继装置20的一能源发射模块260产生815MHz至5.8GHz(较好的是2.4GHz)的一射频信号，并透过一能源发射天线280传送至一植入式感测装置10的一能源接收模块13中。再执行步骤(b)所述能源接收模块13的一能源接收天线138接收所述射频信号，并透过一阻抗匹配单元136、一电压整流单元134以及一升压转换单元132将所述射频信号转换并提升至3.0至4.5伏特(V)(较好的是3.8伏特)的一工作电压。最后在步骤(c)中，所述能源接收模块13分别将所述工作电压提供至所述植入式感测装置10的感测模块11和资料传输模块12，以完成生理讯号无线传输系统1的充电。
透过以上步骤，可利用能源中继装置以无导线或转接器的方式与植入式感测装置连接，同时与所述植入式感测装置进行生理信息以及能源的双向传输，并将所述些信息同样以无线方式传送至远端的外部监控装置，以此有效避免感测装置在进行核磁共振扫描的同时，电流磁场受到激发所产生的危险。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并不能以此限定本发明实施的范围，即使依照本发明申请专利范围及说明内容所作的简单变化与修饰，仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (10)

1.一种兼容于核磁共振系统的生理讯号无线传输系统，其特征在于，包括：
一植入式感测装置，包括：
一感测模块，具有至少一传感器，所述感测模块用以监测至少一生理讯号；
一资料传输模块，与所述感测模块连接，所述资料传输模块传送所述至少一生理讯号；以及
一能源接收模块，与所述感测模块和所述资料传输模块连接，所述能源接收模块提供所述感测模块和所述资料传输模块一工作电压；以及
一能源中继装置，以无线方式与所述植入式感测装置连接，所述能源中继装置包括：
一资料收发天线，与所述资料传输模块无线连接，所述资料收发天线收发所述至少一生理讯号；
一微处理器，与所述资料收发天线连接；
一显示模块，与所述微处理器连接，所述显示模块显示所述至少一生理讯号；
一能源发射天线，与所述能源接收模块无线连接；以及
一能源发射模块，与所述能源发射天线连接，所述能源发射模块产生815MHz至5.8GHz的一射频信号。
2.根据权利要求1所述的生理讯号无线传输系统，其特征在于，还包括一外部监控装置，与所述能源中继装置无线连接，所述外部监控装置包括：
一资料接收单元，与所述资料收发天线无线连接，所述资料接收单元接收所述至少一生理讯号；
一微处理单元，与所述资料接收单元连接；以及
一显示单元，与所述微处理单元连接，所述显示单元显示所述至少一生理讯号。
3.根据权利要求1所述的生理讯号无线传输系统，其特征在于，所述至少一传感器为颅内压传感器、血压传感器、血氧传感器、温度传感器、脉搏传感器或呼吸心跳传感器。
4.根据权利要求1所述的生理讯号无线传输系统，其特征在于，其中所述资料传输模块包括：
一微处理单元；
一差动放大单元，与所述微处理单元连接；
一电压调节单元，分别与所述微处理单元和所述差动放大单元连接；以及
一资料传输天线，与所述微处理器连接。
5.根据权利要求1所述的生理讯号无线传输系统，其特征在于，其中所述能源接收模块包括：
一能源接收天线，接收所述射频信号；
一阻抗匹配单元，与所述能源接收天线连接；
一电压整流单元，与所述阻抗匹配单元连接；
一升压转换单元，与所述电压整流单元连接，所述升压转换单元提升所述工作电压至3.0至4.5伏特；以及
一储能单元，与所述升压转换单元连接，所述储能单元储存所述工作电压。
6.根据权利要求1所述的生理讯号无线传输系统，其特征在于，其中所述能源中继装置还包括：
一资料储存单元，与所述微处理器连接；以及
一能源放大器，分别与所述能源发射模块和所述能源发射天线连接。
7.根据权利要求1所述的生理讯号无线传输系统，其特征在于，其中所述资料收发天线为蓝牙天线、Wi-Fi天线或ZigBee天线。
8.根据权利要求4所述的生理讯号无线传输系统，其特征在于，其中所述资料传输天线为蓝牙天线、Wi-Fi天线或ZigBee天线。
9.一种根据权利要求1所述的生理讯号无线传输系统的讯号传输方法，其特征在于，包括：
(a)将一感测模块植入一人体的体内以感测所述人体的至少一生理讯号；
(b)一资料传输模块以无线方式将所述至少一生理讯号传送至一能源中继装置；
(c)所述能源中继装置的一资料收发天线接收所述至少一生理讯号，并透过一微处理器进行所述讯号的编码转换；
(d)一显示模块显示经过编码转换后的所述至少一生理讯号；
(e)所述资料收发天线发送所述至少一生理讯号至一外部监控装置；以及
(f)所述外部监控装置的一微处理单元进行所述至少一生理讯号的编码转换，并透过一显示单元显示经过编码转换后的所述至少一生理讯号。
10.一种根据权利要求1所述的生理讯号无线传输系统的无线充电方法，其特征在于，包括：
(a)一能源中继装置的一能源发射模块产生815MHz至5.8GHz的一射频信号并传送至一植入式感测装置的一能源接收模块；
(b)所述能源接收模块的一能源接收天线接收所述射频信号，并透过一阻抗匹配单元、一电压整流单元以及一升压转换单元将所述射频信号转换并提升至3.0至4.5伏特的一工作电压；以及
(c)所述能源接收模块分别提供所述工作电压至所述植入式感测装置的一感测模块和一资料传输模块。
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