CN116545133A - 用于医疗植入物的无线供电系统 - Google Patents
用于医疗植入物的无线供电系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116545133A CN116545133A CN202210094039.9A CN202210094039A CN116545133A CN 116545133 A CN116545133 A CN 116545133A CN 202210094039 A CN202210094039 A CN 202210094039A CN 116545133 A CN116545133 A CN 116545133A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- medical implant
- wireless power
- magnetic field
- power supply
- supply system
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000007943 implant Substances 0.000 title claims abstract description 89
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 37
- 238000001727 in vivo Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 claims description 12
- 230000000747 cardiac effect Effects 0.000 claims description 7
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 4
- 230000000399 orthopedic effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 abstract description 4
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 8
- 210000003128 head Anatomy 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 208000027418 Wounds and injury Diseases 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 210000003477 cochlea Anatomy 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 230000005674 electromagnetic induction Effects 0.000 description 1
- 238000000338 in vitro Methods 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 208000014674 injury Diseases 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 210000005036 nerve Anatomy 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 description 1
- 239000003440 toxic substance Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
- H02J50/20—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using microwaves or radio frequency waves
- H02J50/23—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using microwaves or radio frequency waves characterised by the type of transmitting antennas, e.g. directional array antennas or Yagi antennas
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
- A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
- A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
- A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
- A61N1/36—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
- A61N1/372—Arrangements in connection with the implantation of stimulators
- A61N1/37211—Means for communicating with stimulators
- A61N1/37217—Means for communicating with stimulators characterised by the communication link, e.g. acoustic or tactile
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
- H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
- H02J50/20—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using microwaves or radio frequency waves
- H02J50/27—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using microwaves or radio frequency waves characterised by the type of receiving antennas, e.g. rectennas
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Electrotherapy Devices (AREA)
- Prostheses (AREA)
Abstract
本发明涉及无线供电技术领域，公开了一种用于医疗植入物的无线供电系统，旨在解决现有的金属封装的医疗植入物供电困难的问题，供电系统包括：体外发射装置和体内接收装置；所述体外发射装置用于产生交变磁场以及偏置磁场，所述交变磁场用于在医疗植入物的金属壳体的外表面产生感应涡流，所述感应涡流在所述偏置磁场的作用下产生电磁超声波；所述体内接收装置设置于金属壳体中，用于将所述电磁超声波信号转换为可用于医疗植入物工作的电能。本发明避免了金属封装对无线供电造成的电磁屏蔽，提高了医疗植入物的安全性，特别适用于密闭金属封装的医疗植入物。
Description
技术领域
本发明涉及无线供电技术领域，具体来说涉及一种用于医疗植入物的无线供电系统。
背景技术
目前很多医疗植入物均朝着智能化方向发展，出现了许多有源医疗植入物，例如，骨科植入物、植入式心脏起搏器、植入式人工耳蜗、植入式神经刺激器或植入式机电心脏循环系统等，但由于其携带电池的容量问题，这类植入式医疗植入物的寿命大多较短。
有源医疗植入物在植入体内一定年限后会出现电源耗尽的情况，因此，需要对其进行电源的更换或者补给。现有技术中一般采取两种做法，第一通过手术的方式来进行电源的更换，此方法给患者带来了巨大的生理疼痛，而且手术费用也比较昂贵，第二就是通过外部设备对体内的设备进行电源补给，并且由于很多有源医疗植入物，并不需要一直工作，而是间歇性的工作，因此现有技术较多采用体外供电的方式，即无线充电，目前很多无线充电的方式，大部分采用感应线圈或者超声波等方式，例如，通过发射线圈基于一定频率的交流电通过电磁感应在接收线圈中产生一定的电流，从而将电能量从发射端转移到接收端，实现无线充电；再例如，发射端以某一频率振动向周围发散出电磁场，而接受端同样以相同频率振动，进而接收传递过来的能量，实现无线充电；再例如，发射端发送超声波信号，接收端通过压电材料产生电能，实现无线充电。
由于有源医疗植入物包含电子元器件、电池等部件，为了避免其中电子元器件或电池内的有毒物质渗透到人体组织内，对人体造成伤害，通常会对其进行良好的金属封装，如果对于金属封装的医疗植入物采用现有技术中的感应线圈或者超声波灯等无线充电方式，那么金属壳体会产生电磁屏蔽，进而抑制或削弱电场或磁场，隔离电磁波，影响充电效果。
发明内容
本发明旨在解决现有医疗植入物的金属封装会对无线供电产生电磁屏蔽，使得无线供电困难的问题，提出一种用于医疗植入物的无线供电系统。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：
提供一种用于医疗植入物的无线供电系统，所述医疗植入物采用金属壳体封装，包括：体外发射装置和体内接收装置；
所述体外发射装置，用于产生交变磁场以及偏置磁场，所述交变磁场用于在医疗植入物的金属壳体的外表面产生感应涡流，所述感应涡流在所述偏置磁场的作用下产生电磁超声波；
所述体内接收装置，设置于金属壳体中，用于将所述电磁超声波信号转换为可用于医疗植入物工作的电能。
作为进一步优化，所述体外发射装置包括：线圈和磁铁；
所述线圈，用于在施加交变电流后产生交变磁场；
所述磁铁，用于产生偏置磁场。
作为进一步优化，所述线圈为柔性线圈。
作为进一步优化，所述磁铁为永磁铁或电磁铁。
作为进一步优化，所述体内接收装置包括：压电元件和整流器，所述压电元件的电极与整流器电性连接；
所述压电元件，用于将超声波信号转换为交流电信号；
所述整流器，用于将所述交流电信号转换为直流电信号。
作为进一步优化，所述压电元件设置于金属壳体的内表面。
作为进一步优化，所述压电元件为压电薄膜或压电片。
作为进一步优化，还包括电能存储装置，所述电能存储装置分别与整流器和医疗植入物电性连接；
所述电能存储装置，用于存储来自于整流器的电能，并提供用于医疗植入物工作的电能。
作为进一步优化，所述电能储存装置至少包括一个电容器或蓄电池。
作为进一步优化，所述医疗植入物为骨科植入物、植入式心脏起搏器、植入式人工耳蜗、植入式神经刺激器或植入式机电心脏循环。
本发明的有益效果是：本发明所述的用于医疗植入物的无线供电系统，能够避免金属封装造成的电磁屏蔽，实现对金属封装的医疗植入物进行体外供电或充电，提高了医疗植入物的封装安全性。
附图说明
图1为本发明实施例所述的用于医疗植入物的无线供电系统的结构示意图；
图2为本发明实施例所述的体外发射装置的结构示意图；
图3为本发明实施例所述的体内接收装置的结构示意图；
附图标记说明：
1-线圈；2-磁铁；3-金属壳体；4-压电元件；5-感应涡流；6-电磁超声波；7-整流器；8-电能存储装置。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。
本发明提供的用于医疗植入物的无线供电系统及医疗植入物，所述医疗植入物采用金属壳体封装，无线供电系统包括：体外发射装置和体内接收装置；所述体外发射装置，用于产生交变磁场以及偏置磁场，所述交变磁场用于在医疗植入物的金属壳体的外表面产生感应涡流，所述感应涡流在所述偏置磁场的作用下产生电磁超声波；所述体内接收装置，设置于金属壳体中，用于将所述电磁超声波信号转换为可用于医疗植入物工作的电能。
具体而言，本发明中的体外发射装置作为充电头，体内接收装置设置于医疗植入物的金属壳体中，当需要给医疗植入物供电或者充电时，将体外发射装置靠近医疗植入物所在位置的皮肤上，并通过体外发射装置产生交变磁场以及偏置磁场，医疗植入物的金属壳体在交变磁场的作用下，其表面会产生感应涡流，感应涡流在偏置磁场的作用下，会受到洛伦兹力、磁致伸缩力和磁性力等，进而产生向下传播的电磁超声波，金属壳体内的体内接收装置在电磁超声波的作用下产生可用于医疗植入物工作的电能，实现对医疗植入装置的体外供电。
实施例
本发明实施例所述的用于医疗植入物的无线供电系统，所述医疗植入物采用金属壳体封装，如图1所示，包括：体外发射装置和体内接收装置；
所述体外发射装置，用于产生交变磁场以及偏置磁场，所述交变磁场用于在医疗植入物的金属壳体的外表面产生感应涡流，所述感应涡流在所述偏置磁场的作用下产生电磁超声波；
所述体内接收装置，设置于金属壳体中，用于将所述电磁超声波信号转换为可用于医疗植入物工作的电能。
本实施例中，医疗植入物可以为骨科植入物、植入式心脏起搏器、植入式人工耳蜗、植入式神经刺激器或植入式机电心脏循环系统等有源植入物。
具体地，如图2所示，本实施例将体外发射装置作为充电头，充电头包括：线圈1和磁铁2，线圈1设置于充电头前端，用于靠近待充电医疗植入物，磁铁2设置于充电头后端。线圈1在施加激励电流后产生交变磁场，磁铁2用于产生偏置磁场。其中，磁铁2可以为永磁铁或电磁铁。
为了提高充电效率，在实际应用时，充电头应尽可能地靠近待充电医疗植入物，为了适应人体皮肤轮廓以便于充电头靠近医疗植入物，如图2所示，本实施例中的线圈2可以是采用柔性材料制备的柔性线圈。
如图3所示，本实施例中，体内接收装置设置于医疗植入物的金属外壳中，体内接收装置包括：压电元件4、整流器7和电能存储装置8。其中，压电元件4可以为压电薄膜或压电片，压电元件4设置于金属壳体的内表面，压电元件4的电极与整流器的输入端电性连接，整流器7的输出端与电能存储装置8电性连接，电能存储装置8与医疗植入物电性连接，为医疗植入物供电。其中，电能存储装置8包括至少一个电容器或蓄电池。
当需要进行体外供电时，将体外发射装置的线圈1贴近医疗植入物所在位置的皮肤，并通过向线圈1施加交变电流，如，高频激励电流，即可对医疗植入物进行供电。具体地，当向线圈1施加激励电流后产生交变磁场，医疗植入物的金属壳体3处于交变磁场中，其表面会产生感应涡流5，同时由于感应涡流5在偏置磁场中受到洛伦兹力的而作用下产生应力波，频率在超声波范围内的应力波即为电磁超声波6，同时，交变磁场和偏置磁场的复合作用会产生磁致伸缩效应，磁致伸缩力的作用也会产生不同波形的电磁超声波6。
体内接收装置中的压电元件4在电磁超声波的作用下发生形变，进而产生交流电压，交流电压经过整流器7整流后转换为直流电压，再通过电容器或蓄电池存储整流后的电能，实现对医疗植入物的供电。
综上所述，本实施例所述的用于医疗植入物的无线供电系统及医疗植入物，通过在医疗植入物的体外施加交变磁场和偏置磁场，使得医疗植入物的金属壳体外表面产生感应涡流，涡流在偏置磁场的作用下，受到洛伦兹力、磁致伸缩力、磁性力等，进而产生向下传播的电磁超声波，压电元件在超声波的作用下产生可用于医疗植入物工作的电能，进而实现对金属封装的医疗植入物的体外供电，避免了金属封装对无线供电造成的电磁屏蔽，同时提高了医疗植入物的安全性。
Claims (10)
1.用于医疗植入物的无线供电系统，所述医疗植入物采用金属壳体封装，其特征在于，包括：体外发射装置和体内接收装置；
所述体外发射装置，用于产生交变磁场以及偏置磁场，所述交变磁场用于在医疗植入物的金属壳体的外表面产生感应涡流，所述感应涡流在所述偏置磁场的作用下产生电磁超声波；
所述体内接收装置，设置于金属壳体中，用于将所述电磁超声波信号转换为可用于医疗植入物工作的电能。
2.如权利要求1所述的用于医疗植入物的无线供电系统，其特征在于，所述体外发射装置包括：线圈和磁铁；
所述线圈，用于在施加交变电流后产生交变磁场；
所述磁铁，用于产生偏置磁场。
3.如权利要求2所述的用于医疗植入物的无线供电系统，其特征在于，所述线圈为柔性线圈。
4.如权利要求2所述的用于医疗植入物的无线供电系统，其特征在于，所述磁铁为永磁铁或电磁铁。
5.如权利要求1所述的用于医疗植入物的无线供电系统，其特征在于，所述体内接收装置包括：压电元件和整流器，所述压电元件的电极与整流器电性连接；
所述压电元件，用于将超声波信号转换为交流电信号；
所述整流器，用于将所述交流电信号转换为直流电信号。
6.如权利要求5所述的用于医疗植入物的无线供电系统，其特征在于，所述压电元件设置于金属壳体的内表面。
7.如权利要求5所述的用于医疗植入物的无线供电系统，其特征在于，所述压电元件为压电薄膜或压电片。
8.如权利要求5所述的用于医疗植入物的无线供电系统，其特征在于，还包括电能存储装置，所述电能存储装置分别与整流器和医疗植入物电性连接；
所述电能存储装置，用于存储来自于整流器的电能，并提供用于医疗植入物工作的电能。
9.如权利要求8所述的用于医疗植入物的无线供电系统，其特征在于，所述电能储存装置至少包括一个电容器或蓄电池。
10.如权利要求1-9任一项所述的用于医疗植入物的无线供电系统，其特征在于，所述医疗植入物为骨科植入物、植入式心脏起搏器、植入式人工耳蜗、植入式神经刺激器或植入式机电心脏循环。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210094039.9A CN116545133A (zh) | 2022-01-26 | 2022-01-26 | 用于医疗植入物的无线供电系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210094039.9A CN116545133A (zh) | 2022-01-26 | 2022-01-26 | 用于医疗植入物的无线供电系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116545133A true CN116545133A (zh) | 2023-08-04 |
Family
ID=87456567
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210094039.9A Pending CN116545133A (zh) | 2022-01-26 | 2022-01-26 | 用于医疗植入物的无线供电系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116545133A (zh) |
-
2022
- 2022-01-26 CN CN202210094039.9A patent/CN116545133A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5749909A (en) | Transcutaneous energy coupling using piezoelectric device | |
| CN101612451B (zh) | 可充电的植入性心脏起搏器设备及其充电方法 | |
| US6308101B1 (en) | Fully implantable cochlear implant system | |
| US8280522B2 (en) | Cochlear implant power system and methodology | |
| US8321021B2 (en) | Stimulation system, in particular a cardiac pacemaker | |
| JP2007510462A5 (zh) | ||
| CA2665010A1 (en) | Orientation-independent implantable pulse generator | |
| CN109996585B (zh) | 具有导磁壳体和围绕该壳体设置的感应线圈的植入式医疗设备 | |
| JP2009506846A (ja) | 専用電源を有するウルトラキャパシタ駆動式埋め込み型パルス発生器 | |
| US9592395B2 (en) | Electrical isolation in an implantable device | |
| US11065458B2 (en) | Electronic pacemaker | |
| ATE490804T1 (de) | Nicht-invasives batterieaufladegerät für elektronische herzimplantate | |
| EP3434176B1 (en) | Method for supplying power to implantable medical device and power supply system using same | |
| CN107929943B (zh) | 无线充电的心脏起搏器 | |
| CN201437021U (zh) | 可充电的植入性心脏起搏器设备 | |
| CN106451626B (zh) | 一种植入式电子刺激器的无线充装置 | |
| CN116545133A (zh) | 用于医疗植入物的无线供电系统 | |
| CN113078255B (zh) | 用于生物植入设备的无线充电器件 | |
| CN207785664U (zh) | 无线充电功能内嵌的一体式植入心脏起搏器 | |
| CN109674457A (zh) | 一种植入式医疗检测设备 | |
| CN219423576U (zh) | 植入式神经刺激器与植入式神经刺激系统 | |
| KR101991625B1 (ko) | 체내 이식형 기기를 위한 에너지 송신 장치 및 에너지 공급 장치 | |
| CN206226054U (zh) | 一种植入式电子刺激器的无线充器 | |
| RU2213586C2 (ru) | Устройство подзарядки имплантируемого аккумулятора кардиостимулятора | |
| CN117599334A (zh) | 一种基于磁电材料的无线脉冲电刺激器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |