CN211578955U - 一种天线及植入医疗装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种天线及一种借助天线进行无线通信的植入医疗装置，所述医疗设备包含:设备外壳、混合电路、天线以及馈通组件。天线包括四个部分，第一部分为一个弯折段，第二部分为一个平面段，所述平面段中间较宽，两端较窄，且较窄的两端位于平面段的不同侧，第三部分为一个圆弧段，第四部分为一个弯折段，天线按照第一部分、第二部分、第三部分、第四部分的顺序连接。该天线设计为立体三维的形状，最大程度增加了天线的辐射口径，减小了天线的二维面积，通过耦合将导电壳体变为部分辐射部件，提高了能量传输效率和数据的传输距离。

Description

一种天线及植入医疗装置

技术领域

本实用新型涉及一种天线，该天线能够被封装于植入式医疗装置，通过馈通组件与植入式医疗装置的混合电路连接，实现植入式医疗装置和体外远程设备的远场通信，适用于医疗器械和临床领域。

背景技术

植入式医疗设备(植入体)普遍存在提供诊断或治疗能力。植入式心脏除颤器(ICD)、植入式心脏监视器(ICM)、植入式心脏起搏器(Cardiac Pacemaker)、无导线植入心脏起搏器、皮下式植入心脏除颤器(SICD)以及各种组织、器官和神经刺激器或传感器等三类有源植入产品，一般需要医生或专业人员用体外程控仪与植入体刺激器之间实现无线通讯，完成数据传输，植入体软件升级，紧急停止等可能的功能。本实用新型目的是解决无线通讯的效率和通讯质量，提高无线传输效率，避免出现通讯不畅或失败。

传统的通讯方式通过电感近场耦合的方式，在几厘米的距离下进行无线通讯，这种方式的缺点是：通讯距离太近，使用方式受限且数据率较低，数据率一般在数千或数十千比特。

随着技术的进步，植入体电路与体外程控仪和其他遥控设备的远程通讯变得可能，并且越来越普遍的应用在设备控制，数据传输，和实时监控等方面，植入体与体外设备能够在数米的距离下进行通讯。作为通讯的硬件基础之一，植入式天线被放置在壳体外的连接头内，这样可以保证天线辐射的能量不被金属壳体吸收，并最大限度地被传导出去。

随着电路和结构愈发的集成化和小型化，天线的物理空间受到限制。一般来说，通讯距离与天线的辐射效率/增益，发射端天线的发射功率，接收端天线的灵敏度有关。天线的效率/增益与天线的大小存在正相关。为了最大程度的增加天线效率，增加最大传输距离，设计人员提出了各种方案。例如，修改通讯频率和解码方式，使得在相同硬件条件下系统对信号有更好的敏感度；或者尝试设计方向性更好的天线，以期待在某一方向上达到较好的效率；或者增加匹配网络以达到更小的回波损耗和更好的辐射效率，在特定频率下可以实现更远的传输距离。这些方法通常是不可取的，因为他们要么在实际情况中偏离了植入体在法规中所允许的通讯频段，要么在手术过程中需要额外的要求，要么在变化的环境中很难保持通讯的稳定性，并且增加所需要使用的器件。

一般来说，为了达到较理想的天线效率，天线的总长需要至少四分之一至二分之一个波长。天线长度的减小会降低天线的辐射阻抗，从而使天线和源端的匹配以及和空气阻抗的耦合变得更加困难，从而显著降低天线效率。本示例提出了一种增加天线有效辐射效率的方案，该天线通过在三维空间多次弯折并和壳体进行耦合，以获得更好的辐射能力。

实用新型内容

本实用新型提供了一种天线，该天线包括四个部分，第一部分为一个弯折段，所述弯折段包含一个L型段123、第一圆弧段34和第一平面段45，其中L 形段和平面段通过圆弧段相连，所述L型段所在平面与圆弧段所在平面垂直；第二部分为处于同一平面的第二平面段567，所述平面段中间较宽，两端较窄，且较窄的两端位于平面段的不同侧，所述平面段所在平面与第一部分中L 型段123所在平面和第一圆弧段34所在平面都垂直；第三部分为第二圆弧段 78；第四部分为一个弯折段89，所述弯折段89位于同一个平面内，天线按照第一部分、第二部分、第三部分、第四部分的顺序连接。

所述天线为MICS的微波通讯，工作频率为MICS 402MHz到405MHz。

所述天线为单极天线，无对偶结构，为单馈点结构。

所述天线的弯折段包含垂直Z型、连续多个垂直Z型、水平Z型、连续多个水平Z型、水平梯形、连续多个水平梯形、垂直梯形、连续多个垂直梯形、水平W型、连续多个水平W型、垂直W型、连续多个垂直W型。

所述天线所述第二圆弧段78所在平面与第一部分L形段123所在平面平行，所述天线第一部分的第一圆弧段34所在平面与第四部分弯折段89所在平面平行。

本实用新型提供了一种可植入医疗装置，该医疗装置由装置外壳、混合电路、天线以及馈通组件四个部分构成，一种天线，其特征在于，所述天线包括四个部分，第一部分为一个弯折段，所述弯折段包含一个L型段123、第一圆弧段34和第一平面段45，其中L形段和平面段通过圆弧段相连，所述L型段所在平面与圆弧段所在平面垂直；第二部分为处于同一平面的第二平面段 567，所述平面段中间较宽，两端较窄，且较窄的两端位于平面段的不同侧，所述平面段所在平面与第一部分中L型段123所在平面和第一圆弧段34所在平面都垂直；第三部分为第二圆弧段78；第四部分为一个弯折段89，所述弯折段89位于同一个平面内，天线按照第一部分、第二部分、第三部分、第四部分的顺序连接。

所述医疗装置的天线通过馈通组件与所述医疗装置主体连接并被封装于所述馈通组件内。

所述植入医疗装置的辐射部分由天线本体及植入体壳体构成。

所述植入医疗装置包括混合电路模块，所述混合电路模块包括射频天线，射频芯片和相应的软件配置，其中植入体射频部分包含天线调试芯片。

所述医疗装置的天线通过由一圆弧段和一平面段连接而成的整体结构与医疗装置主体连接。

所述医疗装置的边缘线与所述天线第二部分中平面段边平行。

所述医疗装置的天线在与壳体平行的下方进行最后一次翻折。

本实用新型公开描述了一种能够通过天线实现和体外远程设备之间信号传输的植入式医疗装置。在一些示例中，该植入式医疗装置能够自动完成对心脏内部的心电信号参数感知的触发，例如，没有从外部源发起的触发输入，例如基于从患者发起的或由医生从外部设备发起的请求，并且至少部分地基于患者的一个或多个生理参数，将感知的生理参数传输给外源性远场设备。

附图说明

图1为植入医疗设备外观结构及其植入心脏内部时各部分组件在心脏中所处相对位置的示意图。

图2为天线的立体结构示意图。

图3为图2所示天线安装到可植入医疗装置ICD的相对位置结构示意图。

图4为从图3中箭头T方向看天线安装到可植入医疗装置ICD的位置结构示意图。

图5为从图3中箭头P方向看天线安装到可植入医疗装置ICD的位置结构示意图。

图2和图3中虚线代表虚线框所在的平面，每四条虚线围成一个虚线框，一个虚线框位于一个平面，图中三个虚线框代表三个虚线框分别所在的三个平面，此三个平面两两相互垂直。且图2与图3中的各个平面(平面Ⅰ、平面Ⅱ和平面Ⅲ)分别平行。

具体实施方式

本实用新型的天线为单极天线，无对偶结构，为单馈点结构。单极天线的最大特点是能在很宽的频带上提供令人满意的辐射特性，同时具有结构简单、重量轻、馈电结构简单、便于分析、全向特性好等诸多优点。天线的原材料可以选择铜板，也可以选择镀锡钢板。天线的工作原理为MICS的微波通讯，天线工作的频率为从MICS 402MHz到MICS 405MHz。通过高频率增加天线有效辐射效率，通过在三维空间多次弯折以获得更好的辐射能力。该天线能够被封装于植入式心脏除颤器、植入式心脏监视器、植入式心脏起搏器、无导线植入心脏起搏器、皮下式植入式心脏除颤器以及各种组织，器官和神经刺激器或传感器等植入式医疗装置，其中天线安装到植入式心脏转转复除颤器ICD的相对位置结构示意图见图3和图4。

图1为ICD100的外观结构及其植入心脏内部时各部分组件在心脏中所处相对位置的示意图。ICD由装置外壳105、装置外壳中的混合电路、天线以及馈通组件四个部分构成。天线封装于ICD头部结构107的馈通组件内，所述馈通组件内部不仅封装有天线馈通，还封装有导线馈通。导线馈通见图5中ICD 头部结构，导线馈通与导线115连接，通过天线将ICD主体电路板与心脏接通对心电信号参数进行感知或通过点击进行治疗。装置外壳内部通常包括电源、电容、混合电路，混合电路通常由芯片通过程序编码的方式实现。ICD功能的发挥可以通过两种方式实现，一种为ICD机体内部自动式调控，不需要人为手动触发和控制，能够自动实现。另一种通过外部程控设备190发出通讯信号 185实现，ICD的外部程控设备一般为程控仪、患者助手或者其他等能够对其下达指令或者感知其内部信号的器件。ICD和外部程控设备190之间的通讯方式可以是有线通讯、蓝牙、WIFI、LTE或CDMA等无线通讯网络中的一种或者多种。图1所示ICD导线115为单导线，临床使用过程中还可能是双导线、三导线、四导线，导线的基本结构与导线115类似。导线115由线圈118电极120A 和电极120B构成，线圈118通过连接器107与ICD主体相连，线圈的功能为：通过放电达到感知或者治疗的目的。电极120A和电极120B对心脏事件的信号参数进行感测，电极120B也叫螺旋头，内部含有螺旋状的线圈。导线上的电极螺旋120A在使用前旋在导线外围的绝缘材料内部，在植入人体心脏内部前可以从导线另一端旋出，使得导线的120A电极端与心脏内部的心肌组织固定。电极导线需要通过绝缘材料硅胶、聚氨酯或环氧树脂等材料进行包覆。

图2为天线的立体结构示意图。为了方便说明和描述，图2从天线一端向另一端按照阿拉伯数字1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11的顺序对天线的部分节点进行标记。本实用新型中将标记的数字节点放置到一起标识两节点中介的部分。例如，123代表从节点1开始，包括节点2、到节点3终止构成的整体部分，123构成的天线部分为一个L字形，简称L形，即123表示天线 1、2、3三个节点中间构成的天线结构部分；34代表节点3和节点4之间的天线部分，为圆弧形，称为第一圆弧段34。第一平面段45代表节点4和5之间的天线段面，为一平面段，为了与其他平面段区分开，称为第一平面段45。第二平面段567代表节点5、6和7之间的部分，因为该部分为一平面段，该平面段中间较宽，两端较窄，且较窄的两端位于平面段的不同侧，所以用三个节点表示该平面段，即第二平面段567。该天线第三部分为第二圆弧段78，表示节点7和节点8之间的部分，因为形状为圆弧形，同时为了与其他圆弧段区分开，称为第二圆弧段78。第四部分为一个弯折段89，表示节点8到节点9中间的部分，因为形状上为弯折段，且该弯折段形状可以为垂直Z型、连续多个垂直Z型、水平Z型、连续多个水平Z型、水平梯形、连续多个水平梯形、连续多个垂直梯形、水平W型、连续多个水平W型、垂直W型、连续多个垂直W 型中的一种或者几种之间的组合。天线包含四个部分：第一部分、第二部分、第三部分、第四部分，且该天线按照第一、第二、第三、第四部分的顺序连接。第一部分为一个弯折段，包括数字1到4的部分，所述弯折段包含一个L 型段123、第一圆弧段34和第一平面段45，所述L形段和平面段通过圆弧段相连，所述L型段所在平面与圆弧段所在平面垂直；第二部分为处于同一平面的第二平面段567，所述平面段中间较宽，两端较窄，且较窄的两端位于平面段的不同侧，所述平面段所在平面与第一部分中L型段123所在平面和第一圆弧段34所在平面都垂直，天线第二部分平面段上中间部位较宽段面上三个孔的作用是对天线进行固定，孔的大小、形状和个数可以根据实际情况进行调整；第三部分为第二圆弧段78,天线第三部分第二圆弧段78所在平面与第一部分L形段123所在平面平行，所述天线第一部分的第一圆弧段34所在平面与第四部分弯折段89所在平面平行；第四部分为一个弯折段89，所述弯折段89 位于同一个平面内。天线第四部分弯折段的形状除了可以为图2所示的垂直梯形以外，实际操作过程中，该弯折段还可以为垂直Z型、连续多个垂直Z型、水平Z型、连续多个水平Z型、水平梯形、连续多个水平梯形、连续多个垂直梯形、水平W型、连续多个水平W型、垂直W型、连续多个垂直W型中的一种或者几种之间的组合。但需要保证所述各种形状的弯折段与平面平行。

图3为图2所示天线安装到植入式医疗设备ICD上的相对位置结构示意图，图3中虚线标记的三个平面即平面Ⅰ、平面Ⅱ与平面Ⅲ两两相互垂直。天线第一部分的L形段123与平面Ⅰ平行，第一部分的第一圆弧段34所在平面与平面Ⅱ平行，第一部分中第一平面段45与平面Ⅲ平行。第二部分的平面段与第一部分的平面段位于同一平面，所述第二部分的平面段中间较宽，两端较窄，且较窄的两端位于平面段的不同侧；第三部分第二圆弧段78与平面Ⅰ平行。第四部分弯折段89所在平面和第一部分所有圆弧段所在平面都垂直。第四部分弯折段CD所在平面与第一部分第一圆弧段34所在平面平行。天线通过由一圆弧段和一平面段连接构成的整体结构与医疗装置主体连接。314为医疗装置的装置外壳，装置外壳内部含有混合电路，完成植入装置对心电参数的感知和通信功能。ICD的头部内封装有馈通组件，所述馈通组件包含天线馈通和导线馈通。天线馈通为连接天线和设备主体的组件。天线302一端通过天线馈通经部位与设备主体内部电路板连接，接口处通过圆形的隔离片进行封口。406为导线圈，通常一个医疗设备包含1到6根导线线圈，每根导线线圈之间通过绝缘体404将导线线圈分隔开，以防止导线之间连通造成设备短路。导线线圈与医疗装置主体分隔开，可以间隔缠绕在位于ICD头部固定的轴体上，所述轴体通过固定结构308固定到ICD头部，固定结构308与ICD头部通过部位 310固定。医疗装置头部有1-6个导线线圈304，每两根线圈之间通过一个硅胶绝缘体312隔开，以防止导线之间连通造成设备短路。天线第二部分平面段上中间部位较宽段面上三个孔306的作用是对天线进行固定，孔的大小、形状和个数可以根据实际情况进行调整。

图4为从图3中箭头T方向看天线安装到可植入医疗装置ICD的位置结构示意图。402为医疗装置的装置外壳，装置外壳内部含有混合电路，完成植入装置对心电参数的感知和通信功能。ICD的头部内封装有馈通组件，所述馈通组件包含天线馈通和导线馈通。天线馈通为连接天线和设备主体的组件。天线 410一端通过天线馈通经部位与设备主体内部电路板连接，接口处通过圆形的隔离片416进行封口。孔306的作用是对天线进行固定，孔的大小、形状和个数可以根据实际情况进行调整，也可以采用其他固定方式进行固定。天线常见的固定方式包括：通过打孔进行机械结构固定、胶水粘接、螺栓连接、焊接、铆接，轴与孔的配合过盈配合、轴与孔的配合过渡配合间隙配合及加键连接再用螺纹压紧等。因为天线的长度与天线发射和接收信号的灵敏度呈正相关，所以天线长度应该尽可能长，以加强天线的信号传输灵敏度。天线的宽度和厚度可以根据所适用的植入医疗装置进行适当调整，天线宽度和厚度应该根据固定方式进行确定。404为导线圈，通常一个医疗设备包含1到6根导线线圈，每根导线线圈之间通过绝缘体408将导线线圈分隔开，以防止导线之间连通造成设备短路。导线线圈与医疗装置主体分隔开，可以间隔缠绕在位于ICD头部固定的轴体上，所述轴体通过固定结构412固定到ICD头部，固定结构412与 ICD头部通过部位414固定。每根导线线圈404通过导线418与设备主体402 内部的混合电路一一连接。通常，所述导线接入混合电路的线圈设计到一个固定的范围区域，这样能将节省空间，在固定空间所有导线进行共同封装，导线与主体设备接口处通过圆形的隔离片进行封口。混合电路位于医疗装置主体头部内，混合电路线圈之间通过硅胶绝缘体隔开，每两根线圈之间设计一个硅胶绝缘体，以防止导线之间连通造成设备短路。420为地线，将设备内部的电路板接地，形成回路，进行无线信号的传输。天线通过由一圆弧段BC和一平面段AB连接构成的整体结构与与植入医疗装置内部电路板连接，实现植入式医疗装置和体外远程设备的远场通信。ICD和体外程控仪分别有一套硬件配置，包括射频天线，射频芯片和相应的软件配置。

图5为从图3中箭头P方向看天线安装到可植入医疗装置ICD的位置结构示意图。502为医疗装置外壳头部，天线504通过天线上的三个孔508进行固定，除图2中天线所示的三个孔外，本实用新型的天线可以将主体上任意段拓宽，并在拓宽的段面上进行打孔，孔的个数为0到10个，孔大小可以结合具体医疗装置的大小进行调整，天线的孔用于将固定天线固定在ICD头部内。本实用新型的天线还可以通过将天线主体结构上任何一段或几段进行适当拓宽，并选择适当的方式进行固定。天线常见的固定方式包括：通过打孔进行机械结构固定、胶水粘接、螺栓连接、焊接、铆接，轴与孔的配合过盈配合、轴与孔的配合过渡配合间隙配合及加键连接再用螺纹压紧等。506位天线线圈，医疗装置的天线线圈之间通过绝缘硅胶隔开。天线504与医疗装置内部混合电路连接，通过圆形的隔离片510进行封口。

植入式医疗设备(植入体)普遍存在提供诊断或治疗能力。植入式心脏除颤器、植入式心脏监视器、植入式心脏起搏器、无导线植入心脏起搏器、皮下式植入心脏除颤器以及各种组织、器官和神经刺激器或传感器等三类有源植入产品，一般需要医生或专业人员用体外程控仪与植入体刺激器之间实现无线通讯，完成数据传输，植入体软件升级，紧急停止等可能的功能。本实施例以 ICD为例，说明天线在植入式医疗装置中的工作方案。

本实用新型公开了一种可应用于植入医疗装置的无线通信的异形天线，本实用新型将天线设计为立体三维的形状，所述医疗装置的天线在与壳体平行的下方进行最后一次翻折，平行部分能增加天线和壳体之间的电容，可以通过耦合将壳体变为部分辐射部件，最大程度增加了天线的辐射口径，减小了天线二维面积，提高了辐射效率，提高了能量传输效率和数据的传输距离。

Claims (12)

1.一种天线，其特征在于，所述天线包括四个部分，第一部分为一个弯折段，所述弯折段包含一个L型段(123)、第一圆弧段(34)和第一平面段(45)，其中L形段和平面段通过圆弧段相连，所述L型段所在平面与圆弧段所在平面垂直；第二部分为处于同一平面的第二平面段(567)，所述平面段中间较宽，两端较窄，且较窄的两端位于平面段的不同侧，所述平面段所在平面与第一部分中L型段(123)所在平面和第一圆弧段(34)所在平面都垂直；第三部分为第二圆弧段(78)；第四部分为一个弯折段(89)，所述弯折段(89)位于同一个平面内，天线按照第一部分、第二部分、第三部分、第四部分的顺序连接。

2.如权利要求1所述的一种天线，其特征在于，所述天线为MICS的微波通讯，工作频率为MICS 402MHz到405MHz。

3.如权利要求2所述的一种天线，其特征在于，所述天线为单极天线，无对偶结构，为单馈点结构。

4.如权利要求3所述的一种天线，其特征在于，所述天线的弯折段包含垂直Z型、连续多个垂直Z型、水平Z型、连续多个水平Z型、水平梯形、连续多个水平梯形、垂直梯形、连续多个垂直梯形、水平W型、连续多个水平W型、垂直W型、连续多个垂直W型。

5.如权利要求4所述的一种天线，其特征在于，所述天线所述第二圆弧段(78)所在平面与第一部分L形段(123)所在平面平行，所述天线第一部分的第一圆弧段(34)所在平面与第四部分弯折段(89)所在平面平行。

6.一种可植入医疗装置，其特征在于，所述医疗装置由装置外壳、混合电路、天线以及馈通组件四个部分构成，所述天线包括四个部分，第一部分为一个弯折段，所述弯折段包含一个L型段(123)、第一圆弧段(34)和第一平面段(45)，其中L形段和平面段通过圆弧段相连，所述L型段所在平面与圆弧段所在平面垂直；第二部分为处于同一平面的第二平面段(567)，所述平面段中间较宽，两端较窄，且较窄的两端位于平面段的不同侧，所述平面段所在平面与第一部分中L型段(123)所在平面和第一圆弧段(34)所在平面都垂直；第三部分为第二圆弧段(78)；第四部分为一个弯折段(89)，所述弯折段(89)位于同一个平面内，天线按照第一部分、第二部分、第三部分、第四部分的顺序连接。

7.如权利要求6所述的一种可植入医疗装置，其特征在于，所述医疗装置的天线通过馈通组件与所述医疗装置主体连接并被封装于所述馈通组件内。

8.如权利要求7所述的一种可植入医疗装置，其特征在于，所述植入医疗装置的辐射部分由天线本体及植入体壳体构成。

9.如权利要求8所述的一种可植入医疗装置，其特征在于，所述植入医疗装置包括混合电路模块，所述混合电路模块包括射频天线，射频芯片和相应的软件配置，其中植入体射频部分包含天线调试芯片。

10.如权利要求6所述的一种可植入医疗装置，其特征在于，所述医疗装置的天线通过由一圆弧段和一平面段连接而成的整体结构与医疗装置主体连接。

11.如权利要求10所述的一种可植入医疗装置，其特征在于，所述医疗装置的边缘线与所述天线第二部分中平面段边平行。

12.如权利要求11所述的一种可植入医疗装置，其特征在于，所述医疗装置的天线在与壳体平行的下方进行最后一次翻折。

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