[实用新型]一种穿戴式无线传能装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种向生物体内无线传能的装置和方法，尤其涉及一种穿戴式无线传能装置和方法。

背景技术

近年来，植入式有源医疗器械呈蓬勃发展之势。按所消耗的功率划分，可分为低功耗、中功耗、大功耗三种。低功耗的设备如心脏起搏器、神经刺激器、人工耳蜗等，其功耗一般在100毫瓦以下。中功耗的如肠道机器人、人工心脏、植入式透析设备等，功耗一般在10瓦特以下。大功耗的如人工假肢，功耗一般要上百瓦特。

目前植入式有源医疗器械的能量供给方式有电池供电、经皮电缆供电、无线传能等方法。电池供电往往用在便携式场合，但电池的续航能力和寿命仅为3-5年，到期要手术置换，对病人来说都是巨大的精神、身体和经济负担。人工心脏的经皮电缆供电有20％的概率引起感染，日常生活和愈后效果也不理想。对于有源植入式医疗器械而言，无线传能被认为是最有潜力的技术方向。

在工业和消费领域，无线传能技术发展了很多年后日臻成熟，很多场合都开始应用，如电动牙刷、手机。不过，面向有源植入式医疗器械的无线传能却还不完善。有源植入式医疗器械的微功耗无线传能实现起来比较容易，但中功耗及以上的无线传能还存在许多工程和临床问题，如无线传能装置的功率、效率、体积、人体活动的影响、生物介质内的传播特性、对生物组织的影响等。虽然存在很多能够实现无线传能的物理过程，但对于中功率植入式医疗器械(如人工心脏)而言，经过大量研究实践，目前普遍认为交变磁场是首选传能媒介，线圈间近场磁感应耦合是主要实现方式。人工心脏、胶囊内窥镜等植入/摄入式医疗装置是无线传能的典型应用案例。

以人工心脏为例，经皮变压器传能(Transcutaneous energy transmission，TET)是目前研究最多的无线传能方案。常见的人工心脏TET无线传能系统包括体外部分的电池、驱动器和发射线圈，植入体内的部分的接收线圈、电池和人 工心脏血泵。能量通过发射线圈和接收线圈之间的局部经皮磁感应耦合传输。经皮位置常常选择胸部或者两肋的皮肤。经皮处尺寸一般小于10厘米。

十多年来，TET相关基本理论已经成熟，目前主要研究方向侧重于系统改良，如线圈对不准的影响，磁芯和线圈的结构尺寸优化，最大效率跟踪方法，温升对组织的损伤及温升控制方法。作为目前为止研究最多的人工心脏无线传能方案，TET避免了使用经皮电缆，传能效率也能满足人工心脏的需求。但临床试验中TET却暴露出不少新问题，可总结为四个方面：

(1)TET可靠性不高 

变压器设计思想决定了TET传能距离非常有限，可患者活动时，体外部分容易错位或意外脱落，长期使用后，体内线圈会逐渐嵌入皮下太深，两种情况都导致传能效率降低甚至失效，因此无法保证不间断传能。

(2)TET系统植入性差 

由于传能不可靠，患者体内需要植入电池。TET体内线圈直径较大(5～10CM)。植入电池和体内线圈造成整体植入部分体积远大于经皮电缆方案，植入性很差。

(3)TET整体耐久性差 

体内植入电池的寿命仅为3-5年，到期必须手术更换电池。由于体内部件、线缆和接头复杂，在长期使用过程中极易发生断线、泄漏、绝缘等问题，因此系统整体耐久性很差。

(4)TET经皮处皮肤温升过高

TET是通过局部经皮磁感应方式传能的，经皮处皮肤在皮下皮表线圈的压迫下血流不畅，皮下皮表又被发热线圈覆盖，极易积累热量温升过高，引起并发症。当距离变大时传能效率急剧降低，发热更为严重。

总体来看，由于TET系统目前还存在可靠性不高、植入性差、耐久性差、经皮处皮肤温升过高等问题，迄今为止，TET技术仍旧不能满足中功率有源植入式医疗器械的临床需求，以至于绝大多数中功率应用(如人工心脏)中仍然采用传统的经皮电缆能量供给方案。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种穿戴式无线传能装置和 方法，能够穿戴于身上，避免脱落，保证身体内部任何位置都能接收到能量。

本实用新型提出的一种穿戴式无线传能装置，包括一穿戴于体外的组件和一植入体内的组件，其特征在于：所述穿戴于体外的组件包含：发射线圈、换能器、固定带和体外电源，所述换能器固定在所述固定带上，所述换能器与所述体外电源电性联通，所述发射线圈与所述换能器电性联通；所述植入体内的组件包含：接收器和体内负载，所述接收器与所述体内负载电性联通。

作为本实用新型的进一步改进，所述发射线圈为一空间多维线圈，所述空间多维线圈围成至少一个三维区域。