[发明专利]一种应用于植入式心脏起搏器的无线通信电路结构及方法

说明书

本发明公开了一种应用于植入式心脏起搏器的体内专用无线通信电路结构及方法，该电路结构能满足以下功能：体外程控仪能够通过通信电路将预设参数传输到植入体内的功能装置内；植入体内的功能装置能够通过无线通信电路将存储在MCU内的硬件信息、各种参数、电池状态、存储资料以及心脏起搏器专用电路检测的心电数据传输到体外程控仪。该电路结构能够满足以下特征：在穿越人体和钛壳的情况下和体外程控仪的通信距离大于10cm；体内向体外发送数据速率较高；通信电路的误码率小于十万分之一；通信电路的待机功耗极低；通信电路的工作功耗能够满足起搏器的正常寿命需求；在37℃的体液环境温度下，连续通信0.5小时，钛壳表面温度上升小于2℃。

技术领域

本发明属于生物医疗专用集成电路领域，具体涉及一种应用于植入式心脏起搏器的无线通信电路结构。

背景技术

植入式心脏起搏器是一种植入式医疗设备，工作环境在人体内部，通常要求这些设备具有足够强的信息处理能力，能够提供数据遥测功能。现在，随着工程技术的发展，全世界范围内大部分的植入式设备都可以在体内被外部程控仪进行程控，来获得更好的工作效能。植入式的心脏起搏器由单一不可更换的电池供电，一般要求能够在人体内持续工作10年甚至更久，必须具有极低的功耗，以延长使用寿命并减小热扩散。另外，为了减小患者的不适感，植入式心脏起搏器中的芯片面积应尽可能小。因此，这种电路系统需要使用大规模集成电路技术、先进的无线技术和电源管理技术。

现在使用的植入式心脏起搏器的遥测功能和数据传输功能一般由起搏器和体外的程控仪的双向通信完成。

现在的植入式心脏起搏器无线通信电路一般是使用FPGA以及分立元件构建的，相比于使用全定制专用集成电路，缺点在于集成度低、面积更大、功耗更高、性能没有优势，优点在于开发时间更短、成本更低。

现有的植入式设备的通信方式均将信息调制后加载到线圈上，通过谐振解调进行传输。本发明中的通信电路通过线圈耦合互感的方式进行数据传输，体内接收端无需解调电路，进一步降低了电路的复杂度和功耗。

在起搏器向程控仪传输心电数据的过程中，由电极采集到的心电信号，通过ASIC的相关电路采集到，并送入MCU进行解析。现有的起搏器的方案一般是由MCU将数据处理以后通过发射管和线圈进行发送，这样进行心电数据传输的期间，MCU发热量大，患者将会感到明显的不适。

发明内容

本发明的目的在于满足各种目前的功能需求，提供了一种应用于植入式心脏起搏器的无线通信电路结构及方法，克服现有植入式心脏起搏器无线通信电路的面积、功耗问题，和现有的方案传输心电数据的发热问题，为植入式心脏起搏器专用集成电路提供一套可行的通信电路模块结构。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案。

一种应用于植入式心脏起搏器的无线通信电路结构，包括无线通信电路，所述无线通信电路包括滤波模块、放大器模块、迟滞比较器模块、波形整形模块、同步模块、译码模块、唤醒电路模块、发射管模块、通信编码模块、混合编码模块以及体内线圈L；体外程控仪通过体外线圈L和体内线圈L耦合连接，体内线圈L依次连接滤波模块、放大器模块、迟滞比较器模块、波形整形模块，波形整形模块分别通过同步模块、译码模块和唤醒电路模块与MCU模块连接；MCU模块依次通过通信编码模块、发射管模块、体内线圈L，将MCU讯息发射出无线通信电路模块，经体外线圈L传输至体外程控仪；ASIC模块与自心脏连接采集心电数据，并传输至MCU模块；无线通信模块采集ASIC模块和MCU模块的心电数据依次通过混合编码模块与通信编码模块连接。

所述的发射管模块为双极型晶体管或MOSFET。

所述的滤波模块为无源滤波结构或有源滤波结构。

所述的体内线圈L是沿着植入式心脏起搏器钛壳内侧所绕制的异形空心线圈。

所述的无线通信模块除了体内线圈L以外，均采用集成电路的形式。