[发明专利]用于植入式医疗仪器的经皮闭环控制充电装置

摘要

用于植入式医疗仪器的经皮闭环控制充电装置属于植入式医疗仪器技术领域，其特征在于：它含有体外充电器和体内植入式医疗仪器。体外能量发射线圈为大尺寸扁平状磁芯线圈，体内能量接收线圈为空心线圈，采用中心轴平行的谐振电磁耦合方式，体外能量发射线圈发射电磁能量，体内能量接收线圈获得的电能通过体内充电控制电路为体内充电电池进行充电。通过脉冲位置调制方式通信进行闭环控制，以保证不同充电阶段植入式医疗仪器接收到的能量在正常范围内，有效控制发热，提高安全性，同时通过体内反馈参数进行效率计算，实现对位提示，提高充电效率。本发明的经皮无线充电方法，可经过钛外壳为植入式医疗仪器充电，充电过程安全、可靠，可应用于与脑深部刺激器应用功率等级相当的各类植入式医疗仪器。

主权项

用于植入式医疗仪器的经皮闭环控制的充电装置，其特征在于，包括体外充电器和体内植入式医疗仪器，其中：体外充电器，包括充电部分和天线部分，其中天线部分，有一个外壳，在该外壳内置有：体外通信线圈、体外能量发射线圈和一个体外能量发射线圈温度传感器，其中体外能量发射线圈，是一种扁平状磁芯线圈，由一个发射线圈和同轴安置的磁芯组成，体外能量发射线圈温度传感器，测量该体外能量发射线圈的温度；体外通信线圈，是一种扁平状磁芯线圈，由一个通信线圈和同轴安置的磁芯组成，该磁芯与体外能量发射线圈所用磁芯为同一类型的磁芯；充电部分，包括：供电电路、驱动放大电路、功率放大/接收电路、用电阻构成的电流采样电路、电源变换电路、通信/充电切换开关、电压采样电路、充电保护开关，以及第一微处理器，其中：供电电路，设有：依次串接的保险丝和二极管，还有一个体外电池充电供电器，体外的可充电电池依次经所述保险丝、二极管和所述电压采样电路向所述第一微处理器供电，同时所述电压采样电路第一输出端和充电保护开关的电压检测端相连，所述电压采样电路的第二输出端和所述第一微处理器的电压采样输入端相连，外部的交流电源通过所述体外电池充电供电器接到所述电压采样电路输入端，同时，所述体外电池充电供电器经过所述保险丝向所述外部的可充电电池充电，驱动放大电路，由一个驱动芯片组成，该驱动芯片的驱动控制信号输入端与所述第一微处理器的驱动控制信号输出端相连，功率放大/接收电路，由四个功率场效应管以全桥拓扑方式相串接而成，该功率放大/接收电路的发射信号输入端与驱动放大电路的输出端相连，电源变换电路，采用Buck或Boost或Sepic电路中的任何一种，该电源变换电路的输入端与所述电流采样电路的输出端相连，分别向所述第一微处理器输出电压信号，向驱动芯片和功率放大/接收电路供电，充电保护开关，是一个CMOS电子开关，该充电保护开关控制端与所述第一微处理器输入端相连，充电保护开关输入端与电压采样电路输出端相连，充电保护开关输出端与电流采样电路输入端相连，通信/充电切换切换开关，共有两个，其中第一通信/充电切换开关，是一个CMOS电子开关，输入端与所述功率放大/接收电路的输出端相连，该第一通信/充电切换开关的输出端则与第一微处理器的PPM通信解码单元的输入端相连，所述第一通信/充电切换开关的控制端则与所述第一微处理器的通信/充电切换控制信号输出端相连，第二通信/充电切换开关，是一个多路选择器，设有：通信接收信号输入端，与所述体外通信线圈的输出端相连，有一个功率放大/接收电路能量发射信号输出端，连接到所述体外能量发射线圈的输入端，另外有一个功率放大/接收电路能量发射信号输出端，连接到所述体外通信线圈的输入端，由所述第二通信/充电切换开关进行控制，所述第二通信/充电切换开关的控制端与所述第一微处理器的所述通信/充电切换控制信号的输出端相连，所述这两个通信/充电切换开关在所述第一微处理器控制下实现体外通信与充电之间的切换；体内植入式医疗仪器包括：安置在一个钛壳内的下列各组成部分：第二微处理器，能量接收线圈、钛壳的和能量接收线圈的两个温度传感器、体内通信线圈、充电控制部件、充电电池、通信处理电路和治疗模块，其中：能量接收线圈，呈扁平状，大小和重量都小于所述体外能量发射线圈，但两者呈中心轴平行放置，用于接收所述能量发射线圈输出的电磁能量，充电控制部件，由整流滤波电路、充电控制电路、充电电池和第二微处理器依次串联构成，其中：整流滤波电路，输入端与所述能量接收线圈的输出端相连，把电磁能量由交流信号转换为直流信号，充电控制电路，采用芯片MCP73841，输入端与所述整流滤波电路的输出端相连，而充电电压采样信号输入/出端、电池温度采样信号输入/出端以及充电电流输出端与所述充电电池的对应端相连，充电电池，输出端与所述第二微处理器的电压信号输入端相连，通信电路，输出端与所述第二微处理器的PPM编解码单元的输入端互连，该通信电路与所述体内通信线圈互连，接收所述体外通信线圈发射的信号，或者向体外通信线圈发射信号；治疗模块，输入端与所述第二微处理器的治疗信号输出端相连；第二微处理器，设有：钛壳温度信号输入端、能量接收线圈温度输入端，以及从所述充电控制电路输出的充电电量采样信号的输入端和充电电池的温度信号的输入端，此外，还有一个来自所述整流滤波电路的输出电压信号的输入端，所述充电控制电路分下述三个阶段对所述充电电池进行充电控制：按充电电池电压小于设定值以下的预充电、恒流充电以及达到所要求的充电电压后的充电，在充满后停止充电，并把充满后的充电电压和所述充电电池的温度由所述第二微处理器通过体内的所述通信电路、体内通信线圈后发往体外，同时也把所述钛壳温度、能量接收线圈温度发往体外，所述第一微处理器在通信阶段收到了经体外通信线圈、所述功率放大/接收电路和PPM通信解码电路发来的由所述植入式医疗仪器发出的各信号后，用显示方式提示用户如何调整所述体外能量发射线圈的位置和角度，以实现更好的电磁耦合状态以提高充电效率，一旦充电已满，或者是体外能量发射线圈的温度、能量接收线圈的温度超过正常范围时，则所述第一微处理器通过充电保护开关切断供电以停止能量发射。