專利名稱：雙路互備非接觸式心臟起搏器電源系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于非接觸供電領(lǐng)域，具體涉及一種非接觸式心臟起搏器供電技術(shù)。
背景技術(shù)：
目前，心臟起搏器普遍采用電池供電模式，電池存在電量耗盡的窘境。非接觸電能傳輸技術(shù)可實現(xiàn)電能從體外電源向體內(nèi)心臟起搏器的無接觸傳遞，為心臟起搏器提供持續(xù)的電能供給。采用非接觸供電的心臟起搏器電路，將大大減少心臟病人因更換電池而反復(fù)手術(shù)的痛苦，同時也可避免由于體內(nèi)電池電量耗盡而造成的意外事故。已有學(xué)者研究心臟起搏器供電的非接觸電能傳輸系統(tǒng)，其研究成果均為I個體外供電裝置和I個體內(nèi)電能接收裝置，由于沒有備用的體外供電裝置，一旦出現(xiàn)供電故障，如 供電電池欠壓、某些元件出現(xiàn)失效現(xiàn)象等，將導(dǎo)致體外供電裝置無法繼續(xù)向體內(nèi)電能接收裝置供電，由于沒有備用電源，將導(dǎo)致心臟起搏器停止工作，從而出現(xiàn)危及病人生命的現(xiàn)象，其供電可靠性不高。國內(nèi)已經(jīng)有不少關(guān)于非接觸供電的專利。但是，對心臟起搏器供電電源的系統(tǒng)研究相對較少。國內(nèi)也尚未見到有關(guān)雙路互備非接觸式心臟起搏器電源技術(shù)的論文發(fā)表和專利公開。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是非接觸供電的起搏器電源系統(tǒng)存在電能耗盡、可靠性不高的問題，提供一種具有雙供電系統(tǒng)的雙路互備非接觸式心臟起搏器電源系統(tǒng)，有效提高了起搏器供電電源的可靠性。本發(fā)明的技術(shù)方案是以下述方式實現(xiàn)的一種雙路互備非接觸式心臟起搏器電源系統(tǒng)，包括兩個體外供電裝置和一個體內(nèi)電能接受裝置，兩個體外供電裝置通過無線信號收發(fā)電路傳輸信號，所述體外供電裝置包括無線通信及控制模塊和非接觸供電模塊，所述非接觸供電模塊包括電平轉(zhuǎn)換與隔離電路，電平轉(zhuǎn)換與隔離電路與MOS開關(guān)管相連，MOS開關(guān)管與高頻電源裝置相連，高頻電源裝置、MOS開關(guān)管與直流電源相連，直流電源與取樣濾波電路相連，取樣濾波電路與無線通信及控制模塊內(nèi)的A/D接口相連，高頻電源裝置與供電電感線圈、補償電容相連，所述體內(nèi)電能接受裝置包括與供電電感線圈電磁場耦合的受電電感線圈,受電電感線圈與補償電容、整流電路相連,整流電路與穩(wěn)壓電路相連。所述無線通信及控制模塊包括無線信號收發(fā)電路，無線信號收發(fā)電路與單片機相連，單片機與A/D接口、I/O接口相連，I/O接口和電平轉(zhuǎn)換與隔離電路相連，A/D接口與取樣濾波電路相連。本發(fā)明中設(shè)置一個體內(nèi)電能接受裝置，兩個體外供電裝置。兩個體外供電裝置分別獨立工作且彼此之間進行監(jiān)控和通信，當(dāng)檢測到其中一個體外供電裝置電壓過低或過高之后，另外一個體外供電裝置將立即切換到工作狀態(tài)，這種相互備用的雙電源供電方式，能夠有效防止單電源供電失效造成起搏器停止工作并危及人身安全的事故，有效提高了心臟起搏器供電電源的可靠性。


圖I是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的使 用裝置示意圖。圖3是單片機的軟件流程圖。圖4是供電電感線圈兩端的工作電壓與電流波形圖。圖5是受電電感線圈兩端的工作電壓與電流波形圖。
具體實施例方式如圖I所示，本發(fā)明包括兩個體外供電裝置31，還包括體內(nèi)電能接受裝置5，兩個體外供電裝置31通過無線信號收發(fā)電路10相互通信，所述體外供電裝置31包括無線通信及控制模塊I和非接觸供電模塊2，所述非接觸供電模塊2包括電平轉(zhuǎn)換與隔離電路15，電平轉(zhuǎn)換與隔離電路15與MOS開關(guān)管16相連，MOS開關(guān)管16與高頻電源裝置12相連，高頻電源裝置12、MOS開關(guān)管16與直流電源14相連，直流電源14與取樣濾波電路11相連，取樣濾波電路11與無線通信及控制模塊I內(nèi)的A/D接口 7相連，高頻電源裝置12與供電電感線圈13、補償電容17相連，所述體內(nèi)電能接受裝置5包括與供電電感線圈13配合的受電電感線圈27，受電電感線圈27與補償電容26、整流電路28相連，整流電路28與穩(wěn)壓電路29相連。兩個無線通信及控制模塊I互相通信且分別檢測、控制兩個非接觸供電模塊2，自動切除輸入電壓欠壓或過壓的非接觸供電模塊2，并自動投入輸入電壓正常的非接觸供電模塊2，實現(xiàn)兩個非接觸供電模塊2的相互備用。所述無線通信及控制模塊I是基于單片機9的控制模塊，它包括無線信號收發(fā)電路10，無線信號收發(fā)電路10與單片機9相連，單片機9與A/D接口 7、I/O接口 8相連，I/O接口 8和電平轉(zhuǎn)換與隔離電路15相連，A/D接口 7與取樣濾波電路11相連。本發(fā)明中，兩個體外供電裝置31是相互獨立的，均可獨立通過相應(yīng)的供電電感線圈13向體內(nèi)受電裝置5傳遞電能，無需電線即可將電能由體外傳遞到體內(nèi)。體內(nèi)受電裝置5將接收到的電能轉(zhuǎn)換成直流電供給心臟起搏器30使用。如圖2所示，心臟起搏器通常安裝在病人體內(nèi)的左肩下，兩個體外供電裝置的供電電感線圈13分別安裝于病人的左前胸和左后背，均可以非接觸方式獨立向體內(nèi)受電電感線圈27傳遞電能。體內(nèi)電能接收裝置與心臟起搏器30安裝在一起。本發(fā)明中，控制電路各硬件模塊與軟件的工作原理如下
無線通信及控制模塊I中的單片機9為CC2530芯片(內(nèi)嵌增強型8051核)，負責(zé)運算和處理。無線通信及控制模塊I由單片機9、無線信號收發(fā)電路10及外圍電路組成，無線通信及控制模塊I可在市場上直接購買。A/D接口 7、1/0接口 8是單片機9的引出腳。在試驗電路中通過分壓電阻取樣，運算放大器LM358濾波得到穩(wěn)定的模擬量。當(dāng)A/D接口 7采樣到來自取樣濾波電路11的模擬電壓信號后，由單片機9自動轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，該數(shù)字量與直流電源14的電壓成正比，經(jīng)過數(shù)字濾波(采樣4次后去平均值)傳送給單片機9，單片機9根據(jù)該數(shù)字量的大小判斷直流電源14是否欠壓。兩個體外供電裝置的單片機9通過無線信號收發(fā)電路10相互通訊。數(shù)據(jù)的內(nèi)容主要是地址信息、A/D采樣轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量、閉合或切斷MOS開關(guān)管。通訊方式可以采用點對點通訊或物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議棧方式。無線通信及控制模塊I閉合或切斷MOS開關(guān)管16的命令，由單片機9通過向I/O接口寫I或O來實現(xiàn)的，寫I表示閉合命令，寫O表示斷開命令。當(dāng)I/O接口接到寫I命令，I/o接口 8引腳的輸出電壓為高電平，通過電平轉(zhuǎn)換與隔離電路15將該信號轉(zhuǎn)換為驅(qū)動MOS開關(guān)管16導(dǎo)通的驅(qū)動電壓(10 15V)。當(dāng)I/O接口 8接到寫O命令，I/O接口 8引腳的輸出電壓為低電平，通過電平轉(zhuǎn)換與隔離電路15將該信號轉(zhuǎn)換為關(guān)閉MOS開關(guān)管16的驅(qū)動電壓(0V或4V以下)。由供電電感線圈13向受電電感線圈27以電磁場耦合方式傳遞電能，受電電感線圈27感應(yīng)到的電流經(jīng)整電路28整流得到直流電壓，經(jīng)過穩(wěn)壓電路29得到穩(wěn)定的直流電壓，這個直流電壓供給起搏器30。
補償電容17、26分別用來補償供電電感線圈13和受電電感線圈27的無功功率損耗，且能提高從供電電感線圈13到受電電感線圈27的電磁場耦合能量的傳輸距離。圖3為單片機9的軟件流程圖。本發(fā)明中包含兩個立體的體外供電裝置31，通過編寫程序設(shè)定其中一個為第一體外供電裝置，另一個為第二體外供電裝置。第一體外供電裝置中的單片機、I/o接口、直流電源等相應(yīng)的稱為第一單片機、第一 I/O接口、第一直流電源；而第二體外供電裝置中的單片機、I/o接口、直流電源等相應(yīng)的稱為第二單片機、第二I/o接口、第二直流電源。第一體外供電裝置中，其包含的第一單片機9在上電時先檢查第一直流電源的輸出電壓，如果第一直流電源欠壓，向第二單片機發(fā)送第一直流電源欠壓信息并向第一 I/O接口寫O;如果第一直流電源電壓正常，再判斷與第二單片機是否通訊成功，如果不成功，則向第一 I/O接口寫I ;如果通訊成功，則需要進一步判斷第二直流電源電壓是否正常，如果第二直流電源欠壓，則向第一 I/O端口寫I ;如果第二直流電源電壓正常，再判斷第一 I/O接口是否為高電平，不論是不是高電平，都維持原來的I/O接口的狀態(tài)，然后將第一直流電源14電源電壓的采樣值、第一 I/O接口的電平狀態(tài)發(fā)送到第二單片機9 ;如此周而復(fù)始的不斷循環(huán)。當(dāng)通訊剛成功時，如果第一、第二直流電源電壓均正常，則第一單片機向第一 I/O接口寫高電平1，即發(fā)出閉合第一 MOS開關(guān)管的命令；第二單片機向第二 I/O接口寫低電平O,即發(fā)出斷開第二 MOS開關(guān)管的命令。除此區(qū)別之外，二個體外供電裝置的流程圖基本相同。單片機的I/O接口是雙向端口，通過設(shè)定可作為輸出接口使用，當(dāng)接口輸出I表示在該引腳輸出高電平3. 3V，經(jīng)過光耦隔離與電平轉(zhuǎn)換，從光耦輸出1(T15V的高電平驅(qū)動MOS開關(guān)管16，這時MOS開關(guān)管相當(dāng)于一根導(dǎo)線上的開關(guān)閉合，MOS開關(guān)管上端與高頻電源裝置連接、下端與直流電源連接；當(dāng)接口輸出O表示在該引腳輸出低電平0V，經(jīng)過光耦隔離與電平轉(zhuǎn)換，從光耦輸出OV左右的低電平關(guān)閉MOS開關(guān)管，這時MOS開關(guān)管相當(dāng)于一根導(dǎo)線上的開關(guān)斷開，也就切斷了高頻電源裝置與直流電源的連接。在本發(fā)明中，高頻電源裝置采用推挽諧振方法將直流電轉(zhuǎn)化成交流電，試驗電路中該交流電頻率為58kHz，然后通過線圈耦合方式將電能傳遞到體內(nèi)，由受電電感線圈接收電磁能量并轉(zhuǎn)化為電能。試驗結(jié)果表明，進一步提高交流電頻率可以提高從供電電感線圈13到受電電感線圈27的電磁場耦合能量的傳輸距離。試驗數(shù)據(jù)表明，體外供電裝置的直流電源電壓為18V較好，欠壓值設(shè)定在17V，體外供電裝置的直流電源輸出電流，空載為50miT60mA，保護電流設(shè)定為100 mA。正常的心臟起搏器用電電流僅為幾十μΑ。為了提高可靠性，穩(wěn)壓電路29的穩(wěn)壓芯片選用LM2576HV-3. 3V，其耐壓值為60V，該芯片自帶過壓保護功能，當(dāng)受電電感線圈27受到強磁場瞬時干擾時，采用過壓保護的辦法自動切斷穩(wěn)壓電路的輸出以防止電路遭受破壞，干擾消失后自動投入運行。LM2576HV-3. 3V的引腳5為過壓輸入端。 本發(fā)明的雙路互備非接觸式心臟起搏器電源系統(tǒng)有較高的供電可靠性。
權(quán)利要求
1.一種雙路互備非接觸式心臟起搏器電源系統(tǒng)，包括兩個體外供電裝置(31)和一個體內(nèi)電能接受裝置(5)，其特征在于兩個體外供電裝置(31)通過無線信號收發(fā)電路(10)傳輸信號，所述體外供電裝置(31)包括無線通信及控制模塊(I)和非接觸供電模塊(2)，所述非接觸供電模塊(2)包括電平轉(zhuǎn)換與隔離電路(15)，電平轉(zhuǎn)換與隔離電路(15)與MOS開關(guān)管(16)相連，MOS開關(guān)管(16)與高頻電源裝置(12)相連，高頻電源裝置(12)、MOS開關(guān)管(16)與直流電源(14)相連，直流電源(14)與取樣濾波電路(11)相連，取樣濾波電路(11)與無線通信及控制模塊(I)內(nèi)的A/D接口( 7 )相連，高頻電源裝置(12 )與供電電感線圈(13)、補償電容(17)相連，所述體內(nèi)電能接受裝置(5)包括與供電電感線圈(13)電磁場耦合的受電電感線圈(27)，受電電感線圈(27)與補償電容(26)、整流電路(28)相連，整流電路(28)與穩(wěn)壓電路(29)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙路互備非接觸式心臟起搏器電源系統(tǒng)，其特征在于所述無線通信及控制模塊I包括無線信號收發(fā)電路(10)，無線信號收發(fā)電路(10)與單片機(9)相連，單片機(9)與A/D接口 7、I/O接口(8)相連，I/O接口(8)和電平轉(zhuǎn)換與隔離電路(15)相連，A/D接口(7)與取樣濾波電路(11)相連。
全文摘要
本發(fā)明公開一種雙路互備非接觸式心臟起搏器電源系統(tǒng)，屬于非接觸供電領(lǐng)域。包括兩個體外供電裝置和一個體內(nèi)電能接受裝置，兩個體外供電裝置通過無線信號收發(fā)電路傳輸信號，所述體外供電裝置包括無線通信及控制模塊和非接觸供電模塊。本發(fā)明中兩個體外供電裝置分別獨立工作且彼此之間進行監(jiān)控和通信，當(dāng)檢測到其中一個體外供電裝置電壓過低或過高之后，另外一個體外供電裝置將立即切換到工作狀態(tài)，這種相互備用的雙電源供電方式，能夠有效防止單電源供電失效造成起搏器停止工作并危及人身安全的事故，有效提高了心臟起搏器供電電源的可靠性。
文檔編號A61N1/378GK102895734SQ20121042292
公開日2013年1月30日 申請日期2012年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月30日
發(fā)明者周成虎, 李松濤, 黃明明, 甕嘉民, 雷萬忠, 李貴強, 薛保興, 李娜, 王克甫, 李小魁 申請人:河南工程學(xué)院