專利名稱：植入式醫(yī)療儀器用具有對位自動提示功能的無線充電方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于植入式醫(yī)療儀器的經(jīng)皮無線充電方法，屬于植入式醫(yī)療儀器技 術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
植入式醫(yī)療設(shè)備越來越多地在臨床上得到應(yīng)用，其功能是多種多樣的，例如 用于治療傳導(dǎo)障礙和心力衰竭的心臟起搏器；用于治療心室和心房的過速心律失常和纖 維性顫動的心臟除顫器；用于治療特發(fā)性震顫(例如由帕金森癥所引起的)的神經(jīng)刺激 器；用于治療聽力障礙的蝸形植入物等。目前，采用高能量密度電池的植入式醫(yī)療設(shè)備通?？梢栽诓∪梭w內(nèi)使用3-5年 的時間。但是，由于應(yīng)用的是一次電池，電池能量耗盡后不得不重新進(jìn)行手術(shù)更換設(shè) 備，這類設(shè)備存在較大的缺點，手術(shù)過程中可能產(chǎn)生并發(fā)癥，而且重新手術(shù)需要病人支 付更多的醫(yī)療費(fèi)用，加重了經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。為了克服以上缺點，人們研究了使用可充電電池 的植入式醫(yī)療設(shè)備。由于可以定期充電，所以電池需要存儲的總能量更少，由此電池的 體積也可以更小。另外由于現(xiàn)有可充電電池一般可重復(fù)充電數(shù)百次，使用可充電電池的 植入式醫(yī)療設(shè)備的壽命要比使用一次電池的設(shè)備壽命更長久。植入式醫(yī)療儀器植入患者體內(nèi)，與體外充電裝置有皮膚等組織隔離，需要采用 經(jīng)皮無線充電方式。該充電方式一般是基于已經(jīng)發(fā)展成熟的電磁耦合原理，利用電磁場 穿透人體皮膚向植入式醫(yī)療儀器傳遞電能。植入式醫(yī)療儀器一般使用生物相容性的金屬鈦密封，形成了較強(qiáng)的電磁屏蔽， 然而由于電磁耦合過程中鈦外殼存在渦流效應(yīng)等影響，極易引發(fā)充電過程中體內(nèi)植入式 醫(yī)療儀器發(fā)熱的問題。充電初始階段在體外很難對植入體內(nèi)的鈦外殼內(nèi)部的線圈和電路 準(zhǔn)確定位，存在由于充電初始對位階段對位時間過長引起的體內(nèi)植入式醫(yī)療儀器發(fā)熱增 加的問題。為解決此類問題，可以在充電初始階段通過體外采樣電路實現(xiàn)充電過程的快 速建立。另外，由于存在體內(nèi)外線圈對位位置不確定的問題，充電過程中的充電效率很 難得到保證，需要能夠自動提示朝哪個方向移動體外線圈充電效率會更高。并且，在不 同對位位置或者不同充電階段的情況下，自動調(diào)整體外發(fā)射功率，以保證體內(nèi)接收能量 恒定，可以有效控制體內(nèi)植入式醫(yī)療儀器發(fā)熱在合理的范圍內(nèi)。采用充電電池為植入式醫(yī)療儀器供應(yīng)能量的相關(guān)專利都不具備對位自動提示功 能，只是進(jìn)行不同情況下的效率提示。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明的目的是提 供一種能夠滿足植入式醫(yī)療儀器要求的經(jīng)皮 無線充電方法，具有充電初始對位階段快速檢測是否體內(nèi)外已經(jīng)建立充電過程的功能， 具有充電過程中自動提示朝哪個方向移動充電效率會更高的功能，具有在不同對位位置 和不同充電階段情況下體內(nèi)接收能量保持恒定的功能。本發(fā)明方法基于以下技術(shù)方案實現(xiàn)。植入式醫(yī)療儀器用具 有對位自動提示功能的無線充電方法所基于的裝置，其特 征在于，包括體外充電器和體內(nèi)植入式醫(yī)療儀器，其中體外充電器，包括體外功率部分和體外控制部分，其中，體外功率部分包括體外能量發(fā)射電路、顯示、體外能量發(fā)射線圈和采樣線圈。 其中，體外能量發(fā)射電路，包括驅(qū)動放大電路和功率電路，驅(qū)動放大電路，由一個驅(qū)動芯片組成，該驅(qū)動芯片的驅(qū)動控制信號輸入端與所 述體外控制部分包括的第一微處理器發(fā)出的驅(qū)動控制信號輸出端相連，功率電路，由四個功率場效應(yīng)管以全橋拓?fù)浞绞较啻佣?，該功率電路的發(fā) 射信號輸入端與驅(qū)動放大電路的輸出端相連，體外能量發(fā)射線圈，是一種扁平狀磁芯線圈，由一個發(fā)射線圈和同軸安置的磁 芯組成，其輸入端與功率電路的輸出端相連，采樣線圈，由一個采樣線圈和同軸安置的磁芯組成，其輸入端與功率電路的輸 出端相連，其輸出端與體外控制部分包括的采樣處理電路輸入端相連。體外控制部分包括第一微處理器、采樣處理電路、體外通信線圈和通信電路。 其中，體外通信線圈，用于接收體內(nèi)通信線圈發(fā)出的信號，其輸出端與通信電路輸入 端相連，同時，體外向體內(nèi)傳遞信息的時候，體外通信線圈的輸入端與體外能量發(fā)射電 路包括的功率電路的輸出端相連，通信電路，所述通信電路的輸出端與第一微處理器的輸入端相連，采樣處理電路，其輸出端與第一微處理器的輸入端相連，輸入端與采樣線圈相 連，第一微處理器，所述第一微處理器的輸入端與采樣處理電路和通信電路的輸出 端相連，其輸出端發(fā)出的驅(qū)動信號與體外能量發(fā)射電路相連，體內(nèi)植入式醫(yī)療儀器包括體內(nèi)功率部分和體內(nèi)控制部分。其中，體內(nèi)功率部分包括安置在一個鈦殼內(nèi)的下列各組成部分體內(nèi)能量接收線 圈、諧振電容，整流電路，整流器輸出電容、穩(wěn)壓芯片、充電電路和電池，其中體內(nèi)能量接收線圈，呈扁平狀，大小和重量都小于所述體外能量發(fā)射線圈，但 兩者呈中心軸平行放置，用于與諧振電容并聯(lián)接收所述體外能量發(fā)射線圈輸出的電磁能 量，整流電路，輸入端與所述能量接收線圈的輸出端相連，把電磁能量由交流信號 轉(zhuǎn)換為直流信號，整流器輸出電容，輸入端與整流電路輸出端相連，用于濾波，穩(wěn)壓芯片，輸入端整流器輸出電容相連，輸出端與充電電路和電池相連。體內(nèi)控制部分包括反饋電路，內(nèi)設(shè)有通信調(diào)制解調(diào)器的第二微處理器和體內(nèi) 通信線圈。其中，體內(nèi)通信線圈，與第二微處理器互連，用于雙向經(jīng)皮無線通信，反饋電路，其輸入端與整流器輸出電容的輸出端相連，
第二微處理器，其輸入端與反饋電路的輸出端相連。植入式醫(yī)療儀器用具有對位自動提示功能的無線充電方法，在體外控制部分包 括的第一微處理器中實現(xiàn)，依次包括，根據(jù)以上技術(shù)方案所述的裝置，其中，所述第一微處理器根據(jù)所述體外采樣線 圈上采樣，經(jīng)采樣處理電路處理后的輸入的電壓，判斷是否成功建立充電過程；當(dāng)所述 電壓低于預(yù)定的第一閾值時，認(rèn)為建立起正常充電狀態(tài)；當(dāng)所述電壓進(jìn)一步低于預(yù)定的 第二閾值時，認(rèn)為充電過程的對位過程完成；如果充電過程未成功建立，則所述第一微處理器在預(yù)定的范圍內(nèi)控制增大所述 體外能量發(fā)射電路的發(fā)射功率；如果所述發(fā)射功率達(dá)到最大仍然沒有建立起充電過程， 則所述第一微處理器通過顯示提示重新對位。根據(jù)以上技術(shù)方案所述的裝置，其中，在建立充電過程之后，所述第一微處理 器提示自動對位，以優(yōu)化充電效率，所述自動對位的提示過程包括提示將所述體外充電器向一方向移動一段距離，通過所述第一微處理器獲取此 時的充電效率(為體內(nèi)接收功率除以體外發(fā)射功率，體內(nèi)接收功率通過經(jīng)皮通信送入第 一微處理器的體內(nèi)充電電流和電壓計算獲得，體外發(fā)射功率第二微處理器直接計算獲 得)； 如果與上一點比充電效率增加，則提示向相同方向繼續(xù)移動，直至在該方向上 充電效率變低，然后提示向與前一方向成90度方向移動；如果沿新的方向移動后充電效 率降低，則提示向新方向的相反方向移動，否則提示相同方向繼續(xù)移動。根據(jù)以上技術(shù)方案所述的裝置，其中，所述第一微處理器包括模糊控制系統(tǒng)， 用于調(diào)整所述發(fā)射功率，以保證體內(nèi)整流濾波電容的電壓恒定，從而保證體內(nèi)發(fā)熱在合 理范圍內(nèi)。根據(jù)以上技術(shù)方案所述的裝置，其中，所述模糊控制系統(tǒng)的輸入量為所述整流 器濾波電容電壓偏差和所述電壓偏差的變化率，輸出量是所述體外能量發(fā)射電路的發(fā)射 功率校正量；所述模糊控制系統(tǒng)的模糊控制規(guī)則使用加權(quán)平均法。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果(1)體外采樣，而非體內(nèi)外通信 用來判斷充電過程的建立，能夠快速建立起充電過程，減小充電建立過程中體內(nèi)植入式 醫(yī)療儀器的發(fā)熱增加；(2)在充電過程中能夠?qū)Τ潆娦屎腕w內(nèi)外線圈對位情況進(jìn)行自 動提示，提高充電過程的效率，減小發(fā)熱，提高穩(wěn)定性和可靠性；(3)在不同對位位置 或者不同充電階段的情況下，自動調(diào)整體外發(fā)射功率，以保證體內(nèi)接收能量恒定，有效 控制體內(nèi)植入式醫(yī)療儀器發(fā)熱在合理的范圍內(nèi)。


圖1是本發(fā)明的充電系統(tǒng)總體示意圖。圖2是本發(fā)明的快速反映是否建立充電過程的采樣處理電路(不通過通信)示意 圖。圖3是本發(fā)明的充電初始階段對位控制示意圖。圖4是充電過程中自動對位提示示意圖。圖5是本發(fā)明的保證體內(nèi)接收功率恒定的體外發(fā)射功率調(diào)節(jié)規(guī)則模糊控制結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是模糊控制系統(tǒng)軟件流程圖。圖7是充電對位流程圖。
具體實施例方式為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案植入式醫(yī)療儀器用具有對位 自動提示功能的無線充電方法所基于的裝置，其特征在于，包括體外充電器和體內(nèi)植入 式醫(yī)療儀器，其中，體外充電器，包括體外功率部分和體外控制部分，體內(nèi)植入式醫(yī)療 儀器包括體內(nèi)功率部分和體內(nèi)控制部分。體外功率部分包括一個體外能量發(fā)射線圈，體 內(nèi)功率部分包括一個體內(nèi)能量接收線圈。所述體外能量發(fā)射電路產(chǎn)生交流電激勵體外能 量發(fā)射線圈產(chǎn)生電磁場，所述體內(nèi)能量接收線圈通過電磁耦合接收到經(jīng)皮膚乃至鈦外殼 傳遞的能量之后通過所述充電控制電路為體內(nèi)電池進(jìn)行充電。進(jìn)一步的，所述體內(nèi)能量接收線圈采用微小型化設(shè)計，為空心線圈。所述體外 能量發(fā)射線圈采用較大面積的扁平狀磁芯，能量發(fā)射線圈和能量接收線圈采用平行軸方 式放置。 進(jìn)一步的，植入式醫(yī)療儀器用具有對位自動提示功能的無線充電方法，在體外 控制部分包括的第一微處理器中依次實現(xiàn)快速建立起充電過程，減小充電建立過程中 體內(nèi)植入式醫(yī)療儀器的發(fā)熱增加；在充電過程中能夠?qū)Τ潆娦屎腕w內(nèi)外線圈對位情況 進(jìn)行自動提示，提高充電過程的效率；在不同對位位置或者不同充電階段的情況下，自 動調(diào)整體外發(fā)射功率，以保證體內(nèi)接收能量恒定，有效控制體內(nèi)植入式醫(yī)療儀器發(fā)熱在 合理的范圍內(nèi)。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的植入式醫(yī)療儀器用具有對位自動提示功能的無線充電 方法的實施方式做出詳細(xì)說明。圖1是本發(fā)明的充電系統(tǒng)總體示意圖。該充電系統(tǒng)包括體外充電器和體內(nèi)植入 式醫(yī)療儀器，其中體外充電器，包括體外功率部分Iio和體外控制部分113，其中，體 外功率部分包括體外能量發(fā)射電路10、顯示11、體外能量發(fā)射線圈21和采樣線圈23。 其中，體外能量發(fā)射電路10，包括驅(qū)動放大電路和功率電路，驅(qū)動放大電路，由一個驅(qū) 動芯片組成；功率電路，由四個功率場效應(yīng)管以全橋拓?fù)浞绞较啻佣?；體外能量發(fā) 射線圈21，是一種扁平狀磁芯線圈，由一個發(fā)射線圈和同軸安置的磁芯組成；采樣線圈 23，由一個采樣線圈和同軸安置的磁芯組成。體外控制部分113包括第一微處理器19、 采樣處理電路29、體外通信線圈22和通信電路115。其中，體外通信線圈22，用于接收 體內(nèi)通信線圈發(fā)出的信號，同時，體外向體內(nèi)傳遞信息的時候，用于向體內(nèi)通信線圈發(fā) 出信號，第一微處理器19，所述第一微處理器的輸入端與采樣處理電路和通信電路的輸 出端相連，其輸出端發(fā)出的驅(qū)動信號用于驅(qū)動體外能量發(fā)射電路。體內(nèi)植入式醫(yī)療儀器 包括體內(nèi)功率部分111和體內(nèi)控制部分112。其中，體內(nèi)功率部分111包括安置在一個 鈦殼內(nèi)的下列各組成部分體內(nèi)能量接收線圈12、諧振電容13，整流電路14，整流器輸 出電容15、穩(wěn)壓芯片16、充電電路和電池17，其中體內(nèi)能量接收線圈12，呈扁平狀， 大小和重量都小于所述體外能量發(fā)射線圈，但兩者呈中心軸平行放置，用于與諧振電容 13并聯(lián)接收所述體外能量發(fā)射線圈輸出的電磁能量；整流電路14，輸入端與所述能量接收線圈的輸出端相連，把電磁能量由交流信號轉(zhuǎn)換為直流信號；整流器輸出電容15，輸 入端與整流電路輸出端相連，用于濾波；穩(wěn)壓芯片16，輸入端整流器輸出電容相連，輸 出端與充電電路和電池相連，用于穩(wěn)壓。體內(nèi)控制部分112包括反饋電路18，內(nèi)設(shè)有 通信調(diào)制解調(diào)器的微處理器和體內(nèi)通信線圈。其中，體內(nèi)通信線圈，與第二微處理器互 連，用于雙向經(jīng)皮無線通信；反饋電路，其輸入端與整流器輸出電容的輸出端相連；第 二微處理器，其輸入端與反饋電路的輸出端相連。體外能量發(fā)射電路10在第一微處理器19發(fā)出驅(qū)動信號的驅(qū)動下產(chǎn)生交流電激勵 體外能量發(fā)射線圈21產(chǎn)生電磁場，所述體內(nèi)能量接收線圈12通過電磁耦合接收到經(jīng)皮膚 乃至鈦外殼傳遞的能量之后經(jīng)整流、濾波和穩(wěn)壓(由14、15、16依次串聯(lián)實現(xiàn))后，通 過所述17充電電路為電池進(jìn)行充電。在充電過程中，對體內(nèi)信息進(jìn)行采樣，如體內(nèi)整流 器濾波電容電壓、充電電流等進(jìn)行采樣，將結(jié)果發(fā)送到反饋電路18，通過無線經(jīng)皮通信 (由體內(nèi)、體外通信線圈和外圍電路117、116、22、115依次組成)將體內(nèi)信息傳遞到體 外第一微處理器用來進(jìn)行體外的顯示和充電控制，本文所述通過體外采樣線圈快速建立 起充電過程；在充電過程中對充電效率和體內(nèi)外線圈對位情況進(jìn)行自動提示；在不同對 位位置或者不同充電階段的情況下，體內(nèi)整流器濾波電容輸出電壓反饋用來進(jìn)行功率閉 環(huán)控制，以進(jìn)行發(fā)射功率的調(diào)整，以保證體內(nèi)接收能量恒定，均在第一微處理器19內(nèi)實 現(xiàn)。 圖2所示為快速反映體內(nèi)是否成功建立充電過程的采樣處理電路(不通過通信) 示意圖。通過體外采樣，而非體內(nèi)向體外通信，第一微處理器19快速判斷是否已經(jīng)建立 充電過程，由于在體外進(jìn)行參數(shù)采樣，減少了體內(nèi)外通信進(jìn)行參數(shù)傳遞所耗費(fèi)的時間， 第一微處理器19發(fā)出的驅(qū)動信號驅(qū)動體外能量發(fā)射電路，實現(xiàn)對發(fā)射功率的快速調(diào)節(jié)， 大大縮短充電過程建立的時間，減小發(fā)熱。采樣線圈23繞在磁芯20上，體外能量發(fā)射線 圈21繞在采樣線圈23外部。采樣線圈23上的電壓依次經(jīng)分壓裝置25，整流裝置26， 濾波裝置27，送入第一微處理器19，第一微處理器19根據(jù)計算結(jié)果調(diào)整體外能量發(fā)射電 路的驅(qū)動信號，進(jìn)行發(fā)射能量調(diào)整。如果充電過程未成功建立，會在與合理溫度對應(yīng)的 范圍內(nèi)調(diào)整發(fā)射功率，當(dāng)發(fā)射功率調(diào)整到最大依然沒有建立起充電過程，會提示重新對 位，直至建立起充電過程。圖3是充電初始階段對位控制示意圖。曲線36示出的為整流器濾波電容15的 電壓示意，曲線31示出的為體外采樣線圈23經(jīng)分壓裝置25，整流裝置26，濾波裝置27 后送入第一微處理器19的曲線，其與整流器濾波電容15的采樣電壓相對應(yīng)。當(dāng)整流器 濾波電容15的電壓升高，對應(yīng)體外能量發(fā)射線圈21發(fā)射的能量耦合進(jìn)入體內(nèi)能量接收線 圈12的能量增加，對應(yīng)于體外采樣線圈23上的電壓會降低。在充電初始階段對位過程 中，當(dāng)31降低到第一閾值32 (2.5V)第一微處理器19即認(rèn)為建立起下常充電狀態(tài)，作為 回差，在充電過程中當(dāng)對位等發(fā)生變化時引起31上升到第二閾值33(2.3V)，第一微處理 器19即認(rèn)為對位位置超出正常充電范圍(Δ T3為超出正常充電范圍后恢復(fù)到建立起下常 充電狀態(tài)的時間)。在進(jìn)入正常充電狀態(tài)后，隨著對位位置的改善調(diào)整，31電壓進(jìn)一步 降低，當(dāng)降低到合適電壓時，如圖3中第三閾值35 (1.8V)位置所示，第一微處理器19即 認(rèn)為進(jìn)入較好的對位位置，此時認(rèn)為充電初始階段對位過程完成。圖3中時間ΔΤ1為充 電過程建立時間，由于31為體外采樣線圈采樣，不是通常采用的通過體內(nèi)通信外傳曲線36的信息，縮短了充電建立的時間，同時體內(nèi)部分無需增加相應(yīng)的電路從而減小了體內(nèi) 的復(fù)雜性，提高了植入式醫(yī)療儀器的可靠性。因此，體外對發(fā)射能量的調(diào)整非常迅速， 使ΔΤ1的時間大為縮短，減小了體內(nèi)的溫升，安全性得到可靠保證。而且在充電過程 中，由于對位關(guān)系變化，整流器濾波電容15的電壓發(fā)生變化，導(dǎo)致充電過程可能會發(fā)生 中斷，通過體外采樣線圈23檢測，也能快速的輸入到第一微處理器19，通過第一微處理 器19發(fā)出發(fā)射功率調(diào)整信號以調(diào)節(jié)體外能量發(fā)射線圈的發(fā)射能量。ΔΤ3是在充電過程 中體內(nèi)外對位等發(fā)生變化時，由于體內(nèi)整流器濾波電容15電壓過低，充電過程中斷，由 于通過體外采樣線圈23檢測處理后信息輸入到第一微處理器19，快速采取措施，通過第 一微處理器19發(fā)出發(fā)射功率調(diào)整信號以實現(xiàn)對體外向體內(nèi)發(fā)射能量的調(diào)整。圖4是充電 過程中自動對位提示示意圖。目的是在建立了體內(nèi)外的充電過程 后，通過自動對位提示，實現(xiàn)對充電效率的優(yōu)化。自動對位提示過程中，體內(nèi)能量接收 范圍設(shè)定滿足熱合理范圍。圖中示出了系統(tǒng)可以正常實現(xiàn)充電過程的區(qū)域42，體外能量 發(fā)射線圈21中心示意點43，體內(nèi)能量接收線圈12中心示意點48。體外充電器在可正常 實現(xiàn)充電過程區(qū)域42內(nèi)的任意一個初始點開始由用戶移動，如果第一微處理器計算獲得 的結(jié)果與上一點比充電效率增加，充電器提示向相同方向繼續(xù)移動，直至在該方向上充 電效率變低。然后提示向與前一方向成90度方向移動，如果沿新的方向45移動效率降 低，提示用戶向新方向的相反方向46移動。即使用戶不能嚴(yán)格按照直線或者90度方向 嚴(yán)格移動，都能實現(xiàn)對圓心的逼近，進(jìn)入所示的圓41內(nèi)，即認(rèn)為效率已經(jīng)達(dá)到了理想狀 況。效率計算所用參數(shù)通過通信從體內(nèi)或/和體外采樣線圈獲得。圖5為模糊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。實現(xiàn)在不同對位位置或者不同充電階段等情況 下，自動調(diào)整體外發(fā)射功率，以保證體內(nèi)接收能量恒定，有效控制體內(nèi)發(fā)熱在合理范圍 內(nèi)，該部分功能在第一微處理器19中實現(xiàn)，其輸入為整流器輸出電容15電壓，輸出為第 一微處理器19發(fā)出的體外能量發(fā)射電路的驅(qū)動信號，驅(qū)動體外能量發(fā)射電路10。通過對 發(fā)射能量的調(diào)整，達(dá)到調(diào)整整流器輸出電容電壓的目的，從而保證體內(nèi)接收能量恒定。 整流器輸出電容15電壓經(jīng)通信送入第一微處理器19，該電壓值與電壓給定值Vavg的偏差 e (Vav)和電壓偏差的變化率c (Vav)是模糊控制器51的兩個輸入量；模糊控制器51的輸 出量是模糊控制決策的充電器體外發(fā)射功率校正量APg。體外能量發(fā)射電路10的發(fā)射功 率控制量為體外發(fā)射功率給定值Pig和校正量APg之和。第一微處理器19根據(jù)模糊控制 器51的輸出，發(fā)射相應(yīng)的驅(qū)動信號，驅(qū)動體外能量發(fā)射電路，通過對發(fā)射功率的調(diào)整， 實現(xiàn)對整流器輸出電容15兩端電壓即控制對象的調(diào)節(jié)。反饋電路18通過對整流器輸出 電容15進(jìn)行采樣，經(jīng)經(jīng)皮無線通信送入微處理19。在第一微處理器19內(nèi)經(jīng)數(shù)字濾波57 與Vavg進(jìn)行運(yùn)算產(chǎn)生整流器輸出電容15電壓偏差e (Vav)和電壓偏差的變化率c (Vav)。 模糊控制器51包括三個部分，輸入量的模糊化，模糊控制規(guī)則確定和解模糊判決。其中，模糊控制器的輸入變量定義見表1。表1模糊控制器的輸入變量定義
權(quán)利要求
1.植入式醫(yī)療儀器用具有對位自動提示功能的無線充電方法，其特征在于，依次含 有以下步驟步驟(1)，構(gòu)建一個具有對位自動提示功能的植入式醫(yī)療儀器；包括體外充電器和 體內(nèi)植入式醫(yī)療儀器，其中體外充電器，包括體外功率部分和體外控制部分，其中，體外功率部分，包括體外能量發(fā)射電路、顯示電路、體外能量發(fā)射線圈和采樣線 圈，其中，體外能量發(fā)射電路，包括驅(qū)動放大電路和功率電路，驅(qū)動放大電路，由一個驅(qū)動芯片組成，該驅(qū)動芯片的驅(qū)動控制信號輸入端與所述體 外控制部分包括的第一微處理器發(fā)出的驅(qū)動控制信號輸出端相連，功率電路，由四個功率場效應(yīng)管以全橋拓?fù)浞绞较啻佣?，該功率電路的發(fā)射信 號輸入端與所述驅(qū)動放大電路的輸出端相連，體外能量發(fā)射線圈，是一種扁平狀磁芯線圈，由一個發(fā)射線圈和同軸安置的磁芯組 成，其輸入端與所述功率電路的輸出端相連，采樣線圈，由一個采樣線圈和同軸安置的磁芯組成，其輸入端與所述功率電路的輸 出端相連，其輸出端與體外控制部分包括的采樣處理電路輸入端相連，用于判斷是否成 功建立充電過程，體外控制部分，包括第一微處理器、采樣處理電路、體外通信線圈和通信電路，其中，體外通信線圈，用于接收體內(nèi)通信線圈發(fā)出的信號，其輸出端與所述通信電路輸入 端相連，同時，體外向體內(nèi)傳遞信息的時候，體外通信線圈的輸入端與體外能量發(fā)射電 路包括的所述功率電路的輸出端相連，通信電路，所述通信電路的輸出端與第一微處理器的輸入端相連， 采樣處理電路，其輸出端與第一微處理器的輸入端相連，輸入端與所述采樣線圈相連，第一微處理器，所述第一微處理器的輸入端與所述采樣處理電路和通信電路的輸出 端相連，而輸出端發(fā)出的驅(qū)動信號與所述體外能量發(fā)射電路中的驅(qū)動放大電路的輸入端 相連，在所述第一微處理器內(nèi)設(shè)有模糊控制模塊，輸入量為所述整流器輸出電壓的電壓反 饋值Vav，該整流器輸出電壓的給定值Vavg，并按下式計算第η次采樣反饋時的第η次電 壓偏差e (Vav) η以及第η次電壓偏差的變化率c (Vav) η e (Vav) η = Vavg-Vav, c (Vav) n = e (Vav) n_e (Vav)該模糊控制模塊的輸出量是所述體外能量發(fā)射電路的發(fā)射功率控制校正量ΔΡ§，并 顯不，體內(nèi)植入式醫(yī)療儀器，包括體內(nèi)功率部分和體內(nèi)控制部分，其中， 體內(nèi)功率部分，包括安置在一個鈦殼內(nèi)的下列各組成部分體內(nèi)能量接收線圈、 諧振電容，整流電路，整流器輸出電容、穩(wěn)壓芯片、充電電路和電池，其中體內(nèi)能量接收線圈，呈扁平狀，大小和重量都小于所述體外能量發(fā)射線圈，但兩者呈中心軸平行放置，用于與諧振電容并聯(lián)接收所述體外能量發(fā)射線圈輸出的電磁能量，整流電路，輸入端與所述能量接收線圈的輸出端相連，把電磁能量由交流信號轉(zhuǎn)換 為直流信號，整流器輸出電容，輸入端與整流電路輸出端相連，用于濾波， 穩(wěn)壓芯片，輸入端與所述整流器輸出電容相連，輸出端與充電電路相連，而該充電 電路的輸出端和電池相連，體內(nèi)控制部分，包括反饋電路，內(nèi)設(shè)有通信調(diào)制解調(diào)器的第二微處理器和體內(nèi)通 信線圈，其中，體內(nèi)通信線圈，與所述第二微處理器互連，用于雙向經(jīng)皮無線通信， 反饋電路，其輸入端與所述整流器輸出電容的輸出端相連， 第二微處理器，其輸入端與反饋電路的輸出端相連， 步驟(2)，所述第一微處理器依次按以下步驟實現(xiàn)充電控制過程， 步驟(2.1)，所述第一微處理器根據(jù)經(jīng)體外采樣處理電路得到的所述體外采樣線圈上 的電壓，判斷是否成功建立充電過程；當(dāng)所述電壓低于預(yù)定的第一閾值時，認(rèn)為建立起 正常充電狀態(tài)；當(dāng)所述電壓上升到預(yù)定的第二閾值時，認(rèn)為超出正常充電范圍；當(dāng)所述 電壓進(jìn)一步低于預(yù)定的第三閾值時，認(rèn)為充電初始階段對位過程完成，如果充電過程未成功建立，則所述第一微處理器控制在預(yù)定的范圍內(nèi)增大所述體外 能量發(fā)射電路的發(fā)射功率；如果所述發(fā)射功率達(dá)到最大仍然沒有建立起充電過程，則所 述第一微處理器提示重新對位，步驟(2.2)，所述體內(nèi)控制部分中的反饋電路采集所述體內(nèi)功率部分中的整流電路的 輸出電壓Vav，并反饋給所述體內(nèi)控制部分中的第二微處理器，步驟(2.3)，所述第二微處理器通過體內(nèi)通信線圈后，依次經(jīng)鈦殼和皮膚發(fā)給所述 體外控制部分的體外通信線圈，再經(jīng)過通信電路送入所述體外控制部分中的第一微處理 器，步驟(2.3)所述第一微處理器根據(jù)所述體外采樣線圈上的電壓控制充電過程， 當(dāng)所述體外采樣線圈上的電壓降低到設(shè)定的第一閾值電壓時，判斷為已建立起正常 充電狀態(tài)，該第一閾值電壓為2.5伏，當(dāng)所述體外采樣線圈上的電壓繼續(xù)降低到設(shè)定的第三閾值電壓時判斷為已進(jìn)入充電 初始階段，對位過程完成的狀態(tài)，該第三閾值的電壓為1.8伏，在繼續(xù)充電過程中，當(dāng)所述體外采樣線圈上的電壓開始升高，表示對位位置發(fā)生變 化，一旦上升到超過設(shè)定的第二閾值電壓時判斷對位位置已越出設(shè)定的正常范圍，需要 按設(shè)定的模糊控制規(guī)則進(jìn)行模糊控制，輸入時所述的電壓偏差值E(Vav)n,以及電壓偏 差變化率C(Vav)n,輸出是對應(yīng)的模糊控制操作，植入式醫(yī)療儀器用具有對位自動提示功能的無線充電方法，在體外控制部分包括的 第一微處理器中實現(xiàn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的植入式醫(yī)療儀器用具有對位自動提示功能的無線充電方法， 其特征在于，在建立充電過程之后，所述體外控制部分提示自動對位，所述自動對位的 提示過程包括提示將所述體外充電器向一方向移動一段距離，通過所述第一微處理器獲取此時的充電效率；如果與上一點比 充電效率增加，則提示向相同方向繼續(xù)移動，直至在該方向上充電 效率變低，然后提示向與前一方向成90度方向移動；如果沿新的方向移動后充電效率降 低，則提示向新方向的相反方向移動，否則提示相同方向繼續(xù)移動。
全文摘要
植入式醫(yī)療儀器用具有對位自動提示功能的無線充電方法屬于植入式醫(yī)療儀器領(lǐng)域，其特征在于，在建立相對應(yīng)的裝置后，用體外充電器中的第一微處理器采集體內(nèi)功率部分中整流器輸出電容上的電壓作為反饋量，并計算出二次反饋之間的電壓偏差值和電壓偏差的變化率，再利用模糊控制規(guī)則確定體外發(fā)射功率的變化量，將其疊加到設(shè)定的發(fā)射功率值用以補(bǔ)償由于移位、充電階段變化等引起的所述整流器輸出電容上的電壓變化。本發(fā)明能在充電過程中能夠?qū)w內(nèi)外線圈對位情況進(jìn)行自動提示，提高充電效率，減小發(fā)熱，提高穩(wěn)定性。在不同對位位置或者不同充電階段的情況下，自動調(diào)整體外發(fā)射功率，有效控制體內(nèi)植入式醫(yī)療儀器發(fā)熱在合理的范圍內(nèi)。
文檔編號H02J17/00GK102013717SQ201010580899
公開日2011年4月13日 申請日期2010年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月3日
發(fā)明者李路明, 李青峰, 王偉明, 胡春華, 郝紅偉, 陳少波, 馬伯志 申請人:清華大學(xué)