人工心脏起搏器

摘要

本公开提供了一种人工心脏起搏器，其中，该人工心脏起搏器包括：参数发送电路、通信调制电路、第一原边线圈、第一副边线圈、通信解调电路、参数接收电路、控制电路以及输出电路。人工心脏起搏器内外之间通过松耦合线圈的第一原边线圈和第一副边线圈耦合。参数发送电路连接至通信调制电路。通信调制电路连接至第一原边线圈，该通信解调电路连接至第一副边线圈。通信解调电路连接至参数接收电路，该输出电路与参数接收电路连接。本公开解决了现有技术中对于已经安装的人工心脏起搏器，只能通过手术的方式修改心脏起搏器工作参数的问题，可以实现将数字信号无线传递至人工心脏起搏器内部，实现工作参数的设置，减少了患者的痛苦。

说明书

技术领域

本公开涉及电磁耦合技术领域，具体涉及人工心脏起搏器。

背景技术

自1958年瑞典心外科医生Ake Senning给一位濒临死亡的三度房室阻滞患者植人了世界第一台V00心脏起搏器以来，埋藏式人工心脏起搏器已经挽救了无数病患的生命。人工心脏起搏器是一种很精巧的、可靠程度很高的电脉冲刺激器，是将一定形式的起搏脉冲发生器与特制的导线(即：起搏导管电极)连接，通过起搏电极发送电脉冲刺激心脏，使激动不能或传导不好的心脏应激而起搏的医疗电子仪器。

人工心脏起搏器是通过手术的方式安装到人体心房附近，一方面，人工心脏起搏器的电池通常只能够使用8-10年，电池电量用尽后，将起不到脉冲电击的效果，只有通过手术的方式更换电池；另一方面，心脏人工心脏起搏器工作时脉冲间隔时间、脉冲频率以及脉冲强度等工作参数，必须在安装之前设定好，但是随着病人年龄、病情等的变换需要更改参数设置，也只能通过手术的方式取出人工心脏起搏器重新进行设置，这都会给病人带来二次身体伤害。

针对现有技术中对于已经安装的人工心脏起搏器，只能通过手术的方式修改人工心脏起搏器工作参数的问题，还未提出有效的解决方案。

发明内容

有鉴于此，本公开实施例提供了一种人工心脏起搏器，以解决现有技术中对于已经安装的人工心脏起搏器，只能通过手术的方式修改心脏人工心脏起搏器工作参数的问题。

为此，本公开实施例提供了如下技术方案：

本公开第一方面，提供了人工心脏起搏器，包括：参数发送电路、通信调制电路、第一原边线圈、第一副边线圈、通信解调电路、参数接收电路、控制电路以及输出电路；

所述人工心脏起搏器内外之间通过松耦合线圈的所述第一原边线圈和所述第一副边线圈耦合；所述参数发送电路连接至所述通信调制电路；所述通信调制电路连接至所述第一原边线圈，所述通信解调电路连接至所述第一副边线圈；所述通信解调电路连接至所述参数接收电路，所述输出电路与所述参数接收电路连接；

其中，所述参数发送电路用于将人工心脏起搏器的工作参数发送至所述通信调制电路，所述通信调制电路用于对所述人工心脏起搏器的工作参数进行调制，得到射频调制信号；

所述第一原边线圈接收所述射频调制信号；所述第一副边线圈耦合感应所述射频调制信号，并将所述射频调制信号发送至所述通信解调电路；所述通信解调电路用于对所述射频调制信号进行解调，得到所述人工心脏起搏器的工作参数；

所述人工心脏起搏器的工作参数经由所述参数接收电路连接、所述控制电路、所述输出电路通过导线传递至心脏。

可选地，所述人工心脏起搏器还包括：传能原边电路、第二原边线圈、第二副边线圈、传能副边电路、充电电路以及电池；

所述传能原边电路连接至所述第二原边线圈，所述传能副边电路连接至所述第二副边线圈；所述传能副边电路依次连接至所述充电电路和所述电池；所述人工心脏起搏器内外之间通过松耦合线圈的所述第二原边线圈和所述第二副边线圈耦合；

其中，所述传能原边电路用于将电源交流电转换为所述第一高频交流电；所述第二原边线圈用于接收所述第一高频交流电；所述第二副边线圈耦合感应所述第一高频交流电，并将所述第一高频交流电输入至所述传能副边电路，得到充电直流电，所述充电直流电经由所述充电电路为所述电池充电。

可选地，所述人工心脏起搏器还包括：所述第二原边线圈和所述第二副边线圈的自感分别大于所述第一原边线圈和所述第一副边线圈的自感。

可选地，所述人工心脏起搏器还包括：所述第一原边线圈为所述第二原边线圈的一部分，所述第一副边线圈为所述第二副边线圈的一部分。

可选地，所述传能原边电路包括：依次连接的工频整流电路、滤波电路以及高频逆变电路；其中，所述电源交流电经由所述工频整流电路、所述滤波电路、所述高频逆变电路，得到第一高频交流电；

所述传能副边电路包括：高频整流电路；所述高频整流与所述第二副边线圈连接，所述第一高频交流电经由所述第二副边线圈连接、所述高频整流电路得到直流电。

可选地，所述传能原边电路还包括：原边谐振电路，所述原边谐振电路的输入端连接所述高频逆变电路，所述原边谐振电路的输出端连接所述第二原边线圈，所述原边谐振电路用于补充所述第一高频交流电的无功分量，得到所述第二高频交流电；

所述传能副边电路还包括：副边谐振电路；所述副边谐振电路以及的输入端连接第二副边线圈，所述副边谐振电路以及的输出端连接所述高频整流电路；所述副边谐振电路用于补充所述第二高频交流电的无功分量，得到所述第一高频交流电。

可选地，所述通信调制电路包括：载波调制电路和原边耦合电路；

所述载波调制电路连接至所述原边耦合电路；其中，所述载波调制电路用于对所述人工心脏起搏器的工作参数进行载波调制；所述原边耦合电路用于将经过载波调制后的信号与所述第二高频电流信号进行耦合得到所述射频调制信号；

所述通信解调电路包括：副边解耦电路和载波解调电路；

所述副边解耦电路连接至所述载波解调电路；其中，所述副边解耦电路用于将所述射频调制信号进行解耦合，得到所述载波调制信号；所述载波解调电路用于对所述载波调制信号解调，得到所述人工心脏起搏器的工作参数。

可选地，所述人工心脏起搏器还包括：定时器；

所述控制器连接至所述定时器；所述定时器连接至所述输出电路；所述控制器用于根据所述定时器输出的定时信号控制所述人工心脏起搏器的工作参数传输至心脏。

本公开实施例中提供的一个或多个技术方案，可以实现将数字信号无线传递至人工心脏起搏器内部，实现工作参数设置的技术效果。

本公开实施例提供了一种人工心脏起搏器，其中，该人工心脏起搏器包括：参数发送电路、通信调制电路、第一原边线圈、第一副边线圈、通信解调电路、参数接收电路、控制电路以及输出电路。人工心脏起搏器内外之间通过松耦合线圈的第一原边线圈和第一副边线圈耦合。参数发送电路连接至通信调制电路。通信调制电路连接至第一原边线圈，该通信解调电路连接至第一副边线圈。通信解调电路连接至参数接收电路，该输出电路与参数接收电路连接。其中，该参数发送电路用于将人工心脏起搏器的工作参数发送至该通信调制电路，该通信调制电路用于对该人工心脏起搏器的工作参数进行调制，得到射频调制信号。第一原边线圈接收射频调制信号。第一副边线圈耦合感应射频调制信号，并将该射频调制信号发送至通信解调电路。通信解调电路用于对射频调制信号进行解调，得到人工心脏起搏器的工作参数。该人工心脏起搏器的工作参数经由参数接收电路连接、控制电路、输出电路通过导线传递至心脏。本公开实施例解决了现有技术中对于已经安装的人工心脏起搏器，只能通过手术的方式修改心脏起搏器工作参数的问题，可以实现将数字信号无线传递至人工心脏起搏器内部，实现工作参数的设置，减少了患者的痛苦。

附图说明

为了更清楚地说明本公开具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本公开的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据本公开实施例的人工心脏起搏器无线传输工作参数的电路结构示意图；

图2示出了根据本公开实施例的人工心脏起搏器的电路结构示意图；

图3示出了根据本公开实施例的人工心脏起搏器无线传输电路结构的示意图。

具体实施方式

下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

在本公开的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本公开中，“示例性”一词用来表示“用作例子、例证或说明”。本公开中被描述为“示例性”的任何实施例不一定被解释为比其它实施例更优选或更具优势。为了使本领域任何技术人员能够实现和使用本公开，给出了以下描述。在以下描述中，为了解释的目的而列出了细节。应当明白的是，本领域普通技术人员可以认识到，在不使用这些特定细节的情况下也可以实现本公开。在其它实例中，不会对公知的结构和过程进行详细阐述，以避免不必要的细节使本公开的描述变得晦涩。因此，本公开并非旨在限于所示的实施例，而是与符合本公开所公开的原理和特征的最广范围相一致。

此外，下面所描述的本公开不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

在本实施例中提供了一种人工心脏起搏器实施例，图1示出了根据本公开实施例的人工心脏起搏器无线传输工作参数的电路结构示意图，如图1所示，该人工心脏起搏器包括：参数发送电路、通信调制电路、第一原边线圈、第一副边线圈、通信解调电路、参数接收电路、控制电路以及输出电路。人工心脏起搏器内外之间通过松耦合线圈的第一原边线圈和第一副边线圈耦合。参数发送电路连接至通信调制电路。通信调制电路连接至第一原边线圈，通信解调电路连接至第一副边线圈。通信解调电路连接至该参数接收电路，该输出电路与该参数接收电路连接。具体地，人工心脏起搏器包括两个部分，第一部分为内起搏器，第二部分为外起搏器。内起搏器安装在人体内部，通过一个松耦合线圈实现与外起搏器的连接，进而实现工作参数的无线传输。松耦合线圈的副边线圈安装在内起搏器中，松耦合线圈的原边线圈安装在外起搏器中，原边线圈与副边线圈之间通过磁场耦合的方式无线互联。

其中，该参数发送电路用于将人工心脏起搏器的工作参数发送至通信调制电路，该通信调制电路用于对人工心脏起搏器的工作参数进行调制，得到射频调制信号。具体地，工作参数可以包含脉冲间隔时间、脉冲频率以及脉冲强度。参数发送电路将人工心脏起搏器工作所需要的脉冲间隔时间、脉冲频率以及脉冲强度等工作参数进行数字化转换，将每个参数转化为二进制码，参数发送电路再将所有二进制码按照固定顺序打包为一个数组，形成可对外发送的数字信号，再将数字信号传送至通信调制电路，通信调制电路对数字指令进行载波调制，产生一个射频调制信号。并且通信调制电路产生的射频调制信号输入至松耦合线圈的第一原边线圈中。

第一原边线圈接收该射频调制信号。第一副边线圈耦合感应该射频调制信号，并将该射频调制信号发送至通信解调电路。通信解调电路用于对该射频调制信号进行解调，得到人工心脏起搏器的工作参数。具体地，通过通信解调电路将射频信号还原为数字信号，并且通过参数接收电路将数字信号还原为工作参数。

人工心脏起搏器的工作参数经由参数接收电路连接、控制电路、输出电路通过导线传递至心脏。具体地，通过以上的工作参数传输，实现了工作参数的无线传输，由外起搏器通过松耦合线圈的磁耦合无线传输至人体内起搏器中。例如，将脉冲强度通过控制电路输入至输出电路，输出电路输出一定脉冲强度的电流，实现心脏起搏。

由于现有技术中已经安装的人工心脏起搏器，只能通过手术的方式修改人工心脏起搏器工作参数，本公开实施例采用耦合线圈来实现工作参数的无线传输，区别于现有技术中修改已经安装的人工心脏起搏器的工作参数需要手术，给患者带来痛苦，本公开实施例通过无线传输的方式实现工作参数修改，不会给患者带来痛苦。这就解决了现有技术中对于已经安装的人工心脏起搏器，只能通过手术的方式修改人工心脏起搏器工作参数的问题，进而在人工心脏起搏器的使用寿命周期内，可以根据病人年龄、身体状态以及病情发展的实际情况，在无创情况下的修正人工心脏起搏器的工作参数，以最大限度的发挥人工心脏起搏器的效果。

为了说明人工心脏起搏器还可以无线充电，在一些可选实施例中，如图2所示，人工心脏起搏器还包括：传能原边电路、第二原边线圈、第二副边线圈、传能副边电路、充电电路以及电池。传能原边电路连接至第二原边线圈，该传能副边电路连接至第二副边线圈。传能副边电路依次连接至充电电路和电池。人工心脏起搏器内外之间通过松耦合线圈的第二原边线圈和第二副边线圈耦合。具体地，工频交流电指的是频率为50Hz的交流电。在进行无线充电时，通过传能原边电路将输入的工频电压转化为高频交流电压。传能原边电路产生的高频交流电压被输入至松耦合线圈的第二原边线圈。通过线圈的作用，将高频交流电输入至传能副边电路，将高频交流电转换为充电直流电。传能副边电路产生的直流电输入至充电电路后，变换为充电电压给内起搏器的电池进行充电。当电池亏电较多时通过恒流方式充电，当电池电压充至平台电压后，充电器进入恒压状态，对电池进行恒压充电，直至将电池充满。本领域技术人员应当知晓，输入传能原边电路的电能为工频交流电不用于限定本公开，其它电能种类也在本公开保护范围之内。例如，直流电能和60Hz交流电能。

其中，该传能原边电路用于将电源交流电转换为第一高频交流电。第二原边线圈用于接收该第一高频交流电。第二副边线圈耦合感应该第一高频交流电，并将该第一高频交流电输入至传能副边电路，得到充电直流电，该充电直流电经由充电电路为电池充电。通过无线的方式，补充内起搏器内电池中存储的电能，延长人工心脏起搏器的寿命

为了说明第一原边线圈、第一副边线圈、第二原边线圈以及第二副边线圈，在一些可选实施例中，第二原边线圈和第二副边线圈的自感分别大于第一原边线圈和第一副边线圈的自感。具体地，人工心脏起搏器充电时是通过高频交流电进行无线传输，然而这种传输方式的特点为窄带、大功率，因此需要第二原边线圈和第二副边线圈具有较大的自感。修改人工心脏起搏器中内起搏器的工作参数时是通过射频调制信号进行无线传输，然而这传输方式的特点是宽带、小功率，因此需要第一原边线圈和第一副边线圈具有较小的自感。基于此，第二原边线圈和第二副边线圈的自感分别大于第一原边线圈和第一副边线圈的自感。

为了进一步说明第一原边线圈、第一副边线圈、第二原边线圈以及第二副边线圈，在一些可选实施例中，第一原边线圈为第二原边线圈的一部分，第一副边线圈为第二副边线圈的一部分。具体地，松耦合线圈原边线圈绕制时，需要从线圈中部引出，利用原边线圈的一部分绕组形成第一原边线圈作为射频调制信号的发送线圈，而原边线圈的整段都形成第二原边线圈作为高频交流电的发送线圈。这样可以使得第一原边线圈有较小的自感，第二原边线圈有较大的自感，同时第二原边线圈的自感大于地域原边线圈。并且，第一副边线圈和第二副边线圈分别与第一原边线圈和第二原边线圈对应。

为了说明松耦合线圈，在一些可选实施例中，松耦合线圈的副边绕组在人工心脏起搏器的内起搏器中，空间上靠近松耦合线圈的原边线圈，松耦合线圈的原边线圈和副边线圈之间通过磁场耦合，高频交流电和射频调制信号的组合信号通过松耦合线圈之间的磁场耦合，使得高频交流电和射频调制信号可以从原边线圈传送至副边线圈。通过副边线圈将高频交流电输入传能副边电路，将高频交流电转换为直流电；同时通过副边线圈还将射频调制信号输入至通信解调电路，经过通信解调电路的解调产生数字信号，并将数字信号传送给参数接受电路。其中，用于传输射频调制信号的第一原边线圈与用于传输高频交流电的第二原边线圈的匝数比小于1，并且为了获得更好的传输效果第一原边线圈中线圈的数量为1-2圈。并且第一副边线圈和第二副边线圈与第一原边线圈和第二原边线圈对应。

为了说明传能原边电路和传能副边电路，在一些可选实施例中，如图3所示，传能原边电路包括：依次连接的工频整流电路、滤波电路以及高频逆变电路。其中，电源交流电经由工频整流电路、滤波电路、高频逆变电路，得到第一高频交流电。具体地，传能原边电路包括工频整流电路、滤波电路以及高频逆变电路。工频交流电输入至工频整流电路，产生第一直流电。第一直流电输入至滤波电路后，被滤波器滤除第一直流电中的高频杂波，可以得到比较纯净的第二直流电，第二直流电经过高频逆变电路逆变成第一高频交流电。

传能副边电路包括：高频整流电路；高频整流与第二副边线圈连接，第一高频交流电经由第二副边线圈连接、高频整流电路得到直流电。具体地，第一高频交流电输入至第二原边线圈，通过磁感应的方式，第二副边线圈的两端感应出第一高频交流电，第一高频交流电输入至高频整流电路，被高频整流电路变换为充电直流电，从而实现了电能的无线传输。

为了进一步说明传能原边电路和传能副边电路，在一些可选实施例中，传能原边电路还包括：原边谐振电路，该原边谐振电路的输入端连接高频逆变电路，原边谐振电路的输出端连接第二原边线圈，该原边谐振电路用于补充该第一高频交流电的无功分量，得到第二高频交流电。传能副边电路还包括：副边谐振电路。该副边谐振电路以及的输入端连接第二副边线圈，该副边谐振电路以及的输出端连接高频整流电路。该副边谐振电路用于补充第二高频交流电的无功分量，得到该第一高频交流电。

在一些可选实施例中，该通信调制电路包括：载波调制电路和原边耦合电路。载波调制电路连接至原边耦合电路；其中，该载波调制电路用于对人工心脏起搏器的工作参数进行载波调制。原边耦合电路用于将经过载波调制后的信号与第二高频交流电进行耦合得到射频调制信号。具体地，数字信号输入至载波调制电路后，被调制为载波调制信号，载波调制信号输入至原边耦合电路，通过原边耦合电路中电容分压电路、LC旁路电路等电路的作用，将载波调制信号与第二高频交流电进行耦合，得到射频调制信号，最后将射频调制信号输入至第一原边线圈中，用于射频调制信号传送出去。

通信解调电路包括：副边解耦电路和载波解调电路。副边解耦电路连接至载波解调电路。其中，副边解耦电路用于将射频调制信号进行解耦合，得到载波调制信号。该载波解调电路用于对该载波调制信号解调，得到该人工心脏起搏器的工作参数。具体地，通过磁感应的方式，在第一副边线圈的两端感应出射频调制信号，射频调制信号输入至副边解耦电路，通过副边解耦电路中电容分压电路、LC旁路电路等电路的作用，将载波调制信号与第二高频交流电进行耦合，得到射频调制信号。射频调制信号输入至载波解调电路的解调后，通过载波解调电路的作用将数字信号还原出来，实现了数字信号的无线传输。

在一些可选实施例中，人工心脏起搏器还包括：定时器。控制器连接至定时器。定时器连接至输出电路。该控制器用于根据该定时器输出的定时信号控制人工心脏起搏器的工作参数传输至心脏。具体地，人工心脏起搏器的内起搏器的电池可以为控制电路、定时器以及输出电路供电，参数接收电路将人工心脏起搏器的脉冲间隔时间、脉冲频率以及脉冲强度等工作参数输入至控制电路，通过控制电路将脉冲间隔时间、脉冲频率输入至定时器，将脉冲强度参数输入至输出电路，输出电路根据定时器产生的定时信号将设定强度的脉冲电流通过导线输入至心脏，实现起搏心脏。

为进一步说明人工心脏起搏器的内起搏器与外起搏器，在一些可选实施例中，人工心脏起搏器包括内起搏器与外起搏器两个部分。内起搏器与外起搏器之间通过一个松耦合线圈的原边线圈和副边线圈耦合连接，原边线圈在外搏器，副边线圈在内搏器。外起搏器还可以包含参数发送电路、通信调制电路和传能原边电路，并且内起搏器还可以包含通信解调电路、参数接收电路、传能副边电路、充电电路、电池、控制器、定时器和输出电路。本方案通过如此的电路结构可以通过送耦合线圈的作用将输入至外起搏器的电能和工作参数无线传输至内起搏器。进而可在不通过手术取出内起搏器的情况下，一方面，补充内起搏器电池中存储的电能，延长人工心脏起搏器的寿命；另一方面，在心脏起搏器的使用寿命周期内，可以根据病人年龄、身体状态以及病情发展的实际情况，在无创情况下的修正人工心脏起搏器的工作参数，以最大限度的发挥起搏器的效果。

虽然结合附图描述了本公开的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本公开的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。