[发明专利]基于体外驱动的人体植入式发电装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种可从人体外部对植入体内的器械以无损方式驱动的发电器件，特别涉及一种借助体外磁体的运动诱导植入体内发电器内线圈跟随运动，切割磁力线继而输出电量以满足植入体内的医疗器件电能需求的长寿命发电装置。

背景技术

当前，随着医学技术的飞速发展，满足各类治疗及诊断目的的植入人体式医用装置的种类日益增多，如可植入式起搏器、除颤器、监护器、神经刺激器、组织或神经刺激再生器及药物泵等。在这些医疗器械的工作中，供电技术始终是一个关键。长期以来，就植入式微器件能源供应技术的开发，一直为世界各国所高度重视，但进展有限。近年来，由于大量植入器件的提出和相继研制成功，更使长寿命、高效、可灵活充电的植入式微能源系统的研发被提升到一个至关重要的地位。由于任何电池的寿命总是有限的，因此，对体内器件实施有效充电成为一种重要需求。无疑，对于植入人体的医用装置，为减小伤害，必须尽量避免定期从病人体内取出相应器件后予以充电的麻烦。也就是说，借助于人体自身能量或外部非损伤式输入的能量发展出的植入式供能系统更具价值。

与体外能源利用明显不同的是，植入式能源系统一般不能在皮肤表面留有接口供充电用，以避免伤口感染或带来其他不利。因此，大多数情况下，器件整体全部置于体内特定组织部位，而且，器件本身应尽量轻便、自给自足且高效。目前，在各种植入式能源技术中，温差电池在一定程度上已能满足这一要求。比如，借助于放射性同位素在核衰变过程中释放的热量驱动热电转换器，研究人员发明了多年来在心脏起博器电源中一直起着关键作用的电能源装置，这类电池的工作寿命可达10年以上。然而，由于这种热电转换器采用了放射性同位素燃料，使整套设备的集成及封装工艺比较复杂，人体使用起来也有一定安全风险。为此，人们也在考虑直接利用人体自身热量供电的温差电池，依靠组织内天然存在的温度梯度来驱动热电器件产生电力，一般在1℃温差下可获得微瓦到毫瓦量级的电能输出，已可用于驱动不少微电器件。不过，直接利用人体自身热量发电所能提供的电能输出功率显然是十分有限的，主要原因是体内自然存在的温差较小；为此，近期有研究者提出采用体外辅助加热或冷却来提升组织内部温梯度，进而增强体内的温差发电功率，也可达到无损供能的目的，但同样，这类方法的电输出也取决于加热状况，且过高或过低的温度会对皮肤造成烧伤或冻伤。其他方面，当然也可提出类似的思想，如采用体表光照诱发体内的光电发生器、借助于体外微波场诱发体内射频电路或变压线圈产生耦合提供电力、借助于体外超声驱动体内电机产生电力等，供植入器械工作，但由于组织的透光及电阻抗等限制，这类方法的有效性需要进一步评估；至于在常规应用中的化学电源，因其寿命取决于植入化学反应物的多少，因而总是相当有限的，在植入式医疗器械中并不常用。总之，发展自给自足或可从外部激励而诱导植入体内装置运动，以持续不断的产生足够强度的电力，是植入式医疗器械走向应用所面临的重大实际问题之一。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种可借助体外磁体的运动诱导植入体内的线圈跟随运动，诱发线圈切割磁力线，从而输出电量以满足植入医疗器件电能需求的电磁感应发电装置。

为实现上述发明目的，本发明提供的基于体外驱动的人体植入式发电装置，包括体外驱动装置和植入到体内的发电器，其特征在于，所述体外驱动装置包括一倒置盆状的机座1、安装在机座1内顶面的伺服微电机3以及与伺服微电机3连接的外永磁片2，该外永磁片2在伺服微电机3的驱动下旋转；所述植入到体内的发电器包括一封闭空心的外壳4，该外壳4外形为长方体或扁圆柱体；在外壳4内对称设置的一对磁极相反的内永磁片5；所述的两个内永磁片5之间设置有线圈支架7，线圈8缠绕在线圈支架7上，该线圈8的两端作为所述发电器的输出端；所述线圈支架7和内永磁片5分别连接在外壳4上，且二者在外永磁片2的驱动下作相对旋转运动。

上述技术方案中，线圈支架7由一转轴和固定在转轴上的矩形框架组成，所述转轴位于发电器中心且垂直于外壳4底面，该转轴两端分别与外壳4的顶面和底面连接，并在连接处设有转动轴承；所述线圈支架7上还固定有条形的永磁体，所述线圈8缠绕在线圈支架7的矩形框架上；所述两个内永磁片5分别通过永磁片支架6固定安装在外壳4上。

上述技术方案中，所述条形的永磁体横向固定在线圈支架7的矩形框架的上侧边框上。

上述技术方案中，所述植入到体内的发电器的外壳4为金属外壳，该外壳4除底面和侧面的外壁焊接有用于实现磁屏蔽的导磁材料层；且所述外壳4的顶面和所述导磁材料层外均镀有与生物组织兼容的钛金属膜。