[发明专利]基于体内MEMS微振动能源收集的心脏起搏器能源系统

说明书

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，特别涉及一种基于体内MEMS(Micro Electro Mechanical System，微机电系统)微振动能源收集的心脏起搏器能源系统。

背景技术

相关技术中，植入式心脏起搏器大多采用一次性锂电池作为主要能源，一旦电池能量耗竭，则需要通过手术更换新的电池，不但增加了患者生理、心理上的痛苦，而且增加了医疗成本。

根据研究表明，患者对于DDDR(dual chambers paces，dual chambers sensed，dual response to this，and rate modifiable，房室全能型起搏频率调整)工作模式心脏起搏器所占需求率最高，为59％。然而，目前市面上高端进口心脏起搏设备采用的进口锂电池标称使用寿命为10年，国家对于心脏起搏器电池的使用年限标准为5-7年。

对于起搏器电源的要求应为可靠性高，尽量延长电源的使用寿命。然而，长久以来高功率与强磁场环境对心脏起搏器都存在着严重影响，导致一些医疗检查如MRI(Magnetic Resonance Imaging，核磁共振成像)受到了很大的限制，给患者(尤其是老年患者)带来了极大的不便，降低了心脏起搏器的适应性。

具体而言，对于心脏起搏器的影响主要体现在起搏器位移，改变起搏频率，重置起搏器，热效应损伤，损坏电子元件，影响电池寿命几个方面。虽然相关技术中的兼容MRI的心脏起搏器SureScan pacemaker，从传感器、电路保护，电极导线保护、材料结构改进等方面使起搏器首次可以应用于MRI检查，但对于电池寿命的影响问题并未真正解决。

发明内容

本申请是基于发明人对以下问题的认识和发现作出的：

正常人体内脏振动的固有频率为2-5Hz，在运动状态下时会更高。其中心脏是一种肌肉性的搏动脉，可以将体内化学能转换为心肌和血液的动能，并且心脏本身的平均输出功率约1.4W，远远大于起搏器的功耗(<10μW，1.8-2.8V AC)；而人类处于运动状态下时的振动能更大(>10Hz)，因此利用心脏，呼吸，运动等振动能具有稳定的能量输出。

可再生能源将不同形式能量转换为电能，并将其存在储能元件中，理论上寿命是无限的，并且可以稳定的电压，有利于实现自动化。对于人体而言，自身存在的微能源主要有：肌肉扩张收缩、振动、血液流动三大类型。

在人体使用环境下，振动式微能源把环境中的振动能转化为电能，其可以产生稳定的能量，不随时间的长短而发生变化，且相对于肌肉扩张收缩、与血液流动的能量收集方案，具有非接触式、无污染、低风险的特点。

压电式振动微能源系统环境适应性强，与微机电系统(MEMS)技术兼容，换效率高，输出电能密度高，且特别适用于如人体自身运动等低振动频率环境中。同时经济、安全、环保，可作为能源收集、供给装置，延长微器件的使用寿命，其可再生资源的理念也响应了现今低碳生活的需求，具有广泛的应用前景和重要的里程碑的意义。

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种基于体内MEMS微振动能源收集的心脏起搏器能源系统，该系统可以采集人体微振动产生的振动能量，并转化为电能，延长了心脏起搏器的使用寿命。

为达到上述目的，本发明实施例提出了一种基于体内MEMS微振动能源收集的心脏起搏器能源系统，其特征在于，包括：MEMS人体微振动能量收集模块，用于采集由人体微振动产生的振动能量，并且将所述振动能量转化为电能，以进行存储；MEMS电源磁屏蔽封装，通过MEMS电镀、溅射与蒸镀薄膜沉积，对MEMS微振动能源封装外壳实现镍层保护，进而通过MEMS键合，实现无缝键合封装；信息采集模块，用于采集人体心脏的心电信号以生成起搏操作指令；脉冲电控模块，用于根据所述起搏操作指令通过所述MEMS人体微振动能量收集模块存储的电能生成脉冲电压，并通过所述信息采集模块传导所述脉冲电压，以对所述人体心脏进行起搏刺激。