[发明专利]一种低电磁辐射的视觉假体无线充电系统及其控制方法

说明书

本发明是一种低电磁辐射的视觉假体无线充电系统及其控制方法。本发明涉及生物医学工程技术领域，一种低电磁辐射的视觉假体无线充电系统，所述系统包括体外发射端镍铁合金镜架、镜片式PCB发射端、镍铁合金镜脚、接收线圈、电压传感器、蓝牙接收模块、蓝牙发射模块、DSP控制器、切换开关、E类放大器、直流电源、补偿电容、不控整流电路和微电极控制器。本发明可以通过无线的方式为体内植入式视觉假体提供稳定的能量传输，使患者摆脱了体内蓄电池的束缚，无需定期地进行电池更换手术，减少了患者需要承担的手术风险和手术费用。

技术领域

本发明涉及生物医学工程技术领域，是一种低电磁辐射的视觉假体无线充电系统及其控制方法。

背景技术

植入式医疗装置—视觉假体，可以帮助视觉障碍者，尤其是患有视网膜色素变性、老年黄斑变性的病人恢复视觉。作为一种人造器官，视觉假体可以绕过人体视觉通路中的受损部分，通过功能性地电刺激视觉神经组织来将外部光感信息直接传递给人体大脑，达到修复视觉的目的，有望为盲人患者的复明开辟一条新的道路。

视觉假体作为一种植入体内的人造器官，其内部器件，如数据收发单元，电极刺激控制器和刺激电极等等，均需要稳定的能量供给才能维持正常工作。而现阶段，视觉假体通常采用植入式蓄电池作为内部的供电装置。受限于现有电池较低的能量密度和有限的使用寿命，失明患者需要在植入视觉假体的一段时间后定期进行二次手术来更换植入电池，以维持视觉假体的正常工作。频繁的手术不仅增加了失明患者需要承受的痛苦，同时需要大量的手术费用，这大大限制了视觉假体的推广与应用。另一方面，植入式蓄电池在使用过程中可能出现损毁、漏液等故障，具有腐蚀性的电池漏液会对人体肌肉和神经组织产生严重的危害，甚至危及生命。

为了解决上述问题，应用于视觉假体的无线电能传输技术逐渐受到了关注。该技术以高频电磁场为能量传输的媒介，通过体外发射端装置将能量以无线的方式透过皮肤传输到植入式接收端当中，为植入式视觉假体提供稳定的供能，同时使视觉假体摆脱了植入式蓄电池的束缚。

目前，国内外学者围绕应用于视觉假体的无线供电系统展开了相关研究。专利[公开号CN 102258409A]提出了一种用于视觉假体的无线能量与数据传输系统，可以同步向植入式视觉假体传输能量与外部光感信号。专利[公开号CN 1961850A]提出了一种基于太阳能电池板作为供电装置的视觉假体无线供电装置。专利[公开号CN102813999A]提出了一种具备功率自适应调节功能的视觉假体无线传输系统，该系统可以通过预测植入刺激电极需要的能量来自动调节发射端装置的输入功率。文献[视觉假体中能量与数据无线传输装置的研究[D],上海交通大学，2011.]设计了一种应用于视觉假体的可传输数据和能量的无线充电装置。然而，上述应用于视觉假体的无线充电装置均忽略了人体的电磁安全性问题，存在潜在的健康危险。为了保证传输足够的功率，上述装置中发射线圈的尺寸均大于接收线圈尺寸的数倍以上，使得系统在正常工作过程中，人体面部几乎完全暴露在发射线圈产生强电磁辐射中。因此，发射线圈产生的电磁辐射会在人体组织中产生热效应，长期会损害人体内较为敏感的器官和组织。

针对现有研究中存在的不足之处，本发明提出了一种具有低电磁辐射的视觉假体无线充电装置及其充电控制方法。该装置通过体外发射端装置，以无线的方式为体内植入式视觉假体提供稳定的能量传输，使患者摆脱了体内蓄电池的束缚，无需定期地进行电池更换手术。同时，相比于现有的视觉假体无线充电装置，本发明所述的装置采用阵列式发射线圈，通过电压注入法，能有效地检测与接收线圈耦合程度最高的发射线圈位置，从而精准地导通对应位置的发射线圈，实现聚焦主磁场，降低无效漏磁场的目的，达到降低系统对人体和植入电子设备产生的电磁辐射、提高系统效率的目的。此外，本发明所述的无线充电装置还适用于任意形状，任意植入位置的接收线圈，具有灵活度高、适用性广的优点。

发明内容

本发明为了解决现有的应用于植入式视觉假体的无线供电系统中存在的电磁安全性差，传输效率低等问题，本发明提供了以下技术方案：