基於呼吸運動的植入式能量採集器的製作方法
2023-04-24 09:23:21
專利名稱：基於呼吸運動的植入式能量採集器的製作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種醫用器械技術領域的能量採集器，具體是一種基於呼吸運動的植入式能量採集器。
背景技術：
植入式心臟起搏器或者除顫器維持著上百萬心臟病患者的生病，這類設備一般由兩部分組成，脈衝發生器以及電池。用於植入式醫療電子設備的電池是不能隨意更換的。 在植入式醫療電子設備密封之前，電池就牢固地固定在其內部。從這以後，在植入式醫療電子設備的側試階段、儲存階段以及植入人體之後，植入式電池就一直為設備供電。因此該植入式設備中電池的的使用壽命就決定了該設備的使用壽命，一般心臟起搏器的工作年限是 5年到10年，同時要求植入式電池需要具有極小的輸出電壓降，其具體工作時間視情況而定。因此目前主要的植入式心臟起搏/除顫器其電池體積佔設備整體的一半以上，加大了病人的身體負擔同時在使用年限後需重新進行手術更換電池。因此迫切的需要一種真正意義上的永久植入式設備，改種設備一旦植入無需更換電池可實現體內自動衝電，保證了輸出電壓的穩定。經對現有技術的檢索發現，AllanΤ. Evans, Srinivas Chiravuri Yogesh B.Gianchandani，等人在 Biomed Microdevices 2010，12，179-185.撰文 「Transdermalpower transfer for recharging implanted drug delivery devices via the refillport」該文中提及了一種利用插入式探針對植入式設備衝能。該種方法對於植入式設備延長使用壽命開創了一個新的思路，但是其缺點在於長時間的探針插入皮膚易感染並引起的不適，並且皮下器件插口對準也是一大難點。
發明內容
本發明針對現有技術存在的不足，提出一種基於呼吸運動的植入式能量採集器， 將能量採集器件活動端通過手術連接於相鄰肋骨上，在正常呼吸運動時，呼吸肌肉和肋骨膨脹收縮引起胸腔體積變化。兩肋骨間隙距離發生變化，帶動能量採集器運動，將機械能轉變為電能存儲於充電電池中。本發明是通過以下技術方案實現的本發明所述的基於呼吸運動的植入式能量採集器，包括換能器，該換能器主要由活動聯接結合頭，雙穩態壓電金屬片，定位導軌以及封裝外殼構成。所述定位導軌固定安裝於封裝外殼上，與所述活動聯接結合頭滑動配合，所述活動聯接結合頭只能沿導軌方向往復滑動；所述雙穩態壓電金屬片位於所述活動聯接結合頭中間，其兩側分別與所述活動聯接結合頭相連。所述定位導軌以及封裝外殼位於所述活動聯接結合頭的兩側。本發明中，所述活動聯接結合頭為一對共兩隻聯接頭組成，其中一隻聯接頭一端扁平，另一端呈九十度扭轉，所述雙穩態壓電金屬片位於該扭轉部分。另一隻聯接頭兩端扁平，聯接於外殼之上。
所述聯接頭材料為特氟龍塑料，或者其他可植入生物體內材料。所述聯接頭具有一定的柔性，其尺寸可變，在不受外力作用下，為正常人類(身高 175cm)左胸腔第二、第三根肋骨之間距離的一半，約為10毫米但不限於10毫米。其正交接頭之間間隙為7毫米但不限於7毫米。所述活動聯接結合頭各個聯接部分為非固定聯接，具有一定自由度，活動角為 10 25度，以15度最佳。所述活動聯接結合頭聯接方式也可一端與外殼固定，一端為活動聯接且不限於兩端皆可活動活動。本發明中，所述定位導軌為兩根一組，兩根導軌平行固定安裝於外殼上，滑動約束面相對，使活動聯接結合頭只能沿導軌方向往復滑動。定位導軌寬度與活動聯接結合頭連杆寬度相同，約5毫米。所述定位導軌材料為特氟龍塑料或其他可植入人體內材料。本發明中，所述雙穩態壓電金屬片，由壓電薄膜和雙穩定金屬片組成，金屬片作為底面電極，壓電薄膜上電極需要做好與底面電極絕緣保護，可通過CVD沉積高分子聚合物， 塗敷絕緣油漆以及包裹特氟龍樹料等方法實現。其產生電能通過引線引出。聯接好線路後需整體包覆一層ParyleneC聚合物材料用於絕緣防水。所述雙穩態壓電金屬片為四邊形彎曲薄片，壓電薄膜厚度不超過50微米，金屬片厚度不超過50微米，其彎曲變形力優選遠低於正常呼吸運動時產生的肌肉驅動力，以避免使患者有不適感。所述雙穩態壓電金屬由壓電陶瓷薄膜或者聚偏氟乙烯(PVDF)和雙穩定金屬片粘合製成。每片雙穩態壓電金屬片邊長不超過1釐米，以7毫米x5毫米較好，但不限於該尺寸。本發明中，所述封裝外殼為複合封裝外殼，最內層由特氟龍塑料或者其他可植入人體內材料製成，主要作用為保持器件結構穩定、密封。在特氟龍外殼之外化學氣相沉積一層ParyleneC密封薄膜。在ParyleneC薄膜外包裹一層矽橡膠後再次塗敷ParyleneC薄膜作為生物相容保護。本發明上述採集器使用時，將換能器活動聯接結合頭兩活動端固定於相鄰兩肋上，當呼吸時，胸腔膨脹收縮導致肋骨間隙變化，帶動交叉活動聯接結合頭使雙穩態壓電金屬片周期性形變產生持續電流，實現了體內植入式樣器件的穩定能量來源。與現有技術相比，本發明製備的呼吸採能器可通過人體呼吸運動將機械運動能轉變成電能並將其輸出到充電電池中存儲，實現了人體胸腔內植入式設備的永久穩定能源供應。同時本發明製備所獲得的能量採集器體積只有傳統心臟起搏器電池的五分之一，降低了病人的身體負擔同時可免於植入後為更換電池而進行的二次手術。
圖1為實施例1採集器整體示意圖(外殼已打開)；圖2為實施例1採集器金屬片示意圖；圖3為實施例1採集器聯接頭示意圖；圖4為實施例1採集器帶有扭轉部的聯接頭示意圖5為實施例1採集器導軌示意圖6為實施例1採集器外殼示意圖7為實施例2採集器整體示意圖(外殼已打開)；
圖8為實施例2採集器壓電金屬片示意圖9為實施例2採集器活動聯接頭示意圖10為實施例2採集器導軌示意圖11為實施例2採集器外殼示意圖12為實施例3採集器整體示意圖(外殼已打開)；
圖13為實施例3採集器壓電金屬片示意圖14為實施例3採集器活動聯接頭示意圖15為實施例3採集器導軌示意圖16為實施例3採集器外殼示意圖中1、2聯接頭、3外殼、4導軌、5雙穩態壓電金屬片
具體實施例方式下面對本發明的實施例作詳細說明，本實施例以本發明技術方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護範圍不限於下述的實施例。實施例一如圖1所示，本實施例包括換能器，該換能器由活動聯接結合頭，雙穩態壓電金屬片5，定位導軌4以及封裝外殼3構成；所述定位導軌4固定安裝於封裝外殼3上，與所述活動聯接結合頭滑動配合，所述活動聯接結合頭只能沿導軌4方向往復滑動；所述雙穩態壓電金屬片5位於兩個所述活動聯接結合頭中間，其兩側分別與所述活動聯接結合頭相連； 所述定位導軌4以及封裝外殼3位於所述活動聯接結合頭的兩側。本實施例整體尺寸18 毫米XlO毫米X5毫米。如圖3-4所示，本實施例中，聯接肋骨以及壓電片的活動聯接結合頭；所述聯接頭材料為特氟龍塑料。所述活動聯接結合頭為一組兩隻聯接頭構成，聯接頭1兩端夾角為零，聯接頭2兩端夾角呈九十度。所述聯接頭具有一定的柔性，可彎曲，長度為8毫米，與壓電片聯接部分為兩指叉狀聯接，間隙為7毫米。所述聯接頭1、2各個聯接部分為非固定聯接，具有一定自由度，活動角為15度。如圖5所示，本實施例中，所述定位導軌材料為特氟龍塑料。所述定位導軌4為兩根一組，兩根導軌平行固定安裝於器件外殼3上，滑動約束面相對，其寬度與活動聯接頭連杆寬度相同，為7毫米。所述定位導軌4與活動聯接結合頭滑動配合，約束其運動自由度，使活動聯接頭只能沿導軌方向往復滑動。導軌另一側聯接於外殼上。如圖2所示，本實施例中，所述雙穩態壓電金屬片5由壓電陶瓷薄膜和雙穩定金屬片粘合製成。金屬為0. 5毫米厚鐵片，長寬尺寸為7毫米x3毫米。所述雙穩態壓電金屬片5，由金屬片作為底面電極，壓電薄膜上電極需要做好與底面電極絕緣保護，其保護層為CVD沉積ParyleneC聚合物薄膜。其產生電能通過引線引出。聯接好線路後再次需整體包覆一層ParyleneC聚合物材料用於絕緣防水。所述雙穩態壓電金屬片5安裝方式為相對應的兩邊與活動聯接頭1相連，另外兩邊與活動聯接頭2相連。如圖6所示，所述封裝外殼3為複合封裝，最內層由特氟龍塑料製成，主要作用為保持器件結構穩定、密封。在特氟龍外殼之外化學氣相沉積一層ParyleneC密封薄膜。在 ParyleneC薄膜外包裹一層矽橡膠後再次塗敷ParyleneC薄膜作為生物相容保護。實施例二如圖7所示，本實施例包括活動聯接結合頭，雙穩態壓電金屬片5，定位導軌4以及封裝外殼3構成，連接方式與實施例一相同。本實施例整體尺寸20毫米X12毫米)(5毫米。如圖9所示，聯接肋骨以及壓電片的活動聯接結合頭；其中聯接頭材料為特氟龍塑料。活動聯接結合頭為一組兩隻，一隻聯接頭兩端呈九十度夾角，另一隻聯接頭固聯於外殼3上。所述聯接頭1、2具有一定的柔性，可彎曲，長度為9毫米，與壓電片聯接部分為兩指叉狀聯接，間隙為8毫米。所述聯接頭各個聯接部分為非固定聯接，具有一定自由度，活動角為15度。如圖10所示，所述定位導軌材料為特氟龍塑料。所述定位導軌4為兩根一組，兩根導軌平行固定安裝於器件外殼上，滑動約束面相對，其寬度與活動聯接頭連杆寬度相同，為8毫米。所述定位導軌4與活動聯接結合頭滑動配合，約束其運動自由度，使活動聯接頭只能沿導軌方向往復滑動。導軌另一側聯接於外殼上。如圖8所示，所述雙穩態壓電金屬片5由聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜和雙穩定金屬片粘合製成。金屬為0. 5毫米厚鐵片，長寬尺寸為8毫米x3毫米。所述雙穩態壓電金屬片5，由金屬片作為低面電極，壓電薄膜上電極需要做好與低電極絕緣保護，其保護層為CVD沉積ParyleneC聚合物薄膜。其產生電能通過引線引出。聯接好線路後再次需整體包覆一層ParyleneC聚合物材料用於絕緣防水。所述雙穩態壓電金屬片5安裝方式為相對應的活動聯接頭相連，另外兩邊與固定在外殼上的聯接頭相連。如圖11所示，所述封裝外殼為複合封裝，最內層由特氟龍塑料製成，主要作用為保持器件結構穩定、密封。在特氟龍外殼之外化學氣相沉積一層ParyleneC密封薄膜。在 ParyleneC薄膜外包裹一層矽橡膠後再次塗敷ParyleneC薄膜作為生物相容保護。實施例三如圖12所示，本實施例包括活動聯接結合頭，雙穩態壓電金屬片5，定位導軌4 以及封裝外殼3構成。連接方式與實施例相同。本實施例整體尺寸20毫米X12毫米)(5毫米。如圖14所示，本實施例中，聯接肋骨以及壓電片的活動聯接結合頭，其中聯接頭材料為特氟龍塑料。活動聯接結合頭為一組兩隻，一隻聯接頭兩端呈九十度夾角，另一隻聯接頭固聯於外殼上。所述聯接頭具有一定的柔性，可彎曲，長度為8毫米，與壓電片聯接部分為兩指叉狀聯接，間隙為8毫米。所述聯接接頭各個聯接部分為非固定聯接，具有一定自由度，活動角為15度。如圖15所示，所述定位導軌材料為特氟龍塑料。
所述定位導軌4為兩根一組，兩根導軌平行固定安裝於器件外殼上，滑動約束面相對，其寬度與活動聯接頭連杆寬度相同，為8毫米。所述定位導軌4與活動聯接結合頭滑動配合，約束其運動自由度，使活動聯接頭只能沿導軌方向往復滑動。導軌另一側聯接於外殼上；如圖13所示，所述雙穩態金屬片5由聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜和雙穩定金屬片粘合製成。金屬為0. 5毫米厚鐵片，長寬尺寸為8毫米x3毫米，兩塊金屬片重疊安裝，增大輸出ο所述雙穩態壓電金屬片5，由金屬片作為低面電極，壓電薄膜上電極需要做好與低電極絕緣保護，其保護層為CVD沉積ParyleneC聚合物薄膜。其產生電能通過引線引出。聯接好線路後再次需整體包覆一層ParyleneC聚合物材料用於絕緣防水。所述雙穩態壓電金屬片安裝方式為相對應的活動聯接頭相連，另外兩邊與固定在外殼上的聯接頭相連。如圖16所示，所述封裝外殼3為複合封裝，最內層由特氟龍塑料製成，主要作用為保持器件結構穩定、密封。在特氟龍外殼之外化學氣相沉積一層ParyleneC密封薄膜。在 ParyleneC薄膜外包裹一層矽橡膠後再次塗敷ParyleneC薄膜作為生物相容保護。以上實例所製備的呼吸運動能量採集器，其優點是通過在患者胸腔內安裝植入式設備的同時在體內肋骨側壁上安裝該採能裝置，手術一次完成；在患者的整個生命周期內無需因更換電池而再次接受手術。同時該設備結構簡單，可靠性高，體積小，減小了安裝設備的電池體積，減輕患者身體負擔。儘管本發明的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容後，對於本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護範圍應由所附的權利要求來限定。
權利要求
1.一種基於呼吸運動的植入式能量採集器，其特徵在於包括換能器，該換能器主要由活動聯接結合頭，雙穩態壓電金屬片，定位導軌以及封裝外殼構成；所述定位導軌固定安裝於封裝外殼上，與所述活動聯接結合頭滑動配合，所述活動聯接結合頭只能沿導軌方向往復滑動；所述雙穩態壓電金屬片位於所述活動聯接結合頭中間，其兩側分別與所述活動聯接結合頭相連；所述定位導軌以及封裝外殼位於所述活動聯接結合頭的兩側。
2.根據權利要求1所述的基於呼吸運動的植入式能量採集器，其特徵在於，所述的活動聯接結合頭為一對共兩隻聯接頭組成，其中一隻所述聯接頭一端扁平，另一端呈九十度扭轉，所述雙穩態壓電金屬片位於該扭轉部分。
3.根據權利要求2所述的基於呼吸運動的植入式能量採集器，其特徵在於，所述的聯接頭，其各個聯接部分為活動聯接，活動角為10 25度。
4.根據權利要求3所述的基於呼吸運動的植入式能量採集器，其特徵在於，所述活動角為15度。
5.根據權利要求1所述的基於呼吸運動的植入式能量採集器，其特徵在於，所述定位導軌為兩根一組，兩根導軌平行固定安裝於器件外殼上，滑動約束面相對，其寬度與活動聯接頭連杆寬度相同。
6.根據權利要求1所述的基於呼吸運動的植入式能量採集器，其特徵在於，所述雙穩態壓電金屬片由壓電陶瓷薄膜或者聚偏氟乙烯和雙穩定金屬片粘合製成。
7.根據權利要求1或6所述的基於呼吸運動的植入式能量採集器，其特徵在於，所述雙穩態壓電金屬片，由金屬片作為底面電極，壓電薄膜上電極與底面電極絕緣，產生電能通過引線引出，聯接好線路後整體包覆一層ParyleneC聚合物材料。
8.根據權利要求7所述的基於呼吸運動的植入式能量採集器，其特徵在於，所述雙穩態壓電金屬片為四邊形彎曲薄片，壓電薄膜厚度小於等於50微米，金屬片厚度小於等於50 微米。
9.根據權利要求1所述的基於呼吸運動的植入式能量採集器，其特徵在於，所述封裝外殼為複合封裝外殼，最內層由特氟龍塑料製成，在特氟龍外殼外設有一層ParyleneC密封薄膜，在ParyleneC薄膜外包裹一層矽橡膠後再次塗敷ParyleneC薄膜作為生物相容保護。
全文摘要
本發明公布了一種基於呼吸運動的植入式能量採集器，包括換能器，該換能器主要由活動聯接結合頭，雙穩態壓電金屬片，定位導軌以及封裝外殼構成；定位導軌固定於封裝外殼上，與活動聯接結合頭滑動配合；雙穩態壓電金屬片位於活動聯接結合頭中間，其兩側分別與活動聯接結合頭相連；定位導軌以及封裝外殼位於活動聯接結合頭的兩側。將換能器兩活動端固定於相鄰兩肋上，當呼吸時，胸腔膨脹收縮導致肋骨間隙變化，帶同交叉聯接頭使雙穩態壓電金屬片周期性形變產生持續電流。本發明實現了人體胸腔內植入式設備的永久穩定能源供應。同時體積小，降低了病人的身體負擔同時可免於植入後為更換電池而進行的二次手術。
文檔編號A61N1/378GK102512760SQ20111038352
公開日2012年6月27日 申請日期2011年11月25日 優先權日2011年11月25日
發明者何慶, 劉景全, 李以貴, 楊春生, 田鴻昌 申請人:上海交通大學