一種低功耗植入式醫(yī)療系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了屬于微型醫(yī)療儀器領(lǐng)域的一種低功耗植入式醫(yī)療系統(tǒng)，植入式醫(yī)療系統(tǒng)的體內(nèi)植入裝置具有休眠工作狀態(tài)、偵聽工作狀態(tài)和喚醒工作狀態(tài)至少三種工作狀態(tài)，該系統(tǒng)由體內(nèi)植入裝置和體外控制裝置無線通信連接構(gòu)成，兩個裝置各包括：微控制器模塊、無線通信模塊和其他功能模塊；體內(nèi)植入裝置還包括磁簧開關(guān)，體外控制裝置還包含有獨(dú)立放置的磁鐵。體內(nèi)植入裝置在休眠工作狀態(tài)下其通信模塊一直處于關(guān)閉狀態(tài)，不產(chǎn)生功耗；當(dāng)醫(yī)生需要程控時，通過體外控制磁鐵手動切換狀態(tài)，使體內(nèi)植入裝置進(jìn)入偵聽工作狀態(tài)，進(jìn)行正常通信。本實(shí)用新型大大降低了絕大部分不需要程控時間的額外功耗，延長了產(chǎn)品的使用壽命，用途廣泛，具有極高的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
【專利說明】一種低功耗植入式醫(yī)療系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于微型醫(yī)療儀器領(lǐng)域，特別涉及一種低功耗植入式醫(yī)療系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]植入式醫(yī)療儀器屬于微型醫(yī)療儀器，種類很多，如植入式心臟起搏器和除顫器、植入式神經(jīng)刺激器、植入式肌肉刺激器、植入式生理信號記錄器、植入式藥物泵等，一般包含體內(nèi)植入裝置和體外控制裝置，兩者之間通過雙向無線通信交換信息。
[0003]植入式醫(yī)療儀器的體內(nèi)植入裝置一般用電池供電，體內(nèi)植入裝置的功耗決定了產(chǎn)品的使用壽命，功耗越低產(chǎn)品的使用壽命越長，產(chǎn)品壽命增加對于患者而言可以減少手術(shù)更換的頻率，降低醫(yī)療費(fèi)用并減少手術(shù)痛苦。體內(nèi)植入裝置與體外控制裝置進(jìn)行無線通信的通信電路要消耗電池能源，同樣要求低功耗，而一般射頻無線通信電路工作時的功耗相對植入醫(yī)療設(shè)備而言比較大，需要采用一定的方法來降低無線通信電路的平均功耗。
[0004]在現(xiàn)有技術(shù)中，如圖1所示，一般采用偵聽工作狀態(tài)和喚醒工作狀態(tài)兩種工作狀態(tài)，植入式醫(yī)療儀器一上電后即處于偵聽工作狀態(tài)，偵聽工作狀態(tài)的每個循環(huán)周期T包括一個喚醒期間Tl和一個休眠期間T-T1，喚醒期間打開無線通信電路，功耗很大，休眠期間關(guān)閉無線通信電路，功耗很低，以此來降低無線通信電路的平均功耗。但是這種偵聽工作狀態(tài)的平均功耗取決于喚醒時間Tl和循環(huán)周期T的占空比，不管怎樣還是有一定的功耗，而且要想獲得較好的通信實(shí)時響應(yīng)效果，喚醒時間Tl和循環(huán)周期T的占空比不能夠太小，最終的平均功耗在整體功耗中還是占有一定的比例。而實(shí)際上體內(nèi)植入裝置需要體外程控的時間很少，絕大部分時間不需要程控，因此現(xiàn)有技術(shù)中絕大部份偵聽工作狀態(tài)的平均功耗是浪費(fèi)的。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型的目的是針對在現(xiàn)有技術(shù)中，實(shí)際上體內(nèi)植入裝置需要體外程控的時間很少，絕大部分時間不需要程控，因此現(xiàn)有技術(shù)中絕大部份偵聽工作狀態(tài)的平均功耗是浪費(fèi)的不足，而提供一種低功耗植入式醫(yī)療系統(tǒng)，其特征在于，該植入式醫(yī)療系統(tǒng)的體內(nèi)植入裝置具有休眠工作狀態(tài)、偵聽工作狀態(tài)和喚醒工作狀態(tài)至少三種工作狀態(tài)；所述植入式醫(yī)療系統(tǒng)由體內(nèi)植入裝置和體外控制裝置無線通信連接構(gòu)成，其中，體內(nèi)植入裝置10包括:第一微控制器模塊11分別與第一無線通信模塊12和第一其他功能模塊14連接，第一微控制器模塊11和磁簧開關(guān)13連接；電池及電源管理模塊15分別與第一微控制器模塊
11、第一無線通信模塊12和第一其他功能模塊14連接；體外控制裝置20包括:第二微控制器模塊21分別與第二無線通信模塊22和第二其他功能模塊23連接，電池及電源管理模塊24分別與第二微控制器模塊21、第一無線通信模塊22和第二其他功能模塊23連接；體外控制裝置還包含一個獨(dú)立放置的磁鐵25。
[0006]所述第一、第二其他功能模塊集電脈沖刺激功能、藥物釋放、生理信號采集功能及控制功能于一身；當(dāng)體內(nèi)植入裝置不需要進(jìn)行功能輸出時，則通過第一微控制器模塊將其他各模塊關(guān)閉，只保留第一微控制器模塊處于功耗工作狀態(tài)，功耗非常低。
[0007]所述第一、第二微控制器模塊使用TI公司的MSP430F2618系列微控制器，所述第一、第二無線通信模塊使用TI公司的CCllOl射頻芯片。
[0008]所述體外控制裝置的磁鐵靠近體內(nèi)植入裝置的磁簧開關(guān)，在磁鐵靠近時產(chǎn)生動作信號并傳送給第一微控制器模塊，第一微控制器模塊判斷磁簧開關(guān)輸入信號，并控制休眠工作狀態(tài)和偵聽工作狀態(tài)的切換。
[0009]所述第一微控制器模塊控制切斷第一無線通信模塊的供電來徹底消除第一無線通信模塊的功耗；因此沒有使用體外控制裝置進(jìn)行無線程控第一無線通信模塊時，第一無線通信模塊基本不消耗功耗。
[0010]本發(fā)明的有益效果，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下特點(diǎn):
[0011](I)本植入式醫(yī)療系統(tǒng)的體內(nèi)植入裝置具有休眠工作狀態(tài)、偵聽工作狀態(tài)和喚醒工作狀態(tài)至少三種工作狀態(tài)，體內(nèi)植入裝置在絕大部分不需要程控的時間都處于休眠工作狀態(tài)，休眠狀態(tài)下第一無線通信模塊一直處于功耗極低的關(guān)閉狀態(tài)，所以進(jìn)一步降低了平時無需使用體外控制裝置進(jìn)行無線程控時的電能消耗，延長了植入式醫(yī)療儀器的使用壽命O
[0012](2)當(dāng)需要使用體外控制裝置對體內(nèi)植入裝置進(jìn)行程控時，通過體外控制磁鐵手動切換狀態(tài)，體內(nèi)植入裝置進(jìn)入偵聽工作狀態(tài)，偵聽工作狀態(tài)下在設(shè)定的循環(huán)周期內(nèi)定時喚醒第一無線通信模塊，用于偵聽體外控制裝置發(fā)送的握手信號，程控完成后可以通過體外控制磁鐵手動切換狀態(tài)，體內(nèi)植入裝置回到休眠工作狀態(tài)，如果沒有手動切換狀態(tài)，偵聽工作狀態(tài)下在設(shè)定的持續(xù)時間內(nèi)沒有收到握手信號，也會自動回到休眠工作狀態(tài)，保證體內(nèi)植入裝置在不需要程控的時間處于休眠狀態(tài)。同時偵聽工作狀態(tài)的持續(xù)時間可以通過體外控制裝置設(shè)定，具有很好的使用靈活性，醫(yī)生可以根據(jù)不同的程控需要，靈活程控偵聽工作狀態(tài)的時間。
[0013](3)在偵聽工作狀態(tài)下，如果收到體外控制裝置的握手信號，體內(nèi)植入裝置進(jìn)入喚醒工作狀態(tài)，完成一次通信后或者超時后，返回偵聽工作狀態(tài)，一次通信或者超時的時間都很短，保證消耗的功耗最低。
[0014](4)用途廣泛，可用于各類植入式心臟起搏器和除顫器、神經(jīng)刺激器、肌肉刺激器、心電記錄器、藥物泵等植入式醫(yī)療儀器，具有極高的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的植入式醫(yī)療系統(tǒng)的體內(nèi)植入裝置無線通信工作狀態(tài)及功耗示意圖。
[0016]圖2為植入式醫(yī)療系統(tǒng)的體內(nèi)植入裝置無線通信工作狀態(tài)及功耗示意圖。
[0017]圖3為植入式醫(yī)療系統(tǒng)的體內(nèi)植入裝置無線通信各工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換示意圖。
[0018]圖4為植入式醫(yī)療系統(tǒng)的體內(nèi)植入裝置與體外控制裝置一次通信過程示意圖。
[0019]圖5為植入式醫(yī)療系統(tǒng)的體內(nèi)植入裝置和體外控制裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020]本實(shí)用新型提出一種低功耗植入式醫(yī)療系統(tǒng)，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0021]如圖5所示，是本實(shí)用新型提供的一種低功耗的植入式醫(yī)療系統(tǒng)，包含體內(nèi)植入裝置10和體外控制裝置20，體內(nèi)植入裝置10包含第一微控制器模塊11、第一無線通信模塊12、磁簧開關(guān)13、第一其他功能模塊14、電池及電源管理模塊15，體外控制裝置20包含第二微控制器模塊21、第二無線通信模塊22、第二其他功能模塊23、電池及電源管理模塊24，體外控制裝置還包含一個獨(dú)立放置的磁鐵25。第一微控制器模塊11用于控制體內(nèi)植入裝置在休眠工作狀態(tài)、偵聽工作狀態(tài)和喚醒工作狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換，磁簧開關(guān)13用于響應(yīng)體外磁鐵控制，第一其他功能模塊14和第二其他功能模塊23可以是電脈沖刺激功能、藥物釋放及控制功能、生理信號采集功能等。當(dāng)體內(nèi)植入裝置不需要進(jìn)行功能輸出時，可以通過第一微控制器模塊11將其他各模塊均關(guān)閉，只保留第一微控制器模塊11處于低功耗工作狀態(tài)，功耗非常低，本實(shí)用新型的第一、第二微控制器模塊均為TI公司的MSP430F2618系列微控制器，其在低功耗模式3下功耗只有IuA左右。本實(shí)用新型的第一、第二無線通信模塊均為TI公司的CCllOl射頻芯片。
[0022]如圖2所示，本實(shí)用新型的植入式醫(yī)療系統(tǒng)的體內(nèi)植入裝置具有休眠工作狀態(tài)、偵聽工作狀態(tài)和喚醒工作狀態(tài)至少三種工作狀態(tài)，體內(nèi)植入裝置10上電后即進(jìn)入休眠工作狀態(tài)，體內(nèi)植入裝置在絕大部分不需要程控的時間都處于休眠工作狀態(tài)，休眠工作狀態(tài)下第一無線通信模塊12—直處于關(guān)閉狀態(tài)，功耗極低，以第一無線通信模塊采用TI公司的CCllOl芯片為例，關(guān)閉狀態(tài)功耗典型值為0.2uA，相對于整個體內(nèi)植入裝置的功耗可以忽略，進(jìn)一步的，可以通過第一微控制器模塊11控制完全切斷第一無線通信模塊12的供電來徹底消除第一無線通信模塊12的功耗。因此平時無需使用體外控制裝置進(jìn)行無線程控時第一無線通信模塊12基本不消耗功耗。
[0023]如圖3所示，當(dāng)需要使用體外控制裝置20對體內(nèi)植入裝置10進(jìn)行程控時，可以通過手動狀態(tài)切換，使體內(nèi)植入裝置進(jìn)入偵聽工作狀態(tài)，可以進(jìn)行正常程控，程控完成后可以通過手動狀態(tài)切換，使體內(nèi)植入裝置回到休眠工作狀態(tài)，手動狀態(tài)切換的一種實(shí)施實(shí)例為:通過體外控制裝置的磁鐵25靠近體內(nèi)植入裝置10 —段時間來實(shí)現(xiàn)，體內(nèi)植入裝置10的磁簧開關(guān)13在磁鐵25靠近時產(chǎn)生動作信號并傳送給第一微控制器模塊11，第一微控制器模塊11判斷磁簧開關(guān)13輸入信號并控制休眠工作狀態(tài)和偵聽工作狀態(tài)的切換。如果忘記手動狀態(tài)切換回休眠工作狀態(tài)，偵聽工作狀態(tài)下如果在設(shè)定的持續(xù)時間內(nèi)沒有收到握手信號，也會自動回到休眠工作狀態(tài)，保證體內(nèi)植入裝置在不需要程控的時間處于休眠狀態(tài)。進(jìn)一步的，偵聽工作狀態(tài)的持續(xù)時間可以通過體外控制裝置設(shè)定，具有很好的使用靈活性，醫(yī)生可以根據(jù)不同的程控需要，靈活設(shè)定程控(偵聽工作狀態(tài))的時間。
[0024]如圖2和圖3所示，偵聽工作狀態(tài)時第一微控制器模塊11在設(shè)定的循環(huán)周期內(nèi)定時喚醒第一無線通信模塊12并處于數(shù)據(jù)接收狀態(tài)，用于偵聽體外控制裝置20的第二無線通信模塊22發(fā)送的握手信號。如果收到握手信號，體內(nèi)植入裝置10進(jìn)入喚醒工作狀態(tài)，進(jìn)入通信過程，完成一次通信后或者超時后，返回偵聽工作狀態(tài)。
[0025]如圖4所示，為體內(nèi)植入裝置10與體外控制裝置20 —次完整的通信過程，通信由體外控制裝置發(fā)起，按照一定周期連續(xù)發(fā)送握手信號，要保證通信的實(shí)時響應(yīng)，體內(nèi)植入裝置應(yīng)在體外控制設(shè)備開始發(fā)送握手信號后一個偵聽工作狀態(tài)循環(huán)周期內(nèi)收到握手信號，因此偵聽工作狀態(tài)的喚醒時間應(yīng)超過握手信號的發(fā)送周期，同時握手信號持續(xù)發(fā)送時間應(yīng)超過體內(nèi)植入裝置的一個偵聽循環(huán)周期。體內(nèi)植入裝置收到握手信號后，進(jìn)入喚醒工作狀態(tài)，返回應(yīng)答信號后進(jìn)入數(shù)據(jù)接收狀態(tài)，體外控制裝置接收到應(yīng)答信號后，發(fā)送相應(yīng)的控制指令，體內(nèi)植入裝置接收到控制指令后，進(jìn)行相應(yīng)指令處理，并發(fā)送確認(rèn)信號給體外控制裝置，完成一次通信過程，退出喚醒工作狀態(tài)進(jìn)入偵聽工作狀態(tài)。如果體內(nèi)植入裝置返回應(yīng)答信號后，超過一定時間沒有收到控制指令，也會自動退出喚醒工作狀態(tài)進(jìn)入偵聽工作狀態(tài)。完成一次通信后或者超時后，返回偵聽工作狀態(tài)，一次通信過程或者超時的時間都很短，一般為0.5—10秒,保證消耗的功耗最低。
[0026]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的植入式醫(yī)療系統(tǒng)的體內(nèi)植入裝置在絕大部分的時間內(nèi)處于休眠工作狀態(tài)，所述休眠工作狀態(tài)下第一無線通信模塊一直處于關(guān)閉狀態(tài)，消耗的功耗極低，當(dāng)醫(yī)生需要使用體外控制裝置對體內(nèi)植入裝置進(jìn)行程控時，由體外控制磁鐵裝置手動將狀態(tài)切換至偵聽工作狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)與體外控制裝置的無線雙向通信。本發(fā)明進(jìn)一步降低了平時無需使用體外控制裝置進(jìn)行無線程控時的電能消耗，延長了體內(nèi)植入裝置的使用壽命，具有較大的經(jīng)濟(jì)價值和社會價值。本發(fā)明所述的植入式醫(yī)療系統(tǒng)可以植入式心臟起搏器和除顫器、植入式神經(jīng)刺激器、植入式肌肉刺激器、植入式生理信號記錄器、植入式藥物泵等。
【權(quán)利要求】
1.一種低功耗植入式醫(yī)療系統(tǒng)，其特征在于，該植入式醫(yī)療系統(tǒng)的體內(nèi)植入裝置具有休眠工作狀態(tài)、偵聽工作狀態(tài)和喚醒工作狀態(tài)至少三種工作狀態(tài)，在休眠工作狀態(tài)下第一無線通信模塊一直處于關(guān)閉狀態(tài)，功耗極低；所述植入式醫(yī)療系統(tǒng)由體內(nèi)植入裝置和體外控制裝置無線通信連接構(gòu)成，其中，體內(nèi)植入裝置包括:第一微控制器模塊分別與第一無線通信模塊和第一其他功能模塊連接，第一微控制器模塊和磁簧開關(guān)連接；電池及電源管理模塊分別與第一微控制器模塊、第一無線通信模塊和第一其他功能模塊連接；體外控制裝置包括:第二微控制器模塊分別與第二無線通信模塊和第二其他功能模塊連接，電池及電源管理模塊分別與第二微控制器模塊、第一無線通信模塊和第二其他功能模塊連接；體外控制裝置還包含有獨(dú)立放置的磁鐵。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種低功耗植入式醫(yī)療系統(tǒng)，其特征在于，所述第一、第二其他功能模塊集電脈沖刺激功能、藥物釋放、生理信號采集功能及控制功能于一身；當(dāng)體內(nèi)植入裝置不需要進(jìn)行功能輸出時，則通過第一微控制器模塊將其他各模塊關(guān)閉，只保留第一微控制器模塊處于低功耗工作狀態(tài)，功耗非常低。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種低功耗植入式醫(yī)療系統(tǒng)，其特征在于，所述第一、第二微控制器模塊使用TI公司的MSP430F2618系列微控制器，所述第一、第二無線通信模塊使用TI公司的CCllOl射頻芯片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種低功耗植入式醫(yī)療系統(tǒng)，其特征在于，所述體外控制裝置的磁鐵靠近體內(nèi)植入裝置的磁簧開關(guān)，在磁鐵靠近時產(chǎn)生動作信號并傳送給第一微控制器模塊，第一微控制器模塊判斷磁簧開關(guān)輸入信號，并控制休眠工作狀態(tài)和偵聽工作狀態(tài)的切換。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種低功耗植入式醫(yī)療系統(tǒng)，其特征在于，在休眠工作狀態(tài)下所述第一微控制器模塊控制切斷第一無線通信模塊的供電來徹底消除第一無線通信模塊的功耗；因此沒有使用體外控制裝置進(jìn)行無線程控第一無線通信模塊時，第一無線通信模塊基本不消耗功耗。
【文檔編號】A61N1/36GK204034040SQ201420482449
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年8月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月25日
【發(fā)明者】馬伯志, 郝紅偉, 李路明 申請人:北京品馳醫(yī)療設(shè)備有限公司, 清華大學(xué)