一种混合驱动的起搏器和混合驱动起搏器电极的方法

一种混合驱动的起搏器和混合驱动起搏器电极的方法
【专利摘要】本发明公开了一种混合驱动的起搏器和混合驱动起搏器电极的方法，其中混合驱动的起搏器，通过纳米发电机转化其帖附的器官收放时产生的机械能为电能并将其储存在超级电容中，起搏器电极需要工作时在控制模块的控制下驱动起搏器电极工作；电池模块只在超级电容中的电量不足时为起搏器电极提供电源。相应的，本发明还提供一种混合驱动起搏器电极的方法。本发明的起搏器极大地延长了电池模块的使用寿命，降低了更换电池给患者带来的再次手术的风险以及经济上的负担。
【专利说明】—种混合驱动的起搏器和混合驱动起搏器电极的方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及医疗器械领域，具体涉及一种基于纳米发电机结合超级电容器和充电电池混合驱动的起 搏器以及混合驱动起搏器电极的方法。
【背景技术】
[0002]起搏器，也称脉冲发生器。人们通常所说的起搏器，是指整个起搏系统。起搏系统由起搏器、起搏电极导线及程控仪组成，其中起搏器和起搏电极导线植入人体。起搏器由安装在金属盒中的电路和电池组成。目前起搏器主要可分为心脏起搏器、脑起搏器、喉起搏器
坐寸ο
[0003]现有的心脏起搏器、脑起搏器、喉起搏器等均需植入体内，并且需要电池进行供电。目前，起搏器中的电池通常为封闭在钛合金外壳内的锂-碘电池，当电池电量耗尽时，患者需要再次进行手术来更换电池才能继续使用起搏器，给患者身心和经济造成了巨大负担。

【发明内容】

[0004]本发明提供了一种以纳米发电机结合超级电容和充电电池的混合驱动的起搏器，用以解决目前起搏器电池续航时间有限的问题。
[0005]为了实现上述目的，本发明提供一种混合驱动的起搏器，包括:纳米发电机、整流电路、超级电容、控制模块、电池模块和起搏器电极，其中，
[0006]所述纳米发电机用于收集器官产生的机械力，并产生交流脉冲电信号；
[0007]所述整流电路用于将所述纳米发电机产生的电信号转变为直流电信号，超级电容用于储存所述整流电路产生的直流脉冲电信号；
[0008]所述控制模块用于在起搏器治疗部位的电位信息出现异常时，指令所述超级电容驱动所述起搏器电极向起搏器治疗部位放电；当超级电容中的电量不足以驱动起搏器电极放电时，所述控制模块用于指令电池模块驱动起搏器电极放电。
[0009]优选的，当所述起搏器电极不放电时，所述控制模块用于指令超级电容对所述电池模块充电。
[0010]优选的，所述控制模块包括第一判断电路、滤波电路和稳压电路，其中，
[0011]所述第一判断电路，用于接受起搏器电极反馈的起搏器治疗部位电位信息并判断是否异常，在电位信息出现异常时，指令超级电容输出电能给所述滤波电路；所述第一判断电路还用于判断所述超级电容中的电量是否可以驱动起搏器电极放电，当超级电容中的电量不足以驱动起搏器电极6放电时，所述第一判断电路用于指令所述电池模块驱动起搏器电极；所述第一判断电路还用于接收电池模块发出的电量信号，当电池模块中的电量低于设定限值时，所述第一判断电路用于指令超级电容对所述电池模块充电；
[0012]所述滤波电路用于将所述超级电容输出的脉动直流电进行滤波；
[0013]所述稳压电路用于将所述滤波电路输出的直流电进一步稳压后提供给起搏器电极向起搏器治疗部位放电。
[0014]优选的，所述第一判断电路包括:中央处理器CPU、存储器RAM和A/D转换器，其中，
[0015]所述第一判断电路的信号入口接收到信号后经过A/D转换器处理后传输给中央处理器CPU和存储器RAM进行存储和判断后，根据判断结果将指令通过信号出口输出。
[0016]优选的，所述电池模块包括第二判断电路和充电电池，其中，第二判断电路的作用在于判断充电电池中的电量是否低于所述设定限值；第二判断电路的作用还在于接收第一判断电路给出的指令，对充电电池进行放电或充电。
[0017]优选的，所述第二判断电路包括:中央处理器CPU、存储器RAM和A/D转换器，其中，
[0018]所述第二判断电路的信号入口接收到信号后经过A/D转换器处理后传输给中央处理器CPU和存储器RAM进行存储和判断后，根据判断结果将指令通过信号出口输出。
[0019]优选的，所述纳米发电机为摩擦电纳米发电机。
[0020]优选的，所述摩擦电纳米发电机包括:第一电极、高分子绝缘层、金属纳米颗粒、和第二电极，其中，第一电极接触设置于高分子绝缘层的上表面，金属纳米颗粒附着在第二电极的上表面，高分子绝缘层的下表面与第二电极附着有金属纳米颗粒的表面相对设置；当摩擦电纳米发电机发生形变时，所述高分子绝缘层下表面与所述金纳米颗粒发生摩擦。
[0021]优选的，所述高分子绝缘层选自聚四氟乙烯，聚二甲基硅氧烷，聚酰亚胺薄膜、苯胺甲醛树脂薄膜、聚甲醛薄膜、乙基纤维素薄膜、聚酰胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚乙二醇丁二酸酯薄膜、纤维素薄膜、纤维素乙酸酯薄膜、聚己二酸乙二醇酯薄膜、聚邻苯二甲酸二烯丙酯薄膜、再生纤维海绵薄`膜、聚氨酯弹性体薄膜、苯乙烯丙烯共聚物薄膜、苯乙烯丁二烯共聚物薄膜、人造纤维薄膜、聚甲基薄膜，甲基丙烯酸酯薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚酯薄膜、聚异丁烯薄膜、聚氨酯柔性海绵薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯醇缩丁醛薄膜、酚醛树脂薄膜、氯丁橡胶薄膜、丁二烯丙烯共聚物薄膜、天然橡胶薄膜、聚丙烯腈薄膜、聚(偏氯乙烯-Co-丙烯腈)薄膜或聚乙烯丙二酚碳酸盐薄膜，聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯或液晶高分子聚合物、聚氯丁二烯、聚丙烯腈、聚双苯酚碳酸酯、聚氯醚、聚偏二氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯。
[0022]优选的，所述第一电极和/或第二电极为金属薄膜。
[0023]优选的，所述金属纳米颗粒为金纳米颗粒。
[0024]优选的，所述纳米发电机为压电式纳米发电机，所述压电式纳米发电机包括从上至下层叠紧密接触的顶电极、介质层、压电层和底电极。
[0025]优选的，所述压电式纳米发电机为柔性结构。
[0026]优选的，所述压电层为压电薄膜或压电纳米结构材料。
[0027]优选的，所述超级电容为碳纳米管超级电容。
[0028]相应的，本发明还提供一种种混合驱动起搏器电极的方法包括步骤:
[0029]提供纳米发电机；
[0030]所述纳米发电机受到力的作用发生形变，产生交流电信号；所述力的作用来自所述纳米发电机帖附的器官的运动；
[0031 ] 所述交流电信号经过整流电路整流为直流电信号后储存在超级电容中；[0032]起搏器电极感知起搏器治疗部位的电位信息，并将所述电位信息反馈给控制模块；
[0033]所述控制模块判断所述电位信息是否正常，如果正常，起搏器电极不放电；如果不正常，控制模块测试超级电容的电量是否可以驱动起搏器电极放电，如果是，控制模块指令超级电容中的电能驱动起搏器电极放电；如果否，控制模块指令电池模块中的电能驱动起搏器电极放电。
[0034]优选的，所述控制模块包括第一判断电路、滤波电路和稳压电路，所述控制模块判断所述电位信息是否正常，具体为，所述第一判断电路判断所述电位信息是否正常；
[0035]控制模块测试超级电容的电量是否可以驱动起搏器电极放电，具体为，第一判断电路测试超级电容的电量是否可以驱动起搏器电极放电；
[0036]控制模块指令超级电容或者电池模块驱动起搏器电极放电，具体为，第一判断电路指令超级电容或者电池模块中的电能经过滤波电路和稳压电路后提供给起搏器电极放电。
[0037]优选的，还包括步骤:当电池模块中的电能低于设定限值时，控制模块指令所述超级电容中储存的电能传输给电池模块。
[0038]优选的，所述电池模块包括第二判断电路和充电电池，其中，在所述第一判断电路的指令下第二判断电路控制所述充电电池向起搏器电极放电。
[0039]优选的，所述设定限值的取值范围为所述电池模块满电量的50%_95%。
[0040]本发明提供的混合驱动的起搏器，与现有技术相比具有下列优点:
[0041]本发明中，通过纳米发电机转化其帖附的器官(如心脏或者膈肌)收放时产生的机械能为电能并将其储存在超级电容中，起搏器电极需要工作时在控制模块的控制下驱动起搏器电极工作；电池模块只在超级电容中的电量不足时为起搏器电极提供电源。相对传统锂-碘电池供电的起搏器来说，采用本发明的混合驱动的起搏器以及起搏器电极驱动方法，极大地延长了电池模块的使用寿命，降低了更换电池给患者带来的再次手术的风险和经济负担。
[0042]另外，通过控制模块的控制，超级电容还可以为电池模块充电，能够进一步延长电池模块的使用寿命。
【专利附图】

【附图说明】
[0043]附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的【具体实施方式】一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中:
[0044]图1为本发明的混合驱动起搏器的结构示意图；
[0045]图2为本发明的混合驱动起搏器中控制模块的结构示意图；
[0046]图3为本发明的混合驱动起搏器中电池模块的结构示意图；
[0047]图4-6为本发明的混合驱动起搏器中摩擦电纳米发电机的结构示意图；
[0048]图7为本发明的混合驱动起搏器中压电式纳米发电机的结构示意图；
[0049]图8为控制模块中第一判断电路的示意图；
[0050]图9为本发明的混合驱动起搏器电极方法的示意图。【具体实施方式】
[0051]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
[0052]本发明提供了一种混合驱动的起搏器，可以解决现有技术中，起搏器只能依赖电池供电，造成使用寿命有限而需要更换电池等问题。
[0053]图1示出了本发明提供的混合驱动起搏器的结构示意图，该起搏器包括:纳米发电机1、整流电路2、超级电容3、控制模块4、电池模块5和起搏器电极6。
[0054]其中，纳米发电机I用于收集器官产生的机械力，并产生交流脉冲电信号。
[0055]整流电路2用于将纳米发电机I产生的电信号转变为直流电信号，超级电容3用于储存整流电路2产生的直流脉冲电信号。
[0056]控制模块4用于在起搏器治疗部位的电位信息出现异常时，指令超级电容驱动起搏器电极6向起搏器治疗部位放电；当超级电容中的电量不足以驱动起搏器电极6放电时，用于指令电池模块5驱动起搏器电极6。
[0057]当起搏器电极6不放电时，指令超级电容3可以对电池模块5充电。
[0058]本发明中所述的起搏器治疗部位，具体为需要起搏器进行电脉冲刺激的部位，例如心脏、脑、神经等器官。
[0059]作为一个实施例，参见图2，控制模块4可以包括第一判断电路7、滤波电路8和稳压电路9。其中，第一判断电路7用于接受起搏器电极6反馈的起搏器治疗部位电位信息并判断是否异常，在电位信息出现异常时，指令超级电容3输出电能给滤波电路8 ;第一判断电路7还用于判断超级电容3中的电量是否可以驱动起搏器电极6放电，当超级电容3中的电量不足以驱动起搏器电极6放电时，第一判断电路7用于指令电池模块驱动起搏器电极6;第一判断电路7还用于接收电池模块发出的电量信号，当电池模块中的电量低于设定限值时，第一判断电路7用于指令超级电容3对电池模块5充电。滤波电路8用于将超级电容3输出的脉动直流电进行滤波；稳压电路9用于将滤波电路8输出的直流电进一步稳压后提供给起搏器电极6向起搏器治疗部位放电。
[0060]本发明的起搏器，当电池模块中的电量低于设定限值时，控制模块能够指令超级电容为电池模块充电。所述设定限值为预先对电池模块5设定的充电电量限值，电池模块中的电量低于该限值时对电池模块充电，高于该限值时不对电池模块充电。所述设定限值的取值范围可以为电池模块5满电量的50%-95%。
[0061]作为一个实施例，参见图3，电池模块5可以包括第二判断电路10和充电电池11。其中，第二判断电路10的作用在于判断充电电池11中的电量是否低于所述设定限值;第二判断电路10的作用还在于接收第一判断电路7给出的指令，对充电电池11进行放电或充电。当起搏器电极6需要放电而超级电容3中储存的电能不足时，第二判断电路10接受控制模块中第一判断电路7的指令使充电电池11给起搏器电极6提供驱动电能；当起搏器电极6不需要放电，而充电电池11中电量低于设定限值时，则第二判断电路10接受控制模块中第一判断电路7的指令使超级电容3为充电电池11充电。
[0062]下面介绍本发明的混合驱动起搏器中各部分的结构。
[0063]可以将纳米发电机I设计为片状结构，用生物相容性材料包覆后帖附在心脏、膈肌等能够产生运动的器官上，当心脏、膈肌等器官正常运作时带动纳米发电机I发生形变并促使纳米发电机的两个电极之间产生交流脉冲电信号输出。
[0064]纳米发电机I可以为摩擦电纳米发电机,摩擦电纳米发电机的结构参见图4，包括:第一电极13、高分子绝缘层14、金属纳米颗粒15、和第二电极16。具体的，第一电极13接触设置于高分子绝缘层14的上表面14a。第一电极13和第二电极16为导电的金属薄膜，优选的，为金薄膜，第一电极13可通过真空溅射法和蒸镀法镀在所述高分子绝缘层14的下表面14a上。金属纳米颗粒15附着在第二电极16的上表面，高分子绝缘层14的下表面14b与第二电极16附着有金属纳米颗粒的表面相对设置，其中，金属纳米颗粒，优选为金纳米颗粒。
[0065]高分子绝缘层14可以为聚四氟乙烯，聚二甲基硅氧烷，聚酰亚胺薄膜、苯胺甲醛树脂薄膜、聚甲醛薄膜、乙基纤维素薄膜、聚酰胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚乙二醇丁二酸酯薄膜、纤维素薄膜、纤维素乙酸酯薄膜、聚己二酸乙二醇酯薄膜、聚邻苯二甲酸二烯丙酯薄膜、再生纤维海绵薄膜、聚氨酯弹性体薄膜、苯乙烯丙烯共聚物薄膜、苯乙烯丁二烯共聚物薄膜、人造纤维薄膜、聚甲基薄膜，甲基丙烯酸酯薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚酯薄膜、聚异丁烯薄膜、聚氨酯柔性海绵薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯醇缩丁醛薄膜、酚醛树脂薄膜、氯丁橡胶薄膜、丁二烯丙烯共聚物薄膜、天然橡胶薄膜、聚丙烯腈薄膜、聚(偏氯乙烯-Co-丙烯腈)薄膜或聚乙烯丙二酚碳酸盐薄膜，聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯或液晶高分子聚合物、聚氯丁二烯、聚丙烯腈、聚双苯酚碳酸酯、聚氯醚、聚偏二氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯等。
[0066]将摩擦电纳米发电机进行封装后帖附在心脏、膈肌等器官表面，当器官舒张时，带动摩擦电纳米发电机发生弯曲等形变，图5示出了摩擦电纳米发电机弯曲时的截面示意图，摩擦电纳米发电机发生弯曲时，金纳米颗粒15会与高分子绝缘层14的表面发生摩擦产生静电荷，静电荷的产生会 使第一电极13和第二电极16之间的电容发生改变,从而使第一电极13和第二电极16之间出现电势差。
[0067]图6示出了本发明优选实施例中摩擦电纳米发电机与外电路连接的示意图，摩擦电纳米发电机的两个电极之间连接一个电流表17，以表示纳米发电机连接的外电路。
[0068]当图5所示的电势差出现时，自由电子将通过外电路由电势低的一侧电极即第二电极16流向电势高的电极即第一电极13，从而在外电路形成电流，即在电流表17中有电流流过。纳米发电机从弯曲状态回复到如图4的状态时，这时第一电极13和第二电极16之间的内电势消失，由于整个摩擦电发电机内部高分子绝缘层14的绝缘特性，可以防止自由电子在摩擦电纳米发电机内部中和，此时已平衡的第一电极13和第二电极16之间将再次产生反向电势差，则自由电子通过外电路从第一电极13回到原来的一侧电极即第二电极16，从而在外电路中形成反向电流。这就是摩擦电纳米发电机的工作原理。
[0069]纳米发电机也可以采用压电式纳米发电机，压电式纳米发电机的典型结构参见图7，包括从上至下层叠紧密接触的顶电极23、介质层24、压电层25和底电极26。顶电极23和底电极24优选为薄膜材料，可以选择常规的电极材料，例如可以选自金属、导电氧化物和导电高分子。金属可以选自金、银、钼、铝、镍、铜、钛、铬或硒，以及由上述金属形成的合金。压电层25的材料可以为聚合物，如PMMA (聚甲基丙烯酸甲酯)、PI (聚亚酰胺)、PET (聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PS (聚苯乙烯)等。压电层25的材料可以为任何压电薄膜或压电纳米结构材料，例如:ZnO、Pb (Zr, Ti)03、BaTi03、GaN等的薄膜、纳米线或纳米棒等，优选为ZnO、GaN等纤锌矿结构压电材料的纳米线，压电层25更优选为ZnO纳米线阵列，所述纳米线的两端分别与压电层25和底电极26连接。
[0070]压电式纳米发电机优选为柔性结构，压电式纳米发电机进行封装后帖附在心脏、膈肌等器官表面，当器官舒张时，带动摩擦电纳米发电机发生弯曲而对压电层25施加压力使其发生形变时，压电层25内部会由应变产生一个相应的压电电场，这个压电电场会使顶电极和底电极的表面产生电势差，进而驱动外电路的电子从一端电极流向另一端电极，从而形成电流，直至电极上累积的电子与压电电场达到平衡；而当外加应力卸载的时候，由压电电场形成的电势差消失，其中一个电极上积累的电子会由相反方向流回，这样就形成了一个交流的电流信号。
[0071]本发明中，整流电路2用于将纳米发电机产生的交流脉冲电信号转变为直流信号，可以为桥式整流器。超级电容3用于储存从整流电路2输出的直流电信号，优选为碳纳米管超级电容。起搏器电极为一个脉冲发生器，在控制模块控制下将超级电容或者电池模块中的电能传输给脉冲发生器，向起搏器治疗部位施加电脉冲。起搏器电极6还可以具有探测起搏器治疗部位电位信息并反馈给控制模块4的功能。
[0072]参见图8，控制模块4中，第一判断电路7可以包括中央处理器CPU、存储器RAM和A/D转换器，第一判断电路的信号入口 In接收到信号后经过A/D转换器处理后传输给中央处理器CPU和存储器RAM进行存储和判断后，根据判断结果将指令通过信号出口 Out输出。信号入口 In接收的信号包括:起搏器电极返回的起搏器治疗部位电位信息、超级电容的电量信息以及电池模块的电量信息。信号出口 Out输出的信号包括:是否向起搏器电极放电、选择超级电容或者电池模块向起搏器电极放电、以及超级电容向电池模块充电。第一判断电路7的具体功能的实现可以通过在中央 处理器CPU、存储器RAM和A/D转换器中写入程序来实现。
[0073]具体地，滤波电路8和 稳压电路9为常用电路，具体电路和参数可以根据需要合理的设计。
[0074]电池模块5中，第二判断电路10连接在第一判断电路与充电电池之间，用于控制充电电池11向起搏器电极6释放电能；还可以用于判断充电电池11中的电量是否少于设定限值，如果少于设定限值，第二判断电路10控制超级电容3对充电电池11进行充电。电池模块5中，第二判断电路10可以与第一判断电路7结构相同，第二判断电路10可以包括中央处理器CPU、存储器RAM和A/D转换器，参见图8，第二判断电路的信号入口 In接收到信号后经过A/D转换器处理后传输给中央处理器CPU和存储器RAM进行存储和判断后，根据判断结果将指令通过信号出口 Out输出。信号入口 In接收的信号包括:控制模块4的充电指令或放电指令。信号出口 Out输出的信号包括:充电电池电量信号；充电电池是否放电或者充电信号。第二判断电路10的具体功能的实现可以通过在中央处理器CPU、存储器RAM和A/D转换器中写入程序来实现。充电电池11优选为锂离子电池。
[0075]常用的起搏器可分为心脏起搏器、脑起搏器、喉起搏器等。心脏起搏器是一种通过与心脏接触的起搏导线来传输电刺激，最终导致整个心房(或)心室收缩的装置，可用于治疗急慢性心率失常、神经介导性昏厥、梗阻性心脏病以及顽固型心力衰竭等疾病。脑起搏器，又称脑深部电刺激器，在脑内特定的神经核团植入电极，释放高频电刺激，减低病变神经元的过度兴奋，抑制引起帕金森病症状的异常脑神经信号，从而减轻帕金森病的主要症状:震颤、僵直和运动迟缓，尤其对中线症状有很好的改善作用，如起步和翻身困难等。喉起搏器，其主体部分为一个脉冲发生器，这种可植入的脉冲发生器能使喉肌双侧麻痹的病人进行正常的说话和呼吸。无论哪种起搏器，均需要在电源驱动脉冲发生器对起搏器治疗部位进行电刺激，现有的起搏器中，采用锂离子电池作为电源，与脉冲发生器、控制装置和起搏器电极一同植入生物体内。由于锂离子电池的电量有限，当电池电量不足以驱动起搏器电极时，起搏器不能正常工作，对患者的健康甚至生命造成极大的威胁，需要再次手术进行电池更换，不仅给患者造成经济负担，并且会影响患者的身心健康。
[0076]采用本发明混合驱动的起搏器，主要利用了纳米发电机收集患者器官例如心脏等的收缩与舒张的能量，将其转变为电能来驱动起搏器电极。同时该起搏器还包括电池模块，作为备用电源，当超级电容中储存的电量不足以驱动起搏器电极时，电池模块将作为电源驱动起搏器电极。本发明混合驱动的起搏器的使用解决了现有起搏器需要更换电池的问题，能够长时间稳定的工作。
[0077]下面以心脏起搏器为例，结合图1，具体介绍本发明混合驱动的起搏器的工作过程，当纳米发电机I受到如心跳或者膈肌收缩和舒张时的机械能后产生电流。由于这样产生的电流为交流电，因此通过整流电路2使纳米发电机I产生的交流电变为直流电。通过整流后的电流对超级电容3进行充电。当病人的心跳出现过缓或过速时，起搏器开始工作，此时超级电容3向起搏器电极6输入电能，驱动其工作；当病人的心跳正常时，起搏器电极6中的传感器反馈信号给控制模块4，控制超级电容3使得超级电容3不给起搏器电极6提供电能，而是通过控制模块4给电池模块5进行充电。当起搏器较长时间工作而超级电容3所储存能量暂时无法满足起搏器时，控制模块4指令电池模块5开始工作给起搏器电极6提供电能，从而保证起心脏搏器能长时间工作。
[0078]纳米发电机I无论采用压电式纳米发电机还是摩擦电纳米发电机，优选的，纳米发电机为柔性器件。特别是摩擦电纳米发电机可以采用高分子聚合物制作，使纳米发电机整体为柔性结构。将柔性的纳米发电机I贴在心脏或膈肌表面，利用心脏或膈肌的舒张与收缩产生的心脏表面曲率变化使纳米发电机随着心脏的变化而发生相应的弯曲变化,从而在发电机的两电极产生电势差`驱动自由电子在外围电路中流动，然后经过整流电路转变为可以给储能元件充电的适合电流，或者驱动心脏起搏器电极工作。脑起搏器和喉起搏器的工作原理与心脏起搏器的工作原理相同。
[0079]相应的，本发明还提供一种混合驱动起搏器电极的方法，参见图9所示的流程图，包括步骤:
[0080]提供纳米发电机；
[0081]所述纳米发电机受到力的作用发生形变，产生交流电信号AC;所述力的作用来自所述纳米发电机帖附的器官的运动；
[0082]所述交流电信号AC经过整流电路整流为直流电信号DC后储存在超级电容中；
[0083]起搏器电极感知起搏器治疗部位的电位信息EF，并将所述电位信息EF反馈给控制丰旲块;
[0084]所述控制模块判断所述电位信息EF是否正常，如果正常，起搏器电极不放电；如果不正常，控制模块测试超级电容的电量是否可以驱动起搏器电极放电，如果是，控制模块指令超级电容中的电能Q (提供电流I)驱动起搏器电极放电；如果否，控制模块指令电池模块中的电能Q-out (提供电流I)驱动起搏器电极放电。
[0085]本发明提供的混合驱动起搏器电极的方法，主要依靠纳米发电机收集器官运动产生的能量将其转变为电能储存在超级电容器中，为起搏器电极提供电源，当超级电容中的电量不足以驱动起搏器电极时，电池模块为起搏器电极提供电源，实现混合驱动起搏器电极。本发明的方法优点在于，主要依赖纳米发电机产生的电能储存在超级电容中来供电，而电池模块只是在超级电容的电量不足时的补充，因此，电池模块能够长时间使用。
[0086]优选的，还包括步骤:当电池模块中的电能低于设定限值时，控制模块指令所述超级电容中储存的电能Q传输给电池模块。该步骤使电池模块能够从超级电容获得电能，进一步延长电池模块的寿命。所述设定限值的取值范围可以为电池模块5满电量的50%-95%。
[0087]优选的，控制模块包括第一判断电路、滤波电路和稳压电路，所述控制模块判断所述电位信息是否正常，具体为，所述第一判断电路判断所述电位信息是否正常。控制模块测试超级电容的电量是否可以驱动起搏器电极放电，具体为，第一判断电路测试超级电容的电量是否可以驱动起搏器电极放电。控制模块指令超级电容或者电池模块驱动起搏器电极放电，具体为，第一判断电路指令超级电容或者电池模块中的电能经过滤波电路和稳压电路后提供给起搏器电极放电。控制模块指令电池模块驱动起搏器电极放电，具体为，所述第一判断电路指令电池模块驱动起搏器电极放电。
[0088]优选的，所述电池模块包括第二判断电路和充电电池。其中，在所述第一判断电路的指令下第二判断电路控制所述充电电池向起搏器电极放电。
[0089]优选的，在所述第一判断电路的指令下第二判断电路测试所述充电电池的电量是否满足设定限值，不满足设定限值时，第二判断电路向第一判断电路返回需要充电的请求，所述第一判断电路指令所述超级电容中储存的电能传输给所述充电电池。
[0090]以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内 ，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种混合驱动的起搏器，其特征在于，包括:纳米发电机、整流电路、超级电容、控制模块、电池模块和起搏器电极，其中， 所述纳米发电机用于收集器官产生的机械力，并产生交流脉冲电信号； 所述整流电路用于将所述纳米发电机产生的电信号转变为直流电信号，超级电容用于储存所述整流电路产生的直流脉冲电信号； 所述控制模块用于在起搏器治疗部位的电位信息出现异常时，指令所述超级电容驱动所述起搏器电极向起搏器治疗部位放电；当超级电容中的电量不足以驱动起搏器电极放电时，所述控制模块用于指令电池模块驱动起搏器电极放电。
2.根据权利要求1所述的起搏器，其特征在于，当所述起搏器电极不放电时，所述控制模块用于指令超级电容对所述电池模块充电。
3.根据权利要求1或2所述的起搏器，其特征在于，所述控制模块包括第一判断电路、滤波电路和稳压电路，其中， 所述第一判断电路，用于接受起搏器电极反馈的起搏器治疗部位电位信息并判断是否异常，在电位信息出现异常时，指令超级电容输出电能给所述滤波电路；所述第一判断电路还用于判断所述超级电容中的电量是否可以驱动起搏器电极放电，当超级电容中的电量不足以驱动起搏器电极6放电时，所述第一判断电路用于指令所述电池模块驱动起搏器电极；所述第一判断电路还用于接收电池模块发出的电量信号，当电池模块中的电量低于设定限值时，所述第一判断电路用于指令超级电容对所述电池模块充电； 所述滤波电路用于将所述超级电容输出的脉动直流电进行滤波； 所述稳压电路用于将所述滤波电路输出的直流电进一步稳压后提供给起搏器电极向起搏器治疗部位放电。`
4.根据权利要求3所述的起搏器，其特征在于，所述第一判断电路包括:中央处理器CPU、存储器RAM和A/D转换器，其中， 所述第一判断电路的信号入口接收到信号后经过A/D转换器处理后传输给中央处理器CPU和存储器RAM进行存储和判断后，根据判断结果将指令通过信号出口输出。
5.根据权利要求3或4所述的起搏器，其特征在于，所述电池模块包括第二判断电路和充电电池，其中，第二判断电路的作用在于判断充电电池中的电量是否低于所述设定限值；第二判断电路的作用还在于接收第一判断电路给出的指令，对充电电池进行放电或充电。
6.根据权利要求5所述的起搏器，其特征在于，所述第二判断电路包括:中央处理器CPU、存储器RAM和A/D转换器，其中， 所述第二判断电路的信号入口接收到信号后经过A/D转换器处理后传输给中央处理器CPU和存储器RAM进行存储和判断后，根据判断结果将指令通过信号出口输出。
7.根据权利要求1-6任一项所述的起搏器，其特征在于，所述纳米发电机为摩擦电纳米发电机。
8.根据权利要求7所述的起搏器，其特征在于，所述摩擦电纳米发电机包括:第一电极、高分子绝缘层、金属纳米颗粒、和第二电极，其中，第一电极接触设置于高分子绝缘层的上表面，金属纳米颗粒附着在第二电极的上表面，高分子绝缘层的下表面与第二电极附着有金属纳米颗粒的表面相对设置；当摩擦电纳米发电机发生形变时，所述高分子绝缘层下表面与所述金纳米颗粒发生摩擦。
9.根据权利要求8所述的起搏器，其特征在于，所述高分子绝缘层选自聚四氟乙烯，聚二甲基硅氧烷，聚酰亚胺薄膜、苯胺甲醛树脂薄膜、聚甲醛薄膜、乙基纤维素薄膜、聚酰胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚乙二醇丁二酸酯薄膜、纤维素薄膜、纤维素乙酸酯薄膜、聚己二酸乙二醇酯薄膜、聚邻苯二甲酸二烯丙酯薄膜、再生纤维海绵薄膜、聚氨酯弹性体薄膜、苯乙烯丙烯共聚物薄膜、苯乙烯丁二烯共聚物薄膜、人造纤维薄膜、聚甲基薄膜，甲基丙烯酸酯薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚酯薄膜、聚异丁烯薄膜、聚氨酯柔性海绵薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯醇缩丁醛薄膜、酚醛树脂薄膜、氯丁橡胶薄膜、丁二烯丙烯共聚物薄膜、天然橡胶薄膜、聚丙烯腈薄膜、聚(偏氯乙烯-Co-丙烯腈)薄膜或聚乙烯丙二酚碳酸盐薄膜，聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯或液晶高分子聚合物、聚氯丁二烯、聚丙烯腈、聚双苯酚碳酸酯、聚氯醚、聚偏二氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯。
10.根据权利要求8或9所述的起搏器，其特征在于，所述第一电极和/或第二电极为金属薄膜。
11.根据权利要求8所述的起搏器，其特征在于，所述金属纳米颗粒为金纳米颗粒。
12.根据权利要求1-6任一项所述的起搏器，其特征在于，所述纳米发电机为压电式纳米发电机，所述压电式纳米发电机包括从上至下层叠紧密接触的顶电极、介质层、压电层和底电极。
13.根据权利要求12所述的起搏器，其特征在于，所述压电式纳米发电机为柔性结构。
14.根据权利要求12或13所述的起搏器，其特征在于，所述压电层为压电薄膜或压电纳米结构材料。
15.根据权利要求1-14任一项所述的起搏器，其特征在于，所述超级电容为碳纳米管超级电容。
16.一种混合驱动起搏器电极的方法，其特征在于，包括步骤: 提供纳米发电机； 所述纳米发电机受到力的作用发生形变，产生交流电信号；所述力的作用来自所述纳米发电机帖附的器官的运动； 所述交流电信号经过整流电路整流为直流电信号后储存在超级电容中； 起搏器电极感知起搏器治疗部位的电位信息，并将所述电位信息反馈给控制模块； 所述控制模块判断所述电位信息是否正常，如果正常，起搏器电极不放电；如果不正常，控制模块测试超级电容的电量是否可以驱动起搏器电极放电，如果是，控制模块指令超级电容中的电能驱动起搏器电极放电；如果否，控制模块指令电池模块中的电能驱动起搏器电极放电。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述控制模块包括第一判断电路、滤波电路和稳压电路，所述控制模块判断所述电位信息是否正常，具体为，所述第一判断电路判断所述电位信息是否正常； 控制模块测试超级电容的电量是否可以驱动起搏器电极放电，具体为，第一判断电路测试超级电容的电量是否可以驱动起搏器电极放电； 控制模块指令超级电容或者电池模块驱动起搏器电极放电，具体为，第一判断电路指令超级电容或者电池模块中的电能经过滤波电路和稳压电路后提供给起搏器电极放电。
18.根据权利要求16或17所述的方法，其特征在于，还包括步骤:当电池模块中的电能低于设定限值时，控制模块指令所述超级电容中储存的电能传输给电池模块。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述电池模块包括第二判断电路和充电电池，其中，在所述第一判断电路的指令下第二判断电路控制所述充电电池向起搏器电极放电。
20.根据权利要求18或19所述的方法，其特征在于，所述设定限值的取值范围为所述电池模块满电量的50%-95%。`
【文档编号】A61N1/05GK103550864SQ201310520450
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年10月29日 优先权日:2013年10月29日
【发明者】李舟, 石波璟, 王中林 申请人:国家纳米科学中心