本发明是关于一种植入式医材远距离无线充电强化结构。
背景技术：
：：使用植入式医疗设备治疗疾病之技术已发展多年，例如使用深部脑刺激(deepbrainstimulation,dbs)治疗帕金森氏症与癫痫，或是使用心律调节器(artificialpacemaker)治疗心脏疾病等。其中，主动式植入式医疗设备(activeimplantablemedicaldevicedirective,aimd)均需要使用电池进行供电，以作为运作时动力的来源，然而，这些电池的蓄电量往往仅足够供给植入式医疗器材使用5～10年，植入人体的电池一旦电量耗尽时，便需要进行手术取出置换，对于患者相当不便，亦需要负担昂贵的手术费用，尤有甚者，罹患这些疾病的患者当中，老年人所占之比例相当高，手术的风险也相对提升。现有的技术已能透过无线传输的方式对这些主动式植入式医疗器材(aimd)进行非接触式的充电，目前最广泛使用的就是使用感应线圈进行感应式(inductivecoupling)充电，利用一放置于植入式医疗器材中的接收线圈，并将进行供电的充电线圈放置于体外一贴近接收线圈的位置，如此便可轻易地对植入式医疗器材充电。然而，这些充电方式仅能在数厘米的距离内进行，因此，患者往往需要使用背带将含有充电线圈的讯号源背负于身上靠近植入式医疗器材之处，容易造成病患生活上与心理上的不适。另一种广泛使用的技术是使用谐振感应耦合(resonantinductivecoupling)的方式进行充电，所述充电技术的较佳充电距离可达1～2公尺，然而为使充电线圈与感应线圈的频率达到共振，常常需要将线圈设计得较大，对植入式医疗器材而言不甚实际，且其功率范围较大，对人体健康容易造成疑虑，不易符合法规的规范。技术实现要素：为解决先前技术中所提及的课题，本发明提供了一种植入式医材远距离无线充电强化结构。本发明的植入式医材远距离无线充电强化结构包括：一发射端，用以发射一能量讯号；一载体，设于相对所述发射端的一端的使用者的表皮外；一植入式医材，设置于发射端相对于载体的另一端；以及一强化模块，设于载体中；其中，能量讯号系由强化模块接受后转换为一强化讯号，而植入式医材接此强化讯号。以上对本发明的简述，目的在于对本发明的数种面向和技术特征作一基本说明。发明简述并非对本发明的详细表述，因此其目的不在特别列举本发明的关键性或重要组件，也不是用来界定本发明的范围，仅为以简明的方式呈现本发明的数种概念而已。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。图1为本发明的实施例植入式医材的无线充电示意图；图2为本发明的一实施例植入式医材远距离无线充电强化结构示意图；图3为本发明的另一实施例植入式医材远距离无线充电强化结构示意图；图4为本发明的实施例强化模块部分示意图；图5为本发明的实施例输出模块示意图；图6为本发明的实施例植入式医材的远距离无线充电的流程图。附图标号说明：100发射端101能量讯号200载体300强化模块300a附着体300b微针模块301接收器302处理模块303输出模块304a无线射频接收器304b压电接收器304c光伏接收器305阻抗匹配回路306整流器307升压电路308电池保护电路309储能装置310直流/交流转换电路311交流讯号控制电路312交流讯号产生器313感应线圈400植入式医材500使用者501表皮502脂肪组织503标的组织504标的s1～s4步骤本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。为能了解本发明的技术特征及实用功效，并可依照说明书的内容来实施，兹进一步以如图式所示的较佳实施例，详细说明如后：请参照图1，图1系本发明的实施例植入式医材的无线充电示意图。如图所示，一发射端100发射并送出一能量讯号101，此能量讯号101于空间中传播到达一使用者500的位置，并对标的504处的医疗器材进行充电，本实施例所称的标的504即为植入于使用者500体内的医疗器材所在的部位或是患处，于本实施例中，发射端100所送出的能量讯号101可对多个标的504中医疗器材的同时进行充电，因此，当使用者500体内含有多个主动式植入医疗器材时，可透过本发明同时对这些主动式植入医疗器材进行充电。本发明的一实施例中，发射端100为无线射频传输器，此发射端100所发出的能量讯号101为电磁讯号；本发明的另一实施例中，发射端100为红外镭射传输器，此发射端100所发出的能量讯号101为具有指向性的红外光讯号，其波长为700～900奈米，较佳的，此红外光讯号之波长为800奈米；本发明的又另一实施例中，发射端100为超声波传输器，此发射端100所发出的能量讯号101为超声波讯号。本发明的一较佳实施例中，植入式医材为一主动式植入医疗器材，且无线充电的工作距离为10厘米到数公尺，使用者500可于一较大的空间内正常活动，不影响其生活。所述的主动式植入医疗器材可为心脏监测器、心脏起搏器、脑神经刺激器等需要外加电力供其运作的植入式医疗器材。请同时参照图1和图2，图2系本发明的实施例植入式医材远距离无线充电强化结构示意图。由图中可见，本发明的实施例植入式医材远距离无线充电强化结构包括：一发射端100，发射一能量讯号101；一载体200，设于相对所述发射端100的一端的使用者500的表皮501外；一植入式医材400，设置于发射端100相对于载体200的另一端；以及一强化模块300，设于载体200中；其中，能量讯号101由强化模块300接受后收集并转换为一强化讯号，且植入式医材400接收此强化讯号。请同时参照图1和图2。本发明的一些实施例中，载体200为一饰品、一贴片、一黏性敷料、一磁吸附装置或一芯片卡，使用者500可由于标的504附近佩戴一设有载体200的饰品，如项链、皮带扣环、手环、脚环等，对能量讯号101进行强化并对标的504处的植入式医材400充电。使用者500亦可藉由于标的504附近的表皮501处贴附一设有载体200的贴片或一黏性敷料，对能量讯号101进行强化并对标的504处的植入式医材400充电。本发明载体200的实施样态可为芯片卡、磁吸附装置或任何便于携带于标的504附近的物品，不以此为限。此外，载体200更可以一阵列的样态进行实施，以增加接收表面积，本发明不以此说明为限。本发明的另一较佳实施例中，载体200为一织物，且强化模块300镶嵌或内织于载体200内部。具体实施方式包括：利用一种以上含有导电材料的织线，由特殊织法缝制成一布面，并使此布面的某些区块具有强化能量讯号101的功能，即此布面中这些特定区块为本发明的强化模块300，而此含有导电材料的织线所制成的布面即为本发明的载体200，使用者500可于标的504附近穿戴一织有此载体200之衣物或帽子，对能量讯号101进行强化并对标的504处的植入式医材400充电。另一实施例中，载体200为一织物，强化模块300为复数个无线射频天线阵列，并透过特殊织法将复数个无线射频天线阵列织入载体200中，以强化电磁波型式的充电讯号。以上实施例的说明仅为求简单阐述本发明的意念，通常知识者应明白任何简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明涵盖的范围内，不以本说明为限。图2之实施例中，载体200中设有一强化模块300，其中强化模块300可分为两部分：接收器301与处理模块302。于某些实施例中，为使强化模块300对任何类型的接收器301所提供的能量讯号101(电磁讯号、红外光讯号、超声波讯号…等)均可起强化的作用，强化模块300可为多个接收器301与处理模块302的组合。当能量讯号101为电磁讯号时，接收器301为复数个无线射频天线阵列；当能量讯号101为红外光讯号时，接收器301为一光伏组件；当能量讯号101为超声波讯号时，接收器301为一介质片。本发明的一实施例中，介质片包括复数层介质层，其中每层介质层的介质阻抗不同。于本发明的一实施例中，接收器301为复数个无线射频天线阵列、介质片以及光伏组件的组合，并且处理模块302设有一讯号调控器，当能量讯号101为电磁讯号时，此讯号调控器指认该讯号，并对接收器301中的复数个无线射频天线阵列发出指令，强化此能量讯号101并启动处理模块302中的对应线路，对此强化讯号进行处理；当能量讯号101为红外光讯号时，此讯号调控器指认该讯号，并对接收器301中的复数个光伏组件发出指令，强化此能量讯号101并启动处理模块302中的对应线路，对此强化讯号进行处理；当能量讯号101为超声波讯号时，此讯号调控器指认该讯号，并对接收器301中的复数个介质片发出指令，强化此能量讯号101并启动处理模块302中的对应线路，对此强化讯号进行处理。请参照图2并同时对照图4。于本发明的一实施例中，接收器301为复数个无线射频天线阵列、一介质片、一光伏组件，或是以上之任意组合；处理模块302包括：一无线射频接收器304a，与接收器301连接；一阻抗匹配回路305，与无线射频接收器304a连接；一整流器306，与阻抗匹配回路305连接；一升压电路307，与整流器306连接；一电池保护电路308，与升压电路307连接；一储能装置309，与电池保护电路308连接；以及一输出模块303，与储能装置309连接。请参照图2并同时对照图4。于本发明的一实施例中，接收器301为复数个无线射频天线阵列、一介质片、一光伏组件，或是以上的任意组合；处理模块302包括：一压电接收器304b，与接收器301连接；一阻抗匹配回路305，与无线射频接收器304a连接；一整流器306，与阻抗匹配回路305连接；一升压电路307，与整流器306连接；一电池保护电路308，与升压电路307连接；一储能装置309，与电池保护电路308连接；以及一输出模块303，与储能装置309连接。请参照图2并同时对照图4。于本发明的一实施例中，接收器301为复数个无线射频天线阵列、一介质片、一光伏组件，或是以上的任意组合；处理模块302包括：一光伏接收器304c，与接收器301连接；一阻抗匹配回路305，与无线射频接收器304a连接；一整流器306，与阻抗匹配回路305连接；一升压电路307，与整流器306连接；一电池保护电路308，与升压电路307连接；一储能装置309，与电池保护电路308连接；以及一输出模块303，与储能装置309连接。请参照图2并同时对照图4。于本发明的一实施例中，接收器301为复数个无线射频天线阵列，处理模块302包括：一无线射频接收器304a，与复数个无线射频天线阵列连接；一阻抗匹配回路305，与无线射频接收器304a连接；一整流器306，与阻抗匹配回路305连接；一升压电路307，与整流器306连接；一电池保护电路308，与升压电路307连接；一储能装置309，与电池保护电路308连接；以及一输出模块303，与储能装置309连接。请参照图2并同时对照图4。于本发明的另一实施例中，接收器301为一介质片，处理模块302包括：一压电接收器304b，与介质片连接；一阻抗匹配回路305，与压电接收器304b连接；一整流器306，与阻抗匹配回路305连接；一升压电路307，与整流器306连接；一电池保护电路308，与升压电路307连接；一储能装置309，与电池保护电路308连接；以及一输出模块303，与储能装置309连接。于本发明一较佳实施例中，介质片为一种压电介质片，更佳的实施例中，介质片可采用渐进式压电介质层的组合，本发明并不加以限制。前述的渐进式压电介质层含有不同之介质阻抗与穿透系数，由串联与并联，将能量讯号101的穿透率调整到理想的范围。于一实施例中，透过此介质片，可将超声波能量讯号101调整到每平方厘米600～900毫瓦的强度，于一最佳实施例中，更可将超声波能量讯号101调整到每平方厘米700毫瓦的强度(700mw/cm2)，此强度不仅提供了一足够高的充电能量，亦是符合人体使用的安全规范的能量强度。请参照图2并同时对照图4。于本发明的另一实施例中，接收器301为一光伏组件，处理模块302包括：一光伏接收器304c，与光伏组件连接；一阻抗匹配回路305，与光伏接收器304c连接；一整流器306，与阻抗匹配回路305连接；一升压电路307，与整流器306连接；一电池保护电路308，与升压电路307连接；一储能装置309，与电池保护电路308连接；以及一输出模块303，与储能装置309连接。请参照图3，图3系本发明的实施例植入式医材远距离无线充电强化结构示意图。本发明的实施例植入式医材远距离无线充电强化结构包括：一发射端100，发射一能量讯号101；一载体200，设于相对发射端100的另一端；一植入式医材400，设置于发射端100相对于载体200的另一端；以及一强化模块300，设于载体200中；其中，能量讯号101由强化模块300接受后转换为一强化讯号，且植入式医材400接收此强化讯号；载体200设于一使用者500的表皮501外，植入式医材400设于使用者500的表皮501内一标的组织502b中，标的组织502b视治疗种类而定，可为一肌肉层、一骨骼、一脏器，也可为一腔室。由图3中可见，能量讯号101是透过设于表皮501外的载体200，经过强化模块300强化后，对位于标的组织502b中的植入式医材400进行充电。本实施例中，强化模块300包括两部分，分别为附着体300a与微针模块300b，其中附着体300a可以是铜箔、金箔或其他复合材质的导电薄膜所制成的贴片或贴布等可贴附于人体表面的结构。而微针模块300b为一实心或空心之圆锥状构造，与附着体300a连接。微针模块300b可穿入使用者500的表皮层501。较佳的，强化模块300中的微针模块300b部分是由一高分子材质制成的圆锥体、三角锥体或多角柱锥体微针阵列构成。在其他可能的实施例中，微针模块300b中的每个锥体微针也可以是一嵌有金属带、金属环或金属线的圆锥状或圆盘状结构，本发明不加以限制。于一实施例中，强化模块300中的微针模块300b部分由其特殊构造对能量讯号101进行强化；此外，在较佳的实施例中，微针模块300b可穿入表皮层501下约100微米(μm)的位置，达到将强化讯号引入用户500的体内最佳的功效。而本发明的一最佳实施例中，强化模块300中的微针模块300b部分为微型针状天线构成，同时具有天线的强化聚焦能量的功能，也具有将能量导引入体内的功能，于另一最佳实施例中，强化模块300中的微针模块300b部分为嵌有金属带、金属环或金属线的圆锥状天线结构所构成。强化模块300特化的实施例由本图阐述，然而通常知识者应明白任何简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明涵盖的范围内，不以本说明为限。请参照图4，图4系本发明的实施例强化模块部分示意图。由图中可知，本发明的强化模块300包括:一无线射频接收器304a、一压电接收器304b以及一光伏接收器304c；一阻抗匹配回路305，与无线射频接收器304a、压电接收器304b以及光伏接收器304c连接；一整流器306，与阻抗匹配回路305连接；一升压电路307，与整流器306连接；一电池保护电路308，与升压电路307连接；一储能装置309，与电池保护电路308连接；以及一输出模块303，与储能装置309连接。本发明另一较佳实施例中，接收器301为复数个无线射频天线阵列、一介质片、一光伏组件的任意组合，接收器301与图4中所示的无线射频接收器304a、压电接收器304b以及光伏接收器304c链接，用以接收多重讯号源(multi-source)并进行强化，对植入式医材400进行充电。本发明中的储能装置309为一充电电池、一超级电容或其组合；优选的，储能装置309为一锂铁电池(lithiumironphosphate)，锂铁电池为一安全性较高的电池，没有过热或爆炸的疑虑，并且其输出功率高，可达1000次以上之回充回放。本实施例中，升压电路307中更包括有一开关电路，此开关电路可为包括有晶体管之线路；更精确来说前述晶体管可以为金属氧化物半导体场效晶体管(metal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor,mosfet)。而升压电路307与储能装置309连接。强化模块300可透过升压电路307中的开关电路选择性地的对储能装置309中的充电电池与超级电容组件进行充电，或是切换至直接将强化讯号输出以供用户500体内的植入式医材400进行充电。请参照图5，图5是本发明的实施例输出模块示意图。由图中可知，输出模块303包括：一直流/交流转换电路310，与储能装置309连接；一感应线圈313，与直流/交流转换电路310连接；以及一交流讯号控制电路311，与直流/交流转换电路310及一交流讯号产生器312连接。本发明的另一实施例中，感应线圈313之样态可为强化模块300中的微针模块300b上所镶嵌或缠绕之金属线或金属环，或是一体地作为强化模块300上的特化结构。另一实施例中，感应线圈313为强化模块300上的圆锥状、三角锥体或多面锥体微型针状天线结构，此微型针状天线结构穿入表皮501中，并于植入式医材400上设置一匹配的圆锥状、三角锥体或多面锥体天线结构作为接收端的实施样态，据此，强化模块300的输出模块303与植入式医材400的接收端作为一匹配之发送/接收天线对，以优化能量的传递强度与转换效率。此外，感应线圈313的实施样态不以图式或说明上所阐述的样态为限。请参照图6，图6是本发明的实施例植入式医材的远距离无线充电的流程图。本实施例的植入式医材的远距离无线充电技术包括:s1.发射端100发射一能量讯号101；s2.一设于表皮外的载体200由接收器301接收能量讯号101，并强化该能量讯号101；s3.所述载体200将强化后的强化讯号储存于一储能装置309中；s4.所述载体200藉由输出模块303将强化讯号传送给一设于体内的医疗器材400。其中，所述载体200也可选择不将强化讯号储存于储能装置309中，直接由输出模块303将强化讯号传送给一设于体表内的医疗器材400。本发明的植入式医材的远距离无线充电技术，由无线充电强化结构的使用，使得植入式医材的终生使用变得可能，患者无须再进行高价与高风险的手术进行电池的置换，当植入式医材需要充电的时候，使用者无须再背负一累赘的充电组件，并且在充电的过程中，患者可以于一较大的区域范围内自由活动，维持正常的生活作息，对患者的生活质量与心理健康帮助匪浅。惟以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即依本发明申请专利范围及说明内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明涵盖之范围内。以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的
技术领域：
：均包括在本发明的专利保护范围内。当前第1页12当前第1页12