一种天线、植入式医疗器械及植入式医疗系统的制作方法

本发明属于植入医疗器械领域，尤其涉及一种mics频段的pifa天线、具有该mics频段的pifa天线的植入医疗器械以及植入式医疗系统。

背景技术：

植入式医疗系统一般由植入式医疗器械、体外程控设备两部分组成。植入式医疗器械和体外程控设备之间的数据交换是一种双向的无线数据传输，体外程控设备一方面需要将程控指令发送给植入式医疗器械，另一方面又要接收植入式医疗器械发送的反馈信息和测量诊断信息。体外程控设备包括医生程控器和病人程控器。其中，病人程控器是为病人配备的用来根据自身的情况控制开关或者调解体内植入式医疗器械的装置，病人通常仅能够在医生设置的调解范围内进行调节。医生程控器时医生用来根据病人情况监控调节体内植入式医疗器械的装置，通常一个医生程控器可以控制多个植入式医疗器械。病人程控器、医生程控器、植入式医疗器械之间的通信依赖于天线。

现有植入式医疗器械的天线尺寸较大不利于植入体内，与电路板(pcb板)失配导致辐射效率不高，进而导致本来就有人体组织损耗的植入式天线传输效率更低。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种应用于植入式医疗器械的mics频段的pifa天线、具有该mics频段的pifa天线的植入医疗器械以及植入式医疗系统，一方面使植入式医疗器械更具小型化，另一方面使其与体外程控设备实现更高效率、更远距离的通信。

为了达到上述目的，本发明提供了一种技术方案：一种应用于植入式医疗器械的天线，包括天线本体和pcb介质基板，其特征在于：天线本体悬空处于pcb介质基板的上层，天线本体包括天线辐射单元、短路点、馈电点、两端分别连接短路点和馈电点的第一线路段，馈电点连接天线辐射单元。

进一步地，天线本体在xy面上的投影包括多个部段，多个部段首尾相连并在y方向上依次排布，每个部段呈弯曲的曲线结构，天线本体在xz面上的投影呈多个台阶状线性结构，x、y、z构成三维坐标系，天线本体呈台阶主体结构，该台阶主体结构包括均平行于xy面且高度依次递减的第一台阶面、第二台阶面、第三台阶面，台阶主体结构还包括连接第一台阶面和第二台阶面的第一连接面、连接第二台阶面和第三台阶面的第二连接面，第一连接面和第二连接面均平行于yz面，多个部段至少有三个，每个部段呈弧形或者u形的弯曲曲线结构。

更进一步地，第一线路段包括首尾依次连接的第一段、第二段、第三段，第一段处于第三台阶面，第二段处于第二连接面，第三段处于第二台阶面。

更进一步地，天线辐射单元包括首尾依次连接的一段、二段、三段、四段、五段、六段、七段、八段，二段和六段均呈u形或弧形并处于第一台阶面，四段和八段均呈u形或弧形并处于第二台阶面，一段、三段、五段、七段均处于第一连接面。

进一步地，天线本体还包括馈电金属丝，馈电金属丝的位于上方的一端与馈电点相连接，另一端通过馈通连接器连接pcb介质基板。

更进一步地，馈电金属丝为馈电铂金丝、馈电铜丝、馈电银丝中一种或者多种。

进一步地，馈电点到天线辐射单元末端的长度为mics频段人体介质波长的四分之一。

本发明还提供了另一种技术方案：一种植入式医疗器械，包括外壳、pcb介质基板、电池、与该外壳密封连接的顶盖部分，该外壳具有一密封腔体，pcb介质基板以及电池均设置于密封腔体的内部，顶盖部分包括pifa天线，pifa天线为上述的应用于植入医疗器械的mics频段的pifa天线，该pifa天线连接馈电金属丝，该馈电金属丝穿过外壳至密封腔体的内部并通过馈通连接器连接到位于密封腔体内部的pcb介质基板。

进一步地，顶盖部分还包括密封填充物，密封填充物为生物相容性材料环氧树脂。

本发明还提供了一种技术方案：一种植入式医疗系统，包括医生程控仪、病人程控仪、植入电极、上述的具有mics频段的pifa天线的植入式医疗器械，医生程控仪和病人程控仪包括用于与pifa天线无线通信的无线通信模块。

通过采用上述技术方案，本发明一种天线、植入式医疗器械及植入式医疗系统，采用pifa天线结构原型，相比于单极子天线多一个接地点，其等效天线尺寸是单极子天线的两倍，相较现有的单极子天线尺寸缩小一半，辐射效率提高一倍，从而实现了使植入式医疗器械更加小型化；本发明结构的最优特点是其特征阻抗可以与pcb的射频前端电路实现很佳的阻抗匹配，可省去现有技术中的射频前端匹配电路，因此消除了此部分电路的损耗，解决了单极子天线的失配损耗，从而实现了其与体外程控设备之间更高效率、更远距离的通信。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

附图1为本发明中应用于植入医疗器械的mics频段的pifa天线的结构示意图；

附图2为本发明中具有mics频段的pifa天线的植入式医疗器械的结构示意图；

附图3为本发明中应用于植入医疗器械的mics频段的pifa天线的回拨损耗曲线图；

附图4为本发明中应用于植入医疗器械的mics频段的pifa天线水平方向的辐射方向图；

附图5为本发明中应用于植入医疗器械的mics频段的pifa天线垂直方向的辐射方向图。

图中标号为：

1、第一台阶面；2、第二台阶面；3、第三台阶面；4、外壳；5、短路点；6、馈电金属丝；7、馈电点；8、第一线路段；81、第一段；82、第二段；83、第三段；9、天线辐射单元；91、一段；92、二段；93、三段；94、四段；95、五段；96、六段；97、七段。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

参照附图1，本实施例中的一种应用于植入医疗器械的mics频段的pifa天线，包括天线本体和pcb介质基板，天线本体悬空处于pcb介质基板的上层。

天线本体包括天线辐射单元9、短路点5、馈电点7、两端分别连接短路点5和馈电点7的第一线路段8，馈电点7连接天线辐射单元9。本实施例中，馈电点7到天线辐射单元末端的长度为mics频段人体介质波长的四分之一。

下面将要描述的x、y、z构成三维坐标系。

天线本体在xy面上的投影包括多个部段，多个部段首尾相连并在y方向上依次排布，每个部段呈弯曲的曲线结构。本实施例中，上述的多个部段至少有三个，每个部段呈弧形或者u形的弯曲曲线结构。

天线本体在xz面上的投影呈多个台阶状线性结构。具体地，天线本体呈台阶主体结构，该台阶主体结构包括均平行于xy面且高度依次递减的第一台阶面1、第二台阶面2、第三台阶面3，台阶主体结构还包括连接第一台阶面1和第二台阶面2的第一连接面、连接第二台阶面2和第三台阶面3的第二连接面，第一连接面和第二连接面均平行于yz面。本实施例中，第一台阶面1在x方向的长度为14mm±0.5，第二台阶面2在x方向的长度为8±0.5mm，第三台阶面3在x方向的长度为5.6±0.5mm，第一连接面在y方向的高度为3.2±0.5mm，第二连接面在y方向的高度为2.1±0.5mm。以上所描述的台阶主体结构通过机械冲压形成。

如附图1所示的本实施例中，上述的第一线路段8包括首尾依次连接的第一段81、第二段82、第三段83。其中，第一段81处于第三台阶面3，呈弧形，第二段82处于第二连接面，第三段83处于第二台阶面2。

如附图1所示的本实施例中，上述的天线辐射单元9包括首尾依次连接的一段91、二段92、三段93、四段94、五段95、六段96、七段97、八段98。其中，二段92和六段96均呈u形或弧形并处于第一台阶面1，四段94和八段98均呈u形或弧形并处于第二台阶面2，一段91、三段93、五段95、七段97均处于第一连接面，一段91、三段93、五段95、七段97平行设置，并与上述第一线路段8的第二段82相平行。

在一种更为优选的实施方案中，天线本体还包括馈电金属丝6，馈电金属丝的位于上方的一端与馈电点7相连接，另一端通过馈通连接器连接pcb介质基板。馈电金属丝6的材质优选为馈电铂金丝、馈电铜丝、馈电银丝中一种或者多种。

本实施例还提供了一种植入式医疗器械，如附图2所示，它包括外壳4、pcb介质基板、电池、与外壳4相密封连接的顶盖部分(附图中未画出)，外壳4具有一密封腔体，pcb介质基板以及电池均设置于密封腔体的内部，顶盖部分包括pifa天线，pifa天线为上述的应用于植入医疗器械的mics频段的pifa天线，该pifa天线连接馈电金属丝6，该馈电金属丝6穿过外壳4至密封腔体的内部并通过馈通连接器连接到位于密封腔体内部的pcb介质基板。

在一种更为优选的实施方案中，顶盖部分还包括密封填充物，密封填充物为生物相容性材料环氧树脂。这种环氧树脂不但具有生物相容性，且具有高介电常数，低电磁损耗的特点，这些特点都有利于实现植入式天线的小型化与高效率。

本实施例中的植入式医疗器械为植入式脉冲发生器。脉冲发生器与电极相连接，从而将脉冲发生器所产生的脉冲传输到电极，脉冲发生器产生的脉冲信号由电极传输至特定神经靶点进行电刺激，从而使人体机能恢复到正常运作的状态。

如附图3所示的本实施例中，通过本发明设计得到的pifa天线结构能够支持覆盖380-435mhz频段范围，在405mhz频点阻抗匹配情况较好，回波损耗值约为-24.2967db。

如附图4所示的本实施例中，本发明设计得到的pifa天线结构在水平方向上的辐射方向图，在水平方向-60度，0度和60度方向增益分别为--30.0529db，-27.6376db，-30.1839db，因此本发明设计得到的pifa天线结构在水平方向-60度至60度角度范围内辐射性能较好，使得天线性能能够更容易通过吞吐量认证。

如附图5所示的本实施例中，本发明设计得到的pifa天线结构在垂直方向上的辐射方向图，在垂直方向-60度，0度和60度方向增益分别为-26.8424db，-27.6376db和-28.4540db，因此天线在这-60度至60度这个水平方向角度范围内辐射性能较好，使得天线性能能够更容易通过吞吐量认证。

本实施例还提供了一种植入式医疗系统，包括医生程控仪、病人程控仪、植入电极、上述的具有mics频段的pifa天线的植入式医疗器械，医生程控仪和病人程控仪包括用于与pifa天线无线通信的无线通信模块。

根据实际所治疗的病症不同，上述的植入式医疗系统为植入式心脏电刺激系统、植入式神经电刺激系统、植入式心率转复除颤系统或植入式药物输送系统。更进一步地，植入式神经电刺激系统为植入式脑深部电刺激系统、植入式脑皮层电刺激系统、植入式脊髓电刺激系统、植入式骶神经电刺激系统或植入式迷走神经电刺激系统。需要说明的是，本技术方案适用于现有的所有的相关植入式医疗系统，并不局限于上述所列出的内容。

本发明一种天线、植入式医疗器械及植入式医疗系统，采用pifa天线结构原型，相比于单极子天线多一个接地点，其等效天线尺寸是单极子天线的两倍，相较现有的单极子天线尺寸缩小一半，辐射效率提高一倍，从而实现了使植入式医疗器械更加小型化；本发明结构的最优特点是其特征阻抗可以与pcb的射频前端电路实现很佳的阻抗匹配，可省去现有技术中的射频前端匹配电路，因此消除了此部分电路的损耗，解决了单极子天线的失配损耗，从而实现了其与体外程控设备之间更高效率、更远距离的通信。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。