一种带中继线圈的多接收端无线电能传输辅助供血装置的制作方法

本发明涉及一种人体辅助供血装置，具体涉及一种带中继线圈的无线电能传输辅助供血装置，属于辅助供血装置领域。

背景技术：

在心脏的四个心房(室)之间存在着瓣膜，其作用至关重要，通过打开或关闭瓣膜来保证血液向一个方向循环流动，阻止血液回流进刚刚离开的心室。对于脏器严重衰竭的患者，心脏各结构已无法正常运转，需要植入人造辅助装置。在针对心脏衰竭的病症治疗过程中，传统方法采用人体辅助供血泵，即在心脏主血管安装电机装置，辅助并替代心脏泵血功能，供给人体器官血液。但这种传统人体辅助供血泵的体积较大，不利于外科医生安装，同时重量较重，对病人也是一种负担，最主要问题是需要通过皮下手术，外接电源线，将电机泵所需电源外置，这样长期的创口裸露，会造成细菌或病毒感染，从而严重威胁病人的生命健康。

技术实现要素：

本发明解决了传统人体辅助供血装置体积较大、电源外置易导致细菌感染从而威胁病人身体健康的问题。

本发明所述的一种无线电能传输人体辅助供血装置包括无线电能发射装置和无线电能接收装置和电活性聚合物薄膜；所述无线电能发射装置包括外置电源控制系统、中继线圈和能量发射线圈，所述外置电源控制系统包括外置电源、逆变器和主控器，所述逆变器并联于外置电源的两端，所述主控器与逆变器串联，所述能量发射线圈与逆变器相并联，所述中继线圈与能量发射线圈在同一平面内，且中继线圈嵌套在能量发射线圈的外部；

所述无线电能接收装置包括接收线圈、高压整流桥、导线和维持电容，所述接收线圈、高压整流桥、维持电容和电活性聚合物薄膜通过导线分别相并联，接收线圈接收到无线电能发射装置发出的核共振传递的能量，所述能量通过高压整流桥变换为电波，并经过维持电容滤波后控制电活性聚合物薄膜收缩。

优选地，所述电活性聚合物薄膜包括薄膜一、薄膜二和薄膜三，所述薄膜一、薄膜二和薄膜三同心圆叠层设置，所述薄膜一和薄膜三的材质为铁电性的晶体极性聚合物，所述薄膜二的材质为pvc聚合物。

优选地，所述能量发射线圈的尺寸为8cm-10cm。

优选地，所述中继能量线圈的尺寸为10-12cm。

优选地，所述导线的芯材的材质为铝制金属箔片，所述芯材外包有绝缘薄膜。

本发明的工作原理是：所述无线电能传输人体辅助供血装置，可辅助或代替人体瓣膜结构工作，通过对电活性聚合物(eap)薄膜施加电压激励，eap薄膜受到径向力刺激，使其在径向发生形变完成收缩过程，从而控制了血管的张开和闭合。工作时，将eap薄膜紧密嵌套在心室外的血管壁，使血管与eap薄膜垂直放置。

本发明所述的无线电能传输人体辅助供血装置有益效果为：

1)所述eap薄膜的应用完全不需要任何液体，属于干驱动系统，具有结构简单、控制方便，体积小，重量轻，系统效率高等优点。

2)带中继线圈的多接收端无线供电方式最大的优点在于可以为接收线圈提供高达5kv的供电输出等级要求，从而为eap薄膜负载的材料及形状选取提供更多的选择空间，而不带中继线圈的无线供电系统无法达到如此高的电压输出等级；同时，利用中继线圈增加了系统的传输距离，增大了可控辅助供血装置的选择范围，降低患者手术风险，增大患者自由活动的空间。

3)多接收端的供电方式使得体内可植入多个eap负载并同时工作，以同时对多处血管进行辅助供血，为患者提供了更好的治疗方式。

4)工作时，多个eap薄膜紧密安装于多个血管壁外侧，体积小，且无线电能接受端内置于人体，避免了因电源外置而导致的细菌感染问题。

附图说明

图1为本发明所述的电活性聚合物薄膜的侧视图；

图2为本发明所述的电活性聚合物薄膜的俯视图；

图3为本发明所述的带中继线圈的多接收端无线电能传输辅助供血装置的整体结构示意图；

图4为本发明所述电活性聚合物薄膜对血管的挤压形变前后对比示意图；

图5为本发明所述的逆变器驱动信号和能量发射线圈的电压变化对应的电活性聚合物薄膜的形态变化示意图；

图6为本发明所述的多接收端植入式无线电能传输人体辅助供血装置工作电路图；

其中标注：1-电活性聚合物薄膜；101-薄膜一；102-薄膜二；103-薄膜三2-外置电源控制系统；3-中继线圈；4-能量发射线圈；5-接收线圈；6-导线。

具体实施方式

以下结合附图1-图6对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明：

具体实施方式一：参见图1-图6说明本实施方式。本实施方式所述的一种带中继线圈的多接收端无线电能传输辅助供血装置包括无线电能发射端和无线电能接收端；所述无线电能发射端包括外置电源控制系统2、中继线圈3和能量发射线圈4，所述外置电源控制系统2包括外置电源和逆变器，所述逆变器并联于外置电源的两端，所述能量发射线圈4与逆变器相并联，所述中继线圈3与能量发射线圈4在同一平面内，中继线圈3嵌套在能量发射线圈4的外部；

所述无线电能接收端包括接收线圈5、高压整流桥、dc-dc转换装置、导线和维持电容，所述接收线圈5、高压整流桥、dc-dc转换装置、维持电容和电活性聚合物薄膜1通过导线6分别相并联，接收线圈5接收到无线电能发射装置发出的核共振传递的能量，所述能量通过高压整流桥变换为电波传输给dc-dc转换装置，并经过维持电容滤波后控制电活性聚合物薄膜1收缩。

所述外置电源为电池，根据电池种类选择范围的不同，可选择锂电池或镍氢电池等，其电压为24v-36v，利用外置电源可以很好的解决能量续航问题；所述逆变器与高压整流器用于直流电交流电变换，从而达到能量的变换；所述dc-dc转换装置用于将一个电压值的电能变为另一个电压值的电能；所述维持电容起滤波作用，保证系统升压过程为稳定的梯形波。

成年人的心跳次数正常范围为每分钟60-100次，而一般人都是取中间值，在每分钟70-90次的范围之内的为多数，如果按每分钟80次心跳计算，其频率约为1.3hz，即直流通电需要维持0.76s，利用其产生的形变从而挤压血管，达到供血的效果。而由于eap薄膜属于特殊负载，其通电过程与断电过程，其系统的阻值及容值发生变化，eap薄膜的容值由10pf变为30pf，而阻抗由1mohm变化至2.5mohm。

所述外置电源作为系统的主能源供给直流电到逆变器，逆变器将直流电转化为高频交流电，通过lc串联电压型谐振电路，控制系统工作频率，将电能转化为高频电磁能，激励中继线圈3，使中继线圈3发生谐振。所述中继线圈3的能量为无功能量，其电流值为谐振电流的3-15倍，从而提高系统磁场强度，增大系统传输距离及效率。而所述接收线圈5为多匝电感线圈，其感值为1mh-80mh之间，通过感应耦合，将磁能转化为电能，在固定的接收截面积情况下，系统的磁通是一定的，但系统磁链与匝数有关，即输出的感应电动势为匝数n的倍数。通过中继线圈3增大磁场强度，利用接收线圈5感应耦合结构，将磁能转化为电能，其中接收侧属于多匝大电感小尺寸线圈，即与传统的变压器相同，其中u1为中继线3电压，而u2为接收线圈5电压，n1为中继线圈3的匝数，而n2为接收线圈5的匝数。

所述电活性聚合物薄膜1包括薄膜一101、薄膜二102和薄膜三103，所述薄膜一101、薄膜二102和薄膜三103同心圆叠层设置，所述薄膜一101和薄膜三103为铁电性的晶体极性聚合物，所述薄膜二102为pvc聚合物。

所述电活性聚合物薄膜1共分三层，所述薄膜一101和薄膜三103为铁电性的晶体极性聚合物，所述铁电性的晶体极性聚合物具有电子偶极距，当施加适当的电场后，这个偶极矩会反向；所述薄膜二102为pvc聚合物，由于电子偶极矩变化，通过提供上下层直流电压，导致接入正极电源的薄膜侧发生收缩，而负极维持原形变，从而导致eap薄膜1整体形态发生变化，通过阶跃脉冲直流电信号，可实现薄膜规律形变，从而协同挤压血管壁，为心脏提供血液。所述eap薄膜1最主要优势在于完全不需要任何液体，属于干驱动系统，且结构简单、控制方便，体积小，重量轻，系统效率高等特点。

所述中继能量线圈3的尺寸为12cm-16cm。

所述能量发射线圈4的尺寸为10cm-12cm。

所述eap薄膜1的供电要求为高压直流电源，利用高压作用在eap薄膜表面，高压击穿eap薄膜产生形变，挤压血管，从而产生供血要求，其供电电压为100v-5000v脉冲直流，其功率为5w-10w，根据不同的供血要求，可设计不同电压等级的辅助装置。给eap薄膜1供电的无线电能接收装置需要内置于人体内部，由于eap薄膜1特殊的供电要求，采用能量发射线圈4、中继线圈3和能量接收线圈5三线圈式无线供电模型，即多级跳跃式无线升压模型，其中能量接收线圈5侧采用感应式能量传输方式，即没有谐振补偿电容，而能量发射线圈4和中继线圈3采用谐振式能量传输方式，配有谐振补偿电容。所述中继线圈2增加了系统的传输距离，增大了可控辅助供血装置的选择范围，降低患者手术风险，增大患者自由活动的空间。

所述导线6的芯材的材质为铝制金属箔片，所述芯材外包有绝缘薄膜。

由于所述eap薄膜1紧密安装于多个血管壁外侧，给eap薄膜1供电的无线电能接收端内置于人体内部，所以需要保证内置于人体内部的导线要具有安全性，将铝制金属箔片代替传统导线外加绝缘薄膜，很好的防止了漏电，起到安全保护作用。

如具体实施方式一所述的带中继线圈的多接收端无线电能传输辅助供血装置的具体操作过程为：

外置电源作为系统的主能源供给直流电到逆变器，逆变器将直流电转化为高频交流电后传递给发射线圈3，发射线圈3将电能转化为高频磁能，能量发射线圈4耦合中继线圈3，在中继线圈3中产生无功电流，增强传输磁场，n个接收线圈5分别与发射线圈4通过感应耦合将磁能转化为电能，通过高频整流滤波电路及dc-dc转换电路转换成相应eap薄膜1所需的稳定直流电压供负载工作，完成eap薄膜的驱动形变。

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。所应理解的是，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，还可以是上述各个实施方式记载的特征的合理组合，凡在本发明精神和原则之内，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。