Пристрій для безконтактної підзарядки акумуляторів імплантованих електростимуляторів

Корисна модель відноситься до електротехніки, переважно до її області, пов’язаної з використанням у медицині. Пристрій може бути використана також в інших галузях народного господарства та в побуті, коли неможливий або ускладнений доступ до акумуляторів, що живлять електротехнічний апарат. На сучасному рівні відомі електростимулятори (що імплантовані в тіло людини) з літієвими гальванічними елементами. Таким пристроям періодично необхідна заміна відпрацьованих гальванічних елементів, що потребує додаткового хірургічного втручання в тіло людини. Відомі також пристрої, які не потребують повторного хірургічного втр учання. Так у імплантованому електростимуляторі [А.с. №1627189, A61N1/36. Опубл. в бюл. №6, 1991] для передачі електромагнітної енергії використовується імпульсний трансформатор зі слабким зв’язком між обмотками, вторинна обмотка якого розташована під шкірою людини, а первинна намотана на розімкнутий магнітопровід і знаходиться зовні та під’єднується до передавального блоку. Недоліком даного пристрою є дія магнітного поля на організм людини, що може призвести до небажаних наслідків. До того ж вторинна обмотка імпульсного трансформатору зі слабким зв’язком між обмотками, яка вшивається до тіла людини, має значні габарити та масу. Найбільш близьким до пристрою, що заявляється, і прийнятим як прототип є імплантований приймач кардіостимулятора [А.с. №602195, A61N1/36. Опубл. в бюл. №14, 1978], в якому разом з електростимулятором в тіло людини імплантується акумулятор, що живить цей електростимулятор. Для підзарядки імплантованого акумулятора використовується передача енергії за допомогою магнітного поля трансформатора від первинної обмотки, яка утворена передавальною котушкою зв’язку, що розташована зовні тіла людини і приєднана до зовнішнього джерела живлення, до вторинної обмотки, яка утворена приймальною імплантованою котушкою зв’язку, що розташована всередині тіла людини і приєднана до акумулятора, що живить імплантований кардіостимулятор. Використання трансформатору не передбачає повторного хірургічного втручання в тіло людини. Недоліком даного пристрою є дія магнітної складової електромагнітного поля на організм людини, що може призвести до небажаних наслідків. До того ж вторинна обмотка трансформатору, яка вшивається до тіла людини, має значні габарити та масу. Пропонований пристрій не має даних недоліків, бо при його роботі переважає електрична складова електромагнітного поля, яка є менш шкідливою для організму людини ніж магнітна, а його імплантована частина має менші габарити та масу. В основу корисної моделі поставлено задачу створення конструкції пристрою для безконтактної підзарядки акумуляторів електростимуляторів (мікрочіпів), імплантованих в тіло людини, який базується на використанні теслівських процесів, і забезпечує передачу енергії безконтактним способом через непроникні стінки з діелектрика чи слабо провідного матеріалу (наприклад шкіра людини) з більшою електричною та меншою магнітною складовою електромагнітного поля у порівнянні з прототипом. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому імплантованому приймачі кардіостимулятора, який містить приймальний та передавальний блоки, згідно з корисною моделлю, передавальний блок, який знаходиться зовні тіла людини має високочастотний інвертор, що зв’язаний на виході з високочастотним високовольтним трансформатором, до вторинної обмотки якого підключені передавальні антени, вкриті ізоляцією, та вузол керування; а приймальний блок, що знаходиться всередині тіла людини, містить приймальні антени, які вкриті ізоляцією, розміщуються під шкірою людини і з’єднуються з первинною обмоткою узгоджу вального високочастотного мікротрансформатора, що входить до складу блоку випрямлення, до виходу якого підключено акумулятор, що живить електростимулятор (мікрочіп), імплантований у тіло людини, причому передавальні антени і приймальні антени не мають гальванічного зв’язку, а передача енергії між антенами здійснюється за допомогою теслівських процесів. В іншій конкретній формі виконання приймальні провідники-антени імплантовано в районі живота до жирового шару, або передавальні ізольовані антени зовнішнього блоку вмонтовані в спеціальний пояс, який розташований на постійній оптимальній відстані від приймальних антен або згаданий пояс містить спеціальні кишені з ізолюючими дистанціюючими прокладками; причому передавальні та приймальні антени виконані у вигляді відрізків дроту, що вкриті шаром ізоляції; або передавальні та приймальні антени виконані у вигляді стрічкоподібних ізольованих провідників. Технічним результатом застосування корисної моделі є одержання нового пристрою для безконтактної підзарядки акумуляторів електростимуляторів (мікрочіпів), імплантованих у тіло людини, який базується на використанні теслівських процесів, що забезпечує передачу енергії безконтактним способом через непроникні стінки з діелектрика чи слабо провідного матеріалу (наприклад шкіра людини) з більшою електричною та меншою магнітною складовою електромагнітного поля у порівнянні з прототипом. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями. На Фіг.1 показана принципіальна електрична схема пристрою, що заявляється. Вихідні клеми високочастотного інвертора 1 зв’язані з первинною обмоткою 2 високовольтного високочастотного трансформатора 3. До вторинної обмотки 4 трансформатора підключені зовнішні ізольовані передавальні антени 5 і 6. Приймальний блок містить: ізольовані імплантовані приймальні антени 7 і 8, блок випрямлення 9, акумулятор 10 і електростимулятор (мікрочіп) 11. Елементи 1, 2, 3, 4, 5, 6, які входять до передавального блоку розміщено з зовнішнього боку відносно людини, в тіло якої імплантовано електростимулятор (мікрочіп) 11. Приймальний блок цілком знаходиться всередині тіла людини. На Фіг.2 приведено 2 варіанта виготовлення блоку випрямлення 9. На Фіг.2,а блок випрямлення складається з узгоджуючого високочастотного мікротрансформатора 12 з первинною обмоткою 13, до якої приєднані приймальні антени 7, 8, і вторинною обмоткою 14. До вторинної обмотки узгоджуючого трансформатора приєднано блок з чотирьох високочастотних діодів 15-18, з’єднаних по мостовій схемі. На виході блоку випрямлення 9 для захисту електростимулятора від перенапруг встановлено стабілітрон 19. На Фіг. 2,б блок випрямлення складається з узгоджуючого високочастотного мікротрансформатора 20 з первинною обмоткою 21, до якої приєднані приймальні антени 7, 8, і вторинною обмоткою 22, яка має додатковий вивід з середини обмотки. До кінців вторинної обмотки узгоджуючого трансформатора підключаються два високочастотні діоди 23-24, з’єднані по схемі з нульовою точкою. На виході блоку випрямлення 9 для захисту електростимулятора від перенапруг встановлено стабілітрон 19. Пристрій для безконтактної підзарядки акумуляторів імплантованих електростимуляторів (мікрочіпів, імплантованих у тіло людини) за допомогою теслівських процесів працює таким чином: високочастотний інвертор 1 перетворює змінну напругу промислової частоти у змінну напругу високої частоти. Для е фективної роботи пристрою частота напруги на виході інвертора повинна бути у межах 150..600кГц. Високовольтний високочастотний трансформатор 3 підвищує напругу з виходу інвертора до потрібного значення - 500..5000В. Далі відбувається безконтактна передача енергії від передавальних антен 5 і 6, з’єднаних з вторинною обмоткою 4 високовольтного трансформатору 3, до приймальних антен 7 і 8 струмами зміщення через часткові ємності середовища, утворені між цими парами антен. Термін „антена” в даному випадку дещо відрізняється від усталеного в радіотехніці поняття. Оскільки випромінювання енергії при теслівських процесах є негативним явищем, яке зменшує коефіцієнт корисної дії процесу передачі енергії, то в пристрої, що заявляється, довжина антен підбирається такою, щоб випромінювання енергії було мінімальним. Далі блок випрямлення здійснює перетворення високочастотного змінного струму до потрібної величини і випрямлення його для підзарядки акумулятора 10, який живить імплантований електростимулятор (мікрочіп) 11. Узгоджуючий високочастотний мікротрансформатор, який входить до складу блоку випрямлення, виконується з такою зовнішньою вольтамперною характеристикою, яка відповідає зарядній характеристиці акумулятора імплантованого електростимулятора (мікрочіпу). На ви ході блоку випрямлення встановлюється стабілітрон 9, для захисту електростимулятора (мікрочіпу), який імплантовано в тіло людини, від можливих перенапруг. Акумулятор вибирається на кількість ампер-годин, необхідну для нормальної роботи імплантованого електростимулятора (мікрочіпу) впродовж встановленого строку, після закінчення якого здійснюється безконтактна підзарядка акумулятора. Ефективність підзарядки суттєво збільшується, якщо ізольовані провідники-антени передавального блоку притискаються до відповідних ділянок тіла людини навпроти ізольованих антен приймального блоку, вшити х під шкіру людини. Це обумовлюється покращенням зв’язку між передавальним та приймальним блоками за рахунок збільшення часткових ємностей між парами приймальних та передавальних антен. Для цього використовується спеціальний пояс, в який вшито ізольовані передавальні провідники-антени. Оскільки величина струму зміщення пропорційна відстані між передавальними і приймальними антенами, то для регулювання величини струму зарядки використовуються спеціальні кишені з ізолюючими дістанціюючими прокладками. Регулювати струм зарядки можна, змінюючи кількість прокладок в кишені, а також змінюючи вихідні параметри інвертора. При роботі пропонованого пристрою переважає електрична складова електромагнітного поля, яка є менш шкідливою для організму людини ніж магнітна. Імплантована частина пристрою, що заявляється, має менші габарити та масу у порівнянні з прототипом, оскільки замість приймальної котушки зв’язку використовуються провідники-антени.