一种自供能装置及其安装方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201810051413.0 (22)申请日 2018.01.19 (71)申请人 南华大学 地址 421001 湖南省衡阳市常胜西路28号 (72)发明人 伊凯 (74)专利代理机构 长沙正奇专利事务所有限责 任公司 43113 代理人 张珉瑞 (51)Int.Cl. A61N 1/378(2006.01) H02N 2/18(2006.01) H02J 7/32(2006.01) (54)发明名称 一种自供能装置及其安装方法 (57)摘要 本发明公开了一种自供能装置及其安装方。

2、 法， 其包括有依次连接的端盖、 第一弹性连接件、 外部叶片、 第二弹性连接件、 内部叶片、 第三弹性 连接件、 受电器， 外部叶片、 内部叶片均具有压电 材料， 两者数量相同且大于或等于2， 受电器与端 盖之间连接有弹性件， 自供能装置在自然状态 时， 外部叶片围绕端盖呈伞状分布， 内部叶片位 于外部叶片的内侧， 第二、 第三弹性连接件均为 外部绝缘的导体， 能够传递外部叶片和内部叶片 中产生的电能。 本发明的自供能装置通过具有压 电材料的叶片跟随心脏的收缩释放来产生电能， 能够为植入体内的装置提供源源不断的电能， 降 低植入装置的电池更换周期或维护周期。 权利要求书2页 说明书5页 附图3。

3、页 CN 108379740 A 2018.08.10 CN 108379740 A 1.一种自供能装置， 其特征在于， 包括有端盖、 外部叶片、 内部叶片、 第一弹性连接件、 第二弹性连接件、 第三弹性连接件、 弹性件和受电器， 所述外部叶片、 内部叶片均具有压电 材料， 所述外部叶片和所述内部叶片的数量相同且大于或等于2， 所述外部叶片的一端通过 所述第一弹性连接件与所述端盖连接， 所述外部叶片的另一端通过所述第二弹性连接件与 所述内部叶片的一端连接， 所述内部叶片的另一端通过所述第三弹性件与所述受电器连 接， 所述受电器与所述端盖之间连接有所述弹性件， 所述自供能装置在自然状态时， 所述。

4、外 部叶片围绕所述端盖和弹性件呈伞状分布， 所述内部叶片位于所述外部叶片的内侧， 所述 受电器位于所述内部叶片的内侧， 所述内部叶片的所述另一端比所述内部叶片的所述一端 更靠近所述端盖， 所述第二弹性连接件、 第三弹性连接件均为外部绝缘的导体。 2.根据权利要求1所述的一种自供能装置， 其特征在于， 所述外部叶片和内部叶片均包 括交错设置的压电材料层和弹性骨架层， 其中最外层为弹性骨架层。 3.根据权利要求1所述的一种自供能装置， 其特征在于， 所述外部叶片的外表面上还设 置有医用胶， 所述医用胶的外部覆盖有一层隔离膜。 4.根据权利要求3所述的一种自供能装置， 其特征在于， 所述隔离膜靠近所。

5、述端盖的一 端设置有用于剥离所述隔离膜的牵引线。 5.根据权利要求1所述的一种自供能装置， 其特征在于， 所述受电器为心脏起搏器和/ 或蓄电池； 或者所述受电器为除颤器。 6.根据权利要求5所述的一种自供能装置， 其特征在于， 所述弹性件为外部绝缘的导 体， 所述端盖上还设置有电极头， 所述起搏器中产生的脉冲电流通过所述弹性件传递到所 述电极头。 7.根据权利要求1所述的一种自供能装置， 其特征在于， 所述第一弹性连接件、 第二弹 性连接件、 第三弹性连接件、 弹性件均包含有超弹性材料。 8.根据权利要求1所述的一种自供能装置， 其特征在于， 所述外部叶片具有弧形， 所述 内部叶片具有与所述外。

6、部叶片相配合的弧形， 在外部叶片受到压力时， 外部叶片和内部叶 片能够相互贴合。 9.一种根据权利要求1所述的自供能装置的安装方法， 其特征在于， 主要包括以下步 骤： 1） 将自供能装置的姿态调整为拉伸状态， 所述自供能装置处于拉伸状态时， 所述弹性 件被拉伸， 所述端盖和所述受电器分别位于所述自供能装置的两个端部， 拉伸状态时所述 外部叶片组成的外轮廓的最大直径小于自然状态时所述外部叶片组成的外轮廓的最大直 径； 2） 将处于拉伸状态下的自供能装置放入导管内， 通过所述导管将所述自供能装置释放 到心脏内腔； 3） 所述自供能装置在弹性件、 第一弹性连接件、 第二弹性连接件、 第三弹性连接件。

7、的共 同作用下， 弹性件的长度不断变小， 外部叶片逐渐呈伞状打开， 内部叶片逐渐向外部叶片的 内侧折叠， 直到自供能装置回复到自然状态； 4） 调整自供能装置的位置， 利用所述外部叶片上的医用胶将自供能装置固定在心脏内 腔的指定位置。 10.根据权利要求9所述的自供能装置的安装方法， 其特征在于， 所述弹性件为外部绝 权利要求书 1/2 页 2 CN 108379740 A 2 缘的导体， 所述端盖上还设置有电极头， 所述受电器为起搏器， 所述起搏器中产生的脉冲电 流通过所述弹性件传递到所述电极头； 所述外部叶片的外表面上还设置有医用胶， 所述医 用胶的外部覆盖有一层隔离膜， 所述隔离膜靠近所。

8、述端盖的一端设置有用于剥离所述隔离 膜的牵引线， 所述步骤4） 中还具有以下步骤： 在导管的外端拉拔所述牵引线， 牵引线从导管 中退出将所述隔离膜从外部叶片的表面剥离， 曝露出医用胶。 权利要求书 2/2 页 3 CN 108379740 A 3 一种自供能装置及其安装方法 技术领域 0001 本发明涉及能量采集技术领域， 具体涉及一种自供能装置及其安装方法。 背景技术 0002 随着医疗技术的发展， 心脏腔内植入装置治疗心脏疾病的方式逐年增加。 植入装 置的体积大小受到严格的控制， 因此植入装置的电池容量往往有限， 当电池内的能量消耗 完之后， 必须要再次进行手术， 进行更换电池或者更换植入。

9、设备， 这不仅给患者增加了经济 负担， 而且再次进行手术对患者的心理和身体都带来了极大的挑战。 因此， 如何延长体内植 入装置的电能维持时间， 降低植入装置的电池更换周期， 成为急需要解决的问题。 发明内容 0003 本发明为解决现有技术中存在的问题， 提供一种自供能装置， 具体技术方案如下。 0004 一种自供能装置， 其包括有端盖、 外部叶片、 内部叶片、 第一弹性连接件、 第二弹性 连接件、 第三弹性连接件、 弹性件和受电器， 所述外部叶片、 内部叶片均具有压电材料， 所述 外部叶片和所述内部叶片的数量相同且大于或等于2， 所述外部叶片的一端通过所述第一 弹性连接件与所述端盖连接， 所述。

10、外部叶片的另一端通过所述第二弹性连接件与所述内部 叶片的一端连接， 所述内部叶片的另一端通过所述第三弹性件与所述受电器连接， 所述受 电器与所述端盖之间连接有所述弹性件， 所述自供能装置在自然状态时， 所述外部叶片围 绕所述端盖和弹性件呈伞状分布， 所述内部叶片位于所述外部叶片的内侧， 所述受电器位 于所述内部叶片的内侧， 所述内部叶片的所述另一端比所述内部叶片的所述一端更靠近所 述端盖， 所述第二弹性连接件、 第三弹性连接件均为外部绝缘的导体。 0005 本发明通过多个弹性部件 （第一弹性连接件、 第二弹性连接件、 第三弹性连接件、 弹性件） 将端盖、 外部叶片、 内部叶片和受电器连接在一起。

11、， 在自然状态下 （不受到外力作 用） ， 由第一弹性连接件、 第二弹性连接件、 第三弹性连接件和弹性件的共同作用， 使得所述 内部叶片位于所述外部叶片的内侧， 受电器位于所述内部叶片的内侧， 使受电器得到较好 的保护， 避免受电器与心脏内腔进行过多的接触； 具有压电材料的外部叶片与心脏内壁的 接触面积大， 能够准确地同步心脏的收缩和释放， 当心脏收缩时， 外部叶片受到挤压， 外部 叶片同时又挤压位于内侧的内部叶片， 受到挤压的外部叶片和内部叶片均生产电能， 电能 通过第二弹性连接件和第三弹性连接件传递给受电器， 随着心脏的收缩和释放， 自供能装 置不断地将机械能转化为电能供受电器使用和/或储。

12、存。 0006 进一步地， 所述外部叶片和内部叶片均包括交错设置的压电材料层和弹性骨架 层， 其中最外层为弹性骨架层。 压电材料层用于将心室收缩释放时产生的机械能转化为电 能， 而弹性骨架层为压电材料层提供必要的柔性结构支撑。 0007 进一步地， 所述外部叶片的外表面上还设置有医用胶， 所述医用胶的外部覆盖有 一层隔离膜。 隔离膜是为了保护医用胶的粘附力， 在将自供能装置植入体内时防止血液等 接触到医用胶， 当本装置叶片贴合心脏内腔时需撕去隔离膜使得医用胶粘贴于心脏内腔。 说明书 1/5 页 4 CN 108379740 A 4 同时由于植入时间的延长医用胶会慢慢被细胞分解， 医用胶分解后与。

13、心脏内腔相接触的是 弹性骨架层， 由于超弹性骨架具有很强的生物相容性， 心脏内腔的内皮细胞会生长覆盖超 弹性骨架从而达到永久固定的效果。 0008 进一步地， 所述隔离膜靠近所述端盖的一端设置有用于剥离所述隔离膜的牵引 线。 当自供能装置处于待安装位置时， 可以在体外拉拔该牵引线将所述隔离膜从叶片表面 上剥离， 操作简单， 不需要额外的工具或者手术操作来剥离隔离膜。 0009 进一步地， 优选地， 所述受电器为心脏起搏器和/或蓄电池。 随着心室收缩释放， 外 部叶片和内部叶片不断地产生电能并传递到心脏起搏器， 极大地延长了起搏器的电能维持 时间， 降低了起搏器的更换和维护周期。 优选地， 所述。

14、受电器也可以是其他植入的医疗设 备， 如： 除颤器。 优选地， 所述受电器为蓄电池， 该蓄电池能够为其他植入的医疗设备提供电 能。 0010 进一步地， 所述弹性件为外部绝缘的导体， 所述端盖上还设置有电极头， 所述起搏 器中产生的脉冲电流通过所述弹性件传递到所述电极头。 然后该电极头将脉冲电流传递到 治疗区域的细胞， 达到刺激细胞的目的。 0011 进一步地， 所述第一弹性连接件、 第二弹性连接件、 第三弹性连接件、 弹性件均包 含有超弹性材料。 超弹性材料可以是超弹性合金， 其具有极宽的弹性范围， 具有即使受到变 形也可恢复成原来形状的性质。 超弹性： 是指试样在外力作用下产生远大于其弹性。

15、极限应 变量的应变， 在卸载时应变可自动恢复的现象。 超弹性部件可以由镍钛合金或任意其它合 适的超弹性材料来制造。 在例如镍钛系合金中， 它是由合金的晶体结构在奥氏体相和马氏 体相之间的相变而引起， 能够承受直到大约13(但并不局限于)的变形应变， 且材料能够 在除去应力后恢复它的原始形状， 而不需要加热或冷却。 0012 进一步地， 所述外部叶片具有弧形， 所述内部叶片具有与所述外部叶片相配合的 弧形， 在外部叶片受到压力时， 外部叶片和内部叶片能够相互贴合。 具有弧形的外部叶片能 够增大外部叶片与心脏内壁的接触面积， 一方面提高了固定的效果， 另一方面便于外部叶 片与心脏的内壁的同步运动。。

16、 0013 本发明的自供能装置的安装方法主要包括以下步骤： 1） 将自供能装置的姿态调整为拉伸状态， 所述自供能装置处于拉伸状态时， 所述弹性 件被拉伸， 所述端盖和所述受电器分别位于所述自供能装置的两个端部， 拉伸状态时所述 外部叶片组成的外轮廓的最大直径小于自然状态时所述外部叶片组成的外轮廓的最大直 径； 2） 将处于拉伸状态下的自供能装置放入导管内， 通过所述导管将所述自供能装置释放 到心脏内腔； 3） 所述自供能装置在弹性件、 第一弹性连接件、 第二弹性连接件、 第三弹性连接件的共 同作用下， 弹性件的长度不断变小， 外部叶片逐渐呈伞状打开， 内部叶片逐渐向外部叶片的 内侧折叠， 直到。

17、自供能装置回复到自然状态； 4） 调整自供能装置的位置， 利用所述外部叶片上的医用胶将自供能装置固定在心脏内 腔的指定位置。 0014 进一步地， 所述弹性件为外部绝缘的导体， 所述端盖上还设置有电极头， 所述受电 器为起搏器， 所述起搏器中产生的脉冲电流通过所述弹性件传递到所述电极头； 所述外部 说明书 2/5 页 5 CN 108379740 A 5 叶片的外表面上还设置有医用胶， 所述医用胶的外部覆盖有一层隔离膜， 所述隔离膜靠近 所述端盖的一端设置有用于剥离所述隔离膜的牵引线， 所述步骤4） 中还具有以下步骤： 在 导管的外端拉拔所述牵引线， 牵引线从导管中退出将所述隔离膜从外部叶片的。

18、表面剥离， 曝露出医用胶。 0015 由于采用了以上技术方案， 本发明的自供能装置通过具有压电材料的叶片跟随心 脏的收缩释放来产生电能， 能够为植入体内的装置提供源源不断的电能， 降低植入装置的 电池更换周期或维护周期； 片状压电材料的优势是， 与心脏内壁的接触面积大， 能够准确地 同步心脏的收缩， 高效将心脏的机械能转换为电能； 本发明的自供能装置尺寸可以调节， 外 轮廓的大小可以调节， 极有利于本发明的供能装置植入体内， 在外轮廓较小的情况下可以 将供能装置放置在尺寸较小的导管中， 利用微创手术即可将功能装置植入体内， 功能装置 在体能自动释放， 展开具有压电材料的叶片， 以到达最佳的能量。

19、转换效果。 附图说明 0016 图1 为本发明自供能装置处于自然状态下的立体图； 图2为本发明具有压电材料的叶片的示意图； 图3为本发明自供能装置处于拉伸状态下的立体图； 图4为本发明处于拉伸状态下的自供能装置位于导管内的示意图； 图5为本发明自供能装置从拉伸状态向自然状态转变过程的某一时刻的立体图。 0017 图中： 端盖1、 外部叶片2、 内部叶片3、 第一弹性连接件4、 第二弹性连接件5、 第三弹 性连接件6、 弹性件7、 受电器8、 压电材料层9、 弹性骨架层10、 导管11、 隔离膜12、 牵引线13、 电极头14。 具体实施方式 0018 下面结合附图对本发明作进一步详细描述。 0。

20、019 参见图1-5， 一种自供能装置， 其包括有端盖1、 外部叶片2、 内部叶片3、 第一弹性连 接件4、 第二弹性连接件5、 第三弹性连接件6、 弹性件7和受电器8， 所述外部叶片2、 内部叶片 3均具有压电材料， 所述外部叶片2和所述内部叶片3的数量相同且大于或等于2， 虽然图中 示出了3个外部叶片的情况， 但外部叶片的数量只要大于或等于2即可， 所述外部叶片2的一 端通过所述第一弹性连接件4与所述端盖1连接， 所述外部叶片2的另一端通过所述第二弹 性连接件5与所述内部叶片3的一端连接， 所述内部叶片3的另一端通过所述第三弹性连接 件6与所述受电器8连接， 所述受电器8与所述端盖1之间连。

21、接有所述弹性件7， 所述自供能装 置在自然状态时， 所述外部叶片2围绕所述端盖1和弹性件7呈伞状分布， 所述内部叶片3位 于所述外部叶片2的内侧， 所述受电器8位于所述内部叶片3的内侧， 所述内部叶片3的所述 另一端比所述内部叶片3的所述一端更靠近所述端盖1， 所述第二弹性连接件5、 第三弹性连 接件6均为外部绝缘的导体， 能够传递所述外部叶片和内部叶片中产生的电能。 0020 本发明通过多个弹性部件 （第一弹性连接件、 第二弹性连接件、 第三弹性连接件、 弹性件） 将端盖、 外部叶片、 内部叶片和受电器连接在一起， 在自然状态下 （不受到外力作 用） ， 由第一弹性连接件、 第二弹性连接件、。

22、 第三弹性连接件和弹性件的共同作用， 使得所述 内部叶片位于所述外部叶片的内侧， 受电器位于所述内部叶片的内侧， 使受电器得到较好 说明书 3/5 页 6 CN 108379740 A 6 的保护， 避免受电器与心脏内腔进行过多的接触； 具有压电材料的外部叶片与心脏内壁的 接触面积大， 能够准确地同步心脏的收缩和释放， 当心脏收缩时， 外部叶片受到挤压， 外部 叶片同时又挤压位于内侧的内部叶片， 受到挤压的外部叶片和内部叶片均生产电能， 电能 通过第二弹性连接件和第三弹性连接件传递给受电器， 随着心脏的收缩和释放， 自供能装 置不断地将机械能转化为电能供受电器使用和/或储存。 其中弹性件7优选。

23、为螺旋型弹簧。 另外， 图1示出了自然状态下的自供能装置， 其中外部叶片2的一部分和内部叶片3一部分重 叠在一起， 这样在外部叶片2受到微小的挤压变形也能传递到内部叶片3上， 使得自供能装 置对心脏的收缩释放比较敏感， 有利于提高叶片的发电效率； 当然也可以将外部叶片2和内 部叶片3设置为在自然状态下不相互接触， 两者之间具有一定的间隙， 只有当外部叶片受到 较大的挤压时， 外部叶片2和内部叶片3才相互接触， 两者都产生电能， 在外部叶片受到较小 的挤压时， 只有外部叶片2产生电能。 0021 进一步地， 如图2所示， 所述外部叶片2和内部叶片3均包括交错设置的压电材料层 9和弹性骨架层10，。

24、 其中最外层为弹性骨架层10。 压电材料层9用于将心室收缩释放时产生 的机械能转化为电能， 而弹性骨架层为压电材料层提供必要的柔性结构支撑。 优选地， 所述 弹性骨架层采用超弹性材料制成。 其中图2 （a） 中示出了两层弹性骨架层10和一层压电材料 层9的情况， 图2 （b） 中示出了两层弹性骨架层10和两层压电材料层9的情况， 但是弹性骨架 层10和压电材料层9的数量可以根据需要进行增加或者减少。 0022 进一步地， 如图3所示， 所述外部叶片2的外表面上还设置有医用胶， 所述医用胶的 外部覆盖有一层隔离膜12。 隔离膜12是为了保护医用胶的粘附力， 在将自供能装置植入体 内时防止血液等接。

25、触到医用胶， 当本装置外部叶片2贴合心脏内腔时需撕去隔离膜使得医 用胶粘贴于心脏内腔。 同时由于植入时间的延长医用胶会慢慢被细胞分解， 医用胶分解后 与心脏内腔相接触的是弹性骨架层， 由于弹性骨架具有很强的生物相容性， 心脏内腔的内 皮细胞会生长覆盖弹性骨架从而达到永久固定的效果。 医用胶的主要成分是a-氰基丙烯酸 酯， 其在生物体组织的聚合速度快， 医用胶在创面血液和组织液中阴离子的作用下， 能快速 聚合固化成膜并与创面镶嵌紧密， 可牢固地保持伤口的对合状态， 且胶膜可阻止血球、 血小 板通过， 在凝血酶和纤维蛋白原的共同作用下， 封闭创面断裂的小血管可以有效止血， 同时 胶膜将组织和细菌隔。

26、离， 还具有抗感染和保护创面的作用， 聚合物中的醚链还具有止痛作 用， 它还具有在体内分解、 排泄等特点 进一步地， 如图3所示， 所述隔离膜12靠近所述端盖1的一端设置有用于剥离所述隔离 膜12的牵引线13。 当自供能装置处于待安装位置时， 可以在体外拉拔该牵引线13将所述隔 离膜12从外部叶片的表面剥离， 操作简单， 不需要额外的工具或者手术操作来剥离隔离膜。 0023 进一步地， 优选地， 所述受电器8为心脏起搏器和/或蓄电池。 随着心室收缩释放， 外部叶片和内部叶片不断地产生电能并传递到心脏起搏器， 极大地延长了起搏器的电能维 持时间， 降低了起搏器的更换和维护周期。 优选地， 所述受。

27、电器也可以是其他植入的医疗设 备， 如： 除颤器。 优选地， 所述受电器为蓄电池， 该蓄电池能够为其他植入的医疗设备提供电 能。 0024 进一步地， 所述弹性件7为外部绝缘的导体， 所述端盖1上还设置有电极头14， 所述 起搏器中产生的脉冲电流通过所述弹性件7传递到所述电极头14。 然后该电极头14将脉冲 电流传递到治疗区域的细胞， 达到刺激细胞的目的。 说明书 4/5 页 7 CN 108379740 A 7 0025 进一步地， 所述第一弹性连接件4、 第二弹性连接件5、 第三弹性连接件6、 弹性件7 均包含有超弹性材料。 超弹性材料可以是超弹性合金， 其具有极宽的弹性范围， 具有即使受。

28、 到变形也可恢复成原来形状的性质。 0026 进一步地， 所述外部叶片2具有弧形， 所述内部叶片3具有与所述外部叶片2相配合 的弧形， 在外部叶片2受到压力时， 外部叶片2和内部叶片3能够相互贴合。 具有弧形的外部 叶片能够增大外部叶片与心脏内壁的接触面积， 一方面提高了固定的效果， 另一方面便于 外部叶片与心脏的内壁的同步运动。 0027 本发明的自供能装置的安装方法主要包括以下步骤： 1） 将自供能装置的姿态调整为拉伸状态， 如图3所示， 所述自供能装置处于拉伸状态 时， 所述弹性件7被拉伸， 所述电极头14和所述受电器8分别位于所述自供能装置的两个端 部， 拉伸状态时所述外部叶片2组成的。

29、外轮廓的最大直径小于自然状态时所述外部叶片2组 成的外轮廓的直径； 2） 将处于拉伸状态下的自供能装置放入导管11内 （如图4所示） ， 通过所述导管11将所 述自供能装置释放到心脏内腔的指定位置； 3） 所述自供能装置在弹性件7、 第一弹性连接件4、 第二弹性连接件5、 第三弹性连接件6 的共同作用下， 如图5所示， 弹性件7的长度不断变小， 外部叶片2逐渐呈伞状打开， 内部叶片 3逐渐向外部叶片2的内侧折叠， 直到自供能装置回复到自然状态 （图1的状态） ； 4） 调整自供能装置的位置使电极头14固定在心肌上， 在导管11的外端拉拔所述牵引线 13， 牵引线13从导管11中退出将所述隔离膜。

30、12从外部叶片2的表面剥离， 外部叶片2表面附 着的医用胶同心室内表面接触并与之粘连。 实现了自供能装置的安装固定。 0028 最后应说明的是： 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案， 而非对其限制； 尽管 参照前述实施例对本发明进行了详细的说明， 本领域的普通技术人员应当理解： 其依然可 以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改， 或者对其中部分技术特征进行等同替换； 而这些修改或者替换， 并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和 范围。 说明书 5/5 页 8 CN 108379740 A 8 图1 图2 说明书附图 1/3 页 9 CN 108379740 A 9 图3 说明书附图 2/3 页 10 CN 108379740 A 10 图4 图5 说明书附图 3/3 页 11 CN 108379740 A 11 。