號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附 圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。
[0038]下面參照附圖描述根據本發明實施例提出的基于體內MEMS微振動能源收集的心 臟起搏器能源系統。
[0039 ]圖1是本發明實施例的基于體內MEMS微振動能源收集的心臟起搏器能源系統的結 構示意圖。
[0040]如圖1所示，該基于體內MEMS微振動能源收集的心臟起搏器能源系統包括:MEMS人 體微振動能量收集模塊l〇〇、MEMS電源磁屏蔽封裝200、信息采集模塊300與脈沖電控模塊 400 〇
[0041 ]其中，MEMS人體微振動能量收集模塊100用于采集由人體微振動產生的振動能量， 并且將振動能量轉化為電能，以進行存儲。MEMS電源磁屏蔽封裝200通過MEMS電鍍、濺射與 蒸鍍薄膜沉積，對MEMS微振動能源封裝外殼實現鎳層保護，進而通過MEMS鍵合(硅-硅、陽極 鍵合），實現MEMS微振動能電源的無縫鍵合封裝。信息采集模塊300用于采集人體心臟的心 電信號以生成起搏操作指令。脈沖電控模塊400用于根據起搏操作指令通過MEMS人體微振 動能量收集模塊存儲的電能生成脈沖電壓，并通過信息采集模塊傳導脈沖電壓，以對人體 心臟進行起搏刺激。本發明實施例的心臟起搏器能源系統可以采集人體微振動產生的振動 能量，并轉化為電能，延長了心臟起搏器的使用壽命，降低了使用成本，提高了心臟起搏器 的適應性，更好地保證心臟起搏器的可靠性。
[0042]進一步地，在本發明的一個實施例中，如圖1所示，本發明實施例的心臟起搏器還 包括:鋰電池(圖中未具體標識)和備用能源切換模塊500。
[0043]其中，在振動能過低或失效時，備用能源切換模塊500用于將MEMS人體微振動能量 收集模塊供電切換為鋰電池供電。
[0044]在本發明的實施例中，備用能源切換模塊500采用鋰電池作為備用電源，當振動能 量過低或失效時，由電控開關切換為電池供電，該混合驅動能源工作模式，可將器件的使用 壽命提升一倍左右，并提高了器件的可靠性，降低了突發事故的風險。
[0045] 可以理解為，本發明實施例的心臟起搏器能源系統可以由電路控制MEMS振動能源 與鋰電池的工作模式切換，特點具體為：
[0046] 1.該能源供給方案包含了 ：純振動能量轉化電源與備用鋰電源電池電源。
[0047] 2.在人體日間活動狀態下，以心臟跳動、呼吸、常規運動所產生的振動能作為系統 電路與心臟起搏器的電源。
[0048] 3.在人體夜間休息狀態下，振動能量不足時，由電路控制轉換為鋰電池作為系統 電路與心臟起搏器的電源。
[0049] 4.該能源供給方案可實現兩種電源模式的交替工作，理論上MEMS微振動能電源可 產生無限的電量，因此該方案相對于傳統單一電池式供電模式，可將起搏器的使用壽命提 升一倍以上，減少了患者更換電池的頻率。
[0050] 5.混合電源方案具有較高的可靠性，即使一種電源無法工作也可以即時啟用另一 種供電模式，對于預防心臟驟停等突發病癥有重要意義。
[0051] 進一步地，在本發明的一個實施例中，信息采集模塊300包括:電極導線、傳感器和 微處理器。
[0052] 其中，電極導線植入人體心臟，電極導線用于傳導心電信號與脈沖電壓。傳感器用 于采集電極導線傳導的心電信號。微處理器用于根據心電信號按照NBG碼生成起搏操作指 令。
[0053] 進一步地，在本發明的一個實施例中，MEMS人體微振動能量收集模塊100包括： MEMS微振動能源器件和微振動能源管理電。
[0054] 其中，MEMS微振動能源器件通過人體微振動，使得器件微敏感器件發生形變，進而 通過壓電效應持續產生響應的電荷，從而存儲電能。微振動能源管理電路用于對信息采集 模塊與脈沖電控模塊進行供電。
[0055]在本發明的實施例中，可以對人體自身產生的振動能量轉為電能并暫時收集;收 集的電能一方面可為部分系統電路供電，另一方面可以由脈沖電控模塊以對應的模式對心 臟給予適當的起搏刺激，起到治療的效果。
[0056]進一步地，在本發明的一個實施例中，MEMS微振動能源器件可以由MEMS工藝加工 而成的中心十字鉸鏈微扭轉梁與邊緣微懸臂梁陣列組成。
[0057] 具體地，MEMS微振動能源器件采用的RIE (反應離子刻蝕)MEMS加工工藝來實現 SiO2與Si3N4的刻蝕，并且采用的ICP(深硅感應耦合等離子體刻蝕)MEMS加工工藝來實現Si 基的刻蝕與懸臂梁結構釋放。
[0058]可選地，在本發明的一個實施例中，MEMS微振動能源器件的壓電功能層A材料為 PZT與AlN其中的任意一種，對應的MEMS加工工藝為Sol-Gel或磁控濺射。
[0059]其中，PZT與AlN具有較好的MEMS工藝兼容性，易實現微結構的加工與批量化生產， 且所含成分對人體無生理影響，適用于體內器件。
[0060]可選地，在本發明的一個實施例中，采用的等離子體增強化學氣相沉積與低壓化 學氣相沉積的加工工藝實現絕緣層SiO2與Si3N4的生長，生長厚度控制在0.3-0.5μπι。
[0061 ]可選地，在本發明的一個實施例中，采用的氮氣、氬氣混合磁控濺射MEMS加工工藝 實現壓電功能層AlN的生長，生長厚度控制在1-3μπι，并且采用的電子束蒸發MEMS加工工藝 來實現電極層Ti、Pt與Au的生長，Pt、Au的生長厚度控制在0.5-0.8μπι，Ti的生長厚度控制在 0·04-0·08μπι〇
[0062]進一步地，在本發明的一個實施例中，MEMS微振動能源器件的十字鉸鏈結構微扭 轉梁與邊緣微懸臂梁陣列的形狀、尺寸設計為預設的固有頻率，預設的固有頻率可以根據 實際情況進行設置，以接近覆蓋人體心臟、呼吸等常規體態振動及運動等非常規狀態下的 振動頻率。
[0063]具體而言，由MEMS工藝得到的主結構--中心質量塊十字鉸鏈微扭轉梁振動結 構，尺寸可以為：梁長3000-4000μπι，梁寬50-150μπι，梁厚5-10μπι，固有振動頻率可以為2-20Hz;副結構--邊緣微懸臂梁陣列，尺寸可以為:梁長2000-3000μπι，梁寬30-100μπι，梁厚 5-10μπι，固有振動頻率可以為5-30Ηζ;中心質量塊尺寸可以為:長800-1000μπι，寬800-1000μ m，厚200-400μπι;陣列質量塊尺寸可以為：長100-200μπι，寬100-200μπι，高100-300μπι。其中， MEMS微振動能源器件的十字鉸鏈結構微扭轉梁與邊緣微懸臂梁陣列的形狀、尺寸設計要求 固有頻率為盡量接近覆蓋人體心臟、呼吸等常規體態振動(<lg)及運動等非常規狀態(加速 度6-12g)下的振動頻率I -I OHz，以針對性的提高器件的功率密度。
[0064]在本發明的實施例中，MEMS微振動能源器件通過上述具體結構設計與制備工藝， 使其能夠在心跳、呼吸等正常狀態下以及運動等非正常狀態下有效采集振動能，并轉化為 電能進行儲存，從而脈沖電控模塊400利用適當的脈沖電壓進行起搏刺激治療，實現脈沖起 搏實現治療，可配合或替代傳統植入式心臟起搏器的電池能源供給，在一定程度上延長了 心臟起搏器的使用時間，減少了取出體外更換器件的痛苦，也降低了患者的醫療成本。 [0065]也就是說，MEMS微振動能源器件的主結構為中心十字鉸鏈微扭轉梁，具有較低的 固有頻率(2-20Hz)，與人體運動運動頻率相近，易于產生高密度的心跳振動電能量;其主要 特點是：
[0066] 1.梯形截面與靠近質量塊端的鉸鏈設計，對梁的扭轉變形時的應力分布有明顯改 善效果，提高了壓電層器件的輸出功率，同時延長器件使用壽命。
[0067] 2.大質量塊設計有利于增大壓電層振動運動的形變量，提高輸出能量；同時降低 了器件的固有頻率。
[0068] 3.十字型共質量塊懸臂梁結構，相對于同尺寸單懸臂梁質量塊結構，在保證運動 結構較低的固有頻率的前提下，擴大了工作頻率帶寬，并增大了壓電材料的面積，在多個懸 臂梁串聯工作模式中，使得輸出電壓有多倍的提高；同時避免了多懸臂梁在振動下的多模 態頻率情況，器件的穩定性得到了保證。
[0069]進一步地，MEMS微振動能源器件的副結構為邊緣微懸臂梁陣列，具有與人體運動 相近的固有頻率，易于產生高密度的人體運動振動電能量;其主要特點是：
[0070] 1.與十字鉸鏈微扭轉梁配合工作，提高能量采集頻帶寬度(5-30HZ)，增大輸出功 率。
[0071] 2.充分利用器件的結構空間，不改變MEMS微振動能源器件整體結構尺寸的前提 下，提高器件的功率密度。
[0072] 3.可作為MEMS微振動能源器件的備用發電單元，在主結構無法正常工作的情況 下，依然保持振動能量的收集與轉化。
[0073] 4.微懸臂梁陣列振動結構與十字鉸鏈微扭轉梁結構具有相同的工藝方案，可實現 統一加工，提高器件的可靠性。
[0074]另外，在本發明的一個實施例中，MEMS電源磁屏蔽封裝(EMI)可以采用電鍍工藝， 在MEMS微振動能源器件的鍵合封裝外殼表面沉積Ni膜，生長厚度控制在1-200μπι。
[0075] 在本發明的實施例中，本發明實施例的MEMS人體微振動能量收集模塊具有特殊的 磁屏蔽功能，具體體現在：
[0076] 1.微振動能源器件的工作依據為壓電原理，即壓電材料機械能與電能的直接轉 化，從工作原理與模式來說，磁場環境對于壓電器件的工作無直接影響。
[0077] 2.MEMS微振動能源器件的整體工藝材料中不包含鐵磁材料(AlN)，因此在磁場環 境下其器件的工作參數如振幅、頻率等不會受到影響。
[0078] 3. MEMS微振動能源器件采用MEM