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一种用于体内诊疗装置的无线能量传输方案
针对体内的诊疗装置的能量供给问题,笔者提出了一种无线能量传输的方案;同时还设计了一套可进行无线能量传输的装置.实验结果表明,用该装置能够有效地进行能量的无线传输.
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基于无线能量传输技术的植入式动物生理参数遥测系统
目的 为长期连续监测动物生理参数,设计并实现了一种基于无线能量传输技术的植入式遥测系统.方法 系统由无线能量传输设备、植入式微型电子胶囊、数据记录仪、数据处理软件组成.胶囊尺寸为13.06 mm×30.90 mm,重6.38 g,功耗约150 mW.结果 模拟实验验证了该植入式遥测系统能够监测心电、体温和血压.选用新西兰兔进行活体实验,测得体温范围为37.2～37.3℃,基线噪声为0.1℃,血压范围为74～83 mmHg,基线噪声为3 mmHg.结论 模拟实验和动物活体实验证明基于无线能量传输技术的植入式动物生理参数遥测系统能够比较准确地监测动物的心电、体温和血压等参数.
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胶囊机器人无线能量传输系统设计
目的 胶囊内镜机器人受尺寸限制和安全性等因素的影响,传统锂电池或拖缆式供能已不能满足要求,如何提供有效的供能方式成为其发展的重大瓶颈.随着无线供能方式的提出,基于电磁感应的无线能量传输被视为一种有效解决该问题的供能方式.方法 设计了一个在任意姿态下接收线圈均能高效稳定供能胶囊机器人的无线能量传输系统.首先设计了符合赫姆霍兹线圈结构的双螺线管对线圈作为发射线圈,再结合机器人结构特征设计新型的磁芯结构和绕线方式,构成新型三维正交接收线圈.后在由发射线圈和体外控制电路组成的可调谐发射平台上进行了0 ～ 360°范围内系统有效接收效率的测试.结果 该系统能量传输效率在线圈任意姿态不低于4.95％,解决了因接收线圈姿态变化导致的供能不足问题.结论 在输入功率为10.88 W条件下能提供少544 mW的能量,实验验证了该系统的可行性.
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微型诊疗系统无线供能技术及其生物电磁效应研究
目的 针对人体肠道内微型诊疗系统能量供应问题,研究了一种基于电磁耦合的无线能量传输系统,并对其产生的生物电磁效应进行分析.方法 围绕在人体腹部的发射线圈产生的交变磁场,体内微小线圈产生感应电动势为肠内诊疗系统提供电能.为了研究电磁场在人体组织产生的生物效应,本文首先采用图像分割技术对人体横断面图像进行组织识别,建立了包含56种组织的高精度三维真实人体数字化模型,然后通过数值计算的方法研究了能量传输系统的生物电磁效应.结果 获得电流密度、比吸收率、磁场强度在人体的分布,以及不同频率下全身平均比吸收率.结论 生物电磁效应的研究为无线供能技术在人体肠道诊疗系统的应用奠定了生物安全性基础.
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基于新型微泵的人造肛门括约肌系统
人造肛门括约肌系统可以模拟人体正常肛门括约肌的工作,解决肛门失禁问题,缓解直肠切除病人的生活和心理压力.研究了人造肛门括约肌系统中的核心装置,提出了一种基于螺母丝杆结构的新型微泵,根据微泵的功率要求设计了无线能量传输模块,并进行了样机实验.测试结果表明该泵可以满足人造肛门括约肌系统的基本功能,该系统可以有效地控制肛门失禁问题.
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基于无线能量传输技术的植入式三路心电遥测系统
目的 为全方位监测心电信号并弥补单一导联心电检测的不足,设计并实现了一种基于无线能量传输技术的植入式三路心电遥测系统.方法 系统由无线能量传输设备供能,植入式微型电子胶囊检测心电信号,数据记录仪无线接收数据并由数据处理软件处理.直流供电下分别采用模拟心电信号、正弦信号、方波信号通过模拟实验验证了系统的性能.无线供能下信号线屏蔽后并埋在猪肉中进行体外实验.结果 模拟实验胶囊能够采集三种信号,体外实验测得有噪声的信号波形.结论 直流供电下胶囊正常工作,无线供能下猪肉对磁场有一定程度的屏蔽作用.
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磁耦合谐振无线能量传输系统头部植入线圈对人体头部电磁辐射影响的研究
磁耦合谐振无线能量传输(Witricity)是一种新的无线能量传输技术,利用电磁耦合谐振原理实现中距离的电能无线传输,可定向传输能量,并且不受中间障碍物的影响,在体内植入器件领域具有很好的应用前景.本研究设计制作了一种适用于植入器件的小尺寸无线能量传输系统,通过MIMICS及HFSS软件分别建立人体头部三维数值模型以及体内植入线圈模型,应用时域有限差分(FDTD)方法,通过XFDTD软件计算头部比吸收率(SAR)及电场磁场强度.结果表明,应用Witricity技术对头部植入器件进行能量传输,人体头部10 gSAR平均值为9.262 7×10-6W/kg,电场磁场强度均方根大值分别为4.64 V/m和0.057 A/m,均低于国际非电离辐射防护委员会(ICNIRP)制定的安全限值标准.
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胶囊内窥镜无线能量传输系统的人体安全性研究
采用电磁感应方式为体内胶囊内窥镜供能时,人体必然暴露于发射线圈产生的强电磁场中.本研究采用数值计算的方法,在包含62种人体组织、分辨率为0.33 mm×0.33 mm×2 mm的三维真实人体仿真模型上求解人体不同组织在该电磁场中的感应电流密度和比吸收率,并根据国际非电离辐射防护委员会安全性标准对其进行安全性评估.结果表明,发射功率为25 W,谐振频率为266.5 kHz的能量传输系统产生的电磁场对人体是安全的.本研究为无线能量传输系统奠定了生物安全性基础.
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植入式单穴位电刺激系统研究
目的:为实现对目前危害人类健康和造成不良社会影响的一些慢性疾病的长期、有效治疗,提出了植入式单穴位电刺激方法,并设计了仪器.方法:整个系统分为体外发射端和植入体内的接收刺激端.在能量发射端利用三极管的旁路电容和发射电感组成半串联谐振.针对无线能量供电的应用,通过实验分析能量供应的效率.实验中,选择合适的无线传输参数,20匝直径为35mm的空心线圈作为发射线圈,传榆频率为150～200 kHz,接收端使用100匝直径为10 mm的空心线圈.结果:完成了整个系统的样机,在接收端间隔5 mm时能获得5～10 mA电流,已经满足应用的要求.结论:样机可用于各种单穴位刺激实验.
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全人工心脏无线能量传输技术研究现状
总结了用于全人工心脏的无线能量传输系统的基本结构,对比分析了一些有代表性的系统的关键参数和性能,并对其发展趋势提出了展望.
