植入式无线能量传输系统

目的提出一种适用于植入式医疗设备的无线供电系统,引入磁谐振耦合供能的方法,并通过建立理论线圈仿真模型计算线圈尺寸与谐振频率,有效解决植入式装置无线供电距离远、尺寸小等难题,使植入式装置可无需更换电池而终生使用。方法首先通过MATLAB仿真耦合谐振线圈模型以及无线能量传输模型,并计算出满足条件的最优线圈设计。然后依据仿真结果制作发射线圈与接收线圈,设计植入式无线供电实际硬件系统,使系统在限定的距离等条件下有最优的传输效率。结果仿真算法能有效描述磁耦合谐振,计算与测量可以得到Q、L的理论与实际的平均相对误差E_Q=5.34%、E_L=4.42%,为实际供电系统的设计提供了参考依据。设计实现了适合于医疗植入的微型供电系统,增加了传输距离。该方案采用线圈大对小设计,植入部分尺寸仅有18 mm,体外线圈直径85mm,实际最高传输效率达到16.20%,80 mm距离可以供能2.642 m W。结论该仿真算法可为耦合谐振设计提供参考,为植入式医疗系统提供一种新的设计方案。     

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.     

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.     

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.     

利用人体传输信息的无线芯片

耳机与iPod之间并没有电线连接，使用者却可以享受iPod中的各种节目，这听起来有些不可思议。但最近在美国举行的国际固态电路论坛生物学硅分会上，韩国高等科技大学的研究人员所展示的最新芯片使这种遐想变成了现实，该芯片被植入皮肤下，就能使iPod使用者的前臂成为导电的电线，从而收听iPod。     

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.     

基于nRF905的心电无线遥测系统的研究与实现

介绍了一种以射频芯片nRF905为无线通信核心的心电无线遥测系统的实现方案.整个系统通过16位单片机MSP430F1232来控制.MSP430F1232内部的10位AD可以对放大滤波后的心电信号进行采集,再通过SPI口将采集的数据处理后写入nRF905的寄存器中并发射出去,接收端接收到数据,单片机通过SPI将nRF905的接收寄存器中数据读出,再由UART通过串口传入计算机用于显示和分析.所完成原理样机经测试三层楼间通信良好,所显示心电波形满足要求.     

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。最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条件下能提供最少544 m W的能量,实验验证了该系统的可行性。     

水上运动项目多参数实时监测系统研究和实现

水上运动项目多参数实时监测系统,将无线传感器网络(WSN)技术应用于水上运动项目多参数(船速、桨栓压力,心率等参数)监测和分析。系统包括前端传感器对信号的采集和处理、ZigBee无线传输、计算机(UMPC)终端的可视化界面分析和处理等。该系统可以将训练中运动员的心率、桨栓力和船速等指标实时生动的反映在教练手中,以便教练根据实际情况做出最及时的训练安排和调整,有效地提高运动员训练的效率和比赛竞争力。     

基于嵌入式调制解调器的心电数据远程传输系统的设计

本文介绍了一种通过嵌入式调制解调器与公共电话网实现心电数据远程传输的系统,系统由家庭单元、公共电话网和中心工作站组成.该系统通过嵌入式调制解调器与公共电话网可将家庭单元的心电记录器采集的心电信号传输到远处的中心工作站(医院或监护中心),由中心工作站对患者进行心电监护.系统特点在于数据传输采用并行嵌入式调制解调器,它具有体积小、功耗低、携带方便、传输速度快等特点.     

A stable wireless energy transmission system for gastrointestinal microsystems

A wireless energy transmission system using a Helmholtz primary coil outside and a 3-dimensional secondary coil inside the body is introduced. It is designed to transmit stable power to a gastrointestinal microsystem regardless of its position and orientation when working in the gastric tract. Up to 310 mW of usable DC power can be delivered under worst-case geometrical conditions. Measured data of the system performance are presented and evaluated.     

无线供能系统接收装置的结构设计

目的 无线供能系统的接收装置囿于尺寸限制难以满足越来越高的能量要求,提高空间利用率是解决这一难题的关键.方法 从接收装置的姿态稳定性和体内温升安全性角度出发,通过实验方法确定接收装置磁芯的较优形状,并在给定尺寸约束下根据几何关系建立方程解出磁芯尺寸与导线股数和匝数,从而实现接收装置的结构优化.应用该方法对肠道机器人无线供能模块的能量接收装置进行了设计和实验.结果 在外形≤φ10 mm×10 mm的约束下,接收装置输出功率可以保证在500 mW以上,并且符合温升安全性要求.结论 实验结果表明了这种带约束的对称性设计方法的有效性.     

Smart Vest: wearable multi-parameter remote physiological monitoring system

The wearable physiological monitoring system is a washable shirt, which uses an array of sensors connected to a central processing unit with firmware for continuously monitoring physiological signals. The data collected can be correlated to produce an overall picture of the wearer's health. In this paper, we discuss the wearable physiological monitoring system called ‘Smart Vest’. The Smart Vest consists of a comfortable to wear vest with sensors integrated for monitoring physiological parameters, wearable data acquisition and processing hardware and remote monitoring station. The wearable data acquisition system is designed using microcontroller and interfaced with wireless communication and global positioning system (GPS) modules. The physiological signals monitored are electrocardiogram (ECG), photoplethysmogram (PPG), body temperature, blood pressure, galvanic skin response (GSR) and heart rate. The acquired physiological signals are sampled at 250 samples/s, digitized at 12-bit resolution and transmitted wireless to a remote physiological monitoring station along with the geo-location of the wearer. The paper describes a prototype Smart Vest system used for remote monitoring of physiological parameters and the clinical validation of the data are also presented.     

无线镇痛系统的研制

目的研制一套由镇痛泵泵头、路由基站和远程监控台组成的无线镇痛系统,以缓解术后患者的疼痛。方法镇痛泵泵头终端模块完成麻醉液输注的具体动作,并通过Wi-Fi与远程监控台进行无线数据通信。通过优化系统软件以及模块的电源管理等方面对镇痛泵泵头进行了低功耗软硬件设计;从机械装夹和软件校准等多方面提出了增大泵头精度的方法。基于压力模块和霍尔模块对镇痛泵报警方法进行研究并建立模型,根据不同的算法提取压力信号相应的特征,从而识别出管路堵塞、有气泡、无液和正常工作4种状态。结果通过对研制的无线镇痛系统进行精度和工作时长测试以及管路4种不同工作状态报警分析,可知本系统能够正常工作,压力模块可精确报警。结论本系统的功耗低、精度高,具有精确的报警提示功能,可实现患者自控镇痛。     

Real time acquisition and PC to PC wireless transmission of human carotid pulse waveform

Carotid pulse is an established physiological parameter used to deduce cardiac information. Technological advances allow non-invasive measurement of carotid waveform, but involve complex electronics. Simple and relatively inexpensive method is devised here to acquire the carotid pulse. Measurements were made non-invasively on human subjects in various postures using piezoelectric sensor. Transducer output is interfaced directly to a computer in real time and carotid wave is viewed successfully on virtual oscilloscope. Stored data is digitally filtered, visually analyzed and transferred wirelessly from one computer to another using windows hyper-terminal and XBee RF transceiver module. Automated analysis algorithm can be further developed.     

Portable wireless power transmission system for video capsule endoscopy

Wireless power transmission is considered a practical way of overcoming the power shortage of wireless capsule endoscopy (VCE). However, most patients cannot tolerate the long hours of lying in a fixed transmitting coil during diagnosis. To develop a portable wireless power transmission system for VCE, a compact transmitting coil and a portable inverter circuit driven by rechargeable batteries are proposed. The couple coils, optimized considering the stability and safety conditions, are 28 turns of transmitting coil and six strands of receiving coil. The driven circuit is designed according to the portable principle. Experiments show that the integrated system could continuously supply power to a dual-head VCE for more than 8?h at a frame rate of 30 frames per second with resolution of 320?×?240. The portable VCE exhibits potential for clinical applications, but requires further improvement and tests.     

Development of a fully implantable wireless pressure monitoring system

A fully implantable wireless pressure sensor system was developed to monitor bladder pressures in vivo. The system comprises a small commercial pressure die connected via catheter to amplifying electronics, a microcontroller, wireless transmitter, battery, and a personal digital assistant (PDA) or computer to receive the wireless data. The sensor is fully implantable and transmits pressure data once every second with a pressure detection range of 1.5 psi gauge and a resolution of 0.02 psi. In vitro calibration measurements of the device showed a high degree of linearity and excellent temporal response. The implanted device performed continuously in vivo in several porcine studies lasting over 3 days. This system can be adapted for other pressure readings, as well as other vital sign measurements; it represents the first step in developing a ubiquitous sensing platform for telemedicine and remote patient monitoring.     

神经假体能量信号转换与传输关键技术的研究进展

能量信号转换与传输技术是神经假体研究的关键技术。本文首先简述神经假体能量信号转换与传输技术的理论基础,然后对神经假体研究中能量信号转换与传输的三种关键技术研究现状进行综述。通过对无线电能传输技术、无线通信技术、无线供能通信技术的研究方向和难点进行讨论,指出神经假体能量信号转换与传输技术的重点关注内容,有助于神经假体的进一步研究。     

可植入人体医疗设备的无线能量传输系统仿真分析

针对传统可植入人体医疗设备供能方式的不足,运用谐振耦合无线能量传输技术,设计可用于心脏起搏器等医疗设备的电能传输系统。结合植入式医疗设备尺寸小的特点,引入8字形线圈结构,采用有限元仿真软件分析各相关参数对于输出功率的影响,得到系统的最优参数。分析了在人体模型中产生的磁感应强度和电场强度分布,参考国际非电离辐射防护委员会（ICNIRP）制定的限值进行对比分析,评估了该系统电磁暴露的安全性,结果表明系统能够安全实现无线能量传输。