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最大值分别为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。     

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.     

用于加热治疗癌症的915MHz间隙式微波天线的SAR分布

目前,许多研究中心正在研究用间隙式微波天线阵列加垫系统(IMMAH)作为一种治疗人体不同部位的肿瘤。本文从理论和实验两个方面,对肌肉模型中工作于915MHz频率的单个孤立天线的特定吸收率(SAR.W/kg)的分布进行探讨。发现随着测量点温度的提高,SAR减小。这些同轴天线直径为1～2mm。长发为5～10cm。结果表明,偶极天线的长度小于它们的谐振长度时,偶极天线与谐振天线相比具有一特性上更大的动态     

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。     

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。     

胶囊内窥镜能量发射装置的设计及实现

体外能量发射装置是胶囊内窥镜无线供能系统中很重要的一部分。为了使胶囊内窥镜获得较稳定能量,同时研究传输效率和人体安全性与谐振频率的关系,设计了一种可在人体消化道区域内产生均匀交变电磁场、谐振频率在10—400kHz范围内调节的体外能量发射装置。根据无线供能系统的要求设计了该装置的发射线圈、驱动电路,并实际搭建了整个装置。实际使用验证了该能量发射装置设计的可行性,并取得了较好的效果。     

Implantable radio-telemetry system for monitoring animal physiological parameters based on wireless power transmission technology

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.     

基于无线充电技术的胃肠电刺激系统

目的设计一种新型的植入式胃肠道刺激系统,不仅具有刺激功能,还具有肠电和压力检测功能,可用于检测胃肠道刺激的效果,同时增加无线能量供给,以实现刺激器的长期植入。方法系统由体内刺激模块、体外控制模块及无线能量传输模块组成。体外控制模块通过无线射频将控制信号传输到体内刺激模块,体内刺激模块的能量由体外能量发射装置通过电磁耦合进行供给。通过生物反馈控制检测不同刺激参数对胃肠道收缩活动的作用效果,实时调整刺激参数,输出需要的刺激脉冲。以模拟心电信号模拟肠电信号,进行了相关的体外实验。结果在体外实验中,系统可有效检测到2—20次／min的模拟心电信号,并实现实时刺激参数修改输出不同的刺激脉冲。该系统实现了电流检测功能,监测作用部分的胃肠电阻。经皮无线能量在两级线圈轴向距离为22mm时的接收充电稳定功率最大为0．93W,体内锂离子的充电电流为180～240mA。结论系统可检测到最大变化范围的模拟肠电信号。验证电流的作用效应为后续的恒流刺激模式提供参考。该系统的无线充电功能可满足植入式刺激器长期植入的能量需求。     

植入式人工肛门括约肌系统的实现及动物实验***

背景：研制新型的符合人体生理需求的人工肛门括约肌系统具有十分重要的意义。 目的：设计一种新型植入式人工肛门括约肌系统。 方法：利用无线通讯模块和压力传感器重建排便控制机制,并由经皮能量传输模块供电,采用机电系统模拟人体自然器官的功能,最终实现人体肛门括约肌的控制效果。 结果与结论：设计并实现了一种新型的植入式人工肛门括约肌系统,在重建排便机制和模型的基础上,一定程度上恢复肛门失禁患者的生物反馈控制能力,并带有经皮能量传输模块,为体内系统长期无缆式供电提供可能。该系统实现了植入式动物实验,完成了系统植入可行性和基本功能验证。 关键词：人工肛门括约肌;生物反馈控制;经皮能量传输;植入式动物实验;数字化医学  doi:10.3969/j.issn.1673-8225.2012.13.013     

仿生型BG-COL-HYA-PS复合支架细胞相容性

目的:研究仿生型BG-COL-PS-HYA复合支架材料与成骨细胞的相容性。方法:将小鼠胚胎成骨细胞种植于BG-COL-HYA-PS、BG-COL复合材料、58SBG支架上,用MTT法、ALP活性测定等观察细胞在材料中的生长情况。通过体外实验方法,观察其生物相容性。结果:成骨细胞在BG-COL-HYA-PS材料上能良好粘附、增殖,而在58SBG材料上粘附差、细胞逐渐死亡。MTT法结果显示:联合培养后,BG-COL-HYA-PS组的OD值为0.314±0.004,5天时达到0.621±0.002,分别为58SBG组的1.49倍和1.44倍,P<0.05。结论:仿生型BG-COL-PS-HYA复合支架具有天然骨分级结构和有良好的生物相容性,在诱导成骨细胞增殖方面性能优越,可作为骨组织工程支架材料,临床应用前景广阔。     

骨质疏松症患者血清CT、Ca和P的水平观察

目的：为了研究血清降钙素（CT）、钙（Ca）和磷（P）的水平对激素引起男、女性骨质疏松症（OP）的影响。方法：放射免疫分析了血清CT的水平,生化法测定了血钙和血磷,发光免疫分析了性激素水平,并都做了相关性分析。结果：67例男性OP的血清Ca、P和E2均明显高于正常对照组（P均〈0.01）,而血清CT和T较正常对照组明显降低（P〈0.01）。在治疗前,60例女性OP患者血清Ca、P和T均明显高于正常对照组（P均〈0.01）,而血清CT和E2较正常对照组明显降低（P〈0.01）;治疗后女性OP患者血清CT和E2较治疗前明显增高,血清Ca、P和T明显降低,血清CT、E2和T较正常对照组接近（P均〉0.05）,而血清Ca和P较正常对照组仍增高（P〈0.05）。结论：由性激素引起的OP与血清CT、Ca、P和性激素相互之间存在着相关关系。在女性OP治疗时,以CT、E2和T水平为随访的最佳指导。     

基于PCA和LDA数据降维的脑磁图脑机接口研究

脑磁图(MEG)信号作为一种新的脑-机接口(BCI)输入信号,含有手运动方向的模式信息。通常对MEG信号采用信号处理的特征提取和线性分类,识别率一直难于提高。本文提出用主成分分析(PCA)方法对其进行特征提取,并用线性判别分析(LDA)进行了优化,最后用最近邻非线性分类器进行分类,在分类结果的基础上分析了混淆矩阵。实验结果表明PCA+LDA方法能有效的分析多通道的MEG信号,平均识别率达到了53.0%,优于BCI竞赛Ⅳ的识别率46.9%。     

The Effect of Soluble Peptide Sequences on Neurite Extension on 2D Collagen Substrates and Within 3D Collagen Gels

The extension of neurites on 2D collagen-coated substrates and within 3D collagen gels is based on various chemical and mechanical environmental factors. However, extrapolating results from 2D studies to 3D environments are difficult, especially with regard to neural outgrowth. The aim of this study was to investigate the effects of inhibitory molecules on nerve growth in 3D environments as compared to 2D surfaces. E9 chick dorsal root ganglion cells were seeded within collagen gels as well as onto collagen-coated glass and were exposed, for 24 h, to one of three experimental peptide sequences; arginine-glycine-aspartic acid-threonine (RGDT), cyclo(RGD-d-Phe-Val) (cRGD), or aspartic acid-glycine-glutamic acid-alanine (DGEA). In 3D collagen gels, only the cRGD peptide sequence reduced neurite extension across a variety of gel concentrations. In contrast, on 2D surfaces, both RGD peptides reduced the number of cells expressing neurites, but cRGD still exhibited superior inhibition of neurite expression. Further evaluation of cRGD results revealed that the peptide altered neurite growth vs. stiffness to a more linear relationship that is more typical of non-adhesive environments. Overall, these results further demonstrate the importance of peptide confirmation and sequence when investigating cell behavior in 3D environments.     

视觉电生理信号检测方法研究

本文根据视觉解剖与电生理特征，采用沿视觉通路提取信号的检测方法，把握视觉生理功能的全面信息。所研制的ＭＥＴ０１系统，实验了ＥＯＧ、ＥＲＧ、ＶＥＰ等信号的检测与分析，对视觉早期病变的诊断具有一定的临床价值。     

TgAb对ECLIA和RIA测定Tg影响的对比研究

采用电化学发光免疫分析(ECLIA)法和放射免疫分析(RIA)法同时测定甲状腺球蛋白(Tg)、自身甲状腺球蛋白抗体(TgAb),用回收实验研究TgAb对Tg测定的影响。选取84例甲状腺疾病患者血样,分别测定Tg、TgAb,将结果进行相关性分析。回收实验第一组分别加入50、100和200ng/ml的标准Tg;第二组对倍稀释5次,加入100ng/ml标准Tg;第三组为TgAb浓度梯度组,加入100ng/ml标准Tg。结果表明,两种方法Tg值均大于10ng/ml的31例标本,相关系数为0.676(P=0.000)。TgAb值的相关系数为0.677(P=0.000)。TgAb浓度增加,ECLIA法Tg值逐渐降低,RIA法Tg值逐渐升高。血清稀释后,ECLIA法Tg值和回收率逐渐升高,RIA法Tg值和回收率逐渐下降。不同标准Tg对Tg回收率无明显影响。两种方法测定Tg和TgAb有较好的相关性。ECLIA法比RIA法测定范围更宽,灵敏度更高。TgAb使ECLIA法可能低估Tg值,使RIA法可能高估Tg值。TgAb干扰Tg测定没有阈值存在。回收实验不能完全校正TgAb干扰导致的偏差。     

基于小波神经网络的心电信号滤波研究

针对心电(ECG)信号检测中存在的主要噪声,本文研究了基于小波神经网络(WNN)的ECG信号滤波理论。提出一种通过WNN非线性逼近能力构建的针对ECG信号的非线性滤波器算法和滤波策略,实现对ECG信号中基线漂移、肌电干扰、工频干扰噪声的滤除;给出了网络训练算法和滤波实验,滤波后信号与期望信号误差范围在微伏级,验证了本文提出的基于WNN的心电非线性滤波器对心电主要噪声快速滤波的良好效果,最后讨论了影响WNN用于心电滤波的几个关键问题。     

基于离散小波变换提取脑机接口中脑电特征

在脑机接口中，针对脑电特征提取利用单一种类信息、使用数据量大、分类性能较差等缺点，提出一种新颖的基于离散小波变换的方法。分析了小波变换特征提取的特点和特征表示方式，用Daubechies类db4小波函数对脑电信号进行6层分解，抽取小波变换各子带关键的部分逼近系数、小波系数、小波子带系数均值组成特征向量。以分类正确率为指标检验了提取特征的性能。实验结果表明，这种方法能够利用少量数据提取脑电信号本质特征，具有较高的分类性能，为利用脑电识别人的不同意图提供了快速而有效的手段。     

基于EMD-ICA的心冲击信号降噪研究

心冲击信号(BCG)是反映心脏机械运动的生理信号,能实现无电极束缚条件下的连续采集测量。但BCG信号微弱,易受干扰,测量时经常会淹没在噪声中。为了消除噪声,有效识别BCG信号特征,提出一种基于经验模态分解(EMD)联合独立分量分析的BCG信号降噪方法。首先,将含噪BCG信号进行EMD分解,获得一系列按频率从高到低的固有模态分量(IMF),采用模态相关准则进行信号层与噪声层的判定;其次,将分界之上的IMF分量构建虚拟噪声通道,基于ICA算法对原始BCG信号进行盲源分离,从而得到降噪后的BCG信号。采集10名健康受试者的BCG信号进行降噪处理。量化评价结果表明,与小波方法和EMD方法相比,降噪后信噪比均显著提高(小波方法11.01±1.58,EMD方法5.19±1.29,所提出方法14.87±3.04,P<0.05),能量百分比也均显著提高(小波方法88.81%±2.81%,EMD方法96.15%±2.96%,所提出方法96.64%±2.92%,P<0.05),从而证明所提出方法降噪效果明显,能够有效还原BCG信号特征。     

聚醚醚酮-羟基磷灰石-碳纤维复合材料的体外细胞相容性研究

将大鼠成骨细胞与聚醚醚酮-羟基磷灰石-碳纤维(PEEK-HA-CF)复合材料间接和直接培养,通过CCK-8对复合材料的细胞毒性进行评价;流式细胞仪测定材料对细胞增殖指数的影响;测定复合培养后成骨细胞的碱性磷酸酶活性变化;应用扫描电镜(SEM)观察成骨细胞形态学变化。结果表明PEEK-HA-CF复合材料无细胞毒性,复合材料组胞增殖指数与空白对照组比无差异,3d时高于钛合金组。第7d时,PEEK-HA-CF组的碱性磷酸酶活性升高。SEM下,细胞在复合材料上生长良好。PEEK-HA-CF复合材料具有良好的细胞相容性,有希望成为一种新的骨科植入材料。