视觉假体系统组成及关键技术

如何部分或完全恢复视觉功能是目前神经工程和组织工程领域研究的热门课题,采用神经接口和神经假体方案来部分恢复视觉功能是目前主要的手段.研究者们已经对视觉形成的生理机制有着较为深入的了解,且视觉电刺激假体的出现已经在恢复功能视觉的道路上迈出了重要的一步,但假体系统的设计仍然不成熟,制约着假体的临床应用.假体系统的设计受到研究者们的广泛重视.从假体的系统组成(图像获取和处理装置、能量供给和数据传输装置、刺激电极)和假体的关键技术(微电子技术、封装)两大方面介绍了其最新的研究进展.     

神经假体能量和数据传输的发展与研究

随着科学技术的发展,神经假体已经在神经修复医学工程中得到广泛应用,以解决单纯依靠药物和手术方法等难以治疗的难题。由于神经假体的部分植入性和实时处理性,能量和数据传输是神经假体的重要组成部分之一,在很大程度上决定了神经假体的实用价值。文中介绍了神经假体及其能量供给方式、体内外通信的研究现状和进展,尤其重点论述了电磁感应高效传输能量采用的电磁耦合和E类放大器的设计、为避免双频段传输能量和数据之间电磁干扰所采用的线圈设计和数据调制的选择,以及反映体内状态信息以便监控的反向数据传输。     

胃壁的神经分布与溃疡病

胃壁的神经包括胆碱能神经、肾上腺素能神经和肽能神经。文中对这些神经的研究方法、分布、作用、递质共存，以及这些神经与溃疡病的关系等问题进行了综述。     

神经假体移植与神经源性膀胱

背景:脊髓损伤后由于神经传导通路中断,膀胱失去正常调控,经常出现尿潴留及肾损害,其膀胱功能重建一直是神经泌尿外科学研究的难点之一,神经假体移植被认为是重建其功能的有效手段。目的:探讨近年来应用神经假体移植治疗脊髓损伤后神经源性膀胱的最新进展。方法:应用计算机检索CNKI和springer数据库中1988-01/2009-12关于神经假体移植治疗神经源性膀胱的文章,在标题和摘要中以"神经假体,移植,治疗,神经源性膀胱,电刺激"或"Neuroprostheses,Implantion,Treat,Neurogenic bladder,Electrical stimulation"为检索词进行检索。选择文章内容与神经假体移植治疗神经源性膀胱相关并发表在权威杂志上。根据纳入标准选择44篇文章进行综述。结果与结论:目前脊髓再生研究尚无重大进展的情况下,神经假体移植技术逐渐成为重建脊髓损伤后神经功能的主要手段。当前临床上治疗神经源性膀胱的神经假体有2种:一是Finetech-Brindley膀胱系统,另一种是InterStim-Therapy膀胱系统。近年来4种新技术的开展将对神经假体治疗神经源性膀胱带来革命性变化:①阳极阻滞技术。②条件性电刺激。③注射型神经假体。④刺激阴部神经分支。     

视觉假体神经刺激器的发展现状和挑战

老年黄斑变性(AMD)和视网膜色素变性(RP)是不可治愈性视网膜疾病致盲的主要原因。针对这两种致盲疾病,研发视觉假体使盲人重见光明已经成为当前科学领域的研究热点之一。而视觉假体刺激器作为视觉假体的关键模块,对传导人工视觉编码信息、获取有效的视觉诱发具有重要的作用。本文首先介绍了多个国际知名视觉假体神经刺激器的设计方案,分析了它们的优缺点。在此基础上,我们着重论述了视觉假体神经刺激器所面临的挑战及未来的发展趋势,包括视觉假体神经刺激器的灵活性设计、低功耗设计和无线数据和能量传输设计。     

One implantable three-lead ECG radio telemetry system based on wireless power transmission technology

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.     

视网膜假体专用集成电路研究进展

近些年来,人工视网膜假体的研究成为视觉修复领域的一个热点。文中根据不同的视网膜假体实现方案,概括介绍了视网膜假体专用集成电路的主要种类及实现方法;分析比较了视网膜上假体和视网膜下假体两种实现方式的优缺点。重点论述了视网膜假体专用集成电路中能量和数据收发、全局数字控制器以及神经驱动阵列等模块的基本原理及研究进展。最后讨论了视网膜假体专用集成电路设计上所面临的一些挑战及关注问题的展望。     

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.     

骨表面再造数值模拟在人工股骨头假体优化设计中的应用

人工股骨头假体植入技术目前存在的主要问题之一是：植入假体存在远期等工发症,从而导致手术失败。对于引起松动的主要原因,通常人们认为是磨损磨屑和应力遮挡所造成的骨质吸收。因此,对人工股骨头假体植入物的结构进行优化是具有特别重要的意义,本文采用骨再造理论与有限元结合的方法,用计算机模拟人工股骨头假体植入股骨的再造行为,用截面吸收率和抗弯截面模量损失率定量分析假体所产生的应力遮挡效应,骨再造理论采用变能密度作控制变量的表面再造理论,有限单元采用二十节点等参数等单元。结果表明：在所讨论的假体模型中,三种围领形式的假体产生的骨吸收仅相差4％。三种长度直柄的假体所产生的骨吸收相差近30％,直柄长度的变化对应力遮挡效应有更显著的影响。     

急性心肌梗塞高频心电谱的动态变化

采用小波转换的三维频谱分析,对兔急性心肌梗塞模型的高频心电信号进行对比研究,结果提示急性心肌梗塞三维高频心电谱呈动态变化趋势,在缺血１０ｍｉｎ内出现频谱增宽,高频、甚高频能量增加;而后出现甚高频能量与高频能量分离现象。提示高频能量增加及其与甚高频能量的分离现象可能对急性心肌缺血的诊断有指导意义。     

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.     

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。     

心脏起搏器程控与遥测系统的研究

目的通过搭建一个心脏起搏器程控与遥测的实验平台,研究高效的程控遥测方案。方法系统由计算机显示终端、FPGA开发板、无线传输硬件电路构成。讨论除无线传输硬件电路之外的设计:计算机显示终端主要实现发送程控命令和显示遥测数据;FPGA开发板分别模仿程控仪和心脏起搏器,主要实现程控遥测信息的编码、解码和纠错功能。结论本系统提出了一种脉冲位置调制(PPM)编码方式——多位PPM编码方式,用于产生包含信息的脉冲波。该方法可以提高无线通讯的传输效率,若应用于植入式心脏起搏器,可延长其电池的使用寿命。实际测试结果证实了本方案的可行性。     

基于无线局域网的心电监护终端的设计

本文设计了一种基于医院无线局域网的新型医疗监护终端。该终端应用了移动通信技术、嵌入式应用技术等先进技术,以ARM内核的S3C2410微处理器为基础,移植了嵌入式Linux操作系统和Qtopia作为图形用户界面。通过设计的心电信号采集电路与微处理器的数模转换接口连接,利用Qt编写界面程序,实现了对人体心电信号的实时采集、处理、存储和在LCD(液晶显示器)上显示。通过移植USB无线网卡驱动,利用无线局域网技术与医院监护中心连接,将病患的心电信号及时传输到中心服务器上,这样在医院监护中心就可以对各个病房病患进行实时监护,提高了工作人员的工作效率。文中给出了监护终端的软、硬件设计,结果表明终端设备具有体积小、功耗低、操作简单等优点。     

无线血压传感器压力遥测腹主动脉瘤覆膜支架腔内修复后内漏的可行性

背景：腹主动脉瘤覆膜支架腔内修复后内漏的检查方法主要有螺旋CT、动脉造影、核磁共振、多普勒超声等,但都是通过影像间接判断的,无法实现对内漏的直接有效检查,存在漏诊、操作复杂、检查成本高、对患者有一定创伤等缺点。 目的：采用植入式无线血压传感器长期监测腹主动脉瘤修复术后瘤腔内血压,用于诊断是否发生内漏。 方法：用于腹主动脉瘤修复后内漏诊断的压力无线检测系统由植入式无线血压传感器、能量发射线圈、数据读取器和数据处理平台组成。植入式无线血压传感器直接检测瘤腔内血压。无线血压传感器由无线能量接收模块、电源管理模块、传感器模块、信号调理模块、微控制器和射频通讯模块组成。 结果与结论：目前已经完成了样机的研制,并进行了体外模拟血压测试实验。通过模拟实验,初步验证了无线血压传感器进行压力遥测的可行性及有效性。 关键词：无线血压传感器;腹主动脉瘤;腔内修复;瘤压;数字化医学 doi:10.3969/j.issn.1673-8225.2012.13.016     

A new hermetic antenna for wireless transmission systems of implantable medical devices

In implantable medical devices (IMDs), the need of telemetry systems able to provide wireless bidirectional communication to interrogate and remotely program the device, as well as to monitor the physiological status of the patient, is growing. The object of the present study was to evaluate a new hermetic antenna for wireless short-range transmission system for IMDs which would assure reliable long-term functioning due to the high level of hermeticity of antenna's housing that limits the influence of body tissue environment on transmitted signals. Experimental tests were conducted on three different prototypes to evaluate the most efficient antenna configuration for transmission both in the air and through a mixture simulating the human thorax. Further tests were performed to assess the influence of electro-catheters connected to IMDs on transmitted signals. Results showed that the hermetic antenna guarantees a good wireless transmission both in the air and through the human thorax simulator. The results also show that the presence of an electro-catheter can influence the effective radiated power (ERP) transmitted depending on its position in relation to the telemetric circuitry. Both a controlled increase of the ERP without exceeding the limits imposed by rules and the optimization of the tuning between the antenna and the transmitter can assure a reliable short-range transmission (several meters) using the new hermetic antenna proposed.     

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.     

基于DDS芯片AD9833的电子耳蜗无线传输模块的设计

介绍了基于DDS（direct digital frequency synthesis,直接数字频率合成）芯片AD9833的电子耳蜗无线传输模块电路。首先描述了该模块的硬件组成原理,并对其中的SPI接口、DDS调制以及功率放大电路做了较为详细的介绍,其次介绍了该模块的软件设计方法。实验结果表明采用这样的无线传输模块,简化了电子耳蜗电路设计,同时还保证了较高的能源转换效率。     

PIC microcontroller-based RF wireless ECG monitoring system

This paper presents a radio-telemetry system that provides the possibility of ECG signal transmission from a patient detection circuit via an RF data link. A PC then receives the signal through the National Instrument data acquisition card (NIDAQ). The PC is equipped with software allowing the received ECG signals to be saved, analysed, and sent by email to another part of the world. The proposed telemetry system consists of a patient unit and a PC unit. The amplified and filtered ECG signal is sampled 360 times per second, and the A/D conversion is performed by a PIC16f877 microcontroller. The major contribution of the final proposed system is that it detects, processes and sends patients ECG data over a wireless RF link to a maximum distance of 200 m. Transmitted ECG data with different numbers of samples were received, decoded by means of another PIC microcontroller, and displayed using MATLAB program. The designed software is presented in a graphical user interface utility.