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。     

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。     

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.     

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。     

用于心理活动评估的多体征参数无线传输系统

目的 设计一种用于心理状态评估的多参数生命体征信号无线传输方案.方法 采用C8051F350片上系统,在应用层定义数据帧结构,包括通道号、控制字和数据等信息,实现各节点数据分通道有序进入上位机缓存区;在缓存区采用5s1格、1格至少48组数据的传输速率,既匹配上位机图像的动态显示,又实现各通道采集信号的稳定有序传输.结果 系统经过工作实验验证,当通信距离稳定在10～15m时,上位机动态显示平滑曲线及数据,符合系统设计需求,并且数据帧优化后的发送功率能够降低到普通模式的1/12.整个系统体积小,功耗低,便于携带.结论 本研究的多体征参数无线传输系统消除了与受试者相连的数据线,不影响其正常活动,有利于真实地反映受试者的心理状态,可为心理评估提供了一种可靠的检测手段.     

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.     

基于电磁感应的消化道内微系统无线能量传输问题研究

针对消化道内微小系统,提出一种基于电磁耦合的无线能量传输方案.通过计算线圈间的互感,分析了相对位置对耦合系数的影响.建立了能量传输模型,推导出弱耦合情况下接收功率最大化的条件,指出提高传输效率的两种方法.实验传输功率超过200 mW(接收线圈位于发射线圈中心),验证了这种方案的可行性.     

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.     

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.     

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。     

汉明码在提高nRF2401无线数据传输可靠性中的应用

在介绍汉明纠错编码原理的基础上，将其应用于nRF2401的无线传输中。对应用前后的传输效果进行了分析比较。结果表明，nRF2401无线数据传输的可靠性得到有效的提高。     

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。     

无线传感器网络在医疗领域的应用

综述医疗领域无线传感器网络的类型和其在患者监护、伤残救助、紧急救援和生物监测等方面的应用,阐述了无线传感器网络技术在医疗领域面临的挑战和需要解决的安全、能耗和可靠性等问题,并展望无线传感器网络的发展前景。     

胶囊式内窥镜无线图像传输技术的研究

提出了胶囊内窥镜系统及其无线图像传输子系统的设计原则,确定了基于射频芯片RF2510和RF2917的设计方案.根据电磁波传播理论,计算了胶囊在人体内发射的电磁波信号穿透人体后的达到接收器时的场强值,结果表明,体外信号强度可以达到接收的要求,从而验证了该方案的可行性.     

植入式医疗设备电磁共振无线能量传输系统天线对人体电磁辐射安全影响的研究

电磁耦合谐振式无线电能传输技术利用两个具有相同谐振频率、高品质因数的线圈,当其处于谐振状态时,通过电磁振荡、依靠非辐射场来实现能量的高效传输,因具有较好的距离、空间自由度和效率优势,成为人体植入式装置无线能量供给的创新方法。针对心脏起搏器能量无线传输问题,设计一种新型的植入式天线系统。为验证其人体辐射安全性,针对人体胸腔构建3层介质模型,应用时域有限差分(FDTD)方法,使用HFSS软件对胸腔比吸收率(SAR)进行数值仿真。结果表明,在线圈间距10 mm,中间具有0.1 mm空气层、0.2 mm皮肤层和约9.7 mm肌肉层,激励为9.17 MHz、1 W的条件下,利用这个天线系统对人体植入式设备进行无线能量传输,正常工作情况下10 g生物组织的平均SAR值为0.009W/kg,非正常工作情况下10 g生物组织的平均SAR值最大为0.823 W/kg,均低于国际非电离辐射防护委员会(ICNIRP)制定的安全标准,从而验证该植入式天线系统对人体影响的安全性。     

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。     

Wireless amplified NMR detector for improved visibility of image contrast in heterogeneous lesions

To demonstrate the capability of a wireless amplified NMR detector (WAND) to improve the visibility of lesion heterogeneity without the use of exogenous contrast agents, a cylindrically symmetric WAND was constructed to sensitively detect and simultaneously amplify MR signals emitted from adjacent tissues. Based on a two‐leg high‐pass birdcage coil design, this WAND could be activated by a pumping field aligned along the main field (B₀), without perturbing MR signal reception. Compared with an equivalent pair of external detectors, the WAND could achieve more than 10‐fold gain for immediately adjacent regions. Even for regions with 3.4 radius distance separation from the detector's cylindrical center, the WAND was at least 1.4 times more sensitive than an equivalent pair of surface arrays or at least twice as sensitive as a single‐sided external surface detector. When the WAND was inserted into a rat's rectum to observe adjacent tumors implanted beneath the mucosa, it could enhance the detection sensitivity of lesion regions, and thus enlarge the observable signal difference between heterogeneous tissues and clearly identify lesion boundaries as continuous lines in the intensity gradient profile. Hyperintense regions observable by the WAND existed due to higher levels of blood supply, which was indicated by a similar pattern of signal enhancement after contrast agent administration. By better observing the endogenous signal contrast, the endoluminal WAND could characterize lesions without the use of exogenous contrast agents, and thus reduce contrast‐induced toxicity.     

应用高频超声诊断膝关节滑膜炎219例

目的：探讨高频超声对膝关节滑膜炎的诊断价值。方法219例膝关节肿痛患者应用高频超声观察265个膝关节情况。结果超声对滑膜的厚度、形态、是否伴有关节腔积液具有良好的分辨率。结论高频超声对膝关节滑膜炎具有较高的诊断价值,是一种准确、简便、无创的检查方法,值得在临床上推广应用。     

双能量减影数字摄影技术在胆道造影的应用

目的 用双能量减影数字X线摄影术提高胆道系统病变的检出率。方法 取25例胆道造影病例，分别测量计算减影前后胆囊胆道内造影剂及结石与肝区的灰度值差。结果 减影后胆囊胆道内造影剂及胆道结石与肝区的灰度差较减影前的灰度差明显增大，胆道及结石显示更明显。结论 双能量减影数字化摄影术作为胆道造影检查的一种新手段，能使图像的对比度明显增加，提高胆道系统病变的检出率。