外層人工視網(wǎng)膜的能量供給裝置初步研究.pdf

1、無(wú)線能量傳輸技術(shù)是近十年來(lái)興起的一種新型能量供給技術(shù)，日益成為植入式醫(yī)療裝置供能的研究熱點(diǎn)。它是基于電磁感應(yīng)原理，由發(fā)射裝置向體內(nèi)發(fā)射特定頻率的電磁波信號(hào)，通過(guò)能量耦合單元，在接收部分得到感應(yīng)電壓。這種供能方式可以為人工視網(wǎng)膜工作提供所需能量。
　　本課題在國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（No.30470469）資助下，采用外層型視網(wǎng)膜修復(fù)技術(shù)進(jìn)行人工視網(wǎng)膜研究。為了保證外層型人工視網(wǎng)膜植入體刺激器長(zhǎng)期、穩(wěn)定工作，除了采用低功耗設(shè)計(jì)之外

2、，還需要附加的能量供給裝置。本文針對(duì)用于外層型人工視網(wǎng)膜的無(wú)線能量傳輸方式進(jìn)行初步理論研究和設(shè)計(jì)探索。
　　本文首先分析了植入式無(wú)線能量傳輸技術(shù)的概念、分類以及關(guān)鍵需要解決的問(wèn)題；接著綜述了國(guó)際、國(guó)內(nèi)這一領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀，并分析了能量傳輸技術(shù)的研究方向；同時(shí)，針對(duì)人體復(fù)雜生理環(huán)境對(duì)視網(wǎng)膜生理基礎(chǔ)及細(xì)胞模型進(jìn)行初步理論研究；總結(jié)和分析了用于外層人工視網(wǎng)膜能量傳輸?shù)睦碚摵蛯?shí)驗(yàn)依據(jù)。無(wú)線能量傳輸系統(tǒng)在設(shè)計(jì)方案的選擇及實(shí)施是基于電磁感應(yīng)原理

3、。當(dāng)E類功率放大器發(fā)射的耦合電磁波穿透人體后，通過(guò)諧振回路將電磁波轉(zhuǎn)換為電能，再經(jīng)過(guò)整流、濾波、穩(wěn)壓等輔助電路，最終輸出負(fù)載能夠滿足人工視網(wǎng)膜刺激器所需工作電壓。
　　其次，本文分析了體外發(fā)射和體內(nèi)接收的特點(diǎn)。文章分別從發(fā)射模塊、接收模塊、繞組及電磁場(chǎng)進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，并且提出了基于射頻無(wú)線能量傳輸理論的無(wú)線能量傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。在設(shè)計(jì)中要綜合考慮能量傳輸效率和電磁波對(duì)人體的影響。在保證傳輸效率的同時(shí)，本文根據(jù)通用的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)射頻能量

4、場(chǎng)，盡可能低的降低對(duì)人體健康的損傷，最終選擇傳輸工作電壓頻率為1MHz。
　　最后，采用計(jì)算機(jī)軟件 Pspice對(duì)電路進(jìn)行軟件仿真，對(duì)參數(shù)進(jìn)一步優(yōu)化以提高傳輸效率。結(jié)果證明了無(wú)線傳輸電路的有效性，符合研究應(yīng)用的電能傳輸要求；發(fā)射模塊的輸出波形是穩(wěn)定可靠的，符合射頻感應(yīng)式電能傳輸?shù)募夹g(shù)要求；負(fù)載輸出達(dá)到200mW的功率，5V工作電壓理論能夠滿足刺激器的工作要求。本文研究的重點(diǎn)內(nèi)容是：
　　①針對(duì)人眼生理環(huán)境的細(xì)胞模型理論研究，