人體植入式無線傳能及其智能充電管理系統(tǒng)的研究.pdf

1、醫(yī)療技術(shù)的不斷進(jìn)步，推動(dòng)了人體植入式無線傳能設(shè)備的廣泛應(yīng)用，在不久的將來人體植入式設(shè)備不僅是人類健康的重要保障，還是維持人類生命的重要設(shè)備。人體植入式設(shè)備在健康監(jiān)護(hù)與臨床應(yīng)用方面具有非常廣闊的應(yīng)用前景。人體植入式設(shè)備旨在通過無創(chuàng)或微創(chuàng)手段實(shí)現(xiàn)對(duì)人類疾病的治療與監(jiān)護(hù)，從而可以避免二次手術(shù)給患者帶來的各種風(fēng)險(xiǎn)。目前植入式人工耳蝸、老年人植入式監(jiān)控設(shè)備等植入式醫(yī)療設(shè)備已經(jīng)開始推廣使用。本文首先對(duì)目前市場(chǎng)上應(yīng)用的人體植入式設(shè)備進(jìn)行了深入的研究，

2、并分析了現(xiàn)有人體植入式設(shè)備的能量傳輸與控制方式，它們大都具有充電效率低、盲目充電以及數(shù)據(jù)傳輸困難等各方面的問題，因此我們?cè)诖嘶A(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)與創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)了一種更加高效與智能的人體植入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。
　　本文首先對(duì)人體植入式無線傳能的工作原理進(jìn)行了介紹，目前無線電能傳輸主要通過電磁感應(yīng)、電磁輻射和諧振耦合三種方式來實(shí)現(xiàn)。通過對(duì)這三種傳輸方式的工作原理與傳輸性能的比較，本文提出了基于諧振耦合的人體植入式無線傳能方式，并在此基礎(chǔ)上通過

3、MATLAB以及HFSS對(duì)諧振耦合線圈的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果設(shè)計(jì)了與本系統(tǒng)相應(yīng)的線圈模型。
　　在選擇了適用于本系統(tǒng)的無線能量傳輸方式與線圈模型之后，本文對(duì)人體植入式無線傳能系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了介紹，并分門別類的對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)模塊的工作原理與硬件電路的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。本系統(tǒng)的硬件電路較傳統(tǒng)的人體植入式無線傳能設(shè)備的硬件電路而言，最大的創(chuàng)新點(diǎn)在于增加了調(diào)制解調(diào)電路。通過增加調(diào)制解調(diào)電路可以在高頻電磁波的基礎(chǔ)上實(shí)

4、現(xiàn)載波通信，這種通信方式具有通信效率高、硬件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單等諸多優(yōu)點(diǎn)。高效的通信方式可以實(shí)現(xiàn)體外設(shè)備對(duì)人體植入式設(shè)備控制的準(zhǔn)確性與實(shí)時(shí)性，對(duì)于提高人體植入式設(shè)備的工作性能與壽命起到了至關(guān)重要的作用。最后在各個(gè)功能模塊的基礎(chǔ)上，本文提出了人體植入式無線傳能系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)框圖，并對(duì)該人體植入式無線傳能系統(tǒng)的工作流程進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。
　　在人體植入式無線傳能系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，本文提出了與其相對(duì)應(yīng)的智能充電管理系統(tǒng)。充電電池的性能是人體植入式設(shè)備工作

5、的基礎(chǔ)，本文首先對(duì)目前市場(chǎng)上較為常用的充電電池的性能進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，并對(duì)它們的性能進(jìn)行了綜合比較，找到了適合于本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的電池類型-聚合物鋰離子電池。在此基礎(chǔ)上本文還對(duì)各種電池性能的監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行了比較，通過性能對(duì)比發(fā)現(xiàn)庫侖法具有輔助電路簡(jiǎn)單、精確性高、受外界環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)，因此本系統(tǒng)采用庫侖法作為電池性能監(jiān)測(cè)的方法，最后本文對(duì)與人體植入式無線傳能系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)的智能充電管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式與工作流程進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。
　　在系統(tǒng)的實(shí)

6、現(xiàn)設(shè)計(jì)完成之后，本文還對(duì)人體植入式無線傳能系統(tǒng)與智能充電管理系統(tǒng)的性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。通過用高濃度鹽水來模擬人體組織，對(duì)空氣介質(zhì)環(huán)境與高濃度鹽水介質(zhì)環(huán)境下的傳輸性能進(jìn)行比較來驗(yàn)證本系統(tǒng)的可行性。最后通過改變充電設(shè)備ID記錄的方式，對(duì)本系統(tǒng)的抗干擾能力以及充電過程的控制能力進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了本文所設(shè)計(jì)的智能充電管理系統(tǒng)的可靠性與實(shí)用性。
　　本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)解決了傳統(tǒng)人體植入式設(shè)備充電效率低、盲目充電以及通信困難所帶來的各種問題，為人體