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)的不斷進步，推動了人體植入式無線傳能設備的廣泛應用，在不久的將來人體植入式設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備。人體植入式設備在健康監(jiān)護與臨床應用方面具有非常廣闊的應用前景。人體植入式設備旨在通過無創(chuàng)或微創(chuàng)手段實現(xiàn)對人類疾病的治療與監(jiān)護，從而可以避免二次手術(shù)給患者帶來的各種風險。目前植入式人工耳蝸、老年人植入式監(jiān)控設備等植入式醫(yī)療設備已經(jīng)開始推廣使用。本文首先對目前市場上應用的人體植入式設備進行了深入的研究，

2、并分析了現(xiàn)有人體植入式設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，因此我們在此基礎上進行改進與創(chuàng)新，實現(xiàn)了一種更加高效與智能的人體植入式系統(tǒng)的設計方案。
　　本文首先對人體植入式無線傳能的工作原理進行了介紹，目前無線電能傳輸主要通過電磁感應、電磁輻射和諧振耦合三種方式來實現(xiàn)。通過對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，并在此基礎上通過

3、MATLAB以及HFSS對諧振耦合線圈的優(yōu)化設計進行了仿真實驗，并根據(jù)實驗結(jié)果設計了與本系統(tǒng)相應的線圈模型。
　　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，本文對人體植入式無線傳能系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進行了介紹，并分門別類的對系統(tǒng)的各個模塊的工作原理與硬件電路的實現(xiàn)進行了詳細的介紹。本系統(tǒng)的硬件電路較傳統(tǒng)的人體植入式無線傳能設備的硬件電路而言，最大的創(chuàng)新點在于增加了調(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上實

4、現(xiàn)載波通信，這種通信方式具有通信效率高、硬件實現(xiàn)簡單等諸多優(yōu)點。高效的通信方式可以實現(xiàn)體外設備對人體植入式設備控制的準確性與實時性，對于提高人體植入式設備的工作性能與壽命起到了至關重要的作用。最后在各個功能模塊的基礎上，本文提出了人體植入式無線傳能系統(tǒng)的實現(xiàn)框圖，并對該人體植入式無線傳能系統(tǒng)的工作流程進行了詳細的介紹。
　　在人體植入式無線傳能系統(tǒng)的基礎上，本文提出了與其相對應的智能充電管理系統(tǒng)。充電電池的性能是人體植入式設備工作

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

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