植入式神經刺激器無線供電與無線通信系統(tǒng)研究與設計
發(fā)布時間：2020-12-06 17:48
近年來,可植入醫(yī)療設備（Implantable Medical Devices,IMDs）因對人類器官類及神經類疾病良好的輔助治療效果,成為許多科研機構和高校熱門的研究課題。其中,可植入腦神經刺激器作為其中較為復雜的一員,對其本身技術的研究取得了很大的進步,但在臨床應用的過程中,卻遭遇了一些“瓶頸”,其中最大的問題就是能量供給問題。眾所周知,任何電子產品都不能缺少電源而工作,對于植入式腦神經刺激器來說更是如此。使用傳統(tǒng)的植入式電池,雖然能夠解決供電問題卻會受到電池容量和使用壽命的限制,需要定期進行外科手術更換電池,這會給患者帶來巨大的痛苦。因此,需要新的能量供應方式,以滿足植入式腦神經刺激器不間斷穩(wěn)定供電的需求。此外,與藥物治療類似,植入式腦神經刺激器也需要根據不同患者的病情差異人為地控制“劑量”。本文通過對植入式腦神經刺激器及相關無線供電與無線通信技術的充分調研,在傳統(tǒng)磁耦合諧振無線供電（Magnetic Coupled Resonator Wireless Power Transfer,MCR-WPT）系統(tǒng)的基礎上,提出一種可穿戴四線圈無線通信與無線供電系統(tǒng)。通過加入PC端用戶圖形...
【文章來源】：合肥工業(yè)大學安徽省 211工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數】：74 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
植入式腦神經刺激器的應用示例圖
激機制、模型以及降低能耗等問題研究成果的基礎上，設計出一款植入式腦部神經刺激器系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有閉環(huán)控制的功能，對神經系統(tǒng)疾病治療的發(fā)展做了重大貢獻[20]。2016 年，浙江大學針對常規(guī)刺激器刺激波形簡單的缺點，設計了一款可以產生復雜刺激波形的刺激器，使得刺激器能夠輸出的刺激波形更加多樣化[21]。從 2003 年起，清華大學李路明教授及其團隊就開始在研究植入式腦起搏器，經過十余年的不懈努力，2013 年 5 月，具有自主知識產權的腦起搏器獲得國家食品藥品監(jiān)督管理局批準并進入市場，如圖 1.2 所示，成為我國首個自主研發(fā)的植入式神經輔助醫(yī)療產品，打破了國外公司在這一領域的技術壟斷。此外，清華大學還與北京品馳醫(yī)療器械有限公司合作開發(fā)，進行生產和銷售植入式神經刺激器和腦心臟起搏器等 IMD。其中“清華腦起搏器”已完成植入 3500 多例，使許多患者受益。此外，北京品馳器械有限公司還與清華大學及北京天壇醫(yī)院共同組建了我國唯一的神經刺激領域的國家級研發(fā)單位——神經調控技術國家工程實驗室。除了上述科研人員的研究成果以外，浙江大學鄭筱祥所在團隊及清華大學王志華教授的團隊等研究人員在植入式生物醫(yī)療芯片、植入式醫(yī)療設備輔助系統(tǒng)的研究方面都取得了許多突出的成果，為我國 IMD 產業(yè)的發(fā)展做出了重要的貢獻。
第一章 緒論1.2.2 無線能量傳輸技術研究現狀WPT 技術自提出以來，因其在可移動設備、水下設備、IMD 等特殊領域光明的應用前景，而備受研究學者的青睞，一直以來都是學術界及工業(yè)界的研究熱點。目前，對于 WPT 技術的研究主要集中于提高能量傳輸效率（Power TransferEfficiency，PTE）與增大無線有效傳輸距離兩個方面。對于提高能量傳輸效率，部分研究人員以無線能量傳輸系統(tǒng)的核心電路功率放大器為優(yōu)化對象，不斷提出各種技術方案，來實現最佳工作效率。荷蘭特溫特大學的 Haifeng Ma 等研究人員通過檢測電源開關導通轉換時的輸出開關節(jié)點電壓來調節(jié)功率放大器的開關頻率，使得功率放大器在整個輸出功率范圍內實現最佳功率效率，當輸出功率達到 0.45W 時，效率仍可達到>49%[22]。曼谷北方理工大學的Pattrawut Srimuang 等研究人員設計了一款 E 類功率放大器，選擇 LDMOS 作為功率管，使用負載牽引技術，采用并聯負載電路代替?zhèn)鹘y(tǒng)的并聯電容與并聯電感。在 13.56MHz 工作頻率下，當輸出功率為 31W 時，效率可達 94.6%[23]。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]同步整流的自適應電流自驅動研究[J]. 陳增祿,楊歡,方日,竇祥. 電力電子技術. 2018(04)
[2]植入式醫(yī)療設備經皮能量充電系統(tǒng)設計與實驗[J]. 克磊,顏國正,顏勝,劉志強,王志武. 儀器儀表學報. 2013(12)
[3]用于功能性胃腸疾病治療的植入式電刺激系統(tǒng)及動物實驗研究[J]. 程思漫,姜萍萍,王永兵,顏國正. 北京生物醫(yī)學工程. 2012 (04)
[4]CPT系統(tǒng)能量與信號混合傳輸技術[J]. 孫躍,王琛琛,唐春森,戴欣,王智慧. 電工電能新技術. 2010(04)
博士論文
[1]磁耦合諧振式無線能量傳輸若干關鍵技術研究[D]. 劉小暢.武漢大學 2015
碩士論文
[1]氣動無線供電系統(tǒng)的超寬帶功率放大器的研究與實現[D]. 朱蓮勇.電子科技大學 2017
[2]基于信道反饋人體植入設備無線供電系統(tǒng)研究[D]. 鄭宏昌.重慶大學 2017
[3]多功能神經電刺激系統(tǒng)的設計及其在深部腦刺激實驗研究中的應用[D]. 胡娜.浙江大學 2016
[4]ICPT系統(tǒng)中信號雙向傳輸機理研究[D]. 劉洋.重慶大學 2013
[5]感應耦合電能傳輸系統(tǒng)的研究與設計[D]. 田聲洋.電子科技大學 2012
[6]植入式電動關節(jié)的經皮控制[D]. 張金英.上海交通大學 2010
本文編號：2901783
【文章來源】：合肥工業(yè)大學安徽省 211工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數】：74 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
植入式腦神經刺激器的應用示例圖
激機制、模型以及降低能耗等問題研究成果的基礎上，設計出一款植入式腦部神經刺激器系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有閉環(huán)控制的功能，對神經系統(tǒng)疾病治療的發(fā)展做了重大貢獻[20]。2016 年，浙江大學針對常規(guī)刺激器刺激波形簡單的缺點，設計了一款可以產生復雜刺激波形的刺激器，使得刺激器能夠輸出的刺激波形更加多樣化[21]。從 2003 年起，清華大學李路明教授及其團隊就開始在研究植入式腦起搏器，經過十余年的不懈努力，2013 年 5 月，具有自主知識產權的腦起搏器獲得國家食品藥品監(jiān)督管理局批準并進入市場，如圖 1.2 所示，成為我國首個自主研發(fā)的植入式神經輔助醫(yī)療產品，打破了國外公司在這一領域的技術壟斷。此外，清華大學還與北京品馳醫(yī)療器械有限公司合作開發(fā)，進行生產和銷售植入式神經刺激器和腦心臟起搏器等 IMD。其中“清華腦起搏器”已完成植入 3500 多例，使許多患者受益。此外，北京品馳器械有限公司還與清華大學及北京天壇醫(yī)院共同組建了我國唯一的神經刺激領域的國家級研發(fā)單位——神經調控技術國家工程實驗室。除了上述科研人員的研究成果以外，浙江大學鄭筱祥所在團隊及清華大學王志華教授的團隊等研究人員在植入式生物醫(yī)療芯片、植入式醫(yī)療設備輔助系統(tǒng)的研究方面都取得了許多突出的成果，為我國 IMD 產業(yè)的發(fā)展做出了重要的貢獻。
第一章 緒論1.2.2 無線能量傳輸技術研究現狀WPT 技術自提出以來，因其在可移動設備、水下設備、IMD 等特殊領域光明的應用前景，而備受研究學者的青睞，一直以來都是學術界及工業(yè)界的研究熱點。目前，對于 WPT 技術的研究主要集中于提高能量傳輸效率（Power TransferEfficiency，PTE）與增大無線有效傳輸距離兩個方面。對于提高能量傳輸效率，部分研究人員以無線能量傳輸系統(tǒng)的核心電路功率放大器為優(yōu)化對象，不斷提出各種技術方案，來實現最佳工作效率。荷蘭特溫特大學的 Haifeng Ma 等研究人員通過檢測電源開關導通轉換時的輸出開關節(jié)點電壓來調節(jié)功率放大器的開關頻率，使得功率放大器在整個輸出功率范圍內實現最佳功率效率，當輸出功率達到 0.45W 時，效率仍可達到>49%[22]。曼谷北方理工大學的Pattrawut Srimuang 等研究人員設計了一款 E 類功率放大器，選擇 LDMOS 作為功率管，使用負載牽引技術，采用并聯負載電路代替?zhèn)鹘y(tǒng)的并聯電容與并聯電感。在 13.56MHz 工作頻率下，當輸出功率為 31W 時，效率可達 94.6%[23]。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]同步整流的自適應電流自驅動研究[J]. 陳增祿,楊歡,方日,竇祥. 電力電子技術. 2018(04)
[2]植入式醫(yī)療設備經皮能量充電系統(tǒng)設計與實驗[J]. 克磊,顏國正,顏勝,劉志強,王志武. 儀器儀表學報. 2013(12)
[3]用于功能性胃腸疾病治療的植入式電刺激系統(tǒng)及動物實驗研究[J]. 程思漫,姜萍萍,王永兵,顏國正. 北京生物醫(yī)學工程. 2012 (04)
[4]CPT系統(tǒng)能量與信號混合傳輸技術[J]. 孫躍,王琛琛,唐春森,戴欣,王智慧. 電工電能新技術. 2010(04)
博士論文
[1]磁耦合諧振式無線能量傳輸若干關鍵技術研究[D]. 劉小暢.武漢大學 2015
碩士論文
[1]氣動無線供電系統(tǒng)的超寬帶功率放大器的研究與實現[D]. 朱蓮勇.電子科技大學 2017
[2]基于信道反饋人體植入設備無線供電系統(tǒng)研究[D]. 鄭宏昌.重慶大學 2017
[3]多功能神經電刺激系統(tǒng)的設計及其在深部腦刺激實驗研究中的應用[D]. 胡娜.浙江大學 2016
[4]ICPT系統(tǒng)中信號雙向傳輸機理研究[D]. 劉洋.重慶大學 2013
[5]感應耦合電能傳輸系統(tǒng)的研究與設計[D]. 田聲洋.電子科技大學 2012
[6]植入式電動關節(jié)的經皮控制[D]. 張金英.上海交通大學 2010
本文編號：2901783
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