用于胶囊内窥镜的可穿戴式无线能量传输系统研究
发布时间：2021-08-24 11:05
随着胶囊内窥镜的功能多样化和小型化,对胶囊内窥镜的供能方式提出了更高的要求,如供能功率大、工作时常长、体积占比小等。无线能量传输（Wireless power transfer,WPT）技术作为一种有效的供能方式可以为胶囊内窥镜提供持续的、高能量密度的能量供给。另外,在满足胶囊内窥镜能量需求的同时,接收装置的体积占比也是衡量其性能的重要指标之一。本文研究了 一种接收装置体积占比小的 WPT 系统,包括一维接收线圈（One-dimensional receiving coil,ODRC）结构和三维发射线圈（Three-dimensional transmitting coil,TDTC）结构。首先,在分析目前胶囊内窥镜供能系统特点的基础上,提出了基于ODRC接收系统的方案。该ODRC由缠绕在胶囊外围的单层螺线管构成,且该螺线管体积和质量小于纽扣电池和三维接收线圈,有利于胶囊的功能多样化和小型化。为了保证上述ODRC在任意姿态下都能够有效地接收能量,本文设计了两种能产生具有x,y,z三个分量磁场的TDTC结构。（1）提出了一种可以降低相邻线圈之间耦合的分布式发射线圈阵列,分析结果表明该设计...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１传统内镜及其监视器?图１．２人体消化系统??２０００年，Ｉｄｄａｎ等人首先对无线视频胶囊内窥镜系统进行了研宄，并且这种??胶囊内窥镜在十几年间得到了很大的发展
所经过位置的消化道图像并将所采集的信息储??存或者实时传输到体外，用于对消化道系统的检测和诊断。胶囊内窥镜克服了传??统内窥镜的主要缺点，一方面，胶囊内窥镜无拖拽缆线，可吞咽，是一种患者友??好，非侵入性和无痛的检查方式；另一方面，通过吞咽，无线胶囊内窥镜不但可??以拍摄食道、胃和大肠的图像并传输到体外，而且也可以对小肠等传统内窥镜不??能到达的部位进行检测，是一种可以获取整个消化道影像的医疗设备。??无＾?ｒ￣￣￣｜外壳??層?电池电池?沒头?］??＼?１?ｎ」图像传感器＾??图１．３胶囊内窥镜基本结构示意图??因为无线胶囊内窥镜在消化道检查方面的显著优势，针对无线胶囊内窥镜的??研究对于临床医疗应用和人类的消化道健康具有重要的价值和意义。虽然自从第??一款无线胶囊内窥镜诞生以来己经有多家研究机构推出了多种系列的胶囊内窥??镜产品，也有很多研宄人员针对胶囊内窥镜进行了大量的研宄［８］［９］，但是从临??床应用中的反馈来看，目前的胶囊内窥镜技术仍然不成熟，仍然存在很多问题亟??待解决［１０］。其中，供能问题己经严重影响了胶囊内窥镜的进一步发展，由于目??前大部分胶囊内窥镜采用电池进行供电，导致了以下几点问题：??１．图像质量、图像拍摄帧率和图像传输速率问题。现有的商用胶囊内窥镜??产品的主要功能是拍摄消化道的图片供医护人员进行诊断，但是这些产品主要采??用纽扣型的氧化银电池进行供电。考虑到胶囊内窥镜的尺寸和电池技术的限制，??典型胶囊内窥镜的电池仅仅能提供约２０ｍＷ或２５ｍＷ的功率［８］［１１］，虽然该功??率可以满足胶囊内窥镜中的ＬＥＤ光源、图像传感器和射频发射模块的需求，但??是所拍摄的图像分辨率较差且一定时间
?第１章绪论???人体躯干?＼?Ｉ?胶囊内窥镜??＿区域??ＷＣＥ＾?内部ＲＣ后续电路??ｉ＝＝＝＝Ｓ??功率放大器等??—ｏ—??电源??图１．４应用于胶囊内窥镜的无线能量传输系统基本结构??因为胶囊内窥镜应用场景的特殊性，无线能量传输系统在设计的过程中需要??考虑以下几点：??（１）人体周围的发射线圈要便于使用者穿戴，且在工作过程中产生的电磁??场对人体是安全的；??（２）接收线圈及其后续电路所占用的胶囊空间尽可能小；??（３）接收线圈接收到的功率要能够满足胶囊内窥镜总的功率需求。??根据无线能量传输的原理和应用于胶囊内窥镜的要求，十几年来国内外对胶??囊内窥镜的无线供能系统进行了大量研宄。??１．２．１现有胶囊内窥镜产品及其中的无线能量传输应用??早在２００１年，以色列的Ｇｉｖｅｎ?Ｉｍａｇｉｎｇ公司推出的世界上第一款胶囊内窥镜??Ｍ２Ａ获批投入临床应用，随后国内外各个公司相继推出更多功能和结构类似的??产品，部分胶囊内窥镜产品如图１．５所示。这些胶囊内窥镜产品采用电池进行供??电，以Ｍ２Ａ胶囊内窥镜为例，产品内部结构如图１．６所示［１３］，如上所述，这种??供能方式存在诸多缺点。??２００２年，日本ＲＦ?Ｓｙｓｔｅｍ?Ｌａｂ推出其第一款釆用无线能量传输技术进行供电??的胶囊内窥镜产品Ｎｏｒｉｋａ３，并随后推出了该系列的其他产品，如Ｎｏｒｉｋａ?ＪＲ和??ＮｏｒｉｋａＳａｙａｋａ型号胶囊内窥镜，其中ＮｏｒｉｋａＳａｙａｋａ产品的外观和内部结构如图??１．７所示［１４］。在供能方面，Ｎｏｒｉｋａ系列胶囊内窥镜内部采用接收线圈取代原来??的纽扣电池，外部放置的发射线圈，是一种典型的利用无线
【参考文献】：
期刊论文
[1]胶囊内窥镜产品发展现状综述[J]. 张瑞娟,刘晴. 生物技术世界. 2015(09)
[2]消化道内窥镜的发展及趋势[J]. 王晓民,李远洋,王新沛,刘梅,刘斌,刘智. 医疗卫生装备. 2013(01)
[3]无线胶囊内窥镜的研究进展和讨论[J]. 顾卫忠. 中国医疗设备. 2011(08)
[4]胶囊内窥镜技术的研究进展[J]. 张艳辉,黄战华. 现代仪器. 2006(04)
博士论文
[1]高效无线能量传输及可植入人体的传输辐射一体化研究[D]. 孙桂林.中国科学技术大学 2018
[2]人体胃肠道腔内诊疗微系统无线能量传输关键技术及其应用研究[D]. 石煜.上海交通大学 2015
[3]基于无线能量传输技术的视频胶囊内窥镜系统及实验研究[D]. 朱柄全.上海交通大学 2015
本文编号：3359869
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１传统内镜及其监视器?图１．２人体消化系统??２０００年，Ｉｄｄａｎ等人首先对无线视频胶囊内窥镜系统进行了研宄，并且这种??胶囊内窥镜在十几年间得到了很大的发展
所经过位置的消化道图像并将所采集的信息储??存或者实时传输到体外，用于对消化道系统的检测和诊断。胶囊内窥镜克服了传??统内窥镜的主要缺点，一方面，胶囊内窥镜无拖拽缆线，可吞咽，是一种患者友??好，非侵入性和无痛的检查方式；另一方面，通过吞咽，无线胶囊内窥镜不但可??以拍摄食道、胃和大肠的图像并传输到体外，而且也可以对小肠等传统内窥镜不??能到达的部位进行检测，是一种可以获取整个消化道影像的医疗设备。??无＾?ｒ￣￣￣｜外壳??層?电池电池?沒头?］??＼?１?ｎ」图像传感器＾??图１．３胶囊内窥镜基本结构示意图??因为无线胶囊内窥镜在消化道检查方面的显著优势，针对无线胶囊内窥镜的??研究对于临床医疗应用和人类的消化道健康具有重要的价值和意义。虽然自从第??一款无线胶囊内窥镜诞生以来己经有多家研究机构推出了多种系列的胶囊内窥??镜产品，也有很多研宄人员针对胶囊内窥镜进行了大量的研宄［８］［９］，但是从临??床应用中的反馈来看，目前的胶囊内窥镜技术仍然不成熟，仍然存在很多问题亟??待解决［１０］。其中，供能问题己经严重影响了胶囊内窥镜的进一步发展，由于目??前大部分胶囊内窥镜采用电池进行供电，导致了以下几点问题：??１．图像质量、图像拍摄帧率和图像传输速率问题。现有的商用胶囊内窥镜??产品的主要功能是拍摄消化道的图片供医护人员进行诊断，但是这些产品主要采??用纽扣型的氧化银电池进行供电。考虑到胶囊内窥镜的尺寸和电池技术的限制，??典型胶囊内窥镜的电池仅仅能提供约２０ｍＷ或２５ｍＷ的功率［８］［１１］，虽然该功??率可以满足胶囊内窥镜中的ＬＥＤ光源、图像传感器和射频发射模块的需求，但??是所拍摄的图像分辨率较差且一定时间
?第１章绪论???人体躯干?＼?Ｉ?胶囊内窥镜??＿区域??ＷＣＥ＾?内部ＲＣ后续电路??ｉ＝＝＝＝Ｓ??功率放大器等??—ｏ—??电源??图１．４应用于胶囊内窥镜的无线能量传输系统基本结构??因为胶囊内窥镜应用场景的特殊性，无线能量传输系统在设计的过程中需要??考虑以下几点：??（１）人体周围的发射线圈要便于使用者穿戴，且在工作过程中产生的电磁??场对人体是安全的；??（２）接收线圈及其后续电路所占用的胶囊空间尽可能小；??（３）接收线圈接收到的功率要能够满足胶囊内窥镜总的功率需求。??根据无线能量传输的原理和应用于胶囊内窥镜的要求，十几年来国内外对胶??囊内窥镜的无线供能系统进行了大量研宄。??１．２．１现有胶囊内窥镜产品及其中的无线能量传输应用??早在２００１年，以色列的Ｇｉｖｅｎ?Ｉｍａｇｉｎｇ公司推出的世界上第一款胶囊内窥镜??Ｍ２Ａ获批投入临床应用，随后国内外各个公司相继推出更多功能和结构类似的??产品，部分胶囊内窥镜产品如图１．５所示。这些胶囊内窥镜产品采用电池进行供??电，以Ｍ２Ａ胶囊内窥镜为例，产品内部结构如图１．６所示［１３］，如上所述，这种??供能方式存在诸多缺点。??２００２年，日本ＲＦ?Ｓｙｓｔｅｍ?Ｌａｂ推出其第一款釆用无线能量传输技术进行供电??的胶囊内窥镜产品Ｎｏｒｉｋａ３，并随后推出了该系列的其他产品，如Ｎｏｒｉｋａ?ＪＲ和??ＮｏｒｉｋａＳａｙａｋａ型号胶囊内窥镜，其中ＮｏｒｉｋａＳａｙａｋａ产品的外观和内部结构如图??１．７所示［１４］。在供能方面，Ｎｏｒｉｋａ系列胶囊内窥镜内部采用接收线圈取代原来??的纽扣电池，外部放置的发射线圈，是一种典型的利用无线
【参考文献】：
期刊论文
[1]胶囊内窥镜产品发展现状综述[J]. 张瑞娟,刘晴. 生物技术世界. 2015(09)
[2]消化道内窥镜的发展及趋势[J]. 王晓民,李远洋,王新沛,刘梅,刘斌,刘智. 医疗卫生装备. 2013(01)
[3]无线胶囊内窥镜的研究进展和讨论[J]. 顾卫忠. 中国医疗设备. 2011(08)
[4]胶囊内窥镜技术的研究进展[J]. 张艳辉,黄战华. 现代仪器. 2006(04)
博士论文
[1]高效无线能量传输及可植入人体的传输辐射一体化研究[D]. 孙桂林.中国科学技术大学 2018
[2]人体胃肠道腔内诊疗微系统无线能量传输关键技术及其应用研究[D]. 石煜.上海交通大学 2015
[3]基于无线能量传输技术的视频胶囊内窥镜系统及实验研究[D]. 朱柄全.上海交通大学 2015
本文编号：3359869
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