基于FDTD的无线胶囊内窥镜电磁辐射研究

发布时间：2020-07-10 00:08

【摘要】：无线胶囊内窥镜检测技术具有无痛和非侵入式,可以检测胃溃疡、小肠糜烂等消化道疾病,但是目前仍有许多问题尚未解决,比如电磁辐射安全性。在胶囊内窥镜内的天线,是主要造成人体生物电磁辐射效应的原因。如何在狭小的胶囊空间内实现天线的微型化设计同时,满足电磁辐射安全设计,是本文的研究重点。因此本文开展了如下工作:首先,本文搭建了天线理论模型,陈述了本文的空间电磁场FDTD方法。同时使用Varipose软件,绘制数字真实三维人体模型,设置不同组织在特定频率下的电磁特性参数,完成仿真所需要的人体模型搭建。通过对比研究最新的电磁辐射安全标准,选择与医疗设备最相关的ICNIRP作为本研究的参考限值。接下来研究了圆锥形螺旋微带天线的线长、初始极径、线径、螺距(XY平面投影,Z方向)、螺旋方向、介质基板相关参数(基板厚度,基板与天线距离,基板半径)等物理参数对天线性能的影响,最终确定2.4GHz发射频率的发射天线,为研究电磁辐射安全提供了天线模型基础。最后研究了该天线模型在人体消化道内的电磁辐射的分布情况,对照电磁辐射安全限值进行了分析。本文将人体消化道分为食管、胃、小肠、大肠,在这些部位中均匀选点以模拟胶囊在这四个部位的运动状况,共107个点。然后对这些点进行电磁辐射仿真并讨论辐射分布情况,重点分析了SAR RAW、SAR_(avg)、SAR_(10g)、极化方向等参数。通过统计每个部位所有的SAR RAW值,总结各个部位的SAR分布特点;通过查看SAR_(10g)最大值点的极化方向讨论人体内天线辐射的极化特点;通过将SAR_(10g)和SAR_(avg)与参考限值进行对比,讨论电磁辐射安全条件。通过修改天线的输入功率最后得到,在输入功率低于75mW时,胶囊在整个消化道内最大SAR_(10g)低于2W/kg(该点位于小肠),此时SAR_(avg)最大值为0.27mW/kg,也低于80mW/kg限值。从各个部位的人体SAR分布图上得出,辐射方向沿最大SAR值点方向,满足天线辐射安全的设计要求。
【学位授予单位】：重庆邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH776.1;R144

【参考文献】

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本文编号：2748178