吞入式体温监测胶囊的研究

发布时间：2020-06-01 12:15

【摘要】：集成电路、通信技术的不断发展使得电子设备的小型化成为可能,推动了在生物医疗保健领域内,特别是以体内、体外通信为特征的无线医疗设备需求增长快速。但由于无线设备与人体的相互耦合导致的数据通信可靠性存在不确定性,因此,研究设计能满足吞入式胶囊无线监测可靠性需求的胶囊天线具有十分重要的意义。本文主要针对胶囊天线在小型化、生物兼容性、辐射安全性以及性能稳定性等方面的严格实际需求,创新地提出了适用于人体体温监测应用的两款胶囊天线。主要研究工作如下:(1)提出了一款类似平面倒F天线(PIFA)结构的胶囊天线。研究了该天线的电磁辐射特性,并讨论了天线性能的稳定性。为了验证该天线的环境适应性,搭建了无线收发电路、天线匹配与转换电路,并与天线进行了集成封装。最后,将此胶囊系统置于调配好的溶液内进行通信测试,实现了温度数据的无线传输功能。实验结果有效地验证了此设计方案的可行性。(2)为了进一步减少胶囊尺寸,创新性地提出了基于差分技术的共形胶囊天线以充分利用胶囊内壁空间。本文借助Sim4life中的精确人体模型来验证天线在真实人体中的性能,并探讨了影响天线性能的因素,结果表明,该天线均有较好的性能稳定性。最后,本文搭建了整个通信链路,实现了将系统内传感器采集到的温度数据通过无线传输,显示在显示屏上。另外,本文还评估以及测试了该系统的通信能力,为后续该系统的工程实践奠定了良好的理论与实验基础。总之,本文在充分考虑体内监测环境特点的基础上设计了两款吞入式无线温度监测胶囊,在胶囊天线小型化、性能稳定性等方面做了有益的探索,得到了比现有国内外文献更小的无线胶囊系统,本文所提出的解决方案具有很好的工程应用潜质。
【图文】：

系统框图,医疗保健,电子设备,移动设备

图 1.1 无线医疗保健领域的电子设备如图 1.1 所示，在无线医疗保健领域中，常见的电子设备有穿戴式移动设备、植入式和吞入式医疗设备[1]。随着电子电路集成技术与天线小型化技术的发展，无线数据遥测技术在无线医疗生物设备中展现出巨大的应用前景，并且这种技术已经促成了很多医疗设备的使用，比如人体心脏起搏器、人体内窥镜、血糖监测仪等[2-4]。这些无线医疗设备可用于实时监测人体生物信息，为患者诊断与治疗提供更多、更可靠的信息支持，同时也为患者提供更加舒适的服务。穿戴式设备因为其工作于自由空间的环境中，对系统设计的要求相对简单。而植入式、吞入式医疗设备需要手术或者口服等手段进入相应的人体组织内，数据传输设备与人体组织的强耦合作用可能会导致通信链路的不稳定，进而影响数据传输功能。图 1.2 为无线医疗设备的系统框图，设备的小型化、在人体内性能的稳定性、无线传输的能力、功耗与续航能力等指标均是需要综合考虑的问题[5-6]。

系统框图,医疗设备,系统框图

图 1.1 无线医疗保健领域的电子设备如图 1.1 所示，，在无线医疗保健领域中，常见的电子设备有穿戴式移动设备、植入式和吞入式医疗设备[1]。随着电子电路集成技术与天线小型化技术的发展，无线数据遥测技术在无线医疗生物设备中展现出巨大的应用前景，并且这种技术已经促成了很多医疗设备的使用，比如人体心脏起搏器、人体内窥镜、血糖监测仪等[2-4]。这些无线医疗设备可用于实时监测人体生物信息，为患者诊断与治疗提供更多、更可靠的信息支持，同时也为患者提供更加舒适的服务。穿戴式设备因为其工作于自由空间的环境中，对系统设计的要求相对简单。而植入式、吞入式医疗设备需要手术或者口服等手段进入相应的人体组织内，数据传输设备与人体组织的强耦合作用可能会导致通信链路的不稳定，进而影响数据传输功能。图 1.2 为无线医疗设备的系统框图，设备的小型化、在人体内性能的稳定性、无线传输的能力、功耗与续航能力等指标均是需要综合考虑的问题[5-6]。
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R318.6;TN820

【参考文献】