应用于无线胶囊内窥镜系统的双臂螺旋天线

发布时间：2020-07-03 11:30

【摘要】：随着科技的发展,无线电子通信系统越来越多地应用于生物医学领域,包括人工耳蜗、神经信号记录系统、无线胶囊内窥镜(Wireless Capsule Endoscopes,WCE)系统、末梢神经微驱动系统等,这些医疗设备为疾病诊断、监测、治疗带来了新的选择。其中,WCE系统是一种集信息通讯、光电工程、生物医学及图像处理与一体的综合性系统,由众多的细小部件构成,包括摄像头、电池、天线等部件,其中用于图像数据发射的无线通讯天线,是系统的重要组成部分。与传统天线相比,其作用于人体环境内,应用环境具有很大复杂性及局限性。传统的天线由于尺寸大、带宽较窄、结构复杂已经不能满足WCE系统的要求,作用于该系统的天线正朝着小型化、多功能、宽频带、易共形等方向发展。为了满足作用于WCE系统天线的需求,本文提出了新型双臂螺旋天线结构,对天线的小型化、宽频带等特性进行了研究。主要包括以下几个部分的内容:首先,介绍了无线电子应用系统应用于生物医疗领域的发展趋势,重点介绍了国内外科研人员对WCE系统中天线部分的研究现状,并且对作用于该系统的不同种类的天线性能做出了比较分析。明确该系统中天线的结构及性能后引出所做的主要工作内容。其次,介绍了天线的工作原理及衡量一款天线电学性能的各种基本参数,包括方向函数、方向图、效率、增益、输入阻抗、极化、带宽和有效面积。介绍了螺旋天线的基本结构,和不同条件下的工作模式,重点分析了螺旋天线在法向模辐射工作模式下的极化和辐射特性。接着,设计了两款胶囊天线。一款四层圆形螺旋贴片构成的双臂螺旋天线,其工作频率为2.4GHz,贴片直径为11mm,厚度仅为1.1mm,带宽达到了2.5GHz左右,采用高介电常数为10.2的Rogers RO3010材料作为衬底,很好地实现了天线的小型化。一款采用聚酰亚胺(polyimide,PI)作为衬底的柔性双臂螺旋天线,螺旋直径11mm,高度11.8mm,安装于胶囊内壁上,容易共形,充分利用了系统空间,是一款超宽带天线,研究了螺旋臂的宽度和长度对天线回波损耗以及谐振频率的影响。最后,对所设计的两款双臂螺旋胶囊天线进行加工制造,通过天线实物测试,对其电学性能进行分析。
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH77;TN823.31
【图文】：

医疗设备,神经刺激器,实施形式

图 1-1 植入式、摄取式、注射式体内无线医疗设备体内无线医疗设备，其中包括植入式、摄取式、注射式手术来进行实施，多年来随着技术的发展，已经从笨重位监测器。摄取式医疗设备通常具备胶囊的外观，像药式医疗设备是无线胶囊内窥镜系统，有望取代有线内窥无痛无创的实施形式为消化道疾病的诊断带来全新的选将微型监测设备注入人体，例如已有的神经刺激器具有监测人体生物参数等功能。镜系统镜用来检测人体消化系统内部疾病，包括胃肠道溃疡、带有摄像头的柔性光纤管插入食道中，提供消化系统病

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京邮电大学专业学位硕士研究生学位论文第一章绪论小时后自然排出体外，系统工作于运动状态下，允许患者在整个检查过程中继续其正常活。系统在工作的 8 个小时内以每秒 2 帧速度拍摄 57000 张彩色图像，并且图像分辨率很高，以识别出最小尺寸小于 0.1mm 的物体。传统的内窥镜系统对人体而言是具备侵入性的，CE 系统预示着小肠内窥镜成像的革命性创新，可以作为检测 10 岁及以上儿童和成人小肠常的工具。

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