植入式神经刺激器无线供电与无线通信系统研究与设计
发布时间：2020-12-06 17:48
近年来,可植入医疗设备（Implantable Medical Devices,IMDs）因对人类器官类及神经类疾病良好的辅助治疗效果,成为许多科研机构和高校热门的研究课题。其中,可植入脑神经刺激器作为其中较为复杂的一员,对其本身技术的研究取得了很大的进步,但在临床应用的过程中,却遭遇了一些“瓶颈”,其中最大的问题就是能量供给问题。众所周知,任何电子产品都不能缺少电源而工作,对于植入式脑神经刺激器来说更是如此。使用传统的植入式电池,虽然能够解决供电问题却会受到电池容量和使用寿命的限制,需要定期进行外科手术更换电池,这会给患者带来巨大的痛苦。因此,需要新的能量供应方式,以满足植入式脑神经刺激器不间断稳定供电的需求。此外,与药物治疗类似,植入式脑神经刺激器也需要根据不同患者的病情差异人为地控制“剂量”。本文通过对植入式脑神经刺激器及相关无线供电与无线通信技术的充分调研,在传统磁耦合谐振无线供电（Magnetic Coupled Resonator Wireless Power Transfer,MCR-WPT）系统的基础上,提出一种可穿戴四线圈无线通信与无线供电系统。通过加入PC端用户图形...
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
植入式脑神经刺激器的应用示例图
激机制、模型以及降低能耗等问题研究成果的基础上，设计出一款植入式脑部神经刺激器系统，该系统具有闭环控制的功能，对神经系统疾病治疗的发展做了重大贡献[20]。2016 年，浙江大学针对常规刺激器刺激波形简单的缺点，设计了一款可以产生复杂刺激波形的刺激器，使得刺激器能够输出的刺激波形更加多样化[21]。从 2003 年起，清华大学李路明教授及其团队就开始在研究植入式脑起搏器，经过十余年的不懈努力，2013 年 5 月，具有自主知识产权的脑起搏器获得国家食品药品监督管理局批准并进入市场，如图 1.2 所示，成为我国首个自主研发的植入式神经辅助医疗产品，打破了国外公司在这一领域的技术垄断。此外，清华大学还与北京品驰医疗器械有限公司合作开发，进行生产和销售植入式神经刺激器和脑心脏起搏器等 IMD。其中“清华脑起搏器”已完成植入 3500 多例，使许多患者受益。此外，北京品驰器械有限公司还与清华大学及北京天坛医院共同组建了我国唯一的神经刺激领域的国家级研发单位——神经调控技术国家工程实验室。除了上述科研人员的研究成果以外，浙江大学郑筱祥所在团队及清华大学王志华教授的团队等研究人员在植入式生物医疗芯片、植入式医疗设备辅助系统的研究方面都取得了许多突出的成果，为我国 IMD 产业的发展做出了重要的贡献。
第一章 绪论1.2.2 无线能量传输技术研究现状WPT 技术自提出以来，因其在可移动设备、水下设备、IMD 等特殊领域光明的应用前景，而备受研究学者的青睐，一直以来都是学术界及工业界的研究热点。目前，对于 WPT 技术的研究主要集中于提高能量传输效率（Power TransferEfficiency，PTE）与增大无线有效传输距离两个方面。对于提高能量传输效率，部分研究人员以无线能量传输系统的核心电路功率放大器为优化对象，不断提出各种技术方案，来实现最佳工作效率。荷兰特温特大学的 Haifeng Ma 等研究人员通过检测电源开关导通转换时的输出开关节点电压来调节功率放大器的开关频率，使得功率放大器在整个输出功率范围内实现最佳功率效率，当输出功率达到 0.45W 时，效率仍可达到>49%[22]。曼谷北方理工大学的Pattrawut Srimuang 等研究人员设计了一款 E 类功率放大器，选择 LDMOS 作为功率管，使用负载牵引技术，采用并联负载电路代替传统的并联电容与并联电感。在 13.56MHz 工作频率下，当输出功率为 31W 时，效率可达 94.6%[23]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]同步整流的自适应电流自驱动研究[J]. 陈增禄,杨欢,方日,窦祥. 电力电子技术. 2018(04)
[2]植入式医疗设备经皮能量充电系统设计与实验[J]. 克磊,颜国正,颜胜,刘志强,王志武. 仪器仪表学报. 2013(12)
[3]用于功能性胃肠疾病治疗的植入式电刺激系统及动物实验研究[J]. 程思漫,姜萍萍,王永兵,颜国正. 北京生物医学工程. 2012 (04)
[4]CPT系统能量与信号混合传输技术[J]. 孙跃,王琛琛,唐春森,戴欣,王智慧. 电工电能新技术. 2010(04)
博士论文
[1]磁耦合谐振式无线能量传输若干关键技术研究[D]. 刘小畅.武汉大学 2015
硕士论文
[1]气动无线供电系统的超宽带功率放大器的研究与实现[D]. 朱莲勇.电子科技大学 2017
[2]基于信道反馈人体植入设备无线供电系统研究[D]. 郑宏昌.重庆大学 2017
[3]多功能神经电刺激系统的设计及其在深部脑刺激实验研究中的应用[D]. 胡娜.浙江大学 2016
[4]ICPT系统中信号双向传输机理研究[D]. 刘洋.重庆大学 2013
[5]感应耦合电能传输系统的研究与设计[D]. 田声洋.电子科技大学 2012
[6]植入式电动关节的经皮控制[D]. 张金英.上海交通大学 2010
本文编号：2901783
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
植入式脑神经刺激器的应用示例图
激机制、模型以及降低能耗等问题研究成果的基础上，设计出一款植入式脑部神经刺激器系统，该系统具有闭环控制的功能，对神经系统疾病治疗的发展做了重大贡献[20]。2016 年，浙江大学针对常规刺激器刺激波形简单的缺点，设计了一款可以产生复杂刺激波形的刺激器，使得刺激器能够输出的刺激波形更加多样化[21]。从 2003 年起，清华大学李路明教授及其团队就开始在研究植入式脑起搏器，经过十余年的不懈努力，2013 年 5 月，具有自主知识产权的脑起搏器获得国家食品药品监督管理局批准并进入市场，如图 1.2 所示，成为我国首个自主研发的植入式神经辅助医疗产品，打破了国外公司在这一领域的技术垄断。此外，清华大学还与北京品驰医疗器械有限公司合作开发，进行生产和销售植入式神经刺激器和脑心脏起搏器等 IMD。其中“清华脑起搏器”已完成植入 3500 多例，使许多患者受益。此外，北京品驰器械有限公司还与清华大学及北京天坛医院共同组建了我国唯一的神经刺激领域的国家级研发单位——神经调控技术国家工程实验室。除了上述科研人员的研究成果以外，浙江大学郑筱祥所在团队及清华大学王志华教授的团队等研究人员在植入式生物医疗芯片、植入式医疗设备辅助系统的研究方面都取得了许多突出的成果，为我国 IMD 产业的发展做出了重要的贡献。
第一章 绪论1.2.2 无线能量传输技术研究现状WPT 技术自提出以来，因其在可移动设备、水下设备、IMD 等特殊领域光明的应用前景，而备受研究学者的青睐，一直以来都是学术界及工业界的研究热点。目前，对于 WPT 技术的研究主要集中于提高能量传输效率（Power TransferEfficiency，PTE）与增大无线有效传输距离两个方面。对于提高能量传输效率，部分研究人员以无线能量传输系统的核心电路功率放大器为优化对象，不断提出各种技术方案，来实现最佳工作效率。荷兰特温特大学的 Haifeng Ma 等研究人员通过检测电源开关导通转换时的输出开关节点电压来调节功率放大器的开关频率，使得功率放大器在整个输出功率范围内实现最佳功率效率，当输出功率达到 0.45W 时，效率仍可达到>49%[22]。曼谷北方理工大学的Pattrawut Srimuang 等研究人员设计了一款 E 类功率放大器，选择 LDMOS 作为功率管，使用负载牵引技术，采用并联负载电路代替传统的并联电容与并联电感。在 13.56MHz 工作频率下，当输出功率为 31W 时，效率可达 94.6%[23]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]同步整流的自适应电流自驱动研究[J]. 陈增禄,杨欢,方日,窦祥. 电力电子技术. 2018(04)
[2]植入式医疗设备经皮能量充电系统设计与实验[J]. 克磊,颜国正,颜胜,刘志强,王志武. 仪器仪表学报. 2013(12)
[3]用于功能性胃肠疾病治疗的植入式电刺激系统及动物实验研究[J]. 程思漫,姜萍萍,王永兵,颜国正. 北京生物医学工程. 2012 (04)
[4]CPT系统能量与信号混合传输技术[J]. 孙跃,王琛琛,唐春森,戴欣,王智慧. 电工电能新技术. 2010(04)
博士论文
[1]磁耦合谐振式无线能量传输若干关键技术研究[D]. 刘小畅.武汉大学 2015
硕士论文
[1]气动无线供电系统的超宽带功率放大器的研究与实现[D]. 朱莲勇.电子科技大学 2017
[2]基于信道反馈人体植入设备无线供电系统研究[D]. 郑宏昌.重庆大学 2017
[3]多功能神经电刺激系统的设计及其在深部脑刺激实验研究中的应用[D]. 胡娜.浙江大学 2016
[4]ICPT系统中信号双向传输机理研究[D]. 刘洋.重庆大学 2013
[5]感应耦合电能传输系统的研究与设计[D]. 田声洋.电子科技大学 2012
[6]植入式电动关节的经皮控制[D]. 张金英.上海交通大学 2010
本文编号：2901783
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/xinxigongchenglunwen/2901783.html
