基于日光辐射的有源植入式医疗器件能量供应仿真研究

发布时间：2017-04-25 19:08

  本文关键词：基于日光辐射的有源植入式医疗器件能量供应仿真研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：有源植入式医疗器件(AMI,Active Medical Implants)可在人体内实现生物信息检测、药物释放和器官恢复等功能,在精准医疗、移动医疗等领域具有广泛的应用前景。另一方面,有源植入式医疗器件需在电能的驱动下工作,而植入式电池电量有限,限制了AMI的使用寿命。同时,目前已有的AMI体外充电方法也难以满足AMI安全、长期供电要求。针对上述问题,本论文提出并研究了一种基于日光辐射的AMI能量供应方法,完成了该方法的建模、仿真和物理实验验证。所做的主要工作包括:(1)建立了基于日光辐射的AMI能量供应模型。包括:日光光源模型,人体皮肤组织模型,菲涅尔透镜模型和光电池模型等。同时,通过TracePro仿真确定了菲涅尔透镜与人体皮肤组织之间的距离等参数。(2)研究了基于日光辐射的AMI能量供应仿真方法。提出了一种基于能量叠加的日光在人体组织内传输的仿真方法;完成了日光辐射的参数分析;通过仿真研究确定了菲涅尔透镜与光电池的相对位置。在此基础上,实现了基于Monte Carlo方法的日光在人体组织内的传输仿真。(3)开展了基于日光辐射的AMI能量供应仿真研究。仿真了日光在人体脂肪层、肌肉层内的传输过程,分析了其光能流率分布;通过日光在多层人体组织内的传输仿真,研究了其光能流率分布和总光通量分布。最终,为基于日光辐射的AMI能量供应装置设计提供了依据。(4)开展了基于日光辐射的AMI能量供应物理实验验证。建立了基于日光辐射的AMI能量供应实验装置,进行了相关物理实验,并对实验数据与仿真结果进行了对比分析。本论文提出了一种基于日光辐射的AMI能量供应方法,建立了基于日光辐射的AMI能量供应模型,完成了日光在人体皮肤组织中传输的仿真分析,通过物理实验验证了基于日光辐射的AMI能量供应方法的可行性。所取得的进展为最终形成一种便利、持久、环保的新型体外AMI能量供应方法奠定了研究基础。
【关键词】：有源植入式医疗器件 日光辐射 能量供应 Monte Carlo方法
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R197.39;TP391.9
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 研究背景及意义10-12
• 1.2 AMI能量供应研究现状12-15
• 1.2.1 压电方法12-13
• 1.2.2 电磁耦合方法13
• 1.2.3 热电方法13-14
• 1.2.4 光学方法14-15
• 1.3 基于日光辐射的AMI能量供应15-16
• 1.4 本论文主要研究内容16-18
• 第2章 基于日光辐射的AMI能量供应建模18-33
• 2.1 基于日光辐射的AMI能量供应方法18-20
• 2.1.1 原理分析18-19
• 2.1.2 总体方案19-20
• 2.2 日光光源建模20-23
• 2.2.1 太阳位置参数20-21
• 2.2.2 光谱分析21-22
• 2.2.3 能量分布22-23
• 2.3 菲涅尔透镜模型23-27
• 2.3.1 参数分析24
• 2.3.2 功能验证24-27
• 2.4 人体皮肤组织建模27-30
• 2.4.1 几何建模28
• 2.4.2 光学参数28-30
• 2.5 光电池模型30-32
• 2.6 本章小结32-33
• 第3章 基于日光辐射的AMI能量供应仿真方法33-45
• 3.1 MC理论及其实现过程33-37
• 3.1.1 MC理论33-34
• 3.1.2 实现过程34-37
• 3.2 基于MC理论的日光辐射传输仿真方法37-39
• 3.3 日光辐射参数分析39-41
• 3.4 皮肤表面光斑位置的确定41-44
• 3.5 本章小结44-45
• 第4章 基于日光辐射的AMI能量供应仿真实验45-61
• 4.1 基于日光辐射的AMI能量供应仿真流程45-47
• 4.2 日光在单层组织内的传输仿真47-55
• 4.2.1 日光在脂肪层内的传输仿真47-51
• 4.2.1.1 r轴方向的光能流率分布48-50
• 4.2.1.2 z轴方向的光能流率分布50-51
• 4.2.2 日光在肌肉层内的传输仿真51-55
• 4.2.2.1 r轴方向的光能流率分布51-54
• 4.2.2.2 z轴方向的光能流率分布54-55
• 4.3 日光在多层组织内的传输仿真55-60
• 4.3.1 r轴方向的光能流率分布55-57
• 4.3.2 z轴方向的光能流率分布57-59
• 4.3.3 总光通量分布59-60
• 4.4 本章小结60-61
• 第5章 基于日光辐射的AMI能量供应物理实验验证61-70
• 5.1 实验装置设计61-66
• 5.1.1 整体结构61-63
• 5.1.2 体外模拟模块63
• 5.1.3 体内模拟模块63-65
• 5.1.4 数据采集与显示模块65-66
• 5.2 实验结果及分析66-69
• 5.2.1 条件设置66-67
• 5.2.2 能量分析67-68
• 5.2.3 应用分析68-69
• 5.3 本章小结69-70
• 第6章 总结与展望70-72
• 6.1 工作总结70-71
• 6.2 下一步研究工作71-72
• 参考文献72-75
• 攻读学位期间发表的论文与研究成果清单75-76
• 致谢76

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本文编号：326897