醫(yī)用無線內(nèi)鏡供能系統(tǒng)研究與實現(xiàn).pdf

1、能量問題是醫(yī)用無線內(nèi)鏡（以下簡稱無線內(nèi)鏡）所面臨的首要問題。常見的無線內(nèi)鏡只能在人體腸道內(nèi)隨腸胃蠕動而被動運動，要使其能夠拍攝更高像素和幀率的圖片，并且具有定向運動、布藥甚至是手術(shù)功能，必須使其獲得充足而穩(wěn)定的能量供給。現(xiàn)今成熟的醫(yī)用無線內(nèi)鏡成像技術(shù)為電荷耦合(Charge coupled Device，CCD)成像技術(shù)，CCD圖像傳感器對供電電壓具有較高要求，傳統(tǒng)電池供電方式很難滿足新一代醫(yī)用無線內(nèi)鏡的需要。經(jīng)過大量研究，無線電力傳輸

2、系統(tǒng)(Wireless Power Transmission，WPT)已經(jīng)具備了完善的理論體系，積累了大量的實際工程經(jīng)驗，因此將WPT引入醫(yī)用無線內(nèi)鏡系統(tǒng)已成為研究熱點。
　　本文首先對無線供能系統(tǒng)的位置穩(wěn)定性、姿態(tài)穩(wěn)定性和頻率穩(wěn)定性進(jìn)行了理論分析。由于接收線圈在人體內(nèi)位置、姿態(tài)不斷變化，且發(fā)射端LC回路容易發(fā)生失諧問題，本文提出了位置穩(wěn)定性、姿態(tài)穩(wěn)定性和頻率穩(wěn)定性三種穩(wěn)定性研究。針對這三種穩(wěn)定性問題，分別給出了赫姆霍茲(Helm

3、holtz)發(fā)射線圈結(jié)構(gòu)、三維接收線圈的結(jié)構(gòu)和開關(guān)電容結(jié)構(gòu)，用以減少穩(wěn)定性問題所引起的系統(tǒng)效率降低。
　　其次將無線內(nèi)鏡供能系統(tǒng)的效率問題分解為發(fā)射、耦合和接收三部分的效率問題，對各個部分的效率情況進(jìn)行了深入研究，針對無線內(nèi)鏡供能系統(tǒng)傳輸效率較低的問題，在各部分的方案選擇中以效率為首要考慮因素，盡可能提升每個部分的傳輸效率，進(jìn)而對大限度的提升系統(tǒng)整體效率。通過對線圈的高頻特性進(jìn)行分析與測試，給出了無線內(nèi)鏡供能系統(tǒng)的線圈優(yōu)化方案，通

4、過提升線圈的Q值達(dá)到提高系統(tǒng)接收效率的目的。并且在COMSOL環(huán)境下對無線供能整體系統(tǒng)進(jìn)行了電磁仿真，仿真結(jié)果驗證了系統(tǒng)方案的可行性。
　　最后給出了醫(yī)用無線內(nèi)鏡無線供能系統(tǒng)的具體電路實現(xiàn)，包括體外能量發(fā)射模塊、體內(nèi)能量接收模塊和發(fā)射與接收線圈結(jié)構(gòu)。設(shè)計了以全橋逆變電路與赫姆霍茲線圈為主體的發(fā)射模塊，DC-DC與LDO兩級穩(wěn)壓電路的接收端，以及采用利茲線繞制的發(fā)射與接收線圈。最終研制了無線供電系統(tǒng)樣機(jī)，實現(xiàn)了發(fā)射端30W的發(fā)射功率