植入式微電子神經(jīng)橋芯片經(jīng)皮無線供能系統(tǒng)研究.pdf

1、當(dāng)前各種醫(yī)療電子器件在體內(nèi)診療領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，在治療多種疾病中發(fā)揮著越來越重要的作用。針對(duì)脊髓損傷修復(fù)的研究，本課題組在國內(nèi)外首先提出了“植入式微電子神經(jīng)信號(hào)橋接SOC”的設(shè)想，采用微電子神經(jīng)橋芯片系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)中樞神經(jīng)的功能再生，并進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)合植入式微電子神經(jīng)橋芯片的應(yīng)用目標(biāo)與現(xiàn)有醫(yī)療電子器件供能方式中存在的缺陷，本論文設(shè)計(jì)、制作了一種用于植入式微電子神經(jīng)橋芯片的經(jīng)皮無線供能系統(tǒng)，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了功能的可靠性與穩(wěn)定性

2、，為將來神經(jīng)橋芯片的植入臨床應(yīng)用提供了可能。
　　 本文首先根據(jù)系統(tǒng)的功能需求與設(shè)計(jì)目標(biāo)，提出了應(yīng)用于植入式微電子神經(jīng)橋芯片的經(jīng)皮無線供能系統(tǒng)方案與電路結(jié)構(gòu)，并對(duì)系統(tǒng)工作頻率、集成方案以及封裝方案進(jìn)行了探討設(shè)計(jì)。
　　 本文然后根據(jù)電磁耦合的基本原理，對(duì)耦合效率與關(guān)鍵因素進(jìn)行了分析討論，并對(duì)系統(tǒng)中傳能線圈進(jìn)行了參數(shù)設(shè)計(jì)。發(fā)射線圈采用漆包銅線來繞制，接收線圈采用PCB工藝來實(shí)現(xiàn)。并分析、確定了發(fā)射線圈串聯(lián)補(bǔ)償、接收線圈并聯(lián)

3、補(bǔ)償?shù)哪芰總鬏斀Y(jié)構(gòu)。
　　 本文進(jìn)一步設(shè)計(jì)、制作了經(jīng)皮無線供能系統(tǒng)的能量傳輸子系統(tǒng)，包括了體外能量發(fā)射模塊和體內(nèi)能量接收模塊。體外能量發(fā)射模塊的電路主體為E類功率放大器，并設(shè)計(jì)了方波振蕩器為E類功放提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)。體內(nèi)能量接收模塊包括整流、濾波、穩(wěn)壓以及充電管理等電路，同樣通過高效的電路設(shè)計(jì)來提高無線能量傳輸?shù)恼w效率。
　　 更進(jìn)一步本文引入了閉環(huán)控制的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)、制作了經(jīng)皮無線供能系統(tǒng)的閉環(huán)控制子系統(tǒng)，包括了無線收發(fā)電

4、路、體內(nèi)的電池電量監(jiān)測(cè)電路、體內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)電路以及體外的信息顯示電路等。子系統(tǒng)能夠及時(shí)對(duì)體內(nèi)供電狀態(tài)和溫度信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并反饋給體外的顯示電路進(jìn)行顯示，從而根據(jù)監(jiān)測(cè)到的信息進(jìn)行體外的供能操作，實(shí)現(xiàn)無線供能系統(tǒng)的自適應(yīng)控制。
　　 在對(duì)整個(gè)系統(tǒng)軟硬件分別實(shí)現(xiàn)之后，本文還進(jìn)行了系統(tǒng)的聯(lián)合測(cè)試。首先，利用無線能量傳輸子系統(tǒng)在空氣、濃度為0.9％的鹽水和豬皮組織下進(jìn)行了位置特性測(cè)試，驗(yàn)證了系統(tǒng)能夠在一定位置容差范圍內(nèi)穩(wěn)定工作。其次，結(jié)合課