植入式医疗装置信号和能量的无线传输系统研究-基金申请答辩课件

北京市自然科学基金申请答辩申请题目：植入式医疗装置信号和能量的无线传输系统研究申请人：答辩日期：1、项目研究意义植入式医疗装置在生物医学领域有良好的应用前景，而供能问题、小型化问题和体内外装置缺乏可靠的联系等问题是限制植入式医疗装置发展的“瓶颈”问题。

植入式医疗装置通常采用微型电池供能，但这会带来如下问题：(1)微型化学电池容量有限，无法实现长时间持续供电，并伴有微弱漏电。(2)微型化学电池由于化学电池的构造特点，一旦发生泄漏将对人体造成较大危害。(3)微型化学电池占据较大空间，进入体内的植入式医疗装置体积必须很小。这给微机电系统的制造造成了困难。采用无线供电方式，从体外持续对植入式医疗装置传输电能有以下优点：(1)实时性——可实现在需要的情况下随时从体外持续给植入式医疗装置供能。(2)安全性——通过电磁耦合方式传输能量，由于没有化学电池的有害材料，对人体安全程度更高。(3)供能稳定，在各种位置情况下都能稳定输出能量。(4)无需通过手术给植入式医疗装置更换供电电池，减小了患者的痛苦和经济负担。2、国内外研究现状分析及存在问题（1）传输效率低下、稳定性差；（2）对于空间任意姿态和位置的线圈之间的耦合系数的理论和实验研究不够深入，没有相应的比较精确的模型；（3）目前国内外对于植入式医疗装置的能量和信号的无线同步传输研究较少。3、研究目标（1）小型化研究。（2）建立植入式医疗装置可靠、稳定的无线能量传输系统模型。（3）建立能量和信号的无线同步传输系统，得出能量和信号的无线传输的机理。4、主要研究内容（1）建立多维微型化无线能量传输系统的数学模型。（2）利用仿真与实验分析整个系统的传输效率与功率。（3）无线能量传输的稳定性和可靠性研究。（4）无线信号和能量的同步无线传输研究。

5、拟解决的关键问题（1）结合平面变压器技术进行植入式医疗装置无线传输系统的微型化设计；

(2)进行无线供电系统的自定向机构研究,建立稳定、可靠的无线传输模型；（3）建立能量和信号的同步无线传输系统模型。

6.项目创新点

（1）建立电磁谐振式无线能量传输耦合模型，通过对线圈品质因数的分析，建立能量传输系统优化最优工作频率；设计无线供电系统的自定向机构研究，实现能量接收的互补，消除了次级线圈在能量接收中可能存在的死点，有效地降低了能量传输效率对次级线圈位姿角的敏感性，提高能量传输效率稳定性、自适应性和稳定性。（2）建立多维无线能量传输系统的数学模型，对空间任意姿态和位置的线圈间的耦合系数进行理论和实验分析，进行能量传输系统的性能分析，推导不同补偿模式下，系统补偿电容的表达式，并进行计算验证。（3）研究基于无线通讯的接收电压反馈回路，建立能量和信号同步无线传输的模型。7、研究方法及实验手段（1）微型化研究。本项目拟在基于平面变压器技术的基础上对无线供电系统进行设计，将初次级绕组设计成PCB的形式，这样能有效地减小整个供电系统的体积，通过该方案能对无线供电系统进行微型化设计。（2）多维无线能量传输系统研究。（3）能量和信号的同步无线传输研究。8、可行性分