醫(yī)用無(wú)線(xiàn)內(nèi)鏡供能系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、能量問(wèn)題是醫(yī)用無(wú)線(xiàn)內(nèi)鏡（以下簡(jiǎn)稱(chēng)無(wú)線(xiàn)內(nèi)鏡）所面臨的首要問(wèn)題。常見(jiàn)的無(wú)線(xiàn)內(nèi)鏡只能在人體腸道內(nèi)隨腸胃蠕動(dòng)而被動(dòng)運(yùn)動(dòng)，要使其能夠拍攝更高像素和幀率的圖片，并且具有定向運(yùn)動(dòng)、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?，F(xiàn)今成熟的醫(yī)用無(wú)線(xiàn)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(duì)供電電壓具有較高要求，傳統(tǒng)電池供電方式很難滿(mǎn)足新一代醫(yī)用無(wú)線(xiàn)內(nèi)鏡的需要。經(jīng)過(guò)大量研究，無(wú)線(xiàn)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(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，因此將WPT引入醫(yī)用無(wú)線(xiàn)內(nèi)鏡系統(tǒng)已成為研究熱點(diǎn)。
　　本文首先對(duì)無(wú)線(xiàn)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(xiàn)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(wèn)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(duì)這三種穩(wěn)定性問(wèn)題，分別給出了赫姆霍茲(Helm

3、holtz)發(fā)射線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)、三維接收線(xiàn)圈的結(jié)構(gòu)和開(kāi)關(guān)電容結(jié)構(gòu)，用以減少穩(wěn)定性問(wèn)題所引起的系統(tǒng)效率降低。
　　其次將無(wú)線(xiàn)內(nèi)鏡供能系統(tǒng)的效率問(wèn)題分解為發(fā)射、耦合和接收三部分的效率問(wèn)題，對(duì)各個(gè)部分的效率情況進(jìn)行了深入研究，針對(duì)無(wú)線(xiàn)內(nèi)鏡供能系統(tǒng)傳輸效率較低的問(wèn)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(gè)部分的傳輸效率，進(jìn)而對(duì)大限度的提升系統(tǒng)整體效率。通過(guò)對(duì)線(xiàn)圈的高頻特性進(jìn)行分析與測(cè)試，給出了無(wú)線(xiàn)內(nèi)鏡供能系統(tǒng)的線(xiàn)圈優(yōu)化方案，通

4、過(guò)提升線(xiàn)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(duì)無(wú)線(xiàn)供能整體系統(tǒng)進(jìn)行了電磁仿真，仿真結(jié)果驗(yàn)證了系統(tǒng)方案的可行性。
　　最后給出了醫(yī)用無(wú)線(xiàn)內(nèi)鏡無(wú)線(xiàn)供能系統(tǒng)的具體電路實(shí)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(xiàn)圈結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)了以全橋逆變電路與赫姆霍茲線(xiàn)圈為主體的發(fā)射模塊，DC-DC與LDO兩級(jí)穩(wěn)壓電路的接收端，以及采用利茲線(xiàn)繞制的發(fā)射與接收線(xiàn)圈。最終研制了無(wú)線(xiàn)供電系統(tǒng)樣機(jī)，實(shí)現(xiàn)了發(fā)射端30W的發(fā)射功率