植入式微電子神經橋芯片經皮無線供能系統(tǒng)研究.pdf

1、當前各種醫(yī)療電子器件在體內診療領域得到了廣泛的應用，在治療多種疾病中發(fā)揮著越來越重要的作用。針對脊髓損傷修復的研究，本課題組在國內外首先提出了“植入式微電子神經信號橋接SOC”的設想，采用微電子神經橋芯片系統(tǒng)來實現中樞神經的功能再生，并進行了一系列的實驗研究。結合植入式微電子神經橋芯片的應用目標與現有醫(yī)療電子器件供能方式中存在的缺陷，本論文設計、制作了一種用于植入式微電子神經橋芯片的經皮無線供能系統(tǒng)，并通過實驗驗證了功能的可靠性與穩(wěn)定性

2、，為將來神經橋芯片的植入臨床應用提供了可能。
　　 本文首先根據系統(tǒng)的功能需求與設計目標，提出了應用于植入式微電子神經橋芯片的經皮無線供能系統(tǒng)方案與電路結構，并對系統(tǒng)工作頻率、集成方案以及封裝方案進行了探討設計。
　　 本文然后根據電磁耦合的基本原理，對耦合效率與關鍵因素進行了分析討論，并對系統(tǒng)中傳能線圈進行了參數設計。發(fā)射線圈采用漆包銅線來繞制，接收線圈采用PCB工藝來實現。并分析、確定了發(fā)射線圈串聯(lián)補償、接收線圈并聯(lián)

3、補償的能量傳輸結構。
　　 本文進一步設計、制作了經皮無線供能系統(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，并設計了方波振蕩器為E類功放提供驅動信號。體內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計來提高無線能量傳輸的整體效率。
　　 更進一步本文引入了閉環(huán)控制的設計。設計、制作了經皮無線供能系統(tǒng)的閉環(huán)控制子系統(tǒng)，包括了無線收發(fā)電

4、路、體內的電池電量監(jiān)測電路、體內環(huán)境監(jiān)測電路以及體外的信息顯示電路等。子系統(tǒng)能夠及時對體內供電狀態(tài)和溫度信息進行監(jiān)測，并反饋給體外的顯示電路進行顯示，從而根據監(jiān)測到的信息進行體外的供能操作，實現無線供能系統(tǒng)的自適應控制。
　　 在對整個系統(tǒng)軟硬件分別實現之后，本文還進行了系統(tǒng)的聯(lián)合測試。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行了位置特性測試，驗證了系統(tǒng)能夠在一定位置容差范圍內穩(wěn)定工作。其次，結合課