人工肛门括约肌无线经皮供能系统及实验研究

设计用于反馈式人工肛门括约肌的无线经皮供能系统,从理论和实验2个方面对基于磁耦合谐振的无线能量传输这一前沿技术进行研究。接发线圈均采用平面螺旋结构沿磁芯表面绕制而成。为了在体外供电时耦合链路能够较好地处于谐振状态,减少由于位置变化或人体组织干扰可能带来的频率分裂现象,系统加入了半自动闭环反馈控制环节,在此基础上进行了大量的离体和活体动物实验。实验主要围绕线圈的选择、传输水平、传输路径、障碍物对传输性能的影响,表明在直径分别为6 cm和3.5 cm的初级和次级平面螺旋线圈作用下,设定固有频率230 kHz,实现了发射功率2 W,最大传输效率达82%,在10～15 mm距离内效率仍有63%～75%的能量传输,满足了该植入式器件的用电需求。

植入式医疗设备经皮能量充电系统设计与实验

基于电磁耦合原理设计了一套应用于植入式医疗设备经皮能量充电系统,解决了因拖缆供电或更换电池而多次手术的不便和隐患。建立了传输链路等效模型,分析了线圈品质因数和接收端等效负载对系统传输效率和接收电压的影响,优化线圈设计,设计了隔离式电池管理充电电路。实验结果表明,新式14股双层Litz线串联线圈性能满足实际应用要求,在有效充电距离10～38 mm内,最大接收功率和传输效率分别为2 400 mW(23 mm,54%)和81%(11 mm,870 mW)。此外,针对不同的充电过程中等效负载电阻的变化,系统无需复杂的控制电路,依靠自身的阻抗特性响应即可保证体内接收电压均在安全范围内变化。

消化道胶囊内窥镜的磁引导驱动

通过分析既有的消化道胶囊内窥镜驱动方式,针对其控制复杂、可靠性低、有可能损伤消化道、能量需求过大以及驱动受消化道尺寸限制等缺点提出采用外加磁场靠磁力驱动的方案,以期望实现不消耗胶囊内窥镜内部能量、不受消化道尺寸限制的无损害驱动方式。结合胶囊内置小磁体的受力分析,外加磁场的特性,用ANSYS软件仿真常规线圈模型和超导线圈模型,发现常规线圈无法满足驱动要求,而超导线圈有可能实现磁引导驱动。