北京市自然科學(xué)基金申請答辯申請題目：植入式醫(yī)療裝置信號和能量的無線傳輸系統(tǒng)研究申請人：答辯日期：北京市自然科學(xué)基金申請答辯申請題目：植入式醫(yī)療裝置信號和能量1、項目研究意義植入式醫(yī)療裝置在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有良好的應(yīng)用前景，而供能問題、小型化問題和體內(nèi)外裝置缺乏可靠的聯(lián)系等問題是限制植入式醫(yī)療裝置發(fā)展的“瓶頸”問題。1、項目研究意義植入式醫(yī)療裝置在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有良好的應(yīng)用前

植入式醫(yī)療裝置通常采用微型電池供能，但這會帶來如下問題：(1)微型化學(xué)電池容量有限，無法實現(xiàn)長時間持續(xù)供電，并伴有微弱漏電。(2)微型化學(xué)電池由于化學(xué)電池的構(gòu)造特點，一旦發(fā)生泄漏將對人體造成較大危害。(3)微型化學(xué)電池占據(jù)較大空間，進(jìn)入體內(nèi)的植入式醫(yī)療裝置體積必須很小。這給微機電系統(tǒng)的制造造成了困難。植入式醫(yī)療裝置通常采用微型電池供能，但這會帶來如下問題：采用無線供電方式，從體外持續(xù)對植入式醫(yī)療裝置傳輸電能有以下優(yōu)點：(1)實時性——可實現(xiàn)在需要的情況下隨時從體外持續(xù)給植入式醫(yī)療裝置供能。(2)安全性——通過電磁耦合方式傳輸能量，由于沒有化學(xué)電池的有害材料，對人體安全程度更高。(3)供能穩(wěn)定，在各種位置情況下都能穩(wěn)定輸出能量。(4)無需通過手術(shù)給植入式醫(yī)療裝置更換供電電池，減小了患者的痛苦和經(jīng)濟負(fù)擔(dān)。采用無線供電方式，從體外持續(xù)對植入式醫(yī)療裝置傳輸電能有以下優(yōu)2、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析及存在問題（1）傳輸效率低下、穩(wěn)定性差；（2）對于空間任意姿態(tài)和位置的線圈之間的耦合系數(shù)的理論和實驗研究不夠深入，沒有相應(yīng)的比較精確的模型；（3）目前國內(nèi)外對于植入式醫(yī)療裝置的能量和信號的無線同步傳輸研究較少。2、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析及存在問題（1）傳輸效率低下、穩(wěn)定性差3、研究目標(biāo)（1）小型化研究。（2）建立植入式醫(yī)療裝置可靠、穩(wěn)定的無線能量傳輸系統(tǒng)模型。（3）建立能量和信號的無線同步傳輸系統(tǒng)，得出能量和信號的無線傳輸?shù)臋C理。3、研究目標(biāo)（1）小型化研究。4、主要研究內(nèi)容（1）建立多維微型化無線能量傳輸系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。（2）利用仿真與實驗分析整個系統(tǒng)的傳輸效率與功率。（3）無線能量傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性研究。（4）無線信號和能量的同步無線傳輸研究。

4、主要研究內(nèi)容（1）建立多維微型化無線能量傳輸系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模5、擬解決的關(guān)鍵問題（1）結(jié)合平面變壓器技術(shù)進(jìn)行植入式醫(yī)療裝置無線傳輸系統(tǒng)的微型化設(shè)計；

(2)進(jìn)行無線供電系統(tǒng)的自定向機構(gòu)研究,建立穩(wěn)定、可靠的無線傳輸模型；（3）建立能量和信號的同步無線傳輸系統(tǒng)模型。

5、擬解決的關(guān)鍵問題（1）結(jié)合平面變壓器技術(shù)進(jìn)行植入式醫(yī)療裝6.項目創(chuàng)新點

（1）建立電磁諧振式無線能量傳輸耦合模型，通過對線圈品質(zhì)因數(shù)的分析，建立能量傳輸系統(tǒng)優(yōu)化最優(yōu)工作頻率；設(shè)計無線供電系統(tǒng)的自定向機構(gòu)研究，實現(xiàn)能量接收的互補，消除了次級線圈在能量接收中可能存在的死點，有效地降低了能量傳輸效率對次級線圈位姿角的敏感性，提高能量傳輸效率穩(wěn)定性、自適應(yīng)性和穩(wěn)定性。（2）建立多維無線能量傳輸系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，對空間任意姿態(tài)和位置的線圈間的耦合系數(shù)進(jìn)行理論和實驗分析，進(jìn)行能量傳輸系統(tǒng)的性能分析，推導(dǎo)不同補償模式下，系統(tǒng)補償電容的表達(dá)式，并進(jìn)行計算驗證。（3）研究基于無線通訊的接收電壓反饋回路，建立能量和信號同步無線傳輸?shù)哪Ｐ汀?.項目創(chuàng)新點（1）建立電磁諧振式無線能量傳輸耦合模型，通7、研究方法及實驗手段（1）微型化研究。本項目擬在基于平面變壓器技術(shù)的基礎(chǔ)上對無線供電系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，將初次級繞組設(shè)計成PCB的形式，這樣能有效地減小整個供電系統(tǒng)的體積，通過該方案能對無線供電系統(tǒng)進(jìn)行微型化設(shè)計。7、研究方法及實驗手段（1）微型化研究。（2）多維無線能量傳輸系統(tǒng)研究。（2）多維無線能量傳輸系統(tǒng)研究。（3）能量和信號的同步無線傳輸研究。（3）能量和信號的同步無線傳輸研究。8、可行性分析8、可行性分析本人前期在用普通線圈進(jìn)行能量和信號