论文摘要
植入电子器件是一种埋置在生物体或人体内的电子设备,主要用来测量生命体内生理生化参数的长期变化,诊断、治疗某些疾病,也可用来代替功能已丧失的器官,实现在生命体自然状态下体内的直接测量和控制功能。随着微电子技术和信号处理技术的飞速发展,植入式电子装置在临床医学中得到越来越广泛的应用。对于实用的植入式电子系统来说,电源的长期供给是至关重要的问题。目前,给植入电子器件供电主要有两种方式:一是电池供电,由于电池的能量有限,在电池能量耗尽之前,必须通过手术重新植入,这不但给患者带来很大的痛苦,而且手术费用昂贵。二是电磁感应供电,通过电磁感应技术将能量传递给植入电子器件,但是,磁感应耦合系数小,能量传递效率低,并且对附近的医疗设备产生射频干扰。在解决植入电子器件供电方案中,利用生物组织的体导电特性将体外电能跨皮肤地传递到植入电子器件的可充电电池,是植入电子器件能量供给的新型方式。本文研究重点是:根据体导电能量传递原理,以心脏起搏器为例,使用软件ANSYS V10建立了模型,通过仿真结果验证了体导电能量传递原理的可行性。主要包括以下内容:①查找建立体导电能量传递有限元模型的参考依据,选择人体皮肤的尺寸和相关属性,包括:皮肤厚度以及阻抗、体外皮肤电极接触阻抗与电极材料属性、体内电极材料和植入电子器件电池的选择。②使用软件ANSYS V10建立相应的模型。③根据仿真结果,分析影响植入电子器件能量传递效率的因素,为提高能量传递效率提供参考依据:1)在体导电能量传递系统中,正方形电极能量传递效率高于同心圆电极。2)植入电子器件体外电极之间的距离为2cm较适宜;植入电子器件植入人体深度的距离为4mm较适宜。3)体导电能量传递过程中,频率在1kHz~1MHz范围内,能量传递效率较高。生物组织的体导电特性是21世纪生物医学电子发展的一个重要的方向,本文使用软件ANSYS建立了简单的体导电能量传递模型,为进一步研究体导电能量传递模型提供参考。