用于医疗器械的可植入无线电力传输系统,使用超材料偏振转换器
Tarakeswar Shaw1, Bappaditya Mandal1, Gopinath Samanta2
1Department of Electrical Engineering, Microwaves in Medical Engineering Group, Division of Solid-State Electronics, Uppsala University, 75121, Uppsala, Sweden.
Scientific reports
|August 24, 2024
概括
本研究介绍了一种不敏感于旋转的可植入无线电力传输 (WPT) 系统,使用圆极化 (CP) 天线和超材料极化转换器 (MTM-PC) 来提高医疗器械的电力传输效率 (PTE).
科学领域:
- 生物医学工程 生物医学工程
- 电磁学 电磁学 电磁学 电磁学
- 材料科学 材料科学 材料科学
背景情况:
- 植入式医疗器械需要高效可靠的无线电力传输 (WPT).
- 植入设备的旋转可能会降低WPT的性能,这对连续的电力供应构成了挑战.
- 现有的WPT系统往往缺乏针对旋转错位的稳定性.
研究的目的:
- 为在902-928 MHz ISM频段运行的医疗器械开发一个不敏感于旋转的植入式WPT系统.
- 通过使用一种新型的超材料极化转换器 (MTM-PC) 来提高可植入WPT系统的功率传输效率 (PTE).
- 通过分析特定吸收率 (SAR) 合规性来确保人类的安全.
主要方法:
- 在皮肤组织模型中设计了一个灵活的,生物相容的,循环极化 (CP) 槽天线用于接收器 (Rx).
- 为发射器 (Tx) 开发了一个自由空间 CP 圆形补丁天线.
- 集成了一种新型的超材料偏振转换器 (MTM-PC),以提高信号接收和效率.
- 研究了Rx植入物旋转对系统性能的影响.
- 进行了特定吸收率 (SAR) 的数值分析,以确保安全.
主要成果:
- 拟议的系统证明了对植入式WPT的旋转不敏感.
- 整合MTM-PC显著提高了传输系数幅度,达到7.04dB.
- 使用仿皮凝和猪组织的实验验证证证了可行性和提高效率.
- 与没有MTM-PC集成系统相比,MTM-PC集成系统显示PTE的显著增加.
结论:
- 开发的基于CP天线的植入式WPT系统与MTM-PC是医疗器械的可行和有效的解决方案.
- 该MTM-PC有效地增强PTE和减轻由于旋转的性能下降.
- 该系统遵守了SAR分析证实的安全法规,使其适用于医疗应用.
