人工心脏经皮传能系统中变压器耦合性能和信息传输的实验研究

摘要

随着生物工程科学与技术的快速发展，人工心脏取得长足的进步，有可能将来像人工心脏起搏器一样得到广泛应用。最初的人工心脏固定在患者腹腔内，导线直接从胸部引出再与体外的电池组相连，这种供电方式极易造成致命感染。而经皮传能系统(Transcutaneous Energy Transmission System 以下简称TETS)为人工心脏供电，可以防止感染引起的并发症，能够很好地提高移植病人的生活质量。随着该技术的发展完善，它将会推动医疗领域无创、低危险治疗的进一步发展，具有重要的研究价值和广泛的应用前景。
　　 论文在分析了人工心脏经皮传能系统国内外研究现状的基础上，对系统的两个主要部分，即电能经皮传输和信息的经皮传输部分分别进行了研究。
　　 首先以TETS 无接触变压器为研究对象，阐述了无接触电能传输技术的基本原理、系统结构、以及存在问题。从等效电路和应用场合要求的角度，对经皮变压器采用了初、次级两侧均串联补偿的方法，从而减小了无功损耗，提高了系统的传输效率。分析了影响经皮变压器耦合能力的主要因素，通过计算比较有无铁芯时变压器的耦合能力，确定了本文采用灌装式的变压器结构。计算了不同的气隙间隔，不同的线圈形状、结构、尺寸以及发生相对水平位移时经皮变压器线圈的电感和耦合系数，从而确定了一种电感较大、耦合系数较高、体积小、适于植入(次级外径仅为60mm)的经皮变压器尺寸，并对其进行了仿真分析。
　　 然后对信息传输方法进行了实验研究。信息传输部分是由微控制器、无线收发模块、温度采集模块、电池参数采集以及充电管理模块组成。体内、外信息的交换是体内状态信息发送体外显示和体外对植入部分进行监控的桥梁。本文详细叙述了信息传输中主要模块的硬件和软件的实现，给出了主要模块的硬件电路图，编程流程图以及主要函数的功能等。
　　 最后进行了实验调试，结果显示体内、外信息传递稳定、准确。