面向植入式医疗设备的天线研究

Currently, the growing problem of aging population has become the world's common challenges including China. The growth of demand for health care services is caused by the problem of aging population. Especially, China has initially entered the middle-income countries, the population base and large, a huge demand for high-quality health care. And wireless biomedical devices have become a major trend in current and future medical development. Wireless medical devices with a very broad application market is the inevitable trend of future biomedical development. From the current study, the research and development of high precision, stable and reliable wireless biomedical devices are still facing great challenges. The project is planned to design implantable antennas based on optimized operating frequency. Then the project will focus on effective ways to improve the transceiver link margin to further enhance communication ability or transmission efficiency.

当前，不断加剧的人口老龄化问题已成为包括中国在内的世界各国共同面临的难题，老龄化的进程必将伴随着医疗保健服务业的需求增长，尤其是当今中国已初步进入中等收入国家，而人口基数又大，对高质量的医疗保健需求庞大而无线生物医疗由于其使用便利成为了当前及未来医疗发展的主要趋势。无线医疗设备具有十分广阔的应用市场，是未来生物医疗发展的必然趋势。从目前的研究来看，研发高精确、稳定可靠的无线生物医疗设备仍然面临很大的挑战。本项目拟基于最优工作频率下设计工作于此频率下的植入式天线、体外天线等，并基于体内外电磁波传播特性，研究提高收发链路余量的有效途径以进一步提升通信能力或传输效率。

在自然基金的资助下，本项目开展了以下的研究工作：1）植入式天线的研究。本项目在考虑人体影响的前提下，全面分析电小天线实现的有效途径，并从电磁波传播的角度出发，针对圆极化相对于线极化有低误码率、抗多径效应及避免极化失配等方面的显著优势，提出多款圆极化天线。2）体内-体外、体外-体内电磁波传播效率最优化设计。全面分析电磁波传输特性，采用自相位技术实现无线能量传输效率最优化。3）体内温度采集系统集成化设计。本项目在工作频率优化、植入式天线、体外天线设计的基础上，采用Ti公司的相关无线收发模块，结合温度传感器来进行相关实验验证，并在考虑发射功率、通信距离等基础上，全面评估所搭建的用于无线医疗设备的收发系统。4）确立精确实验方案，包括动物体内的无线植入式设备的测试方法。本项目将设计好的胶囊传输系统放入小鼠体内，进行活体动物实验，成功验证了该系统的可行性。5）适用于人体表面节点间通信天线的研究。本项目在无线体域网的应用背景下，利用PIN二极管以及馈电网络的形式设计了四款多模式可穿戴天线，满足了无线体域网的通信需求。