本文關(guān)鍵詞：應(yīng)用于膀胱功能重建的多通道信號(hào)跨皮無(wú)線傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究

  更多相關(guān)文章： 膀胱功能重建 骶神經(jīng)刺激 多通道 跨皮無(wú)線傳輸 電磁耦合 無(wú)源設(shè)計(jì)

【摘要】：脊髓損傷是引起神經(jīng)源性膀胱最常見的原因,尤其在骶髓上脊髓損傷患者中,有相當(dāng)高的比例會(huì)出現(xiàn)膀胱貯尿和排尿雙重功能障礙。伴隨著各種植入式醫(yī)療電子器件在診斷和治療領(lǐng)域的不斷涌現(xiàn),基于功能電刺激的膀胱功能重建技術(shù)發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。針對(duì)國(guó)產(chǎn)膀胱功能重建系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的空缺,本課題組提出自主研發(fā)一種用于膀胱功能重建系統(tǒng)的骶神經(jīng)刺激系統(tǒng)。本論文研究?jī)?nèi)容屬于該系統(tǒng)的子系統(tǒng),目標(biāo)是采用一種基于微線圈陣列的多通道信號(hào)跨皮無(wú)線傳輸方法將信號(hào)從體外傳輸?shù)襟w內(nèi),通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證系統(tǒng)功能的可靠性與穩(wěn)定性,為將來(lái)的臨床植入式應(yīng)用提供可能。本論文首先根據(jù)骶神經(jīng)刺激系統(tǒng)的整體功能需求,確定了多通道功能電刺激信號(hào)跨皮無(wú)線傳輸系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、工作原理以及電路結(jié)構(gòu),并對(duì)系統(tǒng)的工作頻率、集成及封裝方案進(jìn)行了探討設(shè)計(jì)。本論文接著從電磁耦合模型出發(fā),以電磁理論為基礎(chǔ),對(duì)線圈射頻網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了電磁分析。在理論分析的基礎(chǔ)上,完成系統(tǒng)的發(fā)射和接收線圈的設(shè)計(jì)與制作,并基于二端口網(wǎng)絡(luò)模型,應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)分析儀對(duì)線圈的電學(xué)參數(shù)進(jìn)行了測(cè)試。同時(shí)為提高系統(tǒng)的傳輸效率,選擇并聯(lián)諧振補(bǔ)償結(jié)構(gòu)對(duì)耦合結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化。本論文進(jìn)一步對(duì)多通道信號(hào)跨皮無(wú)線傳輸系統(tǒng)的發(fā)射和接收模塊的電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)與仿真測(cè)試。對(duì)于體外發(fā)射電路,分別對(duì)基于模擬乘法器的電路結(jié)構(gòu)、晶體振蕩器與二通道與門相結(jié)合的電路結(jié)構(gòu)以及基于LC電容三點(diǎn)式振蕩器電路結(jié)構(gòu)的三種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了仿真分析,經(jīng)對(duì)比后選擇第三種方法作為體外模塊的設(shè)計(jì)方案,用于實(shí)現(xiàn)低頻信號(hào)的調(diào)制與功率放大。而對(duì)于接收模塊選擇二極管峰值包絡(luò)檢波電路實(shí)現(xiàn)體內(nèi)無(wú)源設(shè)計(jì)。最后將兩部分電路的工作性能進(jìn)行了聯(lián)合仿真以及硬件電路制作后的聯(lián)合測(cè)試,驗(yàn)證出各部分電路均可以正常工作。本論文在完成各模塊的設(shè)計(jì)后,進(jìn)行了骶神經(jīng)刺激系統(tǒng)的聯(lián)合測(cè)試。在對(duì)多通道功能電刺激信號(hào)跨皮無(wú)線傳輸系統(tǒng)的發(fā)射、接收模塊進(jìn)行了封裝測(cè)試的基礎(chǔ)上,聯(lián)合控制盒模塊對(duì)骶神經(jīng)刺激系統(tǒng)不僅在體外進(jìn)行了相關(guān)的模擬實(shí)驗(yàn),包括信號(hào)特性實(shí)驗(yàn)和不同介質(zhì)(空氣、鹽水和豬皮介質(zhì))中的不同位置(軸向、徑向和角度)失配實(shí)驗(yàn)。接著進(jìn)行了6次活體動(dòng)物實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了多通道信號(hào)跨皮無(wú)線傳輸系統(tǒng)各通道均能夠跨過豬皮介質(zhì)傳輸單向刺激脈沖信號(hào),并使蟾蜍左、右腿分別產(chǎn)生伸腿動(dòng)作,而且實(shí)現(xiàn)了通道間基本不產(chǎn)生影響,本論文最后討論了系統(tǒng)能夠工作的位置容限和信號(hào)特性指標(biāo),以此驗(yàn)證了骶神經(jīng)刺激系統(tǒng)的穩(wěn)定性和選擇性,為將來(lái)的實(shí)際臨床應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：膀胱功能重建 骶神經(jīng)刺激 多通道 跨皮無(wú)線傳輸 電磁耦合 無(wú)源設(shè)計(jì)
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：R651.2;R694.5;TN911.7
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-34
• 1.1 課題背景9-11
• 1.1.1 神經(jīng)源性膀胱概述9
• 1.1.2 神經(jīng)源性膀胱治療方法9-11
• 1.2 功能電刺激在改善膀胱功能障礙方面的研究進(jìn)展11-17
• 1.2.1 功能電刺激療法的神經(jīng)生理學(xué)基礎(chǔ)11-12
• 1.2.2 功能電刺激位點(diǎn)的選擇12-13
• 1.2.3 骶神經(jīng)根電刺激在改善膀胱功能障礙方面的研究現(xiàn)狀13-17
• 1.2.4 骶神經(jīng)電刺激方法對(duì)比分析17
• 1.3 功能電刺激信號(hào)體內(nèi)外傳輸及其研究進(jìn)展17-25
• 1.3.1 體內(nèi)外功能電刺激信號(hào)的跨皮無(wú)線傳輸方式17-18
• 1.3.2 多通道功能電刺激信號(hào)體內(nèi)外無(wú)線傳輸系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀18-24
• 1.3.3 多通道功能電刺激信號(hào)的體內(nèi)外無(wú)線傳輸方式總結(jié)24-25
• 1.4 本論文研究目的與內(nèi)容25-27
• 參考文獻(xiàn)27-34
• 第2章 多通道功能電刺激信號(hào)跨皮無(wú)線傳輸系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)34-39
• 2.1 骶神經(jīng)刺激系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案34
• 2.2 多通道功能電刺激信號(hào)跨皮無(wú)線傳輸系統(tǒng)功能需求與設(shè)計(jì)目標(biāo)34-35
• 2.3 多通道功能電刺激信號(hào)跨皮無(wú)線傳輸系統(tǒng)技術(shù)方案35-38
• 2.3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理35-36
• 2.3.2 系統(tǒng)工作頻率36-37
• 2.3.3 系統(tǒng)集成與封裝37-38
• 2.4 本章小結(jié)38
• 參考文獻(xiàn)38-39
• 第3章 多通道功能電刺激信號(hào)跨皮無(wú)線射頻傳輸線圈設(shè)計(jì)39-56
• 3.1 無(wú)線信號(hào)傳輸?shù)碾姶爬碚?/span>39-40
• 3.2 關(guān)于線圈設(shè)計(jì)的電磁分析40-45
• 3.2.1 發(fā)射線圈與接收線圈間的耦合系數(shù)40-41
• 3.2.2 發(fā)射線圈與接收線圈之間的互感關(guān)系41-43
• 3.2.3 最佳線圈半徑43-45
• 3.3 體內(nèi)外射頻線圈回路的設(shè)計(jì)及制作45-50
• 3.3.1 體外發(fā)射線圈的設(shè)計(jì)45-46
• 3.3.2 體內(nèi)接收線圈的設(shè)計(jì)46-47
• 3.3.3 體內(nèi)外接收線圈的電學(xué)參數(shù)測(cè)試47-50
• 3.4 射頻磁場(chǎng)耦合結(jié)構(gòu)補(bǔ)償優(yōu)化設(shè)計(jì)50-53
• 3.4.1 耦合補(bǔ)償結(jié)構(gòu)51-52
• 3.4.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)方案52-53
• 3.5 本章小結(jié)53
• 參考文獻(xiàn)53-56
• 第4章 多通道功能電刺激信號(hào)跨皮無(wú)線傳輸系統(tǒng)體外模塊設(shè)計(jì)56-72
• 4.1 體外發(fā)射模塊的整體結(jié)構(gòu)56
• 4.2 基于乘法器的振幅調(diào)制方法56-63
• 4.2.1 載波信號(hào)發(fā)生電路的設(shè)計(jì)與測(cè)試57-59
• 4.2.2 調(diào)制電路的設(shè)計(jì)與測(cè)試59-61
• 4.2.3 功率放大電路的設(shè)計(jì)與測(cè)試61-63
• 4.3 基于晶體振蕩器與OOK相結(jié)合的發(fā)射電路設(shè)計(jì)與仿真63-66
• 4.4 基于LC振蕩器結(jié)構(gòu)的OOK電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)66-70
• 4.5 小結(jié)與討論70-71
• 參考文獻(xiàn)71-72
• 第5章 多通道功能電刺激信號(hào)跨皮無(wú)線傳輸系統(tǒng)體內(nèi)模塊設(shè)計(jì)72-83
• 5.1 體內(nèi)接收模塊的整體結(jié)構(gòu)72
• 5.2 包絡(luò)檢波電路的設(shè)計(jì)與測(cè)試72-79
• 5.2.1 包絡(luò)檢波原理72-74
• 5.2.2 包絡(luò)檢波電路的性能指標(biāo)74-76
• 5.2.3 包絡(luò)檢波電路的設(shè)計(jì)與測(cè)試76-79
• 5.3 骶神經(jīng)刺激電極的選取79-81
• 5.3.1 幾種常用的神經(jīng)電極介紹79-80
• 5.3.2 神經(jīng)刺激電極的選取80-81
• 5.4 本章小結(jié)81
• 參考文獻(xiàn)81-83
• 第6章 多通道功能電刺激信號(hào)跨皮無(wú)線傳輸系統(tǒng)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)83-104
• 6.1 系統(tǒng)封裝83-86
• 6.1.1 系統(tǒng)集成83-84
• 6.1.2 系統(tǒng)封裝84-86
• 6.2 信號(hào)特性實(shí)驗(yàn)86-88
• 6.2.1 信號(hào)幅值特性實(shí)驗(yàn)86-87
• 6.2.2 信號(hào)頻率特性實(shí)驗(yàn)87
• 6.2.3 信號(hào)脈寬特性實(shí)驗(yàn)87-88
• 6.2.4 負(fù)載特性實(shí)驗(yàn)88
• 6.2.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論88
• 6.3 不同介質(zhì)條件下的不同空間位置關(guān)系對(duì)比實(shí)驗(yàn)88-96
• 6.3.1 空氣介質(zhì)實(shí)驗(yàn)89-91
• 6.3.2 鹽浴介質(zhì)實(shí)驗(yàn)91-93
• 6.3.3 豬皮介質(zhì)實(shí)驗(yàn)93-95
• 6.3.4 結(jié)果討論95-96
• 6.4 活體動(dòng)物實(shí)驗(yàn)96-103
• 6.4.1 活體動(dòng)物實(shí)驗(yàn)對(duì)象的選取96
• 6.4.2 活體動(dòng)物實(shí)驗(yàn)96-102
• 6.4.3 活體動(dòng)物實(shí)驗(yàn)總結(jié)102-103
• 6.5 本章小結(jié)103-104
• 第7章 總結(jié)和展望104-107
• 7.1 總結(jié)104-105
• 7.2 展望105-107
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表和已完成的論文107-108
• 致謝108

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本文編號(hào)：537111