石昊云，程瑜华，王高峰

(杭州电子科技大学电子信息工程学院，浙江 杭州 310018)

0 引 言

植入式心脏起搏器、人工耳蜗、神经刺激器等植入式医疗器件已得到广泛的应用。为减小植入式器件对人体的侵入性，器件的尺寸越小越好。采用无线供电来避免电池植入是减小植入器件尺寸的重要手段之一。在基于磁场耦合、电场耦合、超声耦合等多种耦合方式的无线供电技术中，通过体内外线圈间的磁场耦合进行无线供电是当前最为成熟的技术。电能的传输效率是无线供电系统最受关注的参数之一，效率越高意味着在相同的发射能量下，人体组织吸收越少的能量。线圈间的能量耦合效率取决于线圈间的耦合系数和线圈的品质因素[1]，而这些参数由线圈的结构、尺寸和线圈周围的环境(如介电常数、磁导率等)决定，因此，有必要对线圈进行设计优化。若能给出线圈物理尺寸与线圈自感、品质因素之间的电学模型，则可根据设计目标(比如最大化品质因素)进行快速优化，再使用电磁场仿真工具进行验证。文献[2]采用纯数学解析的方式计算介质环境的寄生电容影响，但是当介质环境复杂时就不再适用。在此基础上，本文采用多层介质叠加与拟合的方式，对植入体内的集成线圈在生物兼容材料和人体组织包裹下的寄生电容进行准确建模和仿真验证。

1 植入式硅基集成线圈模型

图1 硅基集成线圈的示意图及集总参数模型

植入式硅基集成线圈的模型示意图如图1(a)所示，集总参数模型如图1(b)所示。……