郑春生, 蒋 赢, 伏永浩

(上海电机学院 电气学院, 上海201306)

近年来,生物科学发展迅速,大量医疗设备兴起。其中,仿生制造的应用成为医疗领域新型治疗方案。例如人工心脏设备的研发,可以促进心脏缺陷患者的有效治疗。人工心脏有植入电池与经皮供能两种供能方式,植入电池最大缺点是电能传输不便,在电池电能耗尽时,必须对患者进行手术以更换体内电池,手术的高昂费用与所带来的身体疼痛给予患者双重痛苦。有线供能结构简单、供电可靠,然而患者体外连线的肌肉组织容易被感染,带来额外的健康风险,且电缆使患者的生活产生极大不便。传统型人工心脏装置采用体外经皮电缆实现供能;而无线供能则利用无线电能传输(Wireless Power Transfer,WPT)技术,通过将电能拾取设备植入到病人体内,电能发射设备在体外供电。WPT既无需使患者二次手术,降低感染风险,又增加了患者生活的便利性,提升生活质量。

在人工心脏的无线供能领域,国内外进行了广泛研究。Matsuki等[1]针对人体全植入式人工心脏经皮能量传输展开研究,使用了非晶磁纤维材料作为耦合线圈材料,采用螺旋绕制,此方案提高了传输效率并减少了系统工作温升。Miura等[2]针对发射装置偏置情况提出了一种新型的控制方法,调整人工心脏供能系统发射装置的谐振频率和软开关频率,以调节接收装置拾取电压。Asgari[3]、Waters[4]等利用FREE-D 法对人工心脏Heart Mate II[5-6]进行无线充电试验,加入一个额外线圈,样机效率为61%,并将其植入母猪体内,通过两个星期的观察实验,验证了电能植入设备在母猪体内可正常工作。……