面向植入式神经工程器件的无线电容耦合系统

本发明涉及无线能量传输，尤其涉及一种面向植入式神经工程器件的无线电容耦合系统。

背景技术：

1、植入式神经工程器件可用于治疗神经系统疾病，如帕金森病、癫痫和脊髓损伤等。植入式神经工程器件是神经科学研究的重要工具，能够帮助科学家们深入了解神经系统的工作原理、神经网络的功能和异常状态等。对于亚厘米级的植入式神经工程器件，近场无线供能技术的应用最为广泛。其中，能量传输效率以及产热(sar)是无线供能技术中的两个重要指标，在现有的电磁形式的无线供能技术中，未能被转化为植入式神经工程器件所使用的能量部分，绝大部分都转化成了人体组织间的热能，而人体组织对于热升温较为敏感，人体的单位面积组织的温度升高超过2℃时，便会带来热损伤，对人体造成不可逆的影响。因此，高效率能量传输在一定程度上可以降低无线供能过程中的产热量。现有电磁形式的近场无线能量传输方案主要是电感耦合，受电感耦合的工作机制的影响，电感耦合会不可避免的对植入式神经工程器件造成电磁串扰的影响，其次是电感耦合的方式对于线圈之间的对准要求高，线圈的形变会在很大程度上影响无线能量传输效率。

技术实现思路

1、本发明为解决现有电磁形式的近场无线能量传输方案主要是电感耦合，受电感耦合的工作机制的影响，电感耦合会不可避免的对植入式神经工程器件造成电磁串扰，影响无线能量传输效率，且对人体组织的产热较多。提供一种面向植入式神经工程器件的无线电容耦合系统，减小了电磁串扰对植入式神经工程器件的工作状态的影响，且电容极板的形变以及极板之间的相对位置的改变相对于电感耦合，对于无线能量的传输效率的影响较小。

2、本发明提供的面向植入式神经工程器件的无线电容耦合系统，包括体外发射模块和体内接收模块，其中，

3、体外发射模块包括第一极板、第二极板、初级匹配电路、电源和逆变器，初级匹配电路分别与第一极板和第二极板连接，初级匹配电路还与逆变器并联连接，逆变器与电源并联连接；

4、体内接收模块包括第三极板、第四极板、次级匹配电路、转换电容、整流器和稳压器，次级匹配电路分别与第三极板和第四极板连接，次级匹配电路还与整流器并联连接，整流器与转换电容并联连接，转换电容的一端与稳压器的输入端连接，稳压器的输出端与植入式神经工程器件的输入端连接，植入式神经工程器件的输出端与转换电容的另一端连接并接地；

5、第一极板与第三极板构成第一耦合电容，第二极板和第四极板构成第二耦合电容，且第一耦合电容和第二耦合电容并联连接；

6、电源用于输出的直流电，逆变器用于将直流电转换为交流电，初级匹配电路用于将加载在交流电上的无线能量通过第一耦合电容和第二耦合电容传输至次级匹配电路，整流器、转换电容和稳压器用于将无线能量转换为直流能量，并将直流能量输入至植入式神经工程器件。

7、优选地，初级匹配电路包括m级匹配网络，且m级匹配网络中的每一级匹配网络均包括串联的电感和电容，m级匹配网络两两并联。

8、优选地，次级匹配电路包括n级匹配网络，且n级匹配网络中的每一级匹配网络均包括串联的电感和电容，n级匹配网络两两并联。

9、优选地，体内接收模块的形状贴合颅骨的曲面。

10、与现有技术相比，本发明能够取得如下有益效果：

11、(1)相对于传统的电感耦合，本发明提出的面向植入式神经工程器件的无线电容耦合系统能够将电磁场有效的限定在体外发射模块和体内接收模块的极板之间，从而减小了电磁串扰(当一个电子器件处于交变磁场或交变电场中，其产生的涡流或电场力可能会影响附近的其他器件，导致它们出现意外的电压、电流或信号变化，从而干扰器件的正常功能。)对植入式神经工程器件的工作状态的影响。

12、(2)将体内接收模块的极板形状设计为与颅骨的植入面相匹配的形状，且体内接收模块的极板可替代部分头骨，减小被植入者的不适感，同时，本发明提出的无线电容耦合系统可使植入式神经工程器件的功率符合fda的sar标准。

技术特征：

1.一种面向植入式神经工程器件的无线电容耦合系统，其特征在于，包括体外发射模块和体内接收模块，其中，

2.根据权利要求1所述的面向植入式神经工程器件的无线电容耦合系统，其特征在于，所述初级匹配电路包括m级匹配网络，且m级匹配网络中的每一级匹配网络均包括串联的电感和电容，m级匹配网络两两并联。

3.根据权利要求1所述的面向植入式神经工程器件的无线电容耦合系统，其特征在于，所述次级匹配电路包括n级匹配网络，且n级匹配网络中的每一级匹配网络均包括串联的电感和电容，n级匹配网络两两并联。

4.根据权利要求1所述的面向植入式神经工程器件的无线电容耦合系统，其特征在于，所述体内接收模块的形状贴合颅骨的曲面。

技术总结
本发明涉及无线能量传输技术领域，尤其涉及一种面向植入式神经工程器件的无线电容耦合系统，包括体外发射模块和体内接收模块，其中，电源用于输出的直流电，逆变器用于将直流电转换为交流电，初级匹配电路用于将加载在交流电上的无线能量通过第一耦合电容和第二耦合电容传输至次级匹配电路，整流器、转换电容和稳压器用于将无线能量转换为直流能量，并将直流能量输入至植入式神经工程器件。本发明减小了电磁串扰对植入式神经工程器件的工作状态的影响，且电容极板的形变以及极板之间的相对位置的改变相对于电感耦合，对于无线能量的传输效率的影响较小。

技术研发人员：王啸,舒贵军,殷明
受保护的技术使用者：海南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19