深部体内植入式设备的无线供电效率
应用物理
2023-01-06 v4 生物物理
医学物理
摘要
向植入式生物电子设备的无线功率传输效率受到若干频率相关物理机制的制约。近期工作已提出若干数学表述以理解这些机制并预测最优工作条件。然而，现有方法依赖于简化的身体模型，无法捕捉无线功率传输的重要方面。因此，本文提出基于解剖学模型的效率分析方法，该方法可提供关于实现最优工作条件的深入信息。首先，该方法通过理论球谐波展开分析得到验证，并比较了简化球形模型与人胸模型的结果。结果表明，尽管磁接收器在近场操作中优于电接收器，且两种源在远场范围内可同等使用，但在中场范围内，依据植入深度不同，在 1–5 GHz 间的最优频率下可实现最高效率。接收器朝向是另一影响效率的因素，电源最佳与最差情形间的最大差异约为五倍，磁源则超过 13 倍。该方法用于分析由体表发射器无线供电并受随机失准影响的深部植入起搏器案例。我们评估了效率与暴露，并展示了如何定制缓冲发射器以实现最大供电效率。最后，基于所提方法获得的结果，建立了通向最优植入式无线功率传输系统的设计准则。
引用
@article{arxiv.2204.08908,
title = {Wireless powering efficiency of deep-body implantable devices},
author = {Icaro V. Soares and Mingxiang Gao and Zvonimir Sipus and Anja K. Skrivervik and John S. Ho and Denys Nikolayev},
journal= {arXiv preprint arXiv:2204.08908},
year = {2023}
}