植入式医疗设备电磁共振无线能量传输系统天线对人体电磁辐射安全影响的研究

Research on the Effects of Antenna Electromagnetic Radiation to Human Body Safety for Implantable Medical Device Wireless Energy Transmission System Based on Magnetic Resonance

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摘要电磁耦合谐振式无线电能传输技术利用两个具有相同谐振频率、高品质因数的线圈,当其处于谐振状态时,通过电磁振荡、依靠非辐射场来实现能量的高效传输,因具有较好的距离、空间自由度和效率优势,成为人体植入式装置无线能量供给的创新方法.针对心脏起搏器能量无线传输问题,设计一种新型的植入式天线系统.为验证其人体辐射安全性,针对人体胸腔构建3层介质模型,应用时域有限差分(FDTD)方法,使用HFSS软件对胸腔比吸收率(SAR)进行数值仿真.结果表明,在线圈间距10 mm,中间具有0.1mm空气层、0.2 mm皮肤层和约9.7 mm肌肉层,激励为9.17 MHz、1W的条件下,利用这个天线系统对人体植入式设备进行无线能量传输,正常工作情况下10 g生物组织的平均SAR值为0.009W/kg,非正常工作情况下10 g生物组织的平均SAR值最大为0.823 W/kg,均低于国际非电离辐射防护委员会(ICNIRP)制定的安全标准,从而验证该植入式天线系统对人体影响的安全性.