基于无线供电的植入式动物血糖监测系统的研究

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目的:监测糖尿病实验动物模型的血糖信息是研究糖尿病病理学和药效学的重要手段。目前对于实验动物的血糖测量手段大多为间断式的体外测量,这种测量方式容易造成实验动物血糖应激性升高,影响实验数据准确性。同时,为了获取足够的实验数据,需要实验人员的反复操作,占用了过多人力。因此需要研发一种可以进行连续检测的血糖测量方法。内容:为此,本文设计了一种全植入式的连续血糖监测系统,该装置可以完全植入到实验动物体内,只需要一次植入手术操作,即可连续获取动物血糖信息。该系统包括植入体和体外的数据接收端,植入体的体积和重量都要限定在可植入的范围内,避免对实验动物造成过大的生理和心理负担。同时由于这类植入医学系统的低功率高精度组件特性,对于系统的供电要求更加严格。相较于以往的供电方式,本系统选择基于磁共振的无线供电技术,植入体携带无线电能接收装置,通过低频LC震荡电路与体外的电能发射部分进行能量传输。该系统的体内植入部分进行血糖测量等任务,并通过蓝牙与外部的数据接收端进行数据无线通讯。方法:本文对植入体的各个功能模块进行了需求分析,并划分了系统结构,同时对各个模块进行了具体的技术设计。体内的电能接收部分通过接收体外发射装置传输的电能,并通过整流稳压模块来驱动植入体血糖测量模块进行生理信号检测。植入体检测的血糖数据通过蓝牙4.0无线传输到体外进行处理和显示。结论:所设计的植入体尺寸为11mmm×17mm×5mm,重2.57g,满足对于植入体重量和机械尺寸的要求。通过体外实验验证得该系统可在2-34mmmol/L范围内较准确地测量葡萄糖浓度(R2=0.9686),其平均标准误差为0.174mmol/L,灵敏度为9.155nA/mM,满足血糖测量精度要求。并同时对系统的无线供电模块进行了实验验证,在0-15cm的传输距离范围内可以保证植入体的正常工作。
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