1、一切植入醫(yī)學(xué)電子器件都需要電能，電源技術(shù)則為其可靠運(yùn)行提供能量保障，并且是影響其功能、小型化、壽命的關(guān)鍵性技術(shù)之一。因此研究跨皮膚組織高效率地向植入醫(yī)學(xué)電子器件傳遞能量具有重要的學(xué)術(shù)和醫(yī)學(xué)意義。雖然電池供能和磁感應(yīng)供能技術(shù)得到了廣泛的臨床應(yīng)用，但由于電池容量有限，導(dǎo)致電池供電的植入器件的工作壽命較短；而皮膚組織的傳導(dǎo)作用使磁感應(yīng)耦合的能量傳遞效率低，并且存在較強(qiáng)的射頻干擾。利用生物組織的體導(dǎo)電特性將體外電能跨皮膚傳遞給體內(nèi)植入電子器件是

2、能夠克服前述供能技術(shù)不足的一種新興的能量供給方法。
　　 為了真實(shí)、動(dòng)態(tài)、整體地模擬仿真體導(dǎo)電能量傳遞系統(tǒng)，建立了體導(dǎo)電的場(chǎng)路耦合物理模型。針對(duì)復(fù)雜邊界條件下準(zhǔn)靜態(tài)電場(chǎng)和電路的耦合問(wèn)題，應(yīng)用標(biāo)量電位()法描述體導(dǎo)電準(zhǔn)靜態(tài)電場(chǎng)定解問(wèn)題必須滿足的控制方程和邊界條件式，并結(jié)合外電路約束下電極處電壓和電流所滿足的電路方程，得到了電場(chǎng)電路直接耦合的數(shù)學(xué)模型。并采用數(shù)值方法求解，由伽遼金加權(quán)余量法導(dǎo)出了體導(dǎo)電場(chǎng)路耦合的有限元方程組。給出了利

3、用有限元軟件(COMSOL3.5a)仿真計(jì)算的具體步驟和實(shí)現(xiàn)方法，并詳細(xì)說(shuō)明了其中一些關(guān)鍵性問(wèn)題。
　　 基于體導(dǎo)電的場(chǎng)路耦合模型深入探討各物理因素對(duì)能量傳遞效率的影響。搭建圓形柱體電極所對(duì)應(yīng)的場(chǎng)路耦合有限元模型，仿真分析了電極尺寸和邊距對(duì)能量傳遞效率的影響，結(jié)果表明電極橫截面積和間距的大小改變系統(tǒng)阻抗分配，電流傳遞效率隨它們的增大而增大；仿真分析了電源參數(shù)對(duì)能量傳遞效率的影響，結(jié)果表明激勵(lì)電源的頻率改變系統(tǒng)阻抗值大小，激勵(lì)電壓

4、幅值改變流經(jīng)皮膚組織電流的大小，二者均不影響系統(tǒng)阻抗分配及能量傳遞效率；仿真分析了電路參數(shù)對(duì)能量傳遞效率的影響，結(jié)果表明當(dāng)皮膚電極單元一定時(shí)，設(shè)計(jì)者可通過(guò)調(diào)節(jié)體外電路等效阻抗大小改變系統(tǒng)電壓傳遞效率，調(diào)節(jié)體內(nèi)電路等效阻抗大小改變系統(tǒng)電流傳遞效率，并且當(dāng)體內(nèi)外為純電感電路時(shí)，傳遞效率達(dá)到理論最大值。
　　 皮膚電極單元集總參數(shù)計(jì)算方面，本文提出了基于場(chǎng)路耦合的變載法，并仿真計(jì)算了不同電極邊距、橫截面積以及不同激勵(lì)電源頻率下皮膚電極

5、單元的網(wǎng)絡(luò)阻抗參數(shù)。首先考慮到體導(dǎo)電的場(chǎng)路耦合模型不需涉及皮膚電極單元內(nèi)部任何復(fù)雜的電路計(jì)算，將皮膚電極單元等效為二端口網(wǎng)絡(luò)，建立端口處電壓與電流的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)關(guān)系。然后，運(yùn)用全相位FFT譜分析提取電量信號(hào)的幅值和相位，在此基礎(chǔ)之上，應(yīng)用變載法直接計(jì)算出皮膚電極單元的端口網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。最后，通過(guò)電路仿真以及同相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較驗(yàn)證了數(shù)值結(jié)果的準(zhǔn)確性，表明所提出的方法確實(shí)可行。
　　 根據(jù)皮膚電極單元集總參數(shù)的計(jì)算結(jié)果，并結(jié)合皮膚電極單