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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

人体的的消化系统负责对摄入营养物质的消化与吸收，一旦发生病变，将直接影响人体健康。肠道疾病是常见的消化系统疾病，主要包括食管、胃、小肠和大肠的器质性或功能性疾病。胃肠道由于营养吸收、废物排出和人体免疫的功能，极易受到细菌和病毒的侵扰，发生炎症和细菌性痢疾；此外，肠道的先天性结构异常、手术后病变、血管性疾病、寄生虫疾病和免疫性疾病等病症在临床上也时有发生。

由于现代生活和工作节奏快，压力大，人们的饮食结构发生改变，再加上环境污染，气候变化和食品安全等一系列问题，导致全世界消化系统疾病发病率以每年 2%的速度上升，我国的发病率增速是全球平均水平的两倍，人民健康受到了严重威胁。再加上消化系统疾病的癌变率高，占全部癌症病例的一半以上。世界卫生组织资料显示，常见的 5 种消化系统癌症（胃癌、食管癌、肝癌、胰腺癌、大肠癌）在我国的发病率与死亡率均高于同期全球平均水平和其他发展中国家水平，其中，胃癌以每年近40 万的新发病例，居我国恶性肿瘤首位；肠癌的每年新发病例约为 13 至 16 万人，且有逐年上升趋势。

目前，肠道疾病的临床治疗存在预警排查困难、早期诊断率低和中晚期治疗效果差等挑战，因此，对其诊查和诊断的技术成为当代医学工程研究的热点。胃肠道检查常用的方法有间接成像和直接观测两种，间接成像如：小肠钡剂造影、腹部计算机断层扫描、数字减影血管造影、磁共振成像以及 b 超（b-mode ultrasonography，b 型超声波扫描）等方式，受外界影响因素较多，诊断敏感性也低；直接观测是利用消化道内镜（胃镜或肠镜）直接进入肠道，采集图像或取样，有时也进行部分手术治疗。这种方式可由体外控制，同时比间接成像更直观，因而被作为主要的临床诊断方式。

2. 研究的基本内容

研究肠道机器人无线供电系统的设计问题，为工作于人体肠道的机器人装置提供充足、稳定、安全的能量是主要的研究目标。前期对无线供电的基础理论进行初步研究；探索无线能量传输的稳定性问题，并从位置稳定性、姿态稳定性、频率稳定性三个方面进行研究；建立人体电磁仿真模型；了解该能量传输系统的电磁安全性。然后在研究成果的基础上，对国内外研究成果进行总结，对人体消化道机器人装置的无线供电技术进行更深入的研究，重点解决肠道机器人装置的无线供电技术在保证能量传输稳定性和安全性前提下的效率优化问题。

无线供电系统主要由体外能量发射系统及体内能量接收电路（松耦合的变压器），无线通信和控制系统三部分组成。

体外能量发射系统包括控制器，驱动电路，能量发射线圈（lc振荡回路中，电容包括可调电容和电路本身的寄生电容）等。控制器（mcu)要能够控制信号发生器，产生一定频率的直流信号（方波，斜波，三角波等等），它通过控制逆变电路把直流电源转为高频交流电信号交给lc振荡回路（线圈部分），功率放大电路。主要是要进行逆变电路的设计和lc振荡电路的设计和相应电容电感参数的确定。

体内能量接收电路包括接收线圈，整流电路，滤波电路，稳压电路，主要是要进行整流电路的设计和lc振荡电路的设计和相应电容电感（谐振电容，补偿电容）参数的确定。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

（1）实施方案

1）第一步：查阅肠道机器人无线供电技术的相关资料，了解肠道机器人无线供电的最新发展状况和现阶段的不足之处；

2）第二步：从能量传输稳定性与安全性两方面分析了无线能量传输过程中遇到的问题以及现有解决方案的优缺点，并对解决方案进行选取；

4. 参考文献

[1]刘丹. 微机器人胶囊无线能量传输系统的优化设计与实验研究[d].华南理工大学,2016.

[2]贾智伟,符涛.基于三维发射线圈的肠道机器人无线供能系统[j].电子测量与仪器学报,2016,30(02):291-296.

[3]石煜. 人体胃肠道腔内诊疗微系统无线能量传输关键技术及其应用研究[d].上海交通大学,2015.

[4]范祖台. 无线供能微型机器人的研究[d].辽宁工程技术大学,2015.