用于恢复视力的植入式医疗设备的无线电力传输

全世界有43多万人失明。在过去的30年里，这个数字增加了大约50%。大多数盲人出生时视力正常，由于医疗原因或事故，随着时间的推移会失去视力。

通常，大脑中的视觉皮层仍然能够解释电信号，但眼睛或眼睛与大脑之间的连接受损或丢失。可以通过植入物向视觉皮层提供正确的电信号来恢复某种形式的视力。博士研究员Tom van Nunen设计了一种无线能量传输系统，以安全可靠地连接到植入物，并开发了一个原型。

光学信息被眼睛接收，并与神经电信号一起发送到大脑中的视觉皮层。解释这种输入是人们感知到的。众所周知，即使是盲人，当他们的皮层受到电信号的刺激时，也能够感知到一些视觉线索。

通过在外部图像源(如相机)和植入视觉皮层的电极之间建立连接，盲人可以通过这些视觉刺激体验到粗糙的视觉形式。

Van Nunens的研究是NESTER项目的一部分，旨在创造这种视觉假肢。该团队目前正在开发的大脑植入物包括无线数据传输，控制电极和无线能量传输等系统。

无线连接

在他的博士研究中，Van Nunen专注于输入设备和植入物之间无线连接的发展。对于植入物的用户来说，无线连接更加舒适、灵活和安全，但问题是：它们是否足够稳定和强大?

小型化是医疗植入物领域的不断发展。这不仅使现有应用更小(~1 mm3)，这对植入物的佩戴者在舒适度方面具有各种优势。它还降低了将植入物插入体内的医疗复杂性。然而，这使得植入物太小而无法容纳自己的电源，如电池。因此，植入物需要通过无线连接供电。

在放置在体内几厘米深度的几毫米大小的植入物的情况下，先前的研究表明，无线能量传输的效率在GHz频率下是最佳的。这种操作机制称为中场无线电力传输(MF-WPT)，其中功率使用传播波而不是感应传输。

最佳功率传输建模

尽管如此，将无线电力传输到微型植入物的预期效率仍然相当低。使用另一种方法，Van Nunen发现最大化接收功率比最大化效率以获得预期结果更好。为了确定使用的最佳频率，他使用两个分析模型来计算电磁场。

在他的论文中，他描述了他如何扩展模型来计算人体中电磁辐射的比吸收率(SAR-rate)，接收功率和组织中的总耗散功率。

使用这些模型计算的数据可用于确定最大发射功率，以便不超过SAR安全限值。事实证明，最高的接收功率和最高的传输效率都在10 kHz处，比以前的研究表明的频率要低得多。

生物医学幻影

为了验证他的发现，研究人员使用了所谓的生物医学模型，它模仿真实人体组织的特定特性，注意创造介电特性在正确范围内并在很长一段时间内保持不变的材料。

Van Nunen提供了几种基于现成成分(如水，糖和盐)的幻影食谱，可以在简单的厨房式设置中制作。更重要的是，他提供的幻影的属性至少可以保持十天不变，非常适合他的测试。

自制传感器

他开发和描述的幻影是均质材料。然而，人体并不是均匀的。在某些情况下，可能需要在混合物中添加其他细节，以更好地模仿植入物在体内的位置。例如，我们的头骨和牙齿的存在可能会影响电磁波在外部设备和植入物之间的传播方式。

一种方法是在幻影中添加人造骨骼，例如使用3D打印技术创建。使用廉价的自制传感器，Van Nunen能够测量几种商用3D打印灯丝的介电特性。

其中一些材料在某些频段上具有接近骨骼的介电特性，因此可用于生物医学实验。

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