一种可植入光遗传电路中无线供电抑制EMI方法
电子技术应用
吉彦平1，李嘉伟1，柴东林2，赵伯言1，赵燕冉1，王诗睿1，王文思1，郑梦沂3
1.北京工业大学 光电子技术教育部重点实验室，北京 100124；2.华北电力大学 控制与计算机工程学院，北京 100096； 3.中国政法大学 社会学院，北京 100091
摘要： 提出了一种无线可植入光遗传硬件结构。在光遗传实验过程中，生物体体外采用磁谐振式无线能量技术对体内电路进行供电；然而在无线能量传输（WPT）过程中需要借助磁耦合将发射端电能转化成高频磁场，磁场是无线能量传输系统传输电能的介质，其带来的电磁辐射（EMI）问题将对于生物体安全带来威胁；因此，设计了一种改进的展频和谐波抑制无线能量供电电路。首先介绍了系统的工作原理，然后采用电路理论分析了该电路的特性，并设计了发射端与接收端电路并进行了仿真，最后设计了硬件电路样机并在实验环境下按照植入式供电电路电磁兼容标准进行了验证。实验结果表明，所设计的系统能够有效抑制EMI，并能持续稳定对体内植入电路有效供电。
中图分类号：TN383；+.1 文献标志码：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.233912
中文引用格式： 吉彦平，李嘉伟，柴东林，等. 一种可植入光遗传电路中无线供电抑制EMI方法[J]. 电子技术应用，2024，50(1)：101-108.
英文引用格式： Ji Yanping，Li Jiawei，Chai Donglin，et al. A wireless power supply EMI suppression method in implantable optogenetic circuits[J]. Application of Electronic Technique，2024，50(1)：101-108.
中文引用格式： 吉彦平，李嘉伟，柴东林，等. 一种可植入光遗传电路中无线供电抑制EMI方法[J]. 电子技术应用，2024，50(1)：101-108.
英文引用格式： Ji Yanping，Li Jiawei，Chai Donglin，et al. A wireless power supply EMI suppression method in implantable optogenetic circuits[J]. Application of Electronic Technique，2024，50(1)：101-108.
A wireless power supply EMI suppression method in implantable optogenetic circuits
Ji Yanping1，Li Jiawei1，Chai Donglin2，Zhao Boyan1，Zhao Yanran1，Wang Shirui1，Wang Wensi1， Zheng Mengyi3
1.Key Laboratory of Optoelectronic Techology， Ministry of Education， Beijing University of Technology， Beijing 100124， China； 2.School of Control and Computer Engineering， North China Electric Power University， Beijing 100096， China； 3.School of Social Sciences， China University of Political Science and Law， Beijing 100091， China
Abstract： In this paper, a wireless implantable optogenetic hardware structure is proposed. In the experimental process, a magnetic resonant wireless energy technology is used outside the organism to power the in vivo circuit; however, in the Wireless Energy Transfer (WPT) process, it is necessary to convert the electrical energy at the transmitting end into a high-frequency magnetic field with the help of magnetic coupling, and the magnetic field is the medium for transmitting electrical energy in the wireless energy transfer system, and the Electromagnetic Radiation (EMI) problem brought by it will be a threat to the organism. Therefore, an improved frequency spreading and harmonic suppression wireless energy supply circuit is designed.
Key words : optogenetic；wireless energy transmission；electromagnetic radiation；circuit simulation；hardware verification
引言
近20年来神经调控技术蓬勃发展，已形成了深脑刺激（Deep Brain Stimulation, DBS)、迷走神经刺激（Vagus Nerve Stimulation，VNS）、骶神经刺激（Sacral Nerve Stimulation, SNS)和脊髓外周神经刺激（Spinal Cord Stimulation，SCS）等不同靶点的电刺激技术，分别用以治疗帕金森氏症、癫痫、神经性尿失禁、顽固性或癌性疼痛等神经系统问题，缓解患者的痛苦[1]。而基于脑机接口技术（Brain Computer Interface，BCI）的脑科学相关研究以及神经退行性病变的神经调控研究也进入了新阶段[2-3]，前者深入至视觉、记忆、思维和意识形成的机制研究，后者则在阿尔兹海默症 （AD）和渐冻症 （ALS）等方向逐步推进。伴随着BCI研究的深入，以光遗传学技术为代表的新型研究工具也在逐渐成型。
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作者信息：
吉彦平1，李嘉伟1，柴东林2，赵伯言1，赵燕冉1，王诗睿1，王文思1，郑梦沂3
（1.北京工业大学 光电子技术教育部重点实验室，北京 100124；2.华北电力大学 控制与计算机工程学院，北京 100096；
3.中国政法大学 社会学院，北京 100091）
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