用于植入式裝置的遙測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：介紹一種采用脈沖位置調(diào)制（ＰＰＭ）的植入式裝置遙測(cè)技術(shù)，給出了遙測(cè)系統(tǒng)電路和數(shù)據(jù)傳送的幀結(jié)構(gòu)及遙測(cè)的原理，指出了實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)需注意的問題。

    關(guān)鍵詞：植入式裝置 遙測(cè) 編程器 脈沖位置調(diào)制

植入式裝置（例如植入式心臟起搏器、神經(jīng)電刺激器等）的體內(nèi)植入部分和體外程控器之間進(jìn)行遙測(cè)時(shí)，工作距離不超過４０ｍｍ，一般選用電磁耦合方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送。由于體內(nèi)植入裝置的能量供應(yīng)受限制，為了延長其使用壽命，需要系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的功耗盡量低。據(jù)此，本文設(shè)計(jì)了一種采用脈沖位置調(diào)制（ＰＰＭ）的植入式裝置遙測(cè)技術(shù)，包括控制單元、耦合單元、發(fā)射預(yù)處理單元和接收預(yù)處理單元。在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)平均功耗很低，且電路簡單可靠，可以減小裝置的體積。

１ 硬件設(shè)計(jì)思路

硬件電路是采用ＰＰＭ方式進(jìn)行遙測(cè)的物理基礎(chǔ)，由于當(dāng)前的植入式裝置一般都具有雙向通信功能。因此本文對(duì)體內(nèi)植入部分和體外程控器采用相同的遙測(cè)電路結(jié)構(gòu)，如圖１所示。

（１）控制單元

由于體內(nèi)植入部分對(duì)功耗、工作電壓、裝置體積及電路復(fù)雜度等因素的嚴(yán)格要求，所以采用靜態(tài)功耗少、電壓低、功能多、體積小的單片機(jī)進(jìn)行控制。采用軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的脈沖位置調(diào)制和解調(diào)過程。

（２）數(shù)據(jù)發(fā)射單元

來自控制單元的數(shù)據(jù)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)能力很弱，無法直接驅(qū)動(dòng)耦合回路將數(shù)據(jù)發(fā)射出去。采用ＭＯＳ開關(guān)作為中間級(jí)，用來自控制單元的數(shù)據(jù)信號(hào)控制ＭＯＳ開關(guān)的開啟和閉合，驅(qū)動(dòng)耦合單元發(fā)射瞬間的高壓脈沖。

    （３）數(shù)據(jù)接收單元

接收端接收到的信號(hào)由發(fā)射端天線的反沖電壓耦合到接收端天線上形成，具有衰減的振蕩拖尾。通過接收單元，把有衰減振蕩的脈沖波形變換成標(biāo)準(zhǔn)的方波信號(hào)，使控制單元能夠直接處理。

（４）耦合單元

脈沖信號(hào)的發(fā)射和接收效果與耦合單元性能有關(guān)，本文采用優(yōu)化的空心短圓柱線圈作為天線。

２ 工作原理

（１）模式切換

如圖１所示，開關(guān)Ｐ是Ｐ溝道ＭＯＳＦＥＴ，其柵極Ｇ由ＭＣＵ控制。當(dāng)柵極Ｇ被設(shè)置為低電平時(shí)，開關(guān)Ｐ導(dǎo)通，此時(shí)電路工作在數(shù)據(jù)脈沖的發(fā)射模式；當(dāng)柵極Ｇ被設(shè)置為高電平時(shí)，開關(guān)Ｐ關(guān)斷，這時(shí)電路工作在數(shù)據(jù)脈沖的接收模式。

（２）脈沖的發(fā)射

不同于電路比較復(fù)雜的諧振回路發(fā)射信號(hào)，本文中數(shù)據(jù)信號(hào)的發(fā)射基于電感升壓原理：當(dāng)發(fā)送端的開關(guān)Ｎ（Ｎ溝道ＭＯＳＦＥＴ）導(dǎo)通時(shí)，電流流經(jīng)線圈Ｌ１，電磁能量儲(chǔ)存在線圈Ｌ１中；當(dāng)Ｎ關(guān)斷時(shí)，回路截止，線圈Ｌ１感應(yīng)出瞬間的高壓窄脈沖，緊接著是衰減的振蕩拖尾信號(hào)，其中高壓窄脈沖被用作ＰＰＭ信號(hào)。接收端通過電磁耦合方式接收信號(hào)。

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