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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。

關(guān)鍵詞： 光遗传无线能量传输电磁辐射电路仿真硬件验证

中圖分類號(hào)：TN383；+.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.233912
中文引用格式： 吉彥平，李嘉偉，柴東林，等. 一種可植入光遺傳電路中無線供電抑制EMI方法[J]. 電子技術(shù)應(yīng)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年來神經(jīng)調(diào)控技術(shù)蓬勃發(fā)展，已形成了深腦刺激（Deep Brain Stimulation, DBS)、迷走神經(jīng)刺激（Vagus Nerve Stimulation，VNS）、骶神經(jīng)刺激（Sacral Nerve Stimulation, SNS)和脊髓外周神經(jīng)刺激（Spinal Cord Stimulation，SCS）等不同靶點(diǎn)的電刺激技術(shù)，分別用以治療帕金森氏癥、癲癇、神經(jīng)性尿失禁、頑固性或癌性疼痛等神經(jīng)系統(tǒng)問題，緩解患者的痛苦[1]。而基于腦機(jī)接口技術(shù)（Brain Computer Interface，BCI）的腦科學(xué)相關(guān)研究以及神經(jīng)退行性病變的神經(jīng)調(diào)控研究也進(jìn)入了新階段[2-3]，前者深入至視覺、記憶、思維和意識(shí)形成的機(jī)制研究，后者則在阿爾茲海默癥（AD）和漸凍癥（ALS）等方向逐步推進(jìn)。伴隨著BCI研究的深入，以光遺傳學(xué)技術(shù)為代表的新型研究工具也在逐漸成型。

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作者信息：

吉彥平1，李嘉偉1，柴東林2，趙伯言1，趙燕冉1，王詩睿1，王文思1，鄭夢(mèng)沂3

（1.北京工業(yè)大學(xué) 光電子技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100124；2.華北電力大學(xué) 控制與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院，北京 100096；

3.中國政法大學(xué) 社會(huì)學(xué)院，北京 100091）

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