電磁波の生体安全基準を満たす人工心臓用非接触電力伝送トランスの最適設計

符合电磁波生物安全标准的人工心脏非接触输电变压器优化设计

• 批准号: 17760234
• 负责人: 柴 建次
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: Hiroshima University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17760234/
• 关键词: 電磁界解析; SAR; 経皮トランス; 人工心臓; TLM; 誘導電流密度; 電磁波; エネルギー伝送

昨年度は,試作したエネルギー伝送システムを用い,周波数において200k〜1MHz,電力において5〜20W伝送を行ったときの経皮トランス近傍の生体組織のSAR (Specific Absorption Rate)と誘導電流密度の解析を行った.その結果,SARはICNIRPの基本制限(2W/kg)を大きく下回っており,生体に問題なく伝送できること確認した.ただし,生体組織の誘導電流密度に関しては,ICNIRPの基本制限を超えるところもあった.そこで,本年度は,誘導電流密度を減らすための検討を行った.誘導電流密度は,体外コイル電流に比例することが昨年度の研究により明らかになった.体外コイル電流を減らすためには,a)出力電圧を低く,b)周波数を高く,c)相互インダクタンスを大きくすることが必要である.ここでは,c)に注目し,相互インダクタンスを大きくするために,体外コイルの直径を大きくした拡大モデル(体外コイル外直径100mm,体内コイル外直径70mm,基本モデルよりもそれぞれ10mm拡大)で解析を行った.その結果,それぞれの伝送周波数における最大誘導電流密度は,体表面から20mmの筋層において最大となり,基本モデルと比較すると,誘導電流密度は大きく減少した.さらに,誘導電流密度の減少に伴い,安全に使用可能な伝送周波数の範囲が,基本モデルでは存在しなかったが,拡大モデルでは存在した(600kHz以上(出力電圧12Vの場合)).したがって,コイルを大きくすることは誘導電流密度を小さくする上で有効であることを確認した.これらの成果は,特許出願,IEEE EMBC2006,IEEE Trans. on BMEにも掲載が決まり,極めて大きな成果を得た.

Last year, we tried to analyze the SAR (Specific Absorption Rate) and induced current density of nearby biological tissues by using the frequency range of 200k ~ 1MHz and the power range of 5 ~ 20W. Results,SAR against ICNIRP's basic limit (2W/kg), biological problems, confirmation. The basic limit of ICNIRP is exceeded by the induced current density of biological tissue. This year, the induced current density is decreasing. Induced current density, in vitro current ratio, and so on. In vitro current is reduced,a) Output voltage is low,b) Cycle number is high,c) Mutual current is large, and necessary. In this case,c), the analysis of the diameter of the in vitro tube is large (in vitro tube outer diameter 100mm, in vivo tube outer diameter 70mm, basic tube diameter 10mm). As a result, the maximum induced current density in the transmission cycle number is greater than the maximum induced current density in the rib layer of 20mm on the body surface, and the maximum induced current density is greater than the maximum induced current density in the rib layer of 20 mm. In addition, the induced current density is reduced, and the range of possible transmission cycles is safe to use. The basic frequency is not present, and the large frequency is not present (600kHz or more (when the output voltage is 12V)). The current density is small. IEEE EMBC2006,IEEE Trans. on BME,IEEE EMBC2006,IEEE Trans. on BME.

项目成果

体内埋込型医療機器へのエネルギー問題について

植入式医疗设备的能源问题

• 发表时间: 2007
• 期刊: 日本機械学会会誌 1月号
• 作者: 三島智和;平木英治;柴 建次;柴 建次
• 通讯作者: 柴 建次

カプセル型内視鏡用エネルギー伝送システム-伝送能力の向上に関する検討-

胶囊内窥镜能量传输系统-提高传输能力的研究-

• 发表时间: 2005
• 期刊: 第3回生活支援工学系学会連合大会講演予稿集
• 作者: 森政瑛;長門智大;柴建;辻敏夫
• 通讯作者: 辻敏夫

カプセル型内視鏡への非接触エネルギー伝送システム〜生体組織に吸収される電力(SAR)の解析〜

胶囊内窥镜非接触式能量传输系统～活体组织吸收功率（SAR）分析～

• 发表时间: 2005
• 期刊: 第38回日本人間工学会中国・四国支部大会 講演論文集
• 作者: 長門智大;柴建次;辻敏夫
• 通讯作者: 辻敏夫

非接触電力供給装置

非接触式供电装置

• 发表时间: 2006

Analysis of Current Density and Specific Absorption Rate in Biological Tissue Surrounding Transcutaneous Transformer for an Artificial Heart

• DOI: 10.1109/tbme.2007.900550
• 发表时间: 2008
• 期刊: IEEE Transactions on Biomedical Engineering
• 影响因子: 4.6
• 作者: K. Shiba;Masayuki Nukaya;T. Tsuji;K. Koshiji