Omnidirectional Inductive Powering for Biomedical Implants

در سال 2000 یک آندوسکوپ کپسولی برای تشخیص بیماری های روده کوچک به بازار عرضه شد. این قرص با قطر حدود یک سانتی متر، تصاویری از مسیر معده گرفته و به صورت بی سیم به دنیای خارج منتقل می کند. از آنجایی که این کپسول با باتری کار می کند، بودجه محدود انرژی هم مقدار و هم کیفیت تصاویر قابل گرفتن را محدود می کند. برای حل این محدودیت، تقویت القایی همه جهته برای ایمپلنت های زیست پزشکی امکان سنجی قدرت القایی برای آندوسکوپی کپسول و سیستم های حرکت آزادانه را به طور کلی بررسی می کند. چالش اصلی موقعیت و جهت گیری تصادفی سیستم دریافت توان با توجه به میدان مغناطیسی ساطع کننده است. در جایی که برق القایی کلاسیک یک تراز قابل پیش‌بینی یا ثابت سیم‌پیچ‌های مربوطه را فرض می‌کند، سیستم از راه دور اکنون آزاد است که هر جهتی را اتخاذ کند و در عین حال قابلیت‌های توان کامل را حفظ کند. قبل از توضیح بیشتر در مورد رویکردهای مختلف نسبت به توان دهی همه جهته، طراحی و بهینه سازی یک پیوند قدرت القایی عمومی در تمام جنبه های آن مورد بحث قرار می گیرد. توپولوژی های یکسو کننده و اینورتر مفید ارائه شده است، از جمله یک درایور کلاس E که با تغییر شکل سیم پیچ مقابله می کند. توجه ویژه ای به تعامل پیوند قدرت القایی با بدن بیمار می شود. با اجرای تئوری، اجرای یک پیوند قدرت القایی برای یک آندوسکوپ کپسولی در فصلی جداگانه گنجانده شده است.

In the year 2000, a capsule endoscope was introduced on the market for diagnosis of small bowel diseases. This pill, about one centimeter in diameter, takes images of the gastric track and transmits them wirelessly to the outside world. Since the capsule is battery powered, the limited energy budget restricts both the amount and the quality of images that can be shot. To resolve this limitation, Omnidirectional Inductive Powering for Biomedical Implants investigates the feasibility of inductive powering for capsule endoscopy and freely moving systems in general. The main challenge is the random position and orientation of the power receiving system with respect to the emitting magnetic field. Where classic inductive powering assumes a predictable or fixed alignment of the respective coils, the remote system is now free to adopt just any orientation while still maintaining full power capabilities. Before elaborating on different approaches towards omnidirectional powering, the design and optimisation of a general inductive power link is discussed in all its aspects. Useful rectifier and inverter topologies are presented, including a class E driver that copes with coil deformations. Special attention is paid to the interaction of the inductive power link with the patient’s body. Putting theory into practice, the implementation of an inductive power link for a capsule endoscope is included in a separate chapter.