Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Design of a hand-held reader for implantable applications
KTH, School of Electrical Engineering and Computer Science (EECS).
2019 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesis
Abstract [en]

The Internet of Medical Things (IoMT) has rightfully motivated a surge of personal healthcare technological solutions in the form of wearable and implantable devices. Implantable biomedical devices are an attractive personal healthcare solution when physical limitations related to the interactions of electrical signals in the body restrict the reliability of wearable devices. For instance, retinal and cochlear implants, pacemakers, and neural recording interfaces, are among the many applications of implantable devices. However, implantable devices have stringent limitations in terms of size, weight, power consumption, heat dissipation, biocompatibility, and power independence. In many applications, using batteries to power the implantable device is not a feasible solution, and wireless communication is generally preferred. Therefore, a suitable solution for implantable systems is an external reader, which transfers power and communicates through a single RF link.This master thesis presents the design, implementation/assembly, and characterization of a hand-held reader for implantable applications. More specifically, this work addresses the design of an inductive link for wireless power transfer (WPT) and communication using an analytical modeling design flow, and electromagnetic (EM) simulations. The resulting link’s electrical parameters and performance metrics from analytical modeling and EM simulations are presented and compared. Moreover, this work includes the design of the associated powering and communication hardware of the reader, including its final integration on a printed circuit board (PCB) and respective packaging. The hand-held reader has been electrically characterized over a distance range below its nominal working distance, and its functionality has been demonstrated, in conjunction with a sensor prototype, at 20 mm separation between the reader and sensor coils. However, the electrical characterization of the reader shows that the performance of the inductive link is heavily degraded in terms of itsvoltage gain ( A=1.22V / V ), as compared to the results of analytical modeling ( A=6.108V /V ), EM simulations ( A=9.421V /V ), and circuit simulations ( A=10V /V ). This is believed to be caused by the power amplifier non-idealities, as well as load mismatches and a lower Q-factor of the primary coil, due to PCB parasitics and passive components tolerances. Nevertheless, The measurement results demonstrate that the implemented reader fulfills the specifications imposed by the targeted implantable device. This project was carried out at KTH’s Circuits and Systems Group in collaboration with OnabLab AB

Abstract [sv]

Internet of Medical Things (IoMT) har med rätta motiverat ett uppsving av tekniska lösningar för personlig hälsooch sjukvård i form av bärbara och implanterbara enheter. Biomedicinska implantat är en attraktiv personlig hälsovårdslösning när fysiska begränsningar relaterade till elektriska signalers växelverkan i kroppen reducerar pålitligheten hos bärbara enheter. Några exempel på biomedicinska implantat är hornhinneimplantat, cochleaimplantat, pacemakers och neurala inspelningsgränssnitt. Implanterbara enheter har stränga begränsningar när det gäller storlek, vikt, effektförbrukning, värmeavledning, biokompatibilitet och strömförsörjning. I många tillämpningar är det inte möjligt att använda batterier för att driva den implanterbara enheten och ofta måste kommunikation med enheten ske trådlöst. Därför är en lämplig lösning för implanterbara system en extern läsare där både kraftöverföring och kommunikation sker via en enda RF-länk.Detta examensarbete presenterar design, implementering och karaktärisering av en handhållen läsare för implanterbara tillämpningar. Mer specifikt gäller detta arbete utformningen av en induktiv länk för trådlös kraftöverföring (WPT) samt trådlös kommunikation. Utformningen har skett med hjälp av ett analytiskt flöde för modellering och design samt elektromagnetiska (EM) simuleringar. Den resulterande länkens elektriska parametrar och prestandamått från modellering och EM-simulering presenteras och jämförs. Dessutom omfattar detta arbete designen av läsarens drivsystem, kommunikationshårdvara och den slutliga integreringen på kretskort (PCB) med tillhörande förpackning. Den handhållna läsaren har elektriskt karaktäriserats över ett avståndsintervall under det nominella arbetsavståndet och dess funktion har demonstrerats i samband med en sensorprototyp vid 20 mm separation mellan läsaroch sensorspolen. Den elektriska karaktäriseringen av läsaren visar dock att prestandan hos deninduktiva länken är kraftigt försämrad med avseende på dess spänningsförstärkning ( A=1.22V / V ) jämfört med resultaten från modellering ( A=6.108V /V ), EM-simulering ( A=9.421V /V ) och kretssimulering ( A=10V /V ). Detta antas bero på egenskaper hos effektförstärkaren som skiljer sig från idealet, avvikelser ilastkompensationen samt en lägre Q-faktor hos primärspolen på grund av PCB-parasiter och toleransen hos vissa passiva komponenter. Detta till trots visar mätresultaten att den färdiga läsaren följer specifikationerna för den implanterbara enheten som läsaren är framtagen för. Projektet genomfördes på KTHs Circuits and Systems Group i samarbete med OnabLab AB.

Place, publisher, year, edition, pages
2019. , p. 75
Series
TRITA-EECS-EX ; 2019:222
Keywords [en]
Implantable devices, hand-held reader, wireless power transfer, inductive coupling.
Keywords [sv]
Implanterbara enheter, handhållna läsare, trådlös kraftöverföring, induktiv koppling.
National Category
Computer and Information Sciences
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-256060OAI: oai:DiVA.org:kth-256060DiVA, id: diva2:1343677
External cooperation
OnabLab AB
Supervisors
Examiners
Available from: 2019-08-19 Created: 2019-08-19 Last updated: 2019-08-19Bibliographically approved

Open Access in DiVA

No full text in DiVA

By organisation
School of Electrical Engineering and Computer Science (EECS)
Computer and Information Sciences

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 114 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf