| Wireless and battery-less medical monitoring devices (2008). Draadloze en batterij-loze medische meetsystemen | |||||||||||||
Abstract | |||||||||||||
| In dit onderzoek wordt nagegaan hoe nieuwe ontwikkelingen in zowel de sensortechnologie als in de micro-elektronica ten dienste kunnen gesteld worden voor het bewaken van allerlei menselijke organen en functies. Uitgangspunt is de typische vraagstelling in een klinische of therapeutische omgeving om bepaalde processen te kwantificeren zonder dat de patiënt hiervan hinder ondervindt. Dit kan vaak enkel door draadloos werkende en implanteerbare meetsystemen.Dit werk stelt een veralgemeende aanpak voor van het ontwerp van draadloze geïmplanteerde medische meetsystemen. Drie cruciale bouwblokken van deze systemen worden besproken, waarbij telkens nieuwe ontwikkelingen worden voorgesteld. Een eerste deel behandelt de optimalisatie van een magnetische spoelenkoppeling voor inductieve vermogenoverdracht. In een tweede deel wordt bi-directionele gegevensoverdracht geïntegreerd in de inductieve link. Om een maximale modulatiediepte mogelijk te maken, werd een nieuwe klokextractie methode ontwikkeld. De combinatie van belastingsmodulatie met BPSK modulatie en PPM modulatie, maximaliseert het bereik van de draadloze verbinding. Een derde deel behelst het meten van druk in vloeibare media. Een capacitieve druksensor en sensor-interface worden voorgesteld.Gebaseerd op deze bouwstenen worden drie waardevolle instrumenten voor de urologie voorgesteld, gerealiseerd en getest. Eerst een datalogger, welke de drukinformatie opslaat. Ten tweede, een inductief gevoede diagnostische capsule met telemetrische link, welke kan functioneren bij eender welke oriëntatie en positie in de blaas, volgens ons het grootste bereik van een inductief systeem met geïntegreerde gegevensoverdracht gerapporteerd in de literatuur. Het derde implantaat is geschikt voor lange termijn bewaking. Een succesvol in-vivo experiment demonstreert de hoge gevoeligheid van het systeem. Het heeft het potentieel om een belangrijk instrument te worden in de behandeling van bepaalde types van incontinentie.De ontwikkelingen in dit werk zijn meer algemeen bruikbaar in autonome biomedische meetsystemen. In een laatste deel worden de bouwblokken voor inductieve vermogenoverdracht en draadloze gegevensoverdracht ingezet voor de realisatie van een systeem voor de bewaking van het elektrocardiogram van kinderen met een verhoogde kans op wiegendood, één van de eerste werkende demonstratoren van zogenaamd intelligent textiel.. The objective of this research was to examine how new developments in both sensors and microelectronics can advance the monitoring of all kinds of biophysical processes in humans. Key question is how to quantify certain processes without any discomfort for the patient. Frequently, this is only possible by using wireless and implanted medical devices.This work proposes a generalized approach to the design of wireless implanted medical devices. For three crucial building blocks of these systems, new developments are presented. A first part deals with the optimization of a magnetic link for inductive power transfer. In the second part, bidirectional data communication is integrated in the inductive link. Focus is on the maximization of the range of the telemetric link. To allow a maximal modulation depth, a new clock extraction method is developed. A novel combination of load modulation with BPSK modulation and PPM modulation, further extends the range. The third part covers intra-body pressure measurements.By combining these building blocks, three tools for urology are realized and tested. First, a data logger. Secondly, a pill-shaped telemetric diagnosis capsule, that can operate at any orientation and position inside the bladder. To our knowledge, this is the largest operating range for an inductive system with integrated data communication reported in literature. The third device is intended for long-term implantation. An in-vivo experiment demonstrates the high sensitivity of the device. It has the potential to become an important tool in the treatment of certain types of urinary incontinence.The introduced concepts are valuable to a wide range of autonomous systems. This is demonstrated by applying the building blocks for the inductive powering and integrated data transmission also for the realization of a garment embedded ecg monitoring system, tested by several babies. It is one of the first working demonstrators of wireless intelligent textiles.. Doctor in de ingenieurswetenschappen. Afdeling ESAT - MICAS. Departement Elektrotechniek (ESAT). Faculteit Ingenieurswetenschappen. Doctoral thesis. Doctoraatsthesis | |||||||||||||
Publication details | |||||||||||||
| |||||||||||||