Медицинская Техника / Медицинская техника №2, 2023 / с. 51-54

Алгоритмы конструирования и оптимизации катушечной пары в составе индуктивных систем питания имплантатов

А.В. Морозов, А.А. Данилов

Аннотация

Рассмотрены алгоритмы формального проектирования катушечных пар в составе систем индуктивного питания имплантатов. Выделена общая структура таких алгоритмов, включающая в себя четыре основных этапа: 1) выбор ограничений и констант проектирования катушечной пары; 2) выбор целевых функций и переменных проектирования; 3) расчетная процедура для переменных проектирования катушечной пары; 4) верификация конструкции катушечной пары. Рассмотрены основные ограничения и константы проектирования, переменные проектирования, целевые функции и процедуры оптимизации.

Вернуться к содержанию

Сведения об авторах

Андрей Владимирович Морозов, студент-магистрант,

Арсений Анатольевич Данилов, канд. физ.-мат. наук, доцент, Институт биомедицинских систем, ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский университет «Московский институт электронной техники», г. Москва, г. Зеленоград,

e-mail: and.morozov.v@gmail.com

Список литературы

1. Karimi M.J., Schmid A., Dehollain C. Wireless Power and Data Transmission for Implanted Devices via Inductive Links: A Systematic Review // IEEE Sensors Journal. 2021. Vol. 21. № 6. PP. 7145-7161.

2. Haerinia M., Shadid R. Wireless Power Transfer Approaches for Medical Implants: A Review // Signals. 2020. Vol. 1. № 2. PP. 209-229.

3. Khan R.K., Pavuluri S.K., Cummins G., Desmulliez M.P.Y. Wireless Power Transfer Techniques for Implantable Medical Devices: A Review // Sensors. 2020. Vol. 20. PP. 1-56.

4. Zhang Z., Pang H., Georgiadis A., Cecati C. Wireless Power Transfer – An Overview // IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2019. Vol. 66. № 2. PP. 1044-1058.

5. Schormans M., Valente V., Demosthenous A. Practical Inductive Link Design for Biomedical Wireless Power Transfer: A Tutorial // IEEE Transactions on Biomedical Systems and Circuits. 2018. Vol. 12. Iss. 5. PP. 1112-1130.

6. Clark G. Cochlear implants: Fundamentals and applications. – Springer, 2003. 831 p.

7. Eldridge P., Simpson B.A., Gilbart J. The Role of Rechargeable Systems in Neuromodulation // European Neurological Review. 2011. Vol. 6. № 3. PP. 187-192.

8. Weiland J., Humayun M. Visual prosthesis // Proceedings of the IEEE. 2008. Vol. 96. № 7. PP. 1076-1084.

9. Wang J., Smith J., Bonde P. Energy transmission and power sources for mechanical circulatory support devices to achieve total implantability // Annals Thoracic Surgery. 2014. Vol. 97. № 4. PP. 1467-1474.

10. Lebedev M.A., Nicolelis M.A. Brain-machine interfaces: Past, present and future // Trends in Neurosciences. 2006. Vol. 29. № 9. PP. 536-546.

11. Schormans M., Valente V., Demosthenous A. Frequency Splitting Analysis and Compensation Method for Inductive Wireless Powering of Implantable Biosensors // Sensors. 2016. Vol. 16. № 8. PP. 1112-1230.

12. Ko W.H., Liang S.P., Fung C.D.F. Design of rf-powered coils for implant instruments // Medical & Biological Engineering & Computing. 1977. Vol. 15. PP. 634-640.

13. Danilov A.A., Aubakirov R.R., Mindubaev E.A., Gurov K.O., Telyshev D.V., Selishchev S.V. An algorithm for the computer aided design of coil couple for a misalignment tolerant biomedical inductive powering unit // IEEE Access. 2019. Vol. 7. PP. 70755-70769.

14. Jow U.M., Ghovanloo M. Design and optimization of printed spiral coils for efficient transcutaneous inductive power transmission // IEEE Transactions on Biomedical Circuits and Systems. 2007. Vol. 1. № 11. PP. 5292-5305.

15. Kiani M., Ghovanloo M.A. Figure-of-Merit for Designing High- Performance Inductive Power Transmission Links // IEEE Transactions in Industrial Electronics. 2012. Vol. 60. № 60. PP. 5292-5305.

16. Bosshard R., Muhlethaler J., Kolar J. W., Stevanovic I. Optimized magnetic design for inductive power transfer coils // IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC). 2013. PP. 1812-1819.

17. Misron N., Ying L.Q., Firdaus R.N., Abdullah N. Effect of Inductive Coil Shape on Sensing Performance of Linear Displacement Sensor Using Thin Inductive Coil and Pattern Guide // Sensors. 2011. Vol. 11. PP. 10522-10533.

18. Bosshard R., Kolar J.W., Muhlethaler J. Modeling and η-α-Pareto optimization of inductive power transfer coils for electric vehicles // IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics. 2015. Vol. 3. № 1. PP. 50-64.