Архив номеров
Медицинская Техника / Медицинская техника №4, 2024 / с. 32-36

Алгоритмы группы поиск восхождением к вершине для повышения эффективности систем индуктивного питания имплантатов

А.В. Морозов, А.А. Данилов


Аннотация 

Показано, что алгоритмы типа «Поиск восхождением к вершине» могут быть использованы для проектирования катушечных пар в составе систем индуктивного питания имплантатов с заданными характеристиками стабильности передачи энергии (перепад выходной мощности не превышает заданного значения для заданного диапазона допустимых смещений катушек индуктивности относительно друг друга). Разработаны два алгоритма на основе алгоритмов «Крутого поиска восхождением к вершине» (КПВВ) и «Адаптивного поиска восхождением к вершине» (АПВВ), предназначенные для решения задачи повышения эффективности передачи энергии при сохранении заданной характеристики стабильности передачи энергии. Установлено, что алгоритм АПВВ позволяет получать решения для большего набора констант и переменных проектирования. В то же время алгоритм КПВВ в ряде случаев дает предпочтительные решения, в связи с чем представляется возможным использовать при проектировании оба алгоритма с последующим выбором решения в зависимости от особенностей задачи.


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, 

Список литературы

1. Van de Steene T., Tanghe E., Martens L. Optimal Frequency and Wireless Power Budget for Miniature Receivers in Obese People // Sensors. 2023. № 23. PP. 8084. 
2. Campi T., Cruciani S., Maradei F. Centralized High Power Supply System for Implanted Medical Devices Using Wireless Power Transfer Technology // IEEE Transactions on Medical Robotics and Bionics. 2021. Vol. 3. № 4. PP. 992-1001. 
3. Kim N.-J., Hirayama H., Kim S. Review of Near-Field Wireless Power and Communication for Biomedical Applications // IEEE Access. 2017. Vol. 5. PP. 21264-21285. 
4. Bocan K.N., Sejdic E. Adaptive transcutaneous power transfer to implantable devices: A state of the art review // Sensors. 2016. Vol. 16. № 3. PP. 1-23. 
5. Danilov A.A., Mindubaev E.A. Influence of Angular Coil Displacements on Effectiveness of Wireless Transcutaneous Inductive Energy Transmission // Biomedical Engineering. 2015. Vol. 49. PP. 171-173. 
6. Danilov A.A., Mindubaev E.A., Selichev S.V. Methods for Compensation of Coil Misalignment in Systems for Inductive Transcutaneous Power Transfer to Implanted Medical Devices // Biomedical Engineering. 2017. Vol. 51. PP. 56-60. 
7. Hernandez Sebastian N., Villa Villasenor N., Renero-Carrillo F.J. Design of a fully integrated inductive coupling system: A discrete approach towards sensing ventricular pressure // Sensors. 2020. Vol. 20. № 5. PP. 1-20. 
8. Khan W., Jia Y., Madi F., Weber A., Ghovanloo M., Li W. Inductively coupled, mm-sized, single channel optical neuro- stimulator with intensity enhancer // Microsystems & Nanoengineering. 2019. Vol. 5. № 1. PP. 1-12. 
9. Wu R., Li W., Luo H., Sin J.K.O Design and characterization of wireless power links for brain-machine interface applications // IEEE Transactions on Power Electronics. 2014. Vol. 29. № 10. PP. 5462-5471. 
10. Kilinc E.G., Dehollain C., Maloberti F. Design and optimization of inductive power transmission for implantable sensor system / 2010 XIth international workshop on symbolic and numerical methods, modeling and applications to circuit design. 2010. PP. 1-5. 
11. Zeng Y., Qiu D., Meng X. Optimized Design of Coils for Wireless Power Transfer in Implanted Medical Devices // IEEE Journal of Electromagnetics, RF and Microwaves in Medicine and Biology. 2018. Vol. 2. № 4. PP. 1-8. 
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. № 3. PP. 193-202. 
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. № 11. PP. 5292-5305. 
16. Skiena S. The algorithm design manual. – New York: Springer, 2020. 389 p. 
17. Simon D. Evolutionary Optimization Algorithms. – The Willey Publishing, 2013. 57 p.