Архив номеров
Медицинская Техника / Медицинская техника №6, 2025 / с. 25-29

Методы и средства динамического управления системами энергообеспечения имплантируемых медицинских приборов

Е.В. Селютина, Э.А. Миндубаев, А.А. Данилов


Аннотация 

Рассмотрены основные способы динамического управления усилителем мощности класса Е в системах индуктивного энергообеспечения имплантируемых медицинских приборов. Показано, что для систем энергообеспечения кохлеарных имплантатов наиболее предпочтительными являются методы управления характеристиками ключа усилителя класса Е через напряжение источника питания, рабочую частоту и коэффициент заполнения сигнала драйвера ключа, тогда как для систем энергообеспечения нейростимуляторов перспективными являются методы управления емкостью конденсаторов этого усилителя.


Вернуться к содержанию

Сведения об авторах

Елена Викторовна Селютина, инженер, 
Эдуард Адипович Миндубаев, канд. техн. наук, доцент, 
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. 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. Hong S., Jeong S., Lee S., Sim B., Kim H., Lee H., Kim J. Cochlear implant wireless power transfer system design for high efficiency and link gain stability using a proposed stagger tuning method / 2020 IEEE Wireless Power Transfer Conference (WPTC). 2020. PP. 26-29. 
3. Bao J., Hu S., Xie Z., Hu G., Lu Y., Zheng L. Optimization of the coupling coefficient of the inductive link for wireless power transfer to biomedical implants // International Journal of Antennas and Propagation. 2022. Vol. 2022. № 1. PP. 8619514-1-8619514-12. 
4. Mahmood A.I., Gharghan S.K., Eldosoky M.A., Soliman A.M. Near-field wireless power transfer used in biomedical implants: A comprehensive review // IET Power Electronics. 2022. Vol. 15. № 16. PP. 1936-1955. 
5. Park Y., Koh S.T., Lee J., Kim H., Choi J., Ha S., Je M. A wireless power and data transfer IC for neural prostheses using a single inductive link with frequency-splitting characteristic // IEEE Transactions on Biomedical Circuits and Systems. 2021. Vol. 15. № 6. PP. 1306-1319. 
6. Habibagahi I., Omidbeigi M., Hadaya J., Ahmadi M.M. Vagus nerve stimulation using a miniaturized wirelessly powered stimulator in pigs // Scientific Reports. 2022. Vol. 12. № 1. PP. 8184-1-8184-12. 
7. Kouhalvandi L., Matekovits L., Peter I. Amplifiers in biomedical engineering: A review from application perspectives // Sensors. 2023. Vol. 23. № 4. PP. 2277-1-2277-21. 
8. Haerinia M., Shadid R. Wireless power transfer approaches for medical implants: A review // Signals. 2020. Vol. 1. № 2. PP. 209-229. 
9. Gifta G., Rani D.G.N. Power approaches for biosensors based bio-medical devices // ECS Journal of Solid State Science and Technology. 2020. Vol. 9. № 12. PP. 121005-1-121005-14. 
10. Raab F.H. Effects of circuit variations on the class E tuned power amplifier // IEEE Journal of Solid-State Circuits. 2003. Vol. 13. № 2. PP. 239-247. 
11. Ngini M.A., Truong C.T., Choi S.J. Parameter Identification for Primary-Side Control of Inductive Wireless Power Transfer Systems: A Review // IEEE Access. 2025. Vol. 13. PP. 15885-15904. 
12. Venkatesan M., Rajamanickam N., Vishnuram P., Bajaj M., Blazek V., Prokop L., Misak S. A review of compensation topologies and control techniques of bidirectional wireless power transfer systems for electric vehicle applications // Energies. 2022. Vol. 15. № 20. PP. 7816-1-7816-29. 
13. Ardila V., Ramirez F., Suбrez A. Analysis and design of injection- locked oscillators coupled to an external resonator // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2023. Vol. 71. № 10. PP. 4546-4561. 
14. Ahmadi M.M., Pezeshkpour S. A self-starting class-E power oscillator with an inverting gate driver // IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2019. Vol. 67. № 10. PP. 8344-8354. 
15. Lim Y., Tang H., Lim S., Park J. An adaptive impedance- matching network based on a novel capacitor matrix for wireless power transfer // IEEE Transactions on Power Electronics. 2013. Vol. 29. № 8. PP. 4403-4413. 
16. Texas Instruments. HEX INVERTERS [электронный ресурс] / https://static.chipdip.ru/lib/565/DOC012565367.pdf (дата обращения: 28.10.2025). 
17. Texas Instruments. TMS320F2837xD Dual-Core Real-Time Microcontrollers [электронный ресурс] / https:// static.chipdip.ru/lib/237/DOC043237583.pdf (дата обращения: 28.10.2025). 
18. Laskovski A.N., Yuce M.R. Class-E self-oscillation for the transmission of wireless power to implants // Sensors and Actuators A: Physical. 2011. Vol. 171. № 2. PP. 391-397. 
19. Chen C.T., Li C.J., Horng T.S., Jau J.K., Li J.Y. Design and linearization of class-E power amplifier for nonconstant envelope modulation // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2009. Vol. 57. № 4. PP. 957-964. 
20. Fu M., Yin H., Liu M., Wang Y., Ma C. A 6.78 MHz multiple- receiver wireless power transfer system with constant output voltage and optimum efficiency // IEEE Transactions on Power Electronics. 2017. Vol. 33. № 6. PP. 5330-5340. 
21. Mamdouh A., Aboudina M., Hussien F., Mohieldin A.N. Efficient supply modulator for wide-band envelope elimination and restoration power amplifiers // IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs. 2019. Vol. 67. № 1. PP. 9-13. 
22. Casallas I., Urbina R., Paez-Rueda C.I., Perilla G., Pйrez M., Fajardo A. Analysis of the soft-switching tuning effect on the figures of merit involved in the design of a class-E amplifier with finite DC-feed inductance // Electronics. 2021. Vol. 10. № 14. PP. 1705-1-1705-24. 
23. Park S., Rivas-Davila J. Duty cycle and frequency modulations in class-E dc-dc converters for a wide range of input and output voltages // IEEE Transactions on Power Electronics. 2018. Vol. 33. № 12. PP. 10524-10538. 
24. Ahmadi M.M., Ghandi S. A class-E power amplifier with wideband FSK modulation for inductive power and data transmission to medical implants // IEEE Sensors Journal. 2018. Vol. 18. № 17. PP. 7242-7252. 
25. Carta R., Thonй J., Gosset G., Cogels G., Flandre D., Puers R. A self-tuning inductive powering system for biomedical implants // Procedia Engineering. 2011. Vol. 25. PP. 1585-1588. 
26. Trigui A., Hached S., Mounaim F., Ammari A.C., Sawan M. Inductive power transfer system with self-calibrated primary resonant frequency // IEEE Transactions on Power Electronics. 2015. Vol. 30. № 11. PP. 6078-6087. 
27. Issi F., Kaplan O. Design and application of wireless power transfer using Class-E inverter based on Adaptive Impedance- Matching Network // ISA Transactions. 2022. Vol. 126. PP. 415-427. 
28. Huang Z., Wang L., Zhang Y., Liu R. Design of WPT RF Power Supply Based on Dual Directional Coupler and Capacitor Array Impedance Matching Network // IEEE Access. 2020. Vol. 8. PP. 68209-68218. 
29. Selyutina E.V., Mindubaev E.A. The Effect of Class E Power Amplifier Duty Cycle on Output Characteristics of the Inductive Power Transfer System with Capacitive Tuning / Proceedings of the 2022 Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering, ElConRus 2022. 2022. PP. 1601-1604. 
30. Selyutina E.V., Gurov K.O., Mindubaev E.A. The Effect of the Operating Frequency on the Output Characteristics of a Wireless Transcutaneous Energy Transfer System Based on a Class E Power Amplifier with Tunable Capacitors // Biomedical Engineering. 2021. Vol. 55. № 2. PP. 103-106. 
31. Kanso® 2 Sound Processor. User Guide [электронный ресурс] / https://cochlearimplanthelp.com/wp-content/uploads/2021/01/ cochlear-kanso-2-user-guide.pdf (дата обращения: 28.10.2025). 
32. Аудиопроцессор SONNET 2. Руководство пользователя [электронный ресурс] / https://www.ci-market.ru/upload/ iblock/1cb/nsrtzsbgmul2f7iq0o74xp159cfl6d1t.pdf (дата обращения: 28.10.2025). 
33. NEVRO. Patient Manual [электронный ресурс] / https:// s28.q4cdn.com/260621474/files/doc_downloads/ patient_manuals/2021/07/Patient-Manual-(11052).pdf (дата обращения: 28.10.2025).