基于动态子阵列选择的节能定位和跟踪方法,为植入的医疗器械提供动力,在分散的异质介质中使用超声波

科学领域:

• 生物医学工程 生物医学工程
• 声学 声学 在声学方面
• 医疗成像医学成像

背景情况:

• 超声波 (美国) 是植入式医疗器械 (IMD) 的一个关键的无线功率传输方法.
• 外部传感器阵列补丁 (ETAP) 使用光束成形 (BF) 来定位IMD,但功率效率和运动耐受性是挑战.
• 优化ETAP资源使用对于能源有限的可穿戴补丁和深/浅IMD应用至关重要.

研究的目的:

• 开发一种能效的方法来定位毫米大小的IMD,使用ETAP上的动态子数组选择.
• 提高对IMD移动的耐受性,适应异质介质,而不需要先前的IMD知识.
• 为了提高IMD基于超声波的无线电力传输的整体功率效率.

主要方法:

• 动态选择ETAP子数组,以节能地定位IMD.
• 通过添加/减去元素来跟踪IMD移动的子数组跟踪.
• 在MATLAB中使用异质,分散的生物介质进行K波模拟.
• 实验验证使用3D打印的人类肋骨和无骨幻影.

主要成果:

• 拟议的方法实现了显著的能源效率改进:比延迟和总和BF提高10.53X,比不聚焦传输提高14.4X.
• 动态子阵列选择提高了能量受限可穿戴贴片的功率效率.
• 追踪机制提高了对IMD运动的耐受性,这些运动是由呼吸和行走引起的.
• 采样频率为US频率的10X,可以提高对随机噪声的耐受性.

结论:

• 提出的节能方法有效地将毫米大小的IMD定位在复杂的介质中.
• 动态子阵列选择和跟踪为IMD无线电力传输提供了强大而节能的解决方案.
• 这种方法克服了标准BF方法的局限性,为先进的IMD应用铺平了道路.