Langattomat paristottomat implantoitavat laitteet
Tissari, Jonne (2023)
Tissari, Jonne
2023
Tieto- ja sähkötekniikan kandidaattiohjelma - Bachelor's Programme in Computing and Electrical Engineering
Informaatioteknologian ja viestinnän tiedekunta - Faculty of Information Technology and Communication Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2023-03-25
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202303172977
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202303172977
Tiivistelmä
Tässä kandidaatintyössä tutustutaan langattomiin paristottomiin implantoitaviin laitteisiin. Implantoitavien laitteiden pääasiallinen energialähde on akku, jonka käytössä on omat haasteensa. Paristoton laite kykenee toimimaan ilman akkua ja saa tarvitsemansa energian muilla tavoin. Työn tavoitteena on käydä läpi erilaisia menetelmiä laitteen tarvitseman energian keräämiseen, sekä implantin ja kehon ulkopuolisen laitteen väliseen langattomaan tiedonsiirtoon. Työn lopussa kartoitetaan nykyisin käytössä olevia ja mahdollisesti tulevaisuudessa nähtäviä langattoman paristottoman implantoitavan laitteen sovelluksia.
Paristoton implantoitava laite kerää tarvitsemansa energian ihmiskehosta tai sen ulkopuolelta. Ihmisestä voidaan hyödyntää lämpö- ja liike-energiaa. Ihmisellä on pieni lämpögradientti, joka vaikeuttaa lämpöenergian hyödyntämistä. Toisaalta elävässä ihmisessä on pysähtymätöntä liikettä, kuten sydämen liike, joka on käytännössä jatkuvasti hyödynnettävissä. Ympäristöstä energiaa voidaan kerätä sähkömagneettisella induktiolla, sekä aurinko- ja infrapunasäteilyllä. Näistä sähkömagneettinen induktio on tällä hetkellä käytetyin menetelmä. Työssä käydään läpi eri menetelmien toimintaperiaatteet, sekä niiden edut ja heikkoudet.
Langaton tiedonsiirto mahdollistaa kommunikoinnin implantoidun laitteen ja kehon ulkopuolisen laitteen välillä. Induktiivinen kytkeytyminen on yleisin käytetty tiedonsiirtomenetelmä hyvän energiatehokkuutensa takia. Se ei tarvitse paljon energiaa kuluttavaa erillistä lähetintä, vaan voi lähettää tietonsa käämityksen impedanssimodulaation avulla. Pienikokoisille ja syvälle implantoiduille laitteille voidaan hyödyntää ultraääntä, jonka eteneminen kehossa vaimenee sähkömagneettista säteilyä vähemmän. Ultraääni läpäisee heikosti luukudosta, mikä tuo omat haasteensa sen käyttöön. Tiedonsiirtoa hankaloittavat kehossa tapahtuva vaimeneminen, sekä erilaiset signaalin tulkintaan vaikuttavat häiriöt.
Tällä hetkellä käytössä olevista täysin paristottomista implantoitavista laitteista tunnetuin on sisäkorvaistute, joita on Suomessakin käytössä jo tuhansia. Suuressa mittakaavassa nämä laitteet ovat kuitenkin vielä kehitysasteella. Tulevaisuudessa muun muassa erilaiset anturit ja lääkinnälliset laitteet tuovat uusia mahdollisuuksia sairauksien diagnosointiin ja hoitamiseen.
Paristoton implantoitava laite kerää tarvitsemansa energian ihmiskehosta tai sen ulkopuolelta. Ihmisestä voidaan hyödyntää lämpö- ja liike-energiaa. Ihmisellä on pieni lämpögradientti, joka vaikeuttaa lämpöenergian hyödyntämistä. Toisaalta elävässä ihmisessä on pysähtymätöntä liikettä, kuten sydämen liike, joka on käytännössä jatkuvasti hyödynnettävissä. Ympäristöstä energiaa voidaan kerätä sähkömagneettisella induktiolla, sekä aurinko- ja infrapunasäteilyllä. Näistä sähkömagneettinen induktio on tällä hetkellä käytetyin menetelmä. Työssä käydään läpi eri menetelmien toimintaperiaatteet, sekä niiden edut ja heikkoudet.
Langaton tiedonsiirto mahdollistaa kommunikoinnin implantoidun laitteen ja kehon ulkopuolisen laitteen välillä. Induktiivinen kytkeytyminen on yleisin käytetty tiedonsiirtomenetelmä hyvän energiatehokkuutensa takia. Se ei tarvitse paljon energiaa kuluttavaa erillistä lähetintä, vaan voi lähettää tietonsa käämityksen impedanssimodulaation avulla. Pienikokoisille ja syvälle implantoiduille laitteille voidaan hyödyntää ultraääntä, jonka eteneminen kehossa vaimenee sähkömagneettista säteilyä vähemmän. Ultraääni läpäisee heikosti luukudosta, mikä tuo omat haasteensa sen käyttöön. Tiedonsiirtoa hankaloittavat kehossa tapahtuva vaimeneminen, sekä erilaiset signaalin tulkintaan vaikuttavat häiriöt.
Tällä hetkellä käytössä olevista täysin paristottomista implantoitavista laitteista tunnetuin on sisäkorvaistute, joita on Suomessakin käytössä jo tuhansia. Suuressa mittakaavassa nämä laitteet ovat kuitenkin vielä kehitysasteella. Tulevaisuudessa muun muassa erilaiset anturit ja lääkinnälliset laitteet tuovat uusia mahdollisuuksia sairauksien diagnosointiin ja hoitamiseen.
Kokoelmat
- Kandidaatintutkielmat [8798]