Estrategias de control de temperatura en implantes médicos mediante ajuste de transferencia de energía en enlaces inductivos.
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Date
2024
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Publisher
Universidad de Concepción
Abstract
Los dispositivos médicos implantables han mejorado la calidad de vida de las personas mediante su uso para diagnóstico, terapia y rehabilitación. Más de 25 millones de estadounidenses usan implantes para funciones críticas. La energización es uno de los elementos más complejos y es un factor limitante del uso de implantes. Utilizando energización inalámbrica mediante enlaces inductivos es posible transferir energía desde fuera del cuerpo hacia adentro, evitando cables y baterías. Sin embargo, el enlace inductivo es altamente sensible a variaciones en sus parámetros de diseño (acoplamiento y carga), variaciones que son muy comunes en un implante. Esto lleva a generación de calor, la cual es producida principalmente por la disipación de la energía en el proceso de regulación de voltaje. El estándar ISO 14708-1:2014 define que el tejido que rodea un implante activo no puede incrementar su temperatura más de 2°C.
En esta tesis se desarrolló un sistema de energización y comunicación para implantes médicos que permite mantener la temperatura del circuito secundario en rangos seguros para el cuerpo. El sistema utiliza el método de cambios de impedancia reflejada para enviar datos al exterior del cuerpo, y al mismo tiempo aprovecha estos cambios para estimar el acoplamiento y la carga del secundario para controlar la energía inyectada al implante. El sistema es capaz de comunicar y controlar la energía en un implante con dos modos de consumo, uno alto de 15W y uno bajo de 100mW con hasta 85mm de separación entre las bobinas. Esto lleva a la reducción de la temperatura del regulador de voltaje desde ~130°C a 35°C. Sin embargo, el uso de la estrategia de control permitiría la eliminación del regulador de voltaje para evitar cualquier generación de calor extra por esa etapa. Así, se comprueba la hipótesis de que es posible controlar la energía inyectada a un implante usando la técnica de cambios de impedancia reflejada y a la vez permitir comunicación entre el implante y el exterior.
Description
Tesis presentada para optar al grado académico de Doctor en Ciencias de la Ingeniería con mención en Ingeniería Eléctrica
Keywords
Transferencia de energía, Tecnología médica, Control de la temperatura