Electronics-free passive ultrasonic communication link for deep-tissue sensor implants
Derin doku sensör implantları için elektroniksiz pasif ultrasonik haberleşme kanalı
- Tez No: 904934
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ LEVENT BEKER, DR. ÖĞR. ÜYESİ MURAT KUŞCU, DR. ÖĞR. ÜYESİ HASAN ULUŞAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyomühendislik, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Makine Mühendisliği, Bioengineering, Electrical and Electronics Engineering, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 68
Özet
Kablosuz haberleşme teknolojileri, derin dokulardaki hayati belirtilerin invazif olmayan yöntemler ile izlenmesi için kritik öneme sahiptir. Şimdiye kadar gösterilen kablosuz ultrasonik kanallar, elektromanyetik dalga tabanlı iletişim yöntemlerinin eksikliklerini çözmüştür, ancak bu teknolojiler ya implant elektroniğinde son derece özelleşmiş ve karmaşık bir tasarım gerektirir ya da vücut içine yerleştirilen meta-malzemelerdeki fiziksel değişikliklerin etkilerine dayanır. Bu tez, implant edilebilir uygulamalar için yeni bir kablosuz ultrasonik haberleşme yöntemi önermektedir. Yöntem, bir anten olarak kullanılan küçük bir piezoelektrik malzeme ile paralel bağlanmış bir kapasitif sensörün kullanımını içermektedir. Entegre sensörde meydana gelen kapasitif değişiklikler, antenin rezonans özelliklerinin değişmesine neden olur. Bu değişiklikler, geniş bantlı bir ultrasonik dönüştürücü tarafından gerçekleştirilen ultrasonik darbe-yankı ölçümleri ile yakalanabilir. Böylece, derin implant edilmiş kapasitif sensörler için kablosuz ve elektroniğe ihtiyaç duymayan bir ultrasonik haberleşme kanalı gerçekleştirilebilir. Ultrasonik anten, eşdeğer devre modelleme sonuçlarına dayalı olarak tasarlanmıştır. Yığın piezoseramik malzeme seçimi piezoelektrik özellikler ve erişilebilirlik göz önünde bulundurularak yapılmıştır. İmal edilen anten ve önerilen haberleşme yöntemi karakterize edilmiştir. Buna ek olarak sistemin uygulanabilirliğini değerlendirmek amacıyla, üretilen anten ticari bir kapasitif basınç sensörü ile entegre edilmiş ve önerilen haberleşme yöntemi bir deney düzeneği içinde (in vitro), tıbbi uygulama basınçları kullanılarak 5 cm derinlikte gösterilmiştir. Yöntem, -236.2 Hz/pF maksimum hassasiyet ile iyi bir performans sergilemektedir. Önerilen haberleşme yöntemi, basit implant tasarımı ve üretimini mümkün kılıp, entegre devrelere ve güç toplama devrelerine olan ihtiyacı ortadan kaldırırken her türlü kapasitif sensörün sisteme entegre edilebilmesi açısından esneklik sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
Wireless communication technologies are critical for the non-invasive in-situ monitoring of vital signs in deep tissues. Wireless ultrasonic links demonstrated so far solved the shortcomings of electromagnetic wave-based communication methods. However, they either require highly customized and complex designs for the implant electronics or rely on physical changes in implanted metamaterials. This thesis proposes a novel wireless ultrasonic communication method for implantable applications. The method utilizes a small piezoelectric material used as an antenna, connected to a capacitive sensor in parallel. The capacitive changes occurring in the integrated sensor cause the resonance characteristics of the antenna to change. These changes can be captured by ultrasound pulse-echo measurements conducted by a broadband interrogator ultrasonic transducer. Thus, a wireless and electronics-free ultrasonic communication link can be realized for deeply implanted capacitive sensors. The ultrasonic antenna is designed based on the equivalent circuit modeling results. The bulk piezoceramic material selection is done considering the piezoelectric properties and availability. The fabricated antenna and the proposed communication method are characterized. Additionally, the antenna is integrated with a commercial capacitive pressure sensor and the proposed method is demonstrated in vitro at a depth of 5 cm in order to evaluate the systems's applicability using medically relevant pressures. The method demonstrates decent performance, with a maximum sensitivity of -236.2 Hz/pF. The proposed communication method enables simple implant design and fabrication, eliminates the need for integrated circuits and power harvesting circuitry, and offers flexibility in terms of sensor integration since any capacitive sensor can be integrated into the system.
Benzer Tezler
- Model reference adaptive controller design with augmented error method for lane tracking
Serit takibi kontrolü için artıtılmış hata yöntemi ile model referans uyarlanabilir kontrolör tasarımı
MEHMET NURİ DİYİCİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. YAPRAK YALÇIN
- 6063 aluminyum alaşımlarının korozyon direnci üzerine anodizasyon öncesi yüzey işlemlerinin ve AA anodizasyonla üretilmiş ince oksit filmlerinin etkisi
The Effect of pretreatment and thin layer sulfuric acid a C anodization of 6063 aluminum alloys on its corrosion resistance
FERİHA SERTÇELİK
- Akım taşıyıcı kullanan devrelerin gerçekleştirilmesinde yeni yöntemler ve sonuçlar
New procedures for the realisations of current conveyor-based networks and some related results
SERDAR ÖZOĞUZ
Doktora
Türkçe
2000
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. CEVDET ACAR
- Reconfigurable intelligent surface-based novel transceiver architectures and multiple access
Başlık çevirisi yok
AYMEN KHALEEL
Doktora
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKoç ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERTUĞRUL BAŞAR
- Design of radio over fiber system for wireless access
Kablosuz erişim için fiber üzeri radyo sistem tasarımı
HASANAIN IMAD ABDULELAH SHANAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiGazi ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Prof. Dr. MEHMET ÇİYDEM