Исследование системных связей при резонансной индуктивной передаче энергии к активным имплантируемым приборам тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.01, кандидат наук Миндубаев, Эдуард Адипович

  • Миндубаев, Эдуард Адипович
  • кандидат науккандидат наук
  • 2018, Москва
  • Специальность ВАК РФ05.13.01
  • Количество страниц 135
Миндубаев, Эдуард Адипович. Исследование системных связей при резонансной индуктивной передаче энергии к активным имплантируемым приборам: дис. кандидат наук: 05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям). Москва. 2018. 135 с.

Оглавление диссертации кандидат наук Миндубаев, Эдуард Адипович

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

ГЛАВА 1. ИНДУКТИВНАЯ ПЕРЕДАЧА ЭНЕРГИИ

К АКТИВНЫМ ИМПЛАНТИРУЕМЫМ ПРИБОРАМ

1.1. Развитие методов беспроводного энергообеспечения АИП

1.2 Структурная схема системы индуктивной передачи энергии

1.3 Индуктивная передача энергии к АИП

с низким уровнем потребляемой мощности

1.4 Индуктивная передача энергии

к системам механической поддержки кровообращения

1.5 Теоретическое описание процесса функционирования системы

индуктивной передачи энергии к имплантируемым медицинским приборам

1.6 Выходная характеристика системы РИПЭ

1.7 Основные конструктивные решения в системах индуктивной передачи энергии

1.7.1 Реализация блока генерации переменного тока

1.7.2 Выбор топологии компенсации в системе

1.8 Методы компенсации влияния смещений

1.9 Подходы к оптимизации систем индуктивной передачи энергии

1.10 Выводы и постановка задач исследования

ГЛАВА 2. МОДЕЛЬ СИСТЕМЫ РЕЗОНАНСНОЙ ИНДУКТИВНОЙ

ПЕРЕДАЧИ ЭНЕРГИИ

2.1 Расчёт взаимной индуктивности катушек

2.2 Расчёт собственной индуктивности катушек

2.3 Анализ схем компенсации в системе индуктивной передачи энергии

2.3.1 Последовательная компенсация в передающей части системы, последовательная компенсация в принимающей части системы

2.3.2 Последовательная компенсация в передающей части системы,

параллельная компенсация в принимающей части системы

2.4 Вывод формул для частоты связи в системе индуктивной передачи энергии

с учётом возможности работы в сверхкритической области связи

2.4.1 Нахождение точных значений нижней и верхней частот связи

при последовательной-последовательной компенсации

2.4.2 Нахождение точных значений нижней и верхней частот связи

при последовательной-параллельной компенсации

2.5 Анализ режимов работы системы РИПЭ

2.5.1 Работа в области критической связи

2.5.2 Оптимизация системы, работающей в области критической связи

2.5.3 Работа в области сверхкритической связи

2.5.4 Оптимизация системы, работающей в области сверхкритической связи

2.6 Выводы и результаты

ГЛАВА 3. ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ РЕЗОНАНСНОЙ ИНДУКТИВНОЙ ПЕРЕДАЧИ ЭНЕРГИИ

3.1 Влияние осевого смещения катушек индуктивности

на коэффициент связи между катушками

3.2 Влияние бокового смещения катушек индуктивности

на коэффициент связи между катушками

3.3 Влияние углового смещения катушек индуктивности

на коэффициент связи между катушками

3.4 Оптимизация геометрических параметров катушечной пары

3.5 Выводы и результаты

ГЛАВА 4. МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ПРОБЛЕМНО-ОРИЕНТИРОВАННАЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА РЕЗОНАНСНОЙ ИНДУКТИВНОЙ СВЯЗИ

4.1 Конструкция экспериментального стенда для параметрического исследования характеристик системы индуктивной передачи энергии

4.2 Экспериментальная конструкция системы индуктивной передачи энергии, устойчивой к влиянию смещений

4.3 Выводы и результаты

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ

Приложение А Патент на изобретение РФ

Приложение Б Акты об использовании результатов диссертации

Рекомендованный список диссертаций по специальности «Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)», 05.13.01 шифр ВАК

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование системных связей при резонансной индуктивной передаче энергии к активным имплантируемым приборам»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования.

Разработка и совершенствование активных имплантируемых приборов (АИП) является одним из приоритетных направлений развития медицинской техники. Прогресс в области электроники делает возможным переход от экстракорпоральных устройств к миниатюризованным АИП. Особое место в таких приборах занимает система их энергообеспечения. Стоит отметить, что подходы к энергообеспечению таких приборов, практикуемые в настоящее время, обладают рядом недостатков. Использование чрескожных проводов для соединения внешней части системы с имплантируемым прибором сопряжено с риском возникновения инфекций. Имплантируемые батареи зачастую не могут обеспечить необходимый срок службы АИП, что приводит к необходимости замены прибора при малом остаточном заряде батареи. Таким образом, актуальным является развитие методов беспроводного энергообеспечения. В настоящее время одним из наиболее перспективных методов является применение индуктивной связи.

В основе системы резонансной индуктивной передачи энергии (РИПЭ) находятся индуктивно связанные передатчик и приёмник (чаще всего реализуемые как пара катушек, которые представляют собой трансформатор с воздушным сердечником). Переменный ток, протекающий через передатчик, расположенный на поверхности кожи, создаёт переменное электромагнитное поле. Это поле, в свою очередь, генерирует переменный ток в приёмнике, который находится в теле пациента. Для повышения эффективности передачи энергии в системе РИПЭ совместно с катушками устанавливаются конденсаторы, которые образуют колебательные LC-контуры в передающей и принимающей частях системы. Частота резонанса этих контуров совпадает с рабочей частотой системы. Задача конструирования системы РИПЭ для питания АИП обладает высокой сложностью из-за жёстких требований к эксплуатационным характеристикам системы, обусловленных наличием относительных смещений передающей и принимающей катушек, работой в агрессивной биологической среде и ограничениями на нагрев системы. Упомянутые особенности существенно осложняют достижение необходимых показателей стабильности и эффективности работы системы РИПЭ.

Основное внимание в данной работе посвящено проблеме смещения катушек. Смещения могут быть вызваны двигательной активностью пациента, а также послеоперационным отёком тканей, наблюдаемым в первое время после имплантации АИП. Существует множество подходов к решению обозначенной проблемы: механическая фиксация относительного положения катушек, оптимизация геометрических параметров катушек, использование алгоритмов управления рабочей частотой системы и т.д.

Различные подходы к достижению стабильности выходных характеристик системы, а также широкий спектр возможных применений беспроводного энергообеспечения (системы вспомогательного кровообращения, кохлеарные имплантаты, стимуляторы спинного мозга и т.д.), приводят к тому, что универсальный подход к проектированию и исследованию системы РИПЭ не может быть выделен. Таким образом, актуальным становится исследование системных связей и закономерностей функционирования систем РИПЭ к АИП.

Объектом исследования являются системные связи и закономерности функционирования систем резонансной индуктивной передачи энергии.

Предмет исследования - методы и средства анализа и оптимизации систем резонансной индуктивной передачи энергии к активным имплантируемым приборам.

Проблемная ситуация, сложившаяся в области объекта исследований, определяется тем, что оценка влияния взаимного положения передатчика и приёмника на характеристики передачи энергии в системе резонансной индуктивной передачи энергии к активным имплантируемым приборам является сложной научно-технической задачей. При этом возникает необходимость разработки методов и средств анализа и оптимизации таких систем.

Цель работы

Разработка методов и средств анализа и оптимизации систем резонансной индуктивной передачи энергии к активным имплантируемым приборам на основе теоретических и прикладных исследований системных связей и закономерностей функционирования таких систем.

В соответствии с целью диссертационной работы поставлены следующие задачи:

1. разработка математической модели, описывающей основные закономерности функционирования системы резонансной индуктивной передачи энергии к активным

имплантируемым приборам с учётом произвольной относительной ориентации передающей и принимающей катушек индуктивности;

2. анализ влияния геометрических параметров передатчика и приёмника на коэффициент связи между ними, а также исследование зависимости выходных характеристик системы резонансной индуктивной передачи энергии к активным имплантируемым приборам от коэффициента связи;

3. анализ основных режимов работы системы резонансной индуктивной передачи энергии к активным имплантируемым приборам;

4. разработка экспериментальной установки для верификации результатов численного моделирования системы резонансной индуктивной передачи энергии к активным имплантируемым приборам;

5. разработка метода оптимизации параметров системы резонансной индуктивной передачи энергии к активным имплантируемым приборам для обеспечения заданных выходных характеристик системы.

Научная новизна работы.

1. 1. Установлено, что в геометрии передатчика и приёмника, характерной для систем резонансной индуктивной передачи энергии к активным имплантируемым приборам зависимость величины взаимной индуктивности от угловых смещений имеет немонотонный характер, и положение локального максимума взаимной индуктивности зависит от величины конструктивных геометрических параметров передатчика и приёмника.

2. Получены универсальные выходные характеристики системы резонансной индуктивной передачи энергии к активным имплантируемым приборам. Введён параметр а, позволяющий оценить стабильность выходных характеристик системы, работающей в области критической связи. Введён параметр в, позволяющий связать значение целевых функций в области сверхкритической связи с параметрами колебательных контуров.

3. Предложены процедуры оптимизации конструктивных геометрических параметров систем резонансной индуктивной передачи энергии к активным имплантируемым приборам для достижения заданных значений целевых функций для определенного диапазона эксплуатационных геометрических параметров системы.

Теоретическая и практическая значимость работы

1. Разработана многофункциональная проблемно-ориентированная экспериментальная установка, позволяющая получать значения целевых функций, при помощи которых можно выполнять экспериментальную верификацию результатов численного моделирования систем резонансной индуктивной передачи энергии к активным имплантируемым приборам.

2. Выполнено исследование влияния набора конструктивных геометрических параметров передатчика и приёмника на зависимость коэффициента связи между ними от эксплуатационных геометрических параметров передатчика и приёмника. Результаты исследования могут быть использованы для подбора оптимальных значений конструктивных геометрических параметров передатчика и приёмника в системе резонансной индуктивной передачи энергии к активным имплантируемым приборам для достижения заданных значений целевых функций.

3. Результаты исследования влияния угловых смещений передатчика и приёмника на их взаимную индуктивность могут быть использованы при проектировании систем резонансной индуктивной передачи энергии к активным имплантируемым приборам. Так как увеличение взаимной индуктивности по причине угловых смещений передатчика и приёмника может приводить к передаче в нагрузку избыточной мощности и нарушению функционирования активного имплантируемого прибора.

Работа выполнена в рамках прикладных научных исследований в соответствии с федеральной целевой программой «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» (Соглашение о предоставлении субсидии от «22» сентября 2015 № 14.581.21.0014, уникальный идентификатор соглашения КРМЕБ158115Х0014), а также в рамках выполнения проекта государственного задания по теме «Разработка методов и средств построения адаптивных систем беспроводного энергообеспечения персонифицированных имплантируемых медицинских приборов» (Задание № 12.2339.2017/ПЧ, идентификатор № 12.2339.2017/4.6). Результаты работы внедрены в учебном процессе Национального исследовательского университета «МИЭТ» в рамках учебной дисциплины «Беспроводная передача энергии и информации в биологических средах» (7-й и 8-й семестры подготовки бакалавров по направлению 201000

«Биотехнические системы и технологии», профиль подготовки «Биомедицинская радиоэлектроника»).

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Разработанная модель системы резонансной индуктивной передачи энергии к активным имплантируемым приборам позволяет моделировать выходные характеристики системы для произвольных значений эксплуатационных и конструктивных параметров передатчика и приёмника.

2. Относительные смещения передатчика и приёмника в системе резонансной индуктивной передачи энергии к активным имплантируемым приборам могут приводить к возникновению локальных максимумов взаимной индуктивности, положение которых зависит от конструктивных геометрических параметров передатчика и приёмника.

3. Полученные универсальные выходные характеристики системы резонансной индуктивной передачи энергии к активным имплантируемым приборам, а также введённые параметры а и в могут быть использованы для создания процедур оптимизации таких систем.

4. Разработанный метод оптимизации геометрических параметров системы резонансной индуктивной передачи энергии к активным имплантируемым приборам позволяет минимизировать размеры системы для заданных значений целевых функций путем подстройки конструктивных геометрических параметров системы.

5. Разработанная экспериментальная установка позволяет исследовать основные закономерности функционирования системы резонансной индуктивной передачи энергии к активным имплантируемым приборам.

Достоверность научных положений, результатов и выводов

Достоверность и обоснованность результатов работы подтверждена комплексным характером проведенных исследований и сопоставлением результатов работы с данными опубликованных научных статей, а также содержанием патентного фонда Российской Федерации и ведущих зарубежных стран. Разработанные теоретические основы и модели хорошо согласуются с полученными экспериментальными результатами. Все экспериментальные исследования проведены на сертифицированном оборудовании.

Личный вклад автора

Автор принимал активное и непосредственное участие в выполнении всех работ, которые легли в основу диссертации.

Апробация работы

Основные теоретические положения и научные результаты диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на 14 Международных, Всероссийских и региональных конференциях: «1st Russian-German Conference on Biomedical Engineering» (г. Ганновер, Германия - 2013); «Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика - 2014» (г. Москва - 2014); «X Russian-German Conference on Biomedical Engineering, Russia» (г. Санкт-Петербург - 2014); «XIII международная научно-практическая конференция "Инженерные приложения на базе технологий NI - NIDays 2014"» (г. Москва - 2014); «Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика - 2015» (г. Москва - 2015); «11th German-Russian Conference on Biomedical Engineering» (г. Аахен, Германия - 2015); «37th annual inter-national conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society» (г. Милан, Италия - 2015); «Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика - 2016» (г. Москва - 2016); «2016 International Siberian Con-ference on Control and Communications» (Москва - 2016); «XII Russian-German Conference on Biomedical Engineering» (г. Суздаль - 2016); «XLIII Annual Congress of the European Society for Artificial Organs» (г. Варшава, Польша - 2016); «Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика - 2017» (г. Москва - 2017); «Joint Conference of the European Medical and Biological Engineering Conference (EMBEC) and the Nordic-Baltic Conference on Biomedical Engineering and Medical Physics (NBC)» (г. Тампере, Финляндия - 2017); «Progress In Electromagnetics Research Symposium 2017» (г. Санкт-Петербург - 2017); «ESAO-IFAO-Congress 2017» (г. Вена, Австрия - 2017); «Progress In Electromagnetics Research Symposium 2017» (г. Сингапур, Сингапур - 2017).

Публикации

По материалам диссертации имеется 7 публикаций в журналах из перечня ВАК, из них 6 статей в журналах, включённых в систему цитирования Scopus, 1 патент на изобретение РФ, 19 тезисов и докладов в сборниках трудов конференций.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения и списка литературы из 110 наименований. Объём диссертации составляет 135 страниц, включая 56 рисунков и 3 таблицы.

ГЛАВА 1. ИНДУКТИВНАЯ ПЕРЕДАЧА ЭНЕРГИИ К АКТИВНЫМ ИМПЛАНТИРУЕМЫМ ПРИБОРАМ

В основе системы РИПЭ к имплантируемым приборам лежит пара индуктивно связанных катушек, которые представляют собой трансформатор с воздушным сердечнком [1-5]. Переменный ток, протекающий через одну из катушек, называемую передающей, либо первичной, создаёт переменное электромагнитное поле, которое в свою очередь генерирует переменный ток во второй катушке, называемой принимающей, либо вторичной [6-9]. Важной особенностью применения систем РИПЭ к имплантируемым приборам является наличие относительных смещений передающей и принимающей катушек. Эти смещения могут быть вызваны двигательной активностью пациента, а также в первое время после имплантации прибора - послеоперационным отёком тканей в области имплантации [10-14]. Также накладываются жёсткие требования к эксплуатационным характеристикам системы (таблица 1) [15-19], обусловленные работой системы РИПЭ в агрессивной биологической среде и ограничениями на нагрев системы. Упомянутые особенности приводят к низкой стабильности и низкой эффективности работы системы индуктивной передачи энергии. В связи с этим, основной задачей конструктора системы РИПЭ является оптимизация параметров системы и подбор технических решений, которые позволят компенсировать эффект смещений и добиться высокой эффективности и стабильности передачи энергии.

1.1. Развитие методов беспроводного энергообеспечения АИП

Индуктивная связь может быть использована для энергообеспечения широкого ряда медицинских имплантатов, таких как кохлеарные имплантаты, системы вспомогательного кровообращения, стимуляторы спинного мозга (рисунок 1) [20-37]. В настоящее время использование беспроводного передачи энергии значительно упрощает процедуру лечения пациента за счёт устранения чрескожных проводов, которые являются причиной возникновения инфекций. К основным развивающимся методам беспроводной передачи энергии можно отнести передачу энергии при помощи ультразвука [38], сбор энергии внутри организма [39, 40] и, наконец, передачу энергии при помощи индуктивной связи. Основным недостатком первых двух методов является низкая выходная мощность, что значительно ограничивает область их применения.

Применение индуктивной связи решает данную проблему и позволяет обеспечивать энергией даже такие энергозатратные приборы, как системы вспомогательного кровообращения [28-30], при этом также являясь эффективным решением для энергообеспечения систем с низкой потребляемой мощностью.

Рисунок 1 - Имплантируемые медицнские приборы

Таблица 1 - Перечень требований к системам индуктивной передачи энергии [15]

Параметр Значение

Допустимый нагрев тканей, окружающих объект До +2°С

Допустимые уровни электромагнитного поля (диапазон 30...30000 кГц) Масимальные значения: Е, В/м Н, А/м 500 50

Разрешённые частоты работы генератора в диапазонах длинных и средних волн, кГц 44 ±10% 66 +12, -10% 440 ±2,5% 880 ±1% 1760 ±2,5% 2640 ±1%

Толчком для развития технологий индуктивной передачи энергии принято считать повышенный интерес к аппаратам искусственного сердца в 60-ые годы XX века [1]. Учёные и инженеры отметили, что использование беспроводного питания таких аппаратов может значительно повысить эффективность их использования, а также улучшить качество жизни пациентов. В ранних экспериментах, посвящённых процессу индуктивной связи, была показана возможность передачи значительной мощности (50 и 69 Вт) через биологическую ткань подопытных животных. Переданная мощность использовалась для энергообеспечения насоса искусственного сердца, который находился вне организма подопытного животного. По этой причине не было проведено корректной оценки нагрева биологических тканей, так как значительная часть создаваемого тепла рассеивалась вне организма животного. Был разработан целый ряд систем вспомогательного кровообращения (СВК) с беспроводным энергообеспечением [20-23]. Наиболее известными СВК такого типа являются LionHeart (Arrow, США) и AbioCor (AbioMed, США) [24, 25]. Однако, на данный момент ни одна из них не используется в клинической практике. Стоит отметить, что по имеющейся информации причиной этого являлись недостатки в конструкции самих СВК, не связанные с блоком беспроводного энергообеспечения. Интересно, что при эксплуатации указанных СВК не было отмечено нагрева окружающих тканей выше 2 °С.

Несмотря на неудачный опыт использования индуктивной связи совместно с системами вспомогательного кровообращения, системы РИПЭ нашли широкое применение для питания маломощных имплантируемых приборов [27-29]. Начиная с 90-х годов XX века, индуктивная связь стала стандартным методом для энергообеспечения кохлеарных имплантатов.

В 2007 году исследователями из Массачусетского технологического института была продемонстрирована высокоэффективная передача мощности на расстояния порядка нескольких диаметров катушки [30]. Подобная система передаёт энергию в

U / U \ С» U

режиме «сильной» (или же сверхкритической) связи передающей и принимающей катушек. Ключевыми особенностями подобных систем является достижение высокой добротности передающей и принимающей частей системы и точная настройка электрических параметров колебательных контуров. Данное открытие стало причиной обновлённого интереса к процессу беспроводной передачи энергии при помощи

индуктивной связи. В настоящее время разработки блоков беспроводного энергообеспечения для СВК ведётся такими лидерами рынка, как HeartWare и Thoratec.

1.2 Структурная схема системы индуктивной передачи энергии

На рисунке 2 показана блок-схема системы РИПЭ. В общем случае внешняя часть системы включает в себя источник питания, блок генерации переменного тока, схему компенсации и передающую катушку. В качестве источника питания используется аккумуляторная батарея [41-44]. Блок генерации переменного тока осуществляет преобразование постоянного тока источника в переменный ток. Существует два наиболее распространённых способа реализации блока генерации переменного тока: использование схемы генератора переменного тока совместно с усилителем, а также использование мостовых схем (Н-мост, полумостовые схемы) [45-50]. Сгенерированный сигнал переменного тока протекает через передающую катушку, которая создаёт переменное магнитное поле. Магнитное поле в свою очередь генерирует переменный ток в принимающей катушке, которая находится в имплантируемой части системы.

Рисунок 2 - Блок-схема системы РИПЭ

Кроме принимающей катушки имплантируемая часть системы включает в себя схему компенсации, выпрямитель и нагрузку. Выпрямитель используется для преобразования переменного тока в постоянный ток, который поступает в нагрузку. Нагрузкой системы является имплантируемый прибор, для эквивалентного представления которого в процессе анализа системы используется резистивный элемент.

Различные схемы компенсации в передающей и принимающей частях системы используются для улучшения характеристик передачи энергии [51-55]. Наиболее распространённые топологии показаны на рисунке 3. Как правило, для питания схем с последовательным подключением конденсатора к катушке используются источники напряжения, выход схем с последовательным подключением конденсатора является источником тока. Напротив, для питания схем с параллельным подключением конденсатора к катушке используются источники тока, выход схем с параллельным подключением конденсатора является источником напряжения. Далее в этой главе будут более подробно рассмотрены свойства различных схем компенсации.

Рисунок 3 - Топологии, используемые в системах РИПЭ для компенсации

индуктивности

Классификацию структурных особенностей систем РИПЭ применительно к АИП можно провести следующим образом. Можно условно разделить системы с низким (кохлеарные имплантаты, нейростимуляторы) и высоким (системы вспомогательного кровообращения) уровнем потребляемой мощности тока (таблица 2). Кроме того, можно выделить приборы, которым требуется непрерывное энергообеспечения и приборы, в которых достаточно периодической подзарядки имплантируемого аккумулятора. В различных применениях систем РИПЭ также изменяются геометрические размеры передающей и принимающей катушек, а также величина характерных смещений катушек.

Таблица 2 - Характерные значения выходной мощности и расстояния

между передатчиком и приёмником для различных типов АИП

Тип прибора Выходная мощность, Вт Осевое расстояние между катушками, мм

Кохлеарный имплантат 0,01 3...10

Кардиостимулятор 3-10"5...10-4 5...15

Имплантируемый блок телеметрии 0,1 35...100

Ретинальный имплантат 0,25 5...7

Нейростимулятор 0,1.1 5...15

Система вспомогательного кровообращения 5...30 10...20

1.3 Индуктивная передача энергии к АИП с низким уровнем потребляемой мощности

Особенности построения систем РИПЭ к АИП зависят от мощности, потребляемой данными приборами. В общем случае, можно выделить приборы с низкой и высокой потребляемой мощностью. К имплантируемым приборам с низкой потребляемой мощностью можно отнести кардиостимуляторы и имплантируемые кардиовертеры-дефибрилляторы (потребляемая мощность таких систем находится в диапазоне от 10 мкВт до 1 мВт), а также кохлеарные имплантаты и нейростимуляторы (потребляемая мощность таких систем составляет порядка 1-100 мВт) [56].

В таких приборах индуктивная связь может быть использована как для постоянного питания, так и для заряда имплантируемой аккумуляторной батареи. В последнем случае это позволяет избежать повторной имплантации устройства после выработки ресурса батареи. Это снижает риск развития послеоперационных осложнений и существенно уменьшает стоимость лечения (в 2...3 раза в случае использования стимуляторов спинного мозга на протяжении 10...25 лет) [57].

Характерной особенностью систем РИПЭ к таким приборам является малый диаметр имплантируемой катушки индуктивности и, как следствие, низкий коэффициент связи между катушками (порядка 1%) [58]. Также для таких приложений характерна низкая добротность передающей и принимающей катушек. По этой причине

основной задачей при конструировании систем РИПЭ к имплантируемым приборам с низкой потребляемой мощностью является оптимизация индуктивной связи между катушками.

Выбор топологии компенсации в принимающей части системы зависит от параметров нагрузки (свойств АИП). Теоретически как последовательная, так и параллельная компенсация индуктивности позволяют добиться одинаково высоких значений эффективности передачи энергии [58]. Однако, при последовательной компенсации необходимо использование в принимающей части системы катушек индуктивности, индуктивность которых недостижима при заданных ограничениях размера имплантируемой части системы. Поэтому для достижения высокой эффективности как правило используется параллельная компенсацию.

1.4 Индуктивная передача энергии к системам механической поддержки кровообращения

Потребляемая мощность систем механической поддержки кровообращения (МПК) значительно выше, чем у других типов имплантируемых приборов (составляет порядка 1 Вт, может достигать 30 Вт). В таких системах используются внешние источники питания, связанные с имплантатом проводами, проходящими через кожу. Внедрение индуктивной передачи энергии позволяет резко снизить риск развития тяжёлых послеоперационных осложнений [59-61].

При этом обеспечить устойчивую взаимную ориентацию передающей и принимающей катушек гораздо сложнее, чем, например, в системах РИПЭ к кохлеарным имплантатам. Более того, в отличие от нейростимуляторов и кохлеарных имплантатов системы МПК обеспечивают поддержание жизненно-важной функции. Поэтому требования к стабильности и надёжности их работы должны быть значительно выше. В связи с этим индуктивное энергообеспечение МПК требует особого внимания.

В системах МПК характерный внешний диаметр имплантируемой катушки индуктивности составляет около 70 мм [62-63]. Коэффициент связи между катушками при этом может достигать высоких значений (до 30%) [58]. В связи с большой передаваемой мощностью актуальной становится проблема нагрева системы. Поэтому в литературе большое внимание уделяется оптимизации регулятора напряжения и

Похожие диссертационные работы по специальности «Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)», 05.13.01 шифр ВАК

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Миндубаев, Эдуард Адипович, 2018 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Schuder, J.C. Powering an Artificial Heart: Birth of the Inductively Coupled-Radio Frequency System in 1960 // The International journal of Artificial Organs. - 2002. - Vol. 26, № 11. - P. 909-915.

2. Danilov, A.A. Progress in Methods for Transcutaneous Wireless Energy Supply to Implanted Ventricular Assist Devices / A.A. Danilov, G.P. Itkin, S.V. Selishchev // Biomedical Engineering. - 2010. - Vol. 44, № 4. - P. 125-129.

3. Yakovlev, A. Implantable Biomedical Devices: Wireless Powering and Communication / A. Yakovlev, S. Kim, A. Poon // IEEE Communications Magazine. - 2012. - Vol. 50, № 4. -P. 152-159.

4. Wang, J. X. Energy Transmission and Power Sources for Mechanical Circulatory Support Devices to Achieve Total Implantability / J.X. Wang, J.R. Smith, P. Bonde // Annals of Thoracic Surgery. - 2014. - Vol. 97. - P. 1467-1474.

5. Flack, F.C. Mutual Inductance of air-cored Coils: Effect on Design of Radio-Frequency Coupled Implants / F.C. Flack, E.D. James, D.M. Schlapp // Journal of Medical and Biological Engineering. - 1971. - Vol. 9. - P. 79-85.

6. Covic G.A. Inductive Power Transfer / G.A. Covic, J.T. Boys // Proceedings of the IEEE. -2013. - Vol. 101, № 6. - P. 1276-1289.

7. Stielau, O.H. Design of loosely coupled inductive power transfer systems / O.H. Stielau, G.A. Covic // Proceedings of PowerCon 2000. - 2000. - P. 83-90.

8. Green, A.W. 10 kHz inductively coupled power transfer - concept and control // Fifth International Conference on Power Electronics and Variable-Speed Drives. - 1994. - P. 694699.

9. Mecke, R. Contactless inductive energy transmission systems with large air gap // EPE 2001 - Graz. - 2001. - P. 1-9.

10. Dowling, R.D. Current status of the AbioCor implantable replacement heart / R.D. Dowling [et al.] // The Annals of thoracic surgery. - 2001. - Vol. 71, № 3. - P. S147-S149.

11. Dowling, R.D. The AbioCor implantable replacement heart / R.D. Dowling [et al] // The Annals of thoracic surgery. - 2003. - Vol.75, № 6. - P. S93-S99.

12. Ford, B.J. A new generation of cardiology the AbioCor implantable replacement heart // Air medical journal. - 2003. - Vol. 22, № 4. - P. 26-30.

13. Holmes, E.C. The AbioCor totally implantable replacement heart // The Journal of

121

cardiovascular nursing. - 2003. - Vol.18, № 1. - P. 23-29.

14. Dowling, R.D. Initial experience with the AbioCor implantable replacement heart / R.D. Dowling [et al.] // The Journal of thoracic and cardiovascular surgery. - 2004. - Vol.127, №1.

- P. 131-141.

15. Горский, О.В. Исследование базовой модели индуктивно связанных контуров бесконтактного зарядного устройства // Информационно-управляющие системы. - 2013.

- № 6. - С. 48-57.

16. Shiba, K. Analysis of current density and specific absorption rate in biological tissue surrounding transcutaneous transformer for an artificial heart / K. Shiba, M. Nukaya, T. Tsuji, K. Koshiji // IEEE transactions on biomedical engineering. - 2008. - Vol. 55, № 1. - P. 205213.

17. Geselowitz, D.B. The effects of metals on a transcutaneous energy transmission system / D.B. Geselowtiz, Q.T.N. Hoang, R.P. Gaumond // IEEE transactions on biomedical engineering. - 1992. - Vol. 39, № 9. - P. 928-934.

18. Dissanayake, T.D. Experimental study of a TET system for implantable biomedical devices / T.D. Dissanayake [et al.] // IEEE Transactions on Biomedical Circuits and Systems. -2009. - Vol. 3, № 6. - P. 370-378.

19. Christ, A. Evaluation of wireless resonant power transfer systems with human electromagnetic exposure limits / A. Christ [et al.] // IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility. - 2013. - Vol. 55, № 2. - P. 265-274.

20. Fiandra, O. The first pacemaker implant in America / O. Fiandra // Pacing and Clinical Electrophysiology. - 1988. - Vol. 11, № 8. - P. 1234-1238.

21. Slaughter, M. Transcutaneous energy transmission for mechanical circulatory support systems: history, current status, and future prospects / M. Slaughter, T. Myers // Journal of Cardiac Surgery. - 2010. - Vol. 25, № 4. - P. 484-489.

22. Arzuaga, P. Cardiac pacemakers: Past, present and future / P. Arzuaga // IEEE Instrumentation and Measurement Magazine. - 2014. - Vol. 17, № 3. - P. 21-27.

23. Leung, H.Y. Minimizing power loss in air-cored coils for TET heart pump systems / H.Y. Leung, D.M. Budgett, A.P. Hu // IEEE Journal on Emerging and Selected Topics in Circuits. -2011. - Vol. 1, № 8. - P. 412-419.

24. Pelletier, B. System overview of the fully implantable destination therapy - ReinHeart-total artificial heart / Pelletier B. [et al.] // European Journal of Cardio-Thoracic Surgery. -

2015. - Vol. 47, № 1. - P. 80-86.

25. Mehta, S.M. The LionHeart LVD-2000: A completely implanted left ventricular assist device for chronic circulatory support / S.M. Mehta [et al.] // The Annals of Thoracic Surgery. 2001. - Vol. 71, № 3. - P. S156-S161.

26. Okamoto, E. A transcutaneous energy transmission system with hybrid energy coils for driving an implantable biventricular assist device / E. Okamoto [et al.] // Artificial Organs. -2009. - Vol. 33, № 8. - P. 622-626.

27. Weiland, J.D. Visual Prosthesis / J.D. Weiland, M.S. Humayun // Proceedings of the IEEE. - 2008. - Vol. 96, № 7. - P. 1076-1084.

28. Clark, G. Cochlear implants: Fundamentals and applications. - Springer, 2003. - 831 p.

29. Eldridge, P. The Role of Rechargeable Systems in Neuromodulation / P. Eldridge, B.A. Simpson, J. Gilbart // European Neurological Review. - 2011. - Vol. 6, № 3. - P. 187-192.

30. Lenaerts, B. Omnidirectional inductive powering for biomedical implants. - Springer Netherlands, 2009. - 222 p.

31. Wilson, B.S. Cochlear implants: current designs and future possibilities / B.S. Wilson, M.F. Dorman // Journal of rehabilitation research and development. - 2008. - Vol. 45, № 5. -P. 695-730.

32. Ng, D.C. Wireless technologies for closed-loop retinal prostheses / D.C. Ng [et al.] // Journal of Neural Engineering. - 2009. - Vol. 6, № 6. - P. 065004.

33. Ratner, B.D. Biomaterials Science: An Introduction to Materials in Medicine, 3rd ed. -Elsevier: Oxford, UK, 2013. - 1555 p.

34. www.sjm.com (дата обращения 25.08.2017).

35. www.medtronic.com (дата обращения 25.08.2017).

36. www.cyberonics.com (дата обращения 25.08.2017).

37. www.medel.com (дата обращения 25.08.2017).

38. Roes, M.G.L. Acoustic Energy Transfer: A Review / M.G.L. Roes, J.L. Duarte, M.A.M. Hendrix, E.A. Lomonova // IEEE Transactions on Industrial Electronics. - 2013. - Vol. 60, № 1. - P. 242-248.

39. Ho, J.S. Wireless power transfer to deep-tissue microimplants / J.S. Ho [et al.] // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 2014. -Vol. 111, № 22. - P. 7974-7979.

40. Amar, A.B. Power Approaches for Implantable Medical Devices / A.B. Amar, A.B. Kouki,

H. Cao // Sensors. - 2015. - Vol. 15, № 11. - P. 28889-28914.

41. Schuylenbergh, van K. Inductive powering / K. van Schuylenbergh, R. Puers. - Springer Netherlands, 2009. - 223 p.

42. Wang, J.X. Energy transmission and power sources for mechanical circulatory support devices to achieve total implantability / J.X. Wang, J.R. Smith, P. Bonde // The Annals of thoracic surgery. - 2014. - Vol. 97, № 4. - P. 1467-1474.

43. Wambsganss, P. Inductive power transmission system with stabilized output voltage / P. Wambsganss, D. Huwig // 2010 14th International Power Electronics and Motion Control Conference (EPE/PEMC). - 2010.

44. Kim, S. Wireless power transfer to a cardiac implant / S. Kim [et al.] // Applied Physics Letters. - 2012. - Vol. 101, № 7. - P. 073701.

45. Jourand, P. A class-E driven inductive power delivery system covering the complete upper body / Philippe Jourand, Robert Puers // Sensors and Actuators A: Physical. - 2012. -Vol. 183. - P. 132-139.

46. Mizannojehdehi, A. Design and analysis of a class-E frequency-controlled transcutaneous energy transfer system / Ahmad Mizannojehdehi, Maitham Shams, Tofy Mussivand // 13th IEEE International Conference on Electronics, Circuits and Systems. - 2006.

47. Sokal, N.O. Class E - A New Class of High-Efficiency Tuned Single-Ended Switching Power Amplifiers / N.O. Sokal, A.D. Sokal // IEEE Journal of Solid-State Circuits. - 1975. -Vol. SC-10, № 3. - P. 168-176.

48. Kendir, G.A. An Optimal Design Methodology for Inductive Power Link with Class-E Amplifier / G.A. Kendir [et al.] // IEEE Transactions on Circuits and Systems - I: Regular Papers. - Vol. 52, № 5. - P. 857-866.

49. Hu, A.P. Selected resonant converters for IPT power supplies. - 2001. - 217 p.

50. Si, P. Stabilizing the operating frequency of a resonant converter for wireless power transfer to implantable biomedical sensors / Ping Si [et al.] // 1st International Conference on Sensing Technology. - 2005. - P. 477-482

51. Puers, R. Recent progress on transcutaneous energy transfer for total artificial heart systems / R. Puers, G. Vandervoorde // Artificial Organs. - 2012. - Vol. 25, № 5. - P. 400405.

52. Wang, C.-S. Load models and their application in the design of loosely coupled inductive power transfer systems / Chwei-Sen Wang, O.H. Stielau, G.A. Covic // International

Conference on Power System Technology. - 2000. - Vol. 2. - P. 1053-1058.

53. Wang, C.-S. Power transfer capability and bifurcation phenomena of loosely coupled inductive power transfer systems / Chwei-Sen Wang, G.A. Covic, O.H. Stielau // IEEE Transactions on Industrial Electronics. - 2004. - Vol. 51, № 1. - P. 148-157.

54. Wang, C.-S. Investigating an LCL Load Resonant Inverter for Inductive Power Transfer Applications / Chwei-Sen Wang, G.A. Covic, O.H. Stielau // IEEE Transactions on Power Electronics. - 2004. - Vol. 19, № 4. - P. 995-1002.

55. Galbraith, D.C. A Wide-Band Efficient Inductive Transdermal Power and Data Link with Coupling Insensitive Gain / D.C. Galbraith, M. Soma, R.L. White // IEEE Transactions on Biomedical Engineering. - 1987. - Vol. BME-34, № 4. - P. 265-275.

56. Bocan, K. Adaptive transcutaneous power transfer to implantable devices: a state of the art review / K. Bocan, E. Sejdic // Sensors. - 2016. - Vol. 16, No. 3. - P. 393.

57. Gaddam, V.R. Remote power delivery for hybrid integrated bio-implantable electrical stimulation system. - 2005. - 96 p.

58. Vandevoorde, G. Wireless energy transfer for stand-alone systems a comparison between low and high power applicability / G. Vandevoorde, R. Puers // Sensors and Actuators A. -2001. - Vol. 92. - P. 305-311.

59. Goldstein, D.J. Continuous-flow devices and percutaneous site infections: Clinical outcomes / D.J. Goldstein [et al.] // The Journal of Heart and Lung Transplantation. - 2012. -Vol. 31. - P. 1151-1157.

60. Holman, W.L. Infection after implantation of pulsatile mechanical circulatory support devices / W.L. Holman [et al.] // Cardiothoracic Transplantation. - 2010. - Vol. 139. -P. 1632-1636.

61. Kirklin, J.K. Second INTERMACS annual report: More than 1,000 primary left ventricular assist device implants / The Journal of Heart and Lung Transplantation. - 2010. -Vol. 29, № 1. - P. 1-10.

62. Knecht, O. Optimization of transcutaneous energy transfer coils for high power medical applications / O. Knecht, R. Bosshard, J.W. Kolar, C.T. Starck // COMPEL. - 2014. - P. 1-10.

63. Knecht, O. High Efficiency Transcutaneous Energy Transfer for Implantable Mechanical Heart Support Systems / O. Knecht, R. Bosshard, J.W. Kolar // IEEE Transactions on Power Electronics. - 2015. - Vol. 30, № 11. - P. 6221-6236.

64. Калантаров П.Л., Цейтлин Л.А. Расчет индуктивностей: Справочная книга. - Л.:

Энергоатомиздат. Ленинградское отделение, 1986. - 488 с.

65. Karalis, A. Efficient wireless non-radiative mid-range energy transfer / Aristeidis Karalis, J.D.Joannopoulos, Marin Soljacic // Annals of Physics. - 2008. - Vol. 323, № 1. - P. 34-48.

66. Waters, B.H. Powering a ventricular assist device (VAD) with the free-range resonant electrical energy delivery (FREE-D) system / B.H. Waters, A.P. Sample, P. Bonde, J.R. Smith // Proceedings of the IEEE. - 2012. - Vol. 100, № 1. - P. 138-149.

67. Niu W.Q. Exact analysis of frequency splitting phenomena of contactless power transfer systems / W.Q. Niu, J.X. Chu, W. Gu, A.D. Shen // IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers. - 2013. - Vol. 60, № 6. - P. 1670-1677.

68. Schormans, M. Frequency splitting analysis and compensation method for inductive wireless powering of implantable biosensors / M. Schormans, V. Valente, A. Demosthenous // Sensors. - 2016. - Vol. 16, № 8. - P. E1229.

69. Изюмов Н.М., Линде Д.П. Основы радиотехники - М.: Радио и связь, 1983. - 376 с.

70. Bosshard, R. The n-a-pareto front of inductive power transfer coils / R. Bosshard, J. Muhlethaler, J.W. Kolar, I. Stevanovic // IECON 2012 - 38th Annual Conference on IEEE Industrial Electronics Society. - 2012. - P. 4270-4277.

71. Bosshard, R. Modeling and n-a-pareto optimization of inductive power transfer coils for electric vehicles / R. Bosshard [et al.] // IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics. - 2015. - Vol. 3, № 1. - P. 50-64.

72. Pozar, D. Microwave engineering, 4th edition. - Wiley, 2011. - 752 p.

73. Albulet, M. RF power amplifiers. - SciTech Publishing, 2001. - 366 p.

74. Miller, J.A. Development of an autotuned transcutaneous energy transfer system / J.A. Miller, G. Bélanger, T. Mussivand // ASAIO Journal. - 1993. - Vol. 39. - P. M706-M710.

75. Donaldson, P.E.K. Frequency-hopping in r.f. energy-transfer links / P.E.K. Donaldson // Electronic Wireless World. - 1986. - Vol. 2 - P. 24-26.

76. Данилов, А.А. Методы компенсации смещений катушек в системах индуктивной чрескожной передачи энергии к имплантируемым медицинским приборам / А.А. Данилов, Э.А. Миндубаев, С.В. Селищев // Медицинская техника. - 2017. - № 1. -С. 41-44.

77. Okamoto, E. A transcutaneous energy transmission system with hybrid energy coils for driving an implantable biventricular assist device / E. Okamoto [et al.] // Artificial Organs. -2009. - Vol. 33, № 8. - P. 622-626.

78. Mehta, S.M. The LionHeart LVD-2000: A completely implanted left ventricular assist device for chronic circulatory support / S.M. Mehta [et al.] // The Annals of Thoracic Surgery.

- 2001. - Vol. 71, № 3. - P. S156-S161.

79. Dormer, K.J. The use of rare-earth magnet couplers in cochlear implants / K.J. Dormer, G.L. Richard, J.V. Hough, R.E. Nordquist // Laryngoscope. - 1981. - Vol. 91, № 11. -P. 1812-1820.

80. Wilson, B.S. Cochlear implants: current designs and future possibilities / B.S. Wilson, M.F. Dorman // Journal of rehabilitation research and development. - 2008. - Vol. 45, № 5. -P. 695-730.

81. Ed. Leung, K.-S. Practice of Intramedullary Locked Nails - Springer Berlin Heidelberg, 2006.

82. Kiani, M. An RFID-based closed-loop wireless power transmission system for biomedical applications / M. Kiani, M. Ghovanloo // IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs. - 2010. - Vol. 57, № 4. - P. 260-264.

83. Si, P. A frequency control method for regulating wireless power to implantable devices / P. Si, A.P. Hu, S. Malpas, D. Budgett // IEEE Transactions on Biomedical Circuits and Systems.

- 2008. - Vol. 2, № 1. - P. 22-29.

84. Aldhaher, S. Tuning class E inverters applied in inductive links using saturable reactors / S. Aldhaher, Luk P.Chi-kwong, J.F. Whidborne // IEEE Transactions on Power Electronics. -2014. - Vol. 29, № 6. - P. 2969-2978.

85. Zierhofer, C.M. Geometric approach for coupling enhancement of magnetically coupled coils / C.M. Zierhofer, E.S. Hochmair // IEEE Transactions on Biomedical Engineering. -1996. - Vol. 43, № 7. - P. 708-714.

86. Jow, U.-M. Design and optimization of printed spiral coils for efficient transcutaneous inductive power transmission / U.-M. Jow, M. Ghovanloo // IEEE Transactions on Biomedical Circuits and Systems. - 2007. - Vol. 1, № 3. - P. 193-202.

87. Danilov, A.A. Space-frequency approach to design of displacement tolerant transcutaneous energy transfer system / A.A. Danilov, E.A. Mindubaev, S.V. Selishchev // Progress In Electromagnetics Research M. - 2015. - Vol. 44. - P. 91-100.

88. Babic, S. New formulas for mutual inductance and axial magnetic force between magnetically coupled coils: thick circular coil of the rectangular cross-section-thin disk coil (pancake) / S. Babic, C. Akyel // IEEE Transactions on Magnetics. - 2013. - Vol. 49, № 7. -

P. 860-868.

89. Babic, S. New formulas for mutual inductance and axial magnetic force between a thin wall solenoid and a thick circular coil of rectangular cross-section / S. Babic [et al.] // IEEE Transactions on Magnetics. - 2011. - Vol. 47, № 8. - P. 2034-2044.

90. Babic, S.I. Calculating mutual inductance between circular coils with inclined axes in air / S.I. Babic, C. Akyel // IEEE Transactions on Magnetics. - 2008. - Vol. 44, № 7. -P. 1743-1750.

91. Conway, J.T. Inductance calculations for noncoaxial coils using Bessel functions / J.T. Conway // IEEE Transactions on Magnetics. - 2007. - Vol. 43, № 3. - P. 1023-1034.

92. Conway, J.T. Noncoaxial inductance calculations without the vector potential for axisymmetric coils and planar coils / J.T. Conway // IEEE Transactions on Magnetics. - 2008.

- Vol. 44, № 4. - P. 453-462.

93. Conway, J.T. Exact solutions for the mutual inductance of circular coils and elliptic coils / J.T. Conway // IEEE Transactions on Magnetics. - 2012. - Vol. 48, № 1. - P. 81-94.

94. Conway, J.T. Analytical solutions for the self and mutual inductances of concentric coplanar disk coils / J.T. Conway // IEEE Transactions on Magnetics. - 2013. - Vol. 49, № 3.

- P.1135-1142.

95. Babic, S. Magnetic force between inclined circular filaments placed in any desired position / S. Babic, C. Akyel // IEEE Transactions on Magnetics. - 2012. - Vol. 48, № 1. - P. 69-80.

96. Babic, S. Mutual inductance calculation between circular filaments arbitrarily positioned in space: alternative to Grover's formula / S. Babic, F. Sirois, C. Akyel, C. Girardi, // IEEE Transactions on Magnetics. - 2010. - Vol. 46, № 9. - P. 3591-3600.

97. Jegadeesan, R. Topology selection and efficiency improvement of inductive power links / R. Jegadeesan, Y.-X. Guo // IEEE Transactions on Antennas and Propagation - 2012. -Vol. 60, № 10. - P. 4846-4854.

98. Soma, M. Radio-Frequency Coils in Implantable Devices: Misalignment Analysis and Design Procedure / M. Soma, D.C. Galbraith, L.W. White // IEEE Transactions on Biomedical Engineering. - 1987. - Vol. BME-34, № 4. - P. 276-282.

99. Dissanayake, T.D. An effective transcutaneous energy transfer (TET) system for artificial hearts. - 2010. - 210 p.

100. Krasteva, V.T. Magnetic stimulation for non-homogeneous biological structure / Krasteva, V.T., S. P. Papazov, I. K. Daskalov // Biomedical Engineering Online. - 2002. -

Vol. 1, № 3.

101. Ahma, L. Computation of SAR distribution in a human exposed to mobile phone electromagnetic fields / L. Ahma, M. Ibrani, E. Hamiti // PIERS Proceedings. - 2010. -P. 1580-1582.

102. Danilov, A.A. Design and evaluation of an inductive powering unit for implantable medical devices using GPU computing / A.A. Danilov, E.A. Mindubaev, S.V. Selishchev // Progress In Electromagnetics Research B. - 2016.- Vol. 69. - P. 61-73.

103. Hochmair, E.S. System optimization for improved accuracy in transcutaneous signal and power transmission / E.S. Hochmair // IEEE Transactions on Biomedical Engineering. - 1984. - Vol. BME-31, № 2. - P. 177-186.

104. Danilov, A.A. Operation modes evaluation of transcutaneous energy transfer unit / A.A. Danilov, E.A. Mindubaev // Proceedings of the 2017 IEEE Russia Section Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering Conference. - P. 20-23.

105. Danilov, A.A. Analysis and Comparison of an Inductive Powering Unit Control Methods / A.A. Danilov, E.A. Mindubaev, S.V. Selishchev // Progress In Electromagnetics Research Symposium 2017. - Saint-Petersburg, 2017. - P. 128.

106. Therman, F.E. Radio Engineering. - McGraw-Hill Book Company Inc., 1937. - 813 p.

107. Jegadeesan, R. Topology selection and efficiency improvement of inductive power links / R. Jegadeesan, Y.-X. Guo // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. - 2012. -Vol. 60, № 10. - P. 4846-4854.

108. Danilov, A.A. Influence of angular coil displacements on effectiveness of wireless transcutaneous inductive energy transmission / A.A. Danilov, E.A. Mindubaev // Biomedical Engineering. - 2015. - Vol. 49, № 3. - P. 171-173.

109. Friedmann, J. A novel universal control scheme for transcutaneous energy transfer (TET) applications / Friedmann, J., F. Groedl, and R. Kennel // IEEE Journal on Emerging and Selected Topics in Circuits. - 2015. - Vol. 3, № 1. - P. 296-305.

110. Ghovanloo, M. An overview of the recent wideband transcutaneous wireless communication techniques / M. Ghovanloo // 33rd Annual International Conference of the IEEE EMBS, 2011. - P. 5864-5867.

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ

АИП - активный имплантируемый прибор МПК - механическая поддержка кровообращения РИПЭ - резонансная индуктивная передача энергии СВК - система вспомогательного кровообращения

Приложение А Патент на изобретение РФ

Авторы: Данилов Арсений Анатольевич (ЯП), Маслобоев Юрий Петрович (ЯII), Миндубаев Эдуард Адипович (ЯII), Потапов Дмитрий Александрович (ЯЦ), Селищев Сергей Васильевич (Я11)

Приложение Б Акты об использовании результатов диссертации

«УТВЕРЖДАЮ»

Проректор по учебной работе МИЭТ,

д.т.н., профессор

- -у-

2017 г.

И.Г. Игнатова

АКТ

об использовании в учебном процессе I Гационального исследовательского университета «МИЭТ» результатов диссертационной работы Миндубасва Эдуарда Адиповича «Исследование системных связей при резонансной индуктивной передаче энергии к активным имплантируемым приборам»

Настоящим подтверждается, что результаты диссертационной работы Миндубасва Э.А. «Исследование системных связей при резонансной индуктивной передаче энергии к активным имплантируемым приборам» использовались в учебном процессе МИЭТ в лекционном курсе по дисциплине «Беспроводная передача энергии и информации в биологических средах» для студентов МИЭТ, обучающихся на кафедре биомедицинеких систем по направлению 12.03.04 «Биотехнические системы и технологии», профиль подготовки «Биомедицинская электроника».

Заведующий кафедрой БМС, д.ф.-м.н., профессор

С.В. Селищев

«УТВЕРЖДАЮ»

/Д.т.н., профессор

О ■ ■ ' Г. ' . ./

оректор по научной работе МИЭТ,

V

^и^Я 2017 г.

С.Л. Гаврилов

АКТ

об использовании результатов диссертационной работы Миндубаева Эдуарда Адиповича «Исследование системных связей при резонансной индуктивной передаче энергии к активным имплантируемым приборам»

Настоящим подтверждается, что результаты диссертационной работы Миндубаева Э.А. «Исследование системных связей при резонансной индуктивной передаче энергии к активным имплантируемым приборам» использовались при выполнении следующих проектов:

«Разработка методов и средств построения адаптивных систем беспроводного энергообеспечения персонифицированных имплантируемых медицинских приборов» (Задание № 12.2339.2017/ПЧ, идентификатор № 12.2339.2017/4.6).

- «Миниатюризация имплантируемых насосов крови для их применения в педиатрической кардиохирургии» (Соглашение о предоставлении субсидии от «22» сентября 2015 № 14.581.21.0014, уникальный идентификатор соглашения К1 МК1 1581 15X0014).

Заведующий кафедрой БМС, д.ф.-м.н., профессор

С.В. Селищев

АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО «ЗЕЛЕНОГРАДСКИЙ ИННОВАЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ЦЕНТР»

Юридический адрес: 124527, г. Москва, Зеленоград, Солнечная аллея, дом 8

Фактический адрес: 124527, г. Москва, Зеленоград, Солнечная аллея, дом 8

Тел/факс (499) 720-69-25 с-таЛ: info@zitc.ru

ИНН 7735088621/КПП 773501001 ОГРН 1027739612010 от 25.11.2002г.

ОКНО 18324803 ОКВЭД 72.19, 68.20 ОКТМО 45927000 ОКФС 43 ОКО! 1Ф 12267 ОКОГУ42ЮОИ Р/с 40702810900001444052 в АО «Райффайзенбанк» г. Москва К/с 30101810200000000700, БИК 044525700

результатов диссертационной работы Миндубаева Эдуарда Адиповича «Исследование системных связей при резонансной индуктивной передаче энергии к активным имплантируемым приборам», представленной на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.13.01 -Системный анализ, управление и обработка информации (технические системы)

Настоящим актом подтверждается, что результаты диссертационной работы Миндубаева Э.Л. по исследованию беспроводной передачи энергии используются в системе длительного искусственного кровообращения на основе имплантируемого педиатрического насоса крови (далее - ИПНК) для использования в педиатрической кардиохирургии. Результаты были получены в рамках договора о софинансировании АО «ЗИТЦ» работ по комплексному проекту на тему «Миниатюризация имплантируемых насосов крови для их применения в педиатрической кардиохирургии» по Соглашению с Минобрнауки России о предоставлении субсидии от «22» сентября 2015 № 14.581.21.0014.

ИПНК обеспечивает на выходе постоянный кровоток со скоростью от 0,5 до 4 л/мин. Насос обладает массо-габаритными характеристиками, позволяющими использовать его в педиатрической кардиохирургии: масса насоса равна 100 г, диаметр насоса составляет 26 мм. Потребляемая мощность насоса не превышает 7 Вт.

Разработанная Миндубаевым Э.А. аналитическая модель системы беспроводной передачи энергии при помощи индуктивной связи позволила определить требования к параметрам системы беспроводного энергопитания и оценить целесообразность применения беспроводного канала в ИПНК. Полученные в ходе выполнения диссертационной работы результаты исследований легли в основу производства первого в Российской Федерации имплантируемого педиатрического насоса крови. В настоящее время опытный образец насоса проходит ряд предварительных испытаний, в том числе токсикологические испытания, испытания на биосовместимость и безопасность.

Разрабатываемая Система на основе ИПНК подлежит промышленному освоению силами АО «ЗИТЦ» в срок не позднее 2018 года.

Руководитель отдела ВМИ АО «ЗИТЦ», к.т.н.

/¿ЗИТЦ

Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.