Técnica de biotelemetria passiva com unidade implantável de apenas um componente

Abstract

Biotelemetry techniques with passive implantable sensing units are very useful to monitor physiological parameters that must be invasively measured, once they are able to remain inside the observed patient for long periods. This work describes the development of a new biotelemetry technique, which offers desirable characteristics in this kind of application, such as batteryless sensing unit and a minimal number of electronic components on it: only an inductive transducer itself. Besides theoretical modelling, also practical specifications of components for the validation of the system are presented and discussed, resulting in a set of conditions that must be fulfilled and in a 15 step method to perform measurements. Impedance phase measurements of a resonant reading circuit, which is magnetically coupled to the senor unit, are used to obtain the value of the target parameter. Mathematical models of circuit behaviour are presented in details, considering different aspects of practical applications, like parasitic capacitances in coils or inductance changes due to the variation of the distance between the reading unit and the sensor. Also the definition of different boundary values to the mathematical models is presented in this work. Theoretical and experimental results point to the viability of the suggested technique, and remote inductances could be measured with more than 95 % accuracy, when separated by 10 mm from the reading unit. Apart from suggestions for further developments with focus on the application of the presented technique with a small dimensions sensing unit, this work also describes the development of an inductive sensor to monitor pressure remotely and the obtained experimental results, with measurement errors below 15 %. Results from this work indicate that sensor units for biotelemetry applications can be build in a simple way, made of a single component, offering thus a new alternative to monitor different physiological parameters. Biotelemetrische Techniken, die mit implantierbaren Sensoren arbeiten, sind nürtzlich bei der invasiven Evaluierung von physiologischen Parametern, da der zu beobachtende Patient für längere Zeit die Implantate in sich behalten kann. Die Entwicklung einer neuen Technik für Biotelemetrie wird in dieser Arbeit dargestellt. Diese Technik erfüllt einige der gewünschten Bedingungen für diese Art von Anwendung und ermöglicht die Nutzung eines Sensors ohne Batterien, gebaut aus einem einzigen elektronischen Element, welches der induktivische Transduktor selber ist. Neben der theoretischen Modellierung, werden auch praktischen Angaben bezüglich der Komponenten für die Evaluierung der vorgeschlagenen Technik präsentiert und diskutiert. Daraus wird eine Gruppe von Bedingungen, die beachtet werden müssen, als auch eine aus 15 Schritten bestehende Methode für die Durchführung einer Messung abgeleitet. Es werden Phasenwinkelwerte von der Impedanz eines externen zu dem Sensor magnetisch gekuppelten Schaltkreis verwendet, um die gewünschten Parameter zu messen. Es werden ausführliche Mathematische Modelle zum Verhalten des Schaltkreises präsentiert. Dabei werden unterschiedliche Aspekte von praktischen Anwendungen, wie zum Beispiel parasitäre Kapazitäten innerhalb von Spulen und induktanzänderungen aufgrund des Kupplungsabstandes zwischen der Leseeinheit und den Transduktor, betrachtet. Die Bestimmung verschiedene Randbedingungen, notwendig für den Erhalt anwendbare mathematische Modelle, werden in dieser Arbeit ebenfalls präsentiert. Sowohl theoretische als auch praktische Ergebnisse deuten auf die Funktionstüchtigkeit der Technik hin, und Induktivitäten, die sich 10mm von der leseeinheit entfernt befanden, konnten mit mehr als 95% Genauigkeit gemessen werden. Die Arbeit enthält einige Vorschläge für die Entwicklung neuer Anwendungen mit der hier vorgestellten Technik, mit Hinsicht auf Sensoren mit kleinen Dimensionen. Die Entwicklung eines induktivischen Sensors, welcher für die ferne Messung von Druck geeignet ist, wird in der Arbeit dargestellt. Mit dem Sensor wurden Messfehler von weniger als 15% bei der Mesung von Luftdruck erreicht. Die mit dieser Arbeit gewonnenen Erkenntnisse deuten auf eine Möglichkeit der Nutzung einfacher Sensoren, bestehend aus nur Baustein, in der Biotelemetrie. Hiermit wird eine neue Alternative für die Messung unterschiedlicher physiologischer Parameter vorgestellt.