Wireless Communication with Medical Implants: Antennas and Propagation

Abstract: Popular Abstract in Swedish Teknikutvecklingen leder till att vi får allt mer avancerade elektroniska medicinska implantat. Dessa spänner idag från den välkända hjärtpacemakern till avancerade hörselimplantat, hjärnstimulatorer och implanterbara medicinpumpar. Med de allt mer avancerade implantaten har också deras behov av att ta emot styrsignaler från utsidan av kroppen, och deras förmåga att sända ut mätdata inifrån kroppen, ökat. Idag sker denna kommunikation med hjälp av en induktiv länk via spolar, som har nackdelar i att de har väldigt kort räckvidd och att datahastigheten är låg. Ett frekvensband har därför avdelats för medicinska implantat vid 400 MHz, under namnet MICS, Medical Implant Communication Systems. Vi har tittat på det som är nytt när ett sådant system skall implementeras. Dels hur man på bästa sätt skall konstruera antenner som skall sitta inuti människan, dels hur radiovågorna utbreder sig i människokroppen och i rummet utanför. Antennkonstruktionen påverkas av de stora förlusterna i kroppens vävnader och av kravet på att antennen skall vara liten så den får plats på implantatet. Vi har undersökt nödvändig tjocklek på isoleringen runt antennen och kontrollerat att gränsvärden för uppvärmning av vävnaden (SAR) inte överskrids. Vågutbredningen i kroppen visar sig bero på kroppens storlek och form och på kroppsställningen. Systemet är främst tänkt att användas inomhus. Eftersom våglängden är relativt lång, 74 cm, kommer all kommunikation att ske inom det så kallade närfältet. Denna vågutbredning skiljer sig från den klassiska, och vi har därför undersökt den både genom simuleringar och mätningar. Datorutvecklingen har lett till att vi idag exakt kan simulera hur det elektromagnetiska fältet utbreder sig i ett möblerat rum vid dessa frekvenser. Vi har sedan använt resultaten från våra undersökningar för att verifiera att MICS systemet skall gå att implementera. Från undersökningarna kan man också dra slutsater om nödvändig komplexitet hos basstationen som skall komunicera med implantatet.