Архив номеров
Медицинская Техника / Медицинская техника №1, 2022 / с. 31-33

Влияние материалов корпуса имплантата на нагрев тканей при индуктивной чрескожной передаче энергии

Е.В. Рябченко, А.А. Данилов


Аннотация

Выполнено численное моделирование нагрева окружающих биологических тканей модулем чрескожной индуктивной передачи энергии с номинальной выходной мощностью 500 мВт. Использованы четырехслойная модель биологической ткани «кожа- жир-фасция-мышцы» и модель модуля индуктивной передачи энергии, включающая в себя три объемных источника тепла: передающую катушку в корпусе, размещенную на коже; принимающую катушку в корпусе, размещенную в жировом слое; выпрямитель в корпусе, также размещенный в жировом слое. Исследованы шесть материалов для корпуса: пластик АБС, полипропилен, поликарбонат, силикон, полиэтилен терефталат, керамика YTZP. Установлено, что при использовании керамики YTZP нагрев тканей минимален (максимальное увеличение температуры составило 1,6 °C), а при использовании полипропилена нагрев тканей максимален (максимальное увеличение температуры составило 2,3 °C).


Вернуться к содержанию

Сведения об авторах

Екатерина Викторовна Рябченко, аспирант,
Арсений Анатольевич Данилов, канд. физ.-мат. наук, доцент, Институт биомедицинских систем, Национальный исследовательский университет МИЭТ, г. Москва, г. Зеленоград,

Список литературы

1. Khan R.K., Pavuluri S.K., Cummins G., Desmulliez M.P.Y. Wireless Power Transfer Techniques for Implantable Medical Devices: A Revie // Sensors. 2020. Vol. 20. PР. 1-56.
2. Schormans M., Valente V., Demosthenous A. Practical Inductive Link Design for Biomedical Wireless Power Transfer: A Tutorial // IEEE Transcations on Biomedical Circuits and Systems. 2018. Vol. 12. № 5. PP. 1112-1130.
3. Shadid R., Noghanian S. A Literature survey on wireless power transfer for biomedical devices // International Journal of Antennas and Propagation. 2018. № 5. PР. 1-11.
4. Bocan N.K., Sejdic E. Adaptive transcutaneous power transfer to implantable devices: State of art review // Sensors. 2016. Vol. 16. № 3. P. E393.
5. Clark G. Cochlear implants: Fundamentals and applications. – Springer, 2003. 831 p.
6. Eldridge P., Simpson B.A., Gilbart J. The Role of Rechargeable Systems in Neuromodulation // European Neurological Review. 2011. Vol. 6. № 3. PP. 187-192.
7. Wang J., Smith J.R., Bonde P. Energy transmission and power sources for mechanical circulatory support devices to achieve total implantability // The Annals of Thoracic Surgery. 2014. Vol. 97. № 4. PP. 1467-1474.
8. Danilov A.A., Itkin G.P., Selishchev S.V. Progress in methods for transcutaneous wireless energy supply to implanted ventricular assist devices // Biomedical Engineering. 2010. Vol. 44. № 4. PP. 125-129.
9. Bergmann G. et al. High-tech hip implant for wireless temperature measurements in vivo // PLoS One. 2012. Vol. 7. № 8. P. e43489.
10. Weiland J.D., Humayun M.S. Visual Prosthesis // Proceedings of the IEEE. 2008. Vol. 96. № 7. PP. 1076-1084.
11. Au S.L.C., McCormick D., Budgett D. Thermal safety of a transcutaneous energy transfer system for ventricular assist devices / 27th Annual Meeting of the International Society for Mechanical Circulatory Support. 2020. P. E54.
12. Weinmann J.J., Sparrow E.M. Heat Flow from Rechargeable Neuromodulation Systems into Surrounding Media // Neuromodulation: Technology at the Neural Interface. 2009. Vol. 12. № 2. PP. 114-121.
13. Knecht O., Bosshard R., Kolar J. W. High-Efficiency Transcutaneous Energy Transfer for Implantable Mechanical Heart Support Systems // IEEE Transactions on Power Electronics. 2015. Vol. 11. № 30. PP. 6221-6236.
14. Lazzi G. Thermal Effects of Bioimplants: Power Dissipation Characteristics and Computational Methods // IEEE Engineering in Medicine and Biology Magazine. 2005. Vol. 24. № 5. PP. 75-81.
15. ГОСТ Р ИСО 14708-1-2012 Имплантаты хирургические. Активные имплантируемые медицинские изделия (2008).
16. Lovik R.D., Abraham J.P., Sparrow E.M. Potential tissue damage from transcutaneous recharge of neuromodulation implants // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2009. Vol. 52. PP. 3518-3524.
17. Danilov A.A., Mindubaev E.A., Gurov K.O., Aubakirov R.R., Surkov O.A., Ryabchenko E.V., Selishchev S.V. A Device for Wireless Powering of Battery-Free Implants via Inductive Coupling // Biomedical Engineering. 2020. Vol. 53. № 5. PP. 309-311.
18. Mehta S., Pae W.E.Jr., Rosenberg G. The LionHeart LVD-2000: A completely implanted left ventricular assist device for chronic circulatory support // Ann. Thorac. Surg. 2001. Vol. 71. PP. S156-S161.
19. Lovik R.D., Abraham J.P., Sparrow E.M. Potential tissue damage from transcutaneous recharge of neuromodulation implants // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2009. Vol. 52. PP. 3518-3524.
20. Knecht O., Kolar J.W. Impact of Transcutaneous Energy Transfer on the Electric Field and Specific Absorption Rate in the Human Tissue / IECON 2015 – 41st Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society. November 9-12, 2015. Yokohama, Japan. PP. 004977-004983.
21. Au Sh.L.C., McCormick D., Lever N., Budgett D. Thermal evaluation of a hermetic transcutaneous energy transfer system to power mechanical circulatory support devices in destination therapy // Artificial Organs. 2020. Vol. 44. № 9. PP. 955-967.