Characterization and optimization of wireless links for implanted applications and inkjet printing technology feasibility study

Resumen

En este trabajo de investigación se caracteriza y optimiza las comunicaciones inalámbricas con implantes y se realiza un estudio de viabilidad de la tecnología inkjet printing como proceso de fabricación de antenas implantadas. Se estudian los conceptos básicos de electromagnetismo que son necesarios para estudiar la comunicación con dispositivos implantados describiendo las principales propiedades electromagnéticas de los tejidos, los diferentes modelos matemáticos para representarlos y los distintos modelos conocidos como phantoms, para representar el cuerpo humano. Hay dos formas de comunicarse con los implantes, basándose en campo cercano o lejano. La mayoría de las aplicaciones e investigaciones se centran en campo cercano. Una metodología que incluye un estudio analítico, simulaciones y medidas se ha llevado a cabo para estudiar e identificar la topología óptima para las aplicaciones implantadas. Con esta metodología se han estudiado las compensaciones necesarias, las condiciones de estabilidad y se ha realizado un análisis de eficiencia. La topología serie-serie ofrece grandes ventajas para las aplicaciones implantadas porque la frecuencia de resonancia del circuito primario es independiente del factor de acoplo. Se ha estudiado la viabilidad de utilizar una antena implantada sobre substrato flexible utilizando la tecnología inkjet printing. En este contexto, se han descrito las ventajas y limitaciones de esta tecnología para el diseño y fabricación de antenas implantadas flexibles. Esta tecnología de fabricación se puede considerar como una técnica muy prometedora para la fabricación de antenas implantadas flexibles y totalmente biocompatibles. También se han estudiado las comunicaciones con implantes basadas en campo lejano. Se ha definido una estrategia para caracterizar las comunicaciones basándose en una combinación de métodos analíticos, de simulación y de medidas. Se ha caracterizado la atenuación de una onda plana en un phantom homogéneo en una sala anecoica y de esta forma se han estudiado los límites de los phantoms basados en agua y azúcar. Se han utilizado distintos modelos de cuerpo humano para estudiar la influencia de los distintos tejidos en las aplicaciones implantadas, centrando el estudio en los implantes subcutáneos. Se ha analizado el efecto de la piel y la grasa/grasa subcutanea en el comportamiento del campo eléctrico con un modelo planar heterogéneo de cuatro capas. Por último, se han simulado los modelos voxel de Virtual Family de la fundación IT¿IS y la CST Voxel Family de la empresa CST. Se valida la utilización de modelos heterogéneos planares de cuatro capas para aplicaciones implantadas subcutáneas mediante la comparación con los correspondientes modelos voxel.