Modular development platform for implantable wireless medical sensor devices

Loading...
Thumbnail Image
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan korkeakoulu | Master's thesis
Date
2015-10-19
Department
Major/Subject
Elektroniikka ja sovellukset
Mcode
S3007
Degree programme
EST - Elektroniikka ja sähkötekniikka (TS2005)
Language
en
Pages
56+8
Series
Abstract
Implanting medical sensor devices under skin improves the quality of the acquired measurement results, and can greatly increase the comfort for the patient in prolonged measurement. Design of such complex devices and related systems benefits from using a dedicated development platform that represents the functionalities and associated challenges. This work presents the design, implementation and verified performance of a modular platform that can be used in demonstration, development and testing of various functionalities of wireless medical sensor implants. The system is constructed using discrete components and consists of five inter connectable modules, each representing a specific function of the sensor implant system: bio potential measurement front-end module, wireless communication front-end module, clock and power management module, control logic module and external reader module. The implemented system has measurement front-end with an ENOB of 9 bits and configurable structure for the needs of various bio potentials. Wireless data transfer operates at 840-960 MHz with supported data rate up to 640 kbps. The system demonstrates dual carrier operation for separating the power and data transfers. Power can be harvested and clock extracted from 6.75 MHz or 865 MHz radio signals, both radio signals can be generated by the external reader. Control logic is provided with a high-end FPGA evaluation board. The completed platform can be used for developing and testing aspects for novel implanted devices, such as different radio communication schemes, radio antenna options, or controls and algorithms in digital logic.

Lääketieteellisten anturien asettaminen ihon alle parantaa biopotentiaalimittauksien tulosten laatua ja pitkäaikaisten mittauksien mukavuutta potilaalle. Näiden monimutkaisten laitteiden suunnittelua voidaan tehostaa käyttämällä apuna sovelluskohtaista kehitysalustaa. Tässä työssä suunnitellaan ja toteutetaan modulaarinen, korkean suorituskyvyn kehitysalusta biopotentiaalia mittaavien langattomien anturi-implanttijärjestelmien eri toiminnallisuuksien esittelyyn, kehitykseen ja testaukseen. Diskreeteillä komponenteilla toteutettu järjestelmä koostuu viidestä moduulista: biopotentiaalien mittausmoduuli, langattoman tiedonvälityksen radiomoduuli, tehon ja kellosignaalin keräysmoduuli, ohjauslogiikkamoduuli, ja kehon ulkopuolinen lukijamoduuli. Kehitysalusta on muokattavissa eri biopotentiaalien mittauksien tarpeisiin. Mittausetupään tehollinen bittimäärä on 9 bittiä. Langatonta tiedonsiirtoa tuetaan 840 - 960 MHz taajuuskaistalla 640 kbps siirtonopeuksiin asti. Järjestelmällä voidaan demonstroida kahden kantoaallon yhtäaikaista käyttämistä, jolloin tehon- ja tiedonsiirto voidaan tarvittaessa erottaa toisistaan. Tehoa voidaan kerätä ja kellosignaaleja muodostaa 6,75 MHz ja 865 MHz taajuuksien radiosignaaleilta, jotka molemmat voidaan luoda hallitusti lukijamoduulilla. Ohjauslogiikka on toteutettu käyttäen ohjelmoitavaa porttimatriisipiiriä. Kehitysalustaa voidaan käyttää uusien implanttijärjestelmien suunnittelussa, esimerkiksi eri tiedonsiirtotapojen, antennirakenteiden, ohjauslogiikan ja digitaalisten algoritmien arvioinnissa.
Description
Supervisor
Ryynänen, Jussi
Thesis advisor
Kosunen, Marko
Keywords
sensor, implant, biopotential, rfid, development, platform
Other note
Citation