Implementation of Digital Control and Communication Protocol for Low Power Medical Implants

dc.contributorAalto-yliopistofi
dc.contributorAalto Universityen
dc.contributor.advisorKosunen, Marko
dc.contributor.authorAhmed, Nouman
dc.contributor.schoolSähkötekniikan korkeakoulufi
dc.contributor.supervisorRyynänen, Jussi
dc.date.accessioned2016-08-26T08:59:49Z
dc.date.available2016-08-26T08:59:49Z
dc.date.issued2016-08-24
dc.description.abstractImplanted electrodes at the scalp or beneath skin provides an efficient substitute to wired electrodes in order to measure frequency and seizure location for patients suffering from severe epilepsy. A efficient wireless communication system can deliver an improved set of measurement results and can assist with ease for patients. This work aims at implementation of efficient protocol to achieve wireless data transmission and to gain a digital control over communication between the medical sensor implant and the EEG monitoring device. The system is based on inductive powering and inductive coupling for implantable devices. The inductive link uses mutual inductance of two coupled coils of RFID tag and an external reader and it consumes less electrical power than conventional radio systems which also removes the need of batteries. The operation to transmit data through wireless inductive link communication comprise transmitting RFID reader signals, receiving RFID response signals and determining range of RFID implanted device. The operation is achieved by digitally controlling communication between implanted RFID tag and external reader. The implemented digital system consist of four digital blocks including a First in First Out (FIFO), a Cyclic Redundancy Check (CRC) error detection and single bit error correction block, a FMO encoder block and a state logic block. The system is implemented on XILINX Zc706 FPGA board which serves as a controller to digital inductive transceiver and is tested using UART communication between PC and implemented inductive transceiver on FPGA. The objective is to achieve high data rate and to minimize error rate in the communication to build a very high speed and high performance system. High speed enables the continuous EEG data monitoring from brain without data overlapping while error free data ensures correct data communication which is very critical in EEG signals monitoring.en
dc.description.abstractIhon alle implantoidut elektrodit tarjoavat epilepsiapotilaille tehokkaan vaihtoehdon tavanomaisille langallisille elektrodeille epilepsiakohtauksien taajuuden ja sijainnin mittauksessa. Tehokas langaton tiedonsiirtojärjestelmä voi toimittaa mittaustulokset ja edistää potilasmukavuutta. Tässä työssä pyritään toteuttamaan tehokas protokolla tiedonsiirtoon ja digitaaliseen ohjaukseen langattoman anturi-implantin ja aivosähkökäyrää seuraavan ulkoisen vastaanottimen välille. Järjestelmä pohjautuu induktiiviseen tehonsiirtoon ja induktiiviseen kytkeytymiseen. Induktiivinen linkki käyttää kahden RFID-kelan keskinäisinduktanssia tiedon- ja tehon yhtäaikaisessa siirrossa, mahdollistaen tavanomaista radiojärjestelmää pienemmän tehonkulutuksen ja paristottoman laitteen. Tiedonsiirto sisältää RFID-lukijan komentojen lähetyksen, RFID-vastauksien vastaanottamisen ja implantoidun RFID-laitteen etäisyyden päättelemisen. Näitä toimintoja hallitaan digitaalisella ohjauksella. Toteutettu digitaalinen järjestelmä muodostuu neljästä osasta: FIFO-puskurista, CRC-virheentunnistuksesta ja yksibittisestä CRC-virheenkorjauslogiikasta, FM0-enkooderista, ja tilakoneesta. Järjestelmä on toteutettu XILINX Zc706 FPGA-alustalla, joka toimisi ohjausyksikkönä induktiiviselle järjestelmälle. Testauksessa FPGA-alustaa ohjattiin tietokoneella UART-sarjaportin kautta. Tavoitteena on saavuttaa nopea tiedonsiirtonopeus ja minimoida virheiden määrä korkean suoritusasteen järjestelmän rakentamiseksi. Nopea tiedonsiirto mahdollistaa jatkuva-aikaisen vastaanottamisen ilman uudelleenlähetystä, ja virheettömyys takaa aivosähkökäyrämittauksessa kriittisen tiedon säilymisen siirron aikana.fi
dc.format.extent47+8
dc.format.mimetypeapplication/pdfen
dc.identifier.urihttps://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/21558
dc.identifier.urnURN:NBN:fi:aalto-201608263017
dc.language.isoenen
dc.locationP1fi
dc.programmeEST - Master’s Programme in Micro and Nanotechnology (TS2005)fi
dc.programme.majorMicro and Nanotechnologyfi
dc.programme.mcodeS3010fi
dc.rights.accesslevelopenAccess
dc.subject.keywordcyclic redundancy check (CRC)en
dc.subject.keywordfirst in first out buffer (FIFO)en
dc.subject.keywordencoderen
dc.subject.keywordbackscatteringen
dc.subject.keywordRFID tagen
dc.subject.keywordinductive couplingen
dc.titleImplementation of Digital Control and Communication Protocol for Low Power Medical Implantsen
dc.titlePienitehoisten lääketieteellisten implanttien digitaalisen ohjauksen ja kommunikaatioprotokollan toteutusfi
dc.typeG2 Pro gradu, diplomityöfi
dc.type.okmG2 Pro gradu, diplomityö
dc.type.ontasotMaster's thesisen
dc.type.ontasotDiplomityöfi
dc.type.publicationmasterThesis
local.aalto.idinssi54233
local.aalto.openaccessyes
Files
Original bundle
Now showing 1 - 1 of 1
No Thumbnail Available
Name:
master_Ahmed_Nouman_2016.pdf
Size:
1.2 MB
Format:
Adobe Portable Document Format