008240612s2023      us  |||||||||||||||c||eng  d
■001000016935412
■00520240214101928
■006m          o    d                
■007cr#unu||||||||
■020    ▼a9798380731843
■035    ▼a(MiAaPQ)AAI30720617
■035    ▼a(MiAaPQ)PennState_24018zxk92
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a617.95005
■1001  ▼aKashani,  Zeinab.
■24510▼aUltrasonic  Wireless  Power  and  Data  Transmission  to  Miniaturized  Biomedical  Implants  Using  Phased  Array▼h[electronic  resource]
■260    ▼a[S.l.]:▼bThe  Pennsylvania  State  University.  ▼c2023
■260  1▼aAnn  Arbor  :▼bProQuest  Dissertations  &  Theses,  ▼c2023
■300    ▼a1  online  resource(157  p.)
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  85-05,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Kiani,  Mehdi.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--The  Pennsylvania  State  University,  2023.
■506    ▼aThis  item  must  not  be  sold  to  any  third  party  vendors.
■520    ▼aThis  PhD  dissertation  focuses  on  developing  efficient  ultrasonic  (US)  wireless  power  and  data  transfer  technologies  for  biomedical  implants  with  millimeter  (mm)  dimensions.  An  ultrasonically  interrogated  (power/data)  system  with  an  external  US  array  for  beam  focusing  and  steering  through  US  beamforming  is  proposed  to  enable  gastric  electrical-wave  mapping  for  diagnosing  and  eventually  treating  gastrointestinal  motility  disorders.  The  dissertation  is  divided  into  five  parts.  In  the  first  part,  the  theory,  design,  and  characterization  of  a  wireless  power  transfer  (WPT)  link  using  mm-sized  receivers  (Rx)  and  a  phased  array  (as  external  transmitter)  are  discussed.  For  given  constraints  imposed  by  the  application  and  fabrication,  such  as  the  load  (RL)  and  focal/powering  distance  (F),  the  optimal  geometries  of  a  US  phased  array  and  Rx  transducer,  as  well  as  the  optimal  operation  frequency  (fc)  are  found  through  an  iterative  design  procedure  to  maximize  the  power  transfer  efficiency  (PTE).  An  optimal  figure  of  merit  (FoM)  related  to  the  link's  PTE  is  proposed  to  simplify  the  US  array  design.  In  measurements,  a  fabricated  16-element  array  driven  by  100  V  pulses  at  an  optimal  frequency  generated  a  US  beam  with  a  pressure  output  of  0.8  MPa  and  delivered  up  to  6  mW  to  a  1  mm3  Rx  with  a  PTE  of  0.14%.In  the  second  part  of  this  dissertation,  a  comprehensive  study  of  wireless  power  transmission  using  a  32-element  phased  array  capable  of  beam  focusing  and  steering  up  to  50  mm  depth  and  ±60o  angle  is  provided.  The  performance  of  the  US  WPT  link  using  mm-sized  US  receivers  with  different  geometries  and  dimensions,  the  effect  of  different  types  of  errors  in  the  delay  profile  of  the  beamforming  system  on  the  delivered  power,  and  the  feasibility  and  efficacy  of  implant's  localization  with  pulse-delay  measurements  with  limited  number  of  elements  are  investigated.  The  WPT  link  performance  is  evaluated  based  on  the  delivered  power  (within  FDA  safety  limits)  to  mm-sized  receivers  with  different  geometries  and  diameters.In  the  third  part  of  this  dissertation,  optimal  US  pulse  transmission  is  demonstrated  that  could  be  used  for  data  transmission  to/from  millimeter-sized  biomedical  implants  in  general  or  the  self-image-guided  ultrasonic  (SIG-US)  WPT.  In  SIG-US  WPT,  short  pulses  are  transmitted  by  the  implant  periodically.  The  relative  delays  in  the  received  signal  by  each  external  transducer  in  an  array  are  then  used  to  guide  the  beamformer  for  optimal  steering  of  the  power  beam  towards  the  implant.  The  effect  of  number  of  transmitted  pulses  on  the  amplitude  of  the  received  signal  is  studied,  which  is  vital  for  low-power  robust  transmission.  Furthermore,  an  adaptive  application-specific  integrated  circuit  (ASIC)  for  closed-loop  low-power  (and  robust)  US  pulse-based  data  transmission  is  presented.  The  number  of  transmitted  US  pulses  is  changed  based  on  the  received  voltage  at  the  external  unit  in  the  closed-loop  system  to  improve  robustness  and  minimize  the  power  consumption  of  the  data  transmitter.  The  ASIC,  designed  and  fabricated  in  a  0.35μm  standard  CMOS  process,  includes  power  management,  controller/pulse  driver,  and  envelope  detector  units.The  fourth  part  of  this  dissertation  includes  ASIC  design  for  low-frequency,  low-power,  and  low-noise  amplifiers  that  will  be  used  to  record  gastric  slow-wave  signals.  Simulation  results  and  some  limited  measurement  results  are  provided.The  fifth  part  of  this  dissertation  includes  measurement  results  for  a  dual-mode  ultrasonic-magnetic  approach  for  wireless  power  transmission  and  energy  harvesting.  This  dual-mode  approach  has  the  potential  to  solve  the  problem  of  power  reduction  when  implant  is  rotating  and  to  deliver  high  power  within  FDA  safety  limit  using  two  different  modalities.  The  future  steps  for  circuit/system  design,  development,  and  testing  are  outlined.  This  dissertation  represents  an  important  step  towards  an  implantable  fully  wireless  gastric  system,  interrogated  with  a  dual-mode  ultrasonic-magnetic  link  for  wireless  power/data  transfer,  which  can  have  a  broad  impact  in  the  fields  of  health  monitoring,  diagnosis,  and  therapy.
■590    ▼aSchool  code:  0176.
■650  4▼aTransplants  &  implants.
■650  4▼aThoracic  surgery.
■650  4▼aUltrasonic  transducers.
■650  4▼aCatheters.
■650  4▼aElectricity  generation.
■650  4▼aSensors.
■650  4▼aElectric  power.
■650  4▼aSelf  image.
■650  4▼aTransmitters.
■650  4▼aBatteries.
■650  4▼aWomen.
■650  4▼aAcoustics.
■650  4▼aData  transmission.
■650  4▼aStomach.
■650  4▼aUltrasonic  imaging.
■650  4▼aMotility.
■650  4▼aRadiation.
■650  4▼aElectromagnetics.
■650  4▼aBiomedical  engineering.
■653    ▼aWireless  power  transfer
■653    ▼aData  transfer  technologies
■653    ▼aLow-noise  amplifiers
■690    ▼a0986
■690    ▼a0541
■690    ▼a0607
■71020▼aThe  Pennsylvania  State  University.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g85-05B.
■773    ▼tDissertation  Abstract  International
■790    ▼a0176
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2023
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T16935412▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.
■980    ▼a202402▼f2024