Design and Instrumentation of Implants for Force Sensing and Actuation (Ontwerp en instrumentatie van implantaten voor krachtmeting en actuatie)

De veranderende demografische samenstelling zet een grote druk op het zorgbeleid en een nieuwe kijk op de gezondheidszorg is daarom onontbeerlijk. Eén van de manieren om met hiermee om te gaan is e-health, of met andere woorden, elektronica als middel om de medische wereld een handje te helpen. In dit werk wordt de algemene ontwerpprocedure van een elektronisch bewaakt implantaat beschreven met nadrukken op sensorkeuze, signaalverwerking en draadloze vermogenlevering. Een belangrijk deel van het werk bespreekt de verdere miniaturisatie van de vermogenregeling en het bi-directionele data systeem. De functionaliteit van het geheel wordt gevalideerd door de fabricage van een IC (geIntegreerd Cicruit) in een mature 0.35 um HVCMOS (High Voltage Complementary Metal Oxide Semiconductor) technologie. Het IC levert een stabiele, temperatuursonafhankelijke voeding van 3.3 V met een belastingsregulatie van 2.1% en een ingangsregulatie van 3.7 mV/V. De PSRR (Power Supply Rejection Ratio) van het gehele regulatieblok is 61 dB. Het data circuit kan een gemoduleerde golf met een modulatie diepte van amper 4% succesvol demoduleren tot 9.6 kbps, een resultaat dat vergelijkbaar werk overtreft. Drie specifieke implantaat studies geven meer praktisch inzicht in het ontwerpproces van een elektronisch bewaakt implantaat: (1) Het ontwerp en de verpakking van een volledig autonoom bewakingssysteem voor tandimplantaten wordt uitgewerkt. Voor het eerst wereldwijd wordt elektronica in een tandprothese geïncorporeerd. Het systeem meet simultaan krachten en buigmomenten op 6 dentale implantaten. In-vivo testen op een patient illustreren de werking. (2) Een tweede studie bespreekt de fabrikage van een speciaal ontwikkelde transducer voor het meten van krachten op een pees-anker. Deze transducer is ontwikkeld in een biocompatibel materiaal en is uitgerust met een halfgeleider rekstrookje. Een geminiaturiseerd elektronisch circuit op een Al2O3 drager staat in voor de verwerking van de sensor signalen. Het vermogenverbruik is beperkt tot 19.6 mW. (3) De laatste studie belicht het ontwerp van een elektronisch toestel voor ledemaatverlenging. Het systeem gebruikt een inductieve vermogenkoppeling om in staat te zijn een inwendig vermogen van 1 W te leveren. Het mechanisch ontwerp van het implantaat wordt in detail beschreven en resulteert in een eerste prototype dat 500 N axiale kracht kan leveren. Het verlengingstoestel werd succesvol getest in een in-vitro opstelling.status: publishe