Draadloze energie overdracht voor hersenimplantaten via ultrasound

We hebben een enorme ontwikkeling gezien in computer toestellen van grote computer servers die hele kamers vullen naar persoonlijke computers, laptops, tablets en smartphones. Een gelijkaardige revolutie is bezig in de medische diagnostische en therapeutische wereld. Recente jaren hebben een snelle opkomst van geavanceerde (draagbare) medische toestellen gezien die hoge qualiteit medisch relevante diagnoses maken met een alsmaar handigere vorm factor aan een lagere kost. Nog recentelijker is er een verschuiving waargenomen naar geavanceerde implantaten die minimaal invasieve operaties nodig hebben om te plaatsen. Voorbeelden houden in; inslikbare, injecteerbare of endoscopische geimplanteerde apparaten. Een van de grootste uitdagingen in geminiaturiseerde toestellen is het probleem van energie toevoer. De meeste oplossingen vandaag zijn oftewel via bekabeling oftewel voorzien van een batterij wat meerdere ernstige limitaties met zich mee brengt (toxiciteit, veiligheid van de patient en grootte en volume). Er is dus een grote interesse om implantaten te ontwikkelen die draadloos van energie kunnen worden voorzien. In dit veld zijn inductief gekoppelde toestellen het meest voorkomend, maar zij vertrouwen op grote spoelen. RF gebaseerde draadloze voeding aan de andere kant, is niet efficient voor diepe implantaten door de absorptie van RF golven in menselijk weefsel. Ultrasonische voeding daarentegen is een heel interessante techniek voor medische implantaten. Ultrasone golven, reeds wijd verspreid voor medische beeldvorming, zijn veilig en minder geabsorbeerd door het menselijk lichaam dan RF golven. Efficiente ultrasone transducers kunnen heel klein gemaakt worden en zelf geintegreerd op een chip in phased array configuratie om aan acoustische beam forming te doen. In dit doctoraar zal de kandidaat actieve en passieve acoustische beam forming benaderingen ontwikkelen voor de draadloze voeding van hersenimplantaten. Hij zal het power link budget gebruiken als tool om verschillende configuraties te rangschikken met slimme/flexibele ultrasound bron en/of ontvanger en voordelen van actieve of passieve probe tracking onderzoeken. Het onderzoek omvat niet alleen de simulatie van acoustische velden door huid/schedel/weefsel en hersenen zelf, maar ook nieuwe acoustische transducers ontwikkeld op imec (p/cMUTs) en hun ondersteunende electronica. De sleutel zal zijn om een schaalbare methode te ontwikkelen om een grote hoeveelheid verspreide kleine hersenimplantaten van energie te voorzien, met het gebruik van een acoustisch hologram om acoustische intensiteit te distribueren in 3D op een controleerbare manier. De uitkomst van deze PhD zal veel kleinere implantaten mogelijk maken, die de weg vrijmaken voor echt minimaal invasieve toepassingen. Het werk zal geintegreerd en gedemonstreerd worden in een proof-of-concept device.