Implementasi Antena Implan Untuk Aplikasi Medis

Hary NofiyantoUniversitas Pancasila

Teknik Elektro, Teknik TelekomunikasiJakarta

harynofiyanto@gmail.com

Tiarma Vinadelfia PaneUniversitas Pancasila

Teknik Elektro, Teknik TelekomunikasiJakarta

tiarma.pane@gmail.com

Abstract— Pertimbangan pada desain yang efisien dan karakterisasi antena untuk komunikasi bioimplantable perangkat disajikan. Alat ini digunakan dalam hubungannya dengan pemantauan kesehatan dan / atau sistem perawatan kesehatan. Pertama, utama tantangan yang harus dipenuhi dalam merancang antena tersebut disajikan, kemudian diikuti oleh proposisi prosedur desain. Akhirnya, kesulitan tertentu dalam menggambarkan implan antena ditekankan.

Keywords-component; implant, antena, medis, Implantable medical devices

I. INTRODUCTION

Kebutuhan akan perangkat telekomunikasi yang dapat ditanamkan ke dalam tubuh manusia untuk keperluan aplikasi medis telah berkembang cepat akhir-akhir ini. Aplikasi penting yang membutuhkan perangkat telekomunikasi, seperti terapi (misalnya, hyperthermia atau balloon angioplasty) dan diagnosa yang memungkinkan pengiriman data antara alat yang ditanamkan dalam tubuh dengan antara sebuah base station yang bertugas untuk menganalisa data. Untuk komunikasi antara perangkat didalam tubuh dengan base station terdapat dua jenis komunikasi, yaitu monodirectional dan bidirectional.

Implantable medical devices (IMDs) saat ini digunakan untuk melakukan berbagai keperluan diagnostik dan fungsi terapi. Dan dengan sistem implan wireless dapat menjanjikan perbaikan besar dalam perawatan pasien dan kualitas hidup. Pemantauan glukosa, pompa insulin dan endoskopi hanya beberapa contoh dari perawatan medis yang bisa mengambil keuntungan dari kontrol nirkabel. Bidirectional telemetri antara implant perangkat medis dan eksterior monitoring/kontrol peralatan paling umum dilakukan secara nirkabel, yaitu dengan menggunakan implan antena. Patch designs lebih disukai dalam design antenna implant, dikarenakan fleksibiltas, kenyamanan dan bentuknya. Komunikasi yang umunya dipakai yaitu Medical Implant Communications Service (MICS) yang memiliki band (402.0 MHz to 405.0 MHz). Di antara semua yang diperlukan untuk aplikasi telemetri ditanamkan komponen,antenna yang memainkan peran kunci dalam mendapatkan link komunikasi yang kuat dan miniaturisasi yang signifikan dari seluruh perangkat.

.

II. TINJUAN PUSTAKA

A. Implantable Medical Devices (IMDs)

Implantable medical devices (IMDs) saat ini digunakan untuk melakukan berbagai keperluan diagnostik dan fungsi terapi. Dan dengan sistem implan wireless dapat menjanjikan perbaikan besar dalam perawatan pasien dan kualitas hidup. Pemantauan glukosa, pompa insulin dan endoskopi hanya beberapa contoh dari perawatan medis yang bisa mengambil keuntungan dari kontrol nirkabel.

B. Electromagnetic Specifications

Dual band capability harus diperoleh untuk beroperasi dengan transceiver. Kemampuan ini dapat meminimalkan konsumsi power dikarenakan adanya sensor yang dapat membangunkan dari status sleeping dengan cara menerima signal 2.4–2.5 GHz. Single antenna dapat meminimalkan perakitan yang kompleks. Kinerja elektromagnetik (EM) yang tahan terhadap baterai dan adanya elektronik di sekitarnya. Lokasi implan dalam tubuh manusia harus memiliki pengaruh yang kecil pada kinerja EM.

III. ANTENNA REQUIREMENT DAN BODY MODELING

Dalam melakukan desain antena untuk komplit system implant yang aktif, beberapa aspek harus diperhitungkan. Aspek-aspek tersebut dapat diklasifikasikan menjadi kendala fisik dan spesifikasi elektromagnetik (EM). Klasifikasi tersebut akan membantu untuk memahami bagaimana mengembangkan prosedur desain dan mencapai struktur akhir. Selain itu, model setara tubuh manusia dipilih pada tahap awal pekerjaan, karena sangat mempengaruhi desain antena.

A. Keadaan Fisik

Volume keseluruhan implan (yaitu, antena, isolasi, elektronik, baterai dan biosensor) harus sesuai dengan rumahan silinder.Bio-kompatibel isolasi harus menanamkan perangkat implan. Isolasi menghindari reaksi jaringan yang merugikan, hubungan arus pendek karena efek jaringan tubuh manusia sangat konduktif. Kemasan padat dan minimal diperlukan untuk mengurangi volume implant. Proses pembuatan antena harus diperhitungkan untuk menghindari toleransi sangat ketat dan tomaximize pengulangan konstruksi proses itu sendiri

B. Equations

Desain antena implant yang telah dioptimalkan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1. Karena antena implan dimaksudkan untuk beroperasi dalam jaringan manusia bukan di ruang bebas, maka desain mereka harus memperhitungkan beban dielektrik yang tepat. Kedua metodologi menunjukkan desain " initial antenna", yang menunjukkan karakteristik resonansi yang diinginkan. The "initial antenna" diperoleh melalui penyempurnaan manual parameter desain, sampai besarnya koefisien refleksi. Frekuensi operasi yang diinginkan memenuhi:

(1)

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

Antena untuk implan sistem telemetri antena elektrik kecil seperti kebanyakan antena untuk aplikasi nirkabel, tetapi dengan tambahan kesulitan bahwa implan akan berlokasi di kompleks lossy media. Dalam rangka untuk melakukan desain yang sukses, itu adalah makna penuh untuk pergi langkah demi langkah dari yang sederhana hingga kompleks. Langkah-langkah berikut ini diusulkan:

Pilih jenis antena awal yang akan digunakan (antena loop, Jenis PIFA antena dipole atau keluarga). Pilihan ini akan tergantung pada bandwidth yang dibutuhkan, komunikasi elektronik yang digunakan (membutuhkan seimbang atau tidak seimbang makan baris) dan volume yang tersedia.

Lakukan desain awal mempertimbangkan homogen media lossless sekitar antena (tapi tetap kerugian konduktif dan dielektrik bahan yang digunakan untuk membangun antena). Ini memiliki keuntungan dari kecepatan waktu simulasi yang dibutuhkan dengan cara untuk memungkinkan optimasi. Tapi membantu juga untuk memastikan bahwa bandwidth yang mencapai oleh antena adalah "nyata" bandwidth dan bukan karena hanya untuk kerugian dalam tubuh.

Miniaturirasi desain menggunakan miniaturisasi klasik teknik.

Tambahkan kerugian dalam model tubuh homogen dan menambahkan lapisan enkapsulasi. Retune antena.

Tambahkan phantom tubuh yang lebih realistis sebagai media sekitar antena. Retune antena.

Langkah-langkah terakhir mungkin tampak membosankan, sebagai antena harus kembali lagi dua kali dalam siklus desain ini. Namun waktu yang efisien , sebagai pengalaman yang diperoleh di langkah 2 dan 3 akan sangat membantu mempersingkat langkah 4 dan 5 . Selain itu , menambahkan lapisan isolasi meningkatkan stabilitas hasil . Contoh dari desain dibuat dengan menggunakan prinsip ini dapat ditemukan didalamnya.

A. Design Example

Dual band capability harus diperoleh untuk beroperasi dengan transceiver. Kemampuan ini dapat meminimalkan konsumsi power dikarenakan adanya sensor yang dapat membangunkan dari status sleeping dengan cara menerima signal 2.4–2.5 GHz

Gambar 1. Dual Band Antena

a) Desain antena dalam ruang bebas dalam ketiadaan dielektrik substrat.

b) Mengatur wilayah eksistansi yang diperbolehkan, dan akibatnya mengatur tipologi antena yang dipilih;

c) Menambahkan substrat dielektrik, bio-kompatibel isolasi dan phantom tubuh, dan kemudian lagu sesuai desain;

d) Memodifikasi desain untuk mendapatkan kinerja dual band.

B. Pemilihan Tipologi Antena di Free Space

Konsep implan keseluruhan terlihat dalam Gambar.21. Ini memiliki volume silinder sebesar diameter: 10 mm dan tinggi: 32 mm. Baterai dan dua penempatan sirkuit, ditunjukkan pada Gambar. 2, yang merupakan pusat sumbu silinder. Untuk mengurangi gangguan akibat komponen aktif pada perilaku antena, kita dianggap sebagai ground plane yang terbuat dari bagian planar persegi panjang dan bagian silinder berongga setengah (keduanya digambarkan dalam warna terang pada Gambar 1. Pada saat yang sama solusi ini, bersama-sama dengan pusat desain, meningkatkan directivity dari radiator terhadap arah yang diinginkan tubuh, dan memiliki keuntungan mengurangi daya yang diserap oleh jaringan biologis.

1)

Gambar. 2. Implan konsepsi sensor.

Empat berbeda tipologi, digambarkan dalam Gambar. 3, spherical spiral, meander and multilayered. Semua design memiliki ground connection untuk mengurangi frekuensi resonansi. Frekuensi resonansi tunggal dipilih secara sekitar 1 GHz. Efek Loading Dielektrik yang disebabkan karena kehadiran dielektrik substrat, bio-kompatibel dan isolasi, akibatnya akan menggeser frekuensi resonansi terhadap frekuensi yang lebih rendah, dekat dengan band MedRadio.

Gambar 3. Assembling of the 4 ROGER TMM substrates to create a pryamidal structure,

Spiral metallization is in dark color. S1,2,3 are the widths of the vertical metallizations whose dimensions are given in Table II. The four substrates are separated for a better comprehension

Tabel 2. VALUES OF THE DESIGN PARAMETERS INDICATED

C. Simulasi Karakteristik EM

Matching and Radiation: Koefisien refleksi versus frekuensi dapat digambarkan sebagai berikut

Gambar 4 Simulated against frequency. The effect of the presence of the battery (and electronics) is

compared with the reference design (no battery): (a) MedRadio and (b) ISM bands.

Antena sangat cocok dalam rentang frekuensi MedRadio (dengan band relatif 2,3%) resonansi yang lebih rendah rendah yaitu, 2,387 GHz daripada yang ditargetkan yaiu 2.45 GHz. Plot polar 3D dilaporkan pada Gambar. 9 Nilai keuntungan maksimum adalah, mengambil -28.8 dan -18.5 dBi pada MedRadio dan di ISM band, masing-masing.

Gambar 5. Simulated 3D gain polar plot at: (a) 404.5 MHz and (b) 2.387 GHz. Radiation efficiencies are 0.058% and

0.530%, respectively

Desain yang tahan terhadap kehadiran electronic di sekitarnya dan kekuatan Baterai. Volume perangkat dialokasikan untuk baterai dan penempatan sirkuit sehinggan haruslah kompak dan seminimal mungkin

ACKNOWLEDGMENT

Penulis mengucapkan terima kasih kepada para peneliti dan penulis untuk semua jurnal tentang antena implan untuk aplikasi medis.

REFERENCES

[1] Anja K. Skrivervik dan Francesco Merli, “Design Strategies for Implantable Antennas” Switzerland. (references)

[2] Fei Hu Qi Hao and Marcin Lukowiak, “Implantable Medical Device Communication Security:,” University of Alabama, Tuscaloosa.

[3] Francesco Merli,, “Design, Realization and Measurements of a Miniature Antenna for Implantable Wireless Communication Systems,”

[4] Eva Rajo-Iglesias K. Oka, and Y. Tagawa, “A Review of Implantable Patch Antennas for Biomedical Telemetry: Challenges and Solutions,” University Carlos III of Madrid