Derin beyin stimülasyonu için verimli bir kablosuz güç transfer sistemi tasarımı

İmplante edilebilir aktif tıbbi cihazlara güvenilir enerji sağlanması, Derin Beyin Stimülasyonu (DBS) sistemleri gibi biyomedikal uygulamalarda önemlidir. Geleneksel DBS cihazları, sıklıkla cerrahi müdahaleler gerektiren pillerle çalışmakta, bu durum enfeksiyon riski, hasta rahatsızlığı gibi sorunları beraberinde getirmektedir. Tez kapsamında, bu sorunların önüne geçmek amacıyla DBS cihazlarına kablosuz güç aktarım (KGT) sisteminin doğrudan kranial implantasyonu önerilmiştir. Bu yaklaşım sayesinde boyundan geçen kablolara gerek duyulmaz ve daha küçük piller kullanılabilir. Bu sayede hasta konforu artırılarak farklı enfeksiyon riskleri minimize edilebilir. Ayrıca, ameliyathane yoğunluklarının azaltılmasıyla ülke ekonomisi açısından uzun vadeli ekonomik faydalar da sağlanabilir. Tezde, doğrudan kranial implantasyon için tasarlanan son yıllarda literatürde çalışılan yeni bir DBS cihazı ve bu cihaza uygun hibrit topolojiye sahip bir KGT sistemi geliştirilerek analitik analizi sunulmuştur. Çalışma, geleneksel iki bobinli LCC-C ve dört bobinli LCC-C-C-C topolojisine odaklanmıştır. Bu kapsamda ANSYS ortamında 3D sonlu elemanlar yöntemi ile spiral bobinler modellenmiş, LCC-C ve LCC-C-C-C devre tasarımları analiz edilmiştir. Doku ortamında elde edilen deneysel güç aktarım verimliliği sonuçlarına göre, FR4 üzerine tasarlanan iki bobinli sistem 5mm mesafede %6,8 verimlilik sunarken, dört bobinli sistem %25 verimlilik elde etmiştir. Ayrıca 5mm dikey mesafede 5mm yatay kayma durumunda, iki bobinli sistemin verimliliği %4,41'e düşerken, dört bobinli sistem %16,9'da kalmıştır. Alıcı taraftan elde edilen AC gerilim DC'ye dönüştürülerek 1S LiPo pil, CC-CV modunda şarj edilmiştir. Temel dalga şekillerini üreten DBS prototipi tasarlanmış ve stimülasyon sinyallerinin parametrelerini kontrol etmek için bir mobil uygulama geliştirilmiştir. Bluetooth, kontrol ve stimülasyon devresi aktif durumdayken batarya üzerinden ⁓7 mA akım çekilmiştir. Klinik uygulanabilirlik açısından yapılan SAR analizi, 0,415 W/kg seviyesinde güvenli sonuçlar göstermiştir.