Giyilebilir ve implante edilebilir uygulamalar için minyatürleştirilmiş ultrasonik transdüserler

Vücutla uyumlu elektronikler, sürekli takibi mümkün kılarak sağlık hizmetlerinde devrim yaratmış olsa da, vücudun daha derinlerinden kritik fizyolojik bilgi elde etmek, mevcut giyilebilir ve implante edilebilir cihazlar için önemli bir zorluk olmaya devam etmektedir. Bu tez, onlarca yıllık ultrason teknolojisinin, cildin altında gizli bilgilere erişmek için giyilebilir ve implante edilebilir tıbbi cihazlara nasıl etkili bir şekilde entegre edilebileceğini göstermektedir. İlk olarak, giyilebilir uygulamalar için uygunluklarını değerlendirmek amacıyla, tek elemanlı piezoelektrik dönüştürücülerin (PZT plaka ve PVDF-TrFE PMUT'lar) üretimi ve karakterizasyonlarıyla en güncel ultrasonik dönüştürücü teknolojilerini değerlendirdik. Bu temelin üzerine inşa ederek, sürekli mesane hacmi izleme için, −6 dB bant genişliği % 37,9 olan verimli hava destekli dönüştürücülere sahip, tamamen entegre giyilebilir bir ultrasonik yama geliştirdik. Hassas lazerle işlenmiş eşleştirme katmanlarına sahip bu hava destekli dönüştürücüler, düşük sürüş voltajlarında (± 15 V) bile doğru ölçümler sağlayarak, pillerle uzun süreli kullanım için önemli bir avantaj sunmaktadır. Cihaz, klinik senaryolardaki çeşitli mesane geometrilerini taklit eden farklı şekilli şişelerde in-vitro olarak % 14,85 ortalama bağıl hata ile, ardından 100 ila 800 mL arasında değişen çeşitli mesane şekilleri ve hacimleriyle beş sağlıklı gönüllü üzerinde in-vivo ölçümlerde % 11,17 ortalama bağıl hata ile başlangıçta doğrulandı. Giyilebilirliği ve kullanıcı konforunu daha da iyileştirmek amacıyla, elektronik içermeyen yeni ultrasonik etiketler geliştirdik; bu, elektronik aksam ve bataryayı vücut dışına taşıyarak vücut üzerindeki alanı önemli ölçüde azalttı. Ultrasonik etiketlerin kapladığı 0,5 cm^2 gibi düşük bir alan, dönüştürücülerin çok küçük bir kısmını kapladığı toplam boyutu 25 cm^2'yi aşan en yeni giyilebilir ultrason cihazlarına kıyasla büyük bir avantajı vurgulamaktadır. Bu sayede oftalmolojik ultrason için akıllı bir ultrasonik kontakt lensin ilk kez geliştirilmesi mümkün oldu. Son olarak, giyilebilir ultrasonik cihazların işlevselliğini geleneksel teşhisin ötesine taşımak amacıyla, basit puls-eko ölçümleri kullanarak tıbbi implantlar için ultrason tabanlı pasif bir iletişim yöntemi geliştirdik. Kanıt niteliğindeki 1 cm^2 ultrasonik anten, su altı ölçümleri sırasında 100 Hz ölçüm hızında 168 Hz/pF'lik bir kayma gösterdi. Bu tezde sunulan cihazlar ve metodolojiler, derin doku sağlığı takibinde yeni nesil giyilebilir ultrason için temel bir çerçeve oluşturmaktadır.