عنوان پایان‌نامه
طراحی وساخت دستگاه قابل کاشت تولید کننده پالس حالت جریانی
- رشته تحصیلی
- مهندسی برق-الکترونیک-مدار وسیستم
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 2695;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 68871
- تاریخ دفاع
- ۲۸ مرداد ۱۳۹۳
- دانشجو
- فرهاد بزرگی موزیرجی
- استاد راهنما
- امید شعاعی
- چکیده
- تحریک عمقی مغز (DBS) به عنوان یکی از روش های موثر در درمان بیماری پارکینسون به کار می رود. دستگاه تولید کننده پالس قابل کاشت (IPG) برای پیاده سازی DBS به کار می رود. این دستگاه وظیفه تولید پالس های برنامه ریزی شده را برعهده دارد. پالس های برنامه ریزی شده توسط الکترود هایی مخصوص به بخش عمقی مغز اعمال می گردند تا بتوانند لرزش ناخواسته بدن در بیماران پارکینسونی را متوقف کنند. طراحی های مختلفی برای IPG انجام شده و نمونه های مختلف تجاری از آن بیرون آمده است. عمده تلاش در آن ها برای کاهش توان مصرفی و افزایش طول عمر این دستگاه ها بوده است. در کنار آن، تامین امنیت کامل برای فردی که این دستگاه در بدن او کاشته می شود، از دیگر اولویت های مهم در طراحی و ساخت IPG ها بوده است. پالس های تحریک قابل برنامه ریزی به صورت ولتاژی یا جریانی می توانند باشند که هر یک معایب و مزایای خود را دارد. مزیت محرک های جریانی، امنیت بالاتر و برنامه ریزی آسان تر نسبت به حالت ولتاژی است. اما در عوض بازدهی و توان مصرفی آن پایین است. اخیرا به دلیل استفاده از تکنیک-هایی در جهت افزایش بازدهی تحریک های جریانی، این روش بیشتر مورد توجه قرار گرفته است. روش هایی برای افزایش امنیت و بازدهی و کاهش توان مصرفی برای محرک های جریان در این پایان نامه ارائه شده است. پیاده سازی سیستم طراحی شده، بوسیله کم توان ترین آی سی های مجزا (Off the-shelf Components) بر روی یک برد مدار چاپی دولایه با ابعاد 4×5 سانتی متر مربع، صورت گرفته است. آزمایش های عملی توسط الکترود های مخصوص DBS، در محلول Saline که محیط مغز را شبیه سازی می کند و همچنین مغز موش صحرایی انجام شده است. توان مصرفی حالت بیکاری کل دستگاه، 108 میکروآمپر است که بخش جلویی آنالوگ مدار تحریک به طور متوسط در جریان نامی 1 میلی آمپر 25 میکروآمپر مصرف می کند. متعادل ساز بار ولتاژ باقی مانده بر روی سطح الکترود-الکترولیت را کمتر از 6/7 میلی ولت در جریان دوفازه تحریک 1 میلی آمپر نگه می دارد. واژه‌های کلیدی: تحریک عمقی مغز (Deep Brain Stimulation)، دستگاه تولید کننده پالس قابل کاشت (Implantable Pulse Generators)، تحریک ولتاژی و جریانی، محلول saline، آی سی های مجزا (Off the-shelf Components).
- Abstract
- Deep Brain Stimulation (DBS) is known as the most effective therapy approach in Parkinson Diseases (PD). Implantable Pulse Generator (IPG) device is used in DBS therapy. This device produces programmable pulses. These pulses are delivered to the deep part of the brain through the electrodes to suppress the involuntary movements in PD patients. Different designs and many commercial products have been introduced for IPG devices. They tried to decrease the power consumption and increase the safety of the stimulator. The stimulating pulses can be either in voltage or current mode. Each of them has their own pros and cons but recently the Current Mode Stimulation (CCS) has been developed since it is more safe and efficient than the Voltage Mode Stimulation (VMS). However, CCS suffers from poor stimulator efficiency which results in higher power consumption and lower battery life. In this thesis, some new methods have been devised to alleviate the power dissipation in the CCS stimulator. The designed stimulator has been implemented on a 5*4 cm2 and two layer Printed Circuit Board (PCB) using Off- the-shelf Integrated Circuits (ICs). For the in-vitro test, the output of the stimulator was connected to a DBS electrode to deliver the pulses to the Saline solution (NaCl 0.9%) which represents the brain tissue best. The in-vivo tests were done by the stimulation in the STN part of the parkimsonian Rat’s brain. Total quiescent current of the stimulator is 108 µA, while the analog front end consumes 25 µA. For the safety issues, charge balancing technique was used in the implemented stimulator that holds the remaining voltage on the electrode less than 7.6 mV in 1 mA biphasic stimulation current. Keywords: CCS, DBS, IPG, PD, off-the-shelf, in-vitor, in-vivo, Saline, VMS.
