عنوان پایان‌نامه
طراحی مدار تولید پالس برای تحریک ولتاژی ضربان ساز مصنوعی قلب
- رشته تحصیلی
- مهندسی برق-الکترونیک-مدار وسیستم
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 2938;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 74814;کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 2938;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 74814
- تاریخ دفاع
- ۱۲ اردیبهشت ۱۳۹۵
- دانشجو
- علی اسماعیلیان
- استاد راهنما
- امید شعاعی
- چکیده
- امروزه پیشرفت شگرف علوم مهندسی باعث شده تا شاهد گسترش روزافزون وسایل مهندسی پزشکی باشیم. این اختراعات و ابداعات همگی باعث شده اند که بشر زندگی راحت تر و با کیفیت بالاتری را تجربه نماید. یکی از مهمترین وسایل مورد استفاده توسط بیماران، ضربان سازهای مصنوعی قلب می باشد. این وسایل همگی دارای این خاصیت هستند که با تولید سیگنال مناسب برای هر بیمار، کیفیت عملکرد قلب وی را بهبود می بخشند و باعث افزایش طول عمر بیماران قلبی می گردند. امروزه با پیشرفت شگرف در مهندسی الکترونیک، تمرکز مراکز تحقیقی و سلامتی بر بهبود عملکرد این ضربان ساز های مصنوعی قلب افزایش یافته است. یکی از مهمترین چالش های پیش رو در طراحی مدارهای تولید ضربان مصنوعی قلب، میزان توان مورد نیاز آنها می باشد. در این رساله سعی شده است تا با ابداع روش طراحی، مقدار توان مصرفی این مدارات کاهش یابد و همچنین با طراحی یک مبدل دیجیتال به آنالوگ غیر خطی، سعی شده است تا روش مناسب و بهینه برای استپ های مورد نیاز برای تحریک بافت قلب بیان شود. مشکل دیگر ضربان سازهای مصنوعی موجود در بازار، عدم توانایی آنها در تحریک بافت با اشکال مختلف سیگنال می باشد. امروزه تحقیقات گسترده ای پیرامون این مسئله شکل گرفته است که مناسب ترین شکل سیگنال موجود برای تحریک قلبی کدام است. این رساله مداری پیشنهاد داده است که امکان تحریک با اشکال مختلف سیگنال را فراهم آورده است. در این رساله سعی شده است تا در سه محور نوآوری های این پایان نامه بیان گردد. در محور اول با ارائه فرمول های بهینه سازی شده سعی شده است تا سیستمی طراحی و بیان گردد که دارای راندمان بالا و مصرف توان پایین برای تحریک ولتاژی است. در محور دوم سعی شده است تا یک مولد دیجیتال به آنالوگ غیر خطی با مصرف توان پایین برای مصارف پزشکی و جهت تحریک بافت و یا عصب طراحی و شبیه سازی گردد. این مدار دارای توان مصرفی بسیار اندک (79 میکرو وات) و دقت بسیار بالا می باشد. (0.1%). و بالاخره در محور سوم سعی شده است که سیستم سخت افزاری یک محرک ولتاژی با استفاده از سخت افزارهای موجود در بازار طراحی و ساخته گردد و سیگنال های خروجی آن نیز ارائه شده است. سه محور بالا همگی در جهت افزایش و بهبود عملکرد مدارات تحریک کننده قابل بیان هستند که در فصول بعدی به تفصیل به آنها پرداخته خواهد شد. واژه های کلیدی: تحریک ولتاژی (Voltage Stimulation)، تحریک جریانی (Current Stimulation)، ضربان ساز مصنوعی قلب (Pacemaker)، مبدل دیجیتال به آنالوگ(Digital to Analog Converter)
- Abstract
- Power consumption is a critical factor in implantable medical devices, especially in stimulating applications. The focus of my thesis is toward three different fields in stimulation approaches which tries to minimize the complexity or the power consumption of these methods or increase the accuracy of output stimulating signals. First: Voltage mode stimulators employ either high-voltage digital-to-analog converters (DACs) or high-voltage drivers to produce pulse stimulations in low power implantable medical applications. A new design method for voltage stimulation with variable efficiency is proposed. This method eliminates the high-voltage driver or DAC and replaces them with a high-voltage charge pump circuit. A comprehensive analysis subjected to the system design constraints is presented to improve the overall efficacy of the stimulation pulses. Second: a multi-mode charge pump based stimulator by making use of off-the-shelf ICs for cardiac pacemaking is presented practically. This system operates both as voltage-mode and charge-mode stimulator and can deliver voltage stimulus to the tissue with an arbitrary waveform. The core of the stimulator is a reconfigurable 3-stage charge pump circuit with variable switching frequency allowing to adjust the stimulus level to the desired value in a wide range Third: a nonlinear current-output digital to analog converter (DAC) with employing a pseudo-exponential transconductance amplifier is designed. The proposed transconductance amplifier makes use of the code-dependent body-biasing to realize the exponential relationship of the output current to the input digital signal in the CMOS technology. Nonlinear digital to analog converters are widely used in bio-stimulation approaches and communication devises
