Tilbake til søkeresultatene

IKTPLUSS-IKT og digital innovasjon

Wireless In-body Sensor and Actuator Networks

Alternativ tittel: Trådløse implantater i sensor- og aktuatornettverk

Tildelt: kr 16,2 mill.

WINNOW-prosjektet hadde som mål å utforske de beste metodene til å utvikle kommunikasjonsenheter som trenger svært lite elektrisk energi til å overføre data fra sensorer lokalisert i menneskekroppen. Fokuset var å skape et nettverk av sensorer og aktuatorer implantert dypt inne i kroppen, og å undersøke radio- og molekylærkommunikasjon som potensielle metoder for dataoverføring. Vi ønsket å muliggjøre kortdistansekommunikasjon (1 mm-5 cm) mellom implanterte enheter og også å muliggjøre langdistansekommunikasjon (5-25 cm) fra slike enheter til en såkalt «gateway-node» (en annen enhet) som kunne implanteres under huden. Funksjonen for en slik enhet ville være ekstern kommunikasjon og omprogrammering av sensorer og aktuatorer. Vi studerte dette ved å implantere to pacemakerenheter - én i hjertets høyre forkammer og én i høyre hjertekammer. Vi kunne da demonstrere at de to enhetene delte informasjon for hvert hjerteslag om amplituden og tidspunktet for de registrerte signalene. Ved å analysere data kunne vi demonstrere hvordan disse signalene kunne brukes til å avgjøre om det var nødvendig å levere et stimuleringssignal eller ikke. Funnene fra disse undersøkelsene demonstrere hvordan vår teknologi kan være av stor betydning innen utviklingen av pacemakerteknologi. Ved Rikshospitalet, Oslo universitetssykehus, ble flere innovative aspekter ved intra-body kommunikasjonssystemer utforsket, presentert og testet. Disse inkluderer et basebåndimpulssystem for intra-body kommunikasjon, et antennesystem med utvidet rekkevidde for dyp implantatdekning, en batterifri kommunikasjonsteknikk for trådløs kapselendoskopi ved hjelp av et backscatter-konsept og et backscatter-kommunikasjonssystem med to kammere for pacemakere. I tillegg ble det foreslått og studert nye kommunikasjonsmetoder som inkluderte magnetostriktive elastomerantenner, magnetoelektriske antenner, hjertesignalering under terskel for stimulering og strømbesparende systemer som Pacing Times Modulation (PTM) for å undersøke potensialet i flernodale pacemakernettverk. Forskningen som ble utført under WINNOW-prosjektet, etablerte også et teoretisk rammeverk for kvantifisering av kommunikasjon mellom kardiomyocytter basert på utveksling av ekstracellulære vesikler. Funnene og resultatene viser lovende fremskritt for å forbedre kommunikasjonseffektiviteten i medisinske implantater og redusere strømforbruket.

The research conducted in WINNOW holds implications in various fields, particularly in the realization of novel implantable miniature devices and extracellular vesicle research. The demonstrated operation of the backscatter system with spaced antennas is an achievement, yet the potential for impactful outcomes lies in overcoming the challenges associated with system size reduction and integration with a subcutaneous can. The precise design of implant antennas is crucial for maintaining high efficiency and low coupling, requiring advanced electronic system design and integration. Additionally, addressing the complexities of system integration in a metallic can and accounting for signal variations due to heartbeats in the receiver design process are pivotal steps. In addition, the manufacturing challenges of magnetostrictive-elastomer antennas necessitate the development of specific procedures for successful implementation. This points to a novel research direction. Research on extracellular vesicles has led the WINNOW project group into collaborations with prominent national and international research partners in the field. The membership in the Norwegian Society of Extracellular Vesicles has been established to further foster connections with relevant experts. A notable collaboration has been also established with Stanford University, focusing on the use of extracellular vesicles as vehicles for delivering biotherapeutics to specific heart cells, including those within ischemic scar tissue. This partnership represents a step towards translating WINNOW-based research results into practical applications.

The demand for medical devices increases at a pace of 6% yearly across the globe. In the developed world this is driven by an ageing, increasingly care-demanding population, while in the developing world improved economic conditions makes use of medical devices economically feasible. Access to mobile phones and Internet has made remote monitoring of medical conditions feasible. Improved battery and communication technology makes it possible to diagnose and manage disease processes remotely enabling large scale introduction of mobile health applications. The medical device industry is an important growth business, dominated by the US. While it is a strong wish in Norway to strengthen research and development in this field, one of the serious deficiencies is the lack of biomedical engineering educational program that combines in depth understanding of the clinical and commercial aspects of wireless in-body medical device development. The current technical challenges in this field are deep implantation, large bandwidth to support large data rate or trade bandwidth for power, and small size (in mm) and weight (less than 60g). The purpose of this wireless in-body sensor and actuator networks (WINNOW) project is to develop a program that focuses on two very specific research areas of radio and molecular communication technologies. While exposing the PhD and Postdoc candidates to the clinical environments that would clinically utilize the scientific inventions, we believe that the patients benefit from getting accurate diagnosis and follow up in their normal environments with less hospitalization and cost. In addition, the project includes Oslo University Hospital to provide the fellows with the opportunity to work "bedside" with medical doctors to fully realize the scope of their engineering projects. This will give their research programs a new dimension allowing the candidates double supervision from engineering and clinical faculty.

Publikasjoner hentet fra Cristin

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Budsjettformål:

IKTPLUSS-IKT og digital innovasjon