埋め込み可能な医療機器のワイヤレス電力伝達手法：レビュー

ワイヤレス電力伝達（WPT）システムは、現在の生物医学インプラントに見られるような高度な多機能マイクロエレクトロニクスデバイスの電力電源にますます適切なソリューションになっています。ただし、高出力伝達効率WPTシステムの設計と実装は困難です。WPTシステムのサイズ、外部環境と体内の埋め込み医療機器の位置との間の分離距離、電力散逸による動作周波数と組織の安全性は、WPTシステムの設計で考慮すべき重要なパラメーターです。この記事では、システム全体のパフォーマンスを改善するために過去20年間に調査された幅広いWPTシステムの系統的レビューを提供します。埋め込み可能な医療機器（IMD）にワイヤレス電力を転送するために実装されたさまざまな戦略がレビューされました。これには、容量性カップリング、帰納的カップリング、磁気共鳴カップリング、そして最近では音響および光学電源の方法が含まれます。これらすべての手法の長所と制限は互いにベンチマークされており、埋め込まれたレシーバーサイズ、WPT距離、電力伝達効率、および結果のシステムによって提示される組織の安全性を比較することに特に重点が置かれています。各WPT技術の必要な改善と傾向は、特定のIMDごとに示されています。

Wireless power transfer (WPT) systems have become increasingly suitable solutions for the electrical powering of advanced multifunctional micro-electronic devices such as those found in current biomedical implants. The design and implementation of high power transfer efficiency WPT systems are, however, challenging. The size of the WPT system, the separation distance between the outside environment and location of the implanted medical device inside the body, the operating frequency and tissue safety due to power dissipation are key parameters to consider in the design of WPT systems. This article provides a systematic review of the wide range of WPT systems that have been investigated over the last two decades to improve overall system performance. The various strategies implemented to transfer wireless power in implantable medical devices (IMDs) were reviewed, which includes capacitive coupling, inductive coupling, magnetic resonance coupling and, more recently, acoustic and optical powering methods. The strengths and limitations of all these techniques are benchmarked against each other and particular emphasis is placed on comparing the implanted receiver size, the WPT distance, power transfer efficiency and tissue safety presented by the resulting systems. Necessary improvements and trends of each WPT techniques are also indicated per specific IMD.