Conception et évaluation de bobines flexibles NFC pour la communication et la télé-alimentation de patchs et d'implants de surveillance médicale

Design and evaluation of NFC flexible coils for communication and wireless power supply of medical monitoring patches and implants

• Auteur / Autrice : Madjda Bouklachi
• Direction : Yann Le Bihan, Marc Biancheri-Astier, Antoine Diet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance le 22/06/2022
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Electrical, optical, bio : physics and engineering (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Génie électrique et électronique de Paris (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1998-....)
• Partenaire(s) de recherche : référent : Université Paris-Saclay. Faculté des sciences d’Orsay (Essonne ; 2020-....)
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Sciences de l’ingénierie et des systèmes (2020-….)
• Jury : Président / Présidente : Marie Poirier-Quinot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Élodie Richalot, Tuami Lasri, Marjorie Grzeskowiak
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Élodie Richalot, Tuami Lasri

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dispositifs médicaux implantables

Transfert d'énergie sans fil

Bobines d'induction

Communication en champ proche

Interaction magnétique dipôle-dipôle

Mots clés libres

Couplage magnétique

NFC

Bobine

Télé-Alimentation

Magnetic coupling

NFC

Coil

Wireless supply

Résumé

Les implants et patchs médicaux sont des systèmes permettant d'effectuer une tâche médicale telle que la mesure d'une constante physiologique. Leur utilisation est de plus en plus répandue car ils contribuent à l'amélioration du suivi médical des patients. Cette thèse concerne l'établissement d'un lien de télé-alimentation et de communication, via la technologie NFC, entre des patchs ou des implants médicaux (pacemakers…) et un lecteur externe. Ceci permet une surveillance médicale distante qui accroit l'autonomie des patients. La télé-alimentation des implants et des patchs se fait par couplage magnétique à 13,56 MHz (NFC). L'optimisation de la forme des éléments tels que les bobines en présence de tissus humains est nécessaire. Dans cette thèse, un blindage est conçu afin de limiter les interférences électromagnétiques entre les bobines du système, le capteur médical (dans le patch ou l'implant) et les tissus biologiques. Pour chaque dispositif (patch ou implant), une bobine adaptée est conçue en prenant en compte la forme, l'emplacement (dans le corps ou sur la peau) et la taille du dispositif. La validation expérimentale du transfert de puissance est réalisée en fonction de la distance de couplage et pour différentes charges résistives représentant le capteur médical. Pour assurer la communication NFC, Les bobines réalisées ont des caractéristiques électriques adéquates à 13,56 MHz. Afin de valider le lien NFC, le critère mis en mesure est la détection du patch/implant par un lecteur NFC.

Medical implants and patches are systems performing a medical task such as measuring a physiological constant. Their use is becoming more and more massive because of their contribution to improve the medical monitoring of patients. This thesis concerns the establishment of a wireless power supply and communication link, via NFC technology, between patches or medical implants (pacemakers, etc.) and an external reader. This allows remote medical monitoring which increases patient autonomy. Wireless powering of implants and patch is done by magnetic coupling at 13.56 MHz (NFC). The optimization of the shape of elements such as the coils present of human tissue is required.In this thesis, a shield is designed to limit electromagnetic interferences between coils, the medical sensor (in the patch or implant) and biological tissues. For each device (patch or implant), a suitable coil is designed, considering the shape, location (inside the body or on the skin) and size of the device. The experimental validation of the power transfer is carried out as a function of the coupling distance and for different resistive loads representing the medical sensor. To ensure NFC communication, the coils produced have adequate electrical characteristics at 13.56 MHz. In order to validate the NFC link, the criterion measured is the detection of the patch/implant by an NFC reader.