設計微結構應用於超音波定位

Abstract

超音波運用於無線神經電刺激器中，植入器是利用超音波進行無線資料與能量傳輸。而該傳輸方式優點如下:第一、由於超音波進行無線傳輸的傳導方式為機械波，不會有射頻電磁波輻射汙染的疑慮，適合在人體內進行訊號傳輸。第二、超音波能輕易進行聚焦，可微小化接收器的尺寸，對人體負擔較小。此外，超音波在人體中穿透深度較射頻電磁波為深，可使植入器的應用更彈性且多元。為了確定無線傳輸時的資料的穩定與能量的效能，所以要確保植入體內的感測器位於聚焦位置。然而，外部超音波發射能量聚焦位置範圍小，良好的超音波定位方式就顯得格外重要。現有技術為利用植入器消耗電能，造成外部超音波偵測出此過程訊號，進而確定其所在位置。由於現有超音波定位技術必須倚賴內部電力的轉換，但位於體內的植入器，所儲備電力有限且珍貴，若在植入器電力耗盡的狀況下，會產生無法對位之狀況，進而無法對植入器充電或進行資料傳輸，造成使用不便。故希望能建立一個內部植入器裝置在沒有任何電力損耗下，就能利用外部超音波系統進行定位。因此我們設計植入裝置的封裝表面物理特性，如厚度與表面形狀結構使外部超音波系統，可以接收到具有特殊性質的回波訊號。以厚度來說，利用超音波對不同介質產生反射與透射進行建設性與破壞性干涉，可造成該特定厚度在特定的發射頻率下有較高的反射率。以表面形狀結構以馬雅金字塔聲音繞射現象為發想，即馬雅金字塔一周期性階梯狀的表面，發射一脈衝，經該特殊結構的表面反射，可得一訊號隨時間頻率下降的現象。運用以上兩種方式，辨認其所造成的特徵，即可偵測出植入裝置的位置，達成不損耗植入裝置電力的情況下，定位植入裝置。