In vivo validation of Wireless Power Transfer System for Magnetically Controlled Robotic Capsule Endoscopy

要約

このホワイトペーパーでは、初めて磁気制御されたロボットカプセル内視鏡プラットフォームに統合された誘導ワイヤレス電力伝達（WPT）システムの生体内検証を提示します。
提案されたシステムにより、オンボードバッテリーを必要とせずにカプセルへの継続的な電力供給が可能になり、動作時間が延長され、サイズの制約が削減されます。
WPTシステムは、外部の永久磁石と正確なカプセル操作のためのローカリゼーションコイルも収容するロボットアームのエンドエフェクターに取り付けられた送信コイルに基づいて、共振誘導結合メカニズムを介して動作します。
コイルの不整合と回転の存在下で堅牢で安定した容量の送信を確保するために、カプセル内に3D受信コイルが統合されます。
さらに、荷重シフトキーイング（LSK）変調に基づいた閉ループ適応制御システムは、特定の吸収率（SAR）の安全限界に準拠しながら、透過力を最適化して効率を最適化するために動的に調整します。
このシステムは、実験室の設定で広範囲に特徴付けられ、ブタモデルを使用したin vivo実験を通じて検証されており、現実的な胃腸条件での信頼できる電力伝達と効果的なロボットナビゲーションを実証しています。
結果は、自律的でバッテリーのないロボットカプセル内視鏡検査のための提案されたWPTアプローチの実現可能性を確認し、胃腸薬の診断の強化への道を開いています。

要約(オリジナル)

This paper presents the in vivo validation of an inductive wireless power transfer (WPT) system integrated for the first time into a magnetically controlled robotic capsule endoscopy platform. The proposed system enables continuous power delivery to the capsule without the need for onboard batteries, thus extending operational time and reducing size constraints. The WPT system operates through a resonant inductive coupling mechanism, based on a transmitting coil mounted on the end effector of a robotic arm that also houses an external permanent magnet and a localization coil for precise capsule manipulation. To ensure robust and stable power transmission in the presence of coil misalignment and rotation, a 3D receiving coil is integrated within the capsule. Additionally, a closed-loop adaptive control system, based on load-shift keying (LSK) modulation, dynamically adjusts the transmitted power to optimize efficiency while maintaining compliance with specific absorption rate (SAR) safety limits. The system has been extensively characterized in laboratory settings and validated through in vivo experiments using a porcine model, demonstrating reliable power transfer and effective robotic navigation in realistic gastrointestinal conditions: the average received power was 110 mW at a distance of 9 cm between the coils, with variable capsule rotation angles. The results confirm the feasibility of the proposed WPT approach for autonomous, battery-free robotic capsule endoscopy, paving the way for enhanced diagnostic in gastrointestinal medicine.

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