Миниатюрный беспроводной водитель сердечного ритма
Вполне возможно, очень скоро современные водители сердечного ритма и другие медицинские имплантаты, громоздкие и нуждающиеся в элементах питания, уйдут в историю. Исследователи Стэнфордского университета разработали беспроводной водитель ритма размером с рисовое зерно и успешно имплантировали его кролику. Если последующие эксперименты принесут положительные результаты, крошечные и безопасные медицинские имплантаты нового поколения появятся на медицинском рынке уже через 5-10 лет.
Современные водители ритма, кохлеарные имплантаты и другие имплантируемые медицинские устройства работают от элементов питания, которые либо встроены в сам имплантат, либо соединяются с ним длинными проводами. При этом для замены батарей или восстановления повреждений проводов требуется проведение хирургического вмешательства. Последние разработки позволили создавать очень маленькие водители ритма, которые можно доставить и установить в сердце с помощью катетера, вводимого в паховую артерию. Однако и такие водители ритма периодически нуждаются в замене элементов питания.
Альтернативный подход, впервые предложенный в 1960-х годах, заключается в подпитке имплантатов с помощью радиоволн, испускаемых находящимися вне организма индукционными катушками. Теоретически это отменило бы необходимость проведения хирургических вмешательств для замены элементов питания, а также позволило бы дополнительно уменьшить размеры устройства. Однако на практике разработанные ранее прототипы устройств были настолько неэффективны, что передатчику, размещаемому на груди пациента, надо было бы передавать через грудную клетку сигнал мощностью около 100 ватт. Этого более чем достаточно, чтобы вызвать ожог.
В поисках решения этой проблемы авторы полностью пересмотрели подход к создания передатчиков. С помощью математических вычислений они пришли к выводу, что испускаемое оптимальным передатчиком электромагнитное излучение должно перемещаться по определенной траектории и иметь частоту, примерно соответствующую частоте, на которой работают мобильные телефоны. Взяв за основу эти вычисления, исследователи разработали передатчик, представляющий собой 6-сантиметровую пластинку с тремя расположенными по кругу выемками в форме трезубцев. Этот передатчик работает на частоте 1,6 гигагерц и, также как и более ранние версии, размещается на коже груди непосредственно над имплантированным водителем ритма.
После этого авторы проверили эффективность нового датчика на симуляторах человеческого сердца и мозга, в которые встраивались 2-миллиметровые водители ритма, несущие крошечные приемные катушки. Эксперименты показали, что при использовании разработанной ими системы для питания имплантата требуется в 100 раз меньше энергии, чем в случае применения традиционных передатчиков на основе индукционных катушек.
На следующем этапе исследования водитель ритма имплантировали кроликам и успешно управляли его работой без вреда для кожи животного. В настоящее время авторы подготавливают разработанную систему к клиническим исследованиям.
Специалисты считают новую разработку весьма перспективной, однако некоторые высказывают сомнения в том, что замену элементов питания подобных передатчиков, а также их размещение на грудной клетке можно доверять самим пациентам. Как вариант передатчик можно имплантировать под кожу, что обеспечит дополнительный уровень безопасности.
Статья John S. Ho et al. Wireless power transfer to deep-tissue microimplants опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences c.
Евгения Рябцева
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам Stanford University:
Stanford engineer invents safe way to transfer energy to medical chips in the body.
26.005.2014