אספקת הנוף Power Supply

פייסmakers כבר זמן רב אבן הפינה של טיפול לב, להחזיר קצב רגיל למיליוני מטופלים ברחבי העולם.הדור האחרון של מכשירים דוחף גבולות עם טלמטרי אלחוטי, הדמיה של התחדשות מגנטית (MRI) תאימות, וגורמים מיניים שגורמים לשיפור נוחות המטופל ואיכות החיים.אבל כל צעד קדימה מגביר אתגר הנדסי בסיסי: כיצד לספק כוח בטוח, אמין וארוך בתוך מערכת כוח אנושי, אשר חייב לפעול מול מכשולים ספציפיים של ניהול גוף.

מדוע אחריות כוח אינה ניתנת להשגה

הפונקציה העיקרית של קוצ'ר היא לספק דחפים חשמליים שמרים על קצב לב הולם.כל הפרעה, אפילו למשך כמה שניות, עלולה לגרום לסננכרון, סחרחורת או זוועות מסכנות חיים.מקור הכוח חייב לספק מתח עקבי ונוכחי לאורך חיי המכשיר, התנגדות לשינויים שנגרמו על ידי טמפרטורה או עומס, ולא הצלחה (בדרך כלל עם חיזוי של אספקת) באופן פתאומי, מאשר החלפת זמן של דימום ישירות, כי הוא דורש שינוי באופן מיידי של טיפול תרופתי.

סוכנויות רגולטוריות כגון מינהל המזון והתרופות האמריקאי (IRLT:0) FDA TERFLT:1) מטפל במערכות כוח קוצב כמכשירים רפואיים בכיתה III, המחייבות אותם לבדיקות טרום-שיווק קפדניות ולעקב אחרי שוק. יצרנים חייבים להוכיח כי הסוללה, מעגלי הגנה ואלגוריתמי ניהול כוח לעמוד בסטנדרטים קפדניים של ביצועים ובטיחות על פני השירות הצפוי.

אתגרים מרכזיים בניהול כוח עבור יצרני ייצוב הבא

חיי סוללה וארוכות

האתגר הברורה ביותר הוא להאריך את חיי הסוללה.תאים ליתיום-יודין הנוכחיים המשמשים קוצני קצבים קונבנציונליים בדרך כלל 5-10 שנים האחרונות.מטופלים עם דרישות גבוהות (למשל, אלה שהם קוצבים עצמאי) עשויים לדרוש להחליף לעתים קרובות יותר.תקני הדור הבא עם תכונות מתקדמות יותר לצרוך אנרגיה מהירה יותר, מאיים לקצר את המרווח הזה.

המצב מסובך עוד יותר מהעובדה כי הסוללה של קוצ'ר אינה מדורגת בעיקר על ידי קיבולת בלבד.האימפולס הפנימי של התא עולה כמו הפרשות הסוללה, ומרפאות מסתמכות על מעקבים תקופתיים כדי להעריך את החיים שנותרו. כימאים סוללה הרומן - כגון ליתיום-מונופול או ליתיום-פחמימין תחמוצת-חמצני - הוצגו לשיפור האנרגיה והדחיסות, אך הן מגיעות עם יציבות לטווח ארוך, אך עם עלויות מסחר, אך בטווח הארוך, עם אמינות, אך עם יעילות, עם עלויות מסחר, אך בטווח הארוך, אך עם יעילות, עם יעילות, ויציבות, עם עלויות מסחר, ויציבות, ויציבות, עם עלויות מסחר.

מיניטורלציה ו-Space Constraints

קוצני קצבים שלא מוליכים ישירות בתוך הלב מייצגים צעד גדול לקראת צמצום סיבוכים כירורגיים וזמן ההתאוששות.עם זאת, נפח שלהם הוא חלק מזה של קוצב רגיל, משאיר אפילו פחות מקום לסוללה.אותה מגמה חלה על שתלים pectoral מסורתיים כי הם הופכים קטנים יותר עבור קוסמטי ונוחות.

הכימיה הפיזית של סוללות מטילה מגבלות בסיסיות: צפיפות האנרגיה יכולה להיות משופרת אך לא בקנה מידה אינסופי תוך שמירה על בטיחות. עבור מכשירים ללא עופרת, נפח הסוללה עשוי להיות קטן כמו 0.5 ס"מ3, הדורש תאים שהם גם בעלי יכולת גבוהה וסובלנות של התנועה הקבועה והלחץ המכני בתוך הלב הפועם. שילוב זה של מגבלות הופך את אחד המרכיבים המאתגרים ביותר במינונים מצמצם.

תקשורת אלחוטית וכוח ד"ר

קוצרים מודרניים כוללים לעתים קרובות את Bluetooth Low Energy (BLE) או שירות תקשורת השתלות רפואי (MICS) רדיוים למעקב מרחוק ותכנות.קישורים אלה מאפשרים לרופאים לבדוק את מצב המכשיר, להתאים את הפרמטרים של ייבוש, ולקבל התראות מבלי לדרוש לחולה לבקר במרפאה.הנוחות, עם זאת, מגיעה בעלות אנרגיה.

קישוריות Balancing וחיי הסוללה הם קבוע עיצוב מסחר-off. מהנדסים יכולים ליישם את החובה-מחזור, להגביל את זמן פעיל של רדיו למרווחים קצרים, או דחוס נתונים כדי להפחית את משך השידור. לחלופין, את המכשיר ניתן לתכנת להעביר רק התראות קריטיות תוך אחסון נתונים שגרתיים עבור אלגוריתמים חוזרים במהלך ביקורים במרפאה.

כימיה סוללה ורגישות סביבתית

הגוף האנושי הוא סביבה עוינת לטמפרטורה.טמפרטורה יציבה בדרך כלל בסביבות 37 מעלות צלזיוס, אך חום מקומי מתגובה דלקתית או מקורות חיצוניים (למשל, סריקת MRI) יכול להדגיש את התא. יתר על כן, קוצים צריכים לעמוד בתהליכים סטריליזציה, נוזל גוף בתוקפנות (למרות שאיטום האטי שלה מועסק), וזעזועים מכניים מפעילות יומיומית.

סוס העבודה הנוכחי – תאי ליתיום-יודין – הם בעלי אמינות מעולה ועקום של פריקה צפוי, אבל צפיפות האנרגיה שלו נמוכה יותר מאשר כמה כימאים חלופיים.חוקרים חוקרים בוחנים סוללות ליתיום וסוללות מוצקות של מדינה, המבטיחות יכולת גבוהה יותר ושיפור הבטיחות, אך טכנולוגיות אלה עדיין צריכות להשיג את השיא הארוך הנדרש להתקנים רפואיים מושתלים.

ניהול חשמל וקוויסנט

גם כאשר קוצב קצב אינו מתפתל או מתקשר, המעגלים שלו צורכים כוח. המיקרובקר, הזיכרון, החישה מגבר, ומצביעים הפניה כל שואבים זרם קטן של quiescent. Over שנים של פעולה, כוח סטטי זה מרוקן יכול להגיע לשבריר משמעותית של תקציב האנרגיה הכולל.

מעצבים חייבים אפוא להתאים את כל הטכניקות מיקרו-אמפיות כגון קידוד חשמל (ההאטה של תת-השכבות הלא בשימוש), דחיסות מתח דינמי, ושימוש בטרנזיטים אולטרה-נמוכים הם חיוניים.אך שיטות אלה להוסיף מורכבות לעיצוב השבב ועשויות להתמודד עם הצורך בראייה מיידית או תגובה בזמן אמת לאירועים הגיוניים.

פתרונות חדשניים ודרכים מחקר

אנרגיה מתנועות הגוף והחום

אחד הגבולות המרגשים ביותר הוא המרת האנרגיה של הגוף לתוך חשמל. ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ יכול להיות ממוקם ב pericardium או מחובר myocardium כדי ליצור מתח מההציפוי של הלב.לדוגמה, חוקרים באוניברסיטת וושינגטון פיתחה אבטיפוס אשר מאלץ קוצב קצב מרטטים של הלב (FLT:0 מדע, יולי 2020), בעוד שיבולים של תאים אלה, לעומת זאת, גם כן, עם מיכליטיסה, בין תאים חשמליים, בין תאים חשמליים, לבין תאים קטנים יותר, באופן דומה, עם זאת, עם זאת, בין אם כי הם יכולים להחליף את המשתנים, באופן דומה, באופן אטמוספירה, בין תאים מכחול, לבין תאים ממתכת, באופן דומה, באופן דומה, בין אם כי הם יכולים להחליף את המשתנים, לבין תאים גמישים, לבין תאים).

אנרגיה קצירת הפנים אתגרים של יעילות, אמינות, וזמינות ביולוגית.כמות הכוח הזמין מתנועת הגוף או חום היא בדרך כלל בטווח של עשרות מיקרו-וואט - הרבה פחות מאשר דופק מתפתל (אשר עשוי לדרוש כמה מילימטרים לנצח), עם זאת, עבור מכשירים עם תקופות פעילות לסירוגין, קציר אנרגיה יכול לצבור על-מנת או לטעון סוללות, ולאחר מכן מועברים בתגובתיות זרות.

Ultra-Low-Power Electronics

מתקדם במרקם למחצה - במיוחד המעבר לטכנולוגיה קטנה יותר של תהליכים (למשל, 28 nm או 22 nm) והשימוש בסיליקון מרוקן לחלוטין על-על-על-על-ידי-על-ידי (FD-SOI) טכנולוגיה - הפחיתו באופן דרמטי את צריכת החשמל של מעגלים משולבים.שבבים אלה יכולים לפעול במתחים תת-קרקעיים, שבו ההיצע הוא מתחת למתחים הניסוייים של ה-xi-W, להשגת רמת כוח של 8xiOS בלבד.

גישה נוספת היא לשלב את הפונקציה pacing ישירות לתוך החיישן או שבב טלמטרי, חיסול כוח מגובה על רצפים. אלה מעגלים משולבים ספציפית יישומים (ASICs) מותאמים לצרכים המדויקים של קוצב, מצמצם מעל הראש. בעוד עלות העיצוב גבוהה, התשלום ביעילות כוח הוא משמעותי עבור מכשירים.

המונחים: replaceable Battery Concepts

למרות שרוב יצרני הקצב כיום משתמשים סוללות ראשוניות (לא טענות), הרעיון של השתלה נשללת מחדש הוא revisited. inductive Wireless הטעינה, בדומה לזה המשמש להשתלת cochlear או למכשירים המסייעים ל- ventricular, יכול לאפשר לחולה לטעון את הקצב שלהם בשבוע באמצעות משטח חיצוני.זה ימחק את חיי החיים מקיבולת הסוללה, המאפשר למעצבים להשתמש בתאים מתקדמים יותר, או לתחזוקה של אבטחה מתקדמת יותר, במיוחד, או תחזוקה של טיפול חוזר (במיוחד אם הם כוללים יותר של אבטחה מתקדמת יותר).

רעיון אחר הוא הליך חלופי "רק-חרס" שבו רק מודול הסוללה משודרג, משאיר את שאר האלקטרוניקה ומוביל במקום.יש יצרנים, כגון מדטרוניק, כבר מיושמים את האדריכלות במודלים מסוימים, אבל האמינות המחברת והסיכון לזיהום נשאר חששות.

העברה אלחוטית ו- Capacitive Coupling

בנוסף לטעינה אינדוקטיבית, החוקרים בוחנים את ההפיכה של האנרגיה ה-Freichttive RF ו-Fair-field RF. Capacitive הפיכה משתמשת באלקטרודות על העור ובבתוך הגוף להעביר את הכוח דרך השדה החשמלי משתנה.זה יכול להשיג יעילות גבוהה יותר במרחקים קצרים, אך דורש ניהול קפדני של מגבלות בטיחות.

מערכות ניהול סוללות ו-Algorithms חיזוי

קוצני קצב מודרניים כוללים מערכות ניהול סוללות מתוחכמות (BMS) כי מתח צג, זרם, טמפרטורה, ואימפולס בזמן אמת. על ידי יישום אלגוריתמים, BMS יכול להעריך יכולת להישאר מדויקת יותר, לזהות סימנים מוקדמים של השפלה תאים, ולהתאים פרמטרים לחיסכון באנרגיה כאשר הסוללה נמוכה.לדוגמה, המכשיר עשוי להפחית את רוחב הדופק או amplitude מעט - עם מגבלות טיפוליות - כדי להרחיב את החיים על פני תאים מדגמים פשוטים של סוללת הסוללות.

שילוב של ניתוח סוללות בזמן אמת תומך גם ניטור מרחוק.אם BMS מזהה ירידה חריגה ביכולת, התראה ניתן לשלוח לקליניקה, המאפשר תכנון חלופי פעיל וצמצום הסיכון של נהלי חירום.

כיוונים עתידיים

עיצובים מורכבים ומשתנים

קוצני קצבים מובילים מייצגים שינוי פרדיגמטי, הסרת המובילים שהם מקור משותף של זיהום ופירוק.עם זאת, אתגר הכוח מגביר את התחזיות כי המכשיר כולו קטן יותר.עיצובים עתידיים ללא עופרת עשויים להסתמך על מערכות אנרגיה מבוזרות: סוללה קטנה עבור ריצוף מיידי וספקית אנרגיה גדולה יותר, מונח מרחוק מקור אנרגיה (למשל, תא המטען subclavable) שמתקשר באופן אלחוטי לדרישות של כוח בלתי פתיר.

תאי דלק

לטווח ארוך, תאי דלק ביולוגיים המסיקים אנרגיה כימית מסוכר וחמצן בגוף יכולים לספק מקור חשמל קבוע.טיפוס מוקדם באמצעות אלקטרודות מבוססות אנזים הוכיחו מתחים של כמה מאות מ"ל וסמכויות בטווח המיקרו-וואט. בעוד עדיין רחוק משימוש קליני, תאים כאלה יסלקו את הצורך בסוללות לחלוטין. אתגרים כוללים שמירה על אנזימים, מניעת החיסרון חיסוני, ואספקת מספיק כוח לתקופות גבוהות של דלק, אך עדיין ישארוכות קדימה, אך ישארוכות.

אלקטרוניקה סולידריות ואלקטרוניקה גמישה

סוללות מוצקות-מדינה להחליף את הנוזל או ג'ל אלקטרוליט עם קרמיקה או פולימר מוצק, המציעות צפיפות אנרגיה גבוהה יותר, בטיחות טובה יותר (ללא דליפה), והתפתחויות אחרונות בסוללות מוצקות של סרטים מאפשרות להם להיות מוטבע כמו סדינים גמישים שיכולים להתאים את החיתולים של ההשתלות של האזור, זה יכול לאפשר קוצב קצבים להשתמש באזורי סוללות במקום כרכים, יכולת אריזה לתוך צורה שטוחה כי מתאים בנוחות של חברות אחרות של Cycom כמו מעבדים פעילים.

מסקנה

ניהול אספקת חשמל בדור הבא קובעי קצב הוא בעיה הנדסית רבת פנים נוגעת בחומרים מדע, עיצוב מעגלים, קציר אנרגיה ובטיחות קלינית. כמו מכשירים להוסיף קישוריות אלחוטית, תאימות MRI, וגדלים קטנים יותר, הסוללה המסורתית Li-I2 יידחה למגבלות שלה, צינור עשיר של חידושים - מקציני משככי כאבים ותאים יציבים למצבים למהנדסים אולטרה- AS-יכולים אלה, יאלצו לשפר את החיים התלויים יותר, כדי לשפר את המשתנים אלה, כך פחות, ולהוביל אותם, כך פחות, כדי לשפר את השינויים בטוחים יותר, ודרישות טיפוליים, ודרישות טיפוליות, ודרישות טיפוליות, כדי לשפר את חיי טיפוליות יותר, כך פחות, כדי לשפר את חיי טיפוליות, כדי לשפר את חיי טיפוליות, יותר, כדי לשפר את השינויים בטוחים יותר, כדי לשפר את השינויים יותר, כך פחות, כך פחות, כך פחות, כדי לשפר את חיי טיפוליות, כדי לשפר את השינויים האחרונים, כדי לשפר את השינויים בטוחים יותר, כך שפחות, כך פחות, כך פחות, כדי לשפר את השינויים של טיפולים יעילים יותר, כדי לשפר את השינויים האלה, החלפנוחיות יותר, כך שפחות של טיפולים יעילים יותר, כדי לשפר את השינויים האחרונים, כך שפחות של טיפולים

(ב) ◄ .

  • (ב) סוללת סוללת (FLT:0) ,Pacemaker: A Review - PubMediber CentralFLT 1
  • (ב) ⁇ 0) ,(התחילה של רכבי לב עבור מכשירים רפואיים בלתי ניתנים להשתלות - דוחות מדעיים
  • ◄ [13] [15]
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇