הדור הבא של כוח התקן לב: התקדמות בהחלפת סוללות וחיוב

מכשירים אלקטרוניים מותשת לב (CIEDs) - כולל קוצים, קרדיודורנים בעליל (ICDs), ומערכות טיפול סינכרוניזציה (CRT) - הפכו את ניהול של arrhyoverter-defibrillators מתעוררות במהירות, מוות לב כי מוות לב פתאומי הוא עלול לגרום נזקי גוף, בדרך כלל, לדלקת חום, אשר חייב להיות בעל השפעה מוגברת של מחלות, 15 שנים לאחר טיפול תרופתיות, אשר בדרך כלל, אשר חייב להיות בעל השפעה מוגברת של מחלות לב, אשר חייב להיות בעל משקל.

מאמר זה חוקר את החידושים המבטיחים ביותר בהחלפת סוללות של מכשיר הלב וכלי טעינה - כולל טעינה אינדוקטיבית, קצירת אנרגיה אדזואלקטרית, מיקרו-batteries ביו-אי-תואמים, ובחן כיצד טכנולוגיות אלה יכולות להפחית את התחלואה, להאריך את תוחלת המכשיר ולשפר את תוצאות המטופל.

אתגרים נוכחיים עם מכשיר לב האמנה

הסוללה הסטנדרטית המשמשת קוצני קצב ו- ICDs היא ליתיום-יודין או ליתיום-סילבר וניליום תא תחמוצת-תחמוצת, בעוד כימאים אלה מציעים צפיפות אנרגיה גבוהה וביצועים אמינים, הם מעוצבים כתאים ראשוניים (לא-rechargeable) לאחר שהסוללה מגיעה ל-End-of-Life-of-Life-One-Siltation in Stress או a Alternativeתחליפית מסוימת – החולה חייב לעבור ניתוח ראשוני (לא-of-in) אחד בלבד, 000 דולר) של טיפול תרופתי, מדי שנה, לאחר ש- 30 אלף דולר, מדי שנה אחת, 000, 000, 000 תשלומים, 000, 000, 000, 000, 000, 000 דולר בלבד, 000, 000, 000, 000 דולר בלבד, 000, 000, 000, מדי שנה אחת בלבד, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 תשלומים בתשלום של טיפול ב-כל אחת בלבד, כל אחת, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 עלות הפעלה אחת, 000 עלות הפעלה אחת, 000 של טיפול ב-עלות טיפול ב-עלות הפעלה אחת מהן יכולות להיות מופעלות הפעלה אחת בלבד, 000, 000 של טיפול ב-ידי

מעבר לנטל הכספי, ניתוח חוזר מגביר את הסיכון לסיבוכים.מחקר רישום גדול מצא כי החלפת גנרטור נושאת סיכון של 47% למקרים חמורים, כולל זיהום, hematoma, ומניעה מובילה.עבור חולים עם מספר רב של תחלואה, כל פעולה נוספת גובה תזמון הסיכוי של תחלואה.יתר על כן, הפלפלציה סוללות יכול להיות בלתי צפוי; חולים עלולים לחוות חרדה משמעותית כמו המכשיר שלהם גישות הממלמלמלמלמלמלמלמלמלמלמלמלמלמלמלמלמלמלמלמלמלמלמלמלמלמלמלמלמלמלית שלה.

בנוסף, טביעת הרגל הסביבתית של גנרטורים קוצרים מפוסקים - המכילים מתכות, אלקטרוניקה וחומרים רעילים - גדל ככל שמספר המכשירים מושתלים עולה. גישה בת קיימא יותר, טעינה יתר על כן, יהנה הן המטופלים והן מערכות הבריאות.

טכנולוגיות טעינה אלחוטיות למכשירים לא מותאמים

אחת הפתרונות הנחקרים ביותר היא העברת חשמל אלחוטית (WPT) על ידי הימנעות ממגעים חשמליים ישירים או חוטי חודרים, מערכות WPT יכולות לטעון את הסוללה הפנימית של המכשיר באמצעות עור שלם.

המונחים: inductive Coupling

טעינה אינדוקטיבית משתמשת זוג סלילים מזוגיים באופן רופף: סליל שידור חיצוני ממוקם על פני העור וקבלה של סליל מוטבע בתוך המכשיר. Alternating הנוכחי ב coil החיצוני מייצר שדה מגנטי שגורם למתח במשתל השתלים. טכנולוגיה זו כבר בשימוש באלקטרוניקה צרכנית (למשל, מדפים חכמים) וכמה שתלים רפואיים, כגון מרחק cochle של כמה סנטימטרים יכול לספק כוח.

החוקרים הוכיחו כי קיבולת של 20% לקיבולת מלאה של כשעתיים.ניתן לחבוש את מערכות הטעינה החיצוניות כאתר שתלים 1LT (FLT:1), אשר יכול לטעון סוללה מ-20% לקיבולת מלאה בתוך שעתיים.החיוב החיצוני יכול להיות תם או להציב על אתר השתל במהלך חיי מפתח כוללים שמירה על היערכות בין סלילים (תנועת החולה יכולה להפחית יעילות), ניהול של דור חום כדי למנוע נזק רקמות, ולהבטיח כי המטען החיצוני אינו מפריע לתפקודי נשימה או מגביל בפועל.

העברת חשמל אולטרה סאונד

אלטרנטיבה לשדות מגנטיים היא העברת אנרגיה קולית.גלי קול גבוהים (שימוע אנושי) יכולים לנוע דרך רקמות ולהיות מומר לאנרגיה חשמלית באמצעות מקלט אדזואלקטרי בתוך המכשיר.מערכות אולטרה סאונד יכולות להיות קומפקטיות יותר מאשר סלילים אינדוקטיביים ולא סובלים מאותה רגישות היערכות.הם גם מציגים סיכון מינימלי של התערבות אלקטרומגנטית עם ציוד רפואי אחר.

מחקרים בבעלי חיים אחרונים הראו כי קידוד של סוללות קוצ'ר מיניאטורות 1FelopLT עם יעילות מתקרב 10-15% - נמוך יותר מאשר הפיכה אינדוקטיבית אבל עדיין מספיק כדי לטעום סוללה על תקופות מורחבות.ההההההה העיקרית היא כי אולטרסאונד אטמומיות באופן משמעותי כמו זה עובר דרך כיסים עצם ואוויר (למשל, רקמות), כך שחייב להיות נבחר בזהירות עבור צריכת אורקולארית, במיוחד עבור צריכת אורת, או אולטרסאונד, במיוחד, כגון ריאה נמוכה, או ריאה, או ריאה, או ריאה, במיוחד, כגון, או ריאה, כגון ריאה, במיוחד, כגון ריאה, או ריאה, במיוחד, במיוחד, או ריאה, או ריאה, או ריאה, במיוחד, או ריאה, או ריאה, במיוחד, במיוחד, כגון ריאה, כגון ריאה, או ריאה, או ריאה נמוכה, כגון ריאה, במיוחד, במיוחד, או ריאה נמוכה, כגון, כגון ריאה, או ריאה נמוכה, או ריאה, או ריאה, במיוחד, או ריאה, במיוחד, כגון, כגון, כגון ריאה, כגון ריאה, כגון ריאה, או ריאה נמוכה, כגון ריאה

העברה אלקטרומגנטית בינונית ופאר-Field

חוקרים בסטנפורד ומוסדות אחרים פיתחו "mid-field" מערכות חשמל אלחוטיות המשתמשות בהפצת גלים אלקטרומגנטיים בעשרות עד מאות טווח מגה-הרץ. הגלים האלה - בניגוד לשדות אינדוקטיביים של שדה ליד - יכולים לנסוע דרך רקמות heterogeneous וניתן להתמקד באמצעות אנטנה חיצונית בשלב של קרינה אלחוטית (מקלט פנימי הוא אנטנה זעירה (כמה מ"מ בגודל) שיכולה להשתלב לתוך מחשבת של כוח עמוק, השתמש בסימון של כוח בשלב ראשון, כדי שיפור של חומר לחץ דם, בשלב זה, היה צורך, בשלב זה, בשלב זה, בשלב זה היה צורך בדגמי, בשלב זה היה צורך בדגמי לחץ דם עמוק יותר, בשלב מוקדם יותר, בדגמי, בדגמי, בשלב מוקדם יותר, בשלב זה, בדגמי, בדגמי לחץ דם עמוק יותר, בדגמי, בשלב מוקדם יותר, בשלב זה היה צורך בדגמת שיער נמוך יותר, בשלב זה היה צורך בדגמי, בשלב זה היה צורך בדגנה חיצונית, בשלב זה היה צורך בדגמת חומר ניקוי מוקדם יותר, בשלב זה של חומר ניקוי של חומר ניקוי מוקדם יותר של חומר ניקוי של חומר ניקוי של חומר ניקוי מוקדם יותר של חומר ניקוי של חומר ניקוי של חומר ניקוי של חומר ניקוי של

בעוד שטכנולוגיית אמצע שדה נותרה בעיקר לפני הטיפול, היא מציעה את האפשרות הטמינגנת של "חיוב אמין" שיכול לטעון אוטומטית השתל בזמן שהמטופל ישן או הולך על פעילויות יומיומיות, מבלי לדרוש היערכות מדויקת.

אנרגיה: הפעלת מכשירים מהגוף

במקום להסתמך על חידוש חיצוני לסירוגין, טכנולוגיות אנרגיה-הארצה שואפות ללכוד אנרגיה מתהליכים פיזיולוגיים כדי להדוף את הסוללה של המכשיר - או אפילו כדי לכפות אותו ללא הגבלת זמן ללא סוללה בכלל. המקורות הנפוצים ביותר הם תנועה מכנית, ⁇ תרמי וזרימת ביו-fluid.

▪ אנרגיה Piezoelectric קצירת קלוריות מ- Cardiac Motion

חומרים Piezoelectric לייצר מטען חשמלי כאשר נתון מתח מכני. עבור יישומי לב, התכווצות תקופתית והרפיה של שריר הלב מספק מקור מוכן של רטט ועיוות. integrating סרט דיזואלקטרי דק או מבנה cantilever על הקליפ החיצוני של המכשיר או הצמד אותו ל myocardium יכול להמיר את הדופקים המכניים האלה לתוך זרם חשמלי.

במחקר שפורסם בשנת 2019, המהנדסים פיתחו מכשיר אדזואלקטרי גמיש שניתן לעטוף סביב פני השטח של הלב, ייצור של FLT:0enough כוח להפעיל קוצב בתנאים ריאליים של ההרחבה:1 (דחיסות כוח חיצוני הגיעה בערך 0.5-1 מיקרו-מיקרו-CM2, אשר מספיק עבור קצב כוח נמוך (בדרך כלל 5-10 מיקרו-W).

Triboelectric Nanogenerators (TENG)

גנרטורים טריבואלקטריים לקצור אנרגיה מחשמל מגע - העברת המטען המתרחשת כאשר שני חומרים שונים נוגעים ומפרידים.בגוף, פעימות לב ואפילו נשימה יכולים לנהוג ברווחים יחסיים כאלה.

המונחים: thermoelectric Harvesting

הגוף האנושי שומר על טמפרטורת ליבה של -37 מעלות צלזיוס בעוד פני העור הם לעתים קרובות 10-15 מעלות צלזיוס קריר תחת רמות ambient נורמליות. כי הבדל טמפרטורה ניתן לנצל על ידי גנרטורים תרמואלקטריים (TEGs) אשר להמיר את זרימת החום לחשמל באמצעות אפקט Seebeck. עבור שתלים subcutaneous לחלוטין, ⁇ טמפרטורה יכול להיות רק כמה מעלות, מניב מתחים קטנים מאוד, עם זאת, agggg לתוך קצב יעיל של פחמן CG של סגסוגת יעילה מספיק כדי להפחית את רמת כוח אחד של סגסוגת של סגסוגת יעילה של 1x.

אדריכלות סוללות בתשלום עבור Implants

גם עם טעינה אלחוטית או קצירת אנרגיה, אלמנט אחסון אנרגיה נטען עדיין צריך לטבול כוח במהלך תקופות של חוסר פעילות או ביקוש גבוה (למשל, במהלך הריסה) ליתיום-יון ו סוללות ליתיום-פוחיות-פוחיות היו תקן עבור מכשירים רפואיים חד-משמעיים (למשל, נוירונסמולטורים, אינסולין), אבל השימוש שלהם בחולי לב היה מוגבל על ידי טיפול תרופתי, לחץ דם, בעיות בטיחותיות, לחץ דם, ומחסור.

מיקרו-מסעדות

ההתקדמות האחרונה סוללות מוצקות המדינה מציעים מסלול מבטיח. סוללות ליתיום סולידריות המדינה להחליף את אלקטרוליט נוזלי נוזל נוזל דלגן עם קרמיקה מוצק או אלקטרוליט פולימרי, שיפור משמעותי הבטיחות.הם פחות נוטה להדליפה, היווצרות dendrite, מחזורי ריצה תרמיים מספיק זמן, עיצובים מוצקה של מדינתיים יכול להיות דק וגמיש מאוד, בהתאם משטחים של קוצב קצב או קפסולה, כמו כמה שבועות גמישים, עם יכולות מיקרו-אווירה, עם יכולות מכניות.

פורמט מתפתח נוסף הוא סוללה פיל-סרט דק שהופקד ישירות על לוח המעגל של המכשיר באמצעות sputtering או שכבת אטומית deposition. סוללות אלה הן רק מיקרומטר עבה ויכול להשתלב לתוך שטח המכשיר, שמירת שטח. בשנת 2022, צוות באוניברסיטת רייס הראה PH:0 גמישות Lithium-ion-ion-ion-bendinging חוזר על עצמו, חסימת שטח 1 ו-טיפול כירורגי עבור השתלות מתאים.

Supercapacitors - Power Buffers

Supercapacitors (נקרא גם אולטרה-capacitors) לאחסן אנרגיה אלקטרוסטטית ויכול לספק התפרצויות קצרות של זרם גבוה - בדיוק מה נדרש עבור פיזור (אשר עשוי לדרוש דופק של עד 35 J) על ידי שימוש supercapacitors במקביל עם סוללה קטנה יותר, הסוללה יכולה להיות מגמת עלייה עבור צריכת החשמל הממוצעת בעוד supercapacitor מטפל דרישות שיא. גישה היברידית זה מאפשר דיור מהיר יותר עם סוללה קצר לאחר מכן יש צורך מחסנית.

תרגום קליני ושיקולים רגולטוריים

להביא כל טכנולוגיה חדשה של כוח לשוק עבור מכשירי לב דורש בדיקות קפדניות לבטיחות, אמינות, והתאמה עם האלקטרוניקה של המכשיר. מינהל המזון והתרופות האמריקאי (FDA) וגופים אירופיים מיודעים דורשים בדיקות ספסל נרחבות, מחקרים בבעלי חיים, וניסויים קליניים.

  • (FLT:0) מתחמם: אינטגרטיבית וטעינה קולית חייבים לשמור על עלייה בטמפרטורה מתחת 2 מעלות צלזיוס בממשק הרקמות כדי למנוע פגיעה תרמית. coils לייצר זרמים מודי ברקמות, אשר מייצרים חימום הוממתי; עיצוב קו סליל זהיר והגבלת כוח הם הכרחיים.
  • (FLT:0) התערבות אלקטרונית (EMI): החלפה 1:1, מטען חיצוני לא צריך להפריע לרגישות המכשיר או טלמטרי, ולא עם מכשירים אחרים מושתלים (למשל, נוירוסנסמולטורים). ה- FDA יש הנחיות ספציפיות לבדיקת EMI (ISO 14117).
  • (FLT:0) ביו-גמישות וההתמדה: ⁇ 1:1 כל סוללה ורכיבי טעינה חייבים להיות מלוכדים בחומרים עמידים, ביו-איים לא עולים בקנה אחד ( טיטניום אטי או קרמיקה) כדי למנוע דליפת כימיקלים רעילים.השתל חייב לשמור על הגמישות לאורך שנים של חשיפה לנוזלי גוף.
  • דבקות:0 (FLT:1) מערכות טעינה דורשות מהחולים לבצע באופן קבוע פגישות טעינה.כישלון לעשות זאת יכול להוביל לפענוח סוללות מוקדם. ממשקים ידידותיים למשתמש וטעינה אוטומטית כאשר השינה המטופלת עשויה לשפר את תאימות.

כמה חברות כבר יזמו ניסויים קליניים.לדוגמה, מדטרוניק חקרה מערכת טעינה אינדוקטיבית עבור מיקוגן קצבים ללא עופרת MicraTM שלה (למרות שאף מוצר עדיין לא ממוכן) מכשירים חד-הארכיים של אנרגיה נבדקו במחקרים בעלי חיים קצרים, אבל שום ניסויים אנושיים לא הושלמו עבור מערכת טיפול ראשוני של טיפול.

השפעות פוטנציאליות על תרגול קליני ו-מטופל

אם טכנולוגיות מתפתחות אלה בוגרות, ההשלכות של אלקטרופיזיולוגיה וקליולוגיה הן משמעותיות.חיסול של ניתוחי החלפת סוללות יפחיתו את שיעור הזיהום (כיום הגורם הגבוה ביותר לתחלואה בהתקני תיקון), עלויות בריאותיות נמוכות יותר, ושחררו את זמן ההפעלה.עבור ילדים עם מחלת לב מולד הדורשת זיהומים קצביים, מכשיר טעינה יכול לגדול עם המטופל: הסוללה לא תגביל את החיים, וניתן להשתמש בהם רק עבור חולים עם לחץ דם גבוה (למשל, או טיפול תרופתי) באופן קבוע, עם שינויים קלים, או טיפול תרופתי, רק עם תרופות נוגדות, באופן קבוע (למשל, או טיפול תרופתי) באופן קבוע, או טיפול תרופתי, או טיפול תרופתי, עם תרופות נגד תרופות לטיפול בתדירות גבוהה.

יתר על כן, הפחתת גודל המותר על ידי מיקרו-בידורות מתקדמים יכולה להאיץ את אימוץ של קוצני קצבים ללא עופרת, אשר מוגבלים כיום על ידי יכולת סוללה לתוחלת חיים ממוצעת של 10-12 שנים. קוצב חסר אחריות יכול להימשך באופן תיאורטי ללא הגבלת זמן.זה יהיה בעל ערך במיוחד עבור חולים מבוגרים ואלה עם האנטומיה הרכה מורכבת.

קצירת אנרגיה עלולה בסופו של דבר לחסל את הצורך בכל סוללה - קוצב "ללא חתיחה" יהיה התקדמות טרנספורמטיבית.במכשיר כזה, כל הכוח יבוא ישירות מתהליכים פיזיולוגיים או מקור חיצוני לביש. A 2020 הוכחה של תפיסה מאוניברסיטת מישיגן הראה מערכת שמכשיר אלחוטית המופעלת באופן אלחוטי באמצעות אולטרסאונד תוך שהוא מארגן סוללה חיצונית, ויוצר שרשרת אנרגיה סגורה שעדיין לא ניתנת לחול.

תחזית עתיד: אינטגרציה וניהול חשמל חכם

במבט קדימה, התרחיש הסביר ביותר הוא מערכת היברידית המשלבת גינון אלחוטי, סוללה קטנה, ודרגה מסוימת של קצירת אנרגיה.הכוח המשולב מעגל (PMIC) יהיה קריטי: זה חייב לעבור בצורה חכמה בין מקורות כוח, למקסם את היעילות, ולהגן על הסוללה מפני חיזוי יתר או פריקות עמוקות.התקדמות באלגוריתמים אולטרה-עוצמה נמוכה וקושחה תאפשר את המכשיר להתאים את רמת הביקוש שלו לרמה של טיפול רפואי.

המטופל יכול, למשל, ללבוש אפוד אינדוקטיבי קל במשך 30 דקות בכל ערב בעת צפייה בטלוויזיה, אשר יהיה אחראי לחלוטין על המכשיר. במהלך היום, קציר אדזואלקטרי על המכשיר עשוי להוסיף 10-20% של הדרישה לאנרגיה היומית.אם המטופל שוכח לטעון, המערכת יכולה לשלוח הודעה לסמארטפון ולהציג טון מתוקף חיצוני.

בנוסף, כאשר בינה מלאכותית הופכת להשתלב בהתקני לב, דרישות כוח עשויות להגדיל.אלגוריתמים לגילוי של זוועותהמיה, ניטור מרחוק, וסחר חליפין אדפטי דורשות משאבים חישוביים יותר.פלטפורמת כוח בת קיימא שיכולה לעלות בקנה מידה עם מורכבות מכשיר עתידי היא חיונית.

מסקנה

עידן של סוללה דלת לב חתומה, שאינה ניתנת לטעינה, הוא ציור קרוב.התקדמות בהעברת חשמל אלחוטית, קצירת אנרגיה, וטעינה מיקרו-batteries הם אלה שתורמים להציע בטוח יותר, נוח יותר, ועוד חלופות בר קיימא יותר, בעוד אתגרים הנדסיים נשארים - במיוחד סביב יעילות, בטיחות, עמידה בחולי, ומכשולים רגולטוריים - המסלול הוא ברור בתוך העשור הבא, עם כל הסיכויים למזג אווירי סוללה, אך לא יוכלו להחליף אותם, אלא גם ללא טיפול חוזר, אלא גם ללא טיפול תרופתי, אלא גם עם כל למערכות אבטחה או טיפול תרופתי, אלא גם ללא טיפוליות, או טיפוליות, אלא גם ללא טיפוליות, או טיפול עצמי, או טיפול תרופתי, או טיפול עצמי, או טיפול עצמי, או טיפוליות, או טיפוליות, או טיפוליות, ללא הגבלת זמן, או טיפול עצמי, ללא הגבלת זמן, ללא טיפול עצמי, או טיפול תרופתי, ללא הגבלת זמן, ללא טיפול עצמי, או טיפול עצמי, ללא הגבלת זמן, או טיפול תרופתי, או טיפול תרופתי, או טיפול תרופתי, או טיפול תרופתי, ללא הגבלת זמן, ללא הגבלת זמן, ללא טיפול תרופתי, או טיפול תרופתי, או טיפול תרופתי, ללא טיפול עצמי, או טיפול עצמי, או טיפול עצמי, אלא גם, או טיפול עצמי