מבוא

מכשירים אלקטרוניים מותשים לב (CIEDs) היו אבן הפינה של קרדיולוגיה מודרנית במשך עשרות שנים, חיסכון של מיליוני חיים באמצעות קוצרים, קרדיווברטר-defibrillators (ICDs), וטיפול בדמיון הלב (CRT) מכשירים חדשים, אך מערכות שמירה על חיים אלה תלויות בחולשה אחת: סוללות הכוח שלהם הנוכחי-ioidium ותאים דו-חמצנייים בדרך כלל לא יכולים להחליף את המשתנים של טיפול תרופתיים ו-5 שנים לאחר טיפול תרופתיים משמעותיים, אך ורק לאחר טיפול תרופתיים, אך ורק לאחר טיפול תרופתיים, לאחר מכן, לאחר טיפול תרופתיים שונים, לאחר מכן, לאחר טיפול תרופתיים, לאחר מכן, אך ורק לאחר מכן, לאחר מכן, כדי להחליף את הפחתת הסיכון לדלקתיים, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, כדי להחליף את הפחתת הפחתת הסיכון של טיפול תרופתיים של תאים דלקת ריאות-חמצני, אך ורק על מנת להחליף את המשתנים, אך ורק על מנת להחליף את הפחתת דלקת ריאות-ומטרים משמעותיים של טיפול תרופתיים משמעותיים של טיפול תרופתיים, אך ורק לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר טיפול תרופתיים, לאחר טיפול תרופתיים משמעותיים של טיפול תרופתיים שונים, לאחר טיפול תרופתיים שונים, אך ורק על

ההתקדמות האחרונה בהפיכה אינדוקטיבית, העברת כוח חוזרת, רדיו קידוד (RF) אנרגיה קצירת אנרגיה, ומערכות מבוססות אולטרסאונד הביאו את WPT קרוב יותר למציאות הקלינית.על ידי מתן אנרגיה בבטחה ויעילה באמצעות העור והרקמה, טכנולוגיות אלה מבטיחות לשחרר חולים ממגבלות של תוחלת הסוללה. מאמר זה חוקר את מצב הכוח האלחוטי הנוכחי של שתלים לב, אתגרי ההנדסה כי נשארים, ואת המסלול העתידי לקראת ניתוח סוללות.

הצורך הקריטי ב-WiFi ב- Cardiac Implants

למרות יעילותם המוכחת, CIEDs קונבנציונליים מגופת על ידי המגבלה הבסיסית של מקור הכוח שלהם.כל ניתוח חלופי מציג חלון של פגיעות למטופל.על פי נתונים של הרישום הלאומי של נתונים קרדיווסקולריים, שכיחות הסיבוכים כגון כיס hematoma, התקן, ולהוביל נזק במהלך נהלים חלופיים מ-2% עד 5%, עם עלייה באוכלוסיות ישנות או מתאגידים.

יתר על כן, מחיקת סוללות מתרחשת לעתים קרובות ללא מרשם.למרות יצרנים לספק עקומות ארוכות טווח המשוער, חיי סוללה בפועל משתנים עם הביקוש הפחתת, תכנות מכשירים וכימיה סוללות.מכשיר המסתמך על מקור כוח סופי לא יכול לתמוך בתכונות מתקדמות כגון ניטור מרחוק מתמשך, טיפול ריתול גבוה עבור אנדרית, או אבחון נתונים אינטנסיבי ללא ניקוז הסוללה מהירה יותר.

כוח אלחוטי מתייחס גם לאתגר דמוגרפי גדל והולך.כפי שהאוכלוסייה העולמית מזדקנת, מספר החולים המקבלים CIED צפוי לעלות בחדות.פרויקטים של ארגון הבריאות העולמי שבשנת 2030, מחלת לב וכלי דם תישאר הגורם המוביל למוות, והביקוש לטיפולים הניתנים להשתלות יגדל בהתאם.הפחתת הצורך בניתוחים חוזרים הופך לעניין לא רק של נוחות, אלא גם של יכולת בריאות ובטיחות המטופל.

כיצד העברה אלחוטית של חשמל פועלת עבור שתלים רפואיים

העיקרון הבסיסי של העברת כוח אלחוטי למכשירים מושתלים הוא העברת אנרגיה על פני מחסום העור ללא מחברים פיזיים.אנרגיה נוצרת על ידי מקור חיצוני (transmitter) ונלכדה על ידי מקלט בתוך הגוף, שבו הוא מומר זרם חשמלי כדי לטעון סוללה או כוח המכשיר ישירות.אתגר המפתח הוא להשיג יעילות העברת כוח מספקת תוך הבטחת חימום רקמות נשאר בתוך גבולות בטוחים.

המונחים: inductive Coupling

שיטת WPT שהוקמה ביותר משתמשת אינדוקציה מגנטית. a עיקרי מחוץ לגוף מייצר שדה מגנטי משתנה, אשר גורם מתח בתוך סליל משני מוטבעת השתל.יעילות תלויה במידה רבה על היערכות ומרחק; בדרך כלל, הפיכה אינדוקטיבית עובד טוב עם הפרדה של פחות מ 2 ס"מ עבור שתלים לב - לעתים קרובות רק תחת העור באזור תצורה מתקדמת - כמו גם יכול להיות מתאים יותר מטווח יעיל של פעילות גופנית.

הפיכה אינדוקטיבית כבר בשימוש במערכות מסחריות מסוימות עבור טעינה נוירו-סנסמורטורים ושתלי קוכלאר. עבור מכשירי לב, FLT:0a 2020 מחקר שפורסם ב- IEEE על Biomedical EngineeringFLT:1 הדגים אב-טיפוס במערכת אינדוקטיבית המסוגלת למקם מחדש את הסוללה דרך 15 מ"מ של רקמות מדומה עם יעילות מקצה 85%.

Resonant Inductive Coupling

על ידי הוספת קפצויים חוזרים הן משדר והן מקלט סלילים, הפיכה אינדוקטיבית משפרת את היעילות והסובלנות לעיוות.המערכת פועלת בתדר מסוים חוזר - באופן חד פעמי בטווח של 100 k k ל 10 MHz - המאפשר אנרגיה להיות מועבר ביעילות רבה יותר על פני מרחקים גדולים יותר (עד 5-10 ס"מ) עבור השתלת לב, זה אומר כוח חיצוני יכול להיות ממוקם על רקע של חום או מתפתל יותר.

כמה קבוצות מחקר חקרו גישה זו עבור קוצים חסרי יכולת, שהם מכשירים קטנים, המכילים את עצמם ממוקמים ישירות בתוך הלב, כי קוצני קצב לא מובילים לא להרחיב גנרטור תת-קרקעי, הם מציעים הזדמנות ייחודית לכוח אלחוטי מלא. A 2022 נייר ב FLT:0 תקשורת תקשורת אלחוטית 1 תיאר מערכת resonant אשר סיפקה 200 mW של כוח 1F3 ס"מ פחות מ- 4 ס"מ לחשיפה מוגבלת של עבודה מוגבלת.

רדיו ⁇ אנרגיה העברה

רדיו ⁇ (RF) העברת כוח משתמשת אנאנטנות כדי לקרין גלים אלקטרומגנטיים בתדרים מ-900 MHz עד כמה ג'יגה-הרץ.השתל מכיל אנטנה (אנטנה מהדהדת) שממיר את אנרגיית RF המתקבלת ל- DC. שיטות RF יכולות לפעול יותר למרחקים ארוכים - מילימטרים ולא ס"מ - אבל סובלים מהפחתה משמעותית ברקמות, שהיא אמצעי הפסד.

חוקרים חוקרים טכניקות beamforming ומעבירים בשלבי רדיו להתמקד אנרגיית RF על השתל, שיפור היעילות. A 2021 מחקר מאוניברסיטת וושינגטון הראה לפקח על לב לב המופעל RF כי קציר 100 מיקרו-W ברציפות דרך 3 ס"מ של רקמות, מספיק עבור טלמטארי תקופתי אבל לא עבור פצי אוויר גבוהים הדורשים התפרצויות קצרות של אנרגיה גבוהה (עד 40), רק ל- RF, עם זאת, עם פתרון היברידית לא יכול להיות משולב.

העברת כוח מבוססת אולטרה-סאונד

אולטרהסאונד משתמש גלי קול קידוד גבוה (בדרך כלל 1-10 MHz) כדי לשאת אנרגיה מכנית באמצעות רקמת. ⁇ חיצונית פולט גלי קול ממוקדים, אשר מתקבלים על ידי אלמנט דוזואלקטרי השני על השתל, המרת הרטט המכאני לתוך אנרגיה. Ultrasound מציעה העברת חשמל מעולה באמצעות רקמות עם חימום מינימלי, והוא יכול להיות ממוקד עמוק כמו הלב עם דיוק גבוה, שלא כמו גם תאים מגנטיים, כמו סורקים.

המגבלות העיקריות הן כי אולטרסאונד דורש הפיכה אקוסטית טובה ושורה של ראייה בין משדר למקבלים אוויר כיסים (לדוגמה, הריאות) יכול לחסום את הדבורה, ואת הצלעות יכול ליצור צלל, עם זאת, עבור שתלים תת-כינוריים, עוברי צוואר החזה יכול לשמור על נתיב אקוסטי עקבי.

יתרונות מרכזיים על מכשירים מסורתיים של סוללה

יישום העברת כוח אלחוטית בשתלי לב מעניקה הטבות המשתרעות הרבה מעבר לחיסול ניתוח החלפת סוללות:

  • (FLT:0) ,התערבויות כירורגיות .FLT:1) הסרת הצורך בהחלפת גנרטורים פירושה שהמטופלים עוברים פחות פעולות במהלך חייהם.זה מפחית סיכון מצטבר לזיהום, מוריד את שכיחות הסיבוכים של הכיס, ומפחיתים את הנטל על משאבים כירורגיים.עבור מטופלים רופאי ילדים, שעשויים לדרוש עשרות חלפים לאורך כל החיים, היתרון הזה הוא טרנספורמטיבי.
  • גודל המכשיר הקטן והשיפור האסתטיקה.IRLT:1 ; CIED הנוכחיים מוגבלים על ידי הסוללה, אשר תופסת חלק גדול של נפח המכשיר.עם סוללה קטנה או לא, שתלים יכולים להיות ממזעריים באופן דרמטי. מוליכים קצבים ללא עופרת כבר מתקרב לגודל של קפסולת גדולה של ויטמין; כוח אלחוטי יכול להפוך אותם אפילו קטנים יותר ומתאים להשתלתל באמצעות הפחתת מינימלית בהליך פולשני.
  • (FLT:0) פונקציונליות הנמשכת של ההרחבה 1.FLT:1ir מאפשר ניטור תמידי, אבחון מתקדם ותכונות אינטנסיביות נתונים כגון זיהוי זוועות בזמן אמת עם אלקטרוגרמה ברזולוציה גבוהה מכשירים יכולים גם לתמוך עדכוני תוכנה ואלגוריתמים חדשים של טיפול על האוויר, כמו סמארטפונים, ללא דאגה לגבי ניקוז סוללות.
  • (FLT:0) שיפור הבטיחות והאיכות של החיים.BuildFLT) 1 חולים כבר לא צריכים לעבור הערכות טרום-אקטיביות חוזרות ונשנות, בית החולים נשאר, או תקופות התאוששות.הנטל הפסיכולוגי של הידיעה שהמכשיר יצטרך להחליף הוא גם כן, כוח אלחוטי פותח את הדלת לניהול מכשירים מרוחק באמת, שבו המטופל יכול לטעון את השתל שלהם ממנעה או לישון בזמן השינה.
  • (FLT:0) עלויות בריאות לכל החיים של לואוור (FLT:103) למרות שמערכות טעינה אלחוטיות מוסיפים עלות מראש, חיסול ניתוחים חלופיים, סיבוכים הקשורים, אשפוזים צפויים לייצר חיסכון נטו.מודלים כלכליים לבריאות מעריכים ירידה של 40-60% בעלויות הקשורות למכשירים לכל החיים עבור מטופלים קוצב קצב אם כוח אלחוטי הופך סטנדרטי.

מדינת המחקר והניסויים הקליניים

השדה נע במהירות מהפגנות ספסל לעבר מערכות קליניות.כמה אוניברסיטאות וחברות medtech מפתחים פלטפורמות חשמל אלחוטיות קנייניות.לדוגמה, חוקרים מאוניברסיטת קליפורניה, לוס אנג'לס, בנו מערכת חשמל אלחוטית מותשת לחלוטין עבור מכשירים ייחודיים ל-Uventricular, המשתמשים בקישור אינדוקטיבי וחילוץ גמיש שתואם את הצורה שלהם, שפורסם ב-FLT2: 202CRAC יכול לספק מערכת אבטחה קריטית בטמפרטורה של 15:1-V.

מאמץ בולט נוסף מגיע ממכון קרולינסקה בשוודיה, שבו צוות פיתח קוצב אולטרסאונד בעל כוח מוביל המסיק אנרגיה מטרנפור שהוצב על העור.במחקר של בעלי חיים של 2022 הוכחה של תפיסה, הם הצליחו לזרז בהצלחה לב עכברוש בשיעורים פיזיולוגיים באמצעות אנרגיה אולטרסאונד בלבד, ללא סוללה על הסיפון.הקבוצה עובדת כעת על דרוג המערכת עבור לבבות אנושיים גדולים ואבטחת מימון עבור ניסויים אנושיים ראשונים.

בצד המסחרי, WiTricity Corporation - הידוע בזכות עבודתו בטעינה של כלי רכב חשמליים - יש רישיון הטכנולוגיה ההפיכה המחודשת שלה ליצרן גדול של מכשיר לב, בעוד פרטים נשארים חסויים, השותפות מציעה כי מערכת של כיתה קלינית יכולה לעבור מחקרים אפשריים. בדומה, מדטרוניק ו- Abbott הביעו עניין ציבורי בכוח עבור יצרני קצבים ונוירוטים מובילים, הגשת פטנטים רבים עבור מקלטים וחידושים.

hurdles רגולטורים נשארים משמעותיים.המנהל האמריקאי למזון ותרופות (FDA) דורש בדיקות קפדניות כדי להבטיח כי חשיפה כרונית לשדות אלקטרומגנטיים אינה גורמת לחימום רקמות, גירוי עצבי, או הפרעה עם מכשירים אחרים מושתלים.ההנחיות האחרונות של ה- FDA על מכשירים רפואיים אלחוטיים מציעות מסלול הכולל בדיקות תאימות אלקטרומגנטית ומודל תרמי.

אתגרים עתידיים ב- Outlook ו-Remaining Challenges

למרות התקדמות משמעותית, יש להתגבר על כמה מכשולים לפני שהכוח האלחוטי הופך סטנדרטי להשתלת לב:

בטיחות וניהול

מתן אפילו כמה וואט של כוח באמצעות עור באופן בלתי נמנע גורם קצת חימום רקמות.סף עבור נזק תרמי הוא סביב 6 מעלות צלזיוס מעל טמפרטורת הגוף, אבל גבולות רגולטוריים הם שמרניים יותר - מגבילים באופן זמני עלייה של טמפרטורה 2C. אלגוריתמים בקרת חשמל הסתגלות יכול לשנות את הכוח המועבר על בסיס חיישנים בזמן אמת, אבל אלה להוסיף עיצובים עתידיים סביר לשלב קירור פעיל (למשל, מיקרו-ערוצי) או להפיץ את הרקמות כדי להתפרעפרעפות.

תאימות והתאמה אלקטרומגנטית

שתלים לב חייבים לעבוד באופן אמין בנוכחות סורקי MRI, ציוד דילקימי, ומכשירים רפואיים אחרים.מעבירי חשמל אלחוטיים מייצרים שדות אלקטרומגנטיים חזקים שיכולים לגרום זרמים בראש או להפריע למעגלים החישה של השתל.עיצובים חדשים ללא מוביל להפחית את הסיכון הזה על ידי חיסול מוביל, אבל הגנה זהירה ותכנון תדירות נדרשים.

אימוץ משתמשים ועייפות יומית

עבור טעינה יומית, המטופל חייב ללבוש או לישון עם משדר חיצוני.זה דורש מקור כוח (למשל, סוללה בפוד, כרית טעינה על שולחן השינה) כי הוא נוח ואמינה.מהנדסים לחקור בגדים אינדוקטיביים שניתן ללבוש כמו רצועה חזה, אבל נוחות, היגיינה, ולהישאר חששות ראשוניים מחקר הציעו באמצעות קציר אנרגיה מגוף או תרמי, יכול להיות שילוב של סוללות פעיל, אך ורק עם טיפול היברידית, עם טיפול תרופתי, לעתים רחוקות, אך ורק עם טיפול תרופתי, עם טיפול תרופתי, אך ורק עם טיפול תרופתי, אך ורק סלקטיבי, אך ורק סלקטיבי, אך ורק רטי, עם טיפול תרופתי, אך ורק חנקן, אך ורק חנקן, אך ורק דביקה, ולהישאר חששות.

מינימום ועלויות

שרילוק מעגלי המקלט כדי להתאים בתוך מכשיר עבה של 2 מ"מ תוך שמירה על >50% יעילות היא חומר לא-טריוויאלי ואתגר הייצור.התקדמות בגליון ניטריד (GaN) מגברי חשמל וגמישים מודפסים גמישים סלילי לוח מודפסים מביאים את העלויות למטה, אבל הרכיבים הנוספים יעלו בתחילה את המחיר של כל השתלים.

במבט קדימה, כוח אלחוטי יכול לאפשר כיתות חדשות לחלוטין של מכשירי לב: קוצני קצב ביוסר שניתן לפזר לאחר כמה חודשים, מיקרו-סימולטורים בלתי ניתנים להזרקת טיפול ממוקד, ומערכות סגורות המספקות אנרגיה על הביקוש ממקור חיצוני שחוקים כתם.אינטגרציה עם רשתות חיישן ואינטליגנציה מלאכותית יכולה לאפשר למכשיר לחזות חרדות וטרף-remptive מקבל כוח עבור גורם מהיר או חלוקה של סוללה, ללא הפרעה מלאה.

ככל שהמחקר ממשיך, ההתכנסות של העברת כוח יעילה, חומרים חכמים, בהירות רגולטורית תדחוף כוח אלחוטי מסקרנות ניסיונית לסטנדרט של טיפול.העשור הבא כנראה יראה את המערכות הראשונות שאושרו קלינית להיכנס לשוק, בתחילה עבור יצרני קצבים ללא עופרת ובסופו של דבר עבור כל מכשירים להשתלת לב.עבור חולים, כי בעתיד זה אומר פחות ניתוח לדאוג - ואיכות חיים כי כבר לא נמדדת במחזורי סוללות.