Cardiyak Cihaz Gücünün Sonraki Nesili: Battery Rechargeability ve Rechargeability

Kalp implantatif elektronik cihazlar (CIEDs) - hız yapıcılar, implantable kardiyoverter-defibrillators (ICDs), ve kalp resenktörlü piller, genellikle bir cihazın yönetimine dönüştürüldü ve aniden kalp yetmezliği ve kalp yetmezliği, kalp yetmezliği ve kalp yetmezliği, kalp yetmezliği, bu yaşam kurtarıcı cihazların gerisi, bu güvenli enerji kaynağının geri çekilmesi ve değiştirilmesine ihtiyaç duyan kalp yetmezliğinin ortadan kaldırılmasına ihtiyaç duyar.

Bu makale, kalpli cihaz batarya değiştirilmesi ve geri yüklemedeki en umut verici yenilikleri araştırıyor - indüktör şarj, pastazoelektrik enerji hasat, biyo uyumlu mikro-batteries ve ultrasonik güç transferi - ve bu teknolojilerin morbiditeyi nasıl azaltabileceğini inceler ve hasta sonuçlarını geliştirir.

Konvansiyonel Kardiyak Bataryalarla Mevcut Zorluklar

Standart batarya hız vericilerde kullanılır ve ICD'ler bir lityum-iodine veya lityum-silver koruyucuyum oksit hücresidir.Bu kimyagerler yüksek enerji yoğunluk ve güvenilir performans sunarken, birincil olarak tasarlanmıştır (önemli) hücreler.Bir kez batarya son derece yaşamlara ulaşır - bir düşüşe veya belirli bir seçmeli yedekte - hasta bir yedek işlemden geçer. Amerika Birleşik Devletleri'nde sadece 300.000'den fazla CIED jeneratörü yapılır.

Finansal yükün ötesinde, tekrarlanan cerrahi komplikasyonlar riskini artırır. Büyük bir kayıt çalışması, jeneratörün değiştirilmesinin öngörülemeyen 4-7% büyük olumsuz olay riski olduğunu buldu; hastalar önerilen değiştirme aralığına ilişkin olarak önemli kaygılar yaşayabilirler.

Ayrıca, kartsız hız jeneratörlerinin çevresel ayak izi - metaller, elektronik ve toksik malzemeler içeren - implante edilmiş cihazlar sayısı arttıkça büyüyor. Daha sürdürülebilir, şarj edilebilir bir yaklaşım hem hastalar hem de sağlık sistemlerinde fayda sağlayacaktır.

Implantable cihazlar için kablosuz şarj teknolojileri

En aktif olarak incelenen çözümlerden biri kablosuz güç transferi (WPT) Doğrudan elektrik kontaklarından veya penetating tellerden kaçınmakla, WPT sistemleri cihazın iç bataryasını sağlam deriden geri alabilir. Çeşitli modlar geliştirme altındadır.

Inductive Coupling

İndüktif şarj, implant bandında bir çift gevşek çift kullanır: harici bir iletimli bant, cihazın içine yerleştirilen bir rulo ve cihazı yapıştırır. Dış bantdaki mevcut olan, implant bandında bir manyetik alan oluşturur.Bu teknoloji zaten birkaç santimetre uzaktaki bir güçte kullanılabilir.

Araştırmacılar, hız vericiler için hız verici şarj sistemleri için son derece düşük ücretli bir şarj sistemi gösterdiler.[DD:0) Dış şarj cihazının cihazı algılama veya yükleme fonksiyonlarına müdahale etmemesini sağlamak için ısıtılabilir. Dış şarj cihazı, güvenli sınırlar içinde ısı geçişi sağlamak için ısı üretim tesislerini korumak için bir yama veya kontrol olarak kapatılabilir.

Ultrasonik Güç Transferi

Manyetik alanlara alternatif ultrasonik enerji iletimidir. Yüksek frekanslı ses dalgaları (bir insan işitme) dokuyla seyahat edebilir ve cihazın içinde bir pastazoelektrik alıcı aracılığıyla elektrik enerjisine dönüştürülebilir. Ultrasonik sistemler aynı hizalama hassasiyetinden daha kompakt olabilir ve aynı hizalama hassasiyetinden de acı çekmez.

Son hayvan çalışmaları göstermiştir ki, uzun süre boyunca bataryayı hileli olarak şarj etmek için yeterli olan, özellikle düşük güç tüketimi ile cihazlar için ultrason (örneğin, kemik ve hava cepleri ile) geçer.

Mid-Field ve Far-Field Elektro Transferi

Stanford ve diğer kurumlardaki araştırmacılar, "dödün" kablosuz güç sistemleri geliştirdiler, on ila yüzlerce megahertz aralığında elektromanyetik dalgalar ifade edebilir.Bu dalgalar - 2014 kilometrelik bir dokudan farklı olarak, derin bir dış antenin ilk aşamasını kullanarak odaklanabiliyorlardı.

Orta saha teknolojisi büyük ölçüde preklinik kalırken, hasta uykuları veya günlük aktivitelere devam ederken, kesin bir uyum gerektirmeden bir implant otomatik olarak şarj edilebilir bir implant olasılığını sunar.

Enerji Hasatı: Vücuttan Güçleme Cihazları

Sürekli olarak cihazın bataryasını üstlendirmek için fizyolojik süreçlerden enerji yakalamayı hedeflemek yerine, hatta her zaman batarya olmadan bile son derece güç vermek.En yaygın kaynaklar mekanik hareket, termal gradyan akışlar ve biyofluid akışlarıdır.

Piezoelektrik Enerji Kardiyak Hareketden Atık

Piezoelektrik malzemeleri mekanik strese maruz kaldığı zaman elektrikli bir şarj yaratır. Kalp kasının periyodik sözleşmeleri ve rahatlaması, vibrasyon ve deformasyon kaynağı sağlar. Cihazın dış kabuğuna ince bir pastazoelektrik filmi veya bir kantilever yapısıyla bütünleştirerek veya onu myocardium'a ekleyebilir.

Önemli bir 2019 çalışmasında, mühendisler, düşük güç hızı üreticisi (tipik olarak 5-10 μW) için yeterli olan esnek bir jzoelektrik cihazı geliştirdiler.

Triboelektrik Nanojeneratörleri (TENGs)

Triboelektrik jeneratörleri, iki farklı malzeme dokunup ayrı olduğu zaman meydana gelen elektrik transferine enerji harcıyor. Vücutta, kalp atışları ve hatta nefes alma bu kadar göreceli hareketle kullanılabilir. TENGS büyük bir hayvan modeli) ile donatılmıştır ve kısa süreler için batarya üretebilecektir.

Termoelektrik

İnsan vücudu, düşük implantlar aracılığıyla elektrik akımının temel sıcaklığını koruyor, ancak yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte olan iki yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte bir elektrik jeneratörü (TEG) ile ısınıyor.For subcutaneous implantlar için, bataryanın ısısını dengelemek veya yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte elde etmek için yeterli.

Isıtmalı Battery Mimarileri İmplantlar için

Kablosuz şarj veya enerji hasat ile bile, şarj edilebilir bir enerji depolama elemanı hala hareketsizlik veya yüksek talep dönemlerinde (örneğin, defibrilasyon sırasında) güçten yoksundur.

Biocompatible Microbatteries

Katı devlet pilleri ile ilgili son gelişmeler umut verici bir rota sunuyor. Solid-state lityum bataryalar, sağlam bir seramik veya polimer elektrolit ile donatılmış, büyük ölçüde güvenlik sağlar.Onlar daha az sızıntıya eğilimlidir, filizsiz formasyon ve termal runaway geliştirir. ayrıca, sağlam devlet tasarımları son derece ince ve esnek, bir hızda çalışan bataryalar, Cymbet gibi uzun süre şarj edilebilir akülü devrelere uygun olabilir veya liderliksiz kapsüller.

Bir başka ortaya çıkan format, doğrudan cihazın devre kuruluna, tekrarlanan bükmeye veya atom tabaka ayrıştırmalarına dayanabilen ince film bataryasıdır.Bu bataryalar sadece mikrometreler kalın ve cihaz konutuna entegre edilebilir, tasarruf alanı. 2022 yılında, Rice Üniversitesi'nde bir ekip gösterdi.

Superkapors as Power Buffers

Superkapors (ayrıca ultra kapasitektörler olarak da adlandırılır) daha küçük bir batarya ile paralel olarak, yüksek kapasiteliorun yüksek taleplere sahip olduğu gibi, yüksek kapasiteli bir bataryanın yüksek çözünürlükte şarj edilmesi için gerekli olan şey, bataryanın yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte bir şekilde şarj edilmesi ve daha hızlı şarj edilmesi durumunda, yüksek kapasiteli bir yük devretme işlemine izin verilir.

Klinik Tercüme ve Düzenlemeler

Kalp cihazları için piyasaya yeni bir güç teknolojisi getirmek, güvenlik, güvenilirlik ve cihazın elektronikleriyle uyumlu hale getirmek. ABD Gıda ve İlaç Yönetimi (FDA) ve Avrupa bilgi sistemleri geniş bir test gerektirir, hayvan çalışmaları ve klinik çalışmalar. Anahtar güvenlik endişeleri şunları içerir:

  • [FONT:0)Temiz ısıtma: [Dönetici ve ultrasonik şarj, ısı hasarının önlenmesi için 2°C altında sıcaklık artışının sağlanması gerekir. Implantable bantlar, ohmik ısıtma üreten, dikkatli bant tasarımı ve güç limitleri gereklidir.
  • [FONT:0]Electromanyatik müdahale (EMI): ) Dış şarj cihazı cihazın algılama veya telemetriye müdahale etmemeli, diğer implante edilmiş cihazlarla (örneğin, nörostimulatörler) ilgili özel yönergeleri vardır.
  • [FONT:0)Biocompatability ve onun kiremini:) Tüm batarya ve şarj bileşenleri korozyona dayanıklı, biyo uyumlu bir malzeme (tipik olarak titanyum veya seramik) toksik kimyasalların sızıntısını önlemek için yapılandırılmalıdır.
  • [FONT:0)Patient bağlılık:[Dönetici:<<<0]Hasta uykuları olduğunda hastaların düzenli olarak şarj seanslarını yapması gerekir.

Örneğin, Medtronic, MicraTM öncülü hız makinesi için bir kanal şarj sistemi araştırdı (henüz ürün henüz pazarlanmadı). Implantable enerji-harvesting cihazları kısa vadeli bir hayvan çalışmalarında test edildi, ancak insan denemeleri birincil bir arabadiyak pacing sistemi için tamamlanmadı.

Klinik Uygulama ve Hasta Çıktıları Potansiyel Etkisi

Bu gelişen teknolojiler olgunsa, elektrofiziksel ve kardiyolojinin etkileri önemlidir. Pil yedek cerrahilerin değiştirilmesi (şu anda cihaz revizyonlarında en yüksek morbidite nedeni), daha düşük sağlık maliyetleri ve ameliyathane süresine sahip çocuklar için, uygun olmayan kalp hastalığı olan bebekler için, bu hız verici bir cihazla büyüyecekti: batarya ömür boyu sınırlı kalmayacak ve cihaz tekrar şarj edilebilir değişikliklerle onlarca yıl boyunca kullanılabilir. Benzer şekilde, hastalar, enfeksiyonlar için yüksek risk altında olan ICD'ler ile birlikte.

Dahası, gelişmiş mikrobattaların izin verdiği boyut azaltımı, şu anda 10-12 yıl boyunca batarya kapasitesi ile sınırlı olan öncül hızlayıcıların kabul edilmesini hızlandırabilir.Bu, özellikle de karmaşık venous anatomi ile değerli olacaktır.

Enerji hasat sonunda herhangi bir batarya için ihtiyaç ortadan kaldırılabilir - bir “battery-less” hız makinesi, aynı anda dış bir batarya ile küçük bir implantı şarj eden, tüm güç doğrudan fizyolojik süreçlerden veya tamamen implant edilebilir bir dış kaynağa gelecektir. 2020 kanıt-konsep-koncept çalışması, Michigan Üniversitesi'nden uzun vadeli bir hedef olarak başarılı bir şekilde bir şekilde bir şekilde bir şekilde bir şekilde bir implanta sahip olacak.

Future Outlook: Entegrasyon ve Akıllı Güç Yönetimi

İleriye bakıldığında, büyük olasılıkla senaryo, kablosuz şarj, küçük şarjlı bir bataryayı birleştiren ve bazı enerji toplayıcısı ile cihazı hastanın aktivite seviyesine ve kardiyak taleplere adapte edebilmeli.

Örneğin, her akşam 30 dakika boyunca hafif bir kanal vest takmak, bu da cihazı tamamen şarj edecektir. Gün boyunca, bir pasta ya da yastıkta, hastanın% 10-20'sini şarj edebilir, sistem bir akıllı telefona bir bildirim gönderebilir ve harici şarj cihazından bir uyarı sunabilir.

Ayrıca, yapay zeka kalpli cihazlara entegre edilmiş hale gelirken, güç talepleri artabilir. Algoritmalar arrhythmia algılama, uzaktan izleme ve adaptif bir pacing daha fazla hesaplamalı kaynaklar gerektirir. Aynı şekilde, gelecekteki cihaz karmaşıklığı ile ölçeklenebilir bir enerji platformu, [PLT” gibi pil kimyası kullanan hücrelere ihtiyaç duyar ve lityum-air, lityum-iyondan 5-10 kat daha yüksek enerji arıtılır - implant-gradiyeden çok ilham alır.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Kapalı, şarj edilemez kalpli kalp pili, kablosuz güç transferi, enerji hasat ve şarj edilebilir mikro-batımlar, cihazlarını değiştirmek için daha güvenli, daha uygun ve daha sürdürülebilir alternatifler sunmak için bir araya geliyor - özellikle verimlilik, güvenlik, hasta uyum ve düzenleyici engeller - sonraki on yıl içinde, kalp üreticileri ve ICD'ler ile birlikte, tüm kalp dışı hastalıklarına karşı daha fazla yardımcı olabilecek sistemlerden faydalanacak şekilde faydalanacak.