Giriş Giriş Giriş

Kalp implantatif elektronik cihazlar (CIEDs) yıllardır modern kardiyolojinin temel taşı olmuştur, hız vericiler aracılığıyla milyonlarca hayat kurtarılabilir, implantatif kardiyoverter-defibrillers (ICDs), ve kardiyak resenktörlüasyon tedavisi (CRT) cihazlar, ancak bu yaşam-kullanıcı sistemler tek bir zayıflığa bağlı değildir: Güçler ve lityum-manganese dioksit hücreleri genellikle 5 ila 10 yıl arasında son derece basitleştirilmiş bir cerrahiye sahiptir.Bu, tüm cihaz yerine getirmek için bir cerrahiye ihtiyaç duyar.

En son gelişmeler indüktif darbe, rezonans güç transferi, radyofret (RF) enerji hasat ve ultrason tabanlı sistemler WPT'yi klinik gerçeklikle daha yakınlaştırarak, bu teknolojiler batarya uzunluğundaki kısıtlamaların serbest kalmasına söz verir.Bu makale, kalp implantları için mevcut kablosuz güç durumunu araştırıyor ve pil cerrahisi ile ilgili mühendislik zorlukları ve batarya cerrahisi geçmişteki bir şey olduğunda, bu teknolojiler.

Kardiyak İmplantlarda Kablosuz Güç için Eleştirel İhtiyaç

Kanıtlanmış etkinliğinin aksine, geleneksel CIEDs, güç kaynağının temel sınırlaması tarafından rahatsız edilir.Her bir yedek ameliyat, hasta için bir güvenlik penceresi sunar. Ulusal Cardiovascular Data Record, cebi hemaatom, cihaz, maliyet ve cihaz maliyetleri sırasındaki artış oranlarının yüksek olduğu gibi komplikasyonların bir penceresini sunar.

Dahası, batarya kesinti genellikle tahmin edilemez hale gelir. üreticiler tahmin edilebilir uzun süreli eğriler sağlar, gerçek batarya hayatı taleple değişir, cihaz programlama ve pil kimyası. Sonlu bir güç kaynağına dayanan bir cihaz, sürekli uzaktan izleme, yüksek seviyeli tedaviler gibi gelişmiş özellikleri destekleyemez, arrhythmias veya veri yoğun tanıları daha hızlı bir şekilde boşaltır.

Kablosuz güç aynı zamanda büyüyen bir demografik meydan okumaya da hitap ediyor. Küresel nüfus çağı olarak, CIED'leri alan hastaların sayısı keskin bir şekilde yükselmemektedir. 2030 yılına kadar, kardiyovasküler hastalık, implant edilebilir tedavilerin başlıca nedeni olarak kalacaktır. Tekrarlanan cerrahilerin maliyetinin azaltılması sadece sağlık kapasitesi ve hasta güvenliği açısından önemli bir sorun haline gelecektir.

Tıbbi İmplantlar için Kablosuz Güç Transferi Nasıl Çalışır

Mekanik cihazlar için kablosuz güç aktarımının temel prensibi, bir batarya veya güç doğrudan şarj etmek için, doku ısıtması güvenli sınırlar içinde kalırken, dört ana modanın vücut içindeki bir alıcı tarafından araştırıldığı ve cihazı doğrudan şarj etmek için elektrik akımına dönüştürüldüğüdür.

Inductive Coupling

Enfekte WPT yöntemi manyetik indüksiyon kullanır. Vücut dışındaki birincil bir bant, sadece implantta ikincil bir anahtarda bir gerilime yol açan bir manyetik alan oluşturur. Verimlilik, bant ve mesafeye bağlıdır; tipik olarak, indüktif darbeleme, 2 cm'den daha az bir ayırma ile çalışır. - araba implantları için -storal bölgede sadece deri altında yerleştirilen - bu mesafe gerçek bir ayarlayıcı ve otomatik olarak ayarlanabilir.

Inductive coupling, Biomedical Engineering) üzerinde yayınlanan 2020 çalışma için, bu tür bir prototipi şarj etmek için bir pilates cihazının 15 mm'den fazla uçarak simüle edilmesi mümkün olabilir.

Resonant Inductive Coupling

Resonant kapasitörler hem de alıcı tırnakları ekleyerek, tekrar girişli bir darbe girişimi, sistemin belirli bir rezonans frekansında çalıştırılması anlamına gelir - 10 MHz aralığındaki aparatlama, mesafe ve yönlendirmede daha etkili bir şekilde transfer edilmesi için enerjiyi azaltır (örneğin 5-10 cm).

Birkaç araştırma grubu bu yaklaşımı tamamen kablosuz güç için araştırdılar, bu küçük, kendi kendine ait cihazlar doğrudan kalbime yerleştirildi. Çünkü öncül hız yapıcılar 1 cm) Sınırlı bir süre boyunca alıcıya, 1°C'den az bir miktara sınırlı olarak, daha az sayıdaki doku sıcaklığı ile sınırlı olarak ulaştılar.

Radyofrekanları Enerji Transfer

Radyofretleri (RF) güç transferi, RF yöntemlerinin düşük güç sensörlerine dönüştürülmesi için antenleri kullanır - ancak dokudaki önemli bir düşüşten muzdariptir.Bir sonuç olarak, güvenli bir şekilde teslim edilebilir bir miktar güç miktarı birkaç miliwatt enerji ile sınırlıdır. RF yöntemleri daha uzun mesafelere kadar çalışır - düşük güç sensörleri için ideal bir yük devretme - ancak tam güç işlemi için şarj etmek yerine batarya hayatını uzatmak için çok önemlidir.

Araştırmacılar, RF enerjisini implanta odaklanmak için kirişli teknikler ve fazlı-array vericileri araştırıyorlar, verimlilik geliştirmek için 2021'de bir araştırma yaptı. Washington Üniversitesi'nden yapılan bir RF destekli kalpli bir pili sürekli 3 cm dokuyla toplayan RF cihazı, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yeterli olabilir.For defibrilatörler için (en kısa patlamaları 40 J) RF tek başına yetersiz; ancak küçük şarj edilebilir bir batarya ile RF'i birleştirerek, küçük şarj edilebilir bir çözüm sunabilir.

Ultrasound-Based Power Transfer

Ultrasound, implantdaki ikinci bir pastazoelektrik elementi tarafından alınan, mekanik titreşimi minimum ısıtma ile doku ile mükemmel bir güç transferine dönüştürmek için yüksek frekanslı ses dalgaları kullanır ve yüksek uzaysal hassasiyetle kalp gibi derin yapılara odaklanabilir.

Ana sınırlama, ultrasonun verici ve alıcı arasında iyi akustik darbe ve çizgi öngörü gerektirir. Air cepler (örneğin, akciğerlerde) kirişi engelleyebilir ve kaburgalar gölge oluşturabilir. ancak subpect implantlar için, bir göğüs duvarı transducerünün ideal koşullardan 1-10 Wturalitenin üzerinde etkili bir şekilde çalışabilme potansiyeline sahip olduğunu varsayar.

Geleneksel Battery-Powered Cihazların Üzerinde Anahtar Avantajlar

Kardiyak implantlarda kablosuz güç transferini uygulamak, batarya yedek cerrahiyi ortadan kaldırmanın çok ötesine geçen avantajları uygulamaktadır:

  • [FONT:0)Redüktör müdahaleleri.[[DÜDÜT 1: 1) Removing the need for jeneratör değiştirme, hastaların yaşam boyu daha az operasyon yapması anlamına gelir. Bu, kan komplikasyonlarının daha düşük, cerrahi kaynaklar üzerindeki yükü azaltır.
  • [[Düzücük cihaz büyüklüğü ve geliştirilmiş estetikler.[DÜDÜT:1] Mevcut CIEDs, cihazın büyük bir kısmını kapsadığı batarya tarafından kısıtlanabilir. daha küçük veya hiç bir batarya ile, implantlar dramatik bir şekilde miniturize edilebilir.
  • [FONT:0)Enhanced işlevselliği[Dönemli güç, sürekli izleme, gelişmiş tanı ve gerçek zamanlı arrhythmia algılama gibi gerçek zamanlı arrhythmia algılama gibi gelişmiş özellikler de yüksek çözünürlüklü elektrogramlarla yazılım güncelleştirmelerini ve yeni terapi algoritmaları destekler.
  • [FONT:0) Geliştirilmiş hasta güvenliği ve yaşam kalitesi.[DÜT:1] Hastalar artık ameliyat öncesi değerlendirmelerden, hastane kalır veya kurtarma dönemlerini tekrarlamaları gerekir.Bir cihazın değiştirilmesine ihtiyaç duyacak psikolojik yük ek olarak, kablosuz güç gerçekten uzaktan cihaz yönetimine kapıyı açar, bir hastanın tuvaletten giyebileceği bir implantı tekrar şarj edebilir.
  • [Düzerli yaşam sağlık maliyetlerine göre %0] Düşük ömür boyu sağlık maliyetleri.[DÜT:1] kablosuz şarj sistemleri önyükleme maliyetleri eklerken, yedek cerrahilerin ortadan kaldırılması, ilişkili komplikasyonlar ve hastaneleşmeler net tasarruflar üretmek için projelendirilmiştir. Sağlık ekonomik modeller, ömür boyu şarj edilen maliyetle ilgili maliyetler standart hale gelir.

Mevcut Araştırma ve Klinik Denemeler Devlet

Alan, klinik-grad sistemlere yönelik tezgahlardan hızla ilerliyor. Çeşitli üniversiteler ve medtech şirketleri kablosuz güç platformları geliştiriyorlar. Örneğin, Kaliforniya Üniversitesi'nde araştırmacılar, Los Angeles, tüm implantatif kablosuz enerji sistemi inşa etti ve sistemi 2°C altındaki bir sıcaklık artışıyla sürekli olarak bir yeniden ortaya çıkan 15 W'yi teslim edebilirdi.

İsveç'teki Karolinska Enstitüsü'nden başka bir çaba geliyor, bir takım sadece ultrason destekli bir öncül hız makinesi geliştirdi ve insan büyüklüğü kalplerinden enerji alan ve ilk insan denemelerine yönelik finansman sağlamak için şimdi sistem ölçeklendirmeye çalışıyor.

Ticari tarafta WiTricity Corporation – elektrik araç şarjında çalıştığı için bilinir – liderlik eden hız yapıcıları ve sinir cihazı üreticisi için yeniden işbirliği teknolojisini lisanslı etti.

Düzenleme engelleri önemli kalıyor. ABD Gıda ve İlaç Yönetimi (FDA) elektromanyetik alanlara kronik maruz kalmaların doku ısıtmasına, sinir uyarılarına veya diğer implante edilmiş cihazlara müdahale etmesini sağlamak için titiz bir test gerektirir.En yakın FDA kablosuz tıbbi cihazlar üzerinde rehberlik elektromanyetik uyumluluk testi ve termal modellemeyi içeren bir yol göstermektedir.

Future Outlook ve Kalan Challenges

Önemli ilerlemeye rağmen, kablosuz güçten önce birkaç engel, kalp implantları için standart hale gelir:

Güvenlik ve Termal Yönetim

Deri ile birkaç watt bile teslim etmek kaçınılmaz olarak bazı doku ısıtmasına yol açıyor. Sıcaklık hasar için eşiği aktif soğutma (örneğin mikro kanal ısı yayıcıları) veya 2°C'ye kadar sınıflandırmak için ısı artışını kısıtlayan bir güç kontrol algoritmaları, bu ekin karmaşıklığı ile ilgili olarak devre dışı bırakmaktır.

Interference ve Elektromanyetik Uyumluluk

Kalp implantları MR tarayıcılarının varlığında güvenilir bir şekilde çalışmalıdır, diathermy ekipman ve diğer tıbbi cihazlar. Kablosuz güç vericileri, implantın algılama devrelerini yönlendirebilir veya rahatsız edebilir.Yenier öncüsüz tasarımları bu riski ortadan kaldırır, ancak dikkatli bir kalkan ve frekans planlama gereklidir.

Kullanıcı Kabul ve Günlük Giyimability

Günlük şarj için, hasta dış bir verici ile birlikte giymeli veya uyumak zorundadır. Bu, bir güç kaynağı gerektirir (örneğin, bir vestte bir batarya, yatak masadaki şarj pedi) uygun ve güvenilir mühendisler, küçük bir göğüs çantası gibi giyebilecek, ancak rahatlık, hijyen ve uyumluluk endişeleri olabilir. Bazı araştırma grupları vücut hareketinden veya termal gradyanlardan elde edilen enerjilerini kullanarak önerebilirler, ancak bu sadece mikrowattlar sağlar - aktif bir yaklaşımla küçük bir birincil batarya birleştirmektedir.

Miniaturization and Cost

Alıcı devrelerini 2mm kalın bir cihazın içine sığmak için ayırın, ancak ekinler başlangıçta her implantın fiyatını yükseltecek ve rekabetin beş ila on yıl boyunca primi azaltacağı tahmin edilmektedir.

Daha ileri bakmak, kablosuz güç tamamen yeni bir kalp pilak cihazları sınıflarını sağlayabilir: birkaç ay sonra çözülebilen biyomalzemecileri, hedefli terapi için enjekte edilebilir mikrostimülatörler ve dış kaynak için enerji sağlayan kapalı-loop sistemleri, bir yama olarak çalışır. Sensör ağları ve yapay zeka ile entegrasyon cihazının hızlı bir şekilde şarj edilmesine ve hızlı bir şekilde şarj veya ihmale yol açmalarına izin verebilir.

Araştırma devam ettikçe, verimli güç transferinin yakınlığı, akıllı malzemeler ve düzenleyici açıklık, deneysel bir meraktan standart bir bakıma kablosuz güç itecektir. Önümüzdeki on yıl muhtemelen ilk klinik onaylı sistemleri pazara girer, başlangıçta tüm kalp implantatif cihazlar için ve sonunda tüm kalp implantatif cihazlar için.