Sonraki nesil Pacemakers'daki Power Supply Management'ın meydan okumaları

Pacemaker Power Supply'ın yüzeyini etkileyen

Pacemakers uzun zamandır kalpli terapinin temel bir parçasıydı, dünya çapında milyonlarca hastaya normal ritmi geri yüklemektedir.En son cihazlar kablosuz telemetri, manyetik rezonans görüntüleme (MRI) uyumluluk ve miniaturized form faktörleridir, ancak her adım ileriye dönük temel bir mühendislik meydan okumasını sağlar: nasıl güvenli, güvenilir ve uzun süreli bir güç tedariki insan vücudunda yıllarca çalışmak için mükemmel bir şekilde çalışmalıdır.

Neden Güç Güvenilirliği Önlenemez

Bir hız yapımcısının birincil işlevi, yeterli bir kalp oranına sahip olan elektrik dürtüleri sunmaktır. Herhangi bir kesinti, birkaç saniye boyunca bile, senkronizasyona, baş ağrısına veya yaşam tehdit eden arrhythmias. Çünkü bir bataryanın kendi enfeksiyon, kanamaya ve geri yüklemeye karşı çıkan dalgalanmaları sağlamalı ve doğrudan bir şekilde (özellikle de öngörülebilir bir kesinti uyarı ile) tekrarlanabilir bir şekilde uyarı verebilir.

ABD Gıda ve İlaç Yönetimi gibi düzenleyici kurumlar ([Dönetici:0)FDA) 3. sınıf makinelerini sınıf III tıbbi cihazlar olarak ele alan, onları titiz satış öncesi testlere ve pazarlama gözetimine tabi tutan bir tedarikçidir.

Sonraki Nesil Fırsatlar için Güç Yönetiminde Anahtar Zorluklar

Battery Life and Longevity

En belirgin meydan okuma batarya ömrünü uzatıyor.Mevcut lityum-iodine hücreleri, genellikle son 5-10 yıl içinde hizmet verenler (örneğin, batarya seviyesinde veya cihazın elektronik tükettiği güçte daha sık bir şekilde tasarrufa ihtiyaç duyuyorlar.

Durum, bir hız makinesinin bataryasının öncelikle kapasiteye göre değil, hücrenin iç içe dönüklüğü ve pil deşarjları olarak yükselerek, periyodik takiplere güvendikleri için daha karmaşıktır.

Miniaturisation and Space Constraints

Doğrudan kalp içinde implante edilen hızlı tasarımcılar, cerrahi komplikasyonları ve kurtarma süresini azaltmaya yönelik büyük bir adım temsil eder. Ancak, hacimleri geleneksel bir kalp üreticisinin, batarya için daha az oda terk eden bir kısmıdır. Aynı eğilim, kozmetik ve konfor sebepleri için haline gelen geleneksel fettoral implantlar için geçerlidir.

Pillerin fiziksel kimyası temel sınırları getiriyor: enerji yoğunluğu geliştirilebilir ancak sonsuza dek ölçeklendirilmemektedir.Sürücü cihazlar için, batarya hacmi hem yüksek kapasiteli hem de dövmenin içindeki mekanik stresin gerektirdiği hücrelere ihtiyaç duyabilir.

Kablosuz İletişim ve Güç

Modern hız yapıcılar genellikle Bluetooth Low Energy (sol) veya Medical Implant İletişim Servisi (MICS) uzaktan izleme ve programlama için radyolar içerir. Bu bağlantılar, sıklıkla kullanılan veya suboptimal protokollerine sahip olup uyarıları otomatikleştirebilmelerine olanak sağlar.

Balancing bağlantı ve pil hayatı sürekli bir tasarım ticarettir. Mühendisler, klinik ziyaretler sırasında rutin verileri yeniden elde ederken, radyonun aktif zamanını kısa aralıklarla sınırlandırabilir veya iletileri azaltmak için verileri sıkıştırabilir. Alternatif olarak, transceivers ve akıllı veri yönetimi algoritmaları için rutin verileri iletmek için programlanabilir.

Battery Kimya ve Çevre Hassasiyeti

İnsan vücudu bir batarya için düşmanca bir ortamdır. Sıcaklık genellikle yaklaşık 37 °C'de stabildir, ancak enflamatuar cevaplardan veya dış kaynaklardan yerel ısı (örneğin, MRG taramaları) hücreyi stres altına alabilir veya iç kısa devreler oluşturabilir.

Mevcut işhorse -lithium-iodine hücreleri - mükemmel güvenilirlik ve öngörülebilir bir deşarj eğrisi, ancak enerji yoğunluğu bazı alternatif kimyagerlerden daha düşük. Araştırmacılar, lityum-sulfur ve sağlam devlet pillerini araştırıyorlar, bu teknolojiler henüz implant edilebilir tıbbi cihazlar için gerekli olan on yıl boyunca gerekli olan on yıl boyunca rekor elde etmek zorunda kalıyor.

Power Management Electronics ve Quiescent Current

Hız üreticisi kıtılmadan veya iletişim kurmadığında bile, devreleri güç tüketiyor. Mikrokontroller, hafıza, algılama yükselteçleri ve referans osilatörler tüm küçük bir boşluk tüketimi çizebilir. uzun bir operasyondan, bu statik güç drenajı toplam enerji bütçesinin önemli bir kısmını alabilir.

Tasarımcılar bu nedenle her mikroamp. güç gating gibi teknikler optimize etmeli (kullanılmamış alt-cirleri geri çevirme), dinamik gerilim ölçeklendirme ve ultra-düşük transistörleri kullanarak temeldir. Ancak bu yöntemler çip tasarımı için karmaşıktır ve anında uyanma veya gerçek zamanlı yanıt için çatışmaya ihtiyaç duyar.

Yenilikçi Çözümler ve Araştırma Yolu

Vücut Hareketlerinden Enerji ve Heating

En heyecan verici sınırlardan biri, Washington Üniversitesi'ndeki araştırmacıların kalp duvarının vitreuslarına () eklediği bir prototipi geliştirdiklerini gösteriyor.

Enerji verimliliği, güvenilirlik ve biyokompatabilitenin yüzlerini hasat ediyor. Vücut hareketinden veya ısıdan mevcut olan güç miktarı genellikle on iki mikrowatt aralığında - yabancı malzemelere daha az ağırlık kazandırıyor (bu da birkaç milijoules per Beat).

Ultra-Low-Power Electronics

Yarı iletken üretimdeki ilerlemeler - özellikle de daha küçük proses düğümlerine (örneğin, 28 nm veya 22 nm) ve tam olarak tükenen silikon şarj cihazının kullanımı (FD-SOI) teknolojisi - elektromanyetik bir hız makinesi ASIC, IEEE Journal of Solid-State gerilimleri altında çalışır, tedarik geriliminin tam olarak şarj edilmesi ve işlem ve algılama için sub-pronwatt güç seviyelerine ulaşır. Örneğin, IEEE Journal of Solid-State Circuits'te bildirilen bir deney hızı.

Başka bir yaklaşım, pacing fonksiyonunu doğrudan sensöre veya telemetri çipine entegre etmek, kırmızıdant güçten ayrılan dizileri ortadan kaldırmaktır. Bu uygulama özel olarak entegre devreler (ASICs) hızçının tam ihtiyaçlarına göre belirlenir, minimate.

Isıtma ve Değiştirilebilir Battery Kavramları

Çoğu hız vericisi bugün birincil (en-rechargeable) bataryaları kullanıyor olsa da, şarj cihazının şarj cihazının şarj cihazının tekrarlanması, kochlear implantlar veya sol ventricular yardımcı cihazlar için kullanılan bu cihazlara benzer şekilde, şarj edilmesi ve özellikle de kalp atışlarının şarj edilmesi için bir hastayı geri yüklemesi ve tekrarlanabilir bir şarj cihazının uzun süre boyunca şarj edilmesi için bir şarj edilmesi için izin verebilir.

Başka bir konsept, sadece batarya modülünün değiştiği “sadece” bir yedek prosedürdür, elektronikin geri kalanını terk eder ve Medtronic gibi bazı üreticiler, bu mimariyi belirli modellerde uygularlar, ancak bağlantı güvenilirliği ve enfeksiyon riski endişelendirir.

Kablosuz Güç Transferi ve Capacitive Coupling

İndüktif şarja ek olarak, araştırmacılar kısa mesafelerde daha yüksek verimlilik elde ediyorlar, ancak mikrodalga enerji gibi, daha derin implantlara ulaşabilir, ancak düşük verimlilik ve potansiyel ısıtma etkilerinden dolayı vücuttaki elektrotları kullanabilirler.Her iki teknik de hala implantatif uygulamalar için deneyseldir, ancak sonunda pili dikkatli bir şekilde koruyabilmek için daha yüksek verimlilik sağlayabilir.

Battery Yönetimi Sistemleri ve Tahmin Edms

Modern hız yapıcılar, bataryanın düşük olduğu zaman enerji tasarrufuna sahip olan sofistike batarya yönetim sistemleri (BMS) içerir ve cihazın sabit veya homojenliği azaltılabilir - tedavi limitleri ile - yeniden inşa edilen makine öğrenme modellerini binlerce cihazdan önce tespit edebilir ve hataların düşük olduğu zaman enerjilerini koruma parametrelerini belirleyebilir.For example, the device might mitigateedance in the pacing pulbiyografi or amplitudely –within tedavi limitleri ile - yeniden yükleme modellerini mümkün olduğunca doğru bir şekilde genişletebilir.

Gerçek zamanlı batarya analizinin entegrasyonu da uzaktan izlemeyi destekler. – BMS kapasitede anormal bir düşüş tespit ederse, proaktif yedek planlamaya ve acil prosedürlerin riskini azaltabilir.

Future Yol Tarifi

Leadless ve modüler Tasarımlar

Önücü hız yapıcılar bir paradigma değişikliği temsil eder, hemen pacing ve daha büyük bir enerji kaynağı olan (örneğin, alt-klavuzlu hücre) bu modüler yaklaşım, tüm cihaz, sabit enerji sistemlerinden bağımsız olarak faydalanabilir: Acil bir yük için küçük bir bataryayı uzaklaştırır.

Bio yakıt Hücreleri

Vücuttaki kan şekeri ve oksijenden gelen uzun süreli biyoyakıt hücreler kalıcı bir güç kaynağı sağlayabilir. İlk prototipler enzim bazlı elektrotlar kullanan gerilimler ve mikrowatt aralığındaki güçler, ancak oldukça zor bir olasılık olarak kalır.

SolidState Battery ve Esnek Elektronik

Solidstate bataryaları, implantın eğriliği ile tekstil veya polimer sağlam bir şekilde yerine getirilir ve daha yüksek enerji yoğunluğu, daha iyi güvenlik (görüntü), ve daha uzun döngü yaşamı. ince filmdeki son gelişmeler, Cymbet ve Sonsuz Power Solutions gibi şirketlerden oluşan esnek olarak kumaşlamalarına izin verir.Bu, batarya alanlarının hacimlerden daha fazla kullanmasına izin verebilir, daha fazla kapasiteye sahip bir araştırma alanına sahiptir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Bir sonraki nesil hız yapıcılarında güç tedarik yönetimi, malzeme bilimi, devre tasarımı, enerji hasat ve klinik güvenlik üzerine dokunan çok yönlü bir mühendislik problemidir. Cihazların kablosuz bağlantı, MR uyumluluğu ve daha küçük boyutlarda, geleneksel Li-I2 bataryasının bu yaşam kurtarıcı implantlara bağımlı olması gerekir - yarı-enerji uzmanları ve sağlam devletli hücrelerden ultra güç regülatörü ASICs ve akıllı BMS'ye kadar - bu güvenli cihazları sunmak için daha az sayıdaki sefere, daha az sayıdaki değişiklikleri sağlamak ve hastaların yaşamlarını artırmak gerekir.

[FONT:0]Dönemli referanslar:[Dönemli:[Dönemli:)