Базовая структура источника питания ультразвука, связь

Ученые из Института биомедицинской инженерии им. Фраунгофера IBMT в Зульцбахе разработали демонстрационный образец, который приводит в действие активные имплантаты по беспроводной связи с помощью ультразвука.

Эта технология является жизнеспособной альтернативой батарейному питанию и индукции, поскольку устройство меньше по размеру, не требует встроенных батарей и более эффективно, чем индуктивная передача энергии. Ультразвуковые волны имеют более широкий диапазон в теле, и они легче проникают в металлический корпус имплантата, чем электромагнитные волны. Ультразвуковые волны также способны двунаправленно передавать информацию, такую ​​как температура имплантата или сведения о типе и интенсивности электростимуляции.

Лечение высокого кровяного давления, диабета или болезни ПаркинсонаДемонстратор, выполненный как универсальная технологическая платформа, может быть адаптирован для различных приложений и вариантов моделей.

Он может питаться от аккумулятора или без него и может быть настроен для широкого спектра применений для активных имплантатов. Одним из примеров является лечение распространенных заболеваний, таких как высокое кровяное давление, диабет и болезнь Паркинсона.

Исследовательская группа разработала полную систему, которая включает в себя передатчик вне тела и приемник в имплантате. Демонстрационный образец также значительно ниже установленных нормативных пределов для ультразвуковой обработки человеческого тела.

Команда Fraunhofer IBMT представит свое устройство на Всемирном медицинском форуме Medica 2016 в Дюссельдорфе с 14 по 17 ноября.«Мы ищем отраслевых партнеров на выставке, чтобы превратить нашу технологическую платформу в конкретный продукт. Технология может быть разработана в течение года», — говорит Андреас Шнайдер, менеджер рабочей группы Active Implants в IBMT.

В мае 2016 года исследовательская компания BBC Research оценила рынок микроэлектронных медицинских имплантатов в 24,6 миллиарда долларов США и прогнозировала, что к 2021 году эта цифра вырастет до 37,6 миллиарда долларов США при среднегодовых темпах роста в 8,8 процента.Ультразвуковые волны — это механические волны, излучаемые и поглощаемые пьезоэлектрическим материалом в передатчиках и приемниках. Пьезоэлектрические преобразователи незаметно меняют форму при приложении напряжения. Эта деформация высвобождает механические волны, похожие на звуковые волны из громкоговорителя, которые затем ударяют по пьезоэлектрическому приемнику.

Волны также вызывают изменение формы приемника, но с той разницей, что происходит прямо противоположная реакция: деформация производит электрический ток.Альтернатива лекарствамАктивные имплантаты способны поддерживать определенные функции организма у людей с заболеваниями и компенсировать дисфункции.

Обычно вставляемые под кожу, они могут контролировать сердечный ритм (кардиостимуляторы), поддерживать сенсорное восприятие (сетчатка и кохлеарные имплантаты) и управлять искусственными конечностями (протезами рук). Эти небольшие медицинские устройства размером всего несколько сантиметров могут также выполнять некоторые другие важные задачи, такие как дозирование лекарств и поддержка роста костей. «Наши тела работают с помощью электрических сигналов. Активные имплантаты моделируют эту функцию», — объясняет Шнайдер. Петер-Карл Вебер из главного отделения ультразвуковой диагностики Fraunhofer IBMT добавляет: «Некоторые улучшения могут быть достигнуты с помощью лекарств, но недостатком является то, что они действуют косвенно и влияют на все тело.

Активные имплантаты действуют прямо и локально там, где они необходимы». Ученые надеются, что в ближайшем будущем таким образом будут лечиться такие широко распространенные заболевания, как высокое кровяное давление и диабет. «Чтобы достичь этого, нам потребуются более мощные, миниатюрные, но надежные технологии. Мы показали, что ультразвук — это новый путь вперед для работы с активными имплантатами», — говорит Вебер.Базовая структура активных имплантатов за последние годы практически не изменилась.

Как и первые коммерческие кардиостимуляторы, они состоят из электронных компонентов, герметично заключенных в титановый корпус. Электрические проходы в титановом корпусе и кабельные соединения проводят электрические импульсы непосредственно к электродам в сердечной мышце. Основной проблемой остается блок питания. Батареи имеют тот недостаток, что они занимают много места — часто половину имплантата — и их необходимо регулярно менять во время хирургической процедуры.

Индукция, которая работает посредством передачи энергии и информации электромагнитными волнами, стала признанной беспроводной альтернативой имплантатам: две катушки преобразуют электричество в магнитные поля, а затем обратно. Недостатком здесь является то, что электромагнитные волны экранируются металлическим корпусом имплантата, «подобно концепции удара молнии в клетку Фарадея», — объясняет Шнайдер.

По этой причине катушки необходимо размещать вне кожуха. «С нашей технологией приемник ультразвука находится внутри герметичного корпуса, непосредственно на стенке корпуса. Стенка имплантата и приемник образуют единую систему, которая позволяет принимать и излучать ультразвуковые волны», — говорит Шнайдер.


Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *