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美国莱斯大学和德克萨斯心脏病研究所等研究人员合作开发出可直接植入患者心脏的无线、无电池起搏器

2017-06-07 79浏览 标签:

      2017年6月5日,美国莱斯大学通过官网发布消息称,莱斯大学和德克萨斯心脏病研究所(THI)等研究人员合作开发出可直接植入患者心脏的无线、无电池起搏器,该起搏器原型于6月4日至9日在美国夏威夷檀香山举行的IEEE国际微波研讨会(IMS)期间公开亮相。

 

图:莱斯大学和德克萨斯心脏病研究所合作研发的无电池起搏器的内部组件

(由Rice Integrated Systems and Circuits提供)



      由莱斯大学电气和计算机工程教授Aydin Babakhani设计的起搏器通过外部电池组发射的射频辐射无线获得电源能量。在IMS展示的原型中,无线电源发射器可以距离起搏器几厘米远。

 

       自1960s以来心脏起搏器虽然一直在改进,尺寸不断减小,电池使用寿命也更长,甚至出现了能链接到计算机的“智能起搏器,但其基本设计仍然沿用的是Greatbatch模型。大概怀表大小的起搏器,通过胸部切口植入皮下。起搏器通常由引线和脉冲发生器两部分构成,脉冲发送器中包含电池和微型芯片,它位于胸部皮肤下方;引线是一些电线,它们会通过静脉进入心脏然后植入心肌,引线可以将脉冲发生器的脉冲传递到心肌,同时检测心脏的电活动。这种设计的部分常见问题是与引线相关的并发症,包括大出血和感染。

 

       Babakhani对此表示:“新型无线起搏器原型可以有效降低这些风险。其他最近推出的无铅心脏起搏器也减轻了其中的一些并发症,但其只能作为单腔起搏器,无法构建成双腔起搏器或双心室起搏器。相比之下,无电池、无铅和无线供电的微芯片可以直接植入,以适应多种应用情况。”

 

       Mehdi Razavi博士是 THI临床心律失常研究与创新主任和贝勒医学院副教授,他与Babakhani合作开发和测试新的起搏器。他对此表示:“这项技术引起了人们对实现更好地治疗最常见、最致命的心脏心律失常可能性的关注。其三大优势表现在外部供电、无线起搏,以及最为重要的心脏除颤,不仅无痛,而且对患者来说实际上是不可察觉的。”

 

        新型起搏器的芯片宽度小于4毫米,整合了接收天线、AC到DC转换器、电源管理单元和起搏激活信号。电容器和开关将芯片连接在小型电路板上,该芯片通过微波接收外部电池组发射的8到10千兆赫电磁波发射电磁频辐射无线获得电源能量。起搏器产生的起搏信号的频率可以通过增加或减少发送到接收天线的功率来调节,该接收天线可对其进行存储直到达到预定阈值。研究小组已经成功在猪体内测试了该装置,并证明它可以将动物的心率从每分钟100次调整至172次。

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