Подзарядка для людей: найден новый способ подзаряжать имплантаты

Речь идет о приборах, которые потребляют мощность от 100 милливатт до 10 Вт: устройствах для возобновления полностью утраченного слуха, стимуляторах спинного мозга, носимых аппаратах искусственного кровообращения и т.д.

Современные имплантируемые медицинские приборы замещают важнейшие функции человеческого организма. Они могут использоваться для поддержки или полной замены функции сердца, помогают людям с полной потерей слуха, применяются в лечении синдрома хронической боли и решают многие другие задачи. Для работы подобных устройств требуется, как правило, либо передача энергии от внешнего источника питания при помощи проводов (как тут, например), либо имплантация внутрь тела пациента батареек. Оба подхода приносят последнему не только массу неудобств, но и сопряжены с серьезными рисками: смертельно опасными инфекциями или повторными имплантациями с целью замены батареек. Разрабатываемая Институтом биомедицинских систем адаптивная система беспроводного энергообеспечения персонифицированных имплантируемых медицинских приборов обещает стать перспективным решением этих проблем.

Как будет выглядеть готовый прибор?

Сравнительно небольшое носимое устройство в виде эластичного пояса на теле с передатчиком и катушкой индуктивной связи. «Забываемый» аксессуар, как сказали бы медики. Чтобы понять, что такое индуктивная связь, вспомните, как работает электрическая зубная щетка: принимающая катушка индуктивности находится в основании щетки, а передающая – в зарядной станции, на которую эта щетка устанавливается и заряжается. Другой пример – банальная беспроводная зарядка телефонов.

Физически работа нового изобретения схожа с подобными зарядками, но, поскольку речь идет о глобальной медицине, готовые решения тут не подходят. Почему? Да, все просто. В случае зарядки телефона мы видим, как он (т.е. его принимающая катушка) расположен по отношению к зарядке (его передающей катушке). Когда же похожая система имплантируется под кожу человека, мы ее либо вообще не видим, либо видим плохо. Но еще большая проблема заключается даже не в этом, а в том, что внешнюю катушку на коже невозможно закрепить так, чтобы не причинить человеку существенного дискомфорта. Возникает риск смещений имплантируемой и внешней катушек индуктивности между собой, и это сказывается на эффективности работы устройства. Значительная часть энергии уходит в пустоту: катушки теряют связь, а имплантат – энергию. Решить эту проблему ученым института БМС помогла геометрия.

Геометрический прогресс и результаты экспериментов

Большинство зарубежных разработчиков аналогичных устройств подходят к решению проблемы, подстраивая частоты. Электроники-профессионалы из МИЭТа этот принцип сразу забраковали, ведь электронные компоненты могут запросто выйти из строя.

Для новой разработки в МИЭТе выбрали геометрический принцип. В нем основной фокус направлен на оптимизацию формы самих катушек. «Мы просчитываем, на каком расстоянии друг от друга должны находиться между собой катушки, и какой они должны быть формы, – рассказывает старший научный сотрудник лаборатории беспроводных биомедицинских интерфейсов кафедры БМС НИУ МИЭТ, кандидат технических наук Эдуард Миндубаев. – Каркасы для катушек изготавливаем на 3D принтере и предполагаем, что в будущем сможем это делать с учетом физиологических особенностей каждого конкретного пациента». Эффективность геометрического метода была многократно доказана экспериментально на макете взаимного позиционирования передатчика и приемника – имитированной работе с имплантатом.

Безопасность

Воздействие нового устройства на человека будет настолько мало, что даже не пойдет в сравнение с воздействием от мобильников. Проблема с помехозащищенностью, которая обострилась с развитием устройств зарядки для телефонов и электромобилей, ученые МИЭТа тоже учли (это – еще одна причина, по которой разработчики отказались от принципа подстройки частоты): случайно «подцепленный» заряд телефона или электромобиля может вызвать перегрев и поломку устройства. «Если стабильность обеспечивается формой катушек, то мы можем заранее подобрать такую частоту, которая будет на достаточном удалении от других схожих устройств, что полностью исключает конфликт как с другими медицинскими, так и с бытовыми приборами», – поясняет начальник лаборатории беспроводных биомедицинских интерфейсов НИУ МИЭТ, к.ф.-м.н. Арсений Данилов.

Что же касается возможности безопасно проводить современные медицинские исследования, то здесь противопоказания будут стандартные, как и для большинства имплантируемых приборов: УЗИ, рентген и компьютерная томография разрешены, по остальным – рекомендации будут описаны в инструкции.

Технические испытания системы беспроводного энергообеспечения персонифицированных имплантируемых медицинских приборов МИЭТ намечены уже на следующий год. Мы будем следить за результатами этой работы и обязательно расскажем вам о ней в подробностях.