По замыслу авторов нового изобретения, пациенты с искусственным сердцем или вспомогательным кровяным насосом при помощи новой системы смогут получить большую, нежели ранее, свободу передвижения.
Специалисты из университета Вашингтона (University of Washington) и медицинского центра университета Питтсбурга (UPMC) протестировали беспроводную систему питания совместно с одним из коммерческих желудочковых вспомогательных устройств (VAD).
Возглавляет проект, названный Free-range Resonant Electrical Energy Delivery (FREE-D), Джошуа Смит (Joshua Smith), перешедший в университет Вашингтона из компании Intel, где несколько лет работал над системой передачи электроэнергии по воздуху.
Речь идёт о технологии, при которой за счёт подстройки резонансной частоты и других параметров приёмной и передающей катушек возможна переправка электроэнергии на средние расстояния (десятки сантиметров — метры) с высоким КПД.
Ранее кардиологи уже экспериментировали с индуктивными системами подачи питания на сердечный насос-имплантат, желая избавиться от проходящих сквозь кожу проводов (это ворота для инфекции, повышающие риск осложнений). Но простые технологии (вроде тех, что используются в беспроводных электрических зубных щётках) медиков разочаровали — дальность передачи составила считанные миллиметры и проявился побочный эффект в виде ненужного нагрева тканей.
Система Смита позволяет избавиться от этих недостатков. Она состоит из двух пар катушек. Первая (на фотографии выше она видна справа) соединена с электрической сетью и передаёт энергию второй катушке (в центре), которая, по идее, может быть размещена на одежде пациента.
Эта вторая катушка заряжает носимую человеком буферную батарею (необходимую для расширения автономности), а также выдаёт ток на ещё одну передающую катушку, меньшего размера. Та уже занимается трансляцией энергии на совсем небольшую (диаметром всего 4,3 см) приёмную катушку (на фотографии — слева), находящуюся в теле человека и соединённую с искусственным сердцем, а также с внутренней буферной батарейкой.
Пока такой набор был опробован в лабораторных условиях. Катушки располагались на столе, а соединённый с ними аппарат VAD работал в кружке с жидкостью. Мощность передавалась надёжно с КПД около 80%, гласит пресс-релиз вашингтонского университета.
В перспективе авторы проекта видят такую картину. В жилой или рабочей комнате пациента должно быть смонтировано несколько передающих катушек — в стенах, потолке, под кроватью и в кресле. Они должны обеспечить человку с сердечным имплантатом почти непрерывную подпитку батарей. Для их зарядки ему не потребуется подключаться к розеткам.
Вместе с тем внутренний аккумулятор должен дать человеку возможность спокойно находиться вне зоны подпитывающих катушек и без жилета до двух часов. Что позволит пациенту, к примеру, принять ванну.
Результаты первых испытаний системы учёные представили на ежегодной конференции американского общества по развитию искусственных внутренних органов (ASAIO), где получили награду за наиболее перспективное исследование в области искусственного сердца.
Следующий шаг авторов прототипа — испытание беспроводной подпитки искусственного сердца, имплантированного в подопытное животное.
Или это для тех кто и так лишен подобной возможности?
Вкратце: получать энергию можно, но безболезненно для организма удастся «перерабатывать» только очень малую часть крови (а вернее — глюкозы, находящейся в ней), а значит и выработка электричества будет скромной, достаточной разве что для датчиков-имплантатов, но едва ли для электрического насоса.
Профессор Джон Роджерс из Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн и профессор Игорь Ефимов из Вашингтонского университета в Сент-Луисе разработали новую технологию, которая с помощью МРТ и КТ сканирования позволяет создать 3D-модель сердца пациента и на ее основе изготовить специальную электродную сеть, имплантируемую на сердце пациента. Тонкая золотая сеть оборачивается вокруг сердца и автоматически регистрирует аритмию. В случае необходимости имплантат посылает корректирующие электрические импульсы и может спасти жизнь даже в случае остановки сердца.
Сопряжение сети электродов со смартфоном позволяет врачам следить за состоянием сердца пациента в режиме реального времени. В настоящее время подобные исследования возможны только в лабораториях, они требуют оборудования стоимостью в миллионы долларов и сложных тестов, имитирующих нагрузку на сердце в ходе повседневной деятельности. С новым имплантатом у пациентов с сердечными заболеваниями будет выше шанс на успешную реанимацию в случае остановки сердца. Новый имплантат способен мгновенно отправить стимулирующие электроимпульсы в остановившееся сердце. Когда речь идет о минутах — это может спасти жизнь. По сравнению с современными дефибрилляторами, посылающими сквозь грудь пациента импульсы в 1000 вольт, сетчатый имплантат производит слабые, но эффективные адресные «уколы» электротоком.
https://www.youtube.com/watch?v=Mgqsd_GNivs
У новой технологии есть и масса других преимуществ. Прежде всего, новый имплантат изготавливается под конкретных пациентов и может имплантироваться пациентам разного возраста и веса. Также к сетке с электродами можно добавить разнообразные датчики, позволяющие измерять уровень кислотности, температуру тела, отслеживать обмен веществ и многие другие параметры. Комплексное измерение множества параметров может помочь предупредить возникновение инфаркта или ишемического приступа еще до того, как появятся первые физические симптомы. Связанный со смартфоном имплантат может предупредить пациента о нарастающих негативных явлениях, сигнализировать о необходимости снизить нагрузку или принять лекарство.
По словам разработчиков, новый имплантат начнет использоваться в клинической практике через 10-15 лет. Столь длительный срок обусловлен необходимостью тестирования имплантируемых устройств на биосовместимость. Для этого нужно провести множество испытаний на животных и людях. Если все пройдет успешно, врачи получат новый мощный инструмент профилактики и лечения заболеваний сердца, которые являются одной из основных причин смерти людей.