中国国际医疗器械设计与制造技术展览会(Medtec China)2018

专注于为医疗器械研发与生产服务

2019年 9月25日-27日 | 上海世博展览馆

8项新进展将彻底改变心脏起搏器

2018-04-03


研究和器械开发人员一直在盯着当前心脏起搏器存在的许多缺点,一些新的技术突破可能会引来新一代起搏技术。


多年来,患有心律失常的病人对疾病斗争的基本技术是心脏起搏器,但是,心脏起搏器本身也常有问题。尽管它们有帮助病人保持心脏稳定搏动的能力,但起搏器需要保养,例如电池要更换,软件要升级以防电脑黑客对器械攻击。


好消息是,许多研究人员和器械开发者已经开始用最新的技术发展成果来处理起搏器中的一些问题,目标是开创先进起搏器新时代。从下面的图片中,我们可以看到一些技术上的进步,可以想像,当它们用于起搏器时,那将是对起搏器功能极限的挑战。



圣安东尼奥市德克萨斯大学(UTSA)的工程师团队于5月宣布从美国国家科学基金会获得一项新的拨款,用于新的芯片的商业化,该新的芯片可以使低功耗电子产品,例如手机和心脏起搏器,能更高效地运行。


所设计的新芯片功耗很低,这将使电池的使用寿命延长而无需限制器械功能。德克萨斯大学电气与计算机工程教授(上海大学、北京工业大学、武汉理工大学荣誉客座教授)[C1]暨该项目负责人国茹艳女士说,该芯片有各种不同的应用,它可以帮助医疗器械,例如心脏起搏器和除颤器向前迈进一大步。




今年夏季,赖斯大学的研究人员推出了无电池、无线心脏起搏器。它的能量来自外置电池传送的射频辐射。起搏器直接植入病人的心脏,无需使用被称为“起搏电极导线”的引线,这样就可以避免安装引线时可能发生的出血或感染这样的并发症。


研发团队已经在猪身上成功地作了试验,试验表明,新起搏器可以调整动物的心率,从每分钟100次搏动一路向上至每分钟172次。由器械产生的起搏信号频率的调整是通过增加或减少传送给器械的功率实现的。




当下,最大的技术发展趋势之一是增加器械之间的互联互通,但伴随这一趋势的是新的风险——黑客的攻击,这是需要解决的。产业分析师们预测,到2020年,市场上的200亿个电子器械中的大多数将是互联互通的,其中就有可植入器械。把这些可植入器械与互联网相联,可以使器械的功能得到改进,但也带来受黑客攻击的风险。


亚利桑那大学的研究人员正在开拓一种新的运行异常检测技术,它可在计算和数据信息从起搏器向心脏数据记录装置传输的时间内检测出非常微小的变化,从而暴露潜在的恶意软件的存在。在数据传输时间内的这些微小变化可立即警告医生,医生可以采取远程控制措施保护病人。



英国巴斯大学Alain Nogaret领导的新项目有可能使新一代心脏起搏器指日可待。Nogaret的团队开发了能预测神经元行为的实体模型,有能逆转心脏衰竭效果的微神经器械。


研究团队旨在提供如同起搏器那样的新器械,它能为心律失常、心衰和其它疾病(如高血压)患者提供自适应治疗,由此改进对病人的医护。他们想使用能模拟神经元的技术来设计起搏器,可以让器械对非线性的输入作出响应。最终结果将是一种新型的起搏器,它能对病人的个性化需求准确地作出反应。




哈佛大学工程与应用科学学院的研究人员创制了世界上最小的无线电接收器,它有原子尺度上的部件,使用了粉红色钻石中微小的原子尺度缺陷。它具有完全的生物相容性,这意味着它可以植入人体。当设计和应用于医疗科技,如起搏器中时,它能承受极端恶劣的环境。


在此器械中,电子的赋能由来自激光器发出的绿光提供。这些电子在赋能后对电磁场变得敏感,包括调频收音机所用的波。接受器也极端地有弹性,因为它是由钻石创制的,通过发射电脉冲,它有帮助给下一代无线起搏器供电的潜能,从而无需再用起搏电极导线(leads)。




当考虑起搏器的未来时,很少有人想到科学会找到一种办法,让细胞转变为起搏器本身。这是加拿大McEwen再生医学中心的一支科学家团队正在做的事情。他们最近的工作细节是,如何让人类的多功能干细胞在21天内发展成起搏器细胞,使他们能够通过电脉冲来调节心脏跳动。


迄今为止,研究组已经在老鼠身上测试了这些起搏器细胞,发现它们有生物起搏器的功能,通过电脉冲,可以引起心脏收缩。研究组希望,到时候,他们能开发出生物起搏器,它可以植入人体,改进对心脏的医护。




现代起搏器最大问题之一是电源。市场上大部分起搏器都依靠电池供电,更换时需要进行手术。水牛城(布法罗)大学的研究人员希望能通过压电系统的开发来缓解这个问题。压电系统可以将振动能转化为电能,借助此电能向起搏器供电——这是将心脏转化成自然电源。


这项技术的工作就是收集每一次心脏跳动产生的振动能,并将此能量变换为电能供应起搏器。新的系统可以保持一个起搏器运行,搏动范围在每分钟7至700次。


西达斯-西奈心脏研究所的研究员Eugenio Cingolani博士(上图左)和Joshua Gold Haber博士(上图右)的新的生物起搏器正在接近突破,该生物起搏器用来治疗心动过缓,它通过微创技术,利用基因治疗,将病人自己的正常的心脏细胞转化成能调节心功能的起搏器细胞。


特定的起搏细胞已经在人的心脏里自然产生,它产生的电活动会传向心脏,使心脏产生有节律的心肌收缩。西达斯-西奈心脏研究所的研究员们正在进行的工作是通过基于导管的微创手术,将基因直接送进病人的心脏,这样可以将正常的心脏细胞转变为起搏细胞,从而帮助心脏正常搏动。


来源:MDDI+Qmed