無(wú)線供能方案可使心臟起搏器不再使用電池

當(dāng)一個(gè)病患心臟自己不能夠運(yùn)行血液時(shí)，一種植入型泵可以幫助讓血液順暢流動(dòng)。但是該方法有一個(gè)主要缺陷：電源很大，必須安置在體外，并且它一般要通過(guò)一根穿過(guò)腹壁的電線與泵相連——不停的刺激和潛在性感染的根源。
　　研究人員現(xiàn)已證明一臺(tái)無(wú)線心功能泵(heart pump)樣機(jī)可以完全不再需要電線了。并且不像某些無(wú)線植入物，它在一定距離范圍內(nèi)——幾厘米到一米，或者更遠(yuǎn)——都是可靠和有效的。
　　該泵由約翰·史密斯(Josh Smith)和普拉摩德·邦德(Pramod Bonde)共同研發(fā)的，并于上月在華盛頓特區(qū)舉辦的美國(guó)人工內(nèi)臟學(xué)會(huì)(American Society for Artificial Internal Organs)年會(huì)上展出。約翰·史密斯是華盛頓大學(xué)(University of Washington)計(jì)算機(jī)科學(xué)與電子工程學(xué)副教授;普拉摩德·邦德是匹茲堡大學(xué)醫(yī)學(xué)中心(University of Pittsburgh Medical Center)的一位心臟外科醫(yī)生。
　　多數(shù)植入醫(yī)療裝置，比如心臟起搏器(pacemaker)和去纖顫器(defibrillator)，都靠?jī)?nèi)置電池工作。但是心功能泵和人造心臟卻需要更多電能。一種叫做阿拜克(AbioCore)的人造心臟是無(wú)線供電，但是貼在皮膚上的電能發(fā)射器必須與體內(nèi)的接收器保持一線對(duì)齊。“哪怕分離或沒(méi)有一線對(duì)齊只有幾毫米都會(huì)導(dǎo)致能量損失，”邦德說(shuō)。
　　史密斯和邦德的新型無(wú)線泵通過(guò)修正電能發(fā)送和接收的方式繞過(guò)了一線對(duì)齊問(wèn)題。外部電能發(fā)射器是一個(gè)金屬線圈，能發(fā)射振蕩磁場(chǎng)在6.78兆赫和13.56兆赫之間。調(diào)節(jié)體內(nèi)接收線圈以大約80%的效率與發(fā)射線圈頻率共振。然而，線圈之間的距離改變時(shí)，效率就會(huì)下降，除非有可能去調(diào)節(jié)電能傳輸頻率。所以，史密斯解釋道，他已經(jīng)設(shè)計(jì)出了一種反饋系統(tǒng)，可以通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)電能傳輸頻率來(lái)使效率最大化。
　　通過(guò)磁場(chǎng)而不是電場(chǎng)傳輸電能避免了有害加熱，但是殘余電場(chǎng)仍會(huì)導(dǎo)致溫度稍微上升。史密斯說(shuō)，去除一些線圈盤將最終把加熱降低到一個(gè)微不足道的水平。
　　新型無(wú)線電能系統(tǒng)可以讓心臟泵設(shè)計(jì)者們騰出手來(lái)進(jìn)行創(chuàng)新。如果一個(gè)電能供應(yīng)裝置可以在一定距離范圍內(nèi)運(yùn)行，那么就可以把它戴在背心里或者甚至安裝在屋子里。史密斯和邦德設(shè)想出一個(gè)全家式系統(tǒng)——一個(gè)人不佩戴電能供應(yīng)裝置就可以自由活動(dòng)。一個(gè)小型可植入電池也可以提供半小時(shí)電量作為后備。
　　近來(lái)無(wú)線電能傳輸?shù)难芯恐饕性谔岣咝噬?，杜克大學(xué)(Duke University)電子與計(jì)算機(jī)工程學(xué)助理教授馬特·雷諾茲(Matt Reynolds)說(shuō)。“通過(guò)調(diào)節(jié)運(yùn)行頻率并維持共振適用于活動(dòng)，”他說(shuō)，“也是這項(xiàng)技術(shù)得到廣泛接受的關(guān)鍵。”