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標題:
美研發新型無線心臟起搏器
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作者:
jiunn36
時間:
2022-11-8 03:14 AM
標題:
美研發新型無線心臟起搏器
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隨著人口老齡化和心臟病的高發﹐越來越多的心臟病患者必須依賴心臟起搏-除顫器﹐但這種微型機器的植入又給病人帶來其它痛苦。除顫-起搏器是植入心臟內的微型機器﹐用來調節心房顫動和其它心律失常症狀等。當患者心跳異常時﹐機器會透過強力的電擊重置患者的心跳﹐但電流不僅會讓患者痛苦﹐也妨礙醫生使用設備觀察心臟狀態。因此﹐科學家們希望開發出一種能觀察心房和心室治療過程﹐同時又能降低患者痛苦的除顫-起搏器。針對這一議題﹐美國亞利桑那大學﹑華盛頓大學﹑西北大學及美國國家心肺血液研究所共同組成研究團隊﹐對此進行了研究和動物試驗﹐研究成果發表在今年10月底的《科學》雜誌上。
這款新型的無線機器沒有電池驅動﹐其獨特的板載計算能力﹐能夠實時監測心律﹐能依照心臟大小調整機器的大小。由於該設備沒有電池﹐因此未來安裝該款機器的患者﹐無需每5到7年更換一次設備中的電池。這款新開發的植入性的微型無線心臟起搏-除顫器﹐整體大小約2到3厘米﹐用超低延遲方式﹐達到快速除顫和起搏效果﹐並透過紅外光(IR)對其進行遠程連網﹑編程和遙控﹐實時監測和記錄心律﹐可選擇更佳除顫時間。
另外﹐生物的心臟大小和形狀﹐會因物種產生差異﹐所以製作時必須先對生物心臟的變化和跳動模式進行分析和調整﹐避免心臟跳動時導致該款機器中的超薄電路發生不可逆的形變﹐破壞機器的功效。
在對小鼠做的動物試驗中﹐科學家為了記錄小鼠心臟跳動的變化﹐透過深度學習軟件DeepLabCut追蹤和分析心臟形態改變的情況﹐藉此達到計算心臟收縮的週期﹑收縮時表面積的變化﹐以對機器的電路進行修正。該款機器的電路由聚二甲苯進行封裝﹐中間層含有鉑﹑銀﹑鈦金屬和聚醯亞胺(PI)構成柔軟且超薄的薄膜型電路層。
機器的能源主要透過磁共振的方式從主天線中收集射頻(RF)的功率﹐為其收集電力﹐再儲存到電容中。這些電力用來驅動整個機器﹐讓微型控制器(μC)控制﹑計算和收集心臟在除顫和起搏時的數據變化回傳至電腦。該電路採用波浪圖形交錯形式﹐組成4個花瓣形狀的電路網﹐以便包覆整個心臟。這些花瓣電路上共遍佈9個微型的LED燈珠﹐並共同連結在微型控制器上。
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上面的微型LED燈珠不僅提供照明﹐同時也是起搏點﹐用來起搏和除顫小鼠的心臟。微型LED燈珠會隨著提供的電流大小﹐改變其亮度和散發出的熱能﹐藉此強化心肌細胞﹐達到預期效果。不過﹐科學家為了避免微型LED燈珠在高功率時溫度過高﹐對小鼠的心臟組織造成損害﹐破壞了實驗目的﹐因此將燈珠的溫度變化設定在0.84°C以下。
這些設置都完成後﹐實驗人員開始對小鼠進行起搏和除顫功能測試。實驗結果證實﹐該機器確實起到除顫和起搏的作用。動物的實驗是當代病理學和西醫醫學發展的重要工具和依據﹐特別是在心血管疾病方面的研究。研究團隊希望使用在小鼠身上的高度微型化的植入性除顫-起搏機器﹐能對研究人類心臟疾病有所幫助﹐並最終應用到病人身上。
該項目的研究人員﹑西北大學生物醫學工程教授伊戈爾·葉菲莫夫(Igor Efimov)對亞利桑那大學的新聞室表示﹐「新設備可以進行更精確的定點除顫﹐不僅效果更好﹐也減少患者痛苦。希望這項技術可以讓全世界的患者生活更輕鬆﹐同時也幫助人們監測和治療心臟病。」。
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