Yeni kablosuz sistem: Vücuttaki mikro tıbbi cihazlara güç verin ve iletişim kurun!
Kılavuz
Yakın zamanda Massachusetts Institute of Technology, Harvard Medical School, Brigham ve Womens Hospital'daki bilim adamları, insan vücudunun derinliklerine yerleştirilebilir tıbbi cihazlara güç veren ve bunlarla iletişim kuran yeni bir sistem geliştirdiler. Ağ "(IVN).
arka fon
Geleneksel tıbbi ekipman genellikle kullanışsız ve pahalıdır, bir hastane laboratuvarına yerleştirilmesi gerekir ve yalnızca uzman teknisyenler tarafından kullanılabilir. Bununla birlikte, yarı iletkenler, kablosuz iletişim, Nesnelerin İnterneti ve yeni malzemeler gibi teknolojilerin sürekli gelişmesiyle birlikte, taşınabilirlik, hafiflik, el becerisi, küçük boyut, biyouyumluluk ve çevre dostu olma gibi yeni özellikler gösteren yenilikçi tıbbi cihazlar ortaya çıkmaya devam ediyor.
Bunlar arasında vücuda yerleştirilebilir ve sindirilebilir tıbbi cihazlar insan vücudunda çalışarak hastalıkların teşhisi, izlenmesi ve tedavisi için yeni yöntemler getirebilir.Örneğin, ilaç verme, yaşamsal bulguları izleme, gastrointestinal hareketi tespit etme ve Beyin hastalıklarını tedavi etmek için uyarma veya ışık uyarımı vb. .
Bununla birlikte, vücuda yerleştirilebilir ve sindirilebilir tıbbi cihazların genellikle insan vücudunda uzun süre kalması ve çalışması gerekir, bu nedenle sürekli, güvenli ve istikrarlı enerji kaynağı onlar için çok önemlidir.
Örneğin bir kalp pilini ele alalım, geleneksel bir pil kullanıyor, bu yüzden gücü bittiğinde, pilin genellikle her 5 ila 10 yılda bir değiştirilmesi gerekiyor. Ancak vücuttaki pilin değiştirilmesi kolay değildir ve hasta için acı verici bir deneyim olacak ve hatta enfeksiyon riskini artıracak başka bir operasyon gereklidir. Ayrıca batarya zehirli maddeler de içerebilir, sızıntı olması durumunda hasta sağlığını etkileyecektir. Ayrıca pillerin varlığı şüphesiz belli bir yer kaplayacak, tıbbi elektronik cihazların boyutunu artıracak, tasarım ve performanslarını etkileyecektir.
Yukarıdaki problemlere cevaben bilim adamları birçok çalışma yaptı. Önce gözden geçirelim Yeni bir batarya ile güçlendirilmiştir İki durum:
1) Bern Üniversite Hastanesi ve İsviçre'deki Bern Üniversitesi'nden araştırmacılar, deri altında bulunan küçük güneş pillerinin, kıştan yaza kadar kalp pili için yeterli enerjiyi sağlayabildiğini buldular.
2) Massachusetts Institute of Technology ve Brigham and Womens Hospital'dan araştırmacılar, mide asidi ile çalışan minyatür bir voltaik pil tasarladılar. Küçük sensörlere veya ilaç verme cihazlarına güç vererek midede üretmeye yetecek kadar enerji üretebilir. Bağırsak daha uzun kalır.
(Resim kaynağı: Massachusetts Institute of Technology)
Bununla birlikte, vücuttaki tıbbi ekipmana güç sağlamak için pil kullanmanın pek çok dezavantajı olduğu için, Pil güç kaynağı düzeninden tamamen kurtulun ? Cevap Evet. Aşağıda birkaç klasik araştırma vakasına bakalım:
1) Massachusetts Teknoloji Enstitüsü, Brigham ve Kadın Hastanesi ve Charles Stark Draper Laboratuvarı'ndaki araştırmacılar, sindirim sistemindeki yenilebilir tıbbi elektronik cihazlara güç sağlamak için kablosuz enerji iletimi kullanıyor.
(Resim kaynağı: Massachusetts Institute of Technology)
2) Kaliforniya Üniversitesi, Los Angeles ve Connecticut Üniversitesi'nden araştırmacılar, kalp pilleri gibi implante edilebilir tıbbi cihazlara güç sağlayabilen yeni bir sistem geliştirdiler. Sistem temel olarak iki bölümden oluşur: enerji depolama (biyolojik süper kapasitörler) ve enerji hasadı (insan vücut ısısını ve egzersiz enerjisini toplayan cihazlar).
(Fotoğraf kredisi: Islam Mosa / Connecticut Üniversitesi, Maher El-Kady / Kaliforniya Üniversitesi, Los Angeles)
3) California Üniversitesi, San Diego'daki mühendisler, kanda yüzebilen ve zararlı bakterileri ve ürettikleri toksinleri giderebilen, ultrasonla güçlendirilmiş bir mikro robot geliştirdiler.
(Fotoğraf kredisi: Esteban-Fernández de Ávila / Science Robotics)
Yenilikçilik
Pil gerektirmeyen birçok güç kaynağı çözümü arasında, bugün radyo dalgalarını yaymak için harici bir anten kullanan güç kaynağı yöntemine odaklanalım. Bununla birlikte, bu yaklaşımın ana engeli, radyo dalgalarının insan vücudundan geçerken önemli ölçüde zayıflaması ve böylece yeterli gücü sağlayamayacak kadar zayıf olmasıdır. .
Bu engelin üstesinden gelmek için, Massachusetts Institute of Technology (MIT), Harvard Medical School (HMS), Brigham and Womens Hospital (BWH) bilim adamları yakın zamanda insan vücudunun derinliklerine yerleştirilebilir tıbbi cihazlara güç sağlamanın bir yolunu geliştirdiler. Ve iletişim kurdukları yeni sisteme "Ağ İçi" (IVN) sistemi deniyor.
(Resim kaynağı: Massachusetts Institute of Technology)
İlgili bildiriler, SIGCOMM'un Ağustos ayındaki amiral gemisi toplantısında sunulacak. Makalenin yazarları arasında MIT Media Lab'de yardımcı doçent olan Fadel Adib, Brigham and Womens Hospital ve Harvard Medical School'da yardımcı doçentler ve MIT Koch Institute for Integrative Cancer Research ve MIT Media Lab'de araştırmacı olan Giovanni Traverso yer alıyor. Doktora sonrası araştırmacı Yunfei Ma, MIT Media Lab yüksek lisans öğrencisi Zhihong Luo ve MIT Koch Kapsamlı Kanser Enstitüsü doktora sonrası araştırmacısı Christoph Steiger.
teknoloji
Bu radyo dalgaları, implante edilebilir tıbbi cihazlara güç sağlamak için insan dokusundan güvenle geçebilir. Domuzlar üzerinde yapılan bir testte, bu radyo dalgası, 1 metre uzaklıktaki dokuda 10 cm derinlikteki bir cihaza güç sağlayabilir. Sensörler cilt yüzeyine çok yakınsa 38 metre uzaktan çalıştırılabilirler.
(Resim kaynağı: Massachusetts Institute of Technology)
Pil gerektirmediğinden bu cihazlar çok küçük yapılabilir. Bu çalışmada, araştırmacılar bir pirinç tanesi büyüklüğünde bir prototip cihazı test ettiler, ancak cihazın daha küçük yapılmasını bekliyorlar.
"Ağ İçi" (IVN) sistemi, biraz farklı frekanslarda radyo dalgaları yayan çok sayıda anten içeren bir tasarımdır. Radyo dalgası iletimi sürecinde, üst üste bindirilir ve farklı şekillerde birleştirilirler. Bir noktada, bu dalgaların köşeleri birbiriyle örtüşür ve bu, implante edilmiş sensöre güç sağlamak için yeterli enerji sağlayabilir.
(Resim kaynağı: Massachusetts Institute of Technology)
(Resim kaynağı: Massachusetts Institute of Technology)
Adib, "Birbirinden biraz farklı frekansları seçiyoruz ki bir noktada aynı anda zirvelerine ulaşacaklarını biliyoruz. Aynı anda zirvelerine ulaştıklarında bu cihazlara güç vermek için gereken gücü aşabilirler. Enerji eşiği. "
Bu teknoloji, sinyallerin sensörlerde birbiriyle yapıcı bir şekilde birleşmesini, bu sensörleri harekete geçirmesini, onlara güç vermesini ve onlarla iletişim kurmasını sağlayan gelişmiş sinyal oluşturma tekniklerini kullanır. Yeni sistem ile araştırmacıların sensörün vücuttaki tam yerini bilmelerine gerek kalmıyor çünkü enerji geniş bir alana yayılabiliyor. Bu aynı zamanda birden fazla cihazı aynı anda çalıştırabilecekleri anlamına gelir. Algılayıcılar enerji darbeleri alırken, aynı zamanda bilgileri antene geri göndermelerini söyleyen bir sinyal de alırlar. Araştırmacılar, bu sinyalin ilaçların salınımını, mevcut darbeleri ve ışık darbelerini uyarmak için de kullanılabileceğini söyledi.
değer
IVN teknolojisinin uygulamaları şunları içerir: ilaç dağıtımını kontrol etmek için akıllı haplara yerleştirmek, sıtma veya Alzheimer hastalığını tedavi etmek; basınç, glikoz ve bağırsak mikrobiyotası gibi organ ve dokuların sağlığını ölçmek ve ilgili verileri göndermek; entegrasyon Derin beyin stimülatöründe, Parkinson hastalığını veya epilepsiyi tedavi edin.
(Resim kaynağı: MIT Media Lab)
(Resim kaynağı: Fadel Adib, Diana Saville)
(Resim kaynağı: Fadel Adib, Diana Saville)
Şu anda, bilimsel araştırma ekibi güç aktarımını daha verimli ve daha uzun mesafeli hale getirmek için çalışıyor. Araştırmacılar, bu teknolojinin envanter kontrolü, perakende analizi ve akıllı ortamlar da dahil olmak üzere diğer alanlarda da RFID uygulamalarını iyileştirmesinin beklendiğini söyledi. Gelecekte, daha fazla mesafe izleme ve iletişim getirecek.
Anahtar kelime
İmplante edilebilir cihazlar, sindirilebilir cihazlar, tıbbi elektronik, kablosuz iletişim, güç kaynağı
Referans
[1]
[2]
[3] https://www.media.mit.edu/projects/ivn-in-vivo-networking/overview/
