美研發新型無線心臟起搏器 非電池驅動

Daphane

來源:大紀元


美國新開發的無線且非電池驅動的心臟起搏-除顫器中的電路網，4個花瓣形狀用來包覆整個心臟。這些花瓣電路上共遍布9個微型的LED燈珠，共同連結在微型控制器上。（亞利桑那州大學提供）

【大紀元2022年11月03日訊】（大紀元專題部記者吳瑞昌編譯報導）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。美國醫學家最近發布的一項研究成果顯示，人類有望獲得一種無線且非電池驅動的心臟起搏-除顫器，以解決現有機器給病人帶來的困擾。
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周期、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布9個微型的LED燈珠，並共同連結在微型控制器上。


圖為美國新開發的無線且非電池驅動的心臟起搏-除顫器，左邊是微型控制裝置，右邊是實驗鼠的心臟和起搏點。（亞利桑那州大學提供）

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。」