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可吸收的无线临时心脏起搏器,医生能随时监测还「用后即溶」

开发技术 开发技术 2022-05-30 次浏览

在一些影视作品中有时会出现这样的情节,某些心脏手术后需要安装临时起搏器起搏器以帮助维持心脏维持功能。但那些临时起搏器通常需要一根电线连接刺激心脏的外部发电机,在症状得到改善后,还需要视情况取出,这些过程中可能会增加额外的风险。

可吸收的无线临时心脏起搏器,医生能随时监测还「用后即溶」

▲图片来自:WIRED

为此,美国西北大学与乔治华盛顿大学 (GW) 的研究人员在 2021 年就开发了一种可以提供临时起搏的无线植入式设备。它只有 250 微米厚,重量还不到半克,柔软而有弹性,封装的电极柔软地层压在心脏表面以传递电脉冲。

可吸收的无线临时心脏起搏器,医生能随时监测还「用后即溶」

▲图片来自:Northwestern University

这种轻便的设备可用于心脏手术后需要临时起搏或等待永久性起搏器的患者。设备使用近场通信协议从外部远程天线无线收集能量,不需要外接导线。

更重要的是,这种起搏器的所有组件在不需要使用后可以无害地溶解在体内,约五到七周内会自然吸收到人体的生物体液中,无需实施手术进行提取。

可吸收的无线临时心脏起搏器,医生能随时监测还「用后即溶」

▲图片来自:Northwestern University

如今,西北大学由 John A. Rogers 、 Igor R. Efimov 和 Rishi Arora 领导的研究团队又对这一设备进行了改进,开发了一个整合到可穿戴传感器中的智能新版本。新的可吸收无线起搏器与其他四种皮肤接口设备一起组成了「体域网」。

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▲图片来自:Northwestern University

无电池的生物可吸收起搏器用于临时起搏心脏;位于胸部的心脏模块为植入的起搏器提供动力和控制刺激参数,并感知心脏的电活动和声音;

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▲图片来自:Northwestern University

位于前额的血流动力学模块用于感应脉搏血氧饱和度和血管张力等;位于喉咙底部的呼吸模块用于监测咳嗽和呼吸活动;还有一个以各种模式振动和脉冲与患者交流的多触觉反馈模块。

可吸收的无线临时心脏起搏器,医生能随时监测还「用后即溶」
图片来自:Northwestern University

传感器会持续监测身体中体温、氧气水平、呼吸及心脏的电活动等各种生理功能。之后系统会使用算法来分析这些活动,以便自主检测异常心律并决定在何时以何种速度为心脏起搏。

这些信息也会传输到智能手机或平板电脑上,医生就可以远程对患者的身体状况进行监控。当传感器检测到设备放置不正确或起搏器故障等问题时,触觉设备会以特定模式振动对佩戴者进行提示。

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▲图片来自:Northwestern University

虽然以前的设备很灵活,但新设备灵活且有弹性,能够更好地适应不断变化的心脏跳动并且随着起搏器缓慢且无害地溶解,这个过程中还会释放一种抗炎药以防止异物反应。

更重要的是,新的设备能够根据患者的情况按需提供起搏,安装在胸前的心脏模块实时记录心电图以监测心脏活动。在这项研究中,研究人员将这种无线技术与黄金标准心电图进行了比较,发现它与临床级系统一样准确和精确。

可吸收的无线临时心脏起搏器,医生能随时监测还「用后即溶」

▲图片来自:Northwestern University

这也就意味着,这个简单且独立的起搏系统可以自动检测疾病并进行治疗。让需要临时起搏的患者不必被医院里的设备所限制,可以在医生远程监控下进行康复,降低医疗成本的同时也能为其他患者腾出资源。

可吸收的无线临时心脏起搏器,医生能随时监测还「用后即溶」

▲图片来自:Northwestern University

研究人员还提到,这个起搏系统对婴儿这类脆弱的患者最有益。每年有数万名婴儿在出生时心脏方面会存在障碍,其中有不少病例还会危及生命而需要立即手术,手术后的这些婴儿几乎都需要植入临时起搏器。

大约五到七天的时间,当心脏恢复了自我刺激的能力后就不再需要起搏器。虽然目前移除起搏器的过程中产生并发症的概率很低,但有了这些可吸收的无线起搏器,就能让婴儿免除第二次手术的痛苦。

 

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