Зарядка аккумулятора вместо замены батарейки

Имплантация пациентам-сердечникам электрокардиостимуляторов является сегодня вполне обычным делом. В одной только Германии ежегодно проводится более 70 тысяч таких операций. Электрокардиостимулятор, именуемый также искусственным водителем сердечного ритма, представляет собой компактное, но довольно сложное электронное устройство, предназначенное для вживления в организм пациента с целью поддержания требуемой частоты сердечных сокращений посредством электрических импульсов.

Слабое место - источник питания

Понятно, что работа такого устройства связана с постоянным расходом энергии, то есть кардиостимулятор, помимо индивидуально программируемого микропроцессорного блока, должен иметь и источник питания. Вот он-то и является слабым местом современных имплантируемых электрических устройств, говорит американский инженер-физик Леон Раджемски (Leon Radziemski), глава и основатель фирмы Piezo Energy Technologies в Тусоне, штат Аризона.

"В имплантатах вроде электрокардиостимуляторов, а также нейростимуляторов, применяемых в терапии паркинсонизма и хронических болей, сегодня в качестве источников питания используются миниатюрные батарейки, - поясняет эксперт. - В кардиостимуляторе, который включается лишь в случае нарушения сердечного ритма, срок службы батарейки составляет в среднем от пяти до восьми лет, что тоже не слишком много, но в работающем постоянно нейростимуляторе батарейка оказывается полностью израсходованной уже через год. И значит, подлежит замене".

Электромагнитная индукция

А замена батарейки - это новая хирургическая операция. Такое вмешательство, пусть и несложное, все же означает изрядную физическую и психологическую нагрузку на организм больного, а кроме того неминуемо сопряжено с риском инфекции. Выход очевиден: одноразовые батарейки должны уступить место аккумуляторам.

Однако тут сразу же встает вопрос о том, как их заряжать, не извлекая из тела пациента. "Одна из технологий такой интракорпоральной зарядки аккумуляторов уже находит применение время от времени, - говорит Леон Раджемски. - В ее основе лежит явление электромагнитной индукции. По внешней, расположенной вне тела пациента катушке пропускают переменный электрический ток, в результате чего образуется переменное магнитное поле. Под действием этого поля в проводящем контуре, вживленном в тело пациента, возникает электродвижущая сила, которая позволяет зарядить аккумулятор. Но у этой технологии есть недостатки, поэтому мы работаем над альтернативой".

Пьезоэлектрический эффект

Главный недостаток технологии, основанной на электромагнитной индукции, состоит в том, что приемный проводящий контур в теле пациента должен быть расположен близко к поверхности, непосредственно под кожей, а значит, нужно вживлять еще и кабель, соединяющий контур с самим стимулятором. Именно это и побудило Леона Раджемски и его фирму Piezo Energy Technologies взяться за разработку альтернативы - технологии на основе ультразвука.

Ультразвуковые колебания, как известно, легко проникают вглубь тела. Инженер Индер Мейкин (Inder Makin), коллега Леона Раджемски, специалист в области медицинского оборудования, поясняет: "У нас есть передатчик, или источник ультразвуковых волн, который крепится непосредственно на теле пациента по возможности вблизи имплантата, и приемник, который интегрирован в имплантат. Ключевой элемент приемника - пьезоэлектрик, то есть кристалл, в котором механическая деформация, вызванная ультразвуком, преобразуется в электрический заряд. Его вполне хватает для зарядки аккумулятора".

Многообещающая технология

Работоспособность такого устройства испытывалась на образцах биологических тканей и в опытах на свиньях. "Результаты испытаний показали, что мы можем с помощью нашей технологии зарядить имплантированный аккумулятор всего за час-полтора", - говорит Леон Раджемски. Индер Мейкин добавляет: "Когда вы вводите энергию в систему, часть ее обязательно поглощается или рассеивается. Но в наших экспериментах этот эффект оказался очень незначительным, потери крайне малы. То есть это весьма многообещающая технология".

Правда, клинические испытания на людях пока не проводились. Разработчики системы надеются, что достигнут этой стадии года через два-три. Но допустим, технология докажет свою надежность и эффективность. Тогда остается главный вопрос: какие преимущества это сулит пациенту? То есть как часто ему придется заряжать аккумулятор своего стимулятора-имплантата? "В этой технологии все зависит от конкретного применения, - поясняет Индер Мейкин. - Аккумулятор в нейростимуляторе потребует практически непрерывной подзарядки, так что пациентам придется постоянно носить источник ультразвука на поясе. А пациенту с кардиостимулятором будет достаточно раз в год наведываться в клинику, чтобы за пару часов зарядить там аккумулятор еще на целый год".