《电子技术应用》

无线供能方案可使心脏起搏器不再使用电池

EEworld 作者:EEworld
2011/8/7 23:33:34

  当一个病患心脏自己不能够运行血液时,一种植入型泵可以帮助让血液顺畅流动。但是该方法有一个主要缺陷:电源很大,必须安置在体外,并且它一般要通过一根穿过腹壁的电线与泵相连——不停的刺激和潜在性感染的根源。

  研究人员现已证明一台无线心功能泵(heart pump)样机可以完全不再需要电线了。并且不像某些无线植入物,它在一定距离范围内——几厘米到一米,或者更远——都是可靠和有效的。

  该泵由约翰·史密斯(Josh Smith)和普拉摩德·邦德(Pramod Bonde)共同研发的,并于上月在华盛顿特区举办的美国人工内脏学会(American Society for Artificial Internal Organs)年会上展出。约翰·史密斯是华盛顿大学(University of Washington)计算机科学与电子工程学副教授;普拉摩德·邦德是匹兹堡大学医学中心(University of Pittsburgh Medical Center)的一位心脏外科医生。

  多数植入医疗装置,比如心脏起搏器(pacemaker)和去纤颤器(defibrillator),都靠内置电池工作。但是心功能泵和人造心脏却需要更多电能。一种叫做阿拜克(AbioCore)的人造心脏是无线供电,但是贴在皮肤上的电能发射器必须与体内的接收器保持一线对齐。“哪怕分离或没有一线对齐只有几毫米都会导致能量损失,”邦德说。

  史密斯和邦德的新型无线泵通过修正电能发送和接收的方式绕过了一线对齐问题。外部电能发射器是一个金属线圈,能发射振荡磁场在6.78兆赫和13.56兆赫之间。调节体内接收线圈以大约80%的效率与发射线圈频率共振。然而,线圈之间的距离改变时,效率就会下降,除非有可能去调节电能传输频率。所以,史密斯解释道,他已经设计出了一种反馈系统,可以通过自动调节电能传输频率来使效率最大化。

  通过磁场而不是电场传输电能避免了有害加热,但是残余电场仍会导致温度稍微上升。史密斯说,去除一些线圈盘将最终把加热降低到一个微不足道的水平。

  新型无线电能系统可以让心脏泵设计者们腾出手来进行创新。如果一个电能供应装置可以在一定距离范围内运行,那么就可以把它戴在背心里或者甚至安装在屋子里。史密斯和邦德设想出一个全家式系统——一个人不佩戴电能供应装置就可以自由活动。一个小型可植入电池也可以提供半小时电量作为后备。

  近来无线电能传输的研究主要集中在提高效率上,杜克大学(Duke University)电子与计算机工程学助理教授马特·雷诺兹(Matt Reynolds)说。“通过调节运行频率并维持共振适用于活动,”他说,“也是这项技术得到广泛接受的关键。”

 

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