研究人员开发出一种新的方式来与植入人体深处的设备供电并进行通讯

麻省理工学院的研究人员与布莱根妇女医院的科学家合作，已经开发出一种新的方式来与植入人体深处的设备供电并进行通讯。这种设备可用于输送药物，监测体内状况或通过用电或光刺激大脑来治疗疾病。

植入物由射频波供电，射频波可以安全地穿过人体组织。在对动物的测试中，研究人员表明，这些波可以向位于组织深10厘米处，距离1米的设备供电。

“即使这些微小的植入式设备没有电池，我们现在仍可以在体外与它们进行通讯。这开辟了全新的医学应用类型，”麻省理工学院媒体实验室助理教授，论文的高级作者Fadel Adib说，该论文将在计算机协会数据通信特别兴趣小组(SIGCOMM)会议上发表在八月。

因为它们不需要电池，所以设备很小。在这项研究中，研究人员测试了一个关于米粒大小的原型，但他们预计它可以做得更小。

“具有无需电池即可与这些系统通信的能力将是一项重大进步。这些设备可能与传感条件兼容，并有助于药物的输送，”哈佛大学布莱根妇女医院助理教授乔瓦尼·特拉弗索(Giovanni Traverso)说，他是麻省理工学院科赫综合癌症研究所的附属研究机构研究论文的作者。

该论文的其他作者是媒体实验室博士后马云飞，媒体实验室研究生罗志宏，以及科赫研究所和BWH附属博士后克里斯托夫·斯泰格。

可以摄入或植入体内的医疗设备可以为医生提供诊断，监测和治疗许多疾病的新方法。Traverso的实验室现在正在研究各种可吸收系统，这些系统可用于输送药物，监测生命体征以及检测胃肠道的运动。

在大脑中，传递电流的可植入电极用于称为“深部大脑刺激”的技术，该技术通常用于治疗帕金森氏病或癫痫病。现在，这些电极由植入皮肤下的类似起搏器的设备控制，如果使用无线电源，则可以消除这种电极。无线脑植入物还可以通过光遗传学帮助传递光来刺激或抑制神经元活动，到目前为止，光遗传学尚未适应于人类的使用，但可用于治疗许多神经系统疾病。

当前，诸如起搏器之类的可植入医疗设备带有自己的电池，这些电池占据了设备上的大部分空间，并且使用寿命有限。设想更小，无需电池的设备的阿迪布(Adib)一直在探索利用人体外部天线发射的无线电波为植入式设备无线供电的可能性。

到现在为止，这一直很难实现，因为无线电波在穿过人体时趋向于消散，因此最终变得太弱而无法提供足够的功率。为了克服这个问题，研究人员设计了一个称为“体内网络”(IVN)的系统。该系统依赖于发射频率略有不同的无线电波的天线阵列。随着无线电波的传播，它们以不同的方式重叠和合并。在某些特定点，波浪的高点重叠，它们可以提供足够的能量来为植入的传感器供电。

“我们选择的频率彼此稍有不同，因此，我们知道在某个时间点它们将同时达到其最高点。当它们同时达到最高点时，它们便能够克服为设备供电所需的能量阈值。”

使用新系统，研究人员无需知道传感器在人体中的确切位置，因为功率可以在大范围内传输。这也意味着它们可以一次为多个设备供电。在传感器接收到大量能量的同时，它们还会收到一个信号，告诉它们将信息中继回天线。研究人员说，该信号还可以用于刺激药物释放，电脉冲或光脉冲。

标签： 设备