Inovatívne riešenie umožňuje dlhodobo monitorovať a liečiť vnútorné orgány v ľudskom tele bez káblov a batérií

 

KĽÚČOVÉ ZISTENIA:

• Milimetrové implantáty využívajú ultrazvukové vlny na bezdrôtový prenos energie a dát v hlbokých biologických tkanivách pacienta.

• Ultrazvuk v tele prekonáva technické obmedzenia rádiových vĺn, ktoré v ľudskom organizme veľmi rýchlo strácajú svoju energiu.

• Fázované polia umožňujú presné smerovanie lúčov a súčasné napájanie viacerých miniatúrnych zariadení na rôznych miestach v tele.

Najnovší vedecký výskum v oblasti medicínskeho inžinierstva sa zameriava na využitie senzorov, ktoré sú implantované priamo v hlbokých biologických tkanivách pacientov. Tieto miniatúrne systémy dokážu monitorovať fyziologické signály, vrátane nervovej aktivity, aktuálnej teploty a okysličenia orgánov bez nutnosti invazívneho prepojenia pomocou káblov. Namiesto tradičných elektromagnetických a rádiových vĺn využívajú na svoju komunikáciu a prenos potrebnej energie špecifické ultrazvukové vlny.

Dôvodom tohto posunu je skutočnosť, že klasické rádiové signály pri prechode ľudským telom čelia vysokým stratám. Ultrazvuk naopak dokáže tkanivami prenikať s omnoho vyššou účinnosťou. Inžinieri pre tento účel vyvinuli systém fázovaného poľa, ktorý dokáže cielene smerovať a zaostrovať prenášaný ultrazvukový lúč v priestore. Táto technológia formovania lúča rieši doterajšie technické problémy s nepresným priestorovým zarovnaním externého vysielača a samotného vnútorného implantátu.

Presné smerovanie akustickej energie zároveň umožňuje výrazné zmenšenie celkového objemu implantovaných zariadení, keďže nevyžadujú prítomnosť veľkých batérií. Konštrukcia vysielačov umožňuje riadiť fázu a amplitúdu signálu v 6 kanáloch, čo zabezpečuje adaptáciu na prípadný pohyb senzora. V testovaných systémoch vedci zaznamenali zvýšenie účinnosti prenosu o 251 %.

Ďalšou technickou výhodou tohto prístupu je možnosť komunikovať s viacerými oddelenými implantátmi súčasne v reálnom čase. Pomocou techník časového multiplexovania dokáže jeden externý generátor napájať celú sieť miniatúrnych senzorov rozmiestnených v rôznych častiach pacientskeho organizmu.

Lekári tak získajú okamžitý a komplexný prehľad o zdravotnom stave sledovaných orgánov bez prerušenia bežných činností života človeka. Celý proces často dopĺňa prenosový čip umiestnený tesne pod kožou, ktorý efektívne prevádza vonkajšie rádiové vlny na vnútorný ultrazvuk. Tento bezdrôtový systém otvára cestu k pokročilej diagnostike, lokálnemu podávaniu liečiv a cielenej terapii priamo v najcitlivejších štruktúrach tela.

PREČO JE TO DÔLEŽITÉ: Ultrazvukové napájanie umožňuje vývoj menších a bezpečnejších implantátov, ktoré dokážu dlhodobo monitorovať a liečiť orgány bez káblov alebo batérií.

Zdroj: interestingengineering.com foto: ChatGPT