北京
选自IEEE Spectrum
机器之心编译
机器之心编辑部
来自美国西北大学的研究团队为心脏病患者开发了一种可溶解的智能起搏器，并与可穿戴的传感器网络相连，全面监测患者心律，预计将在 5 年内投入临床使用。
进行心脏血管手术后，许多患者需要一个临时起搏器来帮助他们稳定心率。该装置由一个脉冲发生器、一根或多根绝缘导线以及每根导线末端的电极组成。脉冲发生器是一个有金属外壳，包含小型计算机和电池的电子电路，它负责调节发送到心脏的脉冲。电线的一端连接脉冲发生器，另一端连接的电极则放置在心脏的一个腔室内。
但传统的临时起搏器存在几个问题：脉冲发生器限制了患者的活动能力，并且必须通过手术来更换或移除起搏器，这可能导致感染、移位、组织撕裂或损坏、出血和血栓等并发症。
去年，来自美国西北大学的研究团队开发了一种溶解式起搏器，让患者可以在不受外部硬件束缚的情况下正常生活。该起搏器厚度为 250 微米，重量不到半克，最关键的是可以溶解在患者体内，无需手术移除。
今年 5 月，该研究团队又推出了升级版智能起搏器，它可以与该团队开发的可穿戴传感器网络相连。这种传感器网络灵活柔软，穿戴在身上可以监测各种生理功能，以帮助起搏器确定何时以何种速度为心脏起搏。整个起搏系统是完全自主的。
值得注意的是，这种溶解式起搏器在溶解时还会释放出一种消炎药。开发团队成员，西北大学生物医学工程教授 Igor Efimov 介绍道：「任何类型的外来硬件被植入人体时，细胞都会攻击这个外来物体，释放抗炎药将阻止身体排斥起搏器。」
这套智能设备在植入人体后立即开始溶解，但每个设备都将为特定患者专门设计和制造。例如患者需要持续使用起搏器两周，则研究团队会将其设计成在所需时间内（约两周）保持其完整性的设备。该设备尚未供人们实际使用，但 Efimov 预计它将在未来 5 年内提供给患者。
该智能起搏器的外壳是由可生物吸收的聚氨酯制成的，材料薄、柔软且柔韧。「由于起搏器要植入心脏表面，因此这些材料特性至关重要」，研究团队负责人、IEEE Fellow John Rogers 说道。
起搏器的内部一侧是接收天线，另一侧是传输线圈。它们通过蛇形射频二极管连接。起搏器的正上方有一个连接到患者胸部的小型无线贴片，电极则位于贴片与皮肤直接接触的一侧，贴片内部还有一个小电池和一个传输线圈。电极负责记录患者的心电图 (ECG) 并帮助调节发送到心脏的脉冲。
智能起搏器在体内自行溶解。
贴片中的传输线圈和起搏器无线耦合。电池产生的振荡磁场在贴片线圈中感应出电流，然后电流会进入起搏器中的线圈，为设备供电并控制心脏起搏率。如果起搏器检测到患者的心率下降到某个频率以下，它会激活贴片中的传输线圈，为起搏器提供动力，使其能够将患者的心率恢复到健康水平。
连接到患者胸部的小型无线贴片负责记录患者的心电图，然后将其发送到移动应用程序，供医生使用。该智能起搏器内部的接收天线负责收集患者心率数据，并使用近场通信技术（NFC）将其发送到移动应用程序上，供医生监测。
虽然可以根据心电图结果来衡量患者的心脏跳动速度，但身体活动、患者的血型和静息心率等外部因素也会影响心律。因此，研究团队又开发了一个可穿戴的传感器网络，用于监测患者的体温、氧气水平、呼吸、身体活动、肌肉张力等。
目前，整个传感器网络包括三个部分：胸部、前额和颈部。起搏器的系统会自动分析这些传感器收集的数据，如果检测到心律异常，起搏器将改变心率脉冲。
原文链接：https://spectrum.ieee.org/dissolvable-pacemaker
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