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输送药物、监测身体,MIT开发植入式设备!

信息来源:shusong.biz  时间:2019-02-02  浏览次数:136

来源 | 将门创投 (ID : thejiangmen)


来源:MIT news 编译:Kathy

随着技术的发展,向人体体内实现精准的药物输送、准确的检测和控制已经不是遥不可及的梦想。

麻省理工学院的研究人员与Brigham and Women医院的科学家合作,开发了一种新的方式来为植入人体深处的设备进行供电并通信。这种装置可以用来输送药物,监测身体内部的状况,或者通过电-光刺激大脑来治疗疾病。

植入设备由射频波供能,而射频波可以安全地通过人体组织。在动物试验中,研究人员表示,射频波可以为距离1米远、位于组织10厘米深处的装置提供动力。

“尽管这些微型植入式装置没有电池,但我们现在可以在体外远距离与它们通信。这开辟了全新的医疗应用领域,”麻省理工学院介质实验室助理教授、论文资深作者Fadel Adib说。

该论文将在8月份举行的计算机机械协会数据通信特别兴趣小组(Association for Computing Machinery Special Interest Group on Data Communication, SIGCOMM )会议上发表。

因为这些设备不需要电池,所以可以做的足够小。在这项研究中,研究人员做了一个米粒大小的测试品,但他们预期还能够做得更小。

“在不需要电池的情况下与系统进行通信将是一项重大进步。这些设备可以与各种传感环境相兼容,也可以帮助输送药物。”哈佛医学院Brigham and Women医院(Brigham and Women’s Hospital,BWH )的助理教授Giovanni Traverso说,他是麻省理工学院Koch综合癌症研究所的研究附属机构的研究人员,也是这篇论文的作者。

论文的其他作者是介质实验室博士后马云飞、介质实验室研究生罗志宏、Koch研究所和BWH博士后Christoph Steiger。


无线通信

可以被摄入或植入体内的医疗设备为医生提供了新的方法进行诊断、监测和治疗疾病。Traverso的实验室目前正在研究各种可摄入的系统,用来输送药物、监测生命体征和检测胃肠道的运动。

在大脑中,可以输送电流的植入型电极被用于一种称为脑深部刺激的技术,该技术通常用于治疗帕金森氏症或癫痫。目前这种电极由植入皮肤的类似起搏器的装置控制,如果使用无线电源,就可以去除这个植入皮肤的装置。无线脑植入装置还可以传递光信号,通过光遗传学刺激或抑制神经元活动,到目前为止,光遗传学还没有用于人类,但这种方法对于治疗许多神经疾病会很有帮助。

目前,植入式医疗设备自带电池,占据了设备的大部分空间,且寿命有限,比如起搏器。Adib一直在设想更小的无电池设备,一直在探索用体外天线发射的无线电波为植入式设备进行供电的可能性。

到目前为止,这还很难实现,因为无线电波在通过身体时会有很大的损耗,所以最终太弱而无法提供足够的能量。为了克服这一点,研究人员设计了一个他们称之为“体内网络”( In Vivo Networking, IVN )的系统。该系统依赖于天线阵列,天线阵列发射一系列的无线电波,无线电波之间的频率略有不同。当无线电波传播时,它们以不同的方式重叠和结合。在特定的时间点,当波峰重叠时,就可以提供足够的能量来驱动植入的传感器。

“我们选择的无线电波的频率彼此间有些微小的差异,这样的话在某个时间点,它们就会同时达到最高点。当它们同时达到最高点时,就能够达到为设备供电所需的最低能量。”Adib 说。

有了新的系统,研究人员不需要知道传感器在体内的确切位置,因为能量是通过大面积传输的。这也意味着他们可以同时为多个设备供电。在传感器接收到大量的能量的同时,它们还接收到一个信号,让它们将信息传输回天线。研究人员说,这种信号也可以用来刺激药物的释放、或用作电脉冲或光脉冲。

MIT的研究人员开发了一种新的技术,可以用来遥控“智能药丸”释放药物。

 

实现远距离供电

在猪身上进行的测试中,研究人员表明,他们可以将能量从身体外面一米远处,输送到深入身体10厘米的传感器上。如果传感器非常靠近皮肤表面,它们可以从38米远的地方供电。

Adib表示:“要在体内的植入深度和体外的能量传输距离之间针对实际情况进行权衡”。

研究人员现在正致力于提高电力输送的效率,并让电力输送设备距离更远。研究人员说,这项技术也有望改善RFID(Radio Frequency Identification,无线射频识别)在其他领域的应用,例如库存控制、零售分析和“智能”环境,允许更长距离的物体追踪和通信。

 

如果你对这个项目感兴趣,请访问项目主页:

https://www.media.mit.edu/projects/ivn-in-vivo-networking/overview/

很多技术细节可以再论文里找到:

http://www.mit.edu/~fadel/papers/IVN-paper.pdf

-The End-


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