次フロンティア: 移植可能な糖尿病デバイスのための無線電力

糖尿病の粘液は、世界中で500万人を超える人々に影響を与え、タイプ1または先進型2糖尿病の多くのために、治療の基準は、ますますインプラント可能な技術を含む - 連続グルコースモニター、インシュリンポンプ、およびクローズドループ人工膵臓システム。 これらの装置は、生活を節約し、血糖制御を改善しますが、それらはすべて基本的な制限を分かちます。 従来の電池は数年ごとに外科的置換を必要とします。 感染リスクを克服し、臨床状態を克服する危険性を克服し、その結果、体力を強化する効果が高まっています。

医療機器における無線電力移動の背景

ワイヤーなしでエネルギーを移す概念は19世紀後半にニコラ・テスラの実験に戻ります。現代の医学では、WPTは、最初に、コクレアインプラントや心臓ペースメーカーなどのデバイスでアプリケーションを発見しました。これにより、誘導結合コイルは皮膚を渡る電力を送信します。基本的な原則は、代替磁場を生成し、二次コイル(インプラント)で電流を誘導する主なコイル(外部送信機)を発生させます。このシステムは、WPTのほとんどがWPTの医療システムに近く、WPTのほとんどが組み込まれています。

誘導から共鳴への進化

初期インプラントシステムは、低周波数(典型的に100〜200kHz)で簡単な誘導カップリングを使用しました。 短距離で有効にしながら、コイルが数ミリ以上でずれたり、分離されたりしたときに、効率が急激に低下しました。 この制限は、]の生成を動機付けました。 リモートシステムとパワーアップシステムが、より効果的に動作する、または、より詳細なシステムが異なる場合に、トランスフォーメーションとレシーコイルが同じ共鳴周波数に調整されます。 トランスフォーメーションシステムと、またはコンプリートシステムが、より効果的に動作する、または、または、より大きなエネルギーを組み合わせることにより、より大きなエネルギーを促進します。

なぜWPTが糖尿病管理にとって重要なのか

糖尿病装置は、ユニークな電力要求を課します。 連続グルコースモニター(CGM)は、感知とワイヤレス伝送のための何百ものマイクロワットに10を引く。 インスリンポンプは、モータと制御電子機器のミリワットを必要とします。 クローズドループ人工膵臓システムは、両方の組み合わせ、センサーとポンプ間のリアルタイム通信。 現在のインプラント可能なCGM(Eversense)は、毎日交換しなければならない外部送信機を使用します。 完全完全装備は、WLT[F]を1回だけ使用する必要があります。

糖尿病デバイス向けWPTの最近のイノベーション

過去5年間、インプラントブル糖尿病デバイスの特定の制約に合わせて設計の進歩の急激な状況が見られるようになりました。小さなフォームファクター、深いインプラント(サブカットまたは非破壊)、組織の加熱に対する不整列、および厳格な安全限界。

適応的調整による共鳴性誘導カップリング

従来の共鳴システムは固定周波数で動作しますが、インプラント深さ、組織特性、またはコイルアライメントの変化は、回路を解凍し、効率を低下させる可能性があります。 []]適応調整は、リアルタイムインピーダンス監視を使用して、動作周波数を動的に調整したり、ネットワークパラメータを一致させることができます。 ワシントン大学の研究者や他の場所では、インプラントの10 mmの範囲と外来の深さ20度にわたって>70%のエンドツーエンド効率を維持しているシステムが実証されています。 これにより、このインプラントは、この場所が不整列を調節することができます。

より深いインプラントのための磁気共鳴カップリング

近接フィールド誘導カップリングは、サブカテナスデバイス(5〜15 mm)、より深いインプラント(例えば、イントラ腹部インシュリンポンプ)で、ミッドレンジの電力転送が必要です。 [] 磁気共鳴カップリング[[[]]]]は、複数のコイル径で分離しても、強く相互作用する2つ以上の共鳴器を使用しています。 強力なカップル体制で動作することにより、(カップリング& t; t; t; t; t; t; t; t; t; t; t; t; t; t; t; t; t; t; t; t; t; t; t; t; ; ; t; t; t; t; t; ; ; t t ; t t ; t t ; ; t t ; ; t ; ; ; ; ; ; t ; ; ; ; ;

ミニチュアコイル設計とフレキシブル基板

受信コイルのサイズは、直接インプラントのフットプリントを決定します。 []の最近の作業]とフレキシブルPCB基板[は、50を超える品質要因を維持しながら、わずか5 mm×5 mmのコイルを生成しました。 カリフォルニア大学バークレー校の研究者は、バイオコンプリートのエンキャップに組み込まれた6×6 mmコイルを実証しました。 これにより、50mmの強度の低下や強度の強度が向上します。 さらに、体調子の強度が向上する可能性があります。

適応力管理と安全管理者

ワイヤレスパワーは、組織の加熱限界(特定の吸収率、SAR)を超えることを避けるために慎重に調整する必要があります。 現代のインプラントシステムは、クローズドループ電源制御]を組み込まれています。 インプラントは、独自の受信された電圧を測定し、バックテレメトリー信号を外部の充電器に送信し、出力電力を調節し、ターゲット電圧を維持します。 組織の連絡先が紛失または過熱が検出された場合、システムが自動的にシャットダウンします。 このような制御装置は、直接、RFを充電または充電する際の長い速度を低減することができます。

音響および光学代替品

電磁波WPTは、特定の使用例の注意を払って、代替方法として2つの選択肢があります。 [超音波パワートランスファー]は、圧電気トランスデューサーを使用して、深さの電磁波よりも低い減少した組織を介してエネルギーを送信するために、>5センチメートル。 ディープインプラントでは、超音波はRFの加熱問題なしで効率的な電力転送を達成することができます。 耳赤外線光検出器は、それが深部に光を合わせるが、光ファイバと光線を組み合わせる[FLT]は、光ファイバ]を加熱するかどうかをする必要があります。 [FATT]

糖尿病管理の利点

WPT 対応糖尿病の臨床的および品質への影響は、過剰な状態にはなりません。 1 型糖尿病患者は、平均 180 の指棒と 1 ヶ月あたりの 100 + インシュリン注射に直面しています。 無線電力で十分に注入されたシステムは、この負担を劇的に減らすことができます。

電池交換手術の排除

電流式インプラント用CGMシステム(Eversense XLなど)は、マイナーな外科的処置により90〜180日ごとにセンサー交換を必要とします。 フルバッテリーの交換よりも侵襲が少ない一方で、これらの頻繁な介入はリスクとコストを蓄積します。 小さな充電式バッテリーまたはスーパーキャパシタを備えたワイヤレスで駆動されたインプラントは、交換なしで何年も持続できます。 ]]]は、スキャナの介入の減少は、感染率を低下させ、全体的な排ガスおよび排ガスを削減します。 平均は、および排ガス処理量を削減します。

連続的、リアルタイム監視と治療

信頼性の高い電源で、インプラント対応デバイスは、中断することなく24時間365日稼働させることができます。 これは、睡眠中や運動中でも、連続したグルコース読み取りを1〜5分ごとに行なうことを意味します。 センサーが安定した間接環境に残るため、高精度で。 閉鎖ループシステムは、患者の入力なしでインシュリン注入を調整する、フルコースの変動にすぐに反応できます。 低血糖性疾患の不全症患者にとって、この継続的な監視は寿命を節約するものです。 [[FLT]:0LT:電流の制限時間:1:0::: バッテリーの制限時間::0: 不正確な時間: 過熱量は、過電流ギャップを防止します。

より小さい、より快適なインプラント

バッテリーは、インプラントの容積の50〜70%を占めることができます。 WPTは、デザイナーがビタミンカプセルや米の粒の大きさにデバイスを縮小することができます。 より小さなインプラントはより少ない組織の外傷を引き起こし、より速く治癒し、患者に通知が少ない。 彼らはまた、より有利な解剖学的場所に配置することができます。これは、上腕や腹部の皮下組織のような、最小限の化粧品への影響を伴う。 、インプラントは、それらがWPT[F]を組み込むことができるので、それらがWPT[FLT]を注入]:[FLT]を注入]:[FLT]:]:[F]:]:[F]:]:[F]:]:[F]:]:[F]:[F]:[F]:]:[F]:[:]:[F]:[:[:]:]:[F]:[:[:[:]:]:[:[:[:]:]:]:[:[:[:]:[:[:]:]:]:[:]:]:[:

患者の利便性とコンプライアンスの大きな向上

送信機を変更し、パッチを削除したり、充電ケーブルを差し込む必要はありません糖尿病患者を想像してみてください。 WPTでは、患者が充電パッドの近くにあるとき、充電が自動的に起こります。ベッド枕の下に配置されたり、車座に置かれたり、衣服に統合したりします。 一部のシステムは、インプラントが患者の睡眠中に充電する「インプラント」を、電気歯ブラシに似ています。 この[ローワーカーの行動負担は、特に高齢化デバイスを改善することができます]と高齢化装置は、高齢化が促進されます。

チャレンジと未来の方向性

驚くべき進歩にもかかわらず、WPT 搭載糖尿病インプラントが主流になる前に大きなハードルは残っています。これらのスパン技術、生物学的、規制、および商用ドメイン。

安全: ティッシュの暖房およびSARの承諾

パワートランスファーに使用される電磁界が過度の加熱または他の生物学的効果を引き起こすことを確実にする最も重要な課題は、します。 米国連邦通信委員会と非イオン放射線保護に関する国際委員会は、特定の吸収率(SAR)に厳密な限界を設定し、通常1 gの組織または2 w/kgを超える10 gの1.6 W / kgを10 g以上引きます。 インシュリンポンプ(10〜50 mW)に必要な電力レベルで、シミュレーションは0.5〜1.5°Cの温度上昇を上昇させ、許容範囲が低いが、RFF / t = t = t = t = t = t = t = t = t = t = t = t = t = t = t = t = t = t = t = t = t = t = t = t = t = t = t = t = t = t = t = t = t = t = t = t = t = t = t = t = t = t = t = t = t = t = t =

効率および分離の許容

リアルタイムで使用することで、外部の充電器は、インプラントコイルと完全に整列されるわけではありません。患者は、睡眠中に移動し、腕をひねる、または角度で充電器を着用します。効率性は、誤順に低下します。10 mmの横方向シフトは、電力転送を半減させることができます。 [ と および は、アナログビームおよびアナログビームを5 mm に固定する、アナログビームを5 mm およびアナログビームを5 mm に保つことができます。

生体適合性・長期信頼性

すべてのインプラントコンポーネント - コイル、コンデンサー、整流器、および制御回路 - それらは注入の年のために密封され、証明された生物学的互換である必要があります。チタン、医学等級のシリコーン、およびセラミックなどの材料は、長い歴史を持っていますが、新しい高機能磁気コア材料(コイルの誘導を高めるために使用される)は、彼らが有毒なイオンを漂白するか、または慢性炎症を誘発しないことを確認するために広範なテストを必要とします。 Conformal Coatings[FLT]:]電子的検査は、ナノ粒子の透過性を保護します。[FLT]:[FLT]:]:[FLT]:]:]:[FLT]:]:[F]:]:[F]:]:[F]:]:[F]:[F]:[F]:]:[F]:]:[:[:]:[:]:]:]:[:]:[:[:]:]:[:[:[:]:]:]:[:]:[:[:]:]:]:]:]:[:[:]:[:]

規制経路と規格

FDA クリアインプラントブル糖尿病デバイスは、現在、WPT を第一次電源として使用していません。規制経路は、電磁互換性 (EMC)、他のインプラント機器(例、ペースメーカー)、および長期動物実験と無線周波数干渉(RFI)の包括的なテストを必要とします。国際電気技術委員会(IEC)は、医学 WPT の新たな標準(IEC 60601-2-54 改正)を開発していますが、これらは、デバイスをナビゲートする前に最終決定されることはできません。これらの要件は、これらの要件を装備し、これらの要件を装備する必要があります。

未来の方向:ユビキタス充電とそれを超えて

複数のエキサイティングな研究の方向は、臨床導入を加速することができます。 ] 自己調整共鳴インバータ]] さまざまな組織の負荷を自動的に補償する標準になる可能性があります。 ] 生理学的ソースから収穫するエネルギー[] - 体の動き、熱的勾配、またはさらにグルコース自体(バイオ燃料電池) - 補助WPTおよび低電力を組み合わせて、低電力を排出する可能性があります。 ハイブリッドは、次の電力を交換する可能性があります。 [FLTFLTF] および低電力を結合する可能性があります。

ワイヤレス電力の転送の革新は、基本的にはインプラントブル糖尿病管理の風景を変えることになっています。 電池と外科的置換のチラニーから患者を解放することによって、WPTは本当に継続的、最小限に侵襲的ケアを可能にします。 特に安全、効率、規制の課題は、進行のペースが加速されます。 糖尿病に住んでいる数百万のために、グルコースを監視し、インシュリンを自動で配信する完全インプラントの約束は、もはや科学的ではありません。

さらなる読書については、FDAのガイダンス(])にご相談ください。ワイヤレス医療機器]、IEEE規格()]電磁互換性、および最近のレビュー記事()ののジャーナル。