Семь научных разработок МИЭТа прошли конкурсный отбор Минобрнауки РФ и получат в ближайшие годы значительное финансирование. «ИНверсия» знакомится с самыми интересными проектами-победителями: о работе, которая улучшит технологии создания имплантируемых медицинских приборов, нам рассказал доцент кафедры БМС, к.ф.-м.н. Арсений Анатольевич Данилов.

 Здоровье без проводов

Имплантируемые медицинские приборы, или искусственные органы, дают людям с тяжёлыми заболеваниями возможность жить полноценно. Почти полноценно. К сожалению, такая техника даже сейчас далека от совершенства. 

Одно из основных направлений развития искусственных органов – технология беспроводной передачи энергии. Хотя некоторые устройства автономны, большинству других требуется периодическая зарядка аккумулятора. Наиболее сложной проблемой является энергообеспечение имплантируемых насосов крови, где требуется постоянная передача энергии от внешнего источника к имплантату. Сегодня для этого используют провода, проходящие через кожу пациента. Опасность заключается в том, что эти провода могут стать каналом для проникновения инфекции вглубь организма. 

Инженеры подошли к решению проблемы, применив технологию индуктивной связи. Энергия переходит от внешней к внутренней катушке за счёт электромагнитной индукции. Технологию уже используют для беспроводной зарядки мобильных устройств, электрических зубных щёток и постепенно внедряют в электромобили. 

Особые условия

К сожалению, бытовые технологии нельзя «транслировать» в медицину. Для имплантируемых приборов есть ограничения по размеру аккумулятора, температуре устройства и его креплению на теле пользователя. 

Сегодня аккумуляторы для имплантируемых насосов крови массивны, при этом они обеспечивают всего 8-10 часов работы. Применить доступную технологию беспроводной передачи тока − значит сократить время работы до 3-5 часов. Наши учёные разработали метод снижения потерь при передаче и добились увеличения времени автономной работы системы. 

Ещё одна проблема – падение мощности индукционного тока при смещении катушек. Это неизбежно при движении человека. Скажем, при использовании эластичного бандажа катушки смещаются на 10-30 мм и 20°. Самым очевидным и при этом простым в исполнении решением является жёсткое крепление, но такой способ приводит к множеству неудобств. Поэтому инженеры усовершенствовали метод конструирования катушек, благодаря чему перепады мощности стали незначительными. Теперь система может адаптироваться к смещениям. 

Главной особенностью стартующего проекта является идея персонализации системы передачи энергии. Расстояние между приёмной и передающей катушками индуктивности изменяется в зависимости от индекса массы тела пациента: чем больше жировая прослойка, тем больше расстояние и меньше эффективность системы. Решить эту проблему можно, вычислив оптимальное соотношение радиусов катушек внутри и снаружи тела, а также путём подбора частот, на которых работает система. Для изготовле ния «персональных» катушек будет использована 3D-печать. 

Ищите во всех больницах страны

Учёные из МИЭТа столкнулись со многими трудностями при работе над задачей, которая в теории могла быть решена давно. Устройства, над которыми работают сотрудники университета, имеют большое значение как для всего научного сообщества, так и для конкретных людей, ожидающих пересадку донорского сердца. Сейчас, с должным финансированием (на разработку в течение трёх лет будут выделять 10 миллионов рублей в год), технология становится всё больше похожа на ту, по которой завтра будут создавать имплантаты для больных по всему миру.

Станислав Блиндовский

Карина Шемарова