德州心臟研究所(THI)和加州大學(xué)洛杉磯分校(UCLA)的研究人員在開發(fā)無線無鉛起搏器方面取得了重要的里程碑式進(jìn)展。在《自然研究》雜志《科學(xué)報(bào)告》的一篇文章中，該團(tuán)隊(duì)利用其創(chuàng)新的起搏系統(tǒng)揭示了在臨床前研究模型中為人類大小的心臟提供同步雙心室起搏的能力。
由THI和貝勒醫(yī)學(xué)院副教授Mehdi Razawi博士和美國加州大學(xué)洛杉磯分校綜合傳感器實(shí)驗(yàn)室主任Aidan Babakhani教授領(lǐng)銜的研究討論技術(shù)，可以給醫(yī)生一個(gè)全新的治療選擇，創(chuàng)新主任治療心律失常和其他心血管疾病或并發(fā)癥(如心力衰竭)患者。
大約30%的慢性心力衰竭患者的心臟也存在電傳導(dǎo)問題，因此有必要采取一些療法來重新同步心臟兩個(gè)最大心室中的傳導(dǎo)系統(tǒng)。在這些情況下，醫(yī)生會(huì)開出心臟再同步化治療或CRT。陰極射線管通過長(zhǎng)導(dǎo)線(稱為導(dǎo)線)傳輸，長(zhǎng)導(dǎo)線連接到起搏器以調(diào)節(jié)心臟的兩個(gè)下腔。當(dāng)患者需要同步雙心室時(shí)(稱為雙心室起搏)，傳統(tǒng)的帶導(dǎo)線起搏器是目前唯一的商業(yè)化選擇。不幸的是，這些線索很容易斷裂、移動(dòng)和從原來的位置遷移。
盡管患者確實(shí)看到了CRT的改善，通常在6個(gè)月內(nèi)，但約三分之一的患者對(duì)治療反應(yīng)不佳，無反應(yīng)率可能高達(dá)43%。
通過允許從心臟的多個(gè)部位同時(shí)起搏，THI和UCLA的新無鉛無線起搏器系統(tǒng)旨在減少與今天使用的傳統(tǒng)起搏器相關(guān)的并發(fā)癥，并為更安全和更有效的雙心室起搏選擇打開大門。
該團(tuán)隊(duì)之前的研究證明，該系統(tǒng)具有無線功能，可以為中小大型開放研究模型中心的單個(gè)站點(diǎn)供電。在這項(xiàng)新的研究中，微型起搏器(只有四分之一大小的一小部分)被證明能夠通過無線傳輸?shù)叫呐K上定制設(shè)計(jì)的低功率集成電路，在封閉的豬模型中工作。
在測(cè)試過程中，通過測(cè)量心電圖和心臟血流的電活動(dòng)來驗(yàn)證起搏器的潛在臨床益處令人印象深刻。具體來說，與單室起搏相比，雙心室起搏策略改善了重要的臨床結(jié)果指標(biāo)?？傮w而言，該結(jié)果提高了使用無線多部位起搏解決心臟再同步挑戰(zhàn)的可能性。
目前，該團(tuán)隊(duì)正在進(jìn)一步小型化無線起搏器，使其能夠微創(chuàng)植入心臟的一個(gè)或多個(gè)所需起搏部位。這將消除對(duì)血管內(nèi)導(dǎo)線的需求，最重要的是，可以在心臟的多個(gè)腔室中同時(shí)進(jìn)行無導(dǎo)線起搏，從而為患者提供陰極射線管。
這項(xiàng)新技術(shù)的主要挑戰(zhàn)是，隨著設(shè)備變得非常小，天線變得低效，有必要保持無線電力傳輸?shù)男?。該團(tuán)隊(duì)通過大幅降低起搏器中使用的電子設(shè)備的功耗，將所有組件集成在單個(gè)芯片中，并設(shè)計(jì)了與起搏器芯片的輸入電路產(chǎn)生強(qiáng)烈共振的天線，解決了這個(gè)問題。加州大學(xué)洛杉磯分校薩繆利理工學(xué)院電氣和計(jì)算機(jī)工程副教授
由加州大學(xué)洛杉磯分校(UCLA)資助的Babakhani實(shí)驗(yàn)室突破了小型化的極限，因此整個(gè)起搏器都可以置入靜脈。微型起搏器不需要大型汽車電池，因?yàn)樗梢越邮漳芰浚⑼ㄟ^外部控制器的電磁波進(jìn)行無線指示。
起搏設(shè)備基于在加州大學(xué)洛杉磯分校巴巴哈尼教授的實(shí)驗(yàn)室中制造的硅基集成微芯片。加州大學(xué)洛杉磯分校巴巴哈尼教授實(shí)驗(yàn)室的博士后學(xué)者劉洪明、博士哈米德拉赫馬尼和孫玉香設(shè)計(jì)了該設(shè)備的早期版本。
小型化植入式醫(yī)療設(shè)備已經(jīng)在市場(chǎng)上銷售。它們被用于神經(jīng)植入物、可以無線編程以輸送一定劑量骨質(zhì)疏松藥物的微芯片，以及可以吞咽以無線傳輸胃腸圖像的一次性視頻膠囊。在體內(nèi)旅行時(shí)，為什么不把起搏器小型化？”拉扎維博士說。
團(tuán)隊(duì)的最終目標(biāo)是建立起起搏系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)診斷心臟的起搏需求，在需要時(shí)向護(hù)理團(tuán)隊(duì)提供重要反饋，提供量身定制的治療方法。因此，起搏器最終將能夠通過從它們產(chǎn)生的數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)識(shí)別模式并對(duì)其進(jìn)行調(diào)整來利用人工智能(AI)的力量。根據(jù)THI研究工程師Allison Post博士和Mathews John的說法，這種AI功能可以確保為患者提供持續(xù)和最佳的治療。THI和UCLA已經(jīng)與萊斯大學(xué)在算法上進(jìn)行了合作，以實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。雖然這不是文章《科學(xué)報(bào)告》中發(fā)表的研究的一部分，但賴斯的研究團(tuán)隊(duì)參與了研究討論。
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