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德州心脏研究所和UCLA在科学报告中揭示了创新的起搏系统

德州心脏研究所(THI)和加州大学洛杉矶分校(UCLA)的研究人员在开发无线无铅起搏器方面迈出了重要的里程碑。在《自然研究》杂志《科学报告》的一篇文章中,该团队使用其创新的起搏系统来揭示在临床前研究模型中为人大小的心脏提供同步的双心室起搏的能力。

为首的迈赫迪拉扎维博士,电临床研究及在THI和副教授在贝勒医学院和艾登Babakhani教授,加州大学洛杉矶分校集成传感器实验室主任,研究探讨技术,可以给医生一个完全新的治疗选择创新总监用于治疗心律不齐和其他心血管疾病或合并症(如心力衰竭)的患者。

大约30%的慢性心力衰竭患者的心脏也存在电传导问题,需要采取某种疗法来使心脏的传导系统在其两个最大的腔室中重新同步。在这些情况下,医生会开具心脏再同步疗法或CRT。CRT由长导线(称为导线)传送,导线连接到起搏器上以调节心脏的两个下腔。当患者需要同步两个心室(称为双心室起搏)时,传统的带导线起搏器是目前唯一的商用选择。不幸的是,这些引线易于破裂,从原始位置移开和迁移。

尽管患者确实看到了CRT的改善,通常在6个月内,但是大约有三分之一的患者对该疗法没有很好的反应,并且无反应率可能高达43%。

通过允许从心脏的多个部位同时起搏,THI和UCLA的新型无铅无线起搏器系统旨在减少与当今使用的传统起搏器相关的并发症,并为更安全,更有效的双心室起搏选择打开了大门。

该团队先前的研究证明了该系统具有无线功能,可以在小型,中型和大型开放式研究模型的心脏中为单个站点供电。在这项新研究中,微型起搏器(仅四分之一大小的一小部分)被证明可以通过无线传输到心脏上定制设计的低功耗集成电路,在封闭的猪模型中工作。

在测试过程中,通过用心电图和心脏血流测量电活动来验证起搏器的潜在临床益处,令人印象深刻。具体而言,与单腔起搏相比,双室起搏策略改善了重要的临床结局指标。总体而言,结果提高了使用无线多站点起搏解决心脏再同步挑战的可能性。

该小组目前正在进一步使无线起搏器小型化,使其以微创的方式植入心脏的一个或多个所需起搏部位。这将消除对血管内导线的需求,最重要的是,可以跨心脏多个腔室进行同步且无导线的起搏,从而可以提供针对患者的CRT。

这项新技术面临的重大挑战是,随着设备变得非常小,天线变得效率低下,要保持无线电力传输的效率。该团队通过大大降低起搏器中使用的电子设备的功耗,将所有元件集成在单个芯片中以及设计与起搏芯片的输入电路产生强烈共振的天线来解决这一问题。UCLA Samueli工学院电气与计算机工程副教授。

由加州大学洛杉矶分校(UCLA)资助的Babakhani实验室已经突破了微型化的极限,因此整个起搏器都可以放入静脉内。小型起搏器不需要大体积的车载电池,因为它可以接收能量并通过来自外部控制器的电磁波无线指令。

起搏设备基于在加州大学洛杉矶分校巴巴哈尼教授实验室中构建的基于硅的集成微芯片。博士后学者刘洪明,博士。加州大学洛杉矶分校Babakhani教授实验室的学生Hamed Rahmani和Sun Yuxiang设计了该设备的早期版本。

小型化的可植入医疗设备已经在市场上销售。它们被用于神经植入物,可无线编程以输送一定剂量骨质疏松药的微芯片以及可吞咽以无线传输胃肠道图像的一次性视频胶囊中。在身体中旅行时,为什么不使起搏器小型化呢?”拉扎维博士说。

该团队的最终目标是建立一个起搏系统,该系统可以实时诊断心脏的起搏需求,并在需要时向护理团队提供重要反馈,并提供量身定制的治疗方法。因此,起搏器最终将能够通过从其生成的数据中学习识别模式并进行调整来利用人工智能(AI)的力量。根据THI研究工程师Allison Post博士和Mathews John所说,这种AI功能可以确保持续,最佳的针对患者的治疗。THI和UCLA已经与莱斯大学就实现该目标的算法进行了合作。尽管这不属于《科学报告》文章中发表的研究的一部分,但莱斯研究小组参加了研究讨论。

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