植入物能否积极支持身体,如在情况下心脏起搏器,neuroprostheses或耳蜗植入物。在未来,主动植入物将会更小,更少的能源消耗,最重要的是,对病人更友好。这就是为什么IBMT的夫琅和费生物医学工程研究所正在进行的工作小型化、外部电源和无线网络植入物。
虽然牙齿种植“只是”取代牙齿,帮助咀嚼食物的方式与原来一样,其他种植体积极支持身体,因此被称为“主动种植体”。一个著名的例子是心脏起搏器,它被植入患者皮肤下的胸部区域,当心跳过慢时发出脉冲来刺激心律。它所需的能量是由电池提供的。然而,有一些创新疗法正在开发中,它们可以使用小型植入物来取代一些基于药物的疗法——这些疗法将需要使用很少能量的微型植入物。主要目标是为患者提供最大限度的护理和个性化治疗。
夫琅和费IBMT的科学家们正用他们在主动植入物方面20多年来积累的巨大专业知识支持制造商。弗劳恩霍夫IBMT的最新进展可以在11月15日至18日在Düsseldorf(13号展厅,D60展台)举行的COMPAMED/MEDICA贸易展上看到。Fraunhofer IBMT项目经理和创新经理Andreas Schneider-Ickert说:“我们不仅是一个技术合作伙伴,而且是主动植入物设计和开发的系统供应商。”“最终,我们致力于植入物的小型化、生物相容性和长期稳定性、电源供应、近传感器信号处理、替代刺激方法和植入物网络,”集团经理Roman Ruff补充说。
控制neuroprostheses
其中一个例子就是义肢,它可以让失去一只手或一只手臂的人通过打开或关闭他们的“手”来抓住物体,并旋转他们的手。未来将会有更大的自由度,目前用于这些假肢工作的皮肤上的电极将会变成passé。罗曼·拉夫说:“例如,在‘治疗植入’项目中,我们已经开发了柔性的、可植入的微电极。”“我们可以将这些电极放入体内,直接记录来自肌肉或神经的有用信号。”
这些信号然后被转换成假肢的运动。“从长远来看,使用这些假肢的患者将能够感觉他们拥有一只自然工作的手,因为他们将能够进行更复杂的运动。更重要的是,反馈可以通过植入的电极传输回周围神经系统。例如,这些触发的感知可以代表握持力量的变化。这将使佩戴者更加直观地控制假肢,”拉夫解释说。
来自外界的能量转移
主动植入需要能量。有了感应,这种能量可以从体外供给,但渗透到体内的深度是有限的。在更大的植入深度,有效性显著降低。施耐德-伊克特说:“通过超声波将能量转移到人体,我们已经能够将穿透深度增加两到三倍。”例如,这种方法可以用于提供钛包裹的植入物,而感应疗法是无法提供的。通过超声波提供能源和通信的另一个优点是安全。虽然感应式或基于无线电的接口可以被破解,但这对于超声波来说更难做到。
弗劳恩霍夫IBMT的科学家们也正在与来自5个欧洲国家的7个合作伙伴一起开展最近启动的“SOMA”欧洲项目,通过超声波来刺激神经。施耐德-伊克特解释说:“如果我们能通过超声波从更远的距离刺激周围神经系统,使用植入物将会更加方便病人。”
网络化的植入物
未来主动植入物的另一个趋势是使用网络系统,其中包括多个高度小型化的植入物,它们相互协调,而不是一个中心植入物。夫琅和费大学IBMT的科学家团队正在与“INTAKT”创新集群的16个合作伙伴一起研究这一问题,该创新集群由德国联邦教育和研究部(BMBF)资助。这些网络系统的主要优点是具有更强的生物稳定性。Ruff解释说:“传感器和执行器可以直接集成到套管中,无需连接敏感电缆。
如果植入物失败,这些植入物也更容易更换。在网络主动植入的平台技术开发中,弗劳恩霍夫的研究人员正在追求三个使用案例。第一种是胃肠道起搏器,它使用分布式植入物来促进或抑制肠道的运动,即主动运动的能力。第二种是耳鸣抑制器,它使用电刺激来掩盖耳鸣声音,使其不那么具有侵入性。第三种是一种扣压神经假体,它可以被截瘫患者使用,这些患者有残余的肌肉活动来支持他们进行手臂运动,例如举起一个玻璃杯。