211service.com
Implant ślimakowy, który można ładować bezprzewodowo
Implanty ślimakowe — urządzenia medyczne, które elektrycznie stymulują nerw słuchowy — zapewniły przynajmniej ograniczony słuch setkom tysięcy ludzi na całym świecie, którzy w przeciwnym razie byliby całkowicie głusi. Istniejące wersje urządzenia wymagają jednak przymocowania do czaszki nadajnika w kształcie dysku o średnicy około cala, z przewodem wijącym się w dół do wspólnego mikrofonu i źródła zasilania, które wygląda jak duży aparat słuchowy wokół ucha pacjenta.
Naukowcy z MIT Laboratorium Technologii Mikrosystemów (MTL), wraz z lekarzami z Harvard Medical School i Massachusetts Eye and Ear Infirmary (MEEI), opracowali nowy chip przetwarzający sygnał o małej mocy, który może prowadzić do implantu ślimakowego, który nie wymaga zewnętrznego sprzętu. Implant będzie ładowany bezprzewodowo i będzie działał przez około osiem godzin na każdym ładowaniu.
Zdjęcie dzięki uprzejmości MIT News Office
Naukowcy opisują swój chip w artykule, który prezentują w tym tygodniu na Międzynarodowej Konferencji Obwodów Półprzewodnikowych. Główny autor gazety — Marcus Yip, który jesienią ubiegłego roku ukończył doktorat na MIT — oraz jego koledzy Rui Jin i Nathan Ickes, obaj z MIT, zaprezentują również prototypową ładowarkę, którą podłącza się do zwykłego telefonu komórkowego i może naładować przetwarzanie sygnału. chip w około dwie minuty.
Idea tego projektu polega na tym, że można użyć telefonu z adapterem do ładowania implantu ślimakowego, dzięki czemu nie trzeba być podłączonym do zasilania, mówi Anantha Chandrakasan, profesor elektryki Joseph F. i Nancy P. Keithley. Inżynieria i autor korespondencyjny w nowym artykule. Możesz też wyobrazić sobie inteligentną poduszkę, dzięki której ładujesz się przez noc, a następnego dnia po prostu działa.
Adaptacyjne ponowne wykorzystanie
Istniejące implanty ślimakowe wykorzystują zewnętrzny mikrofon do zbierania dźwięku, ale nowy implant zamiast tego wykorzystywałby naturalny mikrofon ucha środkowego, który prawie zawsze jest nienaruszony u pacjentów z implantem ślimakowym.
Projekt naukowców wykorzystuje mechanizm innego typu urządzenia medycznego, zwanego implantem ucha środkowego. Delikatne kości ucha środkowego, zwane kosteczkami kostnymi, przenoszą wibracje błony bębenkowej do ślimaka, małej spiralnej komory w uchu wewnętrznym, która przekształca sygnały akustyczne na elektryczne. U pacjentów z implantami ucha środkowego ślimak jest sprawny, ale jedna z kosteczek słuchowych — strzemiączko — nie wibruje z wystarczającą siłą, aby stymulować nerw słuchowy. Implant ucha środkowego składa się z maleńkiego czujnika, który wykrywa drgania kosteczek słuchowych oraz siłownika, który pomaga odpowiednio napędzać strzemiączko.
Nowe urządzenie korzystałoby z tego samego typu czujnika, ale generowany przez nie sygnał byłby przesyłany do mikroczipa wszczepionego do ucha, który przekształcałby go w sygnał elektryczny i przekazywałby do elektrody w ślimaku. Obniżenie zapotrzebowania na energię chipa konwertera było kluczem do rezygnacji ze sprzętu montowanego na czaszce.
Laboratorium Chandrakasana w MTL specjalizuje się w układach o małej mocy, a nowy konwerter wykorzystuje kilka sztuczek opracowanych przez laboratorium przez lata, takich jak dostosowywanie rozmieszczenia filtrów i wzmacniaczy małej mocy do precyzyjnych właściwości akustycznych przychodzącego sygnału .
Ale Chandrakasan i jego koledzy opracowali również nowy obwód generujący sygnał, który zmniejsza zużycie energii przez chip o dodatkowe 20 do 30 procent. Kluczem było określenie nowego kształtu fali — podstawowego sygnału elektrycznego emitowanego przez chip, który jest modulowany w celu zakodowania informacji akustycznej — który jest bardziej energooszczędny w generowaniu, ale nadal stymuluje nerw słuchowy w odpowiedni sposób.
Weryfikacja
Kształt fali oparto na wcześniejszych badaniach z udziałem symulowanych włókien nerwowych, ale naukowcy z MIT dostosowali go do implantów ślimakowych i znaleźli sposób na zastosowanie go w sprzęcie o niskim poborze mocy. Dwóch współpracowników z MEEI — Konstantina Stankovic, chirurg uszu, która współprowadziła badanie z Chandrakasan, oraz Don Eddington — przetestowało go na czterech pacjentach, którzy mieli już implanty ślimakowe i odkryli, że nie ma to wpływu na ich zdolność słyszenia. Współpracując z inną współpracowniczką z MEEI, Heidi Nakajimą, naukowcy wykazali również, że chip i czujnik są w stanie wychwycić i przetworzyć mowę odtwarzaną w uchu środkowym ludzkiego zwłok.
To bardzo fajne, mówi Lawrence Lustig, dyrektor Cochlear Implant Center na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Francisco. Ubytek słuchu jest znacznie bardziej napiętnowany niż ubytek wzroku. Więc ludzie byliby bardzo chętni do utraty zewnętrznych elementów tylko z tego powodu. Ale jest też dodatkowa korzyść funkcjonalna polegająca na tym, że nie trzeba go zdejmować, gdy znajdujesz się w pobliżu wody lub martwisz się, że elementy zostaną zgubione, uszkodzone lub skradzione. Jest więc kilka ważnych kwestii praktycznych.
Lustig wskazuje, że nowy implant ślimakowy wymagałby bardziej złożonej operacji niż dotychczasowe implanty. Obecna operacja wszczepienia implantu ślimakowego trwa godzinę, półtorej godziny, mówi. Domyślam się, że pierwsze operacje potrwają od trzech do czterech godzin. Wątpi jednak, by stanowiło to dużą przeszkodę w adopcji. W miarę jak stajemy się coraz lepsi i lepsi, ten czas będzie się skracał – mówi. A trzy do czterech godzin to nadal stosunkowo prosta operacja. Nie przewiduję narażania się na dodatkowe ryzyko w procedurze.