从体外为智能药丸无线供电

发布的丽莎哈维，2018年7月17日

4次(最近30天0喜欢|0评论

智能药片将改变医疗专业人员治疗疾病的方式。研究人员正在开发一种微型胶囊，这种胶囊可以放置在病人体内，与病人的身体交流重要信息。它们的传感器可以从内部监测身体，或者它们可以用于控制药物的释放。

图片来源:麻省理工学院

开发这些微型医疗植入物的主要挑战之一是在尺寸和功率之间进行权衡。设备越小，就越容易植入。但就像你的可穿戴健身追踪器一样，这种设备只有在通电的情况下才有用。一旦电池耗尽，它们就必须被移除，可能是通过手术。该设备需要电力才能与体外通信，但增加电池会增加尺寸。

麻省理工学院(MIT)的研究人员与波士顿布里格姆妇女医院(BWH)的科学家合作，开发了一种米粒大小的植入式设备，通过使用无线电波为设备供电并与设备通信来解决电力问题。无线电波供电的原型设备不使用电池。

新的波束形成算法驱动智能药丸

对于任何医疗植入物，电源的安全性都是至关重要的。同样重要的是装置在体内的深度。皮肤表面的植入物比距离皮肤几厘米的植入物更容易充电。虽然无线电波是一种安全的能量形式，但它们在穿过组织时往往会迅速减弱，这使得与植入人体深处的设备通信变得困难。

根据Engineering.com使用无线电波的主要困难在于，当无线电波通过人体时，往往会消散——这使得无线电波太弱，无法提供足够的能量。为了克服这种趋势，研究人员设计了一种他们称之为“体内网络”(IVN)的系统。

的研究人员设计了一个系统这使得无线电波集中起来，与植入或注入深层组织的微型传感器进行交流。他们说:“IVN的关键贡献是一种新颖的波束形成算法，尽管它无法估计其频道或位置，但它可以将能量集中到可植入设备上。”

通过使用一系列产生不同频率无线电波的天线，信号中重叠的高点可以克服能量阈值，为设备提供足够的电力。这些信号还可以向设备发送指令。

麻省理工学院的研究人员与BWH的科学家合作，开发了一种新的方式来为植入人体深处的设备供电和通信。图片来源:麻省理工学院

为了补偿无线电波通过人体时的大衰减，系统在1秒的间隔内平均响应。然后系统使用一个标准射频识别译码器在MATLAB并作用于平均信号。研究人员能够成功地与放置在皮肤表面附近的两个设备以及放置在10厘米深的设备进行通信。

比较了有波束形成和没有波束形成的有效性，研究人员证明，他们的波束形成算法使设备中使用的现成rfid的供电范围增加了7.6倍。他们展示了读取38米外信号的能力。如果没有波束形成，距离被限制在5米。

这些设备的潜在用途令人印象深刻。可摄入的装置可用于控制药物输送，以治疗疟疾或阿尔茨海默氏症等疾病。如果植入体内，该设备传感器可以监测血糖水平等健康状况，并将数据无线传输给医生。当植入大脑时，该设备可以与神经刺激器集成，进行深部脑刺激，以治疗帕金森症或癫痫等疾病。

图片来源:麻省理工学院

如欲留言，请点击在这里登录您的MathWorks帐户或创建一个新帐户。