В.В. Заяц1, И.К. Сергеев2, И.Ю. Труфанов3, Е.С. Аникеев4, Д.А. Федоров5

1–5 ФГАУ «Ресурсный центр универсального дизайна и реабилитационных технологий» (Москва, Россия)

1 vvzayats@rcud-rt.ru, 2 iksergeev@rcud‑rt.ru, 3 IYTrufanov@rcud-rt.ru,
 

Постановка проблемы. На данный момент темпы развития элементов питания, применяемых в электрокардиостимуляторах и других инвазивных медицинских устройствах, сильно отстают от темпов развития микроэлектроники. Зачастую габариты элементов питания уже не соответствуют требованиям проектируемых медицинских устройств. Также до сих пор не решена проблема, связанная с необходимостью хирургической замены медицинского устройства при разрядке элемента питания. В связи с этим вместо привычных элементов питания целесообразным является применение перезаряжаемых аккумуляторов с возможностью их беспроводной подзарядки.

Цель работы – выявление наиболее актуальных технологий беспроводной подзарядки имплантируемых медицинских устройств на сегодняшний день и определение перспектив их дальнейшего развития.

Результаты. Изучен широкий спектр современных публикаций, посвященных различным подходам к реализации беспроводной зарядки инвазивных медицинских изделий (электрокардиостимуляторов и других имплантируемых автономных систем). Выявлено, что индуктивный и магниторезонансный методы передачи энергии являются наиболее проработанными и перспективными технологиями беспроводной передачи энергии для имплантируемых медицинских устройств.

Практическая значимость. Несмотря на то, что большая доля исследований беспроводных методов зарядки медицинских устройств посвящена именно электрокардиостимуляторам, многие исследователи предлагают также использовать данные методы зарядки при работе инновационных инвазивных биоэлектронных устройств, которые способны воздействовать на организм при заболеваниях, либо предназначены для мониторинга параметров организма. Лимитирующим фактором применения подобных биоэлектронных устройств является проблема их электропитания; именно поэтому развитие и в дальнейшем широкое применение безопасных и технологически простых методов беспроводной зарядки инвазивных устройств является весьма актуальным.

Заяц В.В., Сергеев И.К., Труфанов И.Ю., Аникеев Е.С., Федоров Д.А. Технологии беспроводной подзарядки имплантируемых автономных медицинских устройств // Биомедицинская радиоэлектроника. 2022. T. 25. № 2–3. С. 104-110. DOI: https://doi.org/ 10.18127/j15604136-202202-11

1. Khan S., Pavuluri S., Cummins G., Desmulliez M. Wireless power transfer techniques for implantable medical devices: A review // Sensors. 2020. V. 20. № 12. P. 3487.
2. Haerinia M., Shadid R. Wireless power transfer approaches for medical implants: A Review // Signals. 2020. V. 1. № 2. P. 209–229.
3. Dinis H., Colmiais I., Mendes P.M. Extending the limits of wireless power transfer to miniaturized implantable electronic devices // Micromachines. 2017. V. 8. № 12. P. 359.
4. Rizzo G., Loyau V., Nocua R., Lourme J., Lefeuvre E. Potentiality of magnetoelectric composites for wireless power transmission in medical implants // 2019 13th International Symposium on Medical Information and Communication Technology (ISMICT). IEEE. 2019. P. 1–4.
5. Shaw T., Mitra D. Metasurface‐based radiative near‐field wireless power transfer system for implantable medical devices // IET Microwaves, Antennas & Propagation. 2019. V. 13. № 12. P. 1974–1982.
6. Dong L., Jin C., Closson A., Trase I., Richards H., Chen Z., Zhang J. Cardiac energy harvesting and sensing based on piezoelectric and triboelectric designs // Nano Energy. 2020. V. 76. P. 105076.
7. Taalla R., Arefin M., Kaynak A., Kouzani A. A review on miniaturized ultrasonic wireless power transfer to implantable medical devices // IEEE access. 2018. V. 7. P. 2092–2106.
8. Danilov A., Mindubaev E., Gurov K., Ryabchenko E. Modeling of tissue heating by wireless power supply units of batteryless implants // Biomedical Engineering. 2018. V. 52. № 4. P. 267–270.
9. Горский О. Минимизация нагрева имплантируемых устройств с беспроводной индуктивной системой питания // Информационно-управляющие системы. 2014. №5 (72). С. 40–50.
10. Gururaj S., Appaji A., Applequist A., Bhattarai S., Kadambi P. Self-powered cardiac pacemaker: the viability of a piezoelectric energy harvester // 2020 International Conference on Communication Systems & NETworkS (COMSNETS). IEEE. 2020. P. 70–75.
11. Глушков Г., Шашев Д., Юрченко В. Перспективы создания кардиостимулятора способного работать без батареи // Научно-технический прогресс: актуальные и перспективные направления будущего. 2016. С. 230–233.
12. Ryu H., Park H., Kim M., Kim B., Myoung H., Kim T., Yoon H., Kwak S., Kim J., Hwang T., Choi E., Kim S. Self-rechargeable cardiac pacemaker system with triboelectric nanogenerators // Nature Communications. 2021. V. 12. № 1. P. 1–9.
13. Zheng Q., Tang Q., Wang Z., Li Z. Self-powered cardiovascular electronic devices and systems // Nature Reviews Cardiology. 2021. V. 18. № 1. P. 7–21.
14. Vulfin V., Sayfan-Altman S., Ianconescu R. Wireless power transfer for a pacemaker application // Journal of medical engineering & technology. 2017. V. 41. № 4. P. 325–332.
15. Monti G., De Paolis M., Corchia L., Tarricone L. Wireless power link for rechargeable pacemakers // 2017 IEEE MTT-S International Microwave Workshop Series on Advanced Materials and Processes for RF and THz Applications (IMWS-AMP). IEEE. 2017. P. 1–3.
16. Патент РФ № 2017145779. Устройство для беспроводной чрескожной передачи оптической энергии для питания имплантируемых медицинских приборов
17. Asif S., Iftikhar A., Hansen J., Khan M., Ewert A. et al. A novel RF-powered wireless pacing via a rectenna-based pacemaker and a wearable transmit-antenna array // IEEE Access. 2018. V. 7. P. 1139–1148.
18. Горский О. Исследование базовой модели индуктивно связанных контуров бесконтактного зарядного устройства имплантируемых систем // Информационно-управляющие системы. 2013. № 6 (67). С. 48–57.