新技术分享：一种能无线充电的人体植入式装置

1万 · 2014-10-22 19:55

经过长达6年的毫米级医疗植入物研究，美国史丹佛大学(StanfordUniversity)电子工程系助理教授Ada Poon终于取得符合安全兼容性实验室的验证报告，并证实她的这项研究具有商用化潜力。

Poon兴奋地解释，这项研究主要利用**动物组织作为媒介，可在大约5公分以上的距离透过“中场”(mid-field)无线电源提供超过200微瓦的功率。

1万 · 2014-10-22 19:55

“我们确定模拟过程相当安全，”Poon指出，“我们使输出功率保持在500mW，这和手机是一样的，接着我们进行测量，检查温度的上升。我们进行一切的验证，最终才真的确定与证明这项技术是安全的，然后我们才送交第三方测试。”

Poon和其他研究人员们针对这项主题为“医疗植入装置的中场无线电源研究”提交了一份论文至国家科学院(National Academy of Sciences)，内容描述一种可穿透约5cm皮肤组织为植入于兔子心脏中的2mm微型刺激器供电的方式。

1万 · 2014-10-22 19:56

这种电流感应耦合方法取决于植入装置与外部装置之间的近场耦合──在植入装置与外部装置之间无非就是一层薄薄的皮肤。Poon的团队采取了一种不同的方法，经由生物组织拥抱1.6GHz的讯号传输，而非采取试图避开的作法。

史丹佛大学的研究人员们称这种方式为“中场”(mid-field)无线。史丹佛大学研究生John Ho解释，基本上是将“近场”转换为“远场”(far-field)电磁波，这种传输方式较安全但远离讯号源后快速衰减，但已能将能量传送到更远的距离。

1万 · 2014-10-22 19:56

该技术可传送超过200mW功率，远远超过当今起搏器所需的8mW功耗。Poon以及其他研究人员们预见到有一天将出现一种仅有米粒大小的微型刺激器，它可能比当今所用的植入装置或药物更加高效。

1万 · 2014-10-22 19:56

“我们的供电方式适用于更广泛的装置类型，如植入式诊断传感器或局部药物递送工具，”Ho说，“这些装置未能商业化开发出来的部份原因可能是现有植入装置尺寸太大。”

“一个有趣的应用是在一种俗称『电药』(electroceutical)的新兴药物治疗方式，这种直接安装在人体内部进行调节的微型装置，在某些疾病的治疗上可能比用药物更有效。在这方面还需要更多的研究，才能了解疾病的神经基础以及开发电子治疗方法，但无论如何，所有的这一类途径都需要安全传送电力的方式。”

1万 · 2014-10-22 19:57

为了使植入式装置最小化，许多微型刺激器并未加装电池。当使用者想产生脉冲以减轻疼痛或读取嵌入式传感器的数据时，他们通常都必须在患处放置一个如信用*大小的充电器。其他的刺激或传感器可能内建微型电池，从而实现自动化作业。但用户仍必须经由外部装置为植入式装置进行充电。

1万 · 2014-10-22 19:57

而在未来的12个月内，预计Poon的研究团队就能首次在人体内植入这种新式微型刺激器，可能用于治疗外围神经疼痛。不过，在这项产品获准用于医疗用途以前，大约还要经过几年的时间进行测试。

Poon所开发的装置比目前由Medtronic与St. Jude Medical等公司开发约几公分大小的起搏器更小几个数量级。这些较大型装置的问题是必须抗拒更大的力量，才能保持与身体组织之间的恒定。此外，Poon也有兴趣探索这种电磁能量究竟可达到多远的距离限制。

1万 · 2014-10-22 19:57

“我所受的训练主要是在信息论方面，”她说，“这是在电子工程学中最密集使用数学的部份，我们总是问这样的问题：通过一定信道的最高数据速率是多少？”

她的职业生涯一开始是在英特尔(Intel)公司从事可重配置射频方面的工作，目前在于制造出更高灵敏度的基频芯片。后来，她还曾经任职SiBeam，该公司是60GHz CMOS芯片先驱，为消费电子装置提供高解析的无线视讯。

“当我开始研究生物组织的电磁学时，我对于这方面所存在的限制也感到好奇。每个人都在用电感耦合，但什么是最佳解决方案却一直没有答案。”