Sydämentahdistimien ja muiden implantoitavien lääketieteellisten laitteiden yksi suurimmista ongelmista on akun kesto. Kun virta loppuu, tarvitaan usein kirurginen toimenpide akun vaihtamiseksi. Aalto-yliopistossa ja kansainvälisissä yhteistyöryhmissä tehty tutkimus antaa nyt toivoa ratkaisusta: sydämentahdistimia voisi tulevaisuudessa ladata langattomasti kudoksen läpi, aivan kuten kännyköitä voi ladata induktiolatureilla.
Tutkimuksessa selvitettiin, millä taajuuksilla sähkömagneettinen energia kulkee parhaiten ihmiskudoksen läpi. Kudokset johtavat sähköä, ja siksi osa energiasta muuttuu lämmöksi. Tämä vaikeuttaa langatonta latausta. Mallintamalla ja simuloimalla kahden pienen kela-antennin toimintaa tutkijat löysivät taajuusalueet, joilla tehoa voidaan siirtää tehokkaasti ilman vaarallista kudoksen kuumenemista.
Jos sekä lähettävä että vastaanottava antenni olisivat kudoksen sisällä, optimaalinen lataustaajuus olisi vain muutamia megahertsejä (2–10 MHz) hyötysuhteen kannalta. Siirretyn tehon määrä olisi suurimmillaan hieman korkeammilla taajuuksilla, noin 20–400 MHz. Tämä ei kuitenkaan vastaa käytännön tilannetta, jossa lähetyskela on potilaan ulkopuolella.
Kun tutkijat mallinsivat tilanteen, jossa lähetyskela on ihon päällä ja vastaanottava kela kudoksen sisällä, tilanne muuttui radikaalisti. Tällöin optimaalinen kaista siirtyi jopa satakertaisesti ylemmäs, aina 200–2000 megahertsiin (MHz). Sekä siirrettävän tehon määrä että hyötysuhde olivat tällöin lähellä maksimiaan samalla taajuusalueella.
Tämä on merkittävä tulos, sillä juuri tällaisessa asetelmassa sydämentahdistimen tai muun implantin langaton lataus olisi käytännössä toteutettavissa. Laitetta voitaisiin ladata kotona tai sairaalassa asettamalla lähetyskela potilaan iholle laitteen kohdalle.
Tutkijat huomauttavat, että taajuusalue 200–2000 MHz on laaja ja osuu osittain samoille kaistoille, joita lääketieteellisissä sovelluksissa jo käytetään (esimerkiksi 402–405 MHz MedRadio-kaista). Tämä helpottaa tulevien järjestelmien sovittamista nykyisiin standardeihin ja lupakäytäntöihin.
Tutkimus tuo uutta tietoa siitä, miten sähkömagneettinen energia käyttäytyy kudoksen ja ilman rajapinnassa. Sen mukaan juuri rajapinnan vaikutus selittää, miksi aiemmissa tutkimuksissa optimaalinen taajuus on näyttänyt vaihtelevan suuresti. Nyt tiedetään, että syy ei ole antennien muodossa, vaan siinä, onko lähetin kudoksen sisällä vai sen ulkopuolella.
Jos teknologia etenee laboratoriosta käytäntöön, se voi mullistaa sydämentahdistimien ja muiden implanttien käytön. Potilaat säästyisivät monilta leikkauksilta, kun laitteet voitaisiin ladata turvallisesti ja langattomasti – ehkä tulevaisuudessa jopa kotona käsilaitteen avulla.
Tutkimuksen pääkirjoittaja oli Nam Ha Van. Siihen voi tutustua täällä.
https://ieeexplore.ieee.org/document/10829641
