Ultrasone energie voor implantaten

Wetenschappers van Fraunhofer-IBMT hebben een technologieplatform ontwikkeld dat actieve implantaten via ultrasoon geluid draadloos van energie voorziet. Hoge bloeddruk, diabetes en Parkinson behoren tot de 'doelgroepen'.

Wetenschappers van het Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik (IBMT) in Sulzbach (Saarland) hebben een demonstratiemodel gebouwd dat actieve implantaten draadloos (ultrasoon) van energie voorziet.

Ultrasone golven dringen gemakkelijker door de metalen behuizingen van de implantaten dan elektromagnetische golven en hebben een groter bereik binnen lichamen. Ze kunnen bovendien in twee richtingen informatie overdragen, bijvoorbeeld over de temperatuur van het implantaat of de soort en sterkte van de elektrische stimulatie.

Actieve implantaten

Actieve implantaten kunnen bepaalde lichaamsfuncties van een patiënt ondersteunen en functionele verstoringen te compenseren. De onderzoekers mikken op behandeling van aandoeningen als hoge bloeddruk, diabetes of Parkinson.

Implantaten worden meestal vlak onder de huid aangebracht en kunnen via elektrische stimulatie het hartritme controleren (pacemakers), zintuigen ondersteunen (bijvoorbeeld implantaten voor het netvlies en het slakkenhuis in het oor) en protheses ondersteunen (handprotheses). Andere complexe taken zijn dosering van medicijnen of ondersteuning van botgroei.

Het universeel bruikbare demonstratiemodel is te configureren voor uiteenlopende toepassingen van actieve implantaten. De onderzoekers hebben een compleet systeem ontwikkeld: de zender buiten het lichaam en de ontvanger direct in het implantaat. Het demonstratiemodel blijft beneden de voorgeschreven grenswaarden voor ultrasone behandelingen van het menselijk lichaam.

Alternatieve voeding

De basisopbouw van actieve implantaten is de laatste jaren nauwelijks veranderd. Net als bij de eerste commerciële pacemakers bestaan ze uit elektronische componenten die hermetisch zijn ingekapseld in een titanium behuizing. De zich direct in de hartspier bevindende elektroden krijgen hun elektrische pulsen via kabels en elektrische doorvoeren in de titanium behuizing.

Batterijen hebben het nadeel dat ze veel plaats nodig hebben (vaak de helft van het implantaat) en dat ze regelmatig operatief moeten worden vervangen.
Als draadloos alternatief heeft inductie ingang gevonden, waarbij elektromagnetische golven energie en informatie overbrengen. Twee spoelen zetten stroom om in magneetvelden en omgekeerd.

Het nadeel is dat de elektromagnetische golven worden afgeschermd door de metalen behuizing van het implantaat die als een kooi van Faraday fungeert. De spoelen moeten daarom buiten de behuizing worden geplaatst.

Ultrasone voeding

De ultrasone golven worden door piëzo-elektrisch materiaal in zender en ontvanger opgewekt respectievelijk opgenomen. Piëzo-elementen vervormen onmerkbaar bij het aanleggen van een elektrische spanning en genereren een mechanische golf, net als geluidsgolven in een luidspreker.

Deze golven treffen de piëzo-elektrische ontvanger. De golven vervormen deze ontvanger en dat resulteert in het omgekeerde effect: de vervorming levert een elektrische stroom op.

Bij de ultrasone technologie ligt de ontvanger van de ultrasone golven binnen de hermetisch gesloten behuizing van het implantaat, direct tegen de wand. De wand van het implantaat en de ontvanger vormen een homogeen systeem dat het mogelijk maakt ultrasone golven te ontvangen en uit te zenden.