ارسال امواج از داخل بدن با فرستند‌ه‌های رادیویی تزریقی

ارسال امواج از داخل بدن با فرستند‌ه‌های رادیویی تزریقیبه گفتۀ David Blaauw استاد مهندسی برق و علوم کامپیوتر دانشگاه میشیگان، دستگاه‌های پزشکی کاشتنی معمولاً باید هوشمندی را فدای اندازه کنند. ضربان‌سازهای قلب و دیگر دستگاه‌های فعال با پردازنده‌های داخلی معمولاً ابعادی در حدود یک سانتی‌متر مکعب داشته و باید از طریق جراحی کاشته شوند. دستگاه‌های الکترونیکی کاشتنی کوچکتر به غیرفعال بودن، عدم بهره‌مندی از هوش محاسباتی و قابلیت ارسال سیگنال‌ها گرایش دارند.

سخت‌ترین مانع برای کوچک‌تر کردن پردازنده نیست، بلکه در واقع فرستنده‌ رادیویی است. Blaauw و مهندسان همکارش David Wentzloff و Yao Shi در کنفرانس بین‌المللی مدارهای حالت جامد، پیش‌نمونۀ یک فرستندۀ رادیویی تزریقی را به نمایش ‌گذاشتند که تنها ۱۰ میلی‌متر مکعب (۱ mm x 1 mm x 10 mm) حجم دارد و می‌تواند سیگنال‌های رادیویی قوی را تا فاصلۀ ۵۰ سانتی‌متری و از میان بافتی با ضخامت ۳ سانتی‌متر ارسال کند.

دو مورد کلیدی برای بدست آوردن سیگنالی قوی از فرستنده‌ای کوچک نیاز است. یک مورد طراحی مناسب آنتن است. هنگام ساخت یک آنتن رادیویی زمینی می‌توان برای ارسال سیگنال‌های قوی تا بیشترین فاصله، اندازۀ آنتن را تا حد امکان بزرگ در نظر گرفت. گروه دانشگاه میشیگان با طراحی هماهنگ آنتن کوچک فرستنده و آنتن گیرندۀ بیرونی این مشکل اندازه را برطرف کرده است. این دو آنتن به نحوی یا یکدیگر هماهنگ شده‌اند که گیرنده سیگنال‌های ضعیف از درون بدن را دریافت می‌کند. شاید ۵۰ سانتی‌متر خیلی زیاد به نظر نرسد، ولی در مقایسه با اندازۀ یک میلی‌متری آنتن فرستنده نسبت بزرگی است و قطعاً برای رسیدن به یک تلفن همراه در فاصلۀ نزدیک کافی است.

مورد دوم منبع توان است. توان مصرفی فرستندۀ رادیویی در حالت آماده به کار تقریباً ۱۵ نانووات است ولی ارسال یک سیگنال به سرعت مصرف توان را افزایش می‌دهد. گروه میشیگان مجبور بودند طراحی خود را با باتری کوچکی انجام دهند که قادر نبود جریان لحظه‌ای زیادی فراهم کند. بنابراین آنها خازنی را با باتری یکپارچه کردند که در طول زمان توسط باتری شارژ شده و انرژی مورد نیاز برای یک مصرف توان زیاد لحظه‎‎ای تأمین می‌کند. این انتقال متناوب به معنی انتشار بیت‌ها بیشتر از مقدار رخ داده در فرستنده‌های رادیویی معمولی است. بنابراین گروه باید یک روش رمزگذاری جدید طراحی می‌کرد. باتری می‌تواند توسط یک سلول فوتوولتائیک حساس به نور مادون قرمز عبوری از بدن شارژ شود.

تازه‌ترین کارها در زمینۀ دستگاه‌های پزشکی کاشتنی یا تزریقی روی بکاگیری مواد جدید که منعطف، نرم و تابدار هستند متمرکز شده است. این دستگاه‌های جدید می‌توانند کارهایی مانند سر خوردن از میان یک سوزن باریک را برای کاشته شدن بدون نیاز به جراحی‌های پرخطر انجام دهند و سپس بر اکسیژن، گلوکز و دیگر پارامترهای زیستی نظارت کرده یا پیشرفت بیماری در تومورها را دنبال کنند. برای مثال، در ژوئن پژوهشگران دانشگاه هارواد، شبکه‌های نانوسیم بسیار نازک را در مغز یک موش تزریق کردند تا فعالیت‌های الکتریکی آن را اندازه‌گیری کنند. و در نمایشگاه CES امسال، شرکت نوپای Perfusa حسگرهای اکسیژن تزریقی مبتنی بر هیدروژل را به نمایش گذاشتند.

تمرکز Blaauw روی کوچک کردن سامانه‌های رایانه‌ای موجود تا جایی است که قابل تزریق از طریق سرنگ باشند. نیازی نیست چنین سامانه‌هایی منعطف باشند چرا که ابعاد کوچک از آسیب‌رسانی سامانۀ سخت به بافت‌ها جلوگیری می‌کند.

اکنون این فرستنده آمادۀ ادغام شدن با دیگر قطعه‌های کوچک برای ساخت دستگاه‌های یکپارچۀ تزریقی است. مهندسان دانشگاه میشیگان برای بکارگیری آزمایشی این دستگاه برای نخستین بار با پژوهشگران دانشکدۀ پزشکی همکاری می‌کنند. آنها نسخۀ پیشین و با برد کوتاهتر این فرستندۀ رادیویی را در دستگاهی بکار گرفتند که داده‌های مرتبط با فشار درون یک تومور را ارسال می‌کرد. دستگاه‌های آینده با بکارگیری این فرستنده می‌توانند داده‌های دما، تصویربرداری، فشار، pH و دیگر اندازه‌گیری‌ها را گزارش کنند.

منبع: spectrum.ieee.org

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

ExosNews on Telegram

ما را در تلگرام دنبال کنید!

مجله فناوریهای توان افزا و پوشیدنی

عضویت در کانال تلگرام
بستن