德州心脏研究所和加州大学洛杉矶分校在科学报告中揭示创新的起搏系统

来自德克萨斯心脏研究所(THI)和加州大学洛杉矶分校(UCLA)的研究人员在开发无线无铅起搏器方面取得了重要的里程碑式进展。在《自然研究》期刊《科学报告》的一篇文章中，该团队使用其创新的起搏系统揭示了在临床前研究模型中为人类大小的心脏提供同步双心室起搏的能力。

这项研究由THI和贝勒医学院的副教授Mehdi Razawi博士和加州大学洛杉矶分校综合传感器实验室主任Aiden Babakhani教授领导，探索可以为医生提供全新治疗选择的技术。创新的director用于治疗心律失常和其他心血管疾病或并发症(如心力衰竭)的患者。

约30%的慢性心力衰竭患者的心脏也存在电传导问题。需要某种治疗来重新同步心脏两个最大心室中的传导系统。在这些情况下，医生会开出心脏再同步治疗或CRT。CRT是通过长导线(称为电线)传输的，长导线与起搏器相连，调节心脏的两个下腔室。当患者需要同步两个心室(称为双心室起搏)时，带导线的传统起搏器是目前唯一的商业选择。不幸的是，这些导线很容易断裂、移动和从其原始位置移开。

虽然患者确实看到了CRT的改善，但通常在6个月内，约有三分之一的患者对治疗反应不佳，无反应率可能高达43%。

通过允许从心脏的多个部分同时起搏，THI和UCLA的新型无铅无线起搏器系统旨在减少与当今使用的传统起搏器相关的并发症，并为更安全、更有效的双心室起搏选项打开大门。

团队前期的研究证明，该系统具有无线功能，可以为小、中、大开放研究模型的中心单个站点供电。在这项新的研究中，微型起搏器(只有四分之一大小的几分之一)被证明可以通过无线传输到心脏上定制的低功耗IC来在封闭的猪模型中工作。

在测试过程中，令人印象深刻的是通过测量心电图和心脏血流量的电活动来验证起搏器的潜在临床益处。具体来说，与单室起搏相比，双室起搏策略改善了重要的临床结果指标。总体而言，这些结果提高了使用无线多部位起搏解决心脏再同步化挑战的可能性。

目前，该团队正在进一步小型化无线起搏器，以便以微创的方式将其植入心脏的一个或多个所需的起搏部位。这将消除对血管内导线的需要，最重要的是，可以跨心脏的多个腔室执行同步和无导线起搏，从而可以为患者提供CRT。

这项新技术的主要挑战是保持无线电力传输的效率，因为设备变得非常小，天线变得低效。该团队通过大幅降低起搏器中使用的电子设备的功耗，将所有组件集成在单个芯片中，并设计出与起搏器芯片的输入电路产生强烈共振的天线，解决了这一问题。加州大学洛杉矶分校萨缪利理工学院电子和计算机工程副教授。

由加州大学洛杉矶分校(UCLA)资助的Babakhani实验室突破了小型化的极限，因此可以将整个起搏器放入静脉。小型起搏器不需要大型车载电池，因为它可以接收能量，并通过外部控制器的电磁波进行无线指挥。

起搏设备是基于加州大学洛杉矶分校Babahani教授的实验室建造的硅基集成微芯片。博士后学者刘洪明博士.加州大学洛杉矶分校巴巴哈尼教授实验室的学生哈米德拉赫马尼和孙玉香设计了该设备的早期版本。

小型化植入式医疗设备已经在市场上销售。它们被用于神经植入物、可以无线编程以输送特定剂量的骨质疏松药物的微芯片，以及可以吞咽以无线传输胃肠图像的一次性视频胶囊。在体内旅行时，为什么不将起搏器小型化？”拉扎维博士说。

团队的最终目标是建立一套起搏系统，能够实时诊断心脏的起搏需求，并在需要时向护理团队提供重要反馈，提供量身定制的治疗方法。因此，起搏器最终将能够通过从它们产生的数据中学习识别模式并进行调整，来利用人工智能(AI)的力量。根据THI研究工程师Allison Post博士和Mathews John的说法，这种人工智能功能可以确保对患者进行连续和最佳的治疗。THI和加州大学洛杉矶分校与莱斯大学在算法上进行合作，以实现这一目标。虽然这不是发表在文章《科学报告》中的研究的一部分，但Rice的研究小组参与了研究讨论。

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