Организм человека – следующий рубеж для беспроводных технологий?
Военные уже в течение десятилетий используют сонары для подводной коммуникации. Теперь, исследователи из Университета Буффало работают над созданием миниатюризованной версии этих устройств с целью применения внутри человеческого организма для лечения в режиме реального времени таких заболеваний как диабет и сердечная недостаточность. Достижение опирается на датчики ультразвуковых волн (тех же неслышимых звуковых волн, которые испускают сонары, используемые военно-морским флотом, и сонографы, используемые врачами). Они делают возможным обмен информацией между медицинскими устройствами, которые имплантируются в организм пациентов, или просто носятся ими.
«Это медицинское достижение может в корне изменить способы ведения пациентов, страдающих от серьезных заболеваний нашего времени», — говорит Томмасо Мелодиа, доктор философии, адъюнкт-профессор электроинженерии Университета Буффало. Его исследование «На пути к использованию ультразвуковых сетей в создании имплантируемых биомедицинских устройств» («Towards Ultrasonic Networking for Implantable Biomedical Device»), проводится за счет пятилетнего гранта CAREER в 449 000 долларов США, выделенного Национальным фондом науки (NSF).
Идея создания сети беспроводных сенсоров в организме, называемой также «сетью области тела», не нова. Разработки в этой области начались примерно 10 лет назад. Однако большая их часть была сосредоточена на создании связи между датчиками посредством электромагнитных радиочастотных волн – волн того же типа, что используются в сотовых телефонах, приборах GPS и других распространенных беспроводных устройствах.
Радиоволны также могут быть эффективны, но они имеют недостатки, такие как вырабатываемое ими тепло. К тому же, как говорит Томмасо Мелодиа, из-за того, что радиоволны плохо проникают через кожу, мышцы и другие ткани тела, они требуют достаточно большого количества энергии.
Ультразвук, по его словам, может быть более эффективным способом обмена информацией, так как наш организм примерно на 65% состоит из воды. Это позволяет предположить, что медицинские устройства, такие как сердечный ритмоводитель и приспособление для измерения уровня кислорода в крови, могли бы сообщаться посредством ультразвука более эффективно, чем при помощи радиоволн.
«Представьте, как военно-морской флот использует сонары для сообщения между подводными лодками и обнаружения вражеских судов», — говорит Мелодиа. «Здесь тот же самый принцип, только применяется он к ультразвуковым датчикам, достаточно маленьким для того, чтобы действовать сообща внутри организма человека и способствовать более эффективному лечению заболеваний».
Еще один пример применения технологии – это обеспечение связи между датчиками уровня глюкозы в крови и имплантируемыми инсулиновыми насосами. Датчики отслеживают показатели крови, и регулируют посредством наносов дозу инсулина, необходимую пациенту в настоящий момент времени.
«Мы затронули только малую часть того, что мы можем сделать благодаря этой технологии. Существует бесчисленное количество потенциальных способов применения», — говорит он.
При помощи гранта NSF Мелодиа намерен проводить дальнейшее моделирование и эксперименты с ультразвуковыми, беспроводными сетями датчиков тела. Грант также обеспечит поддержку докторанту Энрико Сантагатти, который уже внес значительный вклад в этот проект, а также другим студентам.
Исследование будет направлено на рассмотрение следующих вопросов:
- как спроектировать схемы трансмиссии, обеспечивающие точную передачу информации между датчиками и не приводящие к перегреву тканей организма,
- как осуществить проектирование сетевых протоколов, предназначенных для работы с датчиками внутри организма,
- как смоделировать ультразвуковые помехи,
- как точно симулировать ультразвуковые сети,
- как спроектировать первое существующее реконфигурируемое испытательное устройство для экспериментальной оценки ультразвуковых сетей.
В число других членов исследовательской группы входят: профессоры Стелла Н. Баталама, Эдли Т. Фэм, Димитрис Падос, Мердад Соумек; адъюнкт-профессоры Майкл Лангберг, Уэйфенд Су и Лэсли Ин; а также старшие преподаватели Николас Мастронарде, Гезуальдо Скутари, Цзи Сун и Хосеп М. Хорнет.
Источник: sciencedaily.com
- Как ванадий влияет на диабет?
- Какие могут быть осложнения после анестезии?
- Методы лечения респираторных заболеваний
- Как удалить камни из почек?
- Насколько эффективен адреналин для лечения астмы?
- Плюсы и минусы переливания крови при анемии
- Какой ополаскиватель для полости рта лучше всего подходит при гингивите?
- Избыточный вес связан с изменениями в головном мозге
- Определена взаимосвязь между алкогольной болезнью печени и циркадными ритмами
- Морские кораллы способны улучить метод костной трансплантации
- Формирование синапсов в головном мозге
- Что такое акриловые протезы?
- «Мусорная» ДНК может контролировать клеточное развитие
- Инсулиновые таблетки? Клетки кишечника могут всасывать более крупные частицы, чем полагалось ранее
- Новый биомаркер предсказывает риск рецидива рака молочной железы
- Как иммунные клетки обнаруживают инфекцию?
- Геномный анализ: важная информация о раке простаты
