Организм человека – следующий рубеж для беспроводных технологий?

Главная / Новости здравоохранения / Организм человека – следующий рубеж для беспроводных технологий?

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

Смотрите также: