陈根：植入体内的医疗设备，如何向外界传送数据？

文/陈根

植入式医疗设备（IMEs, implantable medical electronics）当前是学术界、医学界和产业界的一个热门话题。作为一种人造装置或组织，植入式医疗设备用于替换受损的生物结构或增强现有的生物结构。

比如，心脏起搏器是治疗心律失常和心力衰竭等严重心脏疾病的最重要IMEs之一。此外，植入式医疗设备还用于心血管、骨科，神经，以及牙科疾病等领域。通常根据使用的不同，这些植入物是由皮肤、骨骼或其他人体组织制成的，也可能是由金属，塑料或陶瓷材料制成。

虽然我们现在已经有了各种植入电子医疗器件，但对于大多数的电子医疗器件来说，从体内的医疗植入物中传输数据则非常棘手，而现在，哥伦比亚大学的研究人员现在开发了一种新技术，它基本上可以将数据写入人体组织中的离子，然后可以从体外的接收器中以高传输速度读取。

具体来看，过去，将植入人体内的医疗设备的电线穿过组织可能有感染的风险，而像无线电、光、超声波和蓝牙等无线技术并不能非常有效地穿透人体组织。

为此，哥伦比亚大学的研究人员开发了一种新技术，他们通过利用人体自身的通信方式完成无线传输数据。由于人体中的细胞通过交换离子来相互沟通，于是研究小组就利用了储存在组织中的电势能。

这种新离子通信方法首先会在组织内植入一对电极，其可以将设备的数据编码为交替的电脉冲，然后将这种能量储存在组织内的离子中。而另一对电极可以放置在组织的表面如皮肤上以接收存储的能量并解码数据。

研究团队表示，这种技术可用于在10厘米深的组织中传输数据，与此同时其在任何深度损失的信号都要比无线电频率通信少。另外，传输速度也比其他技术快，科学家们记录的速率高达60兆赫，并且还有优化的余地。

研究人员在活体大鼠的测试中将这些离子通信系统跟神经接口植入物配对。在几周的时间里，这些设备能成功地将数据传输给外部接收器且足够精确。研究团队表示，跟其他无线技术相比，离子通信需要更低的电压和功率，这应该使它在植入物上更加可行。利用该技术的设备还可以相当容易地由柔软的生物相容性材料制成。

除了起搏器、脑深层刺激手术、人工耳蜗，未来，医疗植入物或将包括一些更具生物电子特性的装置，比如能够调节激素水平、控制食欲、降低血糖、治疗脑损伤的设备。而医疗植入物数据的成功传送将为医疗设备的植入带来更多的益处。

关键词： 医疗设备 人体组织 研究人员 传输速度 哥伦比亚大学