フリーレンジ共鳴電気エネルギー供給システムを使用した心室補助装置を作動させるための電力

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J. Heart Lung Transplant..2018 12;37(12):1467-1474. S1053-2498(18)31599-7. doi: 10.1016/j.healun.2018.08.007.Epub 2018-08-11.

フリーレンジ共鳴電気エネルギー供給システムを使用した心室補助装置を作動させるための電力

Electrical power to run ventricular assist devices using the Free-range Resonant Electrical Energy Delivery system.

Benjamin H Waters
Jiheum Park
J Christopher Bouwmeester
John Valdovinos
Arnar Geirsson
Alanson P Sample
Joshua R Smith
Pramod Bonde

PMID: 30228086 PMCID: PMC6240491. DOI: 10.1016/j.healun.2018.08.007.

抄録

背景:

無傷の生体内での電力供給のモデルは、電離放射線と、診断目的のためのある程度の音波および磁気波に限定されてきた。無傷の人体内での従来の電力送達は、送達される電力の量と持続時間を制限する埋め込み型電池に依存している。現在の電池技術の効率性は、人体内に埋め込まれた人工心臓ポンプの連続運転など、必要とされる実質的な要求を制限している。

BACKGROUND: Models of power delivery within an intact organism have been limited to ionizing radiation and, to some extent, sound and magnetic waves for diagnostic purposes. Traditional electrical power delivery within the intact human body relies on implanted batteries that limit the amount and duration of delivered power. The efficiency of current battery technology limits the substantial demands required, such as continuous operation of an implantable artificial heart pump within a human body.

方法:

あらゆるタイプの心室補助装置（VAD）と互換性のある、完全移植可能で小型化されたフリーレンジ共振電気エネルギー送達（FREE-D）システムは、豚モデル（HVAD）で最大3時間の試験が行われました。このシステムの主な特徴である、高品質の因子（Q）共振器と自動チューニングスキームの使用は、拡張された動作範囲で試験されました。移植されたコンポーネントの温度変化を測定し、FREE-Dシステムの安全性および比吸収率（SAR）に関する規制上の懸念事項に対応しました。

METHODS: The fully implantable, miniaturized, Free-range Resonant Electrical Energy Delivery (FREE-D) system, compatible with any type of ventricular assist device (VAD), has been tested in a swine model (HVAD) for up to 3 hours. Key features of the system, the use of high-quality factor (Q) resonators together with an automatic tuning scheme, were tested over an extended operating range. Temperature changes of implanted components were measured to address safety and regulatory concerns of the FREE-D system in terms of specific absorption rate (SAR).

結果:

適応的なチューニング技術を用いた動的な電力供給により、システムは最大効率で動作し続け、直径1m以内でのワイヤレス電力伝達を劇的に増加させました。FREE-Dシステムの温度上昇は、体幹内に埋め込まれたデバイスの最大許容温度偏差2℃を超えることはなく（ただし、体温以下のまま）、10cm（25％の効率）と50cm（20％の効率）では故障エピソードはありませんでした。

RESULTS: Dynamic power delivery using the adaptive tuning technique kept the system operating at maximum efficiency, dramatically increasing the wireless power transfer within a 1-meter diameter. Temperature rise in the FREE-D system never exceeded the maximum allowable temperature deviation of 2°C (but remained below body temperature) for an implanted device within the trunk of the body at 10 cm (25% efficiency) and 50 cm (20% efficiency), with no failure episodes.

結論:

FREE-Dシステムの広い動作範囲は、植え込みポンプの深さに影響されることなく、ほぼすべての患者の心室補助装置の使用を拡張します。FREE-Dシステムを用いたインビボでの結果は、移植デバイスでサポートされた患者の生活の質について新たな視点を提供するかもしれません。

CONCLUSIONS: The large operating range of FREE-D system extends the use of VAD for nearly all patients without being affected by the depth of the implanted pump. Our in-vivo results with the FREE-D system may offer a new perspective on quality of life for patients supported by implanted device.