سیستم‌های قابل کاشت در بدن

سیستم

سیستم‌های قابل کاشت در بدن

سیستم‌های قابل کاشت در بدن

برای سال­ های متوالی، بیماری­هایی که درمان قطعی آن­ها از طریق دارو میسر نبود مشکلات زیادی برای بیماران مبتلا به آن ایجاد کرده بود. در سال­های اخیر، با پیشرفت صنعت الکترونیک تحول عظیمی در بهبود این بیماری­ها به وجود آمده است. سیستم­های الکترونیکی که به سیستم­های پزشکی قابل کاشت در بدن معروف هستند، با استفاده از ثبت سیگنال­های عصبی و تحریک نقاط مختلف بدن به بهبود آن بیماری کمک می­کنند . هم چنین در ۶۰ سال اخیرسیستم­های پزشکی قابل کاشت در بدن، پیشرفت چشم­گیری در ثبت و تحریک به وسیله مخابرات بی­سیم داشته است . امروزه سیستم­ های پزشکی قابل کاشت در بدن برای اهداف مختلفی طراحی می­شوند. از این سیستم­ ها می­توان برای بهبود عملکرد بینایی ، کنترل بیماری صرع ، کنترل ضربان قلب ، بهبود عملکرد شنوایی ، بهبود حرکت بیماران دچار ضایعه نخاعی ، ثبت سیگنال­ های عصبی و مغزی  و کاهش و کنترل درد  استفاده کرد. در شکل ‏۱ برخی از قسمت­های مختلف سیستم­‌های قابل کاشت در بدن نشان داده شده است . علاوه بر این، سیستم­‌های قابل کاشت در بدن به صورت خودکار و بنا به تغییر شرایط بیمار عمل می­ کنند و وابسته به قسمت خارجی سیستم نیستند . یکی از موضوعات مهم در سال­های اخیر کاهش توان مصرفی و افزایش نرخ اطلاعات به منظور افزایش بهره ­وری سیستم­‌های کاشت در بدن بوده است. به طور کلی سیستم­‌های قابل کاشت در بدن از دو قسمت کلی تشکیل شده است: قسمت داخلی که در زیر پوست قرار دارد و قسمت خارجی که بیرون از بدن قرار دارد. قسمت خارجی به منظور فراهم ساختن توان کل مدار و هم چنین ارسال اطلاعات استفاده می­ شود . سیستم داخلی شامل بخش ثبت سیگنال­ های عصبی، بخش گیرنده اطلاعات از بیرون بدن که شامل یکسو­کننده، تثبیت­‌کننده، دمدولاتور، بخش تحریک­ کننده، بخش دورسنجی معکوس و بخش کنترل برای ارتباط بین قسمت­های مختلف تشکیل شده است. سیستم داخل و خارج بدن توسط لینک القائی به یک­دیگر ارتباط پیدا می­کنند. این ارتباط می­تواند برای انتقال بی­سیم توان و اطلاعات صورت گیرد.

سیستم‌های قابل کاشت در بدن

شکل ‏(۱) : برخی از قسمت­های مختلف سیستم‌های قابل کاشت در بدن

شاید پربیراه نباشد اگر مدعی شویم که همین آمال باعث شد تا بشر دست به طراحی سیستم­های قابل کاشت پزشکی بزند. سیستم­های قابل کاشت پزشکی، ابزارهای الکترونیکی هستند که توانایی نظارت بر فعالیت­های بدن و تشخیص بیماری ­ها را از طریق انجام اعمال الکترومیوگرافی، الکتروکاردیوگرام، الکترورتیوگرام و الکتروکلوگرافی دارا می­ باشند . به­زبان ساده­تر وظیفه این سیستم­ ها ثبت فعالیت­ ها و تحریک اعصاب بافت­ ها می­باشد. نخستین ایده شکل­ گیری این سیستم­ها به سال­ها قبل، زمانی در حدود قرن شانزدهم میلادی بازمی­گردد. برای نخستین بار پزشک ایتالیایی لوئیجی گالوانیدر سال ۱۷۸۰ نشان داد که اعصاب و ماهیچه ­های بدن به­ صورت الکتریکی قابل تحریک هستند . نسخه­ های ابتدایی تحریک­کننده ­های عصبی به­ دلیل دارا بودن مولفه ­های مکانیکی غالبا بسیار بزرگ و حجیم بودند و تنها در اختیار محققان قرار داشتند. از زمانی­که نخستین تحریک­ کننده الکتریکی به طور کامل در سال ۱۹۳۲ توسط اشمیت ارائه گردید ، دانشمندان و مهندسین همواره در حال تلاش برای ساخت نمونه ­های پیشرفته ­تری از این سیستم ­ها بوده­اند. لذا محققین همواره در تلاش بوده­اند تا نسخه­ هایی قابل حمل، با ایمنی و تطبیق­ پذیری بیشتر ارائه دهند. یکی از موفق­ آمیزترین نمونه ­های این سیستم­ها، دستگاه تنظیم ­کننده ضربان قلبی بود که توسط باکن در سال ۱۹۵۷ ارائه شد . به دنبال موفقیت این سیستم استفاده از آن در بین بیماران قلبی بسیار سریع رایج شد. در طول دهه پنجاه کاشت حلزون شنوایی برای ناشنوایان نیز توجه محققین زیادی را به خود جلب کرد. در سال ۱۹۷۳ ویدئویی در نشست American Otological Society نمایش داده شد که در آن نشان می­داد چگونه یک فرد ناشنوا که از کاشت حلزون شنوایی استفاده می­کند قادر است تا آهنگ و گامی را که توسط یک دستگاه موسیقی نواخته می­ شود درک کند.

به دنبال نمایش این فیلم میزان رغبت به انجام مطالعات در زمینه کاشت حلزون شنوایی افزایش یافت و سرانجام این سیستم به تولید انبوه تجاری رسید. در ادامه ساخت سیستم­هایی نظیر تنظیم­­ کننده ضربان قلب و کاشت حلزون شنوایی، نخستین تحقیقات بر روی ساخت پروتزهای بینایی برای نابینایان در سال ۱۹۶۸ توسط بریندلی و لوین آغاز شد. پس از ۴۵ سال تحقیق و مطالعه سرانجام در سال ۲۰۱۳، نخستین پروتز بینایی قابل کاشت مورد تایید سازمان غذا و داروی آمریکا قرار گرفت و به تولید انبوه رسید . علاوه بر کاربردهایی که در بالا اشاره شد، تحریک­ کننده ­های الکتریکی در سطح وسیعی برای بهبود عمل­کرد سیستم اعصاب پیرامونی در FES به­ کار می­روند. از این سیستم­ها هم­چنین برای متوقف کردن درد یا اختلالات حرکتی در SCS و تحریک عمقی مغز استفاده می­ شود. استفاده از تحریک عمقی مغز، FES و SCS در پزشکی تاریخچه طولانی دارد و امروزه تجهیزات متنوع تجاری برای این منظور در اختیار کاربران می ­باشد. البته انواع قابل کاشت این سیستم­ ها هم­چنان در دست توسعه می ­باشد .

امروزه سیستم­ های قابل کاشت پزشکی دارای کاربرد­های مختلفی می ­باشند. از این تراشه ­ها به طوروسیعی در کنترل و درمان بیماری ­ها استفاده می‌­شود. از سیستم­های قابل کاشت در دستگاه­ های تنظیم­ کننده ضربان قلب ، برای بررسی ترکیبات خون ، برای بهبود شنوایی و بینایی، ثبت سیگنال­های مغزی و یا تحریک نرون ­های عصبی ، تسریع عملکرد عضلات و آسیب­های نخاعی  و کنترل درد  استفاده می ­گردد. سیستم­های قابل کاشت براساس کاربرد به دو گروه اساسی تقسیم می­ گردند؛ گروهی که برای ثبت عمل­کرد نرون­ های عصبی به­ کار می­روند  و گروهی دیگر که برای تحریک اعصاب  طراحی شده ­اند. در شکل(۲) یک سیستم قابل کاشت پزشکی نشان داده شده است. این سیستم ۶۴ کاناله برای ثبت اطلاعات نرون­ های مغز طراحی شده است. این امکان وجود دارد که یک سیستم هم­زمان کار ثبت و تحریک را با هم انجام دهد. عموما سیستم ­های قابل کاشت پزشکی دارای دو بخش هستند؛ بخش داخلی که در زیر پوست بدن قرار دارد و بخش خارجی. بخش خارجی وظیفه تامین توان و ارسال اطلاعات به بخش داخلی را برعهده دارد . واحد خارجی براساس کاربرد عموما شامل بخش­ هایی جهت پردازش، ارسال و دریافت داده­ های اطلاعاتی (مدولاتور، دمدولاتور و کنترلر) و بخش انتقال توان (تقویت کننده توان و کویل) می ­باشد. به همین ترتیب واحد داخلی شامل بخش دریافت توان (کویل، یکسوکننده و رگولاتور)، بخش دریافت اطلاعات (دمدولاتور)، بخش ارسال داده­های اطلاعاتی (مدولاتور)، بخش کنترلر و الکترودهای الکتریکی می­باشد. برای بهبود بازده غالبا بخش داخلی به صورت یک مدار مجتمع طراحی می­ گردد. به همین دلیل از بخش داخلی عموما تحت عنوان تراشه ­های قابل کاشت در مراجع یاد می­ شود.

شکل(۲): نمایی از یک سیستم قابل کاشت

 

 

کپی مقاله “سیستم‌های قابل کاشت در بدن” با ذکر منبع مجاز است (elcprojects.ir)

1 دیدگاه

  1. ali گفت:

    خیلی عالی بود

    [پاسخ]

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *