我国科研团队突破心脏起搏器技术瓶颈 全球首创"终身免维护"自供电装置

问题——对不少严重心律失常患者而言,植入式心脏起搏器是维持生命质量的重要医疗器械。

然而,现有起搏器普遍依赖内置电池供电,随着电量衰减,患者往往不得不接受再次手术更换设备。

这不仅意味着额外疼痛、感染与出血等手术风险,也可能带来心理负担和经济压力。

如何让植入式起搏器摆脱电池寿命的“天花板”,实现更长周期甚至接近“终身”的稳定运行,是医学工程领域长期关注的难点。

原因——电池是传统起搏系统的关键部件,同时也是寿命与维护成本的主要限制。

人体内环境复杂,设备需在长期浸润、持续运动和电生理干扰条件下可靠工作;而电池容量、体积、安全性与更换方式之间存在现实约束:电池做大将牺牲植入便利性,做小则缩短使用周期;一次植入后若仍需更换,便难以避免反复介入的医疗风险。

科研团队由此提出“人机共生”的思路,即让设备从人体本身的规律性运动中获取能量,形成“用人体驱动设备、设备服务人体”的闭环,从根源上减少维护需求。

影响——据介绍,此次研发的自供电无导线心脏起搏器体积接近胶囊大小,可通过导管经股静脉微创送入心脏内部实施植入,减少手术创伤,降低术后并发症隐患。

其关键突破在于能量自生系统:装置利用电磁感应等方式,从心脏每次跳动产生的低频机械运动中收集能量并转化为电能。

科研人员的测试结果显示,该系统输出功率最高可达120微瓦,明显高于维持起搏器运行通常所需的5至10微瓦水平,为持续稳定供能提供了余量。

更重要的是,团队提出并实现了极简的磁悬浮储能结构,通过降低摩擦与能量损耗,实现近零启动阈值、较高转换效率和稳定功率输出,有助于提升设备长期可靠性与结构可制造性。

对策——在向临床应用迈进过程中,仍需以系统工程思维推进多项工作:其一,开展更长期、更大规模的动物实验与多场景验证,评估不同心率、运动状态及心脏结构差异下的能量供给稳定性与起搏控制精度;其二,围绕生物相容性、凝血风险、材料耐久性与电磁安全等关键指标,形成可重复、可监管的评价体系;其三,完善植入与取出策略、故障应对与随访监测方案,确保在极端情况下也能实现风险可控;其四,推动与临床需求深度对接,围绕不同类型心律失常的治疗策略,优化参数设定、通讯管理与个体化适配。

同时,面向产业化,还需在标准制定、工艺一致性、质量追溯与成本控制等环节形成闭环,才能真正让创新成果惠及患者。

前景——研究团队已在患有严重心律不齐的猪体内开展为期一个月的连续验证,装置在测试期内依靠心跳取能实现稳定运行并维持正常节律,初步证明了概念的可行性。

业内普遍认为,若自供电思路在安全性、可靠性与可推广性上进一步获得临床证据支撑,有望显著减少因电池耗尽引发的二次介入手术,推动起搏治疗从“周期性维护”向“长期共生”转变。

更广泛地看,心脏起搏器的突破也为其他植入式电子医疗设备提供启示:通过从人体运动、压力或其他生理过程获取能量,或可带动神经调控、监测与给药等装置向低维护乃至免维护方向发展,进而提升慢病管理与长期照护水平。

这一科研成果的取得,体现了我国医学工程领域的创新实力和攻坚精神。

从"被动更换"到"终身使用"的转变,看似只是一个概念的升级,实则代表了医学理念的深刻进步——从单纯的器械植入转向人机协同共生的新阶段。

随着该技术的不断完善和临床推广,将有越来越多的心脏病患者受益,生活质量得到显著提升。

同时,这条"人机共生"的创新之路,也为全球医学工程领域开辟了新的发展方向,预示着未来植入式医疗设备将步入一个全新的时代。