心脏起搏器作为治疗心律失常的重要医疗器械,长期以来面临一个难以克服的临床困境:电池耗尽后需要进行第二次手术更换。
这一问题不仅增加了患者的身心负担,也给医疗体系带来了显著压力。
近日,由中国科学院大学、清华大学/北京清华长庚医院、北京大学/北医三院、中国医学科学院阜外医院、杭州电子科技大学等机构组成的研究团队在国际顶级学术期刊《自然—生物医学工程》上发表成果,宣布成功研发出具有自供电功能的微型心脏起搏器,为这一世界性难题提供了创新解决方案。
该研究团队用时近七年进行联合攻关,核心突破在于设计和集成了高效能量再生模块。
这一模块采用电磁感应技术,能够实时捕获心脏跳动产生的动能,并通过精密的物理转换机制将其转化为持续稳定的电能。
经过严格的实验测试,该起搏器的输出功率已突破起搏器终身运行所需的临界能量阈值,足以稳定驱动起搏电路,对心脏节律进行精准调控。
这意味着从理论上讲,该装置可以与患者的生命周期同步,彻底消除电池耗尽的风险。
在器件设计层面,研究团队实现了高度微型化。
起搏器采用胶囊尺寸设计,兼具优异的生物相容性和血液相容性,支持经导管微创植入技术。
相比传统开胸手术,微创植入方式大幅降低了手术创伤,缩短了患者恢复周期,减少了感染风险。
这一改进对于老年患者和体质较弱的患者尤为重要。
研究团队创新设计的极简磁悬浮能量缓存结构是另一项关键创新。
这一结构通过最大限度减少能量损耗和机械摩擦,实现了近零启动阈值、高动能转换效率及稳定的心内平均输出功率。
同时,极简设计理念大幅简化了系统复杂度,提升了整个装置的长效稳定性,降低了故障风险。
为验证技术的临床可行性,研究团队在建立的猪三度房室传导阻滞心律失常模型中进行了为期一个月的自主运行测试。
实验期间,共生型起搏器持续实现能量自供给,同时稳定发挥起搏治疗功能,有效调控实验动物的心脏节律,充分证明了该技术的可靠性和有效性。
这一系列动物实验结果为后续的临床转化奠定了坚实基础。
这项技术突破具有深远的临床和社会意义。
首先,它有望将起搏器的使用寿命延长至与自然心脏一致的水平,彻底解决患者因电池耗尽而需要进行第二次甚至多次手术的痛点。
其次,它为植入式电子器件实现真正意义上的"终身免维护"和"人机共生"开辟了全新路径。
这不仅适用于心脏起搏器领域,还可能推动神经调节器、胰岛素泵等其他植入式医疗器械的创新发展。
从国际竞争角度看,这一成果代表了我国在生物医学工程领域的先进水平,填补了国际空白,有望在全球医疗器械市场占据重要地位。
同时,该技术的成功也反映了我国多学科、多机构协同创新的优势,体现了"产学研医"结合的有效模式。
植入式医疗器械的价值不仅在于一次性解决当下问题,更在于能否在漫长时间尺度上保持可靠与安全。
面向心律失常等慢病管理需求,围绕自供电、微型化与微创植入的持续突破,正在为“少更换、少干预、更长陪伴”的医疗目标打开新空间。
把关键技术创新转化为可及、可用、可持续的临床方案,仍需科研、临床、产业与监管共同发力,才能让更多患者真正受益。