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Rice University: Herzschrittmacher ohne Batterien und Kabel

Rein über Energy Harvesting erlangt ein neuer Herzschrittmacher der Rice University seine Energie. Für den Patienten bedeutet das mehr Sicherheit.

Komponenten eines batterielosen Herzschrittmachers Bildquelle: © Rice University

Die Komponenten eines batterielosen Herzschrittmachers, den die Rice University und das Texas Heart Institute entwickelt haben. Er lässt sich ins Herz einsetzen, kommt ohne Kabel aus und Batterien müssen nicht mehr über einen chirurgischen Eingriff gewechselt werden.

Der Herzschrittmacher, den ein Team um Prof. Aydin Babakhani von der Rice University und dem Texas Heart Institute entwickelt hat, erhält seine Energie von einem externen Sender, dessen elektromagnetische Strahlung im Frequenzbereich zwischen 8 und 10 GHz er umsetzt. Dieser Sender, der mit den entsprechenden Batterien ausgestattet sein muss, kann einige Zentimeter entfernt vom Schrittmacher platziert werden.

Die von der Antenne gesammelte Strahlung wandelt der Chip in Energie um und speichert sie, bis eine gewisse Schwelle erreicht ist. Dann sendet er ein Signal ans Herz und lädt den Speicher erneut auf. Das Team um Prof. Aydin Babakhani hat den Herzschrittmacher bereits in einem Schwein getestet und seinen Herzschlag von 100 auf 172 Schläge pro Minute erhöht.

Herzschrittmacher saßen bisher nicht direkt im oder am Herz, sondern in der Nähe, so dass die Chirurgen mit Hilfe eines einfachen Eingriffs die Batterien wechseln konnten. Die elektrischen Reize, die das Herz zum regelmäßigen Schlagen stimulieren, wurden dann über Kabel an ihren Bestimmungsort geleitet. Diese Kabel stellten bisher ein Risiko dar und führten immer wieder zu Komplikationen wie Infektionen oder Blutungen.

Zusätzliche Defibrillator-Funktion

Nun gab es bisher schon kabellose Herzschrittmacher, die aber wegen ihrer Baugröße nur eine Herzkammer versorgen konnten. Die neue Technik erlaubt es dagegen, die drahtlos mit Energie versorgten Chips direkt zu implantieren. Sie können dann verschiedene Punkte im Herz oder außerhalb des Herzens stimulieren. Damit übernehmen sie auch Defibrillator-Funktionen – schmerzlos und ohne dass es der Patient überhaupt merkt. Diese Kombination ist es, die Ärzte begeistert, denn das neue Gerät kann sowohl die verbreitetsten als auch die tödlichsten Herzrhythmusstörungen bekämpfen.

Der eigentliche Chip nimmt eine Fläche von  4 x 4 mm ein. Integriert sind ein AC/DC-Wandler, eine Power-Management-Einheit, eine Einheit, die das Schrittmacher-Signal erzeugt und eine Antenne. Auf der Leiterplatte sitzen zusätzlich noch ein Kondensator und ein Schalter. Das Ganze ist kleiner als ein Zehn-Cent-Stück.

Die Wissenschaftler der Rice University und dem Texas Heart Institute stellten ihren batterielosen Herzschrittmacher diese Woche auf dem International Microwave Symposium (IMS) der IEEE in Honolulu vor.