Un team di studenti della Rice University ha utilizzato un cuore stampato in 3D per sviluppare una dimostrazione per la prossima generazione di pacemaker. Seguendo la guida di molti dispositivi pacemaker recenti che possono funzionare in modalità wireless, il loro pacemaker presenta una serie di minuscoli chip con dei sensori che creano una rete incorporata nel cuore, che rilascia energia quando viene rilevato un problema. Il team, noto come “Love and Pace” e composto da esperti di ingegneria elettrica e informatica, è stato premiato con l’Excellence nel Capstone Engineering Design Award e ha guadagnato un secondo premio di 1.000 dollari all’annuale George R. Brown Engineering Design Showcase per i suoi sforzi.
I pacemaker tradizionali sono alimentati da un generatore di impulsi che si trova nel torace del paziente ed è collegato al cuore tramite fino a tre stimoli cablati e conduttori di rilevamento. Recentemente, i dispositivi wireless hanno utilizzato la raccolta di energia in radiofrequenza per fornire la scossa necessaria per mantenere il cuore in funzione nel modo corretto. L’anno scorso, un ex membro della facoltà di Rice, Aydin Babakhani, ei suoi colleghi del Texas Medical Center, hanno introdotto un concetto per una versione più avanzata di questo pacemaker wireless che potrebbe essere incorporato nel cuore. Il team di Love and Pace, composto da Yoseph Maguire, Chris Chivetta, Yixin Chen, Cody Tapscott, Ricky Chen e June Chen, ha sviluppato ulteriormente questa idea.
Il loro design per il dispositivo pacemaker ha una stazione base situata sotto la pelle, che si carica via radio frequenza e comunica con la rete di chip minuscole, ciascuna delle dimensioni di un chicco di riso. Quando la stazione base rileva un problema con il ritmo cardiaco, può attivare automaticamente i chip integrati per rilasciare una scarica di energia temporizzata per ristabilire il ritmo normale del cuore.
“È una rete master-slave”, ha detto Maguire. “Una volta che questi chip sono posizionati nel cuore e coperti da tessuto cicatrizzato, comunicano con l’aggregatore: una scheda più grande che ha un lettore RFID, acquisisce tutti i dati, li elabora e li riconduce ai chip”.
La stampa 3D è stata utilizzata per mettere insieme una dimostrazione iniziale per il dispositivo, e abbiamo già segnalato in precedenza che il campo della medicina sta cambiando con l’aiuto di innovativi dispositivi medici stampati in 3D . Un cuore stampato in 3D faceva parte del loro sistema che utilizzava tracce di luce, attivate da anomalie programmate e chip di simulatore di sensori che rilevavano queste anomalie e inviavano dati alla stazione base via radio frequenza. La stazione poi comandò agli stimolatori di rilasciare scatti temporizzati per regolare il ritmo del cuore. Questo ha simulato il modo in cui il sistema reale avrebbe funzionato, fornendo 25 cariche di nanojoule al rilevamento di problemi, al fine di stimolare i muscoli del cuore.
La rete di chip e sensori operava utilizzando un programma di apprendimento automatico per elaborare i dati in tempo reale raccolti. Behnaam Aazhang, un professore di ingegneria elettrica e informatica, e Yingyan Lin, una ricercatrice in visita presso Texas Instruments in ingegneria elettrica e informatica, hanno contribuito a questa parte del progetto. Il team Love and Pace si è anche avvalso dell’aiuto dei consulenti di facoltà Joseph Cavallaro, un professore di ingegneria elettrica e informatica, e Gary Woods, professore nella pratica della tecnologia informatica e dell’ingegneria elettrica e informatica, insieme ai cardiologi del Texas Heart Institute Dr. Mehdi Razavi e il dottor Brian salutano.
Questa proof-of-concept è solo la prima fase del lungo viaggio verso lo sviluppo di un prototipo funzionante di questo pacemaker di nuova generazione. Il progetto farà parte del programma Vertically Integrated Projects di Rice, e i futuri studenti continueranno il lavoro che è stato avviato dal team di Love and Pace.
