מערכת העברת אנרגיה אלחוטית לאלקטרוקורטיקוגרפיה אנדו-ווסקולרית ללא עופרת

מדוע חשוב להניע שתלים מוחיים ללא חוטים

ממשקי מוח-מחשב ומערכי ניטור מוחיים לטווח ארוך עוברים מאזור המדע הבדיוני אל הרפואה היומיומית. גישה מבטיחה משתמשת בסקטופים מתכתיים זעירים, שנקראים סטנטים, שניתן למקמם בתוך כלי דם במוח כדי להקליט ואולי גם לגרות פעילות עצבית בלי לפתוח את הגולגולת. אך מערכות כיום עדיין מסתמכות על חוטים ארוכים שעוברים מהמוֹחַ, דרך כלי דם, ומגיעים ליחידה אלקטרונית בחזה. חוטים אלה יוצרים סיכונים ניתוחיים, עלולים להיכשל עם הזמן, ומקטינים את הנוחות והקבלה מצד המטופלים. מאמר זה מתאר שיטה חדשה לשלוח כוח לסטנטים מוחיים כאלה בלי חוטים ארוכים, באמצעות רכיבים מוסתרים מתחת לקרקפת ויחידה חיצונית קטנה הנשחפת על הראש.

דרך חדשה להזין אנרגיה למוח

המחברים מציעים מערכת אספקת כוח שעובדת עם סטנט קליני שגרתי במקום מכשיר מיוחד. למערכת שלושה חלקים: מודול חיצוני הנלבש על הראש עם סליל, רצועת ריליי דקיקת־נייר שמוחבאת מתחת לקרקפת ומעל הגולגולת, והסטנט הממוקם עמוק בתוך וריד לאורך פני המוח. הסליל החיצוני משדר אנרגיה בשדה מגנטי אל סליל מתאים בריליי. הריליי מעביר לאחר מכן את האנרגיה כשדה חשמלי העוברת דרך העצם, הקרומים והרקמות אל הסטנט. באופן מהותי, הסטנט עצמו משמש כאלמנט קליטה, כך שאין צורך לצרף רכיבי קצה נוספים לכלי הדם הצפוף כבר ממילא.

הפיכת שדות מגנטיים לשדות חשמליים

בלב העיצוב נמצא ריליי מתחת לעור שממיר סגנון אחד של העברת אנרגיה לאחר. בצד החיצוני, סליל שטוח של הריליי קולט כוח על ידי קיבול מגנטי, בדומה למטען אלחוטי לטלפון. בצד הפנימי, שתי לוחות מתכת דקות וארוכות בריליי פועלות כמו שתי פאות של קבל. הן מקימות שדה חשמלי שעובר דרך העצם, הקרומים והנוזלים ומגיע לשתי מקטעים מופרדים של הסטנט. רכיבים אלקטרוניים פשוטים — דיודות וקבלים — מסוגלים להמיר את האנרגיה המחזורית הזאת לחשמל ישר יציב עבור חיישנים, מעגלי תקשורת ורכיבי גירוי אופציונליים בתוך הסטנט או סמוך לו. מכיוון שהריליי פסיבי ודק מאוד, ניתן למקמו תחת הקרקפת עם הפרעה מינימלית וללא חלקים נעים.

בדיקת המערכת

כדי לבדוק אם הסכימה עובדת בתנאים מציאותיים, הצוות בנה מיטת ניסוי שהשתמשה בעצם חיה אמיתית, בכלי דם ובתמיסת מלח המדמה את שכבות ראש האדם. הם שינו בקפידה את אורך הסטנט, המרחק בין מקטעי הסטנט, גודל הלוחות, מרווח הלוחות, עומק הסטנט מתחת לעצם ותדירות הפעולה, וביצעו מאות מדידות כדי למצוא את השילוב הטוב ביותר. הם מצאו שתי תחומי תדר שימושיים, כשהמעשי ביותר נע סביב 40–50 מגהרץ. במידות מותאמות הם הצליחו לשלוח יותר מ-45 מיליוואט לסטנט תוך שמירה על יעילות זרם ישר כללית של כ-7% — נכון לעכשיו היעילות המדווחת הגבוהה ביותר עבור סטנט לא ממותג במוח. מודלים ממוחשבים המשתמשים באנטומיה מפורטת של ראש אנושי התאימו בקירוב לתוצאות המעבדה, מה שאישש שהמדידות אינן רק אותות מקריים של המערך הניסויי.

בדיקות בטיחות בתוך הראש

כל מערכת אלחוטית שמשדרת אנרגיה לגוף חייבת לעמוד במגבלות בטיחות קפדניות מבחינת חימום וחשיפה. החוקרים השתמשו בסימולציות סופיות מתקדמות כדי לחשב כמה מהאנרגיה המשודרת תיספג ברקמות, כמות הידועה בשם שיעור ספיגה סגולי (SAR), וכמה עלייה בטמפרטורה מקומית תתרחש לאורך זמן. עם עוצמות כניסה גבוהות מספיק כדי לספק בערך 45 מיליוואט לסטנט, ערכי ה-SAR המירביים והממוצעים בעור, בעצם ובמוח נותרו הרבה מתחת לספים הבינלאומיים לבטיחות. סימולציות טמפרטורה על פני כמה שעות של פעולה רציפה הראו רק עליות זעירות — בסדר גודל של שברים של מעלה צלזיוס — מרוכזות בעיקר באזור הקרקפת ליד הריליי והסליל החיצוני, ללא התחממות בנקודת ההשתלה עצמה.

מה זה עשוי לשנות לטכנולוגיות מוח עתידיות

העבודה מראה שטכנית ובטיחותית אפשרי להזין סטנט מוחי לחלוטין בלי חוטים ארוכים או עיצובים מותאמים אישית של סטנטים. הארכיטקטורה המוצעת יכולה לספק כוח מספיק להקלטת אותות מוח איכותית ואפילו לגירוי לפי דרישה, הכל כשחומרה מתחת לקרקפת נשארת דקה ופסיבית והיחידה החיצונית יכולה לשבת בצורה רופפת על הראש. אף על פי שעדיין דרוש מחקר תיאורטי מעמיק יותר על האינטראקציה המדויקת בין השדות המגנטיים והחשמליים בסמוך לריליי, שילוב הניסויים והסימולציות מספק ראיות חזקות שהגישה יציבה. אם אתגרי הייצור של הריליי העל-דק נפתרים וניסויים in vivo יאשרו עמידות, השיטה עשויה להניח את היסודות לדור חדש של מערכות נוירופרוטטיות אלחוטיות לחלוטין, פולשניות במידה מועטה, שקל יותר להשתיל, נוחות יותר לשימוש ומתקבלות ביתר קלות על ידי מטופלים.

ציטוט: Xu, Z., Truong, N.D., Ahnood, A. et al. A wireless power transfer system for leadless endovascular electrocorticography. Commun Eng 5, 73 (2026). https://doi.org/10.1038/s44172-026-00617-4

מילות מפתח: העברת כוח אלחוטית, סטנט מוחי, נוירופרוטטיקה, השתלות אנדו-ווסקולריות, אלקטרוקורטיקוגרפיה