Een systeem voor draadloze stroomoverdracht voor leadless endovasculaire electrocorticografie

Waarom het belangrijk is hersenimplantaten zonder draden van stroom te voorzien

Brain-computer interfaces en langetermijnmonitoren voor de hersenen verschuiven van sciencefiction naar alledaagse geneeskunde. Een veelbelovende aanpak maakt gebruik van minuscule metalen steigers, stents genoemd, die in bloedvaten in de hersenen kunnen worden geplaatst om neurale activiteit te registreren en mogelijk te stimuleren zonder de schedel te openen. De huidige systemen maken echter nog steeds gebruik van lange draden die van de hersenen, via bloedvaten, naar een elektronisch toestel in de borst lopen. Die draden vormen chirurgische risico’s, kunnen na verloop van tijd falen en maken het geheel onaantrekkelijker voor patiënten. Dit artikel beschrijft een nieuwe manier om stroom naar zulke stent-gebaseerde hersenimplantaten te sturen zonder lange draden, met alleen verborgen componenten onder de hoofdhuid en een klein extern toestel dat op het hoofd wordt gedragen.

Een nieuwe manier om energie in de hersenen te brengen

De auteurs stellen een voedingssysteem voor dat werkt met een gewone klinische stent in plaats van een op maat gemaakt apparaat. Het systeem bestaat uit drie onderdelen: een extern, op het hoofd gedragen module met een spoel, een papierdun relaisstripje dat onder de hoofdhuid en boven het schedelbeen wordt weggewerkt, en de stent diep in een ader die langs het hersenoppervlak loopt. De externe spoel zendt energie via een magnetisch veld naar een overeenkomstige spoel in het relais. Het relais geeft die energie vervolgens door als een elektrisch veld door de schedel en omliggende weefsels naar de stent. Cruciaal is dat de stent zelf als ontvangerelement fungeert, zodat er geen extra hardware in het al krappe bloedvat gepropt hoeft te worden.

Magnetische velden omzetten in elektrische velden

In het hart van het ontwerp bevindt zich het relais onder de huid dat het ene type draadloze overdracht in het andere omzet. Aan de buitenzijde vangt de platte spoel van het relais vermogen op via magnetische koppeling, vergelijkbaar met een draadloze telefoonlader. Aan de binnenzijde werken twee lange, dunne metalen platen in het relais als de twee zijden van een condensator. Zij creëren een elektrisch veld dat door bot, membranen en vocht gaat om twee gescheiden secties van de stent te bereiken. Eenvoudige elektronische onderdelen — alleen diodes en condensatoren — kunnen deze wisselstroomachtige energie vervolgens rechttrekken tot gelijkstroomvermogen voor sensoren, communicatiecircuits en optionele stimulatie-elektronica in of naast de stent. Omdat het relais passief en extreem dun is, kan het met minimale verstoring en zonder bewegende delen onder de hoofdhuid worden geplaatst.

Het systeem op de proef stellen

Om te onderzoeken of dit concept onder realistische omstandigheden werkt, bouwde het team een testopstelling met echt dierlijk bot, bloedvaten en zoutoplossing om de lagen van het menselijk hoofd na te bootsen. Ze varieerden zorgvuldig stentlengte, de afstand tussen stentsecties, plaatgrootte, plaatafstand, diepte van de stent onder het bot en bedrijffrequentie, en voerden honderden metingen uit om de beste combinatie te vinden. Ze identificeerden twee bruikbare frequentiebanden, waarbij de meest praktische rond 40–50 megahertz lag. Met geoptimaliseerde afmetingen konden ze meer dan 45 milliwatt aan vermogen naar de stent sturen terwijl de algehele gelijkstroomefficiëntie rond de 7 procent bleef — momenteel het hoogste gerapporteerde voor een ongemodificeerde stent in de hersenen. Computermodellen met gedetailleerde menselijke hoofd-anatomie kwamen goed overeen met deze meetresultaten, wat bevestigt dat de uitkomsten geen toevalligheden van de labopstelling waren.

Veiligheid in het hoofd controleren

Elk draadloos systeem dat energie in het lichaam stuurt, moet voldoen aan strikte veiligheidslimieten voor verwarming en blootstelling. De onderzoekers gebruikten geavanceerde eindige-element-simulaties om te berekenen hoeveel van de uitgezonden energie door weefsels zou worden geabsorbeerd, een grootheid bekend als de specifieke absorptiesnelheid (SAR), en hoeveel lokale temperatuur in de loop van de tijd zou stijgen. Bij ingangsvermogens die hoog genoeg waren om ongeveer 45 milliwatt aan de stent te leveren, bleven de piek- en gemiddelde SAR-waarden in huid, bot en hersenen ruimschoots onder internationale veiligheidsdrempels. Temperatuursimulaties over meerdere uren continu bedrijf lieten slechts kleine toename zien — in de orde van enkele tienden van een graad Celsius — voornamelijk geconcentreerd in de hoofdhuidregio nabij het relais en de externe spoel, zonder opwarming bij het implantaat zelf.

Wat dit kan betekenen voor toekomstige hersentechnologie

Dit werk toont aan dat het technisch en veilig mogelijk is om een hersenstent-implantaat volledig van stroom te voorzien zonder lange draden of aangepaste stentontwerpen. De voorgestelde architectuur kan genoeg vermogen leveren voor hoogwaardige registratie van hersensignalen en zelfs vraaggestuurde stimulatie, terwijl de hardware onder de hoofdhuid dun en passief blijft en de externe eenheid los op het hoofd kan rusten. Hoewel de gedetailleerde fysica van de interactie tussen magnetische en elektrische velden nabij het relais nog diepere theoretische studie vraagt, bieden de combinatie van experimenten en simulaties sterk bewijs dat de aanpak houdbaar is. Als de productie-uitdagingen voor het ultra-dunne relais kunnen worden opgelost en in vivo-tests de duurzaamheid bevestigen, zou deze methode de basis kunnen vormen voor een nieuwe generatie volledig draadloze, minimaal invasieve neuroprothetische systemen die gemakkelijker te implanteren zijn, comfortabeler in het dagelijks gebruik en beter acceptabel voor patiënten.

Bronvermelding: 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

Trefwoorden: draadloze stroomoverdracht, hersenstent, neuroprothetiek, endovasculaire implantaten, electrocorticografie