Система беспроводной передачи энергии для беспроводной эндоваскулярной электрокортикографии

Почему важно питать имплантаты мозга без проводов

Интерфейсы «мозг‑компьютер» и длительные мониторинговые устройства для мозга перестают быть научной фантастикой и входят в повседневную медицину. Один перспективный подход использует крошечные металлические каркасы, называемые стентами, которые можно разместить внутри кровеносных сосудов мозга для записи и, возможно, стимуляции нейронной активности без вскрытия черепа. Но современные системы всё ещё опираются на длинные провода, идущие от мозга через сосуды к электронному блоку в грудной клетке. Эти провода увеличивают риски при операции, со временем могут выходить из строя и делают всю систему менее привлекательной для пациентов. В статье описан новый способ передачи энергии таким стент‑имплантатам без длинных проводов, используя только скрытые элементы под кожей головы и небольшой внешний модуль, надеваемый на голову.

Новый способ подачи энергии в мозг

Авторы предлагают систему питания, совместимую с обычным клиническим стентом, а не с изготовленным на заказ устройством. Система состоит из трёх частей: внешнего модуля, надеваемого на голову, с катушкой; бумажно‑тонкой релейной полосы, помещаемой под кожей головы над черепом; и стента, расположенного глубоко в вене, идущей по поверхности мозга. Внешняя катушка передаёт энергию магнитным полем на соответствующую катушку в реле. Реле затем преобразует её в электрическое поле, которое проходит через череп и окружающие ткани к стенту. Важно, что сам стент используется как приёмный элемент, поэтому в сосуд не нужно помещать дополнительную электронику.

Преобразование магнитного поля в электрическое

В основе конструкции лежит под‑кожное реле, которое переводит один способ беспроводной передачи в другой. С внешней стороны плоская катушка реле улавливает энергию магнитной связи, аналогично беспроводной зарядке телефона. С внутренней стороны две длинные тонкие металлические пластины в реле функционируют как стороны конденсатора. Они создают электрическое поле, которое проходит через кость, оболочки и жидкости к двум разделённым участкам стента. Простые электронные компоненты — диоды и конденсаторы — выпрямляют переменную энергию в постоянную для питания датчиков, коммуникационных схем и опциональной стимуляции внутри или рядом со стентом. Поскольку реле пассивно и крайне тонкое, его можно разместить под кожей головы с минимальными нарушениями и без движущихся частей.

Испытание системы

Чтобы проверить работоспособность схемы в реалистичных условиях, команда собрала испытательный стенд с использованием настоящей животной кости, сосудов и солевого раствора для имитации слоёв человеческой головы. Они аккуратно варьировали длину стента, расстояние между его секциями, размер пластин, промежуток между пластинами, глубину залегания стента под костью и рабочую частоту, выполнив сотни измерений для поиска наилучшей комбинации. Были обнаружены два полезных диапазона частот, причем наиболее практичный — около 40–50 мегагерц. При оптимизированных размерах удалось доставить в стент более 45 милливатт мощности при общей эффективности по постоянному току примерно 7% — на данный момент это самый высокий показатель для немодифицированного стента в мозге. Компьютерные модели с детальной анатомией человеческой головы хорошо согласовались с результатами экспериментов, подтверждая, что наблюдения не являются случайностью лабораторной установки.

Проверка безопасности внутри головы

Любая беспроводная система, посылающая энергию в тело, должна соответствовать строгим ограничениям по нагреву и экспозиции. Исследователи использовали продвинутые конечно‑элементные модели для расчёта того, какая доля передаваемой энергии поглощается тканями — величины, известной как удельная скорость поглощения (SAR), — и насколько местно повысится температура со временем. При входной мощности, достаточной для доставки примерно 45 милливатт в стент, пиковые и усреднённые значения SAR в коже, кости и мозге оставались существенно ниже международных предельно допустимых значений. Моделирование изменения температуры при нескольких часах непрерывной работы показало лишь незначительное повышение — порядка долей градуса Цельсия — сосредоточенное главным образом в области кожи головы рядом с реле и внешней катушкой, при отсутствии нагрева в самом имплантате.

Что это может значить для будущих технологий мозга

Работа демонстрирует, что технически и с точки зрения безопасности возможно полностью питать стент‑имплантат мозга без длинных проводов и без модификации конструкции стента. Предложенная архитектура способна обеспечить достаточную мощность для высококачественной записи мозговых сигналов и даже для стимулирования по требованию, при этом аппаратура под кожей остаётся тонкой и пассивной, а внешний модуль может свободно располагаться на голове. Хотя детальная физика взаимодействия магнитных и электрических полей вблизи реле требует дополнительного теоретического изучения, сочетание экспериментов и моделирования даёт убедительные доказательства правильности подхода. Если удастся решить производственные задачи по изготовлению ультратонкой релейной полосы и ин‑виво испытания подтвердят её надёжность, этот метод может стать основой нового поколения полностью беспроводных, минимально инвазивных нейропротезных систем, которые проще в имплантации, комфортнее в повседневной жизни и более приемлемы для пациентов.

Цитирование: 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

Ключевые слова: беспроводная передача энергии, стент для мозга, нейропротезирование, эндоваскулярные имплантаты, электрокортикография