用于无导线血管内皮层电图的无线供电系统

为何无需导线为脑植入设备供电很重要

脑机接口和长期脑部监测设备正从科幻走向日常医学。一个有前景的方法是使用称为支架的小型金属支架，将其置入脑内血管以记录并可能刺激神经活动，而无需开颅。但当前系统仍依赖从脑部穿过血管延伸到胸部电子单元的长导线。这些导线带来手术风险、可能随时间损坏，并降低了患者的接受度。本文介绍了一种新的方式，通过仅在头皮下放置隐蔽部件并佩戴小型外部头部单元，将能量无线传输到基于支架的脑植入物，而无需任何长导线。

将能量送入大脑的新途径

作者提出了一种与常规临床支架兼容的供电系统，而非定制器件。该系统由三部分组成：带线圈的外部头戴模块、一条夹在头皮下、颅骨上方的纸片般薄的中继条，以及位于沿脑表面静脉内的深层支架。外部线圈通过磁场向中继中的匹配线圈发送能量。中继随后将该能量以电场的形式通过颅骨和周围组织传递到支架。关键在于支架本身作为接收元件，因此无需在本已狭窄的血管内塞入额外硬件。

把磁场变成电场

设计的核心是位于皮下的中继，它将一种无线传输方式转换为另一种。在外侧，中继的平面线圈通过磁耦合捕获能量，类似于无线手机充电器。在内侧，中继中的两块长薄金属板像电容器的两极，建立起穿过骨骼、膜和液体的电场，作用于支架的两个分开段。简单的电子元件——仅二极管和电容——即可将这种交变能量整流为传感器、通信电路及可选刺激电子设备所需的稳定电源。由于中继被动且极薄，可在不产生机械部件和仅造成极小干扰的情况下置于头皮下。

对系统进行测试

为验证该方案在现实条件下的可行性，团队搭建了一个测试台，使用真实动物的骨骼、血管和盐水溶液来模拟人头的层状结构。他们仔细改变了支架长度、支架段间距、金属板尺寸、板间距、支架距骨深度以及工作频率，进行了数百次测量以寻找最佳组合。结果发现了两个有用的频段，其中最实用的在约40–50兆赫兹范围。通过优化尺寸，他们能够向支架传输超过45毫瓦的功率，同时将整体直流效率保持在约7%——目前为止这是尚未改装的脑内支架报道到的最高值。基于详尽人头解剖的计算机模型与实验台结果高度一致，证明这些测量并非实验台设置的偶发现象。

在头内进行安全性检查

任何向体内传输能量的无线系统都必须满足严格的加热和辐射暴露限制。研究者使用先进的有限元仿真来计算组织吸收传输能量的量，即比吸收率（SAR），并评估局部温度随时间上升的情况。在输入功率足以向支架提供约45毫瓦的情况下，皮肤、骨骼和脑组织的峰值与平均SAR值均远低于国际安全阈值。持续数小时运行的温度模拟显示仅有微小升高——在十分之几摄氏度量级——主要集中在靠近中继和外部线圈的头皮区域，植入物本身未出现升温。

这对未来脑科技可能意味着什么

这项工作表明，技术上并在安全范围内，可以完全无长导线且无需定制支架设计地为脑内支架植入物供电。所提出的架构能够提供足够的功率用于高质量的脑电信号记录，甚至按需刺激，同时保持头皮下硬件薄且被动，并允许外部单元松散地放置在头部。尽管磁场与电场在中继附近如何相互作用的详细物理机制仍需更深入的理论研究，实验与仿真的结合提供了有力证据表明该方法是可行的。如果超薄中继的制造难题得到解决并且体内实验证实其耐久性，该方法有望支撑新一代完全无线、微创的神经假体系统，使植入更容易、佩戴更舒适、且更被患者接受。

引用: 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

关键词: 无线能量传输, 脑支架, 神经假体, 血管内植入物, 皮层电图