Magnetische Induktion

Implantate sollen drahtlos mit Strom versorgt werden

US-Wissenschaftler haben ein System entwickelt, um Herzpumpen drahtlos von außen mit Strom zu versorgen. Das soll für mehr Bequemlichkeit bei den Patienten sorgen und das Risiko einer Infektion senken.

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Strom aus der Umgebung für das Implantat
Strom aus der Umgebung für das Implantat (Bild: Pramod Bonde, University of Pittsburgh Medical Center)

Ursprünglich waren Ventricular Assist Devices (VAD) nur als Übergangslösungen für Patienten gedacht, die auf ein Spenderherz warten. Die Pumpen haben sich inzwischen aber im Dauereinsatz bewährt. Das Problem ist allerdings die Energieversorgung. Wissenschaftler der Universität des US-Bundesstaates Washington in Seattle und des gemeinnützigen Unternehmens University of Pittsburgh Medical Center (UPMC) haben dafür eine Lösung gefunden.

  • Versuchsaufbau mit Spulen und einer Pumpe (Foto: University of Washington)
  • Zukunftsvision: Spulen in der Umgebung senden drahtlos Energie an den Patienten. (Grafik: Pramod Bonde, University of Pittsburgh Medical Center)
Versuchsaufbau mit Spulen und einer Pumpe (Foto: University of Washington)
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Sie haben ein System entwickelt, um die Pumpen von außen per magnetischer Induktion mit Energie zu versorgen. Dazu wird dem Patienten eine kleinen Spule als Empfänger unter die Haut implantiert. Darüber wird das VAD mit Energie versorgt. Dieses erhält zusätzlich einen kleinen Akku, der etwa zwei Stunden durchhält.

Weste mit Sender

Der Sender wird in ein Kleidungsstück, etwa eine Weste, integriert, die der Patient trägt. Darin befindet sich ein Akku oder ein Kabel, das zur Steckdose führt. Darüber wird der Sender mit Energie versorgt, die er an den Empfänger überträgt. Der Akku des VAD überbrückt die Zeit, in der der Patient das Kleidungsstück mit der Spule nicht trägt, etwa in der Badewanne oder beim Schwimmen.

Im nächsten Schritt soll auch die Weste wegfallen: Die Wissenschaftler um Joshua Smith von der Universität von Washington stellen sich vor, dass auch die Spule außen am Körper des Patienten drahtlos mit Strom versorgt wird. Dafür sollen in der Umgebung des Patienten Senderspulen untergebracht werden. Sie könnten etwa unter die Decke montiert oder in Möbelstücke eingebaut werden, etwa in die Stuhllehne oder ins Bett.

Wechselnde Entfernung und Ausrichtung

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Anders als etwa eine elektrische Zahnbürste oder ein schnurloses Telefon nimmt der Träger jedoch keine vordefinierte Position zu der Spule ein. Die Entwickler mussten deshalb Frequenz und einige andere Parameter des Systems so anpassen, dass trotz wechselnder Entfernung und Ausrichtung der Empfängerspule zum Sender effizient Energie übertragen wird. Die Energieübertragung bleibt konstant über eine Distanz, die dem Durchmesser des Senders entspricht. Eine 10 Zentimeter große Spule könnte also drahtlos über eine Entfernung von 10 Zentimetern Energie übertragen - weit genug, um ein Implantat zu versorgen.

Bislang werden die VADs per Kabel mit Strom versorgt: Der Patient trägt den Akku außerhalb des Körpers. Ein Kabel führt ins Innere und versorgt die Pumpe mit Strom. Das ist zumindest hinderlich: So kann der Patient beispielsweise damit nicht schwimmen oder baden.

Infektionsrisiko

Allerdings stellt das Kabel in den Körper auch eine Gefahr dar: Bei fast jedem zweiten Patienten kommt es zu Entzündungen. Manche davon sind so schlimm, dass die Patienten ins Krankenhaus müssen. In einigen Fällen gehen die Infektionen sogar tödlich aus. Ein drahtloses System würde also nicht nur für mehr Bequemlichkeit, sondern auch für mehr Sicherheit sorgen.

Smith, ein ehemaliger Mitarbeiter des Intel-Entwicklungszentrums in Seattle, und seine Kollegen haben ihre Entwicklung kürzlich auf einer medizinischen Fachkonferenz vorgestellt und dafür einen Preis für die beste Forschungsarbeit bei der Entwicklung eines künstlichen Herzens bekommen.

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