Van een pacemaker om hartritmestoornissen te corrigeren kijkt niemand tegenwoordig nog op. Ook hersenimplantaten om symptomen voor Parkinson te onderdrukken zijn al wijdverspreid sinds de jaren ’90.
Recente ontwikkelingen in chip- en sensortechnologie maar ook digitale technologie hebben het nu mogelijk gemaakt om deze traditionele medische implantaten kleiner, slimmer en meer geconnecteerd te maken.
Tegelijkertijd zorgen de technologie evoluties ook voor onderzoek naar een aantal nieuwe types implantaten, denk maar aan een artificiële nier of pancreas. Daarmee beantwoordt de nieuwe generatie toestellen aan een veranderende visie in de gezondheidszorg die al langer gaande was. De focus verschuift naar preventie, vroegere ontdekking van aandoeningen en minimaal invasieve ziektebehandelingen, waarbij continue monitoring, gepersonaliseerde behandelingen en patiëntcomfort voorop staan.
Mogelijke toepassingen voor medische implantaten.
Chips worden kleiner, maar bevatten wel meer functies en zijn gevoeliger dan ooit. Deze revolutie in miniaturisering is voor medische implantaten erg belangrijk en opent de deur naar kleine, lichte apparaatjes die weinig energie verbruiken en comfortabel zijn voor de patiënt. Daardoor zijn ze een waardevol hulpmiddel voor de dokter om een op-maat-gemaakte diagnose te stellen of behandeling aan te bieden. Een voordeel van zo’n klein implantaat is immers dat het voor continue monitoring gebruikt kan worden wat voor bijkomende gegevens zorgt buiten de doktersbezoeken. Een opname of onderzoek in het ziekenhuis of bij de dokter blijven altijd momentopnames. Een constante monitoring in het comfort van de thuisomgeving via een implantaat bijvoorbeeld zou veel efficiënter zijn. Bovendien zou de eventuele behandeling ook ingebouwd kunnen worden in hetzelfde apparaatje.
Het is niet omdat medische implantaten kleiner worden, dat ze moeten inboeten aan functionaliteit. Integendeel! Bomvol functies zijn ze zelfs slimmer geworden. De apparaten bevatten verschillende sensoren, mogelijkheid tot behandelingsstrategieën en soms zelfs de algoritmes om een koppeling tussen beide mogelijk te maken. Dat is het zogenaamde gesloten lussysteem. Ondanks al deze mogelijkheden, zijn ze bovendien energiezuinig. Dat is erg belangrijk als je bijvoorbeeld draadloos het implantaat wil opladen, maar ook voor batterijgebruik. Zo’n groot onderhuids voorwerp zorgt voor heel wat ongemak en je wil natuurlijk ook niet om de haverklap een ingreep ondergaan om de batterij te vervangen.
De nieuwe generatie medische implantaten zet sterk in op draadloze technologie, niet alleen voor het opladen van het implantaat, maar ook voor het versturen van de data die het genereert. De implantaten zijn dus meer geconnecteerd. Om het implanteerbaar apparaat op te laden, kan je bijvoorbeeld contact maken met een draagbaar apparaat zoals een horloge of een pleister. Het implantaat zou ook kunnen communiceren met een smartphone om zijn werkingsstatus weer te geven en eventueel sensorgegevens op te vragen. Die gegevens kunnen ook van de smartphone of rechtstreeks via het implantaat zelf doorgestuurd worden naar de behandelende arts. Tegelijkertijd betekenen die functionaliteiten ook dat dataverwerking en software een grote rol speelt. Vaak is het nodig uit de onbewerkte stroom gegevens al op voorhand vitale informatie te plukken voor de arts. Aan de andere kant kunnen slimme algoritmes ook bepalen waar –in het implantaat, in de cloud, of bij het ontvangende apparaat– de verwerking gebeurt.
Imecs laatste generatie van het MUSEIC systeem-op-chip is een goed voorbeeld van een geïntegreerde oplossing. De chip combineert meerdere sensoren die biomedische parameters meten en analyseren, met een ultra-laag verbruik, algoritmes voor signaalverbetering en -vergaring en de mogelijkheid tot beveiligde bedrade/draadloze communicatie.
Om zulke medische implantaten werkelijkheid te maken, ontwikkelt imec specifieke geïntegreerde circuits. In tegenstelling tot commerciële alternatieven zijn deze uniek voor elke toepassing. Door co-design van de verschillende bouwstenen, die normaal aanwezig zijn als aparte chips, in 1 chip bekom je een systeem dat kleiner, sterker en meer economisch is. De nieuwste generatie medische implantaten vereisen een totaaloplossing. Daarbij gaat het niet alleen om welke sensoren en actuatoren geïmplementeerd kunnen worden, maar ook om oplossingen voor stroomvoorziening, communicatie met externe apparaten, biocompatibiliteit en dataverwerking.
Meer weten?
- Benieuwd naar alle concrete technologieën in imecs portfolio voor deze medische implantaten van de toekomst? Download onze recente white paper hier (enkel beschikbaar in het Engels).
