ЭЛЕКТРОННЫЕ ИМПЛАНТИРУЕМЫЕ УСТРОЙСТВА В ПРОЦЕССЕ ВНЕДРЕНИЯ БИОТЕХНОЛОГИЙ В ПОВСЕДНЕВНУЮ ЖИЗНЬ

ELECTRONIC IMPLANTABLE DEVICES IN THE PROCESS OF INTRODUCING BIOTECHNOLOGIES INTO EVERYDAY LIFE

Anna Shamkova

student, Department of Instrumental and Applied Software, MIREA – Russian technological University (RTU MIREA),

Russia, Moscow

Andrey Svishchev

scientific director, assistant of the Department of Practical and Applied Informatics, MIREA – Russian technological university (RTU MIREA), Institute of information technology,

Russia, Moscow

АННОТАЦИЯ

На сегодняшний день инновационные технологии играют большую роль в современном обществе. Имплантирование электронных устройств является одной из них. Данная технология находит применение в различных областях, таких как медицина, коммуникация, военная сфера, верификация пользователей и искусство. В данной статье будут рассматриваться области применения, проблемы и перспективы электронных имплантируемых устройств.

ABSTRACT

Today, innovative technologies play an important role in modern society. Implanting electronic devices is one of them. This technology is used in various fields, such as medicine, communication, the military, user verification, and the arts. This article will discuss the application areas, problems and prospects of electronic implantable devices.

Ключевые слова: RFID-метка, чип, имплантат, имплантация, идентификация.

Keywords: RFID tag, chip, implant, implantation, identification.

Электронные имплантаты – электронные приборы, вживлённые в тело биологического существа. Первые имплантаты появились еще в первой половине XX века, чему способствовало развитие медицины на фоне двух мировых войн. В 1956 году советскими учёными в Центральном научно-исследовательском институте протезирования и протезостроения Министерства социального обеспечения СССР был создан макет биоэлектрической руки, которая управлялась при помощи биотоков мышц. В 1970-х годах начали вживлять имплантаты во внутреннее ухо людям, страдающим серьезными нарушениями слуха. На сегодняшний день разработано большое количество систем искусственного зрения, а также проведено несколько удачных операций по имплантации таких систем.

Кохлеарный имплантат представляет собой электронное медицинское устройство, выполняющее работу поврежденного внутреннего уха по передаче звуковых сигналов к мозгу (рисунок 1).

Рисунок 1. Устройство кохлеарного имплантата

Звуковой процессор улавливает звуки и превращает их в цифровой код, который передается через катушку, расположенную на голове пациента, в имплантат. Имплантат превращает закодированный звук в электрические импульсы и направляет их через электродную решетку, расположенную в улитке. Электроды имплантата стимулируют слуховой нерв, расположенный в улитке. В свою очередь нерв посылает импульсы в мозг, который интерпретирует их как звуки.

Существует также возможность прямого подключения к видео- и аудиоаппаратуре для улучшения качества передаваемого звука. Проведенные исследования показали, что пациенты с кохлеарными имплантатами могут понимать до 80% предложений, тогда как при использовании слухового аппарата этот показатель составляет всего 10%. [1]

Имплантируемые электрокардиостимуляторы прочно вошли в практику лечения нарушений ритма и проводимости сердца. Быстрое совершенствование этих устройств привело к значительному расширению их использования и появлению новых возможностей электротерапии. Так, технология имплантируемых устройств на сегодняшний день развивается по трем основным направлениям: имплантируемые кардиовертеры-дефибрилляторы для электротерапии желудочковых тахиаритмий; имплантируемые устройства для лечения сердечной недостаточности или ресинхронизационной терапии; устройства для профилактики и лечения предсердных тахиаритмий.

Создаются также и комбинированные устройства, сочетающие в себе возможности нескольких видов электротерапии. [2]

Мозговые имплантаты. Имплантируемые в мозг однонаправленные датчики или устройства с обратной связью могут применяться для лечения различных заболеваний, например, эпилепсии и болезни Альцгеймера, для управления протезами конечностей и экзоскелетами, для получения сигналов от бионического глаза, а также для выполнения функций самого мозга. Общей целью современных имплантатов мозга и центром внимания многих текущих исследований является создание биомедицинского протеза, позволяющего обойти области мозга, которые стали дисфункциональными в результате инсульта или других травм головного мозга. Некоторые имплантаты включают создание интерфейсов между нейронными системами и компьютерными чипами. Эта работа является частью более широкой области исследований, называемой интерфейсом мозг-компьютер. [3, 4]

RFID (Radio Frequency Identification) – способ автоматической идентификации объектов, в котором с помощью радиосигналов считываются или записываются данные, хранящиеся в транспондерах, или RFID-метках. Имплантируемый в руку чип с функцией RFID является технологией дистанционной передачи электронной информации. С его помощью можно хранить текстовые данные, например, имя, адрес, контактную информацию, а также осуществлять контроль доступа и безопасности. Также для повышения комфорта и безопасности лечения пациентов RFID широко используется в медицине. В сами метки или в базу данных может заноситься вся информация о необходимых данных для лечения больных, например, группа крови, информация об аллергических реакциях или история болезни пациента.

В состав системы на базе RFID технологии входят:

• RFID-метка для хранения информации;
• антенна для приема и передачи сигнала;
• считывающее устройство (RFID-считыватель, или ридер).

Общий принцип работы RFID-системы заключается в следующем: RFID-считыватель излучает электромагнитную энергию, RFID-метка принимает сигнал от считывателя и формирует свой ответный сигнал, принимаемый антенной и обрабатываемый считывателем (рисунок 2).

Рисунок 2. Принцип работы системы на базе RFID

Считывание уникального кода RFID-метки производится по запросу считывающего устройства, формирующего через доли секунды радиочастотный сигнал, при попадании в поле действия которого радиометка передает свой ответный цифровой код. [5]

Стоит заметить, применение данных технологий имеет ряд ограничений, таких как нравственные, психологические, юридические и религиозные. Также существует вероятность повреждения имплантата и, вследствие, возможная сложность его восстановления, проблема биологической совместимости, проблема поиска источника питания имплантата.

Таким образом, электронные имплантируемые устройства уже в ближайшем будущем войдут в повседневную жизнь, предоставляя новые возможности в различных областях. На сегодняшний день ведутся активные разработки электронных имплантатов, которые позволят сохранять и передавать графические файлы в смартфон, фотографировать видимое человеческим глазом изображение и передавать его в любое локальное хранилище. Также разрабатываются имплантаты в мозг, способные как записывать сигналы, приходящие из нервных узлов, так и стимулировать другие нервные узлы в реальном времени с целью восстановления памяти. В перспективе будут разработаны биологически совместимые нейроинтерфейсы и имплантаты, позволяющие взаимодействовать нервной системе человека с компьютерами и глобальными сетями.

Список литературы:

1. Кохлеарные импланты [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.cochlear.com/ru/home/understand/hearing-and-hl/hl-treatments/cochlear-implant (дата обращения: 25.11.20)
2. Лебедев Д.С. Современные имплантируемые устройства в лечении нарушений ритма сердца [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.vestar.ru/article.jsp?id=10255 (дата обращения: 27.11.20)
3. Сычев И. Мозговые имплантаты сегодня и в будущем [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://habr.com/ru/post/411519/ (дата обращения: 27.11.20)
4. Имплантат мозга – Brain implant [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://ru.qaz.wiki/wiki/Brain_implant (дата обращения: 22.11.20)
5. Принцип работы систем на базе RFID технологии [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://asupro.com/gps-gsm/system/principle-work-systems-based-on-rfid.html (дата обращения: 02.12.20)
6. Головин С. 11 имплантируемых устройств, которые скоро будут у вас в теле будущем [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.ferra.ru/review/health/mHealth-Implants.htm (дата обращения: 01.12.20)