نبض حيات در باتري هاي هسته اي

نسل جديد ضربان سازهاي قلب در دانشگاه صنعتي اميرکبير طراحي شد
در قرن حاضر، حدود 40درصد از مرگ انسان ها، مربوط به بيماري هاي قلبي عروقي است. آمار بالاي مبتلايان به اين بيماري باعث شده هر ساله بيش از 250هزاران ضربان ساز قلب دائمي کاشته شود و در واقع ضربان سازها به يک ابزار درماني تبديل شده اند؛ اما با مشاهده رشد روز افزون استفاده از ضربان سازها، پايين آمدن سن بيماران نيازمند به ضربان ساز و کوتاه بودن عمر باتري هاي متداول که بين 5تا 10سال است مي توان به لزوم پرداختن به اين موضوع پي برد. در اين وسيله نياز به داشتن منبع تواني با چگالي انرژي بالا که براي مدت طولاني ولتاژ و جريان پايداري داشته باشد و در ضمن حجم کمي را نيز اشغال کند، ضروري است.
در اين خصوص پژوهشگران دانشکده فيزيک دانشگاه صنعتي اميرکبير موفق به طراحي و مدل سازي نوعي باتري هسته اي قلب با عمر طولاني شده اند که به دليل طول عمري در حدود 50سال ، عدم نياز به جراحي هاي مجدد و تعويض باتري ازمزاياي ويژه اي برخوردار است ؛ همچنين پايداري ولتاژ و توان اين باتري ها امکان استفاده ايمن و مطمئن از آن را در هر گونه شرايط محيطي فراهم مي آورد.
ضربان سازهاي مصنوعي قلب ، سيستم هاي الکترونيکي اي هستند که سعي در جبران نارسايي هاي قلبي دارند و عملکرد ذاتي قلب را تقليد مي کنند. در واقع وقتي قلب عملکرد طبيعي خود را از دست مي دهد يا دامنه پتانسيل هاي تحريک عضلات قلبي ضعيف مي شود، اين وسيله به طور خودکار به تقويت سيستم الکتريکي ذاتي قلب و کنترل نرخ ضربانات پرداخته يا در مواردي با جايگزين شدن ، ضربان قلب نامنظم يا کند را تنظيم مي کند.
پيس ميکر يا همان باتري قلب در واقع مي تواند کندي ضربان قلب را تشخيص دهد و با فرستادن جريان الکتريکي ، يک ضربان طبيعي و منظم را برقرار کند. اين دستگاه از قطعات کوچک رايانه اي و يک باتري کوچک ولي با طول عمر طولاني تشکيل شده است و در قسمت فوقاني سينه يا شکم در زير پوست تعبيه مي شود. جريان الکتريکي که به وسيله باتري توليد شده است از طريق سيم هاي مخصوصي که به آن ليد گفته مي شود و در قلب قرار مي گيرند به عضله قلب هدايت مي شود. اين سيم ها همچنين به باتري کمک مي کنند تا از چگونگي ضربان قلب آگاه شود و بتواند در موقع نياز، جريان الکتريکي لازم را بفرستد.
اگر ضربان قلب شما به حدي کند باشد که منجر به سرگيجه ، خستگي ، غش ، تنگي نفس يا از دست رفتن هوشياري شود ممکن است به باتري قلب نياز داشته باشيد. در مواردي ، کندي هاي بدون علامت هم نياز به باتري دارند؛ چراکه در بسياري از موارد به شما کمک مي کند تا يک ضربان قلب طبيعي داشته باشيد.
ضربان ساز قلب مي تواند ريتم قلب را تشخيص دهد و براساس آن و همچنين براساس آنچه به وسيله پزشک برنامه ريزي شده است مي تواند در زمان لازم با فرستادن موج الکتريکي به قلب ريتم طبيعي آن را حفظ کند. بيشتر آنها همچنين مي توانند فعاليت بيمار مانند از پله بالا رفتن يا ورزش کردن را تشخيص دهند و ضربان قلب را براساس ميزان فعاليت ، تند يا کند کنند.
به طور معمول ، عمر يک باتري قلب بين 5 تا 10سال است که اين ميزان وابسته به نوع باتري ، چگونگي عملکرد آن ، شرايط طبي بيمار و ديگر عوامل است ؛ البته باتري ناگهان از کار کردن نخواهد ايستاد و معمولا طي يک دوره چندين ماهه ، عمر آن به پايان خواهد رسيد و هميشه پيش از اتمام عمر آن زمان کافي براي تعويض وجود دارد. پزشکان در هر ويزيت ، طول عمر باتري را چک خواهند کرد. زماني که انرژي پيس ميکر نزديک به پايان باشد بايد با يک پيس ميکر جديد عوض شود، بنابراين يک عمل کوچک ديگر بايد انجام شود که در اين عمل تنها باتري که در زير پوست تعبيه شده عوض مي شود و سيم ها به طور دائم باقي مي مانند. فراموش نکنيم که باتري قلب ، بيماري قلبي را درمان نمي کند. علت ضربان قلب کند يا نامنظم را رفع نمي کند، ولي مي تواند براي سال هاي متمادي ضربان قلب را به طور طبيعي حفظ کند که در نتيجه به طور قابل توجهي کيفيت زندگي را در افراد مبتلا به آريتمي قلب بالا مي برد.

حفظ آهنگ قلب

پيشرفت فناوري در طراحي مدارات الکترونيکي ، منجر به توسعه ضربان سازها از جنبه هاي مختلفي همچون ابعاد و فشردگي مدارات ، قابليت برنامه ريزي و کنترل از راه دور و عملکرد هوشمندانه آنها در تشخيص و انتخاب نوع درمان شده است . در حال حاضر به گفته بسياري از دانشمندان اين حيطه ، مهم ترين پيشرفت در طراحي ضربان سازهاي مصنوعي مربوط به توسعه و طراحي باتري مناسب براي آنهاست.
به گفته معصومه محمديان ، دانشجوي کارشناسي ارشد مهندسي هسته اي (پرتو پزشکي) دانشگاه صنعتي اميرکبير و مجري طرح ساخت ضربان سازهاي قلب ، باتري هاي هسته اي اوليه به دليل عمر کوتاه ، نياز به حفاظ براي جلوگيري از پرتوگيري بيمار و قطعات الکترونيک و ابعاد، در رقابت با باتري هاي ليتيومي منسوخ شدند.
اين در حالي است که باتري طراحي شده در اين طرح ، به دليل نيمه عمر بالاي راديوايزوتوپ به کار رفته و انرژي پايين ذرات گسيل شده از آن ، بدون نياز به حفاظ قابل کاشت در بدن است ؛ همچنين به علت چگالي انرژي قابل ملاحظه منابع راديواکتيو در مقابل منابع توان رايج کنوني همچون سلول هاي ليتيومي ، ابعاد و وزن قطعه نهايي بسيار کمتر خواهد بود. از مزاياي استفاده از اين باتري به دليل طول عمري در حدود 50سال ، عدم نياز به جراحي هاي مجدد و تعويض باتري است. همچنين پايداري ولتاژ و توان اين باتري ها امکان استفاده ايمن و مطمئن از آنها در هر گونه شرايط محيطي را فراهم مي سازد.
محمديان با بيان اين که نيمه هادي و راديوايزوتوپ انتخاب شده در اين طراحي ، همچنين ساختار هندسي مدلسازي و بهينه شده آن موجب بالا رفتن بازده اين قطعه مي شود، مي افزايد: در اين نوع ضربان ساز قلبي از ماده راديواکتيو نيکل 63استفاده شده است که پرتوي بتاي حاصل از آن به الکترون تبديل شده و انرژي مورد نياز براي ايجاد تحريک لازم را در قلب فراهم مي کند.
پس از اين که ضربان ساز در بدن بيمار قرار داده شد، پزشک مي تواند در صورت نياز با استفاده از پروگرامر يا برنامه دهنده ، آن را از خارج از بدن تنظيم کند. پروگرامر درواقع يک رايانه ويژه است که فرامين لازم را از روي پوست به ضربان ساز منتقل کند. پروگرامر همچنين مي تواند اطلاعات موجود در ضربان ساز درباره قلب بيمار را در اختيار پزشک قرار دهد. در ضربان سازهاي مدرن با استفاده از سنسورهاي مختلف و ميکروپروسسورها، امکان برنامه ريزي سيستم به وسيله پزشک معالج و تنظيم سيگنال هاي قلبي متناسب با فعاليت هاي بيمار وجود دارد.

افزايش طول عمر باتري ها

طول عمر باتري هاي متداول يک ضربان ساز بين 5 تا 10سال است که اين ميزان به نوع باتري ، چگونگي عملکرد آن ، شرايط طبي بيمار و ديگر عوامل وابسته است . جالب اين که نخستين ضربان ساز 50سال پيش با عمر کمتر از يک سال به اندازه يک ساعت روميزي بود، امروزه ضربان سازها بسيار کوچک تر شده اند و مي توانند تا 3حفره قلب را تحريک کنند. ساده ترين انواع ضربان ساز را ضربان ساز تک حفره اي مي نامند چراکه آنها با سيم به يک حفره قلب (که معمولا بطن راست است) متصل مي شوند. ضربان سازهاي دوحفره اي دو سيم دارند که معمولا يکي در دهليز راست و ديگري در بطن راست قرار مي گيرد. در اين نوع ضربان ساز، ضربان بطن راست و چپ به شکل همزمان است و در بيماراني که مبتلا به نارسايي شديد قلبي هستند اين نوع پيس ميکر مي تواند منجر به افزايش کارايي قلب شود. هر کدام از اين ضربان سازها مي توانند سرعت ضربان قلب را با توجه به نياز بيمار تغيير دهند، به اين صورت که در زمان فعاليت بيمار، ضربان ساز ضربان قلب را تندتر و هنگام استراحت آن را کندتر مي کند.

ضربان سازهاي مصنوعي

در ارتباط با لزوم استفاده و نقش ضربان ساز مصنوعي در درمان آريتمي ها بايدگفت ، در مواردي که قلب توانايي تحريک عضلات را براي انقباض ندارد يا به شکل منظم اين اتفاق نمي افتد، در هر دو حالت موقتي و دائم ، به وسيله اي براي تحريک مصنوعي نياز خواهد داشت . استفاده نکردن از اين وسيله در چنين مواردي موجب بروز فيبريلاسيون ها و بلوک هاي شديدي مي شود که نتيجه آنها ايست کامل قلبي خواهد بود. در مواردي نيز عدم استفاده بموقع از اين وسيله در مراحل اوليه بروز اين اريتمي ها، به مرور منجر به ضعيف تر شدن عضلات ميوکارد مي شود و صدمات بيشتري را براي بيمار خواهد داشت.
محمديان با تشکر از همکاري مهندس سيداميرحسين فقهي ، مشاورو دکتر حسين آفريده استاد راهنماي اين پروژه درباره اجزاي اين باتري مي گويد: اين وسيله (در حال حاضر) يک جعبه کوچک است که در حالت دائمي طي يک جراحي در قفسه سينه کاشته مي شود و الکترودهاي آن به طور مستقيم با قلب برخورد دارد و پالس تحريک کننده قلب از اين طريق به قلب اعمال مي شود. اين دستگاه براي درمان آريتمي براديکاردي به کار مي رود و همچنين ممکن است در درمان تاکيکاردي آريتمي هاي سندرم سينوس بيمار، بلوک دهليزي بطني و... نيز استفاده شود و با توجه به شرايط بيمار، به منظور حفظ ريتم قلبي ، ممکن است به دو صورت موقتي يا دائمي مورد استفاده قرار گيرد. ضربان ساز دائمي در مشکلات غيرقابل بازگشت قلبي مانند بلوک کامل دهليزي بطني مورد استفاده قرار مي گيرد.
تاکنون انواع گسترده اي از منابع انرژي شيميايي ، بيولوژيکي و هسته اي براي استفاده به عنوان منبع توان در ضربان سازهاي قلب جستجو و بررسي شده اند.