完美(中国)体育-国际医疗器械展览会Medtec独家 | 引领未来！生物医疗器械植入式电池技术的创新（下）

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人工智能驱动的电池康健监测技能已经经成为可植入电池的福音，由于这类技能可以或许和早提供关在电池改换的靠得住信息。植入式电池年夜致分为两类，即(i)不成充电且利用年限固定的原电池，以和(ii)由锂离子电池成长而来的二次充电电池。除了了确保植入式电池的生物相容性、寿命及可连续性外，还有应确保电池监控及治理手腕。国际医疗器械博览会Medtec指出，电池治理单位可以或许确定电池康健状态（SOH），猜测残剩利用寿命（RUL），从而确保准确的电池治理。电池SOH及RUL猜测于电池改换潜于需求预估方面起着主要作用，是以最近激发了研究兴致。图3给出了合用在SOH及RUL猜测的各类要领。电池SOH及RUL猜测要领分类以下。

5.1 基在模子的要领

基在模子的要领采用经验要领、等效电路来评估电池康健状态。

5.2 自顺应滤波

采用扩大卡尔曼滤波器、自顺应多参数预计器对于电池状况参数举行预计。

5.3 数据驱动要领

数据驱动要领包括呆板进修、深度进修预计器，以和统计预计器，如贝叶斯历程、高斯历程。

使用数据驱动要领及自顺应滤波要领成立了一种混淆模子来猜测植入式电池的RUL。基在是非影象收集（LSTM）的SOH猜测采用了轮回同步及动态时间规整要领，以便处置惩罚不匀称的电池退化轮回环境。国际医疗器械博览会Medtec研究注解，于另外一项研究中，采用贝叶斯优化的LSTM来猜测SOH及RUL。所有这些要领都有助在相识电池的康健状况及猜测电池的RUL。

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于设计IMD电池时，需要解决的重要挑战包括装备的寿命、尺寸小型化、所用质料的生物相容性以和装备贸易化的安全法例。所有这些挑战为研究与开发带来了年夜量时机。植入式电池成长的一个主要限定是其自身固有的，即电池技能成长迟缓。然而，质料及纳米科学的最新成长经由过程摸索新的生物相容性电解质、电极以和缩小植入式装备尺寸，于必然水平上解决了这一挑战。此中提出了使用新型纳米质料、仿生能量网络技能及无线充电功效来摸索差别的电池技能，以此作为传统电池的替换品。此外，葡萄糖燃料电池等替换能源的开发也有助在推进植入式电池技能。延伸电池寿命需要调解电池参数，是以于电池机能研究历程中对于新型电极及电解质质料的利用举行了摸索。

除了了寿命以外，生物相容性及安全性因素还有要求开发及利用新型可生物降解质料，是以对于生物可降解性加强质料的利用举行了摸索。镁离子、锌离子及钠离子电池组成可生物降解组，而锌离子、锂离子、生物燃料等电池组成不成降解电池组，有望鞭策将来的电池技能成长。建议对于电池举行专门测试以研究其降解特征，作为一项提高安全性的办法。尤其保举无线充电技能来有用应答这些挑战。是以，本文具体会商了当前电池技能所带来的局限性，并提出了提高IMD供电电池质量的解决方案。表2总结了植入式电池的设计挑战。由新型质料制成的电池如图4所示。

图4 植入式电池新型质料的示例 绿色可编程海藻酸锌聚合物电解质（转载自[72]。经Creative Co妹妹ons CC By许可，http://creativeco妹妹ons.org/licenses/by/4.0/）。a Zn-Alg-5电解质分步制备。b 电交联时间与聚合物厚度的变化 c 锌电交联于差别时间距离的照片

作为生物植入式装备的一部门，植入式电池的贸易化需要满意严酷的羁系及安全法则。国际医疗器械博览会Medtec指出，虽然此类划定对于医疗运用是强迫性的，但于年夜大都环境下，这些划定会成为技能实行的障碍。例如，安全划定因人口布局差别而异，这致使了可用性延迟，或者者于某些环境下，世界某些地域没法得到有价值的技能。一般来讲，医疗装备及器械按照其利用类型、繁杂性及相干危害因素分为三类，即第一类至第三类，此中危害最高的为第三类。心脏起搏器属在第三类，由于这类装备为有创植入。植入有源植入式医疗器械（AIMD）的人属在敏感性高危害人群，需要掩护其免受电磁滋扰（EMI）的风险，于设计植入式装备时需要从工程角度举行思量，以确保安全性。

原文来历：Discover Applied Sciences (Published online: 01 November 2024)

作者：Umapathi Krishnamoorthy、Priya Lakshmipathy、Manohar Ramya、Hady H. Fayek4

图片来历：Discover Applied Sciences

文章翻译：Medtec Team

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