הטענת קוצב לב
מטען אלחוטי לקוצב לב
שם המנחה:
אורן למדן
איתמר פייגנבאום
בית ספר :אורט גרינברג
קריית טבעון
ת"ז
שם התלמיד:
ת"ז
חגי שכטר
318262037
נועם בלום
316139922
אורט גרינברג – קרית טבעון
הצעת פרוייקט
הצעת
תוכן עיניינים
1.1
1.2
1.3
1.4
מבוא3 .....................................................................................................................
הרעיון 3 .........................................................................................................
הגדרת הבעיהותיאור המצב הקיים 3 ................................................................
המטרה שמבקשים להשיג 3 ............................................................................
תיאור המערכת והגדרת צרכים ודרישות3 .........................................................
1
1.5
סקר שוק ומוצרים דומים 4 ..............................................................................
2
2.1
2.2
סקר ספרות 5 ...........................................................................................................
טבלת סיכום 5 ................................................................................................
סקר ספרות ראשוני -פירוט6 ...........................................................................
התייחסות לגישת 10 ......................................................................................... STS
3
היבט מדעי10 .................................................................................................
3.1
היבט טכנולוגי10 ............................................................................................
3.2
היבט חברתי 10 ..............................................................................................
3.3
חלוקת עבודה11 .......................................................................................................
4
תיכנון זמנים12 ........................................................................................................
5
רשימה ביבליוגרפית 13 .........................................................................................................
2
הצעת פרוייקט
1
אורט גרינברג – קרית טבעון
מבוא
1.1הרעיון
מכשיר שימנע את הצורך בניתוח להחלפת קוצב לב על ידי הטענה אלחוטית של הסוללה.
2.1הגדרת הבעיהותיאור המצב הקיים
כיום משתילים קוצבי לב מלאכותיים לאנשים שקוצב הלב הטבעי שלהם לא מתפקד כמו
שצריך.
קוצב הלב האלקטרוני מושתל מתחת לעור ופועל בעזרת סוללה שאורך חייה כחמש עד עשר
שנים ובסופו יהיה צורך בהחלפת הסוללה בשל התכלותה .החלפת הסוללה כלולה בניתוח
ולפני זה מספר מפגשים לבדיקת מצב הקוצב והסוללה.
3.1המטרה שמבקשים להשיג
ביטול הצורך בניתוח החלפת קוצב לב ואולי הקלה על חיי המטופל בעזרת הפחתת מספר
המפגשים עם קרדיולוג.
4.1תיאור המערכת והגדרת צרכים ודרישות
המערכת מורכבת משני חלקים עיקריים:
.1רכיב שישב על הקוצב שיאפשר את ההטענה.
.2מטען -המטען יתחבר לשקע חשמלי וישב על העור של המטופל מעל קוצב הלב (מבלי
לחדור לגופו) ,ויטעין את הסוללה בעזרת טכנולוגיה של הטענה אלחוטית.
הדרישות מהמערכת הן:
.1המערכת צריכה להיות לא פולשנית ונוחה לשימוש.
.2המערכת צריכה להתאים לטכנולוגיית קוצבי הלב שנמצאים בשימוש כיום ,ולא לשנות
חלק נוסף מלבד הסוללה שלהם.
.3אורך חיי הסוללה צריך להיות ארוך ככל הניתן להשיג בכדי להקל על חיי המטופל כמה
שיותר.
3
הצעת פרוייקט
אורט גרינברג – קרית טבעון
5.1סקר שוק ומוצרים דומים
מבחינת קוצבי לב:כיום לא קיימים מוצריםהמאפשרים הטענת קוצב לב.
באוניברסיטת MITמהנדס בשם ראהול סרפשקאר מנסה להפעיל קוצב לב בעזרת נוזל עצבי
,המכיל הרבה גלוקוז ומעט תאים של המערכת החיסונית שעלולים לפגוע בשתל ,ע"י פירוק
הגלוקוז להקפת אנרגיה כמו בתהליך הנשימה התאית.
שתלים כאלה לא קיימים היום בשוק משום שעד עכשיו לא התליחו ליצור תא דלק שמפיק
מספיק אנרגיה להפעלת קוצב לב.
הטענה אלחוטית :כיום קיימת חברה ישראלית בשם " "Powermatהמייצרת משטחים
המאפשרים להטעין טלפונים סלולריים בצורה אלחוטית .המשטחים האלה נמצאים ברוב
בתי הקפה והמסעדות בארה"ב כיום.
בנוסף ,רוב הטלפונים הסלולריים החדשים מיוצרים עם רכיב מובנה המאפשר הטענה
אלחוטית.
הטכנולוגיה שממנה צמח הרעיון לטעינה אלחוטית נקראת .RFIDהשימוש העיקרי כיום
בטכנולוגיה הזו הוא כרטיסי זיהוי מגנטיים.
4
אורט גרינברג – קרית טבעון
הצעת פרוייקט
2
סקר ספרות
1.2טבלת סיכום
היבט
חברתי
מדעי
נושא
צמצום
ניתוחים.
ביטול \ צמצום מספר
ניתוחים להחלפת סוללה.
שיפור חיי אדם בעל קוצב
לב.
שיפור איכות
חיים.
צמצום מספר ביקורים אצל
קרדיולוג.
שיפור חיי אדם בעל קוצב
לב.
זרם חשמלי במוליך יוצר שדה ניתן להשתמש בתהליך זה
השראה
אלקטרומגנטית .מגנטי וניתן להשתמש בשדה על מנת להטעין שתלים
מגנטי זה בשביל להעביר זרם בגוף שנמצאים מתחת לעור
(בטווח קצר).
במוליך אחר מבלי שייגע
במוליך המקורי.
הפעילות
החשמלית של
הלב.
קוצב הלב הוא קבוצה של
תאים מיוחדים השולחים
לשריר הלב אותות חשמליים
(יוני סידן) שמפעילים את
שרירי הלב.
קוצב הלב המלאכותי
מחכה את פעולת קוצב הלב
הטבעי ומחליף את קוצב
הלב הטבעי לאחר כשל
בפעולתו.
הטענה
אלחוטית.
קיימת טכנולוגיה המאפשרת
להטעין סוללה (כיום של
טלפון סלולרי) מטווח קרוב
מבלי חיבור הכריחי בעזרת
השראה אלקטרומגנטית.
אנו מתכוונים להשתמש
בטכנולוגיה זו על מנת
להטעין קוצב לב מבלי
חדירה לתוך גוף האדם.
קוצב לב.
קיצוב לב מלאכותי מתבצע
ע"י הנחת מוליכים בין הלב
לבין מכשיר אלקטרוני
המושתל בגוף החולה.
טכנולוגי
5
תיאור תמציתי
רלוונטיות לפרויקט
קוצב לב הוא בעל סוללה
שמחליפים אחת לחמש עד
עשר שנים ואנו רוצים
לייצר דרך להפסיק את
אורט גרינברג – קרית טבעון
הצעת פרוייקט
התפקידים :זיהוי קצב הלב
הטבעי (במידה וקיים) וגירוי
חשמלי מתאים כדי להגיע
לקצב לב מספק.
סוללות
אינדיקציה על
מצב סוללה.
ההחלפה ,כלומר הטענת
הקוצב.
כיום קיימות טכנולוגיות רבות בפרויקט אנחנו רוצים
להטעין סוללה ,במקום
בתחום הסוללות ,חלקן
מאפשרות טעינה וחלקם לא .להחליף אותה ,ולכן עלינו
להבין טכנולוגיות שונות של
סוללות.
כיום קיים כמעט בכל מכשיר
חשמלי אינדיקציה על מצב
הסוללה (באחוזים).
אנו רוצים לספק לקרדיולוג
ולחולה אפשרות להסתכל
על מצב הסוללה של הקוצב
על מנת לדעת מתי להטעין
אותו ועד מתי.
2.2סקר ספרות ראשוני -פירוט
ניתוח להשתלת קוצב לב:
כיום ,כאשר לאדם יש הפרעות במעילות החשמלית של הלב הוא עובר ניתוח להשתלת קוצב לב
מלאכותי.
הניתוח מתבצע בחדר צינתורים בתנאים סטריליים .תחילה הקוצב מוחדר מתחת לעור (הסוללה
היא החלק הקרוב ביותר לעור) בחלקו העליון של בית החזה ,ולאחר מכן מועברות האלקטרודות
דרך כלי הדם אל הלב.
תהליך ההתאוששות מהניתוח הוא שונה עבור כל אדם.בהתחלה המטופלים חשים תעוקה באזור
ההשתלה בגלל משקלו של הקוצב (בממוצע כ 50-ג') ,אך תחושה זו נעלמת עם הזמן וכעבור זמן מה
המטופלים חוזרים לתפקוד יומיומי מלא ונורמלי.
6
הצעת פרוייקט
אורט גרינברג – קרית טבעון
לאחר כשבע שנים בממוצע מתבצע ניתוח נוסף ,שהוא ניתוח להחלפת הסוללה .הניתוח להחלפת
הסוללה הוא ניתוח יותר פשוט מההשתלה הראשונית ,אך גם לו יש תהליך ההתאוששות שלו
דומה לזה של ניתוח ההשתלה.
קוצב לב:
קוצב לב הוא מכשיר שמשתילים בגופם של חולים בעלי הפרעות בפעילות החשמלית של הלב.
קוצב הלב בנוי משלושה חלקים עיקריים :הסוללה ,המעבד ויצרן הפולסים.
יצרן הפולסים מקבל פקודות מהמעבד ,ולפיהן הוא מייצר את הפולסים הנשלחים אל הלב .היצרן
צורך את רוב האנרגיה של הקוצב.
המעבד הוא קטן ,צורך מעט מאד אנרגיה ומסוגל לבצע פעולות עיבוד פשוטות ביותר.
הסוללה של קוצבי הלב כיום היא סוללת ליתיום בעלת מתח של כ 2.6Vותכולת אנרגיה של כ.2Ah
תצרוכת האנרגיה של הקוצב היא כ ,W -מה שמקנה לסוללה אורך חיים של כשבע שנים
בממוצע.
גודל הסוללה הוא כחצי מגודל הקוצב ,המעבד מהווה כ 40%מגודל הקוצב ,בעוד יצרן הפולסים
הוא החלק הקטן ביותר בקוצב.
הפעילות החשמלית של הלב:
פעילות הלב מתחלקת לשני חלקים עיקריים:
.1פעילות מכנית -ההתכווצות של שרירי הלב ,סגירת המסתמים והזרמת הדם עצמה.
.2פעילות חשמלית -המפעילות החשמלית של הלב היא הפיקוח על הפעילות המכנית שלו,
היא זו שדואגת לפעולה מסונכרנת ומתוזמנת של שרירי הלב.
הפעילות החשמלית של הלב נוצרת ע"י רקמה קטנה של תאים מיוחדים שנמצאת על הלב
ונקראת "קוצב הלב הטבעי" .הקוצב הטבעי שולח אותות עצביים אל העליות של הלב ,מה
שגורם להם להתכווץ .לאחר מכן האות מגיע אל חלק נוסף בלב הדומה לקוצב הלב ונקרא
"הקוצב המשני" .הקוצב המשני נמצא באזור המחיצה בין החדרים לעליות ,הוא שולח אות
עצבי חזק אל החזרים ,מה שגורם להם להתכווץ בחוזקה ולשלוח את הדם אל הגוף.
כיום הדרך המקובלת לעקוב אחרי הפעילות החשמלית של הלב היא באמצעות בדיקת ECG
). (Electro Cardio Gram
7
הצעת פרוייקט
אורט גרינברג – קרית טבעון
השראה אלקטרומגנטית:
כאשר מעבירים דרך סליל מגנט קבוע ,ניתן למדוד בקצוות הסליל מתח חשמלי.
המתח שנמדד על הסליל גדל ככלשמגדילים את מהירות התנועה של המגנט ביחס לסליל .
כלומר ,מגנט הנמצא במנוחה ביחס לסליל לא יפיק בו מתח ,אפילו אם המגנט המדובר חזק
במיוחד ,בעוד שמגנט הנמצא בתנועה ביחס לסליל יפיק בו מתח ,אפילו אם הוא חלש.
תופעה זו קורת גם כאשר מעבירים זרם משתנה דרך סליל .העברת הזרם גורמת לייצור של שדה
מגנטי מסביב לסליל המדובר .כאשר מניחים סליל נוסף ליד הסליל המדובר ,השדה המגנטי הנוצר
מהזרם שנמצא בסליל הראשון גורם להעברת מתח בסליל השני .השדה המגנטי שנוצר הוא אינו
שדה קבוע ,אלא משתנה ,ולכן למרות שהסליל השני נמצא במנוחה ביחס לסליל הראשון ,הסליל
השני נמצא בתנועה ביחס לשדה המגנטי ,ולכך עובר בו מתח.
כמות האנרגיה העוברת בסליל השני נמצאת ביחס ישר ביחס לגודל השדה המגנטי וביחס הפוך
למרחק של הסליל ממקור השדה.
הטענה אלחוטית:
טעינה אלחוטית משתמשת בשדה אלקטרומגנטי בכדי להעביר אנרגיה (חשמל) בין שני מכשירים
אלקטרוניים .האנרגיה נשלחת דרך הצמדה של המכשיר הטוען למכשיר הנטען (טווח אפסי) וכך
מאפשר הטענת סוללות.
כיצד זה קורה :סליל במשדר ,מחולל שדה אלקטרומגנטי ,שמתורגם לאנרגיה חשמלית והיא
נקלטת במקלט בעל סליל שני נגדי לו.
טעינה אלחוטית משתמשת בשדות מגנטיים שהם חלק טבעי של התנועה של הזרם דרך כבל
חשמלי .בכל פעם שזרם חשמלי עובר דרך כבל חשמלי ,הוא יוצר שדה מגנטי מעגלי סביב הכבל זה.
כיפוף החוט לתוך סליל מעצים את השדה המגנטי.
אם נניחסליל שני של אותו סוג כבל בשדה המגנטי שנוצר ,השדה יכול לגרום לזרם באותו הכבל.
זה לדוגמא ,איך שמטעינים אלחוטית סוללה של טלפון.
אפשר לחלק פעולה זו לשלושה שלבים ראשיים:
)1זרם מהשקע בקיר זורם דרך סליל בתוך המטען ,יוצר שדה מגנטי.בשנאי ,סליל זה נקרא פירוק
הראשוני.
)2כאשר אתה מציב את הטלפון הסלולרי שלך במטען ,השדה המגנטי גורם לזרם בסליל אחר,
שמגיעה לסוללה.
)3זרם זה טוען את הסוללה.
8
הצעת פרוייקט
אורט גרינברג – קרית טבעון
כיום החברה הגדולה ביותר שמייצרת מטענים אלחוטיים היא חברה ישראלית בשם "."Powermat
החברה מייצרת משטחים המעבירים חשמל לטלפונים ניידים בהספקים של עד ,18Wאך הם
מסוגלים גם להעביר חשמל בהספקים יותר נמוכים כדי למנוע שריפה של הסוללה.
טכנולוגיות של סוללות:
כיום קיימות בשוק סוגים רבים של סוללות המתחלקות לשני סוגים עיקריים:
.1סוללות ראשוניות :סוללות אלה מיוצרות במצב טעון ,מכוונות לשימוש חד פעמי ולכן לא ניתנות
להטענה.
.2סוללות שניוניות :סוללות המסוגלות להיטען פעמים רבות .הטכנולוגיה המקובלת כיום ליצירת
סוללות שניוניות נקראת סוללת ליתיום-יון.
סוללת ליתיום-יון פועלת על ידי פריקה של תאים חשמליים ,וניתן לטעון את הסוללה ע"י טעינת
התאים.
סוללה מהסוג הזה נמצאת בשימוש בעיקר בטלפונים ניידים ומוצרי אלקטרוניקה שונים .הסוללת
שנמצאות בשימוש בטלפונים ניידים מסוגלת לספק מתח של כ3.7Vבהספקים שונים ,ובגדלים
שונים .בנוסף ,סוללות ליתיום הן מאד קלות.
על פי הנתונים שהצגנו לפני כן ,אפשר להבין כי ניתן להשתמש בסוללות ליתיום בקוצבי לב,
ומכיוון שסוללות ליתיום ניתנות להטענה ,ברור כי ניתן להשתמש בטכנולוגיה של ההטענה
האלחוטית בכדי להטעין קוצב לב בדרך לא פולשנית ואולי אף ביתית.
9
הצעת פרוייקט
3
אורט גרינברג – קרית טבעון
התייחסות לגישת STS
1.3היבט מדעי
לפרוייקט יש היבט מדעי משום שהוא עוסק בהשראה אלקטורמגנטית ,שהיא תופעה פיזיקלית
בחשמל.
בנוסף ,הפרוייקט עוסק בפעילותו החשמלית של הלב ובהפרעות בה.
2.3היבט טכנולוגי
לפרוייקט יש היבט טכנולוגי משום שהוא מתעסק בטכנולוגיות רבות ובשילוב שלהם למען מטרה
אחרת מן המטרה לשמה הן פותחו למשל ,בפרוייקט אנו נשתמש בטכנולוגיה של הטענה אלחוטית,
שבמקור כוונה לשימוש בטלפונים סלולריים.
בנוסף ,בפרוייקט אנו נעסוק בטכנולוגיות של סוללות נטענות.
3.3היבט חברתי
לפרוייקט יש היבט חברתי משום שהוא עוסק בהקלה על חיי מטופלים בעלי קוצב לב במובן של
צמצום מספר הניתוחים שהם יעברו במהלך חייהם.
10
אורט גרינברג – קרית טבעון
הצעת פרוייקט
4
חלוקת עבודה
נועם בלום*
חגי שכטר*
נושאים
מחקר
טכנולוגיות
של סוללות
נטענות
טכנולוגיות של
קוצבי לב
פיתוח
פיתוח מטען
אלחוטי
בהספקים
מתאימים
התאמה של
המטען לקוצבי
לב
פיתוח
*כל הנושאים יעשו בשיתוף פעולה חלקי.
11
בניית אבטיפוס.
אורט גרינברג – קרית טבעון
הצעת פרוייקט
5
תיכנון זמנים
שלבים
כיתה יא
אוק'
א .בחירת נושא
ב .הצעת
פרוייקט
ג .בדיקת
טכנולוגיות
קיימות
ד .פיתוח השלב
הראשוני של
הפרוייקט
("Hello
)"World
ה .התאמת
המוצר לקוצבי
לב
ו .אופטימיזציה
ז .בניית
אבטיפוס
12
דצמ'
כיתה יב
ינואר
מרץ
יוני
ספט'
נוב'
ינואר
-
-
-
-
-
-
-
נוב'
פבר'
מאי
ספ'
אוק'
דצמ'
פבר'
אורט גרינברג – קרית טבעון
הצעת פרוייקט
רשימה ביבליוגרפית
:ויקיפדיה
http://he.wikipedia.org/wiki/%D7%9C%D7%91_%D7%94%D7%90%D7%93%D7%9D#.D7.9E.D7
.A2.D7.A8.D7.9B.D7.AA_.D7.94.D7.94.D7.A4.D7.A2.D7.9C.D7.94_.D7.95.D7.94.D7.94.D7.95.D
7.9C.D7.9B.D7.94_.D7.94.D7.97.D7.A9.D7.9E.D7.9C.D7.99.D7.AA_.D7.A9.D7.9C_.D7.94.D7.9C
.D7.91
http://he.wikipedia.org/wiki/RFID#.D7.A9.D7.99.D7.9E.D7.95.D7.A9.D7.99.D7.9D
http://he.wikipedia.org/wiki/%D7%A4%D7%90%D7%95%D7%95%D7%A8%D7%9E%D7%98
:"Powermat" אתר החברה
http://www.powermat.com/
:מאמרים של מכון וייצמן
http://ptc.weizmann.ac.il/_Uploads/dbsAttachedFiles/1671faraday.pdf
:"אתר "המרכז הרפואי תל אביב
http://www.tasmc.org.il/Articles/Cardiology/Pages/pacemaker-info.aspx
:סיינטיפיק אמריקן ישראל
http://sciam.co.il/archives/6552
:Howstuffworks.com
http://electronics.howstuffworks.com/everyday-tech/wireless-power.htm
13
© Copyright 2024