Objective: Cardiac pacemakers are powered by batteries, which become exhausted after a few years. This is a problem in particular for leadless pacemakers as they are difficult to explant. Thus, autonomous devices powered by energy harvesters are desired. Methods: We developed an energy harvester for endocardial implantation. The device contains a microgenerator to convert a flexible turbine runner's rotation into electrical energy. The turbine runner is driven by the intracardiac blood flow; a magnetic coupling allows hermetical sealing. The energy harvester has a volume of 0.34 cm3 and a weight of 1.3 g. Computational simulations were performed to assess the hemodynamic impact of the implant. The device was studied on a mock circulation and an in vivo trial was performed in a domestic pig. Results: In this article, we show that an energy harvester with a 2-bladed 14-mm-diameter turbine runner delivers 10.2 ± 4.8 μW under realistic conditions (heart rate 80/min, stroke volume 75 ml) on the bench. An increased output power (>80 μW) and power density (237.1 μW/cm3) can be achieved by higher stroke volumes, increased heart rates, or larger turbine runners. The device was successfully implanted in vivo. Conclusion: The device is the first flow-based energy harvester suitable for catheter-based implantation and provides enough energy to power a leadless pacemaker. Significance: The high power density, the small volume, and the flexible turbine runner blades facilitate the integration of the energy harvester in a pacemaker. This would allow overcoming the need for batteries in leadless pacemakers.

中文翻译：

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适合基于导管植入的心内涡轮机 - 一种动力电池和无引线心脏起搏器的方法？

目标：心脏起搏器由电池供电，电池会在几年后耗尽。这对于无引线起搏器来说尤其是一个问题，因为它们难以移植。因此，需要由能量收集器供电的自主设备。方法：我们开发了一种用于心内膜植入的能量采集器。该设备包含一个微型发电机，可将灵活的涡轮转轮的旋转转换为电能。涡轮由心内血流驱动；磁耦合允许密封。能量收集器的体积为 0.34 cm3，重量为 1.3 g。进行了计算模拟以评估植入物的血流动力学影响。该装置在模拟循环中进行了研究，并在一头家猪中进行了体内试验。结果：在本文中，我们展示了在工作台上的实际条件（心率 80/分钟，每搏输出量 75 毫升）下，带有 2 叶直径 14 毫米涡轮转轮的能量收集器可提供 10.2 ± 4.8 μW 的功率。增加的输出功率 (>80 μW) 和功率密度 (237.1 μW/cm3) 可以通过更高的每搏输出量、更高的心率或更大的涡轮转轮来实现。该装置已成功植入体内。结论：该设备是第一个适用于导管植入的基于流量的能量收集器，并提供足够的能量为无引线起搏器供电。意义：高功率密度、小体积和灵活的涡轮叶片有助于将能量收集器集成到起搏器中。这将有助于克服无铅起搏器对电池的需求。2 ± 4.8 μW 在实际条件下（心率 80/min，每搏输出量 75 ml）在工作台上。增加的输出功率 (>80 μW) 和功率密度 (237.1 μW/cm3) 可以通过更高的每搏输出量、更高的心率或更大的涡轮转轮来实现。该装置已成功植入体内。结论：该设备是第一个适用于导管植入的基于流量的能量收集器，并提供足够的能量为无引线起搏器供电。意义：高功率密度、小体积和灵活的涡轮叶片有助于将能量收集器集成到起搏器中。这将有助于克服无铅起搏器对电池的需求。2 ± 4.8 μW 在实际条件下（心率 80/分钟，每搏输出量 75 毫升）在工作台上。增加的输出功率 (>80 μW) 和功率密度 (237.1 μW/cm3) 可以通过更高的每搏输出量、更高的心率或更大的涡轮转轮来实现。该装置已成功植入体内。结论：该设备是第一个适用于导管植入的基于流量的能量收集器，并提供足够的能量为无引线起搏器供电。意义：高功率密度、小体积和灵活的涡轮叶片有助于将能量收集器集成到起搏器中。这将有助于克服无铅起搏器对电池的需求。1 μW/cm3) 可以通过更高的每搏输出量、更高的心率或更大的涡轮转轮来实现。该装置已成功植入体内。结论：该设备是第一个适用于导管植入的基于流量的能量收集器，并提供足够的能量为无引线起搏器供电。意义：高功率密度、小体积和灵活的涡轮叶片有助于将能量收集器集成到起搏器中。这将有助于克服无铅起搏器对电池的需求。1 μW/cm3) 可以通过更高的每搏输出量、更高的心率或更大的涡轮转轮来实现。该装置已成功植入体内。结论：该设备是第一个适用于导管植入的基于流量的能量收集器，并提供足够的能量为无引线起搏器供电。意义：高功率密度、小体积和灵活的涡轮叶片有助于将能量收集器集成到起搏器中。这将有助于克服无铅起搏器对电池的需求。意义：高功率密度、小体积和灵活的涡轮叶片有助于将能量收集器集成到起搏器中。这将有助于克服无铅起搏器对电池的需求。意义：高功率密度、小体积和灵活的涡轮叶片有助于将能量收集器集成到起搏器中。这将有助于克服无铅起搏器对电池的需求。