மருத்துவ கேப்சூல் எண்டோஸ்கோபியில் வயர்லெஸ் சக்தி திறனை மேம்படுத்துவதற்கான முன்னணி தொழில்நுட்பங்கள்

மருத்துவ காப்சூல் எண்டோஸ்கோபி, குறைந்த ஆற்றல் சக்தி மற்றும் கட்டுப்பட்ட தரவுப் பரிமாற்ற விகிதங்களில் அதன் சார்பு பரந்த அளவில் ஏற்றுக்கொள்ளப்படுவதற்கான முக்கிய தடைகளாக உள்ளன, ஆனால் இது குறைந்த ஆற்றல் சக்தி மற்றும் கட்டுப்பட்ட தரவுப் பரிமாற்ற விகிதங்களில் அதன் சார்பு பரந்த அளவில் ஏற்றுக்கொள்ளப்படுவதற்கான முக்கிய தடைகளாக உள்ளது. வயர்லெஸ் சக்தி பரிமாற்ற (WPT) தொழில்நுட்பங்கள் மாற்றத்தை ஏற்படுத்தும் தீர்வுகளை வழங்குகின்றன, தொடர்ந்து சாதன செயல்பாட்டை, நேரடி படங்களை மற்றும் மேம்பட்ட நோயாளி வசதியை சாத்தியமாக்குகின்றன. WPT திறனில் சமீபத்திய முன்னேற்றங்களை ஆராயும் இந்த ஆழமான தொழில்நுட்ப மதிப்பீடு, சக்தி மேலாண்மை, பாதுகாப்பு மற்றும் மருத்துவ செயல்திறனைப் பற்றிய முக்கிய சவால்களை அணுகுகிறது.

1. மருத்துவ காப்சூல் சக்தி மேலாண்மையின் சிக்கல்களை

1.1 பேட்டரி வரம்புகள்: ஒரு அடிப்படை தடையம்

பாரம்பரிய மருத்துவ காப்சூல்கள் (எ.கா., PillCam™, Olympus EndoCapsule) 50 mAh க்குக் குறைவான மின்சாரக் கொண்டிகள் மீது நம்பிக்கையளிக்கின்றன, இது 4–8 மணி நேரத்திற்கு மட்டுமே செயல்படுகிறது—முழுமையான ஜி.ஐ. பாதை பரிசோதனைகளுக்கு போதுமானது அல்ல. முக்கிய குறைகள்:

• விசாரணை முழுமையின்மை: குறுகிய பேட்டரி ஆயுள் மருத்துவர்களை பரிசோதனை பகுதிகளை முன்னுரிமை அளிக்க வைக்கிறது, முக்கியமான காயங்களை தவிர்க்க வாய்ப்பு உள்ளது.
• உயர் மாற்றச் செலவுகள்: தோல்வியுற்ற பேட்டரிகள் செலவான அறுவை சிகிச்சை மீட்டெடுப்புகளை தேவைப்படுத்துகின்றன, ஒவ்வொரு செயல்முறைக்கும்  4,500 என மதிப்பீடு செய்யப்பட்டுள்ளது (JAMA Health Forum, 2023).

• பேஷியன்ட் அசௌகரியம்: அடிக்கடி கேப்சூல் மாற்றங்கள் மருத்துவமனையில் தங்கும் காலத்தை நீட்டிக்கின்றன மற்றும் கவலை அதிகரிக்கின்றன.

1.2 வயர்லெஸ் பவர் டிரான்ஸ்பர் (WPT) திறன் இடைவெளி

தற்போதைய WPT அமைப்புகள் இரண்டு முக்கிய தடைகளை எதிர்கொள்கின்றன:

• எரிசக்தி இழப்புகள்: இன்டக்டிவ் காப்பிங் அமைப்புகள் (13.56 MHz இல் செயல்படும்) 5 செ.மீ > பிரிப்பு தூரங்களில் 30–50% சக்தி குறைபாட்டை காட்டுகின்றன, பெறப்பட்ட சக்தியை முக்கியமாக குறைக்கிறது.
• Safety Compliance: FCC/CE விதிமுறைகள் திசுக்களை வெப்பமாக்காமல் இருக்க SAR எல்லைகளை ≤10 mW/cm² ஆக கட்டுப்படுத்துகின்றன, அனுப்பும் சக்தி அடர்த்திகளை கட்டுப்படுத்துகின்றன.

1.3 தரவுப் பரிமாற்ற தடைகள்

குறைந்த சக்தி கிடைக்கும் நிலை உயர் தீர்மானம் கொண்ட படங்களை ஒளிபரப்புவதில் (≥2 Mbps) கட்டுப்பாடுகளை ஏற்படுத்துகிறது, இதனால்:

• Image Latency: தாமதமான தரவுப் பரிமாற்றம் நேரடி நோயியல் விளக்கத்தை தடுக்கும்.
• குறுக்கீட்டு கலைப்பொருட்கள்: இழப்பான குறுக்கீடு படத்தின் தரத்தை குறைக்கிறது, மருத்துவத் துல்லியத்தை பாதிக்கிறது.

2. முன்னணி திறன் மேம்பாட்டு உத்திகள்

2.1 ஒலியூட்ட inductive coupling (RIC) அமைப்புகள்

RIC முகவரிகள் உற்பத்தியின் WPT செயலிழப்புகளை மாந்திரிக ஒலியியல் அமைப்பின் மூலம் சரிசெய்யும், குறைந்த இழப்புகளுடன் பெரிய தூரங்களில் சக்தி மாற்றத்தை சாத்தியமாக்குகிறது.

முக்கிய கண்டுபிடிப்புகள்:

• மெட்டாமெட்டீரியல் காய்கள்: Litz கம்பி சுற்றுகளுடன் 3D-அச்சிடப்பட்ட காய்கள் மற்றும் மெட்டாமெட்டீரியல் மையங்கள் (IEEE Xplore, 2024) காந்த இணைப்பை 40% அதிகரிக்கின்றன.
• சரிசெய்யும் அதிர்வெண் அமைப்பு: AI ஆல்காரிதங்கள் ஒத்திசைவு அதிர்வெண்களை (13.56–27.12 MHz) GI பாதையின் இயக்கத்திற்கு ஏற்ப சரிசெய்கின்றன, ≥85% செயல்திறனை பராமரிக்கின்றன (MIT WiTricity, 2023).
• திறனை மதிப்பீடு: UC பர்க்லி சோதனைகள் 5 சென்டிமீட்டர் இடைவெளியில் 88% சக்தி மாற்றத்தை அடைந்தன, பாரம்பரிய உந்துதல் முறைமைகளை 50% மிஞ்சியது (2024 ஆய்வு).

கிளினிக்கல் தாக்கம்: ஷோவா விமான தொழில்நுட்ப நிறுவனத்தின் RIC-சக்தி கொண்ட கேப்சூல் 24 மணி நேரம் தொடர்ச்சியான செயல்பாட்டை காட்டியது, பேட்டரி அடிப்படையிலான இணைப்பாளர்களுடன் ஒப்பிடுகையில் இரட்டிப்பு நோயறிதல் கவர்ச்சி (2023 சோதனை).

2.2 நெருங்கிய களஞ்சிய மைக்ரோவேவ் சக்தி மாற்றம் (NF-MPT)

NF-MPT கட்டமைப்பான அலைகளை பயன்படுத்தி 2.45 GHz மைக்ரோவேவுகளை ரெக்டென்னா வரிசைகளில் மையமாக்குகிறது, உயர் செயல்திறன் மற்றும் தரவுப் பரிமாற்றத்தை வழங்குகிறது.

விளைவுகள் & தொழில்நுட்ப முன்னேற்றங்கள்:

• உயர் மாற்ற திறன்: காலியம் நைட்ரைடு (GaN) அடிப்படையிலான ரெக்டென்னாஸ் 92% DC மாற்றத்தை அடைகிறது (நேச்சர் எலக்ட்ரானிக்ஸ், 2025), 5 W தொடர்ச்சியான சக்தி வழங்கலை சாத்தியமாக்குகிறது.
• பீம் ஃபார்மிங் அடிப்படையில்: இயந்திரக் கற்றல் அல்காரிதங்கள் மைக்ரோவேவ் பாதைகளை உடலியல் தடைகளை தவிர்க்கச் சீரமைக்கின்றன, குடல் அடைப்புகளுடன் கூட ≥80% செயல்திறனை பராமரிக்கின்றன.
• சேமிப்பு முறைமைகள்: அடிப்படையான சக்தி மாறுதல் ICNIRP/IEEE C95.1 வழிகாட்டுதல்களின் அடிப்படையில் நேரடி SAR கண்காணிப்பை உறுதி செய்கிறது, திசுக்களை அதிக வெப்பம் அடையாமல் தடுக்கும்.

UCSF மருத்துவ மைய பைலட் (2024): NF-MPT அமைப்புகள் படத்தின் பரிமாற்ற தாமதத்தை 70% குறைத்தன, பாலைப் கண்டுபிடிப்பு வீதங்களை 15% மேம்படுத்தின.

2.3 ஹைபிரிட் எரிசக்தி சேகரிப்பு அமைப்புகள்

WPT-ஐ ஒத்துழைப்பு சக்தி மூலங்களுடன் இணைத்தால் அமைப்பின் வலிமை அதிகரிக்கிறது:

• தர்மோஎலக்ட்ரிக் ஒருங்கிணைப்பு: உடல் வெப்பத்தை சேகரிக்கும் (TEGs) Bi₂Te₃ பொருட்களைப் பயன்படுத்தி நீண்ட கால தேர்வுகளில் 30% நேரத்தை நீட்டிக்கிறது (ACS Nano, 2023).
• விபரீத ஆற்றல் பிடிப்பு: பியோசோஎலக்ட்ரிக் படிகள் குடல் இயக்கத்திலிருந்து இயந்திர ஆற்றலைப் பிடித்து, 0.5–1.5 mW கூடுதல் சக்தியை உருவாக்குகின்றன.

சோதனை பொருளியல்: ஹைபிரிட் அமைப்புகள் பேட்டரி மாற்ற அறுவை சிகிச்சைகளை 60% குறைக்கின்றன, மருத்துவ செலவுகளில் ஆண்டுக்கு 2.8 மில்லியன் சேமிக்கின்றன (சுகாதார தொழில்நுட்ப மதிப்பீடு, 2024).

3. பொருட்கள் அறிவியல் முன்னேற்றங்கள் திறனை இயக்குகிறது

எதிர்காலப் பொருட்கள் கயிறு மற்றும் அண்டென்னா செயல்திறனை புரட்டுகின்றன:

• கிராஃபீன்-மேம்பட்ட கந்தகர்கள்: 2D கிராஃபீன் பூசிகள் கயிறு எதிர்ப்பு இழப்புகளை 60% குறைக்கின்றன, Q-உயர்தரங்களை ≥200 ஆக உயர்த்துகின்றன (ACS Nano, 2024).
• உயர் வெப்பநிலை சூப்பர்கொண்டக்டர்கள் (HTS): க்ரியோஜெனிக் HTS கயில்கள் (77K இல் செயல்படும்) பூஜ்ய இழப்புக்கான பரிமாற்றத்தை அடைகின்றன, நீண்ட கால கால்ப்சூல் பயன்பாடுகளுக்கு உகந்தது.
• MRI-இக்கு ஏற்புடைய ஃபெரைட் கலவைகள்: உயிரியல் பொருட்கள் தவறான மாந்திரிக களங்களை உறிஞ்சுகின்றன, இணைப்பு திறனை 25% மேம்படுத்துகின்றன (IEEE Transactions on Biomedical Engineering, 2023).

4. AI உடன் அமைப்பு மட்டத்தில் மேம்பாடு

AI-ஐ இயக்கும் அல்காரிதங்கள் சக்தி ஒதுக்கீடு மற்றும் பரிமாற்ற நெறிமுறைகளை மேம்படுத்துகின்றன:

• நரம்பியல் நெட்வொர்க் முன்னறிவிப்பு: ஆழ்ந்த கற்றல் மாதிரிகள் நோயாளியின் ஜி.ஐ. இயக்கவியல் முறைமைகளை பகுப்பாய்வு செய்து சக்தி தேவையை முன்னறிவிக்கின்றன, இது 20% ஆற்றல் வீணாவை குறைக்கிறது.
• கடமை சுழற்சி: நிலையான கட்டங்களில் 30% ஆற்றலைச் சேமிக்கும் உயர்/குறைந்த சக்தி முறைகள் இடையே இயக்கவியல் மாற்றம்.
• பல-அலைவரிசை ஒலிபரப்புதல்: இரட்டை-பேண்ட் WPT (13.56 MHz + 5.8 GHz) செயல்திறனை மற்றும் தரவுப் பரவலை சமநிலைப்படுத்துகிறது, HD வீடியோ ஸ்ட்ரீமிங் செய்ய அனுமதிக்கிறது.

Safety & Compliance: எம்பெடிட் செய்யப்பட்ட ISO 14117 சென்சார்கள் EMI, வெப்பநிலை மற்றும் பேட்டரி நிலையை கண்காணிக்கின்றன, CE/FDA உடன்படிக்கையை உறுதி செய்கின்றன.

5. எதிர்கால பாதை & மருத்துவ விளைவுகள்

தொடர்ந்து நடக்கும் ஆராய்ச்சி மாற்றத்திற்கான முன்னேற்றங்களை குறிக்கிறது:

• சப்-THz டெரஹெர்ட்ஸ் WPT: NTT Labs (ஜப்பான்) மாதிரிகள் 300 GHz அலைகளை Gbps தரவுப் வேகங்களுக்கு பயன்படுத்துகின்றன, 4K வீடியோ ஸ்ட்ரீமிங் செயல்படுத்துகின்றன.
• உடல்-பிரிவு நெட்வொர்க் (BAN) ஒருங்கிணைப்பு: அணிகலன்கள் பல கேப்சூல்களை நேரடியாக மின்சாரமாகச் சார்ஜ் செய்கின்றன, முழு உடல் பரிசோதனைகளை சாத்தியமாக்குகிறது.
• மூச்சு-இன்சு வழியாக உடல் சக்தி இணைப்புகள்: ஜி.ஐ. பாதையில் உள்ள ரிலே காயில் நெட்வொர்க்கள் முடிவில் முடிவுக்கு சக்தி தொடர்ச்சியை மேம்படுத்துகின்றன, இது பேட்டரி சார்பு நீக்குவதற்கான வாய்ப்பை உருவாக்குகிறது.

தீர்வு

சேர்க்கை ஒலியியல் இணைப்பு, மைக்ரோவேவ் தொழில்நுட்பங்கள், AI மேம்பாடுகள் மற்றும் முன்னணி பொருட்களை ஒருங்கிணைத்து, மருத்துவ காப்சூல் எண்டோஸ்கோபி ≥90% அடைய முடியும். WPT செயல்திறனை பாதுகாப்பு மற்றும் ஒழுங்குமுறை இணக்கத்துடன் உறுதி செய்வதற்கான. இந்த புதுமைகள் திறக்கின்றன:

• தொடர்ச்சியான 24/7 கண்காணிப்பு: முன்னணி புற்றுநோய் கண்டுபிடிப்பு மற்றும் நீண்ட கால நோய் மேலாண்மை.
• செலவுக்குறைவான நோயியல்: பேட்டரி இல்லாத அமைப்புகள் மூலம் சுகாதார செலவுகளை குறைத்தல்.
• தனிப்பயனாக்கப்பட்ட மருத்துவம்: தனிப்பயனாக்கப்பட்ட சிகிச்சை திட்டங்களுக்கு நேரடி படமெடுப்பு.