Беспроводной носимый монитор, реализованный на основе растягиваемой электроники

Беспроводной носимый монитор, созданный с помощью растягиваемой электроники, может обеспечить комфортный долгосрочный мониторинг состояния здоровья взрослых, младенцев и маленьких детей, не беспокоясь о повреждении кожи или аллергических реакциях, вызванных обычными клеевыми датчиками с проводящими гелями.

Мягкий и совместимый монитор может передавать данные электрокардиограммы (ЭКГ), частоты сердечных сокращений, частоты дыхания и движения на расстоянии до 15 метров на портативное записывающее устройство, такое как смартфон или планшетный компьютер. Электроника установлена на растягиваемой подложке и соединена с золотыми, подобными коже электродами через печатные разъемы, которые могут растягиваться с медицинской пленкой, в которую они встроены.

«Этот монитор состояния здоровья имеет ключевое преимущество для маленьких детей, которые всегда находятся в движении, поскольку мягкое конформное устройство может приспособить эту деятельность к легкой интеграции в кожу», - сказал Вун-Хонг Йео, доцент в школе им. Джорджа Вудраффа. инженерной механики и кафедры биомедицинской инженерии им. Уоллеса Х. Коултера в Технологическом институте Джорджии . «Это разработано для удовлетворения потребностей в электронном мониторинге здоровья людей, чья чувствительная кожа может быть повреждена обычными мониторами» .

Поскольку устройство соответствует коже, оно позволяет избежать проблем с сигналом, которые могут возникнуть при движении типичных металлогелевых электродов по коже. Устройство может даже получать точные сигналы от человека, который идет, бежит или поднимается по лестнице. «Когда вы кладете обычный электрод на грудь, движение от сидения или ходьбы создает артефакты движения, которые сложно отделить от сигналов, которые вы хотите измерить» , - сказал он. «Поскольку наше устройство мягкое и конформное, оно движется вместе с кожей и предоставляет информацию, которую невозможно увидеть с помощью артефактов движения обычных датчиков» .

По словам доктора Кевина Махера, детского кардиолога из Детского центра здравоохранения в Атланте, непрерывная оценка с помощью беспроводного монитора здоровья может улучшить оценку детей и помочь врачам определить тенденции раньше, что потенциально может способствовать вмешательству до прогрессирования заболевания.

«Получение непрерывных данных из дыхательной и сердечно-сосудистой систем может позволить применять расширенную диагностику для выявления изменений в клиническом статусе, реакции на терапию и осуществления раннего вмешательства» , - сказал Махер. «Устройство, позволяющее буквально следить за каждым вздохом ребенка, может обеспечить раннее распознавание и вмешательство до более серьезного проявления заболевания» .

При использовании в домашних условиях носимый монитор может обнаруживать изменения, которые в противном случае могут быть неочевидными, сказал он. В клинических условиях беспроводное устройство может позволить детям чувствовать себя менее привязанными к оборудованию. «Я рассматриваю это устройство как существенное изменение в педиатрической медицинской помощи, и я рад возможности сотрудничать с Georgia Tech в этом проекте» , - добавил Махер.

Монитор использует три золотых электрода, встроенных в пленку, которая также содержит оборудование для электронной обработки. Весь монитор работоспособности составляет всего три дюйма в диаметре, а разрабатываемая более продвинутая версия будет вдвое меньше. Беспроводной монитор теперь питается от небольшой перезаряжаемой батареи , но будущие версии могут заменить батарею внешней системой радиочастотной зарядки. Йео и его сотрудники, в том числе первый автор и постдокторант Юн-Сун Ким, сосредоточены на педиатрических применениях из-за необходимости амбулаторного мониторинга у детей. Тем не менее, они предполагают, что монитор состояния здоровья может также использоваться для других групп пациентов, включая пожилых людей, которые также могут иметь чувствительную кожу. Для взрослых были бы дополнительные преимущества.

«Монитор можно было носить несколько дней, возможно, две недели» , - сказал Йео. «Мембрана водонепроницаема, поэтому взрослый может принять душ во время ношения. После использования электронные компоненты могут быть переработаны» . Были разработаны две версии монитора. Один основан на медицинской ленте и предназначен для кратковременного использования в больнице или другом учреждении по уходу, тогда как другой использует медицинскую пленку с мягким эластомером, одобренную для использования при лечении ран. Последний может дольше оставаться на коже. «Устройства абсолютно сухие и не требуют геля, чтобы улавливать сигналы с кожи» , - объяснил Йео. «Между кожей и ультратонким сенсором ничего нет, поэтому ее удобно носить» .

Поскольку монитор можно носить в течение длительного периода времени, он может обеспечить долгосрочную запись данных ЭКГ, полезную для понимания потенциальных проблем с сердцем. «Мы используем глубокое обучение для мониторинга сигналов, сравнивая их с данными большей группы пациентов» , - сказал Йео. «Если обнаружена неисправность, о ней можно сообщить по беспроводной связи через смартфон или другое подключенное устройство» .

При изготовлении схем монитора используются тонкопленочные сетчатые узоры из меди, которые могут сгибаться с мягкой подложкой. Чипы являются единственной негибкой деталью, но они устанавливаются на изолированной от напряжения мягкой подложке вместо традиционной пластиковой монтажной платы. В качестве следующих шагов планируется уменьшить размер устройства и добавить функции для измерения других связанных со здоровьем параметров, таких как температура, содержание кислорода в крови и артериальное давление. Главной вехой станет клиническое испытание для оценки эффективности по сравнению с обычными мониторами состояния здоровья. Для Йео, который специализируется на нано- и микроинженерии, перспектива увидеть это устройство в клинических испытаниях - и в конечном итоге использовать в детских больницах - является мощным стимулом.

«Для меня будет мечтой увидеть полезным то, что мы разработали для тех, кто страдает» , - сказал он. «Мы все хотим, чтобы развитие науки и техники перешло в улучшение ухода за пациентами» .

Источник: Технологический институт Джорджии.