211service.com
Biosensorer bekväma nog att bära 24-7
Många medicinska sensorer, som den typ som används för hjärtövervakande elektrokardiogram (EKG) eller hjärnövervakande elektroencefalogram (EEG), kräver direkt hudkontakt och ett klibbigt lager av gel för att leda elektriska signaler. Båda teknikerna kan vara anmärkningsvärt exakta, men de överförs inte lätt från sjukhus till hem. Nu tror forskare vid University of California, San Diego att de kan ha löst den klibbiga situationen med en sensor som kan läsa EKG och andra data genom kläder, utan att någonsin röra huden.
Hjärnsensor: En ny kontaktfri sensor (botten) kan bäddas in i ett pannband och upptäcka elektrisk aktivitet genom hår och material, utan att röra hårbotten.
Forskare har haft svårt att utveckla något som tillförlitligt kan upptäcka hudens polaritetsförändringar utan direkt kontakt. EKG-elektroder upptäcker den tid det tar för vågor av ändrad polaritet (orsakade av hjärt-muskelsammandragningar) att färdas till olika sensorer, vilket avslöjar den elektriska aktiviteten i olika delar av hjärtat. För närvarande kräver dessa sensorer en gel eller ett allergiframkallande lim. Icke-klibbiga eller torra sensorer är obekväma och särskilt känsliga för rörelse, så de kan inte användas utanför kliniken eller under långa tidsperioder.
Istället för att använda elektroder byggde UCSD-forskarna en kapacitiv sensor, som leder mycket svagare signaler men kan göra det över små avstånd. Även om konceptet går tillbaka årtionden, har tidigare försök att bygga sådana sensorer varit opraktiska för massproduktion - de tenderade att vara antingen för dyra, för känsliga för buller utifrån, eller både och. Sensorn utvecklad av bioingenjör Gert Cauwenberghs och hans doktorand, Mike Chi, använder färdiga komponenter och smarta kretsar för att komma runt dessa problem. Den resulterande sensorn kan upptäcka svaga förändringar i kapacitansen och förstärka dem, samtidigt som den eliminerar det elektriska omgivande bruset som finns runt omkring oss. Det som finns där ute idag kräver flera diskreta komponenter, säger Chi. Vår process gör den tillförlitlig och billig, så vi har en krets som kan massproduceras.
Chis sensor är knappt större än en fjärdedel, och när flera sensorer är inbäddade i material och anslutna till varandra skapar de en bärbar monitor som patienter kan bära över kläderna när de arbetar med sin dagliga rutin. Detta kan innebära ökad övervakningstid och bättre följsamhet från patienterna.
För närvarande, när kardiologer vill veta hur en patients hjärtaktivitet ser ut under en längre tid, måste de skicka hem dem med en Holter-monitor, en bärbar EKG-enhet som använder samma trådbundna, klibbiga elektroder som används på sjukhuset. Men den här monitorn kan bara användas i upp till 48 timmar, och onormala hjärtrytmer uppstår inte alltid under så kort tid. Många av dessa händelser är övergående, och med dagens teknik missar du faktiskt händelserna eftersom du inte kan fånga dem på ett tillförlitligt sätt, säger Chi. Om en patient kunde bära en väst över sina kläder, kunde sådan övervakning pågå så länge som en läkare krävde.
Smarta kläder: När de är inbäddade i en väst kan de nya kontaktfria sensorerna upptäcka hjärtaktivitet genom en T-shirt och kan bäras i en vecka eller mer.
Att integrera sensorerna i ett pannband gör det möjligt att även övervaka viss elektrisk aktivitet i hjärnan. För ett engångsläkarbesök med EKG och EEG spelar det förmodligen ingen roll om du [använder sticky-sensors] eller inte. Men för långvarig användning gör det definitivt skillnad, säger Maysam Ghovanloo , en bioingenjör vid Georgia Institute of Technology.
UCSD-gruppen samarbetar med en grupp vid Oregon State University för att skapa en helt trådlös version av sin sensor, med en Bluetooth-sändare som kan vidarebefordra information till en mottagare. Jag tror att det de gör är ett riktigt viktigt bidrag, säger Eric Topol, chef för Scripps Translational Science Institute i San Diego och specialist på trådlös hälsa. Jag tycker att det är mycket lönsamt och attraktivt, och det är ett välkommet tillägg till verktygssatsen för trådlösa sensorer.
På lång sikt hoppas Chi och Cauwenberghs att sensorerna också kan vara till hjälp för att utveckla applikationer för hjärn-datorgränssnitt. Vi ville bygga en mycket känslig sensor som kan ta emot signaler på ett tillförlitligt sätt genom håret utan några röriga geler eller nötning eller några förberedelser. Något som är lätt att använda och väldigt snabbt, säger Chi. Sådana sensorer kan användas för att hjälpa patienter med ryggradsskada att kommunicera, eller till och med kombineras med spelsystem.
Men medan EEG-sensorerna kan fånga upp viss hjärnaktivitet, måste sensorerna göras mer känsliga, eftersom neural aktivitet i hjärnan är anmärkningsvärt svag. Beröringsfria elektroder kommer att vara en fördel oavsett var du sätter dem på kroppen, säger Rahul Sarpeshkar , en bioelektronikingenjör vid MIT. Men alla dessa system, när de tillämpas inom medicin, måste hantera rörelse och styrkan hos en signal, vilket gör EEG mer tekniskt utmanande.
Hjärtapplikationer kan vara närmare till hands: Chi och Cauwenberghs har data som visar att deras sensorer kan fånga upp signaler som är nästan lika exakta som de som samlas in med gelbaserade elektroder. Chi skapar ett startup-företag, Cognionics, för att utveckla sensorerna ytterligare och har redan inlett samtal med företag inom medicintekniska produkter.