Een draadloze, draagbare monitor gebouwd met rekbare elektronica kan comfortabele, gezondheidsmonitoring op lange termijn van volwassenen, baby's en kleine kinderen zonder zich zorgen te hoeven maken over huidletsel of allergische reacties veroorzaakt door conventionele zelfklevende sensoren met geleidende gels.

De zachte en aanpasbare monitor kan een elektrocardiogram (ECG) uitzenden, hartslag, gegevens over ademhalingsfrequentie en bewegingsactiviteit tot 15 meter naar een draagbaar opnameapparaat zoals een smartphone of tabletcomputer. De elektronica is gemonteerd op een rekbare ondergrond en verbonden met goud, huidachtige elektroden via bedrukte connectoren die kunnen worden uitgerekt met de medische film waarin ze zijn ingebed.

"Deze gezondheidsmonitor heeft een belangrijk voordeel voor jonge kinderen die altijd in beweging zijn, aangezien het zachte conforme apparaat die activiteit kan accommoderen met een zachte integratie op de huid, " zei Woon-Hong Yeo, een assistent-professor aan de George W. Woodruff School of Mechanical Engineering en Wallace H. Coulter Department of Biomedical Engineering aan het Georgia Institute of Technology. "Dit is ontworpen om te voldoen aan de elektronische gezondheidsmonitoringbehoeften van mensen van wie de gevoelige huid kan worden beschadigd door conventionele monitoren."

Details van de monitor werden op 24 juli gerapporteerd in het tijdschrift Geavanceerde wetenschap . Het onderzoek werd ondersteund door het Imlay Innovation Fund van Children's Healthcare of Atlanta, VolgendeFlex (Flexible Hybrid Electronics Manufacturing Institute), en door een startsubsidie ​​van het Institute for Electronics and Nanotechnology van Georgia Tech. De monitor is onderzocht op zowel diermodellen als mensen.

Omdat het apparaat zich aan de huid aanpast, het vermijdt signaalproblemen die kunnen worden veroorzaakt door de beweging van de typische metaalgelelektroden over de huid. Het apparaat kan zelfs nauwkeurige signalen ontvangen van een persoon die loopt, rennen of traplopen.

"Als je een conventionele elektrode op de borst legt, beweging van zitten of lopen creëert bewegingsartefacten die moeilijk te scheiden zijn van de signalen die u wilt meten, " zei hij. "Omdat ons apparaat zacht en conform is, het beweegt met de huid mee en geeft informatie die niet kan worden gezien met de bewegingsartefacten van conventionele sensoren."

Continue evaluatie met een draadloze gezondheidsmonitor kan de beoordeling van kinderen verbeteren en clinici helpen trends eerder te identificeren, mogelijk vergemakkelijken van interventie voordat een aandoening vordert, zei dr. Kevin Maher, een kindercardioloog bij Children's Healthcare of Atlanta.

"Het genereren van continue gegevens van de ademhalings- en cardiovasculaire systemen kan de toepassing van geavanceerde diagnostiek mogelijk maken om veranderingen in de klinische status te detecteren, reactie op therapieën en implementatie van vroege interventie, " Zei Maher. "Een apparaat om letterlijk elke ademhaling te volgen die een kind neemt, kan vroege herkenning en interventie mogelijk maken voorafgaand aan een ernstigere presentatie van een ziekte."

Gebruikt in huis, een draagbare monitor kan veranderingen detecteren die anders niet duidelijk zouden zijn, hij zei. In klinische omgevingen, het draadloze apparaat kan ervoor zorgen dat kinderen zich minder "gebonden" voelen aan apparatuur. "Ik zie dit apparaat als een belangrijke verandering in de pediatrische gezondheidszorg en ben verheugd om samen te werken met Georgia Tech aan het project, ' voegde Maher eraan toe.

De monitor maakt gebruik van drie gouden elektroden die zijn ingebed in de film die ook de elektronische verwerkingsapparatuur bevat. De hele gezondheidsmonitor is slechts 15 cm in doorsnee, en een meer geavanceerde versie die in ontwikkeling is, zal half zo groot zijn. De draadloze monitor wordt nu gevoed door een kleine oplaadbare batterij, maar toekomstige versies kunnen de batterij vervangen door een extern oplaadsysteem met radiofrequentie.

Yeo en zijn medewerkers, waaronder eerste auteur en postdoctoraal fellow Yun-Soung Kim, richten zich op pediatrische toepassingen vanwege de behoefte aan ambulante monitoring bij kinderen. Echter, ze voorzien dat de gezondheidsmonitor ook voor andere patiëntengroepen kan worden gebruikt, inclusief oudere volwassenen die mogelijk ook een gevoelige huid hebben. Voor volwassenen, er zouden extra voordelen zijn.

"De monitor kan meerdere dagen worden gedragen, misschien wel twee weken, " zei Yeo. "Het membraan is waterdicht, zodat een volwassene kan douchen terwijl hij het draagt. Na gebruik, de elektronische componenten kunnen worden gerecycled."

Er zijn twee versies van de monitor ontwikkeld. De ene is gebaseerd op medische tape en ontworpen voor kortdurend gebruik in een ziekenhuis of andere zorginstelling, terwijl de andere een zachte medische film van elastomeer gebruikt die is goedgekeurd voor gebruik in wondverzorging. Deze laatste kan langer op de huid blijven.

"De apparaten zijn volledig droog en hebben geen gel nodig om signalen van de huid op te vangen, " legde Yeo uit. "Er zit niets tussen de huid en de ultradunne sensor, dus het is comfortabel om te dragen."

Omdat de monitor voor lange tijd kan worden gedragen, het kan een langdurige registratie van ECG-gegevens opleveren die nuttig zijn voor het begrijpen van mogelijke hartproblemen. "We gebruiken deep learning om de signalen te monitoren en tegelijkertijd te vergelijken met gegevens van een grotere groep patiënten, "Zei Yeo. "Als er een afwijking wordt ontdekt, het kan draadloos worden gemeld via een smartphone of ander aangesloten apparaat."

De fabricage van de schakelingen van de monitor maakt gebruik van dunne film, mesh-achtige patronen van koper die kunnen buigen met het zachte substraat. De chips zijn het enige deel dat niet flexibel is, maar ze zijn gemonteerd op het spanningsgeïsoleerde zachte substraat in plaats van op een traditionele plastic printplaat.

Als volgende stappen, Yeo is van plan het apparaat kleiner te maken en functies toe te voegen om andere gezondheidsgerelateerde parameters te meten, zoals temperatuur, bloed zuurstof en bloeddruk. Een belangrijke mijlpaal zou een klinische proef zijn om de prestaties te evalueren in vergelijking met conventionele gezondheidsmonitoren.

voor Yo, die gespecialiseerd is in nano- en micro-engineering, het vooruitzicht om het apparaat in klinische proeven te zien - en uiteindelijk gebruikt in kinderziekenhuizen - is een krachtige stimulans.

"Het zal een droom zijn die uitkomt voor mij om te zien dat iets dat we hebben ontwikkeld, nuttig kan zijn voor iemand die lijdt, " zei hij. "We willen allemaal ontwikkelingen in wetenschap en techniek vertaald zien in verbeterde patiëntenzorg."