211service.com
Biosensoren comfortabel genoeg om 24-7 . te dragen
Veel medische sensoren, zoals het soort dat wordt gebruikt voor hartbewakingselektrocardiogrammen (ECG's) of hersenbewakingselektro-encefalogrammen (EEG's), vereisen direct huidcontact en een plakkerige laag gel om elektrische signalen te helpen geleiden. Beide technologieën kunnen opmerkelijk nauwkeurig zijn, maar ze kunnen niet gemakkelijk van het ziekenhuis naar huis worden overgebracht. Nu denken onderzoekers van de Universiteit van Californië, San Diego dat ze de kleverige situatie hebben opgelost met een sensor die ECG en andere gegevens door kleding heen kan lezen, zonder ooit de huid aan te raken.
Hersensensor: Een nieuwe contactloze sensor (onderkant) kan in een hoofdband worden ingebed en elektrische activiteit door haar en materiaal detecteren, zonder de hoofdhuid aan te raken.
Wetenschappers hebben het moeilijk gehad om iets te ontwikkelen dat op betrouwbare wijze de polariteitsveranderingen van de huid kan detecteren zonder direct contact. ECG-elektroden detecteren de tijd die golven van veranderende polariteit (veroorzaakt door hartspiercontracties) nodig hebben om naar verschillende sensoren te reizen, wat de elektrische activiteit van verschillende delen van het hart onthult. Momenteel hebben deze sensoren een gel of een allergie-inducerende lijm nodig. Niet-kleverige of droge sensoren zijn oncomfortabel en bijzonder gevoelig voor beweging, dus ze kunnen niet buiten de kliniek of voor langere tijd worden gebruikt.
In plaats van elektroden te gebruiken, bouwden de UCSD-onderzoekers een capacitieve sensor, die veel zwakkere signalen geleidt, maar dat over kleine afstanden kan. Hoewel het concept tientallen jaren teruggaat, waren eerdere pogingen om dergelijke sensoren te bouwen onpraktisch voor massaproductie - ze waren meestal te duur, te gevoelig voor geluid van buitenaf, of beide. De sensor ontwikkeld door bio-ingenieur Gert Cauwenberghs en zijn afgestudeerde student, Mike Chi, gebruikt kant-en-klare componenten en slimme schakelingen om deze problemen te omzeilen. De resulterende sensor kan vage veranderingen in capaciteit detecteren en deze versterken, terwijl de elektrische omgevingsruis die overal om ons heen bestaat, wordt onderdrukt. Wat er tegenwoordig is, vereist verschillende discrete componenten, zegt Chi. Ons proces maakt het betrouwbaar en goedkoop, dus we hebben een circuit dat in massa kan worden geproduceerd.
De sensor van Chi is nauwelijks groter dan een kwart, en wanneer meerdere sensoren in materiaal zijn ingebed en met elkaar zijn verbonden, creëren ze een draagbare monitor die patiënten over hun kleding kunnen dragen tijdens hun dagelijkse routine. Dit zou kunnen leiden tot meer controletijd en een betere therapietrouw van patiënten.
Wanneer cardiologen momenteel willen weten hoe de hartactiviteit van een patiënt er voor een langere periode uitziet, moeten ze hen naar huis sturen met een Holter-monitor, een draagbaar ECG-apparaat dat dezelfde bedrade, kleverige elektroden gebruikt die in het ziekenhuis worden gebruikt. Maar deze monitor kan maar maximaal 48 uur worden gebruikt en abnormale hartritmes treden niet altijd op gedurende zo'n korte periode. Veel van deze gebeurtenissen zijn van voorbijgaande aard en met de technologie van vandaag mis je de gebeurtenissen eigenlijk omdat je ze niet betrouwbaar kunt vastleggen, zegt Chi. Als een patiënt een vest over zijn kleding zou kunnen dragen, zou dit toezicht zo lang kunnen duren als een arts nodig heeft.
Slimme kleding: Wanneer ze in een vest zijn ingebed, kunnen de nieuwe contactloze sensoren hartactiviteit detecteren via een T-shirt en kunnen ze een week of langer worden gedragen.
Door de sensoren in een hoofdband op te nemen, is het mogelijk om ook enige elektrische activiteit in de hersenen te volgen. Voor een eenmalig doktersbezoek met ECG en EEG maakt het waarschijnlijk niet uit of u [kleefsensoren gebruikt] of niet. Maar voor langdurig gebruik maakt dat zeker een verschil, zegt Maysam Ghovanloo , een bio-ingenieur aan het Georgia Institute of Technology.
De UCSD-groep werkt samen met een groep aan de Oregon State University om een volledig draadloze versie van zijn sensor te maken, met een Bluetooth-zender die informatie kan doorgeven aan een ontvanger. Ik denk dat wat ze doen een heel belangrijke bijdrage is, zegt Eric Topol, directeur van het Scripps Translational Science Institute in San Diego en een specialist in draadloze gezondheid. Ik denk dat het zeer levensvatbaar en aantrekkelijk is, en het is een welkome aanvulling op de draadloze sensortoolkit.
Op lange termijn hopen Chi en Cauwenberghs dat de sensoren ook nuttig kunnen zijn voor het bevorderen van hersen-computerinterfacetoepassingen. We wilden een zeer gevoelige sensor bouwen die betrouwbaar signalen door het haar kan opnemen zonder rommelige gels of slijtage of enige voorbereiding. Iets dat gemakkelijk te gebruiken en heel snel is, zegt Chi. Dergelijke sensoren kunnen worden gebruikt om patiënten met ruggengraatletsel te helpen communiceren, of zelfs worden gecombineerd met spelsystemen.
Maar terwijl de EEG-sensoren bepaalde hersenactiviteit kunnen oppikken, moeten de sensoren gevoeliger worden gemaakt, omdat de neurale activiteit in de hersenen opmerkelijk zwak is. Contactloze elektroden zullen een voordeel zijn, waar je ze ook op het lichaam plaatst, zegt Rahul Sarpeshkar , een bio-elektronica-ingenieur aan het MIT. Maar al deze systemen hebben, wanneer ze in de geneeskunde worden toegepast, te maken met beweging en de sterkte van een signaal, wat het EEG technisch uitdagender maakt.
Cardiale toepassingen zijn mogelijk dichterbij: Chi en Cauwenberghs hebben gegevens die aantonen dat hun sensoren signalen kunnen opvangen die bijna net zo nauwkeurig zijn als de signalen die worden verzameld met op gel gebaseerde elektroden. Chi richt een startup-bedrijf op, Cognionics, om de sensoren verder te ontwikkelen, en is al begonnen met gesprekken met bedrijven op het gebied van medische apparatuur.