Nowe urządzenia bezprzewodowe umieszcza się na skórze, aby w sposób ciągły przechwytywać te dźwięki, a następnie przesyłać dane do smartfonów lub tabletów w czasie rzeczywistym. W badaniach pilotażowych urządzenia dokładnie śledziły dźwięki związane z czynnością krążeniowo-oddechową, czynnością przewodu pokarmowego, połykaniem i oddychaniem. Urządzenia są szczególnie cenne dla wcześniaków, u których mogą wystąpić bezdechy i powikłania żołądkowo-jelitowe, którym towarzyszą dźwięki.
Podczas nawet najbardziej rutynowych wizyt lekarze słuchają dźwięków znajdujących się w ciałach pacjentów – wdychanego i wydychanego z płuc powietrza, bicia serca, a nawet trawionego pokarmu przechodzącego przez jelita. Dźwięki te dostarczają cennych informacji na temat zdrowia danej osoby. A kiedy te dźwięki nieznacznie się zmienią lub całkowicie ustaną, może to sygnalizować poważny problem wymagający interwencji, nawet natychmiastowej.
Obecnie badacze z Northwestern University wprowadzają nowe, miękkie, zminiaturyzowane urządzenia do noszenia, które monitorują w sposób ciągły dźwięki wewnątrz organizmu ludzkiego. Delikatnie przylegające do skóry w sposób ciągły śledzą te subtelne dźwięki jednocześnie i bezprzewodowo w wielu miejscach w niemal każdym obszarze ciała.
W badaniach pilotażowych naukowcy przetestowali urządzenia na 15 wcześniakach z zaburzeniami dróg oddechowych i jelit oraz 55 osobach dorosłych, w tym 20 z przewlekłymi chorobami płuc. Urządzenia nie tylko działały z dokładnością na poziomie klinicznym, ale oferowały także nowe funkcje, które nie zostały opracowane ani wprowadzone do badań ani opieki klinicznej.
– Obecnie nie istnieją metody ciągłego monitorowania i przestrzennego mapowania dźwięków ciała w domu lub w szpitalu – powiedział John A. Rogers z Northwestern, pionier bioelektroniki, który kierował rozwojem urządzenia. – Lekarze muszą przykładać konwencjonalny lub cyfrowy stetoskop do różnych części klatki piersiowej i pleców, aby punkt po punkcie osłuchiwać płuca. W ścisłej współpracy z naszymi zespołami klinicznymi postanowiliśmy opracować nowy strategia ciągłego monitorowania pacjentów w czasie rzeczywistym i bez obciążeń związanych ze sztywną, przewodową i nieporęczną technologią.
„Ideą tych urządzeń jest zapewnienie bardzo dokładnej, ciągłej oceny stanu zdrowia pacjenta, a następnie podejmowanie decyzji klinicznych w klinikach lub po przyjęciu pacjenta do szpitala lub podłączeniu go do respiratora” – powiedziała dr Ankit Bharat, chirurg klatki piersiowej w Northwestern Medycyny, który prowadził badania kliniczne na osobach dorosłych. „Kluczową zaletą tego urządzenia jest możliwość jednoczesnego słuchania i porównywania różnych obszarów płuc. Mówiąc najprościej, to tak, jakby maksymalnie 13 świetnie wyszkolonych lekarzy osłuchiwało jednocześnie różne obszary płuc za pomocą stetoskopów, a ich umysły były zsynchronizowane stworzenie ciągłej i dynamicznej oceny zdrowia płuc, która zostanie przełożona na film na ekranie prawdziwego komputera.”
Rogers jest profesorem Louis Simpson i Kimberly Querrey w dziedzinie nauk o materiałach i inżynierii, inżynierii biomedycznej i chirurgii neurologicznej w McCormick School of Engineering w Northwestern oraz Northwestern University Feinberg School of Medicine. Kieruje także Instytutem Bioelektroniki Querreya Simpsona. Bharat jest ordynatorem chirurgii klatki piersiowej oraz profesorem chirurgii Harolda L. i Margaret N. w Feinberg. Jako dyrektor Northwestern Medicine Canning Thoracic Institute Bharat przeprowadził pierwsze w USA podwójne przeszczepy płuc pacjentom z Covid-19 i rozpoczął pierwszy w swoim rodzaju program przeszczepiania płuc dla niektórych pacjentów z rakiem płuc w stadium 4.
Małe, lekkie urządzenia, zawierające pary wysokowydajnych mikrofonów cyfrowych i akcelerometrów, delikatnie przylegają do skóry, tworząc kompleksową, nieinwazyjną sieć wykrywania. Poprzez jednoczesne wychwytywanie dźwięków i korelowanie ich z procesami zachodzącymi w organizmie, urządzenia przestrzennie odwzorowują sposób, w jaki powietrze wpływa do, przez i z płuc, a także zmiany rytmu serca w różnych stanach spoczynku i aktywności oraz przepływ pokarmu, gazów i płynów w organizmie.
Każde urządzenie, zamknięte w miękkim silikonie, ma 40 milimetrów długości, 20 milimetrów szerokości i 8 milimetrów grubości. Urządzenie mieści w sobie pamięć flash, małą baterię, podzespoły elektroniczne, funkcję Bluetooth i dwa maleńkie mikrofony – jeden skierowany do wewnątrz, w stronę ciała, a drugi na zewnątrz, na zewnątrz. Przechwytując dźwięki w obu kierunkach, algorytm może oddzielić dźwięki zewnętrzne (z otoczenia lub sąsiadujących organów) od dźwięków wewnętrznych ciała.
„Płuca nie wytwarzają wystarczającej ilości dźwięku, aby normalny człowiek mógł go usłyszeć” – powiedział Bharat. „Po prostu nie są wystarczająco głośne, a szpitale mogą być hałaśliwymi miejscami. Kiedy w pobliżu rozmawiają ludzie lub wydają dźwięki maszyn, może to być niezwykle trudne. Ważnym aspektem naszej technologii jest to, że potrafi ona korygować dźwięki otoczenia”.
Rejestrowanie hałasu otoczenia nie tylko umożliwia jego eliminację, ale także dostarcza informacji kontekstowych na temat otoczenia pacjenta, co jest szczególnie ważne w przypadku leczenia wcześniaków.
„Niezależnie od lokalizacji urządzenia ciągłe rejestrowanie środowiska dźwiękowego dostarcza obiektywnych danych na temat poziomu hałasu, na jaki narażone są dzieci” – powiedział dr Wissam Shalish, neonatolog ze Szpitala Dziecięcego w Montrealu i współautor pierwszego artykułu. „Oferuje także natychmiastowe możliwości zajęcia się wszelkimi źródłami stresujących lub potencjalnie szkodliwych bodźców słuchowych”.
Badanie zatytułowane „Bezprzewodowe szerokopasmowe czujniki akustyczno-mechaniczne jako sieci obszaru ciała do ciągłego monitorowania fizjologicznego” zostało wsparte przez Instytut Bioelektroniki Querrey-Simpson na Northwestern University. Współautorami artykułu są Jae-Young Yoo z Northwestern, Seyong Oh z Uniwersytetu Hanyang w Korei i Wissam Shalish z Centrum Zdrowia Uniwersytetu McGill.
Źródło: materiały Northwestern University, zdjęcia w tekście: Northwestern University (3)
Zostaw komentarz
You must be logged in to post a comment.