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用于长期健康监测的新型无线可伸缩电子设备
时间:2019-10-30 15:17:45 评论:0 收藏本文 复制本页地址 (按Ctrl+D可以收藏到浏览器)

采用可伸缩电子元件构建的无线可穿戴式监测仪,可以对成人、婴儿和儿童进行舒适、长期的健康监测,而无需担心由带有导电凝胶的传统粘性传感器引起的皮肤损伤或过敏反应。

这种柔软舒适的监护仪可以将心电图(ECG)、心率、呼吸频率和运动活动数据传送到便携式记录设备,如智能手机或平板电脑。电子元件被安装在一个可拉伸的基板上,并通过印刷连接器连接到金的、类似皮肤的电极上,这些连接器可以与嵌入它们的医用薄膜一起拉伸。

这种健康监护仪对于经常移动的幼儿有一个关键的优势,因为软适形装置可以适应这种活动,并轻轻地融入皮肤。这是为了满足敏感皮肤可能受到传统监视器伤害的人的电子健康监控需求。”

Woon Hong Yeo,助理教授,George W.Woodruff机械工程学院和Wallace H.Coulter生物医学工程系,乔治亚理工学院

7月24日《高级科学》杂志上报道了该监测仪的详细情况。这项研究得到了亚特兰大儿童医疗保健机构IMLAY创新基金(灵活混合电子制造研究所)和佐治亚理工学院电子和纳米技术研究所的种子基金的支持。对这两种动物模型的监视器都进行了研究。还有人类。

因为该装置符合皮肤,它避免了通过典型的金属凝胶电极在皮肤上运动而产生的信号问题。该设备甚至可以从行走、跑步或爬楼梯的人身上获得准确的信号。

他说:“当你把一个传统的电极放在胸部时,从坐起来或走路的运动会产生运动伪影,这些伪影很难与你想要测量的信号分离。”因为我们的设备是柔软和保形的,它随皮肤移动,并提供传统传感器的运动伪影无法看到的信息。”

亚特兰大儿童保健中心的儿科心脏病专家Kevin Maher博士说,使用无线健康监护仪进行持续评估可以改善对儿童的评估,帮助临床医生更早地发现趋势,可能有助于在病情恶化之前进行干预。

Maher说:“从呼吸系统和心血管系统生成的连续数据可以允许应用先进的诊断技术来检测临床状态的变化、对治疗的反应和早期干预的实施。”一种能够跟踪孩子每次呼吸的装置,可以在病情更严重之前,及早识别并进行干预。”

他说,在家中使用的可穿戴式显示器可能会检测到一些其他方面看不到的变化。在临床环境中,无线设备可以让孩子们少受“束缚”在设备上。我认为这个设备是儿科医疗保健领域的重大变革,我很高兴能与佐治亚理工大学在这个项目上合作,”Maher补充道。

格里菲斯大学的Coast Biobank的相关报道促进了医学研究。核磁共振扫描显示了ADHD药物是如何影响儿童“按需”治疗的大脑结构的。轻度哮喘儿童的监护仪使用了三个嵌入在胶片中的金电极,胶片中还含有电子探针。加工设备。整个健康监视器的直径只有3英寸,一个正在开发的更先进的版本将是这个尺寸的一半。无线显示器现在由一个小的可充电电池供电,但未来的版本可能会用一个外部射频充电系统取代电池。

杨致远和他的合作者,包括第一作者和博士后研究员金云Soung,由于需要对儿童进行动态监测,他们正专注于儿科应用。然而,他们设想健康监护仪也可以用于其他患者群体,包括可能有敏感皮肤的老年人。对于成年人来说,还有其他的好处。

“监护仪可以戴上几天,可能长达两周,”叶说。这种膜是防水的,所以一个成年人可以在穿着它的时候洗澡。使用后,电子元件可以回收利用。”

已经开发出两种版本的监视器。一种是基于医用胶带,设计用于医院或其他护理机构的短期使用,另一种则使用经批准用于伤口护理的柔软弹性体医用薄膜。后者可以在皮肤上停留更长时间。

Yeo解释说:“这些装置是完全干燥的,不需要凝胶来提取皮肤的信号。”皮肤和超薄传感器之间没有任何东西,因此穿着舒适。”

由于监护仪可以长时间佩戴,因此它可以提供心电图数据的长期记录,有助于了解潜在的心脏问题。”“我们使用深度学习来监测信号,同时将其与来自更大组患者的数据进行比较,”Yeo说。如果检测到异常,可以通过智能手机或其他连接设备无线报告。”

显示器电路的制作采用了薄膜状、网状的铜图案,这种图案可以与软基板弯曲。芯片是唯一不灵活的部分,但它们安装在应变隔离软基板上,而不是传统的塑料电路板。

作为下一步,Yeo计划减小设备的尺寸,并增加功能来测量其他与健康相关的参数,如温度、血氧和血压。一个重要的里程碑将是一个临床试验,用传统的健康监测仪来评估性能。

对于专门从事纳米和微工程的Yeo来说,在临床试验中看到这种设备并最终用于儿童医院的前景是一种强有力的激励。

他说:“对我来说,梦想成真就是看到我们发展出来的东西能帮助受苦的人。”我们都希望看到科学和工程的发展转化为改进的病患护理。”

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