Ультратонкий е

Сердечно-сосудистые заболевания являются основной причиной смертности во всем мире. Непрерывный кардиомониторинг может позволить более раннее выявление заболеваний сердца и своевременное вмешательство для предотвращения серьезных сердечных осложнений. Однако традиционные устройства мониторинга предназначены для клинических условий и слишком тяжелы и энергоемки для долгосрочных измерений движущихся людей.

Команда, возглавляемая Техасским университетом в Остине, стремится решить эту проблему, создав ультратонкое (200 мкм) и легкое (2,5 г) устройство, обеспечивающее непрерывный мониторинг сердца за пределами клиники. Растягивающаяся электронная татуировка, или электронная татуировка, прикрепляется к груди через медицинскую повязку. Он может похвастаться сверхнизким энергопотреблением (менее 3 мВт), работает от небольшой батареи со сроком службы более 40 часов и передает данные в реальном времени по беспроводной сети на хост-устройство, например мобильный телефон.

«Большинство заболеваний сердца не очень очевидны. Ущерб наносится на заднем плане, и мы даже не знаем об этом», — объясняет ведущий автор Наньшу Лу в заявлении для прессы. «Если мы сможем осуществлять постоянный мобильный мониторинг дома, мы сможем проводить раннюю диагностику и лечение, и если это будет возможно, 80% сердечных заболеваний можно будет предотвратить».

Электронная татуировка работает путем измерения двух ключевых сердечных сигналов: электрической активности сердца посредством электрокардиографии (ЭКГ); и механический сердечный ритм (тонкие вибрации, вызванные сердечным сокращением и движением крови) с помощью сейсмокардиографии (СКГ). Датчик ЭКГ взаимодействует с телом с помощью биосовместимых графитовых пленочных электродов, а ЭКГ регистрируется малошумящим акселерометром с высоким разрешением.

Синхронизация сигналов ЭКГ и СКГ позволяет с высокой точностью измерять ключевые временные интервалы сердечной деятельности – период предвыброса (PEP) и время выброса левого желудочка (LVET). Такие временные интервалы являются важными индикаторами многих сердечно-сосудистых заболеваний, но в настоящее время их можно измерить только инвазивными методами.

«Эти два измерения, электрическое и механическое, вместе могут дать гораздо более полную и полную картину того, что происходит с сердцем», — говорит Лу. «Есть гораздо больше характеристик сердца, которые можно извлечь из двух синхронно измеренных сигналов неинвазивным способом».

Электронная татуировка, рассчитанная на длительное ношение, должна быть удобной, повторять контуры груди и растягиваться вместе с кожей при движении пользователя. Чтобы добиться этого, команда использовала змеевидные соединения между датчиками и электронными схемами. Они обнаружили, что электронная татуировка может растягиваться до 20% без каких-либо повреждений или снижения качества сигнала.

Чтобы проверить качество полученных сигналов, исследователи сравнили данные датчиков электронной татуировки с клиническими устройствами «золотого стандарта», отметив, что оба устройства улавливают эквивалентные сигналы и данные. Затем они протестировали электронную татуировку на пяти здоровых добровольцах, которые носили электронную татуировку, сохраняя статические позы и катаясь на велосипеде с возрастающей нагрузкой с перерывами. Для сравнения участники также носили неинвазивный монитор сердечного выброса (NICOM).

Во время статических поз частота сердечных сокращений, измеренная с помощью электронной татуировки и NICOM, хорошо совпадала у всех участников с разницей в 0,07 ± 1,21 удара в минуту (уд./мин). Когда участники перешли от лежания к сидению в вертикальном положении, а затем к стоянию, электронная татуировка зафиксировала увеличение PEP и снижение LVET, как и ожидалось. Это демонстрирует способность устройства измерять небольшие изменения сердечных интервалов, вызванные изменениями позы.

Графеновая татуировка позволяет измерять артериальное давление без манжеты

В эксперименте по велоспорту измерения частоты сердечных сокращений с помощью электронной татуировки и NICOM снова сильно коррелировали с разницей в 0,02 ± 1,24 удара в минуту. Сигнал ЭКГ оставался неизменным во время езды на велосипеде, но сигнал СКГ был искажен артефактами движения. Таким образом, исследователи изучили периоды отдыха между каждым сегментом езды на велосипеде, в течение которых средняя разница в LVET между электронной татуировкой и NICOM составляла -0,44 ± 8,74 мс. Эта линейная зависимость показывает, что электронная татуировка может стать жизнеспособной альтернативой громоздким и дорогим клиническим мониторам.