柔软的可穿戴健康监视器使用可拉伸的电子设备

发布日期:2019-08-03 08:29   来源:未知   阅读:

  采用可伸缩电子设备构建的无线可穿戴式监视器可以对成人,婴儿和小孩进行舒适,长期的健康监测,而无需担心传统粘合剂传感器导电凝胶引起的皮肤损伤或过敏反应。

  柔软且舒适的监视器可以将心电图(ECG),心率,呼吸率和运动活动数据广播15米到便携式记录设备,例如智能手机或平板电脑。电子器件安装在可拉伸的基板上,并通过印刷连接器连接到金色皮肤状电极,印刷连接器可以与嵌入它们的医用薄膜一起拉伸。

  “这款健康监测器对于一直在移动的幼儿来说具有一个关键优势,因为柔软的保形装置可以轻柔地融入皮肤,从而适应这种活动,”George W. Woodruff学校助理教授Woon-Hong Yeo说。机械工程系和华莱士H.库尔特佐治亚理工学院生物医学工程系。“这是为了满足敏感皮肤可能受到传统显示器伤害的人们的电子健康监测需求。”

  7月24日在“ 高级科学 ”杂志上报道了该监测器的详细情况。该研究得到了亚特兰大儿童医疗保健的Imlay创新基金,NextFlex(柔性混合电子制造研究所)以及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。已经对动物模型和人类进行了研究。

  因为该装置符合皮肤,所以它避免了通过皮肤上典型的金属 - 凝胶电极的运动可能产生的信号问题。该设备甚至可以从走路,跑步或爬楼梯的人那里获得准确的信号。

  “当你将一个传统的电极放在胸部时,坐起或走路时的运动会产生运动伪影,这些运动伪像很难与你想要测量的信号分开,”他说。“因为我们的设备柔软且保形,它随着皮肤移动,并提供传统传感器的运动伪影无法看到的信息。”

  亚特兰大儿童医疗保健中心的儿科心脏病专家凯文马赫博士说,使用无线健康监测器进行持续评估可以改善对儿童的评估,并帮助临床医生更早地识别趋势,可能在病情发展前促进干预。

  “来自呼吸系统和心血管系统的连续数据的产生可以允许应用先进的诊断来检测临床状态的变化,对治疗的反应和早期干预的实施,”Maher说。“一种真正跟随孩子每次呼吸的装置,可以在更严重的疾病表现之前进行早期识别和干预。”

  他说,在家中使用时,可穿戴显示器可能会检测到可能无法显现的变化。在临床环境中,无线设备可以让儿童感觉不那么“束缚”在设备上。“我认为这种设备是儿科医疗保健方面的重大变化,我很高兴能与乔治亚理工学院合作开展该项目,”Maher补充道。

  该显示器使用嵌入薄膜中的三个金电极,其中还包含电子处理设备。整个健康监视器的直径只有3英寸,正在开发的更高级版本将只有一半大小。无线显示器现在由一个小型可充电电池供电,但未来版本可能会用外部射频充电系统取代电池。

  由于需要对儿童进行门诊监测,Yeo和他的合作者,包括第一作者和博士后研究员Yun-Soung Kim,正专注于儿科应用。然而,他们设想健康监测器也可用于其他患者群体,包括可能也有敏感皮肤的老年人。对于成年人来说,还有其他优点。

  “显示器可以佩戴多天,也许长达两周,”Yeo说。“这种隔膜具有防水功能,因此成人可以在穿着时淋浴。使用后,电子元件可以回收利用。”

  已经开发了两种版本的监视器。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,而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。后者可以在皮肤上保留更长时间。

  “这些设备完全干燥,不需要凝胶就能从皮肤上获取信号,”Yeo解释道。“皮肤和超薄传感器之间没有任何东西,香港正版四不像图片,所以佩戴起来很舒服。”

  由于监护仪可以长时间佩戴,因此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,同时将它们与来自更大一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进行无线报告。”

  显示器电路的制造采用薄膜网状铜图案,可以与软基板一起弯曲。芯片是唯一不灵活的部件,但它们安装在应变隔离的软基板上,而不是传统的塑料电路板上。

  作为后续步骤,Yeo计划减小设备的尺寸并添加功能以测量其他与健康相关的参数,如温度,血氧和血压。一个重要的里程碑是用于评估传统健康监测器性能的临床试验。

  对于专注于纳米和微观工程的Yeo来说,在临床试验中看到该设备并最终用于儿童医院的前景是一个强有力的激励因素。

  “对于我来说,看到我们开发的东西对受苦的人有帮助,这将是一个梦想成真,”他说。“我们都希望看到科学和工程的发展转化为改善患者护理。”