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软可穿戴健康监视器使用可伸缩电子设备

导读带有可伸缩电子装置的无线可穿戴显示器可以对成年人,婴儿和小孩进行舒适,长期的健康监测,而无需担心传统的带有导电凝胶的粘合传感器引起

带有可伸缩电子装置的无线可穿戴显示器可以对成年人,婴儿和小孩进行舒适,长期的健康监测,而无需担心传统的带有导电凝胶的粘合传感器引起的皮肤伤害或过敏反应。柔软舒适的监视器可以将心电图(ECG),心率,呼吸频率和运动活动数据广播到15米远的便携式记录设备(例如智能手机或平板电脑)。电子设备安装在可拉伸的基板上,并通过可与嵌入其中的医用膜一起拉伸的印刷连接器连接至类似皮肤的金色金电极。

George W. Woodruff School的助理教授 Woon-Hong Yeo说:“这种健康监测仪对于始终运动的幼儿具有关键优势,因为柔软的保形设备可以将其活动并轻轻地整合到皮肤上。” 佐治亚理工学院机械工程系 和 Wallace H. Coulter生物医学工程系。“这旨在满足那些敏感皮肤可能会受到传统监护仪伤害的人们的电子健康监护需求。”

监视器的详细信息发表在“高级科学”杂志上。这项研究得到了亚特兰大儿童保健公司Imlay创新基金,NextFlex(柔性混合电子制造研究所)的支持,以及佐治亚理工学院电子与纳米技术研究所的种子资助。该监视器已经在动物模型和人类上进行了研究。

由于该设备贴合皮肤,因此避免了典型的金属凝胶电极在皮肤上移动时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。

他说:“当您将传统电极放在胸部时,坐着或走路产生的运动会产生运动伪影,这些伪影很难与您想要测量的信号分开。” “由于我们的设备柔软而保形,它可以随皮肤移动,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凯文·马哈尔(Kevin Maher)博士说,使用无线健康监测仪进行持续评估可以改善对儿童的评估,并帮助临床医生尽早发现趋势,从而有可能在病情恶化之前进行干预 。

“从呼吸系统和心血管系统产生的连续数据可以允许应用高级诊断程序来检测临床状况的变化,对治疗的反应以及早期干预的实施,”马赫说。“从字面上跟随孩子的每一次呼吸的设备可以允许在更严重地呈现疾病之前及早识别和干预。”

他说,在家里使用的可穿戴式显示器可能会检测到其他情况下可能看不到的变化。在临床环境中,无线设备可使孩子感觉不到被设备束缚的感觉。“我认为该设备是儿科医疗保健领域的重大变化,很高兴能与佐治亚理工学院合作开展该项目,”马赫补充说。

显示器使用嵌入在薄膜中的三个金电极,薄膜中还包含电子处理设备。整个健康监视器的直径仅为三英寸,正在开发的更高级的版本将只有该尺寸的一半。现在,无线监视器由一个小的可充电电池供电,但是将来的版本可能会用外部射频充电系统代替该电池。

Yeo和他的合作者,包括第一作者和博士后研究员Yun-Soung Kim,由于需要对儿童进行门诊监护,因此他们将重点放在儿科应用上。但是,他们设想健康监视器也可以用于其他患者组,包括可能也具有敏感皮肤的老年人。对于成年人来说,还有其他好处。

Yeo说:“显示器可能会戴几天,可能长达两周。” “这种膜是防水的,因此成年人可以在戴着它的时候洗澡。” 使用后,电子元件可以回收。”

已经开发了两种版本的显示器。一种基于医用胶带,设计用于医院或其他护理机构中的短期使用,另一种则使用经批准用于伤口护理的柔软弹性体医用膜。后者可以在皮肤上保留更长的时间。

Yeo解释说:“这些设备完全干燥,不需要凝胶就能从皮肤吸收信号。” “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,因此可以长期记录心电图数据,有助于了解潜在的心脏问题。Yeo表示:“我们使用深度学习来监控信号,同时将其与来自更多患者的数据进行比较。” “如果检测到异常,可以通过智能手机或其他连接的设备以​​无线方式进行报告。”

显示器电路的制造使用了薄膜状的网状铜图案,可以与柔软的基板挠曲。芯片是唯一不是柔性的部分,但是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。

下一步,Yeo计划减小设备的尺寸,并增加功能以测量其他与健康相关的参数,例如温度,血氧和血压。一个重要的里程碑将是一项临床试验,以对照传统的健康监护仪评估其性能。

对于专门研究纳米和微工程的Yeo来说,在临床试验中看到该设备并最终在儿童医院中使用该设备的前景是一个强大的动力。

他说:“看到我们所开发的东西对遭受痛苦的人有帮助,对我来说,这将是一个梦想成真。” “我们所有人都希望看到科学和工程学的发展转化为改善的患者护理。”

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