نظارت مداوم بر روی سلامت بدن با یک حسگر بی سیم پیشرفته

به گزارش روابط پایگاه اطلاع رسانی علوم آزمایشگاهی ایران، حسگر بی سیم پیشرفته، نظارت مداوم بر سلامت را ارائه می دهد و مراقبت از بیمار را متحول می کند.

در مطالعه ای که اخیراً در مجله Nature Medicine منتشر شده است، محققان یک سیستم سنجش صوتی-مکانیکی باند پهن بی سیم (BAMS) را برای نظارت فیزیولوژیکی مستمر ارائه کردند.

در نوزادان و کودکان، مشکلات قلبی عروقی و گوارشی از علل مهم مرگ و میر در پنج سال اول زندگی است. استفاده از سیستم های نظارت مستمر به هدایت تصمیمات بالینی کمک می کند. سیستم های بیمارستانی فعلی از حسگرها، کابل ها و سیم های متصل به مانیتورها استفاده می کنند. با این حال، خوشبختانه، پیشرفت ها در مهندسی زیستی منجر به توسعه حسگرهای بی سیم با رابط پوستی برای استفاده در کسب همزمان کلاس های مختلف سیگنال ها شده است.

گوشی های هوشمند دیجیتال، از جمله طرح های پوشیدنی، می توانند اطلاعات (مکمل) در مورد انسداد راه هوایی، حرکت روده، فعالیت قلبی، و صداهای ریوی ناخواسته ارائه دهند. با این حال، به دلیل برخی محدودیت ها نمی توان از آنها برای نظارت مستمر استفاده کرد و در نتیجه، استفاده بالینی از صدای بدن معمولاً از طریق اندازه گیری های دوره ای انجام می شود.

مطالعه حاضر سیستم های BAMS بی سیم را برای پایش فیزیولوژیکی مستمر معرفی کرد. سیستم BAMS می تواند طیف وسیعی از سیگنال ها، از حرکات آهسته بدن (حدود 0.01 هرتز [Hz]) تا صداهای بدن با فرکانس بالا (تا 1 کیلوهرتز) را ضبط کند. چسبندگی ملایم دستگاه در بریدگی فوق استرنال می تواند امکان اندازه گیری همزمان صداهای تنفسی و قلبی را فراهم کند.

قرار دادن دستگاه های هماهنگ شده با زمان بر روی شکم می تواند نظارت فضایی و زمانی صداهای گوارشی را امکان پذیر کند. در یک پیاده سازی پیشرفته، 13 دستگاه را می توان در نقاط هدف در سراسر قفسه سینه خلفی و قدامی برای نظارت بر سلامت ریوی، پیشرفت بیماری و توانبخشی قرار داد. این پیاده سازی (پیشرفته) می تواند برای بیماران در هر سنی، از جمله نوزادان بستری شده در بخش مراقبت های ویژه نوزادان (NICU) اعمال شود.

دستگاه BAMS شامل میکروفون های بدنه و محیطی، یک واحد اندازه گیری اینرسی، یک حافظه فلش، یک آنتن شارژ بی سیم، و یک سیستم استاندارد کم مصرف بلوتوث روی یک تراشه است که روی یک برد مدار چاپی نصب شده است. میکروفون ها صدا را از دو جهت می گیرند و یک الگوریتم فیلتر تطبیقی ​​سهم صداهای بدن را در صداهای محیط به حداقل می رساند و بالعکس.

سیستم BAMS را می توان در سناریوهای زندگی روزمره مورد استفاده قرار داد و امکان نظارت بر پارامترهای استاندارد (ضربان تنفسی، ضربان قلب) و اقدامات خودمختار مانند جفت شدن قلبی تنفسی، بلع، و تغییرپذیری ضربان قلب (HRV) را فراهم می کند. این سیستم می تواند در فعالیت های مختلف مانند خواب و ورزش عمل کند. علاوه بر این، محققان داده های BAMS یک نوزاد بستری شده در NICU را با خوانش های مانیتورهای بالینی مورد تایید سازمان غذا و دارو (FDA) مقایسه کردند.

شدت صدا و فاصله تنفس تعیین شده توسط دستگاه BAMS با مکث در تنفس و سرعت جریان هوا در ارتباط است. علاوه بر این، دستگاه نظارت قابل اعتمادی بر ضربان قلب، صداهای تنفسی و سایر پارامترها در یک دوره طولانی (سه ساعت) در گروهی متشکل از پنج نوزاد بستری در NICU نشان داد. صداهای تنفسی به خوبی با حرکات قفسه سینه و داده های پلتیسموگرافی اندوکتانسی تنفسی و دمای بینی هماهنگ است.

تجزیه و تحلیل های بیشتر نشان داد که صداهای روده گرفته شده توسط دستگاه های BAMS با سیگنال های الکترومیوگرافی از شکم یک بزرگسال مرتبط است. علاوه بر این، محققان از 13 دستگاه نصب شده بر روی 35 بیمار بیماری مزمن ریوی و 20 فرد سالم استفاده کردند. داده های یک فرد سالم، توزیع های مشابهی از شدت صدا، حرکت دیواره قفسه سینه و فرکانس های صدا از سمت راست و چپ بدن را نشان داد.

اندازه گیری های مشابه بر روی بیمارانی که در جراحی ریه برداشته شدند و بیمارانی که بیماری های مزمن ریوی داشتند، وضعیت آنها را منعکس می کرد. یکی از شرکت کنندگان با جراحی برداشتن لوب فوقانی چپ و لوب های پایینی و فوقانی راست، عملکرد ریوی پایین تری را در لوب های برداشته شده نشان داد، که باعث کاهش شدت صدا و سرعت جریان هوا شد.

تجزیه و تحلیل مقایسه ای داده های افراد سالم و بیماران مبتلا به بیماری مزمن ریوی، اهمیت حجم جریان هوا، فرکانس صدا و سرعت جریان هوا را در تشخیص بیماری های محدود کننده و انسدادی ریه برجسته کرد. این نتایج به داده های دستگاه های BAMS که در نواحی خلفی (پایین و فوقانی) قفسه سینه و شکاف فوق استرنال قرار گرفته اند، با اندازه گیری های مجزای میزان جریان هوا و حجم جریان با استفاده از یک پیک فلومتر متکی بود.

انرژی صوت را می توان با ادغام شدت صدا در طول زمان محاسبه کرد. این پارامترها می توانند به ردیابی پیشرفت بیماری و پاسخ درمانی کمک کنند. اندازه گیری حجم هوا و سرعت جریان هوا نیز می تواند نظارت بر شاخص Tiffeneau-Pinelli را تسهیل کند. شدت صدا در ناچ فوق استرنال در شرکت کنندگان سالم با شدت متوسط ​​54 دسی بل (dB) بیشتر از بیماران مزمن ریوی بود.

با این حال، شدت متوسط ​​در بیماران مبتلا به بیماری مزمن ریه بدون برداشتن ریه 38 دسی بل، در بیماران با رزکسیون ریه فوقانی راست 36 دسی بل و در افراد با رزکسیون ریه فوقانی چپ 30 دسی بل بود. فرکانس بازدم غالب خلفی سمت راست در شرکت کنندگان سالم 219 هرتز و در بیماران مبتلا به بیماری مزمن ریوی 256 هرتز بود. تجزیه و تحلیل های بیشتر در مکان های مختلف ریه ها تفاوت های فاحشی را بین بیماران مبتلا به بیماری مزمن ریوی و افراد سالم نشان داد.

نتیجه گیری:

این مطالعه فناوری اندازه گیری همزمان صداها و حرکات بدن را به عنوان منبع سیگنال های فیزیولوژیکی با قابلیت کاربرد در خانه و بیمارستان ارائه کرد. مطالعات مشخص سازی متعدد و اندازه گیری های معیار، صحت سیستم BAMS را تأیید کردند. به طور کلی، ترکیب یک جفت میکروفون، الگوریتم جداسازی صدا، عملیات همگام سازی شده با زمان، و فرم کوچک رابط پوستی، امکانات منحصر به فردی را برای نظارت (مستمر) بیمار ایجاد می کند.