בסקירה שפורסמה לאחרונה ב-Communications Materials, חוקרים סקרו שיפורים אחרונים במערכות לבישות של יילודים, והתמקדו בציוד לביש עם ממשק עור לניטור פיזיולוגי בענפים רבים.
לימוד: חיישנים לבישים בעלי ממשק עור לניטור בריאות חכם של תינוקות וילודים. קרדיט תמונה: Gorodenkoff/Shutterstock.com
רקע כללי
הערכות בריאותיות של חולי תינוקות בטיפול קריטי עשויות להיות קשות במיוחד עבור חולים ומטפלים בהם, מאחר שהגדרות הבדיקה כוללות מספר צנתרים, בדיקות ואלקטרודות המגבילות את תנועת החולה.
הערכות בריאות דורשות בדרך כלל מכשירים יקרים ומסורבלים לניטור פרמטרים פיזיולוגיים כגון קצב נשימה, קצב לב, רוויית חמצן בדם, טמפרטורה, ריכוזי יונים ולחץ דם.
עם זאת, במהלך העשורים האחרונים, ההתקדמות המדעית דחפה לעבר טכנולוגיה לבישה, לא פולשנית ורכה כדי להאפיל על ההליכים הנוכחיים.
לגבי הביקורת
בסקירה הנוכחית, החוקרים בחנו את הבסיס החומרי למכשירים לבישים, תוך התמקדות במושגים ובשיפורים הטכניים של ענפי ניטור פיזיולוגיים מרכזיים כמו חישת ביופוטנציאל, אופטי, טמפרטורה, אלקטרוכימית וחישה מרובה אותות.
פיתוח חומרים עבור חיישנים לבישים
מערכות אלקטרוניות אפידרמיסיות (EES) הן מכשירים אלקטרוניים רכים וגמישים שנוצרו תוך שימוש בטכנולוגיית מערכות מיקרו-אלקטרומכניות (MEMS). למכשירים אלו יש את אותן איכויות חומר כמו האפידרמיס, מה שמאפשר גמישות גבוהה.
ניתן להשתמש בחומרי סרט דק כמו פוליאמיד ומשקעי מתכת דקים כשכבות מוליכות, וכתוצאה מכך להתקנים דקים וגמישים במיוחד עם קשיחות כיפוף תת-ננומטרית ומודולוס אפקטיבי של 140 kPa.
אפשר למרוח EES בקלות על העור עם סרט העברת דבק דק או תחבושת רטובה. סרפנטין שלב שלישי מחבר בין תנועה דינמית לעור, איכות אות גבוהה ומגע מתמיד עם פני העור.
אלסטומרים, פחות יקרים מטכנולוגיית פרוסות סיליקון, הם מצעים אידיאליים לשילוב אלקטרוניקה רכה ב-EES. ניתן להשתמש במעטפת אלסטומרית עבור מערכות אלקטרוניות היברידיות, מכיוון שהיא משלבת התקני חיישני EES גמישים, אלקטרוניקה אקטיבית ופסיבית קשיחה, תקשורת נטולת חוטים ועיבוד מידע כדי לספק ציוד הכל-באחד המאפשר ניטור בזמן אמת.
טקסטיל משמש בדרך כלל לשילוב התקני חישת ביולוגית בשל הנוחות והמוכרות הנתפסים שלהם. הטכניקות כוללות אריגה של סיבים מוליכים חשמלית, תפירה על ניילון או פוליאוריטן מצופה זהב או כסף, והדפסת דיו חשמלי על סיבים.
רכיבים אלה ניתנים לחיבור בקלות לפריטי לבוש, לרבות גופיות, רצועות ומעילים. אלקטרודות טקסטיל המשולבות בבגדים ממזערות את דרישות הג'ל והסרט המוליך אך מפחיתות את איכות האות.
תגובות מתח קיבוליות והתנגדות מסיבים מוליכים יכולות להעריך פרמטרים פיזיולוגיים כמו קצב נשימה וניידות.
אפשר להעביר נתונים באמצעות חיבורי כבלים או משדרים אלחוטיים מסורבלים, אבל ניתן לארוג אנטנות לתוך בגדים ולשלב אותם עם תגי RFID כדי להעביר נתונים בצורה אלחוטית נטולת סוללות.
חיישנים לבישים המשמשים לניטור מצבים פיזיולוגיים
גופי האדם יוצרים פוטנציאל פעולה באמצעות תהליכים כימיים המנוטרים על ידי אלקטרודות על העור. אותות ביו-פוטנציאל אלו הם קריטיים לניטור הבריאות, כגון אלקטרוקרדיוגרמות (ECG) לפעילות לב, אלקטרומיוגרפיה (EMG) להפעלת שרירים, אלקטרואנצפלוגרמות (EEGs) לפעילות מוחית ו-EEG למעקב אחר תנועת העיניים.
חוקרים יצרו מערכת EES הכל-באחד כדי לחקות ניטור סימנים חיוניים ביחידה לטיפול נמרץ בילודים (NICU), כולל שידור כוח אינדוקטיבי אלחוטי וחילופי נתונים לפלטפורמת קורא מארח מתחת למזרון של המטופל. הטכנולוגיה עדינה מבחינה מכנית ודורשת ג'ל מוליך.
EEG היא טכנולוגיית אבחון המודדת פעילות חשמלית במוח באמצעות אלקטרודות המושתלות בראש. שיטות נפוצות כוללות EEG (aEEG) משולב משרעת חד ערוצית ו- EEG רציף רב ערוצי (cEEG), כאשר cEEG הוא תקן הזהב.
היו כמה מחקרים בתכנון מחדש פיזי של מערכות אלקטרודות EEG; עם זאת, רוב ההתקדמות כוללת פיתוח כובעי טקסטיל או להקות כדי לשפר את מיקום האלקטרודות תוך שימוש באלקטרודות רטובות טיפוסיות.
חישה אופטית עבור יישומים רפואיים משתמשת בעקרונות ספקטרופוטומטריים כדי לבחון באופן לא פולשני תהליכים פיזיולוגיים דרך עור.
חוקרים פיתחו PPG החזר למצח עבור ילודים בפגים, חיישן PPG גמיש לכף הרגל ומערכת אלחוטית לניטור ההמודינמיקה המוחית של התינוק.
חישת סמנים ביולוגיים לא פולשניים של סרט דק, המתמקד בזיעה, רוק ושתן, יכולה להחליף את הוצאת הדם הסטנדרטית באיתור סמנים ביולוגיים כימיים או חלבוניים לאבחון טרום בריאותי, אבחון ופרוגנוזה.
חישה אלקטרוכימית מזהה העברת מטען על אלקטרודת חישה, ומאפשרת לרכיבים לבישים לתעד זרם, מוליכות ושינויים במתח/פוטנציאל.
חוקרים יצרו מערכת מרובת אותות המשתמשת במכשירי מדידה בינודליים של ECG ו-PPG כדי לקבוע את זמן הגעת הדופק, לחשב את זמן מעבר הדופק ולמדוד סיסמוקרדיוגרמות.
מסקנות
בהתבסס על ממצאי הסקירה, אלקטרוניקה גמישה וטכנולוגיות ניטור בריאות לבישה שיפרו את תוצאות המטופלים על ידי זיהוי אינדיקטורים פיזיולוגיים במקום טיפולים חודרניים.
עיבוד אותות מתקדם מאפשר יישומים רפואיים כמו לחץ דם וטמפרטורת גוף. הצמצום של מוצרי האלקטרוניקה הביא להתקדמות בתחום הבריאות, בעיקר ביישומים של יילודים שבהם טביעות רגל קטנות, טיפול עדין ופשטות השימוש הם קריטיים.
סטטוסקופים לבישים לניטור אסתמה ו-CEEG יבש לביש לניטור התקפים הם טכנולוגיות עדכניות שפשטו את אפשרויות הטיפול ב-NICU. מערכות ניטור אוטומטיות עשויות להועיל במיוחד לילדים חולים בגיל בית הספר, להגביר את העצמאות וההסתגלות העצמית.
