פריטים לבישים חדשניים מציעים הצצה לניטור בריאות רציף ולא פולשני

בביקורת שפורסמה ב חומרי תקשורתחוקרים דנו בהתקדמות ובמחסומים האחרונים בפיתוח של גוף מחובר דיגיטלית באמצעות רשת של חיישנים לבישים וממשקי ביו.

הם הדגישו עוד את הצורך במערכות אקולוגיות של מכשירים הוליסטיות לניטור מקיף וארוך טווח של הבריאות.

לימוד: לקראת גוף מחובר דיגיטלית לתובנה בריאותית הוליסטית ומתמשכת. קרדיט תמונה: SOMKID THONGDEE/Shutterstock.com

רקע כללי

ההתקדמות בחיישני עור לא פולשניים, כגון אלקטרוניקה אפידרמיסית, מציעה תובנות על ידי לכידת נוזלים ומתן תכונות פיזיקליות ייחודיות, המאפשרות חישה מתוחכמת יותר מעבר לשיטות המסורתיות.

חיישנים אלו כוללים יכולות ביוכימיות וביופיזיות, המאפשרות מדידה של סמנים כמו קורטיזול וכן תובנות לגבי מתחים פיזיולוגיים. תרגום חידושים אלו מהמעבדה לשימוש קליני או ביתי עומד בפני אתגרים אשר עשויים להיות מסווגים ל-(1) חומר וממשק, (2) אינטגרציה ו-(3) אתגרים הקשורים לאימוץ.

אימוץ נרחב של חידושים אלה תלוי בחומרים התואמים ממשקים חכמים, חידוש העור ושילוב חלק במערכות בריאות. למערכות כאלה עשויות להיות השפעה משמעותית על ניטור וטיפול במחלות לבריאות האוכלוסייה.

אתגרי חומרים וממשק

ממשקים ביו לבישים מתמודדים עם אתגרים מהותיים, במיוחד כשהם מחוברים בדבק לעור, כגון משך תפעול מוגבל עקב תחלופה של האפידרמיס ואי נוחות פוטנציאלית למשתמש.

נעשה שימוש נפוץ בקטגוריות מכשירים שונות: (א) לבנים ורצועה קונבנציונליים, (ב) אלקטרוניקה אפידרמיסית עם הצמדת עור דביקה, ו- (ג) היברידית המשלבת התקני אפידרמיס מחוברים בדבק עם אלקטרוניקה רב פעמית המחוברת מגנטית.

בעוד שמכשירי לבנים ורצועות מציעים אמינות וכדאיות מסחרית, האלקטרוניקה האפידרמיסית מספקת מגע קונפורמי, מפחיתה חפצי תנועה אך מתמודדת עם אתגרים בהצמדת דבק וטביעות רגל גדולות יותר. הגישה ההיברידית משלבת חד פעמיות עם רכיבים הניתנים לשימוש חוזר אך מציגה מורכבות.

חיישנים מוגבלים על ידי השפלה ביוכימית וחששות של סכנות ביולוגיות עם תיעול זיעה. פלטפורמות אפידרמיס ממזערות חפצי תנועה אך דורשות תשומת לב למכניקה ברמת המערכת ליציבות כרונית.

ממריצים לא פולשניים מסווגים כממריצים הפטיים, חשמליים ותרמיים והם חיוניים לשימוש כרוני. עם זאת, הם דורשים אספקת אנרגיה גבוהה, מה שהופך אותם למאתגרים להשגה.

שיטות אנקפסולציה עבור מכשירים לבישים כרוניים כוללות התגברות על אתגרים מכניים וזורמים, במיוחד עבור התקני אפידרמיס גמישים בעלי נאמנות גבוהה. ניתן להשתמש באסטרטגיות חדשניות כמו חיבורי סרפנטין ומעטפות דיאלקטריות כדי להתגבר על האתגרים הללו.

אתגרי אינטגרציה

שילוב מכשיר לביש משפיע על הנוחות, היציבות וביצועי החיישנים. הצורך באספקת חשמל גבוהה מזוהה כאתגר מרכזי, המגביל את הפעולה הרציפה של מכשירים.

סוללות מסורתיות מציעות זמני ריצה מוגבלים (1-2 ימים) למכשירים בעלי נאמנות גבוהה, מולטי-מודאלית, המחייבות טעינה תכופה ומשפיעה על שימור המשתמש.

שיטות שונות להעברת חשמל אלחוטיות נמצאות כעת בשימוש. מכשירים ביו-סימביוטיים נטענים מחדש באמצעות יציקת כוח בשדה רחוק לפעולה חלקה 24/7. מכשירים עם הפעלה פוטונית מנצלים תאים סולאריים פרוסקיט וחלוקת חשמל אלחוטית באמצעות טקסטיל.

רתימת מקורות אנרגיה סביבתיים וספקי כוח הנישאים על ידי המשתמשים, כגון קרינה אלקטרומגנטית מסמארטפונים, מספקת פתרונות לחישה מבוזרת ומפחיתה את עייפות המשתמש.

שיקולי פלטפורמה חומרית עבור מכשירים לבישים כוללים אתגרי מדרגיות וקונפורמיות שנפגעו. פעילויות תרגום מוצלחות עושות שימוש בחומרים כמו אורטן תרמופלסטי (TPU) ופוליאימיד.

שיטות תקשורת הן שיקולים חשובים עבור מכשירים לבישים. נעשה שימוש נפוץ בגישות המבוססות על אנרגיה נמוכה (BLE) ותקשורת בשדה קרוב (NFC).

חישוב הוא חיוני עבור מערכי נתונים גדולים ועשוי להפיק תועלת מלמידת מכונה ושיטות מבוססות בינה מלאכותית. בהתבסס על ניתוח כוח של הדרישות הקליניות, ניתוח נתונים עשוי להתבצע במכשיר או דרך ענן.

אתגרי אימוץ

קבלת המשתמשים היא היבט קריטי בהשפעה של מכשירים לבישים, כאשר גורמים כמו פרטיות, לבישה, קלות שימוש, דיוק נתונים וערך נתפס משפיעים על שיעורי השמירה.

עבור התקני לכידת מצב בריאותי נפוצים, שיעור השמירה הממוצע הוא רק 50% במשך שישה חודשים. הצלחה מסחרית אינה מובטחת, לאור אתגרים כמו יכולת פעולה הדדית, קבלת קהילה רפואית וכיסוי ביטוחי היוצרים חסמי כניסה גבוהים.

אישורים רגולטוריים כמו אישור FDA וסימון CE, חיוניים לשמירה על האמון, תורמים לתהליך חדשנות איטי, מה שהופך את הפיתוח של טכנולוגיה חדשה למאמץ בסיכון גבוה. למרות טכנולוגיה מרגשת, אימוץ איטי יכול לפגוע משמעותית בהצלחתו של מכשיר.

דוגמאות לציוד לביש כרוני מולטי-מודאלי

הביוסימביוטיקה מהווה כיתת מכשירים לבישים מעניינת. הם לוכדים אותות ביולוגיים בעלי נאמנות גבוהה ללא הפסקה.

מכשירים אלו מתחברים באפידרמלי באמצעות מבני רשת רכים, מתאימים לגוף ללא דבקים, ומאפשרים שימוש ממושך לאורך שבועות. יציקת כוח לשדה רחוק מטעינה את המכשיר, מספקת פעולה אוטונומית של 24 שעות ומאפשרת טעינה בסמיכות לגלגלת חשמל.

המכשירים שומרים על פונקציונליות במהלך פעילויות שונות, כולל מקלחות, לכידת זרמי נתונים בקצבי דגימה גבוהים, כגון התכווצויות דו-ראשי ומדידות טמפרטורת עור ברזולוציה גבוהה, שאינן ניתנות להשגה עם מכשירים לבישים מסורתיים.

סיכום

ממשקי עור לבישים בנאמנות גבוהה מציעים תובנות מתקדמות, אך הפריסה המוצלחת שלהם דורשת התקדמות מפתח בחומרים לשימוש כרוני.

אסטרטגיות הכוללות חומרים כמו הידרוג'לים ומצעים דקים במיוחד עם ממשקי עכבה נמוכה מאפשרות התקשרות חלקה לעור, ותומכות בממשקי נאמנות מתמשכים לאורך שבועות.

אימוץ נרחב של מכשירים תלוי ביצירת גישות חלקות ברמת המערכת המחברים בין סוגי ממשקים שונים, מסגרות זמן של יישומים והיבטים של אסטרטגיות תקשורת, חישוב ואסטרטגיות.

טכנולוגיות כמו יציקת כוח אלחוטית, רשתות רשת בעלות הספק נמוך ומחשוב עצבי עשויות להקל על הפצה מהירה יותר של מחלקת מכשיר זה.

בסך הכל, התקדמות אלו טומנת בחובה פוטנציאל רב להשפיע על תוחלת החיים ובריאות האוכלוסייה, במיוחד על ידי שיפור הזיהוי והטיפול במחלות לב.