De eerste draagbare apparaten in zijn soort vangen lichaamsgeluiden op om de gezondheidsstatus continu te monitoren

Zelfs tijdens de meest routinematige bezoeken luisteren artsen naar de geluiden in het lichaam van hun patiënten: de lucht die de longen in en uit gaat, de hartslag en zelfs verteerd voedsel dat door het lange spijsverteringskanaal beweegt. Deze geluiden bieden waardevolle informatie over iemands gezondheid. Wanneer deze geluiden subtiel veranderen of helemaal stoppen, kunnen ze duiden op een ernstig probleem dat tijdgevoelige interventie vereist.

Nu introduceren onderzoekers van de Northwestern University nieuwe zachte, geminiaturiseerde draagbare apparaten die veel verder gaan dan incidentele metingen die worden verkregen tijdens incidentele dokterscontroles. De apparaten hechten zich zacht aan de huid en volgen deze subtiele geluiden voortdurend tegelijkertijd en draadloos op meerdere locaties in vrijwel elk deel van het lichaam.

de Vandaag is een nieuwe studie gepubliceerd (16 november) in Natuurgeneeskunde.

In pilotstudies testten onderzoekers de apparaten op 15 premature baby’s met ademhalings- en darmmotiliteitsstoornissen, en 55 volwassenen, waaronder 20 met chronische longziekten. De apparaten presteerden niet alleen met klinische precisie, ze boden ook nieuwe functionaliteit die nog niet was ontwikkeld of geïntroduceerd in onderzoek of klinische zorg.

“Momenteel zijn er geen huidige methoden voor het continu monitoren en ruimtelijk in kaart brengen van lichaamsgeluiden thuis of in het ziekenhuis”, aldus Northwestern. johannes een. Rogers, een pionier op het gebied van bio-elektronica die leiding gaf aan de ontwikkeling van het apparaat. “Artsen moeten een traditionele of digitale stethoscoop op verschillende delen van de borstkas plaatsen en terugkeren om punt voor punt naar de longen te luisteren. In nauwe samenwerking met onze klinische teams hebben we een nieuwe strategie ontwikkeld om de longen te monitoren patiënten continu in realtime en zonder de lasten die gepaard gaan met omvangrijke, bedrade technologie.”

Hij zei: “Het idee achter deze apparaten is om een ​​continue en zeer nauwkeurige beoordeling van de gezondheid van de patiënt te bieden en vervolgens klinische beslissingen te nemen in klinieken of wanneer patiënten worden opgenomen in het ziekenhuis of worden aangesloten op beademingsapparatuur.” Dr. Ankit Bharat, een thoracaal chirurg bij Northwestern Medicine, die leiding gaf aan het klinische onderzoek bij volwassenen. “Het belangrijkste voordeel van dit apparaat is de mogelijkheid om tegelijkertijd verschillende delen van de longen te luisteren en te vergelijken. Simpel gezegd is het alsof maximaal 13 hoogopgeleide artsen tegelijkertijd naar verschillende delen van de longen luisteren met behulp van hun stethoscopen, en hun hersenen zijn gesynchroniseerd om een ​​continue beoordeling te creëren.” “En een dynamiek van de longgezondheid vertaald in een film op de grond. Computerscherm van het leven.”

Rogers is de Lewis Simpson en Kimberly Querrey hoogleraar materiaalkunde en techniek, biomedische technologie en neurochirurgie aan de Northwestern University. McCormick School voor Techniek En Northwestern University Feinberg School of Medicine. Hij regisseert ook Querrey Simpson Instituut voor Bio-elektronica. Bharat is hoofd van de afdeling thoracale chirurgie en de Harold L. en Margaret N.V. Feinberg hoogleraar chirurgie. Als directeur van Northwestern Medicine Inblikken Borst InstituutBharat voerde de eerste dubbele longtransplantatie uit voor COVID-19-patiënten in de Verenigde Staten en Het eerste longtransplantatieprogramma in zijn soort werd gestart Voor sommige patiënten met stadium IV-longkanker.

Uitgebreid, niet-invasief sensornetwerk

Deze kleine, lichtgewicht apparaten bevatten paren digitale microfoons en krachtige versnellingsmeters en omsluiten zachtjes de huid om een ​​uitgebreid, niet-invasief sensornetwerk te creëren. Door gelijktijdig geluiden op te vangen en deze te koppelen aan lichaamsprocessen, brengen de apparaten ruimtelijk in kaart hoe lucht in, door en uit de longen stroomt, en hoe het hartritme verandert in verschillende rust- en activiteitstoestanden, en hoe voedsel, gas en vloeistoffen door het lichaam bewegen. Darm.

Elk apparaat is omhuld met zachte siliconen en is 40 mm lang, 20 mm breed en 8 mm dik. Binnen deze kleine ruimte bevat het apparaat een flash-geheugenstation, een kleine batterij, elektronische componenten, Bluetooth-mogelijkheden en twee kleine microfoons: één naar binnen gericht in de richting van het lichaam en één naar buiten gericht in de richting van het lichaam. Door geluiden in beide richtingen vast te leggen, kan het algoritme externe (omgevings- of aangrenzende) geluiden en interne lichaamsgeluiden scheiden.

“De longen produceren niet genoeg geluid voor de gemiddelde persoon om te horen,” zei Bharat. “Het is niet luid genoeg, en ziekenhuizen kunnen luidruchtige plekken zijn. Als er mensen in de buurt praten of machines piepen, kan het heel moeilijk zijn. Een belangrijk aspect van onze technologie is het vermogen om die omgevingsgeluiden te corrigeren.

Het opvangen van omgevingsgeluid maakt niet alleen ruisonderdrukking mogelijk, maar biedt ook contextuele informatie over de omgeving van patiënten, wat vooral belangrijk is bij de behandeling van premature baby’s.

“Ongeacht de locatie van het apparaat levert continue registratie van de akoestische omgeving objectieve gegevens op over de geluidsniveaus waaraan baby’s worden blootgesteld”, zegt dr. Wissam Shalish, een neonatoloog bij het Montreal Children’s Hospital en mede-eerste auteur van het onderzoek. “Het biedt ook directe mogelijkheden om bronnen van stressvolle of potentieel schadelijke auditieve stimuli aan te pakken.”

Houd de ademhaling van kinderen op een niet-intrusieve manier in de gaten

Bij het ontwikkelen van de nieuwe apparaten hielden onderzoekers rekening met twee risicopopulaties: premature baby’s op de neonatale intensive care (NICU) en volwassenen na een operatie. In het derde trimester rijpen de ademhalingssystemen van baby’s, zodat baby’s buiten de baarmoeder kunnen ademen. Daarom hebben baby’s geboren vóór of in de vroege stadia van het derde trimester van de zwangerschap een grotere kans op het ontwikkelen van longproblemen en complicaties als gevolg van een verstoorde ademhaling.

Apneu, wat vooral vaak voorkomt bij premature baby’s, is een belangrijke oorzaak van langdurig verblijf in het ziekenhuis en mogelijk overlijden. Wanneer apneu optreedt, ademen baby’s niet (vanwege de onvolwassenheid van de ademhalingscentra in de hersenen) of hebben ze een obstructie in hun luchtwegen die de luchtstroom beperkt. Sommige kinderen kunnen een combinatie van beide hebben. Er zijn echter momenteel geen methoden om de luchtstroom aan het bed continu te monitoren en nauwkeurig onderscheid te maken tussen apneu-subtypes, vooral bij die baby’s die het meeste risico lopen op de klinische neonatale intensive care-afdeling.