Огайо-стейт запускает первый носимый сенсор для мониторинга мышечной атрофии в реальном времени

Огайо-стейтский университет, Колумбус, Огайо

Предлагаемый сенсор направлен на помощь пациентам, страдающим мышечной атрофией, отслеживать изменения в их здоровье более удобным способом. (Изображения: Getty Images)

Исследователи Огайо-стейтского университета изготовили первый носимый сенсор, предназначенный для обнаружения и мониторинга мышечной атрофии.

Состояние, включающее потерю массы и силы скелетных мышц, мышечная атрофия может происходить по разным причинам, но обычно является побочным эффектом дегенеративных заболеваний, старения или неиспользования мышц.

В то время как врачи в настоящее время полагаются на МРТ для оценки того, ухудшились ли размер и объем мышц пациента, частые тестирования могут быть затратными по времени и дорогими.

Однако это новое исследование, опубликованное в журнале IEEE Transactions on Biomedical Engineering, предполагает, что электромагнитный сенсор из проводящих «e-ниток» может использоваться как альтернатива частому мониторингу с помощью МРТ.

Валидация работы

Для валидации своей работы исследователи изготовили 3D-печатные формы конечности и заполнили их фаршем для имитации икроножной ткани среднего по размеру человека. Их результаты показали, что они смогли продемонстрировать, что сенсор может измерять мелкомасштабные изменения объема в общем размере конечности и мониторить потерю мышц до 51 процента.

«Идеально, наш предложенный сенсор мог бы использоваться медицинскими провайдерами для более персонализированной реализации планов лечения пациентов и для создания меньшей нагрузки на самого пациента», — сказал Аллианна Райс, главный автор исследования и аспирант-богатый по электротехнике и компьютерной инженерии в Огайо-стейтском университете.

Наследие NASA

Первый известный подход к мониторингу мышечной атрофии с использованием носимого устройства, исследование строится на предыдущей работе Райс по созданию сенсоров здоровья для NASA. Космическое агентство заинтересовано в мониторинге здоровья астронавтов различными способами, так как проведение больших промежутков времени в космосе часто имеет вредные эффекты на человеческое тело.

Исследователи потратили десятилетия на понимание и борьбу с этими эффектами, и это исследование было вдохновлено целью найти решения для проблем здоровья, стоящих перед астронавтами.

Например, пока ученые знают, что даже члены экипажа на коротких космических полетах могут испытывать до 20-процентную потерю массы мышц и плотности костей, не так много данных о том, какое влияние жизнь в космосе на гораздо более длительных миссиях может иметь на их тела, сказала Райс.

«Наш сенсор — это то, чем астронавт на длительной миссии или пациент дома мог бы пользоваться для отслеживания своего здоровья без помощи медицинского профессионала», — сказала она.

Технические вызовы и решение

Но создание носимого устройства, способного точно измерять минимальные изменения мышц в теле человека, легче сказать, чем сделать. Райс и её соавтор Асима Киурти, профессор электротехники и компьютерной инженерии в Огайо-стейте, спроектировали устройство для работы с использованием двух катушек, одна передает, другая принимает, а также проводника из e-ниток, идущих по ткани в характерном зигзагообразном паттерне.

Хотя готовый продукт напоминает манжету для измерения давления, Райс сказала, что изначально было сложно найти паттерн, позволяющий широкий диапазон изменений размера петли сенсора, чтобы он подходил для большой части популяции пациентов.

«Когда мы впервые предложили сенсор, мы не осознавали, что нам понадобится растяжимый материал, пока не поняли, что конечности человека будут меняться», — сказала она. «Нам нужен сенсор, который может меняться и гнуться, но также должен быть конформным».

После некоторых проб и ошибок они обнаружили, что в то время как шитье в прямую линию ограничивало эластичность манжеты, зигзагообразный паттерн был идеален для её усиления. Этот же новый паттерн является причиной, по которой сенсор может быть масштабирован по нескольким разным частям тела или даже нескольким локациям на той же конечности.

Хотя носимое устройство еще годами от внедрения, исследование отмечает, что следующий большой скачок, скорее всего, будет подключением устройства к мобильному приложению, которое могло бы использоваться для записи и доставки информации о здоровье напрямую медицинским провайдерам.

И для улучшения жизни будущих пациентов как на Земле, так и в космосе, Райс смотрит вперед к объединению сенсора с другими видами устройств для обнаружения и мониторинга проблем со здоровьем, такого как инструмент для обнаружения потери костей.

«В будущем мы хотели бы интегрировать больше сенсоров и еще больше возможностей с нашим носимым», — сказала Райс. Эта работа поддерживалась NASA.

Для получения дополнительной информации свяжитесь с Татьяной Вудолл по адресу: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it..