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Il dispositivo di monitoraggio medico indossabile morbido utilizza l’elettronica estensibile

Un monitor wireless indossabile costruito con elettronica estensibile potrebbe consentire un monitoraggio della salute a lungo termine per adulti, neonati e bambini piccoli, senza preoccuparsi di lesioni alla pelle o reazioni allergiche causate da sensori adesivi convenzionali con gel conduttivi.

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Il monitor morbido e conforme può trasmettere dati di elettrocardiogramma (ECG), frequenza cardiaca, frequenza respiratoria e attività di movimento fino a 15 metri a un dispositivo di registrazione portatile come uno smartphone o un tablet. L’elettronica è montata su un substrato estensibile e collegata a elettrodi dorati, simili alla pelle, attraverso connettori stampati che possono allungarsi con il film adesivo sanitario cui sono incorporati.

Un monitor wireless e indossabile costruito con elettronica estensibile potrebbe consentire un monitoraggio sanitario a lungo termine per adulti, neonati e bambini.

“Questo dispositivo di monitoraggio della salute ha un vantaggio fondamentale per i bambini piccoli che si muovono sempre, poiché il dispositivo morbido e conforme può adattarsi a tale attività con una delicata integrazione sulla pelle”, ha affermato Woon-Hong Yeo, assistente professore alla George W. Woodruff School di ingegneria meccanica e Wallace H. Coulter Dipartimento di ingegneria biomedica presso il Georgia Institute of Technology. “Questo è progettato per soddisfare le esigenze di monitoraggio elettronico della salute delle persone la cui pelle sensibile può essere danneggiata dai monitor convenzionali.”

I dettagli del monitor sono stati riportati il ??24 luglio sulla rivista Advanced Science. La ricerca è stata sostenuta dall’Imlay Innovation Fund presso Children’s Healthcare di Atlanta, NextFlex (Flexible Hybrid Electronics Manufacturing Institute) e da una borsa di studio dell’Istituto di elettronica e nanotecnologia della Georgia Tech. Il monitor è stato studiato su modelli animali e umani.

Poiché il dispositivo è conforme alla pelle, evita i problemi di segnale che possono essere creati dal movimento dei tipici elettrodi in gel di metallo sulla pelle. Il dispositivo può persino ottenere segnali precisi da una persona che sta camminando, correndo o salendo le scale.

“Quando si mette un elettrodo convenzionale sul petto, il movimento da seduto o da movimento crea artefatti che sono difficili da separare dai segnali che si desidera misurare”, ha detto. “Poiché il nostro dispositivo è morbido e conforme, si muove con la pelle e fornisce informazioni che non possono essere viste con gli artefatti da movimento dei sensori convenzionali.”

La valutazione continua con un monitor sanitario wireless potrebbe migliorare il monitoraggio dei bambini e aiutare i medici a identificare le tendenze in anticipo, facilitando potenzialmente l’intervento prima che una condizione progredisca, ha affermato il dott. Kevin Maher, cardiologo pediatrico del Children’s Healthcare di Atlanta.

“La generazione di dati continui dai sistemi respiratorio e cardiovascolare potrebbe consentire l’applicazione di apparati diagnostici avanzati per rilevare i cambiamenti nello stato clinico, la risposta alle terapie e l’implementazione di interventi precoci”, ha detto Maher. “Un dispositivo per seguire letteralmente ogni respiro che un bambino fa potrebbe consentire un riconoscimento e un intervento precoci prima di una presentazione più grave di una malattia.”

Usato in casa, un monitor indossabile potrebbe rilevare cambiamenti che altrimenti non potrebbero essere evidenti, ha detto. In ambito clinico, il dispositivo wireless potrebbe consentire ai bambini di sentirsi meno “legati” alle apparecchiature. “Vedo questo dispositivo come un cambiamento significativo nell’assistenza sanitaria pediatrica e sono entusiasta di collaborare con Georgia Tech al progetto”, ha aggiunto Maher.

Il monitor utilizza tre elettrodi d’oro incorporati nel film che contiene anche l’apparecchiatura di elaborazione elettronica. L’intero monitor ha un diametro di soli tre pollici e una versione più avanzata in fase di sviluppo sarà la metà di quella dimensione. Il monitor wireless è ora alimentato da una piccola batteria ricaricabile, ma le versioni future potrebbero sostituire la batteria con un sistema di ricarica a radiofrequenza esterno.

Yeo e i suoi collaboratori, incluso il primo autore e collega post-dottorato Yun-Soung Kim, si stanno concentrando su applicazioni pediatriche a causa della necessità di un monitoraggio ambulatoriale nei bambini. Tuttavia, prevedono che il monitor sanitario possa essere utilizzato anche per altri gruppi di pazienti, compresi gli adulti più anziani che possono avere anche la pelle sensibile. Per gli adulti, ci sarebbero ulteriori vantaggi.

“Il monitor potrebbe essere indossato per più giorni, forse fino a due settimane”, ha detto Yeo. “La membrana è impermeabile, quindi un adulto potrebbe fare la doccia mentre lo indossa. Dopo l’uso, i componenti elettronici possono essere riciclati.”

Sono state sviluppate due versioni del monitor. Uno è basato su nastro medico e progettato per un uso a breve termine in un ospedale o altra struttura di cura, mentre l’altro utilizza un film medico in elastomero morbido approvato per l’uso nella cura delle ferite. Quest’ultimo può rimanere più a lungo sulla pelle.

“I dispositivi sono completamente asciutti e non richiedono un gel per captare i segnali dalla pelle”, ha spiegato Yeo. “Non c’è nulla tra la pelle e il sensore ultrasottile, quindi è comodo da indossare.”

Poiché il monitor può essere indossato per lunghi periodi di tempo, fornisce una registrazione a lungo termine dei dati ECG utili per comprendere i potenziali problemi cardiaci. “Utilizziamo il deep learning per monitorare i segnali confrontandoli con i dati di un gruppo più ampio di pazienti”, ha affermato Yeo. “Se viene rilevata un’anomalia, può essere segnalata in modalità wireless tramite uno smartphone o un altro dispositivo collegato.”

La fabbricazione dei circuiti del monitor utilizza modelli di rame a maglia sottile, simili a maglie, che possono flettersi con il substrato morbido. I chip sono l’unica parte non flessibile, ma sono montati sul substrato morbido isolato dalla deformazione anziché su un tradizionale circuito stampato in plastica.

Come passi successivi, Yeo prevede di ridurre le dimensioni del dispositivo e aggiungere funzionalità per misurare altri parametri relativi alla salute come temperatura, ossigeno nel sangue e pressione sanguigna e anche glucosio. Una pietra miliare importante sarebbe una sperimentazione clinica per valutare le prestazioni rispetto ai monitor sanitari convenzionali.

Per Yeo, specializzato in nano e microingegneria, la prospettiva di vedere il dispositivo negli studi clinici – e infine utilizzato negli ospedali per bambini – è un potente incentivo.

“Sarà un sogno che diventa realtà per me vedere qualcosa che abbiamo sviluppato essere utile per qualcuno che sta soffrendo”, ha detto. “Vogliamo tutti vedere gli sviluppi della scienza e dell’ingegneria tradotti in una migliore cura del paziente.”

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