Ingeniører oprettede en bærbar hjertemonitor, der er tyndere end en dollarseddel, der en dag kunne give lægerne en mere sikker måde at kontrollere en patients hjerte.
De fleste af os overvejer ikke vores pulser uden for gymnastiksalen. Men læger bruger den menneskelige puls som et diagnostisk værktøj til at overvåge hjertesundhed.
Zhenan Bao, professor i kemiteknik ved Stanford, har udviklet en hjertemonitor tyndere end en dollarseddel og ikke bredere end et frimærke. Den fleksible hudlignende monitor, der bæres under et klæbebandage på håndleddet, er følsom nok til at hjælpe læger med at opdage stive arterier og hjerte-kar-problemer.
Enhederne kunne en dag bruges til kontinuerligt at spore hjertesundhed og give læger en sikrere metode til måling af et vigtigt vigtigt tegn for nyfødte og andre operationer med høj risiko.
Denne fleksible hudlignende hjerteskærm er lille nok til at bære under et bandage. Kredit: L.A. Cicero
”Pulsen er relateret til tilstanden i arterien og hjertets tilstand,” sagde Bao, hvis laboratorium udvikler kunstige hudlignende materialer. ”Jo bedre sensor, jo bedre læger kan få problemer, før de udvikler sig.”
Din puls
For at finde din puls skal du trykke pegefinger og langfingre ind på undersiden af dit modsatte håndled. Du skal føle den jævn rytme i dit hjerte, når det pumper blod gennem dine årer.
Hver takt, du føler, består faktisk af to forskellige toppe, selvom du ikke kan adskille dem fra hinanden med bare dine fingre. Den første, større top er fra dit hjerte pumpe ud blod. Kort efter et hjerteslag er din underkrop en reflekterende bølge tilbage til dit arteriesystem, hvilket skaber en mindre anden top.
De relative størrelser af disse to toppe kan bruges af medicinske eksperter til at måle dit hjertes helbred.
”Du kan f.eks. Bruge forholdet mellem de to toppe til at bestemme arteriens stivhed,” sagde Gregor Schwartz, en postdoktor og en fysiker til projektet. ”Hvis der sker en ændring i hjertets tilstand, ændres bølgemønsteret. Heldigvis, da jeg testede dette på mig selv, så mit hjerte fint ud. ”
For at gøre hjerteskærmen til både følsom og lille bruger Baos team et tyndt midterste lag af gummi dækket med små pyramidehud. Hver formfremstillede pyramide er kun få mikron på tværs - mindre end en menneskelig rød blodlegeme.
Når der lægges tryk på enheden, deformeres pyramiderne let, hvilket ændrer størrelsen på mellemrummet mellem de to halvdele af enheden. Denne ændring i adskillelse forårsager en målbar ændring i det elektromagnetiske felt og strømmen i enheden.
Jo mere tryk der er placeret på skærmen, desto mere deformeres pyramiderne, og jo større er ændringen i det elektromagnetiske felt. Brug af mange af disse sensorer på en protetisk lem kan fungere som en elektronisk hud og skabe en kunstig følelse af berøring.
Når sensoren placeres på en persons håndled ved hjælp af en klæbebandage, kan sensoren måle den persons pulsbølge, når den genlyder gennem kroppen.
Enheden er så følsom, at den kan registrere mere end blot de to toppe af en pulsbølge. Da ingeniører så på bølgen, der blev trukket af deres enhed, bemærkede de små buler i halen på pulsbølgen, der var usynlige for konventionelle sensorer. Bao sagde, at hun tror, at disse udsving potentielt kunne bruges til mere detaljeret diagnostik i fremtiden.
Blodtryk og babyer
Læger bruger allerede lignende, om end meget bulkere sensorer for at holde styr på en patients hjertehelse under operationen, eller når de tager en ny medicin. Men i fremtiden kan Bao's enhed hjælpe med at holde styr på et andet vigtigt tegn.
"I teorien kan denne type sensorer bruges til at måle blodtrykket," sagde Schwartz. "Når du først har kalibreret den, kan du bruge signalet fra din puls til at beregne dit blodtryk."
Denne ikke-invasive metode til overvågning af hjertesundhed kunne erstatte enheder, der indsættes direkte i en arterie, kaldet intravaskulære katetre. Disse katetre skaber en høj infektionsrisiko, hvilket gør dem upraktiske for nyfødte og patienter med høj risiko. Således kan en ekstern skærm som Bao give lægerne en sikrere måde at indsamle information om hjertet, især under spædbarnsoperationer.
Baos team arbejder sammen med andre forskere fra Stanford for at gøre enheden fuldstændig trådløs. Ved hjælp af trådløs kommunikation kunne læger modtage en patients hjertestatus minut for minut via mobiltelefon, alt takket være en enhed, der er så tyk som et menneskehår.
”For nogle patienter med en potentiel hjertesygdom ville det at bære en bandage tillade dem konstant at måle deres hjertes tilstand,” sagde Bao. ”Dette kunne gøres uden at blande sig i deres daglige liv overhovedet, da det virkelig bare kræver at have et lille bandage.”
Holdet offentliggjorde sit arbejde i 12. maj-udgaven af Nature Communications. Holdets forskning understøttes af finansiering fra National Science Foundation og Air Force Office of Scientific Research.
via Stanford