أحدث ما توصلت إليه التقنيات القابلة للارتداء ومثال طُوّر من أجل COVID-19

تندمج التقنيات المتطورة في حياتنا أكثر كل يوم. ومع ظهور ابتكارات جديدة، تستمر التقنيات القائمة في التطور أيضًا. وبعض أبرز هذه التطورات يقع بلا شك في مجال التقنية الحيوية. الهدف الأكثر إثارة في هذا المجال هو القياس «المستمر» و«الشامل» للمؤشرات الصحية بواسطة حساسات إلكترونية، مع بلوغ التقنية حجمًا يسمح بارتدائها.

ما المنتجات والتقنيات القابلة للارتداء؟

المنتجات القابلة للارتداء وتُعرف أيضًا باسم التقنيات القابلة للارتداء، هي فئة من الأجهزة الإلكترونية التي يمكن ارتداؤها كإكسسوار أو دمجها في الملابس أو زرعها في جسم المستخدم، بل وحتى وشمها على الجلد.

تستخدم هذه الأجهزة القابلة للارتداء والمواد المستعملة سريريًا قياسات حساسة لحركة سطح الجلد في نطاق تردد واسع يمتد من قرب الصفر إلى آلاف الهرتز.

أي بيانات من الجسم تستخدمها المنتجات القابلة للارتداء؟

لا تُستخلص البيانات من حركات الجسم وحدها، بل أيضًا من أصوات الجسم، دون التأثر بأصوات البيئة الخارجية. فمثلًا، عند وضع هذه الأجهزة على الصدر أو العنق، تتيح البيانات تحليلًا تفصيليًا للنشاط القلبي الناجم عن حركة القلب وتدفق الدم في الشرايين القريبة من سطح الجلد، وجريان الهواء في الرئة والرغامى، وأصوات التنفس وحركات الحنجرة والمريء والبلع. لكن قد تحدث أخطاء في هذه القياسات أحيانًا؛ فلا يمكن، مثلًا، تحديد معدل التنفس بدقة أثناء الجري.

أحد أحدث منتجات التقنيات الصحية القابلة للارتداء

Science Advances المجلة العلمية المرموقة، نشرت في 12 مايو دراسة عن تصميم جديد للتقنيات القابلة للارتداء يتجاوز هذه الحدود عبر مفاهيم متقدمة في تصميم الأنظمة على مستوى العتاد وخيارات محسنة تشريحيًا. ويستعمل النهج زوجًا من مقاييس التسارع عالية عرض النطاق والمتزامنة زمنيًا عند طرفي جهاز يلامس الجلد؛ توضع إحدى وحدات القياس بالقصور الذاتي IMU عند الثلمة فوق القص (الثلمة الوداجية، أسفل مقدمة العنق)، والأخرى عند قبضة القص. ويتيح التصميم فصل إشارات القلب والتنفس والعمليات المرتبطة بهما عن إشارات حركة الجسم.

التصميم والخصائص

لتسهيل التعقيم عند إعادة استخدام النظام وعزل الشوارد المستخدمة عن البيئة الخارجية، تُستعمل لوحة دارات مغلّفة بالكامل بكبسولة مرنة. ويمكن دمج هذه اللوحة المرنة بسهولة في أي موضع بالجسم، كما يمكن شحنها لاسلكيًا. وتُسجل البيانات المكتسبة من الجهاز تلقائيًا.

يتألف هذا المنتج القابل للارتداء من 3 مكونات رئيسية؛

1. الجهاز،
2. تطبيق مخصص كواجهة للمستخدم (تطبيق على جهاز لوحي)، و
3. منصة سحابية لتخزين البيانات وتحليلها.

ويمكن لواجهة المستخدم العمل متزامنة مع 12 جهازًا في الوقت نفسه.

الشكل 1:

1. صورة الجهاز موضوعًا على العنق.
2. مخطط تفصيلي للمكونات والتوصيلات والتصميم الواقي.
3. الجهاز بجوار قطعة 25 سنتًا (قطر قطعة 25 سنتًا هو 24.266mm).
4. صور الجهاز عند الثني والشد وما شابه.
5. نمذجة الصور في D.
6. آلية عمل النظام.

الاستخدام في الأنشطة الرياضية

تسبب التسارعات السريعة جدًا والديناميكية والمتغيرة أثناء الجري والسباحة واللياقة والأنشطة المشابهة أخطاء وصعوبات في قياس معدل القلب (KH / HR) ومعدل التنفس (SH / RR). توفر المنصة الجديدة ذات الحساسين قياسات أكثر متانة في أنشطة كثيرة كركوب الدراجة وكرة السلة. فهي، مثلًا، تقلل بدرجة كبيرة الإشارات المرتبطة بكل ضربة سباحة، فتستطيع حساب إشارات دورات الشهيق والزفير بوضوح.

الشكل 2:

1. صورة الجهاز على شخص يركب الدراجة.
2. مقارنة RR (معدل التنفس في الدقيقة) وHR (معدل ضربات القلب في الدقيقة)، المستخلصين من بيانات الاستشعار المزدوج (مربع أزرق) والمنفرد (دائرة حمراء)، أثناء ركوب الدراجة 24 دقيقة.
3. صورة الجهاز على شخص يلعب كرة السلة
4. مقارنة RR وHR المستخلصين من الاستشعار المزدوج والمنفرد أثناء لعب كرة السلة 11 دقيقة.
5. صورة الجهاز على سبّاح.
6. مقارنة RR وHR المستخلصين من الاستشعار المزدوج والمنفرد أثناء السباحة 5 دقائق.
7. بيانات التسارع المستخلصة من الاستشعار المزدوج أثناء السباحة.
8. بيانات مكبرة للإشارة التفاضلية وخط الأساس.

الاستخدام في صحة العمال

صحة العمال وسلامتهم تأتيان أولًا في أي قطاع. تتيح المتابعة المستمرة للمؤشرات الصحية للعاملين في أعمال بدنية شاقة، خصوصًا البناء والتعدين والإطفاء والمجالات المشابهة، الكشف المبكر عن المشكلات المحتملة. وخلال أداء هذه المهن الصعبة، يتيح التصميم الجديد قياسات دقيقة حتى مع الحرارة العالية والضوضاء والظروف البيئية الأخرى.

الاستخدام في متابعة تعافي مرضى Covid-19

قد يقدم الجهاز الجديد مزايا كبيرة لمتابعة المرضى في منازلهم، ولا سيما في الآونة الأخيرة لمرضى Covid-19. فهو يتيح وسيلة جديدة لمتابعة الحالة الصحية باستمرار وتسجيلها لمن لا يحتاجون إلى التنويم ويمكنهم التعافي في العزل المنزلي. وإضافة إلى RR وHR وحرارة الجسم وحركته، يستطيع رصد شدة وتواتر السعال والكلام والضحك. وتكتسب هذه البيانات أهمية في تقييم أعراض المرض.

اختُبر الجهاز مدة 8 أيام لدى مريض إيجابي الفحص لـCovid-19. جُمعت 171 ساعة من البيانات أثناء تعافي المريض، متضمنة قياسات للسعال الجاف وضيق النفس. ومن المهم التأكيد على أهمية هذه البيانات في تقييم الأعراض.

قد يحسن استخدام هذه التقنية على نطاق واسع رعاية المرضى ويساعد في إدارة الجائحة وفهم المرض بصورة أفضل. وقد يُتاح استخدامها في مجالات مختلفة، وليس في Covid-19 فقط.

الملخص

بسبب حركة الإنسان، لا تحصل معظم الأجهزة القابلة للارتداء على قياسات دقيقة، خصوصًا القياسات القلبية التنفسية. لكن هذه التقنية الجديدة تحسن قياس مؤشرات فسيولوجية وأنشطة متنوعة، بتقليل تأثير الضوضاء والحرارة والعوامل البيئية المشابهة في الدقة، مع إمكان استخدامها في الرياضات المائية بفضل غطائها المقاوم للماء.

لهذه التقنية تطبيقات عديدة. فمن المهم مثلًا تتبع أنشطة المتعافين من السكتات ومرضى الانسداد الرئوي المزمن في حياتهم اليومية خارج المستشفيات ومراكز التأهيل. وتتيح مراقبة مستقلة عن أصوات البيئة (دون ميكروفون)، بحيث لا تُنتهك خصوصية الفرد. ويمكن دمجها في الحياة اليومية في مجالات كثيرة أخرى أيضًا.

- قد يهمك: تشخيص السرطان بدقة من الدم بجهاز قابل للارتداء