Последние достижения носимых технологий и пример, разработанный для COVID-19

Развивающиеся технологии с каждым днём всё больше входят в нашу жизнь. Наряду с новыми изобретениями продолжают совершенствоваться уже существующие решения. Часть наиболее заметных достижений, несомненно, относится к области биотехнологий. «Непрерывное» и «комплексное» измерение показателей здоровья с помощью электронных датчиков в технологии, которую можно носить на теле, — самая захватывающая цель этого направления.

Что такое носимые изделия и технологии?

Носимые изделия также известны как носимая технология. Это категория электронных устройств, которые можно носить как аксессуары, встраивать в одежду, имплантировать в тело пользователя и даже наносить на кожу в виде татуировки.

Такие носимые устройства и материалы, применяемые в клинике, используют измерения, чувствительные к движениям поверхности кожи в широком диапазоне частот — практически от нуля до нескольких тысяч герц.

Какие данные организма используют носимые изделия?

Данные получают не только из движений тела, но и из звуков организма. При этом звуки внешней среды на них не влияют. Например, когда такие устройства размещают на груди или шее, записанные данные позволяют подробно анализировать сердечную деятельность по движениям сердца и кровотоку в расположенных близко к поверхности кожи артериях, потоку воздуха в лёгких и трахее, дыхательным звукам, движениям гортани, пищевода и глотания. Однако иногда в этих измерениях возможны ошибки. Например, во время бега частоту дыхания нельзя определить точно.

Одна из новейших разработок носимых технологий для здоровья

Science Advances — авторитетный научный журнал, в котором 12 мая была опубликована работа, где новая конструкция носимой технологии, используя передовые концепции проектирования систем на аппаратном уровне и анатомически оптимизированный выбор, преодолевает эти ограничения. Подход использует пару синхронизированных по времени широкополосных акселерометров на противоположных концах устройства, контактирующего с кожей: один из IMU (инерциальных измерительных блоков) располагается у надгрудинной вырезки (яремной вырезки, в передней нижней части шеи), а другой — у рукоятки грудины. Такая конструкция позволяет отделять сигналы, связанные с сердечно-дыхательными и сопутствующими процессами, от сигналов, возникающих при движениях тела.

Конструкция и особенности

Для облегчения стерилизации при повторном использовании системы и изоляции применяемых электролитов от внешней среды используется полностью закрытая эластомерной капсулой печатная плата. Эту гибкую плату можно легко разместить на любой части тела и заряжать беспроводным способом. Данные, полученные с помощью устройства, могут записываться автоматически.

Это носимое изделие состоит из 3 основных компонентов:

1. устройства,
2. специального приложения в качестве пользовательского интерфейса (приложения для планшета) и
3. облачной платформы для хранения и анализа данных.

Кроме того, пользовательский интерфейс может одновременно синхронно работать с 12 устройствами.

Рисунок 1:

1. Устройство, размещённое на шее.
2. Развёрнутая схема компонентов, межсоединений и защитной конструкции.
3. Устройство рядом с монетой в 25 центов (диаметр монеты в 25 центов — 24,266mm).
4. Изображения устройства при сгибании и растяжении.
5. Моделирование изображений из D.
6. Механизм работы системы.

Применение при занятиях спортом

При беге, плавании, фитнесе и подобных занятиях очень быстрые, динамичные и изменчивые ускорения вызывают ошибки и затруднения при измерении частоты сердечных сокращений (KH / HR) и частоты дыхания (SH / RR). Новая платформа с двумя датчиками обеспечивает более устойчивые измерения при многих видах активности, например езде на велосипеде и игре в баскетбол. Например, во время плавания она значительно уменьшает сигналы, связанные с каждым гребком человека, и тем самым может чётко рассчитывать сигналы, относящиеся к циклам вдоха и выдоха.

Рисунок 2:

1. Устройство у человека, едущего на велосипеде.
2. Сравнение RR (числа дыхательных движений в минуту) и HR (числа сердечных сокращений в минуту), полученных при двойном измерении (синий квадрат) и одиночном измерении (красный круг), во время 24 минут езды на велосипеде.
3. Устройство у человека, играющего в баскетбол
4. Сравнение RR и HR, определённых по данным двойного и одиночного измерения, когда человек 11 минут играет в баскетбол.
5. Устройство у плывущего человека.
6. Сравнение RR и HR, определённых по данным двойного и одиночного измерения, когда человек 5 минут плывёт.
7. Данные ускорения, полученные при двойном измерении во время плавания.
8. Увеличенные данные, связанные с дифференциальным сигналом и базовой линией.

Применение для охраны здоровья работников

В любой отрасли здоровье и безопасность работников важнее всего. В этом отношении непрерывное наблюдение за показателями здоровья людей тяжёлого физического труда, особенно в строительстве, горнодобывающей отрасли, пожарной службе и подобных сферах, позволяет рано выявлять возможные проблемы. Даже в условиях, сопровождающих эти тяжёлые профессии, таких как высокая температура, шум и другие воздействия среды, новая конструкция способна обеспечивать точные измерения.

Применение для наблюдения за сроками выздоровления пациентов с Covid-19

Новое устройство может дать значительные преимущества для домашнего наблюдения за пациентами, в последнее время особенно при Covid-19. Оно открывает новую возможность непрерывно отслеживать и записывать состояние здоровья людей, которым не нужна госпитализация и которые могут перенести заболевание в домашней изоляции. Помимо RR, HR, температуры и движений тела устройство может фиксировать интенсивность и частоту таких действий, как кашель, речь и смех. Собранные данные важны для оценки симптомов заболевания.

Устройство в течение 8 дней испытывали у пациента, у которого был положительный тест на Covid-19. За время выздоровления пациента получили 171 час данных, включавших измерения сухого кашля и одышки. Стоит подчеркнуть значение этих данных для оценки симптомов.

Широкое применение этой технологии может улучшить уход за пациентами, помочь управлять пандемией и также способствовать тому, чтобы мы лучше воспринимали заболевание. Кроме того, она может применяться не только при Covid-19, но и в других областях.

Краткое изложение

Из-за движений человека большинство носимых технологий не могут получать точные измерения, особенно сердечно-лёгочных (сердечно-дыхательных) показателей. Однако новая технология улучшает измерение различных физиологических параметров и видов активности: водонепроницаемое покрытие позволяет использовать её, например, в водных видах спорта, а помехи от громкого шума, высокой температуры и подобных факторов среды сведены к минимуму.

У представленной технологии много возможных применений. Например, для людей, перенёсших инсульт или имеющих хроническую обструктивную болезнь лёгких, важно отслеживать повседневную активность вне больниц и реабилитационных центров. Она позволяет вести такое наблюдение независимо от звуков окружающей среды (без микрофона), не нарушая личную жизнь человека. Кроме того, интеграция в повседневную жизнь возможна и во многих других сферах.

- Может быть интересно: Точная диагностика рака по крови с помощью носимого устройства