Соответственно, был разработан ряд технологий для обнаружения изменений температуры кожи, которые могут служить ранними индикаторами развития и прогрессирования заболевания. Например, современные инфракрасные цифровые камеры могут обнаруживать с высоким разрешением изменения температуры на больших участках тела.
На другом конце технологического спектра наклеиваемые датчики температуры обеспечивают простые одноточечные измерения. Хотя обе технологии точны, инфракрасные камеры дороги и требуют, чтобы пациент оставался полностью неподвижным, и, хотя наклеиваемые датчики допускают свободное движение, они предоставляют ограниченную информацию.
Теперь международная многопрофильная команда, включающая исследователей из Университета Иллинойса в Урбане / Шампейне и Национального института биомедицинской визуализации и биоинженерии (NIBIB), разработала совершенно новый подход: сложную «электронную кожу», которая неинвазивно прилегает к коже человека. , хорошо повторяет контуры и предоставляет подробную температурную карту любой поверхности тела.
Как это работает
Матрица датчиков температуры представляет собой разновидность новой технологии, первоначально разработанной в лаборатории профессора Джона Роджерса из Университета Иллинойса в Урбане / Шампейне и получившей название «эпидермальная электроника», состоящая из ультратонких, гибких, похожих на кожу массивов, которые напоминают татуировка микросхемы.
Массивы, разработанные с помощью NIBIB, содержат датчики и нагревательные элементы. Технология предлагает широкий спектр диагностических и терапевтических возможностей с минимальным дискомфортом для пациента.
Например, могут быть включены датчики, которые обнаруживают различные интересующие метаболиты. Точно так же нагреватели можно использовать для проведения тепловой терапии в определенных областях тела; могут быть добавлены исполнительные механизмы, которые доставляют электрический стимул или даже конкретное лекарство. В будущих версиях будет беспроводная силовая катушка и антенна для удаленной передачи данных. О разработке этой новой тепловой технологии сообщалось в выпуске журнала Nature Materials от 23 октября.
Тестирование нового устройства
В этом исследовании массив содержал тепловые датчики, чтобы можно было проверить его способность точно определять изменения локальной температуры кожи по сравнению с «золотым стандартом» — инфракрасной камерой.
Для сравнения этих двух тестов был проведен ряд отдельных тестов на физические и умственные стимулы. Испытуемый носил на ладони датчик тепла, а также имел измерения тепла, полученные с помощью инфракрасной камеры, расположенной на 16 дюймов выше той же области. Профили изменения температуры были практически идентичны для двух методов.
Исследователи также провели тест, который используется в качестве процедуры скрининга сердечно-сосудистой системы. Изменения кровотока обнаруживаются по изменениям температуры кожи, когда кровь движется через предплечье, в то время как манжета для измерения кровяного давления на плече накачивается и сдувается. И снова инфракрасная камера и матричная технология показали практически идентичные профили изменения температуры.
Температура снижалась, когда кровоток был заблокирован, и повышался, когда кровь выходила. Медленный возврат крови к предплечью может указывать на потенциальные сердечно-сосудистые нарушения.
Помимо использования в качестве теста для проверки точности массива кожи, этот эксперимент продемонстрировал, что устройство потенциально может использоваться в качестве инструмента быстрого скрининга, чтобы определить, следует ли дополнительно обследовать человека на наличие расстройств, таких как диабет или сердечно-сосудистые заболевания, которые вызывают аномальный периферический кровоток. Это также может быть сигналом для врачей и пациентов о воздействии определенных лекарств.
Последний эксперимент касался уникальной особенности технологии кожных массивов: доставки стимула, например тепла. Исследователи посылали на кожу точные тепловые импульсы, чтобы измерить потоотделение кожи, которое указывает на общую гидратацию человека. Взятые вместе, результаты испытаний продемонстрировали способность технологии массива получать ряд точных, клинически полезных измерений и доставлять определенные стимулы с помощью одного, удобного и относительно недорогого устройства.
Возможные приложения
Исследователи говорят, что текущая версия массива, который улавливает и излучает тепло, только намекает на огромные возможности этой технологии. Например, теоретически могут быть включены датчики любого типа, такие как датчики, которые показывают уровни глюкозы, содержание кислорода в крови, количество клеток крови или уровни циркулирующих лекарств.
Кроме того, вместо подачи тепла в цепь можно включить элемент, который доставляет лекарство, необходимые питательные микроэлементы или различные стимулы, способствующие быстрому заживлению ран. Эта способность воспринимать и доставлять широкий спектр стимулов делает систему полезной для диагностических, терапевтических и экспериментальных целей.
Технология может выполнять такие терапевтические и диагностические функции, пока пациенты занимаются своими повседневными делами, при этом данные доставляются врачу удаленно через сотовый телефон, что экономит расходы на получение тех же диагностических измерений или выполнение тех же самых лечебный стимул, в клинике.
Александр Горбач, к.D., один из соисследователей из NIBIB и глава подразделения инфракрасной визуализации и термометрии говорит: «Мы очень рады уникальному потенциалу этой технологии для значительного улучшения здравоохранения на нескольких уровнях.
Непрерывный мониторинг за пределами больницы будет более удобным и экономичным для пациентов. Кроме того, доступ к данным, собранным в течение продолжительных периодов времени, когда пациент ведет обычный распорядок дня, должен улучшить медицинскую практику, позволяя врачам корректировать режим лечения «24/7» по мере необходимости."
Исследователи уже получают запросы от других клинических исследовательских лабораторий на использование этой технологии и планируют расширять сотрудничество с академическими кругами и промышленностью.
Есть надежда, что интерес исследовательского сообщества к эпидермальной электронике ускорит разработку и валидацию этой технологии и ускорит ее внедрение в клиническую практику.