По словам исследователей, этот тип датчика может упростить оценку пациентов с травмами, наблюдение за солдатами в бою, проведение долгосрочной оценки пациентов с хроническими заболеваниями или улучшение подготовки профессиональных спортсменов и спортсменов-любителей.Новый датчик рассчитывает частоту сердечных сокращений и дыхания по характерным звуковым волнам, создаваемым биением сердца, а также вдохом и выдохом легких.«Путем определения характеристик акустической волны, записанной в различных частях желудочно-кишечного тракта, мы обнаружили, что можем с хорошей точностью измерять как частоту сердечных сокращений, так и частоту дыхания», — говорит Джованни Траверсо, научный сотрудник Института интегративных исследований рака Массачусетского технологического института. гастроэнтеролог в Массачусетской больнице общего профиля и один из ведущих авторов статьи с описанием устройства в выпуске журнала PLOS One от 18 ноября.
Другой ведущий автор статьи — Грегори Чиккарелли, младший сотрудник лаборатории Линкольна Массачусетского технологического института. Старшие авторы — Роберт Лангер, профессор Института Дэвида Х. Коха в Массачусетском технологическом институте и член Института Коха, и Альберт Свистон, технический сотрудник лаборатории Линкольна.Чувствуя изнутриВ настоящее время врачи измеряют жизненно важные показатели, такие как частота сердечных сокращений и дыхания, используя методы, включая электрокардиограмму (ЭКГ) и пульсоксиметрию, которые требуют контакта с кожей пациента.
Эти показатели жизнедеятельности также можно измерить с помощью носимых мониторов, но их часто неудобно носить.Вдохновленные существующими съедобными устройствами, которые могут измерять температуру тела, и другими устройствами, которые делают изображения внутреннего пищеварительного тракта, исследователи решили разработать датчик, который будет измерять частоту сердечных сокращений и дыхания, а также температуру внутри пищеварительного тракта.
Они решили, что самый простой способ добиться этого — слушать тело с помощью небольшого микрофона. Прослушивание звуков грудной клетки — один из старейших методов медицинской диагностики, который практиковал Гиппократ в Древней Греции. С 1800-х годов врачи использовали стетоскопы для прослушивания этих звуков.Исследователи, по сути, создали «чрезвычайно крошечный стетоскоп, который можно проглотить», — говорит Свистон. «Используя один и тот же датчик, мы можем регистрировать как звуки вашего сердца, так и звуки легких.
Это одно из преимуществ нашего подхода — мы можем использовать один датчик для получения двух частей информации».Чтобы преобразовать эти акустические данные в частоту сердечных сокращений и дыхания, исследователям пришлось разработать системы обработки сигналов, которые отличают звуки, производимые сердцем и легкими, друг от друга, а также от фонового шума, производимого пищеварительным трактом и другими частями тела. .Весь датчик размером с поливитаминную таблетку состоит из крошечного микрофона, упакованного в силиконовую капсулу, а также электроники, которая обрабатывает звук и по беспроводной связи отправляет радиосигналы на внешний приемник с радиусом действия около 3 метров.В ходе испытаний желудочно-кишечного тракта свиней исследователи обнаружили, что устройство может точно измерять частоту сердечных сокращений и частоту дыхания, даже когда условия, такие как количество перевариваемой пищи, менялись.
Лучшая диагностикаИсследователи ожидают, что устройство останется в пищеварительном тракте всего на день или два, поэтому для более длительного наблюдения пациенты будут глотать новые капсулы по мере необходимости.По словам исследователей, для военных такое устройство может быть полезно для наблюдения за солдатами на предмет усталости, обезвоживания, тахикардии или шока. В сочетании с датчиком температуры он также может обнаруживать переохлаждение, гипертермию или лихорадку от инфекций.
В будущем исследователи планируют разработать датчики, которые могли бы диагностировать сердечные заболевания, такие как нарушения сердечного ритма (аритмии) или проблемы с дыханием, включая эмфизему или астму. В настоящее время врачи требуют, чтобы пациенты носили привязные (холтеровские) мониторы в течение недели, чтобы обнаружить такие проблемы, но они часто не позволяют поставить диагноз, потому что пациентам неудобно носить их 24 часа в сутки.«Если бы вы могли проглотить устройство, которое будет прислушиваться к этим патологическим звукам, а не носить электрический монитор, это улучшило бы соблюдение пациентом режима лечения», — говорит Свистон.
Исследователи также надеются создать сенсоры, которые не только диагностируют проблему, но и доставляют лекарство для ее лечения.«Мы надеемся, что однажды мы сможем обнаружить определенные молекулы или патоген, а затем, например, доставить антибиотик», — говорит Траверсо. «Это развитие создает основу для такой системы в будущем».