Durante un paseo, la respiración de una mujer se vuelve un poco menos profunda, y un monitor en su ropa la alerta para que se haga un chequeo de telemedicina. Un nuevo estudio detalla cómo un chip sensor más pequeño que una mariquita registra múltiples señales pulmonares y cardíacas a lo largo decon movimientos corporales y podría permitir un futuro monitor de salud socialmente distanciado.
El mecanismo central del chip desarrollado por investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia involucra dos capas de silicio finamente fabricadas, que se superponen entre sí separadas por el espacio de 270 nanómetros, aproximadamente 0.005 del ancho de un cabello humano.voltaje minuto
Las vibraciones de movimientos y sonidos corporales ponen en flujo parte del chip, haciendo que el voltaje también fluya, creando así salidas electrónicas legibles. En las pruebas en humanos, el chip ha registrado una variedad de señales del funcionamiento mecánico de los pulmones y elcorazón con claridad, señales que a menudo escapan a la detección significativa por la tecnología médica actual.
"En este momento, la medicina busca electrocardiogramas EKG para obtener información sobre el corazón, pero los EKG solo miden los impulsos eléctricos. El corazón es un sistema mecánico con músculos que bombean y las válvulas se abren y cierran, y envía una firma de sonidos ymovimientos, que un electrocardiograma no detecta. Los electrocardiogramas tampoco dicen nada sobre la función pulmonar ", dijo Farrokh Ayazi, profesor de Ken Byers en la Escuela de Ingeniería Eléctrica e Informática de Georgia Tech.
combinación de estetoscopio y acelerómetro
El chip, que actúa como un estetoscopio electrónico avanzado y un acelerómetro en uno, se llama acertadamente un micrófono de contacto acelerómetro. Detecta las vibraciones que ingresan al chip desde el interior del cuerpo al tiempo que evita el ruido que distrae del exterior del cuerpo como los sonidos en el aire
"Si se frota en mi piel o camisa, no escucha la fricción, pero el dispositivo es muy sensible a los sonidos provenientes del interior del cuerpo, por lo que capta vibraciones útiles incluso a través de la ropa", dijo Ayazi.
El ancho de banda de detección es enorme, desde movimientos amplios y amplios hasta tonos inaudiblemente agudos. Por lo tanto, el chip del sensor registra todos los detalles finos de los latidos del corazón, las ondas de pulso que atraviesan los tejidos del cuerpo, las tasas de respiración y los sonidos pulmonares.Incluso rastrea las actividades físicas del usuario, como caminar.
Las señales se registran sincronizadas, lo que potencialmente ofrece una imagen general de la salud cardíaca y pulmonar de un paciente. Para el estudio, los investigadores registraron con éxito un "galope", un leve tercer sonido después del "lub-dub" del latido cardíaco.Los galopes son normalmente pistas evasivas de insuficiencia cardíaca.
Los investigadores publicaron sus resultados en la revista medicina digital npj el 12 de febrero de 2020. La investigación fue financiada por la Alianza de Investigación de Georgia, la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa DARPA, la Fundación Nacional de Ciencias y los Institutos Nacionales de Salud. Coautora del estudio Divya Gupta, MD, cardióloga deEmory University, colaboró en la prueba del chip en participantes humanos.
vacío sellado herméticamente
La investigación médica ha intentado hacer un mejor uso de las señales mecánicas del cuerpo durante décadas, pero registrar algunas, como las ondas que atraviesan múltiples tejidos, ha demostrado ser inconsistente, mientras que otras, como los galopes, se han basado en las habilidades de los médicos influenciadas por el error humanoEl nuevo chip produce datos cuantificados de alta resolución que la investigación futura podría combinar con las patologías para identificarlos.
"Estamos trabajando para recopilar significativamente más datos combinados con patologías. Visualizamos algoritmos en el futuro que pueden permitir una amplia gama de lecturas clínicas", dijo Ayazi.
Aunque el principio de ingeniería principal del chip es simple, hacer que funcione y luego fabricarse tomó diez años en el laboratorio de Ayazi, principalmente debido a la escala liliputiense del espacio entre las capas de silicio, es decir, electrodos. Si el sensor de 2 milímetros por 2 milímetrosel chip se expandió al tamaño de un campo de fútbol, ese espacio de aire sería de aproximadamente una pulgada de ancho.
"Esa brecha muy delgada que separa los dos electrodos no puede tener ningún contacto, ni siquiera por las fuerzas en el aire entre las capas, por lo que todo el sensor está sellado herméticamente dentro de una cavidad de vacío", dijo Ayazi.ruido de señal y ancho de banda que son únicos "
Detecta a través de la ropa
Los investigadores utilizaron un proceso de fabricación desarrollado en el laboratorio de Ayazi llamado la plataforma HARPSS + Poliéster de alta relación de aspecto y silicio cristalino simple para la producción en masa, ejecutando hojas del tamaño de una mano que luego se cortaron en los pequeños chips sensores. HARPSS + es el primeroinformó un proceso de fabricación en masa que logra brechas consistentemente delgadas, y ha permitido la fabricación de alto rendimiento de muchos de esos sistemas microelectromecánicos o MEMS avanzados.
El dispositivo experimental funciona actualmente con baterías y utiliza un segundo chip llamado circuito de acondicionamiento de señal para traducir las señales del chip del sensor en lecturas estampadas.
Se podrían insertar tres sensores o más en una banda para el pecho que triangularía las señales de salud para localizar sus fuentes. Algún día, un dispositivo puede detectar un defecto emergente de la válvula cardíaca por la turbulencia que produce en el torrente sanguíneo o identificar una lesión cancerosa con sonidos crepitantes débiles enUn pulmón.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Georgia . Original escrito por Ben Brumfield. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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