Senzorii pielii revoluționează diagnosticul și îngrijirea pacientului

08:11 | 23 iulie 2019 | 0 comentarii

medicale

Sistemele de monitorizare a pacienților, subțiri, flexibile și fără fir, care aderă la piele, încep să transforme asistența medicală, făcând medicamentul mai precis și personalizat, a scris revista Nature într-un comentariu privind noile tehnologii.

Multe versiuni timpurii ale senzorilor, computerelor și transmițătoarelor țesute în patch-uri flexibile, bandaje sau tatuaje s-au dezvoltat în zeci de încercări numai în neuroștiințe, iar numărul lor a crescut rapid.

În decurs de un deceniu, mulți oameni vor purta astfel de senzori de piele în mod constant. Datele pe care le colectează vor alimenta algoritmii computerului pentru monitorizarea semnelor vitale, detectarea anomaliilor și urmărirea tratamentului.

Acest lucru va permite ca problemele medicale să fie depistate mai devreme, iar medicii vor putea monitoriza recuperarea pacienților lor de la distanță în timp ce sunt acasă și pot interveni doar dacă starea lor se agravează. Toate acestea vor îmbunătăți prognosticul și diagnosticul și vor face asistența medicală mai sigură și mai eficientă.

Unde suntem acum?

Prima generație de senzori biointegrați poate urmări semnale biofizice, cum ar fi ritmul cardiac, respirația, temperatura și mișcarea. Apar, de asemenea, sisteme mai avansate care pot urmări anumiți biomarkeri (cum ar fi glucoza), precum și acțiuni precum înghițirea și vorbirea.

Multe întreprinderi mici comercializează sisteme de biosenzori moi care măsoară continuu datele clinice. De exemplu, plasturele de unică folosință Zio monitorizează impulsurile electrice ale inimii timp de 14 zile și este mai eficient decât controalele periodice la spital în detectarea aritmiilor. Dar este voluminoasă și temporară, iar datele ar trebui să fie descărcate după utilizare, în loc să fie transmise în timp real.

Senzori mai avansați trec prin studii clinice. Acestea includ rețele senzoriale chiar mai mici pentru ritmul cardiac, respirație și temperatură. Pot transmite date fără fir și sunt suficient de moi pentru a fi așezate pe sânii bebelușilor prematuri fără a le deteriora pielea fragilă. Nu este necesar ca asistenții medicali, medicii sau părinții să rupă pădurea din cabluri atunci când vor să ia copilul.

Cu toate acestea, trebuie depășite multe alte provocări pentru ca senzorii să fie potriviți pentru o utilizare pe scară largă. Inovațiile în materiale, dispozitive și design ar trebui să facă biosenzorii moi chiar mai mici, mai subțiri, mai ușori și care au nevoie de mai puțină energie. Precizia, precizia și gama de măsurători trebuie îmbunătățite. Reglementarea, costurile, utilizarea și securitatea datelor necesită, de asemenea, atenție.

Biomarkeri

Toate sistemele flexibile de senzori aprobate de Administrația SUA pentru Alimente și Medicamente (FDA) colectează până acum semnale biofizice. Indicatorii biochimici, cum ar fi nivelul glucozei sau al hormonilor, sunt dificil de colectat fără a străpunge pielea cu ace.

Unele dispozitive emergente colectează lichidul prin introducerea unei fibre în piele. Detectarea substanțelor chimice în transpirație este o alternativă promițătoare. Transpirația conține mulți indicatori legați de sănătatea celulelor și funcția organelor (cum ar fi electroliții), sistemul imunitar (citokine) și interacțiunile medicamentoase (metaboliți). Se dezvoltă senzori de transpirație care captează clorură, glucoză, lactat, uree, creatinină, alcool, pH și chiar metale grele. Cuantificarea nivelurilor de proteine ​​și hormoni în transpirație va crește și mai mult aplicabilitatea acestor senzori.

Cu toate acestea, senzorii trebuie să poată colecta și analiza transpirația fără a se contamina sau dezintegra, iar acest lucru va necesita, de asemenea, noi teste și analize chimice.

Diagnostic

Capacitățile de imagistică și spectroscopie vor permite diagnosticarea în timp real a corpului. Dacă astfel de sisteme sunt miniaturizate, acestea ar putea diagnostica tumorile pielii fără a fi necesară o biopsie sau o intervenție chirurgicală. În acest moment, acestea sunt încă scumpe, voluminoase și cablate.

Medicamente

Dispozitivele care creează senzații ale pielii, cum ar fi vibrațiile, pot îmbunătăți reabilitarea. În plus, medicamentele pot fi livrate prin plasturi de piele, care sunt deja utilizate în medicamente pentru rău de mare (scopolamină), durere (fentanil), contracepție (norelgestromin și etinilestradiol) și hipertensiune arterială (clonidină).

Senzorii pot furniza, de asemenea, stimulare electrică sau termică pentru a trata tulburările neurologice sau ameliorarea durerii.

Implanturi

Un implant subțire și flexibil poate fi înfășurat în jurul inimii sau coloanei vertebrale pentru a le monitoriza și stimula. Demonstrații de tehnologii subțiri și flexibile care urmăresc activitatea electrică a creierului au fost testate la șoareci, vaci și primate.

Provocările practice includ dezvoltarea de materiale biocompatibile și producerea de straturi ultra-subțiri care protejează electronica de ani sau decenii. Unele plasturi se pot topi inofensiv după ce sunt terminate, la fel cum se vindecă rana.

Materiale și design

Există încă de lucru pentru a face dispozitivele mai puțin vizibile pentru transportatori. Patch-urile de astăzi includ, de obicei, electronice din silicon ultra-subțiri. În viitor, polimerii organici pot fi utilizați pentru a produce biosenzori auto-vindecători.

Și materialele moi vor avea propriile funcții, cum ar fi antimicrobiene sau schimbarea culorii dacă se găsește material biochimic.

Plasturele Zio monitorizează impulsurile electrice ale inimii.

Dispozitivele pot fi alimentate prin mișcări ale corpului sau modificări ale temperaturii sau fluxului sanguin în loc de baterii.

Colectare de date

Combinațiile de senzori trebuie să fie proiectate pentru a îndeplini anumite condiții. De exemplu, la pacienții cu Parkinson, un singur senzor de mână este suficient pentru a detecta tremurul. Dar pentru supraviețuitorii accidentelor vasculare cerebrale, monitorizarea cât de greu le călcă piciorul pe sol atunci când merg, cât de greu înghițesc sau cât de profund dorm, va necesita senzori suplimentari. Pentru a îmbunătăți calitatea datelor, acești senzori trebuie să fie amplasați în cele mai bune locuri ale corpului pentru a colecta informații.

De exemplu, semnalele electrocardiogramei trebuie înregistrate pe piept, nu pe încheietura mâinii. Mersul este mai bine evaluat cu senzorii gleznei.

În plus, trebuie decis dacă este mai bine să transmiteți toate datele de monitorizare către cloud sau să procesați unele dintre ele pe un cip și să transmiteți numai parametri cheie sau ieșiri sub formă de avertismente sau mesaje.

Interpretarea datelor

Tablourile de bord digitale ar trebui dezvoltate pentru a permite medicilor și pacienților să urmărească rezultatele, să înregistreze modificările și să ia decizii clinice.

Monitorizarea pe termen lung îi va ajuta pe medici să evalueze mai bine modul în care se desfășoară recuperarea după accident vascular cerebral, boala Parkinson și alte boli.

Evaluarea comportamentului

De asemenea, trebuie să aflăm mai multe despre modul în care pacienții folosesc biosenzorii în viața lor de zi cu zi. Dacă oamenii trebuie să poarte dispozitivele săptămâni sau luni, patch-urile vor trebui să pară acceptabile și cât mai atractive posibil. Ar trebui să fie confortabili și să mențină un contact bun cu pielea în timpul spălării sau al exercițiilor fizice. Deși unii senzori sunt acum suficient de mici și suficient de subțiri pentru a nu fi văzuți prin îmbrăcăminte, vor trebui să devină și mai mici și mai subțiri.

Intrarea în practica clinică

Pentru a aduce aceste tehnologii în beneficiul pacienților, trebuie luate măsuri pe alte trei fronturi: validarea, reglementarea și protecția datelor.

Pentru a le accelera intrarea în practica clinică, biosenzorii moi ar trebui să răspundă nevoilor medicale nesatisfăcute, precum monitorizarea sănătății mintale la domiciliu. Modificările semnelor vitale și ale biomarkerilor neuroendocrini, neurotropi și inflamatori pot oferi cunoștințe care nu sunt disponibile clinicienilor astăzi. Semnele de izolare socială și singurătate ar putea semnala vizita unei asistente sau îngrijitoare îngrijitoare sau apelul unei persoane dragi.

Monitorizarea wireless a sănătății poate revoluționa, de asemenea, asistența medicală în țările în care infrastructura lipsește.

La sfârșitul acestui an, biosenzorii vor fi testați în clinicile de sarcină și naștere din mai multe țări africane, inclusiv Zambia, Kenya și Africa de Sud, în parteneriat cu Fundația Bill și Melinda Gates și ONG-urile Save the Children.
Plasturii vor monitoriza datele fiziologice, cum ar fi activitatea fizică, tensiunea arterială și frecvența respiratorie la femeile și bebelușii lor în timpul sarcinii, avertizând complicații precum hipoxia fetală sau sângerarea iminentă.

Regulament

Aprobarea reglementărilor este crucială și o provocare cheie. Hardware-ul este acoperit în mare parte de cadrul existent în SUA, algoritmii nu. Dar există semne încurajatoare că aplicațiile software pot fi reglementate.

În ultimii ani, FDA a aprobat tehnologia pentru diagnosticarea retinopatiei diabetice, prima pastilă cu senzor încorporat (Abilify MyCite) și o aplicație pentru tratarea tulburărilor legate de opiacee (reSET-O).

Programul de pre-certificare al FDA permite software-ului medical de la anumiți dezvoltatori de încredere să fie utilizat înainte de evaluarea oficială. Reglementările trebuie să se adapteze rapid, deoarece limitele dintre dispozitive, date, software și terapie continuă să se estompeze.

O atenție specială ar trebui acordată zonelor clinice cu cea mai mare nevoie și risc minim, ca în unele boli rare, în pediatrie, sănătatea femeilor și îngrijirea adulților.

Securitatea datelor

Securitatea datelor ar trebui să fie o prioritate, în special informațiile despre pacienți. Legislația actuală din SUA are linii directoare pentru prelucrarea confidențială a informațiilor despre pacienți, dar a fost adoptată în 1996, cu mult înainte de explozia dispozitivelor mobile și a senzorilor purtabili. Sunt necesare noi cadre.

Pacienții trebuie să aibă propriile date. Trebuie acordată o atenție specială pentru a se asigura că companiile nu folosesc datele medicale pentru câștiguri comerciale fără aprobare și că nu este permisă divizarea între cei care au și nu au acces la această tehnologie.

Finanțare

Rămâne de văzut cum vor fi plătite aceste sisteme de senzori și cum vor fi rambursate costurile analizei și urmăririi datelor de către medici. Cu toate acestea, finanțatorii din domeniul sănătății trebuie să sprijine sistemele de senzori bio-integrați, deoarece pot îmbunătăți calitatea asistenței și pot reduce costurile.

Acest lucru este în concordanță cu trecerea la așa-numitul. un model de îngrijire bazat pe valoare în Statele Unite, unde companiile de asigurări de sănătate și planurile guvernamentale precum Medicare selectează tratamente bazate pe eficacitatea lor, nu doar le rambursează.

În ciuda numeroaselor provocări, efortul va merita: senzorii bio-integrați au potențialul de a transforma aproape fiecare aspect al medicinei.

Acest articol ți-a fost de ajutor?

Vom fi fericiți dacă sprijiniți ediția electronică Mediapool.bg, astfel încât să vă puteți baza în continuare pe un suport independent, profesionist și onest de analiză a informațiilor.

Abonați-vă la cele mai importante știri, analize și comentarii la evenimentele zilei. Buletinul informativ este trimis la adresa dvs. de e-mail în fiecare zi la ora 18:00.