El futuro del monitoreo de la salud pulmonar y cardíaca socialmente distanciado podría estar en un chip MEMS discreto pero increíblemente sensible

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 junto con los movimientos del cuerpo y podría permitir un futuro monitor de salud socialmente distante.

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. Llevan un minuto de voltaje.

Las vibraciones de los movimientos y sonidos corporales ponen en flujo parte del chip, haciendo que el voltaje también fluya, creando así salidas electrónicas legibles. En pruebas en humanos, el chip ha registrado una variedad de señales del funcionamiento mecánico de los pulmones y el corazón con claridad, señales que a menudo escapan a la detección significativa por la tecnología médica actual.

“En este momento, la medicina recurre a los 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 válvulas que se abren y cierran, y envía una firma de sonidos y movimientos, 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.

Combo estetoscopio-acelerómetro

El chip, que actúa como un estetoscopio electrónico avanzado y un acelerómetro en uno, se llama acertadamente un micrófono de contacto acelerómetro. Detecta vibraciones que ingresan al chip desde el interior del cuerpo al tiempo que evita el ruido que distrae del exterior del núcleo del cuerpo como sonidos en el aire.

“Si me roza la piel o la camisa, no escucha la fricción, pero el dispositivo es muy sensible a los sonidos que llegan desde el 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 sensor registra todos los detalles finos del latido 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 en sincronización, lo que potencialmente ofrece una imagen general de la salud cardíaca y pulmonar del paciente. Para el estudio, los investigadores registraron con éxito un “galope”, un leve tercer sonido después del “lub-dub” del latido del corazón. Los galope son normalmente pistas evasivas de insuficiencia cardíaca.

Los investigadores publicaron sus resultados en la revista. npj medicina digital el 12 de febrero de 2020. La investigación fue financiada por Georgia Research Alliance, la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA), la National Science Foundation y los Institutos Nacionales de Salud. La coautora del estudio Divya Gupta, M.D., cardióloga de la Universidad de Emory, colaboró ​​en la prueba del chip en participantes humanos.

Vacío sellado herméticamente

La investigación médica ha tratado de hacer un mejor uso de las señales mecánicas del cuerpo durante décadas, pero el registro de algunas, como las ondas que atraviesan múltiples tejidos, ha demostrado ser inconsistente, mientras que otras, como los galope, se han basado en las habilidades de los médicos influenciados por el error humano. El nuevo chip produce datos cuantificados de alta resolución que la investigación futura podría combinar con las patologías para identificarlos.

“Ya estamos trabajando para recopilar una cantidad significativamente mayor de 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 el laboratorio de Ayazi diez años, principalmente debido a la escala liliputiense de la brecha entre las capas de silicio, es decir, electrodos. Si el chip sensor de 2 milímetros por 2 milímetros se expandiera al tamaño de un campo de fútbol, ​​ese espacio de aire sería de aproximadamente una pulgada de ancho.

“Ese espacio muy delgado 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. “Esto genera ese ruido de señal ultrabaja y una amplitud de ancho de banda única”.

Detecta a través de la ropa.

Los investigadores utilizaron un proceso de fabricación desarrollado en el laboratorio de Ayazi llamado 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 primer proceso de fabricación en masa reportado que logra brechas tan consistentemente delgadas, y ha permitido la fabricación de alto rendimiento de muchos de estos sistemas microelectromecánicos o MEMS avanzados.

Actualmente, el dispositivo experimental funciona con baterías y utiliza un segundo chip llamado circuito de acondicionamiento de señal para traducir las señales del chip 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 por un leve crepitar en un pulmón.

Recent Articles

¿Cuándo un proveedor de DevSecOps no es un proveedor de DevSecOps? – Gigaom

Manténgase al tanto de las tendencias tecnológicas empresariales Obtenga actualizaciones que impactan a su industria de nuestra comunidad de investigación GigaOm

Las acciones globales retroceden tras el repunte de Wall Street

BEIJING -- Las acciones globales y los futuros de Estados Unidos se...

La temporada de Warzone de Call of Duty: Black Ops Cold War comienza en diciembre

Durante su llamada de ganancias del tercer trimestre el jueves, Activision reveló los próximos planes para Call of Duty: Black Ops Cold...

Preguntas y respuestas: ¿Justin Turner puso en riesgo a los Dodgers al celebrar su campeonato de la Serie Mundial?

Tal vez el Dr. Anthony Fauci rebelde tono abrir la temporada 2020 de las Grandes Ligas fue la primera señal de que intentar jugar...

Sunir Kheterpal abandona Azure Entertainment: Bollywood News

El productor Sunir Kheterpal renunció como director ejecutivo de Azure Entertainment. Sunir ayudó a Azure a adquirir los derechos de remake...

Related Stories

DEJA UNA RESPUESTA

Por favor ingrese su comentario!
Por favor ingrese su nombre aquí