Во время прогулки дыхание женщины становится немного более поверхностным, и монитор в ее одежде предупреждает ее о необходимости телемедицинской проверки. Новое исследование показывает, как сенсорная микросхема, меньшая, чем у божьей коровки, записывает множественные легкие и сердечные сигналы вместе с движениями тела и может включить такой будущий социально удаленный монитор здоровья сообщает сайт mzhost.ru.

Основной механизм чипа, разработанный исследователями из Технологического института Джорджии, включает в себя два тонко изготовленных слоя кремния, которые накладываются друг на друга на расстоянии 270 нанометров - около 0,005 ширины человеческого волоса. Они несут минутное напряжение.

Вибрации от движений и звуков тела приводят в движение часть микросхемы, создавая также поток напряжения, создавая читаемые электронные выходы. При тестировании на людях чип записал различные сигналы от механической работы легких и сердца с ясностью, сигналы, которые часто избегают значимого обнаружения с помощью современной медицинской технологии.

«Прямо сейчас, медицина ищет ЭКГ (электрокардиограммы) для получения информации о сердце, но ЭКГ измеряет только электрические импульсы. Сердце - это механическая система с накачкой мышц и открытием и закрытием клапанов, и она посылает подпись звуков и движений, который ЭКГ не обнаруживает. ЭКГ также ничего не говорят о функции легких », - сказал Фаррок Аязи, профессор Кена Байерса из Школы электротехники и вычислительной техники штата Джорджия.

Стетоскоп-акселерометр комбинированный

Микросхема, которая выполняет функции передового электронного стетоскопа и акселерометра в одном, удачно называется контактным микрофоном акселерометра. Он обнаруживает вибрации, которые проникают в микросхему изнутри корпуса, в то же время предотвращая отвлекающий шум извне ядра тела, например воздушные звуки

«Если он трется о мою кожу или рубашку, он не слышит трения, но устройство очень чувствительно к звукам, исходящим от него изнутри тела, поэтому оно воспринимает полезные вибрации даже через одежду», - сказал Аязи.

Ширина полосы обнаружения огромна - от широких широких движений до неслышно высоких частот. Таким образом, сенсорный чип записывает все мелкие детали сердцебиения, пульсовых волн, проходящих через ткани организма, частоты дыхания и звуков легких. Это даже отслеживает физические действия владельца, такие как ходьба.

Сигналы записываются синхронно, потенциально предлагая общую картину здоровья сердца и легких пациента. Для исследования исследователи успешно записали «галоп», слабый третий звук после «lub-dub» сердцебиения. Галопы, как правило, являются неуловимыми признаками сердечной недостаточности.

Исследователи опубликовали свои результаты в журнале npj Digital Medicine 12 февраля 2020 года. Исследование финансировалось Грузинским исследовательским альянсом, Агентством перспективных исследовательских проектов в области обороны (DARPA), Национальным научным фондом и Национальными институтами здравоохранения. Соавтор исследования Дивья Гупта, доктор медицины, кардиолог из Университета Эмори, участвовала в тестировании чипа на людях.

Герметичный вакуум

Медицинские исследования пытались лучше использовать механические сигналы организма в течение десятилетий, но регистрация одних - таких как волны, проходящие через несколько тканей - оказалась непоследовательной, в то время как другие - как галопы - основывались на навыках клинициста, подверженных человеческим ошибкам. Новый чип выдает количественные данные с высоким разрешением, которые будущие исследования могут сопоставить с патологиями для их идентификации.

«Мы уже работаем над тем, чтобы собрать значительно больше данных, соответствующих патологиям. В будущем мы предполагаем алгоритмы, которые могут обеспечить широкий спектр клинических чтений», - сказал Аязи.

Хотя основной инженерный принцип чипа прост, его работа и последующее производство заняли у лаборатории Аязи десять лет, в основном из-за лилипутской шкалы зазора между слоями кремния, то есть электродов. Если бы микросхема датчика размером 2 мм на 2 мм была расширена до размеров футбольного поля, этот воздушный зазор был бы шириной около дюйма.

«Этот очень тонкий зазор, разделяющий два электрода, не может иметь никакого контакта, даже благодаря силам в воздухе между слоями, поэтому весь датчик герметично закрыт внутри вакуумной полости», - сказал Аязи. «Это делает этот сверхнизкий сигнальный шум и широту полосы пропускания уникальными».

Обнаруживает через одежду

Исследователи использовали производственный процесс, разработанный в лаборатории Ayazi, который называется платформой HARPSS + (полиакрилатный и монокристаллический кремний с высоким соотношением сторон) для массового производства, используя листы ручного размера, которые затем разрезались на крошечные сенсорные чипы. HARPSS + - это первый зарегистрированный процесс массового производства, в котором достигаются такие неизменно тонкие зазоры, и он позволяет производить с высокой пропускной способностью многие такие современные MEMS или микроэлектромеханические системы.

Экспериментальное устройство в настоящее время работает от батареи и использует вторую микросхему, называемую схемой формирования сигнала, для преобразования сигналов сенсорной микросхемы в шаблонные показания.

Три или более датчика могут быть вставлены в грудную полосу, которая будет триангулировать сигналы здоровья, чтобы определить местонахождение их источников. Когда-нибудь устройство может определить возникающий дефект сердечного клапана с помощью турбулентности, которую оно производит в кровотоке, или идентифицировать раковое поражение слабыми трескучими звуками в легком.