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用技术来倾听您的身体

2018-06-15来源: EEWORLD 关键字:贸泽电子  传感器

医生经常告诉病人要“倾听”他们的身体,并注意身体会告诉您什么。今天,正在开发的技术将真正能够倾听我们身体,并适当处理这种信号,以帮助确定最佳实施方案。

 

人口老龄化的趋势已经被媒体广泛报道,全球人口出生率持续下降加快了老龄化。这些趋势共同意味着未来几十年能够照顾更大基数老年人口的人数将会更少。在短期内,没有什么可以改变这些社会统计数据,但似乎技术进步能够介入并通过形象化甚至字面上的方式予以帮助。

 

随着集成半导体尺寸不断缩小和功能的不断增强,人工智能、云计算和无处不在的连接性概念将以突破性的方式结合在一起,从而能够最有利地改变医疗保健行业的状况。各种发展的可能性都非常大,市场需求也在增长,人性本质上也有强烈的意愿作出积极的改变。

 

今天,可穿戴技术的典型代表是最常戴在手腕上的小型设备,用于监测活动和佩戴者的脉率等统计数据。简而言之,这是一种受意识影响的增强效果。随着技术的发展,未来的小型设备可能会直接织入我们所穿的衣服中,从而使其不易影响人类自己,因此更容易被接受。

 

正如通常所言,智能织物有可能改变我们监测许多场景的方式,但也许它们最大的潜力在于医疗保健。通过使用技术来监测病人的状况并适当用药是一个非常活跃的研究领域,有一些结果已经开始出现。

 

感测压力

 

在伤痛恢复期间,身体某个区域施加或者承受的压力可能是特别令人关心的事情。肿胀是愈合过程的一部分,但必须加以监测,因为它也可能是继发感染的先兆。同样,如果病人没有定期活动,他们可以迅速形成压疮,从而抑制愈合过程。答案是要监测病人的伤口及其总体的运动,或者是否缺乏这些运动。

 

达到此目的的一种方法是使用可以编织进床单或衣服的传感器。编织到床上用品的有机硅涂层导电纱线目前正在开发中,它可以监测湿度和运动,并在患者需要关照时提醒护理人员。医院也在使用同样的技术使病床能够根据病人的需要自动移动,从而减轻护理人员的负担。

 

同样的技术原理也正在被整合到敷料和绷带中,以监测在伤痛恢复期身体施加的压力。例如,可以通过监测表明敷料是否太紧,或记录受感染区域的肿胀减轻的速度。

 

有很多种方法用来测量给定介质的压力。传统上,是通过测量限制血液流动所需的压力来记录血压,现在可以使用压力传感器自动执行此过程,其中的压力传感器与用于施加压力的压缩空气并排安装。因此,血压监测仪已成为任何人都可以在舒适的家中使用的消费类设备。将同样的技术整合到运动服装等面料中其实并不是一个巨大的飞跃。

 

压力传感器也可用于例如鞋垫等其他方面,能够监测患有周围神经病变的患者的步态和活动,这是一种阻止大脑接收来自身体特定区域(例如脚)信息的病况。图1所示为Orpyx的这种系统,它能够记录鞋垫的数据并将其无线传输到智能手机应用程序。通过使用传感器来监测患者脚上的压力并提供反馈,可以帮助防止形成溃疡。在极端情况下,溃疡可能导致需要截肢。


 


图1:Orpyx系统采用嵌入到鞋垫的压力传感器,并通过无线连接到智能手机

 

将传感器嵌入敷料中可以通过测量皮肤的变形来评估因肢体肿胀而施加的压力,这正是研究人员目前正在开发的 “智能织物”。

 

通过将压力监测直接集成到智能织物中,可以更容易地掌握长期的发展趋势,从而有助于早期诊断诸如心血管问题等疾病。

 

更加智能的石膏

 

得益于纳米技术的发展,通过监测皮肤电特性的变化来测量水合作用水平目前已经成为现实。将细小的电线嵌入直接作用于皮肤的可拉伸织物,小型电极可以监测水合作用,并可实时传输信息。同样的技术也可以应用于服装行业。

 

一种类似而有效的诊断方法可以应用在智能敷料中,使一个小电流通过人体细胞,并测量其阻抗,这是一种被称为阻抗光谱技术的非常有意义的扩展。通过测量细胞在衰变时呈现的电容和电阻的变化,可用于创建智能绷带,这样一来褥疮可以在人眼看见之前就能够识别。

 

虽然电子技术是智能织物解决方案的重要组成部分,但它也正在与传统医疗保健合作开发,其中包括研究如何更有效地用药。来自美国内布拉斯加大学林肯分校(the University of Nebraska-Lincoln)、哈佛医学院(Harvard Medical School)和麻省理工学院的一组研究人员已经证明,智能敷料不仅能够监测伤口,而且还有直接用药的潜力。

 

该团队将智能敷料解释为首个能够根据药物剂量来进行释放的绷带,如止痛药和抗生素,以及促进愈合和组织再生的药物。实质上,它通过将药物植入凝胶,凝胶又涂覆编织到绷带中的电线。嵌入到绷带中的微控制器控制流过电线的电流,使其加热凝胶并将其载有的药物直接释放到受感染区域。试验已经显示出积极的效果,该团队正在研究用集成的传感器来测量诸如葡萄糖和pH值等指标,以使药物传送和释放过程完全自动化。

 

互联医疗

 

在整个物联网中,无线连接提供了一种将数据传输到云的方式,人工智能可用于更好利用“大数据”分析的趋势。通过将这一过程应用于医疗物联网(IoMT),这些数据最终可用于改善其他患有类似疾病患者的治疗方式。

 

这将需要更全面的方法来使用医疗领域的技术,将多个学科融合为一个解决方案。

 

斯旺西大学生命科学研究所(Institute of Life Science, Swansea University)的研究人员正在研究如何将纳米技术最新发展带来的传感器整合到具有5G连接的智能绷带中,不仅可以监测伤口,还可以远程实时监测伤口。该方法还将可以采用3D打印机来制造绷带。

 

纳米技术正在缩小生物与技术领域之间的差距,并将成为IoMT的一项实用技术。目前正在进行的研究包括如何利用纳米颗粒为身体中的特定细胞提供治疗,并且已经显示出一些积极的结果。在细胞水平上的靶向治疗其最初优势之一是身体不再需要在各个部位都代谢药物,这将导致更低的剂量水平,更有效的治疗,并最终降低医疗服务的成本。

 

医疗领域的MEMS

 

MEMS技术已经通过在小型封装中提供精确的3轴、6轴和9轴运动传感而彻底塑造了手机行业。同样的技术能够被广泛地用于可穿戴健身追踪器,而MEMS麦克风已经使助听器发生了革命性的变化,但MEMS未来发展潜力更大。

 

通过将MEMS麦克风直接安装到一次性隐形眼镜上,可以测量眼睛的眼压(IOP)变化,此变化往往表明角膜形状的变化,可能是青光眼的早期征兆。目前,瑞士公司Sensimed可以提供包括无线通信在内,且集成有MEMS的IOP传感器。图2显示出该系统包含三个元件:带有嵌入式传感器和变送器(transducer)的一次性隐形眼镜(1),戴在眼睛周围的单独天线(2),以及通过细线连接(3)的数据记录器(4)。


 


图2:Sensimed集成到一次性隐形眼镜中的IOP传感器,该隐形眼镜通过近场通信(NFC)进行供电和连接

 

该系统使用NFC技术为传感器提供无线供电,其足以进行测量并将信息传回天线。由于不再需要使用硬连线电源(通常是电池),而电源及其连接往往是系统体积最大的部分,这种方法有可能用于其他各种IoMT设备。通过利用NFC的功能,许多其他类型的传感器以及控制它们所需的微电子设备可以一并嵌入到智能织物中。

 

结论

 

智能织物正在改变传统医疗保健的性质,并已经受到前所未有的技术交叉融合的支持。虽然许多应用仍然只局限于研究实验室,但其发展速度在不断加快,医疗物联网具备非常大的应用潜力来永远改变传统的医患关系。


关键字:贸泽电子  传感器

编辑:muyan 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/MEMS/article_201806152269.html
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