آینده نظارت بر سلامت پوشیدنی چیست؟

مهندسی شی چالش های پیشبرد نظارت بر سلامت پوشیدنی ها را بررسی می کند.

سنسورهای پوشیدنی به طور گسترده در زندگی روزمره در زمینه هایی مانند ردیابی عملکرد ورزشی و مراقبت های بهداشتی استفاده می شود. طبق داده های IDTechEx، رشد سریع باعث شد که بازار در سال 2020 به حدود 79 میلیارد دلار برسد.

قابلیت های ساعت هوشمند

جدیدترین ساعت‌های هوشمند موجود می‌توانند کاربر را با داده‌های مرتبط با سلامتی مانند ضربان قلب، گام‌های برداشته‌شده، سطح اکسیژن خون و غیره ردیابی و به‌روزرسانی کنند. اگرچه روش‌های ردیابی فیزیولوژیکی به طور مداوم در حال بهبود و گسترش هستند، روش‌های اندازه‌گیری تنها از مجموعه‌ای از حسگرها از جمله حسگرهای حرکت، حسگرهای علائم حیاتی و ردیاب‌های مکان استفاده می‌کنند. بسیاری از معیارهای ارائه شده توسط این حسگرها معمولاً تخمین‌هایی هستند که با استفاده از داده‌های اندازه‌گیری شده و اطلاعات شخصی ورودی توسط کاربر محاسبه می‌شوند.

در درجه اول برای ردیابی تناسب اندام، پیشرفته‌ترین فناوری در حسگرهای پوشیدنی تجاری در هنگام پایش دقیق شرایط سلامت و جمع‌آوری داده‌های مفید پزشکی محدود باقی می‌ماند. در حال حاضر، ساعت‌های هوشمند داده‌های اولیه سلامت قلب و عروق را ارائه می‌کنند که با استفاده از یک سیستم ECG ساده و تک سرب اندازه‌گیری می‌شوند.

سنجش هوشمند با سیالات زیستی غیر تهاجمی

نظارت بر سلامت مداوم و پوشیدنی پیشرفته مستلزم گسترش اطلاعات فیزیولوژیکی است که باید اندازه‌گیری شود. تحقیقات گسترده ای بر روی توسعه سیستم های پوشیدنی که می توانند به طور مداوم و غیرتهاجمی مولکول های مرتبط با سلامت را نظارت کنند، هدف قرار گرفته است. نمونه هایی از این مولکول ها شامل گلوکز، الکترولیت ها، اتانول و کورتیزول است.

موج سوم سنجش بیوشیمیایی شامل دستگاه‌هایی می‌شود که کاربر را قادر می‌سازد «آزمایشگاه را بپوشد» – بستری را برای اندازه‌گیری غلظت مولکول‌ها در سیال زیستی و ارتباط این غلظت‌ها با شرایط سلامت در زمان واقعی فراهم می‌کند. سیالات زیستی غیر تهاجمی (مانند عرق، اشک و بزاق) غنی از اطلاعات فیزیولوژیکی هستند و با استفاده از چندین حسگر نمونه اولیه در ادبیات تحقیقاتی از جمله مچ بند، هدبند، چسب‌های چسبنده و غیره مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته‌اند.

نظارت مولکولی: چشم انداز و چالش ها

با وجود پیشرفت‌ها، در حال حاضر هیچ سنسور عرق پوشیدنی در بازار موجود نیست. با توجه به مثبت بودن و علاقه اخیر پیرامون نظارت مولکولی غیر تهاجمی، چه موانعی ظاهراً این حسگرها را از پیشرفت محدود می کند؟

همبستگی آنالیت خون

به طور فرضی، حسگر کاملا مهندسی شده می تواند توسعه یابد، اما بدون ارائه زمینه ای در مورد چگونگی ارتباط غلظت های اندازه گیری شده با سطوح خونی متناظر، داده ها برای نظارت بر سلامت بسیار کمتر مفید هستند.

تاکنون اجزای خاصی در عرق (مانند K⁺لاکتات) نشان داده اند که هیچ ارتباطی با سطح آنها در خون ندارند. تنها آنالیت تایید شده تا به امروز با استفاده از اندازه گیری همزمان عرق و خون برای همبستگی 100% اتانول بوده است. این حوزه نیاز به درک بیشتر دارد.

تنظیم

تمام سنسورها باید کالیبره شوند تا از دقت و قابلیت اطمینان اطمینان حاصل شود. حسگرهایی که از نمونه‌های خون برای تشخیص سلامت استفاده می‌کنند، نیاز به کالیبراسیون ساده دارند، زیرا pH و دمای خون به خوبی توسط بدن تنظیم می‌شوند. با این حال، عرق دارای PH است که می تواند بین 4 تا 7 باشد که بسته به دمای پوست می تواند متفاوت باشد. برای حسگرهایی که از آنزیم ها به عنوان عنصر تشخیص استفاده می کنند (به عنوان مثال گلوکز)، عملکرد آنزیم بسته به pH و دمای محیط تغییر می کند. علاوه بر این، غلظت آنالیت ها در سیالات زیستی غیر تهاجمی بسته به میزان ترشح متفاوت خواهد بود.

در حالی که حسگرهایی که از خون استفاده می‌کنند را می‌توان از قبل کالیبره کرد و سپس با قابلیت اطمینان بالا مورد استفاده قرار داد، دستگاه‌هایی که از سیالات زیستی غیرتهاجمی استفاده می‌کنند به یک آرایه حسگر شامل pH، دما و سنسورهای میزان ترشح برای کالیبراسیون بی‌درنگ و مداوم نیاز دارند.

نمونه برداری سیال زیستی

نظارت بر سلامت با خون و مایع بینابینی نیاز به دسترسی به زیر پوست و استفاده از سوزن برای جمع آوری دارد. سیالات زیستی غیرتهاجمی به روش‌های نمونه‌گیری نوآورانه‌تری نیاز دارند، زیرا حجم کمتری دارند، ممکن است توسط محیط خارجی آلوده شوند و در دسترس بودنشان متفاوت است. به عنوان مثال، نمونه برداری از بزاق و مایع اشک آور تحت تأثیر خشکی دهان یا چشم قرار می گیرد.

برای پرداختن به این موضوع، تحقیقات اخیر بر تکنیک های نمونه گیری قابل اعتماد عرق متمرکز شده است. یونتوفورزیس یکی از تکنیک‌های اجرا شده است که از جریان الکتریکی استفاده می‌کند که از طریق پوست عبور می‌کند تا یک آگونیست (مثلاً پیلوکارپین) را برای تحریک تعریق موضعی بر حسب تقاضا ارائه دهد. روش دیگر، معمولاً همراه با دستگاه‌های یونتوفورز، استفاده از کانال‌های میکروسیال برای ارائه نرخ تحویل کنترل‌شده عرق به آرایه حسگر است. این کانال ها دارای یک ورودی برای عرق تازه ترشح شده و یک خروجی برای عرق اندازه گیری شده هستند، که اطمینان حاصل می کند که نمونه های قدیمی بر اندازه گیری های بعدی تأثیر نمی گذارند.

در حالی که بسیاری از این تحقیقات امیدوارکننده است، توسعه بیشتر برای اطمینان از استفاده مداوم از این مکانیسم ها در یک دوره طولانی بدون کاهش قابل توجه در عملکرد دستگاه مورد نیاز است.

قابلیت اطمینان

ساعت‌ها و پوشیدنی‌های هوشمند کنونی تمایل دارند عملکرد ورزشی و داده‌های سلامتی را براساس ترکیبی از اطلاعات شخصی کاربر و داده‌های جمع‌آوری‌شده از حسگرهای حرکتی و علائم حیاتی تخمین بزنند. در حالی که این برای ارقام “پارک توپ” مورد استفاده در ردیابی تناسب اندام قابل قبول است، داده ها باید برای استفاده پزشکی دقیق باشند. این امر برای نظارت مولکولی با استفاده از سیالات زیستی غیر تهاجمی به دلیل پیچیدگی و اختصاصی بودن اندازه گیری ها برای بیمار چالش برانگیز می شود.

به دلیل پیچیدگی، ساخت و آزمایش دستگاه فیزیکی می تواند گران و زمان بر باشد. مدل‌سازی محاسباتی، اگرچه جایگزین نیست، می‌تواند زمان و هزینه‌های توسعه را کاهش دهد. همبستگی نتایج مدل‌سازی با داده‌های تجربی موجود می‌تواند به اصول یک مدل پایه اعتماد کند و به تسریع تکرارهای طراحی جدید کمک کند.

مشاوران مهندسی شی Xi در نمایشگاه نوآوری Med-Tech در 7 تا 8 ژوئن در NEC، بیرمنگام در غرفه C39 به نمایش خواهند گذاشت. ثبت نام رایگان در www.med-techexpo.com.