導(dǎo) 語(yǔ)
近期一項(xiàng)研究制造了第一個(gè)可以監(jiān)測(cè)肌肉萎縮狀況的可穿戴傳感器，這種由導(dǎo)電電線制成的電磁傳感器可以作為使用MRI進(jìn)行頻繁監(jiān)測(cè)的替代方案。
近日，俄亥俄州立大學(xué)的研究人員制造了第一個(gè)可穿戴傳感器，旨在檢測(cè)和監(jiān)測(cè)肌肉萎縮。相關(guān)成果發(fā)表在了IEEE Transactions on Biomedical Engineering上。
1、MRI的替代方案
肌肉萎縮是一種涉及骨骼肌質(zhì)量和力量喪失的癥狀，可以由各種原因發(fā)生，但通常是退行性疾病、衰老或肌肉停用的副作用。雖然醫(yī)生目前依靠核磁共振（MRI）來(lái)評(píng)估患者的肌肉大小和體積是否惡化，但頻繁的測(cè)試可能既耗時(shí)又昂貴。
然而，發(fā)表在IEEE生物醫(yī)學(xué)工程會(huì)刊上的這項(xiàng)新研究表明，由導(dǎo)電電子線制成的電磁傳感器可以作為使用MRI進(jìn)行頻繁監(jiān)測(cè)的替代方案。
為了驗(yàn)證他們的工作，研究人員制作了3D打印的肢體模型，并在其中填充了碎牛肉，以模擬中等大小的人類受試者的小腿組織。他們的發(fā)現(xiàn)表明，這種傳感器可以測(cè)量整個(gè)肢體大小的小范圍體積變化，并監(jiān)測(cè)高達(dá)51%的肌肉損失。俄亥俄州立大學(xué)電氣和計(jì)算機(jī)工程研究生、該研究的主要作者Allyanna Rice說(shuō)：“理想情況下，我們提出的傳感器可以被醫(yī)療保健提供者用來(lái)更親自地為患者實(shí)施治療計(jì)劃，并減輕患者自己的負(fù)擔(dān)。”
使用線圈監(jiān)測(cè)小腿三頭肌的肌肉萎縮
這是已知的第一種使用可穿戴設(shè)備監(jiān)測(cè)肌肉萎縮的方法，這項(xiàng)研究建立在Rice之前為NASA創(chuàng)造健康傳感器的工作基礎(chǔ)上。美國(guó)航天局對(duì)以各種方式監(jiān)測(cè)宇航員的健康很感興趣，因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間呆在太空往往會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生有害影響。
研究人員花了幾十年時(shí)間試圖了解和對(duì)抗這些影響，這項(xiàng)研究的靈感來(lái)自于找到解決宇航員面臨的健康問(wèn)題的方案的目標(biāo)。
例如，盡管科學(xué)家們知道，即使是在短期太空飛行的機(jī)組人員也會(huì)經(jīng)歷高達(dá)20%的肌肉質(zhì)量和骨密度下降，但沒有太多數(shù)據(jù)表明，在太空生活更長(zhǎng)時(shí)間可能會(huì)對(duì)他們的身體產(chǎn)生什么影響，Rice說(shuō)。
她說(shuō)：“我們的傳感器可以讓執(zhí)行長(zhǎng)期任務(wù)的宇航員或在家的病人在沒有醫(yī)學(xué)專業(yè)人員幫助的情況下跟蹤自己的健康狀況。”
肌肉萎縮傳感器的制作工藝
但要想制造出一種能夠準(zhǔn)確測(cè)量人體肌肉微小變化的可穿戴設(shè)備，說(shuō)起來(lái)容易做起來(lái)難。Rice和她的合著者、俄亥俄州立大學(xué)電氣和計(jì)算機(jī)工程教授Asiminia Kiourti設(shè)計(jì)了這種設(shè)備，他們使用了兩個(gè)線圈，一個(gè)發(fā)送線圈和一個(gè)接收線圈，以及一個(gè)由電子線制成的導(dǎo)體，這些導(dǎo)線沿著織物以明顯的Z字形圖案延伸。
雖然最終的產(chǎn)品類似于血壓袖帶，但Rice說(shuō)，最初的挑戰(zhàn)是找到一種模式，允許傳感器回路的大小發(fā)生廣泛的變化，以便能夠適應(yīng)很大一部分人。
2、新一代可穿戴健康監(jiān)測(cè)設(shè)備
“當(dāng)我們第一次提出傳感器時(shí)，我們沒有意識(shí)到我們需要一種可伸展的材料，直到我們意識(shí)到人的四肢將發(fā)生變化，”她說(shuō)。“我們需要一種可以變化和彎曲的傳感器，但它也需要保持形狀。”
經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，他們發(fā)現(xiàn)，雖然直線縫制會(huì)限制袖子的彈性，但Z字形圖案是放大彈性的理想選擇。同樣新穎的模式也是傳感器可以擴(kuò)展到身體多個(gè)不同部位，甚至同一肢體上的幾個(gè)位置的原因。
雖然可穿戴設(shè)備的實(shí)現(xiàn)還需要數(shù)年時(shí)間，但研究指出，下一個(gè)重大飛躍很可能是將該設(shè)備連接到移動(dòng)應(yīng)用程序上，該應(yīng)用程序可以用來(lái)記錄健康信息并直接發(fā)送給醫(yī)療保健提供者。
為了改善地球和太空中未來(lái)患者的生活，Rice期待著將傳感器與其他類型的檢測(cè)和監(jiān)測(cè)健康問(wèn)題的設(shè)備相結(jié)合，例如檢測(cè)骨質(zhì)丟失的工具。
“未來(lái)，我們希望在可穿戴設(shè)備中集成更多的傳感器和更多的功能，”Rice說(shuō)。
論文原文：https://ieeexplore.ieee.org/document/10052693
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