Ingenieure haben einen tragbaren Herzmonitor entwickelt, der dünner ist als eine Dollarnote, mit dem Ärzte eines Tages sicherer den Zustand des Herzens eines Patienten überprüfen können.
Die meisten von uns denken nicht über ihren Puls außerhalb des Fitnessstudios nach. Ärzte verwenden den menschlichen Puls jedoch als diagnostisches Instrument zur Überwachung der Herzgesundheit.
Zhenan Bao, Professor für Chemieingenieurwesen an der Stanford University, hat einen Herzmonitor entwickelt, der dünner ist als eine Dollarnote und nicht breiter als eine Briefmarke. Der flexible hautähnliche Monitor, der unter einem Klebeband am Handgelenk getragen wird, ist empfindlich genug, um Ärzten zu helfen, steife Arterien und Herz-Kreislauf-Probleme zu erkennen.
Die Geräte könnten eines Tages verwendet werden, um die Herzgesundheit kontinuierlich zu verfolgen und Ärzten eine sicherere Methode zur Messung eines wichtigen Vitalparameters für Neugeborene und andere Hochrisikopatienten zur Verfügung zu stellen.
Dieser flexible, hautähnliche Herzmonitor ist klein genug, um unter einem Verband getragen zu werden. Bildnachweis: L.A. Cicero
"Der Puls hängt mit dem Zustand der Arterie und dem Zustand des Herzens zusammen", sagte Bao, dessen Labor künstliche hautähnliche Materialien entwickelt. "Je besser der Sensor, desto besser können Ärzte Probleme erkennen, bevor sie sich entwickeln."
Dein Puls
Um Ihren Puls zu finden, drücken Sie Ihren Zeige- und Mittelfinger auf die Unterseite Ihres gegenüberliegenden Handgelenks. Sie sollten den gleichmäßigen Rhythmus Ihres Herzens spüren, während es Blut durch Ihre Venen pumpt.
Jeder Schlag, den Sie fühlen, besteht aus zwei unterschiedlichen Peaks, auch wenn Sie sie nicht nur mit den Fingern voneinander unterscheiden können. Der erste, größere Peak kommt von deinem Herzen, das Blut herauspumpt. Kurz nach einem Herzschlag sendet Ihr Unterkörper eine reflektierende Welle zurück an Ihr Arteriensystem, wodurch ein kleinerer zweiter Peak entsteht.
Die relativen Größen dieser beiden Peaks können von medizinischen Experten verwendet werden, um die Gesundheit Ihres Herzens zu messen.
„Anhand des Verhältnisses der beiden Peaks lässt sich beispielsweise die Steifigkeit der Arterie bestimmen“, sagte Gregor Schwartz, Postdoktorand und Physiker des Projekts. „Wenn sich der Zustand des Herzens ändert, ändert sich das Wellenmuster. Zum Glück sah mein Herz gut aus, als ich das an mir selbst getestet habe. “
Um den Herzmonitor sowohl empfindlich als auch klein zu machen, verwendet Baos Team eine dünne mittlere Gummischicht, die mit winzigen Pyramidenhöckern bedeckt ist. Jede Formpyramide hat einen Durchmesser von nur wenigen Mikrometern - kleiner als ein menschliches rotes Blutkörperchen.
Wenn Druck auf das Gerät ausgeübt wird, verformen sich die Pyramiden leicht und verändern die Größe des Spalts zwischen den beiden Hälften des Geräts. Diese Änderung des Abstands bewirkt eine messbare Änderung des elektromagnetischen Feldes und des Stromflusses im Gerät.
Je mehr Druck auf den Monitor ausgeübt wird, desto stärker verformen sich die Pyramiden und desto größer ist die Änderung des elektromagnetischen Feldes. Die Verwendung vieler dieser Sensoren an einer Prothese kann wie eine elektronische Haut wirken und einen künstlichen Tastsinn erzeugen.
Wenn der Sensor mit einem Klebeband am Handgelenk einer Person angebracht wird, kann der Sensor die Pulswelle dieser Person messen, während sie durch den Körper hallt.
Das Gerät ist so empfindlich, dass es mehr als nur die beiden Spitzen einer Pulswelle erkennen kann. Als die Ingenieure die von ihrem Gerät gezogene Welle betrachteten, bemerkten sie kleine Unebenheiten im Schwanz der Pulswelle, die für herkömmliche Sensoren unsichtbar waren. Laut Bao könnten diese Schwankungen in Zukunft möglicherweise für detailliertere Diagnosen genutzt werden.
Blutdruck und Babys
Ärzte verwenden bereits ähnliche, wenn auch wesentlich sperrigere Sensoren, um die Herzgesundheit eines Patienten während der Operation oder bei der Einnahme eines neuen Medikaments zu überwachen. In Zukunft könnte das Gerät von Bao jedoch dazu beitragen, ein weiteres Vitalzeichen im Auge zu behalten.
"Theoretisch kann diese Art von Sensor verwendet werden, um den Blutdruck zu messen", sagte Schwartz. "Sobald Sie es kalibriert haben, können Sie das Signal Ihres Pulses verwenden, um Ihren Blutdruck zu berechnen."
Diese nicht-invasive Methode zur Überwachung der Herzgesundheit könnte Geräte ersetzen, die direkt in eine Arterie eingeführt werden und als intravaskuläre Katheter bezeichnet werden. Diese Katheter bergen ein hohes Infektionsrisiko, was sie für Neugeborene und Hochrisikopatienten unpraktisch macht. So könnte ein externer Monitor wie der von Bao Ärzten eine sicherere Möglichkeit bieten, Informationen über das Herz zu sammeln, insbesondere bei Operationen an Säuglingen.
Baos Team arbeitet mit anderen Stanford-Forschern zusammen, um das Gerät vollständig drahtlos zu machen. Mithilfe der kabellosen Kommunikation können Ärzte den Herzstatus eines Patienten von Minute zu Minute über ein Mobiltelefon abrufen, und zwar dank eines Geräts, das so dick ist wie ein menschliches Haar.
"Für einige Patienten mit einer möglichen Herzerkrankung würde das Tragen eines Verbandes es ihnen ermöglichen, den Zustand ihres Herzens ständig zu messen", sagte Bao. "Dies könnte ohne Beeinträchtigung des täglichen Lebens geschehen, da es wirklich nur das Tragen eines kleinen Verbandes erfordert."
Das Team veröffentlichte seine Arbeit in der Nature Communications-Ausgabe vom 12. Mai. Die Forschung des Teams wird durch Mittel der National Science Foundation und des Air Force Office of Scientific Research unterstützt.
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