Группа ученых Empa совместно с промышленными партнерами разработала новый нагрудный ремень для длительного наблюдения за пациентами с проблемами сердца и кровообращения. Особенность новой системы в том, что она записывает электрокардиограмму пользователя. Он также является самоувлажняющимся, что необходимо для надежного контроля сигнала. На специализированной выставке Techtextil, состоявшейся недавно во Франкфурте-на-Майне, Германия, система получила награду Techtextil Innovation Award 2015.
Спрос на системы мониторинга ЭКГ растет, и не только потому, что больницы и реабилитационные клиники заинтересованы в таких приборах для длительного мониторинга состояния сердца и системы кровообращения пациентов. Кроме того, стремительно развивается тенденция к регистрации и сбору личных данных о здоровье. Однако на сегодняшний день основным препятствием был тот факт, что гелевые электроды были необходимы для надежных долгосрочных измерений ЭКГ, но они высыхают в течение 24 часов, после чего они больше не производят пригодные для использования сигналы. Они также не очень подходят для пожилых пациентов, которые часто меньше потеют и менее подвижны, чем более молодые пациенты.
Идея разработки смачиваемых электродов для монитора ЭКГ возникла во время проекта по разработке охлаждающей одежды для пациентов с рассеянным склерозом, в котором команда Empa сотрудничала с промышленными партнерами. Обезболивающий охлаждающий эффект создавался за счет того, что материал постоянно пропускал через себя минимальное количество воды. Эта же технология идеально подходит для того, чтобы электроды кардиомонитора постоянно оставались влажными.
Искусственный пот из "резервуара"
Чтобы металлизированные датчики надежно и стабильно обнаруживали и передавали сигналы от тела, пространство между электродом и кожей должно быть слегка влажным. Это похоже на процесс потоотделения человека без охлаждающего эффекта и поддерживается на таком минимальном уровне, что носитель нагрудного ремня вообще не замечает процесса увлажнения. Чтобы создать этот эффект, команда из лаборатории Empa "Защита и физиология" в рамках проекта, финансируемого Швейцарской комиссией по технологиям и инновациям (CTI), разработала гибкие смачивающие элементы. Они наполнены 30 мл воды и обеспечивают постоянную влажность кожи владельца. "Резервуар" представляет собой полое пространство между водонепроницаемой мембраной и текстильным слоем, проницаемым дляводяной пар . Вместо того, чтобы сшивать их вместе, ученые Empa сваривают их друг с другом, используя специальную лазерную технику, которую они усовершенствовали. Полученные швы, сваренные лазером, непроницаемы для воды и водяного пара. Резервуар постоянно подает небольшое количество водяного пара, чтобы электроды оставались влажными в течение не менее пяти дней, прежде чем потребуется пополнение.
Нанометровое тонкое плазменное покрытие
Таким образом, электродные подушечки, вышитые специальным волокном, остаются влажными. Электроды способны принимать не только сигналы сердца пользователя, но и все другие телесные сигналы, необходимые для кардиологического анализа. Волокно, вшитое в подушечку, изготовлено из полиэтилентерефталата (ПЭТ) и подвергается специальному плазменному покрытию учеными из лаборатории Empa "Advanced Fibers" с использованием разработанного ими оборудования. Покрытие на волокне очень тонкое, всего около 100 нм, и состоит из двух слоев. Внутренний слой серебра служит для проведения электрических сигналов и предотвращения роста микроорганизмов, а внешний слой титана толщиной всего несколько нанометров обеспечивает стабильность сигнала и предотвращает раздражение кожи и высвобождение частиц серебра.
Строгие условия для мониторов ЭКГ
Каждый нагрудный ремень содержит две специально вышитые сенсорные подушечки, которые подключаются непосредственно к регистратору данных. Записанные сигналы передаются на центральный блок сбора данных или стандартное устройство мониторинга. Регистратор данных крепится с помощью застежек, поэтому его можно снять, чтобы постирать ремень — одно из строгих условий, которым должна была соответствовать система, прежде чем она была разрешена для использования в долгосрочном мониторинге ЭКГ в медицинских целях.
Устройство уже было протестировано в ходе более чем 100 экспериментов с участием добровольцев. Однако пройдет некоторое время, прежде чем система будет доступна на рынке, поскольку проект все еще находится на стадии прототипа. Следующим шагом является начало клинических испытаний в рамках последующего проекта CTI совместно с университетской больницей в Базеле и различными промышленными партнерами — Unico Swiss Tex GmbH, Forster Rohner, Serge Ferrari SA, xotox и Zietromec. И даже сейчас исследователи Empa рассматривают, где еще могут найти применение эти специальные электроды. Возможными примерами являются стимуляция мышц для облегчения боли и интерференционная волновая терапия для реактивации функции толстой кишки у прикованных к постели пациентов.
Жюри конкурса Techtextil Innovation Awards 2015 было явно убеждено в том, что новый нагрудный ЭКГ-монитор Empa обладает большим потенциалом, поскольку в знак признания этого они наградили проект желанной премией Techtextil Innovation Award в категории "Новый продукт". "Потому что", согласно похвале, "вышитый электрод, используемый для долгосрочного мониторинга ЭКГ, удовлетворяет растущий спрос на медицинские приложения, в которых используются материалы на текстильной основе".
Наградной сертификат был вручен команде проекта 4 мая 2015 года во время Techtextil, ведущей международной выставки технического текстиля и нетканых материалов, проходившей в этом году во Франкфурте-на-Майне, Германия.
