Bezdrátová chytrá zařízení monitorují zdraví pomocí snímání zvuků

2. 4. 2024

Lidské tělo nepřetržitě vydává různé formy akusticko-mechanických signálů, které mohou poskytovat důležité informace o jeho zdraví. Výzkumníci ze Severozápadní univerzity v USA vyvinuli miniaturní nositelná zařízení (wearables) schopná simultánně snímat zvuky na několika místech těla, a tím kontinuálně monitorovat zdravotní stav jejich nositele. V pilotním projektu byly testovány např. na předčasně narozených novorozencích s poruchami dýchání a intestinální motility a také na dospělých s chronickými nemocemi plic.

Zdraví, nebo nemoc? Poslouchejte!

Auskultace je nedílnou součástí téměř každého setkání pacienta s lékařem. Zvuky vydávané tělem přinášejí zásadní informace o kvalitě dýchání, srdeční činnosti či fungování zažívacího ústrojí. V nové studii publikované v časopise Nature Medicine tým pod vedením profesora Johna A. Rogerse představil nové miniaturizované wearables, které po aplikaci na kůži pacienta kontinuálně sledují jemné zvuky jeho těla.

Mnohem víc než bezdrátový stetoskop

Zařízení je uložené v měkkém silikonu o velikosti 40 × 20 × 8 mm (viz obr.). Uvnitř je dvojice vysoce výkonných digitálních mikrofonů (jeden míří směrem k povrchu těla a druhý směrem ven), akcelerometr, baterie a elektronika umožňující bezdrátový přenos dat. Protože zařízení snímá zvuk ve dvou různých směrech, speciální algoritmus je poté schopen rozlišit zvuk vydávaný sledovaným orgánem od okolního šumu.

   

Obr.  Bezdrátová síť miniaturizovaných senzorů aplikovaných na kůži pro snímání tělesných pohybů a zvuků, sloužící ke kontinuálnímu monitorování fyziologických funkcí

   

Jak zmapovat jediný dech?

Testování zařízení se zúčastnilo 35 dospělých s chronickým onemocněním plic a 20 zdravých kontrol, jimž bylo na přední i zadní část hrudníku aplikováno celkem 13 zařízení, která umožnila časoprostorové mapování dýchání v reálném čase (odezva přístrojů je cca 0,2 ms). Podařilo se identifikovat vzorce pohybu a zvuků, které vydávají zdravé plíce, a porovnat je s daty pacientů po částečných resekcích plic či s plicní fibrózou a dalšími onemocněními. Kontinuální sledování funkce plic má velký potenciál např. pro monitorování pacientů bezprostředně po chirurgické resekci plic či u pacientů na umělé plicní ventilaci, kde by bylo možné v reálném čase upravovat nastavení ventilátoru podle stavu pacienta.

Hrudní chirurg dr. Ankit Bharat, který vedl klinické zkoušení wearables u dospělých pacientů, za jejich hlavní výhodu považuje možnost simultánně poslouchat a porovnávat různé oblasti plic. S nadsázkou říká, že testovaná zařízení fungují jako „až 13 velmi zkušených lékařů, kteří společně vyšetřují různé oblasti pacientových plic svými fonendoskopy a přitom pomocí svých synchronizovaných myslí vytvářejí na počítačové obrazovce video z kontinuálního dynamického hodnocení zdraví plic.“

Křehké plíce miminek

Druhou skupinu, pro kterou byla tato zařízení vyvinuta, představují předčasně narozené děti. Některá z těchto miminek jsou menší než běžně používané stetoskopy, jejich monitorování je tedy technicky náročné samo o sobě. Bezdrátová zařízení umožňují neinvazivní kontinuální sledování během bdění i spánku, které děťátka nijak neruší.

Jedním z hlavních problémů miminek s nedovyvinutými plícemi jsou apnoe, komplikace nejčastěji vedoucí k prodloužení hospitalizace či úmrtí. Zařízení bylo testováno v podmínkách novorozenecké jednotky intenzivní péče u 15 dětí s poruchami respirace nebo střevní motility. Při aplikaci na suprasternální zářez bylo zařízení schopné detekovat apnoe a klasifikovat, zda je způsobena obstrukcí dýchacích cest.

Monitorování střevní motility

Součástí testování zařízení u předčasně narozených miminek bylo i sledování gastrointestinálních procesů pomocí čtyř wearables umístěných na bříšku. Prvotní výsledky odpovídaly datům získaných u dospělých pomocí klasických sond běžně používaných pro monitorování. Snížení zvuků spojených s pohybem střev by mohlo sloužit jako časné upozornění na hrozící riziko gastrointestinálních komplikací, např. dysmotility, obstrukce či nekrotizující enterokolitidy.

Závěr

Studie představila technologii použitelnou pro kontinuální monitorování zvuků a pohybů těla, která se dá využít jako spolehlivý zdroj fyziologických signálů, a to v domácím i nemocničním prostředí. Autoři navrhují do budoucna prozkoumat také možnosti využití technologií při sledování polykání a respirace u pacientů s dysfagií, monitorování vzorců řeči u pacientů s demencí či sledování kardiorespiračních funkcí pacientů s diabetem, hypertenzí, srdečními arytmiemi, astmatem nebo úzkostí a depresí.

(este)

Zdroje:
1. Yoo J. Y., Oh S., Shalish W. et al. Wireless broadband acousto-mechanical sensing system for continuous physiological monitoring. Nat Med 2023 Dec; 29 (12): 3137–3148, doi: 10.1038/s41591-023-02637-5.
2. Morris A. First-of-their-kind wearables capture body sounds to continuously monitor health. Northwestern University, 2023 Nov. 16. Dostupné na: https://news.northwestern.edu/stories/2023/11/first-of-their-kind-wearables-capture-body-sounds-to-continuously-monitor-health



Kurzy Podcasty Doporučená témata Časopisy
Přihlášení
Zapomenuté heslo

Zadejte e-mailovou adresu, se kterou jste vytvářel(a) účet, budou Vám na ni zaslány informace k nastavení nového hesla.

Přihlášení

Nemáte účet?  Registrujte se