首款用于监测肌肉萎缩的可穿戴健康传感器

俄亥俄州立大学的研究人员制造了第一个旨在检测和监测肌肉萎缩的可穿戴传感器。

肌肉萎缩是一种涉及骨骼肌质量和力量丧失的疾病，可能由于各种原因而发生，但通常是退行性疾病、衰老或肌肉废弃的副作用。

虽然医生目前依靠MRI来评估患者的肌肉大小和体积是否恶化，但频繁的测试可能既耗时又昂贵。

然而，发表在IEEE Transactions on Biomedical Engineering杂志上的这项新研究表明，由导电“e-threads”制成的电磁传感器可以用作使用MRI进行频繁监测的替代方案。

为了验证他们的工作，研究人员制造了3D打印的肢体模具，并用碎牛肉填充它们，以模拟中等大小的人类受试者的小腿组织。他们的发现表明，他们能够证明该传感器可以测量整体肢体大小的小规模体积变化，并监测高达51%的肌肉损失。

“理想情况下，我们提出的传感器可以被医疗保健提供者用于更个人地为患者实施治疗计划，并减轻患者本身的负担，”该研究的主要作者，俄亥俄州立大学电气和计算机工程研究生Allyanna Rice说。

这是第一种使用可穿戴设备监测肌肉萎缩的已知方法，该研究建立在赖斯之前为NASA创建健康传感器的工作之上。航天局有兴趣以各种方式监测宇航员的健康状况，因为在太空中花费大量时间通常会对人体产生不利影响。

研究人员花了几十年的时间试图理解和对抗这些影响，这项研究的灵感来自于寻找宇航员面临的健康问题的解决方案的目标。

例如，虽然科学家们知道，即使是短途太空飞行的机组人员也会经历高达20%的肌肉质量和骨密度损失，但没有太多数据表明在太空中生活更长时间的任务会对他们的身体产生什么影响，赖斯说。

“我们的传感器是长期任务的宇航员或家中的患者可以在没有医疗专业人员帮助的情况下用来跟踪他们的健康状况的东西，”她说。

但是，创造一种能够准确测量人体微小肌肉变化的可穿戴设备说起来容易做起来难。赖斯和她的合著者、俄亥俄州立大学电气和计算机工程教授Asiminia Kiourti设计了该设备，通过使用两个线圈来工作，一个用于传输，一个用于接收，以及一个由电子线制成的导体，这些导体沿着织物以独特的锯齿形图案运行。

虽然最终产品类似于血压袖带，但赖斯说，找到一种模式最初是一个挑战，这种模式允许对传感器回路的大小进行广泛的变化，以便能够适应大部分人口。

“当我们第一次提出传感器时，我们没有意识到我们需要一种可拉伸的材料，直到我们意识到人的四肢将发生变化，”她说。“我们需要一个可以改变和弯曲的传感器，但它也需要是保形的。

经过一些试验和错误，他们发现虽然直线缝制会限制袖子的弹性，但锯齿形图案是放大它的理想选择。这种新颖的模式是传感器可以扩展到多个不同的身体部位甚至同一肢体上的多个位置的原因。

尽管可穿戴设备距离实施还有数年时间，但该研究指出，下一个重大飞跃很可能是将设备连接到移动应用程序，该应用程序可用于记录健康信息并将其直接提供给医疗保健提供者。

为了改善未来在地球和太空中患者的生活，赖斯期待将传感器与其他类型的设备相结合，用于检测和监测健康问题，例如检测骨质流失的工具。

“未来，我们希望将更多的传感器甚至更多的功能与我们的可穿戴设备集成，”赖斯说。