«Пластырь-стетоскоп» поможет выслушивать сердце и управлять дронами

Американские и корейские ученые разработали «пластырь» для продолжительного мониторинга диагностически важных звуков, вибраций и электрофизиологических сигналов, образующихся при работе внутренних органов человека и речи. Отчет о работе опубликован в журнале Science Advances.

Непрерывная аускультация (выслушивание) внутренних органов важна для наблюдения за течением ряда заболеваний и контроля работы функциональных имплантатов, особенно в кардиологии, где она дополняет данные электрокардиографии. При этом существующие электронные стетоскопы достаточно громоздки и не защищены от помех при движениях пациента.

Сотрудники Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне с коллегами из других научных центов разработали механоакустикоэлектрофизиологическую платформу в виде гибкого растяжимого накожного пластыря. Она состоит из имеющихся на рынке миниатюрных датчиков звука, движения и электрических потенциалов, а также фильтров, усилителей, резисторов и конденсаторов, соединенных гибкими серпантиновыми медными проводниками. Эти элементы покрыты микрометровым изолирующим слоем полиимида и заключены в ультранизкомодульное силиконовое ядро, покрытое снаружи низкомодульным силиконовым эластомером. Электрическая схема прибора соединена с двумя накожными золотыми электродами и тонкой анизотропной проводящей пленкой для подключения к внешнему регистратору данных.

Подобная архитектура обеспечивает растяжимость (до 25 процентов) и гибкость, обеспечивающие плотное прилегание к коже любого участка тела без причинения дискомфорта человеку и ущерба функциональности прибора. Частоты, регистрируемые датчиками, лежат в диапазоне от 0,5 до 500 герц, что покрывает все физиологические звуки и движения, от голоса и дыхания до сердечных тонов и шумов. 15-герцевый фильтр отсекает артефакты, связанные с движениями человека. Эксперимент с культурами клеток показал, что прибор инертен для кожи.

В ходе испытаний устройство регистрировало тоны и шумы сердца с чувствительностью, не уступающей электронным стетоскопам. Также с его помощью ученые успешно определили образование тромбов в сердечной помпе (носимом аппарате, помогающем сердцу перекачивать кровь при тяжелой сердечной недостаточности).

Помимо медицинского применения, «пластырь» позволяет распознавать голосовые команды по предварительно снятой спектрограмме голоса пользователя (разработчики проделали соответствующий эксперимент с игрой Pac-Man). Благодаря этому он может найти применение в качестве нечувствительного к внешним звукам интерфейса управления различными устройствами, например, протезами или дронами.

«Способ, которым набор известных технологий использовали для создания чего-то действительно комфортного и полезного для пациента, — это то, что я могу назвать добавочной ценностью разработки», — прокомментировал работу не принимавший в ней участия специалист по бионическим технологиям из Лондонского имперского колледжа Реза Бахманьяр (Reza Bahmanyar).

К настоящему времени разработаны устройства в форме пластыря для контроля уровня сахара при диабете, измерения скорости кровотока, регистрации движений и ультрафиолетового облучения кожи.

Олег Лищук