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近期一項研究制造了第一個可以監測肌肉萎縮狀況的可穿戴傳感器，這種由導電電線制成的電磁傳感器可以作為使用MRI進行頻繁監測的替代方案。
近日，俄亥俄州立大學的研究人員制造了第一個可穿戴傳感器，旨在檢測和監測肌肉萎縮。相關成果發表在了IEEE Transactions on Biomedical Engineering上。
1、MRI的替代方案
肌肉萎縮是一種涉及骨骼肌質量和力量喪失的癥狀，可以由各種原因發生，但通常是退行性疾病、衰老或肌肉停用的副作用。雖然醫生目前依靠核磁共振（MRI）來評估患者的肌肉大小和體積是否惡化，但頻繁的測試可能既耗時又昂貴。
然而，發表在IEEE生物醫學工程會刊上的這項新研究表明，由導電電子線制成的電磁傳感器可以作為使用MRI進行頻繁監測的替代方案。
為了驗證他們的工作，研究人員制作了3D打印的肢體模型，并在其中填充了碎牛肉，以模擬中等大小的人類受試者的小腿組織。他們的發現表明，這種傳感器可以測量整個肢體大小的小范圍體積變化，并監測高達51%的肌肉損失。俄亥俄州立大學電氣和計算機工程研究生、該研究的主要作者Allyanna Rice說：“理想情況下，我們提出的傳感器可以被醫療保健提供者用來更親自地為患者實施治療計劃，并減輕患者自己的負擔。”
使用線圈監測小腿三頭肌的肌肉萎縮
這是已知的第一種使用可穿戴設備監測肌肉萎縮的方法，這項研究建立在Rice之前為NASA創造健康傳感器的工作基礎上。美國航天局對以各種方式監測宇航員的健康很感興趣，因為長時間呆在太空往往會對人體產生有害影響。
研究人員花了幾十年時間試圖了解和對抗這些影響，這項研究的靈感來自于找到解決宇航員面臨的健康問題的方案的目標。
例如，盡管科學家們知道，即使是在短期太空飛行的機組人員也會經歷高達20%的肌肉質量和骨密度下降，但沒有太多數據表明，在太空生活更長時間可能會對他們的身體產生什么影響，Rice說。
她說：“我們的傳感器可以讓執行長期任務的宇航員或在家的病人在沒有醫學專業人員幫助的情況下跟蹤自己的健康狀況。”
肌肉萎縮傳感器的制作工藝
但要想制造出一種能夠準確測量人體肌肉微小變化的可穿戴設備，說起來容易做起來難。Rice和她的合著者、俄亥俄州立大學電氣和計算機工程教授Asiminia Kiourti設計了這種設備，他們使用了兩個線圈，一個發送線圈和一個接收線圈，以及一個由電子線制成的導體，這些導線沿著織物以明顯的Z字形圖案延伸。
雖然最終的產品類似于血壓袖帶，但Rice說，最初的挑戰是找到一種模式，允許傳感器回路的大小發生廣泛的變化，以便能夠適應很大一部分人。
2、新一代可穿戴健康監測設備
“當我們第一次提出傳感器時，我們沒有意識到我們需要一種可伸展的材料，直到我們意識到人的四肢將發生變化，”她說。“我們需要一種可以變化和彎曲的傳感器，但它也需要保持形狀。”
經過反復試驗，他們發現，雖然直線縫制會限制袖子的彈性，但Z字形圖案是放大彈性的理想選擇。同樣新穎的模式也是傳感器可以擴展到身體多個不同部位，甚至同一肢體上的幾個位置的原因。
雖然可穿戴設備的實現還需要數年時間，但研究指出，下一個重大飛躍很可能是將該設備連接到移動應用程序上，該應用程序可以用來記錄健康信息并直接發送給醫療保健提供者。
為了改善地球和太空中未來患者的生活，Rice期待著將傳感器與其他類型的檢測和監測健康問題的設備相結合，例如檢測骨質丟失的工具。
“未來，我們希望在可穿戴設備中集成更多的傳感器和更多的功能，”Rice說。
論文原文：https://ieeexplore.ieee.org/document/10052693
