Même lors des visites les furthermore courantes, les médecins écoutent les sons à l’intérieur du corps de leurs patients : l’air entrant et sortant des poumons, les battements du cœur et même les aliments digérés progressant dans le very long tractus gastro-intestinal. Ces sons fournissent des informations précieuses sur la santé d’une personne. Et lorsque ces sons changent subtilement ou s’arrêtent carrément, cela peut signaler un problème grave qui justifie une intervention urgente.
Aujourd’hui, les chercheurs de l’Université Northwestern introduisent de nouveaux appareils portables souples et miniaturisés qui vont bien au-delà des mesures épisodiques obtenues lors d’examens médicaux occasionnels. Doucement collés à la peau, les appareils suivent en continu ces sons subtils simultanément et sans fil à plusieurs endroits dans presque toutes les régions du corps.
La nouvelle étude sera publiée jeudi 16 novembre dans la revue Character Drugs.
Dans le cadre d’études pilotes, les chercheurs ont testé les appareils sur 15 bébés prématurés souffrant de problems de la motilité respiratoire et intestinale et sur 55 adultes, dont 20 atteints de maladies pulmonaires chroniques. Non seulement les appareils fonctionnent avec une précision de niveau clinique, mais ils offrent également de nouvelles fonctionnalités qui n’ont pas été développées ni introduites dans la recherche ou les soins cliniques.
« Actuellement, il n’existe aucune méthode permettant de surveiller en continu et de cartographier spatialement les sons corporels à la maison ou en milieu hospitalier », a déclaré John A. Rogers de Northwestern, pionnier de la bioélectronique qui a dirigé le développement de l’appareil. « Les médecins doivent placer un stéthoscope conventionnel ou numérique sur différentes events de la poitrine et du dos pour écouter les poumons position par issue. En étroite collaboration avec nos équipes cliniques, nous avons entrepris de développer un nouveau stratégique pour surveiller les clients en temps réel, de manière continue on et sans les encombrements associés à une technologie rigide, filaire et encombrante.
« L’idée derrière ces appareils est de fournir une évaluation carry on et très précise de la santé des patients, puis de prendre des décisions cliniques dans les cliniques ou lorsque les individuals sont admis à l’hôpital ou connectés à des ventilateurs », a déclaré le Dr Ankit Bharat, chirurgien thoracique à Northwestern. Médecine, qui a dirigé la recherche clinique chez les sujets adultes. « L’un des principaux avantages de cet appareil est de pouvoir écouter et comparer simultanément différentes régions des poumons. En termes simples, c’est comme si jusqu’à 13 médecins hautement qualifiés écoutaient simultanément différentes régions des poumons avec leurs stéthoscopes, et leurs esprits étaient synchronisés. pour créer une évaluation carry on et dynamique de la santé pulmonaire qui est traduite en movie sur un écran d’ordinateur réel.
Rogers est professeur Louis Simpson et Kimberly Querrey de science et d’ingénierie des matériaux, de génie biomédical et de chirurgie neurologique à la McCormick University of Engineering de Northwestern et à la Feinberg School of Medication de l’Université Northwestern. Il dirige également l’Institut Querrey Simpson pour la bioélectronique. Bharat est le chef de la chirurgie thoracique et professeur de chirurgie selon la méthode Harold L. et Margaret N. à Feinberg. En tant que directeur du Northwestern Medication Canning Thoracic Institute, Bharat a réalisé les premières greffes de poumons doubles sur des people atteints de COVID-19 aux États-Unis et a lancé un programme de transplantation pulmonaire, le leading du genre, pour certains clients atteints d’un cancer du poumon de stade 4.
Réseau de détection complet et non invasif
Contenant des paires de microphones et d’accéléromètres numériques hautes performances, les petits appareils légers adhèrent doucement à la peau pour créer un réseau de détection complet et non invasif. En capturant simultanément les sons et en corrélant ces sons aux processus corporels, les appareils cartographient spatialement la façon dont l’air entre, traverse et form des poumons, ainsi que la façon dont le rythme cardiaque transform dans divers états de repos et d’activité, et comment les aliments, les gaz et les liquides se déplacent à travers les poumons. les intestins.
Encapsulé dans du silicone souple, chaque appareil mesure 40 millimètres de long, 20 millimètres de large et 8 millimètres d’épaisseur. Dans ce petit encombrement, l’appareil contient un lecteur de mémoire flash, une petite batterie, des composants électroniques, des capacités Bluetooth et deux minuscules microphones – l’un tourné vers l’intérieur, vers le corps, et l’autre vers l’extérieur, vers l’extérieur. En capturant les sons dans les deux sens, un algorithme peut séparer les sons externes (ambiants ou d’organes voisins) des sons internes du corps.
« Les poumons ne produisent pas suffisamment de sons pour qu’une personne normale puisse les entendre », a déclaré Bharat. « Ils ne sont tout simplement pas assez forts et les hôpitaux peuvent être des endroits bruyants. Lorsqu’il y a des gens qui parlent à proximité ou des devices qui émettent des bips, cela peut être incroyablement difficile. Un aspect essential de notre technologie est qu’elle peut corriger ces sons ambiants. »
Non seulement la capture du bruit ambiant permet de supprimer le bruit, mais elle fournit également des informations contextuelles sur l’environnement des patients, ce qui est particulièrement essential lors du traitement de bébés prématurés.
« Indépendamment de l’emplacement de l’appareil, l’enregistrement continu de l’environnement sonore fournit des données aims sur les niveaux de bruit auxquels les bébés sont exposés », a déclaré le Dr Wissam Shalish, néonatologiste à l’Hôpital de Montréal pour enfants et co-leading auteur de l’article. « Cela offre également des opportunités immédiates de traiter toute source de stimuli auditifs stressants ou potentiellement compromettants. »
Surveillance discrète de la respiration des bébés
Lors du développement des nouveaux dispositifs, les chercheurs avaient à l’esprit deux communautés vulnérables : les bébés prématurés dans l’unité de soins intensifs néonatals (USIN) et les adultes postopératoires. Au cours du troisième trimestre de la grossesse, le système respiratoire des bébés mûrit afin qu’ils puissent respirer en dehors de l’utérus. Les bébés nés avant ou au début du troisième trimestre sont donc furthermore susceptibles de développer des problèmes pulmonaires et des problems respiratoires.
Particulièrement fréquentes chez les bébés prématurés, les apnées sont l’une des principales brings about d’hospitalisation prolongée et potentiellement de décès. Lorsque des apnées surviennent, les nourrissons ne respirent pas (en raison de centres respiratoires immatures dans le cerveau) ou ont une obstruction des voies respiratoires qui restreint la circulation de l’air. Certains bébés pourraient même avoir une combinaison des deux. Pourtant, il n’existe actuellement aucune méthode permettant de surveiller en permanence le flux d’air au chevet et de distinguer avec précision les sous-kinds d’apnée, en particulier chez les nourrissons les as well as vulnérables de l’USIN clinique.
« Beaucoup de ces bébés sont as well as petits qu’un stéthoscope, ils sont donc déjà techniquement difficiles à surveiller », a déclaré le Dr Debra E. Weese-Mayer, co-auteur de l’étude et chef de la médecine autonome à l’hôpital pour enfants Ann & Robert H. Lurie. de Chicago et professeur Beatrice Cummings Mayer de médecine autonome à Feinberg. « La beauté de ces nouveaux appareils acoustiques est qu’ils peuvent surveiller un bébé de manière non invasive en continu – pendant l’éveil et le sommeil – sans le déranger. Ces appareils portables acoustiques offrent la possibilité de déterminer de manière sûre et non intrusive la « signature » de chaque nourrisson pertinente à leur mouvement d’air (dans et hors des voies respiratoires et des poumons), les bruits cardiaques et la motilité intestinale jour et nuit, en prêtant focus à la rythmicité circadienne. Et ces appareils portables surveillent simultanément le bruit ambiant qui pourrait affecter la « signature » acoustique interne et/ou introduire d’autres stimuli cela pourrait affecter une croissance et un développement sains.
Dans des études collaboratives menées à l’Hôpital de Montréal pour enfants au Canada, des agents de santé ont placé les appareils acoustiques sur les bébés juste en dessous de l’encoche suprasternale à la foundation de la gorge. Les appareils ont détecté avec succès la présence de flux d’air et de mouvements thoraciques et ont pu estimer le degré d’obstruction du flux d’air avec une grande fiabilité, permettant ainsi l’identification et la classification de tous les sous-sorts d’apnée.
« Lorsqu’elle est placée sur l’encoche suprasternale, la capacité accrue à détecter et à classer les apnées pourrait conduire à des soins moreover ciblés et personnalisés, à de meilleurs résultats et à une réduction de la durée et des coûts d’hospitalisation », a déclaré Shalish. « Lorsqu’il est placé sur la poitrine droite et gauche de bébés gravement malades, le feed-back en temps réel transmis chaque fois que l’entrée d’air est diminuée d’un côté par rapport à l’autre pourrait rapidement alerter les cliniciens d’une éventuelle pathologie nécessitant une intervention immédiate. »
Suivi de la digestion du nourrisson
Dans l’étude, les bébés prématurés portaient des capteurs à quatre endroits de leur abdomen. Les premiers résultats correspondent aux mesures de la motilité intestinale des adultes à l’aide de systèmes filaires, qui constituent la norme de soins actuelle.
« Lorsqu’elle est placée sur l’abdomen, la détection automatique de la réduction des bruits intestinaux pourrait alerter le clinicien d’une complication gastro-intestinale imminente (parfois potentiellement mortelle), » a déclaré Shalish. « Alors qu’une amélioration des bruits intestinaux pourrait indiquer des signes de récupération intestinale, en particulier après une chirurgie gastro-intestinale. »
« La motilité intestinale a ses propres modèles acoustiques et qualités tonales », a déclaré Weese-Mayer. « Une fois que la « signature » acoustique d’un individual individuel est caractérisée, les écarts par rapport à cette signature personnalisée peuvent potentiellement alerter l’individu et l’équipe soignante d’un problème de santé imminent, alors qu’il est encore temps d’intervenir pour rétablir la santé. »
En as well as d’offrir une surveillance proceed, les appareils ont également libéré les bébés des USIN de la variété de capteurs, de fils et de câbles connectés aux moniteurs de chevet.
Cartographier une seule respiration
Parallèlement à l’étude NICU, les chercheurs ont testé les appareils sur des people adultes, parmi lesquels 35 adultes atteints de maladies pulmonaires chroniques et 20 témoins sains. Chez tous les sujets, les appareils ont capturé simultanément la distribution des bruits pulmonaires et des mouvements du corps à divers endroits, permettant aux chercheurs d’analyser une seule respiration dans diverses régions des poumons.
« En tant que médecins, nous ne comprenons souvent pas remark fonctionne une région spécifique des poumons », a déclaré Bharat. « Grâce à ces capteurs sans fil, nous pouvons capturer différentes régions des poumons et évaluer leurs performances spécifiques ainsi que les performances de chaque région les unes par rapport aux autres. »
En 2020, les maladies cardiovasculaires et respiratoires ont fait près de 800 000 morts aux États-Unis, ce qui en fait la première et la troisième bring about de décès chez les adultes, selon les Facilities for Condition Command and Prevention. Dans le but d’aider à orienter les décisions cliniques et à améliorer les résultats, les chercheurs espèrent que leurs nouveaux appareils pourront réduire ces chiffres et sauver des vies.
« Les poumons peuvent émettre toutes sortes de sons, notamment des crépitements, des respirations sifflantes, des ondulations et des hurlements », a déclaré Bharat. « C’est un microenvironnement fascinant. En surveillant continuellement ces sons en temps réel, nous pouvons déterminer si la santé pulmonaire s’améliore ou se détériore et évaluer dans quelle mesure un affected individual répond à un médicament ou à un traitement particulier. Nous pouvons ensuite personnaliser les traitements en fonction de chaque patient. «
L’étude, intitulée « Capteurs acousto-mécaniques à substantial bande sans fil en tant que réseaux corporels pour une surveillance physiologique continue », a été soutenue par l’Institut Querrey-Simpson de bioélectronique de l’Université Northwestern. Les co-premiers auteurs de l’article sont Jae-Younger Yoo de Northwestern, Seyong Oh de l’Université Hanyang en Corée et Wissam Shalish du Centre universitaire de santé McGill.
