Smartwatch mierzy, jak zalewa nas krew

Jeśli idzie o diagnostykę medyczną, to zarówno lekarze, jak i pacjenci woleliby przenieść się do świata "Star Treka". Wielkie na cały pokój tomografy? Zdjęcia rentgenowskie, do których zrobienia trzeba zakładać fartuchy ochronne? Nic podobnego. W tym serialu diagnostykę medyczną robi się za pomocą jednego urządzenia: trikordera, który w zasadzie jest smartfonem i służy do kompleksowej oceny stanu zdrowia, włącznie ze wskazaniem miejsc złamań, infekcji czy parametrów krwi. A wszystko odbywa się bezdotykowo i nieinwazyjnie dla samego pacjenta.

Na podobne rozwiązania na Ziemi przyjdzie nam poczekać - o ile w ogóle są możliwe do realizacji - co nie znaczy, że naukowcy nie pracują nad nowymi metodami diagnostyki medycznej. Jedno z takich rozwiązań opracowali inżynierowie z Instytutu Techniki i Aparatury Medycznej w Zabrzu. W największym skrócie jest to połączenie smartwatcha z elektrokardiogramem. - Chcieliśmy stworzyć urządzenie, które będzie mierzyło prędkość propagacji fali tętna, czyli jak szybko po skurczu serca krew dociera do tętnic - mówi mgr inż. Zbigniew Szczurek. Naukowiec tłumaczy, że ten nieobecny dotychczas w codziennych badaniach parametr może wiele powiedzieć na temat stopnia zużycia układu krwionośnego, co sygnalizuje np. zagrożenie zawałem. - Z wiekiem u ludzi zmienia się sztywność tętnic. U młodych tętnice są elastyczne, a krew przepływa wolniej. U starszych na odwrót - tętnice robią się sztywniejsze, a krew przemieszcza się szybciej. Prędkość przemieszczania się krwi możemy potraktować jako probierz dla stopnia zużycia się tętnic - dodaje inżynier.

Dotychczas naukowcy zajmowali się badaniem tempa przepływu krwi eksperymentalnie. Swój wkład w te pionierskie prace miała również ekipa kardiologów w Śląskim Centrum Chorób Serca w Zabrzu. Do swoich badań uczeni wykorzystywali jednak ultrasonografy, które nie są najbardziej poręcznymi urządzeniami. Inżynierowie z ITAM chcieli opracować coś znacznie bardziej poręcznego.

Inspiracja przyszła ze współczesnych smartwatchów, zegarków wielofunkcyjnych często wyposażonych w takie możliwości jak pomiar pulsu. - W jaki sposób robi to smartwatch? Używając znanej od dawna metody fotopletyzmograficznej, czyli pomiaru za pomocą światła przepływu krwi przez naczynia obwodowe blisko powierzchni ciała. Urządzenie oświetla skórę na nadgarstku z jednej strony za pomocą diody LED, najlepiej świecącej światłem zielonym, bo takie jest najsilniej przez krew pochłaniane. Po drugiej stronie znajduje się czujnik wrażliwy na światło, który rejestruje zmiany w jego natężeniu. Ponieważ są one skorelowane z kolejnymi falami krwi, można w ten prosty sposób mierzyć puls - tłumaczy Szczurek.

Korzystając z tej metody, naukowcy skonstruowali niewielkie urządzenie nakładane na kciuk, które robi to samo co smartwatch - bada przepływ krwi za pomocą zmiany w natężeniu światła. W ten sposób inżynierowie znaleźli sposób na rejestrowanie nadejścia fali tętna bez konieczności sięgania po drogi i nieporęczny ultrasonograf. Musieli jeszcze jednak skorelować ten sygnał z rytmem pracy serca. Do tego posłużył elektrokardiograf, czyli urządzenie do badania aktywności elektrycznej serca.

- Ta aktywność jest związana z mechaniczną pracą serca, czyli kurczeniem i rozkurczaniem się. Nas interesuje zwłaszcza tzw. załamek R, czyli ten fragment wykresu EKG, który pojawia się w momencie skurczu. To jest chwila, w której serce nadaje krwi prędkość i nasz punkt wyjścia. Punktem dojścia zaś - to w nim kończymy mierzenie czasu - jest odnotowanie fali tętna w fotopletyzmografie na nadgarstku, czyli dokładnie tak jak w smartwatchu - tłumaczy Szczurek, który pracował nad wynalazkiem wraz z zespołem: Pawłem Kowalskim, Andrzejem Michnikiem, Rafałem Wiśniowskim, Bartłomiejem Kubikiem oraz Barbarą Szuster (już nie wszyscy pracują w ITAM).

Jak zapewnia Szczurek, wynalazek był już z powodzeniem testowany na pacjentach przez lekarzy Śląskiego Centrum Chorób Serca, którzy procedurę opartą na jego zastosowaniu zgłosili do Agencji Oceny Technologii Medycznych i Taryfikacji (to wstęp do tego, żeby badanie fali tętna zostało dopuszczone jako procedura badawcza w służbie zdrowia). Warto nadmienić, że omawiany zestaw urządzeń pozwala na pomiar również innych parametrów, np. zawartości płynu w klatce piersiowej, rzutu serca i saturacji krwi tlenem.

@RY1@i02/2018/086/i02.2018.086.00000280a.801.jpg@RY2@

fot. Rafał Klimkiewicz/EDYTOR.net

Andrzej Michnik, Zbigniew Szczurek oraz Barbara Szuster

Eureka! DGP

@RY1@i02/2018/086/i02.2018.086.00000280a.101(c).jpg@RY2@

Trwa piąta edycja konkursu "Eureka! DGP - odkrywamy polskie wynalazki", do którego zaprosiliśmy polskie uczelnie, instytuty badawcze i jednostki naukowe PAN. Do 15 czerwca w Magazynie DGP będziemy opisywać wynalazki nominowane przez naszą redakcję do nagrody głównej, wybrane spośród 78 nadesłanych przez uczelnie i instytuty.

Rozstrzygnięcie konkursu nastąpi pod koniec czerwca. Nagrodą jest 30 tys. zł dla zespołu, który pracował nad zwycięskim wynalazkiem, ufundowane przez Mecenasa Polskiej Nauki - firmę Polpharma, oraz kampania promocyjna dla uczelni lub instytutu o wartości 50 tys. zł w mediach INFOR Biznes (wydawcy Dziennika Gazety Prawnej) ufundowana przez organizatora.

Jakub Kapiszewski

@RY1@i02/2018/086/i02.2018.086.00000280a.802.jpg@RY2@

@RY1@i02/2018/086/i02.2018.086.00000280a.803.jpg@RY2@

@RY1@i02/2018/086/i02.2018.086.00000280a.804.jpg@RY2@

@RY1@i02/2018/086/i02.2018.086.00000280a.805.jpg@RY2@

@RY1@i02/2018/086/i02.2018.086.00000280a.806.jpg@RY2@

@RY1@i02/2018/086/i02.2018.086.00000280a.807.jpg@RY2@

@RY1@i02/2018/086/i02.2018.086.00000280a.808.jpg@RY2@

@RY1@i02/2018/086/i02.2018.086.00000280a.809.jpg@RY2@