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“改变游戏规则”的皮肤传感器可以改善一百万脑积水患者的生活

一名女性佩戴这种由西北大学罗杰斯研究小组开发的柔软灵活的开创性新传感器,该传感器使用温度和热传递的测量值来无创地判断流体是否流过脑积水患者的分流器。在这项研究中,皮肤传感器允许脑积水患者在五分钟内将其置于皮肤上,如果有流过他们的分流器。

图片来源:西北大学

大多数人在头痛时只服用布洛芬。但对于患有脑积水的人 - 一种可能危及生命的疾病,其中多余的液体积聚在大脑中 - 头痛可能表明一个严重的问题,可导致医院就诊,数千美元的扫描,放射,有时手术。

西北大学开发的一种新型无线,类似创可贴的传感器可以彻底改变患者治疗脑积水的方式,并可能为美国医疗系统节省数百万美元。目前的护理标准涉及手术植入称为“分流器”的管,以将多余的液体排出大脑。分流器在10年内具有接近100%的故障率,并且诊断分流器故障是众所周知的困难。

西北医学的一项临床研究成功地对5名患有脑积水的成年患者进行了称为可穿戴式分流监护仪的装置的测试。研究结果将于10月31日发表在“科学转化医学”杂志上。

装置可以改变一百万患者的生命

这样的设备将改变生活,26岁的Willie Meyer经历了190次手术,几乎每个假期都在急诊室度过,几乎因为紧急脑部手术而错过了他的高中毕业。

“我正在努力过正常的生活,而我真的不能因为头痛,”梅耶说。

脑积水影响千分之一的活产婴儿,与唐氏综合症一样普遍。治疗该病症每位患者每年估计花费50,000美元,并且美国医疗保健系统每年花费大约10亿美元。如果不及时治疗,脑积水会导致死亡。

为了治疗这种情况,外科医生将一根稻草状导管或分流器植入大脑,将多余的液体排出到身体的另一部分。超过100万美国人生活在分流中并且不断遭遇失败。

当分流器失效时,患者可能会出现头痛,恶心和低能量。患有任何这些症状的患者必须去医院就诊,因为如果他们的症状是由分流功能障碍引起的,他们可能会危及生命。一旦到达医院,患者必须接受CT扫描或MRI检查,有时必须接受手术以确定分流器是否正常工作。

由西北大学罗杰斯研究小组开发的开创性新型传感器使得研究中的患者能够在五分钟内确定是否有液体流过他们的分流器。柔软灵活的传感器使用温度和热传递的测量值来无创地判断流体是否流过以及流过多少流体。

“我们设想你可以在等候看医生的候诊室里做到这一点,”共同主要作者Siddharth Krishnan说,他是一名五年级博士。罗杰斯研究小组的学生。“护士可以来把它放在你身上,五分钟后,你有一个测量。”

'与手机交谈的创可贴'

传感器内置一个非常小的可充电电池。该设备支持蓝牙,因此可以与智能手机通话并通过Android应用程序提供读数。

“从一个患者的角度来看,它看起来像是一个与他们的手机交谈的创可贴,”共同资深作家约翰·A·罗杰斯说。

“这是一种具有特定但有用的操作模式的可穿戴设备,它解决了临床医学中未满足的需求,”罗杰斯说,McCormick工程学院的材料科学与工程,生物医学工程和神经外科学的Louis Simpson和Kimberly Querrey教授和西北大学费恩伯格医学院的神经外科教授。“今天没有这样的东西。”

后续步骤:临床儿科试验并超越实验室

一项更大规模的儿科临床试验将很快在芝加哥的Ann&Robert H. Lurie儿童医院开始,其目标是针对这一非常脆弱的人群。该研究的作者还在几百个传感器的规模上进行外包生产,以支持这项研究并进一步开发该技术。

“我们意识到这可能不是那些停止了论文的研究项目之一,”克里希南说。“最近几个月一直在采用这个实验室规模的原型,我们基本上是手工制造,并考虑如何制造出能够以相同性能水平在外部制造的东西。”

这对Willie Meyer的母亲Beth Meyer来说是一种解脱。她说,在抱怨“他的头发受伤”之后,她在两岁时就知道威利患有脑积水。他太年轻了,不知道如何发现他的头痛,这在小儿脑积水患者中很常见,并且是他们护理人员的压力来源。

Fentberg神经外科助理教授,西北医学博士,共同资深作者Matthew Potts博士说:“分流性故障症状,如头痛或嗜睡,是孩子可以出于各种原因而感染的东西,如流感。”“因此,如果一个孩子出现这些症状,就很难知道,每当你的孩子说他们头疼或感到有点困倦时,你会自动地想,'这是分流吗?'我们相信这种装置可以为患者带来很多危险和成本。“

当Willie年轻时,Beth表示他们需要携带CT扫描副本,并且会在Willie头疼的情况下研究该地区的当地神经外科医生。

“脑积水的最大部分是不可预测性,无法从一天到下一天知道你是否会在急诊室或家中,”贝丝说。“这种类型的设备将摆脱不确定性。”

共同主要作者,西北医学六年级神经外科住院医师Amit Ayer博士和西北大学凯洛格管理学院的MBA学生,过去四年来一直治疗威利的脑积水。艾尔说,他的患者是推动该设备上市的动力。

“我们的患者想知道他们何时可以使用该设备并参与试验,”Ayer说。“我想把它拿出来,所以我们可以帮助他们改善生活。”

脑积水可影响成人和儿童。Potts说,通常孩子出生时患有这种疾病,而在成人中,它可以从一些创伤相关的损伤中获得,例如脑内出血或脑肿瘤。

鉴于与分流相关的不确定性和失败率,该技术可以为美国近100万人创造巨大的节约并改善生活质量。

设备背后的科学

该传感器推动了皮肤般的“表皮电子学”的概念,罗杰斯研究小组已经研究了近十年。

传感器采用热传输测量,这意味着传感器使用微量的热能来最小程度地提高皮肤的温度。如果分流器正在工作并且过量的脑脊液正常排出,传感器将测量特征性热特征。同样,如果由于分流器发生故障而没有流量,传感器将能够通过热流测量快速指示。

该团队在前往诊所对西北纪念医院的5名患者进行试点研究之前,在实验室对该设备进行了测试。该团队可以检测到在工作分流器和相邻混乱控制位置之间没有流量的测量值之间的明显差异。

“这意味着,如果有人想检查他们的分流是否有效,比如,当他们头疼时,他们可以迅速做我们称之为'现场测量',”共同主要作者Tyler Ray博士说,他是博士后研究员在罗杰斯研究小组。“该装置还可以全天测量流量,首次实现连续监测分流性能的可能性。这可以导致对当前诊断工具和流量测量技术以前无法获得的脑脊液流动力学的重要见解。 “

这项研究由西北大学生物集成电子中心资助,通过Feinberg的Dixon Translational Grant提供额外的小额资金。

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