俄亥俄州立大学推出首款用于实时肌肉萎缩监测的可穿戴传感器

俄亥俄州立大学，俄亥俄州哥伦布市

俄亥俄州立大学的研究人员制造出了第一个可穿戴传感器，旨在检测和监测肌肉萎缩。

肌肉萎缩是一种涉及骨骼肌质量和力量丧失的疾病，其发生原因有多种，但通常是退行性疾病、衰老或肌肉废用的副作用。

虽然医生目前依靠 MRI 来评估患者的肌肉大小和体积是否恶化，但频繁的测试可能既耗时又昂贵。

然而，这项新研究发表在 IEEE Transactions on Biomedical Engineering 杂志上 表明由导电“电子线”制成的电磁传感器可以用作 MRI 频繁监测的替代方案。

为了验证他们的工作，研究人员制作了 3D 打印的肢体模具，并在其中填充碎牛肉，以模拟平均大小的人类受试者的小腿组织。他们的研究结果表明，他们能够证明该传感器可以测量整个肢体尺寸的小范围体积变化，并监测高达 51% 的肌肉损失。

“理想情况下，我们提出的传感器可以被医疗保健提供者用来更个性化地为患者实施治疗计划，并减轻患者本身的负担，”该研究的主要作者、俄亥俄州立大学电气和计算机工程研究生 Allyanna Rice 说。

这项研究是第一个已知的使用可穿戴设备监测肌肉萎缩的方法，它建立在赖斯之前为 NASA 创建健康传感器的工作基础上。航天局有兴趣以各种方式监测宇航员的健康状况，因为在太空中度过大量时间通常会对人体产生有害影响。

研究人员花了几十年的时间试图理解和对抗这些影响，这项研究的灵感来自于为宇航员面临的健康问题找到解决方案。

例如，赖斯说，虽然科学家们知道，即使是短途太空飞行的机组人员也会出现肌肉质量和骨密度损失高达 20% 的情况，但没有太多数据表明在太空中生活更长时间的任务可能会对他们的身体产生什么影响。

“执行长期任务的宇航员或家中的病人可以使用我们的传感器来跟踪自己的健康状况，而无需医疗专业人员的帮助，”她说。

但创造一款能够精确测量人体微小肌肉变化的可穿戴设备说起来容易做起来难。 Rice 和她的合著者、俄亥俄州立大学电气和计算机工程教授 Asimina Kiourti 设计了该设备，该设备通过使用两个线圈（一个用于传输，一个用于接收）以及一个由电子线制成的导体来工作，该导体以独特的锯齿形图案沿着织物延伸。

尽管最终产品类似于血压袖带，但莱斯表示，找到一种允许对传感器环路尺寸进行大范围变化的模式，使其能够适合大部分患者群体，这最初是一个挑战。

“当我们第一次提出传感器时，我们没有意识到我们需要一种可拉伸的材料，直到我们意识到人的四肢将会发生变化，”她说。 “我们需要一个可以改变和弯曲的传感器，但它也需要是保形的。”

经过一番尝试和错误后，他们发现虽然直线缝制会限制袖子的弹性，但锯齿形图案是增强弹性的理想选择。正是这种新颖的模式使得传感器可以在多个不同的身体部位甚至同一肢体的多个位置上进行扩展。

尽管可穿戴设备距离实施还需要数年时间，但研究指出，下一个重大飞跃很可能是将设备连接到移动应用程序，该应用程序可用于记录健康信息并将其直接传递给医疗保健提供者。

为了改善未来地球和太空患者的生活，赖斯期待将传感器与其他类型的设备结合起来，以检测和监测健康问题，例如检测骨质流失的工具。

“未来，我们希望将更多传感器和更多功能集成到我们的可穿戴设备中，”赖斯说。这项工作得到了 NASA 的支持。

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