Ultrathin e-tattoo menyediakan pemantauan jantung terus menerus – Physics World

Penyakit kardiovaskular merupakan penyebab utama kematian di seluruh dunia. Pemantauan jantung yang berkelanjutan dapat memungkinkan deteksi dini penyakit jantung, memungkinkan intervensi tepat waktu untuk mencegah komplikasi jantung yang serius. Namun, perangkat pemantauan tradisional dirancang untuk situasi klinis dan terlalu berat serta boros daya untuk pengukuran jangka panjang pada orang yang sedang bepergian.

Sebuah tim menuju ke Universitas Texas di Austin bertujuan untuk mengatasi masalah ini dengan pembuatan perangkat ultra tipis (200 µm) dan ringan (2.5 g) yang menyediakan pemantauan jantung terus menerus di luar klinik. Tato elektronik yang dapat diregangkan, atau e-tattoo, ditempelkan di dada melalui balutan medis. Produk ini memiliki konsumsi daya yang sangat rendah (kurang dari 3 mW), dijalankan dengan baterai kecil dengan masa pakai lebih dari 40 jam, dan secara nirkabel mengalirkan data real-time ke perangkat host seperti ponsel.

“Sebagian besar kondisi jantung tidak begitu jelas. Kerusakan terjadi di latar belakang dan kita bahkan tidak menyadarinya,” jelas penulis utama Nanshu Lu dalam sebuah pernyataan pers. “Jika kita dapat melakukan pemantauan secara mobile secara terus-menerus di rumah, maka kita dapat melakukan diagnosis dan pengobatan dini, dan jika hal tersebut dapat dilakukan, 80% penyakit jantung dapat dicegah.”

Penginderaan elektro-mekanis mode ganda

Tato elektronik bekerja dengan mengukur dua sinyal jantung utama: aktivitas listrik jantung melalui elektrokardiografi (EKG); dan ritme jantung mekanis (getaran halus yang disebabkan oleh kontraksi jantung dan pergerakan darah) melalui seismokardiografi (SCG). Sensor EKG berinteraksi dengan tubuh menggunakan elektroda film grafit yang kompatibel secara bio, sedangkan SCG direkam oleh akselerometer resolusi tinggi dan kebisingan rendah.

Sinkronisasi antara sinyal EKG dan SCG memungkinkan pengukuran interval waktu jantung utama – periode pra-ejeksi (PEP) dan waktu ejeksi ventrikel kiri (LVET) – dengan akurasi tinggi. Interval waktu tersebut merupakan indikator penting dari banyak penyakit kardiovaskular, namun saat ini hanya dapat diukur melalui cara invasif.

“Kedua pengukuran tersebut, listrik dan mekanik, bersama-sama dapat memberikan gambaran yang lebih komprehensif dan lengkap tentang apa yang terjadi pada jantung,” kata Lu. “Masih banyak lagi karakteristik jantung yang dapat diambil dari dua sinyal yang diukur secara sinkron dengan cara non-invasif.”

Tato elektronik yang dirancang untuk pemakaian jangka panjang harus nyaman, mengikuti kontur dada, dan meregang mengikuti kulit saat pengguna bergerak. Untuk mencapai hal ini, tim menggunakan interkoneksi serpentine antara sensor dan sirkuit elektronik. Mereka menemukan bahwa e-tattoo dapat meregang hingga 20% tanpa kerusakan atau penurunan kualitas sinyal.

Perbandingan kinerja

Untuk memvalidasi kualitas sinyal yang diperoleh, para peneliti membandingkan data dari sensor e-tattoo dengan perangkat klinis berstandar emas, mengamati bahwa kedua perangkat tersebut menangkap sinyal dan data yang setara. Selanjutnya, mereka menguji e-tattoo pada lima sukarelawan sehat, yang memakai e-tattoo sambil melakukan pose statis dan bersepeda di bawah beban tambahan sambil istirahat. Sebagai perbandingan, peserta juga memakai monitor curah jantung non-invasif (NICOM).

Selama pose statis, detak jantung yang diukur dengan e-tattoo dan NICOM disetujui untuk semua peserta, dengan perbedaan 0.07±1.21 detak per menit (bpm). Ketika peserta beralih dari berbaring ke duduk tegak dan kemudian berdiri, e-tattoo mencatat peningkatan PEP dan penurunan LVET, seperti yang diharapkan. Hal ini menunjukkan kemampuan perangkat untuk mengukur perubahan kecil dalam interval waktu jantung yang disebabkan oleh variasi postur.

Tato Graphene memberikan manset
pemantauan tekanan darah

Dalam percobaan bersepeda, pengukuran detak jantung dari e-tattoo dan NICOM sekali lagi berkorelasi tinggi, dengan perbedaan 0.02±1.24 bpm. Sinyal ECG tetap murni selama bersepeda, namun sinyal SCG dirusak oleh artefak gerakan. Oleh karena itu, para peneliti memeriksa periode istirahat antara setiap segmen bersepeda, di mana perbedaan rata-rata LVET antara e-tattoo dan NICOM adalah −0.44 ± 8.74 ms. Hubungan linier ini menunjukkan bahwa tato elektronik dapat memberikan alternatif yang layak dibandingkan monitor klinis yang besar dan mahal.

Terakhir, tim melakukan uji daya tahan jangka panjang dengan satu subjek, yang memakai tato elektronik selama lebih dari 24 jam untuk mendemonstrasikan penggunaannya dalam kehidupan sehari-hari. Tato elektronik menunjukkan korelasi yang baik dengan jam tangan pintar konsumen dalam pengukuran detak jantung. Inspeksi manual terhadap data jangka panjang menunjukkan bahwa selama segmen istirahat (seperti bekerja di depan komputer, berhenti sejenak saat berjalan atau tidur), data EKG dan SCG sebagian besar bebas dari artefak gerak dan cocok untuk mengekstraksi interval waktu jantung.

Para peneliti mendeskripsikan e-tattoo di Material Elektronik Canggih.

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• Keuangan EVM. Antarmuka Terpadu untuk Keuangan Terdesentralisasi. Akses Di Sini.
• Grup Media Kuantum. IR/PR Diperkuat. Akses Di Sini.
• PlatoAiStream. Kecerdasan Data Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• Sumber: https://physicsworld.com/a/ultrathin-e-tattoo-provides-continuous-heart-monitoring/