Et bærbart system til overvågning af mavernes aktivitet hele dagen

Et team af forskere har udviklet en bærbar, ikke-invasivt system til overvågning af elektrisk aktivitet i maven i løbet af 24 timer-hovedsageligt et elektrokardiogram, men for mave-tarmkanalen (GI).

Ansøgninger omfatter overvågning af GI -aktivitet for patienter uden for en klinisk indstilling, hvilket reducerer omkostningerne. Overvågning i længere perioder øger også sandsynligheden for at fange unormale hændelser.

Forskere beskriver deres resultater i 22. marts -udgaven af ​​Nature's open access journal Videnskabelige rapporter .

Teamet testede enheden, en 3D -trykt bærbar kasse forbundet til 10 små bærbare elektroder, på 11 børn og en voksen frivillig. De fandt ud af, at data indsamlet med det bærbare system var sammenlignelige med data indsamlet i klinikken med state-of-the-art metoder, som er invasive - herunder et kateter indsat gennem patientens næse. De fandt også ud af, at mavens elektriske aktivitet ikke kun ændrer sig omkring måltider, men også under søvn, efter sin egen døgnrytme.

"Vi tror, ​​at vores system vil udløse en ny form for medicin, hvor en gastroenterolog hurtigt kan se, hvor og hvornår en del af mave -tarmkanalen viser unormale rytmer og som følge heraf gøre mere præcis, hurtigere og tilpassede diagnoser "sagde Armen Gharibans, papirets første forfatter og en bioingeniør postdoktoral forsker ved University of California San Diego.

Todd Coleman, papirets tilsvarende forfatter og en UC San Diego professor i bioingeniør, er enig.

"Dette arbejde åbner døren for nøjagtigt at overvåge GI -systemets dynamiske aktivitet, "sagde han." Indtil nu, det var ret udfordrende at nøjagtigt måle de elektriske mønstre af maveaktivitet på en kontinuerlig måde, uden for kliniske rammer. Fra nu af, vi vil være i stand til at observere mønstre og analysere dem hos både raske og utilpas mennesker i deres daglige liv. "

Læger involveret i undersøgelsen siger, at enheden opfylder et uopfyldt klinisk behov.

"Dette vil hjælpe os med at afgøre, om maven fungerer korrekt under måltiderne og - vigtigst af alt - når patienter oplever symptomer som kvalme og mavesmerter, "sagde Dr. David Kunkel, en af ​​papirets medforfattere og en gastroenterolog ved UC San Diego Health.

Gennembruddet blev muliggjort, fordi ingeniører og læger kom sammen for at arbejde på problemet, sagde Benjamin Smarr, en af ​​papirets medforfattere og en kronobiolog ved UC Berkeley.

Bedre algoritmer

Forskernes største udfordring var at designe algoritmer, der genkender og øger mavens elektriske signaler blandt støj og artefakter. Dette er især svært at gøre, fordi maves elektriske signaler er 10 gange svagere end hjertets, gør dem sværere at fange og analysere.

Forskere udnyttede signalbehandlingsekspertisen i Colemans forskningsgruppe til at udvikle en sofistikeret algoritmisk pipeline, der kan rydde op i dataene og adskille mavemuskelaktivitet (f.eks. Når en person går), hjerteslag og gastrisk aktivitet, i forskellige bånd af signaler, der ikke overlapper hinanden. Som resultat, klinikere kan undersøge hvert signal individuelt og sammenligne det med andre.

Enheden og test

Enheden selv bruger elektroder på hylden, der bruges i elektrokardiogrammer. Elektronikken og batteriet er indkapslet i en 3D -trykt boks og forbundet til elektroderne, som passer på en persons mave lige over maven.

Forskerne arbejdede sammen med Dr. Hayat Mousa og testede enheden på 11 pædiatriske patienter på Rady Children's Hospital i San Diego. Disse patienter havde været under en invasiv procedure kaldet manometri, en af ​​et par kliniske guldstandarder for objektiv overvågning af mave -tarm -aktivitet. Proceduren kræver brug af et kateter indsat gennem næsen til at måle tryk på flere punkter inde i maven. Sammenligning af de to metoder viste, at data indsamlet af den bærbare enhed var robuste og pålidelige.

"Jeg har praktiseret pædiatrisk gastroenterologi og passet patienter i 20 år, "Dr. Mousa sagde." Den eneste metode til at vurdere gastrointestinal motilitet indebærer at placere motilitetskatetre i mave -tarmkanalen, mens børn er bedøvede eller under generel anæstesi. Det har været en lang rejse at diskutere fordelene ved at lave en sådan invasiv procedure med mine patienter og deres familier. Min udfordring har altid været at finde en test, der tilbyder en ikke-invasiv vurdering af det enteriske nervesystem og dets forbindelse med hjernens funktion. "

"Teknikken beskrevet i dette papir er den bedste måde at evaluere børn med motilitet og funktionelle GI -lidelser på, "Tilføjede Dr. Mousa." Det giver oplysningerne uden behov for sedation, og det giver fleksibilitet til at overvåge børn, mens de fortsætter deres daglige aktiviteter. Denne procedure tillader bekvemmelighed uden at gå på kompromis med nøjagtigheden. Ud over, det giver mulighed for at vurdere hjernens tarmrespons på terapeutiske indgreb, herunder biofeedback og neuromodulation. "

Systemet er i øjeblikket parret med en smart telefon -app, der giver patienter mulighed for at logge deres måltider, søvn og andre aktiviteter. Det langsigtede mål er at designe en app, der gør det muligt for patienter og læger at se data indsamlet af enheden i realtid.

"Dette er analogt med at gå fra tavleoperatører direkte til smartphones til gastroenterologi, "Sagde Smarr.