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Biocapteurs suffisamment confortables pour être portés 24h/24 et 7j/7
De nombreux capteurs médicaux, comme ceux utilisés pour les électrocardiogrammes de surveillance cardiaque (ECG) ou les électroencéphalogrammes de surveillance cérébrale (EEG), nécessitent un contact direct avec la peau et une couche collante de gel pour aider à conduire les signaux électriques. Les deux technologies peuvent être remarquablement précises, mais elles ne se transfèrent pas facilement de l'hôpital à la maison. Aujourd'hui, des chercheurs de l'Université de Californie à San Diego pensent avoir résolu la situation délicate avec un capteur capable de lire l'ECG et d'autres données à travers les vêtements, sans jamais toucher la peau.
Capteur cérébral : Un nouveau capteur sans contact (en bas) peut être intégré dans un serre-tête et détecter l'activité électrique à travers les cheveux et le matériel, sans toucher le cuir chevelu.
Les scientifiques ont eu du mal à développer quelque chose qui puisse détecter de manière fiable les changements de polarité de la peau sans contact direct. Les électrodes ECG détectent le temps nécessaire aux ondes de polarité changeante (causées par les contractions des muscles cardiaques) pour se déplacer vers différents capteurs, ce qui révèle l'activité électrique des différentes parties du cœur. Actuellement, ces capteurs nécessitent un gel ou un adhésif allergisant. Les capteurs non collants ou secs sont inconfortables et particulièrement sensibles au mouvement, ils ne peuvent donc pas être utilisés en dehors de la clinique ou pendant de longues périodes.
Au lieu d'utiliser des électrodes, les chercheurs de l'UCSD ont construit un capteur capacitif, qui conduit des signaux beaucoup plus faibles mais peut le faire sur de petites distances. Bien que le concept remonte à des décennies, les tentatives antérieures de construction de tels capteurs n'étaient pas pratiques pour la production de masse - ils avaient tendance à être soit trop coûteux, soit trop sensibles au bruit extérieur, soit les deux. Le capteur développé par le bio-ingénieur Gert Cauwenberghs et son étudiant diplômé, Mike Chi, utilise des composants du commerce et des circuits intelligents pour contourner ces problèmes. Le capteur résultant peut détecter de faibles changements de capacité et les amplifier, tout en annulant le bruit électrique ambiant qui existe tout autour de nous. Ce qui existe aujourd'hui nécessite plusieurs composants discrets, dit Chi. Notre procédé le rend fiable et peu coûteux, nous avons donc un circuit qui peut être produit en série.
Le capteur de Chi est à peine plus grand qu'un quart, et lorsque plusieurs capteurs sont intégrés dans un matériau et câblés ensemble, ils créent un moniteur portable que les patients peuvent porter par-dessus leurs vêtements au cours de leur routine quotidienne. Cela pourrait signifier une augmentation du temps de surveillance et une meilleure observance de la part des patients.
Actuellement, lorsque les cardiologues veulent savoir à quoi ressemble l'activité cardiaque d'un patient pendant une période prolongée, ils doivent le renvoyer chez lui avec un moniteur Holter, un appareil ECG portable qui utilise les mêmes électrodes filaires et collantes que celles utilisées à l'hôpital. Mais ce moniteur ne peut être utilisé que jusqu'à 48 heures, et des rythmes cardiaques anormaux ne se produisent pas toujours pendant une si courte période de temps. Beaucoup de ces événements sont transitoires, et avec la technologie d'aujourd'hui, vous manquez réellement les événements parce que vous ne pouvez pas les capturer de manière fiable, dit Chi. Si un patient pouvait porter un gilet par-dessus ses vêtements, une telle surveillance pourrait durer aussi longtemps que le médecin l'exigerait.
Des vêtements astucieux : Lorsqu'ils sont intégrés dans un gilet, les nouveaux capteurs sans contact peuvent détecter l'activité cardiaque à travers un T-shirt et peuvent être portés pendant une semaine ou plus.
L'intégration des capteurs dans un serre-tête permet également de surveiller une certaine activité électrique dans le cerveau. Pour une visite médicale ponctuelle avec ECG et EEG, peu importe que vous [utilisiez des capteurs collants] ou non. Mais pour une utilisation à long terme, cela fait définitivement une différence, dit Maysam Ghovanloo , bio-ingénieur au Georgia Institute of Technology.
Le groupe UCSD collabore avec un groupe de l'Oregon State University pour créer une version entièrement sans fil de son capteur, avec un émetteur Bluetooth capable de transmettre des informations à un récepteur. Je pense que ce qu'ils font est une contribution très importante, déclare Eric Topol, directeur du Scripps Translational Science Institute à San Diego et spécialiste de la santé sans fil. Je pense que c'est très viable et attrayant, et c'est un ajout bienvenu à la trousse à outils des capteurs sans fil.
À long terme, Chi et Cauwenberghs espèrent que les capteurs pourraient également être utiles pour faire progresser les applications d'interface cerveau-ordinateur. Nous voulions construire un capteur très sensible qui puisse acquérir des signaux de manière fiable à travers les cheveux sans gels salissants, abrasion ou préparation. Quelque chose qui est facile à utiliser et très rapide, dit Chi. De tels capteurs pourraient être utilisés pour aider les patients souffrant de lésions médullaires à communiquer, ou même être combinés avec des systèmes de jeu.
Mais alors que les capteurs EEG peuvent capter certaines activités cérébrales, les capteurs doivent être rendus plus sensibles, car l'activité neuronale dans le cerveau est remarquablement faible. Les électrodes sans contact seront un avantage, peu importe où vous les placez sur le corps, dit Rahul Sarpeshkar , ingénieur en bioélectronique au MIT. Mais tous ces systèmes, lorsqu'ils sont appliqués en médecine, doivent gérer le mouvement et la force d'un signal, ce qui rend l'EEG plus techniquement difficile.
Les applications cardiaques sont peut-être plus proches : Chi et Cauwenberghs disposent de données montrant que leurs capteurs peuvent capter des signaux presque aussi précis que ceux captés à l'aide d'électrodes à base de gel. Chi est en train de créer une start-up, Cognionics, pour développer davantage les capteurs, et a déjà entamé des discussions avec des sociétés de dispositifs médicaux.