跳到主要内容

科学家发明了一种无创可穿戴系统,全天监测胃活动

More pictures

">
可穿戴设备被戴在人的肚子上
研究人员开发了一种可穿戴系统来监测胃活动,其性能与当前最先进的方法一样好,但可以在临床环境之外使用。该系统还配有一个应用程序,允许患者记录他们的饮食、睡眠和其他活动。更多的图片

由:

  • Ioana Patringenaru

媒体联络:

发布日期

由:

  • Ioana Patringenaru

分享:

文章内容

一个由工程师和医生组成的团队开发了一种可穿戴的、非侵入性的系统,可以在24小时内监测胃中的电活动——本质上是一种心电图,但针对的是胃肠道。

应用包括在临床环境之外监测患者的胃肠道活动,这降低了成本。更长时间的监控也会增加捕获异常事件的可能性。

研究人员在3月22日出版的《自然》杂志《科学报告》上详细介绍了他们的发现。

该团队在11名儿童和一名成年志愿者身上测试了该设备,该设备是一个3D打印的便携式盒子,连接着10个小型可穿戴电极。他们发现,用可穿戴系统收集的数据与用最先进的方法在诊所收集的数据相当,这些方法是侵入性的,包括通过患者的鼻子插入导管。他们还发现,胃的电活动不仅在吃饭时发生变化,在睡眠时也会发生变化,遵循自己的昼夜节律。

该论文的第一作者、加州大学圣地亚哥分校生物工程博士后研究员Armen Gharibans说:“我们认为我们的系统将引发一种新的药物,让胃肠病学家可以快速看到胃肠道的哪里和何时出现异常节律,从而做出更准确、更快和个性化的诊断。”

这篇论文的通讯作者、加州大学圣地亚哥分校生物工程学教授托德·科尔曼(Todd Coleman)对此表示赞同。

他说:“这项工作为准确监测胃肠道系统的动态活动打开了大门。”“到目前为止,在临床环境之外,以连续的方式准确测量胃活动的电模式是相当具有挑战性的。从现在开始,我们将能够观察和分析健康和不健康的人在日常生活中的模式。”

参与这项研究的医生表示,该设备满足了未满足的临床需求。

“这将帮助我们确定胃在用餐时是否正常运作,最重要的是,当患者出现恶心和腹痛等症状时,”该论文的合著者之一、加州大学圣地亚哥分校健康中心的胃肠病学家大卫·昆克尔博士说。

这篇论文的合著者之一、加州大学伯克利分校的时间生物学家本杰明·斯马尔(Benjamin Smarr)说,这一突破之所以成为可能,是因为工程师和医生共同研究了这个问题。

更好的算法

研究人员面临的最大挑战是设计一种算法,在噪音和人工干扰中识别和增强胃部的电信号。这尤其难以做到,因为胃的电信号比心脏的电信号弱10倍,更难捕捉和分析。

研究人员利用科尔曼研究小组的信号处理专业知识开发了一种复杂的算法管道,可以清理数据,并将腹肌活动(例如当一个人走路时)、心跳和胃活动分离成不重叠的不同波段的信号。因此,临床医生可以单独检查每个信号,并将其与其他信号进行比较。

设备和测试

该设备本身使用了用于心电图的现成电极。电子设备和电池被装在一个3D打印的盒子里,并连接到电极上,电极安装在人的腹部,刚好在胃的上方。

研究人员与哈亚特·穆萨博士合作,在圣地亚哥雷迪儿童医院的11名儿科患者身上测试了该设备。这些患者一直在接受一种名为测压的侵入性手术,这是客观监测胃肠道活动的几个临床金标准之一。该手术需要通过鼻子插入导管来测量胃内几个点的压力。对比两种方法,可穿戴设备收集的数据稳健可靠。

穆萨医生说:“我从事小儿胃肠病学工作,照顾病人已经有20年了。”“评估胃肠运动的唯一方法是在儿童镇静或全身麻醉时在胃肠道中放置运动导管。与我的病人和他们的家人讨论这种侵入性手术的好处是一段漫长的旅程。我的挑战一直是找到一种测试,对肠道神经系统及其与大脑功能的联系进行非侵入性评估。”

“本文概述的技术是评估儿童运动和功能性胃肠道疾病的最佳方法,”Mousa博士补充道。“它在不需要镇静的情况下提供信息,并且在孩子们继续日常活动时提供了监测的灵活性。这个程序既方便又不影响准确性。此外,它还提供了评估脑肠对治疗干预措施的反应的选项,包括生物反馈和神经调节。”

该系统目前与智能手机应用程序配对,允许患者记录他们的饮食、睡眠和其他活动。长期目标是设计一款应用程序,让患者和医生实时查看该设备收集的数据。

Smarr说:“这类似于从总机接线员直接发展到胃肠病学的智能手机。”

其他应用程序

胃肠道问题,如胃排空延迟,在糖尿病和帕金森氏症患者中很常见。这项技术可以改善对这些疾病的管理。

健康的人也可以从使用该设备中受益。例如,竞技运动员和他们的教练可以通过监测胃肠道活动来确定最佳用餐时间,特别是在跨时区旅行时。患有胃灼热和其他肠胃问题的孕妇可以像老年人一样,在饭前、餐中和餐后用它来监测胃的活动。

加州大学伯克利分校的斯马尔说:“消化和胃健康的变化是两个尚未被充分研究的过程的标志:衰老和怀孕。”“我们的希望之一是,这项技术将使我们能够量化生命中这些关键时期发生的变化。它们影响着绝大多数人,现在有可能研究正在发生的事情,并在提前应对不良变化的基础上构建可预测的个人医疗应用程序。”

这项研究是由加州大学圣地亚哥分校计算机科学与工程系教授、加州电信与信息技术研究所(或Calit2)创始主任拉里·斯马尔通过他的Harry E. Gruber捐赠主席基金资助的。

加州大学圣地亚哥分校的Smarr说:“这项开创性的研究有望为胃肠病学带来诊断见解,就像心电图为心血管医学带来的见解一样。”

该项目由加州大学圣地亚哥分校的生物工程师、雷迪儿童医院和加州大学圣地亚哥医学院的临床医生以及加州大学伯克利分校的神经科学家合作完成。基于他在这一课题上的博士工作,Gharibans已被公认为西贝尔学者,该奖项旨在表彰世界领先的商业、计算机科学和生物工程研究生院的杰出学生,并为他们提供最后一年的研究资助。

要了解更多关于这项工作的信息,请访问该团队的网站gi2.ucsd.edu

伪影排斥方法学使连续,无创测量胃肌电活动在流动的受试者
www.nature.com/articles/s41598 - 018 - 23302 - 9

Armen A. gharibans1,2, Benjamin L. smar3, David C. Kunkel4, Lance J. Kriegsfeld3, Hayat M. Mousa2,5 & Todd P. Coleman1

1美国加州大学圣地亚哥分校生物工程系,加州拉霍亚

2加州大学圣地亚哥分校儿科,美国加州拉霍亚。

3加州大学伯克利分校心理学系,加州伯克利,美国。

4美国加州大学圣地亚哥分校胃肠运动与生理学项目,加州拉霍亚,美国

分享:

类别导航与社会链接
Baidu