ultrafino

La enfermedad cardiovascular es la principal causa de muerte en todo el mundo. El monitoreo cardíaco continuo podría permitir la detección más temprana de enfermedades cardíacas, lo que permitiría una intervención oportuna para prevenir complicaciones cardíacas graves. Sin embargo, los dispositivos de monitoreo tradicionales están diseñados para entornos clínicos y son demasiado pesados ​​y consumen mucha energía para mediciones a largo plazo de personas en movimiento.

Un equipo dirigido por la Universidad de Texas en Austin tiene como objetivo resolver este problema con la creación de un dispositivo ultradelgado (200 µm) y liviano (2,5 g) que proporciona monitoreo cardíaco continuo fuera de la clínica. El tatuaje electrónico estirable, o e-tattoo, se adhiere al pecho a través de un vendaje médico. Cuenta con un consumo de energía ultrabajo (menos de 3 mW), funciona con una batería pequeña con una vida útil de más de 40 h y transmite datos en tiempo real de forma inalámbrica a un dispositivo host, como un teléfono móvil.

"La mayoría de las afecciones cardíacas no son muy obvias. El daño se está haciendo en segundo plano y ni siquiera lo sabemos", explica el autor principal, Nanshu Lu, en un comunicado de prensa. "Si podemos tener un monitoreo móvil continuo en el hogar, entonces podemos hacer un diagnóstico y tratamiento tempranos, y si eso se puede hacer, se puede prevenir el 80% de las enfermedades cardíacas".

El e-tattoo funciona midiendo dos señales cardíacas clave: la actividad eléctrica del corazón mediante electrocardiografía (ECG); y ritmo cardíaco mecánico (vibraciones sutiles causadas por la contracción del corazón y el movimiento de la sangre) a través de sismocardiografía (SCG). El sensor de ECG interactúa con el cuerpo mediante electrodos de película de grafito biocompatible, mientras que el SCG se registra mediante un acelerómetro de alta resolución y bajo nivel de ruido.

La sincronización entre las señales de ECG y SCG permite la medición de intervalos de tiempo cardíacos clave, el período previo a la eyección (PEP) y el tiempo de eyección del ventrículo izquierdo (LVET), con alta precisión. Dichos intervalos de tiempo son indicadores importantes de muchas enfermedades cardiovasculares, pero actualmente solo se pueden medir por medios invasivos.

"Esas dos mediciones, eléctricas y mecánicas, juntas pueden proporcionar una imagen mucho más amplia y completa de lo que sucede con el corazón", dice Lu. "Hay muchas más características del corazón que podrían extraerse de las dos señales medidas sincrónicamente de una manera no invasiva".

Un tatuaje electrónico diseñado para uso a largo plazo debe ser cómodo, ajustarse a los contornos del pecho y estirarse con la piel a medida que el usuario se mueve. Para lograr esto, el equipo utilizó interconexiones serpenteantes entre los sensores y los circuitos electrónicos. Descubrieron que el tatuaje electrónico podía estirarse hasta un 20 % sin sufrir daños ni disminuir la calidad de la señal.

Para validar la calidad de las señales adquiridas, los investigadores compararon los datos de los sensores del tatuaje electrónico con los dispositivos clínicos de referencia y observaron que ambos dispositivos capturaban señales y datos equivalentes. A continuación, probaron el tatuaje electrónico en cinco voluntarios sanos, que usaban el tatuaje electrónico mientras mantenían posturas estáticas y andaban en bicicleta bajo una carga incremental con descansos. A modo de comparación, los participantes también usaron un monitor de gasto cardíaco no invasivo (NICOM).

Durante las poses estáticas, las frecuencias cardíacas medidas por el e-tattoo y NICOM coincidieron bien para todos los participantes, con una diferencia de 0,07 ± 1,21 latidos por minuto (lpm). A medida que los participantes pasaban de estar acostados a sentarse erguidos y luego a estar de pie, el tatuaje electrónico registró un aumento de PEP y una disminución de LVET, como se esperaba. Esto demuestra la capacidad del dispositivo para medir pequeños cambios en los intervalos de tiempo cardíaco causados ​​por variaciones de postura.

El tatuaje de grafeno proporciona un control de la presión arterial sin manguito

En el experimento de ciclismo, las mediciones de la frecuencia cardíaca del e-tattoo y NICOM estuvieron nuevamente altamente correlacionadas, con una diferencia de 0,02 ± 1,24 lpm. La señal de ECG se mantuvo impecable durante el ciclo, pero la señal de SCG se corrompió debido a artefactos de movimiento. Por lo tanto, los investigadores examinaron los períodos de descanso entre cada segmento de ciclismo, durante los cuales la diferencia media en LVET entre el e-tattoo y el NICOM fue de -0,44 ± 8,74 ms. Esta relación lineal muestra que el tatuaje electrónico puede proporcionar una alternativa viable a los monitores clínicos voluminosos y costosos.

Finalmente, el equipo realizó una prueba de portabilidad a largo plazo con un solo sujeto, que usó el tatuaje electrónico durante más de 24 h para demostrar su uso en entornos cotidianos. El tatuaje electrónico demostró una buena correlación con un reloj inteligente de consumo en las mediciones de frecuencia cardíaca. La inspección manual de los datos a largo plazo mostró que durante los segmentos de descanso (como trabajar en una computadora, hacer una pausa durante una caminata o dormir), los datos de ECG y SCG estaban en su mayoría libres de artefactos de movimiento y adecuados para extraer intervalos de tiempo cardíaco.

Los investigadores describen el tatuaje electrónico en Materiales electrónicos avanzados.