هر ضربان قلب، با تولید صدا و سیگنال الکتریکی سلول‌های عصبی درباره وضعیت سلامتی بدن به ما اطلاعات می‌دهد. افزون بر ضربان قلب، کل بدن انسان اطلاعات مفیدی درباره‌ی وضعیت بدن می‌توانند به ما بدهند. با فناوری‌های پوشیدنی و حسگرهایی که روی بدن انسان قرار می‌گیرند، قادر خواهیم بود اطلاعات مفید سیگنال‌های تولیدی بدن را استخراج کنیم. مچ‌بند فیت بیت یا برنامه‌های ردیاب سلامت که بر گوشی‌های هوشمند ارائه می‌شوند، تنها نمونه‌ای بسیار ساده از فناوری‌های پوشیدنی هستند. در این مقاله، با نسل جدیدی از حسگرها و فناوری‌های پوشیدنی و انعطاف‌پذیر آشنا می‌شویم که برای دنبال کردن روند بهبود بیماران سکته‌ی مغزی و ناتوان حرکتی کاربرد فراوانی دارند.

دکتر جان راجرز (John A. Rogers) از پیشگامان علم بیوالکترونیک در سال ۲۰۱۶ به دانشگاه نورت وسترن (Northwestern University) پیوست. او با همکارانش دستگاه‌های الکترونیکی برای تشخیص و درمان بیماری طراحی کرد که خاصیت کشسانی دارند و خم می‌شوند. دکتر راجرز استاد مهندسی بیوالکتریک و علوم مواد مرکز پژوهشی Louis Simpson and Kimberly Querrey، بسیاری از رشته‌ها را به کار می‌گیرد تا به پیشرفت‌های پزشکی برسد.

به تازگی دکتر راجرز، پچ پوشیدنی توسعه داده است که می‌تواند صداهای داخل بدن مانند صدای یک مفصل یا ارتعاش ناشی از صحبت را ثبت کند. او و همکارانش تلاش کردند دستگاهی بی‌سیم و نرم و رابط پوست را بسازند که به شکل چسب زخم باشد و کاربرد گوشی طبی را داشته باشد. دستگاه رابط پوست باید به صورت پیوسته و دقیق امواج ظریف مکانیکی و آکوستیکی بدن را اندازه‌گیری کند. با پیوند علوم مواد و علوم مهندسی در دانشگاه نورت وسترن، ابزار درمانی و تشخیصی ساخته شد تا الگوهای صحبت کردن و بلع بیمار سکته‌ی مغزی را در دوران بهبودی نظارت کند. بنابراین، نخستین دستگاه پوشیدنی برای گلو ساخته شد.

افزون بر پچ پوستی برای ثبت صدای ارتعاش ناشی از صحبت کردن و حرکت مفصل، دکتر راجرز با همکاری آرون جیارامان (Arun Jayaraman) استاد دانشکده‌ی فیزیوتراپی و توانبخشی در آزمایشگاه Shirley Ryan AbilityLab، حسگرهایی توسعه داد که دید جامعی از روند بهبودی بیمار فراهم می‌کند.

فناوری پوشیدنی نظارت بر گفتار

راجرز و همکارانش با هدف تغییر مدارهای الکترونیکی از مدارهای سیلیکونی سنتی به شکل مدارهای نرم و خم شدنی، مواد و روش‌های طراحی توسعه دادند تا به راحتی روی پوست انسان قرار گیرند. همچنین دستگاه پوشیدنی طراحی شده اطلاعات را به صورت بی‌سیم در اختیار پزشکان و الگوریتم‌های یادگیری ماشین قرار می‌دهد. الگوریتم‌های یادگیری ماشین می‌توانند الگوی داده‌های دریافتی را بیابند. راجرز دستگاه‌های پوشیدنی اندازه‌گیری میزان عرق بدن و اندازه‌گیری میزان پرتوی فرابنفش دریافتی را طراحی کرد. او دستگاه کاشتنی توسعه داد که در بدن قرار می‌گیرد و انرژی خود را از طریق ارگان‌های بدن تامین و شرایط غیرطبیعی قلب را به صورت خودکار برطرف می‌کند.

در ابتدا پچ پوستی ثبت صدای ارتعاش گفتار و لرزش مفصل تنها با ایده‌‌ی کاربرد در رابط انسان-رایانه طراحی شد ولی پس از آن ظرفیت‌های جدید این پچ پوستی برای دنبال کردن روند بهبود بیماران پیدا شد. لورا چرنی (Leora Cherney) استاد فیزیوتراپی و توانبخشی و پژوهشگر آزمایشگاه Shirley Ryan AbilityLab با کمک پچ پوستی، بیماران زبان‌پریشی (aphasia) را درمان کرد. زبان پریشی اختلال زبانی ناشی از آسیب مغزی است. فرد پس از سکته‌‌‌ی مغزی توانایی صحبت کردن و درک زبان را از دست می‌دهد. لورا چرنی با پچ پوستی مدت زمان صحبت کردن بیمار و آهنگ و تغییرات زیر و بمی صدای بیمار را اندازه‌گیری می‌کند تا روند بهبود فرد را دنبال کند. از ویژگی‌های مهم پچ پوستی این است که نویز محیط بر اندازه‌گیری‌های آن اثری ندارد.

از سوی دیگر، پچ پوستی برای مشکل بلع بیماران سکته‌ی مغزی نیز کاربرد دارد. این دستگاه پوشیدنی می‌تواند فرآیند بلع بیمار را ثبت کند. پچ پوستی انعطاف‌پذیر است و به راحتی روی گلوی بیمار قرار می‌گیرد و به صورت بی‌سیم شارژ می‌شود.

فراهم کردن دید جامعی از روند بهبود بیمار

Max Nader Lab یکی از آزمایشگاه‌های زیرمجموعه‌ی Shirley Ryan AbilityLab، مرکز پژوهشی فناوری‌های توانبخشی است. در این مرکز افزون بر پزشکان، مهندسان، دانشمندان داده و فیزیوتراپیست‌ها، بیماران برای آزمایش فناوری‌های پوشیدنی نوین حضور دارند. گروه پژوهشی دستگاه‌های جدیدی را برای افراد ناتوان حرکتی توسعه می‌دهند. برای بیماران سکته‌ی مغزی فرآیند درمانی در مرحله‌ی نخست در بهبود بیماران بسیار اهمیت دارد. در مرکز Max Nader Lab تعداد بسیاری از پروژه‌های طراحی پروتز و اسکلت‌های بیرونی توانبخشی اجرا می‌شود. با ادغام رشته‌های علمی مختلف برای پروژه‌های کاربردی، بهترین نتیجه به دست می‌آید.

پیش از به کارگیری حسگرهای جدید دکتر راجرز، برای آزمایش پروتز و اسکلت‌های بیرونی پا از حسگرهای تجاری موجود استفاده می‌شد. حسگرهای تجاری تنها برای افراد سالم طراحی شدند و به خوبی حرکت‌های افراد بیمار پارکینسون یا دارای محدودیت حرکتی را ثبت نمی‌کنند. راجرز توانست با طراحی حسگرهایی برای بسیاری از نقاط بدن، دید جامع و کاملی از روند بهبود بیمار سکته‌ی مغزی به پزشکان بدهد. حسگرها حرکت‌های بدن را ثبت می‌کنند. این حسگرهای جدید در تمام نقاط برای پیگیری عملکرد قلب، کیفیت خواب، حرکت‎های فیزیکی و انقباض عضلانی کاربرد دارند. همچنین این حسگرها میزان عرق بدن و مواد موجود در عرق را اندازه‌گیری می‌کنند. حسگر اندازه‌گیری عرق برای بیماران سکته‌ی مغزی که میزان تعریق آن‌ها در دو طرف بدن آن‌ها متفاوت است بسیار کاربردی است.

آینده‌ی مراقبت پزشکی

دکتر راجرز امیدوار است بتواند با بهبود عملکرد حسگرها، آن‌ها را در کاربردهای بیشتری به کار گیرد. برای نمونه، او با متخصصان آسیب‌شناسی گفتار همکاری می‌کند تا پچ پوستی را برای بیماران مورد آزمایش قرار دهند. همچنین این حسگرها با هدف نظارت بر سلامتی سالمندان قابل استفاده است. با کمک حسگرها، پزشکان از شرایط سالمندان باخبر می‌شوند و سالمندان نیز به زندگی روزمره‌ی خود می‌پردازند. نظارت بر سلامتی سالمندان از راه دور، یکی از مدل‌های مراقبت پزشکی آینده خواهد بود و پیش‌بینی می‌شود صنعت جدیدی را ایجاد کند.