Un team interdisciplinare della Northwestern University ha sviluppato un paio di soft, sensori wireless flessibili che sostituiscono il groviglio di sensori basati su filo che attualmente monitorano i bambini nelle unità di terapia intensiva neonatale (NICU) degli ospedali e rappresentano una barriera alle coccole genitore-bambino e al legame fisico.

Il team ha recentemente completato una serie di primi studi sull'uomo sui neonati prematuri presso il Prentice Women's Hospital e l'Ann &Robert H. Lurie Children's Hospital di Chicago. I ricercatori hanno concluso che i sensori wireless fornivano dati precisi e accurati come quelli dei sistemi di monitoraggio tradizionali. I cerotti wireless sono anche più delicati sulla pelle fragile di un neonato e consentono un maggiore contatto pelle a pelle con il genitore. I sensori esistenti devono essere fissati con adesivi che possono cicatrizzare e formare vesciche sulla pelle dei neonati prematuri.

Lo studio, coinvolgendo scienziati dei materiali, ingegneri, dermatologi e pediatri saranno pubblicati il ​​1 marzo sulla rivista Scienza .

Lo studio include i dati iniziali di più di 20 bambini che hanno indossato i sensori wireless insieme ai tradizionali sistemi di monitoraggio, in modo che i ricercatori della Northwestern potessero fare un side-by-side, confronto quantitativo. Da allora, il team ha condotto test di successo con più di 70 bambini in terapia intensiva neonatale.

"Volevamo eliminare il nido di cavi e adesivi aggressivi associati ai sistemi hardware esistenti e sostituirli con qualcosa di più sicuro, più incentrato sul paziente e più compatibile con l'interazione genitore-figlio, " ha detto John A. Rogers, un pioniere della bioelettronica, che ha guidato lo sviluppo tecnologico. "Siamo stati in grado di riprodurre tutte le funzionalità fornite dagli attuali sensori basati su filo con una precisione di livello clinico. Il nostro wireless, senza batteria, i dispositivi simili alla pelle non rinunciano a nulla in termini di intervallo di misurazione, accuratezza e precisione e forniscono persino misurazioni avanzate che sono clinicamente importanti ma non comunemente raccolte".

Rogers è il professore Louis Simpson e Kimberly Querrey di scienza e ingegneria dei materiali e ingegneria biomedica presso la McCormick School of Engineering e professore di chirurgia neurologica presso la Feinberg School of Medicine. Ha co-diretto la ricerca con la dottoressa Amy Paller, presidente del dipartimento di dermatologia, Walter J. Hamlin Professore di Dermatologia e Professore di Pediatria a Feinberg, e il dottor Shuai (Steve) Xu, un istruttore di dermatologia a Feinberg e un dermatologo della Northwestern Medicine.

Tagliare le corde

La massa di fili che circondano i neonati in terapia intensiva neonatale è spesso più grande dei neonati stessi. Tipicamente, cinque o sei fili collegano gli elettrodi su ogni bambino ai monitor per la respirazione, pressione sanguigna, ossigeno nel sangue, battito cardiaco e altro ancora. Sebbene questi fili garantiscano salute e sicurezza, limitano i movimenti del bambino e rappresentano una grande barriera al legame fisico durante un periodo critico dello sviluppo.

"Sappiamo che il contatto pelle a pelle è così importante per i neonati, specialmente quelli che sono malati o prematuri, " disse Paller, un dermatologo pediatrico presso Lurie Children's. "È stato dimostrato che riduce il rischio di complicanze polmonari, problemi al fegato e infezioni. Ancora, quando hai fili ovunque e il bambino è legato a un letto, è davvero difficile stabilire un contatto pelle a pelle."

Nuova madre frustrata dall'incapacità di tenere in braccio il suo neonato

La neomamma Taschana Taylor conosce bene questa frustrazione. Dopo un cesareo d'urgenza, La figlia di Taylor, Grace, è stata portata d'urgenza in terapia intensiva neonatale, dove rimase per tre settimane. Disperato di legare con il loro nuovo bambino, Taylor e suo marito si sono sentiti esausti mentre cercavano di fornire a Grace le cure più basilari. Grace è tra i 70 bambini che hanno partecipato finora allo studio di confronto fianco a fianco.

"Cercando di darle da mangiare, cambiala, fasciarla, tenerla e muoversi con lei con i fili era difficile, " Taylor ha detto. "Se non avesse fili su di lei, potremmo fare una passeggiata insieme per la stanza. Avrebbe reso l'intera esperienza più piacevole."

Stressante e difficile togliere il bambino dalla culla

"Le rotazioni che i genitori e le infermiere devono affrontare solo per tirare fuori il bambino dalla culla sono sorprendenti, " ha detto il co-autore Dr. Aaron Hamvas, il professore di neonatologia Raymond e Hazel Speck Berry a Feinberg e capo divisione di neonatologia al Lurie Children's.

"I cavi stanno salendo al monitor, fino al bambino, forse passando attraverso i buchi in un'incubatrice, "Ha detto Hamvas. "Infermiere e genitori cercano di ottenere i bambini tutti in bundle, in modo che non tirino accidentalmente nulla da loro o dal muro. È molto, molto ingombrante e stressante. Se il bambino fosse completamente libero, sarebbe tremendamente più efficiente e meno soggetto a problemi."

"Chiunque abbia avuto l'esperienza di entrare in una terapia intensiva neonatale nota immediatamente quanto siano piccoli i bambini, e quanti fili ed elettrodi sono attaccati ad essi, " ha detto il co-autore Dr. Debra Weese-Mayer, la Beatrice Cummings Mayer Professore di Medicina Autonomica Pediatrica a Feinberg e capo di Medicina Autonomica Pediatrica al Lurie Children's. "L'opportunità di passare al wireless ha un enorme potenziale per ridurre l'onere per gli infermieri, per i bambini e per i genitori".

Andare oltre le attuali possibilità

I vantaggi della nuova tecnologia del team Northwestern vanno oltre la mancanza di cavi, misurando più di quanto sia possibile con gli standard clinici odierni.

I doppi sensori wireless monitorano i segni vitali dei bambini:frequenza cardiaca, frequenza respiratoria e temperatura corporea, dalle estremità opposte del corpo. Un sensore si trova sul petto o sulla schiena del bambino, mentre l'altro sensore avvolge un piede. (Il sensore del torace misura 5 centimetri per 2,5 centimetri; il sensore del piede è 2,5 centimetri per 2 centimetri. Ciascun sensore pesa all'incirca come una goccia di pioggia.) Questa strategia consente ai medici di rilevare la temperatura interna di un neonato e la temperatura corporea da una periferica regione.

"Le differenze di temperatura tra il piede e il torace hanno una grande importanza clinica nel determinare il flusso sanguigno e la funzione cardiaca, "Ha detto Rogers. "Questo è qualcosa che non si fa comunemente oggi".

I medici possono anche misurare la pressione sanguigna monitorando continuamente quando il polso lascia il cuore e arriva al piede. Attualmente, non c'è un buon modo per raccogliere una misurazione affidabile della pressione sanguigna. Un bracciale per la pressione sanguigna può provocare lividi o danneggiare la pelle fragile di un neonato. L'altra opzione è inserire un catetere in un'arteria, il che è complicato a causa del diametro ridotto dei vasi sanguigni di un neonato prematuro. Introduce anche un rischio di infezione, coagulazione e persino la morte.

"Ci mancano molte informazioni in cui potrebbero esserci variazioni della pressione sanguigna nel corso della giornata, "Ha detto Hamvas. "Queste variazioni della pressione sanguigna possono avere un impatto significativo sui risultati".

Il dispositivo potrebbe anche aiutare a colmare le lacune informative che esistono durante il contatto pelle a pelle. Se i medici possono continuare a misurare i segni vitali dei bambini mentre sono tenuti in braccio dai genitori, potrebbero saperne di più su quanto possa essere critico questo contatto.

Trasparente e compatibile con l'imaging, i sensori possono essere indossati anche durante le radiografie, risonanza magnetica e scansioni TC. "I fili non sono solo un impedimento fisico all'interazione con il bambino, ma interrompono anche l'imaging se lasciati sul posto, " Paller ha detto. "La tecnologia è stata sviluppata in modo da poter eseguire l'imaging con i sensori in posizione e continuare a monitorare il bambino".

Salvare la pelle "incredibilmente fragile"

Il bracciale per la pressione sanguigna non è l'unica parte potenzialmente dannosa della tecnologia attuale. Molti bambini prematuri subiscono lesioni alla pelle a causa del nastro adesivo che fa aderire i fili al corpo. Il nastro può causare irritazioni alla pelle, vesciche e, in definitiva, infezioni. In alcuni casi, questo danno può portare a cicatrici per tutta la vita.

"La pelle dei bambini prematuri non è completamente sviluppata, quindi è incredibilmente fragile, " Disse Paller. "In effetti, lo spessore della pelle nei neonati prematuri è ridotto di circa il 40%. Più diventi prematuro, più la pelle diventa fragile. Questo significa che dobbiamo stare molto attenti".

Finora il team della Northwestern ha studiato 70 bambini nella terapia intensiva neonatale e non ha trovato alcun segno di danni alla pelle dai sensori wireless. Il segreto per salvare la pelle del sensore risiede nella sua natura leggera, geometria sottile e meccanica morbida. Il dispositivo sottilissimo è realizzato in materiale biocompatibile, morbido silicone elastico che incorpora una raccolta di minuscoli componenti elettronici collegati con fili a molla che si muovono e si flettono con il corpo.

Rogers ha lavorato con un collaboratore di lunga data ed esperto di elettronica estensibile e meccanica teorica Yonggang Huang per elaborare un design ottimale. Huang è un Walter P. Murphy Professor di ingegneria civile e ambientale e ingegneria meccanica e professore di scienza e ingegneria dei materiali presso la McCormick School della Northwestern.

"Se guardi indietro agli anni '60, l'approccio di base al monitoraggio dei neonati è essenzialmente lo stesso di oggi, "Ha detto Rogers. "Sono sensori registrati, cavi a scatole esterne di elettronica. Questo è tutto ciò che è mai stato fatto.

"La forza dell'adesivo necessaria per mantenere il nostro dispositivo leggero sulla pelle è molto inferiore a quella dei tipi di adesivi necessari per mantenere un'interfaccia tra un sensore cablato e una scatola esterna, " Rogers ha continuato. "Non abbiamo visto effetti collaterali negativi nel nostro studio, nemmeno un accenno di lesione cutanea anche nei bambini più fragili".

Il sensore wireless comunica tramite un trasmettitore posto sotto il materasso della culla. Utilizzando frequenze radio della stessa intensità di quelle dei tag RFID, l'antenna trasmette i dati ai display della postazione infermieri. Sebbene possa essere sterilizzato e riutilizzato, il sensore è abbastanza economico (circa $ 10) che può essere semplicemente scartato dopo 24 ore e sostituito con uno nuovo per eliminare qualsiasi rischio di infezione.

Quando appariranno i sensori wireless negli ospedali statunitensi?

Rogers stima che i suoi sensori wireless appariranno negli ospedali americani entro i prossimi due o tre anni. Con il supporto di due importanti organizzazioni non profit, Il team di Rogers prevede di inviare sensori a decine di migliaia di famiglie nei paesi in via di sviluppo nel prossimo anno come parte di uno sforzo internazionale.

"Siamo orgogliosi del fatto che questa tecnologia non sia limitata solo alle UTIN avanzate nei paesi sviluppati, " ha detto Xu. "La tecnologia può essere adattata con modifiche minime per le impostazioni a bassa risorsa."