Grafen Geçici Dövmesi Kan Basıncını Ölçüyor

Grafen Gecici Dovmesi Kan Basincini Olcuyor
Grafen Gecici Dovmesi Kan Basincini Olcuyor

Tansiyon aletiniz (tansiyonu ölçmek için kullanılan şişirilebilir manşetli cihaz) varsa ve bunu kullanmak konusunda titizseniz, günde birçok kez kendi kan basıncınızı ölçebilirsiniz. Değilse, büyük olasılıkla sadece doktora gittiğinizde, belki yılda birkaç kez tansiyonunuzu kontrol ettirirsiniz.

Bu yeterli mi? Kan basıncı, sadece yıldan yıla veya günden güne değil, zaman içinde, hatta bazen dakikadan dakikaya değişir. Aktiviteyle meşgul olduğumuzda veya stres altında olduğumuzda artar ve rahat olduğumuzda azalır. Doktorlar hakkında çok endişeli olan “beyaz önlük hipertansiyonu” olan kişiler, kan basınçlarını ancak anormal derecede yüksek olduğunda kontrol edebilirler, bu da reçeteli ilaçlara veya gereksiz diğer tedavilere yol açabilir.

Kan basıncı, kalp ritmini, cilt sıcaklığını, uyku kalitesini ve daha fazlasını sürekli olarak izleyen akıllı saatler ve fitness takipçileri dünyasında, cihazların veri grubundan eksik olan önemli bir istatistik olarak öne çıkıyor. Tansiyon aleti çok büyük ve hantal.

Yeni kan basıncı sensörü, kan basıncı ölçümlerindeki veri boşluğunu kapatmak için Roozbeh Jafari (Texas A&M Üniversitesi), Deji Akinwande (Austin Üniversitesi) ve meslektaşları tarafından oluşturuldu. Sensör, grafenden yapılmış geçici bir dövme kullanıyor. ve ultra ince bir polimer film tarafından korunmaktadır (şekil 1’deki parlak yamalar) ve dokunun değiştirilmiş bir elektrik akımına karşı direnci olan biyoempedansı ölçer.

Şu anda, her yeni kullanıcı için saatlerce eğitim gerektiren karmaşık bir makine öğrenimi sistemi, biyoempedansı kan basıncına dönüştürmelidir. Araştırma ekibinin amacı, sensörlerini akıllı bir saat kadar taşınabilir bir tak ve çalıştır aygıtına dönüştürmek ve böylece kan basıncının sürekli izlenen hayati göstergeler listesine eklenmesidir.

Elektrikli gövde
Tansiyon aleti 100 yıldır var. Rus doktor Nikolai Korotkov, sistolik kan basıncı (bir kan nabzının zirvesindeki maksimum basınç) ile diyastolik kan basıncı arasındaki kritik ayrımı 1905’te belirlediğinden beri, çalışma şekli önemli ölçüde değişmedi (kan nabızları arasındaki en düşük basınç). Manşet önce atardamarı tamamen kapatana kadar genişler. Bundan sonra, manşet, kalp atışı döngüsünün bir kısmı ve sonunda tüm döngü boyunca kanın geçebileceği şekilde kademeli olarak söner. Sonuç, birlikte standart kan basıncı ölçümünü oluşturan ve milimetre cıva cinsinden ifade edilen bir çift basınçtır.

Tansiyon aleti manşeti hacimlidir ve kan akışını durdurmak için yeterince sıkı bir şekilde sıkılması gerektiğinden kullanımı zordur. Bununla birlikte, Jafari, Akinwande ve meslektaşları, mekanik basıncı hiç algılamayan, bununla bağlantılı diğer değerleri tespit eden bir kan basıncı ölçer geliştirmeye çalıştılar. Bazı gelişen teknolojiler, daha küçük, daha hassas basınç sensörleri kullanarak kan basıncını ölçebilir.

Biyomedikal uygulamalar için makine öğrenimi tekniklerinde uzman olan Jafari, birkaç yıldır biyoempedans kullanarak kan basıncını hesaplama üzerinde çalışıyor. Kan iyon açısından zengin bir sıvı olduğu için elektriği diğer dokuların çoğundan daha iyi iletir. Kan atımı bir arterden geçtiğinde genel doku empedansının nasıl azaldığını gösterir. Ek olarak, daha hızlı kan nabzı yayılımı, daha yüksek kan basıncı ile ilişkilidir. Bu nedenle, aynı arter üzerinde biyoempedansın ölçüldüğü iki nokta arasındaki nabız geçiş süresi de bir diğer önemli veridir.

Yine de empedans ve kan basıncı arasında açık ve doğrudan bir bağlantı yoktur. Kan basıncını belirlemek için darbe döngüsü boyunca empedans eğrisinin formunun hassas özelliklerini çıkarmak gerekir. Makine öğrenimi bu konuda yardımcı olabilir.
İlk biyoempedans ölçümleri, Jafari ve meslektaşları tarafından elektrokardiyogramları yakalamak için kullanılanlara benzer standart elektrotlar kullanılarak yapıldı. Elektrotları yerinde tutmak için güçlü bir yapıştırıcı gerektiğinden, elektrotları uzun süre takmak ağrılı olabilir. Daha da kötüsü, yapışkan tabaka zamanla genişleyip daraldıkça elektrotların cilt üzerindeki yerleşimi değişerek ölçüm hatasına neden olacaktı. Sürekli ölçüm yapmak üzere tasarlanmış bir alet için bu pratik değildir.

Akinwande, aynı zamanda grafen bazlı biyomedikal sensörlerin potansiyel kullanımlarını araştırıyordu. Araştırmacılar, iki boyutlu karbon maddesinin bilimsel alanda ilk kez 20 yıl önce ortaya çıkmasından bu yana grafene dayalı testler ve teknolojiler geliştiriyorlar. Akinwande, “Sadece grafenin sunabileceği hangi fırsatların var olduğunu düşünüyordum.”

Bu fırsatların büyük bir kısmı esnek, giyilebilir elektronik alanında ortaya çıktı. Grafen bir yarı metal olduğundan, insan vücudundan veya diğer kaynaklardan gelen elektrik sinyallerini algılayabilen elektrotlar oluşturmak için kullanılabilir. Atomik olarak incedir ve cilde sadece Van Der Waals kuvvetleri ile yapışır ve yapıştırıcı kullanılmasını gerektirmez.

Tüm yapı, grafenin hemen üstüne sürtünmesini önlemek için gerekli olan koruyucu polimer katmanla bile, bir mikronun ancak bir kısmı kalınlığındadır. Kullanıcı, grafenin orada olduğunu bile fark etmeyecektir çünkü cildin tüm kırışıklıklarına ve kıvrımlarına sığacak kadar ince ve esnektir.

Akinwande, mürekkep bazlı geçici dövmelere benzerliklerinden dolayı elektrotları “grafen elektronik dövmeler” olarak adlandırıyor. Dövmeyi uygulamak için özel olarak tasarlanmış dövme kağıdı cilde sürülür ve su ile nemlendirilir. Şaşırtıcı bir şekilde esnek olan dövmeler, kaçınılmaz olarak bir ölü deri hücresi tabakasıyla sıyrılmadan önce bir haftaya kadar yerinde bırakılabilir. Rutin aktivitelerden ve hatta orta derecede yıkamadan etkilenmezler.

Akinwande ve meslektaşları, deneğin göz kaslarından gelen elektriksel uyarıları analiz etmek ve deneğin bakışını birkaç derece doğrulukla saptamak için testlerinden birinde deneğin göz yakınındaki cildinde grafen dövmeleri kullandılar. Sinyaller, deneğin basitçe odanın etrafına bakarak kontrol edebileceği robotik bir drone’u kontrol etmek için kullanıldı.

Dövmelerin tansiyon ölçümündeki önemi, zamanla hareket etmemeleridir. Tutarlı ölçümleri, Jafari’nin makine öğrenimi algoritmasının eğitimi ve sonraki uygulaması için mükemmeldir.

Yeni kan basıncı sensörü, bileğin başparmağa en yakın tarafında radyal arter boyunca arka arkaya altı grafen yaması yerleştirir. Karşı ulnar arter, görünmeyen altı tane daha ile kaplıdır. Her çift, her iki uçtaki elektrotlar aracılığıyla bileğe algılanamayacak kadar küçük bir elektrik akımı iletir. Kalan dördü, empedans ile ters orantılı olan indüklenen potansiyel farkı ölçen her bir çift ile iki çifte bölünür.

Araştırmacılar, makine öğrenimi sistemini eğitmek için kan basıncını yükseltmeye ve düşürmeye yönelik faaliyetlerde bulunurken, saatlerce hem grafen dövmeleri hem de normal tansiyon aleti takan küçük bir gönüllü grubuna sahipti.

Diğer bilgilerin yanı sıra her darbe döngüsünün tepe ve dip noktası, maksimum eğim ve darbe geçiş süresi, biyoempedans eğrilerinden alındı ve araştırmacılar tarafından makine öğrenme algoritmasına verildi. Eğitim tamamlandığında, algoritma hem sistolik hem de diyastolik kan basıncını kabaca 5 mm Hg içinde doğru bir şekilde tahmin ediyordu; bu, kan basıncı okumaları bağlamında harika bir sonuçtur.

Eğitmek için saatlerce bir tansiyon aleti takmanız gerekiyorsa, hafif bir kan basıncı ölçümünün faydalarının çoğunun kaybolduğunu söylemeye gerek yok. Araştırmacıların nihai hedefi, taze bir kişiye bir grafen materyali dövmesi yapabilmek ve hemen kan basıncını tam olarak okuyabilmektir.

Henüz orada değiller, ancak mutlak değerlerden ziyade oranlar gibi kullanıcıya daha az özel olabilecek çeşitli biyoempedans eğrisi miktarlarını araştırarak ilerlemek istiyorlar. Denemeden birkaç gün sonra deneklerden birine yeni bir dövme yapıldı ve bu olumlu bir sonuçtu. Herhangi bir ekstra algoritma eğitimi olmadan 10 mm Hg içinde doğru kan basıncı okumaları elde ettiler: orijinal deneydeki kadar iyi değil ama yine de kullanılabilir bir ölçüm.

Jafari, sürekli kan basıncı izlemesi yaygınlaşırsa, bunun insanların kan basıncı ölçüm hatalarını görme biçiminde bir değişikliğe neden olabileceğine inanıyor. Mevcut paradigma, okumalar nadiren yapıldığından, her ölçümü ve hata çubuklarını bağımsız olarak ele alır. Ancak, “sürekli izleme ile mutlak hata daha az önemli” diye de ekliyor. “Önemli olan trend. Stresli olduğunuzda tansiyonunuz yükseliyor, yattığınızda düşüyor mu? Daha ne kadar? ”

Dövmelerin vücudun hemen hemen her yerine yerleştirilebilmesi de bir diğer faydasıdır. Bir tansiyon aletinden elde edilen ölçüm tipik olarak üst koldaki brakiyal arter çevresinde alınsa ve “kan basıncınız” olarak adlandırılsa da, kan basıncı, belirli atardamarların sertliği gibi vücudun farklı bölgelerindeki yerel faktörlere bağlı olarak değişir.

Boyundaki beyne kan sağlayan atardamarlar gibi çeşitli vücut bölgelerindeki kan basıncına ilişkin veriler, asırlık atardamar sıkma teknolojisiyle araştırmak için çok riskli veya pratik değildir, kan dolaşımı zayıf olan hastalar için yararlı olabilir.

Kaynak: physicstoday.scitation.org/doi/10.1063/PT.3.5076

Benzer Reklamlar

İlk yorum yapan olun

Yorumunuz