Nuestros cuerpos son narradores de historias. Cada latido El crujido de las articulaciones y la señal eléctrica de una neurona cuentan una historia de lo que va bien, y lo que está mal, dentro de la vasta, sistema complejo que nos da vida.

Si bien ahora tenemos la tecnología portátil para traducir algunas de estas historias (piense en Fitbits o rastreadores de salud en nuestros teléfonos inteligentes) para el pionero de la bioelectrónica John A. Rogers, Doctor., y sus colegas, esos dispositivos solo arañan la superficie de lo que podemos discernir del cuerpo en tiempo real.

Rogers, que se unió a Northwestern en 2016, desarrolla dispositivos electrónicos que pueden doblarse, estirarse, se retuercen e integran dentro del cuerpo humano para diagnosticar y tratar enfermedades. Como profesora Louis Simpson y Kimberly Querrey de ciencia e ingeniería de materiales, Ingeniería Biomédica y Cirugía Neurológica, Rogers realiza un trabajo que atraviesa disciplinas para traducir la investigación innovadora en avances médicos reales.

Recientemente, Rogers se interesó en desarrollar un parche portátil que pudiera registrar la acústica dentro del cuerpo, como sonidos dentro de una articulación o vibraciones del habla. "Nos preguntamos si sería posible construir un soft, inalámbrico, Dispositivo con interfaz de piel con el factor de forma de una tirita y las funciones de un estetoscopio para medir de manera continua y precisa las sutiles firmas mecánicas y acústicas del cuerpo, " él dice.

En un corto período de tiempo, y mediante la galvanización de las conexiones del noroeste, lo que Rogers llamó un "ejercicio exploratorio en ciencia de materiales y física aplicada" se convirtió en una verdadera herramienta de diagnóstico y tratamiento para medir los patrones de habla y deglución de un paciente con accidente cerebrovascular en rehabilitación. El resultado, el primer dispositivo portátil diseñado para la garganta, es "mucho más personalizado, enfoque cuantitativo de la rehabilitación, "Dice Rogers.

El parche es solo el comienzo. Junto con Arun Jayaraman, Doctor., profesor asociado de Medicina Física y Rehabilitación y su laboratorio en el Shirley Ryan AbilityLab, Rogers ha desarrollado sensores que se implementan en todo el cuerpo para brindar una visión integral de la recuperación del paciente.

Seguimiento del habla, con comodidad

El sensor de garganta es solo una de una cartera de innovaciones desarrolladas en el Centro de Electrónica Biointegrada de Northwestern. Allí, Rogers y sus colaboradores han desarrollado materiales y enfoques de diseño que transforman la electrónica de los circuitos de silicio rígidos tradicionales en suaves, conforme dispositivos delgados que se integran con el cuerpo mientras transmiten información en tiempo real de forma inalámbrica tanto a médicos como a algoritmos de aprendizaje automático que pueden encontrar nuevos patrones dentro de los datos.

Rogers también ha desarrollado dispositivos que se pueden usar en el cuerpo para medir la tasa de sudoración y la química o para cuantificar la exposición a la radiación solar UV. así como dispositivos que pueden implantarse dentro del cuerpo para recolectar energía de los órganos y tratar automáticamente las afecciones cardíacas anormales.

A veces, un dispositivo se desarrolla para un propósito, sólo para que los investigadores encuentren que tiene una segunda capacidad. El grupo de Rogers desarrolló originalmente el parche acústico con la idea de que podría ser útil para un nuevo tipo de interfaz humano-computadora. pero giraron después de ser abordados por Leora Cherney, Doctor., profesor de Medicina Física y Rehabilitación e investigador científico en Shirley Ryan AbilityLab. Ella trata a pacientes con afasia, la pérdida de la capacidad de hablar o comprender el habla después de un derrame cerebral.

Preguntó si quizás el parche para la garganta de Rogers podría medir el tiempo total de conversación de los pacientes y la cadencia de su habla. brindando a los terapeutas una mejor manera de rastrear la rehabilitación de los pacientes.

Podria, Dijo Rogers. "El parche puede rastrear el habla y los patrones de habla de una manera que es completamente inmune al ruido ambiental, ", dice. El equipo rápidamente se dio cuenta de que el dispositivo también podía medir la deglución. La disfagia (dificultad para tragar) es otro acto potencialmente difícil que afecta la calidad de vida de los pacientes con accidente cerebrovascular".

"Una vez que comprendimos que medir el habla y la deglución era importante, Podríamos volver atrás y adaptar los dispositivos específicamente para medir esos procesos, ", dice. El proyecto consistió en diseñar un parche flexible con una batería, Sensor de radio y acústico que podría adherirse a la parte blanda de la garganta y, quizás lo más importante, ser cómodo para el usuario.

"El parche tuvo que construirse para que la gente olvide que está allí una vez que se lo pusieron, ", Dice Rogers." Nos esforzamos por el lado de la ingeniería y los materiales para que sea completamente similar a la piel y físicamente imperceptible ".

Una vez optimizado el parche para pacientes con afasia y disfagia, El grupo de Rogers buscó expandir su plataforma con otro investigador de Shirley Ryan AbilityLab, uno que, como Rogers, adopta un enfoque multidisciplinario para resolver problemas.

Imagen de recuperación de cuerpo completo

El espacio de Arun Jayaraman en el Shirley Ryan AbilityLab es la imagen de la medicina traslacional. El Laboratorio Max Näder de Tecnologías de Rehabilitación e Investigación de Resultados no solo alberga a docenas de fisioterapeutas, ingenieros científicos de la computación, médicos y psicólogos sociales, también cuenta con talleres mecánicos para la construcción de nuevas tecnologías y espacio para que los pacientes las prueben.

El grupo desarrolla y optimiza tecnologías de próxima generación para personas con discapacidad. En el caso de accidente cerebrovascular, "las intervenciones tempranas son fundamentales para la recuperación a largo plazo, "dice Jayaraman, quien también es profesor de Ciencias Médicas Sociales y de Fisioterapia y Ciencias del Movimiento Humano. Su equipo trabaja en más de 30 proyectos a la vez, incluidas las prótesis, robótica y tecnologías adaptativas.

"Con cada pregunta, desea adoptar un enfoque multidisciplinario, ", dice." Cada disciplina tiene un proceso de pensamiento sobre lo que podría funcionar. Cuando los combinas, ahí es cuando se obtiene el mejor resultado posible ".

Antes de conocer a Rogers, Jayaraman probó nuevas tecnologías de rehabilitación, como una pierna robótica que comprende la intención del usuario y luego se dobla y se mueve como una pierna real, y rastreó las respuestas de los pacientes con sensores comerciales. Pero los sensores se optimizaron para personas sanas, así que cuando un paciente con una marcha restringida o un temblor de Parkinson los usa, los sensores no pudieron dar cuenta de los diferentes movimientos, y los datos resultantes eran incorrectos.

Los sensores innovadores de Rogers hicieron posible detectar comportamientos en nuevas ubicaciones del cuerpo, como la garganta, pero Jayaraman también se preguntó si Rogers podría proporcionar un conjunto de sensores para brindar una imagen de cuerpo completo de la recuperación de un paciente con accidente cerebrovascular.

Con comentarios de Jayaraman, Rogers expandió la plataforma para incluir cinemática de movimiento de cuerpo completo. Este nuevo conjunto de sensores podría colocarse en múltiples lugares del cuerpo para medir la función cardíaca, calidad de sueño, actividad física y contracciones musculares. Jayaraman también podría implementar el parche de sudor de Rogers, que controla la pérdida de sudor y analiza la química del sudor. Esto resulta especialmente útil en pacientes con accidente cerebrovascular, cuya tasa de sudoración puede variar del lado izquierdo al derecho de su cuerpo.

El equipo de Jayaraman ahora está desarrollando algoritmos para traducir los datos de los sensores y está creando una interfaz de panel para que los médicos y terapeutas vean cómo se comparan los datos de los pacientes con los de las personas sanas. Mientras tanto, sus pacientes están probando los sensores en casa.

"No les importa usarlos, ", dice." Una vez que los pacientes son dados de alta, queremos que lleguen a un nivel en el que puedan volver a sus vidas, volver al trabajo. Ahora tenemos la capacidad de monitorearlos para asegurar que su rehabilitación esté en el camino correcto ".

Futuro de la atención a largo plazo

Trabajar con médicos-científicos en Shirley Ryan AbilityLab ha sido clave para hacer que los diseños sean lo más útiles posible. Dice Rogers. "Estar coubicado y estrechamente acoplado hace una gran diferencia".

Espera seguir mejorando los sensores mientras busca más usos potenciales.

"En última instancia, nos gustaría pensar en nuestra investigación con Shirley Ryan AbilityLab como un trampolín hacia una implementación más amplia, ", Dice Rogers." Queremos que la tecnología se haya generalizado, impacto social positivo ".

Por ejemplo, se está conectando con patólogos del habla de Northwestern Medicine para probar el parche para la garganta con sus pacientes y está trabajando en una interfaz háptica que les recuerda a las personas que traguen, moviendo el parche más allá del diagnóstico y hacia la terapia.

Jayaraman, mientras tanto, visualiza los sensores de Rogers como clave para el futuro de la atención a largo plazo, especialmente para los ancianos, que podrían beneficiarse de un control remoto discreto que les permitiría seguir viviendo en sus propios hogares. Este podría ser un gran mercado, teniendo en cuenta que se prevé que el número de estadounidenses de 65 años o más se duplique a más de 98 millones para 2060.

"El mundo entero está envejeciendo, "Dice Jayaraman." Si podemos monitorear a los ancianos en el hogar, podría crear un nuevo modelo de atención.