带有传感器的新型可穿戴皮带全天候准确监测心脏衰竭

我们迫切需要非侵入性解决方案来全天候监测心力衰竭的进展。这种新型的可穿戴设备是基于嵌入在一个轻型腰带上的传感器，可以监测胸部阻抗、心电图(ECG)、心率和运动活动检测。该设备在不同的条件下进行了测试，包括坐着、站着、躺着和走路。研究结果表明，所有传感器都记录了所有不同条件下的变化。

　　

   

   

图片:这条轻便的腰带全天候、全天候地持续监测与心力衰竭相关的所有生理参数。    

来源:FAU工程与计算机科学学院

全世界大约有6400万例心力衰竭病例。根据美国心脏协会的数据，美国有620万成年人患有心力衰竭，预计到2030年，这一数字将增加到800万。心力衰竭是一种以心脏结构异常为特征的进行性临床综合征，心脏无法泵出足够的血液来满足身体的需求。

目前有两种可用的心力衰竭监测系统。然而，由于它们是通过外科手术植入皮下，因此价格昂贵且存在风险。此外，大约一半的心力衰竭患者不需要植入式设备或不符合这些设备提供的胸部(颈部和腹部之间的区域)监测。我们迫切需要非侵入性解决方案来全天候监测心力衰竭的进展。

佛罗里达大西洋大学工程与计算机科学学院的研究人员与FAU的Christine E. Lynn护理学院合作，开发了一种新型可穿戴设备的原型，可以持续实时监测与心力衰竭相关的所有生理参数。

该技术基于嵌入在一条轻便腰带上的传感器，可以方便地佩戴在腰部，监测胸部阻抗、心电图(ECG)、心率和运动活动检测。系统使用不同的传感器来感知这些参数。胸阻抗是监测心力衰竭进展的重要生物信号。同样，心电图是诊断和预测心血管疾病的重要生物信号。ECG使用动态心电图仪(Holter)测量通过心脏的电信号，不适合即时使用。

这项研究中，研究人员在不同的条件下测试了这款可穿戴设备，包括坐着、站着、躺着和走路。对于每种条件，依次获得每个传感器的结果。所选择的生理参数对确定心力衰竭症状有重要意义。

研究结果表明，所有传感器都记录了所有不同条件下的变化。位置传感器正确地突出了不同条件下的位置变化，并可用于识别设备佩戴者的不同状态。此外，心率传感器持续跟踪心率。重要的是，该装置正确地突出胸部阻抗的微小变化。

像大多数ECG监测器一样，可穿戴设备中的ECG传感器对运动非常敏感，特别是在走路时。然而，即使在行走时，ECG传感器也保留了QRS复合体(通过心脏心室传播的电脉冲)和r峰(QRS复合体的间隔)，这是左心室肥厚的重要指标，表明主心脏泵送室心肌纤维的大小增加。

FAU电气工程与计算机科学系的资深作者、副教授Waseem Asghar博士说:“我们集成到腰带模块中的所有传感器都可以轻松地长时间佩戴，而不会影响患者的日常活动。”“重要的是，持续和实时监测心力衰竭症状可以提醒患者及其医疗保健提供者患者的健康状况下降。反过来，医疗保健提供者可以通过药物干预来避免患者住院。”

研究人员预计，他们的技术将对心力衰竭具有更高的预测价值，具有更高的特异性和高灵敏度。

“大约四分之一的心力衰竭患者在出院后30天内再次入院，大约一半的患者在6个月内再次入院，”玛丽·安·莱维特博士说，她是该研究的合著者，也是FAU克里斯汀·e·林恩护理学院的助理教授。“医疗保健可穿戴设备，如我们开发的原型，有可能以一种经济有效的方式减少医院的再入院率，同时对佩戴者来说也安全方便。”

根据研究结果，研究人员目前正在一组不同的受试者上测试该模块，以开发一种算法来预测测试集的心力衰竭。

“这种监测心力衰竭的可穿戴设备是我在Asghar博士的医学微观和纳米技术实验室的主要项目，这对美国增长最快的心血管疾病具有重要的社会意义，”谢赫·穆罕默德·阿舍·伊克巴尔说，他是第一作者，研究助理和FAU电气工程和计算机科学系的博士生。“我们正在开发一种非侵入性解决方案，可以用于所有心力衰竭患者，以更好地管理、诊断和预后，从而为大众服务。”

研究的共同作者是Imadeldin Mahgoub博士，Tecore教授;Sarah E. Du博士，宾夕法尼亚大学电气工程和计算机科学系副教授。

这项研究得到了FAU传感与嵌入式网络系统工程研究所(I-SENSE)和FAU工程与计算机科学学院的支持。