Dispositivo a forma di stella marina diagnostica le patologie cardiache in movimento / Starfish-Shaped Device Diagnoses Heart Conditions on the Go

 Dispositivo a forma di stella marina diagnostica le patologie cardiache in movimento / Starfish-Shaped Device Diagnoses Heart Conditions on the Go

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

I ricercatori hanno scoperto che un dispositivo bioelettronico indossabile ispirato alle stelle marine è in grado di catturare i sistemi elettrici e meccanici cardiaci mentre il paziente si muove, consentendo una diagnosi in tempo reale delle patologie cardiache.

Questa nuova tecnologia è dotata di cinque bracci di rilevamento flessibili collegati ad un hub elettronico centrale e, se abbinata all'apprendimento automatico (ML), è in grado di identificare fibrillazione atriale, infarto del miocardio e insufficienza cardiaca con una precisione superiore al 90%.

Secondo i ricercatori, queste scoperte aprono nuove strade in cui i concetti di dispositivi ispirati alla biologia possono essere combinati con la scienza dei dati all'avanguardia per potenziare le prestazioni bioelettroniche e la precisione diagnostica.

"Questo dispositivo a forma di stella marina rappresenta un significativo progresso nella bioelettronica morbida per l'assistenza sanitaria di precisione, dimostrando il potenziale dei progetti di dispositivi bioispirati e dell'elaborazione del segnale abilitata dall'apprendimento automatico per migliorare l'integrità del segnale e migliorare la precisione diagnostica in condizioni di tempo reale, ampliando così il potenziale delle tecnologie sanitarie indossabili", hanno riportato sulla rivista Science Advances.

Le patologie cardiache possono manifestarsi durante le attività quotidiane e molte sono curabili con una diagnosi precoce ed un intervento tempestivo, hanno osservato Sicheng Chen, PhD, dell'Università del Missouri, ed i suoi colleghi.

Ciò rende il monitoraggio cardiaco ambulatoriale essenziale per migliorare i risultati clinici dei pazienti e ridurre la mortalità; il monitoraggio delle funzioni elettriche cardiache mediante elettrocardiogramma (ECG) è ampiamente utilizzato nella pratica clinica.

La misurazione simultanea delle attività meccaniche cardiache tramite un sismocardiogramma (SCG) ed un girocardiogramma (GCG) può anche fornire informazioni aggiuntive, monitorando le componenti traslazionali e rotazionali delle vibrazioni toraciche indotte dal cuore che un ECG non è in grado di catturare.

Tuttavia, catturare la meccanica cardiaca è stato difficile a causa delle interferenze indotte dal movimento, cosa che ha spinto i ricercatori a sviluppare un nuovo dispositivo indossabile ispirato alla simmetria radiale quintupla di una stella marina.

Il gruppo ha notato che una stella marina può azionare i suoi bracci in modo indipendente, ognuno dei quali percepisce l'ambiente circostante senza interferenze dagli altri. Allo stesso modo, i bracci indipendenti del dispositivo riducono l'interferenza del movimento, consentendo un monitoraggio accurato del segnale.

Il nuovo sistema è in grado di raccogliere tre tipi di segnali cardiaci ad alta fedeltà durante il movimento, ovvero segnali elettrici cardiaci (ECG) e meccanici (SCG e GCG).

Questi dati vengono trasmessi in modalità wireless tramite Bluetooth ed elaborati utilizzando algoritmi di apprendimento automatico sugli smartphone per una valutazione in tempo reale della salute del cuore.

Questo dispositivo indossabile a forma di stella marina integra la compensazione del segnale con il riconoscimento del movimento abilitato al machine learning ed il filtraggio adattivo per ottenere una registrazione ad alta fedeltà dei segnali cardiaci durante le attività fisiche.

È stato in grado di raggiungere una precisione in tempo reale superiore al 91% nella diagnosi di patologie cardiache quali fibrillazione atriale, infarto del miocardio ed insufficienza cardiaca.

Gli investigatori hanno sostenuto che “la nostra ricerca sfrutta la brillantezza morfologica delle stelle marine per rimodellare la configurazione del dispositivo di bioelettronica morbida, riducendo al minimo l’interferenza meccanica”.

Hanno aggiunto: "Questo approccio bioispirato stabilisce una solida base per i sistemi bioelettronici morbidi di prossima generazione in grado di catturare segnali biologici ad alta fedeltà, anche in condizioni corporee dinamiche".

ENGLISH

A starfish-inspired, bioelectronic wearable can capture cardiac electrical and mechanical systems while a patient is moving for real-time diagnosis of heart conditions, researchers have discovered.

The novel technology has five flexible sensing arms attached to a central electronic hub and can identify atrial fibrillation, myocardial infarction, and heart failure with greater than 90% accuracy when paired with machine learning (ML).

The findings open new avenues where bio-inspired device concepts can be combined with cutting-edge data science to boost bioelectronic performance and diagnostic precision, say the researchers.

“This starfish-like device represents a significant advancement in soft bioelectronics for precision health care, demonstrating the potential of bioinspired device designs and ML-enabled signal processing to enhance signal integrity and improve diagnostic precision in real-time conditions, thus expanding the potential of wearable health technologies,” they reported in the journal Science Advances.

Heart conditions can emerge during everyday activities and many are treatable with early detection and timely intervention, noted Sicheng Chen, PhD, from the University of Missouri, and co-workers.

This makes ambulatory cardiac monitoring essential for improving patient outcomes and reducing mortality, and monitoring cardiac electrical functions using an electrocardiogram (ECG) is widely used in clinical practice.

Simultaneously measuring cardiac mechanical activities through a seismocardiogram (SCG) and gyrocardiogram (GCG) can also offer extra information, tracking the translational and rotational components of cardiac-induced chest vibrations that an ECG cannot capture.

However, capturing cardiac mechanics has been challenging due to interference induced by movement, which led the researchers to develop the novel wearable inspired by the fivefold radial symmetry of a starfish.

The team noted that a starfish can operate its arms independently, each sensing its surroundings without interference from the others. In the same way, the freestanding arms of the device reduce motion interference, allowing accurate signal monitoring.

The novel system can collect three high-fidelity cardiac signal types during motion, comprising cardiac electrical (ECG) and mechanical (SCG and GCG) signals.

These data are wirelessly transmitted via Bluetooth and processed using ML algorithms on smartphones for real-time heart health evaluation.

The starfish-like wearable integrates signal compensation with ML-enabled motion recognition and adaptive filtering to achieve high-fidelity recording of cardiac signals during physical activities.

It was able to attain a real-time accuracy of over 91% in diagnosing heart conditions such as atrial fibrillation, myocardial infarction, and heart failure.

The investigators maintained that “our research harnesses the morphological brilliance of starfish to reshape the device configuration of soft bioelectronics, minimizing mechanical interference.”

They added: “This bioinspired approach establishes a solid foundation for next-generation soft bioelectronic systems capable of capturing high-fidelity biosignals, even under dynamic bodily conditions.”

Da:

https://www.insideprecisionmedicine.com/topics/precision-medicine/starfish-shaped-device-diagnoses-heart-conditions-on-the-go/