Insinyur membuat monitor jantung yang dapat dikenakan lebih tipis dari pada uang kertas yang suatu hari dapat memberi dokter cara yang lebih aman untuk memeriksa kondisi jantung pasien.
Sebagian besar dari kita tidak merenungkan denyut nadi kita di luar gym. Tetapi dokter menggunakan denyut nadi manusia sebagai alat diagnostik untuk memantau kesehatan jantung.
Zhenan Bao, seorang profesor teknik kimia di Stanford, telah mengembangkan monitor jantung yang lebih tipis dari satu lembar dolar dan tidak lebih dari satu perangko. Monitor seperti kulit yang fleksibel, dikenakan di bawah perban perekat di pergelangan tangan, cukup sensitif untuk membantu dokter mendeteksi arteri kaku dan masalah kardiovaskular.
Perangkat tersebut suatu hari nanti dapat digunakan untuk terus melacak kesehatan jantung dan menyediakan metode yang lebih aman bagi dokter untuk mengukur tanda vital utama bagi bayi baru lahir dan pasien operasi berisiko tinggi lainnya.
Monitor jantung seperti kulit yang fleksibel ini cukup kecil untuk dikenakan di bawah perban. Kredit: L. Cicero
“Denyut jantung berhubungan dengan kondisi arteri dan kondisi jantung,” kata Bao, yang labnya mengembangkan bahan mirip kulit buatan. "Semakin baik sensornya, semakin baik dokter dapat menangkap masalah sebelum berkembang."
Denyut nadi Anda
Untuk menemukan denyut nadi Anda, tekan telunjuk dan jari tengah ke bagian bawah pergelangan tangan Anda yang berlawanan. Anda harus merasakan ritme jantung yang stabil saat memompa darah melalui pembuluh darah Anda.
Setiap ketukan yang Anda rasakan sebenarnya terdiri dari dua puncak yang berbeda, meskipun Anda tidak dapat membedakannya hanya dengan jari Anda. Puncak pertama yang lebih besar adalah dari jantung Anda yang memompa darah. Tak lama setelah detak jantung, tubuh bagian bawah Anda adalah gelombang pantulan kembali ke sistem arteri Anda, menciptakan puncak kedua yang lebih kecil.
Ukuran relatif dari dua puncak ini dapat digunakan oleh para ahli medis untuk mengukur kesehatan jantung Anda.
"Anda dapat menggunakan rasio dari dua puncak untuk menentukan kekakuan arteri, misalnya," kata Gregor Schwartz, rekan pasca doktoral dan ahli fisika untuk proyek tersebut. "Jika ada perubahan kondisi jantung, pola gelombang akan berubah. Untungnya, ketika saya menguji ini pada diri saya sendiri, hati saya tampak baik-baik saja. "
Untuk membuat monitor jantung sensitif dan kecil, tim Bao menggunakan lapisan tengah tipis dari karet yang ditutupi oleh benjolan piramida kecil. Setiap piramida buatan cetakan hanya beberapa mikron - lebih kecil dari sel darah merah manusia.
Ketika tekanan diletakkan pada perangkat, piramida sedikit berubah bentuk, mengubah ukuran celah antara dua bagian perangkat. Perubahan pemisahan ini menyebabkan perubahan terukur dalam medan elektromagnetik dan aliran arus di perangkat.
Semakin banyak tekanan yang ditempatkan pada monitor, semakin banyak piramida berubah bentuk dan semakin besar perubahan di bidang elektromagnetik. Menggunakan banyak dari sensor ini pada kaki palsu bisa bertindak seperti kulit elektronik, menciptakan rasa sentuhan buatan.
Ketika sensor ditempatkan pada pergelangan tangan seseorang menggunakan perban perekat, sensor tersebut dapat mengukur gelombang denyut nadi orang itu saat ia bergema di seluruh tubuh.
Perangkat ini sangat sensitif sehingga dapat mendeteksi lebih dari dua puncak gelombang pulsa. Ketika para insinyur melihat gelombang yang ditarik oleh perangkat mereka, mereka melihat benjolan kecil di ujung gelombang pulsa tidak terlihat oleh sensor konvensional. Bao mengatakan dia yakin fluktuasi ini berpotensi digunakan untuk diagnosa yang lebih rinci di masa depan.
Tekanan darah dan bayi
Dokter sudah menggunakan sensor yang serupa, meskipun jauh lebih besar, untuk melacak kesehatan jantung pasien selama operasi atau ketika mengambil obat baru. Tetapi di masa depan, perangkat Bao dapat membantu melacak tanda vital lainnya.
"Secara teori, sensor semacam ini dapat digunakan untuk mengukur tekanan darah," kata Schwartz. "Setelah dikalibrasi, kamu bisa menggunakan sinyal nadi untuk menghitung tekanan darahmu."
Metode pemantauan kesehatan jantung yang non-invasif ini dapat menggantikan perangkat yang dimasukkan langsung ke dalam arteri, yang disebut kateter intravaskular. Kateter ini menciptakan risiko infeksi yang tinggi, menjadikannya tidak praktis untuk bayi baru lahir dan pasien berisiko tinggi. Dengan demikian, monitor eksternal seperti Bao dapat memberikan dokter cara yang lebih aman untuk mengumpulkan informasi tentang jantung, terutama selama operasi bayi.
Tim Bao bekerja dengan para peneliti Stanford lain untuk membuat perangkat ini sepenuhnya nirkabel. Menggunakan komunikasi nirkabel, dokter dapat menerima status jantung pasien setiap menit melalui ponsel, semua berkat perangkat setebal rambut manusia.
"Untuk beberapa pasien dengan penyakit jantung potensial, mengenakan perban akan memungkinkan mereka untuk terus mengukur kondisi jantung mereka," kata Bao. "Ini bisa dilakukan tanpa mengganggu kehidupan sehari-hari mereka sama sekali, karena itu benar-benar hanya perlu mengenakan perban kecil."
Tim menerbitkan karyanya dalam Nature Communications edisi 12 Mei. Penelitian tim didukung oleh dana dari National Science Foundation dan Kantor Riset Ilmiah Angkatan Udara.
Melalui Stanford