Ohio State bringt ersten tragbaren Sensor zur Echtzeitüberwachung von Muskelschwund auf den Markt

Die Ohio State University, Columbus, OH

Der vorgeschlagene Sensor soll Patienten, die an Muskelschwund leiden, dabei helfen, Veränderungen ihres Gesundheitszustands bequemer zu überwachen. (Bilder:Getty Images)

Forscher der Ohio State University haben den ersten tragbaren Sensor zur Erkennung und Überwachung von Muskelschwund entwickelt.

Muskelschwund, ein Zustand, der mit dem Verlust von Skelettmuskelmasse und -kraft einhergeht, kann aus verschiedenen Gründen auftreten, ist jedoch typischerweise eine Nebenwirkung einer degenerativen Erkrankung, des Alterns oder einer Muskelschwäche.

Während Ärzte sich derzeit auf die MRT verlassen, um festzustellen, ob sich die Muskelgröße und das Muskelvolumen eines Patienten verschlechtert haben, können häufige Tests zeitaufwändig und kostspielig sein.

Diese neue Studie wurde jedoch in der Zeitschrift IEEE Transactions on Biomedical Engineering veröffentlicht schlägt vor, dass ein elektromagnetischer Sensor aus leitfähigen „E-Fäden“ als Alternative zur häufigen Überwachung mittels MRT verwendet werden könnte.

Um ihre Arbeit zu validieren, stellten die Forscher 3D-gedruckte Gliedmaßenformen her und füllten sie mit Hackfleisch, um das Wadengewebe eines durchschnittlich großen Menschen zu simulieren. Ihre Ergebnisse zeigten, dass sie nachweisen konnten, dass der Sensor kleine Volumenänderungen der Gesamtgröße der Gliedmaßen messen und einen Muskelverlust von bis zu 51 Prozent überwachen konnte.

„Im Idealfall könnte unser vorgeschlagener Sensor von Gesundheitsdienstleistern genutzt werden, um Behandlungspläne für Patienten persönlicher umzusetzen und den Patienten selbst weniger zu belasten“, sagte Allyanna Rice, Hauptautorin der Studie und Absolventin der Elektro- und Computertechnik an der Ohio State University.

Die Studie ist der erste bekannte Ansatz zur Überwachung von Muskelatrophie mithilfe eines tragbaren Geräts und baut auf Rices früherer Arbeit bei der Entwicklung von Gesundheitssensoren für die NASA auf. Die Raumfahrtbehörde ist auf vielfältige Weise daran interessiert, die Gesundheit von Astronauten zu überwachen, da längere Aufenthalte im Weltraum oft schädliche Auswirkungen auf den menschlichen Körper haben können.

Forscher haben jahrzehntelang versucht, diese Auswirkungen zu verstehen und zu bekämpfen, und diese Studie wurde von dem Ziel inspiriert, Lösungen für Gesundheitsprobleme zu finden, mit denen Astronauten konfrontiert sind.

Während Wissenschaftler beispielsweise wissen, dass selbst Besatzungsmitglieder auf kurzen Raumflügen einen Verlust von bis zu 20 Prozent an Muskelmasse und Knochendichte erleiden können, gibt es nicht viele Daten darüber, welche Auswirkungen ein Leben im Weltraum über viel längere Missionen auf ihren Körper haben könnte, sagte Rice.

„Unser Sensor ist etwas, mit dem ein Astronaut auf einer langen Mission oder ein Patient zu Hause seinen Gesundheitszustand ohne die Hilfe eines medizinischen Fachpersonals überwachen könnte“, sagte sie.

Aber die Entwicklung eines tragbaren Geräts, das winzige Muskelveränderungen im menschlichen Körper genau messen kann, ist leichter gesagt als getan. Rice und ihre Co-Autorin Asimina Kiourti, Professorin für Elektro- und Computertechnik an der Ohio State, haben das Gerät so konzipiert, dass es mit zwei Spulen funktioniert, einer zum Senden und einer zum Empfangen, sowie einem Leiter aus E-Fäden, die in einem ausgeprägten Zick-Zack-Muster entlang des Stoffes verlaufen.

Obwohl das Endprodukt einer Blutdruckmanschette ähnelt, war es laut Rice ursprünglich eine Herausforderung, ein Muster zu finden, das eine Vielzahl von Änderungen an der Größe der Sensorschleife ermöglicht, damit sie für einen großen Teil der Patientenpopulation geeignet ist.

„Als wir den Sensor zum ersten Mal vorschlugen, war uns nicht klar, dass wir ein dehnbares Material benötigen würden, bis uns klar wurde, dass sich die Gliedmaßen der Person verändern würden“, sagte sie. „Wir brauchen einen Sensor, der sich verändern und biegen kann, aber auch konform sein muss.“

Nach einigem Ausprobieren stellten sie fest, dass das Nähen in einer geraden Linie zwar die Elastizität des Ärmels einschränken würde, ein Zickzackmuster jedoch ideal war, um sie zu verstärken. Dieses neuartige Muster ist der Grund dafür, dass der Sensor möglicherweise auf mehrere verschiedene Körperteile oder sogar mehrere Stellen an derselben Extremität skalierbar ist.

Obwohl das Wearable noch Jahre von der Implementierung entfernt ist, stellt die Studie fest, dass der nächste große Schritt höchstwahrscheinlich darin bestehen würde, das Gerät mit einer mobilen App zu verbinden, mit der Gesundheitsinformationen aufgezeichnet und direkt an Gesundheitsdienstleister übermittelt werden könnten.

Und um das Leben zukünftiger Patienten sowohl auf der Erde als auch im Weltraum zu verbessern, freut sich Rice darauf, den Sensor mit anderen Arten von Geräten zur Erkennung und Überwachung von Gesundheitsproblemen zu kombinieren, beispielsweise einem Tool zur Erkennung von Knochenschwund.

„In Zukunft möchten wir mehr Sensoren und noch mehr Funktionen in unser Wearable integrieren“, sagte Rice. Diese Arbeit wurde von der NASA unterstützt.

Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an Tatyana Woodall unter Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt. Sie müssen JavaScript aktivieren, damit Sie es sehen können.