Science: sistemas eletrônicos epidérmicos sem fio com análise por sensores para cuidados de terapia intensiva neonatal

Os cuidados neonatais, particularmente para bebês¹ prematuros, é complicado pela fragilidade dos neonatos² e pela necessidade de um grande número de sensores conectados aos seus minúsculos corpos.

Pesquisadores da Northwestern University desenvolveram um par de sensores que apenas requer água para aderir à pele³ e permite o monitoramento sem restrições dos principais sinais vitais⁴. O processamento de dados permitiu uma comunicação wireless eficiente usando protocolos padrão. A ausência de cabos facilita o manuseio dos bebês¹ e permite o contato direto entre eles e seus pais ou cuidadores.

Em unidades de terapia intensiva⁵ neonatal (UTINs), o monitoramento contínuo dos sinais vitais⁴ é essencial, particularmente em casos de prematuridade grave. As plataformas atuais de monitoramento exigem várias interfaces rígidas para a pele³ frágil e subdesenvolvida de um recém-nascido e, em alguns casos, procedimentos invasivos em suas delicadas artérias⁶.

Essas plataformas e suas interfaces com fio apresentam riscos de lesão⁷ iatrogênica⁸ da pele³, criam barreiras físicas para a ligação pele³-a-pele³ parental/neonatal e frustram até mesmo tarefas clínicas básicas. As tecnologias que contornam essas limitações e fornecem recursos avançados e adicionais de monitoramento fisiológico⁹ solucionam diretamente uma necessidade clínica não atendida de uma população altamente vulnerável.

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Agora é possível fabricar sistemas de monitoramento de sinais vitais⁴ sem fio e sem baterias baseados em módulos de medição ultrafinos, semelhantes à pele³. Esses dispositivos podem ter uma interface suave e não invasiva na pele³ de neonatos² com idades gestacionais até a beira da viabilidade. Quatro avanços essenciais na ciência da engenharia servem de base para essa tecnologia:

1. Esquemas para transferência de energia sem fio, detecção de baixo ruído e comunicação de dados de alta velocidade por meio de uma única ligação de radiofrequência com absorção insignificante em tecidos biológicos.
2. Algoritmos eficientes para análise de dados em tempo real, processamento de sinais¹⁰ e modulação de linha de base dinâmica implementados nas próprias plataformas de sensores.
3. Estratégias para streaming sincronizado no tempo de dados sem fio de dois dispositivos separados (transmissão sincronizada).
4. Projetos que permitam a inspeção¹¹ visual da interface da pele³, ao mesmo tempo em que permitem imagens de ressonância magnética¹² e de radiografias do neonato¹³.

Os sistemas resultantes podem ser muito menores em tamanho, mais leves e menos traumáticos para a pele³ do que qualquer alternativa existente.

Neste trabalho foi relatada a realização dessa classe de tecnologia de monitoramento de UTIN, incorporada a um par de dispositivos que, quando usados de forma sincronizada no tempo, podem reconstruir informações completas de sinais vitais⁴ com precisão clínica. Um dispositivo é montado no peito¹⁴ para captar eletrocardiogramas (ECGs); o outro repousa sobre a base do pé para registrar simultaneamente fotopletismogramas (PPGs).

Esse sistema binodal captura e transmite continuamente os dados de temperatura da pele³, de ECG e PPG (de cada dispositivo) produzindo medições da frequência cardíaca, variabilidade da frequência cardíaca, frequência respiratória, oxigenação do sangue¹⁵ e tempo de chegada do pulso como substituto da pressão arterial sistólica¹⁶. Testes bem-sucedidos em neonatos² com idade gestacional variando de 28 semanas até o termo demonstram toda a gama de funções em duas UTINs de nível III.

As características finas e leves desses dispositivos sem fio permitem interfaces com a pele³ mediadas por forças que são quase uma ordem de grandeza menores do que aquelas associadas a adesivos usados nos hardwares convencionais na UTIN, isto reduz consideravelmente o potencial de lesões¹⁷ iatrogênicas¹⁸.

Os avanços descritos oferecem detecção multiponto de temperatura e rastreamento contínuo da pressão arterial¹⁹, interfaces dispositivo-pele³ e compatibilidade com imagens médicas. Ao eliminar as conexões com fio, essas plataformas também facilitam o contato terapêutico pele³ a pele³ entre neonatos² e seus pais, o que ajuda a estabilizar os sinais vitais⁴, reduzir a morbidade²⁰ e promover o vínculo parental.

Além de serem usados em hospitais avançados, esses sistemas também oferecem recursos econômicos com potencial relevância para a saúde²¹ global.

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Fonte: Science, 1º de março de 2019, volume 363, número 6430.