Інноваційний гнучкий пластир для обробки медичних даних
Дослідники з Інженерної школи молекулярної інженерії Прітцкера при Університеті Чикаго спільно з Аргонською національною лабораторією створили інноваційний гнучкий пластир, здатний обробляти медичні дані безпосередньо на тілі людини. Цей пристрій використовує нейроморфну обчислювальну схему на основі органічних електрохімічних транзисторів, що дозволяє аналізувати серцевий ритм та інші показники в реальному часі, уникаючи затримок при передачі даних на зовнішні сервери.
Технологія та результати випробувань
Пристрій виготовлено завдяки новій технології друку органічних електрохімічних транзисторів на гнучких поверхнях. Лабораторія, що очолюється Сіхуном Ваном, займається розробкою електроніки, яка може розтягуватися та згинатися, подібно до людської шкіри. Раніше команда вже створила еластичні масиви транзисторів і гнучкий OLED-дисплей. Новою метою стало створення нейроморфної обчислювальної схеми, яка працює завдяки електричному струму та руху іонів у спеціальному гелевому шарі. Цей гель може зберігати інформацію, що дозволяє кожному транзистору мати власну пам'ять.
Під час випробувань команда використала попередньо навчений алгоритм для лікування фібриляції шлуночків. При аналізі даних картування серця від донорського людського серця система визначила розташування електричних хвиль з точністю 99.6%. Масив розтягували більш ніж у півтора раза від початкової довжини. У іншому експерименті нейронна мережа аналізувала життєві показники та персональні медичні дані, де точність прогнозу ризику серцевого нападу становила 83.5%.
Сіхун Ван, один з керівників дослідження, зазначив: "Мета роботи полягає у створенні розумніших переносних та імплантованих пристроїв".
Ван також додав, що "така технологія може стати для людини персональним швидким лікарем, вбудованим у носимий пристрій". Він пояснив, що "дистанційні обчислення для цього не підходять через затримку, натомість аналіз безпосередньо всередині пристрою може зробити такий підхід реальним". Співавтор дослідження Цзисюань Чжао додав: "Якщо в програмному забезпеченні параметри нейронної мережі є просто числами, то в реальному пристрої вони залежать від фізичних властивостей матеріалу, його історії та обмежень". Фанфан Ся, ще один співавтор, підкреслив, що "замість передавання інформації на віддалений сервер її можна почати аналізувати безпосередньо там, де вона виникає".
Затримка під час передавання даних може бути критичною у випадках, коли важлива кожна мілісекунда. Наприклад, сучасне лікування фібриляції шлуночків часто передбачає сильний електричний розряд для всього серця. Науковці розглядають можливість точнішого впливу, відстежуючи патологічні електричні хвилі та зупиняючи їх невеликими імпульсами. Аналіз має відбуватися за мілісекунди, оскільки електричні сигнали поширюються дуже швидко. Дані для аналізу можуть включати:
- рівень холестерину
- цукор у крові
- максимальну частоту серцевих скорочень
- показники електрокардіограми
Створення гнучкого пластиру з нейроморфною обчислювальною схемою відкриває нові можливості у медичній діагностиці та лікуванні серцево-судинних захворювань. Зменшення затримки при обробці даних безпосередньо на тілі пацієнта може суттєво підвищити ефективність термінового лікування, зокрема при фібриляції шлуночків. Це може привести до значного зниження ризику ускладнень та покращення результатів лікування, що робить технологію важливим кроком у напрямку персоналізованої медицини.
У той час як новий носимий пластир демонструє вражаючі результати в аналізі серцевого ритму, технології штучного інтелекту також досягли значних успіхів у виявленні серцевих захворювань. Наприклад, системи ШІ можуть визначати серцеві хвороби з точністю 94% за даними кардіограми. Це підкреслює важливість розвитку новітніх технологій у медицині для покращення діагностики та лікування серцево-судинних захворювань.