Nos corps sont des conteurs. Chaque battement de coeur, le craquement articulaire et le signal électrique d'un neurone racontent l'histoire de ce qui se passe bien et mal dans le vaste, système complexe qui nous donne la vie.

Alors que nous avons maintenant la technologie portable pour traduire certaines de ces histoires - pensez aux Fitbits ou aux trackers de santé sur nos smartphones - pour le pionnier de la bioélectronique John A. Rogers, Doctorat., et ses collègues, ces appareils ne font qu'effleurer la surface de ce que nous pouvons discerner du corps en temps réel.

Rogers, qui a rejoint Northwestern en 2016, développe des appareils électroniques qui peuvent se plier, s'étirer, se tordent et s'intègrent dans le corps humain pour diagnostiquer et traiter la maladie. En tant que professeur Louis Simpson et Kimberly Querrey de science et génie des matériaux, Génie biomédical et chirurgie neurologique, Rogers mène des travaux qui transcendent les disciplines pour traduire la recherche innovante en de véritables percées médicales.

Récemment, Rogers s'est intéressé au développement d'un patch portable qui pourrait enregistrer l'acoustique dans le corps, tels que les sons dans une articulation ou les vibrations de la parole. "On s'est demandé s'il serait possible de construire un soft, sans fil, dispositif interfacé avec la peau avec le facteur de forme d'un pansement et les fonctions d'un stéthoscope pour mesurer en continu et avec précision les subtiles signatures mécaniques et acoustiques du corps, " il dit.

Dans un court laps de temps, et en galvanisant les connexions du Nord-Ouest, ce que Rogers a appelé un « exercice exploratoire en science des matériaux et en physique appliquée » s'est transformé en un véritable outil de diagnostic et de traitement pour mesurer les schémas de parole et de déglutition d'un patient victime d'un AVC en réadaptation. Le résultat, le premier appareil portable conçu pour la gorge, est un "beaucoup plus personnalisé, approche quantitative de la réadaptation, " dit Rogers.

Le patch n'est que le début. Avec Arun Jayaraman, Doctorat., professeur agrégé de médecine physique et de réadaptation et son laboratoire dans le Shirley Ryan AbilityLab, Rogers a développé des capteurs qui sont déployés dans tout le corps pour donner une vue complète de la récupération du patient.

Suivi de la parole, avec confort

Le capteur de gorge n'est qu'un élément d'un portefeuille d'innovations développées au Center for Bio-Integrated Electronics de Northwestern. Là, Rogers et ses collaborateurs ont développé des matériaux et des approches de conception qui transforment l'électronique des circuits traditionnels en silicium rigide en circuits souples, conforme, des appareils minces qui s'intègrent au corps tout en transmettant des informations en temps réel sans fil aux médecins et aux algorithmes d'apprentissage automatique qui peuvent trouver de nouveaux modèles dans les données.

Rogers a également développé des appareils qui peuvent être portés sur le corps pour mesurer le taux de transpiration et la chimie ou pour quantifier l'exposition au rayonnement UV solaire, ainsi que des dispositifs pouvant être implantés dans le corps pour récupérer l'énergie des organes et traiter automatiquement les troubles cardiaques anormaux.

Parfois, un appareil est développé dans un seul but, seulement pour que les enquêteurs trouvent qu'il a une deuxième capacité. Le groupe de Rogers a initialement développé le patch acoustique avec l'idée qu'il pourrait être utile pour un nouveau type d'interface homme-machine, mais ils ont pivoté après avoir été approchés par Leora Cherney, Doctorat., professeur de médecine physique et de réadaptation et chercheur scientifique au Shirley Ryan AbilityLab. Elle traite les patients aphasiques, la perte de la capacité de parler ou de comprendre la parole après un AVC.

Elle a demandé si le patch de la gorge de Rogers pouvait peut-être mesurer le temps de parole total des patients et la cadence de leur discours, donner aux thérapeutes un meilleur moyen de suivre la réadaptation des patients.

Ça pourrait, dit Rogers. "Le patch peut suivre la parole et les modèles de parole d'une manière totalement insensible au bruit ambiant, " dit-il. L'équipe s'est rapidement rendu compte que l'appareil pouvait également mesurer la déglutition. La dysphagie, c'est-à-dire la difficulté à avaler, est un autre acte potentiellement difficile qui affecte la qualité de vie des patients victimes d'un AVC.

« Une fois que nous avons compris que mesurer la parole et la déglutition était important, nous pourrions revenir en arrière et adapter les appareils spécifiquement pour mesurer ces processus, " dit-il. Le projet consistait à concevoir un patch flexible avec une batterie, capteur radio et acoustique qui pourrait coller à la partie molle de la gorge et, peut-être le plus important, être confortable pour l'utilisateur.

"Le patch devait être construit pour que les gens oublient qu'il est là une fois qu'ils l'ont mis, ", dit Rogers. "Nous nous efforçons du côté de l'ingénierie et des matériaux de le rendre entièrement semblable à la peau et physiquement imperceptible."

Une fois le patch optimisé pour les patients aphasiques et dysphagiques, Le groupe de Rogers a cherché à étendre sa plate-forme avec un autre enquêteur Shirley Ryan AbilityLab - un qui, comme Rogers, adopte une approche multidisciplinaire pour résoudre les problèmes.

Image du corps entier de la récupération

L'espace d'Arun Jayaraman dans le Shirley Ryan AbilityLab est l'image de la médecine translationnelle. Le laboratoire Max Näder pour les technologies de réadaptation et la recherche sur les résultats n'héberge pas seulement des dizaines de kinésithérapeutes, ingénieurs, informaticiens, médecins et psychologues sociaux, il dispose également d'ateliers d'usinage pour la construction de nouvelles technologies et d'un espace pour que les patients puissent les tester.

Le groupe développe et optimise des technologies de nouvelle génération pour les personnes handicapées. En cas d'AVC, « les interventions précoces sont essentielles pour le rétablissement à long terme, " dit Jayaraman, qui est également professeur de sciences sociales médicales et de physiothérapie et sciences du mouvement humain. Son équipe travaille sur plus de 30 projets à la fois, y compris les prothèses, la robotique et les technologies adaptatives.

"A chaque question que vous souhaitez adopter une approche multidisciplinaire, " dit-il. " Chaque discipline a un processus de réflexion sur ce qui pourrait fonctionner. Lorsque vous les combinez, c'est à ce moment-là que vous obtenez le meilleur résultat possible."

Avant de rencontrer Rogers, Jayaraman a testé de nouvelles technologies de rééducation, comme une jambe robotisée qui comprend l'intention de son utilisateur, puis se plie et se déplace comme une vraie jambe, et a suivi les réponses des patients avec des capteurs commerciaux. Mais les capteurs ont été optimisés pour les personnes en bonne santé, ainsi quand un patient avec une démarche restreinte ou un tremblement de Parkinson les utilisait, les capteurs ne pouvaient pas rendre compte des différents mouvements, et les données résultantes étaient incorrectes.

Les capteurs innovants de Rogers ont permis de détecter des comportements à de nouveaux endroits du corps, comme la gorge, mais Jayaraman s'est également demandé si Rogers pourrait fournir une suite de capteurs pour donner une image complète du corps du rétablissement d'un patient victime d'un AVC.

Avec les commentaires de Jayaraman, Rogers a étendu la plate-forme pour inclure la cinématique de mouvement du corps entier. Cette nouvelle suite de capteurs pourrait être placée à plusieurs endroits sur le corps pour mesurer la fonction cardiaque, qualité du sommeil, activité physique et contractions musculaires. Jayaraman pourrait également déployer le patch de sueur de Rogers, qui surveille la perte de sueur et analyse la chimie de la sueur. Cela s'avère particulièrement utile chez les patients ayant subi un AVC, dont le taux de transpiration peut varier du côté gauche au côté droit de leur corps.

L'équipe de Jayaraman développe actuellement des algorithmes pour traduire les données des capteurs et crée une interface de tableau de bord permettant aux médecins et aux thérapeutes de comparer les données des patients à celles des personnes en bonne santé. En attendant, ses patients testent les capteurs à la maison.

"Ça ne les dérange pas de les porter, " dit-il. " Une fois les patients sortis, nous voulons qu'ils atteignent un niveau où ils peuvent reprendre leur vie, retour au travail. Nous avons désormais la possibilité de les surveiller pour nous assurer que leur rééducation est sur la bonne voie."

L'avenir des soins de longue durée

Travailler avec des médecins-scientifiques du Shirley Ryan AbilityLab a été essentiel pour rendre les conceptions aussi utiles que possible, dit Rogers. "Être co-localisé et étroitement couplé fait une énorme différence."

Il espère continuer à améliorer les capteurs tout en recherchant d'autres utilisations potentielles.

"En fin de compte, nous aimerions considérer notre recherche avec le Shirley Ryan AbilityLab comme un tremplin vers un déploiement plus large, " dit Rogers. " Nous voulons que la technologie soit généralisée, impact sociétal positif."

Par exemple, il se connecte avec des orthophonistes de Northwestern Medicine pour tester le patch de la gorge avec leurs patients et travaille sur une interface haptique qui rappelle aux gens d'avaler, déplacer le patch au-delà des diagnostics et dans la thérapie.

Jayaraman, pendant ce temps, considère les capteurs de Rogers comme la clé de l'avenir des soins de longue durée, surtout pour les personnes âgées, qui pourraient bénéficier d'une surveillance à distance discrète qui leur permettrait de continuer à vivre chez eux. Cela pourrait être un grand marché, considérant que le nombre d'Américains âgés de 65 ans et plus devrait doubler pour atteindre plus de 98 millions d'ici 2060.

"Le monde entier vieillit, " dit Jayaraman. " Si nous sommes en mesure de surveiller les personnes âgées à domicile, cela pourrait créer un nouveau modèle de soins.