Wie zijn gezondheid continu wil laten volgen, botst vandaag nog vaak op logge apparatuur: elk lichaamssignaal vraagt een eigen sensor met eigen elektronica en een eigen plekje op de huid. Voor patiënten die dag en nacht gemonitord moeten worden, betekent dat meer batterijverbruik en minder comfort. Een onderzoeksteam onder leiding van assistent-professor Liu Yuxin van de National University of Singapore (NUS) presenteert nu een oplossing die dat probleem aanpakt: X-Sig, een dunne huidsensor die verschillende soorten lichaamssignalen bundelt in één enkel kanaal. Het werk verscheen in het wetenschappelijke tijdschrift Nature Sensors.
- X-Sig voegt elektrische signalen (zoals hartritme en spieractiviteit) en mechanische signalen (zoals polsdruk) samen tot één golfvorm.
- Op de pols schatte de sensor de bloeddruk zonder manchet, met afwijkingen van slechts 0,27 en 0,33 mm Hg.
- Bij het herkennen van handgebaren haalde de sensor 96,4 procent nauwkeurigheid tegenover 72,1 procent met één signaaltype.
Voor een Nederlandstalig publiek dat steeds vaker met smartwatches en gezondheidsapps in de weer is, raakt dit onderzoek een gevoelige snaar. Draagbare monitors worden almaar capabeler, maar blijven beperkt doordat het meten van uiteenlopende signalen aparte hardware vereist. Kleinere en comfortabelere apparaten zouden continue gezondheidsopvolging ook buiten de ziekenhuismuren toegankelijker kunnen maken.
Twee meetlagen die uitmonden in één signaal
Klassieke draagbare systemen gebruiken elektroden om elektrische signalen op te vangen, zoals het elektrocardiogram (ECG, de elektrische weergave van de hartactiviteit) en het elektromyogram (EMG, de elektrische prikkels die spieren doen samentrekken). Mechanische signalen — denk aan de polsslaggolf van de bloedstroom of de drukveranderingen wanneer spieren samentrekken — vragen daarentegen een ander type sensor. Elk type heeft zijn eigen circuit nodig om ruwe signalen te bewerken en te digitaliseren, wat het geheel groter en energieverslindender maakt.
X-Sig maakt die verdubbeling overbodig door twee functionele elementen verticaal in één pleister te stapelen: een geleidende elektrode voor de elektrische signalen en een ultradunne piëzo-elektrische film die spanning opwekt wanneer erop gedrukt wordt. Omdat beide lagen een spanningssignaal leveren, versmelten ze op natuurlijke wijze tot één golfvorm — al aan de sensor zelf.
“We wilden het simpeler maken door deze signalen al bij de sensor samen te voegen, nog voor ze de verwerkingselektronica bereiken”, aldus assistent-professor Liu.
De elektrode gebruikt drie moleculair ontworpen polyurethaanlagen — een elastische, een klevende en een geleidende — om een oud materiaalprobleem te omzeilen: geleiders die elektrisch goed presteren, hechten doorgaans slecht aan de huid. Door die functies over aparte lagen te verdelen, bereikt de elektrode zowel een sterke hechting als een lage elektrische weerstand. Zowel de elektrode als de piëzolaag zijn geperforeerd, zodat de kleeflaag rechtstreeks met de huid bindt via kleine openingen. Na 24 uur onafgebroken dragen stelden de onderzoekers geen huidirritatie vast, en de materialen kunnen volledig gerecycleerd worden door ze achtereenvolgens met water en ethanol te wassen.
Van hartslag tot bloeddruk in één pleister
Geplaatst op de pols, boven de radiale slagader, registreert X-Sig tegelijk het ECG en de polsgolf. Uit de gecombineerde golfvorm haalt een machine-learningalgoritme de hartslag en de zogenoemde pols-aankomsttijd — het verschil tussen de elektrische prikkel van het hart en het moment waarop de drukgolf de pols bereikt. Op basis daarvan schat het systeem de bloeddruk continu, zonder manchet.
De voorspelde waarden weken gemiddeld slechts 0,27 mm Hg af voor de systolische en 0,33 mm Hg voor de diastolische bloeddruk in vergelijking met een standaard manchetmonitor. Daarmee haalt het toestel de hoogste nauwkeurigheidsklasse (Klasse A) volgens de norm van het Institute of Electrical and Electronics Engineers voor manchetloze bloeddrukmeters. Het systeem volgde ook betrouwbaar de verwachte bloeddrukveranderingen terwijl proefpersonen zaten, stonden, hun adem inhielden en kort bewogen.
In een tweede test bevestigde het team de sensor op de onderarm om handbewegingen te herkennen. Door EMG en de spierdruk (force myography) in één kanaal samen te brengen, haalde X-Sig 96,4 procent nauwkeurigheid over tien verschillende gebaren — tegenover 72,1 procent met enkel EMG en 82,9 procent met enkel spierdruk. Omdat het samengevoegde signaal complementaire informatie bevat, had het model slechts 70 trainingsvoorbeelden per gebaar nodig, een fractie van wat systemen met één signaaltype gewoonlijk vragen.
Wat dit kan betekenen voor de zorg
De onderzoekers toonden aan dat X-Sig alle vier de signaaltypes — ECG, EMG, polsgolf en spierdruk — tegelijk vanaf één plek op het lichaam kan opvangen, iets wat ze verder willen onderzoeken. Mogelijke toepassingen lopen uiteen van manchetloze cardiovasculaire monitoring tot de aansturing van prothesen en revalidatie. Dit betekent dat metingen die vandaag verspreid over meerdere toestellen gebeuren, in principe zouden kunnen samensmelten tot één comfortabele pleister — al gaat het voorlopig om onderzoeksresultaten en geen marktklaar product.
“Wanneer meer mensen hun gezondheid buiten de klinische omgeving kunnen opvolgen, verspreiden de voordelen zich door het hele zorgsysteem, van vroegere interventie tot minder druk op ziekenhuizen”, stelt hoofdauteur dr. Wu Xiaodong, onderzoeker aan het NUS Institute for Health Innovation and Technology.
Zou u uw bloeddruk of hartslag continu laten opvolgen met zo’n slimme pleister, of blijft u liever bij de klassieke meting bij de dokter? Deel uw mening in de reacties.
