去年夏天，西北大学的研究人员推出了有史以来第一款瞬时起搏器，这是一种完全可植入的无线设备，在不再需要它后，它会在体内无害地溶解。现在，他们推出了一款新的智能版本，该版本集成到一个由四个软、灵活、无线、可穿戴传感器和控制单元组成的协调网络中，这些传感器和控制单元位于上半身周围。
这项研究将于周五（5月27日）在《科学》杂志上发表。这项工作由西北大学的约翰·罗杰斯、伊戈尔·埃菲莫夫和里希·阿罗拉博士领导。
传感器相互通信，以持续监测身体的各种生理功能，包括体温、氧气水平、呼吸、肌肉张力、体力活动和心脏的电活动。
然后，该系统使用算法来分析这种组合活动，以便自主检测异常心律，并决定何时进行心脏配速以及配速。所有这些信息都被传输到智能手机或平板电脑上，因此医生可以远程监控患者。
新的瞬时起搏器和传感器/控制网络可用于心脏手术后需要临时起搏或等待永久起搏器的患者。起搏器从网络中的一个节点无线采集能量，这个节点是一个小型无线设备，可以轻轻地贴在患者的胸部。该技术消除了对外部硬件（包括导线）的需要。
为了使该系统能够与患者进行通信，研究人员引入了一种小型、可穿戴的触觉反馈装置，可以佩戴在身体的任何地方。当传感器检测到问题（如电池电量低、设备放置不正确或起搏器故障）时，触觉设备会以特定模式振动，提醒佩戴者并告知他们问题。
专家的见解
罗杰斯说：“这标志着我们首次将柔软、可穿戴的电子产品与瞬态电子平台相结合。这种方法可以改变患者接受治疗的方式，通过传感器和刺激器的无线网络对基本生理过程进行多节点、闭环控制，其操作方式受到控制生物体行为的复杂生物反馈回路的启发。”
对于临时心脏起搏，该系统使患者不受将其限制在医院环境中的监测和刺激设备的影响。相反，患者可以在自己舒适的家中康复，同时保持医生远程监测带来的内心平静。这也将降低医疗成本，并为其他患者腾出医院病床患者。
在目前的情况下，临时起搏器需要一根连接到刺激心脏的外部发生器的电线。当心脏恢复适当的自我刺激能力时，必须拔出导线。正如你可能想象的那样，拔出与心脏相连的导线是一个非常戏剧性的过程。我们决定从不同的角度来解决这个问题。我们创造了一个只需溶解而不需要移除的起搏器。这避免了拔出导线的危险步骤。
目前的起搏器非常智能，能够很好地响应患者不断变化的需求。但是，可穿戴模块可以完成传统起搏器所做的一切，甚至更多。患者基本上会在胸部佩戴一小块贴片，并获得实时反馈以控制起搏器。起搏器本身不仅具有生物可吸收性，而且由软质可穿戴贴片控制，该贴片允许起搏器对日常生活活动作出反应，而无需植入传感器。
“身体区域网络”
作为生物电子学的先驱，罗杰斯和他的实验室近二十年来一直在开发软、灵活、无线可穿戴设备和生物可吸收电子技术。在这项新的研究中，罗杰斯和他的合作者将他们的生物可吸收无铅起搏器与四种不同的皮肤接口设备相结合并协调工作。安装在皮肤上的设备柔软、灵活，使用后可以轻轻剥离，无需手术移除。心脏起搏器在需要一段时间后会在体内自然溶解。
“身体区域网络”包括：
无电池瞬时生物可吸收起搏器，用于暂时给心脏配速；
位于胸部的心脏模块，为植入的起搏器提供电源和控制刺激参数，并感知心脏的电活动和声音；
位于前额的血流动力学模块，用于感知脉搏血氧饱和度、组织氧合和血管张力；
位于喉咙底部的呼吸模块，用于监测咳嗽和呼吸活动；
多触觉反馈模块，以各种模式振动和脉冲与患者进行通信。
罗杰斯说：“我们想证明，部署多种不同类型的设备是可能的，每种设备都可以在全身以无线协调的方式执行基本功能。有些是感知，有些是传递能量，有些是刺激，有些是提供控制信号。但它们都在一起工作，交换信息，根据算法做出决策，并对不断变化的条件作出反应。多个生物电子设备在不同的相关解剖位置相互对话并执行不同功能的愿景是我们将继续追求走向未来。”
新进展，按需调整
自一年前西北大学的瞬态起搏器首次推出以来，研究人员对该技术进行了多项改进。虽然之前的设备是灵活的，但新设备是灵活和有弹性的，使其能够更好地适应不断变化的心脏跳动性质。
新的迭代还使用了罗杰斯和埃菲莫夫实验室开发的生物相容性粘合剂。这种粘合剂可以让这种轻薄的设备在不需要缝合的情况下，轻轻地叠在心脏表面。另一个新的好处是：当瞬时起搏器缓慢且无害地溶解时，它现在会释放一种抗炎药来防止异物反应。
也许最具影响力的进步是该设备能够根据患者需要的时间按需提供起搏。与起搏器同步，安装在胸部的心脏模块实时记录心电图，以监测心脏活动。在这项研究中，研究人员将这种无线技术与金标准心电图进行了比较，发现它与临床等级系统一样精确。
心脏模块实际上告诉起搏器对心脏施加刺激。如果恢复了正常活动，则会停止起搏。这一点很重要，因为如果在不必要时刺激心脏，则会有诱发心律失常的风险。起搏系统是完全自主的，它可以自动检测问题并进行治疗。它简单且独立，只需最少的外部需求。
新生儿健康护理足够温和
罗杰斯、埃菲莫夫、阿罗拉及其团队认为，他们的系统将对最脆弱的患者最为有利。每年，大约有40000名婴儿出生时，心脏上腔的墙壁上有一个洞。其中约10000例威胁生命，需要立即手术。手术后，100%的婴儿需要接受临时起搏器。
埃菲莫夫说：“好消息是，这只是暂时的情况。大约五到七天后，心脏恢复了自我刺激的能力，不再需要起搏器。多年来，拆除起搏器的程序有了很大的改进，因此并发症的发生率很低。但我们可以将这些婴儿从连接外部发电机的电线中解放出来，使他们不需要第二次手术。”