Телемедицина. "Умная" одежда

Одним из важнейших и обязательных элементов ТМ являются умные интерактивные  многофункциональные текстиль и  одежда, способные быстро и неинвазивно собирать данные об основных физиологических и физических параметрах организма, анализировать их, передавать по беспроводной связи в стационар и получать рекомендации по оказанию первичной медицинской помощи (текстиль как трансдермальная микрокапельница).  

Поскольку основными компонентами умного текстиля для ТМ являются микро- и наноэлектронные устройства (сенсоры, токопроводящие системы, актуаторы, антенны и так далее), то такой текстиль называют Е-текстиль (электронный). На равных правах в производстве Е-текстиля играют роль новые умные полимеры, и на их основе – новое поколение волокон и покрытий.  Е-текстиль и одежда на его основе появились в конце прошлого века, за это время прошли несколько фаз развития и завоевали значительный и определенный сегмент рынка, образовав обязательный, очень важный технический элемент, платформу современной ТМ. Параллельно с внедрением умного Е-текстиля в медицину (широко) и в ТМ, он получил распространение для изготовления защитной одежды (боевая экипировка) солдат США иНАТО, силовых структур, пожарников, космонавтов, а также тренировочных костюмов спортсменов и экстремалов спорта. Успехи Е-текстиля во всех этих областях взаимно обогащают технологии и выводят эту продукцию на мировой рынок. Вернемся к ТМ вкупе с Е-текстилем, практические успехи которых обусловлены очень разными причинами. 

Социальные  причины: 

• Существенное старение населения, особенно в странах «золотого  миллиарда», которое хочет и способно оплачивать высокое качество жизни  в преклонном возрасте. Болезни –  расплата за долгожитие.

• Существенное увеличение числа  хронических больных (диабет, гипертония, легочные, депрессии, различные виды склероза, сердечно-сосудистые заболевания), требующих постоянного наблюдения и ухода. Только больных диабетом в мире 150 миллионов человек.

• Значительное число серьезных  заболеваний и смертельных исходов  как результат врачебной ошибки или отсутствие своевременного диагноза и оказания первой помощи.

• Необходимость без снижения качества медицинской помощи ее удешевления  в отдельных районах (актуально  для РФ) и дефицит медперсонала (актуально для РФ).

К счастью, с решением вышеперечисленных  социальных проблем, человечество в  конце XX и начале XXI веков, переходя к шестому технологическому укладу, достигло феноменальных успехов  в целом, в том числе в ряде областей науки и техники, позволивших  создавать и производить Е-текстиль:

• миниатюризация в электронике  с переходом от микро- к наноэлектронике;

• создание нового поколения многофункциональных  гибких миниатюрных сенсоров, в том  числе на основе волокон, способных  интегрироваться, гармонично встраиваться в структуру текстиля;

• успехи в создании миниатюрных  исполнительных механизмов (актуаторов), имитирующих живые актуаторы (мышцы и другие живые ткани), в том числе с использованием нового поколения умных полимеров, реагирующих на различные внешние импульсы (тепло, холод, свет, давление, электрическое или магнитное поле и другие);

• успехи в беспроводной телекоммуникации;

• успехи в бионике, позволившие  защитные механизмы природы перенести  на рукотворные объекты.

Наложение одного на другое, то есть потребности  общества, научно-технические возможности  их решения, финансовые и организационные  ресурсы, обеспечили появление нового направления ТМ в сочетании с  Е-текстилем. Прежде чем более подробно остановиться на отдельных моментах ТМ+Е-текстиль, укажем, что в РФ ТМ находится на самой начальной фазе развития без использования Е-текстиля и ограничивается только сбором данных о состоянии больного классическими методами (в основном в стационаре), традиционными методами и приборами с последующим анализом и передачей специалисту, в лучшем случае – на электронную почту. Технология производства Е-текстиля в РФ не разработана, хотя тут особых ноу-хау нет. Такая Е-одежда не производиться и даже не закупается. Ситуация еще в большей степени осложняет и без того тяжелую картину в отечественном здравоохранении с высокой долей хронических больных, старением населения, множеством врачебных ошибок, огромными территориями, малодоступными для своевременной медицинской помощи, очередями больных в поликлиниках и очень длительной процедурой даже простейших анализов.

ТМ + Е-одежда определённо показаны и необходимы для РФ и требуют  немедленного внедрения, то есть решения  важнейшей социальной задачи, которая  позволит поднять качество жизни  хронических больных, лучше организовать систему профилактики и реабилитации. Внедрение спортивной Е-одежды (те же технологии) позволят перейти большей  части населения к здоровому  образу жизни.

Современные сенсоры на основе электроники  и «умных» полимеров органически  интегрируются в структуру текстиля и одежды, позволяют контролировать непрерывно (мониторить) следующие физиологические и физические параметры организма человека:

• температура;

• биопотенциалы: кардиограмма, миограмма, энцефалограмма;

• акустические: сердце, почки, желудок, суставы;

• ультразвуковые: скорость крови;

• биологические, химические;

• движения: дыхание (при нагрузках);

• давление крови;

• спектроскопия;

• запах, пот;

• механические и электрические  свойства кожи.

Преимущества использования  Е-текстиля в ТМ 

• анализы без раздражения кожи, даже при длительном контакте;

• домашний режим;

• комфортность для пожилых людей  и детей (можно во сне);

• эстетичность одежды из Е-текстиля.  

5. ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА «УМНОГО» МЕДТЕКСТИЛЯ.

 

 Ниже приведены новые технологии и материалы, используемые в настоящее  время в практике производства «умного» текстиля (в том числе медицинского). 

• материалы (полимеры) способные  в условиях применения изменять фазовое  состояние;

• материалы (сплавы, полимеры) с памятью  формы;

• термо-, фото-, электро-, магнито-, хемохромные материалы;

• токопроводящие полимеры и волокна;

• полимерная электроника;

• квантовые туннельные устройства включения/выключения;

• излучающие полимеры и диоды;

• оптические волокна;

• гибкие солнечные и фотовольтажные батареи;

• голография;

• плазменные технологии;

• NBIC-технологии;

• производство нановолокон и волокон, наполненных наночастицами;

• микрокапсулирование лекарств;

• системы глобального позиционирования;

• микро-электро-механические исполнительные системы (MEMS).

На подходе и другие новые  прорывные технологии и материалы, которые нам предложат наука и техника шестого технологического уклада.

6. КОНЦЕПТУАЛЬНЫЕ  НОВИНКИ

Первую в мире диагностическую  рубашку создал в 2004 году индийский  ученый Сундаресан Джараяман. В нее были вшиты специальные волокна, позволяющие мерить температуру, частоту дыхания и пульс, делать кардиограммы. Данные пересылались лечащему врачу.

По тому же пути шли ученые из США, встроившие оптические волокна в  обычную футболку. Эти волокна  сканируют тело, измеряют сердечный  ритм, температуру и частоту дыхание  и отправляют сигналы на прибор, напоминающий смартфон и транслируются  на компьютер пользователя, его лечащего врача или родственников. Благодаря  подобным футболкам появилась возможность  контролировать состояние здоровья постоянно.

В этом направлении работают: LifeShirt (VivoMetrics), Hexoskin, Zephyr, Sensatex, NuMetrex    и многие другие.

Рис.5 Диагностическая футболка

Разработчики поясняют, что футболки особенно хороши при восстановлении после операций или серьезных  болезней, для людей в возрасте, живущих в одиночестве, для тех, у кого есть риск остановок дыхания  во сне, для имеющих опасные профессии: полицейских, пожарных, военнослужащих. Ведь эти рубашки позволяют следить за состоянием их здоровья онлайн и иметь больше шансов спасти их жизнь.

Разработчик футболки  Intelligent T-shirt, работающий в Университете имени Карлоса III пошел чуть дальше и к электродам, отслеживающим кардиограмму и температуру, добавил GPS чип, что бы определить местоположение больного в случае ухудшения.

 

Рис.6 Работа диагностической футболки.

Диагностическая футболка всерьез  заинтересовала клиники и медицинские  центры, которые пожелали оснастить  ее собственным датчиком, который  будет связан с медучреждением и  передавать врачам все данные напрямую.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. БУДУЩЕЕ ТЕЛЕМЕДИЦИНЫ И «УМНОГО» ТЕКСТИЛЯ

 

  

В настоящее время телемедицина в комплексе с «умным» медицинским  Е-текстилем переживает начальную  «детскую» фазу развития, но уже  завоевала прочное место в  мировой системе здравоохранения, профилактики заболеваний, организации  здорового образа жизни. Все современные  и будущие успехи науки и техники, и прежде всего микро- и наноэлектроники NBIC-технологий и, конечно, социальных технологий (главная цель научно-технического прогресса) будут быстро и эффективно аккумулированы этой внешней частью медицинских практик.

Они будут широко использованы в  повседневной жизни человека, повышая  его качество жизни, защищая от всевозможных рисков и отклонений в функционировании организма. Телемедицина + «умный» Е-текстиль помогут успешно справляться  с различными эпидемиями, пандемией, помогать в несчастных случаях, быть большим подспорьем медицине катастроф. При дальнейшем развитии комплекса  «телемедицина + «умный» Е-текстиль»  можно ожидать придания одежде следующих  функций:

• лечебные (эффективное залечивание ран, трансдермальная «капельница»);

• усиление мышечной силы (формирование экзоскелета).

«Умная» одежда, в том числе медицинская, станет повседневной, обыденной, как  часы, телефон, mp3-плеер, станет своеобразным персональным «умным коконом», соединяющим  через интернет человека со всем человечеством. При этом будет оставаться эстетически  привлекательной и удобной.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 

1. Международный центр телемедицины http://www.telemedcare.ru
2. Кричевский, Г.Е. «Нано-, био-, химические технологии и производство нового поколения волокон, текстиля и одежды»/ Г.Е. Кричевский/ М., изд-во «Известия», 2011. – 526 с.
3. Кричевский, Г.Е. «Волокна прошлого, настоящего и будущего». 27.01.2012. Портал НОР
4. «Технологическая одежда». 8.05.2013. Портал Sk Сколково.
5. Самарин А. «Электроника, встроенная в одежду,- технологии и перспективы», журнал об электронных компонентах «Компоненты и технологии».