Onderzoekers van de University of New South Wales (UNSW) hebben een ultralichte draagbare sensor ontwikkeld die patiënten met hart- en longaandoeningen continu thuis kan monitoren. De zogenoemde AusculPatch registreert de subtiele trillingen van het hart, longen en bloedvaten en kan in de toekomst, in combinatie met AI, zorgprofessionals vroegtijdig waarschuwen wanneer de gezondheidstoestand van de persoon die de monitoringsensor draagt, verslechterd.
Volgens de onderzoekers kan de technologie bijdragen aan een verschuiving van incidentele controles in het ziekenhuis naar continue monitoring in de thuissituatie. Daarmee zouden aandoeningen eerder kunnen worden opgespoord en mogelijk ziekenhuisopnames kunnen worden voorkomen.
Alternatief voor de stethoscoop
Hart- en vaatziekten en chronische longaandoeningen behoren wereldwijd nog altijd tot de belangrijkste doodsoorzaken. Toch worden veel patiënten slechts tijdens korte consulten beoordeeld, waardoor belangrijke veranderingen in hun gezondheid onopgemerkt kunnen blijven. "Wat we hebben ontwikkeld is een klein draagbaar apparaat dat op de borst kan worden bevestigd en hart- en ademgeluiden kan registreren", zegt hoofdonderzoeker Hoang-Phuong Phan van UNSW. "Technisch gezien is het bedoeld als alternatief voor de stethoscoop, die artsen gebruiken om hart- en longaandoeningen te beoordelen."
Dat kan vooral voordelen bieden voor mensen die ver van een ziekenhuis wonen of terughoudend zijn om bij milde klachten een arts te bezoeken. Volgens medeonderzoeker Anthony Sunjaya worden aandoeningen daardoor soms pas ontdekt wanneer ze al aanzienlijk zijn verergerd. Bovendien bieden reguliere consulten slechts een momentopname van ongeveer vijftien minuten, waardoor afwijkingen gemakkelijk gemist kunnen worden.
Subtiele trillingen
De AusculPatch is met een gewicht van slechts 3,2 gram en afmetingen van 20 bij 47 millimeter aanzienlijk compacter dan veel bestaande draagbare monitorsystemen. De flexibele pleister wordt met medische tape op de borst of boven een perifere slagader bevestigd. In de sensor bevindt zich een ultradunne siliciumchip die uiterst kleine mechanische trillingen detecteert die via lichaamsweefsel afkomstig zijn van het hart, de longen en de bloedvaten. Anders dan conventionele microfoons registreert de sensor ook zeer laagfrequente trillingen die met bestaande wearables moeilijk waarneembaar zijn.
Hierdoor kan de pleister niet alleen hartgeluiden vastleggen, maar ook ademhalingspatronen, polsgolven en bloedstroomtrillingen. De onderzoekers ontwikkelden bovendien een constructie die omgevingsgeluid grotendeels onderdrukt. Zelfs tijdens gesprekken of in een rumoerige omgeving bleef de sensor volgens de eerste tests betrouwbare hartgeluiden registreren.
Hoewel de technologie voorlopig alleen is getest bij een beperkt aantal gezonde vrijwilligers, kwamen de metingen sterk overeen met bestaande klinische instrumenten, waaronder elektrocardiogrammen (ECG's), echografie, bloeddrukmeters en digitale stethoscopen. Ook tijdens dagelijkse activiteiten zoals wandelen, traplopen, werken en eten bleef de sensor continu betrouwbare gegevens verzamelen.
Vroegtijdig waarschuwen
Volgens de onderzoekers onderscheidt AusculPatch zich van smartwatches en fitness-trackers doordat het niet alleen vitale parameters meet, maar ook direct mechanische informatie verzamelt over het functioneren van hart en longen. Dat kan nieuwe mogelijkheden bieden voor het monitoren van chronische aandoeningen, slaapstoornissen en hartklepafwijkingen.
Een belangrijk onderdeel van de verdere ontwikkeling is de inzet van AI. Doordat de pleister grote hoeveelheden fysiologische data verzamelt, kunnen machine-learningalgoritmen in de toekomst patronen herkennen die wijzen op beginnende verslechtering van een ziekte. "We kunnen machine learning toepassen om afwijkende signalen te herkennen, patiënten te waarschuwen en tegelijkertijd hun arts te informeren", zegt medeonderzoeker Chi Cong Nguyen. "Het uiteindelijke doel is een systeem dat zorgwekkende veranderingen automatisch signaleert voordat ernstige symptomen ontstaan."
Naast cardiovasculaire toepassingen onderzochten de wetenschappers ook andere mogelijkheden. Zo bleek de sensor trillingen van de stembanden te kunnen registreren. In een proof-of-concept slaagde een AI-model er zelfs in gesproken woorden te herkennen, waarmee draadloos een robotarm kon worden aangestuurd. Op termijn zou deze technologie ondersteuning kunnen bieden aan mensen met spraakstoornissen of ernstige lichamelijke beperkingen.
De onderzoekers bereiden inmiddels grotere klinische studies voor onder ongeveer tweehonderd patiënten met onder meer hartklepaandoeningen en geïmplanteerde hartondersteunende systemen. Daarna moeten onderzoeken met ongeveer duizend patiënten volgen om de AI-algoritmen verder te verfijnen. Volgens Phan duurt het naar verwachting nog vier tot vijf jaar voordat de technologie als medisch hulpmiddel kan worden toegepast. Consumentenversies gericht op algemene gezondheidsmonitoring zouden mogelijk eerder beschikbaar kunnen komen.
Pleister voor orgaanmonitoring
In 2024 ontwikkelde TNO al eens een innovatieve ultrasone pleister waarmee organen gedurende langere tijd kunnen worden gemonitord zonder dat patiënten naar het ziekenhuis hoeven. De flexibele PillarWave-pleister maakt met behulp van geprinte structuren die geluidsgolven weerkaatsen continu echo-opnamen van onder meer het hart en de bloedvaten. Hierdoor ontstaat een gedetailleerd beeld van organen over een langere periode, wat betere diagnoses mogelijk maakt dan een eenmalige meting.
De technologie kan de werkdruk van zorgprofessionals verlagen en thuismonitoring ondersteunen, bijvoorbeeld bij risicozwangerschappen of hartpatiënten. Daarnaast kan langdurige monitoring onnodige ingrepen helpen voorkomen en ziekenhuisbezoeken verminderen. De gepatenteerde technologie is goedkoper en eenvoudiger op grote schaal te produceren dan bestaande ultrasone sensoren. TNO voert inmiddels gesprekken met fabrikanten van medische apparatuur over verdere ontwikkeling en marktintroductie.
