Учёные во главе с инженерами из Университета Джорджа Вашингтона и Северо-Западного университета применили растягивающиеся и гибкие матрицы электродных датчиков и приводов, а также датчики температуры и давления, к баллонной катетерной системе, часто используемой в малоинвазивных операциях или абляциях для лечения таких состояний, как сердечные аритмии.
Новая система, которая лучше соответствует мягким тканям организма, чем современные устройства, может выполнять различные функции, в том числе: одновременное измерение температуры, силы контакта и электрофизиологических параметров in vivo; возможность настройки диагностических и терапевтических функций; и обратную связь в реальном времени. Новая система также может значительно сократить продолжительность инвазивных процедур абляции и облучения пациентов и медиков рентгеновским излучением.
Многие малоинвазивные операции опираются на катетеры, вводимые в тело через небольшие разрезы для проведения диагностических измерений и терапевтических вмешательств. Врачи, например, используют этот основанный на катетере подход для картирования и лечения нерегулярного сердцебиения или аритмий, часто путем обнаружения и уничтожения или удаления области сердечной ткани, которая вызывает аритмии.
Несмотря на широкое применение в хирургии, современный катетерный подход имеет ряд недостатков. Жесткость современных катетерных устройств означает, что они плохо приспосабливаются к мягким биологическим тканям, что сказывается на высокой точности отображения электрофизиологических сигналов органа. Современные устройства контактируют только с небольшой частью органа за один раз, что делает необходимым постоянное перемещение зонда, удлиняя медицинские процедуры. Современные катетерные системы также ограничены в количестве функций, которые они могут выполнять, требуя от врачей использования нескольких катетеров в одной процедуре абляции. Кроме того, длительные процедуры, например, для определения местоположения и удаления тканей, вызывающих аритмии, рискуют подвергнуть как пациента, так и врача потенциально повреждающим рентгеновским лучам, поскольку врачи полагаются на рентгеновские снимки во время операции, чтобы направлять свои катетеры.
Новый класс инструментов, разработанный исследователями, позволит врачам получать богатый набор электрофизиологической информации и выполнять операции в более короткие сроки с помощью одной инструментальной катетерной системы. Оснащая баллонный катетер современными органоконформными электронными компонентами, датчиками и исполнительными механизмами, исследователи преодолели недостатки существующих систем.
Инструментальные датчики и исполнительные механизмы в мультиплексированных форматах массива могут зондировать сложную природу тканей, в частности, в бьющемся сердце. Это позволит, например, лучше локализовать источники летальных аритмий, вызывающих внезапную сердечную смерть. Многослойная и многофункциональная архитектура устройства с комбинированными диагностическими и терапевтическими функциями усиливает ряд малоинвазивных сердечных процедур, включая радиочастотную или необратимую электропорационную абляцию, при которой сердечные или нервные клетки удаляются или «сжигаются» для устранения источников аритмии, а также доставку лекарств и других биоматериалов непосредственно в клетки с помощью процесса, называемого обратимой электропорацией.
«Мы взяли новые прорывные материалы и технологии изготовления, обычно используемые полупроводниковой промышленностью, и применили их в медицинской области, в данном случае в кардиологии, чтобы продвинуть новый класс медицинских инструментов, которые улучшат сердечные исходы для пациентов и позволят врачам оказывать более качественную, безопасную и специфичную для пациента помощь«, — сообщил Игорь Ефимов, профессор биомедицинской инженерии Университета Джорджа Вашингтона Алисанн и Терри Коллинз
«Жесткие катетеры не могут соответствовать сердцу, потому что само сердце не является твердым и жестким. Мы использовали наши достижения в области мягкой, эластичной и гибкой электроники для разработки медицинских устройств, которые включают в себя эластичные, взаимосвязанные массивы датчиков и исполнительных механизмов, способных мягко и мягко приспосабливаться к поверхностям тканей. В результате повышается точность и точность сопутствующих хирургических процессов для более быстрого, менее рискованного и более эффективного лечения», — добавил Джон А. Роджерс, профессор кафедры материаловедения и инженерии, биомедицинской инженерии и неврологической хирургии Северо-Западного университета имени Луиса А. Симпсона и Кимберли Куэрри.