3/2010

Oman terveydentilan jatkuva tarkkailu onnistuu implantoitavalla EKG-laitteella

 

Riistama

Jarno Riistama (31) on kotoisin Pirkkalasta ja
työskentelee TTY:n systeemitekniikan
laitoksella tutkijana.

Tulevaisuudessa voit seurata elintoimintojasi kehosi sisään sijoitetun anturin avulla.

Fysiologisia signaaleita voidaan nykyisin tarkkailla varsin helposti kehon sisään sijoitetuilla implantoitavilla mittalaitteilla. Niiden olemassaoloa kohde - eläin tai ihminen - tuskin edes huomaa.

Jo pitkään käytössä ollut sydämentahdistin on esimerkki ihmiseen implantoitavasta laitteesta. Diplomi-insinööri Jarno Riistama visioi, että kasvamassa oleva teknisesti suuntautunut sukupolvi voisi olla potentiaalista asiakaskuntaa alan uusillekin sovelluksille.

-Tämä ryhmä saattaisi olla kiinnostunut oman terveydentilansa jatkuvasta seurannasta implantoitavalla EKG-mittalaitteella. Laite voisi toimia myös oivana diagnostisena välineenä hätätilanteessa, sillä sen avulla EKG saataisiin nopeasti hoitohenkilökunnan tietoon.

Implantteja ihmisille ehkä 2020-luvulla

Implantoitavia EKG-mittalaitteita on kehitetty TTY:llä vuodesta 2003 lähtien. Laitetta on käytetty muun muassa lehmien psyykkisen ja fyysisen hyvinvoinnin tutkimiseen. Lehmään implantoitu laite antaa signaalin, jonka avulla voidaan tehdä päätelmiä lehmien stressitasosta ja tutkia, miten erilaiset ympäristö- tai hoito-olosuhteet vaikuttavat niiden hyvinvointiin. Tutkimustyössä on ollut mukana Helsingin yliopiston laitoksia sekä Maa- ja elintarviketeollisuuden tutkimuskeskus (MTT).

Elektrodit ovat elintoimintojen
mittaamisen sielu

Elintoimintojen synnyttämien jännitejakaumien mittaus perustuu galvaanisen kontaktin luomiseen mittauskohteen ja mittalaitteen elektrodin välille. Mittauskohteena voi olla ihminen, eläin tai solu. Esimerkiksi sydämen toimintaa voidaan kuvata elektrokardiogrammin, EKG:n, avulla. Elektrodi puolestaan on tyypillisesti valmistettu hyvin sähköä johtavasta metallista, mutta se voidaan tehdä mistä tahansa muustakin johtavasta aineesta, esimerkiksi piistä, joka on saostettu johtavaksi.

Elintoimintojen mittaamiseen liittyy useita rajoittavia tekijöitä, joita ovat muun muassa elektrodin ja kohteen välinen kontakti tai implantoitavissa mittalaitteissa myös elektrodin ja kudoksen välinen reaktio. Elektrodin liike mittauskohteen pinnalla aiheuttaa mittaussignaaliin häiriöitä.

-Liikettä on vaikea välttää esimerkiksi urheilusovelluksissa, joten elektrodimateriaali pitää valita niin, että liikkeen vaikutus signaaliin on mahdollisimman pieni, Jarno Riistama sanoo.

Mitattuaan eri elektrodimateriaalien aiheuttamaa sähkökemiallista häiriötä ja häiriön käyttäytymistä aikatasossa Riistama löysi materiaaleja, joiden mittaustuloksiin aiheuttama häiriö pienenee elektrodin liikahtamisen jälkeen nopeasti. Tällaiset materiaalit ovat suotuisia käytettäväksi sovelluksissa, joissa elektrodien liikkuminen on todennäköistä. Tutkimusten perusteella niin sanotusta kirurginteräksestä (AISI 316L) tehdyt elektrodit olivat ominaisuuksiltaan erittäin kilpailukykyisiä verrattuna tyypillisesti käytettyihin hopea/hopea-kloridi (Ag/AgCl) elektrodeihin.

-Suurimpina teräksen hyötyinä ovat kuitenkin sen kudosystävällisyys sekä valmistamisen helppous verrattuna hopeaelektrodeihin, Riistama toteaa.

Implantoitavissa sovelluksissa elektrodit pysyvät paremmin paikallaan suhteessa niitä ympäröivään kudokseen kuin pintamittaussovelluksissa. Implantoitavissa sovelluksissa taas elektrodin materiaali on tärkeämmässä roolissa kuin pinnalta mitatessa.

-Implantoitava mittalaite saattaa olla paikallaan kudoksessa vuosia, jolloin sen pintamateriaalien ja elektrodien sekä kudoksen välinen reaktio pitää pystyä pitämään mahdollisimman pienenä.

-Tulokset implantoitavan EKG-mittalaitteen käytöstä ovat olleet lupaavia, vaikka lisätutkimusta ja kehitystä vielä tarvitaankin, Riistama toteaa.

Riistama uskoo, että implantoitavia mittalaitteita voitaisiin alkaa valmistaa ihmisten käyttöön ehkä noin 10 vuoden aikajänteellä. Ihmismittauksia varten tarvittavat hyväksyntäprosessit ja testit vaativat aikaa eikä epäonnistumisen varaa ole.

-Kaupallista potentiaalia mittalaitteille varmasti olisi: tulevaisuuden ihminen on teollistumisen myötä sairaampi kuin koskaan, mutta toisaalta myös kiinnostuneempi omasta terveydentilastaan kuin aiemmin, Riistama näkee.

Sairaaloille kertakäyttöinen mittalaite

Riistama tutkii väitöskirjassaan puettaviin ja implantoitaviin mittalaitteisiin liittyvää problematiikkaa ja laitteiden sovelluksia. Lisäksi hän tarkastelee mittalaitteisiin liittyvien elektrodien ominaisuuksia ja elektrodien materiaalien, kuten erilaisten metallien ja johtavien kuitujen, soveltuvuutta mittauksiin.

Tampereen teknillisellä yliopistolla on implantoitavan mittalaitteen rinnalle kehitetty laite, joka mittaa elintoimintoja, esimerkiksi EKG:ta, ihon pinnalta. Väitöstyössään Riistama esittelee tämän kevyen ja erittäin yksinkertaisen pintamittalaitteen, jolla hän uskoo olevan myös kaupallista näkymää. Niitä voidaan massatuotannossa tehdä muutaman sentin kappalehintaan.

-Edullisista mittaliuskoista voidaan sairaaloita varten tehdä vaikka kertakäyttöisiä. Niillä saatava signaali on vertailukelpoinen muihin nykyisiin mittalaitteisiin, kuten sykemittareihin nähden. Signaalin lukeminen laitteella onnistuu langattomasti. Signaalin lukeminen laitteella onnistuu langattomasti, mikä vapauttaa hoitohenkilökunnan työtä haittaavista piuhoista.

Pintamittalaitetta kehitetään edelleen, jotta signaalin lukemisesta saadaan entistä häiriösietoisempaa. Kun tämä onnistuu, avautuu sovelluksille lupaavia kaupallisia näköaloja. Laitteen avulla voidaan tehdä huomaamattomia, jatkuva-aikaisia mittauksia. Käyttöä niille voisi olla vaikkapa työpaikoilla työhyvinvoinnin tutkimuksessa tai lenkkipoluilla, kun kuntoilijan paitaan integroidaan vastaanotinantenni.

-Nykyisiin sykemittareihin nähden laitteen suurin etu on antureiden hygieenisyys sekä huomattavasti nykyistä parempi käyttömukavuus, Riistama toteaa.

 

Tervetuloa väitöstilaisuuteen

Jarno Riistaman systeemitekniikan alaan kuuluva väitöskirja Characterisation of wearable and implantable physiological measurement devices ("Puettavien ja implantoitavien fysiologisten mittalaitteiden karakterisointi") tarkastetaan TTY:n automaatio-, kone- ja materiaalitekniikan tiedekunnassa perjantaina 7.5.2010.

 

Teksti: Marjut Kemiläinen
Kuva: Petri Laitinen

 

 

 

Kerro kaverille
Bioakustiikan tutkijalle kevät tulvii ääniä
Bioakustiikan tutkijalle kevät tulvii ääniä
3/2010
Bioakustiikan tutkijalle kevät tulvii ääniä
Maantie kutsuu suomalaista lomalla ja vapaalla
Maantie kutsuu suomalaista lomalla ja vapaalla
3/2010
Maantie kutsuu suomalaista lomalla ja vapaalla
Vaihtoehto kesämökin lämmitykselle
Vaihtoehto kesämökin lämmitykselle
3/2010
Vaihtoehto kesämökin lämmitykselle
Suomalainen tavoittelee yksilöllisyyttä myös mökillään
Suomalainen tavoittelee yksilöllisyyttä myös mökillään
3/2010
Suomalainen tavoittelee yksilöllisyyttä myös mökillään
Digitaalihydrauliikka ottaa kurssin kohti merta
Digitaalihydrauliikka ottaa kurssin kohti merta
3/2010
Digitaalihydrauliikka ottaa kurssin kohti merta
Täydellinen tila synnyttää uutta
Täydellinen tila synnyttää uutta
3/2010
Täydellinen tila synnyttää uutta
Yliopistot kaipaavat laatua palkitsevaa rahoituspolitiikkaa
Yliopistot kaipaavat laatua palkitsevaa rahoituspolitiikkaa
3/2010
Yliopistot kaipaavat laatua palkitsevaa rahoituspolitiikkaa
Ymmärrystä sairauksien mekanismeihin
Ymmärrystä sairauksien mekanismeihin
3/2010
Ymmärrystä sairauksien mekanismeihin
Kasvaako kantasoluihin syöpäriski?
Kasvaako kantasoluihin syöpäriski?
3/2010
Kasvaako kantasoluihin syöpäriski?
Uusien professorien juhlaluennot
Uusien professorien juhlaluennot
3/2010
Uusien professorien juhlaluennot
Projekteille yrityksen toiminnassa entistä strategisempi rooli
Projekteille yrityksen toiminnassa entistä strategisempi rooli
3/2010
Projekteille yrityksen toiminnassa entistä strategisempi rooli
Kohti vastuullisesti positiivista johtajuutta
Kohti vastuullisesti positiivista johtajuutta
3/2010
Kohti vastuullisesti positiivista johtajuutta
Miksi metalli kipinöi mikrossa?
Miksi metalli kipinöi mikrossa?
3/2010
Miksi metalli kipinöi mikrossa?
 
3/2010
 
3/2010
Uusi blogisti
Uusi blogisti
3/2010
Uusi blogisti

Tampereen teknillinen yliopisto on teknologisen kehityksen tiennäyttäjä sekä tutkimusmaailman ja elinkeinoelämän yhteistyökumppani. Yliopistosta valmistuu haluttuja osaajia yhteiskunnan eri aloille.

Käyntiosoite:
Korkeakoulunkatu 10,
33720 Tampere

Postiosoite:
PL 527, 33101 Tampere

Puhelinvaihde:
03 311 511
ma–pe kello 8–16.15
kesällä ma–pe 8–15.45

Virallinen sähköpostiosoite:
tty.asiointi@tut.fi