2020 퓨처 디자인 콘테스트 의료 부문 우승: '칩 오프 더 올드 박스' 통증 없는 제세동

칩 오프 더 올드 박스: 통증 없는 제세동

메디 라자비(Mehdi Razavi), 매튜 존(Mathews John), 앨리슨 포스트(Allison Post), 아이딘 바바카니(Aydin Babakhani) - 텍사스 심장 연구소(휴스턴, TX)

HP 워크스테이션 수상; 부문 후원: ZEUS 링크

심장의 혼란스러운 전기 활동(부정맥)은 사회 복지에 막대한 영향을 미칩니다: 돌연사와 뇌졸중의 1위 원인일 뿐만 아니라 울혈성 심부전(CHF)의 주요 원인이기도 합니다. 부정맥에 대한 가장 확실한 치료는 심장에 충격을 주는 것(경흉부 패들 또는 이식형 제세동기 ICD)입니다. 충격은 예측 불가능하고 극도로 고통스러워 높은 비율의 환자에게 PTSD를 유발합니다.

CHF 치료의 초석은 심장 재동기화 치료(CRT)로, 특수 심박동기를 사용해 약해진 심장 근육을 강화합니다. ICD와 심박동기는 리드(leads)라고 불리는 전선을 통해 심장에 전기 펄스를 보냅니다. 이 리드는 정맥 내에 배치되어 한 끝은 심장까지 진입하고 다른 끝은 가슴 피하에 배치된 배터리(캔)에 연결됩니다. 그러나 리드는 항상 필요한 위치에 배치될 수 없으며 감염과 파열에 취약합니다.

이 발명은 소형, 이식형, 무선, 배터리 없는 페이싱 시스템(노드)으로, 내부 배터리가 필요 없는 실리콘 기반 집적 마이크로칩으로 구성되어 충격, 리드, 전선을 제거할 놀라운 가능성을 제시합니다. 각 노드의 무게는 약 0.09그램에 불과합니다. (현재 사용되는 일반적인 심박동기 무게는 2-28그램입니다.) 기존 프로토타입은 맞춤 제작되었지만 설계는 표준 제조 관행으로 쉽게 전환 가능합니다.

이 기술은 심장의 모든 위치뿐만 아니라 무제한 위치에 페이싱을 전달할 수 있어, 정교하고 조정된 표적 다중 부위 페이싱 버스트를 통해 지각 불가능한(통증 없는) 제세동 잠재력을 가집니다. 유선 시스템을 사용한 충격 없는 제세동의 실행 가능성은 입증되었습니다. 이 기술은 무선 전력 공급 페이싱 칩을 사용하여 최대 6개 부위에서 페이싱을 수행했습니다(현재까지 의료용으로 승인된 유선 시스템보다 많음).

ICD를 가진 모든 환자, 심방 세동으로 사는 500만 명 이상의 미국인, CRT 기기를 가진 상당수 환자가 이 기술의 혜택을 볼 수 있습니다. 제세동기 환자는 더 오래 살 수 있지만 고통스러운 충격 때문에 반드시 더 나은 삶을 사는 것은 아닙니다. 지각 불가능한 제세동은 이 분야의 성배(holy grail)로 남아 있었습니다. 이 기술은: 1) 파열, 이탈, 감염을 일으킬 수 있는 리드 전선이 필요 없어 더 안전하고; 2) 필요한 곳에 정확히 배치할 수 있어 부정맥의 근본 원인 치료에 더 효과적이며; 3) 지각 불가능한 제세동을 제공할 수 있습니다.

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링크

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가작(HONORABLE MENTIONS):

가속화된 상처 치유를 위한 맞춤형 조직 공학 패치

사마렌더 나가마 한만타라오(Samarender Nagam Hanumantharao), 캐롤린 퀴(Carolynn Que), 스미타 라오(Smitha Rao) - 미시간 공대(호턴, MI)

이 상처 치유 패치는 상처 부위에 접착제나 붕대와 함께 사용됩니다. 패치는 체내에서 발견되는 자연 조직 구조를 모방합니다. 구조는 세포의 지지체 역할을 하고, 세포 성장과 정렬을 유도하며, 상처 치유 가속화, 흉터 감소, 이차 감염 예방에 도움을 줍니다. 약물 방출이나 항균 보호 기능도 포함할 수 있습니다.

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eXoutcancer 시스템을 이용한 조기 폐암 검진

수미타 T. 조낙(Sumita T. Jonak), 브라이언 D'Souza, 아비나브 찬드라(Abhinav Chandra) - UCLA 앤더슨(로스앤젤레스, CA)

이 혁신적인 기술은 폐암을 더 치료 가능할 때 진단할 수 있도록 더 이른 검진을 가능하게 합니다. eXoutcancer 시스템은 나노칩과 머신러닝(ML) 알고리즘에서 파생된 독점 분광학 데이터베이스의 조합입니다. 복잡한 분광학 데이터는 알고리즘을 통해 파싱되어 진단 지문을 개발합니다.

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편리하고 통증 없는 혈당 모니터링을 위한 글루코웨이브(Glucowaves)

알라 엘딘 오머(Ala Eldin Omer), 조지 셰이커(George Shaker), 사피에딘 사파비-나이니(Safieddin Safavi-Naeini) - 워털루 대학교(온타리오, 캐나다)

이 소형, 저비용, 착용형 센싱 시스템은 마이크로파 센서와 인공지능을 활용하여 당뇨병 환자가 체외로 체액을 채취하지 않고 비침습적으로 혈당 수치를 모니터링할 수 있게 합니다. 장치는 짧은 파장의 전자기 신호를 손가락 피부를 통해 보냅니다. 손목이나 손가락에 착용하는 웨어러블로 일상 사용에 적합합니다.

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착용형 지속 혈압 모니터

시나 콴(Xina Quan), 파이아메스(PyrAmes) - 쿠퍼티노, CA

이 착용형 혈압 모니터링 기기는 비침습적, 지속적, 편안함, 무선, 사용 용이성을 갖췄습니다. 피부에 가볍게 접촉하는 종이처럼 얇은 정전 용량 센서가 동맥 혈압 변화와 상관관계가 있는 맥파 신호를 포착합니다. 신생아부터 89세 이상 성인까지 환자에게 성공적으로 사용되었습니다.

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올해 다른 부문 수상작 보기:

• 대상(GRAND PRIZE WINNER)
• 항공우주 및 방위(AEROSPACE & DEFENSE)
• 자동차/운송(AUTOMOTIVE/TRANSPORTATION)
• 소비자 제품 디자인(CONSUMER PRODUCT DESIGN)
• 전자/센서/IoT(ELECTRONICS/SENSORS/IOT)
• 제조/로봇/자동화(MANUFACTURING/ROBOTICS/AUTOMATION)
• 지속가능 기술/미래 에너지(SUSTAINABLE TECHNOLOGIES/FUTURE ENERGY)