2020未来のデザインコンテストを作成する：医療部門の勝者—古い箱からのチップ

古い箱からのチップ：痛みのない除細動

Mehdi Razavi、Mathews John、Allison Post、およびAydin Babakhani Texas Heart Institute（テキサス州ヒューストン）

HPワークステーションの勝者。カテゴリスポンサー：ZEUS

心臓の無秩序な電気的活動（不整脈）は、社会の幸福に多大な影響を及ぼします。心臓は突然死と脳卒中の両方の最大の原因であるだけでなく、うっ血性心不全（CHF）の主要な原因でもあります。不整脈の最も確実な治療法は、心臓にショックを与えることです（経皮的パドルまたは植込み型除細動器（ICD）のいずれかによる）。ショックは予測不可能で非常に痛みを伴うため、患者の大部分でPTSDにつながります。

CHFの治療の要は、心臓再同期療法（CRT）です。この療法では、弱くなった心筋を強化するために専用のペースメーカーが使用されます。 ICDとペースメーカーは、リード線と呼ばれるワイヤーを介して心臓に電気パルスを送ります。これらのリード線は静脈内に配置され、一方の端で心臓に進み、もう一方の端の皮膚の下の胸に配置されたバッテリー（または「缶」）に接続されます。ただし、リードは常に必要な場所に配置できるとは限らず、感染や骨折を起こしやすいです。

本発明は、衝撃、リード、およびワイヤを排除するという驚くべき可能性に焦点を合わせる小さなシリコンベースの統合マイクロチップからなる、小型化された、移植可能な、ワイヤレスの、バッテリレスペーシングシステム（ノード）である。各ノードの重量は、内部バッテリーを必要としないため、約0.09グラムです。 （現在使用されている一般的なペースメーカーの重量は2〜28グラムです。）既存のプロトタイプはカスタム製造されていますが、その設計は標準の製造方法に簡単に変換できます。

このテクノロジーは、任意の場所だけでなく、心臓の無制限の数の場所にもペーシングを提供できるため、洗練された、調整された、ターゲットを絞ったマルチサイトペーシングバーストを通じて、知覚できない（痛みのない）除細動を提供できる可能性があります。ショックを必要としない除細動の実現可能性は、有線システムを使用して実証されています。このテクノロジーは、これらのワイヤレス給電ペーシングチップを使用して、最大6つの異なるサイトからペースを上げました（これまでに医療用に承認された有線システムよりも多い）。

ICDを患うすべての患者、心房細動を患う500万人を超えるアメリカ人、およびCRTデバイスを患う患者のかなりの部分が、このテクノロジーの恩恵を受けています。除細動器を使用している患者は長生きする可能性がありますが、受ける痛みを伴うショックのため、必ずしも良いとは限りません。知覚できない除細動は、この分野の聖杯であり続けています。このテクノロジーは次のようになります。1）破損、脱落、または感染を引き起こす可能性のあるリード線が不要なため、より安全です。 2）不整脈は必要な場所に正確に配置できるため、不整脈の根本的な原因の治療により効果的です。 3）知覚できない除細動を提供できる。

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佳作：

創傷治癒を促進するためのカスタマイズ可能な組織工学パッチ

Samarender Nagam Hanumantharao、Carolynn Que、およびSmitha Rao（ミシガン工科大学、ホートン、ミシガン州）

この創傷治癒パッチは、創傷部位で接着剤または包帯とともに使用されます。パッチは、体内に見られる自然な組織構造に似ています。構造は細胞のサポートとして機能し、細胞の成長と整列を導き、創傷治癒を促進し、瘢痕を減らし、二次感染を防ぐのに役立ちます。また、薬物放出や抗菌保護を組み込むこともできます。

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eXoutcancerシステムを使用した初期の肺がんスクリーニング

Sumita T. Jonak、Brian D'Souza、Abhinav Chandra（UCLAアンダーソン、カリフォルニア州ロサンゼルス）

この革新的な技術により、早期の肺がん検診で、より治療しやすいときに病気を診断することができます。 eXoutcancerシステムは、ナノチップと、機械学習（ML）アルゴリズムから派生した独自の分光データベースを組み合わせたものです。複雑な分光データは、診断用フィンガープリントを作成するためにアルゴリズムを介して解析されます。

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便利で痛みのない血糖値モニタリングのためのグルコウェーブ

Ala Eldin Omer、George Shaker、およびSafieddin Safavi-Naeini（ウォータールー大学、オンタリオ州、カナダ）

このコンパクトで低コストのウェアラブルセンシングシステムは、マイクロ波センサーと人工知能を利用して、糖尿病患者が体外の液体をサンプリングすることなく血糖値を非侵襲的に監視できるようにします。このデバイスは、指の皮膚を通して小さな波長の電磁信号を送信します。このデバイスは、日常的に使用する手首や指の周りにウェアラブルとして実現できます。

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ウェアラブル連続血圧モニター

Xina Quan、PyrAmes（カリフォルニア州クパチーノ）

これらのウェアラブル血圧監視デバイスは、非侵襲的で、継続的で、快適で、ワイヤレスで、使いやすいです。それらは、動脈の血圧変化に相関する脈拍波形信号を拾う、皮膚に軽く接触する紙のように薄い静電容量センサーを使用します。このデバイスは、新生児から89歳以上の成人までの患者に使用されています。

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• グランプリ受賞者
• 航空宇宙および防衛
• 自動車/輸送
• 消費者製品のデザイン
• 電子機器/センサー/IoT
• 製造/ロボット工学/自動化
• 持続可能な技術/将来のエネルギー