Forskere udvikler en bærbar sensor til at overvåge iltniveauer gennem huden

Forskere har kombineret en ny iltfølende film med maskinlæring for at skabe en bærbar sensor, der er i stand til at måle iltning af væv gennem huden. Enheden kunne bruges til at overvåge en persons iltniveauer på en kontinuerlig basis til anvendelser inden for medicin og sport.

Den trådløse enhed er nem at betjene og kommunikerer trådløst, hvilket gør den velegnet til fjernovervågning af iltniveauer uden for sundhedsmiljøer.

"Enheden er beregnet til ethvert scenarie, hvor der er risiko for kompromitteret blodgennemstrømning og mangel på ilt til lemmer og væv, " sagde Conor Evans, hovedefterforsker på projektet. "Teknologien er særligt kraftfuld til medicinske situationer, hvor de traditionelle iltmætningsværktøjer i blodet ikke formår at give tilstrækkelig information. Anvendelserne af denne bærbare trådløse iltanordning spænder fra traumatiske skader såsom bilulykker og slagmarksskader til post-kirurgisk overvågning og sårpleje. "

Juan Pedro Cascales og Conor L. Evans fra Massachusetts General Hospital og Harvard Medical School vil præsentere forskningen på den virtuelle OSA Imaging and Applied Optics Congress og Optical Sensors and Sensing Congress, der afholdes 19.-23. juli.

Enheden, båret som et armbåndsur midt på underarmen, består af et 3D-printet kabinet, et lille sensorhoved og klæbende iltfølende film. Elektroniske komponenter behandler data fra sensoren og giver enheden mulighed for at sende optagelser via Bluetooth eller Wi-Fi.

Sensoren fungerer ved at detektere phosphorescenslevetiden og intensiteten af ​​en akryliltfølende film. To LED'er i sensorhovedet exciterer den iltfølende film med ultraviolet lys. En fotodiode detekterer fasen af ​​lys, der udsendes af den iltfølende film som reaktion. Sammenligning af fasen af ​​lyset, der udsendes af LED'erne, med fasen af ​​lyset, der udsendes af den oxygenfølende film, giver et mål for oxygenniveauet i vævet under filmen.

"Dette er den første virkelig bærbare ikke -invasive transkutane iltmonitor, " sagde Juan Pedro Cascales, hovedforfatter på projektet. "Enkelheden, nøjagtighed, lille størrelse, og brugervenligheden af ​​enheden betyder, at den kan gå næsten overalt og bruges af læger, sygeplejersker, paramedicinere, og patienter i deres eget hjem."

For at kalibrere sensoren, forskere udsatte enheden for en række forskellige temperaturer inde i et kammer med en blanding af nitrogen og luft og justerede kalibreringerne, indtil faserne var på linje med faserne af en kommerciel sensor.

Forskerne testede enheden ved at fastgøre den til den forreste del af en Yorkshire-gris. Når en tourniquet blev lagt over albueleddet, sensoren registrerede et fald i ilt, hvilket afspejler reduktionen i blodgennemstrømningen. Målingerne var godt afstemt med dem fra en kommerciel referencesensor og blev ikke påvirket af variationer i temperatur, fugtighed eller andre miljøfaktorer gør sensoren praktisk til brug uden for laboratoriet.

Teamet brugte en machine learning -tilgang til at træne systemet til nøjagtigt at måle iltniveauer under forskellige forhold. Denne tilgang gjorde det også muligt for forskere at redegøre for fotoblegning, tendensen til, at lysexciterede materialer gradvist mister deres evne til at udsende lys. Fotoblegning er en almindelig begrænsning af enheder baseret på måling af lysintensitet.

"Vi udfører nu første-i-menneskelige kliniske forsøg, og er glade for snart at dele vores resultater, " sagde Evans. "Vi bygger også mindre, mere ergonomiske og optimerede versioner af enheden, der kan kommunikere med ethvert smartwatch, smartphone, tablet, eller computer, " tilføjede Cascales.

Det innovative projekt er blevet finansieret af forsvarsministeriet gennem både Military Medical Photonics Program samt Transforming Technologies for Warfighter-programmet.