Onderzoekers hebben een nieuwe zuurstofgevoelige film gecombineerd met machine learning om een ​​draagbare sensor te creëren die in staat is om weefseloxygenatie door de huid te meten. Het apparaat zou kunnen worden gebruikt om het zuurstofniveau van een persoon continu te bewaken voor toepassingen in de geneeskunde en sport.

Het draadloze apparaat is eenvoudig te bedienen en communiceert draadloos, waardoor het zeer geschikt is voor het op afstand bewaken van zuurstofniveaus buiten zorginstellingen.

"Het apparaat is bedoeld voor elk scenario waarbij er een risico bestaat op een verminderde bloedstroom en een gebrek aan zuurstof naar ledematen en weefsels, " zei Conor Evans, de hoofdonderzoeker van het project. "De technologie is bijzonder krachtig voor medische situaties waar de traditionele bloedzuurstofverzadigingsinstrumenten onvoldoende informatie verstrekken. De toepassingen van dit draagbare draadloze zuurstofapparaat variëren van traumatische verwondingen zoals auto-ongelukken en verwondingen op het slagveld tot postoperatieve monitoring en wondverzorging. "

Juan Pedro Cascales en Conor L. Evans van het Massachusetts General Hospital en de Harvard Medical School zullen het onderzoek presenteren op het virtuele OSA Imaging and Applied Optics Congress en Optical Sensors and Sensing Congress dat van 19-23 juli wordt gehouden.

Het apparaat, gedragen als een polshorloge halverwege de onderarm, bestaat uit een 3D-geprinte behuizing, een kleine sensorkop en zelfklevende zuurstofgevoelige film. Elektronische componenten verwerken gegevens van de sensor en zorgen ervoor dat het apparaat opnames kan verzenden via Bluetooth of Wi-Fi.

De sensor detecteert de levensduur en intensiteit van de fosforescentie van een acrylzuurstoffilm. Twee LED's in de sensorkop prikkelen de zuurstofgevoelige film met ultraviolet licht. Een fotodiode detecteert als reactie de fase van het licht dat door de zuurstofgevoelige film wordt uitgezonden. Door de fase van het door de LED's uitgestraalde licht te vergelijken met de fase van het licht dat door de zuurstofgevoelige film wordt uitgezonden, wordt een maat voor het zuurstofniveau in het weefsel onder de film verkregen.

"Dit is de eerste echt draagbare niet-invasieve transcutane zuurstofmonitor, " zei Juan Pedro Cascales, hoofdauteur van het project. "De eenvoud, nauwkeurigheid, kleine maat, en het gebruiksgemak van het apparaat betekent dat het vrijwel overal kan worden geplaatst en door artsen kan worden gebruikt, verpleegsters, paramedici, en ook patiënten in hun eigen huis."

Om de sensor te kalibreren, onderzoekers stelden het apparaat bloot aan verschillende temperaturen in een kamer met een mengsel van stikstof en lucht en pasten de kalibraties aan totdat de fasen in lijn waren met die van een commerciële sensor.

De onderzoekers testten het apparaat door het aan de voorpoot van een Yorkshire-varken te bevestigen. Wanneer een tourniquet over het ellebooggewricht werd aangebracht, de sensor detecteerde een zuurstofdaling als gevolg van de verminderde bloedstroom. De metingen waren goed afgestemd op die van een commerciële referentiesensor en werden niet beïnvloed door temperatuurschommelingen, vochtigheid of andere omgevingsfactoren, waardoor de sensor praktisch is voor gebruik buiten het lab.

Het team gebruikte een machine learning-aanpak om het systeem te trainen om het zuurstofniveau onder verschillende omstandigheden nauwkeurig te meten. Deze benadering stelde onderzoekers ook in staat rekening te houden met fotobleken, de neiging van door licht opgewekte materialen om geleidelijk hun vermogen om licht uit te stralen te verliezen. Fotobleken is een veel voorkomende beperking van apparaten op basis van het meten van de lichtintensiteit.

"We voeren nu eerste klinische proeven bij mensen uit, en zijn verheugd om binnenkort onze resultaten te delen, " zei Evans. "We bouwen ook kleinere, meer ergonomische en geoptimaliseerde versies van het apparaat die kunnen communiceren met elke smartwatch, smartphone, tablet, of computer, ", voegde Cascales eraan toe.

Het innovatieve project is gefinancierd door het Ministerie van Defensie via zowel het Military Medical Photonics Program als het Transforming Technologies for the Warfighter-programma.