Forskare vid Worcester Polytechnic Institute (WPI) utvecklar en sensor i storleken av ett plåster som mäter en bebis syrenivåer i blodet, en viktig indikation på lungornas effektivitet och om barnets vävnad får tillräcklig syretillförsel. Till skillnad från nuvarande system som används på sjukhus, denna miniatyriserade bärbara enhet kommer att vara flexibel och töjbar, trådlös, billig, och mobil – möjligen så att barnet kan lämna sjukhuset och övervakas på distans.

Ulkuhan Guler, biträdande professor i el- och datorteknik och chef för WPI:s Integrated Circuits and Systems Lab, leder projektet med fokus på att möjliggöra sjuka, spädbarn som är inlagda på sjukhus som ska lossas från trådbundna sensorer, så att de lättare och oftare kan undersökas, höll, och till och med fick åka hem. Guler och hennes team har utvecklat en miniatyr -syremätare för spädbarn, som mäter blodgaser som sprider sig genom huden och rapporterar data trådlöst.

"Långa vistelser på sjukhuset är kostsamma och kan vara en påfrestning för familjer, ", sa Guler. "Och studier har visat att spädbarns hälsa förbättras när de är med sina familjer. Vårt mål med denna prisvärda, mobil enhet är att ge läkare mer flexibilitet när det gäller att övervaka sina patienter både på sjukhuset och hemma."

Vanligtvis, mätning av syremolekyler transkutant innebär att man använder ett system med en monitor på ungefär 5 pund ansluten till ett eluttag, och sensorer som vanligtvis är anslutna till monitorn. Gulers sjukvårdsenhet kommer att använda trådlös kraftöverföring. Den kommer också att vara ansluten till internet trådlöst så att ett larm på en monitor på en läkarmottagning eller smartphone-app skulle meddela medicinsk personal och familjemedlemmar om barnets syrenivå börjar sjunka.

Enheten är utformad för att mäta PO2, eller partialtrycket av syre, som indikerar mängden syre som är löst i blodet – en mer exakt indikator på andningshälsa än en enkel mätning av syremättnad, som lätt kan tas med en pulsoximetriapparat försiktigt klämd på ett finger. Och att mäta PO2-nivån via en icke-invasiv enhet fäst på huden är lika exakt som ett blodprov.

Den bärbara babysyremonitorn skulle också vara användbar för vuxna, särskilt personer med svår astma och äldre med KOL, eller kronisk obstruktiv lungsjukdom, som är en obotlig, progressiv lungsjukdom och den tredje vanligaste dödsorsaken i USA, enligt Centers for Disease Control and Prevention. Guler kommer att modifiera den bärbara för vuxna, och skapa en relaterad smartphone-app, i en annan fas av hennes forskning.

Guler samarbetar med Pratap Rao, docent i maskinteknik vid WPI, och Lawrence Rhein, MD, ordförande för avdelningen för pediatrik och en docent vid University of Massachusetts Medical School. Ian Costanzo och Devdip Sen, både doktorander i el- och datateknik vid WPI, arbetar också med Guler för att skapa ett chip som så småningom kommer att fungera som hjärtat för den bärbara enheten.

"Teknikens koncept är att om vi har mer tillgänglig data för en person i alla åldrar, vi kommer att kunna ta hand om dessa patienter bättre, sade Rhein, som har gett Guler råd om vad som behövs på ett sjukhus och i hemmet. "Idén om icke-invasiv, obunden, tillgänglig datainsamling öppnar upp en helt ny värld av vård."

Chipet, designad för att fungera inuti den bärbara syrgasmonitorn, aktiverar de optiska sensorerna, fångar upp analoga signaler från sensorn, hanterar energihantering, och innehåller nödvändiga kretsar. Guler och teamet har specialdesignat de individuella kretsarna, såsom signalfångande kretsar och drivkretsar för optiskt baserade utläsningskretsar. I nästa fas av forskningsprojektet, de planerar att utrusta chippet med fler kretsar för att digitalisera de analoga signalerna, överföra de fångade och digitaliserade data, och skapa kraft från en trådlös länk. Vid det tillfället, det blir ett komplett system på chipet.

I ett interdepartementalt samarbete, Guler and Rao are creating miniaturized thin and flexible sensors for the wearable healthcare devices so they will be comfortable and secure on the babies while they're moving.

The team has written four papers (two more papers are in preparation about their research) focusing separately on miniaturizing devices, creating the prototype, oxygen measurement techniques, and building the chip. Three of the papers are under review. Ett, titled "A Prototype Towards a Transcutaneous Oxygen-Sensing Wearable, " was presented at the Biomedical Circuits and Systems Conference, or BioCAS 2019, in Nara, Japan in October.