Forskare har kombinerat en ny syrgasavkännande film med maskininlärning för att skapa en bärbar sensor som kan mäta vävnadssyre genom huden. Enheten kan användas för att övervaka en persons syrenivåer kontinuerligt för tillämpningar inom medicin och sport.

Den trådlösa enheten är enkel att använda och kommunicerar trådlöst, vilket gör den väl lämpad för fjärrövervakning av syrenivåer utanför sjukvården.

"Enheten är avsedd för alla scenarier där det finns risk för komprometterat blodflöde och brist på syre till lemmar och vävnader, "sa Conor Evans, huvudutredaren på projektet. "Tekniken är särskilt kraftfull för medicinska situationer där de traditionella blodsyremättnadsverktygen inte ger tillräcklig information. Applikationerna för denna bärbara trådlösa syreapparat sträcker sig från traumatiska skador som bilolyckor och slagfältskador till postoperativ övervakning och sårvård. "

Juan Pedro Cascales och Conor L. Evans från Massachusetts General Hospital och Harvard Medical School kommer att presentera forskningen vid den virtuella OSA Imaging and Applied Optics Congress och Optical Sensors and Sensing Congress som hålls 19-23 juli.

Enheten, bärs som ett armbandsur halvvägs upp på underarmen, består av ett 3D-tryckt hölje, ett litet sensorhuvud och en självhäftande syrefilmfilm. Elektroniska komponenter behandlar data från sensorn och gör att enheten kan skicka inspelningar via Bluetooth eller Wi-Fi.

Sensorn fungerar genom att detektera fosforescensens livslängd och intensitet hos en akrylsyregivande film. Två lysdioder i sensorhuvudet upphetsar syrgasavkänningsfilmen med ultraviolett ljus. En fotodiod detekterar den ljusfas som avges av den oxygenavkännande filmen som svar. Att jämföra fasen för ljuset som släpps ut från lysdioderna med ljusets fas som avges av den oxygenavkännande filmen ger ett mått på syrenivån i vävnaden under filmen.

"Detta är den första verkligt bärbara icke -invasiva transkutana syremätaren, "sa Juan Pedro Cascales, huvudförfattare på projektet. "Enkelheten, noggrannhet, liten storlek, och användarvänlighet innebär att den kan gå nästan var som helst och användas av läkare, sjuksköterskor, sjukvårdare, såväl som patienter i sitt eget hem. "

För att kalibrera sensorn, forskare utsatte enheten för en mängd olika temperaturer inuti en kammare med en blandning av kväve och luft och justerade kalibreringarna tills faserna stämde överens med de hos en kommersiell sensor.

Forskarna testade enheten genom att fästa den på den främre delen av en Yorkshire -gris. När en tourniquet applicerades över armbågsleden, sensorn upptäckte en minskning av syre som återspeglar minskningen av blodflödet. Mätningarna var väl anpassade till dem från en kommersiell referenssensor och påverkades inte av temperaturvariationer, luftfuktighet eller andra miljöfaktorer, gör sensorn praktisk för användning utanför labbet.

Teamet använde en metod för maskininlärning för att träna systemet för att noggrant mäta syrenivåer under olika förhållanden. Detta tillvägagångssätt gjorde det också möjligt för forskare att redogöra för fotoblekning, tendensen för ljus-upphetsade material att gradvis förlora sin förmåga att avge ljus. Fotoblekning är en vanlig begränsning av enheter baserade på mätning av ljusintensitet.

"Vi genomför nu kliniska prövningar först på människan, och är glada att snart kunna dela med oss ​​av våra resultat, "sa Evans." Vi bygger också mindre, mer ergonomiska och optimerade versioner av enheten som kan kommunicera med vilken smartklocka som helst, smartphone, läsplatta, eller dator, "tillade Cascales.

Det innovativa projektet har finansierats av försvarsdepartementet genom både Military Medical Photonics -programmet och Transforming Technologies for Warfighter -programmet.