{{{sourceTextContent.title}}}

Kabelloser Sauerstoffsensor, inspiriert von dem kranken Baby eines Forschers

{{{sourceTextContent.subTitle}}}

Es gibt einen Ausdruck, dass die Notwendigkeit die Mutter der Erfindung ist, und für Ulkuhan Guler, Assistenzprofessor für Elektro- und Computertechnik und Direktor des WPI's (Worcester Polytechnic Institute's) Integrated Circuits and Systems Lab, war die Notwendigkeit das Wohlbefinden ihres kleinen Sohnes vor über einem Jahrzehnt.

{{{sourceTextContent.description}}}

Inspiriert von den Erfahrungen ihres kranken neugeborenen Sohnes, der auf einer Neugeborenen-Intensivstation in Istanbul liegt, hat Guler zusammen mit mehreren Forschern einen miniaturisierten drahtlosen Sauerstoffsensor entwickelt, der es Säuglingen ermöglichen würde, das Krankenhaus zu verlassen und trotzdem sicher von zu Hause aus überwacht zu werden.

Der miniaturisierte, tragbare Sensor von der Größe eines Pflasters misst die durch die Haut diffundierenden Blutgase und meldet die Daten drahtlos. Mit diesem flexiblen, miniaturisierten Gerät können Babys von medizinischen Monitoren gelöst werden, so dass Krankenschwestern, Ärzte und Eltern sie leichter und sicherer untersuchen und halten können. Ohne diese medizinischen Geräte könnte ein Säugling mit nach Hause genommen werden, wobei die Ärzte Daten über seine Atmungsfunktion erhalten und alarmieren, wenn sich der Zustand verschlechtert.

Guler, die bei der Geburt nur begrenzten persönlichen Kontakt zu ihrem Säuglingssohn hatte, weiß, wie wichtig der Sensor sein kann.

"Längere Aufenthalte im Krankenhaus sind kostspielig und können eine Belastung für Familien sein", sagte Guler in einem Artikel auf der Website des WPI. "Und Studien haben gezeigt, dass sich die Gesundheit der Babys verbessert, wenn sie bei ihren Familien sind. Unser Ziel ist es, mit diesem erschwinglichen, mobilen Gerät den Ärzten mehr Flexibilität bei der Überwachung ihrer Patienten im Krankenhaus und zu Hause zu geben."

Typischerweise beinhaltet die Messung des Sauerstoffmolekülniveaus transkutan die Verwendung eines Systems mit einem 5-lb-Monitor, der an eine Steckdose angeschlossen ist, und Sensoren, die im Allgemeinen mit dem Monitor verbunden sind. Gulers Gesundheitsgerät wird eine drahtlose Energieübertragung verwenden. Es wird auch drahtlos mit dem Internet verbunden, so dass ein Alarm auf einem Monitor in einer Arztpraxis oder Smartphone-App das medizinische Personal und die Familienmitglieder benachrichtigen würde, wenn der Sauerstoffgehalt des Babys zu sinken beginnt.

Das Gerät wurde entwickelt, um PO2 oder den Partialdruck von Sauerstoff zu messen, der die im Blut gelöste Sauerstoffmenge anzeigt - ein genauerer Indikator für die Atemwegsgesundheit als eine einfache Sauerstoffsättigungsmessung, die leicht mit einem Pulsoximetriegerät durchgeführt werden kann, das sanft an einen Finger geklemmt wird. Die Messung des PO2-Gehalts mit einem nicht-invasiven Gerät auf der Haut ist so genau wie ein Bluttest.

Der tragbare Baby-Sauerstoffmonitor wäre auch für Erwachsene nützlich, insbesondere für Menschen mit schwerem Asthma und ältere Menschen mit COPD oder chronisch-obstruktiver Lungenerkrankung, einer unheilbaren, fortschreitenden Lungenerkrankung und der dritthäufigsten Todesursache in den Vereinigten Staaten, so das Center for Disease Control and Prevention. Guler wird in einer weiteren Phase ihrer Forschung das Wearable für Erwachsene modifizieren und eine entsprechende Smartphone-App erstellen.

Guler arbeitet mit Pratap Rao, Associate Professor of Mechanical Engineering am WPI, und Lawrence Rhein, MD, Lehrstuhlinhaber der Kinderklinik und außerordentlicher Professor an der University of Massachusetts Medical School zusammen. Ian Costanzo und Devdip Sen, beide Doktoranden der Elektro- und Informationstechnik am WPI, arbeiten ebenfalls mit Guler zusammen, um einen Chip zu entwickeln, der schließlich als Herzstück für das tragbare Gerät dient.

"Das Konzept der Technologie ist, dass wir, wenn wir für eine Person jeden Alters zugänglichere Daten haben, diese Patienten besser versorgen können", sagt Rhein, der Guler als Berater zur Seite stand. "Die Idee der nicht-invasiven, ungebundenen, zugänglichen Datenerfassung eröffnet eine ganz neue Welt der Versorgung."

Der Chip, der für den Einsatz im Inneren des tragbaren Sauerstoffmonitors entwickelt wurde, aktiviert die optischen Sensoren, erfasst analoge Signale vom Sensor, übernimmt das Energiemanagement und enthält die erforderlichen Schaltkreise. Guler und das Team haben die einzelnen Schaltungen, wie z.B. Signalerfassungsschaltungen und Treiberschaltungen für optisch basierte Ausleseschaltungen, kundenspezifisch gestaltet. In der nächsten Phase des Forschungsprojekts planen sie, den Chip mit weiteren Schaltungen auszustatten, um die analogen Signale zu digitalisieren, die erfassten und digitalisierten Daten zu übertragen und Strom über eine drahtlose Verbindung zu erzeugen.