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#Produkttrends
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Biometrischer Sensor adressiert Säuglingshypoxie
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Biometrischer Sensor adressiert Säuglingshypoxie
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Einleitung
Biomedizinische Sensoren existieren an der Schnittstelle zwischen medizinischer Physiologie und elektronischer Technik. Um gültig und nützlich klinisch zu sein, müssen sie relevante biologische Phänomene ermitteln und die Daten zu schildern produzierte in gewissem Sinne intuitiv verständliches und verklagbar durch praktische Ärzte. Um erreichbar und zuverlässig technologisch zu sein, müssen sie unter Verwendung der besten Technikmethoden, der Komponenten und der Produktionstechniken entworfen sein und errichtet werden.
Der Fang ist: wer wird vorbereitet, um die Entdeckung und die Erfindung zu tun, die benötigt werden, um sie zu produzieren? Wie tut ein, das gebildet und in die breite Palette von Prozessen erfahren geworden wird, die in den biomedizinischen Sensor-Systemen kombiniert werden müssen? Gibt es irgendwelche Phänomene, die noch entdeckt werden müssen? Gibt es die wichtigen neuen medizinischen Sensoren, die noch erfunden werden müssen?
Dieses ist das erste einer zweiteiligen Reihe Artikel auf Entdeckung und Entwicklung von neuen medizinischen Sensoren. Dieser erste Artikel beschreibt unsere Entdeckung und Anfangserforschung eines neuen biometrischen Signals, das indem er Veränderungen in der Absorption von zwei Wellenlängen von LED-Licht im Hautgewebe erhalten wird, ermittelt. Der zweite Artikel stellt einige Lektionen dar, die über den Prozess des Vorbereitens, in diesem Bereich der Technologie zu entdecken und zu erfinden gelehrt sind.
Ein neuer biometrischer Sensor
Diese Zeitschrift wird auf Ingenieure und hauptsächlich Fokusse auf Sensoren von der technischen Perspektive gerichtet. Jedoch es sei denn, dass aktiv informiert durch Kliniker, sind Ingenieure wahrscheinlich, vom unmet medizinischen Technologiebedarf ahnungslos zu sein. Andererseits sind die meisten Kliniker über mögliche technologische Lösungen nicht informiert und werden ausgebildet, um das Beste zu tun, das sie mit können, was auch immer für sie zur Verfügung gestellt wird. Leider wird kritische Sorgfalt von vorzeitigen neugeborenen Kindern doppelt wegen seines sehr kleinen wirtschaftlichen Marktumfanges und deshalb sehr beschränkten Mittel für medizinische Technologieentwicklung und eine verständlich konservative Führung von Subspecialistklinikern kompromittiert, die widerstrebend sind, Entwicklung von Ansätze der neuen Technologie für diesen risikoreichen Bereich der Medizin vorzuschlagen.
Während der Nichtgraduiertausbildung in der Mikrobiologie, gefolgt von der Medizinischen Fakultät, vom pädiatrischen Sitz und vom Eintritt in allgemeine pädiatrische Arztpraxis, wurde sich der Autor dem wachsenden Abstand zwischen der Fähigkeit der medizinischen Technologie entwickelt für erwachsene Patienten und den begrenzten Fähigkeiten der Technologie in zunehmendem Maße bewusst, die für kritische Sorgfalt von Kindern und von Kindern angeboten wurde. Über den offensichtlicheren Fragen der Anpassung der kleinen körperlichen Skala hinaus, gibt es einige kritische Gesundheitsprobleme, die zu den vorzeitigen neugeborenen Kindern einzigartig sind, die nicht mit angepasster Erwachsen-orientierter Technologie ausreichend verhindert werden, ermittelt werden oder behandelt werden können. Ein vom wichtigsten dieser Bereiche bezieht das Management des Gebrauches des Sauerstoffes mit ein.
Die allgemeine Annahme ist, dass neugeborene Kinder für unzulänglichen Sauerstoff besonders anfällig sind, oder Hypoxie und dass Hypoxie unmittelbar Hirnschaden, Blindheit und Darmverletzung Ursache. Leider wie unten besprochen wird, haben wir neuen Beweis entdeckt, dass diese verheerenden Verletzungen das Ergebnis des Lieferns zu vielen Sauerstoffes an verletzbare Gewebe unter Krisenbedingungen wahrscheinlicher sind. Dieses Problem fällt aus, nicht soviel eine Technikherausforderung zu sein, da es ein Versehen in der interprofessionellen Kommunikation ist, und zeigt ein dringendes Bedürfnis an gerichteter Entdeckung und an Erfindung der neuen Technologie.
Leider hatte aktiver R&D von Sensoren des Pulsoximeters (SpO2) bereits in Herstellungsqualitätskontrolle umgewandelt und Kostendämpfung über den klinischen Gebrauch der Zeit mit Kindern wurde begonnen. Weitere Innovation, speziell in Reflexionsvermögen-Modus-Sensoren, die für Frühgeburten passender sein würden, wurde durch Nellcor im Jahre 1989 eingestellt. Die einzige verfügbare Wahl für Säuglingsintensivpflege war und fährt fort zu sein, die erwachsenen Fingerspitze-ähnlichen Sensoren, die auf den Fuß gesetzt wurden oder Hand des Kindes. Diese Annäherung lässt dem folgenden EinzigartigFrühchen medizinischen Bedarf unmet:
Sensor-Bewegungsartefakte ergeben übermäßige Fehlalarme, und verzögert und verfehlten wirkliche Warnungen;
Keine simultanen und ununterbrochenen Durchschnitte des Vergleichens der vor-ductal Sauerstoffsättigungs des arteriellen Bluts mit nach-ductal Sauerstoffsättigung des arteriellen Bluts;
Keine Durchschnitte der Entdeckung von Gewebe Hyperoxia; und, deshalb
Keine rationalen Durchschnitte des Verhinderns des oxydierenden Druck-bedingten Auges, des Gehirns und der Darmverletzungen in den Frühchen.
Mit wenig Industriebemühung des medizinischen Geräts in der Entwicklung von Oximeter-Sensoren speziell, diesen einzigartigen Bedarf von Frühgeburten im Jahre 1989 zu erfüllen, fing der Autor seine Suche nach einem passenden Sensor-Entwurf des Reflexionsvermögen-Modus SpO2 an. Platzierung des Sensors auf dem Fuß oder der Hand des Kindes ist, da diese sehr aktive Standorte sind, besonders während der schreienden Episoden problematisch, wenn der Sauerstoffstatus möglicherweise des Kindes von dem meisten Belang ist. Platzierung eines Reflexionsvermögen-Modus-Sensors auf dem weniger aktiven vorhergehenden Stamm würde wahrscheinlich viel weniger Bewegungsartefakt antreffen.
Physiologisch mit vorzeitigen neugeborenen Kindern, sind zwei Sensoren SpO2 erforderlich, den Übergang von fötalem zu den luftatmenden Durchblutungsbahnen aufzuspüren. Die passendsten Standorte für diese Sensoren würden der rechte obere vorhergehende Kasten (vor-ductal) und der nach links untere vorhergehende Unterleib sein (nach-ductal). Die zwei Sensoren würden auch optimal die gleichen Mittelwellenlängen von LED-Licht verwenden und vor-kalibriert, umso gleichwertig zu sein, wie möglich. Sensor-Platzierung auf dem Kasten und dem Unterleib würde auch die Verspätung zwischen einer zentralen Änderung in der Blutoxydation und der Entdeckung der Änderung durch die Sensoren herabsetzen.
Leider lässt das noch Gewebesauerstoffmetabolismus, speziell Entdeckung der überschüssigen Gewebesauerstofflieferung, und das resultierende wesentliche Gefäß Organ und Gewebeverletzung, ohne Abdeckung. Sogar in der erwachsenen Medizin und in der Chirurgie, bleibt Verletzung des oxidativen Stresses eine extrem wichtige, aber noch ungelöste Grundursache von den Ischämie-/Reperfusionsverletzungen (IRI) verbunden mit Anschlag, ein Herzinfarkt und eine Organtransplantation. Frühgeburten erleiden einzigartig Verletzungen des Verwüstungsoxidativen stresses zum Microvasculature der Retinae der Augen, des Gehirns und des Darms. Gewebe Hyperoxia kann nicht durch Pulsoximetrie ermittelt werden, die nur die Sauerstoffsättigung des arteriellen Bluts ermittelt. Verhinderung von IRI benötigt anscheinend die Fähigkeit, für zu überwachen und verhindert, Lieferung verhältnismäßig zu vielen Sauerstoffes zu wesentliches Organ Microvasculature.
Vorsichtige Studie und etwas Gedanke über den photonischen Entwurf von vorhandenen Sensoren identifizierten ein mögliches Entwurfsproblem mit dem früheren Art. Die Gelegenheit, eine mögliche Lösung zu diesem Problem zu errichten und zu prüfen stellte sich im Jahre 1999 und, mit der Unterstützung von Excalibur-Technik, LLC, Logan, Utah dar, wurden eine Reihe Technik von Prototyp-Sensoren aufgebaut und Prüfstandversuch. Hypoxemia-Herausforderungstests, in denen das Thema kurz Stickstoffgas atmete, zeigten den neuen Sensor, um eine sehr robuste und anscheinend genaue Antwort SpO2 im Vergleich zu simultanen Daten von einem medizinischen Sensor SpO2 zu haben. Jedoch deckte die LabVIEW grafische Darstellung unerwartete Antworten in den rohen Sensor-Daten auf, die nicht durch die erschienenen Spektralantworten erklärt werden konnten wegen der Blutsauerstoffsättigungs.
Dieses unerwartete Wartephänomen ist vor kurzem bestätigt worden und verlängert worden, um die photonische Antwort des Hautgewebes zu erforschen auf Extrasauerstoff kurz atmen, der die Entdeckung ergab von, was scheint, schnell reagierenden, robusten und nichtinvasiven Durchschnitte der Entdeckung von Gewebe Hyperoxia zu sein, der nicht vorher berichtet oder in irgendeiner Form verfügbar gewesen ist. Bestehende „Gewebesauerstoff-Sensoren“ können nicht bestimmen, dass die gegenwärtige Lieferung des Sauerstoffes zum Gewebe für den Gewebemetabolismus optimal ist, da der anwesende Sensor scheint zu tun. Weiter geht die Antwort unseres Sensors zu kurz Atmungsstickstoff durchweg zur Grundlinie so schnell zurück, wie sie sich entwickelt.
Jedoch besteht die Signalantwort des Sensors zu einigem Atem des Sauerstoffes einige Stunden lang weiter; lang hinter der Rückkehr eines Niveaus des Normbereichs SpO2. Wir interpretieren dieses letzte photonische Signalmuster als Anzeichen, das die biochemischen Reaktionen wegen des überschüssigen Sauerstoffes kurz an das Hautgewebe sind die molekular-stufigen oxydierenden Verletzungen wegen der reagierenden Sauerstoffspezies (ROS) lieferten, die einige Stunden erfordern, um zu reparieren, bevor sie zur Grundlinie zurückgehen, die vor der überschüssigen Sauerstoffbelichtung existierte. So glauben wir, dieses vor kurzem entdeckte, dass photonische Hautgewebe Hyperoxia-Signalantwort die Schlüsselantwort ist, die in vielen kritischen medizinischen Anwendungen, wie Sorgfalt von Frühgeburten und während der Wiederbelebung und der Sorgfalt von IRI-anfälligen Bedingungen bei Patienten alles Alters und Größen vermieden werden muss.
Sensor-Radioapparat des Bezugsentwurfs-Physiologie-Index-(PU), tragbarer Athletenmonitor.
Sensor-Radioapparat des Bezugsentwurfs-Physiologie-Index-(PU), tragbarer Athletenmonitor.
Photonischer Entwurf von decken der PU-Sensor der Biosensors auf.
Photonischer Entwurf von decken der PU-Sensor der Biosensors auf.
PU-Antwort zu kurz Atmungsstickstoff.
PU-Antwort zu kurz Atmungsstickstoff.
PU-Antwort zu kurz Atemsauerstoff.
PU-Antwort zu kurz Atemsauerstoff.
Das robuste und komplexe Muster der Antwort unseres neuen Sensors zur körperlichen Bewegung ist auch sehr interessant und informativ gewesen. Diese Antwort zeigt anscheinend die gegenwärtigen physiologischen Kosten der Bemühung des Athleten und eine einzigartige Signalgrundlinienänderung im Laufe der Zeit, die scheint, mit dem Anfang der Ermüdung während der ausgedehnten schweren Übung aufeinander zu beziehen.
Gewöhnlich ist die photonische Signalzuerstantwort während des Aufwärmens, dass die Haut schnell (d.h. anaerob) verhältnismäßig hypoxic wird, wie, wenn Stickstoffgas kurz inhaliert wird, da arterielles Übergießen der Haut reflexiv umgeleitet wird, um Muskeln und mehr wesentliche Organe zu liefern. Jedoch da Übung fortfährt, es eine photonische Signaltendenz in Richtung zum Muster gibt, das mit Hautgewebe Hyperoxia, so gesehen wird, wenn überschüssiger Sauerstoff inhaliert wird; obwohl das SpO2 während des Übungszeitraums konstant bleibt. Seit diesem Signal treten Antworten trotz der unveränderlichen Werte des Monitors SpO2, wir glauben auf, dass diese Signalantwort während der Übung dynamische Regelung von Energieumwandlungschemie in der Haut anzeigt.
Die Tendenz während der ausgedehnten Übung kann als regulierte Anpassung der Oxydationsbremswirkung im Hautgewebe, in Erwiderung auf den physiologischen Druck des verringerten Übergießens auch interpretiert werden, das durch Übung verursacht wird. Diese neuen Daten sind von einigen Berufstrainern und Weltklasse- von Ausleseathleten wiederholt worden, die stark übereinstimmen, dass diese neuen Informationen des Physiologie-Index (PU) funktionell relevant als Herzfrequenz und Herzfrequenzvariabilität sind, wenn man die Qualität von Übungs- und Wiederaufnahmeregierungen festsetzt.
PU-Tendenz während einer 30 Minute, stationäre Fahrradübung mit 3 Abständen.
PU-Tendenz während einer 30 Minute, stationäre Fahrradübung mit 3 Abständen.
Wir glauben, dass die bemerkenswerten neuen Einblicke möglicherweise, die erhalten werden, indem man Athleten überwacht, logisch mit den Drücken übereingestimmt werden, die von den Frühgeburten während der Arbeit und der Lieferung angetroffen werden. Unser Sensor zeigt, dass das Hautgewebe von gesunden erwachsenen Athleten sofort nach dem Stoppen der ausgedehnten schweren Übung stark hyperoxic wird, wenn die Haut durch vollen Fluss ihres arteriellen Bluts der normalen Sauerstoffsättigungs wieder-gedurchströmt wird. Es ist deshalb angemessen, anzunehmen, dass eine ähnliche Herunterregelung der Oxydationsbremswirkung des Gewebes im gesamten Körper eines Fötusses während des Arbeit-bedingten Druckes auftritt, der genug schwer ist, Abnahmen an der Herzfrequenz zu ergeben!
Diese Arbeit-bedingte Bedrängnis ist sehr wahrscheinlich, Überlebenswarteanpassungen zu ergeben, um Toleranz der niedrigeren Sauerstofflieferung zu ermöglichen. Jedoch Hintergrund möglicherweise diese Anpassung auch das Darstellung für möglicherweise verwüsten IRI ähnliche Verletzungen auf verletzbare Organe, einschließlich die Augen, das Gehirn und den Darm, wenn der neugeborene Blutsauerstoff schnell über die Sauerstofflieferungstoleranz von verletzbaren Geweben angehoben wird.
Mit dem gegenwärtigen Fehlen von einem Biosensor, der zur Entdeckung des Vorkommens von Gewebe Hyperoxia fähig ist, haben Kliniker nur die Pulsoximetrie, angepasst von der erwachsenen medizinischen Behandlung, um die Sauerstoffsättigung des Kindes in eine „normale neugeborene“ Strecke zu führen. Gegenwärtige medizinische Literatur zeigt offenbar, dass, besonders für Frühgeburten, eine Schwangerschaft von weniger als ungefähr 30 Woche, dort ein bedeutendes bleibt, nur ein teilweise kontrollierbar, Risiko der Verletzung des oxidativen Stresses unter Verwendung der gegenwärtigen Technologie und Methoden.
Schlussfolgerung
Unser Weg der laufenden Geschäfte ist, ein drahtloses tragbares in einer Armbinde auf dem Oberarm getragen zu werden Sensor-Modul des Bezugsentwurfs zuerst zu entwickeln. Wir genehmigen dann die Sensortechnik zu den Herstellern von SportÜberwachungsanlagen, weil die Eintrittssperre zu diesem Markt weniger schwer als der regulierte Markt des medizinischen Geräts ist. Jedoch glauben wir, dass diese neue Biosensortechnologie schließlich mit vorhandenen wesentlichen Funktionsüberwachungs-Sensor-Systemen integriert werden muss, um die neuen Schlüsselinformationen zur Verfügung zu stellen, die zu die Verringerung von Komplikationen der Frühgeburt führen.
Fördern Sie, gibt es das Potenzial, dass dieser Sensor nützlich sein würde, wenn man IRI verringerte oder verhinderte, wie ist z.Z. ein bedeutendes Problem während des folgenden ischämischen Schlaganfalls und des Herzinfarkts des Reperfusion und während der Spenderorganeinpflanzung. Wir nehmen sie sind auch nützlich vorweg, im neuroprotection allgemeinen verbessern während der chirurgischen Anästhesie und während der Wiederbelebung, die Herz- und/oder Atmungsfestnahme bei Patienten alles Alters folgt.