Le professeur Ulkuhan Guler présente un premier prototype du miniaturisé, appareil portable qui surveillera un jour les niveaux d'oxygène dans le sang des nourrissons. Crédit :Institut polytechnique de Worcester
Des chercheurs du Worcester Polytechnic Institute (WPI) développent un capteur de la taille d'un pansement qui mesurera les niveaux d'oxygène dans le sang d'un bébé, une indication vitale de l'efficacité des poumons et si les tissus du bébé reçoivent un apport suffisant en oxygène. Contrairement aux systèmes actuels utilisés dans les hôpitaux, ce dispositif portable miniaturisé sera flexible et extensible, sans fil, peu coûteux, et mobile, permettant éventuellement à l'enfant de quitter l'hôpital et d'être surveillé à distance.
Ulkuhan Guler, professeur assistant en génie électrique et informatique et directeur du laboratoire de circuits et systèmes intégrés de WPI, dirige le projet axé sur l'habilitation des malades, les bébés hospitalisés doivent être détachés des capteurs filaires, afin qu'ils puissent être examinés plus facilement et plus fréquemment, tenu, et même autorisés à rentrer chez eux. Guler et son équipe ont développé un moniteur d'oxygène miniature pour les bébés, qui mesure les gaz du sang se diffusant à travers la peau et transmet les données sans fil.
"Les séjours prolongés à l'hôpital sont coûteux et peuvent être une contrainte pour les familles, " a déclaré Guler. " Et des études ont montré que la santé des bébés s'améliore lorsqu'ils sont avec leur famille. Notre objectif avec ce prix abordable, appareil mobile est de donner aux médecins plus de flexibilité dans le suivi de leurs patients à la fois à l'hôpital et à domicile."
Typiquement, mesurer les niveaux de molécules d'oxygène par voie transcutanée implique l'utilisation d'un système avec un moniteur d'environ 5 livres branché sur une prise électrique, et des capteurs qui sont généralement câblés au moniteur. L'appareil de santé de Guler utilisera le transfert d'énergie sans fil. Il sera également connecté à Internet sans fil afin qu'une alarme sur un moniteur dans un cabinet médical ou une application pour smartphone avertisse le personnel médical et les membres de la famille si le niveau d'oxygène du bébé commence à baisser.
L'appareil est conçu pour mesurer la PO2, ou la pression partielle d'oxygène, qui indique la quantité d'oxygène dissous dans le sang - un indicateur plus précis de la santé respiratoire qu'une simple mesure de la saturation en oxygène, qui peut être facilement pris avec un appareil d'oxymétrie de pouls doucement serré sur un doigt. Et mesurer le niveau de PO2 via un appareil non invasif fixé sur la peau est aussi précis qu'un test sanguin.
Le professeur Guler et les étudiants diplômés Devdip Sen (au milieu) et Ian Costanzo travaillent à la création d'un dispositif médical portable qui permettra de surveiller les systèmes respiratoires des bébés à domicile. Crédit :Institut polytechnique de Worcester
Le moniteur d'oxygène portable pour bébé serait également utile pour les adultes, en particulier les personnes souffrant d'asthme sévère et les personnes âgées atteintes de MPOC, ou maladie pulmonaire obstructive chronique, qui est un incurable, maladie pulmonaire progressive et la troisième cause de décès aux États-Unis, selon les Centers for Disease Control and Prevention. Guler modifiera le portable pour adultes, et créer une application pour smartphone associée, dans une autre phase de sa recherche.
Guler collabore avec Pratap Rao, professeur agrégé de génie mécanique à WPI, et Lawrence Rhein, MARYLAND, président du département de pédiatrie et professeur agrégé à la faculté de médecine de l'Université du Massachusetts. Ian Costanzo et Devdip Sen, tous deux étudiants diplômés en génie électrique et informatique à WPI, travaillent également avec Guler pour créer une puce qui servira éventuellement de cœur pour l'appareil portable.
"Le concept de la technologie est que si nous avons des données plus accessibles pour une personne de tout âge, nous pourrons mieux prendre en charge ces patients, " dit Rhein, qui a conseillé Guler sur les besoins en milieu hospitalier et à domicile. "L'idée de non-invasif, sans attaches, la collecte de données accessibles ouvre un tout nouveau monde de soins. »
La puce, conçu pour fonctionner à l'intérieur du moniteur d'oxygène portable, active les capteurs optiques, capte les signaux analogiques du capteur, gère la gestion de l'alimentation, et contient les circuits requis. Guler et l'équipe ont conçu sur mesure les circuits individuels, tels que les circuits de capture de signaux et les circuits de commande pour les circuits de lecture optiques. Dans la phase suivante du projet de recherche, ils prévoient d'équiper la puce de plus de circuits pour numériser les signaux analogiques, transmit the captured and digitized data, and create power from a wireless link. At that point, it will be a complete system on the chip.
In an interdepartmental collaboration, 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. Une, 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.
