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Sensore di ossigeno senza fili ispirato al bambino malato del ricercatore

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C'è un'espressione secondo cui la necessità è la madre dell'invenzione, e per Ulkuhan Guler, assistente professore di ingegneria elettrica e informatica e direttore del WPI (Worcester Polytechnic Institute's) Integrated Circuits and Systems Lab, la necessità era il benessere del figlio neonato oltre un decennio fa.

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Ispirandosi all'esperienza del figlio neonato malato che giaceva in un'unità di terapia intensiva neonatale a Istanbul, Guler ha collaborato con diversi ricercatori per creare un sensore di ossigeno wireless miniaturizzato che consentisse ai neonati di lasciare l'ospedale ed essere comunque monitorati in sicurezza da casa.

Il sensore miniaturizzato indossabile, delle dimensioni di un cerotto, misura i gas ematici che si diffondono attraverso la pelle e segnala i dati in modalità wireless. Utilizzando questo flessibile dispositivo miniaturizzato, i bambini possono essere liberati dai monitor medici, consentendo a infermieri, medici e genitori di esaminarli e tenerli più facilmente e in tutta sicurezza. Untethered da queste macchine mediche, un bambino potrebbe essere portato a casa, con i medici che ricevono i dati sulla sua funzione respiratoria e avverte se la condizione peggiora.

Guler, che aveva un contatto personale limitato con il figlio neonato quando è nato, capisce quanto importante possa essere il sensore.

"I soggiorni prolungati in ospedale sono costosi e possono essere un problema per le famiglie", ha detto Guler in un articolo apparso sul sito web di WPI. "E gli studi hanno dimostrato che la salute dei bambini migliora quando sono in famiglia. Il nostro obiettivo con questo dispositivo mobile e conveniente è quello di dare ai medici una maggiore flessibilità nel monitoraggio dei pazienti sia in ospedale che a casa"

Tipicamente, la misurazione dei livelli di molecole di ossigeno per via transcutanea comporta l'utilizzo di un sistema con un monitor da 5 libbre inserito in una presa elettrica e sensori che generalmente sono collegati al monitor. Il dispositivo sanitario di Guler usera' il trasferimento di energia senza fili. Sarà anche connesso a Internet in modalità wireless, quindi un allarme su un monitor in uno studio medico o un'applicazione per smartphone informerà il personale medico e i membri della famiglia se il livello di ossigeno del bambino inizia a scendere.

Il dispositivo è progettato per misurare la PO2, o la pressione parziale dell'ossigeno, che indica la quantità di ossigeno disciolto nel sangue, un indicatore più accurato della salute respiratoria rispetto ad una semplice misurazione della saturazione di ossigeno, che può essere facilmente presa con un dispositivo di pulsossimetria delicatamente premuto su un dito. La misurazione del livello di PO2 tramite un dispositivo non invasivo applicato sulla pelle è precisa come un'analisi del sangue.

Il monitor di ossigeno bambino indossabile anche sarebbe utile per gli adulti, soprattutto le persone con asma grave e anziani con BPCO, o malattia polmonare ostruttiva cronica ostruttiva, una malattia polmonare incurabile, progressiva e la terza causa principale di morte negli Stati Uniti, secondo il Centers for Disease Control and Prevention. Guler modificherà l'indossabile per adulti, e creerà una relativa app per smartphone, in un'altra fase della sua ricerca.

Guler sta collaborando con Pratap Rao, professore associato di ingegneria meccanica al WPI, e Lawrence Rhein, MD, presidente del dipartimento di pediatria e professore associato alla University of Massachusetts Medical School. Anche Ian Costanzo e Devdip Sen, entrambi laureati in ingegneria elettrica e informatica al WPI, stanno lavorando con Guler per creare un chip che alla fine fungerà da cuore del dispositivo indossabile.

"Il concetto della tecnologia è che se abbiamo dati più accessibili per una persona di qualsiasi età, saremo in grado di prenderci meglio cura di questi pazienti", ha detto Rhein, che è stato consulente di Guler. "L'idea di una raccolta dati non invasiva, libera e accessibile apre un nuovo mondo di cura"

Il chip, progettato per funzionare all'interno del monitor dell'ossigeno indossabile, attiva i sensori ottici, cattura i segnali analogici dal sensore, gestisce la gestione dell'alimentazione e contiene i circuiti necessari. Guler e il team hanno progettato su misura i singoli circuiti, come i circuiti di cattura del segnale e i circuiti driver per circuiti di lettura su base ottica. Nella fase successiva del progetto di ricerca, si prevede di dotare il chip di più circuiti per digitalizzare i segnali analogici, trasmettere i dati acquisiti e digitalizzati e creare energia da un collegamento wireless.