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#Tendenze
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Il sensore biometrico indirizza l'ipossia infantile
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Il sensore biometrico indirizza l'ipossia infantile
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Introduzione
I sensori biomedici esistono all'interfaccia fra la fisiologia medica e l'ingegneria elettronica. Per essere clinicamente validi ed utili, devono individuare i fenomeni biologici pertinenti ed illustrare i dati ha prodotto in un modo intuitivo comprensibile e perseguibile dai medici. Per essere tecnologicamente realizzabili ed affidabili, devono essere progettati e costruiti facendo uso di migliori metodi tecnici progettuali, delle componenti e delle tecniche di fabbricazione.
Il fermo è: chi è preparato per fare la scoperta e l'invenzione state necessaria per produrrle? Come fa uno stato istruito ed esperto nella vasta gamma dei processi che devono combinarsi nei sistemi biomedici del sensore? C'è dei fenomeni ancora che devono essere scoperto? C'è nuovi sensori medici importanti ancora che devono essere inventato?
Ciò è la prima di una serie in due parti di articoli sulla scoperta e sullo sviluppo dei sensori medici novelli. Questo primo articolo descrive la nostre scoperta ed esplorazione iniziale di nuovo segnale biometrico ottenuto individuando le variazioni in un assorbimento di due lunghezze d'onda della luce del LED nel tessuto della pelle. Il secondo articolo presenta alcune lezioni istruite circa il processo di preparazione scoprire ed inventare in questo settore tecnologico.
Un nuovo sensore biometrico
Questo giornale è orientato verso gli ingegneri e soprattutto i fuochi sui sensori dalla prospettiva tecnica. Tuttavia, a meno che attivamente informato dei clinici, gli ingegneri siano probabili essere ignari dei bisogni medici insoddisfatti della tecnologia. D'altra parte, la maggior parte dei clinici sono non informati circa le soluzioni tecnologiche possibili e sono preparati per fare il meglio che possono con qualunque è fornito per loro. Purtroppo, la cura critica degli infanti neonati prematuri è compromessa doppiamente a causa della sue molto piccole importanza e, pertanto, molto risorse limitate del mercato economiche per sviluppo tecnologico medico e una direzione naturalmente conservatrice dei clinici del subspecialist che sono riluttanti a suggerire lo sviluppo degli approcci di nuova tecnologia per questa area ad alto rischio di medicina.
Durante l'istruzione dello studente non laureato in microbiologia, seguita dalla facoltà di medicina, dalla residenza pediatrica e dall'entrata in pratica pediatrica generale del medico, l'autore ha diventare sempre più cosciente della lacuna crescente fra la capacità della tecnologia medica sviluppata per i pazienti adulti e delle capacità limitate della tecnologia che è offerta per la cura critica degli infanti e dei bambini. Oltre le emissioni più ovvie di adattamento alla scala fisica minuscola, ci sono parecchi problemi sanitari critici che sono unici agli infanti neonati prematuri, che non possono essere impediti, individuati, o essere curati adeguatamente con alla la tecnologia orientata a adulto adattata. Uno dell'più importante di queste aree comprende la gestione dell'uso di ossigeno.
Il presupposto comune è che gli infanti neonati sono particolarmente vulnerabili ad ossigeno insufficiente, o ipossia e che l'ipossia direttamente provoca la lesione cerebrale, la cecità e ferite intestinali. Purtroppo, come sarà discusso qui sotto, abbiamo scoperto la nuova prova che queste lesioni devastanti sono più probabili il risultato di consegna del troppo ossigeno ai tessuti vulnerabili nelle circostanze di crisi. Questo problema sta risultando essere non così tanto una sfida d'organizzazione, poichè è un intervallo nella comunicazione inter professionale e mostra un bisogno urgente per la scoperta e l'invenzione mirate a di nuova tecnologia.
Purtroppo, la R & S attiva dei sensori dell'ossimetro di impulso (SpO2) già aveva trasformato in controllo di qualità fabbricante ed il contenimento di costo circa l'uso clinico di tempo con gli infanti è stato iniziato. Ulteriore innovazione, specificamente nei sensori del modo di riflettanza che sarebbero più adatti a bambini prematuri, è stata interrotta da Nellcor nel 1989. La sola opzione disponibile per terapia intensiva infantile era e continua ad essere, sensori stile punta delle dita adulti disposti sul piede o mano dell'infante. Questo approccio lascia al seguente unico-preemie i bisogni medici insoddisfatti:
I manufatti di moto del sensore provocano gli eccessivi falsi allarmi ed in ritardo ed hanno mancato gli allarmi reali;
Nessun mezzi simultanei e continui di paragonare saturazione pre-duttale dell'ossigeno del sangue arterioso alla saturazione post-duttale dell'ossigeno del sangue arterioso;
Nessun mezzi di rilevazione del hyperoxia del tessuto; e, quindi
Nessun mezzi razionali di evitare occhio, cervello e le lesioni in relazione con lo sforzo ossidativi dell'intestino in preemies.
Con poco sforzo dell'industria dell'apparecchio medico nello sviluppo dei sensori dell'ossimetro specificamente per soddisfare queste esigenze uniche dei bambini prematuri nel 1989, l'autore ha cominciato la sua ricerca per una progettazione adatta del sensore del modo SpO2 di riflettanza. La disposizione del sensore sul piede o sulla mano dell'infante è problematica, poiché questi sono siti molto attivi, particolarmente durante gridare gli episodi quando lo stato dell'ossigeno dell'infante può essere della maggior parte della preoccupazione. La disposizione di un sensore del modo di riflettanza sul tronco anteriore meno attivo probabilmente incontrerebbe molto meno manufatto di moto.
Fisiologicamente, con gli infanti neonati prematuri, due sensori SpO2 sono necessari seguire la transizione da fetale alle vie a presa d'aria di circolazione sanguigna. Le posizioni più adatte per questi sensori sarebbero il petto anteriore superiore giusto (pre-duttale) e l'addome anteriore a sinistra più basso (post-duttale). I due sensori inoltre, userebbero ottimamente le stesse lunghezze d'onda concentrare della luce del LED e pre-sarebbero calibrati per essere equivalenti come possibile. La disposizione del sensore sul petto e sull'addome inoltre minimizzerebbe l'ad azione ritardata fra un cambiamento centrale nell'ossigenazione del sangue e la rilevazione del cambiamento dai sensori.
Purtroppo, quello ancora lascia il metabolismo dell'ossigeno del tessuto, specificamente la rilevazione della consegna in eccesso dell'ossigeno del tessuto e l'organo vitale risultante vascolare e la lesione del tessuto, senza copertura. Anche in medicina ed ambulatorio adulti, la lesione di ossidativo-sforzo rimane una causa di origine delle lesioni riperfusione/di ischemia (IRI) connesse con il colpo, un attacco di cuore e un trapianto di organi estremamente importanti, ma ancora irrisolti. I bambini prematuri subiscono unicamente le lesioni di ossidativo-sforzo di devastazione al microvasculature delle retine degli occhi, del cervello e dell'intestino. Il hyperoxia del tessuto non può essere individuato dall'impulso oximetry, che individua soltanto la saturazione dell'ossigeno del sangue arterioso. La prevenzione di IRI ha bisogno apparentemente della capacità di controllare per ed impedisce, la consegna di relativamente troppo ossigeno al microvasculature dell'organo vitale.
Lo studio attento e un certo pensiero circa la progettazione fotonica dei sensori attuali hanno identificato un problema possibile di progettazione con l'art. priore. L'opportunità di sviluppare e verificare una soluzione possibile a questo problema si è presentata nel 1999 e, con l'assistenza di ingegneria di Excalibur, il LLC, Logan, Utah, una serie di organizzazione dei sensori del prototipo è stata sviluppata e prova al banco. Gli esami di sfida di ipossiemia, in cui l'oggetto brevemente ha respirato il gas dell'azoto, hanno provato il nuovo sensore per avere una risposta molto robusta ed apparentemente accurata SpO2 in confronto ai dati simultanei da un sensore medico SpO2. Tuttavia, rappresentare graficamente di LabVIEW ha rivelato le risposte inattese nei dati da rivedere del sensore che non potrebbero essere spiegati dalle risposte spettrali pubblicate dovuto saturazione dell'ossigeno del sangue.
Questo fenomeno inatteso di risposta recentemente è stato confermato ed esteso stato per esplorare la risposta fotonica del tessuto della pelle fino brevemente la respirazione dell'ossigeno extra, che ha provocato la scoperta di che cosa sembra essere un modo rapidamente reattivo, robusto e non invadente di rilevazione del hyperoxia del tessuto che precedentemente non è stato riferito o disponibile in alcuna forma. «I sensori dell'ossigeno del tessuto» esistenti non possono determinare che la consegna corrente di ossigeno al tessuto è ottimale per il metabolismo del tessuto, poichè il sensore attuale sembra fare. Più ulteriormente, la risposta del nostro sensore ad azoto brevemente respirante ritorna coerente rapidamente alla linea di base quanto si sviluppa.
Tuttavia, la risposta del segnale del sensore ad alcuni respiri di ossigeno persiste per parecchie ore; lungamente dopo il ritorno di un livello della gamma normale SpO2. Interpretiamo questo modello fotonico posteriore del segnale come indicazione che le reazioni biochimiche dovuto ossigeno in eccesso brevemente hanno consegnato al tessuto della pelle sono di lesioni ossidative livelle molecolare dovuto le specie reattive dell'ossigeno (ROS), che richiedono parecchie ore per riparare prima del ritorno alla linea di base che è esistito prima dell'esposizione in eccesso dell'ossigeno. Quindi, crediamo questo recentemente abbia scoperto che la risposta fotonica del segnale di hyperoxia del tessuto della pelle è la risposta chiave che deve essere evitata in molte applicazioni mediche critiche, quale cura dei bambini prematuri e durante la rianimazione e la cura dei termini IRI-inclini in pazienti di tutte le età e dimensioni.
Radio del sensore di indice di fisiologia di progettazione di riferimento (pi), monitor portabile dell'atleta.
Radio del sensore di indice di fisiologia di progettazione di riferimento (pi), monitor portabile dell'atleta.
La progettazione fotonica del rivela il sensore del pi dei biosensori.
La progettazione fotonica del rivela il sensore del pi dei biosensori.
Risposta di pi ad azoto brevemente respirante.
Risposta di pi ad azoto brevemente respirante.
Risposta di pi ad ossigeno brevemente respirabile.
Risposta di pi ad ossigeno brevemente respirabile.
Il modello robusto e complesso della risposta del nostro nuovo sensore all'esercizio fisico inoltre è stato molto interessante ed informativo. Questa risposta mostra apparentemente col passare del tempo sia il costo fisiologico corrente dello sforzo dell'atleta che un cambiamento unico della linea di base del segnale che sembra correlare con l'inizio di affaticamento durante l'esercizio pesante esteso.
Tipicamente, la risposta fotonica iniziale del segnale durante il riscaldamento è che la pelle diventa rapidamente relativamente hypoxic (cioè anaerobico), come quando il gas dell'azoto brevemente è inalato, poichè l'aspersione arteriosa della pelle riflessivo è deviata per fornire i muscoli e più organi vitali. Tuttavia, poichè l'esercizio continua, c'è una tendenza fotonica del segnale verso il modello visto con hyperoxia del tessuto della pelle, così quando l'ossigeno in eccesso è inalato; anche se lo SpO2 rimane costante durante il periodo di esercizio. Da questo segnale risposte si presentano malgrado i valori costanti del monitor SpO2, noi credono che questa risposta del segnale durante l'esercizio indichi il regolamento dinamico di chimica di conversione di energia nella pelle.
La tendenza durante l'esercizio esteso può anche essere interpretata come adattamento regolato di attività antiossidante nel tessuto della pelle, in risposta allo sforzo fisiologico di aspersione in diminuzione indotta dall'esercizio. Questi nuovi dati sono stati esaminati da parecchi istruttori professionali ed atleti di elite di livello internazionale, che concordano forte che questi nuove informazioni di indice della fisiologia (pi) sono più dal punto di vista funzionale pertinenti che la frequenza cardiaca e la variabilità di frequenza cardiaca nella valutazione della qualità dei regimi di recupero e di esercizio.
Tendenza durante i 30 minuti, esercizio stazionario di pi della bicicletta di 3 intervalli.
Tendenza durante i 30 minuti, esercizio stazionario di pi della bicicletta di 3 intervalli.
Crediamo che le nuove comprensioni notevoli ottenute controllando gli atleti possano essere uguagliate logicamente agli sforzi incontrati dai bambini prematuri durante lavoro e la consegna. Il nostro sensore indica che il tessuto della pelle degli atleti adulti in buona salute immediatamente diventa forte hyperoxic sopra la fermata dell'esercizio pesante esteso, quando la pelle ri-è irrorata tramite flusso completo del loro sangue arterioso di saturazione normale dell'ossigeno. È, quindi, ragionevole supporre che un simile giù-regolamento di attività antiossidante del tessuto sta presentandosi nell'intero corpo di un feto durante dal il sforzo indotto da lavoro che è abbastanza severo provocare le diminuzioni nella frequenza cardiaca!
Questa da emergenza indotta da lavoro è molto probabile provocare gli adattamenti di risposta di sopravvivenza per permettere alla tolleranza della consegna più bassa dell'ossigeno. Tuttavia, questo adattamento anche può mettere la fase per le lesioni del tipo di IRI potenzialmente di devastazione agli organi vulnerabili, compreso gli occhi, il cervello e l'intestino, quando l'ossigeno neonato del sangue è alzato rapidamente sopra la tolleranza della consegna dell'ossigeno dei tessuti vulnerabili.
Con la mancanza corrente di biosensore capace di rilevazione dell'avvenimento di hyperoxia del tessuto, i clinici hanno soltanto impulso oximetry, adattato da assistenza medica adulta, guidare la saturazione arteriosa dell'ossigeno dell'infante in una gamma «neonata» normale. La letteratura medica corrente indica chiaramente che, particolarmente per i bambini prematuri, la gestazione di meno circa 30 settimane, là rimane un importante, soltanto parzialmente controllabile, rischio di lesione di sforzo ossidativa facendo uso della tecnologia corrente e metodi.
Conclusione
Il nostro percorso di affari correnti è inizialmente di sviluppare un modulo portabile senza fili del sensore di progettazione di riferimento da durare in un bracciale sul braccio. Poi concederemo una licenza alla tecnologia dei sensori ai produttori dei sistemi di controllo di sport, perché la barriera di entrata a questo mercato è meno severa che il mercato regolato dell'apparecchio medico. Tuttavia, crediamo che questa nuova tecnologia del biosensore infine debba essere integrata con i sistemi vitali attuali del sensore di controllo di funzione per fornire nuove informazioni chiave che conducono a ridurre le complicazioni della nascita prematura.
Avanzi, c'è il potenziale che questo sensore sarebbe utile nella riduzione o nell'impedire del IRI, come è attualmente un problema significativo durante la riperfusione che segue il colpo e l'attacco di cuore ischemici e durante l'impianto dell'organo da trapiantare. Lo anticipiamo inoltre saremo utili in generale il miglioramento del neuroprotection durante l'anestesia chirurgica e durante la rianimazione che segue l'arresto cardiaco e/o respiratorio in pazienti di tutte le età.