I ricercatori del Worcester Polytechnic Institute (WPI) stanno sviluppando un sensore delle dimensioni di un cerotto che misurerà i livelli di ossigeno nel sangue di un bambino, un'indicazione vitale dell'efficacia dei polmoni e se il tessuto del bambino sta ricevendo un adeguato apporto di ossigeno. A differenza degli attuali sistemi utilizzati negli ospedali, questo dispositivo indossabile miniaturizzato sarà flessibile ed estensibile, senza fili, poco costoso, e mobile, eventualmente consentendo al bambino di lasciare l'ospedale ed essere monitorato a distanza.

Ulkuhan Guler, assistente professore di ingegneria elettrica e informatica e direttore dell'Integrated Circuits and Systems Lab di WPI, sta guidando il progetto incentrato sull'abilitazione dei malati, bambini ricoverati per essere slegati da sensori cablati, in modo che possano essere esaminati più facilmente e frequentemente, tenuto, e persino permesso di tornare a casa. Guler e il suo team hanno sviluppato un monitor di ossigeno in miniatura per i bambini, che misura i gas sanguigni che si diffondono attraverso la pelle e riporta i dati in modalità wireless.

"Le degenze prolungate in ospedale sono costose e possono mettere a dura prova le famiglie, " ha detto Guler. "E gli studi hanno dimostrato che la salute dei bambini migliora quando sono con le loro famiglie. Il nostro obiettivo con questo conveniente, dispositivo mobile è quello di offrire ai medici una maggiore flessibilità nel monitorare i propri pazienti sia in ospedale che a casa".

Tipicamente, misurare i livelli di molecole di ossigeno per via transcutanea comporta l'utilizzo di un sistema con un monitor di circa 5 libbre collegato a una presa elettrica, e sensori che generalmente sono cablati al monitor. Il dispositivo sanitario di Guler utilizzerà il trasferimento di potenza wireless. Sarà inoltre connesso a Internet in modalità wireless in modo che un allarme su un monitor in uno studio medico o un'app per smartphone avviserà il personale medico e i familiari 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 a una semplice misurazione della saturazione di ossigeno, che può essere facilmente prelevato con un dispositivo per pulsossimetria fissato delicatamente su un dito. E misurare il livello di PO2 tramite un dispositivo non invasivo attaccato alla pelle è accurato come un esame del sangue.

Il monitor dell'ossigeno per bambini indossabile sarebbe utile anche per gli adulti, soprattutto le persone con asma grave e gli anziani con BPCO, o malattia polmonare ostruttiva cronica, che è un incurabile, malattia polmonare progressiva e la terza causa di morte negli Stati Uniti, secondo i Centri per il controllo e la prevenzione delle malattie. Guler modificherà il wearable per adulti, e creare un'app per smartphone correlata, in un'altra fase della sua ricerca.

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

"Il concetto della tecnologia è che se disponiamo di dati più accessibili per una persona di qualsiasi età, saremo in grado di occuparci meglio di questi pazienti, " disse Reno, che ha consigliato Guler su ciò che è necessario in un ospedale e in un ambiente domestico. "L'idea di non invasivo, sciolto, la raccolta di dati accessibili apre un mondo completamente nuovo di assistenza."

Il chip, progettato per funzionare all'interno del monitor dell'ossigeno indossabile, attiva i sensori ottici, cattura segnali analogici dal sensore, gestisce la gestione dell'alimentazione, e contiene i circuiti necessari. Guler e il team hanno progettato su misura i circuiti individuali, come circuiti di cattura del segnale e circuiti di pilotaggio per circuiti di lettura basati su ottica. Nella fase successiva del progetto di ricerca, hanno in programma 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. A quel punto, sarà un sistema completo sul chip.

In una collaborazione interdipartimentale, Guler e Rao stanno creando sensori miniaturizzati sottili e flessibili per i dispositivi sanitari indossabili in modo che siano comodi e sicuri sui bambini mentre si muovono.

Il team ha scritto quattro articoli (altri due articoli sono in preparazione sulla loro ricerca) concentrandosi separatamente sui dispositivi di miniaturizzazione, creazione del prototipo, tecniche di misurazione dell'ossigeno, e costruire il chip. Tre dei documenti sono in fase di revisione. Uno, 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.