I ricercatori hanno combinato un nuovo film sensibile all'ossigeno con l'apprendimento automatico per creare un sensore indossabile in grado di misurare l'ossigenazione dei tessuti attraverso la pelle. Il dispositivo potrebbe essere utilizzato per monitorare i livelli di ossigeno di una persona su base continuativa per applicazioni in medicina e sport.

Il dispositivo wireless è facile da usare e comunica in modalità wireless, rendendolo adatto per il monitoraggio remoto dei livelli di ossigeno al di fuori delle strutture sanitarie.

"Il dispositivo è destinato a qualsiasi scenario in cui vi sia il rischio di flusso sanguigno compromesso e mancanza di ossigeno agli arti e ai tessuti, " ha detto Conor Evans, il ricercatore principale del progetto. "La tecnologia è particolarmente potente per le situazioni mediche in cui i tradizionali strumenti di saturazione dell'ossigeno nel sangue non riescono a fornire informazioni adeguate. Le applicazioni di questo dispositivo wireless indossabile per ossigeno spaziano da lesioni traumatiche come incidenti stradali e lesioni sul campo di battaglia al monitoraggio post-chirurgico e alla cura delle ferite. "

Juan Pedro Cascales e Conor L. Evans del Massachusetts General Hospital e della Harvard Medical School presenteranno la ricerca al congresso virtuale OSA Imaging and Applied Optics e Optical Sensors and Sensing che si terrà dal 19 al 23 luglio.

Il dispositivo, indossato come un orologio da polso a metà dell'avambraccio, è costituito da un involucro stampato in 3D, una piccola testina del sensore e una pellicola adesiva per il rilevamento dell'ossigeno. I componenti elettronici elaborano i dati dal sensore e consentono al dispositivo di inviare registrazioni tramite Bluetooth o Wi-Fi.

Il sensore funziona rilevando la durata della fosforescenza e l'intensità di una pellicola di rilevamento dell'ossigeno acrilico. Due LED nella testa del sensore eccitano la pellicola di rilevamento dell'ossigeno con luce ultravioletta. Un fotodiodo rileva la fase della luce emessa dalla pellicola sensibile all'ossigeno in risposta. Il confronto della fase della luce emessa dai LED con la fase della luce emessa dalla pellicola sensibile all'ossigeno fornisce una misura del livello di ossigeno nel tessuto sotto la pellicola.

"Questo è il primo monitor di ossigeno transcutaneo non invasivo veramente indossabile, " disse Juan Pedro Cascales, autore principale del progetto. "La semplicità, precisione, taglia piccola, e la facilità d'uso del dispositivo significa che può andare praticamente ovunque ed essere utilizzato dai medici, infermieri, paramedici, e anche i pazienti a casa loro".

Per calibrare il sensore, i ricercatori hanno esposto il dispositivo a una varietà di temperature all'interno di una camera con una miscela di azoto e aria e hanno regolato le calibrazioni fino alle fasi allineate con quelle di un sensore commerciale.

I ricercatori hanno testato il dispositivo attaccandolo all'arto anteriore di un maiale dello Yorkshire. Quando un laccio emostatico è stato applicato sull'articolazione del gomito, il sensore ha rilevato un calo di ossigeno che riflette la riduzione del flusso sanguigno. Le misurazioni sono state ben allineate con quelle di un sensore di riferimento commerciale e non sono state influenzate dalle variazioni di temperatura, umidità o altri fattori ambientali, rendendo il sensore pratico per l'uso al di fuori del laboratorio.

Il team ha utilizzato un approccio di apprendimento automatico per addestrare il sistema a misurare con precisione i livelli di ossigeno in condizioni diverse. Questo approccio ha anche permesso ai ricercatori di spiegare il photobleaching, la tendenza dei materiali eccitati dalla luce a perdere gradualmente la loro capacità di emettere luce. Il photobleaching è una limitazione comune dei dispositivi basati sulla misurazione dell'intensità della luce.

"Ora stiamo conducendo i primi studi clinici sull'uomo, e siamo entusiasti di condividere presto i nostri risultati, " ha detto Evans. "Stiamo anche costruendo più piccoli, versioni più ergonomiche e ottimizzate del dispositivo in grado di comunicare con qualsiasi smartwatch, smartphone, tavoletta, o computer, "aggiunse Cascali.

L'innovativo progetto è stato finanziato dal Dipartimento della Difesa sia attraverso il Programma di fotonica medica militare sia tramite il Programma di trasformazione delle tecnologie per il Warfighter Program.