Ένα εξαιρετικά λεπτό αισθητηριακό επίθεμα, το οποίο μπορεί να καταγράφει ταυτόχρονα πολλαπλές φυσιολογικές παραμέτρους, ανέπτυξε διεθνής ερευνητική ομάδα με τη συμμετοχή του Helmholtz Munich (κέντρο DZL CPC-M). Το σύστημα, που βασίζεται σε μετάξι, αξιοποιεί ελάχιστες ποσότητες σωματικών υγρών και συνδυάζει αισθητήρες που λειτουργούν μέσω αλλαγών χρώματος με τεχνητή νοημοσύνη.

Η σχετική μελέτη δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό "ACS Sensors" και χρηματοδοτήθηκε, μεταξύ άλλων, από το Γερμανικό Κέντρο Έρευνας για τις Πνευμονικές Παθήσεις (DZL).

Πολλαπλές μετρήσεις με ένα μόνο επίθεμα

Η ιατρική παρακολούθηση των πρόωρων νεογνών απαιτεί συχνό έλεγχο σημαντικών δεικτών υγείας, όπως η θερμοκρασία, η συγκέντρωση γλυκόζης και νατρίου, καθώς και το pH. Για ορισμένες από αυτές τις μετρήσεις απαιτούνται σήμερα αιμοληψίες ή άλλες διαγνωστικές διαδικασίες.

Το νέο σύστημα έχει σχεδιαστεί ώστε να επιτρέπει την παρακολούθηση αρκετών από αυτούς τους δείκτες χωρίς επεμβατικές διαδικασίες.

Το επίθεμα, πάχους μόλις λίγων χιλιοστών, αποτελείται από πολλαπλά στρώματα. Η βάση του είναι το ινώδες της μεταξιού, ένα υλικό που προέρχεται από κουκούλια μεταξοσκώληκα. Ένα μικρορευστομηχανικό στρώμα από χαρτί συλλέγει πολύ μικρές ποσότητες υγρού και τις διοχετεύει στα αντίστοιχα πεδία των αισθητήρων.

Συνολικά, 12 διαφορετικές χρωστικές ουσίες αντιδρούν σε διαφορετικές βιολογικές παραμέτρους αλλάζοντας χρώμα. Το σύστημα μπορεί να μετρά τη θερμοκρασία, το pH, καθώς και τις συγκεντρώσεις νατρίου και γλυκόζης. Ως πηγή υγρού μπορούν να χρησιμοποιηθούν, μεταξύ άλλων, ο ιδρώτας, το σάλιο και το διάμεσο υγρό των ιστών.

Η τεχνητή νοημοσύνη "διαβάζει" τις αλλαγές χρώματος

Ιδιαίτερο χαρακτηριστικό της τεχνολογίας είναι η αξιοποίηση τεχνητής νοημοσύνης για την ανάλυση των μετρήσεων. Ένα μοντέλο βαθιάς μάθησης αναλύει τις αλλαγές χρώματος και λαμβάνει υπόψη παράγοντες όπως οι διαφορετικές συνθήκες φωτισμού, η γωνία της κάμερας και η κίνηση.

Ένα δεύτερο μοντέλο τεχνητής νοημοσύνης μπορεί να εντοπίζει και να παρακολουθεί το επίθεμα ακόμη και μέσα από τα πλαστικά τοιχώματα μιας θερμοκοιτίδας.

Οι πρώτες δοκιμές έδειξαν ενθαρρυντικά αποτελέσματα. Η μέση απόκλιση στις μετρήσεις της θερμοκρασίας ήταν περίπου 0,5 βαθμοί Κελσίου, ενώ για το pH ήταν μικρότερη από 0,5 μονάδες pH.

Κλινικά σημαντικά όρια, μεταξύ άλλων εκείνα που σχετίζονται με την υπογλυκαιμία και την υπερνατριαιμία, εντοπίστηκαν με ακρίβεια άνω του 91%. Ειδικά για τις χαμηλές τιμές γλυκόζης, η ακρίβεια ξεπέρασε το 98%.

Το σύστημα κατάφερε επίσης να καταγράψει συγκεντρώσεις άλατος που έχουν σημασία για τη διάγνωση της κυστικής ίνωσης.

Το επίθεμα αξιοποιεί την σχετικά αυξημένη απώλεια υγρών μέσω του δέρματος που παρατηρείται στα πρόωρα νεογνά. Μέσα σε περίπου 15 έως 40 λεπτά μπορεί να συγκεντρωθεί επαρκής ποσότητα υγρού για την ανάλυση και των τεσσάρων παραμέτρων. Για κάθε σημείο μέτρησης απαιτούνται μόλις λίγα μικρολίτρα.

Οι μέχρι σήμερα δοκιμές πραγματοποιήθηκαν, μεταξύ άλλων, με δείγματα σάλιου και ιδρώτα ενηλίκων. Οι ερευνητές εξέτασαν τη λειτουργία του συστήματος σε διαφορετικές συνθήκες, όπως η νηστεία, η σωματική άσκηση και η κατανάλωση γευμάτων.

Οι μεταβολές που καταγράφηκαν παρουσίασαν παρόμοιες τάσεις με εκείνες που προέκυψαν από καθιερωμένες εργαστηριακές μεθόδους και μετρήσεις γλυκόζης μέσω τρυπήματος του δακτύλου.

"Δεν θέλουμε να αντικαταστήσουμε την εργαστηριακή διάγνωση", δήλωσε ο Benjamin Schubert, επικεφαλής ερευνητικής ομάδας που χρηματοδοτείται από το DZL στο Computational Health Center του Helmholtz Munich. "Στόχος μας είναι να εντοπίζουμε μεταβολές που συμβαίνουν μεταξύ δύο εργαστηριακών εξετάσεων".

Η συγκεκριμένη μελέτη αποτελεί προς το παρόν μια απόδειξη της αρχής λειτουργίας της τεχνολογίας. Για να μπορέσει το επίθεμα να χρησιμοποιηθεί στο μέλλον στη νεογνολογία, απαιτούνται περαιτέρω έρευνες.

Οι ερευνητές σχεδιάζουν μεγαλύτερες μελέτες σε μονάδες εντατικής νοσηλείας νεογνών, όπου οι μετρήσεις του επιθέματος θα συγκριθούν με τα αποτελέσματα των κλασικών αιματολογικών εξετάσεων.

Παράλληλα, το σύστημα τεχνητής νοημοσύνης θα πρέπει να εκπαιδευτεί με δεδομένα από διαφορετικά μοντέλα θερμοκοιτίδων, συνθήκες φωτισμού και διαφορετικούς τόνους δέρματος. Προβλέπονται επίσης πρόσθετοι τοξικολογικοί και κανονιστικοί έλεγχοι.

Μακροπρόθεσμα, η τεχνολογία θα μπορούσε να επεκταθεί ώστε να καταγράφει και άλλους βιολογικούς δείκτες. Το γεγονός ότι το επίθεμα δεν χρειάζεται ηλεκτρική τροφοδοσία, καλώδια ή ψύξη ανοίγει παράλληλα τον δρόμο για τη διερεύνηση και άλλων εφαρμογών της συγκεκριμένης χαμηλού κόστους τεχνολογίας αισθητήρων.

Η μελέτη χρηματοδοτήθηκε, μεταξύ άλλων, από την Helmholtz Association, το γερμανικό Ομοσπονδιακό Υπουργείο Παιδείας και Έρευνας (BMBF), το Helmholtz Munich και το Γερμανικό Κέντρο Έρευνας για τις Πνευμονικές Παθήσεις (DZL).

Αποτελεί επίσης μέρος του διαπεριφερειακού Ειδικού Ερευνητικού Προγράμματος PILOT (TRR 359, "Perinatal Development of Immune Cell Topology"), το οποίο χρηματοδοτείται από το Γερμανικό Ίδρυμα Έρευνας (DFG). 

Προσθέστε το iatronet.gr στο Discover

Ειδήσεις υγείας σήμερα
O Τάσος Λιάσκος προσωρινός διοικητής στο νοσοκομείο Ζακύνθου
Στην Κέρκυρα το 1ο Capodistrian Ionian Cardiovascular Meeting
Οι άνδρες αντιστέκονται στις δίαιτες επειδή τις θεωρούν πολύ "γυναικείες" [μελέτη]