Sensore di ossigeno wireless per i bambini malati

Gli ingegneri del Worcester Polytechnic Institute hanno creato un sensore di ossigeno wireless miniaturizzato per i bambini malati. Questo dispositivo mobile e indossabile delle dimensioni di un cerotto potrebbe consentire ai piccoli pazienti di lasciare l'ospedale e di essere monitorati da casa.

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 per monitorare i polmoni e l'ossigenzione dei tessuto del bambino. A differenza degli attuali sistemi utilizzati negli ospedali, questo dispositivo indossabile miniaturizzato sarà flessibile ed estensibile, wireless, economico e mobile. Inoltre, questo sensore consentirà eventualmente al bambino di lasciare l'ospedale e di essere monitorato da remoto.

La dottoressa Ulkuhan Guler, (1) assistente professore di ingegneria elettrica e informatica e direttore dell'Integrated Circuits and Systems Lab di WPI, sta conducendo il progetto atto a permettere ai bambini malati e ospedalizzati di essere liberati dai sensori cablati, in modo che possano essere più facilmente e frequentemente esaminati, anche dalla propria abitazione. Ulkuhan Guler e il suo team hanno sviluppato un monitor di ossigeno in miniatura per i bambini che, dopo aver rilevato i gas del sangue diffusi attraverso la pelle, riporta i dati in modalità wireless.

“I soggiorni prolungati in ospedale sono costosi e possono mettere a dura prova le famiglie”, spiega la dottoressa Ulkuhan Guler. “Gli studi hanno dimostrato che la salute dei bambini migliora quando sono con le loro famiglie. Il nostro obiettivo con questo dispositivo mobile economico è quello di dare ai medici una maggiore flessibilità nel monitoraggio dei loro pazienti sia in ospedale che a casa”.

Tipicamente, misurare i livelli di molecole di ossigeno per via transcutanea implica l'uso di un sistema con un monitor da 5 libbre collegato a una presa elettrica e sensori che generalmente sono collegati al monitor. Il dispositivo sanitario di Ulkuhan Guler utilizzerà il trasferimento di energia wireless. Inoltre sarà collegato a Internet sempre in modalità wireless, quindi un allarme su un monitor in uno studio medico o un'app per smartphone avviserebbe il personale medico e i familiari se il livello di ossigeno del bambino inizia a scendere.

Il dispositivo è progettato per misurare PO2, ovvero 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 rilevata con un dispositivo di pulsossimetria delicatamente bloccato 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 indossabile per bambini sarebbe utile anche per gli adulti, in particolare i pazienti con asma grave e anziani con BPCO, o broncopneumopatia cronica ostruttiva, (2) che è una malattia polmonare progressiva incurabile e la terza principale causa di morte negli Stati Uniti, secondo i centri per il controllo e la prevenzione delle malattie. La dottoressa Ulkuhan Guler modificherà il dispositivo indossabile per adulti e creerà un'app per smartphone correlata, in un'altra fase della sua ricerca. Essa sta collaborando con il dottor Pratap M. Rao, (3) professore associato di ingegneria meccanica presso WPI, e il dottor Lawrence M Rhein MD, MPH, (4) presidente del dipartimento di pediatria e professore associato presso la University of Massachusetts Medical School. Il dottor Ian Matthew Costanzo (5) e il dottor Devdip Sen, (6) entrambi laureati in ingegneria elettrica e informatica presso il Worcester Polytechnic Institute, stanno anche lavorando con la Guler per creare un chip che alla fine fungerà da cuore per il dispositivo indossabile.

Il chip, progettato per funzionare all'interno del monitor dell'ossigeno indossabile, attiva i sensori ottici, acquisisce segnali analogici dal sensore, gestisce la gestione dell'alimentazione e contiene i circuiti necessari. La dottoressa Guler e il team hanno progettato su misura i singoli circuiti, come i circuiti di acquisizione del segnale e i circuiti di pilotaggio per i 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, Ulkuhan Guler e Pratap M. Rao stanno creando sensori sottili e flessibili miniaturizzati per i dispositivi sanitari indossabili in modo che possano stare comodi e sicuri sui bambini mentre si muovono.

WPI (Worcester Polytechnic Institute), leader globale nell'apprendimento basato su progetti, è un'università tecnologica distintiva di alto livello fondata nel 1865 in base al principio secondo cui gli studenti apprendono in modo più efficace applicando la teoria appresa in classe alla pratica di risolvere i problemi del mondo reale. Riconosciuto dalla National Academy of Engineering con il premio Bernard M. Gordon 2016 per l'innovazione nell'ingegneria e nell'istruzione tecnologica, il curriculum pionieristico basato sul progetto di WPI coinvolge gli studenti universitari nella risoluzione di importanti problemi scientifici, tecnologici e sociali durante la loro istruzione e in oltre 50 progetti centri in tutto il mondo. WPI offre più di 50 corsi di laurea triennale, magistrale e di dottorato in 14 dipartimenti accademici in scienze, ingegneria, tecnologia, economia, scienze sociali e scienze umane e artistiche. La sua facoltà e gli studenti perseguono ricerche pionieristiche per affrontare le sfide in corso in materia di salute e biotecnologia; robotica e Internet delle cose; materiali e fabbricazione avanzati; cyber, dati e sistemi di sicurezza; apprendimento delle scienze; e altro ancora

Riferimenti:

(1) Ulkuhan Guler

(2) Chronic Obstructive Pulmonary Disease (COPD)

(3) Pratap M. Rao

(4) Lawrence M Rhein

(5) Ian Matthew Costanzo

(6) Devdip Sen

Descrizione foto: La professoressa Ulkuhan Guler mostra un prototipo iniziale del dispositivo miniaturizzato e indossabile che un giorno monitorerà i livelli di ossigeno nel sangue dei neonati. - Credit: Worcester Polytechnic Institute.

Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: WPI Engineers Creating Miniaturized, Wireless Oxygen Sensor for Sick Infants