Bezbateryjna łatka czujnika z obsługą sztucznej inteligencji mierzy biomarkery w celu monitorowania stanu gojenia się ran

Przez autorów personelu HospiMedica International
Opublikowano 28 czerwca 2023 r

Skuteczne i terminowe monitorowanie procesu gojenia się ran ma kluczowe znaczenie w opiece nad ranami i ich leczeniu. Problemy z gojeniem się ran, takie jak rany przewlekłe (które nie goją się po trzech miesiącach) i patologiczne blizny po oparzeniach, mogą prowadzić do zagrażających życiu powikłań i znacznego obciążenia finansowego pacjentów i globalnych systemów opieki zdrowotnej. Gojenie się rany jest tradycyjnie oceniane wizualnie przez klinicystę, a infekcje rany są najczęściej identyfikowane za pomocą wymazu i późniejszych hodowli bakteryjnych. Ta metoda wiąże się z wydłużonym czasem oczekiwania i nie zapewnia natychmiastowej diagnozy rany, co utrudnia dokładne przewidywanie gojenia się ran w warunkach klinicznych. Ponadto częste zdejmowanie opatrunków w celu oceny rany zwiększa ryzyko infekcji i może powodować dodatkowy dyskomfort i uraz u pacjentów. Aby sprostać temu wyzwaniu, zespół badawczy połączył swoją wiedzę specjalistyczną w zakresie elastycznej elektroniki, sztucznej inteligencji (AI), przetwarzania danych z czujników i możliwości nanoczujników, aby opracować innowacyjne rozwiązanie, które może przynieść korzyści pacjentom ze skomplikowanymi stanami ran.

Plaster sensoryczny wynaleziony przez zespół naukowców z National University of Singapore (NUS, Singapur) i A*STAR’s Institute of Materials Research and Engineering (IMRE, Singapur) oferuje prosty, wydajny i wygodny sposób monitorowania gojenia się ran, a tym samym ułatwianie terminowej interwencji klinicznej w celu poprawy leczenia i leczenia ran. Plaster czujnika PETAL (Paper-like Battery-free In situ AI-enabled Multiplexed) zawiera pięć czujników kolorymetrycznych i może ocenić stan gojenia się rany pacjenta w ciągu 15 minut, mierząc kombinację biomarkerów, takich jak temperatura, pH, trimetyloamina, kwas moczowy, i wilgoci w ranie. Te biomarkery zostały specjalnie wybrane, aby skutecznie ocenić stan zapalny rany, infekcję i stan środowiska rany.

Zdjęcie: Przypominający papier, bezbateryjny plaster czujnika PETAL można łatwo i bezpiecznie zintegrować z opatrunkiem na ranę (Zdjęcie dzięki uprzejmości NUS)

W przeciwieństwie do większości nadających się do noszenia czujników ran, które mierzą tylko jeden lub kilka parametrów i wymagają nieporęcznych płytek drukowanych i baterii, łata czujnika PETAL mierzy obecnie pięć biomarkerów. W razie potrzeby można uwzględnić dodatkowe biomarkery, integrując różne czujniki kolorymetryczne, takie jak glukoza, mleczan lub interleukina-6 dla wrzodów cukrzycowych. Plaster czujnika nie wymaga baterii i może działać bez źródła energii. Obrazy z czujników są rejestrowane przez telefon komórkowy i analizowane przez algorytmy sztucznej inteligencji w celu ustalenia stanu gojenia pacjenta. Plaster czujnika PETAL składa się z płynnego panelu zaprojektowanego na wzór pięciopłatkowego wiatraczka, przy czym każdy „płatek” służy jako obszar wykrywania. Otwór w środku panelu płynowego zbiera płyn z rany i rozprowadza go równomiernie przez pięć kanałów próbkowania do obszarów wykrywania w celu analizy. Każdy obszar wykrywania wykorzystuje inną zmieniającą kolor substancję chemiczną do wykrywania i pomiaru odpowiednich wskaźników rany, takich jak temperatura, pH, trimetyloamina, kwas moczowy i wilgotność.

Płynny panel umieszczony pomiędzy dwiema cienkimi warstwami zawiera górną przezroczystą warstwę silikonową ułatwiającą normalne funkcje skóry w zakresie wymiany tlenu i wilgoci oraz umożliwia wyświetlanie obrazu w celu dokładnego przechwytywania i analizy obrazu. Dolna warstwa, w kontakcie z raną, delikatnie mocuje plaster czujnika do skóry, chroniąc łożysko rany przed bezpośrednim kontaktem z panelem czujnika, aby zminimalizować uszkodzenia tkanki rany. Po zebraniu wystarczającej ilości płynu z rany, plaster czujnika PETAL może wykryć biomarkery w ciągu 15 minut. Obrazy lub wideo plastra czujnika można zapisać na telefonie komórkowym w celu klasyfikacji przy użyciu zastrzeżonego algorytmu sztucznej inteligencji. Eksperymenty laboratoryjne wykazały wysoką dokładność plastra czujnika PETAL wynoszącą 97% w różnicowaniu między gojącymi się i niegojącymi się ranami przewlekłymi i oparzeniami. Nie zaobserwowano żadnych widocznych oznak niepożądanych reakcji na powierzchni skóry w kontakcie z plastrem czujnika PETAL przez cztery dni, co świadczy o biokompatybilności plastra czujnika PETAL do ambulatoryjnego monitorowania ran.

„Zaprojektowaliśmy przypominającą papier łatkę czujnika PETAL, aby była cienka, elastyczna i biokompatybilna, umożliwiając łatwą i bezpieczną integrację z opatrunkiem na ranę w celu wykrywania biomarkerów” — wyjaśnił dr Su Xiaodi, główny naukowiec w dziale materiałów miękkich, A * IMRE firmy STAR. „Możemy więc potencjalnie wykorzystać tę wygodną łatę czujnika do szybkiego i niedrogiego leczenia ran w szpitalach, a nawet w niespecjalistycznych placówkach opieki zdrowotnej, takich jak domy”.

„Nasz algorytm sztucznej inteligencji jest w stanie szybko przetwarzać dane z cyfrowego obrazu plastra czujnika w celu bardzo dokładnej klasyfikacji stanu gojenia” – powiedział profesor nadzwyczajny NUS Benjamin Tee. „Można to zrobić bez wyjmowania czujnika z rany. W ten sposób , lekarze i pacjenci mogą bardziej regularnie monitorować rany z niewielką przerwą w gojeniu ran. Można wtedy odpowiednio wdrożyć interwencję medyczną, aby zapobiec niepożądanym powikłaniom i bliznom”.

Powiązane linki:
NUS
IMRE