به گزارش گروه علم و فناوری باشگاه خبرنگاران دانشجویی(ایسکانیوز)؛ بابک شادگان مدیر آزمایشگاه زیست‌حسگر قابل کاشت ICORD، استادیار گروه ارتوپدی و عضو هیات علمی دانشکده مهندسی زیست‌پزشکی دانشگاه بریتیش کلمبیا در کاناداست. او همچنین پزشک متخصص در رشته پزشکی ورزشی است و رئیس کمیسیون پزشکی فدراسیون جهانی کشتی است و مسائل پزشکی و مبارزه با دوپینگ کشتی در سطح جهان را مدیریت می‌کند.

رئیس کمیسیون پزشکی فدراسیون جهانی کشتی: از مشکلات پزشکی در المپیک آتن تا ایده‌هایی برای تحقیقات علمی/ نظام آموزشی ایران بازنگری جدی نیاز دارد

او پست‌دکتری خود را در زمینه نظارت نوری از راه دور روی اختلالات عملکرد عضلانی در افراد مبتلا به آسیب نخاعی گذرانده و از آن زمان تاکنون بیش از دو دهه است فعالیت و تحقیقات پزشکی‌اش را در کاربردهای بالینی فناوری‌های حسگر زیستی با رویکرد طراحی و توسعه حسگرهای پوشیدنی و کاشتنی جدید و کاربرد آنها در سلامت و بیماری‌ها متمرکز کرده است.

او هم‌اکنون حسگری را ابداع کرده است که به پزشکان کمک می‌کند روی عملکرد سیستم تنفسی بیماران نظارت بهتری داشته باشند. این حسگر پوشیدنی طیف‌سنجی فروسرخ نزدیک (NIRS) است که روی پوست قرار می‌گیرد و به‌ صورت بی‌سیم به یک الگوریتم یادگیری ماشینی مبتنی بر کامپیوتر متصل می‌شود که به تجزیه و تحلیل داده‌ها کمک و در نهایت مسیر بهبودی بیماران را ردیابی می‌کند.

فناوری NIRS نور نامرئی از چشم انسان ساطع می‌کند. نور NIRS که روی طیف مادون قرمز نزدیک قرار دارد، دارای طول موج 650 تا هزار نانومتر است. طول موج‌های نور در طیف نزدیک به مادون قرمز می‌توانند به طور بی‌ضرر و غیرتهاجمی برای اندازه‌گیری سطح اکسیژن‌رسانی به بافت‌ها نفوذ کنند. این کار با تشخیص شدت رنگ هموگلوبین – پروتئین‌های موجود در سلول‌های خون - انجام می‌شود. مولکول‌های هموگلوبین اکسیژن را به بافت‌ها منتقل می‌کنند و بسته به میزان اشباع اکسیژن از نظر رنگ تغییر می‌کنند.

به گزارش وب‌سایت رسمی موسسه تحقیقاتی سلامت «ونکوور کوستال»، در حالی که اثربخشی NIRS در تشخیص سطوح اکسیژن‌رسانی بافت به خوبی ثابت شده است، مطالعه شادگان اولین مطالعه‌ای است که کاربرد NIRS را به عنوان یک حسگر بی‌سیم و پوشیدنی برای نظارت بر اندازه‌گیری‌های تنفسی ضربان، ریتم و عمق تنفس با اکسیژن‌رسانی بافت آزمایش می‌کند.

به گفته شادگان، در حال حاضر اطلاعات محدودی در مورد اثربخشی NIRS به عنوان یک ابزار غربالگری، تشخیصی و نظارتی برای عملکرد تنفسی در بیماران مبتلا به ذات‌الریه و همچنین آلوده شدن و التهاب ریه ناشی از ویروس کووید ۱۹ و تجمع مایع و چرک و مشکلات تنفسی وجود دارد.

نظارت بی‌سیم و غیرتهاجمی بیماران پنومونی

بابک شادگان به همراه تیم تحقیقاتی‌اش، تنفس و نبض 21 شرکت‌کننده سالم را با استفاده از حسگر NIRS -که روی قفسه سینه شرکت‌کنندگان نصب شده بود- ردیابی کردند. شرکت‌کنندگان پشت میزی نشسته بودند که یک مانیتور اشباع اکسیژن خون به انگشت اشاره چپ آنها و یک دستگاه تمرین تنفسی در جلوی آنها بود.

با نظارت دقیق اعضای تیم مطالعه، شرکت‌کنندگان یک سری تمرینات تنفسی انجام دادند. یکی از تمرینات تنفس محدود پنج دقیقه‌ای از طریق مربی تنفسیببود که در واقع تنگی نفس را برای افراد مبتلا به ذات‌الریه ویروسی شبیه‌سازی می‌کرد. در تمرین دیگر، به مدت پنج دقیقه درگیر تنفس سریع شدند تا حالت حاد ذات‌الریه را شبیه‌سازی کنند؛ یعنی زمانی که بیمار قادر به نفس کشیدن عمیق نیست.

محققان دریافتند که حسگر NIRS در مقایسه با مشاهدات و خوانش‌های محققان از سایر فناوری‌های دیگر، با کارآیی ۸۷ درصدی قادر به ردیابی میزان و شدت تنفس است.

گفتنی است که سینه‌پهلو یا ذات‌الریه یا پنومونی وضعیت التهابی ریه است که عمدتاً کیسه‌های میکروسکوپی هوا موسوم به آلوئول‌ها را تحت تأثیر قرار می‌دهد. این بیماری معمولاً در اثر عفونت ناشی از ویروس یا باکتری و گاهی نیز در اثر سایر میکروارگانیسم‌ها، برخی داروها و شرایط دیگر مانند بیماری خودایمنی رخ می‌دهد. در این بیماری، کیسه‌های هوایی متورم می‌شود و چون درون آن از مایعات پر می‌شود، در نتیجه اکسیژن‌رسانی کمتر می‌شود و تبادلات گازی کاهش می‌یابد.

شادگان می‌گوید: در پایان این تحقیق متوجه شدیم که حسگر NIRS به دقت زمانی را که شرکت‌کنندگان تحت تاثیر تنفس نامنظم تشخیص می‌دهد و سطح اکسیژن‌رسانی بافت‌ها را اندازه‌گیری می‌کند.

وی می‌افزاید: این اطلاعات داستان مهمی در مورد عملکرد سیستم تنفسی و سلامت کلی بیمار بیان می‌کند. همچنین ممکن است الگوهایی را نشان دهد که می‌توان آنها را ثبت کرد و تشخیص داد که چه زمانی بیمار به مراقبت‌های پزشکی بیشتر نیاز دارد یا به طور کامل بهبود یافته است یا آیا بیماری اثرات طولانی مدت روی سلامتی داشته است یا خیر.

شادگان در حال حاضر روی مطالعات تحقیقاتی اضافی با الگوریتم یادگیری ماشینی پیشرفته برای حسگر NIRS و همچنین کاربردهای حسگر NIRS فراتر از ذات‌الریه کار می‌کند.