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Idoia Badiola Aguirregomezcorta

Projektbeschreibung

Eine unzureichende Sauerstoffzufuhr in den Geweben führt zu hypoxischen Zellschäden, die in lebenswichtigen Organen wie dem Herzen und dem Gehirn kritisch sind. Unter normalen physiologischen Bedingungen stehen Sauerstoffzufuhr und -verbrauch in Beziehung zueinander und sind entscheidend für die Aufrechterhaltung der schwankenden Anforderungen des Zellstoffwechsels. Einige Mikrozirkulationsstörungen wie Diabetes mellitus und Sepsis können den Zusammenhang zwischen Sauerstoffzufuhr und -verbrauch verändern. Die Bestimmung dieser Faktoren ist daher entscheidend für die frühzeitige Diagnose von Gewebeanomalien.
Zur Überwachung der regionalen Sauerstoffverteilung kann ein nicht-invasives Pulsoximeter verwendet werden, das die Photoplethysmographie (PPG) nutzt. Das Funktionsprinzip besteht darin, die Haut mit zwei spezifischen Wellenlängen zu beleuchten, um die Absorptionseigenschaften von sauerstoffreichem und sauerstoffarmem Hämoglobin zu unterscheiden und die periphere Sauerstoffsättigung in den Arterien zu ermitteln.
In diesem Projekt entwickeln wir ein nicht-invasives Überwachungssystem für die arterielle Sauerstoffsättigung parallel zur venösen Sättigung, so dass der Sauerstoffverbrauch in den Organen als Differenz zwischen beiden abgeschätzt werden kann. Zu diesem Zweck entwickeln wir eine Hardware-Plattform zur Erzeugung und Erfassung sowohl des arteriellen als auch des venösen Blutflusses und implementieren die Signalverarbeitung und Algorithmen zur Verarbeitung der Signale und zur Schätzung der Sättigung. Die Neuheit beruht auf der Verwendung der Venenmuskelpumpe, die die dorsalen Knöcheldehnungen mit einer festen Frequenz berücksichtigt, um leicht identifizierbare venöse Blutvolumenschwankungen zu erzeugen (siehe Abbildung 1) dargestellt. Ein am Fuß angebrachter PPG-Sensor erfasst diese Schwankungen.
In diesem Zusammenhang konzentrieren wir uns auf die Implementierung verschiedener Algorithmen, einschließlich mathematischer Modelle der Licht-Gewebe-Interaktion im Gewebe, um die Sättigung zu schätzen, sowie Filtertechniken und Machine-Learning-Ansätze, um die arteriellen und venösen Quellen zu trennen und Bewegungsartefakte zu entfernen. Außerdem helfen Monte-Carlo-Simulationen der Lichtinteraktion auf der Grundlage dynamischer mathematischer Modelle der Haut, unsere Ergebnisse zu validieren, unser Design zu verbessern und ein tieferes Verständnis der physiologischen Prozesse zu erlangen.

Projektziele

• Konstruktion eines nicht-invasiven optischen Geräts zur Erzeugung und Erfassung venöser Blutpulse
• Entwicklung von Algorithmen zur Schätzung der venösen Sauerstoffsättigung auf der Grundlage von PPG
• Simulation der Licht-Gewebe-Interaktion bei gleichzeitigen arteriellen und venösen Blutpulsen in der Haut

Projektpartner

ELCAT (Munich)