Health Technology and Sensorsfor Tissue Monitoring

At fremme ikke-invasive og realtidsbaserede overvågningsteknologier er afgørende for at styrke diagnostiske muligheder og forbedre patientresultater inden for biomedicinsk forskning og klinisk praksis. Denne afhandling, der er baseret på to kliniske eksperimenter og en laboratorietest, præsenterer nye metoder, der anvender bioimpedans og optiske sensorteknikker til at opdage biofilmvækst, vurdere hæmodynamiske parametre og overvåge vævsperfusion. På den måde bidrager afhandlingen til medicinsk diagnostik og intensiv pleje.I en laboratorieundersøgelse udviklede vi en næsten 3D-impedansmålingstilgang ved hjælp af firkantbølgemetoden med parallaktisk excitation for at spore biofilm-dannelse. Dette impedansmålingssystem i tidsdomænet muliggjorde hurtig og mærkefri registrering af Escherichia coli (E. coli)-biofilm. De rekonstruerede impedansbilleder viste lovende resultater og stemte godt overens med billeder fra konfokal laserscanningsmikroskopi (CLSM). Denne metode åbner op for muligheder for bærbar, realtidsbaseret overvågning af bakterielle infektioner.I en klinisk undersøgelse, der omfattede over 2.500 minutters videooptagelser, undersøgte vi ansigtsbaseret fjernfotoplethysmografi (rPPG) som en kontaktløs metode til løbende hæmodynamisk overvågning – herunder puls (HR), slagvolumen (SV) og systemisk vaskulær modstand (SVR) – under administration af temperaturvarierende intravenøse væskebolusser. Metoderne til pulsmåling opnåede en gennemsnitlig absolut fejl på 4,28 slag pr. minut, med den bedste præstation helt ned til 2,55 slag pr. minut. Derudover viste SV og SVR stærke sammenhænge med gennemsnitlige r-værdier på henholdsvis 0,571 og 0,606 på tværs af fem interesseområder, og topkorrelationer på r = 0,846 for SV og r = 0,873 for SVR. Disse resultater understreger rPPG’s potentiale som et redskab til realtidsbaseret kardiovaskulær overvågning på intensivafdelinger.I en anden klinisk undersøgelse med patienter efter åben hjerteoperation udviklede vi en multimodal billeddannelsesramme, der kombinerede fotoplethysmografi-billeddannelse (iPPG) og infrarød termografi (IRT) til at vurdere perfusion i brystvæggen. Undersøgelsen afslørede sammenhænge mellem data fra regionale iltsensorer, hudtemperatur og fire definerede perfusionsindekser, hvilket peger på potentialet i kontaktløs billeddannelse til overvågning af vævsperfusion efter operationer.Samlet set fremmer denne afhandling integrationen af bioimpedans og optiske sensorteknikker til ikke-invasiv, realtidsbaseret fysiologisk overvågning. Resultaterne har vidtrækkende perspektiver for biomedicinsk sensorudvikling, klinisk diagnostik og udviklingen af innovative medicinske teknologier, der kan forbedre patientpleje og  resultater. For eksempel kunne den bioimpedansbaserede tilgang anvendes til tidlig påvisning af infektioner i centrale venekatetre (CVC) ved at identificere biofilm-dannelse, hvilket kan reducere risikoen for blodstrømsinfektioner. På samme måde kunne de optiske sensorteknikker bruges til at overvåge helingen af diabetiske fodsår ved at give realtidsvurderinger af vævsperfusion og iltning, som kan informere skræddersyede behandlingsstrategier. Disse anvendelser viser, hvordan de foreslåede teknologier kan revolutionere måden, vi tackler kritiske sundhedsudfordringer på.