Sydämen vajaatoiminnan diagnostinen suorituskyky expirogram-analyysialgoritmilla, joka arvioi 4 biomarkkeria (SenseIR-IC)

Erityisesti kroonisten sairauksien ja sydämen vajaatoiminnan (HF) yhteydessä telelääketiede ja etävalvonta ovat nousseet merkittäviksi kliinisiksi haasteiksi nykyään. Kädessä pidettäviä laitteita käyttävien hoitopistemittausjärjestelmien kehittäminen tarjoaa "digitaalisia biomarkkereita", jotka ovat avaintekijä etävalvonnassa.

Uloshengitysilman sisältämät biomarkkerit voivat olla "digitaalisia biomarkkereita", koska uloshengitysilman molekyylien mittaaminen on ei-invasiivista. Tällä hetkellä Yhdysvaltain FDA on validoinut kuusi uloshengitettyä biomarkkeria, ja niitä käytetään kliinisessä yhteydessä. Sydämen vajaatoiminnassa 4 eri lajin on osoitettu olevan diagnostisesti tai prognostisesti kiinnostavia: NO, CO, asetoni ja isopreeni. Vaikka näiden lajien pitoisuus alveolaarisessa ilmassa (CA) heijastaa niiden veren pitoisuutta (Cs), suhde on monimutkaisempi, koska on otettava huomioon keuhkoputkien eri osat ja vaihdot, jotka tapahtuvat näissä eri osastoissa. . Siten lajin pitoisuuden mittaaminen uloshengitetystä ilmasta täydellisen uloshengityksen (eli "expirogrammin") aikana reaaliaikaisella mittauksella ei ole riippuvainen pelkästään lajin systeemisestä pitoisuudesta, vaan myös keuhkojen toiminnan muutoksista. Näin ollen expirogrammin saaminen ei mahdollista ainoastaan ​​lajin endogeenisen lähteen mittauksen määrittämistä, vaan antaa myös tietoa sydämen vajaatoiminnan suoraan aiheuttamista muutoksista keuhkojen toiminnassa, joilla on hyvin tunnistettu ennustearvo.

→ Eri ehdokkaiden uloshengitysbiomarkkereiden yhdistelmä IC:ssä pakotetun uloshengityksen reaaliaikaisen mittauksen aikana käyttäen selektiivisiä, herkkiä ja miniaturoitavia antureita antaisi diagnostisia, prognostisia ja potilaiden tuloksia sydämen vajaatoiminnassa.

Quartz-enhanced photoacoustic spectroscopy (QEPAS) on sopiva menetelmä sydämen vajaatoimintapotilaiden etävalvontaan. Se mahdollistaa antureiden luomisen, joille on ominaista hyvä selektiivisyys ja alhaiset tunnistuskynnykset. Lisäksi reaaliaikainen analyysi on mahdollista, ja anturit ovat mahdollisesti pienennettävissä. Nämä anturit pystyvät sen vuoksi tarjoamaan vanhenemiskäyrät eri lajeille (sen sijaan, että ne mittaisivat CA:n vanhenemisen lopussa). Tämän tyyppisiä monimutkaisia ​​signaaleja voidaan analysoida käyttämällä matemaattista mallintamista ja tekoälytekniikoita, kuten "syviä hermoverkkoja". Näitä matemaattisia mallinnusmenetelmiä on käytetty keuhkojen, neurologisten tai sydämen toimintaparametrien mallintamiseen.

Osana translaatiotutkimusprojektia yhteistyössä tohtori A. Vicetin (MCF-UM, Institut d'Electronique et des Systèmes) ja professori N. Molinarin (CHRU Montpellier, Institut Desbrest d'Épidémiologie et de Santé Publique) kanssa Tutkimusryhmä kehittää parhaillaan QEPAS-menetelmällä antureita erilaisille uloshengitetyille biomarkkereille, jotka on yhdistetty tilavuuksien, virtausten ja keuhkotilojen synkroniseen kvantifiointiin. Näille antureille tehdään parhaillaan analyyttistä validointia (laboratoriossa). Ensimmäiset expirogrammit on saatu ja mallinnettu käyttämällä spline-regression dimensiovähennysmenetelmää.