Je gezondheid in een lichtflits

Dit artikel is eerder verschenen in Artsenkrant.

Zoals bij velen geeft mijn horloge niet alleen de tijd weer maar ook talloze andere parameters. Als ik de trappen van de imec-toren oploop, geeft mijn smartwatch een mooi overzicht van mijn hartslag, hoogtemeters en aantal stappen; sommige smartwatches beweren zelfs bloeddruk te meten. Deze metingen zijn gebaseerd op een techniek genaamd photoplethysmography (PPG), waarbij licht door de huid wordt gestuurd en de veranderingen in lichtabsorptie worden gemeten om de bloedstroom te analyseren. PPG is eveneens het werkend principe achter de vingerclips of pulsoximeters die artsen gebruiken om vitale functies zoals hartslag en zuurstofsaturatie te meten. 

Hoewel PPG de gouden standaard blijft voor veel van deze metingen, zijn er enkele uitdagingen, zoals gevoeligheid voor omgevingslicht en variaties in huidskleur, die de nauwkeurigheid van de metingen kunnen beïnvloeden. Tijdens de COVID-19 pandemie, bijvoorbeeld, bleek dat PPG soms onterecht hoge zuurstofwaarden aangaf bij mensen met een donkere huidskleur, wat leidde tot vertraagde behandelingen en slechtere uitkomsten. Speckle Photoplethysmography (SPG) is een relatief nieuwe techniek die het potentieel heeft om deze knelpunten te overwinnen. SPG meet, net als PPG, signalen die variëren met de hartslag. Maar, waar PPG gebruik maakt van lichtabsorptie, maakt SPG gebruik van het licht dat terugkaatst en verstrooid wordt. Verstrooid licht is  minder gevoelig aan variaties in omgevingslicht en onafhankelijk van huidskleur, wat relevant is in klinische settings. 

Terwijl PPG in het ziekenhuis courant gebruikt om hartslag, zuurstofsaturatie, ademhaling en doorbloeding te meten, is SPG op dit moment enkel klinisch gevalideerd voor hartslag- en ademhalingsmetingen. Maar, er wordt volop onderzoek gedaan om de technologie uit te breiden naar andere biomarkers zoals bloeddruk en zuurstofsaturatie.

Huidige SPG-oplossingen zijn nog relatief groot omdat er een camera en laser voor nodig zijn, terwijl bij PPG een enkele lichtgevoelige diode volstaat om lichtabsorptie te meten. Imec werkt intussen alvast aan het miniaturiseren van de technologie, zodat ze geïntegreerd kan worden in smartwatches en vingerclips. Het ontwikkelen van deze efficiënte en compacte oplossing vormt een complexe technische uitdaging waarbij zowel formaat, prestaties als energieverbruik geoptimaliseerd moeten worden. Omdat het gebruik van een camera extra rekenkracht vraagt, zet imec geavanceerde chiptechnologie in om de beeldverwerking direct op de sensor te kunnen uitvoeren. 
 
SPG biedt ook een waaier aan mogelijkheden op langere termijn. Zo wordt er bijvoorbeeld onderzoek gedaan naar SPG-metingen op afstand. Dit zou het mogelijk maken om met een camera vitale parameters te meten zonder direct contact, bijvoorbeeld bij baby's in een couveuse of patiënten in ziekenhuizen die momenteel met diverse sensoren en bedrading te maken hebben. Een afstandsmeting zou niet alleen comfortabeler zijn voor de patiënt, maar ook het werk van zorgverleners vergemakkelijken: minder bedrading om aan te sluiten betekent meer tijd en bewegingsvrijheid voor directe zorg. Daarnaast wordt ook gewerkt aan een volgende, geavanceerdere generatie SPG-technologie die andere biomarkers, zoals vochtgehalte en mogelijk zelfs glucosewaarden, kan monitoren. En SPG zou ook een oplossing kunnen bieden aan de oncomfortable bloeddrukmetingen via de arm-cuffs door metingen via een ingebouwde sensor in een armband of zelfs op afstand mogelijk te maken.

Hoewel de technologie nog volop in de onderzoeksfase zit, is het potentieel van SPG aanzienlijk. Veel biomarkers zoals bloeddruk en zuurstofsaturatie moeten nog klinisch gevalideerd worden voor SPG en vergeleken worden met huidige PPG-oplossingen. Deze validatiestudies zullen cruciaal zijn om te bepalen welke modaliteit het meest effectief is voor specifieke toepassingen en om de voordelen van SPG in de praktijk te realiseren.