Lämpöshokit ja metabolinen oireyhtymä yleistyvät – näin auttaa fotoniikkaan perustuva puettava terveysteknologia

Ihmisen terveydentilaa voidaan jo tarkkailla helposti myös sairaalan ulkopuolelta esimerkiksi älykellon kaltaisilla puettavilla mittalaitteilla. Niissä valoon perustuva fotoniikka on keskeinen teknologia, koska se mahdollistaa monipuolisen, tarkan ja jatkuvan mittaamisen kudoksista ilman haittaa käyttäjälle.

”Valoa voidaan manipuloida eri aallonpituuksilla ja tehoilla, jotta se vuorovaikuttaa ihmisen kudoksen kanssa halutulla tavalla. Valo itsessään kuitenkin tarvitsee ympärilleen paljon muuta teknologiaa. Datan tuoton kivijalka on multimodaalinen eli moneen eri teknologiaan perustuva sensorointi”, sanoo VTT:n tutkimusprofessori Jussi Hiltunen.

Parhaillaan VTT yhdessä kumppanien kanssa kehittää multimodaalista sensorointia hyödyntävää puettavaa terveysteknologiaa esimerkiksi nestehukan eli dehydraation ja metabolisen oireyhtymän seurantaan.

”Ihmisen kuivahtaminen on suuri ongelma, kun globaaliin lämpenemiseen liittyvät lämpöaallot yleistyvät. Perusterveetkin ihmiset voivat saada lämpöshokkeja. Lisäksi vanhukset saattavat huomaamattaan kärsiä nestehukasta. Tällä hetkellä puettavien mittalaitteiden kaupallista kehitystyötä vetävät urheilijoille suunniteltujen laitteiden valmistajat”, Hiltunen selventää.

Multimodaaliset sensorit voivat mitata esimerkiksi kudosten kosteutta ja hien kemiallista koostumusta. Suolojen määrä hiessä voi kertoa dehydraation asteesta. Lisäksi voidaan käyttää sähköisiä sensoreita, jotka mittaavat kehon sähkönjohtavuutta.

Puettavat sensorit voivat mitata sisäelimiin kertyvän rasvan määrää ja metabolisen oireyhtymän riskitekijöiden kehittymistä seuraamalla metabolian eli aineenvaihdunnan muutoksia. Seuranta voi auttaa paljastamaan piilotulehduksia.

”Ihminen saattaa tuntea olonsa hieman heikoksi, mutta oireet ja syyt ovat epäselviä. Esimerkiksi ruoansulatuskanavan oireet voivat olla merkki siitä, että elimistössä on jotain vialla, ja tätä voitaisiin mahdollisesti havainnoida puettavilla laitteilla”, Hiltunen kuvailee.

Hän arvioi, että dehydraation ja metabolian seurantaan kykeneviä puettavia laitteita voi odottaa markkinoille aikaisintaan viiden vuoden kuluttua. Kenttäkokeita on jo tulossa VTT:n kumppaneiden kanssa, mutta laajamittaiseen käyttöön siirtyminen vie aikaa.

Fotoniikan läsnäolosta kertoo vihreä tai punainen valo, joka on tullut monille kuluttajille tutuksi älykelloista ja älysormuksista. Nämä värit eivät kuitenkaan riitä kaikkiin mittaustarpeisiin.

”Monimutkaisemmat fysiologiset asiat vaativat paljon eri värejä ja myös infrapuna-alueen käyttöä. Sitä varten olemme nyt kehittäneet laajaspektristä sensoritekniikkaa”, Hiltunen kertoo.

Uutena asiana VTT tutkii, miten laserteknologiaa voidaan hyödyntää puettavissa laitteissa.

”Lasereilla on isoja teknisiä etuja led-valoon verrattuna. Ne ovat tehokkaampia, pystyvät tarkempaan aallonpituuserotteluun ja niiden energiatehokkuus on parempi. Toisaalta siinä missä ledit maksavat senttejä, laserit maksavat vähintään euroja”, Hiltunen vertailee.

Konkreettisen mittaustuotteen kannalta ongelmana on, miten valo tuotetaan, tuodaan iholle ja miten se kulkeutuu kudoksessa. Haasteena on myös mittausten tuottaman datan kerääminen ja käsittely, sillä datan määrä on iso. Jo mittauslaitteessa pitää suodattaa paljon dataa, jotta tallennustila ja verkkoyhteys riittävät.

Hiltusen mukaan kaikkein suurin haaste liittyy personointiin, koska samanlainen data eri ihmisillä ei tarkoita samaa asiaa.

”Meidän on huomioitava se, että ihmiset ovat yksilöitä. Oikeanlainen tulkinta vaatii paitsi monipuolista ja laadukasta dataa monesta eri lähteestä myös personoitua datan tulkintaa. Tämä voi myös vaatia esimerkiksi adaptiivista signaalin käsittelyä”, Jussi Hiltunen sanoo.

Personoinnin tarve koskee myös tekoälyä, jota hyödynnetään sensoridatan käsittelyssä. Tekoälyalgoritmien järjestelmän täytyy olla oppiva ja mukautuva.

VTT pystyy valmistamaan ainutlaatuisella lääkinnällisten laitteiden pilottilinjalla Oulussa piensarjoja mukaillen teollisuuden valmistusstandardeja. Piensarjoissa voidaan integroida laitteisiin fotoniikkaan perustuvia sensoreita, mutta myös muita teknologioita, kuten sähköisen mittauksen sensoreita sekä ultraäänimittapäitä.

”Pureudumme multimodaalisen datan tuottoon, emmekä jää laboratorioon. Meillä on myös kymmenien vuosien perinteet fotoniikassa, ja saman katon alta löytyy datan käsittelyn huippuosaamista. Yhteistyöverkostoon kuuluu loppukäyttäjiä, valmistavaa teollisuutta ja kliinisiä partnereita”, Hiltunen kertoo.