Sprøytespiss med elektrisk øye

Fysikere ved Universitetet i Oslo har utviklet en avansert sprøytespiss som ser forskjell på muskler, fett og blod. De har også funnet opp en fuktighetsmåler til mobiltelefonen. Nå skal de lage en automatisk sprøyte som finner blodårer ved hjertestans.

TREFFSIKKER: Hemmeligheten bak "den seende" sprøyten er å tolke de elektriske egenskapene til det biologiske vevet rundt nålspissen. Foto: Ståle Skogstad

For noen år siden ble det kjent at fysikere ved Universitetet i Oslo hadde utviklet en sinnrik nål som gjorde det mulig å måle kvaliteten på kjøtt. Blant annet kunne de avsløre om kjøttet og fisken i ferskvaredisken var gammel frossenvare. Oppdagelsen fikk stor oppmerksomhet i A-magasinet for to år siden.

Nå har forskningsgruppen ved Universitetet i Oslo, som ledes av professor Ørjan G. Martinsen på Fysisk institutt og professor Sverre Grimnes ved Medisinsk-teknisk avdeling på Rikshospitalet, brukt teknikken til å utvikle medisinsk utstyr. Begge professorene tok i sin tid doktorgraden på de elektriske egenskapene i hud.

URINBLÆRE: Forskerne tester ut den vanserte sprøyten i en griseoperasjon. De måler den elektriske motstanden i urinblæren.

En av oppfinnelsene deres er en sprøytespiss som “ser” under huden. Det gjør at legen kan injisere på rett sted. Treffer legen feil, kan det stå om livet. Noen ganger er det avgjørende at injeksjonen settes i blodåren, for at medisineringen skal virke så fort som mulig. Andre ganger er det om å gjøre å treffe en muskel.

– Det er derfor viktig at sprøyten treffer riktig. For å klare det, studerer vi de elektriske egenskapene til det biologiske vevet rundt nålspissen. Vi kan da si noe om tilstanden til en hvilken som helst fysiologisk og anatomisk endring under huden, ved å studere endringene i den elektriske motstanden i vevet, forklarer Ørjan G. Martinsen.

Den elektriske motstanden måles i ohm og kalles impedansen. Forskningsgruppen har derfor kalt seg Bioimpedansgruppen i Oslo.

Fargesvar

Når legen setter sprøyten, kan han se hvor sprøytespissen befinner seg ved å følge med på fargene på en dataskjerm.

EGGTESTEN: Håvard Kalvøy demonstrerer oppfinnelsen ved å presse en sprøyte igjennom et hardkokt egg. Da kan han følge med på hvordan skjermfargen endrer seg fra hvitt til gult når sprøytespissen passerer gjennom eggehviten og eggeplommen. Foto: Ståle Skogstad

– Blod gir rød skjerm, fett gir gul skjerm. Enklere kan det ikke gjøres.

Bak fargegjengivelsen ligger det avanserte beregninger. Akkurat som solstråler kan spaltes til en regnbue med mange farger, kan den elektriske motstanden i vevet deles opp i en rekke forskjellige frekvenser. Deretter skjer beregningene med en statistisk metode som kalles multivariansanalyse.

– Noen vevstyper er ganske like. Hvis det er viktig å skille dem, slik som forskjellige typer fettvev, er det nødvendig å dele opp den elektriske motstanden i tjue til førti frekvenser, forteller Sverre Grimnes.

Sprøyten kan i dag se forskjell på blodåre, fettvev, muskelvev og hud. Doktorgradsstudent Håvard Kalvøy forsker nå, i et samarbeid med Intervensjonssenteret og Anestesiavdelingen på Rikshospitalet, på hvordan sprøytespissen kan skjelne mellom enda mer.

Det uløste problemet er blodåreveggen.

– Den dagen vi kan se forskjellen på åreveggen og blodåren, kan vi kanskje også si noe om hvor åreforkalkningene er i blodåren, gjetter Sverre Grimnes.

– Et fremtidig bruksområde kan være å bruke sprøyten til å sette epiduralbedøvelse på fødende kvinner. Det er viktig at injeksjonen settes på rett sted. Settes den feil, har bedøvelsen ingen virkning.

AVANSERT SPRØYTE: Professorene Sverre Grimnes (t.v.) og Ørjan G. Martinsen
har utviklet en avansert sprøytespiss som ser forskjell på muskler, fett og blod. Foto: Ståle Skogstad

Gjenoppliving

Forskningsgruppen skal også, i samarbeid med Lærdal Medical i Stavanger og Universitetet i Pennsylvania i USA, bruke teknologien til gjenoppliving av pasienter med akutt hjertestans.

– Når folk ramler om, overlever bare én av ti, tross førstehjelp. Vi vil være med og øke denne andelen, forteller Ørjan G. Martinsen.

Ambulansepersonell er sjelden leger.

– De trenger enkle, sikre og hurtige metoder for å ta hånd om bevisstløse pasienter. Og de har ikke tilgang til røntgenutstyr for å sjekke at sprøyten blir satt riktig.

Ideen er å lage en sprøyte som automatisk finner veien til en blodåre, slik at det skal være lettere for ambulansepersonalet å behandle hjertestanspasienter med nedkjøling og medikamenter.

– Sprøyten skal fungere så enkelt at den kan betjenes av folk med minimal opplæring.

Svettetesten

Den “seende” sprøytespissen er bare én av de mange nyttegjenstandene fra forskningsgruppen. De har også laget en måler for å finne sammenhengen mellom svette og den fysiske og psykiske tilstanden.

– Det er ikke slik at kroppen enten er svett eller ikke svett. Noen ganger svetter man på pannen. Andre ganger kan nervene føre til kaldsvette fingre. Noen svetter så mye at det drypper fra håndflaten.

SVETTETESTEN: Svetten endrer den elektriske motstanden i huden. Takket være de nye svettemålingene har forskerne oppdaget sterk sammenheng mellom håndflatesvette og hjertefrekvens. Foto: Ståle Skogstad

Svetten endrer den elektriske motstanden i huden. Svettemålesystemet kan gi en objektiv vurdering av om behandlingen av pasienter med den ubehagelige svettesykdommen Hyperhidrose har vært vellykket. Dette er også et samarbeid med Intervensjonssenteret og med Hudavdelingen ved Rikshospitalet.

– Vi måler svetten med en billig engangselektrode.

Vi legger fire elektroder på pasienten og registrerer alt som skjer gjennom et helt døgn. Så analyserer vi dataene. Vi har oppdaget sterk sammenheng mellom håndflatesvette og hjertefrekvensen. Det betyr at det samme nervesystemet gir beskjed både til hjertet og til hendene, forklarer doktorgradsstudent Christian Tronstad .

Fuktighetsmåler på mobilen

Bioimpedansgruppen har også laget en liten anordning som kan måle om huden er for tørr eller for fuktig. Det gjør det mulig å studere effekten av fuktighetskrem. Den samme teknikken kan brukes til å studere behandlingen av hudlidelser, slike som atopisk eksem.

For ti år siden testet Ørjan G. Martinsen og Sverre Grimnes ti fuktighetskremer på en gjeng kvinnelige studenter. Mens visse kremer hadde god effekt, hadde en av kremene ingen effekt i det hele tatt. Navnene på kremene ble oppgitt til programmet “TV2 hjelper deg”.

– TV2 hauset det opp. Det ble et helvete. Kosmetikkfirmaet ringte oss og var rasende. De kom mannsterke, men klarte ikke å finne noen feil ved studien. Vi testet også med sjøvann på huden. Sjøvann fungerte faktisk bedre enn enkelte av kremene.

GRISETEST: Håvard Kalvøy studerer målinger fra den avanserte sprøyten, mens Lars Frich ved Intervensjonssenteret på Rikshospitalet, Helge Fossan fra Lærdal Medical og Tor Inge Tønnesen ved Intervensjonssenteret undersøker en anestesert gris.

Professorene tok patent på oppfinnelsen i 1994. Nå har en av verdens største mobilprodusenter kjøpt en lisens. Mobilselskapet har vurdert å produsere mobiltelefoner, beregnet for stormarkedet, med egen fuktighetsmåler. Måleren skal gi svar på tre sekunder.

– Noen kan ha tørr hud uten å merke det. Mye forskning viser hvor viktig det er med rett fuktighet i huden. Da tåler huden mye mer og har større motstandskraft mot bakterier, virus og mekanisk og kjemisk påvirkning. Fuktigheten varierer med årstiden og i løpet av dagen. Mens en krem kan ha god effekt på en person, kan den ha dårlig effekt hos en annen. Så fuktighetsmåler på mobiltelefonen vil gjøre det enkelt å teste hvilken krem som passer best, forteller Ørjan G. Martinsen.

Fingeravtrykk

Selskapet Idex, som jobber med fingeravtrykkssensorer, har også hatt glede av oppfinnelsen til de to professorene. Sammen har de utviklet en metode for å skjelne levende fingre fra døde eller falske fingre. Det er for at ingen skal kunne skjære av fingeren til et annet menneske og bruke det som “inngangskort”.

– Bidraget vårt er å detektere levende fingre, påpeker Ørjan G. Martinsen.

Pengemangel

Selv om senteret har forsket på elektrisk motstand i hud i et kvart århundre, har det vært svært vanskelig å få offentlig støtte. Foruten støtte fra Fysisk institutt og Rikshospitalet, er mesteparten av forskningen deres finansiert av internasjonale bedrifter.

Foregangsland

Som stjerneeksempel på god finansiering trekker de frem det svenske firmaet Scibase, som diagnostiserer hudkreft med bioimpedans. I stedet for å måtte sjekke om en føflekk er ondartet med biopsi, skal det være nok å holde en penn mot huden.

Nålene på pennen er så små at de ikke kan sees. De trenger såvidt inn i det øverste hudlaget. Man merker ingenting og blør ikke.

Nå har svenske investorer gått inn med mer enn hundre millioner kroner for å teste oppfinnelsen på et stort antall pasienter, for å sjekke om pennen med høy nok sannsynlighet gir rett diagnose.

– Dette er en gigantoppfinnelse, forklarer de to professorene, som nettopp er kommet med en ny utgave av verdens eneste lærebok om bioimpedans.

Emneord: Teknologi, Elektrotekniske fag, Elektronikk, Medisinske fag, Klinisk medisinske fag, Matematikk og naturvitenskap, Fysikk Av Yngve Vogt
Publisert 1. feb. 2012 11:49
Legg til kommentar

Logg inn for å kommentere

Ikke UiO- eller Feide-bruker?
Opprett en WebID-bruker for å kommentere