Kalifornian yliopiston Santa Cruzin insinöörit ovat kehittäneet puettavan bioelektronisen laitteen, joka nopeuttaa haavojen paranemista tekoälyn avulla. npj Biomedical Innovations -lehdessä julkaistujen esikliinisten tulosten mukaan a-Heal-laite nopeuttaa paranemista noin 25 prosenttia verrattuna tavanomaiseen hoitoon.
Parantuessaan haavat käyvät läpi useita vaiheita: hyytymisen verenvuodon tyrehdyttämiseksi, immuunivasteen, ruven muodostumisen ja arpeutumisen.
Nyt tutkitun a-Healin tarkoitus on optimoida ja personoida paranemisprosessi sen kaikissa vaiheissa. Laitteessa yhdistyvät pieni kamera, bioelektroniikka ja tekoäly.
Kamera, joka on kuvailtu aiemmin Communications Biology -tiedelehden tutkimuksessa, ottaa kahden tunnin välein kuvia haavasta ja syöttää ne tietokoneelle koneoppimismalliin. Malli tunnistaa paranemisvaiheen, vertaa sitä optimaaliseen aikatauluun ja antaa tarvittaessa hoitoa joko lääkkeen tai sähkökentän muodossa.
Haavaan annosteltava lääke on fluoksetiini, serotoniinin takaisinoton estäjä, joka vähentää tulehdusta ja nopeuttaa kudoksen sulkeutumista. Vaihtoehtoisesti laite voi käyttää sähkökenttää, joka edistää solujen liikkumista haavan sulkeutumiseksi.
”Se on pohjimmiltaan mikroskooppi laastarissa. Yksittäiset kuvat kertovat vähän, mutta ajan myötä jatkuva kuvantaminen antaa tekoälyn havaita trendejä, paranemisvaiheita, ilmoittaa ongelmia ja ehdottaa hoitoja”, sanoo apulaisprofessori Mircea Teodorescu.
Laite välittää kuvat ja tiedot, kuten paranemisnopeuden, suojattuun verkkorajapintaan, jossa lääkäri voi seurata prosessia ja tarvittaessa hienosäätää hoitoa. Laite kiinnitetään suoraan sidokseen, mikä tekee käytöstä turvallista ja helppoa.
Tekoälymalli perustuu vahvistusoppimiseen, jossa järjestelmä palkitaan edistymisestä kohti tavoitetta – tässä tapauksessa haavan sulkeutumisen nopeuttamisesta. Tämä malli on kuvattu Bioengineering-tiedelehdessä.
Vahvistusoppimismallin algoritmi käsittelee haavakuvat ja sijoittaa ne paranemisen etenemiskaarelle. Laite oppii jatkuvasti, miten lääke tai sähköinen kenttä vaikuttavat paranemiseen, ja muokkaa hoitoa reaaliaikaisesti. Algoritmia kuvataan puolestaan BiorXiv-esijulkaisupalveluun ladatussa vertaisarvioimattomassa tutkimuksessa.
Laitteen mahdollista kliinistä käyttöä arvioitiin esikliinisten haavamallien avulla. Haavojen havaittiin paranevan a-Healilla 25 prosenttia nopeammin kuin tavanomaisella hoidolla. Tulos vihjaa, että laitteesta saattaisi olla hyötyä akuuttien haavojen hoidon lisäksi myös sellaisten haavojen hoidossa, joiden paraneminen on pysähtynyt.
”Pelkkä kuva ei riitä, vaan se täytyy käsitellä ja asettaa kontekstiin. Sitten voidaan soveltaa takaisinkytkettyä ohjausta”, algoritmin opiskelijoineen kehittänyt apulaisprofessori Marcella Gomez sanoo.
Tutkijaryhmä selvittää nyt laitteen mahdollisuuksia kroonisten ja tulehtuneiden haavojen hoidossa.