Objective determination of capillary refill time by OLED-on-CMOS technology: a prospective observational proof of principle clinically study

In ziekenhuizen en klinieken over de hele wereld vertrouwen artsen en verpleegkundigen op een eenvoudige, eeuwenoude truc om te controleren of het bloed goed door de kleine vaten van een patiënt stroomt. Ze drukken een vinger tegen de huid tot het gebied bleek wordt, en laten dan los om te kijken hoe snel de kleur terugkeilt. Dit moment, bekend als de capillaire hervultijd, fungeert als een kort venster naar de microcirculatie van het lichaam—het netwerk van microscopische bloedvaten die zuurstof naar elke cel afleveren. Als de kleur traag terugkeert, kan dit een signaal zijn dat het lichaam moeite heeft met het aanvoeren van zuurstof, een waarschuwingssignaal voor shock of infectie. Toch heeft deze test, ondanks zijn belang, een fundamenteel gebrek: het hangt volledig af van het menselijk oog en de menselijke stopwatch. De druk die door de vinger van de onderzoeker wordt uitgeoefend kan variëren, de verlichting in de kamer kan veranderen, en de timing van de terugkeer van de kleur is een kwestie van persoonlijke beoordeling. Deze kleine inconsistenties betekenen dat twee verschillende artsen verschillende resultaten kunnen krijgen voor dezelfde patiënt, wat het moeilijk maakt om de test te vertrouwen voor nauwkeurige medische beslissingen.

Om dit probleem op te lossen, heeft een team van onderzoekers in Dresden, Duitsland, zich ermee bemoeid om een machine te bouwen die deze test met perfecte consistentie kan uitvoeren. Ze ontwikkelden een klein, handzaam apparaat dat een speciaal type scherm combineert met een gevoelige sensor, waardoor het zowel als lichtbron als als het oog kan fungeren dat de huid observeert. De onderzoekers testten dit nieuwe instrument op twintig patiënten van de algemene afdelingen van een universitair ziekenhuis, waarbij ze het apparaat tegen het midden van de borst van elke persoon drukten. Het doel was om te zien of de machine de tijd kon meten die nodig is voor het bloed om de huid te hervullen met dezelfde nauwkeurigheid als een menselijke arts, maar dan zonder de giswerkzaamheden. De resultaten toonden aan dat het apparaat goed werkte en tijden registreerde die zeer dicht bij de standaard menselijke methode lagen, maar met een niveau van precisie dat een mens simpelweg niet kan bereiken.

Het apparaat zelf is een wonder van moderne techniek, gebouwd op een technologie genaamd OLED-on-CMOS. In begrijpelijke taal betekent dit dat de onderzoekers een piepklein scherm hebben gecreëerd dat ook als camera kan fungeren. Wanneer het apparaat tegen de huid wordt gedrukt, licht het scherm op met wit licht, waardoor het gebied wordt verlicht zoals een zaklamp dat doet. Tegelijkertijd detecteert hetzelfde oppervlak het licht dat terugkaatst van de huid. Hierdoor kan de machine precies zien hoe bleek de huid wordt en hoe snel de roze kleur terugkeert, terwijl de veranderende lichtinval van de ziekenhuiskamer wordt genegeerd. Een ingebouwde sensor meet ook hoe hard het apparaat wordt ingedrukt, om ervoor te zorgen dat de druk sterk genoeg is om de huid te bleken, maar niet zo sterk dat het schade veroorzaakt. De machine wacht op een constante, specifieke hoeveelheid druk, houdt deze vijf seconden vast, en start vervolgens automatisch de interne klok op het moment dat de druk wordt losgelaten. De klok stopt op het moment dat de huidkleur weer normaal is, en registreert de exacte tijd tot op een fractie van een seconde.

In de studie vergeleken de onderzoekers de metingen van dit nieuwe digitale apparaat met de traditionele methode, waarbij een arts een vinger tegen de borst van de patiënt drukt en de terugkeer van de kleur met een stopwatch bijhoudt. Ze voerden deze tests uit op twintig patiënten, die allemaal als ASA I werden geclassificeerd, wat aangeeft dat zij in goede fysieke gezondheid verkeerden zonder relevante medische voorgeschiedenis. De resultaten waren opmerkelijk consistent. De artsen die de standaardmethode gebruikten, vonden dat de gemiddelde tijd voor de huid om terug te keren naar de oorspronkelijke kleur 1,5 seconde was. Het digitale apparaat, dat dezelfde taak uitvoerde op dezelfde mensen, registreerde een gemiddelde tijd van 1,2 seconden. Bij dertien van de twintig patiënten mat de machine een iets snellere hervultijd dan de menselijke arts. De onderzoekers geloven dat dit kleine verschil waarschijnlijk ontstond omdat de machine de timer startte op het moment dat de druk werd weggenomen, terwijl een menselijke arts eerst fysiek de vinger moet weghalen voordat hij kan beginnen met tellen, wat een kleine, onzichtbare vertraging aan hun meting toevoegt.

Cruciaal is dat de studie bevestigde dat het apparaat veilig is en de toestand van de patiënt niet verandert. De onderzoekers controleerden de hartslag, bloeddruk en lichaamstemperatuur van de patiënten vóór en na de tests, en geen van deze vitale functies veranderde. Het apparaat veroorzaakte geen huidirritatie of roodheid, wat bewees dat het korte contact en de uitgeoefende druk mild genoeg waren voor herhaaldelijk gebruik. De studie benadrukte ook hoe de machine de variabelen die de menselijke methode teisteren, wegneemt. Terwijl de verlichting in de kamer tijdens de menselijke metingen licht verschoof, bood het apparaat zijn eigen constante, onveranderlijke licht. De druk die door de machine werd uitgeoefend was strikt gecontroleerd, terwijl een menselijke vinger harder of zachter kan drukken afhankelijk van vermoeidheid of gewoonte. Door deze factoren te standaardiseren, biedt het apparaat een manier om een ware, objectieve meting te krijgen van hoe goed de microcirculatie werkt.

De onderzoekers erkennen dat dit een eerste stap was, een bewijs van concept (proof of concept) ontworpen om aan te tonen dat de technologie in een echte omgeving werkt. Het apparaat is momenteel via een kabel verbonden met een laptop, wat de bewegingsvrijheid rond de kamer van de patiënt beperkt, en het team merkt op dat er verder werk nodig is om te zien hoe het presteert op verschillende huidtypen of op verschillende locaties op het lichaam. De kernbevinding is echter duidelijk: het is mogelijk om een subjectieve, van de mens afhankelijke test te veranderen in een objectieve, door een machine leesbare meting. Deze nieuwe aanpak suggereert een toekomst waarin het monitoren van de kleinste bloedvaten van het lichaam even betrouwbaar is als het controleren van een hartslag, wat artsen een duidelijker en consistenter beeld geeft van de gezondheid van een patiënt zonder de onzekerheid van menselijke fouten.