Development of an in-vivo sensor for monitoring of water content in skin
-
Rijk Schütz
,
Ihar Shchatsinin
Abstract
A change in the water distribution of the human body, such as water retention in the skin, can be a symptom of a pathological condition including heart failure. Therefore, a sensor for the non-invasive quantification of the water content of the skin could be useful where continuous monitoring of patients is required to detect and avoid life threatening conditions. As water is a major absorber of tissue in the near-infrared wavelength range, the water content can be determined based on reflectance measurements. Measuring the diffuse reflectance at multiple distances from the point of illumination allows the determination of absorption in scattering media such as skin. The aim of this project was to develop a small and portable sensor based on light emitting diodes and photodiodes. Evaluation of the first functional sensor design has showed that the water content of tissue phantoms can be predicted with a prediction error of 1%. Further developments towards a sensor that can be applied in a future field study are ongoing.
Zusammenfassung
Veränderungen der Wasserverteilung im menschlichen Körper, wie Wassereinlagerungen in der Haut, können ein Symptom für pathologische Zustände sein. Ein Sensor für die nicht-invasive Quantifizierung des Wassergehalts der Haut (unter der Oberfläche) könnte daher in Bereichen eingesetzt werden, in welchen die durchgängige Überwachung von Patienten zur Vermeidung lebensbedrohlicher Zustände notwendig ist. Da Wasser einen Hauptanteil an der Absorption von Gewebe im nahinfraroten Spektralbereich ausmacht, kann der Wassergehalt mittels Reflektionsspektroskopie bestimmt werden. Durch die Messung von diffus reflektiertem Licht in mehreren Abständen von der Beleuchtung kann die Absorption in streuenden Medien, wie der Haut, bestimmt werden. Ziel des vorgestellten Projekts ist die Entwicklung eines kleinen, tragbaren Sensors basierend auf Leuchtdioden und Photodioden. Die Evaluation des ersten Funktionsmusters zeigte, dass der Wassergehalt von Gewebephantomen mit einem Vorhersagefehler von 1% bestimmt werden kann. Die Weiterentwicklung des Sensordesigns hat den Einsatz in einer Feldstudie zum Ziel.
Funding: “Mobile optische Messgeräte zur Charakterisierung von Blut und biologischem Gewebe (SenTiss)” (FKZ 10147774) co-funded by EFRE (Europäischer Fonds für regionale Entwicklung) and the “Senat für Wissenschaft, Technologie und Forschung”, “Telemonitoring mit optischem Wassergehaltssensor bei chronischer Herzinsuffizienz – Tele-CHI” (MF 140038) funded by “Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages”.
Conflict of interest statement: There are no financial or commercial conflicts of interests to report.
References
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©2015 Walter de Gruyter GmbH, Berlin/Boston
Artikel in diesem Heft
- Frontmatter
- Editorial
- Sensors in diagnostics and monitoring
- Magazine section
- Snapshots
- Reviews
- Recent advances in SPR and SERS for sensitive translational medical diagnostics
- Raman spectroscopy for the discrimination of cancerous and normal skin
- Original contribution
- Fluorescence-optical handheld non-contact sensor for rapid cleaning validation of surfaces
- Preliminary research reports
- Evaluation of a novel skin tone meter and the correlation between Fitzpatrick skin type and skin color
- In-line optical monitoring of oxygen saturation and hematocrit for cardiopulmonary bypass: Adjustment-free and bloodless calibration
- Short communications
- Non-invasive detection of free hemoglobin in red blood cell concentrates for quality assurance
- Development of an in-vivo sensor for monitoring of water content in skin
- Congress announcements
- LASER World of PHOTONICS – DGLM Application Panel: Laser-advanced new methods for diagnostics and therapeutics
- Congresses 2015/2016
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