Basınç ülserlerine akıllı çözümler; akıllı ayak izi & akıllı çarşaf
Smart solutions for pressure ulcers; smart pad & smart sheet
Yazar: REŞİT BURAK KAYAN
Danışman: PROF. DR. SELMA ERGÜN
Bezm-i Alem Vakıf Üniversitesi / Tıp Fakültesi / Plastik ve Rekonstrüktif Cerrahi Ana Bilim Dalı
Derece: Tıpta Uzmanlık, 2016
Konu: Plastik ve Rekonstrüktif Cerrahi = Plastic and Reconstructive Surgery
Dizin: Basınç = Pressure ; Basınç sensörleri = Pressure sensors ; Bilgisayar yazılımları = Computer softwares ; Cerrahi yara enfeksiyonu = Surgical wound infection ; Spinal yaralanmalar = Spinal injuries ; Yaralar ve yaralanmalar = Wounds and injuries ; Yaralar-delici olmayan = Wounds-nonpenetrating ; Ülser = Ulcer

Özet:
Amaç; 
Günümüzde giderek artan sıklıkta karşılaştığımız, tedavisi hem hasta ve yakınları için hem de cerrahlar için meşakkatli olan, oluşturduğu fiziksel ve ruhsal morbiditelerin yanı sıra, ülke ekonomisine getirdiği ciddi tedavi maliyetleri nedeniyle basınç ülserleri tüm dünyada sık sık üzerinde araştırma yapılan, Dünya Sağlık Örgütü'nün sürekli gündeminde olan ve toplum sağlığı kapsamında değerlendirilen bir konudur. Basınç ülserlerinin çözümünde altın standart; basınç ülseri oluşumunu engellemektir. Çünkü bunca negatif yönlerinin yanında tek avantajı önlenebilir olmasıdır.
Son yıllarda artan nano teknolojik gelişmeler ve robot teknolojileri bizlere bu teknolojileri kullanarak basınç ülserlerinin gelişmesini önleyebilmek adına bir ufuk açtı.
Yazılımı, tasarımı ve yapımı tamamen yerli ve üniversitemize ait olan bu teknolojik ürünler ile, biz de basınç ülseri gelişimini önlemeyi veya var olan ülseri kısmen tedavi edebilmeyi hedefledik.
Gereç,Yöntem;
Mikro duyarlı basınç sensörleri; saniyenin yüzde birinde üzerlerine uygulanan kuvvet, basınç veya ağırlığı sıfıra yakın yanılma payı ile hesaplayabilen aygıtlardır. Bu sensörler ve bu sensörlerden bilgileri alıp kablosuz vericilerle bilgisayar ortamına aktaran bir anakart kullanarak, akıllı ayak izi ve akıllı çarşaf adını verdiğimiz ürünlerin prototiplerini ürettik. Ardından bu iki ürün için de bir arayüz yazılımı oluşturarak, bu yazılımların patentini aldık.
Basınç duyarlı sensörler, son 5 yılda hızla gelişen robot teknolojilerinde kullanılan, dış dünya ile robot yazılımı arasında iletişimi sağlayan aygıtlardır. Üzerlerindeki polimer tabakaya uygulanan kuvvetle orantılı olarak dirençlerindeki azalma ölçülerek, sensörlerin üzerlerine uygulanan kuvvetler, basınçlar veya ağırlıklar hesaplanabilir.  Kullandığımız sensörler ile 14.5 cm2 alan içerisindeki her cm2' ye uygulanan basınç, kuvvet veya ağırlık sıfıra yakın kayıp ve yanılma payı ile hesaplanabilir. 
Bu sensörler, açık kaynaklı kablosuz veri aktarımı yapabilen bir anakart ve patentleri alınan yazılımlarımızı kullanarak ürettiğimiz akıllı ayak izi ve akıllı çarşaf adını verdiğimiz bu ürünlerin etkinliklerini ölçmek amacıyla diyabete ve immobilizasyona sekonder olarak oluşan basınç ülserleri olan hastalar incelemeye alındılar.
Akıllı çarşaf: Daha önce yapılan çalışmalarda,  insan bedeninin değişik pozisyonlarda, farklı alanlarındaki ağırlık taşıyan bölgeler ve en fazla basınca maruz kalan, basınç ülseri gelişimine en yatkın alanlar tanımlanmıştır. Bu tanımlamalar ışığında tasarladığımız çarşafa, supine, prone ve yan yatış pozisyonunda basıya maruz kalan bölgeler ıskalanmayacak şekilde  basınç duyarlı sensörler yerleştirilmiştir. Sensörler çarşaf kenarındaki bir anakarta bilgileri aktarmakta ve bu bilgiler de kablosuz olarak yazılımımızın yüklendiği bir bilgisayara aktarılmaktadır. Yazılım hastanın hangi pozisyonda yattığını algılamaktadır ve hastanın ağırlık taşıyan bölgelerindeki basıncı 500 ms de bir ölçüp,  Newton/ cm2  cinsinden ekrana yansıtmaktadır. 
Basınç ülseri etyopatogenezdeki en önemli faktör, uzun süreli ve aşırı basınçtır. Kapiller basıncı (32mmhg) aşan ekstrinsik bir dış basınç, kapillerleri tıkar ve doku oksijenasyonu bozulur. 1974'te Dinsdale 'in hayvanlarda yaptığı basınç çalışmasında, 70 mm Hg 'nın 2 saat süreyle etki etmesinin kapillerleri oklüde ettiği ve geri dönüşümsüz doku hasarı yaptığını göstermiştir. 1965'te Lindan ve ark, hastanın pozisyonuna bağımlı olarak  ağırlık taşıyan bölgelerdeki basınç farklılıklarını tanımlamışlardır. Buna göre supine pozisyonda sakrum, topuklar ve oksipital bölge ağırlık taşıyan kemik çıkıntılı alanlar olarak belirlenmiş olup,  bu bölgelerin 40- 60 mm Hg basınca maruz kaldığı  görülmüştür. Prone pozisyonda diz ve göğüs kafesi ağırlık taşıyan bölgelerdir, buralar 50 mm Hg basınca maruz kalmaktadır. Oturur pozisyonda iken ağırlık taşıyan bölgeler iskial bölgeler olmakla birlikte buralara uygulanan basınç 75 mm Hg olarak ölçülmüştür. Bunlardan daha yüksek basınçların uzun süreli uygulanmasının, dokuda iskemi ve ona bağlı olarak nekroz oluşturacağı savunulmuştur.
 Ayrıca yüksek basınç uygulanan bir alanda, basınç miktarı 7-8 dk kadar normal seviyeye düşürülürse o alanda doku canlılığı korunabilmektedir (157). Bu bilgiler ışığında tasarlanan yazılım ile, her bölge için kritik basınç seviyesi farklı olarak belirlenmiştir. Ölçülen basınçlar, kritik basıncın altında iken ekranda her bölge için ayrı bir sekmede  'Normal Basınç' yazmakta ve simülasyonda o bölgenin karşısındaki alan yeşil renkte görülmektedir. Kritik basınç üzerinde bir basınç ölçülüyorsa ekranda o bölge için 'Kritik Basınç' yazmakta ve simülasyonda aynı anda o bölgenin rengi kırmızıya dönmektedir. Yazılım kritik basınç uyarısı verdiği anda her bölge için farklı olarak tanımlanan geri sayım kronometresi ekranda belirmektedir ve geri sayım başlamaktadır. Herhangi bir nedenle, hasta hareket eder veya basınç o bölgede normal seviyeye dönerse kronometre durmaktadır. Eğer  8 dakika içerisinde tekrar kritik basınç uyarısı alırsa sistem kaldığı yerden geri sayıma devam etmektedir. 8 dakika içerisinde sistem kritik basınç uyarısı almazsa kronometre sıfırlanmaktadır. Şayet geri sayım biterse ve hastanın pozisyonu değiştirilmez ise simülasyondaki kırmızı alan siyah renge boyanmakta ve sistem alarm vermektedir.
Akıllı ayak izi: Her iki ayak tabanlığı içerisine yerleştirilen toplamda 10 adet basınç duyarlı sensör ve bu sensörlerin bilgi aktarımı yaptığı bir anakarttan oluşmaktadır. Bu bilgiler kablosuz olarak bilgisayar yazılımında görülebilmektedir. Her ayak tabanı için 5 adet ağırlık taşıyan bölge bulunmaktadır. Bu bölgelere yerleştirilen sensörler yardımı ile hasta ayakta dururken veya yürürken bu bölgelerdeki basınç değerlerini ölçebilmeyi ve bunları haritalayabilmeyi amaçladık. Bu sayede sistemik hastalıklara sekonder polinöropati gelişen veya ayak anatomisi bozulan ve bu nedenle plantar bölgedeki basınç dengeleri ve dağılımları değişen hastaları basınç ülseri gelişmeden tespit ederek, koruyucu sağlık hizmeti yapılabileceğini ya da ülseri olan hastalardaki patolojik basınç dağılımlarını objektif kriterler ile ortaya koyarak, bu hastalara daha ideal tedavi planlanabileceğini düşündük. 
Sistem 2 adet ayak tabanlığı ve buna bağlı bir anakarttan oluşmaktadır. Hastanın her iki ayak başparmak, 1. metatars,  5. metatars, lateral ark ve topuk bölgelerindeki sensörler ile 500 ms de bir basınç değeri kaydedebilmekteyiz ve bunları simülasyon ile görebilmekteyiz.
Ayakta polinöropati semptomu olmayan, diabeti olmayan, cerrahi geçirmemiş, ayak taban profili ve kemik yapısı normal, sağlıklı 200 insanda ayak tabanı basınç haritası ve normal değerler sayısal bazda hesaplandı ve yazılıma aktarıldı.
Ardından diabetik ayak ülseri olan veya olmayan diabetik polinöropati semptomlarını taşıyan 40 hastanın, sinir ileti çalışması ile polinöropatik oldukları gösterildi. Hastalar makro-mikro vasküler diabet komplikasyonları açısından tarandı. Eşlik eden retinopati, nefropati, hipertansiyon, kalp hastalıkları, damarsal patolojiler testler ile gösterilip dokümente edildi. Ardından  ayak plantar bölge basınç profilleri çıkartılıp, ortalama basınçtan anlamlı derecede farklı basınca sahip ayak bölgeleri gösterilip, basıncın yükseldiği bölgelerdeki basıncı azaltacak şekilde kişiye özel yaptırılan silikon tabanlık eşliğinde basınç dağılımları tekrar ölçülüp bu bilgiler dökümente edildi. Ayrıca, çalışmada basma yüzeyindeki basınç dağılımları bozulan hastaların basınç dağılımlarının ve profillerinin mevcut ayak ülserlerleri ile ne kadar paralel oldukları gözlemlenmiş oldu.
Bulgular;
Çalışmaya dahil edilen 40 hastanın 30'u erkek 10'u kadın idi. Hastaların hepsinin en az 15 yıldır var olan tip 2 diyabeti mevcuttu. Hastaların ortalama yaşı 67.2 idi. Hastaların 23'ü  daha önce ayak ile ilgili cerrahi işlem geçirmişlerdi. Bunlardan 20'sinde çeşitli seviyelerde parmak ampütasyonları yapılmıştı. Daha önce cerrahi geçiren 23 hastanın 14'ünde ayak tabanında ülserler  mevcut idi. Hastaların 20'sinde hafif şiddette, 12'sinde orta şiddette, 8'inde ağır şiddette polinöropati tespit edildi. Çalışmaya dahil edilen 40 hastanın 20'sinde 1 adet polinöropati temelli gelişen ülser mevcutken, 20'sinde herhangi bir ülser yoktu. Ülseri olmayan hastaların hiçbirinde 6 ay boyunca herhangi bir ülser oluşumu olmadı ve bu hastalardan 2 tanesinde               1. metatars başında var olan kallusun 6 ay sonunda kaybolduğu gözlemlendi. Ülseri olan 20 hastanın 10'unda ülser 1. metatars başında iken 4'ünde  5. metatars başında, 3'ünde başparmakta, 3'ünde topuk yerleşimli idi. Altı ay boyunca çalışmadan çıkarılan veya çıkmak isteyen hasta olmadı. Altıncı ay sonundaki ülser alanları hesaplanıp dökümente edildi. Altıncı ay sonunda ülseri olan 20 hastanın 19'unda ülser boyutlarında anlamlı olarak küçülme izlendi.
Sonuç;
Sonuç olarak; basınç ülserleri hastalarda ciddi fiziksel ve ruhsal morbiditeler yaratan, tedavisi zorlu ve maliyeti yüksek olan bir komplikasyondur. Basınç ülserlerine yaklaşımın altın kuralı ise; basınç ülseri oluşumunu engellemektir. Prototiplerini oluşturduğumuz bu ürünler ile basınç ülserlerinin oluşumunun engellenebileceğini, bu sayede hastaların yaşam kalitelerinin arttırılabileceğini, morbiditelerin önüne geçilebileceğini ve tedavi masraflarının azaltılmasıyla ülke ekonomisine katkıda bulunulabileceğini düşünmekteyiz.

Abstract:
Motivation;
Pressure ulcers  usually develop over a bony prominence as a result of pressure in combination with shear stress and/or friction. Pressure ulcers also can occur secondary to diabetic neuropathy in diabetic patients. Additional contributing factors include; immobilization and neuropathy for both of these groups. There is a direct impact of  pressure ulcers on the quality of life of  these patients and their caregivers, because they increase the hospitalisation frequency and  they extend the hospitalisation period. Besides, they may be physically and psychologically exhausting for the patients/caregivers due to their chronic course. They may be extremely excruciating so that it can be treated by amputation of  their extremities or they may even be the cause of the patient's death. In addition, there are high expentidures arising from the extension of hospitalisation frequency/ period and the treatment itself, as in the United States, where an average of $11 billion is spent annually. In order to minimize these risks and morbidity, preventive methods are applied. For prevention of pressure ulcers , we have produced smart sheet and smart pad using  technological advances.
Background and state of the art ;
Micro force sensing resistors can detect  the pressure, weight or force applied on them with fallibility to near zero. Using these sensors and a motherboard with a wireless transmitter,  we produced smart sheet and smart pad. The transmitter transmits the information received from these sensors to a computer. Then an interface software were created and  patents were taken for these two products.
In literature, weight bearing areas and most likely areas for the development of pressure ulcers were defined and investigated. Critical pressure thresholds were defined for each area which were prone to formation of pressure ulcer. Smart sheet was created with these informations and design. In the prototype, 33 sensors and a mainboard with a wireless transmitter were used. Sensors were placed to the weight bearing areas and most likely areas for the development of pressure ulcers. Sensors could detect the pressure  applied on them and evaluated these pressures with smart sheet's software.
Each smart pad was designed with five micro force sensing resistors and a mainboard with a wireless transmitter. Five weight bearing reginons were defined in the literature and the sensors were placed on these main regions on the foot pad. Sensors could detect the pressure applied on them and evaluated these pressures with smart pad's interface software.
Data Collection and Monitoring;
In order to measure pressure over the entire body, pressure sensors are distributed over the bed's surface according to risky areas.. With these innovations we emphasize an evidence based platform for pressure ulcer monitoring and prevention. Our protypes has been successfully tested using prerecorded data and favorable performance and accuracy have been observed. Each prototype has different interface software. Entire body in supine or lateral decubitis position and plantar weight bearing areas can be evaluated and be monitored for development of the pressure ulcers by means of these software interfaces.
Results;
The focus of this paper is to develop a software-hardware platform that addresses one of the most costly, most challenging and acute health conditions: pressure ulcers. Prevention is the gold rule in the treatment of pressure ulcer. Avoiding the formation of pressure ulcer is crucial. These products collect information from various sensors incorporated into the bed/sheet and foot-pad, analyze the data to create a time-stamped, whole body and foot  pressure distribution map, and guide the patients' caregivers to give position to the patient and to redistribute pressure over the entire body periodically. These sensors, software, sheet/pad and pressure distribution map are combined to form a cognitive support system, that augments the ability of a care giver, allowing them to provide better care for more patients in less time.