Die belangrikheid van fisiologiese lewenstekens as aanwysers van menslike gesondheid is lank reeds deur mediese spesialiste verstaan, maar die huidige COVID-19-pandemie het ook die publieke bewustheid van die belangrikheid daarvan verhoog.
Ongelukkig is die meeste mense wat bevind dat hulle deurlopende lewenstekenmonitering ondergaan dalk reeds in 'n kliniese omgewing waar hulle vir akute siekte behandel word. In plaas daarvan om lewenstekens te gebruik as 'n aanduiding van die doeltreffendheid van siektebehandeling en pasiëntherstel, is die toekomstige model van gesondheidsorg sal deurlopende en afgeleë monitering van lewenstekens gebruik as 'n instrument om potensiële aanwysers van siekte-aanvang te identifiseer, wat klinici in staat stel om in te gryp in die ontwikkeling van ernstige siekte.Die vroegste geleentheid voor.
Daar word in die vooruitsig gestel dat die toenemende integrasie van sensors van kliniese graad uiteindelik die ontwikkeling van weggooibare, draagbare vitale tekens gesondheidskolle moontlik sal maak wat gereeld weggedoen en vervang kan word, soos kontaklense.
Alhoewel baie gesondheids- en fiksheidsdrabare vermoëns vir die meting van vitale tekens insluit, kan die integriteit van hul lesings om 'n aantal redes bevraagteken word, insluitend die kwaliteit van die sensors wat gebruik word (die meeste is nie klinies nie), waar hulle geïnstalleer is en waar die sensors die kwaliteit van.Fisiese kontak terwyl jy dra.
Alhoewel hierdie toestelle voldoende is vir die begeerte van nie-gesondheidswerkers vir toevallige selfwaarneming deur 'n gerieflike en gemaklike draagbare toestel te gebruik, is dit nie geskik vir opgeleide mediese professionele persone om individuele gesondheid behoorlik te assesseer en ingeligte diagnoses te maak nie.
Aan die ander kant kan toestelle wat tans gebruik word om kliniese graad lewenstekenwaarnemings oor langer tydintervalle te verskaf lywig en ongemaklik wees, en verskillende grade van draagbaarheid hê. In hierdie ontwerpoplossing hersien ons die kliniese betekenis van vier lewenstekenmetings—bloed suurstofversadiging (SpO2), hartklop (HR), elektrokardiogram (EKG) en respirasietempo (RR) - en oorweeg om kliniese Beste Sensor Tipe - Lesings vir elke graad te verskaf.
Bloedsuurstofversadigingsvlakke by gesonde individue is gewoonlik rondom 95-100%. 'n SpO2-vlak van 93% of laer kan egter aandui dat 'n individu asemhalingsnood ervaar—soos 'n algemene simptoom by pasiënte met COVID-19—wat dit 'n belangrike lewensteken vir gereelde monitering deur mediese professionele persone. Fotopletysmografie (PPG) is 'n optiese metingstegniek wat veelvuldige LED-uitstralers gebruik om bloedvate onder die vel se oppervlak te verlig en 'n fotodiode-ontvanger om die gereflekteerde ligsein op te spoor om SpO2 te bereken. Terwyl dit geword het 'n algemene kenmerk van baie draagbare items wat deur die pols gedra word, is die PPG-ligsein vatbaar vir inmenging van bewegingsartefakte en verbygaande veranderinge in omgewingsbeligting, wat kan lei tot vals lesings, wat beteken dat hierdie toestelle nie kliniese graadmetings verskaf nie. In 'n kliniese omgewing , SpO2 word gemeet met behulp van 'n vingergedrade polsoksimeter (Figuur 2), gewoonlik deurlopend aan 'n stilstaande pasiënt se vinger.
'n Gesonde hartklop (HR) word oor die algemeen beskou as in die reeks van 60-100 slae per minuut, maar die tydinterval tussen individuele hartklop is nie konstant nie. Algemeen na verwys as hartklopveranderlikheid (HRV), beteken dit dat die hartklop is 'n gemiddelde wat oor verskeie hartklopsiklusse gemeet word. By gesonde individue is die hartklop en polsslag amper dieselfde, want met elke sametrekking van die hartspier word bloed deur die liggaam gepomp. Sommige ernstige harttoestande kan egter veroorsaak hart- en polsslag sal verskil.
Byvoorbeeld, in aritmieë soos boezemfibrilleren (Afib), pomp nie elke spiersametrekking in die hart bloed deur die liggaam nie - in plaas daarvan versamel bloed in die kamers van die hart self, wat lewensgevaarlik kan wees. Boezemfibrilleren kan moeilik wees om op te spoor omdat dit soms met tussenposes en slegs vir kort kort intervalle voorkom.
Volgens die Wêreldgesondheidsorganisasie veroorsaak Afib een uit elke vier beroertes by mense ouer as 40, 'n feit wat die belangrikheid demonstreer om die siekte op te spoor en te behandel. Aangesien PPG-sensors optiese metings maak onder dieselfde aanname as HR en polsslag, kan daar nie op hulle staatgemaak word om AF op te spoor nie. Dit vereis deurlopende opnames van die hart se elektriese aktiwiteit -- 'n grafiese voorstelling van die hart se elektriese seine wat 'n elektrokardiogram (EKG) genoem word -- oor lang tydintervalle.
Holter-monitors is die mees algemene draagbare toestelle vir kliniese graad wat vir hierdie doel gebruik word. Alhoewel hulle minder elektrodes gebruik as statiese EKG-monitors wat in kliniese instellings gebruik word, kan hulle lywig en ongemaklik wees om te dra, veral terwyl jy slaap.
12-20 asemhalings per minuut is die verwagte respiratoriese tempo (RR) vir die meeste gesonde individue. 'n RR-tempo bo 30 asemhalings per minuut kan 'n aanduiding wees van respiratoriese nood as gevolg van koors of ander oorsake. Terwyl sommige draagbare toesteloplossings versnellingsmeter of PPG gebruik tegnologie om RR af te lei, kliniese-graad RR-metings word uitgevoer met behulp van inligting vervat in die EKG-sein of met behulp van 'n bioimpedansie (BioZ) sensor wat twee sensors gebruik om Die elektriese impedansie van die vel te karakteriseer.Een of meer elektrodes wat aan die pasiënt se liggaam geheg is.
Terwyl FDA-goedgekeurde EKG-funksionaliteit beskikbaar is in sommige hoë-end gesondheids- en fiksheidsdrabare toestelle, is bioimpedansiewaarneming 'n kenmerk wat nie tipies beskikbaar is nie omdat dit die insluiting van 'n aparte BioZ-sensor IC vereis. Benewens RR, ondersteun die BioZ-sensor Bio-elektriese Impedansie-analise (BIA) en bio-elektriese impedansie-spektroskopie (BIS), wat albei gebruik word om die samestellingsvlakke van liggaamsspier, vet en water te meet. Die BioZ-sensor ondersteun ook impedansie-elektrokardiografie (ICG) en word gebruik om galvaniese velreaksie te meet ( GSR), wat 'n nuttige aanduiding van stres kan wees.
Figuur 1 toon 'n funksionele blokdiagram van 'n kliniese-graad vitale tekens AFE IC wat die funksionaliteit van drie afsonderlike sensors (PPG, EKG en BioZ) in 'n enkele pakket integreer.
Figuur 1 MAX86178 ultra-lae-krag, 3-in-1 kliniese-graad lewenstekens AFE (Bron: Analog Devices)
Sy dubbelkanaal PPG optiese data-verkrygingstelsel ondersteun tot 6 LED's en 4 fotodiode-insette, met die LED's programmeerbaar deur twee hoëstroom, 8-bis LED-drywers. Die ontvangspad het twee lae-geraas, hoë-resolusie uitleeskanale, elk insluitend onafhanklike 20-bis ADC's en omgewingsligkansellasiekringe, wat meer as 90dB omgewingsverwerping by 120Hz verskaf. Die SNR van die PPG-kanaal is so hoog as 113dB, wat SpO2-meting van slegs 16µA ondersteun.
Die EKG-kanaal is 'n volledige seinketting wat al die sleutelkenmerke verskaf wat nodig is om hoëgehalte-EKG-data in te samel, soos buigsame wins, kritiese filtering, lae geraas, hoë insetimpedansie en veelvuldige loodvoorspanningsopsies.Bykomende kenmerke soos vinnige herstel , AC en DC loodbespeuring, ultra-lae krag loodbespeuring en regterbeenaandrywing maak robuuste werking moontlik in veeleisende toepassings soos polsgedrade toestelle met droë elektrodes. Die analoog seinketting dryf 'n 18-bis sigma-delta ADC met 'n wye reeks aan. van gebruiker-selekteerbare uitsetmonstertempo's.
BioZ-ontvangskanale beskik oor EMI-filtrering en uitgebreide kalibrasie.BioZ-ontvangskanale beskik ook oor hoë insetimpedansie, lae geraas, programmeerbare versterking, laagdeurlaat- en hoogdeurlaatfilteropsies en hoë-resolusie ADC's.Daar is verskeie modusse vir die opwekking van insetstimuli: gebalanseerde vierkantgolfbron/sinkstroom, sinusgolfstroom, en sinusgolf- en vierkantgolfspanningstimulasie. 'n Verskeidenheid stimulasieamplitudes en -frekwensies is beskikbaar. Dit ondersteun ook BIA-, BIS-, ICG- en GSR-toepassings.
EIEU tydsberekeningdata laat al drie sensorkanale gesinchroniseer word. Gehuisves in 'n 7 x 7 49-bult wafer-vlak pakket (WLP), meet die AFE IC slegs 2,6 mm x 2,8 mm, wat dit ideaal maak vir ontwerp as 'n kliniese graad draagbare borspleister (Figuur 2).
Figuur 2 Borspleister met twee nat elektrodes, ondersteun BIA en deurlopende RR/ICG, EKG, SpO2 AFE (Bron: Analog Devices)
Figuur 3 illustreer hoe hierdie AFE ontwerp kan word as 'n polsgedrade draagbare om op aanvraag BIA en EKG te voorsien met deurlopende HR, SpO2 en EDA/GSR.
Figuur 3: Polsgedrade toestel met vier droë elektrodes, wat BIA en EKG ondersteun, met deurlopende HR, SpO2 en GSR AFE (Bron: Analog Devices)
SpO2, HR, EKG en RR is belangrike lewenstekenmetings wat deur gesondheidswerkers vir diagnostiese doeleindes gebruik word. Deurlopende vitale tekensmonitering deur gebruik te maak van draagbare toestelle sal 'n sleutelkomponent van toekomstige gesondheidsorgmodelle wees, wat die aanvang van die siekte voorspel voordat simptome verskyn.
Baie van die tans beskikbare vitale tekens-monitors produseer metings wat nie deur gesondheidsorgpersoneel gebruik kan word nie omdat die sensors wat hulle gebruik nie kliniese graad is nie, terwyl ander eenvoudig nie die vermoë het om RR akkuraat te meet nie omdat hulle nie BioZ-sensors insluit nie.
In hierdie ontwerpoplossing demonstreer ons 'n IC wat drie sensors van kliniese graad - PPG, EKG en BioZ in 'n enkele pakket integreer en wys hoe dit ontwerp kan word in draagbare bors- en polsdrade, om SpO2, HR, EKG en RR te meet , terwyl dit ook ander nuttige gesondheidsverwante funksies verskaf, insluitend BIA, BIS, GSR en ICG. Benewens dat dit gebruik word in kliniese-graad drabare items, is die IC ideaal vir integrasie in slim klere om die tipe inligting te verskaf wat hoë- prestasie-atlete benodig.
Andrew Burt is Uitvoerende Besigheidsbestuurder, Industriële en Gesondheidsorg Besigheidseenheid, Analog Devices
Postyd: Aug-05-2022