Важнасць фізіялагічных жыццёва важных паказчыкаў як індыкатараў здароўя чалавека даўно зразумела медыцынскім работнікам, але цяперашняя пандэмія COVID-19 таксама павысіла дасведчанасць грамадскасці аб іх важнасці.
На жаль, большасць людзей, якія праходзяць бесперапынны маніторынг жыццёва важных паказчыкаў, магчыма, ужо знаходзяцца ў клінічных умовах, дзе яны праходзяць лячэнне ад вострага захворвання. Замест таго, каб выкарыстоўваць жыццёва важныя паказчыкі ў якасці індыкатара эфектыўнасці лячэння хваробы і выздараўлення пацыента, будучая мадэль у ахове здароўя будзе выкарыстоўвацца бесперапынны і дыстанцыйны маніторынг жыццёва важных паказчыкаў у якасці інструмента для вызначэння патэнцыйных паказчыкаў пачатку захворвання, што дазволіць лекарам умешвацца ў развіццё цяжкіх захворванняў.Самая ранняя магчымасць раней.
Мяркуецца, што ўсё большая інтэграцыя датчыкаў клінічнага класа ў канчатковым выніку дазволіць распрацаваць аднаразовыя пластыры, якія можна насіць, якія паказваюць жыццёва важныя паказчыкі, якія можна будзе рэгулярна ўтылізаваць і замяняць, напрыклад, кантактныя лінзы.
Нягледзячы на тое, што многія носныя прылады для здароўя і фітнесу ўключаюць магчымасці вымярэння жыццёва важных паказчыкаў, цэласнасць іх паказанняў можа быць пастаўлена пад сумнеў па шэрагу прычын, у тым ліку па якасці выкарыстоўваных датчыкаў (большасць не адносіцца да клінічнага класа), месца іх усталявання і месца датчыкаў якасць.Фізічны кантакт падчас нашэння.
У той час як гэтыя прылады адэкватныя для жадання немедыцынскіх спецыялістаў для выпадковага саманазірання з выкарыстаннем зручнай і зручнай носім прылады, яны не падыходзяць для падрыхтаваных медыцынскіх работнікаў для належнай ацэнкі індывідуальнага здароўя і пастаноўкі абгрунтаванага дыягназу.
З іншага боку, прылады, якія ў цяперашні час выкарыстоўваюцца для назірання за жыццёвымі паказчыкамі клінічнага ўзроўню на працягу больш працяглых інтэрвалаў часу, могуць быць грувасткімі і нязручнымі, а таксама мець розную ступень партатыўнасці. У гэтым дызайнерскім рашэнні мы разглядаем клінічную значнасць чатырох вымярэнняў жыццёва важных паказчыкаў - крыві насычэнне кіслародам (SpO2), частата сардэчных скарачэнняў (ЧСС), электракардыяграма (ЭКГ) і частата дыхання (ЧД)—і разгледзьце магчымасць прадастаўлення клінічнага лепшага тыпу датчыка - паказанні для кожнай ступені.
Узровень насычэння крыві кіслародам у здаровых людзей звычайна складае каля 95-100%. Аднак узровень SpO2 93% або ніжэй можа сведчыць аб тым, што чалавек адчувае рэспіраторны дыстрэс - напрыклад, звычайны сімптом у пацыентаў з COVID-19 - што робіць яго важны жыццёва важны паказчык для рэгулярнага кантролю з боку медыцынскіх работнікаў. Фотаплетызмаграфія (ФПГ) - гэта метад аптычнага вымярэння, які выкарыстоўвае некалькі святлодыёдных выпраменьвальнікаў для асвятлення крывяносных сасудаў пад паверхняй скуры і фотадыёдны прыёмнік для выяўлення адлюстраванага светлавога сігналу для разліку SpO2. Агульная асаблівасць многіх носных прылад, якія носяць на запясце, светлавы сігнал PPG адчувальны да перашкод ад артэфактаў руху і пераходных змен навакольнага асвятлення, што можа прывесці да памылковых паказанняў, што азначае, што гэтыя прылады не забяспечваюць клінічных вымярэнняў. У клінічных умовах , SpO2 вымяраецца з дапамогай накладнога пульсоксиметра (малюнак 2), які звычайна бесперапынна прымацаваны да нерухомага пальца пацыента. Хоць існуюць партатыўныя версіі з батарэйным харчаваннем, яны падыходзяць толькі для правядзення перыядычных вымярэнняў.
Звычайна лічыцца, што здаровая частата сардэчных скарачэнняў (ЧСС) знаходзіцца ў дыяпазоне 60-100 удараў у хвіліну, аднак інтэрвал часу паміж асобнымі сардэчнымі скарачэннямі не з'яўляецца сталым. Гэта звычайна называюць варыябельнасцю сардэчнага рытму (ВСР), што азначае, што частата сардэчных скарачэнняў - гэта сярэдняе значэнне, якое вымяраецца на працягу некалькіх цыклаў сэрцабіцця. У здаровых людзей частата сардэчных скарачэнняў і частата пульса амаль аднолькавыя, таму што пры кожным скарачэнні сардэчнай мышцы кроў перапампоўваецца па ўсім целе. Аднак некаторыя сур'ёзныя захворванні сэрца могуць выклікаць ЧСС і пульс адрозніваюцца.
Напрыклад, пры такіх арытміях, як фібрыляцыя перадсэрдзяў (Afib), не кожнае скарачэнне цягліц сэрца перапампоўвае кроў па ўсім целе - замест гэтага кроў назапашваецца ў камерах сэрца, што можа быць небяспечным для жыцця. Мігацельная арытмія можа быць цяжка выявіць, таму што часам гэта адбываецца з перапынкамі і толькі на кароткія кароткія прамежкі часу.
Па дадзеных Сусветнай арганізацыі аховы здароўя, Afib выклікае кожны чацвёрты інсульт у людзей ва ўзросце старэйшыя за 40 гадоў, і гэты факт дэманструе важнасць магчымасці выяўлення і лячэння захворвання. Паколькі датчыкі PPG робяць аптычныя вымярэнні пры тым жа здагадцы, што і ЧСС і частата пульса, на іх нельга разлічваць для выяўлення ФП. Гэта патрабуе бесперапынных запісаў электрычнай актыўнасці сэрца - графічнага адлюстравання электрычных сігналаў сэрца, званых электракардыяграмай (ЭКГ) - на працягу доўгіх інтэрвалаў часу.
Маніторы Холтэра з'яўляюцца найбольш распаўсюджанымі партатыўнымі прыладамі клінічнага класа, якія выкарыстоўваюцца для гэтай мэты. Хоць яны выкарыстоўваюць менш электродаў, чым статычныя маніторы ЭКГ, якія выкарыстоўваюцца ў клінічных умовах, яны могуць быць грувасткімі і нязручнымі для нашэння, асабліва падчас сну.
Чаканая частата дыхання (ЧД) для большасці здаровых людзей - 12-20 удыхаў у хвіліну. Частата дыхання вышэй за 30 удыхаў у хвіліну можа быць паказчыкам рэспіраторнага дыстрэсу з-за ліхаманкі або іншых прычын. У той час як у некаторых рашэннях носных прылад выкарыстоўваецца акселерометр або PPG тэхналогія для высновы RR, клінічныя вымярэнні RR праводзяцца з дапамогай інфармацыі, якая змяшчаецца ў сігнале ЭКГ, або з дапамогай датчыка біяімпедансу (BioZ), які выкарыстоўвае два датчыка для характарыстыкі электрычнага імпедансу скуры. Адзін або некалькі электродаў, прымацаваных да цела пацыента.
Нягледзячы на тое, што дазволеная FDA функцыя ЭКГ даступная ў некаторых высакакласных носных прыладах для здароўя і фітнесу, біяімпеданснае зандзіраванне - гэта функцыя, якая звычайна недаступная, таму што патрабуе ўключэння асобнага датчыка BioZ IC. У дадатак да RR, датчык BioZ падтрымлівае біяэлектрычны Аналіз імпедансу (BIA) і спектраскапія біяэлектрычнага імпедансу (BIS), абодва з якіх выкарыстоўваюцца для вымярэння кампазіцыйных узроўняў цягліц цела, тлушчу і вады. Датчык BioZ таксама падтрымлівае імпедансную электракардыяграфію (ICG) і выкарыстоўваецца для вымярэння скурна-гальванічнай рэакцыі ( GSR), які можа быць карысным паказчыкам стрэсу.
На малюнку 1 паказаная функцыянальная блок-схема мікрасхемы AFE для вызначэння жыццёвых паказчыкаў клінічнага ўзроўню, якая аб'ядноўвае функцыянальнасць трох асобных датчыкаў (PPG, ЭКГ і BioZ) у адзін пакет.
Малюнак 1 MAX86178 звышнізкага энергаспажывання, 3-у-1 клінічнага ўзроўню жыццёвых паказчыкаў AFE (Крыніца: Analog Devices)
Яго двухканальная аптычная сістэма збору даных PPG падтрымлівае да 6 святлодыёдаў і 4 фотадыёдных уваходаў, прычым святлодыёды праграмуюцца з дапамогай двух 8-бітных святлодыёдных драйвераў з вялікім токам. Шлях прыёму мае два каналы счытвання з нізкім узроўнем шуму і высокай раздзяляльнасцю, кожны з іх уключае незалежныя 20-бітныя АЦП і схемы адмены навакольнага асвятлення, якія забяспечваюць больш чым 90 дБ адхілення навакольнага асвятлення пры 120 Гц. SNR канала PPG дасягае 113 дБ, падтрымліваючы вымярэнне SpO2 толькі 16 мкА.
Канал ЭКГ - гэта поўная ланцужок сігналаў, якая забяспечвае ўсе асноўныя функцыі, неабходныя для збору высакаякасных даных ЭКГ, такія як гнуткае ўзмацненне, крытычная фільтрацыя, нізкі ўзровень шуму, высокі ўваходны супраціў і некалькі варыянтаў зрушэння адвядзення. Дадатковыя функцыі, такія як хуткае аднаўленне , выяўленне адводаў пераменнага і пастаяннага току, выяўленне адводаў з ультрамалым энергаспажываннем і прывад правай нагі забяспечваюць надзейную працу ў патрабавальных прылажэннях, такіх як наручныя прылады з сухімі электродамі. Ланцуг аналагавых сігналаў кіруе 18-бітным сігма-дэльта-АЛП з шырокім дыяпазонам выбіраемых карыстальнікам частот дыскрэтызацыі.
Каналы прыёму BioZ маюць фільтрацыю EMI і шырокую каліброўку. Каналы прыёму BioZ таксама адрозніваюцца высокім уваходным супрацівам, нізкім узроўнем шуму, праграмуемым узмацненнем, варыянтамі фільтра нізкіх і высокіх частот і АЦП з высокім разрозненнем. Ёсць некалькі рэжымаў для генерацыі ўваходных стымулаў: збалансаваны квадратны ток крыніцы/прыёмніка, сінусоідны ток і стымуляцыя напругі сінусоіднай і квадратнай хвалі. Даступна мноства амплітуд і частот стымуляцыі. Ён таксама падтрымлівае прыкладанні BIA, BIS, ICG і GSR.
Дадзеныя сінхранізацыі FIFO дазваляюць сінхранізаваць усе тры каналы датчыкаў. Размешчаная ў 7 х 7 49-выпуклай вафельнай упакоўцы (WLP), мікрасхема AFE мае памеры ўсяго 2,6 мм х 2,8 мм, што робіць яе ідэальнай для распрацоўкі ў якасці клінічнага ўзроўню нашыўка на грудзі (малюнак 2).
Малюнак 2 Пластыр на грудзях з двума мокрымі электродамі, які падтрымлівае BIA і бесперапынную RR/ICG, ЭКГ, SpO2 AFE (Крыніца: Analog Devices)
На малюнку 3 паказана, як гэта AFE можа быць распрацавана як наручная прылада для забеспячэння BIA і ЭКГ па патрабаванні з бесперапыннай ЧСС, SpO2 і EDA/GSR.
Малюнак 3: Наручная прылада з чатырма сухімі электродамі, якая падтрымлівае BIA і ЭКГ, з бесперапыннай ЧСС, SpO2 і GSR AFE (Крыніца: Analog Devices)
SpO2, HR, ЭКГ і RR з'яўляюцца важнымі вымярэннямі жыццёва важных паказчыкаў, якія выкарыстоўваюцца медыцынскімі работнікамі ў дыягнастычных мэтах. Бесперапынны маніторынг жыццёва важных паказчыкаў з выкарыстаннем нацельных прылад будзе ключавым кампанентам будучых мадэляў аховы здароўя, прагназуючы пачатак захворвання да з'яўлення сімптомаў.
Многія з даступных у цяперашні час манітораў жыццёва важных паказчыкаў вырабляюць вымярэнні, якія не могуць быць выкарыстаны медыцынскімі работнікамі, таму што датчыкі, якія яны выкарыстоўваюць, не з'яўляюцца клінічнымі, у той час як іншыя проста не маюць магчымасці дакладна вымераць RR, таму што яны не ўключаюць датчыкі BioZ.
У гэтым канструктарскім рашэнні мы дэманструем мікрасхему, якая аб'ядноўвае тры датчыкі клінічнага класа - PPG, ЭКГ і BioZ у адзіную ўпакоўку, і паказваем, як яе можна распрацаваць у надзеных на грудзях і запясцях прыладах для вымярэння SpO2, ЧСС, ЭКГ і ЧР. , а таксама забяспечваючы іншыя карысныя функцыі, звязаныя са здароўем, у тым ліку BIA, BIS, GSR і ICG. У дадатак да выкарыстання ў носных прыладах клінічнага ўзроўню, IC ідэальна падыходзіць для інтэграцыі ў разумнае адзенне, каб прадастаўляць інфармацыю, якая высока прадукцыйнасць патрэбна спартсменам.
Эндру Берт з'яўляецца выканаўчым бізнес-менеджэрам бізнес-падраздзялення прамысловасці і аховы здароўя кампаніі Analog Devices
Час публікацыі: 5 жніўня 2022 г