La importància dels signes vitals fisiològics com a indicadors de la salut humana ha estat entesa des de fa temps pels professionals mèdics, però l'actual pandèmia de COVID-19 també ha conscienciat el públic sobre la seva importància.
Malauradament, la majoria de les persones que es troben sotmeses a un seguiment continu dels signes vitals ja poden estar en un entorn clínic on estan sent tractades per a una malaltia aguda. L'assistència sanitària emprarà un seguiment continu i remot de signes vitals com a eina per identificar indicadors potencials d'inici de la malaltia, cosa que permetrà als metges intervenir en el desenvolupament de malalties greus.La primera oportunitat abans.
Es preveu que la creixent integració de sensors de grau clínic permetrà finalment el desenvolupament de pegats de salut de signes vitals d'un sol ús i que es puguin portar, que es puguin eliminar i substituir regularment, com ara les lents de contacte.
Tot i que molts articles de salut i fitness inclouen capacitats de mesura de signes vitals, la integritat de les seves lectures es pot qüestionar per diverses raons, inclosa la qualitat dels sensors utilitzats (la majoria no són de grau clínic), on s'instal·len i on els sensors. la qualitat de.Contacte físic mentre es porta.
Tot i que aquests dispositius són adequats per al desig de professionals no sanitaris d'autoobservació casual mitjançant un dispositiu portàtil còmode i còmode, no són adequats per a professionals mèdics formats per avaluar correctament la salut individual i fer diagnòstics informats.
D'altra banda, els dispositius que s'utilitzen actualment per proporcionar observacions de signes vitals de grau clínic durant intervals de temps més llargs poden ser voluminosos i incòmodes, i tenen diferents graus de portabilitat. En aquesta solució de disseny, revisem la importància clínica de quatre mesures de signes vitals: sang. la saturació d'oxigen (SpO2), la freqüència cardíaca (FC), l'electrocardiograma (ECG) i la freqüència respiratòria (RR), i considereu la possibilitat de proporcionar el millor tipus de sensor clínic: lectures per a cada grau.
Els nivells de saturació d'oxigen en sang en individus sans solen estar al voltant del 95-100%. No obstant això, un nivell de SpO2 del 93% o inferior pot indicar que una persona està experimentant dificultat respiratòria, com ara un símptoma comú en pacients amb COVID-19, que la converteix en un important signe vital per a un seguiment regular per part dels professionals mèdics. La fotopletismografia (PPG) és una tècnica de mesura òptica que utilitza múltiples emissors LED per il·luminar els vasos sanguinis sota la superfície de la pell i un receptor de fotodíodes per detectar el senyal de llum reflectida per calcular la SpO2. Una característica comuna de molts wearables portats al canell, el senyal de llum PPG és susceptible a les interferències d'artefactes de moviment i canvis transitoris en la il·luminació ambiental, que poden provocar lectures falses, la qual cosa significa que aquests dispositius no proporcionen mesures de grau clínic. En un entorn clínic , la SpO2 es mesura mitjançant un pulsioxímetre (Figura 2) que s'acobla de manera contínua al dit d'un pacient estacionari. Tot i que existeixen versions portàtils amb bateria, només són adequades per fer mesures intermitents.
En general, es considera que una freqüència cardíaca (FC) saludable està entre 60 i 100 batecs per minut, però l'interval de temps entre els batecs cardíacs individuals no és constant. Es coneix habitualment com a variabilitat de la freqüència cardíaca (VFC), això significa que La freqüència cardíaca és una mitjana mesurada durant diversos cicles de batecs. En individus sans, la freqüència cardíaca i la freqüència del pols són gairebé iguals, perquè amb cada contracció del múscul cardíac, la sang es bombeja per tot el cos. No obstant això, algunes afeccions cardíaques greus poden causar la freqüència cardíaca i el pols difereixen.
Per exemple, en arítmies com la fibril·lació auricular (Afib), no totes les contraccions musculars del cor bomben sang per tot el cos; en canvi, la sang s'acumula a les cambres del cor mateix, cosa que pot posar en perill la vida. La fibril·lació auricular pot ser difícil. detectar perquè de vegades es produeix de manera intermitent i només durant intervals breus i curts.
Segons l'Organització Mundial de la Salut, la Afib provoca un de cada quatre ictus en persones majors de 40 anys, fet que demostra la importància de poder detectar i tractar la malaltia. Atès que els sensors PPG fan mesures òptiques sota el mateix supòsit que HR i HR. la freqüència del pols, no es pot confiar en ells per detectar la FA. Això requereix enregistraments continus de l'activitat elèctrica del cor, una representació gràfica dels senyals elèctrics del cor anomenada electrocardiograma (ECG), durant llargs intervals de temps.
Els monitors Holter són els dispositius portàtils de grau clínic més comuns que s'utilitzen per a aquest propòsit. Tot i que utilitzen menys elèctrodes que els monitors d'ECG estàtics utilitzats en entorns clínics, poden ser voluminosos i incòmodes de portar, especialment mentre dorm.
12-20 respiracions per minut és la freqüència respiratòria (RR) esperada per a la majoria de les persones sans. Una taxa de RR per sobre de 30 respiracions per minut pot ser un indicador de dificultat respiratòria per febre o altres causes. Mentre que algunes solucions de dispositius portàtils utilitzen acceleròmetre o PPG tecnologia per inferir RR, les mesures de RR de grau clínic es realitzen utilitzant la informació continguda en el senyal ECG o utilitzant un sensor de bioimpedància (BioZ) que utilitza dos sensors per caracteritzar La impedància elèctrica de la pell. Un o més elèctrodes connectats al cos del pacient.
Tot i que la funcionalitat d'ECG aprovada per la FDA està disponible en alguns articles de salut i fitness de gamma alta, la detecció de bioimpedància és una característica que normalment no està disponible perquè requereix la inclusió d'un IC del sensor BioZ separat. A més de RR, el sensor BioZ és compatible amb Bioelèctric L'anàlisi d'impedància (BIA) i l'espectroscòpia d'impedància bioelèctrica (BIS), totes dues s'utilitzen per mesurar els nivells de composició del múscul corporal, el greix i l'aigua. El sensor BioZ també admet l'electrocardiografia d'impedància (ICG) i s'utilitza per mesurar la resposta galvànica de la pell ( GSR), que pot ser un indicador útil d'estrès.
La figura 1 mostra un diagrama de blocs funcionals d'un AFE IC de signes vitals de grau clínic que integra la funcionalitat de tres sensors separats (PPG, ECG i BioZ) en un sol paquet.
Figura 1 MAX86178 signes vitals de grau clínic 3 en 1 d'ultra baixa potència AFE (Font: Analog Devices)
El seu sistema d'adquisició de dades òptiques PPG de doble canal admet fins a 6 LED i 4 entrades de fotodíode, amb els LED programables mitjançant dos controladors LED de 8 bits de corrent elevat. El camí de recepció té dos canals de lectura de baix soroll i alta resolució, cadascun inclou ADC independents de 20 bits i circuits de cancel·lació de la llum ambiental, que proporcionen més de 90 dB de rebuig ambiental a 120 Hz. El SNR del canal PPG és de fins a 113 dB i admet la mesura de SpO2 de només 16 µA.
El canal d'ECG és una cadena de senyal completa que proporciona totes les funcions clau necessàries per recollir dades d'ECG d'alta qualitat, com ara guany flexible, filtratge crític, baix soroll, alta impedància d'entrada i múltiples opcions de biaix de plom. Característiques addicionals, com ara una recuperació ràpida. , la detecció de cables de CA i CC, la detecció de cables de potència ultra baixa i l'accionament de la cama dreta permeten un funcionament robust en aplicacions exigents, com ara dispositius portats al canell amb elèctrodes secs. La cadena de senyal analògic acciona un ADC sigma-delta de 18 bits amb una àmplia gamma de freqüències de mostreig de sortida seleccionables per l'usuari.
Els canals de recepció BioZ inclouen un filtratge EMI i una calibració extensa. Els canals de recepció BioZ també inclouen una alta impedància d'entrada, baix soroll, guany programable, opcions de filtre de pas baix i pas alt i ADC d'alta resolució. Hi ha diversos modes per generar estímuls d'entrada: Font d'ona quadrada equilibrada / corrent d'aigüera, corrent d'ona sinusoïdal i estimulació de voltatge d'ona quadrada i d'ona sinusoïdal. Hi ha disponibles una varietat d'amplituds i freqüències d'estimulació. També admet aplicacions BIA, BIS, ICG i GSR.
Les dades de temporització FIFO permeten sincronitzar els tres canals del sensor. Allocat en un paquet de nivell d'hòstia (WLP) de 7 x 7 49 bumps, l'AFE IC només mesura 2,6 mm x 2,8 mm, el que el fa ideal per al disseny com a grau clínic. pegat de pit portàtil (figura 2).
Figura 2 Pegat toràcic amb dos elèctrodes humits, compatibles amb BIA i RR/ICG contínua, ECG, SpO2 AFE (Font: Analog Devices)
La figura 3 il·lustra com aquest AFE es pot dissenyar com un wearable al canell per proporcionar BIA i ECG a demanda amb HR, SpO2 i EDA/GSR continus.
Figura 3: Dispositiu per al canell amb quatre elèctrodes secs, compatibles amb BIA i ECG, amb HR, SpO2 i GSR AFE contínues (Font: Analog Devices)
SpO2, HR, ECG i RR són mesures importants de signes vitals utilitzats pels professionals sanitaris amb finalitats diagnòstiques. El seguiment continu dels signes vitals amb wearables serà un component clau dels futurs models d'assistència sanitària, predint l'aparició de la malaltia abans que apareguin els símptomes.
Molts dels monitors de signes vitals disponibles actualment produeixen mesures que els professionals de la salut no poden utilitzar perquè els sensors que utilitzen no són de grau clínic, mentre que altres simplement no tenen la capacitat de mesurar amb precisió la RR perquè no inclouen sensors BioZ.
En aquesta solució de disseny, demostrem un IC que integra tres sensors de grau clínic: PPG, ECG i BioZ en un únic paquet i mostrem com es pot dissenyar en dispositius portàtils de pit i canell, per mesurar SpO2, HR, ECG i RR. , alhora que ofereix altres funcions útils relacionades amb la salut, com ara BIA, BIS, GSR i ICG. A més d'utilitzar-se en wearables de grau clínic, l'IC és ideal per a la integració en roba intel·ligent per proporcionar el tipus d'informació que alta- necessiten els atletes de rendiment.
Andrew Burt és director executiu de negocis, unitat de negoci industrial i sanitària, Analog Devices
Hora de publicació: 05-agost-2022