Los profesionales médicos comprenden desde hace mucho tiempo la importancia de los signos vitales fisiológicos como indicadores de la salud humana, pero la actual pandemia de COVID-19 también ha despertado la conciencia pública sobre su importancia.
Desafortunadamente, es posible que la mayoría de las personas que se encuentran sometidas a un control continuo de sus signos vitales ya se encuentren en un entorno clínico donde reciben tratamiento por una enfermedad aguda. En lugar de utilizar los signos vitales como un indicador de la eficacia del tratamiento de la enfermedad y la recuperación del paciente, el futuro modelo de La atención sanitaria empleará la monitorización continua y remota de los signos vitales como herramienta para identificar posibles indicadores de la aparición de la enfermedad, lo que permitirá a los médicos intervenir en el desarrollo de la enfermedad grave.La primera oportunidad antes.
Se prevé que la creciente integración de sensores de grado clínico eventualmente permitirá el desarrollo de parches de salud de signos vitales desechables y portátiles que puedan desecharse y reemplazarse periódicamente, como las lentes de contacto.
Si bien muchos dispositivos portátiles de salud y fitness incluyen capacidades de medición de signos vitales, la integridad de sus lecturas puede cuestionarse por varias razones, incluida la calidad de los sensores utilizados (la mayoría no son de grado clínico), dónde están instalados y dónde se encuentran los sensores. la calidad del contacto físico mientras se usa.
Si bien estos dispositivos son adecuados para el deseo de los profesionales no sanitarios de realizar una autoobservación informal utilizando un dispositivo portátil conveniente y cómodo, no son adecuados para que los profesionales médicos capacitados evalúen adecuadamente la salud individual y realicen diagnósticos informados.
Por otro lado, los dispositivos que se utilizan actualmente para proporcionar observaciones de signos vitales de grado clínico durante intervalos de tiempo más largos pueden ser voluminosos e incómodos y tener distintos grados de portabilidad. En esta solución de diseño, revisamos la importancia clínica de cuatro mediciones de signos vitales: sangre saturación de oxígeno (SpO2), frecuencia cardíaca (FC), electrocardiograma (ECG) y frecuencia respiratoria (RR), y considere proporcionar el mejor tipo de sensor clínico: lecturas para cada grado.
Los niveles de saturación de oxígeno en sangre en personas sanas suelen rondar el 95-100 %. Sin embargo, un nivel de SpO2 del 93 % o menos puede indicar que un individuo está experimentando dificultad respiratoria, como un síntoma común en pacientes con COVID-19, lo que lo convierte en un importante signo vital para el monitoreo regular por parte de profesionales médicos. La fotopletismografía (PPG) es una técnica de medición óptica que utiliza múltiples emisores LED para iluminar los vasos sanguíneos debajo de la superficie de la piel y un receptor de fotodiodo para detectar la señal de luz reflejada para calcular SpO2. Si bien se ha convertido Una característica común de muchos dispositivos portátiles que se llevan en la muñeca, la señal luminosa PPG es susceptible a la interferencia de artefactos de movimiento y cambios transitorios en la iluminación ambiental, lo que puede provocar lecturas falsas, lo que significa que estos dispositivos no proporcionan mediciones de grado clínico. En un entorno clínico , La SpO2 se mide utilizando un oxímetro de pulso que se lleva puesto en el dedo (Figura 2), generalmente conectado continuamente al dedo de un paciente estacionario. Si bien existen versiones portátiles alimentadas por baterías, solo son adecuadas para realizar mediciones intermitentes.
Generalmente se considera que una frecuencia cardíaca (FC) saludable está en el rango de 60 a 100 latidos por minuto; sin embargo, el intervalo de tiempo entre los latidos individuales no es constante. Comúnmente conocido como variabilidad de la frecuencia cardíaca (VFC), esto significa que la La frecuencia cardíaca es un promedio medido durante varios ciclos de latidos del corazón. En personas sanas, la frecuencia cardíaca y el pulso son casi iguales, porque con cada contracción del músculo cardíaco, la sangre se bombea por todo el cuerpo. Sin embargo, algunas afecciones cardíacas graves pueden causar las frecuencias cardíaca y del pulso difieren.
Por ejemplo, en arritmias como la fibrilación auricular (AFib), no todas las contracciones de los músculos del corazón bombean sangre a todo el cuerpo; en cambio, la sangre se acumula en las cámaras del propio corazón, lo que puede poner en peligro la vida. La fibrilación auricular puede ser difícil detectar porque a veces ocurre de forma intermitente y sólo durante breves intervalos.
Según la Organización Mundial de la Salud, la Afib provoca uno de cada cuatro accidentes cerebrovasculares en personas mayores de 40 años, hecho que demuestra la importancia de poder detectar y tratar la enfermedad. Dado que los sensores PPG realizan mediciones ópticas bajo el mismo supuesto que la FC y frecuencia del pulso, no se puede confiar en ellos para detectar la FA. Esto requiere registros continuos de la actividad eléctrica del corazón (una representación gráfica de las señales eléctricas del corazón llamada electrocardiograma (ECG)) durante largos intervalos de tiempo.
Los monitores Holter son los dispositivos portátiles de grado clínico más comunes que se utilizan para este propósito. Si bien utilizan menos electrodos que los monitores de ECG estáticos utilizados en entornos clínicos, pueden ser voluminosos e incómodos de usar, especialmente mientras se duerme.
La frecuencia respiratoria (RR) esperada para la mayoría de las personas sanas es de 12 a 20 respiraciones por minuto. Una frecuencia RR superior a 30 respiraciones por minuto puede ser un indicador de dificultad respiratoria debido a fiebre u otras causas. Aunque algunas soluciones de dispositivos portátiles utilizan acelerómetro o PPG tecnología para inferir RR, las mediciones de RR de grado clínico se realizan utilizando información contenida en la señal de ECG o utilizando un sensor de bioimpedancia (BioZ) que utiliza dos sensores para caracterizar la impedancia eléctrica de la piel. Uno o más electrodos conectados al cuerpo del paciente.
Si bien la funcionalidad de ECG aprobada por la FDA está disponible en algunos dispositivos portátiles de salud y fitness de alta gama, la detección de bioimpedancia es una característica que normalmente no está disponible porque requiere la inclusión de un sensor IC BioZ separado. Además de RR, el sensor BioZ admite bioelectricidad. Análisis de impedancia (BIA) y espectroscopia de impedancia bioeléctrica (BIS), los cuales se utilizan para medir los niveles de composición de los músculos, la grasa y el agua del cuerpo. El sensor BioZ también admite electrocardiografía de impedancia (ICG) y se utiliza para medir la respuesta galvánica de la piel ( GSR), que puede ser un indicador útil de estrés.
La Figura 1 muestra un diagrama de bloques funcional de un AFE IC de signos vitales de grado clínico que integra la funcionalidad de tres sensores separados (PPG, ECG y BioZ) en un solo paquete.
Figura 1 AFE de signos vitales de grado clínico 3 en 1, consumo ultrabajo MAX86178 (Fuente: Analog Devices)
Su sistema de adquisición de datos ópticos PPG de doble canal admite hasta 6 LED y 4 entradas de fotodiodo, con los LED programables a través de dos controladores LED de 8 bits de alta corriente. La ruta de recepción tiene dos canales de lectura de alta resolución y bajo ruido. cada uno incluye ADC independientes de 20 bits y circuitos de cancelación de luz ambiental, lo que proporciona más de 90 dB de rechazo ambiental a 120 Hz. La SNR del canal PPG llega a 113 dB, lo que admite una medición de SpO2 de solo 16 µA.
El canal de ECG es una cadena de señal completa que proporciona todas las funciones clave necesarias para recopilar datos de ECG de alta calidad, como ganancia flexible, filtrado crítico, bajo ruido, alta impedancia de entrada y múltiples opciones de polarización de derivaciones. Funciones adicionales como recuperación rápida , la detección de cables de CA y CC, la detección de cables de potencia ultrabaja y el accionamiento de la pierna derecha permiten un funcionamiento robusto en aplicaciones exigentes, como dispositivos de muñeca con electrodos secos. La cadena de señal analógica impulsa un ADC sigma-delta de 18 bits con un amplio rango de frecuencias de muestreo de salida seleccionables por el usuario.
Los canales de recepción BioZ cuentan con filtrado EMI y calibración exhaustiva. Los canales de recepción BioZ también cuentan con alta impedancia de entrada, bajo ruido, ganancia programable, opciones de filtro de paso bajo y paso alto, y ADC de alta resolución. Hay varios modos para generar estímulos de entrada: Fuente de onda cuadrada equilibrada/corriente disipadora, corriente de onda sinusoidal y estimulación de voltaje de onda sinusoidal y onda cuadrada. Hay disponible una variedad de amplitudes y frecuencias de estimulación. También admite aplicaciones BIA, BIS, ICG y GSR.
Los datos de temporización FIFO permiten sincronizar los tres canales del sensor. Alojado en un paquete de nivel de oblea (WLP) de 49 golpes de 7 x 7, el AFE IC mide solo 2,6 mm x 2,8 mm, lo que lo hace ideal para diseño de grado clínico. parche para el pecho que se puede llevar puesto (Figura 2).
Figura 2 Parche en el pecho con dos electrodos húmedos, compatible con BIA y RR/ICG, ECG, SpO2 AFE continuos (Fuente: Analog Devices)
La Figura 3 ilustra cómo se puede diseñar este AFE como un dispositivo portátil que se lleva en la muñeca para proporcionar BIA y ECG bajo demanda con FC, SpO2 y EDA/GSR continuos.
Figura 3: Dispositivo de muñeca con cuatro electrodos secos, compatible con BIA y ECG, con FC, SpO2 y GSR AFE continuos (Fuente: Analog Devices)
SpO2, FC, ECG y FR son importantes mediciones de signos vitales utilizadas por los profesionales de la salud con fines de diagnóstico. La monitorización continua de los signos vitales mediante dispositivos portátiles será un componente clave de los futuros modelos de atención sanitaria, ya que predecirá la aparición de la enfermedad antes de que aparezcan los síntomas.
Muchos de los monitores de signos vitales disponibles actualmente producen mediciones que los profesionales de la salud no pueden utilizar porque los sensores que utilizan no son de grado clínico, mientras que otros simplemente no tienen la capacidad de medir la FR con precisión porque no incluyen sensores BioZ.
En esta solución de diseño, demostramos un IC que integra tres sensores de grado clínico: PPG, ECG y BioZ en un solo paquete y mostramos cómo se puede diseñar en dispositivos portátiles para el pecho y la muñeca, para medir SpO2, FC, ECG y RR. , al mismo tiempo que proporciona otras funciones útiles relacionadas con la salud, incluidas BIA, BIS, GSR e ICG. Además de usarse en dispositivos portátiles de grado clínico, el IC es ideal para integrarse en ropa inteligente para proporcionar el tipo de información que necesita. rendimiento que los atletas necesitan.
Andrew Burt es director comercial ejecutivo de la unidad comercial industrial y sanitaria de Analog Devices.
Hora de publicación: 05-ago-2022