Meditsiinitöötajad on juba ammu mõistnud füsioloogiliste elutähtsate näitajate kui inimeste tervise näitajate tähtsust, kuid praegune COVID-19 pandeemia on tõstnud ka avalikkuse teadlikkust selle tähtsusest.
Kahjuks võib enamik inimesi, kes satuvad pidevale elutähtsate näitajate jälgimisele, olla juba kliinilises keskkonnas, kus neid ravitakse ägeda haiguse tõttu. Selle asemel, et kasutada elutähtsaid näitajaid haiguse ravi ja patsiendi paranemise tõhususe indikaatorina, on tulevikumudel. tervishoid kasutab pidevat ja eemalt elutähtsate näitajate jälgimist vahendina, et tuvastada võimalikud haiguse alguse indikaatorid, võimaldades arstidel sekkuda raske haiguse arengusse.Varasem võimalus enne.
Eeldatakse, et kliinilise klassi andurite kasvav integreerimine võimaldab lõpuks välja töötada ühekordselt kasutatavad kantavad elutähtsate tervisenäitajate terviseplaastrid, mida saab regulaarselt kõrvaldada ja asendada, näiteks kontaktläätsed.
Kuigi paljudel tervise- ja treeningvarustuses on elutähtsate näitajate mõõtmise võimalus, võib nende näitude terviklikkuse kahtluse alla seada mitmel põhjusel, sealhulgas kasutatavate andurite kvaliteet (enamik ei ole kliinilise kvaliteediga), nende paigalduskoht ja andurite asukoht. kvaliteeti.Füüsiline kontakt kandmise ajal.
Kuigi need seadmed on piisavad mitte-tervishoiutöötajate sooviks teha juhuslikku enesevaatlust, kasutades mugavat ja mugavat kantavat seadet, ei sobi need väljaõppinud meditsiinitöötajatele, et nad saaksid õigesti hinnata individuaalset tervist ja teha teadlikke diagnoose.
Teisest küljest võivad seadmed, mida praegu kasutatakse kliinilise kvaliteediga elutähtsate näitajate jälgimiseks pikemate ajavahemike jooksul, olla mahukad ja ebamugavad ning erineva teisaldatavuse astmega. Selles disainilahenduses vaatame üle nelja elutähtsate näitajate – vere – kliinilise tähtsuse. hapnikuküllastust (SpO2), südame löögisagedust (HR), elektrokardiogrammi (EKG) ja hingamissagedust (RR) ning kaaluge kliinilise parima anduritüübi – näidude esitamist iga klassi jaoks.
Tervetel inimestel on vere hapnikuga küllastatuse tase tavaliselt umbes 95–100%. Kuid SpO2 tase 93% või madalam võib viidata sellele, et inimesel on hingamisraskused (nt COVID-19-ga patsientidel tavaline sümptom), mis muudab selle meditsiinitöötajate regulaarseks jälgimiseks oluline elutähtis näitaja.Fotopletüsmograafia (PPG) on optiline mõõtmistehnika, mis kasutab nahapinna all olevate veresoonte valgustamiseks mitut LED-kiirgust ja SpO2 arvutamiseks peegeldunud valgussignaali tuvastamiseks fotodioodvastuvõtjat.Kuigi sellest on saanud Paljude randmel kantavate seadmete ühiseks tunnuseks on PPG-valgussignaal vastuvõtlik liikumise artefaktidest ja ümbritseva valguse mööduvatest muutustest tulenevatele häiretele, mis võivad viia valenäitudeni, mis tähendab, et need seadmed ei võimalda kliinilise kvaliteediga mõõtmisi. , SpO2 mõõdetakse sõrmega kantava pulssoksümeetriga (joonis 2), mis on tavaliselt pidevalt statsionaarse patsiendi sõrme külge kinnitatud. Kuigi akutoitega kaasaskantavad versioonid on olemas, sobivad need ainult vahelduvate mõõtmiste tegemiseks.
Tervislikuks südame löögisageduseks (HR) peetakse üldiselt vahemikku 60–100 lööki minutis, kuid ajavahemik üksikute südamelöökide vahel ei ole konstantne. Tavaliselt nimetatakse seda südame löögisageduse varieeruvuseks (HRV), mis tähendab, et südame löögisagedus on mitme südamelöögi tsükli keskmine. Tervetel inimestel on südame löögisagedus ja pulss peaaegu samad, sest iga südamelihase kokkutõmbumisel pumbatakse verd kogu kehas.Mõned tõsised südamehaigused võivad siiski põhjustada südame- ja pulsisagedused erinevad.
Näiteks arütmiate nagu kodade virvendusarütmia (Afib) korral ei pumpa iga südamelihase kontraktsioon verd kogu kehas – selle asemel koguneb veri südame enda kambritesse, mis võib olla eluohtlik .Kodade virvendusarütmia võib olla raske tuvastada, sest see esineb mõnikord katkendlikult ja ainult lühikeste lühikeste ajavahemike järel.
Maailma Terviseorganisatsiooni andmetel põhjustab Afib iga neljanda insuldi üle 40-aastastel inimestel, mis näitab haiguse tuvastamise ja ravimise tähtsust. Kuna PPG-andurid teevad optilisi mõõtmisi samadel eeldustel nagu HR ja pulsisagedust, ei saa neile AF tuvastamisel tugineda. See nõuab südame elektrilise aktiivsuse pidevat salvestamist – südame elektriliste signaalide graafilist esitust, mida nimetatakse elektrokardiogrammiks (EKG) – pikkade ajavahemike jooksul.
Holteri monitorid on kõige levinumad selleks otstarbeks kasutatavad kliiniliselt kasutatavad kaasaskantavad seadmed. Kuigi need kasutavad vähem elektroode kui kliinilistes tingimustes kasutatavad staatilised EKG monitorid, võivad need olla mahukad ja neid on ebamugav kanda, eriti magades.
Enamiku tervete inimeste puhul on oodatav hingamissagedus (RR) 12–20 hingetõmmet minutis. Üle 30 hingetõmmet minutis võib RR-i sagedus olla palavikust või muudest põhjustest tingitud respiratoorse distressi näitaja. Kuigi mõned kantavate seadmete lahendused kasutavad kiirendusmõõturit või PPG-d tehnoloogia RR järeldamiseks, kliinilise astme RR mõõtmised tehakse EKG signaalis sisalduva teabe või bioimpedantsi (BioZ) anduri abil, mis kasutab kahte andurit iseloomustamiseks Naha elektriline takistus.Üks või mitu elektroodi, mis on kinnitatud patsiendi kehale.
Kuigi FDA poolt heaks kiidetud EKG-funktsioonid on saadaval mõnes tipptasemel tervise- ja treeningvarustuses, on bioimpedantsi tuvastamine funktsioon, mis pole tavaliselt saadaval, kuna see nõuab eraldi BioZ-anduri IC-i kaasamist. Lisaks RR-ile toetab BioZ-andur ka Bioelectricali Impedantsi analüüs (BIA) ja bioelektriline impedantsi spektroskoopia (BIS), mida mõlemat kasutatakse keha lihaste, rasva ja vee koostise taseme mõõtmiseks. BioZ andur toetab ka impedantsi elektrokardiograafiat (ICG) ja seda kasutatakse galvaanilise naha reaktsiooni mõõtmiseks ( GSR), mis võib olla kasulik stressinäitaja.
Joonisel 1 on kujutatud kliinilise astme elutähtsate näitajate AFE IC funktsionaalne plokkskeem, mis integreerib kolme eraldi anduri (PPG, EKG ja BioZ) funktsioonid ühte paketti.
Joonis 1 MAX86178 ülimadala võimsusega, kolm ühes kliinilise astme elutähtsate näitajate AFE (Allikas: Analog Devices)
Selle kahe kanaliga PPG optiline andmehõivesüsteem toetab kuni 6 LED-i ja 4 fotodioodisisendit, kusjuures LED-id on programmeeritavad kahe suure voolutugevusega 8-bitise LED-draiveri kaudu. Vastuvõtuteel on kaks madala müratasemega kõrge eraldusvõimega lugemiskanalit, igaüks sisaldab sõltumatuid 20-bitiseid ADC-sid ja ümbritseva valguse tühistamise vooluringi, mis tagavad üle 90 dB ümbritseva keskkonna tagasilükkamise sagedusel 120 Hz. PPG kanali SNR on koguni 113 dB, mis toetab ainult 16 µA SpO2 mõõtmist.
EKG-kanal on täielik signaaliahel, mis pakub kõiki kvaliteetsete EKG-andmete kogumiseks vajalikke põhifunktsioone, nagu paindlik võimendus, kriitiline filtreerimine, madal müratase, kõrge sisendtakistus ja mitu juhtme eelpingestust. Täiendavad funktsioonid, nagu kiire taastumine , vahelduv- ja alalisvoolujuhtmete tuvastamine, ülimadala võimsusega juhtmetuvastus ja parema jala ajam võimaldavad tugevat tööd nõudlikes rakendustes, nagu kuivade elektroodidega randmel kantavad seadmed. Analoogsignaali ahel juhib laia ulatusega 18-bitist sigma-delta ADC-d kasutaja poolt valitud väljundi diskreetimissagedustest.
BioZ vastuvõtukanalitel on EMI-filtreerimine ja ulatuslik kalibreerimine.BioZ-vastuvõtukanalitel on ka kõrge sisendtakistus, madal müratase, programmeeritav võimendus, madal- ja kõrgpääsfiltri valikud ning kõrge eraldusvõimega ADC-d. Sisendstiimulite genereerimiseks on mitu režiimi: tasakaalustatud ruutlaine allika/valamu vool, siinuslaine vool ning siinuslaine ja ruutlaine pingestimulatsioon. Saadaval on mitmesugused stimulatsiooni amplituudid ja sagedused. See toetab ka BIA, BIS, ICG ja GSR rakendusi.
FIFO ajastusandmed võimaldavad sünkroonida kõiki kolme andurikanalit. 7 x 7 49-kordse vahvlitasemega paketis (WLP) asuv AFE IC mõõdab vaid 2,6 mm x 2,8 mm, mistõttu on see ideaalne kliinilise klassi jaoks. kantav rinnaplaaster (joonis 2).
Joonis 2 Kahe märja elektroodiga rindkere plaaster, mis toetab BIA-d ja pidevat RR/ICG-d, EKG-d, SpO2 AFE-d (Allikas: Analog Devices)
Joonis 3 illustreerib, kuidas seda AFE-d saab kujundada randmel kantavana, et pakkuda pidevat HR-i, SpO2- ja EDA/GSR-iga nõudmisel BIA-d ja EKG-d.
Joonis 3: randmel kantav nelja kuiva elektroodiga seade, mis toetab BIA-d ja EKG-d, pideva HR, SpO2 ja GSR AFE-ga (Allikas: Analog Devices)
SpO2, HR, EKG ja RR on olulised elutähtsate näitajate mõõtmised, mida tervishoiutöötajad kasutavad diagnostilistel eesmärkidel. Pidev elutähtsate näitajate jälgimine kantavate seadmete abil on tulevaste tervishoiumudelite põhikomponent, mis ennustab haiguse algust enne sümptomite ilmnemist.
Paljud praegu saadaolevad elutähtsate näitajate monitorid annavad mõõtmisi, mida tervishoiutöötajad ei saa kasutada, kuna nende kasutatavad andurid ei ole kliinilise kvaliteediga, samas kui teistel pole lihtsalt võimalust RR-i täpselt mõõta, kuna need ei sisalda BioZ-andureid.
Selles disainilahenduses demonstreerime IC-d, mis integreerivad kolm kliinilise klassi andurit – PPG, EKG ja BioZ ühte paketti ning näitame, kuidas seda saab kujundada rindkere ja randme kantavateks seadmeteks, et mõõta SpO2, HR, EKG ja RR. , pakkudes samas ka muid kasulikke tervisega seotud funktsioone, sealhulgas BIA, BIS, GSR ja ICG. Lisaks sellele, et seda kasutatakse kliiniliselt kuluvates seadmetes, on IC ideaalne integreerimiseks nutikatesse rõivastesse, et pakkuda sellist tüüpi teavet, mis jõudlussportlased vajavad.
Andrew Burt on analoogseadmete tööstus- ja tervishoiu äriüksuse tegevjuht
Postitusaeg: august 05-2022