A importancia dos signos vitais fisiolóxicos como indicadores da saúde humana foi entendida dende hai moito tempo polos profesionais médicos, pero a actual pandemia de COVID-19 tamén sensibilizou o público sobre a súa importancia.
Desafortunadamente, a maioría das persoas que se atopan sometidas a un seguimento continuo dos signos vitais poden estar xa nun ámbito clínico onde están sendo tratadas por unha enfermidade aguda. A asistencia sanitaria empregará un seguimento continuo e remoto de signos vitais como ferramenta para identificar posibles indicadores de aparición da enfermidade, permitindo aos médicos intervir no desenvolvemento de enfermidades graves.A primeira oportunidade antes.
Prevese que a crecente integración de sensores de grao clínico permitirá eventualmente o desenvolvemento de parches de saúde de signos vitais desbotables e portátiles que se poidan eliminar e substituír regularmente, como as lentes de contacto.
Aínda que moitos wearables de saúde e fitness inclúen capacidades de medición de signos vitais, a integridade das súas lecturas pode cuestionarse por varias razóns, incluíndo a calidade dos sensores utilizados (a maioría non son de grao clínico), onde están instalados e onde están os sensores. a calidade de.Contacto físico ao levar posto.
Aínda que estes dispositivos son adecuados para o desexo dos profesionais non sanitarios de realizar unha autoobservación casual mediante un dispositivo cómodo e cómodo, non son axeitados para que os profesionais médicos adestrados avalien axeitadamente a saúde individual e realicen diagnósticos informados.
Por outra banda, os dispositivos que se usan actualmente para proporcionar observacións de signos vitais de grao clínico durante intervalos de tempo máis longos poden ser voluminosos e incómodos, e teñen diferentes graos de portabilidade. Nesta solución de deseño, revisamos a importancia clínica de catro medicións de signos vitais: sangue. saturación de osíxeno (SpO2), frecuencia cardíaca (FC), electrocardiograma (ECG) e frecuencia respiratoria (RR), e considere proporcionar o mellor tipo de sensor clínico: lecturas para cada grao.
Os niveis de saturación de osíxeno no sangue en individuos sans adoitan estar en torno ao 95-100%. Non obstante, un nivel de SpO2 do 93% ou inferior pode indicar que un individuo está experimentando dificultade respiratoria, como un síntoma común en pacientes con COVID-19, o que o converte nun A fotopletismografía (PPG) é unha técnica de medición óptica que utiliza varios emisores de LED para iluminar os vasos sanguíneos debaixo da superficie da pel e un receptor de fotodiodo para detectar o sinal de luz reflectida para calcular a SpO2. Unha característica común de moitos wearables que se usan no pulso, o sinal luminoso PPG é susceptible a interferencias por artefactos de movemento e cambios transitorios na iluminación ambiental, o que pode provocar lecturas falsas, o que significa que estes dispositivos non proporcionan medicións de grao clínico. Nun contexto clínico , a SpO2 mídese mediante un pulsioxímetro (Figura 2), normalmente conectado continuamente ao dedo dun paciente estacionario. Aínda que existen versións portátiles alimentadas por batería, só son adecuadas para facer medicións intermitentes.
Unha frecuencia cardíaca (FC) saudable considérase xeralmente como entre 60 e 100 latexos por minuto, non obstante, o intervalo de tempo entre os latidos cardíacos individuais non é constante. Denomínase habitualmente variabilidade da frecuencia cardíaca (HRV), isto significa que o A frecuencia cardíaca é unha media medida en varios ciclos de latido cardíaco. En individuos sans, a frecuencia cardíaca e o pulso son case iguais, porque con cada contracción do músculo cardíaco, o sangue bombea por todo o corpo. Non obstante, algunhas enfermidades cardíacas graves poden causar a frecuencia cardíaca e do pulso difiren.
Por exemplo, en arritmias como a fibrilación auricular (Afib), non todas as contraccións musculares do corazón bombean sangue por todo o corpo; en cambio, o sangue acumúlase nas cámaras do propio corazón, o que pode poñer en perigo a vida. A fibrilación auricular pode ser difícil. detectar porque ás veces ocorre de forma intermitente e só durante breves intervalos.
Segundo a Organización Mundial da Saúde, a Afib provoca un de cada catro ictus en persoas maiores de 40 anos, feito que demostra a importancia de poder detectar e tratar a enfermidade. Xa que os sensores PPG realizan medicións ópticas baixo o mesmo suposto que a FC e a frecuencia do pulso, non se pode confiar neles para detectar a FA. Isto require rexistros continuos da actividade eléctrica do corazón -- unha representación gráfica dos sinais eléctricos do corazón chamado electrocardiograma (ECG) -- durante longos intervalos de tempo.
Os monitores Holter son os dispositivos portátiles de grao clínico máis comúns usados para este propósito. Aínda que usan menos electrodos que os monitores de ECG estáticos usados en ambientes clínicos, poden ser voluminosos e incómodos de levar, especialmente mentres dormen.
12-20 respiracións por minuto é a frecuencia respiratoria (RR) esperada para a maioría das persoas sans. Unha taxa de RR superior a 30 respiracións por minuto pode ser un indicador de dificultade respiratoria debido á febre ou outras causas. Aínda que algunhas solucións de dispositivos portátiles usan acelerómetros ou PPG tecnoloxía para inferir RR, as medicións de RR de grao clínico realízanse mediante a información contida no sinal ECG ou mediante un sensor de bioimpedancia (BioZ) que utiliza dous sensores para caracterizar A impedancia eléctrica da pel.Un ou máis electrodos unidos ao corpo do paciente.
Aínda que a funcionalidade de ECG aprobada pola FDA está dispoñible nalgúns wearables de saúde e fitness de gama alta, a detección de bioimpedancia é unha característica que normalmente non está dispoñible porque require a inclusión dun IC de sensor BioZ separado. Ademais de RR, o sensor BioZ admite Bioelectrical Análise de impedancia (BIA) e espectroscopia de impedancia bioeléctrica (BIS), que se usan para medir os niveis de composición do músculo corporal, graxa e auga. O sensor BioZ tamén admite electrocardiografía de impedancia (ICG) e úsase para medir a resposta galvánica da pel ( GSR), que pode ser un indicador útil de estrés.
A Figura 1 mostra un diagrama de bloques funcional dun IC AFE de signos vitais de grao clínico que integra a funcionalidade de tres sensores separados (PPG, ECG e BioZ) nun único paquete.
Figura 1 AFE de signos vitais de grao clínico 3 en 1 de ultrabaixo consumo MAX86178 (Fonte: Analog Devices)
O seu sistema de adquisición de datos ópticos PPG de dobre canle admite ata 6 LEDs e 4 entradas de fotodiodo, cos LEDs programables a través de dous controladores LED de 8 bits de alta corrente. A ruta de recepción ten dúas canles de lectura de baixa ruído e alta resolución. Cada un inclúe ADC independentes de 20 bits e circuítos de cancelación da luz ambiental, que proporcionan máis de 90 dB de rexeitamento ambiental a 120 Hz. A SNR da canle PPG é de ata 113 dB, admitindo a medición de SpO2 de só 16 µA.
A canle de ECG é unha cadea de sinal completa que ofrece todas as funcións clave necesarias para recoller datos de ECG de alta calidade, como ganancia flexible, filtrado crítico, baixo ruído, alta impedancia de entrada e múltiples opcións de polarización de derivacións. Funcións adicionais como a recuperación rápida. , a detección de cables de CA e CC, a detección de cables de potencia ultra baixa e a tracción da perna dereita permiten un funcionamento robusto en aplicacións esixentes, como dispositivos de pulso con electrodos secos. A cadea de sinal analóxico impulsa un ADC sigma-delta de 18 bits cunha ampla gama. de frecuencias de mostraxe de saída seleccionables polo usuario.
As canles de recepción de BioZ contan con filtrado EMI e unha calibración extensa. As canles de recepción de BioZ tamén presentan unha impedancia de entrada elevada, baixo ruído, opcións de filtro de paso baixo e paso alto, ganancia programable e ADC de alta resolución. Hai varios modos para xerar estímulos de entrada: fonte de onda cadrada equilibrada/corrente de afundimento, corrente de onda sinusoidal e estimulación da tensión de onda sinusoidal e de onda cadrada. Hai dispoñibles unha variedade de amplitudes e frecuencias de estimulación. Tamén admite aplicacións BIA, BIS, ICG e GSR.
Os datos de temporización FIFO permiten sincronizar as tres canles de sensores. Aloxado nun paquete de nivel de oblea (WLP) de 7 x 7 e 49 bumps, o AFE IC mide só 2,6 mm x 2,8 mm, polo que é ideal para o deseño de grao clínico. parche de peito portátil (Figura 2).
Figura 2 Parche de tórax con dous electrodos húmidos, que admiten BIA e RR/ICG continuo, ECG, SpO2 AFE (Fonte: Analog Devices)
A figura 3 ilustra como este AFE se pode deseñar como un dispositivo de pulso para proporcionar BIA e ECG baixo demanda con HR, SpO2 e EDA/GSR continuos.
Figura 3: Dispositivo de pulso con catro electrodos secos, que admiten BIA e ECG, con FC continua, SpO2 e GSR AFE (Fonte: Analog Devices)
A SpO2, a FC, o ECG e a RR son medidas de signos vitais importantes que utilizan os profesionais sanitarios con fins de diagnóstico. O seguimento continuo dos signos vitais mediante wearables será un compoñente clave dos futuros modelos de coidados de saúde, que prevé o inicio da enfermidade antes de que aparezan os síntomas.
Moitos dos monitores de signos vitais dispoñibles actualmente producen medicións que non poden ser utilizadas polos profesionais sanitarios porque os sensores que usan non son de grao clínico, mentres que outros simplemente non teñen a capacidade de medir con precisión RR porque non inclúen sensores BioZ.
Nesta solución de deseño, demostramos un IC que integra tres sensores de grao clínico: PPG, ECG e BioZ nun único paquete e mostramos como se pode deseñar en dispositivos de peito e pulso para medir SpO2, FC, ECG e RR. , ao tempo que tamén proporciona outras funcións útiles relacionadas coa saúde, incluíndo BIA, BIS, GSR e ICG. Ademais de usarse en wearables de grao clínico, o IC é ideal para integrarse en roupa intelixente para proporcionar o tipo de información que precisan os atletas de rendemento.
Andrew Burt é xestor executivo de negocios da unidade de negocio industrial e sanitaria de Analog Devices
Hora de publicación: 05-ago-2022