Pentingnya tanda-tanda vital fisiologis sebagai indikator kesehatan manusia telah lama dipahami oleh para profesional medis, namun pandemi COVID-19 saat ini juga telah meningkatkan kesadaran masyarakat akan pentingnya hal tersebut.
Sayangnya, kebanyakan orang yang menjalani pemantauan tanda-tanda vital secara terus-menerus mungkin sudah berada dalam lingkungan klinis di mana mereka dirawat karena penyakit akut. Daripada menggunakan tanda-tanda vital sebagai indikator efektivitas pengobatan penyakit dan pemulihan pasien, model masa depan adalah layanan kesehatan akan menerapkan pemantauan tanda-tanda vital secara terus menerus dan jarak jauh sebagai alat untuk mengidentifikasi indikator potensial timbulnya penyakit, sehingga memungkinkan dokter untuk melakukan intervensi dalam perkembangan penyakit yang parah.Peluang paling awal sebelumnya.
Peningkatan integrasi sensor tingkat klinis diperkirakan akan memungkinkan pengembangan alat kesehatan tanda-tanda vital sekali pakai yang dapat dibuang dan diganti secara teratur, seperti lensa kontak.
Meskipun banyak perangkat kesehatan dan kebugaran yang dilengkapi kemampuan pengukuran tanda-tanda vital, integritas pembacaannya dapat dipertanyakan karena sejumlah alasan, termasuk kualitas sensor yang digunakan (sebagian besar tidak berkelas klinis), di mana sensor tersebut dipasang, dan di mana sensor tersebut berada. kualitas. Kontak fisik saat memakai.
Meskipun perangkat ini sesuai dengan kebutuhan para profesional non-kesehatan untuk melakukan observasi diri secara santai menggunakan perangkat yang nyaman dan dapat dipakai, perangkat ini tidak cocok bagi profesional medis terlatih untuk menilai kesehatan individu dengan benar dan membuat diagnosis yang tepat.
Di sisi lain, perangkat yang saat ini digunakan untuk melakukan pengamatan tanda vital tingkat klinis dalam jangka waktu yang lebih lama bisa jadi berukuran besar dan tidak nyaman, serta memiliki tingkat portabilitas yang berbeda-beda. Dalam solusi desain ini, kami meninjau signifikansi klinis dari empat pengukuran tanda vital—darah. saturasi oksigen (SpO2), detak jantung (HR), elektrokardiogram (EKG), dan laju pernapasan (RR)—dan pertimbangkan untuk memberikan Jenis Sensor Terbaik - Pembacaan klinis untuk setiap tingkatan.
Tingkat saturasi oksigen darah pada orang sehat biasanya berkisar antara 95-100%. Namun, tingkat SpO2 sebesar 93% atau lebih rendah dapat mengindikasikan bahwa seseorang mengalami gangguan pernapasan—seperti gejala umum pada pasien COVID-19—sehingga hal ini merupakan tanda vital yang penting untuk dipantau secara berkala oleh para profesional medis. Photoplethysmography (PPG) adalah teknik pengukuran optik yang menggunakan beberapa pemancar LED untuk menerangi pembuluh darah di bawah permukaan kulit dan penerima fotodioda untuk mendeteksi sinyal cahaya yang dipantulkan untuk menghitung SpO2. fitur umum pada banyak perangkat wearable yang dikenakan di pergelangan tangan, sinyal cahaya PPG rentan terhadap interferensi dari artefak gerakan dan perubahan sementara pada pencahayaan sekitar, yang dapat menyebabkan pembacaan yang salah, yang berarti perangkat ini tidak memberikan pengukuran tingkat klinis. Dalam lingkungan klinis , SpO2 diukur menggunakan oksimeter denyut yang dikenakan di jari (Gambar 2), biasanya dipasang terus menerus ke jari pasien yang tidak bergerak. Meskipun ada versi portabel bertenaga baterai, versi ini hanya cocok untuk melakukan pengukuran berselang.
Denyut jantung (HR) yang sehat umumnya dianggap berada pada kisaran 60-100 detak per menit, namun interval waktu antar detak jantung individu tidaklah konstan. Biasa disebut dengan variabilitas detak jantung (HRV), yang berarti bahwa Denyut jantung adalah rata-rata yang diukur dalam beberapa siklus detak jantung. Pada individu sehat, detak jantung dan denyut nadi hampir sama, karena setiap kali otot jantung berkontraksi, darah dipompa ke seluruh tubuh. Namun, beberapa kondisi jantung yang serius dapat menyebabkan detak jantung dan denyut nadi berbeda.
Misalnya, pada aritmia seperti fibrilasi atrium (Afib), tidak setiap kontraksi otot di jantung memompa darah ke seluruh tubuh - sebaliknya, darah menumpuk di bilik jantung itu sendiri, yang dapat mengancam jiwa. Fibrilasi atrium dapat menyulitkan untuk dideteksi karena kadang-kadang terjadi sebentar-sebentar dan hanya dalam jangka waktu singkat.
Menurut Organisasi Kesehatan Dunia, Afib menyebabkan satu dari empat stroke pada orang yang berusia di atas 40 tahun, sebuah fakta yang menunjukkan pentingnya kemampuan mendeteksi dan mengobati penyakit tersebut. Karena sensor PPG melakukan pengukuran optik dengan asumsi yang sama seperti HR dan denyut nadi, alat ini tidak dapat diandalkan untuk mendeteksi AF. Hal ini memerlukan pencatatan aktivitas listrik jantung secara terus menerus -- representasi grafis dari sinyal listrik jantung yang disebut elektrokardiogram (EKG) -- dalam interval waktu yang lama.
Monitor Holter adalah perangkat portabel kelas klinis yang paling umum digunakan untuk tujuan ini. Meskipun menggunakan lebih sedikit elektroda dibandingkan monitor EKG statis yang digunakan dalam pengaturan klinis, monitor ini berukuran besar dan tidak nyaman untuk dipakai, terutama saat tidur.
12-20 napas per menit adalah laju pernapasan yang diharapkan (RR) bagi sebagian besar orang sehat. Laju RR di atas 30 napas per menit mungkin merupakan indikator gangguan pernapasan karena demam atau penyebab lainnya. Meskipun beberapa solusi perangkat yang dapat dikenakan menggunakan akselerometer atau PPG teknologi untuk menyimpulkan RR, pengukuran RR tingkat klinis dilakukan dengan menggunakan informasi yang terkandung dalam sinyal EKG atau menggunakan sensor bioimpedansi (BioZ) yang menggunakan dua sensor untuk mengkarakterisasi Impedansi listrik kulit.Satu atau lebih elektroda dipasang pada tubuh pasien.
Meskipun fungsi EKG yang disetujui FDA tersedia di beberapa perangkat kesehatan dan kebugaran kelas atas, penginderaan bioimpedansi adalah fitur yang biasanya tidak tersedia karena memerlukan penyertaan IC sensor BioZ terpisah. Selain RR, sensor BioZ mendukung Bioelektrik Analisis Impedansi (BIA) dan Spektroskopi Impedansi Bioelektrik (BIS), keduanya digunakan untuk mengukur tingkat komposisi otot tubuh, lemak, dan air. Sensor BioZ juga mendukung elektrokardiografi impedansi (ICG) dan digunakan untuk mengukur respons kulit galvanik ( GSR), yang dapat menjadi indikator stres yang berguna.
Gambar 1 menunjukkan diagram blok fungsional dari AFE IC tanda-tanda vital tingkat klinis yang mengintegrasikan fungsionalitas tiga sensor terpisah (PPG, ECG, dan BioZ) ke dalam satu paket.
Gambar 1 MAX86178 AFE tanda vital tingkat klinis 3-in-1 berdaya sangat rendah (Sumber: Perangkat Analog)
Sistem akuisisi data optik PPG saluran ganda mendukung hingga 6 LED dan 4 input fotodioda, dengan LED dapat diprogram melalui dua driver LED 8-bit arus tinggi. Jalur penerimaan memiliki dua saluran pembacaan resolusi tinggi dengan kebisingan rendah, masing-masing termasuk ADC 20-bit independen dan sirkuit pembatalan cahaya sekitar, memberikan penolakan sekitar lebih dari 90dB pada 120Hz. SNR saluran PPG setinggi 113dB, mendukung pengukuran SpO2 hanya 16µA.
Saluran EKG adalah rantai sinyal lengkap yang menyediakan semua fitur utama yang diperlukan untuk mengumpulkan data EKG berkualitas tinggi, seperti penguatan fleksibel, pemfilteran kritis, noise rendah, impedansi input tinggi, dan beberapa opsi bias sadapan. Fitur tambahan seperti pemulihan cepat , deteksi kabel AC dan DC, deteksi kabel daya ultra-rendah, dan penggerak kaki kanan memungkinkan pengoperasian yang tangguh dalam aplikasi yang menuntut seperti perangkat yang dikenakan di pergelangan tangan dengan elektroda kering. Rantai sinyal analog menggerakkan ADC sigma-delta 18-bit dengan jangkauan luas tingkat sampel keluaran yang dapat dipilih pengguna.
Saluran penerima BioZ memiliki fitur pemfilteran EMI dan kalibrasi ekstensif. Saluran penerima BioZ juga dilengkapi impedansi input tinggi, noise rendah, penguatan yang dapat diprogram, opsi filter low-pass dan high-pass, dan ADC resolusi tinggi. Ada beberapa mode untuk menghasilkan rangsangan input: sumber gelombang persegi seimbang/arus sink, arus gelombang sinus, dan stimulasi tegangan gelombang sinus dan gelombang persegi. Berbagai amplitudo dan frekuensi stimulasi tersedia. Ini juga mendukung aplikasi BIA, BIS, ICG dan GSR.
Data waktu FIFO memungkinkan ketiga saluran sensor disinkronkan. Ditempatkan dalam paket tingkat wafer (WLP) 7 x 7 49 benjolan, IC AFE hanya berukuran 2,6 mm x 2,8 mm, sehingga ideal untuk desain tingkat klinis penutup dada yang dapat dipakai (Gambar 2).
Gambar 2 Patch dada dengan dua elektroda basah, mendukung BIA dan RR/ICG, ECG, SpO2 AFE (Sumber: Perangkat Analog) secara kontinyu
Gambar 3 mengilustrasikan bagaimana AFE ini dapat dirancang sebagai perangkat yang dapat dikenakan di pergelangan tangan untuk menyediakan BIA dan EKG sesuai permintaan dengan HR, SpO2, dan EDA/GSR yang berkelanjutan.
Gambar 3: Perangkat yang dikenakan di pergelangan tangan dengan empat elektroda kering, mendukung BIA dan EKG, dengan HR, SpO2, dan GSR AFE berkelanjutan (Sumber: Perangkat Analog)
SpO2, HR, EKG, dan RR adalah pengukuran tanda vital penting yang digunakan oleh profesional kesehatan untuk tujuan diagnostik. Pemantauan tanda vital secara terus-menerus menggunakan perangkat yang dapat dikenakan akan menjadi komponen kunci model layanan kesehatan di masa depan, yang memprediksi timbulnya penyakit sebelum gejala muncul.
Banyak dari monitor tanda-tanda vital yang tersedia saat ini menghasilkan pengukuran yang tidak dapat digunakan oleh profesional kesehatan karena sensor yang mereka gunakan bukan tingkat klinis, sementara yang lain tidak memiliki kemampuan untuk mengukur RR secara akurat karena tidak menyertakan sensor BioZ.
Dalam solusi desain ini, kami mendemonstrasikan IC yang mengintegrasikan tiga sensor tingkat klinis - PPG, ECG, dan BioZ ke dalam satu paket dan menunjukkan bagaimana IC tersebut dapat didesain pada perangkat yang dapat dikenakan di dada dan pergelangan tangan, untuk mengukur SpO2, HR, ECG, dan RR , sekaligus menyediakan fungsi bermanfaat lainnya yang berhubungan dengan kesehatan, termasuk BIA, BIS, GSR, dan ICG. Selain digunakan pada perangkat wearable tingkat klinis, IC sangat ideal untuk diintegrasikan ke dalam pakaian pintar untuk memberikan jenis informasi yang berkualitas tinggi. kinerja yang dibutuhkan atlet.
Andrew Burt adalah Manajer Bisnis Eksekutif, Unit Bisnis Industri dan Kesehatan, Perangkat Analog
Waktu posting: 05 Agustus-2022