חשיבותם של סימנים חיוניים פיזיולוגיים כאינדיקטורים לבריאות האדם הובנה זה מכבר על ידי אנשי מקצוע רפואיים, אך מגיפת ה-COVID-19 הנוכחית גם העלתה את המודעות הציבורית לחשיבותה.
לרוע המזל, רוב האנשים שמוצאים את עצמם עוברים ניטור רציף של סימנים חיוניים עשויים כבר להיות בסביבה קלינית שבה הם מטופלים במחלה חריפה. במקום להשתמש בסימנים חיוניים כאינדיקטור ליעילות הטיפול במחלה והחלמת המטופל, המודל העתידי של שירותי הבריאות ישתמשו בניטור סימנים חיוניים רציפים ומרוחקים ככלי לזיהוי אינדיקטורים פוטנציאליים להתפרצות המחלה, מה שיאפשר לרופאים להתערב בהתפתחות מחלה קשה.ההזדמנות המוקדמת ביותר לפני כן.
משערים שהשילוב ההולך וגובר של חיישנים ברמה קלינית יאפשר בסופו של דבר פיתוח של מדבקות בריאות חד פעמיות לבישות לסימנים חיוניים שניתן להיפטר ולהחליף באופן קבוע, כגון עדשות מגע.
בעוד שמכשירי בריאות וכושר לבישים רבים כוללים יכולות מדידת סימנים חיוניים, תקינות הקריאות שלהם יכולה להיות מוטלת בספק ממספר סיבות, כולל איכות החיישנים שבהם נעשה שימוש (רובם אינם ברמה קלינית), היכן הם מותקנים והיכן החיישנים. האיכות של.מגע פיזי בזמן לבישה.
מכשירים אלו אמנם מתאימים לרצונם של אנשי מקצוע שאינם אנשי מקצוע בתחום הבריאות להתבוננות עצמית מזדמנת באמצעות מכשיר לביש נוח ונוח, אך הם אינם מתאימים לאנשי מקצוע רפואיים מיומנים להעריך כראוי את בריאות הפרט ולבצע אבחנות מושכלות.
מצד שני, מכשירים המשמשים כיום לספק תצפיות סימנים חיוניים ברמה קלינית על פני מרווחי זמן ארוכים יותר יכולים להיות מגושמים ולא נוחים, ובעלי דרגות שונות של ניידות. בפתרון עיצוב זה, אנו בודקים את המשמעות הקלינית של ארבע מדידות סימנים חיוניים - דם ריווי חמצן (SpO2), קצב לב (HR), אלקטרוקרדיוגרמה (ECG) וקצב נשימה (RR) - ושקול לספק קליני מסוג החיישן הטוב ביותר - קריאות עבור כל כיתה.
רמות ריווי החמצן בדם אצל אנשים בריאים נעות בדרך כלל בסביבות 95-100%. עם זאת, רמת SpO2 של 93% ומטה עשויה להצביע על כך שאדם חווה מצוקה נשימתית - כמו סימפטום שכיח בחולים עם COVID-19 - מה שהופך אותו לבעיה. סימן חיוני חשוב לניטור שוטף על ידי אנשי מקצוע רפואיים. Photoplethysmography (PPG) היא טכניקת מדידה אופטית המשתמשת במספר פולטי LED כדי להאיר כלי דם מתחת לפני העור ומקלט פוטודיודה כדי לזהות את אות האור המוחזר כדי לחשב SpO2. מאפיין נפוץ של פריטים לבישים רבים בשורש כף היד, אות האור PPG רגיש להפרעות מחפצי תנועה ושינויים חולפים בתאורת הסביבה, מה שעלול להוביל לקריאות שגויות, כלומר מכשירים אלו אינם מספקים מדידות בדרגה קלינית. בסביבה קלינית , SpO2 נמדד באמצעות אוקסימטר דופק הנלבש באצבע (איור 2), בדרך כלל מחובר ברציפות לאצבע של מטופל נייח. אמנם קיימות גרסאות ניידות המופעלות על ידי סוללה, אך הן מתאימות רק לביצוע מדידות לסירוגין.
קצב לב בריא (HR) נחשב בדרך כלל לטווח של 60-100 פעימות לדקה, עם זאת, מרווח הזמן בין פעימות לב אינדיבידואליות אינו קבוע. בדרך כלל המכונה שונות קצב הלב (HRV), משמעות הדבר היא כי קצב הלב הוא ממוצע שנמדד על פני מספר מחזורי פעימות לב. באנשים בריאים, קצב הלב והדופק כמעט זהים, מכיוון שעם כל התכווצות שריר הלב, הדם נשאב בכל הגוף. עם זאת, כמה מצבי לב חמורים יכולים לגרום קצב הלב והדופק יהיו שונים.
לדוגמה, בהפרעות קצב כמו פרפור פרוזדורים (Afib), לא כל התכווצות שרירים בלב מזרימה דם לכל הגוף - במקום זאת, דם מצטבר בחדרי הלב עצמו, דבר שעלול להיות מסכן חיים. פרפור פרוזדורים יכול להיות קשה. לגלות כי זה קורה לפעמים לסירוגין ורק לפרקי זמן קצרים.
לפי ארגון הבריאות העולמי, Afib גורם לאחד מכל ארבעה שבץ מוחי אצל אנשים מעל גיל 40, עובדה שמדגימה את החשיבות של היכולת לזהות ולטפל במחלה. מאחר שחיישני PPG מבצעים מדידות אופטיות באותה הנחה כמו HR ו קצב הדופק, לא ניתן לסמוך עליהם כדי לזהות AF. זה מצריך רישום רציף של הפעילות החשמלית של הלב - ייצוג גרפי של האותות החשמליים של הלב הנקראים אלקטרוקרדיוגרמה (ECG) - על פני מרווחי זמן ארוכים.
מסכי Holter הם המכשירים הניידים הנפוצים ביותר בדרגה קלינית המשמשים למטרה זו. למרות שהם משתמשים בפחות אלקטרודות מאשר מסכי א.ק.ג סטטיים המשמשים במסגרות קליניות, הם עלולים להיות מגושמים ולא נוחים ללבישה, במיוחד בזמן שינה.
12-20 נשימות לדקה הוא קצב הנשימה הצפוי (RR) עבור רוב האנשים הבריאים. קצב RR מעל 30 נשימות לדקה עשוי להוות אינדיקטור למצוקה נשימתית עקב חום או סיבות אחרות. בעוד שחלק מהפתרונות של מכשירים לבישים משתמשים במד תאוצה או PPG טכנולוגיה להסיק RR, מדידות RR בדרגה קלינית מבוצעות באמצעות מידע הכלול באות ה-ECG או באמצעות חיישן ביו-עכבה (BioZ) המשתמש בשני חיישנים כדי לאפיין את העכבה החשמלית של העור.אלקטרודה אחת או יותר מחוברת לגוף המטופל.
בעוד שפונקציונליות ECG שאושרה על ידי ה-FDA זמינה בחלק מתקנים לבישים לבריאות וכושר ברמה גבוהה, חישת עכבה ביולוגית היא תכונה שאינה זמינה בדרך כלל מכיוון שהיא דורשת הכללת IC נפרד של חיישן BioZ. בנוסף ל-RR, חיישן BioZ תומך ב-Bioelectrical ניתוח עכבה (BIA) וספקטרוסקופיה ביואלקטרית עכבה (BIS), שניהם משמשים למדידת רמות ההרכב של שרירי הגוף, השומן והמים. החיישן BioZ תומך גם באלקטרוקרדיוגרפיה עכבה (ICG) ומשמש למדידת תגובת עור גלווני ( GSR), שיכול להיות אינדיקטור שימושי ללחץ.
איור 1 מציג תרשים בלוקים פונקציונלי של AFE IC של סימנים חיוניים בדרגה קלינית המשלב את הפונקציונליות של שלושה חיישנים נפרדים (PPG, ECG ו-BioZ) בחבילה אחת.
איור 1 MAX86178 בעוצמה נמוכה במיוחד, 3 ב-1 סימנים חיוניים בדרגה קלינית AFE (מקור: Analog Devices)
מערכת רכישת הנתונים האופטית PPG הדו-ערוצית תומכת בעד 6 נוריות LED ו-4 כניסות פוטודיודות, כאשר נוריות ה-LED ניתנות לתכנות באמצעות שני מנהלי התקן LED בעלי זרם גבוה ו-8 סיביות. לנתיב הקבלה שני ערוצי קריאה בעלי רעש נמוך וברזולוציה גבוהה, כל אחד כולל ADCs עצמאיים של 20 סיביות ומעגלים לביטול אור סביבתי, המספקים מעל 90dB של דחיית סביבה ב-120Hz. SNR של ערוץ PPG גבוה עד 113dB, תומך במדידת SpO2 של 16µA בלבד.
ערוץ ה-ECG הוא שרשרת אותות שלמה המספקת את כל תכונות המפתח הדרושות לאיסוף נתוני אק"ג באיכות גבוהה, כגון רווח גמיש, סינון קריטי, רעש נמוך, עכבת כניסה גבוהה ואפשרויות הטיה מרובות של לידים. תכונות נוספות כגון התאוששות מהירה , זיהוי עופרת AC ו-DC, זיהוי עופרת הספק נמוך במיוחד והנעת רגל ימין מאפשרים פעולה חזקה ביישומים תובעניים כגון התקנים הנלבשים בפרק כף היד עם אלקטרודות יבשות. שרשרת האותות האנלוגית מניעה ADC 18-bit sigma-delta עם טווח רחב של קצבי דגימת פלט הניתנים לבחירת המשתמש.
ערוצי קליטה של BioZ כוללים סינון EMI וכיול נרחב. ערוצי קליטה של BioZ כוללים גם עכבת כניסה גבוהה, רעש נמוך, רווח הניתן לתכנות, אפשרויות סינון נמוכות ומעבר גבוה ו-ADCs ברזולוציה גבוהה. ישנם מספר מצבים ליצירת גירויי כניסה: מקור גל ריבועי מאוזן/זרם שקוע, זרם גלי סינוס, וגירוי מתח גל סינוס וגל ריבוע. מגוון אמפליטודות ותדרים של גירוי זמינים. הוא תומך גם ביישומי BIA, BIS, ICG ו-GSR.
נתוני תזמון FIFO מאפשרים לסנכרן את כל שלושת ערוצי החיישנים. שוכן באריזה של 7 על 7 49 בליטות ברמת פרוסות (WLP), ה-AFE IC מודד רק 2.6 מ"מ על 2.8 מ"מ, מה שהופך אותו לאידיאלי עבור עיצוב בדרגה קלינית תיקון חזה לביש (איור 2).
איור 2 מדבקה לחזה עם שתי אלקטרודות רטובות, התומכות ב-BIA ו-RR/ICG מתמשך, ECG, SpO2 AFE (מקור: התקנים אנלוגיים)
איור 3 ממחיש כיצד ניתן לעצב את ה-AFE הזה כחומר לביש הנלבש בפרק כף היד כדי לספק BIA ו-ECG לפי דרישה עם HR מתמשך, SpO2 ו-EDA/GSR.
איור 3: מכשיר הנלבש בשורש כף היד עם ארבע אלקטרודות יבשות, התומך ב-BIA ו-ECG, עם HR, SpO2 ו-GSR AFE מתמשך (מקור: Analog Devices)
SpO2, HR, ECG ו-RR הן מדידות סימנים חיוניים חשובים המשמשים אנשי מקצוע בתחום הבריאות למטרות אבחון. ניטור סימנים חיוניים מתמשכים באמצעות רכיבים לבישים יהווה מרכיב מרכזי במודלים של שירותי בריאות עתידיים, המנבא את הופעת המחלה לפני הופעת התסמינים.
רבים מהמוניטורים הזמינים כיום לסימנים חיוניים מייצרים מדידות שאינן ניתנות לשימוש על ידי אנשי מקצוע בתחום הבריאות מכיוון שהחיישנים שבהם הם משתמשים אינם ברמה קלינית, בעוד שלאחרים פשוט אין את היכולת למדוד במדויק RR מכיוון שהם אינם כוללים חיישני BioZ.
בפתרון עיצוב זה, אנו מדגימים IC המשלב שלושה חיישנים בדרגה קלינית - PPG, ECG ו-BioZ בחבילה אחת ומראים כיצד ניתן לעצב אותו לציוד לביש לחזה ולפרק כף היד, למדידת SpO2, HR, ECG ו-RR , תוך מתן פונקציות שימושיות אחרות הקשורות לבריאות, כולל BIA, BIS, GSR ו-ICG. בנוסף לשימוש בציוד לביש ברמה קלינית, ה-IC אידיאלי לשילוב בבגדים חכמים כדי לספק את סוג המידע הגבוה ביצועים שספורטאים צריכים.
אנדרו ברט הוא מנהל עסקים בכיר, היחידה העסקית לתעשייה ובריאות, מכשירים אנלוגיים
זמן פרסום: אוגוסט-05-2022