Fiziologinių gyvybinių požymių, kaip žmogaus sveikatos rodiklių, svarbą medicinos specialistai suprato jau seniai, tačiau dabartinė COVID-19 pandemija taip pat padidino visuomenės supratimą apie jos svarbą.
Deja, dauguma žmonių, kuriems taikomas nuolatinis gyvybinių funkcijų stebėjimas, jau gali būti klinikinėje aplinkoje, kur jie gydomi nuo ūmios ligos. Užuot naudoję gyvybinius požymius kaip ligos gydymo ir paciento pasveikimo veiksmingumo rodiklį, būsimas modelis sveikatos priežiūra naudos nuolatinį ir nuotolinį gyvybinių funkcijų stebėjimą kaip priemonę galimiems ligos pradžios rodikliams nustatyti, o tai leis gydytojams įsikišti į sunkios ligos vystymąsi.Anksčiausia galimybė anksčiau.
Numatoma, kad vis labiau integruojant klinikinio lygio jutiklius ilgainiui bus galima sukurti vienkartinius, nešiojamus gyvybinių požymių sveikatos pleistrus, kuriuos būtų galima reguliariai išmesti ir pakeisti, pavyzdžiui, kontaktinius lęšius.
Nors daugelis nešiojamų sveikatos ir kūno rengybos prietaisų turi gyvybinių požymių matavimo galimybes, jų rodmenų vientisumu galima suabejoti dėl daugelio priežasčių, įskaitant naudojamų jutiklių kokybę (dauguma jų nėra klinikinio lygio), kur jie sumontuoti ir kur jutikliai. kokybė.Fizinis kontaktas nešiojant.
Nors šie prietaisai yra tinkami ne sveikatos specialistų norui atsitiktinai stebėti save naudojant patogų ir patogų nešiojamą prietaisą, jie nėra tinkami apmokytiems medicinos specialistams, kad galėtų tinkamai įvertinti asmens sveikatą ir nustatyti pagrįstas diagnozes.
Kita vertus, prietaisai, šiuo metu naudojami klinikinio laipsnio gyvybinių funkcijų stebėjimui ilgesniais laiko intervalais, gali būti nepatogūs ir nepatogūs bei gali būti nevienodo nešiojamumo laipsnio. Šiame projektiniame sprendime apžvelgiame keturių gyvybinių požymių matavimų – kraujo – klinikinę reikšmę. deguonies prisotinimas (SpO2), širdies susitraukimų dažnis (HR), elektrokardiograma (EKG) ir kvėpavimo dažnis (RR) – ir apsvarstykite galimybę pateikti klinikinius geriausio jutiklio tipo rodmenis kiekvienam laipsniui.
Sveikų asmenų kraujo prisotinimo deguonimi lygis paprastai yra apie 95–100. Tačiau 93 % ar mažesnis SpO2 lygis gali reikšti, kad asmuo patiria kvėpavimo sutrikimą (pvz., dažnas simptomas pacientams, sergantiems COVID-19), todėl tai yra svarbus gyvybiškai svarbus medicinos specialistų stebėjimo požymis. Fotopletizmografija (PPG) yra optinio matavimo metodas, kai naudojami keli šviesos diodų spinduliai, kad apšviestų po odos paviršiumi esančias kraujagysles, o fotodiodinis imtuvas aptiktų atspindėtą šviesos signalą, kad būtų galima apskaičiuoti SpO2. Nors jis tapo Dažnas daugelio ant riešų nešiojamų prietaisų bruožas, PPG šviesos signalas yra jautrus judėjimo artefaktų ir laikinų aplinkos apšvietimo pokyčių trikdžiams, todėl gali būti klaidingi rodmenys, o tai reiškia, kad šie prietaisai neatlieka klinikinio lygio matavimų. Klinikinėje aplinkoje , SpO2 matuojamas naudojant pirštu nešiojamą pulso oksimetrą (2 pav.), paprastai nepertraukiamai pritvirtintą prie nejudančio paciento piršto. Nors egzistuoja nešiojamosios versijos, maitinamos baterijomis, jos tinkamos tik pertraukiamiems matavimams atlikti.
Sveikas širdies susitraukimų dažnis (HR) paprastai laikomas 60–100 dūžių per minutę intervalu, tačiau laiko intervalas tarp atskirų širdies plakimų nėra pastovus. Paprastai vadinamas širdies ritmo kintamumu (HRV), tai reiškia, kad širdies susitraukimų dažnis yra kelių širdies plakimo ciklų vidurkis.Sveikų žmonių širdies susitraukimų dažnis ir pulsas yra beveik vienodi, nes kiekvieną kartą susitraukus širdies raumeniui kraujas pumpuojamas visame kūne. Tačiau kai kurios rimtos širdies ligos gali sukelti širdies ir pulso dažnis skiriasi.
Pavyzdžiui, sergant aritmijomis, tokiomis kaip prieširdžių virpėjimas (Afib), ne kiekvienas širdies raumens susitraukimas pumpuoja kraują po visą kūną – vietoj to kraujas kaupiasi pačios širdies kamerose, o tai gali būti pavojinga gyvybei. Prieširdžių virpėjimas gali būti sunkus. aptikti, nes kartais pasitaiko su pertraukomis ir tik trumpais trumpais intervalais.
Pasaulio sveikatos organizacijos duomenimis, Afib sukelia vieną iš keturių insultų vyresniems nei 40 metų žmonėms, o tai rodo, kaip svarbu aptikti ir gydyti ligą. Kadangi PPG jutikliai atlieka optinius matavimus pagal tą pačią prielaidą, kaip ir HR ir pulso dažnį, jais negalima pasikliauti nustatant AF. Tam reikia nuolat registruoti širdies elektrinį aktyvumą – grafinį širdies elektrinių signalų vaizdą, vadinamą elektrokardiograma (EKG) – ilgais laiko intervalais.
Holterio monitoriai yra dažniausiai klinikinio lygio nešiojamieji prietaisai, naudojami šiam tikslui. Nors juose naudojama mažiau elektrodų nei statinių EKG monitorių, naudojamų klinikinėje aplinkoje, jie gali būti dideli ir nepatogu nešioti, ypač miegant.
12–20 įkvėpimų per minutę yra tikėtinas daugelio sveikų asmenų kvėpavimo dažnis (RR). Didesnis nei 30 įkvėpimų per minutę RR dažnis gali būti kvėpavimo sutrikimo dėl karščiavimo ar kitų priežasčių rodiklis. Nors kai kuriuose nešiojamų prietaisų sprendimuose naudojamas akselerometras arba PPG technologija, leidžianti nustatyti RR, klinikinio laipsnio RR matavimai atliekami naudojant EKG signale esančią informaciją arba naudojant bioimpedanso (BioZ) jutiklį, kuris naudoja du jutiklius odos elektrinei varžai apibūdinti.Vienas ar daugiau elektrodų, pritvirtintų prie paciento kūno.
Nors FDA patvirtintos EKG funkcijos yra prieinamos kai kuriuose aukščiausios klasės sveikatos ir kūno rengybos nešiojamuose įrenginiuose, bioimpedanso jutimas yra funkcija, kuri paprastai nepasiekiama, nes reikia įtraukti atskirą BioZ jutiklio IC. Be RR, BioZ jutiklis palaiko Bioelectrical. Impedanso analizė (BIA) ir bioelektrinės varžos spektroskopija (BIS), kurios abi naudojamos kūno raumenų, riebalų ir vandens sudėties lygiams matuoti. BioZ jutiklis taip pat palaiko varžos elektrokardiografiją (ICG) ir yra naudojamas galvaniniam odos atsakui matuoti ( GSR), kuris gali būti naudingas streso rodiklis.
1 paveiksle parodyta klinikinio laipsnio gyvybinių požymių AFE IC funkcinė blokinė diagrama, kuri sujungia trijų atskirų jutiklių (PPG, EKG ir BioZ) funkcijas į vieną paketą.
1 pav. MAX86178 itin mažos galios, trys viename klinikinio lygio gyvybiniai požymiai AFE (šaltinis: analoginiai įrenginiai)
Dviejų kanalų PPG optinių duomenų rinkimo sistema palaiko iki 6 šviesos diodų ir 4 fotodiodų įvestis, o šviesos diodai programuojami naudojant dvi didelės srovės 8 bitų LED tvarkykles. Priėmimo kelyje yra du mažo triukšmo ir didelės raiškos nuskaitymo kanalai, kiekvienas apima nepriklausomus 20 bitų ADC ir aplinkos šviesos panaikinimo grandinę, užtikrinančią daugiau nei 90 dB aplinkos atmetimo esant 120 Hz. PPG kanalo SNR siekia net 113 dB, o tai palaiko tik 16 µA SpO2 matavimą.
EKG kanalas yra visa signalų grandinė, teikianti visas pagrindines funkcijas, reikalingas aukštos kokybės EKG duomenims rinkti, pvz., lankstus stiprinimas, kritinis filtravimas, mažas triukšmas, didelė įvesties varža ir kelios laidų pakreipimo parinktys. Papildomos funkcijos, pvz., greitas atkūrimas , kintamosios srovės ir nuolatinės srovės laidų aptikimas, ypač mažos galios laido aptikimas ir dešinės kojos pavara užtikrina tvirtą veikimą sudėtingose srityse, pvz., ant riešo nešiojamuose įrenginiuose su sausais elektrodais. Analoginė signalų grandinė valdo 18 bitų sigma-delta ADC su plačiu diapazonu vartotojo pasirenkamų išvesties atrankos dažnių.
BioZ priėmimo kanalai turi EMI filtravimą ir išsamų kalibravimą. BioZ priėmimo kanalai taip pat pasižymi didele įvesties varža, mažu triukšmu, programuojamu stiprinimo, žemo dažnio ir aukšto dažnio filtrų parinktimis ir didelės skiriamosios gebos ADC. Yra keli įvesties stimulų generavimo režimai: subalansuota kvadratinių bangų šaltinio / kriauklės srovė, sinusinės bangos srovė ir sinusinės bei kvadratinės bangos įtampos stimuliacija. Galimos įvairios stimuliavimo amplitudės ir dažniai. Taip pat palaikomos BIA, BIS, ICG ir GSR programos.
FIFO laiko duomenys leidžia sinchronizuoti visus tris jutiklių kanalus. Įtaisytas 7 x 7 49 bump-wafer-level pakete (WLP), AFE IC yra tik 2,6 mm x 2,8 mm, todėl idealiai tinka klinikinio lygio dizainui. nešiojamas krūtinės lopas (2 pav.).
2 pav. Krūtinės ląstos lopas su dviem šlapiais elektrodais, palaikantis BIA ir nuolatinį RR/ICG, EKG, SpO2 AFE (šaltinis: analoginiai įrenginiai)
3 paveiksle parodyta, kaip šis AFE gali būti sukurtas kaip nešiojamas ant riešo, kad būtų galima atlikti BIA ir EKG su nuolatiniu ŠSD, SpO2 ir EDA/GSR.
3 pav. Ant riešo nešiojamas prietaisas su keturiais sausais elektrodais, palaikantis BIA ir EKG, su nuolatiniu HR, SpO2 ir GSR AFE (šaltinis: analoginiai įrenginiai)
SpO2, HR, EKG ir RR yra svarbūs gyvybinių požymių matavimai, kuriuos sveikatos priežiūros specialistai naudoja diagnostikos tikslais. Nuolatinis gyvybinių požymių stebėjimas naudojant nešiojamus prietaisus bus pagrindinė būsimų sveikatos priežiūros modelių sudedamoji dalis, numatant ligos pradžią prieš pasireiškus simptomams.
Daugelis šiuo metu turimų gyvybinių funkcijų monitorių atlieka matavimus, kurių negali naudoti sveikatos priežiūros specialistai, nes jų naudojami jutikliai nėra klinikinio lygio, o kiti tiesiog neturi galimybės tiksliai išmatuoti RR, nes juose nėra BioZ jutiklių.
Šiame dizaino sprendime demonstruojame IC, kuris į vieną paketą sujungia tris klinikinio lygio jutiklius – PPG, EKG ir BioZ, ir parodome, kaip jį galima pritaikyti nešiojamiesiems krūtinės ir riešų dėvims, kad būtų galima matuoti SpO2, HR, EKG ir RR. , kartu teikia ir kitų naudingų su sveikata susijusių funkcijų, įskaitant BIA, BIS, GSR ir ICG. IC yra ne tik naudojamas klinikinio lygio nešiojamuose įrenginiuose, bet ir idealiai tinka integruoti į išmaniuosius drabužius, kad būtų teikiama tokia informacija, kuri našumo sportininkams reikia.
Andrew Burt yra Analoginių įrenginių pramonės ir sveikatos priežiūros verslo skyriaus vykdomasis verslo vadovas
Paskelbimo laikas: 2022-05-05