Medicīnas speciālisti jau sen ir sapratuši fizioloģisko dzīvības pazīmju kā cilvēka veselības rādītāju nozīmi, taču pašreizējā COVID-19 pandēmija ir palielinājusi arī sabiedrības izpratni par tās nozīmi.
Diemžēl lielākā daļa cilvēku, kuriem tiek veikta nepārtraukta dzīvībai svarīgo pazīmju uzraudzība, iespējams, jau atrodas klīniskā vidē, kur viņi tiek ārstēti no akūtas slimības. Tā vietā, lai izmantotu dzīvības pazīmes kā slimības ārstēšanas un pacienta atveseļošanās efektivitātes rādītāju, nākotnes modelis veselības aprūpē tiks izmantota nepārtraukta un attālināta dzīvības pazīmju uzraudzība kā līdzeklis, lai identificētu iespējamos slimības sākuma rādītājus, ļaujot ārstiem iejaukties smagas slimības attīstībā.Agrākā iespēja iepriekš.
Ir paredzēts, ka pieaugošā klīniskās kvalitātes sensoru integrācija galu galā ļaus izstrādāt vienreizlietojamus, valkājamus dzīvībai svarīgos pazīmju veselības plāksterus, kurus var regulāri izmest un nomainīt, piemēram, kontaktlēcas.
Lai gan daudzi veselības un fitnesa apģērbi ietver dzīvības pazīmju mērīšanas iespējas, to rādījumu integritāti var apšaubīt vairāku iemeslu dēļ, tostarp izmantoto sensoru kvalitāte (lielākā daļa nav klīniskas kvalitātes), kur tie ir uzstādīti un kur sensori. kvalitāti.Fiziskais kontakts valkājot.
Lai gan šīs ierīces ir piemērotas ne-veselības profesionāļu vēlmei gadījuma pašnovērošanai, izmantojot ērtu un ērtu valkājamu ierīci, tās nav piemērotas apmācītiem medicīnas speciālistiem, lai pareizi novērtētu personas veselību un noteiktu apzinātas diagnozes.
No otras puses, ierīces, kas pašlaik tiek izmantotas, lai nodrošinātu klīniskas kvalitātes dzīvības pazīmju novērojumus ilgākos laika intervālos, var būt apjomīgas un neērtas, un tām var būt dažādas pārnesamības pakāpes. Šajā dizaina risinājumā mēs pārskatām četru dzīvības pazīmju mērījumu — asiņu — klīnisko nozīmi. skābekļa piesātinājums (SpO2), sirdsdarbības ātrums (HR), elektrokardiogramma (EKG) un elpošanas ātrums (RR) — un apsveriet iespēju nodrošināt klīniski labāko sensora veidu — rādījumus katrai pakāpei.
Asins skābekļa piesātinājuma līmenis veseliem indivīdiem parasti ir aptuveni 95–100%. Tomēr SpO2 līmenis 93% vai zemāks var liecināt par to, ka indivīdam ir elpošanas traucējumi, piemēram, bieži sastopams simptoms pacientiem ar Covid-19, padarot to par svarīga vitāla zīme medicīnas speciālistu regulārai uzraudzībai.Fotopletismogrāfija (PPG) ir optiska mērīšanas metode, kurā tiek izmantoti vairāki LED izstarotāji, lai apgaismotu asinsvadus zem ādas virsmas, un fotodiodes uztvērējs, lai noteiktu atstarotās gaismas signālu, lai aprēķinātu SpO2.Kamēr tas ir kļuvis Daudzu uz plaukstas locītavu nēsājamu apģērbu kopīga iezīme PPG gaismas signāls ir jutīgs pret traucējumiem, ko rada kustību artefakti un īslaicīgas apkārtējā apgaismojuma izmaiņas, kas var izraisīt kļūdainus rādījumus, kas nozīmē, ka šīs ierīces nenodrošina klīniskas kvalitātes mērījumus. , SpO2 mēra, izmantojot uz pirksta nēsātu pulsa oksimetru (2. attēls), kas parasti ir nepārtraukti piestiprināts pie stacionāra pacienta pirksta. Lai gan pastāv portatīvās versijas, kas darbojas ar akumulatoru, tās ir piemērotas tikai periodisku mērījumu veikšanai.
Parasti tiek uzskatīts, ka veselīgs sirdsdarbības ātrums (HR) ir diapazonā no 60 līdz 100 sitieniem minūtē, tomēr laika intervāls starp atsevišķiem sirdspukstiem nav nemainīgs. To parasti dēvē par sirdsdarbības mainīgumu (HRV), tas nozīmē, ka sirdsdarbības ātrums ir vidējais rādītājs, ko mēra vairākos sirdsdarbības ciklos. Veseliem indivīdiem sirdsdarbības ātrums un pulss ir gandrīz vienādi, jo ar katru sirds muskuļa kontrakciju asinis tiek sūknētas visā ķermenī.Tomēr dažas nopietnas sirds slimības var izraisīt sirds un pulsa ātrums atšķiras.
Piemēram, tādās aritmijās kā priekškambaru mirdzēšana (Afib), ne katra sirds muskuļa kontrakcija sūknē asinis pa visu ķermeni – tā vietā asinis uzkrājas pašas sirds kambaros, kas var būt dzīvībai bīstami .Priekškambaru mirdzēšana var būt apgrūtināta. noteikt, jo tas dažkārt notiek periodiski un tikai īsos īsos intervālos.
Saskaņā ar Pasaules Veselības organizācijas datiem Afib izraisa katru ceturto insultu cilvēkiem, kas vecāki par 40 gadiem, un tas parāda, cik svarīgi ir spēt noteikt un ārstēt šo slimību. Tā kā PPG sensori veic optiskos mērījumus, pamatojoties uz to pašu pieņēmumu kā HR un pulsa ātrumu, uz tiem nevar paļauties, lai noteiktu AF. Tas prasa nepārtrauktus sirds elektriskās aktivitātes ierakstus — sirds elektrisko signālu grafisku attēlojumu, ko sauc par elektrokardiogrammu (EKG) — ilgos laika intervālos.
Holtera monitori ir visizplatītākās šim nolūkam izmantotās klīniskās kvalitātes pārnēsājamās ierīces. Lai gan tajos tiek izmantots mazāk elektrodu nekā klīniskajos apstākļos izmantotajos statiskajos EKG monitoros, tie var būt apjomīgi un neērti valkāt, īpaši miega laikā.
Lielākajai daļai veselu cilvēku paredzamais elpošanas ātrums (RR) ir 12–20 elpas minūtē. RR ātrums, kas pārsniedz 30 elpas minūtē, var liecināt par elpošanas traucējumiem drudža vai citu iemeslu dēļ. Lai gan dažos valkājamo ierīču risinājumos tiek izmantots akselerometrs vai PPG. tehnoloģija, lai secinātu RR, klīniskās pakāpes RR mērījumus veic, izmantojot EKG signālā ietverto informāciju vai izmantojot bioimpedances (BioZ) sensoru, kas izmanto divus sensorus, lai raksturotu Ādas elektriskā pretestība.Viens vai vairāki elektrodi, kas pievienoti pacienta ķermenim.
Lai gan FDA apstiprināta EKG funkcionalitāte ir pieejama dažos augstākās klases veselības un fitnesa valkājamās ierīcēs, bioimpedances noteikšana ir funkcija, kas parasti nav pieejama, jo tai ir nepieciešams iekļaut atsevišķu BioZ sensoru IC. Papildus RR, BioZ sensors atbalsta Bioelectrical. Impedances analīze (BIA) un bioelektriskā pretestības spektroskopija (BIS), kuras abas izmanto, lai izmērītu ķermeņa muskuļu, tauku un ūdens sastāva līmeņus. BioZ sensors atbalsta arī pretestības elektrokardiogrāfiju (ICG) un tiek izmantots, lai mērītu galvanisko ādas reakciju ( GSR), kas var būt noderīgs stresa indikators.
1. attēlā parādīta funkcionālā blokshēma ar klīniskas pakāpes dzīvībai svarīgām pazīmēm AFE IC, kas integrē trīs atsevišķu sensoru (PPG, EKG un BioZ) funkcionalitāti vienā paketē.
1. attēls MAX86178 īpaši mazjaudas, 3 vienā klīniskās pakāpes dzīvībai svarīgās pazīmes AFE (avots: Analog Devices)
Tā divkanālu PPG optiskā datu iegūšanas sistēma atbalsta līdz 6 gaismas diodēm un 4 fotodiožu ieejām, un gaismas diodes ir programmējamas, izmantojot divus augstas strāvas 8 bitu LED draiverus. Uztveršanas ceļā ir divi zema trokšņa līmeņa augstas izšķirtspējas nolasīšanas kanāli, Katrs no tiem ietver neatkarīgus 20 bitu ADC un apkārtējās gaismas atcelšanas shēmas, kas nodrošina vairāk nekā 90 dB apkārtējās vides noraidījumu pie 120 Hz. PPG kanāla SNR ir pat 113 dB, kas atbalsta tikai 16 µA SpO2 mērījumus.
EKG kanāls ir pilnīga signālu ķēde, kas nodrošina visas galvenās funkcijas, kas nepieciešamas augstas kvalitātes EKG datu vākšanai, piemēram, elastīgu pastiprinājumu, kritisko filtrēšanu, zemu trokšņa līmeni, augstu ieejas pretestību un vairākas pievada novirzes opcijas. Papildu funkcijas, piemēram, ātra atkopšana , maiņstrāvas un līdzstrāvas vadu noteikšana, īpaši zemas jaudas vadu noteikšana un labās kājas piedziņa nodrošina stabilu darbību prasīgos lietojumos, piemēram, uz plaukstas locītavas nēsājamām ierīcēm ar sausiem elektrodiem. Analogā signāla ķēde vada 18 bitu sigma-delta ADC ar plašu diapazonu. lietotāja izvēlētu izvades izlases ātrumu.
BioZ uztveršanas kanāliem ir EMI filtrēšana un plaša kalibrēšana. BioZ uztveršanas kanāliem ir arī augsta ieejas pretestība, zems trokšņa līmenis, programmējams pastiprinājums, zemas un augstas caurlaidības filtru opcijas un augstas izšķirtspējas ADC.Ir vairāki režīmi ievades stimulu ģenerēšanai: līdzsvarota kvadrātviļņu avota/izlietnes strāva, sinusoidālā viļņa strāva un sinusoidālā viļņa un kvadrātviļņu sprieguma stimulācija. Ir pieejamas dažādas stimulācijas amplitūdas un frekvences. Tā atbalsta arī BIA, BIS, ICG un GSR lietojumprogrammas.
FIFO laika dati ļauj sinhronizēt visus trīs sensoru kanālus. Iekļauts 7 x 7 49 izciļņu vafeļu līmeņa paketē (WLP), AFE IC izmēri ir tikai 2,6 mm x 2,8 mm, padarot to ideāli piemērotu klīniskas kvalitātes dizainam. valkājams krūšu plāksteris (2. attēls).
2. attēls Krūškurvja plāksteris ar diviem mitriem elektrodiem, kas atbalsta BIA un nepārtrauktu RR/ICG, EKG, SpO2 AFE (avots: Analog Devices)
3. attēlā parādīts, kā šo AFE var izveidot kā valkājamu plaukstas locītavu, lai nodrošinātu BIA un EKG pēc pieprasījuma ar nepārtrauktu HR, SpO2 un EDA/GSR.
3. attēls. Uz rokas nēsājama ierīce ar četriem sausiem elektrodiem, kas atbalsta BIA un EKG, ar nepārtrauktu HR, SpO2 un GSR AFE (avots: Analog Devices)
SpO2, HR, EKG un RR ir svarīgi dzīvības pazīmju mērījumi, ko veselības aprūpes speciālisti izmanto diagnostikas nolūkos. Nepārtraukta dzīvības pazīmju uzraudzība, izmantojot valkājamas ierīces, būs galvenā nākotnes veselības aprūpes modeļu sastāvdaļa, kas paredz slimības sākšanos pirms simptomu parādīšanās.
Daudzi no pašlaik pieejamajiem dzīvībai svarīgo pazīmju monitoriem rada mērījumus, kurus nevar izmantot veselības aprūpes speciālisti, jo viņu izmantotie sensori nav klīniskas kvalitātes, savukārt citiem vienkārši nav iespējas precīzi izmērīt RR, jo tajos nav iekļauti BioZ sensori.
Šajā dizaina risinājumā mēs demonstrējam IC, kas integrē trīs klīniskas kvalitātes sensorus — PPG, EKG un BioZ vienā iepakojumā un parāda, kā to var konstruēt krūškurvja un plaukstas valkājamās ierīcēs, lai izmērītu SpO2, HR, EKG un RR. , vienlaikus nodrošinot arī citas noderīgas ar veselību saistītas funkcijas, tostarp BIA, BIS, GSR un ICG. Papildus tam, ka IC tiek izmantots klīniskas kvalitātes valkājamās ierīcēs, tas ir ideāli piemērots integrēšanai viedajā apģērbā, lai sniegtu tāda veida informāciju, kas veiktspējas sportistiem nepieciešams.
Endrjū Bērts ir Analogo ierīču rūpniecības un veselības aprūpes biznesa nodaļas izpilddirektors
Izlikšanas laiks: Aug-05-2022