Важноста на физиолошките витални знаци како индикатори за човековото здравје одамна е разбрана од медицинските професионалци, но сегашната пандемија COVID-19 исто така ја подигна јавната свест за нејзината важност.
За жал, повеќето луѓе кои се подложени на континуирано следење на виталните знаци можеби веќе се во клиничка средина каде што се лекуваат од акутна болест. Наместо да ги користат виталните знаци како индикатор за ефективноста на третманот на болеста и закрепнувањето на пациентот, идниот модел на здравството ќе користи континуирано и далечинско следење на виталните знаци како алатка за идентификување на потенцијалните индикатори за почеток на болеста, дозволувајќи им на лекарите да интервенираат во развојот на тешка болест.Најраната можност пред.
Се предвидува дека зголемената интеграција на сензори од клиничко ниво на крајот ќе овозможи развој на закрпи за здравјето на виталните знаци за еднократна употреба, што може да се носат, кои може редовно да се отстрануваат и заменуваат, како што се контактните леќи.
Додека многу уреди за носење за здравје и фитнес вклучуваат способности за мерење на виталните знаци, интегритетот на нивните читања може да се доведе во прашање поради повеќе причини, вклучувајќи го квалитетот на користените сензори (повеќето не се од клиничка класа), каде се инсталирани и каде се сензорите квалитетот на.Физички контакт при носење.
Иако овие уреди се адекватни за желбата на нездравствените професионалци за случајно само-набљудување со користење на удобен и удобен уред за носење, тие не се погодни за обучени медицински професионалци соодветно да го проценат индивидуалното здравје и да поставуваат информирани дијагнози.
Од друга страна, уредите кои моментално се користат за да се обезбедат опсервации на виталните знаци од клинички степен во подолги временски интервали може да бидат обемни и непријатни и да имаат различни степени на преносливост. Во ова дизајнерско решение, го разгледуваме клиничкото значење на четири мерења на виталните знаци - крв заситеност со кислород (SpO2), отчукувањата на срцето (HR), електрокардиограм (ЕКГ) и стапка на дишење (RR) - и размислете за обезбедување на клинички Најдобар тип на сензор - читања за секое одделение.
Нивоата на заситеност со кислород во крвта кај здрави индивидуи обично се околу 95-100%. Сепак, нивото на SpO2 од 93% или пониско може да укаже дека поединецот доживува респираторен дистрес - како што е чест симптом кај пациенти со СОВИД-19 - што го прави важен витален знак за редовен мониторинг од страна на медицинските професионалци. вообичаена карактеристика на многу уреди за носење што се носат на зглобот, светлосниот сигнал PPG е подложен на пречки од артефакти на движење и минливи промени во амбиенталното осветлување, што може да доведе до лажни отчитувања, што значи дека овие уреди не обезбедуваат мерења од клинички степен. Во клинички услови , SpO2 се мери со помош на пулс оксиметар кој се носи со прст (слика 2), вообичаено континуирано прикачен на прстот на пациентот во мирување.
Здравиот пулс (HR) генерално се смета дека е во опсег од 60-100 отчукувања во минута, меѓутоа, временскиот интервал помеѓу индивидуалните отчукувања на срцето не е константен. Најчесто се нарекува варијабилност на срцевиот ритам (HRV), тоа значи дека срцевиот ритам е просек кој се мери во текот на неколку циклуси на отчукување на срцето. Кај здрави индивидуи, отчукувањата на срцето и пулсот се речиси исти, бидејќи со секоја контракција на срцевиот мускул, крвта се пумпа низ телото. Сепак, некои сериозни срцеви заболувања може да предизвикаат фреквенцијата на срцето и пулсот да се разликуваат.
На пример, кај аритмии како што е атријална фибрилација (Afib), не секоја мускулна контракција во срцето пумпа крв низ телото - наместо тоа, крвта се акумулира во коморите на самото срце, што може да биде опасно по живот. Атријалната фибрилација може да биде тешка да се открие бидејќи понекогаш се јавува наизменично и само за кратки кратки интервали.
Според Светската здравствена организација, Afib предизвикува еден од четири мозочни удари кај луѓе на возраст над 40 години, факт што ја покажува важноста да се биде во можност да се открие и лекува болеста. пулсот, не може да се потпре на нив за да се открие AF. Ова бара континуирано снимање на електричната активност на срцето -- графичка претстава на електричните сигнали на срцето наречена електрокардиограм (ЕКГ) -- во долги временски интервали.
Холтер-мониторите се најчестите преносливи уреди од клиничка класа кои се користат за оваа намена. Иако користат помалку електроди од статичните ЕКГ монитори што се користат во клинички услови, тие можат да бидат гломазни и непријатни за носење, особено додека спиете.
12-20 вдишувања во минута е очекуваната стапка на дишење (RR) за повеќето здрави индивидуи. Стапката на RR над 30 вдишувања во минута може да биде показател за респираторен дистрес поради треска или други причини. Додека некои решенија за уреди што се носат користат акцелерометар или PPG технологија за заклучување на RR, мерењата на RR од клинички степен се изведуваат со помош на информации содржани во ЕКГ сигналот или со помош на сензор за биоимпеданса (BioZ) кој користи два сензори за карактеризирање на електричната импеданса на кожата. Една или повеќе електроди прикачени на телото на пациентот.
Додека функционалноста на ЕКГ исчистена од FDA е достапна кај некои производи за носење за здравје и фитнес од висока класа, сензорот за биоимпеданса е карактеристика што обично не е достапна бидејќи бара вклучување на посебен IC сензор BioZ. Покрај RR, сензорот BioZ поддржува биоелектрични Анализа на импеданса (BIA) и биоелектрична импеданса спектроскопија (BIS), од кои и двете се користат за мерење на нивоата на составот на телесните мускули, масти и вода. Сензорот BioZ исто така поддржува импедантна електрокардиографија (ICG) и се користи за мерење на галванскиот одговор на кожата ( GSR), што може да биде корисен показател за стрес.
Слика 1 покажува функционален блок дијаграм на витални знаци AFE IC од клинички степен кој ја интегрира функционалноста на три одделни сензори (PPG, ECG и BioZ) во едно пакување.
Слика 1 MAX86178 витални знаци со ултра ниска моќност, 3-во-1 од клиничко одделение AFE (Извор: Аналогни уреди)
Неговиот двоканален PPG оптички систем за стекнување податоци поддржува до 6 LED диоди и 4 влезови на фотодиоди, со LED диоди програмибилни преку два 8-битни LED драјвери со висока струја. Патеката за примање има два канали за читање со низок шум и висока резолуција секој од нив вклучува независни 20-битни ADC и кола за поништување на амбиенталната светлина, обезбедувајќи над 90dB отфрлање на околината на 120Hz.
ЕКГ каналот е комплетен синџир на сигнали кој ги обезбедува сите клучни карактеристики потребни за собирање на висококвалитетни податоци за ЕКГ, како што се флексибилно засилување, критично филтрирање, низок шум, висока влезна импеданса и повеќе опции за пристрасност на водовите. Дополнителни функции како брзо обновување , детекцијата на кабли со наизменична и еднонасочна струја, детекцијата на кабли со ултра ниска моќност и погонот на десната нога овозможуваат робусно работење во тешки апликации како што се уредите кои се носат на зглобот со суви електроди. Аналогниот синџир на сигнал погонува 18-битен сигма-делта ADC со широк опсег стапки на излезни примероци што може да се изберат од корисникот.
Каналите за примање BioZ имаат EMI филтрирање и обемна калибрација. Каналите за прием на BioZ исто така имаат висока влезна импеданса, низок шум, програмабилна добивка, опции за нископропусен и високопропусен филтер и ADC со висока резолуција. Постојат неколку начини за генерирање на влезни стимули: избалансиран извор на квадратен бран/струја на мијалник, струја на синусен бран и стимулација на напон од синусен бран и квадрат.
Податоците за тајмингот FIFO овозможуваат синхронизирање на сите три сензорски канали. Сместен во пакет со 7 x 7 49 удари на ниво на нафора (WLP), AFE IC има димензии само 2,6 mm x 2,8 mm, што го прави идеален за дизајн како клинички лепенка за гради што може да се носи (слика 2).
Слика 2 Закрпа на градниот кош со две влажни електроди, поддршка на BIA и континуирано RR/ICG, ECG, SpO2 AFE (Извор: Аналогни уреди)
Слика 3 илустрира како овој AFE може да се дизајнира како уред за носење на зглоб за да обезбеди BIA и ЕКГ на барање со континуирано HR, SpO2 и EDA/GSR.
Слика 3: Уред што се носи на рачниот зглоб со четири суви електроди, поддржувајќи BIA и ЕКГ, со континуирано HR, SpO2 и GSR AFE (Извор: Аналогни уреди)
SpO2, HR, ЕКГ и RR се важни мерења на виталните знаци што ги користат здравствените работници за дијагностички цели. Континуираното следење на виталните знаци со употреба на уреди за носење ќе биде клучна компонента на идните здравствени модели, предвидувајќи го почетокот на болеста пред да се појават симптомите.
Многу од моментално достапните монитори за витални знаци произведуваат мерења што не можат да ги користат здравствените работници бидејќи сензорите што ги користат не се клинички, додека други едноставно немаат способност прецизно да мерат RR бидејќи не вклучуваат BioZ сензори.
Во ова дизајнерско решение, ние демонстрираме IC што интегрира три сензори од клиничко одделение - PPG, ECG и BioZ во едно пакување и покажува како може да се дизајнира во уреди за носење на градите и зглобот, за мерење на SpO2, HR, ECG и RR , истовремено обезбедувајќи и други корисни функции поврзани со здравјето, вклучително BIA, BIS, GSR и ICG. Покрај тоа што се користи во клинички уреди за носење, IC е идеален за интеграција во паметна облека за да обезбеди тип на информации кои висок перформанси им се потребни на спортистите.
Ендрју Бурт е извршен бизнис менаџер, деловна единица за индустриска и здравствена заштита, аналогни уреди
Време на објавување: 05.08.2022