मानवी आरोग्याचे सूचक म्हणून शारीरिक महत्त्वाच्या लक्षणांचे महत्त्व वैद्यकीय व्यावसायिकांना फार पूर्वीपासून समजले आहे, परंतु सध्याच्या कोविड-19 साथीच्या आजाराने त्याच्या महत्त्वाविषयी जनजागृतीही केली आहे.
दुर्दैवाने, बहुतेक लोक ज्यांना स्वतःला सतत महत्त्वाच्या चिन्हांचे निरीक्षण केले जाते ते आधीच क्लिनिकल सेटिंगमध्ये असू शकतात जिथे त्यांच्यावर तीव्र आजारासाठी उपचार केले जात आहेत. रोग उपचार आणि रुग्ण बरे होण्याच्या परिणामकारकतेचे सूचक म्हणून महत्त्वपूर्ण चिन्हे वापरण्याऐवजी, भविष्यातील मॉडेल हेल्थकेअर रोगाच्या प्रारंभाचे संभाव्य संकेतक ओळखण्यासाठी एक साधन म्हणून सतत आणि दूरस्थ महत्वाच्या चिन्हाचे निरीक्षण करेल, ज्यामुळे डॉक्टरांना गंभीर रोगाच्या विकासामध्ये हस्तक्षेप करण्याची परवानगी मिळेल.आधी सर्वात लवकर संधी.
अशी कल्पना आहे की क्लिनिकल-ग्रेड सेन्सर्सच्या वाढत्या समाकलनामुळे अंततः डिस्पोजेबल, परिधान करण्यायोग्य महत्त्वपूर्ण आरोग्य पॅच विकसित करणे शक्य होईल जे नियमितपणे विल्हेवाट लावले जाऊ शकतात आणि बदलले जाऊ शकतात, जसे की कॉन्टॅक्ट लेन्स.
अनेक आरोग्य आणि फिटनेस वेअरेबलमध्ये महत्त्वपूर्ण चिन्हे मोजण्याच्या क्षमतेचा समावेश आहे, परंतु वापरलेल्या सेन्सर्सच्या गुणवत्तेसह (बहुतेक क्लिनिकल ग्रेड नाहीत), ते कोठे स्थापित केले आहेत आणि सेन्सर्स कोठे आहेत यासह अनेक कारणांमुळे त्यांच्या वाचनाच्या अखंडतेवर प्रश्नचिन्ह उपस्थित केले जाऊ शकते. परिधान करताना शारीरिक संपर्काची गुणवत्ता.
ही उपकरणे सोयीस्कर आणि आरामदायक परिधान करण्यायोग्य उपकरण वापरून आकस्मिक स्व-निरीक्षणासाठी गैर-आरोग्य व्यावसायिकांच्या इच्छेसाठी पुरेशी आहेत, परंतु प्रशिक्षित वैद्यकीय व्यावसायिकांसाठी वैयक्तिक आरोग्याचे योग्य मूल्यांकन करण्यासाठी आणि माहितीपूर्ण निदान करण्यासाठी ते योग्य नाहीत.
दुसरीकडे, दीर्घ कालावधीत क्लिनिकल-श्रेणीतील महत्त्वाच्या चिन्हांचे निरीक्षण प्रदान करण्यासाठी सध्या वापरण्यात येणारी उपकरणे अवजड आणि अस्वस्थ असू शकतात आणि त्यांची पोर्टेबिलिटीचे वेगवेगळे अंश असू शकतात. या डिझाइन सोल्यूशनमध्ये, आम्ही चार महत्त्वाच्या चिन्हांच्या मापनांच्या क्लिनिकल महत्त्वाचे पुनरावलोकन करतो—रक्त ऑक्सिजन संपृक्तता (SpO2), हृदय गती (HR), इलेक्ट्रोकार्डियोग्राम (ECG), आणि श्वसन दर (RR) — आणि क्लिनिकल बेस्ट सेन्सर प्रकार - प्रत्येक ग्रेडसाठी वाचन प्रदान करण्याचा विचार करा.
निरोगी व्यक्तींमध्ये रक्तातील ऑक्सिजन संपृक्तता पातळी साधारणतः 95-100% असते. तथापि, 93% किंवा त्याहून कमी असलेली SpO2 पातळी सूचित करू शकते की एखाद्या व्यक्तीला श्वासोच्छवासाचा त्रास होत आहे - जसे की कोविड-19 च्या रूग्णांमध्ये एक सामान्य लक्षण - यामुळे वैद्यकीय व्यावसायिकांद्वारे नियमित देखरेखीसाठी महत्त्वपूर्ण महत्त्वपूर्ण चिन्ह. फोटोप्लेथिस्मोग्राफी (PPG) हे एक ऑप्टिकल मापन तंत्र आहे जे त्वचेच्या पृष्ठभागाखालील रक्तवाहिन्या प्रकाशित करण्यासाठी एकाधिक एलईडी उत्सर्जक वापरते आणि SpO2 ची गणना करण्यासाठी परावर्तित प्रकाश सिग्नल शोधण्यासाठी फोटोडायोड रिसीव्हर वापरते. अनेक मनगटात परिधान करण्यायोग्य वस्तूंचे एक सामान्य वैशिष्ट्य, PPG लाईट सिग्नल मोशन आर्टिफॅक्ट्स आणि सभोवतालच्या प्रकाशातील क्षणिक बदलांमुळे हस्तक्षेप करण्यास संवेदनाक्षम आहे, ज्यामुळे चुकीचे वाचन होऊ शकते, म्हणजे ही उपकरणे क्लिनिकल-ग्रेड मापन प्रदान करत नाहीत .क्लिनिकल सेटिंगमध्ये , SpO2 हे बोटाने घातलेले पल्स ऑक्सिमीटर (आकृती 2) वापरून मोजले जाते, सामान्यत: स्थिर रुग्णाच्या बोटाला सतत जोडलेले असते. बॅटरीवर चालणाऱ्या पोर्टेबल आवृत्त्या अस्तित्वात असताना, ते केवळ मधूनमधून मोजण्यासाठी योग्य असतात.
निरोगी हृदय गती (HR) साधारणपणे 60-100 बीट्स प्रति मिनिटाच्या श्रेणीत मानली जाते, तथापि, वैयक्तिक हृदयाच्या ठोक्यांमधील वेळ मध्यांतर स्थिर नसते. सामान्यतः हृदय गती परिवर्तनशीलता (HRV) म्हणून संदर्भित, याचा अर्थ असा होतो की हृदयाचा ठोका हा अनेक हृदयाच्या ठोक्यांच्या चक्रांमध्ये मोजला जाणारा सरासरी असतो. निरोगी व्यक्तींमध्ये, हृदयाचे ठोके आणि नाडीचा दर जवळपास सारखाच असतो, कारण हृदयाच्या स्नायूंच्या प्रत्येक आकुंचनाने, संपूर्ण शरीरात रक्त वाहून जाते. तथापि, काही गंभीर हृदयविकारामुळे होऊ शकते. हृदय आणि नाडीचे दर भिन्न आहेत.
उदाहरणार्थ, अॅट्रिअल फायब्रिलेशन (अफिब) सारख्या अतालतामध्ये, हृदयातील प्रत्येक स्नायू आकुंचन संपूर्ण शरीरात रक्त पंप करत नाही - त्याऐवजी, रक्त हृदयाच्या कक्षांमध्येच जमा होते, जे जीवघेणे असू शकते .एट्रियल फायब्रिलेशन कठीण होऊ शकते. शोधण्यासाठी कारण ते काहीवेळा मधूनमधून आणि फक्त थोड्या थोड्या अंतरासाठी होते.
वर्ल्ड हेल्थ ऑर्गनायझेशनच्या मते, Afib 40 वर्षांपेक्षा जास्त वयाच्या लोकांना चारपैकी एक स्ट्रोक कारणीभूत ठरते, ही वस्तुस्थिती या रोगाचा शोध घेण्यास आणि त्यावर उपचार करण्यास सक्षम असण्याचे महत्त्व दर्शवते. कारण PPG सेन्सर HR प्रमाणेच ऑप्टिकल मोजमाप करतात आणि पल्स रेट, AF शोधण्यासाठी त्यांच्यावर विसंबून राहता येत नाही. यासाठी हृदयाच्या विद्युतीय क्रियाकलापांच्या सतत रेकॉर्डिंगची आवश्यकता असते -- हृदयाच्या विद्युतीय सिग्नलचे ग्राफिकल प्रतिनिधित्व ज्याला इलेक्ट्रोकार्डियोग्राम (ECG) म्हणतात -- दीर्घकाळापर्यंत.
होल्टर मॉनिटर्स हे या उद्देशासाठी वापरले जाणारे सर्वात सामान्य क्लिनिकल ग्रेड पोर्टेबल उपकरण आहेत. ते क्लिनिकल सेटिंग्जमध्ये वापरल्या जाणार्‍या स्टॅटिक ईसीजी मॉनिटर्सपेक्षा कमी इलेक्ट्रोड वापरतात, ते जास्त वजनाचे आणि परिधान करण्यास अस्वस्थ असू शकतात, विशेषत: झोपताना.
12-20 श्वास प्रति मिनिट हा बहुतेक निरोगी व्यक्तींसाठी अपेक्षित श्वसन दर (RR) असतो. प्रति मिनिट 30 श्वासांपेक्षा जास्त RR दर ताप किंवा इतर कारणांमुळे श्वासोच्छवासाच्या त्रासाचे सूचक असू शकतो. तर काही परिधान करण्यायोग्य डिव्हाइस सोल्यूशन्स एक्सीलरोमीटर किंवा PPG वापरतात. RR चे अनुमान काढण्यासाठी तंत्रज्ञान, ECG सिग्नलमध्ये असलेल्या माहितीचा वापर करून किंवा बायोइम्पेडन्स (BioZ) सेन्सर वापरून क्लिनिकल-ग्रेड RR मोजमाप केले जाते जे त्वचेच्या विद्युत प्रतिबाधाचे वैशिष्ट्य दर्शवण्यासाठी दोन सेन्सर वापरतात. रुग्णाच्या शरीराला एक किंवा अधिक इलेक्ट्रोड जोडलेले असतात.
FDA-क्लीअर केलेली ECG कार्यक्षमता काही हाय-एंड हेल्थ आणि फिटनेस वेअरेबलमध्ये उपलब्ध असताना, बायोइम्पेडन्स सेन्सिंग हे एक वैशिष्ट्य आहे जे सामान्यत: उपलब्ध नसते कारण त्यासाठी स्वतंत्र बायोझेड सेन्सर आयसीचा समावेश आवश्यक असतो. आरआर व्यतिरिक्त, बायोझेड सेन्सर बायोइलेक्ट्रिकलला समर्थन देते. प्रतिबाधा विश्लेषण (बीआयए) आणि बायोइलेक्ट्रिकल इम्पेडन्स स्पेक्ट्रोस्कोपी (बीआयएस), या दोन्हींचा उपयोग शरीरातील स्नायू, चरबी आणि पाण्याच्या रचनात्मक पातळी मोजण्यासाठी केला जातो. बायोझेड सेन्सर प्रतिबाधा इलेक्ट्रोकार्डियोग्राफी (ICG) चे समर्थन देखील करते आणि गॅल्व्हॅनिक त्वचेचा प्रतिसाद मोजण्यासाठी वापरला जातो. GSR), जे तणावाचे उपयुक्त सूचक असू शकते.
आकृती 1 क्लिनिकल-ग्रेड महत्वाच्या चिन्हे AFE IC चे कार्यात्मक ब्लॉक आकृती दर्शविते जे एका पॅकेजमध्ये तीन स्वतंत्र सेन्सर्स (PPG, ECG आणि BioZ) च्या कार्यक्षमतेस समाकलित करते.
आकृती 1 MAX86178 अल्ट्रा-लो-पॉवर, 3-इन-1 क्लिनिकल-ग्रेड महत्त्वपूर्ण चिन्हे AFE (स्रोत: अॅनालॉग डिव्हाइसेस)
त्याची ड्युअल-चॅनल PPG ऑप्टिकल डेटा संपादन प्रणाली 6 LEDs आणि 4 फोटोडायोड इनपुटला समर्थन देते, LEDs दोन उच्च-वर्तमान, 8-बिट LED ड्रायव्हर्सद्वारे प्रोग्राम करण्यायोग्य आहेत. प्राप्त मार्गात दोन कमी-आवाज, उच्च-रिझोल्यूशन रीडआउट चॅनेल आहेत, प्रत्येक स्वतंत्र 20-बिट एडीसी आणि सभोवतालच्या प्रकाश रद्दीकरण सर्किटरीसह, 120Hz वर 90dB पेक्षा जास्त सभोवतालचे नकार प्रदान करते. PPG चॅनेलचा SNR 113dB इतका उच्च आहे, केवळ 16µA च्या SpO2 मापनास समर्थन देतो.
ECG चॅनल ही एक संपूर्ण सिग्नल साखळी आहे जी उच्च-गुणवत्तेचा ECG डेटा गोळा करण्यासाठी आवश्यक असलेली सर्व प्रमुख वैशिष्ट्ये प्रदान करते, जसे की लवचिक लाभ, गंभीर फिल्टरिंग, कमी आवाज, उच्च इनपुट प्रतिबाधा आणि एकाधिक लीड बायस पर्याय. अतिरिक्त वैशिष्ट्ये जसे की जलद पुनर्प्राप्ती , AC आणि DC लीड डिटेक्शन, अल्ट्रा-लो पॉवर लीड डिटेक्शन आणि उजवा पाय ड्राइव्ह कोरड्या इलेक्ट्रोड्ससह मनगटात घातलेल्या उपकरणांसारख्या मागणीच्या अनुप्रयोगांमध्ये मजबूत ऑपरेशन सक्षम करते. अॅनालॉग सिग्नल चेन 18-बिट सिग्मा-डेल्टा ADC विस्तृत श्रेणीसह चालवते. वापरकर्ता-निवडण्यायोग्य आउटपुट नमुना दर.
BioZ रिसिव्ह चॅनेलमध्ये EMI फिल्टरिंग आणि विस्तृत कॅलिब्रेशन वैशिष्ट्य आहे. बायोझेड रिसिव्ह चॅनेलमध्ये उच्च इनपुट प्रतिबाधा, कमी आवाज, प्रोग्राम करण्यायोग्य लाभ, कमी-पास आणि उच्च-पास फिल्टर पर्याय आणि उच्च-रिझोल्यूशन एडीसी देखील आहेत. इनपुट उत्तेजना निर्माण करण्यासाठी अनेक पद्धती आहेत: संतुलित स्क्वेअर वेव्ह सोर्स/सिंक करंट, साइन वेव्ह करंट, आणि साइन वेव्ह आणि स्क्वेअर वेव्ह व्होल्टेज स्टिम्युलेशन. विविध प्रकारचे स्टिम्युलेशन अॅम्प्लिट्यूड्स आणि फ्रिक्वेन्सी उपलब्ध आहेत. ते BIA, BIS, ICG आणि GSR अॅप्लिकेशनला देखील सपोर्ट करते.
FIFO टाइमिंग डेटा सर्व तीन सेन्सर चॅनेलला समक्रमित करण्याची परवानगी देतो. 7 x 7 49-बंप वेफर-लेव्हल पॅकेज (WLP) मध्ये ठेवलेले, AFE IC फक्त 2.6mm x 2.8mm मोजते, ज्यामुळे ते क्लिनिकल-ग्रेड म्हणून डिझाइनसाठी आदर्श बनते. परिधान करण्यायोग्य छातीचा पॅच (आकृती 2).
आकृती 2 चेस्ट पॅच दोन ओले इलेक्ट्रोडसह, BIA आणि सतत RR/ICG, ECG, SpO2 AFE (स्रोत: अॅनालॉग डिव्हाइसेस) ला समर्थन देतात.
सतत HR, SpO2, आणि EDA/GSR सह मागणीनुसार BIA आणि ECG प्रदान करण्यासाठी हे AFE मनगटात परिधान करण्यायोग्य म्हणून कसे डिझाइन केले जाऊ शकते हे आकृती 3 स्पष्ट करते.
आकृती 3: मनगटात घातलेले चार कोरडे इलेक्ट्रोड असलेले उपकरण, BIA आणि ECG ला समर्थन देणारे, सतत HR, SpO2 आणि GSR AFE सह (स्रोत: अॅनालॉग डिव्हाइसेस)
SpO2, HR, ECG आणि RR हे आरोग्यसेवा व्यावसायिकांद्वारे निदानाच्या उद्देशांसाठी वापरले जाणारे महत्त्वपूर्ण महत्त्वपूर्ण चिन्हे आहेत. परिधान करण्यायोग्य वापरून सतत महत्त्वाच्या चिन्हांचे निरीक्षण करणे हा भविष्यातील आरोग्य सेवा मॉडेलचा मुख्य घटक असेल, लक्षणे दिसण्यापूर्वी रोगाच्या प्रारंभाचा अंदाज लावणे.
सध्या उपलब्ध असलेल्या महत्त्वाच्या चिन्हांपैकी अनेक मॉनिटर्स हे मोजमाप तयार करतात जे आरोग्यसेवा व्यावसायिकांद्वारे वापरले जाऊ शकत नाहीत कारण ते वापरत असलेले सेन्सर क्लिनिकल दर्जाचे नसतात, तर इतरांना फक्त आरआर अचूकपणे मोजण्याची क्षमता नसते कारण त्यात BioZ सेन्सर समाविष्ट नसतात.
या डिझाइन सोल्यूशनमध्ये, आम्ही एक IC प्रदर्शित करतो जे तीन क्लिनिकल-ग्रेड सेन्सर्स - PPG, ECG, आणि BioZ एकाच पॅकेजमध्ये एकत्रित करते आणि ते दाखवते की ते छाती आणि मनगट घालण्यायोग्य मध्ये कसे डिझाइन केले जाऊ शकते, SpO2, HR, ECG आणि RR मोजण्यासाठी. , BIA, BIS, GSR, आणि ICG सह इतर उपयुक्त आरोग्य-संबंधित कार्ये प्रदान करताना. क्लिनिकल-ग्रेड वेअरेबल्समध्ये वापरल्या जाण्याव्यतिरिक्त, IC हे उच्च-उच्च दर्जाची माहिती प्रदान करण्यासाठी स्मार्ट कपड्यांमध्ये एकत्रीकरणासाठी आदर्श आहे. कामगिरी खेळाडूंना आवश्यक आहे.
अँड्र्यू बर्ट हे कार्यकारी व्यवसाय व्यवस्थापक, औद्योगिक आणि आरोग्य सेवा व्यवसाय युनिट, अॅनालॉग उपकरण आहेत
पोस्ट वेळ: ऑगस्ट-05-2022