Kepentingan tanda vital fisiologi sebagai penunjuk kesihatan manusia telah lama difahami oleh profesional perubatan, tetapi pandemik COVID-19 semasa juga telah meningkatkan kesedaran orang ramai tentang kepentingannya.
Malangnya, kebanyakan orang yang mendapati diri mereka menjalani pemantauan tanda vital berterusan mungkin sudah berada dalam keadaan klinikal di mana mereka sedang dirawat untuk penyakit akut. Daripada menggunakan tanda-tanda vital sebagai penunjuk keberkesanan rawatan penyakit dan pemulihan pesakit, model masa depan penjagaan kesihatan akan menggunakan pemantauan tanda vital yang berterusan dan jauh sebagai alat untuk mengenal pasti penunjuk potensi permulaan penyakit, membolehkan doktor campur tangan dalam perkembangan penyakit yang teruk.Peluang terawal sebelum ini.
Adalah dijangkakan bahawa peningkatan integrasi penderia gred klinikal akhirnya akan membolehkan pembangunan tompok kesihatan tanda-tanda vital pakai buang dan boleh pakai yang boleh dilupuskan dan diganti dengan kerap, seperti kanta sentuh.
Walaupun banyak alat boleh pakai kesihatan dan kecergasan termasuk keupayaan pengukuran tanda-tanda penting, integriti bacaannya boleh dipersoalkan atas beberapa sebab, termasuk kualiti penderia yang digunakan (kebanyakannya bukan gred klinikal), tempat ia dipasang dan tempat penderia. kualiti.Kontak fizikal semasa memakai.
Walaupun peranti ini mencukupi untuk keinginan profesional bukan kesihatan untuk pemerhatian diri kasual menggunakan peranti boleh pakai yang mudah dan selesa, ia tidak sesuai untuk profesional perubatan terlatih untuk menilai kesihatan individu dengan betul dan membuat diagnosis termaklum.
Sebaliknya, peranti yang digunakan pada masa ini untuk menyediakan pemerhatian tanda vital gred klinikal dalam selang masa yang lebih lama boleh menjadi besar dan tidak selesa serta mempunyai tahap mudah alih yang berbeza-beza. Dalam penyelesaian reka bentuk ini, kami menyemak kepentingan klinikal empat ukuran tanda vital—darah ketepuan oksigen (SpO2), kadar jantung (HR), elektrokardiogram (ECG) dan kadar pernafasan (RR)—dan pertimbangkan untuk menyediakan Jenis Penderia Terbaik klinikal - Bacaan untuk setiap gred.
Tahap ketepuan oksigen darah dalam individu yang sihat biasanya sekitar 95-100%.Walau bagaimanapun, tahap SpO2 sebanyak 93% atau lebih rendah mungkin menunjukkan bahawa individu mengalami gangguan pernafasan—seperti simptom biasa pada pesakit COVID-19—menjadikannya tanda penting penting untuk pemantauan berkala oleh profesional perubatan.Photoplethysmography (PPG) ialah teknik pengukuran optik yang menggunakan berbilang pemancar LED untuk menerangi saluran darah di bawah permukaan kulit dan penerima fotodiod untuk mengesan isyarat cahaya yang dipantulkan untuk mengira SpO2. Walaupun ia telah menjadi ciri biasa bagi banyak barang boleh pakai yang dipakai di pergelangan tangan, isyarat cahaya PPG terdedah kepada gangguan daripada artifak gerakan dan perubahan sementara dalam pencahayaan ambien, yang boleh membawa kepada bacaan palsu, bermakna peranti ini tidak menyediakan ukuran gred klinikal .Dalam tetapan klinikal , SpO2 diukur menggunakan oksimeter nadi yang dipakai di jari (Rajah 2), biasanya dilekatkan secara berterusan pada jari pesakit yang tidak bergerak. Walaupun versi mudah alih berkuasa bateri wujud, ia hanya sesuai untuk membuat pengukuran terputus-putus.
Kadar denyutan jantung (HR) yang sihat secara amnya dianggap berada dalam julat 60-100 denyutan seminit, walau bagaimanapun, selang masa antara degupan jantung individu tidak tetap. Biasanya dirujuk sebagai kebolehubahan kadar denyutan jantung (HRV), ini bermakna bahawa kadar denyutan jantung ialah purata yang diukur dalam beberapa kitaran degupan jantung.Dalam individu yang sihat, kadar denyutan jantung dan kadar nadi adalah hampir sama, kerana dengan setiap penguncupan otot jantung, darah dipam ke seluruh badan.Walau bagaimanapun, beberapa keadaan jantung yang serius boleh menyebabkan kadar jantung dan nadi berbeza.
Sebagai contoh, dalam aritmia seperti fibrilasi atrium (Afib), tidak setiap pengecutan otot dalam jantung mengepam darah ke seluruh badan - sebaliknya, darah terkumpul di dalam bilik jantung itu sendiri, yang boleh mengancam nyawa .Fibrilasi atrium boleh menjadi sukar untuk mengesan kerana ia kadangkala berlaku secara berselang-seli dan hanya untuk selang masa yang singkat.
Menurut Pertubuhan Kesihatan Sedunia, Afib menyebabkan satu daripada empat strok pada orang yang berumur lebih dari 40 tahun, fakta yang menunjukkan kepentingan untuk dapat mengesan dan merawat penyakit itu. Memandangkan sensor PPG membuat pengukuran optik di bawah andaian yang sama seperti HR dan kadar nadi, mereka tidak boleh dipercayai untuk mengesan AF. Ini memerlukan rakaman berterusan aktiviti elektrik jantung -- perwakilan grafik isyarat elektrik jantung yang dipanggil elektrokardiogram (ECG) -- dalam selang masa yang lama.
Monitor Holter ialah peranti mudah alih gred klinikal yang paling biasa digunakan untuk tujuan ini. Walaupun ia menggunakan kurang elektrod berbanding monitor ECG statik yang digunakan dalam tetapan klinikal, ia boleh menjadi besar dan tidak selesa untuk dipakai, terutamanya semasa tidur.
12-20 nafas seminit ialah kadar pernafasan (RR) yang dijangkakan untuk kebanyakan individu yang sihat. Kadar RR melebihi 30 nafas seminit mungkin merupakan penunjuk masalah pernafasan akibat demam atau sebab lain. Walaupun sesetengah penyelesaian peranti boleh pakai menggunakan pecutan atau PPG teknologi untuk membuat kesimpulan RR, pengukuran RR gred klinikal dilakukan menggunakan maklumat yang terkandung dalam isyarat ECG atau menggunakan sensor bioimpedans (BioZ) yang menggunakan dua sensor untuk mencirikan Impedans elektrik kulit.Satu atau lebih elektrod yang dipasang pada badan pesakit.
Walaupun fungsi ECG yang dibersihkan oleh FDA tersedia dalam beberapa alat boleh pakai kesihatan dan kecergasan mewah, penderiaan bioimpedans ialah ciri yang biasanya tidak tersedia kerana ia memerlukan kemasukan IC penderia BioZ yang berasingan. Selain RR, penderia BioZ menyokong Bioelektrik Analisis Impedans (BIA) dan Spektroskopi Impedans Bioelektrik (BIS), kedua-duanya digunakan untuk mengukur tahap komposisi otot badan, lemak dan air. Sensor BioZ juga menyokong elektrokardiografi impedans (ICG) dan digunakan untuk mengukur tindak balas kulit galvanik ( GSR), yang boleh menjadi penunjuk tekanan yang berguna.
Rajah 1 menunjukkan gambarajah blok berfungsi tanda vital gred klinikal AFE IC yang menyepadukan kefungsian tiga sensor berasingan (PPG, ECG dan BioZ) ke dalam satu pakej.
Rajah 1 MAX86178 kuasa ultra rendah, tanda vital gred klinikal 3-dalam-1 AFE (Sumber: Peranti Analog)
Sistem pemerolehan data optik PPG dwi-salurannya menyokong sehingga 6 LED dan 4 input fotodiod, dengan LED boleh diprogramkan melalui dua pemacu LED 8-bit arus tinggi. Laluan penerimaan mempunyai dua saluran bacaan hingar rendah dan resolusi tinggi, setiap satu termasuk ADC 20-bit bebas dan litar pembatalan cahaya ambien, memberikan lebih 90dB penolakan ambien pada 120Hz. SNR saluran PPG adalah setinggi 113dB, menyokong pengukuran SpO2 hanya 16µA.
Saluran ECG ialah rantai isyarat lengkap yang menyediakan semua ciri utama yang diperlukan untuk mengumpul data ECG berkualiti tinggi, seperti perolehan fleksibel, penapisan kritikal, hingar rendah, galangan input tinggi dan berbilang pilihan pincang plumbum. Ciri tambahan seperti pemulihan pantas , pengesanan plumbum AC dan DC, pengesanan plumbum kuasa ultra rendah dan pemacu kaki kanan membolehkan operasi yang mantap dalam aplikasi yang menuntut seperti peranti yang dipakai di pergelangan tangan dengan elektrod kering. Rantai isyarat analog memacu ADC sigma-delta 18-bit dengan julat yang luas kadar sampel keluaran yang boleh dipilih pengguna.
Saluran penerima BioZ menampilkan penapisan EMI dan penentukuran yang meluas. Saluran penerimaan BioZ juga menampilkan galangan input tinggi, hingar rendah, keuntungan boleh atur cara, pilihan penapis laluan rendah dan laluan tinggi serta ADC resolusi tinggi. Terdapat beberapa mod untuk menjana rangsangan input: sumber gelombang persegi seimbang/arus tenggelam, arus gelombang sinus, dan gelombang sinus dan rangsangan voltan gelombang persegi. Pelbagai amplitud dan frekuensi rangsangan tersedia. Ia juga menyokong aplikasi BIA, BIS, ICG dan GSR.
Data pemasaan FIFO membolehkan ketiga-tiga saluran penderia disegerakkan. Ditempatkan dalam pakej tahap wafer (WLP) 7 x 7 49 bonggol, IC AFE berukuran hanya 2.6mm x 2.8mm, menjadikannya ideal untuk reka bentuk sebagai gred klinikal patch dada boleh pakai (Rajah 2).
Rajah 2 Tampalan dada dengan dua elektrod basah, menyokong BIA dan RR/ICG berterusan, ECG, SpO2 AFE (Sumber: Peranti Analog)
Rajah 3 menggambarkan cara AFE ini boleh direka bentuk sebagai boleh pakai yang dipakai di pergelangan tangan untuk menyediakan BIA dan ECG atas permintaan dengan HR, SpO2 dan EDA/GSR yang berterusan.
Rajah 3: Peranti haus pergelangan tangan dengan empat elektrod kering, menyokong BIA dan ECG, dengan HR, SpO2 dan GSR AFE berterusan (Sumber: Peranti Analog)
SpO2, HR, ECG dan RR ialah ukuran tanda vital penting yang digunakan oleh profesional penjagaan kesihatan untuk tujuan diagnostik. Pemantauan tanda vital berterusan menggunakan boleh pakai akan menjadi komponen utama model penjagaan kesihatan masa hadapan, meramalkan permulaan penyakit sebelum gejala muncul.
Kebanyakan pemantau tanda-tanda vital yang tersedia pada masa ini menghasilkan ukuran yang tidak boleh digunakan oleh profesional penjagaan kesihatan kerana penderia yang mereka gunakan bukan gred klinikal, manakala yang lain tidak mempunyai keupayaan untuk mengukur RR dengan tepat kerana ia tidak termasuk penderia BioZ.
Dalam penyelesaian reka bentuk ini, kami menunjukkan IC yang menyepadukan tiga penderia gred klinikal - PPG, ECG dan BioZ ke dalam satu pakej dan menunjukkan cara ia boleh direka bentuk ke dalam bahagian dada dan pergelangan tangan, untuk mengukur SpO2, HR, ECG dan RR , sambil turut menyediakan fungsi berkaitan kesihatan lain yang berguna, termasuk BIA, BIS, GSR dan ICG. Selain digunakan dalam boleh pakai gred klinikal, IC ini sesuai untuk penyepaduan ke dalam pakaian pintar untuk menyediakan jenis maklumat yang tinggi- prestasi atlet perlu.
Andrew Burt ialah Pengurus Perniagaan Eksekutif, Unit Perniagaan Perindustrian dan Penjagaan Kesihatan, Peranti Analog
Masa siaran: Ogos-05-2022