A importância dos sinais vitais fisiológicos como indicadores da saúde humana é há muito compreendida pelos profissionais médicos, mas a actual pandemia de COVID-19 também aumentou a consciência pública sobre a sua importância.
Infelizmente, a maioria das pessoas que se encontram sob monitorização contínua dos sinais vitais pode já estar num ambiente clínico onde estão a ser tratadas para doenças agudas. Em vez de usar os sinais vitais como um indicador da eficácia do tratamento da doença e da recuperação do paciente, o futuro modelo de os cuidados de saúde empregarão a monitorização contínua e remota dos sinais vitais como uma ferramenta para identificar potenciais indicadores do início da doença, permitindo aos médicos intervir no desenvolvimento de doenças graves.A primeira oportunidade antes.
Prevê-se que a crescente integração de sensores de nível clínico permitirá eventualmente o desenvolvimento de adesivos de saúde de sinais vitais descartáveis e vestíveis que podem ser descartados e substituídos regularmente, como lentes de contato.
Embora muitos wearables de saúde e fitness incluam recursos de medição de sinais vitais, a integridade de suas leituras pode ser questionada por uma série de razões, incluindo a qualidade dos sensores usados (a maioria não é de grau clínico), onde estão instalados e onde os sensores a qualidade do contato físico durante o uso.
Embora estes dispositivos sejam adequados para o desejo de auto-observação casual de não profissionais de saúde usando um dispositivo vestível conveniente e confortável, eles não são adequados para profissionais médicos treinados avaliarem adequadamente a saúde individual e fazerem diagnósticos informados.
Por outro lado, os dispositivos atualmente usados para fornecer observações de sinais vitais de nível clínico durante intervalos de tempo mais longos podem ser volumosos e desconfortáveis, e têm vários graus de portabilidade. Nesta solução de design, revisamos o significado clínico de quatro medições de sinais vitais: sangue saturação de oxigênio (SpO2), frequência cardíaca (FC), eletrocardiograma (ECG) e frequência respiratória (FR) — e considere fornecer leituras clínicas do melhor tipo de sensor para cada grau.
Os níveis de saturação de oxigênio no sangue em indivíduos saudáveis geralmente ficam em torno de 95-100%. No entanto, um nível de SpO2 de 93% ou menos pode indicar que um indivíduo está apresentando dificuldade respiratória – como um sintoma comum em pacientes com COVID-19 – tornando-o um problema. sinal vital importante para monitoramento regular por profissionais médicos. A fotopletismografia (PPG) é uma técnica de medição óptica que usa vários emissores de LED para iluminar os vasos sanguíneos abaixo da superfície da pele e um receptor de fotodiodo para detectar o sinal de luz refletido para calcular SpO2. uma característica comum de muitos dispositivos vestíveis de pulso, o sinal de luz PPG é suscetível à interferência de artefatos de movimento e mudanças transitórias na iluminação ambiente, o que pode levar a leituras falsas, o que significa que esses dispositivos não fornecem medições de nível clínico. , a SpO2 é medida usando um oxímetro de pulso usado no dedo (Figura 2), geralmente conectado continuamente ao dedo de um paciente estacionário. Embora existam versões portáteis alimentadas por bateria, elas são adequadas apenas para fazer medições intermitentes.
Uma frequência cardíaca (FC) saudável é geralmente considerada na faixa de 60-100 batimentos por minuto, no entanto, o intervalo de tempo entre os batimentos cardíacos individuais não é constante. Comumente chamada de variabilidade da frequência cardíaca (VFC), isso significa que o a frequência cardíaca é uma média medida ao longo de vários ciclos de batimento cardíaco. Em indivíduos saudáveis, a frequência cardíaca e a pulsação são quase as mesmas, porque a cada contração do músculo cardíaco, o sangue é bombeado por todo o corpo. frequências cardíacas e de pulso sejam diferentes.
Por exemplo, em arritmias como a fibrilação atrial (Afib), nem toda contração muscular no coração bombeia sangue por todo o corpo - em vez disso, o sangue se acumula nas câmaras do próprio coração, o que pode ser fatal. detectar porque às vezes ocorre de forma intermitente e apenas por curtos intervalos.
Segundo a Organização Mundial da Saúde, a Afib causa um em cada quatro AVC em pessoas com mais de 40 anos, fato que demonstra a importância de ser capaz de detectar e tratar a doença. Já os sensores PPG fazem medições ópticas sob o mesmo pressuposto que o HR e frequência de pulso, eles não podem ser confiáveis para detectar FA. Isso requer registros contínuos da atividade elétrica do coração - uma representação gráfica dos sinais elétricos do coração chamada eletrocardiograma (ECG) - durante longos intervalos de tempo.
Os monitores Holter são os dispositivos portáteis de nível clínico mais comuns usados para essa finalidade. Embora usem menos eletrodos do que os monitores estáticos de ECG usados em ambientes clínicos, eles podem ser volumosos e desconfortáveis de usar, especialmente durante o sono.
12-20 respirações por minuto é a frequência respiratória (FR) esperada para a maioria dos indivíduos saudáveis. Uma taxa RR acima de 30 respirações por minuto pode ser um indicador de dificuldade respiratória devido a febre ou outras causas. tecnologia para inferir RR, as medições de RR de nível clínico são realizadas usando informações contidas no sinal de ECG ou usando um sensor de bioimpedância (BioZ) que usa dois sensores para caracterizar a impedância elétrica da pele.Um ou mais eletrodos conectados ao corpo do paciente.
Embora a funcionalidade de ECG aprovada pela FDA esteja disponível em alguns dispositivos vestíveis de saúde e fitness de última geração, a detecção de bioimpedância é um recurso que normalmente não está disponível porque requer a inclusão de um IC de sensor BioZ separado. Análise de Impedância (BIA) e Espectroscopia de Impedância Bioelétrica (BIS), ambas usadas para medir os níveis de composição de músculo corporal, gordura e água. O sensor BioZ também suporta eletrocardiografia de impedância (ICG) e é usado para medir a resposta galvânica da pele ( GSR), que pode ser um indicador útil de estresse.
A Figura 1 mostra um diagrama de blocos funcional de um IC AFE de sinais vitais de nível clínico que integra a funcionalidade de três sensores separados (PPG, ECG e BioZ) em um único pacote.
Figura 1 MAX86178 sinais vitais AFE de grau clínico 3 em 1 de potência ultrabaixa (Fonte: Analog Devices)
Seu sistema de aquisição de dados ópticos PPG de canal duplo suporta até 6 LEDs e 4 entradas de fotodiodo, com os LEDs programáveis por meio de dois drivers de LED de 8 bits e alta corrente. cada um incluindo ADCs independentes de 20 bits e circuito de cancelamento de luz ambiente, fornecendo mais de 90dB de rejeição ambiente a 120Hz. O SNR do canal PPG chega a 113dB, suportando medição de SpO2 de apenas 16µA.
O canal de ECG é uma cadeia de sinal completa que fornece todos os principais recursos necessários para coletar dados de ECG de alta qualidade, como ganho flexível, filtragem crítica, baixo ruído, alta impedância de entrada e múltiplas opções de polarização de derivação. , detecção de eletrodos CA e CC, detecção de eletrodos de potência ultrabaixa e acionamento da perna direita permitem uma operação robusta em aplicações exigentes, como dispositivos de pulso com eletrodos secos. A cadeia de sinal analógico aciona um ADC sigma-delta de 18 bits com uma ampla faixa de taxas de amostragem de saída selecionáveis pelo usuário.
Os canais de recepção BioZ apresentam filtragem EMI e calibração extensa. Os canais de recepção BioZ também apresentam alta impedância de entrada, baixo ruído, ganho programável, opções de filtro passa-baixa e passa-alta e ADCs de alta resolução. Fonte de onda quadrada balanceada/corrente de dissipador, corrente de onda senoidal e estimulação de tensão de onda senoidal e onda quadrada. Uma variedade de amplitudes e frequências de estimulação estão disponíveis. Ele também suporta aplicações BIA, BIS, ICG e GSR.
Os dados de temporização FIFO permitem que todos os três canais do sensor sejam sincronizados. Instalado em um pacote de nível de wafer (WLP) de 7 x 7 49 colisões, o AFE IC mede apenas 2,6 mm x 2,8 mm, tornando-o ideal para design como um dispositivo de nível clínico. adesivo torácico vestível (Figura 2).
Figura 2 Patch torácico com dois eletrodos úmidos, suportando BIA e RR/ICG contínuo, ECG, SpO2 AFE (Fonte: Analog Devices)
A Figura 3 ilustra como este AFE pode ser projetado como um dispositivo portátil para uso no pulso para fornecer BIA e ECG sob demanda com FC, SpO2 e EDA/GSR contínuos.
Figura 3: Dispositivo de pulso com quatro eletrodos secos, suportando BIA e ECG, com FC contínua, SpO2 e GSR AFE (Fonte: Analog Devices)
SpO2, FC, ECG e FR são medidas importantes de sinais vitais usadas por profissionais de saúde para fins de diagnóstico. O monitoramento contínuo de sinais vitais usando wearables será um componente-chave dos futuros modelos de saúde, prevendo o início da doença antes que os sintomas apareçam.
Muitos dos monitores de sinais vitais atualmente disponíveis produzem medições que não podem ser utilizadas pelos profissionais de saúde porque os sensores que utilizam não são de qualidade clínica, enquanto outros simplesmente não têm a capacidade de medir com precisão a FR porque não incluem sensores BioZ.
Nesta solução de design, demonstramos um IC que integra três sensores de nível clínico - PPG, ECG e BioZ em um único pacote e mostramos como ele pode ser projetado em dispositivos vestíveis de tórax e pulso, para medir SpO2, FC, ECG e FR , ao mesmo tempo que fornece outras funções úteis relacionadas à saúde, incluindo BIA, BIS, GSR e ICG. Além de ser usado em wearables de nível clínico, o IC é ideal para integração em roupas inteligentes para fornecer o tipo de informação que é altamente relevante. desempenho que os atletas precisam.
Andrew Burt é Gerente Executivo de Negócios, Unidade de Negócios Industriais e de Saúde, Dispositivos Analógicos
Horário da postagem: 05 de agosto de 2022