Rëndësia e shenjave jetësore fiziologjike si tregues të shëndetit të njeriut është kuptuar prej kohësh nga profesionistët mjekësorë, por pandemia aktuale COVID-19 ka rritur gjithashtu ndërgjegjësimin e publikut për rëndësinë e saj.
Fatkeqësisht, shumica e njerëzve që e shohin veten duke iu nënshtruar monitorimit të vazhdueshëm të shenjave vitale mund të jenë tashmë në një mjedis klinik ku po trajtohen për sëmundje akute. Në vend që të përdorin shenjat vitale si tregues të efektivitetit të trajtimit të sëmundjes dhe shërimit të pacientit, modeli i ardhshëm i kujdesi shëndetësor do të përdorë monitorimin e vazhdueshëm dhe në distancë të shenjave vitale si një mjet për të identifikuar treguesit e mundshëm të fillimit të sëmundjes, duke i lejuar klinicistët të ndërhyjnë në zhvillimin e sëmundjes së rëndë.Mundësia më e hershme më parë.
Parashikohet që integrimi në rritje i sensorëve të shkallës klinike do të mundësojë përfundimisht zhvillimin e arnave shëndetësore të shenjave vitale të disponueshme të disponueshme që mund të asgjësohen dhe zëvendësohen rregullisht, siç janë lentet e kontaktit.
Ndërsa shumë pajisje të veshjes për shëndetin dhe fitnesin përfshijnë aftësi për matjen e shenjave vitale, integriteti i leximeve të tyre mund të vihet në dyshim për një sërë arsyesh, duke përfshirë cilësinë e sensorëve të përdorur (shumica nuk janë të klasës klinike), ku janë instaluar dhe ku sensorët cilësia e.Kontakti fizik gjatë veshjes.
Ndërsa këto pajisje janë të përshtatshme për dëshirën e profesionistëve jo-shëndetësor për vetë-vëzhgim të rastësishëm duke përdorur një pajisje të përshtatshme dhe të rehatshme të veshur, ato nuk janë të përshtatshme për profesionistë të trajnuar mjekësorë për të vlerësuar siç duhet shëndetin individual dhe për të bërë diagnoza të informuara.
Nga ana tjetër, pajisjet që përdoren aktualisht për të ofruar vëzhgime të shenjave vitale të shkallës klinike gjatë intervaleve më të gjata kohore mund të jenë të mëdha dhe të pakëndshme dhe të kenë shkallë të ndryshme transportueshmërie. Në këtë zgjidhje të projektimit, ne rishikojmë rëndësinë klinike të katër matjeve të shenjave vitale - gjaku Ngopja e oksigjenit (SpO2), rrahjet e zemrës (HR), elektrokardiogrami (EKG) dhe shkalla e frymëmarrjes (RR)—dhe merrni parasysh sigurimin e Llojit klinik më të mirë të sensorit - Leximet për çdo klasë.
Nivelet e ngopjes së oksigjenit në gjak te individët e shëndetshëm janë zakonisht rreth 95-100%. Megjithatë, një nivel SpO2 prej 93% ose më i ulët mund të tregojë se një individ po përjeton shqetësime të frymëmarrjes—si një simptomë e zakonshme tek pacientët me COVID-19—duke e bërë atë një shenjë e rëndësishme jetike për monitorimin e rregullt nga profesionistët mjekësorë. Fotopletizmografia (PPG) është një teknikë matëse optike që përdor emetues të shumtë LED për të ndriçuar enët e gjakut nën sipërfaqen e lëkurës dhe një marrës fotodiodë për të zbuluar sinjalin e dritës së reflektuar për të llogaritur SpO2. Ndërsa është bërë një tipar i përbashkët i shumë pajisjeve të veshura me dorë, sinjali i dritës PPG është i ndjeshëm ndaj ndërhyrjeve nga objektet e lëvizjes dhe ndryshimet kalimtare në ndriçimin e ambientit, të cilat mund të çojnë në lexime të rreme, që do të thotë se këto pajisje nuk ofrojnë matje të shkallës klinike. Në një mjedis klinik , SpO2 matet duke përdorur një pulsoksimetër të veshur me gisht (Figura 2), zakonisht i lidhur vazhdimisht me gishtin e palëvizshëm të pacientit. Ndërsa ekzistojnë versione portative me bateri, ato janë të përshtatshme vetëm për të bërë matje me ndërprerje.
Një rrahje e shëndetshme e zemrës (HR) përgjithësisht konsiderohet të jetë në intervalin 60-100 rrahje në minutë, megjithatë, intervali kohor midis rrahjeve individuale të zemrës nuk është konstant. Zakonisht i referuar si ndryshueshmëria e rrahjeve të zemrës (HRV), kjo do të thotë se rrahjet e zemrës janë një mesatare e matur gjatë disa cikleve të rrahjeve të zemrës. Tek individët e shëndetshëm, rrahjet e zemrës dhe pulsi janë pothuajse të njëjta, sepse me çdo tkurrje të muskujve të zemrës, gjaku pompohet në të gjithë trupin. Megjithatë, disa sëmundje serioze të zemrës mund të shkaktojnë ritmet e zemrës dhe pulsit të ndryshojnë.
Për shembull, në aritmi të tilla si fibrilacioni atrial (Afib), jo çdo tkurrje e muskujve në zemër pompon gjakun në të gjithë trupin - në vend të kësaj, gjaku grumbullohet në dhomat e vetë zemrës, gjë që mund të jetë kërcënuese për jetën. Fibrilacioni atrial mund të jetë i vështirë për të zbuluar sepse ndonjëherë ndodh me ndërprerje dhe vetëm për intervale të shkurtra.
Sipas Organizatës Botërore të Shëndetësisë, Afib shkakton një në katër goditje te njerëzit mbi moshën 40 vjeç, një fakt që tregon rëndësinë e të qenit në gjendje për të zbuluar dhe trajtuar sëmundjen. Meqenëse sensorët PPG bëjnë matje optike nën të njëjtin supozim si HR dhe shkalla e pulsit, nuk mund të mbështetet në to për të zbuluar AF. Kjo kërkon regjistrime të vazhdueshme të aktivitetit elektrik të zemrës -- një paraqitje grafike e sinjaleve elektrike të zemrës të quajtur elektrokardiogramë (EKG) -- në intervale të gjata kohore.
Monitorët Holter janë pajisjet portative më të zakonshme klinike të përdorura për këtë qëllim. Ndërsa përdorin më pak elektroda sesa monitorët statikë të EKG-së që përdoren në mjediset klinike, ato mund të jenë të mëdha dhe të pakëndshme për t'u veshur, veçanërisht gjatë gjumit.
12-20 frymëmarrje në minutë është shkalla e pritshme e frymëmarrjes (RR) për shumicën e individëve të shëndetshëm. Një ritëm RR mbi 30 frymëmarrje në minutë mund të jetë një tregues i shqetësimit të frymëmarrjes për shkak të temperaturës ose shkaqeve të tjera. Ndërsa disa zgjidhje të pajisjeve të veshura përdorin përshpejtues ose PPG teknologjia për të konkluduar RR, matjet RR të shkallës klinike kryhen duke përdorur informacionin e përmbajtur në sinjalin EKG ose duke përdorur një sensor bioimpedance (BioZ) që përdor dy sensorë për të karakterizuar rezistencën elektrike të lëkurës. Një ose më shumë elektroda të ngjitura në trupin e pacientit.
Ndërsa funksionaliteti i EKG-së i pastruar nga FDA është i disponueshëm në disa pajisje të veshjes së shëndetit dhe fitnesit të nivelit të lartë, sensori i bioimpedancës është një veçori që zakonisht nuk disponohet sepse kërkon përfshirjen e një IC të veçantë të sensorit BioZ. Përveç RR, sensori BioZ mbështet Bioelectrical Analiza e impedancës (BIA) dhe spektroskopia e impedancës bioelektrike (BIS), të dyja përdoren për të matur nivelet e përbërjes së muskujve të trupit, yndyrës dhe ujit. Sensori BioZ mbështet gjithashtu elektrokardiografinë me impedancë (ICG) dhe përdoret për të matur reagimin galvanik të lëkurës ( GSR), i cili mund të jetë një tregues i dobishëm i stresit.
Figura 1 tregon një bllok diagram funksional të një AFE IC të shenjave vitale të shkallës klinike që integron funksionalitetin e tre sensorëve të veçantë (PPG, EKG dhe BioZ) në një paketë të vetme.
Figura 1 MAX86178 Shenjat vitale të shkallës klinike AFE me fuqi ultra të ulët, 3 në 1 (Burimi: Pajisjet Analoge)
Sistemi i tij i marrjes së të dhënave optike me dy kanale PPG mbështet deri në 6 LED dhe 4 hyrje fotodiodë, me LED të programueshëm përmes dy drejtuesve LED me rrymë të lartë, 8-bit. Rruga e marrjes ka dy kanale leximi me zhurmë të ulët dhe me rezolucion të lartë. secila përfshin ADC-të e pavarur 20-bit dhe qarkun e anulimit të dritës së ambientit, duke siguruar mbi 90 dB refuzim të ambientit në 120 Hz. SNR e kanalit PPG është deri në 113 dB, duke mbështetur matjen e SpO2 prej vetëm 16 µA.
Kanali EKG është një zinxhir i plotë sinjali që ofron të gjitha veçoritë kryesore të nevojshme për të mbledhur të dhëna të EKG-së me cilësi të lartë, të tilla si fitimi fleksibël, filtrimi kritik, zhurma e ulët, impedanca e lartë e hyrjes dhe opsionet e shumëfishta të paragjykimit të plumbit. Karakteristika shtesë si rikuperimi i shpejtë , Zbulimi i plumbave AC dhe DC, zbulimi i plumbave me fuqi jashtëzakonisht të ulët dhe ngasja e këmbës së djathtë mundësojnë funksionim të fortë në aplikacione kërkuese, të tilla si pajisjet me elektroda të thata me dorë. Zinxhiri i sinjalit analog drejton një ADC sigma-delta 18-bit me një gamë të gjerë e normave të mostrës së prodhimit të përzgjedhur nga përdoruesi.
Kanalet e marrjes BioZ kanë filtrim EMI dhe kalibrim të gjerë. Kanalet e marrjes BioZ kanë gjithashtu rezistencë të lartë hyrëse, zhurmë të ulët, fitim të programueshëm, opsione filtri me kalim të ulët dhe kalim të lartë dhe ADC me rezolucion të lartë. Ka disa mënyra për gjenerimin e stimujve të hyrjes: Burimi i balancuar i valës katrore/rryma e fundosjes, rryma e valës sinusale dhe stimulimi i tensionit me valë sinus dhe valë katrore. Janë të disponueshme një shumëllojshmëri amplitudash dhe frekuencash stimulimi. Mbështet gjithashtu aplikacionet BIA, BIS, ICG dhe GSR.
Të dhënat e kohës FIFO lejojnë sinkronizimin e të tre kanaleve të sensorëve. E vendosur në një paketë 7 x 7 me 49 gungë në nivel vaferi (WLP), IC AFE ka vetëm 2,6 mm x 2,8 mm, duke e bërë atë ideal për dizajn si një shkallë klinike copëza e kraharorit të veshur (Figura 2).
Figura 2 Njolla e kraharorit me dy elektroda të lagura, mbështetëse BIA dhe RR/ICG të vazhdueshme, EKG, SpO2 AFE (Burimi: Pajisjet Analoge)
Figura 3 ilustron se si kjo AFE mund të dizajnohet si një pajisje e veshur me dorë për të siguruar BIA dhe EKG sipas kërkesës me HR të vazhdueshme, SpO2 dhe EDA/GSR.
Figura 3: Pajisja e veshur me dore me katër elektroda të thata, që mbështet BIA dhe EKG, me HR të vazhdueshme, SpO2 dhe GSR AFE (Burimi: Pajisjet Analoge)
SpO2, HR, EKG dhe RR janë matje të rëndësishme të shenjave vitale të përdorura nga profesionistët e kujdesit shëndetësor për qëllime diagnostikuese. Monitorimi i vazhdueshëm i shenjave vitale duke përdorur pajisje të veshura do të jetë një komponent kyç i modeleve të ardhshme të kujdesit shëndetësor, duke parashikuar fillimin e sëmundjes përpara se të shfaqen simptomat.
Shumë nga monitorët e shenjave vitale aktualisht të disponueshme prodhojnë matje që nuk mund të përdoren nga profesionistët e kujdesit shëndetësor sepse sensorët që ata përdorin nuk janë të shkallës klinike, ndërsa të tjerët thjesht nuk kanë aftësinë për të matur me saktësi RR sepse nuk përfshijnë sensorë BioZ.
Në këtë zgjidhje të projektimit, ne demonstrojmë një IC që integron tre sensorë të shkallës klinike - PPG, EKG dhe BioZ në një paketë të vetme dhe tregon se si mund të dizajnohet në pajisjet e veshjes së kraharorit dhe kyçit të dorës, për të matur SpO2, HR, EKG dhe RR , ndërkohë që ofron edhe funksione të tjera të dobishme në lidhje me shëndetin, duke përfshirë BIA, BIS, GSR dhe ICG. Përveç përdorimit në pajisjet e veshjes të shkallës klinike, IC është ideal për t'u integruar në veshje inteligjente për të ofruar llojin e informacionit që performancës që kanë nevojë për atletët.
Andrew Burt është Menaxher Ekzekutiv i Biznesit, Njësia e Biznesit Industrial dhe Shëndetësor, Pajisjet Analoge
Koha e postimit: Gusht-05-2022