Fizyolojik yaşamsal belirtilerin insan sağlığının göstergesi olarak önemi tıp uzmanları tarafından uzun süredir anlaşılmaktadır, ancak mevcut COVİD-19 salgını da bunun önemi konusunda kamuoyunun farkındalığını artırmıştır.
Ne yazık ki, kendilerini sürekli yaşamsal belirtilerin izlenmesine tabi bulan çoğu insan, halihazırda akut hastalık nedeniyle tedavi gördükleri bir klinik ortamda olabilir. Yaşamsal belirtileri, hastalık tedavisinin ve hastanın iyileşmesinin etkinliğinin bir göstergesi olarak kullanmak yerine, gelecekteki yaşamsal belirtilerin izlenmesi modeli, Sağlık hizmetleri, hastalığın başlangıcına ilişkin potansiyel göstergeleri belirlemek için bir araç olarak sürekli ve uzaktan yaşamsal belirti izlemeyi kullanacak ve klinisyenlerin ciddi hastalığın gelişimine müdahale etmesine olanak tanıyacak.Daha önce ilk fırsat.
Klinik düzeydeki sensörlerin giderek artan entegrasyonunun, sonunda kontakt lensler gibi düzenli olarak atılabilen ve değiştirilebilen tek kullanımlık, giyilebilir yaşamsal işaret sağlık yamalarının geliştirilmesine olanak sağlayacağı öngörülüyor.
Pek çok sağlık ve fitness giyilebilir cihazı yaşamsal belirtileri ölçme yeteneklerine sahip olsa da, okumalarının bütünlüğü, kullanılan sensörlerin kalitesi (çoğu klinik düzeyde değildir), takıldıkları yer ve sensörlerin nerede olduğu gibi çeşitli nedenlerden dolayı sorgulanabilir. kalitesi. Giyerken fiziksel temas.
Bu cihazlar, sağlık profesyonelleri olmayanların, kullanışlı ve konforlu giyilebilir bir cihaz kullanarak gündelik kendi kendini gözlemleme istekleri için yeterli olsa da, eğitimli tıp profesyonellerinin bireysel sağlığı doğru bir şekilde değerlendirmeleri ve bilinçli teşhisler koymaları için uygun değildir.
Öte yandan, daha uzun zaman aralıklarında klinik düzeyde yaşamsal belirti gözlemleri sağlamak için halihazırda kullanılan cihazlar hantal ve rahatsız edici olabilir ve değişen derecelerde taşınabilirliğe sahip olabilir. Bu tasarım çözümünde, dört yaşamsal belirti ölçümünün (kan) klinik önemini gözden geçiriyoruz. oksijen satürasyonu (SpO2), kalp atış hızı (HR), elektrokardiyogram (EKG) ve solunum hızı (RR) ve her sınıf için klinik En İyi Sensör Tipi - Okuma Değerlerini sağlamayı düşünün.
Sağlıklı bireylerde kan oksijen doygunluğu seviyeleri genellikle %95-100 civarındadır. Ancak %93 veya daha düşük bir SpO2 seviyesi, kişinin solunum sıkıntısı yaşadığını (COVID-19 hastalarında yaygın görülen bir semptom gibi) gösterebilir. Tıp uzmanları tarafından düzenli izleme için önemli bir hayati işaret. Fotopletismografi (PPG), SpO2'yi hesaplamak için cilt yüzeyinin altındaki kan damarlarını aydınlatmak için birden fazla LED yayıcı ve yansıyan ışık sinyalini tespit etmek için bir fotodiyot alıcısı kullanan optik bir ölçüm tekniğidir. Bileğe takılan birçok giyilebilir cihazın ortak özelliği olan PPG ışık sinyali, hareket bozukluklarından ve ortam aydınlatmasındaki geçici değişikliklerden kaynaklanan parazitlere karşı hassastır; bu da yanlış okumalara yol açabilir, bu da bu cihazların klinik düzeyde ölçümler sağlamadığı anlamına gelir. Klinik ortamda SpO2, genellikle sabit bir hastanın parmağına sürekli olarak takılan, parmağa takılan bir nabız oksimetresi (Şekil 2) kullanılarak ölçülür. Pille çalışan taşınabilir versiyonlar mevcut olsa da, bunlar yalnızca aralıklı ölçümler yapmak için uygundur.
Sağlıklı bir kalp atış hızının (KAH) genellikle dakikada 60-100 atış aralığında olduğu kabul edilir, ancak bireysel kalp atışları arasındaki zaman aralığı sabit değildir. Yaygın olarak kalp atış hızı değişkenliği (KHD) olarak anılan bu, Kalp atış hızı, birkaç kalp atışı döngüsü boyunca ölçülen bir ortalamadır. Sağlıklı bireylerde kalp atış hızı ve nabız hızı neredeyse aynıdır çünkü kalp kasının her kasılmasıyla kan tüm vücuda pompalanır. Ancak bazı ciddi kalp rahatsızlıkları kalp atış hızına neden olabilir. kalp ve nabız hızları farklılık gösterir.
Örneğin, atriyal fibrilasyon (Afib) gibi aritmilerde, kalpteki her kas kasılması kanı tüm vücuda pompalamaz; bunun yerine kan, kalbin kendi odalarında birikerek yaşamı tehdit edebilir. Atriyal fibrilasyon zor olabilir. bazen aralıklı olarak ve yalnızca kısa kısa aralıklarla meydana geldiğinden tespit etmek için kullanılır.
Dünya Sağlık Örgütü'ne göre Afib, 40 yaş üstü kişilerde her dört felçten birine neden oluyor. Bu durum, hastalığın tespit ve tedavi edilebilmesinin önemini ortaya koyuyor. PPG sensörleri, optik ölçümleri HR ve HR ile aynı varsayımla yaptığı için nabız hızı, AF'yi tespit etmek için bunlara güvenilemez. Bu, kalbin elektriksel aktivitesinin (elektrokardiyogram (EKG) adı verilen kalbin elektrik sinyallerinin grafiksel bir temsili) uzun zaman aralıkları boyunca sürekli olarak kaydedilmesini gerektirir.
Holter monitörler, bu amaçla kullanılan en yaygın klinik sınıf taşınabilir cihazlardır. Klinik ortamlarda kullanılan statik EKG monitörlerine göre daha az elektrot kullanmalarına rağmen, özellikle uyurken hantal ve rahatsız edici olabilirler.
Çoğu sağlıklı birey için beklenen solunum hızı (RR) dakikada 12-20 nefestir. Dakikada 30 nefesin üzerindeki RR oranı, ateş veya başka nedenlerden kaynaklanan solunum sıkıntısının bir göstergesi olabilir. Bazı giyilebilir cihaz çözümlerinde ise ivmeölçer veya PPG kullanılır. RR sonucunu çıkarmak için kullanılan teknolojiye göre, klinik düzeyde RR ölçümleri, EKG sinyalinde bulunan bilgiler kullanılarak veya cildin elektriksel empedansını karakterize etmek için iki sensör kullanan bir biyoempedans (BioZ) sensörü kullanılarak gerçekleştirilir. Hastanın vücuduna bir veya daha fazla elektrot bağlanır.
Bazı üst düzey sağlık ve fitness giyilebilir cihazlarında FDA onaylı EKG işlevselliği mevcut olsa da, biyoempedans algılama, ayrı bir BioZ sensör IC'sinin dahil edilmesini gerektirdiğinden genellikle mevcut olmayan bir özelliktir. RR'ye ek olarak, BioZ sensörü, Biyoelektriksel özelliği destekler. Empedans Analizi (BIA) ve Biyoelektrik Empedans Spektroskopisi (BIS), her ikisi de vücut kası, yağ ve suyun bileşim düzeylerini ölçmek için kullanılır. BioZ sensörü ayrıca empedans elektrokardiyografisini (ICG) destekler ve galvanik cilt tepkisini ölçmek için kullanılır ( GSR), stresin yararlı bir göstergesi olabilir.
Şekil 1, üç ayrı sensörün (PPG, ECG ve BioZ) işlevselliğini tek bir pakette birleştiren klinik düzeyde yaşamsal belirtiler AFE IC'nin işlevsel blok diyagramını göstermektedir.
Şekil 1 MAX86178 ultra düşük güçlü, 3'ü 1 arada klinik sınıf yaşam belirtileri AFE (Kaynak: Analog Cihazlar)
Çift kanallı PPG optik veri toplama sistemi, 6 adede kadar LED'i ve 4 fotodiyot girişini destekler; LED'ler iki adet yüksek akımlı, 8 bitlik LED sürücü aracılığıyla programlanabilir. Alım yolunda iki adet düşük gürültülü, yüksek çözünürlüklü okuma kanalı bulunur; her biri bağımsız 20 bit ADC'ler ve ortam ışığı iptal devresi içerir ve 120 Hz'de 90 dB'nin üzerinde ortam reddi sağlar. PPG kanalının SNR'si 113 dB kadar yüksektir ve yalnızca 16 µA SpO2 ölçümünü destekler.
EKG kanalı, esnek kazanç, kritik filtreleme, düşük gürültü, yüksek giriş empedansı ve çoklu lead öngerilim seçenekleri gibi yüksek kaliteli EKG verilerini toplamak için gereken tüm temel özellikleri sağlayan eksiksiz bir sinyal zinciridir. Hızlı kurtarma gibi ek özellikler , AC ve DC kablo tespiti, ultra düşük güçlü kablo tespiti ve sağ bacaktan tahrik, kuru elektrotlara sahip, bileğe takılan cihazlar gibi zorlu uygulamalarda sağlam çalışmayı mümkün kılar. Analog sinyal zinciri, geniş bir aralıkta 18 bitlik sigma-delta ADC'yi çalıştırır. kullanıcı tarafından seçilebilen çıktı örnekleme hızları.
BioZ alma kanalları, EMI filtreleme ve kapsamlı kalibrasyon özelliğine sahiptir. BioZ alma kanalları ayrıca yüksek giriş empedansı, düşük gürültü, programlanabilir kazanç, düşük geçişli ve yüksek geçişli filtre seçenekleri ve yüksek çözünürlüklü ADC'lere sahiptir. Giriş uyaranı oluşturmak için çeşitli modlar vardır: dengeli kare dalga kaynağı/nefes akımı, sinüs dalgası akımı ve sinüs dalgası ve kare dalga voltajı stimülasyonu. Çeşitli stimülasyon genlikleri ve frekansları mevcuttur. Ayrıca BIA, BIS, ICG ve GSR uygulamalarını da destekler.
FIFO zamanlama verileri, üç sensör kanalının hepsinin senkronize edilmesine olanak tanır. 7 x 7 49 darbeli levha düzeyinde paket (WLP) içinde yer alan AFE IC, yalnızca 2,6 mm x 2,8 mm ölçülerindedir ve bu da onu klinik sınıf tasarım için ideal kılar giyilebilir göğüs yaması (Şekil 2).
Şekil 2 BIA ve sürekli RR/ICG, EKG, SpO2 AFE'yi destekleyen, iki ıslak elektrotlu göğüs yaması (Kaynak: Analog Cihazlar)
Şekil 3, bu AFE'nin, sürekli HR, SpO2 ve EDA/GSR ile isteğe bağlı BIA ve EKG sağlamak üzere bileğe takılan giyilebilir bir cihaz olarak nasıl tasarlanabileceğini göstermektedir.
Şekil 3: Dört kuru elektrotlu, BIA ve EKG'yi destekleyen, sürekli HR, SpO2 ve GSR AFE'ye sahip, bileğe takılan cihaz (Kaynak: Analog Cihazlar)
SpO2, HR, ECG ve RR, sağlık profesyonelleri tarafından teşhis amacıyla kullanılan önemli yaşamsal belirti ölçümleridir. Giyilebilir cihazlar kullanılarak yapılan sürekli yaşamsal belirtilerin izlenmesi, gelecekteki sağlık bakım modellerinin önemli bir bileşeni olacak ve hastalığın belirtileri ortaya çıkmadan önce başlayacağını tahmin edecektir.
Şu anda mevcut olan yaşamsal belirti monitörlerinin birçoğu, kullandıkları sensörler klinik düzeyde olmadığından sağlık profesyonelleri tarafından kullanılamayan ölçümler üretirken, diğerleri BioZ sensörlerini içermedikleri için RR'yi doğru bir şekilde ölçme yeteneğine sahip değiller.
Bu tasarım çözümünde, üç klinik sınıf sensörü (PPG, ECG ve BioZ) tek bir pakette birleştiren bir IC gösteriyoruz ve bunun SpO2, HR, ECG ve RR'yi ölçmek için göğüs ve bilek giyilebilir cihazlarında nasıl tasarlanabileceğini gösteriyoruz , aynı zamanda BIA, BIS, GSR ve ICG gibi sağlıkla ilgili diğer yararlı işlevleri de sağlar. IC, klinik düzeyde giyilebilir cihazlarda kullanılmasının yanı sıra, yüksek düzeyde bilgi sağlayan bilgi türünü sağlamak üzere akıllı giysilere entegrasyon için de idealdir. sporcuların ihtiyaç duyduğu performans.
Andrew Burt, Analog Cihazlar Endüstriyel ve Sağlık Hizmetleri İş Birimi Yönetici İşletme Müdürüdür
Gönderim zamanı: Ağu-05-2022