Nu mai este pur și simplu provincia de numărare a pașilor și de urmărire a caloriilor arse, dispozitivele portabile de sănătate, cum ar fi dispozitivele de control al sângelui, pot permite oamenilor să gestioneze mai îndeaproape afecțiunile cronice.

În SUA, bolile cardiovasculare sunt cele mai costisitoare. A fost principala cauză de deces pentru americani din 1920. Mai mult, costurile medicale și indirecte aferente (cum ar fi pierderea productivității) care au totalizat 555 miliarde de dolari în 2016 ar trebui să atingă 1,1 trilioane de dolari până în 2035, potrivit americanului Asociația Inimii. 1 Având în vedere acest pronostic cumplit, este un moment oportun pentru a anunța apariția tehnologiilor purtabile care asigură monitorizarea continuă, în timp real, a semnelor vitale.

Viitorul portabilelor pentru sănătate va fi mult mai mult decât numărarea pașilor și urmărirea caloriilor arse. Concepute cu senzori sofisticați, algoritmi avansați și procesoare puternice, dar eficiente, sunt deja disponibile dispozitive care monitorizează parametri precum ritmul cardiac, nivelurile de oxigen din sânge, calitatea somnului și nivelurile de stres. Cercetările și lucrările sunt în desfășurare pentru a aduce pe piață dispozitive pentru detectarea neinvazivă sau screening-ul unor afecțiuni precum diabetul, cancerul de sân, fibrilația atrială și expunerea la UV.

Prin furnizarea de date de sănătate în timp real pacienților - și într-un format ușor de partajat cu profesioniștii din domeniul sănătății - dispozitivele purtabile pot împuternici oamenii să gestioneze mai îndeaproape afecțiunile cronice și să fie mai proactivi în abordarea problemelor de sănătate nedetectate anterior (Fig. 1). Potrivit Global Industry Analysts, Inc., monitorizarea asistenței medicale la domiciliu a redus vizitele la spital cu 35% în 2017.

calculele

1. Dispozitivele purtabile care monitorizează semnele vitale, cum ar fi ritmul cardiac, permit utilizatorilor să fie mai proactivi în ceea ce privește gestionarea sănătății și bunăstării lor.

Ideea din spatele multor dintre aceste dispozitive este de a evalua indicatorii timpurii ai anumitor condiții. Pentru a ilustra acest punct, să luăm în considerare tensiunea arterială - un indicator important al sănătății cardiovasculare și un semn vital care trebuie gestionat. American Heart Association recomandă ca persoanele cu tensiune arterială crescută să se angajeze în monitorizarea la domiciliu ca o modalitate de a evalua dacă tratamentele lor sunt eficiente. O mulțime de instrumente de monitorizare a locuinței sunt deja disponibile. Cele mai multe dintre acestea sunt bazate pe manșetă și, ca atare, necesită timp dedicat pentru a surprinde măsurarea. De asemenea, nu oferă o lectură continuă.

Pentru o mai mare comoditate a utilizatorului, încep să apară dispozitive bazate pe încheietura mâinii care monitorizează continuu și într-o manieră neinvazivă tensiunea arterială. De exemplu, HeartGuide al Omron Healthcare, primul monitor portabil de tensiune arterială, are aprobarea S.U.A. Food and Drug Administration (FDA). HeartGuide este în esență un ceas inteligent și folosește metoda manșetei oscilometrice, care este standardul pentru măsurarea tensiunii arteriale personale de nivel medical. 2 O aplicație însoțitoare oferă informații despre citiri și permite partajarea cu medicul utilizatorului.

Monitorizare precisă a tensiunii arteriale pe bază de încheietură

Deci, putem măsura acum tensiunea arterială dintr-un ceas inteligent. Cât de precise sunt citirile? Precizia a fost o provocare în ceea ce privește monitorizarea tensiunii arteriale de la încheietura mâinii, deoarece arterele din încheietura mâinii sunt mai înguste și nu la fel de adânci sub piele ca arterele brațului superior. De asemenea, brațul și încheietura mâinii trebuie să fie la nivelul inimii pentru a capta o citire corectă. 3

O metodă de măsurare a tensiunii arteriale este prin intermediul timpului de tranzit al pulsului (PTT), care denotă timpul în care este nevoie de o formă de undă a presiunii pulsului pentru a se propaga prin lungimea arborelui arterial. Această formă de undă a presiunii pulsului apare atunci când sângele este evacuat din ventriculul stâng și se mișcă cu o viteză mai mare decât mișcarea înainte a sângelui. Pe lângă măsurarea tensiunii arteriale, PTT oferă și un indicator al rigidității arteriale.

PTT poate fi derivat din calcule pe semnale de electrocardiogramă (ECG) și fotopletismografie (PPG); se bazează pe caracteristici bine definite ale formei undelor pulsului de presiune din vasele de sânge. 4 ECG oferă o măsurare, precum și o reprezentare grafică, în termeni de timp, a semnalelor electrice asociate cu mușchii inimii. PPG oferă o măsurare optică a modificării volumetrice a sângelui în țesut în timpul ciclului cardiac. Senzorii optici care utilizează PPG și ECG sunt folosiți în articole portabile pentru a măsura ritmul cardiac. Măsurarea PTT implică calcularea timpului dintre vârful R al ECG și un punct de referință pe unda de impuls de presiune măsurată folosind PPG. 5

Studiile au arătat, totuși, că măsurarea PTT singură pentru a evalua tensiunea arterială s-ar putea să nu fie suficientă „deoarece reglarea tensiunii arteriale în corpul uman este un proces fiziologic complex, multivariat”, notează o echipă de cercetători universitari și din industrie într-o lucrare publicată de către Institutele Naționale de Sănătate din SUA Biblioteca Națională de Medicină. 6 În studiul lor, cercetătorii au descoperit că integrarea PTT, a ritmului cardiac și a unei estimări anterioare a tensiunii arteriale are ca rezultat o valoare curentă a tensiunii arteriale mai precisă. În plus față de monitorizarea generală a tensiunii arteriale, PTT a fost examinat pentru utilizare în alte aplicații, cum ar fi un mijloc de detectare a afecțiunilor de somn prin măsurarea efortului respirator sau ca indicator al debutului tensiunii arteriale scăzute în timpul anesteziei coloanei vertebrale.

O lume mai sănătoasă, un punct de date la un moment dat

O varietate de module de biosenzori și front-end-uri analogice biopotențiale (AFE) sunt proiectate pentru a fi integrate în articolele portabile de sănătate. Figura 2 prezintă un exemplu. Modulele biosenzorului integrează diverse componente - LED-uri, fotodetectoare și electronice cu zgomot redus, cu respingere a luminii ambientale, de exemplu - pentru a permite dispozitivelor mobile și purtabile să măsoare ECG, pulsoximetrie și ritmul cardiac. AFE-urile biopotențiale pot fi utilizate pentru a crea soluții precum monitoare portabile de sănătate și fitness care asigură monitorizare ECG de nivel clinic.

2. MAX30001 este un exemplu de AFE biopotențial și de bioimpedanță pentru aplicații purtabile. Soluția oferă forme de undă ECG, detectarea ritmului cardiac și a stimulatorului cardiac și un singur canal de bioimpedanță care poate măsura respirația.

S-au făcut examinări care utilizează o soluție cu două cipuri constând dintr-un ECG AFE și un senzor PPG pentru a măsura, printr-un factor de formă purtabil, timpul de sosire a impulsului (PAT), care este egal cu suma PTT și perioada de pre-ejecție. În acest studiu, inginerii au configurat hardware-ul și au efectuat setări detaliate de configurare a registrului pentru a permite celor două cipuri să achiziționeze date ECG și PPG sincron pentru a obține PAT.

Registrele de întrerupere ale ECG AFE au fost configurate pentru a genera un impuls de sincronizare după ce fiecare eșantion ECG a fost plasat în datele FIFO. Senzorul PPG este configurat pentru a se trezi cu fiecare impuls de sincronizare ECG și pentru a obține un eșantion. După ce senzorul PPG finalizează o măsurare și setează întreruperea FIFO, unitatea de micro-computer citește atât registrele de date FIFO ECG, cât și PPG pe o interfață SPI. Procesul a fost repetat la rata de eșantionare selectată pentru ECE AFE.

PAT este mai simplu de măsurat decât PTT și, ca rezultat, a fost propus ca surogat PTT. Studiile ulterioare au arătat că, din cauza problemelor de precizie, PAT nu este un înlocuitor ideal pentru PTT ca marker al tensiunii arteriale. Cu toate acestea, poate indica, în unele cazuri, modificări semnificative ale tensiunii arteriale. 7 Punctul interesant aici este că există un mijloc de a utiliza o soluție cu două cipuri pentru a măsura PAT printr-un dispozitiv portabil.

Acum, imaginați-vă soluțiile potențiale care ar putea apărea adăugând capacitatea de a calcula PTT din datele colectate de factorii de formă purtabili. Aplicarea fuziunii senzorilor pentru a reuni datele de la mai mulți senzori împreună cu inteligența artificială pentru a identifica tiparele și oportunitățile de acțiune creează mult mai multe posibilități. Analiza sofisticată a datelor ar avea loc în fundal. Dar pentru purtător, el sau ea are pur și simplu un dispozitiv care asigură o monitorizare continuă, confortabilă și comodă.

Potrivit firmei de informații de piață Tractica, se estimează că livrările la nivel mondial de dispozitive portabile de asistență medicală vor atinge aproape 98 de milioane de unități anual până în 2021. 8 Odată cu creșterea costurilor asistenței medicale, împreună cu creșterea și îmbătrânirea populațiilor, se poate face un caz bun pentru a folosi utilitatea dispozitive purtabile - și datele bogate pe care le colectează - pentru a transforma modelul tradițional de asistență medicală într-unul mai personalizat, proactiv și preventiv în natură.

Andrew Burt este director executiv de afaceri, unitate de afaceri industrială și medicală, la Maxim Integrated .