Az életjelek monitorozása viselhető eszközökkel

Korábban a betegek életjeleire vonatkozó adatok rögzítését kizárólag egészségügyi szakemberek végezték speciális klinikai intézményekben. Mára azonban egyre nyilvánvalóbbá válik, hogy ez a rendszer nagymértékben korlátozza az egészségügyi szolgáltatások hatékonyságát és reakcióidejét. A monitoring technológia fejlődésével változás következett be az egészségügyben. A jelenlegi álláspont szerint, ahol lehetséges, ott az életjel-leolvasásokat viselhető technológiával a kórházakon vagy más egészségügyi egységeken kívül, legtöbbször otthon végezzük.

A Research and Markets iparági elemző tanácsadó cég által összeállított adatok szerint az életjelek monitorozásának globális piaca jelenleg 5,3 milliárd dollárra tehető. Továbbá a vállalat előrejelzése szerint ezen a piacon a következő öt évben körülbelül 6,3%-os összetett éves növekedési ráta (CAGR) várható, ami 2027-re megközelíti a 7,2 milliárd dollárt.

Szemléletváltás

Kétségtelenül óriási horderejű döntés, hogy a létfontosságú jelek monitorozása kimozdult a klinikai környezetből és a hordható eszközökre támaszkodva áthelyezeződik otthoni környezetbe. Ezzel több nagy nehézség is leküzdhetővé válik, amelyekkel az egészségügyi ágazat már évek óta szembesül. Ezek közül a legjelentősebbek:

• Az egészségügyi személyzetre/erőforrásokra nehezedő nyomás enyhítése – mivel sok ország egészségügyi rendszerének munkaerőhiánnyal és költségvetési megszorításokkal kell megküzdenie, nagyon vonzó lehet bizonyos időigényes tevékenységek terheinek könnyítése.
  A krónikus betegségek növekvő prevalenciájának (egy bizonyos betegségben szenvedő egyének aránya a teljes népességben) és a népesség elöregedésének kezelése – sok más tényező mellett a levegőszennyezettség és a helytelen táplálkozás is ahhoz vezetnek, hogy az emberek nagyobb arányban szenvednek krónikus egészségügyi panaszoktól. Két említésre méltó példa erre a 2-es típusú cukorbetegség (amely az elmúlt két évtizedben megháromszo­rozódott) és az asztma (amely csaknem megkétszereződött ebben az időszakban). Mindezek mellett a globális népesség életkorának demográfiai mutatóiban is elmozdulás tapasztalható, sokkal nagyobb arányban vannak a 60 év felettiek, mint korábban.
• A betegek biztonságának növelése és a szükségtelen stressz elkerülése – a betegek számára a kórházi látogatás okozta negatív hatások, különösen a speciálisan gyenge betegek esetében, súlyosak lehetnek. Előfordulhat, hogy jelentős távolságokat kell megtenniük, ráadásul kórházi környezetben vírusoknak (például COVID) vagy más fertőzéseknek is ki lehetnek téve. Az otthon maradó páciens állapotának nyomon követése mind a beteg, mind az egészségügyi dolgozók szempontjából sokkal kényelmesebb és a betegek számára sokkal kevésbé traumatikus.
• Jobb életminőség biztosítása – az idősek vagy a legyengült betegek, illetve fogyatékkal élők számára az életjelek monitorozása kulcsfontosságú lehet az önálló életvitel során. Ezáltal nem csupán élvezetesebben tölthetik idejüket, de kevésbé terhelik a túlzsúfolt gondozóotthonokat is.
• Prediktív stratégia megvalósítása – ha az egészségügyi állapotromlások korábban észlelhetők, az ellátás költségei drasztikusan csökkennek a később diagnosztizált, már súlyosabb betegség esetén felmerülő költségekhez képest. Az egyén létfontosságú működési jeleit folyamatosan rögzítő adatfolyamok birtokában az orvosok képesek lehetnek azonosítani bizonyos egészségügyi problémák kezdeti mutatóit. Ez azt jelenti, hogy megelőző intézkedéseket tudnak hozni e problémák leküzdésére (például tanácsadás az életmód megváltoztatására vonatkozóan stb.), vagy közvetlen intézkedéseket (például műtét) lehet elrendelni az akut problémákra, mielőtt azok súlyosbodnának.
• Az egyének felelősségteljesebbé tétele saját egészségükért – az életjelek monitorozásának és a viselhető technológiának az összehangolása nem csak professzionális egészségügyi szempontból előnyös. A fogyasztói elektronikai szektorban is óriási igény mutatkozik ezen funkciók iránt, mivel az emberek egyre nagyobb hányada szeretné jobban megérteni, figyelemmel kísérni edzettségi szintjét és általános jólétét. A beépített fitneszkövető képességekkel rendelkező okosórák, intelligens gyűrűk és még az intelligens fülhallgatók is csak néhány olyan csatorna, amelyen keresztül az adatok rögzítése és összeállítása történik. Megjegyzendő, azáltal, hogy a biztosítótársaságok hozzáférést biztosítanak ezekhez az adatokhoz, a magánszemélyek alacsonyabb költségű életbiztosítást köthetnek.

Az életjelekre vonatkozó adatok megállapításának módjai

Számos különféle érzékelési technika létezik, amelyek az életjelek monitorozásában alkalmazhatók. Íme egy rövid áttekintés ezek közül a legjelentősebbekről:

Elektrokardiogram (EKG) – ez a szív által generált elektromos potenciál különbségeit észlelő elektródákon alapul. Ezen keresztül vizsgálható a kardiomiopátia (a szívizom gyengülése), az aritmia (a szívverés szabálytalansága) és egyéb szívvel kapcsolatos sajátosságok. Az impulzus áthaladási ideje (PTT) EKG-jelek segítségével is meghatározható. Érzékeli az időszakot, ameddig egy impulzus áthalad az artérián belüli egyik pontból a másikba. Pontosan értékeli a vérnyomást anélkül, hogy felfújható mandzsettát kellene használnia. Ez sokkal kényelmesebbé teszi, mint a hagyományos vérnyomásmérési módszerek. Bár az EKG-gépek korábban nagyok és költségesek voltak, ami azt jelenti, hogy ezt a technikát csak klinikai környezetben lehetett használni, egyre több lehetőség nyílik olyan viselhető eszközökre, amelyekbe EKG-funkciókat integráltak.
Foto-pletizmográfia (PPG) – itt a testszövetekre történő modulált fénykibocsátás lehetővé teszi a pulzusszám mérését. Bár a fénykibocsátásnak kitett terület többi része változatlan marad, az erek összehúzódása/tágulása fényintenzitás-változásokat okoz, amelyeket a fotodiódák érzékelnek. A pulzusszám (HR), a légzésszám (RR) és a szívfrekvencia variancia (HRV) mind meghatározható ezzel a módszerrel. A perifériás kapilláris oxigéntelítettség (SpO₂), amely megmutatja, hogy mennyi oxigén van az artériás vérben (alvási apnoét – súlyos, ismételt légzésleállással jelentkező alvászavar – okozhat, ha túl alacsony), szintén kiszámítható vele. Az EKG-hoz hasonlóan, feltéve, hogy hatékony algoritmusokat alkalmaznak, a PPG is képes vérnyomásmérésre. A PPG hordható eszközökben való alkalmazását az akadályozta meg, hogy a testmozgások negatívan befolyásolják a pontosságot. A kiváló optoelektronikai alkatrészek (például nagy fényerejű LED-ek és jobb érzékelési felbontású érzékelőeszközök) bevezetésével, valamint bonyolultabb algoritmusokkal és gyorsulásmérő bemenetekkel (amelyek kompenzálják a mozgást) most már nagyobb pontosságú adatok is lekérhetők. A PPG képességek is egyre általánosabbá válnak hordható kivitelekben.
Hőmérséklet-monitoring – a pontos, érintésmentes hőmérsékletmérési mechanizmus a viselhető életjelek monitorozásának másik fontos szempontja lesz. A bőr felszíni hőmérsékletének mérésével, majd ezek extrapolálásával nagy pontossággal meg lehet becsülni a személy testhőmérsékletét, így nincs szükség invazív mérésekre. Az érzékelt adatok minősége azokon a helyeken lesz a legjobb, ahol a bőr hőmérséklete közelebb van a testhőmérséklethez. Ez az oka annak, hogy az intelligens gyűrűk (ujjakon hordható) és fülhallgatók (a fülben található) OEM fejlesztése most folyik.
Fiber Bragg rácsok (FPG-k) – tervben van, hogy ezt az optikai technológiát az életjelek monitorozásában is hasznosítani fogják. Az FPG-k úgy hozhatók létre, hogy az egymódusú szálmagokat oldalirányban intenzív lézerfény időszakos mintázatának teszik ki, majd megmérik a fényszintek növekményes különbségeit. Az FPG-k intelligens textíliákba való beépítésével mikroszintű feszültségérzékelőkként működhetnek, amelyek reagálnak a bőrfelületen a vér ereken keresztüli mozgása által okozott ingadozásokra. Következésképpen a HR, RR és vérnyomás mind kiszámítható. Bár ezen a területen a kutatás még a kezdeti szakaszban jár, nagy elvárások vannak ezzel a technikával szemben.

Kulcsfontosságú termékinnovációk

A világ vezető félvezetőgyártóinak megbecsült disztribúciós partnereként az EBV Elektronik továbbra is a legújabb technológia megbízható és biztonságos forrását kínálja a piac számára mind az orvosi, mind a fitneszorientált monitorozáshoz. Íme néhány példa az erre a célra raktározott termékekre.

1. ábra Az ams OSRAM SFH 7072 biomonitoring érzékelőmodulja

 
Az EBV által az ams OSRAM SFH 7072 kompakt, de funkciókban gazdag megoldást kínál az életjelek monitorozására. Kis méretének köszönhetően (7,5 mm × 3,9 mm × 0,9 mm méretekkel) alkalmas fitneszkövetőkre és okosórákra egészségügyi adatok rögzítésére. Ez a többchipes modul két fotodiódából, két zöld sugárzóból, egy piros emitterből és egy NIR emitterből áll. A beépített fénysorompó megakadályozza az optikai áthallás előfordulását. Az általa felhasznált optikai mérnöki fejlesztéseknek köszönhetően ez a megoldás magasabb érzékenységi szintet ér el. Képes pontos PPG méréseket végezni HRM és pulzoximetriás monitorozáshoz.

2. ábra Az ams OSRAM AS7057 AFE érzékelője az életjelek figyeléséhez

3. ábra Az ams Osram AS7057 fejlesztő kit

 
Az ams OSRAM által kifejlesztett AS7057 biojel-érzékelő AFE három fotodióda-bemenettel és három LED-meghajtóval rendelkezik. Mivel a fotodióda-bemenetek közül kettő egymástól függetlenül képes működni, az automatikus fotodióda-eltolásszabályozással jobb minőségű eredmények érhetők el. A chip-méretű tokozásban szállított egység ultra-kis méretű, ami optimalizálttá teszi a szűkös helyen történő alkalmazásra, például a fülbe helyezhető orvosi megfigyelési tevékenységekre vagy a fülhallgató-alapú fitneszkövetőkre. Ez az egység nemcsak a PPG és PTT jeleket képes érzékelni a HRM és HRV méréshez, hanem az SpO₂-t és a vérnyomást is méri. A beépített közelségérzékelés azt jelenti, hogy a készülék energiatakarékos üzemmódba léphet, amikor nincs használatban, így az akkumulátor töltöttsége megmarad.
Az ams OSRAM fejlesztő kit AS705x-hez (3. ábra) az AS7056 és AS7057 bioszenzorok kiértékelésére és különféle alkalmazásokban történő tesztelésére szolgál. A készlet teljes rugalmasságot kínál azáltal, hogy a bioszenzor, a hőmérséklet-érzékelő, a gyorsulásmérő és az elektródák bővítőkártyákon találhatóak, ezzel lehetővé téve a felhasználás szabadságát és az alaplaphoz való csatlakozást.

4. ábra A Renesas Smart Oximeter referenciatervezése

5. ábra OB1203SD-BT2-EVK fejlesztőkészlet

 
A Renesas által megalkotott intelligens oximéter-referenciaki­alakítás megadja az OEM-eknek azt az alapot, amelyre szükségük van ahhoz, hogy az életjelek mérési funkcióit gyorsan beépítsék a hardverükbe – legyen szó fogyasztói vagy orvosi felhasználásról. A referenciaterv a vállalat technológiai portfóliójának különböző elemeit mutatja be. Ezek közé tartozik az OB1203 többcsatornás fényérzékelő modul, a DA14531 SmartBond TINY BLE modul és az ISL9122A rendkívül alacsony nyugalmi áramú, nem invertáló buck-boost kapcsolóüzemű feszültségszabályzó. Egy hozzá tartozó mobilalkalmazás is elérhető. Az OB1203 modult kihasználva HR, pulzoximetriás és SpO₂ értékek érhetők el. 3200 Sps mintavételezési sebesség és akár 18 bites adatfelbontás is támogatott. A kártya (amelynek mérete 4,2 mm × 2 mm × 1,2 mm) egyszerűen beépíthető okostelefonokba, testen hordható megfigyelő tapaszba és edzőtermi felszerelésekbe is.

Következtetés

A cikkben tárgyalt különféle életjel-paraméterekre vonatkozó adatok elérhetősége óriási hasznot hoz a társadalom számára. Ez azt jelenti, hogy az orvosok nagyobb betekintést kapnak pácienseik egészségi állapotába, ami lehetővé teszi számukra, hogy gyorsabban reagáljanak a helyzetekre. Ugyanakkor az ilyen adatokhoz való hozzáférés révén a nagyközönség sokkal jobban tudatában lesz egészségi állapotának, és proaktívan részt vállalhat saját egészségi állapotának megőrzésében, javításában.
Az EBV Elektronik alkalmazásmérnöki csapata komoly szakmai múlttal rendelkezik, és mélyreható műszaki támogatást tud nyújtani a hordható egészségügyi monitorozó eszközökön dolgozó tervezőknek. Tanácsot adhat, hogy mely optoelektronikai alkatrészeket, vezeték nélküli modulokat, analóg IC-ket és teljesítmény-áramköröket érdemes alkalmazni.
Az EBV Elektronik – mint vezető félvezető-forgalmazó Európában – széles gyártói portfóliójából a legújabb alkatrészek és félvezető-megoldások teljes és folyamatos ellátását garantálja. Vegye fel a kapcsolatot az EBV technológiai és piaci szakértőivel, hogy az alkalmazásaihoz az optimális megoldást választhassa!

Több mint disztribúció – EBV Elektronik!

Farkas Szabolcs
EBV Elektronik Kft.
1117 Budapest, Budafoki út 91–93.
E-mail: Ez az e-mail-cím a szpemrobotok elleni védelem alatt áll. Megtekintéséhez engedélyeznie kell a JavaScript használatát.
www.ebv.com