Penjagaan kesihatan menjadi mudah alih, tetapi teknologi dan peraturan masih bermain menangkap

Day 1 Keynote: Building a Cloud for Everyone (Cloud Next '18) (Julai 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Keperluan untuk penyelesaian penjagaan kesihatan mudah alih sedang ditangani dengan lebih cepat oleh gelombang teknologi baru, tetapi diagnostik yang serius memerlukan pematuhan peraturan yang masih membebankan

Oleh Patrick Mannion, Editor Penyumbang

Dorongan dan peluang untuk inovasi dalam penjagaan kesihatan mudah alih tidak pernah lebih tinggi, dan penyedia teknologi semakin meningkat. IC, modul, kit, dan algoritma baru membantu pereka membangunkan penyelesaian kesihatan mudah alih generasi akan datang yang akan mengambil pemantauan kesihatan dari pejabat doktor ke rumah, walaupun terdapat beberapa isu menarik yang belum dapat diselesaikan.

Banyak kajian mengenai topik penjagaan kesihatan mudah alih (mHealth) menunjukkan bahawa pasaran berkembang pesat. Pasaran dan Pasaran menganggarkan bahawa antara 2015 dan 2020, ia akan berkembang pada CAGR sebanyak 33.4% kepada $ 59.15 bilion di belakang alat pintar, aplikasi mHealth yang digunakan dalam pengurusan penyakit kronik, keperluan untuk menguruskan peningkatan kos penjagaan kesihatan, penembusan Sambungan selular 3G / 4G, dan lebih banyak minat dalam penjagaan kesihatan pesakit.

Kajian itu juga menunjukkan beberapa lubang yang menarik di laluan ke mHealth. Ini termasuk peningkatan risiko kecurian data, peraturan yang ketat oleh badan pengawalseliaan FDA dan badan penjagaan kesihatan EU, bimbingan yang rendah daripada doktor dalam memilih aplikasi, dan penentangan dari penyedia penjagaan kesihatan tradisional.

Walaupun jalan berlubang, peranti dan aplikasi mHealth bergerak dari hal-hal baru yang tidak tepat untuk fanatik kebolehan yang mesti dipenuhi dengan tepat untuk populasi yang peduli dan penuaan. Dengan masalah kesihatan yang serius, penduduk ini lebih cenderung untuk mengambil nasihat doktor dan terus memakai alat pemantauan.

Alat-alat yang sedia ada untuk pengawasan kesihatan mudah alih dan bersambung termasuk oximeters denyut, monitor tekanan darah, meter aliran puncak, meter glukosa darah, monitor apnea tidur, dan pengesanan gerakan, seperti pecutan untuk mengesan kejatuhan atau GPS untuk mengesan pesakit Alzheimer.

Aplikasi ini banyak dan bervariasi, tetapi isu-isu reka bentuk adalah biasa: kos rendah, kuasa rendah, ketepatan yang tinggi, dan jaminan keselamatan. Terdapat juga masalah yang menarik yang belum dapat diselesaikan dengan berkesan: bagaimana untuk menjamin bahawa sampel air kencing atau darah yang diberikan dari jauh adalah benar dari pesakit yang betul.

Centero, sebuah syarikat yang mempunyai sejarah penyedia teknologi dan perkhidmatan wayarles untuk IoT, bergelut dengan masalah ini sekarang, walaupun ia melancarkan CenLab. CenLab, seperti namanya, adalah platform penjagaan kesihatan yang mudah alih dan bersambung yang terdiri daripada CenLab Fluid Chemistry Analyzer, CenLab Mobile Application, dan CenCloud, Sistem Maklumat Kesihatan (HIS) berasaskan awan ( Rajah 1 ).

Rajah 1: Penganalisa kimia cecair yang disambungkan tanpa wayar, Centero menyediakan pemeriksaan berasaskan urine segera kepada doktor pesanan, tetapi terdapat tangkapan. Sumber imej: Centero.

Diperkirakan sebagai alat serba boleh untuk pemeriksaan pra-emptive, CenLab adalah penganalisis kimia cecair yang membolehkan pemeriksaan berasaskan kencing jauh tanpa pesakit yang perlu pergi ke makmal atau pejabat doktor. Menurut Robert Assimiti, pengasas bersama dan ketua pegawai teknologi di Centero, CenLab membantu menjejaki saluran kencing, fungsi buah pinggang, pengambilan natrium, glukosa, dan pelbagai perhatian lain.

Seperti yang berguna sebagai CenLab, sementara juga berada di canggih tentang apa yang mHealth boleh, terdapat beberapa teknik teknikal dan satu tangkapan besar yang perlu diselesaikan.

Isu prosedur mempunyai kaitan dengan peraturan FDA. Mana-mana peranti yang digunakan untuk diagnostik mesti melalui kelayakan FDA yang ketat dan berat. "Alat kesihatan yang tersambung sangat berbeza dari peranti kecergasan, " kata Assimiti. "Terdapat banyak data yang mesti dijana untuk memenuhi garis panduan FDA." Ini selalu berlaku untuk sistem perubatan, tentu saja, tetapi ia terus menjadi kontra terhadap keperluan yang semakin meningkat untuk keinginan untuk peranti murah dan inovasi pesat dari asas yang lebih pelbagai individu dan syarikat.

Namun, syarikat-syarikat seperti Centero sedang membuat kemajuan, walaupun tangkapan menarik yang memerlukan lebih banyak pemikiran sesuai dengan analogi "gajah-dalam-ruangan". "Satu aspek yang kita cuba selesaikan ialah identiti: bagaimana memastikan sampel adalah dari subjek, " kata Assimiti. Ini adalah rumit kerana dua sebab: Terdapat kesilapan manusia dan sistem dalam pengesanan yang mesti dikurangkan secara berterusan. Kemudian terdapat usaha yang sengaja oleh pesakit untuk menghindari pengesanan isu atau bahan kimia tertentu dengan menggunakan sampel dari orang lain. Itu belum dapat dilaksanakan, kata Assimiti.

Sementara itu, pereka yang berminat untuk membangunkan sistem pemantauan mHealth generasi akan datang didayakan melalui pelbagai sensor IC, modul, dan algoritma.

Pemantauan jantung mesra pengguna
Salah satu perdebatan yang berterusan adalah ketepatan elektrokardiogram (ECG) berbanding photoplethysmogram (PPG) untuk pemantauan jantung. ECG mengukur isyarat elektrik yang mengawal pengembangan dan penguncupan bilik jantung, sementara PPG menggunakan cahaya cahaya dari kulit untuk secara tidak langsung mengukur kadar jantung dengan menentukan kadar aliran darah. Perdebatan itu bukan mengenai ketepatan mutlak, kerana ECG akan selalu lebih tepat dan merupakan standard rujukan, tetapi lebih lanjut mengenai sejauh mana PPG boleh bergantung kepada untuk memberikan ketepatan "cukup baik" untuk membolehkan pemantauan jantung untuk bergerak dari tali dada yang tidak selesa dan tidak selesa ke monitor berasaskan pergelangan tangan menggunakan PPG.

PPG sudah digunakan di hospital, dengan oximeter nadi yang biasanya diletakkan di hujung jari pesakit. Masalah timbul dengan PPG apabila pengguna aktif: Sesuatu yang mudah seperti mengayunkan lengan boleh meningkatkan aliran darah ke pergelangan tangan dan membawa kepada kesilapan. Terdapat juga isu-isu lain, seperti perubahan situasi cahaya yang dapat mempengaruhi keupayaan photodetector untuk memisahkan emisi LED dari keadaan cahaya ambien.

Yang mengatakan, ini bukan isu baru, tetapi teknik dan algoritma yang dibangunkan telah bertambah baik, diketuai oleh syarikat-syarikat seperti Valencell. Valencell mengkhususkan diri dalam algoritma untuk mengimbangi tingkah laku pengguna dan model penggunaan, serta keadaan ambien. Ia menganggarkan bahawa dalam beberapa kes, cahaya dari pemancar sensor mungkin kurang dari 1/1000 dari jumlah cahaya yang dikumpulkan oleh sensor dan membandingkannya dengan mencari jarum dalam rumput kering. Ia menggunakan penyaringan isyarat aktif dan paten yang dipatenkan untuk mencari jarum itu.

Menariknya, ia menggabungkan pelbagai input sensor, seperti pecutan, untuk mencapai anggaran yang lebih tepat, bukan sahaja denyutan jantung, tetapi juga kecekapan jantung, VO 2, dan kebolehubahan kadar jantung.

Oleh kerana Valencell telah membuat kemajuan, pelaksanaan algoritmanya memerlukan keupayaan pemprosesan yang sangat efisien, berkuasa tinggi dan komunikasi berkuasa rendah. Banyak syarikat semikonduktor menawarkan penyelesaian sedemikian, dengan Texas Instruments 'Olivier Monnier, seorang jurutera pemasaran produk, mengisytiharkan, "Kami diiktiraf sebagai penyelesaian paling rendah kuasa, RF-prestasi tertinggi di pasaran."

Yang lain, seperti Silicon Labs mungkin mengambil isu dengan tuntutan itu, tentu saja, tetapi dengan penggunaan kuasa yang sangat bergantung pada aplikasi itu, ia harus dilakukan oleh pemaju untuk melakukan usaha yang wajar, termasuk persembahan tanda aras menggunakan algoritma serupa yang menjalankan fungsinya yang serupa.

Prestasi algoritma ini adalah kritikal. Colin Tompkins, pengarah kejuruteraan aplikasi di SiLabs, juga menunjukkan isu nada warna kulit, bersama-sama dengan keadaan ambien, yang mempunyai kesan ke atas ketepatan. Setelah platform pemprosesan telah dipilih, pendekatan bijak, katanya, adalah menggunakan analisis statistik di banyak pengguna dan banyak syarat. "Mula dengan berlari, dan dapatkannya di sana. Pas penyesuaian lebih rumit kerana bunyi tidak berkala. "

Silicon Labs mempunyai IC pengesan, Si1143-AAGX, yang terdiri daripada sensor optik, penapisan yang berkaitan, penukaran analog-ke-digital, satu LED hijau 525-nm, dan pemandu untuk dua LED luaran tambahan ( Rajah 2 ). Ia juga dilengkapi dengan antara muka digital I2C dan output gangguan acara yang dapat diprogramkan.

Gambar 2: Monitor kadar jantung silikon Labs 'Si1143 mengintegrasikan pemancar dan sensor, bersama-sama dengan penukar dan penapis bersekutu, untuk menyelamatkan jejak tetapi juga untuk menguruskan optik yang lebih baik dan mengurangkan kesan pencahayaan ambien. Sumber imej: Silicon Labs.

Menurut Tompkins, mempunyai LED dan photodetector onboard menyelesaikan masalah mengintegrasikan optik ke dalam sistem dan menghalang cahaya dari secara tidak sengaja memasuki pengesan sensor. "Anda perlu menyekat optik jadi ia (cahaya) meneruskan tisu secara langsung." Kelebihan lain pengesan pada chip termasuk jejak yang lebih kecil dan kurang gandingan antara AFE dan photodetector. Modul generasi akan datang akan mempunyai pelbagai LED di atas kapal, kata Tompkins.

Modulasi aliran darah di bawah 1%, dan manakala nisbah isyarat-ke-bunyi (SNR) adalah faktor kecerahan, Tompkins berkata bahawa SNR boleh didail sepanjang jalan ke 70-an (dB) dan sistem masih akan mendapat bacaan yang tepat. Di bawah keadaan tekanan (pengguna bekerja keras), kuasa keluaran LED boleh didail sehingga SNR 105 hingga 107 dB. "Anda boleh meningkatkan ketepatan dan melakukan perkara seperti variasi HR." Perubahan kadar jantung memberikan pandangan yang baik tentang kesihatan keseluruhan. Secara keseluruhannya, modul generasi akan datang mempunyai SNR 100-dB yang belum digunakan di bawah 100 μA. "Dan itu untuk penyelesaian pencahayaan keseluruhan HR, " kata Tompkins. "Sensor, fotodetektor AFE, dan LED (termasuk kuasa MCU untuk menjalankan algoritma). Itu canggih. "Kit pengembangan penuh, berdasarkan teknologi Blue Gecko Bluetooth tanpa wayar tenaga rendah dan Cortex-M4 MCU, boleh digunakan untuk membantu memulakan pembangunan HRM menggunakan Si1143.

Ambil perhatian bahawa untuk nada kulit yang lebih gelap, Tompkins berkata bahawa ia mungkin dinasihatkan untuk menggunakan LED kuning untuk penembusan kulit yang lebih baik, manakala untuk earbuds, cahaya inframerah (IR) lebih disukai. HRM berasaskan telinga, dari orang-orang seperti Jabra, Sony dan LG, umumnya diiktiraf sebagai lebih tepat daripada sensor berasaskan pergelangan tangan.

ECG berasaskan pergelangan tangan muncul
Walaupun PPG adalah pilihan yang paling popular untuk HRM, sebahagian besarnya disebabkan oleh kesukaran untuk mengesan ECG pada pergelangan tangan, Xiaomi, yang bekerja dengan Huami, baru saja memperkenalkan Mi Band dengan penderiaan berasaskan ECG. Hanya terdapat di China pada masa penulisan ini, band itu bernilai kira-kira $ 100 dan dilengkapi dengan kalis air IP67 dan pek bateri 95 mAh.

Seperti yang dijangkakan, kuasa adalah aspek paling penting dalam jenis reka bentuk mHealth ini, tetapi terutamanya dengan pendengaran ECG di pergelangan tangan. Di sini, tahap SNR diperlukan untuk mengekstrak nadi elektrik setakat ini dari jantung menerjemahkan kepada pemprosesan analog dan digital yang lebih tinggi.

Walau bagaimanapun, syarikat-syarikat seperti Peranti Analog menangani keperluan ECG AFE untuk reka bentuk berasaskan pergelangan tangan mudah alih melalui peranti seperti AD8233, 50 μA, plumbum tunggal, akhir hadapan ECG ( Rajah 3 ). Walaupun ia mampu menjadi gred diagnostik dengan menetapkan frekuensi cut-off kepada 0.05 Hz, dengan sebaliknya menetapkan frekuensi cut-off kepada 7 Hz, ia boleh dibuat sesuai untuk aplikasi kecergasan yang mengesan kadar jantung sahaja.

Gambar 3: AF82 AD8233 untuk ECGs boleh ditetapkan untuk kedua-dua diagnostik dan pemantauan kecergasan dengan menyesuaikan frekuensi potong. Sumber imej: Peranti Analog.

Suatu penapis pasir tinggi termasuk menolak potensi separuh sel DC yang berpunca dari sentuhan elektrod-kulit. Penapis juga menolak baseline bersandar yang berkaitan dengan pengukuran ECG, semuanya sambil menguatkan isyarat ECG (1 hingga 2 mV).

Kesimpulannya
Pertumbuhan mHealth bertepatan dengan peningkatan kebimbangan mengenai penjagaan kesihatan secara umum. Seperti yang ditunjukkan, teknologi yang diperlukan untuk menangani isu-isu, dengan membuat pemantauan jauh lebih mudah dan tepat, muncul dengan cepat. Namun, pereka mesti menavigasi perancangan dan peraturan perairan dengan berhati-hati. Yang berkata, vendor teknologi cepat menyediakan panduan yang diperlukan.