Table of Contents

התפקיד של Transducers בפיתוח הדור הבא של מכשירים בריאותיים ללבוש

מכשירים בריאותיים לבישים עברו מעבר לדלפק צעד פשוט לפלטפורמות מתוחכמות המסוגלות לפקח על פעילות הלבלב, רמות חמצן בדם, ריכוזי גלוקוז ואפילו אותות נוירולוגיים. בלב הטרנספורמציה הזו שוכנת הטרנסנפורמטיביים – מרכיב בסיסי הממיר תופעות פיזיולוגיות לנתונים חשמליים הניתנים למדידה.ללא חומרים מתקדמים, האלגוריתמים מתקדמים ביותר וניתוח ענן יישארו לא רלוונטיים.

יסודות של Transduction in Wearable Systems

המרת אותות ביולוגיים לסימנים חשמליים

כל אות ביולוגי – בין אם דופק לב, התכווצות שרירים, או שינוי בכימיה בדם – קיים כאירוע פיזי או כימי. Transducers לפעול כממשק שלוכד את האירוע הזה ומתורגם אותו למתח חשמלי, נוכחי או בלתי-מעצור.במכשירים שניתן ללבוש, תהליך זה חייב להתרחש באופן קבוע, עם צריכת חשמל מינימלית, ובצורה שאינה מפריעה לפעילות היומיומית של המשתמש.

עקרונות שקיפות

ארבעה עקרונות שולטים ברכישה ביו-חתומה:

  • (FLT:0)Piezoelectricitiesof 1:1: עיוות מכני של חומרים מסוימים (למשל, quartz, להוביל zirconate titanate) יוצר מטען חשמלי.אפקט זה אידיאלי עבור זיהוי גלי לחץ מפני הדופק או רטטים של צלילים לב.
  • (FLT:0) הפיכה הפיכה מפופטית 1:1: דידות אור-היתר ו photodetectors לעבוד בו-דאם כדי למדוד שינויים בקליטת אור הנגרמת על ידי שינויים בנפח הדם או החמצן רקמות.
  • (FLT:0) תגובות אלקטרודות אלקטרודותיות (Electrochemical Reve) 1:1: אלקטרודות אנזים מואצים מייצרים יחס נוכחי לריכוז של פיאט מסוים, כגון גלוקוז או לקטטה.
  • (FLT:0) רגישות ומתנגדת ל-SensingveFLT:1: שינויים בכניעה או התנגדות שנגרמו על ידי מגע עור, עיוות או קרבה משמשים לזיהוי מגע, הכרה במחווה, ו ניטור קצב הנשימה באמצעות אימפולסים תלולים.

לכל עיקרון יש עצירות סחר ברגישות, ביקוש כוח, גודל, ביו-תחרותיות. ללבוש מודרני לעתים קרובות משלב שיטות מרובות ניכוי חבילה אחת כדי ללכוד זרמי נתונים פיזיולוגיים משלימים.

סוגים של טרנסג'נדרים ויישומים שלהם במכשירים הנוכחיים

« « « « « ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

(Pazelectric Transducers) מועסקים נרחב במכשירים המזהים פעילות לב מכנית.לדוגמה, תיקון לביש כי רשומות Sismocardiograms (SCG) משתמשות בסרט אדזואלקטרי כדי למדוד את הרטטים של קיר החזה הנגרמים על ידי התכווצויות הלב של בית החולים ⁇ s.com אלה יכולים לזהות שינויים קלים בתנועה Myocardial כי הם בלתי נראים לאלקטרומגנטית סטנדרטית (G) לבדם של חיישנים חכמים אשר נמצאים כעת עם חיישנים מדויקים של חומרים מדויקים.

טרנדים אופטיים ב- Pulse Oximetry ו- Beyond

חיישנים אופטיים - במיוחד פוטומטריסמומוגרפיה (PPG) - הפכו לשיטת ניטור לא פולשנית הנפוצה ביותר בתחבושות של פרק כף יד-הולדות. חיישן PPG טיפוסי מורכב משני או יותר קל-אור-הפחתת אור (ירוק באופן רטי, אדום ואדום) ו photodiode. as the Heart Pumps Blood, את הנפח ברקמות מיקרו-אוריות (C) יכול לספוג צבע הנוכחי (ד) ו-חמצן הנוכחי.

ההתקדמות בעיצוב transducer אופטי עכשיו לאפשר ערכי רוחב גלים רב-גלים שיכולים להפריד חמצן ו deoxygenated hemoglobin עם דיוק גבוה. יצרניות ללבוש החלו גם לשלב נוריות גל אינפרא אדום קצר (למשל, 1050 1050) לחדור שכבות עמוקות יותר, המאפשר ניטור לחות ואפילו לא פולשנית גלוקוז.

השתלות אלקטרו-כימיקליות עבור ניטור גלוקוז רציף

צגים של גלוקוז רצופים (CGMs) יש מהפכה בניהול סוכרת על ידי מתן קריאה בזמן אמת גלוקוז interstitial ללא קלב אצבע-stick-stick.ה transducer ב CGM הוא חיישן אלקטרוכימי המעסיק שכבת אנזים גלוקוז חמצון oxidase ספוג על אלקטרודה עובדתית. כאשר גלוקוז מגיב עם האנזים, מימן peroxide מיוצר וחמצן ב- HIV זרם אלקטרו-מנטלי חייב להיות ריכוז רגיש מאוד.

מודרני CGMs, כגון Dexcom G7 ו- Freestyle Libre 3, להשתמש טרנסנפורמטיבי בסגנון filament מוכנס לתוך הרקמה subcutaneous.The miniaturization של התא האלקטרוכימי מושג באמצעות טכניקות מיקרו-fabricationcationt וציפוי פולימרים מתקדמים אשר להפחית דלקת ו biofouling. A סקירה מקיפה ב-FLT:0.

חיישן Capacitive ו Resistive עבור פעילות ונשימה

חיישנים קפצויים הם עמוד ראשי של ECG ו- bio-impedance מדידות.בניגוד לאלקטרודות הרטובות המסורתיות הנשען על ג'ל התנהגותי, חיישנים קיבוליים יחד לעור באמצעות שכבת בידוד, מה שהופך אותם אידיאליים עבור ללבוש ארוך טווח ללא גירוי עור.חיישנים אלה לזהות שינויים בשדה החשמלי הנגרמים על ידי דלקות לב או שינויים נפחיים במהלך הנשימה.

חיישני זנים עמידים, לעתים קרובות עשויים פחמן ננוtube או מרכבי ננו-חוט, משמשים בבגדים חכמים כדי לעקוב אחר יציבה, זווית משותפת, וקצב הנשימה. A להקה מתוחה סביב החזה שמשנה התנגדות חשמלית כמו הריאות מתרחבות וחוזה הוא דוגמה מעשית. בעוד פחות נפוץ במכשירים של יד-היד, טרנסדוקטרינטים עמידים צוברים מערכת מעקבים עבור מעקבים על בריאות מבוסס יישומים הדורשים על פני אזורים גדולים של הגוף.

שיקולים טכניים עבור רפורמות גבוהה

רגישות וזיהוי - to-Noise Ratio

המדד העיקרי לכל טרנספורמטיבי במכשיר בעלבש הוא היכולת שלו לפתור את האות הרצוי תוך דחיית רעש. biopotentials כגון ECG מודד רק 0.5 עד 5 mV, ו אותות פוטופטמוגרפיה כפולים לעתים קרובות כמות לאות של 1% של האור המותקף באופן כללי.

אנרגיה וצמצום אנרגיה

מכשירים לבישים מוגבלים על ידי גודל, משקל, וחיי סוללה. Transducers חייב להיות מיקרו-מסווג באמצעות MEMS (מיקרואלקטרוניקה מערכות מכניות) תהליכים כדי להתאים חבילות בקנה מידה מילימטר.לדוגמה, מודול חיישן PPG מודרני תופס פחות מ 3 מ"מ על ידי 3 מ"מ ו-"מ"מ"ל מתכווץ" מתחת 1Wout כאשר מופעל בקצב דגימה של 50 רגל.

זמינות ויציבות

Transducers להציב מגע ישיר עם העור או מושתל בגוף חייב לעמוד בסטנדרטים ביו-סבירות מחמירים.חומרים כגון סיליקון ברמה רפואית, ציפויים פריילן, זהב או אלקטרודות פלטינה משמשים בדרך כלל כדי למנוע תגובות אלרגיות, קורוזיה, וחלבון רעוע על ידי התקנים ארוכי טווח, עמידות מכנית - לכופף, לסובב, לחזור על עצמו - חשיפה משמעותית ל-85 קליברטי (Ricid) או ל-Rectederded) על פני אימון לטווח ארוך טווח.

חומרים וטכנולוגיות מתפתחות

אלקטרוניקה גמישה ומתיחה

סיליקון דחוסים מתאימים עניים עבור רקמות ביולוגיות רכות, מעוגלות.פיצוץ של מחקר באלקטרוניקה גמישה ומתרחבה הניב טרנסדוקים שיכולים להיות מעוות, מעוות, למתוח ללא אובדן ביצועים.דוגמאות כוללות ננוגנים אדזואלקטריים המוטבעים ב-PDMS (polydimethylsilane) עבור ניטור עצמי מופעל חמצן, ואלקטרומגנטים של ECG, אשר הוכיחו את הקעקועים הזמניים כגון: ALTF מדידה של דם גבוה יותר מ-F (מחדשת) שיפור אותות אינטראקטיביים של חומרת של חומרת: ALTFDNSDNSF) ו-T.

ננו-חומר-Enhanced Transducers

ננו-בוטיקים, גרפן ומנווט מתכת מציעים תכונות חשמליות ומכניות יוצאי דופן שיכולים לשפר באופן דרמטי את הרגישות הטרנסנפורמטינר.לדוגמה, מד זן שנוצר ברשתות ננו-חוט כסף יכול להשיג מדד של מעל 100 - שני הזמנות של גודל גבוה יותר מאשר ממד מתכת קונבנציונלי - המאפשר זיהוי של תנועות עדינות או עיוותי נשימה עקביים.

הגבול הבא ב transducers לביש הוא שילוב של מודולים מרובים רגיש לתוך שבב יחיד או ערימה של סרט דק.לדוגמה, חיישן ECG-PPG המשולב על תת-קרקעי גמיש יכול בו-זמנית ללכוד פעילות לב וכלי דם מכני, המאפשר זמן הדופק (PAT) חישוב ללא צורך התייחסות נפרדת.

כיוונים עתידיים בטכנולוגיית בריאות לביש

ניטור רב-פרמטר

המטרה הסופית של מכשירים רפואיים לבישים היא לספק תמונה רציפה והוליסטית של הפיזיולוגיה של הפרט - לא רק תמונות של כמה מדדים. ⁇ s. Transducer המסוגלת להקליט את ECG, לחץ דם (באמצעות זמן המעבר הדופק), טמפרטורת הגוף, זיהוי הגוף, נשימה, חמצן דם, גלוקוז, ואפילו רמות קורטיזוללות הן בפיתוח.

מערכות סגורות-Loop ורפואה אישית

טרנסנדנטליות גבוהה הן עמוד השדרה החושי של מערכות טיפוליות סגורות.הדוגמה הבולטת ביותר היא משאבת האינסולין סגורה-פרלופ היברידית, המשתמשת ב-Greecter לפקח גלוקוז מתמשך כדי להתאים את אינסולין באופן אוטומטי.מערכות עתידיות ירחיבו את הרעיון הזה לתנאים אחרים: תיקון חכם שעובר זיעה קורטיזול ומספק מנה אקסוטית, או שניתן ללבוש זה לזהות סימנים מוקדמים של אותות חזותיים, אך לא יכול גם לא רק על אלגוריתמים מדויקים.

סיקור ואתגרי נתונים

כמו טרנפורים לבישים להשיג ביצועים קליניים, הם מתמודדים עם בדיקה רגולטורית מוגברת. בארצות הברית, ה- FDA הוציא הנחיות למכשירים רפואיים אלחוטיים הכוללים דרישות לדיוק טרנספורמטיבי לאורך כל טווח המדידה, שאושר על ידי מחקרים קליניים.לדוגמה, הדופק oximeter transducers חייב להפגין דיוק של ±2 כאשר בהשוואה לדידידות גזי דם אמנותיים חייב לטפל גם בנתונים ואבטחה, שכן טיפול תרופתי הוא לחץ דם רגיש לשרתי אבטחה.

מסקנה

טרנספורים הם האלקטרודות הלא-סמוכות של המהפכה הבריאותית הישומה.מסרטים אדזואלקטריים שלוכדים את הלב לאלקטרודות nanomaterial-enhanced כי מולקולות חד-דיגיטליות, התקדמות הטכנולוגיה הטרנסנפורמטיביות קובעת ישירות את האירועים הפיזיולוגיים שניתן לעקוב אחריהם וכיצד להפוך את ההתכנסות של אלקטרוניקה גמישה, שילוב רב-ממדי, והנדסת ננומטריד דוחפת את גבולות הרגישות, יעילות, ונוחות, כמו גם כן, כמו גם את הרכיבים הרגילים, כמו גם כן, כמו גם את המציאות, כמו גם כן, כמו גם כן, כדי למנוע טיפול יומיומית, כמו גם את הרכיבים הבאים, כמו גם כן, כמו גם את תהליכי טיפול תרופתי, וריפוי מתמיד, וריפוי מתמיד, כדי לשפר את התהליכים הלא-מיטיבי, וריפוי מתמיד, וריפוי מתמיד, באופן עקבי, באופן קבוע, כמו גם כן, כדי לשפר את תהליכי טיפול תרופתי, באופן קבוע, באופן קבוע, באופן קבוע, באופן קבוע, כמו גם את התהליכים לא-מיטיבי, כמו גם את תהליכי טיפול יומיומי, כמו גם את התהליכים של טיפול תרופתי, כמו גם כן, כמו גם את התהליכים של טיפול יומיומי, כמו גם את התהליכים הלא-מיטיבי, טיפול תרופתי, כמו גם כן, באופן