עיצוב טכנולוגיה לבישת למעקב מתמשך של תנאי הנשימה

מבוא

מחלות נשימה כרוניות, כולל אסטמה, מחלה ריאות חסימתית כרונית (COPD), ונשימה מותנית בשינה, משפיעות על מאות מיליוני אנשים ברחבי העולם.תנאים אלה להטיל נטל משמעותי על מערכות הבריאות ומשפיעים באופן משמעותי על איכות חיים אישית של ניהול קליני מסורתי מסתמכת במידה רבה על ביקורים קבועים במשרד, בדיקות ספירומטריה, וזיכרון סובייקטיבי זה לעתים קרובות נכשל ללכוד את התכונות של טיפול פסיכולוגי מוקדם, כמו סימנים מוקדמים של מחלות נשימה, כימות, כמו גם בעיות נשימה.

המונחים: invisibleerative for Continuous Respiratory Monitoring

המגבלות של ניטור ספירודי הן מסוכנות במיוחד לתנאים מתקדמים ומשתנים כגון COPD ואסטמה. Exacerbations, אשר מחמירים מאוד של סימפטומים, הם הגורם המוביל של אשפוז והתקדמות המחלה באוכלוסיות אלה. ניטור רציף מחזיק פוטנציאל לשנות את מודל הטיפול תגובתי של משברים כדי לקדם, ניהול מונע.

מחלה כרונית

COPD מאופיין על ידי הגבלת זרימת אוויר מתמשכת והוא מטוהר על ידי החריפים החריף לעתים קרובות מופעל על ידי זיהום או זיהום סביבתית.אירועים אלה מאיצים את הירידה בתפקוד ריאות ולהגדיל את הסיכון לתמותה. ניטור רציף יכול לעקוב אחר חתימות פיזיולוגיות מוקדמות של החריפה מתמשכת.זה כולל שינויים בקצב הנשימה מנוחה, דלקת חמצן ללא שינוי, ירידה ברמות הפעילות, ועלייה בקצב הלב.

אסטמה

ניהול אסטמה מבוסס על שליטה בדלקת בדרכי אוויר והימנעות מגורמים.ללבוש חיישנים, במיוחד נשפים חכמים מצוידים בחיישנים אקוסטיים או זרימה, יכולים לעקוב אובייקטיבית של דבקות בתרופה וטכניקה של שאיפתם.הנתונים האלה מספקים משוב יקר ערך עבור רופאים המתאמתים טיפול יתר, יותר מאשר צגים בעלי יכולת כפולה של טיפול בלבוש ומכשירי לוואי יכולים לזהות שיעול רציף, wheze, שינויים וקצב נשימה אשר הם סימנים חזקים של בקרת סרטן בשלב זה.

נשימה בשינה ויישומים אחרים

מחלה בשינה אוורסטיבית (OSA) היא מצב נפוץ מאוד שמובילה hypoxia לסירוגין ופרקות שינה. דף הבית שינה Apnea בדיקות (HSAT) הם צורה של ניטור לביש כי הוא הופך סטנדרטי עבור אבחון.התעלים הצרכנים המתפתחים שואפים למסך עבור OSA על ידי מעקב אחר משיכה חמצן ומאמץ נשימה מתמשך.

פרדוקסים פיזיולוגיים פנימיים ב- Respiratory Monitoring

התועלת של מכשיר לביש מוגדר על ידי היכולת שלו ללכוד אותות שהם בעלי משמעות קלינית. מהנדסים חייבים לאשר את בחירת חיישן ופיתוח אלגוריתם בהתבסס על הפרמטרים הספציפיים שהם מתכוונים למדוד.הבאים הם האותות הפיזיולוגיים הנפוצים ביותר עבור עונדים נשימה.

• (FLT:0)Respiratory Rate (RR): ההרחבה 1 (סימן חיוני יסודי) RR יכול להיגזר ממספר מודולים של חיישן, כולל pneumography, accelerometers (Sensing Wall), ו photoplethysmography (PPG) על ידי ניתוח הסינוס ahythththth או ampudelitudelitial Detection Respectation, הוא זיהוי הפרעות נשימה חיוניות עבור נשימה.
• (FLT:0)Oxygen Saturation (SpO2): ⁇ FLT) 1 Pulse oximetry מודד את אחוז המוגלובין רווי חמצן. ניטור רציף SpO2 הוא קריטי לניהול COPD, נשימה בשינה ואסתמה חמורה.זה מספק תובנה ישירה יעילות החלפת גז ואזהרה משתמשים לאירועים hypoxemic מסוכנים, במיוחד במהלך שינה או מאמץ.
• (FLT:0Cough ו-Wheeze Detection: חיישנים אקוסטיים, כגון מיקרופון או accelerometers המוצבים על החזה או הצוואר, יכולים ללכוד את הצלילים של שיעול ו- wheeze. עיבוד אותות מתקדם ואלגוריתמי למידת מכונה נדרשים כדי להבחין צלילים ספציפיים אלה של רעש, דיבור, וצלילים פיזיים אחרים.
• (FLT:0) זרימת האוויר Mechanics:FLT:1 measuring ממש זרימת אוויר ונפח ריאות בגורם בצורת לביש הוא מאתגר מבחינה טכנית. חלק מהמכשירים משתמשים בדלקת נשימה plethysmography inductive (RIP) כדי להעריך נפח ודלקת דקה.

תכונות עיצוב עיקריות של פיראטיות יעילה

תכנון לשימוש ארוך טווח, מתמשך בסביבה של עולם אמיתי דורש איזון זהיר של ביצועים טכניים, נוחות פיזית וניסיון משתמש.כישלון בכל אחד מהתחומים האלה יכול להפוך מכשיר לא יעיל קלינית בשל דבקות גרועה או נתונים רועשים.

טכנולוגיית חיישן וכלכלה

הבסיס של כל חיישנים בעלי ללבוש רפואי הוא חבילת החיישן שלה.עבור ניטור נשימה, חיישנים אופטיים (PPG), bioimpedanceחיישנים, ו accelerometers הם הנפוצים ביותר.דיוק חיישן יש לאמת נגד מכשירי התייחסות סטנדרטיים זהב (למשל, פוליסמומוגרפיה נכונה עבור שינה, ספירומטריה עבור תפקוד ריאות) על פני אוכלוסיות מגוונות ורמות פעילות.

טופס ולבוש

דבקות המטופל קשורה ישירות לנוחות ולנוחות.גורמים טופס משותף עבור עונד נשימה כוללים כתמים החזה, פרקי יד, טבעות חכמות, ומכשירים צריחים צוואר. צ'סט כתמים הם לעתים קרובות מועדפים על הקרבה שלהם הריאות ואת היכולת לקבל אותות נשימות גבוהה באמצעות ביוסרציה או ECG. עם זאת, הם חייבים להיות עשויים מהפרעות נשימות, hypoalgenic adhesive כדי למנוע גירוי נשימתי או ירידה של שבועות של נשימה יעיל של נשימה.

העברת נתונים וחיבוריות

ניטור רציף מייצר כמות עצומה של נתונים.מכשיר יעיל חייב להיות אסטרטגיה אלחוטית אמינה. Bluetooth Low Energy (BLE) הוא תקן לתקשורת לטווח קצר למרכז טלפונים חכמים, אשר לאחר מכן מעביר נתונים לענן באמצעות Wi-Fi או רשתות סלולריות.עבור התראות קליניות בזמן אמת, לייט נמוך הוא קריטי טכנולוגיות מתפתחות כמו 5G ו LTEM מציעים פוטנציאל לתקשורת ישירה לענן, להפחית את הקשר בין הזמן, ולהפחית את הקישור מבוסס על גבי צינור אבטחה.

ניהול חשמל וחיי סוללה

גישור תכופים הוא מחסום גדול לדבקות ארוכת טווח. A Wearable המיועד ניטור נשימה מתמשך צריך לפעול באופן אידיאלי במשך מספר ימים עד שבועות על מטען יחיד.יעילות כוח חייב להיחשב בכל רמה, מקצב הדגימה חיישן ורזולוציה למהירויות מיקרו-מעבדים ומהירות שידור אלחוטית.

אבטחת מידע וביטוח

נתונים רפואיים רגישים מאוד.קשרים לבישים חייבים לציית לתקנות הפרטיות של נתונים מחמירים כגון HIPAA בארצות הברית ו-GDPR באירופה, זה דורש הצפנה מקצה לקצה עבור נתונים במעבר ובמנוחה, פרוטוקולים מאובטחים, ובקרת גישה קפדנית של יצרנים יש לנווט גם את תהליך האישור הרגולטורי, אשר בדרך כלל כרוך בהפגנת בטיחות ויעילות באמצעות מחקרים אימות קליני.

אתגרים עיצוביים מתקדמים

התפתחות של עונד נשימה חזק כרוך בפתרון מספר בעיות הנדסיות מורכבות.אתגרים אלה משתרעים על חומרה, תוכנה וגורמים אנושיים.

אמנות התנועה וסימן פידלון

(המכונה במקור הגדול ביותר של טעות בחיישנים פיזיולוגיים עונדים, תנועת הגוף, התכווצויות שרירים ואפילו דיבור יכול להשחית את האותות המשמשים כדי להפיק קצב נשימה ו- SpO2. טכניקות עיבוד אותות מתקדמות חיוניות כדי להפחית את זה.FLT:0 פילטרים מסננים מסינון נשימה קפדניים, אפילו לא ניתן לשנות את הסימנים המשמעותיים של תכונות למידה על בסיס יומיות, כגון מעקב של מדדי תאוצה, כדי להסיר רעש מתואם עם אותות למידה פיזיולוגית של תכונות של חומרת של חומרת-מתאים באופן מדויק של נתונים.

אפשרויות ל-Freence and Long-Term Comfort

מעורבות משתמשים סוטנטית נותרה אתגר קריטי.דורות מוקדמים של עונדים רפואיים סבלו משיעורי ירידה גבוהים עקב גירוי העור, אי נוחות וחוסר ערך נתפס.עיצובים מודרניים מעדיפים את עקרונות העיצוב המורכזים של המשתמשים.זה כולל שימוש בחומרים רפואיים, חומרים לא מתאימים עם פוטנציאל אלרגני נמוך. ממשקי התקנים צריכים להיות פשוטים ואינטואיטיביים, הדורשים אינטראקציה מינימלית מהמשתמש.

המונחים: environmental Robustness

ללבוש הנשימה חייב לפעול במדויק בטווח רחב של תנאים סביבתיים.חיישנים חייב להיות calibrated כדי לפצות על שינויים בטמפרטורה ולחות, אשר יכול להשפיע על סחף חיישן ותכונות אופטיות. מים ואבק בהגנה על תוקפנות, בדרך כלל IP67 או דירוג IP68, יש צורך לאפשר מקלחות, הזיעה וחשיפה לגשם.

התפקיד של אינטליגנציה מלאכותית ולמידה של מכונות

נתוני חיישן הגלם מישול הם של שימוש מוגבל ללא ניתוח מתוחכם כדי להפוך אותו לתובנות בלתי ניתנות להפעלה.אינטליגנציה מלאכותית (AI) ולמידה מכונה (ML) מאפשרים טכנולוגיות אשר פותחות את מלוא הפוטנציאל של ניטור מתמשך.

(FLT:0) ניתוח מוקדם של ניתוחי (Predictive analyticsFLT:1) הוא אולי היישום המשפיע ביותר. על ידי ניתוח מגמות בשיעור הנשימה, קצב הלב, ספירו2, ורמות פעילות, מודלים של ML יכולים לזהות דפוסים עדינים כי לפני שעות או אפילו ימים.זה מספק חלון קריטי עבור התערבות מונעת.

(FLT:0 â € ¢ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

Horizons in Respiratory Wearables

תחום ניטור הנשימה מתקדם במהירות, מונע על ידי חידושים במדעי החומרים, טכנולוגיית חיישן וניתוח נתונים. כמה מגמות מפתח מעצבות את הדור הבא של מכשירים.

ניטור גז דם לא פולשני

Pulse oximetry מספק SpO2, אבל מדידה ישירה של פחמן דו חמצני (CO2) הוא פער משמעותי. Transcutaneous CO2 (TcCO2) צגים קיימים אך הם רבי משקל ודורשים זמן חם.מחקר הוא בדרך לפתח מיני-מעורפל, עונד חיישנים CO2 באמצעות ספקטרום אינפרא אדום או שיטות אלקטרוכימיות רציף ניטור CO2 יהיה בלתי חוקי עבור מניעת נשימה והגדרות קידוד.

זרים חכמים ו-Digital Therapeutics

שאיפתם היא אבן הפינה של אסטמה ו- COPD טיפול בנשפים חכמים משלבים חיישנים המעקבים אחר שימוש בתרופות, טכניקת הנשיפה, וגורמים סביבתיים.כאשר משולבים עם ניטור פיזיולוגי מתמשך מתיקון לבישול, מערכות אלה יוצרות מערכת אקולוגית מקיפה.

שילוב עם Telehealth ו- Remote Customer Monitoring

מגפת COVID-19 העלתה את אימוץ של מוניטורים לטלפוני נשימה הם השלים טבעי לטיפול וירטואלי, מתן מרפאים עם נתונים אובייקטיביים כדי ליידע התייעצות מרחוק. integrating נתונים שניתן ללבוש ישירות לתוך רשומות בריאות אלקטרונית (EHR) מאפשר לרופאים לבחון מגמות, להתאים תרופות, ולקבוע בדיקות יזום, ללא צורך ביקור פנים אל פנים.

התקדמות חומרים ועור מפונה

הגבול הבא בישימות הוא התפתחות של כתמים אלקטרוניים מתוחים, דמויי עור.מכשירים אלה משתמשים מעגלים רכים וגמישים תואמים שיכולים למתוח ולהעביר עם העור, חיסול השגיאה המכנית שגורמת לחפץ תנועה וגירוי עור. אלה כתמים מתקדמים יכולים לספק אותות נאמנות גבוהים יותר עם נוחות רבה יותר מאשר מכשירים קשיחים, מגובה פלסטיק.

מסקנה

תכנון טכנולוגיה לבישה למעקב מתמשך של תנאי הנשימה מציג יחסיות מורכבים של צורך קליני, פיזיקה חיישן, מדעי נתונים וגורמים אנושיים הנדסה.היתרונות הפוטנציאליים עבור חולים עם אסטמה, COPD ומחלות נשימה אחרות הם משמעותיים, המציעים את ההבטחה של מוקדם יותר החריפה מוקדם, טיפול מותאם אישית, ושיפור איכות החיים.