Sensor khusus mendukung perangkat kesehatan yang dapat dikenakan

Sinergi antara teknologi yang dapat dikenakan dan perangkat medis jelas dan nyata, seperti yang ditunjukkan oleh Apple Watch Series 4, yang dilengkapi dengan izin Food and Drug Administration (FDA) untuk berbagai kemampuan pemantauan jantung. Kisah serupa terbentuk dalam desain yang dapat didengar yang dilengkapi dengan kemampuan augmented reality (AR) dan virtual reality (VR).

Dalam aplikasi ini, sensor kecil, bersama dengan komunikasi kabel atau nirkabel, mengidentifikasi situasi abnormal dan tak terduga dengan merekam faktor psikologis dan indikasi lainnya. Namun, perangkat wearable medis yang sangat mini membutuhkan peningkatan yang signifikan dalam kemampuan penginderaan karena monitor perawatan kesehatan dan kebugaran mengamanatkan akurasi yang lebih besar dalam mengukur biometrik manusia, seperti suhu tubuh dan detak jantung.

Sensor medis yang dapat dikenakan, dikenakan oleh individu untuk merekam informasi kesehatan dan kebugaran, dapat memantau sinyal tubuh, seperti tekanan darah, detak jantung, dan aktivitas metabolisme lainnya. Sensor yang dapat dikenakan ini memberikan informasi penting tentang perubahan biologis dan psikologis dalam tubuh, sambil memantau perawatan berkelanjutan untuk gangguan kardiovaskular, neurologis, dan paru — misalnya, asma, hipertensi, dll.

Gbr. 1:Sensor tingkat medis sangat penting dalam desain yang dapat dikenakan karena perannya dalam menciptakan sistem pemantauan tingkat lanjut. (Gambar:ams)

Artikel ini menguraikan tiga pertimbangan desain utama untuk pengembang perangkat perawatan kesehatan yang dapat dikenakan saat mereka memilih dan mengintegrasikan sensor kecil ke dalam desain portabel mereka. Prosesnya dimulai dengan sensitivitas dan akurasi perangkat sensor.

Akurasi pengukuran sensor

Sementara akurasi merupakan pertimbangan utama untuk sensor pada umumnya, ini menghadirkan tantangan desain tertentu karena perangkat yang dapat dikenakan berukuran kecil dan dikenakan di tubuh. Mereka dapat mengalami pemanasan sendiri secara termal dan sentuhan tubuh yang konstan, yang memengaruhi keakuratan dalam mengukur tanda-tanda vital, seperti suhu, detak jantung, dan saturasi oksigen darah (SpO₂ ).

AS7026 sensor optik dari ams (Gbr.1 ) menggunakan algoritme canggih untuk memastikan keakuratan detak jantung, variabilitas detak jantung, elektrokardiogram (EKG), dan pengukuran tekanan darah di pelacak kebugaran dan jam tangan pintar.

Produsen IC Sensor membuat kemajuan untuk memenuhi tantangan ini. Misalnya, BH1790GLC Rohm Semikonduktor sensor optik untuk pemantauan detak jantung — dioptimalkan untuk perangkat wearable seperti gelang olahraga dan jam tangan pintar — meningkatkan sensitivitas dengan memungkinkan gelombang pulsa dideteksi dengan akurasi tinggi, bahkan dengan kecerahan LED rendah.

Juga, MAX30208 sensor suhu digital dari Maxim Integrated menghilangkan pemanasan sendiri termal sambil memberikan akurasi ±0,1°C dalam kisaran 30°C hingga 50°C. Sensor suhu tingkat klinis membatalkan cahaya sekitar untuk akurasi yang lebih tinggi dan menggunakan algoritme untuk kompensasi gerakan guna meningkatkan akurasi pengukuran.

Teka-teki kekuatan sensor yang dapat dikenakan

Penggabungan pemantauan detak jantung di jam tangan pintar dan gelang olahraga menjadi tantangan karena kapasitas baterai yang terbatas. Dengan kata lain, sensor optik untuk pemantauan detak jantung memerlukan pengurangan konsumsi daya yang signifikan untuk memperpanjang waktu pengoperasian perangkat yang dapat dikenakan.

Ambil contoh MAXM86161 dari Maxim Integrated monitor detak jantung in-ear dan oksimeter pulsa yang ditargetkan untuk perangkat yang dapat didengar dan aplikasi yang dapat dikenakan lainnya. Sensor ini terintegrasi dengan analog front-end (AFE), yang menghilangkan kebutuhan akan chip terpisah dan menghubungkannya ke modul optik. Maxim Integrated mengklaim bahwa sensor MAXM86161 mengkonsumsi daya sekitar 35% lebih sedikit daripada pesaing terdekatnya dengan kurang dari 10 A dalam mode operasi dan 1,6 A dalam mode mati.

Di sini, penting untuk dicatat bahwa penghematan energi dan miniaturisasi berjalan seiring dalam hal sensor yang melayani pasar perangkat medis. Monitor detak jantung in-ear MAXM86161 hadir dalam paket OLGA berukuran 2,9 x 4,3 x 1,4 mm dan mencakup tiga LED:merah dan inframerah untuk SpO₂ pengukuran dan hijau untuk detak jantung.

Chip AFE biopotensial yang lebih kecil, lebih ringan, dan tidak terlalu mencolok tersedia untuk perangkat pemantauan jantung guna memastikan bahwa perangkat yang dapat dikenakan tidak mengganggu pasien untuk dipakai dan menawarkan masa pakai baterai yang lebih lama. AD8233 chip dari Analog Devices Inc. (ADI) telah dirancang sebagai ujung depan EKG yang membawa konsumsi daya ke mikroamp dengan menampilkan arus diam khas 50 A.

Platform sensor untuk perangkat medis yang dapat dikenakan

Seperti desain portabel lainnya, platform sensor modular ditawarkan untuk memfasilitasi solusi out-of-the-box untuk perangkat medis yang dapat dikenakan. Misalnya, Aistin Blue kit pengembangan dari iProtoXi dilengkapi dengan sampel aplikasi untuk kebugaran dan pelacakan aktivitas. Ini menggabungkan sensor terbaru dari Kionix, sekarang bagian dari Rohm Semiconductor. Kit ini mencakup Evaluasi Sensor Windows Kionix software yang menyederhanakan konfigurasi sensor dan akuisisi data.

Contoh lainnya adalah MAXREFDES101 Health Sensor Platform 2.0 dari Maxim Integrated (Gbr. 2 ) yang memfasilitasi pembuatan prototipe cepat, evaluasi, dan pengembangan untuk pemantauan akurat suhu tubuh, detak jantung, dan EKG. Ini terdiri dari penutup jam tangan yang menampung layar, baterai, papan mikro, dan papan sensor.

Gbr. 2:Platform penuh sensor untuk perangkat yang dikenakan di pergelangan tangan memfasilitasi pengukuran EKG, detak jantung, dan suhu. (Gambar:Maxim Integrated)

Papan sensor mencakup sensor optik, AFE biopotensial dan bioimpedansi terintegrasi, sensor suhu, dan hub sensor biometrik. Di sini, MAX32664 hub sensor biometrik menyederhanakan proses pengembangan dengan menyediakan firmware dan algoritme yang disematkan serta memungkinkan komunikasi yang lancar dengan sensor optik.

Health Sensor Platform 2.0 mendukung desain yang dapat dikenakan mulai dari jam tangan olahraga, monitor EKG, hingga pelacak kebugaran. Ini juga memungkinkan pengembang untuk melakukan analisis dan evaluasi mereka sendiri terhadap algoritme onboard.

Peran algoritma sensor

Biosensor di dalam jam tangan pintar, pelacak kebugaran, dan perangkat medis lainnya harus sangat akurat dalam memantau berbagai parameter kesehatan. Salah satu jenis biosensor yang paling umum, sensor optik, adalah contohnya. Ini berinteraksi dengan sumber cahaya koheren dan non-koheren, yang dapat diserap, dipantulkan, dan tersebar atau tersebar, mengubah akurasi sinyal sensor.

Jadi, sensor optik terintegrasi dengan algoritme pemantauan tanda vital, memastikan bahwa pembatalan cahaya sekitar dan tantangan pembatalan gerakan lainnya ditangani secara memadai. Kedua, seperti yang disebutkan di atas, sensor medis harus menawarkan faktor bentuk yang sangat kecil sehingga dapat dipasang dengan baik ke dalam perangkat kecil yang dapat dikenakan dan mengkonsumsi daya yang minimal.

Terakhir, ketersediaan desain referensi dan kit pengembangan dapat menghemat waktu berbulan-bulan pekerjaan pengembangan untuk insinyur desain yang dapat dikenakan, sekaligus menghadirkan alat canggih untuk integrasi sederhana sensor baru. Semuanya terjadi sekarang dengan penerapan sistem pemantauan canggih pada sensor yang dapat dikenakan.