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傳感器和數字技術的進步如何幫助改善患者護理

2021-08-04 來源:EEWORLD

一種使用便攜式或可穿戴監測設備和護理點醫療設備的新方法有望改善患者的治療效果,并幫助減輕公共醫療機構承受的壓力。


在引發新冠肺炎的SARS-CoV-2病毒出現之前,醫療保健的提供方式已經出現大規模轉變,為醫療創新注入了新的動力。2020年新冠疫情爆發之前,發達國家的人口老齡化、幾乎無處不在的移動寬帶連接,以及復雜的傳感技術的開發都在推動人們采用更加定制化的數字或遠程監測和診斷方法。隨著新冠肺炎疫情不斷給有限的醫院設施帶來壓力,醫療服務提供商不斷加快部署新技術,以在醫院外進行檢測和監護。現在,創新的傳感器不僅使得人們的關鍵生理體征能夠在家中實施臨床級準確監測,而且能夠在護理點實施樣本化驗,無需再將樣本送到遙遠的實驗室中處理,從而更快獲得診斷結果。


這標志著已沿用幾十年的標準醫療操作流程被打破。在傳統醫療模式中,患者只有在癥狀變得明顯時才到醫院就診,或者是參加常規的年度體檢。而且一次性的全套檢查結果會被送到實驗室進行分析,之后才能給出診斷結果或健康狀況評估結果。許多情況下,得出診斷結果時,距離患者首次咨詢已經過去很長時間,并且也只是基于患者這一次的檢查得出結果。


當監測生命體征和癥狀所需的尖端設備稀缺,且只能從醫院或其他專用醫療機構中獲得時,這種治療方法是有意義的。


新型醫療傳感技術的發展,為完全不同的醫療理念創造了條件。這種新型患者監測方法不是使用醫院中所用的大型、固定式醫療監測設備,而是使用以下這些設備:


  • 小型,甚至是可穿戴的設備

  • 功耗極低,可以使用電池供電的設備

  • 提供精準的臨床級測量結果


這讓我們能夠在醫院以外實施醫療監測和檢驗,可以在本地醫療機構(例如GP practices)或患者家中執行。為了給患者帶來更大的便利,可穿戴設備(例如貼片)可以在不顯眼的位置持續運行,隨時隨地進行全天候監測。


在現實生活中監測,以獲取更準確地診斷結果


采用新型遠程監測技術部分原因在于醫療資源短缺。2020年新冠疫情達到高峰時給醫院造成了很大壓力,這表明醫療系統可能很快就無法滿足不斷增長的急性護理服務需求。因此,將需要監測生命體征的患者從醫院轉移到診所或自己家中是一個明智的長期策略。


但同樣重要的是,使用便攜式或可穿戴設備進行監測可以提供更多有用的數據,讓患者獲得更好的治療效果。新醫療監測技術支持更長時間生命體征監測,例如心率、心率變異性、血氧飽和度(SpO2)和體溫。通過持續監控,可以發現疫情的趨勢和模式,這是執業醫師在為患者提供單次診斷時無法獲知的。人工智能(AI)診斷技術的并行發展意味著數據流監控可以實現自動化。


這種基于人工智能的方法不會讓醫生被海量數據淹沒,而是利用技術在后臺監控生命體征的模式,只在需要醫生個人干預時才會發出信號。通過檢測預示未來發病率的前兆信號,患者和醫生可以共同努力改變藥物、生活方式或飲食,以防出現以前需要到醫院急診就診的病情。


此外,相比前往人為的、通常充滿壓力的在醫院病房接受檢查,在家中或護理點進行監測可以顯示患者的真實健康狀況。最新的多參數可穿戴傳感器可以將生命體征與運動、睡眠等其他指標結合起來,結合患者的生活方式來分析醫療數據。


半導體技術應用的新突破


21世紀,人們開發出了一系列半導體技術和計算機科學成果,在此推動下,這種新患者檢測模式隨之而生。


在光電子領域,已開發出來的光學傳感器解決方案可以執行光電容積脈搏波(PPG),利用無創光學方法來計算心率、呼吸率和SpO2。微型MEMS運動傳感器可以測量患者的活動,例如運動時間和睡眠質量,將生命體征與患者的情況結合起來。


在醫院里,許多用于監測生命體征的設備體積都很龐大,并且極為耗電。通過在芯片等級實現這種測量能力,ADI等半導體制造商可以生產出能夠貼在皮膚上的醫療貼片等產品,這種貼片由電池供電,可持續運行數天或數周,同時將測量數據無線發送至智能手機等主機設備。通過主機,測量數據可以安全地上傳到云診斷服務,由該服務將原始電信號轉換為可操作的醫療數據。


技術專長與應用知識相結合


能夠描述半導體和計算系統的功能需求,讓患者能夠佩戴智能手表或貼片來監測他們的生命體征是一回事,在實際產品中使用采用這些技術的解決方案又是另一回事。


在ADI,我們認識到我們為醫療保健技術創新者提供的服務可能以半導體技術作為開始,但不能以此結束。為此,我們將醫療市場的技術專家和領域專家匯集起來,為客戶提供支持。


醫學領域專家的工作是深入了解應用需求,以及市場的關鍵屬性,例如管理規范和數據隱私。對于開發復雜醫療產品的客戶,如果他們能夠得到既了解其技術又了解其應用的專家的支持,他們就能夠更快、更自由地進行創新,且更有信心能夠實現成功結果。


在生命體征監測領域,這種應用專業知識由開發平臺提供支持。例如,生命體征監測(VSM)研究手表就是一個多參數開放式開發平臺。這是一款方便的可穿戴設備,它采用了一套傳感器,提供一套連續的生命體征測量結果,可用于開發生物醫療算法。

 

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圖1.由ADI公司創建的VSM研究手表開發平臺。


VSM研究手表采用PPG和ECG來測量心率和心率變異性。MEMS加速度計可以計步,并且可以改善和向對運動偽影敏感的算法提供信息。手表上的傳感器可以測量溫度和阻抗,這些值用于算法中,以監測壓力和身體成分。這些功能為醫療和學術機構開展的研究提供支持,以評估遠程患者監測的新用例。


在醫院以外對患者實施監護的好處顯而易見。利用傳感器、模數轉換器和數字信號處理器等精確、低功耗、微型組件,來自ADI的VSM手表和其他這類開發平臺為創新醫療設備制造商奠定了基礎,讓他們可以在此基礎上構建未來的監測設備。


作者簡介


Giuseppe Olivadoti于2000年加入ADI公司。在ADI工作期間,他擔任過多個工程、銷售和業務領導職位。Giuseppe目前擔任ADI公司數字醫療事業部的營銷和應用總監。在此之前,他曾擔任歐洲和美洲的銷售領導職位。


Giuseppe擁有東北大學的電氣工程學士學位,以及鳳凰城大學的工商管理碩士學位。他目前居住在波士頓地區。聯系方式:giuseppe.olivadoti@analog.com。


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