Optyczny czujnik ciśnienia krwi już niedługo w każdym smartfonie

| Gospodarka Optoelektronika

Elektronika medyczna to obszar rynku, w którym pojawia się coraz więcej innowacji. Rozwój technologii oraz miniaturyzacja otworzyły też drogę dla elektroniki medycznej na rynek konsumencki, a najpopularniejszym przykładem są aparaty do mierzenia ciśnienia krwi znacząco ułatwiające życie pacjentom chorującym na nadciśnienie.

Optyczny czujnik ciśnienia krwi już niedługo w każdym smartfonie

Najważniejszą częścią każdego medycznego urządzenia pomiarowego jest czujnik, od którego dokładności zależy czy produkt go wykorzystujący jest urządzeniem pomiarowym czy też wskaźnikiem. Aby mieć pewność co do jakości pomiarowej urządzenia, należy upewnić się, czy jest ono zarejestrowane do obrotu jako wyrób medyczny odpowiedniej klasy. Aparaty do pomiaru ciśnienia zakwalifikowane są do II klasy aparatury medycznej, a co za tym idzie, muszą spełniać wymagania dokładności narzucane przez normy medyczne.

 
Schemat blokowy MAX30101

Wielu producentów elektroniki noszonej, takich jak opaski fitnesowe czy smartwatche, oferuje pomiar ciśnienia, zaznaczając jednak, że produkt nie jest wyrobem medycznym. Taki pomiar nie jest wartościowy dla osób potrzebujących monitorować swoje ciśnienie krwi. Atestowany ciśnieniomierz mógłby zostać umieszczony w smartfonie, co sprawiłoby, że każdy użytkownik miałby go niemal zawsze przy sobie. Firma Samsung wprowadziła już takie rozwiązanie w swoim modelu S9, jednak czujnik nie był atestowany i wymagał sparowania z użytkownikiem, co w oczywisty sposób deprecjonuje jego wartość użytkową.

Pomiar ciśnienia krwi metodą optyczną

Dotychczas wiarygodne pomiary ciśnienia odbywały się przy użyciu rękawów uciskających rękę, które mimo wysokiej dokładności są uciążliwe dla pacjentów ze względu na swoje duże rozmiary i brak komfortu. To może zmienić nowy czujnik firmy Maxim MAX30101 pozwalający na pomiar ciśnienia poprzez przyłożenie do niego palca na około 40 s.

 
Procentowy udział urządzeń medycznych w rynku elektroniki medycznej. Mały obecny udział urządzeń domowych daje szansę na wzrost w kolejnych latach.

Sensor optyczny MAX30101 wykorzystany w czujniku to pulsoksymetr zintegrowany z miernikiem tętna składający się z trzech diod LED (R, G, IR) i fotodiody. Dzięki wykorzystaniu faktu, że ludzka krew absorbuje światło o różnej długości fali zależnie od poziomu natlenienia, możliwe jest precyzyjne i nieinwazyjne określenie procentu natlenionych czerwonych krwinek w krwi. Wraz z każdym uderzeniem serca naczynia krwionośne rozszerzają się, a co za tym idzie, przepływa przez nie więcej czerwonych krwinek. Na podstawie tych krótkich wahań sygnału pomiędzy kolejnymi uderzeniami serca czujnik może odczytać puls i wyliczyć ciśnienie krwi. Algorytmy nadpróbkowania, filtrowania oraz obróbki sygnału użyte w czujniku pozwalają następnie na oczyszczenie sygnału z artefaktów, umożliwiając precyzyjny pomiar. Czujnik został umieszczony w 14-pinowej obudowie o wymiarach 5,6×3,3×1,55 mm.

Dokładność pomiaru

MAX30101 spełnia normy pozwalające na zakwalifikowanie go do urządzeń medycznych klasy II w kategorii pomiaru ciśnienia. Błąd skurczowy (mediana) to 1,7 mm Hg, a odchylenie standardowe 7,4 mm Hg. Błąd rozkurczowy 0,1 mm Hg (mediana), a odchylenie standardowe 7,6 mm Hg. Maksymalne dopuszczalne błędy w klasie II urządzeń medycznych tego typu wynoszą odpowiednio: mediana 5 mm Hg, odchylenie standardowe 8 mm Hg. Mimo że czujnik Maxima spełnia wymagania klasy II, należy pamiętać, że tradycyjne ciśnieniomierze z rękawem uciskowym oferują ponad trzykrotnie większą dokładność pomiaru, około ±3 mm Hg.

MAX30101 to pulsoksymetr zintegrowany z modułem pomiaru tętna. Zawiera wbudowane diody LED, fotodetektory, elementy optyczne i niskoszumową elektronikę wyposażoną w moduł odrzucania światła zewnętrznego.
Specyfikacja techniczna:

  • czujnik pomiaru tętna i odbiciowy pulsoksymetr;
  • 14-pinowy moduł optyczny o wymiarach 5,6×3,3×1,55 mm;
  • niski pobór mocy przystosowany do urządzeń mobilnych:
    - programowalna częstotliwość próbkowania i prąd odbiorników,
    - miernik tętna o niskim poborze mocy - < 1mW,
    - prąd w uśpieniu 0,7 μA;
  • duża odporność na artefakty ruchowe, wysoki stosunek sygnału do szumu;
  • temperatura pracy od -40 do +85 stopni.

Niedługo w każdym smartfonie

Mimo nowości, Maxim nie jest już jedynym producentem takiego sensora. Podobne rozwiązania mają w ofercie między innymi firmy Leman oraz Biobeat. Według najnowszych raportów WHO na nadciśnienie choruje już 1,2 mld ludzi na całym świecie, rynek jest więc bardzo duży i atrakcyjny dla producentów tego typu urządzeń.

Rozwój elektroniki medycznej wprowadza służbę zdrowia do nowej ery. Dzięki dokładnym czujnikom w przystępnych cenach pacjenci chorujący na przewlekłe choroby są w stanie monitorować swój stan zdrowia na bieżąco, co w znacznym stopniu odciąża szpitale i przychodnie. Dotykowe ciśnieniomierze to zaledwie początek tego, co elektronika może zaoferować pacjentom. Już teraz trwają badania nad nieinwazyjnym glukometrem, który pozwoliłby osobom chorym na cukrzycę na monitorowanie poziomu glukozy we krwi z kliniczną dokładnością bez konieczności przekłuwania skóry.

(PM)

Zobacz również

Dostępne nowe wydanie
Pobierz bezpłatnie