Носимые устройства нацелены на COVID-19

COVID-19 продолжает доминировать в заголовках новостей, и одна из наиболее заметно пострадавших отраслей - это профессиональный спорт. Когда в июле баскетбол вернулся в игру изолированно, НБА и ЖНБА предложили игрокам возможность использовать кольцо Oura Ring для наблюдения за своим здоровьем. По словам производителя, смарт-кольцо может предсказать появление симптомов COVID-19 за три дня до забега с точностью 90%.

Программная платформа кольца, разработанная Институтом нейробиологии Рокфеллера Университета Западной Вирджинии, использует модели на основе искусственного интеллекта для прогнозирования того, когда игрок может начать чувствовать себя плохо, на основе физиологических данных, собранных датчиками, встроенных в кольцо, и сохраненных в приложении для смартфона. В частности, кольцо собирает данные об объеме пульса крови, которые используются для определения частоты сердечных сокращений, вариабельности сердечного ритма и частоты дыхания. Кольца также собирают данные о температуре тела, движениях рук и отметку времени. Затем эти данные загружаются через приложение для смартфона на платформу AI для анализа.

Для сбора этой информации, в дополнение к датчику температуры тела и акселерометру, Oura Ring включает датчик фотоплетизмографии (PPG), тип датчика, который уже много лет используется в медицинских устройствах и запястьях. В зависимости от расположения на теле датчика PPG (например, лоб, запястье, мочка уха и т. Д.) Датчик включает в себя один или несколько красных / инфракрасных светодиодов, зеленые светодиоды, а иногда и оба, а также фотодетектор для измерения интенсивности применимых длин волн. Интенсивность света, измеренная фотодиодом, затем используется для определения физиологических параметров, таких как частота сердечных сокращений и объем крови.

ИК-светодиоды могут проникать глубже в тело, например, в мышечную ткань, но они более восприимчивы к артефактам движения, таким как движение устройства по коже, неровности кожи и температура окружающей среды, что делает зеленые светодиоды лучшим вариантом для некоторых. Приложения. Включение акселерометра для определения направления движения снижает влияние артефактов движения, что делает использование ИК-светодиода возможным в приложениях, где иначе могло бы и не быть. Похоже, именно такой подход придерживаются создатели кольца Oura.

Как показано на схеме ниже, датчик PPG излучает свет, который отражается тканью (или иногда проходит через нее) на фотодиод.

На этой схеме показана функция датчика PPG.

Хотя конфигурация зависит от приложения, типичный датчик PPG может сочетать в себе один или несколько светодиодных излучателей, оптический детектор и схему обработки сигналов. Оптические импульсы в сочетании с синхронным обнаружением могут снизить требования к рабочей мощности и улучшить подавление окружающего света.

Например, ADPD144RI от Analog Devices использует два красных (660 нм) и два инфракрасных (880 нм) светодиода и четырехсегментный фотодетектор, оптимизированный для красного и инфракрасного излучения. Светодиоды излучают импульсный свет синхронно со схемой формирования аналогового сигнала, которая включает трансимпедансное усиление, подавление окружающего света и усиление. Каждый из четырех подготовленных сигналов направляется в АЦП, а затем в аккумулятор. После усреднения результирующий сигнал можно прочитать либо через выходные регистры, либо через буфер FIFO. См. Блок-схему модуля ниже.

Это блок-схема модуля оптического датчика ADPD144RI PPG.

Спецификация рабочей температуры для ADPD144RI составляет от -40 ° C до +85 ° C. Температура перехода светодиода указана на уровне 105 ° C. Класс защиты от электростатического разряда модели человеческого тела составляет 3000 кВ. Эти характеристики указывают на прочную конструкцию, которая должна надежно работать в медицинских помещениях.

Технология PPG была впервые исследована в 1930-х годах, и сегодня на рынке представлен ряд медицинских устройств и носимых устройств. Согласно прогнозу Medgadget от 4 апреля 2020 года, мировой рынок медицинских носимых устройств оценивался почти в 13 миллиардов долларов в 2019 году и, как ожидается, достигнет почти 38 миллиардов долларов к 2025 году.

Однако такие носимые устройства, как Oura Ring, не являются панацеей. Есть некоторые опасения по поводу эффективности продукта, наиболее значительным из которых является небольшое количество проведенных на сегодняшний день исследований прогностической способности носимых устройств в целом. К другим внутренним недостаткам относятся точность измерения, в основном связанная с вариациями, вносимыми движением, которые могут повлиять на предсказательную способность модели ИИ, а также время появления симптомов COVID-19 по сравнению с пиковым уровнем передачи, которые могут не совпадать. На сегодняшний день FDA не одобрило носимые устройства для обнаружения COVID-19.

>> Эта статья была первоначально опубликована на наш дочерний сайт EDN.