Sensoren maken oversteek van fitness- naar medische wearables

Geplaatst door Maartje Henket

Gezondheids- en fitness-wearables hebben zich ontwikkeld van eenvoudige stappentellers, die basisniveaus van activiteiten en fitness bijhouden, tot complete oplossingen voor de bewaking en de controle van allerhande lichaamsfuncties. Verschillende typen sensoren breiden die mogelijkheden alleen maar uit. Nieuwe ontwikkelingen in de sensortechnologie komen ook ten goede aan medisch gecertificeerde wearables.

Tags:
polssensor met de MAX32664 biometrische sensor hub, die kan communiceren met lokale optische sensoren en ruwe of bewerkte meetdata van bijvoorbeeld hartfrequentie en zuurstofsaturatie doorgeeft.
Deze polssensor bevat de MAX32664 biometrische sensor hub, die kan communiceren met lokale optische sensoren en ruwe of bewerkte meetdata van bijvoorbeeld hartfrequentie en zuurstofsaturatie doorgeeft.

Door: Mark Patrick, Mouser Electronics

De hedendaagse wearables zijn niet meer te vergelijken met de eerste sporttesters uit de 80-er jaren van de vorige eeuw. Naast het tellen van het aantal stappen, calorieën en geslapen uren geven ze de gebruiker nu ook naar keuze inzicht in andere fysiologische functies van verschillende lichaamsdelen (bloeddruk, lichaamstemperatuur, zuurstofverzadiging). Hoewel de pols en de borst nog steeds het meest populair zijn voor wearables, zie je nu ook steeds meer oorapparaten (hearables).

Sensoren

De mogelijkheid om vitale functies te meten is mogelijk dankzij een reeks geavanceerde sensoren.

Optische sensoren, zoals de AFE4420YZR van Texas Instruments, worden gebruikt voor fotoplethysmografie (PPG). Dit is een eenvoudige en goedkope optische techniek voor het meten van het bloedvolume in de huidvaatjes. Kleuren- en soms infrarood-led’s worden ingezet om de huid van de drager te verlichten. Het gereflecteerde licht wordt gedetecteerd met fotodiodes die het lichtsignaal omzetten in een elektrische stroom. Deze wordt vervolgens doorgezonden naar een microcontroller die de hartslag en de zuurstofverzadiging van het bloed berekent. Deze sensoren maken gebruik van algoritmen om de beweging van de drager en de veranderende lichtomstandigheden die de metingen negatief zouden kunnen beïnvloeden te compenseren.

Biopotentiaal-sensoren, zoals de MAX30001 van Analog Devices, detecteren kleine elektrische signalen in het menselijk lichaam en zijn geschikt voor het vervaardigen van een elektrocardiogram (ECG), een grafische weergave van het hartgedrag.

Universele temperatuursensoren zijn er met verschillende nauwkeurigheidsniveaus. Voor klinische toepassingen, zoals het meten van de lichaamstemperatuur, is een nauwkeurigheid van tenminste 0,2 °C gewenst. Dat is mogelijk met bijvoorbeeld de TMP117AIDRVR van Texas Instruments.

Medische toepassingen

Het gebruik van sensoren in medische toepassingen was lange tijd uitgesloten vanwege hun geringe kwaliteit. Die mindere kwaliteit is geen groot probleem voor de consument die de gezondheids- en fitness-wearables gebruikt als een algemene gezondheids- en welzijnsindicator, zonder al te veel aandacht te besteden aan de nauwkeurigheid van de meetresultaten. Veel fabrikanten produceren nu sensoren van medische kwaliteit, die speciaal ontworpen zijn voor professionele toepassingen in de gezondheidszorg en voldoen aan allerhande medische normen.

Draagbaarheid

De opmars van sensoren in medische toepassingen heeft niet alleen een meettechnische reden. Zo kunnen ze ook helpen bij de ontwikkeling van meer draagbare en gemakkelijker te dragen apparaten. De Holter bijvoorbeeld is momenteel de meest gebruikte hartmonitor in de zorg. Hij is echter nogal groot en daardoor onpraktisch om langer dan 24 tot 48 uur te dragen. Hoewel dit voldoende kan zijn om bepaalde aspecten van het hartgedrag vast te leggen, is het in sommige gevallen niet lang genoeg om levensbedreigende aandoeningen als aritmie nauwgezet te detecteren. Kleinere, minder invasieve draagbare hartmonitoren maken het eenvoudiger om deze hartaandoeningen op te sporen, waarbij zorgverleners hun patiënten gedurende langere perioden op afstand kunnen volgen.

Via de cloud

Door apparaten van medische kwaliteit die door meerdere mensen worden gedragen te verbinden met de cloud en voortdurend grote hoeveelheden gegevens te uploaden, wordt het ook mogelijk technieken voor machine learning toe te passen om zo verborgen trends en patronen in deze informatie te ontdekken. Dit zal op zijn beurt helpen bij de ontwikkeling van algoritmen die de nauwkeurigheid van de sensormetingen verder verbeteren.

De MAX32664 van Analog Devices is een low-power biometrische sensor hub-familie die direct kan communiceren met verschillende sensoren om in verschillende gebruiksscenario’s metingen te analyseren. Een interessante toekomstige toepassing met deze sensor-hub is het meten van de bloeddruk met behulp van PPG-technieken op de vingertop (en mogelijk andere lichaamsdelen) van de drager van het apparaat. Dat is een hele verbetering ten opzichte van de huidige werkwijze met een log manchet.

Elektrochemische sensoren

Sinds kort zijn er draagbare toepassingen in de gezondheidszorg op basis van elektrochemische sensoren, zoals de MAX30134 analoge front-end. Deze wordt gebruikt in bloedglucosemeters om de bloedsuikerspiegel bij diabetespatiënten continu te controleren. De metingen worden draadloos naar de telefoon van de patiënt gestuurd om deze te waarschuwen als hij/zij zichzelf een dosis insuline moet toedienen. Bij toekomstige ontwikkelingen kan het controletoestel draadloos worden verbonden met een draagbare insulinepomp, die dan automatisch de juiste dosis aan de patiënt toedient.

Conclusie

De ontwikkeling van sensorgebaseerde draagbare apparaten blijft in hoog tempo doorgaan. Hoewel ze altijd populair zullen blijven als consumentenartikelen is de nauwkeurigheid van de sensoren zodanig verbeterd dat ze ook geschikt zijn voor medische toepassingen. Extra voordeel zijn de mogelijkheden voor monitoring op afstand en (cloudgebaseerde) dataverwerking met AI/ML-technieken.

Dit artikel komt uit ElektroData 1 – 2023

Tags:
Contactgegevens
AdresEsp 230
Postcode en plaats
5633 AC Eindhoven
Telefoon040-2647657
Meer informatieInformatie aanvragen

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *