Как гаджеты меняют наше представление о мониторинге здоровья
Самые популярные носимые медицинские гаджеты на сегодняшний день — трекеры сна и активности, а также устройства для диабетиков. По данным Global Markets Insights, вместе они занимают более 86% мирового рынка.
Это неудивительно: мода на продуктивность, здоровый образ жизни и заботу о своем теле подталкивает потребителей контролировать состояние организма. В то же время, несмотря на популярность ЗОЖ, продолжает расти число диабетиков. В прошлом году только в России насчитали 4,8 млн человек с этим диагнозом. За последние пять лет их стало больше на 23%.
Количество устройств, которые используются для постоянного мониторинга здоровья, растет еще быстрее. По данным MarketsandMarkets, рынок носимых медицинских гаджетов в ближайшие пять лет увеличится в 2,5 раза. Причем сами устройства становятся все более умными и удобными, меняя подходы к контролю за здоровьем.
1. Инвазивные процедуры нужны все реже
Чтобы измерить уровень сахар в крови, теперь необязательно прокалывать палец. Современные девайсы для мониторинга глюкозы позволяют сделать это без крови с помощью неинвазивных устройств.
Так, устройство FreeStyle Libre от Abbott имеет датчик, который снабжен маленьким волоском со специальным ферментом. Этот волосок помещается под кожу и определяет уровень глюкозы в межклеточной жидкости. В результате пациентам не нужно по много раз в день прокалывать палец. Фактически они могут постоянно отслеживать уровень глюкозы в режиме реального времени и при необходимости принимать меры.
Исследования показали, что постоянное использование этой системы мониторинга глюкозы в течение года и более улучшило самочувствие и уменьшило тяжесть заболеваний для пациентов с диабетом и первого, и второго типов. Пользователи реже испытывали состояние гипогликемии и попадали в больницы, меньше пропускали работу из-за диабета. Инновационное устройство уже продается в 50 странах мира, в том числе и с доставкой по всей России.
Для некоторых исследований благодаря носимым гаджетам теперь не требуется не только проникновения под кожу, но даже контакта с телом пациента. К примеру, Microsoft пару лет назад разработала умные очки, которые используют оптические датчики пульса для измерения давления. Они считывают пульс сразу в нескольких точках, на основе этих данных определяют скорость движения крови и вычисляют артериальное давление.
В свою очередь, американская Aum Cardiovascular предложила устройство, способное мониторить состояние коронарных артерий без инвазивного вмешательства. Оно улавливает и анализирует звук, с которым кровь проходит через артерии, и таким образом отслеживает наличие холестериновых бляшек.
Как работает инновационный контроль глюкозы для диабетиков
Пример: система FreeStyle Libre от Abbott
- Не требует прокола пальца: данные считываются в процессе безболезненного 1-секундного сканирования
- При каждом сканировании отражается текущий показатель глюкозы и то, в какую сторону сейчас меняется ее уровень
- Состояние пациента отслеживается круглосуточно: с устройством можно ходить в душ и даже плавать, но не дольше 30 минут
- На экране датчика видны данные за последние 8 часов, затем они передаются на сканер, который хранит информацию до 90 дней
- Всю информацию можно показать врачу, чтобы он принял более информированное решение
2. Мониторить состояние организма будут непрерывно
До недавнего времени самым распространенным методом более или менее длительного медицинского мониторинга вне больницы был метод «ЭКГ по Холтеру». Его впервые использовал биофизик Норман Холтер в 1952 году, и с тех пор технология мало изменилась. На пациента надеваются провода и монитор с картой памяти внутри, который обычно крепится на ремень. Спустя сутки прибор снимают, а данные передают на компьютер.
Пациенты, опутанные проводами для суточного ЭКГ, ограничены в активности. Поэтому чаще всего прибор фиксирует параметры в состоянии относительного покоя. Но главное, данные регистрируются лишь в течение суток (в редких случаях прибор носят несколько дней). Такого короткого интервала может быть недостаточно для полной медицинской картины.
Большинство других исследований проводятся только точечно. Давление, уровень глюкозы или кислорода обычно измеряют по состоянию на данный конкретный момент. И чтобы увидеть динамику, требуется повторный анализ.
Однако новые поколения носимых медицинских гаджетов научились отслеживать состояние непрерывно. Трекеры сна и активности могут измерять пульс и давление в режиме 24/7 много дней подряд. То же самое касается систем для контроля за глюкозой.
3. Гаджеты сами сообщат врачу о проблемах
В 2014 году небольшой стартап из Вирджинии CareTaker придумал прибор, который позволяет раньше выписывать пациентов из больницы и следить за их состоянием удаленно. Монитор надевается на запястье и фиксирует температуру, давление, частоту дыхания и уровень кислорода в крови. Через bluetooth он передает данные сначала на смартфон, а оттуда через приложение и облачное хранилище — на устройство врачу или опекуну.
За минувшие шесть лет множество сервисов научились оповещать медиков о состоянии пациентов. Например, некоторые чехлы для смартфонов, записывающие ЭКГ, подключены к телемедицинским сервисам и позволяют мгновенно получать консультации специалиста.
В таких устройствах заинтересованы не только пациенты, но и клиники. Участники рынка не раз говорили, что здравоохранению нужны гаджеты, которые могут автоматически отправлять данные в информационные системы клиник. Но раньше для этого не хватало технологической базы в самих клиниках и доступных устройств для пациентов. Теперь, когда пандемия сильно подогрела интерес к телемедицине, а гаджеты стали разнообразнее и дешевле, такая модель мониторинга будет востребована во многих странах.
4. Девайсы скорректируют наше поведение
Медицинские гаджеты пока не способны заменить врачей, но в некоторых случаях позволяют без них обходиться. Устройства уже научились выдавать пациентам рекомендации по поводу того, как лучше себя вести, чтобы избежать заболеваний или плохого самочувствия.
Например, трекеры помогают правильно выстроить подготовку ко сну и распределить активность в течение дня. А «умные» зубные щетки могут посоветовать подходящую именно вам зубную пасту и проконтролировать, хорошо ли вы почистили конкретный зуб.
Сама по себе информация о состоянии организма, если получать ее в реальном времени, тоже помогает вовремя корректировать свое поведение. Так, гаджеты для диабетиков могут показывать не только уровень глюкозы в данный момент, но и то, в какую сторону сейчас меняется показатель. Если глюкоза низкая и продолжает падать, то пациенту желательно поскорее что-нибудь съесть. А если уровень низкий, но растет, то достаточно немного подождать.
Вдобавок ко всему носимые медицинские гаджеты генерируют огромный массив данных, которые потенциально пригодны для предиктивной аналитики. С их помощью можно прогнозировать заболевания и выдавать рекомендации по питанию и нагрузкам не только на сегодняшний день, но и на всю жизнь.
Подписывайтесь на Telegram-канал РБК Тренды и будьте в курсе актуальных тенденций и прогнозов о будущем технологий, эко-номики, образования и инноваций.
Источник
Мобильная диагностика: как работают датчики уровня кислорода, пульса, ЭКГ и шума
Содержание
Содержание
Непростой 2020 год показал, что за здоровьем надо тщательно следить даже при самой невероятной занятости. Тем более, что развитие технологий позволяет делать это при помощи смартфона, умных часов или фитнес-браслета. Комбинация различных датчиков и софта может контролировать ряд важных параметров и делать выводы: все ли в порядке или стоит запланировать визит к врачу.
Всплеск интереса к повседневному контролю здоровья случился после появления на рынке «умных» часов и браслетов. Разработчики с самого начала встраивали в них не только акселерометр и/или гироскоп с навигационным приемником, но и датчики контроля сердечных ритмов. Сейчас в такие устройства ставят несколько дополнительных чипов, позволяющих узнать о своем организме много полезного.
Давайте разберемся, какие датчики применяются в «умных» гаджетах, что они умеют и насколько точным получается результат измерений.
Акселерометр и гироскоп
Изначально эти датчики устанавливали в смартфоны. Когда появились «умные» часы и браслеты, их также оснастили такими чипами: на работе акселерометра, например, построена одна из основных задач всех «умных» гаджетов — подсчет количества шагов.
Сейчас все настолько привыкли к тому, что акселерометр и гироскоп есть в мобильных устройствах, что не видят между ними разницы. Тем более, что функции этих датчиков реализуются одной микросхемой. На самом деле разница есть. Если коротко, то акселерометр реагирует на ускорение предмета, а гироскоп — на изменение его положения в пространстве. Поэтому с помощью акселерометра можно, например, понять, нужно ли сменить ориентацию экрана смартфона или посчитать шаги. А с помощью гироскопа — точно определить положение тела.
Зачем это нужно в мобильной диагностике? С подсчетом шагов все ясно — это контроль здорового образа жизни. Но это больше относится к фитнесу. А как это помогает в плане наблюдений за своим самочувствием?
Дело в том, что связка акселерометра и гироскопа обеспечивает работу функции, способной определить, что владелец устройства упал. «Умный» гаджет на основании резкого изменения показаний датчиков делает вывод, что пользователю необходима помощь, и автоматически вызовет экстренные службы, например, скорую или полицию. Зачем это нужно? Например, гаджет оперативно вызовет врачей, если с вами случится какая-то неприятность на улице. А при инсульте и инфаркте очень важно, чтобы квалифицированная медицинская помощь была оказана как можно быстрее.
К примеру, такая функция реализована в Apple Watch. По умолчанию она активируется у пожилых пользователей, также можно ее включить вручную.
Кстати, обратите внимание, что наличие акселерометра вместе с гироскопом позволяет получать более точные результаты тренировок: гироскоп точно распознает такие вещи, как бег на месте или прыжки, и понимает, когда вы идете пешком, а когда бежите.
Датчик пульса
Датчик пульса — первое устройство для мобильной диагностики, появившееся в носимых гаджетах. Он предназначен для контроля сердечных ритмов в состоянии покоя и при физической нагрузке. На основании собранной статистики можно оценить состояние здоровья и понять, оптимальны ли нагрузки на тренировках или, если имеются какие-либо заболевания, сориентироваться, не пора ли обратиться к специалисту.
Измерения пульса
Датчики пульса, используемые в мобильных гаджетах, работают на основе оптической технологии — фотоплетизмографии (PPG). Смысл ее заключается в следующем. При сокращении сердечной мышцы в кровеносных сосудах изменяется кровяное давление и происходит изменение интенсивности капиллярного кровотока. Увеличившееся количество крови в сосуде поглощает больше поступающего света. Если подать поток света определенной интенсивности, то на основании прошедшего через ткань или отраженного сигнала можно сделать вывод об изменениях анализируемой среды: например, подсчитать количество «всплесков» кровотока в минуту и сделать вывод о частоте пульса.
В мобильных гаджетах подсчет пульса реализуется на основе как прошедшего через ткань света (в компактных пульсоксиметрах), так и отраженного — в «умных» часах и фитнес-браслетах. В них светодиод, размещенный на внутренней стороне устройства, испускает свет,который отражается от тканей запястья и поступает на фотодатчик, регистрирующий уровень отраженного сигнала.
Для подсветки используется светодиод зеленого цвета (525 нм). Зеленый цвет излучения выбран потому, что является наиболее контрастным к красному цвету крови, согласно цветовому кругу Иттена, а следовательно, лучше всего поглощается.
«Умные» гаджеты регистрируют пульс автоматически (по расписанию) или по желанию пользователя. На основании измеренных значений они построят красивые графики в мобильных или десктопных приложениях, которые помогут следить за уровнем пульса: контролировать выход за установленные пределы, наблюдать процесс в динамике за определенные интервалы времени. В целом с этой задачей мобильные устройства справляются хорошо.
Измерения артериального давления
Раз датчик пульса анализирует сердечные ритмы на основе изменений кровотока и давления, то логично предположить, что с его помощью можно не только посчитать пульс, но и измерить давление. Это на самом деле так. На основании данных, полученных от датчика пульса, программа может рассчитать величину артериального давления.
Но проблема заключается в том, что для того, чтобы получить близкий к реальному результат, необходимо выполнить калибровку устройства под конкретного пользователя. В противном случае измерение давления будет корректным только для тех, у кого оно находится на нормальном уровне, и еще не проявились возрастные изменения или проблемы, связанные с различными заболеваниями. Поэтому, если вы хотите с помощью «умных» гаджетов контролировать еще и давление, ищите модель с настройкой измерений под владельца.
Датчик ЭКГ
Еще более интересная вещь в плане контроля здоровья — датчик электрокардиографии (ЭКГ). Дело в том, что о работе сердца можно судить не только по изменениям кровотока в сосудах, но и по электрическим сигналам, которые возникают в процессе работы этого органа. И эта информация точнее и информативнее. Электрокардиограмма, полученная специалистом медицинского центра, позволяет сделать выводы о работе сердца и его здоровье. Для этого на руки, ноги и грудную клетку устанавливают электроды, а результат интерпретирует компьютер.
Точно такой же датчик ЭКГ, только миниатюрных размеров, сейчас устанавливают в ряд мобильных устройств. Например, начиная с 4-го поколения, датчик ЭКГ имеется в Apple Watch. Но с мобильными датчиками существует ряд проблем.
Дело в том, что в профессиональном медицинском оборудовании обычно используют 10-12 датчиков, минимум шесть из них размещают в области сердца. А носимое мобильное устройство крепится на запястье. То есть, оно удалено от сердца на большое расстояние. И датчиков в таких устройствах значительно меньше.
Например, в Apple Watch их всего два: один размещен в Digital Crown, второй вместе с датчиком пульса установлен на внутренней стороне.
Поэтому точность ЭКГ, снятого с помощью мобильного устройства, не настолько высока, чтобы делать серьезные клинические выводы. Тем не менее, даже такой точности достаточно, чтобы определить мерцательную аритмию, показывающую, что визит к врачу откладывать не стоит.
Еще один важный момент — работа функции ЭКГ должна пройти проверку надзорных органов в разных странах. На момент написания статьи у Apple, например, получено разрешение для использования функции ЭКГ на территории США. В России Росздравнадзор сертифицировал ее буквально несколько дней назад. В остальном мире она официально отключена, хотя датчики в устройствах имеются. Остается только надеяться, что вопрос рано или поздно решится и полезная функция будет разблокирована.
Датчик уровня шума
Еще одна занятная функция, которая имеется, например, в Apple Watch — измерение уровня шума. Датчик регистрирует уровень фонового шума и, если он в течение некоторого времени превышает пороговое значение, гаджет выдает уведомление и предлагает покинуть место с высоким уровнем шума.
Полезна ли такая функция? Да, поскольку ВОЗ обращает внимание на то, что значительное количество людей подвергается риску потерять слух из-за сильного шумового воздействия в местах развлечений. Вы, наверное, замечали, что после того, как выходишь с рок-концерта или из клуба, некоторое время все слышно словно сквозь вату. Вот от таких «сюрпризов» датчик шума вас и защитит. Если, конечно, вы сами захотите защищаться.
Датчик уровня кислорода в крови
Теперь поговорим о новомодном датчике, которым мобильные устройства начали оснащать недавно. Это датчик определения уровня кислорода в крови. В свете коронавирусной инфекции, ставшей главной темой 2020 года, эта функция оказалась чуть ли не самой рекламируемой.
Нужно отметить, что, помимо наблюдений за своим состоянием в свете последних событий, контроль за уровнем кислорода в крови интересен и в других случаях: недостаток кислорода приводит к таким нехорошим вещам, как дыхательная недостаточность, одышка, головные боли и так далее.
Медики измеряют уровень кислорода в крови с помощью небольших приборов — пульсоксиметров. Внешне они напоминают прищепку с экраном, которая крепится на палец и выдает информацию о пульсе и степени насыщения кислородом артериальной крови. По этой причине датчики уровня кислорода в крови также называют датчиками SpO2.
Расшифровывается эта аббревиатура так:
- S — степень сатурации (насыщения) кислородом.
- P — пульс.
- O2- кислород.
Нормальной считается величина сатурации от 95 до 100%, показания ниже 90% говорят о наличии проблем.
В пульсооксиметре датчик измерения уровня кислорода работает следующим образом. В приборе установлен светодиод, излучающий сигналы инфракрасного диапазона и красного цвета, а также фотодетектор, фиксирующий, какая часть светового потока прошла через ткани пальца с капиллярными сосудами. Аналогичный способ используется и в умных гаджетах.
Только фотодетектор принимает не прошедший через ткани, а отраженный от них сигнал, так как браслет или часы крепятся на запястье. На основании уровня отраженного сигнала приложение, встроенное в гаджет, делает оценку сатурации и выводит на дисплей измеренное значение.
Такие датчики есть в новой серии Apple Watch, а также в ряде фитнес-браслетов, например, Honor Band 5 и Huawei Band 4 PRO.
Точность измерений и их использование для диагностики
Все перечисленные измерения — сердечных ритмов, ЭКГ и уровня кислорода — работают в мобильных гаджетах в упрощенном режиме. Они имеют уровень погрешности, не позволяющий использовать их как медицинские диагностические приборы. Это написано в документации ко всем «умным» часам и фитнес-трекерам, но, тем не менее, на этом стоит дополнительно заострить внимание.
К примеру, датчик уровня кислорода может ошибаться на несколько процентов, причем значение может колебаться, как в большую, так и в меньшую сторону. Также результаты измерений изменятся в том случае, если браслет или часы неплотно прилегали к вашему запястью, либо потому что резко похолодало.
Поэтому производители и специалисты обращают внимание, что все данные, полученные с мобильных датчиков, могут использоваться для общего контроля здоровья и оценки динамики состояния организма. Они не предназначены для постановки диагнозов и не являются медицинскими приборами. Для профессионального осмотра необходимо использовать специализированную технику.
Вместе с тем, нельзя не отметить и то, что имеется очевидная польза от использования датчиков в мобильной технике. Спортсмены и просто любители активного образа жизни успешно контролируют процесс тренировоки объемы нагрузок. А те, кому пришло время внимательнее относиться к своему здоровью, собирают статистику, показывающую общую картину изменений, и могут ее соотнести со своим самочувствием.
Анализ собранной статистики позволит вовремя заметить, если что-то пошло не так, и своевременно обратиться к врачу, например, при наличии сердечно-сосудистых заболеваний. Поэтому во многих случаях использование мобильной диагностики интересно, полезно и даже необходимо.
Источник