قياس بصري متعدد الأطوال الموجية لتحقيق وظائف لا يمكن تحقيقها عن طريق قياس SpO2 التقليدي

“يعد التصوير الضوئي (PPG) تقنية بصرية شائعة تستخدم في أجهزة مراقبة معدل ضربات القلب (HRM) وقياسات تشبع الشعيرات الدموية بالأكسجين المحيطي (SpO2). إنه سهل ومريح بمجرد إرفاق مؤشر LED وجهاز الكشف الضوئي (PD) بالجسم.

“

يعد التصوير الضوئي (PPG) تقنية بصرية شائعة تستخدم في أجهزة مراقبة معدل ضربات القلب (HRM) وقياسات تشبع الشعيرات الدموية بالأكسجين المحيطي (SpO2). إنه سهل ومريح بمجرد إرفاق مؤشر LED وجهاز الكشف الضوئي (PD) بالجسم.

تعتمد النظرية الأساسية لـ PPG على التغيرات في امتصاص الضوء من قبل الأنسجة البشرية ، والتي ترتبط بالتغيرات في التركيزات النسبية للأوكسي هيموغلوبين وديوكسي هيموغلوبين. يمكن استخدام التغيرات في حجم الدم الناتجة عن الانقباض والانبساط لتقدير تشبع الشرايين بالأكسجين.

إشارات PPG عرضة للتأثيرات الحركية ، والتي تعتمد على الطول الموجي لمصدر الضوء. يعتمد امتصاص الضوء وبالتالي عمق الاختراق في الأنسجة على طول الموجة. تتميز الأطوال الموجية الأطول مثل الأشعة تحت الحمراء والأشعة تحت الحمراء القريبة (NIR) بامتصاص منخفض نسبيًا ، مما يسمح باختراق الأنسجة بشكل أعمق. يمتص الميلانين الأطوال الموجية الأقصر من الضوء مثل الأخضر والأزرق بقوة ؛ لذلك ، يكون عمق الاختراق في الأنسجة ضحلًا نسبيًا. وبالتالي ، فإن PPGs ذات الضوء الأحمر والأشعة تحت الحمراء القريبة تخضع للقطع الأثرية ، في حين أن الضوء الأخضر والأزرق PPGs خالية نسبيًا من القطع الأثرية.

يوضح الشكل 1 عمق اختراق الجلد للإشارات الضوئية بأطوال موجية من 400 إلى 1000 نانومتر.

الشكل 1: يوضح عمق الاختراق البصري (δ) لمجموعة من مصادر الضوء ذات الطول الموجي المختلفة

يتيح استخدام مصابيح LED و PDs متعددة في تكوين متعدد الإرسال قياس ومراقبة أطوال الموجات المتعددة. يمكن أن يدعم كل صمام ثنائي وكاشف أطوال موجية مختلفة ويمكن أيضًا استخدامه بطريقة متعددة الإرسال (في مراحل مختلفة لأخذ العينات) لمراقبة المعلمات المختلفة.

يتميز التصميم المرجعي لمراقبة إدارة الموارد البشرية بصري متعدد الطول الموجي وتقنية SpO2 بتقنية Bluetooth® 5 بالواجهة الأمامية للاستشعار الحيوي أحادية الشريحة AFE4420 ، والتي تدعم أربعة مصابيح LED وأربعة مدخلات جهاز كشف ضوئي متعدد الوقت في وقت واحد. إنه يدمج سلسلة استقبال كاملة من مشغلات LED المرنة وأجهزة كشف الضوء.

يمكن إجراء اكتساب الإشارة على ما يصل إلى 16 مرحلة ، مع تخصيص مرن لمصابيح LED و PDs لكل مرحلة (انظر الشكل 2). يتصل بالمتحكم الدقيق اللاسلكي CC2640R2FSimpleLink ™ Bluetooth منخفض الطاقة (MCU) ، والذي يتصل عبر الواجهة الطرفية التسلسلية أو I²يدمج C أجهزة إرسال واستقبال Arm® Cortex®-M3 و 2.4 جيجا هرتز تردد الراديو (RF). يدعم التصميم التقاط البيانات السلكية باستخدام اتصال JTA وإرسالها عبر Bluetooth 5 لالتقاط البيانات اللاسلكية.

الشكل 2: رسم تخطيطي للتصميم المرجعي لرصد HRM البصري متعدد الأطوال الموجية و SpO2

تشمل الميزات الرئيسية للتصميم ما يلي:

・ بيانات PPG الخام لحساب معدل ضربات القلب و SpO2 والمعلمات الأخرى ذات الصلة. تعد AFE4420 فريدة من نوعها في السوق بمستوى تكاملها ، واستهلاكها المنخفض للطاقة وحجمها ، وتوفر مرونة في أوضاع الطاقة المنخفضة للغاية وميزة أول ما يخرج أولاً والتي تحافظ على MCU في وضع السكون لبطارية ممتدة الحياة.

・ استخدم CC2640R2F للاتصال اللاسلكي. يدمج CC264R2F جهاز إرسال واستقبال Arm Cortex-M3 وجهاز إرسال واستقبال RF بسرعة 2.4 جيجاهرتز يدعم ملفات تعريف Bluetooth 4.2 و 5.0 ويمكن أيضًا استخدامه كمعالج مضيف. تساعد محولات DC / DC الداخلية على تحسين كفاءة النظام بشكل عام وإطالة عمر البطارية. تساعد خوارزمية اكتشاف البطارية المنخفضة المضمنة في تقليل المكونات الخارجية في التطبيقات القابلة للارتداء.

・ استخدم بطارية خلوية تعمل بقطع النقود المعدنية للتشغيل منخفض الطاقة. يستخدم التصميم بطارية خلية واحدة 3-V بسعة 500 مللي أمبير Cr3032 وتم اختبارها لمدة 100 ساعة من التشغيل المتواصل ؛ 30 يومًا من عمر البطارية مع نقل غير متقطع.

مصمم للتطبيقات الطبية والرعاية الصحية الشخصية واللياقة البدنية ، يأتي هذا التصميم المرجعي مع إرشادات التصميم والخطط والتخطيطات وملفات قائمة المواد لمساعدتك على تقييم وتسريع تطوير المنتج بسرعة. إنه يسهل المراقبة في الوقت الحقيقي وقدرات تسجيل البيانات ويدعم التحسين للتكوينات المختلفة.