感測器和數位技術改善病患照護

作者 : Giuseppe Olivadoti,ADI數位醫療健康事業部行銷應用總監

目前,已經有一種使用可攜式或穿戴式監測裝置和護理站(point-of-care;PoC)醫療設備的新方法,可望改善患者的治療效果,並協助減輕公共醫療機構承受的壓力...

在引發新冠肺炎的SARS-CoV-2病毒出現之前,醫療保健的提供方式已經出現大規模轉變,為醫療創新注入了新的動力。2020年新冠疫情爆發之前,先進國家的人口老化、幾乎無所不在的行動寬頻連線,以及複雜的感測技術的開發都在推動著人們採用更加客制化的數位或遠端監測和診斷方法。

隨著新冠肺炎疫情不斷給有限的醫院設施帶來壓力,醫療服務提供者不斷加快部署新技術,以在醫院外進行檢測和監護。現在,創新的感測器不僅使得人們的關鍵生理徵象能夠在家中實施臨床級準確監測,而且能夠在護理站實施樣本化驗,無需再將樣本送到遙遠的實驗室中處理,從而更快獲得診斷結果。

這表示已沿用幾十年的標準醫療操作流程被打破。在傳統醫療模式中,患者只有在症狀變得明顯時才到醫院就診,或者是參加常規的年度體檢。而且一次性的全套檢查結果會被送到實驗室進行分析,之後才能提供診斷結果或健康狀況評估結果。許多情況下,得出診斷結果時,距離患者首次諮詢已經過去很長時間,並且也只是基於患者這一次的檢查得出結果。

當監測生命徵象和症狀所需的尖端設備缺乏,且只能從醫院或其他專用醫療機構中獲得時,此種治療方法是有意義的。

新型醫療感測技術的發展,為完全不同的醫療理念創造了條件。此種新型患者監測方法不是使用醫院中所用的大型、固定式醫療監測設備,而是使用以下這些設備:

  • 小型,甚至是穿戴式裝置
  • 功耗極低,可以使用電池供電的設備
  • 提供精準的臨床級測量結果

這讓我們能夠在醫院以外實施醫療監測和檢驗,可以在本地醫療機構(例如GP practices)或患者家中執行。為了提供患者更高的便利性,穿戴式裝置(例如貼片)可以在不顯眼的位置持續運行,隨時隨地進行全天候監測。

在現實生活中監測,實現更準確的診斷

採用新型遠端監測技術部份原因在於醫療資源短缺。2020年新冠疫情達到高峰時為醫院造成了很大壓力,這表示醫療系統可能很快就無法滿足不斷成長的急性照護服務需求。因此,將需要監測生命徵象的患者從醫院轉移到診所或自己家中是一個明智的長期策略。

但同樣重要的是,使用可攜式或穿戴式裝置進行監測可以提供更多有用的資料,讓患者獲得更良好的治療效果。新的醫療監測技術支援更長時間的生命徵象監測,例如心率、心率變異性、血氧飽和度(SpO2 )和體溫。透過持續監控,可以發現疫情的趨勢和模式,這是執業醫師在為患者提供單次診斷時無法獲知的。人工智慧(AI)診斷技術的平行發展表示資料流程監控可以實現自動化。

這種基於人工智慧的方法不至於讓醫生被巨量資料淹沒,而是利用技術在後台監控生命徵象的模式,只在需要醫生個人介入時才會發出訊號。透過檢測預示未來發病率的前兆訊號,患者和醫生可以共同努力改變藥物、生活方式或飲食,以防止出現以前需要到醫院急診就診的病情。

此外,相較於前往人為的、通常充滿壓力的在醫院病房接受檢查,在家中或護理站進行監測可以顯示患者的真實健康狀況。最新的多參數可穿戴感測器可以將生命徵象與運動、睡眠等其他指標結合起來,結合患者的生活方式來分析醫療資料。

半導體技術應用的新突破

21世紀時人們開發出了一系列半導體技術和電腦科學成果,在此推動下,這種新患者檢測模式隨之而生。

在光電子領域,已開發出來的光學感測器解決方案可以執行光電容積脈搏波(PPG),利用無創光學方法來計算心率、呼吸率和SpO2 。微型MEMS動作感測器可以測量患者的活動,例如運動時間和睡眠品質,將生命徵象與患者的情況結合起來。

在醫院裡,許多用於監測生命徵象的設備體積都很龐大,並且極為耗電。透過在晶片級實現這種測量能力,包括ADI等半導體製造商可以生產出能夠貼在皮膚上的醫療貼片等產品,此種貼片由電池供電,可持續運行數天或數週,同時將測量資料無線發送至智慧型手機等主機設備。透過主機,測量資料可以安全地上傳到雲端診斷服務,由該服務將原始電訊號轉換為可操作的醫療資料。

技術專長與應用知識相結合

能夠描述半導體和運算系統的功能需求,讓患者能夠佩戴智慧手錶或貼片來監測他們的生命徵象是一回事,在實際產品中使用採用這些技術的解決方案又是另一回事。

為醫療保健技術創新者提供的服務可能以半導體技術作為開始,但不能以此結束。為此,ADI彙集了醫療產業的技術專家和領域專家起來,為客戶提供支援。

醫學領域專家的工作是深入瞭解應用需求,以及市場的關鍵屬性,例如管理規範和資料隱私。對於開發複雜醫療產品的客戶,如果他們能夠得到既瞭解其技術又瞭解其應用的專家的支持,他們就能夠更快、更自由地進行創新,且更具信心能夠實現成功結果。

在生命徵象監測領域,這種應用專業知識由開發平台提供支援。例如,生命徵象監測(VSM)研究手錶就是一個多參數開放式開發平台。這是一款方便的可穿戴設備,它採用了一套感測器,提供一套連續的生命徵象測量結果,可用於開發生物醫療演算法。

1:由ADI創建的VSM研究手錶開發平台。

VSM研究手錶採用PPG和ECG來測量心率和心率變異性。MEMS加速度計可以計步,並且可以改善和向對運動偽影敏感的演算法提供資訊。手錶上的感測器可以測量溫度和阻抗,這些值用於演算法中,以監測壓力和身體成分。這些功能為醫療和學術機構開展的研究提供支援,以評估遠端患者監測的新用例。

在醫院以外對患者進行監護的好處顯而易見。利用感測器、類比數位轉換器和數位訊號處理器等精準、低功耗、微型元件,ADI的VSM手錶和其他這類開發平台為創新醫療設備製造商奠定了基礎,讓他們可以在此基礎上建構未來的監測設備。

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