Conexiunea dintre problemele respiratorii și saturația de oxigen. Soluții pentru dezvoltarea unui dispozitiv de măsurare a semnelor vitale
Pulsoximetrele sunt dispozitive economice utilizate în monitorizarea semnelor vitale (pulsul și saturația de oxigen din sânge) ale pacientului atunci când acesta este posibil să aibă nevoie de spitalizare. O saturație scăzută de oxigen în sânge poate fi cauzată de multiple probleme medicale și, prin urmare, este un factor declanșator pentru demararea unor investigații suplimentare. Una dintre cauzele scăderii saturației de oxigen din sânge este funcționarea deficitară a sistemul respirator al pacientului, respectiv schimbul anevoios de gaze dintre plămâni și mediul exterior. Prin urmare, din cauza situației pandemice actuale generate de răspândirea virusului SARS-COV-2 (care atacă în principal sistemul respirator al persoanei infectate) acest dispozitiv joacă un rol destul de important în sistemul medical pentru prevenirea răspândirii COVID-19.
Cum funcționează pulsoximetrele?
Pulsoximetrele se bazează pe absorbția și modificarea lungimii de undă a luminii pentru a determina nivelul de saturație de oxigen. Absorbția luminii infraroșii este diferită în hemoglobina oxigenată față de cea neoxigenată. Lumina IR cu anumite lungimi de undă este transmisă cu ajutorul unei diode LED printr-o parte a corpului (de obicei un deget) și este măsurată folosind un fotodetector, care este sensibil la aceleași lungimi de undă. După ce se realizează calibrarea, este posibilă determinarea nivelul de saturație de oxigen din sânge prin măsurarea absorbției lungimilor de undă relevante. Pentru cele mai bune performanțe și pentru a minimiza influența condițiilor de iluminare externă, sunt utilizate mai multe leduri de diferite lungimi de undă.
Soluții de design
În primul rând, aceste dispozitive sunt în mare parte portabile și au nevoie de o sursă de energie electrică. Alimentarea pulsoximetrelor se face majoritar cu ajutorul bateriilor. În cazul dispozitivelor mai performante se utilizează acumulatori Li-Ion, care sunt compacți și ușor de integrat. Pentru utilizarea acestora este necesar un modul de încărcare cu regulator de tensiune, iar modelul Li-Ion Linear Battery Charger (Nr. stoc RS: 829-1431) de la STMicroelectronics este ideal. Modulul oferă protecție împotriva supraalimentării, descărcării totale și la supracurent.
Se cunoaște faptul că cerințele medicale sunt printre cele mai stricte din industrie iar orice dispozitiv medical are nevoie de monitorizare internă. La fel este si pentru nivelul energiei din acumulatori deoarece un acumulator descărcat poate influența negativ calitatea măsurătorilor. O soluție propusă de STMicroelectronics este utilizarea unui modul de monitorizare STC3115 (Nr. stoc. RS: 196-1452) care furnizează date despre starea celulei acumulatorului, prin intermediul unei magistrale I2C, către un microcontroler. Acesta măsoară tensiunea și temperatura celulei pentru a realiza o aproximare exactă a nivelului de încărcare.
În cele din urmă, este necesară și reglarea tensiunii pentru a asigura o valoare stabilă și constantă la ieșirea din celula acumulatorului. STMicroelectronics pune la dispoziție o gamă largă de regulatoare de tensiune, cu ieșire fixă, cum ar fi gama STLQ015, cu o tensiune de ieșire de 3.0V. Un exemplu de produs din această gamă este regulatorul STLQ015M30R cu Nr. stoc RS: 188-9308.
Pentru a furniza date utilizatorului este necesară o metodă de afișare clară a stării actuale a sistemului și a saturației măsurate de oxigen în sânge. Această cerință trebuie să fie în concordanță cu cerințele de a reduce dimensiunea dispozitivului și de a optimiza consumul de energie al sistemului general. O abordare comună în dispozitivele moderne este utilizarea unui afișaj LCD sau OLED. Dispozitivele OLED au crescut în popularitate în ultimii ani, pe măsură ce costurile au scăzut, având în vedere performanțele ridicate în diferite condiții de iluminare și consumul redus de energie în comparație cu afișajele LCD. Un exemplu de OLED din oferta Aurocon COMPEC este afișajul RGB OLED de 96×64 pixeli (Nr. stoc. RS: 823-5973) de la Midas. Cu o suprafață de afișare activă de 20x13mm, acest afișaj oferă suficientă flexibilitate pentru a reprezenta clar saturația curentă de oxigen din sânge, bătăile inimii (pulsul) și starea sistemului.
Subsistemul de măsurare al pulsometrului cuprinde două LED-uri cu lungimi de undă și un fotodetector pe întreaga gamă de lungimi de undă. O soluție pentru subsistemul de măsurare al pulsoximetrului este utilizarea LED-ului IR de la Osram de 950nm (Nr. stoc. RS: 778-1383) în paralel cu LED-ul roșu de 660nm (Nr. stoc. RS: 126-3152). Pentru măsurarea absorbției lungimii de undă a luminii se poate opta pentru un fotodetector (Nr. stoc RS: 652-0207) care oferă o sensibilitate mai mare de 75% pe o gamă de 650-950 nm, care permite realizarea unor măsurători exacte pe domeniul de interes.
Nu în ultimul rând este important că dispozitivul de măsurat să aibă o protecție sigură între electronica internă și interfața externă. Siguranțele electrice sunt utilizate în mod obișnuit pe interfețele USB pentru a proteja încărcătorul și dispozitivul conectat, în cazul unui scurtcircuit sau a unei defecțiuni electromecanice. Littelfuse oferă o gamă largă de dispozitive de protecție a circuitelor precum siguranțele resetabile SMD de 250mA (Nr. stoc RS: 541-3552) și de 1A (Nr. stoc RS: 541-3574). Acest tip de siguranțe protejează încărcătorul conectat și permite deconectarea temporară a circuitelor electrice.
Dezvoltarea dispozitivelor medicale care au ca scop combaterea răspândirii virusului SARS-COV-2 are prioritate la nivel mondial în această perioadă. Împreună cu producătorii consacrați de pe piață, echipa Aurocon COMPEC dorește să ofere o mână de ajutor dezvoltatorilor oferindu-le acces la o gamă largă și potrivită de produse pentru astfel de dispozitive. Împreună vom putea depăși această criză medicală.
Autor: Nita Emil Ionut
Aurocon COMPEC SRL
Tel: 021 304 62 33
Fax: 021 304 62 34
Email: compec@compec.ro
Site: www.compec.ro
Distribuitor: RS Components, SICK, MURR Elektronik, STASTO, Hitachi