Wearables richten zich op COVID-19

COVID-19 blijft de krantenkoppen domineren en een van de meest zichtbaar getroffen sectoren is de professionele sport. Toen basketbal in juli weer geïsoleerd in actie kwam, boden de NBA en WNBA spelers de mogelijkheid om de Oura Ring te gebruiken om hun gezondheid te controleren. De slimme ring kan, volgens de maker, het begin van COVID-19-symptomen tot drie dagen van tevoren voorspellen met een nauwkeurigheid van 90%.

Het softwareplatform van de ring, ontwikkeld door het Rockefeller Neuroscience Institute van de West Virginia University, maakt gebruik van op kunstmatige intelligentie gebaseerde modellen om te voorspellen wanneer een speler zich ziek kan gaan voelen op basis van fysiologische gegevens die zijn verzameld door de sensoren die in de ring zijn ingebed en opgeslagen op een smartphone-app. De ring verzamelt met name gegevens over het bloedpulsvolume die worden gebruikt om de hartslag, hartslagvariabiliteit en ademhalingsfrequentie te bepalen. De ringen verzamelen ook lichaamstemperatuurgegevens, handbewegingsgegevens en een tijdstempel. Deze gegevens worden vervolgens via de smartphone-app gedownload naar het AI-platform voor analyse.

Om deze informatie te verzamelen, bevat de Oura Ring, naast een lichaamstemperatuursensor en een accelerometer, een fotoplethysmografie (PPG) sensor, een type sensor dat al jaren wordt gebruikt in medische apparaten en polswearables. Afhankelijk van de locatie op het lichaam is een PPG-sensor ontworpen om te worden geplaatst (bijv. voorhoofd, pols, oorlel, enz.), De sensor bevat een of meer rode/infrarode LED's, groene LED's of soms beide, evenals een fotodetector voor het meten van de intensiteit van toepasselijke golflengten. De lichtintensiteit die door de fotodiode wordt gedetecteerd, wordt vervolgens gebruikt om fysiologische parameters zoals hartslag en bloedvolume te bepalen.

IR-LED's kunnen dieper in het lichaam doordringen, bijvoorbeeld in spierweefsel, maar zijn gevoeliger voor bewegingsartefacten zoals beweging van het apparaat over de huid, oneffenheden van de huid en omgevingstemperatuur, waardoor groene LED's voor sommigen een betere optie zijn toepassingen. Het opnemen van een versnellingsmeter om de bewegingsrichting te bepalen, vermindert de impact van bewegingsartefacten, waardoor het gebruik van een IR-led een haalbare optie is in toepassingen waar dit anders misschien niet het geval zou zijn. Dit is de benadering die de makers van de Oura-ring lijken te hebben gekozen.

Zoals het onderstaande diagram laat zien, zendt een PPG-sensor licht uit dat wordt gereflecteerd door (of soms door) weefsel in een fotodiode.

Dit diagram toont de PPG-sensorfunctie.

Hoewel de configuratie afhankelijk is van de toepassing, kan een typische PPG-sensor een of meer LED-emitters, een optische detector en signaalverwerkingscircuits combineren. Optisch pulseren in combinatie met synchrone detectie kan de behoefte aan bedrijfsvermogen verminderen en de afwijzing van omgevingslicht verbeteren.

De ADPD144RI van Analog Devices maakt bijvoorbeeld gebruik van twee rode (660 nm) en twee IR (880 nm) LED's en een viersegmenten fotodetector die is geoptimaliseerd voor rode en IR-emissies. De LED's zenden gepulseerd licht uit in synchronisatie met een analoog signaalconditioneringscircuit, dat transimpedantieversterking, onderdrukking van omgevingslicht en versterking omvat. Elk van de vier geconditioneerde signalen wordt naar een ADC en vervolgens naar een accumulator geleid. Na middeling kan het resulterende signaal worden uitgelezen via uitgangsregisters of een FIFO-buffer. Zie een blokschema voor de module hieronder.

Dit is een blokschema voor de ADPD144RI PPG optische sensormodule.

De bedrijfstemperatuurspecificatie voor de ADPD144RI is -40 °C tot +85 °C. De LED-junctietemperatuur is gespecificeerd op 105 °C. De ESD-classificatie van het Human Body Model is 3000 kV. Deze specificaties duiden op een robuust ontwerp dat betrouwbaar zou moeten werken in medische toepassingen binnenshuis.

PPG-technologie werd voor het eerst onderzocht in de jaren dertig en tegenwoordig zijn er een aantal medische apparaten en wearables op de markt. Volgens een voorspelling van Medgadget van 4 april 2020, werd de wereldwijde markt voor medische draagbare apparaten in 2019 gewaardeerd op bijna $ 13 miljard en zal naar verwachting in 2025 bijna $ 38 miljard bedragen.

Wearables zoals de Oura Ring zijn echter geen wondermiddel. Er zijn enkele zorgen over de werkzaamheid van het product, waarvan de belangrijkste het kleine aantal tot nu toe uitgevoerde onderzoeken is naar het voorspellende vermogen van draagbare apparaten in het algemeen. Andere intrinsieke tekortkomingen zijn onder meer de meetnauwkeurigheid, die meestal te maken heeft met variaties die worden geïntroduceerd door beweging, die het voorspellende vermogen van het AI-model zouden beïnvloeden, evenals de timing van het begin van de COVID-19-symptomen versus de piektransmissie, die mogelijk niet samenvalt. De FDA heeft tot op heden geen draagbare apparaten goedgekeurd voor het detecteren van COVID-19.

>> Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op onze zustersite, EDN.