Объединение мультиспектральных датчиков в SmartWatch для непрерывного мониторинга гидратации кожи человека и потери пота на месте.

Том 13 научных отчетов, номер статьи: 13371 (2023) Цитировать эту статью

1107 Доступов

Подробности о метриках

Медицинские операции после пандемии стали реальностью ближайшего времени, дискуссии вокруг носимых устройств набирают обороты. Как портативные решения для здоровья эффективно внедряют и используют эту возможность, чтобы заполнить разрыв между здоровьем и здравоохранением? В этой статье мы поговорим о портативной медицинской диагностике, уделив особое внимание мониторингу гидратации кожи с помощью слияния оптических многоволновых датчиков. Постоянный мониторинг уровня гидратации кожи человека является задачей первостепенной важности для поддержания динамики потери воды для любителей фитнеса, а также красоты, целостности кожи и здоровья всего организма. Сохранение надлежащего уровня гидратации обеспечивает постоянство веса, положительно влияет на психологическое состояние и, как доказано, приводит к снижению артериального давления, а также уровня «плохого» холестерина и замедлению процессов старения. Традиционные методы определения состояния содержания воды в коже не позволяют проводить непрерывный и неинвазивный мониторинг, необходимый для различных потребительских, клинических и косметических применений. Мы представляем новую сенсорную технологию и систему для сбора, моделирования и анализа явлений гидратации кожи и связанных с ней изменений. Расширив сенсорные возможности, встроенные в датчик SmartWatch, и объединив их с передовыми алгоритмами моделирования и машинного обучения (ML), мы определили несколько важных характеристик сигнала фотоплетизмографии (PPG) и спектральной чувствительности, соответствующих динамике содержания воды в коже. В аппаратном аспекте мы недавно предлагаем расширить возможности SmartWatch за счет источников инфракрасного света с длинами волн 970 нм и 1450 нм. Оценка точности и характеристик датчиков PPG была выполнена с помощью системы моделирования на основе биомедицинской оптики с использованием моделирования Монте-Карло. Мы провели строгую проверку разработанной технологии с помощью экспериментальных и клинических исследований. Разработанный конвейер служит инструментом в текущих исследованиях технологий оптического зондирования следующего поколения.

С 1977 года, когда компания PolarElectroto1 представила первый в мире беспроводной монитор сердечного ритма (ЧСС), состоящий из нагрудного передатчика и наручного приемника, который давал спортсменам «обратную связь в режиме реального времени во время тренировки», произошел ряд заметных достижений в области носимых технологий. были сделаны. За последнее десятилетие компания Samsung представила передовой интеллектуальный биопроцессор, систему на кристалле (SoC), которая измеряет жировые отложения и массу скелетных мышц, частоту сердечных сокращений (ЧСС), сердечный ритм, температуру кожи и уровень стресса для носимых устройств2. Сегодня наши умные часы оснащены датчиком BioActive Sensor3 от Samsung, который превратился в гораздо более совершенную и миниатюрную технологию и не только способен «просто» считать пульс, шаги и калории, но также может контролировать сон, измерять артериальное давление и многое другое4,5 ,6,7,8 Основой и основной движущей силой этого заметного успеха является технология PPG, которая в настоящее время широко используется для непрерывного мониторинга состояния здоровья9 благодаря удобному расположению датчика в умных часах/фитнес-браслете на запястье10. Использование PPG для мониторинга здоровья и фитнеса за последние несколько лет привлекло значительный интерес потребителей. В настоящее время носимые устройства, в том числе умные часы и фитнес-трекеры, регулярно контролируют/анализируют сигнал PPG и предоставляют неинвазивную информацию о вышеупомянутых показателях здоровья человека с недавними добавленными возможностями мониторинга температуры, уровня кислорода в крови (SpO2) и т. д.11, 12. Сигнал PPG используется для оценки режима стресса и сна13. В настоящее время фибрилляцию предсердий (ФП) можно регулярно обнаруживать с помощью PPG на умных часах14. Было продемонстрировано, как приложение для смартфона может помочь в определении старения сосудов, связанного с повышенной жесткостью артерий15. С другой стороны, заметные успехи были достигнуты в планировании и выполнении конкретной фитнес-программы с помощью SmartWatch, которая часто требует знания основных физиологических параметров потребителя. Например, информация о пульсовых зонах позволяет оценить эффективность доставки кислорода по кровеносной системе к тренируемым мышцам. Долгосрочный мониторинг тренировок пользователя позволяет SmartWatch составлять эффективный персональный план тренировок. Непрерывное отслеживание режима тренировок пользователя позволяет приложениям SmartWatch создавать эффективные персонализированные планы тренировок. В таком случае важно постоянно отслеживать сигнал ФПГ и оперативно получать уведомления при нарушении заданных границ зоны пульса.