אלקטרוניקה רפואית – ספירומטר – בודק תפקודי ריאות נייד.
למטופלים עם בעיות נשימה SCH מומלצת בדיקת תפקודי ריאות עם מה שנקרא ספירומטר (Spirometer) הנקרא גם מד נשימה.
ציוד רפואי מקצועי הוא בדרך כלל גדול ויקר.
תפיסת הספירומטר הבאה מראה כיצד ניתן ליישם מכשיר קטן קומפקטי לשימוש קבוע ולניטור תפקודי ריאות בבית המטופל.
ספירומטר הוא מכשיר רפואי שניתן להשתמש בו כדי לבדוק את תפקוד הריאות של חולים .
הוא מאפשר הערכה של נפחי וזרימות נשימתיות על ידי מדידת כמות ומהירות האוויר הנשאף והנשיפה לריאות.
מדידות אלו חשובות לאבחון ומעקב אחר מחלות בדרכי הנשימה כגון אסטמה ,(COPD) מחלת ריאות חסימתית כרונית והפרעות בתפקוד ריאתי.
בעוד שהבדיקה הרפואית עוסקת באבחון האם יש היצרות או חסימה של דרכי הנשימה, המיקוד עבור חולים במחלות נשימה כרוניות הוא במעקב קבוע אחר תפקוד הריאות שלהם על מנת לאתר שינויים בשלב מוקדם.
איור 1: מהלך של נפח נשימתי טיפוסי לאורך זמן עם הפרמטרים הרלוונטיים קרדיט: וויקפדיה
מדידת נפחי ריאות:
בעת מדידת נפחי ריאות, יש להגדיר ולהבדיל מספר פרמטרים :
נפח גאות ושפל (VT) :נפח גאות הוא נפח האוויר הנשאף או הנשיפה במהלך נשימה רגילה .זה בדרך כלל בין 500 ל-700 מ”ל במבוגרים.
נפח רזרבה (IRV) :נפח רזרבה ההשראה הוא הכמות המקסימלית של אוויר נוסף שניתן לשאוף לאחר השראה רגילה.
נפח רזרבה נשיפה (ERV) :נפח רזרבה הנשיפה היא הכמות המרבית של אוויר נוסף שניתן לנשוף לאחר נשיפה רגילה.
קיבולת חיונית (VC) :קיבולת חיונית היא כמות האוויר הכוללת שניתן לנשוף באופן מקסימלי לאחר שאיפה מקסימלית. זהו הסכום של נפח גאות ושפל, נפח רזרבה בנשיפה ונפח רזרבה נשימתית.
נפח שאריות (RV) :הנפח השיורי הוא כמות האוויר שנשארת בריאות לאחר נשיפה מקסימלית ואינה נמדדת ישירות, אלא מחושבת.
קיבולת שיורית תפקודית (FRC) :השיורית התפקודית מורכבת מהנפח השיורי ומנפח הרזרבה הנשיפה.
קיבולת ריאה כוללת (TLC) :ריאה כוללת היא כמות האוויר הכוללת שהריאות יכולות להחזיק לאחר שאיפה מקסימלית. זה כולל את הנפח השיורי ואת הקיבולת החיונית.
איור 2: מהלך של נפח נשימתי טיפוסי לאורך זמן עם הפרמטרים הרלוונטיים
(מקור האיור: ויקיפדיה נחלת הכלל)
מדידת קצב זרימת הנשימה:
בנוסף לקביעת נפחי הריאות, הרישום התלוי בזמן של קצב זרימת הנשימה ממלא גם תפקיד חשוב באבחון .הערכים הנמדדים הבאים רלוונטיים כאן:
יכולת חיונית מאולצת (FVC):יכולת חיונית מאולצת היא כמות האוויר שנשפת מהר ככל האפשר לאחר שאיפה מקסימלית.
קיבולת של שנייה אחת (FEV1) :קיבולת של שנייה אחת היא כמות האוויר שנשפת בשנייה הראשונה של הנשיפה. זהו פרמטר חשוב לאבחון מחלות דרכי אוויר חסימתיות.
זרימת נשיפה שיא (PEF):שיא זרימת הנשיפה היא זרימת האוויר הגבוהה ביותר שהושגה במהלך נשיפה מאולצת.
איור 3: מדידת קצב זרימת הנשימה
עקרון ספירומטר;
ספירומטר מורכב בדרך כלל מפיה שלתוכו המטופל נושם פנימה והחוצה, ואשר יכול לתעד נפחי נשימה וזרימות באמצעות חיישנים מתאימים.
איור 4: עקרון ספירומטר
אלה בדרך כלל מוערכים ונשמרים על ידי מעגל אלקטרוני. לאחר מכן הנתונים מוצגים בתצוגה משולבת במכשיר או שהנתונים מועברים באופן אלחוטי באמצעות Bluetooth או WiFi למכשיר תצוגה מתאים כגון סמארטפון או טאבלט .
ומשם דרך רשת הטלפון הסלולרי לענן, שגם לרופא המטפל יכולה להיות גישה אליו, למשל.
ספירומטרים מודרניים בדרך כלל מודדים רק את מהירות הזרימה ואז יכולים לקבוע את נפחי הריאות באמצעות אינטגרציה.
מכשירים אלה, הידועים כ-pneumotachographs, עובדים לעתים קרובות על העיקרון של מדי זרימת לחץ דיפרנציאלי.
ישנן גם שיטות אחרות, כמו מד הזרימה בטורבינה או מד זרימה קולי.
איור WSEN-PDUS Differential :5
Pressure Sensor EXTENDED
קרדיט: : Wurth Elektronik eiSos
GmbH & Co
מד זרימת לחץ דיפרנציאלי קובע את קצב הזרימה באמצעות הפרשי לחץ בצינור הנשימה כאשר הזרימה זורמת דרך” סנפירים”
הוא בהתחלה מדויק מאוד, אבל מאבד דיוק בגלל זיהום של הדקים על ידי הלחות באוויר הנשימה.
משהסברנו את היסודות, כעת יוצג הרעיון של ספירומטר נייד, שבו מטופל משתמש בדרך כלל כדי לנטר את תפקוד הריאות שלו .
האיור הבא מציג דוגמה למבנה של ספירומטר נייד עם רכיבים מבית Würth Elektronik
איור WSEN-HIDS Humidity :6
Sensor with integrated Temperature
Sensor
קרדיט: : Wurth Elektronik eiSos
GmbH & Co
טכנולוגיית חיישן
ניתן לחבר את חיישן לחץ ההפרש WSEN-PDUS לפית מתאימה שדרכה מטופל נושם פנימה והחוצה כדי למדוד ולנטר את זרימת האוויר.
-WSEN-PDUS מציע טווח מדידה של ±10 kPa (±100 mbar) עם רזולוציה של 15 ביט, באריזה של 13×8 מ”מ ,הוא קומפקטי מספיק כדי להיות מותקן במכשיר נייד. Wurth Elektronik מציעה מגוון גדול של כלי פיתוח ותמיכה טכנית רחבה.
עם חיישן הלחות והטמפרטורה WSEN-HIDS ניתן לנטר את הלחות הן באוויר הנשימה והן באוויר הסביבה על מנת לקבוע את זיהום הסנפירים בצינור הנשימה.
ה-WSEN-HIDS קטן מאוד עם ממדים של 1.5×1.5×0.5 מ”מ, מוציא ערכי לחות וטמפרטורה בפורמט 16 סיביות ויש לו ממשק I 2 C
נתוני החיישן מוערכים במיקרו-בקר פנימי, שיכול להציג את הנתונים המוערכים באמצעות תצוגה משולבת במכשיר או להעביר את הנתונים באופן אלחוטי לסמארטפון או טאבלט לצורך תצוגה ואחסון.
איור Adrastea -I LTE-M / NB- :7
IoT Cellular Module
קרדיט: : Wurth Elektronik eiSos
GmbH & Co
חיבור רדיו
ניתן להשתמש במודול Proteus-III או Proteus-e להעברת נתונים באמצעות (Bluetooth LE 5.1)
Proteus- III של Wurth Elektronikמבוסס על שבב nRF52840 של Nordic עם הספק מוצא של .6dBm
Proteus-e מבוסס על שבב nRF52805 של Nordic עם הספק מוצא של 4dbm.
Wurth Elektronik מספקת במקרה זה את החומרה בצמוד לחבילת תוכנה (SDK) יעודית, ומאפשרת ללקוח גמישות כמעט מלאה בשימוש במוצריה.
באמצעות חיבור ה,Bluetooth ניתן להפעיל ולשלוט בספירומטר הנייד ממכשיר נייד באמצעות אפליקציה או להתקין עדכוני תוכנה.
איור Wi-Fi Radio Module, Calypso :8
קרדיט: : Wurth Elektronik eiSos
GmbH & Co
קיימות שתי אפשרויות לחיבור הספירומטר הנייד לענן:
עם מודול ה-Calypso WiFi, ניתן לשלב את הספירומטר הנייד ב-WLAN, למשל, שיכול להפוך את הנתונים לזמינים למשתתפים המקומיים וכן להעביר אותם לענן באמצעות חיבור לאינטרנט.
קליפסו תומך בתקני IEEE 802.11b/g/n במהירות 2.4 גיגה-הרץ ,ובעל הספק מוצא של 18 dBm
איור Adrastea -I LTE-M / NB- :9
IoT Cellular Module
קרדיט: : Wurth Elektronik eiSos
GmbH & Co
דרך נוספת, ניתן להשתמש במודול הסלולארי Adrastea-I של Wurth Elektronik.
מוצר זה, תומך בשני התקנים LTE-NB.IoT ו – Cat.M1 ומציע גם מיקום באמצעות GNSS
ספק כוח: כמובן שגם ספירומטר נייד דורש ספק כוח מתאים.
מפתח יכול לחסוך הרבה עבודה, בשימוש ב MicroModules מסדרת MagI 3 C מבית .Würth Elektronik
סדרת MagI 3 C-VDMM (Variable Step-Down MicroModule) תתאים לספירומטר נייד עם פעולת סוללה, שעובד עם מתחי כניסה של 2.5 וולט עד 36 וולט ובדרך כלל יכול לספק מתחי מוצא של 0.6 עד 6 וולט. זרמי המוצא נעים בין 0.3 ל-6 וולט.
לפרטים נוספים, תמיכה וקבלת דוגמאות חינם
שמעון לוגסי info-il@we-online.com
077-7744200
