Jak chytrá zařízení monitorují fyziologické hodnoty?

Měření tepové frekvence

Nejsnáze se měří tepová frekvence. Při pumpování krve do vlásečnic se během každého tepu mění průsvitnost tkáně i index odrazu. Hodinky nebo náramek osvítí zápěstí intenzivním světlem vhodné barvy, nejčastěji zeleným, a optickým senzorem se měří odražené světlo, které mění svou intenzitu podle toho, jak v cévách a vlásečnicích pulzuje krev. Tento údaj je důležitý, aby rekreační sportovec věděl, zda je, či není v aerobním režimu, případně zda nepřekračuje limit doporučený lékařem, pokud má zdravotní problémy.

Sledování tělesné teploty

Měření tělesné teploty je složitější, protože v tomto případě je relevantní vnitřní, a ne povrchová teplota lidského těla. Nejjednodušší senzory měří povrchovou teplotu těla a přičtou konstantní nebo konfigurovatelný přestupový tepelný gradient. Ten je však variabilní a závisí právě na fyziologických jevech, které by bylo užitečné monitorovat, například na fungování metabolismu, či hydrataci pokožky.

Monitoring krevního tlaku

I princip měření krevního tlaku je jednoduchý, avšak obtížněji implementovatelný. Klasické rtuťové i digitální tlakoměry fungují tak, že pomocí vhodné nafukovací manžety se musí přiškrcovat tok krve nejčastěji na ruce a zároveň se snímá tep. Když tlak vzduchu v manžetě překročí hodnotu tlaku krve, její tok, a tím i tep, ustane. V okamžiku vypuštění manžety dochází k obnovení proudění krve, což se projevuje slyšitelnými ozvami. První slyšitelná ozva odpovídá hodnotě systolického tlaku, poslední slyšitelná ozva pak hodnotě diastolického tlaku. Nositelné zařízení měří krevní tlak většinou pomocí oscilometrické metody. Senzory snímají rozkmitání, tedy oscilace tepny, působením krevního proudu a pomocí matematického algoritmu určí nepřímo hodnotu krevního tlaku.

Měření krevního cukru u diabetiků

Složitější je měření hladiny cukru v krvi, které je důležité u nemocných cukrovkou. Měření klasických glukometrů je založené na elektromechanické metodě, při níž se měří elektric­ké vlastnosti. Enzym na vyměnitelném pásku při styku s krevním cukrem chemicky reaguje a elektrody v glukometru detekují výsledný náboj a podle něj glukometr vypočítá odpovídající hodnotu glykemie. Pro takové měření je však nutná kapička krve.

Řešení na tomto principu je možné voperovat do ramene a hodnotu číst pomocí vhodného bezdrátového komunikačního rozhraní. K dispozici jsou i implantáty, které nejen měří hladinu cukru, ale na základě naměřených hodnot a naprogramované preskripce automaticky dávkují inzulín. Už před deseti lety byly na trhu hodinky GlucoWatch, které měřily cukr v krvi na principu sání glukózy na povrch kůže, kde vestavěné senzory zjišťovaly hodnoty cukru v krvi. Aby se glukóza dostala na povrch pokožky, musel být do kůže aplikován poměrně silný a na pocit nepříjemný elektrický proud, který způsoboval pohyb iontů sodíku, jež jsou nosiči glukózy, směrem k senzorům v hodinkách. V současnosti se tento princip zdokonaluje, aby fungoval i při nižších hodnotách elektrického proudu.

Novartis ve spolupráci s Googlem zkoumá možnost umístit elektrody do kontaktních čoček. Nositelná zařízení mohou diabetikům pomoct i nepřímo. Při těžké hypoglykemii upadá diabetik do bezvědomí a pomoct mu může například podání cukru. Zde je obzvláště důležitá indikace případného pádu, nebo naopak delší nehybnosti, pokud k hypoglykemii dojde v křesle nebo na lůžku, a okamžité přivolání pomoci.

Monitoring dechu

Parametry související s dýcháním se nejpřesněji měří impedanční pneumografií. Využívají se čtyři elektrody v pase na hrudníku, které měří změny vysokofrekvenčního proudu způsobené změnou hrudní impedance. Jednodušší zařízení využívají ke sledování pohybu hrudního koše při dýchání akcelerometry.

Měření tělesné hmotnosti a procentu tuku ve tkáních

Inteligentní váha dokáže změřit dva důležité parametry, které nositelná zařízení zjistit nedokážou – tělesnou hmotnost a procento tuku v těle. Na měření procentuálního obsahu tělesného tuku se využívá bioimpedanční analýza, která využívá poznatek, že tkáň, která obsahuje více vody, čili svalovina, vede elektrický proud lépe než tuková tkáň. Navíc vodivost jednotlivých typů tkání závisí také na frekvenci proudu.

Při nízkých frekvencích má elektrický proud tendenci téct okolo buněk, což lze využít ke zjištění množství takzvané mimobuněčné tekutiny. Naproti tomu při vysokých frekvencích proud prochází buňkami. Rozdíl těchto hodnot udává množství vnitrobuněčné tekutiny. V praxi se používají frekvence kolem 5 kHz a 1 MHz.

Váhy mají na horním panelu čtyři elektrody rozmístěné tak, že pod každým chodidlem jsou dvě elektrody, které změří vodivost pokožky. Zároveň tyto dvojice elektrod pod levým a pravým chodidlem změří vodivost těla jako celku. K měření se používají impulzy s proudem, jehož intenzita je zvolená tak, aby byla pro lidské tělo neškodná, typicky 800 μA. V úvahu se berou i pohlaví a věk, které zadáte do mobilní aplikace spárované s váhou.

Automatické sledování fyziologických hodnot a telemedicína

Telemedicína, nebo takzvané připojené zdravotnictví, bude stále více profitovat z možností senzorů připojených nositelných zařízení, případně dalších řešení určených pro domácí použití spolu s možnostmi komunikace. Samozřejmě to vyžaduje standardizaci komunikačních protokolů a formátů přenášených dat a také aplikace pro lékaře a zdravotnická zařízení, jež budou údaje od „připojených“ lidí analyzovat a vyhodnocovat.