Sensores en equipo para apnea del sueño y estudio del sueño

Desde una perspectiva médica, los dispositivos conectados a IoT se están desarrollando para una amplia gama de aplicaciones que incluyen aplicaciones de diagnóstico y tratamiento, así como

aplicaciones de monitoreo. Los dispositivos IoMT pueden proporcionar información continua en tiempo real a una central,

punto que permite a los médicos y otros técnicos médicos reunir de forma remota una amplia gama

de información diagnóstica y clínica sobre sus pacientes de forma segura. Al analizar

esta información automáticamente o a través de un profesional médico puede ayudar a determinar las necesidades médicas o, para los pacientes con afecciones conocidas, puede permitirles ser monitoreados en un entorno doméstico que puede reducir drásticamente el costo del monitoreo. Esto permite a los pacientes más tiempo en casa en un entorno más cómodo al tiempo que aumenta el espacio para otros pacientes en hospitales u otras instalaciones médicas.

El monitoreo remoto de la atención médica es aún más importante cuando las personas no están dispuestas o no pueden proporcionar sus propios datos de salud, como cuando están dormidas. Un informe reciente encontró que el monitoreo del sueño y la terapia del sueño es el segmento de más rápido crecimiento del mercado de atención médica de IoMT y el número de pacientes con terapia del sueño se ha más que duplicado en los últimos años.

Estos pueden ser una opción efectiva y asequible para monitorear los patrones de sueño de una persona.
Pueden monitorear los ciclos de sueño de una persona y rastrear eventos inusuales que podrían usarse para
diagnosticar la apnea del sueño, así como una variedad de otros problemas de salud. Los profesionales de la salud
pueden usar esta información para tomar decisiones informadas sobre el tratamiento de un paciente. Los dispositivos de terapia del sueño
se pueden usar para controlar y tratar una variedad de trastornos del sueño y hay
dispositivos IoMT que pueden moderar los ronquidos, si no es que curarlos. Los avances en la tecnología de sensores
y la conectividad han permitido una serie de desarrollos en el diagnóstico y
tratamiento de los trastornos comunes del sueño.

En el pasado, los estudios del sueño requerían una visita a un hospital o un centro del sueño donde un paciente sería monitoreado durante una o más noches para rastrear una variedad de datos que incluyen:

• Frecuencia cardíaca y respiratoria
• Oxigenación de la sangre
• Cantidad de sueño total
• Cantidad de sueño profundo
• Casos de ronquidos
• Eventos respiratorios detenidos 

Hubo varios problemas con los estudios clínicos del sueño, incluidos los altos costos, la falta de voluntad de muchas personas para ir a las clínicas y la validez general de los datos recopilados en un entorno clínico frente a un entorno doméstico normal. En los últimos años, los estudios del sueño han migrado de un entorno clínico a un entorno doméstico que resolvió algunos problemas, pero dificultó la recopilación de datos del sueño.

Los sistemas de estudio del sueño en el hogar se han desarrollado para permitir el monitoreo continuo de la frecuencia cardíaca, la frecuencia respiratoria, los niveles de oxígeno en la sangre, los eventos respiratorios detenidos junto con sistemas más sofisticados que también pueden monitorear la posición del sueño, así como la temperatura ambiente, la humedad y más. Estos sistemas transmiten los datos continuamente a la nube donde se pueden almacenar los datos o se almacenan todos los datos en la memoria que es interna del sistema. Los datos que se recopilan pueden ser analizados automáticamente o a través de un profesional de la salud para determinar el tipo y la gravedad del trastorno del sueño.

Los sistemas de monitoreo del sueño generalmente consisten en una serie de sensores que pueden monitorear parámetros fisiológicos, como la frecuencia cardíaca y respiratoria y las condiciones ambientales, como la temperatura y la humedad. También se pueden incluir sensores que pueden determinar otras variables relacionadas con el sueño o la respiración, como los movimientos corporales, los niveles de oxígeno en la sangre y la medición del flujo de aire.  La gama de sensores puede incluir lo siguiente:

• Sensor de sueño de película piezoeléctrica con función de monitoreo del sueño para monitorear la frecuencia respiratoria, la frecuencia cardíaca, la actividad física, el sueño profundo, el sueño ligero y más
• Sensores fotoópticos SpO² para medir de forma no invasiva la oxigenación de la sangre
• Sensores de flujo de aire de baja presión para medir presiones durante la inhalación y la exhalación
• Sensores de humedad y temperatura para medir la temperatura y la humedad del aire de admisión y escape

Después del diagnóstico del problema del sueño, se puede desarrollar un plan de tratamiento que puede incluir una variedad de equipos, dieta, ejercicio y, a menudo, el monitoreo de los patrones de sueño y otros datos fisiológicos.

El trastorno del sueño más común es la apnea del sueño, que es un trastorno grave en el que la respiración de un paciente se detiene y comienza repetidamente. Los pacientes con apnea del sueño a veces roncan fuertemente y, a menudo, se sienten cansados incluso después de una noche completa de sueño.

Hay tres tipos principales de apnea del sueño:

• Apnea obstructiva del sueño, la forma más común que ocurre cuando los músculos de la garganta se relajan
• Apnea central del sueño, que ocurre cuando el cerebro no envía señales adecuadas a los músculos para controlar la respiración
• Síndrome de apnea del sueño complejo, que ocurre cuando alguien tiene apnea obstructiva del sueño y apnea central

La conciencia y la simplicidad de uso han aumentado la popularidad de las máquinas de apnea del sueño. Los tejidos blandos alrededor de la garganta, la lengua y el paladar pueden colapsar en algunas personas durante el sueño profundo. Esto bloqueará parcialmente el pasaje respiratorio que resulta en ronquidos. Los ronquidos se pueden minimizar manteniendo la tráquea abierta aplicando una pequeña cantidad de presión de aire positiva. Para eso están diseñadas las máquinas de apnea del sueño.

Hay tres tipos principales de máquinas de presión de aire positiva (PAP) que se utilizan para tratar la afección: CPAP, AutoCPAP y dispositivos BiLevel. Todos estos dispositivos controlan el flujo de aire al paciente, pero lo hacen de diferentes maneras con una complejidad y un costo cada vez mayores.

CPAP significa presión positiva continua en las vías respiratorias y estos dispositivos proporcionan un flujo constante y continuo de aire que el paciente debe inhalar y luego exhalar. Este es el dispositivo de PAP más básico y se prescribe con mayor frecuencia primero. En muchos casos, la cobertura de seguro dictará primero la CPAP, porque cuesta menos y a la mayoría de los pacientes les va bien. Uno de los mayores desafíos para adaptarse a la CPAP es la abrumadora sensación de ese flujo continuo de presión de aire al exhalar. La mayoría de los fabricantes ofrecen una resolución a este desafío al detectar o reducir la presión de la máquina al exhalar.

AutoCPAP: Presión positiva continua automática en las vías respiratorias (o APAP). A diferencia de la CPAP, que está configurada para administrar una presión continua, la APAP se establece dentro de un rango de presión alta y baja con el fin de variar las necesidades de inhalación. El rango suele estar predeterminado y estos dispositivos tienen una tecnología de algoritmo sensible que permite a la máquina detectar cuánta presión de inhalación se necesita con cada respiración. La teoría de proporcionar un rango es que las necesidades de presión de uno pueden variar durante cualquier noche u hora de sueño. Los factores que podrían afectar la presión de inhalación incluyen la posición para dormir, el resfriado o las alergias, el consumo de alcohol y los medicamentos.

BiLevel indica un dispositivo PAP que administra 2 presiones distintas, una para inhalación y la segunda para exhalación. Al ser el dispositivo más complejo, también es el más caro y, por lo general, reservado para necesidades especiales. Dado que BiLevel funciona de manera similar a un ventilador, se usa comúnmente para pacientes con otros trastornos como ELA, Parkinson u otras enfermedades con pacientes que necesitan ayuda con la respiración. También se prescribe con frecuencia para pacientes que tienen apnea central del sueño, aunque a muchos con apnea central les va bastante bien con CPAP o APAP.

Una máquina PAP básica generalmente consistirá en un ventilador o motor para proporcionar aire a presión, una máscara para entregar el aire y algún tipo de pantalla de control. Los sistemas más sofisticados agregarán características y controles adicionales. El paciente usa una máscara que usa presión para enviar aire que fluye a través de los conductos nasales para que no colapsen y hagan que cese la respiración. Una gama de sensores se utilizan típicamente para monitorear y controlar la presión del aire, así como para monitorear el medio ambiente y otros aspectos del equipo. Fabricamos muchos sensores que se pueden utilizar en máquinas de apnea del sueño. Están diseñados para ayudar a monitorear y controlar el flujo de aire, la presión del aire, la temperatura y la humedad y proporcionar retroalimentación para motores, ventiladores y sopladores.

Cuando el aire a baja presión se fuerza continuamente en una máscara de respiración del equipo de apnea del sueño para mantener la tráquea abierta, la adición de aire cálido y húmedo puede mejorar significativamente el nivel de comodidad del paciente. Varias máquinas de apnea del sueño más nuevas están equipadas con esta opción. La humedad en la corriente de aire debe ser monitoreada y controlada y TE ofrece sensores específicos para medir y regular la humedad, la temperatura y otros parámetros.

Los sensores, como la electrónica en general, continúan evolucionando con huellas más pequeñas y mejor

precisión, salidas totalmente digitales y menor potencia. El funcionamiento de baja potencia les permite ser utilizados

en una gama más amplia de aplicaciones, incluidos los sistemas alimentados por baterías. Huellas más pequeñas

permite que los sensores se ubiquen más cerca de la máscara de respiración y permite la medición

y control directamente en el lugar de interés.

TE presentó la HTU31, sensor combinado de humedad y temperatura montable en superficie en un paquete de 2.5 mm x 2.5 mm x 0.9 mm. Estos sensores de alta precisión calibrados individualmente se serializan para la trazabilidad y brindan una precisión típica de ±2 % para la humedad relativa y de ±0.2 °C para la temperatura. Vienen en un paquete DFN compacto de 6 pines, ofrecen un tiempo de respuesta rápido y tienen un consumo de energía típico de solo 3.78 μW. Los sensores están disponibles tanto en un formato digital I₂C con direcciones configurables, como así también en una versión analógica.

TE también ofrece sensores de baja presión que se pueden usar para monitorear y regular la presión de la línea que mantiene abierta la tráquea. Las versiones diferenciales de estos se pueden utilizar para monitorear o regular el flujo de aire. Estos sensores de presión se ofrecen en un paquete SOIC de 16 pines que es adecuado para el montaje en superficie. TE también ofrece una amplia gama de tecnologías de detección de temperatura independientes que se pueden utilizar para monitorear y controlar la temperatura del aire presurizado en aplicaciones PAP o para monitorear la temperatura del aire de la habitación como parte de la aplicación de monitoreo del sueño. Las tecnologías incluyen:

• Termistores NTC
• RTD de platino
• micro-termopares
• termopilas
• sensores de temperatura digitales

Los paquetes van desde nuevos sensores totalmente digitales TSYS03 en un paquete XDFN6 ultracompacto que es de solo 1.5 mm cuadrado x 0.38 mm con una precisión de ±0.5 °C de 0 °C a 60 °C hasta una amplia gama de conjuntos empaquetados con una variedad de rangos de temperatura, precisiones y tamaños.

Finalmente, fabricamos una gama de sensores de posición magnetorresistivos anisótropos (AMR) de montaje en placa y superficie que se utilizan ampliamente en los controles de motores y ventiladores para monitorear con precisión la rotación o el desplazamiento lineal. Su pequeño tamaño, alta precisión y alta confiabilidad les permite ser diseñados en muchos productos médicos domésticos compactos y de alto rendimiento, incluidas las máquinas PAP.