Sensores para Equipamentos de Estudo do Sono e Apneia do Sono

Do ponto de vista médico, dispositivos conectados à IoT estão sendo desenvolvidos para uma ampla gama de aplicações que incluem aplicações de diagnóstico e tratamento, bem como aplicações

de monitoramento. Os dispositivos IoMT podem fornecer informações contínuas e em tempo real para um ponto

central que permite que médicos e outros técnicos médicos reúnam remotamente uma ampla gama

de informações diagnósticas e clínicas sobre seus pacientes com total segurança e proteção. Analisar

essas informações automaticamente e/ou por um profissional médico pode ajudar a determinar as necessidades médicas ou, para pacientes com condições conhecidas, pode permitir que sejam monitorados em um ambiente doméstico que pode reduzir drasticamente o custo de monitoramento. Isso permite que os pacientes passem mais tempo em casa em um ambiente mais confortável, ao mesmo tempo em que aumenta o espaço para outros pacientes em hospitais ou outras instalações médicas.

O monitoramento remoto da saúde é ainda mais importante quando as pessoas não estão dispostas ou são incapazes de fornecer seus próprios dados de saúde, como quando estão dormindo. Um relatório recente descobriu que o segmento de monitoramento e terapia do sono é o que mais cresce no mercado de saúde IoMT, e o número de pacientes com terapia do sono mais do que dobrou nos últimos anos.

Eles podem ser uma opção eficaz e acessível para monitorar os padrões de sono de uma pessoa.
Eles podem monitorar os ciclos de sono de uma pessoa e rastrear eventos incomuns que poderiam ser usados para
diagnosticar apneia do sono, bem como uma série de outros problemas de saúde. Os profissionais
de saúde podem usar essas informações para tomar decisões informadas sobre o tratamento do paciente. Dispositivos de terapia do sono
podem ser usados para controlar e tratar uma série de distúrbios do sono e há
dispositivos IoMT que podem moderar o ronco, se não realmente curá-lo. Os avanços na tecnologia e conectividade dos sensores
permitiram uma série de desenvolvimentos no diagnóstico e
tratamento de distúrbios comuns do sono.

No passado, os estudos de sono exigiam uma visita a um hospital ou a um centro de sono onde um paciente seria monitorado por uma ou mais noites para rastrear uma série de dados, incluindo:

• frequência cardíaca e respiratória
• oxigenação sanguínea
• quantidade de sono geral
• quantidade de sono profundo
• instâncias de ronco
• eventos de respiração interrompida 

Houve vários problemas com estudos clínicos de sono, incluindo altos custos, a falta de vontade de muitas pessoas em ir às clínicas e a validade geral dos dados coletados em um ambiente clínico versus um ambiente doméstico normal. Nos últimos anos, os estudos de sono migraram de um ambiente clínico para um ambiente doméstico que resolveu alguns problemas, mas dificultou a coleta de dados do sono.

Sistemas domiciliares de estudo do sono foram desenvolvidos para permitir o monitoramento contínuo da frequência cardíaca, frequência respiratória, níveis de oxigênio no sangue, eventos de respiração interrompida, juntamente com sistemas mais sofisticados que também podem monitorar a posição do sono, bem como a temperatura e a umidade ambiente e muito mais. Esses sistemas transmitem os dados continuamente para a nuvem em que os dados podem ser armazenados ou armazenam todos os dados na memória interna do sistema. Os dados coletados podem então ser analisados automaticamente e/ou por um profissional de saúde para determinar o tipo e a gravidade do distúrbio do sono

Os sistemas de monitoramento do sono geralmente consistem em uma série de sensores que podem monitorar parâmetros fisiológicos, como frequência cardíaca e respiratória, e condições ambientais, como temperatura e umidade. Sensores que podem determinar outras variáveis relacionadas ao sono ou respiração, como movimentos do corpo, níveis de oxigênio no sangue e medição do fluxo de ar também podem ser incluídos. A linha de sensores pode incluir o seguinte:

• Sensor de sono piezo-filme com função de monitoramento do sono para monitorar frequência respiratória, frequência cardíaca, atividade física, sono profundo, sono leve e muito mais
• Sensores fotográficos de SpO² para medir a oxigenação sanguínea de maneira não invasiva
• Sensores de fluxo de ar de baixa pressão para medir pressões durante a inspiração e a expiração
• Sensores de umidade e temperatura para medir a ingestão e exaustão da temperatura e umidade do ar

Após o diagnóstico da questão do sono, pode ser desenvolvido um plano de tratamento que pode incluir uma gama de equipamentos, dieta, exercícios e, muitas vezes, o monitoramento de padrões de sono e outros dados fisiológicos.

O distúrbio do sono mais comum é a apneia do sono, uma doença grave em que a respiração do paciente para e começa repetidamente. Pacientes com apneia do sono às vezes roncam alto e, muitas vezes, se sentirão cansados mesmo depois de uma noite de sono completa.

Existem três tipos principais de apneia do sono:

• Apneia obstrutiva do sono, a forma mais comum que ocorre quando os músculos da garganta relaxam
• Apneia central do sono, que ocorre quando o cérebro não envia sinais adequados aos músculos para controlar a respiração
• Síndrome complexa da apneia do sono, que ocorre quando alguém tem apneia obstrutiva do sono e apneia central

A consciência e a simplicidade do uso aumentaram a popularidade das máquinas de apneia do sono. Tecidos moles ao redor da garganta, língua e palato podem entrar em colapso em algumas pessoas durante o sono profundo. Isso bloqueará parcialmente a passagem respiratória, resultando em ronco. O ronco pode ser minimizado mantendo a traqueia aberta pela aplicação de uma pequena quantidade de pressão de ar positiva. Isso é o que as máquinas de apneia do sono são projetadas para fazer.

Há três tipos principais de aparelhos PAP (Positive Air Pressure – Pressão positiva nas vias aéreas) que são usados para tratar a condição: dispositivos CPAP, AutoCPAP e BiLevel. Todos esses dispositivos controlam o fluxo de ar para o paciente, mas o fazem de diferentes maneiras com crescente complexidade e custo.

CPAP significa "pressão positiva contínua nas vias aéreas", e esses dispositivos fornecem um fluxo constante e contínuo de ar que o paciente deve inalar e, em seguida, exalar. Esse é o dispositivo PAP mais básico e é mais frequentemente prescrito primeiro. Em muitos casos, a cobertura do seguro ditará o CPAP primeiro, porque custa menos e a maioria dos pacientes se adapta bem a ele. Um dos maiores desafios para ajustar-se ao CPAP é a sensação sufocante desse fluxo contínuo de pressão de ar após a expiração. A maioria dos fabricantes oferece uma resolução para este desafio, detectando e/ou reduzindo a pressão da máquina após a expiração.

AutoCPAP: pressão automática contínua positiva nas vias aéreas, ou APAP. Ao contrário da CPAP, que oferece uma pressão contínua, a APAP é definida dentro de um intervalo de alta e baixa pressão para fins de necessidades de inalação variadas. O alcance geralmente é predeterminado, e esses dispositivos têm uma tecnologia de algoritmo sensível que permite que a máquina detecte quanta pressão de inalação é necessária a cada respiração. A teoria de fornecer um intervalo é que as necessidades de pressão podem variar durante qualquer noite ou hora de sono. Fatores que podem afetar a pressão de inalação incluem posição de sono, frio ou alergias, consumo de álcool e medicamentos.

BiLevel indica um dispositivo PAP que oferece 2 pressões distintas, uma para inalação e a segunda para expiração. Sendo o dispositivo mais complexo, ele também é o mais caro e tipicamente reservado para necessidades especiais. Como o BiLevel funciona de forma semelhante a um ventilador, é comumente usado para pacientes com outros transtornos como ELA, Parkinson ou outras doenças com pacientes que precisam de assistência com a respiração. Também é frequentemente prescrito para pacientes que têm apneia central do sono, embora muitos com apneia central se saiam muito bem com CPAP ou APAP.

Uma máquina PAP básica geralmente consistirá em um ventilador ou motor para fornecer ar pressurizado, uma máscara para entregar o ar e algum tipo de exibição de controle. Sistemas mais sofisticados adicionarão recursos e controles adicionais. O paciente usa uma máscara que usa pressão para enviar ar fluindo através das passagens nasais para que eles não entrem em colapso e façam com que a respiração pare. Geralmente, vários sensores são usados para monitorar e controlar a pressão do ar, bem como para monitorar o ambiente e outros aspectos do equipamento. Fabricamos muitos sensores que podem ser usados em máquinas de apneia do sono. Eles são projetados para ajudar a monitorar e controlar o fluxo de ar, pressão do ar, temperatura e umidade e fornecer feedback para motores, ventiladores e sopradores.

Quando o ar de baixa pressão é forçado continuamente a entrar em uma máscara de respiração de equipamento de apneia do sono para manter a traqueia aberta, a adição de ar quente e úmido pode aumentar significativamente o nível de conforto do paciente. Várias máquinas mais novas de apneia do sono estão equipadas com esta opção. A umidade na corrente de ar deve ser monitorada e controlada e a TE oferece sensores específicos para medir e regular a umidade, temperatura e outros parâmetros.

Sensores, como eletrônicos em geral, continuam a evoluir ocupando menos espaço, oferecendo melhor

precisão, saídas totalmente digitais e menor potência. A operação de baixa potência permite que eles sejam usados

em mais aplicações, incluindo sistemas alimentados por bateria. Os tamanhos menores

permitem que os sensores sejam localizados mais perto da máscara de respiração e permitem a medição

e o controle direto na localização de interesse.

A TE apresentou o sensor combinado de saída digital de umidade/temperatura montável em superfície HTU31 em um pacote de 2,5 x 2,5 x 0,9 mm. Esses sensores de alta precisão calibrados individualmente são serializados para fins de rastreabilidade e fornecem uma precisão típica de ±2% para umidade relativa e ±0,2 °C para temperatura. Eles vêm em acondicionamento DFN (Dual Flat No Leads) compacto de seis pinos, contam com tempo de resposta rápido e têm um consumo de energia normal de apenas 3,78 μW. Os sensores estão disponíveis tanto em um formato I₂C digital com endereços configuráveis, quanto em uma versão analógica.

A TE também oferece sensores de baixa pressão que podem ser usados para monitorar e regular a pressão da linha que mantém a traqueia aberta. Versões diferenciais deles podem ser usadas para monitorar/regular o fluxo de ar. Esses sensores de pressão são oferecidos em um pacote de SOIC (Small Outline Integrated Circuit – Circuito integrado compacto) de 16 pinos adequado para montagem em superfície. A TE também oferece uma ampla gama de tecnologias autônomas de detecção de temperatura que podem ser usadas para monitorar e controlar a temperatura do ar pressurizado em aplicações PAP ou para monitorar a temperatura do ar ambiente como parte de aplicações de monitoramento do sono. As tecnologias incluem:

• termistores NTC
• RTDs de platina
• microtermopares
• termopilhas
• sensores digitais de temperatura

Os pacotes variam de um novo TSYS03 totalmente digital em um pacote XDFN6 ultracompacto com apenas 1,5 mm² x 0,38mm com precisão de ±0,5 °C de 0 °C a 60 °C até uma ampla gama de conjuntos embalados com uma variedade de faixas de temperatura, precisão e tamanhos.

Por fim, fabricamos uma gama de sensores de posição magnetorresistivos anisotrópicos montagem em placa e superfície que são amplamente utilizados em controles de motores e ventiladores para monitorar com precisão a rotação ou o deslocamento linear. Seu pequeno tamanho, alta precisão e alta confiabilidade permitem que eles sejam projetados em muitos produtos médicos domésticos compactos e de alto desempenho, incluindo máquinas PAP.