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La mayoría de nosotros hemos experimentado la incomodidad de que un profesional de la salud mida nuestra presión arterial con un brazalete con manguito, desde presión moderada hasta moretones. Para algunos pacientes críticos que requieren monitoreo constante, los únicos métodos disponibles incluyen mediciones arteriales invasivas que conllevan riesgos inherentes, como infección secundaria.
Investigadores, ingenieros y médicos han estado buscando soluciones que implican un monitoreo continuo de la presión arterial sin la necesidad de un brazalete o una detección directa de la presión arterial.
Recientemente, Infineon Technologies AG se asoció con la startup Blumio a través del Centro de Innovación Silicon Valley (SVIC) de Infineon para llevar un nuevo dispositivo no invasivo de monitoreo continuo de la presión arterial a la industria médica.
Esta nueva asociación fusionará la tecnología de radar XENSIV 60 GHz de circuitos integrados monolíticos de microondas (MMIC) de Infineon con la experiencia en salud cardiovascular de Blumio y algoritmos DSP patentados para desarrollar un nuevo concepto de tecnología portátil, tentativamente disponible para 2022.

Un diagrama de bloques del IC transceptor de radar MMIC de 77 GHz existente de Infineon (RASIC). Imagen utilizada por cortesía de Infineon

Esta tecnología controlará las señales cardiovasculares como la frecuencia del pulso y la presión arterial sistólica / diastólica. El objetivo es construir un sistema electrónico portátil que proporcione mediciones arteriales que sean "sin contacto, continuas y precisas", según Blumio.

Radar de onda continua y el latido de tu corazón

Infineon ofrece sistemas de radar de onda continua con modulación de frecuencia (FMCWR). Estos sistemas funcionan en función de una frecuencia de transmisión conocida que incide sobre una superficie en el rango y la posterior recepción de la reflexión del eco. La señal recibida se mide con respecto a un delta en tiempo y frecuencia de una referencia, generalmente la señal transmitida. Esto permite que el sistema determine el rango y la velocidad relativa.
Una investigación reciente publicada en noviembre de 2019 en Nature comparó CWR con otras dos tecnologías, el fotopletismograma (PPG) y el electrocardiograma (ECG), en la medición de la presión arterial sistólica. La investigación indicó que hay una mejora significativa en la precisión al medir la presión arterial sistólica mediante el uso de CWR sobre ECG y PPG.

Configuración de medición de prueba de los investigadores para comparar CWR con ECG y PPG. Imagen utilizada por cortesía de Malikeh Pour Ebrahim et. Alabama

Blumio está utilizando una variación del principio de CWR para medir el movimiento de la piel humana utilizando los latidos del corazón para determinar la presión arterial en la muñeca. A medida que la sangre viaja a través de la sección del cuerpo que se está midiendo (primer cuadro a continuación), el sistema puede traducir ese movimiento en señales coherentes utilizando CWR (segundo cuadro a continuación) y extraer los siguientes parámetros: 1) presión diastólica, 2) presión sistólica, 3) presión de aumento y 4) presión de pulso (tercer cuadro a continuación).

Análisis sin contacto de la circulación de la presión arterial utilizando un radar CW de 60 GHz. Imagen utilizada por cortesía de Blumio.

Desafíos de diseño para ingenieros de DSP

Obtener datos significativos de sistemas electrónicos en presencia de artefactos de ruido y movimiento (en el caso del radar) sigue siendo uno de los mayores desafíos de los diseñadores de radio. Los filtros (principalmente digitales en dispositivos MMIC) se pueden usar para eliminar porciones significativas de ruido del sistema, pero el filtrado también puede causar una pérdida significativa de los datos de señal requeridos. Los diseñadores tendrán que cruzar dominios educativos, trabajando con profesionales biomédicos, para determinar la validez de los datos de la prueba.
Además, las antenas de radar deben poder proporcionar datos válidos y replicables al tiempo que permiten a los pacientes permanecer móviles y realizar sus actividades diarias. Como señalan los investigadores en Nature, la antena debe ser flexible y pequeña para que el movimiento no la altere eléctricamente.
Finalmente, un tercer desafío (que en realidad puede beneficiar la eficiencia energética del dispositivo portátil) son los requisitos obligatorios para tasas de absorción específicas de energía de RF en tejidos vivos. Según Health Canada, los límites generales para la exposición humana en entornos no controlados son 1,6 W / kg por 1 g de tejido (o 4 W / kg en promedio sobre 10 g de tejido).
La capacidad de transmitir y recibir de manera confiable señales resolubles en distancias variables está limitada principalmente por la potencia de transmisión desde la fuente. En el trabajo de investigación publicado por Nature, el transceptor de radar de onda continua estaba limitado a 2 mW (o 2 dBm).
Un transceptor que funciona a 2 dBm podría integrarse bien en dispositivos médicos o comerciales de IoT de baja potencia. La carrera para ser el primero en comercializar con esta nueva tecnología está en marcha, y Blumio e Infineon buscan ser los primeros en llegar a la meta.

Imagen destacada (modificada) utilizada por cortesía de Blumio

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¿Alguna vez ha ayudado a diseñar un dispositivo médico que de alguna manera haya afectado su experiencia de atención médica en el futuro? Si es así, comparta su experiencia en los comentarios a continuación.