웨어러블은 코로나19를 타겟으로 합니다

COVID-19는 계속해서 헤드라인을 지배하고 있으며 가장 눈에 띄게 영향을 받는 산업 중 하나는 프로 스포츠입니다. 농구가 7월에 고립되어 경기에 복귀했을 때 NBA와 WNBA는 선수들에게 Oura Ring을 사용하여 건강을 모니터링할 수 있는 옵션을 제공했습니다. 제조사에 따르면 스마트 링은 90%의 정확도로 최대 3일 전에 COVID-19 증상의 발병을 예측할 수 있습니다.

웨스트 버지니아 대학의 록펠러 신경과학 연구소(Rockefeller Neuroscience Institute)에서 개발한 링의 소프트웨어 플랫폼은 인공 지능 기반 모델을 사용하여 링에 내장되고 스마트폰 앱에 저장된 센서에서 수집한 생리학적 데이터를 기반으로 플레이어가 아프기 시작할 때를 예측합니다. 특히, 링은 심박수, 심박수 변동성 및 호흡수를 결정하는 데 사용되는 혈액 펄스 볼륨 데이터를 수집합니다. 링은 또한 체온 데이터, 손 움직임 데이터 및 타임 스탬프를 수집합니다. 그런 다음 이 데이터는 분석을 위해 스마트폰 앱을 통해 AI 플랫폼에 다운로드됩니다.

이 정보를 수집하기 위해 Oura Ring에는 체온 센서와 가속도계 외에도 수년 동안 의료 기기 및 손목 웨어러블에 사용되어 온 센서 유형인 PPG(photoplethysmography) 센서가 포함되어 있습니다. 신체의 위치에 따라 PPG 센서가 배치되도록 설계되었습니다(예:이마, 손목, 귓불 등). 센서에는 하나 이상의 적색/적외선 LED, 녹색 LED 또는 때로는 둘 다 포함됩니다. 적용 가능한 파장의 강도를 측정하기 위한 광검출기. 그런 다음 포토다이오드에서 감지한 광도를 사용하여 심박수 및 혈액량과 같은 생리학적 매개변수를 결정합니다.

IR LED는 근육 조직과 같은 신체 깊숙이 침투할 수 있지만 피부 위의 장치 움직임, 피부의 고르지 않은 피부 및 주변 온도와 같은 모션 인공물에 더 민감하므로 일부 사용자에게는 녹색 LED가 더 나은 옵션이 됩니다. 응용 프로그램. 모션 방향을 획득하기 위한 가속도계를 포함하면 모션 아티팩트의 영향이 줄어들어 IR LED를 사용할 수 없는 애플리케이션에서 IR LED를 사용할 수 있는 옵션이 됩니다. 이것이 오우라 반지의 제작자들이 취한 접근 방식입니다.

아래 다이어그램에서 볼 수 있듯이 PPG 센서는 조직에 의해 반사되는(또는 때때로 투과되는) 빛을 포토다이오드로 방출합니다.

이 다이어그램은 PPG 센서 기능을 보여줍니다.

구성은 애플리케이션에 따라 다르지만 일반적인 PPG 센서는 하나 이상의 LED 방출기, 광학 감지기 및 신호 처리 회로를 결합할 수 있습니다. 동기 감지와 결합된 광학 펄스는 작동 전력 요구 사항을 줄이고 주변광 제거를 개선할 수 있습니다.

예를 들어 Analog Devices의 ADPD144RI는 2개의 빨간색(660nm) 및 2개의 IR(880nm) LED와 빨간색 및 IR 방출에 최적화된 4분할 광검출기를 사용합니다. LED는 트랜스임피던스 증폭, 주변광 제거 및 이득을 포함하는 아날로그 신호 조절 회로와 동기화하여 펄스광을 방출합니다. 4개의 조정된 신호 각각은 ADC로 라우팅된 다음 누산기로 라우팅됩니다. 평균화 후 결과 신호는 출력 레지스터나 FIFO 버퍼를 통해 읽을 수 있습니다. 아래 모듈의 블록 다이어그램을 참조하십시오.

ADPD144RI PPG 광센서 모듈의 블록도입니다.

ADPD144RI의 작동 온도 사양은 -40°C ~ +85°C입니다. LED 접합 온도는 105°C로 지정됩니다. 인체 모델 ESD 등급은 3000kV입니다. 이러한 사양은 실내 의료 애플리케이션에서 안정적으로 작동해야 하는 견고한 설계를 나타냅니다.

PPG 기술은 1930년대에 처음 탐구되었으며 오늘날 시장에는 많은 의료 기기와 웨어러블이 있습니다. 2020년 4월 4일자 Medgadget의 예측에 따르면 세계 의료용 웨어러블 시장은 2019년에 거의 130억 달러로 평가되었으며 2025년에는 거의 380억 달러에 이를 것으로 예상됩니다.

그러나 Oura Ring과 같은 웨어러블은 만병 통치약이 아닙니다. 제품 효능에 대한 몇 가지 우려가 있으며, 그 중 가장 중요한 것은 일반적으로 웨어러블 장치의 예측 능력에 대해 현재까지 수행된 연구가 적은 수입니다. 다른 본질적인 단점으로는 측정 정확도가 있는데, 이는 주로 동작에 의해 도입된 변화와 관련이 있으며 이는 AI 모델의 예측 능력에 영향을 미칠 뿐만 아니라 COVID-19 증상 발병 시점과 최대 전파 시점이 일치하지 않을 수 있습니다. FDA는 현재까지 COVID-19 감지 목적으로 승인된 웨어러블 기기가 없습니다.

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