設(shè)備的艱難歷程：從可穿戴設(shè)備過(guò)渡到醫(yī)療設(shè)備

簡(jiǎn)介

由于這種情況，當(dāng)局和健康保險(xiǎn)公司正在更加重視預(yù)防，健康意識(shí)和生活方式。一般而言，不僅僅是關(guān)于鍛煉更多或更好的營(yíng)養(yǎng)攝入 - 對(duì)監(jiān)測(cè)某些重要的身體參數(shù)更感興趣。這就是智能和健康手表業(yè)務(wù)公司在過(guò)去幾年中收入增長(zhǎng)的原因。

購(gòu)買(mǎi)健康手表和測(cè)量身體參數(shù)并不意味著您的生活更健康。健康生活的訣竅在于，您需要長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè)某些身體參數(shù)，以便更熟悉這些數(shù)字并使用它們來(lái)適應(yīng)您的日常生活，從而獲得更好的健康。這個(gè)過(guò)程可以幫助您更好地了解身體的運(yùn)作方式以及如何長(zhǎng)期降低健康成本。

本文圍繞ADI公司最新的可穿戴VSM平臺(tái)編寫(xiě)，如圖1所示.ADI不是最終產(chǎn)品的制造商。但是，該平臺(tái)旨在幫助電子設(shè)計(jì)人員和系統(tǒng)架構(gòu)師加速開(kāi)發(fā)過(guò)程，同時(shí)為專(zhuān)業(yè)和醫(yī)療市場(chǎng)設(shè)計(jì)更新，更智能，更準(zhǔn)確的可穿戴設(shè)備。

< h3>我們測(cè)量的內(nèi)容，方式和位置

可通過(guò)可穿戴設(shè)備測(cè)量各種重要參數(shù)。根據(jù)總體目標(biāo)，某些規(guī)范比其他規(guī)范更重要?？纱┐髟O(shè)備在身體上的位置對(duì)可測(cè)量的內(nèi)容和不可測(cè)量的內(nèi)容有很大影響。最明顯的位置是手腕。我們習(xí)慣于在手腕上佩戴設(shè)備，這就是市場(chǎng)上出售智能手表和腕戴設(shè)備等諸多產(chǎn)品的原因。除了測(cè)量手腕外，頭部是可穿戴設(shè)備的另一個(gè)好位置。例如，耳機(jī)和耳塞以不同的樣式提供，包含嵌入式傳感器，用于測(cè)量心率，氧飽和度和溫度等參數(shù)。身體上可穿戴設(shè)備的第三個(gè)好位置是胸部。第一代心率監(jiān)測(cè)器是圍繞胸帶設(shè)計(jì)的，這種生物電位測(cè)量原理仍然是一種非常精確的技術(shù)。今天我們傾向于選擇胸部貼片，因?yàn)榧鐜Т┢饋?lái)不太舒服。一些制造商參與了智能貼片的設(shè)計(jì)，以監(jiān)控重要參數(shù)。

根據(jù)身體的位置，我們不僅要面對(duì)可以測(cè)量哪些參數(shù)的選擇，還要面對(duì)應(yīng)該使用的技術(shù)。對(duì)于心率測(cè)量，生物電位測(cè)量是最古老的技術(shù)之一。通過(guò)使用兩個(gè)或更多個(gè)電極，信號(hào)很強(qiáng)并且易于從身體取回。對(duì)于這種方法，將電路集成在胸帶或耳機(jī)中是完美的。然而，在像手腕這樣的單個(gè)點(diǎn)測(cè)量生物電位信號(hào)幾乎是不可能的。您需要測(cè)量產(chǎn)生這些電信號(hào)的心臟。對(duì)于單點(diǎn)測(cè)量，光學(xué)技術(shù)更合適。光被送入組織，并且捕獲并測(cè)量由于動(dòng)脈中的血流而導(dǎo)致的反射。根據(jù)該光學(xué)接收信號(hào)，可以檢索逐搏信息。這項(xiàng)技術(shù)聽(tīng)起來(lái)相當(dāng)直接。然而，有一些挑戰(zhàn)和影響因素可能使設(shè)計(jì)變得非常困難，例如運(yùn)動(dòng)和環(huán)境光。

ADI公司的GEN II可穿戴設(shè)備參考平臺(tái)擁有大部分先前描述的技術(shù)。該設(shè)備設(shè)計(jì)用于佩戴在手腕上，但您也可以取下軟帶并將設(shè)備連接到身體上，以將其用作智能貼片。該設(shè)備包括支持生物電位測(cè)量，光學(xué)心率測(cè)量，生物阻抗測(cè)量，運(yùn)動(dòng)跟蹤和溫度測(cè)量的技術(shù)，所有這些都集成在一個(gè)微型電池供電設(shè)備中。

總體目標(biāo)

為什么ADI公司設(shè)計(jì)了像GEN II手表這樣的系統(tǒng)？這樣的系統(tǒng)的目標(biāo)是能夠以簡(jiǎn)單的方式測(cè)量身體上的幾個(gè)重要參數(shù)。該設(shè)備可以同時(shí)測(cè)量參數(shù)并將結(jié)果存儲(chǔ)在SD卡上，或通過(guò)BLE無(wú)線連接將其發(fā)送到智能設(shè)備。由于測(cè)量是同時(shí)進(jìn)行的，因此它也有助于找到幾個(gè)測(cè)量之間的相關(guān)性。生物醫(yī)學(xué)工程師，算法提供者和企業(yè)家不斷尋找新技術(shù)，應(yīng)用和用例，以便在早期階段檢測(cè)疾病，以盡量減少可能在后期發(fā)生的對(duì)身體的負(fù)面影響或損害。

單次測(cè)量不說(shuō)任何東西

由于嵌入式傳感器，處理能力和無(wú)線通信的結(jié)合，ADI公司的新型可穿戴系統(tǒng)是一種獨(dú)特的設(shè)備。

光學(xué)系統(tǒng)圍繞ADPD107光學(xué)模擬前端構(gòu)建。它利用綠色LED來(lái)測(cè)量PPG和心率，同時(shí)集成了一個(gè)紅外LED，用于接近以檢測(cè)設(shè)備何時(shí)連接到人體。兩個(gè)獨(dú)立的AD8233模擬前端支持生物電位ECG測(cè)量。一個(gè)前端與嵌入在設(shè)備中的電極接口。裝置背面的一個(gè)電極接觸一個(gè)肢體，裝置頂部的第二個(gè)電極可以被另一個(gè)肢體（手）接觸以閉合環(huán)?？梢詥⒂玫诙M前端以使用外部電極測(cè)量ECG。這允許用戶像智能貼片一樣佩戴設(shè)備并將外部電極直接連接到胸部。器件背面的電極具有雙重功能。除ECG測(cè)量外，這些還可用于皮膚電活動(dòng)（EDA）。 EDA或皮膚電反應(yīng)（GSR）與皮膚的電導(dǎo)率有關(guān)，皮膚的電導(dǎo)率可能由于情緒而改變，來(lái)自內(nèi)部或外部刺激。 GEN II手表能夠檢測(cè)到這種微小的電導(dǎo)率變化。該電路圍繞這一測(cè)量原理，包括發(fā)射和接收信號(hào)鏈，完全由分立元件構(gòu)成。它以最小的功耗提供高精度。最后但并非最不重要的是，集成了用于皮膚溫度測(cè)量的溫度傳感器和3軸超低功耗MEMS傳感器（ADXL362）。 MEMS傳感器跟蹤運(yùn)動(dòng)。這可以用于形式分析，但是也可以在其他測(cè)量中補(bǔ)償由于運(yùn)動(dòng)引起的偽像。運(yùn)動(dòng)始終是一個(gè)重要方面，因?yàn)樾穆?，SPO2或呼吸率等幾個(gè)重要參數(shù)都非常依賴于活動(dòng)，因此必須測(cè)量身體的運(yùn)動(dòng)。

心率140 bpm是你正在慢跑時(shí)很好，但你可能不得不擔(dān)心，如果你坐在沙發(fā)上是140 bpm。通過(guò)組合各種傳感器信號(hào)，還可以支持新的應(yīng)用程序。

集成了超低功耗ADuCM3029，用于收集傳感器數(shù)據(jù)并運(yùn)行算法。圖2概述了傳感器板上的集成設(shè)備。

壓力和持續(xù)血壓

對(duì)于心率，需要進(jìn)行ECG或PPG測(cè)量，因此這不需要傳感器輸出的組合，除非我們想要補(bǔ)償來(lái)自運(yùn)動(dòng)的偽像。需要多次測(cè)量的用例包括壓力管理或連續(xù)血壓監(jiān)測(cè)?？梢酝ㄟ^(guò)監(jiān)測(cè)皮膚電導(dǎo)的變化來(lái)測(cè)量情緒狀態(tài)。這只是一個(gè)參數(shù)，但如果我們要將其與監(jiān)測(cè)其他參數(shù)（例如心率和心率變異性（HRV））結(jié)合起來(lái)，則測(cè)量值會(huì)增加很多。皮膚溫度也可以作為測(cè)量壓力的額外輸入。血壓監(jiān)測(cè)是另一個(gè)有趣的用例。這是一個(gè)非常重要的參數(shù) - 幸好大多數(shù)系統(tǒng)都是基于袖口的，很難集成在可穿戴和連續(xù)的系統(tǒng)中。然而，有一些技術(shù)可用于測(cè)量血壓而無(wú)需袖帶。一種技術(shù)通過(guò)利用脈沖波發(fā)射時(shí)間（PTT）來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。可以在R波上的心臟收縮時(shí)刻和手指中的脈沖到達(dá)時(shí)間之間測(cè)量動(dòng)脈PTT信號(hào)。該傳輸時(shí)間與血壓直接相關(guān)。圖3顯示了結(jié)合PPG的ECG測(cè)量。該手表可用于此測(cè)量，因?yàn)樗稍谝粋€(gè)設(shè)備中支持ECG和PPG測(cè)量。

原型產(chǎn)品

GEN II手表具有許多嵌入在小型可穿戴設(shè)備中的高性能傳感器和功能。除電子設(shè)計(jì)外，還考慮了許多機(jī)械方面。這使得該平臺(tái)對(duì)設(shè)計(jì)專(zhuān)注于半專(zhuān)業(yè)和專(zhuān)業(yè)體育市場(chǎng)以及醫(yī)療市場(chǎng)的公司和設(shè)備制造商非常具有吸引力?？梢酝瑫r(shí)測(cè)量多個(gè)參數(shù) - 但是，算法需要補(bǔ)充應(yīng)用程序并支持用例。該設(shè)備將為開(kāi)發(fā)人員和設(shè)備制造商提供開(kāi)發(fā)過(guò)程的快速入門(mén)，無(wú)需在測(cè)試前驗(yàn)證算法和構(gòu)建。 GEN II手表數(shù)量有限，ADI非常有興趣與設(shè)計(jì)公司和算法提供商合作開(kāi)發(fā)最先進(jìn)的系統(tǒng)，可以出售給專(zhuān)業(yè)護(hù)理人員和健康保險(xiǎn)公司。一些功能已經(jīng)滿足醫(yī)療規(guī)格，而其他功能仍需要改進(jìn) - 但ADI肯定是在正確的軌道上。