“家”即是心所在 ——ADI专家谈家庭健康监测应用

当前家庭健康监测面临的挑战

家庭健康监测分为三类：

• 疾病管理
• 健康和保健
• 安全性

疾病管理包括血糖测量、心脏监护、脉搏血氧饱和度（Sp02）、持续血压和呼吸监护。据预计，这些器械将在临床就诊后由医生开处方购买。这些器械需要一定层次的监管审批（如FDA），其合规要求与医院环境专用器械相同。另外，器械必须尺寸小、便携、功耗低，并具备连接功能。

如ADAS1000-3（一款3引脚心电图模拟前端（AFE））一类的产品可提供诊断级信号以达到合规要求，而且具有尺寸小、便携和功耗低等家庭健康监测器械的前提条件。

与疾病管理不同，因为连接监测仪的动力是不言自明的（比如，可能导致可怕后果），对于健康保健器械的使用，有时是需要由第三方提供动力。例如，当我们站在体重秤上时，我们选择的跟进措施可能取决于我们对结果的情感反应。我们可能因为减了几磅而感到高兴，并愿意继续在跑步机上锻炼，也可能因为大量努力不见效果而感到沮丧，并决定在客厅沙发上享受舒适生活。（也可能正好相反——可能因为减了几磅而躺在沙发上，作为对自己的一种奖励。）

图4ADAS10003电极心电图模拟前端的简化框图

说到健康管理面临的挑战，尤其是在没有明确的成效时，我们都能表示理解。通常需要由第三方为我们提供动力。目前已有数千个智能手机应用，旨在帮助我们管理健康，包括卡路里燃烧量、卡路里摄入量、计步器、饮食管理和运动教练。这些应用都是为了激励我们，保持健康之路。

游戏机提供了一种家庭锻炼平台，融入了各种富于激励作用的目标。对于家庭保健和健康来说，监测器械所使用的技术必须与一个具有激励作用并能提供反馈和鼓励的教练相连。

跌倒检测器

跌倒检测器是当今在老年人口中使用最广泛的器械之一。尽管这些器械并不能防止跌倒，但它们能够发出远程报警，提醒有关方发生了不良事件。对这些器械的要求是功耗低、尺寸小并具备连接功能。同时还必须能区分人的快速坐下和实际跌倒动作。电池必须具备较长的续航时间，因为更换电池可能需要看护人员或第三方人员到访，结果会增加穿戴者的成本。电池没电意味着监测器失去效用，会增加穿戴者的风险。跌倒检测器使用低g加速度计来检测和区分运动类型。

ADXL362是业内功耗最低的3轴MEMS加速度计。ADXL362在工作数据速率（ODR）为100Hz时的功耗为1.8μA，400Hz时为3μA，在运动激活的唤醒模式下时仅为270nA，待机功耗为10nA，可以使跌倒检测器的电池寿命延长数月。

图5ADXL362微功耗3轴MEMS加速度计支持运动监护应用，

包括计步器和老年监护使用的跌倒检测器

健康监测行业发展最快的市场领域为运动和健身

运动和健身这两类监测为：

• 健身
• 安全性

传统上，健身管理使用心率监护装置实现，表现为跑步机上的胸带或把手。基于电极的心率监护方式仍然是记录心输出量的一种流行方式。但正在发生变化的是电极的构成方式。例如，新型纺织技术在编织织物时使用导电材料，从而使身体的较大面积均能拾取生物电信号。

同样，穿戴式监测器需要具备低功耗、小尺寸和高性能三大特点。AD8232心率监护仪（HRM）模拟前端（AFE）可以有效地捕获生物电信号，同时还具有低功耗和低成本的优势。其主要特性包括导联脱落检测、快速恢复、右腿驱动，而且采用灵活的架构设计，可以配置外部滤波器以帮助减少运动伪像的影响。AD8232心率监护仪模拟前端采用单电源供电，工作功耗为175μA（典型值），简化了开发过程。

图6AD8232心率监护仪模拟前端的功能框图

用于检测光电容积脉搏波（PPG）信号的光学器械为测量心率提供了另一种方法。光电容积脉搏波检测器械一般戴在腕部，通过尺动脉来检测血流，并由此确定心率。该方法用于面向运动员的多种监测器械中。

有助于确定能量消耗、卡路里燃烧和一般健康水平的其他生命体征信号包括：

• 活动监测（低功耗MEMS加速度计）
• 呼吸监测（基于胸阻抗或MEM）
• 汗液测量（皮肤阻抗）
• 体温（表面通量和核心）

对于运动安全性，脑震荡在运动相关损伤中位居前列。据美国疾病控制中心（CDC），美国每年发生的运动性脑震荡病例高达380万例，以致该中心认为，美国的运动性脑震荡已经达到“流行病水平”。随着对反复性脑震荡影响的认识的不断深入，从中学运动、业余运动到专业比赛，要求利用技术来帮助检测头部冲击的严重程度的呼声不断高涨。将冲击传感器置于何处是个难题。对于像美式橄榄球一类的运动，这个问题很容易解决——可以将MEMS惯性传感器放在头盔中以检测来自多个位置的冲击。在赛车运动中，则可将MEMS惯性传感器放在车手的耳机中。但并非所有冲击类运动都使用头盔或头部装置。对于这些运动员来说，可以通过置于口腔防护器中的冲击传感器来探测和测量脑震荡级冲击。

ADXL37715μA、±200g3轴MEMS加速度计是一款能满足可穿戴式监测器要求的冲击传感器。

图7ADI公司的ADXL377MEMS加速度计可精确测量接触运动中的冲击力

虽然检测头部冲击是实现脑震荡管理的一大进步，但我们还需要预防头部冲击。有关头盔气囊的研究已经见诸文献，有望在将来某一天普及开来。

工作场所运动应用监测分析

虽然工作场所可能不是健康监测相关的首要环境，但鉴于在企业级提供健康服务的成本优势，目前有些机构已开始推出工作相关的健康管理计划，作为降低保健福利成本的一种手段。在北美地区，保险公司走在了前列，他们推出了一些计划，员工注册后可以跟踪自己每周或每月的身体活动水平（如每周行走的步数）。如果实现目标，则会获得降低保费等形式的回报，或者其他经济激励方式。主持计划的公司可以降低其福利计划成本，而且越来越多的证据表明，健康的工作队伍具有很高的生产效率。

最常见的工作场所健康监测器是计步器。这些小型器械可以放在衣服口袋中，或者绑在鞋上或臀部，而嵌入式技术则可提高其智能化程序，使其可以区分穿戴者是在散步、跑步，还是在做无规则的运动以欺骗监测器械。ADXL362低功耗MEMS加速度计具备全面的功能，可以完美支持计步器应用。

工作场所健康管理的另一个领域是压力检测。据美国国家职业安全及健康协会（OSHA）的一份报告，有四分之三的员工相信工作压力大于上一辈。压力可以通过电流皮肤阻抗和心率来测量。可以将测量技术嵌入日常工作相关的设备，比如计算机鼠标或键盘，以便测量这些必要的生命体征。ADuCM360低功耗、精密模拟微控制器为准确测量电流皮肤阻抗提供了一种理想的系统级解决方案。ADuCM360是完全集成的24位数据采集系统，在单芯片上集成双核高性能多通道Σ-∆型模数转换器（ADC）、32位ARMCortex-M3处理器和Flash/EE存储器。

图8ADuCM360全集成式24位数据采集系统可以精确地测量电流皮肤阻抗

军事监测分析

军人被暴露在最恶劣的条件之下，通过穿戴式传感器远程测量其生命体征对于保护他们的健康是至关重要的。

心率监护仪（AD8232）、运动监护仪（ADXL362）、温度传感器（ADT7320）、压力指示器（ADuCM360）和冲击传感器（ADXL377）既可以单独使用，也可以相互配合以监测军人和女性的健康状况。

利用最常见的消费电子设备——智能手机，进行健康管理

对许多人来说，将智能手机作为医学监护器械，这本身就是一个充满魅力的概念——不仅仅是智能手机开发者。智能手机中嵌入了加速度计，这种技术本身就支持计步器、运动监护或睡眠监护应用。而CMOS摄像头传感器也可用作一种简单的心率监护仪，通过多种图像分析技术来检测血流变化。然而，这些技术会增加功耗——不一定是传感器造成的结果，而是因为这些技术支持这些应用的方式使然。这是个问题，因为智能手机的电力必须为邮件和社交媒体应用保留。AD8232单引脚心率监护仪模拟前端和ADXL362低功耗、3轴MEMS加速度计在尺寸、性能和功耗上完全可以满足需求，在嵌入智能手机时，可以分别独立测量心率和运动状况。

通过配件给智能手机添加生命体征监测功能是一种可行的办法。可以插入USB或音频端口，或者通过蓝牙连接的健康监测器械越来越多。

在汽车中监测生命体征

目前有人正在展开大量研究，以确定如何在汽车的狭小空间中监测我们的生命体征。情绪和压力传感器、心率监护仪、温度传感器、二氧化碳传感器、血糖监测仪、经皮血氧饱和度以及花粉传感器，这些应用都有助于提高驾驶员安全，增进驾驭体验。

但仍然存在诸多挑战…如何测量？通过方向盘、座椅、安全带？使用摄像头技术、电极、光学传感器、MEMS？获得信息后如何处理？

告诉驾驶员他可能得到了心脏病，结果可能引发恐慌，并导致灾难性后果。然而，对于心率监护来说，告诉驾驶员保持清醒是现实可行的。

显然，方向盘上可安装生命体征监测器械—AD8232心率监护仪可以连接方向盘覆盖材料中嵌入的电极。另外，甚至同一电极可以用来测量电流皮肤阻抗，以便确定压力和情绪水平。ADuCM360低功耗、全集成式24位数据采集片上系统解决方案，为测量皮肤电流阻抗并将AD8232的输出转换成数字格式提供了一个平台。

图9未来汽车可能通过方向盘、座椅和安全带中的传感器提供心率监护和电流皮肤阻抗测量功能

总结

总之，随着技术的进步、各类支持基础设施的发展以及降低健康护理成本必要性的突显，生命体征监测将成为我们日常生活的一个自然组成部分，可以随时随地满足我们的需求，融入到我们的个人远程健康生态体系之中。无论是医院或诊所外的疾病管理，是支持老年人口的独立能力，是激励健康的生活习惯，是增进个人安全性，还是免除后顾之忧，ADI公司始终都走在这个市场的前沿，积极开发相关传感器和信号调理技术方案，以实现新一代生命体征监测。

ADXL362自发布以来，获得非常广泛的应用，特别是在对低功耗特性具有非常苛刻要求的可穿戴智能设备和便携式健康监测设备中获得广泛应用。你都知道哪些？一起来看看吧 https://ezchina.analog.com/message/19170#19170

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