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白皮书下载丨ADI系列可穿戴解决方案助力生命体征监测!

随着电子技术的不断发展以及云计算、物联网(IoT)和5G等通信技术的创新突破,数字医疗也得到了广泛应用和迅速发展。生命体征监测(VSM)功能已越来越多地内置于手机、手表、耳机和其他智能可穿戴设备中,这些设备能够测量各种生命体征和健康指标,例如体温、心率、呼吸、血氧饱和度(SpO2)、血压和身体成分等。同时由于优秀的功耗控制以及便携的使用体验,对身体进行24小时连续监测已成为可能。

ADI凭借在可穿戴应用上的长期投入和丰富的设计经验,深入理解客户需求,把握行业应用热点,成功的应对各项挑战,开发出了适应市场发展的可穿戴产品。今天,斑竹就为大家带来了《ADI系列可穿戴解决方案助力生命体征监测》白皮书,全面了解ADI在该领的深入研究~

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市场上越来越多的可穿戴电子设备都实现了生命体征监测,以图1智能手表为例,具有对心率、ECG、计步、体脂、皮肤阻抗、皮肤温度等方面的监测功能。不将可穿戴设备作为“玩具”使用,而是对健康状况起到积极有效的监控,让可穿戴设备实现真正意义上的医疗级应用是ADI致力的方向。

可穿戴应用已发展较长时间,有关生命体征的解决方案可以从几个方面进行解读,如图1右边部分所示。从技术维度而言,可以概括为PPG、ECG、Bio-Z三种技术。PPG技术指的是无感监测,也就是说无需使用者参与,在比较友好的条件下便可得到所需数据。常见的PPG应用有心率、血氧、呼吸和连续血压监测等。第二种,ECG技术,这是医院检查中大家较为熟悉的监测技术,过去只有在可穿戴设备的高端旗舰产品上看到此功能,但现在越来越多的中低端产品也融入了这个设计。第三种是Bio-Z,一种阻抗监测技术,目前比较新的尝试是聚焦在BIA(体脂监测)和GSR/EDA(情绪监测)方面。

从应用方面来看,除了传统的心率、ECG监测外,一些新的应用如SxO2(血氧)和CNIBP(连续血压监测)的研究也在逐步寻求新的突破。不同于指尖上采集血氧的方式,当前在手腕上进行血氧检测对精度和一致性提出了挑战。连续血压监测是一种新的应用趋势,但市场上尚未出现较为成熟的方案,ADI正联合医院及高校等在这方面进行深入的研究。

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  • PPG_HRM心率测量解决方案——ADPD188GG

    针对HRM监测,ADI提供了ADPD410X多参数芯片和ADPD188GG模块两类产品。ADPD188GG作为ADI量产的一款完整的光电式测量模块,集成了一个高效光电式测量前端、两个LED和两个光电二极管(PD)。

    此模块优化了APD光学部分的设计,极大的降低了客户在光学设计方面的挑战,尤其解决了电子工程师不熟悉光学设计的尴尬。ADPD188模组的demo配置包括完整的硬件设计、HRM算法、基于ARM-Cortex-M0/M3的嵌入式软件、加速度传感器(g-sensor)和数据通讯等部分。Demo板上的HRM算法精度在专业仪器设备上经过了验证,场景涵盖休息、运动、步行等各种不同状态。

    如图中的ADPD188开发板以不同形式呈现,客户可根据需求任意选用。比如可以将带有处理器的开发板通过软线和带有ADPD188传感器的评估板连接测试。基本接近完整系统的评估板方便客户模拟出实际性能。

  • ECG测量解决方案——AD8233

    ECG测试从原理及测量方面来讲都不算新技术,但因为干电极和运动状态的引入为ECG设计带来了新的挑战。ECG应用中推荐AD8233产品,其拥有难以替代的性能。通过CFDA认证的ECG方案大都基于AD8233设计,当前市场上的ECG方案基本都可以发现AD8233的存在。

    AD8233是一款低功耗、适用于ECG和其他生物电势测量应用的单导AFE,支持两电极和三电极配置,芯片尺寸为2.0mm*1.7mm。该AFE集成了快速恢复(Fast restore)、导联脱落检测(Leads off)和关断(Shutdown)等功能。AD8233具有完整的内部RFI滤波器,客户可以方便地监测模拟信号并以此为依据便捷进行后续的信号处理。

    AD8233在很多性能上进行了优化,比如功耗小于10uA (0.5~4Hz)、噪声小于10uV、直流偏置电压为±300mV、直流至60Hz的共模抑制比为80dB。

    ECG属于弱信号且易受干扰,电极到AFE的走线受到系统干扰的可能性很大,理论上这个走线距离越短越好。由于AD8233采用的是分离方案,因此布线可以很短,最大程度上避免了ECG信号被干扰。

    如图4是AD8233和APAD1080组合设计的ECG+PPG同步测量方案,值得一提的是AD8233输出的是通过AC耦合的模拟信号,因此对ADC的要求高,这样可以充分利用AFE内部的ADC功能。

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