【導讀】人口正在老化，越來(lái)越多的人需要健康支持，這給醫療保健整體支出帶來(lái)巨大影響。有鑒于此，政府部門(mén)和健康保險企業(yè)愈來(lái)愈強調預防、健康意識和生活方式。一般而言，這不只是關(guān)于實(shí)行更多或更好的營(yíng)養攝入計劃，而是更關(guān)注監測某些重要身體參數。正因如此，從事智能和健康手表業(yè)務(wù)的公司近年來(lái)營(yíng)收明顯增長(cháng)。
買(mǎi)一塊健康手表并監測身體參數，并不意味著(zhù)您生活得更健康。健康生活的秘訣在于通過(guò)長(cháng)期監測某些身體參數來(lái)更熟悉這些數值并加以利用，進(jìn)而調整自己每天的生活以變得更為健康。這個(gè)過(guò)程可幫助您了解身體如何工作，以及如何降低長(cháng)期健康成本。
本文圍繞ADI公司的可穿戴VSM平臺而撰寫(xiě)，該平臺如圖1所示。ADI公司不是最終產(chǎn)品制造商。此平臺旨在提供一個(gè)參考，幫助電子設計人員和系統架構師加快開(kāi)發(fā)過(guò)程，為專(zhuān)業(yè)和醫療市場(chǎng)設計出更新、更智能、更精確的可穿戴設備。
圖1. ADI公司最新第二代可穿戴VSM平臺
01 測量什么、如何測量及在哪里測量
根據身體位置，我們不僅要選擇哪些參數可以測量，還要選擇使用何種技術(shù)。對于心率測量，生物電位測量是最古老的技術(shù)之一。其信號很強，利用兩個(gè)或更多電極便可從身體中輕松獲取。針對此方法，將電路集成在胸帶或耳機中再好不過(guò)。然而，在腕部等單一點(diǎn)處測量生物電位信號幾乎不可能。必須在產(chǎn)生電信號的心臟周?chē)鷾y量。針對單點(diǎn)測量，光技術(shù)更合適。將光線(xiàn)射入組織中，捕捉并測量動(dòng)脈中血流對光線(xiàn)的反射信號。從接收到的光信號可獲知逐搏心跳信息。該技術(shù)看似相當直截了當，但事實(shí)上存在多項挑戰和影響因素會(huì )使設計變得困難，比如運動(dòng)和環(huán)境光線(xiàn)。
ADI公司第二代可穿戴設備參考平臺集成了上述大部分技術(shù)。該設備設計戴在手腕上，但您也可以去除軟帶，將設備貼在身體上，用作智能貼片。該設備包含支持生物電位測量、光學(xué)心率測量、生物阻抗測量、運動(dòng)跟蹤、溫度測量的技術(shù)，它們全都集成在一個(gè)微型電池供電設備中。
03 單一測量不能說(shuō)明任何問(wèn)題
該光學(xué)系統圍繞光學(xué)模擬前端ADPD107而構建。它利用綠光LED測量PPG和心率，并集成紅外LED以檢測設備是否貼附到人體上。兩個(gè)AD8233模擬前端支持生物電位ECG測量。一個(gè)前端連接到設備中嵌入的電極。一個(gè)電極位于設備背面，接觸身體的一肢；第二個(gè)電極位于設備正面，可被另一肢（手）接觸以形成閉合回路。第二個(gè)模擬前端可以用來(lái)配合外部電極測量ECG。用戶(hù)可以像智能貼片一樣穿戴該設備，并將外部電極直接連到胸部。設備背面的電極有雙重功能。除ECG測量外，其還可用于皮膚電活動(dòng)(EDA)測量。EDA或皮膚電反應(GSR)與皮膚電導率有關(guān)，而內部或外部刺激引起的情緒變化會(huì )改變皮膚電導率。第二代手表能夠檢測這種微小的電導率變化。電路基于此測量原理而構建，包括發(fā)射和接收信號鏈，完全采用分立器件。其精度非常高，而功耗極小。最后同樣重要的是，它還集成了用于測量皮膚溫度的溫度傳感器和一個(gè)3軸超低功耗MEMS傳感器(ADXL362)。MEMS傳感器能跟蹤運動(dòng)，所以可用于繪制運動(dòng)曲線(xiàn)，同時(shí)還能補償其他測量中運動(dòng)引起的偽像。運動(dòng)無(wú)論何時(shí)都是一個(gè)重要參數，包括心率、SPO2和呼吸速率在內的多個(gè)重要參數十分依賴(lài)于活動(dòng)，所以必須測量身體運動(dòng)。當您慢跑時(shí)，140 bpm的心率沒(méi)問(wèn)題，但如果您是坐在沙發(fā)上休息而測得140 bpm的心率，那么您可能需要擔心了。通過(guò)合并不同傳感器信號，還可以支持新型應用。
設備中集成了超低功耗ADuCM3029 以收集傳感器數據并運行算法。圖2展示了傳感器板上集成的器件。
圖2. 傳感器板第二代手表平臺
04 壓力和連續血壓
圖3. ECG測量與PPG結合
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