【導讀】隨著(zhù)12月7日國家“新十條”防疫政策的發(fā)布，動(dòng)態(tài)清零時(shí)代已成過(guò)去， 各地防疫全面放開(kāi)的情況下，各地新冠陽(yáng)性人員比例先后進(jìn)入高峰期， 其中大部分人員經(jīng)過(guò)感染和自然免疫的過(guò)程可以安全度過(guò)感染和痊愈的過(guò)程， 但對少部分有基礎疾病或免疫力低的人群，會(huì )有轉入重癥的可能，對重型病人的分型，國家衛健委《新型冠狀病毒肺炎診療方案》的臨床分型指導如下：
成人符合下列任何一條：
1. 出現氣促，RR≥30 次/分；
2. 靜息狀態(tài)下，吸空氣時(shí)指氧飽和度≤93%；
3.動(dòng)脈血氧分壓（PaO2）/吸氧濃度（FiO2）≤300mmHg （1mmHg=0.133kPa）；
高海拔（海拔超過(guò) 1000 米）地區應根據以下公式對 PaO2/FiO2進(jìn)行校正:
PaO2/FiO2×[760/大氣壓(mmHg)]。
4.臨床癥狀進(jìn)行性加重，肺部影像學(xué)顯示 24～48 小時(shí) 內病灶明顯進(jìn)展>50%者。
兒童符合下列任何一條：
1. 持續高熱超過(guò) 3 天；
2. 出現氣促（＜2 月齡，RR≥60 次/分；2～12 月齡，RR ≥50 次/分；1～5 歲，RR≥40 次/分；＞5 歲，RR≥30 次/ 分），除外發(fā)熱和哭鬧的影響；
3. 靜息狀態(tài)下，吸空氣時(shí)指氧飽和度≤93%；
4. 輔助呼吸（鼻翼扇動(dòng)、三凹征）；
5. 出現嗜睡、驚厥；
6. 拒食或喂養困難，有脫水征。
對成人和兒童的分型指導，指氧飽和濃度都作為直接的判斷依據，而且相對于其它診療手段，指夾式血氧儀是家庭或個(gè)人更容易獲得的低成本檢測方式，可以實(shí)時(shí)檢測身體狀況，及時(shí)發(fā)現轉為重型的可能，為及早治療贏(yíng)得時(shí)間。指夾式脈搏血氧儀在目前的形勢下獲得了越來(lái)越多用戶(hù)的關(guān)注，有些品牌的產(chǎn)品已經(jīng)出現供不應求的情況。
上海泰矽微電子已成熟大規模量產(chǎn)的單芯片高性能專(zhuān)用信號鏈SoC TCAS24和高性能指夾式血氧儀參考方案助力血氧儀產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，為大眾的生命健康貢獻自己的一份力量。TCAS24已大規模應用于多個(gè)頭部品牌指夾式血氧儀產(chǎn)品，憑借高性?xún)r(jià)比和較之傳統方案更高的測量精度正在進(jìn)入更多品牌廠(chǎng)商，交鑰匙式參考方案提供包括所有的硬件和SDK開(kāi)源資料，配套開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)文檔及工具，節省客戶(hù)的開(kāi)發(fā)和測試時(shí)間，產(chǎn)品上市周期大大縮短。與此同時(shí)泰矽微也可通過(guò)第三方IDH提供完整方案或產(chǎn)品，形成芯片，解決方案和產(chǎn)品三維一體的全方位支持模式。
脈搏血氧儀測量原理
脈搏血氧儀使用可發(fā)射紅光和紅外光的低壓發(fā)光二級管(LEDs)作為發(fā)光源。發(fā)射光穿透生理組織，然后由光電接收器件檢測轉換并發(fā)送到脈搏血氧的微處理器中。人體的靜脈血、動(dòng)脈血和其它生理組織的光吸收特性，如下圖所示：
圖1 組織光吸收特性
搏動(dòng)的動(dòng)脈血引起去氧血紅蛋白(Hb)和含氧血氧蛋白(HbO2)的在吸收光路上的變化。由于Hb和HbO2的光吸收度不同，因此這種吸收變化在紅光和紅外光上進(jìn)一步轉換為體積描記波形?；贐eer-Lambert定律，紅光和紅外光描記波信號幅度的關(guān)聯(lián)進(jìn)一步形成動(dòng)脈氧飽和度。
臨床痛點(diǎn)
1.適用性
膚色漸變跨度為白色、黃色、黑色，不同膚色對光的吸收量不同，膚色越深，光吸收量就越大。同樣的，不同粗細的手指對光的吸收量也不同，專(zhuān)業(yè)上用灌注度來(lái)表征。因此，血氧儀在設計上需要動(dòng)態(tài)調節光的強弱，以適應不同灌注度，確保測量精度。這意味著(zhù)在轉換光強度為數字信號時(shí)，MCU的采樣精度需要足夠高，且動(dòng)態(tài)范圍要足夠大，既能掃描全范圍的信號，又能準確識別出信號的波動(dòng)特征?；谔┪CAS24芯片的采樣信號，灌注性能可以下探到0.1%，遠超目前主流家用產(chǎn)品的相應性能指標，可以很好的覆蓋家用環(huán)境的應用。
2.抗運動(dòng)性能
目前絕大多數血氧儀在算法上主要分為兩種：時(shí)域和頻域。
基于時(shí)域的算法具有出值快，動(dòng)態(tài)響應高的優(yōu)勢，但是抗運動(dòng)性能比較差，主要是因為運動(dòng)干擾經(jīng)常會(huì )污染時(shí)域信號特征，導致生理信號被隨機的運動(dòng)干擾噪聲影響到準確度。導致單純使用時(shí)域算法是無(wú)法在噪聲信號中提取有效的生理信號并計算相關(guān)參數的，最終表現為血氧參數或脈率參數計算不準確，甚至是無(wú)法輸出結果。
基于頻域的算法能夠很好的處理運動(dòng)干擾對有效的生理信號的影響，但是需要通過(guò)一定的采集樣本才能實(shí)現，這樣就會(huì )導致出值慢，動(dòng)態(tài)響應差。
泰矽微方案采用了時(shí)域加頻域相結合的算法設計，結合當前測試的脈率和PI值范圍動(dòng)態(tài)切換時(shí)域和頻域的處理，確保算法在動(dòng)態(tài)響應和出值準確度方面達到最佳的權衡。
泰矽微通過(guò)結合高精度信號鏈芯片和專(zhuān)利算法設計，有效的解決了臨床痛點(diǎn)，即可滿(mǎn)足不同膚色、不同粗細手指即不同灌注率下的測量，又能支持抗運動(dòng)干擾，可以實(shí)現血氧脈搏的穩定高精度測量。
圖2 算法示意圖
硬件架構
● 電源模塊：電池采用2節AAA電池供電，經(jīng)DCDC升壓至3.6V，再通過(guò)1路LDO降壓3.3V確保隨電池電量降低后主控芯片供電電壓的穩定
● 發(fā)光模塊：發(fā)光部分通過(guò)MCU控制發(fā)光序列和驅動(dòng)電壓信號，通過(guò)一對H橋切換開(kāi)關(guān)實(shí)現紅光LED與紅外光LED的正反切換點(diǎn)亮
● 接收模塊：PD信號經(jīng)片上集成TIA IV轉換將微弱的電流信號轉換為電壓信號，經(jīng)片上集成1級運放處理后，送至MCU采樣。MCU內含14位高精度SARADC實(shí)現模數轉換
顯示模塊：支持OLED顯示屏和LED顯示屏
圖3 硬件設計框圖
軟件架構
指夾血氧儀軟件架構如圖所示，各個(gè)單元功能如下所示：
● MCU主控：所有單元的運行載體，通過(guò)中斷任務(wù)調度，實(shí)現各單元有序執行
● 采樣處理單元：完成生理信號采樣和噪聲預處理，并輸送給算法單元
● 血氧算法單元：完成生理信號的實(shí)時(shí)處理，并輸出測量結果
● 按鍵處理單元：響應用戶(hù)觸發(fā)的按鍵消息，實(shí)現人機交互功能
● GUI顯示單元：提供參數顯示、功能設置、趨勢瀏覽等交互功能
圖4 軟件架構示意圖
泰矽微方案優(yōu)勢
上海泰矽微指夾血氧儀解決方案(泰矽微TCAS24)，具備如下諸多優(yōu)勢：
● 弱灌注性能：0.1%，遠優(yōu)于目前家用血氧儀性能
● 抗運動(dòng)性能：獨有的抗運動(dòng)設計，即使在運動(dòng)情況下也能準確識別生理信號
● 高集成度：TCAS24集成了2路OPA、TIA、VDAC、PGA等信號鏈外設，軟件配置即可實(shí)現各種信號鏈外設的內部電路組合，在降低了綜合成本的同時(shí)，硬件也更加簡(jiǎn)潔，易開(kāi)發(fā)
● 高精度SARADC：高精度的14 bit ADC性能確保了無(wú)論是在哪種膚色、測量部位下，都能準確無(wú)誤的獲取生理信號，確保了生理檢測的準確性
● 超低功耗：TCAS24的電源域設計有效降低了睡眠模式下的功耗，其獨有的Tinywork專(zhuān)利技術(shù)則可有效降低動(dòng)態(tài)功耗，延長(cháng)電池的使用時(shí)間。
來(lái)源：泰矽微
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