【導(dǎo)讀】人口正在老化，越來(lái)越多的人需要健康支持，這給醫(yī)療保健整體支出帶來(lái)巨大影響。有鑒于此，政府部門和健康保險(xiǎn)企業(yè)愈來(lái)愈強(qiáng)調(diào)預(yù)防、健康意識(shí)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(yǎng)攝入計(jì)劃，而是更關(guān)注監(jiān)測(cè)某些重要身體參數(shù)。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(zhǎng)。
買一塊健康手表并監(jiān)測(cè)身體參數(shù)，并不意味著您生活得更健康。健康生活的秘訣在于通過(guò)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)某些身體參數(shù)來(lái)更熟悉這些數(shù)值并加以利用，進(jìn)而調(diào)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(zhǎng)期健康成本。
本文圍繞ADI公司的可穿戴VSM平臺(tái)而撰寫，該平臺(tái)如圖1所示。ADI公司不是最終產(chǎn)品制造商。此平臺(tái)旨在提供一個(gè)參考，幫助電子設(shè)計(jì)人員和系統(tǒng)架構(gòu)師加快開(kāi)發(fā)過(guò)程，為專業(yè)和醫(yī)療市場(chǎng)設(shè)計(jì)出更新、更智能、更精確的可穿戴設(shè)備。
圖1. ADI公司最新第二代可穿戴VSM平臺(tái)
01 測(cè)量什么、如何測(cè)量及在哪里測(cè)量
根據(jù)身體位置，我們不僅要選擇哪些參數(shù)可以測(cè)量，還要選擇使用何種技術(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。其信號(hào)很強(qiáng)，利用兩個(gè)或更多電極便可從身體中輕松獲取。針對(duì)此方法，將電路集成在胸帶或耳機(jī)中再好不過(guò)。然而，在腕部等單一點(diǎn)處測(cè)量生物電位信號(hào)幾乎不可能。必須在產(chǎn)生電信號(hào)的心臟周圍測(cè)量。針對(duì)單點(diǎn)測(cè)量，光技術(shù)更合適。將光線射入組織中，捕捉并測(cè)量動(dòng)脈中血流對(duì)光線的反射信號(hào)。從接收到的光信號(hào)可獲知逐搏心跳信息。該技術(shù)看似相當(dāng)直截了當(dāng)，但事實(shí)上存在多項(xiàng)挑戰(zhàn)和影響因素會(huì)使設(shè)計(jì)變得困難，比如運(yùn)動(dòng)和環(huán)境光線。
ADI公司第二代可穿戴設(shè)備參考平臺(tái)集成了上述大部分技術(shù)。該設(shè)備設(shè)計(jì)戴在手腕上，但您也可以去除軟帶，將設(shè)備貼在身體上，用作智能貼片。該設(shè)備包含支持生物電位測(cè)量、光學(xué)心率測(cè)量、生物阻抗測(cè)量、運(yùn)動(dòng)跟蹤、溫度測(cè)量的技術(shù)，它們?nèi)技稍谝粋€(gè)微型電池供電設(shè)備中。
03 單一測(cè)量不能說(shuō)明任何問(wèn)題
該光學(xué)系統(tǒng)圍繞光學(xué)模擬前端ADPD107而構(gòu)建。它利用綠光LED測(cè)量PPG和心率，并集成紅外LED以檢測(cè)設(shè)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(cè)量。一個(gè)前端連接到設(shè)備中嵌入的電極。一個(gè)電極位于設(shè)備背面，接觸身體的一肢；第二個(gè)電極位于設(shè)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(cè)量ECG。用戶可以像智能貼片一樣穿戴該設(shè)備，并將外部電極直接連到胸部。設(shè)備背面的電極有雙重功能。除ECG測(cè)量外，其還可用于皮膚電活動(dòng)(EDA)測(cè)量。EDA或皮膚電反應(yīng)(GSR)與皮膚電導(dǎo)率有關(guān)，而內(nèi)部或外部刺激引起的情緒變化會(huì)改變皮膚電導(dǎo)率。第二代手表能夠檢測(cè)這種微小的電導(dǎo)率變化。電路基于此測(cè)量原理而構(gòu)建，包括發(fā)射和接收信號(hào)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(cè)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(yùn)動(dòng)，所以可用于繪制運(yùn)動(dòng)曲線，同時(shí)還能補(bǔ)償其他測(cè)量中運(yùn)動(dòng)引起的偽像。運(yùn)動(dòng)無(wú)論何時(shí)都是一個(gè)重要參數(shù)，包括心率、SPO2和呼吸速率在內(nèi)的多個(gè)重要參數(shù)十分依賴于活動(dòng)，所以必須測(cè)量身體運(yùn)動(dòng)。當(dāng)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(cè)得140 bpm的心率，那么您可能需要擔(dān)心了。通過(guò)合并不同傳感器信號(hào)，還可以支持新型應(yīng)用。
設(shè)備中集成了超低功耗ADuCM3029 以收集傳感器數(shù)據(jù)并運(yùn)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(tái)
04 壓力和連續(xù)血壓
圖3. ECG測(cè)量與PPG結(jié)合
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