融合中國古老文化與民族智慧的《黃帝內(nèi)經(jīng)》在今天看來依然不過時，甚至為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)也提供了重要的指導(dǎo)思想，其“治未病”的理念在今天養(yǎng)生理論與醫(yī)學(xué)看來極具超越時代的精神?！端貑枴に臍庹{(diào)神大論》:“是故圣人不治已病治未病,不治已亂治未亂,此之謂也?！狈旁诮裉靵砜矗淇缭絻汕陼r空的科學(xué)精神不得不讓人感嘆。今天，人們正在以各種方式“治未病”——而能實現(xiàn)7*24小時生命體征監(jiān)測的可穿戴意義正在于此。

可穿戴產(chǎn)品正在向多參數(shù)、差異化、精真的方向發(fā)展，用戶已不再滿足于傳統(tǒng)的計步、睡眠分析、心率監(jiān)測，而大家越來越關(guān)注我們的體脂率、情緒、以及連續(xù)血壓監(jiān)測等等，這些功能也是呼之欲出。針對于可穿戴市場產(chǎn)品，我們看到有兩個主要的市場發(fā)展趨勢：其一是院內(nèi)的診斷級的產(chǎn)品正在積極地尋求走向院外；院外傳統(tǒng)可穿戴產(chǎn)品也在由關(guān)注傳統(tǒng)的健康與娛樂向診斷級方向發(fā)展，然后它們交匯在診斷級和院外這一點上。這種趨勢從ADI公司兩款高集成度AFE（模擬前端）就可以看出。

支持四種生命體征測試功能的信號采集系統(tǒng)AFE MAX86178

為了滿足可穿戴市場對模擬/電源產(chǎn)品的更高性能的要求，近日ADI就為市場帶來了一款突破性的新產(chǎn)品——MAX86178（原美信旗下產(chǎn)品，美信公司已并入ADI），是臨床級的模擬前端，集成了光學(xué)、心電和生物阻抗(BioZ)三大完整的測量系統(tǒng)，支持四種生命體征測試功能——ECG、心率、血氧飽和度和呼吸率，滿足可穿戴監(jiān)護儀對于小型化的需求，可應(yīng)用于包括心律失常監(jiān)護貼片、新冠檢測貼片、一次性心電圖監(jiān)測器、可穿戴傳染病監(jiān)護、可穿戴患者監(jiān)護儀等廣泛場景中。

三大完整的測量系統(tǒng)同芯片集成的同時，還滿足高性能要求：ECG（心電圖）模擬前端（AFE）可以做到臨床等級的ECG測量，滿足IEC60601-2-47的醫(yī)療標(biāo)準(zhǔn)，即移動式ECG監(jiān)測的一個標(biāo)準(zhǔn)；PPG（光電容積圖）可以做到臨床等級的血氧檢測，性能可達113 dB信噪比；BioZ(生物阻抗)，使得設(shè)計靈活的生物阻抗配置可以支持多種動能的測量，包括ICG、BIA、BIS、GSR/EDA監(jiān)測。

為此，基于MAX86178的多功能可以使顯著加速多項生命體征檢測系統(tǒng)設(shè)計，與傳統(tǒng)分立方案相比，MAX86178的解決方案尺寸可以更小，而且采集信號可以實現(xiàn)和光學(xué)PPG和心電ECG系統(tǒng)的同步。相比之前一代產(chǎn)品MAX86176，前者是PPG和ECG二合一功能的模擬前端，與后者最大的區(qū)別在于后者里新加了生物電阻抗（BioZ）的測量，可以做到更多的BioZ生物阻抗的頻幅掃描，或者EDA等應(yīng)用。此外，MAX86178方案對于ECG和PPG也有一定的改進，ECG更適合于干電極的應(yīng)用，PPG在信噪比上也有一些提升。

可穿戴健康傳感器“樞紐”，多模式傳感器前端ADPD4100

ADPD4100／ADPD4101是可穿戴健康和健身設(shè)備中各種電氣和光學(xué)傳感器的“樞紐”，適用于心率和心率變異性（HRV）監(jiān)測、血壓估計、壓力和睡眠跟蹤以及SpO2測量。這種新型多參數(shù)VSM AFE的多種工作模式可以容納醫(yī)療健康應(yīng)用中的不同傳感器測量，包括但不限于光電容積脈搏波描記（PPG）、心電圖（ECG）、皮膚電活動（EDA）、身體成分、呼吸、溫度和環(huán)境光測量。

光電容積脈搏波描記。PPG測量可檢測與每個心動周期相關(guān)的組織微血管床的血容量變化。光的總吸收與心臟收縮和舒張事件引起的血容量變化相關(guān)聯(lián)，產(chǎn)生PPG信號。PPG測量按如下方式進行：將LED光脈沖射入人體組織，然后用光電二極管收集反射／透射的光，并將光轉(zhuǎn)換為光電流。ADPD4100處理和測量光電流，并產(chǎn)生數(shù)字PPG信號。針對不同的PPG測量情況，無需對硬件連接進行任何更改便可靈活地將該AFE配置為四種工作模式之一：連續(xù)連接模式、多次積分模式、浮空模式和數(shù)字積分模式。

脈搏血氧測定。脈搏血氧測定使用紅光（通常為660 nm波長）和紅外（IR） LED（通常為940 nm波長）。脫氧血紅蛋白主要吸收660 nm波長的光，而氧合血紅蛋白主要吸收940 nm波長的光。光電二極管感知未被吸收的光，然后將感知到的信號分為直流分量和交流分量。直流分量代表組織、靜脈血和非搏動性動脈血引起的光吸收。交流分量代表搏動性動脈血。可將ADPD4100的任意兩個時隙配置為測量對紅光和IR LED的響應(yīng)，從而測量SpO2。其余時隙可以配置為測量來自不同波長LED的PPG，并且還可以支持ECG測量、導(dǎo)聯(lián)脫落檢測、呼吸測量及其他傳感器測量。

心率監(jiān)測。心率監(jiān)測一般首選波長約為540 nm的綠光LED。它的調(diào)制指數(shù)高于紅光或IR LED，因而能產(chǎn)生最佳PPG信號。它還提供不錯的CTR水平，因此功耗不會太高。AC SNR是一個關(guān)系信號質(zhì)量的參數(shù)，可以通過DC SNR乘以調(diào)制指數(shù)來計算。例如，調(diào)制指數(shù)為1％時，95 dB DC SNR相當(dāng)于55 dB AC SNR。

ECG測量。ECG測量已納入可穿戴設(shè)備中，例如用于抽檢的手表和用于連續(xù)監(jiān)測的胸貼。此類設(shè)備通常使用由金屬和其他導(dǎo)電材料制成的電極，這些電極屬于極化電極，被稱為干電極。使用干電極進行ECG測量的主要挑戰(zhàn)是電極－皮膚接觸阻抗很高且過電勢相對較高。

當(dāng)應(yīng)用于ECG測量時，ADPD4100采用一種新穎的方法，即使用無源電阻電容（RC）電路來跟蹤一對電極上的差分電壓。無源RC電路可以簡單到只有三個元件，即兩個電阻RS和一個電容CS，如圖3a所示。對ECG數(shù)據(jù)的每次采樣過程分為兩步。

基于阻抗的呼吸測量。使用ADPD4100進行呼吸測量時，檢測的是吸氣和呼氣周期中肺的生物阻抗變化。當(dāng)患者呼吸時，肺的容積會膨脹和收縮，導(dǎo)致胸部阻抗發(fā)生變化。通過將電流注入胸部路徑并測量壓降，可以測量該阻抗變化。

本文小結(jié)：

過去十年見證了手機、可穿戴設(shè)備和數(shù)字健康領(lǐng)域的巨大進步。尤其是隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展以及云計算、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)和5G等技術(shù)的新突破，數(shù)字醫(yī)療健康得到了迅速擴張和采用。人們對健康的認(rèn)識日益提高引發(fā)了對小型但高精度設(shè)備的需求，這些設(shè)備應(yīng)能測量各種生命體征和健康指標(biāo)，例如體溫、心率、呼吸頻率、血氧飽和度、血壓和身體成分。在這種小型設(shè)備上增加多種檢測功能存在著挑戰(zhàn)，因為其需要更小的外形尺寸、更低的功耗以及性能顯著改善的多參數(shù)功能。但是，現(xiàn)在可以通過單一模擬前端（AFE）解決方案來應(yīng)對這些挑戰(zhàn)。像ADPD4100和MAX86178這種新型AFE可以用作多參數(shù)生命體征監(jiān)測中心，支持同步測量。它具有低噪聲、高信噪比、小尺寸和低功耗等特性，可以顯著改善醫(yī)療設(shè)備，尤其是可穿戴技術(shù)。