可穿戴医疗与健康设备增长迅速，临床级生命体征信号检测平台应势而为

为了简化医疗设备开发难度，加快上市时间，美信（Maxim Integrated）在2016年时就推出了第一代健康传感器平台（Health Sensor Platform，简称HSP），两年后的2018年推出了HSP 2.0，帮助正在寻求持续监测多种健康参数的设计者快速创建独特、高精度的可穿戴方案，可节省长达6个月的设计和验证时间。
 
今年则推出了3.0版健康传感器平台HSP3.0。HSP 3.0除了继承了两代HSP平台的优点，还在集成方案中增加了光学血氧SpO2测量和干电极的心电图测量能力。在算法方面，Maxim Integrated提供了心率(HR)、心率变异(HRV)、呼吸率(RR)、血氧饱和度(SpO2)、体温、睡眠质量和压力水平等临床级信息。因此，该平台可以使终端方案监测心脏和呼吸问题，用于管理慢性阻塞性肺疾病(COPD)、传染病(例如新冠肺炎)、睡眠窒息症和房颤(AFib)等疾病。

 

HSP 3.0主要优势

Maxim Integrated工业与医疗健康事业部医疗健康产品线总经理Andrew Baker在介绍HSP 3.0时表示，HSP 3.0与上一代产品相比，体积缩小了40%，且采用了升级版微控制器、电源、安全管理和检测IC。参考设计包括完整的光学和电极设计，结合所提供的算法，可以满足临床级测量要求。
 
他特意强调，HSP 3.0可以提供临床等级的血氧饱和度SpO2检测，进而使新的应用案例成为可能，比如肺部功能性的检测。当然，它也可以用在预防性监护和慢性病的管理上。

 
图：Maxim Integrated工业与医疗健康事业部医疗健康产品线总经理Andrew Baker

 
“我们的客户可以用HSP 3.0开发新冠患者的呼吸或识别，或者慢性阻塞性肺病COPD的长期监测等应用。” Andrew Baker在媒体分享会上表示。
 
HSP 3.0具有高性能光学设计的集成，比如SpO2血氧测量就需要设计师具有丰富的系统级设计经验才能设计出合适的光学器件布局，以达到SpO2测量所需要的光学性能。“而Maxim Integrated具有丰富的人体生物学知识，以及光学机械设计的经验积累，使得HSP 3.0可以覆盖更多的使用用户，并且能够得到尽可能最好的生物数据。” Andrew Baker指出。
 
他自豪地表示，HSP 3.0展示了临床级精度的腕式血样采样，采用了Maxim Integrated先进的算法，能够满足中国市场的应用，达到了国家药品监督管理局的要求。此外，ECG平台可以达到动态心电图IEC IEC60601-2-47的标准。
 
当然，可以使用HSP 3.0这个完整的参考设计来针对自己实际的使用场景来做实验、采数据，并开发出满足自己需求的产品，而且这些数据都能够达到临床等级。Andrew Baker进一步指出，HSP 3.0涵盖了如今远程病人监护的应用场景里需要所有的关键生命体征。比如，
第一，体温趋势，可以用来检测传染病比如说新冠肺炎，或者是发热监测；
第二，SPO2血样饱和度检测，比如可以监测肺部功能、睡眠障碍等；
第三，呼吸率，可以监测呼吸趋势；
第四，心率，可以监测心率趋势；
第五，ECG，可以用来做房颤的早期检测，或者是做心脏健康的检测等等。
 
也就是说，HSP 3.0可以使得一些医疗等级的应用场景得以实现，Andrew Baker特别强调，这些应用案例和测量，可以集成在不同的产品形式上，比如腕式、胸贴或者智能戒指等。此外，客户可以使用Maxim Integrated提供的算法，也可以使用来自第三方的算法，比如说房颤检测及其数据分析。

HSP 3.0系统组成

从HSP 3.0系统框图上可以看出，该参考设计主要由两块PCB板组成，一块主机电路板，一块传感器电路板。在主机电路板上采用了最新的M4F的MCU---MAX32666，它是支持蓝牙功能的低功耗微控制器，包含了两个Arm Cortex-M4F核和附加的SmartDMA，后者允许独立运行BLE栈，使两个主核用于运行主要任务。此外，微控制器集成完整的安全套件和存储器纠错码(ECC)，大大提高系统可靠性。

图：HSP 3.0系统框图。

 
此外，还包括以下传感器、电源管理和算法产品：
 
•      MAX86176：噪声最低的光学光电容积脉搏波法(PPG)和电学ECG的二合一模拟前端(AFE)，提供110dB PPG信噪比(SNR)，从而增加SpO2饱和度检测能力；ECG共模抑制比(CMRR)大于110dB，以支持干电极ECG应用。对于PPG部分，Andrew Baker表示，Maxim的产品在读取通道里做了很多优化，支持6个LED和4个PD的驱动和读取，而且集成了先进的环境光抑制技术。
•      MAX20360：高度集成的电池和电源管理IC (PMIC)，优化用于先进的体戴式健康检测设备。器件包括Maxim Integrated的高精度ModelGauge m5 EZ电量计、精致的触觉驱动器，以及独特的低噪声升/降压转换器，最大程度提高SNR、降低光学生物检测所需功耗。
•      MAX32670：超低功耗微控制器，专用于Maxim Integrated领先的脉搏率、SpO2、HRV、呼吸率、睡眠质量监测和压力监测算法支持。微控制器可配置为传感器集中器(支持硬件和算法)或算法集中器(支持多种算法)。MAX32670无缝支持客户所需的传感器功能，包括管理MAX86176 PPG和ECG传感器AFE，并为外部提供原始或计算得到的数据。
•      MAX30208：低功耗、高精度数字温度传感器，采用2mm x 2mm小型封装。器件的工作电流比同等竞争器件低64%。器件读取封装顶部的温度，可安装在软电缆或PCB上，使其很容易设计到可穿戴设备中。MAX30208的精度为0.1°C，满足临床温度要求。

除了这些Maxim Integrated可以提供的产品，也有一些非Maxim Integrated提供的产品，比如闪存和加速度计。对于这些非Maxim Integrated产品，Andrew Baker表示，他们会将这些产品放进参考设计的文档中，客户可以根据需求采用Maxim推荐的产品，或者自己挑选。

结语

随着人们对健康越来越重视，可穿戴医疗与健康设备正在急速增长，2019年该类设备出货量达到6.4亿部，市场分析机构Omdia的预测，2019年至2023年间，可穿戴医疗与健康设备将保持22%的年复合增长率，到2023年可穿戴医疗与健康设备总出货量将突破10亿。Maxim Integrated在这个时候推出HSP 3.0平台正是看到了市场的需求所在。而且新的HSP 3.0虽然功能更加丰富了，但价格依然跟前代产品一致，包括硬件、固件和算法一起的价格是400美元，可通过Maxim Integrated网站购买。