如何获得准确的入耳式心率和SpO2监测

传感器的使用正在突飞猛进地增长。传感器几乎遍布每个行业，在消费电子、汽车、智能家居和医疗应用中的使用率尤其高。今天的智能手机至少包含五个传感器。新车现在有多个用于安全和停车的光学传感器，仅在典型发动机上就有七种不同类型的传感器。

139年全球传感器市场总价值为2017亿美元，预计到287年将达到2025亿美元，复合年增长率为9.5%。根据锡安市场研究公司的数据，仅医疗传感器市场在11年的价值约为7.2018B美元，预计到19年将达到约8.2025B美元，复合年增长率约为7.80%。有用于脑机接口的可穿戴脑电图传感器技术。还有植入的传感器。一个例子是用于视障人士的图像传感器。在这方面有很多研究工作。众多例子之一是斯坦福大学工程师和医学研究人员开发的无线、无电池、可生物降解的血流传感器。

健康监测传感器可能是增长最快的领域。有人说，新的和美妙的可穿戴医疗设备采用传感器是由我们的人口老龄化推动的。但是，每个人都将从这些新技术中受益，而年轻人群正在迅速加入。新的和改进的传感器技术正在被设计到智能手表和许多医疗可穿戴设备中。它们还用于家庭中使用的非便携式监视器以及医疗机构中使用的设备。

设计基于传感器的可穿戴设备，提供所需的高精度，使其成为医疗保健领域的宝贵工具，绝非易事。从监测设备的放置到血液灌注水平，有许多考虑因素需要解决。有关获得准确心率和血氧饱和度（SpO）的挑战的更多详细信息2）的测量，以深入了解健康和福祉，请阅读应用说明，“在收听您最喜爱的曲目时跟踪您的心率”。

用于入耳式应用的光学模块

SpO2是对血液中氧气量的估计值。血氧测试用于检查一个人的肺部工作情况。血液中的氧气水平也是药物过量的最可靠指标。脉搏血氧仪对新生儿特别有价值，因为新生儿的氧合不足导致婴儿无法茁壮成长，但过多的氧气和氧气浓度的波动会导致视力障碍或失明。此外，医院正在使用准确的SpO2麻醉期间和麻醉后护理期间的测量。

脉搏血氧仪的工作原理是将红色 LED（600-750nm 波长）和红外 LED（850-1000nm 波长）交替闪烁到身体部位。然后使用光电二极管传感器测量氧合血红蛋白（HbO）的红光吸收2）和用于脱氧血红蛋白（Hb）的红外光。Hb吸收更多（反射更少）的红光。乙二醇2吸收更多的红外光。

血氧饱和度可以通过比较Hb和HbO的值来确定2.透射式血氧仪测量通过组织（通常是手指）传输的光，反射式血氧仪（如该设备使用的那样）测量组织（通常是手腕或耳朵）反射的光。

MAXM86161是一款超低功耗、单电源、高度集成的光学模块，用于心率和SpO。2测量。该 IC 针对入耳式应用进行了优化，采用微型 0.169 x 0.114 英寸窗口封装，带有由三个低噪声 8 位 DAC 控制的红色、红外和绿色 LED，以及一个连接到跨阻放大器和 19 位 A/D 转换器的高效 PIN 光电二极管。心率通过单个绿色 LED 测量。

MAXM86161的跨阻放大器将来自光电二极管的几微安电流转换为几毫伏信号。然后，该信号通过高通滤波器以减少背景光干扰，然后进入A/D。

图1.MAXM86161的框图

该 IC 采用 3.0V 至 5.5V VLED 单电源工作，温度范围为 -40° 至 85°C。 它支持标准 I2C接口和完全自主操作，并具有128字内置FIFO。

审核编辑：郭婷