设备的艰难历程：从可穿戴设备过渡到医疗设备

简介

由于这种情况，当局和健康保险公司正在更加重视预防，健康意识和生活方式。一般而言，不仅仅是关于锻炼更多或更好的营养摄入 - 对监测某些重要的身体参数更感兴趣。这就是智能和健康手表业务公司在过去几年中收入增长的原因。

购买健康手表和测量身体参数并不意味着您的生活更健康。健康生活的诀窍在于，您需要长时间监测某些身体参数，以便更熟悉这些数字并使用它们来适应您的日常生活，从而获得更好的健康。这个过程可以帮助您更好地了解身体的运作方式以及如何长期降低健康成本。

本文围绕ADI公司最新的可穿戴VSM平台编写，如图1所示.ADI不是最终产品的制造商。但是，该平台旨在帮助电子设计人员和系统架构师加速开发过程，同时为专业和医疗市场设计更新，更智能，更准确的可穿戴设备。

< h3>我们测量的内容，方式和位置

可通过可穿戴设备测量各种重要参数。根据总体目标，某些规范比其他规范更重要。可穿戴设备在身体上的位置对可测量的内容和不可测量的内容有很大影响。最明显的位置是手腕。我们习惯于在手腕上佩戴设备，这就是市场上出售智能手表和腕戴设备等诸多产品的原因。除了测量手腕外，头部是可穿戴设备的另一个好位置。例如，耳机和耳塞以不同的样式提供，包含嵌入式传感器，用于测量心率，氧饱和度和温度等参数。身体上可穿戴设备的第三个好位置是胸部。第一代心率监测器是围绕胸带设计的，这种生物电位测量原理仍然是一种非常精确的技术。今天我们倾向于选择胸部贴片，因为肩带穿起来不太舒服。一些制造商参与了智能贴片的设计，以监控重要参数。

根据身体的位置，我们不仅要面对可以测量哪些参数的选择，还要面对应该使用的技术。对于心率测量，生物电位测量是最古老的技术之一。通过使用两个或更多个电极，信号很强并且易于从身体取回。对于这种方法，将电路集成在胸带或耳机中是完美的。然而，在像手腕这样的单个点测量生物电位信号几乎是不可能的。您需要测量产生这些电信号的心脏。对于单点测量，光学技术更合适。光被送入组织，并且捕获并测量由于动脉中的血流而导致的反射。根据该光学接收信号，可以检索逐搏信息。这项技术听起来相当直接。然而，有一些挑战和影响因素可能使设计变得非常困难，例如运动和环境光。

ADI公司的GEN II可穿戴设备参考平台拥有大部分先前描述的技术。该设备设计用于佩戴在手腕上，但您也可以取下软带并将设备连接到身体上，以将其用作智能贴片。该设备包括支持生物电位测量，光学心率测量，生物阻抗测量，运动跟踪和温度测量的技术，所有这些都集成在一个微型电池供电设备中。

总体目标

为什么ADI公司设计了像GEN II手表这样的系统？这样的系统的目标是能够以简单的方式测量身体上的几个重要参数。该设备可以同时测量参数并将结果存储在SD卡上，或通过BLE无线连接将其发送到智能设备。由于测量是同时进行的，因此它也有助于找到几个测量之间的相关性。生物医学工程师，算法提供者和企业家不断寻找新技术，应用和用例，以便在早期阶段检测疾病，以尽量减少可能在后期发生的对身体的负面影响或损害。

单次测量不说任何东西

由于嵌入式传感器，处理能力和无线通信的结合，ADI公司的新型可穿戴系统是一种独特的设备。

光学系统围绕ADPD107光学模拟前端构建。它利用绿色LED来测量PPG和心率，同时集成了一个红外LED，用于接近以检测设备何时连接到人体。两个独立的AD8233模拟前端支持生物电位ECG测量。一个前端与嵌入在设备中的电极接口。装置背面的一个电极接触一个肢体，装置顶部的第二个电极可以被另一个肢体（手）接触以闭合环。可以启用第二模拟前端以使用外部电极测量ECG。这允许用户像智能贴片一样佩戴设备并将外部电极直接连接到胸部。器件背面的电极具有双重功能。除ECG测量外，这些还可用于皮肤电活动（EDA）。 EDA或皮肤电反应（GSR）与皮肤的电导率有关，皮肤的电导率可能由于情绪而改变，来自内部或外部刺激。 GEN II手表能够检测到这种微小的电导率变化。该电路围绕这一测量原理，包括发射和接收信号链，完全由分立元件构成。它以最小的功耗提供高精度。最后但并非最不重要的是，集成了用于皮肤温度测量的温度传感器和3轴超低功耗MEMS传感器（ADXL362）。 MEMS传感器跟踪运动。这可以用于形式分析，但是也可以在其他测量中补偿由于运动引起的伪像。运动始终是一个重要方面，因为心率，SPO2或呼吸率等几个重要参数都非常依赖于活动，因此必须测量身体的运动。

心率140 bpm是你正在慢跑时很好，但你可能不得不担心，如果你坐在沙发上是140 bpm。通过组合各种传感器信号，还可以支持新的应用程序。

集成了超低功耗ADuCM3029，用于收集传感器数据并运行算法。图2概述了传感器板上的集成设备。

压力和持续血压

对于心率，需要进行ECG或PPG测量，因此这不需要传感器输出的组合，除非我们想要补偿来自运动的伪像。需要多次测量的用例包括压力管理或连续血压监测。可以通过监测皮肤电导的变化来测量情绪状态。这只是一个参数，但如果我们要将其与监测其他参数（例如心率和心率变异性（HRV））结合起来，则测量值会增加很多。皮肤温度也可以作为测量压力的额外输入。血压监测是另一个有趣的用例。这是一个非常重要的参数 - 幸好大多数系统都是基于袖口的，很难集成在可穿戴和连续的系统中。然而，有一些技术可用于测量血压而无需袖带。一种技术通过利用脉冲波发射时间（PTT）来实现这一点。可以在R波上的心脏收缩时刻和手指中的脉冲到达时间之间测量动脉PTT信号。该传输时间与血压直接相关。图3显示了结合PPG的ECG测量。该手表可用于此测量，因为它可在一个设备中支持ECG和PPG测量。

原型产品

GEN II手表具有许多嵌入在小型可穿戴设备中的高性能传感器和功能。除电子设计外，还考虑了许多机械方面。这使得该平台对设计专注于半专业和专业体育市场以及医疗市场的公司和设备制造商非常具有吸引力。可以同时测量多个参数 - 但是，算法需要补充应用程序并支持用例。该设备将为开发人员和设备制造商提供开发过程的快速入门，无需在测试前验证算法和构建。 GEN II手表数量有限，ADI非常有兴趣与设计公司和算法提供商合作开发最先进的系统，可以出售给专业护理人员和健康保险公司。一些功能已经满足医疗规格，而其他功能仍需要改进 - 但ADI肯定是在正确的轨道上。