人口正在老齡化，越來越多的人需要健康支持，這對醫(yī)療保健的總體支出產(chǎn)生了重大影響。由于這種情況，當局和健康保險公司更加重視預防、健康意識和生活方式。一般來說，這不僅僅是鍛煉更多或更好的營養(yǎng)攝入量——對監(jiān)測某些重要的身體參數(shù)更感興趣。這就是為什么智能和健康手表業(yè)務的公司在過去幾年中收入增長的原因。

購買健康手表和測量身體參數(shù)并不意味著您活得更健康。健康生活的訣竅是，您長時間監(jiān)測某些身體參數(shù)，以更熟悉這些數(shù)字，并利用它們來調(diào)整您的日常生活以改善健康狀況。這個過程可以幫助您更好地了解身體的運作方式以及如何長期降低健康成本。

本文圍繞ADI公司最新的可穿戴VSM平臺編寫，ADI不是最終產(chǎn)品的制造商。然而，該平臺旨在作為參考，幫助電子設計師和系統(tǒng)架構師加快開發(fā)過程，同時為專業(yè)和醫(yī)療市場設計更新、更智能、更準確的可穿戴設備。

我們正在測量什么、如何以及在哪里測量

使用可穿戴設備可以測量各種重要參數(shù)。根據(jù)總體目標，某些規(guī)格比其他規(guī)格更重要?？纱┐髟O備在身體上的位置對可以測量和不能測量的內(nèi)容有很大的影響。最明顯的位置是手腕。我們習慣于在手腕上佩戴設備，這就是為什么市場上有這么多產(chǎn)品，如智能手表和腕戴設備的原因。除了在手腕上測量外，頭部是可穿戴設備的另一個好位置。例如，耳機和耳塞提供不同的樣式，其中包含嵌入式傳感器，用于測量心率、血氧飽和度和溫度等參數(shù)。可穿戴設備在身體上的第三個好位置是胸部。第一代心率監(jiān)測器是圍繞胸帶設計的，這種生物電位測量原理仍然是一種非常精確的技術。今天，我們傾向于使用胸貼，因為表帶佩戴起來不是很舒服。幾家制造商參與了智能補丁的設計，以監(jiān)控重要參數(shù)。

根據(jù)身體位置的不同，我們不僅要選擇可以測量哪些參數(shù)，還要選擇應該使用什么技術。對于心率測量，生物電位測量是最古老的技術之一。信號很強，很容易通過使用兩個或多個電極從體內(nèi)檢索。對于這種方法，將電路集成到胸帶或耳機中是完美的。然而，在手腕等單個點測量生物電位信號幾乎是不可能的。您需要測量產(chǎn)生這些電信號的整個心臟。對于單點測量，光學技術更為合適。光被發(fā)送到組織中，并且由于動脈中的血流而反射被捕獲和測量。從這個光學接收信號中，可以檢索逐拍信息。這項技術聽起來相當簡單。然而，有幾個挑戰(zhàn)和影響因素會使設計變得非常困難，例如運動和環(huán)境光。

ADI公司的第二代可穿戴設備參考平臺具有上述大多數(shù)技術。該設備設計為戴在手腕上，不過，您也可以取下軟帶并將設備連接到身體上以將其用作智能貼片。該設備包括支持生物電位測量、光學心率測量、生物阻抗測量、運動跟蹤和溫度測量的技術，所有這些都集成在一個微型電池供電設備中。

總體目標

ADI公司為什么要設計像GEN II手表這樣的系統(tǒng)？像這樣的系統(tǒng)的目標是能夠以簡單的方式測量身體上的幾個重要參數(shù)。該設備可以同時測量參數(shù)并將結果存儲在SD卡上，或通過BLE無線連接將其發(fā)送到智能設備。由于測量是同時進行的，因此它還可以幫助找到多個測量之間的相關性。生物醫(yī)學工程師、算法提供商和企業(yè)家一直在尋找新技術、應用和用例，以便在早期階段檢測疾病，以盡量減少后期可能對身體產(chǎn)生的負面影響或損害。

一次測量并不能說明什么

ADI公司的新型可穿戴系統(tǒng)結合了嵌入式傳感器、處理能力和無線通信，是一款獨特的器件。

該光學系統(tǒng)圍繞ADPD107光學模擬前端構建。它利用綠色LED來測量PPG和心率，同時集成了一個紅外LED，用于接近，以檢測設備何時連接到人體。生物電位ECG測量由兩個獨立的AD8233模擬前端支持。一個前端連接到嵌入在設備中的電極。設備背面的一個電極接觸一個肢體，設備頂部的第二個電極可以被另一個肢體（手）觸摸以閉合環(huán)。第二個模擬前端可通過外部電極測量ECG。這允許用戶像智能貼片一樣佩戴設備，并將外部電極直接連接到胸部。設備背面的電極具有雙重功能。除了心電圖測量外，這些還可用于皮膚電活動（EDA）。EDA或皮膚電反應（GSR）與皮膚的電導率有關，皮膚的電導率會因來自內(nèi)部或外部刺激的情緒而改變。第二代腕表能夠檢測到電導率的微小變化。電路圍繞這一測量原理，包括發(fā)射和接收信號鏈，完全由分立元件構成。它以最小的功耗提供高水平的精度。最后但并非最不重要的一點是，集成了用于皮膚溫度測量的溫度傳感器和3軸超低功耗MEMS傳感器（ADXL362）。MEMS傳感器跟蹤運動。這可用于運動輪廓分析，但運動引起的偽影也可以在其他測量中得到補償。運動始終是一個重要方面，因為包括心率、SPO2 或呼吸頻率在內(nèi)的幾個重要參數(shù)非常依賴于活動，因此必須測量身體的運動。

慢跑時心率為 140 bpm 很好，但如果您坐在沙發(fā)上時心率為 140 bpm，您可能需要擔心。通過組合各種傳感器信號，還可以支持新的應用。

集成了超低功耗ADuCM3029，用于收集傳感器數(shù)據(jù)并運行算法。圖2概述了傳感器板上的集成器件。

圖2.傳感器板第二代手表平臺。

壓力和持續(xù)血壓

對于心率，需要ECG或PPG測量，因此這不需要傳感器輸出的組合，除非我們想補償來自運動的偽影。需要多次測量的用例包括壓力管理或連續(xù)血壓監(jiān)測。情緒狀態(tài)可以通過監(jiān)測皮膚電導率的變化來測量。這只是一個參數(shù)，但如果我們要將其與監(jiān)測其他參數(shù)（例如心率和心率變異性 （HRV））相結合，則測量值會增加很多。皮膚溫度也可以作為測量壓力的額外輸入。血壓監(jiān)測是另一個有趣的用例。這是一個非常重要的參數(shù)——值得慶幸的是，大多數(shù)系統(tǒng)都是基于袖帶的，很難集成到可穿戴和連續(xù)系統(tǒng)中。但是，有一些技術可用于測量血壓而無需袖帶。一種技術通過利用脈沖波傳輸時間（PTT）來實現(xiàn)這一點。動脈PTT信號可以在R波心臟收縮時刻和脈沖到達手指時間之間測量。該傳輸時間與血壓有直接關系。圖3顯示了心電圖與PPG的組合測量結果。該手表可用于此測量，因為它支持在一個設備中測量ECG和PPG測量。

圖3.心電圖測量與PPG相結合。

原型到產(chǎn)品

第二代手表在小型可穿戴設備中嵌入了許多高性能傳感器和功能。除了電子設計外，還考慮了許多機械方面。這使得該平臺對專注于半專業(yè)和專業(yè)運動市場以及醫(yī)療市場的設計公司和設備制造商非常有吸引力?？梢酝瑫r測量多個參數(shù)，但是，算法需要補充應用程序并支持用例。該器件將使開發(fā)人員和設備制造商能夠快速啟動開發(fā)過程，無需在測試前驗證算法和構建。GEN II腕表數(shù)量有限，ADI非常有興趣與設計公司和算法提供商合作開發(fā)最先進的系統(tǒng)，出售給專業(yè)護理人員和健康保險公司。有些特性已經(jīng)符合醫(yī)療規(guī)范，而其他特性仍需要改進，但ADI絕對走在正確的軌道上。

審核編輯：郭婷