作者:Yigit Yoleri and Guixue (Glen) Bu
過(guò)去十年見(jiàn)證了移動(dòng)、可穿戴和數(shù)字健康領(lǐng)域的巨大進(jìn)步。特別是,在電子技術(shù)的不斷進(jìn)步以及云計(jì)算、人工智能 (AI) 以及物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 和 5G 等通信技術(shù)的最新突破的推動(dòng)下,數(shù)字醫(yī)療保健的迅速擴(kuò)張和采用。一些生命體征監(jiān)測(cè)(VSM)功能已內(nèi)置于手機(jī)、手表和其他智能可穿戴設(shè)備中,因此已被更廣泛的人群使用。健康意識(shí)的提高引起了對(duì)小型但高精度設(shè)備的需求,這些設(shè)備可以測(cè)量各種生命體征和健康標(biāo)志物,例如體溫,心率,呼吸頻率,血氧飽和度水平(SpO2)、血壓和身體成分。特別是,COVID-19 大流行導(dǎo)致對(duì)能夠監(jiān)測(cè)多種生命體征(包括溫度、SpO )的設(shè)備的需求激增2,以及醫(yī)院和家庭的心率。對(duì)小型方便的健康跟蹤設(shè)備(最好是智能可穿戴設(shè)備)的需求已達(dá)到歷史最高水平。
為此類(lèi)小型設(shè)備添加多種傳感功能有其挑戰(zhàn),需要更小的外形尺寸、更低的功耗和多參數(shù)功能,并顯著提高性能。但是,現(xiàn)在可以通過(guò)單個(gè)模擬前端解決方案來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。這種新的AFE可用作同步測(cè)量的多參數(shù)生命體征監(jiān)測(cè)中心。它具有低噪聲、高信噪比 (SNR)、小尺寸和低功耗等特性,可顯著改進(jìn)醫(yī)療設(shè)備,尤其是可穿戴技術(shù)。對(duì)于醫(yī)生、患者和消費(fèi)者來(lái)說(shuō),這使得生命體征監(jiān)測(cè)比以前更容易,具有更高的性能、更長(zhǎng)的電池壽命和更高的準(zhǔn)確性,而不會(huì)受到多個(gè)設(shè)備的干擾。本文討論了這種單一模擬前端解決方案的一些突破性功能和特性。
新型模擬前端概述
ADPD4100/ADPD4101是一款多模態(tài)傳感器AFE,具有8個(gè)模擬輸入,支持多達(dá)12個(gè)可編程時(shí)隙。 12 個(gè)時(shí)隙可以在一個(gè)采樣周期內(nèi)實(shí)現(xiàn) 12 個(gè)單獨(dú)的測(cè)量。八個(gè)模擬輸入多路復(fù)用為單個(gè)通道或兩個(gè)獨(dú)立通道,支持在單端或差分配置中同時(shí)對(duì)兩個(gè)傳感器進(jìn)行采樣。有八個(gè) LED 驅(qū)動(dòng)器可同時(shí)驅(qū)動(dòng)多達(dá)四個(gè) LED。這些 LED 驅(qū)動(dòng)器是吸電流器,與 LED 電源電壓和 LED 類(lèi)型無(wú)關(guān)。有兩個(gè)脈沖電壓源用于電壓激勵(lì)。新型AFE的信號(hào)路徑由跨阻放大器(TIA)、帶通濾波器(BPF)、積分器(INT)和模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)級(jí)組成。數(shù)字模塊提供多種工作模式、可編程時(shí)序、通用輸入/輸出 (GPIO) 控制、模塊平均和可選的二階至四階級(jí)聯(lián)積分器梳狀 (CIC) 濾波器。數(shù)據(jù)直接從數(shù)據(jù)寄存器或通過(guò)先進(jìn)先出(FIFO)方法讀取。
這種新的AFE有兩種變體。一個(gè)具有I2C通信接口,另一個(gè)具有SPI端口。ADPD4100/ADPD4101的優(yōu)勢(shì)之一與光學(xué)測(cè)量有關(guān)。其卓越的自動(dòng)環(huán)境光抑制能力在與 BPF 相結(jié)合的同步調(diào)制方案中使用短至 1 μs 的脈沖,無(wú)需外部控制環(huán)路、直流電流減法或數(shù)字算法??梢允褂酶哂?的抽取因子來(lái)提高輸出SNR。有一個(gè)子采樣功能,允許選定的時(shí)隙以比編程采樣率慢的采樣速率運(yùn)行,以節(jié)省功耗,其中功率與采樣率成正比。此外,TIA 天花板檢測(cè)功能可在 TIA 輸入超出典型工作限值時(shí),使用 TIA 輸出端子上的電壓比較器設(shè)置中斷位。
ADPD4100/ADPD4101是可穿戴健康和健身設(shè)備中各種電氣和光學(xué)傳感器的理想中樞,用于心率和心率變異性(HRV)監(jiān)測(cè)、血壓估計(jì)、壓力和睡眠跟蹤以及SpO2測(cè)量。這種新型多參數(shù)VSM AFE的多種操作模式可以適應(yīng)各種傳感器測(cè)量,包括但不限于醫(yī)療保健應(yīng)用中的光電容積脈搏波(PPG)、心電圖(ECG)、皮膚電活動(dòng)(EDA)、身體成分、呼吸、溫度和環(huán)境光測(cè)量。
PPG 測(cè)量
PPG測(cè)量檢測(cè)與每個(gè)心動(dòng)周期相關(guān)的組織微血管床中的血容量變化。光的總吸收與收縮和舒張事件引起的血容量變化相關(guān),產(chǎn)生PPG信號(hào)。PPG測(cè)量是通過(guò)將LED光脈沖到人體組織中,并使用光電二極管收集產(chǎn)生的反射/透射光,將光轉(zhuǎn)換為光電流來(lái)進(jìn)行的。ADPD4100/ADPD4101處理和測(cè)量光電流并產(chǎn)生數(shù)字PPG信號(hào)。無(wú)需對(duì)硬件連接進(jìn)行任何更改,AFE可以靈活配置為針對(duì)不同的PPG測(cè)量用例以四種不同的模式運(yùn)行:連續(xù)連接模式、多積分模式、浮動(dòng)模式和數(shù)字積分模式。
圖1.典型的PPG電路。
連續(xù)連接模式
連續(xù)連接模式是PPG測(cè)量的典型模式。它提供最佳的環(huán)境光抑制,并提供高信噪比。它適用于低至 5 nA/mA 至 10 nA/mA 的電荷轉(zhuǎn)移比(CTR、光電流與 LED 電流的關(guān)系)水平,可提供 95 dB 至 100 dB 直流 SNR。這些水平可以隨著抽取因子的增加而增加。它使用完整的模擬信號(hào)路徑,TIA + BPF + INT + ADC。每次ADC轉(zhuǎn)換一次輸入電荷。在像PPG這樣的單個(gè)激勵(lì)事件中,積分器的大部分動(dòng)態(tài)范圍在積分來(lái)自傳感器響應(yīng)的電荷時(shí)被使用。TIA 在預(yù)處理周期后連續(xù)連接到輸入;因此,輸入信號(hào)不會(huì)被調(diào)制。為了降低噪聲,光電二極管的陽(yáng)極被預(yù)調(diào)節(jié)到TIA的基準(zhǔn)電壓(TIA_V裁判).TIA_V裁判通常設(shè)置為 1.27 V 以獲得 TIA 的最大動(dòng)態(tài)范圍。光電二極管的陰極連接到陰極電壓源(VCx)引腳,該器件通常設(shè)置為提供TIA_V裁判+ 215 mV 到光電二極管的陰極,以在光電二極管上產(chǎn)生 215 mV 反向偏置。這降低了信號(hào)路徑和光電二極管電容的噪聲。在此模式下,典型 LED 脈沖寬度為 2 μs。短 LED 脈沖可提供最佳的環(huán)境光抑制性能。使用多個(gè)LED脈沖可使脈沖數(shù)每增加一倍,SNR增加3 dB。積分器斬波通常能夠獲得最高的SNR,因?yàn)閿夭ㄏ朔e分器的低頻噪聲成分。TIA 增益選擇越高,折合到輸入端的噪聲就越低,但會(huì)減小 TIA 的動(dòng)態(tài)范圍。TIA 的動(dòng)態(tài)范圍由動(dòng)態(tài)范圍 = (TIA_V裁判)/(TIA 增益)。為了提高ADC飽和水平,可以降低TIA增益,或者增加積分器電阻。較高的積分器電阻選擇可降低噪聲,但較低的積分器電阻選擇可增加環(huán)境光裕量。
多種集成模式
多重積分模式與連續(xù)連接模式相同,只是每次ADC轉(zhuǎn)換多次積分輸入電荷。此模式可用于在低光照情況下獲得高SNR,因?yàn)樗诿總€(gè)刺激事件中使用少量,有時(shí)不到動(dòng)態(tài)范圍的50%。因此,由于在ADC轉(zhuǎn)換之前進(jìn)行多次積分,它允許利用更多的積分器動(dòng)態(tài)范圍。每個(gè)ADC轉(zhuǎn)換的積分?jǐn)?shù)量每增加一倍,SNR就會(huì)增加3 dB,這與脈沖數(shù)量增加一倍的效果相同。由于此模式是小輸入的典型模式,因此選擇最高的TIA增益。此模式用于CTR低于5 nA/mA且需要良好環(huán)境光抑制的情況。
浮動(dòng)模式
浮動(dòng)模式也用于低光情況下以獲得高信噪比。浮動(dòng)模式允許光電二極管上無(wú)噪聲電荷累積。光電二極管與AFE斷開(kāi)連接,因此浮動(dòng),并以無(wú)噪聲的方式因光而積累電荷。然后,AFE連接回光電二極管,光電二極管上的電荷沖入AFE,并且積分的方式允許每個(gè)脈沖處理最大電荷量,信號(hào)路徑增加的噪聲量最小。電荷的傾倒在短調(diào)制脈沖下迅速發(fā)生;因此,由于信號(hào)路徑而增加的噪聲較小。此外,可以增加浮動(dòng)時(shí)間以實(shí)現(xiàn)更高的信號(hào)電平,但光電二極管電容可以累積的電荷量是有限的。在這種模式下,帶通濾波器(BPF)被旁路,因?yàn)楫?dāng)通過(guò)調(diào)制與TIA的連接從光電二極管轉(zhuǎn)移電荷時(shí),產(chǎn)生的信號(hào)形狀可能因器件和條件而異。為了可靠地將信號(hào)與積分序列對(duì)齊,必須旁路BPF。該模式不能提供良好的環(huán)境光抑制性能,并且受到光電二極管電容的限制,但它在非常低的光照條件下提供了節(jié)能且噪聲較小的測(cè)量。
低光照條件下的浮動(dòng)模式與多種積分模式選擇
在CTR為<5 nA/mA的低光照條件下,典型的工作模式是浮動(dòng)模式。它提供比多積分模式更低的噪聲,因?yàn)槎喾e分模式需要更多的積分周期,導(dǎo)致更高的TIA和積分器噪聲貢獻(xiàn)。浮動(dòng)模式也比多重積分模式更節(jié)能,因?yàn)锽PF斷電且測(cè)量時(shí)間更短。因此,在浮動(dòng)模式下,每瓦SNR效率明顯更高。
當(dāng)光電二極管泄漏或PPG測(cè)量中存在大量環(huán)境光時(shí),首選多重積分模式。泄漏光電二極管不能與浮動(dòng)模式一起使用,因?yàn)殡姾蓵?huì)泄漏,而不是在快速電荷轉(zhuǎn)儲(chǔ)發(fā)生之前累積。如果環(huán)境光很大,則浮動(dòng)模式不利,因?yàn)榄h(huán)境光主導(dǎo)了光電二極管上可以存儲(chǔ)的電荷量。多重集成固有地提供了出色的環(huán)境光抑制,因?yàn)槭褂昧薆PF和短LED脈沖。
到目前為止提到的所有模式都使用積分器來(lái)積分傳入的費(fèi)用。ADC樣本也可以通過(guò)數(shù)字積分模式進(jìn)行數(shù)字積分。為了實(shí)現(xiàn)數(shù)字積分,積分器被轉(zhuǎn)換為緩沖器。數(shù)字集成模式適用于兩個(gè)區(qū)域。在亮區(qū)域,LED 是脈沖的,在暗區(qū),LED 是熄滅的。 ADC 采樣在亮區(qū)和暗區(qū)以 1 μs 的間隔采集,并以數(shù)字方式進(jìn)行積分。信號(hào)是通過(guò)從照明樣本中減去暗樣本的積分來(lái)計(jì)算的。此模式可支持更長(zhǎng)的 LED 脈沖;因此,這是光電二極管響應(yīng)時(shí)間較慢且需要較長(zhǎng)脈沖的典型工作模式。BPF 被旁路并斷電。數(shù)字積分模式提供最佳的電源效率,并實(shí)現(xiàn)最高的SNR水平。然而,由于更長(zhǎng)的LED脈沖和旁路BPF,環(huán)境光抑制低于連續(xù)連接模式。數(shù)字積分模式不支持在同一時(shí)隙內(nèi)同時(shí)采樣兩個(gè)通道。數(shù)字積分模式可支持100+ dB直流信噪比。
數(shù)字集成模式的優(yōu)缺點(diǎn)
如前所述,PPG測(cè)量的典型工作模式是連續(xù)連接模式,因?yàn)樗贑TR大于5 nA/mA的條件下提供高SNR和出色的環(huán)境光抑制。然而,數(shù)字積分模式可實(shí)現(xiàn)最高的SNR水平,并提供優(yōu)化的每瓦SNR效率。因此,如果環(huán)境光對(duì)應(yīng)用來(lái)說(shuō)不是問(wèn)題,并且目標(biāo)直流SNR高于85 dB,則可以選擇數(shù)字積分模式以有效地實(shí)現(xiàn)高SNR。如果目標(biāo)直流SNR低于85 dB,則與連續(xù)連接模式相比,數(shù)字集成的功耗節(jié)省并不顯著。
總而言之,如果光電二極管響應(yīng)時(shí)間較慢,需要更長(zhǎng)的脈沖,或者不需要在一個(gè)時(shí)隙內(nèi)同時(shí)采樣兩個(gè)通道,則可以選擇數(shù)字積分模式。此外,當(dāng)環(huán)境光不是問(wèn)題且目標(biāo)直流SNR高于85 dB時(shí),選擇數(shù)字積分模式將實(shí)現(xiàn)電源效率。
PPG 應(yīng)用
鑒于 COVID-19 大流行,PPG 應(yīng)用在生命體征監(jiān)測(cè)和健康診斷中變得更加重要。此外,多個(gè)指標(biāo)對(duì)于檢測(cè)至關(guān)重要。例如,一些關(guān)鍵的生命體征測(cè)量包括心率監(jiān)測(cè) (HRM)、HRV 和血氧飽和度 (SpO2),可以通過(guò)脈搏血氧儀和血壓進(jìn)行測(cè)量。
光學(xué)和非侵入性SpO2監(jiān)測(cè),也稱(chēng)為脈搏血氧儀,在檢測(cè) COVID-19 患者的缺氧方面變得非常有價(jià)值。缺氧是 COVID-19 的主要癥狀之一,是剝奪身體組織的氧氣供應(yīng)。缺氧也可能導(dǎo)致心率加快;因此,光學(xué)和無(wú)創(chuàng)心率監(jiān)測(cè)對(duì)于檢測(cè)也至關(guān)重要。
即使未來(lái)可穿戴設(shè)備不需要,但多種測(cè)量功能的集成是最佳的,這使得ADPD4100/ADPD4101極具優(yōu)勢(shì)。該AFE測(cè)量任何類(lèi)型的傳感器輸入(包括溫度,ECG和呼吸測(cè)量)。因此,只需一個(gè)傳感器AFE即可建立完整的多參數(shù)VSM平臺(tái)。
脈搏血氧飽和度—SpO2 測(cè)量
脈搏血氧飽和度測(cè)定通過(guò)紅色(通常為 660 nm 波長(zhǎng))和紅外 (IR) LED(通常為 940 nm 波長(zhǎng))完成。脫氧血紅蛋白吸收更多的660nm波長(zhǎng)光,氧合血紅蛋白吸收更多的940nm波長(zhǎng)。光電二極管感知未吸收的光。然后將感知到的信號(hào)分為直流和交流分量。直流分量表示組織、靜脈血和非搏動(dòng)性動(dòng)脈血對(duì)光的吸收。交流成分代表搏動(dòng)性動(dòng)脈血。The SpO2然后由以下公式計(jì)算百分比:
%SpO2= (交流電)紅/直流紅)/(交流電紅外/直流紅外)
ADPD4100/ADPD4101的任意兩個(gè)時(shí)隙可以配置為測(cè)量對(duì)紅色和紅外LED的響應(yīng),以測(cè)量SpO2.其余時(shí)隙可以配置為測(cè)量來(lái)自不同波長(zhǎng)LED的PPG,還可以支持ECG測(cè)量、導(dǎo)聯(lián)脫落檢測(cè)、呼吸測(cè)量和任何其他傳感器測(cè)量。
模式 | 典型設(shè)置 | 評(píng)論 |
連續(xù)連接模式 | SAMPLE_TYPE=0 MOD_TYPE=0 NUM_INT=1 NUM_REPEAT≥1 | PPG 測(cè)量的典型模式 最佳環(huán)境光抑制 提供低噪聲和低功耗性能 可通過(guò)積分器斬波和抽取實(shí)現(xiàn) 95+ dB 直流 SNR 需要不錯(cuò)的點(diǎn)擊率 (>5 nA/mA) |
數(shù)字集成模式 | SAMPLE_TYPE=1|2 MOD_TYPE=0 NUM_INT≥1 NUM_REPEAT≥1 | 在 85+ dB 直流 SNR 下提供最佳電源效率 由于使用了更長(zhǎng)的 LED 脈沖,可以提供最高的直流 SNR 水平 (100+ dB) 適用于環(huán)境光不成問(wèn)題的應(yīng)用 適用于傳感器因響應(yīng)時(shí)間慢而無(wú)法處理短脈沖的應(yīng)用 不支持兩個(gè)通道/源的同時(shí)采樣 |
浮動(dòng)模式 | SAMPLE_TYPE=0 MOD_TYPE=1 NUM_INT=1 NUM_REPEAT≥1 | 在弱光條件下工作 (CTR <5 nA/mA) 當(dāng)連續(xù)連接模式無(wú)法提供滿(mǎn)量程的 50% 時(shí)使用 適用于環(huán)境光不是問(wèn)題的應(yīng)用 提供比多種集成模式更低的噪聲和更低的功耗 |
多種集成模式 | SAMPLE_TYPE=0 MOD_TYPE=0 NUM_INT>1 NUM_REPEAT≥1 | 在弱光條件下工作 (CTR <5 nA/mA) 當(dāng)連續(xù)連接模式無(wú)法提供滿(mǎn)量程的 50% 時(shí)使用 適用于需要高環(huán)境光抑制的應(yīng)用 |
圖2顯示了同步的紅色、綠色和IR PPG信號(hào),以及IR信號(hào)的交流和直流部分作為示例。
圖2.紅色、綠色和紅外 PPG 標(biāo)有紅外 PPG 信號(hào)的交流和直流部分。
心率監(jiān)測(cè)
心率監(jiān)測(cè)對(duì)于檢測(cè)COVID-19也至關(guān)重要。當(dāng)氧氣供應(yīng)因缺氧而下降時(shí),心臟開(kāi)始跳動(dòng)得更快,以便為組織提供足夠的氧氣。監(jiān)測(cè)心率在檢測(cè)心臟問(wèn)題或跟蹤健身行為方面也很有價(jià)值。
波長(zhǎng)約為 540 nm 的綠色 LED 通常是心率監(jiān)測(cè)的首選。它產(chǎn)生最佳的PPG信號(hào),因?yàn)樗哂斜燃t色或紅外LED更高的調(diào)制指數(shù)。它還提供了不錯(cuò)的點(diǎn)擊率水平;因此,功耗不會(huì)太高。
交流信噪比是信號(hào)質(zhì)量的參數(shù),可以通過(guò)直流信噪比倍調(diào)制指數(shù)計(jì)算。例如,當(dāng)調(diào)制指數(shù)為1%時(shí),95 dB 直流信噪比轉(zhuǎn)換為 55 dB 交流信噪比。
心電圖測(cè)量
心電圖測(cè)量已被添加到可穿戴設(shè)備中,例如用于抽查的手表和用于連續(xù)監(jiān)測(cè)的胸貼。由金屬和其他導(dǎo)電材料制成的電極,極化并稱(chēng)為干電極,通常在此類(lèi)設(shè)備中找到。使用干電極進(jìn)行ECG測(cè)量的主要挑戰(zhàn)是電極-皮膚接觸阻抗高和相對(duì)較高的過(guò)電位。
傳統(tǒng)的基于儀表放大器的ECG解決方案使用緩沖器來(lái)減輕與信號(hào)衰減相關(guān)的高電極-皮膚接觸阻抗。右腿驅(qū)動(dòng)(RLD)技術(shù)需要第三個(gè)電極并將參考電壓驅(qū)動(dòng)回身體,用于抑制人體,電極和電纜在測(cè)量電壓的ECG系統(tǒng)中暴露的共模電壓。
當(dāng)應(yīng)用于ECG測(cè)量時(shí),ADPD4100/ADPD4101采用一種新穎的方法,使用無(wú)源電阻電容(RC)電路跟蹤一對(duì)電極上的差分電壓。無(wú)源RC電路可以簡(jiǎn)單到三個(gè)元件,兩個(gè)電阻RS和一個(gè)電容器 CS,如圖 3a 所示。對(duì)于每個(gè)心電圖數(shù)據(jù)樣本,這是一個(gè)兩步過(guò)程。
兩個(gè)輸入引腳(IN7和 IN8) 在充電步驟中浮動(dòng)。電容器 C 上的電荷S如果充電時(shí)間為 >3τ,則與兩個(gè)電極上的差分電壓成正比,其中 τ 是由 R 定義的時(shí)間常數(shù)S和 CS, τ=2RSCS.在電荷轉(zhuǎn)移步驟中,電容器連接到TIA,電荷轉(zhuǎn)移到AFE進(jìn)行測(cè)量。這種基于電荷測(cè)量的ECG解決方案具有多種優(yōu)勢(shì),包括省去了RLD的緩沖器和第三個(gè)電極,通過(guò)更少的外部元件縮小了系統(tǒng)尺寸,并節(jié)省了功耗。
圖3.心電圖測(cè)量配置。(a) RC采樣電路和導(dǎo)聯(lián)脫落檢測(cè)電路。(b) 每個(gè)心電圖數(shù)據(jù)樣本的充電和電荷轉(zhuǎn)移過(guò)程圖示。
利用ADPD4100/ADPD4101的設(shè)計(jì)靈活性,使用基于生物阻抗的方法,可以方便地將導(dǎo)聯(lián)脫落檢測(cè)添加到該ECG解決方案中。圖3a顯示了導(dǎo)聯(lián)脫落檢測(cè)電路,該電路將脈沖驅(qū)動(dòng)到一個(gè)電極,在另一個(gè)電極上接收電流。如果一個(gè)或兩個(gè)電極與皮膚分離,則路徑斷開(kāi),不接收電流。圖4顯示了用于導(dǎo)聯(lián)脫落檢測(cè)的ECG和接收電流的跡線,其中ECG在時(shí)隙A中測(cè)量,導(dǎo)聯(lián)脫落檢測(cè)在時(shí)隙B中測(cè)量。
與傳統(tǒng)ECG解決方案中用于導(dǎo)聯(lián)脫落檢測(cè)的上拉電阻電路相比,后者會(huì)影響ECG電路的輸入阻抗,這種在獨(dú)立時(shí)隙中基于生物阻抗的導(dǎo)聯(lián)脫落檢測(cè)對(duì)ECG測(cè)量沒(méi)有影響。使用這種直流耦合電路,一旦電極與皮膚接觸重新建立,就會(huì)捕獲ECG。
圖4.心電圖測(cè)量和導(dǎo)聯(lián)脫落檢測(cè)。通過(guò)直流耦合瞬時(shí)恢復(fù)心電圖。
基于阻抗的呼吸測(cè)量
使用 ADPD4100/ADPD4101 進(jìn)行呼吸測(cè)量可檢測(cè)吸氣和呼氣循環(huán)期間肺部的生物阻抗變化。用于重癥監(jiān)護(hù)病房 (ICU) 和睡眠期間患者監(jiān)測(cè)的呼吸測(cè)量允許患者管理和及時(shí)報(bào)警以挽救生命。對(duì)于有呼吸系統(tǒng)疾病和睡眠呼吸暫停的患者至關(guān)重要。僅睡眠呼吸暫停就是一種公共衛(wèi)生和安全威脅,美國(guó)有超過(guò)2500萬(wàn)成年人患病1
當(dāng)患者呼吸時(shí),肺的體積膨脹和收縮,導(dǎo)致胸部阻抗的變化。阻抗變化可以通過(guò)向胸部的路徑注入電流并測(cè)量壓降來(lái)測(cè)量。圖5a顯示了一個(gè)參考設(shè)計(jì),該設(shè)計(jì)采用兩個(gè)電極進(jìn)行ECG測(cè)量和呼吸監(jiān)測(cè)。圖5b顯示了同步記錄的ECG、呼吸相關(guān)阻抗波和PPG。使用左右手腕上的不銹鋼干電極測(cè)量心電圖和呼吸,使用綠色LED測(cè)量PPG。
圖5.心電圖和呼吸測(cè)量。(a) 用于睡眠浮動(dòng)心電圖和開(kāi)爾文傳感方法呼吸測(cè)量的外部電路。(b) 同步心電圖、呼吸和PPG測(cè)量的例子。
總結(jié)
生命體征監(jiān)測(cè)以智能可穿戴設(shè)備的形式擴(kuò)大了其在消費(fèi)市場(chǎng)的存在??纱┐髟O(shè)備生成的健康信息可以在健康和疾病管理中發(fā)揮重要作用。為了滿(mǎn)足需求并使更廣泛的人群能夠使用這些設(shè)備,設(shè)計(jì)人員必須考慮成本、尺寸和功耗等常見(jiàn)要求。ADI公司的突破性AFEADPD4100/ADPD4101展示了其作為多參數(shù)生命體征監(jiān)測(cè)中心的巨大優(yōu)勢(shì)。單個(gè)AFE設(shè)計(jì)減少了多參數(shù)VSM系統(tǒng)的IC數(shù)量,從而大大降低了成本和尺寸。此外,采用ADPD4100/ADPD4101設(shè)計(jì)的多參數(shù)系統(tǒng)可生成同步數(shù)據(jù),并消除數(shù)據(jù)同步的負(fù)擔(dān)。
審核編輯:郭婷
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