如何獲得準(zhǔn)確的入耳式心率和SpO2監(jiān)測

傳感器的使用正在突飛猛進(jìn)地增長。傳感器幾乎遍布每個(gè)行業(yè)，在消費(fèi)電子、汽車、智能家居和醫(yī)療應(yīng)用中的使用率尤其高。今天的智能手機(jī)至少包含五個(gè)傳感器。新車現(xiàn)在有多個(gè)用于安全和停車的光學(xué)傳感器，僅在典型發(fā)動機(jī)上就有七種不同類型的傳感器。

139年全球傳感器市場總價(jià)值為2017億美元，預(yù)計(jì)到287年將達(dá)到2025億美元，復(fù)合年增長率為9.5%。根據(jù)錫安市場研究公司的數(shù)據(jù)，僅醫(yī)療傳感器市場在11年的價(jià)值約為7.2018B美元，預(yù)計(jì)到19年將達(dá)到約8.2025B美元，復(fù)合年增長率約為7.80%。有用于腦機(jī)接口的可穿戴腦電圖傳感器技術(shù)。還有植入的傳感器。一個(gè)例子是用于視障人士的圖像傳感器。在這方面有很多研究工作。眾多例子之一是斯坦福大學(xué)工程師和醫(yī)學(xué)研究人員開發(fā)的無線、無電池、可生物降解的血流傳感器。

健康監(jiān)測傳感器可能是增長最快的領(lǐng)域。有人說，新的和美妙的可穿戴醫(yī)療設(shè)備采用傳感器是由我們的人口老齡化推動的。但是，每個(gè)人都將從這些新技術(shù)中受益，而年輕人群正在迅速加入。新的和改進(jìn)的傳感器技術(shù)正在被設(shè)計(jì)到智能手表和許多醫(yī)療可穿戴設(shè)備中。它們還用于家庭中使用的非便攜式監(jiān)視器以及醫(yī)療機(jī)構(gòu)中使用的設(shè)備。

設(shè)計(jì)基于傳感器的可穿戴設(shè)備，提供所需的高精度，使其成為醫(yī)療保健領(lǐng)域的寶貴工具，絕非易事。從監(jiān)測設(shè)備的放置到血液灌注水平，有許多考慮因素需要解決。有關(guān)獲得準(zhǔn)確心率和血氧飽和度（SpO）的挑戰(zhàn)的更多詳細(xì)信息2）的測量，以深入了解健康和福祉，請閱讀應(yīng)用說明，“在收聽您最喜愛的曲目時(shí)跟蹤您的心率”。

用于入耳式應(yīng)用的光學(xué)模塊

SpO2是對血液中氧氣量的估計(jì)值。血氧測試用于檢查一個(gè)人的肺部工作情況。血液中的氧氣水平也是藥物過量的最可靠指標(biāo)。脈搏血氧儀對新生兒特別有價(jià)值，因?yàn)樾律鷥旱难鹾喜蛔銓?dǎo)致嬰兒無法茁壯成長，但過多的氧氣和氧氣濃度的波動會導(dǎo)致視力障礙或失明。此外，醫(yī)院正在使用準(zhǔn)確的SpO2麻醉期間和麻醉后護(hù)理期間的測量。

脈搏血氧儀的工作原理是將紅色 LED（600-750nm 波長）和紅外 LED（850-1000nm 波長）交替閃爍到身體部位。然后使用光電二極管傳感器測量氧合血紅蛋白（HbO）的紅光吸收2）和用于脫氧血紅蛋白（Hb）的紅外光。Hb吸收更多（反射更少）的紅光。乙二醇2吸收更多的紅外光。

血氧飽和度可以通過比較Hb和HbO的值來確定2.透射式血氧儀測量通過組織（通常是手指）傳輸?shù)墓猓瓷涫窖鮾x（如該設(shè)備使用的那樣）測量組織（通常是手腕或耳朵）反射的光。

MAXM86161是一款超低功耗、單電源、高度集成的光學(xué)模塊，用于心率和SpO。2測量。該 IC 針對入耳式應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化，采用微型 0.169 x 0.114 英寸窗口封裝，帶有由三個(gè)低噪聲 8 位 DAC 控制的紅色、紅外和綠色 LED，以及一個(gè)連接到跨阻放大器和 19 位 A/D 轉(zhuǎn)換器的高效 PIN 光電二極管。心率通過單個(gè)綠色 LED 測量。

MAXM86161的跨阻放大器將來自光電二極管的幾微安電流轉(zhuǎn)換為幾毫伏信號。然后，該信號通過高通濾波器以減少背景光干擾，然后進(jìn)入A/D。

圖1.MAXM86161的框圖

該 IC 采用 3.0V 至 5.5V VLED 單電源工作，溫度范圍為 -40° 至 85°C。 它支持標(biāo)準(zhǔn) I2C接口和完全自主操作，并具有128字內(nèi)置FIFO。

審核編輯：郭婷